JPH08296709A - 高面圧転動体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大きな動力の伝達が可能であってしかも温度
依存性が小さくトラクション特性に優れた金属製動力伝
達用高面圧転動体を提供する。 【構成】 転動面間でトラクションオイルを介在して動
力を伝達する金属製動力伝達用転動体において、転動面
の表面粗さが平均表面粗さＲａで０．１〜０．５μｍで
あるものとして、広い油温温度範囲においてトラクショ
ン特性に優れた表面性状を備えた高面圧転動体とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トラクションオイルを
介在させて用いられる高面圧転動体に関し、さらに詳し
くは、広い油温温度範囲においてトラクション特性に優
れた転動面の表面性状を有する金属製動力伝達用高面圧
転動体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】無段変速機は、動力伝達性能に優れ、ま
た、変速ショックがないことから、多方面で研究されて
おり、その種類は、駆動方式の違いにより、次のような
２種類に大別することができる。

【０００３】（１）ベルトとプーリーとを組み合わせて
駆動力を伝達する方式（ベルトドライブ方式）。

【０００４】（２）トラクションオイルを介して転動面
同士で動力を伝達する方式（トラクションドライブ方
式：転がり式）。

【０００５】前者のベルトとプーリーとを組み合わせて
駆動力を伝達するベルトドライブ方式は、伝達動力が小
さい場合について既に実用化されている（商品名『Ｎ・
ＣＶＴ』新型車解説書 ＮＩＳＳＡＮマーチ 平成４年
１月 日産自動車株式会社編集発行 Ｃ−９頁〜Ｃ−４
８頁）。また、後者のトラクションオイルを介して転動
面間同士で動力を伝達するトラクションドライブ方式
は、高出力エンジンに対応できる機構を有しており、例
えば、トラクションオイルを介して接触する金属製転動
体、すなわち、２枚のディスク（駆動側転動体および従
動側転動体）に挟まれたパワーローラのローラ軸の傾き
を変化させ、ディスクの接触半径を変えて変速させるこ
とにより動力を無段変速で伝達する仕組みになってい
る。

【０００６】そして、後者のトラクションドライブ方式
は、大きな動力を伝達するのに適しており、本方式に用
いられる転動体は、高温高面圧下において優れたトラク
ション特性と高い転動疲労寿命性能を有していることが
要求される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の動力伝達用高面圧転動体にあっては、高温時
における転動面での流体潤滑状態を維持するため、転動
面の表面粗さは、通常、転動体の転動面間に介在する最
小油膜厚さよりもかなり小さい値であるものとなってい
ることから、このような転動体においては、トラクショ
ンオイルの物性がトラクション特性に最も大きな影響を
与える因子となっていた。

【０００８】なお、転動体の表面粗さの記述としては、
例えば、下記の文献がある。

【０００９】（１）（社）日本トライボロジー学会 ト
ライボロジー会議の予稿集，（名古屋 １９９３−１
１），ｐ６５７−６６０ この文献においては、自動車用ハーフトロイダル型トラ
クションドライブ無段変速機を考慮した試験方法および
試験条件を設定し、試験装置として４円筒転がり摩擦試
験機を用いている。そして、転動体となる駆動ローラお
よび従動ローラの表面粗さは、油膜厚さに対して小さ
く、金属接触の影響を小さくするため、平均表面粗さＲ
ａで０．０８μｍ以下に設定する記述がある。

【００１０】一般に、トラクションオイルを含有する油
の物性、特に粘度は、温度に対して依存性があり、油温
が高ければ高いほど粘性係数や動粘度の物性が低下して
くる。このため、油膜厚さに対して表面粗さがかなり小
さい従来の転動体では、高油温域においてトルクの伝達
性能が大きく低下してしまうという問題点があった。

【００１１】そこで、トラクションオイルを用いた金属
製動力伝達用転動体において、大きな動力の伝達が可能
であってしかも温度依存性が少なく、トラクション特性
に優れた高面圧転動体を得ることが課題となっていた。

【００１２】

【発明の目的】本発明は、このような従来の課題にかん
がみてなされたものであって、大きな動力の伝達が可能
でしかも温度依存性が小さくトラクション特性に優れた
金属製動力伝達用高面圧転動体を提供することを目的と
している。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、請求項１に記
載しているように、転動面間でトラクションオイルを介
在して動力を伝達する金属製動力伝達用転動体におい
て、転動面の初期の表面粗さが平均表面粗さＲａで０．
１〜０．５μｍであるものとし、広い油温温度範囲にお
いてトラクション特性に優れた表面性状を備えた高面圧
転動体としたことを特徴としている。

【００１４】そして、本発明に係わる金属製動力伝達用
高面圧転動体の実施態様においては、請求項２に記載し
ているように、凹面形状をなす円錐転動面をそれぞれそ
なえた駆動側転動体および従動側転動体と、対向し配置
した駆動側転動体および従動側転動体の円錐転動面間に
挟まれて前記円錐転動面と相互に転動する凸面形状をな
す円弧転動面をそなえかつローラ軸を傾動可能としたパ
ワーローラとの組み合わせからなるものとすることがで
きる。

【００１５】

【発明の作用】本発明に係わる高面圧転動体において
は、請求項１に記載しているように、転動面間でトラク
ションオイルを介在して動力を伝達する金属製動力伝達
用転動体において、転動面の初期の表面粗さが平均表面
粗さＲａで０．１〜０．５μｍであるものとしている
が、このように転動体の転動面の初期の表面粗さを平均
表面粗さＲａで０．１〜０．５μｍの範囲にした転動体
を用いて転がり試験を行った結果、従来より用いられて
いる表面粗さの小さい転動体を組み合わせて同様な転が
り試験を行った場合に比べて、油温が高い領域において
トラクション係数が向上し、トラクション特性の温度依
存性が大幅に低減する結果が得られた。

【００１６】この理由としては、油温が高くなるとトラ
クションオイルの粘性係数や粘度の低下により、油膜厚
さが薄くなるためであることが挙げられる。

【００１７】そして、初期の表面粗さが粗い転動体（す
なわち、平均表面粗さＲａが０．１μｍ以上である転動
体）同士の組み合わせでは、油温がある程度高くなると
油の粘度が低下し、転動体の転動面間に形成される油膜
の厚さが転動体の表面粗さよりも薄くなり、転動体の表
面の突起部が直接接触しはじめ、すなわち、転動体同士
が固体接触する割合が増加して、トラクション係数は増
大してくるようになる。

【００１８】このことにより、本発明では、従来の表面
粗さが小さい転動体の組み合わせで認められていた高油
温域におけるトラクション係数の大幅な低下が抑制さ
れ、油温が高い領域においても高いトルク伝達性能を維
持したトラクション特性が得られることとなる。

【００１９】一方、表面粗さが平均表面粗さＲａで０．
５μｍよりも粗いと、特に高油温域でトラクション係数
が急激に増大し、さらにそれに伴う摩耗や焼き付き等の
問題が発生し、本発明の目指す温度依存性の少ないトラ
クション特性を得ることができないばかりか、円滑なト
ルク伝達性能を維持することができなくなるため、転動
面の表面粗さは平均表面粗さＲａで０．５μｍ以下とす
る必要があり、表面粗さが平均表面粗さＲａで０．１μ
ｍ未満であると上記したように従来と同様な傾向になる
ため好ましくない。

【００２０】本発明は、トラクションオイルと、転動体
の転動面の表面粗さとの組み合わせを考慮したものであ
るが、通常のエンジンオイルまたはトランスミッション
オイル等の油と、摺動面の表面粗さが本発明の範囲内で
ある転動体との組み合わせでは、トラクション係数が低
いことにより、目標のトルク伝達性能を達成することが
できず、さらに、異常摩耗等による焼き付きや振動が発
生するので好ましくない。

【００２１】これに対して、本発明の組み合わせにおい
ては、トラクション係数の大幅な向上だけでなく、転動
面の荒れた表面粗さ形状の突起頂上部の平滑化（なじ
み）が早期に形成される作用・効果も認められた。これ
はすなわち、トラクションオイルは、通常のパラフィン
系等をベースとしたエンジンオイルやトランスミッショ
ンオイル、ギヤオイル等の油に比べ、粘度圧力係数が高
く、高面圧状態における動力伝達特性や、耐焼き付き性
に優れる等の利点を示す。

【００２２】本発明では、例えば、下記２件の文献に記
載されたトラクションオイルを用いることができる。

【００２３】（２）畑 一志、日本機械学会［Ｎｏ．９
００−３８］講習会教材（´９０．６．２２東京、トラ
クションドライブの現状と将来） （３）畑 一志、出光トライボレビューＮｏ．１２（１
９８６），ｐ３６〜ｐ４６ 一般に、トラクションオイルの物性を特定することは難
しいが、その用途と高面圧下におけるトラクション係数
の高さにより特徴付けることができる。

【００２４】上記の文献によると、例えば、２円筒試験
機を用いた実験においては、油温：４０℃、平均周速：
４．１ｍ／ｓ、最大面圧：１ＧＰａ、スリップ率：５％
の条件で、トラクション係数が０．０８以上であること
が望ましい。

【００２５】そして、本発明の実施態様においては請求
項２に記載しているように、金属製動力伝達用転動体
は、凹面形状をなす円錐転動面をそれぞれそなえた駆動
側転動体および従動側転動体と、対向し配置した駆動側
転動体および従動側転動体の円錐転動面間に挟まれて前
記円錐転動面と相互に転動する凸面形状をなす円弧転動
面をそなえかつローラ軸を傾動可能としたパワーローラ
との組み合わせからなるものとすることによって、高出
力の動力伝達を無段変速で行う無段変速機に好適なもの
となる。

【００２６】

【実施例】本発明に係わる金属製動力伝達用高面圧転動
体について、実施例および比較例により、さらに詳しく
説明する。

【００２７】実施例１ 図１に示す２円筒転がり試験機を用いて転動体（試験
片）のすべり試験を実施した。

【００２８】ＪＩＳ ＳＣＭ４２０鋼からなる直径＝４
０ｍｍ、厚さ＝２０ｍｍ、転動面のＲ＝２０ｍｍのクラ
ウニング形状をなし且つ転動面の表面粗さを研削加工に
よって平均表面粗さＲａで０．１０μｍとした転動体
（試験片）１と、直径＝４０ｍｍ、厚さ＝２０ｍｍのフ
ラット形状をなし且つ転動面の表面粗さを研削加工によ
って平均表面粗さＲａで０．１μｍとした転動体（試験
片）２とを図１に示すように試験機に取り付けた。

【００２９】各転動体（試験片）１および転動体（試験
片）２は、それぞれサーボモータ３およびサーボモータ
４により、主軸タイミングベルト５および従軸タイミン
グベルト６を介して駆動され、エアシリンダ７で加圧す
ることによって両者が接触して転動するようになってい
る。

【００３０】そして、転動体（試験片）２側の動力伝達
系にはトルクセンサ８が接続されており、軸に発生する
トルクからトラクション係数を算出することができる。

【００３１】また、本実施例での試験は、スリップ率：
０〜１５％、平均すべり速度：５．２ｍ／ｓ、平均軸回
転数：２５００ｒｐｍ（主軸と従軸の回転数の和が５０
００ｒｐｍ）とし、主軸と従軸に均等に差動を与えてす
べり速度を一定にした。

【００３２】さらに、転動体（試験片）１および転動体
（試験片）２の転動は、４０℃，８０℃，１１０℃に設
定したトラクションオイル（商品名：サントトラック３
２、日本石油（株）製）のオイルバス（油浴）９中で行
い、エアシリンダ７による加圧は最大１．３ＧＰａとし
た。そして、本実施例では、上記各油浴温度において、
スリップ率１．６％でのトラクション係数を算出した。

【００３３】実施例２〜４ 実施例１において、転動体（試験片）１，２の転動面の
表面粗さを平均表面粗さＲａ＝０．１５μｍ，０．３０
μｍ，０．５０μｍとした他は、実施例１と同様にし
て、それぞれ実施例２，３，４のトラクション係数を算
出した。

【００３４】実施例５ 実施例１において、転動体（試験片）１，２の転動面の
仕上げをラップ仕上げ加工により行い、表面粗さを平均
表面粗さＲａ＝０．１０μｍとした他は、実施例１と同
様にして、実施例５のトラクション係数を算出した。

【００３５】実施例６ 実施例１において、転動体（試験片）１，２の転動面の
仕上げを超仕上げ加工により行い、表面粗さを平均表面
粗さＲａ＝０．３０μｍとした他は、実施例１と同様に
して、実施例６のトラクション係数を算出した。

【００３６】比較例１ 実施例１において、転動体（試験片）１，２の転動面の
表面粗さを平均表面粗さＲａ＝０．０３μｍとした他
は、実施例１と同様にして、比較例１のトラクション係
数を算出した。

【００３７】比較例２ 実施例１において、転動体（試験片）１，２の転動面の
仕上げを超仕上げ加工により行い、表面粗さを平均表面
粗さＲａ＝０．０５μｍとした他は、実施例１と同様に
して、比較例２のトラクション係数を算出した。

【００３８】比較例３，４ 実施例１において、転動体（試験片）１，２の転動面の
表面粗さを平均表面粗さＲａ＝０．６０μｍ，１．５０
μｍとした他は、実施例１と同様にして、比較例３，４
のトラクション係数を算出した。

【００３９】比較例５，６ 実施例１において、転動体（試験片）１，２の転動面の
表面粗さを平均表面粗さＲａ＝０．１０μｍ，０．３０
μｍとし、トランスミッションオイル（商品名：日産マ
チックＤ、出光興産（株）製）にした他は、実施例１と
同様にして、比較例５，６のトラクション係数を算出し
た。

【００４０】上記の実施例１〜６および比較例１〜６の
仕様を表にまとめて示すと共に、この実施例および比較
例で得られたスリップ率１．６％における各油温のトラ
クション係数を図２，３に示す。

【００４１】

【表１】

【００４２】上記の結果から、実施例１〜６は本発明で
規制する表面粗さ、トラクションオイルおよび加工方法
を満たした組み合わせであり、トラクション係数は試験
温度範囲でほぼ一定の推移を示し、温度依存性の極めて
少ない理想的な特性をもつものであると言える。

【００４３】これに対して比較例１および２はトラクシ
ョンオイルを用い、転動体１，２の転動面の表面粗さを
それぞれ研削加工および超仕上げ加工により、本発明の
範囲よりも小さくした組み合わせであるが、そのトラク
ション特性は試験温度に対し大きく依存する傾向を示し
ている。

【００４４】比較例３と比較例４はトラクションオイル
を用い、研削加工により転動体の転動面の表面粗さを本
発明の範囲よりも大きくした組み合わせであるが、比較
例３は試験温度に対してトラクション係数が大きく上昇
し、油温１１０℃では摩耗により振動が発生し計測不可
能となった。また、比較例４は転動面の表面粗さがさら
に粗いため、油温８０℃の時点で振動が発生したので試
験を中断した。

【００４５】さらにまた、比較例５と比較例６は、試験
油として鉱物油ベースのトランスミッションオイルを用
い、研削加工により転動体の表面粗さのみを本願発明の
範囲内とした組み合わせであるが、比較例５および６は
共にトラクション係数が０．０５以下と非常に小さくな
り、この値ではトルク伝達能力が著しく低く、動力伝達
用転動体としての要求を満たしていないものである。そ
して、比較例６は油温１１０℃で振動が発生したため試
験を中断した。

【００４６】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、請求項１に記載しているように、転動面間でトラク
ションオイルを介在して動力を伝達する金属製動力伝達
用転動体において、転動面の表面粗さが平均表面粗さＲ
ａで０．１〜０．５μｍである高面圧転動体の構成とし
たため、大きな動力の伝達が可能で温度依存性の少ない
トラクション特性に優れた転動体を得ることができ、と
くに、高温高面圧下でのトラクション特性に優れたもの
とすることが可能であるという著しく卓越した効果がも
たらされる。

【００４７】そして、請求項２に記載しているように、
金属製動力伝達用転動体は、凹面形状をなす円錐転動面
をそれぞれそなえた駆動側転動体および従動側転動体
と、対向し配置した駆動側転動体および従動側転動体の
円錐転動面間に挟まれて前記円錐転動面と相互に転動す
る凸面形状をなす円弧転動面をそなえかつローラ軸を傾
動可能としたパワーローラとの組み合わせからなるもの
とすることによって、出力の大きいエンジンを搭載した
自動車の無段変速機の構成部材としても十分に適用する
ことが可能であるという著しく優れた効果がもたらされ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】転動体の転動面の表面性状を調査するために用
いた２円筒転がり試験機を示す説明図である。

【図２】本発明の実施例における高面圧転動体の各油温
におけるトラクション係数を示すグラフである。

【図３】比較例における転動体の各油温におけるトラク
ション係数を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 転動体（クラウニング形状の試験片） ２ 転動体（フラット形状の試験片） ３，４ ＡＣサーボモータ ５ 主軸タイミングベルト ６ 従軸タイミングベルト ７ エアシリンダ ８ トルクセンサ ９ オイルバス（油浴）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 転動面間でトラクションオイルを介在し
   て動力を伝達する金属製動力伝達用転動体において、転
   動面の初期の表面粗さが平均表面粗さＲａで０．１〜
   ０．５μｍであることを特徴とする高面圧転動体。
2. 【請求項２】 金属製動力伝達用転動体は、凹面形状を
   なす円錐転動面をそれぞれそなえた駆動側転動体および
   従動側転動体と、対向し配置した駆動側転動体および従
   動側転動体の円錐転動面間に挟まれて前記円錐転動面と
   相互に転動する凸面形状をなす円弧転動面をそなえかつ
   ローラ軸を傾動可能としたパワーローラとの組み合わせ
   からなる請求項１に記載の高面圧転動体。