回転部材用支持軸
【課題】耐久性を確保しつつ、材料コストを低減できると共に、加工時間を短縮できる、支持軸４ａを実現する。
【解決手段】支持軸４ａを、Ｃを０．５０〜０．５８質量％、Ｓｉを０．１〜０．４質量％、Ｍｎを０．５〜１．０質量％、Ｃｒを０．１〜０．４質量％含有し、酸素量が１５ｐｐｍ以下の合金剛製とする。又、高周波焼き入れ処理により、複列の内輪軌道１１よりも軸方向両側に広い範囲で、且つ、軸方向両端部を除く部分に、硬化層２２を全周に亙り形成する。又、この硬化層２２を、支持軸４ａの外周面から軸心部に至る範囲に形成する。
【解決手段】支持軸４ａを、Ｃを０．５０〜０．５８質量％、Ｓｉを０．１〜０．４質量％、Ｍｎを０．５〜１．０質量％、Ｃｒを０．１〜０．４質量％含有し、酸素量が１５ｐｐｍ以下の合金剛製とする。又、高周波焼き入れ処理により、複列の内輪軌道１１よりも軸方向両側に広い範囲で、且つ、軸方向両端部を除く部分に、硬化層２２を全周に亙り形成する。又、この硬化層２２を、支持軸４ａの外周面から軸心部に至る範囲に形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車、一般産業機械、工作機械等に組み込まれる回転部材を、ラジアルニードル軸受を介して回転自在に支持する為の回転部材用支持軸の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用自動変速機を構成する遊星歯車装置が従来から、例えば特許文献１、２等、多くの刊行物に記載されて、広く知られている。この従来から知られた遊星歯車装置は、例えば図５〜６に示す様に、外周面に歯１ａを形成した太陽歯車１と、この太陽歯車１と同心に配置され、内周面に歯２ａを形成したリング歯車２との間に、複数個（一般的には３〜４個）の遊星歯車３、３を、円周方向に関して等間隔に配置している。そして、これら複数個の遊星歯車３、３の外周面に形成した歯３ａを、前記両歯１ａ、２ａに噛合させている。
【０００３】
前記複数個の遊星歯車３、３は、それぞれ支持軸４、４の周囲に、それぞれ複数本のニードル５、５を介して、回転自在に支持されている。これら各支持軸４の軸方向両端部のうち、一方の端部（図６の右端部）は、前記太陽歯車１を中心として回転自在なキャリア６に対し、他方の端部（図６の左端部）は、円輪状に形成された連結板７に対し、それぞれ支持固定している。この為に、前記キャリア６及び前記連結板７のうちの互いに整合する部分に１対の通孔８ａ、８ｂを形成している。そして、前記支持軸４の軸方向両端部を、これら各通孔８ａ、８ｂに内嵌した状態で、この支持軸４の軸方向両端部外周縁部を径方向外方にかしめ拡げ、当該部分にかしめ部９、９を形成する。これにより、前記支持軸４を、前記キャリア６と前記連結板７との間に掛け渡す状態で支持固定している。
【０００４】
又、前記支持軸４の中間部外周面で、前記キャリア６と前記連結板７との間部分には、複列の内輪軌道１０、１０を形成している。一方、前記遊星歯車３の内周面には、複列の外輪軌道１１、１１を形成している。そして、これら内輪軌道１０、１０と外輪軌道１１、１１との間部分に、それぞれ前記各ニードル５、５から成る複列のラジアルニードル軸受１２を設けて、前記遊星歯車３を、前記支持軸４の中間部周囲で、前記キャリア６と前記連結板７との間部分に、回転自在に支持している。
【０００５】
又、図示の例では、前記太陽歯車１を円筒状に形成し、前記キャリア６を、断面Ｌ字形で全体を円輪状に形成している。そして、図６に示す様に、このキャリア６の内周縁部に形成した円筒部１３を、回転軸１４の外周面にスプライン係合させている。前記太陽歯車１は、この回転軸１４の周囲に、この回転軸１４に対する相対回転を自在に支持している。又、前記リング歯車２は、前記各部材１、６、１４の周囲に、これら各部材１、６、１４に対する相対回転自在に支持している。
【０００６】
上述の様な遊星歯車３及び支持軸４等を含んで構成する遊星歯車装置は、例えば、前記回転軸１４を駆動軸又は従動軸とし、前記太陽歯車１又は前記リング歯車２の中心を従動軸又は駆動軸に結合する。そして、何れの歯車１、２、３を回転自在とし、何れの歯車１、２、３を回転不能とするかを切り換える事により、前記駆動軸と従動軸との間の変速並びに回転方向の変換を行う。この様な遊星歯車装置自体の構成及び作用は、従来から周知であり、本発明の要旨とも関係しないから、全体構造の図示並びに詳しい説明は省略する。
【０００７】
ところで、近年、自動車用自動変速機の使用条件が厳しくなるに従って、遊星歯車装置に組み込む支持軸に対し、耐久性に関する要求が高まっている。この為、支持軸を、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼｛ＪＩＳ Ｇ ４８０５、Ｃ（炭素）の含有量：０．９５〜１．１０質量％｝を初めとする高炭素鋼｛本明細書中で「高炭素鋼」とは、Ｃの含有量が０．６質量％以上の炭素鋼を言い、同じく「中炭素鋼」とは、Ｃの含有量が０．６質量％未満（且つ０．２５質量％より高い）の炭素鋼を言う。｝から造る事が考えられている。又、この様な高炭素鋼製の支持軸に、浸炭窒化処理や高周波焼き入れ処理を施す事も、例えば特許文献３等に記載され、従来から知られている。この様に、高炭素鋼の様な高炭素濃度の材料から支持軸を造れば、この支持軸の硬度として高い値が得られ易くなる。又、浸炭窒化処理や高周波焼き入れ処理を施せば、軌道面となる部分にのみ硬化層を形成する事ができて、その他の部分（軸方向両端部）には硬化層を形成せずに済む。この為、軌道面の転がり疲れ寿命を向上させて、耐久性を向上できると共に、かしめによる固定手段を採用する事も可能になる。
【０００８】
但し、支持軸を造る為の材料として高炭素鋼を使用した場合、材料コストが嵩むと共に、加工時間が長くなると言った問題を招く。即ち、高炭素クロム軸受鋼の様な高炭素鋼は、例えばＳ５３Ｃ等の中炭素鋼に比べて、高価である為、支持軸の材料コストが嵩む事が避けられない。又、高炭素クロム軸受鋼の様な高炭素鋼から支持軸を造る場合、高周波焼き入れ処理等の有無に拘わらず、元々の（生の状態での）硬度が高い為、かしめ部を形成する為の軸方向両端部分の加工時間が長くなる。具体的には、図７に示した様に、支持軸４の軸方向両端部には、かしめ部９、９（図６参照）を形成する為のかしめ用筒部１５、１５を形成する必要があり、これら各かしめ用筒部１５、１５を形成するには、支持軸４の軸方向両端面１６、１６の中央に、円すい台形状の凹部１７、１７を形成する必要がある。但し、高炭素クロム軸受鋼の様な硬質材料を用いた場合、鍛造加工により凹部１７、１７を加工する事は困難である。この為、円すい台形状の凹部１７、１７を切削加工により加工する必要があるが、この様な切削加工を硬質材料に対して行う場合には、加工時間が特に長くなる。更に、この様にして形成したかしめ用筒部１５、１５を、径方向外方に塑性変形させる為の加工時間も長くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−２７０６６１号公報
【特許文献２】特開２００２−２３５８４１号公報
【特許文献３】特開２００７−２１７７２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上述の様な事情に鑑みて、耐久性を確保できるだけでなく、材料コストの低減を図れ、しかも加工時間を短縮できる、回転部材用支持軸を実現すべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の回転部材用支持軸は、例えばキャリア、ロッカーアーム、バルブリフタ、タペット等を構成する、互いに離隔して設けられた１対の支持壁部（キャリアと連結板の様に互いに別部材である場合も含む）の互いに整合する位置に形成された１対の通孔に、その軸方向両端部を内嵌した状態で、この軸方向両端部の外周縁部分を径方向外方にかしめ拡げる事で、前記１対の支持壁部同士の間に掛け渡された状態で支持固定される。
又、軸方向中間部周囲に、例えば遊星歯車、カムフォロア、ローラ、カムローラ等の回転部材を、ラジアルニードル軸受（転動体としてころを使用する構造、並びに、転動体が複列に配置された構造を含む）を介して、回転自在に支持する。
【００１２】
特に本発明にあっては、前記回転部材用支持軸を、Ｃ（炭素）を０．５０〜０．５８質量％、Ｓｉ（ケイ素）を０．１〜０．４質量％、Ｍｎ（マンガン）を０．５〜１．０質量％、Ｃｒ（クロム）を０．１〜０．４質量％含有する合金鋼製としている。尚、合金鋼の残部は、Ｆｅと、Ｏと、ＳやＰ等の不可避不純物である。
又、外周面のうちで、前記ラジアルニードル軸受を構成する各ニードルの転動面が転がり接触する軌道面（単列、複列を問わない）を含み、この軌道面よりも軸方向両側に広い範囲で、且つ、軸方向両端部を除く部分に、高周波焼き入れ処理による硬化層（表面硬さがビッカース硬度で６３３Ｈｖ以上の硬化層）を全周に亙り形成している。
【００１３】
上述した様な本発明を実施する場合に好ましくは、例えば請求項２に記載した発明の様に、前記合金鋼中の酸素量（酸素濃度）を、１５ｐｐｍ以下（より好ましくは１２ｐｐｍ以下）とする。
【００１４】
又、本発明を実施する場合に好ましくは、例えば請求項３に記載した発明の様に、前記硬化層を、前記回転部材用支持軸の外周面から軸心部（中心部）に至る範囲に形成する。言い換えれば、軸心部にも、非硬化部（生のままの部分）を設けない様にする。
尚、本発明を実施する場合に、回転部材用支持軸の内部に通油孔を設ける事もできるが、この様な場合には、回転部材用支持軸の外周面から通油孔に至る範囲に硬化層を形成する。
【発明の効果】
【００１５】
以上の様な構成を有する本発明の回転部材用支持軸によれば、耐久性を確保できるだけでなく、材料コストの低減を図れ、しかも加工時間を短縮できる。
即ち、本発明の場合には、回転部材用支持軸を造る為の材料として、Ｃ（炭素）の含有量が０．５０〜０．５８質量％である合金鋼（中炭素鋼）を使用する為、高炭素クロム軸受鋼の様な高炭素鋼を用いた場合に比べて、材料コストの低減を図れる。
又、本発明の場合、回転部材用支持軸を造る為の材料は、Ｃの含有量が低く、元々の（生の状態での）硬度が低い事に加え、軸方向両端部には高周波焼き入れ処理後も硬化層を形成しない為、かしめ部を形成する為の加工時間を短縮する事が可能になる。
具体的には、高周波焼き入れ処理を施す以前の状態で、素材全体の硬度を低く抑えられる為、軸方向両端面に、円すい台形状の凹部を、鍛造加工により形成する事が可能になり、加工時間の大幅な短縮化を図れるか、或いは、切削加工により形成する場合にも、高炭素クロム軸受鋼の様な硬質材料を用いた場合に比べて、加工時間を短縮できる。更に、この様な円すい台形状の凹部を形成する事に伴って、その周囲に形成されたかしめ用筒部は、高周波焼き入れ処理によっても硬化させない為、このかしめ用筒部を径方向外方に塑性変形させる際の加工時間も短縮できる。加えて、かしめ部に割れや亀裂等の損傷が生じる事も有効に防止する事もできる。
又、Ｃの含有量及びＳｉの含有量を、軌道面に必要となる硬さを確保できる様に適正に規制した上で、高周波焼き入れによる硬化層を形成している為、軌道面部分の表面硬さを、転がり疲れ寿命を確保するのに必要な硬さに規制できる。又、軌道面部分に、疲労強度の向上に有利となる残留圧縮応力を発生させる事もできる。従って、転がり疲れ寿命を確保できて、十分な耐久性を確保できる。
更に、本発明の場合には、Ｃ以外の成分（Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ）に関しても、それぞれの含有量を適正に規制している為、品質のばらつきを抑える事ができる。
【００１６】
又、請求項２に記載した発明によれば、軌道面に、剥離の起点となる酸化物系の介在物が形成されにくくなる為、転がり疲れ寿命の更なる向上を図れる。
【００１７】
更に、請求項３に記載した発明によれば、回転部材用支持軸の強度（主として曲げ強度）を十分に向上させる事が可能になる。
【００１８】
以下、前記回転部材用支持軸の材料である合金鋼（鋼材）の組成に就いて、含有量を上述した範囲に規制する理由と共に説明する。
［Ｃを０．５０〜０．５８質量％］
Ｃ（炭素）は、回転部材用支持軸に、転がり軸受（軌道輪である内輪）として要求される硬さを付与する作用を有する。前記合金鋼中のＣの含有量が０．５０質量％未満であると、転がり軸受として要求される硬さ（軌道面の表面硬さ）の目安となる、ビッカース硬度で６３３Ｈｖ（ロックウェル硬度５７ＨＲＣ）以上を確保できなくなる可能性がある。一方、Ｃの含有量が０．５８％を超えると、かしめ部を形成する際に亀裂や割れ等の損傷が生じたり、鍛造性や切削性を低下させる。そこで、前記合金鋼のＣの含有量を、０．５０〜０．５８質量％の範囲に規制した。
尚、軌道面の表面硬さは、各ニードルから繰り返し加わる剪断応力に耐え、転がり疲れ寿命を向上させる面からは、ビッカース硬度で６６０Ｈｖ以上とする事が好ましい。
【００１９】
［Ｓｉを０．１〜０．４質量％］
Ｓｉ（ケイ素）は、焼き入れによる表面（軌道面）硬さを向上させると共に、軌道面の転がり疲れ寿命を向上させ、併せて、合金鋼中の酸素量を低下させる（脱酸効果を有する）。即ち、Ｓｉは、基地に固溶して、焼き入れ性を向上させると共に、焼き戻し軟化抵抗性を向上させて、軌道面に必要な硬さを与える。又、基地組織を強化し、この軌道面の転がり疲れ寿命を向上させる。又、合金鋼中の酸素と反応して酸化物を生成し、この合金鋼中の酸素量を低下させる。但し、Ｓｉの含有量が０．１質量％未満の場合には、脱酸効果が十分には得られない。これに対して、Ｓｉの含有量が０．４質量％を超えると、かしめ部を形成する際のかしめ性が低下したり、切削性を著しく低下させると共に、Ｓｉの溶け込みが不足し、巨大なＳｉＣが析出して十分な表面硬さが得られなくなる。そこで、前記合金鋼のＳｉの含有量を、０．１〜０．４質量％の範囲に規制した。尚、合金鋼のＳｉの含有量は、好ましくは０．１３〜０．３７質量％とする。
【００２０】
［Ｍｎを０．５〜１．０質量％］
Ｍｎ（マンガン）は、基地に固溶して、焼き入れ性を向上させる。但し、前記合金鋼中のＭｎの含有量が０．５質量％未満では、焼き入れ性（高周波焼き入れ性）が不足してしまい、反対に、１．０質量％を超えて含有すると、鋼中の不純物であるＳ（硫黄）やＰ（燐）と非金属介在物を形成し易くなり、強度を低下させる可能性がある。そこで、前記合金鋼のＭｎの含有量を、０．５〜１．０質量％の範囲に規制した。尚、合金鋼のＭｎの含有量は、好ましくは０．６５〜０．９５質量％とする。
【００２１】
［Ｃｒを０．１〜０．４質量％］
Ｃｒ（クロム）は、基地に固溶して、焼き入れ性、耐食性等を向上させると共に、Ｃと結合して鋼中に硬い炭化物を形成し（炭化物球状化を促進させ）、耐摩耗性を向上させる元素である。但し、前記合金鋼中のＣｒの含有量が０．１質量％未満の場合には、前記の効果を十分には得られない。これに対して、このＣｒの添加量が０．４質量％を超えると、炭化物が粗大化して平均結晶粒が大きくなる。この為、加工性を低下させる場合があると共に、コストが嵩む原因になる。そこで、前記合金鋼中のＣｒの含有量を、０．１〜０．４質量％の範囲に規制した。尚、合金鋼のＣｒの含有量は、好ましくは０．１〜０．２５質量％とする。
【００２２】
［酸素量（酸素濃度）を１５ｐｐｍ以下とした理由］
合金鋼中の酸素量が高くなると、焼き入れされた軌道面に剥離の起点となる酸化物系の介在部が形成される為、転がり疲れ寿命が低下する。この為、転がり疲れ寿命の向上を図る為に、前記合金鋼中の酸素量を低くする事が好ましい。そこで、この酸素量の上限値を１５ｐｐｍとした。耐久性の更なる向上を図る面からは、酸素量の上限値は１２ｐｐｍとする事が望ましい。
【００２３】
［Ｐ、Ｓの好ましい含有量］
Ｐ（燐）は、不可避的に鋼中に混入する有害不純物元素であり、転がり疲れ寿命及び靱性を低下させる元素である為、含有量は少ない程好ましいが、含有量を０とする事は、コストを抑える面から非現実的である。但し、含有量が０．０３質量％を超えると、強度低下等の不利益が無視できなくなる。そこで、Ｐの含有量の上限値は、好ましくは０．０３質量％以下とする。
Ｓ（硫黄）は、被削性を向上させる元素であるが、Ｍｎと結合して、非金属介在物であるＭｎＳとなり、割れの起点になり易くなったり、或いは、Ｔｉ（チタン）と結合して、転がり疲れ寿命を低下させる硫化系介在物を形成する。この為、Ｓの含有量の上限値は、好ましくは０．０３質量％以下とする。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の対象となる回転部材用支持軸を組み込んだ遊星歯車装置を、この回転部材用支持軸の軸方向両端部にかしめ部を形成する以前の状態で示す断面図。
【図２】かしめ部を形成した以後の状態を示す、図１のＡ部に相当する拡大断面図。
【図３】軸方向両端面の凹部を省略した状態で示す、回転部材用支持軸の略断面図。
【図４】本発明の効果を確認する為に行った耐久寿命試験の実施状況を示す模式図。
【図５】従来構造の遊星歯車装置の１例を示す略側面図。
【図６】図５のＢ−Ｂ断面図。
【図７】同じく支持軸のみを取り出して示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１〜３は、本発明の実施の形態の１例を示している。本発明の特徴は、例えば遊星歯車をキャリアに対して、ラジアルニードル軸受を介して回転自在に支持する為に使用する回転部材用支持軸に関して、材料となる合金鋼の組成、並びに、高周波焼き入れ処理により形成する硬化層の範囲等を工夫する事で、耐久性を確保しつつ、材料コストの低減を図ると共に、加工時間の短縮化を図った点にある。図面に表れる構造に就いては、硬化層の形成範囲を除いて、従来から知られている支持軸と基本的には同じである為、共通する部分の説明は省略する。
【００２６】
支持軸４ａの周囲に、ラジアルニードル軸受１２を介して、遊星歯車３を回転自在に支持する為に、この支持軸４ａを、キャリア６ａを構成する１対の支持壁部１８、１８同士の間に掛け渡す状態で支持固定している。この為に、前記支持軸４ａの軸方向両端面１６ａ、１６ａの中央に、円すい台形状の凹部１７ａ、１７ａを形成し、その周囲（支持軸４ａの軸方向両端部外周縁部）に、かしめ用筒部１５ａ、１５ａを形成している。一方、前記各支持壁部１８、１８には、互いに整合する位置に１対の通孔８ｃ、８ｃを形成しており、これら各支持壁部１８、１８の外側面のうちで、これら各通孔８ｃ、８ｃの開口縁部には、外側面側に向かう程内径寸法が大きくなる方向に傾斜した面取り部１９、１９を形成している。
【００２７】
そして、図２に示した様に、前記各かしめ用筒部１５ａを、径方向外方にかしめ拡げ（塑性変形させて）、これら各かしめ用筒部１５ａの外周面を前記各面取り部１９の内周面に向けて押し付ける事で、当該部分にかしめ部９を形成する。これにより、前記支持軸４ａを、前記キャリア６ａを構成する１対の支持壁部１８、１８同士の間に掛け渡す状態で支持固定する。
【００２８】
又、本例の場合、これら各支持壁部１８、１８のうち、互いに対向する内側面２３、２３が、各ニードル５、５や、前記遊星歯車３の軸方向端面との擦れ合いにより摩耗するのを防止する為に、前記支持軸４ａの周囲で、前記各支持壁部１８、１８の内側面２３、２３と前記遊星歯車３の軸方向端面との間部分に、円輪状のワッシャ２０、２０を設けている。又、複列に配置された前記各ニードル５、５のスキュー防止を図る為、両列のニードル５、５同士の間に、円環状のスペーサ２１を配置し、これら各ニードル５、５の軸方向端面を案内する様にしている。この様なスペーサ２１としては、鋼製或いは合成樹脂製で、削り出し加工や打ち抜き成型（プレス加工）等により形成されたもの使用できる。
【００２９】
上述の様にして前記キャリア６ａに支持固定される本例の支持軸４ａは、従来構造の様に高炭素鋼を材料とするものではなく、中炭素鋼であるＳ５３Ｃ（ＪＩＳ Ｇ ４０５１）をベースとする、Ｃ（炭素）を０．５０〜０．５８質量％、Ｓｉ（ケイ素）を０．１〜０．４質量％、Ｍｎ（マンガン）を０．５〜１．０質量％、Ｃｒ（クロム）を０．１〜０．４質量％、Ｐ（燐）を０．０３質量％以下、Ｓ（硫黄）を０．０３質量％以下、それぞれ含有し、酸素量（酸素濃度）を１５ｐｐｍ（好ましくは１２ｐｐｍ）以下に規制した合金鋼製としている。
【００３０】
又、前記支持軸４ａのうち、各図に斜格子模様を付した範囲に、高周波焼き入れ処理による硬化層２２を形成している。具体的には、前記支持軸４ａの外周面のうち、前記各ニードル５、５の転動面が転がり接触する軌道面（両列の内輪軌道１０、１０）を含み、この軌道面よりも軸方向両側に広い範囲に、前記硬化層２２を全周に亙り形成している。但し、前記支持軸４ａの軸方向両端部（少なくともかしめ用筒部１５ａを含む部分）には前記硬化層２２を形成せず、軸方向両端部を生の状態（焼き入れ硬化していない状態）としている。この硬化層２２と生の部分との境界位置は、前記各支持壁部１８、１８の内側面２３、２３と、前記各面取り部１９、１９の内周縁部２４、２４との間部分（図２中のＸの範囲）に規制している。更に、本例の場合には、前記支持軸４ａの軸方向中間部に於ける前記硬化層２２の深さを、前記支持軸４ａの半径以上とする事で、この硬化層２２を、前記支持軸４ａの外周面（表層部分）だけでなく、この外周面から軸心部に至る範囲に形成している。即ち、高炭素クロム軸受鋼の様な硬質材料製の支持軸４の場合には、前記図７に斜格子模様で示した様に、硬化層を表層部にのみ形成し、軸心部には非硬化部を設けていたのに対し、本例の場合には、前記支持軸４ａの軸心部にも、非硬化部（生のままの部分）を設けていない。又、この支持軸４ａの軸方向両端寄り部分（硬化層２２の軸方向両端部）に於ける硬化層２２の深さは、軸方向端部側に向かう程浅くなる様にしている。
【００３１】
この様な硬化層２２は、前記支持軸４ａを構成する円柱状の素材の軸方向中間部周囲に、高周波加熱コイルを配置し、この高周波加熱コイルに高周波電源から高周波電力を供給する事により形成する。この場合、表層部にのみ硬化層を形成する場合に比べて、高周波加熱コイルを流れる高周波電流の周波数を低く設定する事で、前記支持軸４ａの軸心部にまで焼きを入れる。又、高周波焼き入れ後は、焼き戻し（低温焼き戻し）を施す。
【００３２】
以上の様な構成を有する本例の支持軸４ａによれば、耐久性を確保できるだけでなく、材料コストの低減を図れ、しかも加工時間を短縮できる。
即ち、本例の場合には、前記支持軸４ａを造る為の材料として、Ｃ（炭素）の含有量が０．５０〜０．５８質量％である合金鋼（中炭素鋼）を使用している為、高炭素クロム軸受鋼の様な高炭素鋼を材料として用いる従来構造の場合に比べて、材料コストの低減を図れる。
【００３３】
又、前記支持軸４ａを構成する合金鋼は、Ｃの含有量が低く（高炭素クロム軸受鋼のＣ含有量は０．９５〜１．１０質量％であるのに対し、本例の合金鋼では０．５０〜０．５８質量％）、元々の（生の状態での）硬度が低い事に加え、軸方向両端部には高周波焼き入れ処理後も前記硬化層２２を形成しない。この為、前記各かしめ部９を形成する為の加工時間を短縮する事が可能になる。具体的には、高周波焼き入れ処理を施す以前の状態で、素材全体の硬度を十分に抑えられる為、軸方向両端面の中央に、円すい台形状の凹部１７ａ、１７ａを、鍛造加工（熱間鍛造加工或いは冷間鍛造加工）により形成する事が可能になる。この為、前記各凹部１７ａ、１７ａを切削加工により形成する場合に比べて、大幅な加工時間の短縮を図れる。又、切削加工により形成する場合にも、高炭素クロム軸受鋼の様な硬質材料を用いた場合に比べて、加工時間を短縮できる。更に、ボール盤等を使用した切削加工により、素材の内部に通油孔（例えば軸方向孔及び径方向孔）を形成する場合にも、高炭素クロム軸受鋼の様な硬質材料を用いた場合に比べて、やはり加工時間を短縮できる。
【００３４】
更に、上述の様な円すい台形状の凹部１７ａ、１７ａを形成する事に伴って、その周囲に形成されたかしめ用筒部１５ａ、１５ａは、高周波焼き入れ処理によっても硬化させない（生のままの状態である）為、これら各かしめ用筒部１５ａ、１５ａを径方向外方に塑性変形させる際の加工時間も短縮できる。即ち、これら各かしめ用筒部１５ａ、１５ａを塑性変形させるには、これら各かしめ用筒部１５ａ、１５ａの先端部に、図示しないかしめパンチを押し付ける等して行うが、本例の場合には、これら各かしめ用筒部１５ａ、１５ａの硬度を低く抑えられる為、これら各かしめ用筒部１５ａ、１５ａを、小さな押し付け力で塑性変形させる事が可能になり、加工時間を短縮できる。加えて、形成されるかしめ部９に割れや亀裂等の損傷が生じる事も防止できる。
【００３５】
又、本例の場合には、Ｃ（炭素）の含有量を低く抑えるだけでなく、Ｓｉ（ケイ素）の含有量もその上限値を０．４質量％と低く抑えている為、この面からも、かしめ性が低下する事を防止できる。この為、前記各かしめ部９に、割れや亀裂等の損傷が生じる事を有効に防止できる。
【００３６】
又、前記支持軸４ａには、Ｃの含有量及びＳｉの含有量を軌道面に必要となる硬さを確保できる様に適正に規制した（Ｃの含有量の下限値を０．５０質量％とし、Ｓｉの含有量の上限値を０．４質量％とした）上で、高周波焼き入れによる硬化層２２を形成している為、軌道面部分（内輪軌道１０、１０）の表面硬さを、転がり疲れ寿命を確保するのに必要な硬さの目安となる、ビッカース硬度で６３３Ｈｖ（ロックウェル硬度で５７ＨＲＣ）以上に規制できる。又、軌道面部分に、疲労強度の向上に有利となる残留圧縮応力を発生させる事もできる。従って、転がり疲れ寿命を確保できて、耐久性を確保できる。
【００３７】
又、前記支持軸４ａを構成する合金鋼中の酸素量を１５ｐｐｍ以下（より好ましくは１２ｐｐｍ以下）に規制している為、焼き入れされた軌道面（内輪軌道１０、１０）に、剥離の起点となる酸化物系の介在物が形成されにくくなる。この為、転がり疲れ寿命の更なる向上を図れる。この結果、高炭素クロム軸受鋼を材料として用いた場合と同等の、転がり疲れ寿命を確保する事が可能になる。
【００３８】
又、本例の場合には、前記硬化層２２と生の部分との境界位置を、前記各支持壁部１８、１８の内側面２３、２３よりも外側（外側面側）に位置させている。この為、前記遊星歯車３から前記支持軸４ａに加わるラジアル荷重に起因して、この支持軸４ａのうちで、前記各支持孔８ｃ、８ｃに内嵌された部分と内嵌されていない部分との境界に過大な応力が加わった場合にも、当該部分が損傷する事を有効に防止できる。
【００３９】
又、前記硬化層２２を前記支持軸４ａの軸心部にまで形成している為、この支持軸４ａの強度（主として曲げ強度）を十分に向上させる事が可能になる。又、軸方向中間部分の残留オーステナイト量が、軸方向両端部分の残留オーステナイト量に比べて多くなり、軸方向中央部分の外周面が凸となる様に僅かに（緩やかに）膨出する為、軌道面にエッジロードが発生する事を防止する面からも有利になる（クラウニング効果が得られる）。
【００４０】
更に、本例の場合には、Ｃ（炭素）以外の成分（Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ）に関しても、それぞれの含有量を適正に規制している為、品質のばらつきを抑える事ができる。例えばＳＫ８５（ＪＩＳ Ｇ ４４０１、Ｃの含有量が０．８０〜０．９０質量％の高炭素鋼）と比較しても、熱処理品質を安定させる事ができて、従来構造の場合と同等の耐久性を確保できる。
【００４１】
尚、上述した実施の形態の１例では、遊星歯車をキャリアに対して回転自在に支持する為に用いる支持軸に、本発明を適用した場合に就いて説明したが、本発明の回転部材用支持軸は、この様な用途に限定されるものではない。例えば、エンジンの動弁機構用のカムフォロアをロッカーアームに対して回転自在に支持する為に用いる支持軸の他、エンジンの動弁機構用のローラをバルブリフタに対して回転自在に支持する為の支持軸、更には、エンジン燃料噴射ポンプ用のカムローラをプランジャの端部に連結されたタペットに対して回転自在に支持する為の支持軸に対しても、本発明は適用可能である。
【実施例】
【００４２】
次に、本発明の効果を確認する為に行った２種類の試験に就いて説明する。
第１の試験は、次の表１に示した１２種類（実施例１〜６並びに比較例１〜６）の合金鋼により、外径が１２ｍｍ、長さが５０ｍｍで、それぞれの軸方向両端部に前記図１に示した様な形状を有するかしめ用筒部を設けた支持軸を５本ずつ造り、かしめ用筒部を径方向外方に塑性変形させた際の損傷の発生の有無を検証した。又、本試験では、何れの試料に就いても、かしめ用筒部を生のまま塑性変形させた。又、この場合のかしめ用筒部のビッカース硬度は、２００〜３５０Ｈｖであった。又、かしめ用筒部に負荷する荷重（かしめ荷重）は、何れの場合も２５ｋＮとした。
【００４３】
［表１］
【００４４】
試験の結果を、前記表１の右側部分（右から第２列目）に示した様に、本発明の実施品である、実施例１〜６の支持軸には、５本全ての試料（支持軸）に関して、亀裂や割れは認められなかった。これは、Ｃ及びＳｉの含有量を、軌道面に必要となる表面硬さを得られる範囲で、十分に低く抑えた事により、割れ特性が向上した事によるものと考えられる。
【００４５】
これに対し、比較例１（ＳＫ８５製）及び比較例２（ＳＵＪ２製）の支持軸は、Ｃの含有量が高い（本発明の上限値である０．５８質量％を大幅に超えている）事から、かしめ用筒部の硬度（特に表層部の硬度）が高くなり、かしめ加工性が悪化したと考えられ、５本の試料中、４本（比較例１）又は５本（比較例２）の試料で、割れが発生した。
又、比較例３の支持軸は、Ｓｉの含有量が０．６質量％と高い為、かしめ用筒部の変形抵抗が大きくなったと考えられ、５本の試料中、１本の試料で亀裂が発生した。
又、比較例４の支持軸は、Ｃの含有量が僅かに高い（本発明の上限値である０．５８質量％を僅かに超えている）為、かしめ用筒部の硬度（特に表層部の硬度）が高くなり、かしめ加工性が悪化したと考えられ、５本の試料中、１本の試料で亀裂が発生した。
一方、比較例５、６の支持軸は、Ｃの含有量が本発明の下限値を下回っており、Ｓｉの含有量も本発明の範囲に含まれている為、かしめ用筒部の硬度が低くなったと考えられ、５本全ての試料に関して、亀裂や割れは認められなかった。
上述の様なかしめ割れ試験（第１の試験）の結果から明らかな通り、本発明の様に、Ｃ及びＳｉの含有量を、軌道面の表面硬さを確保できる範囲で低く抑える事により、かしめ性が低下する事を防止できて、かしめ部に割れや亀裂等の損傷が生じる事を有効に防止できる。
【００４６】
第２の試験は、次の表２に示した１２種類（実施例１〜６並びに比較例１〜６）の合金鋼により、外径が１２ｍｍ、長さが５０ｍｍの支持軸を３本ずつ造り、図４に示す様な、試験装置２５を用いて、軌道面（内輪軌道）の耐久性寿命を求めた。又、図４に示した様に、本試験では、各種試料である支持軸４ａ（４）の内部に、潤滑油を送り込む為の通油孔として機能する軸方向孔２６及び径方向孔２７を形成した。これに伴い、軸方向孔２６が設けられている軸方向片半部（図４の左半部）には、前記各支持軸４ａ（４）の外周面から軸方向孔２６に至る範囲に硬化層２２を形成した（図示は省略）。
【００４７】
［表２］
【００４８】
前記試験装置２５は、１対の支持部材（治具）２８ａ、２８ｂと、回転部材に相当する円筒状の外輪２９と、複数個のニードル５、５から成るラジアルニードル軸受１２と、温度測定器３０とを備えるもので、このうちの支持部材２８ａ、２８ｂの互いに対向する内側面には、前記各支持軸４ａ（４）の軸方向端部を支持する為の支持凹部３１、３１が形成されている。又、１対の支持部材２８ａ、２８ｂのうち、一方の支持部材２８ａの内部には、潤滑油を送り込む為の油孔３２が形成されており、他方の支持部材２８ｂの内部には、前記温度測定器３０の検出部を挿通させる為の挿通孔３３が形成されている。
【００４９】
そして、前記各支持軸４ａ（４）の軸方向両端部を、前記各支持凹部３１、３１に内嵌固定する事により、これら各支持軸４ａ（４）を前記各支持部材２８ａ、２８ｂに支持固定する。この状態で、一方の支持部材２８ａに形成された油孔３２と、前記各支持軸４ａ（４）に形成された軸方向孔２６及び径方向孔２７とを連通させる。又、これら各支持軸４ａ（４）の軸方向方向中間部周囲に、前記ラジアルニードル軸受１２を介して、前記外輪２９を回転自在に支持する。更に、他方の支持部材２８ｂに形成された挿通孔３３内に、前記温度測定器３０の検出部を挿通させて、この検出部を前記各支持軸４ａ（４）の軸方向端面｛円すい台形状の凹部１７ａ（１７）の底面｝に当接させる。試験時には、これら各支持軸４ａ（４）を固定した状態のまま、前記各孔３２、２６、２７を通じて潤滑油を供給しつつ、前記外輪２９を、ラジアル荷重を負荷しながら回転させる。そして、軌道面に剥離が生じる迄の時間を寿命として評価した。
【００５０】
上述した様な耐久寿命試験の試験条件は、以下の通りである。
ラジアル荷重（動等価ラジアル荷重Ｐ／基本動定格荷重Ｃｒ） ： ０．３
外輪２９の回転速度 ： １００００ｍｉｎ−１
試験温度 ： １２０℃
潤滑油の送り込み量 ： １００ｃｃ／ｍｉｎ
試験終了の条件 ： 計算寿命である９２ｈｒの２倍（１８４ｈｒ）に達するか、軌道面に剥離が認められた時点で終了
使用したニードル５、５の寸法 ： 外径２．５ｍｍ、長さ９．８ｍｍ
軌道面の表面粗さ（算術平均粗さ） ： ０．１５μｍＲａ
熱処理条件 ： 全ての試料（実施例及び比較例）に関して、同じ熱処理条件（温度、時間及び範囲）にて高周波焼き入れ処理を施した。
【００５１】
以上の様にして行った試験の結果を、前記表２の右側部分（右から第２列目）に示した様に、本発明の実施品のうち、実施例１に関しては、軌道面の表面硬さがビッカース硬度で６３３Ｈｖであり、合金鋼中の酸素量が１５ｐｐｍに抑えられている為、軌道面に剥離が発生するまでの時間が１７０ｈｒ（Ｌ１０＝１７０ｈｒ）となった。この為、比較例１、３〜６と比較して寿命は２倍以上となり、十分な耐久性を確保できる事が確認された。
又、実施例２〜６に関しては、軌道面の表面硬さがビッカース硬度で６６０〜８５０Ｈｖと十分に硬く、又、合金鋼中の酸素量が１２ｐｐｍ以下に抑えられている為、計算寿命９２ｈｒの２倍（１８４ｈｒ）に達しても、軌道面に剥離は発生しなかった。この為、比較例１、３〜６と比較して、顕著に耐久性が向上している事が確認された。
【００５２】
これに対し、比較例１（ＳＫ８５製：本試験では酸素量が管理されていないものを使用）及び比較例４に関しては、合金鋼中の酸素量がそれぞれ３４ｐｐｍ、３５ｐｐｍと高い（本発明の上限値である１５ｐｐｍを大幅に超えている）事から、軌道面に剥離の起点となる酸化物系の介在部が早期に形成されたと考えられ、寿命は計算寿命（９２ｈｒ）以下の８５ｈｒ、８０ｈｒとなった。
又、比較例２に関しては、ＳＵＪ２（高炭素クロム軸受鋼２種）製であり、軌道面の表面硬さがビッカース硬度で８５０Ｈｖで、酸素量も９ｐｐｍと低い事から、計算寿命である９２ｈｒの２倍（１８４ｈｒ）に達しても、軌道面に剥離は発生しなかった。但し、前述した第１の試験（かしめ割れ試験）で明らかになった様に、支持軸をＳＵＪ２製とした場合には、Ｃの含有量が多くなり過ぎる事から、かしめ加工性が悪化する。
又、比較例３、５、６に関しては、合金鋼中の酸素量は、本発明の範囲に含まれている（１５ｐｐｍである）ものの、比較例３にあっては、Ｓｉの含有量が本発明の上限値を超えており、比較例５、６にあっては、Ｃの含有量が本発明の下限値を下回っている。この為、比較例３の場合には、Ｓｉの含有量が高い事で、高周波焼き入れ処理の際に、Ｓｉの溶け込みが不足し、巨大なＳｉＣが析出した為、軌道面の表面硬さがビッカース硬度で６００Ｈｖと低くなり、転がり軸受として要求される硬さが得られていない。又、比較例５、６の場合には、Ｃの含有量が十分でない事から、軌道面の表面硬さがビッカース硬度で５８０Ｈｖ、５５０Ｈｖと低くなり、やはり十分な硬さが得られていない。この結果、引用例３、５、６の場合には、それぞれ８３ｈｒ、６５ｈｒ、５９ｈｒにて軌道面に剥離が発生し、何れの場合にも計算寿命よりも短寿命となった。
上述の様な耐久寿命試験（第２の試験）の結果から明らかな通り、本発明の様に、Ｃの含有量の下限値及びＳｉの上限値を適正に規制して、軌道面に必要となる表面硬さを確保する（ビッカース硬度で６３３Ｈｖ以上とする）と共に、酸素量を１５ｐｐｍ以下に抑える事によって、転がり疲れ寿命を確保できて、耐久性を十分に確保できる。
【符号の説明】
【００５３】
１ 太陽歯車
１ａ 歯
２ リング歯車
２ａ 歯
３ 遊星歯車
３ａ 歯
４、４ａ 支持軸
５ ニードル
６、６ａ キャリア
７ 連結板
８ａ〜８ｃ 通孔
９ かしめ部
１０ 内輪軌道
１１ 外輪軌道
１２ ラジアルニードル軸受
１３ 円筒部
１４ 回転軸
１５、１５ａ かしめ用筒部
１６、１６ａ 軸方向端面
１７、１７ａ 凹部
１８ 支持壁部
１９ 面取り部
２０ ワッシャ
２１ スペーサ
２２ 硬化層
２３ 内側面
２４ 内周縁部
２５ 試験装置
２６ 軸方向孔
２７ 径方向孔
２８ａ、２８ｂ 支持部材
２９ 外輪
３０ 温度測定器
３１ 支持凹部
３２ 油孔
３３ 挿通孔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車、一般産業機械、工作機械等に組み込まれる回転部材を、ラジアルニードル軸受を介して回転自在に支持する為の回転部材用支持軸の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用自動変速機を構成する遊星歯車装置が従来から、例えば特許文献１、２等、多くの刊行物に記載されて、広く知られている。この従来から知られた遊星歯車装置は、例えば図５〜６に示す様に、外周面に歯１ａを形成した太陽歯車１と、この太陽歯車１と同心に配置され、内周面に歯２ａを形成したリング歯車２との間に、複数個（一般的には３〜４個）の遊星歯車３、３を、円周方向に関して等間隔に配置している。そして、これら複数個の遊星歯車３、３の外周面に形成した歯３ａを、前記両歯１ａ、２ａに噛合させている。
【０００３】
前記複数個の遊星歯車３、３は、それぞれ支持軸４、４の周囲に、それぞれ複数本のニードル５、５を介して、回転自在に支持されている。これら各支持軸４の軸方向両端部のうち、一方の端部（図６の右端部）は、前記太陽歯車１を中心として回転自在なキャリア６に対し、他方の端部（図６の左端部）は、円輪状に形成された連結板７に対し、それぞれ支持固定している。この為に、前記キャリア６及び前記連結板７のうちの互いに整合する部分に１対の通孔８ａ、８ｂを形成している。そして、前記支持軸４の軸方向両端部を、これら各通孔８ａ、８ｂに内嵌した状態で、この支持軸４の軸方向両端部外周縁部を径方向外方にかしめ拡げ、当該部分にかしめ部９、９を形成する。これにより、前記支持軸４を、前記キャリア６と前記連結板７との間に掛け渡す状態で支持固定している。
【０００４】
又、前記支持軸４の中間部外周面で、前記キャリア６と前記連結板７との間部分には、複列の内輪軌道１０、１０を形成している。一方、前記遊星歯車３の内周面には、複列の外輪軌道１１、１１を形成している。そして、これら内輪軌道１０、１０と外輪軌道１１、１１との間部分に、それぞれ前記各ニードル５、５から成る複列のラジアルニードル軸受１２を設けて、前記遊星歯車３を、前記支持軸４の中間部周囲で、前記キャリア６と前記連結板７との間部分に、回転自在に支持している。
【０００５】
又、図示の例では、前記太陽歯車１を円筒状に形成し、前記キャリア６を、断面Ｌ字形で全体を円輪状に形成している。そして、図６に示す様に、このキャリア６の内周縁部に形成した円筒部１３を、回転軸１４の外周面にスプライン係合させている。前記太陽歯車１は、この回転軸１４の周囲に、この回転軸１４に対する相対回転を自在に支持している。又、前記リング歯車２は、前記各部材１、６、１４の周囲に、これら各部材１、６、１４に対する相対回転自在に支持している。
【０００６】
上述の様な遊星歯車３及び支持軸４等を含んで構成する遊星歯車装置は、例えば、前記回転軸１４を駆動軸又は従動軸とし、前記太陽歯車１又は前記リング歯車２の中心を従動軸又は駆動軸に結合する。そして、何れの歯車１、２、３を回転自在とし、何れの歯車１、２、３を回転不能とするかを切り換える事により、前記駆動軸と従動軸との間の変速並びに回転方向の変換を行う。この様な遊星歯車装置自体の構成及び作用は、従来から周知であり、本発明の要旨とも関係しないから、全体構造の図示並びに詳しい説明は省略する。
【０００７】
ところで、近年、自動車用自動変速機の使用条件が厳しくなるに従って、遊星歯車装置に組み込む支持軸に対し、耐久性に関する要求が高まっている。この為、支持軸を、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼｛ＪＩＳ Ｇ ４８０５、Ｃ（炭素）の含有量：０．９５〜１．１０質量％｝を初めとする高炭素鋼｛本明細書中で「高炭素鋼」とは、Ｃの含有量が０．６質量％以上の炭素鋼を言い、同じく「中炭素鋼」とは、Ｃの含有量が０．６質量％未満（且つ０．２５質量％より高い）の炭素鋼を言う。｝から造る事が考えられている。又、この様な高炭素鋼製の支持軸に、浸炭窒化処理や高周波焼き入れ処理を施す事も、例えば特許文献３等に記載され、従来から知られている。この様に、高炭素鋼の様な高炭素濃度の材料から支持軸を造れば、この支持軸の硬度として高い値が得られ易くなる。又、浸炭窒化処理や高周波焼き入れ処理を施せば、軌道面となる部分にのみ硬化層を形成する事ができて、その他の部分（軸方向両端部）には硬化層を形成せずに済む。この為、軌道面の転がり疲れ寿命を向上させて、耐久性を向上できると共に、かしめによる固定手段を採用する事も可能になる。
【０００８】
但し、支持軸を造る為の材料として高炭素鋼を使用した場合、材料コストが嵩むと共に、加工時間が長くなると言った問題を招く。即ち、高炭素クロム軸受鋼の様な高炭素鋼は、例えばＳ５３Ｃ等の中炭素鋼に比べて、高価である為、支持軸の材料コストが嵩む事が避けられない。又、高炭素クロム軸受鋼の様な高炭素鋼から支持軸を造る場合、高周波焼き入れ処理等の有無に拘わらず、元々の（生の状態での）硬度が高い為、かしめ部を形成する為の軸方向両端部分の加工時間が長くなる。具体的には、図７に示した様に、支持軸４の軸方向両端部には、かしめ部９、９（図６参照）を形成する為のかしめ用筒部１５、１５を形成する必要があり、これら各かしめ用筒部１５、１５を形成するには、支持軸４の軸方向両端面１６、１６の中央に、円すい台形状の凹部１７、１７を形成する必要がある。但し、高炭素クロム軸受鋼の様な硬質材料を用いた場合、鍛造加工により凹部１７、１７を加工する事は困難である。この為、円すい台形状の凹部１７、１７を切削加工により加工する必要があるが、この様な切削加工を硬質材料に対して行う場合には、加工時間が特に長くなる。更に、この様にして形成したかしめ用筒部１５、１５を、径方向外方に塑性変形させる為の加工時間も長くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−２７０６６１号公報
【特許文献２】特開２００２−２３５８４１号公報
【特許文献３】特開２００７−２１７７２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上述の様な事情に鑑みて、耐久性を確保できるだけでなく、材料コストの低減を図れ、しかも加工時間を短縮できる、回転部材用支持軸を実現すべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の回転部材用支持軸は、例えばキャリア、ロッカーアーム、バルブリフタ、タペット等を構成する、互いに離隔して設けられた１対の支持壁部（キャリアと連結板の様に互いに別部材である場合も含む）の互いに整合する位置に形成された１対の通孔に、その軸方向両端部を内嵌した状態で、この軸方向両端部の外周縁部分を径方向外方にかしめ拡げる事で、前記１対の支持壁部同士の間に掛け渡された状態で支持固定される。
又、軸方向中間部周囲に、例えば遊星歯車、カムフォロア、ローラ、カムローラ等の回転部材を、ラジアルニードル軸受（転動体としてころを使用する構造、並びに、転動体が複列に配置された構造を含む）を介して、回転自在に支持する。
【００１２】
特に本発明にあっては、前記回転部材用支持軸を、Ｃ（炭素）を０．５０〜０．５８質量％、Ｓｉ（ケイ素）を０．１〜０．４質量％、Ｍｎ（マンガン）を０．５〜１．０質量％、Ｃｒ（クロム）を０．１〜０．４質量％含有する合金鋼製としている。尚、合金鋼の残部は、Ｆｅと、Ｏと、ＳやＰ等の不可避不純物である。
又、外周面のうちで、前記ラジアルニードル軸受を構成する各ニードルの転動面が転がり接触する軌道面（単列、複列を問わない）を含み、この軌道面よりも軸方向両側に広い範囲で、且つ、軸方向両端部を除く部分に、高周波焼き入れ処理による硬化層（表面硬さがビッカース硬度で６３３Ｈｖ以上の硬化層）を全周に亙り形成している。
【００１３】
上述した様な本発明を実施する場合に好ましくは、例えば請求項２に記載した発明の様に、前記合金鋼中の酸素量（酸素濃度）を、１５ｐｐｍ以下（より好ましくは１２ｐｐｍ以下）とする。
【００１４】
又、本発明を実施する場合に好ましくは、例えば請求項３に記載した発明の様に、前記硬化層を、前記回転部材用支持軸の外周面から軸心部（中心部）に至る範囲に形成する。言い換えれば、軸心部にも、非硬化部（生のままの部分）を設けない様にする。
尚、本発明を実施する場合に、回転部材用支持軸の内部に通油孔を設ける事もできるが、この様な場合には、回転部材用支持軸の外周面から通油孔に至る範囲に硬化層を形成する。
【発明の効果】
【００１５】
以上の様な構成を有する本発明の回転部材用支持軸によれば、耐久性を確保できるだけでなく、材料コストの低減を図れ、しかも加工時間を短縮できる。
即ち、本発明の場合には、回転部材用支持軸を造る為の材料として、Ｃ（炭素）の含有量が０．５０〜０．５８質量％である合金鋼（中炭素鋼）を使用する為、高炭素クロム軸受鋼の様な高炭素鋼を用いた場合に比べて、材料コストの低減を図れる。
又、本発明の場合、回転部材用支持軸を造る為の材料は、Ｃの含有量が低く、元々の（生の状態での）硬度が低い事に加え、軸方向両端部には高周波焼き入れ処理後も硬化層を形成しない為、かしめ部を形成する為の加工時間を短縮する事が可能になる。
具体的には、高周波焼き入れ処理を施す以前の状態で、素材全体の硬度を低く抑えられる為、軸方向両端面に、円すい台形状の凹部を、鍛造加工により形成する事が可能になり、加工時間の大幅な短縮化を図れるか、或いは、切削加工により形成する場合にも、高炭素クロム軸受鋼の様な硬質材料を用いた場合に比べて、加工時間を短縮できる。更に、この様な円すい台形状の凹部を形成する事に伴って、その周囲に形成されたかしめ用筒部は、高周波焼き入れ処理によっても硬化させない為、このかしめ用筒部を径方向外方に塑性変形させる際の加工時間も短縮できる。加えて、かしめ部に割れや亀裂等の損傷が生じる事も有効に防止する事もできる。
又、Ｃの含有量及びＳｉの含有量を、軌道面に必要となる硬さを確保できる様に適正に規制した上で、高周波焼き入れによる硬化層を形成している為、軌道面部分の表面硬さを、転がり疲れ寿命を確保するのに必要な硬さに規制できる。又、軌道面部分に、疲労強度の向上に有利となる残留圧縮応力を発生させる事もできる。従って、転がり疲れ寿命を確保できて、十分な耐久性を確保できる。
更に、本発明の場合には、Ｃ以外の成分（Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ）に関しても、それぞれの含有量を適正に規制している為、品質のばらつきを抑える事ができる。
【００１６】
又、請求項２に記載した発明によれば、軌道面に、剥離の起点となる酸化物系の介在物が形成されにくくなる為、転がり疲れ寿命の更なる向上を図れる。
【００１７】
更に、請求項３に記載した発明によれば、回転部材用支持軸の強度（主として曲げ強度）を十分に向上させる事が可能になる。
【００１８】
以下、前記回転部材用支持軸の材料である合金鋼（鋼材）の組成に就いて、含有量を上述した範囲に規制する理由と共に説明する。
［Ｃを０．５０〜０．５８質量％］
Ｃ（炭素）は、回転部材用支持軸に、転がり軸受（軌道輪である内輪）として要求される硬さを付与する作用を有する。前記合金鋼中のＣの含有量が０．５０質量％未満であると、転がり軸受として要求される硬さ（軌道面の表面硬さ）の目安となる、ビッカース硬度で６３３Ｈｖ（ロックウェル硬度５７ＨＲＣ）以上を確保できなくなる可能性がある。一方、Ｃの含有量が０．５８％を超えると、かしめ部を形成する際に亀裂や割れ等の損傷が生じたり、鍛造性や切削性を低下させる。そこで、前記合金鋼のＣの含有量を、０．５０〜０．５８質量％の範囲に規制した。
尚、軌道面の表面硬さは、各ニードルから繰り返し加わる剪断応力に耐え、転がり疲れ寿命を向上させる面からは、ビッカース硬度で６６０Ｈｖ以上とする事が好ましい。
【００１９】
［Ｓｉを０．１〜０．４質量％］
Ｓｉ（ケイ素）は、焼き入れによる表面（軌道面）硬さを向上させると共に、軌道面の転がり疲れ寿命を向上させ、併せて、合金鋼中の酸素量を低下させる（脱酸効果を有する）。即ち、Ｓｉは、基地に固溶して、焼き入れ性を向上させると共に、焼き戻し軟化抵抗性を向上させて、軌道面に必要な硬さを与える。又、基地組織を強化し、この軌道面の転がり疲れ寿命を向上させる。又、合金鋼中の酸素と反応して酸化物を生成し、この合金鋼中の酸素量を低下させる。但し、Ｓｉの含有量が０．１質量％未満の場合には、脱酸効果が十分には得られない。これに対して、Ｓｉの含有量が０．４質量％を超えると、かしめ部を形成する際のかしめ性が低下したり、切削性を著しく低下させると共に、Ｓｉの溶け込みが不足し、巨大なＳｉＣが析出して十分な表面硬さが得られなくなる。そこで、前記合金鋼のＳｉの含有量を、０．１〜０．４質量％の範囲に規制した。尚、合金鋼のＳｉの含有量は、好ましくは０．１３〜０．３７質量％とする。
【００２０】
［Ｍｎを０．５〜１．０質量％］
Ｍｎ（マンガン）は、基地に固溶して、焼き入れ性を向上させる。但し、前記合金鋼中のＭｎの含有量が０．５質量％未満では、焼き入れ性（高周波焼き入れ性）が不足してしまい、反対に、１．０質量％を超えて含有すると、鋼中の不純物であるＳ（硫黄）やＰ（燐）と非金属介在物を形成し易くなり、強度を低下させる可能性がある。そこで、前記合金鋼のＭｎの含有量を、０．５〜１．０質量％の範囲に規制した。尚、合金鋼のＭｎの含有量は、好ましくは０．６５〜０．９５質量％とする。
【００２１】
［Ｃｒを０．１〜０．４質量％］
Ｃｒ（クロム）は、基地に固溶して、焼き入れ性、耐食性等を向上させると共に、Ｃと結合して鋼中に硬い炭化物を形成し（炭化物球状化を促進させ）、耐摩耗性を向上させる元素である。但し、前記合金鋼中のＣｒの含有量が０．１質量％未満の場合には、前記の効果を十分には得られない。これに対して、このＣｒの添加量が０．４質量％を超えると、炭化物が粗大化して平均結晶粒が大きくなる。この為、加工性を低下させる場合があると共に、コストが嵩む原因になる。そこで、前記合金鋼中のＣｒの含有量を、０．１〜０．４質量％の範囲に規制した。尚、合金鋼のＣｒの含有量は、好ましくは０．１〜０．２５質量％とする。
【００２２】
［酸素量（酸素濃度）を１５ｐｐｍ以下とした理由］
合金鋼中の酸素量が高くなると、焼き入れされた軌道面に剥離の起点となる酸化物系の介在部が形成される為、転がり疲れ寿命が低下する。この為、転がり疲れ寿命の向上を図る為に、前記合金鋼中の酸素量を低くする事が好ましい。そこで、この酸素量の上限値を１５ｐｐｍとした。耐久性の更なる向上を図る面からは、酸素量の上限値は１２ｐｐｍとする事が望ましい。
【００２３】
［Ｐ、Ｓの好ましい含有量］
Ｐ（燐）は、不可避的に鋼中に混入する有害不純物元素であり、転がり疲れ寿命及び靱性を低下させる元素である為、含有量は少ない程好ましいが、含有量を０とする事は、コストを抑える面から非現実的である。但し、含有量が０．０３質量％を超えると、強度低下等の不利益が無視できなくなる。そこで、Ｐの含有量の上限値は、好ましくは０．０３質量％以下とする。
Ｓ（硫黄）は、被削性を向上させる元素であるが、Ｍｎと結合して、非金属介在物であるＭｎＳとなり、割れの起点になり易くなったり、或いは、Ｔｉ（チタン）と結合して、転がり疲れ寿命を低下させる硫化系介在物を形成する。この為、Ｓの含有量の上限値は、好ましくは０．０３質量％以下とする。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の対象となる回転部材用支持軸を組み込んだ遊星歯車装置を、この回転部材用支持軸の軸方向両端部にかしめ部を形成する以前の状態で示す断面図。
【図２】かしめ部を形成した以後の状態を示す、図１のＡ部に相当する拡大断面図。
【図３】軸方向両端面の凹部を省略した状態で示す、回転部材用支持軸の略断面図。
【図４】本発明の効果を確認する為に行った耐久寿命試験の実施状況を示す模式図。
【図５】従来構造の遊星歯車装置の１例を示す略側面図。
【図６】図５のＢ−Ｂ断面図。
【図７】同じく支持軸のみを取り出して示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１〜３は、本発明の実施の形態の１例を示している。本発明の特徴は、例えば遊星歯車をキャリアに対して、ラジアルニードル軸受を介して回転自在に支持する為に使用する回転部材用支持軸に関して、材料となる合金鋼の組成、並びに、高周波焼き入れ処理により形成する硬化層の範囲等を工夫する事で、耐久性を確保しつつ、材料コストの低減を図ると共に、加工時間の短縮化を図った点にある。図面に表れる構造に就いては、硬化層の形成範囲を除いて、従来から知られている支持軸と基本的には同じである為、共通する部分の説明は省略する。
【００２６】
支持軸４ａの周囲に、ラジアルニードル軸受１２を介して、遊星歯車３を回転自在に支持する為に、この支持軸４ａを、キャリア６ａを構成する１対の支持壁部１８、１８同士の間に掛け渡す状態で支持固定している。この為に、前記支持軸４ａの軸方向両端面１６ａ、１６ａの中央に、円すい台形状の凹部１７ａ、１７ａを形成し、その周囲（支持軸４ａの軸方向両端部外周縁部）に、かしめ用筒部１５ａ、１５ａを形成している。一方、前記各支持壁部１８、１８には、互いに整合する位置に１対の通孔８ｃ、８ｃを形成しており、これら各支持壁部１８、１８の外側面のうちで、これら各通孔８ｃ、８ｃの開口縁部には、外側面側に向かう程内径寸法が大きくなる方向に傾斜した面取り部１９、１９を形成している。
【００２７】
そして、図２に示した様に、前記各かしめ用筒部１５ａを、径方向外方にかしめ拡げ（塑性変形させて）、これら各かしめ用筒部１５ａの外周面を前記各面取り部１９の内周面に向けて押し付ける事で、当該部分にかしめ部９を形成する。これにより、前記支持軸４ａを、前記キャリア６ａを構成する１対の支持壁部１８、１８同士の間に掛け渡す状態で支持固定する。
【００２８】
又、本例の場合、これら各支持壁部１８、１８のうち、互いに対向する内側面２３、２３が、各ニードル５、５や、前記遊星歯車３の軸方向端面との擦れ合いにより摩耗するのを防止する為に、前記支持軸４ａの周囲で、前記各支持壁部１８、１８の内側面２３、２３と前記遊星歯車３の軸方向端面との間部分に、円輪状のワッシャ２０、２０を設けている。又、複列に配置された前記各ニードル５、５のスキュー防止を図る為、両列のニードル５、５同士の間に、円環状のスペーサ２１を配置し、これら各ニードル５、５の軸方向端面を案内する様にしている。この様なスペーサ２１としては、鋼製或いは合成樹脂製で、削り出し加工や打ち抜き成型（プレス加工）等により形成されたもの使用できる。
【００２９】
上述の様にして前記キャリア６ａに支持固定される本例の支持軸４ａは、従来構造の様に高炭素鋼を材料とするものではなく、中炭素鋼であるＳ５３Ｃ（ＪＩＳ Ｇ ４０５１）をベースとする、Ｃ（炭素）を０．５０〜０．５８質量％、Ｓｉ（ケイ素）を０．１〜０．４質量％、Ｍｎ（マンガン）を０．５〜１．０質量％、Ｃｒ（クロム）を０．１〜０．４質量％、Ｐ（燐）を０．０３質量％以下、Ｓ（硫黄）を０．０３質量％以下、それぞれ含有し、酸素量（酸素濃度）を１５ｐｐｍ（好ましくは１２ｐｐｍ）以下に規制した合金鋼製としている。
【００３０】
又、前記支持軸４ａのうち、各図に斜格子模様を付した範囲に、高周波焼き入れ処理による硬化層２２を形成している。具体的には、前記支持軸４ａの外周面のうち、前記各ニードル５、５の転動面が転がり接触する軌道面（両列の内輪軌道１０、１０）を含み、この軌道面よりも軸方向両側に広い範囲に、前記硬化層２２を全周に亙り形成している。但し、前記支持軸４ａの軸方向両端部（少なくともかしめ用筒部１５ａを含む部分）には前記硬化層２２を形成せず、軸方向両端部を生の状態（焼き入れ硬化していない状態）としている。この硬化層２２と生の部分との境界位置は、前記各支持壁部１８、１８の内側面２３、２３と、前記各面取り部１９、１９の内周縁部２４、２４との間部分（図２中のＸの範囲）に規制している。更に、本例の場合には、前記支持軸４ａの軸方向中間部に於ける前記硬化層２２の深さを、前記支持軸４ａの半径以上とする事で、この硬化層２２を、前記支持軸４ａの外周面（表層部分）だけでなく、この外周面から軸心部に至る範囲に形成している。即ち、高炭素クロム軸受鋼の様な硬質材料製の支持軸４の場合には、前記図７に斜格子模様で示した様に、硬化層を表層部にのみ形成し、軸心部には非硬化部を設けていたのに対し、本例の場合には、前記支持軸４ａの軸心部にも、非硬化部（生のままの部分）を設けていない。又、この支持軸４ａの軸方向両端寄り部分（硬化層２２の軸方向両端部）に於ける硬化層２２の深さは、軸方向端部側に向かう程浅くなる様にしている。
【００３１】
この様な硬化層２２は、前記支持軸４ａを構成する円柱状の素材の軸方向中間部周囲に、高周波加熱コイルを配置し、この高周波加熱コイルに高周波電源から高周波電力を供給する事により形成する。この場合、表層部にのみ硬化層を形成する場合に比べて、高周波加熱コイルを流れる高周波電流の周波数を低く設定する事で、前記支持軸４ａの軸心部にまで焼きを入れる。又、高周波焼き入れ後は、焼き戻し（低温焼き戻し）を施す。
【００３２】
以上の様な構成を有する本例の支持軸４ａによれば、耐久性を確保できるだけでなく、材料コストの低減を図れ、しかも加工時間を短縮できる。
即ち、本例の場合には、前記支持軸４ａを造る為の材料として、Ｃ（炭素）の含有量が０．５０〜０．５８質量％である合金鋼（中炭素鋼）を使用している為、高炭素クロム軸受鋼の様な高炭素鋼を材料として用いる従来構造の場合に比べて、材料コストの低減を図れる。
【００３３】
又、前記支持軸４ａを構成する合金鋼は、Ｃの含有量が低く（高炭素クロム軸受鋼のＣ含有量は０．９５〜１．１０質量％であるのに対し、本例の合金鋼では０．５０〜０．５８質量％）、元々の（生の状態での）硬度が低い事に加え、軸方向両端部には高周波焼き入れ処理後も前記硬化層２２を形成しない。この為、前記各かしめ部９を形成する為の加工時間を短縮する事が可能になる。具体的には、高周波焼き入れ処理を施す以前の状態で、素材全体の硬度を十分に抑えられる為、軸方向両端面の中央に、円すい台形状の凹部１７ａ、１７ａを、鍛造加工（熱間鍛造加工或いは冷間鍛造加工）により形成する事が可能になる。この為、前記各凹部１７ａ、１７ａを切削加工により形成する場合に比べて、大幅な加工時間の短縮を図れる。又、切削加工により形成する場合にも、高炭素クロム軸受鋼の様な硬質材料を用いた場合に比べて、加工時間を短縮できる。更に、ボール盤等を使用した切削加工により、素材の内部に通油孔（例えば軸方向孔及び径方向孔）を形成する場合にも、高炭素クロム軸受鋼の様な硬質材料を用いた場合に比べて、やはり加工時間を短縮できる。
【００３４】
更に、上述の様な円すい台形状の凹部１７ａ、１７ａを形成する事に伴って、その周囲に形成されたかしめ用筒部１５ａ、１５ａは、高周波焼き入れ処理によっても硬化させない（生のままの状態である）為、これら各かしめ用筒部１５ａ、１５ａを径方向外方に塑性変形させる際の加工時間も短縮できる。即ち、これら各かしめ用筒部１５ａ、１５ａを塑性変形させるには、これら各かしめ用筒部１５ａ、１５ａの先端部に、図示しないかしめパンチを押し付ける等して行うが、本例の場合には、これら各かしめ用筒部１５ａ、１５ａの硬度を低く抑えられる為、これら各かしめ用筒部１５ａ、１５ａを、小さな押し付け力で塑性変形させる事が可能になり、加工時間を短縮できる。加えて、形成されるかしめ部９に割れや亀裂等の損傷が生じる事も防止できる。
【００３５】
又、本例の場合には、Ｃ（炭素）の含有量を低く抑えるだけでなく、Ｓｉ（ケイ素）の含有量もその上限値を０．４質量％と低く抑えている為、この面からも、かしめ性が低下する事を防止できる。この為、前記各かしめ部９に、割れや亀裂等の損傷が生じる事を有効に防止できる。
【００３６】
又、前記支持軸４ａには、Ｃの含有量及びＳｉの含有量を軌道面に必要となる硬さを確保できる様に適正に規制した（Ｃの含有量の下限値を０．５０質量％とし、Ｓｉの含有量の上限値を０．４質量％とした）上で、高周波焼き入れによる硬化層２２を形成している為、軌道面部分（内輪軌道１０、１０）の表面硬さを、転がり疲れ寿命を確保するのに必要な硬さの目安となる、ビッカース硬度で６３３Ｈｖ（ロックウェル硬度で５７ＨＲＣ）以上に規制できる。又、軌道面部分に、疲労強度の向上に有利となる残留圧縮応力を発生させる事もできる。従って、転がり疲れ寿命を確保できて、耐久性を確保できる。
【００３７】
又、前記支持軸４ａを構成する合金鋼中の酸素量を１５ｐｐｍ以下（より好ましくは１２ｐｐｍ以下）に規制している為、焼き入れされた軌道面（内輪軌道１０、１０）に、剥離の起点となる酸化物系の介在物が形成されにくくなる。この為、転がり疲れ寿命の更なる向上を図れる。この結果、高炭素クロム軸受鋼を材料として用いた場合と同等の、転がり疲れ寿命を確保する事が可能になる。
【００３８】
又、本例の場合には、前記硬化層２２と生の部分との境界位置を、前記各支持壁部１８、１８の内側面２３、２３よりも外側（外側面側）に位置させている。この為、前記遊星歯車３から前記支持軸４ａに加わるラジアル荷重に起因して、この支持軸４ａのうちで、前記各支持孔８ｃ、８ｃに内嵌された部分と内嵌されていない部分との境界に過大な応力が加わった場合にも、当該部分が損傷する事を有効に防止できる。
【００３９】
又、前記硬化層２２を前記支持軸４ａの軸心部にまで形成している為、この支持軸４ａの強度（主として曲げ強度）を十分に向上させる事が可能になる。又、軸方向中間部分の残留オーステナイト量が、軸方向両端部分の残留オーステナイト量に比べて多くなり、軸方向中央部分の外周面が凸となる様に僅かに（緩やかに）膨出する為、軌道面にエッジロードが発生する事を防止する面からも有利になる（クラウニング効果が得られる）。
【００４０】
更に、本例の場合には、Ｃ（炭素）以外の成分（Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ）に関しても、それぞれの含有量を適正に規制している為、品質のばらつきを抑える事ができる。例えばＳＫ８５（ＪＩＳ Ｇ ４４０１、Ｃの含有量が０．８０〜０．９０質量％の高炭素鋼）と比較しても、熱処理品質を安定させる事ができて、従来構造の場合と同等の耐久性を確保できる。
【００４１】
尚、上述した実施の形態の１例では、遊星歯車をキャリアに対して回転自在に支持する為に用いる支持軸に、本発明を適用した場合に就いて説明したが、本発明の回転部材用支持軸は、この様な用途に限定されるものではない。例えば、エンジンの動弁機構用のカムフォロアをロッカーアームに対して回転自在に支持する為に用いる支持軸の他、エンジンの動弁機構用のローラをバルブリフタに対して回転自在に支持する為の支持軸、更には、エンジン燃料噴射ポンプ用のカムローラをプランジャの端部に連結されたタペットに対して回転自在に支持する為の支持軸に対しても、本発明は適用可能である。
【実施例】
【００４２】
次に、本発明の効果を確認する為に行った２種類の試験に就いて説明する。
第１の試験は、次の表１に示した１２種類（実施例１〜６並びに比較例１〜６）の合金鋼により、外径が１２ｍｍ、長さが５０ｍｍで、それぞれの軸方向両端部に前記図１に示した様な形状を有するかしめ用筒部を設けた支持軸を５本ずつ造り、かしめ用筒部を径方向外方に塑性変形させた際の損傷の発生の有無を検証した。又、本試験では、何れの試料に就いても、かしめ用筒部を生のまま塑性変形させた。又、この場合のかしめ用筒部のビッカース硬度は、２００〜３５０Ｈｖであった。又、かしめ用筒部に負荷する荷重（かしめ荷重）は、何れの場合も２５ｋＮとした。
【００４３】
［表１］
【００４４】
試験の結果を、前記表１の右側部分（右から第２列目）に示した様に、本発明の実施品である、実施例１〜６の支持軸には、５本全ての試料（支持軸）に関して、亀裂や割れは認められなかった。これは、Ｃ及びＳｉの含有量を、軌道面に必要となる表面硬さを得られる範囲で、十分に低く抑えた事により、割れ特性が向上した事によるものと考えられる。
【００４５】
これに対し、比較例１（ＳＫ８５製）及び比較例２（ＳＵＪ２製）の支持軸は、Ｃの含有量が高い（本発明の上限値である０．５８質量％を大幅に超えている）事から、かしめ用筒部の硬度（特に表層部の硬度）が高くなり、かしめ加工性が悪化したと考えられ、５本の試料中、４本（比較例１）又は５本（比較例２）の試料で、割れが発生した。
又、比較例３の支持軸は、Ｓｉの含有量が０．６質量％と高い為、かしめ用筒部の変形抵抗が大きくなったと考えられ、５本の試料中、１本の試料で亀裂が発生した。
又、比較例４の支持軸は、Ｃの含有量が僅かに高い（本発明の上限値である０．５８質量％を僅かに超えている）為、かしめ用筒部の硬度（特に表層部の硬度）が高くなり、かしめ加工性が悪化したと考えられ、５本の試料中、１本の試料で亀裂が発生した。
一方、比較例５、６の支持軸は、Ｃの含有量が本発明の下限値を下回っており、Ｓｉの含有量も本発明の範囲に含まれている為、かしめ用筒部の硬度が低くなったと考えられ、５本全ての試料に関して、亀裂や割れは認められなかった。
上述の様なかしめ割れ試験（第１の試験）の結果から明らかな通り、本発明の様に、Ｃ及びＳｉの含有量を、軌道面の表面硬さを確保できる範囲で低く抑える事により、かしめ性が低下する事を防止できて、かしめ部に割れや亀裂等の損傷が生じる事を有効に防止できる。
【００４６】
第２の試験は、次の表２に示した１２種類（実施例１〜６並びに比較例１〜６）の合金鋼により、外径が１２ｍｍ、長さが５０ｍｍの支持軸を３本ずつ造り、図４に示す様な、試験装置２５を用いて、軌道面（内輪軌道）の耐久性寿命を求めた。又、図４に示した様に、本試験では、各種試料である支持軸４ａ（４）の内部に、潤滑油を送り込む為の通油孔として機能する軸方向孔２６及び径方向孔２７を形成した。これに伴い、軸方向孔２６が設けられている軸方向片半部（図４の左半部）には、前記各支持軸４ａ（４）の外周面から軸方向孔２６に至る範囲に硬化層２２を形成した（図示は省略）。
【００４７】
［表２］
【００４８】
前記試験装置２５は、１対の支持部材（治具）２８ａ、２８ｂと、回転部材に相当する円筒状の外輪２９と、複数個のニードル５、５から成るラジアルニードル軸受１２と、温度測定器３０とを備えるもので、このうちの支持部材２８ａ、２８ｂの互いに対向する内側面には、前記各支持軸４ａ（４）の軸方向端部を支持する為の支持凹部３１、３１が形成されている。又、１対の支持部材２８ａ、２８ｂのうち、一方の支持部材２８ａの内部には、潤滑油を送り込む為の油孔３２が形成されており、他方の支持部材２８ｂの内部には、前記温度測定器３０の検出部を挿通させる為の挿通孔３３が形成されている。
【００４９】
そして、前記各支持軸４ａ（４）の軸方向両端部を、前記各支持凹部３１、３１に内嵌固定する事により、これら各支持軸４ａ（４）を前記各支持部材２８ａ、２８ｂに支持固定する。この状態で、一方の支持部材２８ａに形成された油孔３２と、前記各支持軸４ａ（４）に形成された軸方向孔２６及び径方向孔２７とを連通させる。又、これら各支持軸４ａ（４）の軸方向方向中間部周囲に、前記ラジアルニードル軸受１２を介して、前記外輪２９を回転自在に支持する。更に、他方の支持部材２８ｂに形成された挿通孔３３内に、前記温度測定器３０の検出部を挿通させて、この検出部を前記各支持軸４ａ（４）の軸方向端面｛円すい台形状の凹部１７ａ（１７）の底面｝に当接させる。試験時には、これら各支持軸４ａ（４）を固定した状態のまま、前記各孔３２、２６、２７を通じて潤滑油を供給しつつ、前記外輪２９を、ラジアル荷重を負荷しながら回転させる。そして、軌道面に剥離が生じる迄の時間を寿命として評価した。
【００５０】
上述した様な耐久寿命試験の試験条件は、以下の通りである。
ラジアル荷重（動等価ラジアル荷重Ｐ／基本動定格荷重Ｃｒ） ： ０．３
外輪２９の回転速度 ： １００００ｍｉｎ−１
試験温度 ： １２０℃
潤滑油の送り込み量 ： １００ｃｃ／ｍｉｎ
試験終了の条件 ： 計算寿命である９２ｈｒの２倍（１８４ｈｒ）に達するか、軌道面に剥離が認められた時点で終了
使用したニードル５、５の寸法 ： 外径２．５ｍｍ、長さ９．８ｍｍ
軌道面の表面粗さ（算術平均粗さ） ： ０．１５μｍＲａ
熱処理条件 ： 全ての試料（実施例及び比較例）に関して、同じ熱処理条件（温度、時間及び範囲）にて高周波焼き入れ処理を施した。
【００５１】
以上の様にして行った試験の結果を、前記表２の右側部分（右から第２列目）に示した様に、本発明の実施品のうち、実施例１に関しては、軌道面の表面硬さがビッカース硬度で６３３Ｈｖであり、合金鋼中の酸素量が１５ｐｐｍに抑えられている為、軌道面に剥離が発生するまでの時間が１７０ｈｒ（Ｌ１０＝１７０ｈｒ）となった。この為、比較例１、３〜６と比較して寿命は２倍以上となり、十分な耐久性を確保できる事が確認された。
又、実施例２〜６に関しては、軌道面の表面硬さがビッカース硬度で６６０〜８５０Ｈｖと十分に硬く、又、合金鋼中の酸素量が１２ｐｐｍ以下に抑えられている為、計算寿命９２ｈｒの２倍（１８４ｈｒ）に達しても、軌道面に剥離は発生しなかった。この為、比較例１、３〜６と比較して、顕著に耐久性が向上している事が確認された。
【００５２】
これに対し、比較例１（ＳＫ８５製：本試験では酸素量が管理されていないものを使用）及び比較例４に関しては、合金鋼中の酸素量がそれぞれ３４ｐｐｍ、３５ｐｐｍと高い（本発明の上限値である１５ｐｐｍを大幅に超えている）事から、軌道面に剥離の起点となる酸化物系の介在部が早期に形成されたと考えられ、寿命は計算寿命（９２ｈｒ）以下の８５ｈｒ、８０ｈｒとなった。
又、比較例２に関しては、ＳＵＪ２（高炭素クロム軸受鋼２種）製であり、軌道面の表面硬さがビッカース硬度で８５０Ｈｖで、酸素量も９ｐｐｍと低い事から、計算寿命である９２ｈｒの２倍（１８４ｈｒ）に達しても、軌道面に剥離は発生しなかった。但し、前述した第１の試験（かしめ割れ試験）で明らかになった様に、支持軸をＳＵＪ２製とした場合には、Ｃの含有量が多くなり過ぎる事から、かしめ加工性が悪化する。
又、比較例３、５、６に関しては、合金鋼中の酸素量は、本発明の範囲に含まれている（１５ｐｐｍである）ものの、比較例３にあっては、Ｓｉの含有量が本発明の上限値を超えており、比較例５、６にあっては、Ｃの含有量が本発明の下限値を下回っている。この為、比較例３の場合には、Ｓｉの含有量が高い事で、高周波焼き入れ処理の際に、Ｓｉの溶け込みが不足し、巨大なＳｉＣが析出した為、軌道面の表面硬さがビッカース硬度で６００Ｈｖと低くなり、転がり軸受として要求される硬さが得られていない。又、比較例５、６の場合には、Ｃの含有量が十分でない事から、軌道面の表面硬さがビッカース硬度で５８０Ｈｖ、５５０Ｈｖと低くなり、やはり十分な硬さが得られていない。この結果、引用例３、５、６の場合には、それぞれ８３ｈｒ、６５ｈｒ、５９ｈｒにて軌道面に剥離が発生し、何れの場合にも計算寿命よりも短寿命となった。
上述の様な耐久寿命試験（第２の試験）の結果から明らかな通り、本発明の様に、Ｃの含有量の下限値及びＳｉの上限値を適正に規制して、軌道面に必要となる表面硬さを確保する（ビッカース硬度で６３３Ｈｖ以上とする）と共に、酸素量を１５ｐｐｍ以下に抑える事によって、転がり疲れ寿命を確保できて、耐久性を十分に確保できる。
【符号の説明】
【００５３】
１ 太陽歯車
１ａ 歯
２ リング歯車
２ａ 歯
３ 遊星歯車
３ａ 歯
４、４ａ 支持軸
５ ニードル
６、６ａ キャリア
７ 連結板
８ａ〜８ｃ 通孔
９ かしめ部
１０ 内輪軌道
１１ 外輪軌道
１２ ラジアルニードル軸受
１３ 円筒部
１４ 回転軸
１５、１５ａ かしめ用筒部
１６、１６ａ 軸方向端面
１７、１７ａ 凹部
１８ 支持壁部
１９ 面取り部
２０ ワッシャ
２１ スペーサ
２２ 硬化層
２３ 内側面
２４ 内周縁部
２５ 試験装置
２６ 軸方向孔
２７ 径方向孔
２８ａ、２８ｂ 支持部材
２９ 外輪
３０ 温度測定器
３１ 支持凹部
３２ 油孔
３３ 挿通孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに離隔して設けられた１対の支持壁部の互いに整合する位置に形成された１対の通孔にその軸方向両端部を内嵌した状態で、この軸方向両端部の外周縁部分を径方向外方にかしめ拡げる事で、前記１対の支持壁部同士の間に掛け渡された状態で支持固定され、軸方向中間部周囲に回転部材をラジアルニードル軸受を介して回転自在に支持する回転部材用支持軸に於いて、
Ｃを０．５０〜０．５８質量％、Ｓｉを０．１〜０．４質量％、Ｍｎを０．５〜１．０質量％、Ｃｒを０．１〜０．４質量％含有する合金鋼製で、
外周面のうちで、前記ラジアルニードル軸受を構成する各ニードルの転動面が転がり接触する軌道面を含みこの軌道面よりも軸方向両側に広い範囲で、且つ、軸方向両端部を除く部分に、高周波焼き入れ処理による硬化層が全周に亙り形成されている
事を特徴とする回転部材用支持軸。
【請求項２】
酸素量が１５ｐｐｍ以下である、請求項１に記載した回転部材用支持軸。
【請求項３】
硬化層が回転部材用支持軸の外周面から軸心部に至る範囲に形成されている、請求項１〜２のうちの何れか１項に記載した回転部材用支持軸。
【請求項１】
互いに離隔して設けられた１対の支持壁部の互いに整合する位置に形成された１対の通孔にその軸方向両端部を内嵌した状態で、この軸方向両端部の外周縁部分を径方向外方にかしめ拡げる事で、前記１対の支持壁部同士の間に掛け渡された状態で支持固定され、軸方向中間部周囲に回転部材をラジアルニードル軸受を介して回転自在に支持する回転部材用支持軸に於いて、
Ｃを０．５０〜０．５８質量％、Ｓｉを０．１〜０．４質量％、Ｍｎを０．５〜１．０質量％、Ｃｒを０．１〜０．４質量％含有する合金鋼製で、
外周面のうちで、前記ラジアルニードル軸受を構成する各ニードルの転動面が転がり接触する軌道面を含みこの軌道面よりも軸方向両側に広い範囲で、且つ、軸方向両端部を除く部分に、高周波焼き入れ処理による硬化層が全周に亙り形成されている
事を特徴とする回転部材用支持軸。
【請求項２】
酸素量が１５ｐｐｍ以下である、請求項１に記載した回転部材用支持軸。
【請求項３】
硬化層が回転部材用支持軸の外周面から軸心部に至る範囲に形成されている、請求項１〜２のうちの何れか１項に記載した回転部材用支持軸。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−１１３３７０（Ｐ２０１３−１１３３７０Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５９８０３（Ｐ２０１１−２５９８０３）
【出願日】平成２３年１１月２９日（２０１１．１１．２９）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２９日（２０１１．１１．２９）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
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