(57)【要約】【課題】転がり軸受の内輪軌道として機能する面を有する軸の、過酷な条件での寿命を長くし、端部の「かしめ」による固定が良好にできるようにする。【解決手段】ＳＵＪ１〜ＳＵＪ５のいずれかの鋼材を用い、浸炭窒化後に、Ａｃ1 点以上Ａｃm 点以下の温度で球状化焼鈍を行う。次に高周波焼入れを行った後、低温焼戻しを行う。硬化層の深さ（ｄ）が軸の直径（Ｄ）の３．０〜１５％となるようにする。軌道面の表層部に析出している炭化物および炭窒化物の合計含有率を１５〜４０面積％とし、このれらの析出物の円相当最大粒径を３μｍ以下とする。前記表層部の硬さをＨｖ６５０〜９００とし、残留オーステナイト量を５〜２０体積％とする。軌道面の芯部および端部は、硬さをＨｖ１５０〜２５０とし、残留オーステナイトを０とする。【選択図】図１
2007297676.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり軸受の内輪軌道として機能する面を有し、端部を「かしめ」により固定して使用する軸の製造方法において、
「ＪＩＳ  Ｇ  ４８０５」で規定されているＳＵＪ１〜ＳＵＪ５のいずれかの鋼材を所定形状に加工した後、
熱処理として、１）Ａｃ1 点（加熱時、オーステナイトが生成し始める温度）以上の温度での浸炭窒化後に冷却する処理、２）Ａｃ1 点以上Ａｃm 点（加熱時、過共析鋼中のセメンタイトが完全に溶解する温度）以下の温度に保持した後に炉冷または徐冷により室温まで冷却する球状化焼鈍処理、３）前記面に対する高周波焼入れ処理、４）低温焼戻し処理をこの順に行い、
１）の処理後の表層部の炭素含有率と窒素含有率の合計を１．０質量％以上２．０質量％以下とし、
２）の処理後の表層部のマトリックスに固溶している炭素含有率と窒素含有率の合計を０．６質量％以上１．２質量％以下とし、
３）の処理後の、前記面の表層部に析出している炭化物および炭窒化物の合計含有率を１５面積％以上４０面積％以下とし、この炭化物および炭窒化物の円相当最大粒径を３μｍ以下とし、
３）の処理により、硬化層を深さ（ｄ）が軸の直径（Ｄ）の３．０％以上１５％以下となる（０．０３０≦ｄ／Ｄ≦０．０１５を満たす）ように形成し、
前記面の表層部の硬さをビッカース硬さ（Ｈｖ）で６５０以上９００以下とし、前記面の表層部の残留オーステナイト量を５体積％以上２０体積％以下とし、
前記面の芯部および前記端部の硬さをビッカース硬さ（Ｈｖ）で１５０以上２５０以下とし、前記面の芯部および前記端部の残留オーステナイトを０とすることを特徴とする軸の製造方法。
【請求項２】
転がり軸受の内輪軌道として機能する面を有し、端部を「かしめ」により固定して使用する軸の製造方法において、
「ＪＩＳ  Ｇ  ４８０５」で規定されているＳＵＪ１〜ＳＵＪ５のいずれかの鋼材を所定形状に加工した後、
熱処理として、１）Ａｃ1 点（加熱時、オーステナイトが生成し始める温度）以上の温度で浸炭窒化する処理、２）Ａｃ1 点以上Ａｃm 点（加熱時、過共析鋼中のセメンタイトが完全に溶解する温度）以下の温度に保持した後に炉冷または徐冷により室温まで冷却する球状化焼鈍処理、３）前記面に対する高周波焼入れ処理、４）低温焼戻し処理をこの順に行い、
１）の処理後の表層部の炭素含有率と窒素含有率の合計を１．０質量％以上２．０質量％以下とし、
２）の処理後の表層部のマトリックスに固溶している炭素含有率と窒素含有率の合計を０．６質量％以上１．２質量％以下とし、
３）の処理後の、前記面の表層部に析出している炭化物および炭窒化物の合計含有率を１５面積％以上４０面積％以下とし、この炭化物および炭窒化物の円相当最大粒径を３μｍ以下とし、
３）の処理により、硬化層を深さ（ｄ）が軸の直径（Ｄ）の３．０％以上１５％以下となる（０．０３０≦ｄ／Ｄ≦０．０１５を満たす）ように形成し、
前記面の表層部の硬さをビッカース硬さ（Ｈｖ）で６５０以上９００以下とし、前記面の表層部の残留オーステナイト量を５体積％以上２０体積％以下とし、
前記面の芯部および前記端部の硬さをビッカース硬さ（Ｈｖ）で１５０以上２５０以下とし、前記面の芯部および前記端部の残留オーステナイトを０とすることを特徴とする軸の製造方法。
【請求項３】
転がり軸受の内輪軌道として機能する面を有し、端部を「かしめ」により固定して使用する軸の製造方法において、
「ＪＩＳ  Ｇ  ４８０５」で規定されているＳＵＪ１〜ＳＵＪ５のいずれかの鋼材を所定形状に加工した後、
熱処理として、１）Ａｃ1 点（加熱時、オーステナイトが生成し始める温度）以上の温度での浸炭窒化後に冷却する処理、２）Ａｃ1 点以上Ａｃm 点（加熱時、過共析鋼中のセメンタイトが完全に溶解する温度）以下の温度に保持した後に、Ａｃ1 点未満「Ａｃ1 点温度−２００℃」以上の温度に保持した後、空冷により室温まで冷却する球状化焼鈍処理、３）前記面に対する高周波焼入れ処理、４）低温焼戻し処理をこの順に行い、
１）の処理後の表層部の炭素含有率と窒素含有率の合計を１．０質量％以上２．０質量％以下とし、
２）の処理後の表層部のマトリックスに固溶している炭素含有率と窒素含有率の合計を０．６質量％以上１．２質量％以下とし、
３）の処理後の、前記面の表層部に析出している炭化物および炭窒化物の合計含有率を１５面積％以上４０面積％以下とし、この炭化物および炭窒化物の円相当最大粒径を３μｍ以下とし、
３）の処理により、硬化層を深さ（ｄ）が軸の直径（Ｄ）の３．０％以上１５％以下となる（０．０３０≦ｄ／Ｄ≦０．０１５を満たす）ように形成し、
前記面の表層部の硬さをビッカース硬さ（Ｈｖ）で６５０以上９００以下とし、前記面の表層部の残留オーステナイト量を５体積％以上２０体積％以下とし、
前記面の芯部および前記端部の硬さをビッカース硬さ（Ｈｖ）で１５０以上２５０以下とし、前記面の芯部および前記端部の残留オーステナイトを０とすることを特徴とする軸の製造方法。
【請求項４】
転がり軸受の内輪軌道として機能する面を有し、端部を「かしめ」により固定して使用する軸の製造方法において、
「ＪＩＳ  Ｇ  ４８０５」で規定されているＳＵＪ１〜ＳＵＪ５のいずれかの鋼材を所定形状に加工した後、
熱処理として、１）Ａｃ1 点（加熱時、オーステナイトが生成し始める温度）以上の温度での浸炭窒化後に冷却する処理、２）Ａｃ1 点以上Ａｃm 点（加熱時、過共析鋼中のセメンタイトが完全に溶解する温度）以下の温度に保持した後にＡｃ1 点未満「Ａｃ1 点温度−２００℃」以上の温度に保持することを複数回繰り返した後、空冷により室温まで冷却する球状化焼鈍処理、３）前記面に対する高周波焼入れ処理、４）低温焼戻し処理をこの順に行い、
１）の処理後の表層部の炭素含有率と窒素含有率の合計を１．０質量％以上２．０質量％以下とし、
２）の処理後の表層部のマトリックスに固溶している炭素含有率と窒素含有率の合計を０．６質量％以上１．２質量％以下とし、
３）の処理後の、前記面の表層部に析出している炭化物および炭窒化物の合計含有率を１５面積％以上４０面積％以下とし、この炭化物および炭窒化物の円相当最大粒径を３μｍ以下とし、
３）の処理により、硬化層を深さ（ｄ）が軸の直径（Ｄ）の３．０％以上１５％以下となる（０．０３０≦ｄ／Ｄ≦０．０１５を満たす）ように形成し、
前記面の表層部の硬さをビッカース硬さ（Ｈｖ）で６５０以上９００以下とし、前記面の表層部の残留オーステナイト量を５体積％以上２０体積％以下とし、
前記面の芯部および前記端部の硬さをビッカース硬さ（Ｈｖ）で１５０以上２５０以下とし、前記面の芯部および前記端部の残留オーステナイトを０とすることを特徴とする軸の製造方法。
【請求項５】
転がり軸受の内輪軌道として機能する面を有し、端部を「かしめ」により固定して使用する軸であって、
請求項１〜４のいずれかの方法で製造され、
前記面の表層部に析出している炭化物および炭窒化物の合計含有率が１５面積％以上４０面積％以下で、その円相当最大粒径が３μｍ以下であり、
高周波焼入れにより形成された硬化層の深さ（ｄ）が軸の直径（Ｄ）の３．０％以上１５％以下であり（０．０３０≦ｄ／Ｄ≦０．０１５を満たし）、
前記面の表層部の硬さが、ビッカース硬さ（Ｈｖ）で６５０以上９００以下であり、前記面の表層部の残留オーステナイト量が５体積％以上２０体積％以下であり、
前記面の芯部および前記端部の硬さが、ビッカース硬さ（Ｈｖ）で１５０以上２５０以下であり、前記面の芯部および前記端部の残留オーステナイトが０であることを特徴とする軸。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、転がり軸受の内輪軌道として機能する面を有し、端部を「かしめ」により固定して使用する軸の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ラジアルニードル軸受では、軸の面を内輪軌道として機能させる（すなわち、軸に転動体である針状ころを転がり接触させる）ことが多い。例えば、自動車のＡＴ（オートマチックトランスミッション）やＣＶＴ（無段変速機）の遊星歯車機構（プラネタリギヤ装置）では、ピニオンシャフトの長さ方向中央部の外周面が内輪軌道面に、ピニオンギヤの内周面が外輪軌道面になっており、ピニオンシャフトとピニオンギヤの間に多数の針状ころが配置されている。また、自動車用エンジンのロッカーアームの軸受としても、軸の面を内輪軌道面とするラジアルニードル軸受が使用されている。
【０００３】
このようなラジアルニードル軸受の軸は、転がり疲労特性を向上することと、衝撃荷重が大きい場合であっても塑性変形を生じ難くすることが課題となっている。
この課題を解決するために、下記の特許文献１には、ラジアルニードル軸受の内輪を兼ねる軸（転動軸）を、０．５〜１．２ｗｔ％の炭素を含有する鋼で構成するとともに、芯部の残留オーステナイト量を０とし、表面層の窒素含有率を０．０５〜０．４ｗｔ％とし、表面層の硬さをＨｖ６５０以上とし、表面層の残留オーステナイト量を１５〜４０ｖｏｌ％とすることが開示されている。
【０００４】
また、この文献には、前記構成の軸の製造方法として、浸炭窒化後に焼入れ・調質（高温焼戻し）を施して、軸の全体の硬さをＨｖ３００〜５００（望ましくはＨｖ４００〜５００）にし、次いで高周波焼入れと焼戻しを行って表層部の硬さをＨｖ６５０以上にする方法が記載されている。この方法では、芯部の残留オーステナイト量が０となり、芯部の硬さがＨｖ３００〜５００（望ましくはＨｖ４００〜５００）となる。
【０００５】
また、下記の特許文献２には、炭素を０．２〜０．３質量％、クロムを２．５〜７質量％、マンガンを０．５〜２質量％、珪素を０．１〜１．５質量％、モリブデンを０５〜２質量％含有する合金鋼を用い、浸炭または浸炭窒化処理、焼入れ、焼戻しからなる熱処理を行って、ピニオンシャフト（プラネタリシャフト）の表層部を、炭素と窒素の合計含有率１〜２．５質量％、硬さＨＲＣ６０以上、残留オーステナイト量１５〜４５体積％にすするとともに、表面から芯部までの残留オーステナイト量の平均値を８体積％以下にすることが記載されている。
【０００６】
さらに、下記の特許文献３には、ピニオンシャフトをキャリアに固定する方法として、従来のピンによる固定方法に代えて、小型軽量化の要求に応えるために「かしめ」による固定方法が採用される場合があり、この場合に対応させて、ピニオンシャフトの端部の表面硬さをＨｖ２００〜３００とすることが記載されている。
【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２００４−３４０２２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、遊星歯車機構の使用条件は、高荷重（例えば４０００Ｎ以上）、高速回転（例えば８０００ｍｉｎ-1以上）、高温（例えば１２０℃以上）、低潤滑油量（例えば、１ピニオン当たり供給量３０ｍｌ／ｍｉｎ以下）等のように過酷になってきており、このような過酷な条件での寿命が長いことが求められているが、特許文献１〜３に記載の技術では不十分である。
本発明の課題は、転がり軸受の内輪軌道として機能する面を有し、端部を「かしめ」により固定して使用する軸として、このような過酷な条件での寿命が長く、「かしめ」による固定が良好に行われるものを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、転がり軸受の内輪軌道として機能する面（軌道面）を有し、端部を「かしめ」により固定して使用する軸の製造方法において、「ＪＩＳ  Ｇ  ４８０５」で規定されているＳＵＪ１〜ＳＵＪ５のいずれかの鋼材を所定形状に加工した後、熱処理として、以下の４つのいずれかの組み合わせによる１）の処理と２）の処理、３）前記面（軌道面）に対する高周波焼入れ処理、４）低温焼戻し処理をこの順に行い、下記の構成(A) 〜(F) を満たすことを特徴とする方法を提供する。
【０００９】
第１の組み合わせ：１）Ａｃ1 点（加熱時、オーステナイトが生成し始める温度）以上の温度（Ｔ1 ）での浸炭窒化後に冷却する処理と、２）Ａｃ1 点以上Ａｃm 点（加熱時、過共析鋼中のセメンタイトが完全に溶解する温度）以下の温度（Ｔ21）に保持した後に炉冷または徐冷により室温まで冷却する球状化焼鈍処理。
第２の組み合わせ：１）Ａｃ1 点以上の温度（Ｔ1 ）で浸炭窒化する処理と、２）Ａｃ1 点以上Ａｃm 点以下の温度（Ｔ21）に保持した後に炉冷または徐冷により室温まで冷却する球状化焼鈍処理。
【００１０】
第３の組み合わせ：１）Ａｃ1 点以上の温度（Ｔ1 ）での浸炭窒化後に冷却する処理と、２）Ａｃ1 点以上Ａｃm 点以下の温度（Ｔ21）に保持した後に、Ａｃ1 点未満「Ａｃ1 点温度−２００℃」以上の温度（Ｔ22）に保持した後、空冷により室温まで冷却する球状化焼鈍処理。  第４の組み合わせ：１）Ａｃ1 点以上の温度（Ｔ1 ）での浸炭窒化後に冷却する処理と、２）Ａｃ1 点以上Ａｃ1 点以下の温度（Ｔ21）に保持した後にＡｃ1 点未満「Ａｃ1 点温度−２００℃」以上の温度（Ｔ22）に保持することを複数回繰り返した後、空冷により室温まで冷却する球状化焼鈍処理。
【００１１】
(A) １）の処理後の表層部の炭素含有率と窒素含有率の合計を、１．０質量％以上２．０質量％以下とする。
(B) ２）の処理後の表層部のマトリックスに固溶している炭素含有率と窒素含有率の合計を０．６質量％以上１．２質量％以下とする。
(C) ３）の処理後の、軌道面の表層部に析出している炭化物および炭窒化物の合計含有率を１５面積％以上４０面積％以下とし、この炭化物および炭窒化物の円相当最大粒径を３μｍ以下とする。
(D) ３）の処理により、軌道面の硬化層を深さ（ｄ）が軸の直径（Ｄ）の３．０％以上１５％以下となる（０．０３０≦ｄ／Ｄ≦０．０１５を満たす）ように形成する。
(E) 軌道面の表層部の硬さをビッカース硬さ（Ｈｖ）で６５０以上９００以下とし、前記面の表層部の残留オーステナイト量を５体積％以上２０体積％以下とする。
(F) 軌道面の芯部および前記端部の硬さをビッカース硬さ（Ｈｖ）で１５０以上２５０以下とし、軌道面の芯部および前記端部の残留オーステナイトを０とする。
【００１２】
本発明の軸の製造方法によれば、浸炭窒化処理後に、Ａｃ1 点以上Ａｃm 点以下の温度に保持する球状化焼鈍を行うことで、マトリックスの炭素と窒素合計含有率が高くなり、このマトリックス中に炭化物および炭窒化物を析出することで、軸の耐摩耗性が高くなる。球状化焼鈍の保持温度がＡｃ1 点未満であると処理時間が長くなり、析出する炭化物および炭窒化物の粒径が粗大になり易い。球状化焼鈍の保持温度がＡｃm 点を超えると、析出した炭化物および炭窒化物がマトリックス中に溶け込んでしまうため、マトリックス中に炭化物および炭窒化物の析出物が存在しにくくなる。
【００１３】
本発明の方法において、第１および第２の組み合わせの球状化焼鈍処理では、温度Ｔ21に保持することで、オーステナイト相に過飽和状態で固溶した炭素や窒素が粒界上にＦｅ3 ＣやＦｅ3 （Ｃ，Ｎ）として析出し、これらが球状炭化物や球状炭窒化物の核となる。そして、これらの核を炉冷または徐冷により室温まで冷却することで、互いに付着させて成長させる。
【００１４】
第１の組み合わせと第２の組み合わせを比較すると、第２の組み合わせでは、浸炭窒化後の冷却（マルテンサイト変態点より低い温度への徐冷等）を行わないで球状化焼鈍を行うことにより、第１の組み合わせを採用した場合よりも、処理時間を短縮することができる。
第３の組み合わせの球状化焼鈍処理では、温度Ｔ21に保持することで、オーステナイト相に過飽和状態で固溶した炭素や窒素が粒界上にＦｅ3 ＣやＦｅ3 （Ｃ，Ｎ）として析出し、これらが球状炭化物や球状炭窒化物の核となる。次に、温度Ｔ22に保持することで、これらの核を互いに付着させて成長させる。そのため、第３の組み合わせを採用すると、第１及び第２の組み合わせを採用した場合よりも、析出する炭化物や炭窒化物の直径は大きくなるが、これらの析出物の含有率は高くなる。
【００１５】
第４の組み合わせを採用すると、第３の組み合わせを採用した場合よりも、析出する炭化物や炭窒化物の直径が小さくなる。
また、各組み合わせで、浸炭窒化後に室温までの冷却を行う場合は、浸炭窒化と球状化焼鈍を別の炉で処理できるので、生産の自由度を高めることができる。また、浸炭窒化後の冷却としては徐冷と焼入れが挙げられるが、徐冷を行う場合には、焼入れを行う場合と比較して割れが発生し難くなり、洗浄を省略することもできる。焼入れを行う場合には、徐冷を行う場合よりも処理時間を短縮できる。
【００１６】
図１は、本発明の方法により、ＳＵＪ２を用い第１の組み合わせで熱処理を行い、２）の処理（球状化焼鈍）温度（Ｔ21）を７８０℃とした場合の、表層部の炭化物および炭窒化物の分布状態を示す顕微鏡写真である。図２は、ＳＵＪ２を用い、球状化焼鈍に代えて７００℃（Ａｃ1 点より低い温度）での高温焼戻しを行った以外は同じ熱処理を行った場合の、表層部の炭化物および炭窒化物の分布状態を示す顕微鏡写真である。
【００１７】
これらの図の比較から、浸炭窒化処理後の加熱処理をＡｃ1 点以上Ａｃm 点以下の温度で行う（図１）ことにより、Ａｃ1 点より低い温度で行った場合（図２）よりも、析出する炭化物および炭窒化物が微細になり、析出密度が高くなることが分かる。
本発明の方法において、浸炭窒化処理の温度（Ｔ1 ）は８３０〜８６０℃とし、保持時間は２〜４時間とすることが好ましい。２）の処理の温度Ｔ21は７５０〜７９０℃とし、温度Ｔ22は６５０〜７１０℃とすることが好ましい。また、第１および第２の組み合わせの場合、２）の処理の温度Ｔ21での保持時間は１〜３時間とすることが好ましく、より好ましくは２〜３時間とする。
【００１８】
第３の組み合わせの場合、２）の処理の温度Ｔ21での保持時間を１〜３時間とし、温度Ｔ22での保持時間を１〜４時間とすることが好ましい。より好ましくは、温度Ｔ21での保持時間を２〜３時間とし、温度Ｔ22での保持時間を３〜４時間とする。第４の組み合わせの場合、２）の処理の温度Ｔ21での保持時間は１〜２時間とし、温度Ｔ22での保持時間は１〜２時間とすることが好ましい。
【００１９】
また、高周波焼入れは８５０〜９００℃で行い、低温焼戻しは１５０〜１７０℃で１．５〜２時間保持することで行うことが好ましい。
本発明の方法では、「ＪＩＳ  Ｇ  ４８０５」で規定されているＳＵＪ１〜ＳＵＪ５のいずれかの鋼材を使用することで、炭化物および炭窒化物が球状化析出され易い。
また、前記構成(A) および(B) を満たすことにより、前記構成(C) 〜(F) を達成することができる。
【００２０】
前記構成(A) を満たさない場合、すなわち、１）の処理後の表層部の〔Ｃ＋Ｎ〕（炭素含有率と窒素含有率の合計）が１．０質量％未満であると、３）の処理後の軌道面の表層部に析出している炭化物および炭窒化物の合計含有率を１５面積％以上にすることができないか、前記表層部の硬さをＨｖ６５０以上にすることができない場合がある。１）の処理後の表層部の〔Ｃ＋Ｎ〕が２．０質量％を超えると、２）の処理後の球状炭化物および炭窒化物が粗大化され易い。
【００２１】
前記構成(B) を満たさない場合、すなわち、２）の処理後の表層部のマトリックスに固溶している〔Ｃ＋Ｎ〕が０．６質量％未満であると、３）の処理後の軌道面の表層部の残留オーステナイト量を５質量％以上にすることができない場合がある。２）の処理後の表層部のマトリックスに固溶している〔Ｃ＋Ｎ〕が１．２質量％を超えると、３）の処理後の軌道面の表層部の残留オーステナイト量が２０質量％を超える場合がある。
【００２２】
また、前記構成(C) を満たすことにより、すなわち、軌道面の表層部に微細な炭化物および炭窒化物が存在していることにより、得られる軸の耐焼き付き性、耐摩耗性、耐かじり性、耐圧痕性、および耐白色剥離性が、著しく高くなる。
なお、白色剥離は、軸の軌道面と転動体が金属接触する状況になった場合に、摺動部に活性面が形成されることで潤滑剤が分解して水素が生じ、この水素が活性面から内部に拡散して、最大剪断応力位置や非金属介在物の周囲に濃化することで生じると考えられている。よって、白色剥離を防止するためには、軸の軌道面の耐摩耗性を向上させて、前記活性面の生成を抑制することが有効である。
【００２３】
前記構成(C) を満たさない場合、すなわち、３）の処理後の、軌道面の表層部に析出している炭化物および炭窒化物の合計含有率が１５面積％未満であると、これらの析出物による前述の作用が実質的に得られない。これらの析出物の合計含有率が４０面積％を超えると、粗大化されたものの存在率が高くなったり、残留オーステナイト量を５質量％以上にすることができない場合がある。これらの析出物の円相当最大粒径が３μｍより大きいと、白色剥離等の内部起点型剥離を生じる確率が高くなる。
【００２４】
また、前記構成(E) を備えているため、得られる軸の転がり寿命が高くなる。
前記構成(E) を満たさない場合、すなわち、軌道面の表層部の残留オーステナイト量が５体積％未満であると、残留オーステナイトによる転がり寿命を高くする作用が実質的に得られない。また、軌道面の表層部の残留オーステナイト量が２０体積％を超えると、塑性変形曲がりや径の膨張が大きくなってエッジロードによる転がり寿命の低下が生じる場合がある。また、耐圧痕性も著しく低下する。特に、高温で使用される場合には、これらの欠点が顕著となるため、軌道面の表層部の残留オーステナイト量を体積％以下にすることが好ましい。
軌道面の表層部の硬さが、ビッカース硬さ（Ｈｖ）で９００を超えると、残留オーステナイト量を体積％以上にすることができない場合がある。また、Ｈｖ９００を超える硬さするためには、高周波焼入れ時の温度を高くする必要が有り、その結果、結晶粒が粗大化して靱性が低下する。
【００２５】
また、前記構成(D) を備えているため、得られる軸の機械的強度が高く、軌道面の塑性変形曲がりや径の膨張が抑制される。
前記構成(D) を満たさない場合、すなわち、硬化層の深さ（ｄ）が軸の直径（Ｄ）の３．０％未満であると、十分な深さの硬化層が得られず、軌道面の強度が不足する。また、硬化層の深さ（ｄ）が軸の直径（Ｄ）の１５％を超えると、軸の直径方向における残留オーステナイトの存在率が高くなるため、残留オーステナイトの分解による塑性変形が大きくなる。なお、硬化層の深さ（ｄ）は、軸の表面から残留オーステナイト量が０より大きくなっている位置までの深さとする。
【００２６】
また、前記構成(F) を備えているため、得られる軸の端部を「かしめ」により容易に固定することができるとともに、使用時の残留オーステナイトの分解に伴う塑性変形を防止できる。
前記構成(F) を満たさない場合、すなわち、軸の端部の硬さがビッカース硬さ（Ｈｖ）で１５０未満であると、「かしめ」による軸の固定強度が不十分となる。Ｈｖ２５０を超えると、靱性が不足して「かしめ」による固定時に割れやクラックが生じ易くなる。また、軌道面の芯部および前記端部の残留オーステナイトが０でないと、使用時に残留オーステナイトの分解に伴う塑性変形が生じる。
【００２７】
本発明は、また、転がり軸受の内輪軌道として機能する面（軌道面）を有し、端部を「かしめ」により固定して使用する軸であって、本発明の方法で製造され、下記の構成(1) 〜(4) を備えたことを特徴とする軸を提供する。
(1) 軌道面の表層部に析出している炭化物および炭窒化物の合計含有率が１５面積％以上４０面積％以下で、その円相当最大粒径が３μｍ以下である。
(2) 高周波焼入れにより形成された硬化層の深さ（ｄ）が軸の直径（Ｄ）の３．０％以上１５％以下である（０．０３０≦ｄ／Ｄ≦０．０１５を満たす）。
(3) 軌道面の表層部の硬さが、ビッカース硬さ（Ｈｖ）で６５０以上９００以下であり、軌道面面の表層部の残留オーステナイト量が５体積％以上２０体積％以下である。
(4) 軌道面の芯部および前記端部の硬さが、ビッカース硬さ（Ｈｖ）で１５０以上２５０以下であり、軌道面の芯部および前記端部の残留オーステナイトが０である。
【００２８】
本発明の軸によれば、前記構成(3) を備えているため転がり寿命が高くなる。この構成(3) の限定理由は、前述の本発明の方法における構成(E) の限定理由と同じである。また、前記構成(2) を備えているため、軸の機械的強度が高く、軌道面の塑性変形曲がりや径の膨張が抑制される。この構成(2) の限定理由は、前述の本発明の方法における構成(D) の限定理由と同じである。
【００２９】
また、前記構成(1) を備えているため、耐焼き付き性、耐摩耗性、耐かじり性、耐圧痕性、耐白色剥離性が、著しく高くなる。この構成(1) の限定理由は、前述の本発明の方法における構成(C) の限定理由と同じである。また、前記構成(4) を備えているため、軸の端部を「かしめ」により容易に固定することができるとともに、使用時の残留オーステナイトの分解に伴う塑性変形を防止できる。この構成(4) の限定理由は、前述の本発明の方法における構成(F) の限定理由と同じである。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、転がり軸受の内輪軌道として機能する面を有し、端部を「かしめ」により固定して使用する軸として、特許文献１〜３に記載の転動軸と比較して、過酷な条件での寿命が長く、「かしめ」による固定が良好に行われようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施形態について説明する。
ピニオンシャフト用の素材として、ＳＵＪ２とＳＵＪ３からなる棒状素材を用意し，これらを加工して、直径１５．６１ｍｍ、長さ６５ｍｍの軸を得た。この軸（ピニオンシャフト）１は、図３に示すように、軸線に沿って延びる平行路２１と、軸の長さ方向中心位置で、軸の径方向に沿って延びる垂直路２２とからなる油穴２を有する。また、軸１の両端面に凹部３１，３２が形成され、油穴２の平行路２１につながる凹部３１は潤滑油の供給口となっている。
【００３２】
次に、各軸に対して、下記の表１に示すように、サンプルNo. １〜１６とNo. １８〜２９では、下記のａ〜ｅのいずれかの熱処理を行った。また、サンプルNo. １７では、８２０℃で「ずぶ焼き」を行った後に、１６０℃で焼戻しを行った。図４（ａ）〜（ｅ）は、ａ〜ｅの各熱処理の温度（Ｔ）と時刻（ｔ）との関係を示すグラフである。
ＳＵＪ２のＡｃ1 点は７６０℃付近であり、Ａｃm 点は８５０℃付近である。ＳＵＪ３のＡｃ1 点は７５０℃付近であり、Ａｃm 点は８４０℃付近である。
【００３３】
〔熱処理ａ〕
１）の処理：温度Ｔ1 （Ａｃ1 点以上の温度）での浸炭窒化後に焼入れする処理、２）の処理：温度Ｔ21（Ａｃ1 点以上Ａｃm 点以下の温度）に保持した後に、炉冷により室温まで冷却する球状化焼鈍処理、３）の処理：温度Ｔ3 で中央部１１の表面（軌道面）に対する高周波焼入れ処理、４）の処理：温度Ｔ4 での低温焼戻し処理をこの順に行う。
【００３４】
〔熱処理ｂ〕
１）の処理：温度Ｔ1 （Ａｃ1 点以上の温度）での浸炭窒化、２）の処理：温度Ｔ21（Ａｃ1 点以上Ａｃm 点以下の温度）に保持した後に、炉冷により室温まで冷却する球状化焼鈍処理、３）の処理：温度Ｔ3 で中央部１１の表面（軌道面）に対する高周波焼入れ処理、４）の処理：温度Ｔ4 での低温焼戻し処理をこの順に行う。
【００３５】
〔熱処理ｃ〕
１）の処理：温度Ｔ1 （Ａｃ1 点以上の温度）での浸炭窒化後に焼入れ、２）の処理：温度Ｔ21（Ａｃ1 点以上Ａｃm 点以下の温度）に保持し、次いで温度Ｔ22（Ａｃ1 点未満６５０℃以上の温度、「６５０℃以上」は「『Ａｃ1 点温度−２００℃』以上」に相当）に保持し、次いで、空冷により室温まで冷却する球状化焼鈍処理、３）の処理：温度Ｔ3 で中央部１１の表面（軌道面）に対する高周波焼入れ処理、４）の処理：温度Ｔ4 での低温焼戻し処理をこの順に行う。
【００３６】
〔熱処理ｄ〕
１）の処理：温度Ｔ1 （Ａｃ1 点以上の温度）での浸炭窒化後に焼入れ、２）の処理：温度Ｔ21（Ａｃ1 点以上Ａｃm 点以下の温度）に保持した後に温度Ｔ22（Ａｃ1 点未満６５０℃以上の温度、「６５０℃以上」は「『Ａｃ1 点温度−２００℃』以上」に相当）に保持することを３回繰り返し、次いで、空冷により室温まで冷却する球状化焼鈍処理、３）の処理：温度Ｔ3 で中央部１１の表面（軌道面）に対する高周波焼入れ処理、４）の処理：温度Ｔ4 での低温焼戻し処理をこの順に行う。
【００３７】
〔熱処理ｅ〕
１）の処理：温度Ｔ1 （Ａｃ1 点以上の温度）での浸炭窒化後に焼入れする処理、２）の処理：温度Ｔ22（Ａｃ1 点未満６５０℃以上の温度）に保持した後に、空冷する高温焼戻し処理、３）の処理：温度Ｔ3 で中央部１１の表面（軌道面）に対する高周波焼入れ処理、４）の処理：温度Ｔ4 での低温焼戻し処理をこの順に行う。
【００３８】
また、各サンプルについて、２）の処理の温度Ｔ21，Ｔ22と保持時間を、下記の表１および２に示す。なお、保持時間は、２）の処理全体での保持時間であり、温度Ｔ21に保持した後に温度Ｔ22に保持する場合はその合計時間である。
全サンプル（浸炭窒化処理を行わないNo. １７以外）について、浸炭窒化の雰囲気は、Ｒｘガス＋エンリッチガス＋アンモニアガス（アンモニアガス濃度１〜７vol ％）雰囲気とし、浸炭窒化の保持温度Ｔ1 は８４０℃とし、保持時間は３時間とした。
【００３９】
また、熱処理ｂでは、浸炭窒化処理後に冷却しないで球状化焼鈍処理を行うため、両方の処理を同じ炉内で行った。すなわち、浸炭窒化を行った後に炉内のアンモニアガスを排出し、脱炭しない程度にカーボンポテンシャルを下げて球状化焼鈍処理を行った。
高周波焼入れは、温度（Ｔ3 ）８５０℃、周波数１００〜４００ｋＨｚ、電圧１２ｋＶ、電流５Ａ、送り速度８〜１５ｍｍ／秒、冷却水量３５リットル／分の条件で行った。また、各サンプルで高周波焼入れ深さ（ｄ）を変えることで、軸の直径（Ｄ）に対する比（ｄ／Ｄ）を変えた。高周波焼入れ深さ（ｄ）は、周波数を変えることにより変えた。
【００４０】
低温焼戻しは、温度（Ｔ4 ）１６０℃で、１．５時間保持した後に、そのまま炉内で冷却（炉冷）することで行った。
サンプルNo. １〜２９のピニオンシャフトについて、１）の処理後に、中央部１１の表層部（表面から深さ１００μｍまでの部分）１１ａの炭素含有率と窒素含有率の合計値〔Ｃ＋Ｎ〕を測定した。また、２）の処理後に、中央部１１の表層部１１ａのマトリックスに固溶している炭素含有率と窒素含有率の合計値〔Ｃ＋Ｎ〕を測定した。
また、全ての熱処理が終了した後に、中央部１１の表層部１１ａの硬さ（Ｈｖ）および残留オーステナイト量（γR ）と、端部１２の硬さ（Ｈｖ）と、中央部１１の芯部１１ｂの残留オーステナイト量（γR ）を測定した。また、硬化層の深さ（ｄ）を測定し、その軸の直径（Ｄ）に対する比（ｄ／Ｄ）を算出した。
【００４１】
これらの結果も下記の表１および２に示す。
また、得られた各サンプルのピニオンシャフトを用いて下記の試験を行った。
〔高速低荷重条件で計算寿命となるまで回転させた時の表面状態を調べる試験〕
各サンプルのピニオンシャフトを組み込んだプラネタリギヤ装置を、ＮＳＫ製の試験機にかけて、下記の条件で回転させた後に、ピニオンシャフトの表面状態を調べた。その結果を、下記の表１および２に併せて示す。表１および２において、「○」は表面に損傷がないことを示し、「△」は表面にスミアリングが生じていたことを示し、「×」は表面に剥離または焼き付きが生じていたことを示す。
【００４２】
なお、ピニオンギヤと針状ころはＳＵＪ２製で、ずぶ焼き後に焼戻し処理がなされた通常品を使用した。針状ころの直径は３．５ｍｍとした。また、潤滑油は、ピニオンシャフト１の油路２を介してピニオンシャフトとピニオンギヤの間に供給した。
＜回転試験条件＞  
ピニオンシャフトの自転速度：１３０００ｍｉｎ-1
基本動定格荷重（Ｃ）：１７５００Ｎ
基本静定格荷重（Ｃ０）：１６５００Ｎ
ラジアル荷重：３０００Ｎ
回転時間：計算寿命（Ｌ10）である４６０時間
Ｄｍ・ｎ値＝２４８０００
潤滑油：ＡＴＦ
油温度：１００℃
潤滑油供給量：３０ｍｌ／ｍｉｎ
【００４３】
〔高速、高荷重、低潤滑条件で回転させた時の転がり疲れ寿命を調べる試験〕
各サンプルのピニオンシャフトを組み込んだプラネタリギヤ装置を、ＮＳＫ製の試験機にかけて、下記の条件で回転させ、ピニオンシャフト、ピニオンギヤ、針状ころのいずれかに破損が生じた時点までの回転時間を「転がり疲れ寿命」とした。そして、No. １７のピニオンシャフトを用いた場合の「転がり疲れ寿命」を「１」とした時の寿命比を算出した。また、試験後のピニオンシャフト表面状態を観察し、白色剥離の有無を調べた。これらの結果も下記の表１および２に併せて示す。
＜回転試験条件＞  
ピニオンシャフトの自転速度：１００００ｍｉｎ-1
基本動定格荷重（Ｃ）：１７５００Ｎ
基本静定格荷重（Ｃ０）：１６５００Ｎ
ラジアル荷重：７０００Ｎ
計算寿命：Ｌ10＝３６時間
Ｐ／Ｃ＝０．４
潤滑油：ＡＴＦ
油温度：１００℃
潤滑油供給量：１０ｍｌ／ｍｉｎ
【００４４】
〔曲げクリープ試験〕
各サンプルのピニオンシャフトについて、温度１６０℃、荷重３０００Ｎ、保持時間２０時間の条件で、３点曲げクリープ試験を行い、軸に垂直な方向での最大曲がり量を測定した。
これらの結果も下記の表１および２に併せて示す。
〔端部の耐かしめ強度試験〕
各サンプルのピニオンシャフトの端部をプレス機に掛け、荷重２．０トンで、４０ｍｍ／秒の速度でプレスした後、端部に破損や亀裂が生じているかどうかを調べた。
これらの結果も下記の表１および２に併せて示す。
【００４５】
【表１】
2007297676.tif 000003
【００４６】
【表２】
2007297676.tif 000004
【００４７】
これらの表の結果から、本発明の実施例に相当するサンプルNo. １〜１６のピニオンシャフトは、高速低荷重条件での表面状態が良好で、転がり疲れ寿命比が５．１〜９．２と良好で、高速、高荷重、低潤滑条件であっても白色剥離が発生せず、曲げクリープ試験による曲がり量が１〜５μｍと少なく、端部の耐かしめ強度が高いことが分かる。
【００４８】
これに対して、本発明の比較例に相当するNo. １７〜２９のピニオンシャフトは、転がり疲れ寿命比が１〜４．６であり、高速低荷重条件での表面状態、高速、高荷重、低潤滑条件での白色剥離の発生、曲げクリープ試験による曲がり量１０μｍ以上、端部の耐かしめ強度不足のいずれかの点で不良となった。
具体的に、No. １７のピニオンシャフトは、熱処理が「ずぶ焼き」であるため、いずれの試験結果も良好ではなかった。
【００４９】
No. １８のピニオンシャフトは、熱処理ａを行ったが、「（ｄ／Ｄ）≦１５％」と「軌道面の表層部の残留オーステナイト量２０体積％以下」を満たさないため、曲がり量が１０μｍと大きく、転がり疲れ寿命比も２．９とサンプルNo. １〜１６よりも低かった。
No. １９のピニオンシャフトは、熱処理ｂを行ったが、「１）の処理後の〔Ｃ＋Ｎ〕≦２．０質量％」と、「３）の処理後の、表層部の炭化物および炭窒化物の存在率が４０面積％以下、最大粒径３μｍ以下」と、「軌道面の表層部の残留オーステナイト量５体積％以上」と、「芯部および端部の硬さＨｖ１５０以上」を満たさないため、端部に破損が生じ、転がり疲れ寿命比も１．１と低かった。
【００５０】
No. ２０のピニオンシャフトは、熱処理ｃを行ったが、「１）の処理後の〔Ｃ＋Ｎ〕≦２．０質量％」と「軌道面の表層部の残留オーステナイト量５体積％以上」を満たさないため、転がり疲れ寿命比が１．３と低かった。
No. ２１のピニオンシャフトは、熱処理ｄを行ったが、「軌道面の表層部の残留オーステナイト量２０体積％以下」を満たさないため、曲がり量が１２μｍと大きく、転がり疲れ寿命比も３．１とサンプルNo. １〜１６よりも低かった。
【００５１】
No. ２２〜２４，２７〜２９のピニオンシャフトは、２）の処理として高温焼戻し処理を行ったサンプルであり、「軌道面の表層部の残留オーステナイト量２０体積％以下」と「端部の硬さＨｖ２５０以下」を満たさないため、曲がり量が１２〜１６μｍと大きく、転がり疲れ寿命比も１．２〜４．６とサンプルNo. １〜１６よりも低かった。
特に、No. ２４，２９のピニオンシャフトは、「３）の処理後の、表層部の炭化物および炭窒化物の存在率が１５面積％以上」を満たさないため、高速低荷重条件での表面状態が不良で、高速、高荷重、低潤滑条件で白色剥離が発生した。また、端部の硬さがＨｖ３１２，３２８と極端に硬いため、耐かしめ試験で亀裂が発生した。
【００５２】
No. ２５，２６のピニオンシャフトは、「軌道面の表層部の残留オーステナイト量２０体積％以下」と「３）の処理後の、表層部の炭化物および炭窒化物の存在率が１５面積％以上」を満たさないため、曲がり量が１２〜１５μｍと大きく、転がり疲れ寿命比も１．２〜１．４と低く、高速低荷重条件での表面状態が不良で、高速、高荷重、低潤滑条件で白色剥離が発生した。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】ＳＵＪ２を用い、本発明の方法による熱処理を行った場合の、表層部の炭化物および炭窒化物の分布状態を示す顕微鏡写真である。
【図２】ＳＵＪ２を用い、球状化焼鈍に代えて７００℃での高温焼戻しを行った場合の、表層部の炭化物および炭窒化物の分布状態を示す顕微鏡写真である。
【図３】実施形態で作製したピニオンシャフトを示す断面図である。
【図４】実施形態で行った熱処理を説明する図である。
【符号の説明】
【００５４】
１  ピニオンシャフト
１１  ピニオンシャフトの中央部
１１ａ  軌道面の表層部
１１ｂ  軌道面の芯部
１２  ピニオンシャフトの端部
２  油穴
２１  平行路
２２  垂直路
３１  凹部
３２  凹部
【図３】
2007297676.tif 000005
【図４】
2007297676.tif 000006
【図１】
2007297676.tif 000007
【図２】
2007297676.tif 000008