JP4752295B2 - トロイダル型無段変速機 - Google Patents

Description

本発明は、車両（自動車）用の自動変速機の変速ユニットとして、或は工作機械等の各種機械装置の変速機として使用されるトロイダル型無段変速機の改良に関する。

近年、車両用自動変速機の変速ユニットとして、或は各種産業機械用の変速装置として、ハーフトロイダル型のトロイダル型無段変速機が使用されている。この様なトロイダル型無段変速機の構造及び作用に就いては、例えば特許文献１、非特許文献１等、多くの刊行物に記載されて周知である。図４は、この様なトロイダル型無段変速機の１例の要部を示している。この図４に示した構造の場合、回転軸１の周囲に入力ディスク２と出力ディスク３とを、それぞれの内側面同士を互いに対向させた状態で、それぞれ回転自在に支持している。又、上記入力ディスク２と上記出力ディスク３との間には複数のトラニオン４を、それぞれこれら両ディスク２、３の中心軸に対し捻れの位置にある枢軸（図示せず）を中心とする揺動自在に設けている。そして、上記各トラニオン４に設けた支持軸５の周囲にパワーローラ６を、ラジアルニードル軸受７と、スラスト玉軸受８とにより、回転自在に支持している。

上記各パワーローラ６は、それぞれが断面円弧形の凹面である、上記入力ディスク２と出力ディスク３との内側面同士の間に挟持された状態で回転し、この入力ディスク２からこの出力ディスク３に動力を伝達する。即ち、トロイダル型無段変速機の運転時には、上記回転軸１の回転に伴ってローディングカム式の押圧装置９が、上記入力ディスク２を上記出力ディスク３に向け押圧しつつ回転駆動する。そして、これら両ディスク２、３の内側面と、球面状の凸面である上記各パワーローラ６の周面との転がり接触に基づき、上記入力ディスク２の回転を上記出力ディスク３に伝達する。上記各トラニオン４を上記枢軸を中心に揺動変位させ、上記各面同士の転がり接触位置を変えれば、上記両ディスク２、３同士の間での変速比を調節できる。即ち、この転がり接触位置を、入力ディスク２の内径側、出力ディスク３の外径側にする程、上記変速比が減速側になる。これに対して、上記転がり接触位置を、入力ディスク２の外径側、出力ディスク３の内径側にする程、上記変速比が増速側になる。

上述の様にして入力ディスク２と出力ディスク３との間で動力を伝達する際に上記各パワーローラ６は、これら両ディスク２、３の内側面から、大きなラジアル荷重及びスラスト荷重を受ける。このうちのスラスト荷重を支承する為に、上記各パワーローラ６と上記各トラニオン４との間に前記スラスト玉軸受８を設けている。このスラスト玉軸受８は、上記各パワーローラ６の外側面（上記各ディスク２、３の径方向外側の面で、図４の上面）に形成された、断面円弧状の内輪軌道１０と、上記各トラニオン４の内側面（上記各ディスク２、３の径方向内側の面で、図４の下面）に設置された外輪１１の内側面に形成された、断面円弧状の外輪軌道１２と、これら内輪軌道１０と外輪軌道１２との間に転動自在に設けられた複数個の玉１３、１３と、これら各玉１３、１３を保持する保持器１４とから成る。尚、上記外輪１１の外側面と上記トラニオン４の内側面との間には、スラストニードル軸受１５を設けている。このスラストニードル軸受１５の機能に就いては、特許公報等多くの刊行物に記載されており、本発明の要旨とも関係しないので、詳しい説明は省略する。

上述の様に構成するトロイダル型無段変速機の運転時に上記各パワーローラ６には、これら各パワーローラ６の周面と上記各ディスク２、３の内側面との転がり接触部での動力伝達に伴って、所謂２Ｆｔと呼ばれる、図５、６に矢印αで示す様な、上記入力ディスク２の回転方向（動力源から駆動輪に動力を伝達する場合）の力が加わる。そしてこの力が、図６に矢印βで示す様に、支持軸５と共にこれら各パワーローラ６の回転中心軸を傾斜させる方向のモーメントとして加わる。又、上記各パワーローラ６は、上記両ディスク２、３の内側面から直径方向反対側２個所位置に加わる大きなラジアル荷重に基づき、多少なりとも楕円形に（内輪軌道１０部分が反る様に）弾性変形する。この弾性変形と、上記モーメントに基づく上記各パワーローラ６の傾斜とに基づき、上記各玉１３、１３の転動面と上記内輪軌道１０及び前記外輪軌道１２との転がり接触部の面圧が、これら各玉１３、１３毎に異なる。言い換えれば、円周方向に関し面圧が不均一になって、これら各玉１３、１３のうちの一部の玉１３が、特に大きな荷重を支承する状態になる。即ち、これら各玉１３、１３に加わる（これら各玉１３、１３が支承する）スラスト荷重は、上記各パワーローラ６と前記両ディスク２、３との転がり接触部（トラクション部）から、これら両ディスク２、３の回転方向に関し、上記２Ｆｔなる力の作用方向に９０度ずれた位置で、最も大きくなる。この部分では、上記各玉１３、１３の転動面と前記内輪軌道１０及び前記外輪軌道１２との転がり接触部の面圧が相当に（次述する様に、４ＧＰａ若しくはそれ以上に）大きくなる。

ところで、前記スラスト玉軸受８は、上記各パワーローラ６を除き、外見上は各種機械装置の回転支持部に組み込まれている汎用のスラスト玉軸受と類似している。この為従来は、主にコストを抑える面から、上記スラスト玉軸受８の構成部品（主に玉１３、１３及び外輪１１）として、上記汎用のスラスト玉軸受用に設計された部品を流用、若しくはこの部品の諸元をそのまま適用して、上記スラスト玉軸受８を構成していた。

ところが、トロイダル型無段変速機を構成する上記各パワーローラ６を支持する為の、上記スラスト玉軸受８は、上述の様なモーメントや弾性変形に基づいて各転がり接触部の面圧分布が円周方向に関して著しく不均一になる等、挙動が一般のスラスト玉軸受とは大きく異なる。例えば、一般のスラスト玉軸受の場合、各転がり接触部の面圧は、最大でも２〜３ＧＰａ以下であるのに対し、自動車用変速機として使用されるトロイダル型無段変速機を構成する上記各パワーローラ６を支持する為の、上記スラスト玉軸受８では、各転がり接触部の面圧は、２．５〜３．５ＧＰａ程度になり、特に面圧が大きくなる最大減速時の場合には、４ＧＰａにも達する場合がある。この様に大きな（高い）面圧状態で使用される、上記トロイダル型無段変速機を構成するスラスト玉軸受８の転がり接触面を、上記汎用のスラスト玉軸受と同じ仕様にした場合、小型化を図りつつ、十分な耐久性（主として転がり疲れ寿命）を確保する事が難しくなる。

即ち、現在実施されているトロイダル型無段変速機の場合、伝達すべきトルクに対応して、上記スラスト玉軸受８を構成する各玉１３、１３の直径及び数を確保し、上記転がり接触面の耐久性を確保する様にしている。これに対して、今後トロイダル型無段変速機の普及に伴って、このトロイダル型無段変速機をより大きなトルク伝達を行なう状態で使用したり、或いは、より小型・軽量化する必要が生じた場合には、そのままでは上記耐久性の確保を十分に図れなくなる可能性がある。例えば、上記小型・軽量化の一環として、上記スラスト玉軸受８の小型化すべく、上記各玉１３、１３の直径を小さくしたり、或いは数を少なくしたりする事が考えられる。この様な場合には、上記転がり接触面の耐久性を確保すべく、上記スラスト玉軸受８の諸元を、前述した様なトロイダル型無段変速機特有の事情（部分的な高面圧の発生）を考慮した（材質、表面硬度、表面粗さに就いて、特別に調整した）ものとしなければならない。上記スラスト玉軸受８のサイズをそのままとして、トロイダル型無段変速機により伝達するトルクを大きくする場合も、同様である。

玉軸受の技術分野で、転がり接触部を構成する各面の耐久性を確保する為の技術として従来から、特許文献２に記載されている様に、玉を中炭素鋼や高炭素鋼で形成すると共に、浸炭窒化処理や焼き入れ及び焼き戻し処理により、玉の表面の硬度、強度を調整する技術が知られている。但し、トロイダル型無段変速機に組み込む、上記スラスト玉軸受８の使用状態を考慮した場合には、上記特許文献２に記載されている様な技術を適用して、上記各玉１３、１３の硬度、有効硬化層深さを適正化しただけでは、十分な耐久性確保を図る事が難しい。例えば、上記スラスト玉軸受８の潤滑は、前記トラクション部での動力伝達を考慮して開発された、特殊なトラクションオイルにより行なう。この様なトラクションオイルは、トロイダル型無段変速機の運転時に発生する熱に曝されると、長期間に亙る使用に伴って劣化する（合成油であるトラクションオイルの分子構造の一部が分解される）可能性がある。そして、この劣化が或る程度進むと、上記スラスト玉軸受８の転がり接触部に十分な潤滑膜（油膜）が形成されなくなって、上記転がり接触部に、剥離等の損傷を発生する可能性がある。

上記スラスト玉軸受８には、上述した様な、耐久性の面からの問題以外に、低トルク化の面からの問題もある。即ち、トロイダル型無段変速機を構成する前記各パワーローラ６を支承する為の、上記スラスト玉軸受８は、前記入力ディスク２と前記出力ディスク３との間での動力伝達を効率良く行なわせるべく、上記各パワーローラ６の回転抵抗を低く抑える事が本来の目的である。従って、上記スラスト玉軸受８のトルク損失（動トルク）は、できる限り低く抑える事が重要である。これに対して、上記特許文献２に記載された従来技術の様に、玉の表面の硬度、強度を調整しただけでは、上記スラスト玉軸受８の動トルクを低くする事はできない。

この様な事情に鑑みて、前記特許文献１には、上記スラスト玉軸受８の各転がり接触部を構成する、内輪軌道１０と外輪軌道１２と各玉１３、１３の転動面とのうちの全部又は一部の面に、Au、Ag、Pb、MoＳ₂ 、ＷＳ₂ 、フッ素樹脂等の固体潤滑材製の潤滑皮膜を形成する技術が記載されている。又、上記特許文献１に記載された従来技術の場合には、上記内輪軌道１０及び外輪軌道１２を、超仕上により、中心線平均粗さで０．０５μｍＲａ以下にするとしている。上記潤滑皮膜は、この様な粗さの面の上に形成されている。但し、この潤滑皮膜の表面の粗さに関しては、上記特許文献１には記載されていない。

上述の様な特許文献１に記載された従来技術によれば、先に述べた特許文献２に記載された従来技術に比べて、上記スラスト玉軸受８の転がり接触部を構成する各面の耐久性を向上させられると共に、このスラスト玉軸受８の動トルクの低減を図れる。但し、上記特許文献１に記載された従来技術の場合には、上記潤滑皮膜を、スパッタリング処理により形成するとしており、この潤滑皮膜の好ましい性状（被覆率、厚さ）等に就いては、特に考慮してはいない。この為、使用条件がより厳しくなった場合には、上記スラスト玉軸受８の転がり接触部を構成する各面の耐久性を必ずしも十分に確保できない可能性がある他、動トルクに就いても、長期間に亙って十分に低く抑える事が難しくなる可能性がある。

特開２０００−２９１７５５号公報 特開平７−２０８５６８号公報 青山元男、「レッドバッジスーパーシリーズ／２４５／スーパー図解／クルマの最新メカがわかる本」、ｐ．９２−９３、株式会社三推社／株式会社講談社、平成１３年１２月２０日

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、パワーローラを回転自在に支持する為のスラスト玉軸受の転がり接触部を構成する各面の耐久性を十分に確保でき、しかも、このスラスト玉軸受の動トルクを、長期間に亙って十分に低く抑えられるトロイダル型無段変速機を実現すべく発明したものである。

本発明のトロイダル型無段変速機は、従来から知られている各種トロイダル型無段変速機と同様に、例えば前述の図４に示す様に、相対回転を自在として互いに同心に支持された入力ディスク２及び出力ディスク３と、これら両ディスク２、３の軸方向に関してこれら両ディスク２、３の間部分に設けられ、それぞれの両端部に互いに同心に且つこれら両ディスク２、３の中心軸に対して捩れの位置に設けられた、枢軸を中心とする揺動変位を自在とされた複数個のトラニオン４と、これら各トラニオン４の内側面から突出する状態で、これら各トラニオン４毎に１本ずつ設けられた支持軸５と、これら各支持軸５の周囲に回転自在に支持された状態で上記両ディスク２、３同士の間に挟持された複数個のパワーローラ６と、これら各パワーローラ６の外側面と上記各トラニオン４の内側面との間に設けられたスラスト玉軸受８とを備える。
そして、このスラスト玉軸受８は、上記各パワーローラ６の外側面に形成された断面円弧状の内輪軌道１０と、上記各トラニオン４の内側面に設置された外輪１１の内側面に形成された断面円弧状の外輪軌道１２と、これら内輪軌道１０と外輪軌道１２との間に転動自在に設けられた複数個の玉１３、１３とを備えたものである。
特に、本発明のトロイダル型無段変速機に於いては、図１に示す様に、上記内輪軌道１０及び上記外輪軌道１２と、上記各玉１３、１３の転動面とのうちの少なくとも一方の面を、固体潤滑剤の潤滑皮膜１６ａ、１６ｂにより覆っている。
即ち、例えば図１の（Ａ）に示す様に、上記各玉１３、１３の転動面に潤滑皮膜１６ａ、１６ａを被覆したり、或いは図１の（Ｂ）に示す様に、上記内輪軌道１０及び上記外輪軌道１２に潤滑皮膜１６ｂ、１６ｂを被覆する。上記潤滑皮膜１６ａ、１６ｂを両方形成しても良い。何れにしても、当該面の単位面積に対する、これら各潤滑皮膜１６ａ、１６ｂが被覆された部分の面積の割合である、被覆率（面積率）を、７５％以上としている。
更に、本発明の場合には、上記各潤滑皮膜１６ａ、１６ｂにより覆われている面の、この潤滑皮膜１６ａ、１６ｂによる被覆率を、９５％以下としている。

上述の様に構成する本発明のトロイダル型無段変速機の場合、内輪軌道１０及び外輪軌道１２と、各玉１３、１３の転動面との各転がり接触部で生じる摩擦、特に、接触楕円のスピンに伴う滑り摩擦（摩擦に伴って接触面の直下部分に生じる剪断方向の力）を低減できる。従って、上記各転がり接触部を構成する上記内輪軌道１０及び外輪軌道１２と上記各玉１３、１３の転動面とに、剥離等の損傷が生じにくくなり、スラスト玉軸受８の耐久性を確保できる。又、上記各転がり接触部での発熱を抑制して、これら各転がり接触部での発熱量を抑制できる為、これら各転がり接触部を潤滑するトラクションオイルの劣化を抑え、長期間に亙ってこれら転がり接触部に十分な油膜が形成される様にして、上記損傷を防止する効果を、より長期間に亙って維持できる。

特に、本発明のトロイダル型無段変速機の場合には、潤滑皮膜１６ａ、１６ｂの被覆率を７５％以上としている為、上記損傷防止効果を安定して得られる。即ち、互いに当接して上記各転がり接触部を構成する１対ずつの面のうちの少なくとも一方の面の７５％以上が、固体潤滑剤製の潤滑被膜により覆われている。言い換えれば、転がり接触する１対の面のうちの少なくとも一方の面に潤滑皮膜１６ａ、１６ｂを形成しているので、上記各面に、スミアリング、焼き付き、摩耗、ピーリング等の、剥離に結び付く様な表面損傷が発生しにくくして、上記スラスト玉軸受８の長寿命化を図れる。尚、上記被覆率が７５％未満の場合（被覆されずに、母材である軸受鋼等が露出している部分の割合が２５％を越えている場合）には、被覆されていない部分で生じる滑り摩擦が大きくなり、上記剥離に結び付く様な表面損傷が発生し易くなる。
更に、本発明の場合には、上記潤滑皮膜１６ａ、１６ｂにより覆われている面の、この潤滑皮膜１６ａ、１６ｂによる被覆率が９５％以下としている為、振動や耳障りな騒音を発生を抑えられる。この理由は、次の通りである。
上述した様に、本発明の効果を得る為には、上記被覆率を７５％以上にする必要があるが、この被覆率が９５％を越えた場合には、別の問題を生じる可能性がある。即ち、この被覆率が９５％を越えて大きくなった場合でも、スラスト玉軸受８の耐久性向上及び動トルクの低減の面から、それ以上の効果の向上を期待できない（効果が飽和する）だけでなく、上記被覆率を徒に（９５％を越えて）大きくする事で、上記潤滑皮膜１６ａ、１６ｂの厚さが、部分的に過大になり易くなる。そして、この潤滑皮膜１６ａ、１６ｂの一部に、厚さが過大である部分が存在すると、当該部分で潤滑皮膜１６ａ、１６ｂの一部が欠けて脱落し易くなる。この様な脱落により生じた固体潤滑剤の破片は、異物となってトラクションオイル中に混入し、上記スラスト玉軸受８を含む、各転がり軸受の転がり接触部やトラクション部に入り込む可能性を生じる。そして入り込んだ場合には、当該転がり接触部或いはトラクション部で振動を発生し、著しい場合には耳障りな騒音を発生する可能性がある。本発明の場合には、上記被覆率を９５％以下（７５％以上）に規制している為、上述の様な不都合を生じない様にできる。

本発明を実施する場合に好ましくは、請求項２に記載した発明の様に、潤滑皮膜１６ａ、１６ｂの厚さの平均値を、０．１〜８μｍの範囲に規制する。
本発明の場合、上記スラスト玉軸受８の各転がり接触部を構成する１対ずつの面のうちの少なくとも一方の面を固体潤滑剤製の潤滑皮膜１６ａ、１６ｂにより覆う事で、上記各転がり接触部で生じる摩擦を低減する様にしているが、この潤滑皮膜１６ａ、１６ｂの厚さの平均値が小さ過ぎた（０．１μｍ未満である場合）には、上記摩擦を十分に低減できない（被覆率を７５％以上確保する事が難しい）。又、仮に低減できた場合でも、上記潤滑皮膜１６ａ、１６ｂが早期に摩滅して、この摩擦低減効果が早期に喪失してしまう。これに対して、上記潤滑皮膜１６ａ、１６ｂの厚さの平均値が大き過ぎた（８μｍを越えた）場合には、上記摩擦低減及び潤滑皮膜１６ａ、１６ｂが摩滅するまでの時間の延長に関して効果が飽和するだけでなく、この潤滑皮膜１６ａ、１６ｂの一部が欠けて脱落し易くなる。そして、脱落した場合には、上述の様な振動や騒音の原因となる。
そこで、上記潤滑皮膜１６ａ、１６ｂの厚さの平均値として好ましい範囲を、０．１μｍ以上、８．０μｍ以下とした。この厚さの平均値を０．１〜８．０μｍの範囲内に収めれば、十分に強固な（欠落しにくい）潤滑皮膜１６ａ、１６ｂにより、上記スラスト玉軸受８の各転がり接触部を構成する各面の剥離防止を十分に図れる。

更に好ましくは、請求項３に記載した発明の様に、潤滑皮膜１６ａ、１６ｂにより覆われる面（内輪軌道１０及び上記外輪軌道１２と、各玉１３、１３の転動面とのうちの一方又は双方）の母材（例えば軸受鋼）の表面に、（前処理として）深さが０．１〜５μｍである多数の微小凹部（ディンプル）を形成しておく。上記潤滑皮膜１６ａ、１６ｂは、これら各微小凹部を埋める様に、上記表面を被覆する。
この様な構成を採用すれば、上記潤滑皮膜１６ａ、１６ｂと上記母材との結合強度を向上させて、上記スラスト玉軸受８の各転がり接触部にこの潤滑皮膜１６ａ、１６ｂを長期間に亙って残留させる事ができ、このスラスト玉軸受８の耐久性を更に向上させる事ができる。
即ち、このスラスト玉軸受８の構成各部材の表面に潤滑皮膜１６ａ、１６ｂを形成する際に、当該部材の表面に微小凹部が存在すれば、これら各微小凹部に固体潤滑剤を充填しつつ上記潤滑皮膜１６ａ、１６ｂを形成できて、潤滑皮膜１６ａ、１６ｂと微小凹部との機械的係合に基づくアンカ効果により、（平坦な表面に潤滑皮膜１６ａ、１６ｂを被覆する場合と比較して）上記潤滑皮膜１６ａ、１６ｂと上記母材との結合強度を格段に向上させる事ができる。そして、この潤滑皮膜１６ａ、１６ｂによる上記スラスト玉軸受８の耐久性向上を、より十分に図れる。
但し、この様な作用・効果を得る為には、上記各微小凹部の深さが０．１μｍ以上ある事が必要である。これに対して、これら各微小凹部の深さが５μｍを超えると、上記作用・効果が飽和するだけでなく、これら各微小凹部を埋めて、潤滑皮膜１６ａ、１６ｂの表面粗さを適正にする為に母材の表面に被覆すべき固体潤滑剤の量が多くなり、この潤滑皮膜１６ａ、１６ｂを形成する為に要するコストが徒に嵩む。
そこで、上記微小凹部の深さを、０．１μｍ以上、５μｍ以下とした。尚、これら各微小凹部を形成する作業は、ショット・ピーニング、或いはバレル加工により行なう。

更に好ましくは、請求項４に記載した発明の様に、上記潤滑皮膜１６ａ、１６ｂの表面の粗さを、中心線平均粗さで、０．１０〜０．５０μｍＲａとする。
上記潤滑皮膜１６ａ、１６ｂの表面の粗さをこの範囲に規制すれば、この潤滑皮膜１６ａ、１６ｂの表面と相手面との転がり接触部に良好な（強固な）油膜が形成され易くして、この潤滑皮膜１６ａ、１６ｂに加わる剪断応力をより低減し、この潤滑皮膜１６ａ、１６ｂの耐久性、延ては、上記スラスト玉軸受８の各転がり接触部を構成する各面の耐久性を、より一層向上させる事ができる。
尚、上記潤滑皮膜１６ａ、１６ｂの表面の粗さが０．５０μｍＲａを越えると、この表面の凸部が油膜を介さずに相手面と摩擦し易くなる等、潤滑条件が厳しくなり、表面起点型の剥離が発生し易くなる。これに対して、上記潤滑皮膜１６ａ、１６ｂの表面の粗さを０．１０μｍＲａ未満に抑えても、それ以上の潤滑性向上効果を得られないだけでなく、表面粗さを低減する為に要するコストが徒に嵩む様になる。
そこで、好ましくは、上記潤滑皮膜１６ａ、１６ｂ表面の粗さを、中心線平均粗さで、０．１０〜０．５０μｍＲａの範囲に規制する。

更に好ましくは、請求項５に記載した発明の様に、上記潤滑皮膜１６ａ、１６ｂを、予め多数の微小凹部を形成した母材の表面に固体潤滑剤の微粒子を衝突させる、ショット・ピーニングにより形成する。
この様にして上記潤滑皮膜１６ａ、１６ｂを形成すれば、強固な潤滑皮膜１６ａ、１６ｂを能率良く形成できる。

本発明を完成する過程で行ない、本発明の効果を確認した実験に就いて説明する。この実験では、転がり接触面の潤滑皮膜１６ａ、１６ｂの有無、潤滑皮膜１６ａ、１６ｂが存在する場合にはその被覆率が、転がり接触部の耐久性に及ぼす影響に就いて測定した。又、上記潤滑皮膜１６ａ、１６ｂの（平均）厚さ、母材表面の微小凹部の深さ、この潤滑皮膜１６ａ、１６ｂの表面粗さの値が、スラスト玉軸受８の耐久性に及ぼす影響を測定した。潤滑皮膜１６ａ、１６ｂを形成する場合には、図１の（Ａ）に示す様に、各玉１３、１３の転動面に形成した。潤滑皮膜１６ａ、１６ａの形成方法としては、マイクロショット・ピーニング処理を採用した。即ち、ショット・ピーニング装置により、固体潤滑剤である、ＪＩＳ Ｒ ６００１に規定される、平均粒径が３μｍのMoＳ₂ 粉末を、噴射圧力０．２〜１．２ＭＰａ（２．０〜１２kg/cm²）、噴射時間１０〜２０min で、上記各玉１３、１３の転動面に噴射した。１回の処理で、１〜６kgの玉１３、１３の転動面に、上記潤滑皮膜１６ａ、１６ａを形成した。

この様にして上記各玉１３、１３の転動面に形成された、上記潤滑皮膜１６ａ、１６ａの被覆率を求める為に、これら各玉１３、１３の転動面をＥＰＭＡ（electron probe microanalyser）により観察（倍率：２０００倍、３０視野）した。そして、上記潤滑皮膜１６ａ、１６ａを形成した上記各玉１３、１３の転動面のうちで１辺が２００μｍである正方形部分を１０００倍に拡大した状態で、上記潤滑皮膜１６ａ、１６ａを形成する以前に於ける、上記MoＳ₂ の元素特性Ｘ線強度の１０倍以上強度を有する領域に、上記潤滑皮膜１６ａ、１６ａが形成されているとした。更に、上記Ｘ線強度解析の結果を画像解析して、これら潤滑皮膜１６ａ、１６ａ形成後の被覆（面積）率を導出し、各視野の平均値を求めた。

又、上記潤滑皮膜１６ａ、１６ａの厚さは、次の様にして求めた。先ず、この潤滑皮膜１６ａ、１６ａの保護を目的として、熱硬化性樹脂である、ポリアミドイミドをピロリンドンに溶解した化合物を上記各玉１３、１３の転動体に被覆し、１７５度で２時間保持して、表面層を硬化させた。次に、この表面層により上記潤滑皮膜１６ａ、１６ａを保護した上記各玉１３、１３を切断し、更に切断片をエポキシ樹脂に埋め込み、その切断面をバフ研磨で鏡面仕上げした。その後、３％ピクラールで５秒間腐食を行ない、スパッタにより表面に、厚さがｎｍ（ナノメートル）単位であるクロム層を被覆して表面に通電性を持たせてから、電子顕微鏡で観察（倍率：５０００倍、３０視野）した。

この様にして行なう電子顕微鏡観察では、膜厚（上記潤滑皮膜１６ａ、１６ａの厚さ）を明瞭に確認できる様に、２次電子線像を使用した。即ち、各々の１視野に就いて、横方向に被覆面が横断される様に観察し、そして縦方向に６分割を行ない、それぞれで５点の平均値を求め、それぞれを１視野当りの膜厚とし、更に３０視野分の膜厚を平均して、平均膜厚とした。図２に、潤滑皮膜１６ａで被覆した部分の断面のＳＥＭ像と、これを模式化した図とを示している。この図２には、玉１３の転動面にMoＳ₂ 粉末を被覆して成る潤滑皮膜１６ａを被覆した状態を示しており、この潤滑皮膜１６ａの膜厚は、最大３μｍ、最小０．５μｍ程度である。

尚、本実験を行なうべく、上記潤滑皮膜１６ａをショット・ピーニングにより形成した結果、母材である前記各玉１３を構成する軸受鋼（ＳＵＪ２）の表面部分が硬化する事が確認された。即ち、上記潤滑皮膜１６ａを形成すべく、前記固体潤滑剤（平均粒径が３μｍのMoＳ₂ 粉末）をショットした後に、微小硬度計を用いた硬さ試験により、上記潤滑皮膜１６ａにより覆われた母材の最表面から２〜１５μｍの深さ範囲の硬度を測定したところ、この範囲で硬さが勾配をもち、勾配の最高位の硬さが処理前の母材硬さと比べて５〜２０％増大する事が確認された。この様な硬さの上昇は、上記潤滑皮膜１６ａにより覆われた母材の、転がり疲れ寿命確保の面から有利である。

又、上記潤滑皮膜１６ａをショット・ピーニングにより形成する為の前処理として、前記微小凹部（ディンプル）の形成する作業を、実験では、ショット・ピーニングにより行なった。この様な前処理の為のショット・ピーニングは、ＪＩＳ Ｒ ６００１に規定されている（平均粒径が４５μｍの鋼球、SiＣ、SiＯ₂ 、Al₂ Ｏ₃ 、ガラスビーズ等の）ショット材を用いて、前述した、上記潤滑皮膜１６ａを形成する為のショット・ピーニングと同じ条件で行なった。尚、上記微小凹部を形成する為の前処理は、ショット・ピーニングに代えて、或いはショット・ピーニングと共に、バレル加工で行なう事もできる。バレル加工により行なう場合には、種々のメディアや添加剤を配合して表面に大きな凹凸を形成する荒加工と、この荒加工の結果形成された多数の凸部の頂部（プラトー部）の粗さを整える仕上加工とを順次行なう事が好ましい。

実験では、上記ショット・ピーニングにより形成された微小凹部の深さを、次の様にして測定、算出した。即ち、先ず、上記前処理を施した各玉１３の転動面を、三次元非接触式表面形状測定機により観察（倍率：１００倍、３０視野）した。次いで、得られた画像を断面プロファイルに変換し、Ｘ方向、Ｙ方向それぞれに就いて、５断面ずつ測定し、その結果を平均値として求めた。

又、実験では、上記各玉１３を、高炭素クロム軸受鋼２種（ＳＵＪ２）により造り、８４０℃、ＲＸガス＋エンリッチガス＋アンモニアガス雰囲気、３時間の条件で、浸炭窒化処理を施した。その後、油焼き入れしてから焼き戻しを行ない、表面層の残留オーステナイト量を１５〜４０容量％とし、且つ表面硬度をＨＲＣ６２〜６７（Ｈｖ７４６〜９００）に調整した。これは、各試料で共通している。尚、実験では、上記各玉１３として、ＳＵＪ２に浸炭窒化処理を施したものを使用したが、ＳＵＪ２に浸炭窒化を施さないもの、即ち、ズブ焼きのみを施したものや、ＳＣＭ４２０、ＳＣｒ４２０等に浸炭窒化処理、浸炭処理を施して表面を硬化した玉を使用しても良い。

以上に述べた様にして得られた、本発明の技術的範囲に属するもの（実施例）２０種と、本発明の技術的範囲から外れるもの（比較例）５種との、合計２５種類の玉１３を組み込んだスラスト玉軸受８に就いて、以下の様な耐久試験を行なった。即ち、このスラスト玉軸受８をトロイダル型無段変速機を構成するトラニオン４とパワーローラ６との間に組み付け、これらトロイダル型無段変速機を耐久試験装置に組み込んで、次に示す試験条件で耐久試験を行なった。
入力軸（図４の入力ディスク２）の回転速度 ： ４０００min^-1
入力トルク ： ３５０Ｎｍ
使用潤滑油 ： トラクションオイル
油温 ： １００℃
試験回数 ： 同種の試料毎に５回ずつ

上述の様な耐久試験は、同種の試料に就いて５個ずつ行ない（ｎ＝５）、得られた結果をワイブル確率用紙上で整理し、９０％残存寿命値（Ｌ₁₀寿命値）を求めた。又、剥離の発生は、肉眼で確認できる剥離の存存をもって判断した。得られた試験結果を、前述した潤滑皮膜１６ａの被覆率、この潤滑皮膜１６ａの（平均）厚さ、母材表面の微小凹部の深さ、上記潤滑皮膜１６ａの表面粗さの値と共に、下記の表１に示す。

この表１に示す寿命比は、比較例１の寿命時間を基準（１．０）とし、これに対する比で表した。尚、この比較例１は、従来技術であり、ＳＵＪ２に浸炭窒化処理して表面硬度を高め、更に焼き戻し後に超仕上（ＳＦ）を施した玉１３を使用した試料である。この様な比較例１は、全試料中、最も耐久性が劣っていた（短寿命であった）。
これに対して、上記表１中の実施例１〜２０は、本発明によりショット・ピーニングで表面に固体潤滑剤製の潤滑皮膜１６ａを、被覆率で７５％以上、９５％以下、被覆したものである。これら実施例１〜２０の場合、上記比較例１と比較して、耐久性が各段に優れており、少なくとも４．７倍以上の寿命を得られた。

又、上記各実施例のうちの実施例１〜６は、上記潤滑皮膜１６ａを形成する以前に、前記各玉１３の（母材の）表面に前処理を施さなかった（微小凹部を形成しなかった）もの、実施例７〜１２は、この前処理を施したものである。上記表１、及び、この表１の結果を表した図３から明らかな様に、上記潤滑皮膜１６ａを形成するのに先立って上記各玉１３の転動面に前処理を施し、この転動面に多数の微小凹部を形成すれば、この前処理を施さない場合よりも、更に耐久性が向上する。尚、上記図３中の符号は、表１と比較すれば明らかな通り、「●」が実施例のうちで前処理を施したもの、「▲」が実施例のうちで前処理を施さないもの、「○」が比較例のうちで前処理を施したもの、「△」が比較例のうちで前処理を施さないものである。

更に、実施例１７〜２０は、上記潤滑皮膜１６ａを形成する各玉１３の表面に多数の微小凹部が存在するが、これら各微小凹部の深さが、請求項４に記載した好ましい範囲（０．１〜５μｍ）から外れるものである。これら実施例１７〜２０の耐久性（寿命比）は実施例１〜１６の耐久性よりもやや劣る。この事から、上記前処理により、深さが０．１〜５μｍである多数の微小凹部を形成するのが好ましい事が分かる。
同様に、実施例１３〜１６の実験結果から、潤滑皮膜１６ａの厚さを０．１〜８．０μｍに規制する事が、耐久性向上の面から好ましい事が分かる。

尚、固体潤滑剤として、平均粒径が４５μｍのSn粉末を使用し、上述したMoＳ₂ 粉末と同様の形成方法により、上記潤滑皮膜１６ａ、１６ａを形成する事もできる。但し、Sn粉末製の潤滑皮膜１６ａ、１６ａの膜厚を確認する作業は、反射電子線像を利用する事が有効である。

本発明の実施の形態の２例を示す要部断面図。 潤滑皮膜のＳＥＭ像及び模式図。 潤滑皮膜の被覆率と耐久性との関係を示すグラフ。 本発明の対象となるトロイダル型無段変速機の１例を示す部分断面図。 運転時に各ディスクからパワーローラに加わる力を説明する為、これら各ディスク及びパワーローラを図４の上方から見た略図。 同じく図５のＡ−Ａ断面に相当する図。

符号の説明

１ 回転軸
２ 入力ディスク
３ 出力ディスク
４ トラニオン
５ 支持軸
６ パワーローラ
７ ラジアルニードル軸受
８ スラスト玉軸受
９ 押圧装置
１０ 内輪軌道
１１ 外輪
１２ 外輪軌道
１３ 玉
１４ 保持器
１５ スラストニードル軸受
１６ａ、１６ｂ 潤滑皮膜

Claims (5)

1. 相対回転を自在として互いに同心に支持された入力ディスク及び出力ディスクと、これら両ディスクの軸方向に関してこれら両ディスクの間部分に設けられ、それぞれの両端部に互いに同心に且つこれら両ディスクの中心軸に対して捩れの位置に設けられた、枢軸を中心とする揺動変位を自在とされた複数個のトラニオンと、これら各トラニオンの内側面から突出する状態で、これら各トラニオン毎に１本ずつ設けられた支持軸と、これら各支持軸の周囲に回転自在に支持された状態で上記両ディスク同士の間に挟持された複数個のパワーローラと、これら各パワーローラの外側面と上記各トラニオンの内側面との間に設けられたスラスト玉軸受とを備え、このスラスト玉軸受は、上記各パワーローラの外側面に形成された断面円弧状の内輪軌道と、上記各トラニオンの内側面に設置された外輪の内側面に形成された断面円弧状の外輪軌道と、これら内輪軌道と外輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の玉とを備えたものであるトロイダル型無段変速機に於いて、上記内輪軌道及び上記外輪軌道と、上記各玉の転動面とのうちの少なくとも一方の面が固体潤滑剤の潤滑皮膜により覆われており、当該面の単位面積に対する被覆された部分の面積の割合である被覆率が７５％以上、９５％以下である事を特徴とするトロイダル型無段変速機。
2. 潤滑皮膜の厚さの平均値が０．１〜８μｍである、請求項１に記載したトロイダル型無段変速機。
3. 潤滑皮膜により覆われる面の母材の表面に、深さが０．１〜５μｍである多数の微小凹部を形成している、請求項２に記載したトロイダル型無段変速機。
4. 潤滑皮膜の表面の粗さが、中心線平均粗さで、０．１０〜０．５０μｍＲａである、請求項３に記載したトロイダル型無段変速機。
5. 潤滑皮膜が、予め多数の微小凹部を形成した母材の表面に固体潤滑剤の微粒子を衝突させるショット・ピーニングにより形成されたものである、請求項４に記載したトロイダル型無段変速機。