(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに油膜を介して入力ディスクと出力ディスクの間に回転伝達用のパワーローラを傾動可能に介装したトロイダル型無段変速機において、ディスクおよびパワーローラの少なくとも一方の転動面の表面粗さを転動面の回転軸方向に異ならせ、入力ディスクの転動面に微細な凹凸を設けると共に、入力ディスクの小径側から大径側に向けて凹部の深さおよび密度の少なくとも一方を増大させたことを特徴とするトロイダル型無段変速機。
【請求項２】
互いに油膜を介して入力ディスクと出力ディスクの間に回転伝達用のパワーローラを傾動可能に介装したトロイダル型無段変速機において、ディスクおよびパワーローラの少なくとも一方の転動面の表面粗さを転動面の回転軸方向に異ならせ、出力ディスクの転動面に微細な凹凸を設けると共に、出力ディスクの大径側から小径側に向けて凹部の深さおよび密度の少なくとも一方を増大させたことを特徴とするトロイダル型無段変速機。
【請求項３】
互いに油膜を介して入力ディスクと出力ディスクの間に回転伝達用のパワーローラを傾動可能に介装したトロイダル型無段変速機において、当該トロイダル型無段変速機がハーフトロイダル型無段変速機であって、ディスクおよびパワーローラの少なくとも一方の転動面の表面粗さを転動面の回転軸方向に異ならせ、ディスクの転動面において、変速比が１：１〜１．３：１となるパワーローラとの接触範囲内に凹凸の深さおよび密度の最大値を有し、その位置から小径側および大径側に向けて凹凸の深さおよび密度の少なくとも一方を減少させたことを特徴とするトロイダル型無段変速機。
【請求項４】
互いに油膜を介して入力ディスクと出力ディスクの間に回転伝達用のパワーローラを傾動可能に介装したトロイダル型無段変速機において、ディスクおよびパワーローラの少なくとも一方の転動面の表面粗さを転動面の回転軸方向に異ならせ、入力ディスクの転動面において、パワーローラとの接触範囲のうちの大径側に、微細な凹凸を設けたことを特徴とするトロイダル型無段変速機。
【請求項５】
互いに油膜を介して入力ディスクと出力ディスクの間に回転伝達用のパワーローラを傾動可能に介装したトロイダル型無段変速機において、ディスクおよびパワーローラの少なくとも一方の転動面の表面粗さを転動面の回転軸方向に異ならせ、出力ディスクの転動面において、パワーローラとの接触範囲のうちの小径側に、微細な凹凸を設けたことを特徴とするトロイダル型無段変速機。
【請求項６】
互いに油膜を介して入力ディスクと出力ディスクの間に回転伝達用のパワーローラを傾動可能に介装したトロイダル型無段変速機において、当該トロイダル型無段変速機がハーフトロイダル型無段変速機であって、ディスクおよびパワーローラの少なくとも一方の転動面の表面粗さを転動面の回転軸方向に異ならせ、ディスクの転動面において、変速比が１：１〜１．３：１となるパワーローラとの接触範囲内に、微細な凹凸のある領域を設けたことを特徴とするトロイダル型無段変速機。
【請求項７】
ディスクおよびパワーローラの少なくとも一方の転動面において、相手側との接触範囲のみに微細な凹凸を設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のトロイダル型無段変速機。
【請求項８】
パワーローラの転動面に微細な凹凸を設けると共に、ディスクとの理論接触位置から回転軸方向の少なくとも一端側に向けて凹部の深さおよび密度の少なくとも一方を増大させた領域を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のトロイダル型無段変速機。
【請求項９】
微細な凹凸に関して、表面粗さ計により測定される断面曲線が凹部と凸部を交互に配列した形状であるとともに、断面曲線の中心線よりも上側の凸部の形状が、台形状、角が丸みを帯びた台形状、角に面取りを施した台形状、クラウニング形状、楕円弧状、正弦波状、および頂点が丸みを帯びた三角形状のいずれかであり、微細な凹凸の最も深い位置における凹部と凸部の高低差が０．７〜２．５μｍであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のトロイダル型無段変速機。
【請求項１０】
微細な凹凸に関して、凹部の密度が最も高い位置における全体に対する凹部の割合が１５〜４５％であることを特徴とする請求項９に記載のトロイダル型無段変速機。
【請求項１１】
微細な凹凸に関して、隣接する凹部同士の間隔が４０〜１５０μｍであることを特徴とする請求項９または１０に記載のトロイダル型無段変速機。
【請求項１２】
微細な凹凸に関して、表面粗さ計の縦倍率と横倍率を等しくして計測した断面曲線における凸部頂上部の曲率半径が０．８〜１７０ｍｍであることを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載のトロイダル型無段変速機。
【請求項１３】
微細な凹凸に関して、凸部頂上部の表面粗さがＲａ０．０２μｍ以下であることを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載のトロイダル型無段変速機。
【請求項１４】
微細な凹凸に関して、凹部が転動方向とほぼ平行な螺旋状に連続した溝であることを特徴とする請求項９〜１３のいずれかに記載のトロイダル型無段変速機。
【請求項１５】
微細な凹凸に関して、凹部が互いに独立したディンプルであることを特徴とする請求項９〜１３のいずれかに記載のトロイダル型無段変速機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車の変速機に用いられるトロイダル型無段変速機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
トロイダル型無段変速機は、大径側から小径側に向けて直径が漸次減少する入力ディスクと同じく大径側から小径側に向けて直径が漸次減少する出力ディスクとを互いに小径側を対向させて同軸状に配置すると共に、両ディスクの間に複数のパワーローラを介装した構造になっている。両ディスクとパワーローラの間にはトラクションオイルが介在している。そして、入力ディスクの回転を各パワーローラを介して出力ディスクに伝達し、この際、各パワーローラを傾動させて両ディスクの大径側と小径側の間でパワーローラの接触位置を変化させることにより、変速比を無段階的に変化させる。
【０００３】
このようなトロイダル型無段変速機としては、例えば特開平１１−１４８５４２号公報に記載されたものがある。同公報の技術では、パワーローラの転動面を超仕上げ加工して粗さが０．０５Ｒａ以下の平滑面とすることにより、スピンによる発熱がもたらす油膜の形成性の低下や、油膜の形成不良による耐久性の低下を防止するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記したような従来のトロイダル型無段変速機にあっては、パワーローラの転動面を粗さ０．０５Ｒａ以下の平滑面としていたため、とくに転動速度の速い運転条件下において、ディスクとパワーローラの間に過度に厚い油膜が形成されてトラクション係数が低下するという問題点があった。
【０００５】
ところで、パワーローラは、変速比にかかわらずディスクに対してほぼ一定幅の周面が接触している。これに対して、ディスクは、変速比によってパワーローラとの接触位置が大径側と小径側の間で変化し、入力回転数は同じでも周速が変化する。また、油膜の厚さの変化は、荷重（変速機の場合はトルク）の変化には鈍感であるが、周速や温度には敏感であることが知られている。これは、Ｈａｍｒｏｃｋ−Ｄｏｗｓｏｎの膜厚計算式により明らかである。
【０００６】
Ｈｍｉｎ＝３．６３Ｕ0.68 Ｇ0.49 Ｗ−0.073{１−ｅｘｐ(−０．６８ｋ)}
Ｕは速度パラメータ（Ｕ＝η０ｕ／ＥＲ）、Ｇは材料パラメータ（Ｇ＝αＥ，α：粘度の圧力係数）、Ｗは荷重パラメータ（Ｗ＝ｗ／ＥＲ２，ｗ：単位巾あたりの荷重）である（η０：大気圧下での粘度，Ｒ：等価半径，ｕ：周速（ｕ１＋ｕ２）／２，Ｅ：等価弾性係数）。
【０００７】
ここで、従来の特開平１１−１４８５４２号公報に記載された技術では、パワーローラの転動面を０．０５Ｒａ以下の平滑面としており、ディスクの転動面についてはとくに言及されていないが、耐久性を確保の観点からディスクの転動面の表面粗さを平滑面の均一なものにすると、変速のＨＩＧＨ側すなわち入力ディスクでは大径側、出力ディスクでは小径側のように周速が高く且つ油膜ができやすい位置において油膜厚さを不要に増すことになる。また、トラクションオイルが発生する剪断力は、簡単には（粘度）×（剪断率）で表され、油膜を不要に増すことは剪断率を低下させて、トラクション係数を低下させるという問題点がある。さらに、温度が高いとトラクションオイルの粘度が低下し、やはりトラクション係数を低下させる。したがって、従来にあっては、高いトラクション係数を維持するうえで上記問題点を解決することが課題であった。
【０００８】
なお、ディスクとパワーローラの間において、過度に厚い油膜の形成を防止するには、両ディスクによるパワーローラの挟圧力を増大させることが考えられるが、この場合には、材料の強度限界があるため、ディスクやパワーローラを小型化することが非常に困難になるほか、変速機内部の軸受け等における損失が増大して燃費を悪化させることになる。
【０００９】
また、この種のトロイダル型無段変速機では、ディスクに対するパワーローラの接触面が楕円形状を成していて、この接触楕円の中心部は、面圧が高いので疲労による剥離が発生しやすく、さらに、パワーローラの傾動方向における接触楕円の両端部は、スピンによる滑りが多く、スタート時などのように油膜が薄い状態において摩耗しやすいという問題点があり、このような問題点を解決することが耐久性の向上とトラクション係数向上との両立を図るうえでの課題となっていた。
【００１０】
【発明の目的】
本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、入力ディスクと出力ディスクの間にパワーローラを介装したトロイダル型無段変速機において、ディスクとパワーローラの間に形成される油膜が周速の変化等で過度に厚くなるような事態を防止し、トラクション係数を高く維持することができると共に、耐久性の向上を実現することができるトロイダル型無段変速機を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わるトロイダル型無段変速機は、互いに油膜を介して入力ディスクと出力ディスクの間に回転伝達用のパワーローラを傾動可能に介装したトロイダル型無段変速機において、ディスクおよびパワーローラの少なくとも一方の転動面の表面粗さを転動面の回転軸方向に異ならせ、請求項１として、入力ディスクの転動面に微細な凹凸を設けると共に、入力ディスクの小径側から大径側に向けて凹部の深さおよび密度の少なくとも一方を増大させた構成とし、請求項２として、出力ディスクの転動面に微細な凹凸を設けると共に、出力ディスクの大径側から小径側に向けて凹部の深さおよび密度の少なくとも一方を増大させた構成とし、請求項３として、当該トロイダル型無段変速機がハーフトロイダル型無段変速機であって、ディスクの転動面において、変速比が１：１〜１．３：１となるパワーローラとの接触範囲内に凹凸の深さおよび密度の最大値を有し、その位置から小径側および大径側に向けて凹凸の深さおよび密度の少なくとも一方を減少させた構成とし、請求項４として、入力ディスクの転動面において、パワーローラとの接触範囲のうちの大径側に、凹凸状の表面微細形状を形成する凹部を設けた構成とし、請求項５として、出力ディスクの転動面において、パワーローラとの接触範囲のうちの小径側に、凹凸状の表面微細形状を形成する凹部を設けた構成とし、請求項６として、当該トロイダル型無段変速機がハーフトロイダル型無段変速機であって、ディスクの転動面において、変速比が１：１〜１．３：１となるパワーローラとの接触範囲内に、微細な凹凸のある領域を設けた構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。
【００１２】
また、本発明に係わるトロイダル型無段変速機は、請求項７として、ディスクおよびパワーローラの少なくとも一方の転動面において、相手側との接触範囲のみに微細な凹凸を設けた構成とし、請求項８として、パワーローラの転動面に微細な凹凸を設けると共に、ディスクとの理論接触位置から回転軸方向の少なくとも一端側に向けて凹部の深さおよび密度の少なくとも一方を増大させた領域を有する構成とし、また、転動面の表面微細形状すなわち微細な凹凸に関して、請求項９として、表面粗さ計により測定される断面曲線が凹部と凸部を交互に配列した形状であるとともに、断面曲線の中心線よりも上側の凸部の形状が、台形状、角が丸みを帯びた台形状、角に面取りを施した台形状、クラウニング形状、楕円弧状、正弦波状、および頂点が丸みを帯びた三角形状のいずれかであり、微細な凹凸の最も深い位置における凹部と凸部の高低差が０．７〜２．５μｍである構成とし、請求項１０として、凹部の密度が最も高い位置における全体に対する凹部の割合が１５〜４５％である構成とし、請求項１１として、隣接する凹部同士の間隔が４０〜１５０μｍである構成とし、請求項１２として、表面粗さ計の縦倍率と横倍率を等しくして計測した断面曲線における凸部頂上部の曲率半径が０．８〜１７０ｍｍである構成とし、請求項１３として、凸部頂上部の表面粗さがＲａ０．０２μｍ以下である構成とし、請求項１４として、凹部が転動方向とほぼ平行な螺旋状に連続した溝である構成とし、請求項１５として、凹部が互いに独立したディンプルである構成としており、上記の構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。
【００１３】
なお、上記の構成において、凹凸状の表面微細形状を形成する凹部には、ディンプルや溝を採用することができる。
【００１４】
【発明の作用】
本発明の請求項１〜６に係わるトロイダル型無段変速機では、変速の際、ディスクの転動面において、パワーローラの接触位置が大径側と小径側の間すなわちディスクの回転軸方向に変化し、ディスクとパワーローラの間での周速や温度や荷重の変化によって油膜の厚さが変化する。このとき、周速や温度が高くなる部分すなわち油膜の厚さが変化する部分がほぼ特定されることから、その部位に対応してディスクの転動面の表面粗さを同ディスクの回転軸方向（転動面の回転軸方向）に異ならせ、例えば該当部位に凹凸状の表面微細形状を形成することで、油膜が過度に厚くなるような事態を防止する。
【００１６】
さらに、この種のトロイダル型無段変速機では、パワーローラの転動面の作動状態が同パワーローラの回転軸方向で変化し、ディスクに対するパワーローラの接触楕円においては、中心部は面圧が高くて剥離が生じやすく、パワーローラの傾動方向の両端部はスピンによる摩耗が生じやすい。このとき、パワーローラの転動面は曲面であるため、転動面に対する回転軸方向と傾動方向は同じである。そこで、当該トロイダル型無段変速機では、ディスクおよびパワーローラの少なくとも一方の転動面の表面粗さを転動面の回転軸方向に変化させる一例として、例えば、パワーローラの回転軸方向に凹部の深さおよび密度の少なくとも一方を変化させる。つまり、作動状態が異なる接触楕円の中心部と両端部に対応して、凹部の深さおよび密度の少なくとも一方を変化させ、接触楕円の中心部と両端部とで凹部の深さや密度を異ならせることで、トラクション係数を高く維持しつつ中心部の剥離や両端部の摩耗に対処する。そしてさらに、ディスクとパワーローラの両方の転動面に微細な凹凸を設けることによって、より広い使用条件下で良好に油膜厚さを適切に維持できるほか、双方の転動面に施すことで片側のみの場合に比べて凹部の深さを低減し、且つ片側のみの場合に比べて凹部によるひび割れの発生がより解消される。以上のように、ディスクおよびパワーローラの少なくとも一方の転動面の表面微細形状（粗さ）を転動面の回転軸方向に異ならせることで、被膜の厚さを調整することができる。
【００１８】
本発明の請求項３に係わるトロイダル型無段変速機では、当該トロイダル型無段変速機が、ハーフトロイダル型無段変速機であって、パワーローラの転動面において、ディスクとの理論接触位置から回転軸方向の少なくとも一端側に向けて凹部の深さおよび密度の少なくとも一方を増大させた領域を有している。つまり、ディスクとの理論接触位置に対応する接触楕円の中心部では凹部の深さや密度が小さいものとなり、接触楕円の少なくとも一端部に向けて凹部の深さや密度を増大させたものとなる。これにより、接触楕円の中心部では、面圧が高いことから、凹部の深さや密度が小さくてもディスクとの間に形成される油膜が過度に厚くなることがなく、凹部の深さや密度を小さくすることで剥離が防止される。他方、接触楕円の端部では、凹部の深さや密度を大きくすることで中心部からの油の排出が円滑に行われると共に、面圧が低いことから、凹部の深さや密度を大きくしても耐久性が損なわれることもなく、油膜厚さが適切に維持される。また、接触楕円の端部ではスピンによる摩耗が発生しやすいが、とくに凹部の深さを大きくすることで凹部が長期にわたって維持される。
【００１９】
本発明の請求項１に係わるトロイダル型無段変速機では、変速の際、入力ディスクの転動面において、パワーローラとの接触位置が大径側と小径側の間で変化し、接触位置が変速比ＬＯＷ側である小径側からＨＩＧＨ側である大径側に移行するほど周速が高くなると共に、油膜が厚くなる傾向にあることから、入力ディスクの転動面に凹凸状の表面微細形状を形成する凹部を設けることで、周速による油膜の増大を防止し、とくに、入力ディスクの小径側から大径側に向けて凹部の深さおよび密度の少なくとも一方を増大させることにより、全体にわたって油膜の厚さを適切なものにする。また、この種のトロイダル型無段変速機では、同じ入力トルクでも入力ディスクのＬＯＷ側（小径側）が接触部の面圧が高く、ＨＩＧＨ側（大径側）に行くに従い面圧は低くなるので、面圧の面からも小径側から大径側に向けて油膜が厚くなる傾向にあるので、その点でも大径側に向かって凹部の深さを増大させることで油膜の厚さを適切なものにする。
【００２０】
本発明の請求項２に係わるトロイダル型無段変速機では、変速の際、出力ディスクの転動面において、パワーローラとの接触位置が大径側と小径側の間で変化し、接触位置がＬＯＷ側である大径側からＨＩＧＨ側である小径側に移行するほど周速が高くなると共に、油膜が厚くなる傾向にある。なお、出力ディスクは、単体で考えれば当然大径側の方が周速が大きいが、入力ディスクの回転がパワーローラを介して伝達されるので、パワーローラとの接触位置の周速は小径側に向かうほど大きくなる。そこで、当該無段変速機では、出力ディスクの転動面に凹凸状の表面微細形状を形成する凹部を設けることで、周速による油膜の増大を防止し、とくに、出力ディスクの大径側から小径側に向けて凹部の深さおよび密度の少なくとも一方を増大させることにより、全体にわたって油膜の厚さを適切なものにする。
【００２１】
本発明の請求項３に係わるトロイダル型無段変速機では、ハーフトロイダル型無段変速機の入力および出力のディスクの転動面において、変速比が１：１付近となるパワーローラとの接触位置でスピン量が最大となり、スピンによる発熱で油膜の温度が上昇してトラクションオイルの粘度が低下し、トラクション係数が低下する。また、同じトルクを伝える場合でも変速比に応じて必要な狭圧力は多少異なり、パワーローラ半頂角６０°の一般的なハーフトロイダル型変速機では変速比１．３：１付近（１：１よりも少しＬＯＷ側）が最も大きな狭圧力を必要とするが、実際は狭圧力発生機構としてローディングカムを用いた場合はトルクに比例した狭圧力しか発生しないので、変速比１．３：１付近のトルク伝達能力が低くなる（コロナ社、田中裕久著「トロイダルＣＶＴ」ｐ．２９参照）。そこで、両者を加味して変速比が１：１〜１．３：１となるパワーローラとの接触範囲内に凹凸の深さおよび密度の最大値を持ち、その位置から小径側および大径側に向けて凹部の深さおよび密度の少なくとも一方を減少させ、逆に言えば、変速比が１：１〜１．３：１となるパワーローラとの接触範囲内で凹部の深さおよび密度の少なくとも一方を最大にすることで、油膜厚さを適切なものにして剪断率をかせぎ、同接触位置での温度によるトラクション係数の低下を防止し、全体にわたって油膜の厚さを適切なものにする。
【００２２】
本発明の請求項４に係わるトロイダル型無段変速機では、請求項１の作用に記載したように、入力ディスクの転動面では、パワーローラの接触位置が大径側に移行するほど周速とともに油膜が増大することから、最も周速が大きくなる部分すなわちパワーローラとの接触範囲のうちの大径側に凹凸状の表面微細形状を形成する凹部を設けることで、大径側での周速による油膜の増大を防止する。
【００２３】
本発明の請求項５に係わるトロイダル型無段変速機では、請求項２の作用に記載したように、出力ディスクの転動面では、パワーローラの接触位置が小径側に移行するほど周速とともに油膜が増大することから、最も周速が大きくなる部分すなわちパワーローラとの接触範囲のうちの小径側に凹凸状の表面微細形状を形成する凹部を設けることで、小径側での周速による油膜の増大を防止する。
【００２４】
本発明の請求項６に係わるトロイダル型無段変速機では、請求項３の作用に記載したように、ハーフトロイダル型無段変速機の入力および出力のディスクの転動面では、変速比が１：１付近となるパワーローラとの接触位置でスピン量が最大となって油の温度が高くなり、１．３：１付近でトルク伝達能力が低下することから、ディスクの転動面において、変速比が１：１〜１．３：１となるパワーローラとの接触範囲内に凹凸状の表面微細形状を形成する凹部のある領域を設けることで、同接触位置での温度によるトラクション係数の低下を防止する。
【００２５】
ここで、転動面に微細な凹凸を設けることによるトラクション係数への作用について、改めて説明する。転動面の表面に微細な凹凸を設けると、接触範囲の中でオイルが排出されやすくなるので、高周速化を図っても従来の平滑面に比べて油膜が薄くなって膜厚比が小さくなりやすく、また、凹凸の先端部では、局部的に油膜厚さが薄くなることによる局部的な剪断率の増大や圧力の増大が考えられる。その効果により、前述のトラクションオイルの発生剪断力｛≒（粘度）×（剪断率）｝が接触部内で局所的に増大し、接触部内トータルとしての発生剪断力も増大することで金属接触がなくてもトラクション係数を高く維持することが可能となる。金属接触を避ける意味において、微細な凹凸は、平坦平滑面に切削で溝を形成したような形状や、平坦平滑面にショットピーニングを施してディンプルを形成したような形状が望ましい。
【００２６】
本発明の請求項７に係わるトロイダル型無段変速機では、パワーローラの転動面において、相手側との接触範囲すなわち接触楕円を周方向に連続させた範囲のみに微細な凹凸を設けている。ここで、転動面における接触範囲の幅は、一般的に、回転軸方向の長さの１／１０から１／３程度の大きさである。このような接触範囲のみに凹部を設け、接触範囲以外の部分には凹部が無いことから、凹部を加工する範囲が最小限となり、とくに大径側および小径側の各端部においては、凹部によるひび割れの発生が解消される。ディスクの転動面においても変速時にパワーローラとの接触する範囲は接触楕円も含めてほぼ特定できるため、その範囲のみに凹部を設けることで加工範囲が最小限となる。
本発明の請求項８に係わるトロイダル型無段変速機では、パワーローラの転動面において、ディスクとの理論接触位置から回転軸方向の少なくとも一端側に向けて凹部の深さおよび密度の少なくとも一方を増大させた領域を有している。つまり、ディスクとの理論接触位置に対応する接触楕円の中心部では凹部の深さや密度が小さいものとなり、接触楕円の少なくとも一端部に向けて凹部の深さや密度を増大させたものとなる。これにより、接触楕円の中心部では、面圧が高いことから、凹部の深さや密度が小さくてもディスクとの間に形成される油膜が過度に厚くなることがなく、凹部の深さや密度を小さくすることで剥離が防止される。他方、接触楕円の端部では、凹部の深さや密度を大きくすることで中心部からの油の排出が円滑に行われると共に、面圧が低いことから、凹部の深さや密度を大きくしても耐久性が損なわれることもなく、油膜厚さが適切に維持される。また、接触楕円の端部ではスピンによる摩耗が発生しやすいが、とくに凹部の深さを大きくすることで凹部が長期にわたって維持される。
本発明の請求項９に係わるトロイダル型無段変速機では、微細な凹凸に関して、表面粗さ計により測定される断面曲線が凹部と凸部を交互に配列した形状であるとともに、断面曲線の中心線よりも上側の凸部の形状が、台形状、角が丸みを帯びた台形状、角に面取りを施した台形状、クラウニング形状、楕円弧状、正弦波状、および頂点が丸みを帯びた三角形状のいずれかであり、微細な凹凸が最も深い位置における凹部と凸部の高低差が０．７〜２．５μｍであるものとしたので、金属接触を防止しながら高いトラクション係数を得ることが可能となる。この場合、凹凸の高低差が０．７μｍより大きいと、トラクション係数が飛躍的に向上する結果となり、２．５μｍより小さい方が金属接触が生ずる可能性が下がり耐久性が飛躍的に向上する。
【００２７】
本発明の請求項１０に係わるトロイダル型無段変速機では、微細な凹凸に関して、凹部の密度が最も高い位置における全体に対する凹部の割合を１５〜４５％の範囲としたため、大きなトラクションをより安定して発揮することが可能となる。この場合、凹部の割合を１５％よりも大きくすると、トラクション係数が飛躍的に向上する結果となり、凹部の割合を４５％よりも小さくすると金属接触が生ずる可能性が下がり耐久性が飛躍的に向上する。
【００２８】
本発明の請求項１１に係わるトロイダル型無段変速機では、微細な凹凸に関して、隣接する凹部同士の間隔（ピッチ）を４０〜１５０μｍの範囲としたため、大きなトラクションをより安定して発揮することが可能となる。この場合、凹部のピッチを１５０μｍよりも小さくするとトラクション係数が飛躍的に向上する結果となり、凹部のピッチを４０μｍよりも大きくすると、金属接触が生ずる可能性が下がり耐久性が飛躍的に向上する。
【００２９】
本発明の請求項１２に係わるトロイダル型無段変速機では、微細な凹凸に関して、表面粗さ計の縦倍率と横倍率を等しくして計測した断面曲線における凸部頂上部の曲率半径を０．８〜１７０ｍｍの範囲としたため、大きなトラクションをより安定して発揮することが可能となる。この場合、凸部頂上部の曲率半径を１７０ｍｍよりも小さくするとトラクション係数が飛躍的に向上する結果となり、凸部頂上部の曲率半径を０．８ｍｍよりも大きくすると、金属接触が生ずる可能性が下がり耐久性が飛躍的に向上する。
【００３０】
本発明の請求項１３に係わるトロイダル型無段変速機では、微細な凹凸に関して、凸部頂上部の表面粗さをＲａ０．０２μｍ以下としたため、金属接触が生ずる可能性が下がり耐久性が飛躍的に向上できる。
【００３１】
本発明の請求項１４に係わるトロイダル型無段変速機では、微細な凹凸に関して、凹部が転動方向とほぼ平行（転がり方向にほぼ平行）に連続した溝であるものとしたため、大きなトラクション係数を安定的に発揮することが可能となる。また、転動方向とほぼ平行な螺旋状に連続しているので、凹部を連続的に形成し得ることとなり、凹部を短時間で効率良く製造することが可能となる。
【００３２】
本発明の請求項１５に係わるトロイダル型無段変速機では、微細な凹凸に関して、凹部が互いに独立したディンプルであるものとしたため、大きなトラクション係数を安定的に発揮することが可能となる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の請求項１〜６に係わるトロイダル型無段変速機によれば、互いに油膜を介して入力ディスクと出力ディスクの間にパワーローラを介装したトロイダル型無段変速機において、ディスクとパワーローラの間での周速や温度や荷重の変化により油膜の厚さが変化するのに対して、ディスクおよびパワーローラの少なくとも一方の転動面の表面粗さを転動面の回転軸方向に異ならせたことにより、油膜の厚さを調整して過度に厚くなるような事態を防止することが可能になり、トラクション係数を調整して高く維持することもできる。例えば、パワーローラの転動面に凹凸状の表面微細形状を形成する凹部を設けることにより、転動速度が速い運転条件下であっても、全変速域でディスクとパワーローラの間に形成される油膜が過度に厚くなるのを凹部により防止して油膜を適切な厚さに保つことができ、これにより高いトラクション係数を維持することができる。ここで、パワーローラの回転軸方向に凹部の深さおよび密度の少なくとも一方を変化させれば、パワーローラの転動面の接触楕円において作動状態が異なる中心部や両端部を各々最適な表面微細形状にすることが可能になり、面圧が大きい中心部で発生しやすい剥離や両端部で発生するスピンによる摩耗に対処することができ、高いトラクション係数を維持しながら耐久性の向上をも実現することができる。さらに、従来では、両ディスクによるパワーローラの挟圧力を増大させることで油膜の厚さを適切にすることが考えられ、この場合、材料の強度限界によりディスクやパワーローラの小型化を図ることが困難であったが、当該トロイダル型無段変速機によれば、両ディスクによるパワーローラの挟圧力を増大させることなく油膜の厚さを適切に調整し得るので、トラクション係数を調整して高く維持することができ、ディスクやパワーローラの小型化を実現することもできると共に、狭圧力の増大による変速機内部の軸受けなどの損失増大による燃費の悪化を防止することが出来る。
【００３５】
本発明の請求項３に係わるトロイダル型無段変速機によれば、請求項１および２と同様の効果を得ることができ、とくに、ハーフトロイダル型無段変速機のパワーローラの転動面において、ディスクとの理論接触位置から回転軸方向の少なくとも一端側に向けて凹部の深さや密度を増大させた領域を有することから、理論接触位置に対応する接触楕円の中心部では、油膜を適切な厚さにして高いトラクション係数を維持することができると共に、高い面圧に対して充分な耐久性を確保することができる。また、接触楕円の両端部では、中心部からの油の排出を円滑にして、中心部での良好な油膜形成に貢献することができると共に、低い面圧に対して充分な耐久性を確保することができ、スピンによる摩耗に対しては、とくに凹部の深さを大きくすることで充分な耐用期間を得ることができる。
【００３６】
本発明の請求項１に係わるトロイダル型無段変速機によれば、とくに、入力ディスクの転動面に凹凸状の表面微細形状を形成する凹部を設けると共に、入力ディスクの小径側から大径側に向けて凹部の深さおよび密度の少なくとも一方を増大させたことから、入力ディスクにおいて、周速による油膜の増大を防止することができ、全体にわたって油膜の厚さを適切にして広い範囲で高いトラクション係数を得ることができる。
【００３７】
本発明の請求項２に係わるトロイダル型無段変速機によれば、とくに、出力ディスクの転動面に凹凸状の表面微細形状を形成する凹部を設けると共に、出力ディスクの大径側から小径側に向けて凹部の深さおよび密度の少なくとも一方を増大させたことから、出力ディスクにおいて、周速による油膜の増大を防止することができ、全体にわたって油膜の厚さを適切にして広い範囲で高いトラクション係数を得ることができる。
【００３８】
本発明の請求項３に係わるトロイダル型無段変速機によれば、とくに、ハーフトロイダル型無段変速機のディスクの転動面において、変速比が１：１〜１．３：１となるパワーローラとの接触範囲すなわちスピン量が多くて発熱する位置およびローディングカムの発生する狭圧力の関係からトルク伝達能力の低下する位置から小径側および大径側に向けて凹部の深さおよび密度の少なくとも一方を減少させたことから、スピン発熱によるオイルの粘度の低下がもたらす剪断応力の低下（＝トラクション係数の低下）を防止し、凹部の深い全体にわたって油膜の厚さを適切にして広い範囲で高いトラクション係数を得ることができる。
【００３９】
本発明の請求項４に係わるトロイダル型無段変速機によれば、とくに、入力ディスクの転動面において、パワーローラとの接触範囲のうちの大径側に凹凸状の表面微細形状を形成する凹部を設けたことから、変速時に周速が高くなる入力ディスクの大径側での油膜の増大を防止することができ、高いトラクション係数を得ることができる。また、入力ディスクの転動面において、凹部を設ける範囲を大径側としたことから、それ以外の部分に凹部を設ける必要がなく、凹部を加工する範囲が最小限となり、入力ディスクの製造に関する手間や時間およびコストを節減することができると共に、入力ディスクの端部において凹部によるひび割れが発生しにくいため、入力ディスクの耐久性のさらなる向上を実現することができる。
【００４０】
本発明の請求項５に係わるトロイダル型無段変速機によれば、とくに、出力ディスクの転動面において、パワーローラとの接触範囲のうちの小径側に凹凸状の表面微細形状を形成する凹部を設けたことから、変速時に周速が高くなる出力ディスクの小径側での油膜の増大を防止することができ、高いトラクション係数を得ることができる。また、出力ディスクの転動面において、凹部を設ける範囲を小径側としたことから、それ以外の部分に凹部を設ける必要がなく、凹部を加工する範囲が最小限となり、出力ディスクの製造に関する手間や時間およびコストを節減することができると共に、出力ディスクの端部において凹部によるひび割れが発生しにくいため、出力ディスクの耐久性のさらなる向上を実現することができる。
【００４１】
本発明の請求項６に係わるトロイダル型無段変速機によれば、とくに、ハーフトロイダル型無段変速機のディスクの転動面において、変速比が１：１〜１．３：１となるパワーローラとの接触範囲すなわちスピン量が多くて発熱する位置およびローディングカムの発生する狭圧力の関係からトルク伝達能力の低下する位置に凹凸状の表面微細形状を形成する凹部を設けたことから、高いトラクション係数を得ることができる。また、凹部を設ける範囲を変速比が１：１〜１．３：１となるパワーローラとの接触位置としたことから、それ以外の部分に凹部を設ける必要がなく、凹部を加工する範囲が最小限となり、ディスクの製造に関する手間や時間およびコストを節減することができると共に、ディスクの端部において凹部によるひび割れが発生しにくいため、ディスクの耐久性のさらなる向上を実現することができる。
【００４２】
本発明の請求項７に係わるトロイダル型無段変速機によれば、請求項１〜６と同様の効果を得ることができるうえに、ディスクおよびパワーローラの少なくとも一方の転動面において、相手側との接触範囲のみに凹部を設けたことから、凹部を加工する範囲を最小限にして、ディスクおよびパワーローラの製造に関する手間や時間およびコストを大幅に節減することができると共に、ディスクおよびパワーローラの端部においては、凹部によるひび割れの発生が確実に解消され、ディスクおよびパワーローラの耐久性のさらなる向上を実現することができる。
本発明の請求項８に係わるトロイダル型無段変速機によれば、請求項１〜７と同様の効果を得ることができ、とくに、パワーローラの転動面において、ディスクとの理論接触位置から回転軸方向の少なくとも一端側に向けて凹部の深さや密度を増大させた領域を有することから、理論接触位置に対応する接触楕円の中心部では、油膜を適切な厚さにして高いトラクション係数を維持することができると共に、高い面圧に対して充分な耐久性を確保することができる。また、接触楕円の両端部では、中心部からの油の排出を円滑にして、中心部での良好な油膜形成に貢献することができると共に、低い面圧に対して充分な耐久性を確保することができ、スピンによる摩耗に対しては、とくに凹部の深さを大きくすることで充分な耐用期間を得ることができる。
本発明の請求項９に係わるトロイダル型無段変速機によれば、請求項１〜８と同様の効果を得ることができるうえに、とくに、転動面に設ける微細な凹凸に関して、表面粗さ計により測定される断面曲線が凹部と凸部を交互に配列した形状であるとともに、断面曲線の中心線よりも上側の凸部の形状が、台形状、角が丸みを帯びた台形状、角に面取りを施した台形状、クラウニング形状、楕円弧状、正弦波状、および頂点が丸みを帯びた三角形状のいずれかであり、微細凹凸が最も深い位置における凹部と凸部の高低差が０．７〜２．５μｍである微細凹凸を設けたことにより、金属接触を防止しながら高いトラクション係数を得ることが可能となる。
【００４３】
本発明の請求項１０に係わるトロイダル型無段変速機によれば、請求項９と同様の効果を得ることができるうえに、とくに、転動面に設ける微細な凹凸に関して、凹部の密度が最も高い位置における、全体に対する凹部の割合が１５〜４５％である微細凹凸を設けたことにより、金属接触を防止しながら高いトラクション係数を得ることが可能となる。
【００４４】
本発明の請求項１１に係わるトロイダル型無段変速機によれば、請求項９および１０と同様の効果を得ることができるうえに、とくに、転動面に設ける微細な凹凸に関して、隣接する凹部同士の間隔（ピッチ）を４０〜１５０μｍである微細凹凸を設けたことにより、金属接触を防止しながら高いトラクション係数を得ることが可能となる。
【００４５】
本発明の請求項１２に係わるトロイダル型無段変速機によれば、請求項９〜１１と同様の効果を得ることができるうえに、とくに、転動面に設ける微細な凹凸に関して、表面粗さ計の縦倍率と横倍率を等しくして計測した断面曲線における凸部頂上部の曲率半径が、０．８〜１７０ｍｍである微細凹凸を設けたことにより、金属接触を防止しながら高いトラクション係数を得ることが可能となる。
【００４６】
本発明の請求項１３に係わるトロイダル型無段変速機によれば、請求項９〜１２と同様の効果を得ることができるうえに、とくに、転動面に設ける微細な凹凸に関して、凸部頂上部の表面粗さが、Ｒａ０．０２μｍ以下であるである微細凹凸を設けたことにより、金属接触が生ずる可能性が下がり耐久性を向上することが可能となる。
【００４７】
本発明の請求項１４に係わるトロイダル型無段変速機によれば、請求項９〜１３と同様の効果を得ることができるうえに、とくに、転動面に設ける微細な凹凸に関して、凹部が転動方向とほぼ平行に連続した溝であることにより、大きなトラクション係数を安定的に発揮することが可能となる。また、転動方向とほぼ平行に螺旋状に連続した溝としたから、凹部を連続的に形成できるので、短時間で効率よく製造することが可能となる。
【００４８】
本発明の請求項１５に係わるトロイダル型無段変速機によれば、請求項９〜１３と同様の効果を得ることができるうえに、とくに、転動面に設ける微細な凹凸に関して、凹部が互いに独立したディンプルであることにより、大きなトラクション係数を安定的に発揮することが可能となる。
【００４９】
【実施例】
以下、図面に基づいて、本発明に係わるトロイダル型無段変速機の実施例を説明する。
【００５０】
まず、パワーローラの転動面における実施例について説明する。
【００５１】
図１（ａ）に片側半分を示すトロイダル型無段変速機は、自動車の変速機に用いられるものであって、動力伝達系を介してエンジン側に連結される入力ディスク１と、別の動力伝達系を介して車軸側に連結される出力ディスク２と、両ディスク１，２の間に介装される複数（図では１個のみ示す）のパワーローラ３を備えている。
【００５２】
入力ディスク１および出力ディスク２は、いずれも大径側から小径側に向けて直径が漸次減少する概略円錐状を成すと共に、周方向にわたって凹曲面状の転動面１ａ，２ａを有しており、小径側を互いに対向させた状態にして同軸状に配置されている。
【００５３】
パワーローラ３は、図１（ｂ）にも示すように、周方向にわたって凸曲面状の転動面３ａを有すると共に、中心の連結孔４の位置で図示しない支持部材に取付けられる。パワーローラ３は、各ディスク１，２の回転軸Ａに交差する方向の回転軸Ｂ回りに回転自在であると共に、この回転軸Ｂ上の傾動中心Ｃにより支持部材とともに両ディスク１，２の方向（図１左右方向）に傾動可能であり、図示しない駆動手段によって傾動動作が行われる。
【００５４】
両ディスク１，２およびパワーローラ３は、ディスク１，２を回転軸Ａ方向に押圧する手段やパワーローラ３を回転軸Ｂ方向に押圧する手段により、両ディスク１，２に対してパワーローラ３を所定の圧力で接触させる。この際、両ディスク１，２とパワーローラ３はトラクションオイルを介して接触する。
【００５５】
そして、上記パワーローラ３には、その転動面３ａに、凹凸状の表面微細形状を形成するディンプルあるいは溝である凹部が設けてある。このとき、凹部は、両ディスク１，２との接触範囲Ｄのみに設けてあると共に、パワーローラ３の回転軸Ｂ方向に凹部の深さおよび密度の少なくとも一方を変化させており、より詳しくは、両ディスク１，２との理論接触位置Ｅから上側の接触範囲Ｄ１では、回転軸Ｂ方向の一端側（上端側）に向けて凹部の深さを漸次増大させ、理論接触位置Ｅから下側の接触範囲Ｄ２では、回転軸Ｂ方向の他端側（下端側）に向けて凹部の深さを漸次増大させている。
【００５６】
なお、図２には、片側の接触範囲Ｄ１における理論接触位置Ｅからの距離と凹部の深さとの関係の３例を示す。図示の場合、理論接触位置Ｅから離れた接触範囲Ｄ１の末端部分では、凹部の無い部分に連続させる都合上、凹部の深さが減少したものとなっているが、本発明の基本的構成は理論接触位置Ｅから末端部分に向けて凹部の深さを漸次増大させている点である。
【００５７】
図３は、パワーローラ３の両ディスク１，２に対する理論接触位置Ｅを説明する図である。パワーローラ３の転動面３ａは、所定の曲率半径Ｒｐで形成される円弧を当該パワーローラ３の回転軸Ｂ回りに回転させてできる環状の凸曲面である。すなわち、曲率半径Ｒｐの長さと、その曲率中心から回転軸Ｂまでの距離により決定される。両ディスク１，２の転動面１ａ，２ａは、所定の曲率半径Ｒｄで形成される円弧を当該ディスク１，２の回転軸Ａ回りに回転させてできる環状の凹曲面である。パワーローラ３と両ディスク１，２との理論接触位置Ｅは、両ディスク１，２の曲率半径Ｒｄが形成する球面の内部にパワーローラ３の転動面３ａの全周を内接させたときの接触位置である。
【００５８】
また、パワーローラ３は、楕円形状の接触面で両ディスク１，２に常に接触している。つまり、先の接触範囲Ｄは接触楕円が周方向に連続した範囲であり、理論接触位置Ｅは接触楕円のほぼ中心を通る位置である。なお、パワーローラ３の転動面３ａにおける接触範囲Ｄの幅は、一般的に、回転軸Ｂ方向の長さの１／１０ないし１／３程度の大きさである。
【００５９】
上記構成を備えたトロイダル型無段変速機は、入力ディスク１の回転を複数のパワーローラ３を介して出力ディスク２に伝達し、この際、パワーローラ３を傾動させて両ディスク１，２の大径側と小径側の間でパワーローラ３の接触位置を変化させることにより、変速比を無段階的に変化させる。
【００６０】
ここで、パワーローラ３の転動面３ａが従来のように平滑面であると、転動速度が速い運転条件下において、両ディスク１，２とパワーローラの間に形成される油膜が過度に厚くなることがある。これに対して、当該無段変速機では、パワーローラ３の転動面３ａの接触範囲Ｄに、凹凸状の表面微細形状を形成する凹部を設けているので、転動速度が速い運転条件下であっても凹部によって全変速域で油膜が過度に厚くなるのが防止され、油膜の厚さが適切なものとなる。これにより、高いトラクション係数が維持されることとなる。
【００６１】
また、この種の無段変速機では、パワーローラ３の転動面３ａの作動状態が同パワーローラ３の回転軸Ｂ方向で変化し、両ディスク１，２に対するパワーローラ３の接触楕円においては、中心部は面圧が高くて剥離が生じやすく、パワーローラ３の傾動方向の両端部は中心部に比べて面圧が低いもののスピンが多く、このスピンによる摩耗が生じやすい。なお、パワーローラ３の転動面３ａは曲面であるため、転動面３ａに対する回転軸Ｂ方向と傾動方向は同じである。
【００６２】
これに対して、当該無段変速機では、パワーローラ３の転動面３ａにおいて、両ディスク１，２との理論接触位置Ｅに対応する接触楕円の中心部では凹部の深さを小さくし、接触楕円の傾動方向の両端部（回転軸Ｂ方向の両端部）に向かう各接触範囲Ｄ１，Ｄ２で凹部の深さを漸次増大させたものとしている。
【００６３】
つまり、接触楕円の中心部では、面圧が高いことから、凹部の深さが小さくても両ディスク１，２との間に形成される油膜が過度に厚くなることがなく、凹部の深さを小さくすることで剥離が防止される。他方、接触楕円の両端部では、凹部の深さを大きくすることで中心部からの油の排出が円滑に行われ、これにより中心部での油膜形成がより良好になると共に、面圧が低いことから、凹部の深さを大きくしても耐久性が損なわれる心配がなく、また、スピンによる摩耗に対しては、凹部の深さを大きくすることで充分な耐用期間が得られることとなる。このように、当該無段変速機は、高いトラクション係数を維持しながら、接触楕円の中心部の剥離や両端部の摩耗に対処して、充分な耐久性を確保したものとなっている。
【００６４】
また、当該無段変速機では、両ディスク１，２との接触範囲Ｄのみに凹部を設けており、接触範囲Ｄ以外の部分には凹部が無いことから、凹部を加工する範囲が最小限のものとなり、製造に関する時間や手間およびコストが節減されることとなり、しかも、とくに大径側および小径側の各端部においては、凹部によるひび割れの発生が解消されるという優れた利点がある。なお、上記実施例では、凹部の深さを変化させた場合を説明したが、凹部の密度あるいは深さと密度の両方を変化させても上記実施例と同様の作用効果を得ることができる。
【００６５】
また、凹部の実際の形状と効果の例について説明する。図１０〜１２は、パワーローラ３、ディスク１，２の転動面１ａ〜３ａに形成した微細な凹部および微細な凸部の形状例を示す断面説明図である。すなわち、各図において断面曲線の中心線Ｃよりも上側の凸部の形状としては、図１０（ａ）に示す台形状、図１０（ｂ）に示す角に丸みを帯びた台形状、図１０（ｃ）に示す楕円弧状または正弦波状、図１１（ａ）に示す頂上部が丸みを帯びた三角形状にすることができる。なお、凹部の底部の形状が特に限定されることはなく、図１１（ｂ）に示すようにさらに微細な凹凸を有するものであっても何ら問題はない。また、凸部の形状としては、図１２（ａ）に示す角に面取りを施した台形状、図１２（ｂ）に示すクラウニング形状にすることができる。また、図１２（ｃ）に示すようにラッピングによって、片側がクラウニング形状を成すものにすることもできる。
【００６６】
ディスク１，２は、素材としてＳＣＭ４３５Ｈ鋼を浸炭窒化焼入れ焼き戻ししたもの（表面硬さ７５０Ｈｖ）を用い、転動面１ａ，２ａは、通常の超仕上げとした。このディスクの粗さ断面曲線（粗さフィルタをかけていないもの）を図１３に示す。
【００６７】
パワーローラ３は、素材としてＳＣＭ４２０Ｈ鋼を浸炭窒化焼入れしたもの（表面硬さ７５０Ｈｖ）を用い、転動面３ａには以下の仕上げを行った。刃先の先端Ｒが５０μｍ、角度が９０度の多結晶ｃ−ＢＮ工具を用いて凹部を超精密切削加工することで、凹部を等間隔で且つ転動方向に沿って螺旋状に形成し、その後、テープラップによって凸部を削り落として平坦部を形成した。このパワーローラ３の転動面３ａの粗さ断面曲線を図１４に示す。
【００６８】
断面曲線の中心線より上の部分の形状は、角が丸みを帯びた台形状であり、凹凸の高低差が２．４μｍ、凹部のピッチが１２０μｍ（これは凹部の密度に相当する）、断面曲線の中心線における凹部の幅は３０〜３５μｍ程度であり、凹部が占める割合は２５〜２９％である。また表面粗さ計により、縦倍率と横倍率を等しくして測定した凸部頂上部の曲率半径は１０ｍｍである。また、凸部頂上部の表面粗さはＲａ０．００５μｍ程度である。
【００６９】
このディスク１，２とパワーローラ３の組合せでトロイダル型無段変速機の性能試験を行い、そのトルク伝達能力を試験確認した。試験条件として油温１１０℃、入力回転数４０００ｒｐｍ、変速比１：１において（この時周速は２０ｍ／ｓ）、狭圧力を固定し、その状態でグロススリップを起こさずに伝えられる最大トルクを計測した。数点の狭圧力について運転時に伝えられる最大トルクを従来の平滑面の組合せと比較したところ、ディスク１，２およびパワーローラ３の転動面が通常の超仕上げの場合に比べて、上記実施例では約１．０５〜１．３倍のトルクを伝えることが可能であった。狭圧力を固定しているので、この効果代はトラクション係数の向上代と同義であることは言うまでもない。
【００７０】
また、同様な試験の中で上記溝の深さやピッチ（密度）を変えると、その効果代が変化することも確認している。図１５〜図２１は、上記と同様に凹凸を形成し、深さ、ピッチ、凹部の割合等を変化させた例である。
【００７１】
これらの表面微細形状は、図１０〜図１２に示したように、断面曲線の中心線より上の部分の形状は、角が丸みを帯びた台形状、角が面取りをされた台形状、楕円弧状もしくは正弦波状もしくはクラウニング形状、および頂点が丸みを帯びた三角形状のいずれかであり、凹凸の高低差が０．８〜２．４μｍ、凹部のピッチが４０〜１５０μｍ、断面曲線の中心線における凹部の幅は１３〜３５μｍ程度であり、凹部が占める割合は１５〜４０％である。また、表面粗さ計により、縦倍率と横倍率を等しくして測定した凸部頂上部の曲率半径は０．８〜１７０ｍｍである。さらに、凸部頂上部の表面粗さはＲａ０．００５〜０．０２μｍ程度である。これらの実施例においても、約１．０５〜１．３倍のトルクを伝えることが可能であった。
【００７２】
そしてさらに、平滑面にショットピーニングを施すことで約２μｍ程度のディンプルを形成し、最表面の凸部をラッピングにより平坦に形成した加工法についても上記のような評価試験を行い、同様な効果があることを確認している。
【００７３】
次に、ディスクの転動面における実施例について説明する。
【００７４】
図４に示すトロイダル型無段変速機は、自動車の変速機に用いられるものであって、動力伝達系を介してエンジン側に連結される入力ディスク１と、別の動力伝達系を介して車軸側に連結される出力ディスク２と、両ディスク１，２の間に介装される複数のパワーローラ３を備えている。
【００７５】
入力ディスク１および出力ディスク２は、いずれも大径側から小径側に向けて直径が漸次減少する概略円錐状を成すと共に、周方向にわたって凹曲面状の転動面１ａ，２ａを有しており、小径側を互いに対向させた状態にして同軸状に配置されている。
【００７６】
パワーローラ３は、周方向にわたって凸曲面状の転動面３ａを有し、中心位置で図示しない支持部材に取付けてある。パワーローラ３は、各ディスク１，２の回転軸Ａに交差する方向の回転軸Ｂ回りに回転自在であると共に、この回転軸Ｂ上の傾動中心Ｃにより支持部材とともに両ディスク１，２の方向（図４左右方向）に傾動可能であり、図示しない駆動手段により傾動動作が行われる。
【００７７】
両ディスク１，２およびパワーローラ３は、ディスク１，２を回転軸Ａ方向に押圧する手段やパワーローラ３を回転軸Ｂ方向に支持する手段により、両ディスク１，２に対してパワーローラ３を所定の圧力で接触させる。この際、両ディスク１，２とパワーローラ３はトラクションオイルを介して接触する。
【００７８】
そして、入力ディスク１は、転動面１ａの表面微細形状を同ディスクの回転軸Ａ方向に異ならせてあり、この実施例では、転動面１ａに凹凸状の表面微細形状を形成するディンプルあるいは連続溝である凹部を設けると共に、図中の矢印Ｄで示す如く小径側から大径側に向けて凹部の深さを漸次増大させたものとなっている。
【００７９】
他方、出力ディスク２は、同じく転動面２ａの表面微細形状を同ディスクの回転軸Ａ方向に異ならせてあり、この実施例では、転動面２ａに凹凸状の表面微細形状を形成するディンプルあるいは連続溝である凹部を設けると共に、図中の矢印Ｅで示す如く大径側から小径側に向けて凹部の深さを漸次増大させたものとなっている。
【００８０】
上記構成を備えたトロイダル型無段変速機は、入力ディスク１の回転を各パワーローラ３を介して出力ディスク２に伝達し、この際、パワーローラ３を傾動させて両ディスク１，２の大径側と小径側の間でパワーローラ３の接触位置を変化させることにより、変速比を無段階的に変化させる。
【００８１】
ここで、トロイダル型無段変速機では、図４（ｂ）に示すＬＯＷの状態から図４（ｄ）に示すＨＩＧＨの状態への変速が行われる場合、入力ディスク１では、パワーローラ３との接触位置が小径側から大径側に移行し、大径側に移行するほど周速が高くなり、これにより油膜が増大する。他方、出力ディスク２では、パワーローラ３との接触位置が大径側から小径側に移行し、小径側に移行するほど周速が高くなり、これにより油膜が増大する。なお、出力ディスク２は、単体で考えれば当然大径側の方が周速が大きいが、図４（ａ）および（ｃ）に示すように、入力ディスク１におけるパワーローラ３との接触位置の周速と、出力ディスク２におけるパワーローラ３との接触位置の周速とがほぼ等しくなることから、ＬＯＷ側からＨＩＧＨ側に至る変速時には、パワーローラ３との接触位置の周速は小径側に向かうほど大きくなる。
【００８２】
これに対して、当該無段変速機では、両ディスク１，２の転動面１ａ，２ａに凹凸状の表面微細形状を形成する凹部を設け、入力ディスク１では、周速の増大とともに油膜が増大する大径側に向かうほど凹部の深さを増大させ、出力ディスク２では、周速の増大とともに油膜が増大する小径側に向かうほど凹部の深さを増大させているので、入力ディスク１および出力ディスク２のいずれにおいても周速による油膜の増大が防止され、全体にわたって油膜の厚さが適切なものとなる。これにより、入力ディスク１および出力ディスク２の全体にわたって高いトラクション係数が確保される。
【００８３】
図５および図６は、ディスクの転動面の他の実施例を説明する図である。
【００８４】
図５に示す無段変速機は、入力ディスク１および出力ディスク２において、転動面１ａ，２ａの表面微細形状を回転軸Ａ方向に異ならせており、変速比が１：１〜１．３：１内となるパワーローラ３との所定の接触位置Ｆ，Ｆから、図中の各矢印Ｇで示す如く小径側および大径側に向けて凹部の深さを減少させたものとなっている。
【００８５】
図６は、変速比と、両ディスク１，２とパワーローラ３の間の転動部で生じるスピンの量との関係を示すグラフである。これによると、変速比が１：１付近の位置においてスピン量が最大となる。そして、スピン量が最大となる位置では、発熱により油の温度が上昇してトラクションオイルの粘度が低下し、トラクション係数が低下する傾向にある。
【００８６】
また、図９は、同じトルクを伝達する場合に必要となる狭圧力の変速比による変化を示したグラフである。これによると、変速比１．３：１付近が一番大きな狭圧力を必要としている。しかし、ローディングカムはトルクに比例した狭圧力を発生するため、実質的にはこの１．３：１付近においてトルク伝達能力が低くなることを意味する。すなわち、他の変速比に比べ高いトラクション係数でないと他の変速比の場合と同様のトルクが伝達できない。
【００８７】
これに対して、この実施例の無段変速機では、入力ディスク１および出力ディスク２において、変速比が１：１〜１．３：１となるパワーローラ３との接触範囲すなわちスピン量が多くて発熱する位置およびローディングカムの発生する狭圧力の関係からトルク伝達能力の低下する位置から小径側および大径側に向けて凹部の深さを減少させ、逆に言えば、変速比が１：１〜１．３：１となるパワーローラ３との接触位置で凹部の深さを最大にしているので、油膜厚さが適切になり同接触位置での温度によるトラクションオイルの粘度低下が剪断率の増大でカバーされる。これにより、入力ディスク１および出力ディスク２の全体にわたって高いトラクション係数が確保される。また、上記実施例では、一般的な半頂角６０°のハーフトロイダルについて説明したが、この半頂角の設定によって上記の最弱位置が変わってくるので、それに合わせた凹部の位置設定を当然行うこととなる。
【００８８】
図７は、ディスク転動面のさらに他の実施例を説明する図である。
【００８９】
図示のトロイダル型無段変速機では、入力ディスク１および出力ディスク２において、転動面１ａ，２ａの表面微細形状を回転軸Ａ方向に異ならせており、とくに、入力ディスク１には、パワーローラ３との接触範囲のうちの大径側の円周領域Ｐ１に、凹凸状の表面微細形状を形成する凹部を設けると共に、出力ディスク２には、パワーローラ３との接触範囲のうちの小径側の円周領域Ｐ２に、凹凸状の表面微細形状を形成する凹部を設けている。
【００９０】
つまり、当該無段変速機では、図４に示す実施例で述べたように、ＬＯＷ側からＨＩＧＨ側への変速時において、入力ディスク１の大径側および出力ディスク２の小径側で周速が大きくなり、周速による油膜の増大が発生することから、最も周速が大きくなる部分すなわち上記各円周領域Ｐ１，Ｐ２に凹部を設けることで、入力ディスク１の大径側および出力ディスク２の小径側での周速による油膜の増大を防止する。
【００９１】
また、この実施例による無段変速機では、各円周領域Ｐ１，Ｐ２のみに凹部を設けており、それ以外の部分には凹部が無いことから、凹部を加工する範囲が最小限のものとなり、製造に関する時間や手間およびコストが節減されることとなり、しかも、とくに大径側および小径側の各端部においては、凹部によるひび割れが発生しにくいという優れた利点がある。
【００９２】
図８は、ディスク転動面のさらに他の実施例を説明する図である。
【００９３】
図示のトロイダル型無段変速機では、入力ディスク１および出力ディスク２において、転動面１ａ，２ａの表面微細形状を回転軸Ａ方向に異ならせており、とくに、変速比が１：１〜１．３：１となるパワーローラ３との接触範囲に対応する円周領域Ｐ３，Ｐ４に、凹凸状の表面微細形状を形成する凹部を設けている。
【００９４】
つまり、当該無段変速機では、図５に示す実施例で述べたように、変速比が１：１付近の位置においてスピン量が最大となり、その位置では発熱により油の温度が上昇して粘度が低下することから、上記の円周領域Ｐ３，Ｐ４に凹部を設けることで、入力ディスク１および出力ディスク２のいずれにおいても温度によるトラクション係数の低下を防止する。変速比１．３：１付近ではローディングカムによる狭圧力との関係から低下するトルク伝達能力を凹部の付加によって補う。両者を考慮して１：１〜１．３：１の範囲内に最弱部があるとして、その最弱部付近のみに凹部を付加することも可能である。
【００９５】
また、この実施例による無段変速機にあっても、凹部を設ける円周領域Ｐ３，Ｐ４を設定したことにより、図７に示す実施例と同様に、製造に関する時間や手間およびコストが節減されることとなり、大径側および小径側の各端部においては、凹部によるひび割れが発生しにくいという優れた利点がある。
【００９６】
なお、上記各実施例では、主に凹部の深さを変化させた場合を説明したが、凹部の密度あるいは深さと密度の両方を変化させても上記各実施例と同様の作用効果を得ることができる。また、入力ディスク１および出力ディスク２の片側に凹部を設けたり、両ディスク１，２に上記各実施例から選択した異なる構成を設けたりすることが可能である。さらに、表面微細形状は、金属接触による耐久性の低下が生じないように、使用条件を考慮して凹部の形状、深さあるいは密度等を設定するほか、トラクション係数が低下しやすい温度条件や変速比に対応して、粗さとの関係で一般に言われる膜厚比Λを一定に保つように設定することも当然考えられる。特に高温時のトラクション係数の低下は大きく、その環境下で上記実施例を用いた高いトラクション係数の確保ができるような粗さ設定が有効である。
【００９７】
次に、ディスク１，２とパワーローラ３の双方の転動面１ａ〜３ａに表面微細形状を形成する凹凸を設けた場合について説明する。
【００９８】
この場合は、図１に示したようなパワーローラ３の転動面３ａへの実施と、図４に示したようなディスク１，２の転動面１ａ，２ａへの実施とを同時に行い、各面に微細な凹凸を設けた場合であり、パワーローラ３の接触楕円内での面圧を考慮した油膜厚さの最適化およびディスク１，２の周速を考慮した油膜厚さの最適化を同時に図ることが可能であり、より油膜厚さを適切に維持することが可能で、耐久性を確保しつつ高いトラクション係数を維持できる。
【００９９】
これをディスク側について図５に示した実施例を適用すれば、パワーローラの接触楕円内での面圧を考慮した油膜厚さの最適化及び変速比に応じたディスクのスピンや狭圧力の影響を考慮した油膜厚さの最適化を同時に図ることが可能である。
【０１００】
また、常時ディスク１，２と接触して転動しているパワーローラ３の転動面３ａに凹部を設けることで、使用条件全般の油膜厚さの調整をある程度行い、細かい調整はディスク側に凹部を設けることで行うという使い方も可能である。この場合、接触部の両面に凹部があることから、凹部の深さは片面にのみある場合に比べて浅い状態で同様の効果を得ることができるので、凹部の深さによるひび割れに対してはより一層有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係わるトロイダル型無段変速機の一実施例を説明する片側省略の断面図（ａ）およびパワーローラの底面図（ｂ）である。
【図２】理論接触位置からの距離と凹部の深さとの関係を示すグラフである。
【図３】  パワーローラの理論接触位置を説明する断面図である。
【図４】  本発明に係わるトロイダル型無段変速機の一実施例において、ＬＯＷ側での各ディスクの周速の分布を示すグラフ（ａ）、ＬＯＷの状態の断面図（ｂ）、ＨＩＧＨ側での各ディスクの周速の分布を示すグラフ（ｃ）、およびＨＩＧＨの状態の断面図（ｄ）である。
【図５】  本発明に係わるトロイダル型無段変速機の他の実施例を示す断面図である。
【図６】変速比とスピン量との関係を示すグラフである。
【図７】  本発明に係わるトロイダル型無段変速機のさらに他の実施例において、ＬＯＷの状態の断面図（ａ）、およびＨＩＧＨの状態の断面図（ｂ）である。
【図８】  本発明に係わるトロイダル型無段変速機のさらに他の実施例を示す断面図である。
【図９】  変速比と必要狭圧力との関係を示すグラフである。
【図１０】転動面の異なる表面形状を示す断面説明図（ａ）〜（ｃ）である。
【図１１】図１０に加えて転動面の異なる表面形状を示す断面説明図（ａ）および（ｂ）である。
【図１２】図１１に加えて転動面の異なる表面形状を示す断面説明図（ａ）〜（ｃ）である。
【図１３】ディスクの転動面の表面粗さ断面曲線を示すグラフである。
【図１４】パワーローラの転動面の表面粗さ断面曲線を示すグラフである。
【図１５】転動面における凹凸の深さ、ピッチおよび凹部の割合を変化させた場合の表面粗さ断面曲線を示すグラフである。
【図１６】同じく転動面における凹凸の深さ、ピッチおよび凹部の割合を変化させた場合の表面粗さ断面曲線を示すグラフである。
【図１７】同じく転動面における凹凸の深さ、ピッチおよび凹部の割合を変化させた場合の表面粗さ断面曲線を示すグラフである。
【図１８】同じく転動面における凹凸の深さ、ピッチおよび凹部の割合を変化させた場合の表面粗さ断面曲線を示すグラフである。
【図１９】同じく転動面における凹凸の深さ、ピッチおよび凹部の割合を変化させた場合の表面粗さ断面曲線を示すグラフである。
【図２０】同じく転動面における凹凸の深さ、ピッチおよび凹部の割合を変化させた場合の表面粗さ断面曲線を示すグラフである。
【図２１】同じく転動面における凹凸の深さ、ピッチおよび凹部の割合を変化させた場合の表面粗さ断面曲線を示すグラフである。
【符号の説明】
１    入力ディスク
１ａ  入力ディスクの転動面
２    出力ディスク
２ａ  出力ディスクの転動面
３    パワーローラ
３ａ  パワーローラの転動面
Ａ    両ディスクの回転軸
Ｂ    パワーローラの回転軸
Ｄ    接触範囲
Ｅ    理論接触位置
【図１】
0003736619.tif 000002
【図２】
0003736619.tif 000003
【図３】
0003736619.tif 000004
【図４】
0003736619.tif 000005
【図５】
0003736619.tif 000006
【図６】
0003736619.tif 000007
【図７】
0003736619.tif 000008
【図８】
0003736619.tif 000009
【図９】
0003736619.tif 000010
【図１０】
0003736619.tif 000011
【図１１】
0003736619.tif 000012
【図１２】
0003736619.tif 000013
【図１３】
0003736619.tif 000014
【図１４】
0003736619.tif 000015
【図１５】
0003736619.tif 000016
【図１６】
0003736619.tif 000017
【図１７】
0003736619.tif 000018
【図１８】
0003736619.tif 000019
【図１９】
0003736619.tif 000020
【図２０】
0003736619.tif 000021
【図２１】
0003736619.tif 000022