(57)【要約】【課題】高い清浄度の鋼でも内部欠陥である大型介在物の存在を精度良く、且つ、容易に推定し評価できる鋼の評価方法、及び、それに基づいて評価された高清浄度鋼を用いた転がり軸受並びにトロイダル形無段変速装置を提供する。【解決手段】繰返し応力をかけて鋼を破断させ、その破断の起点となった介在物である起点介在物の径を測定し、得られた測定値から統計処理をおこなって鋼内部の最大介在物の径を推定し、その推定結果から鋼の清浄度を評価する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼の清浄度を評価する方法であって、
前記鋼を素材とする評価用の試験片に繰返し応力を発生させて前記試験片を破断させ、
その破断の起点となった介在物である起点介在物の径を測定し、
測定された前記起点介在物の径に基づき統計処理を行って前記鋼内部の最大介在物の径を推定することを特徴とする鋼の清浄度評価方法。
【請求項２】
前記試験片に発生させる繰返し応力は、その繰返し数が１０５回以上で前記鋼が破断する強さであることを特徴とする請求項１に記載の鋼の清浄度評価方法。
【請求項３】
前記試験片に発生させる繰返し応力は、その繰返し数が１０７回以下で前記鋼が破断する強さであることを特徴とする請求項１または２に記載の鋼の清浄度評価方法。
【請求項４】
前記試験片の被検部の表面粗さは、Ｒａ０．８μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の鋼の清浄度評価方法。
【請求項５】
前記統計処理には、極値統計法を適用し、当該極値統計法に用いられて前記起点介在物を調査する検査基準体積は、前記試験片の被検部での公称応力の９０％以上の応力が発生する被検部応力体積以上の値を適用することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の鋼の清浄度評価方法。
【請求項６】
前記被検部応力体積は、１００ｍｍ３以上であることを特徴とする請求項５に記載の鋼の清浄度評価方法。
【請求項７】
前記極値統計法に用いられて前記最大介在物の径を推定する推定体積は、前記鋼から製造する部材での応力が作用する体積である適用部材応力体積以上の値とすることを特徴とする請求項５または６に記載の鋼の清浄度評価方法。
【請求項８】
前記試験片に発生させる繰返し応力は、引張りおよび圧縮による繰返し応力であることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の鋼の清浄度評価方法。
【請求項９】
内輪及び外輪からなる軌道部材と、転動体と、を備えた転がり軸受において、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の鋼の清浄度評価方法を用いて清浄度を評価した鋼から、前記内輪、前記外輪、前記転動体、のうち少なくとも一つが製造されていることを特徴とする転がり軸受。
【請求項１０】
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出力ディスクと転接するパワーローラ軸受と、を備え、前記入力ディスクと出力ディスクとパワーローラ軸受が、鋼から製造されたトロイダル形無段変速装置において、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の鋼の清浄度評価方法を用いて清浄度を評価した鋼から、前記入力ディスクと、出力ディスクと、パワーローラ軸受の少なくとも内輪と、のうち少なくとも一つが製造されたことを特徴とするトロイダル形無段変速装置。
【請求項１１】
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出す出力ディスクと、棒状に形成された鋼から製造されかつディスク状のカムディスクを有するとともに前記入出力ディスクを互いに近付ける方向に前記入出力ディスクのうち少なくとも一方を押圧する押圧機構を備えたトロイダル形無段変速装置において、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の鋼の清浄度評価方法を用いて清浄度を評価した鋼から、前記押圧機構のカムディスクが製造されたことを特徴とするトロイダル形無段変速装置。
【請求項１２】
トロイダル形無段変速装置の入出力ディスクおよびパワーローラ軸受の内外輪うち、少なくとも一つを製造する鋼に対して、その鋼を素材とする評価用の試験片に繰返し応力を発生させて当該試験片を破断させ、その破断の起点となった介在物である起点介在物の径を測定し、測定された前記起点介在物の径に基づき極値統計法による統計処理を行って前記鋼内部の最大介在物の径を推定する鋼の清浄度の評価方法であって、
前記試験片は、当該試験片の被検部の表面粗さがＲａ０．８μｍ以下であり、
前記繰返し応力は、引張りおよび圧縮による繰返し応力であり、
さらに、前記試験片の被検部で公称応力の９０％以上の応力が発生する体積を被検部応力体積と呼ぶとき、
前記極値統計法に用いられて前記起点介在物を調査する検査基準体積には、前記被検部応力体積が１００ｍｍ３以上となる被検部応力体積を適用することを特徴とする鋼の清浄度評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は鋼の清浄度評価方法およびその方法によって評価した鋼から製造された転がり軸受、並びに、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。
【背景技術】
【０００２】
従来から、軸受鋼や、前記トロイダル形無段変速装置の部品などに使用される高強度鋼等は、これらの鋼の疲労寿命向上を目的に、鋼中の酸素量を低減するなどして、清浄度を向上させることが行われてきた（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に記載の技術では、含有酸素量を５０ｐｐｍ以下とした高清浄度鋼が開示されている。
一方、自動車などの車両用の変速装置としては、複数の歯車を有しこれらの歯車間の噛み合せを変更して、入力軸から出力軸へトルクを伝えるものが主流であった。しかしながら、この従来の歯車式有段変速装置は、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、変速時における段階的、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なく、かつ前記歯車式有段変速装置より動力伝達時の損失が少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、これら入出力ディスクと転接するパワーローラ軸受と、ディスク状のカムディスクを有しかつ前記入出力ディスクを互いに近付ける方向に前記入出力ディスクのうち少なくとも一方を押圧するローディングカム機構と、を備えたトロイダル形無段変速装置も実用化されている。
【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、その前記入出力ディスク、パワーローラ軸受およびカムディスクが、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、例えば特許文献２に示されているように、前記トロイダル形無段変速装置の構成要素である前記ディスクおよび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、特許文献３に示されているように前記ディスクおよびパワーローラ軸受に高周波焼入れを施したものや、特許文献４に示されているように前記ディスクおよびパワーローラ軸受に特殊な合金元素を添加したものが知られている。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。例えば非特許文献１では、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、以下に示す式１で表わせることを記載している。
【０００７】
【数１】
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【０００８】
ただし、Ｋ：１．４３（欠陥やき裂が表面にある場合）
１．４１（欠陥やき裂が表面に接するように存在する場合）
１．５６（欠陥やき裂が内部に存在する場合）
σｗ：疲労限度
Ｈｖ：材料の硬さ（材料素材の強さに関するもの）
√area：欠陥やき裂を最大主応力方向に投影した投影面積の平方根（欠陥やき裂の寸法と形状を代表する量）
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。
【０００９】
ところで、高強度鋼の場合、鋼中の非金属介在物（以下、単に介在物と呼ぶ。）が疲労破壊の起点にな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。そのため、鋼の品質は、介在物の数や大きさによって大きく左右されるため、この介在物の数や大きさを知ることが重要である。特に、最大介在物を精度良く推定し評価できることが、長寿命の軸受鋼を供給できることにつながることは、従来からの研究によって示されている通りである。
【００１０】
この介在物を管理する方法としては、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、例えば、画像解析法を適用した介在物の画像検査装置などが開示されている（特許文献５参照。）。
さらにまた、軸受寿命と材料の清浄度との関係についての検討もなされている（例えば、特許文献６参照。）。
特許文献６に記載の技術では、材料を鏡面研磨し、光学顕微鏡あるいは、電子顕微鏡画像解析装置により、鋼中の介在物の数及び粒径を求め、これらの材料のスラスト寿命試験あるいはラジアル寿命試験の結果をもとに、単位体積あたりの介在物の個数と寿命の関係を定義している。
【００１１】
また、検鏡試験によって観察された介在物をもとに極値統計法を適用し、鋼中の最大介在物の径を予測する方法も提案されている（例えば、非特許文献２参照。）。
ここで、極値統計法とは、複数の試験片から、ある検査基準面積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なうことにより、必要な推定面積内での、最大介在物の大きさを推定する方法である（非特許文献１参照。）。
【００１２】
例えば、検鏡試験による結果を極値統計法に適用した鋼の清浄度評価方法では、以下に示すステップを経て最大介在物の大きさ（径）を推定する。
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す。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。検査基準面積として、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Ｓ０を定める。
【００１３】
次に、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Ｓ０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√areamaxを測定する。この最大介在物の√areamaxの測定を検査部分が重複しないようにｎ回繰返し行なう。
次に、測定したｎ個の√areamaxを小さいものから順に並べ、それぞれに番号ｊ（ｊ＝１から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………………（式２）
ｙj ＝−ｌｎ［−ｌｎ｛ｊ／（ｎ＋１）｝］………（式３）
【００１４】
極値確率用紙の横軸に前記√areamaxをとり、かつ縦軸に前記Ｆj 及びｙj をとり、前記１から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√areamax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から式６で示すことができる。
√areamax＝ａ×ｙ＋ｂ………………………………（式４）
ｙ＝−ｌｎ［−ｌｎ｛（Ｔ−１）／Ｔ｝］……………（式５）
Ｔ＝（Ｓ＋Ｓ０ ）／Ｓ０ ………………………………（式６）
ただし、ｙ：基準化変数、Ｔ：再帰期間、Ｓ：推定面積、Ｓ０：検査基準面積である。
【００１５】
そして、最大介在物の大きさを推定する推定面積Ｓを任意に設定し、前記式４ないし式６を用いて、前記推定面積Ｓにおける最大介在物の大きさとしての面積の平方根√areamaxを推定するものである。
そしてまた、材料内の介在物を評価する別の方法としては、超音波探傷によって金属中の欠陥径を検出する方法も提案されている（例えば、特許文献７参照。）。
この特許文献７に記載の技術では、予め超音波探傷による反射強度と介在物の径との関係を求めておき、この関係直線をもとに実際に得られた反射強度から介在物の径を推定している。
【００１６】
また、特許文献８に記載の技術では、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ている。
【特許文献１】特開昭５３−６７９１６号公報
【特許文献２】特開平７−２０８５６８号公報
【特許文献３】特開平８−３３８４９３号公報
【特許文献４】特開平９−７９３３８号公報
【特許文献５】特開昭６３−３０９８４４号公報
【特許文献６】特許第３０１８３５５号公報
【特許文献７】特開２００２−９８６７４号公報
【特許文献８】特開平１１−１９３８５５号公報
【非特許文献１】「金属疲労微小欠陥と介在物の影響」村上敬宜著、養賢堂１９９３年３月８日第１版発行
【非特許文献２】鉄と鋼Ｖｏｌ．８７，Ｎo.１２,７４８−７５５,２００１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかし、非特許文献２に記載の技術では、介在物の三次元的最大寸法を二次元的検鏡によって推定しているため誤差がともなってしまう。これは、極値分布が折れ線になるためであり、つまり、二次元的検査基準面積が小さすぎるために、疲労破壊起点となりうる最大介在物を検出できないためである。そのため、精度良く評価を行なうためには検査基準面積を、例えばＳＣＭ４３５などにおいては、１０，０００ｍｍ2以上にすることを同文献では提案している。
【００１８】
また、従来の検鏡試験による結果を極値統計法に適用した鋼の清浄度評価方法では、検査対象面の被検面積は１００ｍｍ2〜３,０００ｍｍ2と非常に小さな面積を二次元的検鏡により観察しているだけである。すなわち、最大介在物は、その存在確率が低いため、小さな面積や体積を検査しても検出しにくい。また、そのデータを基にした極値統計でも、検査体積が小さいと母集団は中・小型の介在物となり、最大介在物の推定には適さない。また、最大介在物を精度良く評価するためには大きな体積を検査する必要がある。そのため、実用的な被検面積を試験するには、多くの試験を繰り返し行なう必要があり経済的ではないという問題点がある。
【００１９】
また、材料を鏡面研磨して人が光学顕微鏡を用いて観察するため、試験者による人為的なばらつきが生じ易いという問題点もある。
また、特許文献７に記載の技術では、超音波探傷によって金属中の欠陥径を検出するので、二次元的検鏡による方法に比べて大きい体積を検査しているものの、実際の介在物を直接検査しているわけではないため、やはり誤差が生じる可能性は否定できないという問題点がある。
【００２０】
鋼内部の最大介在物の定量的な評価を精度良く、容易にできないと、例えば、高清浄度鋼を軸受用鋼として用いるときに、最大介在物が起点となって短寿命で損傷する転がり軸受が僅かではあるが発生することを、より良く評価できない。つまり、適切な鋼の清浄度評価方法を見出せないと、軸受用鋼自体を定量的により良く評価することもできない。
また、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の構成要素である入出力ディスク５０（図１２に示す）、パワーローラ軸受５１（図１３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の構成要素であるカムディスク５２（図１４に示す）は、図１５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。なお、前記ディスク５０及びパワーローラ軸受５１（特に内輪）には、例えば４．０ＧＰａ程度の接触面圧と９０ｋｇｆ／ｍｍ2程度の曲げ応力が加わる。
【００２１】
特に、図１２から図１４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１４に示すカムディスク５２においては、図中一点鎖線Ｓ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。
【００２２】
このため、前記トロイダル形無段変速装置のディスク５０及びパワーローラ軸受５１及びカムディスク５２を設計する際には、まず、これらディスク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。
【００２３】
そして、この線図の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、前記疲労限度を、例えば１．２から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て、この許容応力を設計時に用いている。
【００２４】
前述したようなディスク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なう必要があるため、開発期間の長期化と開発コストの増大を招く恐れがある。
【００２５】
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。
この発明は、このような問題点に着目してなされたもので、高い清浄度の鋼であっても、内部欠陥である大型介在物の存在を精度良く且つ容易に推定し評価できる鋼の評価方法と、それに基づいて評価された高清浄度鋼製の転がり軸受を提供することを目的としている。
【００２６】
また、本発明の目的は、最大介在物の大きさを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る入出力ディスクと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を提供することにある。
さらにまた、本発明の目的は、最大介在物の大きさを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る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。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、鋼の清浄度を評価する方法であって、前記鋼を素材とする評価用の試験片に繰返し応力を発生させて前記試験片を破断させ、その破断の起点となった介在物である起点介在物の径を測定し、測定された前記起点介在物の径に基づき統計処理を行って前記鋼内部の最大介在物の径を推定することを特徴としている。
【００２８】
請求項１に係る発明によれば、疲労試験と統計処理との組み合わせによって鋼中の最大介在物の径を推定し、評価を行なうのである。すなわち、この評価方法によれば、測定される起点介在物は、現に検出した最大径の介在物であるから、そのデータは推定に好適な信頼性の高い母集団として得られる。そのため、それらのデータを基にした統計処理によれば、鋼中の最大介在物を精度良く、容易に推定し、評価することが可能となる。したがって、本発明における評価方法によれば、従来の方法よりもさらに精度良く最大介在物の評価ができる。そして、検鏡試験による評価方法に比べて、検査上の人為的誤差を生じることも少ない。
【００２９】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の鋼の清浄度評価方法であって、前記試験片に発生させる繰返し応力は、その繰返し数が１０５回以上で前記鋼が破断する強さであることを特徴としている。
請求項２に係る発明は、清浄度を求めようとする鋼の疲労試験を、応力繰り返し数が１０５回以上の範囲で破断する強さの応力とし、破断面に観察される破断起点の起点介在物の径を求め、得られた値から統計処理によって、鋼内部の最大介在物の径を推定する方法を提供するものである。
【００３０】
すなわち、応力繰り返し数が１０５回未満の高い応力で試験すると、発熱の影響などによって、介在物を起点とせずに、例えば、表面等が起点となって破断する可能性があるため、破断するまでの応力繰り返し数が、１０５回以上となる強さの応力で試験を行なうことが好ましい。
また、請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の鋼の清浄度評価方法であって、前記試験片に発生させる繰返し応力は、その繰返し数が１０７回以下で前記鋼が破断する強さであることを特徴としている。
【００３１】
請求項３に係る発明は、清浄度を求めようとする鋼の疲労試験を、応力繰り返し数が１０７回以下の範囲で破断する強さの応力で行なう。すなわち、加速試験の経済効率から考えれば、材料が破断するまでの応力繰り返し数が１０７回以下となる応力で試験することが試験時間の短縮上好ましいからである。
さらにまた、本発明は、より望ましくは、清浄度を求めようとする鋼の疲労試験を、応力繰り返し数が１０５回以上１０７回以下の範囲で破断する強さの応力で行なう。
【００３２】
すなわち、応力繰り返し数を１０５回以上１０７回以下の範囲で破断する応力で疲労試験を行えば、発熱と試験時間との双方の点でより好適に本発明の評価方法を提供することができる。
ここで、疲労試験を行なう試験片の表面粗さが大きいと、破断の起点が介在物起点にならず表面起点となってしまうため、介在物の評価が困難になる。そこで、本願発明者らは、鋭意検討の結果、試験片の被検部として望ましい表面粗さを見いだした。
【００３３】
すなわち、請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の鋼の清浄度評価方法であって、前記試験片の被検部の表面粗さは、Ｒａ０．８μｍ以下であることを特徴としている。
請求項４に係る発明によれば、試験片の被検部の表面粗さをＲａ０．８μｍ以下としているため、破断の起点が介在物起点になり、表面起点となることがほとんどない。そのため、介在物をより良く評価することができる。
【００３４】
また、請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の鋼の清浄度評価方法であって、前記統計処理には、極値統計法を適用し、当該極値統計法に用いられて前記起点介在物を調査する検査基準体積は、前記試験片の被検部での公称応力の９０％以上の応力が発生する被検部応力体積以上の値を適用することを特徴としている。
請求項５に係る発明によれば、鋼内部の最大介在物の調査を行なう検査基準体積を、被検部応力体積以上の値とした極値統計法によって、最大介在物の径を推定し、評価している。そのため、大きな被検体積を迅速に評価することが可能であり、被検体積を正しく見積ることができる。
【００３５】
ここで、極値統計法は、極値統計に用いる検査基準体積を大きくする方が評価の精度は上がる。そのため、材料の準備、試験荷重に余裕があれば検査基準体積は大きい方がよい。しかし、評価が同程度に有意であれば、効率よく経済的に評価を行なう方が望ましいため、効率や経済性を考慮した最適な検査基準体積を設定することも重要である。
すなわち、請求項６に係る発明は、請求項５に記載の鋼の清浄度評価方法であって、前記被検部応力体積は、１００ｍｍ３以上であることを特徴としている。
【００３６】
本願発明者らは、最適な検査基準体積を設定するために、鋭意検討の結果、試験片に発生させる繰返し応力における公称応力の９０％以上の応力が発生する体積（被検部応力体積）を検査基準体積とするとき、この検査基準体積が１００ｍｍ３以上に設定して評価すれば、推定値に有意差はほとんど見られないことを見出した。したがって、検査基準体積となる被検部応力体積を１００ｍｍ３以上とした試験片で評価すればより効率良くより経済的に評価を行なうことができる。なお、詳細は後述する説明から明らかとなる。
【００３７】
また、請求項７に係る発明は、請求項５または６に記載の鋼の清浄度評価方法であって、前記極値統計法に用いられて前記最大介在物の径を推定する推定体積は、前記鋼から製造する部材での応力が作用する体積である適用部材応力体積以上の値とすることを特徴としている。
請求項７に係る発明によれば、鋼内部の最大介在物の推定を行なう推定体積を、その鋼を使用する部材での応力が作用する体積である適用部材応力体積以上の値とした極値統計法によって、最大介在物の径を推定し、評価している。そのため、その鋼を使用する部材での使用実態に即した評価を迅速かつ正確に行なうことができる。
【００３８】
すなわち、例えば、その鋼を使用する部材を転がり軸受とした場合においては、転がり軸受の軌道輪と転動体の接触部には接触応力による接触楕円が発生するが、この直下のせん断応力が転がり疲労をひきおこす。そのため、この接触楕円の長径と転がり軸受の軌道輪表面からせん断応力最大値深さとによって決まる断面を周方向に積分してなる体積全体を適用部材応力体積と考えるのがよい。したがって、この適用部材応力体積における最大介在物の径を推定することにより、疲労強度に影響を及ぼす適用部材中の最大介在物の推定が可能になるのである。
【００３９】
また、請求項８に係る発明は、請求項５〜７のいずれか１項に記載の鋼の清浄度評価方法であって、前記試験片に発生させる繰返し応力は、引張りおよび圧縮による繰返し応力であることを特徴としている。
請求項８に係る発明によれば、疲労試験として引張り圧縮試験を採用している。引張り圧縮試験は、例えば平板の曲げ疲れ試験、回転曲げ疲れ試験等に比べて被検部応力体積をより大きくすることができる。したがって、存在頻度の少ない介在物でも、より良く評価することができる。
【００４０】
また、請求項９に係る発明は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の鋼の清浄度の評価方法を用いて清浄度を評価した鋼から、内輪及び外輪からなる軌道部材と、転動体と、を備えた転がり軸受において、前記内輪、前記外輪、前記転動体、のうち少なくとも一つが製造されていることを特徴としている。
そのため、軸受用鋼としての素材を、請求項１〜８のいずれか１項に対応した評価方法による鋼としたので、鋼中の最大介在物の存在を定量的に保証した軸受用鋼製の信頼性の高い転がり軸受を提供することが可能となる。
【００４１】
また、請求項１０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出力ディスクと転接するパワーローラ軸受と、を備え、前記入力ディスクと出力ディスクとパワーローラ軸受が、鋼から製造されたトロイダル形無段変速装置において、請求項１〜８のいずれか１項に記載の鋼の清浄度評価方法を用いて清浄度を評価した鋼から、前記入力ディスクと、出力ディスクと、パワーローラ軸受の少なくとも内輪と、のうち少なくとも一つが製造されたことを特徴としている。
【００４２】
また、請求項１１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出す出力ディスクと、棒状に形成された鋼から製造されかつディスク状のカムディスクを有するとともに前記入出力ディスクを互いに近付ける方向に前記入出力ディスクのうち少なくとも一方を押圧する押圧機構を備えたトロイダル形無段変速装置において、請求項１〜８のいずれか１項に記載の鋼の清浄度評価方法を用いて清浄度を評価した鋼から、前記押圧機構のカムディスクが製造されたことを特徴としている。
【００４３】
また、請求項１２に係る発明は、トロイダル形無段変速装置の入出力ディスクおよびパワーローラ軸受の内外輪うち、少なくとも一つを製造する鋼に対して、その鋼を素材とする評価用の試験片に繰返し応力を発生させて当該試験片を破断させ、その破断の起点となった介在物である起点介在物の径を測定し、測定された前記起点介在物の径に基づき極値統計法による統計処理を行って前記鋼内部の最大介在物の径を推定する鋼の清浄度の評価方法であって、前記試験片は、当該試験片の被検部の表面粗さがＲａ０．８μｍ以下であり、前記繰返し応力は、引張りおよび圧縮による繰返し応力であり、さらに、前記試験片の被検部で公称応力の９０％以上の応力が発生する体積を被検部応力体積と呼ぶとき、前記極値統計法に用いられて前記起点介在物を調査する検査基準体積には、前記被検部応力体積が１００ｍｍ３以上となる被検部応力体積を適用することを特徴としている。
【００４４】
請求項１０〜１２のいずれか１項に係る発明によれば、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なう必要がなくなり、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。
特に、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より正確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。
【００４５】
また、推定体積は、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に応力が作用する体積に基づいた適用部材応力体積とすることが望ましい。すなわち、本発明によれば、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、つまり適用部材応力体積を検査対象としている。そのため、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。
【００４６】
ここで、例えば、一つあたりの検査基準体積（試験片での応力体積）で予想すれば、そこに含まれる介在物、そして疲労強度が予想できる。また、１００個あたりの検査基準体積で予想すれば、製品として１００個製造されるものの上限を予想することができ、不良率は抑えられる。そのため、検査基準体積は大きいほどよい。ただし、少ない検査基準体積から、極端に大きな推定体積を予想するのは精度が落ちるため、大きな推定体積を予想するにはある程度、推定体積を大きくするほうがよい。
【００４７】
そのため、本発明では、極値統計法によって予想を行なう推定体積として、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適用部材応力体積に基づいた値を用いことが望ましい。これにより、前記ディスク、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。すなわち、前記式１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になる。
さらに、前記トロイダル形無段変速装置において、前記推定体積内で検出された最大介在物の面積の平方根が２００μｍ以下の鋼から製造されるのが望ましく、前記平方根が１００μｍ以下の鋼から製造されることがより望ましい。この場合、トロイダル形無段変速装置の耐久性が向上することとなる。
【発明の効果】
【００４８】
本発明によれば、鋼中の最大介在物の径を精度良く且つ容易に推定し、鋼の清浄度を評価することが可能であり、特に高清浄度軸受鋼などに好適な鋼を提供することができる。
また、本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、疲労試験し、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。
【００４９】
また、同一材料を用いて複数回、検査基準体積を試験しているので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、繰り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。
さらに、極値統計法によって予想を行なう推定体積として、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適用部材応力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介在物の内、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明の一実施形態に使用する超音波疲労試験機（図示しない）は、周知の装置であるので概要のみ簡単に述べる。
超音波疲労試験機は、共振を利用して引張り圧縮試験を行なう疲労試験機である。すなわち、この超音波疲労試験機は、高周波（例えば、ピエゾ素子によって発生した２０ｋＨｚ）の振動を、ブースタ、ホーン等によって増幅し、試験片１(後述する)に伝える。そして、試験片１に伝えられた振動によって共振を起こし、試験片１に引張りおよび圧縮の繰り返し応力を発生させることによって疲労試験を行なうことができる。
【００５１】
発生する振動の周波数が２０ｋＨｚの超音波疲労試験機であれば、１０６回にいたるまでわずか５０秒で試験を行なうことができる。また、１０５回破断までは、５秒、１０７回破断までは、８．３分で試験することができる。
ここで、疲労試験には、様々な方法があるが、要素試験の代表的なものとしては、例えば平板の曲げ疲れ試験、回転曲げ疲れ試験、引張り圧縮試験等がある。しかし、存在頻度の少ない介在物を、より良く評価する上では、極値統計法に用いられて前記起点介在物を調査する検査基準体積（被検部応力体積）を大きくし得る疲労試験を採用するのがよい。平板の曲げ疲れ試験も、回転曲げ疲れ試験も、曲げ荷重により試験を行なうため、応力は試験片の表面にかかる。しかし、引張り圧縮試験では、応力は断面全体にかかる。そのため、同じ体積の試験片では、上記検査基準体積、つまり公称応力の９０％以上の応力がかかる被検部応力体積は、引張り圧縮試験が他の疲労試験より大きい。そのため、本実施形態では、検査基準体積（被検部応力体積）を大きくするために超音波疲労試験機を採用して疲労試験の負荷応力を引張り圧縮としている。
【００５２】
次に、超音波疲労試験に用いられる試験片１について説明する。
図１に、本発明の一実施形態において使用される試験片１を示す。
この試験片１は、まず、供試材となる清浄度を評価する棒状の鋼材、例えば、高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）を、試験片１に必要な外径Ｄ１（例えば、φ２０ｍｍ）よりも大きい寸法、例えば（直径）φ３０ｍｍに圧延する。この際、外径Ｄ１の寸法よりも大きくしすぎると加工取り代が大きくなりすぎるため、外径Ｄ１の寸法の１.５倍程度が適当である。
【００５３】
そして、圧延した鋼材から図１に示す形状に試験片１を加工する。同図に示すように、この試験片１は、外径Ｄ１をもった円柱形状から、その一端に雄ねじ１ａと、軸線方向のほぼ中央部に細い径Ｄ２、例えば、（直径）φ６ｍｍからなる被検部１ｂとを加工している。被検部１ｂは、軸線方向の両端部から一定の距離Ｌ１，Ｌ２をそれぞれにもって、一定の曲率Ｒによって中央部に向かって徐々に径が細くなるように加工されている。なお、同図の形状は、使用する超音波疲労試験機に対応して上記の共振を成立させるように予め設定されている。すなわち、ピエゾ素子及び、ブースタ、ホーン、試験片１、によって構成される共振システムを成立させるためには、試験片１のヤング率、試験片１の径、被検部１ｂの形状などの因子相互の関係が試験片１に共振を生じさせるように設定する必要があるからである。
【００５４】
試験片１を加工後、熱処理（焼き入れ、焼き戻し）を行なう。なお、試験片１には、直径で０．２ｍｍ程度の加工取り代を予め付けておく。一般的に、試験片１の硬さが、Ｈｖ４００以上の場合、疲労の破壊モードは、試験片１の表面起点型から内部欠陥型、すなわち、鋼中の大型の介在物を起点として破断をするようになる。特に、高炭素クロム軸受鋼などの場合では、ほとんど鋼中の介在物から破断する。このような介在物としては、例えばＡｌ2Ｏ3、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ2等の酸化物があげられる。
【００５５】
熱処理後、熱処理によってできた黒皮部を被検部１ｂから取り去り、研磨仕上げし、さらに表面仕上げをして表面粗さを良くすることによって、表面起点破断が発生するのを防止する。すなわち、疲労試験において、表面起点ではなく内部の介在物起点で破断させるためには、試験片表面の仕上げを良好にすることが望ましい。疲労試験片の表面粗さが大きいと、介在物起点にならず表面起点となり、介在物をより良く評価できないからである。
そのため、本発明による試験片１は、予めその表面粗さを良くして、試験片表面からの破断は、特に少なくなっている。具体的には、本実施形態における試験片１の表面粗さＲａは、０．８μｍ以下に仕上げている（実施例１に示す第一の予備試験参照）。
【００５６】
次に、この試験片１を雄ねじ１ａにて上記超音波疲労試験機に取り付けて、疲労試験を行なう。
ここで、本発明に係る疲労試験で試験片に発生させる繰返し応力として、望ましい応力の強さについて説明する。
本発明に係る疲労試験では、同一鋼種あるいは類似鋼種の疲労強度線から、応力繰り返し数が１０６回で破断する応力を選定することが好ましい。例えば、図１の試験片１の場合、１,０００〜１,２００ＭＰａの応力で試験をすると１０６回で破断することになる。なお、疲労強度には、当然、ばらつきがあるため、すべての試験片１が１０６回で破断するわけではない。
【００５７】
通常、破断は鋼内部の介在物を起点として進行するが、破断までの応力繰り返し数が１０５回未満、すなわち、強い応力で試験すると、発熱の影響によって、介在物を起点とせずに、例えば、表面等が起点となって破断する可能性が高い。そのため、破断するまでの応力繰り返し数が、１０５回以上となる応力で試験することが好ましい。
また、加速試験の経済効率から考えれば、必要以上の試験時間をかけないために、破断するまでの応力繰り返し数が１０７回以下となる応力で試験することが試験時間の短縮上望ましい。
【００５８】
そのため、破断するまでの応力繰り返し数が１０６回となる応力で試験すれば、発熱と試験時間との双方の点でより好ましい。そこで、本実施形態では、応力繰り返し数が１０６回で破断する応力にて疲労試験を行っている。
また、本実施形態では、鋼の清浄度をより良く評価する上で、極値統計法に適用して好適な検査基準体積とするために、試験片に発生させる繰返し応力における公称応力の９０％以上の応力が発生する体積（被検部応力体積）を検査基準体積としている。つまり、この被検部応力体積が１００ｍｍ３以上となるように上記の応力繰り返し数が選定されている。
【００５９】
被検部応力体積が１００ｍｍ３以上となる応力繰り返し数で評価すれば、推定値に有意差はほとんど見られない（実施例２に示す第二の予備試験参照）。したがって、検査基準体積となる被検部応力体積を１００ｍｍ３以上とした試験片で評価すればより効率良くより経済的に評価を行なうことができる。具体的には、本実施形態における試験片１では検査基準体積（被検部応力体積）は、１４０ｍｍ３としている。
【００６０】
次に、疲労試験終了後、走査型電子顕微鏡によって破断面を観察し、破断起点部を調査する。
次に、破断面観察によって観察された破断の起点となった起点介在物の径（大きさ）を測定する。この破断起点部に存在する起点介在物は、試験片１の検査基準体積中に存在する最大径の介在物である。
そして、得られた起点介在物の径を、極値統計法によって統計処理し、鋼材中の最大介在物の径を推定する。なお、上記の超音波疲労試験及び走査型電子顕微鏡による起点介在物の観察は、統計処理に必要な数だけ実施する（ｎ＝１０〜３０）。
【００６１】
このとき、前述の式６において、Ｓ０（検査基準面積）の代わりにＶ０（検査基準体積）を用い、Ｓ（推定面積）の代わりにＶ（推定体積）を用いて、Ｔ＝（Ｖ＋Ｖ０）／Ｖ０として計算する。
ここで、清浄度を極値統計法によって評価する場合、適用される部品において、実際に応力が発生する体積以上の値を推定体積とするのがよい。すなわち、本実施形態では、鋼内部の最大介在物の推定を行なう推定体積を、その鋼を使用する部材での応力が作用する体積である適用部材応力体積以上の値とした極値統計法によって、最大介在物の径を推定し、評価する。そのため、その鋼を使用する部材での使用実態に即した評価を迅速かつ正確に行なうことができる。
【００６２】
なお、適用部材応力体積は、例えば、転がり軸受の場合は、「ころがり軸受実用ハンドブック」Ｊ．ブレンドライン／Ｐ．エッシュマンＬ．リスバルゲン／Ｋ．ワイガンド編著，（株）工業調査会，１９９６年８月１日初版第１刷発行，９６〜１１４頁に記述されている方法で計算することができる。
【００６３】
以上説明したように、本発明に係る鋼の清浄度評価方法によれば、測定される起点介在物は、現に検出した最大径の介在物であるから、そのデータは予測に好適な信頼性の高い母集団として得られ、また、最大介在物を推定するための検査基準体積も大きい。したがって、それらのデータを基にした極値統計法によれば、鋼中の介在物を精度良く、容易に推定し、鋼の清浄度を評価することが可能となる。特に高清浄度軸受鋼などに好適な鋼を提供することができる。
【００６４】
また、同一材料を用いて複数回、検査基準体積を試験しているので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。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。
なお、上述の実施形態における本発明の評価方法では、超音波疲労試験機を使用した疲労試験によって起点介在物を検出する例について説明したが、本発明が適用できる疲労試験機はこれに限定されるものではなく、例えば、高速油圧サーボ疲労試験機や電磁共振式疲労試験機を用いた引張り圧縮疲労試験や、回転曲げ疲労試験でも適用することが可能である。しかし、試験時間の点から、また、存在頻度の少ない介在物を、より良く評価する上では、極値統計法に用いられて前記起点介在物を調査する検査基準体積（被検部応力体積）を大きくし得る疲労試験、つまり超音波疲労試験機を使用するのが最適である。
【実施例】
【００６５】
〔実施例１〕
次に、本発明における鋼の清浄度評価方法で使用する試験片として、望ましい表面粗さを評価するために行なった第一の予備試験について説明する。
第一の予備試験用に、表面粗さＲａが異なる試験片を３種類、各試験片を１０本ずつ用意した。各試験片の表面粗さＲａは、それぞれＲａ６．４μｍ、Ｒａ３．２μｍ、Ｒａ０．８μｍである。これを上記説明した疲労試験によって破断させた。なお、第一の予備試験にて行なった疲労試験は、試験片の表面粗さが異なる点以外は、上述の実施形態における疲労試験と同じ条件で行っている。第一の予備試験の結果を表１に示す。
【００６６】
【表１】
2004251898.tif 000004
【００６７】
表１から分かるように表面粗さＲａが０．８μｍ以下であれば、表面起点となる破断が生じていないことが分かる。これにより、上記実施形態における試験片１の表面粗さＲａは、０．８μｍ以下に仕上げている。
〔実施例２〕
次に、本発明における鋼の清浄度評価方法として最適な試験条件を設定する上で、望ましい検査基準体積、つまり望ましい被検部応力体積を評価するためにおこなった第二の予備試験について説明する。
第二の予備試験では、被検部応力体積がそれぞれ１０、１００、５００、１０００ｍｍ３の試験片を各１０本ずつ製作して疲労試験を行なった。これを上記説明した疲労試験によって破断させた。なお、第二の予備試験にて行なった疲労試験は、試験片の被検部応力体積が異なる点以外は、上述の実施形態における疲労試験と同じ条件で行っている。なおまた、この第二の予備試験での極値統計による推定体積は、５００００ｍｍ３とした。第二の予備試験の結果を表２に示す。
【００６８】
【表２】
2004251898.tif 000005
【００６９】
表２に示す結果から分かるように、被検部応力体積が１００ｍｍ３以上では推定値に有意差はほとんど見られない。なお、被検部応力体積を大きくする方が評価精度は向上する。そのため，材料の準備、試験荷重に余裕があれば被検部応力体積は大きい方がよい。しかし、評価が同程度に有意であれば、効率よく経済的な方が望ましい。すなわち、効率や経済性を考慮した最適な被検部応力体積を設定することも重要である。そこで、上記実施形態では、試験片１において、検査基準体積、つまり被検部応力体積を１４０ｍｍ３としているのである。
なお、従来の検鏡試験では、観察される介在物の径が２０μｍ程度であることから、検鏡試験の調査面の厚さを２０μｍ程度と考えると、１４０ｍｍ３は面積換算で、７,０００ｍｍ2に相当する。これは、従来の検鏡試験による極値統計法における検査基準面積の７０個分に相当することになる。
【００７０】
〔実施例３〕
次に、本発明における鋼の清浄度評価方法（以下、「本発明の評価方法」と呼ぶ。）を、軸受用鋼に適用した実施例についてさらに具体的に説明する。
ここでは、従来技術の方法との比較のために、検鏡試験による結果を極値統計法に適用した鋼の清浄度評価方法（以下、「検鏡試験による評価方法」と呼ぶ。）と、本発明の評価方法と、によって高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）の最大介在物の推定をそれぞれ行った。
【００７１】
まず、検鏡試験に使用する検鏡試料（図示せず）用として（直径）φ２５ｍｍの鋼材を、その中心部を通るように長手方向に切断し、１０ｍｍ×１０ｍｍの形状に切り出し、埋め込み樹脂に埋め込んで被検部である検査対象面を鏡面仕上げした。この検鏡試料を３０個準備した。
そして、倍率４００倍の光学顕微鏡で検査対象面を観察し、検査対象面に存在する最大径の介在物の写真を撮影し、写真上で最大径の介在物の大きさを測定した。この結果は、６〜１５μｍであった（図２に示す（ａ）参照）。
また、この検鏡試験の結果をもとに極値統計法によって最大介在物の径を推定したところ２２μｍであった（同図に示す矢印（ｂ）参照）。
【００７２】
次に、超音波疲労試験用の供試材として（直径）φ６５ｍｍの鋼材を鍛伸した。そして、鍛伸した鋼材から図１に示す試験片１を作成した。試験片１には、図１１に示すように、焼き入れ（８４０℃）、焼き戻し（１８０℃）をおこなった後、被検部１ｂを仕上げ研磨した。
超音波疲労試験は、１,１００ＭＰａの応力によって試験を行った。超音波疲労試験は、１０個の試験片１について試験をしたが、それら試験片１は、４×１０５回〜３×１０６回で被検部１ｂから破断した。（なお、図６に、走査型電子顕微鏡による観察結果の一例を示す。）
試験片１の破断後に、走査型電子顕微鏡によって破断面を観察し、その起点部の起点介在物の径を測定した。
【００７３】
次に、得られたデータを整理し、そのデータから極値統計法によって最大介在物の径を推定した。結果を図２にあわせて示す。
同図のように、超音波疲労試験では、１０〜３０μｍの径の介在物が観察された（同図に示す（ｃ）参照）。
この結果からわかるように、超音波疲労試験では、２２μｍを超える径の介在物が実際に存在しており、前述のように、検鏡試験による評価方法では、介在物の径を小さく見積もってしまうことを示している。また、この超音波疲労試験結果をもとに極値統計法によって最大介在物の径を推定したところ４２μｍであった（同図に示す矢印（ｅ）参照）。
【００７４】
超音波疲労試験後、酸分解法によって介在物を分析した。まず、試験片１の被検部１ｂ（被検部応力体積部）を切断し、これを強酸に入れて溶解させた。そして、溶け残った残渣である介在物を集め、これを解析した。その結果、破断起点となった起点介在物は被検部１ｂ中の最大径の介在物であることが判った。
次に、本発明の評価方法、および、検鏡試験による評価方法、並びに、超音波探傷法と極値統計法との組み合わせによる鋼の清浄度評価方法（以下、「超音波探傷による評価方法」と呼ぶ。）、を比較し、その結果を表３に整理した。
【００７５】
【表３】
2004251898.tif 000006
【００７６】
この結果から、本発明の評価方法では、検鏡試験による評価方法と比較して、被検面積（体積）は７０倍であり、所要時間も１／２０以下になる。また、本発明の評価方法と超音波探傷による評価方法とを比較すると単位時間（１分）あたりの被検体積は、超音波探傷法による被検体積が３３０ｍｍ3と、本発明の評価方法による被検体積の１６８ｍｍ3より大きいが、この値は超音波の反射強度であるから、介在物の径はそこからの推定値であり、また、超音波探傷による評価方法では、材料内部の亀裂などの欠陥も検出することから、介在物の径を適切に評価しているといえない場合がある。
【００７７】
すなわち、本発明の評価方法によれば、従来の方法よりもさらに精度良く最大介在物を推定し、鋼の清浄度の評価ができる。そして、大きな被検体積を迅速に評価することが可能であり、且つ、検鏡試験による評価方法に比べて検査を行なううえでの人為的誤差を生じることも少ない。
次に、以上説明した本発明の評価方法によって評価を実施したＳＵＪ２と同じ材料を使用して、転がり軸受を３０個製造した。
【００７８】
図３に、本発明に係る転がり軸受の一実施形態である単列深溝玉軸受１１（型番６２２４）を説明するための説明的断面図を示す。
同図に示すように、この単列深溝玉軸受１１は、内輪１２及び外輪１３からなる軌道部材１４の間に複数の転動体１６が保持器１５を介して周方向に転動可能に介装されている。
【００７９】
この単列深溝玉軸受１１を用いて下記の条件で軸受寿命試験を行った。
〔軸受寿命試験条件〕
試験軸受型番６２２４：外径φ２１５ｍｍ、内径φ１２０ｍｍ、幅４０ｍｍ
回転速度：２,０００ｍｉｎ−１
潤滑油：ＶＧ６８
油温度：７０℃
荷重：Ｆｒ＝１１０,０００Ｎ
【００８０】
軸受寿命試験は、一定時間ごとに装置を停止し、軌道面のクラックの発生の有無を超音波探傷によって確認した。そして、超音波探傷によってクラックが見つかった際は、クラックが小さい場合には、再度試験を継続し、十分に大きくなっている場合には、クラック部をはがし、クラックの発生の起点部を詳細に観察した。
観察の結果、軸受寿命試験をした単列深溝玉軸受１１は、３０個中、２２個に介在物を確認した。見つかった介在物の径は、小さいもので１２μｍ、大きいもので３４μｍであった。見つかった介在物の径と数の関係を図５に示す。
【００８１】
ところで、本発明の評価方法を適用して、転がり軸受の清浄度を評価する場合には、推定体積に考慮が必要である。いま、図４（ａ）及び（ｂ）に、内輪１２と転動体１６との接触応力によって生じる接触楕円１２ｃの発生状態を示す。図４（ａ）は、図３における矢視Ａから内輪１２を見た場合の接触楕円１２ｃである。なお、図４では内輪１２について示したが、外輪１３及び転動体１６の接触部についても同様に、接触部には接触応力が生じる。
【００８２】
この接触楕円１２ｃ直下のせん断応力が転がり疲労をひきおこすことが知られている。そのため、本発明の評価方法を、単列深溝玉軸受１１に適用する場合を考えると、この接触楕円１２ｃの長径Ｌ３と内輪１２の表面からのせん断応力最大値深さＬ４とによって決まる断面を周方向に積分してなる体積全体である適用部材応力体積１２ｅを推定体積として統計処理の対象と考えるのがよい（内輪１２の要部を斜視図にて示す図４（ｂ）参照）。
【００８３】
そこで、この転がり軸受寿命試験において、上記の考察による適用部材応力体積１２ｅを計算すると２,１００ｍｍ3となる。ここで、本発明の評価方法を用いて２,１００ｍｍ3における最大介在物の径を推定すると３２μｍになった（図２に示す矢印（ｄ）参照）。
この推定値は、今回実施した転がり軸受寿命試験でのクラックの起点となった起点介在物の最大径３４μｍとほぼ同等の径である。このことは、本発明の評価方法により、最大介在物の径を推定する場合の推定体積として、単列深溝玉軸受１１の適用部材応力体積１２ｅの値を適用すれば良いことを示している。したがって、この適用部材応力体積１２ｅ相当における最大介在物の径を推定することにより、疲労強度に影響を及ぼす単列深溝玉軸受１１中の最大介在物の径の推定が可能になるのである。
【００８４】
以上説明した本発明の評価方法を用いて清浄度を評価した鋼を、例えば、清浄度ランクに分けて管理することができる。そして、このランク分けされた鋼から、目的とする用途に対して期待される寿命とコストのバランスを勘案して最も安価で且つ信頼性の高い鋼を選定することが可能となる。
例えば、この鋼を使用して単列深溝玉軸受１１の、内輪１２、外輪１３、転動体１６、のうち少なくとも一つ（望ましくは、全て）を製造すれば、転がり軸受用鋼としての素材を鋼中の最大介在物の存在を定量的に保証した長寿命の転がり軸受用鋼とした、信頼性の高い単列深溝玉軸受１１として提供することが可能となる。
【００８５】
〔実施例４〕
次に、本発明における鋼の清浄度評価方法を、トロイダル形無段変速装置に適用した第一の例について説明する。
以下、本発明をトロイダル形無段変速装置に適用した第一の例を図７から図１１を参照して説明する。
図７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１９の一部を構成するバリエータ２０を示す断面図であり、図８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。
【００８６】
図７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１９のバリエータ２０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２１に、ニードルベアリングを介してこの入力軸２１と連動して回転自在に支持された入力ディスク２２と、前記入力軸２１の回転に基づく動力を取出す出力軸と連動して回転する出力ディスク２３と、この入力ディスク２２および出力ディスク２３に転接するパワーローラ軸受４１の内輪４２などを備えている。
【００８７】
入力ディスク２２の背面側には、入力ディスク２２を出力ディスク２３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２６が設けられている。ローディングカム機構２６は、カムディスク２４とローラ２５とを備えている。カムディスク２４は入力軸２１に対してスプライン係合して設けられている。ローラ２５は、カムディスク２４と入力ディスク２２との間に設けられている。
【００８８】
入力ディスク２２と出力ディスク２３との間には枢軸２７を中心として揺動するトラニオン２８が設けられ、トラニオン２８の中心部には変位軸２９が設けられている。そして、この変位軸２９には前記パワーローラ軸受４１が回転自在に支持され、このパワーローラ軸受４１は、入力ディスク２２及び出力ディスク２３と接するトラクション部を有し、入力ディスク２２と出力ディスク２３との間に傾転自在に転接されている。
【００８９】
このパワーローラ軸受４１は入力ディスク２２及び出力ディスク２３から加わるスラスト方向の荷重を支承しつつ、内輪４２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４１の複数個の玉３２はトラニオン２８側に設けられた円環状の外輪４３と回転部としての内輪４２との間に設けられた円環状の保持器４４によって保持されている。
さらに、外輪４３と内輪４２には玉３２を転動自在に保持する軸走溝４５，４６が設けられている。軸走溝４５，４６は、外輪４３と内輪４２の玉３２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。
【００９０】
次に、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７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、以下説明する。
図８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２２，２２と、一対の出力ディスク２３，２３と、複数のパワーローラ軸受４１と、を備えている。前記入力ディスク２２，２２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２２，２２は互いに同軸的に配されている。入力ディスク２２，２２は、それぞれ入力軸２１と連動して回転するように、入力軸２１と同軸的に支持されている。
【００９１】
前記出力ディスク２３，２３は、前記一対の入力ディスク２２，２２の間に、それぞれ入力ディスク２２，２２と対向しかつ前記入力軸２１に対して遊嵌状態で設けられている。出力ディスク２３，２３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ている。出力ディスク２３，２３は、これらの出力ディスク２３，２３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２１に基づく動力を取出す出力軸と連動して回転するようになっている。
【００９２】
前記複数のパワーローラ軸受４１は、それぞれ、前記入力ディスク２２，２２と出力ディスク２３，２３との間に枢軸２７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４１は、それぞれ、前記入力ディスク２２，２２と出力ディスク２３，２３に転接自在な内輪４２を備えている。
前記一対の入力ディスク２２，２２のうち一方の入力ディスク２２の背面側には、押圧機構としてのローディングカム機構２６が設けられている。ローディングカム機構２６は、ディスク状のカムディスク２４とローラ２５とを備えている。
【００９３】
カムディスク２４は、前記入力ディスク２２，２２などと同軸的に配置されている。カムディスク２４と入力軸２１との間には、ボール３３が設けられている。カムディスク２４と入力軸２１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２５は、前記入力軸２１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２６は、ローラ２５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２２，２２を出力ディスク２３，２３に向って押圧するようになっている。
【００９４】
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２６が入力ディスク２２，２２を出力ディスク２３，２３に向って押圧することによって、入力軸２１から伝達された回転駆動力を入力ディスク２２，２２、パワーローラ軸受４１の内輪４２、出力ディスク２３，２３及び出力歯車３６を介して出力軸へと伝達することとなる。
【００９５】
前記入出力ディスク２２，２３、パワーローラ軸受４１の内輪４２、外輪４３及びカムディスク２４のうち少なくとも一つは、圧延などが施され、棒状に形成された棒状の鋼から製造される。この棒状の鋼は、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。
【００９６】
〔超音波疲労試験の実施（第一の例）〕
この鋼（後述する第二の例において同じ）の介在物を評価する。
発明者らは、３種類の互いに溶解時の条件や工程などが異なる材料ＳＣＭ４３５鋼Ａ，Ｂ，Ｃにおいて、疲労試験を行った。疲労試験は、超音波疲労試験機を用いて行った。
この超音波疲労試験に合わせて、試験片を製作した。φ６５の鋼材をφ２５に鍛伸した。そして、鍛伸した鋼材より図１に示す試験片を製作した。試験片は、熱処理後、試験部の仕上げ研摩を行った。これを３０本製作した。
【００９７】
疲労試験は６００〜８００ＭＰａ程度の応力振幅で行った。破断後、破面を金属顕微鏡で観察し、起点の起点介在物を測定した。
前記入出力ディスク２２，２３、パワーローラ軸受４１の内輪４２及び外輪４３（特に内輪４２）及びカムディスク２４などのように、繰返し応力を受ける応力体積（適用部材応力体積）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、できるだけ正確に検査する必要がある。したがって、確実に介在物を観察できる疲労試験を用いて評価を行った。
検査基準体積（被検部応力体積）Ｖ０は１４０ｍｍ3とした。また、試験本数を３０本とした。
【００９８】
〔極値統計の実施（第一の例）〕
図１０のステップＳ４において、計測された最大介在物（起点介在物）の面積の平方根√areamax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。
そして、ステップＳ５において、最大介在物の大きさを予想する推定体積Ｖを、前記トロイダル形無段変速装置の応力の作用する適用部材応力体積に設定して、前記最大介在物分布直線を用いて前記推定体積Ｖにおける最大介在物の大きさとしての最大介在物の面積の平方根√areamaxを推定する。
表４に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√areamaxを示す。
【００９９】
【表４】
2004251898.tif 000007
【０１００】
以下に示す条件において推定した。検査基準体積を１４０ｍｍ3、試験本数ｎを３０本とした。
トロイダル形無段変速装置には、垂直応力とせん断応力が同時に働く。適用部材応力体積は応力の合計の最大値から９０％までが働く体積とした。入出力ディスクとパワーローラ軸受の内輪とカムディスクの適用部材応力体積は１０4ｍｍ３である。これにより、予想を行なう推定体積Ｖを１.０×１０4ｍｍ3とした。
なお、表４においては、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√areamaxを示している。
【０１０１】
〔介在物の確認〕
実際に存在する介在物を確認するために、予想した推定体積Ｖ、つまり１.０×１０4ｍｍ3を強酸に入れ溶解させた。溶け残った残渣を集め、非金属介在物を解析した。表４にその最大介在物を示す。
表４に示すように、この試験によれば、予想を行なう推定体積Ｖを１.０×１０4ｍｍ3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√areamaxは、溶解により解析した介在物径とよく一致していることが分かる。したがって、予想が適当であったことが分かる。
【０１０２】
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２２，２３、パワーローラ軸受４１の内外輪４２，４３（特に内輪４２）及びカムディスク２４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４１及びカムディスク２４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。
【０１０３】
〔無段変速装置の実物試験（第一の例）〕
前記入出力ディスク２２，２３、パワーローラ軸受４１の内輪４２と外輪４３とのうち少なくとも内輪４２及びカムディスク２４のうち少なくとも一つは、図１０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から製造されている。
【０１０４】
次に、発明者らは、表４に示した３種類の鋼（試験片Ａ〜試験片Ｃ）からなる供試体Ａ１〜供試体Ｃ１としてのハーフトロイダル形無段変速装置１９の入出力ディスク２２，２３およびパワーローラ軸受４１の内輪４２及び外輪４３などをそれぞれ試作し、これら供試体Ａ１〜供試体Ｃ１を用いてハーフトロイダル形無段変速装置１９の耐久試験を行った。なお、前記供試体Ａ１〜供試体Ｃ１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４１の内輪４２及び外輪４３は、それぞれ、図１１に示す熱処理が施されている。
【０１０５】
ただし、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Ｆｉｇ.３に示すダブルキャビティＣＶＴ変速装置に基づいて行った。
この試験条件は、以下のとおりである。
入力トルク  ３００Ｎ・ｍ
入力時の回転数が３２００ｍｉｎ-1のときにおける最大減速状態
この試験を一つの鋼種において３回行った。この試験結果を以下に示す表５に示す。
【０１０６】
【表５】
2004251898.tif 000008
【０１０７】
表５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√areamaxを１００μｍ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１９の入出力ディスク２２，２３およびパワーローラ軸受４１の内輪４２及び外輪４３を得ることができるのが明らかとなった。なお、表５中にパワーローラ破損（損傷）と記しているのは、内輪４２と外輪４３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４２が割れた場合を示している。
【０１０８】
次に、発明者らは、表４に示した３種類の鋼（試験片Ａ１〜試験片Ｃ１）からなる供試体ＡＡ〜供試体ＣＣとしてのトロイダル形無段変速装置３０のカムディスク２４をそれぞれ試作し、これら供試体ＡＡ〜供試体ＣＣ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ＡＡ〜供試体ＣＣとしての前記カムディスク２４は、それぞれ図１１に示す熱処理が施されている。
【０１０９】
ただし、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Ｆｉｇ.３に示すダブルキャビティＣＶＴ変速装置に基づいて行った。
この試験条件は、以下のとおりである。
入力トルク  −３００Ｎ・ｍから＋３００Ｎ・ｍまでの範囲
正弦波的に変化
入力時の回転数  ３２００ｍｉｎ-1
このときカムディスク２４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。この試験結果を以下に示す表６に示す。
【０１１０】
【表６】
2004251898.tif 000009
【０１１１】
表６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√areamaxが１００μｍ以上の場合では、カムディスク２４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√areamaxを１００μｍ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２４を得ることができるのが明らかになった。
【０１１２】
以上説明したように、このトロイダル形無段変速装置では、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、疲労試験し、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。
【０１１３】
すなわち、例えばトロイダル形無段変速装置において、推定された最大介在物を有する鋼を用い、且つ、前記式１を用いて設計された入出力ディスク、パワーローラ軸受けの内外輪（特に内輪）およびカムディスクなどの比較的高い繰り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、パワーローラ軸受けおよびカムディスク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。
【０１１４】
さらに、極値統計法によって予想を行なう推定体積として、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適用部材応力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介在物の内、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。なお、上記の例では、ハーフトロイダル形無段変速装置について説明したが、例えば図９に示すような、フルトロイダル形無段変速装置にも適用可能である。
【０１１５】
〔実施例５〕
次に、本発明における鋼の清浄度評価方法を、トロイダル形無段変速装置に適用した第二の例について説明する。なお、この第二の例は、上記説明した第一の例に対して〔超音波疲労試験の実施（第一の例）〕、および〔極値統計の実施（第一の例）〕の内容以外は、同様であるため、その説明については省略する。
【０１１６】
以下、〔超音波疲労試験の実施（第二の例）〕、および〔極値統計の実施（第二の例）〕について説明する。
〔超音波疲労試験の実施（第二の例）〕
この鋼（上記第一の例参照）の介在物を評価する。
発明者らは、上記の材料、ＳＣＭ４３５鋼Ａ、Ｂ、Ｃにおいて、さらに別に疲労試験を行った。
疲労試験に合わせて試験片を製作した。圧延されたφ３０ｍｍの鋼材を使用した。各鋼材から各試験片をそれぞれ製作した。試験片は、熱処理後、試験部の仕上げ研磨を行った。なお、各試験片はそれぞれ３０本用意した。疲労試験は６００〜８００ＭＰａ程度の応力振幅で行った。破断後、破面を金属顕微鏡で観察し、起点の介在物径を測定した。
試験方法および条件を表７に示す。
【０１１７】
【表７】
2004251898.tif 000010
【０１１８】
ここで、表７から分かるように、この第二の例では、試験片の被検部の被検部応力体積、および被検部の表面粗さ、並びに疲労試験自体の方法を異ならせている。疲労試験自体の方法は、具体的には、上述してきた超音波疲労試験による方法、および回転曲げによる方法とによってそれぞれ疲労試験を実施した。各疲労試験での応力体積、すなわち検査基準体積Ｖ０を上記表７に併せて示す。
【０１１９】
〔極値統計の実施（第二の例）〕
図１０に示すステップＳ４において、計測された最大介在物（起点介在物）の面積の平方根√areamax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。
そして、前記ステップＳ５において、最大介在物の大きさを予想する体積Ｖを１．０×１０４ｍｍ３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√areamaxを推定する。なお、回転曲げによる方法についても同様である。
【０１２０】
表８に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√areamaxを示す。
以下に示す条件によって推定した。
検査基準体積を表７に示す値とし、試験本数ｎを３０本とした。予想を行なう推定体積Ｖは１．０×１０４ｍｍ３である。なお、表８においては、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√areamaxを示している。
【０１２１】
【表８】
2004251898.tif 000011
【０１２２】
なお、前述した予想する推定体積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、材料間での有意差判定が難しくなる。そのため、最大介在物の大きさを予想する推定体積Ｖは１．０×１０４ｍｍ３以上とするのが望ましい。
また、あまりに小さい、あるいは大きい値に設定されると、推定された最大介在物の大きさが現実とかけ離れてしまう。そのため、前記予想を行なう推定体積Ｖとして、前記入出力ディスク，パワーローラ軸受けの内外輪、およびカムディスクの適用部材応力体積に基づいた値を用いるのが望ましい。
【０１２３】
表７および表８から分かるように、疲労試験方法を引張り圧縮、被検部応力体積を１００ｍｍ３以上、被検部の表面粗さをＲａ０．８μｍ以下にした実施例ａおよび実施例ｂでは、前記３種類の異なる材料ＳＣＭ４３５鋼Ａ，Ｂ，Ｃ内の介在物を明確に評価していることが分かる。また、比較例ｃ，ｄ，ｅは、いずれも鋼Ａ，Ｂ，Ｃ内の介在物相互に有意差がほとんど見られない。すなわち、各鋼ごとの介在物を評価することが困難であることが分かる。
【０１２４】
具体的には、比較例ｃは、疲労試験方法を回転曲げとしている。そのため、被検部での応力体積を大きくすること自体が困難であり、被検部応力体積が２０ｍｍ３と少ない。その結果、表８から分かるように、各鋼ごとの有意差を明確にできない。また、比較例ｄは、疲労試験方法を引張り圧縮としているものの、やはり被検部応力体積が２０ｍｍ３と少ない。その結果、表８から分かるように、比較例ｃ同様に各鋼ごとの有意差を明確に評価することが困難である。また、比較例ｅは、被検部の表面粗さがＲａ６．４μｍと粗い。その結果、疲労試験による破断が表面起点によって生じてしまい、評価自体を行なうことができなかった。
【０１２５】
以上説明したように、本発明の鋼の清浄度の評価方法は、例えば、トロイダル形無段変速装置の入出力ディスクおよびパワーローラ軸受の内外輪うち、少なくとも一つを製造する鋼に対して、その鋼を素材とする評価用の試験片に繰返し応力を発生させて当該試験片を破断させ、その破断の起点となった介在物である起点介在物の径を測定し、測定された前記起点介在物の径に基づき極値統計法による統計処理を行って前記鋼内部の最大介在物の径を精度良く推定することができる。
【０１２６】
特に、前記繰返し応力は、引張りおよび圧縮による繰返し応力であり、前記試験片は、当該試験片の被検部の表面粗さがＲａ０．８μｍ以下であり、さらに、前記極値統計法に用いられて前記起点介在物を調査する検査基準体積は、前記試験片の被検部で公称応力の９０％以上の応力が発生する被検部応力体積以上の値とし、且つ、その被検部応力体積は、１００ｍｍ３以上とすれば前記鋼内部の最大介在物の径をより精度良く推定することができるのである。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１】本発明の一実施形態における試験片の平面図である。
【図２】本発明の評価方法と、検鏡試験による評価方法と、による介在物の大きさを比較するグラフである。
【図３】本発明の評価方法を適用した単列深溝玉軸受の説明的断面図である。
【図４】図３の転動面要部の説明図である。
【図５】本発明の評価方法による起点介在物の分布を説明するグラフである。
【図６】本発明の超音波疲労試験機による破断面を説明する写真である。
【図７】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８】この発明の一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９】この発明の一実施形態を示すフルトロイダル形無段変速装置の一部を示す図である。
【図１０】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である。
【図１１】疲労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示す図である。
【図１２】トロイダル形無段変速装置の入出力ディスクを示す説明図である。
【図１３】トロイダル形無段変速装置のパワーローラ軸受を示す説明図である。
【図１４】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説明的断面図である。
【図１５】一般的なころがり軸受の説明図である。
【符号の説明】
【０１２８】
１・・・試験片
１１・・・単列深溝玉軸受
１２・・・内輪
１３・・・外輪
１４・・・軌道部材
１５・・・保持器
１６・・・転動体
１９・・・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・・・バリエータ
２１・・・入力軸
２２・・・入力ディスク
２３・・・出力ディスク
２４・・・カムディスク
２５・・・ローラ
２６・・・ローディングカム機構
２７・・・枢軸
２９・・・変位軸
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
３１・・・バリエータ
３２・・・玉
３３・・・ボール
３４，３５・・・案内溝
３６・・・出力歯車
４１・・・パワーローラ軸受
４２・・・内輪
４３・・・外輪
４４・・・保持器
４５，４６・・・軸走溝
４８・・・フルトロイダル形無段変速装置
５０・・・パワーローラ
５１・・・入力ディスク
５２・・・出力ディスク
５３・・・一般的なころがり軸受
【図１】
2004251898.tif 000012
【図２】
2004251898.tif 000013
【図３】
2004251898.tif 000014
【図４】
2004251898.tif 000015
【図５】
2004251898.tif 000016
【図７】
2004251898.tif 000017
【図８】
2004251898.tif 000018
【図９】
2004251898.tif 000019
【図１０】
2004251898.tif 000020
【図１１】
2004251898.tif 000021
【図１２】
2004251898.tif 000022
【図１３】
2004251898.tif 000023
【図１４】
2004251898.tif 000024
【図１５】
2004251898.tif 000025
【図６】
2004251898.tif 000026