WO2022202922A1 - 軌道輪及びシャフト - Google Patents

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WO2022202922A1
WO2022202922A1 PCT/JP2022/013650 JP2022013650W WO2022202922A1 WO 2022202922 A1 WO2022202922 A1 WO 2022202922A1 JP 2022013650 W JP2022013650 W JP 2022013650W WO 2022202922 A1 WO2022202922 A1 WO 2022202922A1
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less
bearing ring
hardness
mass
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好信 久保田
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Ntn株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to bearing rings and shafts.
  • Patent Document 1 A bearing ring is described in Japanese Patent No. 4423754 (Patent Document 1).
  • the surface (raceway surface) is subjected to carbonitriding treatment and quenching.
  • the bearing ring described in Patent Document 1 has improved surface fatigue resistance.
  • a shaft is described in JP-A-2010-1521 (Patent Document 2).
  • the shaft described in Patent Document 2 is a pinion shaft for a planetary gear mechanism.
  • the surface (raceway surface) is subjected to carbonitriding treatment and quenching. As a result, the surface fatigue resistance of the shaft described in Patent Document 2 is improved.
  • Patent Document 3 Japanese Patent No. 4800444
  • Japanese Patent No. 4423754 JP 2010-1521 A Japanese Patent No. 4800444
  • the present invention has been made in view of the problems of the prior art as described above. More specifically, the present invention provides bearing rings and shafts capable of improving surface fatigue resistance.
  • the bearing ring according to the first aspect of the present invention has a surface that contacts a roller having a diameter of 1.5 mm or more and 4.0 mm or less and a value obtained by dividing the length by the diameter of 4 or more and 10 or less, and is made of steel. .
  • the bearing ring has a surface layer portion on the surface and a core portion inside the surface layer portion.
  • the nitrogen content in the steel in the surface layer is higher than the nitrogen content in the steel in the core.
  • the hardness of the steel is 720 Hv or higher.
  • a value obtained by subtracting the hardness of the steel at the second position from the hardness of the steel at the first position is 30 Hv or less.
  • the content of carbon and the content of nitrogen in the steel on the surface are 0.6% by weight or more and 0.9% by weight or less and 0.3% by weight or more, respectively. It may be 0.8% by mass or less.
  • the carbon content and nitrogen content in the steel in the surface layer may be higher than the nitrogen content and carbon content in the steel in the core, respectively.
  • the carbon content in the steel in the core may be 0.15 mass percent or more and 0.4 mass percent or less.
  • Steel may contain chromium, manganese, silicon and molybdenum.
  • the content of chromium in the steel may be 0.5% by mass or more and 3.0% by mass or less.
  • the total content of manganese, silicon and molybdenum may be 1.0% by mass or more and 3.0% by mass or less.
  • the distance between the surface and the third position where the hardness of the steel is 653 Hv may be 0.25 mm or more and 0.60 mm or less.
  • the amount of retained austenite in the steel in the core may be 3% by volume or less.
  • the amount of retained austenite in the steel on the surface may be 25 volume percent or more and 40 volume percent or less.
  • the shaft according to the second aspect of the present invention has a surface and is made of steel.
  • the shaft has a skin portion on the surface and a core portion inside the skin portion.
  • the diameter of the shaft is 6 mm or more and 30 mm or less.
  • the nitrogen content in the steel in the surface layer is higher than the nitrogen content in the steel in the core.
  • the hardness of the steel is 720 Hv or higher.
  • a value obtained by subtracting the hardness of the steel at the second position from the hardness of the steel at the first position is 30 Hv or less.
  • the carbon content and nitrogen content in the steel on the surface are 0.6 to 0.9 mass percent and 0.3 to 0.8 mass percent, respectively.
  • the carbon content in the steel in the core is 0.15% by mass or more and 0.4% by mass or less.
  • Steel contains chromium, manganese, silicon and molybdenum.
  • the content of chromium in steel is 0.5% by mass or more and 3.0% by mass or less.
  • the total content of manganese, silicon and molybdenum is 1.0% by mass or more and 3.0% by mass or less.
  • the amount of retained austenite in the steel in the core may be 3% by volume or less.
  • the amount of retained austenite in the steel on the surface may be 25 volume percent or more and 40 volume percent or less.
  • the shaft according to the second aspect of the invention may be for a planetary reduction gear.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a rolling bearing 100;
  • FIG. 3 is an enlarged sectional view of bearing ring 10.
  • FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of shaft 40.
  • Rolling bearing 100 is a needle roller bearing.
  • the rolling bearing 100 is, for example, a rolling bearing used in an automobile transmission (eg, planetary reduction gear). However, the rolling bearing 100 can be used for applications other than automobile transmissions.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a rolling bearing 100.
  • the rolling bearing 100 has a bearing ring 10 , a plurality of rollers 20 and a retainer 30 .
  • Rolling bearing 100 is attached to shaft 40 .
  • the bearing ring 10 is ring-shaped.
  • the center axis of the bearing ring 10 is defined as a center axis A.
  • the direction of the central axis A be the axial direction.
  • a direction passing through the central axis A and perpendicular to the central axis A is defined as a radial direction.
  • a direction along the circumference centered on the central axis A is defined as a circumferential direction.
  • the bearing ring 10 has an end face 10a, an end face 10b, an inner peripheral face 10c, and an outer peripheral face 10d.
  • the end surface 10 a , the end surface 10 b , the inner peripheral surface 10 c and the outer peripheral surface 10 d may be collectively referred to as the surface of the bearing ring 10 .
  • the end face 10a and the end face 10b constitute end faces of the bearing ring 10 in the axial direction.
  • the end surface 10b is the opposite surface of the end surface 10a in the axial direction.
  • the inner peripheral surface 10c extends in the circumferential direction.
  • the inner peripheral surface 10c faces the central axis A side.
  • One axial end of the inner peripheral surface 10c continues to the end surface 10a.
  • the other axial end of the inner peripheral surface 10c continues to the end surface 10b.
  • the inner peripheral surface 10 c is the raceway surface of the bearing ring 10 . That is, the bearing ring 10 is in contact with the rollers 20 at the inner peripheral surface 10c.
  • the outer peripheral surface 10d extends in the circumferential direction. 10 d of outer peripheral surfaces face the side opposite to the central axis A. As shown in FIG. That is, the outer peripheral surface 10d is the opposite surface of the inner peripheral surface 10c in the radial direction. One axial end of the outer peripheral surface 10d continues to the end surface 10a. The other axial end of the outer peripheral surface 10d continues to the end surface 10b.
  • the bearing ring 10 is made of steel. More specifically, bearing ring 10 is made of steel that has been hardened and tempered. The steel forming bearing ring 10 contains chromium, manganese, silicon and molybdenum.
  • the content of chromium in the steel forming the bearing ring 10 is preferably 0.5% by mass or more from the viewpoint of improving hardenability and improving surface fatigue resistance due to carbide precipitation.
  • the content of chromium in the steel forming bearing ring 10 is preferably 3.0% by mass or less from the viewpoint of cost reduction of steel materials.
  • the total content of manganese, silicon and molybdenum in the steel forming the bearing ring 10 should be 1.0% by mass or more from the viewpoint of improving hardenability and heat resistance. is preferred.
  • the total content of manganese, silicon and molybdenum in the steel forming bearing ring 10 is preferably 3.0% by mass or less from the viewpoint of cost reduction of steel materials.
  • FIG. 2 is an enlarged sectional view of the bearing ring 10.
  • bearing ring 10 has surface layer portion 11 and core portion 12 .
  • the surface portion 11 is the portion of the bearing ring 10 that lies on the surface of the bearing ring 10 .
  • the core portion 12 is the portion of the bearing ring 10 inside the surface layer portion 11 .
  • the nitrogen content and carbon content in the steel in the surface layer portion 11 are greater than the nitrogen content and carbon content in the steel in the core portion 12, respectively. That is, the surface of the bearing ring 10 is carbonitrided.
  • the nitrogen content and carbon content in the steel in the surface layer portion 11 decrease with increasing distance from the surface of the bearing ring 10 .
  • the nitrogen content and carbon content in the steel in the core 12 are constant regardless of the position. Therefore, the nitrogen content and the carbon content in the steel are sequentially measured along the depth direction (the direction perpendicular to the surface of the bearing ring 10) from the surface of the bearing ring 10, and the measured nitrogen content
  • the position where the amount and carbon content are constant is the boundary between the surface layer portion 11 and the core portion 12 .
  • the carbon content in the steel in the surface layer portion 11 and the carbon content in the steel in the core portion 12 are The content is the same. Therefore, in this case, the nitrogen content in the steel is sequentially measured along the depth direction from the surface of the bearing ring 10, and the positions where the measured nitrogen content is constant are the surface layer portion 11 and the core portion 12. becomes a boundary with
  • the nitrogen content in the steel on the surface of the bearing ring 10 is preferably 0.3% by mass or more from the viewpoint of improving resistance to temper softening and improving surface fatigue resistance due to an increase in the amount of retained austenite.
  • the nitrogen content in the steel on the surface of bearing ring 10 is preferably 0.8% by mass or less from the viewpoint of suppressing a decrease in hardness due to an excessive amount of retained austenite.
  • the carbon content in the steel on the surface of bearing ring 10 is preferably 0.6% by mass or more and 0.9% by mass or less.
  • the carbon content in the steel in the core portion 12 (that is, the carbon content in the steel before carburizing treatment is performed) is 0 from the viewpoint of improving workability and ensuring strength by reducing the amount of retained austenite. 0.15 mass percent or more and 0.40 mass percent or less.
  • the rest of the steel forming the bearing ring 10 is iron and unavoidable impurities.
  • the content of each component in the steel forming the bearing ring 10 is measured using an EPMA (Electron Probe Micro Analyzer).
  • the bearing ring 10 is preferably made of the first steel material, the second steel material, or the third steel material having the composition shown in Table 1.
  • the first steel material corresponds to SCM420, which is chromium molybdenum steel specified in JIS standards (JIS G 4053:2016).
  • the bearing ring 10 may be made of the fourth steel material having the composition shown in Table 1.
  • the third steel material corresponds to SUJ2, which is a high-carbon chromium bearing steel specified in the JIS standard (JIS G 4805:2018).
  • the position at which the distance from the surface of the bearing ring 10 is 0.05 mm is defined as position P1.
  • the position at which the distance from the surface of bearing ring 10 is 0.20 mm is defined as position P2.
  • the hardness of the steel at positions P1 and P2 is 720 Hv or higher.
  • the hardness of the steel at position P1 is greater than the hardness of the steel at position P2.
  • a value obtained by subtracting the hardness of the steel at the position P2 from the hardness of the steel at the position P1 is preferably 30 Hv or less.
  • Position P3 is farther from the surface of bearing ring 10 than position P2. More specifically, the distance between the surface of bearing ring 10 and position P3 is preferably 0.25 mm or more and 0.6 mm or less.
  • the hardness of the steel forming the bearing ring 10 is measured by the Vickers hardness test method stipulated in the JIS standard (JIS Z 2245:2009).
  • the amount of retained austenite in the steel on the surface of bearing ring 10 is preferably 25 volume percent or more and 40 volume percent or less. More preferably, the amount of retained austenite in the steel on the surface of bearing ring 10 is 30 volume percent or more and 35 volume percent or less. The amount of retained austenite in the steel in the core 12 is preferably 3% by volume or less.
  • the amount of retained austenite in steel is measured by the X-ray diffraction method. More specifically, the amount of retained austenite in the steel is measured by comparing the integrated intensity of the X-ray diffraction peaks of the austenite in the steel and the integrated intensity of the X-ray diffraction peaks of other phases in the steel. .
  • the rollers 20 are needle rollers.
  • the rollers 20 extend axially.
  • the roller 20 has an end surface 20a, an end surface 20b, and an outer peripheral surface 20c.
  • the end face 20a and the end face 20b are end faces in the axial direction.
  • the end surface 20b is the opposite surface of the end surface 20a in the axial direction.
  • the outer peripheral surface 20c extends in the circumferential direction. One axial end of the outer peripheral surface 20c continues to the end surface 20a. The other axial end of the outer peripheral surface 20c continues to the end surface 20b.
  • the roller 20 is in contact with the inner peripheral surface 10c at the outer peripheral surface 20c.
  • a plurality of 20 are arranged along the circumferential direction.
  • the roller 20 is in contact with the shaft 40 at the outer peripheral surface 20c. Thereby, the rolling bearing 100 rotatably supports the shaft 40 around the central axis A. As shown in FIG.
  • the diameter of the roller 20 is 1.5 mm or more and 4.0 mm or less. A value obtained by dividing the length of the roller 20 by the diameter of the roller 20 is 4 or more and 10 or less.
  • the length of the roller 20 is the length in the axial direction, that is, the distance between the end face 20a and the end face 20b.
  • the rollers 20 are made of steel, for example.
  • the steel forming the rollers 20 may be the same as the steel forming the bearing ring 10 or may be different from the steel forming the bearing ring 10 .
  • Cage 30 is arranged between bearing ring 10 and shaft 40 . Cage 30 holds a plurality of rollers 20 . Thereby, the interval between two rollers 20 adjacent in the circumferential direction is kept within a certain range.
  • the shaft 40 extends axially.
  • the diameter of the shaft 40 is 6 mm or more and 30 mm or less.
  • the shaft 40 has an outer peripheral surface 40a.
  • the outer peripheral surface 40a extends in the circumferential direction.
  • the shaft 40 is in contact with the rollers 20 at the outer peripheral surface 40a. That is, the outer peripheral surface 40 a is the raceway surface of the shaft 40 .
  • the shaft 40 is made of hardened and tempered steel.
  • FIG. 3 is an enlarged sectional view of the shaft 40.
  • the shaft 40 has a surface layer portion 41 and a core portion 42 .
  • the surface layer portion 41 is the portion of the shaft 40 on the outer peripheral surface 40a.
  • the core portion 42 is the portion of the shaft 40 inside the surface portion 41 .
  • the nitrogen content and carbon content in the steel in the surface layer portion 41 are respectively greater than the nitrogen content and carbon content in the steel in the core portion 42 . That is, carbonitriding treatment is performed on the outer peripheral surface 40a.
  • the outer peripheral surface 40a does not have to be carburized.
  • the carbon content in the steel in the surface layer portion 41 is the same as the carbon content in the steel in the core portion 42 .
  • the steel that constitutes the shaft 40 contains chromium, manganese, silicon, and molybdenum.
  • the content of chromium in the steel forming shaft 40 is preferably 0.5% by mass or more and 3.0% by mass or less.
  • the total content of manganese, silicon and molybdenum in the steel forming the shaft 40 is preferably 1.0% by mass or more and 3.0% by mass or less.
  • the carbon content in the steel on the outer peripheral surface 40a is preferably 0.6% by mass or more and 0.9% by mass or less.
  • the carbon content in the steel in the core 42 is preferably 0.15% by mass or more and 0.40% by mass or less.
  • the nitrogen content in the steel on the outer peripheral surface 40a is preferably 0.3% by mass or more and 0.8% by mass or less.
  • the remainder of the steel that makes up shaft 40 is iron and incidental impurities.
  • the shaft 40 is preferably made of the first steel material, the second steel material, or the third steel material.
  • the shaft 40 may be made of the fourth steel material.
  • a position P4 is a position at a distance of 0.05 mm from the outer peripheral surface 40a.
  • a position at a distance of 0.20 mm from the outer peripheral surface 40a is defined as a position P5.
  • the hardness of the steel at positions P4 and P5 is 720 Hv or higher.
  • the hardness of the steel at position P4 is greater than the hardness of steel at position P5.
  • a value obtained by subtracting the hardness of the steel at the position P5 from the hardness of the steel at the position P4 is preferably 30 Hv or less.
  • the position where the hardness of steel is 653Hv is defined as position P6.
  • the position P6 is further away from the outer peripheral surface 40a than the position P5. More specifically, the distance between the surface of bearing ring 10 and position P3 is preferably 0.25 mm or more and 0.6 mm or less.
  • the amount of retained austenite in the steel on the outer peripheral surface 40a is preferably 25 volume percent or more and 40 volume percent or less. More preferably, the amount of retained austenite in the steel on the outer peripheral surface 40a is 30 volume percent or more and 35 volume percent or less. The amount of retained austenite in the steel in core 42 is preferably 3% by volume or less.
  • FIG. 4A to 4D are process diagrams showing a method of manufacturing the bearing ring 10.
  • the method for manufacturing the bearing ring 10 includes a preparation step S1, a carbonitriding step S2, a quenching step S3, a tempering step S4, and a post-treatment step S5.
  • the carbonitriding step S2 is performed after the preparatory step S1.
  • the quenching step S3 is performed after the carbonitriding step S2.
  • the tempering step S4 is performed after the hardening step S3.
  • the post-treatment step S5 is performed after the tempering step S4.
  • members to be processed are prepared.
  • the member to be processed is ring-shaped.
  • the member to be processed is prepared by, for example, performing machining such as forging and turning to form a cast material into a shape similar to the bearing ring 10 .
  • carbonitriding treatment is performed on the surface of the member to be processed.
  • the carbo-nitriding treatment is performed by holding the member to be processed at a predetermined heat treatment temperature in a heat treatment gas.
  • a heat treatment gas for example, an endothermic modified gas (RX gas) to which a nitrogen source gas (for example, ammonia gas) is added is used.
  • the predetermined heat treatment temperature is, for example, a temperature equal to or higher than the A1 transformation point of steel forming the member to be processed. Only the carbonitriding process may be performed instead of the carbonitriding step S2.
  • the carbon content and nitrogen content in the steel on the surface of the bearing ring 10 and the depth of the surface layer portion 11 can be adjusted by the carbon potential and nitrogen potential in the heat treatment gas and the holding time.
  • the member to be processed is quenched.
  • the member to be processed is held at a temperature equal to or higher than the A1 transformation point of the steel constituting the member to be processed, and then rapidly cooled to a temperature equal to or lower than the MS transformation point of the steel constituting the member to be processed.
  • Rapid cooling of the member to be processed is performed, for example, by water cooling or oil cooling.
  • the member to be processed is tempered. Tempering is carried out by holding the workpiece at a temperature below the A1 transformation point of the steel from which the workpiece is constructed.
  • post-processing step S5 post-processing is performed on the member to be processed. This post-treatment includes machining (grinding, polishing, etc.) and cleaning of the surface of the member to be processed. As described above, the bearing ring 10 having the structure shown in FIGS. 1 and 2 is manufactured.
  • the method for manufacturing the shaft 40 like the method for manufacturing the bearing ring 10, includes a preparation step S1, a carbonitriding step S2, a quenching step S3, a tempering step S4, and a post-treatment step S5.
  • the method for manufacturing the shaft 40 differs from the method for manufacturing the bearing ring 10 in the shape of the member to be processed prepared in the preparation step S1.
  • Rolling bearings used in automobile transmissions are used in conditions where sufficient oil film is not formed between the raceway surface and the roller surface due to the reduction in the viscosity of lubricating oil and the reduction in the amount of lubricating oil supplied to improve fuel efficiency.
  • in a needle roller bearing since the rollers are long and narrow, it is difficult to ensure the machining accuracy of the surfaces of the rollers. As a result, in the needle roller bearing, fatigue fracture is likely to occur on the roller surface and the raceway surface due to metallic contact with the surface of the raceway surface.
  • the maximum contact surface pressure between the raceway surface and the roller surface is usually about 3500 MPa. Therefore, the maximum shear stress due to contact with the surface of the raceway surface is applied to positions up to a maximum distance of about 0.10 mm from the raceway surface. This maximum shear stress affects the surface fatigue resistance of the bearing ring.
  • the steel hardness at position P1 and the steel hardness at position P2 are 720 Hv or more. Further, in bearing ring 10, the value obtained by subtracting the hardness of steel at position P2 from the hardness of steel at position P1 is 30 Hv or less. Thus, in the bearing ring 10, the hardness of the steel is sufficiently secured in the vicinity of the position where the maximum shear stress occurs, and the uniformity of the hardness distribution is high, so the surface fatigue resistance is improved. ing.
  • the distance from the surface of the bearing ring 10 to the position P3 is set to 0.25 mm or more and 0.60 mm or less, the penetration depth of carbon and nitrogen will be shortened. Therefore, by setting the distance between the position P3 and the surface of the bearing ring 10 to 0.25 mm or more and 0.60 mm or less, the manufacturing cost can be reduced by shortening the carbonitriding step S2.
  • the amount of retained austenite in the steel in the core portion 12 is 3% by volume or less, it is possible to suppress changes over time in the bearing ring 10 due to creep of retained austenite.
  • the amount of retained austenite in the steel on the surface of bearing ring 10 is 25 volume percent or more and 40 volume percent or less, hard foreign matter (such as abrasion powder) is caught and formed on the surface of bearing ring 10. Since fatigue flaking originating from indentations is suppressed, surface fatigue resistance is further improved.
  • the hardness of the steel at the position P4 and the hardness of the steel at the position P5 are 720 Hv or more, and the value obtained by subtracting the hardness of the steel at the position P5 from the hardness of the steel at the position P4 is 30 Hv or less. Therefore, surface fatigue resistance is improved.
  • the production cost can be reduced by shortening the carbonitriding step S2.
  • the amount of retained austenite in the steel in the core portion 42 is 3% by volume or less, it is possible to suppress changes over time of the shaft 40 (more specifically, bending of the shaft 40) due to creep of retained austenite.
  • the amount of retained austenite in the steel on the outer peripheral surface 40a is 25 volume percent or more and 40 volume percent or less, fatigue flaking starting from indentations formed on the outer peripheral surface 40a due to being bitten by hard foreign matter is suppressed. Therefore, the surface fatigue resistance is further improved.
  • Example 2 A rolling contact fatigue test was conducted to confirm the effect of the shaft 40 .
  • the diameter of the roller 20 was set to 4 mm and the length of the roller 20 was set to 19 mm.
  • Samples 1 to 4 as shown in Table 2, were prepared as samples of the shaft 40 in the rolling contact fatigue test.
  • Sample 1 was made of No. 4 steel.
  • Sample 2 was formed from the second steel material.
  • Sample 3 was formed from the third steel material.
  • Sample 4 was formed from the first steel material.
  • Tempering for samples 1 and 2 was performed by holding at 180°C. Tempering for sample 3 was done by holding at 160°C. Tempering for sample 4 was done with a hold at 170°C. Sample 1 was only subjected to nitriding treatment. Samples 2 to 4 were subjected to carbonitriding treatment.
  • the carbon content and nitrogen content in the steel on the outer peripheral surface 40a were 1.0% by mass and 0.13% by mass, respectively.
  • the carbon content and nitrogen content in the steel on the outer peripheral surface 40a were 0.80 mass percent and 0.45 mass percent, respectively.
  • the carbon content and nitrogen content in the steel on the outer peripheral surface 40a were 0.65 mass percent and 0.55 mass percent, respectively.
  • the carbon content and nitrogen content in the steel on the outer peripheral surface 40a were 0.75 mass percent and 0.55 mass percent, respectively.
  • the amount of retained austenite in the steel in the core 42 was 13% by volume. In sample 2, the amount of retained austenite in the steel in core 42 was 2 percent by volume. In sample 3, the amount of retained austenite in the steel in core 42 was 4 percent by volume. In sample 4, the amount of retained austenite in the steel in core 42 was 2 volume percent.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the distance from the outer peripheral surface 40a and the hardness of steel in samples 1 to 4.
  • the steel hardness at position P4 is 756 Hv
  • the steel hardness at position P5 is 751 Hv
  • the distance from outer peripheral surface 40a to position P6 is 0.6 mm. had exceeded.
  • the steel hardness at position P4 was 742 Hv
  • the steel hardness at position P5 was 701 Hv
  • the distance from outer peripheral surface 40a to position P6 was 0.48 mm.
  • the steel hardness at position P4 was 740 Hv
  • the steel hardness at position P5 was 732 Hv
  • the distance from the outer peripheral surface 40a to position P6 was 0.55 mm
  • the steel hardness at position P4 was 733 Hv
  • the steel hardness at position P5 was 723 Hv
  • the distance from outer peripheral surface 40a to position P6 was 0.39 mm.
  • the rolling contact fatigue life (L10 life) of Samples 1 , 3 and 4 was evaluated by multiplying the rolling contact fatigue life of Sample 2.
  • the rolling contact fatigue life of sample 1 was 3.52 times the rolling contact fatigue life of sample 2.
  • the rolling contact fatigue life of sample 3 was 7.89 times the rolling contact fatigue life of sample 2.
  • the rolling contact fatigue life of sample 4 was 3.90 times the rolling contact fatigue life of sample 2.
  • the condition A1 is that the hardness of the steel at the position P4 and the hardness of the steel at the position P5 are 720 Hv or more.
  • a condition A2 is that the value obtained by subtracting the hardness of the steel at the position P5 from the hardness of the steel at the position P4 is 30 Hv or more.
  • a condition B is that the distance between the outer peripheral surface 40a and the position P6 is 0.25 mm or more and 0.60 mm or less.
  • Sample 2 did not meet conditions A1 and A2.
  • Sample 1 and Sample 3 satisfied condition A1 and condition A2. From this comparison, it was experimentally clarified that the surface fatigue resistance of the shaft 40 is improved by satisfying the conditions A1 and A2.
  • the bending amounts of samples 1, 3, and 4 were evaluated by multiplying the ratio of the bending amount of sample 2.
  • the amount of bending of sample 1 was 4.33 times the amount of bending of sample 2.
  • the amount of bending of sample 3 was 2.66 times the amount of bending of sample 2.
  • the amount of bending of sample 4 was 1.00 times the amount of bending of sample 2.
  • condition C is that the amount of retained austenite in the steel in the core portion 42 is 3% by volume or less.
  • Condition C was satisfied in samples 2 and 4, but condition C was not satisfied in samples 1 and 3. From this comparison, it was experimentally clarified that the deformation (bending) of the shaft 40 is suppressed when the condition C is satisfied.
  • 10 bearing ring 10a, 10b end surface, 10c inner peripheral surface, 10d outer peripheral surface, 11 surface layer portion, 12 core portion, 20 rollers, 20a, 20b end surface, 20c outer peripheral surface, 30 retainer, 40 shaft, 40a outer peripheral surface, 41 Surface layer part, 42 core part, 100 rolling bearing, A center shaft, P1, P2, P3, P4, P5, P6 position, S1 preparation process, S2 carbonitriding process, S3 quenching process, S4 tempering process, S5 post-treatment process .

Abstract

軌道輪（１０）は、直径が１．５ｍｍ以上４．０ｍｍ以下かつ長さを直径で除した値が４以上１０以下のころ（２０）に接触する表面（１０ｃ）を有しており、鋼製である。軌道輪は、表面にある表層部（１１）と、表層部の内側にある芯部（１２）とを備える。表層部にある鋼中の窒素の含有量は、芯部にある鋼中の窒素の含有量よりも高い。表面からの距離が０．０５ｍｍとなる第１位置（Ｐ１）及び表面からの距離が０．２０ｍｍとなる第２位置（Ｐ２）において、鋼の硬さは、７２０Ｈｖ以上である。第１位置における鋼の硬さから第２位置における鋼の硬さを減じた値は、３０Ｈｖ以下である。

Description

軌道輪及びシャフト
　本発明は、軌道輪及びシャフトに関する。
　特許第４４２３７５４号公報（特許文献１）には、軌道輪が記載されている。特許文献１に記載の軌道輪では、表面（軌道面）に対して浸炭浸窒処理が行われるとともに、焼入れが行われている。これにより、特許文献１に記載の軌道輪では、耐表面疲労特性が改善されている。
　特開２０１０－１５２１号公報（特許文献２）には、シャフトが記載されている。特許文献２に記載のシャフトは、遊星歯車機構用のピニオンシャフトである。特許文献２に記載のシャフトでは、表面（軌道面）に対して浸炭浸窒処理が行われるとともに、焼入れが行われている。これにより、特許文献２に記載のシャフトでは、耐表面疲労特性が改善されている。
　その他に、歯車や軸受部品の耐表面疲労特性を改善するための熱処理として、特許第４８００４４４号公報（特許文献３）に記載の方法がある。
特許第４４２３７５４号公報 特開２０１０－１５２１号公報 特許第４８００４４４号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の軌道輪及び特許文献２に記載のシャフトは、耐表面疲労特性に改善の余地がある。
　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、耐表面疲労特性を改善することが可能な軌道輪及びシャフトを提供するものである。
　本発明の第１態様に係る軌道輪は、直径が１．５ｍｍ以上４．０ｍｍ以下かつ長さを直径で除した値が４以上１０以下のころに接触する表面を有し、鋼製である。軌道輪は、表面にある表層部と、表層部の内側にある芯部とを備えている。表層部にある鋼中の窒素の含有量は、芯部にある鋼中の窒素の含有量よりも高い。表面からの距離が０．０５ｍｍとなる第１位置及び表面からの距離が０．２０ｍｍとなる第２位置において、鋼の硬さは、７２０Ｈｖ以上である。第１位置における鋼の硬さから第２位置における鋼の硬さを減じた値は、３０Ｈｖ以下である。
　本発明の第１態様に係る軌道輪では、表面にある鋼中の炭素の含有量及び窒素の含有量が、それぞれ、０．６重量パーセント以上０．９質量パーセント以下及び０．３質量パーセント以上０．８質量パーセント以下であってもよい。表層部にある鋼中の炭素の含有量及び窒素の含有量は、それぞれ、芯部にある鋼中の窒素の含有量及び炭素の含有量よりも高くてもよい。芯部にある鋼中の炭素含有量は、０．１５質量パーセント以上０．４質量パーセント以下であってもよい。鋼は、クロムと、マンガンと、シリコンと、モリブデンとを含有していてもよい。鋼中において、クロムの含有量は、０．５質量パーセント以上３．０質量パーセント以下であってもよい。鋼中において、マンガンの含有量、シリコンの含有量及びモリブデンの含有量の合計は、１．０質量パーセント以上３．０質量パーセント以下であってもよい。表面と鋼の硬さが６５３Ｈｖとなる第３位置との間の距離は、０．２５ｍｍ以上０．６０ｍｍ以下であってもよい。
　本発明の第１態様に係る軌道輪では、芯部にある鋼中の残留オーステナイト量が、３体積パーセント以下であってもよい。
　本発明の第１態様に係る軌道輪では、表面にある鋼中の残留オーステナイト量は、２５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。
　本発明の第２態様に係るシャフトは、表面を有し、鋼製である。シャフトは、表面にある表層部と、表層部の内側にある芯部とを備えている。シャフトの直径は、６ｍｍ以上３０ｍｍ以下である。表層部にある鋼中の窒素の含有量は、芯部にある鋼中の窒素の含有量よりも高い。表面からの距離が０．０５ｍｍとなる第１位置及び表面からの距離が０．２０ｍｍとなる第２位置において、鋼の硬さは、７２０Ｈｖ以上である。第１位置における鋼の硬さから第２位置における鋼の硬さを減じた値は、３０Ｈｖ以下である。
　表面にある鋼中の炭素の含有量及び窒素の含有量は、それぞれ、０．６重量パーセント以上０．９質量パーセント以下及び０．３質量パーセント以上０．８質量パーセント以下である。芯部にある鋼中の炭素の含有量は、０．１５質量パーセント以上０．４質量パーセント以下である。鋼は、クロムと、マンガンと、シリコンと、モリブデンとを含有している。鋼中において、クロムの含有量は、０．５質量パーセント以上３．０質量パーセント以下である。鋼中において、マンガンの含有量、シリコンの含有量及びモリブデンの含有量の合計は、１．０質量パーセント以上３．０質量パーセント以下である。
　本発明の第２態様に係るシャフトでは、芯部にある鋼中の残留オーステナイト量が、３体積パーセント以下であってもよい。
　本発明の第２態様に係るシャフトでは、表面にある鋼中の残留オーステナイト量が、２５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。本発明の第２態様に係るシャフトは、遊星減速機用であってもよい。
　本発明の第１態様に係る軌道輪及び本発明の第２態様に係るシャフトによると、耐表面疲労特性を改善することができる。
転がり軸受１００の断面図である。 軌道輪１０の拡大断面図である。 シャフト４０の拡大断面図である。 軌道輪１０の製造方法を示す工程図である。 サンプル１～サンプル４での外周面４０ａからの距離と鋼の硬さとの関係を示すグラフである。
　本発明の実施形態の詳細を、図面を参照しながら説明する。以下の図面では、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。
　実施形態に係る転がり軸受（以下「転がり軸受１００」とする）を説明する。転がり軸受１００は、針状ころ軸受である。転がり軸受１００は、例えば、自動車の変速機（例えば、遊星減速機）に使用される転がり軸受である。但し、転がり軸受１００は、自動車の変速機以外の用途に用いることができる。
　（実施形態に係る転がり軸受の構成）
　図１は、転がり軸受１００の断面図である。図１に示されるように、転がり軸受１００は、軌道輪１０と、複数のころ２０と、保持器３０とを有している。転がり軸受１００はシャフト４０に取り付けられている。
　軌道輪１０は、リング状である。軌道輪１０の中心軸を、中心軸Ａとする。中心軸Ａの方向を、軸方向とする。中心軸Ａを通り、かつ中心軸Ａに直交している方向を、径方向とする。中心軸Ａを中心とする円周に沿う方向を、周方向とする。
　軌道輪１０は、端面１０ａと、端面１０ｂと、内周面１０ｃと、外周面１０ｄとを有している。端面１０ａ、端面１０ｂ、内周面１０ｃ及び外周面１０ｄを、まとめて軌道輪１０の表面とすることがある。
　端面１０ａ及び端面１０ｂは、軸方向における軌道輪１０の端面を構成している。端面１０ｂは、軸方向における端面１０ａの反対面である。
　内周面１０ｃは、周方向に延在している。内周面１０ｃは、中心軸Ａ側を向いている。内周面１０ｃの軸方向における一方端は、端面１０ａに連なっている。内周面１０ｃの軸方向における他方端は、端面１０ｂに連なっている。内周面１０ｃは、軌道輪１０の軌道面である。すなわち、軌道輪１０は、内周面１０ｃにおいて、ころ２０と接触している。
　外周面１０ｄは、周方向に延在している。外周面１０ｄは、中心軸Ａとは反対側を向いている。すなわち、外周面１０ｄは、径方向における内周面１０ｃの反対面である。外周面１０ｄの軸方向における一方端は、端面１０ａに連なっている。外周面１０ｄの軸方向における他方端は、端面１０ｂに連なっている。
　軌道輪１０は、鋼製である。より具体的には、軌道輪１０は、焼入れ及び焼戻しが行われた鋼製である。軌道輪１０を構成している鋼は、クロムと、マンガンと、シリコンと、モリブデンとを含有している。
　軌道輪１０を構成している鋼中のクロムの含有量は、焼入れ性の向上及び炭化物析出による耐表面疲労特性の改善の観点から０．５質量パーセント以上であることが好ましい。軌道輪１０を構成している鋼中のクロムの含有量は、鋼材コスト抑制の観点から３．０質量パーセント以下であることが好ましい。
　軌道輪１０を構成している鋼中のマンガンの含有量、シリコンの含有量及びモリブデンの含有量の合計は、焼入れ性の向上及び耐熱性の向上の観点から１．０質量パーセント以上であることが好ましい。軌道輪１０を構成している鋼中のマンガンの含有量、シリコンの含有量及びモリブデンの含有量の合計は、鋼材コスト抑制の観点から３．０質量パーセント以下であることが好ましい。
　図２は、軌道輪１０の拡大断面図である。図２に示されるように、軌道輪１０は、表層部１１と、芯部１２とを有している。表層部１１は、軌道輪１０の表面にある軌道輪１０の部分である。芯部１２は、表層部１１の内側にある軌道輪１０の部分である。表層部１１にある鋼中の窒素の含有量及び炭素の含有量は、それぞれ、芯部１２にある鋼中の窒素の含有量及び炭素の含有量よりも大きい。すなわち、軌道輪１０の表面には、浸炭浸窒処理が行われている。
　表層部１１にある鋼中の窒素の含有量及び炭素の含有量は、軌道輪１０の表面からの離れるにしたがって小さくなる。芯部１２にある鋼中の窒素の含有量及び炭素の含有量は、位置によらずに一定である。そのため、軌道輪１０の表面から深さ方向（軌道輪１０の表面に直交している方向）に沿って順次鋼中の窒素の含有量及び炭素の含有量を測定し、測定された窒素の含有量及び炭素の含有量が一定になる位置が、表層部１１と芯部１２との境界になる。
　なお、軌道輪１０の表面に対して浸炭処理が行われず、浸窒処理のみが行われている場合、表層部１１にある鋼中の炭素の含有量及び芯部１２にある鋼中の炭素の含有量は、同一である。そのため、この場合、軌道輪１０の表面から深さ方向に沿って順次鋼中の窒素の含有量を測定し、測定された窒素の含有量が一定になる位置が、表層部１１と芯部１２との境界になる。
　軌道輪１０の表面にある鋼中の窒素の含有量は、焼戻し軟化抵抗の向上及び残留オーステナイト量の増加による耐表面疲労特性の改善の観点から０．３質量パーセント以上であることが好ましい。軌道輪１０の表面にある鋼中の窒素の含有量は、残留オーステナイト量が過多になることに伴う硬さ低下の抑制の観点から０．８質量パーセント以下であることが好ましい。
　軌道輪１０の表面にある鋼中の炭素の含有量は、０．６質量パーセント以上０．９質量パーセント以下であることが好ましい。芯部１２にある鋼中の炭素の含有量（すなわち、浸炭処理が行われる前における鋼中の炭素の含有量）は、加工性の向上及び残留オーステナイト量の低減による強度の確保の観点から０．１５質量パーセント以上０．４０質量パーセント以下であることが好ましい。
　軌道輪１０を構成している鋼の残部は、鉄及び不可避不純物である。軌道輪１０を構成している鋼中の各成分の含有量は、ＥＰＭＡ（Electron　Probe　Micro　Analyzer）を用いて測定される。
　軌道輪１０は、好ましくは、表１に示されている組成の第１鋼材、第２鋼材又は第３鋼材により形成されている。なお、第１鋼材は、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ　Ｇ　４０５３：２０１６）に定められているクロムモリブデン鋼であるＳＣＭ４２０に対応している。軌道輪１０は、表１に示されている組成の第４鋼材により形成されていてもよい。なお、第３鋼材は、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ　Ｇ　４８０５：２０１８）に定められている高炭素クロム軸受鋼であるＳＵＪ２に対応している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　軌道輪１０の表面からの距離が０．０５ｍｍである位置を、位置Ｐ１とする。軌道輪１０の表面からの距離が０．２０ｍｍである位置を、位置Ｐ２とする。位置Ｐ１及び位置Ｐ２における鋼の硬さは、７２０Ｈｖ以上である。位置Ｐ１における鋼の硬さは、位置Ｐ２における鋼の硬さよりも大きい。位置Ｐ１における鋼の硬さから位置Ｐ２における鋼の硬さを減じた値は、３０Ｈｖ以下であることが好ましい。
　鋼の硬さが６５３Ｈｖとなる位置を、位置Ｐ３とする。位置Ｐ３は、位置Ｐ２よりも軌道輪１０の表面から離れている。より具体的には、軌道輪１０の表面と位置Ｐ３との間の距離は、０．２５ｍｍ以上０．６ｍｍ以下であることが好ましい。
　なお、軌道輪１０を構成している鋼の硬さは、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ　Ｚ　２２４５：２００９）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。
　軌道輪１０の表面にある鋼中の残留オーステナイト量は、２５体積パーセント以上４０体積パーセント以下であることが好ましい。軌道輪１０の表面にある鋼中の残留オーステナイト量は、３０体積パーセント以上３５体積パーセント以下であることがさらに好ましい。芯部１２にある鋼中の残留オーステナイト量は、３体積パーセント以下であることが好ましい。
　鋼中の残留オーステナイト量は、Ｘ線回折法により測定される。より具体的には、鋼中の残留オーステナイト量は、鋼中のオーステナイトのＸ線回折ピークの積分強度と鋼中のその他の相のＸ線回折ピークの積分強度とを比較することにより測定される。
　図１に示されるように、ころ２０は、針状（ニードル）ころである。ころ２０は、軸方向に延在している。ころ２０は、端面２０ａと、端面２０ｂと、外周面２０ｃとを有している。端面２０ａ及び端面２０ｂは、軸方向における端面である。端面２０ｂは、軸方向における端面２０ａの反対面である。
　外周面２０ｃは、周方向に延在している。外周面２０ｃの軸方向における一方端は、端面２０ａに連なっている。外周面２０ｃの軸方向における他方端は、端面２０ｂに連なっている。ころ２０は、外周面２０ｃにおいて、内周面１０ｃに接触している。複数の２０は、周方向に沿って配列されている。ころ２０は、外周面２０ｃにおいてシャフト４０に接触している。これにより、転がり軸受１００は、シャフト４０を中心軸Ａ回りに回転可能に軸支する。
　ころ２０の直径は、１．５ｍｍ以上４．０ｍｍ以下である。ころ２０の長さをころ２０の直径で除した値は、４以上１０以下である。なお、ころ２０の長さは、軸方向における長さ、すなわち、端面２０ａと端面２０ｂとの間の距離である。
　ころ２０は、例えば、鋼製である。ころ２０を構成している鋼は、軌道輪１０を構成している鋼と同一であってもよく、軌道輪１０を構成している鋼と異なっていてもよい。保持器３０は、軌道輪１０とシャフト４０との間に配置されている。保持器３０は、複数のころ２０を保持している。これにより、周方向において隣り合う２つのころ２０の間の間隔が一定範囲内に保たれている。
　シャフト４０は、軸方向に延在している。シャフト４０の直径は、６ｍｍ以上３０ｍｍ以下である。シャフト４０は、外周面４０ａを有している。外周面４０ａは、周方向に延在している。シャフト４０は、外周面４０ａにおいて、ころ２０に接触している。すなわち、外周面４０ａは、シャフト４０の軌道面である。シャフト４０は、焼入れ及び焼戻しが行われた鋼製である。
　図３は、シャフト４０の拡大断面図である。シャフト４０は、表層部４１と、芯部４２とを有している。表層部４１は、外周面４０ａにあるシャフト４０の部分である。芯部４２は、表層部４１の内側にあるシャフト４０の部分である。表層部４１にある鋼中の窒素の含有量及び炭素の含有量は、それぞれ、芯部４２にある鋼中の窒素の含有量及び炭素の含有量よりも大きい。すなわち、外周面４０ａには、浸炭浸窒処理が行われている。
　但し、外周面４０ａには、浸炭処理が行われていなくてもよい。この場合、表層部４１にある鋼中の炭素の含有量は、芯部４２にある鋼中の炭素の含有量と同一である。
　シャフト４０を構成している鋼は、クロムと、マンガンと、シリコンと、モリブデンとを含有している。シャフト４０を構成している鋼中のクロムの含有量は、０．５質量パーセント以上３．０質量パーセント以下であることが好ましい。シャフト４０を構成している鋼中のマンガンの含有量、シリコンの含有量及びモリブデンの含有量の合計は、１．０質量パーセント以上３．０質量パーセント以下であることが好ましい。
　外周面４０ａにある鋼中の炭素の含有量は、０．６質量パーセント以上０．９質量パーセント以下であることが好ましい。芯部４２にある鋼中の炭素の含有量は、０．１５質量パーセント以上０．４０質量パーセント以下であることが好ましい。外周面４０ａにある鋼中の窒素の含有量は、０．３質量パーセント以上０．８質量パーセント以下であることが好ましい。シャフト４０を構成している鋼の残部は、鉄及び不可避不純物である。
　シャフト４０は、第１鋼材、第２鋼材又は第３鋼材により形成されていることが好ましい。シャフト４０は、第４鋼材により形成されていてもよい。
　外周面４０ａからの距離が０．０５ｍｍである位置を、位置Ｐ４とする。外周面４０ａからの距離が０．２０ｍｍである位置を、位置Ｐ５とする。位置Ｐ４及び位置Ｐ５における鋼の硬さは、７２０Ｈｖ以上である。位置Ｐ４における鋼の硬さは、位置Ｐ５における鋼の硬さよりも大きい。位置Ｐ４における鋼の硬さから位置Ｐ５における鋼の硬さを減じた値は、３０Ｈｖ以下であることが好ましい。
　鋼の硬さが６５３Ｈｖとなる位置を、位置Ｐ６とする。位置Ｐ６は、位置Ｐ５よりも外周面４０ａから離れている。より具体的には、軌道輪１０の表面と位置Ｐ３との間の距離は、０．２５ｍｍ以上０．６ｍｍ以下であることが好ましい。
　外周面４０ａにある鋼中の残留オーステナイト量は、好ましくは、２５体積パーセント以上４０体積パーセント以下である。さらに好ましくは、外周面４０ａにある鋼中の残留オーステナイト量は、３０体積パーセント以上３５体積パーセント以下である。芯部４２にある鋼中の残留オーステナイト量は、３体積パーセント以下であることが好ましい。
　＜軌道輪１０の製造方法＞
　図４は、軌道輪１０の製造方法を示す工程図である。図４に示されるように、軌道輪１０の製造方法は、準備工程Ｓ１と、浸炭浸窒工程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。浸炭浸窒工程Ｓ２は、準備工程Ｓ１の後に行われる。焼入れ工程Ｓ３は、浸炭浸窒工程Ｓ２の後に行われる。焼戻し工程Ｓ４は、焼入れ工程Ｓ３の後に行われる。後処理工程Ｓ５は、焼戻し工程Ｓ４の後に行われる。
　準備工程Ｓ１では、加工対象部材が準備される。加工対象部材は、リング状である。加工対象部材は、例えば、鍛造及び旋削等の機械加工を行って素形材を軌道輪１０に近い形状に成形することにより準備される。
　浸炭浸窒工程Ｓ２では、加工対象部材の表面に対する浸炭浸窒処理が行われる。浸炭浸窒処理は、熱処理ガス中において、加工対象部材を所定の熱処理温度に保持することにより行われる。熱処理ガスには、例えば、吸熱型変成ガス（ＲＸガス）に窒素源となるガス（例えば、アンモニアガス）が添加されたものが用いられる。所定の熱処理温度は、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。なお、浸炭浸窒工程Ｓ２に代えて、浸窒処理のみが行われてもよい。
　なお、軌道輪１０の表面にある鋼中の炭素の含有量及び窒素の含有量並びに表層部１１の深さは、熱処理ガス中の炭素ポテンシャル及び窒素ポテンシャル並びに保持時間により調整することができる。
　焼入れ工程Ｓ３では、加工対象部材に対する焼入れが行われる。焼入れは、加工対象部材を、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保持した後に加工対象部材を構成している鋼のＭＳ変態点以下の温度に急冷することにより行われる。加工対象部材の急冷は、例えば、水冷又は油冷することにより行われる。
　焼戻し工程Ｓ４では、加工対象部材に対する焼戻しが行われる。焼戻しは、加工対象部材を、加工対象部材を構成している鋼のＡ１変態点未満の温度で保持することにより行われる。後処理工程Ｓ５では、加工対象部材に対する後処理が行われる。この後処理には、加工対象部材の表面への機械加工（研削、研磨等）及び洗浄が含まれる。以上により、図１及び図２に示される構造の軌道輪１０が製造される。
　（シャフト４０の製造方法）
　シャフト４０の製造方法は、軌道輪１０の製造方法と同様に、準備工程Ｓ１と、浸炭浸窒工程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。但し、シャフト４０の製造方法は、準備工程Ｓ１において準備される加工対象部材の形状が、軌道輪１０の製造方法と異なっている。
　（軌道輪１０の効果）
　自動車の変速機に使用される転がり軸受は、燃費向上のための潤滑油の低粘度化や潤滑油の供給量の減少により軌道面ところの表面との間に十分な油膜が形成されない状態で使用されることがある。特に、針状ころ軸受では、ころが細長い形状であり、ころの表面における加工精度が確保しにくいため、軌道面ところの表面との間に油膜が形成されにくくなる。その結果、針状ころ軸受では、軌道面ところの表面との金属接触により、ころの表面及び軌道面において疲労破壊が生じやすい。
　針状ころ軸受では、通常、軌道面ところの表面との最大接触面圧が３５００ＭＰａ程度である。そのため、軌道面からの距離が最大０．１０ｍｍ程度までの位置に、軌道面ところの表面との接触による最大せん断応力が加わることになる。この最大せん断応力は、軌道輪の耐表面疲労特性に影響する。
　軌道輪１０では、位置Ｐ１と位置Ｐ２との間に、最大せん断応力が生じる位置が存在する。軌道輪１０では、位置Ｐ１における鋼の硬さ及び位置Ｐ２における鋼の硬さが７２０Ｈｖ以上になっている。また、軌道輪１０では、位置Ｐ１における鋼の硬さから位置Ｐ２における鋼の硬さを減じた値が、３０Ｈｖ以下になっている。このように、軌道輪１０では、最大せん断応力が生じる位置の近傍での鋼の硬さが十分に確保されているとともに、その硬さ分布の均一性が高いため、耐表面疲労特性が改善されている。
　位置Ｐ３と軌道輪１０との表面からの距離を０．２５ｍｍ以上０．６０ｍｍ以下にしようとする場合には、炭素及び窒素の浸入深さを短くすることになる。そのため、位置Ｐ３と軌道輪１０との表面からの距離を０．２５ｍｍ以上０．６０ｍｍ以下とすることで、浸炭浸窒工程Ｓ２の短時間化により製造コストを低減できる。
　芯部１２にある鋼中の残留オーステナイト量が３体積パーセント以下である場合、残留オーステナイトのクリープによる軌道輪１０の経時変化を抑制することができる。軌道輪１０の表面にある鋼中の残留オーステナイト量が２５体積パーセント以上４０体積パーセント以下である場合には、硬質異物（摩耗粉等）が噛み込まれることにより軌道輪１０の表面に形成された圧痕を起点とする疲労剥離が抑制されるため、耐表面疲労特性がさらに改善される。
　（シャフト４０の効果）
　シャフト４０では、位置Ｐ４における鋼の硬さ及び位置Ｐ５における鋼の硬さが７２０Ｈｖ以上であり、かつ位置Ｐ４における鋼の硬さから位置Ｐ５における鋼の硬さを減じた値が３０Ｈｖ以下であるため、耐表面疲労特性が改善されている。
　位置Ｐ６と外周面４０ａからの距離が０．２５ｍｍ以上０．６０ｍｍ以下になっている場合、浸炭浸窒工程Ｓ２の短時間化により製造コストを低減できる。
　芯部４２にある鋼中の残留オーステナイト量が３体積パーセント以下である場合、残留オーステナイトのクリープによるシャフト４０の経時変化（より具体的には、シャフト４０の曲がり）を抑制することができる。外周面４０ａにある鋼中の残留オーステナイト量が２５体積パーセント以上４０体積パーセント以下である場合には、硬質異物が噛み込まれることにより外周面４０ａに形成された圧痕を起点とする疲労剥離が抑制されるため、耐表面疲労特性がさらに改善される。
　（実施例）
　シャフト４０の効果を確認するために、転動疲労試験を行った。転動疲労試験では、ころ２０の直径が４ｍｍとされ、ころ２０の長さが１９ｍｍとされた。転動疲労試験では、シャフト４０のサンプルとして、表２に示されるように、サンプル１～サンプル４が準備された。サンプル１は、第４鋼材により形成された。サンプル２は、第２鋼材により形成された。サンプル３は、第３鋼材により形成された。サンプル４は、第１鋼材により形成された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　サンプル１及びサンプル２に対する焼戻しは、１８０℃での保持により行われた。サンプル３に対する焼戻しは、１６０℃での保持により行われた。サンプル４に対する焼戻しは、１７０℃での保持によりで行われた。サンプル１に対しては、浸窒処理のみが行われた。サンプル２～サンプル４に対しては、浸炭浸窒処理が行われた。
　サンプル１では、外周面４０ａにある鋼中の炭素の含有量及び窒素の含有量が、それぞれ１．０質量パーセント及び０．１３質量パーセントであった。サンプル２では、外周面４０ａにある鋼中の炭素の含有量及び窒素の含有量が、それぞれ０．８０質量パーセント及び０．４５質量パーセントであった。サンプル３では、外周面４０ａにある鋼中の炭素の含有量及び窒素の含有量が、それぞれ０．６５質量パーセント及び０．５５質量パーセントであった。サンプル４では、外周面４０ａにある鋼中の炭素の含有量及び窒素の含有量が、それぞれ０．７５質量パーセント及び０．５５質量パーセントであった。
　サンプル１では、芯部４２にある鋼中の残留オーステナイト量が１３体積パーセントであった。サンプル２では、芯部４２にある鋼中の残留オーステナイト量が２体積パーセントであった。サンプル３では、芯部４２にある鋼中の残留オーステナイト量が４体積パーセントであった。サンプル４では、芯部４２にある鋼中の残留オーステナイト量が２体積パーセントであった。
　図５は、サンプル１～サンプル４での外周面４０ａからの距離と鋼の硬さとの関係を示すグラフである。図５に示されるように、サンプル１では、位置Ｐ４における鋼の硬さが７５６Ｈｖであり、位置Ｐ５における鋼の硬さが７５１Ｈｖであり、外周面４０ａから位置Ｐ６までの距離は０．６ｍｍを超えていた。サンプル２では、位置Ｐ４における鋼の硬さが７４２Ｈｖであり、位置Ｐ５における鋼の硬さが７０１Ｈｖであり、外周面４０ａから位置Ｐ６までの距離は０．４８ｍｍであった。
　サンプル３では、位置Ｐ４における鋼の硬さが７４０Ｈｖであり、位置Ｐ５における鋼の硬さが７３２Ｈｖであり、外周面４０ａから位置Ｐ６までの距離は０．５５ｍｍであった。サンプル４では、位置Ｐ４における鋼の硬さが７３３Ｈｖであり、位置Ｐ５における鋼の硬さが７２３Ｈｖであり、外周面４０ａから位置Ｐ６までの距離は０．３９ｍｍであった。
　サンプル１、サンプル３及びサンプル４の転動疲労寿命（Ｌ１０寿命）は、サンプル２の転動疲労寿命に対する倍率で評価した。サンプル１の転動疲労寿命は、サンプル２の転動疲労寿命の３．５２倍であった。サンプル３の転動疲労寿命は、サンプル２の転動疲労寿命の７．８９倍であった。サンプル４の転動疲労寿命は、サンプル２の転動疲労寿命の３．９０倍であった。
　位置Ｐ４における鋼の硬さ及び位置Ｐ５における鋼の硬さが７２０Ｈｖ以上であることを、条件Ａ１とする。位置Ｐ４における鋼の硬さから位置Ｐ５における鋼の硬さを減じた値が３０Ｈｖ以上であることを、条件Ａ２とする。外周面４０ａと位置Ｐ６との間の距離が０．２５ｍｍ以上０．６０ｍｍ以下であることを、条件Ｂとする。
　サンプル２は、条件Ａ１及び条件Ａ２を満たしていなかった。他方で、サンプル１、サンプル３及びサンプル４は、条件Ａ１及び条件Ａ２を満たしていた。この比較から、条件Ａ１及び条件Ａ２が満たされることにより、シャフト４０の耐表面疲労特性が改善されることが実験的に明らかにされた。
　サンプル１、サンプル３及びサンプル４の曲がり量を、サンプル２の曲がり量の比率に対する倍率で評価した。サンプル１の曲がり量は、サンプル２の曲がり量の４．３３倍であった。サンプル３の曲がり量は、サンプル２の曲がり量の２．６６倍であった。サンプル４の曲がり量は、サンプル２の曲がり量の１．００倍であった。
　芯部４２にある鋼中の残留オーステナイト量が３体積パーセント以下であることを、条件Ｃとする。サンプル２及びサンプル４では条件Ｃが満たされていたが、サンプル１及びサンプル３では条件Ｃが満たされていなかった。この比較から、条件Ｃが満たされることによりシャフト４０の変形（曲がり）が抑制されることが実験的に明らかにされた。
　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、請求の範囲によって示され、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。
　１０　軌道輪、１０ａ，１０ｂ　端面、１０ｃ　内周面、１０ｄ　外周面、１１　表層部、１２　芯部、２０　ころ、２０ａ，２０ｂ　端面、２０ｃ　外周面、３０　保持器、４０　シャフト、４０ａ　外周面、４１　表層部、４２　芯部、１００　転がり軸受、Ａ　中心軸、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６　位置、Ｓ１　準備工程、Ｓ２　浸炭浸窒工程、Ｓ３　焼入れ工程、Ｓ４　焼戻し工程、Ｓ５　後処理工程。

Claims (9)

  1. 　直径が１．５ｍｍ以上４．０ｍｍ以下かつ長さを前記直径で除した値が４以上１０以下のころに接触する表面を有する鋼製の軌道輪であって、
    　前記表面にある表層部と、
    　前記表層部の内側にある芯部とを備え、
    　前記表層部にある前記鋼中の窒素の含有量は、前記芯部にある前記鋼中の窒素の含有量よりも高く、
    　前記表面からの距離が０．０５ｍｍとなる第１位置及び前記表面からの距離が０．２０ｍｍとなる第２位置において、前記鋼の硬さは、７２０Ｈｖ以上であり、
    　前記第１位置における前記鋼の硬さから前記第２位置における前記鋼の硬さを減じた値は、３０Ｈｖ以下である、軌道輪。
  2. 　前記表面にある前記鋼中の炭素の含有量及び窒素の含有量は、それぞれ、０．６重量パーセント以上０．９質量パーセント以下及び０．３質量パーセント以上０．８質量パーセント以下であり、
    　前記表層部にある前記鋼中の炭素の含有量及び窒素の含有量は、それぞれ、前記芯部にある前記鋼中の窒素の含有量及び炭素の含有量よりも高く、
    　前記芯部にある前記鋼中の炭素含有量は、０．１５質量パーセント以上０．４質量パーセント以下であり、
    　前記鋼は、クロムと、マンガンと、シリコンと、モリブデンとを含有しており、
    　前記鋼中において、クロムの含有量は、０．５質量パーセント以上３．０質量パーセント以下であり、
    　前記鋼中において、マンガンの含有量、シリコンの含有量及びモリブデンの含有量の合計は、１．０質量パーセント以上３．０質量パーセント以下であり、
    　前記表面と前記鋼の硬さが６５３Ｈｖとなる第３位置との間の距離は、０．２５ｍｍ以上０．６０ｍｍ以下である、請求項１に記載の軌道輪。
  3. 　前記芯部にある前記鋼中の残留オーステナイト量は、３体積パーセント以下である、請求項２に記載の軌道輪。
  4. 　前記表面にある前記鋼中の残留オーステナイト量は、２５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３のいずれか１項に記載の軌道輪。
  5. 　表面を有する鋼製のシャフトであって、
    　前記表面にある表層部と、
    　前記表層部の内側にある芯部とを備え、
    　前記シャフトの直径は、６ｍｍ以上３０ｍｍ以下であり、
    　前記表面からの距離が０．０５ｍｍとなる第１位置及び前記表面からの距離が０．２０ｍｍとなる第２位置において、前記鋼の硬さは、７２０Ｈｖ以上であり、
    　前記第１位置における前記鋼の硬さから前記第２位置における前記鋼の硬さを減じた値は、３０Ｈｖ以下である、シャフト。
  6. 　前記表面にある前記鋼中の炭素の含有量及び窒素の含有量は、それぞれ、０．６重量パーセント以上０．９質量パーセント以下及び０．３質量パーセント以上０．８質量パーセント以下であり、
    　前記表層部にある前記鋼中の窒素の含有量及び炭素の含有量は、それぞれ、前記芯部にある前記鋼中の窒素含有量及び炭素含有量よりも高く、
    　前記芯部にある前記鋼中の炭素の含有量は、０．１５質量パーセント以上０．４質量パーセント以下であり、
    　前記鋼は、クロムと、マンガンと、シリコンと、モリブデンとを含有しており、
    　前記鋼中において、クロムの含有量は、０．５質量パーセント以上３．０質量パーセント以下であり、
    　前記鋼中において、マンガンの含有量、シリコンの含有量及びモリブデンの含有量の合計は、１．０質量パーセント以上３．０質量パーセント以下であり、
    　前記表面と前記鋼の硬さが６５３Ｈｖとなる第３位置との間の距離は、０．２５ｍｍ以上０．６０ｍｍ以下である、請求項５に記載のシャフト。
  7. 　前記芯部にある前記鋼中の残留オーステナイト量は、３体積パーセント以下である、請求項５又は請求項６に記載のシャフト。
  8. 　前記表面にある前記鋼中の残留オーステナイト量は、２５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５～請求項７のいずれか１項に記載のシャフト。
  9. 　前記シャフトは、遊星減速機用である、請求項５～請求項８のいずれか１項に記載のシャフト。
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