JP2017207185A - Method of manufacturing pinion shaft - Google Patents

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Yusuke Arakawa
雄介 荒川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a pinion shaft having excellent durability and excellent plastic workability resulting from caulking.SOLUTION: A method of manufacturing a pinion shaft 4 includes: a working step of cutting an axial end surface of a substantially columnar raw material composed of alloy steel containing chromium so as to form a work-affected layer, and grinding a columnar surface of the raw material; a passive film forming step of executing heating treatment to the raw material worked in the working step, and forming a passive film 21 containing chromium oxide, on a portion where the work-affected layer is formed; and a heating treatment step of executing heating treatment, including carburization treatment, to the raw film on which the passive film 21 is formed in the passive film forming step, and executing surface hardening to a ground portion where the work-affected layer is not formed.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明はピニオンシャフトの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a pinion shaft.

例えば自動車の自動変速機に用いられる遊星歯車装置においては、太陽歯車及びリング歯車に噛み合う遊星歯車が、軸方向端部がキャリアに加締め固定されたピニオンシャフトに、ニードルころを介して回転自在に支持されている。よって、ピニオンシャフトは、その外周面は転がり軸受の内輪としてせん断応力に対する強度を有する必要があるとともに、その軸方向端部は加締め可能な塑性加工性を有する必要がある。   For example, in a planetary gear device used in an automatic transmission of an automobile, a planetary gear that meshes with a sun gear and a ring gear is freely rotatable via a needle roller on a pinion shaft whose axial end is crimped and fixed to a carrier. It is supported. Therefore, the outer peripheral surface of the pinion shaft needs to have strength against shear stress as an inner ring of a rolling bearing, and the axial end portion thereof needs to have plastic workability that can be caulked.

このような相反する特性を兼ね備えるピニオンシャフトを製造する方法としては、高炭素クロム軸受鋼を材料として用い、浸炭窒化後に高温で焼戻(調質)し軸方向端部(加締め部)の硬さを低下させた後に、外周面(転動面)を高周波焼入れする方法が開示されている。また、クロムの含有量を増加させた肌焼鋼を材料として用い、浸炭窒化により外周面(転動面)の組織安定性を高める方法が開示されている。   As a method of manufacturing a pinion shaft having such contradictory characteristics, a high carbon chromium bearing steel is used as a material, and after nitrocarburizing, it is tempered (tempered) at a high temperature to harden the axial end portion (clamped portion). A method of induction hardening the outer peripheral surface (rolling surface) after reducing the thickness is disclosed. In addition, a method is disclosed in which case-hardened steel with an increased chromium content is used as a material, and the structural stability of the outer peripheral surface (rolling surface) is enhanced by carbonitriding.

しかしながら、クロムの含有量の多い合金鋼に通常の浸炭窒化処理を施すと、その後の冷却過程において粒界に選択的に初析炭化物が析出する場合がある。その結果、ピニオンシャフトの軸方向端部(加締め部)は、加締め可能な程度にまで硬さが低下していても、初析炭化物の影響によって延性が低くなる可能性がある。上記の従来技術においては、クロムの含有量の多い合金鋼の初析炭化物による加締め性(塑性加工性)の低下について考慮されておらず、ピニオンシャフトの軸方向端部の加締め性に関して、さらなる改良の余地があった。   However, when an ordinary carbonitriding treatment is performed on an alloy steel having a high chromium content, pro-eutectoid carbide may be selectively deposited at grain boundaries in the subsequent cooling process. As a result, even if the hardness of the pinion shaft end portion (caulking portion) is lowered to such an extent that it can be caulked, ductility may be lowered due to the influence of pro-eutectoid carbide. In the above-mentioned prior art, it is not considered about the reduction of the caulking property (plastic workability) due to the pro-eutectoid carbide of the alloy steel having a high chromium content, and regarding the caulking property of the axial end portion of the pinion shaft, There was room for further improvement.

特開2004−340221号公報JP 2004-340221 A 特開2008−223104号公報JP 2008-223104 A 特開2013−228032号公報JP 2013-228032 A

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、優れた耐久性と加締め性により優れた塑性加工性とを共に有するピニオンシャフトの製造方法を提供することを課題とする。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems of the prior art and to provide a method for producing a pinion shaft having both excellent durability and excellent plastic workability due to caulking properties. .

前記課題を解決するため、本発明の一態様に係るピニオンシャフトの製造方法は、クロムを含有する合金鋼で構成される略円柱状の素材の軸方向端面を、加工変質層が形成されるように切削するとともに、素材の円柱面を研削する加工工程と、加工工程で加工された素材に加熱処理を施して、加工変質層が形成された部分に、クロム酸化物を含有する不動態皮膜を形成する不動態皮膜形成工程と、不動態皮膜形成工程で不動態皮膜が形成された素材に、浸炭処理を含む熱処理を施して、加工変質層が形成されていない研削された部分を表面硬化する熱処理工程と、を備えることを要旨とする。   In order to solve the above-described problem, a method for manufacturing a pinion shaft according to one aspect of the present invention is such that a work-affected layer is formed on an axial end surface of a substantially columnar material composed of alloy steel containing chromium. In addition, the processing process of grinding the cylindrical surface of the material and the heat-treated material processed in the processing process, a passive film containing chromium oxide is formed on the part where the work-affected layer is formed. Passive film formation process to be formed and the material on which the passive film was formed in the passive film formation process are subjected to heat treatment including carburizing treatment to surface-harden the ground part where the work-affected layer is not formed And a heat treatment step.

本発明の一態様に係るピニオンシャフトの製造方法においては、不動態皮膜形成工程の加熱処理を、熱処理工程の熱処理の昇温過程において行い、熱処理時の昇温速度を、不動態皮膜が形成されるような速度に制御するとよい。例えば、熱処理時の昇温速度を5℃/min以上25℃/min以下に制御するとよい。
また、本発明の一態様に係るピニオンシャフトの製造方法においては、不動態皮膜の厚さは0.1μm以上30μm以下としてもよい。
In the method of manufacturing a pinion shaft according to one aspect of the present invention, the heat treatment in the passive film forming step is performed in the temperature raising process of the heat treatment in the heat treatment step, and the temperature rise rate during the heat treatment is increased. It is good to control at such a speed. For example, the temperature increase rate during the heat treatment may be controlled to 5 ° C./min or more and 25 ° C./min or less.
Moreover, in the manufacturing method of the pinion shaft which concerns on 1 aspect of this invention, the thickness of a passive film is good also as 0.1 micrometer or more and 30 micrometers or less.

さらに、本発明の一態様に係るピニオンシャフトの製造方法においては、合金鋼は、炭素を0.1質量%以上0.29質量%以下、クロムを2.0質量%以上5.0質量%以下、モリブデンを0.1質量%以上1.5質量%以下、マンガンを0.1質量%以上1.5質量%以下、ケイ素を0.1質量%以上1.5質量%以下含有し、且つ、残部が鉄及び不可避的不純物であってもよい。   Furthermore, in the manufacturing method of the pinion shaft which concerns on 1 aspect of this invention, alloy steel is carbon 0.1 mass% or more and 0.29 mass% or less, and chromium is 2.0 mass% or more and 5.0 mass% or less. 0.1 to 1.5% by mass of molybdenum, 0.1 to 1.5% by mass of manganese, 0.1 to 1.5% by mass of silicon, and The balance may be iron and inevitable impurities.

さらに、本発明の一態様に係るピニオンシャフトの製造方法は、遊星歯車装置の部品の製造方法として適用することができる。すなわち、遊星歯車装置の製造方法は、本発明の一態様に係るピニオンシャフトの製造方法を備えていてもよい。また、本発明の一態様に係るピニオンシャフトの製造方法は、自動車等の車両の部品の製造方法として適用することができる。すなわち、自動車等の車両の製造方法は、本発明の一態様に係るピニオンシャフトの製造方法を備えていてもよい。   Furthermore, the method for manufacturing a pinion shaft according to one embodiment of the present invention can be applied as a method for manufacturing a component of a planetary gear device. That is, the method for manufacturing a planetary gear device may include the method for manufacturing a pinion shaft according to one aspect of the present invention. Further, the method for manufacturing a pinion shaft according to one embodiment of the present invention can be applied as a method for manufacturing a component of a vehicle such as an automobile. That is, the manufacturing method of vehicles, such as a motor vehicle, may be provided with the manufacturing method of the pinion shaft which concerns on 1 aspect of this invention.

本発明によれば、優れた耐久性と加締め性により優れた塑性加工性とを共に有するピニオンシャフトを製造することができる。   According to the present invention, it is possible to manufacture a pinion shaft that has both excellent durability and excellent plastic workability due to caulking properties.

本発明の第一実施形態に係るピニオンシャフトの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the pinion shaft which concerns on 1st embodiment of this invention. 図1のピニオンシャフトを用いた遊星歯車装置を軸方向端部側から見た正面図である。It is the front view which looked at the planetary gear apparatus using the pinion shaft of FIG. 1 from the axial direction end side. 図2のIII −III 断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 2. 基端部が加締められたピニオンシャフトの模式的部分断面図である。It is a typical fragmentary sectional view of the pinion shaft by which the base end part was crimped. 本発明の第二実施形態に係るピニオンシャフトの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the pinion shaft which concerns on 2nd embodiment of this invention.

本実施形態のピニオンシャフトは、クロムを含有する合金鋼で構成されており、略円柱状の形状をなしている。そして、その円柱面が研削面となっており、軸方向両端面が切削面となっている。軸方向両端面は、クロム酸化物を含有する不動態皮膜を有する。
また、表面硬化層を有する高硬度部を軸方向中間部に備えるとともに、高硬度部の表面硬さよりも表面硬さが低い低硬度部を軸方向両端面に備えている。この低硬度部は、クロム酸化物を含有する不動態皮膜を表面に有しており、不動態皮膜の内側に存在する炭化物の量が高硬度部の表面硬化層に存在する炭化物の量よりも少ない。
The pinion shaft of this embodiment is made of alloy steel containing chromium and has a substantially cylindrical shape. The cylindrical surface is a grinding surface, and both axial end surfaces are cutting surfaces. Both axial end faces have a passive film containing chromium oxide.
Moreover, while providing the high hardness part which has a hardened surface layer in an axial direction intermediate part, the low hardness part whose surface hardness is lower than the surface hardness of a high hardness part is provided in the axial direction both end surface. This low hardness part has a passive film containing chromium oxide on the surface, and the amount of carbide present inside the passive film is more than the amount of carbide present in the hardened surface layer of the high hardness part. Few.

本実施形態のピニオンシャフトは、耐久性(例えば転動疲労寿命)の向上のためにクロムを含有する合金鋼で構成されているが、低硬度部の表面に不動態皮膜が形成されているため、浸炭時又は浸炭窒化時の浸炭量が制御される。そのため、低硬度部の炭化物の量が抑制されているので、低硬度部はより加締め可能な塑性加工性を有している。よって、本実施形態のピニオンシャフトは、優れた耐久性とより加締め可能な塑性加工性とを共に有する。   The pinion shaft of the present embodiment is made of alloy steel containing chromium in order to improve durability (for example, rolling fatigue life), but a passive film is formed on the surface of the low hardness portion. The carburizing amount during carburizing or carbonitriding is controlled. Therefore, since the amount of carbide in the low hardness part is suppressed, the low hardness part has more plastic workability that can be caulked. Therefore, the pinion shaft of this embodiment has both excellent durability and more plastic workability that can be caulked.

このような本実施形態のピニオンシャフトにおいては、不動態皮膜の内側に存在する炭化物の量が面積率で15%以下で且つ低硬度部の表面硬さがHV350以下であることが好ましく、不動態皮膜の内側に存在する炭化物の量が面積率で1.0%以上12%以下で且つ低硬度部の表面硬さがHV150以上HV350以下であることがより好ましく、不動態皮膜の内側に存在する炭化物の量が面積率で1.0%以上12%以下で且つ低硬度部の表面硬さがHV150以上HV320以下であることがさらに好ましい。このような構成であれば、低硬度部の塑性加工性がより優れたものとなる。   In the pinion shaft of this embodiment, the amount of carbide existing inside the passive film is preferably 15% or less in terms of area ratio and the surface hardness of the low hardness portion is preferably HV350 or less. More preferably, the amount of carbide existing inside the film is 1.0% or more and 12% or less in terms of area ratio, and the surface hardness of the low hardness portion is HV150 or more and HV350 or less, and exists inside the passive film. More preferably, the amount of carbide is 1.0% or more and 12% or less in terms of area ratio, and the surface hardness of the low hardness portion is HV150 or more and HV320 or less. If it is such a structure, the plastic workability of a low-hardness part will become more excellent.

また、本実施形態のピニオンシャフトを構成する合金鋼は、炭素を0.1質量%以上0.29質量%以下、クロムを2.0質量%以上5.0質量%以下、モリブデンを0.1質量%以上1.5質量%以下、マンガンを0.1質量%以上1.5質量%以下、ケイ素を0.1質量%以上1.5質量%以下含有し、且つ、残部が鉄及び不可避的不純物であってもよい。そして、高硬度部の表面硬さがHV700以上HV850以下であってもよい。また、表面硬化層の残留オーステナイト量が20体積%以上50体積%以下で、且つ、表面硬化層の内側の芯部の残留オーステナイト量が0体積%(又は0体積%超過2.0体積%以下)であってもよい。さらに、不動態皮膜の厚さは0.1μm以上30μm以下であってもよい。このような構成であれば、高硬度部の耐久性がより優れたものとなるとともに、低硬度部の塑性加工性がより優れたものとなる。   Further, the alloy steel constituting the pinion shaft of the present embodiment has a carbon content of 0.1% to 0.29% by mass, chromium of 2.0% to 5.0% by mass, and molybdenum of 0.1%. Contains from 0.1% to 1.5% by mass of manganese, from 0.1% to 1.5% by mass of manganese, from 0.1% to 1.5% by mass of silicon, and the balance being iron and inevitable It may be an impurity. The surface hardness of the high hardness portion may be HV700 or more and HV850 or less. Further, the amount of retained austenite of the surface hardened layer is 20% by volume or more and 50% by volume or less, and the amount of retained austenite of the inner core portion of the surface hardened layer is 0% by volume (or 0% by volume exceeding 2.0% by volume or less). ). Further, the thickness of the passive film may be not less than 0.1 μm and not more than 30 μm. With such a configuration, the durability of the high hardness portion is more excellent, and the plastic workability of the low hardness portion is more excellent.

以下に、本実施形態のピニオンシャフトの一例として、自動車の自動変速機等に用いられる遊星歯車装置において遊星歯車を回転自在に支持するピニオンシャフトについて、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の各実施形態の説明で参照する各図においては、同一又は相当する部分には同一の符号を付してある。
〔第一実施形態〕
図1のピニオンシャフト4は、クロムを含有する合金鋼で構成されて略円柱状(丸棒状)をなしており、軸方向孔15と、複数個(本例の場合3個)の径方向孔16、16、16と、一対の円形凹部18a、18bと、を有する。円形凹部18a、18bは、円すい台状であり、ピニオンシャフト4の軸方向両端面に切削により形成されている。すなわち、円形凹部18a、18bの内面(ピニオンシャフト4の軸方向両端面)は切削面となっている。
Hereinafter, as an example of the pinion shaft of the present embodiment, a pinion shaft that rotatably supports a planetary gear in a planetary gear device used in an automatic transmission of an automobile will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings referred to in the description of each embodiment below, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.
[First embodiment]
The pinion shaft 4 of FIG. 1 is made of alloy steel containing chromium and has a substantially cylindrical shape (round bar shape), and includes an axial hole 15 and a plurality of (three in this example) radial holes. 16, 16, 16 and a pair of circular recesses 18a, 18b. The circular recesses 18 a and 18 b have a truncated cone shape and are formed by cutting on both end surfaces in the axial direction of the pinion shaft 4. That is, the inner surfaces of the circular recesses 18a and 18b (both axial end surfaces of the pinion shaft 4) are cutting surfaces.

ピニオンシャフト4の軸方向に延びる軸方向孔15は、ピニオンシャフト4の径方向中心部に形成されており、その軸方向一端部(図1の左端部)が一方の円形凹部18aの底部に開口しているとともに、軸方向他端部(図1の右端部)がピニオンシャフト4の軸方向中間部Xの他端寄り部分に位置している。
また、このピニオンシャフト4の軸方向略中央に、このピニオンシャフト4を径方向に貫通するようにして一対の径方向孔16、16が形成されているとともに、このピニオンシャフト4の軸方向他端寄り部分に、ピニオンシャフト4の径方向に延びる1つの径方向孔16が形成されている。これら各径方向孔16、16、16は、それぞれの径方向内端部が軸方向孔15の内周面に開口しているとともに、それぞれの径方向外端部がピニオンシャフト4の外周面に開口している。
The axial hole 15 extending in the axial direction of the pinion shaft 4 is formed in the radial center portion of the pinion shaft 4, and one axial end portion (the left end portion in FIG. 1) is opened at the bottom of one circular recess 18a. In addition, the other end portion in the axial direction (the right end portion in FIG. 1) is located near the other end of the intermediate portion X in the axial direction of the pinion shaft 4.
In addition, a pair of radial holes 16 and 16 are formed at substantially the center in the axial direction of the pinion shaft 4 so as to penetrate the pinion shaft 4 in the radial direction, and the other axial end of the pinion shaft 4 is formed. One radial hole 16 extending in the radial direction of the pinion shaft 4 is formed in the side portion. Each of these radial holes 16, 16, 16 has a radially inner end opening on the inner peripheral surface of the axial hole 15, and each radial outer end on the outer peripheral surface of the pinion shaft 4. It is open.

ピニオンシャフト4のうち軸方向両端部Y、Yを除いた軸方向中間部Xの外周面(すなわち円柱面)には、研削が施されており、外周面は研削面となっている。そして、ピニオンシャフト4の軸方向中間部Xには、浸炭窒化処理(浸炭処理でもよい)、調質処理、高周波焼入れ処理、及び焼戻し処理がこの順に施されており、ピニオンシャフト4の軸方向中間部Xの外周面には表面硬化層19が形成されている。また、ピニオンシャフト4の軸方向両端部Y、Yで、両円形凹部18a、18bと軸方向に整合する部分(円形凹部18a、18bの周囲部分)は、焼入れ硬化せずに生のままである。   Of the pinion shaft 4, the outer peripheral surface (that is, the cylindrical surface) of the axial intermediate portion X excluding the axial end portions Y and Y is ground, and the outer peripheral surface is a ground surface. The intermediate portion X of the pinion shaft 4 is subjected to a carbonitriding process (or carburizing process), a tempering process, an induction hardening process, and a tempering process in this order. A hardened surface layer 19 is formed on the outer peripheral surface of the portion X. In addition, at the axial end portions Y and Y of the pinion shaft 4, the portions that are aligned in the axial direction with the circular concave portions 18 a and 18 b (the peripheral portions of the circular concave portions 18 a and 18 b) remain raw without being hardened by hardening. .

なお、ピニオンシャフト4のうち表面硬化層19が、前述した「高硬度部」に相当する。また、ピニオンシャフト4のうち後述する不動態皮膜21が、前述した「低硬度部」に相当する。そして、ピニオンシャフト4のうち、表面硬化層19にも不動態皮膜21にも該当しない部分(例えば、軸方向端部Yの外周面)は、表面硬化層19よりも硬さが低く且つ不動態皮膜21よりも硬さが高い中硬度部となっている。
軸方向両端部Y、Yの円形凹部18a、18bの底部の表面には、クロム酸化物を含有する不動態皮膜21、21が形成されている。不動態皮膜21(厚さは、例えば0.1μm以上30μm以下である)が表面に形成されているため、軸方向両端部Y、Yにも軸方向中間部Xと同時に浸炭窒化処理が施されているにもかかわらず、不動態皮膜21の内側に存在する炭化物の量は面積率で15%以下であり、表面硬化層19に存在する炭化物の量よりも少ない。
The hardened surface layer 19 of the pinion shaft 4 corresponds to the “high hardness portion” described above. Further, a passive film 21 described later in the pinion shaft 4 corresponds to the above-mentioned “low hardness portion”. A portion of the pinion shaft 4 that does not correspond to the surface hardened layer 19 or the passive film 21 (for example, the outer peripheral surface of the axial end Y) is lower in hardness than the surface hardened layer 19 and is passive. It is a medium hardness part that is harder than the film 21.
Passive films 21 and 21 containing chromium oxide are formed on the surfaces of the bottoms of the circular recesses 18a and 18b at both axial ends Y and Y. Since the passive film 21 (having a thickness of, for example, 0.1 μm or more and 30 μm or less) is formed on the surface, the carbonitriding process is performed on both the axial ends Y and Y simultaneously with the axial intermediate portion X. Nevertheless, the amount of carbide existing inside the passive film 21 is 15% or less in terms of area ratio, which is smaller than the amount of carbide present in the surface hardened layer 19.

また、軸方向中間部X(表面硬化層19)の表面硬さはHV700以上HV850以下で、表面硬化層19の残留オーステナイト量は20体積%以上50体積%以下で、且つ、表面硬化層19の内側の芯部20の残留オーステナイト量は0体積%である。さらに、軸方向両端部Y、Y(特に不動態皮膜21、21が形成されていた部分)の表面硬さはHV350以下である。   Moreover, the surface hardness of the axial direction intermediate part X (surface hardened layer 19) is HV700 or more and HV850 or less, the amount of retained austenite of the surface hardened layer 19 is 20% by volume or more and 50% by volume or less, and the surface hardened layer 19 The amount of retained austenite of the inner core part 20 is 0% by volume. Furthermore, the surface hardness of axial both ends Y and Y (particularly where the passive films 21 and 21 are formed) is HV350 or less.

このようなピニオンシャフト4は、軸方向端部Yの靱性が確保されているため、軸方向端部Yを加締めて遊星歯車装置のキャリア等の部材に固定する際に、軸方向端部Yにひびや割れ等の損傷が発生しにくい。よって、ピニオンシャフト4をキャリア等の部材に固定する際に、加締め等の塑性加工を好ましく使用可能である。また、軸方向中間部Xの強度が確保されているため、遊星歯車装置の運転時に軸方向中間部X(転動面)が損傷しにくい。
ここで、合金鋼に含有される合金成分の含有量、表面硬さ、残留オーステナイト量等の臨界的意義について詳細に説明する。
Since such a pinion shaft 4 has the toughness of the axial end Y, the axial end Y when crimping the axial end Y and fixing it to a member such as a carrier of a planetary gear device. Damages such as cracks and cracks are unlikely to occur. Therefore, when the pinion shaft 4 is fixed to a member such as a carrier, plastic working such as caulking can be preferably used. Further, since the strength of the axial intermediate portion X is ensured, the axial intermediate portion X (rolling surface) is hardly damaged during operation of the planetary gear device.
Here, the critical significance such as the content of alloy components contained in the alloy steel, the surface hardness, the amount of retained austenite, etc. will be described in detail.

〔炭素の含有量について〕
炭素(C)は、基地に固溶して焼入れ、焼戻し後の硬さを向上させて強度を向上させるとともに、鉄、クロム、モリブデン、バナジウム等の炭化物形成元素と結合して炭化物を形成し耐摩耗性を高める作用を有する元素である。耐転動疲労性に必要な硬さを得るために行う浸炭処理、浸炭窒化処理の時間が長くなるとコストアップを招くことから、処理時間の短縮のために、炭素の含有量は0.1質量%以上であることが好ましい。
[Carbon content]
Carbon (C) dissolves in the base and quenches, improves the hardness after tempering and improves strength, and combines with carbide-forming elements such as iron, chromium, molybdenum, vanadium to form carbides and resists carbon. It is an element that has the effect of increasing wear. If the time for carburizing treatment and carbonitriding treatment to obtain the hardness required for rolling fatigue resistance is increased, the cost increases, so the carbon content is 0.1 mass for shortening the treatment time. % Or more is preferable.

ただし、0.29質量%超過であると、製鋼時に粗大な共晶炭化物が生成されやすくなり、転動疲労寿命や強度が低下する場合がある。また、0.29質量%超過であると、鍛造性、冷間加工性、被削性が低下して、加工コストの上昇を招く場合がある。さらに、0.29質量%超過であると、棒状部材への成形性が低く、特に直径15mm以下の棒状部材へ成形しようとすると、塑性加工が困難で成形時に割れやクラックが発生するおそれがある。   However, if it exceeds 0.29% by mass, coarse eutectic carbides are likely to be produced during steelmaking, and the rolling fatigue life and strength may decrease. On the other hand, if it exceeds 0.29% by mass, forgeability, cold workability, and machinability may be deteriorated, resulting in an increase in processing cost. Furthermore, if it exceeds 0.29% by mass, the formability to a rod-shaped member is low, and if it is attempted to mold to a rod-shaped member having a diameter of 15 mm or less, plastic processing is difficult and cracks and cracks may occur during molding. .

〔クロムの含有量について〕
クロム(Cr)は、基地に固溶して焼入れ性、焼戻し軟化抵抗性、耐食性、及び転動疲労寿命を高める作用を有する元素である。また、炭素、窒素等の侵入型固溶元素を実質的に動きにくくして基地の組織を安定化し、水素侵入時の寿命低下を大幅に抑制する作用も有している。さらに、合金鋼中に微細に分布する炭化物が、より高硬度の(Fe,Cr)3 C、(Fe,Cr)7 3 、(Fe,Cr)236 等の炭化物からなるために、耐摩耗性を高める作用も有している。さらに、残留オーステナイトが熱により分解しにくくなり、結果として塑性変形し難い。
合金鋼中のクロムの含有量が2質量%未満であると、前述の作用が十分に得られない場合があり、5質量%を超えると、冷間加工性、被削性、浸炭窒化性(又は浸炭性)が低下してコストの上昇を招くおそれがある。さらに、製鋼時に粗大な共晶炭化物が生成されやすくなり、転動寿命や強度が低下する場合がある。
[Chromium content]
Chromium (Cr) is an element having an effect of increasing the hardenability, temper softening resistance, corrosion resistance, and rolling fatigue life by dissolving in a matrix. In addition, the interstitial solid solution elements such as carbon and nitrogen are substantially prevented from moving to stabilize the base structure, and have a function of greatly suppressing a decrease in life at the time of hydrogen intrusion. Furthermore, since the carbide finely distributed in the alloy steel is composed of carbides such as (Fe, Cr) 3 C, (Fe, Cr) 7 C 3 , (Fe, Cr) 23 C 6 and the like having higher hardness, It also has the effect of increasing wear resistance. Further, the retained austenite is not easily decomposed by heat, and as a result, plastic deformation is difficult.
When the content of chromium in the alloy steel is less than 2% by mass, the above-mentioned action may not be sufficiently obtained. When the content exceeds 5% by mass, cold workability, machinability, carbonitriding ( (Or carburizing properties) may be reduced, leading to an increase in cost. Furthermore, coarse eutectic carbides are likely to be generated during steelmaking, and the rolling life and strength may be reduced.

〔モリブデンの含有量について〕
モリブデン(Mo)は、クロムと同様に基地に固溶して焼入れ性、焼戻し軟化抵抗性、耐食性、及び転動寿命を高める作用を有する元素である。また、クロムと同様に炭素、窒素等の侵入型固溶元素を実質的に動きにくくして基地の組織を安定化し、水素侵入時の寿命低下を大幅に抑制する作用も有している。さらに、合金鋼中に微細に分布する炭化物が、より高硬度のモリブデンの炭化物等からなるために、耐摩耗性を高める作用も有している。
合金鋼中のモリブデンの含有量が0.1質量%未満であると、前述の作用が十分に得られない場合があり、1.5質量%を超えると、冷間加工性、被削性が低下してコストの上昇を招くおそれがある。さらに、製鋼時に粗大な共晶炭化物が生成されやすくなり、転動寿命や強度が低下する場合がある。
[Molybdenum content]
Molybdenum (Mo) is an element having the effect of increasing the hardenability, temper softening resistance, corrosion resistance, and rolling life by solid solution in the base like chromium. In addition, like chromium, interstitial solid solution elements such as carbon and nitrogen are substantially prevented from moving to stabilize the base structure, and have a function of greatly suppressing a decrease in life at the time of hydrogen intrusion. Furthermore, since the carbide finely distributed in the alloy steel is made of a carbide of molybdenum having a higher hardness, it also has an effect of improving wear resistance.
If the molybdenum content in the alloy steel is less than 0.1% by mass, the above-mentioned action may not be sufficiently obtained. If the content exceeds 1.5% by mass, cold workability and machinability are obtained. There is a risk of lowering and increasing costs. Furthermore, coarse eutectic carbides are likely to be generated during steelmaking, and the rolling life and strength may be reduced.

〔マンガンの含有量について〕
マンガン(Mn)は、製鋼時に脱酸剤として作用する元素であり、0.1質量以上添加することが好ましい。また、クロムと同様に基地に固溶してMs点を降下させて、多量の残留オーステナイトを確保したり、焼入れ性を高める作用を有している。ただし、1.5質量%を超えて添加すると、冷間加工性、被削性が低下するだけでなく、マルテンサイト変態開始温度が低下して、浸炭窒化後(又は浸炭後)に多量の残留オーステナイトが残存し十分な硬さが得られない場合がある。
[About manganese content]
Manganese (Mn) is an element that acts as a deoxidizer during steelmaking, and is preferably added in an amount of 0.1 mass or more. Moreover, it has the effect | action which solid-dissolves to a base | substrate similarly to chromium, and lowers Ms point, ensures a large amount of retained austenite, or improves hardenability. However, if added over 1.5% by mass, not only the cold workability and machinability are lowered, but also the martensitic transformation start temperature is lowered, and a large amount of residual carbonitriding (or after carburizing) is left. Austenite may remain and sufficient hardness may not be obtained.

〔ケイ素の含有量について〕
ケイ素(Si)は、マンガンと同様に製鋼時に脱酸剤として作用する元素であり、0.1質量以上添加することが好ましい。また、クロム、マンガンと同様に焼入れ性を向上させるとともに、基地のマルテンサイト化や残留オーステナイトの安定化を促進し、軸受寿命の向上に有効な元素である。さらに、焼戻し軟化抵抗性を高める作用も有している。ただし、1.5質量%を超えて添加すると、鍛造性、冷間加工性、被削性、及び浸炭窒化性(又は浸炭性)が低下する場合がある。
[About silicon content]
Silicon (Si) is an element that acts as a deoxidizing agent during steel making, like manganese, and is preferably added in an amount of 0.1 mass or more. Moreover, it is an element effective for improving the bearing life by improving the hardenability as well as chromium and manganese, and promoting the martensitic transformation of the base and the stabilization of retained austenite. Furthermore, it has the effect | action which raises temper softening resistance. However, if added over 1.5% by mass, forgeability, cold workability, machinability, and carbonitridability (or carburizability) may deteriorate.

〔転動面の表面硬さについて〕
異物潤滑環境下における遊星歯車装置の転動寿命の低下は、異物の噛み込みによって形成された圧痕の盛り上がり縁部における応力集中が原因とされる。ピニオンシャフト4の転動面の表面硬さ(軸方向中間部X(表面硬化層19)の表面硬さ)がHV700以上HV850以下であれば圧痕が形成されにくいので、遊星歯車装置が異物混入下で使用されても長寿命である。ピニオンシャフト4の転動面の表面硬さがHV700未満であると、硬さが不十分であるため圧痕が形成されるおそれがあり、HV850超過であると、焼入れ温度を高くする必要があるため、結晶粒径の粗大化により靭性が低下するおそれがある。
[About surface hardness of rolling surface]
The decrease in the rolling life of the planetary gear device in the foreign matter lubrication environment is caused by stress concentration at the rising edge of the indentation formed by the biting of the foreign matter. If the surface hardness of the rolling surface of the pinion shaft 4 (surface hardness of the axial intermediate portion X (surface hardened layer 19)) is HV700 or more and HV850 or less, indentation is difficult to form, so that the planetary gear device is mixed with foreign matter. Long life even when used in. If the surface hardness of the rolling surface of the pinion shaft 4 is less than HV700, there is a risk that indentation will be formed because the hardness is insufficient, and if it exceeds HV850, it is necessary to increase the quenching temperature. The toughness may be reduced due to the coarsening of the crystal grain size.

〔表面硬化層19の残留オーステナイト量について〕
表面硬化層19の残留オーステナイト量が20体積%以上50体積%以下であると、上記のような応力集中が生じにくい。20体積%未満であると、表面疲労を緩和する応力集中の軽減効果が乏しく、疲労寿命が低下する。一方、50体積%超過であると、表面硬さが不十分となり耐摩耗性や耐表面疲労性が損なわれるおそれがある。このような不都合が生じにくく、優れた疲労寿命が安定して得られるためには、表面硬化層19の残留オーステナイト量は好ましくは20体積%以上50体積%以下の範囲に、より好ましくは30体積%以上40体積%以下の範囲に規制される。
[Residual austenite amount of the hardened surface layer 19]
When the amount of retained austenite of the surface hardened layer 19 is 20% by volume or more and 50% by volume or less, the stress concentration as described above hardly occurs. If it is less than 20% by volume, the effect of reducing the stress concentration that relieves surface fatigue is poor, and the fatigue life is reduced. On the other hand, if it exceeds 50% by volume, the surface hardness becomes insufficient and the wear resistance and surface fatigue resistance may be impaired. In order to prevent such inconvenience and to obtain an excellent fatigue life stably, the amount of retained austenite of the surface hardened layer 19 is preferably in the range of 20% by volume to 50% by volume, more preferably 30% by volume. % To 40% by volume or less.

〔芯部20の残留オーステナイト量について〕
転動面表面の残留オーステナイト量を20体積%以上50体積%以下に確保することで、異物潤滑環境下の転動疲労寿命を向上させることができる。一方、残留オーステナイトは、荷重等の応力や熱が加わると、分解してフェライトとセメンタイトの混合物やマルテンサイトに変化するため、ピニオンシャフトに塑性変形が生じる。そこで、ピニオンシャフト4の塑性曲がりを極力抑制させるために、表面硬化層19の内側の芯部20の残留オーステナイト量は0体積%超過2.0体積%以下とすることが好ましく、0体積%とすることがより好ましい。
[Residual austenite content of core 20]
By ensuring the amount of retained austenite on the surface of the rolling surface to be 20% by volume or more and 50% by volume or less, it is possible to improve the rolling fatigue life in a foreign matter lubrication environment. On the other hand, retained austenite decomposes and changes to a mixture of ferrite and cementite or martensite when stress such as a load or heat is applied, so that plastic deformation occurs in the pinion shaft. Therefore, in order to suppress the plastic bending of the pinion shaft 4 as much as possible, the amount of retained austenite of the inner core portion 20 of the surface hardened layer 19 is preferably more than 0% by volume and not more than 2.0% by volume, and 0% by volume. More preferably.

〔軸方向端部Yの表面硬さについて〕
ピニオンシャフト4においては、転動疲労寿命を確保するため転動面には高い硬さが必要とされるが、軸方向端部Yは加締めによる固定を行うため、塑性変形可能な硬さにしなければならない。軸方向端部Y(特に不動態皮膜21、21が形成されていた部分)の表面硬さは、HV350以下であることが好ましく、HV150以上HV350以下であることがより好ましく、HV150以上HV320以下であることがさらに好ましい。軸方向端部Yの表面硬さがHV350超過であると、加締め加工の際に割れが発生する場合があり、HV150未満では加締め後の剛性を保つことができない場合がある。
[Surface hardness of axial end Y]
In the pinion shaft 4, a high hardness is required for the rolling surface in order to ensure a rolling fatigue life. However, since the axial end Y is fixed by caulking, the hardness should be plastically deformable. There must be. The surface hardness of the axial end Y (particularly where the passive films 21 and 21 are formed) is preferably HV350 or less, more preferably HV150 or more and HV350 or less, and HV150 or more and HV320 or less. More preferably it is. If the surface hardness of the axial end Y exceeds HV350, cracking may occur during caulking, and if it is less than HV150, rigidity after caulking may not be maintained.

〔不動態皮膜21の厚さについて〕
クロム酸化物を含有する不動態皮膜21をピニオンシャフト4の軸方向端部Y(円形凹部18aの底部)の表面に設けることにより、浸炭時、浸炭窒化時の軸方向端部Yへの炭素の侵入を制限し、軸方向端部Yの表面硬さ及び初析炭化物の発生を抑制することができる。不動態皮膜の厚さは0.1μm以上30μm以下であることが好ましい。不動態皮膜21の厚さが0.1μm未満であると、炭素の侵入を十分に抑制できないおそれがあり、30μm超過であると、有害なスケールとして実機での使用中に剥離して、悪影響が出るおそれがある。
[About the thickness of the passive film 21]
By providing the passivation film 21 containing chromium oxide on the surface of the axial end Y of the pinion shaft 4 (the bottom of the circular recess 18a), carbon is applied to the axial end Y during carburizing and carbonitriding. The penetration can be restricted, and the surface hardness of the axial end Y and the generation of proeutectoid carbide can be suppressed. The thickness of the passive film is preferably 0.1 μm or more and 30 μm or less. If the thickness of the passive film 21 is less than 0.1 μm, carbon intrusion may not be sufficiently suppressed. If the thickness is more than 30 μm, it may be peeled off during use in an actual machine as a harmful scale, resulting in adverse effects. There is a risk of getting out.

〔軸方向端部Yの炭化物の量について〕
例えば、クロムの含有量を増加させた肌焼鋼に通常の浸炭窒化処理を行うと、その後の冷却過程において粒界に選択的に初析炭化物が析出しやすくなり、軸方向端部Yの表面硬さが低い場合でも、析出した炭化物が加締め加工の際の割れの起点となるおそれがある。そのため、軸方向端部Yの炭化物の量、すなわち、不動態皮膜21の内側に存在する炭化物の量は、面積率で15%以下であることが好ましく、1.0%以上12%以下であることがより好ましい。軸方向端部Yの炭化物の量が15%超過であると、炭化物同士が結合しやすくなり、加締め加工を行った際に加締め割れが生じやすくなる。
[About the amount of carbide at the axial end Y]
For example, when normal carbonitriding is performed on case-hardened steel with increased chromium content, pro-eutectoid carbides are likely to selectively precipitate at the grain boundaries in the subsequent cooling process, and the surface of the end Y in the axial direction Even when the hardness is low, the precipitated carbide may be a starting point of cracking during caulking. Therefore, the amount of carbide at the axial end Y, that is, the amount of carbide existing inside the passive film 21 is preferably 15% or less in terms of area ratio, and is 1.0% or more and 12% or less. It is more preferable. If the amount of carbide at the axial end Y is more than 15%, the carbides are easily bonded to each other, and caulking cracks are likely to occur when caulking.

次に、このようなピニオンシャフト4の製造方法について説明する。まず、クロムを含有する合金鋼(例えば高炭素クロム軸受鋼、肌焼鋼)からなる素材を略円柱状(丸棒状)に加工し、ピニオンシャフトの形状の部材とする(加工工程)。この加工の際には、略円柱状の素材の外周面(円柱面)を研削するとともに、略円柱状の素材の軸方向両端面を、加工変質層が形成されるように切削して、この部材の軸方向両端部(円形凹部18aの底部)の表面に加工変質層を生じさせる。加工変質層の厚さは、加工速度等の条件の調整により、例えば3μm以上40μm以下に制御するとよい。   Next, a method for manufacturing such a pinion shaft 4 will be described. First, a material made of alloy steel containing chromium (for example, high-carbon chromium bearing steel, case-hardened steel) is processed into a substantially cylindrical shape (round bar shape) to form a pinion shaft-shaped member (processing step). During this processing, the outer peripheral surface (cylindrical surface) of the substantially cylindrical material is ground, and both axial end surfaces of the substantially cylindrical material are cut so that a work-affected layer is formed. A work-affected layer is generated on the surface of both end portions in the axial direction of the member (the bottom portion of the circular recess 18a). The thickness of the work-affected layer may be controlled to 3 μm or more and 40 μm or less, for example, by adjusting conditions such as the processing speed.

続いて、加工変質層を有する部材に、浸炭処理又は浸炭窒化処理を含む熱処理を施す(熱処理工程)。その結果、熱処理工程の熱処理の昇温過程において加工変質層を有する部材に加熱処理が施されるため、加工変質層が形成された軸方向両端面には、クロム酸化物を含有する不動態皮膜21が形成される(不動態皮膜形成工程)。一方、加工変質層が形成されていない軸方向中間部(すなわち、研削された部分)には、昇温過程の後に浸炭処理又は浸炭窒化処理による表面硬化が施される。すなわち、不動態皮膜21の形成と浸炭処理又は浸炭窒化処理による表面硬化とが、1回の処理により達成される。   Subsequently, the member having the work-affected layer is subjected to heat treatment including carburization or carbonitriding (heat treatment step). As a result, since the member having the work-affected layer is subjected to heat treatment in the temperature rising process of the heat treatment process, the passive film containing chromium oxide is formed on both end surfaces in the axial direction where the work-affected layer is formed. 21 is formed (passive film forming step). On the other hand, a surface hardening by a carburizing process or a carbonitriding process is performed on the axially intermediate part (that is, the ground part) where the work-affected layer is not formed after the temperature raising process. That is, formation of the passive film 21 and surface hardening by carburizing or carbonitriding are achieved by a single treatment.

ただし、不動態皮膜21の形成と浸炭処理又は浸炭窒化処理による表面硬化とを分けて行ってもよい(2回の処理を行ってもよい)。すなわち、加工変質層を有する部材に加熱処理を施して、加工変質層が形成された軸方向両端面に不動態皮膜21を形成(不動態皮膜形成工程)した後に、不動態皮膜21が形成された部材に浸炭処理又は浸炭窒化処理を含む熱処理を施してもよい。
なお、浸炭処理又は浸炭窒化処理を含む熱処理時の昇温は、不動態皮膜21が形成されやすいように徐々に行うことが好ましく、昇温速度は例えば5℃/min以上25℃/min以下に制御することが好ましい。
However, the formation of the passive film 21 and the surface hardening by the carburizing process or the carbonitriding process may be performed separately (two processes may be performed). That is, the member having the work-affected layer is subjected to heat treatment to form the passive film 21 on both end surfaces in the axial direction where the work-affected layer is formed (passive film forming step), and then the passive film 21 is formed. The member may be subjected to heat treatment including carburizing or carbonitriding.
Note that the temperature increase during the heat treatment including the carburizing process or the carbonitriding process is preferably performed gradually so that the passive film 21 is easily formed, and the temperature increasing rate is, for example, 5 ° C./min to 25 ° C./min. It is preferable to control.

浸炭処理又は浸炭窒化処理を含む熱処理に続いて、大気中又は窒素雰囲気中にて700℃以上770℃以下で焼鈍し処理(調質処理)を行った後に、軸方向中間部(熱処理工程で熱処理を施された素材の表面のうち、加工変質層を形成した部分とは異なる部分)のみに高周波焼入れを施して表面硬化層19を形成する(高周波焼入れ工程)。そして、焼戻し処理をさらに施す。このような処理によって、表面硬さがHV700以上HV850以下の表面硬化層19を軸方向中間部Xに有し、軸方向両端部Y、Yの表面硬さがHV150以上HV350以下であり、軸方向両端面に不動態皮膜21を有するピニオンシャフト4が得られる。また、不動態皮膜21の内側に存在する炭化物の量を面積率で15%以下とする。さらに、表面硬化層19の残留オーステナイト量を20体積%以上50体積%以下とし、且つ、表面硬化層19の内側の芯部20の残留オーステナイト量を0体積%とする。   Following heat treatment including carburizing or carbonitriding, annealing is performed at 700 ° C. or higher and 770 ° C. or lower in the air or nitrogen atmosphere (tempering treatment), and then the axial intermediate portion (heat treatment in the heat treatment step). The surface hardening layer 19 is formed by subjecting only the surface of the material subjected to the induction hardening to induction hardening only on the portion different from the portion where the work-affected layer is formed (induction hardening step). Then, a tempering process is further performed. By such a treatment, the surface hardness layer 19 having a surface hardness of HV700 or more and HV850 or less is provided in the axial intermediate portion X, the surface hardness of both axial ends Y and Y is HV150 or more and HV350 or less, and the axial direction The pinion shaft 4 having the passive film 21 on both end faces is obtained. Further, the amount of carbide existing inside the passive film 21 is set to 15% or less by area ratio. Furthermore, the amount of retained austenite of the surface hardened layer 19 is set to 20% by volume or more and 50% by volume or less, and the amount of retained austenite of the core 20 inside the surface hardened layer 19 is set to 0% by volume.

このように、加工変質層の厚さと浸炭処理又は浸炭窒化処理を含む熱処理時の昇温速度とを規定することにより不動態皮膜21が形成されて、軸方向端部Y(不動態皮膜21の内側)に存在する炭化物の量が抑制されるので、転動疲労寿命向上のためにクロムの含有量を多くした合金鋼を用いているにもかかわらず、粗大粒生成防止元素であるニオブ(Nb)の添加を必要としない。   Thus, the passive film 21 is formed by defining the thickness of the work-affected layer and the temperature increase rate during the heat treatment including the carburizing process or the carbonitriding process, and the axial end Y (the passive film 21 of the passive film 21) is formed. Since the amount of carbides present on the inner side is suppressed, niobium (Nb), which is an element for preventing the formation of coarse grains, is used in spite of using alloy steel with an increased chromium content for improving rolling fatigue life. ) Is not required.

ここで、軸方向端部Yの加工変質層及び浸炭時又は浸炭窒化時の昇温速度について詳述する。
不動態皮膜21の形成には、表面の加工変質層と昇温時の昇温速度が関係している。表面の加工変質層の存在によって表面へのクロムの拡散が助長されるので、浸炭又は浸炭窒化の開始前までの間に(すなわち、浸炭又は浸炭窒化の昇温時に)クロム酸化物を含有する不動態皮膜21が形成される。
Here, the work-affected layer at the axial end Y and the heating rate during carburizing or carbonitriding will be described in detail.
The formation of the passive film 21 is related to the work-affected layer on the surface and the rate of temperature increase at the time of temperature increase. The presence of a work-affected layer on the surface promotes the diffusion of chromium to the surface, so that no chromium oxide is contained before the start of carburizing or carbonitriding (ie, at the elevated temperature of carburizing or carbonitriding). A dynamic film 21 is formed.

加工変質層の厚さが3μm未満では、不動態皮膜21の生成が不十分になるおそれがある。一方、40μmより深い加工変質層を得るには(すなわち、加工変質層の厚さが40μm超過であると)、過酷な切削条件での加工が必要となるので、製品の寸法精度や加工装置への負荷を考えると現実的ではない。
また、不動態皮膜21は常温で加工を行った際に形成されるものではなく、昇温中のある一定の温度環境下において形成される。よって、25℃/minよりも速い速度で昇温された場合には、十分な厚さの不動態皮膜21が形成できないおそれがある。一方、5℃/minよりも遅い速度では、浸炭温度又は浸炭窒化温度までの昇温に時間がかかりすぎてしまうため、生産性の問題から現実的ではない。
If the thickness of the work-affected layer is less than 3 μm, the generation of the passive film 21 may be insufficient. On the other hand, in order to obtain a work-affected layer deeper than 40 μm (that is, when the work-affected layer has a thickness exceeding 40 μm), processing under severe cutting conditions is required. It is not realistic considering the load.
In addition, the passive film 21 is not formed when processing is performed at room temperature, but is formed under a certain temperature environment during temperature rise. Therefore, when the temperature is increased at a rate faster than 25 ° C./min, there is a possibility that the passive film 21 having a sufficient thickness cannot be formed. On the other hand, at a speed slower than 5 ° C./min, it takes too much time to raise the temperature to the carburizing temperature or the carbonitriding temperature, which is not realistic from the viewpoint of productivity.

なお、図1のピニオンシャフト4は不動態皮膜21を備えているが、不動態皮膜21は浸炭時、浸炭窒化時の軸方向端部Yへの炭素の侵入を制限するためのものであるので、浸炭、浸炭窒化の終了後は不必要である。したがって、浸炭、浸炭窒化後に、切削等で不動態皮膜を除去する工程によって不動態皮膜21を除去してもよい。不動態皮膜21を除去すると、軸方向端部Yが硬度のより低い層のみで構成されることとなるので、加締め加工がより行いやすくなる。   The pinion shaft 4 of FIG. 1 includes a passive film 21, but the passive film 21 is intended to limit carbon intrusion into the axial end Y during carburizing and carbonitriding. It is unnecessary after carburizing and carbonitriding. Therefore, after the carburizing and carbonitriding, the passive film 21 may be removed by a process of removing the passive film by cutting or the like. If the passive film 21 is removed, the end Y in the axial direction is composed of only a layer having a lower hardness, so that the caulking process becomes easier.

次に、ピニオンシャフト4を用いた遊星歯車装置について、図2、3を参照しながら説明する。遊星歯車装置は、外周面に歯1aを形成した太陽歯車1と、この太陽歯車1と同心に配置され、内周面に歯2aを形成したリング歯車2と、太陽歯車1とリング歯車2との間に円周方向に関して等間隔に配置された複数個(一般的には3〜4個)の遊星歯車3、3、3と、を備えている。そして、これら複数個の遊星歯車3、3、3の外周面に形成した歯3aは、両歯1a、2aに噛み合っている。   Next, a planetary gear device using the pinion shaft 4 will be described with reference to FIGS. The planetary gear device includes a sun gear 1 having teeth 1a formed on the outer peripheral surface, a ring gear 2 disposed concentrically with the sun gear 1 and having teeth 2a formed on the inner peripheral surface, the sun gear 1 and the ring gear 2 And a plurality (generally 3 to 4) of planetary gears 3, 3, and 3 arranged at equal intervals in the circumferential direction. The teeth 3a formed on the outer peripheral surfaces of the plurality of planetary gears 3, 3 and 3 mesh with both teeth 1a and 2a.

複数個の遊星歯車3、3、3は、それぞれピニオンシャフト4の周囲に、それぞれ複数本ずつのニードルころ5、5を介して回転自在に支持されている。すなわち、遊星歯車3とピニオンシャフト4と各ニードルころ5、5とにより、転がり軸受(ラジアルニードル軸受)が構成されており、このうちのピニオンシャフト4が、転がり軸受の内輪に相当する。   The plurality of planetary gears 3, 3, and 3 are rotatably supported around the pinion shaft 4 via a plurality of needle rollers 5 and 5, respectively. That is, the planetary gear 3, the pinion shaft 4, and the needle rollers 5, 5 constitute a rolling bearing (radial needle bearing), and the pinion shaft 4 of these corresponds to the inner ring of the rolling bearing.

各ピニオンシャフト4の基端部(図3の右端部)は、太陽歯車1を中心として回転自在なキャリア6の基板7に固定されている。詳述すると、各ピニオンシャフト4の基端部が加締められ、基板7に形成された通孔8aに締まり嵌めで嵌合されている。基端部が加締められたピニオンシャフト4を、図4に示す。ピニオンシャフト4の基端部の周方向一部分又は周方向全体が径方向外方に加締め広げられることにより、キャリア6の基板7に固定される。
また、図示の例では、太陽歯車1を円筒状に形成し、基板7を、断面L字形で全体を円輪状に形成している。そして、図3に示すように、基板7の内周縁部に形成した円筒部10を、回転軸11の外周面にスプライン係合させている。太陽歯車1は、回転軸11の周囲に、回転軸11に対して相対回転自在に支持されている。また、リング歯車2は、太陽歯車1、キャリア6、回転軸11の周囲に、これら太陽歯車1、キャリア6、回転軸11に対して相対回転自在に支持されている。
A base end portion (right end portion in FIG. 3) of each pinion shaft 4 is fixed to a substrate 7 of a carrier 6 that is rotatable around the sun gear 1. More specifically, the base end portion of each pinion shaft 4 is crimped and fitted into a through hole 8a formed in the substrate 7 by an interference fit. FIG. 4 shows the pinion shaft 4 whose base end portion is crimped. A part of the base end portion of the pinion shaft 4 or the entire circumferential direction is fixed to the substrate 7 of the carrier 6 by being caulked and spread radially outward.
In the illustrated example, the sun gear 1 is formed in a cylindrical shape, and the substrate 7 is formed in an annular shape with an L-shaped cross section. As shown in FIG. 3, the cylindrical portion 10 formed on the inner peripheral edge of the substrate 7 is spline-engaged with the outer peripheral surface of the rotating shaft 11. The sun gear 1 is supported around the rotary shaft 11 so as to be rotatable relative to the rotary shaft 11. The ring gear 2 is supported around the sun gear 1, the carrier 6, and the rotation shaft 11 so as to be rotatable relative to the sun gear 1, the carrier 6, and the rotation shaft 11.

さらに、各ピニオンシャフト4の先端部(図3の左端部)は、基板7と共にキャリア6を構成する、円輪状に形成された連結板12に形成した通孔8bに嵌め込まれて加締め固定され、各ピニオンシャフト4の先端部同士が連結されている。ピニオンシャフト4の先端部の加締めについても、前述したピニオンシャフト4の基端部の場合と同様であり、図4に示すように、ピニオンシャフト4の先端部の周方向一部分又は周方向全体が径方向外方に加締め広げられることにより、連結板12に固定される。
これら複数のピニオンシャフト4の軸方向中間部の外周面(基板7と連結板12との間の部分)は、円柱面状の内輪軌道13とされている。一方、遊星歯車3の内周面は、円筒面状の外輪軌道14とされている。そして、これら内輪軌道13と外輪軌道14との間に各ニードルころ5、5を配して、遊星歯車3は、ピニオンシャフト4の軸方向中間部の周囲に、回転自在に支持されている。
Further, the tip end portion (left end portion in FIG. 3) of each pinion shaft 4 is fitted into a through-hole 8b formed in a connecting plate 12 formed in an annular shape that constitutes the carrier 6 together with the substrate 7, and is fixed by crimping. The tip portions of the pinion shafts 4 are connected to each other. The caulking of the tip end portion of the pinion shaft 4 is also the same as the case of the base end portion of the pinion shaft 4 described above, and as shown in FIG. It is fixed to the connecting plate 12 by being caulked and spread outward in the radial direction.
An outer peripheral surface (a portion between the substrate 7 and the connecting plate 12) of the axially intermediate portion of the plurality of pinion shafts 4 is a cylindrical surface-shaped inner ring raceway 13. On the other hand, the inner peripheral surface of the planetary gear 3 is a cylindrical outer ring raceway 14. The needle rollers 5, 5 are arranged between the inner ring raceway 13 and the outer ring raceway 14, and the planetary gear 3 is rotatably supported around the axial intermediate portion of the pinion shaft 4.

このような遊星歯車3及びピニオンシャフト4等を備える遊星歯車装置は、例えば、回転軸11を駆動軸又は従動軸としており、太陽歯車1又はリング歯車2の中心が従動軸又は駆動軸に結合されている。そして、太陽歯車1、リング歯車2、及び遊星歯車3のいずれかを回転自在とし、太陽歯車1、リング歯車2、及び遊星歯車3のいずれかを回転不能とするかを切り換えることにより、駆動軸と従動軸との間の変速並びに回転方向の変換を行う。   In such a planetary gear device including the planetary gear 3 and the pinion shaft 4, for example, the rotation shaft 11 is used as a drive shaft or a driven shaft, and the center of the sun gear 1 or the ring gear 2 is coupled to the driven shaft or the drive shaft. ing. Then, any one of the sun gear 1, the ring gear 2, and the planetary gear 3 is rotatable, and the drive shaft is switched by switching whether the sun gear 1, the ring gear 2, or the planetary gear 3 is non-rotatable. Speed change and rotation direction conversion between the motor and the driven shaft.

〔第二実施形態〕
次に、第二実施形態のピニオンシャフト4を、図5を参照しながら説明する。なお、第二実施形態のピニオンシャフト4の構成及び製造方法は、第一実施形態のピニオンシャフト4の構成及び製造方法とほぼ同様であるので、異なる部分のみ説明し、同様の部分の説明は省略する。
第一実施形態のピニオンシャフト4の場合は、軸方向両端面を切削により凹化して円形凹部18a、18bを形成したため、円形凹部18a、18bの内面のみに不動態皮膜21、21が形成されていた。これに対して、第二実施形態のピニオンシャフト4の場合は、軸方向両端面を切削により凹化して円形凹部18a、18bを形成するとともに、軸方向両端部Y、Yの外周の角部を切削により面取りしたため(よって、円形凹部18a、18bの内面、軸方向両端面の外周側部分、及び面取り部は切削面となっている。)、図5に示すように、円形凹部18a、18bの内面のみならず、軸方向両端面の外周側部分及び面取り部にも不動態皮膜21、21が形成されている。なお、面取り部の形状は、図5に示すように平面状(いわゆるC面取り)でもよいし、曲面状(いわゆるR面取り(丸み面取り))でもよい。
[Second Embodiment]
Next, the pinion shaft 4 of the second embodiment will be described with reference to FIG. In addition, since the structure and manufacturing method of the pinion shaft 4 of 2nd embodiment are substantially the same as the structure and manufacturing method of the pinion shaft 4 of 1st embodiment, only a different part is demonstrated and description of the same part is abbreviate | omitted. To do.
In the case of the pinion shaft 4 of the first embodiment, both end faces in the axial direction are recessed by cutting to form the circular recesses 18a and 18b, and thus the passive films 21 and 21 are formed only on the inner surfaces of the circular recesses 18a and 18b. It was. On the other hand, in the case of the pinion shaft 4 of the second embodiment, both end surfaces in the axial direction are recessed by cutting to form circular recesses 18a and 18b, and corners on the outer periphery of the axial end portions Y and Y are formed. Since chamfering is performed by cutting (thus, the inner surfaces of the circular recesses 18a and 18b, the outer peripheral portions of both axial end surfaces, and the chamfered portions are cutting surfaces), as shown in FIG. 5, the circular recesses 18a and 18b Passive films 21 and 21 are formed not only on the inner surface but also on the outer peripheral side portion and the chamfered portion of both axial end surfaces. The shape of the chamfered portion may be flat (so-called C chamfering) as shown in FIG. 5, or may be curved (so-called R chamfering (round chamfering)).

第二実施形態のピニオンシャフト4の場合は、上記のように、ピニオンシャフト4の製造時に切削により素材の軸方向長さが短くなるので、その分を考慮して、素材の軸方向長さを決定する。すなわち、完成品のピニオンシャフト4よりも軸方向長さが大きい素材を用意し、その素材の軸方向両端部を上記のように切削してピニオンシャフト4の正規の軸方向長さとすれば、上記のような製造方法を採る場合であっても、所望の軸方向長さのピニオンシャフト4を製造することができる。また、浸炭、浸炭窒化後に切削等で不動態皮膜21を除去する場合には、その分だけ軸方向長さが短くなることをさらに考慮に加えて、素材の軸方向長さを決定すればよい。   In the case of the pinion shaft 4 of the second embodiment, as described above, the axial length of the material is shortened by cutting when the pinion shaft 4 is manufactured. decide. That is, if a material having a larger axial length than the pinion shaft 4 of the finished product is prepared and both end portions in the axial direction of the material are cut as described above to obtain the normal axial length of the pinion shaft 4, Even when such a manufacturing method is employed, the pinion shaft 4 having a desired axial length can be manufactured. In addition, when the passive film 21 is removed by cutting or the like after carburizing or carbonitriding, the axial length of the material may be determined in consideration of the fact that the axial length is shortened accordingly. .

また、第一実施形態のピニオンシャフト4の場合は、表面硬化層19を有する軸方向中間部Xと、不動態皮膜21を有する軸方向端部Yとが接して軸方向に並んでいた。これに対して、第二実施形態のピニオンシャフト4の場合は、図5に示すように、軸方向中間部Xと軸方向端部Yとの間に、不動態皮膜21も表面硬化層19も有していない中硬度の中硬度部Zが介在している。中硬度部Zの表面には、不動態皮膜21も表面硬化層19も形成されていないので、中硬度部Zの表面硬さは、不動態皮膜21の表面硬さと表面硬化層19の表面硬さとの間の硬さである。   In the case of the pinion shaft 4 of the first embodiment, the axial intermediate portion X having the hardened surface layer 19 and the axial end portion Y having the passive film 21 are in contact with each other and aligned in the axial direction. On the other hand, in the case of the pinion shaft 4 of the second embodiment, as shown in FIG. 5, both the passive film 21 and the surface hardened layer 19 are interposed between the axial intermediate portion X and the axial end portion Y. A medium hardness portion Z of medium hardness that is not present is interposed. Since neither the passive film 21 nor the surface hardened layer 19 is formed on the surface of the medium hardness portion Z, the surface hardness of the medium hardness portion Z is the surface hardness of the passive film 21 and the surface hardness of the surface hardened layer 19. It is the hardness between.

なお、上記の第一及び第二実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は第一及び第二実施形態に限定されるものではない。また、第一及び第二実施形態には種々の変更又は改良を加えることが可能であり、そのような変更又は改良を加えた形態も本発明に含まれ得る。
例えば、第一及び第二実施形態においては、ピニオンシャフトの例として、遊星歯車装置等に使用される部品としてのピニオンシャフトをあげたが、本発明のピニオンシャフトは遊星歯車装置等に部品として使用されるピニオンシャフトに限定されるものではない。本発明のピニオンシャフトを適用可能な他の例としては、タペットローラ軸等の軸部品があげられる。
In addition, said 1st and 2nd embodiment showed an example of this invention, Comprising: This invention is not limited to 1st and 2nd embodiment. Various changes or improvements can be added to the first and second embodiments, and forms to which such changes or improvements are added can also be included in the present invention.
For example, in the first and second embodiments, as an example of a pinion shaft, a pinion shaft as a part used in a planetary gear device or the like has been described. However, the pinion shaft of the present invention is used as a component in a planetary gear device or the like. It is not limited to a pinion shaft. Another example to which the pinion shaft of the present invention can be applied is a shaft component such as a tappet roller shaft.

4 ピニオンシャフト
13 内輪軌道
19 表面硬化層
20 芯部
21 不動態皮膜
X 軸方向中間部(高硬度部)
Y 軸方向端部(低硬度部)
4 Pinion shaft 13 Inner ring raceway 19 Surface hardened layer 20 Core part 21 Passive film X Axial intermediate part (high hardness part)
Y-axis direction end (low hardness part)

Claims (3)

クロムを含有する合金鋼で構成される略円柱状の素材の軸方向端面を、加工変質層が形成されるように切削するとともに、前記素材の円柱面を研削する加工工程と、
前記加工工程で加工された素材に加熱処理を施して、前記加工変質層が形成された部分に、クロム酸化物を含有する不動態皮膜を形成する不動態皮膜形成工程と、
前記不動態皮膜形成工程で前記不動態皮膜が形成された素材に、浸炭処理を含む熱処理を施して、前記加工変質層が形成されていない研削された部分を表面硬化する熱処理工程と、
を備えるピニオンシャフトの製造方法。
Cutting the axial end surface of the substantially cylindrical material composed of alloy steel containing chromium, so as to form a work-affected layer, and grinding the cylindrical surface of the material,
Passive film forming step of forming a passive film containing chromium oxide on the portion where the work-affected layer is formed by subjecting the material processed in the processing step to heat treatment;
A heat treatment step of subjecting the material on which the passive film has been formed in the passive film formation step to a heat treatment including a carburizing treatment to harden the ground portion where the work-affected layer is not formed, and
A method of manufacturing a pinion shaft comprising:
前記不動態皮膜形成工程の加熱処理を、前記熱処理工程の熱処理の昇温過程において行い、
前記熱処理時の昇温速度を、前記不動態皮膜が形成されるような速度に制御する請求項1に記載のピニオンシャフトの製造方法。
The heat treatment of the passive film forming step is performed in the temperature rising process of the heat treatment of the heat treatment step,
The method for manufacturing a pinion shaft according to claim 1, wherein a temperature rising rate during the heat treatment is controlled to a rate at which the passive film is formed.
前記合金鋼は、炭素を0.1質量%以上0.29質量%以下、クロムを2.0質量%以上5.0質量%以下、モリブデンを0.1質量%以上1.5質量%以下、マンガンを0.1質量%以上1.5質量%以下、ケイ素を0.1質量%以上1.5質量%以下含有し、且つ、残部が鉄及び不可避的不純物である請求項1又は請求項2に記載のピニオンシャフトの製造方法。   The alloy steel includes carbon in an amount of 0.1 mass% to 0.29 mass%, chromium in an amount of 2.0 mass% to 5.0 mass%, molybdenum in an amount of 0.1 mass% to 1.5 mass%, 3. Manganese is contained in an amount of 0.1 to 1.5 mass%, silicon is contained in an amount of 0.1 to 1.5 mass%, and the balance is iron and inevitable impurities. A method for manufacturing a pinion shaft according to claim 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2019082457A1 (en) 2017-10-26 2019-05-02 日本精工株式会社 Axial gap measurement device and measurement method for ball screw device, and method for producing ball screw device, vehicle and mechanical device

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