(57)【要約】入力軸と、入力ディスクと、出力ディスクと、複数のトラニオンと、複数個のパワーローラと、スラスト転がり軸受とから構成されたトロイダル型無段変速機において、前記入力ディスク、出力ディスク、パワーローラ軸受のパワーローラの少なくとも一つは合金鋼からなり、且つ浸炭処理及び研作仕上げが施されてなるか、あるいは浸炭窒化処理及び研作仕上げが施されてなり、前記入力ディスク、出力ディスク、パワーローラの少なくとも一つは、Ｈｖ６５３となる表面からの有効硬化層深さが２．０ｍｍ以上４．０ｍｍ以下であることを特徴とする。【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転自在に支持された入力軸と、この入力軸と共に回転自在な入力ディスクと、この入力ディスクと同心に配置され、且つこの入力ディスクに対して回転自在に支持された出力ディスクと、これら入力、出力両ディスクの軸方向に関してこれら両ディスクの中間部に、これら両ディスクの軸方向に対して直角方向で且つこれら両ディスクの中心軸に対し、捻れの位置に配置されて当該位置で揺動する複数のトラニオンと、これら各トラニオンに支持された変位軸に回転自在に支持され、入力、出力両ディスクの間に挟持された複数個のパワーローラと、これら各パワーローラの外側面と上記各トラニオンの内側面との間に設けられたスラスト転がり軸受とから構成されたトロイダル型無段変速機において、
前記入力ディスク、出力ディスク、パワーローラ軸受の内輪の少なくとも一つは合金鋼からなり、且つ浸炭処理及び研作仕上げが施されてなるか、あるいは浸炭窒化処理及び研作仕上げが施されてなり、前記入力ディスク、出力ディスク、パワーローラ軸受の内輪の少なくとも一つは、Ｈｖ６５３となる表面からの有効硬化層深さが２．０ｍｍ以上４．０ｍｍ以下であることを特徴とするトロイダル型無段変速機。
【請求項２】
入力ディスク、出力ディスク、パワーローラ軸受の内輪の少なくとも１つの表面における結晶粒度が８以上であり、かつ芯部における結晶粒度が４以上である請求項１記載のトロイダル型無段変速機。
【請求項３】
前記合金鋼は、Ａｌ：０．０１０〜０．０５０％、Ｎ：０．００５〜０．０３０％を含有する合金鋼である請求項１，２いずれか１項記載のトロイダル型無段変速機。
【請求項４】
合金鋼は、Ａｌ：０．０１５〜０．０３５％、Ｎ：０．００５〜０．０２０％を含有する鋼である請求項１，２いずれか１項記載のトロイダル型無段変速機。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明はトロイダル型無段変速機に関し、特に自動車等の車両に用いられるトロイダル型無段変速機に関する。
背景技術
従来、トロイダル型無段変速機２０としては、例えば図１に示す構成のものが知られている。
図示しないハウジング内には、入力ディスク１と出力ディスク２とが同軸上に対向して配置されている。前記入力ディスク１と出力ディスク２を有するトロイダル変速部の軸芯部分には、入力軸３が貫通されている。前記入力軸３の一端には、ローディングカム４が配設されている。このローディングカム４は、カムローラ５を介して入力ディスク１に入力軸３の動力（回転力）を伝達する構造となっている。
前記入力ディスク１と出力ディスク２は、略同一形状を有して対称に配設され、それらの対向面が協働して軸方向断面で見て、略半円形となるようにトロイダル面に形成されている。前記入力ディスク１と出力ディスク２のトロイダル面で形成されるトロイダルキャビティ内に、入力ディスク１及び出力ディスク２に接して一対の運転伝達用のパワーローラ軸受６及びパワーローラ軸受７が配設された構造を有している。
なお、前記パワーローラ軸受６は、入力ディスク１及び出力ディスク２のトロイダル面を転走するパワーローラ６ａ（パワーローラ軸受６を構成する内輪に相当）、外輪６ｂ及び複数の転動体（鋼球）６ｃから構成されている。他方のパワーローラ軸受７は、入力ディスク１及び出力ディスク２のトロイダル面を転走するパワーローラ７ａ（パワーローラ軸受７を構成する内輪に相当）、外輪７ｂ及び複数の転動体（鋼球）７ｃから構成されている。
即ち、前記パワーローラ６ａは、パワーローラ軸受６の構成要素である内輪の役割も兼ねており、前記パワーローラ７ａは、パワーローラ軸受７の構成要素である内輪の役割も兼ねている。この構造では、前記パワーローラ６ａは、枢軸８、外輪６ｂ及び複数の転動体６ｃを介して、トラニオン１０に回転自在に枢着されると共に、入力ディスク１及び出力ディスク２のトロイダル面の中心となるピポット軸Ｏを中心として、傾転自在に支持されている。
一方、前記パワーローラ７ａは、枢軸９、外輪７ｂ及び複数の転動体（鋼球）７ｃを介して、トラニオン１１に回転自在に枢着されていると共に、入力ディスク１及び出力ディスク２のトロイダル面の中心となるピポット軸Ｏを中心として、傾転自在に支持されている。そして、前記入力ディスク１及び出力ディスク２、パワーローラ６ａ及びパワーローラ７ａの接触面には、粘性摩擦抵抗の大きい潤滑油が供給され、入力ディスク１に入力される動力を、潤滑油膜とパワーローラ６ａ及びパワーローラ７ａとを介して出力ディスク２に伝達する構造となっている。
なお、前記入力ディスク１及び出力ディスク２は、ニードル１２を介して入力軸３とは独立した状態（即ち、回転軸３の動力に直接影響されない状態）となっている。前記出力ディスク２には、入力軸３と平行に配設されると共に、アンギュラ１３を介して図示しないハウジングに回転自在に支持された出力軸１４が配設されている。
このトロイダル型無段変速機２０では、入力軸３の動力が、ローディングカム４に伝達される。そして、この動力の伝達により、ローディングカム４が回転すると、この回転による動力が、カムローラ５を介して入力ディスク１に伝達され、入力ディスク１が回転する。さらに、前記入力ディスク１の回転により発生した動力は、パワーローラ６ａ及びパワーローラ７ａを介して、出力ディスク２に伝達される。そして、出力ディスク２は、出力軸１４と一体となって回転する。
変速時には、トラニオン１０及びトラニオン１１をピボット軸Ｏ方向に微小距離移動させる。即ち、トラニオン１０及びトラニオン１１の軸方向移動で、パワーローラ６ａ及びパワーローラ７ａの回転軸と、入力ディスク１及び出力ディスク２の軸との交差がわずかに外れる。すると、パワーローラ６ａ及びパワーローラ７ａの回転周速度と、入力ディスク１の回転周速度との均衡が崩れ、且つ入力ディスク１の回転駆動力の分力によって、パワーローラ６ａ及びパワーローラ７ａが、ピボット軸Ｏの周りに傾転する。このため、パワーローラ６ａ及びパワーローラ７ａが、入力ディスク１及び出力ディスク２の曲面上を傾転する。
このため、パワーローラ６ａ及びパワーローラ７ａが、入力ディスク１及び出力ディスク２の曲面上を傾転し、その結果、速度比が変わり、減速または増速が行われる。このような構造を備えたトロイダル型無段変速機としては、例えば、実公平２−４９４１１号公報に開示された従来例がある。
そして、また、前記のような入力ディスク、出力ディスク及びパワーローラ軸受としては、「ＮＡＳＡ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｎｏｔｅ　ＮＡＳＡ　ＡＴＮ　Ｄ−８３６２」に記載されているように、ＡＩＳＩ５２１００（ＪＩＳ　ＳＵＪ２、高炭素クロム軸受鋼相当）を使用した従来例がある。
また、耐久寿命を伸ばす目的で、入力ディスク、出力ディスク及びパワーローラ軸受に浸炭や浸炭窒化等の表面処理を施すものとして、本出願人から特開平７−７１５５５が出願されている。また、浸炭窒化に限定し窒化量や残留オーステナイト等を規定した特開平９−７９３３６等の従来例が開示されている。
前述したトロイダル型無段変速機において、入力ディスク、出力ディスク、パワーローラ及びローディングカムが一般的な歯車などの通常の繰返し応力が加わる機械部品と比較して、非常に大きな繰り返し曲げ応力及び繰返しせん断応力を受けるため、これらディスク、パワーローラ及びカムディスクには、疲労強度が強い材料を用い、疲労強度向上のための熱処理が提案されている。
例えば、特開平７−７１５５５においては、入力ディスク、出力ディスク、パワーローラ、及びパワーローラの有効硬化層深さを２．０ｍｍ以上、４．０ｍｍ以下としたり、特開平７−２８６６４９においては、熱処理後にショットピーニングを越したり、特開平１１−１４１６３８においては、動的最大せん断応力発生位置をＺ０とした場合に、３．０Ｚ０〜５．０Ｚ０を満たす位置においてＨｖ６５０以上を満たすようにしている。
しかしながら、近年、このようなトロイダル型無段変速機において、変速装置の小型化、伝達トルクの高出力化がさらに求められるようになってきた。そのため、従来と比べ高い疲労強度が求められることになってきた。
発明の開示
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、入力ディスク、出力ディスク、パワーローラ軸受の内輪の少なくとも一つは合金鋼からなり、且つ浸炭処理及び研作仕上げが施されてなるか、あるいは浸炭窒化処理及び研作仕上げが施されてなり、前記前記入力ディスク、出力ディスク、パワーローラ軸受の内輪の少なくとも一つは、Ｈｖ６５３の表面からの有効硬化層深さが２．０ｍｍ以上４．０ｍｍ以下である構成とすることにより、入力ディスク及び出力ディスクが形成するトロイダル面におけるトラクション面及びパワーローラのトラクション面に剥離が発生することを抑制することができるとともに、入力ディスク、出力ディスク及びパワーローラの耐疲労割れ寿命を向上し得る長寿命なトロイダル型無段変速機を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明のトロイダル型無段変速機は、回転自在に支持された入力軸と、この入力軸と共に回転自在な入力ディスクと、この入力ディスクと同心に配置され、且つこの入力ディスクにて対して回転自在に支持された出力ディスクと、これら入力、出力両ディスクの軸方向に関してこれら両ディスクの中間部に、これら両ディスクの軸方向に対して直角方向で且つこれら両ディスクの中心軸に対し、捻れの位置に配置されて当該位置で揺動する複数のトラニオンと、これら各トラニオンに支持された変位軸に回転自在に支持され、入力、出力両ディスクの間に挟持された複数個のパワーローラと、これら各パワーローラの外側面と上記各トラニオンの内側面との間に設けられたスラスト転がり軸受とから構成されたトロイダル型無段変速機において、前記入力ディスク、出力ディスク、パワーローラ軸受の内輪の少なくとも一つは、合金鋼からなり、且つ浸炭処理及び研作仕上げが施されてなるか、あるいは浸炭窒化処理及び研作仕上げが施されてなり、前記入力ディスク、出力ディスク、パワーローラ軸受の内輪の少なくとも一つは、Ｈｖ６５３となる表面からの有効硬化層深さが２．０ｍｍ以上４．０ｍｍ以下であることを特徴とする。
請求項２に係るトロイダル型無段変速機は、表面の結晶粒度が８以上であり、かつ芯部における結晶粒度が４以上であることを特徴とする。
請求項３に係るトロイダル型無段変速機は、合金鋼がＡｌ：０．０１０〜０．０５０％、Ｎ：０．００５〜０．０３０％を含有する鋼であることを特徴とする。
請求項４に係るトロイダル型無段変速機は、合金鋼が、Ａｌ：０．０１５〜０．０３５％、Ｎ：０．００５〜０．０２０％を含有する鋼であることを特徴とする。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明のトロイダル型無段変速機について更に詳しく説明する。
本発明において、「有効硬化層深さ」とは、ＪＩＳ　Ｇ　０５５７でいうそれではなく、ビッカーズ硬さＨｖ６５３以上の硬化層の表面からの深さのことをいう。
本発明に係るトロイダル型無段変速機の構成要素である入力ディスク、出力ディスク及びパワーローラは合金鋼からなり、且つ浸炭処理及び研削仕上げを施すか、あるいは浸炭窒化処理及び研削仕上げを施し、更に前記両ディスク、パワーローラの少なくとも一方の有効硬化層深さ（Ｈｖ６５３以上の硬化層の表面からの深さ）が２．０ｍｍ以上、４．０ｍｍ以下としたため、入力ディスク及び出力ディスクが形成するトロイダル面においてトラクション面及びパワーローラのトラクション面の信頼性が向上されるとともに、入力ディスク及び出力ディスクのトラクション面、及びパワーローラの耐疲労疲れ強度が向上される。
また、前記トロイダル型無段変速機は、表面の結晶粒度が８以上であり、かつ芯部における結晶粒度が４以上である。
更に、前記トロイダル型無段変速機は、Ａｌ：０．０１０〜０．０５０％、Ｎ：０．００５〜０．０３０％を含有する鋼からなる。
以下、その理由について述べる。
前記入力ディスク、出力ディスク及びパワーローラ軸受の外内輪特に内輪に、浸炭処理または浸炭窒化処理を施した後に研削仕上げを行い、入力ディスク、出力ディスク及びパワーローラの有効硬化層深さ（Ｈｖ６５３以上の硬化層の表面からの深さ）を２．０ｍｍ以上、４．０ｍｍ以下にすると、入力ディスク、出力ディスク及びパワーローラのトラクション面の剥離の発生や耐疲労割れ寿命が向上する。
従来、この有効硬化層深さの規定として、ＪＩＳ　Ｇ　０５５７に規定されている通り、Ｈｖ５５０以上の硬化層の表面からの深さと規定されていた。しかしながら、従来のトロイダル型無段変速機では十分であった耐久性であるが、変速装置の小型化、伝達トルクの高出力化が求められるようになると、これでは十分な耐久性を確保することができない。そのため、硬化層Ｈｖ６５３以上の表面からの深さと規定することにより、入力ディスク、出力ディスク及びパワーローラのトラクション面の剥離の発生や耐疲労割れ寿命が向上される。
トロイダル型無段変速機を駆動した際に、入力ディスク、出力ディスク及びパワーローラ軸受の内輪とのトラクション面下において割れが発生する。これは、せん断応力τｓｔとした場合に、６τｓｔの値よりも硬さが低下する（６τｓｔ＞硬さ（Ｈｖ）となる）ために、耐久性不足となりケースクラッシュを生じるためである。
また、有効硬化層深さが２．０ｍｍ未満である場合には、トロイダル型無段変速機を駆動した際に、入力ディスク及び出力ディスクのトラクション面は、高面圧下で転がり疲労を受けるため、最大せん断応力の深さに対する安全率が小さくなり、転がり疲労寿命が低下してしまうためである。
一方、入力ディスク、出力ディスク及びパワーローラの有効硬化層深さが４．０ｍｍを超えた場合には、深く浸炭するため表面が粒界酸化を受け、（黒皮）部分の粒界酸化などの浸炭異常層が大きくなってしまい、これが完成品の表面にも及び、耐疲労強度が低下してしまう。
ここで、前記入力ディスク、出力ディスクのトラクション面及びパワーローラのトラクション面の転がり寿命の向上、及び入力ディスク、出力ディスク及びパワーローラの耐疲労割れ寿命の向上は、前記入力ディスク及び出力ディスク、パワーローラの有効硬化層深さ（Ｈｖ６５３以上の硬化層の表面からの深さ）が、２．０ｍｍ以上、４．０ｍｍ以下であれば達成される。
そして、この有効硬化層深さ（２．０ｍｍ以上、４．０ｍｍ以下）は、素材に浸炭処理または浸炭窒化処理を施すことで得られる。従って、入力ディスク、出力ディスク及びパワーローラに、浸炭処理又は浸炭窒化処理を施した後に、研削仕上げを行い、前記両ディスク及びパワーローラの有効硬化深さを、２．０ｍｍ以上、４．０ｍｍ以下に限定した。
また、前記入力ディスク、出力ディスク及びパワーローラの表面下から０．１５ｍｍ以内に、残留圧縮応力のピークを、−１３００ＭＰａ以上、−６００ＭＰａとすることがより望ましい。このようにすることにより、さらに安定した耐疲労割れ寿命が得られる。
この残留圧縮応力は、例えば、ショットピーニング加工により得ることができる。このショットピーニング加工は、表面硬さ及び圧縮残留応力を被加工物に付与することができるという利点がある。なお、本発明では、圧縮残留応力は、引っ張り強さを（＋）で表し、圧縮強さを（−）で表した。
また、入力ディスク、出力ディスク及びパワーローラを構成する素材に含有されるベース炭素（Ｃ）を従来は０．３５重量％以下としていたが、０．５重量％までは疲労割れ強度が低下することがないことが新たに明らかとなった。更に、芯部強度が疲労割れ強度の向上に有効であることから、ベース炭素（Ｃ）を０．３％〜０．５％とすることが望ましい。
Ｓｉ（ケイ素）は、製鋼時の脱酸剤として必要な元素であるため、０．１％以上を含有させる。しかし、過剰に含有させてもその効果が飽和するだけでなく、鍛造性及び被削性を低下させるので、２．０％以下とした。
Ｍｎ（マンガン）は、製鋼時の脱酸剤として作用するとともに、鋼の熱間加工性を向上し、焼入れ性を良好なものとする作用を有する元素である。従って、このような熱間加工性の向上及び良好な焼入れ性の確保のために０．５％以上含有させる。しかし、過剰に含有させると素材の被削性を劣化させ、転動体への成形性を悪化させるなどの弊害をもたらすこととなるので、Ｍｎ含有量の上限を２．０％とする。
Ｃｒ（クロム）は、浸炭又は浸炭窒化処理による炭化物又は炭窒化物の析出量を増加させる元素である。Ｃｒを０．５％以上添加することで、炭化物の析出量が増加し、最表層の硬さを高め、異物が混入した使用環境下での転動疲労寿命がさらに向上する。但し、多過ぎると加工性が低下するため、上限を２．０％とする。
Ｍｏ（モリブデン）は、焼入れ性の向上に有効であるとともに、炭窒化物の形成で軟化抵抗の向上に寄与する。０．１０％未満ではその効果が十分でなく、１．５％を超えて添加すると加工性が低下する。
Ｐ（リン）及びＳ（硫黄）は不純物元素であり、不可避的に微量存在する。しかし、Ｐ及びＳを０．０３０％以上含有すると、疲労強度が低下してしまうため、上限を０．０３０％とした。
更には、高強度鋼の回転曲げ疲労強度の向上や、転がり疲労寿命の向上には、鋼（素材）の清浄度が強い影響を及ぼすことが知られている。即ち、鋼中に大型の非金属介在物が存在すると、これが起点となって疲労破損や剥離が生じやすくなる。このため、素材の清浄度を向上し、更に好ましくは、素材中に存在する酸素量を１０ｐｐｍ以下とすることが望ましい。
ところで、浸炭処理あるいは浸炭窒化処理を施す場合に、９００℃以上の高温で長時間処理を行うことになる。その場合、オーステナイト結晶粒の成長が起こるため、結晶粒が粗大化してしまい、疲労強度、衝撃強度の低下が起こることになる。これらの強度低下が起こらないようにするためには、ディスクとパワーローラの接触面において、表面の結晶粒が微細であるほど強度の向上に寄与する。特にＪＩＳ　Ｇ　０５５１で規定された結晶粒度で８以上では、亀裂の発生が生じにくくなるため、接触面における転がり剥離寿命が向上する。ディスク、パワーローラでは浸炭あるいは浸炭窒化処理を行うため、浸炭層においては炭化物、炭窒化物が多く析出しているため、結晶粒成長がこれら析出物により抑えられる。そのため、結晶粒度で８以上とすることができる。
これに対し、ディスク、パワーローラの芯部（浸炭あるいは浸炭窒化の影響を受けない芯部を意味する）においても、結晶粒が微細であるほど強度は向上する。つまり、結晶粒が微細であると、亀裂の進展が抑制されるため、ディスクやパワーローラ軸受（特に内輪）の割れに至る寿命が長くなるのである。ところで、芯部においては炭素濃度が０．３〜０．５％であり、炭化物、炭窒化物の析出量も表面ほどは多くなく、結晶粒の成長が起こるため結晶粒が大きくなってしまう。しかしながら、結晶粒度が４以上であると、芯部における亀裂の進展が遅くなることが新たに分かった。そのため、芯部における結晶粒度が４以上であれば、ディスクやパワーローラの割れ寿命を向上させることが可能となる。
更に、入力ディスク、出力ディスク及びパワーローラ軸受の内輪を製造する際に、Ａｌ：０．０１０％以上、Ｎ：０．００５％以上を含有する鋼を用いることにより、結晶粒の成長が妨げられ、表面の結晶粒度が８以上であり、かつ芯部における結晶粒度が４以上とすることが容易になる。この理由は、ＡｌＮが鋼中に析出することにより、結晶粒成長を妨げる効果を有するからである。
Ａｌ：０．０１０％未満、Ｎ：０．００５％未満では、ＡｌＮの析出量が十分でないため、結晶粒度が表面８以上、芯部４以上とすることが難しい。また、結晶粒の粗大化を防止するため、９００〜９２０℃のやや低い温度で浸炭あるいは浸炭窒化処理をする必要があるが、その場合処理時間が長くなり、生産性の高くなる温度域に限定されてしまうので好ましくない。
また、ＡｌＮは同時に鋼中の不純物となるため、多すぎると転がり疲労や疲労割れの応力集中源となり、これらの疲労寿命が低下してしまう。そのため、Ａｌ：０．０５０％以下、Ｎ：０．０３０％以下とした。また、Ａｌ：０．０１５〜０．０３５％、Ｎ：０．００５〜０．０２０％とすると、結晶粒が微細になるばかりでなく、ＡｌＮが疲労強度を低下させることがないので好ましい。
以下、本発明の実施例について説明する。なお、本発明に係るコロイダル型無段変速機の基本構成は従来と同様であるため、その説明を省略する。次に、図１と同様であり、入力ディスク、出力ディスク、パワーローラの製造方法について説明する。
ＳＣＭ４３５からなる入力ディスク、出力ディスク及びパワーローラに、図２に示す熱処理を行う。図２において、（ａ）はＲｘガスとエンリッチガスと５％アンモニアを用いた浸炭窒化処理工程であり、（ｂ）は油焼入れ工程であり、（ｃ）は焼戻し工程を示す。
（浸炭処理条件）
雰囲気ガス　：Ｒｘガス及びエンチッチガス＋アンモニア
浸炭窒化温度：９００〜９６０℃の範囲で選択（本実施例では９３０℃とした）
浸炭窒化時間：有効硬化層深さ及び硬さに応じ、１０〜５０時間
次に、前記浸炭処理が終了した後、一旦徐冷（炉冷）を行い、次いで、再び８４０℃で１時間保持する。つづいて、油焼き入れを行った後、これに連続して１８０℃で２時間焼戻しを行う。その後、徐冷する。
このようにすることで、ビッカーズ硬さＨｖ６９７〜Ｈｖ７７２（ＨＲＣ６０〜ＨＲＣ６３）程度に硬化した表面が得られる。次に、入力ディスク、出力ディスク及びパワーローラのトラクション面となる部分に、研削仕上げ（研磨の後、超仕上げ）を行う。このようにして、下記表１に示す有効硬化層深さの入力ディスク、出力ディスク及びパワーローラ（実施例１〜３）を得た。更に、浸炭窒化条件を変えることにより下記表１に示す入力ディスク、出力ディスク及びパワーローラを製造した。ひきつづき、トロイダル型無段変速機を製造し、寿命試験を以下の試験条件１で行った。
試験条件１
・入力軸の回転速度：４０００ｍｉｎ−１
・入力トルク　　　：　４８０Ｎｍ
・使用オイル　　　：合成潤滑油
・供給油温　　　　：　１３０℃
なお、入力ディスク、出力ディスク及びパワーローラの寿命は、トラクション面に剥離が発生するまでの時間か、あるいは入力ディスク、出力ディスク及びパワーローラのいずれかに疲労割れが発生するまでの時間をもって決定した。
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表１から、有効硬化層深さ（Ｈｖ６５３以上の硬化層の表面からの深さ）が、２．０ｍｍ〜４．０ｍｍである入力ディスク、出力ディスク及びパワーローラ（実施例１〜３）は、トロイダル型無段変速機を２００時間以上稼動しても、トラクション面に剥離が発生したり、入力ディスク、出力ディスク及びパワーローラに疲労割れが発生することがなく、寿命が極めて向上していることが判る。
一方、比較例１においては、短時間でディスクトラクション面に破損が生じていることがわかる。この原因は破面の調査結果からケースクラッシュをおこしたことによる。これは硬さ分布に対して、せん断応力分布τｓｔが高かったためである。
また、比較例２においても、同様にケースクラッシュを起因とするパワーローラ割れが発生した。この原因としても、硬さ分布に対して、せん断応力分布τｓｔが高かったためである。
更に、比較例３、４はいずれも黒皮部分を起点として割れが発生しており、粒界酸化層の異常成長による欠陥が起因となって破損したものである。
次に、ＳＣＭ４３５からなる入力ディスク、出力ディスク及びパワーローラに図３に示す熱処理を行った。図３において、（ａ）はＲｘガスとエンリッチガスと５％アンモニアを用いた浸炭窒化処理工程であり、（ｂ）は油焼入れ工程であり、（ｃ）は焼戻し工程を示す。有効効果層深さ（Ｈｖ６５３までの深さ）が３．０ｍｍになるように熱処理温度、時間を調整した。トロイダル型無段変速機を製造し、寿命試験を上記の試験条件１で行った。
破損はいずれも入力ディスクのトラクション面に剥離が発生した。試験終了後、入力ディスクのトラクション面のミクロ組織を観察し、種々の結晶粒度に対し寿命の関係を求めた。図４は、破損した入力ディスクのトラクション面における結晶粒度と寿命との関係を示したものである。図４より、表面結晶粒度が８以上になると、転がり寿命が向上することが示された。
次に、上記と同じ条件で作ったディスク軌道面の端面（図５の様に）２点で荷重を繰返し加え、ディスクが破断するまでの試験を示したものである。試験条件２は、下記のとおりである。
試験条件２
・試験機　　　サーボ型疲労試験機
・制御　　　　荷重制御
・負荷荷重　　最大６．４ｔ
・繰返速度　　２０Ｈｚ
図６は、ディスク（入力ディスク、出力ディスク共通）割れ試験結果を示す。破断の起点は頂部内径穴面上から高さの１／３以内で生じる。なお、図６において、横軸は応力繰返し数（Ｎｆ）を示し、縦軸は芯部の結晶粒度を示す。この結果より、芯部における結晶粒度が４以上であると、疲労割れ強度が長寿命になることが分かる。
以上より、転がり疲労寿命を向上させるためには表面の結晶粒度が８以上必要であり、疲労割れ寿命を向上させるためには芯部の結晶粒度が４以上であることが必要である。
従って、トロイダルＣＶＴが必要とする転がり疲労寿命と疲労割れ寿命を合せもつためには、表面の結晶粒度が８以上、芯部２１の結晶粒度が４以上とするのがよい。
次に、Ａｌ，Ｎが異なるＳＣＭ４３５により入力ディスクを製造し、図７の熱処理を行った。図７において、（ａ）はＲｘガスとエンリッチガスと５％アンモニアを用いた浸炭窒化処理工程であり、（ｂ）は油焼入れ工程であり、（ｃ）は焼戻し工程を示す。研削仕上げ後、ミクロ組織を観察し、表面結晶粒度と芯部結晶粒度を求めた。下記表２は、Ａｌ，Ｎ量と表面結晶粒度、芯部結晶粒度との関係を示したものである。
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Ａｌ：０．０１５〜０．０３５％、Ｎ：０．００５〜０．０２０％を含有する鋼を用いることにより、浸炭窒化処理、焼入、焼戻後に、表面においては結晶粒度が８以上、芯部においては結晶粒度が４以上とすることができるため、転がり疲労寿命と疲労割れ寿命の良いトロイダルＣＶＴを製造することができる。
以上説明したように、本発明によれば、長寿命なトロイダル型無段変速機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
図１は、トロイダル型無段変速機の説明図；
図２は、本発明のトロイダル型無段変速機による構成部材である入力ディスク、出力ディスク及びパワーローラに熱処理した場合の温度と時間との関係を示す特性図；
図３は、本発明のトロイダル型無段変速機による構成部材である入力ディスク、出力ディスク及びパワーローラに熱処理した場合の温度と時間との関係を示す特性図；
図４は、図３の熱処理条件によるディスクトラクション面における結晶粒度と寿命との関係を示す特性図；
図５は、サーボ型疲労試験機の説明図；
図６は、入力ディスク芯部の結晶粒度と応力繰返し数との関係を示す特性図；
図７は、本発明のトロイダル型無段変速機による構成部材である入力ディスク、出力ディスク及びパワーローラに熱処理した場合の温度と時間との関係を示す特性図。
【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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【国際調査報告】
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