JP2004183672A

JP2004183672A - 転がり摺動部品およびその製造方法、並びにそれを用いたローラカムフォロア

Info

Publication number: JP2004183672A
Application number: JP2002347597A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Matsuyama; 博樹松山; Hideaki Ishii; 秀明石井
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2002-11-29
Publication date: 2004-07-02

Abstract

【課題】相手部材との接触面の表面粗さが大きくても、摺動抵抗を低減したり、長期にわたってピーリング損傷等の表面の不具合の発生を抑制できる転がり摺動部品を提供する。
【解決手段】本発明の転がり摺動部品は、表面粗さＲａが０．２μｍ以上の相手部材との間で相対的に転がり接触若しくは滑り接触または両接触を含む接触をするものである。そして、相手部材と接触する面は、複数の尖った突起２０を有するとともに、表面粗さＲａが０．２〜０．５μｍの範囲に設定されている。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ローラロッカアーム、一方向クラッチなどの構成部品のように、相手部材との間で相対的に転がり接触若しくは滑り接触または両接触を含む接触をする転がり摺動部品およびその製造方法、ならびにそれを用いたローラカムフォロアに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ローラロッカアームは、例えば、図６に示すように、エンジンの動弁機構に組み込まれ、ローラフォロア１がロッカアーム（ボディ）２に掛け渡された軸３によって支持されて構成される。そして、ローラフォロア１のローラ（外輪）４の外周面がカム５の表面上を転動するよう配置されることで、カム５の回転を吸気弁６や排気弁７の往復運動に変換することができる。なお、図において、８は吸気弁６や排気弁７を受けるスリッパ部であり、９はアジャスタであり、１０はアジャスタ９を受ける支点部である。
このようなローラロッカアームでは、ローラ４の端面は一般的に表面の粗いローラアーム２の表面との間で摺動（滑り接触、以下同様）するため、エンジンの燃費向上や反応性改善を考慮して、ローラ４の端面の摺動抵抗を小さくすることが求められている。さらに、ローラ４の外周面は一般的に表面の粗いカム５の表面上を転動（厳密には転がり接触と滑り接触の両方を含む、以下同様）し、ピーリング損傷等の不具合が発生しないことが求められている。
【０００３】
このような要求を満たすべく、例えば、（１）前記摺動抵抗低減技術として、金属板により造られ、互いにほぼ平行な１対の側壁部と、これら両側壁部同士を連結する連結部とを備えた板金製ロッカアームと、これら両側壁部の互いに整合する位置に形成した１対の通孔にその両端を支持する事により上記１対の側壁部同士の間に掛け渡す状態で固定した枢軸と、この枢軸の中間部周囲に回転自在に支持したローラとから成る板金製ロッカアームを備えたカムフォロアに於いて、上記１対の側壁部のうち、少なくとも一方の側壁部の内側面に、一端が当該側壁部の外端縁に開口し、他端に向かう程浅くなる方向に傾斜した、潤滑油取り込み用の凹部を形成する技術（例えば、特許文献１参照）や、（２）前記ピーリング損傷防止技術として、転動面に独立した微小くぼみを無数にランダムに設け、この微小くぼみを設けた面の面粗さがＲｍａｘ０．６〜２．５μｍ、表面粗さのパラメータＳＫ値が−１．６以下となり、かつ微小くぼみの平均面積が３５〜１５０μｍ^２、微小くぼみの表面に占める割合が１０〜４０％とする技術（例えば、特許文献２参照）が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−５４８１０号公報（請求項１、図１）
【特許文献２】
特許第２５４８８１１号公報（請求項１、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの技術は、形状構造やローラフォロア１の表面形成工程が複雑である。また、通常、ローラフォロア１、ロッカアーム２、カム５は、別々のところで製造され、あとで組み合わせられるもので、これら相互の接触面は、摺動抵抗低減やピーリング損傷等の抑制に適する表面形状（粗さ）の組合せで構成されるとは限らない。例えば、ロッカアーム２の内側面やカム５の表面の表面粗さは、Ｒａ０．２μｍ以上と大きいことが多いため、これらがローラフォロア１と接触する場合、摺動抵抗が大きくなったり、ピーリング等の表面損傷が発生したりするという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、相手部材との接触面の表面粗さが大きくても、摺動抵抗を低減したり、長期にわたってピーリング損傷等の表面の不具合の発生を抑制できる転がり摺動部品、およびこの転がり摺動部品を簡単に製造することができる方法、並びにそれを用いたローラカムフォロアの提供をその目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、ローラロッカアームなどの、別々のところで製造され組み合わせて使用される転がり摺動部品について特に耐久面の向上を図るべく鋭意研究を重ねていた。その過程で、転がり摺動部品は、相手部材が平滑面であるか粗面であるかにかかわらず、摺動抵抗を小さくしたり、ピーリング損傷等の不具合の発生を抑制したりすべく、表面（転がり摺動する面）に突起が大きく、また多くないよう製造されていた点に着目し、相手部材が粗面である場合には、突起がない表面よりも突起がある表面の方が、摺動抵抗を小さくしたり、またピーリング損傷等の不具合の発生を抑制したりできることを見いだし、本発明を完成した。
すなわち、本発明の転がり摺動部品は、摺動抵抗を小さくしたり、ピーリング損傷等の不具合の発生を抑制したりするためには、運転の初期段階から相手部材との接触面に突起が大きく、また多く存在しないものを用いる、という技術常識を打破してなされたものであり、相手部材との間で相対的に転がり接触若しくは滑り接触または両接触を含む接触をする転がり摺動部品であって、前記相手部材の表面粗さＲａが０．２μｍ以上であり、かつ、その相手部材と接触する面は、複数の尖った突起を有するとともに、表面粗さＲａが０．２〜０．５μｍの範囲に設定されていることを特徴としている（請求項１）。
上記の構成によれば、相手部材の表面粗さＲａが０．２μｍ以上であり、その相手部材と接触する面の表面粗さＲａが０．２〜０．５μｍの範囲に設定されているので、運転の初期段階で、転がり摺動部品の尖った突起が相手部材表面の突起を押しならすなどしながら、その尖った突起自体も先端部分が押しならされる。そのため、その後の運転においては、摺動抵抗が小さいとともに、相手部材の粗面によって大きな損傷を受けることがない。よって、長期にわたって転がり摺動させることが可能なものとなる。なお、０．２μｍ以下では相手部材の表面の突起を押しならす効果が不充分であり、０．５μｍ以上では自己の押しならしが不充分となり、摺動抵抗がかえって増大したり、相手部材の表面への攻撃性が高くなって損傷させてしまうおそれがある。ここで、尖った突起とは、バレル加工や研磨加工等で突起先端部を除去しないままの形状、あるいはこれと同等の上記作用を有する形状のことをいう。
【０００８】
上記の転がり摺動部品において、前記接触面の尖った突起の山頂間隔Ｓが、０．０４μｍ以下に設定されていることが好ましい（請求項２）。このようになっておれば、相手部材と接触する面に尖った突起が適度な数だけ存在しているので、その後の運転の際には摺動抵抗がより小さい状態で転がり摺動が行われる。さらに、相手部材の粗面によってピーリング等の表面損傷が生じるといった不具合が抑制される。ここで、山頂間隔Ｓとは、突起間の平均間隔をいう。
【０００９】
本発明の転がり摺動部品の製造方法は、上記の転がり摺動部品を製造する方法であって、所定形状に加工した転がり摺動部品用の中間素材を熱処理して少なくとも前記相手部材と接触する面を硬化させた後、その相手部材と接触する面の最終的な仕上げ処理として、ショットブラスト処理を行うことを特徴としている（請求項３）。上記の構成によれば、所望の表面形状（粗さ）を形成できるとともに、バレル処理等の通常の仕上げ処理として行われている処理が不要となるので、長期にわたって損傷等の不具合を生じない転がり摺動部品を簡単に製造でき、その結果として製造コストを低く抑えることができる。
【００１０】
本発明のローラカムフォロアは、上記した転がり摺動部品をローラとして用い、前記相手部材がカムまたはロッカアームであることを特徴としている（請求項４）。このようなローラカムフォロアによれば、表面粗さが大きい相手部材と摺動あるいは転動するローラとして上記した転がり摺動部品を用いているので、摺動抵抗低減による燃費向上を望めるとともに、長期にわたり安定してカムの回転を吸気弁や排気弁の往復運動に変換することが可能となる。ここで、ローラカムフォロアとは、カムに追従して回転されるものをいう。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の転がり摺動部品の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、ローラカムフォロアに本発明を適用した場合について説明する。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態に係るローラカムフォロアを含んで構成されたローラロッカアームを示す断面図である。このローラロッカアームは、中空軸１１と、その中空軸１１に外装されたローラフォロア１２と、中空軸１１の両端部を支持する挿通口部１３を有する鋼製のロッカアーム（ボディ）１４とを備えている。そして、ローラフォロア１２は、軸受鋼製のローラ（外輪）１５と、このローラ１５と中空軸１１との間に配置された複数の針状ころ１６とから構成されている。なお、ローラ１５の端面１５ｂとロッカアーム１４の内側面１４ａとの間には、ローラ１５がスムーズに回転するよう、所定距離のギャップが設けられている。また、１７はカムでありカムシャフト（図示せず）と一体回転可能になっている。
ロッカアーム１４の内側面１４ａは、通常、板材をプレス加工あるいは複数の板材を溶接接合等して形成されるもので、その表面は特別な加工が施されることがないため、複数の比較的大きな突起や凹凸を有するとともに、その表面粗さＲａが０．２μｍ以上、通常は０．５μｍ以上に設定されており、ローラ１５が軸方向にずれて回転すると、ローラ１５の端面１５ｂとの間で摺動する。
また、カム１７の表面１７ａは、通常、研削加工面であり、複数の比較的大きな突起や凹凸を有するとともに、その表面粗さＲａが０．２μｍ以上、通常は０．５μｍ以上に設定されており、ローラ１５の外周面１５ａと転動する。このカム１７の表面１７ａとローラ１５の外周面１５ａとの接触は、転がりが支配的であるが、滑りも含まれる接触である。
【００１３】
ローラ１５の端面１５ｂは、図２に示すように、複数の尖った突起２０を有している。さらに、その表面粗さＲａが０．２〜０．５μｍの範囲、好ましくは０．３〜０．４μｍの範囲に設定されている。このように表面粗さが特定の範囲に設定されているだけでなく複数の尖った突起２０を有していることにより、表面粗さＲａが０．２μｍ以上という粗い表面をもつロッカアーム１４の内側面１４ａと摺動すると、運転の初期段階で、内側面１４ａの突起が押しならされるとともに、端面１５ｂの突起も先端部分が押しなさられ、その後の運転が摺動抵抗の小さい状態で行われる。よって、エンジン動弁機構における摩擦損失の低減により、これが搭載される自動車等の燃費が向上する。
さらに、ローラ１５の外周面１５ａも同様に、表面粗さＲａが０．２μｍ以上という粗面をもつカム１７の表面１７ａと転動すると、運転の初期段階で、カム１７の表面１７ａの突起が押しならされるなどするとともに、外周面１５ａの突起も先端部分が押しなさされ、その後の運転において、カム１７の表面１７ａによるローラ１５外周面１５ａへの攻撃が緩和される。よって、外周面１５ａのピーリング損傷等の発生による寿命低下を防止でき、長期にわたり安定してカムの回転を吸気弁や排気弁の往復運動に変換することができる。
そして、ローラ１５の端面１５ｂあるいは外周面１５ａの尖った突起の山頂間隔Ｓは、０．０４μｍ以下に設定されていることが好ましく、特に好ましくは０．０１〜０．０４μｍの範囲である。このように山頂間隔Ｓが小さいと、ロッカアーム１４の内側面１４ａとなじませるのに充分な数の突起が存在しているからである。なお、図２では理解を容易にするために任意に抽出した山頂間隔をＳとして表しているが、上記した数値は突起間の平均間隔を意味するのは勿論である。
【００１４】
このようなローラ１５は、例えば、つぎのようにして製造することができる。すなわち、まず、軸受鋼からなる環状素材に旋削加工を施して、端面、外周、内周等が所定形状に形成された中間素材を作製する。ついで、この中間素材に対し浸炭焼入れを含む熱処理を施して、表面硬化された熱処理済み中間素材を作製する。つづいて、熱処理済み中間素材に対し、仕上げ処理として、公知の研磨材を用い、端面１５ｂと外周面１５ａに対し研磨処理を行う。その後、端面１５ｂと外周面１５ａとが上述した表面になる処理条件で、ショットブラスト処理を行う。一方、ローラ１５の内周面は、針状ころが円滑に転動すべく適宜研磨加工等を施す。このようにして、目的とするローラ１５を製造することができる。
【００１５】
このようにして得られたローラ１５は、図３に示すように、ローラロッカアームに組み込まれた際には、端面１５ｂに存在する複数の尖った突起２０と、ロッカアーム１４の内側面１４ａの突起２１とが対向した状態になる（同図（ａ）参照）。その後、運転によりカム１７が回転するとローラ１５も追従して回転し、端面１５ｂの突起２０と、内側面１４ａの突起２１とが互いに押しならしあって、それぞれの突起２０、２１が押し潰される（同図（ｂ）参照）。その結果、ローラ１５の端面１５ｂとロッカアーム１４の内側面１４ａとがなじんだものとなり、摺動抵抗がより小さいものとなる。一方、ローラ１５の外周面１５ａ側では、ローラ１５の外周面１５ａに存在する複数の尖った突起２０と、カム１７の表面１７ａの突起とが対向した状態になる。その後、運転によりカム１７が回転するとローラ１５も追従して回転し、外周面１５ａの突起２０と、カム１７の表面１７ａとが互いに押しならしあって、それぞれの突起２０、２１が押し潰される。その結果、その後の運転においては、安定した油膜を介して、ローラ１５とカム１７とが転動することとなる。よって、ローラ１５は、長期にわたってピーリング損傷等の表面の不具合の発生を抑制することができ、その結果として長期にわたり安定してカム１７の回転を吸気弁や排気弁の往復運動に変換することができる。具体的には、端面１５ｂと外周面１５ａが図４に示す表面粗さ曲線を示すローラ１５（実施例品）と、端面１５ｂと外周面１５ａが図５に示す表面粗さ曲線を示すローラ１５（比較例品、仕上げ処理として、研磨処理、ショットブラスト処理を行った後、バレル処理を行ったもの）とについて比較試験を行った結果、実施例品の方が、ローラ１５の摺動抵抗が小さいとともに、長期にわたってピーリング損傷等の不具合を発生せず、長期にわたり安定してカム１７の回転を吸気弁や排気弁の往復運動に変換できたことを確認している。
【００１６】
（その他の事項）
上記では、ローラ１５として軸受鋼を用いる場合について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、肌焼き鋼等のその他の鋼を用いてもよい。
また、ローラ１５の端面１５ｂと外周面１５ａの両方について説明したが、これに限定するものではなく、一方のみに適用しても一定の効果が得られる。なお、一方の表面（端面１５ｂまたは外周面１５ａ）のみの場合は、他方の表面（外周面１５ａまたは端面１５ｂ）に対しさらに仕上げ処理（バレル加工等）を施すべく、一方の表面（端面１５ｂまたは外周面１５ａ）の尖った突起が潰れないよう保護材を用いるなどするのが好ましい。
また、ローラフォロア１１のローラ１５に限らず、相手部材の表面粗さＲａが０．２μｍ以上の場合には、一方向クラッチのカム面を有するローラなどに適用してもよい。
【００１７】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載の転がり摺動部品によれば、運転の初期段階において相手部材表面の突起を押しならすなどしてなじませるので、その後の運転において、摺動抵抗が小さく、長期にわたってピーリングを代表とする表面損傷等の不具合の発生を抑制することができる。
特に、相手部材と接触する面の尖った突起の山頂間隔Ｓが０．０４μｍ以下に設定されている場合には、適度な数の突起が存在しているので、その尖った突起が押しならされた後の運転の際には摺動抵抗がより小さい状態で転がり摺動が行われる。また、相手部材の粗面によって損傷等が生じるといったことが抑制される。
【００１８】
請求項３記載の転がり摺動部品の製造方法によれば、長期にわたって損傷等の不具合を生じない転がり摺動部品を簡単に製造でき、その結果として製造コストを低く抑えることができる。
請求項４記載のローラロッカアームによれば、長期にわたり安定してカムの回転を吸気弁や排気弁の往復運動に変換することが可能なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るローラカムフォロアを含むローラロッカアームを模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るローラの端面と外周面を模式的に示す部分的な拡大断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るローラをローラロッカアームに組み込んで運転した場合のローラ端面と外周面の状態を説明するための模式的な断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るローラの端面と外周面の表面粗さ曲線を示すグラフ図である。
【図５】比較例のローラの端面と外周面の表面粗さ曲線を示すグラフ図である。
【図６】従来のローラロッカアームを説明するための概略図である。
【符号の説明】
１４ロッカアーム（相手部材）
１４ａロッカアームの内側面
１５ローラ（転がり摺動部品）
１５ａローラの外周面
１５ｂローラの端面
１７カム
１７ａカムの表面
２０尖った突起
Ｓ山頂間隔

Claims

相手部材との間で相対的に転がり接触若しくは滑り接触または両接触を含む接触をする転がり摺動部品であって、
前記相手部材の表面粗さＲａが０．２μｍ以上であり、
かつ、その相手部材と接触する面は、複数の尖った突起を有するとともに、表面粗さＲａが０．２〜０．５μｍの範囲に設定されていることを特徴とする転がり摺動部品。
前記相手部材と接触する面の尖った突起の山頂間隔Ｓが、０．０４μｍ以下に設定されている請求項１記載の転がり摺動部品。
請求項１または２に記載の転がり摺動部品を製造する方法であって、所定形状に加工した転がり摺動部品用の中間素材を熱処理して少なくとも前記相手部材と接触する面を硬化させた後、その相手部材と接触する面の最終的な仕上げ処理として、ショットブラスト処理を行うことを特徴とする転がり摺動部品の製造方法。
請求項１または２に記載の転がり摺動部品をローラとして用い、前記相手部材がカムまたはロッカアームであることを特徴とするローラカムフォロア。