JP2004052967A

JP2004052967A - Toroidal type continuously variable transmission

Info

Publication number: JP2004052967A
Application number: JP2002213786A
Authority: JP
Inventors: Tomonobu Yoshikawa; 吉川　朋伸
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2002-07-23
Filing date: 2002-07-23
Publication date: 2004-02-19

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a toroidal type continuously variable transmission having excellent durability at a low cost. <P>SOLUTION: Balls 20 and 20 constituting thrust ball bearings 14 and 14 pivotally supporting power rollers 9 and 9 are made of high carbon steel. The carbon concentration and the nitride concentration of the surfaces of the balls 20 and 20 are made 1.2 to 1.7 wt% and 0.1 to 0.6 wt% respectively by carbonitriding treating, hardening and tempering the balls 20 and 20. In addition, the surface hardness of the surface hardened layers of the balls 20 and 20 is made higher than that of the outer ring raceway track 18 and the inner ring raceway track 19 formed in the side faces of an outer ring 16 and a power rollers 9 respectively by 1 to 2 points in H<SB>R</SB>C hardness. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明に係るトロイダル型無段変速機は、例えば自動車の自動変速機用の変速ユニットとして、或は各種産業機械用の変速機として、それぞれ利用する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用自動変速機として、図２〜３に略示する様なトロイダル型無段変速機を使用する事が研究され、一部で実施されている。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様に、入力軸１と同心に、請求項に記載した第一のディスクに相当する入力側ディスク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、請求項に記載した第二のディスクに相当する出力側ディスク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５（後述する図５参照）の内側には、上記入力軸１並びに出力軸３に対し捻れの位置にある枢軸６、６を中心として揺動するトラニオン７、７を設けている。
【０００３】
これら各トラニオン７、７は、長さ方向（図２〜３の表裏方向）両端面に上記枢軸６、６を、各トラニオン７、７毎に互いに同心に、各トラニオン７、７毎に１対ずつ設けている。これら各枢軸６、６の中心軸は、上記各ディスク２、４の中心軸と交差する事はないが、これら各ディスク２、４の中心軸の方向に対し直角若しくはほぼ直角方向である、捩れの位置に存在する。又、上記各トラニオン７、７の中心部には変位軸８、８の基半部を支持し、上記枢軸６、６を中心として各トラニオン７、７を揺動させる事により、上記各変位軸８、８の傾斜角度の調節を自在としている。各トラニオン７、７に支持された変位軸８、８の先半部周囲には、それぞれパワーローラ９、９を回転自在に支持している。そして、これら各パワーローラ９、９を、上記入力側、出力側両ディスク２、４の内側面２ａ、４ａ同士の間に挟持している。
【０００４】
上記入力側、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６を中心とする円弧若しくはこの様な円弧に近い曲線を回転させて得られる、断面円弧状の凹面をなしている。そして、球状凸面に形成された各パワーローラ９、９の周面９ａ、９ａを、上記内側面２ａ、４ａに当接させている。又、上記入力軸１と入力側ディスク２との間には、ローディングカム装置１０を設け、このローディングカム装置１０によって上記入力側ディスク２を、出力側ディスク４に向け弾性的に押圧しつつ、回転駆動自在としている。
【０００５】
上述の様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の回転に伴って上記ローディングカム装置１０が上記入力側ディスク２を、上記複数のパワーローラ９、９に押圧しつつ回転させる。そして、この入力側ディスク２の回転が、上記複数のパワーローラ９、９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。
【０００６】
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との間で減速を行なう場合には、枢軸６、６を中心として前記各トラニオン７、７を揺動させ、上記各パワーローラ９、９の周面９ａ、９ａが図２に示す様に、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様に、前記各変位軸８、８を傾斜させる。反対に、増速を行なう場合には、上記各トラニオン７、７を揺動させ、上記各パワーローラ９、９の周面９ａ、９ａが図３に示す様に、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、それぞれ当接する様に、上記各変位軸８、８を傾斜させる。これら各変位軸８、８の傾斜角度を図２と図３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。
【０００７】
更に、図４〜５は、実願昭６３−６９２９３号（実開平１−１７３５５２号）のマイクロフィルムに記載された、より具体化されたトロイダル型無段変速機を示している。入力側ディスク２と出力側ディスク４とは円管状の入力軸１１の周囲に、それぞれ回転自在に支持している。又、この入力軸１１の端部と上記入力側ディスク２との間に、ローディングカム装置１０を設けている。一方、上記出力側ディスク４には、出力歯車１２を結合し、これら出力側ディスク４と出力歯車１２とが同期して回転する様にしている。
【０００８】
１対のトラニオン７、７の長さ方向（図４の表裏方向、図５の左右方向）両端部に互いに同心に設けた枢軸６、６は、支持部材である１対の支持板１３、１３に、揺動並びに軸方向（図４の表裏方向、図５の左右方向）の変位自在に支持している。そして、上記各トラニオン７、７の中間部に、変位軸８、８の基半部を支持している。これら各変位軸８、８は、基半部と先半部とを互いに偏心させている。そして、このうちの基半部を上記各トラニオン７、７の中間部に回転自在に支持し、それぞれの先半部にパワーローラ９、９を、ラジアルニードル軸受等の転がり軸受を介して、回転自在に支持している。
【０００９】
尚、上記１対の変位軸８、８は、上記入力軸１１に対して１８０度反対側位置に設けている。又、これら各変位軸８、８の基半部と先半部とが偏心している方向は、上記入力側、出力側両ディスク２、４の回転方向に関して同方向（図５で左右逆方向）としている。又、偏心方向は、上記入力軸１１の配設方向に対してほぼ直交する方向としている。従って上記各パワーローラ９、９は、上記入力軸１１の配設方向に関して若干の変位自在に支持される。
【００１０】
又、上記各パワーローラ９、９の外側面と上記各トラニオン７、７の中間部内側面との間には、これら各パワーローラ９、９の外側面の側から順に、スラスト玉軸受１４、１４とスラストニードル軸受１５、１５とを設けている。このうちのスラスト玉軸受１４、１４は、上記各パワーローラ９、９に加わるスラスト方向の荷重を支承しつつ、これら各パワーローラ９、９の回転を許容するもので、特許請求の範囲に記載したスラスト転がり軸受に対応するものである。又、上記各スラストニードル軸受１５、１５は、上記各パワーローラ９、９から上記各スラスト玉軸受１４、１４を構成する外輪１６、１６に加わるスラスト荷重を支承しつつ、上記各変位軸８、８の先半部及び上記外輪１６、１６が、これら各変位軸８、８の基半部を中心として揺動する事を許容する。更に、上記各トラニオン７、７は、油圧式のアクチュエータ１７、１７により、前記各枢軸６、６の軸方向の変位自在としている。
【００１１】
上述の様に構成されるトロイダル型無段変速機の場合、入力軸１１の回転はローディングカム装置１０を介して入力側ディスク２に伝えられる。そして、この入力側ディスク２の回転が、１対のパワーローラ９、９を介して出力側ディスク４に伝えられ、更にこの出力側ディスク４の回転が、出力歯車１２より取り出される。
【００１２】
入力軸１１と出力歯車１２との間の回転速度比を変える場合には、上記各アクチュエータ１７、１７により上記１対のトラニオン７、７を、それぞれ逆方向に、例えば、図５の下側のパワーローラ９を同図の右側に、同図の上側のパワーローラ９を同図の左側に、それぞれ変位させる。この結果、これら各パワーローラ９、９の周面９ａ、９ａと上記入力側ディスク２及び出力側ディスク４の内側面２ａ、４ａとの当接部に作用する、接線方向の力の向きが変化する。そして、この力の向きの変化に伴って上記各トラニオン７、７が、支持板１３、１３に枢支された枢軸６、６を中心として、互いに逆方向に揺動する。この結果、前述の図３〜４に示した様に、上記各パワーローラ９、９の周面９ａ、９ａと上記各内側面２ａ、４ａとの当接位置が変化し、上記入力軸１１と出力歯車１２との間の回転速度比が変化する。
【００１３】
トロイダル型無段変速機による動力伝達時には、構成各部の弾性変形に基づいて、上記各パワーローラ９、９が上記入力軸１１の軸方向に変位する。そして、これら各パワーローラ９、９を支持した前記各変位軸８、８が、それぞれの基半部を中心として僅かに回動する。この回動の結果、上記各スラスト玉軸受１４、１４の外輪１６、１６の外側面と上記各トラニオン７、７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、前記各スラストニードル軸受１５、１５が存在する為、この相対変位に要する力は小さい。
【００１４】
上述の様に構成され作用するトロイダル型無段変速機により大きな動力（高トルク）を伝達する際には、上記入力側、出力側両ディスク２、４及び上記各パワーローラ９、９に、大きな曲げ応力や剪断応力が繰り返し加わる。この様に繰り返し加わる大きな応力によっても上記各部材２、４、９に亀裂等の損傷が発生せず、トロイダル型無段変速機全体としての耐久性を確保する為には、上記各部材２、４、９個々の耐久性を向上させる事が重要になる。これら各部材２、４、９の耐久性を向上させる為の従来技術として、「ＮＡＳＡ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｎｏｔｅ　ＮＡＳＡ　ＡＴＮＤ−８３６２」には、入力側、出力側各ディスク及びパワーローラを構成する為の材料として、ＡＩＳＩ５２１００（ＪＩＳ　ＳＵＪ２、高炭素クロム軸受鋼相当）を使用する事が記載されている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の様な従来のトロイダル型無段変速機の場合、動力伝達時に入力側、出力側両ディスク２、４の内側面２ａ、４ａと各パワーローラ９、９の周面９ａとの当接部（トラクション部）に、押圧装置１０の押圧力に基づく大きな押し付け力が加わる。そして、この様な押し付け力に基づいて、上記各パワーローラ９、９を支承するスラスト玉軸受１４、１４に、大きなスラスト荷重が加わる。この様に各スラスト玉軸受１４、１４に大きなスラスト荷重が加わると共に、上記各パワーローラ９、９が高速回転すると、これら各スラスト玉軸受１４、１４を構成する外輪１６に形成した外輪軌道１８及び上記各パワーローラ９、９に形成した内輪軌道１９と、それぞれが転動体である各玉２０、２０の転動面との転がり接触部でスピンや滑りが生じる。そして、この様なスピンや滑りに基づき、上記各スラスト玉軸受１４、１４が発熱（温度上昇）する。
【００１６】
この様な発熱の程度は、これら各スラスト玉軸受１４、１４を流通する潤滑油の温度を測定する事で分かる。そして、これら各スラスト玉軸受１４、１４を流通する潤滑油の流入温度と流出温度との差から、上記転がり接触部の温度は少なくとも１３０℃程度まで上昇していると考えられる。この様な転がり接触部の発熱は、上記外輪軌道１８及び内輪軌道１９や上記各玉２０、２０に剥離等の損傷を生じ易くする。特にこのうちの各玉２０、２０は、熱伝導性的に不利な条件下にある。即ち、これら各玉２０、２０と上記外輪軌道１８及び内輪軌道１９との接触面積は小さい為、上述の様な転がり接触部のスピンや滑りに基づきこれら各玉２０、２０が温度上昇しても、これら各玉２０、２０から熱が逃げにくい。この為、上記外輪１６や上記パワーローラ８、８に比べ、これら各玉２０、２０が早期に寿命に至る可能性がある。
【００１７】
この様な不都合を解決すべく、特開平７−２０８５６８号公報には、パワーローラを支承するスラスト転がり軸受を構成する各転動体を中炭素鋼又は高炭素鋼により造ると共に、これら各転動体に浸炭窒化処理、焼き入れ、焼き戻し処理を施す事により、これら各転動体の転がり疲れ寿命を確保する発明が記載されている。ところが、近年トロイダル型無段変速機の高出力化、高トルク化が図られており、上記転動体の耐久性の更なる向上が望まれている。特にパワーローラ及び入力側、出力側両ディスクの耐久性の向上に伴って、上記スラスト転がり軸受を構成する転動体の寿命が相対的に短くなる傾向にある。この為に現情では、これら各転動体の耐久性を確保する事は、そのままトロイダル型無段変速機の耐久性向上に繋がる事となる。
本発明のトロイダル型無段変速機は、この様な事情に鑑みて発明したものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明のトロイダル型無段変速機は、前述の図２〜５に示した従来から知られているトロイダル型無段変速機と同様に、第一ディスク及び第二ディスクと、複数のトラニオンと、変位軸と、パワーローラと、スラスト転がり軸受とを備える。
このうちの第一ディスク及び第二ディスクは、それぞれが断面円弧形の凹面である互いの内側面同士を対向させた状態で、互いに同心に、且つ互いに独立した回転自在に支持されている。
又、上記各トラニオンは、上記両ディスクの中心軸に対し捻れの位置にある状態でそれぞれの両端部に設けられた枢軸を中心として揺動する。
又、上記変位軸は、上記各トラニオンの中間部に、これら各トラニオンの内側面から突出する状態で支持されている。
又、上記パワーローラは、上記各トラニオンの内側面側に配置され、且つ、上記両ディスク同士の間に挟持された状態で、上記各変位軸の周囲に回転自在に支持されたもので、その周面を球状凸面としている。
更に、上記スラスト転がり軸受は、上記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ている。
そして、上記各スラスト転がり軸受は、上記各パワーローラの外側面に形成された内輪軌道と、上記各トラニオンの内側面に支持された外輪の内側面に形成された外輪軌道との間に、複数個の転動体を設けて成るものである。
【００１９】
特に、本発明のトロイダル型無段変速機に於いては、上記各スラスト転がり軸受を構成する上記各転動体を、高炭素鋼により造ると共に、浸炭窒化処理、焼き入れ、焼き戻し処理を施す事により、表面炭素濃度を１．２〜１．７重量％、表面窒素濃度を０．１〜０．６重量％としている。
尚、上記各転動体を構成する高炭素鋼とは、炭素（Ｃ）を０．５重量％以上含む鋼を言い、例えば高炭素クロム軸受鋼等が使用可能である。
更には、上記各転動体の表面硬度を、上記スラスト転がり軸受を構成する上記外輪及びパワーローラの各側面にそれぞれ形成された外輪軌道及び内輪軌道の表面硬度に比べて、Ｈ_ＲＣ　硬度で１〜２ポイント高くしている。
又、更に好ましくは、上記各転動体の表面硬化層の残留オーステナイト量を２５〜４０容量％とする。尚、この様に残留オーステナイト量を規制する場合には、焼き戻し温度を２００℃以下とする。
【００２０】
【作用】
上述の様に構成する本発明のトロイダル型無段変速機によれば、パワーローラを支承するスラスト転がり軸受を構成する各転動体の耐久性を効果的に確保できる。
即ち、一般的に転がり軸受を構成する材料は、高温になると硬さに代表される機械的強度が低下し、疲労特性が劣化するが、本発明の場合には、上記各転動体を高炭素鋼により造ると共に、この高炭素鋼により造られたこれら各転動体に浸炭窒化処理を施す事で、これら各転動体の表面を構成するマルテンサイト中に更に炭素並びに窒素を固溶させる。この為、これら各転動体の焼き戻し軟化抵抗性の向上を図れる。
【００２１】
従って、これら各転動体の転動面と外輪軌道及び内輪軌道との転がり接触部のスピンや滑りに基づきこれら各転動体が温度上昇したり、これら各転動体を高温で使用し続けても、これら各転動体の硬さ（表面硬度）の低下を長期間に亙り防止できて、これら各転動体の耐久性を十分に確保できる。しかも、この様に各転動体の硬さの低下を長期間に亙り防止できる結果、上記転がり接触部でスピンや滑りが生じても、これら各転動体の表面に加わる接線方向の引っ張り応力に基づく微小クラックを発生しにくくできる。この為、この様な微小クラックが起点となって生じる表面疲労型の剥離を防止して、上記各転動体の耐久性を十分に確保できる。
【００２２】
尚、上記各転動体の表面炭素濃度を１．２重量％以上とする理由は、外輪やパワーローラである軌道輪に用いられる高炭素クロム軸受鋼の炭素量が１．０重量％程度であり、この様な高炭素クロム軸受鋼により得られる外輪やパワーローラの表面硬度よりも上記各転動体の表面硬度を高くする為である。即ち、これら各転動体の表面炭素濃度が１．２重量％未満の場合には、上記各転動体の表面硬度が上記各軌道輪の表面硬度よりもＨ_ＲＣ　硬度で１ポイント以上高くならず、これら各軌道輪よりも早期に寿命に至る可能性がある。一方、上記表面炭素濃度が１．７重量％を超える場合には、上記各転動体の表面硬化層に巨大炭化物が生成され、転がり疲労寿命特性が低下する可能性がある。従って、上記各転動体の表面炭素濃度を、１．２〜１．７重量％の範囲に規制する。
【００２３】
又、上記各転動体の表面窒素濃度を０．１重量％以上とする理由は、これら各転動体の高温での表面硬度の低下を防止する為である。即ち、上記表面窒素濃度が０．１重量％未満の場合には、上記各転動体の高温での表面硬度を十分に確保できない可能性がある。一方、上記表面窒素濃度が０．６重量％を超える場合には、上記各転動体の表面硬化層に巨大窒化物が生成され、転がり疲労寿命特性が低下する可能性がある。そこで、上記各転動体の表面窒素濃度を、０．１〜０．６重量％の範囲に規制する。
【００２４】
又、上記各転動体の表面硬度を、上記各軌道輪にそれぞれ形成された外輪軌道及び内輪軌道の表面硬度に比べて、Ｈ_ＲＣ　硬度で１〜２ポイント高くする理由は、上記各パワーローラが大きなスラスト荷重を受けつつ高速で回転する場合に、上記転がり接触部に十分な潤滑油膜が形成されなかったり、或は潤滑油に異物が混入したりすると、上記軌道輪よりも上記各転動体に剥離等の損傷が生じ易くなる為である。尚、これら各転動体と上記外輪軌道及び内輪軌道との表面硬度の差がＨ_ＲＣ　硬度で１ポイント未満の場合には、上記各転動体に剥離等の損傷が生じるのを十分に防止できない可能性がある。一方、上記表面硬度の差がＨ_ＲＣ　硬度で２ポイントを超える場合には、上記外輪軌道及び内輪軌道の硬さに対して上記各転動体の硬さが高くなりすぎて、これら各転動体よりも上記軌道輪に剥離等の損傷が生じ易くなる。
更に、上記各転動体の表面硬化層の残留オーステナイト量を２５〜４０容量％とすれば、潤滑油に異物が混入した場合でも、これら各転動体の剥離寿命を十分に確保できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態の１例を示している。尚、本発明の特徴は、パワーローラ９をトラニオン７の内側面に回転自在に支持する為のスラスト転がり軸受であるスラスト玉軸受１４を構成する、それぞれが転動体である各玉２０、２０の性状を工夫する点にある。即ち、これら各玉２０、２０の表面硬度、並びに、表面硬化層に固溶する炭素及び窒素の量を規制する事により、上記スラスト玉軸受１４を組み込んだトロイダル型無段変速機全体としての耐久性向上を実現する点にある。このトロイダル型無段変速機の基本構造に就いては、前述の図４〜５に示した従来構造と同様であるので、同等部分には同一符号を付して、重複する説明を省略若しくは簡略にし、以下、本発明の特徴部分を中心に説明する。
【００２６】
本例の場合は、上記各スラスト玉軸受１４、１４を構成する上記各玉２０、２０を高炭素鋼、即ち、炭素（Ｃ）を０．５重量％以上含む鋼、例えば高炭素クロム軸受鋼により造っている。又、これと共に、これら各玉２０、２０に浸炭窒化処理、焼き入れ、焼き戻し処理を施す事により、これら各玉２０、２０の表面炭素濃度を１．２〜１．７重量％、表面窒素濃度を０．１〜０．６重量％としている。更には、上記各玉２０、２０の（表面硬化層における）表面硬度を、上記スラスト玉軸受１４、１４を構成する外輪１６及び上記パワーローラ９の各側面にそれぞれ形成された外輪軌道１８及び内輪軌道１９の表面硬度に比べて、Ｈ　_ＲＣ硬度で１〜２ポイント高くしている。又、上記各玉２０、２０の表面硬化層の残留オーステナイト量を、２５〜４０容量％としている。尚、この様に残留オーステナイト量を規制する場合には、焼き戻し温度を２００℃以下とする事が好ましい。
【００２７】
上述の様に構成する本例のトロイダル型無段変速機によれば、各パワーローラ９、９を支承するスラスト玉軸受１４、１４を構成する各玉２０、２０の耐久性を効果的に確保できる。
即ち、一般的に転がり軸受を構成する材料は、高温になると硬さに代表される機械的強度が低下し、疲労特性が劣化するが、本例の場合には、上記各玉２０、２０を高炭素鋼により造ると共に、この高炭素鋼により造られたこれら各玉２０、２０に浸炭窒化処理を施す事で、これら各玉２０、２０の表面を構成するマルテンサイト中に、更に炭素並びに窒素を固溶させている。この為、これら各玉２０、２０の焼き戻し軟化抵抗性の向上を図れる。
【００２８】
従って、これら各玉２０、２０と外輪軌道１８及び内輪軌道１９との転がり接触部のスピンや滑りに基づいて、これら各玉２０、２０が温度上昇しても、更には、これら各玉２０、２０を高温で使用し続けても、これら各玉２０、２０の硬さ（表面硬度）の低下を長期間に亙り防止できて、これら各玉２０、２０の耐久性を十分に確保できる。しかも、この様に各玉２０、２０の硬さの低下を長期間に亙り防止できる結果、上記転がり接触部でスピンや滑りが生じても、これら各玉２０、２０の表面に加わる接線方向の引っ張り応力に基づく微小クラックを発生しにくくできる。この為、この様な微小クラックが起点となって生じる表面疲労型の剥離を防止して、上記各玉２０、２０の耐久性を十分に確保できる。
【００２９】
尚、上記各玉２０、２０の表面炭素濃度を１．２重量％以上とする理由は、上記外輪１６やパワーローラ９である軌道輪に用いられる高炭素クロム軸受鋼の炭素量が１．０重量％程度であり、この様な高炭素クロム軸受鋼により得られる表面硬度よりも上記各玉２０、２０の表面硬度を（次述する様にＨ_ＲＣ　硬度で１〜２ポイント）高くする為である。即ち、これら各玉２０、２０の表面炭素濃度が１．２重量％未満の場合には、これら各玉２０、２０の表面硬度を上記各軌道輪（外輪１６及びパワーローラ９）の表面硬度よりも、Ｈ_ＲＣ　硬度で１ポイント以上高くできず、これら各軌道輪１６、９よりも早期に寿命に至る可能性がある。一方、上記表面炭素濃度が１．７重量％を超える場合には、上記各パワーローラ８の表面硬化層に巨大炭化物が生成され、転がり疲労寿命特性が低下する可能性がある。この為、上記各玉２０、２０の表面炭素濃度を、１．２〜１．７重量％の範囲に規制する。
【００３０】
又、上記各玉２０、２０の表面窒素濃度を０．１重量％以上とする理由は、これら各玉２０、２０の高温での表面硬度の低下を防止する為である。即ち、上記表面窒素濃度が０．１重量％未満の場合には、上記各玉２０、２０の高温での表面硬度を十分に確保できない可能性がある。一方、上記表面窒素濃度が０．６重量％を超える場合には、上記各玉２０、２０の表面硬化層に巨大窒化物が生成され、転がり疲労寿命特性が低下する可能性がある。そこで、上記各玉２０、２０の表面窒素濃度を、０．１〜０．６重量％の範囲に規制する。
【００３１】
又、上記各玉２０、２０の転動面の（表面硬化層における）表面硬度を、上記各軌道輪１６、９にそれぞれ形成された外輪軌道１８及び内輪軌道１９の表面硬度に比べて、Ｈ_ＲＣ　硬度で１〜２ポイント高くする理由は、上記転動面の剥離寿命を上記各軌道１８、１９の剥離寿命以上とする為である。即ち、上記各パワーローラ９が大きなスラスト荷重を受けつつ高速で回転する場合に、上記転がり接触部に十分な潤滑油膜が形成されなかったり、或は潤滑油に異物が混入したりすると、上記軌道輪１６、９よりも上記各玉２０、２０に剥離等の損傷が生じ易くなる。この為、上記表面硬度の差を設定して、これら各玉２０、２０の耐久性を確保する。尚、これら各玉２０、２０と上記外輪軌道１８及び内輪軌道１９との表面硬度の差がＨ_ＲＣ　硬度で１ポイント未満の場合には、上記各玉２０、２０に剥離等の損傷が生じるのを十分に防止できない。一方、上記表面硬度の差がＨ_ＲＣ　硬度で２ポイントを超える場合には、上記外輪軌道１８及び内輪軌道１９の硬さに対して上記各玉２０、２０の硬さが高くなりすぎて、これら各玉２０、２０よりも上記軌道輪１６、９に剥離等の損傷が生じ易くなる。
更に、本例の場合には、上記各玉２０、２０の表面硬化層の残留オーステナイト量を２５〜４０容量％としている為、潤滑油に異物が混入した場合でも、これら各玉２０、２０の剥離寿命を十分に確保できる。
【００３２】
【実施例】
上述の様な玉（転動体）２０を使用する事により、トロイダル型無段変速機を構成するパワーローラ９を支承するスラスト玉軸受（スラスト転がり軸受）１４の耐久性向上を図れる事を確認する為に、本発明者が行なった実験に就いて説明する。この実験は、下記の表１に示す本発明の技術範囲に属する玉４種類（実施例１〜４）と本発明の技術範囲から外れる玉５種類（比較例１〜５）との、合計９種類の玉を、上述した図１に示す様なトロイダル型無段変速機を構成するパワーローラ９、９を支承するスラスト玉軸受１４、１４の転動面に組み込んで、これら各玉１４、１４の転動面及びパワーローラ９、９の内輪軌道１９、１９、外輪１６、１６の外輪軌道１８、１８、入力側、出力側両ディスク２、４の内側面２ａ、４ａの剥離の発生状況、並びにトロイダル型無段変速機全体としての寿命（Ｌ_１０寿命）をそれぞれ調べた。
【００３３】
【表１】

【００３４】
尚、上記表１の各玉は、ＳＵＪ２（高炭素クロム軸受鋼）により造ると共に、図５に示す熱処理を施した。即ち、温度が８３０〜８６０℃のＲｘガス、エンリッチガス及びアンモニアガス（ＮＨ_３　）雰囲気中で２〜５時間熱処理（浸炭窒化）した後、オイルクエンチ（焼き入れ）を行ない、次に、温度が１８０〜２００℃の大気中で２時間加熱した後、冷却した（焼き戻した）。そして、この様にして得られた玉１４、１４により構成するスラスト玉軸受１４、１４を用いてトロイダル型無段変速機の変速機構部分（バリエータ）を組み立て、この変速機構部分を試験装置に組み込み、次に示す試験条件で耐久試験を行なった。各試料毎の表面硬度や表面炭素濃度、表面窒素濃度の相違は、上記浸炭窒化時の炉内雰囲気の差により生じるものである。
試験条件
入力軸の回転速度　：　４０００ｍｉｎ^−１
入力トルク　　　　：　３５０Ｎｍ
使用潤滑油　　　　：　トラクションオイル
油温　　　　　　　：　１００℃
試験数　　　　　　：　５回
【００３５】
尚、この耐久試験は、同種の試料に就いて５個ずつ（ｎ＝５）行ない、得られた結果をワイブル確率用紙上で整理し、９０％残存寿命値（Ｌ_１０寿命値）を求めた。又、剥離の発生は、肉眼で確認できる剥離の存在をもって判断した。得られた試験結果を、下記の表２に示す。
【表２】

【００３６】
耐久試験の結果を表すこの表２から明らかな通り、本発明の様な玉により構成するスラスト玉軸受１４を組み込んだトロイダル型無段変速機は、比較例１〜５に比べて寿命を大幅に長くできる。しかも、パワーローラ９、９や入力側、出力側各ディスク２、４よりも先に、各玉２０、２０に剥離が発生する事を防止でき、トロイダル型無段変速機全体としての耐久性向上を図れる。尚、比較例１の場合には、各玉２０、２０と各軌道輪１６、９との表面硬度が同じである為、上記各玉２０、２０に剥離が発生し易くなって、トロイダル型無段変速機のＬ_１０寿命値を十分に確保できなかった。又、比較例２の場合には、上記各玉２０、２０と各軌道輪１６、９との表面硬度の差がＨ_ＲＣ　硬度で３ポイントある為、外輪軌道１８及び内輪軌道１９に剥離が発生し易くなり、上記Ｌ_１０寿命値も十分に確保できなかった。又、比較例３、５の場合には、それぞれ各玉２０、２０の表面炭素濃度或は表面窒素濃度が高過ぎて、これら各玉２０、２０に巨大炭化物或は巨大窒化物が形成される結果、上記Ｌ_１０寿命値を十分に確保できなかった。又、比較例４の場合には、各玉２０、２０の表面窒素濃度が０重量％である為、これら各玉２０、２０の高温状態での表面硬度を十分に確保できず、上記Ｌ_１０寿命値を十分に確保できなかった。
【００３７】
【発明の効果】
本発明は、以上に述べた通り構成され作用するので、優れた耐久性を有するトロイダル型無段変速機を実現して、トロイダル型無段変速機の普及に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１例を示す、図４と同様の断面図。
【図２】本発明の対象となる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。
【図３】同じく最大増速時の状態で示す側面図。
【図４】従来の具体的構造の１例を示す断面図。
【図５】図４のＡ−Ａ断面図。
【図６】熱処理を示す工程図。
【符号の説明】
１　　入力軸
２　　入力側ディスク
２ａ　内側面
３　　出力軸
４　　出力側ディスク
４ａ　内側面
５　　ケーシング
６　　枢軸
７　　トラニオン
８　　変位軸
９　　パワーローラ
９ａ　周面
１０　　ローディングカム装置
１１　　入力軸
１２　　出力歯車
１３　　支持板
１４　　スラスト玉軸受
１５　　スラストニードル軸受
１６　　外輪
１７　　アクチュエータ
１８　　外輪軌道
１９　　内輪軌道
２０　　玉[0001]
[Industrial applications]
The toroidal type continuously variable transmission according to the present invention is used, for example, as a transmission unit for an automatic transmission of an automobile or as a transmission for various industrial machines.
[0002]
[Prior art]
The use of a toroidal-type continuously variable transmission as schematically shown in FIGS. 2 and 3 has been studied and partially implemented as an automatic transmission for a vehicle. In this toroidal type continuously variable transmission, for example, as disclosed in Japanese Utility Model Application Laid-Open No. Sho 62-71465, an input side disk 2 corresponding to a first disk described in the claims is concentrically provided with an input shaft 1. An output side disk 4 corresponding to a second disk described above is fixed to an end of an output shaft 3 supported and concentrically arranged with the input shaft 1. Inside a casing 5 (see FIG. 5 described later) containing the toroidal-type continuously variable transmission, a trunnion 7 that swings about

pivots

6, 6 that are twisted with respect to the input shaft 1 and the output shaft 3. , 7 are provided.
[0003]
Each of the

trunnions

7, 7 has the above-mentioned

pivots

6, 6 on both end surfaces in the longitudinal direction (front and back directions in FIGS. 2 and 3), concentric with each

trunnion

7, 7 and one pair for each

trunnion

7, 7. Are provided. The central axis of each of the

pivots

6, 6 does not intersect with the central axis of each of the discs 2, 4, but is at right or substantially perpendicular to the direction of the central axis of each of the discs 2, 4. Exists in the position. The

trunnions

7, 7 support the base half of the

displacement shafts

8, 8 at the center thereof, and the

trunnions

7, 7 swing about the

pivots

6, 6, thereby allowing the

displacement shafts

8, 7 to swing. The inclination angles of 8, 8 can be freely adjusted.

Power rollers

9, 9 are rotatably supported around the first half of the

displacement shafts

8, 8 supported by the

trunnions

7, 7, respectively. These

power rollers

9, 9 are sandwiched between the

inner surfaces

2a, 4a of the input and output disks 2, 4, respectively.
[0004]
The

inner surfaces

2a, 4a of the input-side and output-side disks 2, 4 facing each other are obtained by rotating an arc centered on the pivot 6 or a curve close to such an arc. It has an arcuate concave surface. Then, the

peripheral surfaces

9a, 9a of the

power rollers

9, 9 formed on the spherical convex surfaces are brought into contact with the

inner side surfaces

2a, 4a. Also, a loading cam device 10 is provided between the input shaft 1 and the input disk 2, and the input cam 2 is elastically pressed toward the output disk 4 by the loading cam device 10. It can be driven to rotate.
[0005]
When the toroidal-type continuously variable transmission configured as described above is used, the loading cam device 10 presses the input-side disk 2 against the plurality of power rollers 9 with the rotation of the input shaft 1. Rotate. Then, the rotation of the input side disk 2 is transmitted to the output side disk 4 via the plurality of

power rollers

9, 9, and the output shaft 3 fixed to the output side disk 4 rotates.
[0006]
When the rotation speed of the input shaft 1 and the output shaft 3 is changed, and when the deceleration is first performed between the input shaft 1 and the output shaft 3, the

trunnions

7, 7 are swung around the

pivots

6, 6. As shown in FIG. 2, the

peripheral surfaces

9a, 9a of the

power rollers

9, 9 are moved toward the center of the inner surface 2a of the input disk 2 and to the outer surface of the inner surface 4a of the output disk 4. The displacement shafts 8 are tilted so as to abut each other. Conversely, when increasing the speed, the

trunnions

7, 7 are swung so that the

peripheral surfaces

9a, 9a of the

power rollers

9, 9, as shown in FIG. The displacement shafts 8 are tilted so that they come into contact with the portion near the outer periphery of 2a and the portion near the center of the inner surface 4a of the output side disk 4, respectively. If the inclination angle of each of the

displacement shafts

8, 8 is set between those in FIGS. 2 and 3, an intermediate speed ratio can be obtained between the input shaft 1 and the output shaft 3.
[0007]
4 to 5 show a more specific toroidal type continuously variable transmission described in the microfilm of Japanese Utility Model Application No. 63-69293 (Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 1-173552). The input-side disk 2 and the output-side disk 4 are rotatably supported around a circular input shaft 11. A loading cam device 10 is provided between the end of the input shaft 11 and the input disk 2. On the other hand, an output gear 12 is connected to the output disk 4 so that the output disk 4 and the output gear 12 rotate in synchronization with each other.
[0008]

Pivot shafts

6, 6 provided concentrically at both ends of the pair of

trunnions

7, 7 in the length direction (the front and back direction in FIG. 4, and the left and right direction in FIG. 5) are a pair of

support plates

13, 13, which are support members. In addition, it is supported so as to be swingable and displaceable in the axial direction (the front and back direction in FIG. 4 and the left and right direction in FIG. 5). A base half of the

displacement shafts

8, 8 is supported at an intermediate portion between the

trunnions

7, 7, respectively. Each of these

displacement shafts

8 and 8 makes the base half and the first half eccentric to each other. The base half of the

trunnions

7, 7 is rotatably supported in the middle of the trunnions 7, and the

power rollers

9, 9 are respectively rotated in the first half by rolling bearings such as radial needle bearings. It is freely supported.
[0009]
The pair of

displacement shafts

8, 8 are provided at positions opposite to the input shaft 11 by 180 degrees. The directions in which the base half and the front half of each of the

displacement shafts

8, 8 are eccentric are in the same direction with respect to the rotation direction of the input side and output side disks 2, 4 (left and right opposite directions in FIG. 5). And The eccentric direction is a direction substantially orthogonal to the direction in which the input shaft 11 is provided. Therefore, the power rollers 9 are supported to be slightly displaceable in the direction in which the input shaft 11 is disposed.
[0010]
Further, between the outer surfaces of the

power rollers

9 and 9 and the inner surfaces of the intermediate portions of the

trunnions

7 and 7,

thrust ball bearings

14 and 14 are arranged in order from the outer surface of the

power rollers

9 and 9. And

thrust needle bearings

15, 15 are provided. Of these, the

thrust ball bearings

14, 14 allow rotation of the

power rollers

9, 9 while supporting the load in the thrust direction applied to the

power rollers

9, 9, and are described in the claims. It corresponds to the thrust rolling bearing described above. The

thrust needle bearings

15, 15 support the thrust loads applied from the

power rollers

9, 9 to the

outer rings

16, 16 constituting the

thrust ball bearings

14, 14, respectively, while supporting the

displacement shafts

8, 15, 8 and the

outer races

16, 16 are allowed to swing about the base half of each of the

displacement shafts

8, 8. Further, the

trunnions

7, 7 can be displaced in the axial direction of the

pivots

6, 6 by

hydraulic actuators

17, 17.
[0011]
In the case of the toroidal type continuously variable transmission configured as described above, the rotation of the input shaft 11 is transmitted to the input side disk 2 via the loading cam device 10. The rotation of the input disk 2 is transmitted to the output disk 4 via the pair of

power rollers

9, 9, and the rotation of the output disk 4 is extracted from the output gear 12.
[0012]
When changing the rotation speed ratio between the input shaft 11 and the output gear 12, the pair of

trunnions

7, 7 are respectively moved in the opposite directions by the

actuators

17, 17, for example, in the lower part of FIG. The power roller 9 is displaced to the right in the figure, and the upper power roller 9 in the figure is displaced to the left in the figure. As a result, the direction of the tangential force acting on the contact portions between the

peripheral surfaces

9a, 9a of the

power rollers

9, 9 and the

inner surfaces

2a, 4a of the input side disk 2 and the output side disk 4 changes. I do. Then, with the change in the direction of the force, the

trunnions

7, 7 swing in opposite directions about the

pivots

6, 6 pivotally supported by the

support plates

13, 13, respectively. As a result, as shown in FIGS. 3 and 4 described above, the contact positions between the

peripheral surfaces

9a, 9a of the

power rollers

9, 9 and the

inner surfaces

2a, 4a change, and the input shaft 11 The rotation speed ratio with the output gear 12 changes.
[0013]
At the time of power transmission by the toroidal-type continuously variable transmission, the power rollers 9 are displaced in the axial direction of the input shaft 11 based on the elastic deformation of the components. Then, the respective displacement shafts 8 supporting the respective power rollers 9 slightly rotate about their respective base halves. As a result of this rotation, the outer surfaces of the

outer rings

16, 16 of the

thrust ball bearings

14, 14 and the inner surfaces of the

trunnions

7, 7 are relatively displaced. Since the thrust needle bearings 15 exist between the outer surface and the inner surface, the force required for the relative displacement is small.
[0014]
When a large power (high torque) is transmitted to the toroidal type continuously variable transmission configured and operated as described above, a large force is applied to both the input-side and output-side disks 2 and 4 and the

power rollers

9 and 9. Bending stress and shear stress are repeatedly applied. In order to ensure that the members 2, 4, and 9 are not damaged by cracks or the like even by such a large stress that is repeatedly applied, and to ensure the durability of the toroidal type continuously variable transmission as a whole, the members 2, 4, and 9 are required. It is important to improve the durability of each of 4,9. As a conventional technique for improving the durability of each of these members 2, 4, and 9, "NASA Technical Note NASA ATND-8362" includes, as a material for forming each input side, output side disk and power roller, It is described that AISI52100 (JIS @ SUJ2, equivalent to high carbon chromium bearing steel) is used.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
In the case of the conventional toroidal-type continuously variable transmission as described above, the

inner surfaces

2a and 4a of the input and output disks 2 and 4 and the peripheral surfaces 9a of the

power rollers

9 and 9 are in contact with each other during power transmission. A large pressing force based on the pressing force of the pressing device 10 is applied to the contact portion (traction portion). Then, based on such a pressing force, a large thrust load is applied to the thrust ball bearings 14 supporting the power rollers 9. When a large thrust load is applied to the thrust ball bearings 14 and the power rollers 9 rotate at a high speed, the outer raceways 18 and the outer raceways 18 formed on the outer race 16 constituting the

thrust ball bearings

14 and 14 are formed. A spin or a slip occurs at a rolling contact portion between the inner raceway 19 formed on each of the power rollers 9 and the rolling surface of each of the

balls

20, 20 which are rolling elements. Then, the thrust ball bearings 14 generate heat (temperature rise) based on such spin and slip.
[0016]
The degree of such heat generation can be determined by measuring the temperature of the lubricating oil flowing through each of the

thrust ball bearings

14, 14. From the difference between the inflow temperature and the outflow temperature of the lubricating oil flowing through each of the thrust ball bearings 14, it is considered that the temperature of the rolling contact portion has increased to at least about 130 ° C. Such heat generation of the rolling contact portion easily causes damage such as peeling on the outer raceway 18 and the inner raceway 19 and the

balls

20, 20. In particular, each of the

balls

20, 20 is under conditions that are disadvantageous in terms of thermal conductivity. That is, since the contact area between each of the

balls

20, 20 and the outer raceway 18 and the inner raceway 19 is small, even if the temperature of each of the

balls

20, 20 rises based on the spin or slip of the rolling contact portion as described above. It is difficult for heat to escape from these balls 20. For this reason, compared with the outer ring 16 and the power rollers 8, there is a possibility that each of the

balls

20, 20 reaches its life earlier.
[0017]
In order to solve such inconveniences, Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-208568 discloses that each rolling element constituting a thrust rolling bearing for supporting a power roller is made of medium carbon steel or high carbon steel, and that each rolling element is An invention is described in which carbonitriding, quenching, and tempering are performed to ensure the rolling fatigue life of each rolling element. However, in recent years, the output and torque of the toroidal-type continuously variable transmission have been increased, and further improvement of the durability of the rolling elements has been desired. In particular, as the durability of the power roller and the input and output disks increases, the life of the rolling elements constituting the thrust rolling bearing tends to become relatively short. For this reason, in the present situation, securing the durability of each rolling element directly leads to the improvement of the durability of the toroidal type continuously variable transmission.
The toroidal-type continuously variable transmission of the present invention has been invented in view of such circumstances.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
The toroidal-type continuously variable transmission according to the present invention includes a first disk and a second disk, and a plurality of trunnions, similarly to the conventionally known toroidal-type continuously variable transmission shown in FIGS. The vehicle includes a displacement shaft, a power roller, and a thrust rolling bearing.
Among these, the first disk and the second disk are rotatably supported concentrically and independently of each other, with their respective inner surfaces, each having a concave surface having an arc-shaped cross section, facing each other.
Each of the trunnions swings about pivots provided at both ends in a state of being twisted with respect to the central axes of the two disks.
The displacement shaft is supported at an intermediate portion of each of the trunnions so as to protrude from the inner surface of each of the trunnions.
Further, the power roller is disposed on the inner surface side of each of the trunnions, and is rotatably supported around each of the displacement shafts while being sandwiched between the two disks. The peripheral surface is a spherical convex surface.
Further, the thrust rolling bearing is provided between an outer surface of each of the power rollers and an inner surface of each of the trunnions.
Each of the thrust rolling bearings is provided between an inner raceway formed on an outer surface of each power roller and an outer raceway formed on an inner surface of an outer race supported on an inner surface of each trunnion. The rolling elements are provided.
[0019]
In particular, in the toroidal-type continuously variable transmission of the present invention, each of the rolling elements constituting each of the thrust rolling bearings is made of high carbon steel, and is subjected to carbonitriding, quenching, and tempering. Thus, the surface carbon concentration is set to 1.2 to 1.7% by weight, and the surface nitrogen concentration is set to 0.1 to 0.6% by weight.
The high-carbon steel constituting each rolling element is a steel containing 0.5% by weight or more of carbon (C). For example, high-carbon chromium bearing steel or the like can be used.
Further, the surface hardness of each rolling element is compared with the surface hardness of the outer raceway and the inner raceway formed on each side surface of the outer ring and the power roller constituting the thrust rolling bearing, respectively._RC hardness is increased by 1 to 2 points.
More preferably, the amount of retained austenite in the surface hardened layer of each rolling element is 25 to 40% by volume. When the amount of retained austenite is regulated in this way, the tempering temperature is set to 200 ° C. or less.
[0020]
[Action]
According to the toroidal-type continuously variable transmission of the present invention configured as described above, the durability of each rolling element constituting the thrust rolling bearing that supports the power roller can be effectively secured.
That is, in general, the material forming the rolling bearings, when heated to a high temperature, decreases in mechanical strength typified by hardness and deteriorates fatigue characteristics. However, in the case of the present invention, each of the rolling elements is made of high carbon. The rolling elements made of the high carbon steel are subjected to carbonitriding, and carbon and nitrogen are further dissolved in the martensite forming the surface of each rolling element. Therefore, the tempering softening resistance of each of these rolling elements can be improved.
[0021]
Therefore, even if the temperature of each of these rolling elements rises based on the spin or slip of the rolling contact portion between the rolling surface of each of these rolling elements and the outer raceway and the inner raceway, or even if these rolling elements continue to be used at a high temperature, A decrease in the hardness (surface hardness) of each rolling element can be prevented over a long period of time, and the durability of each rolling element can be sufficiently ensured. In addition, as described above, the hardness of each rolling element can be prevented from lowering for a long period of time. As a result, even if spin or slip occurs at the rolling contact portion, the rolling action is based on the tangential tensile stress applied to the surface of each rolling element. Micro cracks can be hardly generated. For this reason, it is possible to prevent the surface fatigue type peeling that occurs from such a minute crack as a starting point, and to sufficiently secure the durability of each rolling element.
[0022]
The reason for setting the surface carbon concentration of each rolling element to 1.2% by weight or more is that the carbon content of the high carbon chromium bearing steel used for the outer ring and the raceway which is a power roller is about 1.0% by weight. This is because the surface hardness of each of the rolling elements is made higher than the surface hardness of the outer ring or power roller obtained from such a high carbon chromium bearing steel. That is, when the surface carbon concentration of each rolling element is less than 1.2% by weight, the surface hardness of each rolling element is higher than the surface hardness of each raceway by H._RThe C ならず hardness does not increase by more than one point, and the life may be shortened earlier than each of these races. On the other hand, when the surface carbon concentration exceeds 1.7% by weight, giant carbide is generated in the surface hardened layer of each of the rolling elements, and the rolling fatigue life characteristics may be reduced. Therefore, the surface carbon concentration of each rolling element is restricted to a range of 1.2 to 1.7% by weight.
[0023]
The reason why the surface nitrogen concentration of each of the rolling elements is set to 0.1% by weight or more is to prevent the surface hardness of each of the rolling elements from decreasing at high temperatures. That is, when the surface nitrogen concentration is less than 0.1% by weight, the surface hardness of each of the rolling elements at a high temperature may not be sufficiently secured. On the other hand, when the surface nitrogen concentration exceeds 0.6% by weight, giant nitride is generated in the surface hardened layer of each of the rolling elements, and the rolling fatigue life characteristics may be reduced. Therefore, the surface nitrogen concentration of each rolling element is regulated in the range of 0.1 to 0.6% by weight.
[0024]
Further, the surface hardness of each rolling element is compared with the surface hardness of the outer raceway and the inner raceway formed on each raceway by H_RThe reason for increasing the C hardness by 1 to 2 points is that when each of the power rollers rotates at a high speed while receiving a large thrust load, a sufficient lubricating oil film is not formed on the rolling contact portion, or This is because, if foreign matter is mixed in, the rolling elements are more likely to be damaged such as peeling than the races. The difference in surface hardness between these rolling elements and the outer raceway and inner raceway is H_RIf the C hardness is less than 1 point, it may not be possible to sufficiently prevent the above-mentioned rolling elements from being damaged such as peeling. On the other hand, the difference in the surface hardness is H_RIf the hardness exceeds 2 points, the hardness of each rolling element is too high with respect to the hardness of the outer raceway and the inner raceway, and the raceway ring is more damaged than the rolling elements. Tends to occur.
Further, if the amount of retained austenite in the surface hardened layer of each of the rolling elements is set to 25 to 40% by volume, the separation life of each of these rolling elements can be sufficiently ensured even when foreign matter is mixed in the lubricating oil.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 shows an example of an embodiment of the present invention. The feature of the present invention is that a thrust ball bearing 14 which is a thrust rolling bearing for rotatably supporting the power roller 9 on the inner side surface of the trunnion 7 is provided. The point is to devise the properties. That is, by regulating the surface hardness of each of the

balls

20, 20 and the amounts of carbon and nitrogen dissolved in the hardened surface layer, the durability of the toroidal type continuously variable transmission as a whole incorporating the thrust ball bearing 14 is controlled. The point is to improve the performance. The basic structure of this toroidal-type continuously variable transmission is the same as that of the conventional structure shown in FIGS. 4 to 5 described above. Hereinafter, the description will be made focusing on the characteristic portions of the present invention.
[0026]
In the case of this example, each of the

balls

20, 20 constituting each of the

thrust ball bearings

14, 14 is made of high-carbon steel, that is, steel containing 0.5% by weight or more of carbon (C), for example, high-carbon chromium bearing steel It is made by. In addition, by subjecting each of the

balls

20, 20 to carbonitriding, quenching, and tempering, the surface carbon concentration of each of the

balls

20, 20 is reduced to 1.2 to 1.7% by weight, The concentration is 0.1 to 0.6% by weight. Further, the surface hardness (in the surface hardened layer) of each of the

balls

20, 20 is determined by adjusting the outer ring raceway 18 and the inner ring formed on each side surface of the outer ring 16 and the power roller 9 constituting the

thrust ball bearings

14, 14. Compared to the surface hardness of the track 19, H_RThe hardness is increased by 1 to 2 points. The amount of retained austenite in the surface hardened layer of each of the

balls

20, 20 is set to 25 to 40% by volume. When the amount of retained austenite is regulated as described above, the tempering temperature is preferably set to 200 ° C. or lower.
[0027]
According to the toroidal-type continuously variable transmission of the present embodiment configured as described above, the durability of each

ball

20, 20 constituting the

thrust ball bearing

14, 14, which supports each

power roller

9, 9, is effectively secured. it can.
That is, in general, the material constituting the rolling bearing decreases mechanical strength typified by hardness at high temperatures and deteriorates fatigue characteristics. In addition to being made of high-carbon steel, carbon balls and nitrogen are further added to the martensite constituting the surface of each of these

balls

20, 20 by subjecting each of the

balls

20, 20 made of this high-carbon steel to carbonitriding. Is dissolved. Therefore, the tempering softening resistance of each of the

balls

20, 20 can be improved.
[0028]
Therefore, even if the temperature of each of the

balls

20, 20 rises based on the spin or slip of the rolling contact portion between each of the

balls

20, 20 and the outer raceway 18, and the inner raceway 19, furthermore, Even if the 20 is used at a high temperature, the hardness (surface hardness) of each of the

balls

20, 20 can be prevented from decreasing for a long period of time, and the durability of each of the

balls

20, 20 can be sufficiently ensured. In addition, as a result of preventing the hardness of each of the

balls

20 and 20 from decreasing over a long period of time, even if spin or slip occurs at the rolling contact portion, the tangential direction applied to the surface of each of the

balls

20 and 20 can be reduced. It is possible to make it difficult to generate minute cracks based on tensile stress. For this reason, it is possible to prevent the surface fatigue type peeling caused by such a minute crack as a starting point, and to sufficiently secure the durability of the balls 20.
[0029]
The reason that the surface carbon concentration of each of the

balls

20, 20 is 1.2% by weight or more is that the carbon content of the high carbon chromium bearing steel used for the outer ring 16 and the raceway as the power roller 9 is 1.0% or more. %, And the surface hardness of each of the

balls

20, 20 is higher than the surface hardness obtained by such a high carbon chromium bearing steel (H as will be described below)._R(C hardness is 1 to 2 points). That is, when the surface carbon concentration of each of the

balls

20, 20 is less than 1.2% by weight, the surface hardness of each of the

balls

20, 20 is determined by comparing the surface hardness of each of the races (outer ring 16 and power roller 9) with each other. Also H_RThe C hardness cannot be increased by one point or more, and there is a possibility that the life of the

races

16 and 9 may be earlier than that of the

races

16 and 9. On the other hand, when the surface carbon concentration exceeds 1.7% by weight, giant carbide is generated in the surface hardened layer of each of the power rollers 8, and the rolling fatigue life characteristics may be reduced. For this reason, the surface carbon concentration of each of the

balls

20, 20 is regulated in the range of 1.2 to 1.7% by weight.
[0030]
The reason why the surface nitrogen concentration of each of the

balls

20, 20 is 0.1% by weight or more is to prevent the surface hardness of each of the

balls

20, 20 from decreasing at a high temperature. That is, if the surface nitrogen concentration is less than 0.1% by weight, the surface hardness of the balls 20 at a high temperature may not be sufficiently secured. On the other hand, when the surface nitrogen concentration exceeds 0.6% by weight, giant nitride is generated in the surface hardened layer of each of the

balls

20, 20, and the rolling fatigue life characteristics may be reduced. Therefore, the surface nitrogen concentration of each of the

balls

20, 20 is regulated in the range of 0.1 to 0.6% by weight.
[0031]
Further, the surface hardness of the rolling surface of each of the balls 20 and 20 (in the surface hardened layer) is higher than the surface hardness of the outer raceway 18 and the inner raceway 19 formed on the

races

16 and 9 by H._RThe reason for increasing the C hardness by 1 to 2 points is to make the separation life of the rolling surface longer than the separation life of the

tracks

18 and 19. That is, when each of the power rollers 9 rotates at a high speed while receiving a large thrust load, if a sufficient lubricating oil film is not formed on the rolling contact portion or foreign matter is mixed in the lubricating oil, the track The

balls

20, 20 are more liable to be damaged than the

rings

16, 9 such as peeling. For this reason, the difference in the surface hardness is set to ensure the durability of each of the balls 20. The difference in the surface hardness between each of the

balls

20, 20 and the outer raceway 18 and the inner raceway 19 is H_RIf the C hardness is less than one point, it is not possible to sufficiently prevent the

balls

20, 20 from being damaged such as peeling. On the other hand, the difference in the surface hardness is H_RIf the hardness exceeds 2 points, the hardness of each of the

balls

20, 20 becomes too high with respect to the hardness of the outer raceway 18 and the inner raceway 19, and the hardness of the raceway is higher than those of the balls 20. The

rings

16 and 9 are likely to be damaged such as peeling.
Furthermore, in the case of this example, the amount of retained austenite in the surface hardened layer of each of the

balls

20, 20 is set to 25 to 40% by volume. A sufficient peeling life can be ensured.
[0032]
【Example】
It is confirmed that by using the ball (rolling element) 20 as described above, the durability of the thrust ball bearing (thrust rolling bearing) 14 supporting the power roller 9 constituting the toroidal type continuously variable transmission can be improved. For this purpose, an experiment performed by the present inventors will be described. In this experiment, a total of 9 kinds of four kinds of balls (Examples 1 to 4) belonging to the technical range of the present invention and five kinds of balls (Comparative Examples 1 to 5) out of the technical range of the present invention shown in Table 1 below. The various types of balls are incorporated into the rolling surfaces of thrust ball bearings 14 supporting the power rollers 9 constituting the toroidal type continuously variable transmission as shown in FIG. Of the rolling surfaces of the

power rollers

9, 9 and the

inner raceways

19, 19, the

outer raceways

18, 18 of the

outer races

16, 16 and the

inner side surfaces

2a, 4a of the input and output disks 2, 4; And the life of the toroidal type continuously variable transmission as a whole (L₁₀Life).
[0033]
[Table 1]

[0034]
Each ball in Table 1 was made of SUJ2 (high carbon chromium bearing steel) and was subjected to the heat treatment shown in FIG. That is, Rx gas, enriched gas and ammonia gas (NH₃) After heat treatment (carbonitriding) in an atmosphere for 2 to 5 hours, oil quenching (quenching) was performed, and then heating was performed for 2 hours in the air at a temperature of 180 to 200 ° C, followed by cooling (tempering). ). Then, the transmission mechanism (variator) of the toroidal-type continuously variable transmission is assembled using the

thrust ball bearings

14, 14 constituted by the

balls

14, 14 obtained in this manner, and this transmission mechanism is assembled into a test apparatus. A durability test was performed under the following test conditions. Differences in surface hardness, surface carbon concentration, and surface nitrogen concentration for each sample are caused by differences in the furnace atmosphere during carbonitriding.
Test condition
Rotation speed of input shaft 軸: 4000 min^-1
Input torque: 350 Nm
Lubricating oil used: traction oil
Oil temperature: 100 ℃
Number of tests: 5
[0035]
In this durability test, five samples (n = 5) of the same kind of sample were performed, and the obtained results were arranged on a Weibull probability sheet to obtain a 90% residual life value (L₁₀Life value). The occurrence of peeling was judged based on the presence of peeling that can be visually confirmed. The test results obtained are shown in Table 2 below.
[Table 2]

[0036]
As is clear from Table 2 showing the results of the durability test, the toroidal type continuously variable transmission incorporating the thrust ball bearing 14 constituted by the ball according to the present invention has a significantly longer life than the comparative examples 1 to 5. Can be long. Moreover, it is possible to prevent the

balls

20, 20 from being separated before the

power rollers

9, 9 and the input and output disks 2, 4, thereby improving the durability of the toroidal type continuously variable transmission as a whole. Can be achieved. In the case of Comparative Example 1, since the

balls

20 and 20 and the

races

16 and 9 have the same surface hardness, the

balls

20 and 20 are liable to peel off. L of the step transmission₁₀The life value could not be secured sufficiently. In the case of Comparative Example 2, the difference in surface hardness between the

balls

20 and 20 and the

races

16 and 9 was H._RSince there are three points in C hardness, the outer ring raceway 18 and the inner raceway raceway 19 are liable to peel off.₁₀The life value could not be secured sufficiently. Also, in the case of Comparative Examples 3 and 5, the surface carbon concentration or the surface nitrogen concentration of each

ball

20, 20 is too high, and a giant carbide or a giant nitride is formed on each of the

balls

20, 20. As a result, the above L₁₀The life value could not be secured sufficiently. In the case of Comparative Example 4, since the surface nitrogen concentration of each of the

balls

20 and 20 was 0% by weight, the surface hardness of each of the

balls

20 and 20 at a high temperature could not be sufficiently secured.₁₀The life value could not be secured sufficiently.
[0037]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured and operates as described above, it realizes a toroidal-type continuously variable transmission having excellent durability and can contribute to the spread of the toroidal-type continuously variable transmission.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view similar to FIG. 4, showing an example of an embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a side view showing a basic configuration of a toroidal-type continuously variable transmission to which the present invention is applied in a state of maximum deceleration.
FIG. 3 is a side view showing a state at the time of maximum speed increase.
FIG. 4 is a sectional view showing an example of a conventional specific structure.
FIG. 5 is a sectional view taken along line AA of FIG. 4;
FIG. 6 is a process chart showing a heat treatment.
[Explanation of symbols]
1 Input shaft
2 Input side disc
2a inside surface
3 output shaft
4 Output side disc
4a inner surface
5 casing
6 Axis
7 trunnion
8 ° displacement axis
9 power roller
9a Surface
10 loading cam device
11 input shaft
12 output gear
13 support plate
14 thrust ball bearing
15 thrust needle bearing
16mm outer ring
17 actuator
18 outer ring track
19 inner ring track
20cm ball

Claims

A first disk and a second disk supported concentrically and independently rotatably independently of each other in a state where the respective inner surfaces, each of which is a concave surface having an arc-shaped cross section, face each other, and A plurality of trunnions swinging around pivots provided at both ends in a state of being twisted with respect to the shaft, and supported at an intermediate portion of each trunnion in a state protruding from the inner surface of each trunnion The displacement shaft and the inner surface of each of the trunnions, which are sandwiched between the two discs, are rotatably supported around the respective displacement shafts. And a thrust rolling bearing provided between the outer surface of each of the power rollers and the inner surface of each of the trunnions, and each of the thrust rolling bearings includes: A plurality of rolling elements are provided between an inner raceway formed on the outer surface of each power roller and an outer raceway formed on the inner surface of the outer race supported on the inner surface of each trunnion. In the toroidal-type continuously variable transmission, the rolling elements constituting the thrust rolling bearings are made of high carbon steel, and are subjected to carbonitriding, quenching, and tempering to reduce the surface carbon concentration. 1.2 to 1.7% by weight, the surface nitrogen concentration is 0.1 to 0.6% by weight, and the surface hardness of each of the rolling elements is determined by each of the outer ring and the power roller constituting the thrust rolling bearing. compared to the surface hardness of the outer ring raceway and inner ring raceway respectively formed on the side surface, the toroidal type continuously variable transmission, characterized in that for 1-2 points higher in H _R C hardness.