(57)【要約】【課題】  より高い耐久性を得ることができる転がり摺動部材、及びこれを用いたトロイダル型無段変速機、並びに転がり摺動部材の製造方法を提供する。【解決手段】  本発明のトロイダル型無段変速機に用いられる転がり摺動部材は、少なくとも、Ｃ：０．８ｗｔ％以上１．５ｗｔ％以下、Ｓｉ：０．９ｗｔ％以上２．１ｗｔ％以下、Ｃｒ：２ｗｔ％以上５ｗｔ％以下、を含有する鋼よりなり、焼入れ焼戻しにより表面硬さが６０ＨＲＣ以上６４ＨＲＣ以下とされた表面に機械加工による表面硬化処理を施すことにより、その表面圧縮残留応力が７００ＭＰａ以上１１００ＭＰａ以下とされている。さらに、３００℃で加熱した場合の表面硬さ低下量が１ＨＲＣ以下とされている。【選択図】      図１
2007262572.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トロイダル型無段変速機に用いられる転がり摺動部材であって、
少なくとも、
Ｃ：０．８ｗｔ％以上１．５ｗｔ％以下、
Ｓｉ：０．９ｗｔ％以上２．１ｗｔ％以下、
Ｃｒ：２ｗｔ％以上５ｗｔ％以下、
を含有する鋼よりなり、
焼入れ焼戻しにより表面硬さが６０ＨＲＣ以上６４ＨＲＣ以下とされた表面に機械加工による表面硬化処理を施すことにより、その表面圧縮残留応力が７００ＭＰａ以上１１００ＭＰａ以下とされ、
３００℃で加熱した場合の表面硬さ低下量が１ＨＲＣ以下であることを特徴とする転がり摺動部材。
【請求項２】
前記表面硬化処理前の残留オーステナイト量が１０ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下である請求項１に記載の転がり摺動部材。
【請求項３】
前記焼入れ時の焼入れ温度が８７０℃以上９５０℃以下、前記焼戻し時の焼戻し温度が２００℃以上２８０℃以下である請求項１又は２に記載の転がり摺動部材。
【請求項４】
トロイダル型無段変速機に用いられる転がり摺動部材の製造方法であって、
少なくとも、
Ｃ：０．８ｗｔ％以上１．５ｗｔ％以下、
Ｓｉ：０．９ｗｔ％以上２．１ｗｔ％以下、
Ｃｒ：２ｗｔ％以上５ｗｔ％以下、
を含有する鋼よりなる前記摺動部材の中間素材に対して、焼入れ温度が８７０℃以上９５０℃以下、焼戻し温度が２００℃以上２８０℃以下で焼入焼戻を行うことで、前記中間素材の表面硬さを６０ＨＲＣ以上６４ＨＲＣ以下、残留オーステナイト量を１０ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下とする焼入焼戻工程と、
前記焼入焼戻工程を経た前記中間素材に対して、機械加工による表面硬化処理を行うことで、前記中間素材の表面圧縮残留応力を７００ＭＰａ以上１１００ＭＰａ以下とするとともに３００℃で加熱したときの表面硬さの低下量を１ＨＲＣ以下とする表面硬化処理工程と、を有することを特徴とする転がり摺動部材の製造方法。
【請求項５】
側面に凹湾曲状の軌道面を有する入力ディスクと、
側面に前記軌道面に対向する凹湾曲状の軌道面を有する出力ディスクと、
各ディスクの軌道面間に転動可能に挟み込まれ、前記各ディスクとの間で転がり摺動することによって各ディスク間のトルク伝達を行うローラとを備えるトロイダル型無段変速機において、
転がり摺動部材である、前記入力ディスク、出力ディスク、及びローラの内の少なくとも一つが、請求項１記載の転がり摺動部材であ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、例えば、自動車の変速装置等に用いられる転がり摺動部材、及びこれを用いたトロイダル型無段変速機、並びに転がり摺動部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トロイダル型無段変速機は、側面にローラ軌道面となる凹湾曲状の軌道面を有する入力ディスクおよび出力ディスクと、両ディスクの互いに対向する軌道面間に潤滑、高面圧下で転がり摺動接触するローラとを備えている。そして、各ディスクとローラとの間のトラクションによって各ディスク間のトルク伝達を行うことができるとともに、各ディスクに対するローラの接触位置を調節することにより、従来のギア式とは異なるスムーズな動きで、入力ディスクに対する出力ディスクの回転数（変速比）を増減させることができる。
【０００３】
上記トロイダル型無段変速機において、前記入出力ディスクやローラといった転がり摺動接触する転がり摺動部材は、高温、高面圧、さらにはトルク伝達時のトラクションによって作用するせん断応力等にさらされた状態で互いに転がり摺動接触するため、過酷な使用条件下にある。このため、表面に生じる微細なき裂等を起点とした表面剥離や組織変化に起因する剥離などが生じ難いといった高い疲労強度が要求される。
このような要求を満たすべく、トロイダル型無段変速機の転がり摺動部材を製造する上において、軸受用鋼からなる素材に焼入焼戻処理を行いその後ショットピーニングやバニッシュ加工によって素材表面の圧縮残留応力を６００〜１０００ＭＰａとする技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２１８７１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来例では、表面に付与された圧縮残留応力によって疲労強度が高まり、表面起点剥離を抑制することができる。これによって、表面に生じる早期損傷を抑制することができ、高い耐久性を得ることができた。
しかし、近年の自動車においては、より省燃費、小型化が要求されており、自動車に用いられる変速装置においても、その小型化に対応すべく、より高い耐久性が求められる場合があった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、より高い耐久性を得ることができる転がり摺動部材、及びこれを用いたトロイダル型無段変速機、並びに転がり摺動部材の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、より高い耐久性を実現できる転がり摺動部材を開発すべく、鋭意研究を重ねていた。その過程で、表面き裂の原因の一つである、転がり摺動接触に伴う発熱によって焼戻されて（加熱されて）生じる表面硬さの低下に着目し、種々の実験研究を行った。その結果、特に転がり摺動部材の素材材質に含まれるＳｉ，Ｃｒの含有量及び表面の圧縮残留応力が、加熱で生じる表面硬さの低下に与える影響が高いことを見いだし、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明は、トロイダル型無段変速機に用いられる転がり摺動部材であって、
少なくとも、
Ｃ：０．８ｗｔ％以上１．５ｗｔ％以下、
Ｓｉ：０．９ｗｔ％以上２．１ｗｔ％以下、
Ｃｒ：２ｗｔ％以上５ｗｔ％以下、
を含有する鋼よりなり、
焼入れ焼戻しにより表面硬さが６０ＨＲＣ以上６４ＨＲＣ以下とされた表面に機械加工による表面硬化処理を施すことにより、その表面圧縮残留応力が７００ＭＰａ以上１１００ＭＰａ以下とされ、３００℃で加熱した場合の表面硬さ低下量が１ＨＲＣ以下であることを特徴としている。
【０００８】
上記のように構成された転がり摺動部材によれば、Ｓｉ，Ｃｒを上記所定の含有量とされた鋼を用いるとともに、焼入れ焼戻しすることで所定の表面硬さとし、上記の表面圧縮残留応力を付与することで、３００℃で加熱した場合の表面硬さ低下量を１ＨＲＣ以下とすることができる。
トロイダル型無段変速機に用いられる転がり摺動部材の接触面はその転がり摺動によって概ね２００〜３００℃程度まで昇温することが知られている。これに対して、上記転がり摺動部材は、表面が加熱されたとしてもその表面硬さの低下が１ＨＲＣ以下に抑えられており、転がり摺動に伴う発熱によって当該転がり摺動部材の表面が加熱されたとしてもその表面硬さが低下するのを抑制することができる。従って、当該転がり摺動部材に必要な表面硬さを維持することができ、表面硬さの低下に起因する表面き裂の発生を抑制することができる。加えて、表面に付与された圧縮残留応力と相まって、当該転がり摺動部材の疲労強度を効果的に高めることができる。
【０００９】
また、前記表面硬化処理前の残留オーステナイト量が１０ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下であることが好ましい。
残留オーステナイト量が２０ｗｔ％より大きくなると、転がり摺動部材の転がり摺動によって生じる熱によって残留オーステナイトに分解が生じ、その結果として表面剥離が生じやすくなる。
鋼中の残留オーステナイトは、一般に、ある程度の量を含有することで転がり摺動に対する疲労強度が向上するため、上記範囲とすることで表面剥離等を生じることなくその疲労強度を高めることができる。
【００１０】
また、上記転がり摺動部材において前記焼入れ時の焼入れ温度が８７０℃以上９５０℃以下、焼戻し温度が２００℃以上２８０℃以下であることが好ましい。
上記焼入れ温度は、８７０℃より低いと、所定の表面硬さが得られない恐れがある。また、９５０℃より高いと、焼入れ時におけるオーステナイト結晶粒が粗大化してしまい、焼入れ焼戻し後の転がり摺動部材の強度が低下する恐れがある。
【００１１】
また、本発明は、トロイダル型無段変速機に用いられる転がり摺動部材の製造方法であって、
少なくとも、
Ｃ：０．８ｗｔ％以上１．５ｗｔ％以下、
Ｓｉ：０．９ｗｔ％以上２．１ｗｔ％以下、
Ｃｒ：２ｗｔ％以上５ｗｔ％以下、
を含有する鋼よりなる前記摺動部材の中間素材に対して、焼入れ温度が８７０℃以上９５０℃以下、焼戻し温度が２００℃以上２８０℃以下で焼入焼戻を行うことで、前記中間素材の表面硬さを６０ＨＲＣ以上６４ＨＲＣ以下、残留オーステナイト量を１０ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下とする焼入焼戻工程と、前記焼入焼戻工程を経た前記中間素材に対して、機械加工による表面硬化処理を行うことで、前記中間素材の表面圧縮残留応力を７００ＭＰａ以上１１００ＭＰａ以下とするとともに３００℃で加熱したときの表面硬さの低下量を１ＨＲＣ以下とする表面硬化処理工程と、を有することを特徴としている。
【００１２】
上記のように構成された転がり摺動部材の製造方法によれば、Ｓｉ，Ｃｒを上記所定の含有量とされた鋼よりなる中間素材を上記条件によって焼入れ焼戻しすることで、表面硬さを６０ＨＲＣ〜６４ＨＲＣ、残留オーステナイト量を１０ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下とし、この中間素材に対してさらに、機械加工による表面硬化処理を行うことで７００ＭＰａ以上１１００ＭＰａ以下の範囲で表面圧縮残留応力を付与することができ、３００℃で加熱した場合の表面硬さ低下量を１ＨＲＣ以下とすることができる。
このように製造された転がり摺動部材は、上述のように、転がり摺動に伴う発熱によって当該転がり摺動部材の表面が加熱されたとしても、当該転がり摺動部材に必要な表面硬さを維持することができ、表面硬さの低下に起因する表面き裂の発生を抑制することができる。加えて、表面に付与された圧縮残留応力と相まって、当該転がり摺動部材の疲労強度をより効果的に高めることができる。
すなわち、上記の転がり摺動部材の製造方法によれば、疲労強度がより効果的に高められた転がり摺動部材を得ることができる。
【００１３】
また、本発明は、側面に凹湾曲状の軌道面を有する入力ディスクと、側面に前記軌道面に対向する凹湾曲状の軌道面を有する出力ディスクと、各ディスクの軌道面間に転動可能に挟み込まれ、前記各ディスクとの間で転がり摺動することによって各ディスク間のトルク伝達を行うローラとを備えるトロイダル型無段変速機において、転がり摺動部材である、前記入力ディスク、出力ディスク、及びローラの内の少なくとも一つが、上記の転がり摺動部材であることを特徴としている。
上記のように構成されたトロイダル型無段変速機によれば、前記各ディスク及びローラは、上記の転がり摺動部材であるので、これらの疲労強度をより効果的に高めることができ、当該トロイダル型無段変速機の耐久性をより高めることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の転がり摺動部材及びこれを用いたトロイダル型無段変速機によれば、当該転がり摺動部材の疲労強度をより効果的に高めることができ、より高い耐久性を得ることができる。また、本発明の転がり摺動部材の製造方法によれば、より高い耐久性を有する転がり摺動部材を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るトロイダル型無段変速機の一種であるフルトロイダル型無段変速機のバリエータ部分を示す概略図である。このバリエータ１には、エンジンの出力軸２により回転駆動される入力軸３が設けられており、その両端近傍にはそれぞれ入力ディスク５が支持されている。
【００１６】
各入力ディスク５の一側面には、凹湾曲状の軌道面５ｂが形成されており、その内周には複数条の溝を切ったスプライン穴５ａが形成されている。入力ディスク５は、そのスプライン穴５ａを入力軸３に設けられたスプライン軸３ａに結合させることによって、入力軸３に一体回転可能に組み付けられている。さらに、各入力ディスク５は、入力軸３に固定された係止リング５１によって互いに離反する方向への移動が規制されている。
【００１７】
上記入力軸３の軸方向中央部には、出力部材６ａと、この出力部材６ａにそれぞれ一体回転可能に支持された出力ディスク６ｂとを備える出力部６が、当該入力軸３に対して相対回転自在に設けられている。入力ディスク５の軌道面５ｂに対向する出力ディスク６ｂの一側面には、凹湾曲状の軌道面６ｃが形成されている。また、上記出力部材６ａの外周にはチェーン６ｄと噛み合うスプロケットギヤ６ｅが形成されており、チェーン６ｄを介して外部へ動力が取り出されるようになっている。
【００１８】
上記出力ディスク６ｂは、出力部材６ａに対して軸方向への微動が許容された状態で組み込まれており、その背面には隙間６ｇを設けてバックアップ板６ｈが配置されている。上記隙間６ｇはケーシング６ｆおよび図示しないシールによって密封されており、この隙間６ｇに油圧動力源９から油圧を供給することにより、出力ディスク６ｂを、対向する入力ディスク５方向へ付勢して、所定の端末負荷が加えられている。
【００１９】
互いに対向する入力ディスク５の軌道面５ｂと出力ディスク６ｂの軌道面６ｃとの間は、トロイド状隙間として構成されており、このトロイド状隙間には、潤滑液（トラクションオイル）が供給され、油膜を介して各軌道面５ｂ，６ｃと転がり摺動接触しつつ回転する３個の円盤状のローラ７が円周等配に配置されている。なお、軌道面５ｂ，６ｃとの接触部は、ローラ７の外周面７ｂである。各ローラ７は、キャリッジ８によって回転自在に、かつ、その回転軸７ａが傾動可能に支持されている。キャリッジ８には、図１の紙面と交差する方向に、油圧による駆動力が付与される。
【００２０】
上記バリエータ１において、一対の入力ディスク５が回転すると、油膜のせん断力により、左右各３個のローラ７を介して入力ディスク５から出力ディスク６ｂへトルクが伝達される。キャリッジ８に支持されたローラ７は、トルクを伝達することによりキャリッジ８に生じるリアクション力と、出力ディスク６ｂを駆動するのに必要なトルクとのアンバランスを解消すべく、回転軸７ａを傾斜させる。これにより、ローラ７の位置が図の二点鎖線に示すように変化し、両ディスク５，６ｂ間での変速比が連続的に変化する。
【００２１】
上記構成のフルトロイダル型無段変速機において、両ディスク５，６ｂと、ローラ７とは、互いに転がり摺動接触する転がり摺動部材であり、これらに対して本発明による転がり摺動部材が適用されている。これら転がり摺動部材（両ディスク５，６ｂ、ローラ７）は、耐熱軸受用鋼で形成されている。この耐熱軸受用鋼は、Ｃ：０．８ｗｔ％以上１．５ｗｔ％以下、Ｓｉ：０．９ｗｔ％以上２．１ｗｔ％以下、Ｍｎ：０．０５ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下、Ｃｒ：２ｗｔ％以上５ｗｔ％以下、及びＭｏ：０．０５ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下、を満足する範囲で合金元素を含有し、残部をＦｅ及び不可避不純物とした組成に調整されている。
【００２２】
なお、上記耐熱軸受用鋼において、Ｃの含有量が０．８ｗｔ％未満では、焼入れを行った後に十分な硬さが得られないおそれがある。このため、Ｃの含有量は、０．８ｗｔ％以上であることが必要である。また、Ｃの含有量が１．５ｗｔ％を越えると靭性が低下し、強度低下するため、Ｃの含有量は、１．５ｗｔ％以下であることが必要である。
さらには、上記耐熱軸受用鋼のＣに含有量は、上記の範囲において、０．９ｗｔ％以上が好ましい。また、上記の範囲において、Ｃの含有量は、１．１ｗｔ％以下か好ましい。
【００２３】
また、上記耐熱軸受用鋼において、Ｓｉは、３００℃以上で加熱したときの硬さ値の低下を抑え、焼戻し軟化抵抗を高めることで、高温強度を高めることを目的として所定量含有させる必要がある。
Ｓｉの含有量が０．９ｗｔ％未満では、残留オーステナイトの安定化が不十分となり、材料の耐熱性が不足するため、Ｓｉの含有量は、０．９ｗｔ％以上であることが必要である。また、Ｓｉの含有量が２．１ｗｔ％を越えると、靭性が低下し、強度低下するため、Ｓｉの含有量は、２．１ｗｔ％以下であることが必要である。
さらには、上記耐熱軸受用鋼のＳｉの含有量は、上記の範囲において、１．７ｗｔ％以下であることが好ましい。
【００２４】
また、上記耐熱軸受用鋼において、Ｃｒは、炭化物の形成や焼入性に影響を及ぼす元素である。
Ｃｒの含有量が２ｗｔ％未満では、当該耐熱軸受用鋼の強度が低下するため、Ｃｒの含有量は、２ｗｔ％以上が必要である。また、Ｃｒの含有量が５ｗｔ％を越えると、炭化物の影響によって加工性が低下するため、Ｃｒの含有量は、５ｗｔ％以下であることが必要である。
【００２５】
上記耐熱軸受用鋼において、Ｍｎは、鋼の焼入性を向上させることによって、鋼の十分な硬さを確保し、転動疲労寿命の向上に有効に作用するため、Ｍｎの含有量は、０．０５ｗｔ％以上であることが必要である。また、Ｍｎの含有量が０．５ｗｔ％を越えると、被削性及び靭性が低下するため、Ｍｎの含有量は、０．５ｗｔ％以下であることが必要である。
さらには、上記耐熱軸受用鋼のＭｎの含有量は、上記の範囲において、０．４ｗｔ％以上であることが好ましい。
【００２６】
Ｍｏについては、残留炭化物の安定化により耐摩耗性を向上させる元素である。Ｍｏの含有量が０．０５ｗｔ％以上であると、焼入性を増大して焼入焼戻後の強度向上に寄与するとともに、安定炭化物の析出により、耐摩耗性と転動疲労寿命とを向上させるが、この作用効果は、０．５ｗｔ％で飽和するので、０．５ｗｔ％以下とする。
さらには、上記耐熱軸受用鋼のＭｏの含有量は、上記の範囲において、０．３ｗｔ％以上であることが好ましい。
【００２７】
次に、上述の両ディスク５，６ｂ、及びローラ７の製造方法について説明する。図２は、両ディスク５，６ｂ、及びローラ７の製造工程を示した図である。図において、まず、前記耐熱軸受用鋼からなる素材を熱間鍛造及び切削加工等によって、両ディスク５，６ｂ、及びローラ７の中間素材を形成する（ステップＳ１）。
そして、ステップＳ１にて形成した中間素材に対して、焼入れ温度が８７０℃以上９５０℃以下、焼戻し温度が２００℃以上２８０℃以下で焼入れ焼戻しを行う（焼入焼戻工程、ステップＳ２）。この焼入焼戻工程によって、前記素材の表面硬さは６０ＨＲＣ以上６４ＨＲＣ以下、残留オーステナイト量は１０ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下とされる。
なお、焼入れ温度は、８７０℃より低いと、所定の表面硬さが得られない恐れがある。また、９５０℃より高いと、焼入れ時におけるオーステナイト結晶粒が粗大化してしまい、焼入れ焼戻し後の転がり摺動部材の強度が低下する恐れがある。このため、焼入温度は、８７０℃以上９５０℃以下とすることが好ましい。
【００２８】
さらに、上記焼入れ温度は、上記の範囲内において、９２０℃以下とすることが好ましい。９２０℃以下とすることで、オーステナイト結晶粒をさらに小さくでき、また、炭化物が減少することを抑制できるため、靭性の低下を抑制し、強度低下を抑制できる。
【００２９】
次に、前記ステップＳ２（焼入焼戻工程）を経た中間素材に対して、ショットピーニング等の機械加工による表面硬化処理を行う（ステップＳ３、表面硬化処理工程）。この表面硬化処理工程によって、前記中間素材の表面圧縮残留応力が７００ＭＰａ以上１１００ＭＰａ以下であるとともに３００℃で加熱したときの硬さ低下量が１ＨＲＣ以下とされる。
前記表面硬化処理工程を経た中間素材は、所定の仕上げ加工等を行うことで（ステップＳ４）、完成品としての両ディスク５，６ｂ、及びローラ７を得ることができる。
【００３０】
上記のようにして製造された両ディスク５，６ｂ、及びローラ７は、前記焼入焼戻工程及び前記表面効果処理工程を経ることによって、表面硬さが６０ＨＲＣ以上６４ＨＲＣ以下、残留オーステナイト量が１０ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下とされ、その表面にショットピーニング等の機械加工による表面硬化処理を施すことにより、その表面圧縮残留応力が７００ＭＰａ以上１１００ＭＰａ以下とされ、かつ３００℃で加熱した場合の表面硬さ低下量が１ＨＲＣ以下とされている。
【００３１】
本実施形態では、前記耐熱軸受用鋼に対して前記焼入焼戻工程を行うことで、上述の表面硬さ及び残留オーステナイト量とすることができるものであるが、前記素材の表面硬さが６０ＨＲＣより小さいと、転がり摺動部材としての必要な強度が不足し、表面剥離が生じやすくなる恐れがある。また、前記素材の表面硬さが６４ＨＲＣより大きくなると、部材の靭性が低下し、使用時に部材の割損が生じる恐れがある。
また、鋼中の残留オーステナイトは、一般に、ある程度の量を含有することで転がり摺動に対する疲労強度が向上する。しかし、残留オーステナイト量が多すぎると、転がり摺動によって生じる熱によって、残留オーステナイトの分解が生じ、その結果として表面剥離が発生しやすくなるため、上述のように２０ｗｔ％以下とすることが好ましい。
また、本実施形態では、前記耐熱軸受用鋼に対して前記のような焼入焼戻工程を行った後に、ショットピーニングによって圧縮残留応力を付与しているが、これは機械加工（ショットピーニング）によって残留オーステナイトがマルテンサイトに変態することに起因している。そのため、残留オーステナイト量が少なすぎると機械加工を行ったときに十分な圧縮残留応力の大きさを確保できないので、１０ｗｔ％以上とすることが好ましい。
さらに、ショットピーニング後の転がり摺動部材表面の圧縮残留応力は、７００ＭＰａ以上１１００ＭＰａ以下とされているが、この圧縮残留応力が７００ＭＰａより小さいと、転がり摺動部材として必要な疲労強度が不足する恐れがある。また、１１００ＭＰａより大きくなると、素材表面に過剰な塑性変形が生じて脆化するため、表面剥離が生じる恐れがある。
【００３２】
また、本実施形態において、ショットピーニング後の転がり摺動部材は、３００℃で加熱した場合の表面硬さの低下量が１ＨＲＣ以下とされているが、この表面硬さの低下量が１ＨＲＣよりも大きいと、転がり摺動部材の表面が転がり摺動に伴って表面硬さが低下し、これに起因して表面き裂が発生する恐れがある。
その理由は、一般に、トロイダル型無段変速機に用いられる転がり摺動部材の接触面はその転がり摺動によって概ね２００〜３００℃程度まで昇温することが知られており、転がり摺動部材は、変速機が運転状態にあるときには常に前記温度付近で加熱されることとなる。このように２００〜３００℃で加熱されると、焼入焼戻工程によって所定の表面硬さとされている転がり摺動部材の表面は焼戻され、その表面硬さが大きく低下してしまう場合がある。つまり、３００℃で加熱した場合の表面硬さの低下量が１ＨＲＣよりも大きいと、その表面硬さの低下が大きくなり、転がり摺動部材としての必要な強度が不足し、表面き裂が発生することとなる。一方、本実施形態のように、３００℃で加熱した場合の表面硬さの低下量が１ＨＲＣより小さくされていれば、表面が加熱されたとしてもその表面硬さが大きく低下するのを抑制することができる。
【００３３】
本実施形態のフルトロイダル型無段変速機は、転がり摺動部材（両ディスク５，６ｂ、及びローラ７）に用いられている鋼材の組成、上記圧縮残留応力値、表面硬さ、及び加熱による表面硬さの低下量を規定することで、相乗的に疲労強度を効果的に高め、耐久性をより高めるものであり、以下に、転がり摺動部材における、上記値と、耐久性との関係を検証した試験結果について説明する。
【００３４】
本検証試験に用いた本実施形態に係る実施例品、及び比較例品の仕様を下記の表１に示す。
【００３５】
【表１】
2007262572.tif 000003
【００３６】
これら実施例品（１〜６）及び比較例品（１〜４）は、表１中に示した所定の組成に調整された鋼を用い、表１中に示した熱処理条件にて焼入焼戻工程を行い、その後表面に下記条件でショットピーニングを施すことで表面硬化処理を行い、検証試験に供した。
【００３７】
上記ショットピーニングの条件は、以下の通りである。
（１）機種（方式）  ：  エアー直圧式
（２）ショット粒  ：  ＲＣＷ０６ＰＵ（φ０．６ｍｍ）約８３０ＨＶ
（３）投射圧力  ：  ０．４９ＭＰａ
（４）テーブル回転数（試料回転数）  ：  １２ｒｐｍ
（５）ノズル径  ：  φ６ｍｍ
（６）ノズル−試料間距離  ：  １００ｍｍ
（７）アークハイト  ：  ０．６４ｍｍＡ
（８）カバレージ  ：  ２００％狙い
【００３８】
図３は、本検証試験に用いた耐久試験機の模式図である。図３中、耐久試験機１０は、回転軸１３の軸回りに回転可能に配置された円盤状のディスク１１と、ディスク１１の側面１１ａに対して上下方向から所定の荷重で挟持する一対のローラ１２と、この一対のローラ１２をギヤボックス１４を介して互いに反対方向に同期回転するように駆動するモータＭと、を有している。ディスク１１は、モータＭによって駆動される一対のローラ１２からトルク伝達されて従動回転するように構成されており、ローラ１２の端面１２ａとディスク１１の側面１１ａとの間でトルク伝達しつつ転がり摺動接触するといった、実機と同様の状態を再現することができる。
【００３９】
本検証試験では、耐久試験機１０のディスク１１に上記実施例品及び比較例品を適用し、ディスク１１の側面１１ａに、ローラ１２との転がり摺動による破損が生じるまでの時間を耐久寿命として測定し、その耐久寿命に基づいてディスク１１の耐久性を評価した。
なお、上記耐久試験機１０の試験条件は以下のように設定した。
（１）ローラの回転速度  ：  ３０００ｒｐｍ
（２）ローラとディスクとのすべり率  ：  １４％
（３）最大接触面圧  ：  ４．２ＧＰａ
（４）潤滑油  ：  トロイダル型無段変速機用トラクションオイル
（５）油膜パラメータ（Λ）  ：  １．８
上記耐久試験の結果を表２に示す。
【００４０】
【表２】
2007262572.tif 000004
【００４１】
表２には、上記耐久試験機により測定された耐久寿命時間の他、各実施例品及び比較例品それぞれにおける、焼入焼戻工程後の表面硬さ及び残留オーステナイト量、ショットピーニング後の表面硬さ、残留オーステナイト量、表面の圧縮残留応力及び３００℃で２時間加熱後の表面硬さの低下量を測定した結果も示している。
【００４２】
表２において、加熱後の表面硬さの低下量は、ショットピーニングを終えた各実施例品及び比較例品を大気炉等で３００℃まで加熱し、２時間保持した後、表面硬さをロックウェル硬さＣスケールにて測定し、加熱前と加熱後の表面硬さの差を表面硬さの低下量として示している。
表２から明らかなように、本発明に係る実施例品の検証試験における耐久寿命時間は、実施例品と比較して、概ね２倍程度の値となっていることが判る。この結果より、本発明に係る実施例品は、転がり摺動に対して長時間に渡って表面剥離等の破損が生じない高い疲労強度を有し、高い耐久性が付与されていることが確認できた。
【００４３】
図４は、各実施例品及び各比較例品における鋼中のＳｉ量とＣｒ量の関係を示したグラフである。図３において、横軸は鋼中のＳｉの重量％値、縦軸は鋼中のＣｒの重量％値を示しており、実施例品は白抜き丸印でプロットし、比較例品は黒塗り丸印でプロットしている。
【００４４】
図において、実施例品は、鋼中Ｓｉ量が１〜２ｗｔ％かつＣｒ量が２〜５ｗｔ％の範囲に設定されているので、図中破線Ｈに示す範囲内にプロットされている。一方、比較例品では、例えば図中丸印Ｍ１（比較例品１）では、Ｓｉ量はほぼ１ｗｔ％と上記Ｓｉ量の条件を満たしているが、Ｃｒ量は２ｗｔ％よりやや低い値となっておりＣｒ量の条件を満たしていない。また、図中丸印Ｍ２（比較例品２）では、Ｃｒ量はほぼ２ｗｔ％と上記Ｃｒ量の条件を満たしているが、Ｓｉ量は３ｗｔ％となっておりＳｉ量の条件を満たしていない。これらより、転がり摺動部材において、鋼中のＳｉ量及びＣｒ量それぞれ両方の条件を満足する必要があることが判る。
【００４５】
以上の検証試験の結果から明らかなように、本発明の転がり摺動部材は、Ｓｉ，Ｃｒを上記所定の含有量とされた鋼を用いるとともに、焼入れ焼戻しすることで所定の表面硬さとするとともに、上記の表面圧縮残留応力を付与することで、転がり摺動に伴う発熱によって当該転がり摺動部材の表面が加熱されたとしても、当該転がり摺動部材に必要な表面硬さを維持することができ、表面硬さの低下に起因する表面き裂の発生を抑制することができる。加えて、表面圧縮残留応力による疲労強度を向上させる効果と相まって、当該転がり摺動部材の疲労強度をより効果的に高めることができ、より高い耐久性を付与することができる。
【００４６】
この結果は、ローラとディスクの接触部のスピンが大きく接触条件が厳しいフルトロイダル型無段変速機においてその効果が顕著なことを示す。
すなわち、本実施形態のトロイダル型無段変速機は、上記のように疲労強度が高められ、より高い耐久性を有する転がり摺動部材が適用されているので、その耐久性をより高めることができる。
また、上記実施形態の転がり摺動部材の製造方法によれば、前記耐熱軸受用鋼を用いるとともに前記焼入焼戻工程及び前記表面硬化処理工程を含むことで、疲労強度が効果的に高められ、より高い耐久性を有する転がり摺動部材を得ることができる。
【００４７】
なお、本発明の転がり摺動部材は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、トロイダル型無段変速機の入出力ディスク及びローラの全てに対して、本発明に係る転がり摺動部材を適用したが、例えば、入出力ディスクのみに本発明の転がり摺動部材を適用し、これに例えばＳＵＪ２等を用いた他の仕様としたローラを組み合わせても良い。
また、上記実施形態では、フルトロイダル型無段変速機について示したが、ハーフトロイダル型等、他の形態のトロイダル型無段変速機についても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態に係るトロイダル型無段変速機の一種であるフルトロイダル型無段変速機のバリエータ部分を示す概略図である。
【図２】両ディスク、及びローラの製造工程を示した図である。
【図３】検証試験に用いた耐久試験機の模式図である。
【図４】各実施例品及び各比較例品における鋼中のＳｉ量とＣｒ量の関係を示したグラフである。
【符号の説明】
【００４９】
５      入力ディスク（転がり摺動部材）
６ｂ    出力ディスク（転がり摺動部材）
７      ローラ（転がり摺動部材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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