JP2005291350A

JP2005291350A - ベルト式無段変速機用板状エレメント

Info

Publication number: JP2005291350A
Application number: JP2004106697A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kato; 豪加藤; Makoto Yoshida; 吉田　　誠
Original assignee: JATCO Ltd
Current assignee: JATCO Ltd
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2005-10-20
Also published as: DE102005013538A1; US20050230008A1; NL1028609A1; NL1028609C2

Abstract

【課題】高い部品強度（疲労、衝撃）が得られる組成及び特性を備えたベルト式無段変速機用板状エレメントを提供すること。
【解決手段】ベルト式無段変速機用板状エレメントにおいて、マルテンサイト組織または焼き戻しマルテンサイト組織の単位面積あたりの固溶炭素量が0.4重量％以上0.7重量％以下であって、かつ、表面硬さが55HRC以上65HRC以下とした。
【選択図】図４

Description

本発明は、プライマリプーリとセカンダリプーリの間にベルトを掛け渡したベルト式無段変速機に関し、特にベルトの構成部品となる板状エレメントの組成に関する。

ベルト式無段変速機は、複数の板状エレメントをスチール製の無端バンド（以下、リング）により環状連接したものであり、入出力プーリの円錐状のディスクのテーパ面（以下、シーブ面）と板状エレメントとの接触面（以下、フランク面）との摩擦を利用し、エンジントルクを駆動軸に伝達する。このため、板状エレメントのフランク面は、高い耐摩耗特性が要求され、一般には高炭素鋼等の特殊鋼を素材として使用し、打ち抜き等の加工により所定の形状に成形後、焼き入れ、焼き戻し等の熱処理を施し、高い硬さを得て耐摩耗性を確保している。

上述したように、板状エレメントは、部品の炭素含有量を高めることで、高い硬さを得ているため、高炭素マルテンサイト及び炭化物が多量に析出した延性、靱性に乏しい金属組織が生成される。そのため、高い部品強度（特に、疲労強度、衝撃強度）は得がたい。これらの課題を解決する技術として、例えば特許文献１に記載の技術が開示されている。この公報には、炭化物の析出量（面積率）が一定範囲以上であれば、エレメントの衝撃強度（靱性）は安定かつ向上できると開示されている。また、非特許文献１に記載の技術では、炭化物形状によって疲労強度が著しく低下する、言い換えると炭化物形状に配慮することで疲労強度を向上できると記載されている。
特開２００２−２４１８３４号公報 CVT用金属ベルトの開発Honda R&D Technical Review Vol.14 No.1(April 2002)186頁参照

本願発明者は、上記各文献に記載の知見に基づき、板状エレメントを試作し、衝撃及び疲労試験を行った。しかしながら、炭化物の面積率、形状が上記知見内（衝撃及び疲労特性が向上する範囲内）にあるにも係わらず、衝撃及び疲労強度が著しく低いものが認められ、十分な改善が得られているとは言えなかった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、高い部品強度（疲労、衝撃）が得られる組成及び特性を備えたベルト式無段変速機用板状エレメントを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、ベルト式無段変速機用板状エレメントとして、マルテンサイト組織または焼き戻しマルテンサイト組織の単位面積あたりの固溶炭素量が、0.4重量％以上0.7重量％以下であって、かつ、表面硬さが55HRC以上 65HRC以下とした。

単位面積当たりの固溶炭素量が0.4重量％未満では焼き入れ強度が不足し、0.7重量％を超えると、疲労強度、衝撃強度の劣化を招くことを見いだした。また、表面硬さが55HRC未満であると耐摩耗特性が確保できず、65HRCを超えると、相手部品であるプーリの摩耗を招く。これらの条件を見いだしたことで、高い部品強度を達成可能なベルト式無段変速機用板状エレメントを達成するに至った。

以下、本発明のベルト式無段変速機用板状エレメントを実現する最良の形態を、表に示す実施例に基づいて説明する。

図１はベルト式無段変速機用板状エレメントを表す正面図である。ボディ１の側面には、プーリのシーブ面と接触するフランク面２が設けられている。また、ボディ１の上面にはリングと接触するサドル面３と、ネック４が設けられている。ネック４には、サドル面３との間にリングを狭持するためのイヤー５が設けられ、イヤー５間には他の板状エレメントとの位置決めを行うノーズ６が設けられている。

図１に示す板状エレメントを開発鋼として１５試料を作成し、比較鋼として６試料を作成した。下記表１に開発鋼及び比較鋼の組成を示す。尚、各数値の単位は重量％である。

（評価試験）
上記、各試料の評価試験として、アイゾット衝撃試験及び曲げ疲労試験を行った。図２はアイゾット衝撃試験を表す概略図である。板状エレメントをボディ１が隠れるように試験片支持台に固定し、ハンマによるネック４の破断によって吸収エネルギーを測定した。図３は曲げ疲労試験を表す概略図である。板状エレメントのネック４近傍に加重をかけ、両端に対向する加重をかけ、この動作を破断まで繰り返すことで曲げ疲労破壊を行った。

（固溶炭素量について）
図４はマルテンサイト組織または焼き戻しマルテンサイト組織の単位面積あたりの固溶炭素量と衝撃試験の結果を表す図、図５はマルテンサイト組織または焼き戻しマルテンサイト組織の単位面積あたりの固溶炭素量と曲げ疲労試験の結果を表す図である。図４，図５共に、固溶炭素量が0.7重量％を超えた際、著しい強度の低下が見られた。固溶炭素量が0.4重量％未満では、焼き入れ強度が不足することに鑑み、固溶炭素量が0.4重量％を下限とし0.7重量％を上限とした。また、表面硬さが55HRC未満であると耐摩耗特性が確保できず、65HRCを超えると相手部品であるプーリの摩耗を招くため、表面硬さが55HRCを下限とし、65HRCを上限とした。

（不純物元素量について）
図６は不純物元素であるP量と衝撃試験の結果を表す図、図７は不純物元素であるP量と曲げ疲労試験の結果を表す図である。図６，図７共に、P量が0.03を超えた際、著しい強度の低下が見られる。これはPによって粒界強化作用が低下したもので、衝撃強度が劣化しているのが分かる。よって、P量は0.03重量％を上限とした。尚、P量は少ないほど望ましいため、下限については特に言及しない。

図８は不純物元素であるS量と衝撃試験の結果を表す図、図９は不純物元素であるS量と曲げ疲労試験の結果を表す図である。図８，図９共に、S量が0.01を超えた際、著しい強度の低下が見られる。よって、S量は0.01重量％を上限とした。尚、S量は少ないとほど望ましいため、下限については特に言及しない。

（オーステナイト粒径について）
図１０は下記組成を有する開発鋼の焼き入れ温度を変化させ、熱処理時の高温におけるオーステナイト粒径を変化させた場合の衝撃試験の結果を表す図である。
C：0.84 Si：0.2 Mn：0.88 P：0.012 S：0.006
Cu：0.01 Ni：0.01 Cr：0.44 O：0.0015
「鋼の熱処理、日本鉄鋼協会編，東京，(1966)，213頁参照」には、衝撃値（吸収エネルギ）はオーステナイト組織の結晶粒径の粗大化に伴い低下し、ASTM粒度番号7以下（約35μm以上）程度から著しく低下すると記載されている。この傾向は板状エレメントにおいても同様の低下傾向が認められるが、図１０に示すように、平均粒径が約20μm以上において急激に低下しており、上記文献に記載の値より小さな値において衝撃値が低下していることを見いだした。よって、単位面積当たりの旧オーステナイト平均粒径は20μm以下が望ましい。

尚、図１０は開発鋼のうちの１つについてのみ示したが、この傾向は他の開発鋼においても同様の傾向が認められるため、どの組成を選択した場合にも、旧オーステナイト平均粒径は20μm以下が望ましい。

（Ni，Moの添加について）
図１１はNi及びMo量と衝撃試験の結果を表す図、図１２はNi及びMo量と曲げ疲労試験の結果を表す図である。Ni，Moは、焼き入れ性を高めるのに有効な元素であり、焼き入れ性を確保するため、下限をそれぞれ0.3重量％とした。また、添加に伴い、衝撃強度は向上するものの、過剰な添加は熱処理歪みの増大を招くため、その上限をそれぞれNi：2重量％、Mo：1重量％とした。

（炭化物粒径について）
開発鋼及び比較鋼の残部に析出した単位面積当たりの炭化物粒径を測定した結果、炭化物粒径は小さい方が望ましいことを見いだした。具体的には単位面積当たりの炭化物粒径は10μm以下が望ましい。10μmを越えると、疲労破壊の起点となりうるからである。

（Ti，Nbの添加について）
Ti，Nbのいずれかを0.03〜0.2重量％の範囲で添加することが望ましい。Ti，Nbのいずれかを添加すると、オーステナイト粒径の粗大化の防止に効果があるためである。ただし、0.2重量％を越えても、その効果は大きく上昇しないことから上限とした。

以上説明したように、本実施例では、板状エレメントの衝撃特性及び疲労特性は、主としてマルテンサイト又は焼き戻しマルテンサイト組織中に固溶している炭素量、及びP量，S量等の不純物元素量に依存し、それらの減少に伴い特性値が向上することを見いだした。また、衝撃値は、焼き入れ加熱時の組織であるオーステナイト組織の粒径に依存し、細粒化に伴い衝撃特性が向上することを見いだした。また、Ni，Mo，Ti，Nb等の合金元素量の添加に伴い、更に特性が向上することを見いだした。また、炭化物粒径を細粒化することで特性値が向上することを見いだした。

実施例１の板状エレメントを表す正面図である。アイゾット衝撃試験の概略を表す図である。曲げ疲労破壊試験の概略を表す図である。固溶炭素量と衝撃試験結果の関係を表す図である。固溶炭素量と曲げ疲労試験結果の関係を表す図である。不純物元素量と衝撃試験結果の関係を表す図である。不純物元素量と曲げ疲労試験結果の関係を表す図である。不純物元素量と衝撃試験結果の関係を表す図である。不純物元素量と曲げ疲労試験結果の関係を表す図である。旧オーステナイト粒径と衝撃試験結果の関係を表す図である。 Ni，Mo添加量と衝撃試験結果の関係を表す図である。 Ni，Mo添加量と曲げ疲労試験結果の関係を表す図である。。

符号の説明

１ボディ
２フランク面
３サドル面
４ネック４
５イヤー
６ノーズ

Claims

マルテンサイト組織または焼き戻しマルテンサイト組織の単位面積あたりの固溶炭素量が0.4重量％以上0.7重量％以下であって、かつ、表面硬さが55HRC以上65HRC以下であることを特徴とするベルト式無段変速機用板状エレメント。
請求項１に記載のベルト式無段変速機用板状エレメントにおいて、
P：0.03重量％以下、S：0.01重量％以下であって、かつ、前記マルテンサイト組織または焼き戻しマルテンサイト組織以外の部分（以下、残部と記載）がFe及び不可避的な不純物からなることを特徴とするベルト式無段変速機用板状エレメント。
請求項１または２に記載のベルト式無段変速機用板状エレメントにおいて、
焼き入れ加熱時のオーステナイト組織の平均粒径（旧オーステナイト平均粒径）が20μm以下であることを特徴とするベルト式無段変速機用板状エレメント。
請求項１ないし３に記載のベルト式無段変速機用板状エレメントにおいて、
Ni：0.3重量％以上2重量％以下、Mo：0.3重量％以上1重量％以下であって、かつ、前記残部がFe及び不可避的な不純物からなることを特徴とするベルト式無段変速機用板状エレメント。
請求項１ないし４に記載のベルト式無段変速機用板状エレメントにおいて、
単位面積あたりの炭化物の粒径が10μm以下であることを特徴とするベルト式無段変速機用板状エレメント。
請求項１ないし５に記載のベルト式無段変速機用板状エレメントにおいて、
Ti：0.03重量％以上0.2重量％以下、またはNb：0.03重量％以上0.2重量％以下であることを特徴とするベルト式無段変速機用板状エレメント。