JP3028688B2 - トロイダル式無段変速機用金属製転動体およびその製造方法 - Google Patents
トロイダル式無段変速機用金属製転動体およびその製造方法Info
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Description
転動力源等において、無段変速機として使用可能なトロ
イダル式無段変速機用転動体およびその製造方法に関す
るものである。
速機としては、歯車列におけるかみ合わせ状態を手動や
自動で切替える有段変速機が多く用いられているが、無
段変速機を採用する試みもなされており、一部実用化さ
れて市販されているものもある。
め、燃費が向上すること、変速ショックがないこと、な
どの特徴を持っているが、その構造によって、ベルト式
とトロイダル式の2つに大別される。
段変速機は、図1に示すように、潤滑油を介して接触す
る金属製転動体を用いた構造を有するものであって、こ
のトロイダル式無段変速機1は、入力軸2に接続したロ
ーディングカム3および連結軸4を介して一体で回転す
る入力ディスク5,5をそなえていると共に、歯車6,
7を介して出力軸8を回転させる出力ディスク9,9を
そなえ、入力ディスク5,5と出力ディスク9,9との
間にパワーローラ10,10,10,10を設けた構造
を有するものである。
は、入力ディスク5と出力ディスク9との間で挟まれた
パワーローラ10の傾きを変化させ、入・出力ディスク
5,9の相対回転速度を変えて変速しつつ、動力を伝達
する仕組みになっている(特開平1−229158号な
ど)。
る入力ディスク5、出力ディスク9およびパワーローラ
10は、エンジントルクの入力によって、転動面におい
ては面圧入力を受けることとなるので、面疲労強度に優
れていることが要求され、高い表面硬度と深い硬化層深
さが必要となる。
うなトロイダル式無段変速機用金属製転動体(入力ディ
スク5,出力ディスク9,パワーローラ10)にあって
は、それらの要求に対処するため、長時間にわたる浸炭
処理を施した後に焼入れ焼もどし処理を行っているの
で、生産性が悪く、コストアップを招いてしまううえ
に、表面近傍に亀裂の起点となり易い粒界酸化層が成長
してしまう。
カム3との接触面において押し付け力が働くので、深い
硬化層を得る処理を施した場合においては、粒界酸化層
を起点とした割れや欠けが発生することがあり、反対
に、硬化層がなくては、陥没を生じてしまうことにな
る。
9の肉厚の薄い部分にあっては、深い硬化層を得る処理
を施した場合において、内部まで硬化されていること、
および表面近傍に粒界酸化層が残っていることのため
に、粒界酸化層を起点とした割れや欠けが発生するおそ
れがあった。
ク9は、スプラインによって軸と共に駆動する構造にな
っており、スプラインに歯が形成されている。そして、
このスプラインに形成されている歯にあっては、深い硬
化層を得る処理を施した場合において、内部まで硬化さ
れていることから、割れや欠けが発生しやすいものとな
っており、反対に、硬化層がない場合には変形しやすい
ものとなる。
っても、硬化層が深い処理を施した場合に、割れや欠け
が発生しやすいものとなり、また、このパワーローラ1
0は、図示していない軸受によって押し付けられながら
保持されていることから、硬化層がない場合には陥没を
生じやすいものとなる。
題点、および硬化層がないために生じる問題点を解消
し、転動疲労特性に優れていると共に、割れや欠けの発
生を低減し、そしてまた陥没などの変形を生じがたいト
ロダイル式無段変速機用金属製転動体の開発が望まれて
いるという課題があった。
がみてなされたものであって、転動疲労特性に優れてい
ると共に、割れや欠けの発生が少なく、かつまた陥没な
どの変形を生じがたい耐久性の著しく良好なトロイダル
式無段変速機用金属製転動体を提供することを目的とし
ている。
ル式無段変速機用金属製転動体は、潤滑油を介して接触
する複数個の金属製転動体を用いたトロイダル式無段変
速機において、前記金属製転動体が、クロムを含有する
機械構造用低合金鋼を素材とし、表面において浸炭焼入
れ処理が施されていると共に前記表面のうち転動面にお
いてさらに高周波焼入れ処理が施されかつ焼もどし処理
が施されていて、転動面においては表面硬さHv750
以上,有効硬化層深さ2mm以上であり、転動面以外に
おいては表面硬さHv650以上,有効硬化層深さ2m
m以下である構成としたことを特徴としている。
速機用金属製転動体の製造方法は、潤滑油を介して接触
する複数個の金属製転動体を用いたトロイダル式無段変
速機において、前記金属製転動体を製造するに際し、ク
ロムを含有する機械構造用低合金鋼を素材として用い、
表面にカーボンポテンシャルC.P.=0.8〜3.0
%の範囲で浸炭した後焼入れ処理を施し、次いで前記表
面のうち転動面のみに高周波焼入れ処理を施し、さらに
焼もどし処理を施して、転動面においては表面硬さHv
750以上,有効硬化層深さ2mm以上とし、転動面以
外においては表面硬さHv650以上,有効硬化層深さ
2mm以下とする構成としたことを特徴としており、こ
のような構成とすることによって、各部位で必要とする
特性を兼ね備えた理想的な硬化層パターンが、短時間で
得られることにより、転動疲労特性に優れていると共
に、割れや欠けの発生が少なく、かつまた陥没などの変
形を生じがたい耐久性の著しく良好なトロイダル式無段
変速機用金属転動体を短時間のうちに低コストで製造で
きるようにしたことを特徴としている。
は、クロムを含有する機械構造用低合金鋼が用いられ、
例えば、JIS G 4104に制定するSCrや、G
4105に制定するSCMなどを用いることができ
る。
変速機用金属製転動体では、その表面において浸炭焼入
れ処理が施されていると共に前記表面のうち転動面にお
いてさらに高周波焼入れ処理が施されかつ焼もどし処理
が施されていて、摺動面においては表面硬さHv750
以上、有効硬化層深さ2mm以上であるものとしている
が、この場合に、表面硬さがHv750よりも低いと、
表面硬さが不足すると共に高い圧縮残留応力が付加され
なくなって、面疲労強度が低下し、転動疲労特性に劣る
ものとなって耐久寿命が短いものとなるので好ましくな
く、また、有効硬化層深さが2mmよりも浅いと、転動
面にスポーリングを生じて耐久寿命が短いものとなるの
で好ましくない。
動面以外においては表面硬さHv650以上、有効硬化
層深さ2mm以下であるものとしているが、この場合
に、表面硬さがHv650よりも低いと、ディスクがス
プラインを介して軸と共に駆動する構造としたときにス
プラインに変形を生じたり、あるいはまたスプラインお
よびそれ以外の部分に陥没を生じたりするので好ましく
なく、有効硬化層深さが2mmよりも深いと粒界酸化層
を起点とする欠けや割れが発生したり、内部まで硬化し
ているものとなるためこの場合にも割れや欠けを生じた
りすることとなるので好ましくない。
するに際して、表面にカーボンポテンシャルC.P.=
0.8〜3.0%の範囲で浸炭した後焼入れ処理を施
し、次いで前記表面のうち転動面のみに高周波焼入れを
施し、さらに焼もどし処理を施すようにしているが、こ
の場合に、カーボンポテンシャルC.P.が0.8%よ
りも低いと上述した必要とする表面硬さを容易に得るこ
とができがたくなり、反 対に、カーボンポテンシャル
C.P.が3.0%よりも高い場合にも低合金鋼では合
金元素が炭化物として析出して焼入れ性が低下するため
必要な表面硬さを容易に得ることができがたくなるので
好ましくない。
示したトロイダル式無段変速機1に適用した場合につい
て述べる。すでに説明したように、図1に示すトロイダ
ル式無段変速機1は、金属製転動体である入力ディスク
5、出力ディスク9およびパワーローラ10を1組と
し、動力伝達能力により1組または複数組(本実施例の
場合は2組)から構成されている。
5、出力ディスク9およびパワーローラ10において、
この実施例では、表1に示す化学成分のクロムを含有す
る機械構造用低合金鋼、すなわち、クロム鋼(SC
r)、およびクロムモリブンデン鋼(SCM)を使用し
た。
形状に機械加工を行った後、表2および表3に示すよう
に、浸炭条件、高周波加熱条件、ならびに表4および表
5に示すように、研磨の有無,ショットピーニングの有
無などを選択して、入出力ディスク5,9およびパワー
ローラ10の製造を行った。
理における温度と時間との関係を図2および図3に示
し、さらに、製造したのちのディスク5,9およびパワ
ーローラ10の硬化層状態を図4および図5に示す。
すように、浸炭時のカーボンポテンシャル(C.P.)
=0.85%(図2)および2.0%(図3)ならびに
比較のために0.65%(比較例13)および3.30
%(比較例14)、浸炭温度900℃、浸炭処理時間8
時間または40時間で浸炭を行った(ただし、比較例N
o.10,11を除く)後、850℃で30分間保持
し、60℃で油冷する焼入れ処理を行った。このとき、
図3に示すように、カーボンポテンシャル(C.P.)
=2.0%および3.30%で行う高濃度浸炭処理に際
しては、析出炭化物を球状化するため、浸炭後にいった
んA1変態点以下まで冷却を行った。この浸炭焼入れに
よって得られた硬化層パターンを図4および図5におい
て破線で示す。
ラ10の転動面5a,9a,10aにのみ高周波焼入れ
を行うにあたり、ディスク5,9については、高周波加
熱を出力200kW,周波数10kHz一定で図2およ
び図3ならびに表2および表3に示す加熱時間t(se
c)の処理を行った後、60℃で油冷する高周波焼入れ
処理を実施した(ただし,比較例No.7,8を除
く)。
波出力80kW,周波数10kHz,時間8secで転
動面10aの全面を均一に加熱する図5のパターン1に
示す場合と、高周波出力80kW,周波数10kHz,
時間5secで転動面10aの接触部のみを加熱する図
5のパターン2に示す場合の2通りで高周波加熱を行っ
た後、60℃で油冷する高周波焼入れを実施した(ただ
し、比較例No.7,8,12を除く)。
パターンを図4および図5において実線で示す。
ラ10共に、それらの全体に160℃,2時間の焼もど
し処理を行った。
動面5a,9a,10aを研磨加工によって表面粗さR
a=0.03μm程度に仕上げ、外周面(非転動面)に
おいても一部について研磨加工を行った。さらに、同じ
く表4および表5に示すように、一部についてショット
ピーニングを行った。
ラ10の表面硬さを測定したところ、表6および表7に
示す結果であった。
例No.1〜6の場合に、入力ディスク5、出力ディス
ク9およびパワーローラ10の転動面5a,9a,10
aにおいては、表面硬さHv750以上,有効硬化層深
さ2mm以上となっていると共に、転動面以外において
は、表面硬さHv650以上,有効硬化層深さ2mm以
下となっているのに対して、比較例No.7〜14の場
合には、転動面の表面硬さが低すぎたり(No.10,
11,13,14)、転動面の有効硬化層深さが浅すぎ
たり(No.9)、非転動面の有効硬化層深さが大きす
ぎたり(No.7,8,10,12)、非転動面の表面
硬さが低すぎたり(No.13)したものとなってい
た。
較例(No.7〜14)に基づいて製作した各入力ディ
スク5、出力ディスク9およびパワーローラ10に対
し、表8に示す条件下で耐久試験を実施した。なお、入
力ディスク5、出力ディスク9およびパワーローラ10
は、同じ材質のものを組み合わせて試験した。この結果
を表9および表10に示す。
施例によれば、比較例のものと比べて転動疲労特性に優
れたものとなっていると共に、割れや欠けなどの発生が
なく、かつまた陥没などの変形も生じないものとなって
いることが確かめられた。
れたところからも明らかなように、 (1)浸炭時間が短時間のため、表面の粒界酸化層が低
減され、研磨加工をおこなわない部分からの割れや欠け
の発生が少なくなる。
ンの歯および端部において浸炭層が表面にのみ形成され
ることにより、割れや欠けの発生が低下する。
入れを施すことによって、冷却速度が速いことから、さ
らに表面硬度が高くなり、転動面での面疲労強度が向上
する。
ることで、高い圧縮残留応力が付加され、面疲労強度が
向上する。など、各部位で必要とする特性を兼ね備える
ことから、転動疲労特性が改善されて耐久寿命が向上す
る。
ため、全面に研摩加工を行うことで、粒界酸化層を起点
とする亀裂の発生が防止できることから、転動面以外で
の疲労強度が向上して耐久寿命も向上する。
したように、浸炭焼入れ処理に続いて高周波焼入れ処理
を行った後、アークハイト0.3以上のショットピーニ
ングを行うことで、粒界酸化層をつぶすことが可能とな
るうえ、ショットピーニングの効果で高い圧縮残留応力
が付加されることから、さらに疲労強度が向上する。
ボンポテンシャル(C.P.)=2.0%の高濃度で行
い、図3に示したように、浸炭後に一旦A1変態点以下
まで冷却を行うことにより、表面には球状の炭化物が析
出する。これによって、表面硬度はさらに高くなること
から、面疲労強度が向上する。
は従来に比較して約1/5に短縮された。また、浸炭処
理は、これに限らず、プラズマ浸炭法,真空浸炭法等に
よっても適用可能であることが確認された。
たように、浸炭のみで深い硬化層を得ようとすると、長
時間(40時間)を要し、粒界酸化層が成長するため、
端部から粒界酸化層を起点とした亀裂が成長し、割れが
発生した。さらに、研磨加工を行うことで、粒界酸化層
を除去したところ、硬化層がスプラインの歯で深くな
り、欠けが発生した。
を行うが、比較例No.9で示したように、転動面での
硬化層が薄いとスポーリングが発生し、寿命は短い。
ように、浸炭処理を行わず、高周波焼入れのみで、深い
硬化層を得ようとすると、表面のC濃度は素材のC濃度
によって決まるため、一般に高周波焼入れに用いられる
鋼材のC量が0.5%前後である(比較例No.10,
11のSCM440では0.38%である)ことから、
浸炭で得られるC濃度(0.8%前後)よりも低いた
め、高い表面硬さは得られず、面疲労強度が低下してし
まう。さらにまた、転動面のみ高周波焼入れ処理を行う
No.11の場合には、転動面以外の面においては硬化
層がないため、陥没が発生する。
うに、入力および出力ディスクとパワーローラの組み合
わせにおいて、どちらか一方を本発明外とした場合、非
転動面で有効硬化層深さが大きくなりすぎたり、転動面
で高い硬度が得られなかったりして、耐久寿命は低下し
てしまうこととなるので、ディスクとパワーローラのい
ずれも本発明条件を満足する組み合わせとすることによ
ってのみ耐久寿命は向上するものとなる。
ポテンシャルC.P.が低すぎる比較例No.13の場
合には必要な表面硬さを得ることができないため面疲労
強度が低下し転動疲労特性が劣るものとなって耐久寿命
が短いものとなり、カーボンポテンシャルC.P.が高
すぎる比較例No.14の場合にも必要な表面硬さを得
ることができなくなるので好ましくないものであった。
面疲労強度に優れ、かつ転動面以外の部位で発生する割
れや欠けを大幅に改善する転動体を短時間で製造するこ
とが可能になった。
ば、潤滑油を介して接触する複数個の金属製転動体を用
いたトロイダル式無段変速機において、前記金属製転動
体として、クロムを含有する機械構造用鋼を素材とし、
表面においてカーボンポテンシャル(C.P.)=0.
8〜3.0%の範囲で浸炭焼入れ処理した後、前記表面
のうち転動面のみにおいて高周波焼入れ処理を行い、さ
らに焼もどし処理を施すことによって、転動面において
は表面硬さHv750以上,有効硬化層深さ2mm以上
であり、転動面以外においては表面硬さHv650以
上,有効硬化層深さ2mm以下であるものを用いること
によって、面疲労強度が高く転動疲労特性に優れ、割れ
および欠けを大幅に改善した耐久性の著しく良好なトロ
イダル式無段変速機用金属製転動体とすることが可能で
あり、このような高品質の金属製転動体を短時間処理で
製造することが可能であって、生産性を飛躍的に向上さ
せることが可能になるという著しく優れた効果が得られ
る。
速機の一例を示す断面説明図である。
条件(C.P.=0.85%)において温度と時間の関
係を示すグラフである。
P.=2.0%)において温度と時間の関係を示すグラ
フである。
れる硬化層(破線)および高周波焼入れで得られる硬化
層(実線)を示す断面説明図である。
硬化層(破線)および高周波焼入れで得られる硬化層
(実線)を示すパターン1,2の断面説明図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 潤滑油を介して接触する複数個の金属製
転動体を用いたトロイダル式無段変速機において、前記
金属製転動体が、クロムを含有する機械構造用低合金鋼
を素材とし、表面において浸炭焼入れ処理が施されてい
ると共に前記表面のうち転動面においてさらに高周波焼
入れ処理が施されかつ焼もどし処理が施されていて、転
動面においては表面硬さHv750以上,有効硬化層深
さ2mm以上であり、転動面以外においては表面硬さH
v650以上,有効硬化層深さ2mm以下であることを
特徴とするトロイダル式無段変速機用金属製転動体。 - 【請求項2】 潤滑油を介して接触する複数個の金属製
転動体を用いたトロイダル式無段変速機において、前記
金属製転動体を製造するに際し、クロムを含有する機械
構造用低合金鋼を素材として用い、表面にカーボンポテ
ンシャルC.P.=0.8〜3.0%の範囲で浸炭した
後焼入れ処理を施し、次いで前記表面のうち転動面のみ
に高周波焼入れ処理を施し、さらに焼もどし処理を施し
て、転動面においては表面硬さHv750以上,有効硬
化層深さ2mm以上とし、転動面以外においては表面硬
さHv650以上,有効硬化層深さ2mm以下とするこ
とを特徴とするトロイダル式無段変速機用金属製転動体
の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4320528A JP3028688B2 (ja) | 1992-11-30 | 1992-11-30 | トロイダル式無段変速機用金属製転動体およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4320528A JP3028688B2 (ja) | 1992-11-30 | 1992-11-30 | トロイダル式無段変速機用金属製転動体およびその製造方法 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP03037699A Division JP3470792B2 (ja) | 1999-02-08 | 1999-02-08 | トロイダル式無段変速機用金属製転動体およびその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06159463A JPH06159463A (ja) | 1994-06-07 |
JP3028688B2 true JP3028688B2 (ja) | 2000-04-04 |
Family
ID=18122443
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4320528A Expired - Lifetime JP3028688B2 (ja) | 1992-11-30 | 1992-11-30 | トロイダル式無段変速機用金属製転動体およびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3028688B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3851099B2 (ja) | 2001-02-28 | 2006-11-29 | 株式会社ジェイテクト | バリエータ用ディスクの製造方法 |
GB2379960B (en) * | 2001-07-10 | 2005-06-22 | Koyo Seiko Co | Toroidal continuously variable transmission. |
-
1992
- 1992-11-30 JP JP4320528A patent/JP3028688B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
大和久 重雄 著「JIS使い方シリーズ熱処理技術マニュアル](1988−2−15)財団法人 日本規格協会 P.94(「7.2.2残留応力と疲労強度」を参照) |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH06159463A (ja) | 1994-06-07 |
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