JP2007024250A - Pinion shaft - Google Patents

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Koichi Yamamoto
幸一 山本
Hiromichi Takemura
浩道 武村
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pinion shaft having excellent rolling fatigue resistance. <P>SOLUTION: The pinion shaft 5 is preferably used in a planetary gear mechanism of an automatic transmission for an automobile or the like. The pinion shaft 5 includes on its outer peripheral surface a hardened layer 5a containing residual austenite of 20 to 50 vol.% and containing no pearlite nor bainite. The hardened layer 5a is formed by such induction hardening process as to cool to a temperature higher than the Mf point after high-frequency heating so as to maintain a temperature for a predetermined period of time prior to cooling substantially to a room temperature. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、自動車用オートマチックトランスミッション等の遊星歯車装置のピニオンギアに使用されるピニオンシャフトに関する。   The present invention relates to a pinion shaft used for a pinion gear of a planetary gear device such as an automatic transmission for automobiles.

ピニオンシャフトの外周面上をころが転動すると、数GPaの高い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には、硬く負荷に耐え転がり疲労寿命が優れ且つ滑りに対する耐摩耗性が良好であることが要求される。このような要求を満足するため、従来においては例えばSCr420等の肌焼き鋼や、SK5等の高周波焼入れ材が使用されている。   When the roller rolls on the outer peripheral surface of 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 excellent rolling fatigue life, and to have good wear resistance against sliding. In order to satisfy such a requirement, conventionally, for example, case-hardened steel such as SCr420 or induction-hardened material such as SK5 is used.

また、ピニオンシャフトは高面圧下で繰り返し剪断応力を受けるため、剪断応力に耐えて転がり疲労寿命が優れていることが要求される。このような要求を満足するため、従来においては例えばSUJ2,SUJ3に浸炭処理,浸炭窒化処理等の熱処理を施し、引き続いて高周波熱処理を施して、表面硬さを確保するとともに転がり疲労寿命を向上させている。
しかしながら、転がり軸受の使用環境は近年ますます苛酷化しているため、従来の材料を用いたピニオンシャフトでは、例えば自動車用トランスミッションに使用される転がり軸受のように、異物が混入した潤滑条件下や高温下で使用される場合に、満足する耐久性を得ることができなかった。
Further, since the pinion shaft is repeatedly subjected to shear stress under high surface pressure, it is required to withstand the shear stress and to have excellent rolling fatigue life. In order to satisfy these requirements, conventionally, for example, SUJ2 and SUJ3 are subjected to heat treatment such as carburizing and carbonitriding, followed by high-frequency heat treatment to ensure surface hardness and improve rolling fatigue life. ing.
However, since the usage environment of rolling bearings has become increasingly severe in recent years, pinion shafts using conventional materials, such as rolling bearings used in automotive transmissions, can be used under lubricated conditions and high temperatures. Satisfactory durability could not be obtained when used below.

そこで、上記のような問題に対する対策として、特許文献1には、高炭素クロム軸受鋼に窒化処理又は浸炭窒化処理を施して、表層部に残留圧縮応力を付与し、同時に窒化物を形成して高硬度とし、耐熱性と転がり疲労寿命を改善する例が開示されている。また、特許文献2には、SUJ3相当の高ケイ素且つ高マンガンの鋼で構成し、さらに残留オーステナイト量を高くしてオーステナイトの分解を抑制した転がり軸受が開示されている。
米国特許第3216869号明細書 特開平7−190072号公報 特開2002−4003号公報
Therefore, as countermeasures against the above problems, Patent Document 1 discloses that high carbon chromium bearing steel is subjected to nitriding treatment or carbonitriding treatment to apply residual compressive stress to the surface layer portion, and simultaneously form nitride. An example of improving the heat resistance and rolling fatigue life with high hardness is disclosed. Further, Patent Document 2 discloses a rolling bearing that is made of high silicon and high manganese steel equivalent to SUJ3 and further suppresses the decomposition of austenite by increasing the amount of retained austenite.
U.S. Pat. No. 3,216,869 Japanese Patent Laid-Open No. 7-190072 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-4003

しかしながら、ピニオンシャフトの転動面に高周波熱処理を施す場合には、ピニオンシャフトの直径や長さ等の形状が異なると、転動面に安定した量の残留オーステナイトを形成することは困難であり、品質保証の面で問題があった。
一方、ピニオンシャフトに焼入れを施す際には、高周波加熱したピニオンシャフトの外周面に冷却水を噴射して冷却するので、ピニオンシャフトの表面側が先に冷却され、引き続き芯部に向かって冷却されて行くこととなる。よって、ピニオンシャフトの表層部に、マルテンサイト変態の始まる温度域(SUJ2の場合は200〜300℃)において熱処理変態応力が生じるとともに、表層部と芯部との温度差から熱膨張の差による熱的内部応力が生じることとなる。
However, when performing high frequency heat treatment on the rolling surface of the pinion shaft, it is difficult to form a stable amount of retained austenite on the rolling surface if the shape, such as the diameter and length of the pinion shaft, is different. There was a problem in terms of quality assurance.
On the other hand, when quenching the pinion shaft, cooling is performed by injecting cooling water onto the outer peripheral surface of the pinion shaft that is heated at high frequency, so that the surface side of the pinion shaft is cooled first and then cooled toward the core. Will go. Therefore, heat treatment transformation stress is generated in the surface layer portion of the pinion shaft in the temperature range where martensite transformation starts (200 to 300 ° C. in the case of SUJ2), and heat due to the difference in thermal expansion from the temperature difference between the surface layer portion and the core portion. Internal stress will occur.

遊星歯車装置に使用されるピニオンシャフトには、概して、外周面の軸方向中央部と軸方向端面とに潤滑油を供給する油孔が設けられているが、油孔の先端のエッジ部のような応力集中部に冷却水が噴射されると、瞬間的に熱的内部応力が誘発され、材料の強度が低下するおそれがあった。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、優れた転がり疲労寿命を有するピニオンシャフトを提供することを課題とする。
In general, pinion shafts used in planetary gear units are provided with oil holes for supplying lubricating oil to the axially central portion and the axial end surface of the outer peripheral surface. When cooling water is sprayed onto a stress concentrated part, a thermal internal stress is instantaneously induced, which may reduce the strength of the material.
Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems of the prior art and provide a pinion shaft having an excellent rolling fatigue life.

前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、中心に位置するサンギヤと、該サンギヤと同心に配されたリングギヤと、前記サンギヤと前記リングギヤとに噛み合い前記サンギヤの周りを公転するピニオンギヤと、を備える遊星歯車装置に使用され、前記ピニオンギヤの中心穴に挿通されニードル軸受を介して前記ピニオンギヤを回転自在に支持するピニオンシャフトにおいて、その外周面に下記の3つの条件を満足する硬化層を備えることを特徴とする。   In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration. That is, the pinion shaft of claim 1 according to the present invention includes a sun gear located at the center, a ring gear concentrically arranged with the sun gear, a pinion gear that meshes with the sun gear and the ring gear and revolves around the sun gear, A pinion shaft that is inserted into a center hole of the pinion gear and rotatably supports the pinion gear via a needle bearing is provided with a hardened layer that satisfies the following three conditions on the outer peripheral surface thereof: It is characterized by that.

条件1:高周波加熱した後、Mf点よりも高い温度に冷却し、該温度で所定時間保持して、室温に冷却するという高周波焼入れ処理により形成されたものである。
条件2:パーライト及びベイナイトを有していない。
条件3:残留オーステナイト量が20体積%以上50体積%以下である。
高周波焼入れ処理は高周波加熱した金属部材を冷却する処理であるが、この冷却工程において、マルテンサイト変態が終了する温度(Mf点)よりも高い温度で保持すると、表層部と芯部との温度差が小さくなるので、前記温度保持なしに冷却した場合に生じるような熱変形が抑制される。また、冷却水を噴射して冷却した際にピニオンシャフトの応力集中部(例えば、油孔の先端のエッジ部)に熱的内部応力が誘発され材料の強度が低下することも抑制される。
Condition 1: It is formed by induction hardening treatment in which after high-frequency heating, it is cooled to a temperature higher than the Mf point, held at that temperature for a predetermined time, and cooled to room temperature.
Condition 2: Perlite and bainite are not present.
Condition 3: The amount of retained austenite is 20% by volume or more and 50% by volume or less.
Induction hardening is a process of cooling a metal member that has been induction-heated. In this cooling step, if the temperature is maintained at a temperature higher than the temperature at which the martensitic transformation ends (Mf point), the temperature difference between the surface layer portion and the core portion. Therefore, thermal deformation that occurs when cooling without holding the temperature is suppressed. In addition, when the cooling water is injected and cooled, thermal internal stress is induced in the stress concentration portion of the pinion shaft (for example, the edge portion at the tip of the oil hole) and the strength of the material is also prevented from being lowered.

さらに、前記温度保持中にオーステナイトが安定化して、高周波焼入れ処理後の残留オーステナイト量が増加するので、圧痕生成の抑制,圧痕部の応力集中の低減,亀裂発生抵抗の向上等により転がり疲労寿命が向上する。優れた転がり疲労寿命を得るためには、残留オーステナイト量を20体積%以上とする必要があるが、50体積%超過であると硬さが低下する場合がある。   Furthermore, since the austenite stabilizes during the temperature holding and the amount of retained austenite after induction hardening increases, the rolling fatigue life is reduced by suppressing the formation of indentations, reducing the stress concentration at the indentations, improving the cracking resistance, etc. improves. In order to obtain an excellent rolling fatigue life, the amount of retained austenite needs to be 20% by volume or more, but if it exceeds 50% by volume, the hardness may decrease.

なお、パーライト及びベイナイトが存在すると、硬さや靱性が低下して転がり疲労寿命が著しく劣化するおそれがあるので、高周波焼入れ処理時にパーライト変態及びベイナイト変態が起きないように、適切な冷却速度を設定する必要がある。また、前記温度保持の前段階では鋼組織がマルテンサイトとオーステナイトからなっているが、前記温度保持の時間が長すぎると、鋼組織がマルテンサイトとオーステナイトと下部ベイナイトの混合したものに変化するため、前記温度保持の時間は1時間以下(数十分程度)とすることが好ましい。   In addition, if pearlite and bainite are present, hardness and toughness may decrease and rolling fatigue life may be significantly deteriorated, so an appropriate cooling rate is set so that pearlite transformation and bainite transformation do not occur during induction hardening. There is a need. In addition, the steel structure is composed of martensite and austenite in the previous stage of the temperature holding, but if the temperature holding time is too long, the steel structure changes to a mixture of martensite, austenite and lower bainite. The temperature holding time is preferably 1 hour or less (about several tens of minutes).

前記温度保持は、Mf点よりも高い温度で且つパーライトやベイナイトが生じないような温度で保持する必要があり、マルテンサイトが生成し始める温度(Ms点)よりも高い温度で保持してもよいし、Ms点以下で且つMf点よりも高い温度で保持してもよい。一例としては、43℃以上65℃以下があげられる。また、前記温度保持終了後は、室温程度に冷却すればよい。一例としては、10℃以上30℃以下があげられる。Mf点が室温よりも低い場合があるので、必ずしもMf点以下に冷却する必要はない。   The temperature must be maintained at a temperature higher than the Mf point and at a temperature at which pearlite or bainite does not occur, and may be maintained at a temperature higher than the temperature at which martensite starts to be generated (Ms point). However, it may be held at a temperature below the Ms point and higher than the Mf point. As an example, 43 degreeC or more and 65 degrees C or less are mention | raise | lifted. Further, after the temperature holding is completed, the temperature may be cooled to about room temperature. As an example, 10 degreeC or more and 30 degrees C or less are mention | raise | lifted. Since the Mf point may be lower than room temperature, it is not always necessary to cool below the Mf point.

また、本発明に係る請求項2のピニオンシャフトは、請求項1に記載のピニオンシャフトにおいて、前記高周波焼入れ処理の前に浸炭窒化処理が施されていることを特徴とする。
高周波焼入れ処理の前に浸炭窒化処理が施されたピニオンシャフトは、窒素富化にともなって表層部にオーステナイトが残っているので、この残留オーステナイトにより転がり疲労寿命が優れている。また、窒素の添加により表層部に微細な炭窒化物が分散しているため、耐摩耗性や靱性が優れている。
A pinion shaft according to a second aspect of the present invention is characterized in that in the pinion shaft according to the first aspect, a carbonitriding process is performed before the induction hardening process.
The pinion shaft that has been carbonitrided prior to induction hardening has austenite remaining in the surface layer portion due to the enrichment of nitrogen, and therefore has excellent rolling fatigue life due to this retained austenite. Moreover, since fine carbonitride is dispersed in the surface layer portion by adding nitrogen, wear resistance and toughness are excellent.

さらに、本発明に係る請求項3のピニオンシャフトは、請求項2に記載のピニオンシャフトにおいて、前記浸炭窒化処理と前記高周波焼入れ処理との間に高温焼戻し処理が施され、前記高周波焼入れ処理の後に低温焼戻し処理が施されていることを特徴とする。
浸炭窒化処理の後に高温焼戻し処理を施すと、鋼に内在している残留オーステナイトが消滅する。そして、その後に高周波焼入れ処理を施すと、表層部のみが硬化して硬化層が形成される。この硬化層には、残留オーステナイトが20体積%以上50体積%以下残存しているので、異物混入潤滑下においても転がり疲労寿命が優れている。なお、高温焼戻し処理の温度は、300℃以上700℃以下が好ましく、処理時間は数時間程度が好ましい。
また、低温焼戻し処理は一般的な焼戻し処理であり、歪みの除去や靱性の向上という効果がある。
Furthermore, the pinion shaft according to claim 3 of the present invention is the pinion shaft according to claim 2, wherein a high-temperature tempering treatment is performed between the carbonitriding treatment and the induction hardening treatment, and after the induction hardening treatment. A low-temperature tempering treatment is performed.
When a high temperature tempering treatment is performed after the carbonitriding treatment, the retained austenite inherent in the steel disappears. And when an induction hardening process is performed after that, only a surface layer part will harden | cure and a hardened layer will be formed. Since the retained austenite remains in the hardened layer at 20 volume% or more and 50 volume% or less, the rolling fatigue life is excellent even under the contamination with foreign matter. The temperature of the high temperature tempering treatment is preferably 300 ° C. or more and 700 ° C. or less, and the treatment time is preferably about several hours.
The low-temperature tempering process is a general tempering process, and has effects of removing strain and improving toughness.

さらに、本発明に係る請求項4のピニオンシャフトは、請求項1〜3のいずれか一項に記載のピニオンシャフトにおいて、0.8質量%以上1.2質量%以下の炭素、0.1質量%以上1.2質量%以下のケイ素、0.7質量%以上1.8質量%以下のクロム、0.1質量%以上1.5質量%以下のマンガンを含有する鋼で構成されることを特徴とする。
硬化層の硬さを十分なものとするためには、炭素の含有量は0.8質量%以上1.2質量%以下とすることが好ましい。なお、硬化層の硬さ(表面硬さ)はHv750以上であることが好ましい。
Furthermore, the pinion shaft of Claim 4 which concerns on this invention is a pinion shaft as described in any one of Claims 1-3. 0.8 mass% or more and 1.2 mass% or less of carbon, 0.1 mass % To 1.2% by mass of silicon, 0.7% to 1.8% by mass of chromium, and 0.1% to 1.5% by mass of manganese. Features.
In order to make the hardened layer sufficiently hard, the carbon content is preferably 0.8% by mass or more and 1.2% by mass or less. In addition, it is preferable that the hardness (surface hardness) of a hardened layer is Hv750 or more.

また、硬化層の残留オーステナイト量を安定して20体積%以上として焼戻し軟化抵抗性を付与し耐熱性を確保するためには、ケイ素の含有量は0.1質量%以上とすることが好ましい。ただし、1.2質量%を超えると、浸炭窒化処理において表層部の窒素及び炭素の富化が阻害されるおそれがある。
さらに、クロムの含有量が0.7質量%未満であると、炭化物の形成量が少なくなり硬化層の硬さが不十分となるおそれがあり、1.8質量%を超えると、炭化物が粗大化して剥離の起点となり短寿命となりやすい。
Further, in order to stabilize the amount of retained austenite in the hardened layer to 20% by volume or more and to provide temper softening resistance and to ensure heat resistance, the silicon content is preferably 0.1% by mass or more. However, if it exceeds 1.2% by mass, enrichment of nitrogen and carbon in the surface layer portion may be hindered in the carbonitriding process.
Furthermore, if the chromium content is less than 0.7% by mass, the amount of carbide formed may be reduced and the hardness of the cured layer may be insufficient. If it exceeds 1.8% by mass, the carbide is coarse. It becomes a starting point of peeling and tends to have a short life.

さらに、マンガンは焼入れ性を確保する元素であるが、本発明においては焼入れ工程及び焼戻し工程において残留オーステナイトを安定化させる作用があるため、硬化層の残留オーステナイト量を高めることとなる。ただし、多量に添加すると冷間加工牲の低下,焼き割れ,脆化の原因となるので、含有量の上限は1.5質量%とすることが好ましい。
このような合金鋼としては、SUJ1,SUJ2,SUJ3,SUJ4,SUJ5があげられる。なお、SUJ4,SUJ5には、焼入れ性を改善するためにモリブデンが0.3質量%以下添加されている。
Further, manganese is an element that ensures hardenability, but in the present invention, it has an action of stabilizing retained austenite in the quenching step and the tempering step, so that the amount of retained austenite in the hardened layer is increased. However, if added in a large amount, it causes a decrease in cold workability, burn cracking, and embrittlement, so the upper limit of the content is preferably 1.5% by mass.
Examples of such alloy steel include SUJ1, SUJ2, SUJ3, SUJ4, and SUJ5. In addition, in order to improve hardenability, SUJ4 and SUJ5 are added with 0.3% by mass or less of molybdenum.

本発明のピニオンシャフトは優れた転がり疲労寿命を有する。   The pinion shaft of the present invention has an excellent rolling fatigue life.

本発明に係るピニオンシャフトの実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図1に示す遊星歯車装置は、自動車用オートマチックトランスミッション等の遊星歯車機構に好適に使用されるものであり、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に噛み合いサンギヤ1の周りを公転する1個以上(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。   An embodiment of a pinion shaft according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The planetary gear device shown in FIG. 1 is suitably used for a planetary gear mechanism such as an automatic transmission for automobiles, and includes a sun gear 1 through which a shaft (not shown) is inserted, and a ring gear 2 arranged concentrically with the sun gear 1. And one or more (three in FIG. 1) pinion gears 3 that mesh with the sun gear 1 and the ring gear 2 and revolve around the sun gear 1, and are arranged concentrically with the sun gear 1 and the ring gear 2, and rotatably support the pinion gear 3. And a carrier 4.

ピニオンギヤ3の中心穴には、かしめ等によりキャリヤ4に固定されたピニオンシャフト5が挿通されており、また、ピニオンシャフト5の外周面とピニオンギヤ3の内周面との間には図示されない複数の針状ころが配されていて、これによりピニオンギヤ3はピニオンシャフト5を軸として回転自在とされている。
このピニオンシャフト5は、0.8質量%以上1.2質量%以下の炭素、0.1質量%以上1.2質量%以下のケイ素、0.7質量%以上1.8質量%以下のクロム、0.1質量%以上1.5質量%以下のマンガンを含有し、残部が鉄及び不可避の不純物である鋼で構成されている。そして、浸炭窒化処理,高温焼戻し処理,高周波焼入れ処理,低温焼戻し処理の順序で熱処理が施されている。
A pinion shaft 5 fixed to the carrier 4 by caulking or the like is inserted into the center hole of the pinion gear 3, and a plurality of unillustrated pins are provided between the outer peripheral surface of the pinion shaft 5 and the inner peripheral surface of the pinion gear 3. Needle rollers are arranged, and the pinion gear 3 is thereby rotatable about the pinion shaft 5.
This pinion shaft 5 is made of 0.8 mass% or more and 1.2 mass% or less carbon, 0.1 mass% or more and 1.2 mass% or less silicon, 0.7 mass% or more and 1.8 mass% or less chromium. , 0.1 to 1.5% by mass of manganese, the balance being iron and inevitable impurities. Heat treatment is performed in the order of carbonitriding, high temperature tempering, induction hardening, and low temperature tempering.

この高周波焼入れ処理は、高周波誘導加熱により800〜900℃に加熱して外周面の表層部をオーステナイト組織とした後、焼入れ液によって表層部を冷却して硬化させるというものである。まず、第一段階の冷却においては、焼入れ液の温度をMf点よりも高い温度とし、該温度まで冷却する。そして、この温度で所定時間保持(温度保持工程)する。次に、第二段階の冷却においては、焼入れ液の温度を室温とし、Mf点以下に冷却する。Mf点が室温以下である場合は、Mf点以下に冷却する必要はない。SUJのMf点は、一般に室温以下である。   In this induction hardening process, after heating to 800-900 degreeC by high frequency induction heating and making the surface layer part of an outer peripheral surface into an austenite structure, the surface layer part is cooled and hardened with a hardening liquid. First, in the first stage cooling, the temperature of the quenching liquid is set to a temperature higher than the Mf point, and the temperature is cooled to the temperature. And it hold | maintains for this predetermined time (temperature holding process) at this temperature. Next, in the second stage cooling, the temperature of the quenching liquid is set to room temperature and cooled to the Mf point or lower. When the Mf point is below room temperature, it is not necessary to cool below the Mf point. The MJ point of SUJ is generally below room temperature.

このような熱処理が施された結果、ピニオンシャフト5には表層部の硬化層5aと芯部とが形成され(図2を参照)、硬化層5aの残留オーステナイト量は20体積%以上50体積%以下、表面硬さはHv750以上となっている。なお、この硬化層5aは、ピニオンシャフト5の外周面のうち前記針状ころの転動面となる部分のみに形成されている。また、第一段階の冷却における冷却速度は、パーライト変態及びベイナイト変態が起きないような速度に設定されているので、硬化層5aはパーライト及びベイナイトを有していない。
このようなピニオンシャフト5は、前述のような硬化層5aを備えているので、優れた転がり疲労寿命を有する。また、前述のような高周波焼入れ処理であれば、内部割れや材料強度の低下が抑制される。
As a result of such heat treatment, the hardened layer 5a and the core portion of the surface layer portion are formed on the pinion shaft 5 (see FIG. 2), and the amount of retained austenite of the hardened layer 5a is 20% by volume or more and 50% by volume. Hereinafter, the surface hardness is Hv750 or more. The hardened layer 5a is formed only on the outer peripheral surface of the pinion shaft 5 that serves as the rolling surface of the needle rollers. Moreover, since the cooling rate in the first stage cooling is set to such a rate that pearlite transformation and bainite transformation do not occur, the hardened layer 5a does not have pearlite and bainite.
Since such a pinion shaft 5 includes the hardened layer 5a as described above, it has an excellent rolling fatigue life. Moreover, if it is an induction hardening process as mentioned above, an internal crack and the fall of material strength will be suppressed.

〔実施例〕
以下に実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。鋼の種類と熱処理の内容を表1に示すように種々変更した点を除いては、前述のピニオンシャフト5の場合と同様にして実施例及び比較例のピニオンシャフトを製造した。熱処理の内容は、実施例1〜3及び比較例3はピニオンシャフト5の場合と同様で、実施例4は浸炭窒化処理がない点が異なっている。また、比較例1,2は高周波焼入れ処理の温度保持工程がない点が異なっており、比較例4は浸炭窒化処理及び高周波焼入れ処理の温度保持工程がない点が異なっている。
〔Example〕
The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. The pinion shafts of Examples and Comparative Examples were manufactured in the same manner as in the case of the above-described pinion shaft 5 except that the types of steel and the contents of the heat treatment were variously changed as shown in Table 1. The contents of the heat treatment are the same as in the case of the pinion shaft 5 in Examples 1 to 3 and Comparative Example 3, and the difference in Example 4 is that there is no carbonitriding treatment. Further, Comparative Examples 1 and 2 are different in that there is no temperature holding process for induction hardening, and Comparative Example 4 is different in that there is no temperature holding process for carbonitriding and induction hardening.

Figure 2007024250
Figure 2007024250

得られた各ピニオンシャフトの外周面の表面硬さ,硬化層の残留オーステナイト量,及び芯部の硬さを表1に示す。
なお、これらのピニオンシャフトの外径は16.7mm、内径は3.5mmで、図2に示すような油孔を有している。また、ピニオンシャフトの材料としてSUJ2,SUJ3を用いたが、SUJ1,SUJ4,SUJ5を用いてもよい。
Table 1 shows the surface hardness of the outer peripheral surface of each pinion shaft obtained, the amount of retained austenite of the hardened layer, and the hardness of the core.
These pinion shafts have an outer diameter of 16.7 mm and an inner diameter of 3.5 mm, and have oil holes as shown in FIG. Further, although SUJ2 and SUJ3 are used as the material of the pinion shaft, SUJ1, SUJ4 and SUJ5 may be used.

各ピニオンシャフトを日本精工株式会社製のプラネタリニードル試験機に装着して回転試験を行い、前記ピニオンシャフトを備える総ころ軸受の転がり疲労寿命及び内部割れの有無を評価した。試験条件は以下の通りである。
・基本動定格荷重C :20500N
・基本静定格荷重C0 :21000N
・ラジアル荷重 :10000N
・ピニオンギアの自転速度:8000rpm
・計算寿命L10 :46時間
・潤滑油の種類 :オートマチックトランスミッションフルード
・潤滑油の温度 :90℃
Each pinion shaft was mounted on a planetary needle testing machine manufactured by Nippon Seiko Co., Ltd., and a rotation test was performed to evaluate the rolling fatigue life and the presence or absence of internal cracks of the full roller bearing provided with the pinion shaft. The test conditions are as follows.
・ Basic dynamic load rating C: 20500N
・ Basic static load rating C 0 : 21000N
・ Radial load: 10000N
-Spinning speed of pinion gear: 8000rpm
- calculated life L 10: 46 hours, lubricants Type: Automatic Transmission Fluid lubricant temperature: 90 ° C.

試験結果を表1に示す。なお、転がり疲労寿命の数値は、比較例1の転がり疲労寿命を1とした場合の相対値で示してある。また、内部割れの有無は、ピニオンシャフトを軸方向に沿う平面で破断し、油孔の周辺、特に油孔の先端のエッジ部のような応力集中が起きやすい部分を光学顕微鏡を用いて観察することにより評価した。   The test results are shown in Table 1. The numerical value of the rolling fatigue life is shown as a relative value when the rolling fatigue life of Comparative Example 1 is 1. In addition, for the presence or absence of internal cracks, the pinion shaft is broken along a plane along the axial direction, and the periphery of the oil hole, particularly the part where stress concentration tends to occur, such as the edge part at the tip of the oil hole, is observed using an optical microscope. It was evaluated by.

表1から分かるように、実施例1〜4は比較例1〜4と比べて転がり疲労寿命が優れていた。この理由としては、残留オーステナイト量が多いことがあげられる。実施例2と比較例2との比較から、温度保持工程により残留オーステナイト量が増加することが分かる。これは、温度保持工程においてオーステナイトの安定化が起こり、未変態のオーステナイトが残留したためと考えられる。また、実施例4と比較例4との比較から、浸炭窒化処理がない場合でも同様の結果となることが分かる。
また、比較例2,4は、内部割れが生じたため転がり疲労寿命が大きく劣っていた。さらに、比較例3は、残留オーステナイト量が50体積%を超えているため、表面硬さ及び降伏応力が低くなり、転がり疲労寿命が不十分であった。
As can be seen from Table 1, Examples 1-4 were superior in rolling fatigue life compared to Comparative Examples 1-4. The reason for this is that the amount of retained austenite is large. From the comparison between Example 2 and Comparative Example 2, it can be seen that the amount of retained austenite is increased by the temperature holding step. This is presumably because austenite was stabilized in the temperature holding step, and untransformed austenite remained. Moreover, it turns out from the comparison with Example 4 and the comparative example 4 that even if there is no carbonitriding process, the same result is obtained.
Further, Comparative Examples 2 and 4 were inferior in rolling fatigue life because of internal cracks. Further, in Comparative Example 3, since the retained austenite amount exceeds 50% by volume, the surface hardness and the yield stress are lowered, and the rolling fatigue life is insufficient.

本発明の一実施形態であるピニオンシャフトを備えた遊星歯車装置の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the planetary gear apparatus provided with the pinion shaft which is one Embodiment of this invention. ピニオンシャフトの断面図である。It is sectional drawing of a pinion shaft.

符号の説明Explanation of symbols

1 サンギヤ
2 リングギヤ
3 ピニオンギヤ
4 キャリヤ
5 ピニオンシャフト
5a 硬化層
1 Sun Gear 2 Ring Gear 3 Pinion Gear 4 Carrier 5 Pinion Shaft 5a Hardened Layer

Claims (4)

中心に位置するサンギヤと、該サンギヤと同心に配されたリングギヤと、前記サンギヤと前記リングギヤとに噛み合い前記サンギヤの周りを公転するピニオンギヤと、を備える遊星歯車装置に使用され、前記ピニオンギヤの中心穴に挿通されニードル軸受を介して前記ピニオンギヤを回転自在に支持するピニオンシャフトにおいて、その外周面に下記の3つの条件を満足する硬化層を備えることを特徴とするピニオンシャフト。
条件1:高周波加熱した後、Mf点よりも高い温度に冷却し、該温度で所定時間保持して、室温に冷却するという高周波焼入れ処理により形成されたものである。
条件2:パーライト及びベイナイトを有していない。
条件3:残留オーステナイト量が20体積%以上50体積%以下である。
A sun gear located in the center, a ring gear concentrically arranged with the sun gear, and a pinion gear that meshes with the sun gear and the ring gear and revolves around the sun gear. A pinion shaft that is inserted through a needle bearing and rotatably supports the pinion gear via a needle bearing, and has a hardened layer that satisfies the following three conditions on its outer peripheral surface:
Condition 1: It is formed by induction hardening treatment in which after high-frequency heating, it is cooled to a temperature higher than the Mf point, held at that temperature for a predetermined time, and cooled to room temperature.
Condition 2: Perlite and bainite are not present.
Condition 3: The amount of retained austenite is 20% by volume or more and 50% by volume or less.
前記高周波焼入れ処理の前に浸炭窒化処理が施されていることを特徴とする請求項1に記載のピニオンシャフト。   The pinion shaft according to claim 1, wherein a carbonitriding process is performed before the induction hardening process. 前記浸炭窒化処理と前記高周波焼入れ処理との間に高温焼戻し処理が施され、前記高周波焼入れ処理の後に低温焼戻し処理が施されていることを特徴とする請求項2に記載のピニオンシャフト。   The pinion shaft according to claim 2, wherein a high-temperature tempering process is performed between the carbonitriding process and the induction-quenching process, and a low-temperature tempering process is performed after the induction-quenching process. 0.8質量%以上1.2質量%以下の炭素、0.1質量%以上1.2質量%以下のケイ素、0.7質量%以上1.8質量%以下のクロム、0.1質量%以上1.5質量%以下のマンガンを含有する鋼で構成されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のピニオンシャフト。   0.8% by mass to 1.2% by mass of carbon, 0.1% by mass to 1.2% by mass of silicon, 0.7% by mass to 1.8% by mass of chromium, 0.1% by mass The pinion shaft according to any one of claims 1 to 3, wherein the pinion shaft is made of steel containing 1.5% by mass or less of manganese.
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