(57)【要約】【課題】コマ式金属ベルトを具備するベルト式無段変速機用転がり軸受の早期剥離の発生を抑える。【解決手段】内輪、外輪及び転動体の少なくとも１つが、クロムを２．５〜２０．０重量％含有する鉄合金からなることを特徴とするコマ式金属ベルトを具備するベルト式無段変速機用転がり軸受。【選択図】　　　図１
2004003608.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪、外輪及び転動体の少なくとも１つが、クロムを２．５〜２０．０重量％含有する鉄合金からなることを特徴とするコマ式金属ベルトを具備するベルト式無段変速機用転がり軸受。
【請求項２】
炭素を０．５０〜１．２０重量％含有し、表面硬さがＨｖ６５０以上Ｈｖ８５０以下であることを特徴とする請求項１記載のコマ式金属ベルトを具備するベルト式無段変速機用転がり軸受。
【請求項３】
焼き入れ焼き戻し処理が施されていることを特徴とする請求項２記載のコマ式金属ベルトを具備するべルト式無段変速機用転がり軸受。
【請求項４】
炭素を０．１０〜０．９０重量％含有し、表面硬さがＨｖ７００以上Ｈｖ９００以下であることを特徴とする請求項１記載のコマ式金属ベルトを具備するベルト式無段変速機用転がり軸受。
【請求項５】
浸炭または浸炭窒化と、焼き入れ焼き戻し処理とが施されていることを特徴とする請求項４記載のコマ式金属ベルトを具備するべルト式無段変速機用転がり軸受。
【請求項６】
炭素を０．１〜０．９重量％、クロムを２．５〜８．０重量％、マンガンを０．１〜２．０重量％、ケイ素を０．１〜１．５重量％、モリブデンを３．０重量％以下、バナジウムを２．０重量％、ニッケルを２．０重量％以下、残部を鉄及び不可避不純物とする鋼材を浸炭または浸炭窒化と、焼き入れ焼き戻し処理とを施してなり、表面における炭素と窒素の合計含有量が１．０〜２．５重量％で残留オーステナイト量が１５〜４５容量％であり、表面硬さがＨＲＣ６０以上であり、かつ１００℃における動粘度が８ｍｍ２／ｓ以下での油潤滑下で使用されることを特徴とする請求項１記載のコマ式金属ベルトを具備するベルト式無段変速機用転がり軸受。
【請求項７】
トラクション係数が０．１０以上の油潤滑下で使用されることを特徴とする請求項１または６記載のコマ式金属ベルトを具備するベルト式無段変速機用転がり軸受。
【請求項８】
硫黄含有量が０．００８重量％以下であり、かつＡＳＴＭ　Ｅ４５法によるＡ系介在物のレーティングＮｏ．がＡ（Ｔｈｉｎ）≦１．５、Ａ（Ｈｅａｖｙ）≦１．０であることを特徴とする請求項６または７記載のコマ式金属ベルトを具備するベルト式無段変速機用転がり軸受。
【請求項９】
表面に、１５０ＭＰａ以上の圧縮残留応力が付与されていることを特徴とする請求項６、７または８記載のコマ式金属ベルトを具備するベルト式無段変速機用転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のコマ式金属ベルトを具備するベルト式無段変速機の改良に関し、ベルトとプーリーとの間の摩擦係数を安定させ、且つベルトを構成するエレメント同士の衝突及びエレメントとプーリーとの伝達時のベルトの共振に伴う影響を抑制し、更に低燃費を実現するために低粘度のＣＶＴフルードまたはＡＴＦ兼用油を用いた条件下においても伝達効率が高く、長寿命で、しかも使用時に発生するプーリー支持用転がり軸受並びにユニット内に配置される転がり軸受の早期剥離を防止することができる構造を実現するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題から自動車の燃費向上が益々重要になってきており、従来の多段式の自動変速機（ＡＴ）から、より高効率の金属ベルト式無段変速機（Ｂ−ＣＶＴ）の需要が高まってきており、種々のものが開発されている。例えば、図１に略示する金属ベルト式無段変速機１は、互いに平行に配置された入力側回転軸１０と出力側回転軸２０とを有しており、入力側回転軸１０は一対の転がり軸受１１，１１で支持され、エンジン３０によりトルクコンバータ３１、電磁クラッチ３２等の発進クラッチを介して回転駆動される。一方、出力側回転軸２０は、１対の転がり軸受２１，２１により変速機ケース（図示せず）の内側に回転自在に支持されており、出力側回転軸２０の回転は減速歯車列２２及びデファレンシャルギヤ２３を介して、左右１対の駆動輪２５，２５に伝達される。
【０００３】
また、入力側回転軸１０の中間部には駆動側プーリー４０を設け、駆動側プーリー４０と入力側回転軸１０とが同期して回転するようにしている。この駆動側プーリー４０を構成する１対の駆動側プーリー板４１，４１の間隔は、駆動側変位ユニット４２により調節自在である。即ち、駆動側プーリー４０の溝幅は、この駆動側変位ユニット４２により拡縮自在である。一方、出力側回転軸２０の中間部には従動側プーリー５０を設け、駆動側プーリー５０と出力側回転軸２０とが同期して回転するようにしている。この従動側プーリー５０を構成する１対の従動側プーリー板５１，５１の間隔は、従動側変位ユニット５２により調節自在である。即ち、従動側プーリー５０の溝幅は、この従動側変位ユニット５２により拡縮自在である。そして、この従動側プーリー４０と駆動側プーリー５０とに、無端のコマ式金属ベルト６０を掛け渡している。尚、このコマ式金属ベルト６０とは、コマ式金属からなるエレメントを多数連結し、無端状としたものである。
【０００４】
上述のように構成されるコマ式金属ベルト６０を具備するベルト式無段変速機１では、エンジン３０から発進クラッチを介して入力側回転軸１０に伝達された動力は、駆動側プーリー４０からコマ式金属ベルト６０を介して従動側プーリー５０に伝達される。尚、このコマ式金属ベルト６０として従来から、押し付け方向に動力を伝達するものと、引っ張り方向に動力を伝達するものとが知られている。何れにしても、従動側プーリー５０に伝達された動力は、出力側回転軸２０から減速歯車列２２、デファレンシャルギヤ２３を介して駆動輪２５，２５に伝達される。その際、入力側回転軸１０と出力側回転軸２０との間の変速比を変える場合には、駆動側プーリー４０及び従動側プーリー５０の溝幅を互いに関連させつつ拡縮する。
【０００５】
例えば、入力側回転軸１０と出力側回転軸２０との間の滅速比を大きくする場合には、駆動側プーリー４０の溝幅を大きくすると共に、従動側プーリー５０の溝幅を小さくする。この結果、コマ式金属ベルト６０の一部でこれら両プーリー４０，５０に掛け渡された部分の径が、駆動側プーリー部分で小さく、従動側プーリー部分で大きくなり、入力側回転軸１０と出力側回転軸２０との間で減速が行なわれる。反対に入力側回転軸１０と出力側回転軸２０との間の増速比を大きく（減速比を小さく）する場合には、駆動側プーリー４０の溝幅を小さくすると共に、従動側プーリー５０の溝幅を大きくする。
【０００６】
コマ式金属ベルト６０を構成するコマ式金属からなるエレメントと、駆動側、従動側両プーリー４０，５０との伝達において、ベルト周波数ｆ（Ｈｚ）は、ｆ（Ｈｚ）＝Ｚｂ×Ｎｂ／６０で表せる。ここで、Ｚｂはベルトエレメント個数（個）であり、Ｎｂはベルト回転数を意味する。例えば、ベルトのエレメント（金属コマ）数が２５０〜４００個である場合、エンジンの回転数を６００ｍｉｎ−１から７０００ｍｉｎ−１に変動すると、プライマリー軸では、減速時ではベルト通過による振動周波数の一次成分が１，０００〜３，０００Ｈｚとなり、増速時では１０，０００〜３５，０００Ｈｚと高周波数領域にある。他方、ＭＴやＡＴのギア噛み合いによる周波数は、一般にギア歯数が５０枚以下であるため、ギア噛み合いによる一次の周波数は、低速側、高速側ともベルト式無段変速機と比較して低周波数領域である。
【０００７】
また、コマ式金属ベルト６０を具備するベルト式無段変速機１の特徴としてＭＴ，ＡＴと異なる点として、コマ式金属ベルト６０と駆動側、従動側両プーリー４０，５０との間の摩擦係数は０．１〜０．１５程度変化すると考えられており、実際の走行においては、増速・減速の繰り返しであるためコマ式金属ベルト６０に起因した共振が発生する場合がある。この共振周波数は、コマ式金属ベルト６０の長さとベルト張力とによって決定されるが、実際の走行運転における周波数域が広いため、ベルトの共振周波数を度々通過することにより、ユニット内部、特に駆動側、従動側両プーリー４０、５０を支持する転がり軸受１１、２１において、高振動が作用する。
【０００８】
従って、通常は、コマ式金属ベルト６０と駆動側、従動側両プーリー４０，５０との摩擦係数を増大し安定されるため、摩擦係数０．０７以上のＣＶＴフルード（ＡＴＦ兼用油）を３００ｃｃ／ｍｉｎ以上供給して潤滑している。しかし、駆動側、従動側両プーリー４０，５０を支持する転がり軸受１１，２１には、それぞれのプーリー４０．５０の側面に位置するため、十分な潤滑油が供給されずらく、且つベルト共振やコマ式金属であるエレメントの通過にともなう高振動が発生するため、これらの転がり軸受１１，２１の油膜形成が局部的に悪化することがある。そのため、潤滑油量を増やしたり、軸受サイズを大きくするか、玉径を大きくして基本動定格荷重を大きくする等の軸受設計を検討する必要がある。
【０００９】
また、ベルト式無段変速機１の効率を確保し、運転時に発生する騒音を少なく抑えると共に、駆動側、従動側両プーリー４０，５０やコマ式金属ベルト６０の摩耗を抑えるために、使用するＣＶＴフルードの流動性を高くし、低粘度化する傾向にあるため、標準的な転がり軸受では、ベルト共振に伴うアキシアル方向の高い振動との複合により、軌道輪と転動体との間ですべりによる油膜形成不足による早期剥離が発生することが考えられる。ところが、一般的な軸受鋼製の外輪、内輪及び転動体を有する転がり軸受の場合、低粘度のＣＶＴフルード（基油動粘度が４０℃時４０ｍｍ２／ｓｅｃ以下、１００℃時１０ｍｍ２／ｓｅｃ以下）が軸受の潤滑油として使用され、軸受温度が１００℃を超える環境下で使用されるため、軸受内部は想定以下の潤滑量（潤滑不足）となる。図２はベルト式無段変速機用軸受の疲労パターン、図３は通常のＴ／Ｍ用軸受の疲労パターンをそれぞれ示すグラフであるが、ベルト式無段変速機用軸受ではこのような潤滑不足により、短時間でも表面の疲労度が２．０よりも高くなる。これは差動・公転・スピン等のすべりの影響により油膜切れが起こり、軌道面がフレッシュな状態となって疲労が促進されるためである。このような短時間での疲労により、従来のベルト式無段変速機用軸受では早期剥離の発生が大きな問題となっていた。
【００１０】
尚、上記の疲労解析は、特公昭６３−３４４２３号公報に開示されているように、疲労度パラメータＦ＝△Ｂ＋Ｋ×△ＲＡ（△Ｂ；半価幅減少量、Ｋ；材料によって異なる定数、△ＲＡ；残留オーステナイト減少量）を基に行われる。即ち、金属材料の転動部の転がり疲労前及び疲労後のマルテンサイト相のＸ線回折半価幅と残留オーステナイト量（Ｖｏｌ％）とを測定し、疲労していないときの残留オーステナイト量（Ｖｏｌ％）と疲労時の残留オーステナイト量との差△ＲＡ、疲労していない時のマルテンサイト相のＸ線回折半価幅と疲労時のマルテンサイト相のＸ線回折半価幅との差△Ｂを求め、上記式にそれぞれの値を代入して疲労後パラメータを求め、この疲労度パラメータを予め作成しておいた転動部の各部位に応じた基準により評価して得られる。
【００１１】
また、軌道面と転動体との接触面で油膜が局部的に破断する結果、活性の高い新生面が露出し、この新生面において潤滑油中の添加剤等による触媒作用により潤滑油または潤滑油中の水分が分解して水素が発生し、この水素が鋼中に侵入拡散して応力場（表面から最大剪断応力近傍部）に集積して鋼材の耐力が著しく低下する。図４は、市販のＣＶＴフロードを用いて、高温下（１２０℃）で鋼材製の深溝玉軸受６２０６を所定時間回転させ、回転前後における玉中の水素量を測定した結果を示すが、回転に伴い水素が侵入していることが認められる。
【００１２】
このような水素の侵入を防ぐために、転動面にＮｉメッキ被膜を成膜することが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。しかし、Ｎｉメッキ被膜は軟らかいことから、潤滑油の粘度が低く、高振動、荷重変動、すべり等により油切れが起こりやすい条件下では、摩耗により脱落してその効果が十分に発現しないことが考えられる。
【００１３】
従来、ベルト式無段変速機１に組み込む各転がり軸受１１，２１として、内輪や外輪、玉を、ＳＵＪ２を焼入れ、焼戻ししてＨＴＣ５８〜６４の硬度とされた軸受鋼で作製したものが一般的であるが、上述のように早期剥離を起こしやすいことから、本出願人は先に、微細なモリブデン系炭化物やバナジウム系炭化物を分散析出させ、共晶炭化物の発生を抑えた鋼材で内輪、外輪、転動体を形成して耐剥離性能を向上させたベルト式無段変速機用転がり軸受を提案している（特許文献１参照）。
【特許文献１】
特開２０００−３２８２０３号公報
【非特許文献１】
社団法人自動車技術会、学術講演会前刷集Ｎｏ．３０−０２、第５〜８頁
（２００２）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ベルト式無段変速機１の更なる性能向上の要求は必至であり、組み込む各転がり軸受にも耐剥離性能に優れることが益々求められており、更には水素侵入による剥離にも十分に対応できることも要求される。
【００１５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、コマ式金属ベルトを具備するベルト式無段変速機用転がり軸受の早期剥離の発生を抑えることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明のコマ式金属ベルトを具備するベルト式無段変速機用転がり軸受は、内輪、外輪及び転動体の少なくとも１つが、クロムを２．５〜２０．０重量％含有する鉄合金からなることを特徴とする。
【００１７】
クロムは焼入れ性を向上させ且つ炭化物球状化を促進させる元素であり、それにより組織安定性を高め、表面疲労を抑制する効果がある。本発明ではこのクロムを２．５〜２０．０重量％含有させることにより、上記したコマ式金属ベルトを具備するベルト式無段変速機用転がり軸受の表面疲労をより効果的に抑制することができることを見出した。そして、表面疲労が抑制される結果、ＣＶＴフルードが十分潤滑されない環境下においても軸受の剥離寿命を向上させることができ、軸受のサイズＵＰを図らなくても良く、最適な耐久性を確保することが可能となる。具体的には、２０ｃｃ／ｍｉｎ以上の十分な潤滑油量を確保できなくても表面疲労を抑制することが可能となり、小型化と高剛性確保とを両立させることができる。その結果、コマ式金属ベルトと、駆動側、従動側両プーリーとの片当りによる異常摩擦を、大型化することなく防止できるようになる。更には、水素の侵入量も減少し、水素脆性に起因する剥離も抑えられる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のベルト式無段変速機用軸受について詳細に説明する。
【００１９】
本発明のベルト式無段変速機用軸受は、その内輪、外輪及び転動体の少なくとも１つ、好ましくはこれら全てがクロムを２．５〜２０．０重量％含有する鉄合金で形成したものである。以下、合金組成に関して説明する。
【００２０】
クロムは、焼入れ性を向上させ且つ炭化物球状化を促進させる元素である。即ち、クロムは基地に固溶して焼入性、焼戻軟化抵抗性、耐食性の他、疲労寿命特性を高める作用がある。また、炭素や窒素等の侵入型固溶元素を実質動き難くして基地組織を安定化し、水素侵入時の寿命低下を大幅に抑制する元素でもある。また、鋼中に微細に分布する炭化物がより高硬度の（Ｆｅ、Ｃｒ）３Ｃ、（Ｆｅ、Ｃｒ）７Ｃ３、（Ｆｅ、Ｃｒ）２３Ｃ６等の炭化物となるため、耐摩耗性を高める作用もある。そこで、本発明では、金属接触するような環境下においては、クロムを２．５重量％以上含有させることにより、組織安定性を向上し、表面疲労を抑制する。しかし、クロム含有量が多すぎると、冷間加工性や被削性、浸炭処理性が低下して著しいコストアップを招いたり、粗大な共晶炭化物が生成して疲労寿命や強度を著しく損なう場合がある。具体的にはクロムを２０．０重量％を超えて含有させると、巨大なクロム炭化物が析出し転がり軸受寿命を低下させる起点となったり、加工時の被削性を劣化させたり、あるいはδフェライトが生成して靱性を害したりすることがある。クロムの特に好ましい含有量は、３．０〜１３．０重量％である。更に好ましくは４．０〜１３．０重量％である。加工性の観点からは、９．０重量％以下とするのが好ましい。尚、モリブデン、バナジウム、クロムの総量で４．０〜１３．０重量％、加工性の観点からは４．０〜９．０重量％としてもよい。
【００２１】
クロム以外には、炭素を０．５０〜１．２０重量％の割合で含有することが好ましい。炭素は、損傷や剥離等により寿命を低下させる要因となる介在物に関して有効であり、これらの介在物の少ない安定した清浄度を有する量産材が得られる。また、炭素は、マルテンサイト基地に固溶して焼入・焼戻後の硬さを向上せしめて強度を増加させるとともに、鉄やクロム、モリブデン、バナジウム等と結合して炭化物を形成し、耐摩耗性を高める作用がある。そのため、炭素の含有量が少なすぎると、十分な硬化層深さを得るために浸炭処理または浸炭窒化処理に要する時間が長くなり、著しいコストアップを招いたり、場合によってはδフェライトが生じて靱性が低下する。また、炭素の含有量が多すぎると、製鋼時に粗大な共晶炭化物が生成しやすくなって疲労寿命や強度を著しく損ねたり、鍛造性や冷間加工性や被削性が低下してコストの上昇を招く場合がある。本発明では、この炭素を０．５０〜１．２０重量％含有させることにより、焼入れ焼戻し後の表面硬さを、十分な疲労寿命と良好な加工性が得られるＨｖ６５０以上Ｈｖ８５０以下に調整することが可能になる。炭素含有量が０．５０重量％未満ではＨｖ６５０以上とはならず、十分な疲労寿命が得られない。一方、炭素含有量が１．２０重量％を超えると、加工性に劣るようになり、更には巨大炭化物が生成し易くなって疲労寿命及び衝撃荷重が低下するようになる。尚、この表面固さは、好ましくはＨｖ７００以上Ｈｖ８５０以下であり、この場合の炭素含有量は０．６０％以上０．９０％である。
【００２２】
尚、上記において、焼入れ焼戻し処理を行うには、例えば９００〜１１００℃の温度で、０．５〜１．０時間加熱した後、１４０〜１８０℃の温度で焼き戻しを行う。
【００２３】
また、炭素を０．１０〜０．９０重量％、好ましくは０．３０〜０．９０重量％含有させ、浸炭処理または浸炭窒化処理と、焼入れ焼戻し処理とを施すことにより、表面硬さをＨｖ７００以上Ｈｖ９００以下とすることもできる。このような肌焼仕様とすることにより、特に靭性の面で上記仕様よりも優位となる。この肌焼仕様において、耐転がり疲労に必要な硬さを得るために行う浸炭窒化の処理時間短縮のためには０．１０重量％以上、好ましくは０．３０重量％以上の炭素含有量が必要となる。一方、０．９０重量％を超えて炭素を多量に含有させると、肌焼きとしてのメリットを活かせず、十分な残留圧縮応力が付与できなくなったり、中心部での割れ強度が低下するおそれがある。
【００２４】
尚、上記において、浸炭処理を行うには、例えば炭素雰囲気中９００〜１１００℃の温度で１．０〜５．０時間加熱する。また、低分圧のアセチレンを用いて真空浸炭処理を行うことができる。一方、浸炭窒化処理を行うには、炭素源及び窒素源を含有する雰囲気中９００〜１０００℃の温度で１．０〜５．０時間加熱する。また、焼入れ焼戻し処理は浸炭処理と同様でかまわない。
【００２５】
その他に好ましい含有元素は、ケイ素、マンガン、モリブデン、バナジウムである。ケイ素は、マンガンと同じく製鋼時の脱酸剤として添加され、クロムやマンガンと同様に焼入性を向上させるとともに、マルテンサイト基地を強化し、軸受寿命を延長するのに有効な元素である。また、焼戻軟化抵抗性を高める作用もある。しかし、多量に添加すると、被削性や鍛造性、冷間加工性を低下させる場合がある。従って、ケイ素の含有量は０．１〜１．５重量％が好ましい。
【００２６】
マンガンは製鋼時の脱酸剤として必要な元素であり、通常、０．１重量％以上添加される。また、クロムと同様にマルテンサイト基地に固溶してＭｓ点を降下させて多量の残留オーステナイトを確保したり、焼入性を高める作用があり、０．１重量％未満ではこの効果が十分ではない。しかし、多量に添加すると冷間加工性や被削性を低下させるだけでなく、マルテンサイト変態開始温度を著しく低下させて、浸炭処理後に多量の残留オーステナイトが残存して十分な硬さが得られなくなる場合があるため上限を１．５重量％とする。従って、マンガンの含有量は０．１〜１．５重量％が好ましい。
【００２７】
モリブデンはクロムと同様に、マルテンサイト基地に固溶して焼入性、焼戻軟化抵抗性、耐食性等を高め、更に、微細な炭化物を形成して、熱処理時の結晶粒粗大化を防止したり、組織を安定化してクロムと同様に金属接触するような環境下において疲労寿命を向上させる作用がある。また、炭素や窒素等の侵入型固溶元素を動き難くして組織を安定化し、水素侵入時の寿命低下を大幅に抑制する元素でもある。更に、Ｍｏ２Ｃ等の微細炭化物を形成して、耐摩耗性を向上させる作用もある。このような理由から、モリブデンはコストが許される限りの範囲で選択的に添加される。しかし、過剰に添加すると、冷間加工性や被削性が低下して著しいコストアップを招いたり、粗大な共晶炭化物が生成して疲労寿命や強度を著しく損なう場合があるため、含有量の上限を３．０重量％とすることが好ましい。
【００２８】
バナジウムは強力な炭化物、窒化物生成元素であり、炭化物に固溶したり、ＶＣ等の微細炭化物または炭窒化物を形成して著しく強度、耐摩耗性を向上させたり、結晶粒の粗大化を抑制する作用があり、更に、鋼中に侵入した水素をトラップする効果等もある。また、クロムやモリブデンと同様に、炭素や窒素等の侵入型固溶元素を実質動き難くして組織を安定化して金属接触するような環境下において疲労寿命を向上させる作用がある。更に、水素侵入時の寿命低下を大幅に抑制する元素でもある。このような理由から、バナジウムはコストが許される限りの範囲で選択的に添加される。しかし、過剰に添加すると、冷間加工性や被削性が低下して著しいコストアップを招いたり、粗大な共晶炭化物が生成して疲労寿命や強度を著しく損なう場合があるため、含有量の上限を３．０重量％とすることが好ましい。
【００２９】
尚、酸素は、鋼中において酸化物系の介在物を生成し、曲げ応力疲労時における起点（フィッシュアイ）となったり、また転がり寿命を低下させる非金属介在物となりうる元素であるため、含有量は２０ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【００３０】
また、リンは転がり寿命及び靱性を低下させる元素であるため、含有量は０．０２重量％以下であることが好ましい。
【００３１】
また、硫黄は被削性を向上させる元素であるが、マンガンと結合して転がり寿命を低下させる硫化系介在物を形成するため、含有量は０．０２重量％以下であることが好ましい。
【００３２】
残部は、鉄及び不可避不純物である。但し、酸素は酸化物系介在物、チタンはチタン系介在物となって軸受寿命を低下させるため、これらを極力含有しないことが好ましく、酸素は１０ｐｐｍ以下、チタンは２０ｐｐｍとすることが好ましい。
【００３３】
また、ベルト式無段変速機では、燃費効率、入力軸と出力軸との動力の伝達効率、ジャダー寿命等が強く要求されるため、潤滑油は低粘度のものが使用されるのが一般的であり、１００℃における粘度が８ｃｓｔ以下で、トラクション係数が０．１０以上の潤滑油が使用されることも多い。しかし、このような低粘度の潤滑油では、上述したような水素の侵入が起こりやすくなる。そこで、このような潤滑条件下で使用される場合には、内輪、外輪及び転動体の少なくとも１つが、炭素を０．１〜０．９重量％、クロムを２．５〜８．０重量％、マンガンを０．１〜２．０重量％、ケイ素を０．１〜１．５重量％、モリブデンを３．０重量％以下、バナジウムを２．０重量％、ニッケルを２．０重量％以下、残部を鉄及び不可避不純物とする鋼材を、浸炭または浸炭窒化と、焼き入れ焼き戻し処理とを施し、表面における炭素と窒素の合計含有量を１．０〜２．５重量％で残留オーステナイト量を１５〜４５％、更には表面硬さをＨＲＣ６０以上に調整されていることが望ましい。
【００３４】
炭素、クロム、マンガン、ケイ素．モリブデン及びバナジウムの各作用は上述したとおりであるが、それぞれを上記のように特定量含有させることにより、これあの相乗効果が最も効果的に発現して、水素の侵入もより少なくなり、耐剥離性能に優れたものとなる。尚、炭素のより好ましい含有量は０．３〜０．７重量％、クロムのより好ましい含有量は３．０〜６．０重量％、マンガンのより好ましい含有量は０．５〜１．５重量％であり、ケイ素のより好ましい含有量は０．１〜１０．７重量％である。また、ニッケルは、強力なオーステナイト安定化元素であり、δフェライトの生成を抑え、靱性を向上させる作用があるが、必要以上に添加すると多量の残留オーステナイトが生成して十分な焼入硬さが得られなくなることがあるため、含有量の上限を２．０重量％以下とする。
【００３５】
そして、このような合金組成の鋼材を、浸炭または浸炭窒化処理した後、焼入れ、焼戻しを施し、最終品表面の炭素濃度と窒素濃度の総含有量が１．０〜２．５重量％以下に調整する。浸炭あるいは浸炭窒化処理は、例えば、９００〜９６０℃程度で、ＲＸガス＋エンリッチガス及びアンモニアを導入した炉内で数時間加熱保持することで行なわれる。また、処理後にそのまま焼入れすると、旧オーステナイト粒径が大きく、主として大きな残留オーステナイト粒とレンズ状マルテンサイトからなる組織となるが、この場合、寿命改善効果が得られ難い傾向にあるため、浸炭及び浸炭窒化処理後には、一旦、Ａ１変態点以下に長時間保持するか、室温まで冷却した後に再度、８２０〜８６０℃程度に加熱して焼入れを行ない、最終的に１６０〜２００℃程度で焼戻しを行なう。この場合、微細且つ高硬度の炭化物または炭窒化物が、マルテンサイトとオーステナイトからなる基地組織に均一に分散した良好な組織を呈する。必要な硬さ、残留オーステナイト量と、表面損傷を軽減するための相当量の微細炭化物・炭窒化物粒子を得るためには、最終品表面の炭素濃度と窒素濃度の総含有量が１．０重量％以上、好ましくは１．２重量％以上が必要である。但し、必要以上に炭素濃度が高くなると、炭化物が粗大化して転がり疲れ寿命を低下させる場合があるため、炭素濃度と窒素濃度の総含有量を２．５重量％以下とする。
【００３６】
また、最終品表面の表面硬さはＨＲＣ６０以上であり、残留オーステナイト量が１５〜４５容量％となる。残留オーステナイトは、表面疲労を軽減する作用があり、好ましくは２０容量％以上である。しかし、多量に含有すると、硬さが低下したり、組み込み時に軌道輪が変形したりして組立て性が低下する場合があるため、好ましくは４０容量％以下とする。同様に、摩耗や表面疲労を軽減するために、表面硬さはＨＲＣ６１以上が好ましい。
【００３７】
更には、硫黄の含有量が０．００８重量％以下で、ＡＳＴＭ　Ｅ４５法におけるレーティングＮｏ．がＡ（Ｔｈｉｎ）≦１．５、Ａ（ｈｅａｖｙ）≦１．０］であることが好ましい。硫黄は鋼中不純物であり、通常、ＭｎＳ等のＡ系介在物として鋼中に存在する。また、Ａ系介在物はチップブレーカーとして作用し、鋼の被削性を向上する作用があり有効利用されることも少なくない。
【００３８】
また、寿命的観点からは、これまでＡ系介在物は、Ｂ系介在物やＤ系介在物のように軸受寿命にはあまり影響しないと考えられてきた。しかしながら、１００℃における粘度が８ｍｍ２／ｓ以下で、トラクション係数が０．１０以上の潤滑油が使用されるベルト式無段変速機用転がり軸受のように、高温、高振動、高速、高荷重等の特定の条件が揃った使用環境では、上述したように接触面内において水素が発生し、Ａ系介在物は水素吸蔵サイトとして作用する。Ａ系介在物は、それ自身はそもそも軟質であって、剪断応力に耐えるだけの強度を備えていないため、大きなＡ系介在物が存在すると、周囲の単位面積当たりの応力がわずかに大きくなり、Ａ系介在物自身も高い応力を受けることになる。その際、吸蔵した水素を周囲に放出して近傍組織の耐力を低下させ、塑性流動しやすくなり、寿命が低下する。そのため、本発明においては硫黄含有量を０．００８重量％以下、好ましくは０．００５重量％以下とし、Ａ系介在物である硫化物量を極力低減する。更に、Ａ系介在物のうち、ＡＳＴＭ　Ｅ４５法におけるＡ（Ｈｅａｖｙ）が１．０以下、Ａ（Ｔｈｉｎ）が１．５以下とすることにより寿命改善が見込める。
【００３９】
更に、最終品表面には、１５０ＭＰａ以上の圧縮残留応力が付与されていることが好ましい。トラクション係数が０．１０以上の潤滑油中で潤滑される場合、転動体と軌道輪との接触面において高い接線力が作用し、更には表面疲労と水素侵入による鋼材の耐力低下も加味され、最弱部位から亀裂が発生、進展して剥離に至る。そのため、本発明では、表面層には、浸炭あるいは浸炭窒化層を設け、１５０ＭＰａ以上の圧縮残留応力を付与することが好ましい。
【００４０】
本発明のベルト式無段変速機用転がり軸受は、上記の合金組成の鋼材から作製されるが、軸受自体の構成、構造には制限がなく、従来よりベルト式無段変速機に使用される転がり軸受が対象とされる。また、駆動側、従動側の各プーリー４０．５０とコマ式金属ベルト６０との摩耗粉が多くなるユニットの場合、軸受の幅方向に余裕がもてるならば、シール機構を設けてもよい。シール機構としては、金属板の非接触タイプや、接触タイプのニトリルやアクリルシール、フッ素シールが挙げられ、使用温度等により適宜選択される。
【００４１】
また、保持器に関しては、通常鉄保持器が好ましいが、更に高速回転となる使用の場合、プラスチック保持器を用いることにより軽量化でき、更に転動体の公転運動を改善し、公転すべりを抑制できるため、更に、長寿命となる。
【００４２】
更に、軸受すきまは、普通すきま（内輪・外輪溝Ｒ５２％、５２％（好ましくは、内輪と外輪の接触面圧がほぼ同程度になる溝Ｒ））としてもよいが、軸受すきま並びに軌道面溝Ｒに関しては、ラジアルがた、アキシアルがた抑制の関連からそれぞれを小さく設定することより、更なる性能向上を図ることができる。
【００４３】
また、円筒ころ軸受や円すいころ軸受、ニードル軸受とすることができ、同様の効果が得られる。
【００４４】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。
【００４５】
（実施例１〜２６、比較例１〜５）
表１に示す鉄合金（表１において、残部は鉄及び不可避不純物である）を用い、ＪＩＳ名番６２０８（内径φ４０ｍｍ×外径φ８０ｍｍ×幅１８ｍｍ）と同形状になるように、その内輪及び外輪を作製し、更に下記に示す条件にて表２に示すように熱処理を施して試験軸受とした。尚、軸受粗さは通常の０．０１〜０．０３μｍＲａである。また、玉はＳＵＪ２鋼に浸炭窒化処理を施したものを用い、保持器は波型プレス鉄保持器を用いた。
【００４６】
熱処理１；９２０〜１０６０℃加熱、油焼入れ、１６０℃焼戻し
熱処理２；９２０〜９６０℃浸炭（Ｃｐ＝０．８〜１．２）、油焼入れ、１６０℃焼戻し
熱処理３；９２０〜９６０℃浸炭窒化（Ｃｐ＝０．８〜１．２、ＮＨ３＝３〜５％）、油焼入れ、１６０℃焼戻し
熱処理４；９６０〜１０５０℃真空浸炭（アセチレン０．３〜０．５ｔｏｒｒ）、Ｎ２ガス冷却、１６０℃焼戻し
熱処理５；８３０〜８６０℃加熱、油焼入れ、１６０℃焼戻し
【００４７】
次に、このようにして得られた各実施例、比較例の試験軸受を以下の条件にて実験した。試験は、図１に示すベルト式無段変速機（Ｂ−ＣＶＴ）ユニットの単体試験であり、入力側回転軸１０を支持する転がり軸受１１，１１に試験軸受を使用し、下記の試験条件にて行った。尚、出力側回転軸２０を支持する転がり軸受２１，２１については、従来の転がり軸受とし、２００ｃｃ／ｍｉｎで潤滑油を供給した。また、試験は、各試験軸受とも６個（うち疲労解析に１個使用）用いて行い、試験終了後に軸受の破損の有無を確認した。
エンジンからの入力トルク：２００Ｎｍ
回転数：入力側回転軸６０００ｍｉｎ−１
コマ式金属ベルト：エレメント個数３００個（スチールバンド０．２ｍｍ×１
０枚）
ベルト長さ：６００ｍｍ
潤滑油：ＣＶＴフルード（動粘度：８５ｍｍ２／ｓ（４０℃）、７ｍｍ２／ｓ
（１００℃）、すべり速度０．５ｍ／ｓ時の摩擦係数０．０１３）
潤滑条件：１０ｃｃ／ｍｉｎ
軸受温度：１２０℃
目標時間；１０００ｈｒ
疲労解析：１００ｈｒ経過後に、任意の１つの試験軸受を選択して調査。
【００４８】
表２に評価した各試験軸受の詳細と、評価結果を示す。
【００４９】
【表１】
2004003608.tif 000003
【００５０】
【表２】
2004003608.tif 000004
【００５１】
実施例１〜２６の試験軸受は、クロムを２．５〜２０．０重量％の範囲で含有する鉄合金で外輪及び内輪を作製したものであるが、何れも比較例１〜５の試験軸受より長寿命であり、実施例１、実施例１６を除いては１０００時間経過後も剥離が発生せず、１００時間経過後の表面疲労度ＦＩ１００ｈｒも１．３以下と小さく、１０００時間経過後の面疲労度ＦＩ１０００ｈｒも１．８以下に抑えられている。尚、実施例１及び実施例１６でもＦＩ１００ｈｒで１．７以下であり、比較例１〜５（但し３０時間経過後の表面疲労度）に比べてかなり小さい。また、実施例１及び実施例１６から、クロム含有量の下限は２．５重量％であるといえる。
【００５２】
これに対して比較例１〜５の試験軸受は、外輪及び内輪をＳＵＪ２（比較例１）、ＳＣＲ４２０（比較例２）、ＳＣＲ４４０（比較例３）、ＳＣＭ４２０（比較例４）、ＳＣＭ４４５（比較例５）で作製した場合の例であるが、何れも１００時間以下で損傷した。また、表面疲労度も３０時間の時点で既に２．１〜２．３と高くなっている。
【００５３】
（実施例２７〜３４、比較例６〜１２）
表３に示す鉄合金（表３において、残部は鉄及び不可避不純物である）を用い、ＪＩＳ名番６２０８（内径φ４０ｍｍ×外径φ８０ｍｍ×幅１８ｍｍ）と同形状になるように、その内輪及び外輪を作製し、更に下記に示す条件にてＢ−１及びＢ−５はずぶ焼入れ、その他は浸炭窒化処理を施して試験軸受とした。尚、軌道輪の湾曲率は玉径の５０．５〜５１．５％とし、軸受粗さは通常の０．０１〜０．０３μｍＲａである。また、玉はＳＵＪ２鋼に浸炭窒化処理を施したものを用い、保持器は波型プレス鉄保持器を用いた。
ずぶ焼入れ：８３０〜８６０℃加熱、油焼入れ、１６０〜１８０℃焼戻し
浸炭窒化；９２０〜９６０℃浸炭窒化（Ｃｐ＝０．８〜１．２、ＮＨ３＝３〜
５％）、油焼入れ、１６０〜１８０℃焼戻し
【００５４】
次に、このようにして得られた各実施例、比較例の試験軸受を以下の条件にて寿命試験を行った。試験は、図１に示すベルト式無段変速機（Ｂ−ＣＶＴ）ユニットの単体試験であり、入力側回転軸１０を支持する転がり軸受１１，１１に試験軸受を使用し、下記の試験条件にて行った。尚、出力側回転軸２０を支持する転がり軸受２１，２１については、従来の転がり軸受とし、２００ｃｃ／ｍｉｎで潤滑油を供給した。また、試験は、各試験軸受とも５個用いて行い、試験終了後に軸受の破損の有無を確認した。
エンジンからの入力トルク：２００Ｎｍ
回転数：入力側回転軸６０００ｍｉｎ−１
コマ式金属ベルト：エレメント個数３００個（スチールバンド０．２ｍｍ×１０枚）
ベルト長さ：６００ｍｍ
潤滑油▲１▼：市販ターボン油（ＶＧ６８）（動粘度：６８ｍｍ２／ｓ（４０℃）、８ｍｍ２／ｓ（１００℃）、１１０℃におけるすべり速度０．５ｍ／ｓ時のトラクション係数０．０９以下）・・・表４に「＃１」と表記
潤滑油▲２▼：市販ＣＶＴフルード（動粘度：３０〜４０ｍｍ２／ｓ（４０℃）、７ｍｍ２／ｓ（１００℃）、１１０℃におけるすべり速度０．５ｍ／ｓ時のトラクション係数０．１２）・・・表４に「＃２」と表記
潤滑油▲３▼：市販ＣＶＴフルード（動粘度：３０〜４０ｍｍ２／ｓ（４０℃）、７ｍｍ２／ｓ（１００℃）、１１０℃におけるすべり速度０．５ｍ／ｓ時のトラクション係数０．１４）・・・表４に「＃３」と表記
潤滑条件：入力側回転軸用転がり軸受（１０ｃｃ／ｍｉｎ）
軸受温度：１１０℃
【００５５】
表４に、表３におけるＢ−１、Ｂ−５（共にＳＵＪ２製）からなる試験軸受を用い、上記潤滑油▲１▼〜▲３▼を用いて寿命試験を行った結果を示すが、潤滑油▲１▼を用いた場合、何れも計算寿命（Ｌｃａｌ）の２倍以上の寿命が得られた。しかし、トラクション係数が０．１より大きい潤滑油▲２▼及び潤滑油▲３▼を用いると、大幅に軸受寿命が低下し、何れも計算寿命以下で破損した。尚、計算寿命とは、軸受の動定格荷重と実荷重から求められた値である。
【００５６】
【表３】
2004003608.tif 000005
【００５７】
【表４】
2004003608.tif 000006
【００５８】
また、表１に示す各鉄合金からなる試験軸受及び潤滑油▲３▼を用いて同様の寿命試験を行った。結果を表５に示すが、実施例２７〜３４の試験軸受は何れも比較例６〜１２の試験軸受に比べて長寿命であり、特に実施例３０〜３４の試験軸受では計算寿命の２倍以上となっている。また、比較例６〜１２の試験軸受は何れも計算寿命を下回っている。
【００５９】
【表５】
2004003608.tif 000007
【００６０】
【発明の効果】、
本発明は、以上に述べた通り構成され作用するので、コマ式金属ベルトを具備するベルト式無段変速機用転がり軸受の早期剥離の発生を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ベルト式無段変速機の一例を示す構成概略図である。
【図２】ベルト式無段変速機用軸受の疲労パターンを示すグラフである。
【図３】通常のＴ／Ｍ用軸受の疲労パターンを示すグラフである。
【図４】通常のＣＶＴフルード潤滑下における回転試験による鋼中の水素量の測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１　ベルト式無段変速機
１０　入力側回転軸
１１　転がり軸受
２０　出力側回転軸
３０　エンジン
２１　転がり軸受
２５　駆動輪
４０　駆動側プーリー
４１　駆動側プーリー板
４２　駆動側変位ユニット
５０　従動側プーリー
５１　従動側プーリー板
５２　従動側変位ユニット
６０　コマ式金属ベルト
【図１】
2004003608.tif 000008
【図２】
2004003608.tif 000009
【図３】
2004003608.tif 000010
【図４】
2004003608.tif 000011