(57)【要約】【課題】ベルトＣＶＴとして要求される摩擦係数の向上と耐摩耗性の維持の要求課題を満たすプーリを提供することを目的とする。【解決手段】  プーリとエレメント間で動力伝達する無段変速機のプーリであって、Ｍｎを特定量含む鋼材からなり、この鋼材表面に、Ｍｎを特定量含む窒化層または浸炭窒化層のいずれかの表面硬化層を有し、この表面硬化層がＳＣｒ４２０現行材を上回る０．１１５以上の摩擦係数を安定して得ることができ、耐摩耗性もほぼ同等に維持あるいは改善する特性を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プーリとエレメント間で動力伝達する無段変速機のプーリであって、Ｃ：０．１〜０．３質量％、Ｓｉ：０．１〜０．５質量％、Ｍｎ：１〜１０質量％を各々含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼材からなり、この鋼材表面に、Ｍｎを１〜１０質量％含むとともに、１０μｍ以上の平均厚みを有する窒化層または浸炭窒化層のいずれかの表面硬化層を有することを特徴とする無段変速機用プーリ。
【請求項２】
前記鋼材が更にＣｒを１〜２０質量％含むとともに、前記表面硬化層が更にＣｒを１〜２０質量％含む請求項１に記載の無段変速機用プーリ。
【請求項３】
前記表面硬化層の窒素含有量が３〜２５ａｔ．％である請求項１または２に記載の無段変速機用プーリ。
【請求項４】
前記表面硬化層の表面硬度がＨｖ７５０〜９５０である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の無段変速機用プーリ。
【請求項５】
前記表面硬化層の摩擦係数が０．１１５以上である請求項１乃至４のいずれか１項に記載の無段変速機用プーリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，自動車などの無段変速機用、中でもベルト式無段変速機（ベルトＣＶＴ）において、エレメントを介してベルトに駆動力を効率よく伝達するプーリ部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ベルトＣＶＴは、自動車の燃費改善のために、自動車への搭載量が次第に増加している。炭酸ガス排出量抑制を社会的に強く要求されている背景もあり、最近では、更にベルトＣＶＴを高効率化する方向で技術開発が進んでいる。ベルトＣＶＴは、多層の金属ベルトで束ねたエレメントと呼ばれる多数のブロック状部品を対向する二つのプーリで挟み込み、エレメント−プーリが摺動する際の摩擦力で動力伝達を行う。従って、プーリ−エレメント間の摩擦係数を上げることによって動力伝達の効率を高めることができる。
【０００３】
一方、プーリ−エレメント間の摺動を安定させる観点から、プーリやエレメントの耐摩耗性向上も必要であり、高摩擦（係数）でも摩耗量が多い（耐摩耗性が劣る）場合には、動力伝達性能が次第に低下することが予想される。これは、反対に、耐摩耗性が良くても、低摩擦（係数）の場合でも同じである。
【０００４】
この様な課題に対して、従来から摩擦摩耗特性を改善する技術が提案されている。例えば、特許文献１に記載されている様に、プーリ表面の粗さを一定の状態に制御することによって潤滑油の排出性を高め、結果としてプーリ−エレメント間に形成される油膜厚さを減らして、金属間接触の割合を上げ、摩擦係数を上げる方法が提案されている。
【０００５】
また、特許文献２、３には、ショットブラストによってプーリなどの接触表面に強い圧縮応力を付与して転動疲労強度を改善し、摺動面の耐摩耗性を向上させて高摩擦係数を維持する方法が開示されている。
【０００６】
更に、従来から、この種プーリには、ＳＣｒ４２０Ｈなど、Ｍｎ、Ｃｒを一定量含む機械構造用合金鋼が使用されている。また、特許文献４、５、６には、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎなどの成分組成を調整して、疲労強度などの機械的な特性を改善した、プーリに用いられる浸炭用鋼が提案されている。
【特許文献１】特開2002-213580 号公報
【特許文献２】特開平5-157146号公報
【特許文献３】特開2000-130527 号公報
【特許文献４】特開2000-160288 号公報
【特許文献５】特開2005-200667 号公報
【特許文献６】特開2006-28568号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１は、鋼材表面の硬化とパターンニングに電子ビーム加工を用いているが、自動車用部品としては生産性が悪く、コストも高くなるために、ベルトＣＶＴ用プーリとしては実用性に欠ける問題がある。また、特許文献２、３の方法によると、ショットブラストで仕上げた鋼材表面の耐摩耗性は確かに向上するが、ベルトＣＶＴ用プーリに要求される摩擦係数の向上効果は、依然として不十分である。
【０００８】
ベルトＣＶＴ用プーリに要求される、摩擦係数の向上と耐摩耗性の維持は、このように本来相反する要求課題であり、摩擦係数を向上させるために、エレメント−プーリ間の接触割合を増やすと、耐摩耗性は低下する傾向が強い。その為にプーリ表面の硬度を調整したり、潤滑油を改良したりする努力が工業的になされているが、潤滑油を含めた好適な組合せは見つかっていないのが現状である。
【０００９】
したがって、これまでは、上記要求課題を満たすわけではないが、ＳＣｒ４２０Ｈなどの肌焼鋼に、浸炭焼き入れ焼き戻し処理を行って、研削仕上げ後に、ベルトＣＶＴ用プーリとして使用してきた。その他、ベルトＣＶＴ用プーリには、ＳＫ１〜ＳＫ７、ＳＣＭ、ＳＣＭ４４０、ＳＣＭ４４５、ＳＫＤ１１などの適用も公知ではある。しかし、上記要求課題を満たすプーリ専用部材の開発はほとんど行われておらず、ベルトＣＶＴ用プーリに要求される、摩擦係数の向上と耐摩耗性の維持の要求課題を満たしてはいなかった。
【００１０】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、要求される摩擦係数の向上と耐摩耗性の維持の要求課題を満たす、ベルトＣＶＴ用プーリを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的を達成するために、本発明の要旨は、プーリとエレメント間で動力伝達する無段変速機のプーリであって、Ｃ：０．１〜０．３質量％、Ｓｉ：０．１〜０．５質量％、Ｍｎ：１〜１０質量％を各々含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼材からなり、この鋼材表面に、Ｍｎを１〜１０質量％含むとともに、１０μｍ以上の平均厚みを有する窒化層または浸炭窒化層のいずれかの表面硬化層を有することである。
【００１２】
上記目的を達成するために、前記鋼材が更にＣｒを１〜２０質量％含むとともに、前記表面硬化層が更にＣｒを１〜２０質量％含むことが好ましい。また、同様に、前記表面硬化層の窒素含有量が３〜２５ａｔ．％であることが好ましい。また、同様に、前記表面硬化層の表面硬度がＨｖ７５０〜９５０であることが好ましい。
【００１３】
本発明で言う、ベルトＣＶＴ用プーリに要求される摩擦係数の向上とは、定量的には、前記表面硬化層の摩擦係数が０．１１５以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、実際のプーリ−エレメントの接触状態を解析して、模擬摺動試験条件を設定し，その環境における摩擦係数の向上と耐摩耗性の維持を両立させうるプーリ表面の材料条件を探索し、本発明に至った。
【００１５】
即ち、本発明では、プーリ表面（プーリ用鋼材表面）を、Ｍｎを特定量含有する窒化層または浸炭窒化層のいずれかの表面硬化層とする。これによって、ベルトＣＶＴ用プーリの摩擦係数を、現状の浸炭ＳＣｒ４２０Ｈ鋼材に比して向上させることが可能となる。また、同時に、エレメント側の摩耗量も抑えることができ、実用に耐える耐摩耗性を維持できる。即ち、要求される摩擦係数の向上と耐摩耗性の維持の要求課題を満たす、ベルトＣＶＴ用プーリを提供できる。
【００１６】
窒化層または浸炭窒化層へのＭｎの特定量の含有が、プーリ表面（プーリ用鋼材表面）の摩擦係数の向上に寄与する機構は必ずしも明らかではない。しかし、プーリとエレメント表面の摺動部に生成する境界潤滑膜中に、Ｍｎが取り込まれていることを確認しており、プーリ表面（プーリ用鋼材表面）の摩擦係数の向上に、窒化層または浸炭窒化層中のＭｎが寄与していることは明確である。したがって、窒化層または浸炭窒化層中のＭｎが、摩擦摩耗挙動に強く影響する境界潤滑膜の構造特性を変えることによって、摩擦係数の向上と耐摩耗性の維持を両立させている可能性がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（鋼材成分組成）
本発明の無段変速機プーリを構成する鋼材の、成分限定理由について以下に説明する。以下、あるいは前記した各元素量の表示単位は全て質量％である。
【００１８】
本発明の無段変速機プーリを構成する鋼材は、プーリとしての必要強度などの機械的な特性を満たすとともに、摩擦係数の向上と耐摩耗性の維持を両立させるために、Ｃ：０．１〜０．３質量％、Ｓｉ：０．１〜０．５質量％、Ｍｎ：１〜１０質量％を各々含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるものとする。
【００１９】
Ｃ：０．１〜０．３質量％
Ｃはプーリとしての必要強度などの機械的な特性を満たす。Ｃ含有量が少なすぎると、Ｃの固溶強化が不足して、強度が低下する他、焼入性も低下する。一方で、Ｃ含有量が多すぎるとプーリへの加工性が低下する。したがって、Ｃ含有量は０．１〜０．３質量％の範囲とする。
【００２０】
Ｓｉ：０．１〜０．５質量％
Ｓｉはプーリとしての必要強度などの機械的な特性を満たし、脱酸効果もある。Ｓｉ含有量が少なすぎると、Ｓｉの固溶強化が不足して、強度が低下する他、脱酸効果も低下する。０．０５％未満ではその効果が過小である。一方で、Ｓｉ含有量が多すぎるとプーリへの加工性が低下する。したがって、Ｓｉ含有量は０．１〜０．５質量％の範囲とする。
【００２１】
Ｍｎ：１〜１０質量％
Ｍｎは、ベルトＣＶＴ用プーリの表面硬化層の摩擦係数を、現状の浸炭ＳＣｒ４２０Ｈ鋼材に比して、摩擦係数で０．１１５以上に向上させ、同時に、エレメント側の摩耗量も現行の現状の浸炭ＳＣｒ４２０Ｈ鋼材と同等以下に抑えることが出来る、重要合金元素である。前記した通り、鋼材中のＭｎは、この鋼材の窒化処理または浸炭窒化処理のいずれかの表面硬化処理によって、プーリ表面（鋼材表面）に形成される、窒化層または浸炭窒化層のいずれかの表面硬化層に含有されて、これらの効果を発揮する。
【００２２】
Ｍｎがこれらの効果を発揮する、即ち、鋼材表面に形成される前記表面硬化層にＭｎが１質量％以上含有されるためには、鋼材中のＭｎ含有量を１質量％以上とする必要がある。鋼材中のＭｎ含有量が１質量％未満では、鋼材の窒化処理または浸炭窒化処理の表面硬化処理によっても、鋼材表面に形成される前記表面硬化層にＭｎを１質量％以上含有させることができない。言い換えると、ベルトＣＶＴ用プーリの摩擦係数を０．１１５以上に向上させ、同時に、実用に耐える耐摩耗性を維持することができない。
【００２３】
一方、鋼材中のＭｎ含有量が１０質量％を超えると、鋼材表面に形成される前記表面硬化層のＭｎ含有量も１０質量％を超えて高くなりすぎ、摩擦係数の向上効果が得られず、エレメント側の摩耗量が増大する傾向が強くなる。即ち、鋼材中のＭｎ含有量が１〜１０質量％の本発明範囲を上下に外れる場合には、摩擦係数の向上効果が得られず、エレメント側の摩耗量が増大する。ここで、エレメント摩耗量が増大する（相手攻撃性が増す）問題は、Ｍｎ含有量が少ない場合により顕著である。
【００２４】
ここで、後述する実施例の通り、Ｍｎ含有量が３質量％の場合、Ｍｎ含有量が、それ未満やそれを超える他の発明例に比して、表面硬化層の摩擦係数が０．１２０と高い摩擦係数を有する。この点から、表面硬化層の摩擦係数向上硬効果は、Ｍｎ含有量に比例して向上するのではなく、Ｍｎ含有量が３質量％付近で極大値を示す。したがって、ベルトＣＶＴ用プーリの使用環境の違いによらず、Ｍｎの効果をより安定して発揮させるためには、鋼材中のＭｎ含有量を、この３質量％近傍の２〜６質量％の含有量範囲とすることが好ましい。
【００２５】
Ｍｎ含有量が６質量％を超えた場合には、６質量％以下の摩擦係数の向上効果に比してあまり大差なく、ベルトＣＶＴ用プーリの使用環境によっては、摩擦係数の向上効果はあるものの、却って、６質量％以下の摩擦係数の向上効果よりも低下する可能性がある。この点、Ｍｎ含有量が増すコスト増や製造コスト増も考慮すると、Ｍｎ含有量は６質量％以下とすることが好ましい。したがって、好ましい鋼材中のＭｎ含有量範囲、好ましい表面硬化層のＭｎ含有量範囲は、２〜６質量％である。
【００２６】
Ｃｒ：１〜２０質量％
鋼材がＭｎに加えて、更にＣｒを１〜２０質量％選択的に含むとともに、これによって、前記表面硬化層がＭｎに加えて、更にＣｒを１〜２０質量％含むことが好ましい。Ｃｒの複合添加（含有）によって、更なる摩擦係数の向上効果を得ながら、エレメントの耐摩耗性を改善（相手攻撃性を抑制）することが可能である。Ｃｒのこの様な効果は、Ｍｎよりも炭化物や窒化物を生成しやすいことが寄与していると推考される。この効果は、好ましくはＣｒを２質量％以上含有する場合に顕著であり、現行材とほぼ同等あるいは同等以上の耐摩耗性を得ることができる。
【００２７】
一方、鋼材中や前記表面硬化層中のＣｒ含有量が２０質量％を超えて過大となると、却って摩擦係数が低下して、Ｍｎの添加乃至含有効果が相殺される傾向が強くなる。また、プーリ表面の硬度がやや低下して、プーリの摩耗量がわずかであるが増加する傾向が強くなる。従って、Ｃｒ含有量は２０質量％以下に抑えるべきであり、摩擦係数の向上効果を損なわないためには、好ましくは１０質量％以下に抑えることが好ましい。
【００２８】
したがって、鋼材中と前記表面硬化層中のＣｒ含有量は、１〜２０質量％の範囲、好ましくは２〜１０質量％の範囲とする。
【００２９】
本発明プーリは上記元素を基本成分とし、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼材からなる。但し、通常の浸炭用鋼材、窒化用鋼材スクラップを溶解原料とした場合、これら鋼材が含むような下記元素を不可避的不純物元素として含む可能性が高く、極力低減することはコストアップとなる。したがって、本発明では、鋼材中に、本発明の効果を阻害しない範囲で、下記元素を不可避的不純物元素として、下記含有量だけ各々含んでよい。Ｔｉ：０．０５０％以下、Ｎ：０．０２５０％以下、Ａｌ：０．１０％以下、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｏの合計で２．０％以下、Ｂ：０．００５０％以下、Ｖ：０．１０％以下、Ｎｂ：０．１０％以下、Ｃａ：０．００５０％以下、Ｍｇ：０．００５０％以下、Ｚｒ：０．０５０％以下、ＲＥＭ：０．０２０％以下、Ｓ：０．１０％以下、Ｐ：０．１０％以下、Ｏ：０．００３０％以下。
【００３０】
（鋼材製造方法）
以上の成分組成からなる、本発明の無段変速機用プーリ用の鋼材自体は、通常の浸炭用鋼材、窒化用鋼材と同じ常法によって製造できる。即ち、以上の成分組成からなる鋼片鋳造後に、熱間圧延、熱間鍛造等の熱間加工、さらに冷間圧延、冷間鍛造等の冷間加工を常法に従って適宜施す。これらの加工により粗形状に加工された部材は、その後、窒化処理、浸炭窒化処理が施され、無段変速機用プーリへの仕上加工が適宜施される。
【００３１】
（表面硬化層）
鋼材の表面硬化処理としては、後述する、現在工業的に行われている窒化、浸炭窒化などの処理方法を適用することができる。これらの窒化、浸炭窒化などの処理によって、前記成分組成からなる鋼材表面に、Ｍｎを１〜１０質量％含むとともに、更にＣｒを選択的に１〜２０質量％含む、１０μｍ以上の平均厚みを有する窒化層または浸炭窒化層のいずれかの表面硬化層を形成する。
【００３２】
鋼材の表面硬化処理として、浸炭ではなく、窒化、浸炭窒化などの処理が摩擦係数の向上効果の点で優位なのは、窒化もしくは浸炭窒化によって、鋼材表面近傍（表面硬化層）に生成する、Ｍｎ３  ＮなどのＭｎ系窒化物や、ＣｒＮどのＣｒ系窒化物が摩擦係数向上により寄与するためと推考される。
【００３３】
（表面硬化層硬度）
ベルトＣＶＴ用プーリの摩擦係数を０．１１５以上と、現状の浸炭ＳＣｒ４２０Ｈ鋼材に比して向上させ、同時に、エレメント側の摩耗量も現行の現状の浸炭ＳＣｒ４２０Ｈ鋼材と同等以下に抑えるために、表面硬化処理後の表面硬化層の表面硬度の目安はＨｖ７５０〜９５０の範囲であることが好ましい。Ｈｖ７５０未満ではプーリ表面の耐摩耗性が不十分となる可能性がある。一方、Ｈｖ９５０を超えるとエレメント摩耗量の増加傾向が強くなる可能性がある。
【００３４】
（表面硬化層厚み）
表面硬化層として、ベルトＣＶＴ用プーリの使用環境の違いによらず、ＭｎやＣｒの前記摩擦係数向上効果をより安定して発揮させるためには、表面硬化層が１０μｍ以上の平均厚み（表面からの深さ）を有する必要がある。表面硬化層の平均厚みが１０μｍ未満では、ベルトＣＶＴ用プーリの使用環境によっては、ＭｎやＣｒの前記摩擦係数向上効果をより安定して発揮できない。この表面硬化層の平均厚みは、上記表面硬化層硬度を保証するためでもある。
【００３５】
（表面硬化層窒素含有量）
ベルトＣＶＴ用プーリの摩擦係数を０．１１５以上と、現状の浸炭ＳＣｒ４２０Ｈ鋼材に比して向上させ、同時に、エレメント側の摩耗量も現行の現状の浸炭ＳＣｒ４２０Ｈ鋼材と同等以下に抑えるために、表面硬化処理後の表面硬化層の窒素含有量の目安は３〜２５ａｔ．％の範囲であることが好ましい。窒素含有量が３ａｔ．％未満では、表面硬化層のＭｎ、Ｃｒ含有量が規定を満たしても、窒素が不足して、前記Ｍｎ系窒化物やＣｒ系窒化物が不足して、硬度が低くなり、プーリ表面の摩擦係数向上や耐摩耗性が不十分となる可能性がある。一方、窒素含有量が２５ａｔ．％を超えると、表面硬度が高くなりすぎ、エレメント摩耗量の増加傾向が強くなる可能性がある。また、窒化処理のコストが増加する。
【００３６】
これら表面硬化層の窒素濃度は、硬化層表面からのＥＰＭＡ（電子線マイクロプローブによる微小部Ｘ線マイクロ分析法）による定量分析によって得ることが出来る。
【００３７】
（表面硬化処理）
現在工業的に行われている窒化処理としては、鋼材を、アンモニア（ＮＨ３)ガス雰囲気下で、５００〜６００℃×１〜１００ｈｒ程度処理する。また、浸炭窒化処理は、メタンなどの炭化水素ガスやＣＯガス雰囲気下で９００〜１０００℃×１〜１００ｈｒ程度の浸炭処理後の冷却過程で、５００〜６００℃×５０〜１００ｈｒ程度窒化処理する。
【００３８】
この窒化もしくは浸炭窒化処理鋼材で、白層と呼ばれる窒化物層が表面に生成する場合には、その層を切削や研磨などの表面加工によって薄く除去する方が好ましい。その場合、表面の窒素濃度は２０ａｔ．％以下になることが多いので注意する。
【００３９】
窒化もしくは浸炭窒化処理鋼材では、窒化深さ（硬化層厚み）に注意すべきであり、硬化処理条件に応じた窒化深さや表面硬度などの分布を予備的に把握して、範囲内であることを確認した後に、表面仕上げを行う。その後、窒化もしくは浸炭窒化処理鋼材を焼き入れ焼き戻し処理する。
【００４０】
次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はかかる実施例によって限定的に解釈されるものではない。
【実施例】
【００４１】
表１に示すように、Ｍｎ、Ｃｒ含有量を種々変えた化学成分の鋼材表面に、同じ処理条件で窒化処理または浸炭窒化処理して、窒化層または浸炭窒化層のいずれかの表面硬化層を形成し、これらの各表面硬化層の摩擦係数と耐摩耗性とを測定、評価した。これらの結果も表１に示す。
【００４２】
同時に、これらの各表面硬化層の、平均厚み（μｍ）、窒素含有量（平均、ａｔ．％）、表面硬度（平均、Ｈｖ）を測定した。これらの結果も表１に示す。
【００４３】
表１の各鋼材とも、その他の不純物として、Ｔｉ、Ｎ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｂ、Ｖ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｒ、ＲＥＭ、Ｓ、Ｐ、Ｏの合計量は０．１５％以下であった。
【００４４】
鋼材は、図１に示すディスク２Ａ形状に加工後、下記条件で表面硬化処理した後、薄く表面研削して表面粗度Ｒａ０．７〜１．３μm に仕上げた。そして、８７５℃の温度に加熱した後に水焼入を行い、２００℃×１ｈｒの焼き戻し処理を行い、試験用の鋼材を得た。
【００４５】
（表面硬化処理）
窒化処理：鋼材をアンモニア（ＮＨ３)ガス雰囲気下で、５４０〜５５０℃×７２ｈｒ処理した。
浸炭窒化処理：メタンなどの炭化水素ガス雰囲気下で、９５０℃×５０ｈｒの浸炭処理後、その冷却過程で５００℃×３ｈｒアンモニア（ＮＨ３)ガスを流して窒化処理した。
【００４６】
（ベーンオンディスク型摺動試験）
上記得た試験用の鋼材（ディスク２Ａ形状）を、摺動相手材として、図１に示す円盤型のベーン１Ａによって、ベーンオンディスク型の摺動摩耗試験をＣＶＴ油中で行った。そして、油中摩擦係数（潤滑油中での摩擦係数）を測定した。また、ディスク２Ａ側とベーン１Ａ側との摩耗料量を測定した。
【００４７】
ベーンは、ＳＫ５（硬度：ＨＲＣ５７〜５９、先端Ｒ４mm、鏡面化）を用いた。摺動試験条件は、荷重を１００Ｎで３００ｍ摺動後、荷重を５００Ｎに上げて１０００ｍ摺動させた。摺動速度は０．７ｍｍ／ｓと一定にし、市販ＣＶＴ油として、温度１００℃の日産自動車純正油、商品名：ＮＳ２）を用いた。
【００４８】
（摩擦係数測定）
摺動試験終了前５０ｍでのディスク２Ａの摩擦係数μを平均化処理して算出した。摩擦係数μの測定には、神鋼造機社製、自動摩擦係数測定装置（商品名：３ピン型油中基礎摺動摩耗試験機）を用いた。
【００４９】
（摩耗量測定）
ベーン摩耗量は、摺動試験終了後、先端摩耗幅の平均値を測定し、比摩耗量に換算して算出した。ディスク摩耗量は、摺動試験終了後、摺動痕の摩耗断面積を触針式粗さ計で４カ所測定し平均化した。
【００５０】
（摩擦係数、耐摩耗性の評価）
摩擦係数、耐摩耗性の評価は、比較として、現行材であるＳＣＲ４２０材を同様に表面硬化処理したものを基準として行った。即ち、耐摩耗性が現行材ＳＣＲ４２０材と同等あるいは向上しても、摩擦係数が現行材ＳＣＲ４２０材と同等化低い例を×と評価した。また、耐摩耗性が現行材ＳＣＲ４２０材と同等あるいは向上しており、摩擦係数が現行材ＳＣＲ４２０材よりも高くなった例を○と評価した。そして、この○の内で摩擦係数が０．１２０以上に向上した例を◎と評価した。
【００５１】
（表面硬度）
上記得た試験用の鋼材表面（硬化層表面、摺動試験前）の硬さを、松沢精機社製のマイクロビッカース硬度計（商品名「微小硬度計」）にて、１０g の荷重を加えて３箇所測定し、硬度ＨＶはそれらの平均値とした。
【００５２】
（表面硬化層の窒素量）
ＥＰＭＡによって表面硬化層表面の窒素濃度（ａｔ．％）を定量分析した。ＥＰＭＡの測定条件は、加速電圧：10kV、電流：2 〜5 ｘ10-8A 、測定エリア：100 μm 角とした。測定は３カ所行い、窒素濃度はその平均とした。表面硬化層のＭｎとＣｒの含有量は、母材のＭｎとＣｒの含有量と同じく発光分光分析により行った。測定は３カ所行い、含有量はその平均とした。
【００５３】
表１から分かる通り、発明例１〜２２は、本発明範囲内の成分組成を有して、ＭｎあるいはＭｎとＣｒを所定量含み、この鋼材表面に、ＭｎあるいはＭｎとＣｒを所定量含むとともに、１０μｍ以上の平均厚みを有する窒化層または浸炭窒化層のいずれかの表面硬化層を有する。発明例の表面硬化層は、窒素含有量が３〜２５ａｔ．％の範囲である。そして、発明例の表面硬化層は、表面硬度がＨｖ７５０〜９５０の範囲である。
【００５４】
この結果、発明例１〜２２は、表面硬化層の摩擦係数が０．１１５以上であり、現行材（比較例２３、２４）を上回る摩擦係数を安定して得ることができ、耐摩耗性もほぼ同等に維持あるいは改善することができている。この中でも。特に、発明例３、１７は、Ｍｎ含有量が３質量％で、Ｍｎ含有量が、それ未満やそれを超える他の発明例に比して、表面硬化層の摩擦係数が０．１２０と高い摩擦係数を有する。また、Ｍｎ含有量が３質量％でＣｒを含まない発明例２０も、比較的摩擦係数が高い。この点から、表面硬化層の摩擦係数向上硬効果は、Ｍｎ含有量に比例して向上するのではなく、Ｍｎ含有量が３質量％付近で極大値を示すことが分かる。
【００５５】
なお、現行材（比較例２３、２４）の摩擦係数０．１１４に対して、摩擦係数を０．００１向上させるだけで（摩擦係数を０．１１５とするだけで）、ベルトＣＶＴ用プーリの動力伝達の効率を高めることができる。この点、現行材（比較例２３、２４）の摩擦係数０．１１４に対して、発明例３、１７が摩擦係数０．１２０と、０．００６も高めることは、ベルトＣＶＴ用プーリの動力伝達の効率（動力伝達性能）を著しく高めることができることを意味する。
【００５６】
これに対して、現行材（比較例２３、２４）は、耐摩耗性を向上できても、表面硬化層の摩擦係数を向上できず、これら両特性を兼備できていない。この点は、Ｍｎ含有量が少なすぎる比較例２５、２６、逆に、Ｍｎ含有量が多すぎる比較例２７、２８も同様である。
【００５７】
したがって、これらの結果から、本発明ベルトＣＶＴ用プーリの鋼材要件の意義が裏付けられる。
【００５８】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００５９】
以上説明したように、本発明によれば、ベルトＣＶＴとして要求される摩擦係数の向上と耐摩耗性の維持の要求課題を満たし、両特性を兼備するプーリを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】ベーンオンディスク型の摺動摩耗試験の要領を示す説明図である。
【図１】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年11月13日(2007.11.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プーリとエレメント間で動力伝達する無段変速機のプーリであって、Ｃ：０．１〜０．３質量％、Ｓｉ：０．１〜０．５質量％、Ｍｎ：１〜１０質量％、Ｃｒ：６〜２０質量％を各々含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼材からなり、この鋼材表面に、Ｍｎを１〜１０質量％、Ｃｒを６〜２０質量％含むとともに、１０μｍ以上の平均厚みを有する窒化層または浸炭窒化層のいずれかの表面硬化層を有することを特徴とする無段変速機用プーリ。
【請求項２】
前記表面硬化層の窒素含有量が３〜２５ａｔ．％である請求項１に記載の無段変速機用プーリ。
【請求項３】
前記表面硬化層の表面硬度がＨｖ７５０〜９５０である請求項１または２に記載の無段変速機用プーリ。
【請求項４】
前記表面硬化層の摩擦係数が０．１１５以上である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の無段変速機用プーリ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
この目的を達成するために、本発明の要旨は、プーリとエレメント間で動力伝達する無段変速機のプーリであって、Ｃ：０．１〜０．３質量％、Ｓｉ：０．１〜０．５質量％、Ｍｎ：１〜１０質量％、Ｃｒ：６〜２０質量％を各々含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼材からなり、この鋼材表面に、Ｍｎを１〜１０質量％、Ｃｒを６〜２０質量％含むとともに、１０μｍ以上の平均厚みを有する窒化層または浸炭窒化層のいずれかの表面硬化層を有することである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
上記目的を達成するために、前記表面硬化層の窒素含有量が３〜２５ａｔ．％であることが好ましい。また、同様に、前記表面硬化層の表面硬度がＨｖ７５０〜９５０であることが好ましい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
Ｃｒ：６〜２０質量％
鋼材がＭｎに加えて、更にＣｒを６〜２０質量％含むとともに、これによって、前記表面硬化層がＭｎに加えて、更にＣｒを６〜２０質量％含む。Ｃｒの複合添加（含有）によって、更なる摩擦係数の向上効果を得ながら、エレメントの耐摩耗性を改善（相手攻撃性を抑制）することが可能である。Ｃｒのこの様な効果は、Ｍｎよりも炭化物や窒化物を生成しやすいことが寄与していると推考される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
（表面硬化層）
鋼材の表面硬化処理としては、後述する、現在工業的に行われている窒化、浸炭窒化などの処理方法を適用することができる。これらの窒化、浸炭窒化などの処理によって、前記成分組成からなる鋼材表面に、Ｍｎを１〜１０質量％含むとともに、更にＣｒを６〜２０質量％含む、１０μｍ以上の平均厚みを有する窒化層または浸炭窒化層のいずれかの表面硬化層を形成する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
表１から分かる通り、発明例は（但し、表１の、鋼材と表面硬化層とが、Ｃｒを含まないか、Ｃｒ含有量が６質量％未満である、番号６〜１０、１９〜２２の例は参考例である）、本発明範囲内の成分組成を有して、ＭｎあるいはＭｎとＣｒを所定量含み、この鋼材表面に、ＭｎあるいはＭｎとＣｒを所定量含むとともに、１０μｍ以上の平均厚みを有する窒化層または浸炭窒化層のいずれかの表面硬化層を有する。発明例の表面硬化層は、窒素含有量が３〜２５ａｔ．％の範囲である。そして、発明例の表面硬化層は、表面硬度がＨｖ７５０〜９５０の範囲である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
この結果、発明例は、表面硬化層の摩擦係数が０．１１５以上であり、現行材（比較例２３、２４）を上回る摩擦係数を安定して得ることができ、耐摩耗性もほぼ同等に維持あるいは改善することができている。この中でも。特に、発明例３、１７は、Ｍｎ含有量が３質量％で、Ｍｎ含有量が、それ未満やそれを超える他の発明例に比して、表面硬化層の摩擦係数が０．１２０と高い摩擦係数を有する。また、Ｍｎ含有量が３質量％でＣｒを含まない参考例２０も、比較的摩擦係数が高い。この点から、表面硬化層の摩擦係数向上硬効果は、Ｍｎ含有量に比例して向上するのではなく、Ｍｎ含有量が３質量％付近で極大値を示すことが分かる。