KR101271788B1 - 벨트식 무단 변속기의 풀리 지지구조 및 벨트식 무단 변속기 - Google Patents

Abstract

민들린 슬립(mindlin slip) 자체의 발생을 억제하고, 만약 민들린 슬립이 발생한 경우라도 그 영향을 효과적으로 저하시킬 수 있는 벨트식 무단 변속기의 풀리(pulley) 지지구조 및 벨트식 무단 변속기를 제공한다.
이 벨트식 무단 변속기의 풀리 지지구조에서는, 무단 변속을 위한 풀리를 회전이 자유롭게 지지하기 위한 각 롤링 베어링은, 그 사용시의 내륜 및 외륜의 궤도면과 전동체와의 최대 접촉면압이 2500MPa이하로 되어 있으며, 그 전동체 표면의 경도가 HRc 60 이상, 또한 궤도면보다도 전동체 표면의 경도가 HRc로 1 이상 단단해져 있으며, 또한 그 전동체의 표면은 질화처리 또는 침탄질화처리되어 그 표면의 질소농도가 0.2 질량% 이상 2.0 질량% 이하로 되어 있다. 그리고, 각 롤링 베어링의 사용시에서의 레이디얼 방향 극간이 -30㎛ 이상 10㎛ 이하이다.

Description

벨트식 무단 변속기의 풀리 지지구조 및 벨트식 무단 변속기{PULLEY SUPPORT STRUCTURE FOR BELT-DRIVE CONTINUOUSLY VARIABLE TRANSMISSION AND BELT-DRIVE CONTINUOUSLY VARIABLE TRANSMISSION}

본 발명은, 예를 들면 자동차의 자동변속기의 변속유닛으로서 이용되는 벨트식 무단 변속기에 관한 것이며, 특히 벨트식 무단 변속기의 무단 변속을 위한 풀리를 회전이 자유롭게 지지하는 회전부에서의 풀리 지지구조에 관한 것이다.

이러한 종류의 벨트식 무단 변속기는, 예를 들면, 특허문헌 1 내지 3에 기재되어 있는 바와 같이, 여러 가지 제안되어, 또 그 일부는 실제로 이용되고 있다.

이러한 종류의 벨트식 무단 변속기는, 고정부인 변속기 케이스와, 이 변속기 케이스에 대하여 무단 변속을 위한 풀리를 회전이 자유롭게 지지하는 회전부를 가지고 있다.

그리고 회전부는 서로 평행하게 배치된 입력 측 회전축과 출력 측 회전축을 가지고 있다. 이 입력 측 회전축은, 변속기 케이스에 대하여 한 쌍의 롤링 베어링을 통하여 회전이 자유롭게 지지되는 동시에, 이들 한 쌍의 롤링 베어링의 사이에 위치하는 부분에 자신과 동기하여 회전하는 동시에 홈 폭을 확대 및 축소가 자유로운 종동 측 풀리가 배설(配設)되어 있다.

한편, 출력 측 회전축은, 변속기 케이스에 대하여 다른 한 쌍의 롤링 베어링을 통하여 회전이 자유롭게 지지되는 동시에, 이들 다른 한 쌍의 롤링 베어링 사이에 위치하는 부분에, 자신과 동기하여 회전하는 동시에 홈 폭의 확대 및 축소가 자유로운 종동 측 풀리가 배설되어 있다. 그리고 구동 측 풀리와 종동 측 풀리에는, 무단 벨트가 걸쳐져 있다. 입력 측 회전축과 출력 측 회전축 사이의 변속비를 바꾸는 경우에는, 구동 측 풀리와 종동 측 풀리의 홈 폭을 서로 관련시키면서 확대 및 축소하도록 이루어져 있다.

입력 측 회전축은, 엔진 등의 구동원에 의해 토오크 컨버터(torque converter) 또는 발진 클러치(예를 들면, 전자 클러치)를 통하여 회전구동된다. 그리고 구동원으로부터 발진 클러치를 통하여 입력 측 회전축에 전달된 동력은, 구동 측 풀리로부터 무단벨트를 통하여 종동 측 풀리에 전달된다. 그리고 종동 측 풀리에 전달된 동력은, 출력 측 회전축으로부터 감속기어열, 차동기어(Differential gear)를 통하여 구동륜에 전달된다.

일본국 공고실용신안공보 평성 8년 제30526B호 일본국 특허공개공보 2004년 제183765호 일본국 특허공개공보 2008년 제267509호 일본국 특허공개공보 2009년 제41744호

이러한 종류의 벨트식 무단 변속기의 풀리 지지구조에서는, 예를 들면 입력 측 회전축과 출력 측 회전축을 지지하는 롤링 베어링은, 그 정지시에도 무단벨트의 벨트장력에 의해 하중을 받고 있다. 따라서, 그 상태에서 엔진 등으로부터 진동이 전달되면 전동체와 궤도륜과의 사이에서 프레팅(fretting)(민들린 슬립:mindlin slip)을 일으키는 경우가 있다.

일반적으로 민들린 슬립은 매우 미소한 영역에서 반복 하중변동을 받은 경우에 발생한다. 레이디얼방향(지름방향)의 반복적인 미소한 진동이나 하중변동에 의해 접촉부의 기름막이 끊어지기 때문에, 베어링의 경우라면 전동체 표면과 궤도면이 금속 접촉한 상태에서 미소한 응착이나, 응착의 괴리를 반복하여 표면손상이 확대되어 간다. 그리고 베어링의 회전에 의해 민들린 슬립에 의한 손상을 받은 전동체가 전동함으로써, 박리 등의 손상을 일으키게 된다.

전동체와 궤도륜과의 사이에서 민들린 슬립이 발생한 경우, 민들린 슬립이 발생한 부분의 전동면 거칠기, 궤도면의 거칠기가 악화된다. 특히 전동체의 표면 성상이 악화되면 전동체와 궤도륜과의 사이에 작용하는 접선력이 커지기 때문에 궤도륜의 수명이 짧아진다. 따라서, 벨트식 무단 변속기의 한층 더 장수명화를 달성하기 위해서는 풀리 지지구조에서의 입력 측 회전축과 출력 측 회전축을 지지하는 롤링 베어링에서의 민들린 슬립에 의한 표면 거칠기의 악화를 억제하는 것이 중요하다.

여기서 민들린 슬립에 의한 손상을 저하시키는 일반적 방법으로서는, 아래와 같은 것이 있다. 접촉하는 것의 재질을 세라믹 등으로 변경해서, 소위 도모가네현상(トモガネ現象, similar component metals phenomenon)을 저하시키고, 기름막이 끊어진 경우의 미소한 응착을 저하하는 방법이나, 보다 미세한 영역까지 침입할 수 있는 저 점도의 윤활제, 또는 내마모성이 높은 윤활제를 사용하는 방법이다. 혹은, 철강재료라면, 표면에 질화처리 등의 경화처리를 실시하여 응착의 정도를 저하하는 방법이다.

그러나 벨트식 무단 변속기에 사용되는 롤링 베어링에서는, 세라믹제의 전동체는 고가이기 때문에 사용하기 어렵다. 또 롤링 베어링은 풀리부나 기어부와 공통의 CVT(Contrinuously Variable Transmission) 프루드(Froude)에 의해 윤활 되기 때문에 윤활제를 베어링용에 최적화할 수 없다.

그래서 본 발명은, 이러한 문제점에 착안하여 이루어진 것으로서, 민들린 슬립 자체의 발생을 억제하고, 만약 민들린 슬립이 발생한 경우라도 그 영향을 효과적으로 저하시킬 수 있는 벨트식 무단 변속기의 풀리 지지구조, 및 벨트식 무단 변속기를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본원이 해결과제로 하고 있는 민들린 슬립은, 벨트식 무단 변속기 특유의 액시얼 방향의 미소 진동에 의한 민들린 슬립이다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 다음과 같은 구성으로 이루어진다. 즉, 본 발명에 관한 벨트식 무단 변속기의 풀리 지지구조는, 고정부와, 무단 변속을 위한 풀리를 상기 고정부에 대하여 회전이 자유롭게 지지하는 회전부를 가지는 벨트식 무단 변속기의 풀리 지지구조에 있어서, 상기 회전부는 서로 평행하게 배치된 입력 측 회전축과 출력 측 회전축을 가지며, 상기 입력 측 회전축은 상기 고정부에 대하여 한 쌍의 롤링 베어링을 통하여 회전이 자유롭게 지지되는 동시에, 이 한 쌍의 롤링 베어링의 사이에 위치하는 부분에, 자신과 동기하여 회전하는 동시에 홈 폭을 확대 및 축소가 자유로운 구동 측 풀리가 상기 풀리로서 배설되고, 상기 출력 측 회전축은 상기 고정부에 대하여 다른 한 쌍의 롤링 베어링을 통하여 회전이 자유롭게 지지되는 동시에, 이 다른 한 쌍의 롤링 베어링 사이에 위치하는 부분에 자신과 동기하여 회전하는 동시에 홈 폭을 확대 및 축소가 자유로운 종동 측 풀리가 상기 풀리로서 배설되어 있고, 상기 구동 측 풀리와 상기 종동 측 풀리에는 무단벨트가 걸쳐져 있으며, 상기 각 롤링 베어링은 서로 동심(同心)에 설치된 외륜과 내륜을 각각 가지고, 상기 외륜이 그 내주면에 외륜 궤도를 상기 내륜이 그 외주면에 내륜 궤도를 각각 궤도면으로서 가지며, 이 궤도면 사이에 복수의 전동체가 전동이 자유롭게 개재되어 장착되고, 그 사용시의 상기 내륜 및 상기 외륜의 궤도면과 상기 전동체와의 최대 접촉면압이 2500MPa 이하이고, 더욱이 상기 궤도면 및 상기 전동체 표면의 경도(硬度)가 HRc 60 이상 또한 상기 궤도면보다도 상기 전동체 표면의 경도가 HRc로 1 이상 단단해져 있으며. 또한, 상기 전동체의 표면이 질화처리 또는 침탄질화처리되어 그 표면의 질소농도가 0.2 질량% 이상 2.0 질량% 이하이고, 더욱이 그 사용시에서의 레이디얼방향 극간이 -30㎛ 이상 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명에 관한 벨트식 무단 변속기의 풀리 지지구조에 의하면, 각 롤링 베어링은, 그 사용시의 내륜 및 외륜의 궤도면과 전동체와의 최대 접촉면압이 2500MPa 이하이므로, 민들린 슬립이 발생하여도 그 후의 회전에 의한 손상의 확대를 막는 것이 가능해진다. 즉, 사용시의 내륜 및 외륜의 궤도면과 전동체와의 최대접촉면압을 2500MPa 이하로 하면, 손상된 면을 전동체가 고면압으로 전동하지 않기 때문에 손상의 확대를 저하할 수 있다.

더욱이, 각 롤링 베어링은, 그 궤도면, 전동체의 표면 경도가 HRc 60 이상이고, 전동체의 표면 경도가 주행로의 표면보다도 HRc로 1 이상 단단해지므로, 특히 중대한 영향을 주는 전동체의 표면 손상이 억제되어 그 영향이 효과적으로 저하된다.

즉, 전동체가 민들린 슬립에 의한 손상을 받으면 궤도륜에 작용하는 접선력이 커지고, 그 후의 회전에 의한 내륜 및 외륜의 손상이 발생하기 쉬워진다. 그래서 전동체의 표면 경도를 궤도면보다도 HRc로 1 이상 단단하게 하여 접촉하는 부재에 경도차를 부여함으로써, 전동체의 손상을 극력 억제하고, 그 영향을 효과적으로 저하시키는 것이 가능해진다. 단, 궤도면과 전동체의 경도차는 HRc로 최대 8 정도로 하는 것이 바람직하다. 경도차가 너무 커지면 민들린 슬립이 발생하지 않는 경우라도 궤도면의 손상이 발생하기 쉬워지기 때문이다. 또 롤링 베어링을 정밀도 좋게 회전시키기 위해서는 HRc 60의 경도는 필요하다.

더욱이, 각 롤링 베어링은, 전동체의 표면이 질화처리 또는 침탄질화처리되어 그 표면의 질소농도가 0.2 질량% 이상 2.0 질량% 이하로 되어 있으므로, 특히 전동체 표면에서의 민들린 슬립의 발생의 저하에 현저한 효과를 얻을 수 있다. 특히 이 현저한 효과는 질소의 고용율(固容率)이 0.2 질량% 이상 2.0 질량% 이하일 때에 더욱 현저하다. 0.2 질량% 미만에서는 상기 효과가 떨어지고 2.0 질량%를 넘으면 전동체의 인성(toughness, 靭性)이 급격하게 저하한다.

또 풀리부가 벨트에 의한 하중을 받으면 롤링 베어링에는 모멘트하중이나 약간의 액시얼하중이 작용하기 때문에, 액시얼방향의 하중변동이나 진동도 민들린 슬립의 발생을 조장한다.

각 롤링 베어링은, 그 사용시에서의 레이디얼방향 극간이 -30㎛ 이상 10㎛이하(보다 바람직하게는 -20㎛ 이상 0㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 -30㎛ 이상 -3㎛ 이하의 부극간-負隙間)이므로, 액시얼방향으로의 하중변동이나 진동에 의한 민들린 슬립의 발생이 효과적으로 방지된다.

즉, 벨트식 무단 변속기에서는, 풀리의 홈 폭을 가동시키기 때문에 오히려 구동 측 풀리와 종동 측 풀리와의 사이에 액시얼방향의 어긋남이 발생하여 롤링 베어링에 액시얼방향의 힘이 작용하는 일이 많다. 그리고 이 액시얼방향으로 힘을 받은 롤링 베어링이 정지한 상태에서 엔진 등의 진동을 받으면, 액시얼방향으로 미소하게 진동하고 민들린 슬립을 발생하게 된다. 그래서 레이디얼방향 극간을 마이너스(부극간)로 한다. 즉, 레이디얼방향으로 베어링 내부 응력을 발생시켜 두면, 이 액시얼방향의 진동을 저하하는 것이 가능해진다. 단, 상기 규정된 범위를 넘어서 부극간이 너무 작으면 면압 상승을 초래하므로 바람직하지 않다.

또 본 발명에 관한 벨트식 무단 변속기의 풀리 지지구조에서는, 예를 들면, 각 롤링 베어링이 볼베어링이고, 그 내륜 및 외륜의 궤도면의 홈 곡률반경이 전동체 지름의 50% 초과 52% 이하인 것이 바람직하다. 이러한 구성이라면, 상기한 액시얼방향의 민들린 슬립을 더욱 효율적으로 저하할 수 있다.

구체적으로는, 상기 구성을 각 롤링 베어링으로 실현하기 위해서는 일반적인 JIS(ISO) 규격 사이즈의 것보다도 전동체의 지름을 크게 해서 내륜 및 외륜의 궤도면의 홈 곡률반경을 전동체 지름의 50% 초과 52% 이하로 할 필요가 있다. 여기서 각 롤링 베어링 전체를 크게 해버리면, 벨트식 무단 변속기 자체도 커져 버리기 때문에 바람직하지 않다.

전동체의 지름을 크게 하는 것으로 위에서 설명한 최대 접촉면압 2500MPa를 가장 적합하게 실현 가능한 것에 더하여, 내륜 및 외륜의 궤도면의 홈 곡률반경을 전동체 지름의 50% 초과 52% 이하로 하는 것으로, 레이디얼/액시얼 강성 및 모멘트 강성이 향상되고, 하중변동 시의 민들린 슬립에 의한 손상을 효과적으로 억제할 수 있다고 하는 효과도 있다.

예를 들면, 전동체의 지름을 통상보다도 1.06배 크게 하고, 이에 대응하여 피치원 지름을 1.06배로 하며, 더욱이 내륜 및 외륜의 궤도면의 홈 곡률반경을 전동체 지름의 50% 초과 52% 이하로 하면, 저면압에 더하여 레이디얼/액시얼강성 및 모멘트 강성이 향상되고, 민들린 슬립의 발생을 현저하게 억제할 수 있다.

더욱이, 상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 관한 벨트식 무단 변속기는, 고정부와, 무단 변속을 위한 풀리를 상기 고정부에 대하여 회전이 자유롭게 지지하는 회전부를 가지는 벨트식 무단 변속기로서, 상기 무단 변속을 위한 풀리의 풀리 지지구조로서, 본 발명에 관한 벨트식 무단 변속기의 풀리 지지구조를 구비하고 있는 것을 특징으로 하고 있다. 또한, 본 발명에 관한 벨트식 무단 변속기에서는 상기 무단벨트가 금속제인 것이 바람직하다.

본 발명에 관한 벨트식 무단 변속기에 의하면, 본 발명에 관한 벨트식 무단 변속기의 풀리 지지구조를 구비하고 있으므로, 민들린 슬립 자체의 발생을 억제하고, 만약 민들린 슬립이 발생한 경우라도 그 영향을 효과적으로 저하시킬 수 있다.

본 발명에 관한 벨트식 무단 변속기의 풀리 지지구조, 및 벨트식 무단 변속기에 의하면, 민들린 슬립 자체의 발생을 억제하고, 만약 민들린 슬립이 발생한 경우라도 그 영향을 효과적으로 저하할 수 있다.

도 1은, 본 발명에 관한 벨트식 무단 변속기의 기본구조를 생략하여 도시한 설명도이다.
도 2는, 본 발명에 관한 벨트식 무단 변속기가 구비하는 각 롤링 베어링의 구조를 도시한 단면도이다.
도 3은, 시험 베어링에 민들린 슬립을 발생시키는 방법을 설명하는 단면도이다.
도 4는, 시험 베어링의 성능을 평가하는 시험장치의 구조를 도시한 사시도이다.
도 5는, 시험 베어링에 발생한 민들린 슬립의 깊이를 도시한 그래프이다.
도 6은, 시험 베어링에 작용하는 최대 접촉면압을 도시한 그래프이다.
도 7은, 시험 베어링의 궤도륜에 발생한 민들린 슬립의 깊이를 도시한 그래프이다.
도 8은, 시험 베어링의 전동체에 발생한 민들린 슬립의 깊이를 도시한 그래프이다.
도 9는, 사용시에서의 레이디얼방향 극간과 민들린 슬립의 깊이와의 관계를 도시한 그래프이다.
도 10은, 사용시에서의 레이디얼방향 극간과 시험 베어링에 작용하는 최대 접촉면압을 도시한 그래프이다.

이하, 본 발명의 일 실시형태에 대하여 도면을 적절히 참조하면서 설명한다. 또한, 도 1은 이 벨트식 무단 변속기의 기본구조를 생략해서 예시한 설명도이다. 또 도 2는, 무단변속용 풀리를 회전이 자유롭게 지지하기 위한 각 롤링 베어링의 구조를 예시하는 단면도이다.

도 1에 예시하는 바와 같이, 이 벨트식 무단 변속기는 고정부인 변속기 케이스(도시 생략)의 내측에 무단 변속을 위한 풀리(12, 15)를 회전이 자유롭게 지지하는 회전부(30)를 가지고 있다. 이 회전부(30)는, 서로 평행하게 배치된 입력 측 회전축(1)과 출력 측 회전축(2)을 가진다. 각 회전축(1, 2)은 변속기 케이스 내에 각각 한 쌍씩의 롤링 베어링(3A, 3B, 3C, 3D)을 통하여 회전이 자유롭게 지지되어 있다.

도 2에 예시하는 바와 같이, 롤링 베어링(3A, 3B, 3C, 3D)은 서로 동심(同心)에 설치된 외륜(4)과 내륜(5)을 각각 가진다. 이중의 외륜(4)은 내주면에 외륜궤도(6)를, 내륜(5)은 외주면에 내륜궤도(7)를, 각각 궤도면으로서 가진다. 그리고 외륜궤도(6)와 내륜궤도(7)와의 사이에는 복수의 전동체(8, 8)가 보호유지기(6)에 의해 보호 유지된 상태로 전동이 자유롭게 개재되어 장착되어 있다.

그리고 각 롤링 베어링(3A, 3B, 3C, 3D)의 외륜(4)은, 변속기 케이스의 일부 내측에 끼워져 지지되고, 내륜(5)은 입력 측 회전축(1) 또는 출력 측 회전축(2) 외측에 끼워져 지지되어 있다. 따라서, 각 롤링 베어링(3A, 3B, 3C, 3D)은 이들 양 회전축(1, 2)을 상기 변속기 케이스의 내측에 회전이 자유롭게 지지하고 있다.

여기서 각 롤링 베어링(3A, 3B, 3C, 3D)은 본 실시 형태의 예에서는, 깊은 홈 볼베어링(베어링 번호: 6210)이다. 그리고 그 외륜궤도(6), 내륜궤도 및 복수의 전동체(8, 8)의 표면이 질화처리 또는 침탄질화처리되어 있고, 그 표면의 질소농도가 0.2 질량% 이상 2.0 질량% 이하이다. 더욱이, 그 외륜궤도(6), 내륜궤도(7) 및 전동체(8, 8) 표면의 경도가 HRc 60 이상이고, 또한 외륜궤도(6) 및 내륜궤도(7)보다도 전동체(8, 8)의 표면의 경도가 HRc로 1 이상 단단해져 있다.

또 각 롤링 베어링(3A, 3B, 3C, 3D)은 그 사용시에 그 외륜궤도(6)와 내륜궤도(7)와 전동체(8, 8)와의 최대 접촉면압이 2500MPa 이하가 되도록 설치되어 있다. 더욱이, 각 롤링 베어링(3A, 3B, 3C, 3D)은 그 사용시에서의 레이디얼방향 극간이 -30㎛ 이상 10㎛ 이하로 되어 있다. 또한, 본 실시형태의 예에서는 깊은 홈 볼베어링(베어링 번호: 6210)의 외륜(4) 및 내륜(5)의 외륜궤도(6)와 내륜궤도(7)의 홈 곡률반경은 전동체(8, 8) 지름의 50% 초과 52% 이하이다.

그리고 도 1에 예시하는 바와 같이, 이 벨트식 무단 변속기는 양 회전축(1, 2) 중의 입력 측 회전축(1)이 엔진 등의 구동원(10)에 의해 발진 클러치(11)(예를 들면, 전자 클러치)를 통하여 회전구동되도록 이루어져 있다. 또한, 발진 클러치(11) 대신에 토오크 컨버터를 이용하여도 된다. 또 입력 측 회전축(1)에는 그 중간부에서 한 쌍의 롤링 베어링(3A, 3B)의 사이에 위치하는 부분에 구동 측 풀리(12)가 배설되어 있고, 이 구동 측 풀리(12)와 입력 측 회전축(1)이 동기하여 회전하도록 이루어져 있다. 이 구동 측 풀리(12)를 구성하는 한 쌍의 구동 측 풀리 판(13a, 13b) 끼리의 간격은, 구동 측 액추에이터(14)에서 한쪽(도 1의 좌측)의 구동 측 풀리판(13a)을 축 방향으로 변위 시킴으로써 조절이 자유롭다. 즉, 구동 측 풀리(12)의 홈 폭은, 구동 측 액추에이터(14)에 의해 확대 및 축소가 자유롭다.

또 출력 측 회전축(2)에는 그 중간부에서 한 쌍의 롤링 베어링(3C, 3D)의 사이에 위치하는 부분에 종동 측 풀리(15)가 배설되어 있고, 이 종동 측 풀리(15)와 출력 측 회전축(2)이 동기하여 회전하도록 이루어져 있다. 이 종동 측 풀리(15)를 구성하는 한 쌍의 종동 측 풀리판(16a, 16b) 끼리의 간격은 종동 측 액추에이터로 한 쪽(도 1의 우측)의 종동 측 풀리판(16a, 16b)을 축 방향으로 변위 시킴으로써 조절이 자유롭다. 즉, 종동 측 풀리(15)의 홈 폭은 종동 측 액추에이터(17)에 의해 확대 및 축소가 자유롭다. 그리고 이 종동 측 풀리(15)와 구동 측 풀리(12)에 무단벨트(18)를 걸치고 있다. 또한, 이 무단벨트(18)로서는, 금속제의 것을 사용하고 있다.

다음에, 이 벨트식 무단 변속기의 동작 및 그 작용·효과에 대하여 설명한다.

위에서 설명한 구성을 가지는 벨트식 무단 변속기에서는, 구동원(10)으로부터 발진 클러치(11)를 통하여 입력 측 회전축(1)에 전달된 동력은 구동 측 풀리(12)로부터 무단벨트(18)를 통하여 종동 측 풀리(15)에 전달된다. 그리고 종동 측 풀리(15)에 전달된 동력은, 출력 측 회전축(2)으로부터 감속기어열(19), 차동기어(Differential gear, 20)를 통하여 구동륜(21, 21)에 전달된다(도 1을 참조).

입력 측 회전축(1)과 출력 측 회전축(2) 사이의 변속비를 바꾸는 경우에는 양쪽 풀리(12, 15)의 홈 폭을 서로 관련시키면서 확대 및 축소한다. 예를 들면, 입력 측 회전축(1)과 출력 측 회전축(2) 사이의 감속 비를 크게 하는 경우에는 구동 측 풀리(12)의 홈 폭을 크게 하는 동시에, 종동 측 풀리(15)의 홈 폭을 작게 한다. 그 결과, 무단 벨트(18)의 일부에 이들 양쪽 풀리(12, 15)에 걸쳐진 부분의 지름이 구동 측 풀리(12) 부분에서 작고, 종동 측 풀리(15) 부분에서 커지기 때문에, 입력 측 회전축(1)과 출력 측 회전축(2) 사이에서 감속이 실현된다.

반대로 입력 측 회전축(1)과 출력 측 회전축(2)과의 사이의 증속비를 크게(감속 비를 작게) 하는 경우에는 구동 측 풀리(12)의 홈 폭을 작게 하는 동시에, 종동 측 풀리(15)의 홈 폭을 크게 한다. 그 결과, 무단벨트(18)의 일부에서 이들 양쪽 풀리(12, 15)에 걸쳐진 부분의 지름이 구동 측 풀리(12) 부분에서 커지고, 종동 측 풀리(15) 부분에서 작아지기 때문에, 입력 측 회전축(1)과 출력 측 회전축(2) 사이에서 증속이 실현된다.

또한, 이 벨트식 무단 변속기의 운전시에는 각 가동부에 윤활유를 공급해서 각 가동부를 윤활한다. 벨트식 무단 변속기의 경우에 사용하는 윤활유로서는 CVT 유체(ATF :Automatic Transmission Fluid, 겸용유)를 사용하고 있다. 그 이유는 금속제의 무단벨트(18)와 구동 측, 종동 측 양쪽 풀리(12, 15)와의 마찰 결합부의 마찰계수를 증대하고, 또한 안정화시키기 때문이다. 그리고 이 CVT유체를 300mL/min 이상의 유량으로 상기 마찰부로 순환시켜서 이 마찰부를 윤활하고 있다. 또 CVT유체의 일부는 각 롤링 베어링(3A, 3B, 3C, 3D)의 내부를(예를 들면, 20mL/min 이상의 유량으로) 통과하여 각 롤링 베어링(3A, 3B, 3C, 3D)의 롤링 접촉부를 윤활한다.

여기서 이 벨트식 무단 변속기는 그 사용시에서의 각 롤링 베어링(3A, 3B, 3C, 3D)의 외륜궤도(6)와 내륜궤도(7)와 전동체(8, 8)와의 최대 접촉면압을 2500MPa 이하로 하였으므로, 민들린 슬립이 발생하여도, 그 후의 회전에 의한 손상의 확대를 막는 것이 가능해지고 있다. 본 발명자들은, 벨트식 무단 변속기에서 전동체에 민들린 슬립과 같은 표면 손상이 발생하여도 그 후의 회전에 의한 손상을 효과적으로 방지할 수 있는 최대 접촉면압이 2500MPa 이하인 것을 발견하였다. 즉, 사용시의 외륜궤도(6)와 내륜궤도(7)와 전동체(8, 8)의 최대 접촉면압을 2500MPa 이하로 하면 손상된 면을 전동체(8, 8)가 고면압으로 전동하지 않기 때문에 손상의 확대를 저하할 수 있다.

또 각 롤링 베어링(3A, 3B, 3C, 3D)은, 그 외륜궤도(6)와 내륜궤도(7)와 전동체(8, 8)의 표면 경도를 HRc 600 이상으로 하고, 전동체(8, 8)의 표면 경도를 외륜궤도(6)와 내륜궤도(7)의 표면경도보다도 HRc로 1 이상 단단해지므로, 민들린 슬립에 의한 표면손상을 효과적으로 저하시킬 수 있다.

더욱이, 각 롤링 베어링(3A, 3B, 3C, 3D)은, 그 외륜궤도(6), 내륜궤도(7) 및 전동체(8, 8)의 표면이 질화처리 또는 침탄질화처리되어 그 표면의 질소농도가 0.2 질량% 이상 2.0 질량% 이하로 되어 있으므로, 각 롤링 베어링(3A, 3B, 3C, 3D)을 구성하는 강제(鋼製) 부재 사이의 민들린 슬립의 발생을 현저하게 저하시킬 수 있다.

더욱이, 각 롤링 베어링(3A, 3B, 3C, 3D)은, 그 사용시에서의 레이디얼방향 극간을 -30㎛ 이상 10㎛ 이하로 하였으므로, 강성이 향상되고, 액시얼 방향으로의 진동에 의한 민들린 슬립의 발생을 방지하는 것이 가능하다.

이상 설명한 것과 같이, 본 발명에 관한 벨트식 무단 변속기의 풀리 지지구조 및 벨트식 무단 변속기에 의하면, 민들린 슬립 자체의 발생을 억제하고, 만약 민들린 슬립이 발생한 경우라도 그 영향을 효과적으로 저하시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 벨트식 무단 변속기의 풀리 지지구조, 및 벨트식 무단 변속기는 상기 실시 형태에 한정되지 않고 본 발명의 취지를 일탈하지 않으면 여러 가지의 변형이 가능하다.

예를 들면, 상기 실시 형태에서는, 각 롤링 베어링(3A, 3B, 3C, 3D)의 사용시에서의 레이디얼방향 극간을 -30㎛ 이상 10㎛ 이하로 한 예에서 설명하였다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지않고, 예를 들면 각 롤링 베어링(3A, 3B, 3C, 3D)의 사용시에서의 레이디얼 방향 극간을, -20㎛ 이상 0㎛ 이하로 하여도 된다. 그렇게 하면, 액시얼 방향으로의 진동에 의한 민들린 슬립의 발생을 더욱 방지할 수 있다.

[실시 예 1]

전동체 표면의 질소농도, 내륜 및 외륜의 궤도면의 홈 곡률반경 등이 다른 9종의 시험 베어링을 준비해서 민들린 슬립을 억제하는 성능에 대하여 평가하였다.

우선, 각 시험 베어링의 사양에 대하여 설명한다. 또한, 이들 9종의 시험 베어링의 내륜, 외륜 및 전동체는, 모두 고탄소크롬베어링강 2종(JIS규격 SUJ2)으로 구성되어 있다.

시험 베어링(1)은, 베어링 번호 6210의 볼 베어링이다. 그 내륜, 외륜 및 전동체에는 열 처리로서 통상의 광휘 담금질(brightness quenching) 및 템퍼링(tempering)이 실시되고 있으며, 내륜, 외륜의 궤도면 및 전동체 표면의 질소도는 0 질량%이다. 또 내륜 및 외륜 궤도면의 홈 곡률반경은 각각 전동체 지름의 50.5% 및 53%로 되어 있고, 이것에 의해 시험 베어링(1)의 최대 접촉면압이 조정되고 있다.

시험 베어링(2)은, 베어링 번호 6210의 볼 베어링이다. 그 내륜, 외륜 및 전동체에는 열처리로서 침탄질화처리, 오일담금질, 및 템퍼링이 실시되고 있고, 내륜, 외륜의 궤도면 및 전동체 표면의 질소농도는 0.1 질량%로 되어 있다. 또 내륜 및 외륜의 궤도면의 홈 곡률반경은, 각각 전동체 지름의 50.5% 및 53%로 되어 있고, 이것에 의해 시험 베어링(2)의 최대 접촉면압이 조정되고 있다.

시험 베어링(3)은, 시험 베어링(2)과 같은 사양의 볼 베어링이다. 단, 침탄질화처리의 조건이 다르며, 전동체 표면의 질소농도는 0.2 질량%로 되어 있다.

시험 베어링(4)은, 내륜 및 외륜의 궤도면의 홈 곡률반경이 각각 전동체 지름의 50.5% 및 52%인 점을 제외하고는 시험 베어링(3)과 같은 사양의 볼 베어링이다(전동체의 지름은 시험 베어링(3)과 동일하다).

시험 베어링(5)은, 내륜 및 외륜의 궤도면의 홈 곡률반경이 각각 전동체 지름의 50.5% 및 51.8%인 점을 제외하고는 시험 베어링(3)과 같은 사양의 볼 베어링이다(전동체의 지름은 시험 베어링(3)과 동일하다).

시험 베어링(6)은, 전동체의 지름이 시험 베어링(1)의 경우의 1.06배인 점과, 내륜 및 외륜의 궤도면의 홈 곡률반경이 각각 전동체 지름의 50.5% 및 52%인 점을 제외하고는 시험 베어링(1)과 같은 사양의 볼 베어링이다.

시험 베어링(7)은, 전동체의 지름이 시험 베어링(2)의 경우의 1.06배인 점과, 내륜 및 외륜의 궤도면의 홈 곡률반경이 각각 전동체 지름의 50.5% 및 52%인 점을 제외하고는 시험 베어링(2)과 같은 사양의 볼 베어링이다.

시험 베어링(8)은, 전동체의 지름이 시험 베어링(3)의 경우의 1.06배인 점과, 내륜 및 외륜의 궤도면의 홈 곡률반경이 각각 전동체 지름의 50.5% 및 52%인 점을 제외하고는 시험 베어링(3)과 같은 사양의 볼 베어링이다.

시험 베어링(9)은, 베어링 번호 6212의 볼 베어링이다. 그 내륜, 외륜 및 전동체에는, 열처리로서 침탄질화처리, 오일담금질, 및 템퍼링이 실시되고 있고, 전동체 표면의 질소농도는 0.2 질량%로 되어 있다. 또 내륜 및 외륜의 궤도면의 홈 곡률반경은 각각 전동체 지름의 50.5% 및 52%로 되어 있고, 이것에 의해 시험 베어링(9)의 최대 접촉면압이 조정되고 있다.

이들 9종의 시험 베어링(1) 내지 (9)에 진폭 하중을 부여해서 내륜 및 외륜의 궤도면에 민들린 슬립을 발생시켰다. 즉, 도 3에 예시하는 바와 같이, 2개의 시험 베어링(B)에서 샤프트의 양쪽 단(端)을 지지하고, 이 샤프트의 외주면에 지름 10㎜의 강구(steel ball, 鋼球)를 올려놓았다. 그리고 도면에서 예시하지 않은 서브 펄서를 사용하여 강도가 12000N에서 15000N의 사이에서 주기적으로 변화하는 레이디얼방향의 진폭 하중(F)을 강구에 100만 사이클 부여하였다. 또한, 진폭 하중(F)의 주파수는 50㎐이다. 그리고 상기와 같이 하여 내륜 및 외륜의 궤도면에 발생시킨 민들린 슬립의 깊이(마모량)를 측정하였다.

다음에, 상기와 같이 하여 민들린 슬립을 발생시킨 시험 베어링(1) 내지 (9)의 성능을 평가하였다. 성능의 평가에는 벨트식 무단 변속기로부터 무단 벨트 및 풀리 지지부분을 꺼내서 제작한 도 4에 예시하는 시험 장치를 이용하였다. 이 시험 장치의 구조는 도 1의 벨트식 무단 변속기의 풀리 지지부분과 같으므로, 그 설명은 생략한다. 또한, 도 4에서는 도 1과 동일 또는 상당하는 부분에는 도 1과 동일한 부호를 병기하고 있다.

도 4의 시험 장치에 상기 시험 베어링을 장착하였다. 즉, 도 4의 시험 장치에서 입력 측 회전축(1)을 지지하는 롤링 베어링(3A)으로서 상기 시험 베어링을 이용하였다. 그리고 토오크 300Nm까지 출력할 수 있는 다이나모(dynamo)를 구동원으로서 사용해서 이 시험장치를 운전하였다. 그때에는, 풀리 비(比)를 0.5 내지 2.0 사이에서 변화시킴으로써 입력 측 회전축(1)과 출력 측 회전축(2) 사이의 변속비를 가속 시 200rmp/sec, 감속 시 500rpm/sec로 반복 변화시키면서 운전을 실행하였다.

우선, 시험 베어링(1) 내지 (9)의 궤도면에 발생시킨 민들린 슬립의 깊이를 표 1 및 도 5에 예시하고, 상기 시험 장치의 운전 시에 각 시험 베어링(1) 내지 (9)에 작용하는 최대 접촉면압을 표 1 및 도 6에 예시한다.

	시험베어링의 사양
	홈 곡률반경: 내륜/외륜	전동체의 질소농도	민들린슬 립의 깊이	최대접촉 면압	파손의 유무
시험베어링1	50.5%/53%	0 질량%	0.83 ㎛	2860 MPa	있음
시험베어링2	50.5%/53%	0.1 질량%	0.81 ㎛	2860 MPa	있음
시험베어링3	50.5%/53%	0.2 질량%	0.55 ㎛	2860 MPa	있음
시험베어링4	50.5%/52%	0.2 질량%	0.32 ㎛	2580 MPa	있음
시험베어링5	50.5%/51.8%	0.2 질량%	0.26 ㎛	2500 MPa	없음
시험베어링6	50.5%/52%	0 질량%	0.34 ㎛	2470 MPa	있음
시험베어링7	50.5%/52%	0.1 질량%	0.33 ㎛	2470 MPa	있음
시험베어링8	50.5%/52%	0.2 질량%	0.22 ㎛	2470 MPa	없음
시험베어링9	50.5%/52%	0.2 질량%	0.17 ㎛	2350 MPa	없음

표 1 및 도 5, 6으로부터, 시험 베어링(1) 내지 (4)에서는 전동체 표면의 질소농도가 높을수록 민들린 슬립의 깊이가 작은 것을 알 수 있다. 또 내륜 및 외륜의 궤도면의 홈 곡률반경이 작을수록 민들린 슬립의 깊이가 작은 것을 알 수 있다. 그러나 최대 접촉면압이 2500MPa를 초과하고 있기 때문에, 시험 베어링(1) 내지 (3)은, 운전 시간이 각 시험 베어링의 정격 이론수명에 도달하기 이전에 파손되었다. 또 시험 베어링(4)은, 정격 이론수명까지 운전을 할 수 있었지만, 운전 종료 후의 분해 조사에서 외륜의 궤도면에 미소한 박리가 확인되었다.

그래서, 시험 베어링(4)의 궤도면의 곡률 반경 지름을 변경함으로써 최대 접촉면압을 2500MPa로 조정한 시험 베어링(5)의 시험을 실시한바, 운전 시간이 정격 이론수명에 도달하였고, 게다가 궤도면이나 전동체의 표면 등에 박리는 확인되지 않았으며, 또한, 계속 운전이 가능한 상태였다.

그러나 시험 베어링(6)은, 최대 접촉면압이 2500MPa 이하이지만 전동체 표면의 질소농도가 0 질량%이기 때문에 운전시간이 정격 이론수명에 도달하기 이전에 파손되었다. 또 시험 베어링(7)은, 최대 접촉면압이 2500MPa 이하이고 정격 이론수명까지 운전을 할 수 있었지만, 전동체 표면의 질소농도가 0.1 질량%로 불충분하기 때문에, 운전종료 후의 분해조사에서 외륜의 궤도면과 전동체 표면에 미소한 박리가 확인되었다.

이에 대하여, 시험 베어링(8)은, 전동체 표면의 질소농도가 0.2 질량%이기 때문에 민들린 슬립의 깊이가 시험 베어링(6, 7)보다도 작은 것을 알 수 있다. 그리고 운전 시간이 정격 이론수명에 도달하였고, 게다가 전동체 표면 등에 박리는 발견되지 않았으며, 또한, 계속 운전이 가능한 상태였다.

그 결과, 시험 베어링(8)의 최대 접촉면압은 시험 베어링(6, 7)과 동일 레벨이지만, 전동체 표면의 질소농도를 0.2 질량%로 함으로써 민들린 슬립의 영향을 억제 가능함을 나타내고 있다.

따라서, 민들린 슬립의 깊이가 크면 손상을 받은 전동체와 내륜, 외륜의 궤도면과의 접촉에 의해 접촉력의 영향이 커지고, 그것이 베어링 수명에 큰 영향을 미치고 있다고 생각된다. 그래서 내륜 및 외륜의 궤도면의 홈 곡률반경을 작게 함으로써 하중변동시의 접촉 타원지름의 변화율을 저하하는 동시에, 침탄질화처리 또는 질화처리를 실시함으로써 강제(鋼製) 부분 사이의 민들린 슬립의 영향을 억제하여 전동체와 궤도면의 손상을 작게 하는 것에 의해 베어링 수명의 향상을 도모하는 것이 가능해진다.

상기와 같이, 전동체 표면의 질소농도가 민들린 슬립의 저하에 효과를 발휘하는 것은 확인되었지만, 질소농도가 너무 높아지면 인성(toughness, 靭性)이 저하되는 것도 알려져 있다. 따라서, 스톨(stall) 등의 충격 하중도 받는 트랜스미션에 사용되는 롤링 베어링에서는, 인성 저하의 영향을 고려해둘 필요가 있다.

인성 저하의 영향에 대해서는, 앞에서 설명한 특허문헌 4(일본국 특허공개공고 2009년 제41744호)에 개시되어 있는「표면 질소농도와 흡수에너지의 관계」에서, 질소농도가 높아짐에 따라서 인성의 영향에 의해 전동체의 충격 강도가 저하된다고 생각된다. 그리고 질소농도가 2.0 질량%를 넘으면, 급격히 충격강도가 저하된다고 생각된다. 따라서, 벨트식 무단 변속기의 풀리 지지구조에 장착되는 롤링 베어링의 전동체 표면의 질소농도는 0.2 질량% 이상인 것이 필요하지만, 상기의 공지 문헌에서 2.0 질량% 이하로 할 필요가 있다.

상기의 조건을 충족한 후에, 전동체의 지름을 더 크게 해서 최대 접촉면압을 2500MPa 이하로 함으로써 민들린 슬립이 만일 발생하여도 전동체와 내륜, 외륜의 궤도면의 손상을 효과적으로 저하시키는 것이 가능하다. 그 결과, 벨트식 무단변속기의 풀리 지지구조에 장착되는 롤링 베어링의 조기 박리화를 방지할 수 있다.

[실시 예 2]

실시 예 1에서는, 전동체의 표면 경도를 내륜, 외륜의 궤도면의 경도와 동등하게 하고 있으므로, 실시 예 2에서는 이들의 경도가 서로 다른 것에 따른 영향을 확인하는 시험을 실행하였다. 시험 베어링(5)에서 전동체의 표면 경도와 내륜, 외륜의 궤도면의 경도를 여러 가지 변경한 시험 베어링을 준비해서 실시 예 1과 같은 성능 평가를 실행하였다.

이 시험에 사용한 시험 베어링(5A) 내지 (5L)의 내륜, 외륜의 궤도면의 경도는 HRc 58.0, 59.0, 60.0, 또는 61.0이다. 또 전동체의 표면 경도는 HRc로 상기 궤도면의 경도의 -1, 동일, 또는 +1이다(표 2를 참조).

	경도 (HRc)		민들린슬립의 깊이
	궤도륜	전동체	궤도륜	전동체	파손의 유무
시험베어링5A	58.0	57.0	0.46 ㎛	0.25 ㎛	있음
시험베어링5B	58.0	58.0	0.48 ㎛	0.23 ㎛	있음
시험베어링5C	58.0	59.0	0.50 ㎛	0.21 ㎛	있음
시험베어링5D	59.0	58.0	0.44 ㎛	0.24 ㎛	있음
시험베어링5E	59.0	59.0	0.46 ㎛	0.22 ㎛	있음
시험베어링5F	59.0	60.0	0.47 ㎛	0.20 ㎛	있음
시험베어링5G	60.0	59.0	0.41 ㎛	0.23 ㎛	있음
시험베어링5H	60.0	60.0	0.42 ㎛	0.21 ㎛	있음
시험베어링5I	60.0	61.0	0.43 ㎛	0.18 ㎛	없음
시험베어링5J	61.0	60.0	0.40 ㎛	0.23 ㎛	있음
시험베어링5K	61.0	61.0	0.41 ㎛	0.20 ㎛	있음
시험베어링5L	61.0	62.0	0.42 ㎛	0.13 ㎛	없음

이들의 시험 베어링(5A) 내지(5L)에 대하여, 실시 예 1과 같게 하여 민들린 슬립의 깊이를 측정하였다. 시험 베어링(5A) 내지 (5L)의 궤도면에 발생시킨 민들린 슬립의 깊이를 표 2 및 도 7에 예시하고, 시험 베어링(5A) 내지 (5L)의 전동체 표면에 발생시킨 민들린 슬립의 깊이를, 표 2 및 도 8에 예시한다. 또 실시 예 1과 같게 하여, 도 4에 예시한 시험 장치를 이용하여 시험 베어링(5A) 내지 (5L)의 성능의 평가를 실행하였다. 결과를 표 2에 예시한다.

표 2 및 도 7, 8로부터, 궤도면 및 전동체 표면의 경도가 높을수록 민들린 슬립의 깊이가 작아지는 것을 알 수 있다. 그러나 궤도면의 경도 또는 전동체 표면의 경도가 HRc 60 미만의 시험 베어링(5A) 내지 (5G)와, 궤도면의 경도 및 전동체 표면의 HRc 60 이상이라도 전동체 표면의 경도가 궤도면의 경도 이하인 시험 베어링(5H, 5J, 5K)은 각 시험 베어링의 정격 이론수명까지 운전을 할 수 있지만, 운전 종료 후의 분해 조사에서 외륜의 궤도면에 박리나 미소한 손상이 확인되었다. 이것은, 궤도면이나 전동체의 표면이 민들린 슬립에 의한 영향을 받음으로써 베어링 수명에 영향이 미친 것을 생각할 수 있다.

특히 전동체의 경우는, 민들린 슬립에 의한 손상을 받으면 그 후의 회전에 의한 손상의 확대 정도가 내륜, 외륜에 비해 커지기 쉽다. 또 전동체의 표면이 손상됨으로써 궤도면과의 접촉 면에서 접선력이 증대하고, 외륜, 내륜의 궤도면의 수명에 큰 영향을 미치게 된다.

한편, 궤도면의 경도 및 전동체 표면의 경도가 HRc 60 이상이고, 또한, 전동체 표면의 경도가 궤도면의 경도보다도 HRc로 1 이상 견고한 시험 베어링(5I, 5L)은, 운전시간이 정격 이론수명에 도달하였고, 게다가 전동체의 표면 등에 박리는 확인되지 않았으며, 또한 계속 운전 가능한 상태였다.

이들의 결과로부터 알 수 있듯이, 전동체 표면의 경도를 궤도면의 경도보다도 HRc로 1 이상 단단하게 함으로써 민들린 슬립이 발생하여도 전동체 표면의 손상을 작게 할 수 있고, 게다가 접선력의 영향을 억제할 수 있으므로 롤링 베어링의 궤도면의 수명을 향상시키는 것이 가능해진다. 따라서, 벨트식 무단 변속기의 풀리 지지구조에 장착되는 롤링 베어링의 전동체 표면의 경도는 내륜, 외륜의 궤도면의 경도보다도 HRc로 1 이상 단단해져서 전동체의 손상을 작게 하는 것이 필요해진다.

[실시 예 3]

실시 예 1, 2에서는, 내륜 및 외륜의 궤도면의 홈 곡률반경의 작용과 경도를 보기 위해 도 4의 시험장치에 장착된 시험 베어링(1) 내지 (9), (5A) 내지 (5L)의 레이디얼 방향 극간을 +5㎛로 설정하였다. 실시 예 3에서는, 레이디얼 방향 극간에 의한 영향을 확인하기 위해 하기의 시험 베어링을 준비해서 실시 예 1, 2와 같은 성능평가를 실행하였다.

실시 예 2에서 사용한 시험 베어링(5I)에서, 사용 시에서의 레이디얼방향 극간이 소정치가 되도록 베어링의 치수를 조절한 9종류의 시험 베어링(11) 내지 (19)을 준비하였다. 이들의 시험 베어링(11) 내지 (19)는 레이디얼방향 극간만이 다른 것이고, 홈 곡률반경, 열처리조건, 경도 등의 다른 사양은 모두 동일하다.

	레이디얼방향극간	민들린슬립의 깊이	최대접촉면압
시험베어링11	-0.035 mm	0.14 ㎛	2550 MPa
시험베어링12	-0.03 mm	0.15 ㎛	2530 MPa
시험베어링13	-0.02 mm	0.18 ㎛	2500 MPa
시험베어링14	-0.01 mm	0.21 ㎛	2480 MPa
시험베어링15	0 mm	0.24 ㎛	2470 MPa
시험베어링16	0.005 mm	0.26 ㎛	2470 MPa
시험베어링17	0.01 mm	0.27 ㎛	2470 MPa
시험베어링18	0.015 mm	0.29 ㎛	2480 MPa
시험베어링19	0.025 mm	0.32 ㎛	2490 MPa

이들의 시험 베어링(11) 내지 (19)에 대하여, 실시 예 1과 같게 하여 민들린 슬립의 깊이를 측정하였다. 또 실시 예 1과 같게 하여, 도 4에 예시하는 시험 장치를 이용하여 시험 베어링(11) 내지 (19)의 성능 평가를 실행하였다. 시험 베어링(11) 내지 (19)의 궤도면에 발생시킨 민들린 슬립의 깊이를 표 3 및 도 9에 예시하고, 상기 시험 장치의 운전 시에 각 시험 베어링(11) 내지 (19)에 작용하는 최대 접촉면압을 표 3 및 도 10에 예시한다.

도 9에 예시하는 바와 같이, 레이디얼방향 극간이 클수록 민들린 슬립의 길이는 커지고 부극간을 향할수록 민들린 슬립의 깊이는 작아짐을 알 수 있다. 실제로 도 4의 시험 장치에서 평가한바, 레이디얼방향 극간이 +10㎛ 이상인 경우는 시험 베어링이 손상되었다.

그러나 도 4의 시험 장치에서는, 벨트 장력만에 의한 레이디얼방향의 부하만이 시험 베어링에 작용하지만, 실제의 벨트식 무단 변속기의 풀리 지지 베어링에서는 롤링 베어링에 액시얼하중이 부하되는 경우도 있다. 따라서, 최대 접촉면압이 도 4의 시험 장치의 하중조건과 같아지도록 시험 베어링에 미리 액시얼하중(예압)을 부하(負荷)시킨 경우에 대해서도 동일하게 성능평가를 실행하였다.

도 10에 예시하는 바와 같이, 액시얼하중이 부하(負荷)되는 조건 하에서는 민들린 슬립의 깊이가 작아지는 부극간(負隙間) 측에서도 부극간(負隙間)이 너무 작으면 최대 접촉면압이 상승하는 것을 알 수 있다. 그리고 레이디얼방향 극간이 -30㎛ 이하인 경우는, 최대 접촉면압이 2500MPa를 넘기 때문에 각 시험 베어링의 정격 이론수명까지 운전을 할 수 있지만, 운전 종료 후의 분해조사에서 외륜의 궤도면에 박리나 미소한 손상이 확인되었다.

이와 같이, 롤링 베어링의 레이디얼방향 극간을 부극간(負隙間)에 설정함으로써 액시얼방향의 진동을 저하시키고 민들린 슬립을 더 저하시키는 것은 가능해지지만, 액시얼하중이 부하(負荷)되는 부위에서는 반대로 최대 접촉면압이 상승한다. 그리고 최대 접촉면압이 2500MPa를 넘으면 베어링 수명에 영향을 주게 된다.

그 때문에 벨트식 무단 변속기의 풀리 지지구조에 장착되는 롤링 베어링에서는, 액시얼하중이 부하되는 경우도 상정하여 민들린 슬립의 영향 저하와 최대 접촉면압의 상승의 양쪽을 고려하는 것이 바람직하다. 즉, 도 10에서 알 수 있듯이, 레이디얼방향 극간은 -30㎛ 이상 10㎛ 이하로 하는 것이 바람직하고, 시험 베어링에 파손이 확인되지 않는 -20㎛ 이상 0㎛ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.

1, 2…회전축 3A~3D…롤링 베어링
4…외륜 5…내륜
6…외륜 궤도(궤도면) 7…내륜 궤도(궤도면)
8…전동체 9…보호 유지기
10…진동원 11…발진 클러치
12…구동 측 풀리(풀리) 15…종동 측 풀리(풀리)
30…회전부

Claims (5)

1. 고정부와, 무단 변속을 위한 풀리를 상기 고정부에 대하여 회전이 자유롭게 지지하는 회전부를 가지는 벨트식 무단 변속기의 풀리 지지구조에 있어서,
   상기 회전부는, 서로 평행하게 배치된 입력 측 회전축과 출력 측 회전축을 가지고, 상기 입력 측 회전축은 상기 고정부에 대하여 한 쌍의 롤링 베어링을 통하여 회전이 자유롭게 지지되는 동시에, 이 한 쌍의 롤링 베어링 사이에 위치하는 부분에 자신과 동기하여 회전하는 동시에 홈 폭을 확대 및 축소가 자유로운 구동 측 풀리가 상기 풀리로서 배설되고, 상기 출력 측 회전축은 상기 고정부에 대하여 다른 한 쌍의 롤링 베어링을 통하여 회전이 자유롭게 지지되는 동시에, 이 다른 한 쌍의 롤링 베어링 사이에 위치하는 부분에 자신과 동기하여 회전하는 동시에 홈 폭을 확대 및 축소가 자유로운 종동 측 풀리가 상기 풀리로서 배설되어 있고, 상기 구동 측 풀리와 상기 종동 측 풀리에는 무단 벨트가 걸쳐져 있으며,
   상기 각 롤링 베어링은, 서로 동심(同心)에 설치된 외륜과 내륜을 각각 가지고, 상기 외륜이 그 내주면에 외륜 궤도를, 상기 내륜이 그 외주면에 내륜 궤도를 각각 궤도면으로서 가지며, 이 궤도면 사이에 복수의 전동체가 전동이 자유롭게 개재되어 장착되고, 그 사용시의 상기 내륜 및 상기 외륜의 궤도면과 상기 전동체와의 최대 접촉면압이 2500MPa 이하이고,
   상기 궤도면 및 상기 전동체 표면의 경도가 HRc 60 이상 또한 상기 궤도면보다도 상기 전동체 표면의 경도가 HRc로 1 이상 크고,
   최소한 상기 전동체의 표면이 질화처리 또는 침탄질화 처리되어 그 표면의 질소농도가 0.2 질량% 이상 2.0 질량% 이하이고,
   그 사용시에서의 레이디얼 방향 극간이 -30㎛ 이상 10㎛ 이하이며,
   상기 각 롤링 베어링이 볼 베어링이고, 그 내륜 및 외륜의 궤도면의 홈 곡률반경이 상기 전동체 지름의 50% 초과 52% 이하인 것을 특징으로 하는 벨트식 무단 변속기의 풀리 지지구조.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 각 롤링 베어링은, 상기 사용시에서의 레이디얼 방향 극간이 -20㎛ 이상 0㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 벨트식 무단 변속기의 풀리 지지구조.
   
3. 삭제
4. 고정부와, 무단 변속을 위한 풀리를 상기 고정부에 대하여 회전이 자유롭게 지지하는 회전부를 가지는 벨트식 무단 변속기로서,
   상기 무단 변속을 위한 풀리의 풀리 지지구조로서, 청구항 1 또는 2항 중 어느 한 항에 기재된 벨트식 무단 변속기의 풀리 지지구조를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 벨트식 무단 변속기.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 무단벨트가 금속제인 것을 특징으로 하는 벨트식 무단 변속기.
   

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