(57)【要約】【課題】トランスミッション内での使用に際し、水素脆性による転走面での剥離を効果的に防止できるトランスミッション用転がり軸受を提供する。【解決手段】入力軸１１の回転と出力軸１４の回転とを変速して伝達するトランスミッション内に配置され、入力軸１１、出力軸１４、またはこれらの回転に伴い回転する部材を回転自在に支持するトランスミッション用転がり軸受１０であって、内輪と、外輪と、該内・外輪間に介在する複数の転動体とを有し、上記内輪、上記外輪、および上記転動体から選ばれる少なくとも一つの軸受部材は、鋼材からなり、該鋼材中に含まれる酸化物系介在物の少なくとも一部がＭｎＳで覆われており、かつ、該鋼材中の最大径が３μｍ以上の上記酸化物系介在物において、その全個数に対するＭｎＳで覆われたものの個数の割合が４０％をこえる。【選択図】図２
2015064039.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力軸の回転と出力軸の回転とを変速して伝達するトランスミッション内に配置され、前記入力軸、前記出力軸、またはこれらの回転に伴い回転する部材を回転自在に支持するトランスミッション用転がり軸受であって、
該転がり軸受は、内輪と、外輪と、該内・外輪間に介在する複数の転動体とを有し、
前記内輪、前記外輪、および前記転動体から選ばれる少なくとも一つの軸受部材は、鋼材からなり、該鋼材中に含まれる酸化物系介在物の少なくとも一部がＭｎＳで覆われており、かつ、該鋼材中の最大径が３μｍ以上の前記酸化物系介在物において、その全個数に対するＭｎＳで覆われたものの個数の割合が４０％をこえることを特徴とするトランスミッション用転がり軸受。
【請求項２】
前記鋼材の成分組成は、Ｃ：０．９５質量％以上１．１質量％以下、Ｓｉ：０．３５質量％未満、Ｍｎ：０．５質量％未満、Ｓ：０．０２５質量％未満、Ｃｒ：１．４質量％以上１．６質量％未満、残部が鉄および不純物であることを特徴とする請求項１記載のトランスミッション用転がり軸受。
【請求項３】
前記軸受部材は、その表層に窒化処理が施されてなり、表面窒素濃度が０．０５〜０．６重量％であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のトランスミッション用転がり軸受。
【請求項４】
前記軸受部材の表面から０．０５ｍｍ深さの箇所と前記窒素が含まれていない深さの箇所とのビッカース硬度差ΔＨＶが６０以上であることを特徴とする請求項３記載のトランスミッション用転がり軸受。
【請求項５】
前記トランスミッションが、前記入力軸の回転と前記出力軸の回転とを無段階変化で変速して伝達する無段変速方式であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項記載のトランスミッション用転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＶＴなどのトランスミッションに使用される転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のトランスミッションは、エンジンの動力を最適なトルク、回転数に変速して車軸に伝達する装置であり、そこに使用される転がり軸受は大きな負荷容量や高い回転性能、特に変速に伴う回転数の急激な変化などに追随できるように設計されている。さらに、トランスミッションケース内の異物を軸受が噛み込むため、密封シール付きや特殊熱処理を施すことによって異物の侵入を防ぎ耐久性向上を図っている。なお、密封シール付きとはいえ、該密封シールは異物侵入防止に主眼をおいており、流体の浸入を止める機能を持たせていないことから、トランスミッション内に充填されたオイルが密封シールの隙間から軸受内部に浸入する。オイルが軸受内部に浸入してくるまでは、予め軸受内部に封入したグリースで潤滑を行なう。
【０００３】
近年において、ＣＶＴ（無段変速機）のようにトランスミッションオイルとして粘度の低い潤滑油が使われる環境下で、疲労や異物噛み込みによる剥離よりもはるかに早期に剥離が軸受軌道輪に発生する事例（早期剥離）が見られるようになった。剥離した箇所の表層には、従来の剥離では見られなかったミクロ組織的に変化した無数の亀裂が走っていることが特徴である。この剥離は、軌道輪と転動体の間ですべりが生じ、軸受内部のグリースや、該軸受に浸入したトランスミッションオイルの成分の分解によって発生した水素が鋼に侵入して鋼の脆化を引き起こし、剥離が生じたものと考えられている。潤滑油成分の粘度が低いほどすべりは発生しやすいので、該成分が分解しやすく、上記の水素脆性を起因とする早期剥離が生じやすい。
【０００４】
一般的にこのような早期剥離の発生防止には、Ｃｒ含有率を高めた軸受鋼などを用いることが提案されている（特許文献１参照）。これは、鋼材中で含有率を高められたＣｒが転走面表面の酸素と結合し、転走面表面にＣｒの酸化被膜（不動態膜）を形成し、この酸化被膜が鋼中への水素の侵入を防ぎ、延いては水素脆性を起因とする早期剥離を防止するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２８２１７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の鋼材では、Ｃｒを多く添加することで炭化物が粗大化し、それが応力集中源となって早期剥離が起きることがある。また、不動態膜は水素の拡散を遅くする効果はあるが、発生した水素が鋼表面に吸着するのを促進する効果も併せ持つ。転がり軸受が間欠的に使われる場合は、停止時に水素が散逸しうるため、鋼中への水素の侵入を遅らせることは、早期剥離の防止に有効であることがある。しかしながら、トランスミッション内において連続して使われる場合は、不動態膜が多くの水素を吸着する分、鋼中に侵入する水素量が増すため、早期剥離が生じることになる。また、特殊鋼材はコスト高になり、また海外調達が困難である。これらの理由により、特許文献１の鋼材では、トランスミッション用転がり軸受における早期剥離を十分に抑制できず、その適用は困難である。
【０００７】
本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、トランスミッション内での使用に際し、水素脆性による転走面での早期剥離を効果的に防止できるトランスミッション用転がり軸受の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のトランスミッション用転がり軸受は、入力軸の回転と出力軸の回転とを変速して伝達するトランスミッション内に配置され、上記入力軸、上記出力軸、またはこれらの回転に伴い回転する部材を回転自在に支持するトランスミッション用転がり軸受であって、該転がり軸受は、内輪と、外輪と、該内・外輪間に介在する複数の転動体とを有し、上記内輪、上記外輪、および上記転動体から選ばれる少なくとも一つの軸受部材は、鋼材からなり、該鋼材中に含まれる酸化物系介在物の少なくとも一部がＭｎＳで覆われており、かつ、該鋼材中の最大径が３μｍ以上の上記酸化物系介在物において、その全個数に対するＭｎＳで覆われたものの個数の割合が４０％をこえることを特徴とする。なお、「最大径」とは、酸化物系介在物は略球形であるところ、主にその直径を意味し、任意の方向（例えば、圧延方向）に延伸している場合には、その最大径を意味する。
【０００９】
上記鋼材の成分組成は、Ｃ：０．９５質量％以上１．１質量％以下、Ｓｉ：０．３５質量％未満、Ｍｎ：０．５質量％未満、Ｓ：０．０２５質量％未満、Ｃｒ：１．４質量％以上１．６質量％未満、残部が鉄および不純物であることを特徴とする。
【００１０】
上記軸受部材は、その表層に窒化処理が施されてなり、表面窒素濃度が０．０５〜０．６重量％であることを特徴とする。また、上記軸受部材の表面から０．０５ｍｍ深さの箇所と上記窒素が含まれていない深さの箇所とのビッカース硬度差ΔＨＶが６０以上であることを特徴とする。
【００１１】
上記トランスミッションが、上記入力軸の回転と上記出力軸の回転とを無段階変化で変速して伝達する無段変速方式であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のトランスミッション用転がり軸受は、入力軸の回転と出力軸の回転とを変速して伝達するトランスミッション内に配置され、上記入力軸、上記出力軸、またはこれらの回転に伴い回転する部材を回転自在に支持するトランスミッション用転がり軸受であり、該転がり軸受は、内輪と、外輪と、該内・外輪間に介在する複数の転動体とを有し、上記内輪、上記外輪、および上記転動体から選ばれる少なくとも一つの軸受部材は、鋼材からなり、該鋼材中に含まれる酸化物系介在物の少なくとも一部がＭｎＳで覆われており、かつ、該鋼材中の最大径が３μｍ以上の上記酸化物系介在物において、その全個数に対するＭｎＳで覆われたものの個数の割合が４０％をこえる。このように、軸受部材の鋼材中に不可避に含まれる酸化物系介在物の多くが軟らかいＭｎＳで覆われていることにより、酸化物系介在物の周りに形成される引張応力場が緩和される。このため、トランスミッション内での使用に際して、鋼材内部に水素が集積しにくくなり、水素脆性を起因とする早期剥離を防止することができる。特に、ＣＶＴのようにトランスミッションオイルとして粘度の低い潤滑油が使われる環境下においても上記早期剥離を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のトランスミッション用転がり軸受の一例を示す深溝玉軸受の断面図である。
【図２】本発明のトランスミッション用転がり軸受を用いたトランスミッション（ＣＶＴ）の一例を示す断面図である。
【図３】介在物検査結果の代表例（比較例１および実施例１）を示す写真である。
【図４】介在物検査結果の代表例（実施例２および実施例３）を示す写真である。
【図５】超音波軸荷重疲労試験片の形状を示す図である。
【図６】超音波軸荷重疲労試験結果を示す図である。
【図７】急加減速運転パターンを示す図である。
【図８】転走面からの深さ方向の断面硬度分布を示す図である。
【図９】転走面からの深さ方向の断面窒素濃度分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
トランスミッション用転がり軸受における耐水素脆性を向上させるため、内輪、外輪、転動体などの軸受部材を構成する鋼材に不可避に含まれる酸化物系介在物に着目した。該軸受部材にすべりなどで摩耗が生じれば、新生面が形成され、混入した水や潤滑剤が分解し、水素が発生する。発生した水素の一部は、鋼中に侵入する。酸化物系介在物の周りには、引張応力場が形成される。水素は、引張応力場に集積する性質がある。これに対して、酸化物系介在物の多くを（４０％をこえる）軟らかいＭｎＳ（約１５０ＨＶ）で覆うことで、上記引張応力場を緩和し、水素を集積しにくくした。その結果、耐水素脆性が向上することを見出した。本発明はこのような知見に基づくものである。
【００１５】
特に、鋼材中に侵入する水素の中でも、拡散性水素が水素脆性の原因と考えられている。拡散性水素は、結晶粒界などにトラップされていない比較的自由に動き得る水素のことをいう。この拡散性水素は、室温で時間と共に鋼材中から外に放出されるものである。例えば、拡散性水素は、２００℃までの加熱で放出される水素と定義でき、非拡散性水素は、２００℃をこえる加熱温度ではじめて鋼材中から放出される水素と定義でき、拡散性水素と非拡散性水素との合計量が、鋼材中に侵入した水素の総量である。
【００１６】
軸受部材を構成する鋼材中において、酸化物系介在物は不可避的に含まれる。本発明のトランスミッション用転がり軸受では、内輪、外輪、および転動体から選ばれる少なくとも一つの軸受部材の鋼材中の最大径が３μｍ以上の酸化物系介在物において、その全個数に対するＭｎＳで覆われたものの個数の割合（被覆率）が４０％をこえることを必須としている。被覆率を式で表すと以下のとおりとなる。
被覆率（％）＝（最大径が３μｍ以上の酸化物系介在物の中でＭｎＳで覆われた酸化物系介在物の個数）／（最大径が３μｍ以上の酸化物系介在物の全個数）×１００
また、被覆率は高い方が好ましく、５０％以上がより好ましく、９０％以上がさらに好ましい。ここで、ＭｎＳで覆われているとは、ＭｎＳが酸化物系介在物を核として析出し、この酸化物系介在物の周りに巻き付いたような状態をいい、酸化物系介在物の周囲が完全に覆われている場合のみならず一部が覆われている場合を含む。また、ＭｎＳは圧延方向に引き伸ばされた線形状である。
【００１７】
被覆率の算出において、対象とする酸化物系介在物を、その最大径が３μｍ以上のものとしている。最大径が３μｍ未満の微細な酸化物系介在物の存在状態（ＭｎＳの被覆状態）は水素脆性を起因とする早期剥離にほぼ寄与しない。また、最大径が３μｍ以上の酸化物系介在物は、光学顕微鏡によりその存在状態を容易に測定可能である。
【００１８】
また、対象とする酸化物系介在物の最大径の下限値をより大きくしてもよく、例えば、５μｍ以上、１０μｍ以上としてもよい。最大径が３μｍ以上の酸化物系介在物であれば、その最大径の下限値を大きくしても、上記被覆率は略同一となる。
【００１９】
酸化物系介在物のＭｎＳによる被覆率を上記範囲とする製造方法等は特に限定されない。一般的に、鋼材を連続鋳造する際のように冷却速度が速い場合には、酸化物系介在物と軟質介在物であるＭｎＳとが別々に析出し、被覆率は低くなりやすい。一方、鋼材をインゴット鋳造する際のように冷却速度が遅い場合には、酸化物系介在物が軟質介在物であるＭｎＳの析出の核となり、被覆率が高くなりやすい。
【００２０】
本発明において、内輪、外輪、および転動体から選ばれる少なくとも一つの軸受部材に用いる鋼材の成分組成は、Ｃ：０．９５質量％以上１．１質量％以下、Ｓｉ：０．３５質量％未満、Ｍｎ：０．５質量％未満、Ｓ：０．０２５質量％未満、Ｃｒ：１．４質量％以上１．６質量％未満、残部が鉄および不純物であることが好ましい。上記成分組成の詳細を以下に説明する。
【００２１】
Ｃ：０．９５質量％以上１．１質量％以下
Ｃ（炭素）は、鋼材の強度確保に必要な元素である。また、焼入性への影響も大きく、焼入硬化層の硬さおよび深さを高めて疲労強度の向上にも寄与する。上記範囲では、これらの効果を十分に得られる。
【００２２】
Ｓｉ：０．３５質量％未満
Ｓｉ（珪素）は、焼入加熱時にオーステナイト粒成長を抑制するため、本来は積極的に添加したいが、Ｓｉの添加により鍛造性、被削性が著しく劣化する。これらの観点より、０．３５質量％未満とする。
【００２３】
Ｍｎ：０．５質量％未満
Ｍｎ（マンガン）は、強度および焼き入れ性の向上に有効に寄与する元素である。また、Ｍｎが過剰であると、粒界に偏析して粒界割れを引き起こすと考えられるため、０．５質量％未満が適当である。
【００２４】
Ｓ：０．０２５質量％未満
Ｓ（硫黄）は、鋼材中でＭｎＳを形成する元素である。一方でオーステナイトの粒界に偏析し、粒界強度を低下させ、疲労強度を低下させるおそれもある。これらの観点より、０．０２５質量％未満とする。
【００２５】
Ｃｒ：１．４質量％以上１．６質量％未満
Ｃｒ（クロム）は、安定した炭化物を形成し、また焼入性を向上させて、強度、耐摩耗性、疲労強度の向上に寄与する元素である。一方、Ｃｒが過剰に含有されれば、鍛造性および被削性が低下する。これらの効果を十分に得るためには、上記範囲が適当である。
【００２６】
上記成分組成を有する鋼材としては、例えば、高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２（ＪＩＳ規格）、ＳＵＪ２相当材である５２１００（ＡＩＳＩまたはＳＡＥ規格）、１００Ｃｒ６（ＤＩＮ規格）、ＧＣｒ１５（ＧＳＢ規格）等に準じたもの挙げられる。上記成分組成を満たす各鋼材であっても、上述の所定の被覆率（％）を満たさないものは本発明のトランスミッション用転がり軸受には使用できない。本発明のトランスミッション用転がり軸受では、上述の所定の被覆率（％）を満たし、かつ、上記成分組成を満たす鋼材を用いることが好ましい。
【００２７】
本発明において、内輪、外輪、および転動体から選ばれる少なくとも一つの軸受部材に用いる鋼材は、表層に窒化処理を施すことが好ましい。内・外輪（軌道輪）については、該軌道輪の転走面に窒化処理を施す。窒化処理は、例えば、８５０℃の温度でＲＸガスにアンモニアガスを添加した雰囲気中で行われる。転走面に窒化処理を施して焼入することで、軌道輪が塑性変形しにくくなり、耐水素脆性が向上する。転走面の表面窒素濃度は、０．０５〜０．６重量％であることが好ましい。０．０５重量％未満では窒化による寿命向上の効果は得られない場合がある。一方、表面窒素濃度が０．６重量％をこえると、Ｃｒ炭窒化物が多く生成されるため、焼入性に寄与するＣｒ量が欠乏し、十分な焼入性が確保できないおそれがある。
【００２８】
窒化処理を施して焼入し、その後焼戻する。熱処理（焼入・焼戻条件）は、特に限定されず公知の条件を採用できる。例えば、まず、鋼材をＡ１点以上の所定の温度に加熱し、所定時間保持する。このとき、鋼材は、ＲＸガスにアンモニアガスを添加した雰囲気中等において加熱し、これにより鋼材表層に窒化処理を施す。その後、鋼材を油中等に浸漬することで、Ａ１点以上の温度からＭＳ点以下の温度に冷却し、焼入硬化工程が完了する。さらに、焼入硬化された鋼材をＡ１点以下の温度である所定温度に加熱し、所定時間保持した後、例えば室温まで空冷することにより焼戻工程が完了する。以上の工程により、熱処理が完了する。
【００２９】
転がり軸受は、その運動形態から、接触要素間で金属接触が起こり、すべりを伴う条件などで使用されるため、鋼材部材表面における金属新生面の露出により水素が鋼材中に侵入しやすい等、水素の影響を受けやすい部品である。特に、トランスミッション用転がり軸受において、後述のＣＶＴのようにトランスミッションオイルとして粘度の低い潤滑油が使われる環境下においては、すべりが発生しやすく水素の影響を受けやすい。また、トランスミッションオイル中に空気中等の水分が混入した場合、混入している水の分解により水素が発生し、鋼材中への侵入が促進される。
【００３０】
本発明のトランスミッション用転がり軸受の一例を図１に基づいて説明する。図１は転がり軸受（深溝玉軸受）の断面図である。転がり軸受１は、外周面に内輪転走面２ａを有する内輪２と内周面に外輪転走面３ａを有する外輪３とが同心に配置され、内輪転走面２ａと外輪転走面３ａとの間に複数個の転動体４が配置される。この転動体４は、保持器５により保持される。また、必要に応じて、内・外輪の軸方向両端開口部８ａ、８ｂがシール部材６によりシールされ、転動体４の周囲にグリース７が封入される。内輪２、外輪３、および転動体４の少なくとも１つが、上述の所定鋼材から構成される。
【００３１】
グリース７などの潤滑剤が、内輪２および外輪３と、転動体４との転走面に介在して潤滑される。潤滑剤としては、任意の潤滑油やグリースが使用できる。トランスミッション内に充填されたトランスミッションオイルが、シール部材６の隙間から軸受内部に浸入する。このトランスミッションオイルが軸受内部に浸入してくるまでは、予め軸受内部に封入した上記グリース７で潤滑を行なう。
【００３２】
上記転がり軸受において、転動体４は、コスト高になるが、水素脆性を示さない窒化珪素製とすることもできる。また、保持器５は、通電が起きる条件下では、鋼製や銅合金製の金属製保持器の方が、樹脂製保持器よりも水素脆性起因の早期剥離が起きにくい。
【００３３】
シール部材６は、金属製またはゴム成形体単独でよく、あるいはゴム成形体と金属板、プラスチック板、セラミック板等との複合体であってもよい。耐久性、固着の容易さからゴム成形体と金属板との複合体が好ましい。
【００３４】
本発明のトランスミッション用転がり軸受として玉軸受を例示したが、上記以外の円筒ころ軸受、円すいころ軸受、針状ころ軸受などの転がり軸受とすることもできる。
【００３５】
本発明のトランスミッション用転がり軸受を用いたトランスミッションの一例について図２に基づいて説明する。図２はトランスミッション（ＣＶＴ）の断面図である。図２に示すように、このトランスミッションは、入力軸１１の回転を無段階変化で変速して出力軸１４の回転に伝達するものである。
【００３６】
入力軸１１は、エンジン等の駆動源（図示せず）により、トルクコンバータ２０および遊星機構部２１を介して回転駆動される。入力軸１１と同期回転する駆動側プーリ１２が入力軸１１に設けられ、この駆動側プーリ１２の溝幅は、駆動側アクチュエータ１３により拡縮自在に制御される。また、出力軸１４と同期回転する従動側プーリ１５が出力軸１４に設けられ、この従動側プーリ１５の溝幅は、従動側アクチュエータ１６により拡縮自在に制御される。また、この従動側プーリ１５と駆動側プーリ１２とは、選ばれた溝幅に対応する径の部分で掛け渡された無端ベルト１７を介して、それぞれの径に対応する速度で回転し、入力軸１１に伝達された動力は、駆動側プーリ１２から無端ベルト１７を介して、従動側プーリ１５に伝達される。従動側プーリ１５に伝達された動力は、出力軸１４から減速歯車列１８、デファレンシャル１９を介して駆動輪（図示せず）に伝達される。これら入力軸１１と出力軸１４とを回転自在に支承する転がり軸受１０として、上述の本発明のトランスミッション用転がり軸受が用いられる。
【００３７】
入力軸１１に対して出力軸１４を増速する場合には、駆動側プーリ１２の溝幅を小さくし、かつ従動側プーリ１５の溝幅を大きくすることで、無端ベルト１７を掛け渡された部分の径が、駆動側プーリ１２部分で大きく、従動側プーリ１５部分で小さくなり、入力軸１１に対する出力軸１４の増速が行なわれる。入力軸１１に対して出力軸１４を減速する場合には、駆動側プーリ１２の溝幅を大きくし、かつ従動側プーリ１５の溝幅を小さくすることで、無端ベルト１７に掛け渡された部分の径が、駆動側プーリ１２部分で小さく、従動側プーリ１５部分で大きくなり、入力軸１１に対する出力軸１４の減速が行なわれる。
【００３８】
トランスミッションオイルは図示しないオイルポンプによりトランスミッション内を循環している。上述のとおり、このトランスミッションオイルが、シール部材の隙間から軸受内部に浸入する。例えば、ＣＶＴではトランスミッションオイルとして動粘度の低い潤滑油が使われる。
【実施例】
【００３９】
本発明のトランスミッション用転がり軸受を実施例により具体的に説明するが、これらの例によって何ら限定されるものではない。
【００４０】
＜化学成分分析＞
表１に、実施例および比較例の鋼材について、それぞれの化学成分を示す。比較例１の鋼材は連続鋳造により、実施例１〜３の鋼材はインゴット鋳造により、それぞれ製造したものである。表中の被覆率は、後述の介在物検査結果における、酸化系介在物がＭｎＳによって覆われていた割合（％）である。比較例１（従来鋼）と実施例１〜３（開発鋼）とで化学成分自体に大きな違いはないが、被覆率は異なる。
【表１】
2015064039.tif 000003
【００４１】
＜介在物検査＞
介在物検査は、鋼材断面の３０ｍｍ×３０ｍｍの面積（被検面積９００ｍｍ2）を観察して検出された酸化物系介在物（最大径が３μｍ以上のもの）のうち、それぞれがＭｎＳで覆われているかを判断した。ここで、鋼材断面（表面）を観察して検出された酸化物系介在物とは、該断面（表面）に露出している酸化物系介在物である。比較例１（上図）および実施例１（下図）の代表例の写真を図３に、実施例２（上図）および実施例３（下図）の代表例の写真を図４に、それぞれ示す。各図において、各サンプル略中央の黒点またはこれが引き伸ばされたものが酸化物系介在物であり、その周囲を覆う薄い線状物がＭｎＳである。
【００４２】
比較例１は４０７１個中９８８個（被覆率２４％）、実施例１は３９８５個中１６２０個（被覆率４１％）、実施例２は４１０３個中２１３７個（被覆率５２％）、実施例３は４２６７個中４００５個（被覆率９４％）が、ＭｎＳで覆われていた。
【００４３】
＜超音波軸荷重疲労試験＞
超音波軸荷重疲労試験は、超音波振動により試験片を共振状態にして、繰返し応力を発生させ、試験片の疲労強度を短時間で求めることができる疲労試験である。このため、鋼材中に侵入した水素が散逸する前に疲労させることが可能であり、水素の影響を合理的に評価できる。比較例１および実施例１〜３の鋼材を用いて、図５に示す形状の超音波軸荷重疲労試験片を製作した。なお、図５中の数値単位はｍｍである。熱処理は、いずれについても、８５０℃のＲＸガス雰囲気中で５０分加熱して、８０℃の油中でずぶ焼入を施した後、１８０℃で１２０分の焼戻を施した。
【００４４】
超音波軸荷重疲労試験を開始する前に、鋼中水素量が５ｍａｓｓ−ｐｐｍとなる電流密度で２０時間の陰極電解水素チャージを施し、その後、１０分後に試験した（チャージあり）。また、水素チャージなしでの試験も行った（チャージなし）。図６に超音波軸荷重疲労試験結果を示す。図６において、横軸は負荷回数であり、縦軸は応力振幅（ＭＰａ）である。比較例１（従来鋼）はチャージすることで、疲労強度が明らかに低下したのに対し、実施例１〜３（開発鋼）は、水素チャージなしよりも若干低下する程度であった。この結果より、実施例１〜３（開発鋼）は比較例１（従来鋼）と比較して、破壊の起点になる酸化物系介在物のまわりに水素が集積しにくい特性を有するといえる。
【００４５】
＜スラスト型寿命試験（転がり疲労試験）＞
トランスミッションオイル等に水が混入する転がり接触条件下では水が分解して水素が発生し、それが鋼中に侵入して早期剥離が起きる。そこで、水混入油中での転がり疲労試験を行った。比較例１および実施例１の鋼材を用いて、スラスト軸受５１１０６の内外輪を製作した。それぞれ試験片１（比較例１）と試験片２（実施例１）とする。熱処理は、いずれも８５０℃のＲＸガス雰囲気中で５０分加熱し、８０℃の油でずぶ焼入を施した後、１８０℃で１２０分の焼戻を施した。また、実施例１の鋼材については、８５０℃のＲＸガス雰囲気中にアンモニアガスを添加したものも製作した。これを試験片３（実施例１＋窒化処理）とする。
【００４６】
ＶＧ１５０のポリグリコール系合成油（密度１．０７３ｇ／ｃｍ3、４０℃における動粘度１５０ｍｍ2／ｓ、１００℃における動粘度２３．６ｍｍ2／ｓ）に４０±０．０１重量％の純水を混入した。水混入油作製後、水が蒸発しないように食品包装用の薄いフィルムで封をし、３０分以上スターラーで攪拌した後、２００ｍＬの水混入油浴中で、上記試験片の内外輪を用いたスラスト軸受５１１０６を回転させる試験を行なった。ここで、ボールは、ＳＵＳ４４０Ｃ製のものを１２個用いた。保持器は１２個のボールを等間隔で保持する樹脂製のものを用いた。アキシャル荷重Ｆａ＝５．１０ｋＮのみを作用させ、０〜２５００ｍｉｎ-1で内輪を急加減速させた。図７に運転パターンを示す。この荷重条件での弾性ヘルツ接触計算でのレース面と鋼球間の最大接触面圧は２．３ＧＰａである。なお、弾性ヘルツ接触計算では、５１１０６、およびＳＵＳ４４０Ｃ製鋼球のヤング率とポアソン比はそれぞれＥ＝２０４ＧＰａ、ν＝０．２９とした。剥離の検出は振動計で行なった。
【００４７】
試験は、試験片２（実施例１）、試験片３（実施例１＋窒化処理）、試験片１（比較例１）のいずれも５個ずつ用意して行なった。剥離は、すべて５１１０６内輪あるいは外輪のレース面に生じ、すべて水素起因の特徴を有する剥離であった。
【００４８】
表２に、各試験片の剥離寿命を２母数ワイブル分布に当てはめて求めたＬ１０、Ｌ５０、およびワイブルスロープ（形状母数）ｅを示す。試験片１（比較例１）は、Ｌ１０＝３８．５時間であった。それに対し、試験片２（実施例１）はＬ１０＝１１８．８時間であり、試験片１（比較例１）に対して約３倍の長寿命を示した。このことから、本発明の転がり軸受は、水素脆性起因の早期剥離を起きにくくする効果を有するといえる。また、試験片３（実施例１＋窒化処理）は、Ｌ１０＝１８３．４時間であり、試験片１（比較例１）に対して約５倍の長寿命を示した。このことから、試験片２（実施例１）に窒化処理を加えることで、より水素脆性起因の早期剥離を起きにくくする効果を有するといえる。
【００４９】
【表２】
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【００５０】
試験片３（実施例１＋窒化処理）を５００℃で１時間焼戻した。図８に試験片３の転走面からの深さ方向の断面硬度分布（ビッカース硬度ＨＶ）を示す。測定は、ビッカース硬度計を用い５０μｍ間隔で行なった。図８に示すように、転走表面から０．０５ｍｍ深さと窒化されていない深さ（０．２ｍｍ以上）の箇所との硬度差ΔＨＶは６０であった。
【００５１】
また、図９に同試験片における転走面からの深さ方向の断面窒素濃度分布を示す。測定にはＥｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｚｅｒ（ＥＰＭＡ）を用いて、加速電圧１５ｋＶ、スポット径２μｍ、測定間隔２μｍ、測定時間１ｓｅｃ（秒）で測定した。試験片の転走面側から内部に向かう方向にＥＰＭＡによって鋼材中の窒素濃度分布を測定した。図９に示すように、表面窒素濃度は０．０５重量％であった。なお、表面窒素濃度における「表面」とは、表面からの深さが０〜０．０１ｍｍまでの範囲である。表層の窒素濃度が高くなるほどΔＨＶは大きくなる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明のトランスミッション用転がり軸受は、Ｃｒ含有率を高めた特殊鋼材等を用いることなく、水素脆性による転走面での早期剥離を効果的に防止できるので、自動車用のトランスミッションに用いられる軸受として好適に利用できる。
【符号の説明】
【００５３】
１  転がり軸受
２  内輪
３  外輪
４  転動体
５  保持器
６  シール部材
７  グリース
８ａ、８ｂ  開口部
１０  転がり軸受
１１  入力軸
１２  駆動側プーリ
１３  駆動側アクチュエータ
１４  出力軸
１５  従動側プーリ
１６  従動側アクチュエータ
１７  無端ベルト
１８  減速歯車列
１９  デファレンシャル
２０  トルクコンバータ
２１  遊星機構部
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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