JP2003301893A - ピニオンシャフト及びプラネタリギヤ装置 - Google Patents
ピニオンシャフト及びプラネタリギヤ装置Info
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- F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
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- F16C19/44—Needle bearings
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
- F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
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- F16C33/62—Selection of substances
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- F16C2204/00—Metallic materials; Alloys
- F16C2204/60—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- F16C2204/62—Low carbon steel, i.e. carbon content below 0.4 wt%
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C2361/00—Apparatus or articles in engineering in general
- F16C2361/61—Toothed gear systems, e.g. support of pinion shafts
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高温下において高速回転で使用しても長寿命
なピニオンシャフト及びプラネタリギヤ装置を提供す
る。 【解決手段】 プラネタリギヤ装置のサンギヤ１及びリ
ングギヤ２に噛み合うピニオンギヤ３を回転自在に支持
するピニオンシャフト５を、炭素を０．１５〜０．５質
量％、クロムを０．５〜２．５質量％、ケイ素を０．６
〜１．５質量％、マンガンを０．１５〜１．５質量％、
モリブデンを３．０質量％以下、酸素を１２ｐｐｍ以下
含有し、残部が鉄及び不可避の不純物である合金鋼で構
成したうえ、浸炭窒化処理及び焼入れ・焼戻し処理を施
して、表面の窒素濃度を０．０５〜０．６質量％、表面
の残留オーステナイト量を３体積％以下とした。
なピニオンシャフト及びプラネタリギヤ装置を提供す
る。 【解決手段】 プラネタリギヤ装置のサンギヤ１及びリ
ングギヤ２に噛み合うピニオンギヤ３を回転自在に支持
するピニオンシャフト５を、炭素を０．１５〜０．５質
量％、クロムを０．５〜２．５質量％、ケイ素を０．６
〜１．５質量％、マンガンを０．１５〜１．５質量％、
モリブデンを３．０質量％以下、酸素を１２ｐｐｍ以下
含有し、残部が鉄及び不可避の不純物である合金鋼で構
成したうえ、浸炭窒化処理及び焼入れ・焼戻し処理を施
して、表面の窒素濃度を０．０５〜０．６質量％、表面
の残留オーステナイト量を３体積％以下とした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高温下において高
速回転で使用しても長寿命なピニオンシャフト及びプラ
ネタリギヤ装置に係り、特に、自動車，工作機械等の減
速機や変速機に好適なピニオンシャフト及びプラネタリ
ギヤ装置に関する。
速回転で使用しても長寿命なピニオンシャフト及びプラ
ネタリギヤ装置に係り、特に、自動車，工作機械等の減
速機や変速機に好適なピニオンシャフト及びプラネタリ
ギヤ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば自動車の自動変速機に用いられる
プラネタリギヤ装置は、サンギヤ，リングギヤ，及びキ
ャリヤを備えており、これらの回転要素は出力軸の周り
に同心に配されている。また、サンギヤ及びリングギヤ
に噛み合うピニオンギヤが、キャリヤに固定されたピニ
オンシャフトに、軸受用ころを介して回転自在に支持さ
れている。そして、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。
プラネタリギヤ装置は、サンギヤ，リングギヤ，及びキ
ャリヤを備えており、これらの回転要素は出力軸の周り
に同心に配されている。また、サンギヤ及びリングギヤ
に噛み合うピニオンギヤが、キャリヤに固定されたピニ
オンシャフトに、軸受用ころを介して回転自在に支持さ
れている。そして、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
ものであるので、十分な潤滑油をピニオンシャフト及び
ころ軸受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負
荷される傾向があった。
は、ピニオンギヤが自転しながら公転するという複雑な
ものであるので、十分な潤滑油をピニオンシャフト及び
ころ軸受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負
荷される傾向があった。
【０００４】したがって、従来のプラネタリギヤ装置に
おいては、ピニオンシャフトはＪＩＳ鋼種ＳＫ５等で構
成され、軸受用ころ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。
おいては、ピニオンシャフトはＪＩＳ鋼種ＳＫ５等で構
成され、軸受用ころ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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】近年、自動車の低燃費
化の要求がますます強まっており、低燃費化を目的とし
て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負荷される荷重が増大し、温
度が上昇し、さらに潤滑油量が減少する傾向となってい
る。
化の要求がますます強まっており、低燃費化を目的とし
て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負荷される荷重が増大し、温
度が上昇し、さらに潤滑油量が減少する傾向となってい
る。
【０００６】その結果、前述のような従来のピニオンシ
ャフトでは、変形や早期剥離（滑りの増大に伴って摩耗
が生じ、この摩耗による面荒れから早期剥離に至る）が
発生しやすく、寿命が不十分となるという問題があっ
た。そこで、本発明は、上記のような従来のピニオンシ
ャフト及びプラネタリギヤ装置が有する問題点を解決
し、高温下において高速回転で使用しても長寿命なピニ
オンシャフト及びプラネタリギヤ装置を提供することを
課題とする。
ャフトでは、変形や早期剥離（滑りの増大に伴って摩耗
が生じ、この摩耗による面荒れから早期剥離に至る）が
発生しやすく、寿命が不十分となるという問題があっ
た。そこで、本発明は、上記のような従来のピニオンシ
ャフト及びプラネタリギヤ装置が有する問題点を解決
し、高温下において高速回転で使用しても長寿命なピニ
オンシャフト及びプラネタリギヤ装置を提供することを
課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発
明に係る請求項１のピニオンシャフトは、プラネタリギ
ヤ装置において使用され、同心に配されたサンギヤ及び
リングギヤに噛み合うピニオンギヤを回転自在に支持す
るピニオンシャフトであって、炭素を０．１５〜０．５
質量％、クロムを０．５〜２．５質量％、ケイ素を０．
６〜１．５質量％、マンガンを０．１５〜１．５質量
％、モリブデンを３．０質量％以下、酸素を１２ｐｐｍ
以下含有し、残部が鉄及び不可避の不純物である合金鋼
で構成されたうえ、浸炭窒化処理及び焼入れ・焼戻し処
理が施されており、表面の窒素濃度が０．０５〜０．６
質量％、表面の残留オーステナイト量が３体積％以下で
あることを特徴とする。
め、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発
明に係る請求項１のピニオンシャフトは、プラネタリギ
ヤ装置において使用され、同心に配されたサンギヤ及び
リングギヤに噛み合うピニオンギヤを回転自在に支持す
るピニオンシャフトであって、炭素を０．１５〜０．５
質量％、クロムを０．５〜２．５質量％、ケイ素を０．
６〜１．５質量％、マンガンを０．１５〜１．５質量
％、モリブデンを３．０質量％以下、酸素を１２ｐｐｍ
以下含有し、残部が鉄及び不可避の不純物である合金鋼
で構成されたうえ、浸炭窒化処理及び焼入れ・焼戻し処
理が施されており、表面の窒素濃度が０．０５〜０．６
質量％、表面の残留オーステナイト量が３体積％以下で
あることを特徴とする。
【０００８】また、本発明に係る請求項２のプラネタリ
ギヤ装置は、サンギヤと、該サンギヤと同心に配された
リングギヤと、前記サンギヤ及び前記リングギヤに噛み
合う１個以上のピニオンギヤと、前記ピニオンギヤに対
応するピニオンシャフトを有し、前記サンギヤ及び前記
リングギヤと同心に配されたキャリヤと、前記ピニオン
ギヤの内周面と前記ピニオンシャフトの外周面との間に
転動自在に配設された複数のころと、を備えていて、前
記ピニオンギヤが前記ピニオンシャフトを軸として回転
自在とされているプラネタリギヤ装置において、前記ピ
ニオンシャフトを請求項１に記載のピニオンシャフトと
したことを特徴とする。
ギヤ装置は、サンギヤと、該サンギヤと同心に配された
リングギヤと、前記サンギヤ及び前記リングギヤに噛み
合う１個以上のピニオンギヤと、前記ピニオンギヤに対
応するピニオンシャフトを有し、前記サンギヤ及び前記
リングギヤと同心に配されたキャリヤと、前記ピニオン
ギヤの内周面と前記ピニオンシャフトの外周面との間に
転動自在に配設された複数のころと、を備えていて、前
記ピニオンギヤが前記ピニオンシャフトを軸として回転
自在とされているプラネタリギヤ装置において、前記ピ
ニオンシャフトを請求項１に記載のピニオンシャフトと
したことを特徴とする。
【０００９】使用条件の高温化，高速化に伴う滑りの発
生や潤滑不良による早期剥離を防止するためには、摩耗
による面荒れを抑制するため表面の窒素濃度を高くする
ことが有効である。窒素は、浸炭窒化処理によって表面
に容易に添加することが可能であるが、オーステナイト
を安定化させる元素であるので、焼入れ後の残留オース
テナイト量が高くなる。
生や潤滑不良による早期剥離を防止するためには、摩耗
による面荒れを抑制するため表面の窒素濃度を高くする
ことが有効である。窒素は、浸炭窒化処理によって表面
に容易に添加することが可能であるが、オーステナイト
を安定化させる元素であるので、焼入れ後の残留オース
テナイト量が高くなる。
【００１０】しかし、残留オーステナイトは高温で分解
して変形を生じさせ、高温で使用する場合には寿命を低
下させるおそれがあるので、焼戻し時に極力分解させて
おく必要がある。残留オーステナイトを分解するために
は、焼戻し温度を高くする必要があるが、そうすると表
面の硬さが低下して転動疲労寿命が低下するおそれがあ
る。よって、高温焼戻し処理を施した際の表面の硬さの
低下による転動疲労寿命の低下を抑制するためには、焼
戻し軟化抵抗性の高いケイ素を適量添加することが有効
であり、さらに、寿命の低下を防ぐためには表面の残留
オーステナイト量を３体積％以下とすることが有効であ
る。また、ケイ素を適量添加した合金鋼の表面に、浸炭
窒化処理によって窒素を適量添加すると、さらに高温で
の硬さが高くなるため、転動疲労寿命の向上に非常に有
効である。
して変形を生じさせ、高温で使用する場合には寿命を低
下させるおそれがあるので、焼戻し時に極力分解させて
おく必要がある。残留オーステナイトを分解するために
は、焼戻し温度を高くする必要があるが、そうすると表
面の硬さが低下して転動疲労寿命が低下するおそれがあ
る。よって、高温焼戻し処理を施した際の表面の硬さの
低下による転動疲労寿命の低下を抑制するためには、焼
戻し軟化抵抗性の高いケイ素を適量添加することが有効
であり、さらに、寿命の低下を防ぐためには表面の残留
オーステナイト量を３体積％以下とすることが有効であ
る。また、ケイ素を適量添加した合金鋼の表面に、浸炭
窒化処理によって窒素を適量添加すると、さらに高温で
の硬さが高くなるため、転動疲労寿命の向上に非常に有
効である。
【００１１】以下に、本発明における前記各数値の臨界
的意義について説明する。 〔炭素の含有量：０．１５〜０．５質量％〕炭素（Ｃ）
は、基地をマルテンサイト化して焼入れ・焼戻し後の硬
さを向上させるために必要な元素であり、ピニオンシャ
フトの表面に浸炭窒化により窒素とともに添加される。
的意義について説明する。 〔炭素の含有量：０．１５〜０．５質量％〕炭素（Ｃ）
は、基地をマルテンサイト化して焼入れ・焼戻し後の硬
さを向上させるために必要な元素であり、ピニオンシャ
フトの表面に浸炭窒化により窒素とともに添加される。
【００１２】炭素の含有量が０．１５質量％未満である
とピニオンシャフトの心部の強度を維持することが困難
となり、０．５質量％超過であると高温焼戻しを施して
も心部にオーステナイトが残留するおそれがある。 〔クロムの含有量：０．５〜２．５質量％〕クロム（Ｃ
ｒ）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を向上
させる。また、微細な炭化物を形成して耐摩耗性を向上
させる働きも有する。さらに、炭化物形成元素であるた
め、浸炭窒化層の炭素濃度を高める作用があり、浸炭窒
化特性の向上にも有効である。
とピニオンシャフトの心部の強度を維持することが困難
となり、０．５質量％超過であると高温焼戻しを施して
も心部にオーステナイトが残留するおそれがある。 〔クロムの含有量：０．５〜２．５質量％〕クロム（Ｃ
ｒ）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を向上
させる。また、微細な炭化物を形成して耐摩耗性を向上
させる働きも有する。さらに、炭化物形成元素であるた
め、浸炭窒化層の炭素濃度を高める作用があり、浸炭窒
化特性の向上にも有効である。
【００１３】このような効果を十分に発揮させるために
は、クロムの含有量は０．５質量％以上とする必要があ
る。しかし、多量に添加しても上記効果が飽和してしま
うばかりか、表面に不動態膜が形成されることにより、
かえって浸炭窒化特性が阻害されるおそれがあるため、
クロムの含有量は２．５質量％以下とする必要がある。
は、クロムの含有量は０．５質量％以上とする必要があ
る。しかし、多量に添加しても上記効果が飽和してしま
うばかりか、表面に不動態膜が形成されることにより、
かえって浸炭窒化特性が阻害されるおそれがあるため、
クロムの含有量は２．５質量％以下とする必要がある。
【００１４】〔ケイ素の含有量：０．６〜１．５質量
％〕ケイ素（Ｓｉ）は、製鋼時の脱酸剤として必要な元
素であり、また、焼戻し軟化抵抗性を高めて高温環境に
おける寿命の向上に有効な元素である。このような効果
を十分に発揮させるためには、ケイ素の含有量は０．６
質量％以上とする必要があり、０．８質量％以上とする
ことがより好ましい。しかしながら、多量に添加しても
寿命向上効果が飽和してしまうばかりか、鋼材の被削性
が低下してコストが上昇するため、上限を１．５重量％
とした。
％〕ケイ素（Ｓｉ）は、製鋼時の脱酸剤として必要な元
素であり、また、焼戻し軟化抵抗性を高めて高温環境に
おける寿命の向上に有効な元素である。このような効果
を十分に発揮させるためには、ケイ素の含有量は０．６
質量％以上とする必要があり、０．８質量％以上とする
ことがより好ましい。しかしながら、多量に添加しても
寿命向上効果が飽和してしまうばかりか、鋼材の被削性
が低下してコストが上昇するため、上限を１．５重量％
とした。
【００１５】〔マンガンの含有量：０．１５〜１．５質
量％〕マンガン（Ｍｎ）は、製鋼時の脱酸剤及び脱硫剤
として必要な元素であり、また、焼入れ性を向上させる
のに有効な元素であるため、０．１５質量％以上含有さ
せる必要がある。しかし、含有量を高くしすぎると非金
属介在物が多くなり、かえって寿命が低下するおそれが
ある。また、鋼材の鍛造性及び被削性等の機械加工性が
低下するため、上限は１．５質量％とした。
量％〕マンガン（Ｍｎ）は、製鋼時の脱酸剤及び脱硫剤
として必要な元素であり、また、焼入れ性を向上させる
のに有効な元素であるため、０．１５質量％以上含有さ
せる必要がある。しかし、含有量を高くしすぎると非金
属介在物が多くなり、かえって寿命が低下するおそれが
ある。また、鋼材の鍛造性及び被削性等の機械加工性が
低下するため、上限は１．５質量％とした。
【００１６】〔モリブデンの含有量：３．０質量％以
下〕モリブデン（Ｍｏ）はクロムと同様に、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、また、高硬度で微細な炭化物を形成して耐摩耗性の
向上に役立つため、コストが許す限り積極的に含有させ
ることが好ましい。しかしながら、３．０質量％を超え
て含有させても上記効果が飽和してしまうばかりか、製
鋼の段階で粗大な炭化物を形成して、かえって寿命の低
下を招くおそれがある。また、コストも非常に高価とな
るため、上限を３．０質量％とする必要がある。なお、
上記効果と寿命，コストとのバランスを考慮すると、モ
リブデンの含有量は０．５〜１．５質量％とすることが
より好ましい。
下〕モリブデン（Ｍｏ）はクロムと同様に、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、また、高硬度で微細な炭化物を形成して耐摩耗性の
向上に役立つため、コストが許す限り積極的に含有させ
ることが好ましい。しかしながら、３．０質量％を超え
て含有させても上記効果が飽和してしまうばかりか、製
鋼の段階で粗大な炭化物を形成して、かえって寿命の低
下を招くおそれがある。また、コストも非常に高価とな
るため、上限を３．０質量％とする必要がある。なお、
上記効果と寿命，コストとのバランスを考慮すると、モ
リブデンの含有量は０．５〜１．５質量％とすることが
より好ましい。
【００１７】〔酸素の含有量：１２ｐｐｍ以下〕酸素
（Ｏ）は、転動疲労寿命に有害な酸化物系の非金属介在
物を形成するため、その含有量は極力低くする必要があ
る。寿命に悪影響を及ぼさないためには、１２ｐｐｍ以
下とする必要があり、９ｐｐｍ以下とすることがより好
ましい。なお、本発明における合金鋼には、これらの合
金元素以外に不可避の不純物として、リン（Ｐ），イオ
ウ（Ｓ），ニッケル（Ｎｉ），銅（Ｃｕ），アルミニウ
ム（Ａｌ），及びチタン（Ｔｉ）等が含有される。
（Ｏ）は、転動疲労寿命に有害な酸化物系の非金属介在
物を形成するため、その含有量は極力低くする必要があ
る。寿命に悪影響を及ぼさないためには、１２ｐｐｍ以
下とする必要があり、９ｐｐｍ以下とすることがより好
ましい。なお、本発明における合金鋼には、これらの合
金元素以外に不可避の不純物として、リン（Ｐ），イオ
ウ（Ｓ），ニッケル（Ｎｉ），銅（Ｃｕ），アルミニウ
ム（Ａｌ），及びチタン（Ｔｉ）等が含有される。
【００１８】〔表面の窒素濃度：０．０５〜０．６質量
％〕窒素は炭素と同様に基地をマルテンサイト化する作
用を有しており、さらに焼戻し軟化抵抗性を向上させる
のに有効な元素であるが、常温では気体であるため製鋼
時に多量に含有させることは困難である。よって、浸炭
窒化処理により表面に添加する。
％〕窒素は炭素と同様に基地をマルテンサイト化する作
用を有しており、さらに焼戻し軟化抵抗性を向上させる
のに有効な元素であるが、常温では気体であるため製鋼
時に多量に含有させることは困難である。よって、浸炭
窒化処理により表面に添加する。
【００１９】窒素は高温における表面の硬さを高くする
作用を有するため、高温下での耐摩耗性及び寿命を向上
させるのに役立つ。このような効果を十分に発揮させる
ためには、表面の窒素濃度は０．０５質量％以上とする
必要があり、０．１質量％以上とすることがより好まし
い。一方、窒素は残留オーステナイトを安定化させる作
用を有しており、多量に添加すると残留オーステナイト
量が必要以上に多くなったり、残留オーステナイトを分
解させるために焼戻し温度を高くする必要が生じて、表
面硬さの低下を招き、かえって寿命を低下させるおそれ
がある。よって、表面の窒素濃度は０．６質量％以下と
する必要がある。なお、熱処理後の仕上げ加工性の点か
らは、０．３質量％以下とすることがより好ましい。
作用を有するため、高温下での耐摩耗性及び寿命を向上
させるのに役立つ。このような効果を十分に発揮させる
ためには、表面の窒素濃度は０．０５質量％以上とする
必要があり、０．１質量％以上とすることがより好まし
い。一方、窒素は残留オーステナイトを安定化させる作
用を有しており、多量に添加すると残留オーステナイト
量が必要以上に多くなったり、残留オーステナイトを分
解させるために焼戻し温度を高くする必要が生じて、表
面硬さの低下を招き、かえって寿命を低下させるおそれ
がある。よって、表面の窒素濃度は０．６質量％以下と
する必要がある。なお、熱処理後の仕上げ加工性の点か
らは、０．３質量％以下とすることがより好ましい。
【００２０】〔表面の残留オーステナイト量：３体積％
以下〕残留オーステナイトは表面疲労型の寿命を向上さ
せるためには有効であるが、長い接触部分を有する針状
のころから荷重を受けるピニオンシャフトの場合は、高
温で応力を受けることにより分解して軌道面の変形を招
くため、多量に存在するとかえって高温での寿命を低下
させてしまう。よって、ピニオンシャフトの表面の残留
オーステナイト量は３体積％以下とする必要があり、０
体積％とすることがより好ましい。
以下〕残留オーステナイトは表面疲労型の寿命を向上さ
せるためには有効であるが、長い接触部分を有する針状
のころから荷重を受けるピニオンシャフトの場合は、高
温で応力を受けることにより分解して軌道面の変形を招
くため、多量に存在するとかえって高温での寿命を低下
させてしまう。よって、ピニオンシャフトの表面の残留
オーステナイト量は３体積％以下とする必要があり、０
体積％とすることがより好ましい。
【００２１】残留オーステナイト量は合金元素と熱処理
条件によって調整することが可能であり、前述したよう
な合金元素量であれば２６０℃以上の高温焼戻しを施せ
ばよい。好ましくは２８０℃以上の高温焼戻しを施し
て、残留オーステナイト量を極力低減させることが望ま
しい。ただし、焼戻しの温度をあまり高くしすぎると表
面硬さが低下して寿命が低下するので、焼戻しの温度は
３５０℃以下であることが好ましい。
条件によって調整することが可能であり、前述したよう
な合金元素量であれば２６０℃以上の高温焼戻しを施せ
ばよい。好ましくは２８０℃以上の高温焼戻しを施し
て、残留オーステナイト量を極力低減させることが望ま
しい。ただし、焼戻しの温度をあまり高くしすぎると表
面硬さが低下して寿命が低下するので、焼戻しの温度は
３５０℃以下であることが好ましい。
【００２２】なお、本発明におけるピニオンシャフトの
表面とは、ピニオンシャフトの外周面とピニオンギヤの
内周面との間に配設されピニオンギヤを回転自在とする
ころの直径の２％の深さまでの部分を意味する。
表面とは、ピニオンシャフトの外周面とピニオンギヤの
内周面との間に配設されピニオンギヤを回転自在とする
ころの直径の２％の深さまでの部分を意味する。
【００２３】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図面を参
照しながら詳細に説明する。なお、本実施形態は本発明
の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限
定されるものではない。図１に示すプラネタリギヤ装置
は、本発明の請求項１のピニオンシャフト及び請求項２
のプラネタリギヤ装置の実施形態であって、図示しない
軸が挿通されたサンギヤ１と、該サンギヤ１と同心に配
されたリングギヤ２と、サンギヤ１及びリングギヤ２に
噛み合う複数（図１においては３個）のピニオンギヤ３
と、サンギヤ１及びリングギヤ２と同心に配されピニオ
ンギヤ３を回転自在に支持するキャリヤ４と、を備えて
いる。
照しながら詳細に説明する。なお、本実施形態は本発明
の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限
定されるものではない。図１に示すプラネタリギヤ装置
は、本発明の請求項１のピニオンシャフト及び請求項２
のプラネタリギヤ装置の実施形態であって、図示しない
軸が挿通されたサンギヤ１と、該サンギヤ１と同心に配
されたリングギヤ２と、サンギヤ１及びリングギヤ２に
噛み合う複数（図１においては３個）のピニオンギヤ３
と、サンギヤ１及びリングギヤ２と同心に配されピニオ
ンギヤ３を回転自在に支持するキャリヤ４と、を備えて
いる。
【００２４】ピニオンギヤ３は、キャリヤ４に固定され
たピニオンシャフト５を介してキャリヤ４に支持されて
おり、ピニオンシャフト５の外周面とピニオンギヤ３の
内周面との間に配設された図示されない複数の針状ころ
によって、ピニオンシャフト５を軸として回転自在とさ
れている。ピニオンシャフト５は、炭素を０．１５〜
０．５質量％、クロムを０．５〜２．５質量％、ケイ素
を０．６〜１．５質量％、マンガンを０．１５〜１．５
質量％、モリブデンを３．０質量％以下、酸素を１２ｐ
ｐｍ以下含有し、残部が鉄及び不可避の不純物である合
金鋼で構成されている。そして、浸炭窒化処理に続いて
焼入れ・焼戻し処理が施されており、表面のうち前記針
状ころが転走する部分（転走面）の窒素濃度が０．０５
〜０．６質量％、残留オーステナイト量が３体積％以下
とされている。
たピニオンシャフト５を介してキャリヤ４に支持されて
おり、ピニオンシャフト５の外周面とピニオンギヤ３の
内周面との間に配設された図示されない複数の針状ころ
によって、ピニオンシャフト５を軸として回転自在とさ
れている。ピニオンシャフト５は、炭素を０．１５〜
０．５質量％、クロムを０．５〜２．５質量％、ケイ素
を０．６〜１．５質量％、マンガンを０．１５〜１．５
質量％、モリブデンを３．０質量％以下、酸素を１２ｐ
ｐｍ以下含有し、残部が鉄及び不可避の不純物である合
金鋼で構成されている。そして、浸炭窒化処理に続いて
焼入れ・焼戻し処理が施されており、表面のうち前記針
状ころが転走する部分（転走面）の窒素濃度が０．０５
〜０．６質量％、残留オーステナイト量が３体積％以下
とされている。
【００２５】次に、表１に示すような組成を有する種々
の鋼で構成されたピニオンシャフト（外径８ｍｍ、長さ
２４ｍｍ）を用意して、耐久試験を行った。なお、鋼種
Ｌは、ＪＩＳ鋼種ＳＵＪ２である。
の鋼で構成されたピニオンシャフト（外径８ｍｍ、長さ
２４ｍｍ）を用意して、耐久試験を行った。なお、鋼種
Ｌは、ＪＩＳ鋼種ＳＵＪ２である。
【００２６】
【表１】
【００２７】ピニオンシャフトは、鋼材を所定の寸法に
旋削加工した後に熱処理を施し、さらに仕上げ研削を行
うことにより製造した。熱処理条件は以下の通りであ
る。まず、Ｒｘガスと１〜３体積％のエンリッチガスと
１〜７体積％のアンモニアガスとの混合ガス雰囲気中
で、温度８２０〜９００℃にて２〜４時間浸炭窒化処理
を行った。その後、８３０〜８７０℃で０．５〜１時間
焼入れを行い、１８０〜３５０℃で２時間焼戻しを行っ
た。各ピニオンシャフトの表面の炭素濃度は、浸炭窒化
処理時のエンリッチガスの量を調整することにより、
０．７〜０．９質量％に調整してある。
旋削加工した後に熱処理を施し、さらに仕上げ研削を行
うことにより製造した。熱処理条件は以下の通りであ
る。まず、Ｒｘガスと１〜３体積％のエンリッチガスと
１〜７体積％のアンモニアガスとの混合ガス雰囲気中
で、温度８２０〜９００℃にて２〜４時間浸炭窒化処理
を行った。その後、８３０〜８７０℃で０．５〜１時間
焼入れを行い、１８０〜３５０℃で２時間焼戻しを行っ
た。各ピニオンシャフトの表面の炭素濃度は、浸炭窒化
処理時のエンリッチガスの量を調整することにより、
０．７〜０．９質量％に調整してある。
【００２８】なお、本実施形態の熱処理では、浸炭窒化
処理後にそのまま焼入れを行っているが、例えば浸炭窒
化処理後に徐冷し、後述するニードルローラーが転走す
る部分に高周波焼入れを行うなど、他の熱処理を採用し
てもよい。特に、ピニオンシャフトをキャリヤに固定す
る際に、ピニオンシャフトの端部をかしめることにより
固定する場合には、高周波焼入れを採用することが好ま
しい。
処理後にそのまま焼入れを行っているが、例えば浸炭窒
化処理後に徐冷し、後述するニードルローラーが転走す
る部分に高周波焼入れを行うなど、他の熱処理を採用し
てもよい。特に、ピニオンシャフトをキャリヤに固定す
る際に、ピニオンシャフトの端部をかしめることにより
固定する場合には、高周波焼入れを採用することが好ま
しい。
【００２９】次に、耐久試験の方法について、図２を参
照しながら説明する。外輪１１にピニオンシャフト１０
が挿通されており、両者１０，１１の間に転動自在に介
装された複数のニードルローラー１２（外径２ｍｍ、長
さ１５ｍｍ）によって、ピニオンシャフト１０が回転可
能となっている。このピニオンシャフト１０には図示の
ように潤滑油の給油孔１０ａが設けてあり、端面の開口
部１０ｂに注入された潤滑油が円筒面に開口する給油孔
１０ａから転走面に給油されるようになっている。
照しながら説明する。外輪１１にピニオンシャフト１０
が挿通されており、両者１０，１１の間に転動自在に介
装された複数のニードルローラー１２（外径２ｍｍ、長
さ１５ｍｍ）によって、ピニオンシャフト１０が回転可
能となっている。このピニオンシャフト１０には図示の
ように潤滑油の給油孔１０ａが設けてあり、端面の開口
部１０ｂに注入された潤滑油が円筒面に開口する給油孔
１０ａから転走面に給油されるようになっている。
【００３０】ラジアル荷重４２００Ｎ、回転速度１００
００ｍｉｎ-1、潤滑油の温度１５０℃の条件でピニオン
シャフト１０を回転させ、剥離が生じるまでの時間を寿
命として評価した。なお、ラジアル荷重は、図示しない
サポート軸受を介して外輪１１に負荷した。耐久試験の
結果を表２に示す。なお、表２中の寿命の数値は、ＳＵ
Ｊ２を用いた比較例５のＬ10寿命を１とした場合の相対
値で示してある。また、表面の窒素濃度は電子プローブ
微量分析装置（ＥＰＭＡ）で測定した値であり、残留オ
ーステナイト量（γR 量）はＸ線回折装置で測定した値
である。
００ｍｉｎ-1、潤滑油の温度１５０℃の条件でピニオン
シャフト１０を回転させ、剥離が生じるまでの時間を寿
命として評価した。なお、ラジアル荷重は、図示しない
サポート軸受を介して外輪１１に負荷した。耐久試験の
結果を表２に示す。なお、表２中の寿命の数値は、ＳＵ
Ｊ２を用いた比較例５のＬ10寿命を１とした場合の相対
値で示してある。また、表面の窒素濃度は電子プローブ
微量分析装置（ＥＰＭＡ）で測定した値であり、残留オ
ーステナイト量（γR 量）はＸ線回折装置で測定した値
である。
【００３１】
【表２】
【００３２】表２から分かるように、実施例１〜９のピ
ニオンシャフトは、比較例５と比べて２倍以上の優れた
寿命を有していた。それに対して、比較例１はケイ素の
含有量が低く、比較例２はクロムの含有量が低く、さら
に比較例３は表面の窒素濃度が低いために、それぞれ寿
命の向上効果が十分に得られていない。また、比較例４
は焼戻し温度が低いために残留オーステナイト量が多
く、寿命の向上効果が不十分であった。
ニオンシャフトは、比較例５と比べて２倍以上の優れた
寿命を有していた。それに対して、比較例１はケイ素の
含有量が低く、比較例２はクロムの含有量が低く、さら
に比較例３は表面の窒素濃度が低いために、それぞれ寿
命の向上効果が十分に得られていない。また、比較例４
は焼戻し温度が低いために残留オーステナイト量が多
く、寿命の向上効果が不十分であった。
【００３３】なお、表面の残留オーステナイト量は表２
の通りであるが、炭素濃度及び窒素濃度が表面よりも低
い心部の残留オーステナイト量は、表面よりも少なく、
実施例１〜９ではすべて０体積％であった。これによ
り、ピニオンシャフトは優れた寸法安定性を有してい
る。
の通りであるが、炭素濃度及び窒素濃度が表面よりも低
い心部の残留オーステナイト量は、表面よりも少なく、
実施例１〜９ではすべて０体積％であった。これによ
り、ピニオンシャフトは優れた寸法安定性を有してい
る。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のピニオン
シャフト及びプラネタリギヤ装置は、高温下において高
速回転で使用しても長寿命である。
シャフト及びプラネタリギヤ装置は、高温下において高
速回転で使用しても長寿命である。
【図１】本発明に係るプラネタリギヤ装置の一実施形態
を示す分解斜視図である。
を示す分解斜視図である。
【図２】ピニオンシャフトの耐久試験の方法を説明する
断面図である。
断面図である。
１ サンギヤ
２ リングギヤ
３ ピニオンギヤ
４ キャリヤ
５，１０ ピニオンシャフト
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 3J027 FA37 FB02 FB31 GB03 GC13
GC22 GE07
3J063 AA02 AA25 AB12 AC01 BA17
BB13 CA01 CB17 CB48 XA32
XA33 XC02
4K042 AA18 AA19 BA01 BA03 BA04
CA06 CA08 DA01 DA02 DA06
Claims (2)
- 【請求項１】 プラネタリギヤ装置において使用され、
同心に配されたサンギヤ及びリングギヤに噛み合うピニ
オンギヤを回転自在に支持するピニオンシャフトであっ
て、 炭素を０．１５〜０．５質量％、クロムを０．５〜２．
５質量％、ケイ素を０．６〜１．５質量％、マンガンを
０．１５〜１．５質量％、モリブデンを３．０質量％以
下、酸素を１２ｐｐｍ以下含有し、残部が鉄及び不可避
の不純物である合金鋼で構成されたうえ、浸炭窒化処理
及び焼入れ・焼戻し処理が施されており、表面の窒素濃
度が０．０５〜０．６質量％、表面の残留オーステナイ
ト量が３体積％以下であることを特徴とするピニオンシ
ャフト。 - 【請求項２】 サンギヤと、該サンギヤと同心に配され
たリングギヤと、前記サンギヤ及び前記リングギヤに噛
み合う１個以上のピニオンギヤと、前記ピニオンギヤに
対応するピニオンシャフトを有し、前記サンギヤ及び前
記リングギヤと同心に配されたキャリヤと、前記ピニオ
ンギヤの内周面と前記ピニオンシャフトの外周面との間
に転動自在に配設された複数のころと、を備えていて、
前記ピニオンギヤが前記ピニオンシャフトを軸として回
転自在とされているプラネタリギヤ装置において、 前記ピニオンシャフトを請求項１に記載のピニオンシャ
フトとしたことを特徴とするプラネタリギヤ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002108282A JP2003301893A (ja) | 2002-04-10 | 2002-04-10 | ピニオンシャフト及びプラネタリギヤ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002108282A JP2003301893A (ja) | 2002-04-10 | 2002-04-10 | ピニオンシャフト及びプラネタリギヤ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003301893A true JP2003301893A (ja) | 2003-10-24 |
Family
ID=29392102
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002108282A Pending JP2003301893A (ja) | 2002-04-10 | 2002-04-10 | ピニオンシャフト及びプラネタリギヤ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003301893A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011068917A (ja) * | 2009-09-24 | 2011-04-07 | Ud Trucks Corp | 鋼材とその熱処理方法 |
-
2002
- 2002-04-10 JP JP2002108282A patent/JP2003301893A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011068917A (ja) * | 2009-09-24 | 2011-04-07 | Ud Trucks Corp | 鋼材とその熱処理方法 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050302 |
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|
| A02 | Decision of refusal |
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