JP3763388B2 - 無段変速機用転動体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車などの車両や各種の機械装置において、回転動力を無段階に変速して伝達するのに用いられるトロイダル式無段変速機などの無段変速機に係わり、とくにこのような無段変速機に使用される転動体の転動疲労寿命改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
無段変速機として、トロイダル式無段変速機は、図１にその基本構造を示すように、図外のハウジング内に、入力ディスク３および出力ディスク１２を備え、これらが同軸上に相対向して設置されている。そして入力ディスク３には、カム板２ａ，保持器２ｂおよびローラ２ｃからなる押圧装置２を介して入力軸１が連結されていると共に、出力ディスク１２には出力軸１３が固定されている。
【０００３】
入力ディスク３および出力ディスク１２は、略同一形状をなしてそれぞれ対称に配置され、それらの対向面が軸方向断面でみて略半円となるようにトロイダル面に形成されている。そして、入力ディスク３および出力ディスク１２の両トロイダル面により形成されるトロイダルキャビティ内には、入力ディスク３および出力ディスク１２に接触する一対のパワーローラ（内輪）７，７が配設されている。
【０００４】
各パワーローラ内輪７は、それぞれトラニオン４に支持された外輪６に玉軸受８を介して圧接された状態で、同じくトラニオン４に取付けられた枢軸５にニードルベアリング９を介して回転自在に枢着されると共に、入力ディスク３および出力ディスク１２によって形成される反円形断面をなすトロイダル面の中心となるピボット軸１０を中心として、傾動自在に支持されている。
【０００５】
そして、入力ディスク３および出力ディスク１２とパワーローラ内輪７，７との接触面には、粘性摩擦抵抗の大きい潤滑油（トラクションオイル）が供給され、入力ディスク３に入力される動力を潤滑油膜およびパワーローラ内輪７，７を介して出力ディスク１２に伝達するようになっている。
【０００６】
このように構成されたトロイダル式無段変速機においては、入力軸１が回転すると、その動力がカム板２ａ，保持器２ｂ，ローラ２ｃからなる押圧装置２を介して入力ディスク３に伝達されて入力ディスク３が回転する。この入力ディスク３の回転により発生した動力がパワーローラ７，７を介して出力ディスク１２に伝達され、出力ディスク１２が出力軸１３と共に一体回転する。
【０００７】
変速時には、図中に矢印で示すように、ピボット軸１０を中心としてトラニオン４，４を所定角度回動させ、パワーローラ７，７の傾きを変化させる。これによってパワーローラ７，７が入力ディスク３および出力ディスク１２のトロイダル曲面３ａ，１２ａ上を傾転し、その結果、入力ディスク３および出力ディスク１２のパワーローラ７，７との接触位置（半径）が変化し、速度比が変わることによって、無段階の減速あるいは増速が行われる。
【０００８】
このようなトロイダル式無段変速機としては、例えば特開平７−７１５５５号公報に記載されたものが知られており、当該公報記載のトロイダル式無段変速機においては、入出力ディスクおよびパワーローラのトラクション面の転がり寿命を向上すると共に、入出力ディスクおよびパワーローラの耐疲労割れ寿命を向上するために、これらディスクおよびパワーローラに、有効硬化層深さが２．０〜４．０ｍｍの範囲となるように表面硬化および研削仕上げを行うことが記載されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
一方、前記パワーローラの内輪７および外輪６の対向面には、図２に拡大して示すように、玉軸受を構成する鋼球８を受け入れるためのベアリング溝部７ａおよび６ａが環状に形成されており、当該無段変速機を駆動した場合には、入出力ディスク３，１２とパワーローラ内輪７の間に高い押し付け荷重が加わるため、前記ベアリング溝部７ａ，６ａには、例えば最大接触面圧が３ＧＰａ以上にも達する高い接触圧力を生じる。
【００１０】
さらに、ベアリング溝部７ａ，６ａにおいては、このような高面圧に加えて、通常の転がり軸受とは異なり、トラクション力やラジアル方向荷重が負荷されながらスラストベアリングの鋼球８が転動するため、ミクロ的な金属接触を生じたり、転がり摩擦抵抗が増したりすることにより表面接線力が増大し、転動疲労寿命の低下を招く場合がある。
【００１１】
一方、特開平２−１９０６１５号公報には、グリース潤滑軸受においては、ミクロ的な金属接触によって転走面に形成された新生面が触媒的な作用をして、グリース−転走表面間でのトライボケミカル的な反応を促進し、化学分解により生成した水素が鋼中に侵入することによって転動疲労剥離寿命が低下することがあると記載されており、このようなトロイダル式無段変速機の大容量化、あるいは小型化には、入出力ディスクおよびパワーローラのトラクション面における転がり寿命の向上もさることながら、とくにベアリング溝部におけるミクロ的な金属接触および摩擦抵抗などを低減させることが、転動体の転動疲労寿命を向上させるための課題となっていた。
【００１２】
なお、特開平１０−１８４８３６号公報には、浸炭あるいは浸炭窒化による表面硬化処理後の研削仕上げによる硬化層のロスを低減してパワーローラのベアリング面の耐久性を向上させるために、ベアリング面溝部の表面炭素濃度および有効硬化層深さをベアリング溝裏面部と同等以上にした転動体が記載されているが、この場合ベアリング溝部におけるミクロ的な金属接触を抑制することはできない。また、前記特開平２−１９０６１５号公報には、この対策として、１３０〜１６０℃に加熱した苛性ソーダ水溶液に浸漬して四三酸化鉄被膜を形成する黒染め処理を施すことが開示されているが、このような苛性ソーダ処理は、作業環境が劣悪となり、工業的に好ましくない。
【００１３】
【発明の目的】
本発明は、従来の無段変速機における上記課題に着目してなされたものであって、とくにベアリング溝部における作動時の金属接触や摩擦抵抗を低減させることができ、転動疲労寿命の大幅な向上が可能な無段変速機用の転動体を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係わる無段変速機用転動体は、潤滑油を介して接触する複数個の金属製転動体を備えた無段変速機において、玉軸受を介して互いに回転自在に支持された内外輪の少なくとも一方のベアリング溝部に、モリブデン含有の化成処理液を用いてモリブデン酸化物が複合添加されたりん酸鉄系の皮膜が形成されている構成としたことを特徴としており、無段変速機用転動体におけるこのような構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。このとき、りん酸鉄系皮膜の付着量としては、請求項２に記載しているようにりんに換算して１００〜３００ｍｇ／ｍ２ の範囲とすることができる。
【００１５】
本発明に係わる無段変速機用転動体において、りん酸鉄系皮膜中におけるモリブデンとりんとの重量比（Ｍｏ／Ｐ）については、請求項３に記載しているように０．３以下とすることができ、さらに、請求項４に記載されているように、りん酸鉄系皮膜に添加されたモリブデン酸化物の付着量をモリブデンに換算して６０ｍｇ／ｍ２ 以下とすることができる。
【００１６】
また、本発明に係わる無段変速機用転動体においては、請求項５に記載されているように、りん酸鉄系皮膜が形成されているベアリング溝部の表面粗さを中心線平均粗さ（Ｒa ）で０．０７μｍ以下とすることができ、さらに請求項６に記載されているように、りん酸鉄系皮膜の皮膜厚さを０．４〜２．０μｍの範囲とすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明に係わる無段変速機用転動体は、玉軸受により互いに回転自在に支持された内外輪の一方もしくは両方のベアリング溝部に、モリブデン含有の化成処理液を用いることによって、モリブデン酸化物が複合添加されたりん酸鉄系の皮膜を形成させたものであり、りん酸鉄系の皮膜が形成されていることによって、ベアリング溝面の油膜保持性が向上し、ミクロ的な金属接触が低減して、摩擦抵抗も減少するため、転動体の転動疲労寿命が向上することになる。そして、モリブデン酸化物の複合添加によって、皮膜の摩耗耐久性が向上して皮膜の優れた性能が持続的に発揮されるようになる。
【００１８】
このとき、転動体の内外輪については、通常、いずれか一方のみが先に疲労破壊するので、壊れやすい側のベアリング溝部にのみりん酸鉄系皮膜を形成させるようになすことによって、コストの低減を図ることができる。しかし、壊れ難いとされる側が疲労破壊することも絶対にないとは言えないので、内外輪の両方にりん酸鉄系皮膜を形成することにより効果を万全のものにすることができる。
【００１９】
また、本発明においては、ベアリング溝部にのみりん酸鉄系皮膜を形成させれば足りるが、後述する実施例のように、内外輪全体を処理液に浸漬することにより、その全面にりん酸鉄系皮膜を形成させて何ら支障はない。もちろん、皮膜の不要部分、例えばトラクション面にマスキングを施したり、皮膜処理後に再研削したりすることも必要に応じて可能である。
【００２０】
りん酸鉄系皮膜にモリブデン酸化物を複合添加するためには、モリブデン含有の化成処理液を用いることにより調整することができる。また、皮膜厚さ、りんおよびモリブデン付着量は、化成処理条件、例えば処理液成分および濃度、処理温度、処理時間などを調整することによってコントロールすることができる。
【００２１】
すなわち、溶剤系あるいはアルカリ系の洗浄剤を使用して、皮膜を形成させる部位の汚れを洗浄したのち、水洗され、上記のような化成処理液による表面処理が行われる。化成処理された部材は、水ですすがれ、未反応の処理液が部材表面から除去されたのち、乾燥されて目的のりん酸鉄系皮膜が形成される。
【００２２】
このとき、りん酸鉄系皮膜の付着量としては、請求項２に記載しているようにりんに換算して１００ｍｇ／ｍ２以上、３００ｍｇ／ｍ２以下の範囲とすることが望ましい。これは、りんの付着量が１００ｍｇ／ｍ２に満たない場合には、皮膜の摩耗耐久性が十分に得られず、皮膜の優れた性能を持続的に得ることができなくなり、逆に３００ｍｇ／ｍ２を超えた場合には、表面が粗くなりやすくなることによる。
【００２３】
また、りん酸鉄系皮膜中におけるモリブデンとりんとの重量比（Ｍｏ／Ｐ）については、素材に対する皮膜の密着性を確保する観点から、請求項３に記載されているように０．３以下とすることが望ましく、さらに素材に対する皮膜の密着性と皮膜表面の平滑性を確保する観点から、請求項４に記載されているように、モリブデン酸化物の付着量をモリブデンに換算して６０ｍｇ／ｍ２ 以下とすることが望ましい。
【００２４】
さらに、りん酸鉄系皮膜が形成されているベアリング溝部の表面粗さについては、請求項５に記載されているように、ＪＩＳ Ｂ ０６０１に規定される中心線平均粗さ（Ｒa ）で０．０７μｍ以下とすることが望ましい。これは、中心線平均粗さ（Ｒa ）が０．０７μｍを上回ると、転動部における金属接触率が増加し、当該部分の温度上昇による素材の軟化や表面損傷による表面起点型の転動疲労寿命が低下しやすくなる傾向があることによる。
【００２５】
また、請求項６に記載されているように、りん酸鉄系皮膜の皮膜厚さを０．４〜２．０μｍの範囲とすることが望ましい。すなわち、皮膜厚さが０．４μｍに満たない場合には皮膜の摩耗耐久性が十分に得られず、皮膜厚さが２．０μｍを超えた場合には表面の平滑性を損ねやすくなる傾向がある。
【００２７】
本発明に係わる転動体におけるベアリング溝部の面粗さ、すなわち中心線平均粗さ（Ｒa ）については、市販の触針式の表面粗さ測定装置により測定することができる。なお、カットオフ値は０．０８ｍｍとする。
【００２８】
りんおよびモリブデンの付着量については、市販の蛍光Ｘ線分析装置により定量することができる。すなわち、付着量既知の複数種類のサンプルについて分析することにより、それぞれの特性Ｘ線強度と付着量の関係からりんおよびモリブデンの検量線を予め作成しておき、付着量を測定しようとする試料について同様の条件によりりんあるいはモリブデンの特性Ｘ線の強度を測定し、この測定強度を先に求めた検量線に基づいてりんあるいはモリブデンの付着量に換算する。
【００２９】
そして、モリブデンとりんの重量比（Ｍｏ／Ｐ）については、前述の方法により求めたそれぞれの付着量から算出される。
【００３０】
また、皮膜厚さについては、例えば、市販のＸＰＳ（Ｘ線光電子分光分析）装置により定量することができる。ＸＰＳとは、サンプルを超高真空（１０−５Ｐａ以下）においてＸ線により励起した際に放出される光電子を分析する装置であり、この光電子の強度と感度係数の関係より、サンプルの表面に存在する原子の比率を計算することができる。また、放出される光電子の運動エネルギーから表面の化学状態、例えば鉄の酸化状態（金属状態か酸化しているか）を判別することができる。なお、定量計算方法は既に確立されたものであり、プログラムとして市販されている。
【００３１】
本発明に係わる転動体について、Ｘ線により励起したのち、まずワイドスキャンと呼ばれる分析を行い、表面に存在する元素の定性分析を行うと、通常、炭素（大気等による汚染に起因する）、酸素、りん、鉄（酸化状態）、場合によってはさらにモリブデンが検出される。定性分析により検出された元素について定量計算を行い、これによって各成分の比率を原子％で算出する。皮膜厚さは、ＸＰＳ装置に併設されているアルゴンスパッタリングガンを用いて測定する。
【００３２】
まず、透過電子顕微鏡などにより測定された皮膜厚さが既知のサンプルを複数種類分析して皮膜厚さの検量線を予め作成しておく。すなわち、これらサンプルについて、アルゴンスパッタリング−光電子分析を数回に分けて繰り返すと、スパッタリングによって皮膜が除去されていくにしたがって、素材鋼に起因する金属状態の鉄が検出されるようになる。この金属状態の鉄の比率が６０原子％となるまで皮膜が存在したものと定義し、これに要したスパッタリングの積算時間と皮膜厚さとの関係を求めて検量線を作成する。そして、皮膜厚さを測定しようとする試料を同様に分析し、金属状態の鉄の比率が６０原子％となるまでに要したスパッタリング積算時間を求めて、先の検量線により皮膜厚さを算出する。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係わる無段変速機用転動体においては、玉軸受を介して互いに回転自在に支持された内外輪の少なくとも一方のベアリング溝部に、モリブデン含有の化成処理液を用いてモリブデン酸化物が複合添加されたりん酸鉄系の皮膜が形成されているので、ベアリング溝部における油膜保持特性が向上してミクロ的な金属接触を低減することができ、摩擦抵抗が減少し、皮膜の摩耗耐久性も向上することから、転動体のベアリング溝部における転動疲労寿命を大幅に向上させることができるという極めて優れた効果がもたらされる。
【００３４】
本発明の請求項２に係わる無段変速機用転動体においては、りん酸鉄系皮膜の皮膜付着量をりんに換算して１００〜３００ｍｇ／ｍ２の範囲としたものであるから、皮膜表面の平滑性が確保されると共に、皮膜の摩耗耐久性が向上し、りん酸鉄系皮膜による上記効果を長期にわたって持続させることができるという効果がもたらされる。
【００３５】
また、本発明の請求項３に係わる無段変速機用転動体においては、りん酸鉄系皮膜中におけるモリブデンとりんとの重量比（Ｍｏ／Ｐ）を０．３以下としたものであるから、転動体に対する皮膜の密着性を損なうことなく、モリブデン酸化物による上記効果を発揮させることができ、さらに請求項４に係わる無段変速機用転動体においては、りん酸鉄系皮膜に添加されたモリブデン酸化物の付着量をモリブデンに換算して６０ｍｇ／ｍ２ 以下としたものであるから、皮膜表面の平滑性や皮膜の密着性を損なうことなく、モリブデン酸化物による上記効果をより確実なものとすることができるという優れた効果がもたらされる。
【００３６】
さらに、本発明の請求項５に係わる無段変速機用転動体においては、りん酸鉄系皮膜が形成されているベアリング溝部の表面粗さが中心線平均粗さ（Ｒa ）で０．０７μｍ以下となっているので、転動時の金属接触率が減少し、転動部の温度上昇による軟化や表面損傷がなくなり、転動疲労寿命の大幅な改善が可能になり、請求項６に係わる無段変速機用転動体においては、りん酸鉄系皮膜の皮膜厚さが０．４〜２．０μｍとなっているので、皮膜表面の平滑性を損なうことなく、皮膜の摩耗耐久性を増すことができ、りん酸鉄系皮膜による上記効果を長期にわたってより確実なものにすることができるというさらに優れた効果がもたらされる。
【００３７】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて、さらに具体的に説明する。
【００３８】
参考例１
まず、表１に示す浸炭用鋼（Ｃｒ−Ｍｏ鋼）を素材として、鍛造および粗加工の後、図３に示す熱処理条件のもとに、浸炭窒化焼入れ、焼戻しを行った。
【００３９】
【表１】
【００４０】
次に、転がり接触をする部位に研削超仕上げを施すことにより、図２に示したように、ベアリング溝部６ａおよび７ａをそれぞれ備えた外輪６および内輪７を得た。なお、研削超仕上げ後のベアリング溝部６ａおよび７ａにおける表面硬さがＨＶ７００〜７２０程度、表面粗さについてはＲａ０．０３〜０．０５μｍ程度となるように加工した。
【００４１】
そして、仕上げ加工後の外輪６および内輪７を予め６０℃に加温した市販の脱脂剤（日本パーカライジング株式会社製『ファインクリーナ−４３６０（登録商標）』）の２％水溶液中に５分間浸漬したのち、十分に水洗して表面を清浄化すると共に、５０℃に加温した市販の表面処理剤（日本パーカライジング株式会社製建浴剤『パルホス１０７７（登録商標）』）の８％水溶液中に１分間浸漬して、りん酸鉄系の皮膜を形成させたのち、十分に水洗して、未反応の処理溶液を除去し、１００℃に設定された熱風乾燥炉内で１５分間乾燥した。
【００４２】
このようにして、仕上げ加工および皮膜処理された外輪６および内輪７について、ベアリング溝部６ａおよび７ａの表面粗さを市販の触針式の表面粗さ測定装置を用いて、カットオフ値０．０８ｍｍで測定すると共に、ベアリング溝部６ａおよび７ａにおける皮膜厚さを市販のアルゴンスパッタリングガンを併設したＸＰＳ装置を用いて、皮膜を破壊除去した際のスパッタリング時間から前記した方法により換算して求め、さらにりんの付着量を市販の蛍光Ｘ線分析装置を用いて定量した。
【００４３】
そして、これら外輪６および内輪７を図４に示す軸受転動疲労試験機に組み込んで疲労試験を実施することにより、ベアリング溝部６ａおよび７ａの転動疲労寿命を評価した。なお、試験条件については、３Ｌ／ｍｉｎの強制潤滑下で、最大接触面圧が３．４ＧＰａとなるように設定した。また、振動センサーによって転動時の振動を検出し、外輪または内輪のベアリング溝部６ａまたは７ａに剥離が生じるまでの試験時間を転動疲労寿命とした。これらの結果を表２に示す。
【００４４】
参考例２
表１に示した上記参考例と同一の鋼材を用いて、鍛造および粗加工をしたのち、図３に示した熱処理条件によって、同様の浸炭窒化焼入れ、焼戻しを行った。次いで、同様に研削超仕上げを施すことにより、図２に示した外輪６および内輪７を得た。
【００４５】
そして、同様の脱脂剤水溶液によって清浄化したのち、５０℃に加温した市販の表面処理剤（日本パーカライジング株式会社製建浴剤『パルホス１０７７（登録商標）』）の８％水溶液中に３分間浸漬したのち、水洗によって未反応の処理溶液を除去し、同様に乾燥することによって、上記外輪６および内輪７の表面にりん酸鉄系の皮膜を形成させた。
【００４６】
このようにして得られた外輪６および内輪７について、上記参考例と同一の方法によって、ベアリング溝部６ａおよび７ａにおける表面粗さ、皮膜厚さおよびりんの付着量を求めると共に、これら外輪６および内輪７のベアリング溝部における転動疲労寿命を図４に示した軸受転動疲労試験機を用いて同様に調査した。これらの結果を表２に併せて示す。
【００４７】
発明例１
上記参考例と同一の鋼材（表１）を用いて、鍛造および粗加工したのち、図３に示した条件により同様の浸炭窒化焼入れ、焼戻しを行い、さらに同様の研削超仕上げを施すことにより、図２に示した外輪６および内輪７を得た。
【００４８】
そして、同様の脱脂剤水溶液によって清浄化したのち、６５℃に加温した市販の表面処理剤（日本パーカライジング株式会社製建浴剤『パルホス３４８０（登録商標）』）の１２％水溶液中に１０分間浸漬したのち、水洗によって未反応の処理溶液を除去し、さらに乾燥を施すことによって、上記外輪６および内輪７の表面にモリブデン酸化物を複合したりん酸鉄系の皮膜を形成させた。
【００４９】
このようにして得られた外輪６および内輪７について、上記方法によって、ベアリング溝部６ａおよび７ａにおける表面粗さ、皮膜厚さ、りんおよびモリブデンの付着量を求めると共に、これら外輪６および内輪７のベアリング溝部における転動疲労寿命を図４に示した軸受転動疲労試験機により同様に調査した。これらの結果を表２に併せて示す。
【００５０】
発明例２
上記参考例および発明例と同一の鋼材（表１）を用いて、同様に鍛造および粗加工を施したのち、図３に示した条件により同様の浸炭窒化焼入れ、焼戻しを行い、さらに同様の研削超仕上げを施すことによって、図２に示した外輪６および内輪７を得た。
【００５１】
そして、同様に洗浄処理したのち、６５℃に加温した市販の表面処理剤（日本パーカライジング株式会社製建浴剤『パルホス３４８０（登録商標）』）の２４％水溶液中に１０分間浸漬したのち、水洗によって未反応の処理溶液を除去して乾燥を施すことにより、上記外輪６および内輪７の表面にモリブデン酸化物を複合したりん酸鉄系の皮膜を形成させた。
【００５２】
このようにして得られた外輪６および内輪７について、ベアリング溝部６ａおよび７ａにおける表面粗さ、皮膜厚さ、りんおよびモリブデンの付着量を同様に求めると共に、これら外輪６および内輪７のベアリング溝部における転動疲労寿命を図４に示した軸受転動疲労試験機によって測定した。これらの結果を表２に併せて示す。
【００５３】
発明例３
上記参考例および発明例と同一鋼材（表１）を用いて、鍛造および粗加工したのち、図３に示した条件により同様の浸炭窒化焼入れ、焼戻しを行い、さらに同様の研削超仕上げを施すことにより、図２に示した形状の外輪６および内輪７を得た。
【００５４】
そして、同様の脱脂剤水溶液を用いて表面を清浄化したのち、市販の表面処理剤（日本パーカライジング株式会社製建浴剤『パルホス３４８０（登録商標）』）の２４％水溶液に、さらにりん酸１．５ｇ／Ｌを添加して６５℃に加温した処理液に１０分間浸漬したのち、水洗によって未反応の処理溶液を除去し、続いて熱風乾燥炉により同様に乾燥することによって、上記外輪６および内輪７の表面にモリブデン酸化物を複合したりん酸鉄系の皮膜を形成させた。
【００５５】
このようにして得られた外輪６および内輪７について、上記した方法によって、ベアリング溝部６ａおよび７ａにおける表面粗さ、皮膜厚さ、りんおよびモリブデンの付着量を同様に求めると共に、これら外輪６および内輪７のベアリング溝部における転動疲労寿命を図４に示した軸受転動疲労試験機によって同様に調査した。これらの結果を表２に併せて示す。
【００５６】
参考例３
上記参考例および発明例と同一の鋼材（表１）に、同様の鍛造，粗加工，熱処理，研削超仕上げを施すことによって、同様の形状を備えた外輪６および内輪７（図２）を得た。
【００５７】
そして、同様に洗浄処理したのち、３％のりん酸水溶液に苛性ソーダを添加してｐＨを３．８に調整し、５０℃に加温した処理液中に３分間浸漬した。そして、水洗によって未反応の処理溶液を除去したのち、同様に乾燥を施すことにより、表面にりん酸鉄系の皮膜を形成させた外輪６および内輪７を得た。
【００５８】
このようにして得られた外輪６および内輪７について、ベアリング溝部６ａおよび７ａにおける表面粗さ、皮膜厚さ、りんおよびモリブデンの付着量を上記参考例および発明例の場合と同様に求めると共に、これら外輪６および内輪７のベアリング溝部における転動疲労寿命を図４に示した軸受転動疲労試験機によって同様に測定した。これらの結果を表２に併せて示す。
【００５９】
比較例１
表１に示した上記各参考例および発明例と同一の鋼材を用いて、鍛造および粗加工をしたのち、図３に示した熱処理条件のもとに同様の浸炭窒化焼入れ、焼戻しを行った。次いで、同様に研削超仕上げを施すことによって、図２に示す形状の外輪６および内輪７を同様に作成した。
【００６０】
このようにして得られた外輪６および内輪７について、この比較例においては、表面処理を施すことなく、図４に示した軸受転動疲労試験機にそのまま組み込み、同様の試験条件のもとに、ベアリング溝部６ａおよび７ａにおける転動疲労寿命を調査した。これらの結果を表２に併せて示す。
【００６１】
比較例２
表１に示した上記各参考例および発明例と同一の鋼材に、同様の鍛造，粗加工，熱処理，研削超仕上げを施すことによって、同様の形状を備えた外輪６および内輪７（図２）を作成した。
【００６２】
そして、同様の脱脂剤水溶液によって洗浄したのち、１５０℃に加熱した苛性ソーダ水溶液中に５分間浸漬して四三酸化鉄被膜を形成させたのち、同様に水洗および乾燥した。
【００６３】
このようにして得られた外輪６および内輪７を図４に示した軸受転動疲労試験機に組み込み、同様の試験条件のもとに、ベアリング溝部６ａおよび７ａの転動疲労寿命を同様に調査した。これらの結果を表２に併せて示す。
【００６４】
【表２】
【００６５】
表２の結果から明らかなように、ベアリング溝部にモリブデン酸化物が複合添加されたりん酸鉄系皮膜を形成した発明例１〜３に係わる転動体においては、皮膜が形成されていない比較例１および酸化鉄系皮膜が形成されている比較例２に較べて、転動疲労寿命が大幅に向上していることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【図１】 トロイダル式無段変速機の基本構造および変速原理を示す断面図である。
【図２】 図１に示したトロイダル式無段変速機における転動体内外輪の拡大図である。
【図３】 本発明の実施例において転動体内外輪に施す熱処理条件を示す説明図である。
【図４】 本発明の実施例において転動疲労強度の評価に用いた軸受転動疲労試験機の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
６ 外輪（転動体）
６ａ ベアリング溝部
７ 内輪（転動体）
７ａ ベアリング溝部
８ 玉軸受
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車などの車両や各種の機械装置において、回転動力を無段階に変速して伝達するのに用いられるトロイダル式無段変速機などの無段変速機に係わり、とくにこのような無段変速機に使用される転動体の転動疲労寿命改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
無段変速機として、トロイダル式無段変速機は、図１にその基本構造を示すように、図外のハウジング内に、入力ディスク３および出力ディスク１２を備え、これらが同軸上に相対向して設置されている。そして入力ディスク３には、カム板２ａ，保持器２ｂおよびローラ２ｃからなる押圧装置２を介して入力軸１が連結されていると共に、出力ディスク１２には出力軸１３が固定されている。
【０００３】
入力ディスク３および出力ディスク１２は、略同一形状をなしてそれぞれ対称に配置され、それらの対向面が軸方向断面でみて略半円となるようにトロイダル面に形成されている。そして、入力ディスク３および出力ディスク１２の両トロイダル面により形成されるトロイダルキャビティ内には、入力ディスク３および出力ディスク１２に接触する一対のパワーローラ（内輪）７，７が配設されている。
【０００４】
各パワーローラ内輪７は、それぞれトラニオン４に支持された外輪６に玉軸受８を介して圧接された状態で、同じくトラニオン４に取付けられた枢軸５にニードルベアリング９を介して回転自在に枢着されると共に、入力ディスク３および出力ディスク１２によって形成される反円形断面をなすトロイダル面の中心となるピボット軸１０を中心として、傾動自在に支持されている。
【０００５】
そして、入力ディスク３および出力ディスク１２とパワーローラ内輪７，７との接触面には、粘性摩擦抵抗の大きい潤滑油（トラクションオイル）が供給され、入力ディスク３に入力される動力を潤滑油膜およびパワーローラ内輪７，７を介して出力ディスク１２に伝達するようになっている。
【０００６】
このように構成されたトロイダル式無段変速機においては、入力軸１が回転すると、その動力がカム板２ａ，保持器２ｂ，ローラ２ｃからなる押圧装置２を介して入力ディスク３に伝達されて入力ディスク３が回転する。この入力ディスク３の回転により発生した動力がパワーローラ７，７を介して出力ディスク１２に伝達され、出力ディスク１２が出力軸１３と共に一体回転する。
【０００７】
変速時には、図中に矢印で示すように、ピボット軸１０を中心としてトラニオン４，４を所定角度回動させ、パワーローラ７，７の傾きを変化させる。これによってパワーローラ７，７が入力ディスク３および出力ディスク１２のトロイダル曲面３ａ，１２ａ上を傾転し、その結果、入力ディスク３および出力ディスク１２のパワーローラ７，７との接触位置（半径）が変化し、速度比が変わることによって、無段階の減速あるいは増速が行われる。
【０００８】
このようなトロイダル式無段変速機としては、例えば特開平７−７１５５５号公報に記載されたものが知られており、当該公報記載のトロイダル式無段変速機においては、入出力ディスクおよびパワーローラのトラクション面の転がり寿命を向上すると共に、入出力ディスクおよびパワーローラの耐疲労割れ寿命を向上するために、これらディスクおよびパワーローラに、有効硬化層深さが２．０〜４．０ｍｍの範囲となるように表面硬化および研削仕上げを行うことが記載されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
一方、前記パワーローラの内輪７および外輪６の対向面には、図２に拡大して示すように、玉軸受を構成する鋼球８を受け入れるためのベアリング溝部７ａおよび６ａが環状に形成されており、当該無段変速機を駆動した場合には、入出力ディスク３，１２とパワーローラ内輪７の間に高い押し付け荷重が加わるため、前記ベアリング溝部７ａ，６ａには、例えば最大接触面圧が３ＧＰａ以上にも達する高い接触圧力を生じる。
【００１０】
さらに、ベアリング溝部７ａ，６ａにおいては、このような高面圧に加えて、通常の転がり軸受とは異なり、トラクション力やラジアル方向荷重が負荷されながらスラストベアリングの鋼球８が転動するため、ミクロ的な金属接触を生じたり、転がり摩擦抵抗が増したりすることにより表面接線力が増大し、転動疲労寿命の低下を招く場合がある。
【００１１】
一方、特開平２−１９０６１５号公報には、グリース潤滑軸受においては、ミクロ的な金属接触によって転走面に形成された新生面が触媒的な作用をして、グリース−転走表面間でのトライボケミカル的な反応を促進し、化学分解により生成した水素が鋼中に侵入することによって転動疲労剥離寿命が低下することがあると記載されており、このようなトロイダル式無段変速機の大容量化、あるいは小型化には、入出力ディスクおよびパワーローラのトラクション面における転がり寿命の向上もさることながら、とくにベアリング溝部におけるミクロ的な金属接触および摩擦抵抗などを低減させることが、転動体の転動疲労寿命を向上させるための課題となっていた。
【００１２】
なお、特開平１０−１８４８３６号公報には、浸炭あるいは浸炭窒化による表面硬化処理後の研削仕上げによる硬化層のロスを低減してパワーローラのベアリング面の耐久性を向上させるために、ベアリング面溝部の表面炭素濃度および有効硬化層深さをベアリング溝裏面部と同等以上にした転動体が記載されているが、この場合ベアリング溝部におけるミクロ的な金属接触を抑制することはできない。また、前記特開平２−１９０６１５号公報には、この対策として、１３０〜１６０℃に加熱した苛性ソーダ水溶液に浸漬して四三酸化鉄被膜を形成する黒染め処理を施すことが開示されているが、このような苛性ソーダ処理は、作業環境が劣悪となり、工業的に好ましくない。
【００１３】
【発明の目的】
本発明は、従来の無段変速機における上記課題に着目してなされたものであって、とくにベアリング溝部における作動時の金属接触や摩擦抵抗を低減させることができ、転動疲労寿命の大幅な向上が可能な無段変速機用の転動体を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係わる無段変速機用転動体は、潤滑油を介して接触する複数個の金属製転動体を備えた無段変速機において、玉軸受を介して互いに回転自在に支持された内外輪の少なくとも一方のベアリング溝部に、モリブデン含有の化成処理液を用いてモリブデン酸化物が複合添加されたりん酸鉄系の皮膜が形成されている構成としたことを特徴としており、無段変速機用転動体におけるこのような構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。このとき、りん酸鉄系皮膜の付着量としては、請求項２に記載しているようにりんに換算して１００〜３００ｍｇ／ｍ２ の範囲とすることができる。
【００１５】
本発明に係わる無段変速機用転動体において、りん酸鉄系皮膜中におけるモリブデンとりんとの重量比（Ｍｏ／Ｐ）については、請求項３に記載しているように０．３以下とすることができ、さらに、請求項４に記載されているように、りん酸鉄系皮膜に添加されたモリブデン酸化物の付着量をモリブデンに換算して６０ｍｇ／ｍ２ 以下とすることができる。
【００１６】
また、本発明に係わる無段変速機用転動体においては、請求項５に記載されているように、りん酸鉄系皮膜が形成されているベアリング溝部の表面粗さを中心線平均粗さ（Ｒa ）で０．０７μｍ以下とすることができ、さらに請求項６に記載されているように、りん酸鉄系皮膜の皮膜厚さを０．４〜２．０μｍの範囲とすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明に係わる無段変速機用転動体は、玉軸受により互いに回転自在に支持された内外輪の一方もしくは両方のベアリング溝部に、モリブデン含有の化成処理液を用いることによって、モリブデン酸化物が複合添加されたりん酸鉄系の皮膜を形成させたものであり、りん酸鉄系の皮膜が形成されていることによって、ベアリング溝面の油膜保持性が向上し、ミクロ的な金属接触が低減して、摩擦抵抗も減少するため、転動体の転動疲労寿命が向上することになる。そして、モリブデン酸化物の複合添加によって、皮膜の摩耗耐久性が向上して皮膜の優れた性能が持続的に発揮されるようになる。
【００１８】
このとき、転動体の内外輪については、通常、いずれか一方のみが先に疲労破壊するので、壊れやすい側のベアリング溝部にのみりん酸鉄系皮膜を形成させるようになすことによって、コストの低減を図ることができる。しかし、壊れ難いとされる側が疲労破壊することも絶対にないとは言えないので、内外輪の両方にりん酸鉄系皮膜を形成することにより効果を万全のものにすることができる。
【００１９】
また、本発明においては、ベアリング溝部にのみりん酸鉄系皮膜を形成させれば足りるが、後述する実施例のように、内外輪全体を処理液に浸漬することにより、その全面にりん酸鉄系皮膜を形成させて何ら支障はない。もちろん、皮膜の不要部分、例えばトラクション面にマスキングを施したり、皮膜処理後に再研削したりすることも必要に応じて可能である。
【００２０】
りん酸鉄系皮膜にモリブデン酸化物を複合添加するためには、モリブデン含有の化成処理液を用いることにより調整することができる。また、皮膜厚さ、りんおよびモリブデン付着量は、化成処理条件、例えば処理液成分および濃度、処理温度、処理時間などを調整することによってコントロールすることができる。
【００２１】
すなわち、溶剤系あるいはアルカリ系の洗浄剤を使用して、皮膜を形成させる部位の汚れを洗浄したのち、水洗され、上記のような化成処理液による表面処理が行われる。化成処理された部材は、水ですすがれ、未反応の処理液が部材表面から除去されたのち、乾燥されて目的のりん酸鉄系皮膜が形成される。
【００２２】
このとき、りん酸鉄系皮膜の付着量としては、請求項２に記載しているようにりんに換算して１００ｍｇ／ｍ２以上、３００ｍｇ／ｍ２以下の範囲とすることが望ましい。これは、りんの付着量が１００ｍｇ／ｍ２に満たない場合には、皮膜の摩耗耐久性が十分に得られず、皮膜の優れた性能を持続的に得ることができなくなり、逆に３００ｍｇ／ｍ２を超えた場合には、表面が粗くなりやすくなることによる。
【００２３】
また、りん酸鉄系皮膜中におけるモリブデンとりんとの重量比（Ｍｏ／Ｐ）については、素材に対する皮膜の密着性を確保する観点から、請求項３に記載されているように０．３以下とすることが望ましく、さらに素材に対する皮膜の密着性と皮膜表面の平滑性を確保する観点から、請求項４に記載されているように、モリブデン酸化物の付着量をモリブデンに換算して６０ｍｇ／ｍ２ 以下とすることが望ましい。
【００２４】
さらに、りん酸鉄系皮膜が形成されているベアリング溝部の表面粗さについては、請求項５に記載されているように、ＪＩＳ Ｂ ０６０１に規定される中心線平均粗さ（Ｒa ）で０．０７μｍ以下とすることが望ましい。これは、中心線平均粗さ（Ｒa ）が０．０７μｍを上回ると、転動部における金属接触率が増加し、当該部分の温度上昇による素材の軟化や表面損傷による表面起点型の転動疲労寿命が低下しやすくなる傾向があることによる。
【００２５】
また、請求項６に記載されているように、りん酸鉄系皮膜の皮膜厚さを０．４〜２．０μｍの範囲とすることが望ましい。すなわち、皮膜厚さが０．４μｍに満たない場合には皮膜の摩耗耐久性が十分に得られず、皮膜厚さが２．０μｍを超えた場合には表面の平滑性を損ねやすくなる傾向がある。
【００２７】
本発明に係わる転動体におけるベアリング溝部の面粗さ、すなわち中心線平均粗さ（Ｒa ）については、市販の触針式の表面粗さ測定装置により測定することができる。なお、カットオフ値は０．０８ｍｍとする。
【００２８】
りんおよびモリブデンの付着量については、市販の蛍光Ｘ線分析装置により定量することができる。すなわち、付着量既知の複数種類のサンプルについて分析することにより、それぞれの特性Ｘ線強度と付着量の関係からりんおよびモリブデンの検量線を予め作成しておき、付着量を測定しようとする試料について同様の条件によりりんあるいはモリブデンの特性Ｘ線の強度を測定し、この測定強度を先に求めた検量線に基づいてりんあるいはモリブデンの付着量に換算する。
【００２９】
そして、モリブデンとりんの重量比（Ｍｏ／Ｐ）については、前述の方法により求めたそれぞれの付着量から算出される。
【００３０】
また、皮膜厚さについては、例えば、市販のＸＰＳ（Ｘ線光電子分光分析）装置により定量することができる。ＸＰＳとは、サンプルを超高真空（１０−５Ｐａ以下）においてＸ線により励起した際に放出される光電子を分析する装置であり、この光電子の強度と感度係数の関係より、サンプルの表面に存在する原子の比率を計算することができる。また、放出される光電子の運動エネルギーから表面の化学状態、例えば鉄の酸化状態（金属状態か酸化しているか）を判別することができる。なお、定量計算方法は既に確立されたものであり、プログラムとして市販されている。
【００３１】
本発明に係わる転動体について、Ｘ線により励起したのち、まずワイドスキャンと呼ばれる分析を行い、表面に存在する元素の定性分析を行うと、通常、炭素（大気等による汚染に起因する）、酸素、りん、鉄（酸化状態）、場合によってはさらにモリブデンが検出される。定性分析により検出された元素について定量計算を行い、これによって各成分の比率を原子％で算出する。皮膜厚さは、ＸＰＳ装置に併設されているアルゴンスパッタリングガンを用いて測定する。
【００３２】
まず、透過電子顕微鏡などにより測定された皮膜厚さが既知のサンプルを複数種類分析して皮膜厚さの検量線を予め作成しておく。すなわち、これらサンプルについて、アルゴンスパッタリング−光電子分析を数回に分けて繰り返すと、スパッタリングによって皮膜が除去されていくにしたがって、素材鋼に起因する金属状態の鉄が検出されるようになる。この金属状態の鉄の比率が６０原子％となるまで皮膜が存在したものと定義し、これに要したスパッタリングの積算時間と皮膜厚さとの関係を求めて検量線を作成する。そして、皮膜厚さを測定しようとする試料を同様に分析し、金属状態の鉄の比率が６０原子％となるまでに要したスパッタリング積算時間を求めて、先の検量線により皮膜厚さを算出する。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係わる無段変速機用転動体においては、玉軸受を介して互いに回転自在に支持された内外輪の少なくとも一方のベアリング溝部に、モリブデン含有の化成処理液を用いてモリブデン酸化物が複合添加されたりん酸鉄系の皮膜が形成されているので、ベアリング溝部における油膜保持特性が向上してミクロ的な金属接触を低減することができ、摩擦抵抗が減少し、皮膜の摩耗耐久性も向上することから、転動体のベアリング溝部における転動疲労寿命を大幅に向上させることができるという極めて優れた効果がもたらされる。
【００３４】
本発明の請求項２に係わる無段変速機用転動体においては、りん酸鉄系皮膜の皮膜付着量をりんに換算して１００〜３００ｍｇ／ｍ２の範囲としたものであるから、皮膜表面の平滑性が確保されると共に、皮膜の摩耗耐久性が向上し、りん酸鉄系皮膜による上記効果を長期にわたって持続させることができるという効果がもたらされる。
【００３５】
また、本発明の請求項３に係わる無段変速機用転動体においては、りん酸鉄系皮膜中におけるモリブデンとりんとの重量比（Ｍｏ／Ｐ）を０．３以下としたものであるから、転動体に対する皮膜の密着性を損なうことなく、モリブデン酸化物による上記効果を発揮させることができ、さらに請求項４に係わる無段変速機用転動体においては、りん酸鉄系皮膜に添加されたモリブデン酸化物の付着量をモリブデンに換算して６０ｍｇ／ｍ２ 以下としたものであるから、皮膜表面の平滑性や皮膜の密着性を損なうことなく、モリブデン酸化物による上記効果をより確実なものとすることができるという優れた効果がもたらされる。
【００３６】
さらに、本発明の請求項５に係わる無段変速機用転動体においては、りん酸鉄系皮膜が形成されているベアリング溝部の表面粗さが中心線平均粗さ（Ｒa ）で０．０７μｍ以下となっているので、転動時の金属接触率が減少し、転動部の温度上昇による軟化や表面損傷がなくなり、転動疲労寿命の大幅な改善が可能になり、請求項６に係わる無段変速機用転動体においては、りん酸鉄系皮膜の皮膜厚さが０．４〜２．０μｍとなっているので、皮膜表面の平滑性を損なうことなく、皮膜の摩耗耐久性を増すことができ、りん酸鉄系皮膜による上記効果を長期にわたってより確実なものにすることができるというさらに優れた効果がもたらされる。
【００３７】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて、さらに具体的に説明する。
【００３８】
参考例１
まず、表１に示す浸炭用鋼（Ｃｒ−Ｍｏ鋼）を素材として、鍛造および粗加工の後、図３に示す熱処理条件のもとに、浸炭窒化焼入れ、焼戻しを行った。
【００３９】
【表１】
次に、転がり接触をする部位に研削超仕上げを施すことにより、図２に示したように、ベアリング溝部６ａおよび７ａをそれぞれ備えた外輪６および内輪７を得た。なお、研削超仕上げ後のベアリング溝部６ａおよび７ａにおける表面硬さがＨＶ７００〜７２０程度、表面粗さについてはＲａ０．０３〜０．０５μｍ程度となるように加工した。
【００４１】
そして、仕上げ加工後の外輪６および内輪７を予め６０℃に加温した市販の脱脂剤（日本パーカライジング株式会社製『ファインクリーナ−４３６０（登録商標）』）の２％水溶液中に５分間浸漬したのち、十分に水洗して表面を清浄化すると共に、５０℃に加温した市販の表面処理剤（日本パーカライジング株式会社製建浴剤『パルホス１０７７（登録商標）』）の８％水溶液中に１分間浸漬して、りん酸鉄系の皮膜を形成させたのち、十分に水洗して、未反応の処理溶液を除去し、１００℃に設定された熱風乾燥炉内で１５分間乾燥した。
【００４２】
このようにして、仕上げ加工および皮膜処理された外輪６および内輪７について、ベアリング溝部６ａおよび７ａの表面粗さを市販の触針式の表面粗さ測定装置を用いて、カットオフ値０．０８ｍｍで測定すると共に、ベアリング溝部６ａおよび７ａにおける皮膜厚さを市販のアルゴンスパッタリングガンを併設したＸＰＳ装置を用いて、皮膜を破壊除去した際のスパッタリング時間から前記した方法により換算して求め、さらにりんの付着量を市販の蛍光Ｘ線分析装置を用いて定量した。
【００４３】
そして、これら外輪６および内輪７を図４に示す軸受転動疲労試験機に組み込んで疲労試験を実施することにより、ベアリング溝部６ａおよび７ａの転動疲労寿命を評価した。なお、試験条件については、３Ｌ／ｍｉｎの強制潤滑下で、最大接触面圧が３．４ＧＰａとなるように設定した。また、振動センサーによって転動時の振動を検出し、外輪または内輪のベアリング溝部６ａまたは７ａに剥離が生じるまでの試験時間を転動疲労寿命とした。これらの結果を表２に示す。
【００４４】
参考例２
表１に示した上記参考例と同一の鋼材を用いて、鍛造および粗加工をしたのち、図３に示した熱処理条件によって、同様の浸炭窒化焼入れ、焼戻しを行った。次いで、同様に研削超仕上げを施すことにより、図２に示した外輪６および内輪７を得た。
【００４５】
そして、同様の脱脂剤水溶液によって清浄化したのち、５０℃に加温した市販の表面処理剤（日本パーカライジング株式会社製建浴剤『パルホス１０７７（登録商標）』）の８％水溶液中に３分間浸漬したのち、水洗によって未反応の処理溶液を除去し、同様に乾燥することによって、上記外輪６および内輪７の表面にりん酸鉄系の皮膜を形成させた。
【００４６】
このようにして得られた外輪６および内輪７について、上記参考例と同一の方法によって、ベアリング溝部６ａおよび７ａにおける表面粗さ、皮膜厚さおよびりんの付着量を求めると共に、これら外輪６および内輪７のベアリング溝部における転動疲労寿命を図４に示した軸受転動疲労試験機を用いて同様に調査した。これらの結果を表２に併せて示す。
【００４７】
発明例１
上記参考例と同一の鋼材（表１）を用いて、鍛造および粗加工したのち、図３に示した条件により同様の浸炭窒化焼入れ、焼戻しを行い、さらに同様の研削超仕上げを施すことにより、図２に示した外輪６および内輪７を得た。
【００４８】
そして、同様の脱脂剤水溶液によって清浄化したのち、６５℃に加温した市販の表面処理剤（日本パーカライジング株式会社製建浴剤『パルホス３４８０（登録商標）』）の１２％水溶液中に１０分間浸漬したのち、水洗によって未反応の処理溶液を除去し、さらに乾燥を施すことによって、上記外輪６および内輪７の表面にモリブデン酸化物を複合したりん酸鉄系の皮膜を形成させた。
【００４９】
このようにして得られた外輪６および内輪７について、上記方法によって、ベアリング溝部６ａおよび７ａにおける表面粗さ、皮膜厚さ、りんおよびモリブデンの付着量を求めると共に、これら外輪６および内輪７のベアリング溝部における転動疲労寿命を図４に示した軸受転動疲労試験機により同様に調査した。これらの結果を表２に併せて示す。
【００５０】
発明例２
上記参考例および発明例と同一の鋼材（表１）を用いて、同様に鍛造および粗加工を施したのち、図３に示した条件により同様の浸炭窒化焼入れ、焼戻しを行い、さらに同様の研削超仕上げを施すことによって、図２に示した外輪６および内輪７を得た。
【００５１】
そして、同様に洗浄処理したのち、６５℃に加温した市販の表面処理剤（日本パーカライジング株式会社製建浴剤『パルホス３４８０（登録商標）』）の２４％水溶液中に１０分間浸漬したのち、水洗によって未反応の処理溶液を除去して乾燥を施すことにより、上記外輪６および内輪７の表面にモリブデン酸化物を複合したりん酸鉄系の皮膜を形成させた。
【００５２】
このようにして得られた外輪６および内輪７について、ベアリング溝部６ａおよび７ａにおける表面粗さ、皮膜厚さ、りんおよびモリブデンの付着量を同様に求めると共に、これら外輪６および内輪７のベアリング溝部における転動疲労寿命を図４に示した軸受転動疲労試験機によって測定した。これらの結果を表２に併せて示す。
【００５３】
発明例３
上記参考例および発明例と同一鋼材（表１）を用いて、鍛造および粗加工したのち、図３に示した条件により同様の浸炭窒化焼入れ、焼戻しを行い、さらに同様の研削超仕上げを施すことにより、図２に示した形状の外輪６および内輪７を得た。
【００５４】
そして、同様の脱脂剤水溶液を用いて表面を清浄化したのち、市販の表面処理剤（日本パーカライジング株式会社製建浴剤『パルホス３４８０（登録商標）』）の２４％水溶液に、さらにりん酸１．５ｇ／Ｌを添加して６５℃に加温した処理液に１０分間浸漬したのち、水洗によって未反応の処理溶液を除去し、続いて熱風乾燥炉により同様に乾燥することによって、上記外輪６および内輪７の表面にモリブデン酸化物を複合したりん酸鉄系の皮膜を形成させた。
【００５５】
このようにして得られた外輪６および内輪７について、上記した方法によって、ベアリング溝部６ａおよび７ａにおける表面粗さ、皮膜厚さ、りんおよびモリブデンの付着量を同様に求めると共に、これら外輪６および内輪７のベアリング溝部における転動疲労寿命を図４に示した軸受転動疲労試験機によって同様に調査した。これらの結果を表２に併せて示す。
【００５６】
参考例３
上記参考例および発明例と同一の鋼材（表１）に、同様の鍛造，粗加工，熱処理，研削超仕上げを施すことによって、同様の形状を備えた外輪６および内輪７（図２）を得た。
【００５７】
そして、同様に洗浄処理したのち、３％のりん酸水溶液に苛性ソーダを添加してｐＨを３．８に調整し、５０℃に加温した処理液中に３分間浸漬した。そして、水洗によって未反応の処理溶液を除去したのち、同様に乾燥を施すことにより、表面にりん酸鉄系の皮膜を形成させた外輪６および内輪７を得た。
【００５８】
このようにして得られた外輪６および内輪７について、ベアリング溝部６ａおよび７ａにおける表面粗さ、皮膜厚さ、りんおよびモリブデンの付着量を上記参考例および発明例の場合と同様に求めると共に、これら外輪６および内輪７のベアリング溝部における転動疲労寿命を図４に示した軸受転動疲労試験機によって同様に測定した。これらの結果を表２に併せて示す。
【００５９】
比較例１
表１に示した上記各参考例および発明例と同一の鋼材を用いて、鍛造および粗加工をしたのち、図３に示した熱処理条件のもとに同様の浸炭窒化焼入れ、焼戻しを行った。次いで、同様に研削超仕上げを施すことによって、図２に示す形状の外輪６および内輪７を同様に作成した。
【００６０】
このようにして得られた外輪６および内輪７について、この比較例においては、表面処理を施すことなく、図４に示した軸受転動疲労試験機にそのまま組み込み、同様の試験条件のもとに、ベアリング溝部６ａおよび７ａにおける転動疲労寿命を調査した。これらの結果を表２に併せて示す。
【００６１】
比較例２
表１に示した上記各参考例および発明例と同一の鋼材に、同様の鍛造，粗加工，熱処理，研削超仕上げを施すことによって、同様の形状を備えた外輪６および内輪７（図２）を作成した。
【００６２】
そして、同様の脱脂剤水溶液によって洗浄したのち、１５０℃に加熱した苛性ソーダ水溶液中に５分間浸漬して四三酸化鉄被膜を形成させたのち、同様に水洗および乾燥した。
【００６３】
このようにして得られた外輪６および内輪７を図４に示した軸受転動疲労試験機に組み込み、同様の試験条件のもとに、ベアリング溝部６ａおよび７ａの転動疲労寿命を同様に調査した。これらの結果を表２に併せて示す。
【００６４】
【表２】
表２の結果から明らかなように、ベアリング溝部にモリブデン酸化物が複合添加されたりん酸鉄系皮膜を形成した発明例１〜３に係わる転動体においては、皮膜が形成されていない比較例１および酸化鉄系皮膜が形成されている比較例２に較べて、転動疲労寿命が大幅に向上していることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【図１】 トロイダル式無段変速機の基本構造および変速原理を示す断面図である。
【図２】 図１に示したトロイダル式無段変速機における転動体内外輪の拡大図である。
【図３】 本発明の実施例において転動体内外輪に施す熱処理条件を示す説明図である。
【図４】 本発明の実施例において転動疲労強度の評価に用いた軸受転動疲労試験機の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
６ 外輪（転動体）
６ａ ベアリング溝部
７ 内輪（転動体）
７ａ ベアリング溝部
８ 玉軸受
Claims (6)
- 潤滑油を介して接触する複数個の金属製転動体を備えた無段変速機において、
玉軸受を介して互いに回転自在に支持された内外輪の少なくとも一方のベアリング溝部に、モリブデン含有の化成処理液を用いてモリブデン酸化物が複合添加されたりん酸鉄系の皮膜が形成されていることを特徴とする無段変速機用転動体。 - 前記りん酸鉄系皮膜の皮膜付着量がりんに換算して１００〜３００ｍｇ／ｍ２ であることを特徴とする請求項１記載の無段変速機用転動体。
- 前記りん酸鉄系皮膜中におけるモリブデンとりんとの重量比（Ｍｏ／Ｐ）が０．３以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無段変速機用転動体。
- 前記りん酸鉄系皮膜に添加されたモリブデン酸化物の付着量がモリブデンに換算して６０ｍｇ／ｍ２ 以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の無段変速機用転動体。
- りん酸鉄系皮膜が形成されているベアリング溝部の表面粗さが中心線平均粗さ（Ｒa ）で０．０７μｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の無段変速機用転動体。
- 前記りん酸鉄系皮膜の皮膜厚さが０．４〜２．０μｍであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の無段変速機用転動体。
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