(57)【要約】【課題】異物混入やミンドリンスリップによる表面粗さの悪化を抑制し、転動体と軌道輪間に作用する接線力を抑制し得るベルト式無段変速機用転がり軸受を提供する。【解決手段】このベルト式無段変速機用転がり軸受は、内輪、外輪および転動体のうちの少なくとも１つを、炭素（Ｃ）の含有率が０．３〜１．２質量％、珪素（Ｓｉ）の含有率が０．３〜２．２質量％、マンガン（Ｍｎ）の含有率が０．２〜２．０質量％の鋼を所定形状に加工した後、その軌道面の表層部に浸炭窒化処理もしくは窒化処理を施し、その表層部の窒素濃度を０．２〜２．０質量％とし、更に、珪素（Ｓｉ）およびマンガン（Ｍｎ）を含有した窒化物の面積率を１％以上２０％以下とした。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部と、無段変速のためのプーリを前記固定部に対して回転自在に支持する回転部と、を有するベルト式無段変速機に用いられ、内周面に転動面を有する外輪と、外周面に転動面を有する内輪と、前記外輪の転動面と内輪の転動面との間に転動自在に配設される複数の転動体とを備え、前記固定部に前記外輪が内嵌支持されるとともに、前記回転部に前記内輪が前記プーリと共に外嵌支持される転がり軸受であって、
前記内輪、外輪および転動体のうちの少なくとも１つが、炭素（Ｃ）の含有率が０．３〜１．２質量％、珪素（Ｓｉ）の含有率が０．３〜２．２質量％、マンガン（Ｍｎ）の含有率が０．２〜２．０質量％、残部鉄および不可避的不純物からなる鋼製の素材を所定形状に加工した後、その軌道面の表層部に浸炭窒化処理もしくは窒化処理が施されて得られ、その表層部の窒素濃度が０．２〜２．０質量％であり、更に、珪素（Ｓｉ）およびマンガン（Ｍｎ）を含有した窒化物の面積率が１％以上２０％以下であることを特徴とするベルト式無段変速機用転がり軸受。
【請求項２】
前記内輪および外輪の軌道面の残留オーステナイト量をγｒＡＢ（体積％）とし、前記転動体の転動面の残留オーステナイト量をγｒＣ（体積％）とした場合に、下記の（１）式を満たすことを特徴とする請求項１に記載のベルト式無段変速機用転がり軸受。
γｒＡＢ−１５≦γｒＣ≦γｒＡＢ＋１５‥‥（１）
ただし、０（体積％）≦γｒＡＢ、γｒＣ≦５０（体積％）である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車の自動変速機の変速ユニットとして用いられるベルト式無段変速機に係り、特に、ベルト式無段変速機の回転軸を支持するための転がり軸受の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のベルト式無段変速機は、例えば特許文献１に記載されているように、種々提案され、また、その一部は実用されている。図１１は、この種のベルト式無段変速機の基本構造を略示している。
同図に示すように、このベルト式無段変速機は、互いに平行に配置された入力側回転軸１と出力側回転軸２とを有する。これら各回転軸１、２は、固定部である変速機ケース（不図示）の内側に、それぞれ１対ずつの転がり軸受３、３を介して回転自在に支持されている。
【０００３】
これら各転がり軸受３、３は、図１２に示すように、互いに同心に設けられた外輪４と内輪５とをそれぞれ有する。このうちの外輪４は、内周面に外輪軌道６を、内輪５は外周面に内輪軌道７をそれぞれ転動面として有する。そして、これら外輪軌道６と内輪軌道７との間に複数の転動体８、８が、保持器９により保持された状態で転動自在に介装されている。
【０００４】
上記各転がり軸受３、３は、それぞれの外輪４を、変速機ケースの一部に内嵌支持し、それぞれの内輪５を上記入力側回転軸１または出力側回転軸２に外嵌支持して、これら両回転軸１、２を上記変速機ケースの内側に回転自在に支持している。尚、各転がり軸受３、３として、従来は、外輪４、内輪５、各転動体８、８を、一般的な軸受鋼２種（ＳＵＪ２）により造ったものを使用していた。
【０００５】
上記両回転軸１、２のうちの入力側回転軸１は、エンジン等の駆動源１０により、トルクコンバータ、あるいは電磁クラッチ等の発進クラッチ１１を介して回転駆動される。また、上記入力側回転軸１の中間部で１対の転がり軸受３、３の間に位置する部分に駆動側プーリ１２を設け、この駆動側プーリ１２と上記入力側回転軸１とが同期して回転するようにしている。この駆動側プーリ１２を構成する一対の駆動側プーリ板１３ａ、１３ｂ同士の間隔は、駆動側アクチュエータ１４で一方（図１１の左方）の駆動側プーリ板１３ａを軸方向に変位させることにより調節自在である。すなわち、上記駆動側プーリ１２の溝幅は、上記駆動側アクチュエータ１４により拡縮自在である。
【０００６】
一方、上記出力側回転軸２の中間部で一対の転がり軸受３、３の間に位置する部分に従動側プーリ１５を設け、この従動側プーリ１５と上記出力側回転軸２とが同期して回転するようにしている。この従動側プーリ１５を構成する１対の従動側プーリ板１６ａ、１６ｂ同士の間隔は、従動側アクチュエータ１７で一方（図１１の右方）の従動側プーリ板１６ａを軸方向に変位させることにより調節自在である。すなわち、上記従動側プーリ１５の溝幅は、上記従動側アクチュエータ１７により拡縮自在である。そして、この従動側プーリ１５と上記駆動側プーリ１２とに、無端ベルト１８を掛け渡している。この無端ベルト１８としては、金属製のものを使用している。
【０００７】
上述の構成を有するベルト式無段変速機では、駆動源１０から発進クラッチ１１を介して入力側回転軸１に伝達された動力は、駆動側プーリ１２から無端ベルト１８を介して、従動側プーリ１５に伝達される。尚、この無端ベルト１８として従来から、押し付け方向に動力を伝達するものと、引っ張り方向に動力を伝達するものとが知られている。何れにしても、上記従動側プーリ１５に伝達された動力は、上記出力側回転軸２から減速歯車列１９、デファレンシャルギヤ２０を介して駆動輪２１、２１に伝達される。上記入力側回転軸１と出力側回転軸２との間の変速比を変える場合には、上記両プーリ１２、１５の溝幅を互いに関連させつつ拡縮する。
【０００８】
例えば、上記入力側回転軸１と出力側回転軸２との間の減速比を大きくする場合には、上記駆動側プーリ１２の溝幅を大きくすると共に、上記従動側プーリ１５の溝幅を小さくする。この結果、上記無端ベルト１８の一部でこれら両プーリ１２、１５に掛け渡された部分の径が、上記駆動側プーリ１２部分で小さく、上記従動側プーリ１５部分で大きくなり、上記入力側回転軸１と出力側回転軸２との間で減速が行なわれる。
【０００９】
反対に上記入力側回転軸１と出力側回転軸２との間の増速比を大きく（減速比を小さく）する場合には、上記駆動側プーリ１２の溝幅を小さくすると共に、上記従動側プーリ１５の溝幅を大きくする。この結果、上記無端ベルト１８の一部でこれら両プーリ１２、１５に掛け渡された部分の径が、上記駆動側プーリ１２部分で大きく、上記従動側プーリ１５部分で小さくなり、上記入力側回転軸１と出力側回転軸２との間で増速が行なわれる。
【００１０】
ここで、このベルト式無段変速機の運転時には、各可動部に潤滑油を供給して、これら各可動部を潤滑する。ベルト式無段変速機の場合に使用する潤滑油としては、ＣＶＴフルード（ＡＴＦ兼用油）を使用している。この理由は、金属製の無端ベルト１８と駆動側、従動側両プーリ１２、１５との摩擦係合部の摩擦係数を増大し、且つ安定させるためである。そして、このＣＶＴフルードを３００ｃｃ／ｍｉｎ以上の流量で上記摩擦部に循環させて、この摩擦部を潤滑している。また、ＣＶＴフルードの一部は、前記各転がり軸受３、３の内部を（例えば２０ｃｃ／ｍｉｎ以上の流量で）通過して、これら各転がり軸受３、３の転がり接触部を潤滑する。従って、これら各転がり軸受３、３の内部に、上記無端ベルト１８と両プーリ１２、１５との摩擦に伴って発生する摩耗粉や、減速歯車列１９部分での摩擦に伴って発生したギア粉等の異物が、ＣＶＴフルードに混入した状態で入り込む可能性が高い。この様な異物は、各転がり軸受３、３の転がり接触部を損傷させてその耐久性を低下させる原因となる。
【００１１】
このため、従来は各転がり軸受３、３の軸受サイズを大きくしたり、あるいは各転動体８、８の直径（玉径）を大きくしたりする等により、各転がり軸受３、３の基本動定格荷重を大きくし、これら各転がり軸受３、３の寿命に余裕を持たせていた。また、これら各転がり軸受３、３の内部を流通する上記異物の量を少なく抑えるため、これら各転がり軸受３、３として、外輪４の内周面と内輪５の外周面との間で各転動体８、８を設置した転動体設置部分の両端開口部を塞ぐシール手段を有するものを使用することも考えられる。この場合には、転動体設置部分にグリースを充填して、各転動体８、８の転動面と外輪軌道６及び内輪軌道７との転がり接触部の潤滑を行なう。ただし、この場合でも、上記転動体設置部分にＣＶＴフルードが全く流通しない状態にはならない。すなわち、この転動体設置部分には、比較的少量のＣＶＴフルードが流通する。
【特許文献１】実公平８−３０５２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、ＣＶＴフルードには、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機能が求められる。そのため、上述の各プーリの回転軸を支持する転がり軸受をも含めてトラクション係数の高い（トラクション係数０．０９以上）潤滑油が用いられている。そのため、ベルト式無段変速機に使用される転がり軸受は、軌道輪と転動体間に作用する接線力（トラクション）が大きくなるため、特有の表面起点型のはく離を生じ、寿命が短くなる。また、前述したように無段変速機で使用される転がり軸受には、ギア等の摩耗粉が侵入するため、転動体、軌道輪表面に圧痕が形成され、転動体の表面性状が悪化する。
【００１３】
さらに、ベルト式無段変速機用の転がり軸受は、その停止時にもベルト張力により荷重を受けており、その状態でエンジン等から振動が伝わると、転動体と軌道輪間でフレッチング（ミンドリンスリップ）を生じる。その場合、ミンドリンスリップが生じた部分の転動面、軌道面粗さが悪化する。そして、転動体と軌道輪間の表面性状が悪化すると転動体と軌道輪間に作用する接線力が大きくなるため寿命が短くなる。したがって、ベルト式無段変速機用の転がり軸受の更なる長寿命化を達成するためには、異物混入やミンドリンスリップによる表面粗さの悪化を抑制し、転動体と軌道輪間に作用する接線力を抑制することが重要である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述したように、ベルト式無段変速機用転がり軸受の長寿命化に必要な機能としては、異物噛み込みによって圧痕が形成され難いこととミンドリンスリップを抑制することが求められる。
そこで、本発明者らは、表面起点型はく離寿命が短くなる環境で使用されるベルト式無段変速機用転がり軸受の長寿命化について鋭意研究を行い、転動体と軌道輪の表面性状の悪化を抑制して長寿命化を達成した。
【００１５】
すなわち、本発明に係るベルト式無段変速機用転がり軸受は、固定部と、無段変速のためのプーリを前記固定部に対して回転自在に支持する回転部と、を有するベルト式無段変速機に用いられ、内周面に転動面を有する外輪と、外周面に転動面を有する内輪と、前記外輪の転動面と内輪の転動面との間に転動自在に配設される複数の転動体とを備え、前記固定部に前記外輪が内嵌支持されるとともに、前記回転部に前記内輪が前記プーリと共に外嵌支持される転がり軸受であって、前記内輪、外輪および転動体のうちの少なくとも１つが、炭素（Ｃ）の含有率が０．３〜１．２質量％、珪素（Ｓｉ）の含有率が０．３〜２．２質量％、マンガン（Ｍｎ）の含有率が０．２〜２．０質量％、残部鉄および不可避的不純物からなる鋼製の素材を所定形状に加工した後、その軌道面の表層部に浸炭窒化処理もしくは窒化処理が施されて得られ、その表層部の窒素濃度が０．２〜２．０質量％であり、更に、珪素（Ｓｉ）およびマンガン（Ｍｎ）を含有した窒化物の面積率が１％以上２０％以下であることを特徴とする。具体的な数値限定理由は後述するが、本発明に係るベルト式無段変速機用転がり軸受によれば、転動体と軌道輪の表面性状の悪化を抑制して長寿命化を達成することができる。
【００１６】
また、本発明に係るベルト式無段変速機用転がり軸受は、内外輪軌道面の残留オーステナイト量をγｒＡＢ（体積％）、前記転動体転動面の残留オーステナイト量をγｒＣ（体積％）とした場合に、γｒＡＢ−１５≦γｒＣ≦γｒＡＢ＋１５（ただし、０（体積％）≦γｒＡＢ、γｒＣ≦５０（体積％））とすることにより、大幅なコストアップを行わずに、ベルト式無段変速機用転がり軸受の高性能化が実現可能である。
【００１７】
また、本発明者らは転動体と軌道輪の表面粗さをそれぞれ小さくすると、軌道輪の表面粗さを小さくした場合と比較して、転動体の表面粗さを小さくした場合（表面粗さ・表面形状の悪化を抑制した場合）に効果的に表面起点型はく離を抑制できることを明らかにした。つまり、軌道輪よりむしろ転動体の表面粗さや表面形状の悪化を抑制することで効果的に軸受全体の寿命を延長させることができる。
【００１８】
［作用］
上述の本発明に係るベルト式無段変速機用転がり軸受の作用について説明する。
［転動面の表層部の窒素濃度が０．２〜２．０質量％であり、更に、珪素（Ｓｉ）およびマンガン（Ｍｎ）を含有した窒化物（以下、「Ｓｉ・Ｍｎ系窒化物」ともいう）の面積率が１％以上２０％以下］
本発明に係るベルト式無段変速機用転がり軸受においては、軌道輪または転動体の表面層に所定の窒素を富化させるために浸炭窒化処理を行う。窒素は炭素と同じようにマルテンサイトの固溶強化および残留オーステナイトの安定確保に作用するだけでなく、窒化物または炭窒化物を形成して耐圧痕性、耐摩耗性を向上させる作用がある。
【００１９】
図４に耐圧痕性、耐摩耗性に及ぼす表面窒素濃度の影響の結果を示す。なお、同図（ａ）には図１に示す耐圧痕性試験により求めた耐圧痕性に及ぼす窒素の影響を示し、同図（ｂ）には図２に示す２円筒摩耗試験により求めた耐摩耗性に及ぼす窒素の影響を示す。
耐圧痕性試験は直径２ｍｍの鋼球を試料に５ＧＰａで押付けた後、圧痕の深さを測定する方法で行った。一方、２円筒摩耗試験は面圧０．８ＧＰａの条件下で、駆動側（高速側）を１０ｍｉｎ−１で回転させ、ギアで減速して従動側（低速側）を７ｍｉｎ−１で回転させて強制的にすべりを与える方法であり、試験開始から２０時間後の駆動側、従動側試験片の摩耗量の平均値を測定した。表面窒素量の測定には、電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）を用いた。窒素濃度の効果のみを調査するため、表面窒素濃度以外の硬さや残留オーステナイト量については一定にしてある。
【００２０】
図４（ａ）に示すように、表面窒素濃度が高いほど耐圧痕性に優れており、また、図４（ｂ）に示すように、表面窒素濃度が高いほど耐摩耗性についても優れている。図４に示すように、耐圧痕性、耐摩耗性ともに、表面窒素濃度が０．２質量％を超えると顕著に効果が現れるが、より好ましくは０．４５質量％以上とする。
一方、窒素濃度が高すぎると靭性や静的強度が低下してしまう欠点がある。転がり軸受の転動体にとって靭性や静的強度は必要な性能であるため、窒素濃度が高すぎるのは好ましくない。図５にシャルピー衝撃試験の結果を示す。図５に示すように、窒素濃度が２．０質量％を超えると急激に靭性が低下することがわかる。従って、本発明の窒素濃度の上限は２．０質量％とした。
上述したように、表面の窒素濃度が高いほど、材料の耐圧痕性、耐摩耗性が向上することが明らかになった。
【００２１】
しかし、本発明者らは、さらに窒素濃度が同じ場合でも材料内部の窒素の存在状態によって、耐圧痕性、耐摩耗性が変わるという知見を得た。窒素は材料内部に固溶して存在する場合と窒化物として析出して存在する場合がある。詳細な数値については後述するが、Ｓｉ・Ｍｎを多く含む材料を浸炭窒化処理した場合には、同じ窒素濃度でも材料中に固溶して存在する窒素量よりも、表面にＳｉ・Ｍｎ系の窒化物を析出して存在する窒素量が多くなる。
図６に図１に示す耐圧痕性試験と図２に示す２円筒摩耗試験によって求めた耐圧痕性と耐摩耗性に及ぼすＳｉ・Ｍｎ系窒化物の面積率の影響を示す。なお、同図（ａ）にはＳｉ・Ｍｎ系窒化物の面積率と圧痕深さとの関係を示し、同図（ｂ）はＳｉ・Ｍｎ系窒化物の面積率と摩耗量との関係を示している。
【００２２】
Ｓｉ・Ｍｎ系窒化物の効果のみを調査するため、Ｓｉ・Ｍｎ系窒化物の面積率以外の硬さや残留オーステナイト量、窒素濃度については一定にしてある。尚、Ｓｉ・Ｍｎ系窒化物の面積率の測定は、電界放射型走査型電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）を用いて、加速電圧１０ｋＶで転動面の観察を行い、倍率５０００倍で最低３視野以上写真を撮影した後、その写真を２値化してから面像解析装置を用いて面積率を計算した。
図６（ａ）に示すように、Ｓｉ・Ｍｎ系窒化物の面積率が高いほど耐圧痕性に優れており、また、図６（ｂ）に示すように、Ｓｉ・Ｍｎ系窒化物の面積率が高いほど耐摩耗性についても優れている。図６に示すように、耐圧痕性、耐摩耗性ともに、Ｓｉ・Ｍｎ系窒化物の面積率が１％を超えると顕著に効果が現れるが、より好ましくは２％以上とする。
【００２３】
一方、上述した窒素濃度と同様に、Ｓｉ・Ｍｎ系窒化物の析出量が多くなりすぎると靭性や静的強度が低下してしまう欠点がある。転がり軸受の転動体にとって靭性や静的強度は必要な性能であるため、Ｓｉ・Ｍｎ系窒化物の析出量が多くなりすぎるのは好ましくない。
図７にシャルピー衝撃試験の結果を示す。同図に示すように、Ｓｉ・Ｍｎ系窒化物の面積率が２０％を超えると急激に靭性が低下することがわかる。従って、本発明のＳｉ・Ｍｎ系窒化物の面積率の上限は２０％としたが、より好ましくは１０％とする。
【００２４】
また、１μｍを越える窒化物は、材料の強化にあまり寄与しない。細かい窒化物が分散している方が強化される。この理由としては、析出強化の理論において析出物粒子間距離の小さい方が強化能に優れるので、Ｓｉ・Ｍｎ系窒化物の面積率が同じであっても、析出粒子数が多ければ、相対的に粒子間距離が短くなり、強化される。すなわち、Ｓｉ及びＭｎの含有量の多い鋼を用い、Ｓｉ・Ｍｎ系窒化物の面積率が１〜２０％の範囲で、平均粒径が０．０５μｍ以上１μｍ以下の微細な窒化物の個数を増やすのがよい。また、０．０５μｍ以上のＳｉ・Ｍｎ系窒化物のうち、０．０５μｍ〜０．５０μｍのＳｉ・Ｍｎ系窒化物の個数の比率を２０％以上とすることにより、更に強化することが可能になる。
【００２５】
具体的には、面積３７５μｍ２の範囲で、０．０５μｍ以上１μｍ以下のＳｉ・Ｍｎ系窒化物が１００個以上であることが好ましく、このような状態にする手法としては、浸炭窒化処理温度を８００℃以上８７０℃以下とすることが好ましい。この温度を越えると、窒化物が粗大化して、微細なＳｉ・Ｍｎ系窒化物の個数が減少する。また、この処理温度より温度が高くなると、窒素の固溶限が大きくなるため、窒化物の量が少なくなり、所望の面積率が得られなくなる場合がある。浸炭窒化工程の初期から、ＲＸガスとエンリッチガスとアンモニウムガスの混合ガス雰囲気とし、ＣＰ値は１．２以上、アンモニアガスの流量はＲＸガス流量の少なくとも１／５以上とすることが好ましい。また、浸炭窒化後の焼入れは、油温６０℃〜１２０℃の範囲で行うことが好ましい。この温度より高いと、十分な硬さが得られない場合がある。焼戻しは、１６０℃〜２７０℃の温度で行い、表面硬さの範囲としてはＨＶ７４０以上、望ましくはＨＶ７８０以上とする。また、必要に応じて、焼入れ処理後に、サブゼロ処理を行ってもよい。
【００２６】
また、図１０に、０．０５μｍ〜１μｍのＳｉ・Ｍｎ系窒化物の個数と寿命比率との関係を示す。同図から明らかなように、測定面積３７５μｍ２の範囲内にＳｉ・Ｍｎ系窒化物を１００個以上分散させることにより、基地組織が強化され、異物混入潤滑下での寿命が延長する。
［炭素（Ｃ）の含有率が０．３〜１．２質量％］
炭素は鋼に必要な強度と寿命を得るために重要な元素である。炭素が少なすぎると十分な強度が得られないだけでなく、後述する浸炭窒化の際に必要な硬化層深さを得るための熱処理時間が長くなり、熱処理コストの増大につながる。そのため、炭素含有量は０．３質量％以上、好ましくは０．５質量％以上とする。また、炭素含有量が多すぎると製鋼時に巨大炭化物が生成され、その後の焼入れ特性や転動疲労寿命に悪影響を与えるほか、ヘッダー性が低下してコストの上昇を招くおそれがあるため上限を１．２質量％とした。
［珪素（Ｓｉ）の含有率が０．３〜２．２質量％、マンガン（Ｍｎ）の含有率が０．２〜２．０質量％］
【００２７】
上述したように、Ｓｉ・Ｍｎ系窒化物を十分に析出させるためには、ＳｉおよびＭｎを多く含有した鋼材を用いる必要がある。一般的な軸受材料であるＳＵＪ２（Ｓｉ含有量０．２５％、Ｍｎ含有量０．４％）では、浸炭窒化等で窒素を過剰に付加しても、Ｓｉ・Ｍｎ系窒化物量が少ない。このため、ＳｉおよびＭｎの含有量は、以下の値を臨界値とする。
＜Ｓｉ含有量：０．３〜２．２質量％＞
【００２８】
本発明に係る窒化物の析出に必要な元素であり、Ｍｎの存在によって、０．３質量％以上の添加で、窒素と効果的に反応して顕著に析出する。
＜Ｍｎ含有量：０．２〜２．０質量％＞
本発明に係る窒化物の析出に必要な元素であり、Ｓｉとの共存によって、０．２質量％以上の添加でＳｉ・Ｍｎ窒化物の析出を促進させる作用がある。また、Ｍｎはオーステナイトを安定化する働きがあるので、硬化熱処理後に残留オーステナイトが必要以上に増加するといった問題を引き起こすのを防止するため、２．０質量％以下とする。
［内輪および外輪の軌道面の残留オーステナイト量をγｒＡＢ（体積％）とし、転動体の転動面の残留オーステナイト量をγｒＣ（体積％）とした場合に、γｒＡＢ−１５≦γｒＣ≦γｒＡＢ＋１５（ただし、０（体積％）≦γｒＡＢ、γｒＣ≦５０（体積％））である転がり軸受］
【００２９】
前述したように、残留オーステナイト量が少なくなると耐圧痕性、耐摩耗性が向上する一方で、表面の残留オーステナイト量が多いほどはく離寿命が延長することが明らかになっている。すなわち、転動体を中心に考えると、転動体表面のオーステナイト量が少ないほど転動体の耐圧痕性、耐摩耗性が向上し、軌道輪の寿命は延長するが、転動体自身の寿命は低下する。従って、最長軸受寿命とするのに最適な転動体の残留オーステナイト量が存在するが、その最適な範囲は、軌道輪の残留オーステナイト量によって異なる。軌道輪の残留オーステナイト量が多い場合には、軌道輪の寿命が長くなり、軌道輪の耐圧痕性が低下して軌道輪と転動体の間に作用する接線力も大きくなるため、転動体の耐圧痕性・耐摩耗性を上げるより、転動体の寿命を延ばす必要がある。そのため、軌道輪の残留オーステナイト量が多い場合には、転動体の残留オーステナイト量も多くしなければならない。
【００３０】
すなわち、最長軸受寿命を達成する転動体の残留オーステナイト量（γｒＣ）の範囲は、軌道輪の残留オーステナイト量（γｒＡＢ）によって変化するため、γｒＡＢ−１５≦γｒＣ≦γｒＡＢ＋１５（ただし０（体積％）≦γｒＡＢ、γｒＣ≦５０（体積％））の形をとる（数値限定理由は後述する）。
また、残留オーステナイトが多すぎると硬さが下がり、耐圧痕性・耐摩耗性が低下するだけでなく、高温で使用される場合の寸法安定性も悪化するため上限値を５０体積％とした。
【００３１】
また、本発明では好ましくは転動面表面の硬さをＨＶ≧７５０とする。耐圧痕性・耐摩耗性を向上させる材料因子として表面硬さがあるが、耐圧痕性、耐磨耗性に及ぼす表面硬さの影響を調査するため、図１に示す耐圧痕性試験と図２に示す２円筒摩耗試験を行った。図３に耐圧痕性、耐磨耗性に及ぼす表面硬さの影響を示す。なお、同図（ａ）には表面硬さと圧痕深さとの関係を示し、同図（ｂ）には表面硬さと摩耗量との関係を示している。
【００３２】
図３（ａ）に示すように、表面硬さが大きいほど耐圧痕性に優れており、また、図３（ｂ）に示すように、表面硬さが大きいほど耐摩耗性についても優れていることがわかる。特に耐摩耗性、耐圧痕性ともに表面の硬さがＨＶ７５０以上になると顕著に表面硬さの効果が得られる。また、硬さが硬いほど疲労強度が上昇することが知られており、転動面の表面硬さを上げることで耐圧痕性・耐摩耗性だけでなく、はく離強度をも上げることが可能である。
【発明の効果】
【００３３】
上述のように、本発明によれば、異物混入やミンドリンスリップによる表面粗さの悪化を抑制し、転動体と軌道輪間に作用する接線力を抑制して、更なる長寿命化を達成し得るベルト式無段変速機用の転がり軸受を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明に係るベルト式無段変速機用転がり軸受の一実施例、およびその実施例、並びに比較例について実施した寿命試験について説明する。
このベルト式無段変速機用転がり軸受は、上述の図１１に示すベルト式無段変速機同様の基本構造のベルト式無段変速機に用いられるものであり、また、図１２に示す構造のものである。具体的には、深溝玉軸受（６２０６）であって、その内輪５、外輪４、および転動体８のうち、本実施形態の例では、転動体８に本発明に係るベルト式無段変速機用転がり軸受を適用した。また、内外輪５，４については、高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）を用いて、８３０〜８５０℃のＲｘガス＋エンリッチガス＋アンモニアガス雰囲気中で１〜３時間の浸炭窒化処理をした後、１８０〜２４０℃の焼戻しを施して、内外輪軌道面の残留オーステナイトが約１０、２０、３０％の３種類の軌道輪を作成した。
表１にこの寿命試験に使用した転動体素材の成分および完成転動体の品質を示す。
【００３５】
【表１】
2009041744.tif 000002
【００３６】
この転動体８は、まず、上記表１に示す成分の線材を、ヘッダー加工、粗研削加工により製作し、浸炭窒化焼入れ（８３０℃Ｘ５〜２０ｈｒ、Ｒｘガス＋エンリッチガス＋アンモニアガス雰囲気）、１８０〜２７０℃焼戻しの熱処理および後工程を行った。転動体の表面窒素量の測定には電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）を用い、定量分析を行った。また、表面層の残留オーステナイト量の測定は、Ｘ線回折法により測定した。いずれも、転動体表面を直接分析測定した。さらに、Ｓｉ・Ｍｎ系窒化物の面積率の測定は、電界放射型走査型電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）を用いて、加速電圧１０ｋＶで転動面の観察を行い、倍率５０００倍で最低３視野以上写真を撮影した後、写真を２値化してから面像解析装置を用いて、面積率を計算した。
【００３７】
そして、この深溝玉軸受６２０６を用い、異物混入潤滑下で寿命試験をおこなった。寿命試験前に油圧式疲労試験機を用いて下記の条件で転動体と軌道輪にミンドリンスリップを形成した。
［ミンドリンスリップ形成条件］
荷重：２０ｋＮおよび５ｋＮの繰り返し荷重を負荷
繰返し数：２０Ｈｚ
繰返し数：１．０×１０５ｃｙｃｌｅ
【００３８】
また、寿命試験条件は以下の通りである。
［寿命試験条件］
試験荷重：Ｆｒ＝６．４ｋＮ
回転数：０（３ｓｅｃ）⇔３０００ｍｉｎ−１（３０ｓｅｃ）
潤滑油：ＣＶＴフルードＮＳ２
異物の硬さ：ＨＶ８７０
異物サイズ：７４〜１４７μｍ
異物混入量：０．０５ｇ
【００３９】
上記表１に実施例、比較例の転動体素材の成分、品質と合わせて寿命試験結果を示す。寿命試験は各サンプルｎ＝１０行い、はく離が発生するまでの寿命時間を調査して、ワイブルプロットを作成し、ワイブル分布の結果からＬ１０寿命を求め、寿命値とした。寿命は最も短寿命であった比較例１の値を１として比の値で示してある。また、図８はＳｉ・Ｍｎ系窒化物の面積率と寿命比の関係をまとめたものである。
【００４０】
表１より比較例６は硬さが不十分なため寿命が延びていない。表１、図８より、本発明範囲の鋼製の素材を用い、その軌道面の表層部を、窒素濃度０．２質量％以上２．０質量％以下、Ｓｉ・Ｍｎ系窒化物面積率１％以上２０％以下にした本発明に係る実施例は、比較例に比べて寿命延長効果が大きいことが確認された。なお、比較例５は、本発明範囲の鋼を用い、更に窒素量を０．２質量％以上にしているが、Ｓｉ・Ｍｎ窒化物の折出藍が面積率で１％以下になっているため、寿命が延びていない。
【００４１】
図９に軌道輪軌道面の残留オーステナイトが１０、２０、３０％の場合の転動体転動面の残留オーステナイトと寿命比の関係を示す。
同図に示すように、軌道輪軌道面の残留オーステナイトが多いほど長寿命の傾向を示すが、その寿命は転動体転動面の残留オーステナイト量に依存しており、転動体の残留オーステナイト量を本発明範囲内に規定することにより、軸受全体として長寿命を達成している。また転動体の残留オーステナイト量が本発明に規定する範囲未満の場合はすべて転動体が破損し、また、本発明に規定する範囲よりも多い場合にはすべて軌道輪が破損しており、本発明に規定する好適範囲内にすることにより、転動体と軌道輪の寿命をバランスよく延ばし、軸受全体として長寿命が達成できていることが分かる。
【００４２】
このように、本発明に係るベルト式無段変速機用の転がり軸受によれば、異物混入やミンドリンスリップによる表面粗さの悪化を抑制し、転動体と軌道輪間に作用する接線力を抑制して、更なる長寿命化を達成することができる。なお、上記実施例は、転動体に対して本発明を適用した例を示したが、内輪および外輪のいずれか、または内輪、外輪および転動体すべてに適用しても同様の効果が得られる。
【００４３】
なおまた、特開平５−２５６０９号公報に記載されているように、残留オーステナイトが増えると異物混入潤滑環境下で寿命が延びる結果は本試験結果でも得られている。しかし、単にそれだけでは不十分であり、相手材の残留オーステナイト量をも規定することで上記実施例に示したような長寿命化が可能となる。また、本発明はコスト的な理由や使用条件の問題から残留オーステナイトを増やして長寿命化が行えない場合にも、効果的に寿命を延ばす範囲を規定し、寿命を延ばす手法を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】耐圧痕性試験の方法を説明するための図である。
【図２】耐摩耗性試験の方法を説明するための図である。
【図３】耐圧痕性、耐摩耗性に及ぼす表面硬さの影響の結果を示すグラフであり、同図（ａ）には表面硬さと圧痕深さとの関係を示し、同図（ｂ）には表面硬さと摩耗量との関係を示している。
【図４】耐圧痕性、耐摩耗性に及ぼす表面窒素濃度の影響の結果を示すグラフであり、同図（ａ）には表面窒素濃度と圧痕深さとの関係を示し、同図（ｂ）には表面窒素濃度と摩耗量との関係を示している。
【図５】表面窒素濃度と衝撃吸収エネルギーとの関係を示すグラフである。
【図６】耐圧痕性、耐摩耗性に及ぼすＳｉ・Ｍｎ系窒化物の面積率の影響の結果を示すグラフであり、同図（ａ）にはＳｉ・Ｍｎ系窒化物の面積率と圧痕深さとの関係を示し、同図（ｂ）にはＳｉ・Ｍｎ系窒化物の面積率と摩耗量との関係を示している。
【図７】Ｓｉ・Ｍｎ系窒化物の面積率と衝撃吸収エネルギーとの関係を示すグラフである。
【図８】Ｓｉ・Ｍｎ系窒化物の面積率と寿命比との関係を示すグラフである。
【図９】実施形態で得られたデータに基づく、内外輪の軌道面表層部の残留オーステナイト量と、転動体の転動面表層部の残留オーステナイト量と、軸受の寿命との関係を示すグラフである。
【図１０】０．０５μｍ〜１μｍのＳｉ・Ｍｎ系窒化物の個数と寿命比率との関係を示すグラフである。
【図１１】ベルト式無段変速機の構造の一例を示す説明図である。
【図１２】ベルト式無段変速機用転がり軸受の構造の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１、２    回転軸
３    転がり軸受
４    外輪
５    内輪
６    外輪軌道（転動面）
７    内輪軌道（転動面）
８    転動体
９    保持器
１０    駆動源
１１    発進クラッチ
１２    駆動側プーリ（プーリ）
１５    従動側プーリ（プーリ）
【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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【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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【図１１】
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【図１２】
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