WO2003081062A1

WO2003081062A1 - Rolling bearing for belt type non-stage transmission

Info

Publication number: WO2003081062A1
Application number: PCT/JP2003/003725
Authority: WO
Inventors: Hiromichi Takemura; Yoshitaka Hayashi
Original assignee: Nsk Ltd.
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2003-10-02
Also published as: CN1643265A; CN100400909C; US20050092396A1; EP1489318A4; EP1489318A1; US7189171B2; AU2003236146A1

Description

明細書ベルト式無段変速機用転がり軸受技術分野

この発明は、自動車など車輪のベルト式無段変速機の回転軸、例えばプーリ軸を支持する為の転がり軸受の改良に関する。具体的には、ベルトとプーリとの摩擦係合部の摩擦係数を安定させると共に低燃費を実現すべく、 C V Tフルード (AT F兼用油）として低粘度のものを用いた場合でも、十分な耐久性を確保できる構造を実現するものである。背景技術

自動車用の自動変速機用の変速ュニットとしてベルト式無段変速機が、例えば特公平 8— 3 0 5 2 6号公報等に記載されている様に、従来から各種考えられ、その一部は実際に使用されている。図 1は、この様なベルト式無段変速機の基本構造を略示している。このベルト式無段変速機は、互いに平行に配置された入力側回転軸 1と出力側回転軸 2とを有する。これら各回転軸 1、 2は、図示しない変速機ケースの内側に、それぞれ 1対ずつの転がり軸受 3により、回転自在に支持している。

これら各転がり軸受 3はそれぞれ、図 2に詳示する様に、互いに同心に設けられた外輪 4と内輪 5とを有する。このうちの外輪 4は、内周面に外輪軌道 6を、内輪 5は外周面に内輪軌道 7を、それぞれ有する。そして、これら外輪軌道 6と内輪軌道 7との間に複数の転動体 8を、保持器 9により保持した状態で、転動自在に設けている。それぞれがこの様に構成される、上記各転がり軸受 3は、それぞれの外輪 4を上記変速機ケースの一部に内嵌固定し、それぞれの内輪 5を上記入力側回転軸 1又は上記出力側回転軸 2に外嵌固定している。そして、この構成により、これら両回転軸 1、 2を上記変速機ケースの内側に、回転自在に支持している。尚、上記各転がり軸受 3として従来は、外輪 4、内輪 5、各転動体 8を、一般的な軸受鋼 2種（S U J 2 ) により造ったものを使用していた。上記両回転軸 1、 2のうちの入力側回転軸 1は、エンジン等の駆動源 1 0により、トルクコンバータ或は電磁クラッチ等の発進クラッチ 1 8を介して回転駆動される。又、上記入力側回転軸 1の中間部で 1対の転がり軸受 3の間に位置する部分に駆動側プーリ 1 1を設け、この駆動側プーリ 1 1と上記入力側回転軸 1とが同期して回転する様にしている。この駆動側プーリ 1 1を構成する 1 対の駆動側プーリ板 1 2 a、 1 2 b同士の間隔は、駆動側ァクチユエ一夕 1 3で一方（図 1の左方）の駆動側プーリ板 1 2 aを軸方向に変位させる事により調節自在である。即ち、上記駆動側プーリ 1 1の溝幅は、上記駆動側ァクチユエ一夕 1 3により拡縮自在である。

一方、上記出力側回転軸 2の中間部で 1対の転がり軸受 3の間に位置する部分に従動側プーリ 1 4を設け、この従動側プーリ 1 4と上記出力側回転軸 2とが同期して回転する様にしている。この従動側プーリ 1 4を構成する 1対の従動側プ —リ板 1 5 a、 1 5 b同士の間隔は、従動側ァクチユエ一夕 1 6で一方（図 1の右方）の従動側プーリ板 1 5 aを軸方向に変位させる事により調節自在である。即ち、上記従動側プーリ 1 4の溝幅は、上記従動側ァクチユエ一夕 1 6により拡縮自在である。そして、この従動側プ一リ 1 4と上記駆動側プーリ 1 1とに、無端ベルト 1 7を掛け渡している。この無端ベルト 1 7としては、金属製のものを使用している。

上述の様に構成するベル卜式無段変速機では、前記駆動源 1 0から上記発進クラッチ 1 8を介して上記入力側回転軸 1に伝達された動力は、上記駆動側プーリ 1 1から上記無端ベルト 1 7を介して、上記従動側プーリ 1 4に伝達される。尚、この無端ベルト 1 7として従来から、押し付け方向に動力を伝達するものと、弓 I つ張り方向に動力を伝達するものとが知られている。何れにしても、上記従動側プーリ 1 4に伝達された動力は、上記出力側回転軸 2から上記減速歯車列 1 9、デフアレンシャルギヤ 2 0を介して駆動輪 2 1に伝達される。上記入力側回転軸 1と出力側回転軸 2との間の変速比を変える場合には、上記両プーリ 1 1の溝幅を互いに関連させつつ拡縮する。

例えば、上記入力側回転軸 1と出力側回転軸 2との間の減速比を大きくする場合には、上記駆動側プーリ 1 1の溝幅を大きくすると共に、上記従動側プ一リ 1 4の溝幅を小さくする。この結果、上記無端ベル卜 1 7の一部でこれら両プーリ 1 1、 1 4に掛け渡された部分の径が、上記駆動側プーリ 1 1部分で小さく、上記従動側プ一リ 1 4部分で大きくなり、上記入力側回転軸 1と出力側回転軸 2との間で減速が行なわれる。反対に上記入力側回転軸 1と出力側回転軸 2との間の増速比を大きく（減速比を小さく）する湯合には、上記駆動側プーリ 1 1の溝幅を小さくすると共に、上記従動側プーリ 1 4の溝幅を大きくする。この結果、上記無端ベルト 1 7の一部でこれら両プーリ 1 1、 1 4に掛け渡された部分の径が、上記駆動側プーリ 1 1部分で大きく、上記従動側プーリ 1 4部分で小さくなり、上記入力側回転軸 1と出力側回転軸 2との間で増速が行なわれる。

上述の様に構成され作用するベルト式無段変速機の運転時には、各可動部に潤滑油を供給して、これら各可動部を潤滑する。ベルト式無段変速機の場合に使用する潤滑油としては、 C VTフルード（AT F兼用油）を使用している。この理由は、金属製の無端ベルト 1 7と駆動側、従動側両プーリ 1 1、 1 4との摩擦係合部の摩擦係数を増大し、且つ、安定させる為である。そして、上記 C VTフル —ドを 3 0 O cc/min以上の流量で上記摩擦部に循環させて、この摩擦部を潤滑している。又、上記 C VTフルードの一部は、前記各転がり軸受 3の内部を（例えば 2 O cc/min以上の流量で）通過して、これら各転がり軸受 3の転がり接触部を潤滑する。従って、これら各転がり軸受 3の内部に、上記無端ベルト 1 7と上記両プーリ 1 1、 1 4との摩擦に伴って発生する摩耗紛ゃ、前記減速歯車列 1 9部分での摩擦に伴って発生したギア紛等の異物が、 C V Tフルードに混入した状態で入り込む可能性が高い。この様な異物は、上記各転がり軸受 3の転がり接触部を損傷させてその耐久性を低下させる原因となる。この為従来は、上記各転がり軸受 3の軸受サイズを大きくしたり、或は各転動体 8の直径（玉径）を大きくする等により、上記各転がり軸受 3の基本動定格荷重を大きくし、これら各転がり軸受 3の寿命に余裕を持たせていた。

前述の構造のベル卜に生じる振動の周波数（f ： H z ) は、摩擦片の個数（Z b ) とベルトの回転速度（N b ： r p m) とにより「： f = Z b X (N b / 6 0 ) J で表される。通常、摩擦片の数は例えば 2 5 0〜4 0 0個であり、この場合、ェンジンの回転速度が 6 0 0 r p mから 7 0 0 0 r p mへ変化すると、プライマリブーリに生じる振動の周波数の一次成分は減速時で 1000〜 3000Hz、加速時で 10000〜 35000Hzとなる。

この周波数は、マニュアルトランスミッション（MT) や普通の（無段変速機以外の）オートマチックトランスミッション（AT) でギヤのかみ合いに伴って生じる振動の周波数より高い。これは、 MTや ATでかみ合うギヤの歯数が 50 以下であるのに対して、ベルト式 CVTの摩擦片の数が 250〜400個と多いためと考えられる。

また、車両の走行中は加速と減速が繰り返されるため、ベルトの振動と車体の振動とが共振する場合がある。そして、車体には様々な周波数の振動が生じるため、ベルトとの間で頻繁に共振が生じ易い。その結果、ベルト式 CVT用の転がり軸受には大きな振動が生じ易い。

一方、ベルト式 CVTには、ベルトによる動力伝達効率を良好にすること、ベルト駆動の騒音を抑制すること、プ一リとベルトの摩擦を抑えることが求められており、これらの点からは、流動性の高い（粘度の低い）潤滑油を使用することが望ましい。

近年、ベルト式無段変速機の効率を確保し、運転時に発生する騒音を少なく抑えると共に、駆動側、従動側両プーリ 11、 14や無端ベルト 17の摩耗を抑える事を目的に、潤滑油としてより粘度の低い C T Vフル一ドを使用する事が考えられている。この様な場合に、入力側、出力側各回転軸 1、 2を支持する為の転がり軸受 3として標準的なものを使用すると、異物混入による圧痕起点型剥離ではなく、油膜形成不足による早期剥離が発生する可能性が大きくなると考えられる。即ち、プーリの回転軸を支持する転がり軸受は、プーリの側面に位置するため、潤滑剤が供給されにくいと共に、粘性の低い CVTフルードを使用した場合には、ベルト変動に伴うラジアル方向及びアキシアル方向の振動の働きにより、外輪軌道 6及び内輪軌道 7と転動体 8の転動面との転がり接触部の油膜形成状態が不足する可能性が大きくなる。そして、この転がり接触部で、滑りによる早期剥離が発生する可能性が大きくなると考えられる。

即ち、 SU J 2等の一般的な軸受鋼により造られた外輪 4、内輪 5及び転動体 8により構成された転がり軸受 3の場合、例えば基油の動粘度が 40°C時で 40 删 ² /sec ( 4 0 X 1 0— ⁶ m² Zs ) 以下、 1 0 0 時で 1 0腦 ² Zsec 以下と言った、低粘度の C V Tフルードを使用すると、上記滑りによる早期剥離が発生する可能性が大きくなると考えられる。何となれば、ベルト式無段変速機の運転時に上記転がり軸受 3の温度は 1 0 0 を超える場合があり、この転がり軸受 3 の内部に入り込んでこの転がり軸受 3の転がり接触部を潤滑する、 C VTフルードの粘度は 1 0腿² /sec 以下の、相当に低い値となる。この結果、上記転がり接触部に存在する油膜の強度が低くなり、差動、公転、スピン等の影響により、この転がり接触部分で油膜切れが起こり易くなる。そして、油膜切れが起こった場合には、この転がり接触部分で金属接触が発生し、表面層部分の疲労が促進し、早期剥離が発生する。勿論、上記転がり軸受 3の基本動定格荷重を大きくし、この転がり軸受 3の寿命に余裕を持たせる事で、必要とする耐久性を確保する事は可能ではあるが、大型化に伴う重量増大や転がり抵抗の増大を招く為、好ましくない。又、上記転がり軸受 3を通過する C V Tフルードの流量を多くする事で上記油膜切れの発生を防止し、耐久性向上を図る事も可能ではある。但し、この様な方法は、多量の C V Tフルードを循環させる事に基づくポンプ損失の増大により、ベルト式無段変速機全体としての効率を低下させる原因となる為、好ましくない。

ところで、ベルト式無段変速機に組み込む転がり軸受 3に加わる荷重のうちの多くの部分は、無端ベルト 1 7から加わるラジアル荷重であり、このラジアル荷重の作用方向は常に一定である。又、上記転がり軸受 3の転がり接触部のうち、内輪軌道 7及び各転動体 8の転動面は回転するが、外輪軌道 6は回転しない。従つて、上記表面層部分の疲労は、この外輪軌道 6のうちの特定部分（上記ラジアル荷重を支承する部分）で最も進行する。言い換えれば、上記外輪軌道 6が、転がり疲れ寿命に関して最も厳しい条件に曝される。この為、この外輪軌道 6の転がり疲れ寿命の確保が、上記転がり軸受 3全体の耐久性確保の面から重要となる。例えば、図 3 (A) ， (B) は、潤滑油として上記低粘度の C V Tフルードを使用した場合に於ける転がり接触部の疲労度を、一般的なギヤ式の変速機とベルト式無段変速機とに就いて、それぞれ疲労解析により求めた結果を示している。尚、疲労解析とは、特公昭 6 3— 3 4 4 2 3号公報に記載された、転がり疲れによる疲労度の測定方法を言い、疲労度 F - Δ Β + Κ · A R (Δ Β；マルテンサイト相の X線回折半価幅減少量、 K；材料によって異なる定数、；残留オーステナイト減少量）で表される。即ち、上記疲労度 Fを求めるには、金属材料の転がり接触部の転がり疲労前および疲労後のマルテンサイト相の X線回折半価幅と、残留オーステナイト量（容量％) とを測定する。そして、金属部材の種類によつて決まる定数を Kとし、疲労していない状態での残留オーステナイト量（容量 %) と、疲労した状態での残留オーステナイト量との差を A Rとする。又、疲労していない.状態でのマンテンサイト相の X線回折半価幅と、疲労した状態での X 線回折半価幅との差を Δ Βとする。そして、疲労度 F = K · Δ ΪΙ + Δ Βなる式に、上記の測定値に基づくマルテンサイト相の X線回折半価幅の減少量と残留ォーステナイト量の減少量とを代入して、上記疲労度 Fを求める。そして、この疲労度 Fを、予め作成しておいた、各転がり接触部の各部位に応じた基準値と対応させて評価し、これら各部位の疲労度を測定する。

この様な条件で行なった疲労解析の結果を示す図 3で、（Α) は一般的なギヤ式の変速機に組み込んだ転がり軸受の外輪軌道の、（Β) はベルト式無段変速機に組み込んだ転がり軸受の外輪軌道の、それぞれ疲労度を表している。疲労度の値が高い程疲労が進んでおり、剥離寿命が短くなる事を表す。図 3 (Α) に示した、一般的なギヤ式の変速機に組み込んだ転がり軸受の外輪軌道の表面の疲労度が 1 . 4程度であつたのに対して、図 3 (Β) に示した、ベルト式無段変速機に関する同部分の疲労度は 2 . 8程度と、 2倍も高くなつた。

この様な図 3 (A) , (Β) から明らかな通り、ベルト式無段変速機の潤滑油として粘性が低い C V Τフルードを使用した場合には、ベルト式無段変速機の回転支持部を構成する転がり軸受の外輪軌道に早期剥離が発生し易くなる。

本発明は、この様な事情に鑑みて、優れた伝達効率と十分な耐久性とを有するベルト式無段変速機を実現すべく、潤滑油として粘性の低い C V Tフル一ドを使用した場合でも、プ一リを回転自在に支持する為の転がり軸受 3の外輪軌道 6に早期剥離等の損傷が発生しにくいベルト式無段変速機用転がり軸受を実現すべく発明したものである。発明の開示

本発明のベル卜式無段変速機用転がり軸受は、前述した従来から知られているベルト式無段変速機用転がり軸受と同様に、外輪と、内輪と、複数個の転動体とを備える。

このうちの外輪は、内周面に外輪軌道を有する。

又、上記内輪は、外周面に内輪軌道を有する。

又、上記各転動体は、上記外輪軌道と内輪軌道との間に転動自在に設けられている。

そして、上記外輪を変速機ケース等の固定の部分に内嵌支持し、上記内輪を、入力側、出力側各回転軸の端部又は中間部等、ベルト式無段変速機を構成するプーリと共に回転する部分に外嵌支持して、このプーリを上記固定の部分に回転自在に支持する。

特に、本発明のベルト式無段変速機用転がり軸受に於いては、第 1の態様によれば、少なくとも上記外輪が、 0. 15〜0. 5重量％の〇と、 0. 1〜1. 5 重量％の S iと、 0. 1〜1. 5重量％の1^11と、 0. 5〜3. 0重量％の C r とを含む鉄系合金製の素材に浸炭窒化、焼き入れ、焼き戻し処理、研磨仕上を施す事により造られている。

そして、上記外輪軌道の表面部分に、 0. 8〜1. 2重量％の(3と、 0. 05 〜0. 50重量％のとを含む表面層を有する。

又、好ましくは、上記表面層の表面硬さが H v 720〜900であり、外輪軌道の表面から最大剪断応力発生位置深さまでの部分に、平均粒径が 50〜500 nmである炭化物又は炭窒化物（M₃ C、 Mr Cs ) を分散析出させる。

又、好ましくは、外輪軌道の表面下 50 mでの残留ォ一ステナイト量を 20 〜45容量％とし、外輪軌道の表面下 50 mでの残留圧縮応力を 150〜50 OMPaとする。

更に、好ましくは、 0. 1〜3. 0重量％の¾10と 0. 1〜3. 0重量％のとのうちの少なくとも一方を含有させる。

尚、残留酸素濃度に関しては 9 PPII1以下、 Pの含有量に関しては 0. 02重量 %以下、 Sの含有量に関しては 0. 02重量％以下に抑える事が好ましい。又、本発明は、前述した理由により、転がり疲れ寿命に関して最も条件が厳しい外輪軌道に関して適用する事が前提である。但し、外輪軌道に加えて、最弱部位が内輪または転動体となる可能性が高いため、要求寿命を満足するためには内輪軌道及び各転動体にも適用する事が好ましい。

上述の様に構成する本発明のベルト式無段変速機用転がり軸受の場合には、粘度の低い C VTフルードを使用して、転がり接触部に介在させる油膜の強度を十分に確保できない場合でも、剥離寿命を十分に確保する事が可能になる。

先ず、適正な組成を有する素材に適正な表面加工を施して適正な表面層を形成すれば、使用時に特に厳しい条件に曝される、外輪軌道の転がり疲れ寿命を確保できる。

特に、上記表面層の表面硬さを H v 7 2 0〜9 0 0とすると共に、所定部分に、平均粒径が 5 0〜 5 0 0 nmである炭化物又は炭窒化物を分散析出させた場合には、上記転がり疲れ寿命の確保をより効果的に行なえる。即ち、元々の粘度が低い C VTフルードを使用し、しかも 1 0 0 °C以上の高温条件下で運転する事でこの C VTフルードの粘度が更に低下し、転がり接触部に存在する油膜の強度が低くなって局所的な金属接触が発生した場合でも、この転がり接触部の表面疲労の進行を遅延させる事ができる。

又、所定部分の残留オーステナイト量を適正値にする事により、上述の様にして発生する局所的な金属接触に拘らず、転がり接触部の表面に発生する、微小剥離や線傷を緩和する事ができる。更に、上記所定部分の残留圧縮応力を適正値にする事により、上記転がり接触部の表面に微小な亀裂や剥離が発生した場合でも、これら亀裂や剥離の伝播を抑制できて、早期剥離を防止する効果をより向上させる事ができる。

更に、 0 . 1〜3 . 0重量％の M oと 0 . 1〜3 . 0重量％のとのうちの少なくとも一方を含有させれば、上記炭化物又は炭窒化物の粒径を制御して、これら炭化物又は炭窒化物を微細析出させる事が可能になる。そして、マトリックス中の Cの量を減少させる事ができる。

本発明のベルト式無段変速機用転がり軸受は、以上に述べた作用により、転がり接触部に存在する油膜の強度が弱く、局部的な金属接触が発生する様な状況下での転がり疲れ寿命の確保を図れる。この為、必要とする耐久性を確保する為に、転がり軸受として、基本動定格荷重が大きい大型寸法のものを使用する必要がなくなる。この為、入力側回転軸及び出力側回転軸の回転支持部を小型且つ軽量に構成でき、しかも回転抵抗の小さい構造で、十分な耐久性を確保する事が可能となる。この場合に、転がり軸受の内部に流通させる潤滑油の量を（例えば 2 0 cc Zmin を大きく上回る程）多量にする必要がなくなる。

これらにより、小型且つ軽量で、しかも転がり抵抗が小さい転がり軸受の転がり疲れ寿命を確保して、ベルト式無段変速機の小型 ·軽量化及び伝達効率の向上を図れる。

次に、本発明のベルト式無段変速機用転がり軸受を造る為の鉄系合金製の素材に各元素を添加した理由、並びにこれら各元素の含有量を含めて、本発明を規定した各数値の限定理由に就いて説明する。

上記素材に含まれる各元素のうち、先ず、 Cは、軌道表面の転がり疲れ寿命を確保すべく、この表面の硬度を必要な値（例えば H v 7 2 0〜9 0 0 ) にまで高くする為の浸炭窒ィヒ処理の為に含有させる。この浸炭窒化処理の処理時間を徒に長くしない為には、 Cを 0 . 1 5重量％以上含有させる必要がある。これに対して、 Cを 0 . 5 0重量％を超えて含有させると、上記素材の靱性が低下し、この素材により造られた軌道輪の割れ強度が低下する他、高温時の寸法安定性を確保する事が難しくなる。この為、 Cの含有量を 0 . 1 5〜0 . 5 0重量％とした。次に、 S iは、転がり疲労下で見られる白色組織変化を遅延させる効果がある他、焼き入れ性を向上させる為に添加する。但し、 3 1の添加量が0 . 1重量％未満の場合には、焼き戻し軟化抵抗性が不十分となり、熱処理後に於ける外輪軌道表面の硬度を十分に確保する事が難しくなる。これに対して、 1を1 . 5重量％を超えて含有させると、素材の加工性が著しく低下する。この為、 S iの含有量を 0 . 1〜1 . 5重量％とした。

次に、 Mnは、鋼（鉄系合金）の焼き入れ性を向上させる為に添加する。但し、 1^ 11の添加量が0 . 1重量％未満の場合には、十分な焼き入れ性を確保する事が難しい。これに対して、 1 . 5重量％を超えて含有させると、素材の加工性が低下する。この為、 ]\411の含有量を0 . 1〜1 . 5重量％とした。次に、 C rは、焼き入れ性を向上させ、且つ、炭化物の球状化を促進させる為に添加する。これらの効果を得る為には、（ 1"を0 . 5重量％以上を含有させる必要がある。これに対して、 3 . 0重量％を超えて含有させると、素材の被削性 (削り易さ）を劣化させて外輪軌道の加工が面倒になる場合がある。この為、 C rの含有量を 0 . 5〜 . 0重量％とした。

又、 M oは、（本発明を実施する事に関して必須ではないが）選択的に含有させる。含有させた場合には、焼き戻し軟化抵抗性を向上させる他、微細な炭化物の分散効果により、素材並びにこの素材により得られた外輪の硬度を高めて、高温強度を向上させる事ができる。この様な効果を期待して添加する場合には、 0 . 1重量％以上の添加量が必要である。この理由は、 M oを添加する事によりマトリックスに溶け込む C量を減少させ、微細な M o系炭化物を析出させる為である。これに対して、 M oの添加量が 3 . 0重量％を超えると、溶体化が不十分となつて炭化物が微細化せず、更に加工性が劣化する可能性もある。そこで、 M oを含有させる場合には、その含有量を 0 . 1〜3 . 0重量％とする。

又、 Vに関しても、（本発明を実施する事に関して必須ではないが）選択的に含有させる。含有させた場合には、結晶粒界に析出して結晶粒の粗大化を抑制し、又、鋼中の炭素と結合して微細な炭化物を形成する。そして、添加によって外輪の表面層の硬さが向上して耐摩耗性が向上する。又、水素トラップ効果により白色組織変化を遅延させる効果も期待できる。この様な効果は、 Vの含有量が 0 . 1重量％以上の場合に顕著になる。これに対して、 Vの含有量が 3 . 0重量％を越えると、結晶粒界に Vの巨大な炭化物が析出して、ピンニング効果が低下し、更に加工性及び種々の機械的性質を劣化させる。この為、 Vを添加する場合には、その含有量を 0 . 1〜3 . 0重量％とする。

尚、 M oや Vを溶体化処理する事により、 M o系、 V系炭化物（M₃ C、 M r C ₃ 系）の粒径を制御し、微細な炭化物を分散析出させる事が可能となり、その結果としてマトリックス中の C量を減少させる。この為、マトリックス疲労に於ける C拡散による組織変化の発生を遅延させ、結果として転がり疲れ寿命を向上させる効果を有する。しかも、この様な分散析出効果は、亀裂伝播を抑制する効果ゃ、耐摩耗性を向上させる効果、耐水素脆性を抑制する為の水素トラップ効果がある。

即ち、前記組成を有する鉄系合金製の素材に適切な熱処理を施す事により、 1 O ^ m² 当り 1 0個以上の炭化物又は炭窒化物（M₃ C , M r C s ) を分散析出させる事が可能になる。更に、上述の様に、 M oや Vを溶体化処理する事により、 M o系、 V系炭化物（M₃ C、 M r C s 系）の粒径を制御すれば、 1 0 m² 当り 4 0個以上の炭化物を分散析出する事が可能になり、より優れた耐久性向上効果を得られる。

次に、軌道面の表面部分に設ける表面層中の C及び Nに就いて説明する。

先ず、 Cは、軌道輪に浸炭窒化処理を施してから軌道面の表面部分を研磨仕上した後の状態で、この軌道面の転がり疲れ寿命を確保するのに必要な硬度を得る為に含有させる。上記表面層に、十分な転がり疲れ寿命を確保するのに必要な硬度（例えば Hv 7 2 0以上）を与える為には、 Cを 0 . 8重量％以上含有させる事が必要である。これに対して、 1 . 2重量％を超えて含有させると、上記表面層部分に巨大炭化物を生成し易くなり、亀裂等の損傷が発生する起点になり易くなる。そこで、上記表面層部分の Cの含有量を、 0 . 8〜1 . 2重量％に規制した。又、 Nは、上記表面層部分の焼き戻し抵抗性を向上させ、微細な炭 ·窒化物を分散析出させて強度を向上させる為に含有させる。この様な効果を得る為には、 Nの含有量を 0 . 0 5重量％以上とする必要がある。これに対して、 Nの含有量が 0 . 5 0重量％を超えると、耐摩耗性が過度に向上し、外輪軌道の仕上加工として行なう研磨加工が困難になるだけでなく、上記表面層の脆性割れ強度も低下する。そこで、 Nの含有量を、 0 . 0 5〜0 . 5 0重量％に規制した。

以上の説明は、外輪のみに本発明を適用した場合に就いて行なったが、外輪に加えた内輪或は転動体に就いて適用した場合でも、当該部材に関して、同様の作用により、転がり疲れ寿命の向上を図れる。

尚、 0、 P、 Sに就いては、何れも、添加する事が本発明の目的を達成する面からは好ましくない元素である為、何れも可及的に少なく抑える事が好ましい。先ず、 oは、鋼中で酸化物系の介在物を生成し、曲げ応力疲労時に於ける亀裂等の損傷の起点（フィッシュアイ）となる他、転がり疲れ寿命を低下させる非金属介在物となり得る元素である。従って、〇の含有量は極力少ない（可及的に 0 に近い）事が好ましい。この面から、 Oの含有量を 9 ppm以下とする事が好ましい。

次に、 Pは、転がり疲れ寿命及び靭性を低下させる元素である。この為、 Pの含有量は極力少ない事が好ましい。この面から、 Pの含有量を 0. 02重量％以下に抑える事が好ましい。

更に、 Sは、被削性を向上させる元素ではあるが、 Mnと結合して転がり疲れ寿命を低下させる硫化系介在物を形成する。又、被削性を向上させる事は、 Sを添加する事以外でも図れる。従って、外輪の転がり疲れ寿命を確保する面からは Sの含有量は極力少ない事が好ましい。この面から、 Sの含有量を 0. 02重量 %以下に抑える事が好ましい。

本発明の第 2の態様においては、本発明は、内輪と外輪との間に複数の転動体が転動自在に配設された転がり軸受において、内輪、外輪、および転動体のうちの少なくともいずれかが下記の①〜⑤を満たすことを特徴とする転がり軸受を提供する。

①質量比で、炭素（C) の含有率が 0. 60%以上 1. 20%以下、硅素（S i) の含有率が 0 - 10%以上 1. 5%以下、マンガン (Mn) の含有率が 0 - 10%以上1. 5%以下、クロム（C r) の含有率が 0. 50%以上 3. 0以下である合金鋼を所定形状に成形した後、浸炭窒化処理と焼入れおよび焼戻しを施して得られたものである。

②軌道輪の軌道面および Zまたは転動体の転動面をなす表層部（表面から 50 m深さまでの部分）の炭素含有率が、 0. 80質量％以上1. 30%質量以下である。

③前記表層部の窒素含有率が 0. 05質量％以上 0. 50質量％以下である。

④前記表層部の硬さが、ピツカ一ス硬度（Hv) で 700以上 850以下である。 ⑤前記表層部の残留圧縮応力が— 100 MP a乃至一 500MPaである。

本発明の転がり軸受によれば、内輪、外輪、および転動体のうちの少なくともいずれかを、上記特定の合金鋼で形成するとともに前記表層部の炭素含有率、窒素含有率、硬さ、および残留圧縮応力を上記構成にすることにより、ベルト式無段変速機の潤滑油として流動性の高い（粘度の低い）潤滑油を使用した場合でも、プーリの回転軸を支持する転がり軸受の寿命を、従来の合金鋼（SUJ 2等の軸受鋼、 SCR420や SCM420等の肌焼鋼）で形成された軸受よりも長くすることができる。

本発明の転がり軸受は、さらに下記の⑥および/または⑦を満たすことが好ましい。

⑥前記表層部の残留オーステナイト量が、 15体積％以上 45体積％以下である。

⑦前記表層部に、平均粒径 100 nm以上 500 nm以下の炭化物および/または炭窒化物が分散析出されている。

合金鋼各成分等の数値限定の臨界的意義は以下の通りである。

[合金鋼の炭素（C) 含有率： 0. 60重量％以上 1. 20重量％以下]

Cは、鋼の清浄度を高めるとともに、マトリックスに固溶して鋼に硬さを付与する元素である。また、 C r、 Mo、 V、 W等の元素とを結合して炭化物を形成する。熱処理後のマトリックス硬さを Hv 650とするために、 0. 60%以上含有する必要がある。

1. 20%を越えて含有すると、製鋼時に粗大な共晶炭化物が生成され易くなつて、転がり疲労寿命ゃ耐衝撃性が著しく低下する場合がある。

[合金鋼の硅素（S i) 含有率： 0. 10重量％以上 1. 5重量％以下]

S iは、転がり疲労下で見られる白色組織変化を遅延させる効果、焼入れ性能を向上させる効果、および焼戻し軟ィヒ抵抗性を向上させる効果を有する。

0. 10 %未満であると、焼戻し軟化抵抗性を向上させる効果が十分に得られない。 1. 5%を超えると、加工性が著しく低下する。

[合金鋼のマンガン（Mn) 含有率： 0. 10重量％以上 1. 5重量％以下] Mnは焼入れ性を高くする作用を有する。 0. 10%未満であると、この作用が実質的に得られない。 1. 5%を超えると、加工性が著しく低下する。

[合金鋼のクロム（C r) 含有率： 0. 50重量％以上 3. 0重量％以下]

C rは、マトリックスに固溶して、焼入れ性、焼戻し軟化抵抗性、耐食性等を高くする元素である。また、微細な炭化物を形成して、熱処理時の結晶粒の粗大化を防止することにより、転がり疲労寿命を長くしたり、耐摩擦性や耐熱性を高くしたりする元素である。 0. 50%未満であると、これらの作用が十分に得られない。

C rの含有率が多いと、製鋼時に粗大な共晶炭化物が生成され易くなつて、転がり疲労寿命や機械的強度が著しく低下する場合がある。特に、 3. 0%を超えると施削性が低くなる場合がある。

[合金鋼のその他の合金成分、不可避不純物]

酸素（o) は、マトリックス中に酸化物系介在物を生成する。この介在物は、曲げ応力疲労の起点（フィッシュアイ）となったり、軸受寿命を低下させる原因となる。そのため、 0の含有率は 9 ppm以下とすることが好ましい。

リン（P) は、転がり寿命および靭性を低下させる元素である。そのため、 P の含有率は 0. 02質量％以下とすることが好ましい。

硫黄（S) は、切削性を向上させる元素であるが、 Mnと結合して硫化物系介在物を生成する。この介在物は転がり寿命を低下させる。そのため、 Sの含有率は、 0. 02質量％以下とすることが好ましい。

[表層部の炭素含有率！: C〕： 0. 80重量％以上1. 30%重量以下]

軌道輪（内輪および/または外輪）の軌道面および Zまたは転動体の転動面をなす表層部の炭素含有率が 0. 8重量％未満であると、十分な転がり疲れ寿命を得るために必要な硬さが得られない。

また、 1. 30質量％を超えると、巨大炭化物が生成し易くなる。巨大炭化物は割れ起点になり易い。

[表層部の窒素含有率〔N〕： 0. 05重量％以上0. 50%重量以下]

0. 05%以上であると、焼戻し軟化抵抗性の向上作用によって、微細な炭窒化物が分散析出し易くなる。 0. 50%を超えると、研磨加工が困難になり、脆性割れ強度が低下する。

[表層部の硬さ： Hv 700以上 850以下]

軌道面等（軌道面および Zまたは転動面）の表層部の硬さ（表面硬さ） Hv

700未満であると、耐磨耗性や表面疲労を十分に軽減できない。また、靭性を考慮して上限値を Hv 850とした。

[表層部の残留圧縮応力：一 10 OMP a乃至一 50 OMP a]

軌道面等表層部の残留圧縮応力を前記範囲にすることにより、前記表層部に微小な亀裂や微小剥離が生じた場合でも、亀裂伝播を抑制して早期剥離が防止される。

[表層部の残留オーステナイト量： 1 5体積％以上 4 5体積％以下]

残留オーステナイトは表面疲労が著しく軽減する作用があるが、ベル卜式無段変速機のプーリ回転軸を支持する転がり軸受の場合には、残留オーステナイ卜量が 1 5体積％未満であるとこの作用が十分には得られない。軌道面等表層部の残留オーステナイト量は 2 0体積％以上であることが好ましい。

軌道面等表層部の残留オーステナイト量が 4 5体積％を超えると、表面硬さが低下したり、組み込み時に軌道輪に変形が生じる恐れがある。

[表層部に分散析出されている炭化物およびまたは炭窒化物の平均粒径： 1 0

0 n m以上 5 0 0 nm以下]

前記平均粒径とすることにより、亀裂伝播抑制効果、耐摩耗性向上効果、耐水素脆性抑制のための水素トラップ効果が得られる。前記平均粒子の炭化物およびまたは炭窒化物は、電子顕微鏡によりその存在が確認できるが、その存在比率は、軌道面等（軌道面および Zまたは転動面）の 1 0； m²当たり 1 0個以上であることが好ましい。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の対象となる転がり軸受を備えたベルト式無段変速機を組み込んだ車両の駆動系の略断面図である。

図 2は、転がり軸受を取り出して示す拡大断面図である。

図 3は、一般的な歯車式変速機とベルト式無段変速機とで、転がり疲れによる疲労度を示す線図である。

図 4は、外輪の熱処理工程の 2例を示す工程図である。

図 5は、他の実施形態で行った熱処理条件を示す図である。発明を実施するための最良の形態

本発明の特徴は、ベルト式無段変速装置用の入力側、出力側両回転軸を支持する為の転がり軸受を構成する外輪と内輪と複数の転動体とのうち、少なくとも外輪の性状を工夫する事により、転がり軸受全体としての耐久性向上を図る点にある。図面に表れる構造に関しては、前述の図 1に略示した構造を含めて、従来から知られているベルト式無段変速機用転がり軸受と同様である。よって、ベル卜式無段変速機用転がり軸受の具体的構造の説明に就いては省略する。

【実施例】

次に、本発明の効果を確認する為に行なった実験に就いて説明する。実験では、次の表 1に示す様な、本発明の技術的範囲に属する 1 0種類の試料（実施例 1 1 0 ) と、本発明の技術的範囲からは外れる 8種類の試料（比較例 1 8 ) との、合計 1 8種類の試料に就いて、同表に示す熱処理を施してから、それぞれの耐久性（疲労度及び 1^。寿命）を測定した。

【表 1】

上記表 1中、化学元素の含有量を表す数値の単位は重量％である。又、表 1に示した元素以外は、 F e及び不可避不純物である。又、表面 (：、 Nとは、表面層中に含まれる C及び Nの含有量である。

又、熱処理①②とは、それぞれ図 4 (A) (B) に示す様な工程で行なうものである。

先ず、熱処理①の場合には、図 4 (A) に示す様に、先ず、吸熱型ガス及びェ 0303725

17 ンリッチガスとアンモニアガスの雰囲気中で 920〜960 に加熱した状態で、 5〜10時間かけて熱処理（浸炭窒化処理）する。その後、 50〜150 の油中でオイルクェンチ（焼き入れ）する。次に、吸熱型ガスの雰囲気中で 830〜 870 まで 0. 5〜 3時間加熱（ずぶ焼き）してから再び 50〜150 の油中でオイルクェンチ（焼き入れ）を行なう。次いで、洗浄後これを温度が 160 〜200°Cの大気中で、 1〜5時間加熱した後、冷却する（焼き戻し）。

又、熱処理②の場合には、図 4 (B) に示す様に、吸熱型ガス及びエンリッチガスとアンモニアガスの雰囲気中で 920〜960°Cに過熱した状態で、 5〜1 0時間かけて熱処理（浸炭窒化処理）する。その後、 50〜150^の油中でォイルクェンチ（焼き入れ）する。次いで、洗浄後、 160〜220°Cで 1次焼き戻しを行なう。その後、吸熱型ガスの雰囲気中で 830〜870°Cまで 0. 5〜 3時間加熱してから、再び 50〜150°Cの油中でオイルクェンチ（焼き入れ）を行なう。次いで、洗浄後、 160〜22 Ot:の大気中で、 1〜 5時間加熱した後、冷却する（2次焼き戻し）。

前記表 1に記載した様な組成を有し、所定の熱処理及び仕上加工を施す事により得た外輪は、内輪及び複数の転動体と組み合わせて転がり軸受ユニットとし、図 1に示す様なベルト式無段変速機に組み込んで、入力側回転軸 1を変速機ケ一スに対し回転自在に支持する為に利用した。軸受サイズは、 J I S名番 6208 (内径 =40mm、外径 =80醒、幅 =18 mm) とした。転がり接触部を構成する各面の粗さは、通常の転がり軸受と同様に、算術平均粗さ Raで 0. 01〜0. 05 mとした。又、保持器 9は、鉄製の波型プレス保持器を使用した。

そして、次述する条件下で、外輪軌道の耐久性を測定した。尚、今回行なった実験では、入力側回転軸 1の回転支持部分に組み込む転がり軸受 3の耐久性を求める為、出力側回転軸 2の回転支持部に組み込んだ転がり軸受 3に関しては、十分な量（20 Occ/min ) の潤滑油（CVTフルード）を供給した。又、試験対象外の転がり軸受 3を構成する転動体（玉） 8は、 SU J 2に浸炭窒化処理を施したものを使用した。そして、試験対象外の転がり軸受 3に、試験対象の転がり軸受 3よりも前に損傷が発生しない様にした。

試験条件は次の通りである。：図 1に示したベルト式無段変速機

試料個数：各試料毎に 6個（うち疲労解析用 1個）

判定方法：試験進行に伴って各転がり軸受を分解して破損の有無を確認エンジンから入力側回転軸 1への入力トルク： 20 ON · m

入力側回転軸 1の回転速度： 600 Omin-¹

潤滑油： CVTフルード {40Όでの粘度 =35X 10-6 m² /s (35 cSt ) 、 100°Cでの粘度 =7 X 10-6 m² /s (7cSt ) }

潤滑油流量： l OccZmin

軸受温度： 120で

試験継続時間： 1500時間

目標時間： 1000時間

疲労解析： 100時間経過した時点で、上記 6個ずつ用意した試料のうちの 1個の試料を分析して疲労度を求める。

上述の様な条件で行なった実験の結果、次の事が分かる。

先ず、実施例 4、 6に関しては、試験継続時間終了までの間に、それぞれ 2個ずつの試料に剥離が発生した。但し、 1^。寿命に関しては、それぞれ 1015時間、 1100時間と、目標の 1000時間を達成できた。実施例 4、 6が十分な耐久性を確保できた理由は、残留オーステナイト量" T R と残留圧縮応力 O R とを適正に規制した為である。この事は、 100時間経過した時点での、外輪軌道表面の疲労度が、それぞれ、 1. 8、 1. 7と、各比較例と比較して低い値となつている事からも明らかである。

更に、実施例 1〜3、 5、 7〜 10に関しては、寿命の目標である 1000時間よりも長い 1500時間に至っても、何れの試料に就いても剥離等の損傷が発生せず、外輪軌道表面の疲労度は、総て 1. 5以下であった。この事から、残留オーステナイト量 T R を 25〜45容量％にするか、残留圧縮応力 σ_κ を 200 〜 500 MP aにする事で、よりすぐれた耐久性確保を図れる事が分かる。これに対して、標準的な軸受鋼である SU J 2により外輪を構成した比較例 1 は、試料 5個総てで剥離が発生し、疲労度が 2. 8、 Li。寿命が 158時間となつに。又、比較例 2、 6に関しては、外輪軌道の表面層の表面硬さが Hv 6 1 5 , 6 8 0と低い為、疲労度が 2 . 6と高くなり、 1^。寿命も 1 0 5、 1 2 5時間と短くなった。

更に、比較例 3〜5、 7、 8に関しては、残留オーステナイト量 r _R と残留圧縮応力 σ _κ が何れも小さい為、外輪軌道表面の疲労度が 2 . 0よりも高く、試料 5個総てで剥離が発生し、。寿命が 2 5 5、 1 3 5、 1 8 5、 2 1 5、 2 9 5 時間と、目標とする 1 0 0 0時間の 1 / 3以下しかなかった。

尚、上述した実験では、シールリングを持たない単列深溝型の玉軸受を用いた。但し、プーリとベルトとの摩擦係合部等で発生する摩耗紛が多くなるュニットの場合、転がり軸受の幅方向寸法に余裕があれば、シール機構を設ける事もできる。この場合に使用するシール機構としては、 TMシールや金属板の非接触型のシールドリング、或は接触型のァクリル製或はフッ素ゴム製のシールリングを使用する事ができる。シール機構を設ける場合、使用温度等に応じて、適正な構造を選択使用する。

又、保持器の構造及び材質に関しては、特に限定しないが、使用時の回転速度が特に早い場合には、合成樹脂製の冠型保持器を使用する事が、保持器と転動体との間の摩擦を低減すると共に、硬い摩耗粉の発生を抑えて長寿命化を図る面からは好ましい。

更に、上述した実験では、各試料の転がり軸受の内部隙間はそれぞれ普通隙間とし、外輪軌道 6及び内輪軌道 7の断面形状の曲率半径を、何れも各転動体 8の直径の 5 2 %した。これに対して、上記内部隙間並びに上記各軌道 6、 7の断面形状の曲率半径を適正に規制して（小さく抑えて）、ラジアル方向のがたつき及びアキシアル方向のがたつきを抑制すれば、耐久性を中心とする性能を、更に向上させる事も可能になる。又、転がり軸受が、図示の様な単列深溝型玉軸受の場合に限らず、アンギユラ型等の他の型式の玉軸受、更には円筒ころ軸受ゃ円すいころ軸受、ニードル軸受等、他の軸受の場合でも、同様の作用 ·効果を得られる。以下、本発明の第 2の実施形態について説明する。

先ず、 1 3種類の合金鋼からなる素材を用意した。各合金鋼の合金成分を表 2 に示す。表 2において、合金成分の含有率が本発明の範囲から外れるものに下線を施した。

これらの合金鋼を用いて、呼び番号 6208のラジアル玉軸受（内径 40mm、外径 80mm、幅 18mm) 用の内輪と外輪を作製した。その際、内輪および外輪の軌道溝を、玉の直径（D) に対する軌道溝の曲率半径（R) の比（RZD) が 52. 0%となるように形成した。

各合金鋼を所定形状に成形加工した後に、熱処理として、 No. Π 7以外では、図 5に示す方法で浸炭窒化処理と焼入れおよび焼戻しを行った。なお、 No. Π 7については、浸炭窒化処理を行わず、通常の焼入れと焼戻しを行った。

先ず、温度830〜930で、吸熱型ガス、エンリッチガス、およびアンモニァガスの雰囲気で、外輪は 2〜5時間、内輪は 2〜5時間加熱することにより、浸炭窒化処理を行った後、放冷し洗浄した。次に、吸熱型ガスの雰囲気中で 83 0〜870 に加熱し、 0. 5〜3時間加熱することにより「ずぶ焼き」を行つた後、油温度 50〜150 で油焼入れを行った。次に、洗浄を行った後、 16 0〜200°Cの大気中で 1〜5時間加熱することにより、焼戻しを行った。その後、空冷した。この熱処理により、表層部に平均粒径 100 nm以上 500 nm 以下の炭化物および炭窒化物が分散折出される。

熱処理後に、研削仕上げ加工と超仕上げ加工を行った。内輪および外輪の軌道溝の表面粗さは 0. 01〜0. 05 mRaの範囲内とした。

また、直径（D) が 11. 906mmである。 SU J 2製の等級 20相当の玉を用意した。この玉には浸炭窒化処理がなされている。この玉と、上述の内輪および外輪と、金属製の波形プレス保持器とを用いて、試験軸受を組み立てた。各試験軸受の内輪および外輪について、「軌道面表層部の c濃度（炭素含有率）」、「軌道面表層部の N濃度（窒素含有率）」、「表層部に分散析出している炭化物および Zまたは炭窒化物（炭化物等）の平均粒径」、「軌道面の表面硬さ（H V) 」、「軌道面表層部の残留ァ（残留オーステナイト量）」、「軌道面表層部の残留圧縮応力（残留 σ) 」は、表 1に示す各種構成となっている。なお、ラジアル内部すきまは「C 3すきま」以下とした。また、表 2において、各構成が本発明の範囲から外れるものに下線を施した。

これらの試験軸受を、各 6体ずつ用意し、図 1に示すベルト式 CVTユニットを使用して寿命試験を行った。このベルト式 CVTユニットでは、プライマリープーリ 7およびセカンダリープーリ 8の回転軸（入力軸）が、それぞれ 1対の転がり軸受 11 a, l i b, 12 a, 12 b、で支持されている。この 4個の転がり軸受のうち、プライマリ一フロント軸受（すなわち、プライマリ一プーリ 7よりもエンジン側で入力軸を支持する転がり軸受） 11 aとして、各試験軸受を取り付けた。

これ以外の転がり軸受 11 b， 12 a, 12 bとしては、各試験で同じものを使用した。

また、このベルト式 CVTユニットのベルト 9は、厚さ 0. 2mmの鋼製薄板を 10枚重ねた構造の 2条のリング 91に、 280枚の厚さ 2 mm摩擦片 92を取り付けた構造であり、ベルト長は 60 Ommである。

上記以外の試験条件は以下の通りである。

<寿命試験の条件 >

エンジンからの入力トルク： 20 ONm

入力軸の回転速度： 6000 r pm

潤滑油：「CVTフルード」に分類される潤滑油であって、動粘度が 4 で 3 5X 10-⁵m s (35 c S t) 、 100 で 7 X 10 ⁵m²Z s (7 c S t) であり、滑り速度 0. 5 s時の摩擦係数 0. 013であるもの。

潤滑油供給量：プライマリーフロント軸受は 10ミリリットル Z分、他の軸受は 200ミリリツトル/分。

軸受温度： 120

回転中に振動を測定し、軸受の振動値が初期振動値の 5倍となった時点で回転を終了し、この時点までの回転時間を寿命とした。また、この時点で内外輪の軌道溝面のいずれに剥離が生じているかを調べた。なお、軸受の振動値が初期振動値の 5倍とならない場合の試験の打ち切り時間は、 1500時間とした。

なお、各 6体の試験軸受のうちの 1本については、回転時間 100時間で回転試験を止め、特公昭 63— 34423号公報に記載された方法により、疲労度 (疲労度パラメ一夕 F) を測定した。この疲労度パラメ一夕 Fは、転がり疲労前後に、軌道面について、 X線回折によるマルテンサイト相を示すピークの半値幅と残留オーステナイト量を測定し、疲労前後の半値幅の差 ΔΒと残留オーステナイトの差 ARA (体積％) と、軌道面をなす金属材料によって決まる定数 Kにより、 F = AB+KXARAで表される。

そして、各種類毎に 5体の試験軸受の結果をワイブル分布のグラフ（累積破損確率 =寿命）にプロットし、このグラフから、短寿命側から 10%の軸受に剥離が発生するまでの総回転時間（L10寿命）を求めた。

これらの試験結果を下記の表 2に併せて示す。表 2

これらの結果から分かるように、内輪および外輪の構成が全て本発明の範囲を満たす N o. Π 1〜！ I 6の試験軸受は、内輪および外輪の構成の少なくとも一つが本発明の範囲から外れる No. Π 7〜！ I 13の試験軸受と比較して、疲労度が小さく（2. 0以下）、 L 10寿命も長かった（1000時間以上であった）。

No. Π 1〜！ 16のうち、 No. Π 1〜！ 13と No. Π5では、疲労度が 1. 4以下で L 10寿命が 1500時間以上となり、 No. Π 4および No. Π6よりも疲労度が小さく、 L 10寿命も長かった。また、 No. Π 1〜！ 13と No. I 5では、 1500時間後に 5体全てに軌道面の剥離は見られず、 No. Π 4および No. Π 6では 5体中 2体に剥離が生じていた。この結果から、残留オーステナイトが 25体積％以上 45体積％以下であって、残留圧縮応力が一 250M P a乃至一 50 OMP aであることが好ましいことが分かる。

これに対して、 No. Π 7〜！ I I 3では、疲労度が 2. 0を超え、 L 10寿命も 110〜255時間と短かった。特に、 No. Π7では、残留圧縮応力が + 8 0 MP aであって本発明の範囲を外れ、残留オーステナイト量も 7体積％であつて本発明の範囲を外れることから、 L 10寿命が 130時間と短く、試験軸受 5 体の全てに剥離が生じた。 No. Π7は、 SU J 2を素材として用い、浸炭窒化を施していない構成である。

また、 No. H 8と] I 12では表面硬さが Hv 600、 640で本発明の範囲より小さいため、疲労度が 2. 5以上と大きく、 L 10寿命が 120時間、 11 0時間と短かった。また、 No. Π 11では残留オーステナイト量が 10体積％で本発明の範囲より小さいため、 L 10寿命が 190時間と短かった。さらに、 No. Π 13では、残留圧縮応力が OMP aであって本発明の範囲を外れることから、 L 10寿命が 125時間と短かった。また、 No. Π 9〜！ 111でも試験軸受 5体の全てに剥離が生じた。

このように、内輪および外輪が本発明の範囲を満たす No. Π 1〜！ 16構成とすることにより、ベルト式無段変速機のプーリ軸を支持するラジアル玉軸受として好適な、流動性の高い（粘度の低い）潤滑油を使用した場合でも転がり疲労が生じ難く、寿命の長い転がり軸受が得られる。産業上の利用の可能性

本発明のベルト式無段変速機用転がり軸受は、以上に述べた通り構成され作用するので、粘性の低い CVTフルードを使用し、しかもその流量を少なく抑えた場合でも十分な耐久性を得られる。この為、耐久性を確保しつつ、ベルト式無段変速機の効率を向上させる事が可能になる。

また、本発明によれば、内輪、外輪、および転動体のうちの少なくともいずれかを、特定の合金鋼で形成するとともに軌道面等の表層部の炭素含有率、窒素含有率、硬さ、および残留圧縮応力を特定の構成にすることにより、ベルト式無段変速機の潤滑油として流動性の高い（粘度の低い）潤滑油を使用した場合でも、プーリの回転軸を支持する転がり軸受の寿命を、従来の合金鋼（SUJ 2等の軸受鋼、 SCR420や SCM420等の肌焼鋼）で形成された軸受よりも長くすることができる。

すなわち、ベルト式無段変速機のプーリの回転軸を支持する転がり軸受として本発明の転がり軸受を使用することによって、流動性の高い（粘度の低い）潤滑油を使用しても十分な軸受寿命が確保できるようになる。これにより、ベルト式無段変速機で要求されていた、ベルトによる動力伝達効率を良好にすること、ベル卜駆動の騒音を制御すること、プーリとベルトの磨耗を抑えることが可能になり、低燃費、低騒音、高耐久性を兼ね備えたベルト式無段変速機が実現できるようになる。

Claims

請求の範囲

1. 内周面に外輪軌道を有する外輪と、外周面に内輪軌道を有する内輪と、これら外輪軌道と内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体とを備え、上記外輪を固定の部分に内嵌支持し、上記内輪をベルト式無段変速機を構成するプーリと共に回転する部分に外嵌支持して、このプーリを上記固定の部分に回転自在に支持するベルト式無段変速機用転がり軸受に於いて、少なくとも上記外輪が、 0. 15〜0. 5重量％のじと、 0. 1〜1. 5重量％の S iと、 0. 1〜 1. 5重量％の 1 と、 0. 5〜3. 0重量％の C rとを含む鉄系合金製の素材に浸炭窒化、焼き入れ、焼き戻し処理、研磨仕上を施す事により造られて、上記外輪軌道の表面部分に、 0. 8〜1. 2重量％の〇と、 0. 05〜0. 50重量 %のNとを含む表面層を有するものである事を特徴とするベルト式無段変速機用転がり軸受。

2. 表面層の表面硬さが Hv 720〜 900であり、外輪軌道の表面から最大剪断応力発生位置深さまでの部分に、平均粒径が 50〜500 nmである炭化物又は炭窒化物を分散析出させた、請求項 1に記載したベルト式無段変速機用転がり軸受。

3. 外輪軌道の表面下 50 mでの残留ォ一ステナイト量を 20〜45容量％とし、外輪軌道の表面下 50 mでの残留圧縮応力を 150〜500 MP aとした、請求項 1〜 2の何れかに記載したベルト式無段変速機用転がり軸受。

4. 0. ：!〜 3. 0重量％の Moと 0. 1〜3. 0重量％のとのうちの少なくとも一方を含有させた、請求項 2に記載した記載したベル卜式無段変速機用転がり軸受。

5. 内輪と外輪との間に複数の転動体が転動自在に配設された転がり軸受において、

内輪、外輪、および転動体のうちの少なくともいずれかは、

質量比で、炭素（C) の含有率が 0. 60%以上1. 20%以下、硅素（S i) の含有率が 0. 10%以上 1. 5%以下、マンガン（Mn) の含有率が 0. 10%以上1. 5%以下、クロム（Cr) の含有率が 0. 50%以上 3. 0 %以下である合金鋼を所定形状に成形した後、浸炭窒化処理と焼入れおよび焼戻しを施して得られ、軌道輪の軌道面および Zまたは転動体の転動面をなす表層部の炭素含有率が 0. 80重量％以上1. 30%重量以下、前記表層部の窒素含有率が 0. 05重量％以上 0. 50重量％以下であり、前記表層部の硬さがピッカース硬度（Hv) で 700以上 850以下であり、前記表層部の残留圧縮応力がマイナス 10 OMP a乃至マイナス 50 OMP aであることを特徴とする転がり軸受。

6. 前記表層部の残留オーステナイト量が 15体積％以上 45体積％以下である請求項 5記載の転がり軸受。

7. 前記表層部に平均粒径 100 nm以上 500 nm以下炭化物および Zまたは炭窒化物が分散析出されている請求項 5または 6記載の転がり軸受。

8. ベルト式無段変速機のベルトを巻き付けるプ一リの回転軸を支持する用途で使用される請求項 5乃至 7のいずれか 1項に記載の転がり軸受。

9. 請求項 5乃至 7のいずれか 1項に記載の転がり軸受により、ベルトを巻き付けるプーリの回転軸が支持されているベルト式無段変速機。