JP2015224665A - トロイダル型無段変速機のディスク熱処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】トロイダル型無段変速機のディスクに形成された浸炭硬化層を除去する手間を省いて、熱処理に起因する割れが発生するのを抑制できるとともに、必要な部分に所定の深さの硬化層を形成できるトロイダル型無段変速機のディスク熱処理方法を提供する。【解決手段】出力側ディスク３Ａの全体に、ギヤ部３ｂの熱処理条件に合わせた浸炭処理または浸炭窒化処理を施した後、当該処理によって形成された浸炭硬化層４０を除去することなく、トラクション面３ａにのみ追加焼入れ処理を施すので、浸炭硬化層４０を除去する手間を省いて、熱処理に起因する割れが発生するのを抑制できるとともに、トラクション面３ａに所定の深さの硬化層を形成できる。【選択図】図１

Description

本発明は、自動車や各種産業機械の変速機などに利用可能なトロイダル型無段変速機のディスク熱処理方法に関する。

例えば自動車用変速機として用いるダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機は、図３および図４に示すように構成されている。図３に示すように、ケーシング５０の内側には入力軸１が回転自在に支持されており、この入力軸１の外周には、２つの入力側ディスク２，２と２つの出力側ディスク３，３とが取り付けられている。また、入力軸１の中間部の外周には出力歯車４が回転自在に支持されている。この出力歯車４の中心部に設けられた円筒状のフランジ部４ａ，４ａには、出力側ディスク３，３がスプライン結合によって連結されている。

入力軸１は、図中左側に位置する入力側ディスク２とカム板（ローディングカム）７との間に設けられたローディングカム式の押圧装置１２を介して、駆動軸２２により回転駆動されるようになっている。また、出力歯車４は、２つの部材の結合によって構成された仕切壁１３を介してケーシング５０内に支持されており、これにより、入力軸１の軸線Ｏを中心に回転できる一方で、軸線Ｏ方向の変位が阻止されている。

出力側ディスク３，３は、入力軸１との間に介在されたニードル軸受５，５によって、入力軸１の軸線Ｏを中心に回転自在に支持されている。また、図中左側の入力側ディスク２は、入力軸１にボールスプライン６を介して支持され、図中右側の入力側ディスク２は、入力軸１にスプライン結合されており、これら入力側ディスク２は入力軸１と共に回転するようになっている。また、入力側ディスク２，２の内側面（凹面；トラクション面とも言う）２ａ，２ａと出力ディスク３，３の内側面（凹面；トラクション面とも言う）３ａ，３ａとの間には、パワーローラ１１（図４参照）が回転自在に挟持されている。

図３中右側に位置する入力側ディスク２の内周面２ｃには、段差部２ｂが設けられ、この段差部２ｂに、入力軸１の外周面１ａに設けられた段差部１ｂが突き当てられるとともに、入力側ディスク２の背面（図３の右面）は、入力軸１の外周面に形成されたネジ部に螺合されたローディングナット９に突き当てられている。これによって、入力側ディスク２の入力軸１に対する軸線Ｏ方向の変位が実質的に阻止されている。また、カム板７と入力軸１の鍔部１ｄとの間には、皿ばね８が設けられており、この皿ばね８は、各ディスク２，２，３，３の凹面２ａ，２ａ，３ａ，３ａとパワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａとの当接部に押圧力（予圧）を付与する。

図４は、図３のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図４に示すように、ケーシング５０の内側には、入力軸１に対し捻れの位置にある一対の枢軸１４，１４を中心として揺動する一対のトラニオン１５，１５が設けられている。なお、図４においては、入力軸１の図示は省略している。各トラニオン１５，１５は、支持板部１６の長手方向(図４の上下方向)の両端部に、この支持板部１６の内側面側に折れ曲がる状態で形成された一対の折れ曲がり壁部２０，２０を有している。そして、この折れ曲がり壁部２０，２０によって、各トラニオン１５，１５には、パワーローラ１１を収容するための凹状のポケット部Ｐが形成される。また、各折れ曲がり壁部２０，２０の外側面には、各枢軸１４，１４が互いに同心的に設けられている。

支持板部１６の中央部には円孔２１が形成され、この円孔２１には変位軸２３の基端部（第１の軸部）２３ａが支持されている。そして、各枢軸１４，１４を中心として各トラニオン１５，１５を揺動させることにより、これら各トラニオン１５，１５の中央部に支持された変位軸２３の傾斜角度を調節できるようになっている。また、各トラニオン１５，１５の内側面から突出する変位軸２３の先端部（第２の軸部）２３ｂの周囲には、各パワーローラ１１が回転自在に支持されており、各パワーローラ１１，１１は、各入力側ディスク２，２および各出力側ディスク３，３の間に挟持されている。なお、各変位軸２３，２３の基端部２３ａと先端部２３ｂとは、互いに偏心している。

また、各トラニオン１５，１５の枢軸１４，１４はそれぞれ、一対のヨーク２３Ａ，２３Ｂに対して揺動自在および軸方向(図４の上下方向)に変位自在に支持されており、各ヨーク２３Ａ，２３Ｂにより、トラニオン１５，１５はその水平方向の移動を規制されている。各ヨーク２３Ａ，２３Ｂは鋼等の金属のプレス加工あるいは鍛造加工により矩形状に形成されている。各ヨーク２３Ａ，２３Ｂの四隅には円形の支持孔１８が４つ設けられており、これら支持孔１８にはそれぞれ、トラニオン１５の両端部に設けた枢軸１４がラジアルニードル軸受３０を介して揺動自在に支持されている。また、ヨーク２３Ａ，２３Ｂの幅方向（図３の左右方向）の中央部には、円形の係止孔１９が設けられており、この係止孔１９の内周面は円筒面として、球面ポスト６４，６８を内嵌している。すなわち、上側のヨーク２３Ａは、ケーシング５０に固定部材５２を介して支持されている球面ポスト６４によって揺動自在に支持されており、下側のヨーク２３Ｂは、球面ポスト６８およびこれを支持する駆動シリンダ３１の上側シリンダボディ６１によって揺動自在に支持されている。

なお、各トラニオン１５，１５に設けられた各変位軸２３，２３は、入力軸１に対し、互いに１８０度反対側の位置に設けられている。また、これらの各変位軸２３，２３の先端部２３ｂが基端部２３ａに対して偏心している方向は、両ディスク２，２，３，３の回転方向に対して同方向(図４で上下逆方向)となっている。また、偏心方向は、入力軸１の配設方向に対して略直交する方向となっている。したがって、各パワーローラ１１，１１は、入力軸１の長手方向に若干変位できるように支持される。その結果、押圧装置１２が発生するスラスト荷重に基づく各構成部材の弾性変形等に起因して、各パワーローラ１１，１１が入力軸１の軸方向に変位する傾向となった場合でも、各構成部材に無理な力が加わらず、この変位が吸収される。

また、パワーローラ１１の外側面とトラニオン１５の支持板部１６の内側面との間には、パワーローラ１１の外側面の側から順に、スラスト転がり軸受であるスラスト玉軸受（スラスト軸受）２４と、スラストニードル軸受２５とが設けられている。このうち、スラスト玉軸受２４は、各パワーローラ１１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１１の回転を許容するものである。このようなスラスト玉軸受２４はそれぞれ、複数個ずつの玉（以下、転動体という）２６，２６と、これら各転動体２６，２６を転動自在に保持する円環状の保持器２７と、円環状の外輪２８とから構成されている。また、各スラスト玉軸受２４の内輪軌道は各パワーローラ１１の外側面（大端面）に、外輪軌道は各外輪２８の内側面にそれぞれ形成されている。

また、スラストニードル軸受２５は、トラニオン１５の支持板部１６の内側面と外輪２８の外側面との間に挟持されている。このようなスラストニードル軸受２５は、パワーローラ１１から各外輪２８に加わるスラスト荷重を支承しつつ、これらパワーローラ１１および外輪２８が各変位軸２３の基端部２３ａを中心として揺動することを許容する。

さらに、各トラニオン１５，１５の一端部(図４の下端部)にはそれぞれ駆動ロッド（トラニオン軸）２９，２９が設けられており、各駆動ロッド２９，２９の中間部外周面に駆動ピストン（油圧ピストン）３３，３３が固設されている。そして、これら各駆動ピストン３３，３３はそれぞれ、上側シリンダボディ６１と下側シリンダボディ６２とによって構成された駆動シリンダ３１内に油密に嵌装されている。これら各駆動ピストン３３，３３と駆動シリンダ３１とで、各トラニオン１５，１５を、これらトラニオン１５，１５の枢軸１４，１４の軸方向に変位させる駆動装置３２を構成している。

このように構成されたトロイダル型無段変速機の場合、入力軸１の回転は、押圧装置１２を介して、各入力側ディスク２，２に伝えられる。そして、これら入力側ディスク２，２の回転が、一対のパワーローラ１１，１１を介して各出力側ディスク３，３に伝えられ、更にこれら各出力側ディスク３，３の回転が、出力歯車４より取り出される。

入力軸１と出力歯車４との間の回転速度比を変える場合には、一対の駆動ピストン３３，３３を互いに逆方向に変位させる。これら各駆動ピストン３３，３３の変位に伴って、一対のトラニオン１５，１５が互いに逆方向に変位する。例えば、図４の左側のパワーローラ１１が同図の下側に、同図の右側のパワーローラ１１が同図の上側にそれぞれ変位する。

その結果、これら各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａと各入力側ディスク２，２および各出力側ディスク３，３の内側面２ａ，２ａ，３ａ，３ａ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、各トラニオン１５，１５が、ヨーク２３Ａ，２３Ｂに枢支された枢軸１４，１４を中心として、互いに逆方向に揺動（傾転）する。

その結果、各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａと各内側面２ａ，３ａとの当接位置が変化し、入力軸１と出力歯車４との間の回転速度比が変化する。また、これら入力軸１と出力歯車４との間で伝達するトルクが変動し、各構成部材の弾性変形量が変化すると、各パワーローラ１１，１１およびこれら各パワーローラ１１，１１に付属の外輪２８，２８が、各変位軸２３，２３の基端部２３ａ、２３ａを中心として僅かに回動する。これら各外輪２８，２８の外側面と各トラニオン１５，１５を構成する支持板部１６の内側面との間には、それぞれスラストニードル軸受２５，２５が存在するため、前記回動は円滑に行われる。したがって、前述のように各変位軸２３，２３の傾斜角度を変化させるための力が小さくて済む。

ところで、前述したようなトロイダル型無段変速機の部品点数の低減化および小型化を図るべく、特許文献１には、一対の出力側ディスク３，３と出力歯車４とを一体とする中間ディスクの構造が記載されている。すなわち、図５に示すように、一体型の出力側ディスク（中間ディスク）３Ａの外周にギヤ部３ｂを形成して成る構造を開示している。
なお、図５において、図３に示すトロイダル型無段変速機と主な共通部材については同一符号を付してその説明を省略する。
一方、出力側ディスク等のディスクのトラクション面には、高い繰り返し曲げ応力・引っ張り応力がかかることから、ある一定の深い浸炭層等の硬化層が必要である。一般的にトラクション面はギヤ部よりも浸炭層（硬化層）を深くする必要があり、さらに、トラクション面が形成されている部分とギヤ部が形成されている部分とでは厚さが異なるため、ディスクの全体にトラクション面に合わせた浸炭処理を行うと、ギヤ部には必要以上の深さの浸炭層（硬化層）ができるという問題があった。

そこで、特許文献１に記載のトロイダル型無段変速機では、ディスク（出力側ディスク）の素材全体にトラクション面に合わせた浸炭処理または浸炭窒化処理を施し、その後、当該処理が施された素材のギヤ部となる部分の浸炭硬化層を除去したうえでギヤ部を形成し、このギヤ部の形成後にギヤ部にのみ高周波焼入れを施すことで、トラクション面とギヤ部とにそれぞれ最適な浸炭硬化層の深さを付与している。

特開平１１−１４１６３７号公報

しかしながら、前記従来の技術では、ディスクの素材全体にトラクション面に合わせた浸炭処理または浸炭窒化処理を施しているので、ギヤ部となる部分にもトラクション面と同様の深さを有する浸炭硬化層が形成される。したがって、この浸炭硬化層を切削等によって除去するのに手間がかかるうえ、この除去作業の際に、ギヤ部に割れが発生するおそれがあり、また、ギヤ部の薄肉部に必要以上に浸炭が入り、運転時に割れが発生するおそれもある。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、トロイダル型無段変速機のディスクに形成された浸炭硬化層を除去する手間を省いて、熱処理に起因する割れが発生するのを抑制できるとともに、必要な部分に所定の深さの硬化層を形成できるトロイダル型無段変速機のディスク熱処理方法を提供することを目的としている。

前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のディスク熱処理方法は、少なくとも一対のディスクと、対向する前記ディスクの間に挟持されたパワーローラとを備えたトロイダル型無段変速機の前記ディスクを熱処理するトロイダル型無段変速機のディスク熱処理方法であって、
前記ディスクの全体に浸炭処理または浸炭窒化処理を施した後、当該処理によって形成された浸炭硬化層を除去することなく、必要な部分にのみ追加焼入れ処理を施すことを特徴とする。

ここで、前記「必要な部分」としては、例えばトロイダル型無段変速機のディスクにおいて、深い硬化層が必要なトラクション面が挙げられるが、これに限ることはない。

本発明においては、ディスクの全体に浸炭処理または浸炭窒化処理を施した後、当該処理によって形成された浸炭硬化層を除去することなく、必要な部分にのみ追加焼入れ処理を施すので、つまり形成された浸炭硬化層はそのままとして必要な部分にのみ追加焼入れ処理を施すので、ディスクに形成された浸炭硬化層を除去する手間を省くことができ、その分ディスクの製作コストを抑えることができるとともに、浸炭硬化層の除去作業の際に熱処理に起因する割れが発生するのを抑制でき、さらに必要な部分に所定の深さの硬化層を形成できる。

本発明の前記構成において、前記ディスクは、その外周部に設けられたギヤ部と、側面部に設けられたトラクション面とを有し、
前記ギヤ部の熱処理条件に合わせて前記ディスクの全体に浸炭処理または浸炭窒化処理を施した後、当該処理によって形成された浸炭硬化層を除去することなく、前記トラクション面にのみ追加焼入れ処理を施してもよい。

このような構成によれば、ギヤ部の浸炭硬化層を除去する手間を省いて、ギヤ部に熱処理に起因する割れが発生するのを抑制できるとともに、トラクション面に所定の深さの硬化層を形成できる。

本発明の前記構成において、前記トラクション面への追加焼入れ処理が、高周波焼入れ処理であってもよい。

このような構成によれば、トラクション面への焼入れ深さを容易に調整できるとともに、短時間で焼入れ処理できるので、トラクション面に所望の深さの硬化層を容易に形成できる。

本発明によれば、トロイダル型無段変速機のディスクに形成された浸炭硬化層を除去する手間を省いて、熱処理に起因する割れを抑制できるとともに、必要な部分に所定の深さの硬化層を形成できる。

本発明の実施形態に係るトロイダル型無段変速機のディスク熱処理方法を説明するためのもので、ディスクの半断面図である。 同、ディスクの表面全体に浸炭硬化層を形成した状態を示すディスクの半断面図である。 従来のトロイダル型無段変速機の一例を示す断面図である。 図３におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。 外周部にギヤ部が形成された出力側ディスクを有する従来のトロイダル型無段変速機の断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明に係るトロイダル型無段変速機のディスク熱処理方法によって熱処理され、製造されたディスク（出力側ディスク）の一例を示す半断面図である。
図１に示すように、ディスク（出力側ディスク）３Ａの両側面でパワーローラと当接するトラクション面３ａには、ハッチングで示すように、第１の硬化層４１，４１が形成され、ディスク３Ａの外周面でギヤ部３ｂを形成した部分には第２の硬化層４２が形成されている。
これら第１、第２の硬化層４１，４２のうち、第１の硬化層４１の有効深さＨ４１が第２の硬化層４２の有効深さＨ４２よりも深く（Ｈ４１＞Ｈ４２）なっている。
なお、図１においては、硬化層４１，４２をハッチングで示し、その内側のディスク３Ａについては、図示を見易くするためハッチングを省略している。

このような硬化層４１，４２を有するディスク３Ａは以下のようにして熱処理されて製造される。
まず、炭素鋼等の金属材料に鍛造若しくは削り出し加工を施して、ディスク３Ａ用の素材を造る。なお、この素材はディスク３Ａより所定寸法だけ大きく形成する。
次に、前記素材に鍛造等の加工を施すことにより、軸方向両側面に断面円弧状のトラクション面３ａを形成し、さらに、素材の外周縁部に間欠的に切削加工を施すことにより、ギヤ部３ｂを形成することによって、硬化層４１，４２を有しないディスク３Ａを得る。

次に、トラクション面３ａとギヤ部３ｂが形成されたディスク３Ａの全体に浸炭処理または浸炭窒化処理を施すことによって、図２に示すように、ディスク３Ａの表面全体に所定の深さを有する浸炭硬化層４０を形成する。
なお、図２においては、浸炭硬化層４０をハッチングで示し、その内側のディスク３Ａについては図示を見易くするためハッチングを省略している。
この浸炭硬化層４０を形成する場合の熱処理条件は、ギヤ部３ｂの熱処理条件と合わせる。したがって、ギヤ部３ｂに形成された浸炭硬化層４０は、前記第２の硬化層４２となる。

次に、図１に示すように、トラクション面３ａにのみ追加焼入れ処理を施す。この追加焼入れ処理は、例えば高周波焼入れ処理によって行う。この追加焼入れ処理によって、トラクション面３ａには、浸炭硬化層４０の内側に硬化層４３が形成される。そして、この硬化層４３と浸炭硬化層４０とによって前記第１の硬化層４１が形成される。
最後に、前記トラクション面３ａとギヤ部３ｂの表面部分に研削等の仕上げ加工を施して、これら各表面部分を所望形状の平滑面とする。

本実施の形態によれば、ディスク３Ａの全体に浸炭処理または浸炭窒化処理を施した後、当該処理によって形成された浸炭硬化層４０を除去することなく、トラクション面３ａにのみ追加焼入れ処理を施すので、つまり形成された浸炭硬化層４０はそのままとしてトラクション面３ａにのみ追加焼入れ処理を施すので、ディスク３Ａに形成された浸炭硬化層４０を除去する手間を省くことができ、その分ディスク３Ａの製作コストを抑えることができるとともに、浸炭硬化層４０を切削等によって除去する手間も必要がなく、さらに、この除去作業の際に、ギヤ部に割れが発生するおそれもなく、また、ギヤ部の薄肉部に必要以上に浸炭が入るおそれもなく、運転時に割れが発生するおそれもない。
さらに追加熱処理によってトラクション面３ａに所定の深さの硬化層４１を形成できる。
また、トラクション面３ａへの追加焼入れ処理が、高周波焼入れ処理であるので、トラクション面３ａへの焼入れ深さを容易に調整できるとともに、短時間で焼入れ処理できるので、トラクション面３ａに所望の深さの硬化層４１を容易に形成できる。

なお、本実施の形態では、トラクション面３ａの追加焼入れ処理として、高周波焼入れ処理を採用したが、これに限ることはなく、ギヤ部３ｂの硬化層（浸炭層）４２の厚さが必要以上に大きくならない方法であればその他の焼入れ処理を採用してもよい。
また、本実施の形態では、追加焼入れ処理を施す必要な部分をトラクション面３ａとしたが、これに限ることはなく、ディスク３Ａの表面全体に形成された浸炭硬化層４０より深い硬化層が必要な部分であれば、その部分にのみ追加焼入れ処理を施せばよい。
さらに、本実施の形態ではダブルキャビティ式ハーフトロイダル型無段変速機のディスクに本発明を適用する場合を例にとって説明したが、これに限ることなく、本発明はシングルキャビティ式ハーフトロイダル型無段変速機のディスクや、フルトロイダル型無段変速機のディスクにも適用することができる。

２ 入力側ディスク（ディスク）
３Ａ 出力側ディスク（ディスク）
１１ パワーローラ
３ａ トラクション面
３ｂ ギヤ部
４０ 浸炭硬化層

Claims (3)

1. 少なくとも一対のディスクと、対向する前記ディスクの間に挟持されたパワーローラとを備えたトロイダル型無段変速機の前記ディスクを熱処理するトロイダル型無段変速機のディスク熱処理方法であって、
   前記ディスクの全体に浸炭処理または浸炭窒化処理を施した後、当該処理によって形成された浸炭硬化層を除去することなく、必要な部分にのみ追加焼入れ処理を施すことを特徴とするトロイダル型無段変速機のディスク熱処理方法。
2. 前記ディスクは、その外周部に設けられたギヤ部と、側面部に設けられたトラクション面とを有し、
   前記ギヤ部の熱処理条件に合わせて前記ディスクの全体に浸炭処理または浸炭窒化処理を施した後、当該処理によって形成された浸炭硬化層を除去することなく、前記トラクション面にのみ追加焼入れ処理を施すことを特徴とする請求項１に記載のトロイダル型無段変速機のディスク熱処理方法。
3. 前記トラクション面への追加焼入れ処理が、高周波焼入れ処理であることを特徴とする請求項２に記載のトロイダル型無段変速機のディスク熱処理方法。

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