JP2005172068A - Toroidal continuously variable transmission - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば自動車用変速機として用いられるトロイダル型無段変速機に関する。 The present invention relates to a toroidal-type continuously variable transmission used, for example, as a transmission for an automobile.
近年、自動車に使用される無段変速機として、図7に示すようなダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機が開発されている。このトロイダル型無段変速機1は、エンジン等の駆動源に連結される入力軸2と、この入力軸2にスプライン3を介して軸方向に移動可能に連結された動力伝達軸4とを備えており、動力伝達軸4の両端部には、入力側ディスク5a,5bが回転可能に支持されている。また、トロイダル型無段変速機1は入力側ディスク5a,5bと各々対向する出力側ディスク6a,6bと、これらの出力側ディスク6a,6bと一体に回転する中空回転軸7と、この中空回転軸7の回転をカウンタ軸9に伝えるギヤ8a,8bとを備えており、入力側ディスク5a,5bと出力側ディスク6a,6bとの間には、速度比を調整する複数のパワーローラ10が傾動自在に挟持されている。さらに、トロイダル型無段変速機1は入力軸2の回転トルクを入力側ディスク5aに伝えるローディングカム装置11を備えており、このローディングカム装置11は、入力軸2の端部に固定されたカム板12と、このカム板12に対向して入力側ディスク5aに形成された第1のカム面13と、この第1のカム面13に対向してカム板12に形成された第2のカム面14と、この第2のカム面14と第1のカム面13との間に配置された複数のローラ15と、これらのローラ15を入力側ディスク5aの円周方向に回転自在に保持するリテーナ16とから構成されている。
In recent years, a double-cavity toroidal continuously variable transmission as shown in FIG. 7 has been developed as a continuously variable transmission used in an automobile. The toroidal continuously
このようなトロイダル型無段変速機を自動車用変速機として使用する場合、急激な走行状態の変化に対応させるために、ローディングカム装置を構成する各部品の回転速度を急激に変化させる場合が多い。この場合、ローディングカム装置を構成する各部品の慣性質量が大きいと、回転速度を急激に変化させることが困難となり、トロイダル型無段変速機による動力伝達が円滑に行われ難くなる。そこで、かかる問題を解消するために、リテーナのポケット部から外れた部分に切除部を設けたり(特許文献1参照)、あるいはリテーナを合成樹脂にて成形したりすることが提案されている(特許文献2参照)。
しかしながら、リテーナのポケット部から外れた部分に切除部を設けたり、あるいはリテーナを合成樹脂にて成形したりすると、リテーナの強度低下を招き、高速回転時にリテーナが自重もしくはローラの重さによって変形してしまう可能性がある。また、ローラとの接触によってリテーナのポケット部が摩耗し易くなり、リテーナのポケット部でローラのガタツキが発生して振動を増大させてしまうという問題もある。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、リテーナの変形やローラのガタツキ等を招くことなく良好な動力伝達性能を得ることのできるトロイダル型無段変速機を提供することを目的とする。
However, if a cut-out part is provided in the part of the retainer that is out of the pocket, or if the retainer is molded of synthetic resin, the retainer will be weakened, and the retainer will be deformed by its own weight or the weight of the roller during high-speed rotation. There is a possibility that. In addition, there is a problem that the pocket portion of the retainer is easily worn by contact with the roller, and the backlash of the roller is generated in the pocket portion of the retainer to increase vibration.
The present invention has been made in view of such problems, and provides a toroidal continuously variable transmission that can obtain good power transmission performance without causing deformation of the retainer, rattling of the roller, or the like. Objective.
上記の目的を達成するために、本発明のうち請求項1の発明は、入力軸の回転を入力側ディスクに伝えるローディングカム装置を、前記入力軸の端部に固定されたカム板と、このカム板に対向して前記入力側ディスクに形成された第1のカム面と、この第1のカム面に対向して前記カム板に形成された第2のカム面と、この第2のカム面と前記第1のカム面との間に配置された複数のローラと、これらのローラを前記入力側ディスクの円周方向に回転自在に保持するリテーナとから構成したトロイダル型無段変速機において、前記リテーナを浸炭鋼もしくは浸炭窒化鋼から形成し、かつ前記リテーナの表面炭素濃度を0.9〜1.2重量%としたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
本発明のうち請求項2の発明は、請求項1記載のトロイダル型無段変速機において、前記リテーナの表面窒素濃度を0.05〜0.4重量%としたことを特徴とする。
本発明において、リテーナの表面炭素濃度を0.9〜1.2重量%とした理由は、以下の通りである。
焼入れ焼戻しを施して用いられる鋼の強度(変形抵抗)は炭素濃度に支配されるため、リテーナの表面炭素濃度が0.9重量%を下回ると、リテーナの回転時に遠心力を支えきれずに変形してしまう。一方、リテーナの表面炭素濃度が1.2重量%を越えると、熱処理時に初析炭化物などの有害な組織が生成され易くなる。また、マルテンサイト基地の強度に及ぼす炭素量の影響は基地炭素量が0.8重量%程度で飽和することから、表面炭素濃度(=基地+炭化物の炭素濃度)の上限を1.2重量%とした。
According to a second aspect of the present invention, in the toroidal continuously variable transmission according to the first aspect, the surface nitrogen concentration of the retainer is 0.05 to 0.4% by weight.
In the present invention, the reason for setting the surface carbon concentration of the retainer to 0.9 to 1.2% by weight is as follows.
Since the strength (deformation resistance) of steel used after quenching and tempering is governed by the carbon concentration, if the surface carbon concentration of the retainer is less than 0.9% by weight, the retainer will not be able to support centrifugal force during rotation. Resulting in. On the other hand, if the surface carbon concentration of the retainer exceeds 1.2% by weight, harmful structures such as pro-eutectoid carbides are likely to be generated during heat treatment. Moreover, since the influence of the carbon amount on the strength of the martensite base is saturated when the base carbon amount is about 0.8% by weight, the upper limit of the surface carbon concentration (= base + carbon concentration of carbide) is 1.2% by weight. It was.
また、本発明において、リテーナの表面窒素濃度を0.05〜0.4重量%とした理由は、以下の通りである。
窒素は材料の耐摩耗性と靭性に大きな影響を及ぼすため、リテーナの表面窒素濃度が0.05重量%を下回ると、耐摩耗性に対する効果が十分でない。一方、リテーナの表面窒素濃度が0.4重量%を越えると、研削性が悪くなり、製品の精度を維持するためにはコストの上昇を抑えられなくなる。また、過剰に析出した微細窒化物の影響により靭性が低下してしまい、衝撃荷重に対する不安が残る。したがって、リテーナの表面窒素濃度を0.05〜0.4重量%とした。
In the present invention, the reason why the retainer has a surface nitrogen concentration of 0.05 to 0.4% by weight is as follows.
Since nitrogen greatly affects the wear resistance and toughness of the material, if the retainer surface nitrogen concentration is less than 0.05% by weight, the effect on the wear resistance is not sufficient. On the other hand, when the surface nitrogen concentration of the retainer exceeds 0.4% by weight, the grindability is deteriorated, and the increase in cost cannot be suppressed in order to maintain the accuracy of the product. In addition, the toughness is reduced by the influence of excessively precipitated fine nitride, and anxiety about impact load remains. Therefore, the surface nitrogen concentration of the retainer was set to 0.05 to 0.4% by weight.
請求項1の発明に係るトロイダル型無段変速機によれば、リテーナの機械的強度が増大するので、高速回転時にリテーナが自重もしくはローラの重さによって変形してしまうことを防止することができる。
請求項2の発明に係るトロイダル型無段変速機によれば、リテーナの耐摩耗性が向上し、ローラとの接触による摩耗がリテーナのポケット部に生じ難くなるので、上述した効果に加え、リテーナの回転時におけるローラのガタツキを防止することができる。
According to the toroidal type continuously variable transmission according to the first aspect of the invention, since the mechanical strength of the retainer is increased, it is possible to prevent the retainer from being deformed by its own weight or the weight of the roller during high-speed rotation. .
According to the toroidal type continuously variable transmission according to the second aspect of the invention, the wear resistance of the retainer is improved and wear due to contact with the roller is less likely to occur in the pocket portion of the retainer. It is possible to prevent the rollers from rattling during rotation of the roller.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係るトロイダル型無段変速機の要部を示す図である。同図に示すように、本発明の一実施形態に係るトロイダル型無段変速機は入力軸2の回転トルクを入力側ディスク5aに伝えるローディングカム装置11を備えており、このローディングカム装置11は、入力軸2の端部に固定されたカム板12と、このカム板12に対向して入力側ディスク5aに形成された第1のカム面13と、この第1のカム面13に対向してカム板12に形成された第2のカム面14と、この第2のカム面14と第1のカム面13との間に配置された複数のローラ15と、これらのローラ15を入力側ディスク5aの円周方向に回転自在に保持するリテーナ16とから構成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a view showing a main part of a toroidal type continuously variable transmission according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the toroidal continuously variable transmission according to one embodiment of the present invention includes a
リテーナ16は浸炭鋼もしくは浸炭窒化鋼から形成されており、その表面炭素濃度は0.9〜1.2重量%となっている。また、リテーナ16の表面窒素濃度は0.05〜0.4重量%となっている。
このように、浸炭鋼もしくは浸炭窒化鋼からなるリテーナ16の表面炭素濃度を0.9〜1.2重量%に設定すると、リテーナ16の機械的強度が増大するので、高速回転時にリテーナ16が自重もしくはローラ15の重さによって変形してしまうことを防止することができる。また、リテーナ16の表面窒素濃度を0.05〜0.4重量%に設定すると、リテーナ16の耐摩耗性が向上し、ローラ15との接触による摩耗がリテーナ16のポケット部17(図2参照)に生じ難くなるので、リテーナ16の回転時におけるローラ15のガタツキを防止することができる。
上述した効果を確認するために、本発明者は、次のような実験を行った。先ず、表1に示すサンプルNo.1〜12の試験片を作製し、サンプルNo.6〜12の試験片を用いて引張試験を行った。
The
Thus, when the surface carbon concentration of the
In order to confirm the above-described effect, the present inventor conducted the following experiment. First, test pieces of sample Nos. 1 to 12 shown in Table 1 were produced, and a tensile test was performed using the test pieces of sample Nos. 6 to 12.
表1において、No.1〜5はJIS SCM420からなる試験片を下記の浸炭窒化処理条件で浸炭窒化処理を行い、表面炭素濃度を1.00〜1.04重量%に調整すると共に表面窒素濃度を0.05〜0.50重量%に調整したものを示している。また、No.6〜12はJIS SCM420からなる試験片を下記の浸炭処理条件で浸炭処理を行い、表面炭素濃度を0.59〜1.28重量%に調整したものを示している。 In Table 1, Nos. 1 to 5 are carbonitriding the test piece made of JIS SCM420 under the following carbonitriding conditions to adjust the surface carbon concentration to 1.00 to 1.04% by weight and the surface nitrogen concentration. Is adjusted to 0.05 to 0.50% by weight. Nos. 6 to 12 show test pieces made of JIS SCM420 that were carburized under the following carburizing conditions and the surface carbon concentration was adjusted to 0.59 to 1.28% by weight.
(浸炭処理条件)
雰囲気ガス:Rxガス+エンリッチガス(C.P.=0.6〜1.3)
処理温度:920〜980℃の範囲で選択
処理時間:表面炭素濃度に応じて1〜10時間程度
浸炭処理後焼入れ焼戻し:有り(830〜880℃×1時間程度の焼入れ(油冷)、160〜200℃×2時間程度の焼戻し)
(浸炭窒化処理条件)
雰囲気ガス:Rxガス+エンリッチガス+アンモニアガス(C.P.=0.6〜1.3)
処理温度:830〜980℃の範囲で選択
処理時間:表面炭素濃度、表面窒素濃度に応じて1〜20時間程度
浸炭窒化処理後焼入れ焼戻し:有り(830〜880℃×1時間程度の焼入れ(油冷)、160〜200℃×2時間程度の焼戻し)
(Carburizing conditions)
Atmospheric gas: Rx gas + enriched gas (CP = 0.6-1.3)
Treatment temperature: selected in the range of 920 to 980 ° C. Treatment time: About 1 to 10 hours depending on the surface carbon concentration Quenching and tempering after carburizing treatment: Available (Quenching (oil cooling) of about 830 to 880 ° C. × 1 hour), 160 to Tempering at 200 ° C for about 2 hours)
(Carbonitriding conditions)
Atmospheric gas: Rx gas + enriched gas + ammonia gas (CP = 0.6-1.3)
Treatment temperature: Select within the range of 830-980 ° C Treatment time: About 1-20 hours depending on the surface carbon concentration and surface nitrogen concentration Quenching and tempering after carbonitriding treatment: Existence (830-880 ° C x 1 hour quenching (oil Cold), tempering at 160-200 ° C. for about 2 hours)
上述した引張試験の試験結果を図3に示す。同図において、横軸は各試験片の表面炭素濃度を示し、縦軸はサンプルNo.9の試験片(表面炭素濃度0.9重量%)を0.2%の耐力で規格化した場合の強度比を示している。また、図中破線は表面炭素濃度0.9重量%未満のデータのみで、0.9重量%以上の強度比を予測した場合を示している。 The test results of the tensile test described above are shown in FIG. In the figure, the horizontal axis represents the surface carbon concentration of each test piece, and the vertical axis represents the case where the test piece of sample No. 9 (surface carbon concentration 0.9% by weight) is normalized with a proof stress of 0.2%. The intensity ratio is shown. Moreover, the broken line in the figure shows the case where the intensity ratio of 0.9% by weight or more is predicted by only the data having a surface carbon concentration of less than 0.9% by weight.
次に、本発明者は表1に示すサンプルNo.6〜11の試験片と同じ鉄鋼材料から図2に示すリテーナを作製し、これをローディングカム装置に組み込んで回転数:10000min-1、試験時間:5時間の試験条件でリテーナの変形試験を行った。そして、試験終了後に図2に示す部分の外径を測定し、これをリテーナ変形率(=試験後外径/試験前外径)として評価した。その評価結果を図4に示す。 Next, the present inventor made the retainer shown in FIG. 2 from the same steel material as the test pieces of sample Nos. 6 to 11 shown in Table 1, and incorporated this into the loading cam device, and the rotation speed was 10000 min −1 . Time: A retainer deformation test was performed under the test conditions of 5 hours. Then, after the test, the outer diameter of the portion shown in FIG. 2 was measured, and this was evaluated as the retainer deformation ratio (= the outer diameter after the test / the outer diameter before the test). The evaluation results are shown in FIG.
図3に示す試験結果から明らかなように、リテーナの表面炭素濃度が0.9重量%を越えると表面炭素濃度の増大に伴って予測値と実測値との差が大きくなり、1.2重量%以上では表面炭素濃度の影響が完全に飽和する。一方、図4に示す試験結果から明らかなように、リテーナの炭素濃度が0.9重量%を下回るとリテーナ変形率が急激に上昇し、遠心力による変形がリテーナに生じ易くなる。したがって、リテーナの表面炭素濃度の上限値を1.2重量%とし、下限値を0.9重量%とすることで、高速回転時にリテーナが自重もしくはローラの重さによって変形してしまうことを防止できることがわかる。 As is apparent from the test results shown in FIG. 3, when the surface carbon concentration of the retainer exceeds 0.9% by weight, the difference between the predicted value and the actually measured value increases as the surface carbon concentration increases, and 1.2 wt. Above%, the effect of surface carbon concentration is completely saturated. On the other hand, as is apparent from the test results shown in FIG. 4, when the carbon concentration of the retainer is less than 0.9% by weight, the retainer deformation rate increases rapidly, and deformation due to centrifugal force is likely to occur in the retainer. Therefore, by setting the upper limit of the surface carbon concentration of the retainer to 1.2% by weight and the lower limit to 0.9% by weight, the retainer is prevented from being deformed by its own weight or the weight of the roller during high-speed rotation. I understand that I can do it.
次に、本発明者は表1に示すサンプルNo.1〜5及び9の試験片と同じ鉄鋼材料から図2に示すリテーナを作製し、これをローディングカム装置に組み込んで回転数:6000min-1、試験時間:6時間の試験条件でリテーナの耐摩耗性試験を行った。その試験結果を図5に示す。同図において、横軸は表面窒素濃度を示し、縦軸はNo.9の摩耗量を1とした場合の摩耗量比を示している。
また、本発明者は表1に示すサンプルNo.1〜5及び9の試験片を用いて、JIS Z 2242に基づくシャルピー衝撃試験を行った。その試験結果を図6に示す。同図において、横軸は表面窒素濃度を示し、縦軸はNo.9の試験片に加えた衝撃強度を1とした場合の衝撃強度比を示している。
Next, the present inventor produced the retainer shown in FIG. 2 from the same steel material as the test pieces of Sample Nos. 1 to 5 and 9 shown in Table 1, and incorporated this into the loading cam device, and the rotational speed was 6000 min −1. Test time: The wear resistance test of the retainer was performed under the test conditions of 6 hours. The test results are shown in FIG. In the figure, the horizontal axis represents the surface nitrogen concentration, and the vertical axis represents No. The wear amount ratio when the wear amount of 9 is 1 is shown.
Moreover, this inventor performed the Charpy impact test based on JISZ2242 using the test piece of sample No.1-5 shown in Table 1, and. The test results are shown in FIG. In the figure, the horizontal axis represents the surface nitrogen concentration, and the vertical axis represents No. 9 shows the impact strength ratio when the impact strength applied to the
図5に示す試験結果から明らかなように、リテーナの表面窒素濃度が0.05重量%を下回ると、摩耗量比が急激に上昇する。一方、図6に示す試験結果から明らかなように、、リテーナの表面窒素濃度が0.40重量%を越えると、衝撃強度比が急激に低下し、リテーナの耐衝撃性が低下する。したがって、リテーナの表面窒素濃度の下限値を0.05重量%とし、上限値を0.4重量%とすることで、ローラとの接触による摩耗がリテーナのポケット部に生じ難くなり、リテーナの回転時におけるローラのガタツキを防止できることがわかる。
なお、上述した実施形態ではダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機に本発明を適用した場合を例示したが、ダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機以外のトロイダル型無段変速機についても本発明を適用できることは勿論である。
As is apparent from the test results shown in FIG. 5, when the surface nitrogen concentration of the retainer is less than 0.05% by weight, the wear amount ratio increases rapidly. On the other hand, as is apparent from the test results shown in FIG. 6, when the surface nitrogen concentration of the retainer exceeds 0.40% by weight, the impact strength ratio rapidly decreases and the impact resistance of the retainer decreases. Therefore, by setting the lower limit of the surface nitrogen concentration of the retainer to 0.05% by weight and the upper limit to 0.4% by weight, wear due to contact with the roller is less likely to occur in the pocket of the retainer, and the retainer rotates. It can be seen that the backlash of the roller at the time can be prevented.
In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to a double cavity type toroidal continuously variable transmission is illustrated, but the present invention is also applied to a toroidal type continuously variable transmission other than the double cavity type toroidal continuously variable transmission. Of course, it can be applied.
2 入力軸
3 スプライン
4 動力伝達軸
5a,5b 入力側ディスク
6a,6b 出力側ディスク
7 中空回転軸
8a,8b ギヤ
9 カウンタ軸
10 パワーローラ
11 ローディングカム装置
12 カム板
13 第1のカム面
14 第2のカム面
15 ローラ
16 リテーナ
17 ポケット部
2 Input shaft 3 Spline 4
Claims (2)
前記リテーナを浸炭鋼もしくは浸炭窒化鋼から形成し、かつ前記リテーナの表面炭素濃度を0.9〜1.2重量%としたことを特徴とするトロイダル型無段変速機。 A loading cam device for transmitting the rotational torque of the input shaft to the input side disk, a cam plate fixed to the end of the input shaft, and a first cam surface formed on the input side disk facing the cam plate A second cam surface formed on the cam plate facing the first cam surface, and a plurality of rollers disposed between the second cam surface and the first cam surface In the toroidal continuously variable transmission constituted by a retainer that rotatably holds these rollers in the circumferential direction of the input side disk,
A toroidal continuously variable transmission characterized in that the retainer is made of carburized steel or carbonitrided steel, and the surface carbon concentration of the retainer is 0.9 to 1.2% by weight.
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