JP3908370B2 - トロイダル型無段変速装置の入出力ディスクの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば自動車などの車両用の変速装置として用いられるトロイダル型無段変速装置の入出力ディスクの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車などの車両用の変速装置としては、複数の歯車を有しこれらの歯車間の噛み合せを変更して、入力軸から出力軸へトルクを伝えるものが主流であった。しかしながら、この従来の歯車式有段変速装置は、変速時に段階的、断続的にトルクが変化するため、動力伝達に損失が生じたり、変速時に振動が生じたりするなどの欠点を抱えていた。
【０００３】
そこで、近年、変速時における段階的、断続的にトルクが変化することがない無段変速装置の実用化が検討されている。この無段変速装置は、変速時などの振動が生じなく、かつ前記歯車式有段変速装置より動力伝達時の損失が少くて優れているとともに、車両に用いられた際の燃費も優れている。このため、一部の乗用車などには、前述した無段変速装置の一例としてベルト式無段変速装置などが実用化されている。
【０００４】
また、無段変速装置として、トロイダル型無段変速装置が提案されている。トロイダル型無段変速装置は、入力軸と一体に回転する入力ディスクと、出力軸と一体に回転する出力ディスクと、これら入出力ディスクと転接するパワーローラ軸受とを備えている。
【０００５】
前記入出力ディスク８０は、図１７に示すように、側方からみて中央から前記入出力軸の軸線Ｐ１に沿って突出した突部８１と、前記突部８１から外周方向に向って徐々に薄肉となる裾部８２と、前記突部８１に設けられかつ前記入出力軸取付け用の取付け穴８３と、を一体に備えたディスク状に形成されている。
【０００６】
また、前記入出力ディスク８０は、前記パワーローラ軸受を揺動自在に支持する枢軸を中心とした断面円弧状のトラクション面８５を、前記突部８１から裾部８２とに亘って形成している。
【０００７】
このトロイダル型無段変速装置は、前記ベルト式無段変速装置と比較して、高いトルクを伝達することが可能であるため、中・大型車両用の無段変速装置として有効である。
【０００８】
しかしながら、このトロイダル型無段変速装置は、より高いトルクの伝達が必要とされているため、その前記入出力ディスク８０及びパワーローラ軸受が、一般的な歯車及び軸受などの通常の繰り返し応力が加わる機械部品と比較して、非常に大きな繰り返し曲げ応力および繰り返しせん断応力を受ける。特に、入出力ディスク８０は、前記突部８１の端面８１ａ側に大きな応力が作用する。
【０００９】
トロイダル型無段変速装置の前述した入出力ディスクの製造方法としては、例えば圧延などが施されて棒状に形成された素材から切削加工などによって削り出す方法や、特開平９−１２６２８９号公報に記載されているように、鍛造工程によって、最終形状に近い形状まで成形し、その後、研削加工などの仕上げ加工を施すことによって製造する方法があった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
前述した入出力ディスクを、金属からなる棒状の素材から切削加工によって削り出して製造するのでは、切削加工のため歩留まりが悪いとともに、所要時間が長時間化して、生産コストが高騰するという問題が生じる。
【００１１】
又、溶解、鋳造・圧延などの工程を経て棒状に形成された入出力ディスクに用いられる素材は、その中央寄りの径の３０％以下の部分に、前述した工程において不可避的に混入する不純物を多く含んでいる。また、前記素材は、圧延などが施された際に、その金属組織の流れ所謂メタルフローが、軸線に沿って形成されている。
【００１２】
中央寄りの部分に不純物を多く含んだ素材から前述したように切削加工によって、前記入出力ディスク８０を削り出して製造するのでは、図１７中に墨塗りして示す部分Ｒ１のように、ディスク８０の底面８４から前記突部８１の端面８１ａとに亘って前記取付け穴８３の内面８３ａに、不純物を多く含んだ部分が存在することとなる。さらに、前記入出力ディスク８０は、入出力軸の軸線Ｐ１に沿って、前述したメタルフローＪが形成されている。
【００１３】
このため、切削加工によって削り出されて製造された入出力ディスク８０は、通常の機械部品と比較して非常に大きな応力が作用しかつ特に突部８２の端面８１ａ側に大きな応力が作用するので、不純物を多く含んだ部分Ｒ１やメタルフローＪに沿って破壊しやすくなり、比較的寿命が短くなる傾向となるとともに、トロイダル型無段変速装置の寿命も短くなる傾向となる。
【００１４】
また、前記特開平９−１２６２８９号公報に記載されている方法は、一種類の金型を用いて略最終形状まで鍛造し、その後研削加工などを施して、前記入出力ディスクを成形する。この方法では、前述した型と被成形物（以下ワークと呼ぶ）との接触時間が長くなり、金型が鍛造加工時の熱の影響を受け、金型の表面硬度が低下して金型の寿命が短くなる傾向となる。
【００１５】
また、金型が鍛造時にワークを保持する構造となっていないため、ワークが金型の中心からずれ易く、ワークが偏心して、その結果加工精度が悪化する。さらに、成形の最終段階で金型内の空間にワークの素材が充満するため、金型の角部などに欠肉やバリが生じやすく、所望の形状に成形するのは困難である。
【００１６】
さらに、無理に所望の形状にワークを成形するために過大な荷重をかけて圧鍛すると、金型が破損する恐れが生じる。また、鍛造後の研削加工の工程における所要時間を抑制するため削りしろを少くするためには、金型の摩耗などを抑える必要がある。
【００１７】
このように、前述した特開平９−１２６２８９号公報に記載されている製造方法は、鍛造に用いる金型の寿命が短くなる傾向となって、生産コストを高騰する傾向となっていた。
【００１８】
したがって、本発明の目的は、高寿命な入出力ディスクを金型の寿命を低下させることなく確実に成形できるとともに、生産コストの高騰を抑制できるトロイダル型無段変速装置の入出力ディスクの製造方法を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明のトロイダル型無段変速装置の入出力ディスクの製造方法は、ディスク状に形成されかつ中央部に軸線方向に突出した突部と、前記突部から外周方向に向って徐々に薄肉となる裾部と、前記突部に軸線方向に設けられた取付け穴とを有するトロイダル型無段変速装置の入出力ディスクの製造方法において、前記突部を成形する成形部を有する第１の金型を用いて、素材としてのワークを、この素材の軸線方向に沿って圧鍛して、前記突部に相当する部分を成形する第１の鍛造工程と、前記取付け穴を成形する成形部を有する第２の金型を用いて、前記ワークを、前記軸線方向に沿って圧鍛して、前記取付け穴に相当する穴を成形する第２の鍛造工程と、前記裾部を成形する成形部を有する第３の金型を用いて、前記ワークを、前記軸線方向に沿って圧鍛して、前記裾部に相当する部分を成形する第３の鍛造工程とからなることを特徴としている。
【００２０】
前述したトロイダル型無段変速装置の入出力ディスクの製造方法は、素材から入出力ディスクを成形する際に、突部と、取付け穴と、裾部とに相当する部分を、それぞれ別体の第１から第３の金型を用いて成形する。このため、ワークとそれぞれの金型とが互いに接触する時間が短くなり、成形時に金型に及ぼされるワークの温度の影響が少くなって金型の表面硬度が維持される。
【００２１】
さらに、前述した第１から第３の鍛造工程において用いられる第１から第３の金型を互いに別体としているので、それぞれの鍛造工程において無理なくワークを成形することが可能となる。夫々の工程においてワークの金属組織の流動をスムーズに行え、金属組織の流動などにおいてバランスの取れた入出力ディスクを成形することができる。
【００２２】
また、前述したように、夫々の工程におけるワークの金属組織の流動をスムーズに行えるので、それぞれの工程において金型に加える圧力を低く抑えることができ、金型の破損を防止することができる。
【００２３】
また、前記突部と取付け穴と裾部とを形成する第１から第３の鍛造工程において、前記棒状の素材の両端を前述した第１から第３の金型が当接して拘束した状態で、前記入出力ディスクを形成するのが望ましい。
【００２４】
この場合、前記取付け穴を形成する第２の金型によって、前記素材の中央よりの径の３０％以下の不純物を多く含んだ部分が、押圧されて取付け穴の内面などの周辺部から取り除くことができる。
【００２５】
前述した第１から第３の鍛造工程を経て前記入出力ディスクを形成する場合、前記第１〜第３の金型それぞれに前記ワークを保持する保持部を形成するのが望ましい。この場合、さらに不純物を多く含んだ部分が取付け穴の周辺から除去されるとともに、成形中における金型内での素材の偏心などの位置ずれなどが抑制されて、より高精度な入出力ディスクを成形することができる。
【００２６】
また、前述した第１から第３の鍛造工程を経た後、切削加工などを施して前記入出力ディスクを成形するようにしてもよい。この場合、より高精度な入出力ディスクを得ることができるとともに、第１から第３の金型で成形する際の精度要求を緩和することができる。このため、摩耗などが進んでも金型を使用することができ、金型費用を抑制して生産コストを抑制することができる。
【００２７】
前記入出力ディスクを製造するワークとして円柱状に形成されかつ軸線方向に沿う金属組織の流れ（メタルフロー）を有した中実材を用いるのが望ましい。なお、この中実材の長さをＬとし直径をｄとすると、これらＬとｄとの関係はＬ／ｄ≦２．２を満たすのが望ましい。
【００２８】
この場合、前述した第１ないし第３の鍛造工程を経て成形した際に、入出力ディスクのメタルフローが入出力軸の軸線に対し軸対称となって形成されて、高寿命な入出力ディスクを成形することができる。
【００２９】
前記第１の鍛造工程において、前記円柱状のワークをこのワークの軸線に沿って圧鍛して第１の金型に据え込むのが望ましい。この場合、成形中における金型内での素材の偏心などの位置ずれなどが抑制されて、より高精度な入出力ディスクを成形することができる。
【００３０】
また、第１の金型は、ワークと接するその端面に、前記突部に沿って形成された保持部としての凹部が形成されるのが望ましい。この場合、凹部は、第１の金型の端面に、前記ワークから離れる方向に凹でかつその底面がワークの直径と略同径の円形に形成されるのが望ましい。
【００３１】
前記凹部は、前記金型の端面からその底面に向うにしたがって、徐々に開口径が減少する傾斜面を有したすり鉢状に形成されるのが望ましい。なお、成形する入出力ディスクにおいてトラクション面の曲率の中心から前記軸線に沿って延びた線分が交わる点と前記突部の端面の外縁とを結んだ線分と、前記端面の延長線とのなす角が角度δの際に、前記傾斜面は、前記底面の延長線とのなす角が、角度δ±１０度(degree)の範囲内に形成されるのが望ましい。
【００３２】
前述した凹部を第１の金型に設けることによって、ワークの偏心などの位置ずれなどを確実に防止でき、高精度な入出力ディスクを成形することが可能となる。また、この凹部を第１の金型に設けた場合、第２の金型にも同形状の凹部を設けるのがさらに望ましい。第２の金型にも凹部を設けるとワークの偏心などの位置ずれがより抑制され、より高精度な入出力ディスクを成形することが可能となる。
【００３３】
また、前記第２の金型の保持部は、前記ワークを外周方向から包囲する円環状に形成されているのが望ましく、この場合第１の鍛造工程においてワークの軸方向に沿って圧鍛する際にこのワークの外径を前記第２の金型の保持部の内径と略等しく形成するのが望ましい。この場合、ワークの偏心などの位置ずれがより抑制され、より一層高精度な入出力ディスクを成形することが可能となる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施形態を図１から図９を参照して説明する。
図１はトロイダル型無段変速装置としてのハーフトロイダル型無段変速装置２０の一部を構成するバリエータ２１を示す断面図である。前記ハーフトロイダル型無段変速装置２０は、エンジン等の駆動源（図示しない）に連結される入力軸１ａから、この入力軸１ａの回転に基く動力を出力軸１ｂへと伝達する装置である。
【００３５】
図１に示すように、バリエータ２１は、ニードルベアリングを介して前記入力軸１ａに支持されかつ前記入力軸１ａと一体に回転自在に取付けられた入力ディスク２と、前記出力軸１ｂにこの出力軸１ｂと一体に回転自在に取付けられた出力ディスク３と、この入力ディスク２および出力ディスク３に転接するパワーローラ軸受１１の内輪１０などを備えている。
【００３６】
入力ディスク２の背面側には、カム板４が入力軸１ａに対してスプライン係合して設けられている。カム板４と入力ディスク２との間にはローラ５が介在され、入力ディスク２を出力ディスク３側に押し付けるローディングカム式の押圧機構６が設けられている。
【００３７】
入力ディスク２と出力ディスク３との間には枢軸７を中心として揺動するトラニオン８が設けられ、トラニオン８の中心部には変位軸９が設けられている。そして、この変位軸９には前記パワーローラ軸受１１が回転自在に支持され、このパワーローラ軸受１１は、入力ディスク２及び出力ディスク３と接するトラクション部を有し、入力ディスク２と出力ディスク３との間に傾転自在に転接されている。
【００３８】
このパワーローラ軸受１１は入力ディスク２及び出力ディスク３から加わるスラスト方向の荷重を支承しつつ、内輪１０の回転を許容するものである。このようなパワーローラ軸受１１の複数個の玉１２はトラニオン８側に設けられた円環状の外輪１３と回転部としての内輪１０との間に設けられた円環状の保持器１４によって保持されている。
【００３９】
さらに、外輪１３と内輪１０には玉１２を転動自在に保持する軸走溝１５，１６が設けられている。軸走溝１５，１６は、外輪１３と内輪１０の玉１２との接触面に円環状に設けられ、かつ断面円弧状に形成されている。
【００４０】
前記入出力ディスク２，３は、図２（Ａ）に示すように、ディスク状に形成されている。なお、図２（Ａ）は入出力ディスク２，３の平面図を示し、図２（Ｂ）は図１中のｂ−ｂ線に沿う断面図を示している。
【００４１】
入出力ディスク２，３は、図２（Ｂ）に示すように、前記入出力軸１ａ，１ｂに取付けられた際に、側方からみてその中央部から図中に一点鎖線Ｐで示す軸線に沿って突出して設けられた突部２２と、この突部２２から外周方向に向って徐々に薄肉となる裾部２３とを一体に備えている。
【００４２】
前記突部２２は、その端面２２ａが図２（Ａ）に示すように正面からみて略円形に形成され、かつ図２（Ｂ）に示すように、前記軸線Ｐに対し略直交する方向に沿って略平坦に形成されている。
【００４３】
前記入出力ディスク２，３の前記突部２２の端面２２ａと反対側に位置する面２４（以下底面と呼ぶ）は、前記軸線Ｐに対し略直交する方向に沿って略平坦に形成されている。また、入出力ディスク２，３の外周面２５は、前記軸線Ｐに沿って略平坦に形成されている。
【００４４】
図２（Ｂ）に示すように、前記突部２２から裾部２３とに亘って、側方から見て断面円弧状のトラクション面２６が、前記入出力ディスク２，３の全周に亘って形成されている。トラクション面２６は、前記枢軸７を中心とした円弧状に形成されている。なお、図示例において、前記裾部２３は、前記入出力ディスク２，３の外周面２５より中央寄りの位置に、最もディスク２，３の肉厚を薄くする最薄部２３ａを一体に設けている。
【００４５】
前記トラクション面２６は、例えば図２（Ｂ）に示すように同一断面において、その曲率の中心α（図２（Ｂ）に示す）から前記軸線Ｐに沿って延びた線分としての二点鎖線Ｐａが交わる点βと端面２２ａの外縁γとを通る線分Ｆと、前記端面２２ａの延長線Ｇとが、互いに角度δを有するように形成されている。
【００４６】
入出力ディスク２，３は、その略中央に、前記入出力軸１ａ，１ｂに取付けられる際に用いる取付け穴２７を設けている。取付け穴２７は、図２（Ａ）に示すように、正面からみて略円形でかつ図２（Ｂ）に示すように前記軸線Ｐに沿って前記突部２２の端面２２ａから前記底面２４とに亘って内径が一定であるとともに、前記入出力ディスク２，３を貫通している。
【００４７】
前述した入出力ディスク２，３は、以下に示す第１から第３の鍛造工程と、切削工程などを経て製造される。
第１の鍛造工程に用いられる第１の金型３０は、図４に示すように、各々円筒状に形成された第１の型３１と第２の型３２とを備えている。第１の型３１と第２の型３２とは、金属からなる棒状に形成された素材Ｗ（以下ワークと呼ぶ）を、その両端からワークＷの軸線Ｑに沿って圧するようになっている。
【００４８】
前記ワークＷは、圧延などの工程を経て、直径ｄ（図４に示す）が前記軸線Ｑに沿って略一定の円柱状の中実材に形成されている。このためワークＷは、その内部の金属組織の流れ（以下メタルフローと呼ぶ）が、前記軸線Ｑに沿って形成されている。また、図示例において、ワークＷは、その長さＬ（図４に示す）と直径ｄとの比が以下に示す式１を満たしている。
【００４９】
Ｌ／ｄ≦２．２…………式１
第１の型３１は、その端面３１ａが略平坦に形成されている。端面３１ａには、前記ワークＷの外径と略同径の保持部としての凹み３４が形成されている。この凹み３４は、ワークＷが載置された際に、ワークＷの軸線Ｑが前記端面３１ａに対し略直交するようにワークＷを保持するようになっている。
【００５０】
前記第２の型３２は、ワークＷを圧する際に、このワークＷと接する端面３２ａに、前記ワークＷから離れる方向に凹の保持部としての第１の凹部３３を設けている。第１の凹部３３は、その底面３５が、前記第１の型３１上に載置されたワークＷの軸線Ｑに対し略直交する方向に沿って略平坦でかつワークＷの外径と略同径の円形に形成されている。
【００５１】
前記第１の凹部３３は、前記第２の型３２の端面３２ａから前記底面３５に向うにしたがって、徐々に開口径が減少する突部成形部としての傾斜面３６を有したすり鉢状で、かつ前記入出力ディスク２，３の突部２２の外形に沿って若干大きく形成されている。前記傾斜面３６は、前記底面３５の延長線Ｋ（図４（Ａ）に示す）とのなす角Θが、前述した角度δと以下に示す式２の関係を満たすように形成されるのが望ましい。
【００５２】
Θ＝δ±１０度(degree)…………式２
第２の鍛造工程に用いられる第２の金型３７は、図５に示すように、第３の型３８と、第４の型３９と、第３の型３８の外周を包囲して設けられた第１の外型４０と、前記第４の型３９に取付けられた穴成形部としての第１の中型４１と、を備えている。
【００５３】
第３の型３８は、第１の鍛造工程を経て圧鍛されたワークＷ（Ｗ１）の外径と略同径の略円筒状に形成され、かつその端面３８ａが第１の鍛造工程を経たワークＷ（Ｗ１）が載置された際にこのワークＷ（Ｗ１）の軸線Ｑ（Ｑ１）に対し略直交する方向に沿って略平坦に形成されている。
【００５４】
また、前記端面３８ａの略中央には、前記ワークＷ（Ｗ１）に向って突出する保持部としての第１の凸部４２が一体に設けられている。この第１の凸部４２は、前記ワークＷ（Ｗ１）と接する面４２ａが前記端面３８ａに沿って略平坦でかつ、前記取付け穴２７の内径より若干小径な円形に形成されている。
【００５５】
前記第４の型３９は、前記ワークＷ（Ｗ１）に相対する面に、前記第３の型３８の外径と略同径の円筒部４３を一体に備えている。この円筒部４３は、ワークＷ（Ｗ１）と接する端面４３ａに、前記第２の型３２の端面３２ａに設けられた第１の凹部３３と略同形状の保持部としての第２の凹部４４を設けている。
【００５６】
前記第１の外型４０は、前記第３の型３８の外周を包囲するように形成され、かつその端面がワークＷ（Ｗ１）が載置される側に向って前記第３の型３８の端面３８ａより突出して設けられている。第１の外型４０の保持部としての内周面４０ａは、前記ワークＷ（Ｗ１）の軸線Ｑ（Ｑ１）に沿って略平坦に形成されているとともに、前記ワークＷ（Ｗ１）の外周面を包囲する円環状に形成されている。
【００５７】
前記第１の中型４１は、前記入出力ディスク２，３の取付け穴２７の内径より若干細い丸棒状に形成されている。第１の中型４１は、その一端部４１ａが前記第２の凹部４４の底面４４ａからワークＷ（Ｗ１）側に突出しかつ、その軸線Ｏが前記軸線Ｑ（Ｑ１）と同一線上に位置するように第４の型３９に取付けられている。第１の中型４１の前記第２の凹部４４の底面４４ａより突出した一端部４１ａは、先端に向うにしたがって徐々に先細となるように形成されている。
【００５８】
第３の鍛造工程に用いられる第３の金型４５は、図６に示すように、第５の型４６と、第６の型４７と、第５の型４６の外周を包囲して設けられた第２の外型４８と、前記第６の型４７に取付けられた第２の中型４９と、を備えている。
【００５９】
第５の型４６は、第３の型３８の外径より大きな径の略円筒状に形成され、かつその端面４６ａが第２の鍛造工程を経たワークＷ（Ｗ２）が載置された際に、このワークＷ（Ｗ２）の軸線Ｑ（Ｑ２）に対し略直交する方向に沿って略平坦に形成されている。また、前記端面４６ａの略中央には、前記第３の型３８の端面３８ａに設けられた第１の凸部４２と同形状の保持部としての第２の凸部５０が設けられている。
【００６０】
前記第６の型４７は、前記第５の型４６の外径より若干大径な円筒状に形成されている。第６の型４７は、前記ワークＷ（Ｗ２）と接する端面４７ａの略中央に、前記ワークＷ（Ｗ２）から離れるのにしたがって凹でかつ前記入出力ディスク２，３の突部２２に沿うとともに、突部２２より若干大きく形成された第３の凹部５１を一体に設けている。
【００６１】
第６の型４７は、前記端面４７ａに、前記第３の凹部５１から外周方向に向って、前記入出力ディスク２，３のトラクション面２６に沿った裾部成形部としての湾曲面５２を形成している。
【００６２】
前記第２の外型４８は、前記第５の型４６の外周を包囲するように形成され、かつその端面４８ａがワークＷ（Ｗ２）が載置される側に向って前記第５の型４６の端面４６ａより突出して設けられている。
【００６３】
第２の外型４８は、前記第５の型４６の端面４６ａより突出した部分に、この部分の内径が前記第６の型４７の外径と略同径となるように、段差部５３を設けている。前述した構成によれば、第６の型４７は前記第２の外型４８内に侵入自在となっている。また、第６の型４７は、第２の外型４８内に侵入した際に、その端面４７ａと段差部５３との間に隙間が生じるようになっている。
【００６４】
前記第２の中型４９は、前記第１の中型４１と略同形状に形成されており、その一端部４９ａが第３の凹部５１の底面５１ａからワークＷ（Ｗ２）側に突出しかつ、その軸線Ｏ１が前記軸線Ｑ（Ｑ２）と略同一線上に位置するように第６の型４７に取付けられている。
【００６５】
次に、前述した入出力ディスク２，３の製造工程について、図３から図９を参照して説明する。ます、図３に示すステップＳ１において、ワークＷは誘導加熱炉などの適宜の加熱手段によって鍛造に適した変形しやすい温度まで加熱される。
【００６６】
そして、図３に示すステップＳ２において、以下に示す第１の鍛造工程が行われる。第１の鍛造工程において、ます図４（Ａ）に示すように、ワークＷを前記第１の型３１の凹み３４に嵌め込むように位置決めする。第１の型３１と第２の型３２とを、第１の凹部３３の底面３５がワークＷに接するように、前記軸線Ｑに沿って互いに近付けるように移動する。
【００６７】
その後、さらに軸線Ｑに沿って型３１，３２を互いに近付けるように移動して、ワークＷを圧鍛する。図４（Ｂ）に示すように、前記第１の型３１の底面３１ａおよび第２の型３２の第１の凹部３３などに応じた形状にワークＷ（Ｗ１）を形成する。
【００６８】
この際、ワークＷ（Ｗ１）には、前記第１の凹部３３に沿った入出力ディスク２，３の突部２２に相当する部分５７が形成されるとともに、前記型３１，３２の間において、その外径が広がったディスク状に形成される。
【００６９】
なお、この工程において、ワークＷ（Ｗ１）は、前記凹み３４および第１の凹部３３の傾斜面３６などによって位置決めされているので、型３１，３２の間において偏心などの位置ずれを起こすことがない。また、ワークＷ（Ｗ１）は、その外径Ｄ１（図４（Ｂ）に示す）が前記第１の外型４０の内径Ｄ２（図５（Ａ）に示す）と略等しくなるように、前記型３１，３２を互いに近付けて成形するのが望ましい。
【００７０】
前述した第１の鍛造工程が終了した後、ステップＳ３において、以下に示す第２の鍛造工程が行われる。まず、第２の鍛造工程では、ワークＷ（Ｗ１）を、図５（Ａ）に示すように、第２の金型３７の第１の外型４０の内周側でかつ第３の型３８の端面３８ａ上に載置する。
【００７１】
このとき、ワークＷ（Ｗ１）は、第１の鍛造工程においてその外径Ｄ１が第１の外型４０の内径Ｄ２と略同径に形成されているので、前記第１の外型４０との間にガタなどを生じないとともに、その軸線Ｑ（Ｑ１）が、前記第３の型３８の端面３８ａの鉛直方向に指向した状態で位置決めされている。またワークＷ（Ｗ１）は、その底面５４が前記第１の凸部４２の端面４２ａと密接した状態となっている。
【００７２】
そして、前記型３８，３９を軸線Ｑ（Ｑ１）に沿って互いに近付けるように移動し、ワークＷ（Ｗ１）を圧鍛する。図５（Ｂ）に示すように、前記第３の型３８の端面３８ａ、凸部４２および第１の中型４１などに応じた形状にワークＷ（Ｗ２）を形成する。
【００７３】
この際、ワークＷ（Ｗ２）は、前記第１の中型４１に沿った入出力ディスク２，３の取付け穴２７に相当する穴５５が形成されるとともに、その底面５４に第１の凸部４２と噛み合う凹部５６が一体に形成されて、第３の型３８の端面３８ａに密接する。
【００７４】
また、ワークＷ（Ｗ２）が圧鍛されている際には、前記凹部４４などによって偏心などの位置ずれしないように位置決めされている。なお、本工程において形成される前記取付け穴２７に相当する穴５５は、前記ワークＷ（Ｗ２）を貫通した状態とはなっていない。
【００７５】
前述した第２の鍛造工程が終了した後、図３に示すステップＳ４において、以下に示す第３の鍛造工程が行われる。まず、第３の鍛造工程では、ワークＷ（Ｗ２）を、図６（Ａ）に示すように、第３の金型４５の第２の外型４８の内周側でかつ第５の型４６の端面４６ａ上に載置する。
【００７６】
このとき、ワークＷ（Ｗ２）は、第２の鍛造工程において、その底面５４に形成された凹部５６が前記第２の凸部５０と噛み合うので、その軸線Ｑ（Ｑ２）が、前記第５の型４６の底面４６ａの鉛直方向に指向した状態に位置決めされている。
【００７７】
そして、前記型４６，４７を軸線Ｑに沿って互いに近付けるように移動し、ワークＷ（Ｗ２）を圧鍛する。図６（Ｂ）に示すように、前記第６の型４７の湾曲面５２などに応じた形状にワークＷ（Ｗ３）を形成する。
【００７８】
この際、ワークＷ（Ｗ３）は、前記第６の型４７の湾曲面５２に沿った前記トラクション面２６に相当する部分５８と、前記型４６，４７の間において、その外径が広がって形成されて前記裾部２３に相当する部分５９と、前記第２の外型４８の段差部５３と第６の型４７との間において外周方向に突出したバリ部６０と、が一体に形成される。
【００７９】
そして、ステップＳ５において、以下に示すように、打ち抜き加工および切削加工などを施して、所望形状の入出力ディスク２，３を得る。まず、図７に示す第３の鍛造工程が施されたワークＷ（Ｗ３）にプレスによる打ち抜き加工を施して、図８に示すように、前記バリ部６０が除去されかつ前記穴５５（５５ａ）が貫通した形状にワークＷ（Ｗ４）を形成する。
【００８０】
そののち、図９に示すように、前述した打ち抜き加工などが施された図中の二点鎖線Ｓで示すワークＷ（Ｗ４）の全体に切削加工などを施す。図中の実線Ｔに示すように、ハーフトロイダル型無段変速装置２０の入出力ディスク２，３に相当する形状のワークＷ（Ｗ５）を得る。
【００８１】
そして、ワークＷ（Ｗ５）に所望の浸炭または浸炭窒化処理などの熱処理を施し、さらに、必要な精度まで全体を研削して、ハーフトロイダル型無段変速装置２０の入出力ディスク２，３を得る。
【００８２】
本実施形態のハーフトロイダル型無段変速装置２０の入出力ディスク２，３の製造方法によれば、ワークＷとしての棒状の素材を成形する鍛造工程において、主に入出力ディスク２，３の突部２２に相当する部分５７を成形する第１の金型３０と、主に取付け穴２７に相当する穴５５を成形する第２の金型３７と、主に裾部２３に相当する部分５９を成形する第３の金型４５とを、それぞれ用いている。
【００８３】
このため、ワークＷとそれぞれの金型３０，３７，４５とが互いに接触する接触時間が短くなり、成形時に金型３０，３７，４５に及ぼされるワークＷの熱の影響が少くなり、金型３０，３７，４５のワークＷと接触する部分の表面硬度が維持されることとなる。したがって、金型３０，３７，４５の寿命の低下が抑制される。
【００８４】
また、前記突部２２に相当する部分５７と取付け穴２７に相当する穴５５と裾部２３に相当する部分５９とを、互いに別体の金型３０，３７，４５を用いて成形するので、無理なくワークＷを成形することが可能となるとともに、夫々の工程におけるワークＷの金属組織の流動をスムーズに行え、金属組織の流動などにおいてバランスの取れた入出力ディスク２，３を成形することができる。
【００８５】
さらに、夫々の工程におけるワークＷの金属組織の流動をスムーズに行えるので、それぞれの工程において金型３０，３７，４５に加える圧力を低く抑えることができ、金型３０，３７，４５の破損を防止することができる。
【００８６】
また、前記第１から第３の鍛造工程において、ワークＷが凹み３４、第１の外型４０の内周面４０ａおよび凸部４２，５０によって位置決めされているので、成形中においてワークＷが金型３０，３７，４５内での偏心などの位置ずれなどをおこすことがない。このため、高精度な入出力ディスク２，３を成形することができる。
【００８７】
さらに、前述した第１から第３の鍛造工程を経た後、打ち抜き加工や切削加工などを施して前記入出力ディスク２，３を成形するので、より高精度な入出力ディスク２，３を得ることができるとともに、第１から第３の金型３０，３７，４５で成形する際の精度要求を緩和することができる。
【００８８】
このため、前記金型３０，３７，４５に加える圧力を低く抑えることができるとともに、金型３０，３７，４５の摩耗などをあまり気にする必要がなくなって、摩耗が進んでも金型３０，３７，４５を使用することができる。
【００８９】
さらに、鍛造加工前のワークＷにおいて、その長さＬと直径ｄとの関係が前記式１を満たす場合には、第１の鍛造工程においてワークＷがより確実に位置決めされ、かつワークＷの軸線Ｑに対しメタルフローが軸対称となって形成される。このため、より高精度でかつ金属組織の流動においてよりバランスがとれるとともに高寿命な入出力ディスク２，３を得ることができる。
【００９０】
図１０から図１３は、第２の実施形態を示し、第１の実施形態と同一構成部分および同一工程は同一符号を付して説明を省略する。本実施形態において、第３の鍛造工程において用いられる第３の金型４５の第６の型４７は、その端面４７ａの外周部に前記軸線Ｏ１，Ｑ（Ｑ２）に対し略直交する方向に沿って略平坦な平坦面６１が周方向に亘って形成されている。
【００９１】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様に図４および図５に示す第１の鍛造工程と第２の鍛造工程とが施されたワークＷ（Ｗ２）に、図１０に示す第３の鍛造工程を施すようになっている。
【００９２】
第３の鍛造工程において、前記湾曲面５２および平坦面６１に沿ったトラクション面２６に相当する部分５８ａが形成されたワークＷ（Ｗ３ａ）を得る。そして、ワークＷ（Ｗ３ａ）を、図１１から図１３に示す工程に沿ってプレスによる打ち抜き加工や切削加工などが施されたワークＷ（Ｗ４ａ，Ｗ５ａ）に形成する。そののち、ハーフトロイダル型無段変速装置２０の入出力ディスク２，３を得る。
【００９３】
本実施形態によれば、前述した第１の実施形態の効果に加え、第６の型４７の端面４７ａに平坦面６１を形成しているので、型４７のコストを抑制することができ、入出力ディスク２，３の生産コストを抑制することができる。
【００９４】
さらに、第１から第３の鍛造加工においてワークＷの金属組織の流動をよりスムーズにすることができるので、鍛造加工の際に金型３０，３７，４５に加える圧力をより抑制することが可能となる。
【００９５】
本実施形態の製造方法によって製造された入出力ディスク２，３は、前記第２の鍛造工程において、図１１中に墨塗りして示す加工前のワークＷにおいて中央寄りに外径の３０％以下の部分に存在する不純物を多く含んだ部分Ｒが、第１の中型４１によって突部２２の端面２２ａ側から底面２４側に向って押圧され、かつ図１２および図１３などに示す打ち抜き加工および切削加工などによって殆ど除去される。
【００９６】
そして、入出力ディスク２，３は、図１４に示すように、メタルフローＪ１〜Ｊ６が形成されているとともに、前記部分Ｒが前記突部２２の端面２２側には存在せずにその一部のみが前記底面２４側に存在している。したがって、特に大きな応力が加わる前記突部２２の端面２２ａ側には不純物を多く含んだ部分Ｒが存在しないため、高寿命な入出力ディスク２，３を得ることができる。
【００９７】
また、前記第１の実施形態に示した製造方法によって成形された入出力ディスク２，３も、図１４に示す第２の実施形態によって得られたものと同様に、そのメタルフローが図１４中の実線Ｊ１からＪ６で示すように形成されている。
【００９８】
また、不純物を多く含んだ部分Ｒも同様に、前記突部２２の端面２２側には存在せずにその一部のみが前記底面２４側に存在する。したがって、高寿命な入出力ディスク２，３を得ることができる。
【００９９】
このことは、以下の表１に示す耐久試験の試験結果からも明らかである。表１に結果が示された耐久試験は、図１７に示した削り出し加工などの従来の製造方法によって製造された入出力ディスク８０と、前述した第１の鍛造工程から第３の鍛造工程などを経て製造された入出力ディスク２，３とを複数製造して供試体Ａ〜Ｈとして用いている。
【０１００】
なお、表１において、供試体Ａ及び供試体Ｂは従来の製造方法によって製造されかつ不純物を多く含んだ部分Ｒ１を取付け穴２７の内面に有する入出力ディスク８０である。表１において、供試体Ｃ〜Ｈは、第１の鍛造工程から第３の鍛造工程などを経て、不純物を多く含んだ部分Ｒの前記端面２２ａからの距離ｈ（図１４に示す）と突部２２の厚み（端面２２ａから底面２４までの距離）Ｈとの比ｈ／Ｈが互いに異なるように製造された入出力ディスク２，３である。
【０１０１】
【表１】

【０１０２】
表１の結果によれば、前述した比ｈ／Ｈがすくなくとも３３％を超える供試体Ｅ〜Ｈの場合には２５０時間にわたる耐久試験によっても、入出力ディスク２，３が破壊されないことが明らかとなった。
【０１０３】
また、供試体Ａ〜Ｄのように、前記突部２２の端面２２ａ側に不純物を多く含んだ部分Ｒが存在する場合には、比較的短時間で、前記端面２２の近傍２２ａ側の取付け穴２７の内面２７ａから破損するのが明らかとなった。
【０１０４】
このため、不純物を多く含んだ部分Ｒを、前記取付け穴２７の内面２７ａにおいて、前記突部２２の端面２２ａ側には存在させずに、前記底面２４側に存在させることによって、比較的高寿命な入出力ディスク２，３を得ることができるのが明らかとなった。
【０１０５】
望ましくは前述した比ｈ／Ｈが３３％以上となる位置に前記部分Ｒを形成するとよく、この場合、より確実に高寿命な入出力ディスク２，３を得ることができるのが明らかとなった。
【０１０６】
また、特に、前述した第２の実施形態に示した製造方法によって得られた入出力ディスク２，３は、図１４〜図１５に示すように、そのトラクション面２６にメタルフローＪ６が途切れる所謂エンドフローＥ１，Ｅ２が生じることがある。
【０１０７】
トラクション面２６にエンドフローＥ１，Ｅ２が生じる場合には、このエンドフローＥ１，Ｅ２が、これらのエンドフローＥ１，Ｅ２と前記トラクション面２６の曲率の中心Ｕとを通る線分Ｖ１，Ｖ２と、前記中心Ｕを通り入出力軸１ａ，１ｂの軸線Ｐに沿った線分Ｖとのなす角Θ１，Θ２の角度が１５度(degree)以上でかつ６０度(degree)以下となる範囲内には生じないように、前記第６の型４７の平坦面６１などを形成するのが望ましい。
【０１０８】
このことは、以下の表２に示す耐久試験の試験結果からも明らかである。表２に結果が示された耐久試験は、前述した第６の型４７の平坦面６１の広さなどを変化させて、前記角Θ１，Θ２が互いに異なる角度となる位置にエンドフローＥ１，Ｅ２を生じさせた入出力ディスク２，３を複数製造して供試体Ａ〜Ｎとして用いている。
【０１０９】
【表２】

【０１１０】
表２によれば、前記角Θ１の角度が１５度以上の位置に、入出力ディスク２，３の外周寄りのエンドフローＥ１を生じさせた供試体Ｋ〜Ｎにおいては、試験時間が２５０時間以内で破損することが明らかとなった。
【０１１１】
また、前記角Θ２が６０度以下の位置に、入出力ディスク２，３の突部２２寄りのエンドフローＥ２２を生じさせた供試体Ａ，Ｄ，Ｅ，Ｈ，Ｉにおいては、試験時間が２５０時間以内で破損することが明らかとなった。
【０１１２】
さらに、前記角Θ１，Θ２の角度が１５度(degree)以上でかつ６０度(degree)以下となる範囲内にエンドフローＥ１，Ｅ２を生じさせていない供試体Ｂ，Ｃ，Ｆ，Ｇ，Ｊにおいては、試験時間が２５０時間を経過しても破損しないことが明らかとなった。
【０１１３】
したがって、前記エンドフローＥ１，Ｅ２を、前期角Θ１，Θ２の角度が１５度(degree)以上でかつ６０度(degree)以下となる範囲内には生じさせないように、前記第６の型４７の平坦面６１などを形成することによって、高寿命な入出力ディスク２，３を得ることができるのが明らかとなった。
【０１１４】
さらに、前記入出力ディスク２，３の底面２４側においては、前記メタルフローのエンドフローが、前記トラクション面２６の曲率の中心Ｕと最大減速時または増速時に前記パワーローラ軸受１１の内輪１０が接するトラクション面２６の接触点Ｎ（図１６に示す）とを通る線分Ｖ３に対し、前記中心Ｕを中心とした±１０度(degree)の範囲Ｍ（図１６に示す）内には生じないように、前記第６の型４７の平坦面６１などを形成するのが望ましい。
【０１１５】
このことは、以下の表３に示す耐久試験の試験結果からも明らかである。表３に結果が示された耐久試験は、前述した第６の型４７の平坦面６１の広さなどを変化させて、前記底面２４における前記接触点Ｎに最も近い前記エンドフローＥ４，Ｅ５と前記中心Ｕとをそれぞれ通る線分Ｖ４，Ｖ５と、前記線分Ｖ３とのなす角Θ４，Θ５の角度が互いに異なる入出力ディスク２，３を複数製造して供試体Ａ〜Ｌとして用いている。
【０１１６】
【表３】

【０１１７】
表３によれば、前記角Θ４の角度が１０度以下となる位置に入出力ディスク２，３の外周寄りのエンドフローＥ４を生じさせた供試体Ａ〜Ｄにおいては、試験時間が２５０時間以内で破損することが明らかとなった。
【０１１８】
また、前記角Θ５の角度が１０度以下となる位置に入出力ディスク２，３の突部２２寄りのエンドフローＥ５を生じさせた供試体Ｆ〜Ｈにおいては、試験時間が２５０時間以内で破損することが明らかとなった。
【０１１９】
さらに、前記角Θ４，Θ５の角度がそれぞれ１０度以上となる位置にエンドフローＥ４，Ｅ５を生じさせた供試体Ｅ，Ｉ，Ｊ，Ｋにおいては、試験時間が２５０時間を経過しても破損しないことが明らかとなった。
【０１２０】
したがって、前記メタルフローのエンドフローを、底面２４において前記中心Ｕを通る線分Ｖ３に対し±１０(degree)の範囲Ｍ内には生じないように、前記第６の型４７の平坦面６１などを形成することによって、高寿命な入出力ディスク２，３を製造できることが明らかとなった。
【０１２１】
このように、本発明のハーフトロイダル型無段変速装置２０の入出力ディスク２，３の製造方法によれば、鍛造前のワークＷにおいて不純物を多く含んだ部分Ｒを突部２２側から除去して高寿命な入出力ディスク２，３を得ることができる。
【０１２２】
また、金型３０，３７，４５の寿命を低下させずに金属組織の流動などにおいてバランスが取れかつ高精度な入出力ディスク２，３を成形できるとともに、金型３０，３７，４５の破損を防止できかつ摩耗が進んでも金型３０，３７，４５を使用することができるので、金型費用を抑制して生産コストを抑制することができる。
【０１２３】
【発明の効果】
本発明のトロイダル型無段変速装置の入出力ディスクの製造方法は、例えば第２の鍛造工程などの取付け穴を形成する工程において、ワークの不純物を多く含んだ部分が取付け穴の内面などの周辺から取り除かれるので、高寿命な入出力ディスクを製造することができる。
【０１２４】
また、金型の表面硬度を維持することができるので金型の寿命を低下させることがないとともに、鍛造する際に金型に加える圧力を低く抑えて金型の破損を防止することができるので、金型費用を抑制して生産コストの高騰を抑制することができる。
【０１２５】
さらに、前述した鍛造工程の後に切削加工などを施す場合には、前述した不純物を多く含んだ部分を確実に除去できるとともに、切削加工に必要とされる所要時間を短縮でき、生産コストの高騰をより抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すハーフトロイダル型無段変速装置の一部を示す縦断面図。
【図２】図１に示された実施形態の入出力ディスクを示す説明図。
【図３】図２に示された入出力ディスクの製造工程の一例を示すフローチャート。
【図４】図２に示された入出力ディスクを製造する第１の鍛造工程を示す説明図。
【図５】図２に示された入出力ディスクを製造する第２の鍛造工程を示す説明図。
【図６】図２に示された入出力ディスクを製造する第３の鍛造工程を示す説明図。
【図７】図６に示された第３の鍛造工程が施された後のワークを示す断面図。
【図８】図７に示されたワークにプレスによる打ち抜き加工を施した状態を示す断面図。
【図９】図８に示されたワークに切削加工などを施した状態を示す断面図。
【図１０】本発明の第２の実施形態の第３の金型を用いた第３の鍛造工程を示す説明図。
【図１１】図１０に示された第３の鍛造工程が施された後のワークを示す断面図。
【図１２】図１１に示されたワークにプレスによる打ち抜き加工を施した状態を示す断面図。
【図１３】図１２に示されたワークに切削加工などを施した状態を示す断面図。
【図１４】本発明の第２の実施形態の製造方法によって得られた入出力ディスクのメタルフローを示す断面図。
【図１５】図１４に示された入出力ディスクのトラクション面におけるエンドフローの位置を説明する説明図。
【図１６】図１４に示された入出力ディスクの底面におけるエンドフローの位置を説明する説明図。
【図１７】従来の製造方法によって得られたハーフトロイダル型無段変速装置の入出力ディスクのメタルフローを示す断面図。
【符号の説明】
１ａ…入力軸
１ｂ…出力軸
２…入力ディスク
３…出力ディスク
２０…ハーフトロイダル型無段変速装置（トロイダル型無段変速装置）
２２…突部
２３…裾部
２７…取付け穴
３６…傾斜面（突部成形部）
４１…第１の中型（穴成形部）
５２…湾曲面（裾部成形部）
５５…取付け穴に相当する穴
５７…突部に相当する部分
５９…裾部に相当する部分
Ｗ，Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３…ワーク（素材）
Ｐ…軸線
Ｑ，Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３…ワークの軸線

Claims (1)

1. ディスク状に形成されかつ中央部に軸線方向に突出した突部と、前記突部から外周方向に向って徐々に薄肉となる裾部と、前記突部に軸線方向に設けられた取付け穴とを有するトロイダル型無段変速装置の入出力ディスクの製造方法において、
   前記突部を成形する成形部を有する第１の金型を用いて、素材としてのワークを、この素材の軸線方向に沿って圧鍛して、前記突部に相当する部分を成形する第１の圧鍛工程と、
   前記取付け穴を成形する成形部を有する第２の金型を用いて、前記ワークを、前記軸線方向に沿って圧鍛して、前記取付け穴に相当する穴を成形する第２の鍛造工程と、
   前記裾部を成形する成形部を有する第３の金型を用いて、前記ワークを、前記軸線方向に沿って圧鍛して、前記裾部に相当する部分を成形する第３の成形工程と、
   からなり、前記第２の金型の保持部は、前記ワークを外周方向から包囲する円環状に形成され、第１の鍛造工程においてワークの軸方向に沿って圧鍛する際に、前記ワークの外径を前記第２の金型の保持部の内径と略等しく形成することを特徴とするトロイダル型無段変速装置の入出力ディスクの製造方法。

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