JP2006283848A

JP2006283848A - トロイダル型無段変速機

Info

Publication number: JP2006283848A
Application number: JP2005103221A
Authority: JP
Inventors: Nancy Naoko Yokoyama; ナンシー尚子横山
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2006-10-19

Abstract

【課題】トロイダル型無段変速機の寿命を長くする。
【解決手段】入力ディスク２、出力ディスク３、パワーローラ５、およびスラスト軸受２０の玉１０のうち少なくとも一つを、質量比で、Ｃ含有率が０．３％以上０．６％以下で、Ｃｒ含有率が３％以上５％以下の鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭または浸炭窒化処理と、焼入れ処理と、焼戻し処理とをこの順で施して作製する。そして、その動力伝達面２ａ，３ａ，５ａまたは転動面（玉１０の表面）をなす表層部の硬さをＨｖ６９７以上、前記表層部のＣおよびＮの合計含有率を０．９％以上２．０％以下、前記表層部の残留オーステナイト量を１５体積％以上４５体積％以下とし、芯部の硬さをＨｖ３０２以上とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、トロイダル型無段変速機に関する。

トロイダル型無段変速機は、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の対向する内側面に設けられた両動力伝達面に摺接する動力伝達面を有するパワーローラと、このパワーローラの動力伝達面を入出力ディスクの両動力伝達面に対して摺接可能に支持するパワーローラ支持軸受と、を備えている。また、入出力ディスクおよびパワーローラの各動力伝達面には、潤滑油（トラクションオイル）が充填されている。

このトロイダル型無段変速機は、入力軸の回転が、入力ディスク、パワーローラ、および出力ディスクを介して出力軸に伝達されるようになっており、パワーローラと入力ディスクおよび出力ディスクとの接触半径を変化させることにより、変速比を無段階で変えることができる。
このようなトロイダル型無段変速機を効率よく動作させるためには、入出力ディスク間の押し付け力を大きくするか、トラクション係数を高くすることで、トルク伝達能力を向上させる必要がある。

ここで、トラクション係数は使用されるトラクションオイルによって略決定するため、入出力ディスク間の押し付け力をできる限り大きくすることが一般的に行われる。このため、トロイダル型無段変速機の駆動時には、各動力伝達面に高い剪断応力が発生して、表面疲労による剥離が生じる場合がある。
特許文献１では、入力ディスク、出力ディスクおよびパワーローラを作製する際に浸炭又は浸炭窒化処理を行い、鋼材の表面から２〜４ｍｍの範囲内にＨｖ５５０以上の硬化層を形成することにより、各動力伝達面に剥離を生じ難くすることが提案されている。

また、上述したトロイダル型無段変速機では、パワーローラと入力ディスクおよび出力ディスクとの接触半径を変えて変速させているため、スピン滑りの発生が避けられない。このため、トロイダル型無段変速機は、高い剪断応力に加えて、スピン滑りが発生する条件下で使用される。
したがって、トロイダル型無段変速機では、その動力伝達面で局部的に極めて高い温度となり、ＷＥＣと呼ばれる白色組織変化が短時間で発生して、剥離が生じる場合がある。

すなわち、トロイダル型無段変速機の各動力伝達面で高い剪断応力を受けたトラクションオイルの分子結合が、高い剪断応力とスピン滑りによる発熱とによって切断されて、トラクションオイルから水素原子が放出される。そして、トラクションオイルから放出された水素原子は、入出力ディスクやパワーローラに侵入・拡散して、これらを構成する鉄の金属結合力を弱めて、脆性破壊しやすくする。その結果、トロイダル型無段変速機の入出力ディスクやパワーローラの各動力伝達面で剥離が生じる。ここで、ＷＥＣが発生した部分では、その周囲よりも炭化物の量が少なくなるため、白く観察される。（例えば、非特許文献１参照）。

特許文献２では、入出力ディスクおよびパワーローラ等の動力伝達部品を、Ｃ含有率が０．７〜１．３質量％の鋼からなる素材で構成し、且つ、完成品の表層部（表面から１ｍｍの深さまでの部分）の硬さをＨＲＣ５８以上、芯部の硬さをＨＲＣ４０〜５５とすることにより、スピン滑りによる表面損傷を生じ難くすることが提案されている。
また、非特許文献２では、転動体の転動面に、水素原子の拡散速度が遅いＮｉ皮膜を電気めっき法で形成することにより、転動面から鋼中への水素侵入を抑制することが提案されている。
特開平７−７１５５５号公報特開２００１−１８１７８５号公報ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬＴＲＡＳＡＣＴＩＯＮＳＡ，ＶＯＬＵＭＥ７Ａ（１９７６年８月），１０９９頁社団法人自動車技術会、学術講演会前刷集、Ｎｏ．３０−０２（２００２年）、５〜８頁

しかしながら、上述した特許文献１および２では、動力伝達面から鋼中への水素侵入によるＷＥＣを抑制することについては言及されていない。したがって、特許文献１および２に記載の技術には、トロイダル型無段変速機の各動力伝達面に剥離を生じ難くするという点でさらなる改善の余地がある。
また、上述した非特許文献２に記載の技術では、Ｎｉ皮膜が柔らかいことから摩耗により脱落し易いため、潤滑油の粘度が低く、且つ、高振動、荷重変動、滑り等により油膜切れが生じ易い条件下で使用されるトロイダル型無段変速機において、動力伝達面から鋼中への水素侵入を効果的に抑制することは難しい。

さらに、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、トロイダル型無段変速機では、上述したＷＥＣに加えて、トロイダル型無段変速機特有の組織変化が極めて短時間で発生して、剥離が生じていることを突き止めた。この特有の組織変化は、ＷＥＣと同様に、その発生部分ではその周囲よりも炭化物の量が少なくなるため白く観察されるが、ＷＥＣのような規則正しい方向性を持たないものである。
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、高い剪断応力やスピン滑りが発生する条件下で使用されるトロイダル型無段変速機の寿命を長くすることを課題としている。

このような課題を解決するために、本発明のトロイダル型無段変速機は、対向する内側面にそれぞれ断面円弧状の動力伝達面を有する入力ディスクおよび出力ディスクと、これら両ディスク間に配置されて、前記両動力伝達面に摺接する動力伝達面を有するパワーローラと、このパワーローラを前記両動力伝達面に対して摺接可能に支持するパワーローラ支持軸受と、を備えたトロイダル型無段変速機において、前記入力ディスク、前記出力ディスク、前記パワーローラ、および前記パワーローラ支持軸受の転動体のうち少なくとも一つは、質量比で、Ｃ含有率が０．３％以上０．６％以下で、Ｃｒ含有率が３％以上５％以下である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭または浸炭窒化処理と、焼入れ処理と、焼戻し処理とがこの順で施されて得られ、その動力伝達面または転動面をなす表層部の硬さはＨｖ６９７（ＨＲＣ６０）以上、前記表層部のＣおよびＮの合計含有率は０．９％以上２．０％以下、前記表層部の残留オーステナイト量は１５体積％以上４５体積％以下となっているとともに、芯部の硬さはＨｖ３０２（ＨＲＣ３０）以上となっていることを特徴とするものである。

本発明のトロイダル型無段変速機によれば、入力ディスク、出力ディスク、パワーローラ、およびパワーローラ支持軸受の転動体のうち少なくとも一つについて、Ｃ含有率およびＣｒ含有率を特定した鋼からなる素材を所定形状に加工した後、以下に示す熱処理を施して、動力伝達面または転動面をなす表層部と芯部の構成を特定したことにより、表面疲労による剥離と、ＷＥＣおよびトロイダル型無段変速機に特有の組織変化による剥離とをともに抑制できる。

以下、本発明における各数値限定の理由と熱処理について、詳細に説明する。
〔Ｃ：０．３質量％以上０．６質量％以下〕
Ｃ（炭素）は、基地に固溶して、焼入れおよび焼戻し後の硬さを向上させることにより、鋼の強度を増加させる作用を有する。また、Ｃは、Ｆｅ（鉄），Ｃｒ（クロム），Ｍｏ（モリブデン），Ｖ（バナジウム）等の炭化物形成元素と結合して炭化物を形成することにより、耐摩耗性を高める作用も有する。

素材をなす鋼のＣ含有率が少な過ぎると、浸炭または浸炭窒化処理を行う際に動力伝達面または転動面として必要な硬化層深さを得るための熱処理時間が長くなり、生産コストの著しい上昇を招いたり、場合によってはδフェライトが生じて靱性を低下させる場合がある。よって、Ｃ含有率は０．３質量％以上とする。
一方、素材をなす鋼のＣ含有率が多過ぎると、製鋼時に粗大な共晶炭化物を生成し易くなり、転がり疲れ寿命や強度を著しく損なったり、鍛造性、冷間加工性、および被削性が低下して、生産コストの著しい上昇を招く場合がある。よって、Ｃ含有率は０．６質量％以下とする。

〔Ｃｒ：３質量％以上５重量％以下〕
Ｃｒは、（Ｆｅ，Ｃｒ）₃Ｃや（Ｆｅ，Ｃｒ）₇Ｃ₃等の高硬度で微細な炭化物を形成して、鋼を安定させるため、炭化物が少なくなることで生じるＷＥＣやトロイダル型無段変速機特有の組織変化を抑制する作用を有する。
また、Ｃｒが形成する高硬度で微細な炭化物は、鋼中の非金属介在物に代わって、水素原子をトラップする。ここで、鋼中に存在する炭化物は、非金属介在物のように同時に多くの水素原子をトラップすることなく、一つの炭化物で少数の水素原子のみをトラップする。このため、鋼中に侵入した水素原子は、炭化物にトラップされて、鋼中に均等に分散して存在することにより、従来は、一つの非金属介在物に多数の水素原子がトラップされることで発生していた脆性破壊を抑制することが可能となる。

さらに、Ｃｒは、基地に固溶して、焼入れ性、焼戻し軟化抵抗性、耐食性、および耐摩耗性を向上させる他、浸炭処理特性や転がり疲れ寿命を向上させる作用も有する。さらに、Ｃｒは、ＣやＮ（窒素）等の侵入型固溶元素を実質的に動き難くして基地組織を安定にすることにより、水素侵入による寿命低下を大幅に抑制する作用も有する。これらの作用を得るために、Ｃｒ含有率は３質量％以上とする。
一方、Ｃｒ含有率が多過ぎると、冷間加工性、被削性、および浸炭処理特性が低下して、生産コストの著しい上昇を招いたり、粗大な共晶炭化物が生成して、転がり疲れ寿命や強度を著しく損なう場合がある。よって、Ｃｒ含有率は５質量％以下とする。

〔表層部のＣおよびＮの合計含有率：０．９質量％以上２．０質量％以下〕
ＣおよびＮ（窒素）は、基地に固溶して、動力伝達面または転動面をなす表層部に、動力伝達面または転動面として必要な硬さおよび残留オーステナイト量を付与するとともに、表面疲労を抑制するために必要な炭化物または炭窒化物を付与する作用を有する。この作用を得るために、前記表層部のＣおよびＮの合計含有率は０．９質量％以上、好ましくは１．０質量％以上とする。
一方、前記表層部のＣおよびＮの合計含有率が多過ぎると、窒化物や炭窒化物が粗大化して、十分な転がり疲れ寿命が得られなくなる。よって、前記表層部のＣおよびＮの合計含有率は２．０質量％以下とする。

〔表層部の残留オーステナイト量：１５体積％以上４５体積％以下〕
前記表層部の残留オーステナイトは、動力伝達面または転動面の表面疲労を軽減する作用を有する。この作用を得るために、前記表層部の残留オーステナイト量は１５体積％以上、好ましくは２０体積％以上とする。
一方、前記表層部の残留オーステナイト量が多過ぎると、硬さが低下して強度および表面疲労特性が得られなくなるとともに、装置の組み立て時に前記表層部に変形が生じて、組み立て性が低下する。よって、前記表層部の残留オーステナイト量は４５体積％以下、好ましくは４０体積％以下とする。

〔表層部および芯部の硬さについて〕
高い剪断応力やスピン滑りが生じる条件下であっても、転がり疲れ寿命を確保するために、前記表層部は硬くして表面疲労を生じ難くし、芯部は前記表層部に比べて柔らかくして靱性や耐震性を確保する必要がある。よって、前記表層部の硬さはＨｖ６９７（ＨＲＣ６０）以上、好ましくはＨｖ７２０（ＨＲＣ６１）以上とし、芯部の硬さはＨｖ３０２（ＨＲＣ３０）以上とする。

ここで、前記表層部の硬さがＨＲＣ６０未満となると、動力伝達面または転動面に剥離が生じ易くなる。一方、前記表層部の硬さが硬過ぎると、残留オーステナイトを確保し難くなるため、Ｈｖ８３２（ＨＲＣ６５）以下とすることが好ましい。
また、芯部の硬さがＨＲＣ３０未満となると、塑性変形が生じ易くなる。一方、芯部の硬さが硬過ぎると、靱性が確保出来ず、割れが生じ易くなるため、Ｈｖ５５０（ＨＲＣ５２）以下とすることが好ましい。

〔熱処理について〕
まず、上述した特定の鋼からなる素材を鍛造または切削加工により所定形状に加工した後、浸炭または浸炭窒化処理を行う。これらの処理は、浸炭処理を行う場合には混合ガス（ＲＸガス＋エンリッチガス）を導入した炉内で、浸炭窒化処理を行う場合には混合ガス（ＲＸガス＋エンリッチガス＋アンモニアガス）を導入した炉内で、例えば９００〜９６０℃程度で加熱保持することにより行う。

次に、焼入れ処理を行った後、焼戻し処理を行う。ここで、浸炭または浸炭窒化処理の直後に焼入れ処理を行うと、旧オーステナイト結晶粒径が大きくなり、主に大きな残留オーステナイト粒とレンズ状マルテンサイトとからなる組織になる。しかし、これらの組織では寿命改善効果が期待できない。
そこで、浸炭または浸炭窒化処理後に、一旦Ａ₁変態点以下に長時間保持するか、室温まで冷却した後に、再度８２０〜８６０℃程度に加熱して焼入れを行い、最終的に１６０〜２００℃程度で焼戻しを行うことが好ましい。これにより、焼入れおよび焼戻し処理後の鋼を、マルテンサイトと残留オーステナイトとからなる基地組織に、高硬度で微細な炭窒化物が均一に分散した良好な組織にすることができる。

本発明のトロイダル型無段変速機では、前記鋼として、質量比で、含有率が０．３％以上２．０％以下であるＳｉ、含有率が０．３％以上１．５％以下であるＭｎ、含有率が０．０３％以下であるＰ、含有率が０．０３％以下であるＳ、含有率が０．１％以上１．０％以下であるＭｏ、含有率が０．０７％以下であるＡｌ、含有率が０．０５％以下であるＮ、含有率が１．０％以下であるＮｂのうち少なくとも一つ以上をさらに含むものとすることにより、トロイダル型無段変速機の転がり疲れ寿命をさらに長くできる。

以下、鋼に含まれると好適な成分の各数値限定の理由について説明する。
〔Ｓｉ：０．３質量％以上２．０質量％以下〕
Ｓｉ（珪素）は、製鋼時に脱酸剤として作用するとともに、焼戻し軟化抵抗性を向上させる作用を有する。この作用を得るために、Ｓｉ含有率は０．３質量％以上とする。一方、Ｓｉ含有率が多過ぎると、鍛造性および冷間加工性が低下する。よって、Ｓｉ含有率は、２．０質量％以下とする。

〔Ｍｎ：０．３質量％以上１．５質量％以下〕
Ｍｎ（マンガン）は、焼入れ性を向上させる作用を有する。この作用を得るために、Ｍｎ含有率は０．３質量％以上とする。一方、Ｍｎ含有率が多過ぎると、加工性および熱間加工性が低下する。よって、Ｍｎ含有率は１．５質量％以下とする。
〔Ｐ：０．０３質量％以下〕
Ｐ（リン）は、素材をなす鋼中に多量に存在すると、結晶粒界に偏折して粒界を脆化させる原因となる。このため、少なければ少ないほどよいが、製造上実用的な上限として０．０３質量％とする。
〔Ｓ：０．０３質量％以下〕
Ｓ（硫黄）は、ＭｎＳなどの非金属介在物を生成し、切削性を向上させる作用を有する。しかし、Ｓ含有率が多過ぎると、表面疲労特性が劣化するため、その上限を０．０３質量％とする。

〔Ｍｏ：０．１質量％以上１．０質量％以下〕
Ｍｏは、Ｃｒと同様に、焼入れ性および焼戻し軟化抵抗性を向上させるとともに、ＷＥＣやトロイダル型無段変速機特有の組織変化を抑制する作用を有する。この作用を得るために、Ｍｏは０．１質量％以上とする。しかし、ＭｏはＣｒと同様に炭化物形成元素であるため、Ｍｏ含有率が多過ぎると、表面疲労特性を劣化させる粗大な共晶炭化物の生成を促進する。よって、Ｍｏ含有率は１．０質量％以下とする。

〔Ａｌ：０．０７質量％以下〕
Ａｌ（アルミニウム）は、製鋼時に脱酸剤としての作用を有するとともに、Ｎと結合して結晶粒を微細化することにより、鋼の靱性を向上させる作用も有する。特に、高い剪断応力やスピン滑りが発生した条件下で、上述したＷＥＣおよびトロイダル型無段変速機特有の組織変化の遅延を促進できるため、転がり疲れ寿命をより一層向上させる作用を有する。
このような組織変化を遅延させる作用は、鋼中にＡｌを単独で多量に含むことにより十分な効果が得られる。しかし、Ａｌ含有率が多過ぎると、その効果が飽和するとともに、靱性および加工性が劣化するため、その上限を０．０７質量％とする。

〔Ｎ：０．０５質量％以下〕
Ｎ（窒素）は、製鋼時の脱酸剤として低酸素化に有効に作用するとともに、窒化物形成元素と結合して結晶粒を微細化する作用や、基地に固溶して焼入れおよび焼戻し処理後の強度を高めることにより、転がり疲れ寿命を向上させる作用を有する。また、ＷＥＣおよびトロイダル型無段変速機特有の組織変化の遅延を促進することにより、転がり疲れ寿命を向上させる作用も有する。しかし、素材をなす鋼のＮ含有率が多過ぎると、靱性および加工性が劣化するため、その上限を０．０５質量％とする。

〔Ｎｂ：１．０質量％以下〕
Ｎｂ（ニオブ）は、上述したＷＥＣおよびトロイダル型無段変速機特有の組織変化を遅延させることにより、転がり疲れ寿命を向上させる作用を有する。また、Ｎｂは、炭化物を安定させることにより、耐摩耗性を向上させる作用も有する。さらに、Ｎｂは、結晶粒を微細化することにより、靱性を向上させる作用も有する。しかし、Ｎｂ含有率が多過ぎると、焼入れ時の固溶Ｃ量が減少して強度が低下するため、その上限を１．０質量％とする。
なお、本発明は、ハーフトロイダル型無段変速機に適用してもよいし、フルトロイダル型無段変速機に適用してもよい。
また、本発明のトロイダル型無段変速機において、前記表層部とは、表面から所定深さ（例えば、５０μｍの深さ）までの部分を指す。

本発明のトロイダル型無段変速機によれば、入出力ディスクおよびパワーローラの各動力伝達面や、パワーローラ支持軸受を構成する転動体の転動面において、表面疲労による剥離と、ＷＥＣやトロイダル型無段変速機に特有の組織変化による剥離とをともに抑制できる。よって、高い剪断応力やスピン滑りが発生する条件下で使用されるトロイダル型無段変速機の寿命を長くできる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明のトロイダル型無段変速機の一例であるハーフトロイダル型無段変速機を示す断面図である。なお、図１は、ハーフトロイダル型無段変速機の入力軸の軸方向に沿った断面である。
このハーフトロイダル型無段変速機は、図１に示すように、入力軸１と連動して回転する入力ディスク２と、出力軸と連動して回転する出力ディスク３と、これら両ディスク２，３間に配置されたパワーローラ５と、を備えている。両ディスク２，３の対向する内側面には、それぞれ断面円弧状の動力伝達面２ａ，３ａが形成されている。パワーローラ５は、両ディスク２，３の動力伝達面２ａ，３ａに摺接する動力伝達面５ａを有する。

また、このハーフトロイダル型無段変速機は、パワーローラ５を回転可能に支持する変位軸８と、この変位軸８を枢軸６を中心として入力軸１の軸方向（図１における左右方向）に揺動可能に支持するトラニオン７と、を備えている。
さらに、このハーフトロイダル型無段変速機は、パワーローラ５に加わるスラスト荷重を支持しつつ、パワーローラ５の回転を許容するスラスト軸受（パワーローラ支持軸受）２０を備えている。

スラスト軸受２０の内輪軌道面５ｂはパワーローラ５に形成され、外輪９はトラニオン７側に取り付けられている。そして、このスラスト軸受２０は、内輪軌道面５ｂおよび外輪軌道面９ａの間に複数の玉１０（パワーローラ支持軸受の転動体）が転動可能に配設され、この玉１０を転動可能に保持する保持器１１を備えている。
このハーフトロイダル型無段変速機では、入力軸１の回転がローディングカム１Ａ、入力ディスク２、パワーローラ５、出力ディスク３および出力歯車４を介して、出力軸に伝達されるようになっている。

そして、枢軸６を中心にトラニオン７を揺動させ、パワーローラ５の動力伝達面５ａを入力ディスク２の中心寄り部分と出力ディスク３の外周寄り部分とに変位させると、入力軸１の回転が出力軸に減速されて伝わり、逆にパワーローラ５の動力伝達面５ａを入力ディスク２の外周寄り部分と出力ディスク３の中心寄り部分とに変位させると、入力軸１の回転が出力軸に増速されて伝わるようになっている。

本実施形態では、ハーフトロイダル型無段変速機を構成する入力ディスク２、出力ディスク３、およびパワーローラ５を、以下のように作製した。
まず、表１に示す各含有率の鋼からなる素材を鍛造により所定形状に加工した後、表１に示す各方法の熱処理を施した。
なお、表１に「浸炭窒化→焼入れ焼戻し」で示す熱処理は、以下に示す条件で行った。まず、ＲＸガス＋エンリッチガス＋アンモニアガスの雰囲気中において、９３０℃で１０時間保持することにより浸炭窒化を行った後、油焼入れを行った。次に、１８０℃で２時間保持することにより焼戻しを行った。

また、表１に「浸炭→焼入れ焼戻し」で示す熱処理は、以下に示す条件で行った。まず、ＲＸガス＋エンリッチガスの雰囲気中において、９３０℃で１０時間保持することにより浸炭を行った後、油焼入れを行った。次に、１８０℃で２時間保持することにより焼戻しを行った。
さらに、表１に「焼入れ焼戻し」で示す熱処理は、以下に示す条件で行った。まず、ＲＸガス雰囲気中において、８４０℃で３時間保持した後、油焼入れを行った。次に、１８０℃で２時間保持することにより焼戻しを行った。

このようにして得られた入力ディスク２、出力ディスク３、およびパワーローラ５において、それぞれの動力伝達面２ａ，３ａ，５ａをなす表層部（表面から５０μｍまでの深さまでの部分）のＣおよびＮの合計含有率（Ｃ＋Ｎ）を、電子線マイクロアナライザ (ＥＰＭＡ）により測定した。この結果を、表１に併せて示した。
また、前記表層部の残留オーステナイト量（γ_R）を、Ｘ線回折装置により測定した。この結果を、表１に併せて示した。

さらに、前記表層部の硬さと、芯部（製品の断面中心）の硬さを、ビッカース硬度計を用いて測定した。この結果を、表１に併せて示した。
そして、これらの入力ディスク２、出力ディスク３、およびパワーローラ５と、これら以外の部品（通常品）とを用いて、ハーフトロイダル型無段変速機を組み立てた。
次に、これらのハーフトロイダル型無段変速機にトラクションオイルを充填して、以下に示す条件で耐久試験を行った。この耐久試験は、試験開始から１００時間までを上限として、入力ディスク２、出力ディスク３、およびパワーローラ５の少なくとも一つに破損（剥離または割れ）が生じるまでハーフトロイダル型無段変速機の運転を行い、破損が生じるまでの時間を寿命として測定した。この結果は、ワイブル分布関数に基づいて算出したＬ₁₀寿命として、表１に併せて示した。

〔耐久試験条件〕
入力軸の回転速度：４５００ｍｉｎ^-1
入力トルク：４００Ｎ・ｍ
最大面圧：３．５ＧＰａ
温度：１５０℃（但し、温度の測定は入力ディスク２の外径面で行っているため、高い剪断応力が加わる各動力伝達面ではこの温度よりも局部的に高くなっている。）
また、耐久試験後、破損が生じたサンプルにおいてはその破損部品を、破損が生じなかったサンプルにおいては入力ディスク２を光学顕微鏡を用いて観察し、ＷＥＣおよびトロイダル型無段変速機特有の組織変化の有無を調べた。この結果は、表１に併せて示した。

表１に示すように、ハーフトロイダル型無段変速機の入力ディスク２、出力ディスク３、およびパワーローラ５を全て本発明の構成（鋼中のＣ，Ｃｒの含有率と、前記表層部のＣおよびＮの合計含有率と、前記表層部の残留オーステナイト量と、前記表層部の硬さと、前記芯部の硬さ）とした発明例Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５では、入力ディスク２、出力ディスク３、パワーローラ５を本発明の構成外とした比較例Ｎｏ．６〜Ｎｏ．１２と比べて、長寿命であった。

発明例であるＮｏ．１〜Ｎｏ．５のうち、鋼中のＳｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓ，Ｍｏ，Ａｌ，Ｎ，Ｎｂの含有率についても特定したＮｏ．１〜Ｎｏ．４では、鋼中のＣ，Ｃｒの含有率のみを特定したＮｏ．５と比べて、長寿命であった。
一方、Ｎｏ．６では、素材となる鋼中のＣ含有率が本発明の範囲外であったため、前記表層部および芯部の硬さが低く、高い剪断応力に耐えられなかった。

また、Ｎｏ．７，８では、素材となる鋼中のＣｒ含有率が本発明の範囲外であったため、動力伝達面２ａ，３ａ，５ａに、組織変化による剥離が生じた。
さらに、Ｎｏ．９では、Ｃｒ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓ，Ｍｏ，Ａｌ，Ｎ，Ｎｂの含有率が本発明の範囲外であったため、動力伝達面２ａ，３ａ，５ａに、表面疲労による剥離と組織変化による剥離が生じた。

さらに、Ｎｏ．１０では、前記表層部のＣおよびＮの合計含有率が本発明の範囲外であったため、動力伝達面２ａ，３ａ，５ａに、表面疲労による剥離と組織変化による剥離が生じた。
さらに、Ｎｏ．１１では、本発明の範囲外の熱処理を施したことにより、前記表層部のＣおよびＮの合計含有率が本発明の範囲外であったため、靱性が不足して芯部に割れが生じるとともに、動力伝達面２ａ，３ａ，５ａに組織変化による剥離が生じた。

さらに、Ｎｏ．１２では、本発明の範囲外の熱処理を施したことにより、前記表層部の残留オーステナイト量が本発明の範囲外であったため、動力伝達面２ａ，３ａ，５ａに、圧痕縁を起点とする剥離と組織変化による剥離が生じた。
以上の結果から、入力ディスク２、出力ディスク３、およびパワーローラ５を本発明の構成（鋼中のＣ，Ｃｒの含有率と、前記表層部のＣおよびＮの合計含有率と、前記表層部の残留オーステナイト量と、前記表層部の硬さと、前記芯部の硬さ）にすることにより、ハーフトロイダル型無段変速機の寿命を長くできることが分かった。

また、上述した構成に加えて、入力ディスク２、出力ディスク３、およびパワーローラ５の素材となる鋼中のＳｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ａｌ，Ｎ，Ｎｂの含有率を特定することにより、ハーフトロイダル型無段変速機の寿命をさらに長くできることが分かった。
なお、本実施形態では、トロイダル型無段変速機の一例としてハーフトロイダル型無段変速機について説明したが、本発明はこれに限らず、図２に示すようなフルトロイダル型無段変速機に適用してもよい。

このフルトロイダル型無段変速機は、図２に示すように、対向する内側面に動力伝達面２ａ，３ａを有する入力ディスク２および出力ディスク３と、これらの動力伝達面２ａ，３ａに摺接する動力伝達面５ａを有するパワーローラ５と、このパワーローラ５に加わるラジアル荷重を支持しつつ、パワーローラ５の回転を許容するラジアル軸受（パワーローラ支持軸受）３０と、を備えている。このラジアル軸受３０は、内輪３１と、外輪３２と、内輪３１および外輪３２間に転動可能に配設される玉（転動体）３３と、からなる。

このようなフルトロイダル型無段変速機に本発明を適用する場合には、入力ディスク２、出力ディスク３、パワーローラ５、およびラジアル軸受３０の玉３３のうち少なくとも一つを、本発明の鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭または浸炭窒化処理と、焼入れ処理と、焼戻し処理とをこの順で施して作製する。そして、これらの動力伝達面２ａ，３ａ，５ａまたは転動面（玉３３の表面）をなす表層部の硬さと、前記表層部のＣおよびＮの合計含有率と、前記表層部の残留オーステナイト量と、芯部の硬さとを本発明の構成にする。

本発明のトロイダル型無段変速機の一例であるハーフトロイダル型無段変速機を示す断面図である。本発明のトロイダル型無段変速機の一例であるフルトロイダル型無段変速機を示す断面図である。

符号の説明

２入力ディスク
２ａ動力伝達面
３出力ディスク
３ａ動力伝達面
５パワーローラ
５ａ動力伝達面
１０玉（パワーローラ支持軸受の転動体）
２０スラスト軸受（パワーローラ支持軸受）
３０ラジアル軸受（パワーローラ支持軸受）
３３玉（パワーローラ支持軸受の転動体）

Claims

対向する内側面にそれぞれ断面円弧状の動力伝達面を有する入力ディスクおよび出力ディスクと、これら両ディスク間に配置されて、前記両動力伝達面に摺接する動力伝達面を有するパワーローラと、このパワーローラを前記両動力伝達面に対して摺接可能に支持するパワーローラ支持軸受と、を備えたトロイダル型無段変速機において、
前記入力ディスク、前記出力ディスク、前記パワーローラ、および前記パワーローラ支持軸受の転動体のうち少なくとも一つは、
質量比で、Ｃ含有率が０．３％以上０．６％以下で、Ｃｒ含有率が３％以上５％以下である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭または浸炭窒化処理と、焼入れ処理と、焼戻し処理とがこの順で施されて得られ、
その動力伝達面または転動面をなす表層部の硬さはＨｖ６９７以上、前記表層部のＣおよびＮの合計含有率は０．９％以上２．０％以下、前記表層部の残留オーステナイト量は１５体積％以上４５体積％以下となっているとともに、芯部の硬さはＨｖ３０２以上となっていることを特徴とするトロイダル型無段変速機。
前記鋼は、質量比で、含有率が０．３％以上２．０％以下であるＳｉ、含有率が０．３％以上１．５％以下であるＭｎ、含有率が０．０３％以下であるＰ、含有率が０．０３％以下であるＳ、含有率が０．１％以上１．０％以下であるＭｏ、含有率が０．０７％以下であるＡｌ、含有率が０．０５％以下であるＮ、含有率が１．０％以下であるＮｂのうち少なくとも一つ以上を、さらに含むことを特徴とする請求項１に記載のトロイダル型無段変速機。