(57)【要約】【課題】縦穴と横穴からなる給油路が形成されている軸の中央部のみの焼入れ方法において、冷却状態に対する縦穴の影響を小さくする。【解決手段】縦穴２１に銅合金製の軸部４を挿入した状態で、コイル５による中央部１ａのみの加熱と、冷却液の噴射による軸１の冷却を行う。【選択図】図２
2007321192.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸の内部に、軸の長さ方向一端から中央部まで軸の長さ方向に沿って延びる縦穴と、軸の長さ方向中央部の周面と前記縦穴を接続する横穴と、からなる給油路が形成されている軸の焼入れ方法であって、
軸の長さ方向中央部のみを加熱する加熱工程と、前記加熱工程の後に前記軸を流体で冷却する冷却工程と、を備え、
前記冷却工程を、冷却用流体が前記横穴から前記縦穴に導入されない状態で行うことを特徴とする軸の焼入れ方法。
【請求項２】
前記加熱工程と冷却工程を、金属製の棒状部材で前記縦穴を塞いだ状態で行う請求項１記載の焼入れ方法。
【請求項３】
前記冷却工程を、前記縦穴に軸端の開口から圧縮気体を導入し、この気体を前記横穴から排出させながら行う請求項１記載の焼入れ方法。
【請求項４】
転がり軸受の内輪軌道面として機能する面を長さ方向中央部に有し、長さ方向端部が「かしめ」により固定される軸であって、軸の内部に、軸の長さ方向一端から中央部まで軸の長さ方向に沿って延びる縦穴と、軸の長さ方向中央部の周面と前記縦穴を接続する横穴と、からなる給油路が形成されている軸を製造する方法において、
所定の合金鋼からなる素材を軸の形状に加工した後、この軸の表層部を浸炭窒化する浸炭窒化工程と、
前記浸炭窒化工程後に、この軸の長さ方向全体を焼鈍する焼鈍工程と、
前記焼鈍工程の後に、軸の長さ方向中央部のみを焼入れする焼入れ工程と、を備え、
前記焼入れ工程は、軸の長さ方向中央部のみを加熱する加熱工程と、前記軸を冷却用流体が前記横穴から前記縦穴に導入されない状態で冷却する冷却工程と、をこの順に有することを特徴とする軸の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受の内輪軌道面として機能する面を長さ方向中央部に有する軸の製造方法と、この方法で採用できる軸の焼入れ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受の内輪軌道面として機能する面を長さ方向中央部に有する軸の例として、プラネタリギヤ装置のピニオンシャフトがある。下記の特許文献１には、このピニオンシャフトの長さ方向中央部の表層部を、残留オーステナイト１５〜４０体積％以下、窒素含有率０．０５質量％以上、ビッカース硬さ（Ｈｖ）６５０以上にするとともに、長さ方向端部の表層部をビッカース硬さ（Ｈｖ）２００〜３００として、この端部をキャリアに「かしめ」により固定することが開示されている。
【０００３】
ピニオンシャフトを前記構成にする方法として、長さ方向全体に対して浸炭窒化処理とその後の焼鈍を行い、次いで、高周波焼入れ（コイルを用いた誘導加熱による焼入れ）を行って、長さ方向中央部のみを硬化させる方法がある。
この方法では、焼鈍工程でピニオンシャフトの長さ方向端部の硬さを、かしめ可能な硬さに低下させる必要があるため、浸炭窒化で表層部に導入された炭化物は焼鈍工程後に球状化して粗大になっている。よって、次工程の高周波焼入れは、ピニオンシャフトの中央部の残留オーステナイトを前記範囲にするために、粗大な炭化物を微細化するのに十分な大きな熱量を与えて行う必要がある。
【０００４】
図１に示すように、ピニオンシャフトとする軸１には、長さ方向一端から中央部まで長さ方向に沿って延びる縦穴２１と、長さ方向中央部１ａの周面１２と縦穴２１を接続する横穴２２と、からなる給油路が形成されている。縦穴２１の開口端２１ａから潤滑油を導入することで、軸１の周面１２に存在する横穴２２の開口から軸受内部に潤滑油が供給される。そのため、ピニオンシャフトの径が小さい場合に、前記高周波焼入れを大きな熱量を与えて行うと、縦穴が存在している部分と存在していない部分とで、焼入れの状態に差が生じ易くなる。
【０００５】
すなわち、縦穴が存在している部分は、冷却前の加熱工程で縦穴の内面まで短時間で加熱され、冷却工程では、冷却水が横穴から縦穴に入って、内側からも冷却されることになる。その結果、焼入れされる範囲が設定値からずれて、ピニオンシャフトの端部がかしめ固定できない状態となる可能性がある。
また、縦穴と横穴の接続部の近くが他の部分より早く加熱・冷却されて、この部分の変形量が大きくなることを防止する必要もある。
【特許文献１】特開２００４−３４０２２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、軸の内部に、軸の長さ方向一端から中央部まで軸の長さ方向に沿って延びる縦穴と、軸の長さ方向中央部の周面と前記縦穴を接続する横穴と、からなる給油路が形成されている軸の焼入れ方法において、軸方向中央部の焼入れを大きな熱量を与えて行う場合でも、縦穴が存在している部分と存在していない部分とで焼入れの状態に差が生じ難くするとともに、縦穴と横穴の接続部の近くを変形し難くすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、軸の内部に、軸の長さ方向一端から中央部まで軸の長さ方向に沿って延びる縦穴と、軸の長さ方向中央部の周面と前記縦穴を接続する横穴と、からなる給油路が形成されている軸の焼入れ方法であって、軸の長さ方向中央部のみを加熱する加熱工程と、前記加熱工程の後に前記軸を流体で冷却する冷却工程と、を備え、前記冷却工程を、冷却用流体が前記横穴から前記縦穴に導入されない状態で行うことを特徴とする軸の焼入れ方法を提供する。
【０００８】
冷却用流体が前記横穴から前記縦穴に導入されない状態で冷却する方法としては、金属製の棒状部材で前記縦穴を塞いだ状態で行う方法と、前記縦穴に軸端の開口から圧縮気体を導入し、この気体を前記横穴から排出させながら行う方法が挙げられる。
前記縦穴を塞ぐ金属製の棒状部材を使用する際には、金属製の棒状部材で前記縦穴を塞いだ状態で前記加熱工程と冷却工程を行うことが好ましい。
【０００９】
前記棒状部材は熱伝導率の高い銅合金製または鉄鋼製であることが好ましい。
本発明はまた、転がり軸受の内輪軌道面として機能する面を長さ方向中央部に有し、長さ方向端部がかしめにより固定される軸であって、軸の内部に、軸の長さ方向一端から中央部まで軸の長さ方向に沿って延びる縦穴と、軸の長さ方向中央部の周面と前記縦穴を接続する横穴と、からなる給油路が形成されている軸を製造する方法において、所定の合金鋼（例えば、ＳＵＪ２、ＳＫ５、ＳＣＭ４４０）からなる素材を軸の形状に加工した後、この軸の表層部を浸炭窒化する浸炭窒化工程と、前記浸炭窒化工程後に、この軸の長さ方向全体を焼鈍する焼鈍工程と、前記焼鈍工程の後に、軸の長さ方向中央部のみを焼入れする焼入れ工程と、を備え、前記焼入れ工程は、軸の長さ方向中央部のみを加熱する加熱工程と、前記軸を冷却用流体が前記横穴から前記縦穴に導入されない状態で冷却する冷却工程と、をこの順に有することを特徴とする軸の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の方法によれば、軸の内部に、軸の長さ方向一端から中央部まで軸の長さ方向に沿って延びる縦穴と、軸の長さ方向中央部の周面と前記縦穴を接続する横穴と、からなる給油路が形成されている軸の焼入れ方法において、冷却工程を、冷却用流体が前記横穴から前記縦穴に導入されない状態で行うことにより、径が小さい軸であっても冷却状態に対する前記縦穴の影響を小さくできるため、軸方向中央部の焼入れを大きな熱量を与えて行う場合でも、縦穴が存在している部分と存在していない部分とで焼入れの状態に差が生じ難くなるとともに、縦穴と横穴の接続部の近くが変形し難くなる。
【００１１】
本発明の方法において、前記加熱工程と冷却工程を、金属製の棒状部材で前記縦穴を塞いだ状態で行うことにより、径が小さい軸であっても加熱状態と冷却状態の両方に対する前記縦穴の影響を小さくできるため、前記効果がより大きくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について説明する。
ＳＵＪ２からなる棒状の素材を用意し、この素材から図１に示す形状の軸１を旋削加工により形成した。この軸１は、転がり軸受の内輪軌道面として機能させる中央部１ａと、かしめにより固定される端部１ｂ，１ｃとからなる。
この軸１には、縦穴２１と横穴２２とからなる給油路が形成されている。縦穴２１は、一方の端部１ｂの端面１１から中央部１ａまで、軸線に沿って延びている。横穴２２は、軸１の長さ方向中心付近で、中心部１ａの周面１２から縦穴２１に至るまで、軸線と垂直に延びている。軸１の他方の端部１ｃの端面には凹部１３が形成されている。
【００１３】
軸１の寸法は、直径（Ａ）が９ｍｍ、長さ（Ｂ）が３５ｍｍである。縦穴２１の長さ（Ｃ）は２０ｍｍで、直径は３ｍｍである。縦穴２１の開口端２１ａは拡径されている。横穴２２は、端面１１からの寸法（Ｄ）が１８ｍｍとなる位置に、直径２ｍｍで形成されている。
この軸１に対して、浸炭窒化処理と焼鈍を下記の条件で行った。
＜浸炭窒化処理条件＞
温度：８４０℃
処理時間：２時間
雰囲気：Ｒｘガス＋エンリッチガス＋アンモニアガス
カーボンポテンシャル：１．１
＜焼鈍条件＞
温度：７００℃
処理時間：４時間
雰囲気：真空
【００１４】
次に、図２〜４に示す方法で、コイルを用いた誘導加熱による焼入れを行った。
第１の方法では、図２に示す方法で焼入れを行った。
図２に示すように、先ず、焼入れを行う軸１の上側を上部押さえ部材３で押さえ、軸１の下側を下部押さえ部材４で押さえ、軸１の外側にコイル５を配置する。上部押さえ部材３には、軸１の凹部１３に嵌まる凸部３１が形成されている。下部押さえ部材４には、軸１の縦穴２１に嵌まる形状の軸部（棒状部材）４１が形成されている。下部押さえ部材４は軸部４１を含む全体が銅合金製である。
【００１５】
軸１の縦穴２１に下部押さえ部材４の軸部４１を挿入して、軸１の端部１ｂを下部押さえ部材４の上に置き、軸１の他端部１ｃの上に上部押さえ部材３を置いて、軸１の凹部１３に凸部３１を嵌める。また、コイル５により加熱される範囲は、コイル５の配置された範囲より少し広いため、軸方向の寸法が軸１の焼入れする部分（中央部１ａ）の長さより少し小さいコイル５を使用する。
【００１６】
この状態で、周波数１２０ｋＨｚ、電圧８０ｋＶ、電流６０Ａ、加熱温度８８０℃、加熱時間３．０秒の条件で、軸１の中央部１ａのみを誘導加熱した。次に、コイル５に対する通電を停止して、図２の状態のまま、冷却液を軸１に噴射して軸１全体を下記の条件で冷却した。ここで、縦穴２１には軸部４１が挿入されているため、冷却液は横穴２２には入るが、縦穴２１には入らない。
＜冷却条件＞
冷却液：５％ポリマー焼入れ液（ＰＡＧ）
噴射条件：２５リットル／ｍｉｎ
【００１７】
次に、上部押さえ部材３と下部押さえ部材４を外して、軸１を取出し、軸１全体に１８０℃で２時間の焼戻し処理を行った。次に、軸１の両端面から１０ｍｍの位置（中央部１ａ）で、熱処理による変形量として、偏心量をＴａｙｌｏｒ−Ｈｏｂｓｏｎ社製の「タリロンド３６５」で測定した。次に、軸１の表面全体を研磨して、中央部１ａの表面をＸ線回折装置で解析することにより、中央部１ａの表層部の残留オーステナイト量（γR ）を求めた。また、軸１の端部１ｂ，１ｃの表層部のビッカース硬さ（Ｈｖ）を測定した。
【００１８】
第２の方法では、図３に示す方法で焼入れを行った。
図３に示すように、先ず、焼入れを行う軸１の上側を上部押さえ部材３で押さえ、軸１の下側を下部押さえ部材６で押さえ、軸１の外側にコイル５を配置する。上部押さえ部材３には、軸１の凹部１３に嵌まる凸部３１が形成されている。下部押さえ部材６には、軸１の縦穴２１の拡径部２１ａに挿入する先端部６１と、軸芯に沿って貫通する貫通穴６２が形成されている。下部押さえ部材６には、貫通穴６２に圧縮窒素ガスを供給するガス供給装置が接続されている。
【００１９】
軸１の縦穴２１の拡径部２１ａに下部押さえ部材６の先端部６１を配置して、軸１の一端部１ｂを下部押さえ部材６の上に置き、軸１の他端部１ｃの上に上部押さえ部材３を置いて、軸１の凹部１３に凸部３１を嵌める。また、コイル５により加熱される範囲は、コイル５の配置された範囲より少し広いため、軸方向の寸法が軸１の焼入れする部分（中央部１ａ）の長さより少し小さいコイル５を使用する。
【００２０】
この状態で、周波数１２０ｋＨｚ、電圧８０ｋＶ、電流６０Ａ、加熱温度８８０℃、加熱時間３．０秒の条件で、軸１の中央部１ａのみを誘導加熱した。次に、コイル５に対する通電を停止して、図３の状態で、ガス供給装置から下部押さえ部材６の貫通穴６２に圧縮窒素ガスを供給しながら、冷却液を軸１に噴射して、軸１全体を第１の方法と同じ条件で冷却した。ここで、貫通穴６２に供給された圧縮窒素ガスは、軸１の縦穴２１から横穴２２を通って、軸１の外部に出る。よって、冷却液は横穴２２および縦穴２１に入らない。
【００２１】
次に、上部押さえ部材３と下部押さえ部材６を外して、軸１を取出し、軸１全体に１８０℃で２時間の焼戻し処理を行った。次に、軸１の両端面から１０ｍｍの位置（中央部１ａ）で、熱処理による変形量を第１の方法と同じ方法で測定した。次に、軸１の表面全体を研磨して、中央部１ａの表面をＸ線回折装置で解析することにより、中央部１ａの表層部の残留オーステナイト量（γR ）を求めた。また、軸１の端部１ｂ，１ｃの表層部のビッカース硬さ（Ｈｖ）を測定した。
【００２２】
第３の方法では、図４に示す方法で焼入れを行った。
図４に示すように、先ず、焼入れを行う軸１の上側を上部押さえ部材３で押さえ、軸１の下側を下部押さえ部材７で押さえ、軸１の外側にコイル５を配置する。上部押さえ部材下部押さえ部材７には、軸１の縦穴２１の拡径部２１ａに挿入する先端部７１が形成されている。
【００２３】
軸１の縦穴２１の拡径部２１ａに下部押さえ部材７の先端部７１を配置して、軸１の一端部１ｂを下部押さえ部材７の上に置き、軸１の他端部１ｃの上に上部押さえ部材３を置いて、軸１の凹部１３に凸部３１を嵌める。また、コイル５により加熱される範囲は、コイル５の配置された範囲より少し広いため、軸方向の寸法が軸１の焼入れする部分（中央部１ａ）の長さより少し小さいコイル５を使用する。
【００２４】
この状態で、周波数１２０ｋＨｚ、電圧８０ｋＶ、電流６０Ａ、加熱温度８８０℃、加熱時間３．０秒の条件で、軸１の中央部１ａのみを誘導加熱した。次に、コイル５に対する通電を停止して、図４の状態で、冷却液を軸１に噴射して、軸１全体を第１の方法と同じ条件で冷却した。ここで、冷却液は横穴２２から入り、さらに縦穴２１にも入る。
次に、上部押さえ部材３と下部押さえ部材７を外して、軸１を取出し、軸１全体に１８０℃で２時間の焼戻し処理を行った。次に、軸１の両端面から１０ｍｍの位置（中央部１ａ）で、熱処理による変形量を第１の方法と同じ方法で測定した。次に、軸１の表面全体を研磨して、中央部１ａの表面をＸ線回折装置で解析することにより、中央部１ａの表層部の残留オーステナイト量（γR ）を求めた。また、軸１の端部１ｂ，１ｃの表層部のビッカース硬さ（Ｈｖ）を測定した。
【００２５】
このように、焼入れ時の冷却工程を、第１の方法と第２の方法では、冷却液が軸１の縦穴２１に入らない状態で行っているが、第３の方法では、冷却液が軸１の縦穴２１に入る状態で行っている。また、第１の方法では、焼入れ時の加熱工程で軸１の縦穴２１に銅合金製の軸部４１が存在する。これ以外の点は全て同じ条件である。得られた結果を下記の表１に示す。この表で「変形量（相対値）」は、第１の方法で焼入れを行ったNo. １の熱処理変形量を「１」とした時の相対値である。
【００２６】
【表１】
2007321192.tif 000003
【００２７】
この表に示すように、No. １の軸は、焼入れ時の加熱工程と冷却工程を軸１の縦穴２１に銅合金製の軸部４１が存在する状態で行っているため、中央部１ａの表層部の残留オーステナイトが２５体積％であり、変形量は０．０１０ｍｍと小さかった。
No. ２の軸は、焼入れ時の冷却工程を冷却液が軸１の縦穴２１に入らない状態で行ったため、中央部１ａの表層部の残留オーステナイトが２５体積％であり、変形量はNo. １の１．５倍となり、小さかった。
【００２８】
No. ３の軸は、焼入れ時の冷却工程を冷却液が軸１の縦穴２１に入る状態で行ったため、変形量はNo. １の５．０倍となり、比較的大きかった。また、中央部１ａの表層部の残留オーステナイト量は１４体積％であった。なお、いずれの軸１も、端部１ｂ，１ｃの硬さは「かしめ」固定可能な硬さとなっていた。
この実施形態では、直径が９ｍｍと小さい軸の中央部に対して、大きな熱量を与える焼入れを行っている。そして、この実施形態の結果から、焼入れ時の冷却工程を、冷却液が軸１の縦穴２１に入らない状態で行うことにより、冷却状態に対する縦穴２１の影響が小さくなり、縦穴と横穴の接続部の近くでの変形量を小さくできることが分かる。また、冷却状態に対する縦穴２１の影響だけでなく、加熱状態に対する縦穴２１の影響も小さくすることにより、前記効果をより大きくできることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施形態で作製した軸の形状を示す断面図である。
【図２】実施形態で行った第１の焼入れ方法を示す断面図である。
【図３】実施形態で行った第２の焼入れ方法を示す断面図である。
【図４】実施形態で行った第３の焼入れ方法を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  軸
１ａ  軸の中央部（内輪軌道面として機能する部分）
１ｂ，１ｃ  軸の端部
２１  縦穴
２２  横穴
３  上部押さえ部材
４  下部押さえ部材
４１  軸部（棒状部材）
５  コイル
６  下部押さえ部材
６１  先端部
６２  貫通穴
７  下部押さえ部材
７１  先端部
【図１】
2007321192.tif 000004
【図２】
2007321192.tif 000005
【図３】
2007321192.tif 000006
【図４】
2007321192.tif 000007