(57)【要約】【課題】過酷な環境下での耐久寿命を向上させた等速ジョイント用転動部材、過酷な環境下でも長寿命な等速ジョイントおよびその製造方法を提供する。【解決手段】等速ジョイント用転動部材の製造方法は、鋼製部材準備工程と、浸炭または浸炭窒化焼入工程と、高周波焼入工程と、仕上げ工程とを備える。鋼製部材準備工程では、鋼からなり、等速ジョイント用転動部材の概略形状に成形された鋼製部材が準備される。浸炭または浸炭窒化焼入工程では、鋼製部材に対して浸炭または浸炭窒化が実施された後、鋼製部材が焼入硬化される。高周波焼入工程では、等速ジョイント用転動部材の転走面となる部分を含む領域がさらに焼入硬化されて、転走面となるべき面からの深さが０．３ｍｍ以下の領域における残留オーステナイト量が５０体積％以上７０体積％以下とされる。仕上げ工程では、鋼製部材に対して仕上げ加工が実施される。【選択図】図６
2007182607.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼からなり、等速ジョイント用転動部材の概略形状に成形された鋼製部材を準備する鋼製部材準備工程と、
前記鋼製部材に対して浸炭または浸炭窒化を実施した後、焼入硬化する焼入硬化工程と、
前記焼入硬化工程において焼入硬化された前記鋼製部材の一部の領域である、前記等速ジョイント用転動部材の転走面となる部分を含む領域としての転走領域をさらに焼入硬化することにより、前記転走面となるべき面からの深さが０．３ｍｍ以下の前記鋼製部材の領域における残留オーステナイト量を５０体積％以上７０体積％以下とする部分焼入硬化工程と、
前記部分焼入硬化工程において前記転走領域が焼入硬化された前記鋼製部材に対して仕上げ加工を実施することにより、前記等速ジョイント用転動部材を完成させる仕上げ工程とを備えた、等速ジョイント用転動部材の製造方法。
【請求項２】
前記仕上げ工程では、前記仕上げ工程が実施されて完成した前記等速ジョイント用転動部材において、前記転走面からの深さが０．３ｍｍ以下の領域における残留オーステナイト量が５０体積％以上７０体積％以下となり、
前記転走面からの深さが０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の領域における圧縮応力が２５０ＭＰａ以上となり、
前記等速ジョイント用転動部材の表面からの深さが１ｍｍ以上の領域における残留オーステナイト量が１０体積％以下となるように、前記仕上げ加工が実施される、請求項１に記載の等速ジョイント用転動部材の製造方法。
【請求項３】
前記部分焼入硬化工程よりも後であって、前記仕上げ工程よりも前に、前記部分焼入硬化工程において焼入硬化された前記鋼製部材の一部である前記転走面となる部分に対して、塑性加工を実施する部分塑性加工工程をさらに備えた、請求項１に記載の等速ジョイント用転動部材の製造方法。
【請求項４】
前記仕上げ工程では、前記仕上げ工程が実施されて完成した前記等速ジョイント用転動部材において、前記転走面からの深さが０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の領域における圧縮応力が５００ＭＰａ以上となり、
前記等速ジョイント用転動部材の表面からの深さが１ｍｍ以上の領域における残留オーステナイト量が１０体積％以下となるように、前記仕上げ加工が実施される、請求項３に記載の等速ジョイント用転動部材の製造方法。
【請求項５】
前記部分焼入硬化工程における加熱は、誘導加熱により実施される、請求１〜４のいずれか１項に記載の等速ジョイント用転動部材の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の等速ジョイント用転動部材の製造方法により製造された、等速ジョイント用転動部材。
【請求項７】
等速ジョイント用転動部材において、他の等速ジョイント用転動部材と接触する表面である転走面からの深さが０．３ｍｍ以下の領域における残留オーステナイト量が５０体積％以上７０体積％以下であり、
前記転走面からの深さが０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の領域における圧縮応力が２５０ＭＰａ以上であり、
表面からの深さが１ｍｍ以上の領域における残留オーステナイト量が１０体積％以下である、等速ジョイント用転動部材。
【請求項８】
軌道部材と、
前記軌道部材に接触して配置される複数の転動体とを備え、
前記軌道部材および前記転動体の少なくともいずれか一方は、請求項６または７に記載の等速ジョイント用転動部材である、等速ジョイント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は等速ジョイント用転動部材の製造方法、等速ジョイント用転動部材および等速ジョイントに関し、より特定的には、過酷な環境下においても長寿命な等速ジョイント用転動部材の製造方法、等速ジョイント用転動部材および等速ジョイントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、等速ジョイントが使用される産業機械、輸送機械などの高性能化に伴い、等速ジョイントに負荷される荷重や回転数は増大する傾向にある。また、等速ジョイントは小型化および軽量化が進められており、等速ジョイントが使用される環境は一層過酷になっている。そのため、等速ジョイントを構成する軌道部材、転動体などの等速ジョイント用転動部材に対しては、さらなる耐久寿命の長寿命化、特に過酷な環境下における長寿命化が求められている。
【０００３】
等速ジョイントは、一方の軸に伝達された回転などの動力が、軌道部材、転動体などの等速ジョイント用転動部材を介して他方の軸に等速で伝達される機能を備えている。ここで、等速ジョイントが動作する際、動力の伝達を担う等速ジョイント用転動部材には、揺動荷重が繰り返し負荷される。その際、等速ジョイントにおいては、その構造上、等速ジョイント用転動部材同士の間においてすべりが発生しやすい。そのため、等速ジョイント用転動部材はすべりを伴った疲労を受ける場合が多い。したがって、等速ジョイント用転動部材に対しては、等速ジョイント用転動部材同士が接触する表面である転走面およびその直下の領域における耐摩耗性（すべりを伴った転動疲労寿命）、転動疲労寿命などの向上が求められている。
【０００４】
これに対し、転動部材の表層部の残留オーステナイト量や表面硬さ等を所定範囲に制御することにより、転動部材の転動疲労寿命を長寿命化させる提案がなされている。（たとえば特許文献１〜５参照）。
【特許文献１】特開２００５−９０６９３号公報
【特許文献２】特開２００４−１４４２７９号公報
【特許文献３】特開２００３−３４３５７７号公報
【特許文献４】特開２０００−２３４１４７号公報
【特許文献５】特開平１１−１０１２４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、最近の等速ジョイントに対する要求特性は更に厳しくなっており、上述のような耐久寿命向上の対策は、必ずしも十分とはいえない。また、等速ジョイントが使用される産業機械、輸送機械などの価格競争力を向上させるため、等速ジョイントに対しても、低コスト化の要求がある。そのため、たとえば等速ジョイントを構成する素材を高価な素材に変更することによる長寿命化は、前述の低コスト化の要求に反するものとなる。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、製造コストの上昇を抑制しつつ、過酷な環境下における耐摩耗性および転動疲労寿命を向上させることにより耐久寿命を向上させた等速ジョイント用転動部材、過酷な環境下においても長寿命な等速ジョイントおよびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の等速ジョイント用転動部材の製造方法は、鋼製部材準備工程と、焼入硬化工程と、部分焼入硬化工程と、仕上げ工程とを備えている。鋼製部材準備工程では、鋼からなり、等速ジョイント用転動部材の概略形状に成形された鋼製部材が準備される。焼入硬化工程では、鋼製部材に対して浸炭または浸炭窒化が実施された後、当該鋼製部材が焼入硬化される。さらに、部分焼入硬化工程では、焼入硬化工程において焼入硬化された鋼製部材の一部の領域である、等速ジョイント用転動部材の転走面となる部分を含む領域としての転走領域がさらに焼入硬化されることにより、転走面となるべき面からの深さが０．３ｍｍ以下の鋼製部材の領域における残留オーステナイト量が５０体積％以上７０体積％以下とされる。仕上げ工程では、部分焼入硬化工程において転走領域が焼入硬化された鋼製部材に対して仕上げ加工が実施されることにより、等速ジョイント用転動部材が完成する。
【０００８】
残留オーステナイトは、転動体と軌道部材との間においてすべりが発生する転がりすべり環境や、潤滑油中に硬質の異物が混入する異物混入環境などの過酷な環境において使用される転動部材中に適量存在することにより、当該転動部材の転動疲労寿命を向上させる機能を有する。
【０００９】
転動部材の表層部における残留オーステナイト量は、浸炭または浸炭窒化などの熱処理により表層部における炭素濃度、または炭素濃度および窒素濃度を増加させた後、焼入を実施することにより増加させることができる。一般的条件で浸炭または浸炭窒化を実施した場合、鋼からなる転動部材の表層部における残留オーステナイト量は、最大４０体積％程度であり、それ以上の残留オーステナイト量を得るためには、浸炭温度を高くしたり、浸炭時間を長くしたりする等の特殊な浸炭条件または浸炭窒化条件等を採用する必要がある。そのため、残留オーステナイト量を増加させる条件で浸炭または浸炭窒化を実施すれば、転動部材の製造コストが上昇する。
【００１０】
これに対し、本発明者は、等速ジョイント用転動部材における残留オーステナイト量を容易に増加させる方法について鋭意検討を行なった。その結果、以下の方法により等速ジョイント用転動部材の表層部のうち必要な部位、たとえば等速ジョイント用転動部材の耐摩耗性および転動疲労強度に大きな影響を及ぼす転走面からの深さが０．３ｍｍ以下の領域における残留オーステナイト量を容易に増加させることが可能であることが明らかとなった。
【００１１】
すなわち、まず、浸炭または浸炭窒化を実施することにより等速ジョイント用転動部材の表層部における炭素量、または炭素量および窒素量を増加させる。そして、等速ジョイント用転動部材の転走面となる部分を含む領域としての転走領域を再加熱することにより、当該領域に他の元素と化合した析出物として存在する炭素および窒素を鋼組織中に固溶させた上で、急冷することにより焼入硬化を実施する。これにより、容易に転走面となるべき面からの深さが０．３ｍｍ以下の領域における残留オーステナイト量を５０体積％以上７０体積％以下に上昇させることができる。すなわち、本発明の等速ジョイント用転動部材の製造方法によれば、容易に、かつ製造コストの上昇を抑制しつつ、転走面からの深さが０．３ｍｍ以下の領域における残留オーステナイト量の多い、具体的には残留オーステナイト量が５０体積％以上７０体積％以下の等速ジョイント用転動部材を製造することができる。
【００１２】
上記等速ジョイント用転動部材の製造方法において好ましくは、仕上げ工程では、仕上げ工程が実施されて完成した等速ジョイント用転動部材において、転走面からの深さが０．３ｍｍ以下の領域における残留オーステナイト量が５０体積％以上７０体積％以下となり、転走面からの深さが０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の領域における圧縮応力が２５０ＭＰａ以上となり、等速ジョイント用転動部材の表面からの深さが１ｍｍ以上の領域における残留オーステナイト量が１０体積％以下となるように、仕上げ加工が実施される。
【００１３】
上述のように、残留オーステナイトは、等速ジョイント用転動部材の転動疲労寿命を向上させる機能を有する。一方、残留オーステナイトは、等速ジョイント用転動部材の使用中において、経時的にマルテンサイトに変態する。そして、当該変態は体積変化を伴うため、残留オーステナイトは、等速ジョイント用転動部材の寸法安定性を悪化させる原因となり、等速ジョイント用転動部材の耐久寿命に悪影響を及ぼすおそれがある。また、残留オーステナイトはマルテンサイトに比べて硬度が低いため、残留オーステナイトが多くなりすぎると、等速ジョイント用転動部材に必要な硬度が得られず、等速ジョイント用転動部材の転動疲労寿命や耐摩耗性が低下して、耐久寿命が短寿命化するおそれもある。
【００１４】
本発明者は、等速ジョイント用転動部材の残留オーステナイト量、圧縮応力、経時寸法変化および硬度と耐久寿命との関係を詳細に検討したところ、以下のような知見を得た。すなわち、等速ジョイント用転動部材において、転走面からの深さが０．３ｍｍ以下の領域における残留オーステナイト量を極めて多い状態、具体的には５０体積％以上７０体積％以下とすることにより、等速ジョイント用転動部材の使用中に転走面の近傍において、比較的硬度の低い残留オーステナイトが塑性変形する。この塑性変形により、転走面は、負荷される応力が緩和されるように変形するとともに、当該変形に誘起されて残留オーステナイトがマルテンサイトに変態する。その結果、当該変形部分の硬度が上昇し、かつ転走面付近に圧縮応力が生じるため、耐摩耗性および転動疲労寿命が向上し、等速ジョイント用転動部材の耐久寿命が向上する（残留オーステナイトの自己強化能）。特に、転走面のうち負荷応力の高い領域、たとえばエッジロードの生じる領域においては、上記効果が顕著となる。そのため、転走面に負荷応力の高い領域が生じるような等速ジョイント用転動部材において、耐久寿命向上の効果が大きい。
【００１５】
また、転走面からの深さが０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の領域における圧縮応力を２５０ＭＰａ以上とすることにより、等速ジョイント用転動部材の転動疲労寿命が向上する。すなわち、一般に、等速ジョイント用転動部材の仕上げ工程において転走面に対して実施される研削、研磨などの仕上げ加工の影響により、転走面には圧縮応力が生じる場合がある。しかし、転走面（表面）だけでなく、転走面からの深さが０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の領域における圧縮応力が等速ジョイント用転動部材の転動疲労寿命に大きな影響を及ぼし、当該領域における圧縮応力を２５０ＭＰａ以上とすることにより、転動疲労寿命が大幅に向上する。これは、転走面（表面）だけでなく、転走面直下の領域における、転動疲労による亀裂の発生および伝播が抑制されるためであると考えられる。
【００１６】
さらに、等速ジョイント用転動部材の表面からの深さが１ｍｍ以上の領域における残留オーステナイト量を１０体積％以下とすることにより、硬度の低い残留オーステナイト量が芯部において抑制され、等速ジョイント用転動部材全体として十分な剛性が確保される。また、等速ジョイント用転動部材の芯部における、変態による体積変化を抑制することにより、等速ジョイント用転動部材全体としての経時寸法変化を抑制することができる。
【００１７】
ここで、転走面からの深さが０．３ｍｍ以下の領域における残留オーステナイト量が５０体積％未満では、上記残留オーステナイトの自己強化能が十分ではなく、７０体積％を超えると残留オーステナイトの塑性変形およびマルテンサイトへの変態に起因して、転走面の十分な精度の確保が困難となる。そのため、転走面からの深さが０．３ｍｍ以下の領域における残留オーステナイト量は上述のように５０体積％以上７０体積％以下とすることが好ましい。また、特に過酷な条件下で使用される等速ジョイント用転動部材においては、上記残留オーステナイト量は６０体積％以上７０体積％以下とすることが、より好ましい。
【００１８】
さらに、上記等速ジョイント用転動部材の製造方法において、残留オーステナイト量が５０体積％以上７０体積％以下となる領域が転走面からの深さが０．３ｍｍ以下の転走面表層領域に限定され、転走面表層領域を除く表面領域での表面からの深さが１ｍｍ未満の領域の残留オーステナイト量が４０体積％以下となるように、仕上げ工程が実施されてもよい。
【００１９】
これにより、転動疲労寿命および耐摩耗性に大きな影響を与える転走面表層領域において必要十分な残留オーステナイト量を確保して、前述の残留オーステナイトの自己強化能を発揮させることができる。一方、残留オーステナイト量の非常に多い領域を転走面表層領域のみに限定し、転走面表層領域を除く表面領域での表面からの深さが１ｍｍ未満の領域における残留オーステナイト量を抑制することにより、等速ジョイント用転動部材全体の経時寸法変化を実用上十分な範囲に抑制することができる。その結果、等速ジョイント用転動部材の耐久寿命を一層向上させることができる。より寸法安定性を向上させるためには、転走面表層領域を除く表面領域での表面からの深さが１ｍｍ未満の領域における残留オーステナイト量を３０体積％以下とすることが好ましい。
【００２０】
なお、本発明の等速ジョイント用転動部材の製造方法によれば、部分焼入硬化工程において転走面となるべき面からの深さが０．３ｍｍ以下の領域における残留オーステナイト量が５０体積％以上７０体積％以下とされている。したがって、仕上げ工程における研削、研磨などの仕上げ加工による加工誘起変態等により、残留オーステナイト量を５０体積％未満に低下させないことにより、表面から所定の深さまで上述の残留オーステナイト量５０体積％以上７０体積％以下の条件を満たすことができる。
【００２１】
また、等速ジョイント用転動部材の表面では加工誘起変態により残留オーステナイト量が５０体積％以下になる場合があるが、その場合でも加工の影響がなくなる領域である表面からの深さが５０μｍの領域において５０体積％以上の残留オーステナイトがあればよい。すなわち、転走面となるべき面からの深さが０．３ｍｍ以下の領域全体として、残留オーステナイト量が５０体積％以上７０体積％以下となっていれば、上記残留オーステナイト量の条件は満たされる。
【００２２】
また、仕上げ工程における研削、研磨などの仕上げ加工の条件を調整することにより、上述の圧縮応力の条件を満たすことができる。さらに、等速ジョイント用転動部材の素材として炭素鋼、浸炭鋼、軸受鋼などを選択し、焼入硬化工程における浸炭または浸炭窒化の条件を適切に設定することにより、上述の等速ジョイント用転動部材の表面からの深さが１ｍｍ以上の領域における残留オーステナイト量を１０体積％以下とする、との条件を満たすことができる。上記残留オーステナイト量および圧縮応力の条件を満たすための製造条件は、等速ジョイント用転動部材の大きさ、形状等を考慮して、実験的に決定することができる。
【００２３】
本発明の等速ジョイント用転動部材の製造方法において好ましくは、部分焼入硬化工程よりも後であって、仕上げ工程よりも前に、部分焼入硬化工程において転走領域が焼入硬化された鋼製部材の一部である転走面となる部分に対して、塑性加工を実施する部分塑性加工工程をさらに備えている。
【００２４】
これにより、等速ジョイント用転動部材の使用により、転走面が十分な塑性変形を受けない用途においても、予め塑性加工を施しておくことにより、残留オーステナイトの自己強化能の発揮を補助し、等速ジョイント用転動部材の耐久寿命を向上させることができる。
【００２５】
本発明の等速ジョイント用転動部材の製造方法において好ましくは、仕上げ工程では、仕上げ工程が実施されて完成した等速ジョイント用転動部材において、転走面からの深さが０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の領域における圧縮応力が５００ＭＰａ以上となり、等速ジョイント用転動部材の表面からの深さが１ｍｍ以上の領域における残留オーステナイト量が１０体積％以下となるように、仕上げ加工が実施される。
【００２６】
転走面からの深さが０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の領域における圧縮応力が５００ＭＰａ以上とされることにより、転動疲労による亀裂の発生および伝播が抑制され、等速ジョイント用転動部材の転動疲労寿命を向上させることができる。また、芯部の残留オーステナイト量を抑制することにより、等速ジョイント用転動部材全体としての剛性および寸法安定性を確保することができる。
【００２７】
なお、上記圧縮応力の条件は、上述のように部分塑性加工工程を適切な条件で実施した上で、研削、研磨などの仕上げ加工の条件を適切に選択することにより、すなわち実験的に最適な条件を決定することにより、達成することができる。また、上述の等速ジョイント用転動部材の表面からの深さが１ｍｍ以上の領域における残留オーステナイト量を１０体積％以下とする、との条件は、等速ジョイント用転動部材の素材の選択、焼入硬化工程における浸炭または浸炭窒化の条件の適正化により、達成することができる。
【００２８】
本発明の等速ジョイント用転動部材の製造方法において好ましくは、部分焼入硬化工程における加熱は、誘導加熱により実施される。部分加熱が比較的容易な誘導加熱、たとえば高周波加熱を部分焼入硬化工程における加熱方法に採用することにより、比較的容易に等速ジョイント用転動部材の転走面となる部分の近傍のみを加熱して焼入を実施することができる。
【００２９】
本発明の一の局面における等速ジョイント用転動部材は、上述の等速ジョイント用転動部材の製造方法により製造されている。上述の等速ジョイント用転動部材の製造方法により製造されることにより、製造コストの上昇が抑制されつつ、過酷な環境下における耐久寿命が向上した等速ジョイント用転動部材を提供することができる。
【００３０】
本発明の一の局面における等速ジョイントは、軌道部材と、軌道部材に接触して配置される複数の転動体とを備えている。そして、当該軌道部材および転動体の少なくともいずれか一方は、上述の等速ジョイント用転動部材である。
【００３１】
本発明の一の局面における等速ジョイントによれば、上述の優れた特性を有する等速ジョイント用転動部材を備えているため、製造コストの上昇が抑制されつつ、過酷な環境下においても長寿命な等速ジョイントを提供することができる。
【００３２】
本発明の他の局面における等速ジョイント用転動部材は、等速ジョイント用転動部材において、他の等速ジョイント用転動部材と接触する表面である転走面からの深さが０．３ｍｍ以下の領域における残留オーステナイト量が５０体積％以上７０体積％以下であり、転走面からの深さが０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の領域における圧縮応力が２５０ＭＰａ以上であり、表面からの深さが１ｍｍ以上の領域における残留オーステナイト量が１０体積％以下である。
【００３３】
上述のように、残留オーステナイトは、等速ジョイント用転動部材の転動疲労寿命を向上させる機能を有する一方で、寸法安定性の悪化や硬度低下の原因となる。本発明の等速ジョイント用転動部材によれば、転走面からの深さが０．３ｍｍ以下の領域における残留オーステナイト量を５０体積％以上７０体積％以下とすることにより、残留オーステナイトの自己強化能を活用し、等速ジョイント用転動部材の耐久寿命を向上させることができる。特に、転走面に負荷応力の高い領域が生じるような等速ジョイント用転動部材において、耐久寿命向上の効果が大きい。
【００３４】
なお、転走面直下の領域における残留オーステナイト量が５０体積％未満となっている場合でも、転走面となるべき面からの深さが０．３ｍｍ以下の領域全体として、残留オーステナイト量が５０体積％以上７０体積％以下となっていれば、上記残留オーステナイト量の条件は満たされる。また、転走面からの深さが０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の領域における圧縮応力を２５０ＭＰａ以上とすることにより、等速ジョイント用転動部材の転動疲労寿命が向上する。さらに、等速ジョイント用転動部材の表面からの深さが１ｍｍ以上の領域における残留オーステナイト量を１０体積％以下とすることにより、等速ジョイント用転動部材全体としての剛性が確保されるとともに、経時寸法変化を抑制することができる。
【００３５】
ここで、転走面からの深さが０．３ｍｍ以下の領域における残留オーステナイト量が５０体積％未満では、上記残留オーステナイトの自己強化が十分ではなく、７０体積％を超えると転走面の十分な精度の確保が困難となる。そのため、転走面からの深さが０．３ｍｍ以下の領域における残留オーステナイト量は上述のように５０体積％以上７０体積％以下とすることが好ましい。
【００３６】
さらに、上記等速ジョイント用転動部材において、残留オーステナイト量が５０体積％以上７０体積％以下となる領域が転走面からの深さが０．３ｍｍ以下の転走面表層領域に限定され、転走面表層領域を除く表面領域での表面からの深さが１ｍｍ未満の領域の残留オーステナイト量が４０体積％以下とされてもよい。
【００３７】
これにより、耐久寿命に大きな影響を与える転走面表層領域において必要十分な残留オーステナイト量を確保して、前述の残留オーステナイトの自己強化能を発揮させることができる。一方、残留オーステナイト量の非常に多い領域を転走面表層領域のみに限定し、転走面表層領域を除く表面領域での表面からの深さが１ｍｍ未満の領域における残留オーステナイト量を抑制することにより、等速ジョイント用転動部材全体の経時寸法変化を実用上十分な範囲に抑制することができる。その結果、等速ジョイント用転動部材の耐久寿命を一層向上させることができる。より寸法安定性を向上させるためには、転走面表層領域を除く表面領域での表面からの深さが１ｍｍ未満の領域における残留オーステナイト量を３０体積％以下とすることが好ましい。
【００３８】
本発明の他の局面における等速ジョイントは、軌道部材と、軌道部材に接触して配置される複数の転動体とを備えている。そして、軌道部材および転動体の少なくともいずれか一方は、上述の本発明の他の局面における等速ジョイント用転動部材である。
【００３９】
本発明の他の局面における等速ジョイントによれば、上述の優れた特性を有する等速ジョイント用転動部材を備えているため、過酷な環境下においても長寿命な等速ジョイントを提供することができる。
【００４０】
ここで、残留オーステナイト量の測定は、たとえばＸ線回折計（ＸＲＤ）を用いて、マルテンサイトα（２１１）面とオーステナイトγ（２２０）面との回折強度とを測定することにより、算出することができる。また、圧縮応力の測定は、たとえばＸ線応力測定装置により転走面に平行な方向の応力を簡単に測定することができる。
【発明の効果】
【００４１】
以上の説明から明らかなように、本発明の等速ジョイント用転動部材および等速ジョイントの製造方法によれば、製造コストの上昇を抑制しつつ、過酷な環境下における耐久寿命を向上させた等速ジョイント用転動部材および過酷な環境下においても長寿命な等速ジョイントを製造することができる。また、本発明の等速ジョイント用転動部材および等速ジョイントによれば、過酷な環境下における耐久寿命を向上させた等速ジョイント用転動部材および過酷な環境下においても長寿命な等速ジョイントを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】
【００４２】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【００４３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の一実施の形態である実施の形態１の等速ジョイントとしての固定ジョイントの構成を示す概略断面図である。また、図２は、図１の線分ＩＩ−ＩＩに沿う概略断面図である。また、図３は、図１の固定ジョイントが角度をなした状態を示す概略断面図である。なお、図１は、図２の線分Ｉ−Ｉに沿う概略断面図に対応する。図１〜図３を参照して、本発明の一実施の形態における等速ジョイントとしての固定ジョイントについて説明する。
【００４４】
図１を参照して、実施の形態１の固定ジョイント１は、軸１５に連結された軌道部材としてのインナーレース１１と、インナーレース１１の外周側を囲むように配置され、軸１６に連結された軌道部材としてのアウターレース１２と、インナーレース１１とアウターレース１２との間に配置されたトルク伝達用の転動体としてのボール１３と、ボール１３を保持するケージ１４とを備えている。ボール１３は、インナーレース１１の外周面に形成されたインナーレースボール溝１１Ｅと、アウターレース１２の内周面に形成されたアウターレースボール溝１２Ｅとに接触して配置され、脱落しないようにケージ１４によって保持されている。
【００４５】
インナーレース１１の外周面およびアウターレース１２の内周面のそれぞれに形成されたインナーレースボール溝１１Ｅとアウターレースボール溝１２Ｅとは、図１に示すように、軸１５および軸１６の中央を通る軸が一直線上にある状態において、それぞれ当該軸上のジョイント中心Ｏから当該軸上の左右に等距離離れた点Ａおよび点Ｂを曲率中心とする曲線（円弧）状に形成されている。すなわち、インナーレースボール溝１１Ｅおよびアウターレースボール溝１２Ｅに接触して転動するボール１３の中心Ｐの軌跡が、点Ａ（インナーレース中心Ａ）および点Ｂ（アウターレース中心Ｂ）に曲率中心を有する曲線（円弧）となるように、インナーレースボール溝１１Ｅおよびアウターレースボール溝１２Ｅのそれぞれは形成されている。これにより、固定ジョイントが角度をなした場合（軸１５および軸１６の中央を通る軸が交差するように固定ジョイントが動作した場合）においても、ボール１３は、常に軸１５および軸１６の中央を通る軸のなす角（∠ＡＯＢ）の２等分線上に位置する。
【００４６】
次に、固定ジョイント１の動作について説明する。図１および図２を参照して、固定ジョイント１においては、軸１５、１６の一方に軸まわりの回転が伝達されると、インナーレースボール溝１１Ｅおよびアウターレースボール溝１２Ｅに嵌め込まれたボール１３を介して、軸１５、１６の他方の軸に当該回転が伝達される。
【００４７】
ここで、図３に示すように軸１５、１６が角度θをなした場合、ボール１３は、前述のインナーレース中心Ａおよびアウターレース中心Ｂに曲率中心を有するインナーレースボール溝１１Ｅおよびアウターレースボール溝１２Ｅに案内されて、中心Ｐが∠ＡＯＢの二等分線上となる位置に保持される。また、ジョイント中心Ｏからインナーレース中心Ａまでの距離と、アウターレース中心Ｂまでの距離とが等しくなるように、インナーレースボール溝１１Ｅおよびアウターレースボール溝１２Ｅが形成されているため、ボール１３の中心Ｐからインナーレース中心Ａおよびアウターレース中心Ｂまでの距離はそれぞれ等しく、△ＯＡＰと△ＯＢＰとは合同である。その結果、ボール１３の中心Ｐから軸１５、１６までの距離Ｌは互いに等しくなり、軸１５、１６の一方が軸まわりに回転した場合、他方も等速で回転する。このように、固定ジョイント１は、軸１５、１６が角度をなした場合でも、等速性を確保することができる。なお、ケージ１４は、軸１５、１６が回転した場合に、インナーレースボール溝１１Ｅおよびアウターレースボール溝１２Ｅからボール１３が飛び出すことをインナーレースボール溝１１Ｅおよびアウターレースボール溝１２Ｅとともに防止すると同時に、固定ジョイント１のジョイント中心Ｏを決定する機能を果たしている。
【００４８】
次に、固定ジョイント１を構成する等速ジョイント用転動部材としてのインナーレース１１およびアウターレース１２について説明する。図４は、等速ジョイント用転動部材としてのインナーレース１１の構成を示す概略断面図である。図４を参照して、等速ジョイント用転動部材としてのインナーレース１１は、インナーレース１１において、他の等速ジョイント用転動部材である転動体としてのボール１３と接触する表面である転走面としてのインナーレース溝表面１１Ａからの深さが０．３ｍｍ以下の領域であるインナーレース溝表層領域１１Ｂにおける残留オーステナイト量が５０体積％以上７０体積％以下であり、インナーレース溝表面１１Ａからの深さが０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の領域における圧縮応力が２５０ＭＰａ以上であり、表面からの深さが１ｍｍ以上の領域であるインナーレース芯部領域１１Ｄにおける残留オーステナイト量が１０体積％以下である。
【００４９】
さらに、実施の形態１のインナーレース１１において、残留オーステナイト量が５０体積％以上７０体積％以下となる領域はインナーレース溝表層領域１１Ｂに限定されており、インナーレース溝表層領域１１Ｂを除く表面領域での表面からの深さが１ｍｍ未満の領域であるインナーレース表層部１１Ｃの残留オーステナイト量は４０体積％以下とされている。
【００５０】
実施の形態１のインナーレース１１によれば、インナーレース溝表層領域１１Ｂにおける残留オーステナイト量を５０体積％以上７０体積％以下とすることにより、残留オーステナイトの自己強化能を活用し、インナーレース１１の耐久寿命を向上させることができる。すなわち、固定ジョイント１が運転されることにより、比較的硬度の低い残留オーステナイトが塑性変形する。この塑性変形により、インナーレース溝表面１１Ａは、負荷される応力が緩和されるように変形するとともに、当該変形に誘起されて残留オーステナイトがマルテンサイトに変態する。その結果、当該変形部分の硬度が上昇し、かつインナーレース溝表面１１Ａ付近に圧縮応力が生じるため、インナーレース１１の転動疲労寿命が向上する（残留オーステナイトの自己強化能）。特に、インナーレース溝表面１１Ａのうち負荷応力の高い領域、たとえばエッジロードの生じる領域においては、上記効果が顕著となり、インナーレース溝表面１１Ａに負荷応力の高い領域が生じるようなインナーレース１１において、転動疲労寿命向上の効果が大きい。
【００５１】
また、実施の形態１のインナーレース１１においては、インナーレース溝表面１１Ａからの深さが０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の領域における圧縮応力が２５０ＭＰａ以上とされることにより、インナーレース１１の転動疲労寿命が向上する。すなわち、インナーレース溝表面１１Ａだけでなく、転動疲労寿命に大きな影響を及ぼすインナーレース溝表面１１Ａからの深さが０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の領域における圧縮応力を２５０ＭＰａ以上とすることにより、転動疲労寿命が大幅に向上する。なお、固定ジョイント１が運転されることにより、インナーレース溝表面１１Ａおよびその直下の領域は塑性加工を受け、残留オーステナイトのマルテンサイト変態が進行する。この体積膨張を伴う変態により、インナーレース溝表面１１Ａからの深さが０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の領域における圧縮応力が一層上昇して転動疲労寿命の向上に寄与する。
【００５２】
さらに、実施の形態１のインナーレース１１においては、インナーレース芯部領域１１Ｄにおける残留オーステナイト量が１０体積％以下とされることにより、インナーレース１１全体として十分な剛性が確保されるとともに、経時寸法変化を抑制することができる。
【００５３】
さらに、実施の形態１のインナーレース１１においては、残留オーステナイト量が５０体積％以上７０体積％以下となる領域はインナーレース溝表層領域１１Ｂに限定されるとともに、インナーレース表層部１１Ｃの残留オーステナイト量は４０体積％以下とされている。そのため、転動疲労寿命に大きな影響を与えるインナーレース溝表層領域１１Ｂにおいて必要十分な残留オーステナイトが確保されることにより、残留オーステナイトの自己強化能が発揮されるとともに、インナーレース表層部１１Ｃにおける残留オーステナイト量が抑制されることにより、インナーレース１１の十分な寸法安定性と硬度が確保される。その結果、インナーレース１１の転動疲労寿命が一層向上している。
【００５４】
次に、固定ジョイント１を構成する軌道部材としてのアウターレース１２について説明する。図５は、等速ジョイント用転動部材としてのアウターレース１２の構成を示す概略断面図である。図５を参照して、実施の形態１の軌道部材としてのアウターレース１２は、基本的には図４に基づいて説明したインナーレース１１と同様の構成および効果を有している。すなわち、アウターレース１２は、インナーレース１１におけるインナーレース溝表面１１Ａに該当するアウターレース溝表面１２Ａ、インナーレース溝表層領域１１Ｂに該当するアウターレース溝表層領域１２Ｂ、インナーレース表層部１１Ｃに該当するアウターレース表層部１２Ｃ、インナーレース芯部領域１１Ｄに該当するアウターレース芯部領域１２Ｄを有している。そして、インナーレース１１と同様の構成を有していることにより、アウターレース１２の耐久寿命は向上している。
【００５５】
次に、実施の形態１における等速ジョイント用転動部材としてのインナーレース１１およびアウターレース１２、および等速ジョイントとしての固定ジョイント１の製造方法について説明する。図６は実施の形態１におけるインナーレース１１、アウターレース１２および固定ジョイント１の製造方法の概略を示す図である。図６を参照して、実施の形態１におけるインナーレース１１、アウターレース１２および固定ジョイント１の製造方法について説明する。
【００５６】
図６を参照して、まず、鋼からなり、インナーレース１１またはアウターレース１２の概略形状に成形された鋼製部材を準備する鋼製部材準備工程が実施される。具体的には、浸炭鋼、炭素鋼、軸受鋼等の鋼からなる棒鋼などの素材に対して鍛造、旋削などの加工が実施されることにより、図１に示したインナーレース１１またはアウターレース１２の概略形状に成形された鋼製部材が準備される。
【００５７】
次に、図６を参照して、上記鋼製部材に対して浸炭窒化を実施した後、焼入硬化する焼入硬化工程としての浸炭窒化焼入工程と、浸炭窒化焼入工程において焼入硬化された鋼製部材の一部の領域である、インナーレース１１またはアウターレース１２の転走面となる部分を含む領域としての転走領域をさらに焼入硬化することにより、転走面となるべき面からの深さが０．３ｍｍ以下の鋼製部材の領域における残留オーステナイト量を５０体積％以上７０体積％以下とする部分焼入硬化工程としての高周波焼入工程とを含む熱処理工程が実施される。この熱処理工程の詳細については後述する。
【００５８】
次に、図６を参照して、仕上げ工程が実施される。具体的には、熱処理工程が実施された鋼製部材に対して研削加工などの仕上げ加工が実施されることにより、インナーレース１１またはアウターレース１２が仕上げられる。これにより、実施の形態１のインナーレース１１またはアウターレース１２が完成する。
【００５９】
さらに、図６を参照して、組立て工程が実施される。具体的には、たとえば図１を参照して、インナーレース１１およびアウターレース１２と、ボール１３、ケージ１４などとを組み合わせることにより、等速ジョイントとしての固定ジョイント１が組み立てられる。
【００６０】
次に、熱処理工程について詳細に説明する。図７は実施の形態１における等速ジョイント用転動部材としてのインナーレース、アウターレースおよび等速ジョイントとしての固定ジョイントの製造方法に含まれるインナーレースおよびアウターレースの熱処理工程の詳細を説明するための図である。図７において、横方向は時間を示しており右に行くほど時間が経過していることを示している。また、図７において、縦方向は温度を示しており上に行くほど温度が高いことを示している。図７を参照して、実施の形態１の鋼製部材に対して実施される熱処理工程の詳細を説明する。
【００６１】
図７を参照して、鋼製部材準備工程において準備された鋼製部材はＡ１点以上の温度である８００℃以上９００℃以下の温度、たとえば８５０℃に加熱され、３０分間以上３００分間以下の時間、たとえば１２０分間保持される。このとき、ＲＸガスおよびエンリッチガスにアンモニア（ＮＨ３）を添加した雰囲気において加熱されることにより、鋼製部材の表層部の炭素濃度および窒素濃度が所望の濃度に調整される。その後、鋼製部材が、たとえば１００℃の油中に浸漬されることにより（油冷）、Ａ１点以上の温度からＭｓ点以下の温度に冷却される。以上のように、鋼製部材が焼入硬化される浸炭窒化焼入工程が実施される。
【００６２】
この浸炭窒化焼入工程において、インナーレース表層部１１Ｃおよびアウターレース表層部１２Ｃの残留オーステナイト量が１５体積％以上４０体積％以下、より好ましくは１５体積％以上３０体積％以下となり、かつインナーレース芯部領域１１Ｄおよびアウターレース芯部領域１２Ｄの残留オーステナイト量が１０体積％以下となるように、鋼製部材の表層部の炭素濃度および窒素濃度が調整される。なお、インナーレース表層部１１Ｃおよびアウターレース表層部１２Ｃの残留オーステナイト量は、少ないほど寸法安定性に優れるため４０体積％以下、好ましくは３０体積％以下であるが、後述する高周波焼入工程においてインナーレース溝表層領域１１Ｂおよびアウターレース溝表層領域１２Ｂの残留オーステナイト量を５０体積％以上とするためには、１５体積％以上であることが好ましい。
【００６３】
ここで、Ａ１点とは鋼を加熱した場合に、鋼の組織がフェライトからオーステナイトに変態を開始する温度に相当する点をいう。また、Ｍｓ点とはオーステナイト化した鋼が冷却される際に、マルテンサイト化を開始する温度に相当する点をいう。
【００６４】
さらに、焼入硬化された鋼製部材はＡ１点以下の温度である１５０℃以上７００℃以下の温度、たとえば１８０℃に加熱され、３０分間以上２００分間以下の時間、たとえば１２０分間保持されて、その後室温の空気中で冷却される（空冷）。これにより、第１の焼戻工程が完了する。ここで、針状ころ軸受用軌道部材の剛性を重視する場合、焼戻による大幅な硬度の低下を回避するため、上記焼戻の温度は１５０℃以上２５０℃以下とすることが好ましい。また、第１の焼戻工程よりも後に転走領域以外の領域に対してかしめ加工などの塑性加工が実施される場合、加工の容易性を重視して、上記焼戻の温度は５００℃以上７００℃以下とすることが好ましい。
【００６５】
次に、図７を参照して、第１の焼戻工程が完了した鋼製部材に対しては、インナーレース溝表層領域１１Ｂおよびアウターレース溝表層領域１２Ｂを含む領域を高周波加熱により、Ａ１点以上の温度である８００℃以上１０００℃以下の温度に加熱し、０．１秒間以上３秒間以下の時間、たとえば０．５秒間保持した後、水を吹き付けることにより冷却する高周波焼入工程が実施される。高周波加熱は、周波数および出力を調整することにより、比較的容易に目的の部位のみを局所的に加熱することが可能である。そのため、高周波加熱は本発明の製造方法における部分焼入硬化工程における加熱方法として好適である。
【００６６】
なお、所望の熱処理を実施するためには、上述の周波数、出力、加熱時間等を調整することにより、最適な加熱条件を実験的に決定することができる。特に本方法では、表層の浅い領域のみに残留オーステナイトを多くする必要があるので、被処理物を局部的に高温にすることが可能な高い周波数、たとえば１００ｋＨｚ以上１５０ｋＨｚ以下での短時間、たとえば０．１秒以上１秒以下の加熱が望ましい。この高周波焼入工程において、インナーレース溝表層領域１１Ｂおよびアウターレース溝表層領域１２Ｂとなる領域の炭化物等が固溶することにより、ＭＳ点が低下して当該領域の残留オーステナイト量を５０体積％以上７０体積％以下とすることが可能になる。また、当該領域におけるＭＳ点が芯部領域に比べて低くなるため、インナーレース溝表面１１Ａおよびアウターレース溝表面１２Ａからの深さが０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の領域における圧縮応力を２５０ＭＰａ以上とすることが可能となる。その後、第１の焼戻工程と同様の条件で第２の焼戻工程が実施される。
【００６７】
以上の手順により、実施の形態１における等速ジョイント用転動部材としてのインナーレースおよびアウターレース、および等速ジョイントとしての固定ジョイントの製造方法に含まれるインナーレースおよびアウターレースの熱処理工程は完了する。当該熱処理工程を含む固定ジョイントの製造方法により、実施の形態１のインナーレースおよびアウターレース、および固定ジョイントを製造することができる。
【００６８】
（実施の形態２）
図８は、本発明の一実施の形態である実施の形態２の等速ジョイント用転動部材を備えた等速ジョイントとしてのトリポードジョイントの構成を示す概略断面図である。また、図９は、図８の線分ＩＸ−ＩＸに沿う概略断面図である。図８および図９を参照して、本発明の実施の形態２における等速ジョイント用転動部材を備えた等速ジョイントとしてのトリポードジョイントの構成について説明する。
【００６９】
図８および図９を参照して、実施の形態２のトリポードジョイント２と、実施の形態１の固定ジョイント１とは、基本的に同様の構成を有しており、同様の効果を有しているが、軌道部材および転動体の構成が異なっている。すなわち、トリポードジョイント２は、同一平面上の３つの方向に延びるトリポード軸２１１を有し、軸２５に接続されたトリポード２１と、トリポード２１を囲むように配置され、軸２６に接続された等速ジョイント用転動部材としてのアウターレース２２と、トリポード軸２１１にニードルころ２９を介して転動自在に取り付けられ、球面状の外周面がアウターレース２２の内周面に形成されたアウターレース溝２２Ｅに接触するように配置された環状の球面ローラ２３とを備えている。
【００７０】
以上の構成により、トリポードジョイント２においては、軸２５、２６の一方に軸まわりの回転が伝達されると、トリポード２１、アウターレース２２および球面ローラ２３を介して、軸２５、２６の他方の軸に当該回転が等速に伝達されるとともに、軸２５、２６は、軸２５、２６の中央を通る軸方向に互いに相対的に移動することができる。
【００７１】
次に、トリポードジョイント２が備えるトリポード２１、アウターレース２２および球面ローラ２３の構成について説明する。図１０は、実施の形態２におけるトリポードジョイントが備えるトリポードの構成を示す概略断面図である。また、図１１は、実施の形態２におけるトリポードジョイントが備えるアウターレースの構成を示す概略断面図である。また、図１２は、実施の形態２におけるトリポードジョイントが備える球面ローラの構成を示す概略断面図である。
【００７２】
図４〜図５および図１０〜図１２を参照して、実施の形態２の等速ジョイント用転動部材としてのトリポード２１、アウターレース２２および球面ローラ２３と、実施の形態１のインナーレース１１およびアウターレース１２とは、基本的に同様の構成および効果を有している。より詳細に説明すると、実施の形態２のトリポード２１、アウターレース２２および球面ローラ２３は、実施の形態１のインナーレース１１およびアウターレース１２におけるインナーレース溝表面１１Ａおよびアウターレース溝表面１２Ａに該当するトリポード転走面２１Ａ、アウターレース溝転走面２２Ａおよび球面ローラ転走面２３Ａ、インナーレース溝表層領域１１Ｂおよびアウターレース溝表層領域１２Ｂに該当するトリポード転走面表層領域２１Ｂ、アウターレース溝表層領域２２Ｂおよび球面ローラ転走面表層領域２３Ｂ、インナーレース表層部１１Ｃおよびアウターレース表層部１２Ｃに該当するトリポード表層部２１Ｃ、アウターレース表層部２２Ｃおよび球面ローラ表層部２３Ｃ、インナーレース芯部領域１１Ｄおよびアウターレース芯部領域１２Ｄに該当するトリポード芯部領域２１Ｄ、アウターレース芯部領域２２Ｄおよび球面ローラ芯部領域２３Ｄを有している。
【００７３】
トリポード転走面２１Ａは、トリポード軸２１１のそれぞれの外周面に形成されている。また、アウターレース溝転走面２２Ａは、アウターレース２２に接続された軸２６に垂直な断面におけるアウターレース２２の断面において、アウターレースの中央から遠ざかるように３方向に形成されたアウターレース溝２２Ｅのそれぞれの側面に形成されている。また、球面ローラ転走面２３Ａは、球面ローラ２３の内周面および外周面に形成されている。
【００７４】
しかし、実施の形態２のトリポード２１、アウターレース２２および球面ローラ２３と実施の形態１のインナーレース１１およびアウターレース１２とは製造方法の違いに起因して相違点を有している。以下、実施の形態２のトリポード２１、アウターレース２２、球面ローラ２３およびトリポードジョイント２の製造方法について説明する。
【００７５】
図１３は、実施の形態２におけるトリポード、アウターレース、球面ローラおよびトリポードジョイントの製造方法の概略を示す図である。また、図１４は実施の形態２におけるトリポード、アウターレース、球面ローラおよびトリポードジョイントの製造方法に含まれるトリポード、アウターレースおよび球面ローラの熱処理工程の詳細を説明するための図である。図１４において、横方向は時間を示しており右に行くほど時間が経過していることを示している。また、図１４において、縦方向は温度を示しており上に行くほど温度が高いことを示している。図１３および図１４を参照して、実施の形態２のトリポード、アウターレース、球面ローラおよびトリポードジョイントの製造方法を説明する。
【００７６】
図１３を参照して、実施の形態２のトリポード、アウターレース、球面ローラおよびトリポードジョイントの製造方法は、基本的には図６に基づいて説明した実施の形態１のインナーレース、アウターレースおよび固定ジョイントの製造方法と同様の構成を有している。しかし、実施の形態２では、熱処理工程において浸炭窒化焼入工程に代えて浸炭焼入工程が実施される点、および熱処理工程において焼入硬化された鋼製部材の一部である転走面となる部分に対して、塑性加工を実施する部分塑性加工工程としてのショットピーニング工程が実施される点で、実施の形態１とは異なっている。以下、当該相違点について説明する。
【００７７】
図１３を参照して、浸炭焼入工程では、図１４に示すように、鋼製部材準備工程において準備された鋼製部材がＡ１点以上の温度である９００℃以上１０００℃以下の温度、たとえば９４０℃に加熱され、１５０分間以上６００分間以下の時間、たとえば４８０分間保持される浸炭・拡散工程が実施される。このとき、ＲＸガスを含む浸炭ガスの雰囲気中において加熱されることにより、鋼製部材の表層部の炭素濃度が所望の濃度に調整される。その後、鋼製部材がＡ１点以上の温度である７８０℃以上８８０℃以下の温度、たとえば８４０℃に保持され、たとえば１００℃の油中に浸漬されることにより（油冷）、Ａ１点以上の温度からＭｓ点以下の温度に冷却される焼入工程が実施される。以上のようにして、鋼製部材が焼入硬化される浸炭焼入工程が実施される。この浸炭焼入工程において、トリポード表層部２１Ｃ、アウターレース表層部２２Ｃおよび球面ローラ表層部２３Ｃの残留オーステナイト量が１５体積％以上４０体積％以下、より好ましくは１５体積％以上３０体積％以下となり、かつトリポード芯部領域２１Ｄ、アウターレース芯部領域２２Ｄおよび球面ローラ芯部領域２３Ｄの残留オーステナイト量が１０体積％以下となるように、鋼製部材の表層部の炭素濃度が調整される。
【００７８】
図１３を参照して、ショットピーニング工程では、前述のように熱処理工程において焼入硬化された鋼製部材の一部である、トリポード転走面２１Ａ、アウターレース溝転走面２２Ａおよび球面ローラ転走面２３Ａとなる部分に対して、ショットピーニングが実施されることにより、塑性加工が実施される。これにより、高周波焼入工程において５０体積％以上７０体積％以下とされたトリポード転走面表層領域２１Ｂ、アウターレース溝表層領域２２Ｂおよび球面ローラ転走面表層領域２３Ｂの残留オーステナイトの一部がショットピーニングによる塑性加工に誘起されてマルテンサイトに変態する。その結果、残留オーステナイト量が、たとえば２５体積％以上４５体積％以下に減少するとともに、トリポード転走面２１Ａ、アウターレース溝転走面２２Ａおよび球面ローラ転走面２３Ａからの深さが０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の領域における圧縮応力が５００ＭＰａ以上に上昇する。
【００７９】
以上のように、浸炭および部分焼入硬化工程としての高周波焼入と、ショットピーニングなどの塑性加工とを組み合わせることにより、転走面直下に残留オーステナイト量の極めて多い領域を形成した上で、転走面付近を塑性加工することにより、比較的多い残留オーステナイト量を確保しつつ、転走面付近に高い圧縮応力を生じさせることができる。その結果、トリポードジョイント２に負荷される荷重が比較的小さく、トリポードジョイント２の運転によってのみでは、実施の形態１のように残留オーステナイトの自己強化能を十分に活用できない場合であっても、上述のように比較的多い残留オーステナイト量を確保しつつ、転走面付近に高い圧縮応力を生じさせることができる。その結果、トリポードジョイント２の寿命を向上させることができる。
【００８０】
なお、上記実施の形態１および２においては、本発明の等速ジョイントおよび等速ジョイント用転動部材の一例として固定ジョイント、トリポードジョイントおよびこれらが備える転動部材について説明したが、本発明の等速ジョイントおよび等速ジョイント用転動部材はこれらに限られない。たとえば、等速ジョイントは、ダブルオフセットジョイント（ＤＯＪ）、フリーリングトリポードジョイント（ＦＴＪ）、クロスグルーブジョイント（ＬＪ）などであってもよい。また、本発明の等速ジョイント用転動部材および等速ジョイントの製造方法に含まれる熱処理工程において実施される浸炭工程および浸炭窒化工程は、そのいずれか一方を任意に選択することができる。また、本発明の等速ジョイント用転動部材および等速ジョイントの製造方法においては、ショットピーニングおよびローリング加工などの部分塑性加工工程を実施するか否かは、等速ジョイント用転動部材および等速ジョイントの使用環境、すなわち等速ジョイント用転動部材および等速ジョイントが使用されることによって残留オーステナイトの自己強化能を十分に活用できる使用環境であるか否かにより、決定することができる。
【実施例１】
【００８１】
以下、本発明の実施例１について説明する。本発明の等速ジョイントが受ける転動疲労を想定し、本発明の等速ジョイント用軌道部材と同様の製造方法により製造されたころ軸受内輪と本発明の範囲外の製造方法により製造されたころ軸受内輪とについて転動疲労寿命を比較する試験を行なった。試験の手順は以下のとおりである。
【００８２】
まず、試験の対象となる試験片（ころ軸受内輪）の作製方法について説明する。実施例の試験片の作製は、実施の形態１および実施の形態２において説明した等速ジョイント用軌道部材の製造方法と同様の方法により作製した。素材の鋼として、ＪＩＳ  ＳＵＪ２およびＪＩＳ  Ｓ５３Ｃを採用した。まず、ＪＩＳ  ＳＵＪ２からなる棒鋼およびＪＩＳ  Ｓ５３Ｃからなる棒鋼に対して、旋削加工などを実施することにより、円筒ころ軸受ＮＪ２０６（外径φ６２ｍｍ、内径φ３０ｍｍ、幅１６ｍｍ）のころ軸受内輪の概略形状を有する鋼製部材を作製した。そして、焼入硬化工程として、ＪＩＳ  ＳＵＪ２からなる鋼製部材（実施例１Ａ〜１Ｄ）に対しては浸炭窒化焼入、ＪＩＳ  Ｓ５３Ｃからなる鋼製部材（実施例１Ｅ〜１Ｈ）に対しては浸炭焼入を実施した。浸炭窒化焼入は、当該鋼製部材をＲＸガスに５％のＮＨ３を添加した雰囲気中で８５０℃に加熱し、１２０分間保持した後、１００℃の油中に浸漬することにより実施した。一方、浸炭焼入は、当該鋼製部材をＲＸガスを含む浸炭ガス雰囲気中で９５０℃に加熱し、４８０分間保持した後、８５０℃に降温し、その後１００℃の油中に浸漬することにより実施した。
【００８３】
さらに、焼入硬化工程が実施された鋼製部材に対して当該鋼製部材を１８０℃に加熱し、１２０分間保持することにより、第１の焼戻工程を実施した。そして、当該鋼製部材に対して、周波数１５０ｋＨｚの条件で、電流を制御することにより、転走面付近（転走面下１ｍｍ程度の領域）を高周波焼入する部分焼入硬化工程を実施した。その後、第１の焼戻工程と同様の条件で第２の焼戻工程を実施した。そして、一部の試験片（実施例１Ｃ、１Ｄ、１Ｇ、１Ｈ）に対しては、ショットピーニングを実施することにより部分塑性加工工程を実施した。さらに、転走面の研削加工等の仕上げ加工を実施することにより、実施例の試験片を完成させた。
【００８４】
一方、比較例の試験片の作製は、上記実施例の試験片と基本的には同様の方法で作製した。ただし、比較例の試験片では焼入硬化工程として、光輝熱処理（焼入：８５０℃で５０分間加熱後、１００℃の油に浸漬することにより焼入、焼戻し：１８０℃で１２０分保持）を採用した試験片も作製した（比較例１Ａ）。また、比較例の試験片に対しては、部分焼入硬化工程は実施されていない。
【００８５】
次に、試験条件について説明する。相手試験片としてのころが試験片であるころ軸受内輪の転走面に接触するようにころおよび内輪をセットし、荷重１２．２５ｋＮ、回転速度２０００回転／分、潤滑油はタービンＶＧ５６の条件の下で試験片を回転させた。そして、試験片に剥離が生じるまでの時間を試験片寿命とした。そして、各試験片について１０個ずつ試験を実施し、得られた試験片寿命を統計的に処理することにより、試験片のうち１０％が剥離すると推定される寿命である１０％寿命（Ｌ１０寿命）を算出した。なお、本実験条件における計算寿命は３３．５時間である。
【００８６】
【表１】
2007182607.tif 000003
【００８７】
表１に実施例１における試験片および試験結果を示す。表１において、残留オーステナイト量および転走面硬度は、試験片の転走面における残留オーステナイト量および硬度を示している。また、表１において、圧縮応力は、転走面下０．０５ｍｍの領域における圧縮応力の大きさを示している。
【００８８】
表１を参照して、実施例の試験片のうちショットピーニングを実施していないものについては、残留オーステナイト量が５５体積％以上７０体積％以下、転走面硬度が４５０ＨＶ以上６１０ＨＶ以下、圧縮応力が２８０ＭＰａ以上４２０ＭＰａ以下となっている。一方、実施例の試験片のうちショットピーニングを実施したものについては、残留オーステナイト量が２５体積％以上４１体積％以下に低下するとともに、転走面硬度が７２０ＨＶ以上８２０ＨＶ以下、圧縮応力が７１０ＭＰａ以上８５０ＭＰａ以下に上昇している。これは、転走面付近における残留オーステナイトがショットピーニングによる塑性加工の影響によりマルテンサイトに変態したためであると考えられる。そして、ショットピーニングを実施した試験片の寿命は、ショットピーニングを実施しない試験片の寿命に比べて長寿命となる傾向にあることが分かる。
【００８９】
この実施例の試験片の寿命を比較例の試験片の寿命と比較すると、ショットピーニングを実施した試験片およびショットピーニングを実施しない試験片の両方において、同一の鋼種では、実施例の試験片の寿命が比較例の試験片の寿命を上回っている。このことから、本発明の等速ジョイント用転動部材と同様の構成を有する実施例のころ軸受内輪は従来のころ軸受内輪である比較例のころ軸受内輪よりも長寿命であることが確認される。なお、実施例のころ軸受内輪のうち、ショットピーニングを行なわなかったものは転走面近傍領域において残留オーステナイト量が極めて多い状態（５０体積％以上）となっているが、転動疲労寿命試験中の残留オーステナイトの塑性変形およびマルテンサイト化に伴う回転の振れの増加は数μｍ以下であった。これは、残留オーステナイト量が極めて多い領域が転走面近傍領域に限定されているためであると考えられる。したがって、本発明の等速ジョイント用転動部材における残留オーステナイトに起因した寸法安定性の低下は、実用上問題のない範囲であると考えられる。
【実施例２】
【００９０】
以下、本発明の実施例２について説明する。本発明の等速ジョイントが受ける転がりすべり疲労を想定し、本発明の等速ジョイント用軌道部材と同様の製造方法により製造されたころ軸受内輪と本発明の範囲外の製造方法により製造されたころ軸受内輪とについて耐転がりすべり疲労強度を比較する試験を行なった。試験の手順は以下のとおりである。
【００９１】
実施例２の実施例および比較例の試験片の作製方法は、実施例１と基本的には同様であるが、試験片の形状は外径φ５２ｍｍ、厚さ１０ｍｍの円盤状である。相手試験片としての直径φ９．５２５ｍｍの鋼球３個を試験片の主面に接触させて試験片をセットした。そして、揺動数５００回／分、揺動量４．４８ｍｍ、すべり率７．４％、最大接触面圧３．５ＧＰａ、潤滑ＶＧ１０オイルの条件の下ですべりを伴った転動（揺動転動）疲労を試験片に付与し、剥離が発生するまでの時間を寿命として評価するとともに、剥離が発生した時点における試験片の摩耗量を測定して比較例２Ａとの比により評価した。なお、摩耗量は、剥離部近傍を表面粗さ計（タリサーフ）により揺動方向と直角方向に形状測定し、摩耗部の断面積を求めることにより測定した。
【００９２】
【表２】
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【００９３】
表２に実施例２における試験片および試験結果を示す。表２を参照して、実施例の試験片は、摩耗量において比較例の試験片よりも多くなる傾向にあるものの、寿命そのものは長くなっている。これは、実施例の試験片は残留オーステナイト量が多く、試験片表面の硬度が低いため、試験開始直後の摩耗量が多くなるが、時間の経過とともに残留オーステナイトの自己強化能が発揮されて長寿命化されたものであると考えられる。
【００９４】
上記実施例１および実施例２の結果より、本発明の実施例の試験片は、比較例に比べて、高面圧が作用する条件下におけるの転動疲労寿命だけでなく、すべりを伴った揺動が作用する転がりすべり疲労寿命においても優れていることが分かる。したがって、同様の構成をすべりを伴った転動疲労を受ける等速ジョイント用転動部材に適用した本発明の等速ジョイント用転動部材は、従来の等速ジョイント用転動部材に比べて耐久寿命に優れていると考えられる。
【００９５】
今回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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明の等速ジョイント用転動部材、等速ジョイントおよびその製造方法は、過酷な環境下で使用される等速ジョイント用転動部材、等速ジョイントおよびその製造方法に特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】実施の形態１の等速ジョイントとしての固定ジョイントの構成を示す概略断面図である。
【図２】図１の線分ＩＩ−ＩＩに沿う概略断面図である。
【図３】図１の固定ジョイントが角度をなした状態を示す概略断面図である。
【図４】等速ジョイント用転動部材としてのインナーレースの構成を示す概略断面図である。
【図５】等速ジョイント用転動部材としてのアウターレースの構成を示す概略断面図である。
【図６】実施の形態１におけるインナーレース、アウターレースおよび固定ジョイントの製造方法の概略を示す図である。
【図７】実施の形態１における等速ジョイント用転動部材としてのインナーレース、アウターレースおよび等速ジョイントとしての固定ジョイントの製造方法に含まれるインナーレースおよびアウターレースの熱処理工程の詳細を説明するための図である。
【図８】実施の形態２の等速ジョイント用転動部材を備えた等速ジョイントとしてのトリポードジョイントの構成を示す概略断面図である。
【図９】図８の線分ＩＸ−ＩＸに沿う概略断面図である。
【図１０】実施の形態２におけるトリポードジョイントが備えるトリポードの構成を示す概略断面図である。
【図１１】実施の形態２におけるトリポードジョイントが備えるアウターレースの構成を示す概略断面図である。
【図１２】実施の形態２におけるトリポードジョイントが備える球面ローラの構成を示す概略断面図である。
【図１３】実施の形態２におけるトリポード、アウターレース、球面ローラおよびトリポードジョイントの製造方法の概略を示す図である。
【図１４】実施の形態２におけるトリポード、アウターレース、球面ローラおよびトリポードジョイントの製造方法に含まれるトリポード、アウターレースおよび球面ローラの熱処理工程の詳細を説明するための図である。
【符号の説明】
【００９８】
１  固定ジョイント、２  トリポードジョイント、１１  インナーレース、１１Ａ  インナーレース溝表面、１１Ｂ  インナーレース溝表層領域、１１Ｃ  インナーレース表層部、１１Ｄ  インナーレース芯部領域、１１Ｅ  インナーレースボール溝、１２，２２  アウターレース、１２Ａ  アウターレース溝表面、１２Ｂ，２２Ｂ  アウターレース溝表層領域、１２Ｃ，２２Ｃ  アウターレース表層部、１２Ｄ，２２Ｄ  アウターレース芯部領域、１２Ｅ  アウターレースボール溝、１３  ボール、１４  ケージ、１５，１６，２５，２６  軸、２１  トリポード、２１１  トリポード軸、２１Ａ  トリポード転走面、２１Ｂ  トリポード転走面表層領域、２１Ｃ  トリポード表層部、２１Ｄ  トリポード芯部領域、２２Ａ  アウターレース溝転走面、２２Ｅ  アウターレース溝、２３  球面ローラ、２３Ａ  球面ローラ転走面、２３Ｂ  球面ローラ転走面表層領域、２３Ｃ  球面ローラ表層部、２３Ｄ  球面ローラ芯部領域、２９  ニードルころ。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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