(57)【要約】【課題】高温及び高面圧の条件下においても、水素侵入抑制効果及び金属接触低減効果を充分に得ることができる転動部材を提供する。【解決手段】ニッケル被覆後の基材表面に対する垂直方向の断面において所定長さの基準線分とその両端Ａ，Ｂを通る二線Ｌａ，Ｌｂとで観察範囲を設定し、観察範囲における基材Ｍとニッケル被膜Ｎの界面長さＬ１と基準線分の直線長さＬ２との比（Ｌ１／Ｌ２）を求めた際、少なくとも任意の三箇所における界面長さＬ１と直線長さＬ２との比の平均値が１．２〜２．４倍である転動部材とし、ニッケル被膜Ｎの界面長さ及び面積を増加させて基材Ｍに対する被膜Ｎの密着強度を高め、ミクロな金属接触による新生面の形成を低減すると共に、基材Ｍへの水素侵入を抑制して転動疲労寿命の向上を実現する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転動面にニッケルを被覆した部材であって、ニッケル被覆後の基材表面に対する垂直方向の断面において前記垂直方向に直交する方向に観察範囲の基になる所定長さの基準線分を設定し、基準線分の両端を通り且つ前記垂直方向に平行な二線で挟まれた観察範囲における基材とニッケル被膜の界面に沿って測った界面長さＬ１と基準線分の直線長さＬ２との比（Ｌ１／Ｌ２）を求めたときに、少なくとも任意の三箇所における界面長さＬ１と直線長さＬ２との比の平均値が１．２〜２．４倍であることを特徴とする転動部材。
【請求項２】
観察範囲における基材とニッケル被膜の界面の最大高さＲｙが０．０５〜１μｍであることを特徴とする請求項1に記載の転動部材。
【請求項３】
ニッケル被膜が、ニッケルストライクめっき及び上層ニッケルめっきの二層から成ることを特徴とする請求項１又は2に記載の転動部材。
【請求項４】
観察範囲におけるニッケル被膜の最小厚さＸが２〜１０μｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の転動部材。
【請求項５】
観察範囲におけるニッケルストライクめっきの最小被膜厚さｙが０．２μｍ以上であることを特徴とする請求項３又は４に記載の転動部材。
【請求項６】
トロイダル式無段変速機用転動部材及び軸受、ベルトＣＶＴ用軸受、エンジン駆動補機用歯車及び軸受の少なくとも一つに用いることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の転動部材。
【請求項７】
ディスクに潤滑油を介してパワーローラを接触させた構成を有する無段変速機において、請求項１〜５のいずれかに記載の転動部材のニッケル被膜をディスク及びパワーローラの少なくとも一方の転がり接触をする部位に形成したことを特徴とする無段変速機。
【請求項８】
ディスクに潤滑油を介してパワーローラを接触させた構成を有する無段変速機において、請求項１〜５のいずれかに記載の転動部材のニッケル被膜をディスク及びパワーローラの少なくとも一方のトラクション面に形成したことを特徴とする無段変速機。
【請求項９】
ディスクに潤滑油を介してパワーローラを接触させた構成を有する無段変速機において、請求項１〜５のいずれかに記載の転動部材のニッケル被膜を少なくともパワーローラのベアリング溝部に形成したことを特徴とする無段変速機。
【請求項１０】
請求項１〜６のいずれかに記載の転動部材を製造するに際し、基材にニッケル被膜を形成した後、２００℃以下の温度でベーキング処理を行うことを特徴とする転動部材の製造方法。
【請求項１１】
基材にニッケル被膜を形成する際の前処理として、無機系又は有機系の酸性水溶液もしくは酸性溶液を用いて洗浄処理を行うことを特徴とする請求項１０に記載の転動部材の製造方法。
【請求項１２】
基材にニッケル被膜を形成する際の前処理として、ショットブラスト加工を行うことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の転動部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばトロイダル式無段変速機を構成する転動部材及び軸受、あるいは燃料ポンプ、オルタネータ、エアコンプレッサー等のエンジン駆動補機を構成する軸受、あるいはエアコンプレッサー用軸受、トランスミッション用歯車及び軸受等に使用される転動部材及びその製造方法に関し、主に、転動疲労強度の向上を実現すると共に、転動中のオイル分解等により発生した水素が基材中に侵入するのを抑制して、侵入水素による水素脆性的な短寿命剥離を大幅に抑制した転動部材及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、軸受等の転動部材において、水素侵入抑制、すなわち転動中にオイル分解等により発生した水素が基材中に侵入することで生じる水素脆性的な短寿命剥離を抑制することを目的としたものとしては、グリース封入軸受において、軸受の転動面に黒染め処理により四三酸化鉄の被膜を形成し、これにより転動面の剥離を防止して寿命の向上を図ったものがあった。また、耐食性転がり軸受として、外輪、内輪、転動部材及び保持器のうちの少なくとも一つにニッケルめっきを施し、これにより塩水噴霧などの厳しい腐食条件下における耐食性やなじみ性の向上を図ったものがあった。
【特許文献１】特開平２−１９０６１５号公報
【特許文献２】特開平６−３１３４３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、例えばトロイダル式無段変速機は、転動部材として、入力及び出力のディスクと、両ディスクに潤滑油を介して接触するパワーローラを備えており、パワーローラが介在するトラクションドライブにより入力ディスクの回転を出力ディスクに伝達する。この際、各ディスクとパワーローラの間には高い押し付け荷重が加わり、とくに、パワーローラを構成するベアリング溝部の接触面圧は、最大で３ＧＰａを越えるものとなる。そして、ベアリング溝部では、上記の高面圧に加えて、トラクション力やラジアル方向の荷重を受けながらボールが転動するため、ミクロな金属接触や転がり摩擦抵抗の増大に伴う表面接線力の増大により、転動疲労強度が低下する恐れがあるという問題点があり、従来ではこのような問題点を解決することが課題であった。
【０００４】
また、グリースで潤滑を行う軸受では、ミクロな金属接触により転動面に形成された新生面が触媒的な作用をして、グリースと転動面の間でトライボケミカル的な反応を促進し、化学分解により生成した水素が基材中に侵入し、転動疲労寿命が低下する恐れがあるという問題点があった。
【０００５】
なお、水素侵入抑制の対策としては、黒染め処理（１３０〜１６０℃の苛性ソーダ水溶液に浸漬）が報告されているが、作業環境が劣悪であるという問題があり、また、黒染め処理により形成された四三酸化鉄の被膜は、高温及び高面圧の過酷な条件下では被膜の残存性が不充分であり、充分な水素侵入抑制効果が発揮できない場合がある。さらに、転動面にニッケルを被覆した場合、被覆方向もしくは被覆特性によっては、高温及び高面圧の過酷な条件下では被膜が比較的早期に摩耗により消失し、水素侵入抑制効果及び金属接触低減効果が発揮できない場合があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、高温及び高面圧の過酷な条件下においても、長時間にわたってミクロな金属接触による新生面の形成を低減すると共に、水素が透過し難い保護皮膜を形成して基材への水素の侵入を抑制し、転動疲労寿命の向上を実現すると共に、転動中のオイル分解等により発生した水素が基材中に侵入して発生する水素脆性的な短寿命剥離の抑制を実現し、且つ長期にわたって安定した効果を実現する長寿命の転動部材及びその製造方法を提供することを目的としている。
【０００７】
本発明の転動部材は、転動面にニッケル（Ｎｉ）を被覆した部材であって、ニッケル被覆後の基材表面に対する垂直方向の断面において前記垂直方向に直交する方向に観察範囲の基になる所定長さの基準線分を設定し、基準線分の両端を通り且つ前記垂直方向に平行な二線で挟まれた観察範囲における基材とニッケル被膜の界面に沿って測った界面長さＬ１と基準線分の直線長さＬ２との比（Ｌ１／Ｌ２）を求めたときに、少なくとも任意の三箇所における界面長さＬ１と直線長さＬ２との比の平均値が１．２〜２．４倍であることを特徴としている。
【０００８】
また、本発明の転動部材の製造方法は、基材にニッケル被膜を形成した後、２００℃以下の温度でベーキング処理を行うことを特徴とし、より好ましくは、転動面にニッケル被膜を形成する際の前処理として、無機系又は有機系の酸性水溶液もしくは酸性溶液にて洗浄処理を行うことを特徴とし、さらに、転動面にニッケル被膜を形成する際の前処理として、ショットブラスト加工を行うことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の転動部材によれば、ニッケル被膜の界面長さ及び面積が増加して、基材に対する被膜の密着強度が向上し、被膜中のニッケルが基材に拡散し易くなることで、水素が透過し難い保護被膜であるニッケル拡散層を形成し、高温及び高面圧の過酷な条件下においても、ミクロな金属接触による新生面の形成を低減させることができると共に、基材内部への水素の侵入を抑制することができ、これにより転動疲労寿命の向上を実現し、とくに、転動中のオイル分解等により発生した水素が基材中に侵入して発生する水素脆性的な短寿命剥離の抑制を実現することができ、転動部材の転動疲労寿命を大幅に向上させて、被膜の優れた性能を長期にわたって維持することができるので、長寿命安定な転動部材を実現することができる。
【００１０】
本発明の転動部材の製造方法によれば、ニッケル被膜の形成後に２００℃以下の温度でベーキング処理を行うことにより、基材の軟化や残留応力の低下を防止しつつ充分な脱水素効果を得ることができ、品質のさらなる安定化及びさらなる長寿命化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の転動部材は、転動面にニッケルを被覆した部材であって、図１に示すように、ニッケル（Ｎｉ）を被覆した後の基材Ｍの表面に対する垂直方向（図中で上下方向）の断面において、前記垂直方向に直交する方向（図中で左右方向）に観察範囲の基になる所定長さ、すなわち本発明では走査型電子顕微鏡による１００００倍観察において長さ１１．５μｍの基準線分を設定し、基準線分の両端Ａ，Ｂを通り且つ前記垂直方向に平行な二線Ｌａ，Ｌｂで挟まれた観察範囲における基材Ｍとニッケル被膜Ｎの界面に沿って測った界面長さＬ１と基準線分の直線長さＬ２との比（Ｌ１／Ｌ２）を求めたときに、少なくとも任意の三箇所における界面長さＬ１と直線長さＬ２との比の平均値が１．２〜２．４倍であるものとしている。
【００１２】
ここで、上記の界面長さＬ１と直線長さＬ２との比の平均値を１．２〜２．４倍としたのは、１．２未満の場合には、ニッケル被膜Ｎの密着強度が不充分となり、基材Ｍの表面へニッケルが殆ど拡散しないうちにニッケル被膜Ｎが摩耗に至るため、水素進入抑制効果に寄与するニッケル拡散層が殆ど形成されず、水素侵入抑制効果及び金属接触低減効果を充分に発揮するための品質が不安定になるからである。
【００１３】
また、同平均値が２．４倍を越える場合には、ニッケル被膜Ｎが摩耗した後に現れる基材Ｍの表面粗さが大きくなるために、転動部での金属接触率が増加して、転動部の温度上昇に伴う基材Ｍの軟化や相手材を含めた表面損傷による表面起点型の転動疲労寿命の低下を招くからである。なお、当該転動部材は、界面長さＬ１と直線長さＬ２との比の平均値を１．２〜２．４倍とすることで、後記するようにニッケル被膜Ｎの密着強度の向上や品質が安定化を実現することができるが、より一層充分な効果を得るには、同平均値を１．２〜１．５倍とするのが望ましい。
【００１４】
上記の転動部材によれば、ニッケル被膜Ｎの界面長さ及び面積が増加して、基材Ｎに対するニッケル被膜Ｎの密着強度が向上し、同被膜Ｎ中のニッケルが基材Ｍに拡散し易くなることで、水素が透過し難い保護被膜であるニッケル拡散層を形成し易くし、高温及び高面圧の過酷な条件下においても、ミクロな金属接触による新生面の形成を低減させることができると共に、基材Ｍの内部への水素の侵入を抑制することができ、これにより転動疲労寿命の向上を実現する。とくに、転動中のオイル分解等により発生した水素が基材Ｍ中に侵入して発生する水素脆性的な短寿命剥離の抑制を実現することができ、転動部材の転動疲労寿命を大幅に向上させて、被膜の優れた性能を長期にわたって維持することができる。つまり、水素侵入抑制効果及び金属接触低減効果を充分に発揮するための品質が安定化し、長寿命安定な転動部材となる。
【００１５】
次に、本発明の転動部材は、より好ましい実施形態として、図１に示す観察範囲における基材Ｍとニッケル被膜Ｎの界面の最大高さＲｙが０．０５〜１μｍであるものとすることができる。なお、最大高さＲｙの測定は、ＪＩＳ−Ｂ０６０１−１９９４やＪＩＳ−Ｂ０６５１に準処したものである。
【００１６】
ここで、界面の最大高さＲｙを０．０５〜１μｍとしたのは、最大高さＲｙが０．０５μｍ未満である場合には、基材Ｍに対するニッケル被膜Ｎの密着強度が不充分になり、また、最大高さＲｙが１μｍを越える場合には、ニッケル被膜Ｎが摩耗した後に現れる基材Ｍの表面粗さが大きくなるために、転動部での金属接触率が増加して、転動部の温度上昇に伴う基材Ｍの軟化や相手材を含めた表面損傷による表面起点型の転動疲労寿命の低下を招くからである。
【００１７】
上記の転動部材は、基材Ｍとニッケル被膜Ｎの界面を荒らすことで、基材Ｍに対するニッケル被膜Ｎの密着強度が向上して、同被膜Ｎ中のニッケルが基材Ｍへ拡散し易くなり、水素侵入抑制に寄与するニッケル拡散層を形成し易くし、水素侵入抑制効果及び金属接触低減効果を充分に発揮するための品質が安定化する。
【００１８】
次に、本発明の転動部材は、より好ましい実施形態として、同じく図１に示すように、ニッケル被膜Ｎが、ニッケルストライクめっきＮｓ及び上層ニッケルめっきＮｊの二層から成るものとすることができる。
【００１９】
このように、ニッケルストライクめっきＮｓを上層ニッケルめっきＮｊを形成する前に形成することにより、基材Ｍに対するニッケル被膜Ｎの密着強度が向上し、同被膜Ｎ中のニッケルが基材Ｍへ拡散し易くなり、水素侵入抑制に寄与するニッケル拡散層を形成し易くし、水素侵入抑制効果及び金属接触低減効果を充分に発揮するための品質が安定化する。
【００２０】
次に、本発明の転動部材は、より好ましい実施形態として、同じく図１に示す観察範囲におけるニッケル被膜Ｎの最小厚さＸが２〜１０μｍであるものとすることができる。
【００２１】
ここで、ニッケル被膜Ｎの最小厚さＸを２〜１０μｍとしたのは、最小厚さＸが２μｍ未満の場合には、ニッケル被膜Ｎが摩耗して消失するまでの時間が短くなり、ニッケルが基材Ｍの表面へ殆ど拡散しないために、水素侵入抑制効果に寄与するニッケル拡散層を形成しなくなり、水素侵入抑制効果及び金属接触低減効果を充分に発揮するための品質が不安定になるからである。また、最小厚さＸが１０μｍを越える場合には、膜厚の増大とともにニッケル被膜Ｎ内の残留応力が過大になって比較的早期に被膜剥離が発生し、転動疲労寿命の向上にあまり寄与しなくなるからである。
【００２２】
上記の転動部材は、ニッケル被膜Ｎが摩耗して消失するまでの時間が充分に長くなり、ニッケルの基材Ｍの表面への拡散が進行するため、水素侵入抑制効果に寄与するニッケル拡散層が形成されることとなり、水素侵入抑制効果及び金属接触低減効果を充分に発揮するための品質が安定化して長寿命化する。
【００２３】
次に、本発明の転動部材は、より好ましい実施形態として、同じく図１に示す観察範囲におけるニッケルストライクめっきＮｓの最小被膜厚さｙが０．２μｍ以上であるものとすることができる。
【００２４】
ここで、ニッケルストライクめっきＮｓの最小被膜厚さｙを０．２μｍ以上としたのは、最小被膜厚さを０．２μｍ未満にした場合、基材Ｍに対するニッケル被膜Ｎの密着強度が不充分になり、基材Ｍの表面へニッケルが殆ど拡散しないうちに摩耗に至るため、水素侵入抑制効果に寄与するニッケル拡散層をほとんど形成しなくなり、水素侵入抑制効果及び金属接触低減効果を充分に発揮するための品質が不安定になるからである。
【００２５】
上記の転動部材は、基材Ｍに対するニッケル被膜Ｎの密着強度が向上し、ニッケル被膜Ｎ中のニッケルが基材Ｍに拡散し易くなり、水素侵入抑制効果に寄与するニッケル拡散層を形成し易くし、水素侵入抑制効果及び金属接触低減効果を充分に発揮するための品質がより安定化する。
【００２６】
本発明の転動部材は、トロイダル式無段変速機を構成する転動部材及び軸受や、ベルトＣＶＴ用軸受に用いることができると共に、燃料ポンプ、オルタネータ、エアコンプレッサー等のエンジン駆動補機を構成する歯車及び軸受や、トランスミッション用歯車及び軸受に用いることができ、各種装置の長寿命化や性能向上に貢献することができる。
【００２７】
そして、本発明では、とくに無段変速機への適用として、ディスクに潤滑油を介してパワーローラを接触させた構成を有する無段変速機において、上記した転動部材のニッケル被膜Ｎをディスク及びパワーローラの少なくとも一方の転がり接触をする部位に形成した構成とし、また、ディスクに潤滑油を介してパワーローラを接触させた構成を有する無段変速機において、上記した転動部材のニッケル被膜Ｎをディスク及びパワーローラの少なくとも一方のトラクション面に形成した構成とし、さらに、ディスクに潤滑油を介してパワーローラを接触させた構成を有する無段変速機において、上記した転動部材のニッケル被膜Ｎを少なくともパワーローラのベアリング溝部に形成した構成としている。
【００２８】
ここで、図２に基づいて、トロイダル式無段変速機の一例、並びに転がり接触をする部位を説明する。図示の無段変速機は、エンジン側に連結される入力軸１０１と、軸線方向に所定範囲だけ移動可能な入力側ディスク１０３と、軸線回りに回転可能な出力側ディスク１１２と、入力側ディスク１０３を出力側ディスク１１２に向けて押圧する押圧装置１０２と、両ディスク１０３，１１２間に配置した一対のトラニオン１０４を備えており、各ディスク１０３，１１２及びトラニオン１０４から成る構成を二組備えている。
【００２９】
一対のトラニオン１０４には、夫々ピボットシャフト１０５が取り付けてある。各ピットシャフト１０５には、パワーローラ外輪１０６が固定してあると共に、ベアリングを構成する複数のボール１０８及びラジアルニードル軸受１０９を介して、パワーローラ内輪１０７が軸回りに回転自在に取り付けてある。パワーローラ内輪１０７は、潤滑油を介して各ディスク１０３，１１２の転動面１０３ａ，１１２ａに接触している。また、出力側ディスク１１２は、入力軸１０１との間にラジアルニードル軸受１１３が介装してあると共に、入力軸１０１の軸線回りに回転する出力ギア１１４に連結してある。
【００３０】
上記の無段変速機は、入力軸１０１が回転すると、押圧装置１０２を介して入力側ディスク１０３が回転し、入力側ディスク１０３の回転に伴って、その転動面１０３ａに対して転がり接触する一対のパワーローラ内輪１０７が夫々回転し、パワーローラ内輪１０７と転動面１１２ａにて接触する出力側ディスク１１２が回転し、出力側ディスク１１２とともに出力ギア１１４が回転する。そして、入力軸１０１から出力ギア１１４に回転伝達を行う間に、紙面垂直方向の図示しない回動軸を中心にしてトラニオン１０４とともにパワーローラ内輪１０７を回動させ、各ディスク１０３，１１２に対するパワーローラ内輪１０７の接触位置を移動させることで変速比を無段階的に変化させる。
【００３１】
上記の無段変速機において、転がり接触をする部位としては、各ディスク１０３，１１２の転動面１０３ａ，１１２ａ、パワーローラ内輪１０７の転動面１０７ａ、パワーローラ外輪１０６及び内輪１０７のベアリング溝部１０６ｂ，１０７ｂ、ピボットシャフト１０５とパワーローラ内輪１０７の間に介装したラジアルニードル軸受１０９、及び入力軸１０１と出力側ディスク１１２の間に介装したラジアルニードル軸受１１３などが挙げられる。また、とくに曲げ応力がかかる部位としては、パワーローラ外輪１０６の内周部Ｆ１や各ディスク１０３，１１２の小径部Ｆ２，Ｆ３などが挙げられる。
【００３２】
そして、当該無段変速機では、上記の転がり接触をする部位の一部あるいは全部に、先述の転動部材のニッケル被膜Ｎを形成しており、このニッケル被膜Ｎにより、金属接触の低減や基材Ｍに対する水素の侵入を抑制すると共に、各部位の転動疲労強度が大幅に向上するので、長期にわたって優れた性能を維持することができる。これにより無段変速機全体の耐久性能を著しく高めることができると共に、ユニットの大容量化や小型化も実現することができる。なお、当然のことながら、図２に符号を付して説明した部位以外のベアリング類にニッケル被膜Ｎを形成することも可能である。
【００３３】
また、当該無段変速機では、高面圧を受ける部分としてディスク及びパワーローラの少なくとも一方のトラクション面、すなわち図２に示す各ディスク１０３，１１２やパワーローラ内輪１０７の転動面１０３ａ，１１２ａ，１０７ａの一部あるいは全部に、ニッケル被膜Ｎを形成しているので、このニッケル被膜Ｎにより、金属接触の低減や基材Ｍに対する水素の侵入が抑制され、トラクション面の転動疲労寿命が向上し、長期にわたって優れた性能を維持することができる。これにより、無段変速機全体の耐久性能を著しく高めることができると共に、ユニットの大容量化や小型化も実現することができる。
【００３４】
さらに、当該無段変速機では、ディスクに潤滑油を介してパワーローラを接触させた構成を有する無段変速機において、高面圧で且つ負荷回数が最大になる部分として少なくともパワーローラのベアリング溝部、すなわち図２に示すベアリング溝部１０６ｂ，１０７ｂに、ニッケル被膜Ｎを形成しているので、このニッケル被膜Ｎにより、金属接触の低減や基材Ｍに対する水素の侵入の抑制が成され、ニッケル被膜Ｎの優れた性能が持続的に得られると共に、ベアリング溝部の転動疲労寿命が向上する。これにより、無段変速機全体の耐久性能を著しく高めることができると共に、ユニットの大容量化や小型化も実現することができる。
【００３５】
次に、上記した転動部材の製造方法を説明する。
本発明の転動部材の製造方法は、転動部材を製造するに際し、基材Ｍにニッケル被膜Ｎを形成した後、２００℃以下の温度でベーキング処理を行う構成としている。
【００３６】
上記のように、被膜形成後に２００℃以下の温度でベーキング処理を行うことで、ニッケル被膜Ｎ中のニッケルが基材Ｍへ拡散してニッケル拡散層が形成され、基材Ｍに対するニッケル被膜Ｎの密着強度が向上すると共に、ニッケル拡散層が水素の侵入を抑制し、トラクション面の転動疲労寿命が向上する。また、ベーキングにより脱水素効果を確保しつつ基材Ｍの軟化や残留応力の低下を防止する。これにより、電気めっきの際に、基材Ｍもしくはニッケル被膜Ｎ内に侵入した水素、及び浸炭焼入れや浸炭窒化焼入れ等の熱処理の際に基材に侵入した水素が放出される。
【００３７】
なお、ベーキング処理は、真空炉にて行うのがより望ましく、これにより脱水素効果がさらに高められる。また、ベーキング処理時の温度を２００℃よりも高くすると、ベーキング処理による脱水素量は増加するものの、基材Ｍが高温に曝されることで軟化したり、ショットピーニング等で付与した残留圧縮応力が低減したりする場合があるので、ベーキング処理時の温度は２００℃以下とするのが良い。
【００３８】
さらに、本発明の転動部材の製造方法は、基材にニッケル被膜を形成する際の前処理として、無機系又は有機系の酸性水溶液もしくは酸性溶液を用いて洗浄処理を行う構成としている。このように、基材Ｍの前処理として無機系又は有機系の酸性水溶液もしくは酸性溶液を用いて洗浄処理を行うと、酸系薬剤によるエッチング作用で基材Ｍの表面が粗面化される。
【００３９】
これにより、当該製造方法では、図１に基づいて説明した本発明の転動部材、すなわちニッケル被覆後の基材表面に対する垂直方向の断面において前記垂直方向に直交する方向に観察範囲の基になる所定長さの基準線分を設定し、基準線分の両端を通り且つ前記垂直方向に平行な二線で挟まれた観察範囲における基材とニッケル被膜の界面に沿って測った界面長さＬ１と基準線分の直線長さＬ２との比（Ｌ１／Ｌ２）を求めたときに、少なくとも任意の三箇所における界面長さＬ１と直線長さＬ２との比の平均値が１．２〜２．４倍である転動部材、観察範囲における基材とニッケル被膜の界面の最大高さＲｙが０．０５〜１μｍである転動部材、ニッケル被膜が、ニッケルストライクめっき及び上層ニッケルめっきの二層から成る転動部材、観察範囲におけるニッケル被膜の最小厚さＸが２〜１０μｍである転動部材、観察範囲におけるニッケルストライクめっきの最小被膜厚さｙが０．２μｍ以上である転動部材を得ることができ、基材Ｍとニッケル被膜Ｎの界面長さ及び面積を増加させ、基材Ｍに対するニッケル被膜Ｎの密着強度の向上などの効果がもたらされる。
【００４０】
さらに、本発明の転動部材の製造方法は、基材にニッケル被膜を形成する際の前処理として、ショットブラスト加工等の表面加工を行う構成としている。このように、基材Ｍの前処理としてショットブラスト加工等の表面加工を行うことにより、基材Ｍの表面が粗面化されることとなり、先述の製造方法と同様の効果がもたらされる。
【実施例】
【００４１】
次に、本発明に係わる転動部材の実施例１〜８を比較例１〜６とともに説明する。ここで、転動部材は、図３に示すトロイダル式無段変速機の構成部品である。
【００４２】
図３（ａ）に示す無段変速機は、入力軸１と、カム板２ａ、保持器２ｂ及びローラ２ｃから成る押圧装置２と、入力側ディスク３と、一対のトラニオン４と、出力側ディスク１２と、出力軸１３等で構成してある。一対のトラニオン４には、夫々ピボットシャフト５が取り付けてある。各ピボットシャフト５には、パワーローラ外輪６が固定してあると共に、ベアリングを構成する復数のボール８及びラジアルニードル軸受９を介してパワーローラ内輪７が軸回りに回転自在に設けてある。パワーローラ内輪７は、潤滑油を介して各ディスク３，１２の転動面３ａ，１２ａに接触する。
【００４３】
上記の無段変速機は、入力軸１が回転すると、押圧装置２の働きで入力側ディスク３が回転し、入力側ディスク３の回転により、その転動面３ａに対して転がり接触する一対のパワーローラ内輪７が夫々回転し、パワーローラ内輪７と転動面１２ａにて接触する出力側ディスク１２が回転し、出力側ディスク１２とともに出力軸１３が回転する。そして、入力軸１から出力軸１３に回転伝達を行う間に、図中仮想線で示す回動軸１０を中心にしてトラニオン４とともにパワーローラ内輪７を回動させ、各ディスク３，１２に対するパワーローラ内輪７の接触位置を移動させることで変速比を無段階的に変化させる。
【００４４】
上記の無段変速機において、転動部材は、各転動面３ａ，１２ａを有するディスク３，１２、両ディスク３，１２に接触する転動面を有するパワーローラ内輪７及び外輪８である。このとき、パワーローラ内輪７及び外輪６では、ボール８と接触するベアリング溝部７ａ，６ａも転動面である。そして、図３（ｂ）に示すように、回転伝達時に高面圧が加わる部分として、少なくともパワーローラ内輪７及び外輪６のベアリング溝部７ａ，６ａにニッケル（Ｎｉ）を主成分とする被膜を形成した。以下の実施例１〜８及び比較例１〜６における試料は、パワーローラ内輪７及び外輪６である。
【００４５】
試料は、表１に示すように組成別にＡ〜Ｄの四種類とし、夫々の組成を有する基材を鍛造成形したのち粗加工した。そして、図４に示す熱処理条件、すなわち９５０℃で５〜２０時間の浸炭窒化を行い、続いて８５０℃で１時間保持した後６０℃の油中で冷却し、さらに、結晶粒微細化のために８４０℃で１時間加熱した後６０の油中で冷却し、１７０℃で２時間焼き戻しする工程により浸炭窒化処理を行った。
【００４６】
【表１】
2005337374.tif 000003
【００４７】
その後、試料であるパワーローラ内輪７及び外輪６のベアリング溝部７ａ，６ａに研削超仕上げを行い、仕上げ加工後のパワーローラ内輪７及び外輪６に、下記のめっき条件によりニッケル（Ｎｉ）を主成分とする被膜を形成した。なお、完成後のベアリング溝部７ａ，６ａの基材表面は、粗さがＲａ０．０３〜０．０６程度になるようにした。
【００４８】
また、ニッケル被膜は、ニッケルストライクめっき及び上層ニッケルめっき被膜の二層から成るものとし、各層の作成条件は以下の通りとした。
Ａ．ニッケルストライクめっき浴
塩化ニッケル      ２００ｇ／Ｌ
塩酸              ８０ｇ／Ｌ
ほう酸            ３０ｇ／Ｌ
ｐＨ              １以下
めっき浴温度      ５０〜５５℃
電流密度          ０．１〜１０Ａ／ｄｍ２
Ｂ．上層ニッケルめっき
６０％スルファミン酸
ニッケル          ８００ｇ／Ｌ
塩化ニッケル      １５ｇ／Ｌ
ほう酸            ４５ｇ／Ｌ
サッカリンソーダ  ５ｇ／Ｌ
５０％ジ亜リン酸  ０〜１ｇ／Ｌ
ｐＨ              ４〜５
めっき浴温度      ５５〜６０℃
電流密度          １〜１０Ａ／ｄｍ２
【００４９】
また、実施例１，２，４〜６及び比較例１，３，５では、基材にニッケル被膜を形成する際の前処理として酸洗処理を行った。実施例３，８及び比較例４，６では、基材にニッケル被膜を形成する際の前処理としてショットブラスト処理及び酸洗処理を行った。実施例７及び比較例２では、基材にニッケル被膜を形成する際の前処理としてショットブラスト処理を行った。なお、実施例１〜７においては、ニッケル被膜の形成後、真空炉を用いて１３０℃で２０時間のベーキング処理を施した。
【００５０】
上記の各実施例１〜８及び比較例１〜６の各試料（パワーローラ内輪７及び外輪６）に対し、図５に示す軸受転動疲労試験装置を用いてベアリング溝部の転動疲労寿命試験を行った。軸受転動疲労試験装置は、筐体２０内において、プレート２１によりパワーローラ外輪６の下面を保持すると共に、パワーローラ内輪７の上面に回転軸２２を所定の加圧力で当接させ、プレート２１を通してパワーローラ内輪７の内側に潤滑油を供給しながら、回転軸２２とともにパワーローラ内輪７を回転させるものである。
【００５１】
上記の試験装置では、潤滑油としてトラクションオイルを３Ｌ／ｍｉｎで供給し、この強制潤滑下において、ベアリング溝部７ａ，６ａにおける最大接触面圧が３．４ＧＰａとなるように回転軸２２による加圧力を設定した。また、転動疲労寿命の値は、振動センサを用い、パワーローラ内輪７又は外輪６のベアリング溝部７ａ，６ａがフレーキングに至るまでの時間とした。なお、転動疲労寿命は３．５０×１０８サイクルをもって良好として試験を終了した。
【００５２】
各測定値の測定方法は以下の通りである。
ニッケル被膜の最小厚さＸ及びニッケルストライクめっきの最小被膜厚さｙは、試料に形成した被膜の断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）により１００００倍で三視野観察し、その結果の平均値として求めた。
【００５３】
また、図１に示すように、ニッケル被覆後の基材Ｍの表面に対する垂直方向の断面において前記垂直方向に直交する方向に観察範囲の基になる長さ１１．５μｍの基準線分を設定し、基準線分の両端Ａ，Ｂを通り且つ前記垂直方向に平行な二線Ｌａ，Ｌｂで挟まれた観察範囲における基材Ｍとニッケル被膜Ｎの界面に沿って測った界面長さＬ１と基準線分の直線長さＬ２との比（Ｌ１／Ｌ２）を求めるようにし、少なくとも任意の三箇所における界面長さＬ１と直線長さＬ２との比の平均値は、画像処理装置を用いて上記の１００００倍でのＳＥＭの観察三視野の平均値を同視野の直線に対する比で求めた。
【００５４】
基材とニッケル被膜の界面の最大高さＲｙは、軸受転動疲労試験装置を用いてベアリング溝部の転動疲労寿命試験を実施した後の試料を、めっき被膜剥離液（シアン系めっき被膜剥離液／商品名；キザイ（株）製リップマスター＃１２１９）に浸漬し、ニッケル被膜のみを完全に化学的に除去した後、ベアリング溝部の非転動部分に対して、触針式表面粗さ測定装置を用いてカットオフ０．０８ｍｍで測定した。なお、測定装置は、ＪＩＳ−Ｂ０６５１（触針式表面粗さ測定器）に準処するものである。
以上の試験及び測定の結果を表２に示す。
【００５５】
【表２】
2005337374.tif 000004
【００５６】
表２から明らかなように、実施例１〜８は、所定の観察範囲における少なくとも任意の三箇所の界面長さＬ１と基準線分の直線長さＬ２との比（ｌ１／Ｌ２）の平均値を１．２〜２．４倍とし、界面の最大高さＲｙを０．０５〜１μｍとし、ニッケル被膜の最小厚さＸを２〜１０μｍとし、ニッケルストライクめっきの最小被膜厚さｙを０．２μｍ以上とし、また、被膜形成後にベーキング処理を施すことで、水素脆性的な短寿命剥離が抑制され、いずれの比較例１〜６よりも転動疲労寿命が大幅に向上して、長期的に安定した効果が得られることを確認した。
【００５７】
また、実施例５〜８では、水素脆性的な短寿命剥離は抑制できるものの、材料組成や熱処理などに起因する材料そのものの寿命である良性ＷＥＣ型剥離が発生した。しかし、比較例１〜６よりも転動疲労寿命は３〜７倍程度向上することを確認した。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明に係わる転動部材の断面における観察範囲を示す説明図である。
【図２】本発明に係わる転動部材を用いた無段変速機を説明する断面図である。
【図３】本発明に係わる転動部材の実施例において、トロイダル式無段変速機を説明する断面図（ａ）及びパワーローラの被膜形成部位を示す片側量略の断面図（ｂ）である。
【図４】実施例１〜８及び比較例１〜６における試料に対する熱処理工程を示す説明図である。
【図５】軸受転動疲労試験装置の概略断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
Ｍ  基材
Ｎ  ニッケル被膜
３  １０３    入力側ディスク（転動部材）
６  １０６    パワーローラ外輪（転動部材）
７  １０７    パワーローラ内輪（転動部材）
１２  １１２  出力側ディスク（転動部材）
【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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