(57)【要約】【課題】  トロイダル型無段変速機の超長寿命疲労破壊強度を向上させる。【解決手段】  トロイダル型無段変速機の入力ディスク２、出力ディスク３及びパワーローラ５の少なくとも一つを以下の構成とした。まず、Ｃの含有率が０．１５〜０．５質量％、Ｓｉの含有率が０．１〜１．５質量％、Ｍｎの含有率が０．１〜１．５質量％、Ｃｒの含有率が０．５〜３．０質量％、Ｍｏ及びＮｉの合計含有率が０．１〜３．０質量％、残部がＦｅ及び不可避不純物であり、Ｏの含有率が９ｐｐｍ以下、Ｈの含有率が０．０３ｐｐｍ以下である鋼からなる素材を所定形状に加工した。次に、真空浸炭処理を含む熱処理を施して、動力伝達面２ａ，３ａ，５ａの表面のＣの含有率を０．８〜１．２質量％、表面の硬さをＨｖ６８０以上、表面の残留応力を−２００〜−１５００ＭＰａ、表面の結晶粒度を１０以上、芯部の結晶粒度を８以上、粒界酸化層の厚みを５μｍ以下とした。【選択図】        図１
2005163956.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する内側面にそれぞれ断面円弧状の動力伝達面を有する入力ディスク及び出力ディスクと、前記入力ディスク及び出力ディスクの間に配置されて、前記動力伝達面に摺接する動力伝達面を有するパワーローラと、を備えたトロイダル型無段変速機において、
前記入力ディスク、出力ディスク及びパワーローラの少なくとも一つは、
Ｃの含有率が０．１５〜０．５質量％、Ｓｉの含有率が０．１〜１．５質量％、Ｍｎの含有率が０．１〜１．５質量％、Ｃｒの含有率が０．５〜３．０質量％、Ｍｏ及びＮｉの合計含有率が０．１〜３．０質量％、残部がＦｅ及び不可避不純物であり、Ｏの含有率が９ｐｐｍ以下である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、真空浸炭処理を含む熱処理を施して得られ、前記動力伝達面の表面のＣの含有率が０．８〜１．２質量％で、前記表面の硬さがＨｖ６８０以上で、前記表面の残留応力が−２００〜−１５００ＭＰａで、前記表面の結晶粒度が１０以上で、芯部の結晶粒度が８以上で、粒界酸化層の厚みが５μｍ以下で、Ｈの含有率が０．０３ｐｐｍ以下となっていることを特徴とするトロイダル型無段変速機。
【請求項２】
対向する内側面にそれぞれ断面円弧状の動力伝達面を有する入力ディスク及び出力ディスクと、前記入力ディスク及び出力ディスクの間に配置されて、前記動力伝達面に摺接する動力伝達面を有するパワーローラと、を備えたトロイダル型無段変速機において、
前記入力ディスク、出力ディスク及びパワーローラの少なくとも一つは、
Ｃの含有率が０．１５〜０．５質量％、Ｓｉの含有率が０．１〜１．５質量％、Ｍｎの含有率が０．１〜１．５質量％、Ｃｒの含有率が０．５〜３．０質量％、Ｍｏ及びＮｉの合計含有率が０．１〜３．０質量％、残部がＦｅ及び不可避不純物であり、Ｏの含有率が９ｐｐｍ以下である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、真空浸炭窒化処理を含む熱処理を施して得られ、前記動力伝達面の表面のＣの含有率が０．８〜１．２質量％で、前記表面のＮの含有率が０．０５〜０．４質量％で、前記表面の硬さがＨｖ６８０以上で、前記表面の残留応力が−２００〜−１５００ＭＰａで、前記表面の結晶粒度が１０以上で、芯部の結晶粒度が８以上で、粒界酸化層の厚みが５μｍ以下で、Ｈの含有率が０．０３ｐｐｍ以下となっていることを特徴とするトロイダル型無段変速機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トロイダル型無段変速機に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用の変速機等として適用されるトロイダル型無段変速機は、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、これら両ディスクの対向する内側面に設けられた両動力伝達面に摺接する動力伝達面を有するパワーローラと、を備えた無段変速機構（バリエータ）を有している。
このトロイダル型無段変速機は、入力軸の回転が、入力ディスク、パワーローラ及び出力ディスクを介して出力軸に伝達されるようになっており、パワーローラと入力ディスク及びパワーローラと出力ディスクの接触点回転半径を変化させることにより、変速比を無段階で変えることができる。
【０００３】
このようなトロイダル型無段変速機の駆動時においては、パワーローラを介して入力ディスクから出力ディスクに高いトルクが伝達されるため、トルク伝達面となる各動力伝達面は、歯車式有段変速機等と比較して、非常に高い剪断応力や曲げ応力を受ける。したがって、入力ディスク、出力ディスク及びパワーローラには、特に高い疲労割れ強度が必要となる。
下記特許文献１では、入力ディスク、出力ディスク及びパワーローラを構成する鋼材に浸炭処理又は浸炭窒化処理を施し、鋼材の表面から２〜４ｍｍの範囲内にＨｖ５５０以上の硬化層を形成することで、疲労割れ強度を向上させる技術が提案されている。
また、下記特許文献１には、鋼材中に含まれるＳｉ及びＭｎの含有率を少なくすることで、浸炭処理又は浸炭窒化処理時に鋼材中に形成される粒界酸化層を浅くでき、疲労割れ強度をより高くできると記載されている。
【０００４】
ところで、入力ディスク、出力ディスク及びパワーローラ等の繰り返し応力を受ける部材については、どの程度の繰り返し応力に耐え得るかを把握するため、応力繰り返し数が１０7 回である疲労試験を行っている。そして、この試験で破壊が生じない応力を疲労限度とし、この疲労限度以下の応力であれば疲労破壊が生じないと考えられていた。
しかし、近年、応力繰り返し数が１０7 回までの疲労試験に耐えたものであっても、疲労限度以下の応力を１０7 回を超えて繰り返し加えた時に破壊する現象（以下、「超長寿命疲労破壊」と称す。）が発表され、注目されている。
【０００５】
この超長寿命疲労破壊には、鋼材中に形成される粒界酸化層や、鋼材中の非金属介在物の周囲に水素をトラップして形成される粗い疲労面が影響を及ぼしていることが分かっている。なお、この介在物周囲の領域は、金属顕微鏡で観察すると黒く見えることから、ＯＤＡ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ｄａｒｋ  Ａｒｅａ）と呼ばれている。また、ＯＤＡの寸法は、破壊までの応力繰り返し数が多くなるにつれて、大きくなることが分かっている。そのため、ＯＤＡの寸法拡大を考慮して超長寿命疲労破壊強度を決定することにより、耐用年数の使用に耐え得る機械部品を設計することが提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平７−７１５５５号公報
【特許文献２】特開２００２−２８６６０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、近年、トロイダル型無段変速機の使用期間がさらに長くなるにつれて、入力ディスク、出力ディスク及びパワーローラに、超長寿命疲労破壊が起こりやすくなってきている。そのため、超長寿命疲労破壊に及ぼす粒界酸化層の厚さや疲労面の影響について、再検討する必要がある。
しかし、上記特許文献１の技術では、入力ディスク、出力ディスク及びパワーローラに超長寿命破壊耐性を付与するという点で未だ改善の余地がある。
また、上記特許文献２では、トロイダル型無段変速機に超長寿命破壊耐性を付与するための具体的な条件については言及されていない。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、トロイダル型無段変速機の超長寿命疲労破壊強度を向上させることを課題としている。  
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、対向する内側面にそれぞれ断面円弧状の動力伝達面を有する入力ディスク及び出力ディスクと、前記入力ディスク及び出力ディスクの間に配置されて、前記動力伝達面に摺接する動力伝達面を有するパワーローラと、を備えたトロイダル型無段変速機において、前記入力ディスク、出力ディスク及びパワーローラの少なくとも一つは、Ｃの含有率が０．１５〜０．５質量％、Ｓｉの含有率が０．１〜１．５質量％、Ｍｎの含有率が０．１〜１．５質量％、Ｃｒの含有率が０．５〜３．０質量％、Ｍｏ及びＮｉの合計含有率が０．１〜３．０質量％、残部がＦｅ及び不可避不純物であり、Ｏの含有率が９ｐｐｍ以下である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、真空浸炭処理を含む熱処理を施して得られ、前記動力伝達面の表面のＣの含有率が０．８〜１．２質量％で、前記表面の硬さがＨｖ６８０以上で、前記表面の残留応力が−２００〜−１５００ＭＰａで、前記表面の結晶粒度が１０以上で、芯部（真空浸炭処理による影響を受けていない部分）の結晶粒度が８以上で、粒界酸化層の厚みが５μｍ以下で、Ｈの含有率が０．０３ｐｐｍ以下となっていることを特徴とするトロイダル型無段変速機を提供する。
【０００８】
本発明はまた、対向する内側面にそれぞれ断面円弧状の動力伝達面を有する入力ディスク及び出力ディスクと、前記入力ディスク及び出力ディスクの間に配置されて、前記動力伝達面に摺接する動力伝達面を有するパワーローラと、を備えたトロイダル型無段変速機において、前記入力ディスク、出力ディスク及びパワーローラの少なくとも一つは、Ｃの含有率が０．１５〜０．５質量％、Ｓｉの含有率が０．１〜１．５質量％、Ｍｎの含有率が０．１〜１．５質量％、Ｃｒの含有率が０．５〜３．０質量％、Ｍｏ及びＮｉの合計含有率が０．１〜３．０質量％、残部がＦｅ及び不可避不純物であり、Ｏの含有率が９ｐｐｍ以下である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、真空浸炭窒化処理を含む熱処理を施して得られ、前記動力伝達面の表面のＣの含有率が０．８〜１．２質量％で、前記表面のＮの含有率が０．０５〜０．４質量％で、前記表面の硬さがＨｖ６８０以上で、前記表面の残留応力が−２００〜−１５００ＭＰａで、前記表面の結晶粒度が１０以上で、芯部（真空浸炭窒化処理による影響を受けていない部分）の結晶粒度が８以上で、粒界酸化層の厚みが５μｍ以下で、Ｈの含有率が０．０３ｐｐｍ以下となっていることを特徴とするトロイダル型無段変速機を提供する。
【０００９】
以下、本発明の数値限定の臨界的意義について詳細に説明する。
〔Ｃの含有率：０．１５〜０．５質量％〕
Ｃ（炭素）は、浸炭処理又は浸炭窒化処理で表面硬さと芯部硬さを確保するために必要な元素である。浸炭処理又は浸炭窒化処理の時間を短縮させるためには、Ｃの含有率を０．１５質量％以上とする必要がある。しかし、Ｃの含有率が０．５質量％を超えると、芯部での割れ強度及び鍛造性が低下するため、その上限値を０．５質量％とした。
〔Ｓｉの含有率：０．１〜１．５質量％〕
Ｓｉ（ケイ素）は、転がり疲労時に生じる白色組織変化を遅延させるとともに、焼入れ性を向上させるために有効な元素である。十分な焼き戻し軟化抵抗性を確保するためには、Ｓｉの含有率を０．１質量％以上とする必要がある。しかし、Ｓｉの含有率が１．５質量％を超えると、加工性が著しく低下するため、その上限を１．５質量％とした。
【００１０】
〔Ｍｎの含有率：０．１〜１．５質量％〕
Ｍｎ（マンガン）は、鋼の焼入れ性を向上させるために有効な元素である。この効果を得るためには、Ｍｎの含有率を０．１質量％以上とする必要がある。しかし、Ｍｎの含有率が１．５質量％を超えると、加工性が著しく低下するため、その上限を１．５質量％とした。
〔Ｃｒの含有率：０．５〜３．０質量％〕  
Ｃｒ（クロム）は、鋼の焼入れ性を向上させるとともに、炭化物球状化を促進させるために有効な元素である。この効果を得るためには、Ｃｒの含有率を０．５質量％以上とする必要がある。しかし、Ｃｒの含有率が３．０質量％を超えると、加工性が著しく低下するため、その上限を３．０質量％とした。
【００１１】
〔Ｍｏの含有率：０．１〜３．０質量％〕
Ｍｏ（モリブデン）は、焼き戻し軟化抵抗性を向上させ、且つ、微細な炭化物を分散させるため、軸受硬さを向上させるために有効な元素である。Ｍｏを添加することによりマトリックスに溶け込むＣ量を減少させて、微細なＭｏ系炭化物を析出させるためには、Ｍｏの含有率を０．１質量％以上とする必要がある。しかし、Ｍｏの含有率が３．０を超えると、Ｍｏの溶解が不十分となって炭化物が微細化しなくなるとともに、加工性が劣化するため、その上限を３．０質量％とした。
【００１２】
〔Ｎｉの含有率：０．１〜３．０質量％〕
Ｎｉ（ニッケル）は、鋼の靱性を向上させるために有効な元素である。この効果を得るために、Ｎｉの含有率は０．１質量％以上とする必要がある。しかし、Ｎｉの含有率が３．０質量％を超えると、被削性が低下するため、その上限を３．０質量％とした。
〔Ｏの含有率：９ｐｐｍ以下〕
Ｏ（酸素）は、鋼材中で酸化物系介在物を生成し、これを起点とした割れを発生させたり、転がり疲労寿命を低下させる原因となるため、Ｏの含有率はその上限を９ｐｐｍとする必要がある。
【００１３】
〔真空浸炭処理又は真空浸炭窒化処理について〕
真空浸炭処理とは、大気圧未満に減圧した状態で浸炭を行うことを指し、真空浸炭窒化処理とは、大気圧未満に減圧した状態で浸炭窒化を行うことを指す。浸炭処理や浸炭窒化処理を減圧下で行うことにより、熱処理後のＨの含有率を０．０３ｐｐｍ以下にすることができる。
〔表面のＣの含有率：０．８〜１．２質量％〕
転がり疲労寿命を向上させるためには、表面のＣの含有率を０．８質量％以上とする必要がある。しかし、表面のＣの含有率が１．２質量％を超えると、巨大炭化物が生成し、転がり疲労寿命を低下させるため、その上限を１．２質量％とした。
【００１４】
〔表面のＮの含有率：０．０５〜０．４質量％〕
焼き戻し軟化抵抗性を向上させ、且つ、微細炭窒化物を分散・析出させる効果をより向上させるためには、表面のＮの含有率を０．０５質量％以上とする必要がある。しかし、表面のＮの含有率が０．４質量％を超えると、研磨加工が困難になるため、その上限を０．４質量％とした。
〔表面の硬さ：Ｈｖ６８０以上〕
転がり疲労寿命を向上させるためには、表面の硬さをビッカース硬さでＨｖ６８０以上とする必要がある。
〔表面の残留応力：−２００〜−１５００ＭＰａ〕
トロイダル型無段変速機の入出力ディスクとパワーローラとの動力伝達面では、接線力が表面損傷を引き起こす場合がある。この接線力疲労寿命を向上させるためには、表面の残留応力が−２００ＭＰａ以上である必要がある。しかし、表面の残留応力が−１５００ＭＰａを超えると寿命が低下するため、その上限を−１５００ＭＰａとした。
【００１５】
〔表面の結晶粒度：１０以上〕
転がり疲労寿命を向上させるためには、表面の結晶粒度は１０以上とする必要がある。表面の結晶粒度が１０未満であると、転がり疲労寿命が低下する。なお、本発明において、「結晶粒度」とは、ＪＩＳ  Ｇ０５５１に規定された「鋼のオーステナイト結晶粒度測定方法」で測定した旧オーステナイト結晶粒度を指す。
〔芯部の結晶粒度：８以上〕
衝撃割れ強度を向上させるために、芯部の結晶粒度は８以上とする必要がある。芯部の結晶粒度が８未満であると、割れ強度が低下する。
【００１６】
〔粒界酸化層の厚み：５μｍ以下〕
疲労限度以下の応力を１０7 回を超えて繰り返し加えた場合、粒界酸化層の厚みが１０μｍ程度であると、粒界酸化層を起点として亀裂が生じ易いが、粒界酸化層の厚みを５μｍ以下とすると、粒界酸化層を起点とする亀裂の発生を抑制できる。
〔Ｈの含有率：０．０３ｐｐｍ以下〕
Ｈ（水素）は、鋼材中に存在する非金属介在物の周囲にＯＤＡを生成し、これを起点とした疲労割れ破壊を発生させるため、熱処理後のＨの含有率はその上限を０．０３ｐｐｍとする必要がある。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、入力ディスク、出力ディスク及びパワーローラの少なくとも一つを、特定の鋼で形成するとともに、その動力伝達面の表面のＣの含有率（又はＣとＮの含有率）、前記表面の硬さ、前記表面の残留応力、前記表面と芯部の結晶粒度及び粒界酸化層の厚みを特定したことによって、超長寿命疲労破壊強度を高くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明のトロイダル型無段変速機の一例を示す断面図である。図２は、本発明のトロイダル型無段変速機の一例を示し、図１のＡ−Ａ線断面図である。なお、図１は、トロイダル型無段変速機の入力軸の軸方向に沿った断面である。
本実施形態におけるトロイダル型無段変速機のバリエータは、図１及び図２に示すように、入力軸１と連動して回転する入力ディスク２と、出力軸と連動して回転する出力ディスク３と、これら両ディスク２，３間に配置されたパワーローラ５と、を備えている。両ディスク２，３の対向する内側面には、それぞれ断面円弧状（ハーフトロイド状）の動力伝達面２ａ，３ａが形成されている。パワーローラ５は、両ディスク２，３の動力伝達面２ａ、３ａに摺接する動力伝達面５ａを有する。
【００１９】
このバリエータは、さらに、パワーローラ５を回転自在に支持する変位軸８と、この変位軸８を枢軸６を中心として入力軸１の軸方向（図１における左右方向）に揺動可能に支持するトラニオン７と、パワーローラ５に加わるスラスト方向の荷重を支承するスラスト軸受２０と、を備えている。
スラスト軸受２０の内輪軌道面５ｂはパワーローラ５に形成され、外輪９はトラニオン７側に取り付けられている。そして、このスラスト軸受２０は、内輪軌道面５ｂ及び外輪軌道面９ａの間に複数の玉１０が転動自在に配設され、この玉１０を転動自在に保持する保持器１１を備えている。
【００２０】
このトロイダル型無段変速機では、入力軸１の回転がローディングカム１Ａ、入力ディスク２、パワーローラ５、出力ディスク３及び出力歯車４を介して、出力軸に伝達されるようになっている。
そして、枢軸６を中心にトラニオン７を揺動させ、パワーローラ５の動力伝達面５ａを入力ディスク２の中心寄り部分と出力ディスク３の外周寄り部分とに変位させると、入力軸１の回転が出力軸に減速されて伝わり、逆にパワーローラ５の動力伝達面５ａを入力ディスク２の外周寄り部分と出力ディスク３の中心寄り部分とに変位させると、入力軸１の回転が出力軸に増速されて伝わるようになっている。
【００２１】
本実施形態においては、まず、表１の条件（鋼、熱処理）で、図１に示すトロイダル型無段変速機の入力ディスク２、出力ディスク３及びパワーローラ５を作製した。そして、各部材について、熱処理後の表面のＣの含有率及びＮの含有率と、表面の硬さと、表面の結晶粒度と、芯部の結晶粒度と、表面の残留応力と、粒界酸化層の厚さと、を測定した。その結果を表１に併せて示す。
【００２２】
なお、表面のＣの含有率及びＮの含有率は、発光分光分析装置（株式会社島津製作所製）で表面から１０μｍの深さまでの表面層において測定した。また、表面及び芯部の硬さは、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４に規定された「ビッカース硬さ試験方法」で測定した。また、表面及び芯部の結晶粒度は、ＪＩＳ  Ｇ０５５１に規定された「鋼のオーステナイト結晶粒度測定方法」で測定した。さらに、表面の残留応力は、Ｘ線回折装置（理学電機株式会社製）で測定した。
【００２３】
なお、表１中の「熱処理１」とは、図３（ａ）に示す熱処理を指す。まず、真空炉内に部材を入れて均熱後、アセチレンガスを導入して５００〜３０００Ｐａ程度に圧力制御を行いながら９５０〜１０００℃に保持する（浸炭期）。その後、アセチレンを排気して真空（真空度：３００Ｐａ以下）にした炉内でさらに部材を保持し（拡散期）、浸炭期と合わせて２０〜３０時間の浸炭処理を行う。次に、放冷（又は焼入れ）を行う。次に、真空（真空度：３００Ｐａ以下）にした炉内で８４０〜８６０℃に０．５〜１時間保持した後に、オイルクエンチを行う。次に、焼き戻し処理として、大気中で１６０〜１８０℃に２時間保持した後、冷却する。
【００２４】
また、表１中の「熱処理２」とは、図３（ｂ）で示す熱処理を指す。この処理は、図３（ａ）で示した「熱処理１」と、８４０〜８６０℃で０．５〜１時間保持する処理を真空中ではなくＲＸガスを導入して行う点のみが異なる。
さらに、表１中の「熱処理３」とは、図３（ｃ）で示す熱処理を指す。まず、炉内に部材を入れて、ＲＸガス及びエンリッチガスを導入して９３０〜９６０℃に保持することにより、浸炭処理を行う。すなわち、この処理では、浸炭期も拡散期も同じ雰囲気内で処理する。次に、放冷（又は焼入れ）を行う。次に、ＲＸガスを導入して８４０〜８６０℃で０．５〜１時間保持した後に、オイルクエンチを行う。次に、焼き戻し処理として、大気中で１６０〜１８０℃に２時間保持した後、冷却する。
【００２５】
なお、熱処理１〜３は、いずれも浸炭処理を行う場合について説明したものであるが、浸炭窒化処理を行う場合には、熱処理１、２では、拡散期の前の処理をアセチレン及びアンモニアを炉内に導入して浸炭窒化を行い、熱処理３では、ＲＸガス、エンリッチガス及びアンモニアを炉内に導入して浸炭窒化を行う。
そして、同じ条件で作製した入力ディスク２、出力ディスク３及びパワーローラ５を用いて完成させた各トロイダル型無段変速機を試験装置内に組み込み、以下に示す試験条件下で耐久試験を行った。なお、入力ディスク２、出力ディスク３及びパワーローラ５以外の部材は全サンプルで同じものとした。特に、外輪９と転動体１０の材料は、実施例１と同じにした。この耐久試験の結果は、入力ディスク２、出力ディスク３、パワーローラ５のいずれかに損傷（剥離又は疲労割れ）が発生するまでの時間で評価した。また、耐久試験は、１０００時間で打ち切りとした。その結果を、表１に併せて示す。
【００２６】
なお、この試験は、疲労限度以下の応力を加えて行っており、この試験で１０００時間以上の寿命が得られれば、十分な超長寿命疲労破壊強度が得られると判断できる。また、表１中の破損状態を示す「Ａ」は入力ディスク２、出力ディスク３及びパワーローラ５のいずれにも破損が生じなかったものを示し、「Ｂ」はパワーローラ５の動力伝達面５ａに剥離が生じたものを示し、「Ｃ」はパワーローラ５に割れが生じたものを示し、「Ｄ」は入力ディスク２に割れが生じたものを示す。
（試験条件）
試験機：ダイナモ耐久試験機
入力軸の回転速度：５０００ｍｉｎ-1 
入力トルク：２３０Ｎｍ
使用オイル：トラクションオイル（入力ディスク２、出力ディスク３及びパワーローラ５の各動力伝達面２ａ，３ａ、５ａに対して供給）
供給油温：１１０℃
【００２７】
【表１】
2005163956.tif 000003
【００２８】
表１から分かるように、本発明の構成要件を全て満たす実施例１〜１０では、いずれも１０００時間以上の長寿命が得られた。
特に、熱処理後のＨの含有率を０．０１ｐｐｍ以下とした実施例１〜５では、粒界酸化層が形成されず、熱処理後のＨの含有率を０．０３ｐｐｍ以下とした実施例６〜１０では、厚み５μｍ以下の粒界酸化層が形成されていた。
一方、比較例１では、鋼中のＣの含有率が少なく、十分な表面硬さが得られていないため、短時間でパワーローラ５の動力伝達面５ａに剥離が生じた。
比較例２では、鋼中のＣの含有率が多く、且つ、真空浸炭窒化処理後の表面のＮの含有率が多いことにより、パワーローラ５の動力伝達面５ａの表面に巨大な炭窒化物が析出するため、短時間でパワーローラ５の動力伝達面５ａに剥離が生じた。
【００２９】
比較例３では、鋼中のＳｉの含有率、Ｍｏの含有率及びＮｉの含有率が少なく、表面硬さが低いため、短時間でパワーローラ５の動力伝達面５ａに剥離が生じた。
比較例４では、鋼中のＭｎの含有率が少なく、芯部の硬さが低いため、鋼材中の介在物を起点とする亀裂が発生し、短時間で入力ディスク２に割れが発生した。なお、割れの起点となった介在物の観察を行ったところ、介在物の周囲にはＯＤＡは観察されなかった。
比較例５では、鋼中のＣｒの含有率及びＮｉの含有率が少なく、表面硬さが低いため、短時間でパワーローラ５の動力伝達面５ａに剥離が生じた。
比較例６では、鋼中のＭｏの含有率が多く、巨大なＭｏ系炭化物が析出したため、短時間でパワーローラ５の動力伝達面５ａに剥離が生じた。
【００３０】
比較例７〜１０では、鋼中のＨの含有率が多く、粒界酸化層が１５〜２５μｍとなっているため、短時間でパワーローラ５や入力ディスク２に割れが発生した。なお、割れの発生後、破断面を観察したところ、介在物の欠陥を起点とした内部破壊、いわゆるフィッシュアイが観察された。このフィッシュアイの中心部には、介在物が観察され且つ介在物の周囲にはＯＤＡが観察された。
比較例１１では、表面の結晶粒度が小さいため、短時間でパワーローラ５の動力伝達面５ａに剥離が生じた。
比較例１２では、芯部の結晶粒度が小さいため、短時間でパワーローラ５に割れが発生した。
比較例１３及び１４では、表面の残留応力が大きすぎたり小さすぎたりするため、短時間でパワーローラ５の動力伝達面５ａに剥離が生じた。
【００３１】
以上の結果より、トロイダル型無段変速機の入力ディスク２、出力ディスク３及びパワーローラ５を本発明の範囲を満たすものとすることにより、超長寿命疲労破壊強度を高くできることが分かった。
なお、本実施形態で示したハーフトロイダル型無段変速機の場合には、スラスト軸受２０にも大きな力が加わるため、内輪として機能するパワーローラ５だけでなく、スラスト軸受２０の外輪９及び転動体１０についても、使用する鋼の組成、その転がり面の表面のＣの含有率（又はＣとＮの含有率）、前記表面の硬さ、前記表面の残留応力、前記表面と芯部の結晶粒度、及び粒界酸化層の厚みを、本発明の入力ディスク等と同じ構成とすることが好ましい。
【００３２】
また、本実施形態では、トロイダル型無段変速機の一例として、シングルキャビティ式ハーフトロイダル型無段変速機を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれに限らず、その他のトロイダル型無段変速機に適用してもよい。例えば、図４に示すように、出力軸と連動する出力歯車４を介して二つのバリエータを備えた、ダブルキャビティ式ハーフトロイダル型無段変速機に本発明を適用してもよい。
また、本発明は、入力ディスク及び出力ディスクの対向する内側面に形成される動力伝達面がフルトロイド状である、フルトロイダル型無段変速機に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明のトロイダル型無段変速機の一例を示す断面図である。
【図２】本発明のトロイダル型無段変速機の一例を示す断面図である。
【図３】熱処理を示す図である。
【図４】本発明のトロイダル型無段変速機の他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
２        入力ディスク
３        出力ディスク
５        パワーローラ
【図１】
2005163956.tif 000004
【図２】
2005163956.tif 000005
【図３】
2005163956.tif 000006
【図４】
2005163956.tif 000007