(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トロイダル型無段変速機のバリエータに用いられ、少なくとも一側面にローラが転走する凹湾曲状の軌道部を有し、中心部に入力軸と噛合するスプライン穴を有する耐熱軸受鋼その他の高炭素鋼からなる環状のバリエータ用ディスクの製造方法であって、
前記ディスク用のブランクを熱処理して表面硬さをＨｖ７００以上とし、
前記スプライン穴を高周波加熱を用いて加熱すると同時に、前記高周波加熱による熱影響が軌道部に及ぶのを抑制すべく当該軌道部を冷却し、
前記スプライン穴の加熱の後、当該スプライン穴と軌道部内周縁との間の薄肉部における、当該スプライン穴の歯底の硬化層と前記軌道部の硬化層との間の硬さの変化量が１ｍｍ深さ当たりＨｖ２０以上、前記軌道部の表面硬さがＨｖ７００以上、前記スプライン穴の表面硬さがＨｖ６００以下となるように、当該スプライン穴を大気中で除冷して焼きなまし、
この焼なましたブランクの前記スプライン穴及び軌道部を仕上げ加工することを特徴とするバリエータ用ディスクの製造方法。
【請求項２】
前記軌道部に微少隙間を設けて冷却治具を沿わせ、この冷却治具に冷却媒体を循環させて前記軌道部を冷却する請求項１記載のバリエータ用ディスクの製造方法。
【請求項３】
前記軌道部と冷却治具との間の微少隙間が０．３〜０．５ｍｍの範囲である請求項２記載のバリエータ用ディスクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、トロイダル型無段変速機に装備されるバリエータ用ディスクの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は車両等に搭載されるトロイダル型無段変速機のバリエータを示す概略図である。このバリエータ１０は、車両の動力源１２により回転駆動される入力軸１３を備えており、この入力軸１３はその両端近傍にそれぞれ入力ディスク１５を支持している。これら入力ディスク１５の中心部には、複数条のスプライン溝を切ったスプライン穴１５ａが形成されており、入力ディスク１５は前記スプライン穴１５ａを入力軸１３のスプライン軸１３ａに噛合させることにより、入力軸１３の軸方向への僅かな移動が許容された状態で、入力軸１３と一体回転可能になっている。また、前記入力ディスク１５の一側面には凹湾曲状の軌道部１５ｂが形成されている。
【０００３】
前記入力軸１３の軸方向中央部には、バリエータ１０の出力部１８が相対回転自在に支持されている。この出力部１８は出力部材１９と、この出力部材１９にそれぞれ一体回転可能に支持された一対の出力ディスク２０とを備えており、この出力ディスク２０の前記入力ディスク１５の軌道部１５ｂに対向する一側面には、凹湾曲状の軌道部２０ｂが形成されている。前記出力部材１９の両端部外周にはスプライン軸１９ｃが形成されており、このプライン軸１９ｃに出力ディスク２０に形成されたスプライン穴２０ｃが噛合されている。また、前記出力部材１９の中央部外周には動力伝達用のチェーン２３と噛み合うスプロケットギヤ１９ａが形成されている。さらに、互いに対向する入力ディスク１５の軌道部１５ｂと出力ディスク２０の軌道部２０ｂとの間には、それぞれ各軌道部１５ｂ，２０ｂと転がり接触する３個の円盤状のローラ２１が円周等配に配置されている。各ローラ２１はキャリッジ２２によって回転自在に支持されているとともに、当該キャリッジ２２によって各軌道部１５ｂ，２０ｂとの相対位置を調整できるようになっている。
【０００４】
このように前記バリエータ１０は、入力ディスク１５、出力ディスク２０、及びローラ２１を１組としてこれを一対設けた、いわゆるダブルキャビティ型に構成されており、入力ディスク１５から出力ディスク２０に対して、前記６個のローラ２１を介してトルクが伝達される。また、前記６個のローラ２１の位置をキャリッジ２２によって調整することにより（図６の二点鎖線参照）、出力ディスク２０の回転数（変速比）を増減させることができる。
【０００５】
前記入力ディスク１５は、例えば軸受鋼からなるものであり、その製造に際しては、切削加工にて前記スプライン穴１５ａや凹湾曲面からなる軌道部１５ｂが形成されたブランクを熱処理して硬化させた後、前記スプライン穴１５ａをブローチ加工にて仕上げ、その内周面（最小内径面）を加工基準として、前記軌道部１５ｂを切削或いは研削にて仕上げることが行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記バリエータ１０においては、入力ディスク１５と出力ディスク２０との間のトルク伝達を確実に行わせるために、各ローラ２１を各ディスク１５，２０の軌道部１５ｂ，２０ｂに対して高い接触圧で接触させる必要がある。このため、軌道部１５ｂ，２０ｂの表面のビッカース硬さ（Ｈｖ）を７００以上として、当該軌道部１５ｂ，２０ｂの疲労強度を確保することが行われている。
ところが、前記ディスク１５，２０の熱処理においては、ブランクを加熱炉に投入して全体を高温雰囲気下で加熱し、急冷した後、焼きもどすことが一般的に行われているので、ブランクの表面全体が軌道部１５ｂ，２０ｂに要求されるＨｖ７００以上の硬さになっている。このため、各ディスク１５，２０のスプライン穴１５ａ，２０ｃに偏荷重等にて過大な負荷が作用した場合に、当該スプライン穴１５ｂ，２０ｂの歯底に亀裂が発生し、この亀裂が進展して最悪の場合には、ディスク１５，２０が割損するおそれがある。また、スプライン穴１５ｂ，２０ｂの切削性が悪いので、熱処理後の当該スプライン穴１５ｂ，２０ｂのブローチ加工に困難を伴い、加工コストが高く付くという問題もあった。
この発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、前記スプライン穴に亀裂が生じるのを防止することができるとともに、熱処理後のスプライン穴の仕上げ加工を容易に行うことができるバリエータ用ディスクの製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するためのこの発明のバリエータ用ディスクの製造方法は、トロイダル型無段変速機のバリエータに用いられ、少なくとも一側面にローラが転走する凹湾曲状の軌道部を有し、中心部に入力軸と噛合するスプライン穴を有する耐熱軸受鋼その他の高炭素鋼からなる環状のバリエータ用ディスクの製造方法であって、前記ディスク用のブランクを熱処理して表面硬さをＨｖ７００以上とし、前記スプライン穴を高周波加熱を用いて加熱すると同時に、前記高周波加熱による熱影響が軌道部に及ぶのを抑制すべく当該軌道部を冷却し、前記スプライン穴の加熱の後、当該スプライン穴と軌道部内周縁との間の薄肉部における、当該スプライン穴の歯底の硬化層と前記軌道部の硬化層との間の硬さの変化量が１ｍｍ深さ当たりＨｖ２０以上、前記軌道部の表面硬さがＨｖ７００以上、前記スプライン穴の表面硬さがＨｖ６００以下となるように、当該スプライン穴を大気中で除冷して焼きなまし、この焼なましたブランクの前記スプライン穴及び軌道部を仕上げ加工することを特徴としている（請求項１）。
この製造方法によれば、ディスクのスプライン穴を高周波加熱を用いて加熱すると同時に、前記高周波加熱による熱影響が軌道部に及ぶのを抑制すべく当該軌道部を冷却し、前記スプライン穴の加熱の後、当該スプライン穴を前記変化量が１ｍｍ深さ当たりＨｖ２０以上となるように大気中で除冷して焼なますので、軌道部への熱影響を少なくした状態で、スプライン穴を焼きなましすることができるとともに、少なくとも前記薄肉部において、スプライン穴の歯底の硬化層と軌道部の硬化層との間の硬さを効果的に変化させることができる。
【０００８】
前記バリエータ用ディスクの製造方法においては、軌道部に微少隙間を設けて冷却治具を沿わせ、この冷却治具に冷却媒体を循環させて前記軌道部を冷却するのが好ましい（請求項２）。これにより、プライン穴を高周波加熱した際の軌道部への熱影響をより効果的に減少させることができる。
前記軌道部と冷却治具との間の微少隙間は０．３〜０．５ｍｍの範囲であるのが好ましく（請求項３）、この場合には、前記軌道部を容易且つ安定的に冷却することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次いで、この発明の実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。
図１はこの発明を適用して得られたバリエータ用ディスクを示す断面図である。このディスクＤは、バリエータの入力ディスク或いは出力ディスクとして使用される環状のものであり、一側面に凹湾曲面からなる軌道部１が形成され、中心部の内周に入力軸１０のスプライン軸１１と噛合するスプライン穴２が形成されている。このディスクＤのスプライン穴２の歯底２ａと軌道部１の内周縁１ａとの間の薄肉部Ｘの厚みｔは数ｍｍから十数ｍｍの範囲に設定されている。
前記ディスクＤは、耐熱軸受鋼その他の高炭素鋼からなり、その軌道部１の表面硬さはＨｖ７００以上、スプライン穴２の表面硬さはＨｖ６００以下である。また、少なくとも前記薄肉部Ｘにおいて、スプライン穴２の歯底２ａの硬化層Ａと軌道部１の硬化層Ｆ（いずれも図２参照）との間Ｃにおける硬さの変化量は、１ｍｍ深さ当たりＨｖ２０以上である。
【００１０】
次に、前記ディスクＤの製造方法について図３を参照しながら説明する。
まず、鍛造されたリング状素材に切削加工を施して、一側面に軌道部１を形成するとともに、他側面及び外周を所定形状に形成し、さらに、ブローチを用いて中心部にスプライン穴２を形成してブランクＢを得る（図３ａ参照）。これらの切削加工は、熱処理歪みを考慮して所定の取り代を残した状態で行う。次に、前記ブランクＢを加熱炉に投入して全体を高温雰囲気下で一定時間加熱した後、当該ブランクＢを油冷等にて急冷して焼入する（図３ｂ参照）。さらに、焼入が完了したブランクＢに焼きもどし処理を施して、全体の表面硬さをＨｖ７００以上に調整するとともに、残留応力を除去する（図３ｃ参照）。
次いで、前記焼きもどし処理を施したブランクＢのスプライン穴２部分を、高周波加熱によって加熱した後、大気中で徐冷することにより、当該スプライン穴２部分を焼きなましして（図３ｄ参照）、その表面の硬さをＨｖ６００以下に調整する。このスプライン穴２部分の加熱に際しては、軌道部１を冷却しながら行って、その熱影響が軌道部１に及ぶのを抑制する。このとき、表面焼きなまし部分の急激な温度変化の影響により寸法変化や割れ等が生じるのを防止するため、予めブランクＢ全体を１００〜２００℃程度に熱して均熱化しておくことが望ましい。このような均熱化を施した場合には、寸法変化や割れ等が生じるのを防止し易い。また、スプライン穴２の歯底２ａの硬化層Ａと軌道部１の硬化層Ｆとの間Ｃにおける硬さの変化量を、より大きくすることが可能である。
【００１１】
図４は前記焼きなましのための加熱方法の具体例を示す概略図である。同図に示すように、この加熱に際しては、軌道部１を上向きにした状態でブランクＢを回転駆動可能なワーク受け５に保持するとともに、そのスプライン穴２の内部に誘導加熱用のコイル６を導入しておく。また、前記ブランクＢの軌道部１に対して、当該軌道部１に合致する曲面を有する環状の冷却治具７を、微少隙間Ｓを設けて沿わせておく。この微少隙間Ｓは、０．３〜０．５ｍｍ、より好ましくは０．４〜０．４５ｍｍに設定しておく。このような微少隙間Ｓを設けておくことにより、軌道部１を容易且つ安定的に冷却することができる。すなわち前記隙間Ｓが０．５ｍｍを超えると軌道部１を効果的に冷却することが困難であり、前記隙間Ｓが０．３ｍｍ未満であると冷却治具７の熱膨張によって当該冷却治具７がブランクＢの軌道部１と摺動し、冷却状態が不安定になる。したがって、ディスクＤの量産に際しては当該隙間Ｓの管理が重要である。なお、前記冷却治具７は銅等の熱伝導率の高い金属で形成されており、その内部には冷却媒体としての冷却水が循環されている。
【００１２】
以上の状態で、ワーク受け５を例えば１００〜１２０rpmの回転数で回転させるとともにコイル６に通電することにより、スプライン穴２部分を高周波加熱する。この際、軌道部１を冷却治具７によって冷却することができるので、当該軌道部１が過熱されてその硬さが低下するのを防止することができる。
前記スプライン穴２の加熱に際しては、予熱、放熱、及び本加熱をこの順で行って、全体を均一に加熱する。これにより、ディスクＤの軌道部１側とスプライン穴２側との温度差に起因して薄肉部Ｘに割れが発生するのを防止することができる。
【００１３】
スプライン穴２の加熱が終了すると、ブランクＢを大気中で徐冷する。これにより、軌道部１の硬さＨｖ７００以上を確保しつつ、スプライン穴２を焼きもどしして、当該スプライン穴２の表面硬さをＨｖ６００以下に調整するとともに、少なくとも薄肉部Ｘにおいて、スプライン穴２の歯底２ａの硬化層Ａと前記軌道部１の硬化層Ｆとの間の硬さの変化量を１ｍｍ当たりＨｖ２０以上にする。
そして、スプライン穴２をブローチＥを用いて仕上げた後（図３ｅ参照）、その内周面を加工基準として、軌道部１、側面及び外周面を切削或いは研削にて仕上げる。前記スプライン穴２のブローチ加工に際しては、その表面硬さが低下しているので、当該スプライン穴２を容易且つ能率的に切削することができる。このため、その加工コストを低減することができる。
【００１４】
また、以上により得られたディスクＤは、スプライン穴の表面硬さがＨｖ６００以下であるので、当該スプライン穴２にある程度の靭性を付与することができる。このため、スプライン穴２に過大な負荷が作用した場合でも、その歯底２ａに亀裂が発生するのを防止することができる。また、少なくとも薄肉部Ｘにおいて、歯底２ａの硬化層Ａと軌道部１の硬化層Ｆとの間の硬さの変化量が、１ｍｍ深さあたりＨｖ２０以上であり、両者の硬さが急激に変化しているので、薄肉部Ｘにおいても、軌道部の硬化層深さＹを十分に確保することができる。また、薄肉部Ｘの肉厚を厚くすることなく、軌道部１とスプライン穴２の硬さをそれぞれ最適に設定できるので、ディスクＤの外径を徒に大きくする必要がなくなる。
【００１５】
［実施例］
以下の材料からなるバリエータ用ディスクのブランクを作成し、その全体の表面硬さをＨｖ７００以上に熱処理硬化させた後、図４に示す高周波加熱装置を用いて、以下の条件でスプライン穴に焼きなまし処理を施した。
（１）材料：耐熱軸受用鋼
（外径２１０ｍｍ、内径４０ｍｍ、最小厚み１５ｍｍ）
組成
炭素（Ｃ）含有量          ０．８〜１．５重量％
シリコン（Ｓｉ）含有量    ０．５〜２．０重量％
マンガン（Ｍｎ）含有量    ０．３〜２．０重量％
クロム（Ｃｒ）含有量      １．３〜１．９８重量％
モリブデン（Ｍｏ）        ０．３〜１．０重量％
残  鉄（Ｆｅ）及び不可避不純物
但し  Ｓｉ＋Ｍｏ＞１．０重量％
（２）加熱条件
周波数    ３０ＫＨｚ
電圧      ４．５Ｋｗ
加熱時間  予熱      ５秒
放熱      ３秒
本加熱  １８秒
ブランク回転数    １００〜１２０ｒｐｍ
ブランクの軌道部と冷却治具との隙間    ０．４〜０．４５ｍｍ
【００１６】
以上により得られたブランクは、軌道部の表面硬さがＨｖ７０４〜７１９であり、スプライン穴の表面硬さがＨｖ５２９〜５７９であり、薄肉部においてスプライン穴の歯底の硬化層と前記軌道部の硬化層との間の硬さの変化量は、薄肉部の硬さ分布を示す図５から明らかなように、１ｍｍ深さ当たりＨｖ５０以上であることが確認された。
【００１７】
なお、前記実施の形態では、ディスクＤとしてその一側面のみに凹湾曲状の軌道部１を有するものを示したが、その両面に凹湾曲状の軌道部１を有するものにも本発明を勿論適用して実施することができる。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載のバリエータ用ディスクの製造方法によれば、スプライン穴を高周波加熱を用いて加熱すると同時に、前記高周波加熱による熱影響が軌道部に及ぶのを抑制すべく当該軌道部を冷却し、前記スプライン穴の加熱の後、当該スプライン穴を前記変化量が１ｍｍ深さ当たりＨｖ２０以上となるように大気中で除冷して焼なますので、スプライン穴を焼きなましする際の熱影響によって、軌道部の硬さが低下するのを防止することができるとともに、少なくとも薄肉部において、スプライン穴の歯底の硬化層と軌道部の硬化層との間の硬さを効果的に変化させることができる。このため、請求項１記載のディスクを容易に得ることができる。
【００１９】
請求項２記載のバリエータ用ディスクの製造方法によれば、冷却媒体を循環させた冷却治具を、軌道部に微少隙間を設けて沿わせて当該軌道部を冷却するので、スプライン穴を高周波加熱した際の軌道部への熱影響をより効果的に減少させることができる。
請求項３記載のバリエータ用ディスクの製造方法によれば、前記軌道部と冷却治具との間の微少隙間が０．３〜０．５ｍｍの範囲であるので、前記軌道部を容易且つ安定的に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明を適用して得られたバリエータ用ディスクを示す断面図である。
【図２】  前図の要部拡大断面図である。
【図３】  この発明のバリエータ用ディスクの製造方法を示す工程図である。
【図４】  焼きなまし方法を示す概略図である。
【図５】  薄肉部の硬度分布を示すグラフ図である。
【図６】  バリエータを示す概略図である。
【符号の説明】
１    軌道部
２    スプライン穴
２ａ  歯底
７    冷却治具
Ａ    スプライン穴の硬化層
Ｂ    軌道部の硬化層
Ｄ    ディスク
Ｘ    薄肉部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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