JP3452238B2 - Rolling element for high surface pressure and manufacturing method thereof - Google Patents

Rolling element for high surface pressure and manufacturing method thereof

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JP3452238B2 JP16736398A JP16736398A JP3452238B2 JP 3452238 B2 JP3452238 B2 JP 3452238B2 JP 16736398 A JP16736398 A JP 16736398A JP 16736398 A JP16736398 A JP 16736398A JP 3452238 B2 JP3452238 B2 JP 3452238B2
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見 慎 二 伏
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、自動車な
どの車両やその他の回転動力源等において、トロイダル
式(転がり式)やベルト式(溝幅可変プーリー式)など
の無段変速機として使用可能な無段変速機に適し、その
うち、トロイダル式無段変速機やベルト式無段変速機を
構成する転動体に使用することが可能である高面圧用転
動体およびその製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is used as a continuously variable transmission such as a toroidal type (rolling type) or belt type (variable groove width pulley type) in vehicles such as automobiles and other rotary power sources. The present invention relates to a high surface pressure rolling element which is suitable for a continuously variable transmission that can be used, and can be used as a rolling element that constitutes a toroidal type continuously variable transmission or a belt type continuously variable transmission, and a manufacturing method thereof. .

【0002】[0002]

【従来の技術】無段変速機は大きく分けて、ベルトと溝
幅可変プーリーとを組み合わせたベルトドライブ方式
と、転動体を用いたトラクションドライブ方式とがあ
る。このうち、前者は、伝達動力の小さい場合について
既に用いられている。
2. Description of the Related Art Continuously variable transmissions are roughly classified into a belt drive system in which a belt and a variable groove width pulley are combined, and a traction drive system in which rolling elements are used. Of these, the former is already used when the transmitted power is small.

【0003】他方、トロイダル式(転がり式)は後者の
一つであり、高馬力に対応できる機構を有し、例えば、
図4に示すように、潤滑油を介して接触する金属製転動
体を用いた構造を有するものであって、このトロイダル
式無段変速機1は、入力軸2に接続したローディングカ
ム3および連結軸4を介して一体で回転する入力ディス
ク5,5を備えていると共に、歯車6,7を介して出力
軸8を回転させる出力ディスク9,9をそなえ、入力デ
ィスク5,5と出力ディスク9,9との間にパワーロー
ラー10,10,10,10を設け、各パワーローラー
10はボールベアリング11を介して各々支持体12に
より支持された構造を有するものである。
On the other hand, the toroidal type (rolling type) is one of the latter and has a mechanism capable of coping with high horsepower.
As shown in FIG. 4, the toroidal type continuously variable transmission 1 has a structure using metal rolling elements that come into contact with each other through lubricating oil. The toroidal type continuously variable transmission 1 includes a loading cam 3 connected to an input shaft 2 and a coupling. The input disks 5 and 5 that rotate integrally via the shaft 4 are provided, and the output disks 9 and 9 that rotate the output shaft 8 via the gears 6 and 7 are provided. , 9 are provided with power rollers 10, 10, 10, 10, and each power roller 10 is supported by a support 12 via a ball bearing 11.

【0004】そして、このトロイダル式無段変速機1で
は、入力ディスク5と出力ディスク9との間で挟まれた
パワーローラー10の傾きを変化させ、入出力ディスク
5,9の相対回転速度を変えて変速しつつ、入力軸2か
ら出力軸8へと動力を伝達する仕組みになっている(特
開平1−229158号公報など)。
In the toroidal type continuously variable transmission 1, the inclination of the power roller 10 sandwiched between the input disk 5 and the output disk 9 is changed to change the relative rotational speed of the input / output disks 5, 9. The mechanism is such that power is transmitted from the input shaft 2 to the output shaft 8 while shifting gears (Japanese Patent Laid-Open No. 1-229158, etc.).

【0005】このような無段変速機においては、大きな
動力を伝達するため、トロイダル式式無段変速機1の転
動体(入出力ディスク5,9,パワーローラー10)
は、高面圧下(例えば、3〜4GPa程度)での転動疲
労寿命に優れる高い表面硬度と深い硬化層深さ(例え
ば、ECD=2〜3mm程度)を得ることができるよう
な材料と製造方法が要求される。
In such a continuously variable transmission, in order to transmit a large amount of power, the rolling elements (input / output disks 5, 9, power roller 10) of the toroidal type continuously variable transmission 1 are transmitted.
Is a material and manufacturing capable of obtaining high surface hardness with excellent rolling contact fatigue life under high surface pressure (for example, about 3 to 4 GPa) and deep hardened layer depth (for example, ECD = 2 to 3 mm). A method is required.

【0006】また、図5はベルト(ドライブ)式無段変
速機の一例を示すものであって、このベルト式無段変速
機21は、原動側の溝幅可変プーリー22と従動側の溝
幅可変プーリー23との間にベルト24をかけわたした
構造を有するものであって、図5(A)に示すロー状態
では原動側の溝幅可変プーリー22が大きい溝幅W
なっていると共に従動側の溝幅可変プーリー23が小さ
い溝幅Wになっているものとなり、図5(B)に示す
オーバードライブ状態では原動側の溝幅可変プーリー2
2が小さい溝幅Wになっていると共に従動側の溝幅可
変プーリー23が大きい溝幅Wになっていて、これら
の間で変速比を無段で変えることができる仕組みになっ
ており、この場合の転動体(溝幅可変プーリー22,2
3)においても転動疲労寿命に優れているものであるこ
とが要求される。
FIG. 5 shows an example of a belt (drive) type continuously variable transmission. This belt type continuously variable transmission 21 has a variable groove width pulley 22 on the driving side and a groove width on the driven side. In the low state shown in FIG. 5A, the groove width variable pulley 22 on the driving side has a large groove width W L and a structure in which a belt 24 is wound around the variable pulley 23. it is assumed that the groove width variable pulley 23 of the driven side is a small groove width W S, 5 driving-side groove width varying pulley 2 in the overdrive state shown in (B)
2 has a small groove width W S and the driven side groove width variable pulley 23 has a large groove width W L , so that the gear ratio can be continuously changed between them. , Rolling elements in this case (variable groove width pulleys 22, 2
Also in 3), it is required that the rolling fatigue life is excellent.

【0007】このうち、トロイダル式無段変速機用の転
動体(ディスク5,9,パーワーローラー10)を製造
するに際しては、例えば、ディスク(5,9)の製造工
程を示す図6の(A)およびパーワーローラー(10)
を製造工程を示す図6の(B)より明らかであるよう
に、まず、購入したバー材を所定の寸法に切断すること
により鍛造素材5a,9a,10aとなし、次いで、予
め準備した金型を用いて型鍛造品5b,9b,10bの
形状に熱間鍛造で成形して徐冷した後、焼きならし処理
を施したものを鍛造後粗材とし、この鍛造後粗材を機械
加工で所定の図面寸法を有するディスク素材5c,9c
およびパーワーローラー素材10cに仕上げ、一般的に
は浸炭または浸炭窒化処理を施して製造されている。
Among these, when manufacturing the rolling elements (disks 5, 9 and power roller 10) for the toroidal type continuously variable transmission, for example, the manufacturing process of the disk (5, 9) is shown in FIG. ) And power rollers (10)
As is apparent from FIG. 6B showing the manufacturing process, first, the bar material purchased is cut into predetermined dimensions to form the forging materials 5a, 9a, and 10a, and then the metal mold prepared in advance. After hot forging into the shape of the die forgings 5b, 9b, 10b using, and slowly cooling it, the normalized material is used as the forged rough material, and the forged rough material is machined. Disc materials 5c and 9c having predetermined drawing dimensions
The power roller material 10c is finished and generally carburized or carbonitrided.

【0008】また、ベルト式無段変速機用転動体(プー
リー22,23)もほぼ同様の工程で図7に示すような
プーリー素材22c,23cに成形したのち浸炭または
浸炭窒化処理を施して製造されている。
The belt type continuously variable transmission rolling elements (pulleys 22 and 23) are manufactured by forming the pulley materials 22c and 23c as shown in FIG. 7 and then carburizing or carbonitriding them in substantially the same process. Has been done.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の転動体にあっては、転動体素材に対し浸炭ま
たは浸炭窒化処理を施してマトリックスをマルテンサイ
ト組織のまま、あるいは、マルテンサイト組織の中に微
細な(粒径0.2〜0.3μmほどの)炭化物や炭窒化
物を面積率で2〜10%程度析出させたものとしていた
ため、面圧3.5GPaまでは実用に耐える得るもので
あったが、ユニットの小型,軽量化が燃費向上の見地か
ら重要視されていることから、ユニットの小型,軽量化
を実現するためには面圧を5GPa程度にする必要があ
る。
However, in such a conventional rolling element, the rolling element material is carburized or carbonitrided to leave the matrix in the martensite structure or the martensite structure. Since minute carbides (having a particle size of 0.2 to 0.3 μm) or carbonitrides are deposited in an area ratio of about 2 to 10%, a surface pressure of up to 3.5 GPa can be practically used. However, since reduction in size and weight of the unit is emphasized from the viewpoint of improving fuel efficiency, it is necessary to set the surface pressure to about 5 GPa in order to reduce the size and weight of the unit.

【0010】ところが、面圧が大きくなると最大剪断応
力発生位置も深さ約0.9mmと深くなり、発熱量も多
くなるため、最大剪断応力発生位置で組織変化が早期に
発生する可能性があり、組織変化が発生するとこの組織
変化部を起点として面疲労破損することもありうるとい
う問題点や、使用途中で発生する摩耗粉などを転動面に
噛み込むことによる表面起点の剥離が発生することもあ
りうるという問題点や、高面圧化による曲げ疲労強度の
不足も起こりうるという問題点があった。
However, when the surface pressure increases, the maximum shear stress generation position also becomes deep with a depth of about 0.9 mm, and the amount of heat generation also increases. Therefore, there is a possibility that the tissue change will occur at the maximum shear stress generation position at an early stage. When a microstructure change occurs, surface fatigue damage may occur from this microstructure change point as a starting point, and peeling of the surface starting point occurs due to the inclusion of wear debris generated during use in the rolling surface. However, there is a problem that bending fatigue strength may be insufficient due to high surface pressure.

【0011】[0011]

【発明の目的】本発明は、このような従来の問題点に着
目してなされたものであって、表面から深さ約0.9m
mの最大剪断応力発生位置を超え応力影響深さ以上の
1.5〜3.0mmまで、場合によっては1.5〜2.
0mm、あるいは、2.0〜3.0mmまでを組織変化
および分解しないチル組織(すなわち、鉄化合物である
セメンタイト(FeC)組織)とすることで内部起点
の剥離を防止し、セメンタイトの硬度はHv1100〜
1300であるので摩耗粉等の異物噛み込みによる表面
破損も防止可能となり、更に、セメンタイト部以外のマ
ルテンサイト,ベーナイトおよび/またはソルバイト部
の疲労強度および耐摩耗性向上を図るためにセメンタイ
トの分解温度以下の温度で化合物層の出ない窒化処理を
施し、さらにショットピーニング処理で窒化部に対し窒
化で発生する圧縮残留応力よりも強い圧縮残留応力を付
加することにより、上記問題点を解決することを目的と
している。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made by paying attention to such a conventional problem and has a depth of about 0.9 m from the surface.
m to a maximum shear stress generation position of 1.5 to 3.0 mm, which is not less than the stress-affected depth, and in some cases 1.5 to 2.
0 mm or 2.0 to 3.0 mm has a chill structure that does not change and decomposes (that is, a cementite (Fe 3 C) structure that is an iron compound) to prevent peeling from the internal origin and to improve the hardness of cementite. Is Hv1100-
Since it is 1300, surface damage due to foreign matter such as abrasion powder can be prevented, and the decomposition temperature of cementite can be increased to improve the fatigue strength and wear resistance of martensite, bainite and / or sorbite other than cementite. By subjecting the compound layer to nitriding treatment at a temperature below and further applying a compressive residual stress stronger than the compressive residual stress generated in nitriding to the nitrided portion by shot peening treatment, it is possible to solve the above problems. Has an aim.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明に係わる高面圧用
転動体は、請求項1に記載しているように、高面圧を受
ける転動体において、鋳造冷却のままでマルテンサイト
組織またはベーナイト組織または両者の混合組織となる
空気焼き入れ(鋳)鋼(鋳造後の冷却速度を制御してマ
ルテンサイト組織またはベーナイト組織またはソルバイ
ト組織またはこれらの2種ないしは3種の混合組織とな
る場合をも含む。)を素材としてなり、転動体の転動面
における表面から1.5〜3.0mmがチル組織(セメ
ンタイト組織)となっていると共に、芯部がマルテンサ
イト組織またはベーナイト組織または両者の混合組織と
なっているものとした特徴としている。
A rolling element for high surface pressure according to the present invention is, as described in claim 1, in a rolling element subjected to a high surface pressure, a martensite structure or bainite in a cast and cooled state. An air-quenched (cast) steel having a microstructure or a mixed microstructure of both (a martensitic microstructure, a bainite microstructure, a sorbite microstructure, or a mixed microstructure of two or three of these may be obtained by controlling the cooling rate after casting). Is used as a material, and 1.5 to 3.0 mm from the surface of the rolling surface of the rolling element has a chill structure (cementite structure), and the core has a martensite structure or bainite structure or a mixture of both. The feature is that it is organized.

【0013】そして、本発明に係わる高面圧用転動体の
実施態様においては、請求項2に記載しているように、
マトリックス硬度がHRC30〜35のソルバイト組織
となっているものとすることができる。
In an embodiment of the rolling element for high surface pressure according to the present invention, as described in claim 2,
The matrix hardness may be a sorbite structure having an HRC of 30 to 35.

【0014】同じく、本発明に係わる高面圧用転動体の
実施態様においては、請求項3に記載しているように、
転動体の一部が中空となっていて軽量化が図られている
ものとすることができる。
Similarly, in an embodiment of the rolling element for high surface pressure according to the present invention, as described in claim 3,
A part of the rolling element may be hollow to reduce the weight.

【0015】同じく、本発明に係わる高面圧用転動体の
実施態様においては、請求項4に記載しているように、
窒化処理が施されていて疲労強度の向上が図られている
ものとすることができる。
Similarly, in an embodiment of the rolling element for high surface pressure according to the present invention, as described in claim 4,
The nitriding treatment may be performed to improve the fatigue strength.

【0016】同じく、本発明に係わる高面圧用転動体の
実施態様においては、請求項5に記載しているように、
チル組織以外の部分にショットピーニングによる圧縮残
留応力が付与されていて疲労強度の向上が図られている
ものとすることができる。
Similarly, in an embodiment of the rolling element for high surface pressure according to the present invention, as described in claim 5,
A compressive residual stress due to shot peening is applied to a portion other than the chill structure to improve fatigue strength.

【0017】同じく、本発明に係わる高面圧用転動体の
実施態様においては、請求項6に記載しているように、
転動面の表面が硬度Hv1100〜1300のチル組織
(セメンタイト(FeC)組織)となっていて耐異物
噛み込み性の向上が図られているものとすることができ
る。
Similarly, in an embodiment of the rolling element for high surface pressure according to the present invention, as described in claim 6,
The surface of the rolling surface may have a chill structure (cementite (Fe 3 C) structure) having a hardness of Hv1100 to 1300 to improve the foreign matter biting resistance.

【0018】本発明に係わる高面圧用転動体の製造方法
は、請求項7に記載しているように、耐高面圧性の優れ
た転動体を製造するに際し、鋳造冷却のままでマルテン
サイト組織またはベーナイト組織または両者の混合組織
となる空気焼き入れ(鋳)鋼(鋳造後の冷却速度を制御
してマルテンサイト組織またはベーナイト組織またはソ
ルバイト組織またはこれらの2種ないしは3種の混合組
織となる場合をも含む。)を溶製してその鋳鋼溶湯を準
備すると共に、鋳型内部のうち前記転動体の転動面に相
当する部位に前記鋳鋼溶湯が接触したときに熱を奪って
チル組織化するチラーをセットした状態とし、前記鋳型
内に前記鋳鋼溶湯を注入・鋳造して前記転動面の表面か
ら1.5〜3.0mmをチル組織とし、冷却した状態で
芯部をマルテンサイト組織またはベーナイト組織または
両者の混合組織とするようにしたことを特徴としてい
る。
According to the method for producing a rolling element for high surface pressure according to the present invention, as described in claim 7, when a rolling element having excellent resistance to high surface pressure is produced, the martensite structure is left as it is in the casting cooling state. Or an air-quenched (cast) steel having a bainite structure or a mixed structure of both (in the case where a cooling rate after casting is controlled to form a martensite structure, a bainite structure, a sorbite structure, or a mixed structure of two or three of these) Is also prepared to prepare a cast steel melt thereof, and when the cast steel melt comes into contact with a portion corresponding to the rolling surface of the rolling element inside the mold, heat is taken to form a chill structure. With the chiller set, the molten cast steel is poured into the mold and cast to form a chill structure of 1.5 to 3.0 mm from the surface of the rolling surface, and the core is martensa in a cooled state. It is characterized in that as a preparative tissue or bainite structure or both mixed structure of.

【0019】そして、本発明に係わる高面圧用転動体の
製造方法の実施態様においては、請求項8に記載してい
るように、鋳造後制御冷却してマトリックス硬度をHR
C30〜35のソルバイト組織とするようになすことが
できる。
In an embodiment of the method for producing a rolling element for high surface pressure according to the present invention, as described in claim 8, the matrix hardness is controlled by cooling after casting to reduce the matrix hardness to HR.
It can be made to have a solvite structure of C30 to 35.

【0020】同じく、本発明に係わる高面圧用転動体の
製造方法の実施態様においては、請求項9に記載してい
るように、鋳型として精密鋳造鋳型を用いることで次工
程の機械加工工程を短縮化するようになすことができ
る。
Similarly, in the embodiment of the method for manufacturing a rolling element for high surface pressure according to the present invention, as described in claim 9, by using a precision casting mold as a mold, the machining step of the next step is performed. It can be shortened.

【0021】同じく、本発明に係わる高面圧用転動体の
製造方法の実施態様においては、請求項10に記載して
いるように、転動体の一部を中空化して軽量化を図るよ
うになすことができる。
Similarly, in an embodiment of the method for manufacturing a rolling element for high surface pressure according to the present invention, as described in claim 10, a part of the rolling element is made hollow so as to reduce the weight. be able to.

【0022】同じく、本発明に係わる高面圧用転動体の
製造方法の実施態様においては、請求項11に記載して
いるように、冷却後にセメンタイト分解開始温度600
℃以下の温度で窒化処理して疲労強度の向上を図るよう
になすことができ、この場合に、請求項12に記載して
いるように、窒化処理において化合物層(白層)を出さ
ないようになすことがより望ましい。
Similarly, in an embodiment of the method for manufacturing a rolling element for high surface pressure according to the present invention, as described in claim 11, the cementite decomposition start temperature 600 after cooling is set.
Nitriding treatment may be performed at a temperature of ℃ or less to improve fatigue strength. In this case, as described in claim 12, the compound layer (white layer) is not generated in the nitriding treatment. It is more desirable to

【0023】同じく、本発明に係わる高面圧用転動体の
製造方法の実施態様においては、請求項13に記載して
いるように、チル組織以外の部分をショットピーニング
処理して圧縮残留応力を付与することにより疲労強度の
向上を図るようになすことができる。
Similarly, in an embodiment of the method for manufacturing a rolling element for high surface pressure according to the present invention, as described in claim 13, a portion other than the chill structure is subjected to shot peening to impart a compressive residual stress. By doing so, the fatigue strength can be improved.

【0024】同じく、本発明に係わる高面圧用転動体の
製造方法の実施態様においては、請求項14に記載して
いるように、転動体の表面を硬度Hv1100〜130
0のチル組織(セメンタイト(FeC)組織)とする
ことで耐異物噛み込み性を向上させるようになすことが
できる。
Similarly, in an embodiment of the method for manufacturing a rolling element for high surface pressure according to the present invention, as described in claim 14, the surface of the rolling element has a hardness Hv1100 to 130.
By setting the chill structure to be 0 (cementite (Fe 3 C) structure), it is possible to improve the foreign matter biting resistance.

【0025】[0025]

【発明の作用】例えば、トロイダル式無段変速機用転動
体(ディスク5,9,パーワーローラー10)やベルト
式無段変速機用転動体(溝幅可変プーリー22,23)
の素材としては、軸受用鋼として開発された清浄鋼(低
酸素・低硫黄鋼)が用いられている。これは、転動体が
転がり軸受とほぼ同じ作動状況にさらされていることに
よる。
For example, rolling elements for the toroidal type continuously variable transmission (discs 5, 9, power roller 10) and rolling elements for belt type continuously variable transmission (variable groove width pulleys 22, 23).
As the material of, the clean steel (low oxygen / low sulfur steel) developed as a bearing steel is used. This is because the rolling elements are exposed to almost the same operating conditions as the rolling bearing.

【0026】すなわち、トロイダル式無段変速機用転動
体におけるディスクとパーワーローラーとの間は滑りの
ほとんど無い転がり接触であって、ヘルツの接触応力で
3〜3.5GPaの面圧で作動している。
That is, there is almost no rolling contact between the disk and the power roller in the rolling element for a toroidal type continuously variable transmission, and the contact force of Hertz operates at a surface pressure of 3 to 3.5 GPa. There is.

【0027】そして、この場合の破損モードは面疲労に
よる剥離であり、その起点はヘルツの接触応力で発生す
る最大剪断応力の生じている材料内部であって、接触応
力3〜3.5GPaでは表面下0.6〜0.8mmの位
置である。
The failure mode in this case is delamination due to surface fatigue, and the starting point is inside the material where the maximum shearing stress generated by the contact stress of Hertz is generated, and at the contact stress of 3 to 3.5 GPa. The lower position is 0.6 to 0.8 mm.

【0028】この種の転動体に清浄鋼を用いる理由は、
非金属介在物、特に酸化物系介在物の少ない鋼でない
と、最大剪断応力発生位置に酸化物系介在物が存在した
場合にこれを起点として早期に剥離を生ずるおそれがあ
るからである。
The reason why clean steel is used for this type of rolling element is as follows.
This is because unless the steel has a small amount of non-metallic inclusions, especially oxide-based inclusions, when oxide-based inclusions are present at the position where the maximum shear stress occurs, there is a risk of early delamination starting from this.

【0029】しかしながら、このような清浄鋼を用いた
ときでも、例えば、2×10回程度の寿命で剥離が発
生することもある。そして、この剥離の原因は、最大剪
断応力発生深さ付近での発熱による組織変化であること
が判明した。
However, even when such clean steel is used, peeling may occur with a life of, for example, about 2 × 10 7 times. Then, it was found that the cause of this peeling was a microstructural change due to heat generation in the vicinity of the maximum shear stress generation depth.

【0030】転動体であるディスクとパーワーローラー
は、トラクション油を介して接触しており、直接接触す
ること無くトルクを伝達する機構になっているが、面圧
の上昇とともに発熱量も多くなり、接触応力3〜3.5
GPaレベルのものでは特に問題無く実用化できるが、
それ以上の面圧では組織変化が早期に発生し、大容量ト
ロイダル式無段変速機用転動体としては実用化が困難で
あることが判明した。
The disk, which is a rolling element, and the power roller are in contact with each other through the traction oil and have a mechanism for transmitting torque without direct contact. However, as the surface pressure increases, the amount of heat generated increases, Contact stress 3-3.5
With GPa level, it can be put to practical use without any particular problems.
It has been found that when the surface pressure is higher than that, a structural change occurs early and it is difficult to put it into practical use as a rolling element for a large capacity toroidal type continuously variable transmission.

【0031】接触圧力3.5GPaで使用される転動体
部分の温度は約180℃であるが、5GPaになると約
250℃と高くなるため、この温度で組織変化も分解も
しない組織として、金属間化合物が適していることにな
る。
The temperature of the rolling element portion used at a contact pressure of 3.5 GPa is about 180 ° C., but when it reaches 5 GPa it rises to about 250 ° C. Therefore, at this temperature the structure does not change or decompose, and The compound will be suitable.

【0032】なお、転動体として具備しなければならな
い特性として、曲げ疲労強度と衝撃強度があり、それぞ
れの設計値として小野式回転曲げ疲労限で約1000M
Pa,シャルピー吸収エネルギーで約10〜20Jがあ
る。
Bending fatigue strength and impact strength are characteristics that must be provided as rolling elements, and their design values are about 1000 M at Ono-type rotating bending fatigue limit.
Pa, Charpy absorbed energy is about 10 to 20 J.

【0033】このような表面および芯部の特性を具備し
た転動体として、表面部分をセメンタイトとし、芯部を
マルテンサイトまたはベーナイトないしは両者の混合組
織とするため、鋳鋼によるチル化材料としては、鋳造後
の冷却だけでマルテンサイト,ベーナイトまたは両者の
混合組織を得られる合金成分のものと、鋳造後の冷却速
度を制御することで、前記組織ないしはソルバイト組織
の得られる合金成分のものも含まれる。
As a rolling element having such surface and core characteristics, the surface portion is made of cementite, and the core portion is made of martensite or bainite or a mixed structure of the two. These include alloy components having a martensite, bainite, or a mixed structure of both, which are obtained only by subsequent cooling, and alloy components having the above structure or a sorbite structure by controlling the cooling rate after casting.

【0034】そして、窒化については、NHガス等を
用いるガス窒化,ガス軟窒化,イオン窒化など現在公知
の窒化は全て適用可能なことは容易に想像できることで
ある。
As for the nitriding, it is easily conceivable that all the nitriding known at present such as gas nitriding using NH 3 gas, gas soft nitriding and ion nitriding can be applied.

【0035】本発明は、上記した知見にもとづいてなさ
れたものであって、以下さらに詳細に説明する。
The present invention has been made based on the above findings, and will be described in more detail below.

【0036】本発明による耐高面圧性の優れた転動体を
製造するに際しては、鋳造冷却のままでマルテンサイト
組織またはベーナイト組織または両者の混合組織または
鋳造後の冷却速度の制御により得られるソルバイト組織
またはこのソルバイト組織を含めた2種ないしは3種の
混合組織となる空気焼き入れ鋼を使用する。このような
鋼としては、JIS G 4404で制定するSKD材
や、適宜の特性改善元素を添加した空気焼入れ鋼などが
ある。
In producing the rolling element excellent in high surface pressure resistance according to the present invention, a martensite structure, a bainite structure, a mixed structure of the two, or a sorbite structure obtained by controlling the cooling rate after casting, while being cast and cooled. Alternatively, air-quenched steel having a mixed structure of two or three kinds including this sorbite structure is used. Examples of such steels include SKD materials established by JIS G 4404 and air-hardened steels to which appropriate property improving elements are added.

【0037】そして、この鋼を溶製してその鋳鋼溶湯を
準備すると共に、鋳型(たとえば、砂型)内部のうち前
記転動体の転動面に相当する部位に前記鋳鋼溶湯が接触
した時に熱を素早く奪ってチル組織化するチラー(冷や
し金など)を各部材の熱膨張・熱収縮を考慮してセット
した状態とする。
Then, this steel is smelted to prepare its cast steel melt, and heat is generated when the cast steel melt comes into contact with a portion inside the mold (for example, a sand mold) corresponding to the rolling surface of the rolling element. A chiller (chilling plate, etc.) that quickly takes away and forms a chill structure is set in consideration of the thermal expansion and contraction of each member.

【0038】次いで、前記鋳型内に前記鋳鋼溶湯を注入
して鋳造することによって、前記転動面の表面から1.
5〜3.0mmの部分をチル組織とし、冷却した状態で
芯部をマルテンサイト組織またはベーナイト組織または
両者の混合組織とする。
Then, the molten cast steel is poured into the casting mold and cast, so that 1. from the surface of the rolling surface.
The portion of 5 to 3.0 mm has a chill structure, and the core portion has a martensite structure or bainite structure or a mixed structure of both in a cooled state.

【0039】この場合、鋳造後制御冷却を行うことによ
って、前記マルテンサイト組織やベーナイト組織と共
に、あるいはこれらの組織を伴うことなく、マトリック
ス硬度をHRC30〜35のソルバイト組織とするよう
になすこともできる。
In this case, by performing controlled cooling after casting, the matrix hardness can be made to be a sorbite structure of HRC 30 to 35 together with the martensite structure or bainite structure or without these structures. .

【0040】このようにして表面から深さ約0.9mm
の最大剪断応力発生位置を超え応力影響深さ以上の1.
5〜3.0mmまで、場合によっては1.5〜2.0m
mまで、あるいは、2.0〜3.0mmまでを組織変化
および分解しないチル組織(すなわち、鉄化合物である
セメンタイト(FeC)組織)とすることで、内部起
点の剥離を防止することができるようになり、接触圧力
5GPaレベルにおいても十分に使用に耐え得る転動体
となる。
In this way, the depth from the surface is about 0.9 mm.
Above the maximum shear stress generation position of 1.
5 to 3.0 mm, 1.5 to 2.0 m in some cases
It is possible to prevent exfoliation from the internal origin by making the chill structure (that is, the cementite (Fe 3 C) structure which is an iron compound) up to m or 2.0 to 3.0 mm into which the structure does not change and decompose. As a result, the rolling element can withstand use even at a contact pressure of 5 GPa.

【0041】ここで、チル組織の深さについてさらに説
明すれば、例えば、トロイダル式無段変速機に使用され
る転動体(ディスク5,9,パーワーローラー10)の
場合、面圧5GPaでの最大剪断応力発生深さは0.9
〜1.2mmであり、その応力の影響深さは約1.8m
mまであるので、チル組織についてはこれ以上の深さが
必要となることから、深さは2.0mm以上とすること
が望ましい。また、上限については、転動体の肉厚が約
10mmであるとした場合に、硬化層(チル層:セメン
タイト層)と母材との比が0.3を超えると衝撃強度が
大幅に低下することとなるため、3.0mm以下とする
ことが望ましい。
Here, the depth of the chill structure will be further described. For example, in the case of rolling elements (disks 5, 9 and power roller 10) used in a toroidal type continuously variable transmission, the maximum pressure at a surface pressure of 5 GPa is obtained. Shear stress generation depth is 0.9
~ 1.2 mm, the depth of influence of the stress is about 1.8 m
Since the depth is up to m, the chill structure needs to have a depth greater than this. Therefore, the depth is preferably 2.0 mm or more. Regarding the upper limit, when the rolling element has a wall thickness of about 10 mm, the impact strength significantly decreases when the ratio of the hardened layer (chill layer: cementite layer) to the base material exceeds 0.3. Therefore, it is desirable to set it to 3.0 mm or less.

【0042】他方、ベルト式無段変速機に使用される転
動体(溝幅可変プーリー22,23)の場合、面圧は2
〜3GPaであるため、最大剪断応力発生深さは0.3
〜0.6mmであり、その応力の影響深さは約1.3m
mほどであるため、チル組織(セメンタイト層)の厚さ
は1.5〜2.0mmでよいこととなる。
On the other hand, in the case of the rolling elements (variable groove width pulleys 22 and 23) used in the belt type continuously variable transmission, the surface pressure is 2
Since it is ~ 3 GPa, the maximum shear stress generation depth is 0.3.
~ 0.6mm, the depth of influence of the stress is about 1.3m
Since it is about m, the thickness of the chill structure (cementite layer) may be 1.5 to 2.0 mm.

【0043】そして、鋳型として精密鋳造鋳型(例え
ば、ロストワックス鋳型)を用いることによって、ニヤ
ネットシェイプの鋳造品とし、次工程の機械加工等の仕
上げ加工を短縮化するようになすことも可能である。
By using a precision casting mold (for example, a lost wax mold) as a mold, it is possible to make a near net shape casting product and shorten the finishing process such as the machining process in the next step. is there.

【0044】また、場合によっては、前記鋳型と共に適
宜の中子を用いて転動体の一部を中空化することによっ
てさらなる軽量化を図るようになすこともできる。
In some cases, it is possible to further reduce the weight by hollowing a part of the rolling element by using an appropriate core together with the mold.

【0045】さらにまた、場合によっては、冷却後にセ
メンタイト分解開始温度600℃以下の温度(すなわ
ち、セメンタイトが分解しない温度)で化合物層の出な
い窒化処理を施してセメンタイト部以外のマルテンサイ
ト,ベーナイトおよび/またはソルバイト部の疲労強度
および耐摩耗性のさらなる向上をはかるようになすこと
もできる。この場合、窒化処理において化合物層(白
層)を出さないようにすることがより望ましい。
Furthermore, in some cases, after cooling, a nitriding treatment is performed at a temperature of 600 ° C. or less (ie, a temperature at which cementite does not decompose) at which cementite decomposition starts, so that a nitriding treatment that does not leave a compound layer is performed, and martensite, bainite, and Further, the fatigue strength and wear resistance of the sorbite part can be further improved. In this case, it is more desirable not to expose the compound layer (white layer) in the nitriding treatment.

【0046】さらにまた、チル組織以外の部分をショッ
トピーニング処理して圧縮残留応力(例えば、−800
MPa以下)を付与することにより、そしてまた、窒化
処理した場合の窒化部に対し窒化で発生する圧縮残留応
力よりも強い圧縮残留応力を付加することにより、疲労
強度および耐摩耗性のさらなる向上を図るようになすこ
ともできる。
Furthermore, a portion other than the chill structure is subjected to shot peening to compressive residual stress (for example, -800).
(MPa or less), and also by adding a compressive residual stress stronger than the compressive residual stress generated by nitriding to the nitrided portion in the case of nitriding treatment, further improve fatigue strength and wear resistance. It can also be designed as intended.

【0047】さらにまた、表面を硬度Hv1100〜1
300のチル組織(セメンタイト(FeC))組織と
することで耐異物噛み込み性をさらに向上させたものと
するようになすこともでき、摩耗粉等の異物噛み込みに
よる表面破損も十分に阻止されることとなる。
Furthermore, the surface has a hardness of Hv 1100 to 1
A 300 chill structure (cementite (Fe 3 C)) structure can be used to further improve the foreign matter entrapment resistance, and the surface damage due to the entrapment of foreign matter such as abrasion powder is also sufficient. Will be blocked.

【0048】[0048]

【発明の効果】本発明による高面圧用転動体によれば、
請求項1に記載しているように、高面圧を受ける転動体
において、鋳造冷却のままでマルテンサイト組織または
ベーナイト組織または両者の混合組織となる空気焼き入
れ鋼を素材としてなり、転動体の転動面における表面か
ら1.5〜3.0mmがチル組織(セメンタイト組織)
となっていると共に、芯部がマルテンサイト組織または
ベーナイト組織または両者の混合組織となっているもの
としたから、転動時の発熱による組織変化を防止するこ
とが可能となって内部起点の剥離を防止することができ
るようになり、機械的強度も大であって接触圧力5GP
aレベルにおいても十分に使用に耐え得る耐久性の良好
な高面圧用転動体を提供することが可能であるという著
しく優れた効果がもたらされる。
According to the rolling element for high surface pressure according to the present invention,
According to a first aspect of the present invention, in a rolling element subjected to a high surface pressure, air-quenched steel that becomes a martensitic structure, a bainite structure or a mixed structure of both in a cast and cooled state is used as a material, 1.5 to 3.0 mm from the surface of the rolling surface is a chill structure (cementite structure)
In addition, since the core has a martensite structure, a bainite structure, or a mixed structure of both, it is possible to prevent structural change due to heat generation during rolling, and peeling from the internal origin Can be prevented, the mechanical strength is large, and the contact pressure is 5 GP.
Even at the a level, it is possible to provide a rolling element for high surface pressure with good durability that can sufficiently withstand use, which is a remarkably excellent effect.

【0049】そして、請求項2に記載しているように、
マトリックス硬度がHRC30〜35のソルバイト組織
となっているものとすることによって、耐久性がより一
層向上した高面圧用転動体を提供することが可能である
という著しく優れた効果がもたらされる。
Then, as described in claim 2,
By having a sorbite structure having a matrix hardness of HRC 30 to 35, a remarkably excellent effect that it is possible to provide a rolling element for high surface pressure with further improved durability is brought about.

【0050】また、請求項3に記載しているように、転
動体の一部が中空となっていて軽量化が図られているも
のとすることによって、燃費の向上に少しでも寄与しう
る高面圧用転動体を提供することが可能であるという著
しく優れた効果がもたらされる。
Further, as described in claim 3, by making a part of the rolling element hollow so as to reduce the weight, it is possible to contribute to the improvement of fuel consumption even a little. The outstanding effect that it is possible to provide a rolling element for surface pressure is brought about.

【0051】さらにまた、請求項4に記載しているよう
に、窒化処理が施されていて疲労強度の向上が図られて
いるものとすることによって、耐久性がさらに向上した
高面圧用転動体を提供することが可能であるという著し
く優れた効果がもたらされる。
Further, as described in claim 4, the nitriding treatment is performed to improve the fatigue strength, so that the rolling element for high surface pressure has further improved durability. It is possible to provide a significantly superior effect.

【0052】さらにまた、請求項5に記載しているよう
に、チル組織以外の部分にショットピーニングによる圧
縮残留応力が付与されていて疲労強度の向上が図られて
いるものとすることによって、耐久性がさらに向上した
高面圧用転動体を提供することが可能であるという著し
く優れた効果がもたらされる。
Further, as described in claim 5, the compressive residual stress by shot peening is applied to the portion other than the chill structure to improve the fatigue strength. The remarkably excellent effect that it is possible to provide a rolling element for high surface pressure having further improved properties is brought about.

【0053】さらにまた、請求項6に記載しているよう
に、転動面の表面が硬度Hv1100〜1300のチル
組織(セメンタイト(FeC)組織)となっていて耐
異物噛み込み性の向上が図られているものとすることに
よって、摩耗粉などを転動面に噛み込むことによる表面
起点の剥離を防止して耐久性をさらに向上することがで
きる高面圧用転動体を提供することが可能であるという
著しく優れた効果がもたらされる。
Furthermore, as described in claim 6, the surface of the rolling surface has a chill structure (cementite (Fe 3 C) structure) having a hardness of Hv1100 to 1300, and the foreign matter biting resistance is improved. It is possible to provide a rolling element for high surface pressure capable of further improving durability by preventing separation of the starting point of the surface due to the inclusion of abrasion powder or the like in the rolling surface. It has the remarkable advantage of being possible.

【0054】本発明による高面圧用転動体の製造方法に
よれば、請求項7に記載しているように、耐高面圧性の
優れた転動体を製造するに際し、鋳造冷却のままでマル
テンサイト組織またはベーナイト組織または両者の混合
組織となる空気焼き入れ鋼を溶製してその鋳鋼溶湯を準
備すると共に、鋳型内部のうち前記転動体の転動面に相
当する部位に前記鋳鋼溶湯が接触したときに熱を奪って
チル組織化するチラーをセットした状態とし、前記鋳型
内に前記鋳鋼溶湯を注入・鋳造して前記転動面の表面か
ら1.5〜3.0mmをチル組織とし、冷却した状態で
芯部をマルテンサイト組織またはベーナイト組織または
両者の混合組織とするようにしたから、転動時の発熱に
よる組織変化を防止することが可能であって内部起点の
剥離を防止することができ、機械的強度も大であって接
触圧力5GPaレベルにおいても十分に使用に耐えうる
耐久性の良好な高面圧用転動体を製造することが可能で
あるという著しく優れた効果がもたらされる。
According to the method for producing a rolling element for high surface pressure according to the present invention, as described in claim 7, in producing a rolling element excellent in resistance to high surface pressure, martensite is used while being cast and cooled. While preparing an air-quenched steel to be a structure or a bainite structure or a mixed structure of both, and preparing the cast steel molten metal, the molten cast steel comes into contact with a portion corresponding to the rolling surface of the rolling element inside the mold. Sometimes a chiller that takes heat to form a chill structure is set, and the molten cast steel is poured and cast into the mold to form a chill structure 1.5 to 3.0 mm from the surface of the rolling surface, and then cooled. Since the core is made to have a martensite structure, a bainite structure, or a mixed structure of both in this state, it is possible to prevent a structural change due to heat generation during rolling and prevent peeling from the internal origin. Can be, mechanical strength results in markedly excellent effect that it is possible to produce a good high surface pressure rolling elements durability to withstand sufficiently used even in a large contact pressure 5GPa level.

【0055】そして、請求項8に記載しているように、
鋳造後制御冷却してマトリックス硬度をHRC30〜3
5のソルバイト組織とするようになすことによって、耐
久性がより一層向上した高面圧用転動体を製造すること
が可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
Then, as described in claim 8,
Controlled cooling after casting to reduce the matrix hardness to HRC30-3
By adopting the sorbite structure of No. 5, the rolling bearing for high surface pressure with further improved durability can be produced, which is a remarkably excellent effect.

【0056】また、請求項9に記載しているように、鋳
型として精密鋳造鋳型を用いることで次工程の機械加工
工程を短縮化するようになすことによって、転動体製造
時の材料歩留りを著しく向上させることができると共に
生産性をも向上させることが可能であり、また、中子を
用いることにより容易に中空化することも可能であっ
て、軽量化を至極く簡単に達成することが可能であると
いう著しく優れた効果がもたらされる。
Further, as described in claim 9, by using a precision casting mold as a mold so as to shorten the machining process of the next process, the material yield at the time of manufacturing the rolling element is remarkably increased. It is possible to improve not only the productivity but also the productivity, and it is also possible to make it hollow easily by using a core, and it is extremely easy to achieve weight reduction. The remarkably excellent effect of

【0057】さらにまた請求項10に記載しているよう
に、転動体の一部を中空化して軽量化を図るようになす
ことによって、燃費の向上に少しでも寄与しうる高面圧
用転動体を製造することが可能であるという著しく優れ
た効果がもたらされる。
Furthermore, as described in claim 10, by rolling a part of the rolling element so as to reduce the weight thereof, a rolling element for high surface pressure which can contribute to the improvement of fuel consumption as much as possible can be obtained. The remarkable advantage is that it is possible to manufacture.

【0058】さらにまた、請求項11に記載しているよ
うに、冷却後にセメンタイト分解開始温度600℃以下
の温度で窒化処理して疲労強度の向上を図るようになす
ことによって、耐久性がさらに向上した高面圧用転動体
を製造することが可能であるという著しく優れた効果が
もたらされる。
Furthermore, as described in claim 11, the durability is further improved by nitriding at a temperature of 600 ° C. or less after the start of decomposition of cementite to improve fatigue strength after cooling. The extremely excellent effect that it is possible to manufacture the rolling element for high surface pressure described above is brought about.

【0059】さらにまた、請求項12に記載しているよ
うに、窒化処理において化合物層(白層)を出さないよ
うになすことによって、窒化処理による疲労強度向上の
作用を十分に活かした高面圧用転動体を製造することが
可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
Furthermore, as described in claim 12, by preventing the compound layer (white layer) from being exposed in the nitriding treatment, it is possible to make full use of the effect of improving the fatigue strength by the nitriding treatment. The remarkable advantage is that it is possible to produce pressure rolling elements.

【0060】さらにまた、請求項13に記載しているよ
うに、チル組織以外の部分をショットピーニング処理し
て圧縮残留応力を付与することにより疲労強度の向上を
図るようになすことによって、耐久性がさらに向上した
高面圧用転動体を製造することが可能であるという著し
く優れた効果がもたらされる。
Further, as described in claim 13, durability is improved by improving the fatigue strength by subjecting a portion other than the chill structure to shot peening to impart compressive residual stress. It is possible to produce a rolling element for high surface pressure, which is further improved.

【0061】さらにまた、請求項14に記載しているよ
うに、転動体の表面を硬度Hv1100〜1300のチ
ル組織(セメンタイト(FeC)組織)とすることで
耐異物噛み込み性を向上させるようになすことによっ
て、摩耗粉などを転動面に噛み込むことによる表面損傷
の発生ならびに表面起点の剥離を防止して耐久性をさら
に向上することができる高面圧用転動体を製造すること
が可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
Further, as described in claim 14, the chill structure (cementite (Fe 3 C) structure) having a hardness of Hv1100 to 1300 is used for the surface of the rolling element to improve the foreign matter entrapment resistance. By doing so, it is possible to produce a rolling element for high surface pressure, which can prevent the occurrence of surface damage due to the inclusion of abrasion powder or the like on the rolling surface and the separation of the surface starting point, and further improve the durability. It has the remarkable advantage of being possible.

【0062】[0062]

【実施例】以下、本発明の実施例について説明するが、
本発明はこのような実施例のみに限定されないことはい
うまでもない。
EXAMPLES Examples of the present invention will be described below.
Needless to say, the present invention is not limited to such embodiments.

【0063】(実施例1)この実施例1では、転動体
(トロイダル式無段変速機用ディスク5,9およびパー
ワーローラー10)の鋳鋼素材として、JIS G 4
404で制定するSKD61(C:0.36重量%、S
i:1.01重量%、Mn:0.25重量%、Cr:
5.01重量%、Mo:1.24重量%、V:0.98
重量%、Feおよび不純物:残部)を用いると共に、鋳
型として精密鋳造用砂鋳型を用いた。
(Example 1) In Example 1, JIS G 4 was used as the cast steel material for the rolling elements (toroidal type continuously variable transmission disks 5, 9 and power roller 10).
SKD61 established in 404 (C: 0.36% by weight, S
i: 1.01% by weight, Mn: 0.25% by weight, Cr:
5.01% by weight, Mo: 1.24% by weight, V: 0.98
% By weight, Fe and impurities: balance), and a sand mold for precision casting was used as a mold.

【0064】そして、砂鋳型内部のうち前記転動体
(5,9,10)の転動面に相当する部位に各部材の熱
膨張・熱収縮を考慮した状態にしてチラー(冷やし金)
をセットした精密鋳造用砂鋳型の鋳造空間内に前記SK
D61の組成よりなる鋳鋼溶湯を注入して鋳造すること
によって、図1に示すような転動面に表面から深さ2.
3〜2.8mmのチル層(硬度はHv1150〜125
0程度)Cが形成された転動体(ディスク5,9)およ
び図2に示すような転動面に表面から深さ2.3〜2.
8mmのチル層(硬度はHv1150〜1250程度)
Cが形成された転動体(パワーローラー10)を得た。
ここで得た転動体(5,9,10)の芯部の組織は、マ
ルテンサイト組織またはベイナイト組織またはこれらの
混合組織からなるものであった。
Then, a chiller (chiller) is provided inside the sand mold in a state corresponding to the rolling surface of the rolling elements (5, 9, 10) in consideration of thermal expansion and contraction of each member.
The SK is placed in the casting space of the sand mold for precision casting in which
By injecting and casting a cast steel melt having a composition of D61, the rolling surface as shown in FIG.
Chill layer of 3 to 2.8 mm (hardness is Hv1150 to 125
0) C formed rolling elements (disks 5, 9) and rolling surfaces as shown in FIG. 2 from the surface to a depth of 2.3-2.
8mm chill layer (hardness is Hv1150 ~ 1250)
A rolling element (power roller 10) having C formed thereon was obtained.
The structure of the core of the rolling element (5, 9, 10) obtained here was composed of a martensite structure, a bainite structure or a mixed structure thereof.

【0065】さらに、転動面にチル層Cを形成してセメ
ンタイト(FeC)組織とした転動体(5,9,1
0)のうちセメンタイト組織となっている以外の部分、
すなわち、マルテンサイト組織またはベイナイト組織ま
たはこれらの混合組織からなっている部分の疲労強度を
向上させるために、セメンタイトの分解開始温度(約6
00℃)以下の570℃の温度で5hrの窒化処理を施
した。この場合の窒化処理はNHガスに5Vol%の
空気を添加した雰囲気で行い、化合物層(白層)の出な
い酸窒化処理であるものとした。
Further, a chill layer C is formed on the rolling surface to form a cementite (Fe 3 C) structure rolling element (5, 9, 1).
Part of 0) other than the cementite structure,
That is, in order to improve the fatigue strength of a portion composed of a martensite structure, a bainite structure, or a mixed structure thereof, the decomposition start temperature of cementite (about 6
The nitriding treatment was performed for 5 hours at a temperature of 570 ° C. or lower than 00 ° C.). In this case, the nitriding treatment was performed in an atmosphere in which 5 Vol% air was added to NH 3 gas, and the oxynitriding treatment was performed so that the compound layer (white layer) did not appear.

【0066】このようにして得られた窒化層は、表面硬
度Hv約1000,全窒化層深さ約0.5mmで、表面
の残留応力は約−500MPaの圧縮残留応力であっ
た。
The nitride layer thus obtained had a surface hardness Hv of about 1000, a total nitride layer depth of about 0.5 mm, and a surface residual stress of about -500 MPa.

【0067】さらに、チル組織以外の部分をショットピ
ーニング処理(ショット粒径:0.6mm,アークハイ
ト:0.8mmA)することによって、約−900MP
aの圧縮残留応力を付与することが可能であり、小野式
回転曲げ疲労限で約1100MPaの高曲げ疲労強度と
シャルピー吸収エネルギーで約18Jの高衝撃強度を有
する転動体(ディスク5,9.パーワーローラー10)
を得ることができた。
Further, a portion other than the chill structure is shot peened (shot grain size: 0.6 mm, arc height: 0.8 mmA) to obtain about -900 MP.
It is possible to apply the compressive residual stress of a, and has a high bending fatigue strength of about 1100 MPa at the Ono-type rotating bending fatigue limit and a high impact strength of about 18 J at Charpy absorbed energy (disk 5, 9. Roller 10)
I was able to get

【0068】(実施例2)この実施例2では、転動体
(ベルト式無段変速機用プーリー22,23)の鋳鋼素
材として、JIS G 4404で制定するSKD61
(C:0.36重量%、Si:1.01重量%、Mn:
0.25重量%、Cr:5.01重量%、Mo:1.2
4重量%、V:0.98重量%、Feおよび不純物:残
部)を用いると共に、鋳型として精密鋳造用砂鋳型を用
いた。
(Embodiment 2) In this Embodiment 2, as a cast steel material for rolling elements (belt 22 and 23 for belt type continuously variable transmission), SKD61 established in JIS G 4404.
(C: 0.36% by weight, Si: 1.01% by weight, Mn:
0.25% by weight, Cr: 5.01% by weight, Mo: 1.2
4% by weight, V: 0.98% by weight, Fe and impurities: balance), and a sand mold for precision casting was used as a mold.

【0069】そして、砂鋳型内部のうち前記転動体(2
2,23)の転動面に相当する部位に各部材の熱膨張・
熱収縮を考慮した状態にしてチラー(冷やし金)をセッ
トした精密鋳造用砂鋳型の鋳造空間内に前記SKD61
の組成よりなる鋳鋼溶湯を注入して鋳造することによっ
て、図3に示すような転動面に表面から深さ1.6〜
1.8mmのチル層(硬度はHv1150〜1250程
度)Cが形成された転動体(プーリー22,23)を得
た。ここで得た転動体(22,23)の芯部の組織は、
マルテンサイト組織またはベイナイト組織またはこれら
の混合組織からなるものであった。
Then, the rolling element (2
2,23) thermal expansion of each member at the site corresponding to the rolling surface
The SKD61 is placed in the casting space of the precision casting sand mold in which a chiller (chiller) is set in consideration of heat shrinkage.
By injecting and casting a molten cast steel having a composition of No. 1, the depth of the rolling surface as shown in FIG.
Rolling elements (pulleys 22 and 23) having a chill layer of 1.8 mm (hardness: Hv 1150 to 1250) C were obtained. The structure of the core of the rolling elements (22, 23) obtained here is
It had a martensite structure, a bainite structure, or a mixed structure thereof.

【0070】さらに、転動面にチル層Cを形成してセメ
ンタイト(FeC)組織とした転動体(22,23)
のうちセメンタイト組織となっている以外の部分、すな
わち、マルテンサイト組織またはベイナイト組織または
これらの混合組織からなっている部分の疲労強度を向上
させるために、セメンタイトの分解開始温度(約600
℃)以下の570℃の温度で5hrの窒化処理を施し
た。この場合の窒化処理はNHガスに5Vol%の空
気を添加した雰囲気で行い、化合物層(白層)の出ない
酸窒化処理であるものとした。
Further, a chill layer C is formed on the rolling surface to form a cementite (Fe 3 C) structure rolling element (22, 23).
In order to improve the fatigue strength of the portion other than the cementite structure, that is, the portion having the martensite structure, the bainite structure, or a mixed structure thereof, the decomposition start temperature of the cementite (about 600
Nitriding treatment was performed for 5 hours at a temperature of 570 ° C. or lower. In this case, the nitriding treatment was performed in an atmosphere in which 5 Vol% air was added to NH 3 gas, and the oxynitriding treatment was performed so that the compound layer (white layer) did not appear.

【0071】このようにして得られた窒化層は、表面硬
度Hv約1000,全窒化層深さ約0.5mmで、表面
の残留応力は約−500MPaの圧縮残留応力であっ
た。
The nitride layer thus obtained had a surface hardness Hv of about 1000, a total nitride layer depth of about 0.5 mm, and a surface residual stress of about -500 MPa.

【0072】さらに、チル組織以外の部分をショットピ
ーニング処理することによって、約−900MPaの圧
縮残留応力を付与することが可能であり、小野式回転曲
げ疲労限で約1100MPaの高曲げ疲労強度とシャル
ピー吸収エネルギーで約18Jの高衝撃強度を有する転
動体(プーリー22,23)を得ることができた。
Further, it is possible to give a compressive residual stress of about -900 MPa by performing shot peening treatment on a portion other than the chill structure, and a high bending fatigue strength and Charpy of about 1100 MPa at the Ono type rotary bending fatigue limit. It was possible to obtain rolling elements (pulleys 22 and 23) having a high impact strength of about 18 J with absorbed energy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例1で製造したトロイダル式無段
変速機用転動体(ディスク)の断面説明図である。
FIG. 1 is a cross-sectional explanatory view of a rolling element (disk) for a toroidal type continuously variable transmission manufactured in a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例1で製造したトロイダル式無段
変速機用転動体(パーワーローラー)の断面説明図であ
る。
FIG. 2 is a cross-sectional explanatory view of a rolling element (power roller) for a toroidal type continuously variable transmission manufactured in Example 1 of the present invention.

【図3】本発明の実施例2で製造したベルト式無段変速
機用転動体(プーリー)の断面説明図である。
FIG. 3 is a cross-sectional explanatory view of a rolling element (pulley) for a belt type continuously variable transmission manufactured in Example 2 of the present invention.

【図4】トロイダル式無段変速機の構造例を示す断面説
明図である。
FIG. 4 is a sectional explanatory view showing a structural example of a toroidal type continuously variable transmission.

【図5】ベルト式無段変速機の構造例を示す斜面説明図
である。
FIG. 5 is a slope explanatory view showing a structural example of a belt type continuously variable transmission.

【図6】従来例によるトロイダル式無段変速機の転動体
(ディスクおよびパーワーローラー)の製造工程を示す
説明図である。
FIG. 6 is an explanatory view showing a manufacturing process of rolling elements (disk and power roller) of a toroidal type continuously variable transmission according to a conventional example.

【図7】従来例によるベルト式無段変速機の転動体(プ
ーリー)の断面説明図である。
FIG. 7 is a cross-sectional explanatory view of a rolling element (pulley) of a belt type continuously variable transmission according to a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

5,9 ディスク(トロイダル式無段変速機の転動体) 10 パーワーローラー(トロイダル式無段変速機の転
動体) 22,23 プーリー(ベルト式無段変速機の転動体) C チル層(セメンタイト組織)
5, 9 Disc (rolling element of toroidal type continuously variable transmission) 10 Power roller (rolling element of toroidal type continuously variable transmission) 22, 23 Pulley (rolling element of belt type continuously variable transmission) C Chill layer (cementite structure) )

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−103440(JP,A) 特開 平7−71555(JP,A) 特開 平6−159463(JP,A) 特開 平7−286649(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F16H 15/38 B22D 11/22 C23C 8/26 F16H 55/56 Continuation of the front page (56) Reference JP-A-10-103440 (JP, A) JP-A-7-71555 (JP, A) JP-A-6-159463 (JP, A) JP-A-7-286649 (JP , A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) F16H 15/38 B22D 11/22 C23C 8/26 F16H 55/56

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 高面圧を受ける転動体において、鋳造冷
却のままでマルテンサイト組織またはベーナイト組織ま
たは両者の混合組織となる空気焼き入れ鋼を素材として
なり、転動体の転動面における表面から1.5〜3.0
mmがチル組織となっていると共に、芯部がマルテンサ
イト組織またはベーナイト組織または両者の混合組織と
なっていることを特徴とする高面圧用転動体。
1. A rolling element that is subjected to high surface pressure is made of air-quenched steel that has a martensitic structure, a bainite structure, or a mixed structure of the two when cast and cooled, and is formed from the surface of the rolling surface of the rolling element. 1.5-3.0
mm has a chill structure, and the core has a martensite structure, a bainite structure, or a mixed structure of both, and a rolling element for high surface pressure.
【請求項2】 マトリックス硬度がHRC30〜35の
ソルバイト組織となっていることを特徴とする請求項1
に記載の高面圧用転動体。
2. A matrix hardness having a sorbite structure of HRC 30 to 35.
The rolling element for high surface pressure described in.
【請求項3】 転動体の一部が中空となっていて軽量化
が図られていることを特徴とする請求項1または2に記
載の高面圧用転動体。
3. The high surface pressure rolling element according to claim 1, wherein a part of the rolling element is hollow to reduce the weight.
【請求項4】 窒化処理が施されていて疲労強度の向上
が図られていることを特徴とする請求項1ないし3のい
ずれかに記載の高面圧用転動体。
4. The rolling element for high surface pressure according to claim 1, wherein a nitriding treatment is performed to improve fatigue strength.
【請求項5】 チル組織以外の部分にショットピーニン
グによる圧縮残留応力が付与されていて疲労強度の向上
が図られていることを特徴とする請求項1ないし4のい
ずれかに記載の高面圧用転動体。
5. The high surface pressure use according to claim 1, wherein a compressive residual stress by shot peening is applied to a portion other than the chill structure to improve fatigue strength. Rolling body.
【請求項6】 転動面の表面が硬度Hv1100〜13
00のチル組織(セメンタイト(FeC)組織)とな
っていて耐異物噛み込み性の向上が図られていることを
特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の高面圧
用転動体。
6. The surface of the rolling surface has a hardness of Hv1100 to Hv1300.
6. The rolling element for high surface pressure according to any one of claims 1 to 5, which has a chill structure of 00 (cementite (Fe 3 C) structure) to improve foreign matter biting resistance. .
【請求項7】 耐高面圧性の優れた転動体を製造するに
際し、鋳造冷却のままでマルテンサイト組織またはベー
ナイト組織または両者の混合組織となる空気焼き入れ鋼
を溶製してその鋳鋼溶湯を準備すると共に、鋳型内部の
うち前記転動体の転動面に相当する部位に前記鋳鋼溶湯
が接触したときに熱を奪ってチル組織化するチラーをセ
ットした状態とし、前記鋳型内に前記鋳鋼溶湯を注入・
鋳造して前記転動面の表面から1.5〜3.0mmをチ
ル組織とし、冷却した状態で芯部をマルテンサイト組織
またはベーナイト組織または両者の混合組織とすること
を特徴とする高面圧用転動体の製造方法。
7. When manufacturing a rolling element having excellent high surface pressure resistance, an air-quenched steel having a martensite structure, a bainite structure, or a mixed structure of the two is melted while being cast and cooled, and the cast steel melt is obtained. With the preparation, a state in which a chiller that takes away heat and forms a chill structure when the molten molten steel comes into contact with a portion corresponding to the rolling surface of the rolling element in the mold is set, and the molten molten steel is in the mold Inject
For high surface pressure, which is cast to have a chill structure 1.5 to 3.0 mm from the surface of the rolling surface, and the core has a martensite structure or bainite structure or a mixed structure of both in a cooled state. Manufacturing method of rolling element.
【請求項8】 鋳造後制御冷却してマトリックス硬度を
HRC30〜35のソルバイト組織とすることを特徴と
する請求項7に記載の高面圧用転動体の製造方法。
8. The method of manufacturing a rolling element for high surface pressure according to claim 7, wherein the matrix hardness is controlled to be a sorbite structure having a hardness of HRC 30 to 35 after casting.
【請求項9】 鋳型として精密鋳造鋳型を用いることで
次工程の機械加工工程を短縮化することを特徴とする請
求項7または8に記載の高面圧用転動体の製造方法。
9. The method for manufacturing a rolling element for high surface pressure according to claim 7, wherein a precision casting mold is used as the mold to shorten the machining process in the next step.
【請求項10】 転動体の一部を中空化して軽量化を図
ることを特徴とする請求項7ないし9のいずれかに記載
の高面圧用転動体の製造方法。
10. The method for manufacturing a rolling element for high surface pressure according to claim 7, wherein a part of the rolling element is hollow to reduce the weight.
【請求項11】 冷却後にセメンタイト分解開始温度6
00℃以下の温度で窒化処理して疲労強度の向上を図る
ことを特徴とする請求項7ないし10のいずれかに記載
の高面圧用転動体の製造方法。
11. Cementite decomposition start temperature 6 after cooling
The method for manufacturing a rolling element for high surface pressure according to any one of claims 7 to 10, wherein nitriding is performed at a temperature of 00 ° C or lower to improve fatigue strength.
【請求項12】 窒化処理において化合物層(白層)を
出さないことを特徴とする請求項11に記載の高面圧用
転動体の製造方法。
12. The method for producing a rolling element for high surface pressure according to claim 11, wherein the compound layer (white layer) is not exposed in the nitriding treatment.
【請求項13】 チル組織以外の部分をショットピーニ
ング処理して圧縮残留応力を付与することにより疲労強
度の向上を図ることを特徴とする請求項7ないし12の
いずれかに記載の高面圧用転動体の製造方法。
13. The high surface pressure rolling according to claim 7, wherein the portion other than the chill structure is subjected to shot peening to give a compressive residual stress to improve fatigue strength. Manufacturing method of moving body.
【請求項14】 転動体の表面を硬度Hv1100〜1
300のチル組織(セメンタイト(FeC)組織)と
することで耐異物噛み込み性を向上させることを特徴と
する請求項7ないし13のいずれかに記載の高面圧用転
動体の製造方法。
14. The surface of the rolling element has a hardness Hv1100 to 1
The method for manufacturing a rolling element for high surface pressure according to any one of claims 7 to 13, wherein the chill structure of 300 (cementite (Fe 3 C) structure) is used to improve the foreign matter biting resistance.
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