JP4174712B2

JP4174712B2 - トロイダル型無段変速機のトラニオンの高周波焼入れ処理方法

Info

Publication number: JP4174712B2
Application number: JP2002310041A
Authority: JP
Inventors: 大樹西井; 伸夫後藤
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2002-10-24
Filing date: 2002-10-24
Publication date: 2008-11-05
Anticipated expiration: 2022-10-24
Also published as: JP2004144209A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車や各種産業機械の変速機として利用可能なトロイダル型無段変速機（ＣＶＴ）のトラニオンの高周波焼入れ方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用変速機として、図７および図８に略示するようなトロイダル型無段変速機を使用することが一部で実施されている。このトロイダル型無段変速機は、入力軸１と同心に第１のディスクである入力側ディスク２を支持し、入力軸1と同心に配置された出力軸３の端部に、第２のディスクである出力側ディスク４を固定している。トロイダル型無段変速機を納めたケーシングの内側には、入力軸１並びに出力軸３に対し捻れの位置にある枢軸５，５を中心として揺動するトラニオン６，６が設けられている。各トラニオン６，６には、パワーローラ１１が回転自在に支持されており、各パワーローラ１１，１１は、入力側および出力側の両ディスク２，４の間に挟持されている。
【０００３】
入力側および出力側の両ディスク２，４の互いに対向する内側面２ａ，４ａの断面はそれぞれ、枢軸５を中心とする円弧或いはこのような円弧に近い曲線を回転させて得られる凹面を成している。そして、球状の凸面に形成された各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａが各内側面２ａ，４ａに当接されている。
【０００４】
入力軸1と入力側ディスク２との間には、ローディングカム式の押圧装置１２が設けられている。この押圧装置１２は、入力側ディスク２を出力側ディスク４に向けて弾性的に押圧している。また、押圧装置１２は、入力軸１と共に回転するカム板１３と、保持器１４により保持された複数個(例えば４個)のローラ１５，１５とから構成されている。また、カム板１３の片側面(図７および図８の左側面)には、周方向に亙って凹凸面であるカム面１６が形成され、入力側ディスク２の外側面(図７および図８の右側面)にも同様のカム面１７が形成されている。そして、複数個のローラ１５，１５は、入力軸1に対して放射方向に延びる軸を中心に回転できるように、支持されている。
【０００５】
このような構成のトロイダル型無段変速機においては、入力軸１を回転させると、その回転に伴ってカム板１３が回転し、カム面１６によって複数個のローラ１５，１５が、入力側ディスク２の外側面に設けられたカム面１７に押圧される。この結果、入力側ディスク２が複数のパワーローラ１１，１１に押圧されると同時に、1対のカム面１６，１７と複数個のローラ１５，１５の転動面との押し付け合いに基づいて、入力側ディスク２が回転する。そして、この入力側ディスク２の回転が、各パワーローラ１１，１１を介して、出力側ディスク４に伝達され、この出力側ディスク４に固定された出力軸３が回転する。
【０００６】
入力軸１と出力軸３との回転速度を変える場合であって、入力軸１と出力軸３との間で減速を行なう場合には、枢軸５，５を中心として各トラニオン６，６を揺動させ、各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａが、図７に示すように、入力側ディスク２の内側面２ａの中心寄り部分と出力側ディスク４の内側面４ａの外周寄り部分とにそれぞれ当接するように、各変位軸９，９を傾斜させる。
【０００７】
反対に、増速を行なう場合には、各トラニオン６，６を揺動させ、各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａが、図８に示すように、入力側ディスク２の内側面２ａの外周寄り部分と出力側ディスク４の内側面４ａの中心寄り部分とにそれぞれ当接するように、各変位軸９，９を傾斜させる。各変位軸９，９の傾斜角度を図７と図８との中間にすれば、入力軸1と出力軸３との間で、中間の変速比が得られる。
【０００８】
図９および図１０には、より具体化されたトロイダル型無段変速機の一例が示されている。なお、図７および図８と共通する構成部材に関しては、以下、同一符号を付して、その詳細な説明または図示を省略する。
図９に示されるように、ケーシング１０１の内側には、入力軸１が回転自在に支持されている。入力軸１の外周には、円管状の伝達軸１０３が支持されている。この場合、伝達軸１０３は、入力軸１と同心的に配設されており、入力軸１に対して回転できる。
【０００９】
伝達軸１０３の両端寄り部分には、第１および第２の入力側ディスク２，２がそれぞれ、ボールスプライン９６を介して支持されている。この場合、第１および第２の入力側ディスク２，２は、その内側面２ａ，２ａ同士を互いに対向させた状態で同心的に配置されるとともに、ケーシング１０１の内側で互いに同期して回転できる。
【００１０】
伝達軸１０３の中間部の周囲には、第１および第２の出力側ディスク４，４がスリーブ１０９を介して支持されている。スリーブ１０９の中間部の外周面には、出力歯車１１０が一体に設けられている。この出力歯車１１０は、伝達軸１０３と同心的に配置されるとともに、伝達軸１０３の外径よりも大きな内径を有している。また、出力歯車１１０は、一対の転がり軸受１１２を介して、ケーシング１０１内に設けられた支持壁１１１に回転自在に支持されている。
【００１１】
第１および第２の出力側ディスク４，４は、スリーブ１０９の両端部にスプライン係合されている。この場合、出力側ディスク４，４は、それぞれの内側面４ａ，４ａを互いに反対方向に向けた状態で配置されている。したがって、入力側ディスク２と出力側ディスク４は、その内側面２ａ，４ａ同士が互いに対向している。
【００１２】
図１０に示されるように、ケーシング１０１の内側であって、出力側ディスク４，４の側方位置には、両ディスク４，４を両側から挟む状態で一対のヨーク１１３ａ，１１３ｂが支持されている。これら一対のヨーク１１３ａ，１１３ｂは、鋼等の金属のプレス加工あるいは鍛造加工により矩形状に形成されている。そして、後述するトラニオン６の両端部に設けられた枢軸５を揺動自在に支持するため、ヨーク１１３ａ，１１３ｂの四隅には、円形の支持孔１１８が設けられるとともに、ヨーク１１３ａ，１１３ｂの幅方向の中央部には、円形の係止孔１１９が設けられている。
【００１３】
一対のヨーク１１３ａ，１１３ｂは、ケーシング１０１の内面の互いに対向する部分に形成された支持ポスト２０ａ，２０ｂにより、僅かに変位できるように支持されている。これらの支持ポスト２０ａ，２０ｂはそれぞれ、入力側ディスク２の内側面２ａと出力側ディスク４の内側面４ａとの間にある第１キャビティ２１および第２キャビティ２２にそれぞれ対向する状態で設けられている。なお、ポスト２０ａには、トラニオン６の傾転量を規制する傾転ストッパ１５０が設けられている。
【００１４】
したがって、ヨーク１１３ａ，１１３ｂは、各支持ポスト２０ａ，２０ｂに支持された状態で、その一端部が第１キャビティ２１の外周部分に対向するとともに、その他端部が第２キャビティ２２の外周部分に対向している。
【００１５】
第１および第２のキャビティ２１，２２は同一構造であるため、以下、第１キャビティ２１のみについて説明する。
【００１６】
第１キャビティ２１には、一対のトラニオン６が設けられている。トラニオン６の両端部には同心的に枢軸５が設けられており、これらの枢軸５は一対のヨーク１１３ａ，１１３ｂの一端部に揺動且つ軸方向に変位自在に支持されている。すなわち、枢軸５は、ヨーク１１３ａ，１１３ｂの一端部に形成された支持孔１１８の内側に、ラジアルニードル軸受２６によって支持されている。ラジアルニードル軸受２６は、その外周面が球状凸面で且つその内周面が円筒面である外輪２７と、複数本のニードル２８とから構成されている。
【００１７】
トラニオン６の中間部にはそれぞれ、円孔３０が設けられている。また、各円孔３０には変位軸３１が支持されている。変位軸３１はそれぞれ、互いに平行で且つ偏心した支持軸部３３と枢支軸部３４とを有している。このうち、支持軸部３３は、円孔３０の内側に、ラジアルニードル軸受３５を介して支持されている。また、枢支軸部３４の周囲には、別のラジアルニードル軸受３８を介して、パワーローラ１１が支持されている。
【００１８】
なお、第１および第２キャビティ２１，２２毎に一対ずつ設けられた変位軸３１は、第１および第２キャビティ２１，２２毎に、入力軸１および伝達軸１０３に対して１８０度反対側に位置して設けられている。また、変位軸３１の各枢支軸部３４が各支持軸部３３に対して偏心している方向は、入力側ディスク２，２と出力側ディスク４，４の回転方向に関して同方向となっている。また、偏心方向は入力軸１の配設方向に対して略直交する方向となっている。したがって、パワーローラ１１は、入力軸１および伝達軸１０３の長手方向に沿って僅かに変位できるように支持されている。その結果、トロイダル型無段変速機により伝達されるトルクの変動に基づく構成部材の弾性変形量の変動等に起因して、パワーローラ１１が入力軸１および伝達軸１０３の軸方向に変位する傾向となった場合でも、構成部材に無理な力が加わることがなく、その変位を吸収することができる。
【００１９】
また、パワーローラ１１の外周面とトラニオン６の中間部内周面との間には、パワーローラ１１の大端面から順に、スラスト玉軸受３９と、滑り軸受あるいはニードル軸受等のスラスト軸受４０とが設けられている。このうち、スラスト玉軸受３９は、パワーローラ１１に加わるスラスト方向の荷重を支承しつつ、これらパワーローラ１１の回転を許容する。また、スラスト軸受４０は、パワーローラ１１からスラスト玉軸受３９の外輪４１に加わるスラスト荷重を支承しつつ、枢支軸部３４および外輪４１が支持軸部３３を中心に揺動することを許容する。
【００２０】
トラニオン６の一端部にはそれぞれ、駆動ロッド４２が結合されている。また、これらの駆動ロッド４２の中間部外周面には、駆動ピストン４３が固着されている。この駆動ピストン４３は、駆動シリンダ４４内に油密に嵌装されている。そして、駆動ピストン４３がトラニオン５を軸方向に変位させるためのアクチュエータを構成している。
【００２１】
図９に示されるように、入力軸１と一方の入力側ディスク２との間には、ローディングカム式の押圧装置４５が設けられている。この押圧装置４５は、カム板４６と複数のローラ４８とを備えており、入力軸１の回転に基づいて一方の入力側ディスク２を他方の入力側ディスク２に向け押圧しつつ回転させる。この場合、カム板４６は、入力軸１の中間部にスプライン係合されるとともに、軸方向に亘る変位を阻止された状態で支持されており、入力軸１と共に回転する。また、複数のローラ４８は、保持器４７に転動自在に保持されている。
【００２２】
このように構成されたトロイダル型無段変速機の運転時、入力軸１の回転は、押圧装置４５を介して、一方の入力側ディスク２に伝えられ、この入力側ディスク２と他方の入力側ディスク２とが互いに同期して回転する。入力側ディスク２，２の回転は、パワーローラ１１を介して、出力側ディスク４，４に伝えられる。出力側ディスク４，４の回転は、出力歯車１１０により取り出される。
【００２３】
入力軸１と出力歯車１１０との間の回転速度比を変える場合には、制御弁（図示しない）の切換えに基づいて、第１および第２のキャビティ２１，２２に対応してそれぞれ一対ずつ設けられた駆動ピストン４３を、各キャビティ２１，２２毎に互いに逆方向に同じ距離だけ変位させる。これらの駆動ピストン４３の変位に伴って、一対ずつ合計４個のトラニオン６がそれぞれ逆方向に変位し、一方のパワーローラ１１が下側に、他方のパワーローラ１１が上側にそれぞれ変位する。その結果、各パワーローラ１１の周面と、入力側ディスク２，２の内側面２ａ，２ａ、出力側ディスク４，４の内側面４ａ，４ａとの当接部に作用する、接線方向の力の向きが変化する。そして、その力の向きの変化に伴って、トラニオン６がヨーク１１３ａ，１１３ｂに枢支された枢軸５を中心として逆方向に揺動する。この結果、パワーローラ１１の周面と、入力側ディスク２，２、出力側ディスク４，４との当接位置が変化し、入力軸１と出力歯車１１０との間の回転速度比が変化する。
【００２４】
ところで、パワーローラ１１を回転自在に支持し且つ枢軸５を中心に傾転するトラニオン６は、パワーローラ１１から大きな荷重を受けるため、ズブ焼きにすると、疲労破壊強度が無くなる。そのため、硬度が要求されるトラニオン６の部位のみに高周波焼入れを施すことが一般に行われている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
【特許文献１】
特開平１１−１３２３０２号公報
【特許文献２】
特開平１１−２０１２５０号公報
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
トラニオン６には、硬さが要求される機能面が幾つかあるが、硬さが必ず必要となるトラニオン６の部位は、図１１に示されるように、枢軸５を傾転可能に軸支するラジアルニードル軸受２６の転送表面部Ｓ２と、傾転ストッパ１５０との当たり部Ｓ１である。
【００２６】
しかしながら、ラジアルニードル軸受２６の転送表面部Ｓ２および傾転ストッパ１５０との当たり部Ｓ１は、設計的に位置が互いに近くなる場合が多く、図１１に示されるように、両者Ｓ１，Ｓ２の高周波焼入れ範囲が重なることも多い（図１１には、両者Ｓ１，Ｓ２の重なり部分がＸで示されている）。そして、このような高周波焼入れ範囲が重なる部分Ｘでは、焼きなまりや、高周波焼き割れが発生し、トラニオン６の耐久性が問題となる。
【００２７】
本発明は、前記事情に着目してなされたものであり、焼き入れ範囲が重なってしまう場合でも、硬度が必要とされる部位の耐久性を所望の程度に確保できるトロイダル型無段変速機のトラニオンの高周波焼入れ方法を提供することを目的とする。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項１に記載された発明は、入力側ディスクと出力側ディスクとの間に挟持されたパワーローラを回転自在に支持し、入力側ディスクおよび出力側ディスクの中心軸に対して捻れの位置にある枢軸を中心に傾転するトロイダル型無段変速機のトラニオンに高周波焼入れ処理を施す高周波焼入れ方法において、前記トラニオンは、前記枢軸を中心とするトラニオン傾転量を規制するための傾転ストッパと当接する当接部と、前記枢軸を傾転可能に軸支するラジアルニードル軸受の転送表面部とを有し、前記傾転ストッパとの前記当接部に高周波焼入れ処理が施された後に、テンパー処理が施され、その後に、前記ラジアルニードル軸受の前記転送表面部に高周波焼入れ処理が施されることを特徴とする。
【００２９】
請求項１に記載された発明においては、焼き入れ範囲が重なってしまう場合であっても、ラジアルニードル軸受の転送表面部の硬さを所望の硬さに確保でき、また、焼き割れの発生を防止できる。
【００３０】
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載されたトロイダル型無段変速機のトラニオンの高周波焼入れ方法において、前記テンパー処理におけるテンパー温度は、テンパー処理後に前記当接部の硬度がＨｖ５５０以下となる温度に設定されることを特徴とする。
【００３１】
請求項２に記載された発明においては、焼入れ歪みに対する靭性が向上する。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明は、トロイダル型無段変速機のトラニオンに特徴があり、その他の構成および作用が前述した従来の構成および作用と同様であるため、以下においては、本発明の特徴部分についてのみ言及し、それ以外の部分については、図７〜図１１と同一の符号を付してその詳細な説明を省略することにする。
【００３５】
図１〜図３は本発明の第１の実施形態を示している。本実施形態では、トラニオン６の中で最も確実に硬さが要求される部位がラジアルニードル軸受２６の転送表面部Ｓ２であることに着目し、傾転ストッパ１５０との当たり部（当接部）Ｓ１に高周波焼入れ処理（高周波ＨＴ）を施した後に、ラジアルニードル軸受２６の転送表面部Ｓ２に高周波焼入れ処理を施すようにする。
【００３６】
具体的には、図３のフローチャートに示されるように、最初に、傾転ストッパ１５０との当たり部Ｓ１に高周波焼入れ処理を施し（ステップＳ１）、その後、５時間以内に、テンパー処理を行なう（ステップＳ２）。この場合、テンパー温度は、テンパー処理後に当たり部Ｓ１の硬度がＨｖ５５０以下となる温度に設定される。なお、図１には、傾転ストッパ１５０との当たり部Ｓ１に高周波焼入れ処理を施した状態が斜線で示されている。
【００３７】
このテンパー処理が完了したら、今度は、ラジアルニードル軸受２６の転送表面部Ｓ２に高周波焼入れ処理を施し（ステップＳ３）、その後、５時間以内に、テンパー処理を行なう（ステップＳ４）。なお、図２には、ラジアルニードル軸受２６の転送表面部Ｓ２に高周波焼入れ処理を施した状態が斜線で示されている。
【００３８】
このように、本実施形態において、トラニオン６は、枢軸５を中心とするトラニオン６の傾転量を規制するための傾転ストッパ１５０と当接する当接部Ｓ１と、枢軸５を傾転可能に軸支するラジアルニードル軸受２６の転送表面部Ｓ２とを有し、傾転ストッパ１５０との当接部Ｓ１に高周波焼入れ処理が施された後に、テンパー処理が施され、その後に、ラジアルニードル軸受２６の転送表面部Ｓ２に高周波焼入れ処理が施されて成る。したがって、焼き入れ範囲が重なってしまう場合であっても、ラジアルニードル軸受２６の転送表面部Ｓ２の硬さを所望の硬さに確保できる。
【００３９】
また、高周波焼入れ範囲が重なる場合では、硬度が高い部分へ焼入れをすることとなり、再焼入れ時の歪みに対して硬度の高い部分に靭性が不足する。そのため、焼き割れが発生することがある。しかしながら、本実施形態のように、傾転ストッパ１５０と当接する当接部Ｓ１への焼入れ後、テンパー処理を行なうことにより、高周波焼入れが重なる部分の靭性アップと応力解放を望めるため、焼き割れが発生しにくくなる。
【００４０】
また、本実施形態において、傾転ストッパ１５０との当たり部Ｓ１のテンパー処理におけるテンパー温度は、テンパー処理後に当接部Ｓ１の硬度がＨｖ５５０以下となる温度に設定されている。したがって、焼入れ歪みに対する靭性が向上する。
【００４１】
また、本実施形態では、傾転ストッパ１５０との当たり部Ｓ１に高周波焼入れ処理が施された後、５時間以内に、テンパー処理が行なわれる。したがって、高周波焼入れ処理後のおき割れを防止することができる。
【００４２】
図４〜図６は本発明の第２の実施形態を示している。本実施形態において、トラニオン６の当接部Ｓ１に対する高周波焼入れ処理範囲は、図４に示されるように、転送表面部Ｓ２に対する高周波焼入れ処理範囲とが重ならないように、所定の範囲Ｐに限定されている。また、本実施形態においても、当接部Ｓ２に高周波焼入れ処理が施された後に、転送表面部Ｓ２に高周波焼入れ処理が施される。また、図６に示されるように、傾転ストッパ１５０は、トラニオン６の傾転時にトラニオン６の高周波焼入れ処理範囲Ｐ以外の部位を逃がす逃げ部１５０ａを中央部に有しており、これにより、トラニオン６の高周波焼入れ処理範囲Ｐとのみ当接するようになっている。なお、このような構成のトラニオン６および傾転ストッパ１５０が組み込まれたトロイダル型無段変速機の要部断面図が図５に示されている。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載された発明によれば、焼き入れ範囲が重なってしまう場合であっても、ラジアルニードル軸受の転送表面部の硬さを所望の硬さに確保でき、また、焼き割れの発生を防止できる。
【００４４】
請求項２に記載された発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の作用効果が得られるとともに、焼入れ歪みに対する靭性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るトラニオンの傾転ストッパとの当たり部に高周波焼入れ処理を施した状態を示しており、（ａ）はトラニオンをその軸方向から見た図、（ｂ）はパワーローラが支持される側から（ａ）のトラニオンを見た図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るトラニオンのラジアルニードル軸受の転送表面部に高周波焼入れ処理を施した状態を示しており、（ａ）はトラニオンをその軸方向から見た図、（ｂ）はパワーローラが支持される側から（ａ）のトラニオンを見た図である。
【図３】本発明における高周波焼入れ処理の手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るトラニオンに高周波焼入れ処理を施した状態を示しており、（ａ）はトラニオンをその軸方向から見た図、（ｂ）はパワーローラが支持される側から（ａ）のトラニオンを見た図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図、（ｄ）は（ａ）のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るトラニオンを組み込んだトロイダル無段変速機の要部断面図である。
【図６】（ａ）は図５のＥ方向から見たトラニオンおよび傾転ストッパの側面図、（ｂ）は、（ａ）の状態からトラニオンを傾転させてトラニオンの当たり部（高周波焼入れ部）のみを傾転ストッパに当接させた状態を示す側面図である。
【図７】従来から知られているトロイダル型無段変速機の基本的構成を最大減速時の状態で示す側面図である。
【図８】従来から知られているトロイダル型無段変速機の基本的構成を最大増速時の状態で示す側面図である。
【図９】従来の具体的構造の一例を示す断面図である。
【図１０】図９のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図１１】従来のトラニオンに高周波焼入れ処理を施した状態を示しており、（ａ）はトラニオンをその軸方向から見た図、（ｂ）はパワーローラが支持される側から（ａ）のトラニオンを見た図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
１入力軸
２入力側ディスク
２ａ内側面
３出力軸
４出力側ディスク
４ａ内側面
５枢軸
６トラニオン
１１パワーローラ
１１ａ周面
２６ラジアルニードル軸受
１５０傾転ストッパ
１５０ａ逃げ部
Ｓ１当たり部（当接部）
Ｓ２転送表面部

Claims

入力側ディスクと出力側ディスクとの間に挟持されたパワーローラを回転自在に支持し、入力側ディスクおよび出力側ディスクの中心軸に対して捻れの位置にある枢軸を中心に傾転するトロイダル型無段変速機のトラニオンに高周波焼入れ処理を施す高周波焼入れ方法において、
前記トラニオンは、前記枢軸を中心とするトラニオン傾転量を規制するための傾転ストッパと当接する当接部と、前記枢軸を傾転可能に軸支するラジアルニードル軸受の転送表面部とを有し、
前記傾転ストッパとの前記当接部に高周波焼入れ処理が施された後に、テンパー処理が施され、その後に、前記ラジアルニードル軸受の前記転送表面部に高周波焼入れ処理が施されることを特徴とするトロイダル型無段変速機のトラニオンの高周波焼入れ方法。
前記テンパー処理におけるテンパー温度は、テンパー処理後に前記当接部の硬度がＨｖ５５０以下となる温度に設定されることを特徴とする請求項１に記載のトロイダル型無段変速機のトラニオンの高周波焼入れ方法。