JP5214265B2 - ベルト式ｃｖｔ用プーリー - Google Patents

Description

本発明は、ベルト式無段変速機におけるベルトと摺動する摺動面を有するＣＶＴ用プーリーに関する。

自動車のベルト式無段変速機（以下、ベルト式ＣＶＴという）は、従来多く使用されてきた３段、又は４段の自動変速機（ＡＴ）と比較すると、変速ショックがなく、滑らかな加速が得られることや燃費の点で有利である。そのため、ベルト式ＣＶＴを搭載した自動車が増加してきた。

上記ベルト式ＣＶＴは、後述する図１に示すように、入力プーリー２０１と出力プーリー２０２と、入力プーリー２０１及び出力プーリー２０２に巻き掛けられた金属製のベルト３とを備えたものが一般的である。上記入力プーリー２０１及び出力プーリー２０２は、それぞれ２つのプーリー２の摺動面２１を間隔可変（溝幅可変）の状態で対面させることにより構成してある。そして、上記ベルト式ＣＶＴ用プーリー２の溝幅を変化させ、ベルト３とプーリー２の接触半径を変化させることにより変速を可能とする無段変速機１である。

具体的には、上記ベルト３は、２つの無端状のスチールバンド３２を並置し、この二つのバンド３２の対向する周縁に、鋼製のエの字状のブロック３１（金属エレメント）を周方向に沿って複数枚嵌め込んだ構造である。また、ベルト３に巻きつけられた入力プーリー２０１及び出力プーリー２０２は、２つの入れ子式の円錐状のシーブを備えている。

そして、ベルト３とプーリー２の接触半径の制御は、プーリー２の回転軸に沿って二つの円錐状のシーブを移動させることにより行われる。この際、ベルト３のエッジと摩擦接触するシーブの円錐周面（シーブ面２１）は、ベルト３の回転及びベルト３の巻付け径の制御に伴い、ベルト３のエッジに摺動する摺動面２１となる。そして、プーリー２に巻付けられるベルト３の張力は高く、さらに摺動面２１と直接接触するブロック３１はスチールからなるので、プーリー２の摺動面２１は非常に摩耗し易い状態で使用される。

このようなブロック３１とプーリー２の摺動面との間で、極めて高い圧力が負荷された状態下で、ＣＶＴ用プーリー２の耐久性を持続させるためには、プーリー２の摺動面２１の摩耗を抑制することが必要であり、そのための技術開発が不可欠となる。

このような問題を鑑みて、浸炭処理、又は浸炭窒化処理（浸炭浸窒処理）により、摺動面も含む母材の表面硬さをＨｖ７５０以上としたベルト式無段変速機用プーリーが提案されている（特許文献１、特許文献２）。
特許文献１、２の発明は、特許文献１では浸炭処理又は浸炭窒化処理、特許文献２では高濃度浸炭＋高周波焼入れ焼きもどしにより表面硬さを所定の硬さとなるようにし、耐摩耗性を向上させることができる。しかし、前述したように、ＣＶＴ用プーリーの摺動面には、高面圧が繰り返し作用するため、単なるアブレッシブ摩耗だけでなく、表面の疲労による亀裂を起因とした摩耗が発生するおそれがある。更に、ＣＶＴ用プーリーの摺動面は、摺動発熱により表面の硬さが低下（焼き戻し軟化）し、前記疲労亀裂による摩耗が助長されるおそれがある。つまり、表面硬さを単に硬質にしたプーリーでは、十分に摺動面の摩耗を低減することができない場合がある。

そして、ＣＶＴ用プーリーに関しては、上記特許文献１の発明も含め、硬化処理後の表面層の最適化や、使用される鋼材側の成分最適化による耐摩耗性向上技術等、他にも多数の特許が公開され、従来から活発な研究開発が行われてきた。

しかしながら、摺動面における摩耗減少は、金属ベルトが摺動することにより、すべりを伴う高面圧の繰り返し負荷及び摺動発熱による表面硬さの低下、疲労亀裂を伴う摩耗が発生して進んでいく。そのため、使用される鋼材側だけの問題のみで決定されるのではなく、ベルトとプーリーの摺動面がどのように接触しているかによって大きく左右されると考えられる。

また、亀裂の発生・伝播の両方を抑制できる残留γ分布を達成し、優れた疲労強度を示す高強度鋼部品、及びその様な高強度鋼部品を製造する為の最適な方法が報告されている（特許文献３）。
特許文献３に記載の高強度鋼部品は、最表面から４０μｍ深さまでの残留オーステナイト量が１５体積％以下であり、且つ最表面から１００〜４００μｍ深さでの残留オーステナイト量が２０〜４０体積％である。また、浸炭用鋼によって作製した部品に、表面炭素濃度：０．７重量％以上、表面窒素濃度：０．２重量％以上、且つ（表面炭素濃度＋表面窒素濃度）：１．３重量％以下となるように、浸炭浸窒処理をＴ時間施した後、９００℃以上で表面炭素濃度：０．４〜０．９重量％となるような浸炭処理を０．２〜０．６Ｔ時間実施することによって、最表面から４０μｍ深さまでの残留オーステナイト量を４０体積％以下とし、更に、アークハイト０．６ｍｍＡ以上のショットピーニング処理を実施することが記載されている。

これは、予め、残留オーステナイトを定量発生させておき、ショットピーニングにて加工誘起によりフレッシュマルテンを発生させることにより、表面硬さを上げる目的と、ショットピーニングによる残留応力の付与により、疲労強度を向上させようとするものである。
一般的に、表面硬度を上げることは勿論、ショットピーニングで付与される残留応力が亀裂の進展性に対し影響がつよいと解釈されている。また、前記した特許文献１にも、表面硬度を高めるために、残留オーステナイトを３０％以下とする旨の記載がされている。

しかしながら、ＣＶＴ用プーリーの摺動面はすべりを伴う高面圧化の繰り返し負荷が発生しており、上述したように、表面の疲労による亀裂を起因とした摩耗と焼戻し軟化が同時に起きている。従って、亀裂進展の抑制に効果的と言われている残留オーステナイトの利用が重要となるが、残留オーステナイトの増加は硬度低下を招くため、表面硬度と残留オーステナイト量のバランスが重要となり、特許文献１、３の方法だけでは、ＣＶＴ用プーリーの耐久性を十分に改善させることができなかった。

また、特許文献４にも、浸炭又は浸炭窒化処理し、さらにショットピーニングを施すことを特徴とする無段変速機用プーリーについて記載されているが、残留オーステナイト量とプーリーの性能との関係については全く検討されていない。

さらに、特許文献５には、シーブ面の表面硬度をＨｖ８５０以上と高めるだけでなく、表面粗さＲａを０．１〜０．５μｍとすることにより、耐摩耗性を高めた無段変速機用プーリーについて記載されている。しかしながら、このＣＶＴ用プーリーも残留オーステナイト量に関しては全く検討されていない。

特開２０００−８１２１号公報 特開昭６２−２８８７６３号公報 特開平６−７３５２３号公報 特開２０００−１７６５８６号公報 特開２０００−１３０５２７号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、金属ベルトが摺動する摺動面における、すべりを伴う高面圧の繰り返し負荷及び摺動発熱による表面硬度の低下、疲労亀裂を伴う摩耗を抑制することができる、耐摩耗性に優れたベルト式ＣＶＴ用プーリーを提供しようとするものである。

本発明は、ベルト式無段変速機（以下、ベルト式ＣＶＴという）におけるベルトと摺動する摺動面を有し、素材の鋼としてＪＩＳ Ｇ ４０５３（以下、ＪＩＳ規格という）に規定されているクロム鋼（ＳＣｒ）又はクロムモリブデン鋼（ＳＣＭ）を用いて製造されたベルト式ＣＶＴ用プーリーであって、
上記摺動面は、表面粗さＲａ（μｍ）が０．８μｍ以下であり、
表面硬度Ｈ（Ｈｖ）が、（表面硬度Ｈ）≧５００（表面粗さＲａ）＋６５０を満たす範囲であり、
上記摺動面から深さ２０〜３０μｍの平均残留オーステナイト量は１５〜４０体積％であり、
上記摺動面の最表面の残留オーステナイト量が１０体積％以下という条件を満足することを特徴とするベルト式ＣＶＴ用プーリーにある（請求項１）。

本発明のベルト式ＣＶＴ用プーリー（以下、適宜ＣＶＴ用プーリー）は、摺動面の表面の表面硬度を単純に所定値以上とするのではなく、初期の表面粗さに対応した必要な硬度にすることにより初期亀裂の発生を抑制し、必要以上の硬度向上によるコストアップを抑制することに本発明の特徴がある。すなわち、表面粗さが大きくなるほど摩耗現象が促進され易く、高い硬さが必要となるのである。そのため、最表面については、表面粗さに対応した必要とする硬度が確保できるよう、ショットピーニングにより、最表面のみ浸炭等の表面硬化処理により発生させた残留オーステナイトの一部をマルテンサイトに変化させ、硬度を向上させる。この結果、最表層については、概ね残留オーステナイトは１０％以下となる（但し、表面粗さＲａが０．３μｍ以下の場合には、Ｈｖ８００未満の硬さでも必要とする耐摩耗性が確保可能な場合があるため、必ずしも残留オーステナイトを１０％以下とする必要はない。）。そして、さらに、本発明では、仮に亀裂が発生した場合であっても、その進展を抑制することができるように、最表面から少し内部に入った部分（深さ２０〜３０μｍ）において、組織の平均残留オーステナイト量を１５〜４０％程度確保する。この結果、金属ベルトが摺動する摺動面における、すべりを伴う高面圧の繰り返し負荷及び摺動発熱による表面硬度低下、疲労亀裂を伴う摩耗を抑制することができる。これにより、耐摩耗性に優れたベルト式ＣＶＴ用プーリーを得ることができる。

上記ＣＶＴ用プーリーは、素材の鋼としてＪＩＳ Ｇ ４０５３（以下、ＪＩＳ規格という）に規定されているクロム鋼（ＳＣｒ）又はクロムモリブデン鋼（ＳＣＭ）を用いている。
上記ＣＶＴ用プーリーは、例えば、後述する製造方法により製造することができるものであるが、該製造方法では、浸炭処理又は浸炭浸窒処理を行う硬化処理工程において、プーリーの表面硬度を高める。
そのため、上記ＣＶＴ用プーリーで使用する素材としては、浸炭処理又は浸炭浸窒処理により硬度を高めることができる鋼材を選択する必要があり、従来から広く用いられているＪＩＳ Ｇ ４０５３で規定されているクロム鋼又はクロムモリブデン鋼を用いるのがよい。このような材料は、浸炭性に優れており、上記浸炭処理又は浸炭浸窒処理により容易に表面硬度を高めたプーリーを製造することができる。

また、上記摺動面の表面粗さＲａは０．８μｍ以下であり、かつ、上記表面硬度Ｈ（Ｈｖ）は、（表面硬度Ｈ）≧５００（表面粗さＲａ）＋６５０を満たす範囲である。つまり、表面硬度Ｈは、表面粗さＲａ（μｍ）の値を５００倍して６５０を加えた値以上のビッカース硬さ（Ｈｖ）に限定する。
このように、初期の表面粗さに対応した必要な表面硬度を付与しておくことにより、初期亀裂の発生を防止することができる。
摺動面の表面硬度はより高い方が望ましい。しかし、上記の式より明らかなように、本発明では、表面粗さＲａが小さければ必要な表面硬度Ｈを小さく抑えることができることを明らかにし、一見無関係と思われていた表面粗さＲａと表面硬度Ｈとの間に強い相関があることを見出したものである。そのため、この知見に基づけば、極端な硬さの向上によるコスト増を抑えることができるのである。従って、本発明では、ショットピーニングにより、表層面の残留オーステナイトをマルテンサイトに変化させ、硬度を高める処理を行うことを基本とするが、表面粗さＲａが小さい場合には、ショットピーニングによる硬さ向上処理を省略できる場合もある。この場合には、最表面も残留オーステナイト量が多くなるため、亀裂進展の抑制という点でより有利となる。

また、上記摺動面から深さ２０〜３０μｍの平均残留オーステナイト量は１５〜４０％である。
本発明では、最表面は、耐摩耗性向上のため高硬度とする必要があるため、ショットピーニングにより、残留オーステナイトをマルテンサイトに変化させ硬度を高めている。その結果、最表面（概ね表面から２０μｍ未満）では、ショットピーニングにより、残留オーステナイトが減少する。しかしながら、さらに深い位置までショットピーニングの効果を付与し、残留オーステナイトを減少させてしまうと、亀裂進展抑制効果が減少し、亀裂を伴う摩耗を抑制できなくなる。従って、ショットピーニングの効果は、最表面のみに付与することとし、少し内部に入った位置、具体的には、深さが２０〜３０μｍの位置においては、１５〜４０％の残留オーステナイトを確保することとしたものである。
その結果、摺動面にベルトからの繰り返し応力が負荷されると、摺動面から深さ２０〜３０μｍの位置において上記残留オーステナイトの加工誘起変態が起こり、新たなマルテンサイト（フレッシュマルテンサイト）が生成され、加工硬化を助長する。また、残留オーステナイトからマルテンサイトが継続的に発生するので、ベルトとの摺動発熱を起因とした焼き戻しによる軟化を抑制することができる。そのため、仮に亀裂が発生した場合であっても、高い亀裂進展抑制効果を発揮することができる。

ここで、上記「加工誘起変態」とは、残留オーステナイトの結晶格子が伸縮することによりマルテンサイトに変わることをいい、該加工誘起変態により、組織の応力が作用したときに、オーステナイトの特性によりその組織を有した部分は一瞬変形するが、すぐに安定した（オーステナイトよりも）硬質のマルテンサイトに変わり、変形部分の強度を高めることができる。
なお、表面のわずかな厚み（概ね２０μｍ未満）のみショットピーニングによる効果を付与させ、若干内部に入った部分（深さ２０〜３０μｍ）においては、ショットの効果を小さく抑え、一定量（１５〜４０％）の残留オーステナイトを確保する必要があることから、使用するショット粒は、微小粒（１００μｍ以下）のショット粒とする必要がある。

そのため、本発明では、表面及びその近傍のみにショットピーニングの効果を集中させるため、表面については、高い圧縮残留応力が付与される（場合によっては、１０００ＭＰａ以上）一方で、深さが３０μｍ以上の部分には、逆にショットピーニングの影響が非常に小さい状態となるため、結果として、上記摺動面から少なくとも深さ３０μｍ以上の部分の圧縮残留応力は、概ね３００ＭＰａ以下となる。この結果、プーリー全体の耐衝撃特性を確保することができる。

すなわち、上記ＣＶＴ用プーリーは、摺動面の初期亀裂の発生及び進展に対しては、上述したように、初期の表面粗さに対して必要な表面硬度を付与しておくことにより初期亀裂の発生を抑制することができる。そして、亀裂が進展する位置（摺動面から深さ２０〜３０μｍの位置）については、ショットピーニングの効果を小さく抑えることによって、表面硬化処理により生成させた残留オーステナイトを残存させたままとすることにより、ベルトとの接触により摺動面が摺動発熱しても、残留オーステナイトの加工誘起変態による摺動面の表面硬度の低下を抑制し、仮に亀裂が発生した場合であってもその亀裂の進展を抑制することができる。

また、上記摺動面の表面粗さＲａが０．３μｍ以下という条件、及び最表面の残留オーステナイト量が１０％以下という条件のうち少なくとも一方の条件を満足することが必要である。
すなわち、表面粗さＲａが０．３μｍ以下と小さい場合には、摺動による摩耗を抑制することができるため、強いショットピーニングを行って、表面の残留オーステナイトをマルテンサイトに変化させることにより、大幅な硬度向上を図らなくても前記した条件式を満足する硬度を確保可能である。この場合には、最表面の残留オーステナイト量は１０％以上となる場合がある。しかしながら、表面粗さＲａが０．３μｍ超えとなる場合は、ショットピーニングによる硬度向上処理が不可欠となる。この場合には、最表面の残留オーステナイト量は１０％以下となる。この結果必要とする表面硬度が適切に確保され、優れた耐摩耗性を得ることができる。

このように、本発明によれば、金属ベルトが摺動する摺動面におけるすべりを伴う高面圧の繰り返し負荷及び摺動発熱による表面硬度低下、疲労亀裂を伴う摩耗を抑制することができる耐摩耗性に優れたベルト式ＣＶＴ用プーリーを提供することができる。

本発明のベルト式ＣＶＴ用プーリーは、上述したように、上記摺動面は、表面粗さＲａが０．８μｍ以下である。
上記摺動面の表面粗さＲａは、作製時に表面粗さを大きくしようとしない限りは０．８μｍを超えることはほとんどない。また、本発明においては表面粗さＲａを０．８μｍよりも大きくする必要がないため、上限を０．８μｍとした。

また、上記表面硬度Ｈ（Ｈｖ）は、（表面硬度Ｈ）≧５００（表面粗さＲａ）＋６５０を満たす範囲である。
上記表面硬度Ｈ（Ｈｖ）が、（表面硬度Ｈ）＜５００（表面粗さＲａ）＋６５０である場合には、初期亀裂や、アブレッシブ摩耗が発生するおそれがある。
なお、上述の条件式は、表面粗さと耐摩耗性を確保するために必要となる表面硬度との関係を、実験を重ねることによって導き出したものである。

また、上記摺動面から深さ２０〜３０μｍの平均残留オーステナイト量は１５〜４０％である。
上記摺動面から２０〜３０μｍの平均残留γ量が１５％未満の場合には、加工誘起変態による亀裂進展抑制の効果を十分に期待することができない。一方、上記摺動面から２０〜３０μｍの平均残留オーステナイト量が４０％を超えるように組織を造り込むのは難しく、そのような割合の鋼組織を得るには製造コストが増加する。また、残留オーステナイトは軟質の組織であるため、上記摺動面から２０〜３０μｍの平均残留オーステナイト量が４０％を超える場合には、硬さが低下し、かえって耐摩耗性が悪化する。

また、上記摺動面の表面粗さＲａが０．３μｍ以下という条件、及び最表面の残留オーステナイト量が１０％以下という条件のいずれの条件も満足することができない場合には、必要とする表面硬度を適切に確保することができないという問題がある。

そして、上記ＣＶＴ用プーリーは、例えば、ＪＩＳ Ｇ ４０５３に規定されているクロム鋼（ＳＣｒ）又はクロムモリブデン鋼（ＳＣＭ）から選択し、素材に対してプーリーの形状に機械加工を行う加工工程と、砥石を用いた研磨、電解研磨、あるいは研削工具による研削加工を行う研磨工程と、浸炭処理又は浸炭浸窒処理を行う硬化処理工程と、ショットピーニングを行うショットピーニング処理工程とを実施する方法により製造することができる。

上記加工工程では、ＪＩＳ Ｇ ４０５３に規定されているクロム鋼（ＳＣｒ）又はクロムモリブデン鋼（ＳＣＭ）から選択した素材に対してプーリーの形状に機械加工を行う。加工工程の加工条件を調整することにより、上記摺動面の表面粗さＲａを調整することができる。

そして、上記研磨工程では、砥石を用いた研磨、電解研磨、あるいは研削工具による研削加工を行うことにより上記摺動面の表面粗さＲａの微細な調整を行う。
上記ＣＶＴ用プーリーは、摺動面の表面硬度Ｈ（Ｈｖ）が（表面硬度Ｈ）≧５００（表面粗さＲａ）＋６５０を満たす範囲となるように形成することにより初期亀裂の発生を抑制することができる。そのため、表面粗さＲａがある程度粗くても上記条件式を満たしていれば効果を得ることができ、従来のように摺動面の表面粗さを抑えて耐摩耗性を向上させる必要がないため、上記研磨工程は簡略又は省略することができる。そのため、コストの低減を図ることができる。
なお、上記研磨工程終了時点で、上記摺動面の表面粗さＲａ（μｍ）が０．８μｍ以下となっていることが好ましい。特に、表面粗さＲａを０．３μｍ以下とした場合には、表面硬度ＨがＨｖ８００程度でも優れた耐摩耗性が確保できるため、後述のショットピーニング処理工程による表面硬度向上処理に大きく頼らなくても、前記式を満足できる硬さを確保することが可能となる。

また、上記硬化処理工程では、浸炭処理又は浸炭浸窒処理を行うことにより、表面硬度を高める。硬化処理工程の処理条件を調整することにより所望の硬さを得ることができる。
素材として、浸炭性に優れたＪＩＳ Ｇ ４０５３に規定されているクロム鋼（ＳＣｒ）又はクロムモリブデン鋼（ＳＣＭ）から選択した鋼を用いるため、上記硬化処理工程において、摺動面の表面硬度を容易に高めることができる。

また、上記ショットピーニング処理工程では、処理条件を調整し、ショットピーニング処理工程後の摺動面の表面粗さＲａ（μｍ）が０．８μｍ以下であり、表面硬度Ｈ（Ｈｖ）が（表面硬度Ｈ）≧５００（表面粗さＲａ）＋６５０を満たす範囲となり、摺動面から深さ２０〜３０μｍの平均残留オーステナイト量が１５〜４０％となるように、また、上記摺動面の表面粗さＲａが０．３μｍ以下という条件及び最表面の残留オーステナイト量が１０％以下という条件のうちの少なくとも一方の条件を満足するようにショットピーニングを行う。

上記摺動面の表面粗さＲａが小さければ表面硬度Ｈを小さく抑えても上記条件式を満たすことができ、表面粗さＲａが大きければ上記条件式を満たすために必要な表面硬度Ｈは大きくなる。そのため、上記ショットピーニング処理工程において、処理条件を調整し、上記摺動面の表面粗さＲａと、該表面粗さＲａに対応した必要な表面硬度Ｈを付与し、両者のバランスを取るようにショットピーニングを行う。

具体的には、繰返し説明している通り、上記摺動面を含む表層のわずかな厚み（２０μｍ未満）の範囲にショットピーニングの効果が及ぶような条件で処理を行う。表層に付与された残留圧縮応力によって亀裂の発生及び進展を抑制することができるが、この残留圧縮応力は、ベルトとの摺動時に、焼き戻しにより開放される傾向が大きい。そのため、摺動面にベルトからの繰り返し応力が負荷される際に、摺動面からの深さが２０μｍ以上の位置までは、ショットピーニングの効果が大きく及ばないようにして、この深さ位置での平均残留オーステナイト量を１５〜４０％確保し、高い亀裂進展効果が得られるようにする。

また、ショットピーニング処理の結果、圧縮残留応力は、摺動面の表面では高い値（場合によっては１０００ＭＰａ以上）を示す。表層に付与される残留圧縮応力は、残留圧縮応力が小さい場合には、前記亀裂進展を抑制する効果を十分に発揮することができないため、７００ＭＰａ以上であることが好ましい。また、表層の残留圧縮応力は、高ければ高いほど好ましいが、製造コスト等の生産性を考慮すると、上限値は１８００ＭＰａ以下であることが好ましい。その一方で、深さ２０μｍより深い位置では、ショットピーニングの効果を小さく抑え１５〜４０％のオーステナイトを残留させる必要があるため、深さ３０μｍ以上の位置における圧縮残留応力は３００ＭＰａ以下となる。

このように、適用する素材に対して最適な表面処理を実施してＣＶＴ用プーリーを作製することにより、金属ベルトが摺動する摺動面におけるすべりを伴う高面圧の繰り返し負荷及び摺動発熱による表面硬度低下、疲労亀裂を伴う摩耗を抑制することができる、耐摩耗性に優れたＣＶＴ用プーリーを得ることができる。

また、上記ＣＶＴ用プーリーは、上記鋼に含有しているＳｉ、Ｍｎ、Ｍｏの少なくとも１種又は２種以上を質量％で、Ｓｉ：０．３５％超え〜１．０％、Ｍｎ：ＪＩＳ規格の上限超え〜１．５％、Ｍｏ：ＪＩＳ規格の上限超え〜０．８０％の範囲に増量してなることが好ましい（請求項２）。
この場合には、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｏのうち少なくとも１種の元素を、上述の条件を満足するように増量し、摺動面の耐摩耗性をさらに向上させることができる。

すなわち、Ｓｉは、焼き戻し軟化抵抗性を向上させるために有用である。上記鋼において上記ＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｇ ４０５３）で規定されているＳｉの含有量の上限値０．３５質量％を超えて含有させることにより、更に焼き戻し軟化抵抗性を向上させることができる。しかしながら、Ｓｉの含有量が１．０質量％よりも多い場合には、材料の靭性が低下するおそれがある。

Ｍｎは、材料の焼入れ性を確保するために有用である。上記鋼において上記ＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｇ ４０５３）で規定されているＭｎの含有量の上限を超えて含有させることにより、更に焼入れ性を向上させることができる。しかしながら、Ｍｎの含有量が１．５質量％よりも多い場合には、粒界酸化を招くおそれがある。

Ｍｏは、Ｍｎと同様に材料の焼入れ性を確保するために有用である。上記鋼において上記ＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｇ ４０５３）で規定されているＭｏの含有量の上限値を超えて含有させることにより、さらに焼入れ性を向上させることができる。しかしながら、Ｍｏの含有量が０．８質量％よりも多い場合には、材料の加工性を低下させるおそれがある。

なお、Ｍｎ及びＭｏの下限値を、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｇ ４０５３）で規定されている含有元素の含有量の上限値を超えるとしたのは、選択した材料によって前記ＪＩＳ規格により規定される含有元素の含有量の上限値が異なっていることを考慮したものである。例えば、前記選択した材料がＳＣＭ４２０である場合には、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｇ ４０５３）で規定されているＳＣＭ４２０のＭｏの含有量の上限値は０．２５質量％であることから、「前記選択した材料において前記ＪＩＳ規格により規定されるＭｏの含有量の上限値を超え」とは、この場合は「０．２５質量％超え」を意味する。

また、本発明に係る無段変速機用プーリーで用いる素材の鋼としては、質量％で、更に、Ｎｂ：０．００５〜０．２％、Ｔｉ：０．００５〜０．２％、Ｎｉ：０．０５〜３．０％、あるいはＢ：０．０００５〜０．００５％のうち１種又は２種以上を添加してなることが好ましい（請求項３）。

すなわち、Ｎｂは、Ｎｂ（Ｃ，Ｎ）を形成し、材料の結晶粒粗大化防止に有用である。Ｎｂの添加量が０．００５質量％よりも少ない場合には、この効果が期待できない。一方、Ｎｂの添加量が０．２質量％よりも多い場合であっても、その効果は飽和してしまい、それ以上の効果は期待できない。

また、Ｔｉは、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）を形成し、材料の結晶粒粗大化防止に有用である。Ｔｉの添加量が０．００５質量％よりも少ない場合には、この効果を得ることが難しい。一方、Ｔｉの添加量が０．２質量％よりも多い場合であっても、その効果は飽和してしまい、それ以上の効果は期待できない。

また、Ｎｉは、材料の焼入れ性を確保するために有用である。Ｎｉの添加量が０．０５質量％よりも少ない場合には、この効果が期待できない。一方、Ｎｉの添加量が３．０質量％よりも多い場合には、硬さの上昇を招き、材料の加工性を低下させることになる。

また、Ｂは、材料の焼入れ性を確保するために有用であると共に、粒界強度を向上させるために有用である。Ｂの添加量が０．０００５質量％よりも少ない場合には、この効果が期待できない。一方、Ｂの添加量が０．００５質量％よりも多い場合であっても、前記効果は飽和してしまい、それ以上の効果は期待できない。

Ｎｂ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｂの４種類の元素は、前述の通り、材料に含有させることで、それぞれ有用な特性を得ることができるため、目的とする特性に合わせて、４種類のうち１種又は２種以上を選択し、前述の含有範囲内で材料に含有させることができる。

そして、上記ＣＶＴ用プーリーは、無段変速機において、入力プーリー及び出力プーリーのいずれか一方に用いても、双方に用いても良い。

（実施例１）
本例は、本発明のベルト式ＣＶＴ用プーリーにかかる実施例として、表１に示す成分からなる供試材を準備し、プーリーの摺動面の表面粗さ、表面硬度が、表２及び表３に示す表面粗さＲａ、表面硬度Ｈであるベルト式ＣＶＴ用プーリーを作製し、耐摩耗性の評価を行った。
このうち、試料Ｅ１〜試料Ｅ１２は、本発明の実施例であり、試料Ｃ１〜試料Ｃ９は、本発明の条件を満足しない比較例である。

図１に示すごとく、本例のベルト式ＣＶＴ用プーリー２は、ベルト式無段変速機１（以下、ベルト式ＣＶＴという）におけるベルト３と摺動する摺動面２１を有する。
上記ベルト式ＣＶＴ１は、２つのプーリー２の摺動面２１を間隔可変（溝幅可変）の状態で対面させることによって入力プーリー２０１及び出力プーリー２０２を構成する。

具体的には、上記ベルト３は、２つの無端状のスチールバンド３２を並置し、この二つのバンド３２の対向する周縁に、鋼製のエの字状のブロック３１（金属エレメント）を周方向に沿って複数枚嵌め込んだ構造である。そして、試験中は、前記ブロック３１の左右側面がプーリー２の摺動面２１と高い圧力で接触した状態で摺動した状態となる。

そして、上記表１に示す鋼に対して機械加工を行い、図１に示すベルト式ＣＶＴ用プーリー２の形状とした。
次に、プーリー３に対して浸炭処理を行った。浸炭処理は、プーリー３を加熱炉内に投入し、９５０℃で７時間保持した後、８５０℃で１時間保持し、その後、１３０℃で油焼入れした後、１６０℃で１時間焼き戻しを行うことにより行った。

そして、摺動面２１に対してショットピーニング処理を施し、ＣＶＴ用プーリー１（試料Ｅ１〜試料Ｅ１２、及び試料Ｃ１〜試料Ｃ９）を完成させた。摺動面２１の表面粗さＲａ、及び表面硬度Ｈ（Ｈｖ）は、試験加工方法及びショットピーニング条件により変化させた。表面粗さＲａ、表面硬度Ｈ（Ｈｖ）、及び表面硬度Ｈ（Ｈｖ）が（表面硬度Ｈ）≧５００（表面粗さＲａ）＋６５０を満たすか否かを表２、３の条件式の欄に○×にて示した。

また、得られたＣＶＴ用プーリー２の摺動面２１の最表面及び深さ２０〜３０μｍの平均残留オーステナイト量（残留γ量）は別途サンプルを作製し、深さ方向に沿った断面をＸ線を用いて測定した。結果を表２、表３に示す。
また、ＣＶＴ用プーリー２の上記摺動面２１から深さ２５μｍの位置における圧縮残留応力（残留σ）をＸ線残留応力測定装置によって測定した。結果を表２、表３に示す。

表２及び表３より知られるごとく、実施例としての試料Ｅ１〜試料Ｅ１２は、摺動面２１は、表面粗さＲａが０．８μｍ以下であり、かつ、表面硬度Ｈ（Ｈｖ）が、（表面硬度Ｈ）≧５００（表面粗さＲａ）＋６５０を満たす範囲であり、摺動面２１から深さ２０〜３０μｍの平均残留オーステナイト量は１５〜４０％となっている。また、摺動面２１の最表面における残留オーステナイト量は、表面粗さが０．１６μｍと小さい試料Ｅ１を除き、全て１０％以下となっている。なお、試料Ｅ１は、研磨工程により表面粗さを小さくしているため、強いショットピーニングを行っていない実施例である。

次に、得られたＣＶＴ用プーリー２について、摩耗試験を行い、耐摩耗性を評価した。
＜摩耗試験＞
作製したＣＶＴ用プーリー２を搭載した無段変速機１を、入力トルクを任意に変更できる設備に取付け、摩耗試験に供試した。プーリー２の使用環境条件として一般に最も摩耗が激しいとされる変速比が最大となるアンダードライブ側に、ベルトの巻き付け位置を固定した条件（γｍａｘ）にて、入力プーリー（プライマリープーリー）に入力するトルク、シーブとベルト狭圧を過負荷のかかる状態にして、摩耗試験を実施した。

上記摩耗試験は、具体的には、入力プーリーへの入力トルクＴｉｎ＝３００Ｎｍ、入力プーリーへの入力回転数Ｎｉｎ＝３４００ｒｐｍ、変速比γｍａｘ固定、油温１５０℃の環境下において、１７時間運転後の摺動面（シーブ面）の摩耗量（摩耗深さ）を測定した。摩耗量が１０μｍ以下を耐摩耗性を合格とし、摩耗量が１０μｍを超える場合には耐摩耗性を不合格とした。結果を表２及び表３に併せて示す。

表２及び表３より知られるごとく、実施例としての試料Ｅ１〜試料Ｅ１２は、摩耗量が１０μｍ以下であり、良好な耐摩耗性を示した。
これにより、本発明によれば、金属ベルト３が摺動する摺動面２１におけるすべりを伴う高面圧の繰り返し負荷及び摺動発熱による表面硬度低下、疲労亀裂を伴う摩耗を抑制することができる、耐摩耗性に優れたベルト式ＣＶＴ用プーリー２を提供することができることがわかる。
なお、試料Ｅ２〜試料Ｅ６は、最表面のわずかな厚み（２０μｍ以下）について、ショットピーニングの強い効果が得られる条件でショットピーニング処理を行ったもので、それにより条件式を満足する表面硬度を確保することができ、表２には示していないが、最表面については、１０００ＭＰａ以上の高い圧縮残留応力が確認された一方で、２５μｍの深さでは、表２に示す通り３００ＭＰａ以下の低い残留応力値となっていることが分かった。
この実施例では、２５μｍの位置での残留応力を示したが、それより深い位置では、さらにショットピーニングの影響は小さくなるため、同様に３００ＭＰａ以下になるものである。

また、表２より知られるごとく、比較例としての試料Ｃ１〜試料Ｃ３は、深い位置まで効果を及ぼす強いショットピーニングを行った実施例であり、深さ２０〜３０μｍの位置におけるショットピーニング後の残留γが、ショットピーニングによるマルテンサイトへの変化によって大きく低下したものであり、亀裂進展の抑制が十分でなく、摩耗量が増加した。

また、比較例としての試料Ｃ４〜試料Ｃ８は、表面硬化処理後のショットピーニング処理による表面硬度向上が不十分なため、前記した条件式を満たしていない比較例である。その結果、初期亀裂の進展抑制効果が低く、摩耗量が増加したものである。
参考までに、試料Ｅ１〜試料Ｅ５、及び試料Ｃ４〜試料Ｃ８について、表面粗さＲａと表面硬度Ｈの関係を図２に示す。
図２は、横軸に表面粗さＲａ（μｍ）、縦軸に表面硬度Ｈ（Ｈｖ）をとった。図２における点Ｅ１〜点Ｅ５は、試料Ｅ１〜試料Ｅ５に相当するものであり、点Ｃ４〜点Ｃ８は試料Ｃ４〜試料Ｃ８に相当するものである。また、図２における直線Ａは、条件式（表面硬度Ｈ）＝５００（表面粗さＲａ）＋６５０を示す。

また、試料Ｃ９は、条件式を満足するものの、最表面の残留オーステナイト量が１０％以上となり、摩耗量が若干増加したものである。この比較例から、表面粗さが０．３μｍを超える場合には、表面の残留オーステナイト量が、１０％以下となるようにショットピーニング処理する必要があることがわかる。

（実施例２）
本例は、上述の実施例１の浸炭処理を、浸炭浸窒処理に変更した例である。その他は、実施例１と同様にして行った。
上記浸炭浸窒処理は、９５０℃で６時間保持した後、８５０℃で４時間保持し、その後、６０℃で油焼入れした後、１６０℃で１時間焼き戻しを行なった。

用いた鋼の種類、得られたＣＶＴ用プーリー（試料Ｅ１３〜試料Ｅ１５、及び試料Ｃ１０〜試料Ｃ１２）の摺動面の表面粗さＲａ、窒素濃度、表面硬度Ｈ、表面硬度Ｈ（Ｈｖ）が条件式を満たす範囲であるか否か、摺動面の最表面及び深さ２０〜３０μｍの平均残留オーステナイト量、摺動面から深さ２５μｍの位置における圧縮残留応力、及びＣＶＴ用プーリーの摩耗試験の結果を表４に示す。表４における「窒素濃度」の欄は、摺動面における含有窒素濃度を示す。

表４より知られるごとく、実施例としての試料Ｅ１３〜試料Ｅ１５は、摩耗量が１０μｍ以下であり、良好な耐摩耗性を示した。
また、比較例としての試料Ｃ１０〜試料Ｃ１２は、試料Ｃ１〜試料Ｃ３の場合と同様にショットピーニング処理による効果を深い位置にまで与えすぎたため、深さ２５μｍの位置における圧縮残留応力も高くなりすぎているとともに、ショットピーニング後の深さ２０〜３０μｍにおける残留γが大きく減少し、亀裂進展抑制効果が低下したことにより、摩耗量が増加し、耐摩耗性が不合格となったものである。これに対し、本発明の実施例であるＥ１３〜Ｅ１５は、Ｃ１０〜Ｃ１２に比較して大幅に優れた耐摩耗性を示すことが確認できた。

ベルト式ＣＶＴの構成を示す説明図。 実施例１における、表面粗さＲａと表面硬度Ｈの関係を示すグラフ図。

符号の説明

１ ベルト式ＣＶＴ
２ ベルト式ＣＶＴ用プーリー
２１ 摺動面
３ ベルト

Claims (3)

1. ベルト式無段変速機（以下、ベルト式ＣＶＴという）におけるベルトと摺動する摺動面を有し、素材の鋼としてＪＩＳ Ｇ ４０５３（以下、ＪＩＳ規格という）に規定されているクロム鋼（ＳＣｒ）又はクロムモリブデン鋼（ＳＣＭ）を用いて製造されたベルト式ＣＶＴ用プーリーであって、
   上記摺動面は、表面粗さＲａ（μｍ）が０．８μｍ以下であり、
   表面硬度Ｈ（Ｈｖ）が、（表面硬度Ｈ）≧５００（表面粗さＲａ）＋６５０を満たす範囲であり、
   上記摺動面から深さ２０〜３０μｍの平均残留オーステナイト量は１５〜４０体積％であり、
   上記摺動面の最表面の残留オーステナイト量が１０体積％以下という条件を満足することを特徴とするベルト式ＣＶＴ用プーリー。
2. 請求項１において、上記鋼は、含有しているＳｉ、Ｍｎ、Ｍｏのうち１種又は２種以上を、質量％で、Ｓｉ：０．３５％超え〜１．０％、Ｍｎ：上記ＪＩＳ規格の上限超え〜１．５％、Ｍｏ：上記ＪＩＳ規格の上限超え〜０．８０％の範囲に増量してなることを特徴とするベルト式ＣＶＴ用プーリー。
3. 請求項１又は２において、上記鋼は、質量％で、更に、Ｎｂ：０．００５〜０．２％、Ｔｉ：０．００５〜０．２％、Ｎｉ：０．０５〜３．０％、あるいはＢ：０．０００５〜０．００５％のうち１種又は２種以上を添加してなることを特徴とするベルト式ＣＶＴ用プーリー。

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