WO2006041184A1 - 転がり、摺動部材、これを用いたトロイダル型無段変速機および転がり、摺動部材の製造方法 - Google Patents

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Hisashi Harada
Yoshihiro Ono
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Definitions

  • Rolling and sliding member toroidal continuously variable transmission using the same, and method for manufacturing rolling and sliding member
  • the present invention relates to a rolling and sliding member, a toroidal continuously variable transmission using the same, and a rolling
  • the present invention relates to a method for manufacturing a sliding member.
  • a rolling and sliding part refers to a part that makes pure rolling contact, pure sliding contact, and a mixture of rolling contact and sliding contact.
  • a force that is known as a full toroidal type nyanoft toroidal type is used.
  • the contact area between the I / O disk and the roller is exposed to high temperature (100 ° C or higher) and high surface pressure (several thousand MPa or higher, for example, maximum contact pressure of 4000 MPa or more).
  • high temperature 100 ° C or higher
  • high surface pressure hundreds or higher, for example, maximum contact pressure of 4000 MPa or more.
  • a large vertical stress repeatedly acts from three points, and a large shear stress corresponding to the oil film shear stress repeatedly acts during power transmission.
  • a large vertical stress and a large shear stress repeatedly act on the outer peripheral surface of the roller.
  • the raceway surface of the input / output disk and the outer peripheral surface of the roller can be said to have special and severe contact conditions compared to the rolling surface of a normal rolling bearing in which only normal stress mainly acts on the surface.
  • a white structure (White Etching Area) was generated in addition to a black structure (Dark Etching Area), which is a general rolling fatigue structure, resulting in a short life.
  • White yarn and weave is considered to be generated by transformation of retained austenite in the surface layer to martensite due to stress-induced transformation.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-188702
  • Rolling and sliding members according to the present invention are: C: 0.9 to 1. lwt%, Si: 0.5 to 3. Owt%, Mn: 0.05 to 0.5 wt%, Cr: 2 0-5.Owt%, Mo: 0.05-0.5wt%, the balance Fe and unavoidable impurities are formed by steel, and the average particle size of spherical carbide is 0.
  • the amount of spherical carbide is set to 6.0% or less in terms of area ratio.
  • the reasons for limiting the content of each element in the steel used, the average particle size of the spherical carbide, and the amount are as follows.
  • the C has the effect of strengthening martensite by solid solution in the base, ensuring the hardness after tempering and improving the rolling fatigue life characteristics, but such an effect is less than 0.9 wt%. If it exceeds 1. lwt%, giant carbides are formed and the rolling fatigue life characteristics deteriorate.
  • the C content is preferably 0.995-1.05 wt%.
  • Si has the effect of suppressing the precipitation of fine carbides in the martensite structure and suppressing the strength reduction of martensite due to rolling fatigue. If less than 0.5 wt%, the effect of suppressing the strength reduction is small 3 wt% Exceeding toughness decreases and rolling fatigue life decreases. Si The content is preferably 1.0 to 2. Owt%.
  • Mn improves the hardenability of the steel to increase the toughness of the base martensite and has the effect of improving the hardness and rolling fatigue life characteristics. However, if it exceeds 0.5 wt%, the machinability is significantly reduced.
  • the Mn content is preferably 0.3 to 0.48 wt%.
  • Cr promotes carbide formation and has the effect of increasing the calorie (stabilization) of the retained austenite phase by lowering the Mf point at which martensitic transformation is completed.However, if the content is less than Owt%, carbide precipitation occurs. If the amount is less than 5. Owt%, the amount of carbide precipitation increases too much, the hardness after heat treatment decreases, and the rolling fatigue life decreases.
  • the Cr content is preferably 2.0 to 3.5 wt%.
  • Mo is a force that has the effect of solid solution in the base to secure the hardness after tempering and improve the rolling fatigue life characteristics.If it is less than 0.05 wt%, such an effect cannot be obtained, and 0.5 wt% Above%, the above effect becomes saturated and the cost increases.
  • the Mo content is preferably 0.2 to 0.45 wt%.
  • the average particle size of the spherical carbide exceeds 0.6 m, it will act as a stress concentration source at the time of rolling contact.
  • the lower limit of the average particle size of the spherical carbide is preferably 0.2 m. This is because if it is smaller than this, the wear resistance may be lowered.
  • the average particle size of the spherical carbide is preferably 0.4 to 0.6 m.
  • the amount of dissolved carbon in the martensite decreases and the martensite hardness decreases, resulting in a decrease in rolling fatigue life.
  • the lower limit of the area ratio of the spherical carbide is preferably 0.3%. If the amount is less than this, the solid solution carbon concentration in the matrix becomes high, and there is also a force that may reduce the rolling life.
  • the area ratio of the spherical carbide is preferably 4-6%.
  • the amount of retained austenite is preferably 10 to 25%. Residual austenite has the effect of relaxing the stress concentration at the time of rolling contact and improving the rolling fatigue life.
  • the amount of retained austenite is less than 10%, the effect of reducing the stress concentration is reduced.
  • the upper limit of the amount of retained austenite is preferably 25%.
  • the amount of retained austenite is preferably 11 to 21%.
  • a toroidal continuously variable transmission according to the present invention includes a disk-shaped power transmission member having a concave raceway surface on a side surface, and a roller-shaped power transmission member that rolls on the raceway surface of the disk-shaped power transmission member.
  • at least one of the two power transmission members is composed of the rolling and sliding parts according to the present invention described above.
  • the rolling and sliding member manufacturing method according to the present invention includes: C: 0.9 to 1. lwt%, Si: 0.5 to 3. Owt%, Mn: 0.05 to 0.5 wt%, Cr : 2. 0 ⁇ 5. Owt%, Mo: 0.05 ⁇ 0.5wt%, 850 ⁇ 950 ° to the processed material formed into a predetermined shape with steel composed of the remainder Fe and inevitable impurities After quenching by heating to C and quenching, tempering by heating to 250 to 350 ° C was performed, so that the average particle size of spherical carbide was less than 0, and the amount of spherical carbide was 6 by area ratio. 0% or less.
  • the heating temperature during the quenching treatment was limited to 850 to 950 ° C, and the heating temperature during the tempering treatment was limited to 250 to 350 ° C.
  • C 0.9 to 1. lwt%, Si: 0. 5 ⁇ 3.Owt%, Mn: 0.05 ⁇ 0.5wt%, Cr: 2.0 ⁇ 5.Owt%, Mo: 0.05 ⁇ 0.5wt%, balance Fe and inevitable impurities
  • the average particle size of the spherical carbide should be 0. or less and the amount of spherical carbide should be 6.0% or less in terms of area ratio. Because you can.
  • the heating temperature during the quenching treatment is preferably 860 to 940 ° C, and the heating temperature during the tempering treatment is preferably 260 to 300 ° C.
  • the rolling and sliding member of the present invention even when used for a long time, the generation of a white structure can be suppressed and the life can be extended. Moreover, carburizing or carbonitriding Therefore, it is possible to manufacture by simply performing a quenching process and a tempering process without performing shot peening, thereby reducing the manufacturing cost.
  • the life of the disk-shaped power transmission member and the roller-shaped power transmission member can be extended.
  • FIG. 1 shows a noriator portion of a full toroidal continuously variable transmission as a toroidal continuously variable transmission using a rolling and sliding member as a disk-shaped power transmission member and a roller-shaped power transmission member according to the present invention. Show.
  • the variator (1) of the toroidal-type continuously variable transmission is provided with an input shaft (3) that is rotationally driven by a power source (2) of the automobile, and the input shaft (3)
  • An input disk (4) (disk-shaped power transmission member) as a power transmission member on the input side is fitted on both ends in the axial direction.
  • a spline hole (4a) is formed in the center of each input disk (4), and the axially inner side surface of each input disk (4), that is, the side surface facing the other input disk (4),
  • An annular concave raceway surface (4b) is formed concentrically with the input shaft (3).
  • the spline shaft (3a) formed on the input shaft (3) is inserted into the spline hole (4a) of the input disk (4), so that the input disk (4) is connected to the input shaft (3). And can move slightly in the length direction of the input shaft (3).
  • a locking ring (5) is fixed axially outside the input disk (4) in the input shaft (3), thereby preventing the two input disks (4) from moving away from each other. .
  • the cylindrical output shaft (8) is fitted on the outer periphery of the portion between the input disks (4) of the input shaft (3) so as to be concentric with the input shaft (3) and relatively rotatable. Being A predetermined gap is provided between both ends of the output shaft (8) and the input disk (4).
  • An output disk (9) (disk-shaped power transmission member) as a power transmission member is fitted on both axial ends of the output shaft (8).
  • a spline hole (9a) is formed in the center of each output disk (9), and each output disk (9)
  • An annular concave raceway surface (9 b) is formed concentrically with the input shaft (3) and the output shaft (8) on the outer side surface in the axial direction, that is, the side surface facing the input disk (4). Then, the spline shaft portion (8a) formed on the output shaft (8) is inserted into the spline hole (9a) of the output disc (9), so that the output shaft (8) is connected to the output disc (9).
  • the output disk (9) can move slightly in the length direction of the output shaft (8) while rotating integrally.
  • a toothed belt wheel (8b) is formed on the output shaft (8) on the inner side in the axial direction from both output disks (9). Power is transmitted to the driven side (not shown) via the hooked toothed belt (11).
  • a backup plate (13) is disposed on the side surface of each output disk (9) opposite to the raceway surface (9b) via a gap (12).
  • the gap (12) is sealed by a casing (14) and a non-illustrated sealing means, and the output disk (9) is connected to the gap (12) by supplying hydraulic pressure from a hydraulic source (15). By energizing to the opposite input disk (4) side, a predetermined terminal load is applied.
  • the portions between the raceway surface (4b) of the input disk (4) and the raceway surface (9b) of the output disk (9) that are opposed to each other are configured as toroid-like gaps.
  • a plurality of, in this case, three rollers (16) (roller-shaped power transmission members) in rolling contact with both raceway surfaces (4b) and (9b) are arranged at equal intervals in the circumferential direction. Arranged.
  • Each roller (16) is rotatably supported by a carriage (17) so that the contact position of each roller (16) with respect to both raceway surfaces (4b) (9b) is changed by the tilt of the carriage (17). It has become.
  • each roller (16) in the toroidal gap is moved to both disks (4). Rolling contact with high load on the raceway surface (4b) (9b) of (9) and connecting both discs (4) (9) via the roller (16) ) To the output shaft (8). At this time, the rotational speed of the output disk (9) is changed by changing the contact position of each roller (16) with respect to the raceway surfaces (4b) and (9b) of both disks (4) and (9) by tilting the carriage (16). As a result, the gear ratio becomes variable.
  • the force illustrated by the rolling mouth idle type continuously variable transmission using the rolling and sliding member according to the present invention is used.
  • the rolling and sliding member according to the present invention is used as a half-toroidal continuously variable transmission.
  • the spin component at the contact portion between the disk and the roller is large, the effect of the present invention is enhanced for a full toroidal continuously variable transmission.
  • the rolling and sliding member according to the present invention can be applied to various rolling and sliding members such as other rolling bearings and one-way clutches.
  • it is suitable for applications with large vibration impact, such as rolling elements for rolling bearings for alternators and bearing rings.
  • a disk-shaped test roller (20) and a disk-shaped disk (22) having a diameter of 58 mm and a thickness of 8 mm were manufactured by the following method using six types of steels having the compositions shown in Table 1. That is, the steel is turned to form a predetermined shape, and then subjected to a quenching process in which the steel is heated for 45 minutes at the temperature shown in Table 1 and then rapidly cooled, and a tempering process in which the steel is heated at the temperature shown in Table 1 for 120 minutes. By further polishing, a test roller (20) and a disc-like disk (22) were produced.
  • Example 1 1.0 1.5 0.45 2.0 0.4 Remaining 860 280 0.55 5.4
  • Example 2 1.0 1.0 0.45 3.5 0.4 Remaining 900 220 0.50 5.6
  • Example 3 1.0 3.0 0.45 5.0 0.4 Remaining 940 260 0.60 5.2
  • Comparative example 1 1.0 1.0 0.45 2.0 0.4 Remaining 860 260 0.56 6.5
  • Comparative example 2 1.0 3.5 0.45 2.0 0.4 Remaining 860 300 0.73 5.2
  • Comparative example 3 1.0 1.0 0.45 6.0 0.4 Remaining 890 220 0.62 6.7
  • a disk-shaped dummy roller (21) having a diameter of 58 mm and a thickness of 8 mm was manufactured by the following method using the steel having the composition of Example 1. In other words, after turning the above steel into a predetermined shape, it is subjected to quenching treatment in which it is heated at 850 ° C for 45 minutes and then rapidly cooled, and tempering treatment in which it is heated at 260 ° C for 120 minutes and then further polished. Make 7 dummy rollers (21).
  • the average particle diameter and amount (area ratio) of the spherical carbide in the surface layer portion of the rolling surface of the roller (20) outer peripheral surface, and the amount of retained austenite were measured. These measurement positions are the depth at which the maximum contact surface pressure during operation, which will be described later, is calculated and the shear stress is maximized.
  • the rotating shafts (20a) (21a) (22a) are fixed to the centers of both rollers (20X21) and the disc (22), respectively, and both rollers (20) (21)
  • the rotating shafts (20a) and (21a) of the roller (20) are horizontal and parallel to each other, the rotating shaft (22a) of the disc (22) is vertical, and the rolling surfaces of both rollers (20) and (21) ( (Outer peripheral surface) Force disk (22)
  • the discs were arranged so as to make rolling contact at the same radial and circumferential positions on the raceway surfaces on both sides.
  • Both rollers (20X21) can be rotated at different speeds via a transmission (24) by a single motor (2 3), and the roller (20) to be tested is tracked by the disk (22). Slip against the surface.
  • both rollers (20X21) were rotated under the operating conditions shown in Table 2 until separation occurred on the rolling surface of the roller (20) to be tested.
  • the average particle diameter and the amount (area ratio) of the spherical carbide in the surface layer portion of the rolling surface of the roller to be tested (20) and the retained austenite amount are measured at the measurement positions described above. did.
  • AO average particle size before the start of operation
  • Aa average particle size after the end of operation
  • B0 area ratio before the start of operation
  • Ba area ratio after the end of operation
  • ⁇ amount of retained austenite before the start of operation : amount of residual austenite after the end of operation
  • Na number of repeated stresses during peeling occurs
  • .nu.0: 1Omikuron is 6 (number of stress repetition amount of retained austenite begins to decrease).
  • Example 1 0.55 0.51 0.001 5.4 5.2 0.003 ⁇ 6 0.07 68.6 to 0 6
  • Example 2 0.50 0.46 0.001 5.6 5.4 0.006 15 11 0.17 31.2 to 0 6
  • Example 3 0.60 0.57 0.001 5.2 4.9 0.007 21 19 0.08 40.6X10 6
  • Comparative Example 1 0.56 0.37 0.020 6.5 5.0 0.158 ⁇ 7 0.42 9.5 to 0 6
  • Comparative Example 2 0.73 0.63 0.008 5.2 3.4 0.141 18 15 0.23 12.8 to 0 6
  • Comparative Example 3 0.62 0.50 0.006 6.7 4.5 0.116 21 16 0.26 ⁇ 9 to 0 6
  • the average particle size change index X is 0 to 0.005
  • the area ratio change index Y is 0 to 0.01
  • the stress-induced transformation index Z is 0.2 or less by performing the test described above, It can be evaluated that the steel force rolls and the sliding member has a long life.
  • the rolling and sliding member according to the present invention is suitably used as a roller and each disk of a toroidal-type continuously variable transmission, for example.
  • FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing a variator part of a full toroidal continuously variable transmission.
  • FIG. 2 is a schematic view showing the arrangement of a test roller, a dummy roller, and a disk in a test conducted to evaluate Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the spherical carbide average particle size change index and the number of stress repetitions.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the spherical carbide area ratio change index and the number of stress repetitions.
  • FIG. 5 A graph showing the relationship between the stress-induced transformation index of retained austenite and the number of stress repetitions.

Abstract

　転がり、摺動部材は、Ｃ：０．９～１．１wt％、Ｓｉ：０．５～３．０wt％、Ｍｎ：０．０５～０．５wt％、Ｃｒ：２．０～５．０wt％、Ｍｏ：０．０５～０．５wt％を含み、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼により形成される。球状炭化物の平均粒径を０．６μｍ以下、球状炭化物の量を面積率で６．０％以下とする。転がり、摺動部材を、トロイダル型無段変速機における側面に凹状軌道面を有するディスク４、９、およびディスク４、９の軌道面4b、9b上を転動するローラ16のうちの少なくともいずれか１つに用いる。この発明の転がり、摺動部材を用いたトロイダル型無段変速機によれば、長寿命化を図ることができる。

Description

明 細 書
転がり、摺動部材、これを用いたトロイダル型無段変速機および転がり、 摺動部材の製造方法
技術分野
[0001] この発明は、転がり、摺動部材、これを用いたトロイダル型無段変速機および転がり
、摺動部材の製造方法に関する。
[0002] この明細書および特許請求の範囲において、転がり、摺動部品とは、純然たる転が り接触、純然たるすべり接触、および転がり接触とすべり接触とが混在した接触を行う 部品をいうものとする。
背景技術
[0003] 車両、たとえば自動車に用いられるトロイダル型無段変速機として、フルトロイダル 型ゃノヽーフトロイダル型が知られている力 これらトロイダル型無段変速機において、 トルク伝達部材である転がり、摺動部材としての入出力ディスクとローラとの接触部は 高温（100°C以上)かつ高面圧 (数千 MPa以上、たとえば最大接触面圧で 4000MP a以上）にさらされ、また入出力ディスクの軌道面は、例えば 3個のローラが配置され ているときは 3点から大きな垂直応力が繰り返し作用するとともに、動力伝達の際に 油膜のせん断応力に相当する大きなせん断応力が繰り返し作用する。一方、ローラ の外周面には大きな垂直応力と大きなせん断応力が繰り返し作用する。よって、入出 力ディスクの軌道面やローラの外周面は、表面に垂直応力のみが主に作用する通常 の転がり軸受の転動面などと比較すると、特有の過酷な接触条件といえる。このよう な過酷な接触条件では、一般的な転がり疲労組織である黒色組織 (Dark Etching A rea)の他に白色組織 (White Etching Area)が発生し、短寿命になることが判明した。 白色糸且織は、応力誘起変態により表層部の残留オーステナイトがマルテンサイトへ変 態することにより発生すると考えられる。
[0004] このため、上述したような組織変化に伴う剥離などの表面損傷が発生しない高い疲 労強度が要求される。
[0005] このような要求を満たすベぐトロイダル型無段変速機のローラや各ディスクの表面 の残留圧縮応力を lOOOMPa以上、微小硬度を Hv750以上、残留オーステナイト量 を 10%以下とする技術が提案されている（例えば、特許文献 1、請求項 1参照)。とこ ろが、特許文献 1記載のローラやディスクは、所定形状に形成された加工済み素材 に、浸炭または浸炭窒化処理を施し、その後ショットピーユングを施すことにより製造 されている (特許文献 1、請求項 2参照)。そのため、製造コストが高くなるという問題 がある。
特許文献 1 :特開 2002— 188702号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] この発明の目的は、上記問題を解決し、長寿命化を図ることができるとともに、安価 に製造することができる転がり、摺動部材、これを用いたトロイダル型無段変速機およ び転がり、摺動部材の製造方法を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0007] この発明による転がり、摺動部材は、 C : 0. 9〜1. lwt%、 Si: 0. 5〜3. Owt%、 M n: 0. 05〜0. 5wt%、 Cr: 2. 0〜5. Owt%、 Mo : 0. 05〜0. 5wt%を含み、残部 Fe および不可避不純物力 なる鋼により形成され、球状炭化物の平均粒径が 0.
以下、球状炭化物の量が面積率で 6. 0%以下となされているものである。
[0008] この発明の転がり、摺動部材において、用いられる鋼中の各元素含有量、球状炭 化物の平均粒径および量の限定理由は次の通りである。
[0009] C含有量
Cは、基地に固溶してマルテンサイトを強化し、焼戻し後の硬度を確保するとともに 転動疲労寿命特性を向上させる効果を有するが、 0. 9wt%未満であるとこのような効 果が得られず、 1. lwt%を越えると巨大炭化物が生成して転動疲労寿命特性が低 下する。 C含有量は 0. 95-1. 05wt%であることが好ましい。
[0010] Si含有量
Siは、マルテンサイト組織中の微細炭化物の析出を抑制し、転がり疲労に伴うマル テンサイトの強度低下を抑制する効果を有する力 0. 5wt%未満であると強度低下 抑制効果が少なぐ 3wt%を越えると靭性が低下して転がり疲労寿命が低下する。 Si 含有量は 1. 0〜2. Owt%であることが好ましい。
[0011] Mn含有量
Mnは、鋼の焼入性を向上させることにより基地マルテンサイトの靭性を高め、硬度 および転動疲労寿命特性を向上させる効果を有する力 0. 05wt%未満であるとこの ような効果が得られず、 0. 5wt%を越えると被削性が著しく低下する。 Mn含有量は 0 . 3〜0. 48wt%であることが好ましい。
[0012] Cr含有量
Crは、炭化物形成を促進するとともに、マルテンサイト変態が完了する Mf点を下げ ることにより残留オーステナイト相を増カロ (安定化)させる効果を有するが、 2. Owt% 未満であると炭化物の析出量が少なくなり、 5. Owt%を越えると炭化物の析出量が 多くなりすぎて熱処理後の硬度が低くなり、転がり疲労寿命が低下する。 Cr含有量は 2. 0〜3. 5wt%であることが好ましい。
[0013] Mo含有量
Moは、基地に固溶して焼戻し後の硬度を確保するとともに転動疲労寿命特性を向 上させる効果を有する力 0. 05wt%未満であるとこのような効果が得られず、 0. 5wt %を越えると上記効果が飽和状態になるとともに、コストが高くなる。 Mo含有量は 0. 2〜0. 45wt%であることが好ましい。
[0014] 球状炭化物の平均粒径
球状炭化物の平均粒径が 0. 6 mを越えると、転がり接触時の応力集中源として 働くので、 0. 6 m以下とする。なお、球状炭化物の平均粒径の下限は、 0. 2 mで あることが好ましい。これよりも小さいと、耐摩耗性が低下するおそれがあるからである 。球状炭化物の平均粒径は 0. 4〜0. 6 mであることが好ましい。
[0015] 球状炭化物の riff 率
球状炭化物の面積率が 6%を越えると、マルテンサイト中の固溶炭素量が低下して マルテンサイトの硬度が低下し、その結果転がり疲労寿命が低下するので、 6%以下 とする。なお、球状炭化物の面積率の下限は、 0. 3%であることが好ましい。これより も少ないと、マトリクス中の固溶炭素濃度が高くなり、転がり寿命が低下するおそれが ある力もである。球状炭化物の面積率は 4〜6%であることが好まし 、。 [0016] この発明による転がり、摺動部材において、残留オーステナイト量が 10〜25%であ ることが好ましい。残留オーステナイトは、転がり接触時の応力集中を緩和し、転がり 疲労寿命を向上させる効果を有するが、残留オーステナイト量が 10%未満であると 応力集中の緩和効果が少なくなる。一方、残留オーステナイトは準安定組織であるた め、長年の使用期間における寸法変化の原因になることから、残留オーステナイト量 の上限を 25%にすることが好ましい。残留オーステナイト量は、 11〜21%であること が望ましい。
[0017] この発明によるトロイダル型無段変速機は、側面に凹状軌道面を有するディスク状 動力伝達部材と、ディスク状動力伝達部材の軌道面上を転動するローラ状動力伝達 部材とを備えたトロイダル型無段変速機であって、両動力伝達部材のうちの少なくと もいずれか 1つが、上述したこの発明による転がり、摺動部品からなるものである。
[0018] この発明による転がり、摺動部材の製造方法は、 C : 0. 9〜1. lwt%、 Si: 0. 5〜3 . Owt%、 Mn: 0. 05〜0. 5wt%、 Cr: 2. 0〜5. Owt%、 Mo : 0. 05〜0. 5wt%を含 み、残部 Feおよび不可避不純物からなる鋼により所定の形状に形成された加工済 み素材に、 850〜950°Cに加熱して急冷する焼入処理を施した後 250〜350°Cに 加熱する焼戻し処理を施し、これにより球状炭化物の平均粒径を 0. 以下、球 状炭化物の量を面積率で 6. 0%以下とするものである。
[0019] 焼入処理時の加熱温度を 850〜950°C、焼戻し処理時の加熱温度を 250〜350 °Cに限定したのは、 C : 0. 9〜1. lwt%、 Si: 0. 5〜3. Owt%、 Mn: 0. 05〜0. 5wt %、 Cr: 2. 0〜5. Owt%、 Mo : 0. 05〜0. 5wt%を含み、残部 Feおよび不可避不純 物からなる鋼から形成された素材に、上記温度範囲で焼入処理および焼戻し処理を 施すことにより、球状炭化物の平均粒径を 0. 以下、球状炭化物の量を面積率 で 6. 0%以下とすることができるからである。なお、焼入処理時の加熱温度は 860〜 940°Cであることが好ましぐ焼戻し処理時の加熱温度は 260〜300°Cであることが 好ましい。
発明の効果
[0020] この発明の転がり、摺動部材によれば、長時間使用したとしても、白色組織の発生 を抑制することができ、長寿命化を図ることができる。しかも、浸炭または浸炭窒化ゃ 、ショットピーユングを施すことなぐ焼入処理および焼戻し処理を施すだけで製造す ることが可能になり、製造コストが安価になる。
[0021] この発明のトロイダル型無段変速機によれば、ディスク状動力伝達部材およびロー ラ状動力伝達部材の長寿命化を図ることができる。
[0022] この発明の転がり、摺動部材の製造方法によれば、製造コストが安価になる。
発明を実施するための最良の形態
[0023] 以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
[0024] 図 1はこの発明による転がり、摺動部材をディスク状動力伝達部材およびローラ状 動力伝達部材に用いたトロイダル型無段変速機としてのフルトロイダル型無段変速 機のノ リエータの部分を示す。
[0025] 図 1において、トロイダル型無段変速機のバリエータ (1)には、自動車の動力源 (2)に より回転駆動される入力軸 (3)が設けられており、入力軸 (3)の軸方向両端部にはそれ ぞれ入力側の動力伝達部材としての入力ディスク (4) (ディスク状動力伝達部材)が嵌 め被せられている。
[0026] 各入力ディスク (4)の中心部にはスプライン穴 (4a)が形成され、各入力ディスク (4)の 軸方向内側面、すなわち他の入力ディスク (4)を向いた側面には、円環状の凹状軌道 面 (4b)が入力軸 (3)と同心状に形成されている。そして、入力軸 (3)に形成されたスプラ イン軸部 (3a)が入力ディスク (4)のスプライン穴 (4a)内に挿入されることにより、入力ディ スク (4)が入力軸 (3)と一体に回転するとともに、入力軸 (3)の長さ方向に若干移動しうる ようになつている。入力軸 (3)における入力ディスク (4)よりも軸方向外側に係止リング (5 )が固定されており、これにより両入力ディスク (4)の互いに離反する方向への移動が 阻止されている。
[0027] 入力軸 (3)における両入力ディスク (4)間の部分の外周に、筒状の出力軸 (8)が、入力 軸 (3)に対して同心状にかつ相対回転可能に嵌め被せられて 、る。出力軸 (8)の両端 と入力ディスク (4)との間には所定の間隔があけられている。出力軸 (8)の軸方向両端 部にはそれぞれ動力伝達部材としての出力ディスク (9) (ディスク状動力伝達部材）が 嵌め被せられている。
[0028] 各出力ディスク (9)の中心部にはスプライン穴 (9a)が形成され、各出力ディスク (9)の 軸方向外側面、すなわち入力ディスク (4)を向いた側面には、円環状の凹状軌道面 (9 b)が入力軸 (3)および出力軸 (8)と同心状に形成されている。そして、出力軸 (8)に形成 されたスプライン軸部 (8a)が出力ディスク (9)のスプライン穴 (9a)内に挿入されることに より、出力軸 (8)が出力ディスク (9)と一体に回転するとともに、出力ディスク (9)が出力 軸 (8)の長さ方向に若干移動しうるようになっている。また、出力軸 (8)における両出力 ディスク (9)よりも軸方向内側の部分にはそれぞれ有歯ベルト車 (8b)がー体に形成さ れており、有歯ベルト車 (8b)に卷掛けられた有歯ベルト (11)を介して、図示しない従動 側に動力が伝達されるようになっている。
[0029] 各出力ディスク (9)における軌道面 (9b)とは反対の側面側には、隙間 (12)を介してバ ックアップ板 (13)が配置されて 、る。隙間 (12)はケーシング (14)および図示しな ヽシー ル手段により密封されており、隙間 (12)に対して油圧源 (15)から油圧を供給することに よっつて出力ディスク (9)を対向する入力ディスク (4)側へ付勢し、これにより所定の端 末負荷が加えられるようになって 、る。
[0030] 互いに対向する入力ディスク (4)の軌道面 (4b)と出力ディスク (9)の軌道面 (9b)との間 の部分はそれぞれトロイド状隙間として構成されており、各トロイド状隙間に、両軌道 面 (4b)(9b)と転動接触する複数、ここでは 3つの動力伝達部材としてのローラ (16) (口 ーラ状動力伝達部材)が円周方向に等間隔をお 、て配置されて 、る。各ローラ (16) は、キャリッジ (17)によって回転自在に支持されており、各ローラ (16)の両軌道面 (4b)( 9b)に対する接触位置がキャリッジ (17)の傾動によって変更されるようになっている。
[0031] 上記バリエータ (1)においては、油圧源 (15)により出力ディスク (9)を入力ディスク (4) 側に付勢すると、トロイド状隙間内の各ローラ (16)が両ディスク (4)(9)の軌道面 (4b)(9b) に対して高荷重で転がり接触をし、ローラ (16)を介して両ディスク (4)(9)が連結されるこ とによって、入力軸 (3)から出力軸 (8)へのトルク伝達が行われる。この際、各ローラ (16) の両ディスク (4)(9)の軌道面 (4b)(9b)に対する接触位置をキャリッジ (16)の傾動により 変更することによって、出力ディスク (9)の回転数を増減することが可能となり、その結 果変速比が可変となる。
[0032] 上記構成のフルトロイダル型無段変速機において、一方の入力ディスク (4)、この入 力ディスク (4)の軌道面 (4b)に対向する軌道面 (9b)を有する出力ディスク (9)、および両 ディスク (4)(9)の軌道面 (4b)(9b)に転がり接触するローラ (16)のうち互いに接触する 2つ の部材のうちの少なくともいずれか一方、すなわち両ディスク (4)(9)およびローラ (16)、 両ディスク (4)(9)のみ、またはローラ (16)のみが、 C : 0. 9〜1. lwt%、 Si: 0. 5〜3. 0 wt%、 Mn: 0. 05〜0. 5wt%、 Cr: 2. 0〜5. Owt%、 Mo : 0. 05〜0. 5wt%を含み、 残部 Feおよび不可避不純物力 なる鋼により形成され、球状炭化物の平均粒径が 0 . 以下、球状炭化物の量が面積率で 6. 0%以下となされている。
[0033] 上記実施形態においては、この発明による転がり、摺動部材を用いたフルト口イダ ル型無段変速機を例示した力 この発明による転がり、摺動部材をハーフトロイダル 型無段変速機にも適用可能であることはもちろんである。特に、ディスクとローラとの 接触部のスピン成分が大き 、フルトロイダル型無段変速機にぉ 、て、本発明の効果 は大きくなる。
[0034] また、この発明による転がり、摺動部材は、その他転がり軸受、一方向クラッチなど の各種転がり、摺動部材にも適用可能である。特に、振動衝撃の大きい用途、たとえ ばオルタネータ用転がり軸受の転動体や軌道輪に好適に用いられる。
[0035] 以下、図 2を参照して、この発明の具体的実施例を比較例とともに説明する。
[0036] 実施例 1〜3および比較例 1〜3
表 1に示す組成を有する 6種類の鋼を用いて直径 58mm、厚み 8mmの円板状被 検ローラ (20)および円板状ディスク (22)を次の方法により製造した。すなわち、上記鋼 に旋削加工を施して所定の形状に形成した後、表 1に示す温度で 45分間加熱した 後急冷する焼入処理と、表 1に示す温度で 120分間加熱する焼戻し処理を施し、さら に研磨することによって、被検ローラ (20)および円板状ディスク (22)を製造した。
[表 1]
組成 （ 焼八温 大し；皿 球状炭化物
C S i M n C r o F e 度 (。c) 度 (°c) 平均粒径 （iim) 面積率 （％) 実施例 1 1.0 1.5 0.45 2.0 0.4 残 860 280 0.55 5.4 実施例 2 1.0 1.0 0.45 3.5 0.4 残 900 220 0.50 5.6 実施例 3 1.0 3.0 0.45 5.0 0.4 残 940 260 0.60 5.2 比較例 1 1.0 1.0 0.45 2.0 0.4 残 860 260 0.56 6.5 比較例 2 1.0 3.5 0.45 2.0 0.4 残 860 300 0.73 5.2 比較例 3 1.0 1.0 0.45 6.0 0.4 残 890 220 0.62 6.7
[0037] また、実施例 1の組成を有する鋼を用いて直径 58mm、厚み 8mmの円板状ダミー ローラ (21)を次の方法により製造した。すなわち、上記鋼に旋削加工を施して所定の 形状に形成した後、 850°Cで 45分間加熱した後急冷する焼入処理と、 260°Cで 120 分間加熱する焼戻し処理を施し、さらに研磨することによって、ダミーローラ (21)を製 し 7こ。
[0038] そして、被検ローラ (20)外周面の転動面の表層部における球状炭化物の平均粒径 および量 (面積率)と、残留オーステナイト量とを測定した。これらの測定位置は、後 述する運転時の最大接触面圧力 計算したせん断応力が最大になる深さである。
[0039] ついで、図 2に示すように、両ローラ (20X21)およびディスク (22)の中心にそれぞれ回 転軸 (20a)(21a)(22a)を固定し、両ローラ (20)(21)の回転軸 (20a)(21a)が水平でかつ互 いに平行になるとともに、ディスク (22)の回転軸 (22a)が垂直になり、さらに両ローラ (20) (21)の転動面 (外周面）力 ディスク (22)両側面の軌道面における径方向および周方 向の同一位置に転がり接触するように配置した。両ローラ (20X21)は、 1つのモータ (2 3)により、変速機 (24)を介して異なる回転数で回転させられるようになっており、被検 ローラ (20)がディスク (22)の軌道面に対してスリップする。
[0040] ついで、清浄な潤滑油を使用し、表 2に示す運転条件で、被検ローラ (20)の転動面 に剥離が生じるまで両ローラ (20X21)を回転させた。
[表 2]
Figure imgf000011_0001
[0041] 運転終了後、被検ローラ (20)外周面の転動面の表層部における球状炭化物の平 均粒径および量 (面積率)と、残留オーステナイト量とを、上述した測定位置で測定し た。
[0042] つ ヽで、球状炭化物の平均粒径変化指数 X、球状炭化物の面積率変化指数 Yお よび残留オーステナイトの応力誘起変態指数 zを、次式 G)〜(m)により求めた。 [0043] 平均粒径変化指数 X= (A0— Aa)Z(Na— NO) …①
面積率変化指数 Y= (B0-Ba)/(Na-N0) 〜(ii)
応力誘起変態指数 Z= (yO- y a)/(Na-N0) 〜(iii)
ここで、 AO:運転開始前の平均粒径、 Aa:運転終了後の平均粒径、 B0:運転開始前 の面積率、 Ba:運転終了後の面積率、 γθ:運転開始前の残留オーステナイト量、 ：運転終了後の残留オーステナイト量、 Na:剥離発生時の応力繰り返し数、 Ν0:1Ο6( 残留オーステナイト量が低下し始める応力繰り返し数)である。
[0044] これらの結果を表 3および図 3〜図 5に示す。
[表 3]
球 4犬炭化物平均粒径 ii状炭化物面積率 残留オーステナイ卜 剥離時の応力繰
AO m) AaOm) 変化指数 X B0(%) Ba(%) 変化指数 Y Τ 0(ο/ο) r a(%) 変態指数 リ返し数 (回） 実施例 1 0.55 0.51 0.001 5.4 5.2 0.003 ΊΊ 6 0.07 68.6ΧΊ06 実施例 2 0.50 0.46 0.001 5.6 5.4 0.006 15 11 0.17 31.2ΧΊ06 実施例 3 0.60 0.57 0.001 5.2 4.9 0.007 21 19 0.08 40.6X106 比較例 1 0.56 0.37 0.020 6.5 5.0 0.158 ΊΊ 7 0.42 9.5ΧΊ06 比較例 2 0.73 0.63 0.008 5.2 3.4 0.141 18 15 0.23 12.8ΧΊ06 比較例 3 0.62 0.50 0.006 6.7 4.5 0.116 21 16 0.26 Ί9ΧΊ06
[0045] 表 3および図 3〜図 5に示す結果から、実施例 1〜3の被検ローラ (20)においては、 剥離発生までの応力繰り返し数力 比較例 1〜3の被検ローラ (20)に比べて著しくな つており、その結果この発明による転がり、摺動部材の寿命が長くなることが分かる。 また、運転終了後の被検ローラ (20)の転動面を観察したところ、実施例 1〜3の被検ロ ーラ (20)には白色糸且織は発生していな力つた。一方、比較例 1〜3の被検ローラ (20) の剥離は白色糸且織剥離であった。
[0046] また、上述した試験を行って平均粒径変化指数 Xが 0〜0. 005、面積率変化指数 Yが 0〜0. 01、応力誘起変態指数 Zが 0. 2以下の場合に、その鋼力 なる転がり、 摺動部材が長寿命になるということを評価することができる。
産業上の利用可能性
[0047] この発明による転がり、摺動部材は、たとえばトロイダル型無段変速機のローラや各 ディスクとして好適に使用される。
図面の簡単な説明
[0048] [図 1]フルトロイダル型無段変速機のバリエータの部分を示す概略縦断面図である。
[図 2]実施例 1〜3および比較例 1〜3を評価するために行った試験の被検ローラ、ダ ミーローラおよびディスクの配置を示す概略図である。
[図 3]球状炭化物平均粒径変化指数と応力繰り返し数との関係を示すグラフである。
[図 4]球状炭化物面積率変化指数と応力繰り返し数との関係を示すグラフである。
[図 5]残留オーステナイトの応力誘起変態指数と応力繰り返し数との関係を示すダラ フである。
符号の説明
[0049] (4)：入力ディスク (ディスク状動力伝達部材）
(4b) :軌道面
(9)：出力ディスク (ディスク状動力伝達部材）
(9b) :軌道面
(16)：ローラ (ローラ状動力伝達部材）

Claims

請求の範囲
[1] C:0.9〜1. lwt%、 Si:0.5〜3. Owt%、 Mn:0.05〜0.5wt%、 Cr:2.0〜5. Ow t%、Mo:0.05-0.5wt%を含み、残部 Feおよび不可避不純物からなる鋼により形 成され、球状炭化物の平均粒径が 0. 以下、球状炭化物の量が面積率で 6.0 %以下となされている転がり、摺動部材。
[2] 側面に凹状軌道面を有するディスク状動力伝達部材と、ディスク状動力伝達部材の 軌道面上を転動するローラ状動力伝達部材とを備えたトロイダル型無段変速機であ つて、両動力伝達部材のうちの少なくともいずれ力 1つが、請求項 1記載の転がり、摺 動部品からなるトロイダル型無段変速機。
[3] C:0.9〜1. lwt%、 Si:0.5〜3. Owt%、 Mn:0.05〜0.5wt%、 Cr:2.0〜5. Ow t%、Mo:0.05〜0.5wt%を含み、残部 Feおよび不可避不純物からなる鋼により所 定の形状に形成された加工済み素材に、 850〜950°Cに加熱して急冷する焼入処 理を施した後 250〜350°Cに加熱する焼戻し処理を施し、これにより球状炭化物の 平均粒径を 0. 以下、球状炭化物の量を面積率で 6.0%以下とする転がり、摺 動部材の製造方法。
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