(57)【要約】【課題】  ベルト式無段変速機のプーリの軸を支持する転がり軸受において、高摩擦係数及び低粘度の潤滑油を使用した場合でも寿命を長くする。【解決手段】  内輪、外輪、及び転動体の少なくとも一つを、質量比で、Ｃの含有率が０．８〜１．２％、Ｃｒの含有率が２．０〜４．０％、Ｍｎの含有率が０．１〜２．０％、Ｓｉの含有率が０．５〜１．５％、Ｍｏの含有率が０．１〜２．０％、Ｖの含有率が２．０％以下、Ｎｉの含有率が２．０％以下、残部がＦｅ及び不可避不純物である鋼で形成する。また、転がり面の表層部において、Ｃ及びＮの合計含有率を質量比で１．０〜２．５％、残留オーステナイト量を体積比で１５〜４５％、硬さをロックウェル硬さでＨＲＣ６０以上とするとともに、転がり面における炭化物及び炭窒化物の少なくとも一種からなる析出物の存在率を面積比で１５〜３５％とする。【選択図】        図１
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【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一つは、
質量比で、Ｃの含有率が０．８〜１．２％、Ｃｒの含有率が２．０〜４．０％、Ｍｎの含有率が０．１〜２．０％、Ｓｉの含有率が０．５〜１．５％、Ｍｏの含有率が０．１〜２．０％、Ｖの含有率が２．０％以下、Ｎｉの含有率が２．０％以下、残部がＦｅ及び不可避不純物である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭又は浸炭窒化処理、焼入れ処理及び焼戻し処理が施されて得られ、
転がり面をなす表層部は、Ｃ及びＮの合計含有率が質量比で１．０〜２．５％で、残留オーステナイト量が体積比で１５〜４５％で、硬さがロックウェル硬さでＨＲＣ６０以上となっていることを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
前記転がり面には、炭化物及び炭窒化物の少なくとも一種からなる析出物が、面積比で１５〜３５％存在することを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
【請求項３】
前記析出物のうちの面積比で３０％以上が、Ｍ7 Ｃ3 型又はＭ23Ｃ6 型の複炭化物、及びＭ7 （Ｃ，Ｎ）3 型又はＭ23（Ｃ，Ｎ）6 型の複炭窒化物の少なくとも一種からなるＦｅ−Ｃｒ，Ｍｏ系析出物であることを特徴とする請求項２に記載の転がり軸受。
【請求項４】
前記転がり面に存在する前記Ｆｅ−Ｃｒ，Ｍｏ系析出物は、Ｃｒ及びＭｏを合計で３０質量％以上含有することを特徴とする請求項３に記載の転がり軸受。
【請求項５】
前記転がり面は、摩擦係数が０．１０以上で、１００℃における動粘度が８ｃＳｔ以下の潤滑油で潤滑されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の転がり軸受。
【請求項６】
ベルト式無段変速機のベルトを巻き付けるプーリの軸を支持するために使用されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の転がり軸受。
【請求項７】
請求項１から５のいずれか一項に記載の転がり軸受により、ベルトを巻きつけるプーリの軸が支持されていることを特徴とするベルト式無段変速機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受及びこれを用いたベルト式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ベルト式無段変速機は、入力軸と連動して回転する入力軸側プーリと、出力軸と連動して回転する出力軸側プーリと、これら両プーリ間に巻き付けられた金属製のベルトと、各軸を回転自在に支持するそれぞれの転がり軸受と、を備えている。このベルトは、帯状の薄板が複数枚積層されてなる二本のリングに、複数個の板状のコマが取り付けられた構成となっている。
【０００３】
このベルト式無段変速機は、入力軸の回転が、ベルトと入力軸側プーリ及び出力軸側プーリとの接触面に生じる摩擦力によって、出力軸に伝達されるようになっている。そして、両プーリの溝幅を変えて、ベルトと入力軸側プーリ及び出力軸側プーリとの接触半径（有効半径）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。
例えば、入力軸側プーリの溝幅を広くするとともに出力軸側プーリの溝幅を狭くすれば、入力軸側プーリの有効半径は小さくなり、出力軸側プーリの有効半径は大きくなるので、大きな変速比が得られる。
【０００４】
このベルト式無段変速機の潤滑には、トルクコンバータ、歯車機構、油圧機構、湿式クラッチ等を円滑に作動させて動力を伝達するために、入力軸側プーリ及び出力軸側プーリを支持する転がり軸受を含めて、摩擦係数の高い自動変速機用潤滑油（ＡＴＦ：Automatic Transmisson Fluid ）や無段変速機用潤滑油（ＣＶＴＦ：Continuously Variable Transmisson Fluid ）等の潤滑油が使用されている。
【０００５】
このようなベルト式無段変速機用の転がり軸受は、高振動及び高荷重等の苛酷な使用環境下で、且つ、摩擦係数が高い潤滑油による潤滑下で使用されるため、その転がり面には十分な潤滑膜が形成され難く、高い接線力が生じ易い状態にある。
このため、転がり面には、金属接触による発熱や表面疲労が生じ易くなるとともに、新生面（鋼の組織が露出した面）が生じ易くなる。特に、新生面はトライボケミカル反応の触媒となるため、転がり面には、潤滑油中に含まれる添加剤や水分が分解されて水素イオンが生じ易くなる。そして、この水素イオンが転がり面に生じた新生面に吸着して水素原子となり、応力場（最大剪断応力位置の近傍）に集積されることにより、転がり軸受の早期剥離が引き起こされる。
【０００６】
ここで、トライボケミカル反応を生じ難くするために、動粘度の高い潤滑油を使用し、減圧剤や摩擦調整剤等の添加剤を潤滑油に添加しない方法が考えられる。しかし、ベルト式無段変速機の潤滑油として動粘度の高い潤滑油を使用することは、燃費効率、入力軸から出力軸への動力伝達効率、及びシャダー寿命等の点で好ましくない。このため、ベルト式無段変速機用の転がり軸受の場合には、潤滑油を変える方法ではなく、転がり面を強化する方法で転がり軸受の寿命を長くすることが有効である。この考え方に基づく技術としては、下記の特許文献１及び非特許文献１に記載された技術が挙げられる。
【０００７】
特許文献１では、内輪、外輪、及び転動体の少なくとも一つを、応力場への水素集積を抑制可能なＣｒを多く含む鋼で形成するとともに、転がり面の炭素及び窒素の合計含有率、残留オーステナイトの含有率、及び硬さを特定の構成とすることが提案されている。
非特許文献１には、転動体の転動面に電気めっき法でＮｉ被膜を形成することにより、トライボケミカル反応で生じた水素イオンを新生面に吸着し難くすることが記載されている。
【特許文献１】特開２００３−３４３５７７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（２００２年）、５〜８頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した非特許文献１に記載の方法では、Ｎｉ被膜が比較的柔らかいことから摩耗により脱落し易いため、苛酷な使用環境下で用いられるベルト式無段変速機用の転がり軸受において、新生面への水素イオンの吸着を効果的に抑制することは難しい。  また、近年、自動車の燃費のさらなる向上を図るために、摩擦係数が０．１０以上で、１００℃における動粘度が８ｃＳｔ以下の、高摩擦係数及び低粘度の潤滑油が使用されるようになってきており、上述した特許文献１に記載の方法を採用しても、ベルト式無段変速機用の転がり軸受に生じる早期剥離を効果的に抑制することは難しい。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ベルト式無段変速機用の転がり軸受のように、高摩擦係数及び低粘度の潤滑油が使用される場合でも、転がり軸受の寿命を長くできるようにすることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するために、本発明は、内輪、外輪、及び転動体の少なくとも一つは、質量比で、Ｃの含有率が０．８〜１．２％、Ｃｒの含有率が２．０〜４．０％、Ｍｎの含有率が０．１〜２．０％、Ｓｉの含有率が０．５〜１．５％、Ｍｏの含有率が０．１〜２．０％、Ｖの含有率が２．０％以下、Ｎｉの含有率が２．０％以下、残部がＦｅ及び不可避不純物である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭又は浸炭窒化処理、焼入れ処理及び焼戻し処理が施されて得られ、転がり面をなす表層部（表面から１０μｍの深さまでの部分）は、Ｃ及びＮの合計含有率が質量比で１．０〜２．５％で、残留オーステナイト量が体積比で１５〜４５％で、硬さがロックウェル硬さでＨＲＣ６０以上となっていることを特徴とする転がり軸受を提供する。
【００１０】
本発明において、前記転がり面には、炭化物及び炭窒化物の少なくとも一種からなる析出物が、面積比で１５〜３５％存在することが好ましい。
また、本発明において、前記析出物のうちの面積比で３０％以上が、Ｍ7 Ｃ3 型又はＭ23Ｃ6 型の複炭化物、及びＭ7 （Ｃ，Ｎ）3 型又はＭ23（Ｃ，Ｎ）6 型の複炭窒化物の少なくとも一種からなるＦｅ−Ｃｒ，Ｍｏ系析出物であることが好ましい。
なお、前記Ｍ7 Ｃ3 型又はＭ23Ｃ6 型の複炭化物としては、例えば、（Ｆｅ，Ｃｒ）7 Ｃ3 、（Ｆｅ，Ｃｒ）23Ｃ6 、（Ｆｅ，Ｍｏ）23Ｃ6 、（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｏ）23Ｃ6 が挙げられる。
【００１１】
また、前記Ｍ7 （Ｃ，Ｎ）3 型又はＭ23（Ｃ，Ｎ）6 型の複炭窒化物としては、例えば、（Ｆｅ，Ｃｒ）7 （Ｃ，Ｎ）3 、（Ｆｅ，Ｃｒ）23（Ｃ，Ｎ）6 、（Ｆｅ，Ｍｏ）23（Ｃ，Ｎ）6 、（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｏ）23（Ｃ，Ｎ）6 が挙げられる。
つまり、浸炭処理を含む熱処理を行った場合の転がり面には、炭化物が析出されるが、この炭化物の面積のうち３０％以上が、上述した複炭化物であることが好ましい。また、浸炭窒化処理を含む熱処理を行った場合の転がり面には、炭化物、窒化物、及び炭窒化物が析出されるが、この炭化物及び炭窒化物の合計面積のうち３０％以上が、上述した複炭化物及び複炭窒化物であることが好ましい。
【００１２】
さらに、本発明において、前記転がり面に存在する前記Ｆｅ−Ｃｒ，Ｍｏ系析出物は、Ｃｒ及びＭｏを合計で３０質量％以上含有することが好ましい。
本発明の転がり軸受は、摩擦係数が０．１０以上で、１００℃における動粘度が８ｃＳｔ（８×１０-6ｍ2 ／ｓ）以下の潤滑油で前記転がり面が潤滑されている場合にも好適に用いることができる。
また、本発明の転がり軸受は、ベルト式無段変速機のベルトを巻き付けるプーリの軸を支持するために使用される転がり軸受として好適である。
本発明はまた、本発明の転がり軸受により、ベルトを巻きつけるプーリの軸が支持されていることを特徴とするベルト式無段変速機を提供する。
【００１３】
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（質量比）：０．８〜１．２％〕
Ｃ（炭素）は、基地に固溶して、焼入れ及び焼戻し後の強度を増加させるとともに、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ等の炭化物形成元素と結合して炭化物や炭窒化物を形成し、耐摩耗性を向上させるために有効な元素である。Ｃの含有率が０．８％未満であると、δフェライトが生じて靱性が低下したり、硬化層を十分な深さまで形成するための浸炭又は浸炭窒化処理の時間が増加することによるコストの上昇を招く場合がある。一方、Ｃの含有率が１．２％を超えると、製鋼時に粗大な共晶炭化物や共晶炭窒化物が形成され易くなり、転がり疲労寿命や強度が低下したり、鍛造性、冷間加工性、及び被削性が低下することによるコストの上昇を招く場合がある。なお、上述した観点から、Ｃの含有率の好ましい範囲は、０．９〜１．１％である。
【００１４】
〔Ｃｒの含有率（質量比）：２．０〜４．０％〕
Ｃｒ（クロム）は、基地に固溶して、焼入れ性、焼戻し軟化抵抗性、耐食性、及び転がり疲労寿命を向上させるために有効な元素である。また、ＣやＮ（窒素）等の侵入型固溶元素を動き難くして基地組織を安定化させるとともに、応力場への水素集積に起因する早期剥離を抑制するために有効な元素でもある。さらに、Ｃｒを添加することで、より高硬度の（Ｆｅ，Ｃｒ）3 Ｃ又は（Ｆｅ，Ｃｒ）7 Ｃ 3等の複炭化物や、（Ｆｅ，Ｃｒ）3 （Ｃ，Ｎ）又は（Ｆｅ，Ｃｒ）7 （Ｃ，Ｎ） 3等の複炭窒化物が鋼中に微細に分布するようになるため、耐摩耗性を向上させる作用もある。
【００１５】
Ｃｒの含有率が２．０％未満であると、Ｆｅ3 ＣやＦｅ3 （Ｃ，Ｎ）が析出するため、早期剥離が生じる。一方、Ｃｒの含有率が４．０％を超えると、冷間加工性、被削性、及び浸炭処理性が低下することによるコストの大幅な上昇を招いたり、粗大な共晶炭化物や共晶炭窒化物が形成して転がり疲労寿命や強度を大幅に低下させる場合がある。なお、上述した観点から、Ｃｒの含有率の好ましい範囲は、２．５〜３．５％である。
【００１６】
〔Ｍｎの含有率（質量比）：０．１〜２．０％〕
Ｍｎ（マンガン）は、製鋼時の脱酸剤として作用するとともに、基地に固溶してＭｓ（マルテンサイト変態）点を降下させて残留オーステナイト量を確保したり、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、Ｍｎの含有率は０．１％以上とする。一方、Ｍｎの含有率が２．０％を超えると、マルテンサイト変態開始温度を大幅に低下させるため、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ったり、冷間加工性や被削性を低下させる場合がある。なお、上述した観点から、Ｍｎの含有率の好ましい範囲は、０．５〜１．５％である。
【００１７】
〔Ｓｉの含有率（質量比）：０．５〜１．５％〕
Ｓｉ（ケイ素）は、Ｍｎと同様に、製鋼時の脱酸剤として作用するとともに、基地に固溶してマルテンサイトを強化させるため、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、Ｓｉの含有率は１．５％以下とした。また、通常、Ｓｉは、軸受鋼の被削性、鍛造性、及び冷間加工性等を低下させるという理由から、その含有率は０．２〜０．５％となっている。しかし、焼戻し軟化抵抗性及び耐高温特性を向上させるために、本願ではＳｉの含有率の下限を０．５％とした。なお、上述した観点から、Ｓｉの含有率の好ましい範囲は、０．８〜１．２％である。
【００１８】
〔Ｍｏの含有率（質量比）：０．１〜２．０％〕
Ｍｏ（モリブデン）は、Ｃｒと同様に、基地に固溶して、焼入れ性、焼戻し軟化抵抗性、耐食性、及び転がり疲労寿命を向上させるために有効な元素である。また、Ｃｒと同様に、ＣやＮ等の侵入型固溶性元素を動き難くして組織を安定化させるとともに、応力場への水素集積に起因する早期剥離を抑制するために有効な元素でもある。さらに、Ｍｏ2 Ｃ等の微細炭化物やＭｏ2 （Ｃ，Ｎ）等の微細炭窒化物を形成して、耐摩耗性を向上させる作用もある。
【００１９】
この効果を得るために、Ｍｏの含有率は０．１％以上とする必要がある。Ｍｏの含有率は出来る限り多くすることが好ましいが、含有率が多すぎると、冷間加工性や被削性が低下することによるコストの大幅な上昇を招いたり、粗大な共晶炭化物や共晶炭窒化物を形成して、転がり疲労寿命や強度を大幅に低下させる場合がある。よって、Ｍｏの含有率の上限は、２．０％とした。なお、上述した観点から、Ｍｏの含有率の好ましい範囲は、０．５〜１．５％である。
【００２０】
〔Ｖの含有率（質量比）：２．０％以下〕
Ｖ（バナジウム）は、炭化物や炭窒化物を形成してこれらに固溶したり、ＶＣ等の微細炭化物やＶ（Ｃ，Ｎ）等の微細な炭窒化物を形成するため、強度及び耐摩耗性を向上させるために有効な元素である。また、Ｖは、Ｃｒ及びＭｏと同様に、Ｃ及びＮ等の侵入型固溶元素を動き難くして組織を安定化させるとともに、応力場への水素集積に起因する早期剥離を抑制するために有効な元素でもある。
この効果を得るために、Ｖの含有率は出来る限り多くすることが好ましいが、含有率が多すぎると、冷間加工性及び被削性が低下することによるコストの上昇を招いたり、粗大な共晶炭化物や共晶炭窒化物を形成して、転がり疲労寿命及び強度を低下させる場合がある。よって、Ｖの含有率の上限は、２．０％とした。  
【００２１】
〔Ｎｉの含有率（質量比）：２．０％以下〕
Ｎｉ（ニッケル）は、オーステナイトを安定化させるとともに、δフェライトの形成を抑え、靱性を向上させるために有効な元素である。Ｎｉの含有率が２．０％を超えると、多量の残留オーステナイトが残存して、十分な焼入れ硬さが得られなくなるため、その上限は２．０％とした。
【００２２】
〔熱処理について〕
まず、上述した鋼からなる素材を、鍛造又は切削により所定形状に加工した後、浸炭又は浸炭窒化処理を行う。この浸炭又は浸炭窒化処理は、例えば、雰囲気温度９００〜９６０℃で、浸炭処理ではＲＸガス＋エンリッチガスを、浸炭窒化処理ではＲＸガス＋エンリッチガス＋アンモニアガスを導入した炉内で、数時間加熱保持することにより行う。
【００２３】
次に、焼入れ処理及び焼戻し処理を行うが、浸炭又は浸炭窒化処理の直後に焼入れを行うと、主として、粒径の大きな残留オーステナイトとレンズ状のマルテンサイトとからなる組織となり、寿命改善効果が得られ難い。このため、浸炭又は浸炭窒化処理後に、Ａ1 変態点以下の温度で一旦保持するか室温まで除冷した後に、再度８２０〜８６０℃に加熱して焼入れを行い、１６０〜２００℃程度で焼戻しを行うことが好ましい。これにより、浸炭処理を行ったものには微細で硬い炭化物が、浸炭窒化処理を行ったものには微細で硬い炭化物及び炭窒化物が、マルテンサイトとオーステナイトとからなるマトリックスに均一に分散した良好な組織が得られる。
【００２４】
〔表層部のＣ及びＮの合計含有率（質量比）：１．０〜２．５％〕
転がり面をなす表層部の硬さ及び残留オーステナイト量と、転がり面の炭化物及び炭窒化物の少なくとも一方からなる析出物の存在率を確保するために、前記表層部のＣ及びＮの合計含有率を１．０％以上、好ましくは１．２％以上とする必要がある。一方、この表層部のＣ及びＮの合計含有率が２．５％を超えると、転がり面の析出物が粗大化して転がり疲労寿命を低下させるため、その上限は２．５％とした。
【００２５】
〔表層部の硬さ：ＨＲＣ６０以上〕
転がり面の摩耗及び表面疲労を軽減させて、転がり疲労寿命を向上させるためには、表層部の硬さを、ロックウェル硬さでＨＲＣ６０以上とする必要がある。なお、表層部の硬さの好ましい範囲は、ＨＲＣ６１以上である。
【００２６】
〔表層部の残留オーステナイト量（体積比）：１５〜４５％〕
転がり面をなす表層部の残留オーステナイトは、表面疲労を軽減させる作用がある。この効果を得るために、表層部の残留オーステナイト量は１５％以上とする必要がある。一方、表層部の残留オーステナイト量が４５％を超えると、表層部の硬さが低下したり、軸受を組み立てる際に軌道輪に変形が生じる場合があるので、その上限は４５％とした。なお、表層部の残留オーステナイト量の好ましい範囲は、１５〜４０％である。
【００２７】
〔転がり面における炭化物及び炭窒化物の少なくとも一種からなる析出物の存在率（面積比）：１５〜３５％〕
転がり面に存在する炭化物及び炭窒化物は、転がり面において潤滑膜の部分的な破断が生じ、トライボケミカル反応により生じた水素が水素原子として鋼中に侵入拡散した場合に、この水素原子をトラップして応力場への集積を抑制できる。
この効果を得るために、転がり面において、炭化物及び炭窒化物の少なくとも一種からなる析出物の存在率を、１５％以上とする必要がある。一方、この析出物の存在率が３５％を超えると、炭化物及び炭窒化物が粗大化し、転がり疲労寿命を低下させるため、その上限は３５％とした。
【００２８】
〔転がり面に存在する炭化物及び炭窒化物について〕
通常、軸受鋼（ＳＵＪ１〜５）に含有される炭化物の大部分は、Ｍ3 Ｃ（金属原子３個と炭素原子１個からなる）型のＦｅ3 Ｃで表される。しかし、鋼にＣｒやＭｏ等の合金元素を添加すると、炭化物の結晶構造が変化し、Ｍ3 Ｃ型の炭化物から、Ｍ7 Ｃ3 型又はＭ23Ｃ6 型のＦｅ−Ｃｒ，Ｍｏ系複炭化物に相変態する。同様に、炭窒化物の結晶構造は、Ｍ3 （Ｃ，Ｎ）型の炭窒化物から、Ｍ7 （Ｃ，Ｎ）3 型又はＭ23（Ｃ，Ｎ）6 型のＦｅ−Ｃｒ，Ｍｏ系複炭窒化物に相変態する。
【００２９】
本発明者らは、このような相変態が起こる際に、ベルト式無段変速機用の転がり軸受の早期剥離が生じ易くなっていることに着目し、上述した複炭化物及び複炭窒化物の少なくとも一種からなるＦｅ−Ｃｒ，Ｍｏ系析出物を予め分散析出させて、ベルト式無段変速機の使用中に相変態を生じ難くすることにより、ベルト式無段変速機用の転がり軸受に特有の早期剥離を抑制できることを見出した。
この効果を得るために、転がり面における炭化物及び炭窒化物の少なくとも一種からなる析出物のうちの面積比で３０％以上を、Ｍ7 Ｃ3 型又はＭ23Ｃ6 型の複炭化物、及びＭ7 （Ｃ，Ｎ）3 型又はＭ23（Ｃ，Ｎ）6 型の複炭窒化物の少なくとも一種からなるＦｅ−Ｃｒ，Ｍｏ系析出物とすることが好ましい。
【００３０】
〔Ｆｅ−Ｃｒ，Ｍｏ系析出物のＣｒ及びＭｏの合計含有率（質量比）：３０％以上〕
Ｆｅの融点が１５３６℃で、Ｃｒの融点が１８５７℃で、Ｍｏの融点が２６１７℃であるため、Ｍ7 Ｃ3 型又はＭ23Ｃ6 型のＦｅ−Ｃｒ，Ｍｏ系複炭化物や、Ｍ7 （Ｃ，Ｎ）3 型又はＭ23（Ｃ，Ｎ）6 型のＦｅ−Ｃｒ，Ｍｏ系複炭窒化物は、Ｍ3 Ｃ型のＦｅ3 ＣやＭ3 （Ｃ，Ｎ）型のＦｅ3 （Ｃ，Ｎ）よりも融点が高い。
よって、Ｆｅ−Ｃｒ，Ｍｏ系析出物のＣｒ及びＭｏの合計含有率を３０％以上とすることで、Ｆｅ−Ｃｒ，Ｍｏ系析出物の融点をさらに高くできるため、相変態をさらに抑制できる。
【００３１】
〔その他の不可避成分〕
Ｏ（酸素）及びＴｉ（チタン）は、酸化物系介在物やＴｉ系介在物となり、転がり疲労寿命を低下させるため、これらの含有率は少ないことが好ましい。このため、Ｏの含有率は１２ｐｐｍ以下とし、Ｔｉの含有率は３０ｐｐｍ以下とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の転がり軸受によれば、内輪、外輪、及び転動体の少なくとも一つを、応力場への水素集積を抑制可能なＣｒ、Ｍｏ、Ｖを含む特定の鋼で形成するとともに、転がり面の表層部のＣ及びＮの合計含有率、硬さ、残留オーステナイト量を特定することによって、金属接触による発熱や表面疲労が軽減されるとともに、応力場への水素集積に起因する早期剥離を抑制できる。
また、転がり面において、炭化物及び炭窒化物の少なくとも一種からなる析出物の存在率や、この析出物の種類を特定することにより、ベルト式無段変速機用の転がり軸受に特有の早期剥離を抑制できる。
すなわち、本発明によれば、ベルト式無段変速機用の転がり軸受のように、高摩擦係数及び低粘度の潤滑油（例えば、摩擦係数が０．１０以上で、１００℃における動粘度が８ｃＳｔ以下）が使用される場合でも、転がり軸受の寿命を長くできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の効果を実施例及び比較例に基づき検証する。
まず、表１に示す各構成の鋼からなる素材Ａ〜Ｑを、呼び番号６２０８の深溝玉軸受（内径４０ｍｍ、外径８０ｍｍ、幅１８ｍｍ）用の内輪及び外輪の形状に切り出した。こ  のとき、内輪及び外輪の軌道溝の曲率半径を、玉の直径の５０．５〜５１．５％となるように形成した。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
そして、Ｈ以外の素材からなる内輪及び外輪には、熱処理として、ＲＸガス＋エンリッチガス＋アンモニアガスの雰囲気（カーボンポテンシャルＣｐ：０．８〜１．２、アンモニアガス：３〜５％）下で、９２０〜９６０℃に加熱し、２〜６時間保持することにより浸炭窒化を行った後、油焼入れを行い、さらに、１６０〜１８０℃の大気中で１．５〜２．５時間保持することにより焼戻しを行った。
【００３６】
一方、素材Ｈからなる内輪及び外輪には、熱処理として、８３０〜８６０℃に加熱し、０．５〜１．５時間保持することにより焼入れを行った後、油焼入れを行い、さらに、１６０〜１８０℃の大気中で１．５〜２．５時間保持することにより焼戻しを行った。
このような熱処理により、Ｈ以外の素材からなる内輪及び外輪には、いずれも表面に炭化物、窒化物、及び炭窒化物が分散析出され、素材Ｈからなる内輪及び外輪には、表面に炭化物が分散析出された。そして、熱処理後、研削及び表面仕上げ加工を行い、内輪及び外輪の軌道面の表面粗さを、０．０１〜０．０３μｍＲａとした。
【００３７】
このようにして得られた内輪及び外輪について、軌道面 (転がり面）をなす表層部（表面から１０μｍの深さまでの部分）のＣ及びＮの合計含有率（質量比）を、発光分光分析装置（株式会社島津製作所製）により測定した。
また、前記表層部の硬さ（ロックウェル硬さ）を、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４５に規定されたロックウェル硬さ試験法により測定した。
さらに、前記表層部の残留オーステナイト量（体積比）を、Ｘ線回折装置（理学電機株式会社製）により測定した。
【００３８】
さらに、軌道面における炭化物及び炭窒化物からなる析出物（以下、「軌道面における炭化物等からなる析出物」と称す。）の存在率（面積比）を、以下のように測定した。まず、表面加工を行った後の軌道面を腐食液（４ｇのピクリン酸＋１００ｍｌのエタノール）で腐食させた後、光学顕微鏡を用い、０．５μｍ以上の炭化物及び炭窒化物について、３０視野を倍率１０００倍で観察した。そして、観察像を画像処理することにより、各視野毎に炭化物及び炭窒化物の存在率（面積比）を測定し、３０視野の平均値を算出した。
【００３９】
さらに、軌道面における炭化物等からなる析出物のうちのＦｅ−Ｃｒ，Ｍｏ系析出物の存在率（面積比）を、透過型電子顕微鏡を用いて電子線回折パターンを観察することにより測定した。
さらに、Ｆｅ−Ｃｒ，Ｍｏ系析出物のＣｒ及びＭｏの合計含有率を、透過型電子顕微鏡に付属のエネルギー分散Ｘ線分析装置（ＥＤＳ：Energy Dispersive Spectrometry）を用いて測定した。
これらの測定結果は、同じ構成の各１０体の内輪及び外輪の各測定結果から算出した平均値を、表２に併せて示す。
【００４０】
次に、鋼の組成及び熱処理が表２に示すようにそれぞれ異なるＮｏ．１〜Ｎｏ．２２の内輪及び外輪と、高炭素クロム軸受鋼２種（ＳＵＪ２）製で浸炭窒化処理が施された玉と、鋼製の波形プレス保持器とからなる試験軸受を、図１に示すベルト式無段変速機ユニットに組み込み、以下に示す条件で寿命試験を行った。ここで、この試験軸受は、各１０体ずつ用意し、いずれも内部すきまを「 ＣＮすきま（普通すきま）」 とした。また、潤滑油としては、以下に示す摩擦係数の異なる二種類を使用した。
【００４１】
〔潤滑油の種類〕
（１）：市販のＣＶＴＦ
・４０℃における動粘度：３０〜４０ｃＳｔ
・１００℃における動粘度：７ｃＳｔ程度
・１１０℃における摩擦係数：０．１２（滑り速度：０．５ｍ／ｓ）
（２）：市販のＣＶＴＦ
・４０℃における動粘度：３０〜４０ｃＳｔ
・１００℃における動粘度：７ｃＳｔ程度
・１１０℃における摩擦係数：０．１４（滑り速度：０．５ｍ／ｓ）
【００４２】
このベルト式無段変速機ユニットでは、図１に示すように、入力軸側（プライマリ）プーリ１が設けられた入力軸１０と、出力軸側（セカンダリ）プーリ２が設けられた出力軸２０が、それぞれ一対の転がり軸受１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂで支持されている。この４個の転がり軸受のうち、プライマリフロント軸受（すなわち、プライマリプーリ１よりもエンジン４側で入力軸１０を支持する転がり軸受）１ａとして、各試験軸受を取り付けた。これ以外の転がり軸受１ｂ、２ａ、２ｂとしては、各試験で同じものを用いた。
また、このベルト式無段変速機ユニットのベルト３は、厚さ０．２ｍｍの鋼製薄板を１０枚積層してなる二本のリング３ａに、３００個のコマ３ｂを取り付けた構造となっており、ベルト３の長さは６００ｍｍである。
【００４３】
〔寿命試験条件〕
荷重：Ｐ（負荷荷重）／Ｃ（動定格荷重）＝０．２６
入力軸の回転速度：５００〜６０００ｍｉｎ-1の範囲内で加速・減速
エンジンからの入力トルク：２００Ｎ・ｍ
潤滑油供給量：プライマリーフロント軸受（１０ｍｌ／ｍｉｎ）、それ以外の軸受（２００ｍｌ／ｍｉｎ）
供給油温：１１０℃
【００４４】
この寿命試験は、内輪又は外輪に剥離が生じるまで行い、この剥離が生じるまでの時間を寿命時間として測定した。そして、同じ構成の１０体の試験軸受の結果より、ワイブル分布関数に基づいて短寿命側から１０％の内輪又は外輪に剥離が生じるまでの総回転時間を求め、これを寿命（Ｌ10寿命）とした。この結果は、表２に併せて示す。
また、これらの試験軸受の計算寿命は４９４時間であるため、１０００時間でこの寿命試験を打ち切った。そして、打ち切り時間になっても内輪及び外輪のいずれにも剥離が生じなかった場合には、Ｌ10寿命を１０００時間とした。
【００４５】
【表２】
2005207453.tif 000004
【００４６】
表２から分かるように、本発明の実施例であるＮｏ．１〜１１の試験軸受は、比較例であるＮｏ．１２〜２２の試験軸受と比較して、長寿命であった。
Ｎｏ．１〜１１のうち、軌道面における炭化物等からなる析出物の存在率が１５％未満のＮｏ．５と、この析出物の存在率が３５％を超えるＮｏ．９では、Ｎｏ．２〜４と比較して、短寿命であった。これにより、軌道面における炭化物等からなる析出物の存在率を１５〜３５％にすると好ましいことが分かる。
【００４７】
また、Ｃｒの含有率が本発明の好ましい範囲よりも少ないＮｏ．１と、Ｓｉの含有率が本発明の好ましい範囲よりも少ないＮｏ．６と、Ｍｎの含有率が本発明の好ましい範囲よりも少ないＮｏ．７と、Ｍｏの含有率が本発明の好ましい範囲よりも少ないＮｏ．８では、Ｎｏ．２〜４と比較して、短寿命であった。
さらに、軌道面における炭化物等からなる析出物の存在率は１５〜３５％の範囲内であるが、Ｆｅ−Ｃｒ，Ｍｏ系析出物の存在率が３０％未満のＮｏ．１０、１１では、Ｎｏ．２〜４と比較して、短寿命であった。これにより、軌道面における炭化物等からなる析出物の３０％以上を、Ｆｅ−Ｃｒ，Ｍｏ系析出物にすると好ましいことが分かる。
【００４８】
さらに、Ｆｅ−Ｃｒ，Ｍｏ系析出物の存在率が３０％未満で、且つ、Ｃｒ及びＭｏの合計含有率が３０％未満のＮｏ．１１は、Ｆｅ−Ｃｒ，Ｍｏ系析出物の存在率が３０％未満で、且つ、Ｃｒ及びＭｏの合計含有率が３０％以上のＮｏ．１０と比べて、短寿命であった。これにより、Ｆｅ−Ｃｒ，Ｍｏ系析出物のＣｒ及びＭｏの合計含有率は、３０％以上にすると好ましいことが分かる。
【００４９】
一方、Ｎｏ．１２、１３では、ＳＵＪ２製であり、Ｓｉの含有率、Ｃｒの含有率及びＭｏの含有率が本発明の範囲よりも少なく、軌道面に十分な炭化物が得られなかったため、計算寿命よりも短寿命であった。
Ｎｏ．１４では、Ｃｒの含有率が本発明の範囲よりも少なく、軌道面に十分な炭化物及び炭窒化物が得られなかったため、計算寿命よりも短寿命であった。
Ｎｏ．１５では、Ｃｒの含有率が本発明の範囲よりも多く、粗大な共晶炭化物及び共晶炭窒化物が発生したため、短寿命であった。
Ｎｏ．１６では、Ｃの含有率が本発明の範囲よりも少なく、軌道面に十分な炭化物及び炭窒化物が得られなかったため、計算寿命よりも短寿命であった。
【００５０】
Ｎｏ．１７では、Ｃの含有率が本発明の範囲よりも多く、軌道面に十分なＦｅ−Ｃｒ，Ｍｏ系析出物が得られなかったため、計算寿命よりも短寿命であった。
Ｎｏ．１８では、Ｓｉの含有率が本発明の範囲よりも少なく、軌道面をなす表層部の硬さが十分に得られず、且つ、残留オーステナイト量が多くなっていたため、計算寿命よりも短寿命であった。
Ｎｏ．１９では、Ｍｏの含有率が本発明の範囲よりも多く、粗大な共晶炭化物及び共晶炭窒化物が発生したため、短寿命であった。
【００５１】
Ｎｏ．２０では、Ｖの含有率が本発明の範囲よりも多く、粗大な共晶炭化物及び共晶炭窒化物が発生したため、短寿命であった。
Ｎｏ．２１では、Ｓｉの含有率が本発明の範囲よりも少なく、Ｆｅ−Ｃｒ，Ｍｏ系析出物のうちＣｒ及びＭｏの合計含有率が３０％未満であったため、計算寿命よりも短寿命であった。
Ｎｏ．２２では、Ｍｎの含有率が本発明の範囲よりも多く、軌道面をなす表層部の硬さが十分に得られず、且つ、残留オーステナイト量が多くなっていたため、計算寿命よりも短寿命であった。
【００５２】
以上の結果より、内輪及び外輪を、本発明の範囲を満たすＮｏ．１〜１１の構成とすることにより、摩擦係数が０．１０以上と高く、１００℃における動粘度が８ｃＳｔ以下と低い潤滑油を使用した場合であっても、計算寿命よりも長寿命にできることが確認できた。
なお、本実施形態の転がり軸受では、シールがないものを用いたが、入力軸側プーリ及び出力軸側プーリとベルトとの摩擦粉が多くなるユニットに用いる場合には、金属製シール等の非接触シールや、ゴムシール（ニトリルゴムやアクリルゴムなど）、フッ素シール等の接触シールを使用温度に応じて選択して使用しても構わない。
【００５３】
また、本実施形態の転がり軸受では、鋼製の保持器を用いたが、さらに高速回転下で使用する場合には、プラスチック製の保持器を用いることが好ましい。
さらに、本実施形態の転がり軸受では、内部すきまを「ＣＮすきま」としたが、ラジアル荷重やアキシャル荷重を抑制するという観点から、この内部すきまをより小さくすることが好ましい。また、同様の観点から、内輪及び外輪の軌道溝の曲率半径を、本実施形態よりも小さくすることが好ましい。
さらに、本実施形態の転がり軸受としては、深溝玉軸受について説明したが、これに限らず、円筒ころ軸受、円錐ころ軸受、及びニードル軸受においても同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】実施形態で寿命試験に使用したベルト式無段変速機を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００５５】
１          プライマリプーリ（入力軸側プーリ）
１ａ、１ｂ  転がり軸受
２          セカンダリプーリ (出力軸側プーリ）
２ａ、２ｂ  転がり軸受
３          ベルト
１０          入力軸
２０          出力軸
【図１】
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