(57)【要約】【課題】  過酷な使用条件に対応して高強度化された上で表面起点剥離などの表面損傷や内部起点剥離に対して長寿命で、かつ、端部でのかしめ加工が容易な転がり軸受を提供する。【解決手段】  プラネタリギヤ機構用転がり軸受20は、同心状に配置した内方部材(17)と外方部材(13)および前記両部材間に介在する転動体18を備え、内方部材(17)および外方部材(13)のうち少なくとも一方の部材が窒素富化層を有し、前記少なくとも一方の部材において、転動体18が転走する転走面領域の表層部のオーステナイト結晶粒度が１１番以上で、かつ、硬さがＨＶ６５３以上であり、転走面中央部の断面中心部の硬度がＨＶ５５０以上であり、前記内方部材の端部の硬さがＨＶ３００以下である。【選択図】  図１
2006329268.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同心状に配置した内方部材と外方部材および前記両部材間に介在する転動体を備え、前記内方部材および外方部材のうち少なくとも一方の部材が窒素富化層を有し、前記少なくとも一方の部材において、前記転動体が転走する転走面領域の表層部のオーステナイト結晶粒度が１１番以上で、かつ、硬さがＨＶ６５３以上であり、転走面中央部の断面中心部の硬度がＨＶ５５０以上であり、前記内方部材の端部の硬さがＨＶ３００以下である、プラネタリギヤ機構用転がり軸受。
【請求項２】
前記転走面領域の表層部と転走面中央部の断面中心部以外において、そのミクロ組織がフェライトと炭化物とを有する領域が含まれる、請求項１のプラネタリギヤ機構用転がり軸受。
【請求項３】
前記転走面領域は高周波焼入れされている、請求項１または２のプラネタリギヤ機構用転がり軸受。
【請求項４】
前記転走面領域の表層部において残留オーステナイトが１０体積％以上５０体積％以下を占め、前記転走面中央部の断面中心部に残留オーステナイトが存在する、請求項１ないし３のいずれかのプラネタリギヤ機構用転がり軸受。
【請求項５】
前記少なくとも一方の部材は、Ａ1点以上で浸炭窒化処理した後にＡ1点未満まで冷却し、次いで前記転走面領域を高周波焼入れした、請求項１ないし４のいずれかのプラネタリギヤ機構用転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はプラネタリギヤ機構用転がり軸受、より詳しくは、プラネタリギヤ機構の遊星歯車を支持するための転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近の転がり軸受の中には、たとえばプラネタリギヤ機構に使用される転がり軸受のように、保持器を用いない総ころタイプの軸受でありながら、高速、高荷重用途の要求が増えている。以下では、とくに総ころ軸受と他の転がり軸受とを区別せず、すべて転がり軸受と記する。保持器のない転がり軸受では、ころ同士の干渉が避けられず、また、潤滑剤が軸受内部にうまく供給されないことにより、ころや転走面の表面を起点にする剥離を生ずることがある。
【０００３】
また、ころの回転速度が高速になると、組付け誤差や偏荷重の影響によりころに表面損傷が生じたり、スムーズにころ位置が制御されずスキューを起こしたりしやすい。このため、滑りによる表面起点剥離や局部的な面圧上昇による内部起点剥離が生じることもある。その結果、滑り発熱や局部的な面圧上昇が起こり、ピーリング、スミアリング、表面起点剥離などの表面損傷や、荷重依存型の内部起点剥離が生じやすかった。
【０００４】
プラネタリギヤ機構の内方部材は、ころの転走面では高強度を必要とするが、端部はかしめ成形が可能となるように軟質であることが望ましい。この点を考慮した開発も多くされてきた（特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開２００３−３０１９３３号公報
【特許文献２】特開２００４−００３６２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
今後、自動車のＡ／Ｔミッションなどのプラネタリギヤ機構は高速化および大荷重化と、潤滑油の低粘度化とが加速され、より過酷になることが避けられない。このような使用条件下におかれた転がり軸受において、転動寿命の長寿命化と、高強度化または高い割れ疲労強度とを達成することが求められている。
【０００６】
この発明の主要な目的は、過酷な使用条件に対応して高強度化された上で表面起点剥離などの表面損傷や内部起点剥離に対して長寿命で、かつ、端部でのかしめ加工が容易な転がり軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明のプラネタリギヤ機構用転がり軸受は、同心状に配置した内方部材と外方部材および前記両部材間に介在する転動体を備え、前記内方部材および外方部材のうち少なくとも一方の部材が窒素富化層を有し、前記少なくとも一方の部材において、前記転動体が転走する転走面領域の表層部のオーステナイト結晶粒度が１１番以上で、かつ、硬さがＨＶ６５３以上であり、転走面中央部の断面中心部の硬度がＨＶ５５０以上であり、前記内方部材の端部の硬さがＨＶ３００以下であることを特徴とするものである。
【０００８】
この構成により、転走面の領域の表層部において、表面起点型剥離などの表面損傷および内部起点剥離を抑制して長寿命を実現することができる。また、内方部材の端部では硬さを上記のように制限しているのでかしめ成形が行いやすくなる。さらに、たとえば、内方部材、外方部材の高強度化をはかり、割れ疲労強度を向上させることも可能である。転走面の表層部のオーステナイト結晶粒度が１１番未満では過酷な使用条件下での転動疲労寿命を長くすることができないので、表層部のオーステナイト結晶粒度を１１番以上とする。また、窒素富化層を配置するのは、窒素富化層を高周波焼入れすることによりミクロ組織を微細化して強靭化するためである。なお、オーステナイト結晶粒とは、焼入れ加熱中に相変態したオーステナイトの結晶粒のことであり、これは、冷却によりマルテンサイトに変態した後も、過去の履歴として残存しているものをいう。オーステナイト結晶粒は、対象とする部材の金相試料に対してエッチングなど、粒界を顕出させる処理を施して観察することができる粒界であればよい。焼入れ直前の加熱された時点での粒界という意味で、旧オーステナイト粒と呼ぶ場合がある。測定は、上述のようにＪＩＳ規格の粒度番号の平均値から平均粒径に換算して求めてもよいし、切片法などにより金相組織に重ねたランダム方向の直線が粒界と会合する間の間隔長さの平均値をとり、補正係数をかけて２次元から３次元の間隔長さにしてもよい。
【０００９】
なお、窒素富化層は、あとで説明するように浸炭窒化処理により形成されるが、窒素富化層に炭素が富化されていてもよいし富化されていなくてもよい。
【００１０】
上記転走面領域の表層部以外において、そのミクロ組織がフェライトと炭化物とを有する領域が含まれるようにしてもよい（請求項２）。
【００１１】
ここで、フェライトは鉄のα相のことであり、マルテンサイトなどのように転位を高密度に含まないフェライトを指す。オーステナイト（γ）相から徐冷されて生成するフェライトや、焼入れされた後に十分に焼戻しされたフェライトがこれに対応する。このような転位密度の低いフェライトに対応したセメンタイトなどの炭化物は、凝集粗大化した状態で分散している。したがって、上記のフェライトと炭化物とを有するミクロ組織は、典型的な軟化された状態に対応する。この軟化されたミクロ組織は、転走面の領域の表層部以外の領域に存在すればよい。とくに内方部材の端部における硬さはＨＶ３００以下が前提であるので、内方部材の端部に上記軟化組織を配置することになる。
【００１２】
炭化物は主にセメンタイトＦｅ3Ｃをさすが、窒素富化層では炭素ほどではないが窒素を多く含むため、Ｆｅ3（Ｃ、Ｎ）のように炭窒化物というべきである。しかし、説明を簡単にするため、炭化物というときは炭窒化物も含むこととする。また、通常、鋼材はＭｎなどを含むため、炭化物の中に固溶して（Ｆｅ、Ｍｎ）3（Ｃ、Ｎ）のような形態をとるが、このような形態をも当然含む。さらに、焼戻しが高温で行われるとき、Ｍ3Ｃ型の炭化物だけでなく、Ｍ23Ｃ6型の炭化物やその他の炭化物をも含むが、上記炭化物にはそのような炭化物も含まれる。
【００１３】
転走面領域を高周波焼入れして形成することができる（請求項３）。この構成により、短時間の処理工程で微細粒の硬化組織を得ることができる。この結果、耐表面損傷性、耐転動疲労寿命性などを劣化させずに軸受の高強度化、または高い割れ疲労強度を安価に実現することができる。
【００１４】
転走面の表層部の硬度をＨＶ６５３以上とし、また、その転走面領域の断面中心部の硬度をＨＶ５５０以上とすることができる。この構成により、転走面の表層部における表面損傷や内部起点剥離を確実に抑制することにより長寿命を実現し、また、その転走面の断面中心部の高強度化、または内方部材、外方部材の高い割れ疲労強度を得ることができる。転走面の表層部の硬度がＨＶ６５３未満では上記の条件下での長寿命化は難しく、また、転走面の断面中心部の硬度がＨＶ５５０未満ではプラネタリギヤ機構の高速化、大荷重化の要請に応える高い強度を得ることができない。
【００１５】
転走面の領域の表層部において残留オーステナイトが１０体積％以上５０体積％以下を占めるようにし、転走面の断面中心部において残留オーステナイトが存在するようにすることができる（請求項４）。この構成により、表層部では、表面起点剥離や内部起点剥離における亀裂進展を抑制することができ、断面中心部においては高周波焼入れの結果により強度レベルを高めることができる。表層部において残留オーステナイトが１０体積％未満では過酷な使用条件下での長寿命を得ることができず、５０体積％を超えると微細な残留オーステナイトにならず、かえって上記の使用条件下での寿命を短くする。また、断面中心部では高周波焼入れにより硬化されるため、表層部ほど多くはないが残留オーステナイトが生成する。すなわち、断面中心部まで硬化されるため残留オーステナイトが存在する。
【００１６】
残留オーステナイトの測定は、Ｘ線回折法、透過型電子顕微鏡観察（TEM: Transmission Electron Microscopy）など周知の方法で行うことができる。オーステナイトはフェライトやセメンタイトと異なり強磁性体ではないことを利用して、磁気天秤などの磁気測定装置を用いて測定することもできる。
【００１７】
内方部材、外方部材すなわち上記の少なくとも一方の部材は、Ａ1点以上で浸炭窒化処理した後にＡ1点未満にまで徐冷し、次いで転走面の領域を高周波焼入れする処理をすることができる（請求項５）。上記のＡ1点は共析温度に対応しており、たとえばＦｅ−Ｃ系では７２３℃である。また、転がり軸受に通常用いられる鋼材のＡ1点もその付近の温度である。
【００１８】
上記の処理によれば、表層部において損傷を受け難いため長寿命であり、その他の部分でかしめ加工しやすい部材を得ることができる。高周波焼入れされる部分で、オーステナイト結晶粒度（ＪＩＳ規格）が１１番以上で、残留オーステナイトが１０体積％以上５０体積％以下で、硬度ＨＶ６５３以上になるのは、浸炭窒化処理と、転走面を含む領域に高周波焼入れとが施されるためである。また、内方部材の端部など高周波焼入れの影響が及ばない部位で、硬度がＨＶ３００以下になるのは、浸炭窒化処理後に徐冷するか、または急冷しても調質（焼戻し）処理するからである。
【発明の効果】
【００１９】
この発明によれば、外方部材および内方部材の少なくとも一方の部材が窒素富化層を有し、かつ、内方部材の端部は軟化されているので、優れた耐損傷性とかしめ加工性を得ることができる。さらに、高周波焼入れを行うことにより、内方部材、外方部材における、高い割れ疲労強度および転動疲労強度、ならびに耐表面損傷性を、短時間で簡単な処理工程で確保することができる。とくに表層部において残留オーステナイトを所定範囲有することにより、繰り返し荷重により発生し進展する亀裂の抑止に有効に作用する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面に従ってこの発明の実施の形態を説明する。ここで、図１にプラネタリギヤ機構の構成を概略的に示し、図２にプラネタリギヤ機構を組み込んだ自動変速機の構成を概略的に示す。
【００２１】
図１および図２に示すように、プラネタリギヤ機構１０は、自動変速機内の太陽歯車軸１１と内歯歯車軸１６との間にあって、太陽歯車１２と内歯歯車１５と複数の遊星歯車１３とを含んでいる。太陽歯車１２は外周に歯が形成してあり、太陽歯車軸１１と一体的な関係にある。内歯歯車１５は内周面に歯が形成してあり、内歯歯車軸１６と一体的な関係にある。各遊星歯車１３は、太陽歯車１２と内歯歯車１５との間にあって、太陽歯車１２および内歯歯車１５の双方とかみあって、自転しながら太陽歯車１２の外周を公転することが可能である。プラネタリギヤ機構１０の歯車は常時かみあっており、太陽歯車１２または遊星枠１４または内歯歯車１５のいずれかに駆動力を与えたり、いずれかをロックしたりすることによって、太陽歯車軸１１に対する内歯歯車軸１６の回転数、回転方向、トルクなどを変化させることができる。
【００２２】
遊星歯車１３は、プラネタリギヤ機構１０の転がり軸受２０によって、遊星歯車軸１７に対して回転可能に支持されている。なお、遊星歯車軸１７は、軸を介して回転自在に遊星枠１４に支持されている。周知のとおり、転がり軸受は内輪（内方部材）と外輪（外方部材）と転動体とで構成され、内輪の外側軌道と外輪の内側軌道との間で転動体が転動するようになっている。この実施の形態では、転がり軸受２０は図３に示すようなラジアル型の針状ころ軸受であって、複数の針状ころ１８が保持器１９により一定の間隔で正しい位置に保持されている。そして、遊星歯車軸１７の外周面が内側軌道を提供し、遊星歯車１３の内周面が外側軌道を提供する。したがって、この場合、遊星歯車軸１７と遊星歯車１３が転がり軸受２０の内方部材と外方部材を構成する。
【００２３】
なお、転がり軸受２０の内方部材として、遊星歯車軸１７とは別体の、遊星歯車軸１７の外周に固定した内輪を使用してもよい。同様に、転がり軸受２０の外方部材として、遊星歯車１３とは別体の、遊星歯車１３の内周に固定した外輪を使用してもよい。
【００２４】
転がり軸受２０を構成する部品すなわち軸受部品のうち、内方部材としての遊星歯車軸１７は、これから説明する熱処理を施され、その表層部が超微細オーステナイト粒とされている。
【００２５】
この実施の形態における転がり軸受では、内方部材である遊星歯車軸１７が窒素富化層を有し、転動体が転走する転走面の領域の表層部に高周波焼入れが施されてオーステナイト結晶粒度が１１番以上（ＪＩＳ規格による）と超微細であり、かつ、硬度がＨＶ６５３以上である。前記転走面の領域（表層部および軸中心部）以外では、オーステナイト結晶粒度は１０番以下と比較的粗く、また、とくに端部の硬度は低くＨＶ３００以下の範囲となる部分がある。転動体が転走する転走面の領域では高周波焼入れが施されているために、表層部では残留オーステナイトが１０体積％以上５０体積％以下である。転走面中央の軸中心部では上記表層部の高周波焼入れの際にともに高周波加熱され焼入れされるので、硬化され、また、残留オーステナイトが生成する。この結果、表層部では表面損傷および荷重依存型の内部起点剥離がともに生成しにくく、少なくとも転走面において軸中心部から表層部にわたって高硬度化され、割れ疲労強度が向上する。一方、端部など他の部位では硬度が低いためにかしめ加工しやすい。このため、遊星歯車軸の両端はかしめ加工され、遊星歯車軸支持部の面取り部にかしめ加工固定部を形成している。
【００２６】
次に、遊星歯車軸１７に施す浸炭窒化処理を含む熱処理について説明する。図４はＡ１点以上で浸炭窒化処理を行った後、そのまま徐冷する熱処理パターンであり、図５は浸炭窒化処理を行った後、急冷し、次いでＡ１点未満で調質処理すなわち焼戻し処理を行う熱処理パターンである。図４の熱処理パターンにおける徐冷処理、また図５における調質処理は、互いに対応しており、内方部材全体の硬度を低くすることに寄与している。図４および図５の熱処理パターンのどちらもその後で、転走面の領域（表層部〜軸中心部）に高周波焼入れを施し、その後、低温焼戻しを施す。
【００２７】
上記のいずれかの熱処理を軸受の内方部材に施すことができる。そして、上記のいずれの熱処理によってもその中の浸炭窒化処理によって、「浸炭窒化処理層」である窒素富化層が形成される。浸炭窒化処理において素材となる鋼の炭素濃度が高いため、通常の浸炭窒化処理の雰囲気から炭素が鋼の表面に侵入しにくい場合がある。たとえば、炭素濃度が高い鋼の場合、それ以上高い炭素濃度の浸炭層が生成する場合もあるし、それ以上高い炭素濃度の浸炭層は生成しにくい場合もある。しかし、窒素濃度は、Ｃｒ濃度などにも依存するが、通常の素材の鋼では最大限０．０２５重量％程度以下と低いので、素材の鋼の炭素濃度によらず窒素富化層が明瞭に生成される。
【００２８】
次に、図４および図５の各処理ごとにミクロ組織がどのように生成されてゆくか説明する。まず、たとえばＡ１点以上で浸炭窒化処理を行う。この浸炭窒化処理において、軸受部品ここでは内方部材である遊星歯車軸１７に窒素富化層を形成する。この窒素富化層では、鉄原子Ｆｅに対する侵入型元素であるＣ、Ｎが過共析に侵入し、たとえばオーステナイト中に炭化物が析出している（２相共存）。すなわち、窒素富化層では過共析鋼となっている。また、浸炭窒化処理されない内部では、素材であるもともとの鋼材の組成により、オーステナイト相となっている。また、素材である鋼材がフェライトとオーステナイトとの２相、またはオーステナイトとセメンタイトとの２相、が共存する温度で浸炭窒化処理を行ってもよい。
【００２９】
次いで、冷却する際に、図４のパターン（ヒートパターンＨ1とする）では、浸炭窒化処理温度から徐冷する。この徐冷の目的は、組織を軟化させてかしめ加工性を向上させることにある。この徐冷中に、内部では上記のオーステナイトから、フェライトとセメンタイトとで構成されるパーライトが生成するが、パーライト中のセメンタイトを層状化させずに凝集粗大化させることにより、軟化を促進する。したがって、徐冷する温度域は浸炭窒化処理温度〜（Ａ1点−１００℃）程度まででよい。これより低い温度まで徐冷してもセメンタイトの凝集粗大化は期待できず、時間ばかりかかり能率を低下させる。目安としては６２０℃程度まででよい。その後は、時間短縮のために空冷してもよいし、水冷や油冷を行ってもよい。
【００３０】
窒素富化層では、炭化物＋オーステナイト組織のオーステナイトからパーライトが生成し、その中の炭化物が凝集粗大化する。
【００３１】
図５のパターン（ヒートパターンＨ2とする）では、浸炭窒化処理温度から、たとえば油冷などして焼入れする。この場合、内部では、もともとの鋼材の組成によりオーステナイトからマルテンサイトなどが生成する。このマルテンサイト組織は硬い。このままでは、かしめ加工は困難なので、上記焼戻し処理（調質処理）を行う。焼戻しはＡ1点〜６８０℃の範囲で行うことが望ましい。この焼戻しにより、マルテンサイト組織における高い転位密度は消失し、転位密度の低いフェライトと凝集粗大化したセメンタイトとの組織が得られる。
【００３２】
窒素富化層では、油冷などの焼入れによって加熱時に生成している組織（炭化物＋オーステナイト）のオーステナイトからマルテンサイトが生成する。マルテンサイトは、上記の焼戻しにより、同様に軟化する。もともとあった炭化物は凝集する。なお、上記のミクロ組織の説明では、上述したように、窒素やより複雑な実際のミクロ組織における副次的な要因は無視している。
【００３３】
次に、ヒートパターンＨ1およびＨ2ともに、高周波焼入れを行う。この高周波焼入れの前段階では、窒素富化層は、凝集した炭化物（比率大）と、フェライトとが混在した組織であった。高周波焼入れでは急速加熱され、このとき、炭化物が固溶しながらオーステナイトを核発生させる。分散している炭化物の密度は非常に高いため、オーステナイト核発生密度は非常に高く、発生したオーステナイトが互いに会合して形成されるオーステナイト組織の結晶粒は超微細である。また、窒素富化層は過共析鋼なので、炭化物が共存し、この炭化物ができたばかりで超微細なオーステナイト粒の成長を阻止する。このため、窒素富化層において、超微細なオーステナイト粒を得ることができる。急速加熱の温度が高くなるにつれ炭化物は固溶し、超微細オーステナイトの多くの炭素が固溶される。また、軸中心部では、窒素富化層ではないという影響は受けるが、基本的には上記の表層部における変化と同様に変化する。
【００３４】
次に、高周波焼入れ、すなわち急速加熱した後に焼入れを行うと、オーステナイトはマルテンサイトに変態する。このとき炭素を多く固溶しているためにオーステナイトが安定化され、マルテンサイトの間の微細な領域に未変態のオーステナイトが取り残される。これが残留オーステナイトである。この残留オーステナイトはマルテンサイトの間に形成されるため非常に微細である。体積率にして残留オーステナイトは１０体積％以上５０体積％以下とする。
【００３５】
この後、１８０℃程度で硬度をあまり落とさない程度の焼戻しを行う。この１８０℃程度の焼戻しでは、高密度の転位はほとんど消失しないで維持される。この焼戻しは組織を安定化するために行う。この焼戻しでは、セメンタイトの凝集は生じないし、軟化もほとんど生じない。上記の残留オーステナイトを含んだ高周波焼入れ組織は、強靭であり、過酷な使用条件下で長寿命を実現することができる。
【００３６】
上記の熱処理を行うことにより、転走面の領域（表層部および軸中心部）のオーステナイト粒度を１１番以上の超微細粒にすることができる。また、表層部の硬度をＨＶ６５３以上とし、残留オーステナイトを１０体積％以上５０体積％以下、好ましくは１５体積％以上３５体積％以下の範囲にすることができる。また、軸中心部の硬度をＨＶ５５０以上とし、残留オーステナイトが存在するようにできる。一方、転走面の領域以外の部分、たとえば端部の硬度をＨＶ３００以下とすることができる。したがって、上記の熱処理を受けた内方部材は、高強度化または高い割れ疲労強度を保持し、転動疲労特性が長寿命であり、また、かしめ加工が容易である。
【００３７】
軸受鋼ＳＵＪ２を用いて、図６に示すヒートパターンＨ１（図４に対応）および図７に示すヒートパターンＨ２（図５に対応）の熱処理を施した。すなわち、鋼管または冷間加工された鋼材に、まずＡ１点以上で浸炭窒化処理を施し、その後、ヒートパターンＨ１またはＨ２に応じて、（ヒートパターンＨ１）Ａ１点以下に徐冷（炉冷）するか、または（ヒートパターンＨ２）Ａ１点以下に急冷後に焼戻し（調質）する。その後、転走面に対応する領域（表層部〜軸中央部）に高周波焼入れを施す。上記のヒートパターンＨ１、Ｈ２における温度は、図６および図７に示すとおりである。
【００３８】
遊星歯車軸１７を試料として、上記の熱処理により作製された試験体では、表層部で残留オーステナイトが１０体積％以上５０体積％以下、より好ましくは１５体積％以上３５体積％以下であり、オーステナイト結晶粒度が１１番以上と超微細化される。また、転走面の領域の軸中心部では、上記表層面とともに高周波加熱され焼入れされており、残留オーステナイトが残存している。この試験体について硬度測定を行った。また、比較のために、表層面に高周波焼入れのみを行った従来例の試験体Ｊについても硬度測定を行った。表１に測定結果を示す。各試験体の形状および硬度測定位置を図８に示す。図８（ａ）は試験体の正面図であり、図８（ｂ）は試験体中央（点Ａを通る）の横断面図である。図８において、試験体の転走面３２の領域は、表層部〜軸中心部にわたって高周波焼入れ硬化された部分３１を有する。
【００３９】
【表１】
2006329268.tif 000003
【００４０】
表１によれば、本発明品の試験体１および２では、転走面３２の領域（表層部〜軸中心部）では、表層部Ａ、Ｂにおいて硬度がＨＶ７９０〜８００、また軸中心部Ｅ（図８（ｂ）参照）においてＨＶ７１０〜７３０と非常に高く、また、転走面の領域以外のＣおよびＤではＨＶ２５０〜２７０となっている。この、部位ＣおよびＤにおける硬度はかしめ加工に適切な硬度である。一方、従来例の試験体Ｊでは、転走面の領域において、表層部ＡおよびＢでは硬度が７３５〜７８０、軸中心部ＥではＨＶ２１５と非常に低い。また、高周波焼入れの影響が及ばない測定位置ＣおよびＤの硬度はＨＶ２１０〜２２０となっている。
【００４１】
【表２】
2006329268.tif 000004
【００４２】
また、表２に示すように、本発明品の試験体１，２はオーステナイト結晶粒度番号が１２番と非常に微細であるが、従来例の試験体Ｊでは１０．５とやや粗大である。また、Ａ点での残留オーステナイトは、本発明品の試験体１では２４．７体積％、試験体２では２５．５体積％と、適切な範囲に入っている。一方、従来例の試験体Ｊでは７．５体積％と、表面損傷等を防止することができる範囲から低いほうに外れている。
【００４３】
本発明品の試験体１，２と従来例の試験体Ｊとに対して割れ疲労試験を行い高強度化の検証を行った。試験方法は、図９に示すように、試験体３０の両端を支点２７によって支持した状態で、試験体３０の中央部に荷重負荷部２８により繰返し荷重を負荷する方法である。試験条件は表３に示すとおりである。負荷荷重を変えて破損にいたるまでの繰返し回数をプロットして、負荷荷重−破損回数線を求めた。試験結果を表４に示す。
【００４４】
【表３】
2006329268.tif 000005
【００４５】
【表４】
2006329268.tif 000006
【００４６】
表４には、負荷回数１０6回で破損する負荷荷重が、従来例の試験体Ｊにおける値を１として比率で示されている。本発明品の試験体１では１．３２であり、従来例に比べて３２％増大している。また、本発明品の試験体２では１．２８であり、従来例に比べて２８％増大している。この結果、高い割れ疲労強度が実現されていると確認することができた。
【００４７】
次に、上記の試験体１および２に対して外輪回転型疲労寿命試験を行った。試験体のＡ点（表層部）におけるオーステナイト結晶粒度番号および残留オーステナイトを表２に、試験条件を表５に示す。外輪回転型疲労寿命試験の試験装置を図１０に示す。この試験装置では、試験体３０の外側上下から挟むようにローラ３５が配置され、ローラ３５が試験体３０の表層部に外側から密着して外圧を加えながら回転して試験体３０に荷重が負荷される。
【００４８】
【表５】
2006329268.tif 000007
【００４９】
上記の試験条件によれば、試験中に表面損傷または内部起点剥離が発生する。したがって、本試験を実施することにより、表面損傷および内部起点剥離の両方の寿命を確認することができる。この疲労試験の結果を表６に示す。
【００５０】
【表６】
2006329268.tif 000008
【００５１】
表６によれば、本発明品の試験体１および２は従来例の試験体Ｊの３．３〜３．８倍超寿命を有する。従来例の試験体Ｊでは、浸炭窒化処理を行わないこと、表層部から軸中心部にわたって高周波焼入れ処理を行わないことに起因する金属組織（オーステナイト結晶粒度、残留オーステナイト量）のために疲労寿命が短いものと考えられる。
【００５２】
ここに開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】（ａ）はプラネタリギヤ機構の正面図、（ｂ）は同じく縦断面図、（ｃ）は同じく斜視図である。
【図２】自動変速機の縦断面図である。
【図３】針状ころ軸受の一部を破断した斜視図である。
【図４】ヒートパターン図である。
【図５】ヒートパターン図である。
【図６】ヒートパターン図である。
【図７】ヒートパターン図である。
【図８】（ａ）は試験体の縦断面図、（ｂ）は同じく横断面図である。
【図９】割れ疲労試験方法を説明するための略図である。
【図１０】疲労寿命試験装置の縦断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０  プラネタリギヤ機構
１１  太陽歯車軸
１２  太陽歯車
１３  遊星歯車
１４  遊星枠
１５  内歯歯車
１６  内歯歯車軸
１７  遊星歯車軸
１８  針状ころ
１９  保持器
２０  針状ころ軸受（プラネタリギヤ機構用転がり軸受）
【図１】
2006329268.tif 000009
【図２】
2006329268.tif 000010
【図３】
2006329268.tif 000011
【図４】
2006329268.tif 000012
【図５】
2006329268.tif 000013
【図６】
2006329268.tif 000014
【図７】
2006329268.tif 000015
【図８】
2006329268.tif 000016
【図９】
2006329268.tif 000017
【図１０】
2006329268.tif 000018