ベルト式ＣＶＴ用プーリー
【課題】耐摩耗性に優れたＣＶＴ用プーリーを提供すること。
【解決手段】ベルト式ＣＶＴ１におけるベルト３と摺動する摺動面２１０、２２０を有し、素材の鋼として、ＪＩＳＧ４０５３に規定されているクロム鋼、または、クロムモリブデン鋼を用いて製造されたベルト式ＣＶＴ用プーリー２１、２２。摺動面２１０、２２０は、その表面に、内部よりも高強度の硬化層を有する時に、表面粗さＲｚが１．４〜６．３μｍである。ＪＩＳＢ０６７１で規定する突出山部高さＲｐｋとの突出谷部深さＲｖｋの比であるＲｐｋ／Ｒｖｋが０．７５未満を満たす表面性状を有する。
【解決手段】ベルト式ＣＶＴ１におけるベルト３と摺動する摺動面２１０、２２０を有し、素材の鋼として、ＪＩＳＧ４０５３に規定されているクロム鋼、または、クロムモリブデン鋼を用いて製造されたベルト式ＣＶＴ用プーリー２１、２２。摺動面２１０、２２０は、その表面に、内部よりも高強度の硬化層を有する時に、表面粗さＲｚが１．４〜６．３μｍである。ＪＩＳＢ０６７１で規定する突出山部高さＲｐｋとの突出谷部深さＲｖｋの比であるＲｐｋ／Ｒｖｋが０．７５未満を満たす表面性状を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の変速機として最近使用比率が増加しているベルト式無段変速機に用いられるベルト式ＣＶＴ用プーリーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車のベルト式無段変速機（以下、ベルト式ＣＶＴという）は、従来多く使用されてきた３速、又は４速の自動変速機（ＡＴ）と比較すると変速ショックがなく、滑らかな加速が得られることや燃費の点で有利である。そのため、ベルト式ＣＶＴを搭載した自動車が増加してきた。しかしながら、ベルト式ＣＶＴは、従来のＡＴに比較して重量が重くなるという欠点を有しており、重量がより軽くて高容量の得られるベルト式ＣＶＴの開発が強く望まれている。
【０００３】
上記ベルト式ＣＶＴは、溝幅が可変の一対のベルト式ＣＶＴ用プーリー間にベルトを巻き掛けた構造を有し、上記ベルト式プーリーの溝幅を変化させることにより変速を可能とする無段変速機である。
上記ベルト式ＣＶＴは、ベルトとプーリーの摺動面との間で、極めて高い圧力が負荷された状態で使用される。また、ベルトは、後述する図２に示すごとく、鋼製で板状のエレメント３１を多数重ね、上記エレメント３１に設けた左右の溝部分３１１にスチールバンド３２をはめ込むことによって得られる。すなわち、上記ベルト３を構成する鋼製のエレメント３１と接する上記摺動面２１は、非常に摩耗し易い状態で使用される。このような状況下で、重量がより軽くて高容量の得られるベルト式ＣＶＴ１を得るためには、上記摺動面２１を、より高い面圧を負荷させた場合でも摩耗が増加することのないようにすることが必要であり、そのための技術開発が不可欠となる。
【０００４】
このように、プーリーの摺動面では極めて高い耐摩耗性が要求されることから、従来から、摺動面に浸炭処理や浸炭窒化処理を行うことにより表層の硬度を高め、必要な耐摩耗性を確保してきた。しかしながら、上述のごとく、ＡＴに比べ重くなるという欠点を解決するためには、従来から行われている浸炭処理などの表面硬化処理の仕方を改善して、さらに耐摩耗性を向上できる新しい技術の開発が必要である。
【０００５】
これに対し、特許文献１、２には、浸炭による硬化深さを深くすることがベルト式ＣＶＴ用プーリーの性能を高めるために必要であることが記載され、従来、鋼を用いて通常の浸炭処理を行った場合には、硬化層を深くするために、より長時間の浸炭処理が必要になること、浸炭処理時間を短縮するために高温で浸炭処理を行うと、結晶粒の粗大化を生じるため、容易に浸炭処理を高くすることができないことが記載され、その課題を解決するために、Ｎｂ、Ｔｉなどの析出物を有効利用した鋼を適用することが提案されている。
【０００６】
また、特許文献３には、特許文献１、２のような成分の最適化を特徴とする発明ではなく、エレメントとプーリーの間の摺動によって起きる摩耗現象が、プーリーの摺動面の表面粗さＲａをある範囲内とした場合に、小さく抑えられることを特徴とする新しい提案について記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１６０２８８号公報
【特許文献２】特開２００５−２００６６７号公報
【特許文献３】特開２０００−１３０５２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述の特許文献に記載の発明には、以下の問題がある。
特許文献１、２は、化学成分を最適化することにより、１０００℃を超える高温浸炭処理を行っても結晶粒粗大化が生じないようにして、短時間の浸炭処理で深い硬化深さを実現し、耐摩耗性を改善することを特徴としている。このような成分最適化型の改善や、硬化処理後の表面層の最適化、使用される鋼材側の最適化による耐摩耗性向上技術は、浸炭窒化処理に関する特許も含め、他にも多数の特許が公開され、従来から活発な研究開発が行われてきた。
【０００９】
しかしながら、摺動面における摩耗現象がどのように進んでいくかという点は、使用される鋼材側だけの問題のみで決定されるのではなく、ベルトとプーリーの摺動面がどのように接触しているかによって大きく左右されると考えられる。
【００１０】
それに対し、特許文献３には、ベルトとプーリーとの接触状態をどうすれば摩耗が低減できるかという一つの提案として、シーブ面の表面粗さをある範囲内とすることが提案されている。しかし、実際には、Ｒａという単純な高さ方向の粗さの大きさのみを制御するだけでは摩耗現象を十分に抑制することが困難であることがわかった。
【００１１】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、耐摩耗性に優れたＣＶＴ用プーリーを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、ベルト式ＣＶＴにおけるベルトと摺動する摺動面を有し、素材の鋼として、ＪＩＳＧ４０５３に規定されているクロム鋼、または、クロムモリブデン鋼を用いて製造されたベルト式ＣＶＴ用プーリーであって、
上記摺動面は、その表面に内部よりも高硬度の硬化層を有すると共に、表面粗さＲｚが１．４〜６．３μｍであり、かつＪＩＳＢ０６７１に規定されている突出山部高さＲｐｋとの突出谷部深さＲｖｋの比であるＲｐｋ／Ｒｖｋが０．７５未満を満たす表面性状を有することを特徴とするベルト式ＣＶＴ用プーリーにある（請求項１）。
【００１３】
本発明者らは、従来から行われている表面硬化処理を適切に行って、使用する素材自身の持つ耐摩耗性を十分に高めた鋼材を用いることを前提として、さらに、いかなる条件がベルト式ＣＶＴ用プーリーの摺動面で生じる摩耗現象に大きく起因しているかについて詳しく調査した。その結果、上記摺動面の微小な凹凸形状のパターンが、上記摺動面と接触するベルトとの境界の潤滑油保持状況、すなわち、油膜保持状況に大きな影響を及ぼすことを見出し、更に、加工の都合ばかり考慮して微小凹凸形状になんら考慮することなくベルト式ＣＶＴ用プーリーを製造した場合には、摺動面の摩耗を適切に低減することが困難になることを見出したのである。以下、上記摺動面の摩耗を低減するためのポイントとなる点について説明する。
【００１４】
（１）上記ベルトのうち、上記ベルト式ＣＶＴ用プーリーと接触するエレメント側面（以下、ベルトと記す）は、摩擦力を安定したいという目的から、上記摺動面との接触面側で約０．１ｍｍ程度のピッチで凹凸が設けられていることが多い。凸部角部では、上記摺動面との間で局所的に高応力が発生すると共に、潤滑膜が大きく分断され、金属接触が生じる可能性がある。この際、上記摺動面に適当な大きさの凹凸を設けておくと、油膜が小さく分断されるに留まり、且つ、凸部角部に生じる局所応力が緩和されるので、摩耗の進行を抑制することができる。本発明のベルト式ＣＶＴ用プーリーは、ベルトの形状によらず効果を得ることができる。
【００１５】
（２）上記摺動面の旋削等による機械加工の後、例えば、粗研磨加工したり、さらにショットピーニング処理やラッピング加工を行うことによって、機械加工のままの状態で尖っていた部分の先端を適度につぶす方法を採用する。この方法により、突出して高くなっている突出山部高さを低下させ、突出谷部深さをそのまま確保することにより、突出谷部の深さに比べ、突出山部の高さを低くする。これにより、摺動面とベルトが面で接触する部分が増加し、局所的に高い応力が生じるのを防止することができ、かつ、上記突出谷部深さを突出山部高さと比較して深くすることにより、油膜保持効果を高めることができ、摩耗の進行を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
なお、本発明は、上記素材の成分に特徴を有する発明ではない。そのため、上記素材として、ＪＩＳＧ４０５３に規定されているクロム鋼、またはクロムモリブデン鋼を適用できるのはもちろんであるが、後述するごとく、ＪＩＳＧ４０５３に規定されているクロム鋼、またはクロムモリブデン鋼に若干の成分を追加で添加した鋼を適用しても良い。
【００１７】
また、本発明の主な特徴は、ベルトと摺動する摺動面の表面性状を具体的に規定した点にあるが、表面硬さを十分に高めていない状態で、優れた耐摩耗性を得られないことは説明するまでもないことである。従って、上記摺動面は、その表面に、内部よりも高硬度の硬化層を有することを前提とする。この硬化層は、例えば、浸炭層や浸炭窒化層等、公知の種々の硬化層を採用できる。なお、ここで言う表面硬さとは、表面から０．０５ｍｍの深さにおける硬さのことを言う。
【００１８】
また、硬さのみ高くても硬化深さが浅い場合には、長期間継続して優れた耐摩耗性を得ることが困難なため、硬化深さを０．５ｍｍ以上とすることが好ましい。上記硬化深さとは、ＪＩＳＧ０５５７で規定されている通り、Ｈｖ５５０以上の硬さとなっている深さのことを言う。
【００１９】
また、上記ベルト式ＣＶＴ用プーリーの上記摺動面は、表面粗さＲｚが１．４〜６．３μｍである。
摩耗現象の進行がどうなるかは、潤滑油の存在によって、ベルトと摺動面が直接金属接触する領域を細かく分断することがポイントとなる。潤滑油がベルトと摺動面との間に切れ目なく存在可能とするためには、上記摺動面に微小な凹凸を設け、ベルトと摺動面との隙間に潤滑油が存在可能とする必要がある。
【００２０】
本発明は、上述のごとく、上記摺動面を微小凹凸を有する面とすることにより、油膜を小さく分断し、ベルトと摺動面との間で金属接触が生じたとき、近傍の油膜が、その後互いにスリップして接触位置が移動した際にすぐに供給されるようにして金属接触領域を細かく分断し、耐摩耗性を改善することができる。
【００２１】
上記表面粗さが１．４μｍ未満の場合には、油膜切れが生じやすくなり、金属接触が起きやすくなるため、摩耗現象の進行が早くなるという問題がある。
また、摩耗現象は、摺動面だけでなく、ベルトの摩耗現象も同時に考慮する必要がある。すなわち、摺動面の表面粗さが大きすぎる場合には、油膜切れ領域の縮小を図ることは容易となるが、相手攻撃性が高くなってベルトの摩耗が大きくなるという問題がある。そのため、上記表面粗さＲｚの上限を６．３μｍとした。
【００２２】
また、上記ベルト式ＣＶＴ用プーリーの上記摺動面は、ＪＩＳＢ０６７１で規定する突出山部高さＲｐｋとの突出谷部深さＲｖｋの比であるＲｐｋ／Ｒｖｋが０．７５未満を満たす表面性状を有する。
上述したように、優れた耐摩耗性を得るためには摺動面の表面粗さを最適化する必要があるが、表面粗さを適正化するのみでは、十分な効果が得られにくい場合がある。
本発明では、表面の尖った箇所を少なくし、表面に潤滑油を確実に介在するように、上記突出山部に比較して上記突出谷部深さが深い表面性状とするため、Ｒｐｋ／Ｒｖｋを０．７５未満とした。
【００２３】
このような条件を満たす表面性状を概念的にモデル図として示したものが図１である。同図のように、上記突出山部８１に比較して上記突出谷部８２が深い表面性状を有することにより、表面の尖った箇所が少なくなり、摺動面とベルトとが面で接触する部分が増加するため、ベルトと摺動面との間の局所面圧が低く抑えることができる。また、谷部を山部に比較して深くすることによって油膜保持効果が高まり、表面に潤滑油を介在させることができる。それ故、摩耗現象の進行が大きく抑制され、優れた耐摩耗性を得ることができる。
【００２４】
なお、上記Ｒｐｋ／Ｒｖｋの値は、部品の使用による摩耗現象の進行によって変化するものであり、初期状態で上記Ｒｐｋ／Ｒｖｋが上記範囲を満足する場合でも、時間の進行とともに、上記Ｒｐｋ／Ｒｖｋが上記範囲外になることはありえる。従って、本発明で規定する上記Ｒｐｋ／Ｒｖｋは、使用開始の時点での状態を意味している。使用開始時にＲｐｋ／Ｒｖｋが０．７５未満を満たす表面性状を有するベルト式ＣＶＴ用プーリーを用いることによって、使用開始後の摩耗の進行を抑制できるため、寿命の長いベルト式ＣＶＴプーリーを提供することができる。
【００２５】
ここで、Ｒｐｋ／Ｒｖｋが０．７５未満を満たす、突出山部高さが小さく、突出谷部深さが大きい表面性状を得るための手段であるが、例えば、基本的に仕上げ加工を行った後、突出谷部深さに影響がでないように、突出山部の特に尖っている部分を意図的に潰す精密仕上げ加工を施す方法が挙げられる。具体的には、次のような方法が挙げられる。
【００２６】
（１）仕上げ加工を行った後、精密仕上げ加工を、凸部先端のみが潰され、凹部が残った状態で終了するように実施する。例えば、仕上げ加工として♯１００程度の粒度の砥石で研磨加工を施すことで、必要とする突出谷部深さを得る。その後、精密仕上げ加工として、♯１０００程度の粒度の細かい砥石を用いた研磨加工や、電解研磨を施す等の方法で、上記仕上げ加工の砥石による研磨痕が完全に消失しない程度に、更に研磨することで、突出谷深さにほとんど影響を及ぼさずに突出山部高さを低減することが可能である。
【００２７】
また、送り速度の調整等により、粗さが適当なレベルになるよう適正化して加工すれば、上記♯１００程度の粒度の砥石による研磨加工の代わりに、研削工具による研削加工によっても、上記と同様の砥石研磨や電解研磨を行うことによっても、目的の表面性状を得ることができる。また、これらの加工方法を併用しても良い。
【００２８】
（２）（１）の仕上げ加工と同様の仕上げ加工を行った後、精密仕上げ加工として、適当な粒径（０．０５〜０．２ｍｍ）のショット粒によるショットピーニング処理を施すことにより、突出山部の尖った部分を潰して、目的とする表面性状を得る。
【００２９】
（３）（１）の仕上げ加工と同様の仕上げ加工を行った後、（１）に記載の精密加工仕上げと、（２）に記載の精密加工仕上げとを併用することにより、目的とする表面性状を得る。
【００３０】
また、上記ベルト式ＣＶＴ用プーリーは、上記硬化層は、炭素濃度が０．６５〜１．４質量％、表面硬さがＨｖ７００以上の浸炭層であることが好ましい（請求項２）。
優れた耐摩耗性を得るためには、表面硬化処理により表面硬さを高める必要がある。この場合には、表面硬化処理として浸炭処理を施し、上記浸炭層の炭素濃度を０．６５質量％以上に高めて、表面硬さを高めることが好ましい。
上記炭素濃度が０．６５％未満の場合には、表面硬さが低くなるおそれがある。一方、上記炭素濃度が１．４％を超えると、必要な処理時間が長くなり、生産性が低下するおそれがある。
【００３１】
ここで、高炭素濃度の浸炭層を得る方法としては、例えば、浸炭時の雰囲気ガスのカーボンポテンシャルを高めて処理すれば良く、通常高濃度浸炭と呼ばれている方法が挙げられる。この高濃度浸炭を適用すれば、達成が可能である。
なお、ここで言う浸炭層は、部品としての最終加工後における表面から深さ１００μｍまでの範囲のことであり、上記炭素濃度の値は、上記浸炭層の範囲の平均炭素濃度とする。
【００３２】
また、本発明の主な特徴は、ベルトと摺動する摺動面の表面性状を具体的に規定した点にあるが、上記摺動面の表面に内部よりも高硬度の硬化層を有することを前提に、表面性状を最適化した場合に、優れた耐摩耗性が得られるのである。そのため、表面硬さを十分に高めていない状態で、優れた耐摩耗性を得られないことは説明するまでもないことである。従って、優れた耐摩耗性を得るために、表面硬さがＨｖ７００以上であることが好ましい。
【００３３】
また、上記硬化層は、窒素濃度をＮ（質量％）、表面硬さをＨ（Ｈｖ）とすると、Ｈ≧−３２０Ｎ＋７００を満たす浸炭窒化層であることが好ましい（請求項３）。
優れた耐摩耗性を得るためには、上述したごとく、表面硬化処理により表面硬さを高める必要がある。この場合には、表面硬化処理として浸炭窒化処理を行い、表層の炭素濃度及び窒素濃度を高め、上記窒素濃度Ｎ、上記表面硬さＨが、Ｈ≧−３２０Ｎ＋７００を満たし、上記窒素濃度Ｎと上記表面硬さＨとの関係を適正化することが好ましい。
【００３４】
このような式によって窒素濃度Ｎと表面硬さＨとの関係を適正化したのは、窒素の含有量が多い場合には、上記表面硬さが低い場合でもより優れた耐摩耗性を得られるためであり、−３２０Ｎ＋７００以上の表面硬さを有していれば、優れた耐摩耗性を得ることができる。
しかしながら、上記窒素濃度Ｎと上記表面硬さＨとの関係がＨ＜−３２０Ｎ＋７００となった場合には、表面硬さが不十分になり、必要とする耐摩耗性を得ることができないおそれがある。
【００３５】
なお、窒素濃度Ｎが高いほど低い表面硬さでも優れた耐摩耗性を得ることができるのは、上記窒素濃度Ｎが高くなると、焼戻し軟化抵抗が向上すると共に、鋼中の残留γが多くなり、このγが使用中にマルテンサイト変態することで、使用中の軟化が抑制されるためである。
ここで言う浸炭窒化層とは、部品としての最終加工後における表面から深さ１００μｍまでの範囲のことであり、上記窒素濃度Ｎの値は、上記浸炭窒化層の範囲の平均窒素濃度とする。
【００３６】
また、上記鋼に含有しているＳｉ、Ｍｏの少なくとも一方を質量％で、Ｓｉ：０．３５％超え〜１．０％、Ｍｏ：ＪＩＳ規格の上限超え〜０．８０％の範囲に増量してなることが好ましい（請求項４）。
【００３７】
Ｓｉ：０．３５％超え〜１．０％、
上記Ｓｉは、焼き戻し軟化抵抗を高められる元素としてよく知られており、ベルトと摺動面との摺動によって温度が上昇した場合における硬度低下を防止する効果を有する。従って、ＪＩＳ規格の上限である０．３５％を超えて増量できることとした。但し、上記Ｓｉの濃度が１．００％を超える場合には、浸炭異常層が増加し、強度低下の原因となるおそれがあるため、上限を１．００％とした。
【００３８】
Ｍｏ：ＪＩＳ規格の上限超え〜０．８０％、
上記Ｍｏは焼入れ性向上に効果を有する元素であると共に、硬化層及び芯部の強度、靭性を改善する元素でもある。また、Ｍｏは、浸炭異常層の生成を抑制する元素であり、焼きもどし軟化抵抗向上のため、浸炭異常層を増大する元素であるＳｉを増量した場合に、Ｍｏを添加することによって、浸炭異常層を適正レベルに調整可能にできる効果がある。従って、必要に応じてＪＩＳ規格の上限を超えて添加できることとした。しかしながら、上記Ｍｏは高価な元素であり、多量の添加はコストアップにつながり好ましくないため、上限を０．８０％とした。なお、下限をＪＩＳ規格の上限超としたのは、ＪＩＳの規格鋼によって規格上限の値が異なっているため、具体的数値では規定できなかったためである。
【００３９】
また、上記鋼は、質量％で、更に、Ｎｂ：０．００５〜０．２％、Ｔｉ：０．００５〜０．２％、Ｎｉ：０．０５〜１．０％、あるいはＢ：０．０００５〜０．００５％のうち１種又は２種以上を添加してなることが好ましい（請求項５）。
【００４０】
Ｎｂ：０．００５〜０．２％、Ｔｉ：０．００５〜０．２％、
Ｎｂ及びＴｉは表面硬化処理前の素材の段階で、鋼中に炭窒化物となって析出し、ピンニング効果により、表面硬化処理による結晶粒粗大化を防止する効果を有する。上述したように、優れた強度を得るために深い硬化深さを得るためには、表面硬化処理時間を長くする必要がある。その際、表面硬化処理温度を高くして、処理時間短縮を図ることは、生産性を高めるために必須となり、高い処理温度としても結晶粒粗大化防止を可能とするためには、上記Ｎｂ及びＴｉの添加が効果的であるため、上記ＪＩＳＧ４０５３に規定されているクロム鋼、または、クロムモリブデン鋼に加えて追加添加できるものとした。
【００４１】
なお、上記Ｎｂ、Ｔｉの添加量の下限を０．００５％としたのは、それ未満の量では添加効果が得られないおそれがあるためであり、一方、上限を０．２０％としたのは、多量に添加しても効果が飽和するとともに、かえって析出した炭窒化物が粗大化してピンニング効果が小さくなると共に、ベルトに対する攻撃性が増大して、ベルト側の摩耗が増加するおそれがあるからである。
【００４２】
Ｂ：０．０００５〜０．００５％、
上記Ｂは少量の添加で焼入れ性を向上させることのできる元素である。従って、部品寸法、要求特性などに応じて適量添加できることにしておくことは必要であると考えられるため、上記ＪＩＳＧ４０５３に規定されているクロム鋼、または、クロムモリブデン鋼に加えて追加添加できるものとした。なお、０．０００５〜０．００５質量％としたのは、従来からの経験で、この程度の添加が適当であることが良く知られているからである。
【００４３】
Ｎｉ：０．０５〜１．０％、
また、上記Ｎｉは、鋼の強度、靭性を改善する元素であるため、要求特性に合わせ、上記ＪＩＳＧ４０５３に規定されているクロム鋼、または、クロムモリブデン鋼に加えて追加添加できるものとした。なお、範囲を０．０５〜１．０％としたのは、上記Ｎｉの添加量が０．０５質量％未満の場合には、効果が得られないおそれがあり、１．０質量％を超える場合には、効果が飽和するとともにコストアップにつながるおそれがあるからである。
【実施例】
【００４４】
（実施例１）
本発明のベルト式ＣＶＴ用プーリーにかかる実施例について、図２を用いて説明する。
図２に示すごとく、本例のベルト式ＣＶＴ用プーリー２１、２２（以下、プーリー２１、２２という）は、ベルト式ＣＶＴ１におけるベルト３と摺動する円錐状の摺動面（シーブ面ともいう）２１０、２２０を有するものである。２つのプーリー２１の摺動面２１０を間隔可変（溝幅可変）の状態で対面させることによってプライマリプーリーを構成し、２つのプーリー２２の摺動面２２０を間隔可変の状態で対面させることによってセカンダリプーリーを構成する。
【００４５】
ベルト式ＣＶＴ１のベルト３は、鋼製で板状のエレメント３１を多数重ね、上記エレメント３１の両側面に設けた溝部分３１１にスチールバンド３２をはめ込むことによって得られるものである。ベルト式ＣＶＴ１は、このベルト３を、溝幅が可変の一対のプーリー２１、２２間に巻きかけ、溝幅を変更させることにより、変速が可能となるものである。
【００４６】
本例では、本発明の実施例及び比較例として、複数種類の試料（ベルト式ＣＶＴ用プーリー）を作製し、その特性を評価した。
各試料を製作するに当たっては、まず、素材として、表１に示す組成の鋼を使用した。
また、摺動面に、浸炭処理及び、表面加工を施した。
【００４７】
【表１】
【００４８】
上記浸炭処理としては、以下の条件で、高濃度浸炭と呼ばれる方法を行った。まず、９５０℃で７．７時間保持した後、８５０℃で０．７５時間保持し、その後、１３０℃で油焼入れした後、１５０℃で１時間焼き戻しを行った。
【００４９】
次に、上記摺動面に対して表面加工を施し、摺動面の表面性状が異なる試料を作製した。上記表面加工としては、研削、上面砥石研磨、上面微粒ショット、上面研削のうち１種又は２種を施した。ここで、上面とは、仕上げ加工後の突出山部の突出している部分に加工を施すことを意味する。上記表面加工について説明する。
【００５０】
（研削）
仕上げ加工として、切削工具を用いて研削加工を施し、必要とする突出谷部深さを得た。
（上面砥石研磨）
精密仕上げ加工として、突出谷部深さに影響を与えないように、＃８０〜１０００程度の粒度の砥石を用いて研磨を施し、突出山部高さを低減し、Ｒｐｋ／Ｒｖｋを変化させた。
【００５１】
（上面微粒ショット）
精密仕上げ加工として、突出谷部深さに影響を与えないように、φ０．３ｍｍの微粒ショットを用いて、ショットピーニング処理を施し、突出山部高さを低減し、Ｒｐｋ／Ｒｖｋを変化させた。
（上面研削）
精密仕上げ加工として、突出谷部深さに影響を与えないように、切削工具を用いて研削加工を施し、突出山部高さを低減し、Ｒｐｋ／Ｒｖｋを変化させた。
なお、得られた試料を表２、表３に示す。
【００５２】
次に、得られた試料について、摩耗試験を行い、耐摩耗性を評価した。
上記摩耗試験は、各試料を組み付けた上述の構造のベルト式ＣＶＴ１を、入力トルクを任意に変えられる設備に取り付けて行った。
上記ベルト式ＣＶＴ１のベルト３の巻きかけ位置を、変速比が最大（γmax）となり、アンダードライブ側に固定した条件とすることにより、プライマリプーリー（プーリー２１）に入力するトルク、摺動面２１０とベルト３とのベルト狭圧を実際に使用する際の最も厳しい条件となるようにして、摩擦試験を行った。
実際の使用では、アンダードライブ側の状態が長時間継続することはないため、この試験は現実の使用状態と比較して、非常に厳しい条件となっており、得られる結果から将来の高容量エンジンに搭載した時の摩耗量、あるいは、プーリーを小型化した時の摩耗量を再現・推測することができる。
【００５３】
具体的な条件は、プライマリプーリー（プーリー２１）への入力トルクＴｉｎ＝２００Ｎｍの仕様のベルト式ＣＶＴに、プライマリプーリー（プーリー２１）への入力トルクＴｉｎ＝３００Ｎｍ、プライマリプーリー（プーリー２１）への入力回転数Ｎｉｎ＝３０００ｒｐｍ、γmax固定、油温１５０℃の環境下で１７時間運転し、運転後のプーリー２１の摺動面２１０の摩耗量を測定するという条件とした。
摩耗量が１０μｍ以下の場合を合格とし、１０μｍを超える場合を不合格とした。結果を表２、表３に合わせて示す。
【００５４】
【表２】
【００５５】
【表３】
【００５６】
表２及び表３より知られるごとく、本発明の実施例である試料Ｅ１〜試料Ｅ１９は、摺動面における摩耗が１０μｍ以下であり、良好な結果を示した。
これに対し、本発明の比較例である試料Ｃ１〜試料Ｃ３は、Ｒｐｋ／Ｒｖｋが本発明の上限を上回るため、表面の尖っている部分が多くなり、摺動面における局所面圧が高く、摩耗現象が進行するため、摺動面における摩耗が１０μｍを超え、不合格であった。
また、本発明の比較例である試料Ｃ４は、表面硬さが本発明の好ましい範囲の下限を下回るため、耐摩耗性が劣り、摺動面における摩耗が１０μｍを超え、不合格であった。
【００５７】
また、本発明の比較例である試料Ｃ５は、表面粗さＲｚが本発明の下限を下回るため、油膜切れが生じやすくなり、金属接触が起きやすくなるため、摩耗現象の進行が早くなり、摺動面における摩耗が１０μｍを超え、不合格であった。
また、本発明の比較例である試料Ｃ６は、表面粗さＲｚが本発明の上限を上回るため、相手攻撃性が高くなって摩耗が大きくなるため、摺動面における摩耗が１０μｍを超え、不合格であった。
【００５８】
（実施例２）
本例は、実施例１の浸炭処理を浸炭窒化処理に変更した例である。他は、実施例１と同様である。
上記浸炭窒化処理としては、従来から行われている浸炭窒化処理を以下の条件で行った。まず、９５０℃で６時間保持した後、８４０℃で４時間保持し、その後、６０℃で油焼入れを行い、１６０℃で８０分間焼き戻しを行った。
得られた試料、及び、摩耗試験の結果を表４に示す。
【００５９】
【表４】
【００６０】
表４より知られるごとく、本発明の実施例である試料Ｅ２０〜試料Ｅ２６は、摺動面における摩耗が１０μｍ以下であり、良好な結果を示した。
これに対し、本発明の比較例である試料Ｃ７〜試料Ｃ１１は、表面硬さＨが、本発明の好ましい範囲の下限を下回るため、耐摩耗性が劣り、摺動面における摩耗が１０μｍを超えた。
また、本発明の比較例である試料Ｃ１２及び試料Ｃ１３は、Ｒｐｋ／Ｒｖｋが本発明の上限を上回るため、表面の尖っている部分が多くなり、摺動面における局所面圧が高く、摩耗現象が進行するため、摺動面における摩耗が１０μｍを超え、不合格であった。
【００６１】
ここで、本例における窒素濃度Ｎと表面硬さＨとの関係を図３を用いて説明する。図３は、横軸に窒素濃度Ｎ（質量％）、縦軸に表面硬さＨ（Ｈｖ）をとり、上記試料Ｅ２０〜試料Ｅ２６、試料Ｃ７〜試料Ｃ１１についてプロットしたものである。同図における○印は、上記摩耗試験の結果が合格であることを示し、また、×印は、上記摩耗試験の結果が不合格であることを示す。
図３より知られるごとく、上記窒素濃度Ｎ、上記表面硬さＨが、Ｈ≧−３２０Ｎ＋７００を満たす場合には、耐摩耗性に優れたＣＶＴ用プーリーを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】表面性状を概念的に示したモデル図。
【図２】実施例１における、ベルト式ＣＶＴの構成を示す説明図。
【図３】実施例２における、窒素濃度をＮと表面硬さをＨとの関係を示すグラフ図。
【符号の説明】
【００６３】
１ ベルト式ＣＶＴ
２１ ベルト式ＣＶＴ用プーリー
２２ ベルト式ＣＶＴ用プーリー
２１０ 摺動面
２１０ 摺動面
３ ベルト
３１ エレメント
３１１ 溝部分
３２ スチールバンド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の変速機として最近使用比率が増加しているベルト式無段変速機に用いられるベルト式ＣＶＴ用プーリーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車のベルト式無段変速機（以下、ベルト式ＣＶＴという）は、従来多く使用されてきた３速、又は４速の自動変速機（ＡＴ）と比較すると変速ショックがなく、滑らかな加速が得られることや燃費の点で有利である。そのため、ベルト式ＣＶＴを搭載した自動車が増加してきた。しかしながら、ベルト式ＣＶＴは、従来のＡＴに比較して重量が重くなるという欠点を有しており、重量がより軽くて高容量の得られるベルト式ＣＶＴの開発が強く望まれている。
【０００３】
上記ベルト式ＣＶＴは、溝幅が可変の一対のベルト式ＣＶＴ用プーリー間にベルトを巻き掛けた構造を有し、上記ベルト式プーリーの溝幅を変化させることにより変速を可能とする無段変速機である。
上記ベルト式ＣＶＴは、ベルトとプーリーの摺動面との間で、極めて高い圧力が負荷された状態で使用される。また、ベルトは、後述する図２に示すごとく、鋼製で板状のエレメント３１を多数重ね、上記エレメント３１に設けた左右の溝部分３１１にスチールバンド３２をはめ込むことによって得られる。すなわち、上記ベルト３を構成する鋼製のエレメント３１と接する上記摺動面２１は、非常に摩耗し易い状態で使用される。このような状況下で、重量がより軽くて高容量の得られるベルト式ＣＶＴ１を得るためには、上記摺動面２１を、より高い面圧を負荷させた場合でも摩耗が増加することのないようにすることが必要であり、そのための技術開発が不可欠となる。
【０００４】
このように、プーリーの摺動面では極めて高い耐摩耗性が要求されることから、従来から、摺動面に浸炭処理や浸炭窒化処理を行うことにより表層の硬度を高め、必要な耐摩耗性を確保してきた。しかしながら、上述のごとく、ＡＴに比べ重くなるという欠点を解決するためには、従来から行われている浸炭処理などの表面硬化処理の仕方を改善して、さらに耐摩耗性を向上できる新しい技術の開発が必要である。
【０００５】
これに対し、特許文献１、２には、浸炭による硬化深さを深くすることがベルト式ＣＶＴ用プーリーの性能を高めるために必要であることが記載され、従来、鋼を用いて通常の浸炭処理を行った場合には、硬化層を深くするために、より長時間の浸炭処理が必要になること、浸炭処理時間を短縮するために高温で浸炭処理を行うと、結晶粒の粗大化を生じるため、容易に浸炭処理を高くすることができないことが記載され、その課題を解決するために、Ｎｂ、Ｔｉなどの析出物を有効利用した鋼を適用することが提案されている。
【０００６】
また、特許文献３には、特許文献１、２のような成分の最適化を特徴とする発明ではなく、エレメントとプーリーの間の摺動によって起きる摩耗現象が、プーリーの摺動面の表面粗さＲａをある範囲内とした場合に、小さく抑えられることを特徴とする新しい提案について記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１６０２８８号公報
【特許文献２】特開２００５−２００６６７号公報
【特許文献３】特開２０００−１３０５２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述の特許文献に記載の発明には、以下の問題がある。
特許文献１、２は、化学成分を最適化することにより、１０００℃を超える高温浸炭処理を行っても結晶粒粗大化が生じないようにして、短時間の浸炭処理で深い硬化深さを実現し、耐摩耗性を改善することを特徴としている。このような成分最適化型の改善や、硬化処理後の表面層の最適化、使用される鋼材側の最適化による耐摩耗性向上技術は、浸炭窒化処理に関する特許も含め、他にも多数の特許が公開され、従来から活発な研究開発が行われてきた。
【０００９】
しかしながら、摺動面における摩耗現象がどのように進んでいくかという点は、使用される鋼材側だけの問題のみで決定されるのではなく、ベルトとプーリーの摺動面がどのように接触しているかによって大きく左右されると考えられる。
【００１０】
それに対し、特許文献３には、ベルトとプーリーとの接触状態をどうすれば摩耗が低減できるかという一つの提案として、シーブ面の表面粗さをある範囲内とすることが提案されている。しかし、実際には、Ｒａという単純な高さ方向の粗さの大きさのみを制御するだけでは摩耗現象を十分に抑制することが困難であることがわかった。
【００１１】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、耐摩耗性に優れたＣＶＴ用プーリーを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、ベルト式ＣＶＴにおけるベルトと摺動する摺動面を有し、素材の鋼として、ＪＩＳＧ４０５３に規定されているクロム鋼、または、クロムモリブデン鋼を用いて製造されたベルト式ＣＶＴ用プーリーであって、
上記摺動面は、その表面に内部よりも高硬度の硬化層を有すると共に、表面粗さＲｚが１．４〜６．３μｍであり、かつＪＩＳＢ０６７１に規定されている突出山部高さＲｐｋとの突出谷部深さＲｖｋの比であるＲｐｋ／Ｒｖｋが０．７５未満を満たす表面性状を有することを特徴とするベルト式ＣＶＴ用プーリーにある（請求項１）。
【００１３】
本発明者らは、従来から行われている表面硬化処理を適切に行って、使用する素材自身の持つ耐摩耗性を十分に高めた鋼材を用いることを前提として、さらに、いかなる条件がベルト式ＣＶＴ用プーリーの摺動面で生じる摩耗現象に大きく起因しているかについて詳しく調査した。その結果、上記摺動面の微小な凹凸形状のパターンが、上記摺動面と接触するベルトとの境界の潤滑油保持状況、すなわち、油膜保持状況に大きな影響を及ぼすことを見出し、更に、加工の都合ばかり考慮して微小凹凸形状になんら考慮することなくベルト式ＣＶＴ用プーリーを製造した場合には、摺動面の摩耗を適切に低減することが困難になることを見出したのである。以下、上記摺動面の摩耗を低減するためのポイントとなる点について説明する。
【００１４】
（１）上記ベルトのうち、上記ベルト式ＣＶＴ用プーリーと接触するエレメント側面（以下、ベルトと記す）は、摩擦力を安定したいという目的から、上記摺動面との接触面側で約０．１ｍｍ程度のピッチで凹凸が設けられていることが多い。凸部角部では、上記摺動面との間で局所的に高応力が発生すると共に、潤滑膜が大きく分断され、金属接触が生じる可能性がある。この際、上記摺動面に適当な大きさの凹凸を設けておくと、油膜が小さく分断されるに留まり、且つ、凸部角部に生じる局所応力が緩和されるので、摩耗の進行を抑制することができる。本発明のベルト式ＣＶＴ用プーリーは、ベルトの形状によらず効果を得ることができる。
【００１５】
（２）上記摺動面の旋削等による機械加工の後、例えば、粗研磨加工したり、さらにショットピーニング処理やラッピング加工を行うことによって、機械加工のままの状態で尖っていた部分の先端を適度につぶす方法を採用する。この方法により、突出して高くなっている突出山部高さを低下させ、突出谷部深さをそのまま確保することにより、突出谷部の深さに比べ、突出山部の高さを低くする。これにより、摺動面とベルトが面で接触する部分が増加し、局所的に高い応力が生じるのを防止することができ、かつ、上記突出谷部深さを突出山部高さと比較して深くすることにより、油膜保持効果を高めることができ、摩耗の進行を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
なお、本発明は、上記素材の成分に特徴を有する発明ではない。そのため、上記素材として、ＪＩＳＧ４０５３に規定されているクロム鋼、またはクロムモリブデン鋼を適用できるのはもちろんであるが、後述するごとく、ＪＩＳＧ４０５３に規定されているクロム鋼、またはクロムモリブデン鋼に若干の成分を追加で添加した鋼を適用しても良い。
【００１７】
また、本発明の主な特徴は、ベルトと摺動する摺動面の表面性状を具体的に規定した点にあるが、表面硬さを十分に高めていない状態で、優れた耐摩耗性を得られないことは説明するまでもないことである。従って、上記摺動面は、その表面に、内部よりも高硬度の硬化層を有することを前提とする。この硬化層は、例えば、浸炭層や浸炭窒化層等、公知の種々の硬化層を採用できる。なお、ここで言う表面硬さとは、表面から０．０５ｍｍの深さにおける硬さのことを言う。
【００１８】
また、硬さのみ高くても硬化深さが浅い場合には、長期間継続して優れた耐摩耗性を得ることが困難なため、硬化深さを０．５ｍｍ以上とすることが好ましい。上記硬化深さとは、ＪＩＳＧ０５５７で規定されている通り、Ｈｖ５５０以上の硬さとなっている深さのことを言う。
【００１９】
また、上記ベルト式ＣＶＴ用プーリーの上記摺動面は、表面粗さＲｚが１．４〜６．３μｍである。
摩耗現象の進行がどうなるかは、潤滑油の存在によって、ベルトと摺動面が直接金属接触する領域を細かく分断することがポイントとなる。潤滑油がベルトと摺動面との間に切れ目なく存在可能とするためには、上記摺動面に微小な凹凸を設け、ベルトと摺動面との隙間に潤滑油が存在可能とする必要がある。
【００２０】
本発明は、上述のごとく、上記摺動面を微小凹凸を有する面とすることにより、油膜を小さく分断し、ベルトと摺動面との間で金属接触が生じたとき、近傍の油膜が、その後互いにスリップして接触位置が移動した際にすぐに供給されるようにして金属接触領域を細かく分断し、耐摩耗性を改善することができる。
【００２１】
上記表面粗さが１．４μｍ未満の場合には、油膜切れが生じやすくなり、金属接触が起きやすくなるため、摩耗現象の進行が早くなるという問題がある。
また、摩耗現象は、摺動面だけでなく、ベルトの摩耗現象も同時に考慮する必要がある。すなわち、摺動面の表面粗さが大きすぎる場合には、油膜切れ領域の縮小を図ることは容易となるが、相手攻撃性が高くなってベルトの摩耗が大きくなるという問題がある。そのため、上記表面粗さＲｚの上限を６．３μｍとした。
【００２２】
また、上記ベルト式ＣＶＴ用プーリーの上記摺動面は、ＪＩＳＢ０６７１で規定する突出山部高さＲｐｋとの突出谷部深さＲｖｋの比であるＲｐｋ／Ｒｖｋが０．７５未満を満たす表面性状を有する。
上述したように、優れた耐摩耗性を得るためには摺動面の表面粗さを最適化する必要があるが、表面粗さを適正化するのみでは、十分な効果が得られにくい場合がある。
本発明では、表面の尖った箇所を少なくし、表面に潤滑油を確実に介在するように、上記突出山部に比較して上記突出谷部深さが深い表面性状とするため、Ｒｐｋ／Ｒｖｋを０．７５未満とした。
【００２３】
このような条件を満たす表面性状を概念的にモデル図として示したものが図１である。同図のように、上記突出山部８１に比較して上記突出谷部８２が深い表面性状を有することにより、表面の尖った箇所が少なくなり、摺動面とベルトとが面で接触する部分が増加するため、ベルトと摺動面との間の局所面圧が低く抑えることができる。また、谷部を山部に比較して深くすることによって油膜保持効果が高まり、表面に潤滑油を介在させることができる。それ故、摩耗現象の進行が大きく抑制され、優れた耐摩耗性を得ることができる。
【００２４】
なお、上記Ｒｐｋ／Ｒｖｋの値は、部品の使用による摩耗現象の進行によって変化するものであり、初期状態で上記Ｒｐｋ／Ｒｖｋが上記範囲を満足する場合でも、時間の進行とともに、上記Ｒｐｋ／Ｒｖｋが上記範囲外になることはありえる。従って、本発明で規定する上記Ｒｐｋ／Ｒｖｋは、使用開始の時点での状態を意味している。使用開始時にＲｐｋ／Ｒｖｋが０．７５未満を満たす表面性状を有するベルト式ＣＶＴ用プーリーを用いることによって、使用開始後の摩耗の進行を抑制できるため、寿命の長いベルト式ＣＶＴプーリーを提供することができる。
【００２５】
ここで、Ｒｐｋ／Ｒｖｋが０．７５未満を満たす、突出山部高さが小さく、突出谷部深さが大きい表面性状を得るための手段であるが、例えば、基本的に仕上げ加工を行った後、突出谷部深さに影響がでないように、突出山部の特に尖っている部分を意図的に潰す精密仕上げ加工を施す方法が挙げられる。具体的には、次のような方法が挙げられる。
【００２６】
（１）仕上げ加工を行った後、精密仕上げ加工を、凸部先端のみが潰され、凹部が残った状態で終了するように実施する。例えば、仕上げ加工として♯１００程度の粒度の砥石で研磨加工を施すことで、必要とする突出谷部深さを得る。その後、精密仕上げ加工として、♯１０００程度の粒度の細かい砥石を用いた研磨加工や、電解研磨を施す等の方法で、上記仕上げ加工の砥石による研磨痕が完全に消失しない程度に、更に研磨することで、突出谷深さにほとんど影響を及ぼさずに突出山部高さを低減することが可能である。
【００２７】
また、送り速度の調整等により、粗さが適当なレベルになるよう適正化して加工すれば、上記♯１００程度の粒度の砥石による研磨加工の代わりに、研削工具による研削加工によっても、上記と同様の砥石研磨や電解研磨を行うことによっても、目的の表面性状を得ることができる。また、これらの加工方法を併用しても良い。
【００２８】
（２）（１）の仕上げ加工と同様の仕上げ加工を行った後、精密仕上げ加工として、適当な粒径（０．０５〜０．２ｍｍ）のショット粒によるショットピーニング処理を施すことにより、突出山部の尖った部分を潰して、目的とする表面性状を得る。
【００２９】
（３）（１）の仕上げ加工と同様の仕上げ加工を行った後、（１）に記載の精密加工仕上げと、（２）に記載の精密加工仕上げとを併用することにより、目的とする表面性状を得る。
【００３０】
また、上記ベルト式ＣＶＴ用プーリーは、上記硬化層は、炭素濃度が０．６５〜１．４質量％、表面硬さがＨｖ７００以上の浸炭層であることが好ましい（請求項２）。
優れた耐摩耗性を得るためには、表面硬化処理により表面硬さを高める必要がある。この場合には、表面硬化処理として浸炭処理を施し、上記浸炭層の炭素濃度を０．６５質量％以上に高めて、表面硬さを高めることが好ましい。
上記炭素濃度が０．６５％未満の場合には、表面硬さが低くなるおそれがある。一方、上記炭素濃度が１．４％を超えると、必要な処理時間が長くなり、生産性が低下するおそれがある。
【００３１】
ここで、高炭素濃度の浸炭層を得る方法としては、例えば、浸炭時の雰囲気ガスのカーボンポテンシャルを高めて処理すれば良く、通常高濃度浸炭と呼ばれている方法が挙げられる。この高濃度浸炭を適用すれば、達成が可能である。
なお、ここで言う浸炭層は、部品としての最終加工後における表面から深さ１００μｍまでの範囲のことであり、上記炭素濃度の値は、上記浸炭層の範囲の平均炭素濃度とする。
【００３２】
また、本発明の主な特徴は、ベルトと摺動する摺動面の表面性状を具体的に規定した点にあるが、上記摺動面の表面に内部よりも高硬度の硬化層を有することを前提に、表面性状を最適化した場合に、優れた耐摩耗性が得られるのである。そのため、表面硬さを十分に高めていない状態で、優れた耐摩耗性を得られないことは説明するまでもないことである。従って、優れた耐摩耗性を得るために、表面硬さがＨｖ７００以上であることが好ましい。
【００３３】
また、上記硬化層は、窒素濃度をＮ（質量％）、表面硬さをＨ（Ｈｖ）とすると、Ｈ≧−３２０Ｎ＋７００を満たす浸炭窒化層であることが好ましい（請求項３）。
優れた耐摩耗性を得るためには、上述したごとく、表面硬化処理により表面硬さを高める必要がある。この場合には、表面硬化処理として浸炭窒化処理を行い、表層の炭素濃度及び窒素濃度を高め、上記窒素濃度Ｎ、上記表面硬さＨが、Ｈ≧−３２０Ｎ＋７００を満たし、上記窒素濃度Ｎと上記表面硬さＨとの関係を適正化することが好ましい。
【００３４】
このような式によって窒素濃度Ｎと表面硬さＨとの関係を適正化したのは、窒素の含有量が多い場合には、上記表面硬さが低い場合でもより優れた耐摩耗性を得られるためであり、−３２０Ｎ＋７００以上の表面硬さを有していれば、優れた耐摩耗性を得ることができる。
しかしながら、上記窒素濃度Ｎと上記表面硬さＨとの関係がＨ＜−３２０Ｎ＋７００となった場合には、表面硬さが不十分になり、必要とする耐摩耗性を得ることができないおそれがある。
【００３５】
なお、窒素濃度Ｎが高いほど低い表面硬さでも優れた耐摩耗性を得ることができるのは、上記窒素濃度Ｎが高くなると、焼戻し軟化抵抗が向上すると共に、鋼中の残留γが多くなり、このγが使用中にマルテンサイト変態することで、使用中の軟化が抑制されるためである。
ここで言う浸炭窒化層とは、部品としての最終加工後における表面から深さ１００μｍまでの範囲のことであり、上記窒素濃度Ｎの値は、上記浸炭窒化層の範囲の平均窒素濃度とする。
【００３６】
また、上記鋼に含有しているＳｉ、Ｍｏの少なくとも一方を質量％で、Ｓｉ：０．３５％超え〜１．０％、Ｍｏ：ＪＩＳ規格の上限超え〜０．８０％の範囲に増量してなることが好ましい（請求項４）。
【００３７】
Ｓｉ：０．３５％超え〜１．０％、
上記Ｓｉは、焼き戻し軟化抵抗を高められる元素としてよく知られており、ベルトと摺動面との摺動によって温度が上昇した場合における硬度低下を防止する効果を有する。従って、ＪＩＳ規格の上限である０．３５％を超えて増量できることとした。但し、上記Ｓｉの濃度が１．００％を超える場合には、浸炭異常層が増加し、強度低下の原因となるおそれがあるため、上限を１．００％とした。
【００３８】
Ｍｏ：ＪＩＳ規格の上限超え〜０．８０％、
上記Ｍｏは焼入れ性向上に効果を有する元素であると共に、硬化層及び芯部の強度、靭性を改善する元素でもある。また、Ｍｏは、浸炭異常層の生成を抑制する元素であり、焼きもどし軟化抵抗向上のため、浸炭異常層を増大する元素であるＳｉを増量した場合に、Ｍｏを添加することによって、浸炭異常層を適正レベルに調整可能にできる効果がある。従って、必要に応じてＪＩＳ規格の上限を超えて添加できることとした。しかしながら、上記Ｍｏは高価な元素であり、多量の添加はコストアップにつながり好ましくないため、上限を０．８０％とした。なお、下限をＪＩＳ規格の上限超としたのは、ＪＩＳの規格鋼によって規格上限の値が異なっているため、具体的数値では規定できなかったためである。
【００３９】
また、上記鋼は、質量％で、更に、Ｎｂ：０．００５〜０．２％、Ｔｉ：０．００５〜０．２％、Ｎｉ：０．０５〜１．０％、あるいはＢ：０．０００５〜０．００５％のうち１種又は２種以上を添加してなることが好ましい（請求項５）。
【００４０】
Ｎｂ：０．００５〜０．２％、Ｔｉ：０．００５〜０．２％、
Ｎｂ及びＴｉは表面硬化処理前の素材の段階で、鋼中に炭窒化物となって析出し、ピンニング効果により、表面硬化処理による結晶粒粗大化を防止する効果を有する。上述したように、優れた強度を得るために深い硬化深さを得るためには、表面硬化処理時間を長くする必要がある。その際、表面硬化処理温度を高くして、処理時間短縮を図ることは、生産性を高めるために必須となり、高い処理温度としても結晶粒粗大化防止を可能とするためには、上記Ｎｂ及びＴｉの添加が効果的であるため、上記ＪＩＳＧ４０５３に規定されているクロム鋼、または、クロムモリブデン鋼に加えて追加添加できるものとした。
【００４１】
なお、上記Ｎｂ、Ｔｉの添加量の下限を０．００５％としたのは、それ未満の量では添加効果が得られないおそれがあるためであり、一方、上限を０．２０％としたのは、多量に添加しても効果が飽和するとともに、かえって析出した炭窒化物が粗大化してピンニング効果が小さくなると共に、ベルトに対する攻撃性が増大して、ベルト側の摩耗が増加するおそれがあるからである。
【００４２】
Ｂ：０．０００５〜０．００５％、
上記Ｂは少量の添加で焼入れ性を向上させることのできる元素である。従って、部品寸法、要求特性などに応じて適量添加できることにしておくことは必要であると考えられるため、上記ＪＩＳＧ４０５３に規定されているクロム鋼、または、クロムモリブデン鋼に加えて追加添加できるものとした。なお、０．０００５〜０．００５質量％としたのは、従来からの経験で、この程度の添加が適当であることが良く知られているからである。
【００４３】
Ｎｉ：０．０５〜１．０％、
また、上記Ｎｉは、鋼の強度、靭性を改善する元素であるため、要求特性に合わせ、上記ＪＩＳＧ４０５３に規定されているクロム鋼、または、クロムモリブデン鋼に加えて追加添加できるものとした。なお、範囲を０．０５〜１．０％としたのは、上記Ｎｉの添加量が０．０５質量％未満の場合には、効果が得られないおそれがあり、１．０質量％を超える場合には、効果が飽和するとともにコストアップにつながるおそれがあるからである。
【実施例】
【００４４】
（実施例１）
本発明のベルト式ＣＶＴ用プーリーにかかる実施例について、図２を用いて説明する。
図２に示すごとく、本例のベルト式ＣＶＴ用プーリー２１、２２（以下、プーリー２１、２２という）は、ベルト式ＣＶＴ１におけるベルト３と摺動する円錐状の摺動面（シーブ面ともいう）２１０、２２０を有するものである。２つのプーリー２１の摺動面２１０を間隔可変（溝幅可変）の状態で対面させることによってプライマリプーリーを構成し、２つのプーリー２２の摺動面２２０を間隔可変の状態で対面させることによってセカンダリプーリーを構成する。
【００４５】
ベルト式ＣＶＴ１のベルト３は、鋼製で板状のエレメント３１を多数重ね、上記エレメント３１の両側面に設けた溝部分３１１にスチールバンド３２をはめ込むことによって得られるものである。ベルト式ＣＶＴ１は、このベルト３を、溝幅が可変の一対のプーリー２１、２２間に巻きかけ、溝幅を変更させることにより、変速が可能となるものである。
【００４６】
本例では、本発明の実施例及び比較例として、複数種類の試料（ベルト式ＣＶＴ用プーリー）を作製し、その特性を評価した。
各試料を製作するに当たっては、まず、素材として、表１に示す組成の鋼を使用した。
また、摺動面に、浸炭処理及び、表面加工を施した。
【００４７】
【表１】
【００４８】
上記浸炭処理としては、以下の条件で、高濃度浸炭と呼ばれる方法を行った。まず、９５０℃で７．７時間保持した後、８５０℃で０．７５時間保持し、その後、１３０℃で油焼入れした後、１５０℃で１時間焼き戻しを行った。
【００４９】
次に、上記摺動面に対して表面加工を施し、摺動面の表面性状が異なる試料を作製した。上記表面加工としては、研削、上面砥石研磨、上面微粒ショット、上面研削のうち１種又は２種を施した。ここで、上面とは、仕上げ加工後の突出山部の突出している部分に加工を施すことを意味する。上記表面加工について説明する。
【００５０】
（研削）
仕上げ加工として、切削工具を用いて研削加工を施し、必要とする突出谷部深さを得た。
（上面砥石研磨）
精密仕上げ加工として、突出谷部深さに影響を与えないように、＃８０〜１０００程度の粒度の砥石を用いて研磨を施し、突出山部高さを低減し、Ｒｐｋ／Ｒｖｋを変化させた。
【００５１】
（上面微粒ショット）
精密仕上げ加工として、突出谷部深さに影響を与えないように、φ０．３ｍｍの微粒ショットを用いて、ショットピーニング処理を施し、突出山部高さを低減し、Ｒｐｋ／Ｒｖｋを変化させた。
（上面研削）
精密仕上げ加工として、突出谷部深さに影響を与えないように、切削工具を用いて研削加工を施し、突出山部高さを低減し、Ｒｐｋ／Ｒｖｋを変化させた。
なお、得られた試料を表２、表３に示す。
【００５２】
次に、得られた試料について、摩耗試験を行い、耐摩耗性を評価した。
上記摩耗試験は、各試料を組み付けた上述の構造のベルト式ＣＶＴ１を、入力トルクを任意に変えられる設備に取り付けて行った。
上記ベルト式ＣＶＴ１のベルト３の巻きかけ位置を、変速比が最大（γmax）となり、アンダードライブ側に固定した条件とすることにより、プライマリプーリー（プーリー２１）に入力するトルク、摺動面２１０とベルト３とのベルト狭圧を実際に使用する際の最も厳しい条件となるようにして、摩擦試験を行った。
実際の使用では、アンダードライブ側の状態が長時間継続することはないため、この試験は現実の使用状態と比較して、非常に厳しい条件となっており、得られる結果から将来の高容量エンジンに搭載した時の摩耗量、あるいは、プーリーを小型化した時の摩耗量を再現・推測することができる。
【００５３】
具体的な条件は、プライマリプーリー（プーリー２１）への入力トルクＴｉｎ＝２００Ｎｍの仕様のベルト式ＣＶＴに、プライマリプーリー（プーリー２１）への入力トルクＴｉｎ＝３００Ｎｍ、プライマリプーリー（プーリー２１）への入力回転数Ｎｉｎ＝３０００ｒｐｍ、γmax固定、油温１５０℃の環境下で１７時間運転し、運転後のプーリー２１の摺動面２１０の摩耗量を測定するという条件とした。
摩耗量が１０μｍ以下の場合を合格とし、１０μｍを超える場合を不合格とした。結果を表２、表３に合わせて示す。
【００５４】
【表２】
【００５５】
【表３】
【００５６】
表２及び表３より知られるごとく、本発明の実施例である試料Ｅ１〜試料Ｅ１９は、摺動面における摩耗が１０μｍ以下であり、良好な結果を示した。
これに対し、本発明の比較例である試料Ｃ１〜試料Ｃ３は、Ｒｐｋ／Ｒｖｋが本発明の上限を上回るため、表面の尖っている部分が多くなり、摺動面における局所面圧が高く、摩耗現象が進行するため、摺動面における摩耗が１０μｍを超え、不合格であった。
また、本発明の比較例である試料Ｃ４は、表面硬さが本発明の好ましい範囲の下限を下回るため、耐摩耗性が劣り、摺動面における摩耗が１０μｍを超え、不合格であった。
【００５７】
また、本発明の比較例である試料Ｃ５は、表面粗さＲｚが本発明の下限を下回るため、油膜切れが生じやすくなり、金属接触が起きやすくなるため、摩耗現象の進行が早くなり、摺動面における摩耗が１０μｍを超え、不合格であった。
また、本発明の比較例である試料Ｃ６は、表面粗さＲｚが本発明の上限を上回るため、相手攻撃性が高くなって摩耗が大きくなるため、摺動面における摩耗が１０μｍを超え、不合格であった。
【００５８】
（実施例２）
本例は、実施例１の浸炭処理を浸炭窒化処理に変更した例である。他は、実施例１と同様である。
上記浸炭窒化処理としては、従来から行われている浸炭窒化処理を以下の条件で行った。まず、９５０℃で６時間保持した後、８４０℃で４時間保持し、その後、６０℃で油焼入れを行い、１６０℃で８０分間焼き戻しを行った。
得られた試料、及び、摩耗試験の結果を表４に示す。
【００５９】
【表４】
【００６０】
表４より知られるごとく、本発明の実施例である試料Ｅ２０〜試料Ｅ２６は、摺動面における摩耗が１０μｍ以下であり、良好な結果を示した。
これに対し、本発明の比較例である試料Ｃ７〜試料Ｃ１１は、表面硬さＨが、本発明の好ましい範囲の下限を下回るため、耐摩耗性が劣り、摺動面における摩耗が１０μｍを超えた。
また、本発明の比較例である試料Ｃ１２及び試料Ｃ１３は、Ｒｐｋ／Ｒｖｋが本発明の上限を上回るため、表面の尖っている部分が多くなり、摺動面における局所面圧が高く、摩耗現象が進行するため、摺動面における摩耗が１０μｍを超え、不合格であった。
【００６１】
ここで、本例における窒素濃度Ｎと表面硬さＨとの関係を図３を用いて説明する。図３は、横軸に窒素濃度Ｎ（質量％）、縦軸に表面硬さＨ（Ｈｖ）をとり、上記試料Ｅ２０〜試料Ｅ２６、試料Ｃ７〜試料Ｃ１１についてプロットしたものである。同図における○印は、上記摩耗試験の結果が合格であることを示し、また、×印は、上記摩耗試験の結果が不合格であることを示す。
図３より知られるごとく、上記窒素濃度Ｎ、上記表面硬さＨが、Ｈ≧−３２０Ｎ＋７００を満たす場合には、耐摩耗性に優れたＣＶＴ用プーリーを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】表面性状を概念的に示したモデル図。
【図２】実施例１における、ベルト式ＣＶＴの構成を示す説明図。
【図３】実施例２における、窒素濃度をＮと表面硬さをＨとの関係を示すグラフ図。
【符号の説明】
【００６３】
１ ベルト式ＣＶＴ
２１ ベルト式ＣＶＴ用プーリー
２２ ベルト式ＣＶＴ用プーリー
２１０ 摺動面
２１０ 摺動面
３ ベルト
３１ エレメント
３１１ 溝部分
３２ スチールバンド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベルト式無段階変速機（以下、ベルト式ＣＶＴという）におけるベルトと摺動する摺動面を有し、素材の鋼として、ＪＩＳＧ４０５３に規定されているクロム鋼、または、クロムモリブデン鋼を用いて製造されたベルト式ＣＶＴ用プーリーであって、
上記摺動面は、その表面に内部よりも高硬度の硬化層を有すると共に、表面粗さＲｚが１．４〜６．３μｍであり、かつＪＩＳＢ０６７１に規定されている突出山部高さＲｐｋとの突出谷部深さＲｖｋの比であるＲｐｋ／Ｒｖｋが０．７５未満を満たす表面性状を有することを特徴とするベルト式ＣＶＴ用プーリー。
【請求項２】
請求項１において、上記硬化層は、炭素濃度が０．６５〜１．４質量％、表面硬さがＨｖ７００以上の浸炭層であることを特徴とするベルト式ＣＶＴ用プーリー。
【請求項３】
請求項１において、上記硬化層は、窒素濃度をＮ（質量％）、表面硬さをＨ（Ｈｖ）とすると、Ｈ≧−３２０Ｎ＋７００を満たす浸炭窒化層であることを特徴とするベルト式ＣＶＴ用プーリー。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項において、上記鋼に含有しているＳｉ、Ｍｏの少なくとも一方を質量％で、Ｓｉ：０．３５％超え〜１．０％、Ｍｏ：ＪＩＳ規格の上限超え〜０．８０％の範囲に増量してなることを特徴とするベルト式ＣＶＴ用プーリー。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項において、上記鋼は、質量％で、更に、Ｎｂ：０．００５〜０．２％、Ｔｉ：０．００５〜０．２％、Ｎｉ：０．０５〜１．０％、あるいはＢ：０．０００５〜０．００５％のうち１種又は２種以上を添加してなることを特徴とするベルト式ＣＶＴ用プーリー。
【請求項１】
ベルト式無段階変速機（以下、ベルト式ＣＶＴという）におけるベルトと摺動する摺動面を有し、素材の鋼として、ＪＩＳＧ４０５３に規定されているクロム鋼、または、クロムモリブデン鋼を用いて製造されたベルト式ＣＶＴ用プーリーであって、
上記摺動面は、その表面に内部よりも高硬度の硬化層を有すると共に、表面粗さＲｚが１．４〜６．３μｍであり、かつＪＩＳＢ０６７１に規定されている突出山部高さＲｐｋとの突出谷部深さＲｖｋの比であるＲｐｋ／Ｒｖｋが０．７５未満を満たす表面性状を有することを特徴とするベルト式ＣＶＴ用プーリー。
【請求項２】
請求項１において、上記硬化層は、炭素濃度が０．６５〜１．４質量％、表面硬さがＨｖ７００以上の浸炭層であることを特徴とするベルト式ＣＶＴ用プーリー。
【請求項３】
請求項１において、上記硬化層は、窒素濃度をＮ（質量％）、表面硬さをＨ（Ｈｖ）とすると、Ｈ≧−３２０Ｎ＋７００を満たす浸炭窒化層であることを特徴とするベルト式ＣＶＴ用プーリー。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項において、上記鋼に含有しているＳｉ、Ｍｏの少なくとも一方を質量％で、Ｓｉ：０．３５％超え〜１．０％、Ｍｏ：ＪＩＳ規格の上限超え〜０．８０％の範囲に増量してなることを特徴とするベルト式ＣＶＴ用プーリー。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項において、上記鋼は、質量％で、更に、Ｎｂ：０．００５〜０．２％、Ｔｉ：０．００５〜０．２％、Ｎｉ：０．０５〜１．０％、あるいはＢ：０．０００５〜０．００５％のうち１種又は２種以上を添加してなることを特徴とするベルト式ＣＶＴ用プーリー。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００７−２６２４７０（Ｐ２００７−２６２４７０Ａ）
【公開日】平成１９年１０月１１日（２００７．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−８７８９７（Ｐ２００６−８７８９７）
【出願日】平成１８年３月２８日（２００６．３．２８）
【出願人】（０００１１６６５５）愛知製鋼株式会社 (141)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月１１日（２００７．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月２８日（２００６．３．２８）
【出願人】（０００１１６６５５）愛知製鋼株式会社 (141)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]