JP2003148577A - 無段変速機用転動体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トロイダル式無段変速機において、とくにパ
ワーローラのベアリング溝部では、高面圧が加わるほ
か、トラクション力やラジアル方向の荷重を受けるの
で、転動疲労寿命が低下する恐れがあり、また、基材へ
の水素侵入により、転動疲労寿命が低下する恐れがあっ
た。 【解決手段】 ディスクに潤滑油を介してパワーローラ
ーを接触させた構成を有する無段変速機に用いる転動体
であって、転動面に銅または銅合金の被膜を形成すると
共に、被膜の膜厚を０．１μｍ以上、２０μｍ以下とし
たことにより、ミクロな金属接触を低減させるとともに
水素を透過し難い保護被膜形成により基材への水素の侵
入を抑制することで水素脆性的な短寿命剥離を抑制し、
転動疲労寿命の向上を実現した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、転がり軸受、ある
いはトロイダル式無段変速機に使用される転動体および
その製造方法に関するものであり、その転動疲労強度向
上、主に転動中のオイル分解等により発生した水素が鋼
中に侵入することを抑止することにより、侵入水素によ
る水素脆性的な短寿命剥離を抑制し、さらには曲げ疲労
強度も向上するようにした無段変速機用転動体およびそ
の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の無段変速機用転動体としては、例
えば特開平７−７１５５５号公報に記載されているもの
がある。同公報には、トロイダル式無段変速機におい
て、転動体である入力および出力のディスクやパワーロ
ーラに浸炭処理および研削仕上げを施し、転動面の耐疲
労割れ寿命の向上ることが記載されている。

【０００３】また、特開平１０−１８４８３６号公報に
は、トロイダル式無段変速機において、転動体に浸炭鋼
を用いると共に、その表面に研削仕上げ加工を施すこと
により、パワーローラ外輪のベアリング面溝部の転動疲
労強度を向上させて、耐久性に優れた転動体を得ること
が記載されている。さらに、特開２０００−２９１７５
７号公報には、パワーローラのベアリング溝部にショッ
トピーニング工法によって圧縮残留応力を付与すること
により、玉が軌道溝を転動する際に生じる接触面圧を緩
和して、パワーローラ軸受けの疲れ寿命低下を抑制する
ことが記載されている。

【０００４】しかし、これらの従来技術は、転動中にオ
イル分解等により発生した水素が転動体中に侵入するこ
とで発生する水素脆性的な短寿命剥離を積極的に抑制す
るには至っていない。この水素脆性的な剥離抑制を目的
とした軸受としては、特開平２−１９０６１５号公報
に、グリース封入軸受において、軸受の転動面に黒染め
処理により四三酸化鉄の被膜を形成し、この被膜を不活
性表面として作用させることにより、オイル分解等によ
る水素の発生を抑えて、転動疲労寿命の向上を図ること
が記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、トロイダル
式無段変速機では、各ディスクとパワーローラの間には
高い押し付け荷重が加わり、とくに、トラクション面や
パワーローラを構成するベアリング溝部では、最大で３
ＧＰａを超える高い接触面圧となる。そして、これらの
部位では、上記の高面圧に加えて、トラクション力やラ
ジアル方向の荷重を受けながら転動体あるいはボールが
転動するため、ミクロな金属接触や転がり摩擦抵抗の増
大に伴う表面接線力の増大により、転動疲労寿命が低下
する恐れがあるという問題点があり、前述の従来技術で
はこのような問題点を解決するには至っていない。

【０００６】また、グリース潤滑を行う軸受では、ミク
ロな金属接触により転動面に形成された新生面が触媒的
な作用をして、グリースと転動面の間でトライボケミカ
ル的な反応を促進し、化学分解により生成した水素が基
材中に侵入し、転動疲労寿命が低下する恐れがあるとい
う問題点があった。

【０００７】なお、この対策としては、黒染め処理（１
３０〜１６０℃の苛性ソーダ水溶液に浸漬）による方法
が報告されているが、作業環境が劣悪であり、工業的に
は好ましくない。また、黒染め処理により形成された表
面の四三酸化鉄被膜は、高温、高面圧の過酷な条件下で
は被膜の残存性が不十分であり、充分な水素侵入抑制効
果が発揮できない場合があるという問題点がある。

【０００８】また、鋼中の介在物周辺に水素が濃化して
いる場合、介在物起点の曲げ疲労強度を低下させること
があるという報告がある。（鉄と鋼Ｖｏｌ．８６（２０
００）Ｎｏ．１１．Ｐ６９）

【０００９】

【本発明の目的】本発明は、上記従来の課題に着目して
成されたもので、比較的簡便で安価な表面処理により、
ミクロな金属接触による新生面の形成を低減させると共
に、水素が透過し難い保護被膜を形成して、基材内部へ
の水素の侵入を抑制し、転動疲労寿命の向上、とくに転
動中のオイル分解等により発生した水素が基材中に侵入
することで発生する水素脆性的な短寿命剥離の抑制を実
現すると共に、転動中に侵入してくる水素を低減するこ
とで、鋼中の水素濃度を低下させ、介在物起点の曲げ疲
労強度を向上することができる無段変速機用転動体およ
びその製造方法を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる無段変速
機用転動体は、請求項１として、ディスクに潤滑油を介
してパワーローラーを接触させた構成を有する無段変速
機に用いる転動体であって、転動面に銅（Ｃｕ）または
銅合金の被膜を形成すると共に、被膜の膜厚を０．１μ
ｍ以上、２０μｍ以下とした構成とし、請求項２とし
て、被膜の膜厚が、０．１μｍ以上、１０μｍ以下であ
る構成とし、請求項３として、被膜の膜厚が、０．５μ
ｍ以上、７μｍ以下である構成とし、請求項４として、
被膜の表面粗さが、Ｒａ０．１以下である構成とし、請
求項５として、被膜を形成した後の母材の表面粗さが、
Ｒａ０．１以下である構成としており、上記構成をもっ
て従来に課題を解決するための手段としている。

【００１１】また、本発明に係わる無段変速機は、請求
項６として、ディスクに潤滑油を介してパワーローラを
接触させた構成を有する無段変速機において、請求項１
〜５のいずれかに記載の被膜を、ディスクおよびパワー
ローラの少なくとも一方の転がり接触をする部位に形成
したことを特徴とし、請求項７として、請求項１〜５の
いずれかに記載の被膜を、ディスクおよびパワーローラ
の少なくとも一方のトラクション面に形成したことを特
徴し、請求項８として、ディスクに潤滑油を介してパワ
ーローラを接触させた構成を有する無段変速機におい
て、請求項１〜５のいずれかに記載の被膜を、少なくと
もパワーローラのベアリング溝部に形成したことを特徴
としている。

【００１２】さらに、本発明に係わる無段変速機用転動
体の製造方法は、請求項９として、ディスクに潤滑油を
介してパワーローラを接触させた構成を有する無段変速
機に用いる転動体を製造するに際し、転動面に無電解め
っきまたは電気めっきにより銅または銅合金の被膜を形
成することを特徴とし、請求項１０として、転動面にめ
っき処理を施した後、２００℃以下の温度でベーキング
処理を施すことを特徴としている。

【００１３】なお、請求項１，６および９における転動
面には、ディスクおよびパワーローラの互いに接触する
転動面のほか、パワーローラを構成するベアリングにお
ける転動面や、ディスクと回転軸の間に設けたベアリン
グにおける転動面などが含まれる。

【００１４】

【発明の作用】本発明の請求項１に係わる無段変速機用
転動体では、転動体の転動面に銅または銅合金の被膜を
形成したので、この被膜によりミクロな金属よる新生面
の生成が抑制されると共に、被膜が水素を透過し難い保
護被膜として作用し、転動中のトライボケミカル反応等
により生成した水素の鋼中への侵入を抑制する。

【００１５】ここで、本発明では、被膜の厚さを０．１
〜２０μｍとしている。これは、膜厚が０．１μｍ未満
であると、その効果が十分発揮されず、また、膜厚が２
０μｍを上回ると、得られるめっき被膜の粗さの増大を
伴うこととなり、その結果として、ミクロの金属接触を
低減させるという無段変速機用転動体が有する本来の性
能を充分に発揮することができなくなるからである。

【００１６】なお、転動面に形成する被膜の材料として
は、銅または銅合金であって、とくに限定されることは
ないが、純銅の他に、Ｃｕ−Ｓｎ（通称：ブロンズ）、
Ｃｕ−Ｚｎ（真鍮）、Ｃｕ−Ａｌ、Ｃｕ−Ｃｏ、Ｃｕ−
Ｎｉ、Ｃｕ−Ｐｂ、およびＣｕ−Ａｇなどの合金が挙げ
られる。

【００１７】本発明の請求項２に係わる無段変速機用転
動体では、被膜の厚さを０．１〜１０μｍとしているの
で、水素侵入抑制効果および金属接触低減効果を充分に
発揮するための品質がより安定化し、且つ生産性も向上
する。

【００１８】本発明の請求項３に係わる無段変速機用転
動体では、被膜の厚さを０．５〜７μｍとしているの
で、水素侵入抑制効果および金属接触低減効果を充分に
発揮するための品質がより一層安定し、且つ生産性も飛
躍的に向上する。

【００１９】本発明の請求項４に係わる無段変速機用転
動体では、被膜の表面粗さをＲａ０．１以下としてい
る。これは、表面粗さをＲａ０．１よりも大きくする
と、転動部でのミクロの金属接触率が増加し、転動部の
温度上昇に伴う素材の軟化や相手材を含めた表面損傷に
よる表面起点型の転動疲労寿命の低下を招くからであ
る。なお、表面粗さＲａの測定は、ＪＩＳ Ｂ０６０１
（１９９４）やＪＩＳ Ｂ０６５１に準拠したものであ
る。

【００２０】本発明の請求項５に係わる無段変速機用転
動体では、銅または銅合金の被膜を形成させた後の母材
の表面粗さをＲａ０．１以下としている。これは、繰り
返し摺動する転動面において、銅または銅合金の被膜は
比較的軟らかいため、被膜の転写性に優れて耐久性が高
くなるものの、時間の経過と共に母材が摺動面となる割
合が徐々に増加することとなり、また、母材の表面粗さ
をＲａ０．１よりも大きくすると、転動部での金属接触
率が増加して、転動部の温度上昇に伴う素材の軟化や相
手材を含めた表面損傷による表面起点型の転動疲労寿命
の低下を招くからである。なお、表面粗さＲａの測定
は、請求項４と同様に、ＪＩＳ Ｂ０６０１（１９９
４）やＪＩＳ Ｂ０６５１（１９９６）に準拠したもの
である。

【００２１】本発明の請求項６に係わる無段変速機用転
動体では、請求項１〜５のいずれかに記載の被膜を、デ
ィスクおよびパワーローラの少なくとも一方の転がり接
触をする部位、すなわちディスクおよびパワーローラの
互いに接触する転動面、パワーローラを構成するベアリ
ングにおける転動面、およびディスクと回転軸の間に設
けたベアリングにおける転動面に形成したので、各部位
において水素侵入抑制効果や金属接触低減効果が発揮さ
れ、各部位での転動疲労寿命が向上する。

【００２２】本発明の請求項７に係わる無段変速機用転
動体では、請求項１〜５のいずれかに記載の被膜を、デ
ィスクおよびパワーローラの少なくとも一方のとトラク
ション面に形成したので、とくに、最大で３ＧＰａを超
える高い接触面圧がかかるディスクおよびパワーローラ
のトラクション面において、水素侵入抑制効果や金属接
触低減効果が発揮され、トラクション面での転動疲労寿
命が向上する。

【００２３】ここで、無段変速機において転がり接触を
する部位を図５に示す。図示のトロイダル式無段変速機
は、エンジン側に連結される入力軸１０１と、軸線方向
に所定範囲だけ移動可能な入力側ディスク１０３と、軸
線回りに回転自在な出力側ディスク１１２と、入力側デ
ィスク１０３を出力側ディスク１１２に向けて押圧する
押圧装置１０２と、両ディスク１０３，１１２間に配置
した一対のトラニオン１０４を備えており、各ディスク
１０３，１１２およびトラニオン１０４から成る構成を
２組備えたものとなっている。

【００２４】一対のトラニオン１０４には、それぞれピ
ボットシャフト１０５が取付けてある。各ピボットシャ
フト１０５には、パワーローラ外輪１０６が固定してあ
ると共に、ベアリングを構成する複数のボール１０８お
よびラジアルニードル軸受１０９を介してパワーローラ
内輪１０７が軸回りに回転自在に取付けてある。パワー
ローラ内輪１０７は、潤滑油を介して各ディスク１０
３，１１２の転動面１０３ａ，１１２ａに接触してい
る。また、両出力側ディスク１１２は、入力軸１０１と
の間にラジアルニードル軸受１１３が介装してあると共
に、入力軸１０１の軸線回りに回転する出力ギア１１４
に連結してある。

【００２５】上記の無段変速機は、入力軸１０１が回転
すると、押圧装置１０２を介して入力側ディスク１０３
が回転し、この入力側ディスク１０３の回転により、そ
の転動面１０３ａに対して転がり接触する一対のパワー
ローラ内輪１０７がそれぞれ回転し、これらパワーロー
ラ内輪１０７と転動面１１２ａにて接触する出力側ディ
スク１１２が回転し、この出力側ディスク１１２ととも
に出力ギア１１４が回転する。そして、入力軸１０１か
ら出力ギア１１４に回転伝達を行う間に、紙面垂直方向
の図示しない回動軸を中心にしてトラニオン１０４とと
もにパワーローラ内輪１０７を回動させ、各ディスク１
０３，１１２に対するパワーローラ内輪１０７の接触位
置を移動させることで変速比を無段階的に変化させる。

【００２６】上記の無段変速機において、転がり接触を
する部位としては、各ディスク１０３，１１２の転動面
１０３ａ，１１２ａ、パワーローラ内輪１０７の転動面
１０７ａ、パワーローラ外輪１０６および内輪１０７の
ベアリング溝部１０６ｂ，１０７ｂ、ピボットシャフト
１０５とパワーローラ内輪１０７の間に介装したラジア
ルニードル軸受１０９、および入力軸１０１と出力側デ
ィスク１１２の間に介装したラジアルニードル軸受１１
３などが挙げられる。また、とくに曲げ応力がかかる部
位としては、パワーローラ内輪１０７の内周部Ｆ１や各
ディスク１０３，１１２の小径部内側Ｆ２，Ｆ３などが
挙げられる。

【００２７】そして、当該無段変速機では、請求項６に
記載したようにディスクおよびパワーローラの少なくと
も一方の転がり接触をする部位、あるいは請求項７に記
載したようにディスクおよびパワーローラの少なくとも
一方のとトラクション面に、被膜を形成している。この
被膜により、金属接触の低減や基材に対する水素の侵入
が抑制され、各部位の転動疲労寿命が向上する。また、
転がり接触する部位からの各部品への水素の侵入が抑制
されることにより、部品全体としての鋼中含有水素量が
低下するため、曲げ応力がかかる部位の水素濃度も低下
し、各部品の曲げ疲労強度が向上する。なお、当然のこ
とながら、図５に符号を付して説明した部位以外に転が
り接触をする相手部材（例えばニードル）、ＣＶＴ部を
構成するその他のベアリング類に被膜を形成することも
可能である。

【００２８】本発明の請求項８に係わる無段変速機用転
動体では、請求項１〜５のいずれかに記載の被膜を、少
なくともパワーローラのベアリング溝部に形成したの
で、とくに、最大で３ＧＰａを超える高い接触面圧がか
かり且つ負荷回数が最大となるベアリング溝部におい
て、水素侵入抑制効果や金属接触低減効果が発揮され、
ベアリング溝部での転動疲労寿命が向上する。

【００２９】本発明の請求項９に係わる無段変速機用転
動体の製造方法では、転動面に、無電解めっきまたは電
気めっきにより銅または銅合金の被膜を形成する。この
方法では、めっき処理という比較的簡便で且つ安価な手
段によって転動面に被膜が形成されることとなり、しか
も、一工程で被膜密着性が確保できるので生産性に優れ
たものとなる。また、銅または銅合金の被膜は、被膜の
硬さが比較的軟らかいため、被膜の転写性に優れ、その
結果として、長い期間転動面に被膜が残存し、水素侵入
抑制効果および金属接触低減効果をこれまで以上に持続
し得る。

【００３０】なお、銅または銅合金の被膜を無電解めっ
きあるいは電気めっきにより形成する方法としては、シ
アン化銅系めっき浴、硫酸銅系めっき浴、ピロリン酸銅
系めっき浴、および有機酸系めっき浴などが挙げられる
が、これらに限定されることは無い。また、電気めっき
における電解条件としては、とくに限定されることはな
いが、例えば０．１Ａ／ｄｍ^２〜１０Ａ／ｄｍ^２の低電
流密度を適用することが好ましい。これにより、得られ
ためっき被膜の性状は、緻密で且つ平滑なものとなり、
水素侵入抑制効果および金属接触低減効果などの品質を
安定して確保し得るものとなる。

【００３１】本発明の請求項１０に係わる無段変速機用
転動体の製造方法では、転動体にめっき被膜を形成した
後、２００℃以下の温度でベーキング処理を施す。これ
により、無電解めっきあるいは電気めっきの際に、母材
もしくは被膜内に侵入した水素、および浸炭焼入れある
いは浸炭窒化焼入れ等の熱処理の際に母材に侵入した水
素が放出され、品質のさらなる安定化を実現する。ここ
で、ベーキング処理時の温度を２００℃よりも高くする
と、ベーキング処理による脱水素量は増加するものの、
母材が高温に曝されることによって軟化したり、ショッ
トピーニング等で付与した残留圧縮応力が低減したりす
る場合があるので好ましくない。なお、ベーキング処理
は、真空炉にて行うのが好ましく、これにより脱水素効
果がさらに高められる。

【００３２】

【発明の効果】本発明の請求項１に係わる無段変速機用
転動体によれば、比較的簡便で安価な表面処理により、
ミクロな金属接触による新生面の形成を低減させると共
に、水素が透過し難い保護被膜を形成して、基材内部へ
の水素の侵入を抑制することができ、これにより転動疲
労寿命の向上を実現し、とくに、転動中のオイル分解等
により発生した水素が基材中に侵入することで発生する
水素脆性的な短寿命剥離の抑制を実現することができ
る。また、転動中に侵入してくる水素を低減すること
で、鋼中の水素濃度を低下させ、介在物起点の曲げ疲労
強度を向上することができる。

【００３３】本発明の請求項２に係わる無段変速機用転
動体によれば、請求項１と同様の効果を得ることがで
き、とくに被膜の厚さを０．１〜１０μｍとしたことか
ら、水素侵入抑制効果および金属接触低減効果を充分に
発揮するための品質をより安定化させることができ、且
つ生産性の向上も実現することができる。

【００３４】本発明の請求項３に係わる無段変速機用転
動体によれば、請求項１と同様の効果を得ることがで
き、とくに被膜の厚さを０．５〜７μｍとしたことか
ら、水素侵入抑制効果および金属接触低減効果を充分に
発揮するための品質をより一層安定化させることがで
き、且つ生産性のさらなる向上も実現することができ
る。

【００３５】本発明の請求項４に係わる無段変速機用転
動体によれば、請求項１〜３と同様の効果を得ることが
できるうえに、被膜の表面粗さをＲａ０．１以下とした
ことから、転動部でのミクロの金属接触率の増加を防止
すると共に、転動部の温度上昇に伴う素材の軟化や相手
材を含めた表面損傷による表面起点型の転動疲労寿命の
低下を防止して、水素侵入抑制効果および金属接触低減
効果を得ることができる。

【００３６】本発明の請求項５に係わる無段変速機用転
動体によれば、請求項１〜４と同様の効果を得ることが
できるうえに、とくに銅または銅合金の被膜を形成させ
た後の母材の表面面粗さをＲａ０．１以下としたことか
ら、転動部でのミクロの金属接触率の増加をより確実に
防止すると共に、転動部の温度上昇に伴う素材の軟化や
相手材を含めた表面損傷による表面起点型の転動疲労寿
命の低下をより確実に防止して、水素侵入抑制効果およ
び金属接触低減効果を得ることができる。

【００３７】本発明の請求項６に係わる無段変速機によ
れば、ディスクおよびパワーローラの互いに接触する転
動面、パワーローラを構成するベアリングにおける転動
面、およびディスクと回転軸の間に設けたベアリングに
おける転動面等の各転動面において、充分な水素侵入抑
制効果や金属接触低減効果を発揮して転動疲労寿命およ
び曲げ疲労強度を向上させることができ、ひいては無段
変速機自体の寿命を著しく向上させることができ、ユニ
ットの大容量化、あるいは小型軽量化等、性能をより一
層高めることができる。

【００３８】本発明の請求項７に係わる無段変速機によ
れば、とくに高面圧がかかるディスクおよびパワーロー
ラ少なくとも一方のトラクション面において、充分な水
素侵入抑制効果や金属接触低減効果を発揮して転動疲労
寿命および曲げ疲労強度を向上させることができ、ひい
ては無段変速機自体の寿命を著しく向上させることがで
き、ユニットの大容量化、あるいは小型軽量化等、性能
をより一層高めることができる。

【００３９】本発明の請求項８に係わる無段変速機によ
れば、とくに高面圧がかかり且つ負荷回数が最大となる
パワーローラのベアリング溝において、充分な水素侵入
抑制効果や金属接触低減効果を発揮して転動疲労寿命を
向上させることができ、ひいては無段変速機自体の寿命
を向上させることができる。

【００４０】本発明の請求項９に係わる無段変速機用転
動体の製造方法によれば、めっき処理という比較的簡便
で且つ安価な手段で被膜を形成することができると共
に、一工程で被膜密着性が確保できるので生産性を高め
ることができる。また、銅または銅合金の被膜は比較的
軟らかいため、被膜の転写性に優れると共に、長期にわ
たって転動面に残存させることができ、水素侵入抑制効
果および金属接触低減効果をこれまで以上に持続させる
ことができる。

【００４１】本発明の請求項１０に係わる無段変速機用
転動体の製造方法によれば、請求項９と同様の効果を得
ることができるうえに、転動面にめっき被膜を形成した
後に２００℃以下の温度でベーキング処理を施すことに
より、無電解めっきあるいは電気めっきの際に、母材も
しくは被膜内に侵入した水素、および浸炭焼入れあるい
は浸炭窒化焼入れ等の熱処理の際に母材に侵入した水素
を放出する脱水素効果を充分に得ることができ、品質の
さらなる安定化を実現することができる。

【００４２】

【実施例】図１は、本発明に係わる無段変速機および無
段変速機用転動体の一実施例を説明する図である。図１
（ａ）に示すトロイダル式無段変速機は、入力軸１、押
圧装置２、入力側ディスク３、一対のトラニオン４、出
力側ディスク１２および出力軸１３等により構成されて
いる。一対のトラニオン４には、それぞれピボットシャ
フト５が取付けてある。各ピボットシャフト５には、パ
ワーローラ外輪６が固定してあると共に、ベアリング構
成する複数のボール８およびラジアルニードル軸受９を
介してパワーローラ内輪７が軸回りに回転自在に取付け
てある。パワーローラ内輪７は、潤滑油を介して各ディ
スク３，１２の転動面３ａ，１２ａに接触している。

【００４３】上記の無段変速機は、入力軸１が回転する
と、カム板２ａ、保持器２ｂおよびローラ２ｃから成る
押圧装置２を介して入力側ディスク３が回転し、この入
力側ディスク３の回転により、その転動面３ａに対して
転がり接触する一対のパワーローラ内輪７がそれぞれ回
転し、これらパワーローラ内輪７と転動面１２ａにて接
触する出力側ディスク１２が回転し、この出力側ディス
ク１２とともに出力軸１３が回転する。そして、上記の
如く入力軸１から出力軸１３に回転伝達を行う間に、図
中仮想線で示す回転軸１０を中心にしてトラニオン４と
ともにパワーローラ内輪７を回転させ、各ディスク３，
１２に対するパワーローラ内輪７の接触位置を移動させ
ることで変速比を無段階的に変化させる。

【００４４】上記の無段変速機において、転動体として
は、各転動面３ａ，１２ａを有するディスク３，１２
や、両ディスク３，１２に接触する転動面を有するパワ
ーローラ内輪７および外輪６が挙げられる。このとき、
パワーローラ内輪７および外輪６では、ボール８と接触
するベアリング溝部７ａ，６ａも転動面である。また、
回転軸である入力軸１および出力軸１３と各ディスク
３，１２との間に設けたベアリング（ラジアルニードル
ベアリング）１５，１６も転動体であり、このベアリン
グ１５，１６も転動面を有している。

【００４５】そして、本発明に係わる無段変速機では、
図１（ｂ）に示すように、回転伝達時に高面圧が加わる
部分として、少なくともパワーローラ内輪７および外輪
６のベアリング溝部７ａ，６ａに銅または銅合金の被膜
を形成している。このとき、被膜は、その厚さを０．１
〜２０μｍとし、表面粗さをＲａ０．１以下とし、被膜
形成後の母材の表面粗さをＲａ０．１以下としている。

【００４６】また、上記の銅または銅合金の被膜は、ベ
アリング溝部７ａ，６ａのほか、各ディスク３，１２の
転動面３ａ、１２ａ、パワーローラ内輪７の転動面、入
力軸１および出力軸１３とディスク３，１２との間に設
けたベアリング１５，１６の転動面に形成することも可
能である。

【００４７】以下、本発明の転動体に関し、いくつかの
実施例および比較例を挙げてその有用性を示す。なお、
各実施例および比較例のいずれの試料も図１（ｂ）に示
すパワーローラ内輪７および外輪６である。

【００４８】これらの試料は、表１に示す組成の鉄鋼製
素材であって、鍛造成形した後に粗加工し、図２に示す
熱処理条件で浸炭窒化処理が施してある。

【００４９】

【表１】

【００５０】そして、パーワローラ内輪７および外輪６
のベアリング溝部７ａ、６ａとして研削超仕上げを行
い、仕上げ加工後のパーワローラ内輪７および外輪６
に、下記のめっき条件にて銅または銅合金の被膜を形成
した。なお、完成後のベアリング溝部７ａ、６ａの母材
部分は、表面粗さがＲａ０．０２〜０．１０程度、表面
硬さがＨｖ７００〜７２０程度になるようにした。

【００５１】［銅または銅合金の被膜の作成条件］ Ａ．電気めっき浴（Ｃｕ系） シアン化第一銅 ６０ｇ／Ｌ シアン化ナトリウム ７５ｇ／Ｌ 炭酸ナトリウム ３０ｇ／Ｌ ｐＨ １２〜１３ めっき浴温度 ５０〜６０℃ 電流密度 ２〜５Ａ／ｄｍ^２ Ｂ．無電解めっき浴（Ｃｕ系） 硫酸銅 １０ｇ／Ｌ ロッセル塩 ５０ｇ／Ｌ 水酸化ナトリウム １０ｇ／Ｌ ホルマリン（３７％） １０ｇ／Ｌ 安定剤 微 量 ｐＨ １１〜１３ めっき浴温度 室 温 Ｃ．Ｃｕ−Ｓｎめっき浴 スズ酸ナトリウム ２０ｇ／Ｌ 青化第一銅 ４０ｇ／Ｌ シアン化ナトリウム ６５ｇ／Ｌ 遊離シアン化ナトリウム ２０ｇ／Ｌ 遊離水酸化ナトリウム ７．５ｇ／Ｌ めっき浴温度 ６０℃ 電流密度 ０．１〜８Ａ／ｄｍ^２ Ｄ．Ｃｕ−Ｚｎめっき浴 シアン化第一銅 ５６ｇ／Ｌ シアン化亜鉛 １３ｇ／Ｌ シアン化ナトリウム ８５ｇ／Ｌ チオシアン化カリウム ３０ｇ／Ｌ ロッセル塩 ２０ｇ／Ｌ 有機アミン 微 量 ｐＨ １１〜１２ めっき浴温度 ５５℃ 電流密度 １〜５Ａ／ｄｍ^２ Ｅ．Ｃｕ−Ｐｂめっき浴 シアン化ナトリウム １９５ｇ／Ｌ シアン化銅 １８０ｇ／Ｌ 水酸化ナトリウム １０ｇ／Ｌ 酒石酸ナトリウムカリウム ７０ｇ／Ｌ 酢酸鉛 １０ｇ／Ｌ めっき浴温度 ６０℃ 電流密度 １〜５Ａ／ｄｍ^２

【００５２】作成した転動体の被膜厚さは、被膜形成部
の断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）観察にて定量し
た。作成した転動体のベアリング溝部の表面粗さは、市
販の触針式表面粗さ測定装置（ＪＩＳ Ｂ０６５１−１
９９６に準拠）を用いて、カットオフ０．０８ｍｍで測
定を行った。また、被膜を形成した後の母材の表面粗さ
Ｒａは、軸受転動疲労試験装置によるベアリング溝部の
転動疲労寿命試験後の供試材をめっき被膜剥離液（シア
ン系めっき被膜剥離液／商品名；キザイ（株）製リップ
マスター＃１２１９）に浸漬し、めっき被膜のみを完全
に除去した後、ベアリング溝部の非転動部に対して上記
のベアリング溝部の表面粗さと同様の条件で測定を行っ
た。

【００５３】（実施例１、２、８）パワーローラ内輪お
よび外輪のベアリング溝部に、電気めっき浴（Ａ）を使
用して銅被膜を形成させた。なお、実施例８では、めっ
き被膜を形成させた後に、真空炉を用いてベーキング処
理（１３０℃×２０時間）を行った。

【００５４】（実施例３、４）パワーローラ内輪および
外輪のベアリング溝部に、無電解めっき浴（Ｂ）を使用
して銅被膜を形成させた。

【００５５】（実施例５、９）パワーローラ内輪および
外輪のベアリング溝部に、Ｃｕ−Ｓｎめっき浴（Ｃ）を
使用して銅合金の被膜を形成させた。なお、実施例９で
は、めっき被膜を形成した後に、真空炉を用いてベーキ
ング処理（１３０℃×２０時間）を行った。

【００５６】（実施例６）パワーローラ内輪および外輪
のベアリング溝部に、Ｃｕ−Ｚｎめっき浴（Ｄ）を使用
して銅合金の被膜を形成させた。

【００５７】（実施例７）パワーローラ内輪および外輪
のベアリング溝部に、Ｃｕ−Ｐｂめっき浴（Ｅ）を使用
して銅合金の被膜を形成させた。

【００５８】（比較例１、２）めっき処理を施さず且つ
表面粗さの異なる２種類のパワーローラ内輪および外輪
を用意した。

【００５９】（比較例３）パワーローラ内輪および外輪
のベアリング溝部に、電気めっき浴（Ａ）を使用して銅
の被膜を形成させた。なお、この比較例３は銅被膜を形
成させる際に印加する電流密度が９Ａ／ｄｍ^２であるも
のの、その処理時間が長いために、得られた被膜の膜厚
が２６μｍと、実施例と比較して厚いものとなった。

【００６０】（比較例４）パーワローラの内輪および外
輪のベアリング溝部に、沸騰苛性ソーダ水溶液へ浸漬す
ることにより行う黒染め処理にて酸化鉄の被膜を形成さ
せた（特開平２−１９０６１５号公報に記載の方法）。

【００６１】上記の実施例１〜９および比較例１〜４に
おいて作製した各試料（パワーローラの内輪および外
輪）に対して、図３に示す軸受転動疲労試験機を用い
て、ベアリング溝部の転動疲労寿命試験を行った。

【００６２】図３に示す軸受転動疲労試験機は、筐体２
０内において、プレート２１によりパワーローラ外輪６
の下面を保持すると共に、パワーローラ内輪７の上面に
回転軸２２を所定の加圧力で当接させ、プレート２１を
通してパワーローラ内輪７の内側に潤滑油を供給しなが
ら、回転軸２２とともにパワーローラ内輪７を回転させ
る構造である。この軸受転動疲労試験では、潤滑として
トラクション油を用い、３Ｌ／ｍｉｎの強制潤滑下で最
大接触面圧３．４ＧＰａとなるように試験条件を設定し
た。また、転動疲労寿命は、振動センサーにて検知し、
内輪または外輪のベアリング溝部がフレーキングに至る
までの試験時間を寿命とした。

【００６３】本実施例１〜９と比較例１〜４の試験前に
おけるベアリング溝部の被膜の特性値（被膜厚さ、被膜
部面粗度）、および被膜形成方法と合わせて、上記試験
条件にて評価した転動疲労寿命試験結果の一覧を表２に
示す。

【００６４】

【表２】

【００６５】また、図４（ａ）（ｂ）には、剥離部近傍
の転がり方向断面の組織写真を示す。同図には形態の異
なる白色組織が観察されているが、本実験条件ではすべ
ての剥離品の剥離部近傍に図４（ａ）に示すＡタイプ、
あるいは図４（ｂ）に示すＢタイプの組織変化が観察さ
れた。Ａタイプは、比較的長寿命の試料に観察された。
一方、Ｂタイプは、比較的短寿命の試料に観察された。
先の表２には、転動疲労試験結果と合わせて組織変化形
態を同時に示している。

【００６６】さらに、組織変化形態の異なる転動疲労試
験後の試料から転動部を切り出し、鋼中の拡散性水素量
を測定した結果を表３に示す。なお、測定は昇温脱離ガ
ス分析装置（日本真空技術（株）ＵＰＭ−ＳＴ−２００
Ｒ型）を用い、加熱温度４００℃以下にて放出された水
素量を拡散性水素量とした。

【００６７】

【表３】

【００６８】表３より、短寿命でフレーキングを生じた
Ｂタイプの場合、Ａタイプに比べて、水素侵入量が多い
ことがわかる。このことから、Ｂタイプは、侵入水素が
起因となった水素脆性的な剥離形態であるといえる。つ
まり、侵入水素を抑制することで組織変化形態がＢタイ
プからＡタイプにシフトし、長寿命化することが考えら
れる。

【００６９】また、表２に示すように、転動疲労寿命試
験の結果、表面に銅または銅合金の被膜を設けた本発明
の実施例１〜９では、Ｂタイプの組織変化形態を呈して
おり、比較例１〜４に対して、転動疲労寿命が大幅に向
上していることが確認された。

【００７０】なお、本実施例ではベアリング溝部の転動
疲労寿命評価により本発明の有用性を立証したが、ディ
スクやパワーローラのトラクション面等のその他の転動
部位に適用した場合についても同様であることは言うま
でもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる無段変速機用転動体を用いたト
ロイダル式無段変速機を説明する断面図（ａ）およびパ
ワーローラにおける被膜形成部位を示す片側省略の断面
図（ｂ）である。

【図２】実施例１〜９における試料に対する熱処理工程
を示す説明図である。

【図３】軸受転動疲労試験装置の概略断面図である。

【図４】剥離部近傍に観察された組織変化形態を示す組
織写真である。

【図５】無段変速機において転がり接触をする部位およ
び曲げ応力がかかる部位を説明する断面図である。

【符号の説明】

３ 入力側ディスク（転動体） ６ パワーローラ外輪（転動体） ６ａ ベアリング溝部 ７ パワーローラ内輪（転動体） ７ａ ベアリング溝部 １２ 出力側ディスク（転動体）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥畑 充宏 東京都中央区日本橋１丁目15番１号 日本 パーカライジング株式会社内 (72)発明者 木野 伸郎 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 尾谷 敬造 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 Ｆターム(参考） 3J051 AA03 BA03 BB02 BD02 BE09 EC08 ED08 FA01 3J101 AA52 AA62 BA51 BA53 BA54 BA70 DA05 EA13 FA08 FA31 GA11 4K022 AA02 AA48 BA08 BA32 DA01 EA01

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ディスクに潤滑油を介してパワーローラ
   ーを接触させた構成を有する無段変速機に用いる転動体
   であって、転動面に銅（Ｃｕ）または銅合金の被膜を形
   成すると共に、被膜の膜厚を０．１μｍ以上、２０μｍ
   以下としたことを特徴とする無段変速機用転動体。
2. 【請求項２】 被膜の膜厚が、０．１μｍ以上、１０μ
   ｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の無段変
   速機用転動体。
3. 【請求項３】 被膜の膜厚が、０．５μｍ以上、７μｍ
   以下であることを特徴とする請求項１に記載の無段変速
   機用転動体。
4. 【請求項４】 被膜の表面粗さが、Ｒａ０．１以下であ
   ることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の無
   段変速機用転動体。
5. 【請求項５】 被膜を形成した後の母材の表面粗さが、
   Ｒａ０．１以下であることを特徴とする請求項１〜４の
   いずれかに記載の無段変速機用転動体。
6. 【請求項６】 ディスクに潤滑油を介してパワーローラ
   を接触させた構成を有する無段変速機において、請求項
   １〜５のいずれかに記載の被膜を、転動面に形成したこ
   とを特徴とする無段変速機。
7. 【請求項７】 ディスクに潤滑油を介してパワーローラ
   を接触させた構成を有する無段変速機において、請求項
   １〜５のいずれかに記載の被膜を、ディスクおよびパワ
   ーローラの少なくとも一方の転動面に形成したことを特
   徴とする請求項６に記載の無段変速機。
8. 【請求項８】 ディスクに潤滑油を介してパワーローラ
   を接触させた構成を有する無段変速機において、請求項
   １〜５のいずれかに記載の被膜を、少なくともパワーロ
   ーラのベアリング溝部に形成したことを特徴とする無段
   変速機。
9. 【請求項９】 ディスクに潤滑油を介してパワーローラ
   を接触させた構成を有する無段変速機に用いる転動体を
   製造するに際し、転動面に無電解めっきまたは電気めっ
   きにより銅または銅合金の被膜を形成することを特徴と
   する無段変速機用転動体の製造方法。
10. 【請求項１０】 転動面にめっき処理を施した後、２０
    ０℃以下の温度でベーキング処理を施すことを特徴とす
    る請求項９に記載の無段変速機用転動体の製造方法。