遊星歯車用支持軸
【課題】 潤滑油供給用の軸方向中心孔１４及び分岐孔１５、１５の開口周縁部の様に、強度が低下し易い部分を有する場合でも、折損に結び付く様な重大な損傷が発生する事のない遊星歯車用支持軸を実現する。
【解決手段】 外周面１６を含む表面層部分に高周波熱処理により、硬度がＨｖ５５０以上である表面硬化層１７を形成する。この表面硬化層１７の有効硬化層深さｈを、上記軸方向中心孔１４の内周面１８から上記外周面１６迄の距離Ｈの０. ７５倍以下に規制する。この構成により、上記各分岐孔１５、１５の開口周縁部等で発生した亀裂が上記軸方向中心孔１４の内周面１８にまで伝播する事を防止して、上記課題を解決する。
【解決手段】 外周面１６を含む表面層部分に高周波熱処理により、硬度がＨｖ５５０以上である表面硬化層１７を形成する。この表面硬化層１７の有効硬化層深さｈを、上記軸方向中心孔１４の内周面１８から上記外周面１６迄の距離Ｈの０. ７５倍以下に規制する。この構成により、上記各分岐孔１５、１５の開口周縁部等で発生した亀裂が上記軸方向中心孔１４の内周面１８にまで伝播する事を防止して、上記課題を解決する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の遊星歯車用支持軸は、例えば自動車用自動変速機やトランスアスクルを構成する遊星歯車装置に組み込まれる遊星歯車をキャリアに対して回転自在に支持する為の、遊星歯車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１〜４等、多くの刊行物に記載されて広く知られると共に、広く実施されている。この従来から知られた遊星歯車装置は、例えば図２〜４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、上記両歯１ａ、２ａに噛合させている。
【０００３】
上記複数個の遊星歯車３、３は、それぞれ支持軸４の周囲に、それぞれ複数本ずつのニードル５、５を介して回転自在に支持している。これら各支持軸４の基端部（図３〜４の右端部）は、上記太陽歯車１を中心として回転自在なキャリア６に支持固定している。図示の例では、上記各支持軸４の基端部を上記キャリア６に形成した通孔７ａに締まり嵌めで内嵌すると共に、これら各支持軸４と上記キャリア６との間に係止ピン８を掛け渡して、これら各支持軸４が上記通孔７ａから脱落するのを防止している。
【０００４】
又、図示の例では、上記太陽歯車１を円筒状に形成し、上記キャリア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３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９を、回転軸１０の外周面にスプライン係合させている。上記太陽歯車１は、この回転軸１０の周囲に、この回転軸１０に対する相対回転を自在に支持している。又、上記リング歯車２は上記各部材１、６、１０の周囲に、これら各部材１、６、１０に対する相対回転自在に支持している。
【０００５】
又、上記各支持軸４の先端部（図３〜４の左端部）は、円輪状に形成された連結板１１に形成した通孔７ｂに内嵌固定し、これら各支持軸４の先端部同士を連結している。これら複数の支持軸４の中間部外周面で、上記キャリア６と上記連結板１１との間部分は、円筒面状の内輪軌道１２としている。一方、上記遊星歯車３の内周面は、円筒面状の外輪軌道１３としている。そして、これら内輪軌道１２と外輪軌道１３との間部分に前記各ニードル５、５を設けて、上記遊星歯車３を、上記支持軸４の中間部周囲で連結板１１とキャリア６との間部分に、回転自在に支持している。尚、上記各支持軸４の内部には、図４に示す様に、通油孔として機能する軸方向中心孔１４及び分岐孔１５を設け、上記各ニードル５、５の設置部分に潤滑油を送り込み自在としている。即ち、上記軸方向中心孔１４の上流端を、上記キャリア６内に設けた潤滑油供給路１６に通じさせると共に、上記分岐孔１５の両端部を、上記軸方向中心孔１４の内周面と外周面とに開口させている。そして、遊星歯車式変速機の運転時に、上記各ニードル５、５の設置部分に潤滑油を送り込み自在としている。
【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１０を駆動軸又は従動軸とし、上記太陽歯車１又は上記リング歯車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、上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なう。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、上述の様な遊星歯車装置の運転時に上記支持軸４の外周面（ラジアルニードル軸受の内輪軌道１２）乃至表面層部分には、上記各ニードル５、５の転動面との転がり接触に基づいて大きな面圧（高面圧）が加わり、この表面層部分に、数ＧＰａ程度にも達する、大きな接触応力が発生する。この為に従来から、上記支持軸４を構成する金属材料として、硬くて大きな負荷に耐えられ、転がり疲労寿命が長く、且つ、滑りに対する耐摩耗性の良好なものを選択使用している。具体的には、ＳＣＭ４２０等の肌焼き鋼、ＳＫ５等の高周波焼入れ鋼、ＳＵＪ２やＳＵＪ３等の高炭素クロム軸受鋼が使用されている。
【０００８】
又、上記支持軸４の外周面乃至は表面層部分は、上記各ニードル５、５の公転運動に基づき、高面圧下で繰り返し剪断応力を受ける為、転がり疲れ寿命確保の面から、厳しい使用条件となる。この為、上述の様な金属材料により造られる上記支持軸４の表面層部分には、浸炭処理や浸炭窒化処理等の表面熱処理を施して、上記繰り返し加わる剪断応力に拘らず（この剪断応力に耐えて）、上記表面層部分の転がり疲れ寿命を確保できる様にしている。更にこの表面層部分には、上記表面熱処理に加えて（この表面熱処理に引き続いて）高周波熱処理を施す事により、表面硬度を確保して、転がり疲れ寿命の一層の向上を図っている。
【０００９】
ところが、遊星歯車装置に組み込まれる上記支持軸４の場合には、特有の形状、構造に起因して、次の様な問題を生じる。即ち、この支持軸４の内部には、上記各ニードル５、５の転動面と前記内輪軌道１２及び前記外輪軌道１３との転がり接触部に潤滑油を供給する為に、軸方向中心孔１４及び分岐孔１５が形成されている。一方、上記支持軸４の表面層部分の硬度を向上させるべく、この支持軸４に上記高周波熱処理に伴う焼き入れを行なう際には、高周波加熱により温度上昇した上記支持軸４の表面を急冷する為に冷却水を、この支持軸４の表面に向けて噴射する。従って、上記焼き入れ作業時には、この支持軸４の表面が先に冷やされ、引き続き芯部に向かって冷やされていく。この為、この支持軸４の表面でマルテンサイト変態が始まる温度域（例えば、ＳＵＪ２の場合で、２００〜３００℃）で上記支持軸４に、熱処理変態応力と熱的内部応力とが生じる。このうちの熱的内部応力は、この支持軸４の表面と芯部との温度差に基づき、この表面と芯部との熱膨張差により発生する。
【００１０】
この様な熱処理変態応力及び熱的内部応力は、上記支持軸４の一部に、亀裂に結び付く、大きな引っ張り応力となって加わる可能性がある。特に、上記軸方向中心孔１４及び分岐孔１５の端部で上記支持孔４の表面（軸方向端面又は外周面）に存在する開口の周縁部に存在するエッジ部の様に、薄肉で熱容量の小さな部分に冷却水が直接吹き付けられると、この部分の温度が急激に低下し、この部分に瞬間的に熱応力を誘発させて、この部分の材料強度を低下させる可能性がある。そして、この部分に亀裂等の損傷が発生すると、この損傷が上記支持軸４の芯部に迄伝播し、この支持軸４全体が折損する可能性がある。従来は、遊星歯車式変速機の運転時に上記支持軸４に加わる力は限られていた為、上述の様な支持軸４の折損等の故障が発生する事はなかった。これに対して、近年、自動車用エンジンの出力向上等により、上記支持軸４に加わる力が大きくなる傾向にあり、上述の様な折損を確実に防止できる技術の実現が求められている。
【００１１】
【特許文献１】特開平７−３１７８８５号公報
【特許文献２】特開平１１−２７０６６１号公報
【特許文献３】特開２００２−２３５８４１号公報
【特許文献４】実開昭６３−１２５２５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上述の様な事情に鑑み、潤滑油供給用の軸方向中心孔の開口周縁部の様に、強度が低下し易い部分を有する場合でも、折損に結び付く様な重大な損傷が発生する事のない遊星歯車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】
【００１３】
本発明の遊星歯車用支持軸は、従来から知られている遊星歯車用支持軸と同様、例えば図１に示す様に、中心部に軸方向中心孔１４を有する。又、必要に応じて、この軸方向中心孔１４の内周面と外周面とを貫通する分岐孔１５、１５を有する。そして、遊星歯車式変速機を構成する遊星歯車３をキャリア６（図３〜４参照）に対して回転自在に支持する為に使用する。
特に、本発明の遊星歯車用支持軸に於いては、外周面１６を含む表面層部分に高周波熱処理により形成された、図１に斜格子模様で示す、硬度がＨｖ５５０以上（好ましくは、請求項２に記載した様に、Ｈｖ５００以上）である表面硬化層１７の有効硬化層深さｈを、上記軸方向中心孔１４の内周面１８から上記外周面１６迄の距離Ｈの０. ７５倍以下（ｈ≦０．７５Ｈ）に規制している。
【００１４】
尚、高周波熱処理により形成された上記表面硬化層１７の硬度は、上記外周面１６部分で最も高く、この外周面１６から芯部１９に向かう程低くなる。従って、硬度がＨｖ５５０以上である表面硬化層１７の有効硬化層深さｈとは、上記外周面１６から、硬度がＨｖ５５０である部分迄の、径方向距離である。請求項２に記載した発明の場合には、上記外周面１６から、硬度がＨｖ５００である部分迄の、径方向距離である。因に、同じ試料で見た場合、有効硬化層深さｈの値は、硬度をＨｖ５５０とした場合よりも、硬度をＨｖ５００とした場合の方が大きくなる。従って、請求項１よりも請求項２の方が、有効硬化層深さｈの上限値が小さい。又、上記軸方向中心孔１４の内周面１８から上記外周面１６迄の距離Ｈとは、上記遊星歯車用の支持軸４ａの外径Ｄと、上記軸方向中心孔１４の内径ｄとの差の１／２｛Ｈ＝（Ｄ−ｄ）／２｝である。
【発明の効果】
【００１５】
上述の様に構成する本発明によれば、必要とされる転がり疲れ寿命を有し、しかも、潤滑油供給用の孔の開口周縁部の様に、強度が低下し易い部分を有する遊星歯車用の支持軸４ａでも、折損の様な重大な故障を有効に防止できる。
先ず、有効硬化層深さｈ部分で硬度がＨｖ５５０（或いはＨｖ５００）であり、外周面１６寄り部分での硬度がこれよりも大きい表面硬化層を有する為、表面の転がり疲れ寿命を確保できる。
【００１６】
又、表面硬化層１７の有効硬化層深さｈを、軸方向中心孔１４の内周面１８から上記外周面１６迄の距離Ｈの０. ７５倍以下に規制している為、上記表面硬化層１７を形成する為の高周波焼き入れ（高周波熱処理）時に、遊星歯車用の支持軸４ａを構成する金属材料中に発生する内部応力によるこの金属材料の強度が低下、特に上記軸方向中心孔１４（更には分岐孔１５、１５）の開口周縁部の材料強度が低下しても、この低下に基づく、重大な故障の発生を防止できる。この理由は、次の通りである。
【００１７】
即ち、上記表面硬化層１７の有効硬化層深さｈを上記範囲に規制する事により、この表面硬化層１７の内径側（芯部１９寄り部分）に、優れた靱性を有する部分を、十分な径方向厚さを確保した状態で残留させられる。言い換えれば、上記支持軸４ａの径方向に関して、高周波熱処理によりマルテンサイト組織となっている上記表面硬化層１７を支える部分が、この表面硬化層１７と上記軸方向中心孔１４との間に、十分な厚さ寸法を確保した状態で存在する。
【００１８】
逆に言えば、上記表面硬化層１７の有効硬化層深さｈが、上記軸方向中心孔１４の内周面１８から上記外周面１６迄の距離Ｈの０. ７５倍を越えて大きく（ｈ＞０．７５Ｈに）なると、上記表面硬化層１７を支えるべき、優れた靱性を有する部分の径方向厚さが不十分になる。そして、この表面硬化層１７の一部（例えば分岐孔１５、１５の開口周縁部）で発生した亀裂が上記支持軸４ａの径方向に伝播して上記軸方向中心孔１４にまで達し易くなる。この亀裂がこの軸方向中心孔１４にまで達した場合には、上記支持軸４ａの折損等の重大な故障に結び付き易くなる。
【００１９】
これに対して本発明の場合には、上記表面硬化層１７の有効硬化層深さｈを小さく抑える（ｈ≦０．７５Ｈとする）事により、上記表面硬化層１７の一部で発生した亀裂が上記軸方向中心孔１４にまで達しにくくして、上記支持軸４ａの折損等の重大な故障を発生しにくくしている。
【実施例】
【００２０】
本発明の効果を確認する為に行なった実験に就いて説明する。この実験には、図１に模式的に示した様な、支持軸４ａを使用した。この様な支持軸４ａを、出願人会社製の遊星歯車式変速機用の試験機に組み込んで、以下の条件で耐久試験を行なった。
支持軸４ａの外径Ｄ＝１６. ７mm
各ニードル５、５（図３〜４参照）の外径＝３. ５mm（総ニードル型）
ラジアルニードル軸受の基本動定格荷重Ｃ＝２３０００Ｎ
同基本静定格荷重Ｃ0 ＝２４０００Ｎ
運転時に付与したラジアル荷重＝９０００Ｎ
遊星歯車３（図３〜４参照）の回転速度＝６０００min-1
ラジアルニードル軸受の計算寿命Ｌ10＝５６時間
潤滑油種類及び油温＝ＡＴＦ、１００℃
【００２１】
上記耐久試験は、上記支持軸４ａの軸方向中心孔１４の内径ｄ及び表面硬化層１７の有効硬化層深さｈを種々（本発明の技術的範囲に属する実施例を３種類と、本発明の技術的範囲から外れる比較例を３種類との合計６種類に）異ならせて行なった。そして、上記支持軸４ａ、各ニードル５、５、遊星歯車３（図２〜４参照）のうちの少なくとも１個が破損した時点で中止し、その時点迄の運転時間を、当該支持軸４ａを含むラジアルニードル軸受の転がり疲れ寿命とした。この結果を次の表１に示す。
【００２２】
【表１】
【００２３】
上述の様な条件で行なった耐久試験の結果を表す、上記表１から明らかな通り、本発明の技術的範囲に属する支持軸４ａを組み込んだラジアルニードル軸受の場合、優れた転がり疲れ寿命を有し、しかも、折損の様な重大な故障に結び付く、亀裂の発生を防止できる。これに対して比較例１〜３は、何れも、表面硬化層１７の有効硬化層深さｈが大き過ぎて（ｈ＞０．７５Ｈであって）、軸方向中心孔１４にまで達する亀裂が発生しただけでなく、転がり疲れ寿命も短かった。尚、比較例１、３の場合、ｈ＞Ｈであるが、この状態は、上記表面硬化層１７が、上記軸方向中心孔１４から軸方向に外れた位置で、この軸方向中心孔１４の内周面１８よりも径方向内方にまで達している状態を言う。
【００２４】
尚、上述した耐久試験を行なうのに、上記支持軸４ａを構成する金属材料は、高炭素クロム軸受鋼２種（ＳＵＪ２）を使用した。但し、本発明を実施する場合に、高炭素クロム軸受鋼３種又は４種（ＳＵＪ３、ＳＵＪ４）等、他の高炭素クロム軸受鋼、更には、前述した様な、ＳＣＭ４２０等の肌焼き鋼、ＳＫ５等の高周波焼入れ鋼を使用する事もできる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施例を示す、遊星歯車用支持軸の断面図。
【図２】従来構造の遊星歯車装置の第１例を示す略側面図。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図。
【図４】同じく部分拡大断面図。
【符号の説明】
【００２６】
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 キャリア
７ａ、７ｂ 通孔
８ 係止ピン
９ 円筒部
１０ 回転軸
１１ 連結版
１２ 内輪軌道
１３ 外輪軌道
１４ 軸方向中心孔
１５ 分岐孔
１６ 外周面
１７ 表面硬化層
１８ 内周面
１９ 芯部
【技術分野】
【０００１】
本発明の遊星歯車用支持軸は、例えば自動車用自動変速機やトランスアスクルを構成する遊星歯車装置に組み込まれる遊星歯車をキャリアに対して回転自在に支持する為の、遊星歯車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１〜４等、多くの刊行物に記載されて広く知られると共に、広く実施されている。この従来から知られた遊星歯車装置は、例えば図２〜４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、上記両歯１ａ、２ａに噛合させている。
【０００３】
上記複数個の遊星歯車３、３は、それぞれ支持軸４の周囲に、それぞれ複数本ずつのニードル５、５を介して回転自在に支持している。これら各支持軸４の基端部（図３〜４の右端部）は、上記太陽歯車１を中心として回転自在なキャリア６に支持固定している。図示の例では、上記各支持軸４の基端部を上記キャリア６に形成した通孔７ａに締まり嵌めで内嵌すると共に、これら各支持軸４と上記キャリア６との間に係止ピン８を掛け渡して、これら各支持軸４が上記通孔７ａから脱落するのを防止している。
【０００４】
又、図示の例では、上記太陽歯車１を円筒状に形成し、上記キャリア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３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９を、回転軸１０の外周面にスプライン係合させている。上記太陽歯車１は、この回転軸１０の周囲に、この回転軸１０に対する相対回転を自在に支持している。又、上記リング歯車２は上記各部材１、６、１０の周囲に、これら各部材１、６、１０に対する相対回転自在に支持している。
【０００５】
又、上記各支持軸４の先端部（図３〜４の左端部）は、円輪状に形成された連結板１１に形成した通孔７ｂに内嵌固定し、これら各支持軸４の先端部同士を連結している。これら複数の支持軸４の中間部外周面で、上記キャリア６と上記連結板１１との間部分は、円筒面状の内輪軌道１２としている。一方、上記遊星歯車３の内周面は、円筒面状の外輪軌道１３としている。そして、これら内輪軌道１２と外輪軌道１３との間部分に前記各ニードル５、５を設けて、上記遊星歯車３を、上記支持軸４の中間部周囲で連結板１１とキャリア６との間部分に、回転自在に支持している。尚、上記各支持軸４の内部には、図４に示す様に、通油孔として機能する軸方向中心孔１４及び分岐孔１５を設け、上記各ニードル５、５の設置部分に潤滑油を送り込み自在としている。即ち、上記軸方向中心孔１４の上流端を、上記キャリア６内に設けた潤滑油供給路１６に通じさせると共に、上記分岐孔１５の両端部を、上記軸方向中心孔１４の内周面と外周面とに開口させている。そして、遊星歯車式変速機の運転時に、上記各ニードル５、５の設置部分に潤滑油を送り込み自在としている。
【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１０を駆動軸又は従動軸とし、上記太陽歯車１又は上記リング歯車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、上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なう。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、上述の様な遊星歯車装置の運転時に上記支持軸４の外周面（ラジアルニードル軸受の内輪軌道１２）乃至表面層部分には、上記各ニードル５、５の転動面との転がり接触に基づいて大きな面圧（高面圧）が加わり、この表面層部分に、数ＧＰａ程度にも達する、大きな接触応力が発生する。この為に従来から、上記支持軸４を構成する金属材料として、硬くて大きな負荷に耐えられ、転がり疲労寿命が長く、且つ、滑りに対する耐摩耗性の良好なものを選択使用している。具体的には、ＳＣＭ４２０等の肌焼き鋼、ＳＫ５等の高周波焼入れ鋼、ＳＵＪ２やＳＵＪ３等の高炭素クロム軸受鋼が使用されている。
【０００８】
又、上記支持軸４の外周面乃至は表面層部分は、上記各ニードル５、５の公転運動に基づき、高面圧下で繰り返し剪断応力を受ける為、転がり疲れ寿命確保の面から、厳しい使用条件となる。この為、上述の様な金属材料により造られる上記支持軸４の表面層部分には、浸炭処理や浸炭窒化処理等の表面熱処理を施して、上記繰り返し加わる剪断応力に拘らず（この剪断応力に耐えて）、上記表面層部分の転がり疲れ寿命を確保できる様にしている。更にこの表面層部分には、上記表面熱処理に加えて（この表面熱処理に引き続いて）高周波熱処理を施す事により、表面硬度を確保して、転がり疲れ寿命の一層の向上を図っている。
【０００９】
ところが、遊星歯車装置に組み込まれる上記支持軸４の場合には、特有の形状、構造に起因して、次の様な問題を生じる。即ち、この支持軸４の内部には、上記各ニードル５、５の転動面と前記内輪軌道１２及び前記外輪軌道１３との転がり接触部に潤滑油を供給する為に、軸方向中心孔１４及び分岐孔１５が形成されている。一方、上記支持軸４の表面層部分の硬度を向上させるべく、この支持軸４に上記高周波熱処理に伴う焼き入れを行なう際には、高周波加熱により温度上昇した上記支持軸４の表面を急冷する為に冷却水を、この支持軸４の表面に向けて噴射する。従って、上記焼き入れ作業時には、この支持軸４の表面が先に冷やされ、引き続き芯部に向かって冷やされていく。この為、この支持軸４の表面でマルテンサイト変態が始まる温度域（例えば、ＳＵＪ２の場合で、２００〜３００℃）で上記支持軸４に、熱処理変態応力と熱的内部応力とが生じる。このうちの熱的内部応力は、この支持軸４の表面と芯部との温度差に基づき、この表面と芯部との熱膨張差により発生する。
【００１０】
この様な熱処理変態応力及び熱的内部応力は、上記支持軸４の一部に、亀裂に結び付く、大きな引っ張り応力となって加わる可能性がある。特に、上記軸方向中心孔１４及び分岐孔１５の端部で上記支持孔４の表面（軸方向端面又は外周面）に存在する開口の周縁部に存在するエッジ部の様に、薄肉で熱容量の小さな部分に冷却水が直接吹き付けられると、この部分の温度が急激に低下し、この部分に瞬間的に熱応力を誘発させて、この部分の材料強度を低下させる可能性がある。そして、この部分に亀裂等の損傷が発生すると、この損傷が上記支持軸４の芯部に迄伝播し、この支持軸４全体が折損する可能性がある。従来は、遊星歯車式変速機の運転時に上記支持軸４に加わる力は限られていた為、上述の様な支持軸４の折損等の故障が発生する事はなかった。これに対して、近年、自動車用エンジンの出力向上等により、上記支持軸４に加わる力が大きくなる傾向にあり、上述の様な折損を確実に防止できる技術の実現が求められている。
【００１１】
【特許文献１】特開平７−３１７８８５号公報
【特許文献２】特開平１１−２７０６６１号公報
【特許文献３】特開２００２−２３５８４１号公報
【特許文献４】実開昭６３−１２５２５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上述の様な事情に鑑み、潤滑油供給用の軸方向中心孔の開口周縁部の様に、強度が低下し易い部分を有する場合でも、折損に結び付く様な重大な損傷が発生する事のない遊星歯車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】
【００１３】
本発明の遊星歯車用支持軸は、従来から知られている遊星歯車用支持軸と同様、例えば図１に示す様に、中心部に軸方向中心孔１４を有する。又、必要に応じて、この軸方向中心孔１４の内周面と外周面とを貫通する分岐孔１５、１５を有する。そして、遊星歯車式変速機を構成する遊星歯車３をキャリア６（図３〜４参照）に対して回転自在に支持する為に使用する。
特に、本発明の遊星歯車用支持軸に於いては、外周面１６を含む表面層部分に高周波熱処理により形成された、図１に斜格子模様で示す、硬度がＨｖ５５０以上（好ましくは、請求項２に記載した様に、Ｈｖ５００以上）である表面硬化層１７の有効硬化層深さｈを、上記軸方向中心孔１４の内周面１８から上記外周面１６迄の距離Ｈの０. ７５倍以下（ｈ≦０．７５Ｈ）に規制している。
【００１４】
尚、高周波熱処理により形成された上記表面硬化層１７の硬度は、上記外周面１６部分で最も高く、この外周面１６から芯部１９に向かう程低くなる。従って、硬度がＨｖ５５０以上である表面硬化層１７の有効硬化層深さｈとは、上記外周面１６から、硬度がＨｖ５５０である部分迄の、径方向距離である。請求項２に記載した発明の場合には、上記外周面１６から、硬度がＨｖ５００である部分迄の、径方向距離である。因に、同じ試料で見た場合、有効硬化層深さｈの値は、硬度をＨｖ５５０とした場合よりも、硬度をＨｖ５００とした場合の方が大きくなる。従って、請求項１よりも請求項２の方が、有効硬化層深さｈの上限値が小さい。又、上記軸方向中心孔１４の内周面１８から上記外周面１６迄の距離Ｈとは、上記遊星歯車用の支持軸４ａの外径Ｄと、上記軸方向中心孔１４の内径ｄとの差の１／２｛Ｈ＝（Ｄ−ｄ）／２｝である。
【発明の効果】
【００１５】
上述の様に構成する本発明によれば、必要とされる転がり疲れ寿命を有し、しかも、潤滑油供給用の孔の開口周縁部の様に、強度が低下し易い部分を有する遊星歯車用の支持軸４ａでも、折損の様な重大な故障を有効に防止できる。
先ず、有効硬化層深さｈ部分で硬度がＨｖ５５０（或いはＨｖ５００）であり、外周面１６寄り部分での硬度がこれよりも大きい表面硬化層を有する為、表面の転がり疲れ寿命を確保できる。
【００１６】
又、表面硬化層１７の有効硬化層深さｈを、軸方向中心孔１４の内周面１８から上記外周面１６迄の距離Ｈの０. ７５倍以下に規制している為、上記表面硬化層１７を形成する為の高周波焼き入れ（高周波熱処理）時に、遊星歯車用の支持軸４ａを構成する金属材料中に発生する内部応力によるこの金属材料の強度が低下、特に上記軸方向中心孔１４（更には分岐孔１５、１５）の開口周縁部の材料強度が低下しても、この低下に基づく、重大な故障の発生を防止できる。この理由は、次の通りである。
【００１７】
即ち、上記表面硬化層１７の有効硬化層深さｈを上記範囲に規制する事により、この表面硬化層１７の内径側（芯部１９寄り部分）に、優れた靱性を有する部分を、十分な径方向厚さを確保した状態で残留させられる。言い換えれば、上記支持軸４ａの径方向に関して、高周波熱処理によりマルテンサイト組織となっている上記表面硬化層１７を支える部分が、この表面硬化層１７と上記軸方向中心孔１４との間に、十分な厚さ寸法を確保した状態で存在する。
【００１８】
逆に言えば、上記表面硬化層１７の有効硬化層深さｈが、上記軸方向中心孔１４の内周面１８から上記外周面１６迄の距離Ｈの０. ７５倍を越えて大きく（ｈ＞０．７５Ｈに）なると、上記表面硬化層１７を支えるべき、優れた靱性を有する部分の径方向厚さが不十分になる。そして、この表面硬化層１７の一部（例えば分岐孔１５、１５の開口周縁部）で発生した亀裂が上記支持軸４ａの径方向に伝播して上記軸方向中心孔１４にまで達し易くなる。この亀裂がこの軸方向中心孔１４にまで達した場合には、上記支持軸４ａの折損等の重大な故障に結び付き易くなる。
【００１９】
これに対して本発明の場合には、上記表面硬化層１７の有効硬化層深さｈを小さく抑える（ｈ≦０．７５Ｈとする）事により、上記表面硬化層１７の一部で発生した亀裂が上記軸方向中心孔１４にまで達しにくくして、上記支持軸４ａの折損等の重大な故障を発生しにくくしている。
【実施例】
【００２０】
本発明の効果を確認する為に行なった実験に就いて説明する。この実験には、図１に模式的に示した様な、支持軸４ａを使用した。この様な支持軸４ａを、出願人会社製の遊星歯車式変速機用の試験機に組み込んで、以下の条件で耐久試験を行なった。
支持軸４ａの外径Ｄ＝１６. ７mm
各ニードル５、５（図３〜４参照）の外径＝３. ５mm（総ニードル型）
ラジアルニードル軸受の基本動定格荷重Ｃ＝２３０００Ｎ
同基本静定格荷重Ｃ0 ＝２４０００Ｎ
運転時に付与したラジアル荷重＝９０００Ｎ
遊星歯車３（図３〜４参照）の回転速度＝６０００min-1
ラジアルニードル軸受の計算寿命Ｌ10＝５６時間
潤滑油種類及び油温＝ＡＴＦ、１００℃
【００２１】
上記耐久試験は、上記支持軸４ａの軸方向中心孔１４の内径ｄ及び表面硬化層１７の有効硬化層深さｈを種々（本発明の技術的範囲に属する実施例を３種類と、本発明の技術的範囲から外れる比較例を３種類との合計６種類に）異ならせて行なった。そして、上記支持軸４ａ、各ニードル５、５、遊星歯車３（図２〜４参照）のうちの少なくとも１個が破損した時点で中止し、その時点迄の運転時間を、当該支持軸４ａを含むラジアルニードル軸受の転がり疲れ寿命とした。この結果を次の表１に示す。
【００２２】
【表１】
【００２３】
上述の様な条件で行なった耐久試験の結果を表す、上記表１から明らかな通り、本発明の技術的範囲に属する支持軸４ａを組み込んだラジアルニードル軸受の場合、優れた転がり疲れ寿命を有し、しかも、折損の様な重大な故障に結び付く、亀裂の発生を防止できる。これに対して比較例１〜３は、何れも、表面硬化層１７の有効硬化層深さｈが大き過ぎて（ｈ＞０．７５Ｈであって）、軸方向中心孔１４にまで達する亀裂が発生しただけでなく、転がり疲れ寿命も短かった。尚、比較例１、３の場合、ｈ＞Ｈであるが、この状態は、上記表面硬化層１７が、上記軸方向中心孔１４から軸方向に外れた位置で、この軸方向中心孔１４の内周面１８よりも径方向内方にまで達している状態を言う。
【００２４】
尚、上述した耐久試験を行なうのに、上記支持軸４ａを構成する金属材料は、高炭素クロム軸受鋼２種（ＳＵＪ２）を使用した。但し、本発明を実施する場合に、高炭素クロム軸受鋼３種又は４種（ＳＵＪ３、ＳＵＪ４）等、他の高炭素クロム軸受鋼、更には、前述した様な、ＳＣＭ４２０等の肌焼き鋼、ＳＫ５等の高周波焼入れ鋼を使用する事もできる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施例を示す、遊星歯車用支持軸の断面図。
【図２】従来構造の遊星歯車装置の第１例を示す略側面図。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図。
【図４】同じく部分拡大断面図。
【符号の説明】
【００２６】
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 キャリア
７ａ、７ｂ 通孔
８ 係止ピン
９ 円筒部
１０ 回転軸
１１ 連結版
１２ 内輪軌道
１３ 外輪軌道
１４ 軸方向中心孔
１５ 分岐孔
１６ 外周面
１７ 表面硬化層
１８ 内周面
１９ 芯部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向一端面に開口すると共に、軸方向中間部に迄達する軸方向中心孔を中心部に有し、遊星歯車式変速機を構成する遊星歯車をキャリアに対して回転自在に支持する為の遊星歯車用支持軸に於いて、外周面を含む表面層部分に高周波熱処理により形成された、硬度がＨｖ５５０以上である表面硬化層の有効硬化層深さが、上記軸方向中心孔の内周面から上記外周面迄の距離の０. ７５倍以下である事を特徴とする遊星歯車用支持軸。
【請求項２】
表面硬化層の硬度をＨｖ５００以上として有効硬化層深さを規制した、請求項１に記載した遊星歯車用支持軸。
【請求項１】
軸方向一端面に開口すると共に、軸方向中間部に迄達する軸方向中心孔を中心部に有し、遊星歯車式変速機を構成する遊星歯車をキャリアに対して回転自在に支持する為の遊星歯車用支持軸に於いて、外周面を含む表面層部分に高周波熱処理により形成された、硬度がＨｖ５５０以上である表面硬化層の有効硬化層深さが、上記軸方向中心孔の内周面から上記外周面迄の距離の０. ７５倍以下である事を特徴とする遊星歯車用支持軸。
【請求項２】
表面硬化層の硬度をＨｖ５００以上として有効硬化層深さを規制した、請求項１に記載した遊星歯車用支持軸。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−２９２０２６（Ｐ２００６−２９２０２６Ａ）
【公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１１１５８５（Ｐ２００５−１１１５８５）
【出願日】平成１７年４月８日（２００５．４．８）
【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１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月８日（２００５．４．８）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
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