CN101952559A - 滚子从动件、气门传动装置、高频淬火设备、轴构件的热处理方法、轴的制造方法以及轴 - Google Patents

滚子从动件、气门传动装置、高频淬火设备、轴构件的热处理方法、轴的制造方法以及轴 Download PDF

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Abstract

一种滚子从动件，该滚子从动件包括辊环(11)、轴(12)以及多个滚子(13)。此外，辊环(11)、轴(12)以及滚子(13)的至少任意一个是由含有0.7～2.4％碳和10.0～20.0％铬、且其余成分为铁和杂质的钢构成的钢构件。而且，在所述钢构件的滚走面(辊环滚走面(11A)、轴滚走面(12A)和滚子滚走面(13A))上，含铁和铬中至少任意一个以及碳的、面积为12.6μm2以上的碳化物以5.0％以上的面积率生成。

Description

滚子从动件、气门传动装置、高频淬火设备、轴构件的热处理方法、轴的制造方法以及轴
技术领域
本发明涉及一种滚子从动件、气门传动装置、高频淬火设备、轴构件的热处理方法、轴的制造方法以及轴，更特定而言，涉及夹设在用于打开、关闭发动机的气门的摇臂与凸轮之间且与凸轮接触而配置的滚子从动件和包括该滚子从动件的气门传动装置、以及可用作上述滚子从动件的轴的轴和可用于制造轴的高频淬火设备、轴构件的热处理方法、轴的制造方法。
背景技术
汽车等的发动机的进气门和排气门一般是通过传递与凸轮轴一体旋转的凸轮的旋转、使上述气门动作的气门传动装置来打开、关闭的。在此，为了抑制因摩擦而引起的动能损失和部件磨损的发生，在气门传动装置中，会在与凸轮的外周面接触且受到凸轮旋转的部位上配置有作为滑动轴承或滚动轴承的滚子从动件的情况。此外，在上述滚子从动件中，会有在构成滚子从动件的外圈、内圈(轴)和滚动体的表面上产生损伤这样的问题。
对此，提出了控制外圈、内圈(轴)和滚动体的表面的应力状态和硬度、对上述表面实施氮化等表面处理等对策。藉此，可以使构成滚子从动件的外圈、内圈(轴)和滚动体的表面的耐久性得以提高、并能提高滚子从动件的耐久性(例如参照日本专利特开2000-230544号公报(专利文献1)、日本专利实开平5-32702号公报(专利文献2)和日本专利特开2003-307223号公报(专利文献3))。
专利文献1：日本专利特开2000-230544号公报
专利文献2：日本专利实开平5-32702号公报
专利文献3：日本专利特开2003-307223号公报
发明的公开
发明所要解决的技术问题
然而，近年来，随着发动机的高输出化、高旋转化等，对于滚子从动件需要耐久性进一步提高。此外，若考虑到近年来的高要求特性，则在包括上述专利文献1～3所公开的对策在内的以往的对策中，均无法使滚子从动件的耐久性充分提高。
此外，以降低部件数为目的，滚子从动件的轴等轴会有通过对该轴的端部进行塑性加工从而使该轴固定于对上述轴予以支持的构件上的情况(铆接加工)。在这种情况下，除了提高上述耐久性之外，还需要确保轴的端部足够的加工性。
因此，本发明的一个目的在于提供一种使耐久性得以充分提高的滚子从动件和气门传动装置。此外，本发明的其他目的在于提供一种可用作不仅确保端部足够的加工性并且使耐久性得以充分提高的滚子从动件的轴的轴、以及可用于制造上述轴的高频淬火设备、轴构件的热处理方法以及轴的制造方法。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明的一种情况下的滚子从动件是夹设在用于打开、关闭发动机的气门的摇臂与凸轮之间且与凸轮接触而配置的滚子从动件。上述滚子从动件包括：外圈，该外圈具有圆环状形状；轴，该轴以形成于外周面的滚走面与形成于外圈的内周面的滚走面接触的形态配置；以及多个滚动体，这些滚动体以形成于外周面的滚走面与外圈和轴的滚走面接触的形态配置于圆环状的轨道上。外圈、轴和滚动体的至少任意一个是由含有0.7质量％以上2.4质量％以下的碳和10.0质量％以上20.0质量％以下的铬、且其余成分为铁和杂质的钢构成的钢构件。此外，在上述钢构件的滚走面上，含铁和铬中的至少任意一个以及碳的、面积为12.6μm2以上的碳化物以5.0％以上的面积率生成。
此外，本发明的另一种情况下的滚子从动件是夹设在用于打开、关闭发动机的气门的摇臂与凸轮之间且与凸轮接触而配置的滚子从动件。上述滚子从动件包括：外圈，该外圈具有圆环状形状；轴，该轴以形成于外周面的滚走面与形成于外圈的内周面的滚走面接触的形态配置；以及多个滚动体，这些滚动体以形成于外周面的滚走面与外圈和轴的滚走面接触的形态配置于圆环状的轨道上。外圈、轴和滚动体的至少任意一个是由含有0.7质量％以上2.4质量％以下的碳和10.0质量％以上20.0质量％以下的铬、还含选自3.5质量％以下的硅、1.25质量％以下的锰、2.5质量％以下的镍、10.0质量％以下的钼和5.2质量％以下的钒中的至少一种以上元素、且其余成分为铁和杂质的钢构成的钢构件。此外，在上述钢构件的滚走面上，含铁和铬中的至少任意一个以及碳的、面积为12.6μm2以上的碳化物以5.0％以上的面积率生成。
本发明人对在构成滚子从动件的外圈、轴(内圈)和滚动体的表面上产生损伤的原因进行详细的研究。其结果是，得到了以下结论。
即、一般而言，包括滚子从动件在内，、构成轴承的外圈、内圈和滚动体多是由经淬火处理后的JIS规格SUJ2等高碳铬轴承钢或经浸碳淬火处理后的JIS规格SCM420等浸碳钢(渗碳钢(日文：はだ焼鋼))构成的。此外，通过使外圈和内圈上的与滚动体接触的表面或在滚动体上的与外圈和内圈接触的表面、即滚走面的耐久性提高，从而可实现轴承的耐久性提高。因此，在滚走面上，以抑制龟裂的产生和扩大为目的实施产生压缩应力的处理(通过浸碳或高频感应加热进行的表面硬化处理等)，并且采取抑制作为应力集中源而可能加速龟裂产生和扩大的大型碳化物(铁或铬的碳化物)的生成的对策。此外，当需要进一步提高耐久性时，也有采用使滚走面上的碳化物量增加、使滚走面的硬度上升的对策的情况，这样的情况下，形成许多微细碳化物，也能对可能加速龟裂产生和扩大的大型碳化物的形成进行抑制。
另一方面，根据本发明人的研究可知，在近年来的滚子从动件的使用环境下，在滚走面上，与其对大型碳化物的形成进行抑制以降低应力集中源，不如通过故意形成大型的碳化物，从而能使轴承的耐久性提高。更具体而言，滚子从动件是通过混入有发动机中燃料燃烧所产生的烟灰粒子的油来进行润滑的。上述烟灰粒子与油一起侵入轴承内部，使滚走面磨损。此外，在近年来的滚子从动件的使用环境下，与因应力集中源而引起的损害相比，由上述磨损引起的滚走面的损伤具有在短时间内进行的倾向。此外，在柴油发动机或近年来有增加趋势的直喷汽油发动机中，由于烟灰的产生量特别多，因此上述倾向愈发显著。
也就是说，在近年来的滚子从动件的滚走面上产生的损伤中，与由因应力集中而引起的龟裂的产生等所产生的滚走面的损伤相比，因烟灰粒子的侵入引起的磨损所导致的损伤处于支配地位。因此，通过在滚走面上形成远大于烟灰粒子且具有高硬度的大型的碳化物，从而能使滚子从动件的耐久性提高。
与此相对的是，在本发明的一种情况和另一种情况下的滚子从动件中，构成滚子从动件的外圈、轴和滚动体的至少任意一个为具有适当成分组成的钢构件，且在滚走面上，面积为12.6μm2以上的大型的碳化物以5.0％以上的面积率生成。其结果是，根据本发明的一种情况和另一种情况下的滚子从动件，可以使因烟灰粒子侵入引起的磨损所导致的损伤得以抑制，从而能提供耐久性充分提高的滚子从动件。
在此，碳化物是指含铁和铬的至少任意一个以及碳的化合物。此外，滚走面上的碳化物的面积率例如能如下所述进行研究。首先，将构成滚子从动件的外圈、轴和滚动体沿与滚走面垂直的截面切断，并对该截面进行研磨。此后，在使用例如王水对研磨好的截面进行蚀刻之后，利用SEM(Scanning Electronic Microscope、扫描电子显微镜)对包括滚走面在内的120μm×100μm的视界观察五个视界，并拍摄照片。此外，使用图像分析软件对上述照片的图像进行分析，并计算出面积为12.6μm2以上的碳化物的面积率。图像分析软件例如可以采用三谷商事株式会社制WinROOF。
在此，若上述碳化物的面积不足12.6μm2，则相对于烟灰粒子而言，上述碳化物的大小不足够大，因此，无法有效地抑制因烟灰粒子而引起的滚走面的磨损。此外，即使当12.6μm2以上的大型碳化物存在于滚走面上，若这些大型碳化物的面积率不足5.0％，则碳化物彼此的距离增大，从而无法有效地抑制因烟灰粒子而引起的滚走面的磨损。因此，在滚走面上，面积为12.6μm2以上的大型碳化物需要以5.0％以上的面积率生成。另外，当碳化物的面积超过706.5μm2时，在滚子从动件的使用环境下，也可能以上述碳化物为应力集中源而出现龟裂。因此，希望能抑制面积超过706.5μm2的碳化物的形成，具体而言，较为理想的是，以与上述面积率的计算方法相同的方法对120μm×100μm的视界观察五个视界的情况下，将这样的碳化物控制为一个以下。而且，当碳化物的面积率超过40％时，滚走面的研磨变得困难，从而很难确保滚走面上充分的平滑性。因此，较为理想的是，将碳化物的面积率控制为40％以下。
此外，为了进一步有效地抑制因烟灰粒子而引起的滚走面的磨损，较为理想的是，碳化物的面积为78.5μm2以上，且希望上述碳化物以5％以上的面积率生成。而且，为了进一步有效地抑制以碳化物为应力集中源的龟裂的产生，较为理想的是，当以与上述面积率的计算方法相同的方法对120μm×100μm的视界观察五个视界的情况下，将面积超过530.7μm2的碳化物控制为一个以下。
接着，对将构成作为上述外圈、轴和滚动体的至少任意一个的钢构件的钢的成分范围限定于上述范围的理由进行详细说明。
碳：0.7质量％以上2.4质量％以下
在构成钢构件的钢中，若碳不足0.7质量％，则可能会产生对磨损产生有效作用的碳化物的面积率过小这样的问题。而若碳超过2.4质量％，则可能会产生作为应力集中源的大的碳化物过多生成这样的问题。因此，需要将碳控制为0.7质量％以上2.4质量％以下。另外，为了进一步控制上述问题，较为理想的是，碳为0.9质量％以上2质量％以下。
铬：10.0质量％以上20.0质量％以下
通过在构成钢构件的钢中添加铬，从而使大型碳化物更易形成。若铬不足10质量％，则很难将面积为12.6μm2以上的大型碳化物以足够的面积率形成。而若铬超过20.0质量％，则可能会产生作为应力集中源的大的碳化物过多生成这样的问题。因此，需要将铬控制为10.0质量％以上20.0质量％以下。另外，为了进一步容易地将面积为12.6μm2以上的大型碳化物以足够的面积率形成，较为理想的是，铬为11质量％以上。另一方面，为了进一步抑制作为应力集中源的大的碳化物过多生成这样的问题，较为理想的是，铬为19质量％以下。
硅：3.5质量％以下
通过在构成钢构件的钢中添加硅，从而能得到使原材料的高温硬度上升这样的效果。然而，当硅超过3.5质量％时，可能会产生碳的石墨化和冷锻性变差这样的问题。因此，较为理想的是，将硅控制为3.5质量％以下。
锰：1.25质量％以下
通过在构成钢构件的钢中添加锰，从而能得到淬火性提高这样的效果。然而，当锰超过1.25质量％时，可能会产生裂纹或因残留奥氏体量增加过多而引起硬度降低这样的问题。因此，较为理想的是，将锰控制为1.25质量％以下。
镍：2.5质量％以下
通过在构成钢构件的钢中添加镍，从而能得到韧性提高这样的效果。然而，当镍超过2.5质量％时，可能会产生加速碳化物的石墨化或因残留奥氏体量增加过多而引起硬度降低这样的问题。因此，较为理想的是，将镍控制为2.5质量％以下。
钼：10.0质量％以下
通过在构成钢构件的钢中添加钼，从而能得到高温硬度上升、耐蠕变强度提高和耐磨损性提高这样的效果。然而，当钼超过10.0质量％时，可能会发生伴随钢材价格上升而使钢构件的制造成本上升这样的问题。因此，较为理想的是，将钼控制为10.0质量％以下。
钒：5.2质量％以下
通过在构成钢构件的钢中添加钒，从而能得到高温硬度上升和耐磨损性提高这样的效果。然而，当钒超过5.2质量％时，可能会发生伴随钢材价格上升而使钢构件的制造成本上升这样的问题。因此，较为理想的是，将钒控制为5.2质量％以下。
在上述一种情况和另一种情况下的滚子从动件中，较为理想的是，钢构件的滚走面具有58HRC以上的硬度。藉此，使滚走面上的钢构件的耐磨损性和对于滚动疲劳的耐久性得以提高，从而进一步提高滚子从动件的耐久性。
在上述一种情况和另一种情况下的滚子从动件中，较为理想的是，钢构件的距滚走面厚度为50μm以内的区域为58HRC以上的硬度。
当作用于钢构件的滚走面上的接触面压为2000MPa以下时，通过使可能会因磨损而带来损伤的距滚走面厚度为50μm以内的区域具有上述硬度，从而使上述区域的耐磨损性得以提高，从而进一步提高滚子从动件的耐久性。另外，当作用于钢构件的滚走面上的接触面压超过2000MPa时，较为理想的是，作为可能会产生因滚动疲劳而引起的损伤的区域、即距滚走面厚度为400μm以内的区域为58HRC以上的硬度。藉此，不仅使该区域的耐磨损性提高，还使对于滚动疲劳的耐久性得以提高，从而进一步提高滚子从动件的耐久性。
在上述一种情况和另一种情况下的滚子从动件中，上述轴为钢构件，且也可以具有在轴向上有贯穿孔的中空形状。此时，较为理想的是，为58HRC以上的硬度的区域的距滚走面的厚度为壁厚的1/3以下。
通过使上述轴具有中空形状，从而可以使滚子从动件轻量化。此外，通过将58HRC以上硬度的区域控制为上述厚度，从而可使压缩应力容易地残留在滚走面上。其结果是，利用上述压缩应力，使滚走面上的龟裂产生和扩大得以抑制，从而进一步提高滚子从动件的耐久性。
在上述一种情况和另一种情况下的滚子从动件中，上述轴为钢构件，且也可以具有实心形状。此时，较为理想的是，为58HRC以上的硬度的区域的距滚走面的厚度为与滚走面垂直的截面上的半径的1/3以下。
通过使上述轴具有实心形状，从而能提高滚子从动件的刚性。此外，通过将58HRC以上硬度的区域控制为上述厚度，从而可使压缩应力容易地残留在滚走面上。其结果是，利用上述压缩应力，使滚走面上的龟裂产生和扩大得以抑制，从而进一步提高滚子从动件的耐久性。
本发明的又一种情况下的滚子从动件是夹设在用于打开、关闭发动机的气门的摇臂与凸轮之间且与凸轮接触而配置的滚子从动件。上述滚子从动件包括：外圈，该外圈具有圆环状的形状；以及轴，该轴以形成于外周面的滑动面与形成于外圈内周面的滑动面相对的形态配置。外圈和轴的至少任意一个是由含有0.7质量％以上2.4质量％以下的碳和10.0质量％以上20.0质量％以下的铬、且其余成分为铁和杂质的钢构成的钢构件。此外，在钢构件的滑动面上，含铁和铬中的至少任意一个以及碳的、面积为12.6μm2以上的碳化物以5.0％以上的面积率生成。
此外，本发明的再一种情况下的滚子从动件是夹设在用于打开、关闭发动机的气门的摇臂与凸轮之间且与凸轮接触而配置的滚子从动件。上述滚子从动件包括：外圈，该外圈具有圆环状的形状；以及轴，该轴以形成于外周面的滑动面与形成于外圈内周面的滑动面相对的形态配置。外圈和轴的至少任意一个是由含有0.7质量％以上2.4质量％以下的碳和10.0质量％以上20.0质量％以下的铬、还含选自3.5质量％以下的硅、1.25质量％以下的锰、2.5质量％以下的镍、10.0质量％以下的钼和5.2质量％以下的钒中的至少一种以上元素、且其余成分为铁和杂质的钢构成的钢构件。此外，在钢构件的滑动面上，含铁和铬中的至少任意一个以及碳的、面积为12.6μm2以上的碳化物以5.0％以上的面积率生成。
在本发明的又一种情况和再一种情况下的滚子从动件中，构成滚子从动件的外圈和轴的至少任意一个与上述本发明的一种情况和另一种情况下的滚子从动件一样，是具有适当成分组成的钢构件，且钢构件的滑动面具有与上述本发明的一种情况与另一种情况下的钢构件的滚走面相同的结构。其结果是，根据本发明的又一种情况和再一种情况下的滚子从动件，与上述本发明的一种情况和另一种情况下的滚子从动件一样，能提供一种使因烟灰粒子侵入而引起的磨损所导致的损伤得以抑制、从而使耐久性充分提高的滚子从动件。
在上述又一种情况和再一种情况下的滚子从动件中，较为理想的是，钢构件的滑动面具有58HRC以上的硬度。藉此，使滑动面上的钢构件的耐磨损性得以提高，从而进一步提高滚子从动件的耐久性。
在上述又一种情况和再一种情况下的滚子从动件中，较为理想的是，钢构件的距滑动面厚度为50μm以内的区域为58HRC以上的硬度。
通过使可能会因磨损而引起损伤的距滑动面厚度为50μm以内的区域具有上述硬度，从而使上述区域的耐磨损性得以提高，从而进一步提高滚子从动件的耐久性。
在上述又一种情况和再一种情况下的滚子从动件中，上述轴为钢构件，且也可以具有在轴向上有贯穿孔的中空形状。此时，较为理想的是，为58HRC以上的硬度的区域的距滑动面的厚度为壁厚的1/3以下。
通过使上述轴具有中空形状，从而可以使滚子从动件轻量化。此外，通过将58HRC以上硬度的区域控制为上述厚度，从而可使压缩应力容易地残留在滑动面上。其结果是，利用上述压缩应力，使滑动面上的龟裂产生和扩大得以抑制，从而进一步提高滚子从动件的耐久性。
在上述又一种情况和再一种情况下的滚子从动件中，上述轴为钢构件，且也可以具有实心形状。此时，较为理想的是，为58HRC以上的硬度的区域的距滑动面的厚度为与滑动面垂直的截面上的半径的1/3以下。
通过使上述轴具有实心形状，从而能提高滚子从动件的刚性。此外，通过将58HRC以上硬度的区域控制为上述厚度，从而可使压缩应力容易地残留在滑动面上。其结果是，利用上述压缩应力，使滑动面上的龟裂产生和扩大得以抑制，从而进一步提高滚子从动件的耐久性。
在上述滚子从动件中，较为理想的是，上述发动机是柴油发动机或是直喷汽油发动机。
在柴油发动机或直喷汽油发动机中，烟灰产生量特别多，因而侵入至滚子从动件内部的烟灰粒子的量增多。因此，在柴油发动机或直喷汽油发动机所采用的滚子从动件中，使因烟灰粒子侵入而引起的磨损所导致的损伤得以抑制、从而使耐久性充分提高的上述本发明的滚子从动件是较好的。
本发明的气门传动装置是通过使摇臂动作来用于打开、关闭发动机的气门的气门传动装置。上述气门传动装置包括上述本发明的滚子从动件和对滚子从动件予以保持的保持构件。此外，滚子从动件通过对轴的端部塑性变形而形成的铆接部来固定于保持构件上。
在本发明的气门传动装置中，对滚子从动件采用耐久性优异的上述本发明的滚子从动件，并且通过使滚子从动件的轴铆接固定于保持构件上，从而不仅能降低部件数，还能将滚子从动件牢固地固定于保持构件上。其结果是，根据本发明的气门传动装置，可以提供一种制造成本降低且耐久性优异的气门传动装置。
在上述气门传动装置中，较为理想的是，上述铆接部具有35HRC以下的硬度。
由于铆接部的硬度为35HRC以下，因此上述铆接部在铆接加工时可充分变形，能将滚子从动件的轴与保持构件进一步牢固地固定。另外，若铆接部的硬度不足10HRC时，上述铆接部的强度可能不够。因此，较为理想的是，铆接部的硬度为10HRC以上。
在上述气门传动装置中，较为理想的是，上述铆接部形成在距轴的端部沿轴向1mm以上的区域内。藉此，能将滚子从动件的轴与保持构件进一步牢固地固定。
本发明的高频淬火设备是由钢构成的轴构件的高频淬火设备。上述高频淬火设备包括：电源部；与电源部连接的线圈；以及配置于线圈的轴向端部侧的保持构件。此外，保持构件包括：端面保持部，该端面保持部对轴构件的端面予以保持；以及外周面保持部，该外周面保持部从端面保持部朝接近线圈一侧突出，并对轴构件的外周面予以保持。
如上所述，以减少滚子从动件的部件数为目的，会有对滚子从动件的轴的端部进行铆接加工的情况。在这种情况下，在上述轴的外周面上，与滚子或辊环(外圈)接触的区域(轴滚走面或轴滑动面)需要被淬火硬化成具有应确保充分的耐久性这样的高硬度。另一方面，当对轴滚走面或轴滑动面进行淬火硬化时，若同时对所欲进行铆接加工的轴构件的端部进行淬火硬化，则会使上述端部的加工性降低，而使铆接加工变得困难。此外，为了可以进行铆接加工，需要再次进行只对上述端部的回火处理等复杂的过程。因此，为了避免这种情况，较为理想的是，在对轴滚走面或轴滑动面进行淬火硬化时，不对所欲进行铆接加工的轴构件的端部进行淬火硬化。
本发明的高频淬火设备包括配置于线圈的轴向端部侧的保持构件，且上述保持构件包括端面保持部和外周面保持部。因此，能以将所欲成为滚子从动件的轴的轴构件的外周面与线圈的内周面相对、且使上述轴构件的端面和与端面相连的外周面的端部区域同保持构件相接触的形态配置轴构件。接着，在这种状态下对线圈通过高频电流，从而使所欲成为轴滚走面或轴滑动面的轴构件的外周面的区域被感应加热至可进行淬火硬化的A1变态点(AC1变态点)以上的温度，并且使轴构件的端面和与端面相连的外周面的端部区域的热流出至保持构件，并维持在不足可淬火的温度。其结果是，通过在上述加热后将轴构件急速冷却，从而对所欲成为轴滚走面或轴滑动面的区域淬火硬化来施加充分的耐久性，并且所欲进行铆接加工的端部的区域不进行淬火硬化而是维持在可进行铆接加工的硬度。如上所述，根据本发明的高频淬火设备，能提供一种可进行滚子从动件的轴的制造的高频淬火设备，其中，上述滚子从动件确保端部有足够的加工性且使耐久性充分提高。
另外，从热从轴构件的端部高效地流出的观点来看，保持构件由热传导率高的原材料构成这点上较为理想，例如，能采用由作为奥氏体类不锈钢的SUS303等熔点较高的非磁性金属材料、热传导好且耐热冲击强的陶瓷材料等构成的保持构件。
在上述高频淬火设备中，较为理想的是，外周面保持部构成为以在整周上与轴构件的外周面接触的形态对轴构件的外周面予以保持。藉此，由于能将热从与保持构件接触的轴构件的外周面的整周高效地释放至保持构件，因此，能更可靠地将轴构件的端部维持在可进行铆接加工的硬度。
在上述高频淬火设备中，较为理想的是，上述线圈具有将线圈在轴向上贯穿的中空部。此外，在上述中空部上的远离轴向两端的区域形成有扩径部，该扩径部是与轴向垂直的截面积比轴向两端的截面积大的区域。
如上所述，在以使轴构件的端部与保持构件接触的形态实施感应加热时，在所欲进行淬火硬化的轴构件的外周面中，容易发生接近端部的区域的加热温度比轴向中央部的加热温度低这样的现象(加热不均匀)。对此，通过采用上述结构，以使轴构件的外周面中的轴向中央部与扩径部相对的形态配置轴构件来进行感应加热，藉此由于与接近端部的区域相比，轴向中央部与线圈的距离增大，因此能抑制上述加热不均匀的产生。
本发明的一种情况的轴构件的热处理方法包括准备轴构件的工序和对轴构件进行淬火硬化的工序。在准备轴构件的工序中，准备由含有0.7质量％以上2.4质量％以下的碳和10.0质量％以上20.0质量％以下的铬、且其余成分为铁和杂质的钢构成的钢构件。在对轴构件进行淬火硬化的工序中，利用保持构件将轴构件以使轴构件的外周面和与电源连接的线圈的内周面相对的形态予以保持，并且在通过从电源对线圈供给交流电来对轴构件进行感应加热之后，通过冷却轴构件来对轴构件进行淬火硬化。此外，在对轴构件进行淬火硬化的工序中，轴构件的端面和与端面相连的外周面的区域即外周面端部区域在与保持构件接触的状态下被感应加热。
此外，本发明的另一种情况的轴构件的热处理方法包括准备轴构件的工序和对轴构件进行淬火硬化的工序。在准备轴构件的工序中，准备由含有0.7质量％以上2.4质量％以下的碳和10.0质量％以上20.0质量％以下的铬、还含选自3.5质量％以下的硅、1.25质量％以下的锰、2.5质量％以下的镍、10.0质量％以下的钼和5.2质量％以下的钒中的至少一种以上元素、且其余成分为铁和杂质的钢构成的钢构件。在对轴构件进行淬火硬化的工序中，利用保持构件将轴构件以使轴构件的外周面和与电源连接的线圈的内周面相对的形态予以保持，并且在通过从电源对线圈供给交流电来对轴构件进行感应加热之后，通过冷却轴构件来对轴构件进行淬火硬化。此外，在对轴构件进行淬火硬化的工序中，轴构件的端面和与端面相连的外周面的区域即外周面端部区域在与保持构件接触的状态下被感应加热。
如上所述，为了制造能抑制因烟灰粒子侵入而引起的磨损所导致的损伤、且使耐久性充分提高的轴，除了准备由具有适当成分组成的上述钢构成的轴构件之外，还需要对所欲成为滚走面或滑动面的外周面的区域进行充分地淬火硬化。另一方面，在如上所述对端部进行铆接加工的情况下，希望是在对轴滚走面或轴滑动面进行淬火硬化时，不对所欲进行铆接加工的轴构件的端部进行淬火硬化。
在本发明的一种情况和另一种情况下的轴构件的热处理方法中，在准备轴构件的工序中，准备由具有适当成分组成的上述钢构成的钢构件。此外，在对轴构件进行淬火硬化的工序中，轴构件的端面和与端面相连的外周面的区域即外周面端部区域在与保持构件接触的状态下被感应加热。因此，使所欲成为轴滚走面或轴滑动面的轴构件的外周面的区域被感应加热至可进行淬火硬化的温度，并且使轴构件的端面和与端面相连的外周面的端部区域的热流出至保持构件，并维持在不足可淬火的温度。其结果是，通过在上述加热后将轴构件急速冷却，从而对所欲成为轴滚走面或轴滑动面的区域淬火硬化来施加充分的耐久性，并且所欲进行铆接加工的端部的区域不进行淬火硬化而是维持在可进行铆接加工的硬度。如上所述，根据本发明的轴构件的热处理方法，提供一种不仅可确保端部具有充分的加工性还能使所欲成为滚走面或滑动面的外周面的区域的硬度充分提高的轴构件的热处理方法。
在上述轴构件的热处理方法中，较为理想的是，在对轴构件进行淬火硬化的工序中，外周面端部区域在整周上与保持构件接触的状态下被感应加热。藉此，由于能将热从与保持构件接触的轴构件的外周面的整周高效地释放至保持构件，因此，能更可靠地将轴构件的端部维持在可进行铆接加工的硬度。
在上述轴构件的热处理方法中，较为理想的是，上述线圈具有将线圈在轴向上贯穿的中空部。在上述中空部上的远离轴向两端的区域形成有扩径部，该扩径部是与轴向垂直的截面积比轴向两端的截面积大的区域。此外，在对轴构件进行淬火硬化的工序中，以轴构件的外周面的远离轴向两端的区域与扩径部相对的形态保持于保持构件，并对该区域进行感应加热。
如上所述，在以使轴构件的端部与保持构件接触的形态实施感应加热时，在所欲进行淬火硬化的轴构件的外周面中，容易发生接近端部的区域的加热温度比轴向中央部的加热温度低这样的现象(加热不均匀)。对此，通过采用上述结构，由于与接近端部的区域相比，轴向中央部与线圈的距离增大，因此能抑制上述加热不均匀的产生。
在上述轴构件的热处理方法中，较为理想的是，反复实施两次以上对轴构件进行淬火硬化的工序。具有本发明中所采用的成分组成的钢会有只进行一次淬火硬化而无法充分硬化的情况。对此，通过反复实施两次以上对轴构件进行淬火硬化的工序，从而能更可靠地将轴构件中所欲成为滚走面或滑动面的区域充分淬火硬化。
本发明的轴的制造方法包括：准备轴构件并对轴构件进行淬火硬化的工序；以及通过对经淬火硬化后的轴构件的轴向端部进行塑性加工，从而将上述轴构件固定于与轴构件不同的其他构件上的工序。此外，准备轴构件并对轴构件进行淬火硬化的工序是采用上述本发明的轴构件的热处理方法来实施的。
通过采用可确保端部具有充分的加工性且使所欲成为滚走面或滑动面的外周面的区域的硬度充分提高的本发明的轴构件的热处理方法，从而根据本发明的轴的制造方法，能制造出确保端部具有充分的加工性且使耐久性充分提高的轴。
在上述本发明的轴的制造方法中，较为理想的是，在准备轴构件并对轴构件进行淬火硬化的工序中，准备轴向的长度比在固定轴构件的工序中被塑性加工前的经淬火硬化的轴构件的轴向上的所需尺寸大的轴构件。
在采用上述本发明的轴构件的热处理方法的轴的制造方法中，通过淬火硬化会使构件在轴向上收缩。对此，通过采用上述结构，制作与所需尺寸更接近的经淬火硬化的轴构件，并可以将该轴构件固定于其他构件上。
本发明的轴是通过上述本发明的轴的制造方法制造而成的。藉此，提供一种不仅能确保端部具有充分的加工性且使耐久性充分提高的轴。
上述轴也可以作为夹设在用于打开、关闭发动机的气门的摇臂与凸轮之间、且与凸轮接触配置的滚子从动件的轴使用。藉此，提供一种不仅能确保端部具有充分的加工性且使耐久性充分提高的滚子从动件的轴。
发明效果
由上可知，根据本发明的滚子从动件和气门传动装置，能提供一种使耐久性充分提高的滚子从动件和气门传动装置。此外，根据本发明的轴以及高频淬火设备、轴构件的热处理方法和轴的制造方法，提供一种能作为不仅能确保端部具有充分的加工性且使耐久性充分提高的滚子从动件的轴使用的轴、以及可制造上述轴的高频淬火设备、轴构件的热处理方法和轴的制造方法。
附图说明
图1是表示包括实施方式1的滚子从动件的气门传动装置的结构的示意图。
图2是沿图1的线段II-II的示意剖视图。
图3是将图2的滚子从动件附近放大表示的局部示意剖视图。
图4是表示实施方式1的滚子从动件的制造方法中的轴的制造方法的大致情况的流程图。
图5是用于说明轴的制造方法中所包括的热处理工序的详细情况的图。
图6是表示实施方式1的滚子从动件的制造方法中的辊环和滚子的制造方法的大致情况的流程图。
图7是用于说明辊环和滚子的制造方法中所包括的热处理工序的详细情况的图。
图8是表示实施方式1的气门传动装置10的制造方法的大致情况的图。
图9是将实施方式2的气门传动装置的滚子从动件附近放大表示的局部示意剖视图。
图10是将实施方式3的气门传动装置的滚子从动件附近放大表示的局部示意剖视图。
图11是将实施方式4的气门传动装置的滚子从动件附近放大表示的局部示意剖视图。
图12是将气门传动装置的滚子从动件附近放大表示的示意立体图。
图13是将实施方式5的气门传动装置的滚子从动件附近放大表示的局部示意剖视图。
图14是将实施方式6的气门传动装置的滚子从动件附近放大表示的局部示意剖视图。
图15是将实施方式7的气门传动装置的滚子从动件附近放大表示的局部示意剖视图。
图16是表示包括实施方式8的滚子从动件的气门传动装置的结构的示意图。
图17是表示包括实施方式9的滚子从动件的气门传动装置的结构的示意图。
图18是将图17的滚子从动件周边放大表示的示意图。
图19是表示实施方式10的高频淬火设备的结构的示意剖视图。
图20是用于说明实施方式10的滚子从动件的轴的制造方法的流程图。
图21是表示实施方式11的高频淬火设备的结构的示意剖视图。
图22是表示套式径向试验器的结构的示意图。
图23是表示试验结束后在轴的外周面上的磨损深度的图。
图24是表示试验前的比较例(SUJ2)的外周面的状态的SEM照片。
图25是表示试验前的比较例(SUJ2)的外周面的状态的SEM照片。
图26是表示试验后的比较例(SUJ2)的外周面的状态的SEM照片。
图27是表示试验后的比较例(SUJ2)的外周面的状态的SEM照片。
图28是表示试验前的实施例A(SKD11)的外周面的状态的SEM照片。
图29是表示试验前的实施例A(SKD11)的外周面的状态的SEM照片。
图30是表示试验后的实施例A(SKD11)的外周面的状态的SEM照片。
图31是表示试验后的实施例A(SKD11)的外周面的状态的SEM照片。
图32是表示试验前的实施例B(SUS440C)的外周面的状态的SEM照片。
图33是表示试验前的实施例B(SUS440C)的外周面的状态的SEM照片。
图34是表示试验后的实施例B(SUS440C)的外周面的状态的SEM照片。
图35是表示试验后的实施例B(SUS440C)的外周面的状态的SEM照片。
图36是表示实施例A(SKD11)中EDX分析的分析点的SEM照片。
图37是表示实施例B(SUS440C)中EDX分析的分析点的SEM照片。
图38是表示图36的点A的EDX分析的结果的图。
图39是表示图37的点B的EDX分析的结果的图。
图40是表示图36的点C的EDX分析的结果的图。
图41是表示图37的点D的EDX分析的结果的图。
图42是表示实施例2所采用的加热模式的图。
图43是表示在加热温度为1055℃～1145℃、加热时间为0.9秒时的淬火次数与硬度的关系的图。
图44是表示在加热温度为1090℃～1110℃、加热时间为5秒时的淬火次数与硬度的关系的图。
图45是表示在加热温度为1120℃～1300℃、加热时间为3秒时的淬火次数与硬度的关系的图。
图46是表示在表3的条件C下被淬火硬化的试验片的硬化层图案的照片。
图47是表示在表3的条件F下被淬火硬化的试验片的硬化层图案的照片。
图48是表示在表4的条件A下被淬火硬化的试验片的硬化层图案的照片。
图49是表示加热至150℃后回火的试验片的残留应力分布的图。
图50是表示加热至170℃后回火的试验片的残留应力分布的图。
图51是表示加热至150℃后回火的试验片的残留应力分布的图。
图52是表示由SKD11构成的试验片的实验结果的图。
图53是表示由SUS440C构成的试验片的实验结果的图。
(符号说明)
1滚子从动件
2摇臂(rocker arm)
2B一个端部
2C另一个端部
2D贯穿孔
3摇臂轴
4轴承衬瓦(日文：軸受けメタル)
5凸轮
5A凸轮轴
5B外周面
6气门
7弹簧
8锁紧螺母
9调整螺钉
10气门传动装置
11辊环(roller ring)
11A辊环滚走面
11B辊环滚走部
11G辊环滑动面
11H辊环滑动部
12轴
12A轴滚走面
12B轴滚走部
12C低硬度区域
12D端面
12E槽部
12F贯穿孔
12G轴滑动面
12H轴滑动部
13滚子
13A滚子滚走面
13B滚子滚走部
15固定环
16固定销
21侧壁
21A贯穿孔
21B锥形部
216突出部
21D槽部
21E第二贯穿孔
22枢轴抵接部
40套式径向试验器(日文：シェルラジァル試験機)
41转轴
42驱动辊
42A外周面
43外圈
44滚子
45轴承
46负载传递构件
47筒形加热器
50高频淬火设备
51电源部
52线圈
52A中空部
52B扩径部
53保持构件
53A端面保持部
53B外周面保持部
60轴构件
61端面
62外周面
80调整螺钉
81连结构件
82锁紧螺母
90推杆
具体实施方式
以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。另外，在以下附图中，对相同或相似的部分标注相同的符号，不重复其说明。
(实施方式1)
首先，参照图1～图3对包括实施方式1的滚子从动件的气门传动装置进行说明。
参照图1和图2，气门传动装置10包括：滚子从动件1，该滚子从动件1是总滚子型的径向滚子轴承；摇臂2，该摇臂2作为保持构件在一个端部2B对滚子从动件1予以保持；凸轮5，该凸轮5配置成在外周面5B上与滚子从动件1的作为外圈的辊环11的外周面接触；调整螺钉9，该调整螺钉9被插入至形成于摇臂2的另一个端部2C的贯穿孔2D，并被锁紧螺母8固定于摇臂2上；以及气门6，该气门6是在一个端部上与调整螺钉9的一个端部连结的发动机的供气或排气用气门。
参照图1和图2，滚子从动件1包括：作为外圈的圆环状的辊环11；贯穿辊环11的中空圆筒状的轴12；以及多个配置于辊环11与轴12之间的作为滚动体的滚子13。摇臂2在中央部通过轴承衬瓦4等保持在摇臂轴3上，从而以摇臂轴3为支点自由转动。气门6因弹簧7的弹性力而受到朝向箭头7A的力。因此，滚子从动件1经由调整螺钉9、摇臂2受弹簧7的弹性力而被始终按压在凸轮5的外周面5B上。凸轮5在与作为滚子从动件1的内圈的轴12的轴向垂直的截面上具有蛋状的截面形状。此外，凸轮5与凸轮轴5A一体形成，并能以凸轮轴5A为轴进行旋转。
参照图2，摇臂2的一个端部2B侧具有形成有一对侧壁21的双叉状的形状。一对侧壁21分别形成有同轴的圆柱状的贯穿孔21A。此外，嵌入滚子从动件1的轴12贯穿一对侧壁21的两个贯穿孔21A。轴12的外周面形成有轴滚走面12A，配置有多个滚子13以使这些滚子13在作为外周面的滚子滚走面13A上与轴滚走面12A接触。而且，辊环11配置在一对侧壁21之间，且在辊环11的内周面上以与轴滚走面12A相对的形态形成有辊环滚走面11A。此外，滚子13配置成在滚子滚走面13A上与辊环滚走面11A接触。藉此，辊环11可相对于轴12保持成可自由旋转。
而且，参照图3，在贯穿孔21A的各个外壁侧开口附近形成有在与轴12的轴向垂直的截面上的直径逐渐增大的锥形部21B。此外，轴12的两端部为具有35HRC以下硬度的作为铆接部的低硬度区域12C，通过进行作为塑性加工的铆接加工，从而使轴12的两端部沿锥形部21B发生变形。此外，低硬度区域12C形成在距轴12的端部沿轴向1mm以上的区域内。
接着，对实施方式1的气门传动装置10的动作进行说明。参照图1，若凸轮5与凸轮轴5A一起以凸轮轴5A为轴进行旋转，则凸轮5与滚子从动件1的接触部距凸轮轴5A的距离呈周期性变化。因此，摇臂2以摇臂轴3为支点进行摆动。其结果是，通过调整螺钉9使气门6往复运动。藉此，使发动机的进气门或排气门打开、关闭。
在此，参照图1～图3，本实施方式的滚子从动件1是夹在用于打开、关闭发动机的气门6的摇臂2与凸轮5之间的、与凸轮5接触而配置的滚子从动件。上述滚子从动件1包括：作为外圈的辊环11，该辊环11具有圆环状的形状；轴12，该轴12以形成于外周面的轴滚走面12A与形成于辊环11的内周面的辊环滚走面11A相对的形态配置；以及作为多个滚动体的滚子13，这些滚子13在形成于外周面的滚子滚走面13A上与作为辊环11和轴12的滚走面的辊环滚走面11A和轴滚走面12A接触，并配置于圆环状的轨道上。
此外，辊环11、轴12和滚子13的至少轴12，较为理想的是辊环11、轴12和滚子13全部是由钢(例如JIS规格SUS440C、SKD11等)构成的钢构件，上述钢含有0.7质量％以上2.4质量％以下的碳和10.0％质量％以上20.0质量％以下的铬、且其余成分为铁和杂质；或者其含有0.7质量％以上2.4质量％以下的碳和10.0％质量％以上20.0质量％以下的铬、还含选自3.5质量％以下的硅、1.25质量％以下的锰、2.5质量％以下的镍、10.0质量％以下的钼和5.2质量％以下的钒中的至少一种以上元素、且其余成分为铁和杂质。而且，在上述钢构件的滚走面(辊环滚走面11A、轴滚走面12A和滚子滚走面13A)上，含铁和铬中的至少任意一个以及碳的、面积为12.6μm2以上的碳化物以5.0％以上的面积率生成。
此外，本实施方式的气门传动装置10是用于通过使摇臂2动作来打开、关闭发动机的气门6的气门传动装置。上述气门传动装置10包括：本实施方式中的滚子从动件1；以及作为保持构件的摇臂2，该摇臂2对滚子从动件1予以保持。此外，滚子从动件1通过经轴12端部塑性变形而形成的作为铆接部的低硬度区域12C，从而被固定于摇臂2上。
在本实施方式的滚子从动件1中，构成滚子从动件1的辊环11、轴12和滚子13中的至少一个为具有上述适当成分组成的钢构件，且在滚走面(辊环滚走面11A、轴滚走面12A和滚子滚走面13A)上，面积为12.6μm2以上的大型碳化物以5.0％以上的面积率生成。其结果是，本实施方式的滚子从动件1使因烟灰粒子侵入引起的磨损所导致的损伤得以抑制，从而成为使耐久性充分提高的滚子从动件。此外，在本实施方式的气门传动装置10中，对于滚子从动件采用耐久性优异的滚子从动件1，并且滚子从动件1的轴12被铆接固定于摇臂2上。因此，不仅减少了部件数，滚子从动件1还被牢固地固定于摇臂2上。其结果是，本实施方式的气门传动装置10成为制造成本得以降低且耐久性优异的气门传动装置。
此外，在本实施方式的气门传动装置10中，在距轴12的端部沿轴向1mm以上区域内形成的作为铆接部的低硬度区域12C具有35HRC以下的硬度，因此，滚子从动件1的轴12和摇臂2被牢固地固定。
在此，在本实施方式的滚子从动件1中，辊环11、轴12和滚子13中的至少任意一个为钢构件，较为理想的是，该钢构件的滚走面(辊环滚走面11A、轴滚走面12A和滚子滚走面13A)为具有58HRC以上的硬度。藉此，使滚走面(辊环滚走面11A、轴滚走面12A和滚子滚走面13A)的钢构件的耐磨损性和对于滚动疲劳的耐久性得以提高，从而进一步提高滚子从动件1的耐久性。
此外，较为理想的是，辊环11、轴12和滚子13的至少一个的距滚走面(辊环滚走面11A、轴滚走面12A和滚子滚走面13A)厚度为50μm以内的区域(辊环滚走部11B、轴滚走部12B和滚子滚走部13B)为58HRC以上的硬度。藉此，使上述区域的耐磨损性得以提高，从而进一步提高滚子从动件1的耐久性。
而且，本实施方式的滚子从动件1的轴12为钢构件，且具有在轴向上有贯穿孔的中空形状。在此，较为理想的是，距轴滚走面12A的硬度为58HRC以上的硬度的区域的厚度为壁厚的1/3以下。藉此，容易使压缩应力残留在轴滚走面12A上，使轴滚走面12A上的龟裂的产生和扩大得以抑制，从而进一步提高滚子从动件1的耐久性。
此外，较为理想的是，采用本实施方式的滚子从动件1和气门传动装置10的发动机为柴油发动机或直喷汽油发动机。使因烟灰粒子侵入引起磨损而导致的损伤得以抑制、从而使耐久性充分提高的本实施方式的滚子从动件1和包括该滚子从动件1的气门传动装置10优选用于侵入滚子从动件内部的烟灰粒子的量多的柴油发动机或直喷汽油发动机中。
接着，对实施方式1的滚子从动件1和气门传动装置10的制造方法进行说明。在图5和图7中，横向表示时间，越往右表示时间经过越长。此外，图5和图7中，纵向表示温度，越往上表示温度越高。
首先，对滚子从动件的制造方法中轴的制造方法进行说明。参照图4，在实施方式1的滚子从动件1的制造方法中轴12的制造方法上，首先，实施作为工序(S110)的成形构件准备工序。具体而言，对JIS规格SUS440C、SKD11等钢材实施锻造、车削等加工，从而准备好具有轴12大致形状的成形构件。
接着，参照图4，依此实施作为工序(S120)～(S160)的构成热处理工序的高频淬火工序、第一回火工序、低温工序、第二回火工序和低温氮化工序。对该热处理工序的具体情况在后叙述。
接着，实施作为工序(S170)的精加工工序。具体而言，在上述热处理工序中，实施经过热处理的成形构件的滚走面(轴滚走面12A)的精加工等。藉此，完成构成实施方式1的滚子从动件1的轴12。
接着，对实施方式1的轴12的制造方法所包括的热处理工序进行说明。
参照图4和图5，首先，在作为工序(S120)加以实施的高频淬火工序中，在工序(S110)中准备好的成形构件的包括外周面的表层部通过利用高频电流的感应加热，在加热至A1变态点以上的温度即温度T1之后，水冷至MS点以下的温度。藉此，对成形构件的表层部中所欲成为轴滚走部12B的区域(参照图3)进行淬火硬化(高频淬火)。此时，将被淬火硬化的表层部的厚度、即将通过感应加热被加热至A1变态点以上的温度即温度T1的表层部的厚度设定为成形构件壁厚的1/3以下。藉此，在成形构件的表面附近形成压缩应力。此外，距成形构件的轴向两端至少1mm以内的区域不包括在通过感应加热被加热至A1变态点以上的温度即温度T1的区域之内。藉此，使所欲成为作为铆接部的低硬度区域12C的区域(参照图3)得以确保。而且，在例如构成成形构件的钢为JIS规格SUS440C或SKD11时，温度T1可以设定为1050℃以上1200℃以下。
在此，A1是相当于加热钢时使钢的结构从铁素体开始变态为奥氏体的温度的点。此外，MS点是相当于奥氏体化后的钢冷却时开始马氏体化的温度的点。
接着，作为工序(S130)，对实施了淬火处理的成形构件实施进行回火处理的第一回火工序。具体而言，成形构件在例如大气中(空气中)被加热至不足A1变态点的温度即温度T2、且保持了时间t2之后，通过冷却来进行回火处理。在此，在例如构成成形构件的钢为JIS规格SUS440C或SKD11时，温度T2可以设定为150℃以上200℃以下，时间t2可以设定为60分钟以上180分钟以下。藉此，可得到使成形构件的变形得以抑制等效果。
接着，作为工序(S140)，对实施了第一回火工序的成形构件实施进行低温处理的低温工序。具体而言，成形构件通过例如喷雾液氮而被冷却至不足0℃的温度即温度T3，并保持了时间t3。在此，在例如构成成形构件的钢为JIS规格SUS440C或SKD11时，温度T3可以设定为-200℃以上-30℃以下，时间t3可以设定为60分钟以上180分钟以下。藉此，可得到成形构件因淬火处理而生成的残留奥氏体变态为马氏体从而实现钢的结构稳定化和硬度上升等效果。
接着，作为工序(S150)，对实施了低温工序的成形构件实施进行回火处理的第二回火工序。具体而言，成形构件在例如大气中(空气中)被加热至不足A1变态点的温度即温度T4、且保持了时间t4之后，通过冷却来对成形构件进行回火处理。在此，在例如构成成形构件的钢为JIS规格SUS440C或SKD11时，温度T4可以设定为150℃以上200℃以下，时间t4可以设定为60分钟以上180分钟以下。藉此，可得到使成形构件的变形得以抑制等效果。
此外，作为工序(S160)，对实施了第二回火工序的成形构件实施进行低温氮化处理的低温氮化工序。具体而言，成形构件被加热至550℃以下的温度即温度T5，包括该成形构件外周面的表层区域通过离子氮化、气体氮化、盐浴氮化等来进行时间t5的氮化处理。藉此，使成形构件中所欲成为轴滚走面12A的区域(参照图3)的硬度进一步上升。根据以上步骤，完成了实施方式1的轴12的制造方法所包括的热处理工序。
接着，对滚子从动件的制造方法中辊环和滚子的制造方法进行说明。参照图6和图7，辊环和滚子的制造方法可与基于图4和图5加以说明的上述轴的制造方法基本相同地进行实施，辊环和滚子的制造方法中的成形构件准备工序、淬火工序、第一回火工序、低温工序、第二回火工序、低温氮化工序和精加工工序(工序(S210)～(S270))与轴的制造工序中的工序(S110)～(S170)分别对应。但是，在辊环和滚子的制造方法中，在热处理工序中淬火工序(工序(S220))中，不是只对成形构件的表层部进行淬火硬化，在对成形构件整体进行淬火硬化这点上与轴的制造方法不同。
即、参照图6和图7，在辊环和滚子的制造方法中所包含的热处理工序的淬火工序(工序(S220))中，实施对在工序(S210)中准备好的由JIS规格SUS440C或SKD11等钢构成的成形构件整体进行淬火硬化的淬火工序。具体而言，将成形构件插入例如真空炉中，在减压气氛下(真空中)被加热至A1变态点以上的温度即温度T6、且保持了时间t6之后，冷却至MS点以下的温度。在此，在例如构成成形构件的钢为JIS规格SUS440C或SKD11时，温度T6可以设定为1000℃以上1100℃以下，时间t6可以设定为15分钟以上60分钟以下。藉此，对成形构件的包含所欲成为辊环滚走部11B和滚子滚走部13B的区域(参照图3)在内的成形构件整体进行淬火硬化。在此，在成形构件的加热中既可以采用如上所述通过可对气氛加以控制的气氛炉(包含真空炉)进行的加热，也可以采用使用感应加热炉的加热。
此后，在辊环和滚子的热处理工序中，工序(S230)～(S260)与轴的热处理工序中的工序(S130)～(S160)相同。此时，温度T7～T10和时间t7～t10可采用与各个轴的热处理工序中的温度T2～T5和时间t2～t5相同的条件。此外，实施作为工序(S270)的进行在热处理工序中经过热处理的成形构件的滚走面(辊环滚走面11A、滚子滚走面13A)的精加工等的精加工工序。藉此，完成构成实施方式1的滚子从动件1的辊环11和滚子13。
接着，对实施方式1的气门传动装置10的制造方法进行说明。参照图8，上述气门传动装置10的制造方法包括：滚子从动件制造工序，该滚子从动件制造工序制造滚子从动件1；保持构件制造工序，该保持构件制造工序制造作为保持构件的摇臂2；安装工序，该安装工序将滚子从动件1安装于作为保持构件的摇臂2上；以及组装工序，该组装工序将安装有滚子从动件的摇臂2与另行准备的凸轮5、气门6、弹簧7等组合从而组装气门传动装置10。
在此，在滚子从动件制造工序中，根据基于图4～图7所说明的滚子从动件的制造方法来制造辊环11、轴12和滚子13。
此外，在安装工序中，参照图3，通过对作为轴12的两端部的低硬度区域12C进行塑性加工，使轴12被固定于在保持构件制造工序中制造好的摇臂2上，从而使滚子从动件1安装于摇臂2上。更详细说明，辊环11和多个以与辊环11的辊环滚走面11A接触的形态配置的滚子13被插入至形成于摇臂2一个端部2B侧的一对侧壁21之间。此后，以同时贯穿形成于一对侧壁21的每个侧壁上的贯穿孔21A且使轴滚走面12A与多个滚子13接触的形态插入轴12。此外，通过对作为轴12的两端部的低硬度区域12C进行作为塑性加工的铆接加工，而使轴12被固定于摇臂2上，并使滚子从动件1安装于摇臂2。
此外，在组装工序中，使安装有滚子从动件1的摇臂2和另行准备好的凸轮5、气门6、弹簧7等组合从而完成气门传动装置10。
另外，在上述实施方式1中，对在辊环11、轴12和滚子13的制造方法的热处理工序中实施低温工序和低温氮化工序的情况进行了说明，但当对滚子从动件的使用环境等进行考虑后认为即使不实施这些工序也能得到充分的特性的情况下，也能以降低制造成本为目的而省略这些工序。在此，在省略低温工序的情况下，能同时省略第二回火工序。此外，在上述实施方式1中，对在轴12的制造方法的热处理工序中采用工序(S120)～(S160)的步骤的情况进行了说明，但除此之外，还可以采用与工序(S220)～(S260)相同的步骤，进而实施使轴12的两端部软化的端部软化工序。端部软化工序能通过将例如工序(S260)完成后的轴12(成形构件)的两端部利用感应加热加热至A1变态点以下的温度来加以实施。
(实施方式2)
接着，对本发明的一实施方式的实施方式2进行说明。参照图1～图3和图9，实施方式2的气门传动装置10和滚子从动件1基本上具有与实施方式1的气门传动装置10和滚子从动件1相同的结构，同样地进行动作，并起到同样的效果。但是，在滚子从动件1的轴12与摇臂2所固定的区域的结构上，实施方式2的气门传动装置10和滚子从动件1与实施方式1不同。
即、参照图9，与实施方式1的情况不同，在形成于摇臂的一对侧壁21的贯穿孔21A中不形成锥形部21B，使轴12在与轴向垂直的截面上的直径为固定的。此外，与实施方式1不同，轴12的两端部没有低硬度区域12C，而是轴12整体具有相同的硬度。
此外，实施方式2的气门传动装置10和滚子从动件1基本上能与实施方式1相同地进行制造。但是，在轴12的制造方法的热处理工序和气门传动制造的制造方法的安装工序上，实施方式2的气门传动制造10和滚子从动件1的制造方法与实施方式1不同。
即、参照图4～图7，实施方式2的轴12的制造方法的热处理工序可以采用与工序(S220)～(S260)相同的步骤实施，以代替实施方式1中的工序(S120)～(S160)。也就是说，在实施方式2中，在轴12的两端部不需要形成低硬度区域12C，因此，可以通过以与工序(S220)～(S260)相同的步骤实施热处理工序来制作轴12。
而且，在气门传动装置的制造方法的安装工序中，与实施方式1的情况相同，首先，辊环11和多个以与辊环11的辊环滚走面11A接触的形态配置的滚子13被插入至形成于摇臂2的一个端部2B侧的一对侧壁21之间。此后，以同时贯穿形成于一对侧壁21的每个侧壁上的贯穿孔21A且使轴滚走面12A与多个滚子13接触的形态压入轴12。在此，通过将轴12压入贯穿孔21A，而使轴12被固定于摇臂2上，因此，与实施方式1的情况不同，可以省略对轴12的两端进行铆接加工的工序。
(实施方式3)
接着，对本发明的一实施方式的实施方式3进行说明。参照图1～图3和图10，实施方式3的气门传动装置10和滚子从动件1基本上具有与实施方式1的气门传动装置10和滚子从动件1相同的结构，同样地进行动作，并起到同样的效果。但是，在滚子从动件1的轴12与摇臂2所固定的区域的结构上，实施方式3的气门传动装置10和滚子从动件1与实施方式1不同。
即、参照图10，与实施方式1的情况不同，在形成于摇臂2的一对侧壁21的贯穿孔21A中不形成锥形部21B，而是形成朝向贯穿孔21A的直径方向中心突出的突出部21C。此外，通过使轴12的端面12D与上述突出部21C接触，轴12被固定于摇臂2上。
此外，实施方式3的气门传动装置10和滚子从动件1基本上能与实施方式1相同地进行制造。但是，在轴12的制造方法的热处理工序和气门传动制造的制造方法的安装工序上，实施方式3的气门传动制造10和滚子从动件1的制造方法与实施方式1不同。
即、参照图4～图7，实施方式3的轴12的制造方法的热处理工序可以采用与工序(S220)～(S260)相同的步骤实施，以代替实施方式1中的工序(S120)～(S160)。也就是说，在实施方式3中，在轴12的两端部不需要形成低硬度区域12C，因此，可以通过以与工序(S220)～(S260)相同的步骤实施热处理工序来制作轴12。
而且，在气门传动装置的制造方法的安装工序中，与实施方式1的情况相同，首先，辊环11和多个以与辊环11的辊环滚走面11A接触的形态配置的滚子13被插入至形成于摇臂2的一个端部2B侧的一对侧壁21之间。此后，以同时贯穿形成于一对侧壁21的每个侧壁上的贯穿孔21A且使轴滚走面12A与多个滚子13接触的形态插入轴12。此外，通过使贯穿孔21A的外侧的端部(从一个侧壁21观察，为另一个侧壁21相反侧的贯穿孔21A的开口部)以上述贯穿孔21A的截面积变小的形态塑性变形来形成突出部21C，通过使该突出部21C与轴12的端面12D接触来将轴12固定于摇臂2上。
(实施方式4)
接着，对本发明的一实施方式的实施方式4进行说明。参照图1～图3、图11和图12，实施方式4的气门传动装置10和滚子从动件1基本上具有与实施方式1的气门传动装置10和滚子从动件1相同的结构，同样地进行动作，并起到同样的效果。但是，在滚子从动件1的轴12与摇臂2所固定的区域的结构上，实施方式4的气门传动装置10和滚子从动件1与实施方式1不同。
即、参照图11和图12，与实施方式1的情况不同，形成于摇臂2的一对侧壁21的贯穿孔21A中不形成锥形部21B，而是在形成于一个侧壁21的贯穿孔21A中形成槽部21D，该槽部21D是将贯穿孔21A在与轴向垂直的截面上的截面积增大的区域。槽部21D沿形成于一个侧壁21的贯穿孔21A的内周面的周向延伸。此外，与贯穿孔21A的轴向垂直的截面上的槽部21D的形状为C字状。此外，在轴12的外周面上也以与上述槽部21D对应的形态形成有沿周向延伸的C字状的槽部12E。此外，配置摇臂2和轴12以使贯穿孔12A的槽部21D与轴12的槽部12E彼此相对，具有与贯穿孔21A的槽部21D和轴12的槽部12E相对应的C字状形状的固定环15以与贯穿孔21A的槽部21D和轴12的槽部12E两者相嵌的形态配置。藉此，轴12被固定于摇臂2上。
此外，实施方式4的气门传动装置10和滚子从动件1基本上能与实施方式1相同地进行制造。但是，在轴12的制造方法的热处理工序和气门传动制造的制造方法的安装工序上，实施方式4的气门传动制造10和滚子从动件1的制造方法与实施方式1不同。
即、参照图4～图7，实施方式4的轴12的制造方法的热处理工序可以采用与工序(S220)～(S260)相同的步骤实施，以代替实施方式1中的工序(S120)～(S160)。也就是说，在实施方式4中，在轴12的两端部不需要形成低硬度区域12C，因此，可以通过以与工序(S220)～(S260)相同的步骤实施热处理工序来制作轴12。
而且，在气门传动装置的制造方法的安装工序中，与实施方式1的情况相同，首先，辊环11和多个以与辊环11的辊环滚走面11A接触的形态配置的滚子13被插入至形成于摇臂2的一个端部2B侧的一对侧壁21之间。此后，另行准备好的固定环15被嵌入至轴12的槽部12E。
在此，固定环15的内径设定成比沿槽部12E的底壁的圆的直径稍大。此外，通过施加外力，固定环15沿槽部12E的底壁发生弹性变形。此后，以同时贯穿形成于一对侧壁21的每个侧壁上的贯穿孔21A且使轴滚走面12A与多个滚子13接触的形态插入轴12。此外，当轴12的槽部12E到达与贯穿孔21A的槽部21D相对的位置上时，利用弹性力使固定环15恢复成与最初形状相近，并与贯穿孔21A的槽部21D和轴12的槽部12E两者相嵌。藉此，轴12被固定于摇臂2上。
(实施方式5)
接着，对本发明的一实施方式的实施方式5进行说明。参照图1～图3和图13，实施方式5的气门传动装置10和滚子从动件1基本上具有与实施方式1的气门传动装置10和滚子从动件1相同的结构，同样地进行动作，并起到同样的效果。但是，在滚子从动件1的轴12与摇臂2所固定的区域的结构上，实施方式5的气门传动装置10和滚子从动件1与实施方式1不同。
即、参照图13，与实施方式1的情况不同，形成于摇臂2的一对侧壁21的贯穿孔21A中不形成锥形部21B，而是形成将形成于一个侧壁21的贯穿孔21A与摇臂2的一个端部2B侧的端面相连的圆筒状的第二贯穿孔21E。此外，在轴12上还形成有贯穿轴12侧壁的圆筒状的第二贯穿孔12F以与上述第二贯穿孔21E相对应。
此外，配置摇臂2和轴12以使侧壁21的第二贯穿孔21E的中心轴与轴12的第二贯穿孔12F的中心轴一致。而且，以从侧壁21的第二贯穿孔21E延伸至轴12的第二贯穿孔12F的形态插入圆筒状的固定销16，该固定销16具有与侧壁21的第二贯穿孔21E和轴12的第二贯穿孔12F的内径相对应的外径。藉此，轴12被固定于摇臂2上。
此外，实施方式5的气门传动装置10和滚子从动件1基本上能与实施方式1相同地进行制造。但是，在轴12的制造方法的热处理工序和气门传动制造的制造方法的安装工序上，实施方式5的气门传动制造10和滚子从动件1的制造方法与实施方式1不同。
即、参照图4～图7，实施方式5的轴12的制造方法的热处理工序可以采用与工序(S220)～(S260)相同的步骤实施，以代替实施方式1中的工序(S120)～(S160)。也就是说，在实施方式5中，在轴12的两端部不需要形成低硬度区域12C，因此，可以通过以与工序(S220)～(S260)相同的步骤实施热处理工序来制作轴12。
而且，在气门传动装置的制造方法的安装工序中，与实施方式1的情况相同，首先，辊环11和多个以与辊环11的辊环滚走面11A接触的形态配置的滚子13被插入至形成于摇臂2的一个端部2B侧的一对侧壁21之间。此后，以同时贯穿形成于一对侧壁21的每个侧壁上的贯穿孔21A且使轴滚走面12A与多个滚子13接触的形态插入轴12。此外，以从侧壁21的第二贯穿孔21E延伸至轴12的第二贯穿孔12F的形态插入固定销16。藉此，轴12被固定于摇臂2上。
(实施方式6)
接着，对本发明的一实施方式的实施方式6进行说明。参照图1～图3和图14，实施方式6的气门传动装置10和滚子从动件1基本上具有与实施方式1的气门传动装置10和滚子从动件1相同的结构，同样地进行动作，并起到同样的效果。但是，在滚子从动件1的轴12的结构上，实施方式6的气门传动装置10和滚子从动件1与实施方式1不同。
即、参照图14，与实施方式1的情况不同，滚子从动件1的轴12具有实心形状。此外，较为理想的是，距轴滚走面12A的硬度为58HRC以上的硬度的区域的厚度为与轴滚走面12A垂直的截面上的半径的1/3以下。藉此，容易使压缩应力残留在轴滚走面12A上，使轴滚走面12A上的龟裂的产生和扩大得以抑制，从而进一步提高滚子从动件1的耐久性。另外，实施方式6的气门传动装置10和滚子从动件1能与实施方式1相同地进行制造。
(实施方式7)
接着，对本发明的一实施方式的实施方式7进行说明。参照图1～图3和图15，实施方式7的气门传动装置10和滚子从动件1基本上具有与实施方式1的气门传动装置10和滚子从动件1相同的结构，同样地进行动作，并起到同样的效果。但是，在滚子从动件1的结构上，实施方式7的气门传动装置10和滚子从动件1与实施方式1不同。
参照图15，与实施方式1的情况不同，滚子从动件1不具有滚子13。也就是说，实施方式7的滚子从动件1为滑动轴承。
更具体而言，实施方式7的滚子从动件1包括作为外圈的圆环状的辊环11和贯穿辊环11的中空圆筒状的轴12。在轴12的外周面上形成有轴滑动面12G，在辊环11的内周面上形成有辊环滑动面11G以与轴滑动面12G相对(接触)。藉此，辊环11可相对于轴12保持成可自由旋转。
在此，参照图15，本实施方式的滚子从动件1包括：作为外圈的辊环11，该辊环11具有圆环状形状；以及轴12，该轴12以形成于外周面的轴滑动面12G与形成于辊环11的内周面的辊环滑动面11G相对的形态配置。
此外，辊环11和轴12中的至少任意一个，较为理想的是辊环11和轴12均是由钢(例如由JIS规格SUS440C、SKD11等)构成的钢构件，上述钢含有0.7质量％以上2.4质量％以下的碳和10.0％质量％以上20.0质量％以下的铬、且其余成分为铁和杂质，或者上述钢含有0.7质量％以上2.4质量％以下的碳和10.0％质量％以上20.0质量％以下的铬、还含选自3.5质量％以下的硅、1.25质量％以下的锰、2.5质量％以下的镍、10.0质量％以下的钼和5.2质量％以下的钒中的至少一种以上元素、且其余成分为铁和杂质。而且，在上述钢构件的滑动面(辊环滑动面11G和轴滑动面12G)上，含铁和铬中的至少任意一个以及碳的、面积为12.6μm2以上的碳化物以5.0％以上的面积率生成。
在本实施方式的滚子从动件1中，构成滚子从动件1的辊环11和轴12中的至少任意一个为具有上述适当成分组成的钢构件，且在滑动面(辊环滑动面11G和轴滑动面12G)上，面积为12.6μm2以上的大型碳化物以5.0％以上的面积率生成。其结果是，本实施方式的滚子从动件1使因烟灰粒子侵入引起的磨损所导致的损伤得以抑制，从而成为使耐久性充分提高的滚子从动件。
在此，在本实施方式的滚子从动件1中，辊环11和轴12中的至少任意一个为钢构件，较为理想的是，该钢构件的滑动面(辊环滑动面11G和轴滑动面12G)为具有58HRC以上的硬度。藉此，使滑动面(辊环滑动面11G和轴滑动面12G)的钢构件的耐磨损性提高，从而进一步提高滚子从动件1的耐久性。
此外，较为理想的是，为钢构件的辊环11和轴12的至少任意一个的距滑动面(辊环滑动面11G和轴滑动面12G)的厚度为50μm以内的区域(辊环滑动部11H和轴滑动部12H)为58HRC以上的硬度。藉此，使上述区域的耐磨损性得以提高，从而进一步提高滚子从动件1的耐久性。
而且，本实施方式的滚子从动件1的轴12为钢构件，且具有在轴向上有贯穿孔的中空形状。在此，较为理想的是，距轴滑动面12G的硬度为58HRC以上的硬度的区域的厚度为壁厚的1/3以下。藉此，容易使压缩应力残留在轴滑动面12G上，使轴滑动面12G上的龟裂的产生和扩大得以抑制，从而进一步提高滚子从动件1的耐久性。
另外，在上述实施方式7中，对轴12为中空形状的情况进行了说明，但与实施方式6的情况相同，轴12也可具有实心形状。此时，较为理想的是，距轴滑动面12G的硬度为58HRC以上的硬度的区域的厚度为与轴滑动面12G垂直的截面上的半径的1/3以下。藉此，容易使压缩应力残留在轴滑动面12G上，使轴滑动面12G上的龟裂的产生和扩大得以抑制，从而进一步提高滚子从动件1的耐久性。
此外，实施方式7的气门传动装置10和滚子从动件1除了省略了滚子13的制作和上述滚子13向滚子从动件1的组装之外，与实施方式1相同地进行制造。
(实施方式8)
接着，对本发明的一实施方式的实施方式8进行说明。参照图1～图3和图16，实施方式8的气门传动装置10具有与上述实施方式1的气门传动装置10基本相同的结构。但是，实施方式8的气门传动装置10在摇臂2的转动支点为摇臂2的一个端部2B这点上与实施方式1的气门传动装置10不同。
即、在实施方式8的气门传动装置10中，在摇臂2的一个端部2B侧形成有供枢轴(未图示)抵接的枢轴抵接部22。此外，摇臂2以枢轴抵接部22为支点保持成可自由转动。
接着，对实施方式8的气门传动装置10的动作进行说明。若凸轮5与凸轮轴5A一起以凸轮轴5A为轴进行旋转，则凸轮5与滚子从动件1的接触部距凸轮轴5A的距离呈周期性变化。因此，摇臂2以枢轴抵接部22为支点进行摆动。其结果是，使气门6往复运动，从而来打开、关闭发动机的进气门或排气门。
另外，实施方式8的滚子从动件1和气门传动装置10如上所述具有与实施方式1的滚子从动件1和气门传动装置10基本相同的结构，能通过相同的制造方法加以制造。
(实施方式9)
接着，对本发明的一实施方式的实施方式9进行说明。参照图1～图3和图17和图18，实施方式9的气门传动装置10具有与上述实施方式1的气门传动装置10基本相同的结构。但是，实施方式9的气门传动装置10没有在摇臂2上直接安装有滚子从动件1，而是在摇臂2与滚子从动件1之间夹设推杆90，并将滚子从动件1安装于推杆90上，在这点上与实施方式1的气门传动装置10不同。
即、在摇臂2的一个端部2B上通过调整螺钉80和连结构件81连结有具有棒状形状的推杆90，其中调整螺钉80被锁紧螺母82固定于摇臂2上。在作为保持构件的推杆90上，在与和摇臂2连结的那侧相反的一侧的端部上安装有滚子从动件1。此外，凸轮5以在外周面5B上与滚子从动件1的辊环11的外周面接触的形态配置。
接着，对实施方式9的气门传动装置10的动作进行说明。若凸轮5与凸轮轴5A一起以凸轮轴5A为轴进行旋转，则凸轮5与滚子从动件1的接触部距凸轮轴5A的距离呈周期性变化。因此，利用推杆90推动一个端部2B，从而摇臂2以摇臂轴3为支点摆动。其结果是，使气门6往复运动，从而来打开、关闭发动机的进气门或排气门。
另外，实施方式9的滚子从动件1和气门传动装置10如上所述具有与实施方式1的轴12和气门传动装置10基本相同的结构，能通过相同的制造方法加以制造。
在以上的实施方式1～9中，对于本发明的滚子从动件和气门传动装置例示了代表性的实施方式，但本发明的滚子从动件和气门传动装置不限定于此，还可以包括上述实施方式彼此之间的组合，从而以各种形态加以实施。
(实施方式10)
接着，对本发明的一实施方式的实施方式10进行说明。参照图19，实施方式10的高频淬火设备50包括：电源部51；与电源部51相连接的线圈52；以及配置于线圈52的轴向端部侧两侧的一对保持构件53。电源部51可对线圈52提供高频电流。线圈52因具有在轴向上贯穿的圆筒状的中空部52A而为圆环状形状。此外，在线圈52的中空部52A上的远离轴向两端的区域形成有扩径部52B，该扩径部52B是与轴向垂直的截面积比轴向两端的截面积大的区域。
保持构件53包括：端面保持部53A，该端面保持部53A具有圆盘状形状；以及外周面保持部53B，该外周面保持部53B沿端面保持部53A的外周面形成且从端面保持部53A朝与线圈52接近侧突出。上述外周面保持部53B呈中空圆筒状形状，其外周面沿着圆盘状的端面保持部53A的外周面形成。藉此，保持构件53为具有圆盘状形状且在一个主面侧上形成有中空圆筒状的凹部的形状。此外，一对保持构件53以夹有线圈52的中空部的形态相对配置。藉此，作为被处理物的具有圆筒状形状的轴构件60的外周面62以与线圈52的内周面相对的形态配置的状态下，保持构件53可以通过将轴构件的两端部嵌入上述圆筒状的凹部来保持轴构件60。
在此，通过预先将保持构件53的圆筒状凹部的形状制成与所欲保持的轴构件60的端部形状相对应的形状，从而保持构件53在端面保持部53A上与轴构件60的端面61整体接触，并且能在整周上和与端面61相连的外周面62的区域接触。
接着，参照图19和图20对实施方式10的凸轮从动件的轴的制造方法进行说明。参照图20，在实施方式10的凸轮从动件的轴的制造方法中，首先，实施作为工序(S310)的轴构件准备工序。在上述工序(S310)，参照图19，对含有0.7质量％以上2.4质量％以下的碳和10.0％质量％以上20.0质量％以下的铬、且其余成分为铁和杂质的钢、或者对含有0.7质量％以上2.4质量％以下的碳和10.0％质量％以上20.0质量％以下的铬、还含选自3.5质量％以下的硅、1.25质量％以下的锰、2.5质量％以下的镍、10.0质量％以下的钼和5.2质量％以下的钒中的至少一种以上元素、且其余成分为铁和杂质的钢，例如JIS规格SUS440C、SKD11等钢材实施锻造、车削等加工，从而准备具有中空圆筒状或实心圆筒状形状的轴构件60。
接着，实施作为工序(S320)的高频淬火工序。在该工序(S320)中，首先，通过保持构件53对轴构件60予以保持，并使轴构件60的外周面和与电源部51连接的线圈52的内周面相对。此外，维持上述状态，并且由电源部51对线圈52提供交流电流，从而对轴构件60进行感应加热。而且，通过冷却轴构件60，从而对轴构件60淬火硬化。在此，当对轴构件60进行感应加热时，保持构件53的端面保持部53A与轴构件60的端面61整体接触，并且保持构件53的外周面保持部53B在整周上与轴构件60的端部的外周面62接触。藉此，轴构件60中欲成为滚走面或滑动面的外周面62的区域被感应加热至A1变态点(AC1变态点)以上的温度，并且轴构件60的端面61和与端面61相连的外周面62的端部区域的热流出至保持构件53，并维持在不足可淬火的温度。其结果是，通过在上述加热后将轴构件60急速冷却，从而对所欲成为滚走面或滑动面的区域淬火硬化来施加充分的耐久性，并且所欲进行铆接加工的端部的区域不进行淬火硬化而是维持在可进行铆接加工的硬度。
接着，参照图20，分别实施作为工序(S330)、(S340)、(S350)、(S360)和(S370)的第一回火工序、低温工序、第二回火工序、低温氮化工序和精加工工序。上述工序(S330)～(S370)可与上述实施方式1的工序(S130)～(S170)相同地进行实施。此外，实施了以上工序的轴构件60例如以与实施方式1的气门传动装置10的制造方法中的向摇臂2的安装相同的步骤来对轴构件60的端部进行铆接加工，从而安装于其他构件上。通过以上工序，完成本实施方式中的凸轮从动件的轴的制造方法。
如上所述，在采用使用本实施方式的高频淬火设备50的热处理方法的凸轮从动件的轴的制造方法中，在作为工序(S320)加以实施的高频淬火工序中，对轴构件的欲成为滚走面或滑动面的区域进行淬火硬化来施加充分的耐久性，并且所欲进行铆接加工的端部的区域不进行淬火硬化而维持在可进行铆接加工的硬度。其结果是，根据本实施方式的凸轮从动件的轴的制造方法，可以制造确保端部的充分的加工性且充分提高了耐久性的滚子从动件的轴。
而且，在本实施方式中，在工序(S320)中，保持构件53的端面保持部53A与轴构件60的端面61整体接触，并且保持构件53的外周面保持部53B在整周上与轴构件60的端部的外周面62接触。藉此，由于能将热从与保持构件53接触的轴构件60的外周面的整周高效地释放至保持构件53，因此，能更可靠地将轴构件的端部维持在可进行铆接加工的硬度。
此外，在本实施方式中，在线圈52的中空部52A形成有扩径部52B。此外，在工序(S320)中，轴构件60以其外周面62的远离轴向两端的区域与扩径部52B相对的形态保持于保持构件53，并且实施感应加热。藉此，在轴构件60的外周面62上，与离端部近的区域相比，轴向中央部与线圈的距离增大，因此，能抑制轴构件60在轴向上的加热不均匀的产生。
而且，在上述实施方式中，较为理想的是，工序(S320)重复实施两次以上。也就是说，较为理想的是，实施了工序(S310)之后，在实施工序(S330)之前，实施多次工序(S320)。藉此，能更可靠地对轴构件60中的所欲成为滚走面或滑动面的区域进行充分地淬火硬化。
此外，在上述实施方式中，较为理想的是，在工序(S310)中，准备轴向上的长度比在进行铆接加工之前已被淬火硬化的轴构件60的轴向上的所需尺寸大的轴构件60。藉此，能将工序(S320)中轴构件60的轴向上的收缩抵消。尤其是，在重复实施两次以上工序(S320)的情况下，由于工序(S320)中的上述收缩的量增大，因此，较为理想的是准备更长的轴构件60。
(实施方式11)
接着，对本发明的一实施方式的实施方式11进行说明。参照图21，实施方式11的高频淬火设备50基本上具有与上述实施方式10的高频淬火设备50相同的结构，同样地进行动作，并起到同样的效果。但是，实施方式11的高频淬火设备50在线圈52的结构上与实施方式1的情况不同。
即、在实施方式11的高频淬火设备50的线圈52的中空部52A上形成有在轴向上排列的多个(在本实施方式中为两个)扩径部52B。参照图19，当实施方式10的扩径部52B的轴向上的长度增大的情况下，根据构成轴构件60的钢的成分组成等的不同，淬火硬化后的外周面62的轴向上的硬度会产生很大的偏差。具体而言，在外周面62的轴向上，形成多个(例如两个)硬度大(或是淬火深度深)的区域，这些区域之间的区域的硬度低(或是淬火深度浅)，即硬化层图案为双峰形状。当在这种情况下，如本实施方式那样通过扩径部52B在轴向上分割多个，从而能抑制上述偏差。另外，使用实施方式11的高频淬火设备50的轴构件的热处理方法和轴的制造方法能与实施方式10同样地进行实施。
此外，在上述实施方式10和实施方式11中所说明的高频淬火设备、轴构件的热处理方法和轴的制造方法适用于需要将外周面硬化且将端部的加工性维持在规定的硬度以下的各种轴的制造中，也可以有利地适用于尤其是上述实施方式1～实施方式9中所说明的滚子从动件的轴中对端部进行铆接加工的轴的制造中。
在上述实施方式10和实施方式11中，对在线圈52的中空部52A形成有扩径部52B的情况进行了说明，但本发明不限定于上述结构，还可以采用未形成有扩径部52B的线圈52。
另外，在上述实施方式10和实施方式11中，为了对轴构件实施适当的淬火硬化，需要进行实施淬火时的条件的适当化。作为用于实施上述适当化的要素，例如有提供至线圈的电流(或功率)的大小和时间确定的加热模式、淬火回数、线圈与轴构件的位置关系、线圈形状、保持构件的形状等。表1表示在改变了这些要素的情况下所得到的结果和该结果所表示的优点及缺点。
表1
Figure BPA00001206412300411
如表1所示，用于实施淬火条件适当化的各要素均具有优点和缺点。因此，当在实际中实施轴构件的淬火硬化处理时，通过考虑上述优点和缺点、以及所欲处理的轴构件的成分组成和所需的硬化层图案等，从而能使淬火条件适当化。
(实施例1)
以下，对本发明的实施例1进行说明。进行确认构成本发明的滚子从动件的轴(内圈)的耐久性的实验。实验的步骤如下所述。
首先，对作为试验对象的滚子从动件的轴的制作方法进行说明。作为本发明的实施例，采用JIS规格SKD11(实施例A)和SUS440C(实施例B)作为原材料，利用与实施方式1的辊环11和滚子13的制造方法相同的制造方法来制作外径为8mm、长度为18mm的实心圆筒状的试验片(滚子从动件的轴)。
在热处理工序中，参照图7，对于采用SKD11作为原材料的实施例A的试验片，将温度T6设为1020℃、时间t6设为5分钟、温度T7设为170℃、时间t7设为2小时，省略低温工序、第二回火工序和低温氮化工序。另一方面，对于采用SUS440C作为原材料的实施例B的试验片，将温度T6设为1060℃、时间t6设为5分钟、在省略了第一回火工序的基础上，将温度T8设为-65℃、时间t8设为1.5小时、温度T9设为150℃、时间t9设为2小时，省略低温氮化工序。
而且，作为本发明范围外的比较例，采用一般作为以往的滚子从动件的轴的原材料被采用的JIS规格SUJ2来作为原材料，利用与实施方式1的轴12的制造方法相同的制造方法来制作具有与上述实施例相同形状的试验片。在热处理工序中，参照图5，将温度T1设为950℃、温度T2设为180℃、时间t2设为2小时，不实施低温工序、第二回火工序和低温氮化工序。
此外，对于所得到的实施例和比较例的试验片，确认碳化物的形成状态和表层部的硬度。碳化物的面积率可如下所述计算得到。首先，将上述试验片沿与外周面垂直的截面切断，对该截面进行研磨。此后，在用硝酸酒精溶液或王水腐蚀上述截面之后，使用电子显微镜(SEM)拍摄上述截面的包括表面的区域的照片。拍摄视界为120μm×100μm的长方形区域。此外，利用图像分析软件对上述照片的图像进行分析，并计算出面积为12.6μm2以上的碳化物的面积率。此外，表层部的硬度是将上述试验片沿与外周面垂直的截面切断，在将上述截面研磨之后，利用硬度计测定距外周面的距离为0.05mm的三个位置上的硬度，并计算出它们的平均值。表2表示碳化物的面积率和硬度的测定结果。
表2
Figure BPA00001206412300431
参照表2，实施例的试验片的表层部的硬度与比较例的试验片同等或是比比较例的试验片低。另一方面，在实施例的试验片的表面(滚走面)上，面积为12.6μm2以上的碳化物以5.0％以上的面积率生成，而在比较例的试验片的表面(滚走面)上，无法观察到面积为12.6μm2以上的碳化物。另外，在比较例的试验片的表面上，在上述结果中，面积为比12.6μm2小的4μm2程度以下的碳化物以30％左右的面积率形成。
另外，对确认上述试验片的耐久性的试验的试验方法进行说明。上述试验片的耐久性是采用可通过将轴(内圈)固定、使外圈(辊环)旋转以对轴的耐久性进行测试的套式径向试验器来实施的。
首先，对套式径向试验器的结构进行说明。参照图22，套式径向试验器40包括：转轴41，该转轴41与未图示的动力源连接；圆盘状的驱动辊42，该驱动辊42的包含中心的区域被转轴41贯穿并可与转轴41一体旋转；以及一对轴承45，这一对轴承45将转轴41支持成可绕轴线自由旋转。
此外，配置有圆环状的外圈43并使其在外周面上与驱动辊42的外周面42A接触，并配置多个滚子44并使它们在外周面上与外圈43的内周面接触。外圈43和滚子44由经淬火硬化后的JIS规格SUJ2构成。而且，以贯穿外圈43、且在作为外周面的滚走面上与滚子44接触的形态配置作为试验片的滚子从动件的轴12。此外，以与从外圈43突出的轴12的两侧接触的形态配置载重传递构件46。其结果是，通过对上述载重传递构件46负载载重P，从而使轴12被载重P按压于滚子44。而且，套式径向试验器40包括筒形加热器47，利用上述筒形加热器47，就能对作为润滑剂的油的温度进行控制。
接着，对套式径向试验器40的动作进行说明。若利用未图示的动力源使转轴41绕轴线旋转，则驱动辊42与转轴41一体旋转。接着，驱动辊42驱动而使外圈43旋转。其结果是，滚子44在滚子从动件的轴12的滚走面(外周面)上滚走。此外，通过筒形加热器47来控制作为润滑剂的油的温度。在此，若载重P通过载重传递构件46传递至轴12，则轴12以被固定的状态按压于滚子44。藉此，在轴12上，被按压于滚子44的区域(驱动辊42的面朝外周面42A侧的区域)为负载区域(受到载重P的区域)。另一方面，由于滚子44和外圈43绕轴12旋转，因此滚走面(滚子44的外周面和外圈43的内周面)整体为负载区域。其结果是，负载区域限定于狭小范围的轴12被在比滚子44和外圈43更严峻的条件下试验，从而可研究在所需的油温下的轴12的耐久性。
接着，对试验条件进行说明。所负载的载重P设定为由轴12、滚子44和外圈43构成的试验轴承的基本运动额定载重的10％，外圈43的转速设定为2200转/分钟。对润滑油采用如下润滑油：通过在CD级10W-30柴油发动机用油中投入炭黑粉末后进行搅拌，以相对于上述油和炭黑总量的16质量％的炭黑粉末不会沉降的形态分散而成的润滑油。这种炭黑粉末是模仿在滚子从动件的使用条件下侵入滚子从动件内部的烟灰粒子。此外，油温设为100℃，试验时间设定60小时。而且，润滑用油浴润滑，试验轴承的轴心以下的区域为在油中浸渍的状态。此外，60小时的试验时间结束之后，将轴12从套式径向试验器40取出，通过测定外周面(滚走面)上的磨损深度且利用SEM观察上述外周面(滚走面)的状态，从而研究滚走面的磨损状态。
接着，对实验结果进行说明。首先，对磨损深度的测定结果进行说明。在图23中，纵轴表示磨损深度，并同时表示比较例、实施例A和实施例B的磨损深度的最大值(Max.)、最小值(Min.)和平均值(Ave.)。另外，磨损深度的计算如下所述进行。首先，在比较例、实施例A和实施例B中，分别准备15个在上述试验结束后的试验片(轴)，采用表面粗糙度测定装置进行沿试验后的轴的轴向方向上的表面高度的测定。从上述测定结果中，研究滚走面与滚走面以外区域的高度差的最大值，并记录作为磨损深度。此外，计算出15个试验片各自的磨损深度的最大值(Max.)、最小值(Min.)和平均值(Ave.)。
参照图23，虽然实施例A和实施例B的表面硬度为在比较例的同等以下，但实施例A和实施例B的试验片的磨损深度与比较例的试验片相比大幅减少。更具体而言，实施例的磨损深度的平均值被抑制到比较例的1/7程度。由此确认，构成本发明的滚子从动件的轴的耐久性与以往的轴相比得到了大幅提升。
接着，对轴的外周面(滚走面)上的磨损状态进行说明。参照图24～图35，可知在试验后的轴的外周面上，在试验前存在的研磨痕迹消失，并且形成了多个凹陷。通过上述凹陷与在试验时被混入油中的炭黑粉末的粒径相对应这点，可以认为上述凹陷是由炭黑粉末形成的磨损痕迹或是压痕。由此可以认为，当在润滑油中混入有作为与炭黑粉末相同硬质的碳粒子的烟灰粒子的情况下，因上述烟灰粒子会引起轴的磨损。此外，在试验后的SEM照片中可知，与周围相比，在深色区域内被认为是由炭黑粉末形成的磨损痕迹或是压痕较少。
另一方面，参照图36～图41可知，与上述周围相比，在包含于深色区域的点A和点B上比在其他区域的点C和点D存在更多的铬(Cr)、钼(Mo)、钒(V)等碳化物形成元素。也就是说，上述区域被认为是形成有碳化物的区域。因此，在上述区域内，若考虑如上所述磨损痕迹或是压痕少的情况，则在作为本发明的滚子从动件的轴的实施例的轴中，由于存在有硬度比原材料高的碳化物，因此认为该轴是抑制了因炭黑粉末而引起的磨损且耐久性得以提高的轴。与此相对的是，在作为比较例的SUJ2制的轴中，虽然存在有碳化物，但由于该碳化物的大小不够，更具体而言，由于没有充分存在有面积为12.6μm2以上的碳化物，因此认为该轴是没有抑制因炭黑粉末而引起的磨损且耐久性没有提高的轴。
通过以上实验结果可以确认，根据本发明的滚子从动件，可以提供一种在将烟灰粒子混入润滑油中的环境下耐久性优异的滚子从动件。
(实施例2)
以下，对本发明的实施例2进行说明。在采用本发明的高频淬火设备的轴构件的淬火硬化处理中，进行对淬火条件进行适当化的实验。实验的步骤如下所述。
首先，作为轴构件的试验片，准备直径为10mm、高度为20mm的圆筒形状的构件。作为构成试验片的钢，采用JIS规格SKD11和SUS440C。此外，在外周面的轴向上，将所欲施加到轴构件的目标的硬化层图案如下所述进行设定：在距端面1mm、距表面0.05mm位置上的硬度为HRC30以下，在距端面3mm、距表面0.05mm位置上的硬度为HRC55以上且作为HV550以上的硬化深度为0.5mm以上，在距端面10mm、距表面0.05mm的位置上的硬度为HRC58以上且作为HV550以上的硬化深度为0.7mm以上。此外，作为实验所使用的高频淬火设备，采用基于图19所说明的高频淬火设备50。
图42表示在实施例2中所采用的加热模式。在图42中，横轴表示时间，越往右表示时间经过越长。此外，在图42中，左侧的纵轴表示轴构件的加热温度，越往上表示温度越高。而且，在图42中，右侧的纵轴表示线圈所流过的电流值，越往上表示电流值越大。此外，在图中，实线表示轴构件外周面的中央部上的表面温度、粗虚线表示线圈所流过的电流值。
参照图42和图19，在本实施例中，按照以下步骤进行试验片的淬火处理。即、在时间t0时，开始轴构件60(试验片)的绕轴线旋转，在时间t1时，对线圈52通过电流I1。在此，被通电至线圈52的电流在一直到时间t2为止为固定的电流I1。藉此，试验片的温度持续上升到时间t2为止，在时间t2时到达温度T1。此后，在时间t2时，电流为0而结束试验片的加热，并且从时间t3至t4(5秒钟)每隔时滞(0.5秒)将水喷到试验片上来对试验片进行冷却。此外，根据需要，反复多次进行上述淬火处理。此外，改变试验片的加热温度、加热时间、线圈形状、淬火次数等，从而得出适当的淬火条件。
接着，根据上述步骤，说明对由SKD11构成的试验片改变加热温度(温度T1)时的淬火处理次数(淬火次数)与处理结束后的试验片的硬度的关系进行研究的实验结果。在图43和图44中，横轴表示淬火次数，纵轴表示硬度。在此，参照图42，加热温度是指温度T1、加热时间是指从时间t1到时间t2的期间。此外，硬度是指对轴构件的外周面的轴向上的中央部进行测定的硬度。
参照图43，在希望进行只对轴构件的表面进行淬火硬化的表面淬火的、加热时间为0.9秒的条件下，当加热温度为1055℃时，必须增加淬火次数才能使硬度上升，淬火11次才能得到HRC64程度的硬度。此外，即使将加热温度设为1114℃的情况下，为了得到足够的硬度，也需要进行两次以上淬火，通过3～8次淬火就能得到HRC62以上的高硬度。另一方面，若使加热温度上升至1145℃，则结果随着淬火次数增加会使硬度降低。可以认为，这是由于若加热温度过低则钢中的铁和铬的碳化物很难向原材料熔入，为了得到高硬度而需要非常多的淬火次数，而若加热温度过高则因残留奥氏体量的增大使硬度降低。即、SKD11的淬火品质对淬火温度和加热时间非常灵敏。
另一方面，参照图44，在希望进行对轴构件整体进行淬火硬化的整体淬火的、加热时间为5秒的条件下，当加热时间为1090℃时，用一次淬火就能得到足够的硬度，增加淬火次数反而会使硬度降低。此外，若使淬火温度上升至1110℃，则硬度与1090℃时的硬度相比降低。
根据以上结果可知，当希望进行表面淬火的情况下，若淬火次数超过5次，则考虑到很难应用于实际的生产工序中，将加热温度设定为1114℃～1145℃比较合适，而当希望进行整体淬火的情况下，将加热温度设定为1090℃以下比较合适。此外，可以认为，当加热时间为0.9秒与5秒之间的情况下，加热温度设定为1090～1114℃左右比较合适。
接着，与SKD11的情况同样地说明对由SUS440C构成的试验片改变加热温度时的淬火处理次数(淬火次数)与处理结束后的试验片的硬度的关系进行研究的实验结果。在图45中，横轴表示淬火次数，纵轴表示硬度。
参照图45，当加热温度为1300℃时，不管淬火次数多少，均无法得到足够的硬度。此外，即使加热温度为1215℃时，硬度稍显不足，并且若增加淬火次数则会使硬度进一步降低。另一方面，当加热温度为1120℃～1187℃的情况下，淬火5次以下就能得到足够的硬度。由此可知，当希望进行表面淬火的情况下，加热温度设为1120℃～1187℃比较合适。
接着，对由SKD11构成的试验片(轴构件)，在被认为上述实验的结果合适的加热温度为1090℃～1114℃的条件下，改变加热时间、线圈形状等，从而进行形成目标的硬化层图案的尝试实验。实验条件示于表3中。
表3
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参照表3，首先，在加热时间为3秒、电流值为390A的条件下实施试验片的淬火硬化处理(表3的条件A)。其结果是，可知在上述条件下，在试验片的轴向中央部不构成表面淬火，而是硬化至中心部。此外可知，所欲成为滚走面的试验片外周面的轴向中央部与距端面3mm的位置之间的硬度差大，仍有改善的余地。此外，这种倾向在将淬火次数增加至3次的情况下仍相同。
因此，为了降低上述硬度差，在增加扩径部的轴向长度和深度的条件下实施淬火硬化处理(表3的条件B)。其结果是，虽然上述硬度差减少，但不能说足够，仍有进一步改善的余地。
接着，在维持线圈形状的状态下，通过增加电流值、降低加热时间来实施高温且短时间的处理(表3的条件C)。但是，结果是上述硬度差未能充分减少，轴向中央部的表面硬度仍为不能说足够。
而且，在以增大扩径部的轴向长度的方式改变线圈形状的状态下，进行改变加热时间和加热温度的处理(表3的条件D～条件G)。但是，无法完全满足上述目标的硬化层图案。此外可知，在上述条件下，硬化层图案为双峰形。
在此，图46和图47的照片是将淬火硬化处理后的试验片在沿含轴的截面切断之后，对切断面进行研磨，并通过利用腐蚀液对研磨好的切断面进行腐蚀从而使其可视化的硬化层图案的照片。
参照图46和图47，若形成于线圈的扩径部的轴向的长度过大，则硬化层图案会如图47所示的区域71那样为双峰形。这是由于试验片外周面的轴向中央部的加热温度比夹住该中央部的区域低。当这种硬化层图案被施加在轴构件上、例如用作滚子从动件的轴的情况下，则可能会使耐久性不充分。因此，较为理想的是，消除双峰形的硬化层图案。
因此，为了消除双峰形的硬化层图案，采用在上述实施方式11中基于图21所说明的高频淬火设备实施相同的试验片的淬火硬化处理。如上所述，在上述高频淬火设备中，扩径部52B在轴向上被分割成两个。采用上述高频淬火设备，在表4所示的条件下对由SKD11构成的试验片实施淬火硬化处理。另外，参照图21，由于从上述实验结果可知保持构件53的外周面保持部53B的距端面保持部53A的突出高度(保持构件对轴构件的抓紧量)为轴构件所欲回避淬火硬化的区域的距端面的宽度以下较为理想，因此，将保持构件53的外周面保持部53B距端面保持部53A的突出高度设为1mm。此外，对扩径部52B，在轴向上排列配置两个轴向长度为4mm的扩径部52B，并且将在上述两个扩径部52B之间未形成有扩径部52B的区域配置为3mm。
表4
其结果是，可知在表4的条件A和条件F下，可得到所欲施加至上述轴构件的目标的硬化层图案。图48的照片是按与上述图46和图47相同的步骤进行拍摄的照片。参照图48，在试验片的截面上确认在轴向端部(照片中的相对于左右端部)存在非硬化区域，并且在轴向中央部形成有越朝向端部深度越浅的硬化层。
此外，研究了在表4的条件A下被淬火硬化的试验片外周面附近的轴向中央部上的残留应力的分布。在图49和图50中，在残留应力中，拉伸应力表示为正，压缩应力表示为负。
参照图49和图50，在表4的条件A下被淬火硬化的试验片的外周面表层部上，不管回火温度高低，均残留有100MPa程度的压缩应力。由于表层部上的残留压缩应力具有抑制表层部上龟裂的产生和扩大的效果，因此，可以说试验片的表层部被淬火硬化为较为理想的状态。
在此，若将表4的条件A与条件F进行比较，则由于条件F的淬火次数比条件A少，因此可以有利于成本降低。另一方面，条件A与条件F相比能在除端部之外的区域得到高硬度。由此可知，在实际的处理条件的确定中，考虑所允许的成本和所要求的特性，可以选择条件A或条件F。
另一方面，即使对由SUS440C构成的试验片，也采用具有与上述实施方式11相同的结构的高频淬火设备来在表5所示的条件下进行淬火硬化处理。
表5
其结果是，可知在表5的条件F下，可得到所欲施加至上述轴构件的目标的硬化层图案。此外，研究了在表5的条件F下被淬火硬化的试验片外周面附近的轴向中央部上的残留应力的分布。在图51中，在残留应力中，拉伸应力表示为正，压缩应力表示为负。
参照图51，在表5的条件F下被淬火硬化的试验片的外周面表层部上残留有100MPa程度的压缩应力。因此，可以说试验片的表层部被淬火硬化为较为理想的状态。另外，对与SKD11的情况同样地改变回火温度的情况进行研究，确认了不管回火温度高低，均残留有同等的压缩应力。
根据以上步骤，能对采用本发明的高频淬火设备的轴构件的淬火硬化处理中的淬火条件进行适当化。
(实施例3)
以下，对本发明的实施例3进行说明。进行对在采用本发明的高频淬火设备的轴构件的淬火硬化处理中的轴构件的尺寸变化进行研究的实验。实验的步骤如下所述。
首先，作为试验片，准备直径为10mm、高度为20mm的圆筒形状的构件。作为构成试验片的钢，采用JIS规格SKD11和SUS440C。此外，对于由SKD11构成的试验片，以加热时间为0.9秒且加热温度为1055℃～1145℃的条件、或加热时间为5秒且加热温度为1090℃～1110℃的条件，对于由SUS440C构成的试验片，以加热时间为3秒且加热温度为1100℃～1300℃的条件，对试验片实施1～11次的淬火处理，并进行对处理后的试验片的高度进行测定的实验。
在图52和图53中，横轴表示淬火次数，纵轴表示淬火处理后的试验片的高度。此外，图中的直线为由尺寸的测定数据得到的近似直线。
参照图52和图53，在SKD11和SUS440C中的任意一种情况下，试验片的轴向尺寸随着淬火次数增加而直线减少。由此，考虑淬火硬化处理而引起的尺寸变化(轴向上的收缩)，可以说在采用本发明的轴构件的淬火方法的轴的制造方法中，较为理想的是，在准备轴构件的工序中准备长度比进行塑性加工(铆接加工)之前的被淬火硬化后的轴构件的轴向上的所需尺寸大的轴构件。尤其是，在实施多次淬火硬化处理的情况下，考虑上述尺寸变化而准备淬火前的轴构件是重要的。
本次所公开的实施方式和实施例在所有点上为例示，不应当认为是对本发明作出了限制。本发明的范围是由权利要求书来表示的而不是由上述说明来表示的，本发明的范围包括与权利要求书等同的意思和范围内的所有变更。
工业上的可利用性
本发明的滚子从动件和气门传动装置能特别有利地应用于夹设在用于打开、关闭发动机的气门的摇臂与凸轮之间、并与凸轮接触配置的滚子从动件和包括该滚子从动件的气门传动装置中。此外，本发明的轴以及高频淬火设备、轴构件的热处理方法和轴的制造方法能特别有利地应用于用作滚子从动件的轴的轴和用于制造上述轴的高频淬火设备、轴构件的热处理方法、轴的制造方法中。

Claims (39)

1.一种滚子从动件(1)，其夹设在用于打开、关闭发动机的气门(6)的摇臂(2)与凸轮(5)之间、且与所述凸轮(5)接触配置，其特征在于，包括：
外圈(11)，该外圈(11)具有圆环状形状；
轴(12)，该轴(12)以形成于外周面的滚走面(12A)与形成于所述外圈(11)的内周面的滚走面(11A)相对的形态配置；以及
多个滚动体(13)，这些滚动体(13)以形成于外周面的滚走面(13A)与所述外圈(11)和所述轴(12)的滚走面(11A、12A)接触的形态配置在圆环状的轨道上，
所述外圈(11)、所述轴(12)和所述滚动体(13)的至少任意一个是由含有0.7质量％以上2.4质量％以下的碳和10.0质量％以上20.0质量％以下的铬、且其余成分为铁和杂质的钢构成的钢构件(11、12、13)，
在所述钢构件(11、12、13)的所述滚走面(11A、12A、13A)上，含铁和铬中的至少任意一个以及碳的、面积为12.6μm2以上的碳化物以5.0％以上的面积率生成。
2.一种滚子从动件(1)，其夹设在用于打开、关闭发动机的气门(6)的摇臂(2)与凸轮(5)之间、且与所述凸轮(5)接触配置，其特征在于，包括：
外圈(11)，该外圈(11)具有圆环状形状；
轴(12)，该轴(12)以形成于外周面的滚走面(12A)与形成于所述外圈(11)的内周面的滚走面(11A)相对的形态配置；以及
多个滚动体(13)，这些滚动体(13)以形成于外周面的滚走面(13A)与所述外圈(11)和所述轴(12)的滚走面(11A、12A)接触的形态配置在圆环状的轨道上，
所述外圈(11)、所述轴(12)和所述滚动体(13)的至少任意一个是由含有0.7质量％以上2.4质量％以下的碳和10.0质量％以上20.0质量％以下的铬、还含选自3.5质量％以下的硅、1.25质量％以下的锰、2.5质量％以下的镍、10.0质量％以下的钼和5.2质量％以下的钒中的至少一种以上的元素、且其余成分为铁和杂质的钢构成的钢构件(11、12、13)，
在所述钢构件(11、12、13)的所述滚走面(11A、12A、13A)上，含铁和铬中的至少任意一个以及碳的、面积为12.6μm2以上的碳化物以5.0％以上的面积率生成。
3.如权利要求2所述的滚子从动件(1)，其特征在于，所述钢构件(11、12、13)的所述滚走面(11A、12A、13A)具有58HRC以上的硬度。
4.如权利要求2所述的滚子从动件(1)，其特征在于，所述钢构件(11、12、13)的距所述滚走面(11A、12A、13A)厚度为50μm以内的区域为58HRC以上的硬度。
5.如权利要求3所述的滚子从动件(1)，其特征在于，
所述轴(12)是所述钢构件(12)，并具有在轴向上有贯穿孔的中空形状，
所述轴(12)的58HRC以上硬度的区域的距所述滚走面(12A)的厚度为壁厚的1/3以下。
6.如权利要求3所述的滚子从动件(1)，其特征在于，
所述轴(12)是所述钢构件(12)，并具有实心形状，
所述轴(12)的58HRC以上硬度的区域的距所述滚走面(12A)的厚度为与所述滚走面(12A)垂直的截面上的半径的1/3以下。
7.如权利要求2所述的滚子从动件，其特征在于，所述发动机是柴油发动机或直喷汽油发动机。
8.一种气门传动装置(10)，其通过使摇臂(2)动作，用于打开、关闭发动机的气门，其特征在于，包括：
如权利要求2所述的滚子从动件(1)；以及
对所述滚子从动件(1)予以保持的保持构件(2)，
所述滚子从动件(1)通过对所述轴(12)的端部进行塑性变形而形成的铆接部(12C)固定于所述保持构件(2)上。
9.如权利要求8所述的气门传动装置(10)，其特征在于，所述铆接部(12C)具有35HRC以下的硬度。
10.如权利要求8所述的气门传动装置(10)，其特征在于，所述铆接部(12C)形成在距所述轴(12)的端部沿轴向1mm以上的区域内。
11.一种滚子从动件(1)，其夹设在用于打开、关闭发动机的气门(6)的摇臂(2)与凸轮(5)之间、且与所述凸轮(5)接触配置，其特征在于，包括：
外圈(11)，该外圈(11)具有圆环状形状；以及
轴(12)，该轴(12)以形成于外周面的滑动面(12G)与形成于所述外圈(11)的内周面的滑动面(11G)相对的形态配置，
所述外圈(11)和所述轴(12)的至少任意一个是由含有0.7质量％以上2.4质量％以下的碳和10.0质量％以上20.0质量％以下的铬、且其余成分为铁和杂质的钢构成的钢构件(11、12)，
在所述钢构件(11、12)的所述滑动面(11G、12G)上，含铁和铬中的至少任意一个以及碳的、面积为12.6μm2以上的碳化物以5.0％以上的面积率生成。
12.一种滚子从动件(1)，其夹设在用于打开、关闭发动机的气门(6)的摇臂(2)与凸轮(5)之间、且与所述凸轮(5)接触配置，其特征在于，包括：
外圈(11)，该外圈(11)具有圆环状形状；以及
轴(12)，该轴(12)以形成于外周面的滑动面(12G)与形成于所述外圈(11)的内周面的滑动面(11G)相对的形态配置，
所述外圈(11)和所述轴(12)的至少任意一个是由含有0.7质量％以上2.4质量％以下的碳和10.0质量％以上20.0质量％以下的铬、还含选自3.5质量％以下的硅、1.25质量％以下的锰、2.5质量％以下的镍、10.0质量％以下的钼和5.2质量％以下的钒中的至少一种以上的元素、且其余成分为铁和杂质的钢构成的钢构件(11、12)，
在所述钢构件(11、12)的所述滑动面(11G、12G)上，含铁和铬中的至少任意一个以及碳的、面积为12.6μm2以上的碳化物以5.0％以上的面积率生成。
13.如权利要求12所述的滚子从动件(1)，其特征在于，所述钢构件(11、12)的所述滑动面(11G、12G)具有58HRC以上的硬度。
14.如权利要求12所述的滚子从动件(1)，其特征在于，所述钢构件(11、12)的距所述滑动面(11G、12G)厚度为50μm以内的区域为58HRC以上的硬度。
15.如权利要求13所述的滚子从动件(1)，其特征在于，
所述轴(12)是所述钢构件(12)，并具有在轴向上有贯穿孔的中空形状，
所述轴(12)的58HRC以上硬度的区域的距所述滑动面(12G)的厚度为壁厚的1/3以下。
16.如权利要求13所述的滚子从动件(1)，其特征在于，
所述轴(12)是所述钢构件(12)，并具有实心形状，
所述轴(12)的58HRC以上硬度的区域的距所述滑动面(12G)的厚度为与所述滑动面(12G)垂直的截面上的半径的1/3以下。
17.如权利要求12所述的滚子从动件(1)，其特征在于，所述发动机是柴油发动机或直喷汽油发动机。
18.一种气门传动装置(10)，其通过使摇臂(2)动作，用于打开、关闭发动机的气门(6)，其特征在于，包括：
如权利要求12所述的滚子从动件(1)；以及
对所述滚子从动件(1)予以保持的保持构件(2)，
所述滚子从动件(1)通过对所述轴(12)的端部进行塑性变形而形成的铆接部(12C)固定于所述保持构件(2)上。
19.如权利要求18所述的气门传动装置(10)，其特征在于，所述铆接部(12C)具有35HRC以下的硬度。
20.如权利要求18所述的气门传动装置(10)，其特征在于，所述铆接部(12C)形成在距所述轴(12)的端部沿轴向1mm以上的区域内。
21.一种高频淬火设备(50)，其是由钢构成的轴构件(60)的高频淬火设备(50)，其特征在于，包括：
电源部(51)；
线圈(52)，该线圈(52)与所述电源部(51)连接；以及
保持构件(53)，该保持构件(53)配置于所述线圈(52)的轴向端部侧，
所述保持构件(53)包括：
端面保持部(53A)，该端面保持部(53A)对所述轴构件(60)的端面(61)予以保持；以及
外周面保持部(53B)，该外周面保持部(53B)从所述端面保持部(53A)朝与所述线圈(52)接近的一侧突出，并对所述轴构件(60)的外周面(62)予以保持。
22.如权利要求21所述的高频淬火设备(50)，其特征在于，所述外周面保持部(53B)以在整周上与所述轴构件(60)的外周面(62)接触的形态对所述轴构件(60)的外周面(62)予以保持。
23.如权利要求21所述的高频淬火设备(50)，其特征在于，
所述线圈(52)具有将所述线圈(52)在轴向上贯穿的中空部(52A)，
在所述中空部(52A)上的远离轴向两端的区域形成有扩径部(52B)，该扩径部(52B)是与轴向垂直的截面积比轴向两端的截面积大的区域。
24.一种轴构件(60)的热处理方法，其特征在于，包括：
准备由含有0.7质量％以上2.4质量％以下的碳和10.0质量％以上20.0质量％以下的铬、且其余成分为铁和杂质的钢构成的轴构件(60)的工序(S310)；以及
利用保持构件(53)保持所述轴构件(60)并使所述轴构件(60)的外周面(62)和与电源(51)连接的线圈(52)的内周面相对，并且在通过从所述电源(51)对所述线圈(52)供给交流电来对所述轴构件(60)感应加热之后，通过冷却所述轴构件(60)来对所述轴构件(60)进行淬火硬化的工序(S320)，
在对所述轴构件(60)进行淬火硬化的工序(S320)中，所述轴构件(60)的端面(61)和与所述端面(61)相连的外周面(62)的区域即外周面端部区域在与所述保持构件(53)接触的状态下被感应加热。
25.如权利要求24所述的轴构件(60)的热处理方法，其特征在于，在对所述轴构件(60)进行淬火硬化的工序(S320)中，所述外周面端部区域在整周上与所述保持构件(53)接触的状态下被感应加热。
26.如权利要求24所述的轴构件(60)的热处理方法，其特征在于，
所述线圈(52)具有将所述线圈(52)在轴向上贯穿的中空部(52A)，
在所述中空部(52A)上的远离轴向两端的区域形成有扩径部(52B)，该扩径部(52B)是与轴向垂直的截面积比轴向两端的截面积大的区域，
在对所述轴构件(60)进行淬火硬化的工序(S320)中，在所述轴构件(60)的外周面(62)的远离轴向两端的区域与所述扩径部(52B)相对的情况下将所述轴构件(60)保持于所述保持构件(53)上且对所述轴构件(60)进行感应加热。
27.如权利要求24所述的轴构件(60)的热处理方法，其特征在于，反复实施两次以上对所述轴构件(60)进行淬火硬化的工序(S320)。
28.一种轴(12)的制造方法，其特征在于，包括：
准备轴构件(60)并对所述轴构件(60)进行淬火硬化的工序；以及
通过对经淬火硬化的所述轴构件(60)的轴向端部进行塑性加工，从而将所述轴构件(60)固定于与所述轴构件(60)不同的其他构件上的工序，
准备所述轴构件(60)并对该轴构件进行淬火硬化的工序是采用如权利要求24所述的轴构件(60)的热处理方法来实施的。
29.如权利要求28所述的轴(12)的制造方法，其特征在于，在准备所述轴构件(60)并对所述轴构件(60)进行淬火硬化的工序中，准备所述轴向上的长度比在固定所述轴构件(60)的工序中被塑性加工之前的经淬火硬化的所述轴构件(60)的轴向上的所需尺寸大的所述轴构件(60)。
30.一种轴(12)，其是通过如权利要求28所述的轴(12)的制造方法制造而成的。
31.如权利要求30所述的轴(12)，其特征在于，所述轴(12)夹设在用于打开、关闭发动机的气门(6)的摇臂(2)与凸轮(5)之间、且被用作与所述凸轮(5)接触配置的滚子从动件(1)的轴(12)。
32.一种轴构件(60)的热处理方法，其特征在于，包括：
准备由含有0.7质量％以上2.4质量％以下的碳和10.0质量％以上20.0质量％以下的铬、还含选自3.5质量％以下的硅、1.25质量％以下的锰、2.5质量％以下的镍、10.0质量％以下的钼和5.2质量％以下的钒中的至少一种以上元素、且其余成分为铁和杂质的钢构成的轴构件(60)的工序(S310)；以及
利用保持构件(53)将所述轴构件(60)以使所述轴构件(60)的外周面(62)和与电源(51)连接的线圈(52)的内周面相对的形态予以保持，并且在通过从所述电源(51)对所述线圈(52)供给交流电来对所述轴构件(60)感应加热之后，通过冷却所述轴构件(60)来对所述轴构件(60)进行淬火硬化的工序(S320)，
在对所述轴构件(60)进行淬火硬化的工序(S320)中，所述轴构件(60)的端面(61)和与所述端面(61)相连的外周面(62)的区域即外周面端部区域在与所述保持构件(53)接触的状态下被感应加热。
33.如权利要求32所述的轴构件(60)的热处理方法，其特征在于，在对所述轴构件(60)进行淬火硬化的工序(S320)中，所述外周面端部区域在整周上与所述保持构件(53)接触的状态下被感应加热。
34.如权利要求32所述的轴构件(60)的热处理方法，其特征在于，
所述线圈(52)具有将所述线圈(52)在轴向上贯穿的中空部(52A)，
在所述中空部(52A)上的远离轴向两端的区域形成有扩径部(52B)，该扩径部(52B)是与轴向垂直的截面积比轴向两端的截面积大的区域，
在对所述轴构件(60)进行淬火硬化的工序(S320)中，在所述轴构件(60)的外周面(62)的远离轴向两端的区域与所述扩径部(52B)相对的情况下将所述轴构件(60)保持于所述保持构件(53)上且对所述轴构件(60)进行感应加热。
35.如权利要求32所述的轴构件(60)的热处理方法，其特征在于，反复实施两次以上对所述轴构件(60)进行淬火硬化的工序(S320)。
36.一种轴(12)的制造方法，其特征在于，包括：
准备轴构件(60)并对所述轴构件(60)进行淬火硬化的工序；以及
通过对经淬火硬化的所述轴构件(60)的轴向端部进行塑性加工，从而将所述轴构件(60)固定于与所述轴构件(60)不同的其他构件上的工序，
准备所述轴构件(60)并对该轴构件进行淬火硬化的工序是采用如权利要求32所述的轴构件(60)的热处理方法来实施的。
37.如权利要求36所述的轴(12)的制造方法，其特征在于，在准备所述轴构件(60)并对所述轴构件(60)进行淬火硬化的工序中，准备所述轴向上的长度比在固定所述轴构件(60)的工序中被塑性加工之前的经淬火硬化的所述轴构件(60)的轴向上的所需尺寸大的所述轴构件(60)。
38.一种轴(12)，其特征在于，其是通过如权利要求36所述的轴(12)的制造方法制造而成的。
39.如权利要求38所述的轴(12)，其特征在于，所述轴(12)夹设在用于打开、关闭发动机的气门(6)的摇臂(2)与凸轮(5)之间、且被用作与所述凸轮(5)接触配置的滚子从动件(1)的轴(12)。
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