(57)【要約】【課題】低コストで、転動疲労寿命を十分に確保できる支持軸４ａを実現する。【解決手段】支持軸４ａを、炭素を０．８〜１．２質量％、クロムを１．４〜１．６質量％、モリブデンを０．１質量％以下、マンガンを０．９〜１．３質量％、ケイ素を０．４〜０．８質量％、それぞれ含有し、残部がＦｅと不可避不純物から成る合金鋼から造り、浸炭窒化処理及び浸炭処理を施さず、高周波焼き入れ処理及び焼き戻し処理を施す事により、焼き入れ硬化層１９を形成する。この焼き入れ硬化層１９の表面硬度をＨｖ７００〜９００、残留オーステナイト量を１５〜４５容量％とし、芯部２０の残留オーステナイト量を０容量％とする。又、有効硬化層深さＸを３ｍｍ以下とし、この有効硬化層深さＸと断面積Ｙとの積を、１２０ｍｍ3  ≦Ｘ×Ｙ≦３００ｍｍ3  の範囲に規制する。【選択図】図１
2014234526.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面のうち少なくとも相手部材である転動体が転がり接触する軌道面に焼き入れ硬化層を有する転動軸であって、
（１）炭素を０．８質量％以上１．２質量％以下、クロムを１．４質量％以上１．６５質量％以下、モリブデンを０．１質量％以下、マンガンを０．９質量％以上１．３質量％以下、ケイ素を０．４質量％以上０．８質量％以下含有する合金鋼で構成されており、
（２）浸炭処理及び浸炭窒化処理は何れも施されておらず、高周波焼入れ処理及び焼き戻し処理を施す事により前記焼き入れ硬化層が形成されており、
（３）外周面から硬度がＨｖ５００以上である部分までの有効硬化層深さをＸｍｍとし、前記転動軸の中心軸に直交する仮想平面に関する断面積をＹｍｍ2  とした場合に、１２０ｍｍ3  ≦Ｘ×Ｙ≦３００ｍｍ3  であり、
（４）前記焼き入れ硬化層の表面硬度がＨｖ７００以上Ｈｖ９００以下であり、
（５）前記焼き入れ硬化層の残留オーステナイト量が１５容量％以上４５容量％以下で、且つ、芯部の残留オーステナイト量が０容量％である
事を特徴とする転動軸。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば無段変速機等の自動車用自動変速機やハイブリッドシステム、トランスアクスル等を構成する遊星歯車装置に組み込まれる遊星歯車を、キャリアに対して回転自在に支持する為の遊星歯車用支持軸等、高温度や潤滑不足、異物混入下等の厳しい環境で使用される転動軸の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用自動変速機を構成する遊星歯車装置が従来から、例えば特許文献１〜６等、多くの刊行物に記載されて広く知られている。この従来から知られた遊星歯車装置は、例えば図３〜５に示す様に、外周面に歯１ａを形成した太陽歯車１と、この太陽歯車１と同心に配置され、内周面に歯２ａを形成したリング歯車２との間に、複数個（一般的には３〜４個）の遊星歯車３、３を、円周方向に関して等間隔に配置している。そして、これら複数個の遊星歯車３、３の外周面に形成した歯３ａを、前記両歯１ａ、２ａに噛合させている。
【０００３】
前記複数個の遊星歯車３、３は、それぞれ支持軸４の周囲に、それぞれ複数本ずつのニードル５、５を介して回転自在に支持している。即ち、前記遊星歯車３と、前記支持軸４と、これら各ニードル５、５とにより、転がり軸受（ラジアルニードル軸受）が構成されており、このうちの支持軸４が、転がり軸受の内輪に相当する。
【０００４】
前記各支持軸４の基端部（図４〜５の右端部）は、前記太陽歯車１を中心として回転自在なキャリア６の基板７に支持固定している。図示の例では、前記各支持軸４の基端部をこの基板７に形成した通孔８ａに締まり嵌めで内嵌すると共に、これら各支持軸４と基板７との間に係止ピン９を掛け渡して、これら各支持軸４が前記通孔８ａから脱落するのを防止している。
【０００５】
又、図示の例では、前記太陽歯車１を円筒状に形成し、前記基板７を、断面Ｌ字形で全体を円輪状に形成している。そして、図３に示す様に、この基板７の内周縁部に形成した円筒部１０を、回転軸１１の外周面にスプライン係合させている。前記太陽歯車１は、この回転軸１１の周囲に、この回転軸１１に対する相対回転を自在に支持している。又、前記リング歯車２は前記各部材１、６、１１の周囲に、これら各部材１、６、１１に対する相対回転を自在に支持している。
【０００６】
又、前記各支持軸４の先端部（図４〜５の左端部）は、前記基板７と共に前記キャリア６を構成する、円輪状に形成された連結板１２に形成した通孔８ｂに内嵌固定し、前記各支持軸４の先端部同士を連結している。これら複数の支持軸４の中間部外周面で、前記キャリア６と前記連結板１２との間部分は、円筒面状の内輪軌道１３としている。一方、前記遊星歯車３の内周面は、円筒面状の外輪軌道１４としている。そして、これら内輪軌道１３と外輪軌道１４との間部分に前記各ニードル５、５を設けて、前記遊星歯車３を、前記支持軸４の中間部周囲で連結板１２とキャリア６との間部分に、回転自在に支持している。
【０００７】
尚、前記各支持軸４の内部には、図５に示す様に、通油孔として機能する軸方向孔１５及び径方向孔１６を設け、前記各ニードル５、５の設置部分に潤滑油を送り込み自在としている。即ち、前記各支持軸４の中心部に設けた、前記軸方向孔１５の上流端を、前記キャリア６の基板７内に設けた潤滑油供給路１７に通じさせると共に、前記径方向孔１６の径方向両端部を、前記軸方向孔１５の内周面と外周面とに開口させている。そして、遊星歯車式変速機の運転時に、前記各ニードル５、５の設置部分に潤滑油を送り込み自在としている。
【０００８】
上述の様な遊星歯車３及び支持軸４等を含んで構成する遊星歯車装置は、例えば、前記回転軸１１を駆動軸又は従動軸とし、前記太陽歯車１又は前記リング歯車２の中心を従動軸又は駆動軸に結合する。そして、何れの歯車１、２、３を回転自在とし、何れの歯車１、２、３を回転不能とするかを切り換える事により、前記駆動軸と従動軸との間の変速並びに回転方向の変換を行う。この様な遊星歯車装置自体の構成及び作用は、従来から周知であり、本発明の要旨とも関係しないから、全体構造の図示並びに詳しい説明は省略する。
【０００９】
ところで、上述の様な遊星歯車装置の運転時に、前記支持軸４の外周面（ラジアルニードル軸受の内輪軌道１３）を含む表面層部分には、前記各ニードル５、５の転動面との転がり接触に基づいて大きな面圧（高面圧）が加わり、この表面層部分に、数ＧＰａ程度にも達する大きな接触応力が発生する。この為に従来から、前記支持軸４を構成する金属材料として、硬くて大きな負荷に耐えられ、転動疲労寿命が長く、且つ、滑りに対する耐摩耗性の良好なものを選択使用している。具体的には、ＳＣＭ４２０（ＪＩＳＧ ４１０５）等の肌焼き鋼、ＳＫ５（ＪＩＳＧ ４４０１）等の炭素工具鋼、ＳＵＪ２〜４（ＪＩＳＧ ４８０５）等の高炭素クロム軸受鋼、Ｓ７０Ｃ（ＪＩＳＧ ４８０２）等のばね用冷間圧延鋼が使用されている。
【００１０】
又、前記支持軸４の表面層部分は、前記各ニードル５、５の公転運動に基づき、高面圧下で繰り返し剪断応力を受ける為、転動疲労寿命確保の面から、厳しい使用条件となる。この為、上述の様な金属材料により造られる前記支持軸４の表面層部分には、浸炭処理や浸炭窒化処理等の表面熱処理を施して、前記繰り返し加わる剪断応力に拘らず（この剪断応力に耐えて）、前記表面層部分の転動疲労寿命を確保できる様にしている。更にこの表面層部分には、前記表面熱処理に加えて（この表面熱処理に引き続いて）高周波焼き入れ等により焼き入れ処理を施して焼き入れ硬化層を形成する事により、表面硬度を確保し、転動疲労寿命の一層の向上を図っている。
【００１１】
例えば、特許文献５には、支持軸をＳＵＪ２〜４等の高炭素クロム軸受鋼により造り、浸炭窒化処理及び焼き鈍し処理の後、支持軸の外周面のうちの軌道面となる部分のみに、高周波誘導加熱と冷却による組織調整処理及び高周波焼き入れ処理を施し、更に焼き戻し処理を施す事が記載されている。そして、表面層部分の残留オーステナイト量を１５容量％以上とすると共に、芯部の残留オーステナイト量を０容量％とし、芯部の硬度をＨｖ３００以下とする事が記載されている。この様な特許文献５に記載された技術によれば、支持軸の表面層部分の転動疲労寿命を確保する面で有利になるが、熱処理コストが嵩む事が避けられない。
【００１２】
この様な事情に鑑み、特許文献６には、支持軸をＳＵＪ２〜４等の高炭素クロム軸受鋼により造ると共に、熱処理コストを低く抑えるべく、浸炭処理及び浸炭窒化処理は施さずに、高周波焼き入れ処理及び焼き戻し処理を施す事が記載されている。そして、支持軸の外周面のうちで軌道面となる部分に、表面硬度が６５０Ｈｖ以上９００Ｈｖ以下で、残留オーステナイト量が１５容量％以上４０容量％以下である、焼き入れ硬化層を形成する事が記載されている。この様な特許文献６に記載された技術によれば、前述した特許文献５に記載された技術に比べて、熱処理コストは抑えられるものの、十分な転動疲労寿命を確保する事が難しくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００２−４００３号公報
【特許文献２】特開２００５−２９１３４２号公報
【特許文献３】特開２００８−１５０６７２号公報
【特許文献４】特開２００８−２２３１０４号公報
【特許文献５】特開２００６−２９１３０２号公報
【特許文献６】特開２０１２−５７７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上述の様な事情に鑑みて、低コストで、転動疲労寿命を十分に確保できる、転動軸を実現すべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の転動軸は、外周面のうち、少なくとも相手部材である転動体が転がり接触する軌道面に焼き入れ硬化層を有しており、次の（１）〜（５）の要件を総て満たす。
（１）炭素を０．８質量％以上１．２質量％以下、クロムを１．４質量％以上１．６５質量％以下、モリブデンを０．１質量％以下、マンガンを０．９質量％以上１．３質量％以下、ケイ素を０．４質量％以上０．８質量％以下含有する合金鋼で構成されている。
尚、この合金鋼は、鉄を主成分としており、前記の添加元素の他、不可避不純物を含むものも含まれる。
（２）浸炭処理及び浸炭窒化処理は何れも施されておらず、高周波焼き入れ処理及び焼き戻し処理を施す事により、前記焼き入れ硬化層を形成している。
（３）外周面から硬度がＨｖ５００以上である部分までの有効硬化層深さをＸｍｍとし、前記転動軸の中心軸に直交する仮想平面に関する断面積をＹｍｍ2  とした場合に、１２０ｍｍ3  ≦Ｘ×Ｙ≦３００ｍｍ3  である。
尚、転動軸の中心部に軸方向孔を設ける場合には、この軸方向孔を設けた部分での断面積（軸方向孔の孔面積を差し引いた断面積）が断面積Ｙに相当し、軸方向孔を設けない場合には、中実部分での断面積が断面積Ｙに相当する。
（４）前記焼き入れ硬化層の表面硬度が、Ｈｖ７００以上Ｈｖ９００以下である。
（５）前記焼き入れ硬化層の残留オーステナイト量が１５容量％以上４５容量％以下で、且つ、芯部の残留オーステナイト量が０容量％である。
【発明の効果】
【００１６】
上述の様な構成を有する本発明によれば、低コストで、転動疲労寿命を十分に確保できる転動軸を実現できる。
先ず、コストを抑えられる理由は、浸炭処理及び浸炭窒化処理の何れも施さず、高周波焼き入れ処理及び焼き戻し処理を施す事により、焼き入れ硬化層を形成している為である。浸炭処理及び浸炭窒化処理の何れも施さない事で、熱処理時間の低減を図れると共に、特殊な設備が不要になる為、熱処理コストを低く抑えられる。
又、十分な転動疲労寿命を確保できる理由は、合金鋼の組成を工夫すると共に、有効硬化層深さＸと断面積Ｙとの積、及び、焼き入れ硬化層の表面硬度及び残留オーステナイト量と芯部の残留オーステナイト量とを、それぞれ前述の範囲に規制している為である。
先ず、本発明の場合には、転動軸を構成する合金鋼中に、熱安定性効果を得られるクロム（Ｃｒ）及びケイ素（Ｓｉ）を多く含んでいる為、ＳＵＪ２やＳＵＪ３に比べて、組織の安定化を図れ、転動疲労寿命の向上に有利になる。
又、有効硬化層深さＸと断面積Ｙとの積の値を規制している為、焼き入れ硬化層の残留オーステナイト量を１５〜４５容量％の範囲に適正に規制し易くなり、この結果、異物混入下に於ける圧痕やピーリングの発生を有効に防止できると共に、転動軸の変形量（熱変形曲がり量）を小さく抑えられる。
又、芯部の残留オーステナイト量を０容量％としている事によっても、転動軸の変形量を小さく抑える上で有利になる。
更に、焼き入れ硬化層の表面硬度をＨｖ７００〜９００と十分な硬さにしている為、異物混入下に於いても、圧痕やピーリング等の発生を有効に防止できる。
以上の様に、本発明の転動軸は、合金鋼の組成自体が転動疲労寿命の確保に有利である事に加えて、表面硬度、残留オーステナイト量等を適正に規制している為、転動疲労寿命を十分に確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態の１例である遊星歯車用支持軸を示す断面図。
【図２】本発明の効果を確認する為に行った試験の評価項目の１つである、塑性変形曲がり量を説明する為の支持軸の模式図。
【図３】遊星歯車装置の１例を、軸方向から見た状態で示す正面図。
【図４】図３のＸ−Ｘ断面図。
【図５】図４のＹ部に相当する部分の拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
［実施の形態の１例］
図１は、本発明の実施の形態の１例を示している。本例の支持軸４ａは、炭素（Ｃ）を０．８〜１．２質量％、クロム（Ｃｒ）を１．４〜１．６５質量％、モリブデン（Ｍｏ）を０．１質量％以下、マンガン（Ｍｎ）を０．９〜１．３質量％、ケイ素（Ｓｉ）を０．４〜０．８質量％含有する合金鋼で構成されている。尚、この合金鋼は、鉄（Ｆｅ）を主成分としており、上述の様な添加元素の他、不可避不純物を含むものも含まれる。以下、合金鋼中の各元素を、上述の様な値に規制した理由に就いて説明する。
【００１９】
［炭素（Ｃ）を０．８〜１．２質量％］
炭素（Ｃ）は、ラジアルニードル軸受の内輪軌道として機能する外周面を含む表面層部分の転動疲労寿命、及び、耐摩耗性を確保する為に添加する。即ち、炭素は、焼き入れによって基地に固溶し、内輪軌道として必要な硬さを向上させる元素である。又、炭素は、他の合金元素（例えば鉄、クロム、モリブデン、バナジウム等）と結合して鋼中に硬い炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させる役割もある。但し、合金鋼中の炭素の含有量が０．８質量％未満であると、内輪軌道として要求される硬さを確保できない場合がある。これに対して、炭素の含有量が１．２質量％を超えると、製鋼時に粗大な共晶炭化物が生成し易くなり、表面層部分の転動疲労寿命が低下する可能性があるだけでなく、鍛造性、冷間加工性、被削性等の加工性が低下する。そこで、合金鋼中の炭素の含有量を、０．８〜１．２質量％の範囲に規制している。
【００２０】
［クロム（Ｃｒ）を１．４〜１．６５質量％］
クロム（Ｃｒ）は、基地に固溶して、焼き入れ性、焼き戻し軟化抵抗性、耐食性、転動疲労寿命を向上させると共に、炭素と結合して鋼中に硬い炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させる元素である。又、炭素、窒素等の侵入型固溶元素を実質的に動きにくくして、基地の組織を安定化し、水素侵入時の寿命低下を大幅に抑制する作用も有している。更に、合金鋼中に微細に分布する炭化物が、より高硬度の（Ｆｅ，Ｃｒ）3   Ｃ、（Ｆｅ，Ｃｒ）7   Ｃ3   、（Ｆｅ，Ｃｒ）23Ｃ6  等の炭化物からなる為に、耐摩耗性を高める作用も有している。但し、合金鋼中のクロムの含有量が、１．４質量％未満であると、前述の作用が十分に得られない場合があり、１．６５質量％を超えると、加工性を低下させる場合がある。そこで、合金鋼中のクロムの含有量を、１．４〜１．６５質量％の範囲に規制している。
【００２１】
［モリブデン（Ｍｏ）を０．１質量％以下］
モリブデン（Ｍｏ）は、クロムと同様に、基地に固溶して焼き入れ性、焼き戻し軟化抵抗性、耐食性、及び、転動疲労寿命を高める作用を有する元素である。又、クロムと同様に、炭素、窒素等の侵入型固溶元素を実質的に動きにくくして、基地の組織を安定化し、水素侵入時の寿命低下を大幅に抑制する作用も有している。更に、合金鋼中に微細に分布する炭化物が、より高硬度のモリブデンの炭化物等からなる為に、耐摩耗性を高める作用も有している。但し、合金鋼中のモリブデンの含有量が０．１質量％を超えると、冷間加工性、被削性が低下して、コストの上昇を招くおそれがある。更に、製鋼時に粗大な共晶炭化物が生成され易くなり、転動疲労寿命や強度が低下する場合がある。そこで、合金鋼中のモリブデンの含有量を、０．１質量％以下に規制している。
【００２２】
［マンガン（Ｍｎ）を０．９〜１．３質量％］
マンガン（Ｍｎ）は、製鋼時に脱酸剤として作用する元素であり、０．９質量％以上添加する必要がある。又、クロムと同様に、基地に固溶してＭｓ点を降下させて、多量の残留オーステナイトを確保したり、焼き入れ性を高めたりする作用を有している。但し、１．３質量％を超えて添加すると、冷間加工性、被削性が低下するだけでなく、マルテンサイト変態開始温度が低下して、表面層部分の残留オーステナイト量が過剰になり、転がり軸受として必要な硬さを得られない場合がある。そこで、合金鋼中のマンガンの含有量を、０．９〜１．３質量％の範囲に規制している。
【００２３】
［ケイ素（Ｓｉ）を０．４〜０．８質量％］
ケイ素（Ｓｉ）は、マンガンと同様に、製鋼時に脱酸剤として作用する元素であり、０．４質量％以上添加する必要がある。又、クロム、マンガンと同様に、焼き入れ性を向上させると共に、基地のマルテンサイト化や残留オーステナイトの安定化を促進し、転動疲労寿命の向上に有効な元素である。更に、焼き戻し軟化抵抗性を高める作用も有している。但し、０．８質量％を超えて添加すると、鍛造性、冷間加工性、及び、被削性が低下する場合がある。そこで、合金鋼中のケイ素の添加量を、０．４〜０．８質量％の範囲に規制している。
【００２４】
以上の様な合金鋼により構成される本例の支持軸４ａは、その外径寸法が、例えば１０ｍｍ以下で一定の丸棒状であり、図１に示す様に、軸方向孔１５ａと、複数個（本例の場合３個）の径方向孔１６ａ、１６ｂと、１対の円形凹部１８ａ、１８ｂとを設けている。このうちの円形凹部１８ａ、１８ｂは、円すい台状で、前記支持軸４ａの軸方向両端面に形成されている。前記軸方向孔１５ａは、前記支持軸４ａの中心部に形成されており、その軸方向一端部（図１の左端部）を、一方の円形凹部１８ａの底部に開口させると共に、軸方向他端部（図１の右端部）を、前記支持軸４ａの軸方向中間部の他端寄り部分に位置させている。又、この支持軸４ａの軸方向中央部に、この支持軸４ａを直径方向に貫通する様にして１対の径方向孔１６ａ、１６ａを形成すると共に、この支持軸４ａの軸方向他端寄り部分に、１つの径方向孔１６ｂを形成している。これら各径方向孔１６ａ、１６ｂは、それぞれの径方向内端部を前記軸方向孔１５ａの内周面に開口させると共に、それぞれの径方向外端部を前記支持軸４ａの外周面に開口させている。
【００２５】
又、前記支持軸４ａの外周面のうち軸方向両端部を除いた軸方向中間部には、焼き入れ硬化層１９を、浸炭処理及び浸炭窒化処理は施さずに、高周波焼き入れ処理及び焼き戻し処理を施す事により、軸方向に亙りほぼ均一の深さ（有効硬化層深さ３ｍｍ以下）で形成している。本例の場合、前記支持軸４ａの軸方向両端部で前記両円形凹部１８ａ、１８ｂと軸方向に整合する部分（円形凹部１８ａ、１８ｂの周囲部分）は、焼き入れ硬化せずに生のままとしている。
【００２６】
又、本例の場合、前記焼き入れ硬化層１９の表面硬度をＨｖ７００〜９００の範囲に規制すると共に、この焼き入れ硬化層１９の残留オーステナイト量を１５〜４５容量％の範囲に規制している。この焼き入れ硬化層１９の表面硬度及び残留オーステナイト量を、上記の範囲に規制している理由は、次の通りである。
【００２７】
異物混入下に於いて転動疲労特性が低下するのは、異物の噛み込みによって、圧痕やピーリングが形成され、当該部分に応力集中が生じる事が一因と考えられる。従って、前記焼き入れ硬化層１９の表面硬度がＨｖ７００〜９００の範囲であれば、内輪軌道１３の硬さが十分であり、圧痕が形成されにくくなる。硬度がＨｖ７００未満であると、表面硬さが不十分である為、圧痕が形成される場合がある。一方、硬度がＨｖ９００を超えると、高周波焼き入れ温度を高くする必要が生じる為、結晶粒径の粗大化により靱性が低下する場合がある。
【００２８】
又、前記焼き入れ硬化層１９の残留オーステナイト量が１５〜４５容量％の範囲であると、上述の様な圧痕やピーリングの発生を有効に抑える事ができて、転動疲労寿命を確保できる。即ち、比較的軟らかい金属組織であり、緩衝作用を有する残留オーステナイトを適正量含有させる事で、摩耗粉等の硬い異物が混入した潤滑油での潤滑を行う等、厳しい使用条件下でも圧痕やピーリングの発生を抑え、転動疲労寿命を確保できる。但し、残留オーステナイト量が１５容量％未満の場合には、前記作用・効果を十分に得られない。これに対して、４５容量％を越えると、残留オーステナイトの分解に伴う前記支持軸４ａの変形や寸法変化を抑えにくくなる。
【００２９】
又、本例の場合、前記支持軸４ａの外周面から硬度がＨｖ５００以上である部分までの有効硬化層深さをＸｍｍとし、この支持軸４ａの中心軸に直交する仮想平面に関する断面積をＹｍｍ2  とした場合に、Ｘ≦３ｍｍとすると共に、１２０ｍｍ3  ≦Ｘ×Ｙ≦３００ｍｍ3  なる関係を満たしている。有効硬化層深さＸ及びこの有効硬化層深さＸと断面積Ｙとの積を上述の様に規制した理由は、次の通りである。尚、本例の様に、前記支持軸４ａに軸方向孔１５ａを設けている場合には、この軸方向孔１５ａを設けた部分（径方向孔１６ａ、１６ｂからは軸方向に外れた部分）での断面積（軸方向孔１５ａの孔面積を差し引いた断面積）が断面積Ｙに相当し、軸方向孔１５ａを設けない場合には、中実部分での断面積が断面積Ｙに相当する。
【００３０】
前記支持軸４ａの外径が１０ｍｍ以下である場合、有効硬化層深さＸが３ｍｍ以上であると、高周波熱処理の特性から、焼き入れ硬化層１９が直径方向に貫通する可能性があり、この場合には、前記支持軸４ａの靱性を確保する事が難しくなる。一方、外径が２０ｍｍ以上と十分に大きい場合には、有効硬化層深さＸが３ｍｍ以上であっても、焼き入れ硬化層１９が直径方向に貫通しなくて済む場合もあるが、残留オーステナイト量が過剰になり、前記支持軸４ａの変形量（熱変形曲がり量）が大きくなる場合がある。そこで、本例の場合には、有効硬化層深さＸを３ｍｍ以上としている。
【００３１】
一方、有効硬化層深さＸと断面積Ｙとの積（Ｘ×Ｙ）が、１２０ｍｍ3  よりも小さくなると、表面層部分の残留オーステナイト量を十分に確保できない場合がある。これに対し、前記積（Ｘ×Ｙ）が３００ｍｍ3  よりも大きくなると、表面層部分の残留オーステナイト量が必要以上に多くなり、硬度の低下を引き起こすと共に、前記支持軸４ａの変形量（塑性変形曲がり量）が大きくなる場合がある。そこで、本例の場合には、前記積（Ｘ×Ｙ）を、１２０ｍｍ3  以上３００ｍｍ3  以下の範囲に規制している。
【００３２】
又、本例の場合、前記支持軸４ａのうち、焼き入れ硬化層１９よりも径方向内側に存在する芯部２０及び軸方向両端部の残留オーステナイト量を０容量％としている。この様に芯部２０の残留オーステナイト量を０容量％としている為、残留オーステナイトの分解に伴う前記支持軸４ａの変形や寸法変化を抑えられて、長期間に亙る使用によっても、この支持軸４ａによる遊星歯車３（図３〜５参照）の支持精度を良好な状態に維持できる。
【００３３】
次に、本例の支持軸４ａの製造方法に就いて簡単に説明する。
先ず、前述の様な組成を有する合金鋼から造られ、所定の外径を有する長尺な素材（断面円形の線材）を、アンコイラから引き出して、所定長さ（完成後の長さに、軸方向両端面の形状を整える為に必要とする削り代を加えた長さ）に切断する。尚、合金鋼自体の（焼き入れせずに生のままの状態での）硬さは、例えばＨｖ２００〜３００のものを使用する。
【００３４】
所定長さに切断した素材は、その後、鍛造等の塑性加工或いは旋削等の切削加工を施す事により、軸方向両端面に前記各円形凹部１８ａ、１８ｂが形成された第一中間素材とする。この第一中間素材は、焼き入れ硬化層１９を未だ形成しておらず、全体が生のままである。
【００３５】
この様な第一中間素材には、続く工程で、軸方向中間部の１乃至複数個所（本例の場合３個所）に前記各径方向孔１６ａ、１６ｂを、前記第一中間素材のほぼ中心部まで形成して第二中間素材とする。尚、これら各径方向孔１６ａ、１６ｂを穿設する作業は、ボール盤等を使用した切削加工により行うが、前記第一中間素材は、焼き入れ硬化せずに全体が生のままである為、この切削加工は容易に行える。又、前記各径方向孔１６ａ、１６ｂの内径は、例えば１ｍｍ以上（例えば１〜４ｍｍ程度）とする。
【００３６】
次いで、前記第二中間素材に、前記軸方向孔１５ａを形成して、第三中間素材とする。この様な軸方向孔１５ａは、ボール盤等を使用した切削加工により、前記第二中間素材の軸方向端面に形成した一方の円形凹部１８ａの底面中心部から、前記支持軸４ａの軸方向中間部の他端寄り部分に達した部分にまで形成する。又、前記軸方向孔１５ａの内径は、例えば１ｍｍ以上（例えば１〜４ｍｍ）とする。尚、前記第二中間素材も、焼き入れ硬化されていない生のままの状態であるから、前記軸方向孔１５ａを形成する作業は容易に行える。又、前記各径方向孔１６ａ、１６ｂと前記軸方向孔１５ａとの形成順序は、逆にする事もできる。
【００３７】
次いで、前記第三中間素材に熱処理を施して第四中間素材とする。本例の場合には、熱処理として、浸炭処理及び浸炭窒化処理は施さず、高周波焼き入れ処理及び焼き戻し処理を施す。これにより、第四中間素材の軸方向中間部外周面に、前記焼き入れ硬化層１９を形成する。尚、前記熱処理のうち、高周波焼き入れ処理は、例えば焼き入れ温度を８５０〜１０００℃の範囲として、１〜３０秒間保持して行う。又、同じく焼き戻し処理は、所謂低温焼き戻しであり、焼き戻し温度を１３０〜２００℃の範囲として、約１．５時間保持して行う。
【００３８】
最後に、前記第四中間素材に、外径荒研削、外径仕上研削、及び、超仕上研削を施して、前記支持軸４ａを得る。
【００３９】
以上の様な構成を有する本例の支持軸４ａは、低コストで造れると共に、転動疲労寿命を十分に確保できる。
先ず、コストを抑えられる理由は、浸炭処理及び浸炭窒化処理の何れも施さず、高周波焼き入れ処理及び焼き戻し処理を施す事により、前記焼き入れ硬化層１９を形成している為である。即ち、浸炭処理及び浸炭窒化処理の何れも施さない事で、熱処理時間の低減を図れると共に、特殊な設備が不要になる為、熱処理コストを低く抑えられる。
【００４０】
又、十分な転動疲労寿命を確保できる理由は、合金鋼の組成を工夫すると共に、有効硬化層深さＸ及びこの有効硬化層深さＸと断面積Ｙとの積、及び、焼き入れ硬化層１９の表面硬度及び残留オーステナイト量と芯部２０の残留オーステナイト量とを、それぞれ前述の範囲に規制している為である。
【００４１】
先ず、本例の場合には、前記支持軸４ａを構成する合金鋼中に、熱安定性効果を得られるクロム（Ｃｒ）及びケイ素（Ｓｉ）を多く含んでいる（クロムを１．４〜１．６５質量％、ケイ素を０．４〜０．８質量％添加している）為、ＳＵＪ２やＳＵＪ３に比べて、組織の安定化を図れ、転動疲労寿命の向上に有利になる。又、残留オーステナイトを確保する作用を有するマンガン（Ｍｎ）を多く含んでいる（０．９〜１．３質量％添加している）為、外径が１０ｍｍ以下になる様な細径の支持軸４ａを造る場合にも、残留オーステナイト量の確保に有利になる。
【００４２】
又、有効硬化層深さＸと断面積Ｙとの積を１２０〜３００ｍｍ3  の範囲に規制している為、焼き入れ硬化層１９の残留オーステナイト量を１５〜４５容量％の範囲に適正に規制し易くなる。この結果、異物混入下に於ける圧痕やピーリングの発生を有効に防止できると共に、前記支持軸４ａの変形量（塑性変形曲がり量）を小さく抑えられる。加えて、芯部２０の残留オーステナイト量を０容量％としている為、前記支持軸４ａの変形量を小さく抑える上でより有利になる。
【００４３】
又、有効硬化層深さＸを３ｍｍ以下に規制している為、前記支持軸４ａの外径が１０ｍｍ以下である場合にも、焼き入れ硬化層１９が直径方向に貫通するのを防止して、靱性を確保できる。一方、外径が２０ｍｍ以上と大きい場合にも、残留オーステナイト量が過大になるのを防止できる為、前記支持軸４ａの変形量を小さく抑えられる。
【００４４】
更に、前記焼き入れ硬化層１９の表面硬度をＨｖ７００〜９００と、軌道面（内輪軌道１３）として十分な硬さにしている為、異物混入下に於いても、圧痕やピーリング等の発生を有効に防止できる。
以上の様に、本例の支持軸４ａは、合金鋼の組成自体が転動疲労寿命の確保に有利である事に加えて、表面硬度、残留オーステナイト量等を適正に規制している為、転動疲労寿命を十分に確保できる。
【実施例】
【００４５】
次に、本発明の効果を確認する為に行った試験に就いて説明する。
この試験には、表１に示す８種類の合金鋼Ａ〜Ｈを用いて、表２に示す実施例１〜６及び比較例１〜７の特性を有する支持軸を作製し、後述する条件にて、転動疲労寿命試験を行った。
尚、表１に示す合金鋼Ａ〜Ｈのうち、合金鋼Ａ〜Ｆを構成する各構成元素の含有量は、本発明の範囲に属するものであり、合金鋼Ｇは、クロムの含有量が本発明の含有量よりも少なく、合金鋼Ｈは、ＳＵＪ２であり、モリブデンを含有していないだけでなく、マンガン及びケイ素の含有量が本発明の含有量よりも少ない。
【表１】
2014234526.tif 000003
【表２】
2014234526.tif 000004
【００４６】
試験条件は、次の通りである。
試験機：ＮＳＫ製プラネタリニードル試験機
支持軸の外径：１４．５ｍｍ
支持軸の長さ：４０ｍｍ
ニードルの外径：３．５ｍｍ
基本動定格荷重：３１０００Ｎ
基本静定格荷重：４８０００Ｎ
ラジアル荷重：８０００Ｎ
ピニオン自転数：１００００ｍｉｎ−１
計算寿命：１５３時間
潤滑油：ＡＴＦ
潤滑油温度：１２０℃
【００４７】
上述の条件で、表２に示す実施例１〜６及び比較例１〜７の試料毎に、転動疲労寿命試験を行った。この試験は、これら各試料を前記ＮＳＫ製プラネタリニードル試験機に装着した状態、即ち、遊星歯車の中心孔に試料である支持軸を挿通し、この支持軸の外周面とこの遊星歯車の内周面との間に、複数のニードルを転動自在に設け、この遊星歯車を前記支持軸に対して回転自在に支持した状態で行った。そして、ニードル、支持軸、及び、遊星歯車のうち、少なくとも一つの部材が破損した時点で試験を中止し、その時点までの試験稼働時間を転動疲労寿命とした。
【００４８】
上述の試験結果は、表２の右欄に示した通りである。尚、表２に示す転動疲労寿命に就いては、合金鋼の組成以外は本発明の条件を満たしている、比較例６の転動疲労寿命を１（基準）とした場合の比として記載している。又、表２中、転動疲労寿命を示す欄の左側に示した組成変形曲がり量（熱変形曲がり量）は、上述の様な試験を実施する前に、図２に示す様な、試料（支持軸４ａ）の外周面の反りを測定した値である。
【００４９】
［評価］
先ず、実施例１〜６の転動疲労寿命は、基準である比較例６の転動疲労寿命よりも、少なくとも３倍以上（最大で４．５倍）延びている事が分かる。この事から、本発明の合金鋼の組成が、ＳＵＪ２に比べて、転動疲労寿命の延長に有利である事が確認された。しかも、実施例１〜６の転動疲労寿命は、合金鋼Ｈ（ＳＵＪ２）製の試料に浸炭窒化処理を施している、比較例７の転動疲労寿命よりも延びている。この事から、本発明によれば、熱処理コストが嵩む浸炭窒化処理を省略した場合にも、ＳＵＪ２製の素材に浸炭窒化処理を施した場合以上の転動疲労寿命を確保できる事が確認された。
【００５０】
比較例１は、焼き入れ硬化層の表面硬度が、Ｈｖ６８０と本発明の範囲よりも低くなっている為、内輪軌道として機能する外周面の表面硬度が不足し、実施例１〜６の場合に比べて転動疲労寿命が短くなっていると考えられる。
【００５１】
比較例２は、焼き入れ硬化層の残留オーステナイト量が、１３容量％と本発明の範囲よりも少なくなっている為、圧痕やピーリングの発生を十分に抑える事ができず、実施例１〜６の場合に比べて転動疲労寿命が短くなっていると考えられる。
【００５２】
比較例３は、有効硬化層深さＸと断面積Ｙとの積であるＸ×Ｙの値が、１１０ｍｍ3  と本発明の範囲よりも小さくなっている。この為、焼き入れ硬化層の残留オーステナイト量が５容量％と十分に確保できておらず、圧痕やピーリングの発生を十分に抑える事ができなかった為、実施例１〜６の場合に比べて転動疲労寿命が短くなっていると考えられる。
【００５３】
比較例４は、有効硬化層深さＸと断面積Ｙとの積であるＸ×Ｙの値が、３１０ｍｍ3  と本発明の範囲よりも大きくなっている。この為、焼き入れ硬化層の残留オーステナイト量が５０容量％と過大になり、塑性変形曲がり量が１２μｍと大きくなった為、実施例１〜６の場合に比べて転動疲労寿命が短くなっていると考えられる。
【００５４】
比較例５は、合金鋼Ｇ中のクロムの含有量が、１．３質量％と本発明のクロムの含有量の下限値よりも少ない為、熱安定性効果を十分に得られず、組織の安定化が不十分であった為、実施例１〜６の場合に比べて転動疲労寿命が短くなっていると考えられる。
【００５５】
比較例６は、ＳＵＪ２製であり、合金鋼Ｈ中に、モリブデンを含有していないだけでなく、マンガンの含有量が０．２質量％、ケイ素の含有量０．２５質量％と、本発明のマンガン及びケイ素の含有量の下限値よりも少ない。この為、組織の安定化が不十分となり、実施例１〜６の場合に比べて転動疲労寿命が短くなっていると考えられる。
【００５６】
最後に、比較例７は、高周波焼き入れ処理の前に浸炭窒化処理を施している為、比較例6に比べて、表面硬度が高くなり、焼き入れ硬化層の残留オーステナイト量が増加した事で、転動疲労寿命の延長は図れているが、ＳＵＪ２製であり、合金鋼Ｈ中に、モリブデンを含有していないだけでなく、マンガンの含有量が０．２質量％、ケイ素の含有量０．２５質量％と、本発明のマンガン及びケイ素の含有量の下限値よりも少ない。この為、組織の安定性が不十分であり、実施例１〜６の場合に比べて転動疲労寿命が短くなっていると考えられる。
【符号の説明】
【００５７】
１    太陽歯車
１ａ    歯
２    リング歯車
２ａ    歯
３    遊星歯車
３ａ    歯
４、４ａ    支持軸
５    ニードル
６    キャリア
７    基板
８ａ、８ｂ  通孔
９    係止ピン
１０    円筒部
１１    回転軸
１２    連結板
１３    内輪軌道
１４    外輪軌道
１５、１５ａ    軸方向孔
１６、１６ａ、１６ｂ    径方向孔
１７    潤滑油供給路
１８ａ、１８ｂ  円形凹部
１９    焼き入れ硬化層
２０    芯部
【図１】
2014234526.tif 000005
【図２】
2014234526.tif 000006
【図３】
2014234526.tif 000007
【図４】
2014234526.tif 000008
【図５】
2014234526.tif 000009