(57)【要約】【課題】最大介在物の大きさが確実に推定された鋼から製造され、かつ強度設計時の許容応力が確実に保証された入力ディスク、出力ディスク及びパワーローラ軸受を備えたトロイダル形無段変速装置を提供する。【解決手段】超音波探傷により鋼の介在物を検査する際の検査標準体積を検査対象面内５．０×１０３　ｍｍ３　以上の大きさを有する体積とするとともに、測定回数を５回以上とし、更に、前記鋼の介在物の大きさの予想を行う体積を入力ディスク２、出力ディスク３及びパワーローラ軸受１１のそれぞれに応力が作用する体積に基づいた値とした極値統計法によって前記介在物の大きさを推定し、該介在物の大きさが推定された鋼を用いて入力ディスク２、出力ディスク３及びパワーローラ軸受１１の少なくとも内輪１０の内の少なくとも一つを製造する。【選択図】　　　図１
2004144289.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源により回転駆動される入力軸と連動して回転する入力ディスクと、前記入力軸の回転に基づく動力を取り出す出力軸と連動して回転する出力ディスクと、前記入力ディスクと前記出力ディスクとに転接するパワーローラ軸受とを備え、前入力ディスク、出力ディスク及び前記パワーローラ軸受が棒状の鋼から製造されたトロイダル形無段変速装置において、
超音波探傷により前記鋼の介在物を検査する際の検査標準体積を検査対象面内５．０×１０３　ｍｍ３　以上の大きさを有する体積とするとともに、測定回数を５回以上とし、更に、前記鋼の介在物の大きさの予想を行う体積を前記入力ディスク、前記出力ディスク及び前記パワーローラ軸受のそれぞれに応力が作用する体積に基づいた値とした極値統計法によって前記介在物の大きさを推定し、該介在物の大きさが推定された鋼を用いて前記入力ディスク、前記出力ディスク及び前記パワーローラ軸受の少なくとも内輪の内の少なくとも一つを製造したことを特徴とするトロイダル形無段変速装置。
【請求項２】
駆動源により回転駆動される入力軸と連動して回転する入力ディスクと、前記入力軸の回転に基づく動力を取り出す出力ディスクと、棒状の鋼から製造されたカムディスクを有するとともに前記入力ディスク及び前記出力ディスクの内の少なくとも一方を両者が互いに接近する方向に押圧する押圧機構とを備えたトロイダル形無段変速装置において、
超音波探傷により前記鋼の介在物を検査する際の検査標準体積を検査対象面内５．０×１０３　ｍｍ３　以上の大きさを有する体積とするとともに、測定回数を５回以上とし、更に、前記鋼の介在物の大きさの予想を行う体積を前記カムディスクに応力が作用する体積に基づいた値とした極値統計法によって前記介在物の大きさを推定し、該介在物の大きさが推定された前記鋼を用いて前記カムディスクを製造したことを特徴とするトロイダル形無段変速装置。
【請求項３】
駆動源により回転駆動される入力軸と連動して回転する入力ディスクと、前記入力軸の回転に基づく動力を取り出す出力軸と連動して回転する出力ディスクと、前記入力ディスクと前記出力ディスクとに転接するパワーローラ軸受とを備えたトロイダル形無段変速装置において、
前記パワーローラ軸受の転動体が、鋼中酸素量が８ｐｐｍ以下の鋼で、且つ前記鋼の介在物を検査する検査基準面積を３００ｍｍ２　以上の広さを有する面積とすると共に、前記介在物の大きさの予想を行う面積を３００００ｍｍ２　以上とした極値統計法によって該介在物の大きさが５０μｍ以下と推定された鋼から製造された転動体であることを特徴とするトロイダル形無段変速装置。
【請求項４】
駆動源により回転駆動される入力軸と連動して回転する入力ディスクと、前記入力軸の回転に基づく動力を取り出す出力軸と連動して回転する出力ディスクと、前記入力ディスクと前記出力ディスクとに転接するパワーローラ軸受とを備えたトロイダル形無段変速装置において、
前記パワーローラ軸受の転動体が、鋼中酸素量が８ｐｐｍ以下の鋼で、且つ表面から最大せん断応力位置の２倍の深さまでにおける最大介在物径が２００μｍ以下であることを超音波探傷により保証された鋼から製造された転動体であることを特徴とするトロイダル形無段変速装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車などの車両用の変速装置として用いられるトロイダル形無段変速装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車などの車両用の変速装置としては、複数の歯車間の噛み合せを変更して、入力軸から出力軸ヘトルクを伝達する歯車式有段変速装置が主流であったが、この変速装置は、変速時に段階的、断続的にトルクが変化するため、動力伝達に損失が生じたり、変速時に振動が生じたりするなどの欠点を抱えていた。
【０００３】
そこで、近年、変速時に段階的、断続的にトルクが変化することがない無段変速装置が実用化されている。この無段変速装置は、変速時などの振動が生じることがなく、また、前記歯車式有段変速装置に比べて動力伝達時の損失が少なくて優れているとともに、車両に用いられた際の燃費も優れている。このため、一部の乗用車などには、前述した無段変速装置の一例としてベルト式無段変速装置などが実用化されている。
【０００４】
また、無段変速装置として、入力軸と連動して回転する入力ディスクと、出力軸と連動して回転する出力ディスクと、入力ディスク及び出力ディスクに転接するパワーローラ軸受と、カムディスクを有すると共に前記入力ディスク及び前記出力ディスクの内の少なくとも一方を両者が互いに接近する方向に押圧するローディングカム機構（押圧機構）とを備えたトロイダル形無段変速装置が提案されている。
【０００５】
このトロイダル形無段変速装置は、前記ベルト式無段変速装置と比較して、高いトルクを伝達することが可能であるため、中・大型車両用の無段変速装置として有効と考えられている。
しかしながら、このトロイダル形無段変速装置は、より高いトルクの伝達が必要とされているため、入出力ディスク、パワーローラ軸受及びカムディスクが、一般的な歯車及び軸受などの通常の繰り返し応力が加わる機械部品と比較して、非常に大きな繰り返し曲げ応力および繰り返しせん断応力を受ける。したがって、これらの入出力ディスク、パワーローラ軸受及びカムディスクは、従来の一般的な機械部品より一層耐久性の高い材料から製造される必要がある。
【０００６】
このトロイダル形無段変速装置に適する高耐久性の材料として、例えば、前記入出力ディスク、パワーローラ軸受に所定の浸炭・浸炭窒化を施したものや（例えば特許文献１参照）、前記入出力ディスク、パワーローラ軸受にプラズマ高濃度浸炭焼入れを施したものや（例えば特許文献２参照）、前記入出力ディスク、パワーローラ軸受及びカムディスクの材料に特殊な合金元素を添加したものが知られている（例えば特許文献３参照）。
【０００７】
これらの方法によって、材料素材（マトリックス）の強度を強くし、前記トロイダル形無段変速装置の耐久性を向上させることが提案されている。
一方、繰り返し曲げ応力に対する材料の強度には、材料の破壊の起点となる微小な欠陥やき裂などの大きさが大きく影響を及ぼすことが知られている。例えば、繰り返し曲げ応力が加わった場合の材料の疲労限度σｗを、次式（１）で表わせるとしている（例えば非特許文献１参照）。
【０００８】
σｗ（疲労限度）＝Ｋ（Ｈｖ＋１２０）／√（ａｒｅａ）１／６　　　　…（１）
但し、
2004144289.tif 000003
したがって、トロイダル形無段変速装置のような大きな繰り返し曲げ応力と大きな繰り返しせん断応力を受ける過酷な条件下で用いられる機械部品においては、この応力による破壊の起点となる前述した微小な欠陥やき裂の大きさや分布状況を管理した材料を用いるのが望ましい。
【０００９】
一般に、トロイダル形無段変速装置の入出力ディスク、パワーローラ軸受及びカムディスクなどに適する高強度を必要とする鋼の主な欠陥は、非金属の酸化物系介在物であることが知られている。なお、この介在物とは、溶解・鋳造・圧延などの工程を経て製造される際に、これらの工程で鋼に不可避的に混入する不純物である。
【００１０】
この酸化物系介在物を管理する方法として、ＪＩＳ法（ＪＩＳＧ０５５５）やＡＳＴＭ（Ａｍｅｒｉｃａｎ　ｓｏｃｉｅｔｙ　ｆｏｒ　Ｔｅｓｔｉｎｇ　ａｎｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌ　：米国材料試験協会）法（ＡＳＴＭＥ４５）などに準拠した方法が知られている。
また、特に前述した介在物が少なくて高清浄度が要求される前記入出力ディスク、パワーローラ軸受及びカムディスクなどに適する材料において介在物を管理する方法として、例えば、電子ビームを用いて前記材料を再溶解し、大きな酸化物系介在物を浮遊させて材料の清浄度を管理する方法（例えば特許文献４参照）や、極値統計法（例えば非特許文献２参照）や、金属顕微鏡を用いて極値統計を応用しトロイダル形無段変速装置の鋼の清浄度を保証したものや（例えば特許文献５参照）、トロイダル形無段変速装置の摺動部材を超音波探傷で保証したもの等が知られている（例えば特許文献６参照）。
【００１１】
【特許文献１】
特開平７−２０８５６８号公報
【特許文献２】
特開平８−３３８４９３号公報
【特許文献３】
特開平９−７９３３８号公報
【特許文献４】
特許第３３０１０８０号公報
【特許文献５】
特開平１１−１９３８５５号公報
【特許文献６】
特開２００１−２６８４０号公報
【非特許文献１】
村上敬宜著，「金属疲労　微小欠陥と介在物の影響」，養賢堂，１９９３年
【非特許文献２】
Ｙｕｋｉｔａｋａ　Ｍｕｒａｋａｍｉ　著，「Ｍｅｔａｌ　Ｆａｔｉｇｕｅ　ｏｆ　Ｓｍａｌｌ　Ｄｅｆｅｃｔｓ　ａｎｄ　Ｎｏｎｍｅｔａｌｌｉｃ　Ｉｎｃｌｕｓｉｏｎ」，Ｅｌｓｅｖｉｅｒ社，２００２年，ｐ．３２５−３４４
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
前述した鋼の介在物の管理方法によって、転がり軸受や歯車などは、その機能に十分対応できる鋼の清浄度管理が行われている。しかしながら、トロイダル形無段変速装置としてのハーフトロイダル形無段変速装置を構成する入出力ディスク５０（図１８に示す）、パワーローラ軸受５１（図１９に示す）及び、ダブルキャビティ式ハーフトロイダル形無段変速装置を構成するカムディスク５２（図２０に示す）は、図２１に示す一般的な転がり軸受５３や歯車などと比較して、加わる繰返し応力の絶対値が大きい。
【００１３】
なお、前記入出力ディスク５０及びパワーローラ軸受５１（特に内輪５１ａ）には、例えば４．０ＧＰａ程度の接触面圧や８８０ＭＰａ程度の曲げ応力が加わる。
特に、図１８〜図２０のそれぞれにハッチングして示す応力を受ける体積においても、前記入出力ディスク５０、パワーローラ軸受５１及びカムディスク５２は、前記転がり軸受５３と比較して大きい。また、図２０に示すカムディスク５２においては、図中一点鎖線Ｕで囲んだ部分は高い圧縮応力が作用するとともに、図中二点鎖線Ｔで囲んだ部分は高い引張応力が作用する。
【００１４】
このため、トロイダル形無段変速装置の入出力ディスク５０、パワーローラ軸受５１及びカムディスク５２を設計する際には、まず、入出力ディスク５０、パワーローラ軸受５１及びカムディスク５２を、供試体としてそれぞれ複数づつ試作し、これらの供試体それぞれに異なる大きさの繰返し応力を与え、破壊までの応力繰返し数を求め、それによりＳ−Ｎ線図を描く。
【００１５】
そして、このＳ−Ｎ曲線から、前記ディスク５０、パワーローラ軸受５１及びカムディスク５２のそれぞれの疲労限度を求める。その後、この疲労限度を、例えば１．２〜２．０までの範囲の安全係数で除算することによって、前記入出力ディスク５０、パワーロ−ラ軸受５１及びカムディスク５２のそれぞれの許容応力を求めて、この許容応力を設計時に用いている。
【００１６】
前述した入出力ディスク５０、パワーローラ軸受５１及びカムディスク５２のそれぞれの許容応力を求める方法では、かならずしも、材料内に含まれる欠陥を前述した試験に用いられる限られた供試体で評価しきれているとはいえない。このため、前述した従来の方法では、十分な耐久性を満足することができないことが考えられる。また、この方法では、トロイダル形無段変速装置の設計仕様が変わる度に、前述した応力繰返し試験を行う必要があるため、開発期間の長期化と開発コストの増大を招く虞れがある。
【００１７】
また、前述したＪＩＳ法およびＡＳＴＭ法に準拠した方法、前記非特許文献２に示された極値統計法においては、いずれも検査面積が例えば数百ｍｍ２　と小さいため、数少ない中型〜大型介在物までを検出、評価することは難しい。また前記特許文献５においても検査面積は３００ｍｍ２　程度であり、ディスク，パワーローラ軸受に存在する大型介在物を精度よく評価するには、より大きな検査面積とする必要があった。
【００１８】
このため、前述した介在物の管理方法で清浄度が管理された鋼から製造されたトロイダル形無段変速装置は、かならずしも、強度設計時の許容応力が確実に保証されているとは言えない。
また、前述した従来のトロイダル形無段変速機は、駆動の際に、入力ディスクとパワーローラ軸受との間、および出力ディスクとパワーローラ軸受との間に高い接触圧力が生じ、該パワーローラ軸受は、高いスラスト荷重を受けることになる。
【００１９】
ここで、パワーローラ軸受が、例えば、玉軸受の場合、前記のようなスラスト荷重を受けるとスピンすべりが生じ、この部分が発熱することが知られている。そして、このスピンすべりで生じた発熱により、パワーローラ軸受の転走部の温度が上昇する。さらに、パワーローラ軸受が、高速条件下で使用され、且つ高いスラスト荷重を受けた場合には、前記発熱による転走部の温度上昇が顕著となり、前記従来の材料で形成されたパワーローラ軸受では、早期剥離・破損を起こすという欠点がある。
【００２０】
特に、パワーローラ軸受を構成する転動体は、熱伝導性的に不利な条件下にあるため、早期剥離・破損を起こし易く、軸受寿命を大幅に低下させるという問題がある。
鋼中の非金属介在物周りでは応力集中が起こり、き裂が発生し、はく離に至る。パワーローラ軸受の転動体においては、発熱による温度上昇は、マトリックスの硬度を低下させるために、き裂がより発生しやすくなる。そのため、鋼中の非金属介在物をできるだけ低減させる必要がある。
【００２１】
したがって、本発明の第１の目的は、最大介在物の大きさが確実に推定された鋼から製造され、かつ強度設計時の許容応力が確実に保証された入力ディスク、出力ディスク及びパワーローラ軸受を備えたトロイダル形無段変速装置を提供することにある。
本発明の第２の目的は、最大介在物の大きさが確実に推定された鋼から製造され、かつ強度設計時の許容応力が確実に保証されたカムディスクを備えたトロイダル形無段変速装置を提供することにある。
本発明の第３の目的は、強度設計時の許容応力が確実に保証された長寿命なパワーローラ軸受を備えたトロイダル形無段変速装置を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、駆動源により回転駆動される入力軸と連動して回転する入力ディスクと、前記入力軸の回転に基づく動力を取り出す出力軸と連動して回転する出力ディスクと、前記入力ディスクと前記出力ディスクとに転接するパワーローラ軸受とを備え、前入力ディスク、出力ディスク及び前記パワーローラ軸受が棒状の鋼から製造されたトロイダル形無段変速装置において、
超音波探傷により前記鋼の介在物を検査する際の検査標準体積を検査対象面内５．０×１０３　ｍｍ３　以上の大きさを有する体積とするとともに、測定回数を５回以上とし、更に、前記鋼の介在物の大きさの予想を行う体積を前記入力ディスク、前記出力ディスク及び前記パワーローラ軸受のそれぞれに応力が作用する体積に基づいた値とした極値統計法によって前記介在物の大きさを推定し、該介在物の大きさが推定された鋼を用いて前記入力ディスク、前記出力ディスク及び前記パワーローラ軸受の少なくとも内輪の内の少なくとも一つを製造したことを特徴とする。
【００２３】
上記第２の目的を達成するために、請求項２に係る発明は、駆動源により回転駆動される入力軸と連動して回転する入力ディスクと、前記入力軸の回転に基づく動力を取り出す出力ディスクと、棒状の鋼から製造されたカムディスクを有するとともに前記入力ディスク及び前記出力ディスクの内の少なくとも一方を両者が互いに接近する方向に押圧する押圧機構とを備えたトロイダル形無段変速装置において、
超音波探傷により前記鋼の介在物を検査する際の検査標準体積を検査対象面内５．０×１０３　ｍｍ３　以上の大きさを有する体積とするとともに、測定回数を５回以上とし、更に、前記鋼の介在物の大きさの予想を行う体積を前記カムディスクに応力が作用する体積に基づいた値とした極値統計法によって前記介在物の大きさを推定し、該介在物の大きさが推定された前記鋼を用いて前記カムディスクを製造したことを特徴とする。
【００２４】
請求項１及び請求項２で用いる極値統計は次のようにして行う。
まず、被検査対象物の試料から検査体を切り出し、この切り出された検査体を超音波探傷に支障のない程度に仕上げる。
その後、超音波探傷で検査対象体を探傷して検査基準体積内での最大介在物を選び、この最大介在物の大きさとしての投影面積の平方根√（ａｒｅａ）ｍａｘ　を測定する。この最大介在物の√（ａｒｅａ）ｍａｘ　の測定を検査部分が重複しないようにｎ回繰返し行う。なお、超音波探傷法は、斜角探傷法と垂直探傷法の少なくとも一つ以上の方法を用いる。
【００２５】
測定したｎ個の√（ａｒｅａ）ｍａｘ　を小さいものから順に並べ、それぞれに番号ｊ（ｊ＝１〜ｎ）を付ける。そして、下記に示す式（２）及び式（３）を用いて累積分布関数Ｆｊ　（％）および基準化変数ｙｊ　を計算する。
Ｆｊ　＝｛ｊ／（ｎ＋１）｝×１００　　　　　　…（２）
ｙｊ　＝−ｌｎ［−ｌｎ｛ｊ／（ｎ＋１）｝］　　…（３）
極値確率用紙の横軸に前記√（ａｒｅａ）ｍａｘ　をとり、かつ縦軸に前記Ｆｊ　及びｙｊ　をとり、前記１〜ｎまでの介在物のデータをこの極値確率用紙にプロットする。そして、基準化変数ｙｊ　および前記√（ａｒｅａ）ｍａｘ　について最大介在物分布直線を計算する。この最大介在物分布直線は下記に示す式（４）、（５）、（７）で示すことができる。
【００２６】
√（ａｒｅａ）ｍａｘ　＝ａ　×ｙ＋ｂ　　　　　　　…（４）
ｙ＝−ｌｎ［−ｌｎ｛（Ｔ−１）／Ｔ｝］　　　…（５）
Ｔ＝（Ｖ＋Ｖ０　）／Ｖ０　　　　　　　　　　　　　…（７）
但し、ｙ：基準化変数、Ｔ：再帰期間、Ｖ：予想を行う体積、Ｖ０　：検査基準体積である。
そして、最大介在物の大きさを予想する体積Ｖを任意に設定し、前記式（４）、（５）、（７）を用いて、前記体積Ｖにおける最大介在物の大きさとしての面積の平方根√（ａｒｅａ）ｍａｘ　を推定する。
すなわち、請求項１及び請求項２に記載のトロイダル形無段変速装置は、入力ディスク、出力ディスク、パワーローラ軸受の少なくとも内輪及びカムディスクの内の少なくとも一つが極値統計法によって最大介在物の大きさが推定された鋼から製造されている。
【００２７】
本発明者らは超音波探傷を用いることにより、より広い体積を精度よく評価できることを見出した。超音波探傷では、顕微鏡では不可能だった３次元の評価、大体積の評価を容易に行うことができる。
このため、例えば前記入出力ディスク、パワーローラ軸受及びカムディスクなど超音波探傷し、欠陥の投影面積を得ることによって、前記極値統計法によって、前述したように換算した体積における最大介在物の投影面積の平方根を確実に予想することができる。
【００２８】
したがって、トロイダル形無段変速装置などの設計仕様が変わる度に、供試体を試作して応力繰返し試験を行う必要がなくなり、開発期間の長期化と開発コストの増大を招くことがない。
さらに、前記式（１）を用いることにより、繰返し曲げ応力が加わった時の疲労限度を確実に予想することができ、前記トロイダル形無段変速装置の設計仕様などに反映することができる。
【００２９】
また、前記極値統計法により最大介在物の投影面積の平方根を予想する際に、前記入出力ディスク、パワーローラ軸受及びカムディスクそれぞれを製造する鋼の大きな体積を検査対象としているので、確実に、前記入出力ディスク、パワーローラ軸受及びカムディスクに含まれる最大介在物の大きさを推定することができる。
【００３０】
予想体積は少なくとも前記入出力ディスク、パワーローラ軸受及びカムディスクそれぞれの応力が作用する体積の１００倍以上の体積とすることが望ましい。なぜなら、それぞれの体積そのものに含まれる最大介在物を予想しても、その結果は１つの前記入出力ディスク、パワーローラ軸受及びカムディスクに過ぎないからである。製品としては数多く製造されるので、不良率は極力抑えなければならない。よって、予想体積は大きいほどよい。ただし、少ない検査体積より、極端に大きな体積を予想するのは精度が落ちるため、大きな体積を予想するにはある程度、検査体積を大きくする方がよい。
【００３１】
極値統計法における検査基準体積を５　．０　×１０３　ｍｍ３　以上としているので、同一材料を、互いに位置が異なる検査基準面を検査して得られる最大介在物の大きさが、検査基準体ごとにばらつかなくなる。また、極値統計法の測定回数を５回以上としたので、同一材料を用いて複数回、検査基準面を検査して得られる最大介在物の大きさのばらつきが少なくなる。
【００３２】
さらに、極値統計法によって予想を行う体積として、トロイダル形無段変速装置の入出力ディスク、パワーローラ軸受及びカムディスクそれぞれに応力が作用する体積に基づいた値を用いているので、前記入出力ディスク、パワーローラ軸受及びカムディスクに存在する最大介在物の大きさを確実に推定することができる。
【００３３】
したがって、前記（１）式を用いることによって、トロイダル形無段変速装置は、強度設計時の許容応力値が確実に保証されることとなる。さらに、前記トロイダル形無段変速装置において、前記予想を行う体積を少なくとも１．０×１０６　ｍｍ３　以上とし、かつ前記検査基準体積内で検出された最大介在物の面積の平方根√（ａｒｅａ）ｍａｘ　が５０μｍ以下の鋼から製造されるのが望ましい。この場合、トロイダル形無段変速装置の耐久性が著しく向上することとなる。
【００３４】
また、本発明者等は、トロイダル形無段変速装置のような大きな繰り返し垂直応力と大きな繰り返しせん断応力をうける過酷な条件下で用いられる機械部品においては、この応力による破壊の起点となる前述した微小な欠陥やき裂の大きさや分布状況を管理した材料を用いるのが望ましいことを見出した。
転動体のはくり寿命は介在物の大きさが関係する。
【００３５】
転動体に含まれる最大介在物径は、鋼中酸素量を変えてコントロールでき、極値統計により評価できることを見出した。そして、鋼中酸素量および最大介在物径を軸受寿命の評価項目として長寿命軸受を得るために検討したところ、鋼中酸素量および最大介在物径をある特定の範囲にすることにより軸受の寿命を向上することができた。
さらに、介在物の大きさとはく離寿命との相関を見極めるべく、寿命試験を多数行った結果、介在物径２００μｍ以上の非金属介在物が最大せん断応力位置の２倍以内の深さに存在しない場合に、転がり寿命が大幅に向上することがわかった。
【００３６】
そこで、上記第３の目的を達成するために、請求項３に係る発明は、駆動源により回転駆動される入力軸と連動して回転する入力ディスクと、前記入力軸の回転に基づく動力を取り出す出力軸と連動して回転する出力ディスクと、前記入力ディスクと前記出力ディスクとに転接するパワーローラ軸受とを備えたトロイダル形無段変速装置において、
前記パワーローラ軸受の転動体が、鋼中酸素量が８ｐｐｍ以下の鋼で、且つ前記鋼の介在物を検査する検査基準面積を３００ｍｍ２　以上の広さを有する面積とすると共に、前記介在物の大きさの予想を行う面積を３００００ｍｍ２　以上とした極値統計法によって該介在物の大きさが５０μｍ以下と推定された鋼から製造された転動体であることを特徴とする。
【００３７】
ここで、請求項３で用いる極値統計法は、前記非特許文献２に示されているもので、複数の試験片から、ある単位面積Ｓ０　内の介在物の中から最も大きな介在物の大きさを調査し、その後統計処理を行うことにより、推定の必要な面積Ｓ内での、最大介在物の大きさを推定する方法であり、以下に示すステップを経て最大介在物の大きさを推定する。
【００３８】
まず、被検査対象物の試料から主応力方向に垂直な面を切り出し、この切り出された面の表面（以下、検査対象面と呼ぶ）を研磨して鏡面に仕上げる。前記単位面積Ｓ０　として、例えば前記光学顕微鏡やカメラなどの１視野と略等しい検査基準面積を定める。
その後、前記光学顕微鏡やカメラで検査対象面を観察して前記検査基準面積内での最大介在物を選び、この最大介在物の大きさとしての面積の平方根√（ａｒｅａ）ｍａｘ　を測定する。この最大介在物の√（ａｒｅａ）ｍａｘ　の測定を検査部分が重複しないようにｎ回繰返し行う。
【００３９】
測定したｎ個の√（ａｒｅａ）ｍａｘ　を小さいものから順に並べ、それぞれに番号ｊ（ｊ＝１〜ｎ）を付ける。そして、下記に示す式（２）及び式（３）を用いて累積分布関数Ｆｊ　（％）および基準化変数ｙｊ　を計算する。
Ｆｊ　＝｛ｊ／（ｎ＋１）｝×１００　　　　　　…（２）
ｙｊ　＝−ｌｎ［−ｌｎ｛ｊ／（ｎ＋１）｝］　　…（３）
極値確率用紙の横軸に前記√（ａｒｅａ）ｍａｘ　をとり、かつ縦軸に前記Ｆｊ　及びｙｊ　をとり、前記１〜ｎまでの介在物のデータをこの極値確率用紙にプロットする。そして、基準化変数ｙｊ　および前記√（ａｒｅａ）ｍａｘ　について最大介在物分布直線を計算する。この最大介在物分布直線は下記に示す式（４）〜式（６）で示すことができる。
【００４０】
√（ａｒｅａ）ｍａｘ　＝ａ　×ｙ＋ｂ　　　　　　　…（４）　ａ，ｂ：定数
ｙ＝−ｌｎ［−ｌｎ｛（Ｔ−１）／Ｔ｝］　　　…（５）
Ｔ＝（Ｓ＋Ｓ０　）／Ｓ０　　　　　　　　　　　　…（６）
但し、
ｙ：基準化変数、Ｔ：再帰期間、Ｓ：予想を行う面積、Ｓ０　：検査基準面積である。
そして、最大介在物の大きさを予想する面積Ｓを任意に設定し、前記式（４）〜式（６）を用いて、前記面積Ｓにおける最大介在物の大きさとしての面積の平方根√（ａｒｅａ）ｍａｘ　を推定する。
【００４１】
また、上記第３の目的を達成するために、請求項４に係る発明は、駆動源により回転駆動される入力軸と連動して回転する入力ディスクと、前記入力軸の回転に基づく動力を取り出す出力軸と連動して回転する出力ディスクと、前記入力ディスクと前記出力ディスクとに転接するパワーローラ軸受とを備えたトロイダル形無段変速装置において、
前記パワーローラ軸受の転動体が、鋼中酸素量が８ｐｐｍ以下の鋼で、且つ表面から最大せん断応力位置の２倍の深さまでにおける最大介在物径が２００μｍ以下であることを超音波探傷により保証された鋼から製造された転動体であることを特徴とする。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。図１はトロイダル形無段変速装置としてのシングルキャビティ式ハーフトロイダル形無段変速装置２０の一部を構成するバリエータ２１を示す断面図であり、図２はトロイダル形無段変速装置としてのダブルキャビティ式ハーフトロイダル形無段変速装置３０の一部を構成するバリエータ３１を示す断面図である。
【００４３】
図１に示すように、シングルキャビティ式ハーフトロイダル形無段変速装置２０のバリエータ２１は、エンジン等の駆動源（図示しない）に連結され、かつ前記駆動源により回転駆動される入力軸１に、ニードルベアリングを介してこの入力軸１と連動して回転自在に支持された入力ディスク２と、前記入力軸１の回転に基づく動力を取り出す出力軸と連動して回転する出力ディスク３と、この入力ディスク２および出力ディスク３に転接するパワーローラ軸受１１の内輪１０とを備えている。
【００４４】
入力ディスク２の背面側には、入力ディスク２を出力ディスク３側に押し付ける押圧機構としてのローディングカム機構６が設けられている。ローディングカム機構６は、前記カムディスク４とローラ５とを備えている。カムディスク４は入力軸１に対してスプライン係合して設けられている。ローラ５は、カムディスク４と入力ディスク２との間に設けられている。
【００４５】
入力ディスク２と出力ディスク３との間には枢軸７を中心として揺動するトラニオン８が設けられ、トラニオン８の中心部には変位軸９が設けられている。そして、この変位軸９には前記パワーローラ軸受１１が回転自在に支持され、このパワーローラ軸受１１は、入力ディスク２及び出力ディスク３と接するトラクション部を有し、入力ディスク２と出力ディスク３との間に傾転自在に転接されている。
【００４６】
このパワーローラ軸受１１は入力ディスク２及び出力ディスク３から加わるスラスト方向の荷重を支承しつつ、内輪１０の回転を許容するものである。このようなパワーローラ軸受１１の複数個のボール（転動体）１２はトラニオン８側に設けられた円環状の外輪１３と回転部としての内輪１０との間に設けられた円環状の保持器１４によって保持されている。
【００４７】
さらに、外輪１３と内輪１０にはボール１２を転動自在に保持する軸走溝１５，１６が設けられている。軸走溝１５，１６は、外輪１３と内輪１０のボール１２との接触面に円環状に設けられ、かつ断面円弧状に形成されている。
図２に示す前記ダブルキャビティ式ハーフトロイダル形無段変速装置３０のバリエータ３１において、図１に示したシングルキャビティ式ハーフトロイダル形無段変速装置２０と構成が共通する部分には同一符号を付して説明する。
【００４８】
図２に示すように、ダブルキャビティ式ハーフトロイダル形無段変速装置３０のバリエータ３１は、一対の入力ディスク２，２と、一対の出力ディスク３，３と、複数のパワーローラ軸受１１と、を備えている。前記入力ディスク２，２は、互いに間隔を有し、かつ互いに対向した状態で設けられている。入力ディスク２，２は互いに同軸的に配置されている。入力ディスク２，２は、それぞれ入力軸１と連動して回転するように、入力軸１と同軸的に支持されている。
【００４９】
前記出力ディスク３，３は、前記一対の入力ディスク２，２の間に、それぞれ入力ディスク２，２と対向し、かつ前記入力軸１に対して遊嵌状態で設けられている。出力ディスク３，３は、互いに同軸的に配置され、かつ互いに同期して回転するようになっでいる。出力ディスク３，３は、これらの出力ディスク３，３と同軸的に配置された出力歯車３２と連動するように設けられている。この出力歯車３２は、前記入力軸１に基づく動力を取り出す出力軸と連動して回転するようになっている。
【００５０】
前記複数のパワーローラ軸受１１は、それぞれ、前記入力ディスク２，２と出力ディスク３，３との間に枢軸７を中心として揺動自在に支持されている。パワーローラ軸受１１は、それぞれ、前記入力ディスク２，２と出力ディスク３，３に転接自在な内輪１０を備えている。
前記一対の入力ディスク２，２のうち、一方の入力ディスク２の背面側には、押圧機構としてのローディングカム機構６が設けられている。ローディングカム機構６は、ディスク状のカムディスク４とローラ５とを備えている。
【００５１】
カムディスク４は、前記入力ディスク２，２などと同軸的に配置されている。カムディスク４と入力軸１との間には、ボール（転動体）３３が設けられている。カムディスク４と入力軸１のそれぞれの前記ボール３３と接する部分には、それぞれ断面円弧状の案内溝３４，３５が設けられている。
前記ローラ５は、前記入力軸１の軸線Ｏに対し、例えば直交するなどの交差する軸線Ｑ回りに回動自在となっている。ローディングカム機構６は、ローラ５が軸線Ｑ回りに回動することによって、前記入力ディスク２，２を出力ディスク３，３に向かって押圧するようになっている。
【００５２】
前述した構成によって、ダブルキャビティ式ハーフトロイダル形無段変速装置３０のバリエータ３１は、ローディングカム機構６が入力ディスク２，２を出力ディスク３，３に向かって押圧することによって、入力軸１から伝達された回転駆動力を入力ディスク２，２、パワーローラ軸受１１の内輪１０、出力ディスク３，３及び出力歯車３２を介して出力軸へと伝達することとなる。
【００５３】
前記入出力ディスク２，３、パワーローラ軸受１１の内輪１０、外輪１３及びカムディスク４のうち少なくとも一つは、圧延などが施された図３に示すような棒状に形成された鋼２２から製造される。この棒状の鋼２２は、溶解・鋳造・圧延などの工程で不可避的に混入する不純物としての介在物を含んでいる。この介在物は主に非金属の酸化物系介在物であることが多い。なお、図３（Ａ）は鋼２２の端面を示し、図３（Ｂ）は図３（Ａ）中のｂ−ｂ線に沿う断面図を示している。
【００５４】
検査に使用される棒状の鋼２２は、実際にトロイダル形無段変速装置に使用されることが多いその直径Ｄが３０ｍｍ以上でかつ５００ｍｍ未満の円柱状のものが用いられるのが望ましい。鋼２２の直径Ｄが３０ｍｍ未満の場合には、鋼２２自体の圧延率が高いため、介在物が圧延の影響を受けて引き伸ばされている可能性がある。このため、３０ｍｍ未満の直径Ｄを有する鋼２２は、実際に使用される鋼とは介在物の分布が異なる場合がある。
【００５５】
また、鋼２２の直径Ｄが５００ｍｍを超える場合は、素材自体が大きすぎるため、試料採集が容易ではなく、検査の効率を低下させる可能性があって、好ましくない。また、実際に使用される鋼とは介在物の分布が異なる場合がある。したがって、棒状の鋼２２は、３０ｍｍ以上５００ｍｍ未満の範囲の直径Ｄを有する円柱状に形成されたものを用いるのが望ましい。
【００５６】
前記入出力ディスク２，３、パワーローラ軸受１１の内輪１０と外輪１３とのうち少なくとも内輪１０及びカムディスク４のうち少なくとも一つは、図４に示すステップＳ１からＳ５を経る極値統計法によって、最大介在物の大きさが推定された前述した棒状の鋼２２から製造されている。
【００５７】
探傷面は鋼材外径面とした。図５に上下型ｏ，ｐ内に棒状の鋼２２を挿入してディスク２、３等を成形する手順を示すが、この図のメタルフローｍの変化から判るように、ディスクの最大応力のかかる箇所は鋼材では外側部分にあたることも多いからである。また、探傷面は鋼材断面でもよい。高応力のかかる部位は鋼材の内部に当たる部分もあり、また、内部に介在物がやや多く存在するので、精度よい評価には適している。超音波探傷の方法は、特に限定されないが、超音波探傷子として焦点形探傷子（周波数５０ＭＨｚ）を用い、水中にて鋼材を回転させながら、探傷子を鋼材の軸方向に移動して探傷を行った。探傷方法は、斜角法と垂直法を用いた。
【００５８】
前記入出力ディスク２，３、パワーローラ軸受１１の内輪１０及び外輪１３（特に内輪１０）及びカムディスク４などのように、繰返し応力を受ける体積が大きく、かつ中心部も周辺部も高い繰返し応力が加わる可能性がある部品の材料の清浄度を保証するためには、できるだけ大きな範囲を検査する必要がある。
したがって、一度に大量の体積を検査できる超音波探傷を用いて評価を行った。
【００５９】
そして、検査基準体積Ｖ０　を検査対象面内の５　．０　×１０３　ｍｍ３　以上の大きさを有する体積とし、超音波探傷で検査基準体積Ｖ０　内の最大介在物の大きさとしての投影面積の平方根√（ａｒｅａ）ｍａｘ　の測定を、検査部分が重ならないように５回以上繰返し行う。
この検査基準体積Ｖ０　を５　．０　×１０３　ｍｍ３　以上とするのは、以下に示す理由によるものである。即ち、顕微鏡を用いた２次元的評価では、数の少ない中型〜大型の介在物までを評価することは難しい。そのため、超音波探傷を用いて大きな体積を評価したい。そこで、本発明者らが鋭意研究を行った結果、探傷の検査基準体積Ｖ０　を５　．０　×１０３　ｍｍ３　以上とすることのが望ましいことがわかった。
【００６０】
図６に示すように、同一材料で前記検査基準体積Ｖ０　を変化させて最大介在物の面積の平方根√（ａｒｅａ）ｍａｘ　を一つの検査基準体積Ｖ０　において数回ずつ推定した結果によれば、前記検査基準体積Ｖ０　が５　．０　×１０３　ｍｍ３　未満の場合には、極値統計法によって得られる前記√（ａｒｅａ）ｍａｘ　の値のばらつきが大きく、前記検査基準体積Ｖ０　が５　．０　×１０３　ｍｍ３　以上の場合には、前記√（ａｒｅａ）ｍａｘ　の値のばらつきが小さくなっているのが明らかになった。このため、前記検査基準体積Ｖ０　は、５　．０　×１０３　ｍｍ３　以上とするのが望ましい。なお、図６においては、２種類の互いに溶解時の条件や工程などが異なる試験片Ｂ，Ｅを用いて、前記√（ａｒｅａ）ｍａｘ　の推定を３回行っている。
【００６１】
また、測定回数を５回以上とするには、以下に示す理由によるものである。図７に示すように、測定回数を変化させ、同一材料で一つの測定回数において数回ずつ最大介在物の面積の平方根√（ａｒｅａ）ｍａｘ　を推定した結果によれば、測定回数が５回未満の場合には、極値統計法によって得られる前記√（ａｒｅａ）ｍａｘ　の値のばらつきが大きく、測定回数が５回以上の場合には、前記√（ａｒｅａ）ｍａｘ　の値のばらつきが小さくなっているのが明らかになった。このため、前記測定回数は、５回以上とするのが望ましい。なお、図７においては、２種類の互いに溶解時の条件や工程などが異なる試験片Ｂ，Ｅを用いて、前記√（ａｒｅａ）ｍａｘ　の推定を３回行っている。
【００６２】
そして、図４のステップＳ４において、５回以上の計測された最大介在物の面積の平方根√（ａｒｅａ）ｍａｘ　を小さい方から並べて前記式（２）〜式（５）及び式（７）に基づいて、最大介在物分布直線を求める。
そして、図４のステップＳ５において、最大介在物の大きさを予想する体積Ｖを、１．０×１０６　ｍｍ３　以上任意の体積に設定して、前記最大介在物分布直線を用いて前記体積Ｖにおける最大介在物の大きさとして最大介在物の面積の平方根√（ａｒｅａ）ｍａｘ　を推定する。
【００６３】
なお、前述した予想する体積Ｖは、あまりに小さい値に設定されると、材料間での最大介在物の大きさの差が小さくなって、材料間の差別化が難しくなる。このため、１．０×１０６　ｍｍ３　以上とするのが望ましい。
また、前述した予想する体積Ｖがあまりに小さい値か、あるいは大きな値に設定されると、最大介在物の大きさが現実とかけ離れてしまう。このため、前記予想を行う体積Ｖとして、前記入出力ディスク２，３、パワーローラ軸受１１の内外輪１０，１３及びカムディスク４の応力が作用する体積に基づいた値を用いるのが望ましい。
【００６４】
例えば、予想を行う体積Ｖとして、前記入出力ディスク２，３、パワーローラ軸受１１の内外輪１０，１３及びカムディスク４の応力が作用する体積を、充分に保証できる１．０×１０７　ｍｍ３　の値を用いるのが望ましい。
次に、本発明者らは、６種類の互いに溶解時の条件や工程などが異なる材料において、トロイダル形無段変速装置２０，３０の実物相当の引張圧縮疲労試験を行った。この試験結果を表１に示す。
【００６５】
また、この実験においては、ＳＣＭ４２０鋼およびＳＣｒ４２０鋼ＳＣＭ４３５，ＳＣＭ４４０からなる試験片Ａ〜Ｆが用いられている。なお、表１においては、前述した試験結果とともに、前述した極値統計法によって推定した最大介在物の面積の平方根√（ａｒｅａ）ｍａｘ　を併せて示している。
【００６６】
【表１】
2004144289.tif 000004
【００６７】
なお、表１中の極値統計法によって推定した最大介在物の面積の平方根√（ａｒｅａ）ｍａｘ　は、以下に示す条件において推定されている。鋼の直径を１００ｍｍ、検査基準体積Ｖ０　を５　．０　×１０３　ｍｍ３　、測定回数ｎを１０回とし、予想を行う体積Ｖを１．０×１０６　ｍｍ３　および５．０×１０６　ｍｍ３　の場合においてそれぞれ推定されている。
【００６８】
なお、予想を行う体積Ｖを５．０×１０６　ｍｍ３　とするのは、前記入出力ディスク２，３、パワーローラ軸受１１の内外輪１０，１３及びカムディスク４の応力が作用する体積を、充分に保証できる体積だからである。
また、前述した引張圧縮疲労試験は、「材料試験便覧」（１９５７年、日本材料試験協会編、丸善株式会社発行）に記載されている油圧式引張圧縮疲労試験に準じた内容で行っている。
【００６９】
この試験においては、表１中の試験片Ａ〜Ｆの鋼それぞれに繰返し曲げ応力を加えて、前述したように試験片Ａ〜ＦそれぞれのＳ−Ｎ線図を作成し、このＳ−Ｎ線図から繰返し数が１０８　サイクルでの破壊応力（曲げ強度）を求めた。
さらに、破壊は略最大介在物を起点として発生すると考えられるので、破壊後に試験片それぞれの破壊の起点となった介在物の大きさ（面積の平方根の平均値）を測定して、各鋼種試験片２０本中の最大介在物の大きさを表１に示している。
【００７０】
なお、前記各試験片Ａ〜Ｆは、試験部がｄ＝２４ｍｍ、Ｌ＝６０ｍｍの円筒形である試験片に形成され、図８に示す熱処理が施されている。この試験片の応力体積はＶ＝２．７×１０４　ｍｍ３　であり、これを４０本試験したので評価した体積は１．１×１０６　ｍｍ３　である。
表１に示すように、この試験によれば、予想を行う体積Ｖを１．０×１０６　ｍｍ３　の時に前述した極値統計法によって得られた最大介在物の面積の平方根√（ａｒｅａ）ｍａｘ　は破壊の起点となった介在物の面積の平方根とよい相関を示す。それは、応力√（ａｒｅａ）はやや大きいので確実に安全側に予想できていることが判る。
【００７１】
さらに、前述したように推定された最大介在物を有する鋼２２を用い、かつ、前記式（１）を用いて設計された入出力ディスク２，３、パワーローラ軸受１１の内外輪１０，１３（特に内輪１０）及びカムディスク４などの比較的高い繰返し曲げ応力が加わる機械部品を製造することによって、前記入出力ディスク２，３、パワーローラ軸受１１及びカムディスク４などの強度設計時の許容応力を確実に保証することができる。
【００７２】
また、前記表１の結果における予想を行う体積Ｖが１．０×１０６　ｍｍ３　の場合において、最大介在物の面積の平方根√（ａｒｅａ）ｍａｘ　と、繰返し数が１０８　サイクルの時の破壊応力（曲げ強度）との関係を図９に示す。
図９によれば、推定した最大介在物の面積の平方根√（ａｒｅａ）ｍａｘ　が、試験片ごとにばらついているので、検査基準体積Ｖ０　を５　．０　×１０３　ｍｍ３　、予想を行う体積Ｖを１．０×１０６　ｍｍ３　として、前述した極値統計法によって最大介在物の面積の平方根√（ａｒｅａ）ｍａｘ　を求めることによって、材料の差別化を行うことができることが明らかになった。
【００７３】
このため、直径が３０ｍｍ以上でかつ５００ｍｍ未満の範囲である棒状の鋼２２において、極値統計法における検査基準体積Ｖ０　を５　．０　×１０３　ｍｍ３　以上とし、予想を行う体積Ｖを１．０×１０６　ｍｍ３　以上とすることによって、最大介在物の大きさを推定でき、材料の差別化を行うことができるのが明らかになった。
【００７４】
さらに、図９によれば、前述したように得られた最大介在物の面積の平方根√（ａｒｅａ）ｍａｘ　を、５０μｍ　以下とすることによって、繰返し曲げ応力に対する強度の高い材料を得ることができ、この材料を用いることによって、前記繰返し曲げ応力に対する強度の高い入出力ディスク２，３、パワーローラ軸受１１の内外輪１０，１３及びカムディスク４を得ることができるのが明らかとなった。
【００７５】
次に、本発明者らは、表１に示した６種類の鋼（試験片Ａ〜試験片Ｆ）からなる供試体Ａ〜供試体Ｆとしてのハーフトロイダル形無段変速装置２０の入出力ディスク２，３およびパワーローラ軸受１１の内輪１０及び外輪１３をそれぞれ試作し、これら供試体Ａ〜供試体Ｆを用いてハーフトロイダル形無段変速装置２０の耐久試験を行った。なお、前記供試体Ａ〜供試体Ｆとしての前記入出力ディスク２，３およびパワーローラ軸受１１の内輪１０及び外輪１３は、それぞれ図８に示す熱処理が施されている。
【００７６】
但し、浸炭時間は、それぞれの部品における必要硬化層深さが得られる時間とされている。この試験は、「自動車用トロイダル形ＣＶＴに関する研究」（日本機械学会機素潤滑設計部門講演会論文集、１９９７年７月記載）のＦｉｇ３に示すダブルキャビティＣＶＴ変速装置に基づいて行った。
また、この試験は、入力トルクが３４０Ｎ・ｍでかつ入力時の回転数が４０００ｍｉｎ−１のときにおける最大減速状態で、一つの鋼種において３回行った。この試験結果を表２および図１０に示す。
【００７７】
【表２】
2004144289.tif 000005
【００７８】
表２及び図１０に示すこの試験結果によれば、最大介在物の面積の平方根√（ａｒｅａ）ｍａｘ　を５０μｍ　以下とすることによって、寿命の長いハーフトロイダル形無段変速装置２０の入出力ディスク２，３およびパワーローラ軸受１１の内輪１０及び外輪１３を得ることができるのが明らかとなった。なお、表２中にパワーローラ破損と記しているのは、内輪１０と外輪１３のうちいずれか一方が割れた場合のことを示しており、殆どの場合、内輪１０が割れた場合を示している。
【００７９】
次に、本発明者らは、表１に示した６種類の鋼（試験片Ａ〜試験片Ｆ）からなる供試体ａ〜供試体ｆとしてのトロイダル形無段変速装置３０のカムディスク４をそれぞれ試作し、これら供試体ａ〜供試体ｆを用いてトロイダル形無段変速装置３０の耐久試験を行った。なお、前記供試体ａ〜供試体ｆとしての前記カムディスク４は、それぞれ図８に示す熱処理が施されている。
【００８０】
但し、浸炭時間は、それぞれの部品における必要硬化層深さが得られる時間とされている。この試験は、「自動車用トロイダル形ＣＶＴに関する研究」（日本機械学会機素潤滑設計部門講演会論文集、１９９７年７月記載の５３２頁）のＦｉｇ３に示すダブルキャビテイＣＶＴ変速装置に基づいて行った。
また、この試験は、入力トルクが−３４０Ｎ・ｍから＋３４０Ｎ・ｍまでの範囲を正弦波的に変化させ、かつ入力時の回転数が４０００ｍｉｎ−１のときにおけるカムディスク４が破損するまでのサイクル数を調査した。なお、同一の鋼種において３回行った。この試験結果を表３および図１１に示す。
【００８１】
【表３】
2004144289.tif 000006
【００８２】
表３及び図１１に示すこの試験結果によれば、最大介在物の面積の平方根√（ａｒｅａ）ｍａｘ　が５０μｍ　を超える場合では、カムディスク４の耐久寿命がばらついた結果となっているのに対し、最大介在物の面積の平方根√（ａｒｅａ）ｍａｘ　を５０μｍ　以下とすることによって、寿命の長いトロイダル形無段変速装置３０のカムディスク４を得ることができるのが明らかとなった。
【００８３】
次に、互いに溶解時の条件や工程などが異なる種々の鋼材およびパワーローラ軸受のボールについて評価した。
まず、図１に示すトロイダル形無段変速装置のパワーローラ軸受１１と同一構造のもので転がり寿命試験を行った。パワーローラ軸受のボールは、それぞれの鋼材から試作し、内輪、外輪はＳＣＭ４３５を浸炭窒化処理後、焼入れ焼戻し処理を施して仕上げた。
試験条件は次の通りである。
面圧：３．５ＧＰａ
潤滑：　油浴（トラクション油）
回転数：４０００ｍｉｎ−１
試験結果は、ボールのみの寿命を評価するために、内外輪の寿命はデータに入れていない。
【００８４】
次に、ボールの鋼中酸素量を測定した。鋼中の酸素量はカーボンルツボに入れて溶融させ、発生した酸素を二酸化炭素の形にして分析するものである。
測定結果として得られた鋼中酸素量と前記ボール寿命との関係を図１２に示す。図から、鋼中酸素量が少ないとボールの寿命は長くなり、また、鋼中酸素量が８ｐｐｍ以下でボールが長寿命になることが判る。
【００８５】
次に、鋼中酸素量が８ｐｐｍ以下の鋼を用い、図１３のステップＳ１からＳ５を経る極値統計法によって、最大介在物の大きさを推定した。
まず、図１３のステップＳ１では、前記鋼の長手方向としての圧延方向に沿う中心線を通り、前記圧延方向に沿う面で鋼を切断する。
図１３のステップＳ２では、この切断された断面において、表面を研磨して鏡面に仕上げ、この表面を検査対象面とする。
【００８６】
一般に、圧延などが施されて得られた棒状の素材としての鋼は、その中心部に向かうにしたがって前記介在物が大きく清浄度が低下し、表面に向かうにしたがって前記介在物が小さくなり清浄度が向上している。そのため、太い鋼材では検査対象面として中心線寄りの前記直径Ｄの４０％以下の部分を用いるのが望ましい。
【００８７】
図１３のステップＳ３では、検査基準面積Ｓ０　を前記検査対象面内の３００ｍｍ２　以上の広さを有する面積とし、光学顕微鏡などでこの３００ｍｍ２　以上の広さを有する検査基準面積Ｓ０　内の最大介在物の大きさとしての面積の平方根√（ａｒｅａ）ｍａｘ　の測定を検査部分が重ならない様に繰返し行う。
図１３のステップＳ４では、計測された最大介在物の面積の平方根√（ａｒｅａ）ｍａｘ　を小さい方から並べて前記式（２）から式（６）に基づいて、最大介在物分布直線を求める。
【００８８】
図１３のステップＳ５では、最大介在物の大きさを予想する面積Ｓを、３００００ｍｍ２　に設定して、前記最大介在物分布直線を用いて前記面積Ｓにおける最大介在物の大きさとして最大介在物の面積の平方根√（ａｒｅａ）ｍａｘ　を推定する。
なお、前述した予想する面積Ｓは、あまりに小さい値に設定されると、材料間での最大介在物の大きさの差が小さくなって、材料間の差別化が難しくなる。このため、３００００ｍｍ２　以上とするのが望ましい。
【００８９】
図１４に、前記極値統計法によって推定した最大介在物の面積の平方根√（ａｒｅａ）ｍａｘ　と前述したボール寿命の試験結果との関係を示す。
なお、図１４の極値統計法によって推定した最大介在物の面積の平方根√（ａｒｅａ）ｍａｘ　は、鋼の直径を６０ｍｍ、検査基準面積Ｓ０　を３００ｍｍ２　、測定回数ｎを１０回とし、予想を行う面積Ｓを３００００ｍｍ２　の場合において推定されている。
【００９０】
図１４から、得られた最大介在物の面積の平方根√（ａｒｅａ）ｍａｘ　を５０μｍ以下とすることによって、長寿命のボールを得ることができ、繰返し応力に対する強度の高い材料を得ることができるのが判る。従って、この材料で製造されたボールを用いることによって、繰返し応力に対する強度の高いパワーローラ軸受を得ることが明らかとなった。
【００９１】
また、前述したように大きさが５０μｍ以下と推定された最大介在物を含有する鋼を用いて設計された比較的高い繰返し応力が加わる機械部品を製造することによって、前記パワーローラ軸受の強度設計時の許容応力を確実に保証することができる。
次に、鋼中酸素量が８ｐｐｍ以下の鋼材からなるボールについて、表面から最大せん断応力深さの２倍の深さまでを全面にわたって超音波探傷を行った。
【００９２】
本発明において、最大せん断応力深さの２倍の深さにある非金属介在物の有無を検出するには、５〜１００ＭＨｚの探傷子を用いて、表面波法又は斜角入射法により超音波探傷するのが好ましい。周波数５ＭＨｚ未満では、長さ１００μｍの非金属介在物が検出できない可能性があり、一方、１００ＭＨｚを超えると超音波は転動体内で著しく減衰してしまうために、最大せん断応力深さの２倍の深さまでの検出ができない。
【００９３】
超音波探傷用探触子としては、指向性が強くボールの曲率の影響を受けにくい焦点型探触子を用いている。
探傷は次の条件により水浸式で行った。
探傷子：焦点型探触子
周波数：２０ＭＨｚ
入射角：３０°（斜角法）
そして、探傷したボールを、２００μｍを越える欠陥の見つからなかったＯＫ品（良品）と、２００μｍを越える欠陥が見つかったＮＧ品（不良品）とに分け、それぞれについて前述したボールの寿命試験を行った。
【００９４】
試験結果を図１５に示す。
図１５から、２００μｍを越える欠陥の見つからなかったＯＫ品（良品）は２００μｍを越える欠陥が見つかったＮＧ品（不良品）に比べて寿命が長いことを保証できることが明らかとなった。
これらの結果より、鋼中酸素量が８ｐｐｍ以下の転動体であり、鋼の介在物を検査する検査基準面積を３００ｍｍ２　以上の広さを有する面積とし、介在物の大きさの予想を行う面積を３００００ｍｍ２　以上とした極値統計法によって、介在物の大きさが５０μｍ以下と推定された鋼から製造された転動体、又は鋼中酸素量が８ｐｐｍ以下の転動体であり、表面から最大せん断応力位置の２倍の深さまでにおける最大介在物径が２００μｍ以下であることを超音波探傷で確認した転動体は、高負荷でも長寿命であることがわかる。
【００９５】
なお、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、図１に示すハーフトロイダル形無段変速装置に代えて、図１６に示すハーフトロイダル形無段変速装置や、図１７に示すフルトロイダル形の無段変速装置に本発明を適用してもよいのは勿論である。なお、図１６の符号６１はパワーローラ軸受、６２は入力ディスク、６３は出力ディスク、６６はローディングカム機構であり、また、図１７の符号７１はパワーローラ軸受、７２は入力ディスク、７３は出力ディスク、７６は油圧ピストン機構である。
【００９６】
【発明の効果】
上記の説明から明らかなように、請求項１又は２の発明のトロイダル形無段変速装置は、その入出力ディスク、パワーローラ軸受の少なくとも内輪及びカムディスクのうち少なくとも一つが、超音波探傷し、その結果を極値統計法により評価した鋼から製造されているため、前記入出力ディスク、パワーローラ軸受及びカムディスクに存在する介在物の内の最も大きな介在物の大きさを確実に推定することができる。したがって、強度設計時の許容応力を確実に保証することが可能となるとともに、繰返し応力が加わったときの疲労限度を確実に予想することが可能となる。　また、極値統計法における検査基準体積を５　．０　×１０３　ｍｍ３　以上としているので、同一材料を、互いに位置が異なる検査基準体積を検査して得られる最も大きな酸化物系介在物の大きさのばらつきが少なく、かつ測定回数を５回以上としているので、同一材料を用いて複数回、検査基準体積を検査して得られる最も大きな酸化物系介在物の大きさのばらつきが少ない。このため、トロイダル形無段変速装置の強度設計時の許容応力をより確実に保証することが可能となるとともに、繰返し応力が加わったときの疲労限度をより確実に予想することが可能となる。
【００９７】
さらに、極値統計法によって予想を行う体積として、トロイダル形無段変速装置の入出力ディスク、パワーローラ軸受の少なくとも内輪及びカムディスクそれぞれに応力が作用する体積に基いた値を用いているので、前記入出力ディスク、パワーローラ軸受及びカムディスクに存在する介在物の内の最も大きな介在物の大きさを確実に推定することができる。
したがって、強度設計時の許容応力をより一層確実に保証することが可能となるとともに、繰返し応力が加わったときの疲労限度をより一層確実に予想することが可能となる。
【００９８】
請求項３の発明では、鋼中酸素量が８ｐｐｍ以下の転動体であり、鋼の介在物を検査する検査基準面積を３００ｍｍ２　以上の広さを有する面積とし、介在物の大きさの予想を行う面積を３００００ｍｍ２　以上とした極値統計法によって介在物の大きさが５０μｍ以下と推定された鋼から製造された転動体をパワーローラ軸受に用いることで、高負荷でもはく離までの寿命が長くなり、この結果、強度設計時の許容応力が確実に保証された長寿命なパワーローラ軸受を備えたトロイダル形無段変速装置を提供することができる。
【００９９】
請求項４の発明では、鋼中酸素量が８ｐｐｍ以下の転動体であり、表面から最大せん断応力位置の２倍の深さまでにおける最大介在物径が２００μｍ以下であることを超音波探傷で確認した転動体をパワーローラ軸受に用いることで、高負荷でもはく離までの寿命が長くなり、この結果、強度設計時の許容応力が確実に保証された長寿命なパワーローラ軸受を備えたトロイダル形無段変速装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態を示すシングルキャビティ式ハーフトロイダル形無段変速装置の一部を示す縦断面図である。
【図２】この発明の他の実施形態を示すダブルキャビティ式ハーフトロイダル形無段変速装置の一部を示す縦断面図である。
【図３】図１及び図２に示された実施形態の入出力ディスク、パワーローラ軸受及びカムディスクが製造される棒状の鋼を示す図であり、（Ａ）は鋼の端面側から見た図、（Ｂ）は（Ａ）のｂ−ｂ線断面図である。
【図４】図３に示された鋼の最大介在物の大きさを推定する方法を示すフローチャート図である。
【図５】鋼材からのディスクの成形法を示す図で、（ａ）は素材としての鋼の図、（ｂ）は鋼を上下型内に挿入した状態を示す図、（ｃ）は上下型の型締めを行った状態を示す図、（ｄ）は成形されたディスクを示す図である。
【図６】図３に示す鋼の最大介在物の大きさを極値統計法によって推定した際の検査基準体積と推定最大介在物の面積の平方根との関係を示すグラフ図である。
【図７】図３に示す鋼の最大介在物の大きさを極値統計法によって推定した際の測定回数と推定最大介在物の面積の平方根との関係を示すグラフ図である。
【図８】繰り返し曲げ強度試験に用いられた試験片およびトロイダル形無段変速装置耐久試験に用いられた供試体に施された熱処理を説明する図である。
【図９】繰り返し曲げ強度と推定最大介在物の面積の平方根との関係を示すグラフ図である。
【図１０】トロイダル形無段変速装置の寿命と推定最大介在物の面積の平方根との関係を示すグラフ図である。
【図１１】トロイダル形無段変速装置のカムディスクの寿命と推定最大介在物の面積の平方根との関係を示すグラフ図である。
【図１２】鋼中酸素量とボール寿命との関係を示すグラフ図である。
【図１３】鋼の最大介在物の大きさを推定する方法を示すフローチャート図である。
【図１４】極値統計法によって推定した鋼の最大介在物径とボール寿命との関係を示すグラフ図である。
【図１５】超音波探傷のＯＫ品（良品）とＮＧ品（不良品）のボール寿命の比較を示すグラフ図である。
【図１６】トロイダル形無段変速装置の変形例を示す要部断面図である。
【図１７】トロイダル形無段変速装置の変形例を示す要部断面図である。
【図１８】トロイダル形無段変速装置の入出力ディスクを示す断面図である。
【図１９】トロイダル形無段変速装置のパワーローラ軸受を示す断面である。
【図２０】トロイダル形無段変速装置のカムディスクの一部を拡大して示す断面図である。
【図２１】転がり軸受を示す断面図である。
【符号の説明】
１…入力軸
２…入力ディスク
３…出力ディスク
４…カムディスク
６…ローディングカム機構（押圧機構）
１０…パワーローラ内輪
１１…パワーローラ軸受
１２…ボール（転動体）
２０…シングルキャビティ式ハーフトロイダル形無段変速装置（トロイダル形無段変速装置）
２２…棒状の鋼
３０…ダブルキャビティ式ハーフトロイダル形無段変速装置（トロイダル形無段変速装置）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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