无级变速器的制作方法

本发明涉及一种带式无级变速器。

背景技术：

日本特开2001-065651号公报、日本特许第4592380号公报及日本特开2013-087918号公报中记载了带式无级变速器的带轮的表面改性处理。

日本特开2001-065651号公报中记载：对带轮的LOW侧变速比的区域实施表面处理，不仅有效抑制无级变速器中的带轮斜面产生磨损，也有效抑制元件侧产生磨损。并且记载：表面处理为喷丸硬化、WPC处理、水射流喷丸、电镀、涂布、研磨加工以及热处理中的至少一种。

日本特许第4592380号公报中记载：作为无级变速器的带轮的表面处理，进行硬切削处理及喷丸处理，确保与金属带之间的摩擦系数，提高带轮斜面的耐磨性。

日本特开2013-087918号公报中记载：为了确保无级变速器的带轮表面的摩擦系数和耐磨性，进行增加表面硬度的微喷丸加工，之后，进行减小表面粗糙度差异的处理。

上述专利文献均着眼于带轮表面的面性状，目的在于确保摩擦系数和耐磨性。但是，当高负载反复作用于带轮表面时，表面部分(距离表面5μm左右的深度)产生裂纹，内部发生龟裂，从而使带轮表面的面性状变化，不能确保摩擦系数、耐磨性。

技术实现要素：

本发明是鉴于上述问题而作出的，其目的在于提供一种无级变速器，其防止无级变速器的带轮斜面的面性状变化，抑制带轮斜面的裂纹和内部的龟裂，从而能够确保摩擦系数并提高耐磨性、耐疲劳特性。

为了解决上述问题，本发明的第一方面提供一种无级变速器，该无级变速器具有：驱动带轮，其设在输入侧的轴部件上；从动带轮，其设在输出侧的轴部件上；以及环形传动带，其架设在所述驱动带轮的带轮斜面与所述从动带轮的带轮斜面之间，所述无级变速器能够通过分别改变所述驱动带轮的槽宽及所述从动带轮的槽宽，而使变速比无级地变化，其中，对所述驱动带轮及所述从动带轮中的至少一方的能够与所述环形传动带接触的带轮斜面实施了喷丸硬化处理，对从所述带轮斜面起至规定的深度为止的区域赋予了峰值为规定的值以上的残余应力。

根据本发明，防止了无级变速器的带轮斜面的面性状变化，抑制了带轮斜面的裂纹和内部的龟裂，从而能够确保摩擦系数并提高耐磨性、疲劳强度。

除了以上所述，其他的特征和优点应当是本领域技术人员根据如下的本发明的一个实施例的描述显而易见的。在说明书中，参考附图，其作为说明书的一部分，并示出了本发明的一个实施例。然而，这样的例子不是穷举本发明的各种实施例，因此，参照说明书之后的权利要求书来确定本发明的范围。

附图说明

图1是示出本实施方式的无级变速器的概要结构的图。

图2是示出本实施方式的进行水射流喷丸处理的装置的概要结构的图。

图3是示出本实施方式的水射流喷丸处理引起的压缩残余应力和距离被处理面的深度的分布的图。

图4是示出本实施方式的水射流喷丸处理导致的被处理面的磨损深度的图。

图5是示出本实施方式的水射流喷丸处理导致的被处理面的表面粗糙度的图。

图6是示出本实施方式的水射流喷丸处理引起的压缩残余应力和自被处理面起的应力分布的图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式详细地进行说明。

<无级变速器的结构>

首先，参照图1对本实施方式的无级变速器进行说明。

图1示出了本实施方式的无级变速器的概要结构。

如图1所示，无级变速器CVT具有：作为输入侧的轴部件的输入轴10及中空轴11、作为输出侧的轴部件的输出轴20、设于中空轴11上的驱动带轮12、设于输出轴20上的从动带轮22、以及架设在驱动带轮12与从动带轮22之间的作为环形传动带的金属带30。输入轴10与未图示的发动机的曲轴连结，中空轴11以与输入轴10相对旋转自如的方式保持于该输入轴10的外周侧。

驱动带轮12由固定侧驱动带轮12a和可动侧驱动带轮12b构成，固定侧驱动带轮12a固定在中空轴11上，可动侧驱动带轮12b被设置成不能与中空轴11相对旋转且能够沿中空轴11的轴向移动自如，使带轮侧压(工作油的压力)作用在设于可动侧驱动带轮12b的侧方的缸室(液压室)13内，产生带轮推力，由此能够使可动侧驱动带轮12b相对于固定在中空轴11上的缸壁13a移动。

从动带轮22由固定侧从动带轮22a和可动侧从动带轮22b构成，固定侧从动带轮22a固定在输出轴20上，可动侧从动带轮22b被设置成不能与输出轴20相对旋转且能够沿输出轴20的轴向移动自如，使带轮侧压作用在设于可动侧从动带轮22b的侧方的缸室(液压室)23内，产生带轮推力，由此能够使可动侧从动带轮22b相对于固定在输出轴20上的缸壁23a移动。

在上述结构中，发动机的旋转动力以输入轴10→驱动带轮12→金属带30→从动带轮22→输出轴20的路径传递。并且，通过使驱动带轮12及从动带轮22各自的带轮推力增减，能够改变两个带轮12、22各自的槽宽，使金属带30相对于两个带轮12、22的卷绕半径比(带轮比)变化，从而能够顺畅地进行无级变速。

在上述的无级变速器CVT中，驱动带轮12及从动带轮22各自与金属带30之间的接触面、即各带轮斜面D被实施了后述的水射流喷丸(WJP)处理。

驱动带轮12及从动带轮22由JIS标准的材料标号为SCM420～SCM435的渗碳材料或碳氮共渗材料构成，与金属带30接触的各带轮斜面D被实施研磨加工。

并且，对被实施研磨加工后的带轮斜面D实施WJP处理，从而能够确保带轮斜面D的摩擦系数并提高耐磨性，抑制带轮斜面D的表面的裂纹和内部的龟裂。

<水射流喷丸(WJP)处理的说明>

接着，参照图2，对本实施方式的水射流喷丸处理进行说明。

图2示出了本实施方式的进行WJP处理的装置的概要结构。

如图2所示，进行WJP处理的装置(以下为WJP装置)100具有：具有喷嘴101的装置主体102、向装置主体102供给作为喷丸材料的珠子的料斗103、以及向装置主体102供给高压水的水泵104。珠子为玻璃制，利用装置主体102内的节流孔105引起的负压从料斗103被抽吸至装置主体102内。并且，在抽吸该珠子的同时，向装置主体102内供给高压水进行混合，从喷嘴101喷射到被处理面(带轮斜面)D上，由此实施被处理面D的表面处理或硬化处理、对内部赋予压缩残余应力的处理。

使用的珠径为100μm以下，优选为20μm～70μm，按规定的比例(例如6g/秒)被抽吸至装置主体102内。并且，高压水被加压至100～250MPa，被供给至装置主体102内。

WJP装置100中，装置主体102安装在未图示的机器人手臂等上，将图1的带轮12、22等被处理部件W固定在能够旋转的基座等上。并且，一边使被处理部件W以其旋转轴为中心按规定的速度V1(例如90m/分)旋转，一边使喷嘴101在距离被处理面D规定距离L(例如50mm)的位置上从被处理面D的内周向外周按规定的速度V2(例如1mm/带轮旋转3圈)移动，由此利用水射流的压力(例如250MPa)向被处理面D的整个面均匀地投射珠子。

喷嘴101相对于被处理面D的投射方向能够通过喷嘴101的角度而改变。在被处理部件W为无级变速器CVT的带轮部件的情况下，能够对带轮斜面D的最深位置赋予压缩残余应力的是喷嘴101与带轮斜面D垂直的状态，若增大倾斜度则能够对带轮表面侧赋予压缩残余应力。考虑到生产率，则使喷嘴101与带轮表面垂直的状态是处理效率最高的，本实施方式中也是在使喷嘴垂直的状态下进行WJP处理。

在本实施方式中，使用上述的WJP装置100对带轮斜面D实施WJP处理，由此能够将带轮表面改性为希望的硬度及粗糙度，从而确保摩擦系数及耐磨性，并且能够对带轮斜面D的内部赋予压缩残余应力，从而提高针对龟裂的产生和发展的疲劳强度。尤其，如后述那样，能够对距离带轮斜面D规定深度的区域赋予具有规定的峰值(最大值)的压缩残余应力，因此针对金属疲劳的强度增加，从而能够抑制龟裂的产生。

<WJP处理所产生的机械特性>

接着，参照图3至图6，对通过本实施方式的WJP处理所赋予的带轮斜面D的机械特性进行说明。

对于像本实施方式的无级变速器所使用的带轮那样、在与金属带滑动接触的带轮斜面上施加有反复的拉伸应力的部件，其表面容易产生微小的龟裂，并且龟裂容易发展。作为其对策，如果对带轮斜面的表层部分赋予压缩残余应力，则能够抵消从外部施加的拉伸应力，使其减小，从而能够提高针对疲劳龟裂的产生和发展的疲劳强度。

并且，在本实施方式中，通过对带轮斜面D实施后述的WJP处理，能够对带轮斜面D的表层部分赋予峰值(以下残余应力值为绝对值)为-1200MPa以上的压缩残余应力，能够增加针对金属疲劳的强度，抑制龟裂产生。另外，以下，压缩残余应力的值表示绝对值，压缩残余应力增加或减少意味着其绝对值增加或减少。

图3是示出WJP处理的每个珠径下的压缩残余应力和距离被处理面的深度的分布的试验结果。

如图3所示，比较未进行WJP处理的情况(a)与进行了WJP处理的情况(c)～(e)，可知通过WJP处理，在距离被处理面的深度为规定的深度(50μm)以下的区域中，被赋予了峰值为规定的值(1200MPa)以上的压缩残余应力。并且，按每个珠径比较WJP处理，则在距离被处理面的深度为10μm以下的区域中，最大压缩残余应力按珠径105μm<70μm<50μm的顺序提高(σc<σd<σe)。由此可知，相同的处理条件下，珠径越小，压缩残余应力的峰值越高。另外，珠径为30μm时的压缩残余应力为预测值。

此外，为了抑制在被处理面D的比较浅的区域(15μm左右)产生的龟裂，优选从深度比20μm稍深的位置赋予600～800MPa左右的压缩残余应力。在该情况下，使用珠径105μm以下的珠子，对深度比20μm稍浅的区域赋予压缩残余应力即可。

并且，在至距离被处理面的深度为50μm、优选为20μm为止的区域中，带轮表面与内部的压缩残余应力之差为270MPa以上，该差具有珠径越小其越大的倾向。由此可以说，如果珠径比100μm小，则能够对被处理面的深度为20μm左右的浅区域赋予表面与内部之差为270MPa以上的压缩残余应力。由此，能够抑制带轮斜面D的表面的裂纹和内部的龟裂，从而能够确保摩擦系数并提高耐磨性。该表面与内部的压缩残余应力差、即270MPa的值是根据如下的特性导出的：根据未图示的LOW变速比耐久试验得出的渗碳材料的超高周摩擦疲劳强度，在渗碳材料中如果表面与内部的残余应力差为300MPa左右，则在防止因金属疲劳导致的龟裂的产生和发展上是优异的。并且，在图4中根据与后述的LOW耐久试验后的被处理面的磨损深度的关系还可知，如果能够对被处理面的至深度为20μm为止的区域赋予270MPa以上的表面与内部的压缩残余应力之差，则能够进一步减小磨损深度，从而能够提高耐磨性。

图4示出了WJP处理的每个珠径下的LOW耐久试验后的被处理面的磨损深度。而且，在图4中，按每个珠径示出了进行WJP处理后的被处理面的不同的四个测定位置处的结果。

如图4所示，可知进行了WJP处理的情况与未进行WJP处理的情况相比，被处理面的磨损深度减小，耐磨性提高了2倍左右。此外，按珠径比较，可知珠径为300μm和105μm时，被处理面的磨损深度程度相同，与此相对，为70μm时与105μm相比，磨损深度减小，耐磨性提高3倍至4倍左右。由此可以说，相同的处理条件下，珠径越小于70μm，被处理面的耐磨性越高。并且，对照图3的珠径为300μm、105μm时的试验结果可知，在被处理面的深度为20μm以下的区域，如果能赋予峰值为1200MPa以上的压缩残余应力，则磨损深度进一步减小，能够提高耐磨性。

图5示出了WJP处理的每个珠径下的被处理面的表面粗糙度，并示出了在研磨带轮斜面后进行了WJP处理时的结果。

如图5所示，按珠径105μm、70μm、45μm比较投射压为250MPa时的WJP处理前后的表面粗糙度，则珠径为70μm、45μm时WJP处理前后无差别，为良好。而且，珠径为105μm时进行WJP处理后的表面粗糙度Rz为3.0～3.5，此时必须另外进行精加工，与此相对，在珠径为70μm、45μm时进行了WJP处理的情况下，能够得到不需要进行精加工的程度的表面粗糙度Rz2.0～2.5。即，珠径为70μm以下时，通过进行WJP处理，则不需要对被处理面进行精加工。

图6示出了通过本实施方式的WJP处理能够赋予的压缩残余应力和自被处理面起的应力分布。

如图6所示，实施了本实施方式的WJP处理后的被处理部件被赋予了如下的机械特性：对距离被处理面第1深度(10μm)的区域赋予了最大压缩残余应力，在第2深度(30μm)的区域中压缩残余应力(绝对值)急剧增加(增加的斜率比较大)，在第3深度(50μm)的区域中压缩残余应力缓慢增加(增加的斜率比较小)。

根据以上结果，在本实施方式的WJP处理中，使用这样的装置：水射流的投射压为250MPa，相对于被处理面的投射角度是垂直的，珠径为100μm以下。在这样的条件下，如图3所示，能够在被处理面的浅的部分(50μm)形成最大残余压缩应力为1200MPa以上的区域。优选地，在距离被处理面的深度比20μm浅的区域中，能够使表面与内部的压缩残余应力差为270MPa以上。

此外，通过采用珠径为100μm以下的装置，从而能够进一步减小磨损深度，因此除了疲劳强度还能够提高耐磨性。尤其在采用珠径为70μm以下的装置的情况下，能够得到不需要精加工的程度的表面粗糙度，且能够确保摩擦系数并提高耐磨性、疲劳强度。

另外，能够对距离被处理面的深度比10μm浅的区域赋予最大压缩残余应力，因此能够提高带轮表面的极为浅的区域的耐磨性、疲劳强度。

此外，若距离被处理面的深度为第1深度(10μm)、第2深度(30μm)、第3深度(50μm)，则能够对至第1深度为止的区域赋予最大压缩残余应力(绝对值)，并且压缩残余应力(绝对值)按第2深度、第3深度的顺序减小。并且，第2深度与第1深度之差和第3深度与第2深度之差为等间隔(20μm)，从第1深度至第2深度的区域内的压缩残余应力(绝对值)的增加程度小于从第2深度至第3深度的区域内的压缩残余应力(绝对值)的增加程度。由此能够使带轮表面与内部的残余应力分布形成为可得到所希望的耐磨性、疲劳强度的状态。

如以上所述，根据本实施方式的水射流喷丸处理，防止了无级变速器的带轮斜面的面性状变化，抑制了带轮斜面的表面的裂纹和内部的龟裂，由此能够确保摩擦系数并提高耐磨性、疲劳强度。

此外，上述实施方式是作为本发明的实现手段的一例，本发明可以应用于在不脱离其宗旨的范围内对以下的实施方式进行了修正或变形后的方式。

在本实施方式中，对将本发明应用于构成汽车的无级变速器的带轮的例子进行了说明，不过当然也能够应用于汽车或变速器以外的其他用途。

另外，在本实施方式中，作为被处理部件，说明了应用于装载于汽车上的无级变速器的带轮的例子，但不限于此，例如对于需要增加针对金属疲劳的强度、抑制龟裂产生的其他动力机械的动力传递部件，一般都可以应用。

并且，在本实施方式中，说明了用高压水使喷丸材料碰撞被处理面的水射流喷丸处理的例子，但不限于此，也可以采用以压缩空气使粒径20μm～300μm的喷丸材料碰撞被处理面的喷丸硬化处理。

<实施方式的总结>

(结构1)

一种无级变速器CVT，其具有：

驱动带轮12，其设在输入侧的轴部件11上；

从动带轮22，其设在输出侧的轴部件20上；以及

环形传动带30，其架设在所述驱动带轮的带轮斜面D与所述从动带轮的带轮斜面D之间，

所述无级变速器CVT能够通过分别改变所述驱动带轮的槽宽及所述从动带轮的槽宽，而使变速比无级地变化，其中，

对所述驱动带轮及所述从动带轮中的至少一方的能够与所述环形传动带接触的带轮斜面实施了喷丸硬化处理，

对从所述带轮斜面D起至规定的深度(50μm)为止的区域赋予了峰值σc、σd、σe为规定的值(1200MPa)以上的残余应力。

根据该结构1，能够抑制带轮斜面的表面的裂纹和内部的龟裂，从而能够确保摩擦系数并提高耐磨性、疲劳强度。

(结构2)

在上述结构1中，所述喷丸硬化处理是使喷嘴101朝向与所述带轮W的被处理面垂直的方向而进行的，并且所述喷丸硬化处理所使用的喷丸材料的直径为100μm以下。

根据该结构2，能够在处理效率最高的条件下，抑制带轮内部的龟裂的产生及发展，同时能够确保摩擦系数并提高耐磨性、疲劳强度。

(结构3)

在上述结构1或2中，赋予了如下的残余应力：距离所述带轮斜面的深度比所述规定的深度浅的第2深度(20μm)区域中的表面与内部的残余应力之差为270MPa以上。

(结构4)

在上述结构3中，所述第2深度区域是距离所述带轮斜面的深度为20μm以下的区域。

根据这些结构3或4，能够提高距离带轮斜面的表面的深度为20μm以下的区域的疲劳强度，并提高带轮斜面的表面的耐磨性。

(结构5)

在上述结构1至4中的任意一项中，所述至规定的深度为止的区域是距离所述带轮斜面的深度为50μm以下的区域，所述规定的值为1200MPa以上。

根据该结构5，能够对带轮斜面中的至深度为50μm为止的区域赋予1200MPa以上的残余应力，因此能够提高距离带轮斜面的表面极浅的区域的疲劳强度，抑制带轮内部的龟裂和发展。

(结构6)

一种无级变速器，其具有：

驱动带轮，其设在输入侧的轴部件上；

从动带轮，其设在输出侧的轴部件上；以及

环形传动带，其架设在所述驱动带轮的带轮斜面与所述从动带轮的带轮斜面之间，

所述无级变速器能够通过分别改变所述驱动带轮的槽宽及所述从动带轮的槽宽，而使变速比无级地变化，其中，

对所述驱动带轮及所述从动带轮中的至少一方的能够与所述环形传动带接触的带轮斜面实施了喷丸硬化处理，

所述喷丸硬化处理是使喷嘴朝向与所述带轮的被处理面垂直的方向而进行的，并且所述喷丸硬化处理所使用的喷丸材料的直径为70μm以下。

根据该结构6，能够得到不需要精加工的程度的表面粗糙度，且确保摩擦系数并提高耐磨性、疲劳强度。

(结构7)

一种无级变速器，其具有：

驱动带轮，其设在输入侧的轴部件上；

从动带轮，其设在输出侧的轴部件上；以及

环形传动带，其架设在所述驱动带轮的带轮斜面与所述从动带轮的带轮斜面之间，

所述无级变速器能够通过分别改变所述驱动带轮的槽宽及所述从动带轮的槽宽，而使变速比无级地变化，其中，

对所述驱动带轮及所述从动带轮中的至少一方的能够与所述环形传动带接触的带轮斜面实施了喷丸硬化处理，

对距离所述带轮斜面的深度为第1深度(10μm)的区域赋予了具有峰值σc、σd、σe的残余应力。

根据该结构7，能够提高距离带轮斜面的表面极浅的区域的疲劳强度，抑制带轮内部的龟裂的产生及发展。

(结构8)

在上述结构5中，若距离所述带轮斜面的深度按由浅至深的顺序依次为所述第1深度10μm、第2深度30μm、第3深度50μm，则以使所述带轮斜面中的所述第1深度的残余应力最大，所述第2深度、所述第3深度的残余应力依次减小的方式被赋予了残余应力，

所述第2深度与所述第1深度之差和所述第3深度与所述第2深度之差为等间隔，从所述第1深度至第2深度的区域内的残余应力的增加程度小于从所述第2深度至第3深度的区域内的残余应力的增加程度。

(结构9)

在上述结构8中，所述第1深度、所述第2深度及所述第3深度的区域分别是距离所述带轮斜面的深度为10μm以下、30μm以下、50μm以下的区域，所述峰值为1200MPa以上。

根据这些结构8或9，能够使带轮斜面的表面与内部的残余应力分布形成为可得到所希望的耐磨性、疲劳强度的状态。

本发明不限定于上述实施方式，可在本发明的主旨和范围内作出各种变化和修改。因此，为公开本发明的范围，完成如下的权利要求书。