JP2004138165A

JP2004138165A - トラクションドライブ用ディスク及びその製造方法

Info

Publication number: JP2004138165A
Application number: JP2002303742A
Authority: JP
Inventors: Tatsuomi Nakayama; 中山　達臣; Minoru Ota; 太田　稔; Hidenori Watanabe; 渡辺　秀徳; Mamoru Saito; 斉藤　衛
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-10-18
Filing date: 2002-10-18
Publication date: 2004-05-13
Also published as: US20040077456A1

Abstract

【課題】転動面に微細な凹凸を有するトラクションドライブ用ディスクでは、変速機の運転中に凹凸の凸部が次第に減少することから、充分なトラクション特性を得るうえでさらなる改善が要望されていた。
【解決手段】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ラクションドライブ式変速機のディスクであって、ディスクＤの回転軸Ｃに沿った中心断面上で転動面Ｔの円弧中心を基準にした場合に、変速比が１．２：１となる角度から±２５度の範囲において、転動面Ｔの最表面から深さ５０〜１００μｍの位置における硬度がＨｖ７５０以上であるディスクＤとし、転動面Ｔの微細な凹凸の凸部の減少を抑制して、良好なトラクション特性を長期にわたって維持し得るものとした。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車のトラクションドライブ式変速機を構成するディスク及びその製造方法に関し、より詳しくは、トラクションオイルを介して動力伝達を行うディスクにおける転動面の改善を実現したトラクションドライブ用ディスク及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来において、トラクションドライブ式変速機に用いられるディスクを製造するには、その工程を図６に示すように、工程Ｓ１において鍛造により素材を粗形状に成形し、工程Ｓ２において切削によりディスク形状に成形し、工程Ｓ３において熱処理を施し、工程Ｓ４において研削により転動面等を形成した後、工程Ｓ５において転動面に超仕上を施すようにしていた。そして、このようにして製造されたディスクにおける表面及び表層部の硬度は、ビッカース硬度計を用いた測定によると、図７に示す如く表層部付近でＨｖ７５０以下であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したような工程を経て転動面を形成した従来のディスクにあっては、トラクションドライブ式変速機を構成した場合、伝達するトルクに限界が生じ、伝達トルクを増大させるためには変速機の大型化が避けられないものであった。そこで、例えば特開２００２−８９６４４号公報に記載されているように、転動面に微細な凹凸を形成することにより、変速機を大型化することなくトラクション特性を向上させることを可能にしたが、変速機の運転中に凹凸の凸部が次第に減少することから、充分なトラクション特性を得るうえでさらなる改善が要望されていた。
【０００４】
【発明の目的】
本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたもので、転動面に形成した微細な凹凸の凸部の減少を抑制することができ、良好なトラクション特性を長期にわたって維持することができるトラクションドライブ用ディスク及びその製造方法を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明のトラクションドライブ用ディスクは、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ラクションドライブ式変速機のディスクであって、ディスクの回転軸に沿った中心断面上で転動面の円弧中心を基準にした場合に、変速比が１．２：１となる角度から±２５度の範囲において、転動面の最表面から深さ５０〜１００μｍの範囲に硬度がＨｖ７５０以上の部分が存在することを特徴としている。
【０００６】
また、本発明のトラクションドライブ用ディスクの製造方法は、球体又は外周部をＲ成形したローラを回転自在に備えた押付け工具を用い、浸炭焼入れ焼戻ししたディスクの転動面に高低差３μｍ以下の規則的な凹凸を形成する前又は後に、回転軸を中心にしてディスクを回転させると共に、ディスクの転動面に押付け工具の球体又はローラを押付け、且つディスクの回転軸に沿った中心断面上で転動面の円弧に沿って押付け工具が移動するようにディスクと押付け工具を相対的に移動させることにより転動面の表層部を硬化することを特徴としている。
【０００７】
【発明の効果】
本発明のトラクションドライブ用ディスクによれば、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ラクションドライブ式変速機のディスクとして、変速比が１．２：１となる角度から±２５度の範囲において、転動面の最表面から深さ５０〜１００μｍの範囲に硬度がＨｖ７５０以上の部分が存在するものとしたことにより、転動面に形成した微細な凹凸の凸部の減少を抑制することができると共に、トラクション特性を向上させることができ、良好なトラクション特性を長期にわたって維持することができる。
【０００８】
また、本発明のトラクションドライブ用ディスクの製造方法によれば、球体又はローラを回転自在に備えた押付け工具により転動面の表層部を硬化することから、微細な凹凸を有する転動面の形状精度が良好であると共に、凹凸の凸部の減少を抑制して良好なトラクション特性を長期にわたって維持し得るディスクを得ることができ、しかも、特別な加工装置を用いなくても、転動面を加工する既存の装置により、転動面及び表層部に所定の硬度や残留応力が得られると共に、短時間で加工を行うことができ、トラクション特性に優れた高精度のディスクを生産性良く且つ安価に提供することができる。
【０００９】
【実施例】
以下、図面に基づいて、本発明のトラクションドライブ用ディスク及びその製造方法の一実施例を説明する。図１は、ディスクＤにおける転動面Ｔの表層部を硬化させるのに用いる加工装置の一例を説明する図である。
【００１０】
図中のディスクＤは、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ラクションドライブ式変速機を構成するものであり、回転軸Ｃに沿った中心断面上において、輪郭が円弧状を成す転動面Ｔを有している。転動面Ｔには微細な凹凸を形成する。これらの凹凸は、転動面Ｔの円弧状輪郭に沿う方向に交互に配列され、且つ転動面Ｔの周方向に螺旋状に連続する状態又は同心状に形成される。このような凹凸の形成前又は形成後において、転動面Ｔには表層部を硬化させる加工が施される。
【００１１】
図示の加工装置は、図の左右方向をＸ方向、上下方向をＹ方向、及びこれらに直交する方向をＺ方向とすると、Ｘ軸回りに回転駆動される主軸７と、主軸７をその軸線方向（Ｘ軸方向）に移動させる主軸テーブル８を備えると共に、主軸７に、ディスクＤを同軸状に保持するチャッキング装置６を備えており、保持したディスクＤを回転軸Ｃ回り（Ｘ軸回り）に回転させるものとなっている。
【００１２】
また、図示の加工装置は、主軸テーブル７の近傍に直線テーブル５を備えると共に、直線テーブル５には、Ｚ軸回りに回転可能な回転テーブル４をＹ軸方向に移動可能に備えている。回転テーブル４には、Ｚ軸に直交する方向を案内方向とする工具移動テーブル２が備えてあり、工具移動テーブル２には、先端に球体１Ａを回転自在に備えた押付け工具１が設けてある。このようにして、当該加工装置は、押付け工具１をＸＹ方向に移動可能にすると共に、同押付け工具１をＺ軸回りに回転可能にし、且つディスクＤの転動面Ｔに対して押付け工具１の球体１Ａを進退可能にしている。
【００１３】
押付け工具１は、この実施例では、直径６ｍｍの窒化珪素製の球体１Ａを回転自在に備えると共に、図示しない油圧機構によって転動面Ｔへの押付け力が付与されるようにしてある。なお、押付け工具１は、球体１Ａに代えて、外周部をＲ成形した円盤状のローラを備えたものであっても良い。このとき、球体１Ａ又はローラの材質は、アルミナ、窒化珪素などのセラミックスのほか、超硬など硬度が高く且つ耐チッピング性に優れたもの採用することが可能であり、人工ダイヤモンドやコーティングを施した超硬などであっても良い。
【００１４】
次に、上記加工装置を用いて転動面Ｔの表層部を硬化させる過程を説明する。まず、押付け工具１の高さ調整を行って、ディスクＤの回転軸Ｃに沿った中心断面に押付け工具１の球体１Ａを一致させる。また、主軸テーブル８や直線テーブル５を駆動して、ディスクＤの回転軸Ｃに沿った中心断面上で転動面Ｔの円弧中心Ｏｔと回転テーブル４の回転中心とを一致させ、さらに、工具移動テーブル２を駆動して、押付け工具１の回転中心から球体１Ａの先端部までの長さと転動面Ｔの円弧半径とを一致させる。
【００１５】
その後、油圧機構の働きにより、押付け工具１の球体１ＡをディスクＤの転動面Ｔに押付け、主軸７によりディスクＤを回転軸Ｃ回りに回転させると共に、転動面Ｔの円弧に沿って押付け工具１が移動するように、ディスクＤと押付け工具１を相対的に移動させる。このとき、各テーブル２，４，５，８の協働によりディスクＤと押付け工具１を相対移動させることが可能であるが、先述した如く押付け工具１の位置調整を行えば、回転テーブル４の回転により押付け工具１を移動（回動）させるだけで良い。
【００１６】
ここで、ディスクＤは、浸炭焼入れ焼戻しが施してあり、転動面Ｔには、上記加工の前又は後において、高低差が３μｍ以下の微細な凹凸を形成する。転動面Ｔの凹凸は、トラクション特性や加工性などを実現する望ましい形態として、ディスクＤの回転軸Ｃに沿った中心断面上で転動面Ｔの円弧中心を基準にした場合に、変速比が１．２：１となる角度（変速比１．２：１においてパワーローラとの接触位置に対応する角度）から±２５度の範囲、又は変速比が１．２：１となる角度から±１５度に加えて１０度以内の範囲に形成され、さらには、変速比が１．２：１となる角度で高低差が最大となり、且つその両側に向けて高低差が漸次減少するように形成される。
【００１７】
なお、当該ディスクＤは、パワーローラとともにトラクションドライブ式変速機を構成するものであるから、入力側ディスクとして用いた場合と出力側ディスクとして用いた場合とでは、変速比が１．２：１となる角度を中心とする範囲が異なる位置になる。
【００１８】
このようなディスクＤに対して、当該製造方法は、図２に示すように、転動面Ｔの凹凸形成範囲すなわち変速比が１．２：１となる角度から±２５度の範囲、又は変速比が１．２：１となる角度から±１５度に加えて１０度以内の範囲に押付け工具１による加工を行う。
【００１９】
このとき、当該製造方法では、転動面Ｔに対する押付け工具１の押付け力を２０００Ｎ以下とし、押付け工具１と転動面Ｔとの平均接触圧力を２．５〜５．５ＧＰａとし、先述したように球体１Ａの直径が６ｍｍである場合、押付け工具１とディスクＤとの接触点における転動面Ｔの回転方向の周速度を１００〜３５０ｍ／ｍｉｎとし、ディスクＤの回転軸Ｃに沿った中心断面上で転動面Ｔの円弧に沿って移動する押付け工具１のピッチをディスクＤの１回転あたり０．３ｍｍ以下とする。この実施例では、押付け力を１０００Ｎとし、転動面Ｔの周速度を２５０ｍ／ｍｉｎとし、押付け工具１のピッチを０．２５ｍｍとした。
【００２０】
なお、押付け工具１による加工を行う場合、押付け工具１を転動面Ｔの円弧に沿って適数回往復動させても良い。また、ディスクＤの回転速度は一定であっても良いが、ディスクＤの直径が連続的に変化しているので、加工位置に応じてディスクＤの回転速度を変化させ、転動面Ｔと押付け工具１の相対速度を一定にすることもより良い。
【００２１】
さらに、上記の如く回転テーブル４の回転により押付け工具１を移動させるほかに、ディスクＤの回転軸Ｃに沿った中心断面上で転動面Ｔに形成した凹凸が最大高低差となる部位、すなわち変速比が１．２：１となる角度において、押付け工具１を転動面Ｔと直交する角度で保持した状態にし、回転テーブル４を回転させずに、主軸テーブル８や直線テーブル５の協働によりディスクＤと押付け工具１を相対的に移動させても良い。
【００２２】
このようにして押付け工具１による加工が成されたディスクＤにおいて、その転動面Ｔの表層部には、図３に示すように、最大でＨｖ８００以上の硬度が得られると共に、最表面（凸部の頂面を基準とする表面）から深さ５０〜１００μｍの範囲に、Ｈｖ７５０以上の硬度を有し且つ転動面Ｔと平行な層が得られた。また、図４に示すように、最大で１０００ＭＰａ以上の圧縮残留応力が得られると共に、最表面から深さ５０〜１００μｍの範囲に、７００ＭＰａ以上の圧縮残留応力を有し且つ転動面Ｔと平行な層が得られた。
【００２３】
つまり、ディスクＤは、回転軸Ｃに沿った中心断面上で転動面Ｔの円弧中心Ｏｔを基準にした場合に、変速比が１．２：１となる角度から±２５度の範囲において、転動面Ｔの最表面から深さ５０〜１００μｍの範囲に硬度がＨｖ７５０以上の部分（層）が存在し、また、転動面Ｔの最表面から深さ５０〜１００μｍの範囲に残留応力が圧縮残留応力値で７００ＭＰａ以上の部分（層）が存在するものとなった。
【００２４】
これにより、ディスクＤは、トラクションドライブ運転中において、加工前又は加工後に形成した転動面Ｔの微細な凹凸の凸部の減少が抑制され、トラクション特性が向上すると共に、良好なトラクション特性を長期にわたって維持し得るものとなる。
【００２５】
さらに、当該製造方法では、押付け工具１による転動面Ｔの加工範囲をほぼ５０度の範囲に限定しているため、図５に示すように、全面にわたって押付け力を与えた場合に比べて、加工後の転動面Ｔの変形量が小さく抑えられており、加工精度に優れるという利点がある。
【００２６】
図５（ａ）は、転動面Ｔの全面にわたって押付け工具１による加工を行った場合の加工前と加工後の転動面Ｔの輪郭を示し、図５（ｂ）は、上記実施例により転動面Ｔの所定範囲（５０度の範囲）に押付け工具１による加工を行った場合の加工前と加工後の転動面Ｔの輪郭を示している。各図中の斜線部分は、加工前の輪郭に対して変形した量を示しており、０．１ｍｍはスケールである。
【００２７】
図５から明らかなように、転動面Ｔの全面を加工した場合には、その変形量が５０μｍを超えている。この場合、転動面Ｔの曲率を後加工によって調整する必要があるだけでなく、曲率調整には転動面Ｔの表面を５０μｍ以上除去する必要があることから、硬化した部位が取り除かれて所望の硬度が所望の深さで得られなくなる。
【００２８】
これに対して、加工範囲を限定した当該製造方法によれば、転動面Ｔの変形量が最小限であって形状精度が高いので、転動面Ｔを曲率調整する必要が殆ど無く、表層部に充分な硬度を確保したうえで、加工時間の短縮、生産性の向上及び低コスト化などをもたらすものとなる。
【００２９】
また、当該製造方法によれば、特別な加工装置を用意しなくても、転動面に凹凸を形成する装置などの既存の装置を利用して、転動面に所望の硬度や残留応力を得ることができ、このような面においても、トラクション特性に優れたディスクを安価に提供することができる。
【００３０】
さらに、当該製造方法では、ディスクＤの転動面Ｔに対する押付け工具１の押付け力を２０００Ｎ以下としたことにより、表層部に充分な硬度を確保しつつ転動面Ｔに球体（又はローラ）１Ａを押付けたときの力を最小限に抑えて、加工装置上でディスクＤを固定するチャッキング装置６等の手段のたわみを防止すると共に、加工装置をコンパクトに構成することができる。
【００３１】
さらに、当該製造方法では、転動面Ｔに押付け工具１を押付ける際の押付け工具１と転動面Ｔとの平均接触圧力を２．５〜５．５ＧＰａとしたことにより、ディスクＤに付与される硬度の過剰な上昇を防止する。
【００３２】
さらに、当該製造方法では、ディスクＤの回転軸Ｃに沿った中心断面上で押付け工具１を転動面Ｔの円弧中心Ｏｔを基準にして回転運動させることにより、押付け工具１と転動面Ｔの接触点において、押付け力が法線方向で常に最大となり、押付け工具１にねじれの力が発生しないことから、押付け工具１のスリップなどが生じ難く、安定した加工が可能となる。
【００３３】
さらに、当該製造方法では、ディスクＤの回転軸Ｃに沿った中心断面上で転動面Ｔに形成した凹凸が最大高低差となる部位に対して、押付け工具１を転動面Ｔと直交する角度で保持した状態にし、ディスクＤと押付け工具１を相対的に移動させることにより、押付け工具１と転動面Ｔの接触点において、微細な凹凸の高低差が最大となる部位で押付け力が最大となり、他の部位はこれよりも小さくなることから、硬度や残留応力の分布状態を変化させることができる。
【００３４】
さらに、当該製造方法では、押付け工具１における球体（又はローラ）１Ａの直径を６ｍｍ以下とし、押付け工具１とディスクＤとの接触点における転動面Ｔの回転方向の周速度を１００〜３５０ｍ／ｍｉｎとし、ディスクＤの回転軸Ｃに沿った中心断面上で転動面Ｔの円弧に沿って移動する押付け工具１のピッチをディスクＤの１回転あたり０．３ｍｍ以下としたことにより、転動面Ｔに密に押付け力を付与して加工を行うことができると共に、均質な硬化層を効率的に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のトラクションドライブ用ディスクの製造方法に適用可能な加工装置の一例を説明する平面断面図である。
【図２】押付け工具による加工範囲を説明する平面断面図である。
【図３】本発明の製造方法により製造した転動面の表層部の硬度分布を示すグラフである。
【図４】本発明の製造方法により製造した転動面の表層部の圧縮残留応力分布を示すグラフである。
【図５】転動面全面に押付け力を与えたときの加工前と加工後の変形量を示す説明図（ａ）及び転動面の加工範囲を５０度に限定して押付け力を与えたときの加工前と加工後の変形量を示す説明図（ｂ）である。
【図６】従来のディスクの製造工程を示すブロック図である。
【図７】従来の製造方法により製造された転動面の表層部の硬度分布を示すグラフである。
【符号の説明】
Ｄ　　　ディスク
Ｔ　　　転動面
１　　　押付け工具
１Ａ　　球体

Claims

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ラクションドライブ式変速機のディスクであって、ディスクの回転軸に沿った中心断面上で転動面の円弧中心を基準にした場合に、変速比が１．２：１となる角度から±２５度の範囲において、転動面の最表面から深さ５０〜１００μｍの範囲に硬度がＨｖ７５０以上の部分が存在することを特徴とするトラクションドライブ用ディスク。
転動面に高低差３μｍ以下の凹凸が規則的に形成してあることを特徴とする請求項１に記載のトラクションドライブ用ディスク。
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ラクションドライブ式変速機のディスクであって、ディスクの回転軸に沿った中心断面上で転動面の円弧中心を基準にした場合に、変速比が１．２：１となる角度から±２５度の範囲において、転動面の最表面から深さ５０〜１００μｍの範囲に残留応力が圧縮残留応力値で７００ＭＰａ以上の部分が存在することを特徴とするトラクションドライブ用ディスク。
転動面に高低差３μｍ以下の凹凸が規則的に形成してあることを特徴とする請求項３に記載のトラクションドライブ用ディスク。
請求項１〜４のいずれかに記載のトラクションドライブ用ディスクを製造するに際し、球体又は外周部をＲ成形したローラを回転自在に備えた押付け工具を用い、浸炭焼入れ焼戻ししたディスクの転動面に高低差３μｍ以下の規則的な凹凸を形成する前又は後に、回転軸を中心にしてディスクを回転させると共に、ディスクの転動面に押付け工具の球体又はローラを押付け、且つディスクの回転軸に沿った中心断面上で転動面の円弧に沿って押付け工具が移動するようにディスクと押付け工具を相対的に移動させることにより転動面の表層部を硬化することを特徴とするトラクションドライブ用ディスクの製造方法。
転動面に対する押付け工具の押付け力を２０００Ｎ以下とすることを特徴とする請求項５に記載のトラクションドライブ用ディスクの製造方法。
転動面に押付け工具を押付ける際の押付け工具と転動面との平均接触圧力を２．５〜５．５ＧＰａとすることを特徴とする請求項５又は６に記載のトラクションドライブ用ディスクの製造方法。
押付け工具による加工範囲が、ディスクの回転軸に沿った中心断面上で転動面の円弧中心を基準にした場合に、変速比が１．２：１となる角度から±２５度の範囲であることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載のトラクションドライブ用ディスクの製造方法。
押付け工具による加工範囲が、ディスクの回転軸に沿った中心断面上で転動面の円弧中心を基準にした場合に、変速比が１．２：１となる角度から±１５度に加えて１０度以内の範囲であることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載のトラクションドライブ用ディスクの製造方法。
押付け工具による加工範囲が、転動面の凹凸を形成する範囲であることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載のトラクションドライブ用ディスクの製造方法。
ディスクの回転軸に沿った中心断面上で押付け工具を転動面の円弧中心を基準にして回転運動させることを特徴とする請求項５〜１０のいずれかに記載のトラクションドライブ用ディスクの製造方法。
ディスクの回転軸に沿った中心断面上で転動面に形成した凹凸が最大高低差となる部位に対して、押付け工具を転動面と直交する角度で保持した状態にし、ディスクと押付け工具を相対的に移動させることを特徴とする請求項５〜１０のいずれかに記載のトラクションドライブ用ディスクの製造方法。
押付け工具の球体又はローラの直径を６ｍｍ以下とし、押付け工具とディスクとの接触点における転動面の回転方向の周速度を１００〜３５０ｍ／ｍｉｎとし、ディスクの回転軸に沿った中心断面上で転動面の円弧に沿って移動する押付け工具のピッチをディスクＤ回転あたり０．３ｍｍ以下とすることを特徴とする請求項５〜１２のいずれかに記載のトラクションドライブ用ディスクの製造方法。