(57)【要約】【課題】  従来に比較して高い摩擦係数と耐摩耗性とを長期に亘って維持し、長期間の使用に耐えることを可能としたベルト式無段変速機の提供。【解決手段】  放電表面処理により、放電痕直径５μｍ以下でありかつ表面粗さＲａ０．２以下であるＺｎ拡散層を少なくともプーリのエレメントとの接触面表層に設ける。放電痕直径を５μｍ以下とすることで、表面粗さＲａ０．２以下でも、プーリの耐摩耗性を向上させるのに十分な量の拡散層をプーリ表面に均一且つ広範囲に形成できる。これにより、接触面の真実接触面積が広くなり、接触面圧を低減できるため、エレメント側の剥離磨耗による真実接触面積の低下を少なくできる。また、圧縮残留応力の低下を抑えてプーリ自体の耐摩耗性を向上できるため、プーリ側の真実接触面積の低下を少なくできる。これにより、接触面における高い摩擦係数と耐摩耗性とを長期に亘って維持することができ、長期間の使用に耐えうる。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面Ｖ字状の溝を有し該溝の幅を変更可能な一対のプーリに、複数のエレメントがベルトで連結されてなるＶベルトを巻き回したベルト式無段変速機において、
少なくとも前記エレメントと接触する金属製素材からなる前記プーリ表面に、Ｚｎが拡散した拡散層を有してなり、当該拡散層は、放電表面処理により前記プーリ表面に生成される直径５マイクロメートル以下の多数の放電痕からなるものであって、これら多数の放電痕によって表面粗さがＲａ０．２以下に形成され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】
この発明は、断面Ｖ字状の溝を有し該溝の幅を変更可能な一対のプーリに、複数のエレメントがベルトで連結されてなるＶベルトを巻き回したベルト式無段変速機に関する。特に、プーリとＶベルトとの間の摩擦係数を高めて動力伝達効率を向上させるとともに、プーリ及びＶベルトの磨耗を低減する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車のエンジンの高出力化に伴い、ベルト式無段変速機にもその対応が必要となってきている。ベルト式無段変速機は、断面Ｖ字状の溝を有するとともに溝の幅を変更可能な一対のプーリに、複数のエレメントをベルトで連結したＶベルトを巻き回した構造であり、プーリとエレメントの摩擦力により駆動プーリから従動プーリへ動力を伝達するものである。それ故、動力伝達効率を高めるためには、プーリ表面の摩擦係数の向上を図る必要がある。ところが、近年の高出力化に伴ってプーリとエレメント間の挟圧力が増加することに伴い、プーリとエレメントとが接触する互いの接触面に磨耗が発生しやすくなり、両者間の摩擦係数が低下してしまい走行性能が損なわれる可能性が大きくなってしまった。そこで、プーリとエレメントとの接触面間における摩擦係数をより高めることで挟圧力を低減し、これによって高出力化に対応してきている。また、プーリとエレメント間の摩擦係数を高めることに加えてそれらの磨耗を低減するという課題もあり、両者を満足すべく従来より種々の開発がなされている。
【０００３】
一例として下記に示す特許文献１には、放電表面処理によって耐磨耗性／摩擦係数の高いＺｎ拡散層をプーリの接触面に設けることが開示されている。放電表面処理でのＺｎ拡散層の形成によれば、プーリ表面に形成されるＺｎ拡散層は金属素材からなるプーリ本体（母材）と一体化されるので、単に母材表面に成膜されるだけのメッキやコーティングなどとは異なって母材から剥がれ落ちにくいという特性を有する。さらに、Ｚｎ拡散層にＳ，Ｐを含む潤滑油が反応してＺｎ拡散層にＳ，Ｐが含有されることで、耐磨耗性／摩擦係数がより高くなるという利点もある。これにより、プーリ側において高い摩擦係数と耐磨耗性とを長期に亘って維持することのできるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】再公表特許WO2007/037371号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、Ｚｎ拡散層を設けることによるプーリとエレメント間の摩擦係数を大きくする方策としては、第１にプーリ（母材）の表面粗さを小さくしてエレメント（相手材）との真実接触面積を増加すること、第２に放電表面処理により生成される放電痕の素材表面に占める割合を高めてＺｎ拡散層を均一且つ広範囲に形成することが考えられる。より高い摩擦係数を得るには、表面粗さとＺｎ拡散層の量とのバランスをとって表面粗さをより小さく且つＺｎ拡散層をより広範囲に設けるとよいが、従来においては放電表面処理によりプーリ表面に直径１５μｍ程度の放電痕を生成するが故に、以下に示すような問題が生じ得る。
【０００６】
従来技術では、動力伝達効率を高めるためにプーリ側における摩擦係数の向上を放電表面処理によるＺｎ拡散層の形成により図っていることからすれば、プーリの表面粗さを小さくするにはプーリに対する放電痕の占める割合を減らせばよい。図９に、従来技術によって放電痕Ｈの占める割合を減らしてＺｎ拡散層７を形成したプーリの表面及びＹ−Ｙ断面の一例を示す。
【０００７】
図９に示すように、プーリに対する放電痕Ｈの占める割合を減らす放電表面処理を行った場合には、表面粗さを小さく（表面粗さＲａ０．２以下）してＺｎ拡散層７を形成することができる。しかし、その一方でＺｎ拡散層７を均一に形成することが難しくなる。これは、放電表面処理では１つの円状の放電痕Ｈの外縁部においてＺｎ拡散層７を形成するようになっており（つまり、Ｚｎ拡散層７は円環状に形成される）、表面粗さを小さくするために放電表面処理の回数を少なくして放電痕Ｈの数を減らしてしまうと、放電痕Ｈの外縁部に形成されるＺｎ拡散層７の分布が必然的にまばらになってしまうことによる。そのため、放電痕Ｈの直径が大きければ大きいほどＺｎ拡散層７は不均一に形成されやすくなり、プーリの耐磨耗性／摩擦係数を十分に向上させることが難しい。
【０００８】
他方、プーリ表面にＺｎ拡散層７を均一且つ広範囲に形成するには、プーリに対する放電痕Ｈの占める割合を増やせばよい。図１０に、従来技術によってＺｎ拡散層７を均一かつ広範囲に形成したプーリの表面及びＹ−Ｙ断面の一例を示す。
【０００９】
図１０に示すように、放電表面処理の回数を増して直径１５μｍ程度の放電痕Ｈの数を増加させたような場合には、プーリ表面に均一かつ広範囲にＺｎ拡散層７を形成することができる。しかし、近接する箇所において複数の放電痕Ｈが重なり合うことから、比較的に表面が粗く形成されてしまう（例えば表面粗さＲａ０．３程度となる）。プーリ表面が粗くなると、プーリ側のエレメントとの真実接触面積が狭くなる。その結果、プーリはエレメントと接触面圧が高い状態で接触することから、摺動の際にエレメント側を剥離磨耗させてしまい得る。エレメントが剥離磨耗すると、プーリ側が磨耗していなくとも接触面の真実接触面積は低下する。つまり、例えプーリ側に耐磨耗性／摩擦係数の高いＺｎ拡散層７を形成したとしても、結果的に接触面の摩擦係数が減少することになって都合が悪い。
【００１０】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、プーリとエレメントとの接触面における高い摩擦係数と耐摩耗性とを長期に亘って維持することができ、長期間の使用に耐えうるベルト式無段変速機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】
【００１１】
本発明者等は、プーリに高い摩擦係数と耐摩耗性を付与するために適用する放電表面処理について実験を重ねた結果、特にＺｎ拡散層の形成のためにプーリ表面に生成される放電痕を従来の直径１５μｍよりも小さい直径５μｍ程度の大きさとしたときに、表面粗さとＺｎ拡散層の量とのバランスがよく、従来に比較して高い摩擦係数と耐摩耗性を得ることを見出した。また、本発明者等が実験で用いたプーリ及びエレメントを調べた結果、プーリ自体の耐磨耗性を向上できるだけでなくエレメント側の剥離磨耗を防止できていることが判った。
【００１２】
本発明に係るベルト式無段変速機は上記のような知見に基づいてなされたもので、断面Ｖ字状の溝を有し該溝の幅を変更可能な一対のプーリ（１，２）に、複数のエレメント（６）がベルト（５）で連結されてなるＶベルト（３）を巻き回したベルト式無段変速機において、少なくとも前記エレメント（６）と接触する金属製素材からなる前記プーリ表面（４）に、Ｚｎが拡散した拡散層（７）を有してなり、当該拡散層（７）は、放電表面処理により前記プーリ表面（４）に生成される直径５マイクロメートル以下の多数の放電痕（Ｈ）からなるものであって、これら多数の放電痕（Ｈ）によって表面粗さがＲａ０．２以下に形成されることを特徴とする。
【００１３】
この発明によると、少なくともプーリ（１，２）の表面（４）に放電表面処理により形成される拡散層（７）は、放電表面処理により生成される多数の放電痕（Ｈ）のそれぞれが従来よりも小さい直径５マイクロメートル以下のものである。放電痕径を小さくすれば、プーリ（１，２）の表面粗さＲａを０．２以下と従来に比べて小さくして拡散層（７）を形成することができる。表面粗さを小さくすると、接触相手であるエレメント（６）との真実接触面積を増大させることができる。これにより、摩擦係数を増大させることができるとともに、プーリ（１，２）とエレメント（６）との接触面圧を低減でき、ひいては接触時のエレメント（６）へのダメージを低減することができる。エレメント（６）へのダメージを低減できれば、エレメント（６）側での剥離磨耗によるプーリ（１，２）とエレメント（６）との真実接触面積の低下が少なくなるので、高い摩擦係数を維持しての長期間の使用に耐えうる。また、放電痕径を直径５マイクロメートル以下と小さくすることで、耐摩耗性に優れる拡散層（７）を均一且つ広範囲に設けることができるとともに、放電表面処理による圧縮残留応力の低下を抑えることができる。これにより、プーリ（１，２）自体の耐摩耗性が向上して、プーリ（１，２）側での剥離磨耗によるプーリ（１，２）とエレメント（６）との真実接触面積の低下が少なくなるので、高い摩擦係数を維持しての長期間の使用に耐えうる。
【００１４】
なお、上記で括弧内に記した図面参照符号は、後述する実施形態において対応する構成要素等を参考のために例示したものである。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、放電表面処理により多数の放電痕径それぞれが直径５μｍ以下でありかつ表面粗さがＲａ０．２以下である拡散層を、少なくともプーリにおいてエレメントとの接触面に設ける。こうすることにより、プーリ自体の疲労強度が増して磨耗によるプーリの真実接触面積の低下を防ぐことに加えて、運転によるエレメント側の剥離磨耗をも防止することから、従来に比較して高い摩擦係数と耐摩耗性とを長期に亘って維持して長期間の使用に耐えうる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明に係るベルト式無段変速機の一実施例を示す側断面図である。
【図２】図１に示したベルト式無段変速機のＺ−Ｚ線断面図である。
【図３】放電表面処理を行う装置の概要を示す側面図である。
【図４】本実施形態に係る放電痕の大きさを直径５μｍ以下に抑えてＺｎ拡散層を形成したプーリの一例を示す表面模式図及び断面図である。
【図５】拡散層を立体的に表したレーザ顕微鏡による３Ｄ図を比較のための従来例と共に示したものである。
【図６】摺動実験を行うために用いた試験装置を示す概略図である。
【図７】摺動実験を行ったテストピースの摺動面の摩擦係数の時間的変化を調査した結果を示す図である。
【図８】摺動実験後の相手材の表面を立体的に表したレーザ顕微鏡による３Ｄ図を比較のための従来例と共に示したものである。
【図９】従来技術によってプーリに対する放電痕の占める割合を減らしてＺｎ拡散層を形成した場合の一例を示すプーリ表面の模式図及びプーリの断面図である。
【図１０】従来技術によってプーリにＺｎ拡散層を均一かつ広範囲に形成した場合の一例を示すプーリ表面の模式図及びプーリの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に従って詳細に説明する。
【００１８】
図１は、この発明に係るベルト式無段変速機の一実施例を示す側断面図である。図２は、図１に示したベルト式無段変速機のＺ−Ｚ線断面図である。図１に示すベルト式無段変速機において、駆動プーリ１及び従動プーリ２にはＶベルト３が巻き回されている。駆動プーリ１及び従動プーリ２はそれぞれ一対のディスク４から構成されてなり、該ディスク４は断面Ｖ字状の溝を形成するとともに互いに接近離間可能とされている。Ｖベルト３は、無端状の金属リングを複数枚積層した金属リング集合体（ベルト）５によって複数のエレメント６を連結して構成されている（図２参照）。ディスク４は例えばＳＣＭ鋼のような合金鋼（金属素材）によって形成されてなり、エレメント６は例えばＳＫＳ鋼のような過共析炭素鋼（金属素材）によって形成されてなる。図１に示すように、ディスク４にはＺｎとＦｅの混合組織からなる拡散層７が形成されている。他方、エレメント６のディスク４に対する接触面Ｘには複数の溝７ａが形成されており、この溝７ａを含む接触面Ｘ全体にＺｎとＦｅの混合組織からなる拡散層７が形成されていてもよい。
【００１９】
拡散層７は、ディスク４の使用頻度の高い領域のみに形成することもできる。また、ディスク外周側に近づくにつれ、拡散層の形成量が少なくなるように拡散層を形成してもよい。すなわち、拡散層７は、ディスク４の素材よりも表面粗さ及び硬度が高いが、ディスク外周側に向かうに従って表面粗さ及び硬度が低くなっていき、ディスク外周縁においてディスク４の素材の表面粗さ又は硬さと一致する。これにより、拡散層７とその外側の素材の部分との間をエレメント６が乗り移るときに衝撃を発生させることなく、各部材に過大な負荷がかかるのを防止することができる。
【００２０】
上記の拡散層７をディスク４におけるエレメント６との接触面に形成する放電表面処理について説明する。図３は、放電表面処理を行う装置の概要を示す側面図である。図中の符号１０はディスク４等の母材であり、１１は電極である。
【００２１】
電極１１は、ＺｎまたはＺｎ及び他の金属の化合物、または合金の粉末、そのような粉末と異種金属粉末との混合粉末を圧縮成形した圧粉体、あるいはそのような圧粉体を焼結したものである。母材１０と電極１１は加工液で満たされた加工槽に接近して対向配置され、電極１１を陰極、母材１０を陽極としてパルス電流が供給されるようになっている。また、両者は殆ど接するくらいに接近しているので、互いに接触しないように位置の制御が行われる。電極１１及び母材１０間にパルス電流が流れると両者の間で放電が生じ、この放電で生じる熱により電極１１と母材１０は溶融及び気化される。母材１０が溶融及び気化されることで放電痕Ｈが生ずる。そして、静電気力や気化で生じる気流によって溶融された電極１１の粒子が、放電痕Ｈの外縁部に相当する母材１０の表面に運ばれて拡散する。すると、母材１０の表層部のうち放電痕Ｈの外縁部にあたる箇所で母材１０と電極１１の粒子とが拡散融合して、Ｚｎが拡散した拡散層７が放電痕Ｈの外縁部にて円環状に形成されていく。
【００２２】
上記のようにして母材１０表面に形成される拡散層７は、ＰＶＤやＣＶＤ等の蒸着やメッキのように母材表面に付着するものとは異なり、母材金属にＺｎが拡散融合して形成されたものであるから、拡散層７が母材１０から剥離するということはない。そして、そのような拡散層７を有するベルト式無段変速機は、Ｓ及びＰを含有する潤滑油を用いて運転されることにより、Ｓ及びＰが拡散層７に浸透してより高い摩擦係数と耐摩耗性を付与することができる。
【００２３】
本実施形態では、放電表面処理によって生成される放電痕Ｈの大きさを直径５μｍ以下に抑えて、少なくともプーリ（詳しくはディスク４）の表面に拡散層７を設ける。図４に、本実施形態に係る放電痕Ｈの大きさを直径５μｍ以下に抑えてＺｎ拡散層７を形成したプーリの表面及びＹ−Ｙ断面の一例を示す。また、図５に拡散層７を立体的に表したレーザ顕微鏡による３Ｄ図を比較のための従来技術と共に示す。従来技術は、放電痕Ｈの大きさが直径１５μｍである。さらに、表１に放電痕Ｈの大きさが直径５μｍである場合と直径１５μｍである場合における、拡散層７に含まれるＺｎ被覆量、表面粗さ（面粗度Ｒａ）、硬さ（放電痕硬度）及び摩擦係数を示す。
【００２４】
【表１】
2013160377.tif 000003
【００２５】
図４に示すように、放電痕Ｈの大きさが直径１５μｍ程度である図９及び図１０に示した従来例の拡散層７と比較すると、放電痕Ｈの大きさを直径５μｍ程度に抑えて拡散層７を形成する本実施形態では、プーリ表面に拡散層７を均一に形成できる。すなわち、本実施形態のように放電痕Ｈの大きさを直径５μｍ程度と従来よりも小さくして拡散層７を形成すると、従来に比べて単位面積当たりの放電痕Ｈの数を多くすることができる。拡散層７は放電痕Ｈの外縁部に形成されることからすれば、放電痕Ｈの数が多くなればなるだけプーリ表面に均一に拡散層７を形成できる。
【００２６】
また、プーリ表面に均一に拡散層７を形成するために単位面積当たりの放電痕Ｈの数を多くしても、従来に比べれば表面粗さを小さく（表面粗さＲａ０．２以下）することができる。すなわち、本実施形態のように放電痕Ｈの大きさを直径５μｍ程度に従来よりも小さくして拡散層７を形成することによれば、近接する箇所において複数の放電痕Ｈが互いに重なり合うことが従来に比較すると少なくなることから、表面が粗く形成されてしまうことがない。
【００２７】
例えば、表１を参照すると、本実施形態である放電痕Ｈの大きさが直径５μｍ程度の場合には表面粗さがＲａ０．１７３であるのに対し、従来例である放電痕Ｈの大きさが直径１５μｍ程度の場合には表面粗さがＲａ０．２９８であり、本実施形態のほうが表面が粗くないことが判る。また、図５に示すように、本実施形態によれば１つ１つの凸部の高さが低い凹凸が細かく多数形成されるのに対して、従来例によれば１つ１つの凸部の高さが高い凹凸が粗く本実施形態に比べて少ない数で形成されており（図５中において色がより白い部分が高さのより高い凸部であり、色がより黒い部分が高さのより低い凹部である）、本実施形態のほうが表面が粗くないことが判る。このように、放電痕Ｈの大きさを直径５μｍ程度に抑えることにより、プーリ表面に拡散層７を均一に形成することと、表面粗さを小さく（Ｒａ０．２未満）形成することとの両立を図れるのが、本実施形態の１つの利点である。
【００２８】
さらに、表１を参照すると、放電痕Ｈの大きさが直径５μｍ程度の場合には摩擦係数が０．１１３であるのに対し、放電痕Ｈの大きさが直径１５μｍ程度の場合には０．１１１であり、本実施形態のほうが摩擦係数が高い。これは、放電痕径１５μｍの場合と比べ、本実施例の方が、拡散層が均一かつ広範囲に形成されている場合の表面粗さＲａが小さく、相手材（エレメント６）との真実接触面積が増加するためである（図４参照）。また、放電痕Ｈの大きさが直径５μｍ程度の場合には硬さが１０３１であるのに対し、放電痕Ｈの大きさが直径１５μｍ程度の場合には９４９であり、本実施形態のほうが耐摩耗性に優れていることが判る。
【００２９】
次に、放電痕Ｈの大きさを直径５μｍ以下に抑えて表面粗さＲａ０．２未満の拡散層７を形成したテストピースＴＰに対し実施した実験例について説明する。面粗度Ｒａは、接触式表面粗さ測定器の測定により求めた。その際のフィルタのカットオフ値λC＝０．８ｍｍ、λＳ＝２．５μｍとした。測定器の触針は先端半径ｒｔｉｐ＝２μｍ、円錐のテーパー角度θ＝６０°のものを使用した。また、図６は、摺動実験を行うために用いた試験装置を示す概略図である。
【００３０】
図６に示すように、テストピースＴＰ及びエレメント６を介在させる電気回路を構成し、テストピースＴＰとエレメント６間に所定の低電圧を印加して、往復摺動試験機ＳによるテストピースＴＰとエレメント６との摺動試験中における分離電圧を測定する。往復摺動試験機Ｓは、テストピースＴＰの上面に２００Ｎの力でエレメント６を垂直荷重し、この状態でテストピースＴＰを４００ｃｐｍのサイクルで２５ｍｍ往復摺動する。この際には、テストピースＴＰとエレメント６との接触面に潤滑油が滴下される。分離電圧は、摺動回数が増すにつれて実験テストピースＴＰ表面に形成されている被膜（拡散層７）の厚みが減少するにつれて下降し、テストピースＴＰとエレメント６とが金属接触した状態でほぼゼロとなる。なお、テストピースＴＰとエレメント６との接触面以外の全ての面には絶縁処理が施されている。
【００３１】
上記テストピースＴＰについて説明すると、テストピースＴＰは以下のようにして作製される。ＳＣＭ４２０鋼から任意の大きさで角棒を切り出し、この角棒を浸炭焼き入れ後に焼き戻し、さらに研磨加工を施して使用する（以下、試料と呼ぶ）。一方、Ｚｎの粉末を所定大きさの角板に成形することで電極を作製する。この電極と上記試料とを図４に示す放電表面処理装置に供給した加工油内に浸し、両者に電流を供給して放電を行うことにより、試料の上面にＺｎが拡散した拡散層７を有するテストピースＴＰを作製する。なお、拡散層７に含まれるＺｎの被覆量は、耐摩耗性と摩擦係数のバランスに優れている１０±５重量％を基準とするとよいがこれに限らない。
【００３２】
図７に、図６に示した試験装置により摺動実験を行った際のテストピースＴＰの摺動面の摩擦係数の時間的変化を調査した結果を示す。ただし、ここでは放電痕Ｈの大きさが本実施形態である直径５μｍの場合の摩擦係数を実線で、従来技術である直径１５μｍの場合の摩擦係数を点線でそれぞれ示してある。この図７から理解できるように、放電痕Ｈの大きさを直径５μｍ程度以下に抑えて拡散層７を形成したテストピースＴＰに関しては、試験時間が長くつまりは摺動回数が多くなっても、摩擦係数は０．１１３前後でほとんど変化しない。一方、放電痕の大きさを直径１５μｍ程度にして拡散層７を形成した従来例のテストピースＴＰに関しては、試験時間が長くつまりは摺動回数が多くなるにつれて、当初は０．１１３前後であった摩擦係数が０．１１１前後まで低下している。
【００３３】
こうした従来例における摩擦係数の低下は、既に説明したように、従来例では耐摩耗性の高い拡散層７が粗く形成されてしまうことによって接触面圧の高い状態でエレメント６と接触してしまい、摺動の際にエレメント６側を剥離磨耗させてしまうことにより引き起こされる。他方、本実施形態によれば、耐摩耗性の高い拡散層７が粗く形成されてしまうことがないので従来と比較して接触面圧の低い状態でエレメント６と接触する。接触面圧が低ければエレメント６は剥離磨耗し難い。エレメント６が剥離磨耗し難ければ、エレメント６との真実接触面積が減少しない。また、そもそも拡散層７を有するテストピースＴＰ表面は磨耗し難い。そのため、本実施形態によれば、摺動回数が多くなっても接触面の摩擦係数はほとんど変化することがない。
【００３４】
ここで、図８に摺動実験後のエレメント６の摺動面を立体的に表したレーザ顕微鏡による３Ｄ図を比較のための従来例と共に示す。図８に示すように、放電痕Ｈの大きさが直径１５μｍ程度である拡散層７を形成したテストピースＴＰと摺動させた後のエレメント６と比較すると、放電痕Ｈの大きさを直径５μｍ程度に抑えて拡散層７を形成したテストピースＴＰと摺動させた後のエレメント６では、表面形状に大きな差がある。図中において色がより白い部分が剥離磨耗していない部分であり、色がより黒い部分が剥離磨耗して周囲より高さの低い凹部となった部分である。図８（ａ）の本願発明と図８（ｂ）の従来技術とを見比べると、本願発明のほうが剥離磨耗していない部分が従来技術に比べて少ないことが判る（白色部分が多い）。すなわち、図８（ａ）に示した本実施形態のテストピースＴＰと摺動させたエレメント６表面は剥離磨耗しておらずほぼ均一な状態を保っている一方で、図８（ｂ）に示した従来例のテストピースＴＰと摺動させたエレメント６表面は剥離磨耗しており大なり小なりの凹凸が見られる。
【００３５】
ところで、本実施形態によればプーリ自体の疲労強度を高く維持することもできる。一般的に、圧縮残留応力が大きいほうが疲労強度は高くなる。しかし、プーリ形成時に持っていた圧縮残留応力は、放電表面処理による拡散層７の形成時に用いたエネルギーの大きさに応じてキャンセルされる。前記エネルギーの大きさは、放電痕径１５μｍで拡散層７を形成する場合よりも放電痕径５μｍで拡散層７を形成する場合の方が小さくてすむ。つまり、放電痕径５μｍで拡散層７を形成すると圧縮残留応力のキャンセル量が少なくて済むので、疲労強度を高く保ったままで拡散層７を形成することができる。一例としては、疲労強度を２０Ｍｐａ程度高くできる。
【００３６】
こうした疲労強度の評価について説明する。表２に、放電痕径５μｍ及び１５μｍのテストピースＴＰのそれぞれに対して同程度のせん断応力振幅を加え、ねじり疲労試験を行った結果を示す。このねじり疲労試験では、せん断応力振幅を基準として同程度のせん断応力幅を加えた際に、何回目のねじりによってテストピースＴＰに亀裂が発生したかによって、疲労強度の評価を行っている。
【表２】
2013160377.tif 000004
【００３７】
表２から理解できるように、放電痕径５μｍのテストピースＴＰのほうが放電痕径１５μｍのテストピースＴＰと比べて、亀裂が発生する（破損する）までのねじり試験の回数が１桁程度多い。つまり、放電痕径５μｍのテストピースＴＰのほうが疲労強度が高い。実際、放電痕径５μｍのテストピースＴＰでは放電表面処理を施していない浸炭加工品と同程度の疲労強度を有している。本発明のように放電痕径５μｍとすることで、放電表面処理を施してもプーリ自体の疲労強度を落とすことなく、プーリ表面に高い摩擦係数と耐摩耗性を有する拡散層を形成することができる。
【００３８】
以上のように、本実施形態では、放電表面処理により多数の放電痕径それぞれが直径５μｍ以下でありかつ表面粗さがＲａ０．２以下である拡散層７を、プーリ（詳しくはディスク４）においてエレメント６との接触面に設ける。表面粗さを小さくできれば、接触相手であるエレメント６との真実接触面積を増大させることができる。これにより、プーリとエレメント６との接触面圧を低減でき、ひいては接触時のエレメント６へのダメージを低減することができる。エレメント６へのダメージを低減できれば、エレメント６側での剥離磨耗によるプーリとエレメント６との真実接触面積の低下が少なくなるので、高い摩擦係数を維持しての長期間の使用に耐えうるベルト式無段変速機を提供できる。また、放電痕径を直径５マイクロメートル以下と小さくすることで、耐摩耗性に優れる拡散層７を広範囲に設けることができるとともに、放電表面処理による圧縮残留応力の低下を抑えることができる。これにより、プーリ自体の疲労強度が高くなり磨耗し難く、プーリ側での剥離磨耗によるプーリとエレメント６との真実接触面積の低下が少なくなることから、高い摩擦係数を維持しての長期間の使用に耐えうるベルト式無段変速機を提供できる。
【００３９】
なお、上記した拡散層７を形成するＺｎは高い摩擦係数と耐摩耗性を付与する成分であるが、本発明の作用および効果をより確実に得るために、拡散層７のＺｎの含有量は０．５重量％以上であることが望ましい。また、ＳおよびＰの含有量は、それぞれ０．４重量％以上および０．１５重量％以上であることが望ましい。ＳおよびＰは、拡散層７に高い摩擦係数と耐磨耗性を付与するとともに、潤滑油の酸化を防止するという作用を有している。
【００４０】
なお、上記実施例は、拡散層７をプーリ（詳しくはディスク４）のみに設けた例であるが、エレメント６のみ、あるいは両方に設けても同等の作用効果を得ることができる。エレメント６に拡散層７を形成する場合には、拡散層７を形成した後に潤滑油を保持するための微細な溝を機械加工にて形成することができる。また、拡散層７にＳおよびＰを浸透させる方法としては、例えば実機で運転する方法、潤滑油に浸漬したエレメント６どうしを互いに擦り合わせるなどの任意の方法を採用してよい。
【符号の説明】
【００４１】
１…駆動プーリ
２…従動プーリ
３…Ｖベルト
４…ディスク
５…金属リング集合体（ベルト）
６…エレメント
７…拡散層
７ａ…溝
１０…母材
１１…電極
Ｓ…往復摺動試験機
ＴＰ…テストピース
【図１】
2013160377.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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