JPH0979339A - トロイダル式無段変速機用転動体 - Google Patents

トロイダル式無段変速機用転動体

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JPH0979339A JP23880595A JP23880595A JPH0979339A JP H0979339 A JPH0979339 A JP H0979339A JP 23880595 A JP23880595 A JP 23880595A JP 23880595 A JP23880595 A JP 23880595A JP H0979339 A JPH0979339 A JP H0979339A
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垣 俊 造 梅
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見 慎 二 伏
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    • F16H15/38—Gearings providing a continuous range of gear ratios in which a member A of uniform effective diameter mounted on a shaft may co-operate with different parts of a member B in which the member B has a curved friction surface formed as a surface of a body of revolution generated by a curve which is neither a circular arc centered on its axis of revolution nor a straight line with concave friction surface, e.g. a hollow toroid surface with two members B having hollow toroid surfaces opposite to each other, the member or members A being adjustably mounted between the surfaces
    • F16H2015/383—Gearings providing a continuous range of gear ratios in which a member A of uniform effective diameter mounted on a shaft may co-operate with different parts of a member B in which the member B has a curved friction surface formed as a surface of a body of revolution generated by a curve which is neither a circular arc centered on its axis of revolution nor a straight line with concave friction surface, e.g. a hollow toroid surface with two members B having hollow toroid surfaces opposite to each other, the member or members A being adjustably mounted between the surfaces with two or more sets of toroid gearings arranged in parallel

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 第１段階で高周波焼入れされた面が、第２段
階の高周波焼入時の熱影響を受けたとしても、高い硬度
を維持し、転動面に剥離や塑性変形を生じることがな
く、疲労寿命に優れたトロイダル式無段変速機用転動体
を提供する。 【構成】 転動体組成をＣ：０．４〜０．６％，Ｓｉ：
０．１〜０．５％，Ｍｎ：０．２０〜２．０％，Ａｌ：
０．００５〜０．１％，Ｔｉ：０．００５％以下，Ｐ：
０．０２％以下，Ｎ：０．００５〜０．０３％，Ｏ：
０．００２％以下を含み，残部がＦｅおよび不可避的不
純物であって、Ｘ＝３．１Ｃ＋１．２Ｓｉ＋０．３Ｍｎ
で表わされるＸ値が２．５以上のものとし、高周波焼入
処理が施された表層部焼入れ組織のオーステナイト結晶
粒度を粒度番号で９以上にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動車などの無
段変速機として使用されるトロイダル式無段変速機にお
ける入力ディスク，出力ディスク，パワーローラに利用
されるトロイダル式無段変速機用転動体に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】トロイダル式無段変速機は、例えば図１
に示すように、潤滑油を介して接触する転動体、すなわ
ち入力ディスク１，出力ディスク２およびパワーローラ
３から主に構成され、入力ディスク１と出力ディスク２
に挟まれたパワーローラ３の回転軸を傾動させることに
よって、入力ディスク１および出力ディスク２との接触
点の回転半径を連続的に変化させ、入力ディスク１の回
転速度を無段階に変えて出力ディスク２に伝達し、出力
ディスク２の回転動力を同軸に固定された歯車４を介し
て出力歯車５に伝達する仕組みとなっている。
【０００３】トロイダル式無段変速機の転動体は、大き
な動力を伝達するため、高面圧下での転動疲労寿命に優
れる深い硬化層が要求される（例えば特開平７−７１５
５５号公報など）。そのため、処理時間が長時間にわた
ることから、生産性が非常に悪く、コストアップを招い
てしまう。
【０００４】そこで、迅速に疲労強度を付与するため
に、高周波焼入れ処理を施した場合、鋼材としては、Ｊ
ＩＳ Ｇ ４０５１，４０５２，４１０２，４１０３，
４１０４，４１０５，４１０６などに規定される機械構
造用炭素鋼および低合金鋼のうちの中炭素レベルのもの
が用いられる。
【０００５】そして、これらの炭素鋼あるいは低合金鋼
からなるトロイダル式無段変速機用転動体に高周波焼入
れ処理を施すに際しては、まず第１段階として、例えば
図２（ａ）および（ｂ）に示すように、転動体の内径面
１ａ，２ａ，３ａ、および底面１ｂ，２ｂ，３ｂの形状
に合わせて作成した誘導加熱コイルＣ1 ，Ｃ2 およびＣ
3 ，Ｃ4 によって、これら内径面および底面を加熱して
焼入れしたのち、第２段階として、第１段階で焼入れさ
れた内径面１ａ，２ａ，３ａ、および底面１ｂ，２ｂ，
３ｂが第２段階の熱によって鈍されないように、これら
内径面および底面を冷却しながら、図２（ｃ）および
（ｄ）に示すように、転動体の転動面１ｃ，２ｃおよび
３ｃの形状に合わせて作成した誘導加熱コイルＣ5 およ
びＣ6 によって、これら転動面１ｃ，２ｃおよび３ｃを
加熱して焼入れするようにしていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の２段階方式による高周波焼入れ方法において
は、第１段階で焼入れされた面を第２段階の焼入れ時の
熱によって鈍されないように冷却してはいるものの、図
３に示すように、第２段階における加熱部位と隣接する
ような部分Ａ，Ｂ，Ｃにおいては、どうしても加熱を避
けることができず、このような部分では、第１段階の焼
入れによって得られた硬度が低下してしまう傾向があっ
た。このため、転動面に作用する高い面圧により剥離を
生じて、転動疲労寿命が短くなったり、塑性変形を生じ
て陥没したり、さらには軟化部分を起点として疲労破壊
するという問題点があり、このような問題点を解決する
ことが従来のトロイダル式無段変速機用転動体における
品質上の課題となっていた。
【０００７】
【発明の目的】本発明は、従来のトロイダル式無段変速
機用転動体における上記課題に着目してなされたもので
あって、第１段階で焼入れされた面が、第２段階の焼入
時の熱影響を受けたとしても、高い硬度を維持し、転動
面に剥離や塑性変形を生じることがなく、疲労寿命に優
れたトロイダル式無段変速機用転動体を提供することを
目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成するために、トロイダル式無段変速機用転動体の素
材となる鋼材成分や結晶粒度などの焼入れ性や焼入れ後
の熱影響による軟化特性（軟化抵抗性），疲労寿命など
に及ぼす影響について鋭意検討を重ねた結果、靭性や疲
労強度に有害なＰおよびＯを規制すると共に、硬さおよ
び焼入れ性を確保するＣ，Ｍｎ，Ｎｉ、結晶粒微細化に
効果のあるＡｌ，Ｎ，Ｎｂ、軟化抵抗性を高めるＳｉ，
Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｗを所定量添加し、さらに軟化抵抗性
を表す指標として新たに見出された数式により求められ
るＸ値を所定値以上とすることにより、いったん焼入れ
された部分が熱影響を受けたとしてもさほど軟化するこ
とがなく、焼入れ硬化層の表面から最大せん断応力位置
までの間が高い硬度に維持され、転動体の転動疲労寿命
が大幅に向上することを見出すに至った。
【０００９】本発明は、上記知見に基づくものであっ
て、本発明の請求項１に係わるトロイダル式無段変速機
用転動体は、重量％で、Ｃ：０．４〜０．６％，Ｓｉ：
０．１〜０．５％，Ｍｎ：０．２０〜２．０％，Ｐ：
０．０２％以下，Ａｌ：０．００５〜０．１％，Ｔｉ：
０．００５％以下，Ｎ：０．００５〜０．０３％，Ｏ：
０．００２％以下を含み，残部がＦｅおよび不可避的不
純物であって、Ｘ＝３．１Ｃ＋１．２Ｓｉ＋０．３Ｍｎ
で表わされるＸ値が２．５以上の構造用鋼からなり、表
層部焼入れ組織のオーステナイト結晶粒度が粒度番号で
９以上である構成としたことを特徴としており、本発明
の請求項２に係わるトロイダル式無段変速機用転動体
は、重量％で、Ｃ：０．４〜０．６％，Ｓｉ：０．１〜
０．５％，Ｍｎ：０．２０〜２．０％，Ｐ：０．０２％
以下，Ａｌ：０．００５〜０．１％，Ｔｉ：０．００５
％以下，Ｎ：０．００５〜０．０３％，Ｏ：０．００２
％以下と共に、Ｓ：０．０３〜０．１％，Ｐｂ：０．０
１〜０．３％，Ｔｅ：０．００５〜０．１％，Ｓｅ：
０．００５〜０．１％，Ｃａ：０．０００５〜０．０１
％，Ｚｒ：０．００５〜０．１％の群から選択される１
種以上をを含み，残部がＦｅおよび不可避的不純物であ
って、Ｘ＝３．１Ｃ＋１．２Ｓｉ＋０．３Ｍｎで表わさ
れるＸ値が２．５以上の構造用鋼からなり、高周波焼入
処理が施され表層部焼入れ組織のオーステナイト結晶粒
度が粒度番号で９以上である構成としたことを特徴とし
ており、本発明の請求項３に係わるトロイダル式無段変
速機用転動体は、重量％で、Ｃ：０．４〜０．６％，Ｓ
ｉ：０．１〜０．５％，Ｍｎ：０．２０〜２．０％，
Ｐ：０．０２％以下，Ａｌ：０．００５〜０．１％，Ｔ
ｉ：０．００５％以下，Ｎ：０．００５〜０．０３％，
Ｏ：０．００２％以下と共に、Ｎｉ：０．２〜２．０
％，Ｃｒ：０．２〜２．０％，Ｍｏ：０．０５〜１．０
％，Ｖ：０．０３〜０．５％，Ｗ：０．０３〜０．５
％，Ｎｂ：０．０１〜０．１％の群から選択される１種
以上を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物であっ
て、Ｘ＝３．１Ｃ＋１．２Ｓｉ＋０．３Ｍｎ＋０．４Ｃ
ｒ＋１．４Ｍｏ＋０．４Ｖ＋０．３Ｗで表わされるＸ値
が２．５以上の構造用鋼からなり、表層部焼入れ組織の
オーステナイト結晶粒度が粒度番号で９以上である構成
とし、請求項４に係わるトロイダル式無段変速機用転動
体は、重量％で、Ｃ：０．４〜０．６％，Ｓｉ：０．１
〜０．５％，Ｍｎ：０．２０〜２．０％，Ｐ：０．０２
％以下，Ａｌ：０．００５〜０．１％，Ｔｉ：０．００
５％以下，Ｎ：０．００５〜０．０３％，Ｏ：０．００
２％以下と共に、Ｎｉ：０．２〜２．０％，Ｃｒ：０．
２〜２．０％，Ｍｏ：０．０５〜１．０％，Ｖ：０．０
３〜０．５％，Ｗ：０．０３〜０．５％，Ｎｂ：０．０
１〜０．１％の群から選択される１種以上、およびＳ：
０．０３〜０．１％，Ｐｂ：０．０１〜０．３％，Ｔ
ｅ：０．００５〜０．１％，Ｓｅ：０．００５〜０．１
％，Ｃａ：０．０００５〜０．０１％，Ｚｒ：０．００
５〜０．１％の群から選択される１種以上を含み、残部
がＦｅおよび不可避的不純物であって、Ｘ＝３．１Ｃ＋
１．２Ｓｉ＋０．３Ｍｎ＋０．４Ｃｒ＋１．４Ｍｏ＋
０．４Ｖ＋０．３Ｗで表わされるＸ値が２．５以上の構
造用鋼からなり、表層部焼入れ組織のオーステナイト結
晶粒度が粒度番号で９以上である構成としたことを特徴
としてこのようなトロイダル式無段変速機用転動体の構
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。
【００１０】また、請求項１あるいは請求項２記載のト
ロイダル式無段変速機用転動体の実施態様として請求項
５記載のトロイダル式無段変速機用転動体においては、
Ｙ＝３．２Ｃ＋０．６Ｓｉ＋２．２Ｍｎで表わされるＹ
値が４．５以下である構成、さらに請求項３あるいは請
求項４記載のトロイダル式無段変速機用転動体の実施態
様として請求項６記載のトロイダル式無段変速機用転動
体においては、Ｙ＝３．２Ｃ＋０．６Ｓｉ＋２．２Ｍｎ
＋１．２Ｎｉ＋０．４Ｃｒ＋０．４Ｍｏ＋０．７Ｖ＋
０．４Ｗで表わされるＹ値が４．５以下である構成とし
たことを特徴としている。
【００１１】
【発明の作用】以下、本発明に係わるトロイダル式無段
変速機用転動体の化学成分範囲，Ｘ値，Ｙ値および表層
部焼入れ組織の結晶粒度限定理由をそれぞれの作用と共
に説明する。
【００１２】Ｃ：０．４〜０．６％ Ｃは、高周波焼入れ後の表面硬化層および芯部の硬さを
確保するのに寄与する元素であって、とくに第１段階の
高周波焼入れで高い表面硬度を確保することにより、第
２段階の高周波焼入れに際して熱影響を受けても高い硬
さがもたらされる。このために本発明では、０．４％以
上の添加を要する。しかし、多すぎると被削性が低下す
ると共に、靭性の劣化を招くので、上限値を０．６％と
する。
【００１３】Ｓｉ：０．１〜０．５％ Ｓｉは、高周波焼入れ部の軟化抵抗性を向上させる作用
を有し、第２段階の高周波焼入れ時の熱影響による軟化
を抑制するのに寄与する元素であり、このためには０．
１％以上の添加が必要である。一方、添加量が０．５％
を超えると被削性を悪くするので、上限値を０．５％と
する。
【００１４】Ｍｎ：０．２〜２．０％ Ｍｎは、鋼材の溶製時に脱酸剤として添加されると共
に、鋼の焼入れ性を向上させる作用を有し、高周波焼入
れによる硬化層を深くして、転動体の転動疲労寿命を向
上させるのに寄与する元素であり、０．２％以上の添加
を要する。しかし、２．０％を超えて添加すると、素材
が硬くなり、加工性が劣化するので、上限値を２．０％
とする。
【００１５】Ｐ：０．０２％以下 Ｐは、粒界強度を低下させ、表面硬化層の靭性を劣化さ
せるので、その上限値を０．０２％とする。
【００１６】Ａｌ：０．００５〜０．１％ Ａｌは、鋼材の溶製時に脱酸剤として添加されると共
に、焼入れ時の昇温に際してオーステナイト結晶粒の成
長を抑制する作用を有し、このような作用を期待するに
は、０．００５％以上の添加を必要とする。一方、０．
１％を超えて添加したとしても、結晶粒成長の抑制に対
する働きが飽和するばかりか、硬質の非金属介在物が多
数生成して、転動疲労寿命の低下を招くので上限値を
０．１％とする。
【００１７】Ｔｉ：０．００５％以下 Ｔｉは、硬質の介在物を生成し、転動疲労寿命に悪影響
を与えるので、その上限を０．００５％とする。
【００１８】Ｎ：０．００５〜０．０３％ Ｎは、ＡｌＮを生成してオーステナイト結晶粒を微細化
し、転動疲労寿命を向上させる。しかし、０．００５％
未満の含有量では、このような作用が期待できず、逆に
０．０３％を超えた場合には、鍛造や熱間圧延時の割れ
の原因となるので、０．０３％をその上限とする。
【００１９】Ｏ：０．００２％以下 Ｏは、Ａｌ2 Ｏ3 やＳｉ2 Ｏ3 などの酸化物系介在物を
多く生成して疲労強度、とくに転動疲労寿命を劣化させ
ると共に、切削加工時の超硬工具の寿命に悪影響を及ぼ
すので、０．００２％をその上限とする。
【００２０】Ｎｉ：０．２〜２．０％ Ｎｉは、鋼の焼入れ性を高め、高周波焼入れによる硬化
層を深くする作用を有する。 しかし、０．２％未満で
は、このような作用を期待できず、逆に添加量が多すぎ
ると被削性を損なうので、上限値を２．０％とする。
【００２１】Ｃｒ：０．２〜２．０％ Ｃｒは、高周波焼入れ部の軟化抵抗性を向上させる作用
を有し、第２段階の高周波焼入れ時の熱影響による軟化
を抑制するのに寄与する。また、焼入れ性を高め、高周
波焼入れによる硬化層を深くする。しかし、０．２％未
満では、このような作用を期待できず、逆に添加量が多
すぎると被削性を損なうので、上限値を２．０％とす
る。
【００２２】Ｍｏ：０．０５〜１．０％ Ｍｏは、高周波焼入れ部の軟化抵抗性を向上させるのに
顕著な作用を有し、第２段階の高周波焼入れ時の熱影響
による軟化を抑制する。また、高周波焼入れ部のオース
テナイト結晶粒を微細化するのに寄与する。しかし、
０．０５％未満では、これらの作用を期待できず、逆に
添加量が多いと被削性が劣化するので、上限値を１．０
％とする。
【００２３】Ｖ：０．０３〜０．５％ Ｖは、高周波焼入れ部の軟化抵抗性を向上させる作用を
有し、第２段階の高周波焼入れ時の熱影響による軟化を
抑制する。しかし、０．０３％未満では、このような作
用を期待できず、逆に添加量が多いと被削性が劣化する
ので、上限値を０．５％とする。
【００２４】Ｗ：０．０３〜０．５％ Ｗは、高周波焼入れ部の軟化抵抗性を向上させると共
に、内部硬さを高める作用を有する。しかし、０．０３
％未満では、このような作用を期待できず、添加量が
０．５％を超えると素材硬さが高くなり、被削性に悪影
響を及ぼすので、上限値を０．５％とする。
【００２５】Ｎｂ：０．０１〜０．１％ Ｎｂは、結晶粒度の微細化作用を有するので、０．０１
％以上を添加する。しかし、０．１％を超えて添加して
も微細化作用が飽和するので、０．１％を上限値とす
る。
【００２６】Ｓ：０．０３〜０．１％ Ｓは、鋼の被削性の向上に寄与する元素であり、このよ
うな作用を期待するには、０．００３％以上の添加を要
する。しかし、添加量が多すぎるとＭｎＳ組成の非金属
介在物が増加し、転動疲労寿命に悪影響を与えるので、
０．１％を上限値とする。
【００２７】Ｐｂ：０．０１〜０．３％ Ｐｂは、被削性向上元素であり、このような作用を期待
するには、０．０１％以上添加する必要がある。ただ
し、０．３％を超えて添加すると転動疲労寿命が低下す
るので、０．３％を上限値とする。
【００２８】Ｔｅ，Ｓｅ：０．００５〜０．１％ Ｔｅ，Ｓｅは、Ｐｂと同様に被削性向上元素であり、こ
のような作用を期待するには、いずれも０．００５％以
上添加する必要がある。ただし、０．１％を超えて添加
すると転動疲労寿命が低下するので、いずれも０．１％
を上限値とする。
【００２９】Ｃａ：０．０００５〜０．０１％ Ｃａは、ＭｎＳと複合介在物を生成して球状化するた
め、鋼の靭性を劣化させることなく被削性を向上させる
作用を有する元素である。このような作用は、添加量が
０．０００５％未満では期待できず、０．０１％を超え
ると作用が飽和するので、０．０１％をその上限とす
る。
【００３０】Ｚｒ：０．００５〜０．１％ Ｚｒは、Ｃａと同様に、熱間圧延時にＭｎＳの変形を抑
制してＭｎＳの球状化に寄与し、鋼の靭性を劣化させる
ことなく被削性を向上させる作用を有する元素である。
このような作用は、添加量が０．００５％未満では期待
できず、０．１％を超えるとＺｒＯ2 などの非金属介在
物が多く生成して、転動疲労寿命が低下するので、０．
１％を上限値とする。
【００３１】Ｘ値：２．５以上 本発明に係わるトロイダル式無段変速機用転動体におい
て、その疲労強度を確保するためには、２段階方式の高
周波焼入れに際して、最初（第１段階）に高周波焼入れ
された面は、第２段階の焼入れにおける高周波加熱の熱
影響を受けたとしても軟化せず、高い硬度を備えていな
ければならない。とくに、疲労破壊の起点となる表面お
よび転動面における最大せん断応力位置（表面より０．
８ｍｍ深さ）における硬さを高くすることが要求され
る。本発明者は、第１段階で焼入れされた部分が第２段
階の焼入れによる熱影響を受けた場合の鋼成分と硬度の
関係について種々検討した結果として、次式を見出し、
これによって求めたＸ値が２．５以上の値をとるとき
に、いったん焼入れされた部分が熱影響を受けたとして
もさほど軟化することがなく、焼入れ硬化層の表面から
最大せん断応力位置までの間が高い硬度に維持され、転
動体の転動疲労寿命が大幅に向上することを確認した。 Ｘ＝３．１Ｃ＋１．２Ｓｉ＋０．３Ｍｎ＋０．４Ｃｒ＋
１．４Ｍｏ＋０．４Ｖ＋０．３Ｗ オーステナイト結晶粒度：粒度番号９以上 オーステナイト結晶粒度は、焼入れ性に影響を及ぼし、
結晶粒の微細化により転動疲労寿命および曲げ疲労強度
が向上する。このような作用を期待するには、結晶粒度
番号で９以上に微細化する必要がある。
【００３２】高周波焼入材の結晶粒度に影響を及ぼす因
子としては、材料因子として高周波焼入処理を施す前の
組織、Ａｌ，Ｎ量、Ｎｂ，Ｍｏ等の炭窒化物形成元素の
添加、高周波焼入条件としては出力、加熱時間、焼入れ
時の冷却速度等が挙げられる。
【００３３】本発明の場合、例えば水冷の場合、請求項
１および２の炭素鋼では、出力×時間が８００ｋＷ・ｓ
ｅｃ以下、Ｎｂ，Ｍｏ，Ｖ，Ｗなどの炭化物形成元素添
加の請求項３および４の鋼では、出力×時間が１０００
ｋＷ・ｓｅｃ以下の条件で加熱することにより結晶粒度
が粒度番号で９番以上を得ることができる。
【００３４】Ｙ値：４．５以下 焼入れに先立って、鋼素材を部品形状に切削加工するに
際して、素材の硬さが高いと切削加工のコストが上昇し
たり、切削加工自体が不可能になったりする。本発明者
は、焼入れ前の素材硬さに及ぼす鋼成分の影響について
検討した結果、次式により求められるＹ値を４．５以下
に規制することにより、焼入れ前の鋼素材の硬さが抑制
され、素材の切削加工性が大幅に向上することを見出し
た。
【００３５】このように、本発明に係わるトロイダル式
無段変速機用転動体においては、靭性や疲労強度に有害
なＰおよびＯを規制すると共に、硬さおよび焼入れ性を
確保するＣ，Ｍｎ、結晶粒微細化作用を有するＡｌ，
Ｎ、軟化抵抗性を高めるＳｉを所定量添加して軟化抵抗
性を示す指標として新たに見出された数式により求めら
れるＸ値を２．５以上にし、さらに表層部焼入れ組織の
オーステナイト結晶粒度を粒度番号９以上としたもので
あるから、いったん焼入れされた部分が熱影響を受けた
としてもさほど軟化することがなく、焼入れ硬化層の表
面から最大せん断応力位置までの間が高い硬度に維持さ
れ、転動体の転動疲労寿命が大幅に向上することにな
る。
【００３６】また、本発明の他の請求項あるいは実施態
様に係わるトロイダル式無段変速機用転動体において
は、さらに焼入れ性を向上させるＮｉ、結晶粒微細化作
用を有するＮｂ、軟化抵抗性を高めるＣｒ，Ｍｏ，Ｖ，
Ｗの１種以上、被削性を向上させるＳ，Ｐｂ，Ｔｅ，Ｓ
ｅ，Ｃａ，Ｚｒの１種以上を必要に応じてそれぞれ添加
し、さらに必要に応じて焼入れ前の素材硬さを示す指標
として新たに見出された数式により求められるＹ値を
４．５以下に規制するようにしているので、トロイダル
式無段変速機用転動体として要求される種々の特性がさ
らに改善されることになる。
【００３７】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説
明する。
【００３８】まず、表１〜３に示す化学組成の素材鋼
（発明組成２３種、比較組成１３種）を用いて、入力デ
ィスク，出力ディスク，パワーローラの粗形状および切
削性試験片（８５φ×２５０Ｌ）形状に熱間鍛造したの
ち、焼き鈍し処理して、所定の部品形状に切削加工し
た。
【００３９】
【表１】
【００４０】
【表２】
【００４１】
【表３】
【００４２】そして、入力ディスク１，出力ディスク２
およびパワーローラ３用の切削素材については、２段階
の高周波焼入れ処理、すなわち第１段階として内径面１
ａ，２ａ，３ａおよび底面１ｂ，２ｂ，３ｂを出力８０
ｋＷ，周波数３０ｋＨｚで７秒間加熱して水冷焼入れ
し、続いて第２段階として転動面１ｃ，２ｃ，３ｃ（図
２参照）を出力３０ｋＷ，周波数１００ｋＨｚの条件で
２０秒間加熱したのち水冷することによって焼入れを行
った。その後、１６０℃×２時間の焼戻し処理を施し、
仕上げ研磨加工を行うことによって入力ディスク１，出
力ディスク２，パワーローラ３（トロイダル式無段変速
機用転動体）を得た。
【００４３】上記によって得られた各転動体１ないし３
のビッカース硬度およびオーステナイト結晶粒度を測定
し、その結果を表４，５に示す。
【００４４】なお、硬さは、図４（ａ）および（ｂ）に
示すａ−ａ線およびｂ−ｂ線に沿って、表面より０．１
ｍｍの位置、および表面より０．８ｍｍの位置（最大せ
ん断応力作用位置）で測定した。また、オーステナイト
結晶粒度については、ＪＩＳＧ ０５５１に従って、図
４（ａ）および（ｂ）に示すａ−ａ線およびｂ−ｂ線上
の表面より０．１ｍｍの位置で測定した。
【００４５】
【表４】
【００４６】
【表５】
【００４７】また、切削性試験片については、焼き鈍し
処理ののち、表６に示す条件により切削加工性を調査し
た。その結果を表４，５に併せて示す。
【００４８】
【表６】
【００４９】さらに、このようにして製作したトロイダ
ル式無段変速機用転動体、すなわち入力ディスク１，出
力ディスク２およびパワーローラ３を組合わせて、図１
に示したようなトロイダル式無段変速機に組込み、表７
に示す条件のもとで、目標繰り返し数１×１０7 回まで
耐久試験を実施した。その結果を表４，５に併せて示
す。
【００５０】
【表７】
【００５１】表４，５に示す結果から明らかなように、
素材鋼の化学成分，表層部焼入れ組織のオーステナイト
結晶粒度および軟化抵抗性の指標としてのＸ値、あるい
は焼入れ前の素材硬さの指標としてのＹ値などが本発明
の要件を満足する実施例１ないし２１のトロイダル式無
段変速機用転動体においては、焼き鈍し後の素材硬さが
低く、切削加工時の工具摩耗量が少なく良好な切削性を
示すと共に、第２段階の高周波焼入れを行っても、表面
より０．１ｍｍの位置、および０．８ｍｍの位置（最大
せん断応力作用位置）で高い硬度が得られ、１×１０7
回を超える良好な耐久性を示すことが確認された。
【００５２】これに対し、素材鋼の化学成分やＸ値など
が本発明の要件を満足しない比較例２４ないし３６のト
ロイダル式無段変速機用転動体においては、焼き鈍し後
の素材硬さが高くて切削性が劣ったり、第２段階の高周
波焼入れ時の熱影響による軟化によって転動体としての
耐久性が劣ったりする不具合が生じることが判明した。
【００５３】すなわち、比較例２４の転動体において
は、素材鋼のＣ量が少ないため、第２段階高周波焼入れ
の熱影響部の硬さが得られず、疲労寿命が短く、逆にＣ
量が多すぎる比較例２５および２６の転動体において
は、素材硬さが高いため、工具の摩耗量が著しく多くな
ることが確認された。
【００５４】また、比較例２７の転動体においては、素
材鋼のＳｉ量が少なく、軟化抵抗性が低いので熱影響部
の硬さを確保することができないため疲労寿命が短く、
Ｓｉ量およびＭｎ量が過剰な比較例２８および２９の転
動体においては、素材硬さが高いため工具の摩耗量が著
しく多く、切削性に劣ることが確認された。
【００５５】比較例３０の転動体においては、素材鋼の
Ｔｉ量が多く、硬質の介在物が生成することから切削加
工時の工具摩耗量が多い。
【００５６】また、比較例３１においては、素材鋼のＮ
含有量が少なく、結晶粒が粗大化しているため疲労寿命
が短く、比較例３２においては、Ｏ含有量が多く、介在
物が多く生成しているため、切削加工時の工具摩耗量が
多い。
【００５７】そして、素材鋼のＮｉ量，Ｃｒ量，Ｍｏ量
が多い比較例３３，３４，３５の転動体においては、素
材硬さが高いため、工具の摩耗量が著しく多くなること
が確認された。
【００５８】さらに、比較例３６の転動体においては、
素材鋼のＶ量が多く、素材硬さが高くなっているため、
チッピング（欠け）が発生する結果となった。
【００５９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
に係わるトロイダル式無段変速機用転動体においては、
靭性や疲労強度に有害なＰおよびＯを規制すると共に、
硬さおよび焼入れ性を確保するＣ，Ｍｎ、結晶粒微細化
に有効なＡｌ，Ｎ、軟化抵抗性を向上させるＳｉを所定
量添加し、軟化抵抗性を示す指標として新たに見出され
た数式により求められるＸ値を２．５以上にし、さらに
表層部焼入れ組織のオーステナイト結晶粒度を粒度番号
９以上に微細化したものであるから、いったん焼入れさ
れた部分が熱影響を受けたとしても軟化を防止すること
ができ、焼入れ硬化層の表面から最大せん断応力位置ま
での間を高い硬度に維持して転動体の転動疲労寿命を大
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。
【００６０】本発明の請求項２に係わるトロイダル式無
段変速機用転動体においては、被削性を向上させるＳ，
Ｐｂ，Ｔｅ，Ｓｅ，Ｃａ，Ｚｒなどが添加されているの
で、素材鋼の被削性を改善することができ、当該転動体
の加工コストの低減を達成することができるという優れ
た効果がもたらされる。
【００６１】また、本発明の請求項３に係わるトロイダ
ル式無段変速機用転動体においては、焼入れ性を向上さ
せるＮｉ、結晶粒微細化作用を有するＮｂ、軟化抵抗性
を高めるＣｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｗなどが添加されているの
で、焼入れ硬化層の表面から最大せん断応力位置までの
間を高い硬度に確実に維持することができ、転動体の転
動疲労寿命をより確実に向上させることができるという
優れた効果がもたらされる。
【００６２】さらに、本発明の請求項４に係わるトロイ
ダル式無段変速機用転動体においては、上記Ｓ，Ｐｂ，
Ｔｅ，Ｓｅ，Ｃａ，Ｚｒなどと共に、Ｎｉ，Ｎｂ，Ｃ
ｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｗなどが添加されているので、被削性の
改善によって当該転動体の加工コストの低減を達成する
ことができると同時に、焼入れ硬化層の表面から最大せ
ん断応力位置までの間を高い硬度に確実に維持すること
ができ、転動体の転動疲労寿命をより確実に向上させる
ことができるというさらに優れた効果がもたらされる。
【００６３】本発明に係わるトロイダル式無段変速機用
転動体の実施態様として請求項５および請求項６記載の
転動体においては、焼入れ前の素材硬さを示す指標とし
て新たに見出された数式により求められるＹ値を４．５
以下に規制したものであるから、素材鋼の切削加工性を
確実に改善することができ、加工コストをさらに確実に
低減させることができるという優れた効果がもたらされ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】トロイダル式無段変速機の構造および原理を示
す概略説明図である。
【図２】（ａ） 入力ディスクおよび出力ディスクの高
周波焼入れの第１段階を示す概略説明図である。 （ｂ） パワーローラの高周波焼入れの第１段階を示す
概略説明図である。 （ｃ） 入力ディスクおよび出力ディスクの高周波焼入
の第２段階を示す概略説明図である。 （ｄ） パワーローラの高周波焼入れの第２段階を示す
概略説明図である。
【図３】（ａ） 入力ディスクのおよび出力ディスクの
軟化部分を示す断面説明図である。 （ｂ） パワーローラの軟化部分を示す断面説明図であ
る。
【図４】（ａ） 本発明の実施例における硬度測定位置
を示す入力ディスクおよび出力ディスクの断面図であ
る。 （ｂ） 本発明の実施例における硬度測定位置を示すパ
ワーローラの断面図である。
【符号の説明】
１ 入力ディスク（トロイダル式無段変速機用転動体） ２ 出力ディスク（トロイダル式無段変速機用転動体） ３ パワーローラ（トロイダル式無段変速機用転動体）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安 部 聡 兵庫県神戸市灘区灘浜東町２ 株式会社神 戸製鋼所神戸製鉄所内 (72)発明者 内 山 典 子 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 松 本 隆 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 梅 垣 俊 造 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 伏 見 慎 二 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 重量％で、Ｃ：０．４〜０．６％，Ｓ
    ｉ：０．１〜０．５％，Ｍｎ：０．２０〜２．０％，
    Ｐ：０．０２％以下，Ａｌ：０．００５〜０．１％，Ｔ
    ｉ：０．００５％以下，Ｎ：０．００５〜０．０３％，
    Ｏ：０．００２％以下を含み，残部がＦｅおよび不可避
    的不純物であって、 Ｘ＝３．１Ｃ＋１．２Ｓｉ＋０．３Ｍｎ で表わされるＸ値が２．５以上の構造用鋼からなり、高
    周波焼入処理が施され表層部焼入れ組織のオーステナイ
    ト結晶粒度が粒度番号で９以上であることを特徴とする
    トロイダル式無段変速機用転動体。
  2. 【請求項２】 重量％で、Ｃ：０．４〜０．６％，Ｓ
    ｉ：０．１〜０．５％，Ｍｎ：０．２０〜２．０％，
    Ｐ：０．０２％以下，Ａｌ：０．００５〜０．１％，Ｔ
    ｉ：０．００５％以下，Ｎ：０．００５〜０．０３％，
    Ｏ：０．００２％以下と共に、Ｓ：０．０３〜０．１
    ％，Ｐｂ：０．０１〜０．３％，Ｔｅ：０．００５〜
    ０．１％，Ｓｅ：０．００５〜０．１％，Ｃａ：０．０
    ００５〜０．０１％，Ｚｒ：０．００５〜０．１％の群
    から選択される１種以上をを含み，残部がＦｅおよび不
    可避的不純物であって、 Ｘ＝３．１Ｃ＋１．２Ｓｉ＋０．３Ｍｎ で表わされるＸ値が２．５以上の構造用鋼からなり、高
    周波焼入処理が施され表層部焼入れ組織のオーステナイ
    ト結晶粒度が粒度番号で９以上であることを特徴とする
    トロイダル式無段変速機用転動体。
  3. 【請求項３】 重量％で、Ｃ：０．４〜０．６％，Ｓ
    ｉ：０．１〜０．５％，Ｍｎ：０．２０〜２．０％，
    Ｐ：０．０２％以下，Ａｌ：０．００５〜０．１％，Ｔ
    ｉ：０．００５％以下，Ｎ：０．００５〜０．０３％，
    Ｏ：０．００２％以下と共に、Ｎｉ：０．２〜２．０
    ％，Ｃｒ：０．２〜２．０％，Ｍｏ：０．０５〜１．０
    ％，Ｖ：０．０３〜０．５％，Ｗ：０．０３〜０．５
    ％，Ｎｂ：０．０１〜０．１％の群から選択される１種
    以上を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物であっ
    て、 Ｘ＝３．１Ｃ＋１．２Ｓｉ＋０．３Ｍｎ＋０．４Ｃｒ＋
    １．４Ｍｏ＋０．４Ｖ＋０．３Ｗ で表わされるＸ値が２．５以上の構造用鋼からなり、高
    周波焼入処理が施され表層部焼入れ組織のオーステナイ
    ト結晶粒度が粒度番号で９以上であることを特徴とする
    トロイダル式無段変速機用転動体。
  4. 【請求項４】 重量％で、Ｃ：０．４〜０．６％，Ｓ
    ｉ：０．１〜０．５％，Ｍｎ：０．２０〜２．０％，
    Ｐ：０．０２％以下，Ａｌ：０．００５〜０．１％，Ｔ
    ｉ：０．００５％以下，Ｎ：０．００５〜０．０３％，
    Ｏ：０．００２％以下と共に、Ｎｉ：０．２〜２．０
    ％，Ｃｒ：０．２〜２．０％，Ｍｏ：０．０５〜１．０
    ％，Ｖ：０．０３〜０．５％，Ｗ：０．０３〜０．５
    ％，Ｎｂ：０．０１〜０．１％の群から選択される１種
    以上、およびＳ：０．０３〜０．１％，Ｐｂ：０．０１
    〜０．３％，Ｔｅ：０．００５〜０．１％，Ｓｅ：０．
    ００５〜０．１％，Ｃａ：０．０００５〜０．０１％，
    Ｚｒ：０．００５〜０．１％の群から選択される１種以
    上を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物であって、 Ｘ＝３．１Ｃ＋１．２Ｓｉ＋０．３Ｍｎ＋０．４Ｃｒ＋
    １．４Ｍｏ＋０．４Ｖ＋０．３Ｗ で表わされるＸ値が２．５以上の構造用鋼からなり、高
    周波焼入処理が施され表層部焼入れ組織のオーステナイ
    ト結晶粒度が粒度番号で９以上であることを特徴とする
    トロイダル式無段変速機用転動体。
  5. 【請求項５】 請求項１または請求項２記載のトロイダ
    ル式無段変速機用転動体において、 Ｙ＝３．２Ｃ＋
    ０．６Ｓｉ＋２．２Ｍｎで表わされるＹ値が４．５以下
    であることを特徴とするトロイダル式無段変速機用転動
    体。
  6. 【請求項６】 請求項３または請求項４記載のトロイダ
    ル式無段変速機用転動体において、 Ｙ＝３．２Ｃ＋０．６Ｓｉ＋２．２Ｍｎ＋１．２Ｎｉ＋
    ０．４Ｃｒ＋０．４Ｍｏ＋０．７Ｖ＋０．４Ｗ で表わされるＹ値が４．５以下であることを特徴とする
    トロイダル式無段変速機用転動体。
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