JP3452238B2

JP3452238B2 - 高面圧用転動体およびその製造方法

Info

Publication number: JP3452238B2
Application number: JP16736398A
Authority: JP
Inventors: 見慎二伏; 野伸郎木
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1998-06-15
Filing date: 1998-06-15
Publication date: 2003-09-29
Anticipated expiration: 2018-06-15
Also published as: JP2000002307A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、自動車な
どの車両やその他の回転動力源等において、トロイダル
式（転がり式）やベルト式（溝幅可変プーリー式）など
の無段変速機として使用可能な無段変速機に適し、その
うち、トロイダル式無段変速機やベルト式無段変速機を
構成する転動体に使用することが可能である高面圧用転
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】無段変速機は大きく分けて、ベルトと溝
幅可変プーリーとを組み合わせたベルトドライブ方式
と、転動体を用いたトラクションドライブ方式とがあ
る。このうち、前者は、伝達動力の小さい場合について
既に用いられている。

【０００３】他方、トロイダル式（転がり式）は後者の
一つであり、高馬力に対応できる機構を有し、例えば、
図４に示すように、潤滑油を介して接触する金属製転動
体を用いた構造を有するものであって、このトロイダル
式無段変速機１は、入力軸２に接続したローディングカ
ム３および連結軸４を介して一体で回転する入力ディス
ク５，５を備えていると共に、歯車６，７を介して出力
軸８を回転させる出力ディスク９，９をそなえ、入力デ
ィスク５，５と出力ディスク９，９との間にパワーロー
ラー１０，１０，１０，１０を設け、各パワーローラー
１０はボールベアリング１１を介して各々支持体１２に
より支持された構造を有するものである。

【０００４】そして、このトロイダル式無段変速機１で
は、入力ディスク５と出力ディスク９との間で挟まれた
パワーローラー１０の傾きを変化させ、入出力ディスク
５，９の相対回転速度を変えて変速しつつ、入力軸２か
ら出力軸８へと動力を伝達する仕組みになっている（特
開平１−２２９１５８号公報など）。

【０００５】このような無段変速機においては、大きな
動力を伝達するため、トロイダル式式無段変速機１の転
動体（入出力ディスク５，９，パワーローラー１０）
は、高面圧下（例えば、３〜４ＧＰａ程度）での転動疲
労寿命に優れる高い表面硬度と深い硬化層深さ（例え
ば、ＥＣＤ＝２〜３ｍｍ程度）を得ることができるよう
な材料と製造方法が要求される。

【０００６】また、図５はベルト（ドライブ）式無段変
速機の一例を示すものであって、このベルト式無段変速
機２１は、原動側の溝幅可変プーリー２２と従動側の溝
幅可変プーリー２３との間にベルト２４をかけわたした
構造を有するものであって、図５（Ａ）に示すロー状態
では原動側の溝幅可変プーリー２２が大きい溝幅Ｗ_Ｌに
なっていると共に従動側の溝幅可変プーリー２３が小さ
い溝幅Ｗ_Ｓになっているものとなり、図５（Ｂ）に示す
オーバードライブ状態では原動側の溝幅可変プーリー２
２が小さい溝幅Ｗ_Ｓになっていると共に従動側の溝幅可
変プーリー２３が大きい溝幅Ｗ_Ｌになっていて、これら
の間で変速比を無段で変えることができる仕組みになっ
ており、この場合の転動体（溝幅可変プーリー２２，２
３）においても転動疲労寿命に優れているものであるこ
とが要求される。

【０００７】このうち、トロイダル式無段変速機用の転
動体（ディスク５，９，パーワーローラー１０）を製造
するに際しては、例えば、ディスク（５，９）の製造工
程を示す図６の（Ａ）およびパーワーローラー（１０）
を製造工程を示す図６の（Ｂ）より明らかであるよう
に、まず、購入したバー材を所定の寸法に切断すること
により鍛造素材５ａ，９ａ，１０ａとなし、次いで、予
め準備した金型を用いて型鍛造品５ｂ，９ｂ，１０ｂの
形状に熱間鍛造で成形して徐冷した後、焼きならし処理
を施したものを鍛造後粗材とし、この鍛造後粗材を機械
加工で所定の図面寸法を有するディスク素材５ｃ，９ｃ
およびパーワーローラー素材１０ｃに仕上げ、一般的に
は浸炭または浸炭窒化処理を施して製造されている。

【０００８】また、ベルト式無段変速機用転動体（プー
リー２２，２３）もほぼ同様の工程で図７に示すような
プーリー素材２２ｃ，２３ｃに成形したのち浸炭または
浸炭窒化処理を施して製造されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の転動体にあっては、転動体素材に対し浸炭ま
たは浸炭窒化処理を施してマトリックスをマルテンサイ
ト組織のまま、あるいは、マルテンサイト組織の中に微
細な（粒径０．２〜０．３μｍほどの）炭化物や炭窒化
物を面積率で２〜１０％程度析出させたものとしていた
ため、面圧３．５ＧＰａまでは実用に耐える得るもので
あったが、ユニットの小型，軽量化が燃費向上の見地か
ら重要視されていることから、ユニットの小型，軽量化
を実現するためには面圧を５ＧＰａ程度にする必要があ
る。

【００１０】ところが、面圧が大きくなると最大剪断応
力発生位置も深さ約０．９ｍｍと深くなり、発熱量も多
くなるため、最大剪断応力発生位置で組織変化が早期に
発生する可能性があり、組織変化が発生するとこの組織
変化部を起点として面疲労破損することもありうるとい
う問題点や、使用途中で発生する摩耗粉などを転動面に
噛み込むことによる表面起点の剥離が発生することもあ
りうるという問題点や、高面圧化による曲げ疲労強度の
不足も起こりうるという問題点があった。

【００１１】

【発明の目的】本発明は、このような従来の問題点に着
目してなされたものであって、表面から深さ約０．９ｍ
ｍの最大剪断応力発生位置を超え応力影響深さ以上の
１．５〜３．０ｍｍまで、場合によっては１．５〜２．
０ｍｍ、あるいは、２．０〜３．０ｍｍまでを組織変化
および分解しないチル組織（すなわち、鉄化合物である
セメンタイト（Ｆｅ_３Ｃ）組織）とすることで内部起点
の剥離を防止し、セメンタイトの硬度はＨｖ１１００〜
１３００であるので摩耗粉等の異物噛み込みによる表面
破損も防止可能となり、更に、セメンタイト部以外のマ
ルテンサイト，ベーナイトおよび／またはソルバイト部
の疲労強度および耐摩耗性向上を図るためにセメンタイ
トの分解温度以下の温度で化合物層の出ない窒化処理を
施し、さらにショットピーニング処理で窒化部に対し窒
化で発生する圧縮残留応力よりも強い圧縮残留応力を付
加することにより、上記問題点を解決することを目的と
している。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる高面圧用
転動体は、請求項１に記載しているように、高面圧を受
ける転動体において、鋳造冷却のままでマルテンサイト
組織またはベーナイト組織または両者の混合組織となる
空気焼き入れ（鋳）鋼（鋳造後の冷却速度を制御してマ
ルテンサイト組織またはベーナイト組織またはソルバイ
ト組織またはこれらの２種ないしは３種の混合組織とな
る場合をも含む。）を素材としてなり、転動体の転動面
における表面から１．５〜３．０ｍｍがチル組織（セメ
ンタイト組織）となっていると共に、芯部がマルテンサ
イト組織またはベーナイト組織または両者の混合組織と
なっているものとした特徴としている。

【００１３】そして、本発明に係わる高面圧用転動体の
実施態様においては、請求項２に記載しているように、
マトリックス硬度がＨＲＣ３０〜３５のソルバイト組織
となっているものとすることができる。

【００１４】同じく、本発明に係わる高面圧用転動体の
実施態様においては、請求項３に記載しているように、
転動体の一部が中空となっていて軽量化が図られている
ものとすることができる。

【００１５】同じく、本発明に係わる高面圧用転動体の
実施態様においては、請求項４に記載しているように、
窒化処理が施されていて疲労強度の向上が図られている
ものとすることができる。

【００１６】同じく、本発明に係わる高面圧用転動体の
実施態様においては、請求項５に記載しているように、
チル組織以外の部分にショットピーニングによる圧縮残
留応力が付与されていて疲労強度の向上が図られている
ものとすることができる。

【００１７】同じく、本発明に係わる高面圧用転動体の
実施態様においては、請求項６に記載しているように、
転動面の表面が硬度Ｈｖ１１００〜１３００のチル組織
（セメンタイト（Ｆｅ_３Ｃ）組織）となっていて耐異物
噛み込み性の向上が図られているものとすることができ
る。

【００１８】本発明に係わる高面圧用転動体の製造方法
は、請求項７に記載しているように、耐高面圧性の優れ
た転動体を製造するに際し、鋳造冷却のままでマルテン
サイト組織またはベーナイト組織または両者の混合組織
となる空気焼き入れ（鋳）鋼（鋳造後の冷却速度を制御
してマルテンサイト組織またはベーナイト組織またはソ
ルバイト組織またはこれらの２種ないしは３種の混合組
織となる場合をも含む。）を溶製してその鋳鋼溶湯を準
備すると共に、鋳型内部のうち前記転動体の転動面に相
当する部位に前記鋳鋼溶湯が接触したときに熱を奪って
チル組織化するチラーをセットした状態とし、前記鋳型
内に前記鋳鋼溶湯を注入・鋳造して前記転動面の表面か
ら１．５〜３．０ｍｍをチル組織とし、冷却した状態で
芯部をマルテンサイト組織またはベーナイト組織または
両者の混合組織とするようにしたことを特徴としてい
る。

【００１９】そして、本発明に係わる高面圧用転動体の
製造方法の実施態様においては、請求項８に記載してい
るように、鋳造後制御冷却してマトリックス硬度をＨＲ
Ｃ３０〜３５のソルバイト組織とするようになすことが
できる。

【００２０】同じく、本発明に係わる高面圧用転動体の
製造方法の実施態様においては、請求項９に記載してい
るように、鋳型として精密鋳造鋳型を用いることで次工
程の機械加工工程を短縮化するようになすことができ
る。

【００２１】同じく、本発明に係わる高面圧用転動体の
製造方法の実施態様においては、請求項１０に記載して
いるように、転動体の一部を中空化して軽量化を図るよ
うになすことができる。

【００２２】同じく、本発明に係わる高面圧用転動体の
製造方法の実施態様においては、請求項１１に記載して
いるように、冷却後にセメンタイト分解開始温度６００
℃以下の温度で窒化処理して疲労強度の向上を図るよう
になすことができ、この場合に、請求項１２に記載して
いるように、窒化処理において化合物層（白層）を出さ
ないようになすことがより望ましい。

【００２３】同じく、本発明に係わる高面圧用転動体の
製造方法の実施態様においては、請求項１３に記載して
いるように、チル組織以外の部分をショットピーニング
処理して圧縮残留応力を付与することにより疲労強度の
向上を図るようになすことができる。

【００２４】同じく、本発明に係わる高面圧用転動体の
製造方法の実施態様においては、請求項１４に記載して
いるように、転動体の表面を硬度Ｈｖ１１００〜１３０
０のチル組織（セメンタイト（Ｆｅ_３Ｃ）組織）とする
ことで耐異物噛み込み性を向上させるようになすことが
できる。

【００２５】

【発明の作用】例えば、トロイダル式無段変速機用転動
体（ディスク５，９，パーワーローラー１０）やベルト
式無段変速機用転動体（溝幅可変プーリー２２，２３）
の素材としては、軸受用鋼として開発された清浄鋼（低
酸素・低硫黄鋼）が用いられている。これは、転動体が
転がり軸受とほぼ同じ作動状況にさらされていることに
よる。

【００２６】すなわち、トロイダル式無段変速機用転動
体におけるディスクとパーワーローラーとの間は滑りの
ほとんど無い転がり接触であって、ヘルツの接触応力で
３〜３．５ＧＰａの面圧で作動している。

【００２７】そして、この場合の破損モードは面疲労に
よる剥離であり、その起点はヘルツの接触応力で発生す
る最大剪断応力の生じている材料内部であって、接触応
力３〜３．５ＧＰａでは表面下０．６〜０．８ｍｍの位
置である。

【００２８】この種の転動体に清浄鋼を用いる理由は、
非金属介在物、特に酸化物系介在物の少ない鋼でない
と、最大剪断応力発生位置に酸化物系介在物が存在した
場合にこれを起点として早期に剥離を生ずるおそれがあ
るからである。

【００２９】しかしながら、このような清浄鋼を用いた
ときでも、例えば、２×１０^７回程度の寿命で剥離が発
生することもある。そして、この剥離の原因は、最大剪
断応力発生深さ付近での発熱による組織変化であること
が判明した。

【００３０】転動体であるディスクとパーワーローラー
は、トラクション油を介して接触しており、直接接触す
ること無くトルクを伝達する機構になっているが、面圧
の上昇とともに発熱量も多くなり、接触応力３〜３．５
ＧＰａレベルのものでは特に問題無く実用化できるが、
それ以上の面圧では組織変化が早期に発生し、大容量ト
ロイダル式無段変速機用転動体としては実用化が困難で
あることが判明した。

【００３１】接触圧力３．５ＧＰａで使用される転動体
部分の温度は約１８０℃であるが、５ＧＰａになると約
２５０℃と高くなるため、この温度で組織変化も分解も
しない組織として、金属間化合物が適していることにな
る。

【００３２】なお、転動体として具備しなければならな
い特性として、曲げ疲労強度と衝撃強度があり、それぞ
れの設計値として小野式回転曲げ疲労限で約１０００Ｍ
Ｐａ，シャルピー吸収エネルギーで約１０〜２０Ｊがあ
る。

【００３３】このような表面および芯部の特性を具備し
た転動体として、表面部分をセメンタイトとし、芯部を
マルテンサイトまたはベーナイトないしは両者の混合組
織とするため、鋳鋼によるチル化材料としては、鋳造後
の冷却だけでマルテンサイト，ベーナイトまたは両者の
混合組織を得られる合金成分のものと、鋳造後の冷却速
度を制御することで、前記組織ないしはソルバイト組織
の得られる合金成分のものも含まれる。

【００３４】そして、窒化については、ＮＨ_３ガス等を
用いるガス窒化，ガス軟窒化，イオン窒化など現在公知
の窒化は全て適用可能なことは容易に想像できることで
ある。

【００３５】本発明は、上記した知見にもとづいてなさ
れたものであって、以下さらに詳細に説明する。

【００３６】本発明による耐高面圧性の優れた転動体を
製造するに際しては、鋳造冷却のままでマルテンサイト
組織またはベーナイト組織または両者の混合組織または
鋳造後の冷却速度の制御により得られるソルバイト組織
またはこのソルバイト組織を含めた２種ないしは３種の
混合組織となる空気焼き入れ鋼を使用する。このような
鋼としては、ＪＩＳＧ４４０４で制定するＳＫＤ材
や、適宜の特性改善元素を添加した空気焼入れ鋼などが
ある。

【００３７】そして、この鋼を溶製してその鋳鋼溶湯を
準備すると共に、鋳型（たとえば、砂型）内部のうち前
記転動体の転動面に相当する部位に前記鋳鋼溶湯が接触
した時に熱を素早く奪ってチル組織化するチラー（冷や
し金など）を各部材の熱膨張・熱収縮を考慮してセット
した状態とする。

【００３８】次いで、前記鋳型内に前記鋳鋼溶湯を注入
して鋳造することによって、前記転動面の表面から１．
５〜３．０ｍｍの部分をチル組織とし、冷却した状態で
芯部をマルテンサイト組織またはベーナイト組織または
両者の混合組織とする。

【００３９】この場合、鋳造後制御冷却を行うことによ
って、前記マルテンサイト組織やベーナイト組織と共
に、あるいはこれらの組織を伴うことなく、マトリック
ス硬度をＨＲＣ３０〜３５のソルバイト組織とするよう
になすこともできる。

【００４０】このようにして表面から深さ約０．９ｍｍ
の最大剪断応力発生位置を超え応力影響深さ以上の１．
５〜３．０ｍｍまで、場合によっては１．５〜２．０ｍ
ｍまで、あるいは、２．０〜３．０ｍｍまでを組織変化
および分解しないチル組織（すなわち、鉄化合物である
セメンタイト（Ｆｅ_３Ｃ）組織）とすることで、内部起
点の剥離を防止することができるようになり、接触圧力
５ＧＰａレベルにおいても十分に使用に耐え得る転動体
となる。

【００４１】ここで、チル組織の深さについてさらに説
明すれば、例えば、トロイダル式無段変速機に使用され
る転動体（ディスク５，９，パーワーローラー１０）の
場合、面圧５ＧＰａでの最大剪断応力発生深さは０．９
〜１．２ｍｍであり、その応力の影響深さは約１．８ｍ
ｍまであるので、チル組織についてはこれ以上の深さが
必要となることから、深さは２．０ｍｍ以上とすること
が望ましい。また、上限については、転動体の肉厚が約
１０ｍｍであるとした場合に、硬化層（チル層：セメン
タイト層）と母材との比が０．３を超えると衝撃強度が
大幅に低下することとなるため、３．０ｍｍ以下とする
ことが望ましい。

【００４２】他方、ベルト式無段変速機に使用される転
動体（溝幅可変プーリー２２，２３）の場合、面圧は２
〜３ＧＰａであるため、最大剪断応力発生深さは０．３
〜０．６ｍｍであり、その応力の影響深さは約１．３ｍ
ｍほどであるため、チル組織（セメンタイト層）の厚さ
は１．５〜２．０ｍｍでよいこととなる。

【００４３】そして、鋳型として精密鋳造鋳型（例え
ば、ロストワックス鋳型）を用いることによって、ニヤ
ネットシェイプの鋳造品とし、次工程の機械加工等の仕
上げ加工を短縮化するようになすことも可能である。

【００４４】また、場合によっては、前記鋳型と共に適
宜の中子を用いて転動体の一部を中空化することによっ
てさらなる軽量化を図るようになすこともできる。

【００４５】さらにまた、場合によっては、冷却後にセ
メンタイト分解開始温度６００℃以下の温度（すなわ
ち、セメンタイトが分解しない温度）で化合物層の出な
い窒化処理を施してセメンタイト部以外のマルテンサイ
ト，ベーナイトおよび／またはソルバイト部の疲労強度
および耐摩耗性のさらなる向上をはかるようになすこと
もできる。この場合、窒化処理において化合物層（白
層）を出さないようにすることがより望ましい。

【００４６】さらにまた、チル組織以外の部分をショッ
トピーニング処理して圧縮残留応力（例えば、−８００
ＭＰａ以下）を付与することにより、そしてまた、窒化
処理した場合の窒化部に対し窒化で発生する圧縮残留応
力よりも強い圧縮残留応力を付加することにより、疲労
強度および耐摩耗性のさらなる向上を図るようになすこ
ともできる。

【００４７】さらにまた、表面を硬度Ｈｖ１１００〜１
３００のチル組織（セメンタイト（Ｆｅ_３Ｃ））組織と
することで耐異物噛み込み性をさらに向上させたものと
するようになすこともでき、摩耗粉等の異物噛み込みに
よる表面破損も十分に阻止されることとなる。

【００４８】

【発明の効果】本発明による高面圧用転動体によれば、
請求項１に記載しているように、高面圧を受ける転動体
において、鋳造冷却のままでマルテンサイト組織または
ベーナイト組織または両者の混合組織となる空気焼き入
れ鋼を素材としてなり、転動体の転動面における表面か
ら１．５〜３．０ｍｍがチル組織（セメンタイト組織）
となっていると共に、芯部がマルテンサイト組織または
ベーナイト組織または両者の混合組織となっているもの
としたから、転動時の発熱による組織変化を防止するこ
とが可能となって内部起点の剥離を防止することができ
るようになり、機械的強度も大であって接触圧力５ＧＰ
ａレベルにおいても十分に使用に耐え得る耐久性の良好
な高面圧用転動体を提供することが可能であるという著
しく優れた効果がもたらされる。

【００４９】そして、請求項２に記載しているように、
マトリックス硬度がＨＲＣ３０〜３５のソルバイト組織
となっているものとすることによって、耐久性がより一
層向上した高面圧用転動体を提供することが可能である
という著しく優れた効果がもたらされる。

【００５０】また、請求項３に記載しているように、転
動体の一部が中空となっていて軽量化が図られているも
のとすることによって、燃費の向上に少しでも寄与しう
る高面圧用転動体を提供することが可能であるという著
しく優れた効果がもたらされる。

【００５１】さらにまた、請求項４に記載しているよう
に、窒化処理が施されていて疲労強度の向上が図られて
いるものとすることによって、耐久性がさらに向上した
高面圧用転動体を提供することが可能であるという著し
く優れた効果がもたらされる。

【００５２】さらにまた、請求項５に記載しているよう
に、チル組織以外の部分にショットピーニングによる圧
縮残留応力が付与されていて疲労強度の向上が図られて
いるものとすることによって、耐久性がさらに向上した
高面圧用転動体を提供することが可能であるという著し
く優れた効果がもたらされる。

【００５３】さらにまた、請求項６に記載しているよう
に、転動面の表面が硬度Ｈｖ１１００〜１３００のチル
組織（セメンタイト（Ｆｅ_３Ｃ）組織）となっていて耐
異物噛み込み性の向上が図られているものとすることに
よって、摩耗粉などを転動面に噛み込むことによる表面
起点の剥離を防止して耐久性をさらに向上することがで
きる高面圧用転動体を提供することが可能であるという
著しく優れた効果がもたらされる。

【００５４】本発明による高面圧用転動体の製造方法に
よれば、請求項７に記載しているように、耐高面圧性の
優れた転動体を製造するに際し、鋳造冷却のままでマル
テンサイト組織またはベーナイト組織または両者の混合
組織となる空気焼き入れ鋼を溶製してその鋳鋼溶湯を準
備すると共に、鋳型内部のうち前記転動体の転動面に相
当する部位に前記鋳鋼溶湯が接触したときに熱を奪って
チル組織化するチラーをセットした状態とし、前記鋳型
内に前記鋳鋼溶湯を注入・鋳造して前記転動面の表面か
ら１．５〜３．０ｍｍをチル組織とし、冷却した状態で
芯部をマルテンサイト組織またはベーナイト組織または
両者の混合組織とするようにしたから、転動時の発熱に
よる組織変化を防止することが可能であって内部起点の
剥離を防止することができ、機械的強度も大であって接
触圧力５ＧＰａレベルにおいても十分に使用に耐えうる
耐久性の良好な高面圧用転動体を製造することが可能で
あるという著しく優れた効果がもたらされる。

【００５５】そして、請求項８に記載しているように、
鋳造後制御冷却してマトリックス硬度をＨＲＣ３０〜３
５のソルバイト組織とするようになすことによって、耐
久性がより一層向上した高面圧用転動体を製造すること
が可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。

【００５６】また、請求項９に記載しているように、鋳
型として精密鋳造鋳型を用いることで次工程の機械加工
工程を短縮化するようになすことによって、転動体製造
時の材料歩留りを著しく向上させることができると共に
生産性をも向上させることが可能であり、また、中子を
用いることにより容易に中空化することも可能であっ
て、軽量化を至極く簡単に達成することが可能であると
いう著しく優れた効果がもたらされる。

【００５７】さらにまた請求項１０に記載しているよう
に、転動体の一部を中空化して軽量化を図るようになす
ことによって、燃費の向上に少しでも寄与しうる高面圧
用転動体を製造することが可能であるという著しく優れ
た効果がもたらされる。

【００５８】さらにまた、請求項１１に記載しているよ
うに、冷却後にセメンタイト分解開始温度６００℃以下
の温度で窒化処理して疲労強度の向上を図るようになす
ことによって、耐久性がさらに向上した高面圧用転動体
を製造することが可能であるという著しく優れた効果が
もたらされる。

【００５９】さらにまた、請求項１２に記載しているよ
うに、窒化処理において化合物層（白層）を出さないよ
うになすことによって、窒化処理による疲労強度向上の
作用を十分に活かした高面圧用転動体を製造することが
可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。

【００６０】さらにまた、請求項１３に記載しているよ
うに、チル組織以外の部分をショットピーニング処理し
て圧縮残留応力を付与することにより疲労強度の向上を
図るようになすことによって、耐久性がさらに向上した
高面圧用転動体を製造することが可能であるという著し
く優れた効果がもたらされる。

【００６１】さらにまた、請求項１４に記載しているよ
うに、転動体の表面を硬度Ｈｖ１１００〜１３００のチ
ル組織（セメンタイト（Ｆｅ_３Ｃ）組織）とすることで
耐異物噛み込み性を向上させるようになすことによっ
て、摩耗粉などを転動面に噛み込むことによる表面損傷
の発生ならびに表面起点の剥離を防止して耐久性をさら
に向上することができる高面圧用転動体を製造すること
が可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。

【００６２】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明するが、
本発明はこのような実施例のみに限定されないことはい
うまでもない。

【００６３】（実施例１）この実施例１では、転動体
（トロイダル式無段変速機用ディスク５，９およびパー
ワーローラー１０）の鋳鋼素材として、ＪＩＳＧ４
４０４で制定するＳＫＤ６１（Ｃ：０．３６重量％、Ｓ
ｉ：１．０１重量％、Ｍｎ：０．２５重量％、Ｃｒ：
５．０１重量％、Ｍｏ：１．２４重量％、Ｖ：０．９８
重量％、Ｆｅおよび不純物：残部）を用いると共に、鋳
型として精密鋳造用砂鋳型を用いた。

【００６４】そして、砂鋳型内部のうち前記転動体
（５，９，１０）の転動面に相当する部位に各部材の熱
膨張・熱収縮を考慮した状態にしてチラー（冷やし金）
をセットした精密鋳造用砂鋳型の鋳造空間内に前記ＳＫ
Ｄ６１の組成よりなる鋳鋼溶湯を注入して鋳造すること
によって、図１に示すような転動面に表面から深さ２．
３〜２．８ｍｍのチル層（硬度はＨｖ１１５０〜１２５
０程度）Ｃが形成された転動体（ディスク５，９）およ
び図２に示すような転動面に表面から深さ２．３〜２．
８ｍｍのチル層（硬度はＨｖ１１５０〜１２５０程度）
Ｃが形成された転動体（パワーローラー１０）を得た。
ここで得た転動体（５，９，１０）の芯部の組織は、マ
ルテンサイト組織またはベイナイト組織またはこれらの
混合組織からなるものであった。

【００６５】さらに、転動面にチル層Ｃを形成してセメ
ンタイト（Ｆｅ_３Ｃ）組織とした転動体（５，９，１
０）のうちセメンタイト組織となっている以外の部分、
すなわち、マルテンサイト組織またはベイナイト組織ま
たはこれらの混合組織からなっている部分の疲労強度を
向上させるために、セメンタイトの分解開始温度（約６
００℃）以下の５７０℃の温度で５ｈｒの窒化処理を施
した。この場合の窒化処理はＮＨ_３ガスに５Ｖｏｌ％の
空気を添加した雰囲気で行い、化合物層（白層）の出な
い酸窒化処理であるものとした。

【００６６】このようにして得られた窒化層は、表面硬
度Ｈｖ約１０００，全窒化層深さ約０．５ｍｍで、表面
の残留応力は約−５００ＭＰａの圧縮残留応力であっ
た。

【００６７】さらに、チル組織以外の部分をショットピ
ーニング処理（ショット粒径：０．６ｍｍ，アークハイ
ト：０．８ｍｍＡ）することによって、約−９００ＭＰ
ａの圧縮残留応力を付与することが可能であり、小野式
回転曲げ疲労限で約１１００ＭＰａの高曲げ疲労強度と
シャルピー吸収エネルギーで約１８Ｊの高衝撃強度を有
する転動体（ディスク５，９．パーワーローラー１０）
を得ることができた。

【００６８】（実施例２）この実施例２では、転動体
（ベルト式無段変速機用プーリー２２，２３）の鋳鋼素
材として、ＪＩＳＧ４４０４で制定するＳＫＤ６１
（Ｃ：０．３６重量％、Ｓｉ：１．０１重量％、Ｍｎ：
０．２５重量％、Ｃｒ：５．０１重量％、Ｍｏ：１．２
４重量％、Ｖ：０．９８重量％、Ｆｅおよび不純物：残
部）を用いると共に、鋳型として精密鋳造用砂鋳型を用
いた。

【００６９】そして、砂鋳型内部のうち前記転動体（２
２，２３）の転動面に相当する部位に各部材の熱膨張・
熱収縮を考慮した状態にしてチラー（冷やし金）をセッ
トした精密鋳造用砂鋳型の鋳造空間内に前記ＳＫＤ６１
の組成よりなる鋳鋼溶湯を注入して鋳造することによっ
て、図３に示すような転動面に表面から深さ１．６〜
１．８ｍｍのチル層（硬度はＨｖ１１５０〜１２５０程
度）Ｃが形成された転動体（プーリー２２，２３）を得
た。ここで得た転動体（２２，２３）の芯部の組織は、
マルテンサイト組織またはベイナイト組織またはこれら
の混合組織からなるものであった。

【００７０】さらに、転動面にチル層Ｃを形成してセメ
ンタイト（Ｆｅ_３Ｃ）組織とした転動体（２２，２３）
のうちセメンタイト組織となっている以外の部分、すな
わち、マルテンサイト組織またはベイナイト組織または
これらの混合組織からなっている部分の疲労強度を向上
させるために、セメンタイトの分解開始温度（約６００
℃）以下の５７０℃の温度で５ｈｒの窒化処理を施し
た。この場合の窒化処理はＮＨ_３ガスに５Ｖｏｌ％の空
気を添加した雰囲気で行い、化合物層（白層）の出ない
酸窒化処理であるものとした。

【００７１】このようにして得られた窒化層は、表面硬
度Ｈｖ約１０００，全窒化層深さ約０．５ｍｍで、表面
の残留応力は約−５００ＭＰａの圧縮残留応力であっ
た。

【００７２】さらに、チル組織以外の部分をショットピ
ーニング処理することによって、約−９００ＭＰａの圧
縮残留応力を付与することが可能であり、小野式回転曲
げ疲労限で約１１００ＭＰａの高曲げ疲労強度とシャル
ピー吸収エネルギーで約１８Ｊの高衝撃強度を有する転
動体（プーリー２２，２３）を得ることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１で製造したトロイダル式無段
変速機用転動体（ディスク）の断面説明図である。

【図２】本発明の実施例１で製造したトロイダル式無段
変速機用転動体（パーワーローラー）の断面説明図であ
る。

【図３】本発明の実施例２で製造したベルト式無段変速
機用転動体（プーリー）の断面説明図である。

【図４】トロイダル式無段変速機の構造例を示す断面説
明図である。

【図５】ベルト式無段変速機の構造例を示す斜面説明図
である。

【図６】従来例によるトロイダル式無段変速機の転動体
（ディスクおよびパーワーローラー）の製造工程を示す
説明図である。

【図７】従来例によるベルト式無段変速機の転動体（プ
ーリー）の断面説明図である。

【符号の説明】

５，９ディスク（トロイダル式無段変速機の転動体）１０パーワーローラー（トロイダル式無段変速機の転
動体）２２，２３プーリー（ベルト式無段変速機の転動体）Ｃチル層（セメンタイト組織）

フロントページの続き (56)参考文献特開平10−103440（ＪＰ，Ａ) 特開平７−71555（ＪＰ，Ａ) 特開平６−159463（ＪＰ，Ａ) 特開平７−286649（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16H 15/38 B22D 11/22 C23C 8/26 F16H 55/56

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】高面圧を受ける転動体において、鋳造冷
却のままでマルテンサイト組織またはベーナイト組織ま
たは両者の混合組織となる空気焼き入れ鋼を素材として
なり、転動体の転動面における表面から１．５〜３．０
ｍｍがチル組織となっていると共に、芯部がマルテンサ
イト組織またはベーナイト組織または両者の混合組織と
なっていることを特徴とする高面圧用転動体。
【請求項２】マトリックス硬度がＨＲＣ３０〜３５の
ソルバイト組織となっていることを特徴とする請求項１
に記載の高面圧用転動体。
【請求項３】転動体の一部が中空となっていて軽量化
が図られていることを特徴とする請求項１または２に記
載の高面圧用転動体。
【請求項４】窒化処理が施されていて疲労強度の向上
が図られていることを特徴とする請求項１ないし３のい
ずれかに記載の高面圧用転動体。
【請求項５】チル組織以外の部分にショットピーニン
グによる圧縮残留応力が付与されていて疲労強度の向上
が図られていることを特徴とする請求項１ないし４のい
ずれかに記載の高面圧用転動体。
【請求項６】転動面の表面が硬度Ｈｖ１１００〜１３
００のチル組織（セメンタイト（Ｆｅ_３Ｃ）組織）とな
っていて耐異物噛み込み性の向上が図られていることを
特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の高面圧
用転動体。
【請求項７】耐高面圧性の優れた転動体を製造するに
際し、鋳造冷却のままでマルテンサイト組織またはベー
ナイト組織または両者の混合組織となる空気焼き入れ鋼
を溶製してその鋳鋼溶湯を準備すると共に、鋳型内部の
うち前記転動体の転動面に相当する部位に前記鋳鋼溶湯
が接触したときに熱を奪ってチル組織化するチラーをセ
ットした状態とし、前記鋳型内に前記鋳鋼溶湯を注入・
鋳造して前記転動面の表面から１．５〜３．０ｍｍをチ
ル組織とし、冷却した状態で芯部をマルテンサイト組織
またはベーナイト組織または両者の混合組織とすること
を特徴とする高面圧用転動体の製造方法。
【請求項８】鋳造後制御冷却してマトリックス硬度を
ＨＲＣ３０〜３５のソルバイト組織とすることを特徴と
する請求項７に記載の高面圧用転動体の製造方法。
【請求項９】鋳型として精密鋳造鋳型を用いることで
次工程の機械加工工程を短縮化することを特徴とする請
求項７または８に記載の高面圧用転動体の製造方法。
【請求項１０】転動体の一部を中空化して軽量化を図
ることを特徴とする請求項７ないし９のいずれかに記載
の高面圧用転動体の製造方法。
【請求項１１】冷却後にセメンタイト分解開始温度６
００℃以下の温度で窒化処理して疲労強度の向上を図る
ことを特徴とする請求項７ないし１０のいずれかに記載
の高面圧用転動体の製造方法。
【請求項１２】窒化処理において化合物層（白層）を
出さないことを特徴とする請求項１１に記載の高面圧用
転動体の製造方法。
【請求項１３】チル組織以外の部分をショットピーニ
ング処理して圧縮残留応力を付与することにより疲労強
度の向上を図ることを特徴とする請求項７ないし１２の
いずれかに記載の高面圧用転動体の製造方法。
【請求項１４】転動体の表面を硬度Ｈｖ１１００〜１
３００のチル組織（セメンタイト（Ｆｅ_３Ｃ）組織）と
することで耐異物噛み込み性を向上させることを特徴と
する請求項７ないし１３のいずれかに記載の高面圧用転
動体の製造方法。