WO2017099071A1 - 軸受用軸及び軸受 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a bearing shaft and a bearing, and more particularly to a bearing shaft used for a bearing used in a manner of rotating an outer ring.
  • bearings used in mechanical devices such as planetary gear reducers are known.
  • Such a bearing is used in a manner of rotating the outer ring.
  • the bearing shaft located on the inner ring side always has the same load region, so that there is a problem that the life is shortened with respect to fatigue peeling.
  • a bearing shaft is made of an alloy steel containing 0.1 to 0.5% by mass of carbon and other alloy elements, and the bearing shaft is used.
  • a technique is disclosed in which a hardened layer is formed on the surface of a shaft for a bearing by performing a shot peening treatment after subjecting the shaft to carbonitriding, induction hardening, and tempering.
  • the bearing shaft described above is used in the most severe state with respect to fatigue peeling, so the life of the bearing shaft restricts the life of the entire mechanical device. Therefore, further improvement in durability is required for the bearing shaft.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a bearing shaft and a bearing excellent in durability.
  • the bearing shaft according to the present invention is a bearing shaft having an outer peripheral surface including a raceway surface with which a rolling element contacts, and is made of steel containing 0.7% or more of carbon.
  • a nitrogen-enriched layer is formed on the raceway surface.
  • the absolute value of the compressive residual stress on the surface of the nitrogen-enriched layer is 600 MPa or more and 1700 MPa or less.
  • a bearing according to the present invention includes a bearing shaft including an outer peripheral surface having a raceway surface, and a rolling element including a surface in contact with the raceway surface.
  • the bearing shaft is made of steel containing 0.7% or more of carbon.
  • a nitrogen-enriched layer is formed on the raceway surface.
  • the absolute value of the compressive residual stress on the surface of the nitrogen-enriched layer is 600 MPa or more and 1700 MPa or less, and the amount of retained austenite at the surface layer portion on the surface of the rolling element is the amount of the nitrogen-enriched layer formed on the raceway surface of the bearing shaft. More than the amount of retained austenite in the surface layer.
  • the life of the bearing shaft can be extended.
  • FIG. 4 is a partial cross-sectional schematic diagram showing a modification of the needle roller shown in FIG. 3.
  • FIG. 6 is a partial cross-sectional schematic diagram showing a modification of the cage shown in FIG. 4.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view taken along line IX-IX in FIG.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a bearing according to an embodiment. With reference to FIG. 1, the structure of the bearing according to embodiment is demonstrated.
  • the bearing 10 includes a bearing shaft 1, rolling elements 2 that are needle rollers, and a cage 3.
  • the bearing shaft 1 has a cylindrical shape.
  • a plurality of rolling elements 2 are arranged on a side surface that is a raceway surface of the bearing shaft 1.
  • the plurality of rolling elements 2 are arranged on the side surface of the bearing shaft 1 at intervals in the circumferential direction.
  • the plurality of rolling elements 2 are arranged at equal intervals on the side surface of the bearing shaft 1.
  • the bearing shaft 1 is made of steel containing 0.7% or more of carbon.
  • a nitrogen-enriched layer 1a is formed on the raceway surface.
  • the nitrogen enriched layer 1a has a higher nitrogen concentration than the inner peripheral portion 1c of the bearing shaft 1.
  • a hardened layer 1b is formed on the surface of the nitrogen-enriched layer 1a.
  • the absolute value of the compressive residual stress on the surface of the nitrogen-enriched layer 1a (that is, the surface of the hardened layer 1b) is 600 MPa or more and 1700 MPa or less.
  • the cage 3 is disposed on the side surface of the bearing shaft 1 and has an annular shape along the circumferential direction of the side surface.
  • the cage 3 is formed with a plurality of pockets for holding the rolling elements 2 inside. When the rolling element 2 is accommodated in the pocket, the position of the rolling element 2 is determined.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a bearing shaft constituting the bearing shown in FIG. With reference to FIG. 2, the structure of the bearing shaft 1 will be described in detail.
  • a nitrogen-enriched layer 1a is formed on the surface of the bearing shaft 1 (the side surface as the raceway surface and the end surface extending so as to intersect the side surface).
  • a hardened layer 1b is formed on the surface of the nitrogen-enriched layer 1a.
  • the hardened layer 1b is formed by performing shot peening. As described above, the absolute value of the compressive residual stress on the surface of the hardened layer 1b is 600 MPa or more and 1700 MPa or less.
  • the hardness on the surface of the cured layer 1b is Hv850 or more and Hv1000 or less. Moreover, the surface roughness of the hardened layer 1b is 0.2 micrometer or less by arithmetic mean roughness Ra. Furthermore, the amount of retained austenite in the hardened layer 1b is 9% by volume or less.
  • the bearing shaft 1 is made of, for example, high carbon chrome bearing steel.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the rolling element 2 constituting the bearing shown in FIG. With reference to FIG. 3, the structure of the rolling element 2 is demonstrated concretely.
  • the rolling element 2 is a needle roller, and a nitrogen-enriched layer 2 a is formed on the surface (a side surface in contact with the bearing shaft 1 and an end surface extending in a direction intersecting the side surface). Yes.
  • the nitrogen enriched layer 2 a has a higher nitrogen concentration than the inner peripheral portion 2 c of the rolling element 2.
  • the amount of retained austenite at the surface layer portion on the surface of the rolling element is larger than the amount of retained austenite at the surface layer portion of the nitrogen-enriched layer formed on the raceway surface of the bearing shaft.
  • the amount of retained austenite at the surface layer portion on the surface of the rolling element is 9% by volume or more and 50% by volume or less.
  • the amount of retained austenite may exceed 9% by volume.
  • FIG. 4 is a partial cross-sectional schematic view showing a cage constituting the bearing shown in FIG. The retainer 3 will be described with reference to FIG.
  • the cage 3 has an annular shape as described above.
  • the cage 3 is formed with a plurality of pockets 3a for holding the rolling elements 2 (see FIG. 1) inside.
  • the pockets 3a are formed at substantially equal intervals.
  • Any material can be used as the material of the cage 3.
  • a material constituting the cage 3 for example, steel can be used.
  • the cage 3 may be formed by pressing the steel. Further, a resin may be used as a material constituting the cage 3.
  • ⁇ Manufacturing method> As a manufacturing method of the bearing 10, first, members (bearing shaft 1, rolling element 2, cage 3) constituting the bearing 10 are prepared as follows. And the bearing 10 can be obtained by implementing the process of assembling the said member.
  • Manufacturing method of shaft 1 for bearing As a manufacturing method of the bearing shaft 1 described above, first, a rod-shaped material (for example, a material made of JIS standard SUJ2) is prepared from steel having a composition constituting the bearing shaft 1. And the said raw material is processed into the shape of the shaft 1 for bearings by applying conventionally well-known machining processes, such as turning, with respect to the said raw material (machining process). Thereafter, a heat treatment step is performed. Specifically, carbonitriding, tempering, quenching, and tempering are performed on the material processed as described above. As a specific example of conditions for the heat treatment, for example, a temperature condition such as 800 ° C. or higher and lower than 1000 ° C. that is a temperature of the A1 point or higher can be used for the carbonitriding treatment temperature.
  • a temperature condition such as 800 ° C. or higher and lower than 1000 ° C. that is a temperature of the A1 point or higher can be used for the carbonitriding treatment temperature.
  • the heat-treated material is subjected to conventionally known machining such as grinding to finish the material so as to have the dimensions of the bearing shaft 1.
  • shot peening is performed on the side surface (side surface to be the rolling surface) of the bearing shaft 1. In this way, the bearing shaft 1 can be obtained.
  • the order of the finishing process and the shot peening process described above may be changed, and the shot peening process may be performed first.
  • Manufacturing method of rolling element 2 As a manufacturing method of the rolling element 2, a conventionally well-known manufacturing method can be used. For example, a rod-shaped material made of steel (for example, high carbon chromium bearing steel) is prepared as the rolling element 2. The material is processed so as to be in the shape of the rolling element 2 by performing conventionally known machining on the material. Thereafter, a heat treatment step is performed. Specifically, carbonitriding is performed on the material processed as described above. As a specific example of conditions for the heat treatment, for example, a temperature condition such as 800 ° C. or higher and lower than 1000 ° C. that is a temperature of the A1 point or higher can be used for the carbonitriding treatment temperature.
  • a temperature condition such as 800 ° C. or higher and lower than 1000 ° C. that is a temperature of the A1 point or higher can be used for the carbonitriding treatment temperature.
  • the heat-treated material is subjected to conventionally known machining such as grinding to process the material so as to have the dimensions of the rolling element 2. In this way, the rolling element 2 can be obtained.
  • Manufacturing method of cage 3 As a manufacturing method of the cage 3, a conventionally known manufacturing method can be used.
  • the bearing shaft 1 is a bearing shaft 1 including an outer peripheral surface including a raceway surface (side surface) with which the rolling element 2 contacts as described above, and steel containing 0.7% or more of carbon. It is comprised by.
  • a nitrogen-enriched layer 1a is formed on the raceway surface.
  • the absolute value of the compressive residual stress on the surface of the nitrogen-enriched layer 1a (the surface of the hardened layer 1b formed by shot peening on the side surface of the bearing shaft 1) is 600 MPa or more and 1700 MPa or less.
  • the bearing 10 includes a bearing shaft 1 including an outer peripheral surface having a raceway surface, and a rolling element 2 including a surface in contact with the raceway surface.
  • the bearing shaft 1 is made of steel containing 0.7% or more of carbon.
  • a nitrogen-enriched layer 1a is formed on the raceway surface.
  • the absolute value of the compressive residual stress on the surface of the nitrogen-enriched layer 1a (the surface of the hardened layer 1b) is 600 MPa to 1700 MPa.
  • the lower limit of the absolute value of the compressive residual stress may be 1000 MPa. In this case, the resistance to fatigue described above can be clearly increased (for example, the life related to fatigue peeling can be made longer than before).
  • the lower limit value of the absolute value of the compressive residual stress may be 1300 MPa. In this case, the bearing strength against fatigue of the bearing shaft 1 can be reliably improved.
  • the amount of retained austenite in the surface layer portion (nitrogen-enriched layer 2a) on the surface of the rolling element 2 is the surface layer portion (hardened layer 1b) of the nitrogen-enriched layer 1a formed on the raceway surface of the bearing shaft 1. It may be larger than the amount of retained austenite in).
  • a measurement method by X-ray diffraction can be used as a method for measuring the amount of retained austenite.
  • the amount of retained austenite of the rolling element 2 is larger than the amount of retained austenite in the surface layer portion (hardened layer 1 b) of the bearing shaft 1, there is a foreign matter between the raceway surface of the bearing shaft 1 and the rolling element 2. Even when it is bitten, the surface of the rolling element 2 can be deformed by the foreign matter. For this reason, it is possible to reduce the possibility that a damaged portion such as a scratch or a crack is generated on the bearing shaft 1 side due to the presence of the foreign matter.
  • the amount of retained austenite at the surface layer portion (nitrogen-enriched layer 2a) on the surface of the rolling element 2 may be 9% by volume or more and 50% by volume or less.
  • the upper limit of the amount of retained austenite in the surface layer portion of the rolling element 2 is set to 50% by volume. When the upper limit is exceeded, the dimensional change caused by the transformation of the crystal structure during use may affect the characteristics of the bearing 10. This is because of the increase.
  • the upper limit of the amount of retained austenite at the surface layer of the rolling element 2 may be 30% by volume. In this case, the influence of the dimensional change due to the transformation of the crystal structure can be further reduced. Further, the lower limit of the amount of retained austenite at the surface layer portion of the rolling element 2 may be 15% by volume. In this case, since the deformation due to the foreign matter can be easily caused on the rolling element 2 side when the foreign matter is caught, the possibility that the foreign matter is damaged in the bearing shaft 1 can be further reduced.
  • the nitrogen enriched layer 2a is formed on the surface of the rolling element 2 as described above.
  • the fatigue strength and wear resistance of the rolling element 2 can be improved.
  • the nitrogen-enriched layer 2a is a layer in which the nitrogen concentration in the steel is increased with respect to the nitrogen concentration contained in the material steel.
  • the hardness (Vickers hardness) of the surface of the nitrogen-enriched layer 1a formed on the raceway surface (side surface) (surface of the hardened layer 1b) is Hv850 or higher and Hv1000 or lower.
  • the hardness of the surface of the hardened layer 1b is sufficiently high, it is possible to suppress the occurrence of indentations and the like in the bearing shaft 1 due to the biting of foreign matter. For this reason, it is possible to enhance the durability against fatigue peeling in the bearing shaft 1 under a foreign matter mixing condition.
  • the surface roughness of the nitrogen-enriched layer 1a formed on the raceway surface (side surface) is 0.2 ⁇ m or less in terms of arithmetic average roughness Ra.
  • the surface roughness of the surface of the bearing shaft 1 is large. It is possible to suppress the occurrence of a problem that the surface cannot be used as a raceway surface.
  • the upper limit of the surface roughness of the nitrogen-enriched layer 1a may be 0.05 ⁇ m in terms of arithmetic average roughness Ra. In this case, the rolling element brought into contact with the surface of the bearing shaft can be smoothly rolled.
  • the upper limit of the surface roughness of the nitrogen-enriched layer may be an arithmetic average roughness Ra of 0.03 ⁇ m.
  • the amount of retained austenite in the surface layer portion (hardened layer 1b) of the nitrogen-enriched layer 1a formed on the raceway surface (side surface) is 9% by volume or less.
  • the amount of retained austenite in the surface layer portion (cured layer 1b) is kept low, the hardness and strength in the surface layer portion (cured layer 1b) constituting the raceway surface can be sufficiently increased.
  • the amount of retained austenite in the surface layer portion (cured layer 1b) may be 5% by volume or less, or 3% by volume or less.
  • the steel constituting the bearing shaft 1 is high-carbon chromium bearing steel. In this case, sufficiently high hardness and strength can be obtained also for the inner peripheral portion 1 c of the bearing shaft 1.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a modification of the bearing shaft 1 shown in FIG.
  • the modification of the bearing shaft 1 basically has the same configuration as the bearing shaft 1 shown in FIG. 2 and can obtain the same effect.
  • An oil hole 21 extending from the end face of the bearing shaft 1 along the central axis of the bearing shaft 1 and a branch hole 22 connected to the oil hole 21 in the bearing shaft 1 and extending in the radial direction of the bearing shaft 1 are formed. This is different from the bearing shaft 1 shown in FIG.
  • the end of the branch hole 22 reaches the side surface of the bearing shaft 1 (the raceway surface in contact with the rolling element 2) and is connected to an opening formed on the side surface.
  • the oil hole 21 and the branch hole 22 By forming the oil hole 21 and the branch hole 22, the lubricating oil can be easily supplied to the contact portion between the bearing shaft 1 and the rolling element 2 through the oil hole 21 and the branch hole 22.
  • the oil hole 21 may be provided so as to penetrate the bearing shaft 1 in the central axis direction.
  • FIG. 6 is a partial cross-sectional schematic diagram showing a modification of the rolling element 2 shown in FIG.
  • the modified example of the rolling element 2 basically has the same configuration as the rolling element 2 shown in FIG. 3 and can obtain the same effect.
  • 3 is different from the rolling element 2 shown in FIG. 3 in that crowning 2d is formed at both ends in the axial direction. That is, in the bearing 10, the rolling element 2 is a roller with crowning.
  • the contact surface pressure at the contact portion between the bearing shaft 1 and the rolling element 2 at the end of the rolling element 2 can be prevented from locally increasing. As a result, the occurrence of defects such as peeling in the bearing shaft 1 can be suppressed.
  • any form can be adopted as the shape of the crowning of the rolling element 2, for example, logarithmic crowning can be applied.
  • FIG. 7 is a partial cross-sectional schematic diagram showing a modified example of the cage 3 shown in FIG.
  • the modified example of the cage 3 basically has the same configuration as the cage 3 shown in FIG. 4, but is held outside the central axis of the rolling element 2 held in the pocket.
  • the cage 3 shown in FIG. 4 is configured such that the structure of the vessel 3 (a column portion positioned between two adjacent pockets and extending along the central axis of the rolling element 2) is arranged. Is different.
  • the cage 3 shown in FIG. 7 has a smaller distance between adjacent pockets than the cage 3 shown in FIG. More than the cage 3 shown in FIG. For this reason, the rated load of the bearing 10 can be increased compared with the case where the cage shown in FIG. 4 is used.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing a planetary gear speed reducer (also referred to as a planetary speed reducer) to which the bearing shaft 1 or the bearing 10 according to the embodiment is applied.
  • FIG. 9 is a partial cross-sectional schematic view taken along line IX-IX in FIG.
  • the planetary gear speed reducer to which the bearing shaft 1 or the bearing 10 according to the embodiment is applied includes an input shaft 11 and a sun gear 12 that is coaxially attached to the input shaft 11.
  • the internal gear 13 fixed concentrically to the reduction gear casing (not shown) on the outer diameter side of the sun gear 12, and the sun gear 12 and the internal gear 13 are interposed between the gears at equal intervals in the circumferential direction.
  • a plurality of planetary gears 14 (in the illustrated case, at four positions shifted in the circumferential direction by about 90 ° when viewed from the input shaft 11) and bearings as planetary pins that support the rotation of each planetary gear 14
  • the shaft 1 is composed of an annular carrier 16 in which all bearing shafts 1 are rotatably connected, and an output shaft 17 that is concentric with the carrier 16 and provided integrally therewith.
  • a rolling element 2 (needle roller) is disposed between the planetary gear 14 and a bearing shaft 1 as a planetary pin that supports the planetary gear 14.
  • the bearing shaft 1 is the bearing shaft 1 according to the embodiment, and a nitrogen-enriched layer 1a (see FIG. 1) and a hardened layer 1b (see FIG. 1) are provided on the side surface (track surface) that contacts the rolling element 2. Is formed.
  • the rolling element 2 has the same configuration as the rolling element 2 shown in FIG.
  • the bearing shaft 1 is formed to have a length protruding on both sides of the planetary gear 14.
  • One of the portions of the bearing shaft 1 protruding from the end face of the planetary gear 14 is a protrusion 19 and the other is a protrusion 20.
  • An oil hole 21 is provided in a penetrating state in the shaft center of the bearing shaft 1.
  • a branch hole 22 is provided so as to be orthogonal to the oil hole 21 at an intersection 23 which is an intermediate part of the oil hole 21. Both end portions of the branch hole 22 are connected to openings on the side surface (outer diameter surface) of the bearing shaft 1.
  • the protruding portion 19 described above is fitted and fixed to the carrier 16 with a sliding bearing 28 (side washer) interposed between the protruding portion 19 and the planetary gear 14. Further, the other protruding portion 20 is also fitted and fixed to the retaining member 27 with the planetary gear 14 interposed through a sliding bearing 28.
  • the retaining member 27 may be an individual member for each bearing shaft 1 of each planetary gear 14, or may be an annular member similar to the carrier 16. Alternatively, the retaining member 27 may be integrated with the carrier 16.
  • the bearing shaft 1 can be improved in resistance to fatigue, and the life of the bearing shaft 1 can be extended. Can be planned. As a result, it is possible to avoid the life of the planetary speed reducer being restricted by the bearing shaft 1.
  • An oil bath lubrication system can be adopted as a lubrication system for the planetary gear reducer described above.
  • the speed reducer is substantially immersed in the lubricating oil to the vicinity of its center (see the oil level L of the lubricating oil in FIG. 8).
  • the planetary gear 14 rotates and revolves around the point P in the direction indicated by the arrow X in FIG.
  • the oil that has flowed into the oil hole 21 when in the oil is supplied to the contact portion between the rolling element 2 and the bearing shaft 1 through the branch hole 22.
  • the planetary gear reducer described above may be integrated with a drive unit such as a motor.
  • a drive unit such as a motor.
  • a drive unit having an arbitrary configuration can be used.
  • a hydraulic motor such as a conductive motor or a swash plate motor can be used.
  • the planetary gear speed reducer according to the embodiment may be applied to a drive unit that drives a caterpillar of a construction machine, for example.
  • the bearing shaft 1 in which the oil hole 21 and the branch hole 22 are not formed may be applied as the bearing shaft 1.
  • the embodiment is particularly advantageously applied to a bearing shaft such as a planetary gear reducer.

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Abstract

本発明は、転動体（２）が接触する軌道面（側面）を含む外周面を備え、炭素を０．７％以上含有する鋼により構成され、軌道面に、窒素富化層（１ａ）が形成されている軸受用軸（１）に関する。また、窒素富化層（１ａ）の表面（軸受用軸（１）の側面における、ショットピーニングにより形成された硬化層（１ｂ）の表面）における圧縮残留応力の絶対値は、６００ＭＰａ以上１７００ＭＰａ以下とされている。本発明は、これにより、長寿命化を図ることが可能となる。

Description

軸受用軸及び軸受
　この発明は、軸受用軸及び軸受に関し、より特定的には、外輪を回転させる態様で使用する軸受に用いられる軸受用軸に関する。
　従来、遊星歯車減速機などの機械装置に用いられる軸受が知られている。このような軸受は、外輪を回転させる態様で使用される。この場合、内輪側に位置する軸受用軸では負荷域が常に同じ位置になるため、疲労剥離に関して寿命が短くなるという問題がある。
　このような問題に対処するため、たとえば特開２０１５－７２６５号公報では、０．１～０．５質量％の炭素およびその他の合金元素を含む合金鋼により軸受用軸を作成し、当該軸受用軸に対して浸炭窒化処理、高周波焼入処理および焼戻し処理を施した後、ショットピーニング処理を行うことにより、軸受用軸の表面に硬化層を形成する技術が開示されている。
　上記特開２０１５－７２６５号公報では、上述した硬化層を軸受用軸の表面に形成することにより、当該硬化層の表面硬度を十分高くするするとともに、硬化層に圧縮残留応力を発生させることによって、転動疲労強度や耐ピーリング性を向上させることができるとしている。
特開２０１５－７２６５号公報
　しかし、上記遊星歯車減速機などの機械装置においては、上述した軸受用軸が疲労剥離に関して最も厳しい状態で使用されるため、当該軸受用軸の寿命が機械装置全体の寿命を制約する。そのため、軸受用軸に対しては、さらなる耐久性の向上が求められている。
　この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、耐久性に優れた軸受用軸及び軸受を提供することである。
　この発明に従った軸受用軸は、転動体が接触する軌道面を含む外周面を備える軸受用軸であって、炭素を０．７％以上含有する鋼により構成されている。軌道面には、窒素富化層が形成されている。窒素富化層の表面における圧縮残留応力の絶対値は６００ＭＰａ以上１７００ＭＰａ以下である。
　この発明に従った軸受は、軌道面を有する外周面を含む軸受用軸と、当該軌道面に接触する表面を含む転動体とを備える。軸受用軸は、炭素を０．７％以上含有する鋼により構成される。軌道面には、窒素富化層が形成されている。窒素富化層の表面における圧縮残留応力の絶対値は６００ＭＰａ以上１７００ＭＰａ以下であり、転動体の表面における表層部での残留オーステナイト量は、軸受用軸の軌道面に形成された窒素富化層の表層部における残留オーステナイト量より多い。
　本発明によれば、軸受用軸の長寿命化を図ることができる。
実施形態に従った軸受の断面模式図である。 図１に示した軸受を構成する軸受用軸の断面模式図である。 図１に示した軸受を構成するニードルころの断面模式図である。 図１に示した軸受を構成する保持器の部分断面模式図である。 図２に示した軸受用軸の変形例を示す断面模式図である。 図３に示したニードルころの変形例を示す部分断面模式図である。 図４に示した保持器の変形例を示す部分断面模式図である。 図１に示した軸受を適用した遊星歯車減速機の模式図である。 図８の線分ＩＸ－ＩＸにおける断面模式図である。
　以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
　＜軸受の構成＞
　図１は、実施形態に従った軸受の断面模式図である。図１を参照して、実施形態に従った軸受の構成を説明する。
　図１に示すように、軸受１０は、軸受用軸１と、ニードルころである転動体２と、保持器３とを備える。軸受用軸１は、円柱状の形状を有する。軸受用軸１の軌道面である側面上に複数の転動体２が配置されている。複数の転動体２は、軸受用軸１の側面において、周方向に間隔を隔てて配置されている。複数の転動体２は、軸受用軸１の側面に等間隔となるように配置されている。
　軸受用軸１は、炭素を０．７％以上含有する鋼により構成される。軌道面には、窒素富化層１ａが形成されている。窒素富化層１ａは、軸受用軸１の内周部１ｃより窒素濃度が高くなっている。軌道面において、窒素富化層１ａの表面には硬化層１ｂが形成されている。軸受用軸１の側面では、窒素富化層１ａの表面（すなわち硬化層１ｂの表面）における圧縮残留応力の絶対値が６００ＭＰａ以上１７００ＭＰａ以下である。
　保持器３は、軸受用軸１の側面上に配置され、当該側面の周方向に沿った環状の形状を有する。保持器３には転動体２を内部に保持するためのポケットが複数形成されている。当該ポケットの内部に転動体２が収容されることにより、転動体２の位置が決定される。
　＜軸受用軸の構成＞
　図２は、図１に示した軸受を構成する軸受用軸の断面模式図である。図２を参照して、軸受用軸１の構成を具体的に説明する。
　図２に示すように、軸受用軸１の表面（軌道面としての側面および当該側面に交差するように伸びる端面）には窒素富化層１ａが形成されている。軸受用軸１の側面には、窒素富化層１ａの表面に硬化層１ｂが形成されている。当該硬化層１ｂは、ショットピーニングを行うことにより形成されている。上述のように、当該硬化層１ｂの表面における圧縮残留応力の絶対値は６００ＭＰａ以上１７００ＭＰａ以下である。
　当該硬化層１ｂの表面における硬度はＨｖ８５０以上Ｈｖ１０００以下である。また、硬化層１ｂの表面粗さは算術平均粗さＲａで０．２μｍ以下である。さらに、硬化層１ｂにおける残留オーステナイト量は９体積％以下である。
　軸受用軸１は、たとえば高炭素クロム軸受鋼により構成される。軸受用軸１を構成する鋼としては、たとえばＪＩＳ規格ＳＵＪ２を用いてもよい。
　＜ニードルころの構成＞
　図３は、図１に示した軸受を構成する転動体２の断面模式図である。図３を参照して、転動体２の構成を具体的に説明する。
　図３に示すように、転動体２はニードルころであって、その表面（軸受用軸１と接触する側面および当該側面と交差する方向に伸びる端面）には窒素富化層２ａが形成されている。窒素富化層２ａは、転動体２の内周部２ｃより窒素濃度が高くなっている。転動体の表面における表層部での残留オーステナイト量は軸受用軸の軌道面に形成された窒素富化層の表層部における残留オーステナイト量より多くなっている。具体的には、転動体の表面における表層部での残留オーステナイト量は９体積％以上５０体積％以下である。当該残留オーステナイト量は９体積％超えであってもよい。
　＜保持器の構成＞
　図４は、図１に示した軸受を構成する保持器を示す部分断面模式図である。図４を参照して、保持器３を説明する。
　保持器３は、上述のように環状の形状を有している。保持器３には、転動体２（図１参照）を内部に保持するためのポケット３ａが複数形成されている。ポケット３ａは、互いにほぼ等しい間隔を隔てて形成されている。保持器３の材料としては任意の材料を用いることができる。保持器３を構成する材料としては、たとえば鋼を用いることができる。保持器３は、鋼に対してプレス加工を行うことにより形成されていてもよい。また、保持器３を構成する材料として樹脂を用いてもよい。
　＜製造方法＞
　軸受１０の製造方法としては、まず軸受１０を構成する部材（軸受用軸１、転動体２、保持器３）を以下のように準備する。そして、当該部材を組立てる工程を実施することにより、軸受１０を得ることができる。
　軸受用軸１の製造方法：
　上述した軸受用軸１の製造方法としては、まず軸受用軸１を構成する組成の鋼により棒状の素材（たとえばＪＩＳ規格ＳＵＪ２からなる素材）を準備する。そして、当該素材に対して旋削加工など従来周知の機械加工工程を適用することで、軸受用軸１の形状に当該素材を加工する(機械加工工程）。その後、熱処理工程を実施する。具体的には、上記のように加工された素材に対して浸炭窒化処理、調質処理、焼入処理、焼戻し処理などを実施する。熱処理の具体的な条件例としては、たとえば、浸炭窒化処理の処理温度について、Ａ１点以上の温度である８００℃以上１０００℃未満といった温度条件を用いることができる。
　その後、熱処理された素材に対して研削などの従来周知の機械加工を行うことで、軸受用軸１の寸法となるように当該素材を仕上げ加工する。
　さらに、軸受用軸１の側面（転走面となるべき側面）に対して、ショットピーニング処理を行う。このようにして、軸受用軸１を得ることができる。上述した仕上げ加工とショットピーニング処理との順番を変え、先にショットピーニング処理を行ってもよい。
　転動体２の製造方法：
　転動体２の製造方法としては、従来周知の製造方法を用いることができる。たとえば、転動体２として鋼（たとえば高炭素クロム軸受鋼）からなる棒状の素材を準備する。当該素材に対して従来周知の機械加工を行うことにより、転動体２の形状となるよう当該素材を加工する。その後、熱処理工程を実施する。具体的には、上記のように加工された素材に対して浸炭窒化処理などを実施する。熱処理の具体的な条件例としては、たとえば、浸炭窒化処理の処理温度について、Ａ１点以上の温度である８００℃以上１０００℃未満といった温度条件を用いることができる。
　その後、熱処理された素材に対して研削などの従来周知の機械加工を行うことで、転動体２の寸法となるように当該素材を加工する。このようにして、転動体２を得ることができる。
　保持器３の製造方法：
　保持器３の製造方法としては、従来周知の製造方法を用いることができる。
　＜作用効果＞
　実施形態に従った軸受用軸１は、上述のように転動体２が接触する軌道面（側面）を含む外周面を備える軸受用軸１であって、炭素を０．７％以上含有する鋼により構成されている。軌道面には、窒素富化層１ａが形成されている。窒素富化層１ａの表面（軸受用軸１の側面におけるショットピーニングにより形成された硬化層１ｂの表面）における圧縮残留応力の絶対値は６００ＭＰａ以上１７００ＭＰａ以下である。
　また、実施形態に従った軸受１０は、軌道面を有する外周面を含む軸受用軸１と、当該軌道面に接触する表面を含む転動体２とを備える。軸受用軸１は、炭素を０．７％以上含有する鋼により構成される。軌道面には、窒素富化層１ａが形成されている。窒素富化層１ａの表面（硬化層１ｂの表面）における圧縮残留応力の絶対値は６００ＭＰａ以上１７００ＭＰａ以下である。
　このようにすれば、軌道面における窒素富化層１ａの表面（硬化層１ｂの表面）に十分大きな圧縮残留応力を付与しているので、当該表面における亀裂の発生や当該亀裂の進展を抑制することができる。このため、軸受用軸１における上記表面での疲労亀裂の発生を抑制できる。この結果、軸受用軸１の疲労に対する耐力を向上させることができるので、軸受用軸１および軸受１０の長寿命化を図ることができる。ここで、圧縮残留応力の測定方法としては、Ｘ線回折による測定方法を用いることができる。
　上記圧縮残留応力の絶対値の下限値は１０００ＭＰａであってもよい。この場合、上述した疲労に対する耐力を明確に高める（たとえば疲労剥離に関する寿命を従来より長くする）ことができる。また、上記圧縮残留応力の絶対値の下限値は１３００ＭＰａであってもよい。この場合、軸受用軸１の疲労に対する耐力を確実に向上させることができる。
　上記軸受１０において、転動体２の表面における表層部（窒素富化層２ａ）での残留オーステナイト量は、軸受用軸１の軌道面に形成された窒素富化層１ａの表層部（硬化層１ｂ）における残留オーステナイト量より多くてもよい。ここで、残留オーステナイト量の測定方法としては、Ｘ線回折による測定方法を用いることができる。
　この場合、転動体２の残留オーステナイト量が軸受用軸１の表層部（硬化層１ｂ）における残留オーステナイト量より多くなっているので、軸受用軸１の軌道面と転動体２との間に異物が噛み込んだ場合であっても、転動体２の表面が当該異物により変形できる。このため、当該異物の存在に起因して軸受用軸１側に傷や亀裂などの破損部が発生する可能性を低減できる。
　転動体２の表面における表層部（窒素富化層２ａ）での残留オーステナイト量は、９体積％以上５０体積％以下であってもよい。転動体２の表層部における残留オーステナイト量の上限を５０体積％としたのは、当該上限を超えると使用時に結晶組織が変態することで発生する寸法変化が軸受１０の特性に影響を与える可能性が高くなるためである。
　転動体２の表層部での残留オーステナイト量の上限は３０体積％としてもよい。この場合、結晶組織の変態による寸法変化の影響をより低減できる。また、転動体２の表層部での残留オーステナイト量の下限は１５体積％としてもよい。この場合、異物の噛み込み時に転動体２側で当該異物に起因する変形を容易に起こすことができるため、当該異物により軸受用軸１にて傷などが発生する可能性をより低減できる。
　上記軸受１０において、上述のように転動体２の表面には窒素富化層２ａが形成されている。この場合、転動体２の疲労強度や耐摩耗性を向上させることができる。ここで窒素富化層２ａとは、鋼中の窒素濃度を、素材の鋼が含有する窒素濃度に対して増加させた層である。
　上記軸受用軸１において、軌道面（側面）に形成された窒素富化層１ａの表面(硬化層１ｂの表面）における硬度（ビッカース硬度）は、Ｈｖ８５０以上Ｈｖ１０００以下である。この場合、当該硬化層１ｂの表面の硬度を十分に高くしているので、異物の噛込みなどに起因する軸受用軸１における圧痕などの発生を抑制できる。このため、異物混入条件下での軸受用軸１における疲労剥離に対する耐久性を高めることができる。
　上記軸受用軸１において、軌道面（側面）に形成された窒素富化層１ａの表面粗さ（硬化層１ｂの表面における表面粗さ）は算術平均粗さＲａで０．２μｍ以下である。この場合、軸受用軸１の窒素富化層１ａの表面（硬化層１ｂの表面）に転動体２を接触させて軌道面として用いるときに、軸受用軸１の当該表面の表面粗さが大きすぎて軌道面として利用できない、といった問題の発生を抑制できる。
　上記窒素富化層１ａの表面粗さ（硬化層１ｂの表面における表面粗さ）の上限は算術平均粗さＲａで０．０５μｍであってもよい。この場合、軸受用軸の当該表面に接触させた転動体を円滑に転動させることができる。また、上記窒素富化層の表面粗さの上限は算術平均粗さＲａで０．０３μｍであってもよい。
　上記軸受用軸１において、軌道面（側面）に形成された窒素富化層１ａの表層部（硬化層１ｂ）における残留オーステナイト量は９体積％以下である。この場合、表層部（硬化層１ｂ）における残留オーステナイト量が低く抑えられているので、軌道面を構成する当該表層部（硬化層１ｂ）における硬度や強度を十分高めることができる。また、上記表層部（硬化層１ｂ）における残留オーステナイト量は５体積％以下であってもよく、３体積％以下であってもよい。
　上記軸受用軸１において、上述のように当該軸受用軸１を構成する鋼は高炭素クロム軸受鋼である。この場合、軸受用軸１の内周部１ｃについても十分高い硬度や強度を得ることができる。
　＜変形例＞
　図５は、図２に示した軸受用軸１の変形例を示す断面模式図である。図５に示すように、軸受用軸１の変形例は、基本的には図２に示した軸受用軸１と同様の構成を備え、同様の効果を得ることができるが、軸受用軸１の端面から軸受用軸１の中心軸に沿って延びる油穴２１と、軸受用軸１の内部において当該油穴２１に接続されるとともに軸受用軸１の径方向に延びる分岐穴２２とが形成されている点が図２に示した軸受用軸１と異なっている。分岐穴２２の端部は軸受用軸１の側面（転動体２と接触する軌道面）に到達し、当該側面に形成された開口部に繋がっている。このような油穴２１および分岐穴２２が形成されることにより、油穴２１および分岐穴２２を介して軸受用軸１と転動体２との接触部に潤滑油を容易に供給することができる。油穴２１は、軸受用軸１を中心軸方向に貫通するように設けられていてもよい。
　図６は、図３に示した転動体２の変形例を示す部分断面模式図である。図６に示すように、転動体２の変形例は、基本的には図３に示した転動体２と同様の構成を備え同様の効果を得ることができるが、側面において転動体２の中心軸方向での両端部にクラウニング２ｄが形成されている点が図３に示した転動体２と異なっている。つまり、上記軸受１０において、転動体２は、クラウニング付ころでとなっている。この場合、転動体２の端部における軸受用軸１と転動体２との接触部の接触面圧が局所的に高くなることを防止できる。この結果、軸受用軸１における剥離などの不良の発生を抑制できる。転動体２のクラウニングの形状としては任意の態様を採用することができるが、たとえば対数クラウニングを適用することができる。
　図７は、図４に示した保持器３の変形例を示す部分断面模式図である。図７に示すように、保持器３の変形例は、基本的には図４に示した保持器３と同様の構成を備えるが、ポケットに保持される転動体２の中心軸より外側に保持器３の構造（隣接する２つのポケットの間に位置し、転動体２の中心軸に沿って延びる支柱部）が配置されるように構成されている点が、図４に示した保持器３と異なっている。このような構成とすることにより、図７に示した保持器３では図４に示した保持器３より隣接するポケット間の距離を小さくし、結果的に保持される転動体２の数を図４に示した保持器３より多くすることができる。このため、図４に示した保持器を用いる場合より、軸受１０の定格荷重を増加させることができる。
　＜適用例＞
　図８は、実施形態に係る軸受用軸１または軸受１０を適用した遊星歯車減速機（遊星減速機とも呼ぶ）を示す模式図である。図９は、図８の線分ＩＸ－ＩＸにおける部分断面模式図である。図８および図９に示すように、実施形態に係る軸受用軸１または軸受１０を適用した遊星歯車減速機は、入力軸１１と、当該入力軸１１と同軸状に取り付けられた太陽歯車１２と、太陽歯車１２の外径側において減速機のケーシング（図示しない）に同心状態に固定された内歯歯車１３と、太陽歯車１２と内歯歯車１３との間に介在し周方向に等間隔に（図示の場合は入力軸１１から見て約９０°ずつ周方向にずれた４個所に）配置された複数個の遊星歯車１４と、各遊星歯車１４の回転を支持する遊星ピンとしての軸受用軸１と、すべての軸受用軸１を回転自在な状態に連結した環状のキャリヤ１６と、キャリヤ１６と同心状態であって一体に設けられた出力軸１７とにより構成される。
　図９に示すように、遊星歯車１４と、当該遊星歯車１４を支持する遊星ピンとしての軸受用軸１との間には転動体２（ニードルころ）が配置されている。軸受用軸１は、実施形態に従った軸受用軸１であり、転動体２と接触する側面（軌道面）に窒素富化層１ａ（図１参照）および硬化層１ｂ（図１参照）が形成されている。また、転動体２も図３に示した転動体２と同様の構成を備えている。
　軸受用軸１は、図９に示すように、遊星歯車１４の両側に突き出す長さに形成されている。軸受用軸１において遊星歯車１４の端面から突き出た部分の一方を突出部１９、他方を突出部２０とする。軸受用軸１の軸心に油穴２１が貫通状態に設けられている。油穴２１の中間部分である交差部２３において分岐穴２２が当該油穴２１に直交するように設けられる。分岐穴２２の両端部は軸受用軸１の側面（外径面）における開口部に連なっている。
　上述した突出部１９は、遊星歯車１４との間に滑り軸受２８（サイドワッシャ）を介した状態で、キャリヤ１６に嵌合固定されている。また、他方の突出部２０も遊星歯車１４との間に滑り軸受２８を介した状態で抜け止め部材２７に嵌合固定されている。抜け止め部材２７は、各遊星歯車１４の軸受用軸１ごとに個別の部材であってもよいが、キャリヤ１６と同様の環状の部材であってもよい。あるいは、抜け止め部材２７はキャリヤ１６と一体になっていてもよい。
　このように、遊星歯車１４において実施形態に従った軸受用軸１および転動体２を用いることで、軸受用軸１の疲労に対する耐力を向上させることができ、軸受用軸１の長寿命化を図ることができる。この結果、当該軸受用軸１によって遊星減速機の寿命が制約されることを避けることができる。
　上述した遊星歯車減速機の潤滑方式として油浴潤滑方式を採用することができる。たとえば、減速機を概ねその中心付近まで潤滑油に浸す（図８の潤滑油の油面Ｌ参照）。減速機が駆動されると、遊星歯車１４は自転しつつ、図８の矢印Ｘで示す方向へ点Ｐを中心として公転して油内に出入りする。油中にあるとき油穴２１に流入した油は、分岐穴２２を経て転動体２と軸受用軸１との接触部に供給される。
　また、上述した遊星歯車減速機をモータなどの駆動部と接続して一体としてもよい。当該駆動部としては、任意の構成の駆動部を用いることができるが、たとえば電導モータ、あるいは斜板式モータなどの油圧モータを用いることができる。また、実施形態に係る遊星歯車減速機は、たとえば建設機械のキャタピラを駆動する駆動部に適用されてもよい。この場合、軸受用軸１として内部に油穴２１や分岐穴２２が形成されていない軸受用軸１を適用してもよい。
　以上のように本発明の実施の形態について説明を行ったが、上述の実施の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の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。
　実施形態は、遊星歯車減速機などの軸受用軸に特に有利に適用される。
　１　軸受用軸、１ａ，２ａ　窒素富化層、１ｂ　硬化層、１ｃ，２ｃ　内周部、２　転動体、２ｄ　クラウニング、３　保持器、３ａ　ポケット、１０　軸受、１１　入力軸、１２　太陽歯車、１３　内歯歯車、１４　遊星歯車、１６　キャリヤ、１７　出力軸、１９，２０　突出部、２１　油穴、２２　分岐穴、２３　交差部、２７　抜け止め部材、２８　滑り軸受。

Claims (12)

  1. 　転動体が接触する軌道面を含む外周面を備える軸受用軸であって、
    　炭素を０．７％以上含有する鋼により構成され、
    　前記軌道面には、窒素富化層が形成され、
    　前記窒素富化層の表面における圧縮残留応力の絶対値が６００ＭＰａ以上１７００ＭＰａ以下である、軸受用軸。
  2. 　前記窒素富化層の表面における硬度はＨｖ８５０以上Ｈｖ１０００以下である、請求項１に記載の軸受用軸。
  3. 　前記窒素富化層の表面粗さは算術平均粗さＲａで０．２μｍ以下である、請求項１または請求項２に記載の軸受用軸。
  4. 　前記窒素富化層の表層部における残留オーステナイト量が９体積％以下である、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の軸受用軸。
  5. 　前記鋼は高炭素クロム軸受鋼である、請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の軸受用軸。
  6. 　軌道面を有する外周面を含む軸受用軸と、
    　前記軌道面に接触する表面を含む転動体とを備え、
    　前記軸受用軸は、炭素を０．７％以上含有する鋼により構成され、
    　前記軌道面には、窒素富化層が形成され、
    　前記窒素富化層の表面における圧縮残留応力の絶対値が６００ＭＰａ以上１７００ＭＰａ以下であり、
    　前記転動体の前記表面における表層部での残留オーステナイト量は、前記軸受用軸の前記軌道面に形成された前記窒素富化層の表層部における残留オーステナイト量より多い、軸受。
  7. 　前記転動体の前記表面には窒素富化層が形成されている、請求項６に記載の軸受。
  8. 　前記転動体は、クラウニング付ころである、請求項６または請求項７に記載の軸受。
  9. 　前記軸受用軸の前記軌道面に形成された前記窒素富化層の表面における硬度はＨｖ８５０以上Ｈｖ１０００以下である、請求項６～請求項８のいずれか１項に記載の軸受。
  10. 　前記軸受用軸の前記軌道面に形成された前記窒素富化層の表面粗さは算術平均粗さＲａで０．２μｍ以下である、請求項６～請求項９のいずれか１項に記載の軸受。
  11. 　前記軸受用軸の前記軌道面に形成された前記窒素富化層の表層部における残留オーステナイト量が９体積％以下である、請求項６～請求項１０のいずれか１項に記載の軸受。
  12. 　前記鋼は高炭素クロム軸受鋼である、請求項６～請求項１１のいずれか１項に記載の軸受。
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