JP2001032900A

JP2001032900A - トロイダル形無段変速装置

Info

Publication number: JP2001032900A
Application number: JP11209849A
Authority: JP
Inventors: Hiromichi Takemura; 浩道武村; Yasuo Murakami; 保夫村上; Nobuo Goto; 伸夫後藤; Takashi Imanishi; 尚今西
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1999-07-23
Filing date: 1999-07-23
Publication date: 2001-02-06
Also published as: DE10035602A1; DE10035602B4; US6440232B1

Abstract

(57)【要約】【課題】耐久性が高く、長寿命のトロイダル形無段変速
装置を提供する。【解決手段】トロイダル形無段変速装置におけるパワー
ローラ軸受の内輪、外輪、入力ディスク及び出力ディス
クのうちの少なくとも一つが、合金組成成分が重量比
で、Ｃ＝０．１５〜０．５％、Ｓｉ＝０．１〜１．５
％、Ｍｎ＝０．１〜１．５％、Ｃｒ＝０．５〜３．０％
であり、かつＭｏ＝０．１〜３．０％、Ｖ＝０．１〜
３．０％のうちの少なくとも一種を選択的に含有させ、
Ｏ≦９ｐｐｍとした鋼素材で、かつ浸炭窒化、焼入れ、
焼戻し処理後の表面Ｃ、Ｎ％が重量比で表面Ｃ＝０．８
〜１．２％、表面Ｎ＝０．０５〜０．２０％の規定値を
満足し、その表面硬さがＨｖ７２０以上を満足し、レー
ス表面またはレース表面から最大せん断応力発生深さの
位置に平均粒径５０〜５００ｎｍのＭｏ・Ｖ系炭化物・
炭窒化物を分散析出させた鋼素材からなることを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば自動車な
どの車両用の変速装置として用いられるトロイダル形無
段変速装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、自動車などの車両用の変速装
置としては、複数の歯車を有しこれらの歯車間の噛み合
せを変更して、入力軸から出力軸へトルクを伝えるもの
が主流であった。しかしながら、この従来の歯車式有段
変速装置は、変速時に段階的、断続的にトルクが変化す
るため、動力伝達に損失が生じたり、変速時に振動が生
じたりするなどの欠点を抱えていた。

【０００３】そこで、近年、変速時における段階的、断
続的なトルクの変化が生じることのない無段変速装置が
実用化されている。この無段変速装置は、変速時などに
振動が生じることがなく、かつ前記歯車式有段変速装置
より動力伝達時の損失が少いという優れた点があるとと
もに、車両に用いられた際の燃費にも優れている。この
ため、一部の乗用車などには、前述した無段変速装置の
一例としてのベルト式無段変速装置などが実用化されて
いる。

【０００４】また、無段変速装置として、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、これら入・出力ディスクに転接する
パワーローラ軸受とを備えるトロイダル形無段変速装置
が提案されている。

【０００５】このトロイダル形無段変速装置は、前記ベ
ルト式無段変速装置と比較して、高いトルクを伝達する
ことが可能であるため、特に中・大型車両用の無段変速
装置として有効であるとされている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このト
ロイダル形無段変速装置は、より高いトルクの伝達が必
要とされているため、その入・出力ディスクやパワーロ
ーラ軸受が、一般的な歯車及び軸受などの通常の繰り返
し応力が加わる機械部品と比較して、非常に大きな繰り
返し曲げ応力や繰り返しせん断応力を受ける。

【０００７】一般の軸受の場合には玉数が１０ケ前後
で、これらが均等に荷重を受けており、軸受の内径部、
外径部の肩部が軸、ハウジングで支持される構造となっ
ているため、曲げ応力は極めて小さい。

【０００８】これに対し、トロイダル形無段変速装置の
場合には、ディスクとパワーローラとの接触点が２ヶ所
のため２〜３点押しとなり、またディスクを支持してい
る部位が内径部とその内径部近傍端面での支持となるた
め、特に接触点がディスク外径寄りになったときには、
一般の軸受と比較して曲げ応力値が極めて高くなる。

【０００９】図４には、トロイダル形無段変速装置のデ
ィスク５０及びパワーローラ軸受５１ならびに一般の転
がり軸受５２を示してあり、ハッチングで囲んだ部分が
応力を受ける部分である。

【００１０】トロイダル形無段変速装置のうちのある仕
様のディスクについてのＦＥＭ解析では、３７０Ｎ・ｍ
の入力で引張り応力は７０〜８０ｋｇｆ／ｍｍ^２となる
部位が発生する。したがって、この部位での残留圧縮応
力、硬度、面粗の大小によって許容応力は大きく異な
る。

【００１１】通常、一般軸受の接触面圧はＰｍａｘ＝２
〜３Ｇｐａで使用するのに対し、トロイダル形無段変速
装置の場合には、トラクション部の接触面圧は通常２．
５〜３．５Ｇｐａで使用し，特に最大減速時において入
力ディスクの接触面圧はある仕様のものでは３．９ＧＰ
ａにもなる。

【００１２】ディスク外径がほぼ同一の外径である単列
玉軸受、例えば６３１５（外径１６０ｍｍ）において接
触面圧が限界に近いＰｍａｘ＝３．９Ｇｐａの荷重とな
ったときには、計算すると接触楕円の長径は６．８６ｍ
ｍ、短径は０．８９ｍｍとなる。

【００１３】これに対し、トロイダル形無段変速装置の
トラクション部においては、ある仕様の場合、減速比
２．０、入力トルク３７０Ｎ・ｍ、入カディスク側の接
触面圧Ｐｍａｘ＝３．９Ｇｐａのときの接触楕円の長径
は５．１５ｍｍ、短径は１．３３ｍｍになる。また、同
一条件での出力ディスク側の接触面圧Ｐｍａｘ＝２．９
３Ｇｐａのときの長径は４．７７ｍｍ、短径は１．９１
ｍｍになる。

【００１４】したがって、トロイダル形無段変速装置の
場合には、接触楕円の短径が一般軸受と比較して大きく
なり、このため最大せん断応力の部位の疲れ破損が生じ
ないように、深い表面硬化層（Ｚ_０）が必要となる。

【００１５】トロイダル形無段変速装置はトラクション
オイルのせん断応力で動力を伝達するため、その接触部
における発熱は大きい。接触点温度は２００℃を超える
ものと予想されており、油膜厚さは計算上コンマ数ミク
ロンである。

【００１６】トロイダル形無段変速装置は構造上、必ず
スピンが存在するために熱か発生する。アンギュラ軸
受、スラスト玉軸受でもスピンが発生し発熱するが、一
般軸受とトロイダル形無段変速装置とが最も大きく異な
る点は、たった約５ｍｍ×１．５ｍｍの小さな接触楕円
で楕円一個当たり５０ｋｗ前後の動力を伝達することで
ある。したがって接触部における耐力は一般軸受と比較
して強固なものでなければならない。

【００１７】このように、トロイダル形無段変速装置に
おいては非常に高いトルクの伝達が必要となっているか
ら、その構成要素である入・出力ディスクやパワーロー
ラ軸受の内輪や外輪は、従来の一般的な機械部品に比較
してより一層耐久性の高い材料を用いて製造すべきであ
る。したがって、この発明の目的とするところは、この
ような要求を満たすことができるトロイダル形無段変速
装置を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、入力軸に連動する入力ディスクと、出力軸に連動す
る出力ディスクと、内輪、外輪及び複数の転動体を含
み、かつ前記入力ディスク及び出力ディスクに前記内輪
が係合して前記入力軸の動力を前記出力軸に伝達するパ
ワーローラ軸受とを備えるトロイダル形無段変速装置に
おいて、前記パワーローラ軸受の内輪、外輪、前記入力
ディスク及び出力ディスクのうちの少なくとも一つが、
合金組成成分が重量比で、Ｃ＝０．１５〜０．５％、Ｓ
ｉ＝０．１〜１．５％、Ｍｎ＝０．１〜１．５％、Ｃｒ
＝０．５〜３．０％であり、かつＭｏ＝０．１〜３．０
％、Ｖ＝０．１〜３．０％のうちの少なくとも一種を選
択的に含有させ、Ｏ≦９ｐｐｍとした鋼素材で、かつ浸
炭窒化、焼入れ、焼戻し処理後の表面Ｃ、Ｎ％が重量比
で表面Ｃ＝０．８〜１．２％、表面Ｎ＝０．０５〜０．
２０％の規定値を満足し、その表面硬さがＨｖ７２０以
上を満足し、レース表面またはレース表面から最大せん
断応力発生深さの位置に平均粒径５０〜５００ｎｍのＭ
ｏ・Ｖ系炭化物・炭窒化物を分散析出させた鋼素材から
なることを特徴としている。

【００１９】また、請求項２に記載の発明は、入力軸に
設けられた入力ディスクと、出力軸に設けられた出力デ
ィスクと、内輪、外輪及び複数の転動体を含み、かつ前
記入力ディスク及び出力ディスクに前記内輪が係合して
前記入力軸の動力を前記出力軸に伝達するパワーローラ
軸受とを備えるトロイダル形無段変速装置において、前
記パワーローラ軸受の内輪、外輪、前記入力ディスク及
び出力ディスクのうちの少なくとも一つが、合金組成成
分が重量比で、Ｃ＝０．１５〜０．５％、Ｓｉ＝０．１
〜１．５％、Ｍｎ＝０．１〜１．５％、Ｃｒ＝０．５〜
３．０％であり、かつＭｏ＝０．１〜３．０％、Ｖ＝
０．１〜３．０％のうちの少なくとも一種を選択的に含
有させ、Ｏ≦９ｐｐｍとした鋼素材で、熱処理として浸
炭窒化処理後に真空焼入れまたは高温焼戻しを行ない、
そのベーキング効果により水素を脱ガスさせ、鋼中の拡
散性水素量を０．１ｐｐｍ以下とし、残量オーステナイ
ト量を２０〜４５％としてなる鋼素材からなることを特
徴としている。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態につい
て図１ないし図３を参照して説明する。

【００２１】図１はトロイダル形無段変速装置としての
シングルキャビティ式ハーフトロイダル形無段変速装置
２０の一部を構成するバリエータ２１を示す断面図であ
り、図２はトロイダル形無段変速装置としてのダブルキ
ャビティ式ハーフトロイダル形無段変速装置３０の一部
を構成するバリエータ３１を示す断面図である。

【００２２】図１に示すように、シングルキャビティ式
ハーフトロイダル形無段変速装置２０のバリエータ２１
は、エンジン等の駆動源（図示しない）に連結されかつ
前記駆動源により回転駆動される入力軸１に、ニードル
ベアリングを介してこの入力軸１と連動して回転自在に
支持された入力ディスク２と、前記入力軸１の回転に基
づく動力を取出す出力軸と連動して回転する出力ディス
ク３と、この入力ディスク２および出力ディスク３に転
接するパワーローラ軸受１１の内輪１０などを備えてい
る。

【００２３】入力ディスク２の背面側には、入力ディス
ク２を出力ディスク３側に押し付ける押圧機構としての
ローディングカム機構６が設けられている。ローディン
グカム機構６は、カムディスク４とローラ５とを備えて
いる。カムディスク４は入力軸１に対してスプライン係
合し、ローラ５はカムディスク４と入力ディスク２との
間に設けられている。

【００２４】入力ディスク２と出力ディスク３との間に
は枢軸７を中心として揺動するトラニオン８が設けら
れ、トラニオン８の中心部には変位軸９が設けられてい
る。そして、この変位軸９には前記パワーローラ軸受１
１が回転自在に支持され、このパワーローラ軸受１１
は、入力ディスク２及び出力ディスク３と接するトラク
ション部を有し、入力ディスク２と出力ディスク３との
間に傾転自在に転接されている。

【００２５】このパワーローラ軸受１１は入力ディスク
２及び出力ディスク３から加わるスラスト方向の荷重を
支承しつつ、内輪１０の回転を許容するものである。こ
のようなパワーローラ軸受１１の転動体としての複数個
の玉１２はトラニオン８側に設けられた円環状の外輪１
３と回転部としての内輪１０との間に設けられた円環状
の保持器１４によって保持されている。

【００２６】さらに、外輪１３と内輪１０には玉１２を
転動自在に保持する軸走溝１５，１６が設けられてい
る。軸走溝１５，１６は、外輪１３と内輪１０の玉１２
との接触面に円環状に設けられ、かつ断面円弧状に形成
されている。

【００２７】次に、図２に示すダブルキャビティ式ハー
フトロイダル形無段変速装置３０のバリエータ３１につ
いて、図１に示したシングルキャビティ式ハーフトロイ
ダル形無段変速装置２０と構成が共通する部分には同一
符号を付して説明する。

【００２８】図２に示すように、ダブルキャビティ式ハ
ーフトロイダル形無段変速装置３０のバリエータ３１
は、一対の入力ディスク２，２と、一対の出力ディスク
３，３と、複数のパワーローラ軸受１１とを備えてい
る。前記入力ディスク２，２は、互いに間隔を有しかつ
互いに対向した状態で設けられている。入力ディスク
２，２は互いに同軸的に配されている。入力ディスク
２，２は、それぞれ入力軸１と連動して回転するよう
に、入力軸１と同軸的に支持されている。

【００２９】前記出力ディスク３，３は、前記一対の入
力ディスク２，２の間に、それぞれ入力ディスク２，２
と対向しかつ前記入力軸１に対して遊嵌状態で設けられ
ている。出力ディスク３，３は、互いに同軸的に配置さ
れかつ互いに同期して回転するようになっている。出力
ディスク３，３は、これらの出力ディスク３，３と同軸
的に配置された出力歯車３２と連動するように設けられ
ている。この出力歯車３２は、前記入力軸１に基づく動
力を取出す出力軸と連動して回転するようになってい
る。

【００３０】前記複数のパワーローラ軸受１１は、それ
ぞれ、前記入力ディスク２，２と出力ディスク３，３と
の間に枢軸７を中心として揺動自在に支持されている。
パワーローラ軸受１１は、それぞれ、前記入力ディスク
２，２と出力ディスク３，３に転接自在な内輪１０を備
えている。

【００３１】前記一対の入力ディスク２，２のうち一方
の入力ディスク２の背面側には、押圧機構としてのロー
ディングカム機構６が設けられている。ローディングカ
ム機構６は、ディスク状のカムディスク４とローラ５と
を備えている。

【００３２】カムディスク４は、前記入力ディスク２，
２などと同軸的に配置されている。カムディスク４と入
力軸１との間には、ボール３３が設けられている。カム
ディスク４と入力軸１のそれぞれの前記ボール３３と接
する部分には、それぞれ断面円弧状の案内溝３４，３５
が設けられている。

【００３３】前記ローラ５は、前記入力軸１の軸線Ｏに
対し、例えば直交するなどの交差する軸線Ｑ回りに回動
自在となっている。ローディングカム機構６は、ローラ
５が軸線Ｑ回りに回動することによって、前記入力ディ
スク２，２を出力ディスク３，３に向って押圧するよう
になっている。

【００３４】このようなダブルキャビティ式ハーフトロ
イダル形無段変速装置３０のバリエータ３１は、ローデ
ィングカム機構６が入力ディスク２，２を出力ディスク
３，３に向って押圧することによって、入力軸１から伝
達された回転駆動力を入力ディスク２，２、パワーロー
ラ軸受１１の内輪１０、出力ディスク３，３及び出力歯
車３２を介して出力軸へと伝達することとなる。

【００３５】このようなトロイダル形無段変速装置２
０，３０において、その入出力ディスク２，３、パワー
ローラ軸受１１の内輪１０、外輪１３のうちの少なくと
も一つは、合金組成成分が重量比で、Ｃ＝０．１５〜
０．５％、Ｓｉ＝０．１〜１．５％、Ｍｎ＝０．１〜
１．５％、Ｃｒ＝０．５〜３．０％であり、かつＭｏ＝
０．１〜３．０％、Ｖ＝０．１〜３．０％のうちの少な
くとも一種を選択的に含有させ、Ｏ≦９ｐｐｍとした鋼
素材で、かつ浸炭窒化、焼入れ、焼戻し処理後の表面
Ｃ、Ｎ％が重量比で表面Ｃ＝０．８〜１．２％、表面Ｎ
＝０．０５〜０．２０％の規定値を満足し、その表面硬
さがＨｖ７２０以上を満足し、レース表面またはレース
表面から最大せん断応力発生深さの位置に平均粒径５０
〜５００ｎｍのＭｏ・Ｖ系炭化物・炭窒化物（Ｍ
_７Ｃ_３，Ｍ_２３Ｃ_６系）を分散析出させた鋼素材で製造
されている。

【００３６】鋼素材に含有させるＣ（炭素）は、耐破損
・はくりなどによる寿命低下に有害と考えられる介在物
について、量産材としてその介在物の少ない安定した清
浄度を得るために、また耐転がり疲労に必要な硬さを得
るために行なう浸炭窒化の処理時間を短縮させるために
０．１５％以上の含有量が必要である。しかし、０．５
％を超えて含有させると、中心部での割れ強度の低下や
高温時の寸法安定性の問題が生じ、したがって鋼素材に
含有させるＣ量は０．１５〜０．５％の範囲内とする。

【００３７】Ｓｉ（シリコン）は、転がり疲労下で見ら
れる白色組織変化の遅延効果、及び焼入れ性を向上させ
る元素であるが、０．１％未満では焼戻し軟化抵抗性が
充分でなく、１．５％を超えると加工性が著しく低下す
るため、その含有量は０．１〜１．５％の範囲内とす
る。

【００３８】Ｍｎ（マンガン）は、鋼の焼入れ性に効果
のある元素であるが、０．１％未満では焼入れ性が不足
し、１．５％を超えると加工性が低下するため、その含
有量は０．１〜１．５％の範囲内とする。

【００３９】Ｃｒ（クロム）は、焼入れ性を向上させ、
かつ炭化物球状化を促進させる元素であるため、０．５
％以上を含有させる必要があるが、３．０％を超えて含
有させると被削性を劣化させる場合があるので、その含
有量は０．５〜３．０％の範囲内とする。

【００４０】Ｍｏ（モリブデン）は、焼戻し軟化抵抗性
や微細な炭化物の分散効果により軸受硬さを向上させる
元素で、高温強度を向上させる元素であるため、０．１
％以上必要である。これは、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、微細なＭｏ系
炭化物を析出させるためである。しかし、３．０％を超
えると溶体化が不十分となり炭化物が微細化せず、さら
に加工性が劣化する可能性もあることから、その含有量
は０．１〜３．０％の範囲内とする。

【００４１】Ｖ（バナジウム）は、結晶粒界に析出して
結晶粒の粗大化を抑制し，また鋼中の炭素と結合し微細
な炭化物を形成する元素であり，その添加によって軸受
表面層部の硬さが向上して耐摩耗性が良好となる効果
や、水素トラップ効果があるが、Ｖ含有量が０．１％以
上のときにその効果が顕著となり、また３．０％を超え
ると、結晶粒界にＶの巨大な炭化物が析出して、ピンニ
ング効果が低下し、さらに加工性及び種々の機械的性質
を劣化させるため、その含有量は０．１〜３．０％の範
囲内とする。

【００４２】また、ＭｏやＶを溶体化処理することによ
り、Ｍｏ系、Ｖ系炭化物（Ｍ_２３Ｃ _６、Ｍ_７Ｃ_３系）の
粒径を５０〜５００ｎｍに制御し、微細析出させること
が可能となり、その結果としてマトリックス中のＣ量を
減少させ、マトリックス疲労におけるＣ拡散による組織
変化の発生を遅延させる効果が生じる。この分散析出効
果は、き裂伝播抑制効果や、耐摩耗性向上の効果、耐水
素脆性における水素トラップ効果があるため、電子顕微
鏡観察により確認し、１０μｍ^２あたり、１０個以上存
在させることが望ましい。

【００４３】Ｏ（酸素）は、鋼中において酸化物系の介
在物を生成し、曲げ応力疲労時における起点（フィッシ
ュアイ）となったり、また転がり寿命を低下させる非金
属介在物となりうる元素であるので、その上限を９ｐｐ
ｍとするさらに、Ｐ（リン）が含有するときには、その
Ｐが転がり寿命及び靭性を低下させる元素であるため、
その上限を０．０２％とし、またＳ（硫黄）が含有する
ときには、そのＳは被削性を向上させる元素であるが、
Ｍｎと結合して転がり寿命を低下させる硫化系介在物を
形成するため、その上限を０．０２％とする。

【００４４】浸炭窒化、焼入れ、焼戻し処理後の表面Ｃ
％を０．８〜１．２％と規定する理由は、耐転がり疲れ
に対する充分な強度を得るためには０．８％以上が必要
であり、また１．２％を超えると巨大炭化物を生成しや
すくなり、割れ起点になりやすくなるという点に基づ
き、表面Ｎ％を０．０５〜０．２０％と規定する理由
は、０．０５％以上あると焼戻し抵抗性が向上し、微細
なＭｏ，Ｖ系の炭窒化物が分散析出する効果により強度
が向上し、また０．２０％を超えると、耐摩耗性が高く
なり、研磨加工が困難になりやすく、脆性割れ強度も低
下するという点に基づくものである。

【００４５】この発明の他の実施形態としては、前記合
金組成の鋼素材を、熱処理として浸炭窒化処理後に真空
焼入れまたは高温焼戻しを行ない、そのベーキング効果
により水素を脱ガスさせ、鋼中の拡散性水素量を０．１
ｐｐｍ以下とし、残量オーステナイト量を２０〜４５％
とし、このような鋼素材を用いてトロイダル形無段変速
装置の構成要素としてのパワーローラ軸受の内輪、外
輪、入力ディスク及び出力ディスクのうちの少なくとも
一つを製造する。

【００４６】

【実施例】トロイダル形無段変速装置におけるパワーロ
ーラ軸受の内輪、外輪、入力ディスク及び出力ディスク
に用いる材料として、次の表１に示す実施例（１〜１
０）に係る供試体と、比較例（１〜１０）に係る供試体
とを製作した。

【００４７】

【表１】

【００４８】各供試体には、次の三種の熱処理方法Ａ，
Ｂ，Ｃのうちから一つを選んで熱処理を施した。

【００４９】熱処理Ａは、図３（ａ）に示すように、温
度が９２０〜９６０℃の吸熱型ガス及びエンリッチガス
とアンモニアガスの雰囲気中で、供試体が外輪であると
きには５〜１０ｈｒ、内輪及び入・出力ディスクである
ときには１５〜３０ｈｒの時間をかけて浸炭窒化加熱焼
入れの熱処理を施した後に、放冷し、洗浄し、この後、
吸収熱型ガスの雰囲気中で８３０〜８７０℃まで０．５
〜３ｈｒの加熱（ずぶ焼き）をしてからオイルクエンチ
（焼入れ）を行なう。ついで、供試体を洗浄し、この洗
浄後に、温度が１６０〜２００℃の大気の雰囲気中で１
〜５ｈｒ加熱した後に冷却（焼戻し）する。

【００５０】熱処理Ｂは、図３（ｂ）に示すように、温
度が９２０〜９６０℃の吸熱型ガス及びエンリッチガス
とアンモニアガスの雰囲気中で、供試体が外輪であると
きには５〜１０ｈｒ、内輪及び入・出力ディスクである
ときには１５〜３０ｈｒの時間をかけて浸炭窒化加熱焼
入れの熱処理を施した後に、洗浄し、この後、１８０〜
２２０℃で一次焼戻しを行ない、次に吸収熱型ガスの雰
囲気中で８３０〜８７０℃まで０．５〜３ｈｒ加熱して
から焼入れを行なう。ついで、供試体を洗浄し、この洗
浄後に、温度が１８０〜２００℃の大気の雰囲気中で１
〜５加熱した後に冷却する（二次焼戻し）。

【００５１】熱処理Ｃは、図３（ｃ）示すように、温度
が９２０〜９６０℃の吸熱型ガス及びエンリッチガスと
アンモニアガスの雰囲気中で、供試体が外輪であるとき
には５〜１０ｈｒ、内輪及び入・出力ディスクであると
きには１５〜３０ｈｒの時間をかけて浸炭窒化加熱焼入
れの熱処理を施した後に、放冷し、洗浄し、この後、真
空雰囲気中（真空炉）で８３０〜８７０℃まで０．５〜
３ｈｒ加熱（ずぶ焼き）してからオイルクエンチ（焼入
れ）を行なう。ついで、供試体を洗浄し、この洗浄後
に、温度が１６０〜２００℃の大気の雰囲気中で１〜５
加熱した後に冷却する（二次焼戻し）。

【００５２】次に、このようにして得られた供試体を用
いてバリエータを組み立てた。そして、トラクション油
中に、異物としてＨｖ５００のステンレス粉（大きさ７
４〜１４７μｍ）を１０００ｃｃ中に０．００５ｇが拡
散する割合で混入し、このトラクション油によりバリエ
ータの入・出力ディスクおよびパワーローラ軸受の内輪
及び外輪に初期圧痕を付け、この後、バリエータを充分
に洗浄し、パワーローラ軸受の内輪、外輪を新品の供試
体と取り替え、また転動体も新品のものと取り替え、次
の試験条件により試験をした。なお、パワーローラ軸受
の転動体（玉）としては、ＳＵＪ２をずぶ焼入れ、焼戻
しした後に、研削仕上げしたものを用いた。

【００５３】［試験条件］入力軸の回転数４０００ｒ．ｐ．ｍ入力トルク３７０Ｎ・ｍ使用オイルトラクション油オイル温度１００℃ この試験条件ではパワーローラ軸受の最大面圧が３．９
ＧＰａで、Ｚ_０＝０．４８×１．３ｍｍ＝０．６２４ｍ
ｍとなった。また、入・出力ディスクの最大面圧は４．
０ＧＰａで、Ｚ_０は１．０ｍｍとなった。

【００５４】次の表２には、各供試体の表面硬さ（Ｈ
ｖ）、残留オーステナイト量（％）、Ｍｏ，Ｖ炭化物平
均粒度（ｎｍ）、拡散性水素量（ｐｐｍ）及び寿命の評
価を示してある。なお、寿命の評価は、バリエータを構
成しているパワーローラ軸受の外輪、入力ディスク及び
出力ディスクのうちのいずれかにはくりが発生するまで
の時間、あるいはパワーローラ軸受の外輪、入力ディス
ク及び出力ディスクのうちのいずれかに疲労割れが発生
するまでの時間で評価した。また、試験中に、パワーロ
ーラ軸受の転動体（玉）にはくりが生じたときには、そ
の転動体を新品のものと入れ替えて試験を続行した。ま
た、試験は１００時間で打ち切りとした。

【００５５】

【表２】

【００５６】表２に示されているように、熱処理Ａの方
法で処理された実施例１〜４の供試体においては、残留
オーステナイト量が２５〜４５％であるため、初期圧痕
の影響による表面起点はくりを抑制することができてい
る。さらにレース表面近傍に５０〜５００ｎｍの微細な
炭化物・炭窒化物が分散析出しているため、き裂伝播抑
制効果ならびに水素侵入抑制のピンイング効果により、
比較例１〜１０の供試体と比較してＬ１０寿命が３〜４
倍以上長くなっている。

【００５７】しかし、焼戻しによるベーキングにより鋼
中の拡散性水素量が０．１８〜０．８４ｐｐｍとなって
いるため、１／１０〜２／１０個の割合でディスクの供
試体に白色組織変化を伴った内部起点型はくりが発生し
た。

【００５８】熱処理Ｂの方法で処理された実施例５〜７
の供試体においては、レース表面に５３〜４９７ｎｍの
微細炭化物・炭窒化物が分散析出し、かつ２回の焼戻し
によるベーキングにより鋼中の拡散性水素量が０．１ｐ
ｐｍ以下となっており、このため白色組織変化起因の内
部起点型はくりおよび割れが抑制されている。

【００５９】しかし、レース表面の残留オーステナイト
量が２０％であるため、Ｌ１０寿命が９２，９０，９３
ｈｒであって、ディスクの供試体において１／１０〜２
／１０個の割合で表面起点型はくりが発生した。

【００６０】熱処理Ｃの方法により処理した実施例８〜
１０の供試体においては、残留オーステナイト量が２５
〜４５％で、レース表面近傍にＭｏ，Ｖ系微細炭化物・
炭窒化物が３００ｎｍ、１２５ｎｍ、２６５ｎｍの粒度
で分散析出し、かつ鋼中の拡散性水素量が０．０５ｐｐ
ｍ以下となっており、１００ｈｒに至っても、ディス
ク、パワーローラ軸受のいずれの供試体にもはくりや割
れが発生しなかった。

【００６１】一方、比較例１の試供体においては、ベー
スのＣ量が０．０５％と少なく、表面硬さがＨｖ６５７
と充分ではないため、１０／１０個の割合でディスクの
供試体ではＬ１０寿命が５ｈｒで短時間であり、また白
色組織変化を伴った内部起点型はくりが発生した。

【００６２】比較例２の供試体においては、Ｍｏ，Ｖを
添加していないため，レース表面近傍に微細な炭化物が
析出せず、Ｌ１０寿命が９ｈｒで短時間であり、１０／
１０個の割合でディスクの供試体に白色組織変化を伴っ
た内部起点型はくりが発生した。

【００６３】比較例３の供試体においては、Ｃｒの添加
が０．３％と少なく残留オーステナイト量が５５％と大
きいため、炭化物の分散析出効果により若干の硬さの向
上は認められたが、マトリックスの硬さがＨｖ６８１と
低いため、Ｌ１０寿命が８ｈｒで、１０／１０個の割合
でディスクの供試体に白色組織変化を伴った内部起点型
はくりが発生した。

【００６４】比較例４の供試体においては、ベースのＣ
量が０．６５％と高く、浸炭窒化処理後のＣ％も１．４
１％と高く、レース表面に巨大な炭化物が析出するた
め、Ｌ１０寿命が２３ｈｒであって、１０／１０個の割
合でディスクの供試体に表面起点型はくりが発生した。

【００６５】比較例５，７の供試体においては、Ｍｏ，
Ｖ添加量が０．０６％、０．０７％と少なく、微細炭化
物の平均粒径が３２ｎｍ、４４ｎｍと小さく、かつ１０
μｍ ^２あたり、６個の析出が確認されただけであり、Ｌ
１０寿命が１４ｈｒ、１３ｈｒで、１０／１０個の割合
でディスクの供試体に白色組織変化を伴った内部起点型
はくりが発生した。

【００６６】比較例６の試供体においては、Ｓｉ，Ｍｎ
の添加量が０．０２％、０．０３％と少なく、表面硬さ
がＨｖ６９９と低いため、Ｌ１０寿命が１０ｈｒで、１
０／１０個の割合でディスクの供試体に白色組織変化を
伴った内部起点型はくりが発生した。

【００６７】比較例８〜１０の供試体においては、残留
オーステナイト量が８〜１０％と小さいため、表面起点
型はくりも混在していた。特に比較例８においては、Ｃ
ｒ量が５．６％と大きいため、レース表面に８２３ｎｍ
と巨大なＣｒ系の炭化物が析出し、Ｌ１０寿命が２０ｈ
ｒで、１０／１０個の割合でディスクの供試体に内部起
点型はくりと表面起点型はくりとが混在するはくりが発
生した。

【００６８】比較例９の供試体においては、Ｖ量が５．
１２％と多量であることから、微細なＶ系炭化物と巨大
なＶ系炭化物が混在し、平均炭化物・炭窒化物粒径が７
２１ｎｍと大きくなり、Ｌ１０寿命が２３ｈｒで、１０
／１０個の割合でディスクの供試体に内部起点型はくり
と表面起点型はくりとが混在するはくりが発生した。

【００６９】比較例１０の供試体においては、Ｍｏ量が
４．９５％と多量であることから、微細なＭｏ系炭化物
と巨大なＭｏ系炭化物とが混在し、平均炭化物・炭窒化
物粒径が８８０ｎｍと大きくなり、Ｌ１０寿命が２１ｈ
ｒで、１０／１０個の割合でディスクの供試体に内部起
点型はくりと表面起点型はくりとが混在するはくりが発
生した。

【００７０】以上の結果から明らかなように、残留オー
ステナイト量を２５〜４５％とすることにより、レース
面に生じる異物圧痕のシビア度を抑制し、長寿命のトロ
イダル形無段変速装置を実現することが可能となる。ま
た、鋼中の拡散性水素量を０．１ｐｐｍ以下とすること
により，はくり要因に伴う割れを抑制することが可能と
なり、さらに転がり接触応力と曲げ応力が混在するよう
な環境下でのき裂伝播を遅延させることが可能となる。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
耐久性が高く、長寿命のトロイダル形無段変速装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るシングルキャビティ式ハーフト
ロイダル形無段変速装置の一部を示す断面図。

【図２】この発明に係るダブルキャビティ式ハーフトロ
イダル形無段変速装置の一部を示す断面図。

【図３】この発明において実施した熱処理の方法を図式
化して示す説明図。

【図４】トロイダル形無段変速装置のディスクと、パワ
ーローラ軸受と、一般の転がり軸受とを示す断面図。

【符号の説明】

１…入力軸２…入力ディスク３…出力ディスク１０…内輪１１…パワーローラ軸受１３…外輪

フロントページの続き (72)発明者後藤伸夫神奈川県藤沢市鵠沼神明一丁目５番50号日本精工株式会社内 (72)発明者今西尚神奈川県藤沢市鵠沼神明一丁目５番50号日本精工株式会社内Ｆターム(参考） 3J051 AA03 AA08 BA03 BB02 BD02 BE09 CA05 CB07 EC03 EC08 FA02 3J101 AA03 AA32 AA42 AA53 AA63 BA53 BA54 BA70 DA02 DA03 EA02 FA31 GA11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力軸に連動する入力ディスクと、出力軸
に連動する出力ディスクと、内輪、外輪及び複数の転動
体を含み、かつ前記入力ディスク及び出力ディスクに前
記内輪が係合して前記入力軸の動力を前記出力軸に伝達
するパワーローラ軸受とを備えるトロイダル形無段変速
装置において、前記パワーローラ軸受の内輪、外輪、前記入力ディスク
及び出力ディスクのうちの少なくとも一つが、合金組成成分が重量比で、Ｃ＝０．１５〜０．５％、Ｓ
ｉ＝０．１〜１．５％、Ｍｎ＝０．１〜１．５％、Ｃｒ
＝０．５〜３．０％であり、かつＭｏ＝０．１〜３．０
％、Ｖ＝０．１〜３．０％のうちの少なくとも一種を選
択的に含有させ、Ｏ≦９ｐｐｍとした鋼素材で、かつ浸
炭窒化、焼入れ、焼戻し処理後の表面Ｃ、Ｎ％が重量比
で表面Ｃ＝０．８〜１．２％、表面Ｎ＝０．０５〜０．
２０％の規定値を満足し、その表面硬さがＨｖ７２０以
上を満足し、レース表面またはレース表面から最大せん
断応力発生深さの位置に平均粒径５０〜５００ｎｍのＭ
ｏ・Ｖ系炭化物・炭窒化物を分散析出させた鋼素材から
なる、ことを特徴とするトロイダル形無段変速装置。
【請求項２】入力軸に連動する入力ディスクと、出力軸
に連動する出力ディスクと、内輪、外輪及び複数の転動
体を含み、かつ前記入力ディスク及び出力ディスクに前
記内輪が係合して前記入力軸の動力を前記出力軸に伝達
するパワーローラ軸受とを備えるトロイダル形無段変速
装置において、前記パワーローラ軸受の内輪、外輪、前記入力ディスク
及び出力ディスクのうちの少なくとも一つが、合金組成成分が重量比で、Ｃ＝０．１５〜０．５％、Ｓ
ｉ＝０．１〜１．５％、Ｍｎ＝０．１〜１．５％、Ｃｒ
＝０．５〜３．０％であり、かつＭｏ＝０．１〜３．０
％、Ｖ＝０．１〜３．０％のうちの少なくとも一種を選
択的に含有させ、Ｏ≦９ｐｐｍとした鋼素材で、熱処理
として浸炭窒化処理後に真空焼入れまたは高温焼戻しを
行ない、そのベーキング効果により水素を脱ガスさせ、
鋼中の拡散性水素量を０．１ｐｐｍ以下とし、残量オー
ステナイト量を２０〜４５％としてなる鋼素材からな
る、ことを特徴とするトロイダル形無段変速装置。