[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP4807146B2 - Method for manufacturing pinion shaft and method for manufacturing planetary gear device - Google Patents

Method for manufacturing pinion shaft and method for manufacturing planetary gear device Download PDF

Info

Publication number
JP4807146B2
JP4807146B2 JP2006152214A JP2006152214A JP4807146B2 JP 4807146 B2 JP4807146 B2 JP 4807146B2 JP 2006152214 A JP2006152214 A JP 2006152214A JP 2006152214 A JP2006152214 A JP 2006152214A JP 4807146 B2 JP4807146 B2 JP 4807146B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pinion shaft
pinion
manufacturing
gear
austenite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2006152214A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2007321854A (en
Inventor
祐司 宮本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NSK Ltd
Original Assignee
NSK Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NSK Ltd filed Critical NSK Ltd
Priority to JP2006152214A priority Critical patent/JP4807146B2/en
Publication of JP2007321854A publication Critical patent/JP2007321854A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4807146B2 publication Critical patent/JP4807146B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20Recycling
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

Landscapes

  • General Details Of Gearings (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Description

本発明は、ピニオンシャフトの製造方法及びプラネタリギヤ装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a manufacturing method of preparation and the planetary gear device of the pinion shaft.

例えば自動車の自動変速機に用いられるプラネタリギヤ装置は、サンギヤ,リングギヤ,及びキャリヤを備えており、これらの回転要素は出力軸の周りに同心に配されている。また、サンギヤ及びリングギヤに噛み合うピニオンギヤが、キャリヤに固定されたピニオンシャフトに、軸受用ころを介して回転自在に支持されている。そして、各回転の遠心力によって各回転要素に潤滑油が供給されるように、油路が備えられている。   For example, a planetary gear device used in an automatic transmission of an automobile includes a sun gear, a ring gear, and a carrier, and these rotating elements are arranged concentrically around an output shaft. Further, a pinion gear meshing with the sun gear and the ring gear is rotatably supported on a pinion shaft fixed to the carrier via bearing rollers. And the oil path is provided so that lubricating oil may be supplied to each rotation element with the centrifugal force of each rotation.

しかしながら、プラネタリギヤ装置の構造は、ピニオンギヤが自転しながら公転するという複雑なものであるので、十分な潤滑油をピニオンシャフト及び軸受用ころに供給することは困難であった。また、各回転要素の中ではピニオンギヤの回転速度が最も高いので、ピニオンギヤを支持するピニオンシャフトには、ピニオンギヤに作用する遠心力を支えるために大きな荷重が負荷される傾向があった。   However, since the planetary gear device has a complicated structure in which the pinion gear revolves while rotating, it is difficult to supply sufficient lubricating oil to the pinion shaft and the bearing rollers. Moreover, since the rotation speed of the pinion gear is the highest among the rotating elements, there is a tendency that a large load is applied to the pinion shaft that supports the pinion gear in order to support the centrifugal force acting on the pinion gear.

したがって、従来のプラネタリギヤ装置においては、ピニオンシャフトはJIS鋼種SK5等で構成され、焼入れが施されて転動部材として必要な硬さ(Hv650以上)が付与されていた。そして、焼入れ法として高周波焼入れ法を採用することにより、軸受用ころが転走する部分(転走面)のみに高周波焼入れが施され、高周波焼入れが施されていない端部をかしめることによってピニオンシャフトがキャリアに固定されていた。   Therefore, in the conventional planetary gear device, the pinion shaft is made of JIS steel grade SK5 or the like, and is hardened to give the necessary hardness (Hv650 or more) as a rolling member. And, by adopting induction hardening as the hardening method, induction hardening is applied only to the part (rolling surface) where the roller for rolling is rolled, and pinion is formed by caulking the end portion where induction hardening is not applied. The shaft was fixed to the carrier.

近年、自動車の低燃費化の要求がますます強まっており、低燃費化を目的としてトランスミッションの小型化や高効率化が行われている。そのため、ピニオンギヤの回転速度が高まっているので、ピニオンシャフトに負荷される荷重が増大し且つ温度が上昇し、さらに潤滑油量が減少する傾向となっている。
その結果、前述のような従来のピニオンシャフトでは、潤滑不良等による剥離寿命が問題となる場合があった。このような場合には、ピニオンシャフトをJIS鋼種SUJ2で構成し、浸炭窒化処理等を施して寿命を確保していたが、そうすると、ピニオンシャフトをかしめによってキャリアに固定することができないので、キャリヤにねじ穴を加工してピニオンシャフトをねじで固定する必要があることから、プラネタリギヤ装置のコストが高くなるという問題点があった。
In recent years, there has been an increasing demand for lower fuel consumption in automobiles, and transmissions have been made smaller and more efficient for the purpose of reducing fuel consumption. Therefore, since the rotational speed of the pinion gear is increasing, the load applied to the pinion shaft increases, the temperature rises, and the amount of lubricating oil tends to decrease.
As a result, in the conventional pinion shaft as described above, the peeling life due to poor lubrication may be a problem. In such a case, the pinion shaft is made of JIS steel type SUJ2 and subjected to carbonitriding and the like to ensure the service life. However, since the pinion shaft cannot be fixed to the carrier by caulking, Since it is necessary to process the screw hole and fix the pinion shaft with a screw, there is a problem that the cost of the planetary gear device increases.

また、前述した荷重の増大及び温度の上昇のために、変形や早期剥離(滑りの増大に伴って摩耗が生じ、その摩耗による面荒れから早期剥離が生じる)が発生しやすく、寿命が不十分となるという問題があった。
特許文献1,2には、浸炭窒化処理後に放冷するか、あるいは、焼入れ処理後に高温での焼戻し処理を施すことにより、芯部の残留オーステナイトを分解させ、さらに、外周面のうち軸受用ころの転走面となる部分に高周波焼入れ処理を施して、ピニオンシャフトを製造する方法が開示されている。
In addition, due to the increase in load and temperature described above, deformation and early peeling (wear occurs with increased slippage, causing early peeling due to surface roughness due to wear), and the service life is insufficient. There was a problem of becoming.
Patent Documents 1 and 2 disclose that the austenite retained in the core is decomposed by cooling after carbonitriding, or by tempering at a high temperature after quenching. A method of manufacturing a pinion shaft by subjecting a portion to be a rolling surface to induction hardening treatment is disclosed.

このようにして製造されたピニオンシャフトは、長手方向端部には高周波焼入れ処理が施されておらず硬化されていないから、端部をかしめてキャリアに固定することができ、且つ、残留オーステナイトにより耐久性も十分に備えている。また、この方法によれば、プラネタリギヤ装置を安価に製造することができる。さらに、芯部の残留オーステナイトは完全に分解しているので、使用時のピニオンシャフトの変形量が小さく抑制される。
特開2002−4003号公報 特開2004−340221号公報
The pinion shaft manufactured in this way is not hardened because it has not been induction hardened at the end in the longitudinal direction, so that the end can be caulked and fixed to the carrier, and residual austenite It has sufficient durability. Further, according to this method, the planetary gear device can be manufactured at low cost. Furthermore, since the retained austenite in the core is completely decomposed, the amount of deformation of the pinion shaft during use is suppressed to a small level.
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-4003 JP 2004-340221 A

しかしながら、トランスミッションの多段化による空間容積の減少に伴い、ピニオンシャフトがますます小径化している。そして、油穴の存在を考慮すると、有効肉厚は非常に薄くなっており、剛性が低下している。そのため、ピニオンシャフトに作用する曲げ応力がより大きくなる表面近傍の残留オーステナイトの分解も考慮する必要があった。
そこで、本発明は、上記のような従来技術が有する問題点を解決し、高温下において高速回転で使用しても長寿命なピニオンシャフトの製造方法、及び、高温下において高速回転で使用しても長寿命で安価なプラネタリギヤ装置の製造方法を提供することを課題とする。
However, the pinion shaft has become smaller in diameter as the volume of the space is reduced due to the multistage transmission. And considering the presence of oil holes, the effective thickness is very thin and the rigidity is reduced. Therefore, it is necessary to consider the decomposition of retained austenite near the surface where the bending stress acting on the pinion shaft becomes larger.
Therefore, the present invention solves the problems of the prior art as described above, a method for manufacturing a pinion shaft that has a long life even when used at high speeds at high temperatures, and is used at high speeds at high temperatures. Another object of the present invention is to provide a method for producing a planetary gear device that is long-lived and inexpensive.

上記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項1のピニオンシャフトの製造方法は、プラネタリギヤ装置において使用され、同心に配されたサンギヤ及びリングギヤに噛み合うピニオンギヤを回転自在に支持する軸受鋼製のピニオンシャフトの製造方法であって、鋼材に浸炭窒化処理,焼鈍し処理を施し、続いて、外周面のうち転走面となる部分のみに高周波焼入れ処理を施した後に、焼戻し処理を施すことにより、残留オーステナイト量が15体積%以上30体積%以下で且つ残留圧縮応力が500MPa以上1200MPa以下である表層部と、残留オーステナイト量が0体積%である芯部と、を備えるとともに、日本工業規格JIS G0551に規定の方法で測定された前記表層部の旧オーステナイト結晶粒度が、粒度番号で8以上であり、長手方向端部の表面硬さがHv300以下であるピニオンシャフトを得ることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention has the following configuration. That is, the manufacturing method of the pinion shaft according to claim 1 according to the present invention is used in the planetary gear device, in the manufacturing method of a bearing steel of the pinion shaft for rotatably supporting the pinion gears meshing with the disposed the sun gear and the ring gear concentrically Then , carbonitriding treatment and annealing treatment are performed on the steel material, and then only the portion that becomes the rolling surface of the outer peripheral surface is subjected to induction hardening treatment, and then tempering treatment, whereby the amount of retained austenite is 15 A surface layer portion having a volume percent of 30% to 30% and a residual compressive stress of 500 MPa to 1200 MPa and a core portion having a residual austenite amount of 0% by volume, and a method defined in Japanese Industrial Standard JIS G0551 The measured prior austenite grain size of the surface layer part is 8 or more in grain size number , and the longitudinal direction A pinion shaft having an end surface hardness of Hv300 or less is obtained .

また、本発明に係る請求項2のプラネタリギヤ装置の製造方法は、サンギヤと、該サンギヤと同心に配されたリングギヤと、前記サンギヤ及び前記リングギヤに噛み合う1個以上のピニオンギヤと、前記ピニオンギヤを回転自在に支持するピニオンシャフトと、前記サンギヤ及び前記リングギヤと同心に配され前記ピニオンギヤが固定されたキャリヤと、を備えるプラネタリギヤ装置の製造方法において、前記ピニオンシャフトを請求項1に記載のピニオンシャフトの製造方法で得られたものとし、このピニオンシャフトを前記キャリヤにかしめによって固定することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a planetary gear device manufacturing method comprising: a sun gear; a ring gear concentrically arranged with the sun gear; one or more pinion gears meshed with the sun gear and the ring gear; and the pinion gear rotatable. a pinion shaft supporting a, a carrier in which the pinion gear disposed in the sun gear and the ring gear concentric is fixed, in the manufacturing method of the planetary gear device including a method of manufacturing a pinion shaft according to the pinion shaft to claim 1 and those obtained by, characterized in that fixed by caulking the pinion shaft to the carrier.

本発明のピニオンシャフトの製造方法は、高温下において高速回転で使用しても長寿命なピニオンシャフトを得ることができる。また、本発明のプラネタリギヤ装置の製造方法は、高温下において高速回転で使用しても長寿命であり且つ安価なプラネタリギヤ装置を得ることができるThe pinion shaft manufacturing method of the present invention can obtain a pinion shaft having a long life even when used at high speed rotation at high temperatures. The planetary gear device manufacturing method of the present invention can provide a planetary gear device that has a long life and is inexpensive even when used at high speeds at high temperatures.

本発明に係るピニオンシャフトの製造方法及びプラネタリギヤ装置の製造方法の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図1に示すプラネタリギヤ装置は、図示しない軸が挿通されたサンギヤ1と、該サンギヤ1と同心に配されたリングギヤ2と、サンギヤ1及びリングギヤ2に噛み合う1個以上(図1においては3個)のピニオンギヤ3と、サンギヤ1及びリングギヤ2と同心に配されピニオンギヤ3を回転自在に支持するキャリヤ4と、を備えている。 An embodiment of the manufacturing method of the production method and the planetary gear device of the pinion shaft according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The planetary gear device shown in FIG. 1 includes a sun gear 1 through which a shaft (not shown) is inserted, a ring gear 2 arranged concentrically with the sun gear 1, and one or more (three in FIG. 1) meshing with the sun gear 1 and the ring gear 2. The pinion gear 3 and a carrier 4 that is arranged concentrically with the sun gear 1 and the ring gear 2 and rotatably supports the pinion gear 3 are provided.

ピニオンギヤ3の中心には、かしめによりキャリヤ4に固定されたピニオンシャフト5が挿通されており、また、ピニオンシャフト5の外周面とピニオンギヤ3の内周面との間には図示されない複数の針状ころが配されていて、これによりピニオンギヤ3はピニオンシャフト5を軸として回転自在とされている。
このピニオンシャフト5は、高炭素クロム軸受鋼(SUJ2)で構成されている。そして、浸炭窒化処理,焼鈍し処理に続いて、ピニオンシャフト5の外周面のうち前記針状ころが転走する部分(転走面)のみに高周波焼入れ処理が施されている。
A pinion shaft 5 fixed to the carrier 4 by caulking is inserted in the center of the pinion gear 3, and a plurality of needle-like shapes (not shown) are provided between the outer peripheral surface of the pinion shaft 5 and the inner peripheral surface of the pinion gear 3. Rollers are arranged, and thereby the pinion gear 3 is rotatable about the pinion shaft 5.
The pinion shaft 5 is made of high carbon chromium bearing steel (SUJ2). Then, following the carbonitriding process and the annealing process, the induction hardening process is performed only on the part (rolling surface) where the needle rollers roll on the outer peripheral surface of the pinion shaft 5.

なお、ピニオンシャフト5を製造する際には、高炭素クロム軸受鋼で構成された鋼材を所定の寸法(例えば外径8mm、長さ35mm)に旋削加工した後に、前述のような熱処理を施し、さらに仕上げ研削加工を施すとよい。
このような熱処理が施された結果、ピニオンシャフト5には表層部と芯部とが形成される。そして、芯部の残留オーステナイト量は0体積%である。また、表層部の残留オーステナイト量は15体積%以上30体積%以下であり、且つ、表層部の残留圧縮応力は500MPa以上1200MPa以下である。さらに、表層部の旧オーステナイト結晶粒度(日本工業規格JIS G0551に規定の方法で測定されたもの)は、粒度番号で10以上であることが好ましい。
When manufacturing the pinion shaft 5, after turning a steel material made of high carbon chromium bearing steel to a predetermined dimension (for example, an outer diameter of 8 mm, a length of 35 mm), the heat treatment as described above is performed, Further, finish grinding may be performed.
As a result of such heat treatment, a surface layer portion and a core portion are formed on the pinion shaft 5. The amount of retained austenite in the core is 0% by volume. The amount of retained austenite in the surface layer portion is 15% by volume or more and 30% by volume or less, and the residual compressive stress in the surface layer portion is 500 MPa or more and 1200 MPa or less. Furthermore, the prior austenite grain size (measured by the method defined in Japanese Industrial Standard JIS G0551) in the surface layer portion is preferably 10 or more in terms of grain size number.

なお、本発明における表層部とは、ピニオンシャフトの外周面とピニオンギヤの内周面との間に配された針状ころの直径をDaとすると、ピニオンシャフトの表面からDaの2%の深さ位置までの部分を意味する。
ピニオンシャフト5の長手方向端部には高周波焼入れ処理が施されておらず、焼鈍し処理の後の物性のままであり、硬化されていないので(硬さはHv300以下である)、前述したようにピニオンシャフト5はその端部をかしめることによってキャリヤ4に固定することができる。よって、このプラネタリギヤ装置は、安価に製造することができる。
Note that the surface layer portion in the present invention means that the diameter of the needle roller disposed between the outer peripheral surface of the pinion shaft and the inner peripheral surface of the pinion gear is Da, and the depth of Da is 2% from the surface of the pinion shaft. It means the part up to the position.
As described above, the longitudinal end portion of the pinion shaft 5 is not subjected to induction hardening, remains as a physical property after annealing, and is not cured (hardness is Hv300 or less). The pinion shaft 5 can be fixed to the carrier 4 by caulking its end. Therefore, this planetary gear device can be manufactured at low cost.

一方、応力負荷状態におけるオーステナイトの分解挙動について検討した結果、引張応力負荷状態においてはオーステナイトの分解が加速することが分かった。また、引張応力負荷状態であっても内部に圧縮の残留応力を有している場合には、オーステナイトの分解が遅延されることが分かった。したがって、残留圧縮応力を転走面に付与すると、残留圧縮応力によって転動時の亀裂発生を遅らせてピニオンシャフト5の寿命を向上させる効果に加えて、残留オーステナイトの分解を抑制するとともに転動時のピニオンシャフト5の曲がりを抑制して、エッジロードの発生を抑えることにより寿命を向上させる効果が得られる。   On the other hand, as a result of examining the decomposition behavior of austenite in the stress load state, it was found that the decomposition of austenite accelerates in the tensile stress load state. Further, it was found that the decomposition of austenite is delayed when it has a compressive residual stress even in the tensile stress load state. Therefore, when the residual compressive stress is applied to the rolling surface, in addition to the effect of delaying crack generation during rolling by the residual compressive stress and improving the life of the pinion shaft 5, the decomposition of the residual austenite is suppressed and at the time of rolling. By suppressing the bending of the pinion shaft 5 and suppressing the occurrence of edge loading, the effect of improving the life can be obtained.

さらに、旧オーステナイト結晶粒が微細であるほど、残留オーステナイトは分解しにくい傾向がある。これは、旧オーステナイト結晶粒の微細化に伴い、パケット,ブロック等の内部組織も微細化し、残留オーステナイトも分散されるので、分散した残留オーステナイトが周囲のマルテンサイト組織に拘束されるためであると考えられる。したがって、ピニオンシャフト5の表層部の残留応力と結晶粒度を制御することにより、転動時の残留オーステナイトの分解に起因した変形を抑制することができ、高耐久性とすることができる。このような方法によれば、一般的な軸受鋼を使用して、耐久性及びかしめ性に優れた小径のピニオンシャフトを製造することができる。   Furthermore, the finer the prior austenite crystal grains, the more the retained austenite tends to decompose. This is because with the refinement of the prior austenite crystal grains, the internal structure of the packets, blocks, etc. is also refined and the retained austenite is also dispersed, so that the dispersed retained austenite is constrained by the surrounding martensite structure. Conceivable. Therefore, by controlling the residual stress and crystal grain size of the surface layer portion of the pinion shaft 5, it is possible to suppress deformation due to decomposition of residual austenite at the time of rolling, and high durability can be achieved. According to such a method, a small-diameter pinion shaft excellent in durability and caulking can be manufactured using general bearing steel.

次に、前述した残留オーステナイト量,残留圧縮応力,旧オーステナイト結晶粒度等の数値の臨界的意義について説明する。
〔表層部の残留オーステナイト量について〕
残留オーステナイトは生地のマルテンサイトよりも軟質なため、ピニオンシャフトの表層部に残留オーステナイトが多く存在すると、表面損傷を与える負荷条件下においては効果的に変形エネルギーを吸収し、転走面へのダメージを抑えて高い耐久性を付与する効果がある。十分な耐久性を得るためには、表層部の残留オーステナイト量は15体積%以上とする必要がある。ただし、表層部の残留オーステナイト量が30体積%を超えると、前記効果が飽和してしまうばかりか、高温での寸法安定性が低下するおそれがある。よって、表層部の残留オーステナイト量は30体積%以下とする必要がある。
Next, the critical significance of the numerical values such as the amount of retained austenite, the residual compressive stress, and the prior austenite grain size will be described.
[About the amount of retained austenite in the surface layer]
Residual austenite is softer than the martensite of the fabric, so if there is a large amount of retained austenite in the surface layer of the pinion shaft, it effectively absorbs deformation energy under load conditions that cause surface damage and damages the rolling surface. It has the effect of suppressing the above and imparting high durability. In order to obtain sufficient durability, the amount of retained austenite in the surface layer portion needs to be 15% by volume or more. However, if the amount of retained austenite in the surface layer portion exceeds 30% by volume, not only the effect is saturated, but also the dimensional stability at high temperature may be lowered. Therefore, the amount of retained austenite in the surface layer portion needs to be 30% by volume or less.

〔芯部の残留オーステナイト量について〕
残留オーステナイトが存在すると、マルテンサイトへの変態によって塑性変形が生じる。表層部の残留オーステナイト量の影響も多少はあるが、芯部はピニオンシャフトの体積の大部分を占めることから、芯部に残留オーステナイトが存在すると、ピニオンシャフトに塑性変形が生じやすく、ピニオンシャフトの曲がりが大きくなる。よって、芯部の残留オーステナイト量を0体積%とすれば、表層部に残留オーステナイトが存在しても、ピニオンシャフトの塑性変形はほとんど生じない。
[About the amount of retained austenite in the core]
When residual austenite is present, plastic deformation occurs due to transformation to martensite. Although the amount of retained austenite in the surface layer is somewhat affected, since the core occupies most of the volume of the pinion shaft, if there is residual austenite in the core, plastic deformation is likely to occur in the pinion shaft, and the pinion shaft Bending increases. Therefore, if the amount of retained austenite in the core part is 0% by volume, even if retained austenite is present in the surface layer part, the plastic deformation of the pinion shaft hardly occurs.

〔表層部の残留圧縮応力について〕
表層部の残留圧縮応力が500MPa未満であると、転動時に負荷された応力に対して有効な残留オーステナイト分解抑制効果が得られないおそれがある。一方、1200MPaを超えると表層部において応力が弾性限度を超えるため、オーステナイトの塑性変形が発生して加工誘起変態が生じ、かえって残留オーステナイトの分解が加速する。さらに、1200MPaを超えるような高周波焼入れ処理では、必然的に硬化深さが得にくい。
[Residual compressive stress in the surface layer]
If the residual compressive stress of the surface layer is less than 500 MPa, there is a possibility that an effective effect of suppressing the retained austenite decomposition against the stress applied during rolling may not be obtained. On the other hand, if the pressure exceeds 1200 MPa, the stress exceeds the elastic limit in the surface layer portion, so plastic deformation of austenite occurs and processing-induced transformation occurs, and on the contrary, decomposition of residual austenite accelerates. Furthermore, in the induction hardening process exceeding 1200 MPa, the curing depth is inevitably difficult to obtain.

残留応力は硬化層と非硬化層のバランスで決定する。さらに、高周波焼入れ処理による硬化層の体積膨張を内部の非硬化層が引っ張る形で、表面に圧縮、内部に引張の応力が作用する。硬化層深さが小さいほど残留圧縮応力は大きくなるため、必要な硬化層深さを得た上で、より高い周波数帯での高周波焼入れ処理が好ましい。
〔表層部の旧オーステナイト結晶粒度について〕
日本工業規格JIS G0551に規定の方法で測定された旧オーステナイト結晶粒度が、粒度番号で10未満(結晶粒が粗大)であると、パケット,ブロック等の内部組織が十分に微細化しないため、残留オーステナイトの分解抑制効果が十分に得られないおそれがある。
The residual stress is determined by the balance between the hardened layer and the non-hardened layer. Further, the volume expansion of the hardened layer by the induction hardening process is pulled by the internal non-hardened layer, and compressive stress is applied to the surface and tensile stress is applied to the inside. Since the residual compressive stress increases as the hardened layer depth decreases, induction hardening in a higher frequency band is preferable after obtaining the required hardened layer depth.
[About the former austenite grain size of the surface layer]
If the old austenite grain size measured by the method specified in Japanese Industrial Standard JIS G0551 is less than 10 (grain size is coarse) in the grain size number, the internal structure of packets, blocks, etc. will not be sufficiently refined, There is a possibility that the effect of suppressing the decomposition of austenite cannot be obtained sufficiently.

〔表層部の平均窒素濃度について〕
鋼中の窒素はMs点を低下させ、残留オーステナイト量を増加させる作用が強い。窒素濃度が0.05質量%未満であると前述の作用が不十分となって、残留オーステナイトを安定的に得ることが困難となり、耐久性の低下を招くおそれがある。ただし、0.6質量%超過としても、前述の作用は飽和する。
[About the average nitrogen concentration in the surface layer]
Nitrogen in steel has a strong effect of lowering the Ms point and increasing the amount of retained austenite. When the nitrogen concentration is less than 0.05% by mass, the above-described action becomes insufficient, and it becomes difficult to stably obtain retained austenite, which may cause a decrease in durability. However, even if it exceeds 0.6 mass%, the above-mentioned action is saturated.

〔転走面となる部分の表面硬さについて〕
ピニオンシャフトの耐久性を十分なものとするためには、転走面となる部分の表面硬さがHv700以上であることが好ましい。
[Surface hardness of the part to be the rolling surface]
In order to ensure sufficient durability of the pinion shaft, it is preferable that the surface hardness of the portion serving as the rolling surface is Hv 700 or more.

〔長手方向端部の表面硬さについて〕
ピニオンシャフトのかしめ性に影響を与える要素として、初析炭化物の他に長手方向端部の表面硬さがある。長手方向端部の表面硬さがHv300を超えると、延性のみならず変形抵抗も増加するので、上限をHv300とすることが好ましい。本発明における熱処理によりピニオンシャフトを製造すれば、長手方向端部の表面硬さは、高周波焼入れ処理が施された転走面となる部分(硬化層)以外の領域(芯部)と同一の硬さとなる。
[Surface hardness at the end in the longitudinal direction]
In addition to the pro-eutectoid carbide, the surface hardness at the end in the longitudinal direction is an element that affects the caulking properties of the pinion shaft. If the surface hardness of the end portion in the longitudinal direction exceeds Hv300, not only ductility but also deformation resistance increases, so the upper limit is preferably set to Hv300. If the pinion shaft is manufactured by the heat treatment in the present invention, the surface hardness of the end portion in the longitudinal direction is the same hardness as the region (core portion) other than the portion (cured layer) that becomes the rolling surface subjected to induction hardening treatment. It becomes.

〔軸受鋼について〕
非金属介在物の量を少なくするためには、軸受鋼中の炭素の含有量を0.5質量%以上1.2質量%以下とすることが好ましい。このような軸受鋼としては、例えば、高炭素クロム軸受鋼や高清浄度の炭素合金鋼があげられる。また、軸受鋼中の酸素の含有量は12ppm以下とすることが好ましく、9ppmとすることがより好ましい。さらに、軸受鋼中の硫黄の含有量は150ppm以下とすることが好ましく、80ppmとすることがより好ましい。
[About bearing steel]
In order to reduce the amount of non-metallic inclusions, the carbon content in the bearing steel is preferably 0.5% by mass or more and 1.2% by mass or less. Examples of such bearing steel include high carbon chromium bearing steel and high cleanness carbon alloy steel. The oxygen content in the bearing steel is preferably 12 ppm or less, and more preferably 9 ppm. Furthermore, the sulfur content in the bearing steel is preferably 150 ppm or less, and more preferably 80 ppm.

〔実施例〕
以下に、さらに具体的な実施例を示して、本発明を説明する。高炭素クロム軸受鋼(SUJ2)製の鋼材を所定の寸法に旋削加工した後、後述する熱処理(表1,2も参照)を施し、さらに仕上げ研削加工を施すことにより、各種ピニオンシャフト(外径8mm、長さ35mm)を製造した。そして、これらのピニオンシャフトの耐久試験を行った。
〔Example〕
Hereinafter, the present invention will be described with reference to more specific examples. After turning a steel made of high carbon chromium bearing steel (SUJ2) to a predetermined size, it is subjected to the heat treatment described later (see also Tables 1 and 2), and further subjected to finish grinding, so that various pinion shafts (outer diameters) 8 mm, length 35 mm). And the durability test of these pinion shafts was done.

Figure 0004807146
Figure 0004807146

Figure 0004807146
Figure 0004807146

熱処理の内容は以下の通りである。旋削加工した鋼材に850℃で1時間又は3時間の浸炭窒化処理を施し、放冷して焼鈍し処理を施した。浸炭窒化処理は、低コストで処理が可能であるため好ましい。続いて、外周面のうち転走面となる部分のみに高周波焼入れ処理を施した後に、焼戻し処理を施した。この高周波焼入れ処理は、高周波誘導加熱(周波数30〜200kHz)により800〜950℃に3〜10秒間加熱した後、噴射冷却するというものである。さらに、焼戻し処理は、180℃で2時間保持した後に冷却するというものである。   The contents of the heat treatment are as follows. The turned steel material was subjected to a carbonitriding treatment at 850 ° C. for 1 hour or 3 hours, allowed to cool and then annealed. Carbonitriding is preferable because it can be processed at low cost. Then, after performing induction hardening processing only to the part used as a rolling surface among outer peripheral surfaces, the tempering process was performed. In this induction hardening treatment, heating is performed at 800 to 950 ° C. for 3 to 10 seconds by high frequency induction heating (frequency 30 to 200 kHz), and then cooling is performed. Further, the tempering treatment is to cool the sample after holding it at 180 ° C. for 2 hours.

なお、比較例1は、850℃で3時間の浸炭窒化処理を施した後に、高周波焼入れ処理は施さずに炉加熱による通常の焼入れ処理(加熱時間は30分間)及び焼鈍し処理を施した。また、比較例3は、浸炭窒化処理の条件を950℃で4時間とした。さらに、比較例4,5は、浸炭窒化処理及び焼鈍し処理を施さずに、旋削加工の後そのまま高周波焼入れ処理を施した。   In Comparative Example 1, after carbonitriding for 3 hours at 850 ° C., normal quenching (heating time is 30 minutes) and annealing by furnace heating were performed without performing induction hardening. In Comparative Example 3, the carbonitriding process was performed at 950 ° C. for 4 hours. Further, Comparative Examples 4 and 5 were subjected to induction hardening as they were after turning without performing carbonitriding and annealing.

次に、耐久試験の方法について、図2を参照しながら説明する。キャリアに相当する部材(図示せず)にかしめにより固定されたピニオンシャフト10が外輪11に挿通されており、ピニオンシャフト10の外周面と外輪11の内周面との間に転動自在に介装された複数のニードルローラー12(外径2mm、長さ15mm)によって、ピニオンシャフト10が回転可能とされている。このピニオンシャフト10には図示のように潤滑油の給油孔10aが設けてあり、端面の開口部10bに注入された潤滑油が円筒面に開口する給油孔10aから転走面に給油されるようになっている。   Next, an endurance test method will be described with reference to FIG. A pinion shaft 10 fixed by caulking to a member (not shown) corresponding to a carrier is inserted into the outer ring 11, and is freely rollable between the outer peripheral surface of the pinion shaft 10 and the inner peripheral surface of the outer ring 11. The pinion shaft 10 can be rotated by a plurality of needle rollers 12 (outer diameter 2 mm, length 15 mm). The pinion shaft 10 is provided with a lubricating oil supply hole 10a as shown in the figure, and the lubricating oil injected into the opening 10b on the end face is supplied to the rolling surface from the oil supply hole 10a that opens to the cylindrical surface. It has become.

ラジアル荷重5000N、回転速度8000min-1、潤滑油の温度130℃の条件でピニオンシャフト10を回転させ、ピニオンシャフト10に剥離が生じるまでの時間を寿命として評価した。なお、ラジアル荷重は、図示しないサポート軸受を介して外輪11に負荷した。
耐久試験の結果を表1,2に示す。なお、表1,2中の寿命の数値は、比較例2の寿命を1とした場合の相対値で示してある。また、表層部及び芯部の残留オーステナイト量(γR 量)並びに表層部の残留圧縮応力は、転走面をX線回折装置で測定した値である。さらに、表層部の旧オーステナイト結晶粒度は、ピクリン酸と塩化第二鉄を含む溶液で腐食することにより結晶粒界を現出させた後、金属顕微鏡観察を行い、日本工業規格JIS G0551の規定により求めた。
The pinion shaft 10 was rotated under the conditions of a radial load of 5000 N, a rotational speed of 8000 min −1 , and a lubricating oil temperature of 130 ° C., and the time until peeling occurred on the pinion shaft 10 was evaluated as a lifetime. The radial load was applied to the outer ring 11 via a support bearing (not shown).
The results of the durability test are shown in Tables 1 and 2. In addition, the numerical value of the lifetime in Tables 1 and 2 is shown as a relative value when the lifetime of Comparative Example 2 is 1. The amount of retained austenite (γ R amount) in the surface layer portion and the core portion and the residual compressive stress in the surface layer portion are values obtained by measuring the rolling surface with an X-ray diffractometer. Further, the former austenite grain size of the surface layer part is observed by a metallographic microscope after corroding with a solution containing picric acid and ferric chloride, followed by the provisions of Japanese Industrial Standard JIS G0551. Asked.

表1,2から分かるように、実施例1〜9のピニオンシャフトは、このような高温下においても優れた耐久性を有していた。特に、表層部の旧オーステナイト結晶粒度が粒度番号で10以上で且つ残留圧縮応力が500MPa以上である実施例2〜5,8,9は、より優れた耐久性を有していた。
これに対して、比較例1は芯部の残留オーステナイ量が多いため、曲がりによるエッジロードが生じて十分な耐久性が得られなかった。また、比較例2は表層部の残留圧縮応力が不十分であり、比較例3は表層部の残留オーステナイ量が多く、比較例4,5は表層部の残留オーステナイ量が不足であるため、十分な耐久性が得られなかった。
As can be seen from Tables 1 and 2, the pinion shafts of Examples 1 to 9 had excellent durability even under such a high temperature. In particular, Examples 2 to 5, 8, and 9 in which the surface austenite crystal grain size was 10 or more in terms of grain number number and the residual compressive stress was 500 MPa or more had more excellent durability.
On the other hand, in Comparative Example 1, since the amount of retained austenite at the core portion was large, edge loading due to bending occurred and sufficient durability could not be obtained. Further, Comparative Example 2 has insufficient residual compressive stress in the surface layer portion, Comparative Example 3 has a large amount of residual austenite in the surface layer portion, and Comparative Examples 4 and 5 have insufficient residual austenite amounts in the surface layer portion. Durability was not obtained.

本発明は、自動車,工作機械等の減速機や変速機に適用可能である。   The present invention is applicable to reduction gears and transmissions of automobiles and machine tools.

本発明の一実施形態であるプラネタリギヤ装置の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the planetary gear apparatus which is one Embodiment of this invention. ピニオンシャフトの耐久試験の方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the method of the endurance test of a pinion shaft.

符号の説明Explanation of symbols

1 サンギヤ
2 リングギヤ
3 ピニオンギヤ
4 キャリヤ
5,10 ピニオンシャフト
12 ニードルローラー(ころ)
1 Sun Gear 2 Ring Gear 3 Pinion Gear 4 Carrier 5,10 Pinion Shaft 12 Needle Roller

Claims (2)

プラネタリギヤ装置において使用され、同心に配されたサンギヤ及びリングギヤに噛み合うピニオンギヤを回転自在に支持する軸受鋼製のピニオンシャフトの製造方法であって、鋼材に浸炭窒化処理,焼鈍し処理を施し、続いて、外周面のうち転走面となる部分のみに高周波焼入れ処理を施した後に、焼戻し処理を施すことにより、残留オーステナイト量が15体積%以上30体積%以下で且つ残留圧縮応力が500MPa以上1200MPa以下である表層部と、残留オーステナイト量が0体積%である芯部と、を備えるとともに、日本工業規格JIS G0551に規定の方法で測定された前記表層部の旧オーステナイト結晶粒度が、粒度番号で8以上であり、長手方向端部の表面硬さがHv300以下であるピニオンシャフトを得ることを特徴とするピニオンシャフトの製造方法A method of manufacturing a pinion shaft made of bearing steel that is used in a planetary gear device and rotatably supports a pinion gear meshing with a sun gear and a ring gear arranged concentrically, and carbonitriding and annealing are performed on the steel material, followed by In addition, after subjecting only the portion of the outer peripheral surface that becomes the rolling surface to induction hardening, tempering is performed, whereby the amount of retained austenite is 15% by volume to 30% by volume and the residual compressive stress is 500 MPa to 1200 MPa. And a core portion having a residual austenite amount of 0% by volume, and the former austenite crystal grain size of the surface layer portion measured by the method defined in Japanese Industrial Standard JIS G0551 is 8 in terms of particle size number. Thus, a pinion shaft having a surface hardness at the end in the longitudinal direction of Hv300 or less is obtained. A method of manufacturing a pinion shaft characterized by the above. サンギヤと、該サンギヤと同心に配されたリングギヤと、前記サンギヤ及び前記リングギヤに噛み合う1個以上のピニオンギヤと、前記ピニオンギヤを回転自在に支持するピニオンシャフトと、前記サンギヤ及び前記リングギヤと同心に配され前記ピニオンギヤが固定されたキャリヤと、を備えるプラネタリギヤ装置の製造方法において、
前記ピニオンシャフトを請求項1に記載のピニオンシャフトの製造方法で得られたものとし、このピニオンシャフトを前記キャリヤにかしめによって固定することを特徴とするプラネタリギヤ装置の製造方法
A sun gear, a ring gear concentrically arranged with the sun gear, one or more pinion gears meshing with the sun gear and the ring gear, a pinion shaft rotatably supporting the pinion gear, and the sun gear and the ring gear. In a method of manufacturing a planetary gear device comprising a carrier to which the pinion gear is fixed,
A method for manufacturing a planetary gear device , wherein the pinion shaft is obtained by the method for manufacturing a pinion shaft according to claim 1, and the pinion shaft is fixed to the carrier by caulking.
JP2006152214A 2006-05-31 2006-05-31 Method for manufacturing pinion shaft and method for manufacturing planetary gear device Active JP4807146B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006152214A JP4807146B2 (en) 2006-05-31 2006-05-31 Method for manufacturing pinion shaft and method for manufacturing planetary gear device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006152214A JP4807146B2 (en) 2006-05-31 2006-05-31 Method for manufacturing pinion shaft and method for manufacturing planetary gear device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007321854A JP2007321854A (en) 2007-12-13
JP4807146B2 true JP4807146B2 (en) 2011-11-02

Family

ID=38854853

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006152214A Active JP4807146B2 (en) 2006-05-31 2006-05-31 Method for manufacturing pinion shaft and method for manufacturing planetary gear device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4807146B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2945546B1 (en) 2009-05-15 2014-06-13 Peugeot Citroen Automobiles Sa PROCESS FOR REINFORCING A MECHANICAL PIECE OF FERROUS ALLOY.
WO2023080064A1 (en) * 2021-11-04 2023-05-11 Ntn株式会社 Shaft member and rolling bearing

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004278789A (en) * 2003-02-28 2004-10-07 Ntn Corp Component of planetary gear mechanism, and bearing member of planetary gear mechanism
JP4304670B2 (en) * 2004-04-16 2009-07-29 日本精工株式会社 Radial needle roller bearings and pinion shafts
JP2005351292A (en) * 2004-06-08 2005-12-22 Nsk Ltd Planetary gear device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2007321854A (en) 2007-12-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5168958B2 (en) Rolling shaft
WO2003081062A1 (en) Rolling bearing for belt type non-stage transmission
JP5168898B2 (en) Rolling shaft
JP4807146B2 (en) Method for manufacturing pinion shaft and method for manufacturing planetary gear device
JP2013249500A (en) Rolling bearing
JP4810157B2 (en) Rolling bearing
JP2007182926A (en) Manufacturing method for needle-like roll bearing raceway member, needle-like roll bearing raceway member, and needle-like roll bearing
JP2015007265A (en) Rolling shaft
JP2010001521A (en) Shaft and pinion shaft
JP2003301933A (en) Pinion shaft and planetary gear device
JP5233305B2 (en) Roller bearing and manufacturing method thereof
JP2005140275A (en) Planetary gear device
JP4694180B2 (en) Rolling support mechanism for planetary gear mechanism
JP2006292139A (en) Pinion shaft, its manufacturing method, and planetary gear device
JP2010209965A (en) Cage for rolling bearing
JP2006291302A (en) Pinion shaft and planetary gear device
JP2014020394A (en) Planetary gear device
JP2007169673A (en) Heat-treatment method for steel, method for producing rolling member in rolling-support device and rolling-support device
JP2006002194A (en) Method for manufacturing shaft
JP2007002980A (en) Pinion shaft and planetary gear device
JP2007002326A (en) Pinion shaft, and planetary gear device
JP2007024250A (en) Pinion shaft
JP2007321195A (en) Method for producing shaft, pinion shaft, and planetary gear device
JP2005127403A (en) Pinion shaft
JP2007284723A (en) Rolling member for automobile electrical equipment/auxiliary machinery, and rolling bearing for automobile electrical equipment/auxiliary machinery

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090522

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20101111

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20101116

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110113

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110719

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110801

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140826

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S801 Written request for registration of abandonment of right

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R311801

R371 Transfer withdrawn

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371

S801 Written request for registration of abandonment of right

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R311801

ABAN Cancellation of abandonment
R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350