JP4269583B2

JP4269583B2 - Rolling bearing, belt type continuously variable transmission using the same

Info

Publication number: JP4269583B2
Application number: JP2002164262A
Authority: JP
Inventors: 英幸宇山; 進田中; 慎治藤田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2002-06-05
Filing date: 2002-06-05
Publication date: 2009-05-27
Anticipated expiration: 2022-06-05
Also published as: JP2004011711A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両のベルト式無段変速機のプーリ軸を支持する転がり軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両のベルト式無段変速機は、自動変速機の変速機構として、ベルト駆動のプーリの半径を連続的に変える機構を有するものである。例えば図４に示すように、平行に配置された入力軸（駆動軸）５と出力軸（従動軸）６にそれぞれプーリ７，８が設けてあり、これらのプーリ間に金属製のベルト９が巻き付けてある。このベルト９は、厚さ０．２ｍｍ程度の薄板を１０枚程度重ねた構造の２条のリング９１に、多数の薄い（厚さ２ｍｍ程度の）摩擦片９２を取り付けた構造となっており、この摩擦片９２が押し合うときの押力で動力を伝えるものである。
【０００３】
このベルト９を介して、入力軸プーリ（プライマリプーリ）７から出力軸プーリ（セカンダリプーリ）８に駆動力の伝動がなされる。両プーリ７，８は、各軸５，６に固定された固定円錐板７１，８１と、油圧機構によって軸方向に移動可能な可動円錐板７２，８２とで構成され、両円錐板によってＶ字状プーリ溝が形成されている。
【０００４】
これらのプーリ７，８の各可動円錐板７２，８２を軸方向に移動して溝幅を変え、ベルト９がプーリ７，８に接触する位置（プーリの有効回転半径）を変更することで、変速比を無段階に変えることができる。例えば、入力軸プーリの溝幅を縮小するとともに出力軸プーリの溝幅を拡大すれば、入力軸プーリの有効回転半径は小さくなり、出力軸プーリの有効回転半径が大きくなって、大きな変速比が得られる。
【０００５】
各プーリ７，８の固定円錐板７１，８１が一体化された軸部（プーリ軸）７１ａ，８１ａは、ラジアル玉軸受１１，１２により支持されている。これらのプーリ軸７１ａ，８１ａは、軸出力を後段に伝達する際に、反力としてアキシャル荷重を受ける。そのため、このアキシャル荷重によって各ラジアル玉軸受１１，１２が軸方向に変位して、入力軸プーリと出力軸プーリとで溝幅方向の中心がずれる（所謂「芯ずれ」が生じる）ことを防止する必要がある。前記芯ずれが大きくなると、ベルト９が蛇行してリング９１と摩擦片９２とが不適切に接触することで損傷に至る場合もあるし、玉軸受１１，１２にすべりが生じて発熱量が大きくなる場合もある。
【０００６】
その対策として、特公平８−３０５２６号公報には、プーリ軸を支持する玉軸受について、内輪および外輪の軌道溝の曲率半径（Ｒ）のボール直径（Ｄ）に対する比（Ｒ／Ｄ）を、通常の標準設定値（０．５３）よりも小さくすること（内輪で５０．１〜５０．９％、外輪で５０．１〜５１．９％）が記載されている。この比（Ｒ／Ｄ）が小さいほどアキシャル荷重によって玉軸受が軸方向にずれ難いため、前述のプーリ間の芯ずれは生じ難くなる。
【０００７】
一方、ベルト式無段変速機の潤滑油としては、トルクコンバーター、歯車機構、油圧機構、湿式クラッチ等を円滑に作動させて動力を伝達するために、前記プーリ軸を支持する玉軸受も含めて、トラクションオイル（トラクション係数が０．０９以上であり、動粘度が４０℃で３０．８×１０^-5ｍ²／ｓ（３０．８ｃＳｔ）以上であって、特殊な摩耗調整剤などを含む潤滑油）が使用されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、特公平８−３０５２６号公報の方法のように、比（Ｒ／Ｄ）を小さくすると、軌道溝とボールとの接触面積は大きくなって面圧が小さくなるため、軸受寿命が長くなることが期待される。
しかしながら、トラクションオイルで潤滑されるラジアル玉軸受では、面圧を小さくする方法によって期待通りの長い寿命を得ることは困難であることが分かった。その理由は、潤滑油がトラクションオイルの場合と鉱油の場合で剥離形態が異なることに起因すると推測される。
【０００９】
すなわち、潤滑油が鉱油の場合には、図５（ａ）に示すように、剥離の起点部の位置が軌道溝の溝幅方向の中心にあるに対して、トラクションオイルの場合には、図５（ｂ）に示すように、軌道溝の溝幅方向の中心から外れた位置にある場合が多い。この位置は、軌道輪と玉との回転速度差Ｖが大きな位置であり、軸受寿命には軌道輪と玉との面圧Ｐだけでなく回転速度差Ｖも何らかの影響を及ぼしていると考えられる。ここで、比（Ｒ／Ｄ）を小さくすることは、軌道溝の溝幅方向の中心から外れた位置に玉が接触し易くなることに繋がる。そして、この位置（接触楕円の中心から外れた位置）で軌道輪と玉が接触すると、差動滑りが生じる。
【００１０】
また、ベルト式無段変速機のプーリ軸を支持する転がり軸受には、前述のプーリ間の芯ずれに伴う滑りだけではなく、プーリ間に巻き付けた金属製ベルトの構造に起因する微小振動が生じる。さらに、前述の芯ずれの原因となるアキシャル荷重も変速に伴って変動する。このような微小振動およびアキシャル荷重の変動が大きくなると、玉と軌道輪間の潤滑膜の厚さが変化したり、玉と軌道輪との接触角が変化したりして、玉の回転が不安定になる。これに伴って、玉と軌道輪との間の滑りが大きくなる場合がある。
【００１１】
また、ベルト式無段変速機の潤滑油（トラクションオイル）には動力の伝達効率を高めるための工夫がなされており、このような潤滑環境下で玉と軌道輪との間の滑りが大きくなると、軌道輪表面近傍に作用する接線力が増大し、温度が上昇し、玉と軌道輪との間にメカノケミカル反応が生じ易くなるものと考えられる。すなわち、この軸受には、金属接触による発熱や表面疲労が生じ易くなるとともに、軌道面に新生面が生じ易くなり、その結果、新生面が触媒となって炭化水素や潤滑油中の水分等が分解されて水素が生じ、特異的に早期剥離が引き起こされて、軸受寿命が低下するのではないかと推測される。
【００１２】
したがって、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の場合には、前記比（Ｒ／Ｄ）を小さくする方法では、両プーリ間の芯ずれを小さくする目的と軸受寿命を長くする目的の両方を達成することはできない。
本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、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において、玉と軌道輪との間の滑りに起因する寿命低下を抑制すること、およびベルトを巻き付ける両プーリ間の芯ずれを小さくしながら軸受の長寿命化を図ることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、内輪と外輪との間に複数の玉が転動自在に配設された転がり軸受において、内輪および外輪のうちの一方は、玉直径（Ｄ）に対する軌道溝の曲率半径（Ｒ）の比（Ｒ／Ｄ）の百分率（％）：「（Ｒ／Ｄ）×１００」が５５．０％以下であり、「（Ｒ／Ｄ）×１００」と、材料として使用する合金鋼中のクロム（Ｃｒ）含有率（質量％）：〔Ｃｒ〕と、により下記の（１）式で示されるα値が、５３．２５以上であり、他方は「（Ｒ／Ｄ）×１００」が５０．５％以上５１．５％以下であり、内輪および外輪は、炭素含有率が０．６質量％以上のずぶ焼き鋼であって、クロム（Ｃｒ）含有率が３．０質量％以上８．０質量％以下で、クロム含有率（質量％）：〔Ｃｒ〕と炭素含有率（質量％）：〔Ｃ〕との関係が下記の（２）式を満たす材料を内輪および外輪の形状に加工した後に、焼入れ、焼戻しを行うことにより得られたことを特徴とする転がり軸受を提供する。
【００１５】
α＝（Ｒ／Ｄ）×１００＋０．２５〔Ｃｒ〕‥‥（１）
〔Ｃ〕≦−０．０５〔Ｃｒ〕＋１．４１‥‥（２）
クロム（Ｃｒ）は、マルテンサイトやセメンタイト等の金属組織を安定化することにより、滑りによる接線力やメカノケミカル反応に起因する表面疲労を生じ難くする作用を有する。また、焼戻し軟化抵抗性を向上させる作用を有するため、滑りによる発熱が生じても表面疲労が進行し難くなる。さらに、マトリックスに固溶して焼入れ性や耐食性を高くしたり、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したり、疲労寿命特性や耐摩耗性を高くしたりする作用をも有する。
【００１６】
クロム含有率が３．０質量％未満であると、ベルト式無段変速機のベルトを巻き付けるプーリの回転軸を支持する用途で使用される転がり軸受の場合に、上述の各作用が十分には得られず、滑りに起因する寿命低下を抑制する効果が十分には得られない。クロム含有率が８．０質量％を超えると、冷間加工性や切削性が低下して、加工コストが上昇したり、粗大な共晶炭化物が生成して疲労寿命の低下や機械的強度の低下が生じる場合がある。
【００１７】
なお、前述のように、軌道輪の材料として使用する合金鋼中のクロム含有率〔Ｃｒ〕を高くすることで、滑りに起因する寿命低下が抑制できる。また、「Ｒ／Ｄ」を大きくすることも滑りが生じ難くすることに繋がる。したがって、「Ｒ／Ｄ」が比較的小さい場合には〔Ｃｒ〕を高くすることで、滑りに起因する寿命低下が抑制でき、「Ｒ／Ｄ」を大きくできる場合には〔Ｃｒ〕を比較的少なくしても、滑りに起因する寿命低下を抑制することができる。
【００１８】
本発明の転がり軸受では、内輪および外輪のうちの一方は、玉直径（Ｄ）に対する軌道溝の曲率半径（Ｒ）の比（Ｒ／Ｄ）の百分率（％）：「（Ｒ／Ｄ）×１００」が５２．５％以上５５．０％以下であり、他方は、「（Ｒ／Ｄ）×１００」が５０．５％以上５１．５％以下であることが好ましい。この構成とすることにより、本発明の転がり軸受を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た場合に、「（Ｒ／Ｄ）×１００」が５２．５％以上５５．０％以下である軌道輪によって滑りに起因する寿命低下を抑制しながら、「（Ｒ／Ｄ）×１００」が５０．５％以上５１．５％以下である軌道輪によってアキシャル荷重に伴う芯ずれを小さくすることができる。
【００１９】
本発明の転がり軸受の内輪および外輪は炭素含有率が０．６質量％以上のずぶ焼き鋼を材料として形成される。Ｃは、マトリックスに固溶して焼入れ、焼戻し後の硬さを高くすることにより強度を高くするとともに、クロム（Ｃｒ）等と結合して炭化物を形成することにより耐摩耗性を高くする作用を有する。
【００２０】
炭素を過剰に含有すると、製鋼時に粗大な共晶炭化物が生成し易くなって、疲労寿命や強度が著しく損なわれる場合があるため、クロム含有率（質量％）：〔Ｃｒ〕と炭素含有率（質量％）：〔Ｃ〕との関係を下記の（２）式を満たすようにする。
【００２１】
〔Ｃ〕≦−０．０５〔Ｃｒ〕＋１．４１‥‥（２）
本発明の転がり軸受を構成する玉としては、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼製のもの、前記軸受鋼で形成して浸炭または浸炭窒化処理等の硬化処理が行われているもの、あるいはマルテンサイト系ステンレス鋼製のものを使用することができる。滑りによる軸受寿命の低下を抑制する点からは、マルテンサイト系ステンレス鋼製の玉を使用することが好ましい。
【００２２】
本発明の転がり軸受は、ベルト式無段変速機のベルトを巻き付けるプーリの回転軸を支持する用途で使用される転がり軸受として好適である。
本発明はまた、本発明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を提供する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００２４】
【表１】

【００２５】
先ず、合金成分が上記表１に示す組成である、各合金鋼Ａ〜Ｅを用意した。なお、合金鋼ＥはＳＵＪ２に相当する。
［第１実施形態］
「材料」として表１の合金鋼Ｅ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、図１に示す内輪１の軌道溝１０の曲率半径Ｒｉと、外輪２の軌道溝２１の曲率半径Ｒｅを各種値に形成した。
【００２６】
各合金鋼を所定形状に成形加工した後に、熱処理として、８４０〜１０５０℃での焼入れと１６０℃での焼戻しを行った。熱処理後に、研削仕上げ加工と超仕上げ加工を行った。軌道溝１０，２１の表面粗さは０．０１〜０．０４μｍＲａの範囲内とした。
また、直径（Ｄ）が１１．９０６ｍｍである、ＳＵＪ２製の等級２０相当の玉３を用意した。この玉３には浸炭窒化処理がなされている。この玉３と、上述の内輪１および外輪２と、金属製の波形プレス保持器（図１では保持器が省略されている。）とを用いて、試験軸受を組み立てた。
【００２７】
各試験軸受について、内輪１および外輪２の「軌道溝の曲率半径（Ｒ）／玉の直径（Ｄ）：単位％」は、表２に示す各種構成とした。なお、ラジアル内部すきまは「Ｃ３すきま」以下とした。また、軌道面の表面硬さはＨRC５８〜６４とし、軌道面の残留オーステナイト量は６〜１５体積％とした。
これらの試験軸受を、各８体ずつ用意し、日本精工（株）製の玉軸受寿命試験機に取付け、下記の条件で回転させる寿命試験を行った。
【００２８】
回転中に振動を測定し、軸受の振動値が初期振動値の２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２倍とならない場合の試験の打ち切り時間は、この条件での計算寿命の５倍とした。
【００２９】
次に、各種類毎に８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。各試験軸受のＬ10寿命測定値について、No. １−９のＬ10寿命測定値を「１」とした相対値を算出した。
＜寿命試験の条件＞
回転速度：２０００ｒｐｍ
ラジアル荷重：４９００Ｎ
アキシャル荷重：２０００Ｎ、１Ｈｚの揺動
潤滑油：「トラクションオイル」に分類される昭和シェル製の無段変速機用潤滑油「ＮＳ−１」
油温度：１００℃
回転輪：内輪
この結果を下記の表２に併せて示す。
【００３０】
【表２】

【００３１】
また、No. １−１〜１−６とNo. １−９〜１−１２の各試験軸受について、玉直径（Ｄ）に対する外輪の軌道溝の曲率半径（Ｒｅ）の比の百分率「Ｒｅ／Ｄ」と、得られた寿命比（Ｌ10寿命の相対値）との関係を、図２にグラフで示す。これらの試験軸受は、内輪のＲ／Ｄが５１．０％で同じである。図２の範囲Ａは、「Ｒ／Ｄ」の範囲（５２．５％以上５５．０％以下）を示す。
【００３２】
これらの結果から分かるように、No. １−１〜１−８の試験軸受は、内輪および外輪のいずれか一方の（Ｒ／Ｄ）を５２．５％以上５５．０％以下とし、他方の（Ｒ／Ｄ）を５１．０％または５１．５％とすることで、内輪および外輪のいずれもが「（Ｒ／Ｄ）：５２．５％以上５５．０％以下」を満たさないNo. １−９〜１−１２の試験軸受よりも、トラクションオイルで潤滑された場合の軸受寿命を長くすることができる。
［第２実施形態］
第１実施形態と同様にして表３に示す構成の試験軸受を作製した。ただし、内輪および外輪の「材料」として、表１の合金鋼Ａ〜Ｅのいずれかを用い、玉３の材質はマルテンサイトステンレス鋼とした。
【００３３】
各試験軸受のラジアル内部すきまは「Ｃ３すきま」以下とした。また、軌道面の表面硬さはＨRC５８〜６４とし、軌道面の残留オーステナイト量は６〜１５体積％とした。
これらの試験軸受を、各８体ずつ用意し、日本精工（株）製の玉軸受寿命試験機に取付け、下記の条件で回転させる寿命試験を行った。
【００３４】
回転中に振動を測定し、軸受の振動値が初期振動値の２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２倍とならない場合の試験の打ち切り時間は、この条件での計算寿命の５倍とした。
【００３５】
次に、各種類毎に８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。各試験軸受のＬ10寿命測定値について、No. ２−９のＬ10寿命測定値を「１」とした相対値を算出した。
＜寿命試験の条件＞
回転速度：２５００ｒｐｍ
ラジアル荷重：４９００Ｎ
アキシャル荷重：２０００Ｎ、１Ｈｚの揺動
潤滑油：「トラクションオイル」に分類される昭和シェル製の無段変速機用潤滑油「ＮＳ−１」
油温度：１３０℃
回転輪：内輪
この結果を下記の表３に併せて示す。
【００３６】
【表３】

【００３７】
また、各試験軸受（No. ２−１〜２−１３）について、玉直径（Ｄ）に対する外輪の軌道溝の曲率半径（Ｒｅ）の比の百分率「Ｒｅ／Ｄ」と、使用した合金鋼中のクロム含有率〔Ｃｒ〕との関係を、図３にグラフで示す。各試験軸受の内輪のＲ／Ｄは５１．０％で全て同じにしてある。図３において、ラインＬ１は下記の（３）式を、ラインＬ２は下記の（４）式を示す。また、ラインＬ３は（Ｒｅ／Ｄ）×１００＝５２．５を、ラインＬ４は（Ｒｅ／Ｄ）×１００＝５５．０を示す。
【００３８】
（Ｒ／Ｄ）×１００＝−０．２５〔Ｃｒ〕＋５３．２５‥‥（３）
（Ｒ／Ｄ）×１００＝−０．２５〔Ｃｒ〕＋５４．５０‥‥（４）
すなわち、上記（３）式は（１）式でα＝５３．２５である式に相当し、上記（４）式は（１）式でα＝５４．５０である式に相当する。
図３のグラフのラインＬ１上とこれより上側の範囲は、α≧５３．２５である本発明の請求項１で規定する範囲に相当する。表３に示すように、この範囲内であるNo. ２−１〜８とNo. ２−１０、No. ２−１２、No. ２−１３の試験軸受は、No. ２−１３を除いて、この範囲外であるNo. ２−９およびNo. ２−１１よりもＬ10寿命が長くなっている。
【００３９】
No. ２−１３については、「Ｒ／Ｄ」が５５．０％を超えて大きいため、軌道溝とボールとの接触面積は小さくなって面圧が大きくなり、転がり疲労が生じ易くなった結果、Ｌ10寿命が比較的短くなったと考えられる。
また、No. ２−２とNo. ２−６〜２−８の試験軸受は、Ｌ10寿命の相対値が３．０以上と特に高いが、これは以下の理由によって説明できる。No. ２−２については、〔Ｃｒ〕が３．０質量％と比較的低いが、「Ｒｅ／Ｄ」が５４．０％と比較的大きいためである。No. ２−７については、「Ｒｅ／Ｄ」が５１．５％と比較的小さいが、〔Ｃｒ〕が８．０質量％と高いためである。No. ２−６とNo. ２−８については、〔Ｃｒ〕が比較的高く「Ｒｅ／Ｄ」も比較的大きいことによる。
【００４０】
これにより、軌道輪の材料として使用する合金鋼中のクロム含有率〔Ｃｒ〕を高くするか、「Ｒ／Ｄ」を大きくすることで、滑りに起因する寿命低下を抑制できることが分かる。ただし、「Ｒ／Ｄ」が大きすぎるとアキシャル荷重による芯ずれが大きくなるため、α≧５３．２５とした軌道輪の「Ｒ／Ｄ」を５５．０％以下にする。
【００４１】
また、図３のグラフのラインＬ２上とこれより上側の範囲であって、ラインＬ４上とこれより下側の範囲（α≧５４．５且つ（Ｒ／Ｄ）×１００≦５５．０）が特に好ましい範囲である。この実施形態ではNo. ２−２、No. ２−６、No. ２−８の試験軸受がこの範囲の例である。
このように、外輪については、α値が本発明の範囲を満たし、且つ（Ｒ／Ｄ）×１００≦５５．０、且つ〔Ｃｒ〕を３．０質量％以上８．０質量％以下とし、内輪については、（Ｒ／Ｄ）×１００＝５１．０％、且つ〔Ｃｒ〕を３．０質量％以上８．０質量％以下としたNo. ２−１〜No. ２−８、No. ２−１０、No. ２−１２の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、ベルトを巻き付ける両プーリ間の芯ずれを小さくながら、滑りが生じた場合でも表面疲労が生じ難く、トラクションオイル潤滑下での軸受寿命が長いものを得ることができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、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において、玉と軌道輪との間の滑りに起因する寿命低下を抑制すること、およびベルトを巻き付ける両プーリ間の芯ずれを小さくしながら軸受の長寿命化を図ることができる。
【００４３】
さらに、本発明のベルト式無段変速機によれば、本発明の転がり軸受でベルトを巻き付けるプーリの回転軸が支持されていることによって、両プーリ間の芯ずれを小さくしながら長期間安定的にプーリを回転させることができるため、ベルトの耐久性を長期間保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】転がり軸受の構成と、内輪および外輪の軌道溝の曲率半径とを説明する図である。
【図２】第１実施形態の結果から得られた、玉直径（Ｄ）に対する外輪の軌道溝の曲率半径（Ｒｅ）の比の百分率「Ｒｅ／Ｄ（％）」と、得られた寿命比（Ｌ10寿命の相対値）との関係を示すグラフである。
【図３】第２実施形態の結果から得られた、玉直径（Ｄ）に対する外輪の軌道溝の曲率半径（Ｒｅ）の比の百分率「（Ｒｅ／Ｄ）×１００」と、使用した合金鋼中のクロム含有率〔Ｃｒ〕との関係を示すグラフである。
【図４】車両のベルト式無段変速機の一例を示す断面図である。
【図５】軌道輪の剥離形態を示す図であって、（ａ）は潤滑油が鉱油の場合を示し、（ｂ）は潤滑油がトラクションオイルの場合を示す。
【符号の説明】
１内輪
１０内輪の軌道溝
１１ラジアル玉軸受
１２ラジアル玉軸受
２外輪
２１外輪の軌道溝
３玉（転動体）
５入力軸（駆動軸）
６出力軸（従動軸）
７入力軸プーリ（プライマリプーリ）
７１固定円錐板
７２可動円錐板
８出力軸プーリ（セカンダリプーリ）
８１固定円錐板
８２可動円錐板
９ベルト
９１リング
９２摩擦片
Ｄ玉の直径
Ｒｉ内輪の軌道溝の曲率半径
Ｒｅ外輪の軌道溝の曲率半径[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rolling bearing that supports a pulley shaft of a belt type continuously variable transmission of a vehicle.
[0002]
[Prior art]
BACKGROUND ART A belt-type continuously variable transmission of a vehicle has a mechanism for continuously changing a radius of a belt-driven pulley as a transmission mechanism of an automatic transmission. For example, as shown in FIG. 4, pulleys 7 and 8 are provided on an input shaft (drive shaft) 5 and an output shaft (driven shaft) 6 arranged in parallel, and a metal belt 9 is provided between these pulleys. It is wound. This belt 9 has a structure in which a large number of thin (about 2 mm thick) friction pieces 92 are attached to two rings 91 having a structure in which about 10 thin plates having a thickness of about 0.2 mm are stacked. Power is transmitted by a pressing force when the friction pieces 92 are pressed against each other.
[0003]
The driving force is transmitted from the input shaft pulley (primary pulley) 7 to the output shaft pulley (secondary pulley) 8 via the belt 9. Both pulleys 7 and 8 are composed of fixed

conical plates

71 and 81 fixed to the

respective shafts

5 and 6 and movable

conical plates

72 and 82 movable in the axial direction by a hydraulic mechanism. A pulley groove is formed.
[0004]
By moving the movable

conical plates

72 and 82 of these pulleys 7 and 8 in the axial direction to change the groove width, and changing the position where the belt 9 contacts the pulleys 7 and 8 (effective rotation radius of the pulley), The gear ratio can be changed steplessly. For example, if the groove width of the input shaft pulley is reduced and the groove width of the output shaft pulley is increased, the effective rotation radius of the input shaft pulley decreases, the effective rotation radius of the output shaft pulley increases, and a large gear ratio is obtained. can get.
[0005]
Shaft portions (pulley shafts) 71 a and 81 a in which fixed

conical plates

71 and 81 of the pulleys 7 and 8 are integrated are supported by

radial ball bearings

11 and 12. These

pulley shafts

71a and 81a receive an axial load as a reaction force when the shaft output is transmitted to the subsequent stage. Therefore, it is possible to prevent the

radial ball bearings

11 and 12 from being displaced in the axial direction due to this axial load, so that the center in the groove width direction is shifted between the input shaft pulley and the output shaft pulley (so-called “center misalignment” occurs). There is a need. When the misalignment increases, the belt 9 may meander and damage may be caused by improper contact between the ring 91 and the friction piece 92, or the

ball bearings

11 and 12 may slip, resulting in a large amount of heat generation. Sometimes it becomes.
[0006]
As a countermeasure, Japanese Patent Publication No. 8-30526 discloses a ratio (R / D) of a radius of curvature (R) of a raceway groove of an inner ring and an outer ring to a ball diameter (D) for a ball bearing supporting a pulley shaft. It is described that it is smaller than the normal standard set value (0.53) (50.1 to 50.9% for the inner ring and 50.1 to 51.9% for the outer ring). As the ratio (R / D) is smaller, the ball bearing is less likely to be displaced in the axial direction due to the axial load.
[0007]
On the other hand, the lubricating oil of the belt type continuously variable transmission includes a ball bearing that supports the pulley shaft in order to smoothly operate a torque converter, a gear mechanism, a hydraulic mechanism, a wet clutch and the like to transmit power. Traction oil (with a traction coefficient of 0.09 or more, a kinematic viscosity of 30.8 × 10 ⁻⁵ m ² / s (30.8 cSt) or more at 40 ° C., and a lubricant containing a special wear control agent) Oil) is used.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Here, when the ratio (R / D) is reduced as in the method of Japanese Patent Publication No. 8-30526, the contact area between the raceway groove and the ball is increased and the surface pressure is reduced, so the bearing life is extended. It is expected.
However, with radial ball bearings lubricated with traction oil, it has been found that it is difficult to obtain a long life as expected by reducing the surface pressure. The reason is presumed to be due to the difference in the peeling form between the case where the lubricating oil is traction oil and the case of mineral oil.
[0009]
That is, when the lubricating oil is mineral oil, as shown in FIG. 5A, the position of the separation starting point is at the center in the groove width direction of the raceway groove, whereas in the case of traction oil, In many cases, as shown in FIG. 5B, the raceway groove is located at a position deviated from the center in the groove width direction. This position is a position where the rotational speed difference V between the bearing ring and the ball is large, and it is considered that not only the surface pressure P between the bearing ring and the ball but also the rotational speed difference V has some influence on the bearing life. . Here, reducing the ratio (R / D) leads to the ball easily coming into contact with a position off the center of the raceway groove in the groove width direction. And if a raceway ring and a ball contact in this position (position deviating from the center of a contact ellipse), differential slip will arise.
[0010]
In addition, the rolling bearing that supports the pulley shaft of the belt type continuously variable transmission generates not only the above-mentioned slip due to the misalignment between the pulleys, but also minute vibrations caused by the structure of the metal belt wound between the pulleys. . Furthermore, the axial load that causes the above-described misalignment also varies with the shift. When such minute vibrations and fluctuations in the axial load increase, the thickness of the lubricating film between the ball and the raceway changes, or the contact angle between the ball and the raceway changes. Become stable. Along with this, the slip between the ball and the race may be increased.
[0011]
In addition, belt-type continuously variable transmission lubricating oil (traction oil) has been devised to increase power transmission efficiency, and in such a lubrication environment, the slip between the ball and the raceway increases. It is considered that the tangential force acting near the surface of the raceway increases, the temperature rises, and a mechanochemical reaction is likely to occur between the ball and the raceway. That is, the bearing is liable to generate heat and surface fatigue due to metal contact, and to form a new surface on the raceway surface. As a result, the new surface serves as a catalyst to decompose hydrocarbons and moisture in the lubricating oil. Thus, it is assumed that hydrogen is generated and early peeling is caused specifically, and the bearing life is reduced.
[0012]
Therefore, in the case of a radial ball bearing that supports the pulley shaft of a belt-type continuously variable transmission, the method of reducing the ratio (R / D) reduces the misalignment between both pulleys and extends the bearing life. You cannot achieve both goals.
The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and in a radial ball bearing that supports a pulley shaft of a belt-type continuously variable transmission, it is caused by slippage between a ball and a raceway ring. An object of the present invention is to suppress the life reduction of the bearing and to extend the life of the bearing while reducing the misalignment between both pulleys around which the belt is wound.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, in a rolling bearing in which a plurality of balls are rotatably disposed between an inner ring and an outer ring, one of the inner ring and the outer ring corresponds to a ball diameter (D). Percentage (%) of ratio (R / D) of curvature radius (R) of raceway groove: “(R / D) × 100” is 55.0% or less, “(R / D) × 100” The chromium (Cr) content (mass%) in the alloy steel used as a material: [Cr], the α value represented by the following formula (1) is 53.25 or more, and the other is “(R / D) × 100 ”is 50.5% or more and 51.5% or less, and the inner ring and the outer ring are baked steel having a carbon content of 0.6% by mass or more, and the chromium (Cr) content is 3.0 wt% to 8.0 wt% or less, chromium content (wt%): [Cr] and carbon content (mass%): the [C] Relationship is provided after processing a material satisfying the following formula (2) in the inner ring and the shape of the outer ring, hardening, the rolling bearing is characterized in that is obtained by performing tempering.
[0015]
α = (R / D) × 100 + 0.25 [Cr] (1)
[C] ≦ −0.05 [Cr] +1.41 (2)
Chromium (Cr) has an effect of making it difficult to cause surface fatigue due to tangential force due to sliding or mechanochemical reaction by stabilizing a metal structure such as martensite and cementite. Moreover, since it has the effect | action which improves tempering softening resistance, even if the heat_generation | fever by slipping arises, surface fatigue becomes difficult to advance. In addition, it has the effect of increasing the hardenability and corrosion resistance by forming a solid solution in the matrix, forming fine carbides to prevent coarsening of crystal grains during heat treatment, and increasing fatigue life characteristics and wear resistance. It also has.
[0016]
When the chromium content is less than 3.0% by mass, the above-described functions are sufficiently obtained in the case of a rolling bearing used for supporting a rotating shaft of a pulley around which a belt of a belt type continuously variable transmission is wound. It cannot be obtained, and the effect of suppressing the life reduction due to slipping cannot be sufficiently obtained. If the chromium content exceeds 8.0% by mass, cold workability and machinability deteriorate, processing costs increase, and coarse eutectic carbides are generated to reduce fatigue life and mechanical strength. Decrease may occur.
[0017]
In addition, as mentioned above, the life fall resulting from a slip can be suppressed by making chromium content rate [Cr] in the alloy steel used as a material of a bearing ring high. In addition, increasing “R / D” also makes it difficult for slippage to occur. Therefore, when “R / D” is relatively small, the increase in [Cr] can suppress a decrease in life due to slipping, and when “R / D” can be increased, [Cr] is relatively small. Even if it is less, it is possible to suppress a decrease in life due to slipping.
[0018]
In the rolling bearing of the present invention, one of the inner ring and the outer ring has a ratio (%) of the ratio (R / D) of the radius of curvature (R) of the raceway groove to the ball diameter (D): “(R / D) × 100 ”is 52.5% or more and 55.0% or less, and on the other hand,“ (R / D) × 100 ”is preferably 50.5% or more and 51.5% or less. With this configuration, when the rolling bearing of the present invention is a radial ball bearing that supports the pulley shaft of the belt type continuously variable transmission, “(R / D) × 100” is 52.5% or more. While the bearing ring with 0% or less suppresses the life reduction caused by slipping, “(R / D) × 100” is 50.5% or more and 51.5% or less. Can be reduced.
[0019]
Inner and outer rings of the rolling bearing of the present invention is Ru is formed as a material of 0.6 mass% or more dip hardened steel carbon content. C has the effect of increasing the hardness by increasing the hardness after solid solution in the matrix and quenching and tempering, and increasing the wear resistance by forming a carbide by combining with chromium (Cr) or the like. Have.
[0020]
Excessive containing carbon element, it is easy to produce coarse eutectic carbides in steel making, for fatigue life and strength in some cases significantly impaired, chromium content (wt%): [Cr] and carbon content (wt%): the relationship between [C] you to satisfy the following formula (2).
[0021]
[C] ≦ −0.05 [Cr] +1.41 (2)
As the balls constituting the rolling bearing of the present invention, those made of high carbon chrome bearing steel such as SUJ2, those made of the bearing steel and subjected to hardening treatment such as carburizing or carbonitriding, or martensite Stainless steel can be used. It is preferable to use a ball made of martensitic stainless steel from the viewpoint of suppressing a decrease in bearing life due to sliding.
[0022]
The rolling bearing of the present invention is suitable as a rolling bearing used for supporting a rotating shaft of a pulley around which a belt of a belt type continuously variable transmission is wound.
The present invention also provides a belt type continuously variable transmission in which a rotating shaft of a pulley around which a belt is wound is supported by the rolling bearing of the present invention.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
[0024]
[Table 1]

[0025]
First, alloy steels A to E having alloy compositions shown in Table 1 were prepared. Alloy steel E corresponds to SUJ2.
[First Embodiment]
Using the alloy steel E shown in Table 1 as the “material”, an inner ring and an outer ring for a radial ball bearing (inner diameter 40 mm, outer diameter 80 mm, width 18 mm) having a nominal number 6208 were produced. At that time, the radius of curvature Ri of the raceway groove 10 of the inner ring 1 and the radius of curvature Re of the raceway groove 21 of the outer ring 2 shown in FIG.
[0026]
After each alloy steel was formed into a predetermined shape, it was quenched at 840 to 1050 ° C. and tempered at 160 ° C. as heat treatment. After heat treatment, grinding finishing and super finishing were performed. The surface roughness of the

raceway grooves

10 and 21 was in the range of 0.01 to 0.04 μmRa.
Further, a ball 3 equivalent to grade 20 made of SUJ2 having a diameter (D) of 11.906 mm was prepared. This ball 3 is carbonitrided. A test bearing was assembled using this ball 3, the above-described inner ring 1 and outer ring 2, and a metal corrugated press cage (the cage is omitted in FIG. 1).
[0027]
For each test bearing, “the radius of curvature of the raceway groove (R) / the diameter of the ball (D): unit%” of the inner ring 1 and the outer ring 2 has various configurations shown in Table 2. The radial internal clearance was set to “C3 clearance” or less. The surface hardness of the raceway surface was HRC 58-64, and the retained austenite amount on the raceway surface was 6-15% by volume.
Eight of each of these test bearings were prepared and attached to a ball bearing life tester manufactured by Nippon Seiko Co., Ltd., and a life test was performed for rotation under the following conditions.
[0028]
The vibration was measured during the rotation, and the rotation was terminated when the vibration value of the bearing became twice the initial vibration value. The rotation time up to this point was regarded as the life. Further, at this time point, it was investigated which of the raceway groove surfaces of the inner and outer rings was peeled off. Note that the test abort time when the vibration value of the bearing does not become twice the initial vibration value was five times the calculated life under these conditions.
[0029]
Next, the results of eight test bearings for each type are plotted in a graph of Weibull distribution (cumulative failure probability-life), and from this graph, the total time until peeling occurs on 10% of bearings from the short life side is plotted. The rotation time (L10 life) was determined. For the L10 life measurement value of each test bearing, a relative value was calculated with the L10 life measurement value of No. 1-9 as “1”.
<Conditions for life test>
Rotation speed: 2000rpm
Radial load: 4900N
Axial load: 2000 N, 1 Hz rocking lubricant: “NS-1” for Showa Shell's continuously variable transmission classified as “traction oil”
Oil temperature: 100 ° C
Rotating wheel: Inner ring The results are also shown in Table 2 below.
[0030]
[Table 2]

[0031]
Further, for each of the test bearings of No. 1-1 to 1-6 and No. 1-9 to 1-12, the percentage of the ratio of the radius of curvature (Re) of the raceway groove of the outer ring to the ball diameter (D) “Re / The relationship between “D” and the obtained life ratio (relative value of L10 life) is shown in a graph in FIG. These test bearings have the same inner ring R / D of 51.0%. A range A in FIG. 2 indicates a range of “ R / D” (52.5% to 55.0%).
[0032]
As can be seen from these results, in the test bearings of No. 1-1 to 1-8, either (R / D) of the inner ring or the outer ring is set to 52.5% or more and 55.0% or less, and the other By setting (R / D) to 51.0% or 51.5%, the inner ring and the outer ring do not satisfy “(R / D): 52.5% or more and 55.0% or less”. The bearing life when lubricated with traction oil can be made longer than the test bearings of 1-9 to 1-12.
[Second Embodiment]
Test bearings having the configurations shown in Table 3 were produced in the same manner as in the first embodiment. However, as the “material” of the inner ring and the outer ring, any one of the alloy steels A to E in Table 1 was used, and the material of the ball 3 was martensitic stainless steel.
[0033]
The radial internal clearance of each test bearing was set to “C3 clearance” or less. The surface hardness of the raceway surface was HRC 58-64, and the retained austenite amount on the raceway surface was 6-15% by volume.
Eight of each of these test bearings were prepared and attached to a ball bearing life tester manufactured by Nippon Seiko Co., Ltd., and a life test was performed for rotation under the following conditions.
[0034]
The vibration was measured during the rotation, and the rotation was terminated when the vibration value of the bearing became twice the initial vibration value. The rotation time up to this point was regarded as the life. Further, at this time point, it was investigated which of the raceway groove surfaces of the inner and outer rings was peeled off. Note that the test abort time when the vibration value of the bearing does not become twice the initial vibration value was five times the calculated life under these conditions.
[0035]
Next, the results of eight test bearings for each type are plotted in a graph of Weibull distribution (cumulative failure probability-life), and from this graph, the total time until peeling occurs on 10% of bearings from the short life side is plotted. The rotation time (L10 life) was determined. With respect to the L10 life measurement value of each test bearing, a relative value was calculated assuming that the L10 life measurement value of No. 2-9 was “1”.
<Conditions for life test>
Rotation speed: 2500rpm
Radial load: 4900N
Axial load: 2000 N, 1 Hz rocking lubricant: “NS-1” for Showa Shell's continuously variable transmission classified as “traction oil”
Oil temperature: 130 ° C
Rotating wheel: Inner ring The results are also shown in Table 3 below.
[0036]
[Table 3]

[0037]
For each test bearing (No. 2-1 to 2-13), the percentage “Re / D” of the ratio of the curvature radius (Re) of the raceway groove of the outer ring to the ball diameter (D) and the alloy steel used The relationship with the chromium content [Cr] is shown by a graph in FIG. The R / D of the inner ring of each test bearing is 51.0%, which is the same. In FIG. 3, the line L1 represents the following equation (3), and the line L2 represents the following equation (4). The line L3 indicates (Re / D) × 100 = 52.5, and the line L4 indicates (Re / D) × 100 = 55.0.
[0038]
(R / D) × 100 = −0.25 [Cr] +53.25 (3)
(R / D) × 100 = −0.25 [Cr] +54.50 (4)
That is, the above equation (3) corresponds to the equation (1) and α = 53.25, and the above equation (4) corresponds to the equation (1) and α = 54.50.
Line L1 above and than this upper range of the graph of FIG. 3, corresponds to the range defined in claim 1 of the present invention that are alpha ≧ 53.25. As shown in Table 3, the test bearings of No. 2-1 to No. 8 and No. 2-10, No. 2-12, and No. 2-13 are within this range, except for No. 2-13. The L10 life is longer than No. 2-9 and No. 2-11 which are out of this range .
[0039]
As for No. 2-13, because “R / D” is large exceeding 55.0%, the contact area between the raceway groove and the ball is reduced, the surface pressure is increased, and rolling fatigue is likely to occur. The L10 life is considered to be relatively short.
The test bearings of No. 2-2 and Nos. 2-6 to 2-8 have a particularly high relative value of L10 life of 3.0 or more, which can be explained by the following reason. For No. 2-2, [Cr] is relatively low at 3.0% by mass, but “Re / D” is relatively large at 54.0%. Regarding No. 2-7, “Re / D” is relatively small as 51.5%, but [Cr] is as high as 8.0% by mass. For No. 2-6 and No. 2-8, [Cr] is relatively high and “Re / D” is also relatively large.
[0040]
Thereby, it turns out that the life fall resulting from a slip can be suppressed by making chromium content rate [Cr] in alloy steel used as a material of a bearing ring high, or making "R / D" large. However, since the "R / D" is too large misalignment by axial load increases, you the "R / D" of the bearing ring that the alpha ≧ 53.25 below 55.0%.
[0041]
Also, the range on the line L2 and the upper side of the line L2 in the graph of FIG. 3, and the range on the lower side of the line L4 (α ≧ 54.5 and (R / D) × 100 ≦ 55.0). This is a particularly preferable range. In this embodiment, No. 2-2, No. 2-6, and No. 2-8 test bearings are examples of this range.
Thus, for the outer ring, the α value satisfies the scope of the present invention, (R / D) × 100 ≦ 55.0, and [Cr] is 3.0 mass% or more and 8.0 mass% or less, For the inner ring, (R / D) × 100 = 51.0%, and [Cr] is 3.0 mass% or more and 8.0 mass% or less, No. 2-1 to No. 2-8, No. As a radial ball bearing that supports the pulley shaft of the belt-type continuously variable transmission, slippage occurred while reducing the misalignment between both pulleys around which the belt was wound. Even in such a case, it is difficult to cause surface fatigue, and a bearing having a long bearing life under traction oil lubrication can be obtained.
[0042]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the radial ball bearing that supports the pulley shaft of the belt-type continuously variable transmission, it is possible to suppress a reduction in life due to slippage between the ball and the raceway, and the belt The life of the bearing can be extended while reducing the misalignment between both pulleys around which the roller is wound.
[0043]
Furthermore, according to the belt type continuously variable transmission of the present invention, the rotation shaft of the pulley around which the belt is wound is supported by the rolling bearing of the present invention, so that it is stable for a long time while reducing the misalignment between both pulleys. Since the pulley can be rotated, the durability of the belt can be maintained for a long time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of a rolling bearing and the radii of curvature of race grooves in an inner ring and an outer ring.
FIG. 2 shows the percentage “Re / D (%)” of the ratio of the curvature radius (Re) of the raceway groove of the outer ring to the ball diameter (D) obtained from the result of the first embodiment, and the obtained life ratio. It is a graph which shows the relationship with (relative value of L10 life).
FIG. 3 shows the percentage “(Re / D) × 100” of the ratio of the radius of curvature (Re) of the raceway groove of the outer ring to the ball diameter (D) obtained from the results of the second embodiment, and the alloy steel used. It is a graph which shows the relationship with the chromium content rate [Cr] in an inside.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of a belt type continuously variable transmission of a vehicle.
FIGS. 5A and 5B are diagrams showing a state of peeling of the raceway, where FIG. 5A shows a case where the lubricating oil is mineral oil, and FIG. 5B shows a case where the lubricating oil is traction oil.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inner ring 10 Inner ring raceway groove 11 Radial ball bearing 12 Radial ball bearing 2 Outer ring 21 Outer ring raceway groove 3 Ball (rolling element)
5 Input shaft (drive shaft)
6 Output shaft (driven shaft)
7 Input shaft pulley (primary pulley)
71 Fixed conical plate 72 Movable conical plate 8 Output shaft pulley (secondary pulley)
81 fixed conical plate 82 movable conical plate 9 belt 91 ring 92 friction piece D ball diameter Ri radius of curvature of inner ring raceway groove radius of curvature of outer ring raceway groove

Claims

In a rolling bearing in which a plurality of balls are arranged to freely roll between an inner ring and an outer ring,
One of the inner ring and outer ring
Ratio (%) of ratio of curvature radius (R) of raceway groove to ball diameter (D) (R / D): “(R / D) × 100” is 55.0% or less, “(R / D ) × 100 ”and the chromium (Cr) content (% by mass) in the alloy steel used as a material: [Cr], the α value represented by the following formula (1) is 53.25 or more: ,
On the other hand, “(R / D) × 100” is 50.5% or more and 51.5% or less,
Inner and outer rings is a carbon content of 0.6 mass% or more dip baked steel, chromium (Cr) content of 8.0 mass% to 3.0 mass%, chromium content (mass %): [Cr] and carbon content (mass%): relationship between the [C] is after processing the material that meets the following equation (2) the shape of the inner and outer rings, quenching, by performing tempering A rolling bearing characterized by being obtained .
α = (R / D) × 100 + 0.25 [Cr] (1)
[C] ≦ −0.05 [Cr] +1.41 (2)

The rolling bearing according to claim 1, wherein the rolling bearing is used for supporting a rotating shaft of a pulley around which a belt of a belt type continuously variable transmission is wound .

A belt type continuously variable transmission in which a rotating shaft of a pulley around which the belt is wound is supported by the rolling bearing according to claim 1.