JP2022108449A - 軸部材 - Google Patents
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Abstract
【課題】モーメント荷重が加わる高温環境下におけるクリープ変形の抑制及び転動疲労寿命の改善が可能な軸部材を提供する。【解決手段】軸部材は、鋼製であり、転動体に接触する外周面を備える。軸部材の径方向における外周面からの距離が第１距離以下の領域では、硬さが６５３Ｈｖ以上になっている。軸部材の径方向における距離が第２距離以上の領域では、残留オーステナイト量が７体積パーセント以下になっている。第１距離は、外周面から転動体と外周面とが接触した際の最大せん断応力が６５０ＭＰａとなる位置までの径方向における距離よりも大きい。第２距離は、外周面から転動体と外周面とが接触した際の最大せん断応力が６５０ＭＰａとなる位置までの径方向における距離の１．５倍以下である。【選択図】図３
Description
本発明は、軸部材に関する。
特許文献１（特開２０１０－１５２１号公報）には、ピニオンシャフトが記載されている。特許文献１に記載のピニオンシャフトは、芯部における残留オーステナイト量が０体積パーセントになっている。特許文献１に記載のピニオンシャフトは、外周面における硬さが６５０Ｈｖ以上とされている。
ピニオンシャフトは、モーメント荷重が加わる高温環境下において使用される。そのため、ピニオンシャフトは、使用に伴い、クリープ変形することがある。特許文献１に記載のピニオンシャフトでは、芯部における残留オーステナイト量が０体積パーセントになっているため、使用に伴うクリープ変形の発生が抑制されている。また、特許文献１に記載のピニオンシャフトでは、外周面における硬さが６５０Ｈｖ以上であるため、転動疲労寿命が改善されている。
しかしながら、本発明者らが鋭意検討を行ったところ、特許文献１に記載のピニオンシャフトは、クリープ変形に対する耐性及び転動疲労寿命に関して改善の余地がある。すなわち、特許文献１に記載のピニオンシャフトでは、外周面に存在している表面硬化層の深さ及び外周面から芯部までの距離が特定されていないため、クリープ変形に対する耐性及び転動疲労寿命が不十分になり得る。
本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。より具体的には、本発明は、モーメント荷重が加わる高温環境下におけるクリープ変形の抑制及び転動疲労寿命の改善が可能な軸部材を提供するものである。
本発明の第１態様に係る軸部材は、鋼製であり、転動体に接触する外周面を備える。軸部材の径方向における外周面からの距離が第１距離以下の領域では、硬さが６５３Ｈｖ以上になっている。軸部材の径方向における距離が第２距離以上の領域では、残留オーステナイト量が７体積パーセント以下になっている。第１距離は、外周面から転動体と外周面とが接触した際の最大せん断応力が６５０ＭＰａとなる位置までの径方向における距離よりも大きい。第２距離は、外周面から転動体と外周面とが接触した際の最大せん断応力が６５０ＭＰａとなる位置までの径方向における距離の１．５倍以下である。
本発明の第２態様に係る軸部材は、軸部材は、鋼製であり、転動体に接触する外周面を備える。軸部材の径方向における外周面からの距離が第１距離以下の領域では、硬さが６５３Ｈｖ以上になっている。軸部材の径方向における距離が第２距離以上の領域では、残留オーステナイト量が７体積パーセント以下になっている。第１距離は、軸部材の直径が１２ｍｍ未満である場合に直径の０．０３８倍以上であり、直径が１２ｍｍ以上１６ｍｍ未満である場合に直径の０．０３倍以上であり、直径が１６ｍｍ以上２０ｍｍ未満である場合に直径の０．０２５倍以上であり、直径が２０ｍｍ以上である場合に直径の０．０２倍以上である。第２距離は、直径が１２ｍｍ未満である場合に直径の０．０４倍以下であり、直径が１２ｍｍ以上１６ｍｍ未満である場合に直径の０．０３８倍以下であり、直径が１６ｍｍ以上２０ｍｍ未満である場合に直径の０．０３倍以下であり、直径が２０ｍｍ以上である場合に直径の０．０２５倍以下である。
本発明の第３態様に係る軸部材は、軸部材は、鋼製であり、転動体に接触する外周面を備える。軸部材の径方向における外周面からの距離が第１距離以下の領域では、硬さが６５３Ｈｖ以上になっている。軸部材の径方向における距離が第２距離以上の領域では、残留オーステナイト量が７体積パーセント以下になっている。第１距離は、軸部材の直径が１２ｍｍ以下である場合に直径の０．０２倍以上である。第１距離は、直径が１２ｍｍ超である場合に直径の０．０１５倍以上である。第２距離は、直径が１２ｍｍ以下である場合に直径の０．０２５倍以下である。第２距離は、直径が１２ｍｍ超である場合に直径の０．０２倍以下である。
上記の軸部材では、鋼が、０．１０重量パーセント以上０．４０重量パーセント以下の炭素と、０．１０重量パーセント以上２．５０重量パーセント以下のシリコンと、０．３０重量パーセント以上１．２０重量パーセント以下のマンガンと、１．２０重量パーセント以下のクロムと、０．３０重量パーセント以下のモリブデンとを含んでいてもよい。
上記の軸部材では、鋼が、０．９０重量パーセント以上１．２０重量パーセント以下の炭素と、０．１０重量パーセント以上２．５０重量パーセント以下のシリコンと、０．５０重量パーセント以下のマンガンと、１．２０重量パーセント以上１．７０重量パーセント以下のクロムと、０．０８重量パーセント以下のモリブデンとを含んでいてもよい。
上記軸部材では、鋼が、０．９０重量パーセント以上１．２０重量パーセント以下の炭素と、０．１０重量パーセント以上２．５０重量パーセント以下のシリコンと、０．８０重量パーセント以上１．３０重量パーセント以下のマンガンと、０．８０重量パーセント以上１．３０重量パーセント以下のクロムと、０．０８重量パーセント以下のモリブデンとを含んでいてもよい。
上記の軸部材では、外周面に、浸炭処理又は浸炭浸窒処理が施されていてもよい。外周面における残留オーステナイト量は、１０体積パーセント以上４０体積パーセント以下であってもよい。上記の軸部材は、遊星歯車装置用のピニオンシャフトであってもよい。
本発明の第１態様及び第２態様に係る軸部材によると、モーメント荷重が加わる高温環境下におけるクリープ変形の抑制及び転動疲労寿命の改善が可能である。
実施形態の詳細を、図面を参照しながら説明する。ここでは、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さない。
（実施形態に係る遊星歯車装置及び実施形態に係る軸部材の構成）
以下に、実施形態に係る遊星歯車装置（以下「遊星歯車装置１００」とする）及び実施形態に係る軸部材（以下「軸部材３０」とする）の構成を説明する。
以下に、実施形態に係る遊星歯車装置（以下「遊星歯車装置１００」とする）及び実施形態に係る軸部材（以下「軸部材３０」とする）の構成を説明する。
図１は、遊星歯車装置１００の正面図である。図２は、図１中のＩＩ－ＩＩにおける断面図である。図１及び図２に示されるように、遊星歯車装置１００は、内歯車１０と、軸部材２０と、太陽歯車２１と、軸部材３０と、遊星歯車３１と、キャリア４０（図１中において図示を省略）とを有している。遊星歯車装置１００は、例えば、自動車のトランスミッションの減速機に用いられる。
内歯車１０は、円環形状を有している。内歯車１０は、内周面と、外周面とを有している。内歯車１０の内周面には、内歯車１０の周方向に沿って複数の歯が形成されている。内歯車１０の歯は、内歯車１０の径方向内側に向かって、内歯車１０の内周面から突出している。
軸部材２０は、円柱形状を有している。軸部材２０の中心軸の位置は、内歯車１０の中心軸の位置に一致している。太陽歯車２１は、内周面と、外周面とを有している。太陽歯車２１の外周面には、太陽歯車２１の周方向に沿って複数の歯が形成されている。太陽歯車２１の歯は、太陽歯車２１の径方向外側に向かって、太陽歯車２１の外周面から突出している。太陽歯車２１の中心部には、太陽歯車２１を厚さ方向に沿って貫通している中心孔が形成されている。軸部材２０は、太陽歯車２１の中心孔に嵌め合わされることにより太陽歯車２１に取り付けられている。
軸部材３０は、円柱形状を有している。軸部材３０は、外周面３０ａを有している。軸部材３０の詳細構成は、後述する。遊星歯車３１は、内歯車１０と太陽歯車２１との間に配置されている。遊星歯車３１の中心部には、遊星歯車３１を厚さ方向に貫通している中心孔が形成されている。軸部材３０の外径は、外径Ｄ１である。
遊星歯車３１は、内周面３１ａと、外周面３１ｂとを有している。遊星歯車３１の中心孔の内壁面が、内周面３１ａである。外周面３１ｂには、遊星歯車３１の周方向に沿って複数の歯が形成されている。遊星歯車３１の歯は、遊星歯車３１の径方向外側に向かって外周面３１ｂから突出している。遊星歯車３１の歯は、内歯車１０の歯及び太陽歯車２１の歯と噛み合っている。
軸部材３０は、遊星歯車３１の中心孔に挿入されている。すなわち、軸部材３０は、いわゆるピニオンシャフトである。軸部材３０は、内周面３１ａにより、回転自在に支持されている。より具体的には、外周面３０ａと内周面３１ａとの間には、複数の転動体３２が配置されている。このことを別の観点から言えば、外周面３０ａは、転動体３２に接触する軸部材３０の面である。転動体３２は、例えば、針状ころである。転動体３２の外径は、外径Ｄ２である。外径Ｄ２は、外径Ｄ１の０．５倍以下である。キャリア４０は、軸部材３０の軸方向における一方端に固定されている。
入力軸になる軸部材２０を中心軸回りに回転させることにより、太陽歯車２１が軸部材２０の中心軸回りに回転する。遊星歯車３１の歯は太陽歯車２１の歯及び内歯車１０の歯と噛み合っているため、太陽歯車２１の回転に伴って、遊星歯車３１は、太陽歯車２１の回りを公転することになる。遊星歯車３１の公転は、軸部材３０を介してキャリア４０に伝達され、キャリア４０に固定された出力軸（図示せず）を中心軸回りに回転させる。このように、遊星歯車装置１００によると、入力軸の回転が減速された上で出力軸に伝達されることになる。
＜実施形態に係る軸部材の詳細構成＞
以下に、軸部材３０の詳細構成を説明する。
以下に、軸部材３０の詳細構成を説明する。
軸部材３０は、鋼製である。軸部材３０を構成している鋼は、好ましくは、以下の第１組成、第２組成又は第３組成の鋼である。
表１に示されるように、第１組成の鋼は、０．１０重量パーセント以上０．４０重量パーセント以下の炭素と、０．１０重量パーセント以上２．５０重量パーセント以下のシリコンと、０．３０重量パーセント以上１．２０重量パーセント以下のマンガンと、１．２０重量パーセント以下のクロムと、０．３０重量パーセント以下のモリブデンとを含んでいる。なお、第１組成の鋼は、クロム及びモリブデンを含んでいなくてもよい。第１組成の鋼の残部は、鉄及び不可避不純物である。
表２に示されるように、第２組成の鋼は、０．９０重量パーセント以上１．２０重量パーセント以下の炭素と、０．１０重量パーセント以上２．５０重量パーセント以下のシリコンと、０．５０重量パーセント以下のマンガンと、１．２０重量パーセント以上１．７０重量パーセント以下のクロムと、０．０８重量パーセント以下のモリブデンとを含んでいる。なお、第２組成の鋼は、モリブデンを含んでいなくてもよい。第２組成の鋼の残部は、鉄及び不可避不純物である。
表３に示されるように、第２組成の鋼は、０．９０重量パーセント以上１．２０重量パーセント以下の炭素と、０．１０重量パーセント以上２．５０重量パーセント以下のシリコンと、０．８０重量パーセント以上１．３０重量パーセント以下のマンガンと、０．８０重量パーセント以上１．３０重量パーセント以下のクロムと、０．０８重量パーセント以下のモリブデンとを含んでいる。なお、第３組成の鋼は、モリブデンを含んでいなくてもよい。第３組成の鋼の残部は、鉄及び不可避不純物である。
図３は、外周面３０ａ近傍における軸部材３０の拡大断面図である。図３には、軸部材３０の中心軸を通る断面が示されている。図３に示されるように、軸部材３０は、第１領域３０ｂと、第２領域３０ｃとを有している。
第１領域３０ｂは、外周面３０ａにある。第１領域３０ｂは、軸部材３０の径方向における外周面３０ａからの距離が距離Ｌ１以下の領域である。第１領域３０ｂでは、硬さが６５３Ｈｖ以上（５８ＨＲＣ以上）となっている。
転動体３２と外周面３０ａとが接触した際の最大せん断応力が６５０ＭＰａとなる位置を、位置Ｐとする。距離Ｌ１は、外周面３０ａから位置Ｐまでの軸部材３０の径方向における距離よりも大きい。なお、転動体３２と外周面３０ａとが接触した際の最大接触面圧は、例えば、２０００ＭＰａ以上４０００ＭＰａ以下である。
転動体３２と外周面３０ａとが接触した際の最大せん断応力は、式（１）に式（２）及び式（３）を代入することにより、外周面３０ａからの距離の関数となる。そのため、この関数に基づき、位置Ｐが求められる。
第２領域３０ｃは、軸部材３０の径方向における外周面３０ａからの距離が距離Ｌ２以上の領域である。第２領域３０ｃでは、残留オーステナイト量が７体積パーセント以下となっている。第２領域３０ｃにおける残留オーステナイト量は、０体積パーセントであってもよい。
距離Ｌ２は、例えば距離Ｌ１以上である。但し、距離Ｌ２は、距離Ｌ１よりも小さくてもよい。このことを別の観点から言えば、第１領域３０ｂと第２領域３０ｃとは、軸部材３０の径方向において、互いに重なり合っていてもよい。距離Ｌ２が大きすぎると、第２領域３０ｃが細くなりすぎ、クリープ変形を抑制できなくなる。そのため、距離Ｌ２は、外周面３０ａから位置Ｐまでの軸部材３０の径方向における距離の１．５倍以下である。距離Ｌ２は、好ましくは、外周面３０ａから位置Ｐまでの軸部材３０の径方向における距離の１．３倍以下である。
図４は、軸部材３０の径方向における外周面３０ａからの距離が外径Ｄ１の０．０１５倍となる位置での最大せん断応力と外径Ｄ１との間の関係を示すグラフである。図５は、軸部材３０の径方向における外周面３０ａからの距離が外径Ｄ１の０．０２倍となる位置での最大せん断応力と外径Ｄ１との間の関係を示すグラフである。図６は、軸部材３０の径方向における外周面３０ａからの距離が外径Ｄ１の０．０２５倍となる位置での最大せん断応力と外径Ｄ１との間の関係を示すグラフである。
図７は、軸部材３０の径方向における外周面３０ａからの距離が外径Ｄ１の０．０３倍となる位置での最大せん断応力と外径Ｄ１との間の関係を示すグラフである。図８は、軸部材３０の径方向における外周面３０ａからの距離が外径Ｄ１の０．０３８倍となる位置での最大せん断応力と外径Ｄ１との間の関係を示すグラフである。
なお、図４～図８に示されるグラフの算出に際して、転動体３２と外周面３０ａとの間の最大接触面圧、外径Ｄ１、外径Ｄ２、転動体３２と外周面３０ａとの間の接触幅、ヤング率、ポワソン比及び摩擦係数には、表４に示される値が適用された。
図４～図８に示されるグラフ及び第１領域３０ｂを形成するための熱処理のばらつきを考慮して、例示的な距離Ｌ１の最小値及び距離Ｌ２の最大値を外径Ｄ１及び外径Ｄ２ごとに求めると、表５及び表６に示されるとおりとなる。
外周面３０ａには、浸炭処理が行われていることが好ましい。外周面３０ａには、浸炭浸窒処理が行われていてもよい。浸炭処理は、外周面３０ａにおける炭素濃度が０．７重量パーセント以上となるように行われることが好ましい。浸炭浸窒処理は、外周面３０ａにおける炭素濃度及び窒素濃度がそれぞれ０．７重量パーセント以上及び０．３重量パーセント以上となるように行われることが好ましい。
外周面３０ａにおける残留オーステナイト量は、１０体積パーセント以上４０体積パーセント以上であることが好ましい。なお、外周面３０ａからの距離が外径Ｄ１の０．０１倍までの領域における残留オーステナイト量が１０体積パーセント以上４０体積パーセント以上であれば、「外周面３０ａにおける残留オーステナイト量が１０体積パーセント以上４０体積パーセント以上である」ことが充足される。
第１領域３０ｂにおける硬さは、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｚ ２２４４：２００９）に定められているビッカース硬さ試験法により測定される。第１領域３０ｂ及び第２領域３０ｃにおける残留オーステナイト量は、Ｘ線回折法により測定される。すなわち、オーステナイトのＸ線回折ピークの積分強度と鋼中のオーステナイト以外の相のＸ線回折ピークの積分強度とを比較することにより、残留オーステナイト量が得られる。
＜実施形態に係る軸部材の製造方法＞
図９は、軸部材３０の製造方法を示す工程図である。図９に示されるように、軸部材３０の製造方法は、準備工程Ｓ１と、浸炭浸窒処理工程Ｓ２と、焼入れ工程Ｓ３と、焼戻し工程Ｓ４と、後処理工程Ｓ５とを有している。
図９は、軸部材３０の製造方法を示す工程図である。図９に示されるように、軸部材３０の製造方法は、準備工程Ｓ１と、浸炭浸窒処理工程Ｓ２と、焼入れ工程Ｓ３と、焼戻し工程Ｓ４と、後処理工程Ｓ５とを有している。
準備工程Ｓ１においては、加工対象部材が準備される。浸炭浸窒処理工程Ｓ２においては、加工対象部材の外周面に対する浸炭浸窒処理が行われる。浸炭浸窒処理は、炭素及び窒素を含有する雰囲気中において、加工対象部材を加熱保持することにより行われる。浸炭浸窒処理に用いられる雰囲気ガスは、例えば、ＲＸガス、エンリッチガス及びアンモニアガスを含む。浸炭浸窒処理が行われる際の加熱保持温度は、例えば、加工対象部材を構成している鋼のＡ１変態点以上の温度である。
焼入れ工程Ｓ３においては、第１に、加工対象部材が、Ａ１変態点以上の温度で加熱保持される。これにより、加工対象部材を構成している鋼中に、オーステナイトが生成される。焼入れ工程Ｓ３においては、第２に、加工対象部材が、ＭＳ変態点以下の温度に急冷される。これにより、上記の加熱保持により生成されたオーステナイトの一部がマルテンサイトとなり、その残部が残留オーステナイトとなる。
焼戻し工程Ｓ４においては、加工対象部材がＡ１変態点未満の温度で加熱保持される。これにより、焼入れ工程Ｓ３後に残存していた残留オーステナイトの一部が分解される。後処理工程Ｓ５においては、加工対象部材に対する仕上げ加工（研削、研磨等）及び洗浄が行われる。以上により、図３に示される構造の軸部材３０が製造される。
加工対象部材中の残留オーステナイト量をさらに少なくしようとする場合には、焼入れ工程Ｓ３が行われた後焼戻し工程Ｓ４が行われる前に、深冷処理工程Ｓ６がさらに行われてもよい。深冷処理工程Ｓ６においては、加工対象部材が、Ｍｆ変態点以下の温度に冷却される。これにより、焼入れ工程Ｓ３後に残存していた残留オーステナイトの一部が、マルテンサイトに変態する。
なお、距離Ｌ１及び距離Ｌ２は、焼戻し工程Ｓ４における加熱温度及び保持時間並びに深冷処理工程Ｓ６における冷却温度を適宜調整することにより、調整される。
（実施形態に係る遊星歯車装置及び実施形態に係る軸部材の効果）
以下に、遊星歯車装置１００及び軸部材３０の効果を説明する。
以下に、遊星歯車装置１００及び軸部材３０の効果を説明する。
距離Ｌ１が外周面３０ａから位置Ｐまでの軸部材３０の径方向における距離よりも小さい場合、位置Ｐにおいて十分な硬さを確保することができない。その結果、軸部材３０の転動疲労寿命が不十分となるおそれがある。しかしながら、軸部材３０では、距離Ｌ１が外周面３０ａから位置Ｐまでの軸部材３０の径方向における距離よりも大きいため、位置Ｐにおいて十分な硬さ（より具体的には、６５３Ｈｖ以上の硬さ）を確保することができる。そのため、軸部材３０によると、転動疲労寿命を改善することができる。
図１０は、４点曲げ試験の内容を説明するための模式図である。図１０に示されるように、試験片Ｗが４点曲げ試験は、位置Ｐ１及び位置Ｐ２において支持された状態で、位置Ｐ３及び位置Ｐ４に荷重を加えることにより行われる。
試験片Ｗの寸法は、長さが１４０ｍｍ、幅が２０ｍｍ、厚さが３ｍｍである。位置Ｐ１及び位置Ｐ２は、試験片Ｗの長手方向における中心に関して、対称な位置に配置される。位置Ｐ１と位置Ｐ２との間の距離は、１２０ｍｍである。位置Ｐ３と位置Ｐ４との間の距離は、６０ｍｍである。位置Ｐ３及び位置Ｐ４は、試験片Ｗの長手方向における中心に関して、対称な位置に配置される。試験片Ｗに対する荷重は、試験片Ｗに加わる曲げ応力の最大値が２００ＭＰａとなるように加えられる。この荷重は、試験片Ｗの第２面Ｗｂ側から第１面Ｗａ側に向かって加えられる。上記の荷重が加わっている状態で、試験片Ｗは、大気中において、１３０℃で５０時間保持される。試験片Ｗの反り量は、第２面Ｗｂの試験片Ｗの長手方向における端と当該端からの距離が最大になる第２面Ｗｂ上の位置との間の距離である。
図１１は、４点曲げ試験における試験片Ｗ中の残留オーステナイト量と試験片Ｗの反り量との関係を示すグラフである。図１１に示されるように、４点曲げ試験が行われる前における試験片Ｗ中の残留オーステナイト量が小さくなるほど、試験片Ｗの反り量が小さくなっている。このことから、第２領域３０ｃにおける残留オーステナイト量が７体積パーセント以下とすることにより、軸部材３０のクリープ変形を抑制することができる。
しかしながら、距離Ｌ２が外周面３０ａから位置Ｐまでの軸部材３０の径方向における距離の１．５倍よりも大きい場合、第２領域３０ｃが細くなり過ぎ、残留オーステナイト量を７体積パーセント以下としたことによるクリープ変形の抑制効果が不足することがある。軸部材３０では、距離Ｌ２が外周面３０ａから位置Ｐまでの軸部材３０の径方向における距離の１．５倍以下であるため、クリープ変形が十分に抑制される。
図１２は、４点曲げ試験の前後での試験片Ｗ中の残留オーステナイト量の変化と試験片Ｗの反り量との関係を示すグラフである。図１２に示されるように、４点曲げ試験の前後での試験片Ｗ中の残留オーステナイト量の変化と試験片Ｗの反り量との間には、特段の相はない。
他方で、図１１に示されるように、試験片ＷをＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｇ ４８０５：２０１９）に定められているＳＵＪ３で形成している場合、試験片ＷをＪＩＳ規格に定められているＳＵＪ２で形成している場合と比較して、試験片Ｗの反り量が小さくなる。すなわち、軸部材３０を構成している鋼中の合金成分は、軸部材３０のクリープ変形に影響を与える。
ＳＵＪ３は、ＳＵＪ２と比較して、相対的に多くのシリコン及びマンガンを含有している。第１組成の鋼は、ＳＵＪ２及びＳＵＪ３と比較して、相対的にシリコンの含有量が大きくなっている。第２組成及び第３組成の鋼は、ＳＵＪ２及びＳＵＪ３と比較して相対的にシリコン及びマンガンの含有量が大きくなっている。そのため、軸部材３０を第１組成ないし第３組成の鋼で形成することにより、クリープ変形がさらに抑制される。
鋼中の炭素濃度が低い場合、焼入れにより生成されたマルテンサイト中の転位密度が引くなり、高温保持がなされた際に転位が移動しにくい。第３組成の鋼は、炭素濃度がＳＵＪ２及びＳＵＪ３と比較して相対的に炭素濃度が低くなっている。そのため、軸部材３０を第３組成の鋼で形成することにより、クリープ変形がさらに抑制される。
鋼中におけるクロムの含有量が増加すると、当該鋼のクリープ変形が促進される。第１組成ないし第３組成の鋼は、クロムの含有量が相対的に少ないため、クリープ変形を抑制することができる。また、鋼中のクロムの含有量が抑えられている結果、鋼材コストを低減することができる。
外周面３０ａに浸炭処理又は浸炭浸窒処理が行われている場合、外周面３０ａにおける軸部材３０の硬さが上昇するため、軸部材３０の転動疲労寿命をさらに改善できる。外周面３０ａにおける残留オーステナイト量が１０パーセント以上４０パーセント以下である場合、残留オーステナイトの存在により応力集中及び圧痕の発生が抑制され、異物混入環境下における転動疲労寿命がさらに改善される。
遊星歯車装置１００は、ピニオンシャフトとして軸部材３０を有しているため、ピニオンシャフトの転動疲労寿命及びピニオンシャフトのクリープ変形が抑制されている。
（変形例１）
生産効率等の観点から、表５及び表６に示されているように外径Ｄ１及び外径Ｄ２ごとに距離Ｌ１及び距離Ｌ２を変化させることが困難な場合がある。この場合には、外径Ｄ１ごとに距離Ｌ１及び距離Ｌ２を変化させることにより、同様の効果が得られる。より具体的には、軸部材３０において、外周面３０ａと転動体３２とが４０００ＭＰａの最大接触面圧で接触する場合、距離Ｌ１及び距離Ｌ２は、外径Ｄ１ごとに、表７に示されるよう設定されてもよい。
生産効率等の観点から、表５及び表６に示されているように外径Ｄ１及び外径Ｄ２ごとに距離Ｌ１及び距離Ｌ２を変化させることが困難な場合がある。この場合には、外径Ｄ１ごとに距離Ｌ１及び距離Ｌ２を変化させることにより、同様の効果が得られる。より具体的には、軸部材３０において、外周面３０ａと転動体３２とが４０００ＭＰａの最大接触面圧で接触する場合、距離Ｌ１及び距離Ｌ２は、外径Ｄ１ごとに、表７に示されるよう設定されてもよい。
（変形例２）
図１３は、軸部材３０の径方向における外周面３０ａからの距離と最大せん断応力との関係を示すグラフである。図１３のグラフの算出に際して、外径Ｄ１は１８ｍｍとされ、外径Ｄ２は３．５ｍｍとされた。また、図１３のグラフの算出に際して、外周面３０ａと転動体３２との間の最大接触面圧は、２１６４ＭＰａとされた。
図１３は、軸部材３０の径方向における外周面３０ａからの距離と最大せん断応力との関係を示すグラフである。図１３のグラフの算出に際して、外径Ｄ１は１８ｍｍとされ、外径Ｄ２は３．５ｍｍとされた。また、図１３のグラフの算出に際して、外周面３０ａと転動体３２との間の最大接触面圧は、２１６４ＭＰａとされた。
図１３に示されるように、外径Ｄ１、外径Ｄ２及び外周面３０ａと転動体３２との間の最大接触面圧によっては、軸部材３０に加わる最大せん断応力が６５０ＭＰａを下回ることがある。このような場合でも、表面起点の損傷を防ぐことを考慮する必要がある。この際も、第２領域３０ｃが細すぎるとクリープ変形の抑制が困難となる。このような観点からは、軸部材３０において、外周面３０ａと転動体３２とが最大せん断応力が６５０ＭＰａ以下となるような最大接触面圧で接触する場合、距離Ｌ１及び距離Ｌ２は、外径Ｄ１ごとに、表８に示されるよう設定されてもよい。
以上のように本発明の実施形態について説明を行ったが、上述の実施形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は、上述の実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むことが意図される。
本実施形態は、ピニオンシャフト及びピニオンシャフトを用いた遊星歯車装置に特に有利に適用される。
１０ 内歯車、２０ 軸部材、２１ 太陽歯車 ３０ 軸部材、３０ａ 外周面、３０ｂ 第１領域、３０ｃ 第２領域、３１ 遊星歯車、３１ａ 内周面、３１ｂ 外周面、３２ 転動体、４０ キャリア、１００ 遊星歯車装置、Ｄ１ 外径、Ｄ２ 外径、Ｐ 位置、Ｐ１ 位置、Ｐ２ 位置、Ｐ３ 位置、Ｐ４ 位置、Ｌ１ 距離、Ｌ２ 距離、Ｓ１ 準備工程、Ｓ２ 浸炭浸窒処理工程、Ｓ３ 焼入れ工程、Ｓ４ 焼戻し工程、Ｓ５ 後処理工程、Ｓ６ 深冷処理工程、Ｗ 試験片。
Claims (8)
- 鋼製の軸部材であって、
転動体に接触する外周面を備え、
前記軸部材の径方向における前記外周面からの距離が第１距離以下の領域では、硬さが６５３Ｈｖ以上になっており、
前記径方向における前記外周面からの距離が第２距離以上の領域では、残留オーステナイト量が７体積パーセント以下になっており、
前記第１距離は、前記外周面から前記転動体と前記外周面とが接触した際の最大せん断応力が６５０ＭＰａとなる位置までの前記径方向における距離よりも大きく、
前記第２距離は、前記外周面から前記転動体と前記外周面とが接触した際の最大せん断応力が６５０ＭＰａとなる位置までの前記径方向における距離の１．５倍以下である、軸部材。 - 鋼製の軸部材であって、
転動体に接触する外周面を備え、
前記軸部材の径方向における前記外周面からの距離が第１距離以下の領域では、硬さが６５３Ｈｖ以上になっており、
前記径方向における前記外周面からの距離が第２距離以上の領域では、残留オーステナイト量が７体積パーセント以下になっており、
前記第１距離は、前記軸部材の直径が１２ｍｍ未満である場合には前記直径の０．０３８倍以上であり、前記直径が１２ｍｍ以上１６ｍｍ未満である場合には前記直径の０．０３倍以上であり、前記直径が１６ｍｍ以上２０ｍｍ未満である場合には前記直径の０．０２５倍以上であり、前記直径が２０ｍｍ以上である場合には前記直径の０．０２倍以上であり、
前記第２距離は、前記直径が１２ｍｍ未満である場合には前記直径の０．０４倍以下であり、前記直径が１２ｍｍ以上１６ｍｍ未満である場合には前記直径の０．０３８倍以下であり、前記直径が１６ｍｍ以上２０ｍｍ未満である場合には前記直径の０．０３倍以下であり、前記直径が２０ｍｍ以上である場合には前記直径の０．０２５倍以下である、軸部材。 - 鋼製の軸部材であって、
転動体に接触する外周面を備え、
前記軸部材の径方向における前記外周面からの距離が第１距離以下の領域では、硬さが６５３Ｈｖ以上になっており、
前記径方向における前記外周面からの距離が第２距離以上の領域では、残留オーステナイト量が７体積パーセント以下になっており、
前記第１距離は、前記軸部材の直径が１２ｍｍ以下である場合に前記直径の０．０２倍以上であり、前記直径が１２ｍｍ超である場合に前記直径の０．０１５倍以上であり、
前記第２距離は、前記直径が１２ｍｍ以下である場合に前記直径の０．０２５倍以下であり、前記直径が１２ｍｍ超である場合に前記直径の０．０２倍以下である、軸部材。 - 前記鋼は、０．１０重量パーセント以上０．４０重量パーセント以下の炭素と、０．１０重量パーセント以上２．５０重量パーセント以下のシリコンと、０．３０重量パーセント以上１．２０重量パーセント以下のマンガンと、１．２０重量パーセント以下のクロムと、０．３０重量パーセント以下のモリブデンとを含む、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の軸部材。
- 前記鋼は、０．９０重量パーセント以上１．２０重量パーセント以下の炭素と、０．１０重量パーセント以上２．５０重量パーセント以下のシリコンと、０．５０重量パーセント以下のマンガンと、１．２０重量パーセント以上１．７０重量パーセント以下のクロムと、０．０８重量パーセント以下のモリブデンとを含む、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の軸部材。
- 前記鋼は、０．９０重量パーセント以上１．２０重量パーセント以下の炭素と、０．１０重量パーセント以上２．５０重量パーセント以下のシリコンと、０．８０重量パーセント以上１．３０重量パーセント以下のマンガンと、０．８０重量パーセント以上１．３０重量パーセント以下のクロムと、０．０８重量パーセント以下のモリブデンとを含む、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の軸部材。
- 前記外周面には、浸炭処理又は浸炭浸窒処理が施されており、
前記外周面における残留オーステナイト量は、１０体積パーセント以上４０体積パーセント以下である、請求項１～請求項６のいずれか１項に記載の軸部材。 - 遊星歯車装置用のピニオンシャフトである、請求項１～請求項７のいずれか１項に記載の軸部材。
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