(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラストニードル軸受により支持されてトロイダル型無段変速機に組み込まれるスラスト玉軸受であって、
軌道面を有する内輪と、
軌道面を有し、前記内輪よりも肉厚寸法が小さい外輪と、
前記内輪の前記軌道面と前記外輪の前記軌道面との間に転動自在に配置された複数の玉と、
前記複数の玉を転動自在に保持する円環形状の保持器とからなり、スラスト荷重を受けるスラスト玉軸受において、
肉厚寸法が小さい前記外輪の前記軌道面の表面の中心線平均粗さは、肉厚寸法が大きい前記内輪の前記軌道面の表面の中心線平均粗さよりも大きいことを特徴とするスラスト玉軸受。
【請求項２】
前記外輪及び前記内輪は、浸炭、浸炭窒化、又は高周波焼入れにより表面硬化処理が施されており、前記外輪の前記軌道面の有効硬化層深さは、前記内輪の前記軌道面の有効硬化層深さよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のスラスト玉軸受。
【請求項３】
前記外輪の支持剛性が垂直方向と水平方向とで異なることを特徴とする請求項１又は２に記載のスラスト玉軸受。
【請求項４】
前記外輪及び前記内輪の前記軌道面の溝の断面は円弧形状をしており、前記外輪の前記溝の半径が前記内輪の前記溝の半径よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至３に記載のスラスト玉軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スラスト荷重を支持するスラスト玉軸受に関する。特に、自動車部品（例えば、自動車用の無段変速装置（ＣＶＴ）のパワーローラ）、電機情報機器、鉄鋼あるいは建機等の部品に使用されるスラスト玉軸受に関する。更に、具体的には、トロイダル型無段変速機に用いるスラスト玉軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用変速機として、図３に略示する様なトロイダル型無段変速機を使用することが研究されている（例えば、特開平７−２０８５６９号公報参照）。このトロイダル型無段変速機は、例えば実開昭６２−７１４６５号公報に開示されているように、入力軸１と同心に入力側ディスク２を支持し、この入力軸１と同心に配置された出力軸３の端部に出力側ディスク４を固定している。トロイダル型無段変速機を納めたケーシングの内側には、前記入力軸１並びに出力軸３に対して捻れの位置にある枢軸５を中心として揺動するトラニオン６が設けられている。図３は、トロイダル型無段変速機の基本的構成を、最大減速時の状態で示す側面図であり、図４は、同じく最大増速時の状態で示す側面図である。
【０００３】
図５は、トロイダル型無段変速機の断面図である。図６は、トラニオン６の内側面部分を示す透視図である。各トラニオン６は、両端部外側面に前記枢軸５を設けている。また、各トラニオン６の中心部には変位軸７の基端部を支持し、前記枢軸５を中心として各トラニオン６を揺動させることにより、各変位軸７の傾斜角度の調節を自在としている。各トラニオン６に支持された変位軸７の周囲には、それぞれパワーローラ８を回転自在に支持している。そして、各パワーローラ８を前記入力側、出力側両ディスク２、４の間に挟持している。
【０００４】
入力側、出力側両ディスク２、４の互いに対向する内側面２ａ、４ａは、それぞれ断面が、上記枢軸５を中心とする円弧を回転させて得られる凹面をなしている。そして、球状凸面に形成された各パワーローラ８の周面８ａは、前記内側面２ａ、４ａに当接させている。
【０００５】
前記入力軸１と入力側ディスク２との間には、ローディングカム式の押圧装置９を設け、この押圧装置９によって、前記入力側ディスク２を出力側ディスク４に向け、弾性的に押圧している。この押圧装置９は、入力軸１と共に回転するカム板１０と、保持器１１により保持された複数個（例えば４個）のローラ１２とから構成されている。前記カム板１０の片側面（図３及び図４において左側の面）には、円周方向に亙る凹凸面であるカム面１３を形成し、前記入力側ディスク２の外側面（図３及び４において右側の面）にも、同様のカム面１４を形成している。そして、前記複数個のローラ１２を、前記入力軸１の中心に対して放射方向の軸を中心とする回転自在に支持している。
【０００６】
上述のように構成されるトロイダル型無段変速機の使用時、入力軸１の回転に伴ってカム板１０が回転すると、カム面１３によって複数個のローラ１２が、入力側ディスク２の外側面のカム面１４に押圧される。この結果、前記入力側ディスク２が、前記複数のパワーローラ８に押圧されると同時に、前記一対のカム面１３、１４と複数個のローラ１２との噛合に基づいて、前記入力ディスク２が回転する。そして、この入力側ディスク２の回転が、前記複数のパワーローラ８を介して出力側ディスク４に伝達され、この出力側ディスク４に固定の出力軸３が回転する。
【０００７】
入力軸１と出力軸３との回転速度を変える場合で、先ず入力軸１と出力軸３との間で減速を行う場合には、枢軸５を中心として各トラニオン６を揺動させ、各パワーローラ８の周面８ａが、図３に示すように、入力側ディスク２の内側面２ａの中心寄り部分と出力側ディスク４の内側面４ａの外周寄り部分とにそれぞれ当接するように、各変位軸７を傾斜させる。
【０００８】
反対に、増速を行う場合には、前記トラニオン６を揺動させ、各パワーローラ８の周面８ａが図４に示すように、入力側ディスク２の内側面２ａの外周寄り部分と出力側ディスク４の内側面４ａの中心寄り部分とに、それぞれ当接するように、各変位軸７を傾斜させる。各変位軸７の傾斜角度を図３と図４との中間にすれば、入力軸１と出力軸３との間で、中間の変速比を得られる。
【０００９】
図３において、入力側から出力側へ伝達されるトルクが大きいときは、カム面１３とカム面１４とに挟まれたローラ１２が上（又は下）の隙間が小さい方に移動し、トルクが小さいときは、隙間の大きい中央の方に移動する（一種のクラッチ機構）。この入力軸１の動力を入力側ディスク２に伝達するとき、トルクが大きいときは、この入力側ディスク２が図３において右の方向に、また、トルクが小さいときは、左の方向に移動する。このとき、トラニオン６が同じ位置にあると、パワーローラ８と、入力側及び出力側ディスク２、４との接触が不均一になる。特に、入力側ディスク２とパワーローラ８との間の接触が安定しないこととなる。
【００１０】
そこで、変位軸７と平行で且つ偏心した支持軸１５を変位軸７に設け、この支持軸１５をトラニオン６の中間部に形成された孔１６に回転可能に支持することにより、支持軸１５に対して変位軸７が回動して、自動調心して、入力側ディスク２とパワーローラ８の周面８ａとが均一に接触するようにしている。
【００１１】
前述の図３及び図４に示したように、各トラニオン６が枢軸５を中心として互いに逆方向に揺動することにより、前記各パワーローラ８の周面８ａと前記各内側面２ａ、４ａとの当接位置が変化し、入力軸１と出力軸３との間の回転速度比が変化する。
【００１２】
このように、入力軸１と出力軸３との間の回転速度比を変化させるべく、前記変位軸７の傾斜角度を変化させる際には、これら各変位軸７が前記各支持軸部１５を中心として僅かに回動する。この回動の結果、前記各スラスト玉軸受１７の外輪１８の外側面と前記各トラニオン６の内側面とが相対変位する。これら外側面と内側面との間には、スラストニードル軸受１９、２０、２１を設けて、この相対変位に要する力を小さくしている。従って、各変位軸７の傾斜角度を変化させるための力が小さくてすむ。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
スラスト玉軸受１７は、パワーローラ（内輪）８及び外輪１８ともに設計上は同一荷重を受けるので、材質及び軸受設計仕様（溝半径や溝粗さ等）は、内外輪とも同一仕様で設計されており、軌道面粗さも油膜形成を良くするため、できるだけ小さい方がよいという考えから、内外輪の軌道面の粗さに差を設けることは考慮されていなかった。
【００１４】
ところが、実際の使用条件では、例えば、自動車用ハーフトロイダル無段変速機（ＣＶＴ）に用いられるパワーローラ８のスラスト玉軸受１７のように、回転側の内輪（パワーローラ８）と固定側の外輪１８で形状、その取り付け・支持構造及び負荷分布が異なり、外輪１８の剛性が小さいとその変形により軌道輪にそりが生じ、軌道面の円周上の各点において転動体荷重分布が均一でなく、荷重の大きい箇所と小さい箇所が生じる。
【００１５】
トロイダル無段変速機に組み込まれていたスラストニードル軸受１９、２０、２１は、外輪１８とトラニオン６との相対変位の円滑化をその目的としており、スラスト荷重に対して外輪１８をバックアップすることを考慮していなかった。このため、図６に示すようなスラストニードル軸受１９、２０、２１と外輪１８とを重ね合わせた場合に、この外輪１８の一部がスラストニードル軸受１９、２０、２１の縁部から図６においてｘで示す水平方向外方に突出する。そして、このように突出した外輪１８の一部は、スラストニードル軸受１９、２０、２１による支持を受けられない。
【００１６】
一方、外輪１８には、この外輪１８と共にスラスト玉軸受１７を構成する複数の玉２２により、その全周に亙ってスラスト荷重が加わる。このため外輪１８には、前記水平方向ｘで外方に突出した外輪１８の一部に加わるスラスト荷重と残部に加わるスラスト荷重とによって、これら一部と残部との境目を中心とする曲げ応力が加えられる。自動車用変速機として使用するトロイダル型無段変速機の場合には、このような曲げ応力は相当に大きく、しかも複数の玉２２の公転運動に伴って繰り返し加わる。このため、外輪１８に比較的短時間で亀裂、外輪の軌道面の表面剥離等の損傷が発生しやすくなり、トロイダル型無段変速機の耐久性が不足する。
【００１７】
図７は、スラスト荷重を受けたときの内輪（パワーローラ）及び外輪の変形量を示す図である。図７は、外輪の支持構造が垂直位置（図６においてｙで示す方向）で剛性が高く水平位置（図６においてｘで示す方向）で剛性が低い条件下で試験した軸受の試験後の形状測定結果である。図７の（ａ）は、内輪（パワーローラ）８の測定位置を示す図である。図７の（ｂ）は、内輪の軌道面側の変形量の測定結果を示す図である。図７の（ｃ）は、内輪の取り付け面側の変形量の測定結果を示す図である。図７の（ｄ）は、外輪１８の垂直方向（図６においてｙで示す方向）における測定位置を示す図である。図７の（ｅ）は、外輪の垂直方向における軌道面側の変形量の測定結果を示す図である。図７の（ｆ）は、外輪の垂直方向における軸受取り付け面側の変形量の測定結果を示す図である。図７の（ｇ）は、外輪１８の水平方向（図６においてｘで示す方向）における測定位置を示す図である。図７の（ｈ）は、外輪の水平方向における軌道面側の変形量の測定結果を示す図である。図７の（ｉ）は、外輪の垂直方向における軸受取り付け面側の変形量の測定結果を示す図である。
【００１８】
図７の（ｄ）、（ｅ）及び（ｆ）からわかるように、外輪は、支持構造の剛性が高い垂直位置では変形が小さい。これに対して、図７の（ｇ）、（ｈ）及び（ｉ）からわかるように、外輪は、支持構造の剛性が低い水平位置では中凸に反っている。なお、図７に示した測定例は、垂直位置の２箇所の剛性が高く、水平位置の２箇所の剛性が低い場合のものであるが、この逆の場合や四等分ではなく単に１８０°対称位置で剛性が異なる場合や３箇所あるいはそれ以上の分割数で剛性が異なる場合も同じ現象が生じ、転動体の荷重のアンバランスによる同様の問題が生じる。
【００１９】
一方、図７の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）からわかるように、内輪（パワーローラ８）は、外輪より肉厚が厚いので変形が小さい。
【００２０】
図８は、外輪が変形した状態での荷重の釣り合いを示す図である。図７に示したように外輪が変形すると、図８のような状態で荷重の釣り合いが取れることになり、外輪が反った水平位置では荷重が逃げて転動体荷重Ｑｂが小さく、外輪が反っていない垂直位置は転動体荷重Ｑａが大きくなる。このことは、図９の外輪の軌道面の接触幅にも現れており、転動体から受ける荷重Ｑａが大きい垂直方向ｙの位置では接触幅ａが広いのに対し、転動体から受ける荷重Ｑｂが小さい水平方向ｘの位置では接触幅ｂが狭い。
【００２１】
このため、外輪の変形が小さい垂直方向ｙの位置では、転動体荷重Ｑａが大きいのでトラクション力が大きく、外輪の変形が大きい水平方向ｘの位置では、転動体荷重Ｑｂが小さいのでトラクション力が小さくなる。
【００２２】
更に、外輪及び内輪の軌道面の溝底を円周方向にその凹凸を測定すると、図１０に示すような結果を得た。外輪及び内輪の軌道面の溝底は、試験前は円周方向にほぼ水平に加工されていたが、試験中の外輪の反りによって、図１０に示すように、変形が大きい水平方向ｘの位置では変形が小さい垂直方向ｙの位置より外輪の軌道面が凹になっている。なお、軌道輪の肉厚が厚く支持剛性が円周上均一の内輪は、変形が小さく軌道面は全円周にわたってほぼ水平のままである。
【００２３】
軌道面の溝底の凹凸と、転動体荷重の変化とを合わせて考えた場合、転動体が軌道輪の変形が小さい垂直位置から軌道輪の変形が大きい水平位置に移動するときには荷重及びトラクション力が急激に小さくなり回転トルクが小さくなり、逆に、軌道輪の変形が大きい水平位置から軌道輪の変形が小さい垂直位置に移動するときには荷重及びトラクション力が急激に大きくなり回転トルクが大きくなる。すなわち、軸受の軌道面の円周上各点において、転動体は軌道面と常にトルク変動（トルクムラ）を生じるような接触状態で回転している。
【００２４】
更に、図１０に示すように外輪の軌道面に凹凸が生じることから、反りが大きい水平方向のピッチ円径（ＰＣＤ）は、反りが小さい垂直方向のピッチ円径（ＰＣＤ）より小さくなり、転動体と軌道輪の接触位置はＰＣＤが小さい水平位置では溝の外側で、ＰＣＤが大きい垂直位置では溝の内側で接触するというように接触位置が変化する。
【００２５】
このような、不規則な荷重・トラクション力・トルク・接触点位置の変化が転動体に作用すると、転動体と軌道輪の間に滑りが生じ、著しい発熱を生じたり、油膜の減少による金属接触が発生し、転動体が均等に荷重を負荷し規則的な運動をしている場合より極めて短時間で摩耗やフレーキング等が発生し軸受が使用不可能となる。
【００２６】
このときの損傷は、剛性が小さな変形した軌道輪側の外輪に生じる。これは、外輪の変形により軌道面に凹凸が生じ、ＰＣＤが円周上の各位置で変化しているので、こちらの軌道面の方が不規則な荷重・トラクション力・トルク・接触点位置の変化の要因として転動体との間に滑りが発生しやすくなるためである。
【００２７】
そこで、本発明においては、転動体のコントロール面を損傷が発生しやすい外輪とすることにより、外輪の軌道面と転動体との間の滑りを抑えることを目的とする。すなわち、スラスト転がり軸受では、転動体は内外輪のどちらかの軌道面をコントロール面として回転しているが、転動体が内輪コントロールの場合には外輪の凹凸やＰＣＤ変化が転動体の滑りを加速する要因になるのに対し、外輪コントロールの場合は内輪の軌道面の凹凸及びＰＣＤの変化が小さいので滑りを小さく抑えることができるからである。
【００２８】
また、スラスト転がり軸受は、駆動側の内輪とそれを支持する外輪とが、設計目的や取り付け構造等の制約から、必ずしも同じ寸法や形状とはなっていない場合がある。このように寸法や形状が異なる内輪および外輪に浸炭、浸炭窒化、高周波焼入れ等の表面硬化を行う熱処理を施す場合、寸法が小さい方（肉厚が薄い方）の軌道輪の焼き割れや脱炭の熱処理不良を防ぐために寸法が小さい方の有効硬化層深さを浅くしている。
【００２９】
また、そのような熱処理上の問題ではなく、寸法や形状の大小によらず荷重の負荷方法や軌道輪の支持方法によって耐曲げ強度や対衝撃強度が要求される場合も、破壊靱性を上げるために一方の軌道輪の浸炭、浸炭窒化、高周波焼入れ等の硬化層深さを浅くすることが行われている。
【００３０】
図１１は、熱処理の差による硬さ勾配の差を示す図である。図１２は、有効硬化層深さと転がり疲れ寿命の関係を示す図である。図１１において、Ｙｏは、浸炭硬化層深さを表している。硬さがＨｖ５５０になるところまでの表面からの深さで浸炭深さの大小を判断している。図１２に示したように、軌道面の浸炭深さを変えた軸受のフレーキング発生までの転がり疲れ寿命試験結果からわかるように、浸炭深さが浅い方が寿命が短くなる。このことは、内輪と外輪で浸炭深さ等の硬化層深さに差があると硬化層深さの浅い軌道輪が損傷し易い事につながる。
【００３１】
このような場合の対策として、寿命が短い方の軌道輪の方を長寿命にするために、溝半径を小さくして面圧を下げるとか、油膜形成を良くするため軌道面粗さを小さくすることが有効であると考えられてきた。
【００３２】
ところが、転動体は、純転がり運動の場合に直進しかできないにもかかわらず、スラスト軸受の場合には、転動体を円運動させる必要があるために転動体に円運動をさせるため力がかかり、転動体にスピン（玉軸受の場合）やスキュー（ころ軸受の場合）が発生する。このため、転動体に円運動（公転）をさせるための力を与えるコントロール面がどちらの軌道輪になるかによって、上記の対策が逆効果になることがある。
【００３３】
すなわち、浸炭有効硬化深さが浅いために寿命の短い軌道面の表面粗さを小さくする対策では、軌道輪と転動体との摩擦係数が小さくなり、スピンすべりやスキューすべりが粗さが小さい軌道面だけに生じるようになり、粗さ改善効果よりすべりの悪影響が大きく現れてむしろ短寿命になる。
【００３４】
そこで、本発明においては、従来の考えと全く逆に、有効硬化層深さが浅いために損傷が発生し易い軌道輪の軌道面の表面粗さを大きくして転動体のコントロール面（玉を公転させる側の面、すなわち玉を公転（スピン）させる力を玉に与える軌道面）とすることにより、軌道面と転動体との間のすべりを抑制することを目的とする。すなわち、スラスト軸受では、転動体は内外輪のどちらかの軌道面をコントロール面として回転しているが、転動体は粗さが大きい方の軌道輪をコントロール面とするため、硬化層深さが浅い方の軌道輪の軌道面粗さを大きくすればこの軌道面でのすべりを小さく抑えることができ、寿命が長い硬化層深さが深い軌道輪側ですべりが生じるようになるからである。
【００３５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、スラストニードル軸受により支持されてトロイダル型無段変速機に組み込まれるスラスト玉軸受であって、軌道面を有する内輪と、軌道面を有し、前記内輪よりも肉厚寸法が小さい外輪と、前記内輪の前記軌道面と前記外輪の前記軌道面との間に転動自在に配置された複数の玉と、前記複数の玉を転動自在に保持する円環形状の保持器とからなり、スラスト荷重を受けるスラスト玉軸受において、肉厚寸法が小さい前記外輪の前記軌道面の表面の中心線平均粗さを、肉厚寸法が大きい前記内輪の前記軌道面の表面の中心線平均粗さよりも大きくした。
スラスト玉軸受の外輪は、フレーキング等の損傷が発生しやすいので、肉厚寸法が小さい外輪の軌道面の中心線平均粗さＲａ（以下、「平均粗さ」という。）を肉厚寸法が大きい内輪の軌道面の中心線平均粗さより大きくすることにより、肉厚寸法が小さい外輪の軌道面は、軌道面に沿って玉を公転させるための力を玉に与えるコントロール面となり、それによって、外輪の軌道面と玉との間のすべりを抑制して外輪の損傷を防止することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
本発明は、入力ディスクと、出力ディスクと、前記入力ディスク及び前記出力ディスクのそれぞれの回転軸線に対してねじれの位置にある枢軸線を中心として揺動するトラニオンと、前記トラニオンに回転可能に支持され前記入力ディスク及び前記出力ディスクと係合するパワーローラとからなるトロイダル型無段変速機に使用するスラスト転がり軸受であって、前記トラニオンに支持された外輪と、
前記外輪に設けられた軌道面と前記トラニオンに設けられた軌道面との間に配置された複数の転動体とからなるスラスト転がり軸受であって、前記外輪の軌道面の表面の平均粗さを前記パワーローラすなわち内輪の軌道面の表面の平均粗さよりも大きくした。
これにより、外輪の軌道面をコントロール面とすることができ、それによって、外輪の軌道面に生ずるフレーキングを防止することができる。
【００３７】
外輪の軌道面の表面の平均粗さは、パワーローラの軌道面の表面の平均粗さの約２倍程度であるとよい。
【００３８】
外輪の肉厚寸法は、パワーローラの肉厚寸法よりも小さくてもよい。また、外輪の曲げ剛性は、パワーローラの曲げ剛性よりも小さくてもよい。
【００３９】
外輪及びパワーローラの軌道面の溝の断面は円弧形状をしており、外輪の軌道面の溝の半径がパワーローラの軌道面の溝の半径よりも小さくてもよい。外輪の軌道面の溝の半径がパワーローラの軌道面の溝の半径よりも約０〜６％程度小さくてもよい。
【００４０】
外輪及びパワーローラの軌道面は、浸炭、浸炭窒化あるいは高周波焼入れ等により表面硬化処理がされているとよい。外輪の軌道面の有効硬化層深さは、パワーローラの軌道面の有効硬化層深さよりも浅くてもよい。
【００４１】
図１は、スラスト玉軸受における軌道面の表面粗さとフレーキングの発生部位との関係を示す図であり、内外輪の軌道面の粗さの大小関係によってフレーキングがどちらの軌道面に発生したかを整理したものである。図１において、横軸には、スラスト玉軸受の内輪の軌道面の中心線平均粗さ（Ｒａ）をとり、縦軸には、スラスト玉軸受の外輪の軌道面の中心線平均粗さ（Ｒａ）をとっている。なお、表面粗さは、所定値を１として相対値で表されている。図１において、丸記号で示した点は、内輪の軌道面にフレーキングが発生したことを示しており、四角記号で示した点は、外輪の軌道面にフレーキングが発生したことを示している。図１から、フレーキングは、すべて表面粗さが小さい方の軌道輪に発生していることがわかる。記号に添付した数字は、外輪外径面を熱電対で測定した時の給油温度に対する温度上昇であるが、内輪フレーキングの場合が約２２〜２５℃であるのに対し、外輪フレーキングの場合は約２８〜３２℃と約６〜７℃高いことがわかる。
すなわち、外輪の軌道面の表面粗さが内輪の軌道面の表面粗さより小さい場合には、転動体のコントロールは、軌道面の表面粗さが大きく摩擦係数が大きい内輪コントロールとなるので、軌道面の表面粗さが小さい外輪にすべりが生じ、外輪軸受温度が高くなり、外輪の軌道面にフレーキングが発生し易くなる。
【００４２】
この関係は、逆に、外輪の軌道面の表面粗さが内輪の軌道面の表面粗さより大きい場合にも同じ原理が成り立ち、外輪の軌道面の表面粗さを内輪の軌道面の表面粗さよりも大きくすることにより、外輪フレーキングを防ぐことができることが図１からわかる。
【００４３】
この原理を、曲げ剛性が小さい軌道輪である外輪にすべりによる摩耗やフレーキングが発生し易い現象を防ぐ対策として適用する場合は、曲げ剛性が小さい外輪の軌道面の表面粗さをもう一方の内輪の軌道面の表面粗さより大きくすることにより、曲げ剛性の小さい方の外輪と転動体との摩擦係数がもう一方の内輪と転動体との摩擦係数より大きくすることができる。
このようにすることにより転動体は、摩擦係数が大きく曲げ剛性が小さい外輪の軌道面をコントロール面として回転する。これにより、転動体と軌道輪との間のすべりは、変形が小さい内輪との間に生じる。しかし、内輪との間のすべり量は、内輪コントロールの場合に変形が大きい外輪との間に生じるすべり量よりも小さく抑えることができる。
【００４４】
また、上記原理を、浸炭の有効硬化層深さが浅い軌道輪にフレーキングが発生し易い現象を防ぐ対策として適用する場合は、有効硬化層深さが浅い軌道輪の軌道面の表面粗さをもう一方の有効硬化層深さが深い軌道輪の軌道面の表面粗さより大きくすることにより、有効硬化層深さが浅い軌道輪と転動体との間の摩擦係数を、もう一方の有効硬化層深さが深い軌道輪と転動体との間の摩擦係数より大きくすることができる。
このようにすることにより転動体は、摩擦係数が大きく有効硬化層深さが浅い軌道輪の軌道面をコントロール面として回転する。このため、転動体と軌道面との間のすべりは有効硬化層深さが深い軌道輪との間に生じることになり、有効硬化層深さが浅い軌道輪の軌道面に生じるすべりを小さく抑えることができる。
【００４５】
【実施例】
実施例について図面を参照して説明する。
図２は、トロイダル型無段変速機に用いるスラスト玉軸受１７の断面図である。スラスト玉軸受１７は、トラニオン６に支持される円環形状の外輪１８と、入力側ディスク２及び出力側ディスク４に係合するパワーローラ８すなわち内輪と、外輪１８と内輪８との間に配置される複数の玉２２と、複数の玉２２を転動自在に保持する円環形状の保持器２３とからなる。外輪１８には、外輪１８の一側面に円形状の軌道面１８ａが設けられている。内輪８には、内輪８の一側面に円形状の軌道面８ａが設けられている。軌道面１８ａ及び８ａは、断面が円弧状の溝形状に形成されている。軌道面１８ａ及び８ａの円弧状の溝の半径をそれぞれｒｏ及びｒｉで表す。外輪１８の厚さｔｏは、内輪８の厚さｔｉよりも小さい。なお、軌道面１８ａ及び８ａの表面粗さは、中心線平均粗さＲａを用いて表すものとする。
【００４６】
（第１実施例）
外輪１８及び内輪８の軌道面１８ａ及び８ａの溝の半径ｒｏ及びｒｉは設計上同一に形成されている。固定側の外輪１８の軌道面１８ａの平均粗さＲａｏは、０．０４４μｍであり、回転側の内輪８の軌道面８ａの平均粗さＲａｉは、０．０２２μｍである。すなわち、外輪１８の軌道面１８ａの平均粗さＲａｏは、内輪８の軌道面８ａの平均粗さＲａｉよりも大きく形成されている。
粗さに差を設けるため、仕上げ工程において、外輪１８の加工時間を内輪８の加工時間より短縮することにより外輪１８の軌道面１８ａの粗さを内輪８の軌道面８ａの粗さの約２倍にした。
【００４７】
このほか軌道面の表面粗さに差を設けるための方法としては、超仕上げ工程での砥石を内輪と外輪とで別のものにしたり、回転速度や砥石の送り速度を変えるとか、最終仕上げ加工での工程をラップや研削にするとか、さらには、これらの加工方法の組合せを内輪と外輪とで変えることにより、外輪の軌道面の表面粗さを内輪の軌道面の表面粗さより大きくすることができる。
【００４８】
さらにまた、内輪と外輪の材料や熱処理を変えることにより研削性を変えて、同一工程で加工した場合に外輪の方が内輪より粗くなるようにすることも可能である。すなわち、材料を変える場合には、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉなどの耐熱性を高めるための添加剤の添加量を外輪の方が内輪より多くするとか、熱処理を変える場合には、内輪を浸炭処理とし外輪だけを浸炭窒化処理するということが有効である。
【００４９】
なお、第１実施例は、内輪及び外輪ともに研削後に超仕上げを行った一般的な場合である。内輪の軌道面と外輪の軌道面の表面粗さの差が必ずしも２倍程度である必要はなく、軌道面の表面粗さに差があれば平均粗さＲａが大きい方の軌道面が転動体すなわち玉のコントロール面となる。
【００５０】
（第２実施例）
第２実施例においては、固定側の外輪１８の軌道面１８ａの表面粗さを回転側の内輪８の軌道面８ａの表面粗さより大きくするとともに、外輪１８の軌道面１８ａの溝の半径ｒｏを内輪８の軌道面８ａの溝の半径ｒｉよりも小さくした。
固定側の外輪１８の軌道面１８ａの平均粗さＲａｏは、０．０４４μｍであり、回転側の内輪８の軌道面８ａの平均粗さＲａｉは、０．０２２μｍである。
軌道面の溝の半径は、（０．５１〜０．６０）ｄａ（ｄａ：玉径）の範囲で設計されており、内外輪の軌道面の溝の半径が同じ場合をも含めて、一般的には、内輪８の軌道面８ａの溝の半径ｒｉを外輪１８の軌道面１８ａの溝の半径ｒｏよりも（０〜０．０３）ｄａ程度大きくするとよい。
【００５１】
このように外輪の軌道面の溝の半径ｒｏを内輪の軌道面の溝の半径ｒｉよりも小さくすることにより、外輪の軌道面がコントロール面となる外輪コントロールに際して、外輪の軌道面の表面粗さの増大による摩擦力の増加とともに、接触楕円面積の増大による摩擦力の増大が相乗される。
【００５２】
（第３実施例）
第３実施例において、厚さｔｏの小さい外輪１８の浸炭深さは、厚さｔｉの大きい内輪８の浸炭深さより浅い。
固定側の外輪１８が転動体である玉２２のコントロール面となるように、外輪１８の軌道面１８ａの表面粗さＲａｏを回転側の内輪８の軌道面８ａの表面粗さＲａｉより大きくしてある。固定側の外輪１８の軌道面１８ａの平均粗さＲａｏは、０．０４４μｍであり、回転側の内輪８の軌道面８ａの平均粗さＲａｉは、０．０２２μｍである。
【００５３】
なお、第３実施例は、内輪及び外輪ともに研削後に超仕上げを行った一般的な場合である。内輪の軌道面と外輪の軌道面の表面粗さの差が必ずしも２倍程度である必要はなく、軌道面の表面粗さに差があれば平均粗さＲａが大きい方の軌道面が転動体すなわち玉のコントロール面となる。
【００５４】
なお、第３実施例においては、厚さ（寸法）が小さい方の軌道輪の有効硬化層深さが浅い場合を示したが、耐衝撃強度が要求される場合には厚さ（寸法）が大きい軌道輪の方が有効硬化層深さを浅くする場合もある。このような場合には、厚さが大きい軌道輪の軌道面の表面粗さを大きくすることになる。
【００５５】
また、第３実施例は、表面効果法として浸炭の場合を示したが、浸炭窒化、高周波焼入れ等の他の熱処理法の場合も同様に適用できる。
【００５６】
上記実施例においては、スラスト玉軸受を使用した場合を例に挙げて説明したが、本発明は、スラスト玉軸受に限定されるものではなく、転動体として玉を用いる場合の他、円筒ころ、円すいころ、針状ころ等のいずれのスラスト転がり軸受についても、内輪と外輪に表面硬化層深さに差がある場合には、硬化層深さが浅い方の軌道輪の軌道面の表面粗さを大きくすることにより同様の効果が得られる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００５８】
転動体のコントロール面を軌道輪の剛性が小さい外輪とすることにより、内輪コントロールの場合より外輪軌道面と転動体間のすべりが抑えられるので、耐摩耗性や耐フレーキング性が向上し長寿命になる。
【００５９】
転動体のコントロール面を浸炭深さが浅い軌道輪とすることにより、浸炭深さが深い軌道輪がコントロール面となる場合より、浸炭深さが浅い軌道輪の軌道面と転動体間のすべりが抑えられるので、耐摩耗性や耐フレーキング性が向上し長寿命になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】軌道面の表面粗さとフレーキングの発生部位との関係を示す図である。
【図２】トロイダル型無段変速機に用いるスラスト玉軸受の断面図である。
【図３】従来から知られたトロイダル型無段変速機の基本的構成を、最大減速時の状態で示す側面図である。
【図４】同じく最大増速時の状態で示す側面図である。
【図５】トロイダル型無段変速機の断面図である。
【図６】トラニオン内側面部分を示す透視図である。
【図７】スラスト荷重を受けたときの内輪及び外輪の変形量を示す図である。
【図８】外輪が変形した状態での荷重の釣り合いを示す図である。
【図９】外輪の軌道面の接触幅を示す図である。
【図１０】外輪及び内輪の軌道面の溝底を円周方向に形状測定した結果を示す図である。
【図１１】熱処理の差による硬さ勾配の差を示す図である。
【図１２】有効硬化層深さと転がり疲れ寿命の関係を示す図である。
【符号の説明】
８        内輪
８ａ      軌道面
１７      スラスト転がり軸受
１８      外輪
１８ａ    軌道面
２２      転動体
Ｒａｉ    内輪の平均粗さ
Ｒａｏ    外輪の平均粗さ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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