JP2007186733A - Epicyclic gear - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両用自動変速機等に用いられる遊星歯車装置に関し、特に遊星歯車装置の各構成部品の摺動部の耐久性を向上させるための構造に関する。 The present invention relates to a planetary gear device used in an automatic transmission for a vehicle, and more particularly to a structure for improving durability of a sliding portion of each component of the planetary gear device.
従来から、車両用自動変速機に用いられる遊星歯車装置は知られている。遊星歯車装置は、ピニオンギアの中心に針状ころ軸受を介して相対回転自在に挿通され、両端部をキャリアで支持されたピニオンシャフトを有する。
このような遊星歯車装置においては、ピニオンシャフトに針状ころが転走すると、数ＧＰａの高接触応力が発生する。このため、ピニオンシャフトに使用される材料としては、硬くて負荷に耐えられ、転がり寿命が長く、更に滑りに対する耐摩耗性の良好なものが要求される。
Conventionally, a planetary gear device used for an automatic transmission for a vehicle is known. The planetary gear device has a pinion shaft that is inserted into the center of the pinion gear through a needle roller bearing so as to be relatively rotatable and supported at both ends by carriers.
In such a planetary gear device, when the needle roller rolls on the pinion shaft, a high contact stress of several GPa is generated. For this reason, the material used for the pinion shaft is required to be hard and able to withstand a load, to have a long rolling life, and to have good wear resistance against sliding.
従来、これらの要求を満たすため、ピニオンシャフトの材料としては、例えばＳＣｒ４２０等の肌焼き鋼、ＳＵＪ２やＳＫ５等の高周波焼入れ鋼が使用され、又はＳＵＪ２やＳＵＪ３等の高周波焼入れ鋼の表面に表面熱処理（浸炭や浸炭窒化等）を行い、更に高周波熱処理を行うことにより、表面硬さの確保及び疲労寿命の延長を図ったものが使用されている。 Conventionally, in order to satisfy these requirements, as the material of the pinion shaft, for example, case hardening steel such as SCr420, induction hardening steel such as SUJ2 or SK5, or surface heat treatment on the surface of induction hardening steel such as SUJ2 or SUJ3 is used. By performing (carburizing, carbonitriding, etc.) and further performing high-frequency heat treatment, those that ensure the surface hardness and extend the fatigue life are used.
しかし、近年、車両用自動変速機に使用される遊星歯車装置の使用環境は、過酷さを増しており、上述した従来の材料で形成されたピニオンシャフトでは、異物混入を伴う潤滑条件、高温等の過酷な潤滑条件で、満足な耐久性を確保することができないという問題があった。 However, in recent years, the use environment of planetary gear devices used in automatic transmissions for vehicles has become more severe, and in the pinion shaft formed of the above-described conventional material, lubrication conditions involving foreign matter, high temperature, etc. There was a problem that satisfactory durability could not be secured under the severe lubrication conditions.
そこで例えば、米国特許第３２１６８６９号明細書には、高炭素クロム軸受鋼を窒化又は浸炭窒化処理して表層部に残留圧縮応力を形成させ、同時に窒化物を施して高硬度とさせることにより、耐熱性及び転がり寿命を改善させる鋼の熱処理方法が開示されている。 Therefore, for example, in U.S. Pat. No. 3,216,869, high carbon chromium bearing steel is nitrided or carbonitrided to form residual compressive stress in the surface layer portion, and at the same time, nitride is applied to increase the hardness, Disclosed is a method for heat treating steel to improve the properties and rolling life.
また、特開平７−１９００７２号公報には、ＳＵＪ３鋼相当の高Ｓｉかつ高Ｍｎの合金鋼を用いるとともに、浸炭窒化処理後に８３０〜８７０℃から焼入れし、更に１６０〜１９０℃の温度範囲に焼戻しして、表層部の残留オーステナイトを２５〜５０％とする転がり軸受の熱処理方法が開示されている。
しかし、上述した特許文献１又は特許文献２に記載の熱処理方法で処理した鋼を用いても、小型化及び高トルク容量化された近年の車両用自動変速機においては、十分な耐久性を得ることができない。特に、潤滑が枯渇した状態や高温で油膜形成性が劣化した状態、また高速・低荷重域での使用環境では、焼付きやスミアリングを発生してしまい、早期に剥離等の損傷を招くという問題があった。
また、車両用自動変速機の遊星歯車装置では、転がり軸受が公転するため、スキューが発生し易く、滑りが大きくなることによる焼付きや磨耗により、軸受寿命を著しく低下させるという問題があった。
However, even with the steel processed by the heat treatment method described in Patent Document 1 or Patent Document 2 described above, sufficient durability is obtained in recent automatic transmissions for vehicles that have been reduced in size and increased in torque capacity. I can't. In particular, seizure and smearing may occur in a state where lubrication has been exhausted, oil film formation has deteriorated at high temperatures, or in environments where high speeds and low loads are used, leading to early damage such as peeling. There was a problem.
Further, in the planetary gear device for an automatic transmission for a vehicle, the rolling bearing revolves, so that skew is likely to occur, and there is a problem that the bearing life is significantly reduced due to seizure and wear due to increased slip.
本発明は、各構成部品の摺動部における耐焼付き性、耐摩耗性、耐カジリ性を向上させることができ、これにより長寿命かつ高耐久性を確保することができる遊星歯車装置を提供することを目的としている。 The present invention provides a planetary gear device that can improve seizure resistance, wear resistance, and galling resistance at sliding portions of each component, thereby ensuring long life and high durability. The purpose is that.
本発明の上記目的は、下記構成により達成される。
（１） ピニオンギアの中心に針状ころ軸受を介して相対回転自在に挿通され、両端部をキャリアで支持されたピニオンシャフトを有する遊星歯車装置において、
ピニオンシャフト、針状ころ、ピニオンギアの各摺動部が、焼入れ硬化された表面層を有するとともに、これらの表面層の少なくとも一つが、ダイヤモンドライクカーボン膜で形成された硬質膜を有しており、
前記表面層の表面粗さＲａが１ｎｍ〜１００ｎｍであり、かつ、前記硬質膜の塑性変形硬さが１５ＧＰａ〜３０ＧＰａであることを特徴とする遊星歯車装置。
The above object of the present invention is achieved by the following configurations.
(1) In a planetary gear device having a pinion shaft that is inserted through a needle roller bearing at the center of a pinion gear so as to be relatively rotatable and supported at both ends by carriers,
Each sliding portion of the pinion shaft, needle roller, and pinion gear has a hardened and hardened surface layer, and at least one of these surface layers has a hard film formed of a diamond-like carbon film. ,
A planetary gear device, wherein the surface layer has a surface roughness Ra of 1 nm to 100 nm, and the hard film has a plastic deformation hardness of 15 GPa to 30 GPa.
（２） ダイヤモンドライクカーボン膜で形成された硬質膜のヤング率が、１００ＧＰａ〜２５０ＧＰａであることを特徴とする前記（１）記載の遊星歯車装置。 (2) The planetary gear device according to (1), wherein the Young's modulus of the hard film formed of the diamond-like carbon film is 100 GPa to 250 GPa.
（３） ダイヤモンドライクカーボン膜で形成された硬質膜の下地として、ＷＣ、ＳｉＣ、ＴｉＣ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｓｉのいずれかで形成される中間層を有することを特徴とする前記（１）又は（２）記載の遊星歯車装置。 (3) The above-mentioned (1), characterized by having an intermediate layer formed of any one of WC, SiC, TiC, Cr, Ti, W, and Si as a base of a hard film formed of a diamond-like carbon film. Or the planetary gear set of (2).
（４） ダイヤモンドライクカーボン膜で形成された硬質膜の膜厚は、０．１μｍ〜５μｍであることを特徴とする前記（１）、（２）又は（３）記載の遊星歯車装置。 (4) The planetary gear device according to (1), (2), or (3), wherein the hard film formed of a diamond-like carbon film has a thickness of 0.1 μm to 5 μm.
前記（１）記載の遊星歯車装置では、表面層の表面粗さＲａが１ｎｍ〜１００ｎｍであることにより、相手部材に対して粗さを起因とするピーリングや剥離等を抑制させることができる。 In the planetary gear device described in (1) above, when the surface roughness Ra of the surface layer is 1 nm to 100 nm, peeling or peeling caused by the roughness can be suppressed with respect to the counterpart member.
ここで例えば、表面層の表面粗さＲａが１ｎｍ未満であると、繰り返し荷重が作用することによって硬質膜の密着性が劣化し、硬質膜自体の性能を発揮することができない場合が生じる。一方、表面層の表面粗さＲａが１００ｎｍより大きいと、硬質膜自体が２μｍ以下程度と非常に薄いため、硬質膜が粗い表面に沿って形成されてしまい、粗い表面の突起が相手部材を攻撃して剥離を生じさせる原因となる恐れがある。 Here, for example, when the surface roughness Ra of the surface layer is less than 1 nm, the adhesion of the hard film is deteriorated due to the repeated load acting, and the performance of the hard film itself cannot be exhibited. On the other hand, if the surface roughness Ra of the surface layer is larger than 100 nm, the hard film itself is very thin, about 2 μm or less, so the hard film is formed along the rough surface, and the protrusion on the rough surface attacks the mating member. This may cause peeling.
また、硬質膜の塑性変形硬さが１５ＧＰａ〜３０ＧＰａであることにより、耐焼付き性、耐摩耗性、耐カジリ性を向上させることができる。 Moreover, when the plastic deformation hardness of the hard film is 15 GPa to 30 GPa, seizure resistance, abrasion resistance, and galling resistance can be improved.
ここで例えば、硬質膜の塑性変形硬さが１５ＧＰａ未満であると、硬質膜の本来有する性能を発揮することができない。一方、硬質膜の塑性変形硬さが３０ＧＰａより大きいと、硬質膜中に圧縮応力が高まるため、硬質膜自体の密着性が十分に得られず、硬質膜の破壊を招く原因となる恐れがある。 Here, for example, if the plastic deformation hardness of the hard film is less than 15 GPa, the performance inherent to the hard film cannot be exhibited. On the other hand, if the plastic deformation hardness of the hard film is higher than 30 GPa, the compressive stress increases in the hard film, so that the adhesion of the hard film itself cannot be sufficiently obtained, which may cause the destruction of the hard film. .
前記（２）記載の遊星歯車装置では、硬質膜のヤング率（等価弾性係数）が１００ＧＰａ〜２５０ＧＰａであることにより、耐焼付き性、耐摩耗性、耐カジリ性を向上させることができる。 In the planetary gear device described in (2) above, seizure resistance, wear resistance, and galling resistance can be improved when the Young's modulus (equivalent elastic modulus) of the hard film is 100 GPa to 250 GPa.
ここで例えば、硬質膜のヤング率が１００ＧＰａ未満であると、硬質膜の本来有する性能を発揮することができない。一方、硬質膜のヤング率が２５０ＧＰａより大きいと、硬質膜のヤング率が母材のヤング率より大きくなり、繰り返し荷重が作用することによって硬質膜より母材が先に変形するため、硬質膜の破壊を招く恐れがある。 Here, for example, when the Young's modulus of the hard film is less than 100 GPa, the performance inherent to the hard film cannot be exhibited. On the other hand, if the Young's modulus of the hard film is larger than 250 GPa, the Young's modulus of the hard film becomes larger than the Young's modulus of the base material, and the base material is deformed earlier than the hard film due to repeated loads. May cause destruction.
前記（３）記載の遊星歯車装置では、硬質膜の下地として、ＷＣ、ＳｉＣ、ＴｉＣ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｓｉのいずれかで形成される中間層を有することにより、膜質の自由度が高くなり、硬質膜の密着力を向上させることができるとともに、自己潤滑性、低摩擦係数及び耐摩耗性等の硬質膜が本来有する性能を十分に発揮させることができる。これにより、遊星歯車装置の長寿命化が図られる。 In the planetary gear device described in (3), the intermediate layer formed of any one of WC, SiC, TiC, Cr, Ti, W, and Si is used as the base of the hard film, so that the degree of freedom of the film quality is high. Thus, the adhesion of the hard film can be improved, and the inherent properties of the hard film such as self-lubricity, low friction coefficient, and wear resistance can be sufficiently exhibited. As a result, the life of the planetary gear device can be extended.
前記（４）記載の遊星歯車装置では、硬質膜の膜厚が０．１μｍ〜５μｍ、好ましくは０．５μｍ〜３μｍであることにより、硬質膜の本来有する性能が発揮され、良好な摺動性、耐摩耗性、母材との良好な密着性が確保される。 In the planetary gear device described in (4) above, when the film thickness of the hard film is 0.1 μm to 5 μm, preferably 0.5 μm to 3 μm, the performance inherent to the hard film is exhibited, and good slidability is achieved. Wear resistance and good adhesion with the base material are ensured.
ここで例えば、硬質膜の膜厚が０．１μｍより薄くなると、母材表面の露出が大きくなり、硬質膜の性能が低下されるため、摺動性及び耐摩耗性が低下する。一方、硬質膜の膜厚が５μｍより大きくなると、膜厚内の内部応力が大きくなり、硬質膜と母材との密着性が損なわれる。 Here, for example, when the thickness of the hard film becomes thinner than 0.1 μm, the exposure of the surface of the base material becomes large, and the performance of the hard film is lowered, so that the slidability and wear resistance are lowered. On the other hand, when the thickness of the hard film is larger than 5 μm, the internal stress in the film thickness increases, and the adhesion between the hard film and the base material is impaired.
本発明の遊星歯車装置によれば、各構成部品の摺動部における耐焼付き性、耐摩耗性、耐カジリ性を向上させることができ、これにより長寿命かつ高耐久性を確保することができる。 According to the planetary gear device of the present invention, it is possible to improve seizure resistance, wear resistance, and galling resistance at the sliding portion of each component, thereby ensuring a long life and high durability. .
本発明により得られる遊星歯車装置は、車両用自動変速機の遊星歯車装置として、耐高負荷、高耐久性、高信頼性を要求される場合に好適に用いられる。 The planetary gear device obtained by the present invention is suitably used as a planetary gear device for a vehicle automatic transmission when high load resistance, high durability, and high reliability are required.
以下、図示実施形態により、本発明を説明する。
図１は、本発明の一実施形態である遊星歯車装置のピニオンシャフトを示す要部概略断面図であり、図２は、図１のＡ部拡大断面図、図３は、ピニオンシャフトへのＤＬＣの成膜に用いたアンバランスドマグネトロンスパッタ装置を示す概略構成図である。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to illustrated embodiments.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a main part showing a pinion shaft of a planetary gear device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a portion A in FIG. 1, and FIG. 3 is a DLC to the pinion shaft It is a schematic block diagram which shows the unbalanced magnetron sputtering apparatus used for film-forming of this.
図１及び図２を参照すると、遊星歯車装置は、ピニオンギアの中心に針状ころ軸受を介して相対回転自在に挿通され、両端部をキャリアで支持されたピニオンシャフト１０を有する。
Referring to FIGS. 1 and 2, the planetary gear device has a
遊星歯車装置の各構成部品（ピニオンシャフト１０、針状ころ、ピニオンギア）は、摺動部に焼入れ硬化された表面層１１を母材１０ａ表面に有する。また、表面層１１は、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜で形成された硬質膜１２と、硬質膜１２の下地として形成される中間層１３とから構成される。
Each component (
表面層１１の表面粗さＲａが１ｎｍ〜１００ｎｍである。表面層１１の表面粗さＲａが１ｎｍ〜１００ｎｍであることにより、相手部材に対して粗さを起因とするピーリングや剥離等が抑制される。
The surface roughness Ra of the
硬質膜１２の塑性変形硬さは、１５ＧＰａ〜３０ＧＰａである。硬質膜１２の塑性変形硬さが１５ＧＰａ〜３０ＧＰａであることにより、耐焼付き性、耐摩耗性、耐カジリ性が向上される。
The plastic deformation hardness of the
また、硬質膜１２のヤング率（等価弾性係数）は、１００ＧＰａ〜２５０ＧＰａである。硬質膜１２のヤング率が１００ＧＰａ〜２５０ＧＰａであることにより、耐焼付き性、耐摩耗性、耐カジリ性が向上される。
The Young's modulus (equivalent elastic modulus) of the
更に、硬質膜１２の膜厚は、０．１μｍ〜５μｍであり、好ましくは０．５μｍ〜３μｍである。硬質膜１２の膜厚が０．１μｍ〜５μｍ、好ましくは０．５μｍ〜３μｍであることにより、硬質膜１２の本来有する性能が発揮され、良好な摺動性、耐摩耗性、母材との良好な密着性が確保される。
Furthermore, the film thickness of the
硬質膜（ＤＬＣ膜）１２の成膜法としては、非平衡型マグネトロンスパッタリング法やパルスレーザーアーク蒸着法、プラズマＣＶＤ等が挙げられる。例えば、神戸製鋼所社製のアンバランスドマグネトロンスパッタリング装置（ＵＢＭＳ装置５０４）、神鋼精機社製の熱陰極プラズマＣＶＤ装置（ＰＩＧ式薄膜作成装置）を用いることができる。それらの中でも、等価弾性係数及び塑性変形硬さを独立に制御しやすい非平衡型マグネトロンスパッタリング法が望ましい。 Examples of the method for forming the hard film (DLC film) 12 include a nonequilibrium magnetron sputtering method, a pulsed laser arc vapor deposition method, and a plasma CVD method. For example, an unbalanced magnetron sputtering apparatus (UBMS apparatus 504) manufactured by Kobe Steel, Ltd., and a hot cathode plasma CVD apparatus (PIG thin film forming apparatus) manufactured by Shinko Seiki Co., Ltd. can be used. Among these, a nonequilibrium type magnetron sputtering method is preferred in which the equivalent elastic modulus and plastic deformation hardness can be easily controlled independently.
硬質膜１２の下地としての中間層１３は、ＷＣ、ＳｉＣ、ＴｉＣ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｓｉのいずれかで形成される。硬質膜１２の下地として中間層１３を有することにより、膜質の自由度が高くなり、硬質膜１２の密着力を向上させることができるとともに、自己潤滑性、低摩擦係数及び耐摩耗性等の硬質膜が本来有する性能を十分に発揮させることができる。これにより、遊星歯車装置の長寿命化が図られる。
The
ピニオンシャフトへのＤＬＣの成膜には、図３に示すアンバランスドマグネトロンスパッタ装置１００を用いることができる。
図３を参照すると、アンバランスドマグネトロンスパッタ装置１００は、真空槽１１０と、真空槽１１０内に配置された回転テーブル１１２と、回転テーブル１１２を挟んで対向配置された１対の陰極１１３と、気体導入口１１４，１１５と、真空ポンプ１１６とで構成されている。なお、符号１１７は、回転テーブル１１２の回転軸を示す。
For film formation of DLC on the pinion shaft, an unbalanced
Referring to FIG. 3, an unbalanced
このようなアンバランスドマグネトロンスパッタ装置１００では、最初に、回転テーブル１１２にピニオンシャフトを載せ、２つの陰極１１３の一方には、タングステンカーバイドからなるターゲット１１８を取り付けるとともに、陰極１３の他方には、カーボンからなるターゲット１１９を取り付ける。
次に、真空槽１１０内を排気して圧力１×１０-4Ｐａ以下とした状態で、気体導入口１１４からＡｒガスを導入しながら回転テーブル１１２に対してＤＣバイアスの印加を行うことにより、クリーニングを行う。
そして、気体導入口１１４からＡｒガスを、気体導入口１１５からＣＨ4 をＡｒ：ＣＨ4＝１０：１となるように導入させ、回転テーブル１１２を回転させながら、ターゲット１１８，１１９にＤＣバイアスを印加させる。これにより、ピニオンシャフトの外周面全体に、タングステンカーバイドを分散状態で含有するダイヤモンドライクカーボン層（ＷＣ＋ＤＬＣ）を形成させる。
In such an unbalanced
Next, in a state where the
Then, Ar gas is introduced from the
ＤＬＣ膜の塑性変形硬さの測定については、（マイクロ）ビッカース硬度計ではなく、静電容量型で制御できる微小硬度計及びナノインテンデータを用いることが望ましい。なお、この際、押し込み探さをＤＬＣ膜の膜厚範囲内とする必要がある。 For the measurement of the plastic deformation hardness of the DLC film, it is desirable to use a micro hardness meter and nano-intensity data that can be controlled by a capacitance type, not a (micro) Vickers hardness meter. At this time, the indentation search needs to be within the film thickness range of the DLC film.
また、ヤング率（等価弾性係数）の測定についても、塑性変形硬さの測定と同様に、微小硬度計及びナノインテンデータを使用し、荷重−除荷曲線の弾性変形量から等価弾性係数を求めることが望ましい。 As for the measurement of Young's modulus (equivalent elastic modulus), the equivalent elastic modulus is obtained from the amount of elastic deformation of the load-unloading curve using a microhardness meter and nanointensity data, as in the case of measuring the plastic deformation hardness It is desirable.
これら塑性変形硬さ及びヤング率の測定は、より具体的には、エリオニクス社製微小硬度計を用いて行うことができる。 More specifically, the plastic deformation hardness and Young's modulus can be measured using a micro hardness tester manufactured by Elionix.
次に、本実施形態の遊星歯車装置のピニオンシャフト（実施例１〜１１）と、比較例としてのピニオンシャフト（比較例１〜７）について、試験１及び試験２を行った。 Next, Test 1 and Test 2 were performed on the pinion shafts (Examples 1 to 11) of the planetary gear device of the present embodiment and the pinion shafts (Comparative Examples 1 to 7) as comparative examples.
なお、本試験において、各実施例１〜１１及び各比較例１〜７におけるピニオンシャフト、針状ころ、ピニオンギアの各構成部品は、全て共通とした。 In this test, all the components of the pinion shaft, the needle roller, and the pinion gear in each of Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 7 were made common.
また、ピニオンシャフトには、図３に示すアンバランスドマグネトロンスパッタ装置１００を用いてＤＬＣ膜を形成した。
Further, a DLC film was formed on the pinion shaft using the unbalanced
また、本試験において、中間層、硬質膜厚、硬質膜塑性変形硬さ、母材表面粗さ、硬質膜ヤング率はそれぞれ、ピニオンシャフト、針状ころ、ピニオンギアの各構成部品に共通の値である。また、材質ＳＵＪ２及びＳＫ５は、日本工業規格材であり、ＥＳ１（０．４５Ｃ−１３Ｃｒ０．１４Ｎ）は、日本精工グレードであり、いずれも焼入れ硬化された表面層を有する。 In this test, the intermediate layer, hard film thickness, hard film plastic deformation hardness, base material surface roughness, and hard film Young's modulus are values common to each component of the pinion shaft, needle roller, and pinion gear. It is. The materials SUJ2 and SK5 are Japanese Industrial Standard materials, and ES1 (0.45C-13Cr0.14N) is a Nippon Seiko grade, both of which have a hardened and hardened surface layer.
試験１では、高速・低荷重条件下で、許容回転速度を示すＤｍＮ値を２４．７万とした場合に、ピニオンシャフト、針状ころ、ピニオンギアの各構成部品に、Ｌ１０寿命までに焼付きや磨耗等の損傷が発生するか否かを、総ころ仕様で試験した。 In Test 1, with high-speed and low-load conditions, baked when a DmN value indicating an allowable rotational speed and 247,000, pinion shaft, needle rollers, to the respective components of the pinion gear, to L 10 life Whether or not damage such as sticking or wear occurred was tested with full roller specifications.
すなわち、以下に示す試験条件１により、表１に示す各実施例１〜１１及び各比較例１〜７について同一条件で試験を行い、計算寿命Ｌ１０＝２６０時間まで回転させた状態で、各構成部品の少なくとも一つに、剥離、焼付き、スミアリング等の損傷が生じたか否かを、表１中、○：損傷なし、△：微小焼付きあり、×：剥離及び焼付きありの３種で表示した。 That is, according to the test conditions 1 shown below, each of Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 7 shown in Table 1 were tested under the same conditions, and each of the samples was rotated until the calculated life L 10 = 260 hours. Whether or not damage such as peeling, seizure, smearing, etc. has occurred in at least one of the components is shown in Table 1, ○: no damage, Δ: micro-seizure, ×: exfoliation and seizure 3 Displayed with seeds.
試験条件１
試験機：日本精工株式会社製プラネタリニードル試験機
試験軸受：ピニオンシャフト外径Ｄ＝φ１２．４５ｍｍ、φ３．０ｍｍの総ころ仕様
基本動定格荷重Ｃ：１５７００Ｎ
基本静定格荷重Ｃ０：１５４００Ｎ
ラジアル荷重：３０００Ｎ
ピニオン自転数：１６０００ｒｐｍ
計算寿命：Ｌ１０＝２６０時間
ＤｍＮ値：２４．７万
潤滑油：ＡＴＦ
油温：１００℃
油量：３０ｍｌ／ｍｉｎ
Test condition 1
Testing machine: Planetary needle testing machine manufactured by NSK Ltd. Test bearing: Pinion shaft outer diameter D = φ12.45mm, φ3.0mm full roller specification Basic dynamic load rating C: 15700N
Basic static load rating C 0 : 15400N
Radial load: 3000N
Pinion rotation speed: 16000rpm
Calculation life: L 10 = 260 hours DmN value: 247,000 Lubricating oil: ATF
Oil temperature: 100 ° C
Oil amount: 30 ml / min
各実施例１〜１１及び各比較例１〜７の条件及び結果を、表１に示す。 Table 1 shows the conditions and results of Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 7.
表１から、各比較例１〜７の構成では、剥離、焼付き等の損傷が生じているが、各実施例１〜１１の構成によれば、軸受が総ころ仕様でありＤｍＮが２４．７万という高速運転条件であっても損傷が生じないことが分かる。 From Table 1, damages such as peeling and seizure occur in the configurations of Comparative Examples 1 to 7, but according to the configurations of Examples 1 to 11, the bearings are full roller specifications and DmN is 24. It can be seen that no damage occurs even under high-speed driving conditions of 70,000.
また試験２では、高速・高荷重条件下で高温度や潤滑不足（油量：１０ｍｌ／ｍｉｎ）により油膜形成性が劣化した場合を想定し、ピニオンシャフト、針状ころ、ピニオンギアの各構成部品に、剥離や焼付き等の損傷が発生するか否かを、総ころ仕様で試験した。 In Test 2, assuming that the oil film formation deteriorates due to high temperature and insufficient lubrication (oil amount: 10 ml / min) under high speed and high load conditions, each component of pinion shaft, needle roller, and pinion gear In addition, whether or not damage such as peeling or seizure occurs was tested with a full-roller specification.
すなわち、以下に示す試験条件２により、各実施例１〜１１及び各比較例１〜７について同一条件で試験を行うとともに、各構成部品の少なくとも一つに、剥離、焼付き、スミアリング等の損傷が生じた時点で試験を中止し、その時点までの試験稼動時間を、転がり疲れ寿命とした。その際、比較例１の転がり疲れ寿命を１とした場合の比で、他の全ての実施例１〜１１及び比較例２〜７の転がり疲れ寿命を表示した。 That is, according to the test condition 2 shown below, each of the examples 1 to 11 and each of the comparative examples 1 to 7 are tested under the same conditions, and at least one of the components is peeled, seized, smeared, etc. The test was stopped when damage occurred, and the test operation time up to that point was defined as the rolling fatigue life. At that time, the rolling fatigue life of all the other Examples 1 to 11 and Comparative Examples 2 to 7 was displayed as a ratio when the rolling fatigue life of Comparative Example 1 was 1.
試験条件２
試験機：日本精工株式会社製プラネタリニードル試験機
試験軸受：ピニオンシャフト外径Ｄ＝φ１２．４５ｍｍ、φ３．０ｍｍの総ころ仕様
基本動定格荷重Ｃ：１５７００Ｎ
基本静定格荷重Ｃ０：１５４００Ｎ
ラジアル荷重：７０００Ｎ
ピニオン自転数：１００００ｒｐｍ
Ｐ／Ｃ：０．４５
潤滑油：ＡＴＦ
油温：１００℃
油量：１０ｍｌ／ｍｉｎ
Test condition 2
Testing machine: Planetary needle testing machine manufactured by NSK Ltd. Test bearing: Pinion shaft outer diameter D = φ12.45mm, φ3.0mm full roller specification Basic dynamic load rating C: 15700N
Basic static load rating C 0 : 15400N
Radial load: 7000N
Pinion rotation speed: 10000rpm
P / C: 0.45
Lubricating oil: ATF
Oil temperature: 100 ° C
Oil amount: 10 ml / min
表１から、各実施例１〜１１の構成によれば、各比較例１〜７に比較して転がり寿命が著しく延長されたことが分かる。 From Table 1, it can be seen that according to the configurations of Examples 1 to 11, the rolling life was significantly extended as compared with Comparative Examples 1 to 7.
以上のように上記実施形態によれば、遊星歯車装置の各構成部品（ピニオンシャフト１０、針状ころ、ピニオンギア）は、摺動部に焼入れ硬化された表面層１１を有しており、表面層１１の表面粗さＲａが１ｎｍ〜１００ｎｍである。また、表面層１１は、ＤＬＣ膜で形成された硬質膜１２を有しており、硬質膜１２の塑性変形硬さは、１５ＧＰａ〜３０ＧＰａであるとともに、硬質膜１２のヤング率（等価弾性係数）は、１００ＧＰａ〜２５０ＧＰａであり、更に硬質膜１２の膜厚は、０．１μｍ〜５μｍであり、好ましくは０．５μｍ〜３μｍである。
As described above, according to the above-described embodiment, each component (
したがって、遊星歯車装置の各構成部品の摺動部における耐焼付き性、耐摩耗性、耐カジリ性を向上させることができ、例えば作動中における潤滑油の枯渇した状態、高温度に起因する油膜形成性の劣化した状態、高速・低荷重域やスキュー等の発生に起因する滑りの増大した状態でも、各構成部品の円滑かつ確実な作動を確保することができる。 Therefore, the seizure resistance, wear resistance, and galling resistance in the sliding portion of each component of the planetary gear device can be improved. For example, the oil film is formed due to a depleted state of lubricating oil during operation and a high temperature. The smooth and reliable operation of each component can be ensured even in a state where the property is deteriorated, or in a state where slippage is increased due to the occurrence of a high speed / low load region or skew.
これにより、遊星歯車装置の長寿命かつ高耐久性を確保することができ、当該遊星歯車装置を適用された車両用自動変速機の小型化及び高トルク容量化を図ることができるとともに、重量軽減による車両の低燃費化を図ることができる。 As a result, a long life and high durability of the planetary gear device can be secured, and the automatic transmission for vehicles to which the planetary gear device is applied can be reduced in size and increased in torque capacity, and also reduced in weight. The fuel consumption of the vehicle can be reduced.
１０ ピニオンシャフト
１０ａ 母材
１１ 表面層
１２ 硬質膜
１３ 中間層
10
Claims (4)
ピニオンシャフト、針状ころ、ピニオンギアの各摺動部が、焼入れ硬化された表面層を有するとともに、これらの表面層の少なくとも一つが、ダイヤモンドライクカーボン膜で形成された硬質膜を有しており、
前記表面層の表面粗さＲａが１ｎｍ〜１００ｎｍであり、かつ、前記硬質膜の塑性変形硬さが１５ＧＰａ〜３０ＧＰａであることを特徴とする遊星歯車装置。 In a planetary gear device having a pinion shaft inserted through a needle roller bearing at the center of a pinion gear so as to be relatively rotatable and supported at both ends by a carrier,
Each sliding portion of the pinion shaft, needle roller, and pinion gear has a hardened and hardened surface layer, and at least one of these surface layers has a hard film formed of a diamond-like carbon film. ,
A planetary gear device, wherein the surface layer has a surface roughness Ra of 1 nm to 100 nm, and the hard film has a plastic deformation hardness of 15 GPa to 30 GPa.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006003833A JP2007186733A (en) | 2006-01-11 | 2006-01-11 | Epicyclic gear |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006003833A JP2007186733A (en) | 2006-01-11 | 2006-01-11 | Epicyclic gear |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2007186733A true JP2007186733A (en) | 2007-07-26 |
Family
ID=38342101
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2006003833A Pending JP2007186733A (en) | 2006-01-11 | 2006-01-11 | Epicyclic gear |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2007186733A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9016429B2 (en) | 2013-04-02 | 2015-04-28 | Caterpillar Inc. | Machine bearing system including hard thin film and method of using same |
-
2006
- 2006-01-11 JP JP2006003833A patent/JP2007186733A/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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