JP2002130409A - 乾式無段変速機 - Google Patents
乾式無段変速機Info
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- Powder Metallurgy (AREA)
- Chemically Coating (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Abstract
滑性、防錆および耐摩耗性を維持しながら歯車間の噛合
に伴う発生熱の放熱性を改良した構造の提供。 【解決手段】歯車列9における第二中間歯車93の小径
歯車部93bと、連結軸14の小径歯車部14a,14
bを金属材料で構成してその放熱性を向上させる一方、
第一、第二送り機構10,15の各可動環体102,1
52それぞれの外周歯車部102c,152cを樹脂材
料で構成してその潤滑性、防錆および耐摩耗性を維持し
た構成。
Description
力軸に連結されたV溝プーリと、車輪への出力軸に連結
されたV溝プーリとの間にVベルトを巻き掛けし、変速
時に両プーリのVベルト巻き掛け径を変更してエンジン
出力を無段階に変更して出力軸に伝達する乾式無段変速
機に関する。
両V溝プーリを共に固定フランジと可動フランジとでV
溝を形成し、モータを変速比に応じた回転量で回転させ
るとともに、この回転量を変速機構を介して可動フラン
ジに伝達させて該可動フランジを軸方向に変位させ前記
巻き掛け径を可変させるようになっている。
定歯車と、この固定歯車と噛合して回転するとともに、
この回転を軸方向変位に変換させられて可動フランジを
軸方向に変位させる移動歯車とを有している。
て無潤滑であるためにその潤滑性、防錆性、耐摩耗性の
観点から、固定歯車や移動歯車を樹脂製としている。
合、モータからの変速比切り換えに対して高速に応答さ
せるに伴い固定歯車と移動歯車との噛合に伴う発生熱が
内部に溜まりやすくなりその潤滑性、防錆性および耐摩
耗性の面で好ましくなかった。
おいて、無潤滑方式として潤滑性、防錆および耐摩耗性
を維持しながら前記両歯車間の噛合に伴う発生熱の放熱
性を改良することを解決すべき課題とする。
速比に応じた回転動力を発生するモータと、V溝プーリ
の可動フランジを軸方向に変位させる送り機構と、前記
モータの回転動力を前記送り機構に伝達する歯車列とを
含み、前記送り機構が、非回転に固定されて周面に螺旋
溝を有する固定環体と、固定環体に螺合されて軸方向に
回転しながら変位する可動環体とを備え、前記歯車列
が、軸方向不動に固定支持された状態で前記モータによ
り回転駆動されかつ軸方向に長い歯面を有する固定歯車
と、前記送り機構の可動環体に設けられて前記固定歯車
に噛合される移動歯車とを有し、前記固定歯車が、金属
材料で構成されている一方、前記移動歯車が樹脂材料で
構成されていることを特徴とするものである。
第二送り機構のいずれか一方あるいは両方を含む。
車を金属材料で構成したから、モータからの変速比切り
換え時に固定歯車と移動歯車との噛合に伴い発生した熱
を固定歯車の長い歯面全域から容易に放熱させやすくな
り、内部に熱がこもらないから、乾式とした無段変速機
において、その内部発生熱の影響を受けずに潤滑性、防
錆および耐摩耗性を長期にわたり発揮させられるものと
なる。
に潤滑油を含浸させた構成とした場合、潤滑油で防錆効
果を発揮することができる。また、その潤滑油で潤滑性
が向上し、移動歯車が固定歯車の長い歯面を移動しても
当該移動歯車との間での耐摩耗性が向上する。
金属や一般的な炭素鋼が使用できる。Fe−C−Cu系
金属は、自己潤滑性を有するので好適である。
解ニッケルメッキ被膜を形成した場合、その被膜で潤滑
性、防錆性、耐摩耗性が向上するから、安価な金属材料
の使用が可能となりコスト低減に好ましい。
摩耗性が向上して好ましい。
軟窒化処理や塩浴軟窒化処理による被膜が形成されてい
ると、その被膜で潤滑性、防錆性、耐摩耗性が向上する
から、安価な金属材料の使用が可能となりコスト低減に
好ましい。
窒化処理の場合、続いて酸化処理による封孔処理が施し
ておけばさらに防錆性が増す。
ないし図3で示される実施形態を参照して詳細に説明す
る。
している。図1は、乾式の無段変速機の要部を示す縦断
面図、図2は、図1の第一送り機構を拡大して示す断面
図、図3は、図1の第二送り機構を拡大して示す断面図
である。
は、出力軸である。
た回転数で回転されるものであり、出力軸2は、不図示
の車輪に動力を伝達するものである。
に配置され、それぞれには主動側と従動側のV溝プーリ
3,4が連結され、かつ両プーリ3,4間には、複合ベ
ルト(ベルトと略称)5が巻き掛けられている。
可動フランジ32とからなる。
る。可動フランジ32は、入力軸1に同軸状に配設され
てスプライン嵌合される。
錐面になっていて、両対向面間でV溝33が構成され
る。
可動フランジ42とからなる。
る。可動フランジ42は、出力軸2に同軸状に配設され
てスプライン嵌合されている。
錐面になっていて、両対向面間でV溝43が構成され
る。
伝達するとともに直流モータ7の非駆動時においてモー
タ7への逆回転動力の伝達を遮断するクラッチである。
軸に取り付けられる入力歯車91と、第一中間歯車92
と、第二中間歯車93とを備える。第二中間歯車93
は、第一中間歯車92に噛合する大径歯車部93aと、
この大径歯車部93aから軸方向に離れた位置に設けら
れる軸方向に長い小径歯車部93bとを一体に有する。
させる第一送り機構である。
動環体102および動力変換ユニット103から構成さ
れている。
部101bとを有し、その大径部101aが、入力軸1
とハウジング11との間に転がり軸受12を介して非回
転に取り付けられることで主動V溝プーリ3と同軸状に
固定配設され、小径部101bが軸方向に延びてその外
周面に螺旋溝101cが設けられている。
周に転がり軸受13を介して取り付けられており、その
内周面に固定環体101における小径部101bに径方
向に対向配設されて内周に螺旋溝102aが設けられて
いるとともに、その外周の途中部に歯車102cが設け
られており、固定環体101に螺合されて軸方向に回転
しながら変位するようになっている。
歯車92の小径歯車部93bと噛合して回転動力が付与
されるようになっている。
1の螺旋溝101cと可動環体102の螺旋溝102a
との間に介装され可動環体102に与えられる回転動力
を軸方向推進力に変換するものであり、複数のボール1
06と、これら各ボール106を個別に非分離状態に保
持する複数のポケットを有する円環体状の保持器107
とを有している。
102aに取り付けられるストッパ105と、固定環体
101の螺旋溝102aに取り付けられるストッパ10
4とにより、軸方向両方向への移動量が規制される。
外周には、軸方向両方に小径歯車部14a,14bが設
けられている。一方の小径歯車部14aは、第一送り機
構10の可動環体102の外周歯車102cに噛合し、
また、他方の小径歯車部14bについては後述する。
させる第二送り機構である。
動環体152および動力変換ユニット153から構成さ
れている。
部151bとを有し、その大径部151aが、出力軸2
とハウジング11との間に転がり軸受16を介して非回
転に取り付けられることで従動V溝プーリ4と同軸状に
固定配設され、小径部151bが軸方向に延びてその外
周面に螺旋溝151cが設けられている。
周に転がり軸受17を介して取り付けられており、その
内周面に固定環体151における小径部151bに径方
向に対向配設されて内周に螺旋溝152aが設けられて
いるとともに、その外周の途中部に歯車152cが設け
られており、固定環体151に螺合されて軸方向に回転
しながら変位するようになっている。
14bと噛合して回転動力が付与されるようになってい
る。
1の螺旋溝151cと可動環体152の螺旋溝152a
との間に介装され可動環体152に与えられる回転動力
を軸方向推進力に変換するものであり、複数のボール1
56と、これら各ボール156を個別に非分離状態に保
持する複数のポケットを有する円環体状の保持器157
とを有している。
152aに取り付けられるストッパ155と、固定環体
151の螺旋溝152aに取り付けられるストッパ15
4とにより、軸方向両方向への移動量が規制される。
たは不図示の低速回転状態とする変速時には、直流モー
タ7を駆動し、クラッチ8ならびに歯車列9を介して第
一送り機構10に直流モータ7の動力を伝達する。
102の外周歯車102cが、歯車列9の第二中間歯車
93の小径歯車部93bと噛合することで行われる。
体102がその変速量に対応した回転量だけ回転駆動さ
せられる。この場合、可動環体102の回転方向に応じ
てV溝33,43の巻き掛け径を大きくまたは小さくし
て、変速量を大小に変更することが行われる。
け回転させられるに伴い、固定環体101とは動力変換
ユニット103のボール106を介して互いの螺旋溝1
01c,102aで連結されているので、動力変換ユニ
ット103から軸方向推進力を受けて前記回転量に見合
う距離分、軸方向に移動させられる。
ジ32は、可動環体102と軸受13を介して連結され
ているので、可動フランジ32は、可動環体102と一
体に軸方向に移動する。その結果、主動V溝プーリ3に
おける可動フランジ32と固定フランジ31との間のV
溝33は、その可動環体102の移動量に対応した巻き
掛け径を有したものとなる。
の外周歯車102cは、連結軸14の一方の小径歯車部
14aと噛合しているから、連結軸14は、可動環体1
01の回転に対応して回転させられる。
14bは、第二送り機構15の可動環体152の外周歯
車152cと噛合しているから、第二送り機構15の可
動環体152は第一送り機構10の可動環体101と同
期回転する。
備えた第二送り機構15においては、その可動環体15
2が前記変速量に対応した回転量だけ回転駆動させられ
るとともに、動力変換ユニット153から軸方向推進力
を受けて前記回転量に見合う距離分、軸方向に移動させ
られる。
ジ42は、軸方向に移動し、固定フランジ41との間の
V溝43は、可動環体152の移動量に対応した巻き掛
け径を有したものとなり、Vベルト5の巻き掛け径が変
更される。これによって、変速が行われる。
する。
車93と連結軸14それぞれにおいて軸方向に長い歯面
を有する小径歯車部93b、14a,14bを固定歯車
として金属材料で構成し、また、第一、第二送り機構1
0,15の可動環体102,152それぞれの外周歯車
部102c,152cを軸方向に移動可能な移動歯車と
して樹脂材料で構成する。
切り換え時において、小径歯車部93b、14a,14
bはその長い歯面全域が金属材料で構成されているか
ら、外周歯車部102c,152cとの噛合に伴い発熱
したものの、この熱はその歯面全域から容易に放熱され
る。
が内部にこもらなくなるから、その潤滑性、防錆性、耐
摩耗性が熱の影響を受けずに済み、無段変速機の性能の
長期維持に好ましい。
樹脂製であるから、軽量となり、したがって、可動環体
102,152と共に、可動フランジ32,42を軸方
向に高速変位可能となる。
(対象品という)に以下の処理を施して潤滑性、防錆、
耐摩耗性を向上させられるようにすれば安価な金属材を
使用することができるので、コスト低減に貢献すること
ができる。
を軸方向に長い歯車用軸体93cと一体に大径歯車部9
3aを形成するとともに、小径歯車部93bについて
は、歯車用軸体93cとは別体とし歯車用軸体93cに
圧入する形態とし、また、小径歯車部14a,14bに
ついてもその連結用軸体14cとは別体とし連結用軸体
14cに圧入する形態とする。
に潤滑油を含浸した構成とする。
−Cu系金属が好ましい。この焼結密度は機械強度確保
の観点から6.5g/cm3以上が好ましい。ここで、
Fe−C−Cu系金属は、Fe、CおよびCuの混合で
ある。
歯車の移動により発熱があるが、油分により局部昇温を
回避することができる。
錆油などがある。
品の場合、含浸油により、潤滑性、防錆性、耐摩耗性が
向上する。特に、無潤滑で最大120℃の高温下でも錆
びない。
キによる被膜を形成する。
メッキ膜であって、Ni−PあるいはNi−Bをマトリ
ックスとし、これに無機材特に硬質または潤滑性を有す
る不溶性の微粒子を複合共析させた構造である。
しく、これが均一に分散される。この被膜は、組成が緻
密になっているから、この被膜を腐食成分が浸透しにく
くなる。また、この被膜の金属材に対する付着強度は、
一般的なニッケルメッキ膜と比較して格段に高くなり、
例えばHv硬さ700〜1100と高硬度となり、優れ
た耐摩耗性が向上するとともに、被膜が剥離しにくくな
り、この被膜による保護作用を長期に継続できるように
なる。
より、潤滑性、防錆性、耐摩耗性が向上するから、対象
品を安価な金属材を使用することができ、そのコスト低
減に好ましい。
る。
の被膜形成後に硬化(ベーキング)処理を施す。この硬
化処理には、後述の浸硫窒化処理、軟窒化処理、特殊硬
化処理があるが、これらを適宜施すとよい。
対する樹脂製外周歯車部102c,152cを安価で強
度的に優れた性能を有するポリアミドにガラス繊維材入
りの樹脂を適用することができて好ましい。
温下での耐摩耗性が向上する。
被膜を形成する。
する。
し、真空状態として、所要の反応ガスを供給する。この
反応ガスとしては、浸炭性ガスと、窒化性ガスと、浸硫
性ガスとを混合したもの、つまり、CO2+(NH3+N
2)+H2Sを用いる。ここで、チャンバ内を480℃〜
600℃例えば550℃とし、0.5時間〜5時間例え
ば120分保持する。この後、所要時間をかけて油冷ま
たは空冷により冷却する。これにより、まず、反応ガス
の特にH2Sが対象品である固定歯車の表面に不可避的
に存在している酸化膜などの不純物因子を除去して、固
定歯車の純粋な表面を露出する。引き続き、Nが固定歯
車母材内部に速やかに深く浸透、拡散して、浸硫窒化膜
Aが形成される。
面側から内部へ向かう順に、FeSを主成分とする比較
的軟質な浸硫層A1、Fe2-3Nを主成分とする超硬質
で緻密な窒化化合物層A2、内輪母材BにN原子が拡散
されてなる比較的硬質な窒化拡散層A3を含む階層構造
になる。
度は、上述しているように、従来の各種の熱硬化処理に
比べて低いので、固定歯車の表面に歪みが発生しにくく
なる。ちなみに、上記浸硫窒化層Aの表面粗さは、それ
を形成する前の対象品の表面粗さ(中心線平均粗さRa
=0.7μm〜1.0μm、十点平均粗さRz=4.0
μm〜7.0μm、最大高さRmax=4.5μm〜
7.5μm)とほとんど同じに維持される。
合、潤滑性、防錆性、耐摩耗性が向上するから、対象品
を安価な金属材を使用することができ、そのコスト低減
に好ましい。
る被膜を形成する。
M415を素材として冷間鍛造、旋削、生研、ロール成
形などを経て外形が整えられたものを用意する。この対
象品を気密構造のチャンバ内にセットし、真空状態とし
て、ふっ化ガスと、窒化ガスとの2種を時間的にずらし
て個別に供給する。ふっ化ガスとしては、NF3、BF
3、CF4、HF、SF6、F2の単独もしくは混合物
からなる弗素源成分をN2等の不活性ガス中に合有させ
たガスが挙げられるが、例えば3ふっ化窒素(NF
3),窒素等の混合気が好適に用いられる。なお、効果
の点から、NF3等のふっ素源成分が0.05%〜20
%(重量基準、以下同じ)、好ましくは3%〜5%の範
囲内の濃度に設定される。また、窒化ガスとしては、例
えばNH3単体からなるガスまたはNH3と炭素源とか
らなる混合ガス(例えばRXガス)が挙げられる。
給し、300℃〜400℃とし、10分〜120分保持
する。これにより、対象品の表面の酸化物等は、除去さ
れて浄化されると同時に、金属ふっ化膜に置き換えられ
る。この際に、表面に形成される金属ふっ化膜は、不働
態膜であるので、表面への酸素の吸着や酸化作用を防止
し、次の窒化処理まで酸化物の生成を阻止する。
480℃〜700℃の範囲とし、0.5時間〜5時間の
範囲で保持する。これにより、対象品の母材Aの表面に
窒化層Cが形成される。このとき、対象品の表面の金属
ふっ化膜が活性化膜となるとともに、窒化処理において
窒素が金属内部に速やかに深く浸透拡散しやすくなる。
により冷却する。対象品は、冷却終了まで、窒素ガス中
に保持されているから、表面に酸化物が生成されない。
定歯車母材Aの表面から内側に向かってCrN、Fe2
N、Fe3N、Fe4N等の窒化物を含有する超硬質な
化合物層C1と、それに続く内部にN原子の拡散層C2
とから構成されている。
る前の対象品の表面粗さ(中心線平均粗さRa=0.7
μm〜1.0μm、十点平均粗さRz=4.0μm〜
7.0μm、最大高さRmax=4.5μm〜7.5μ
m)とほとんど同じに維持される。ちなみに、上記窒化
層Cの断面を電子顕微鏡(機種:オリンパスPMG3、
倍率400倍)で観察すると、平均粒子径が1μm以下
で、緻密にかつ平滑に形成されていた。また、窒化層C
の表面側の硬さは、ビッカース硬さ〔Hv〕で800〜
1000(試験荷重50gf)と、従来の熱硬化処理品
と同等あるいはそれ以上になる。そして、前述の窒化層
Cと、従来の熱硬化処理により得られる硬化層とについ
ての摩擦係数は、無潤滑状態で、それぞれ0.24、
0.54となり、本実施形態のほうが2分の1以下と優
れたものになる。この摩擦係数を調べる実験は、上記実
施形態の場合と同様である。このように、窒化層Cを形
成する過程で熱歪みによる寸法変化の発生を抑制できる
ので、この処理の後で表面に対して超仕上げ処理を施せ
ばよく、従来必要であった研磨処理を省略できるように
なる。
施せば、防錆性がさらに向上する。
表面に備えた対象品の場合、潤滑性、防錆性、耐摩耗性
が向上するから、対象品を安価な金属材を使用すること
ができ、そのコスト低減に好ましい。
を形成する。
やJIS規格SCr材などを素材として冷間鍛造、旋
削、生研、ロール成形などを経て外形が整えられたもの
を用意する。この対象品に対して、800〜950℃で
浸炭焼入れすることにより、対象品母材の金属組織をオ
ーステナイトからマルテンサイトに変態させる。この浸
炭焼入れした対象品を、自然冷却するのではなく、塩浴
徐冷する。つまり、硝酸塩などの塩類を融点以上の温度
で加熱溶解した溶液中に、前記浸炭焼入れされた対象品
を入れて550℃以下で徐々に冷却する。この状態は図
6(a)で示される。これにより、対象品の表面の歪み
を抑制できるようになるので、これらの処理終了後にお
いて対象品表面に対して超仕上げ処理を施せば図6
(b)で示されるようになる。
備えた対象品の場合、潤滑性、防錆性、耐摩耗性が向上
するから、対象品を安価な金属材を使用することがで
き、そのコスト低減に好ましい。
を有する固定歯車が、金属材料で構成されている一方、
これと噛合する移動歯車が樹脂材料で構成されているの
で、モータからの変速比切り換え時に固定歯車と移動歯
車との噛合に伴い発生した熱は、固定歯車の長い歯面全
域から容易に放熱させやすくなり、内部に熱がこもらな
いから、乾式とした無段変速機において、潤滑性、防錆
および耐摩耗性を長期にわたり熱の影響を受けずに発揮
させらせるものとなる。
図
Claims (8)
- 【請求項1】 平行に配置された入出力軸に振り分けて
配設される一対のV溝プーリ間に巻き掛けられるVベル
トの巻き掛け径を要求に応じて変更することにより、入
力される動力を変速して出力するもので、かつ、前記各
V溝プーリが、それぞれ、片面が円錐面とされた固定フ
ランジと、固定フランジに対して軸方向変位可能に対向
しその対向面が円錐面とされた可動フランジとで構成さ
れる乾式無段変速機であって、 要求される変速比に応じた回転動力を発生するモータ
と、 前記可動フランジを軸方向に変位させる送り機構と、 前記モータの回転動力を前記送り機構に伝達する歯車列
と、 を含み、 前記送り機構が、非回転に固定されて周面に螺旋溝を有
する固定環体と、固定環体に螺合されて軸方向に回転し
ながら変位する可動環体とを備え、 前記歯車列が、軸方向不動に固定支持された状態で前記
モータにより回転駆動されかつ軸方向に長い歯面を有す
る固定歯車と、前記送り機構の可動環体に設けられて前
記固定歯車に噛合される移動歯車とを有し、 前記固定歯車が、金属材料で構成されている一方、前記
移動歯車が樹脂材料で構成されている、 ことを特徴とする乾式無段変速機。 - 【請求項2】 請求項1の乾式無段変速機において、 前記固定歯車が、焼結金属材に潤滑油を含浸したもので
ある、ことを特徴とする乾式無段変速機。 - 【請求項3】 請求項1の乾式無段変速機において、 前記焼結金属材が、Fe−C−Cu系金属である、こと
を特徴とする乾式無段変速機。 - 【請求項4】 請求項1の乾式無段変速機において、 前記固定歯車の表面に無電解ニッケルメッキ被膜が形成
されている、ことを特徴とする乾式無段変速機。 - 【請求項5】 請求項4の乾式無段変速機において、 前記被膜が硬化処理されている、ことを特徴とする乾式
無段変速機。 - 【請求項6】 請求項1の乾式無段変速機において、 前記固定歯車表面にガス軟窒化処理による被膜が形成さ
れている、ことを特徴とする乾式無段変速機。 - 【請求項7】 請求項1の乾式無段変速機において、 前記固定歯車の表面に塩浴軟窒化処理による被膜が形成
されている、ことを特徴とする乾式無段変速機。 - 【請求項8】 請求項6の乾式無段変速機において、 前記固定歯車表面のガス軟窒化被膜に対して封孔処理が
施されている、ことを特徴とする乾式無段変速機。
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JP2000330093A JP2002130409A (ja) | 2000-10-30 | 2000-10-30 | 乾式無段変速機 |
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JP (1) | JP2002130409A (ja) |
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