(57)【要約】【課題】ニードルローラの働きによってピニオンシャフトの寿命の延長を図ることができるプラネタリーギヤ装置を安価に提供すること。【解決手段】内周にニードルローラを配したピニオンギヤ１３を、キャリア１４に固定したピニオンシャフト１５に回転自在に支持するプラネタリーギヤ装置１０において、ピニオンシャフト１５の軌道表面１５ａの残留オーステナイト量が１５〜４０体積％であり、且つ、ニードルローラ１５の素材としてＳｉ含有量が０．５重量％以上の鋼を用い、浸炭窒化処理及び焼入れを行った後、さらに高温焼戻しを施したプラネタリーギヤ装置１０。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周にニードルローラを配したピニオンギヤを、キャリアに固定したピニオンシャフトに回転自在に支持するプラネタリーギヤ装置において、
前記ピニオンシャフトの軌道表面の残留オーステナイト量が１５〜４０体積％であり、且つ、前記ニードルローラの素材としてＳｉ含有量が０．５重量％以上の鋼を用い、浸炭窒化処理及び焼入れを行った後、さらに高温焼戻しを施したことを特徴とするプラネタリーギヤ装置。
【請求項２】
前記ニードルローラの表面部のＮ濃度が、０．２重量％以上であることを特徴とする請求項１に記載のプラネタリーギヤ装置。
【請求項３】
前記ニードルローラの表面部の残留オーステナイト量が、２０体積％未満であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラネタリーギヤ装置。
【請求項４】
前記ニードルローラの表面粗さが、前記ピニオンシャフトの軌道表面の表面粗さよりも小さいことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のプラネタリーギヤ装置。
【請求項５】
前記ニードルローラの高温焼戻しが、２００℃〜３００℃の範囲であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のプラネタリーギヤ装置。
【請求項６】
前記ピニオンシャフトの心部の残留オーステナイト量が、０体積％であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のプラネタリーギヤ装置。
【請求項７】
前記ピニオンシャフト端部の表面硬さが、３００ＨＶ以下であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載のプラネタリーギヤ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車や工作機械の減速機や変速機に用いられるプラネタリーギヤ装置に関し、特に高温高速回転で用いる場合に好適なプラネタリーギヤ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラネタリーギヤ装置は、減速機、変速機等、種々の用途に使用されている。例えば、自動車の自動変速機に用いられるプラネタリーギヤ装置は、サンギヤ、リングギヤ、及びキャリヤの回転要素を備えており、これらの回転要素は、出力軸の周りに同心に配置されている。また、サンギヤ及びリングギヤに噛み合うビニオンギヤが、キャリヤに固定されたピニオンシャフトに、ニードルローラを介して回転自在に支持されており、各回転の遠心力によって各回転要素に潤滑油が供給されるように油路が備えられている。
【０００３】
しかしながら、プラネタリーギヤ装置の構造は、ピニオンギヤが自転しながら公転するという複雑な構造が採用されているため、ピニオンギヤを支持するピニオンシャフト、及びニードルローラに潤滑油を十分に供給することは困難であった。また、各回転要素の中では、ピニオンギヤの回転速度が最も高いので、ピニオンギヤを支持するピニオンシャフトには、ピニオンギヤに作用する遠心力を支えるために大きな荷重が付加される傾向がある。
【０００４】
また、ピニオンシャフトをキャリヤに固定する方法としては、ピニオンシャフトの端部に固定用のピンを挿入する穴を設けて固定する方法と、ピニオンシャフトの端部を加締めることによって固定する方法とがある。しかし、自動車の低燃費化のためにトランスミッションを小型化するためには、ピニオンシャフトの端部を加締めることによって固定する方が有利であるとされている。
【０００５】
上記のような理由から、従来のプラネタリーギヤ装置においては、ピニオンシャフトは、ＪＩＳ鋼種ＳＫ５等で構成され、ニードルローラが転走する部分には高周波焼入れが施されて、転動部材として必要な硬さ（Ｈｖ６５０以上）が付与されていた。また、潤滑不良等による剥離寿命が問題となる場合には、ピニオンシャフトはＪＩＳ鋼種ＳＵＪ２等で構成され、浸炭窒化処理等が施されて寿命が確保されていた。
【０００６】
また、近年では、自動車の低燃費化の要求がますます強まっており、トランスミッションの小型化や高効率化が行われている。そのため、ピニオンギヤの回転速度が高まっているので、ピニオンシャフトに加わる荷重の増大と温度の上昇、及び潤滑油量が減少する傾向にあり、ピニオンシャフトの寿命低下につながっている。
【０００７】
さらに、荷重の増大と共に温度も上昇しているために、ピニオンシャフトに塑性変形が生じ、この変形によりニードルローラとピニオンシャフトの間に滑りが増大し、軌道面の摩耗や面荒れ等が原因となって早期剥離に至るという問題から長寿命化への要望が高まっている。
【０００８】
ところで、シャフトの塑性変形は、負荷される荷重が弾性変形の範囲の荷重であっても、荷重が加わった状態で高温に曝されることによって、シャフトに作用している応力を緩和する方向に、シャフトの形状が近づいて行く現象であると考えられ、残留オーステナイト量が多いほど塑性変形量も大きくなる傾向にある。このため、塑性変形を抑制するには、残留オーステナイト量を極力少なくすることが最も効果が大きい。しかし、軌道面表面層の残留オーステナイト量が少なくなると、転動疲労寿命特性が低下し、必要な耐久性が得られなくなる。
【０００９】
そこで、従来、シャフトの塑性変形を防止する方法として、浸炭窒化処理を行った後に調質処理を行い、さらに表面層のみを高周波焼入することによって表面の残留オーステナイト量及び硬さを高くして転動疲労寿命特性を向上させ、且つ、心部の残留オーステナイト量を０体積％として塑性変形を防止する方法が知られている(例えば、特許文献１参照)。
【００１０】
また、高速回転化、及び潤滑油の低粘度化によるニードルローラの表面疲労剥離の対策として、素材のＳｉ、及びＭｎの含有量を高くした鋼を用いて、この素材に浸炭窒化処理、焼入れ、焼戻し処理を行うことによって表面部の残留オーステナイト量を２０〜５０体積％とする技術が知られている(例えば、特許文献２参照)。
【特許文献１】特開２００２−４００３号公報
【特許文献２】特開２０００−２３４１４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１に記載された方法では、トランスミッションの小型化に伴ってピニオンシャフトが細くなるに従い、残留オーステナイト量が高い表面層がピニオンシャフト全体に占める割合が大きくなり、ピニオンシャフト全体での平均残留オーステナイト量が高くなる結果、塑性変形を抑制する効果が低下する恐れがある。また、ピニオンシャフトの端部を加締めてキャリアに固定することに対する配慮がなされていない。
【００１２】
一方、特許文献２に記載された方法では、ニードルローラの寿命を延長する効果は得られても、ピニオンシャフトの寿命を延長する効果は得られないという問題がある。
【００１３】
本発明は、このような問題を改善するためになされたものであり、その目的は、ニードルローラの働きによってピニオンシャフトとしての寿命の延長を図ることができるプラネタリーギヤ装置を安価に提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の上記目的は、以下の構成により達成される。
１）本発明に係るプラネタリーギヤ装置は、内周にニードルローラを配したピニオンギヤを、キャリアに固定したピニオンシャフトに回転自在に支持するプラネタリーギヤ装置において、前記ピニオンシャフトの軌道表面の残留オーステナイト量が１５〜４０体積％であり、且つ、前記ニードルローラの素材としてＳｉ含有量が０．５重量％以上の鋼を用い、浸炭窒化処理及び焼入れを行った後、さらに高温焼戻しを施したことを特徴とする。
【００１５】
２）本発明に係るプラネタリーギヤ装置は、前記１）記載のプラネタリーギヤ装置であって、前記ニードルローラ表面部のＮ濃度が、０．２重量％以上であることを特徴とする。
【００１６】
３）本発明に係るプラネタリーギヤ装置は、前記１）または２）記載のプラネタリーギヤ装置であって、前記ニードルローラの表面部の残留オーステナイト量が、２０体積％未満であることを特徴とする。
【００１７】
４）本発明に係るプラネタリーギヤ装置は、前記１）〜３）のいずれか一項に記載のプラネタリーギヤ装置であって、前記ニードルローラの表面粗さが、前記ピニオンシャフトの軌道表面の表面粗さよりも小さいことを特徴とする。  
【００１８】
５）本発明に係るプラネタリーギヤ装置は、前記１）〜４）のいずれか一項に記載のプラネタリーギヤ装置であって、前記ニードルローラの高温焼戻しが２００℃〜３００℃の範囲であることを特徴とする。
【００１９】
６）本発明に係るプラネタリーギヤ装置は、前記１）〜５）のいずれか一項に記載のプラネタリーギヤ装置であって、前記ピニオンシャフトの心部の残留オーステナイト量が０体積％であることを特徴とする。
【００２０】
７）本発明に係るプラネタリーギヤ装置は、前記１）〜６）のいずれか一項に記載のプラネタリーギヤ装置であって、前記ピニオンシャフト端部の表面硬さが３００ＨＶ以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のプラネタリーギヤ装置によれば、今後益々小型化や軽量化が進められて、使用条件が高速化及び高温化しても、この使用に耐え得ることができ、長寿命なプラネタリーギヤ装置を安価に提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明に係る実施の形態例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
図１は本発明に係るプラネタリーギヤ装置の一実施形態を示す分解斜視図、図２はプラネタリーギヤ装置の要部構造図、図３は耐久試験に使用した試験用ニードルローラの成分表、図４は試験装置の概略図、図５は耐久試験の結果を示す表、図６は耐久試験の結果を示す表である。
【００２４】
図１に示すように、本発明の実施形態であるプラネタリーギヤ装置１０は、図示しない軸が挿通されたサンギヤ１１と、該サンギヤ１１と同心に配されたリングギヤ１２と、サンギヤ１１及びリングギヤ１２に噛み合う複数（図１においては３個）のピニオンギヤ１３と、サンギヤ１１及びリングギヤ１２と同心に配され、且つ、ピニオンギヤ１３を回転自在に支持するキャリヤ１４と、を備えている。
【００２５】
ピニオンギヤ１３は、キャリヤ１４に固定されたピニオンシャフト１５を介してキャリヤ１４に支持されており、ピニオンシャフト１５の外周面とピニオンギヤ１３の内周面との間に配設された複数の転動体であるニードルローラ１６によって、ピニオンシャフト１５を軸として回転自在とされている。
【００２６】
ニードルローラ１６は、素材にＳｉ(珪素)含有量が０．５重量％以上の鋼を用いて、浸炭窒化処理及び焼入れされた後、さらに高温焼戻しを施して作成されている。そのため、ニードルローラ１６のみにＳｉ含有量を高めた素材を用いて、浸炭窒化処理及び高温焼戻しを施すことにより、プラネタリーギヤ装置１０全体としての寿命を延長することが可能となる。
【００２７】
また、ニードルローラ１６は、素材にＳｉ含有量が０．５重量％以上の鋼を用いて、浸炭窒化処理及び焼入れされた後、さらに高温焼戻しを施し、加えて、ニードルローラ１６の表面の残留オーステナイト量を２０体積％未満にしている。そのため、ニードルローラ１６の表面の残留オーステナイト量が２０体積％未満となるように焼戻し温度を高くすることにより、相手部材であるピニオンシャフト１５の寿命をより効果的に延長することができる。
【００２８】
また、ニードルローラ１６は、表面粗さが、ピニオンシャフト１５の軌道表面１５ａの表面粗さよりも小さく設定されている。それにより、相手部材の寿命を延長させることができる。
【００２９】
また、ニードルローラ１６は、素材にＳｉ含有量が０．５重量％以上の鋼を用いて、浸炭窒化処理及び焼入れされた後、さらに、２００℃〜３００℃の範囲での高温で焼戻されて作成される。これにより、ピニオンシャフト１５の表面疲労を抑制する転動体を作成することができる。
【００３０】
ニードルローラ１６における表面疲労型の剥離は、潤滑油に混入した異物を噛み込むことによってピニオンシャフトの軌道表面１５ａに圧痕が生じ、圧痕の縁の応力の集中によって発生する場合や、潤滑不足によってピニオンシャフト１５の軌道表面１５ａとニードルローラ１５の表面に金属接触が生じ、軌道表面１５ａに大きな接線力が働くことによって発生する場合があると考えられている。
【００３１】
表面疲労型の剥離を防止するためには、応力の集中を緩和する効果が高い残留オーステナイトの量を高くすることが有効であることが知られており、また、異物の噛み込みによる圧痕を小さくするために、硬さを高くすることも長寿命化に有効であることが知られている。しかしながら、これまでは寿命が問題となる部材のみが注目されていたため、相手部材の寿命に与える影響をも考慮した検討は為されていない。
【００３２】
前述の課題を解決するため、転動体、即ちニードルローラ１６について鋭意研究を行ってきた結果、ニードルローラ１６の素材にＳｉ含有量を高めた鋼を用い、さらに適正な熱処理等を施すことによって相手部材であるピニオンシャフト１５の軌道表面１５ａの損傷が軽減され、その結果、ピニオンシャフト１５の寿命を延長することが可能であることを見出した。
【００３３】
Ｓｉは、製鋼時の脱酸剤として必要な元素であるが、鋼の焼戻し軟化抵抗性を向上させるのに有効な元素であり、また鋼に浸炭窒化処理を施す場合に表面部の窒素濃度を高くする作用が元素である。本発明者の実験の結果、ニードルローラ１６の素材にＳｉ含有量が０．５重量％以上の鋼を用いて、浸炭窒化処理の後に焼入れを行い、さらに２００℃以上の高温で焼戻し処理を施すことによって、ピニオンシャフト１５の表面疲労を抑制する効果が得られることが分かった。このため、Ｓｉ含有量の下限は０．５重量％とする。その効果を得るために、より好ましいＳｉ含有量の下限は０．８重量％である。また、余りに多量に含有すると、素材の被削性を低下させてコストの増大を招く恐れがあるので、Ｓｉ含有量の上限は２．０重量％とすることが好ましい。より好ましくはＳｉ含有量の上限を１．５重量％とする。
【００３４】
また、ニードルローラ１６の焼戻し温度が低過ぎると、ピニオンシャフト１５の寿命を延長する効果が十分に得られなくなる。これは、焼戻し温度が低過ぎると、軟質な残留オーステナイトの量が多くなるため、ピニオンシャフト１５との真実接触面積が大きくなって摩擦による損傷が大きくなるためであると考えられ、焼戻し温度の下限は２００℃とする。好ましくは、ニードルローラ１６の表面部の残留オーステナイト量が２０体積％未満となるように焼戻し温度を高くし、より好ましくはニードルローラ１６の表面部の残留オーステナイト量が１８体積％以下となるように焼戻し温度を選定すると、ピニオンシャフト１５の寿命をより効果的に延長することができる。
【００３５】
一方、焼戻し温度を高くし過ぎると、硬さの低下及び残留オーステナイト量の不足によってニードルローラ１６の寿命が低下し、かえって軸受としての寿命が低下してしまうため、焼戻し温度の上限は３００℃とする。このとき、ニードルローラ１６の寿命低下によって軸受としての寿命が低下することを防止するためには、焼戻し温度を選定してニードルローラ１６の表面部の残留オーステナイト量が５体積％以上となるようにすることが好ましい。より好ましくは、ニードルローラ１６の表面部の残留オーステナイト量を８体積％以上とする。
【００３６】
さらに、ニードルローラ１６の表面部のＮ濃度を高くするほどピニオンシャフト１５の損傷を軽減する効果が高くなるため、ニードルローラ１６の表面Ｎ濃度の下限を０．２重量％以上とすることが好ましく、より好ましくは０．３重量％以上とする。しかしながら、あまりにＮ濃度を高くしてもその効果が飽和してしまい、過剰に高くすると脆弱な窒化層が形成されてかえって軸受としての寿命特性が低下する恐れがあるため、上限は２．０重量％とすることが好ましい。
【００３７】
また、浸炭窒化処理によってＮ(窒素)と同時に添加されるニードルローラ１６の表面部のＣ(炭素)の濃度については、ニードルローラ１６として必要とされているＨＲＣ５８の硬さが得られるように調整する必要がある。このため、ニードルローラ１６の表面部のＣ濃度とＮ濃度の合計が０．８重量％以上となるようにＣ濃度を調整することが好ましい。より好ましくは、表面部のＣ濃度を０．８重量％以上とし、さらに好ましくは１．０重量％以上とする。しかしながら、ニードルローラ１６の表面部のＣ濃度をあまりにも高くし過ぎると、粗大な炭化物が析出して、ニードルローラ１６そのものの寿命特性が低下してしまう恐れがあるため、上限を２．５重量％とすることが好ましく、より好ましくは２．０重量％以下とする。
【００３８】
なお、本発明が目的とするピニオンシャフトの損傷低減のためには、ピニオンシャフトと金属接触が生じる最表面の残留オーステナイト量や窒素濃度、あるいは炭素濃度が重要であり、本発明におけるニードルローラ１６の表面部とは、最表面から少なくとも１μｍの範囲を意味するものとする。
【００３９】
続いて、Ｓｉ以外の素材の合金元素について述べる。
素材のＣ含有量について、
Ｃは、基地をマルテンサイト化することにより、焼入れ、焼戻し後の硬さを向上させるために必要な元素である。本発明のニードルローラ１６の表面部においては、浸炭窒化処理によってＮと同時にＣを添加することが可能であるため、素材のＣ含有量は、完成状態でのニードルローラ１６の心部が必要な強度を確保できる量であれば良いため、素材のＣ含有量の下限は０．３０重量％以上とすることが好ましい。ニードルローラの心部硬さとしては６５０ＨＶ以上とすることがより好ましく、素材のＣ含有量は０．８０重量％以上とすることがより好ましい。しかしながら、素材のＣ含有量が余りに多過ぎると、製鋼の段階で粗大な炭化物が生成して転動疲労特性を低下させる恐れがあるため、上限は１．２０重量％とする。
【００４０】
素材のＭｎ含有量について、
Ｍｎ（マンガン）は、製鋼時の脱酸剤及び脱硫剤として必要な元素であり、その効果を十分に得るためには０．１５重量％以上含有することが好ましい。また、Ｍｎは、焼入れ性の向上に有効な元素でもあるため、０．２５重量％以上含有することが、より好ましい。しかしながら、その含有量をあまりにも高くし過ぎると、非金属介在物が多くなり過ぎて寿命特性が低下する恐れがあり、また、素材の鍛造性及び被削性等の機械加工性が低下するため、Ｍｎ含有量の上限は２．０重量％とする。なお、Ｍｎの含有量が低い程より低い温度での焼戻しで残留オーステナイト量を調整することが可能であり、径の小さいニードルローラの熱処理においてはそれほど高い焼入れ性を必要としないことを考慮すると、コストの面からＭｎ含有量の上限は０．７重量％とすることが好ましい。
【００４１】
素材のＣｒ含有量について、
Ｃｒ（クロム）は、焼入れ性及び焼戻し軟化抵抗性を向上させるのに有効な元素であり、基地を強化して転動疲労寿命特性を向上する作用がある。また、微細で高硬度な炭化物や炭窒化物を形成して、耐摩耗性を向上する働きもある。さらに、浸炭窒化層のＣ濃度を高める作用があり、浸炭窒化特性の向上にも有効な元素である。これらの作用・効果を十分に発揮させるためには、Ｃｒ含有量の下限を０．５重量％とする。しかしながら、多量に添加してもその効果が飽和してしまうばかりか、表面に不働体膜を形成することにより、かえって浸炭窒化特性を阻害する恐れがあるため、Ｃｒ含有量の上限は２．０重量％とすることが好ましい。
【００４２】
素材のＯ含有量について、
Ｏ（酸素）は、転動疲労寿命特性に有害な酸化物系の非金属介在物を形成するため、極力その含有量を低くする必要があり、含有量の上限を１２ｐｐｍとすることが好ましい。より好ましくは９ｐｐｍ以下とする。
【００４３】
なお、上記合金元素以外にも、製鋼上不可避な量の不純物元素（例えばＰ（リン），Ｓ（イオウ），Ｎｉ（ニッケル），Ｃｕ（銅），Ｍｏ（モリブデン），Ｖ（バナジウム），Ａｌ（アルミニウム），Ｔｉ（チタン），Ｎｂ（ニオブ）等）が含まれることは言うまでもない。また、ＭｏやＶ等の炭化物形成元素は、浸炭窒化処理によって微細で高硬度な炭窒化物を形成して耐摩耗性の向上に有効であるため、コストが許す限り微量に添加しても良いが、添加量上限は合計で２重量％以下とすることが好ましい。
【００４４】
また、表面疲労剥離は、極表面に生じる現象であり、潤滑油膜の形成が不十分となって金属接触が生じることが大きな原因となるため、表面の形状や粗さが疲労の進行に及ぼす影響が大きく、本発明者が行ってきた研究の結果からは、上記ニードルローラ１６によって軸受としての寿命を延長する効果を得るためには、転動体表面（転走面）の粗さをピニオンシャフト１５の軌道表面１５ａの粗さ以下にしておく必要がある。
【００４５】
プラネタリーギヤ装置１０によれば、ニードルローラ１６が、素材にＳｉ含有量が０．５重量％以上の鋼を用いて、浸炭窒化処理及び焼入れされた後、さらに高温焼戻しを施して作成されるために、ニードルローラ１６のみにＳｉ含有量を高めた素材を用いて、浸炭窒化処理及び高温焼戻しを施すことにより、軸受全体としての寿命を延長することが可能となる。従って、製造上の問題やコストの問題から長寿命な材料熱処理を適用することが困難な複雑形状を有する軌道軸が内輪として用いられる場合等においても、長寿命なプラネタリーギヤ装置１０を安価に提供することが可能となる。
【００４６】
また、プラネタリーギヤ装置１０によれば、ニードルローラ１６が、素材にＳｉ含有量が０．５重量％以上の鋼を用いて、浸炭窒化処理及び焼入れされた後、さらに高温焼戻しを施し、加えて、ニードルローラ１６の表面部の残留オーステナイト量を２０体積％未満にしている。ニードルローラ１６の焼戻し温度が低過ぎると、相手材の寿命を延長する効果が十分に得られなくなる。これは、焼戻し温度が低過ぎることにより、軟質な残留オーステナイトの量が多くなるために、ピニオンシャフト１５との真実接触面積が大きくなって摩擦による損傷が大きくなるためである。これに対して、焼戻し温度を高くし過ぎると、硬さの低下及び残留オーステナイト量の不足によってニードルローラ１６の寿命が低下し、かえって軸受としての寿命が低下してしまう。そのため、ニードルローラ１６の表面の残留オーステナイト量が２０体積％未満となるように焼戻し温度を高くすることにより、ピニオンシャフトの寿命をより効果的に延長することができる。
【００４７】
また、プラネタリーギヤ装置１０によれば、ニードルローラ１６の表面粗さが、ピニオンシャフト１５の軌道表面１５ａの表面粗さよりも小さく設定されている。ニードルローラ１６の表面粗さが、ピニオンシャフト１５の軌道表面の表面粗さよりも大きくなると、ピニオンシャフト１５の寿命を延長させる効果が小さくなって寿命比が低下するが、ピニオンシャフト１５の表面粗さよりも小さいために、ピニオンシャフト１５の寿命を延長させることができる。
【００４８】
また、プラネタリーギヤ装置１０によれば、ニードルローラ１６が、素材にＳｉ含有量が０．５重量％以上の鋼を用いて、浸炭窒化処理及び焼入れされた後、さらに、２００℃〜３００℃の範囲での高温で焼戻されることにより、ピニオンシャフト１５の表面疲労を抑制する転動体としてのニードルローラ１６を作成することができる。
【実施例】
【００４９】
本発明のプラネタリーギヤ装置１０の作用・効果を確認するために、以下の耐久試験を行った。
（耐久試験１）
まず、図３に示すように、複数の主要化学成分を組み合わせることにより、Ａ〜Ｒの１８種類のニードルローラを作成し、図４に示す試験装置１００により耐久試験を行った。
【００５０】
図４に示すように、試験装置１００は、内周にニードルローラ１１０を配することによってピニオンシャフト１０１に回転自在に支持された外輪(ピニオンギヤ１２に相当する)に、サポート軸受（不図示）を介して荷重をかけながら回転させる。このとき、ピニオンシャフト１０１は、素材にＪＩＳ鋼種ＳＵＪ２を用いて形成した後、浸炭窒化処理及び焼鈍を施すことによってピニオンシャフト１０１全体の残留オーステナイトを完全に分解すると同時に３００ＨＶ以下の硬さに調整し、さらに、軌道表面の部分のみに高周波焼入を施してから焼戻し処理を行うことによって軌道表面の表面硬さを７００ＨＶ〜８５０ＨＶ、残留オーステナイト量を１５〜３０体積％に調整した。このようにして、心部の残留オーステナイト量を０体積％として使用中の塑性変形が最も小さくなるようにし、且つ、高周波焼入を施していない端部は加締めることが容易な３００ＨＶ以下の硬さとして、さらに、軌道表面の表面粗さが０．１０〜０．１５Ｒａとなるように仕上加工を施して、発明例及び比較例として試験に用いた。
【００５１】
なお、従来例のピニオンシャフトは、素材にＪＩＳ鋼種ＳＫ５を用いて成形した後、軌道面部分に高周波焼入及び焼戻しを施すことによって６５０ＨＶ〜８００ＨＶの硬さに調整し、軌道面の表面粗さが０．１０〜０．１５Ｒａとなるように仕上加工を施して試験に用いた。外輪は、素材にＪＩＳ鋼種ＳＵＪ２を用いて成形した後、焼入及び焼戻し処理を施すことによって軌道面の表面硬さを７００ＨＶ〜８００ＨＶに調整し、軌道面の表面粗さが０．１０〜０．１５Ｒａとなるように仕上加工を施して試験に用いた。
【００５２】
試験は、ラジアル荷重４ｋＮ、回転数８０００ｍｉｎ−１、油温１５０℃の条件で、剥離が生じるまでの時間を寿命として評価を行った。用いたニードルローラ１１０の外径はφ２ｍｍ、ピニオンシャフトの外径はφ８ｍｍである。なお、耐久試験の前に、予め鉄粉を３００ｐｐｍ混入したグリースを軸受に封入して１０分間運転し、軌道面及び転走面に圧痕を形成した後、洗浄を行ってから試験に用いることによって、表面疲労型剥離寿命の評価を行った。
【００５３】
耐久試験１の結果は、図５に示す通りである。なお、実施例（発明例）及び比較例として用いた針状ころは、以下に示す、（ア）または（イ）に示す熱処理を施した後、表面粗さが０．０５〜０．０８Ｒａとなるように仕上げ加工を行うことによって作製した。
（熱処理条件）
耐久性評価での熱処理条件は、次の通りである。
（ア）：Ｒｘガス＋プロパンガス＋アンモニアガス雰囲気中で８００℃〜８６０℃×２〜６ｈｒの浸炭窒化処理、焼入れ、１５０℃〜３５０℃焼戻し。
（イ）：Ｒｘガス雰囲気中で８００℃〜８６０℃に加熱後焼入れ、１５０℃〜３００℃焼戻し。
【００５４】
なお、図５に示す試験の結果では、各試験片（ニードルローラ）の熱処理の種類、焼戻し温度、表面窒素濃、表面度炭素濃度、表面硬さ及び表面の残留オーステナイト量（γＲ）を合わせて示している。また、表面炭素濃度及び窒素濃度の測定は、電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）を用いて、鏡面研磨仕上げを施した針状ころ断面の最表面から中心部へ向かって定量分析を行い、最表面の炭素濃度及び窒素濃度を読み取った。また、表面硬さの測定にはビッカース硬度計を用い、残留オーステナイト量の測定にはＸ線回折注を用いて、針状ころの表面を直接測定することによって行った。
【００５５】
図５の試験結果は、 従来例であるＮｏ．１８の寿命を１の場合の比で示している。図５の試験結果から明らかのように全ての本発明例は、従来の３倍以上の長寿命であることが分かる。
比較例であるＮｏ．１９は、従来から用いられているＪＩＳ鋼種ＳＵＪ２に浸炭窒化処理を施した場合であり、また、比較例Ｎｏ．２０は、比較例Ｎｏ．１９の焼戻し温度を高くした場合であるが、Ｓｉの含有量が低過ぎるため相手部材の寿命を延長する効果が得らず、寿命延長効果が低くなっている。
比較例Ｎｏ．２１は、本発明例Ｎｏ．１の焼戻し温度を低くして表面の残留オーステナイト量を高くした場合であるが、表面部の残留オーステナイト量が高過ぎるため寿命延長効果が低くなっていると考えられる。
比較例Ｎｏ．２２は、焼戻し温度が高過ぎるためニードルローラの寿命が低下した結果、寿命を延長する効果が低くなっている。
比較例Ｎｏ．２３は、浸炭窒化処理を施していないため、ニードルローラが相手部材の寿命を延長する効果が得られていない。
【００５６】
（耐久試験２）
次に、図５に示した、本発明例であるＮｏ．１の仕上げ加工条件を変更して表面粗さを変えた、Ｎｏ．２４，Ｎｏ．２５，Ｎｏ．２６の３種類のニードルローラを用いた軸受を耐久試験１と同様に行うことによって、表面疲労型剥離寿命特性に及ぼす表面粗さの影響について評価を行った。
【００５７】
耐久試験２の結果は、図６に示す通りである。
転動体であるニードルローラの表面粗さが大きくなると、相手部材であるピニオンシャフトの寿命を延長させる効果が小さくなるために寿命比が低下しているが、ピニオンシャフトの表面粗さと同等以下であれば十分にその効果を得ることができることが分かる。ニードルローラの表面粗さは、小さい程良いが、相手側(ピニオンシャフト)の粗さよりも大きくなければ十分に効果を得ることができることから、コストの面を考慮すると、発明例Ｎｏ．１で示しているように、０．０８Ｒａ以下とすれば十分にその効果が得られることが判明した。
【００５８】
なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲においても適宜変更可能である。例えば、実施例では、総ころで試験を行っているが、保持器付のケージ・ローラでも同様の効果が得られる。また、実施例ではニードルローラを一列で試験を行った例を示しているが、複数列のニードルローラを配したプラネタリーギヤ装置においても同様の効果が得られる。また、ピニオンシャフトの油穴の位置や大きさの変更等、容易になし得る改良を含むものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明のプラネタリーギヤ装置の一実施の形態を示す分解斜視図である。
【図２】プラネタリーギヤ装置の要部構造断面図である。
【図３】耐久試験に使用した試験用ニードルローラの成分表である。
【図４】試験装置の概略図である。
【図５】耐久試験の結果を示す表である。
【図６】耐久試験の結果を示す表である。
【符号の説明】
【００６０】
１０    プラネタリーギヤ装置
１１    サンギヤ
１２    リングギヤ
１３    ピニオンギヤ
１４    キャリヤ
１５    ピニオンシャフト(相手部材)
１５ａ  軌道表面
１６    ニードルローラ(転動体)
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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