JP2006144848A

JP2006144848A - ロッカアーム用軸受

Info

Publication number: JP2006144848A
Application number: JP2004333110A
Authority: JP
Inventors: Shinya Ochi; 慎哉越智; Atsushi Nishiuchi; 淳西内; Chiaki Nishizawa; 千明西澤; Yoshitaka Waseda; 義孝早稲田
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2004-11-17
Filing date: 2004-11-17
Publication date: 2006-06-08
Also published as: EP1669556B1; DE602005005428T2; EP1669556A1; CN1776201A; DE602005005428D1; US20060126985A1

Abstract

【課題】支持軸の軌道部の外表面を高硬度に表面硬化してその耐摩耗性を向上可能とし、かつ、対向側壁の軸端挿通孔の内周縁に支持軸の軸端部を端面かしめるときに、かしめ金型の凝着を防止すること。
【解決手段】対向側壁の軸端挿通孔の内周縁に軸端部の端面がかしめられる支持軸と、該支持軸の軸中間部の軌道部に、複数のころを介して、回転自在に支持される外輪とを備えたロッカアーム用軸受において、上記支持軸は、軸中間部の軌道部外表面が焼入れにより表面硬化され、かつ、耐摩耗性硬質被膜としてＤＬＣ被膜２２が、少なくとも、上記表面硬化された軌道部の外表面に形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車等のエンジンの動弁機構に付設されるバルブを開閉動作するロッカアームに組み込まれるロッカアーム用軸受に係り、より詳しくは、対向側壁の軸端挿通孔の内周縁に軸端部の端面がかしめられる支持軸と、該支持軸の軸中間部の軌道部に配置される複数のころと、複数のころを介して該支持軸に回転自在に支持される外輪とを備えたロッカアーム用軸受に関するものである。

上記ロッカアームは、自動車エンジンの動弁機構に付設されて、動弁カムの回転に伴いその胴体がラッシュアジャスタ受け（ピボット受け）を中心に揺動して自動車エンジンのバルブを開閉動作させるものである。このようなロッカアームの従来例を図６および図７を参照して説明すると、これらの図に示すロッカアーム１０においては、軸受保持部材としてロッカアーム胴体を構成する一対の対向側壁１２を備える。両対向側壁１２は平行で同形状なため、図６では一方の対向側壁１２のみが図面に表れている。両対向側壁１２は、その長手方向（図６で左右方）両側それぞれにおいて連設部により接続され、各連設部それぞれはラッシュアジャスタ受け１２ａとバルブステム受け１２ｂとされる。両対向側壁１２の長手方向中間には同軸上に沿う貫通孔１２ｃが形成されている。支持軸１４は、その軸端部１４ａが対向側壁１２の貫通孔１２ｃに嵌入により挿通され、その軸中間部１４ｂが両対向側壁１２間に架け渡されている。支持軸１４の軸中間部１４ｂの外表面は、複数の針状ころ１６を介して外輪１８を転動する軌道部を構成する。外輪１８は、軸中間部１４ｂに支持されるとともに、その外周面にカム２０が当接している。カム２０はエンジン出力を伝動するクランクシャフトにより回転駆動されるカムシャフトに固定されているものである。

以上の構成を備えた従来のロッカアームにおいては、上記支持軸１４の軸中間部１４ｂの軌道部外表面が高周波焼入れ等の部分焼入れにより表面硬化されており、両軸端部１４ａは熱処理無しとして端面かしめが可能な表面硬度とされて対向側壁１２の貫通孔１２ｃの内周縁にかしめつけられて固定されている。２４はそのかしめ部を示す。
近年、ロッカアームにおいては、支持軸１４の軌道部外表面に油中に混入した高硬度な固形異物の噛み込み等による該軌道部外表面の摩耗等を考慮して、支持軸１４の耐摩耗性のさらなる向上が要求されてきており、支持軸１４の軸中間部１４ｂの軌道部外表面に対する従来の表面硬化だけでは上記要求を満たし難くなっていることが指摘されている。
特開２００４−１５６６８８号公報

本発明が解決しようとする課題は、支持軸の軌道部の外表面を高硬度に表面硬化してその耐摩耗性のさらなる向上を可能とし、更に、対向側壁の軸端挿通孔の内周縁に支持軸の軸端部をかしめるとき、かしめ金型の凝着を防止可能として、支持軸の軸端面を効率的にかつ低コストでかしめ可能とすることである。

本発明によるロッカアーム用軸受は、対向側壁の軸端挿通孔の内周縁に軸端部の端面がかしめられる支持軸と、該支持軸の軸中間部の軌道部に、複数のころを介してまたは直接、回転自在に支持される外輪とを備えたロッカアーム用軸受において、上記支持軸は、軸中間部の軌道部外表面が焼入れにより表面硬化され、かつ、耐摩耗性硬質被膜が、少なくとも、上記表面硬化された軌道部の外表面に形成されていることを特徴するものである。軸中間部の軌道部に複数のころを介在させて外輪を支持する場合も、軸中間部の軌道部に直接、外輪を支持する場合も含む。

上記耐摩耗性硬質被膜は、ＤＬＣ被膜、窒化クロム（ＣｒＮ）被膜、窒化チタン（ＴｉＮ）被膜から選択された１種であることが好ましい。なお、耐摩耗性硬質被膜に適用可能な他の被膜としては、化学記号で、例えば、ＴｉＡｌＮ，ＴｉＢＮ，Ｃ−ＢＮ，ＳｉＣ，等があり、これらもビッカース硬さＨｖで１０００程度確保することができれば適用することができる。

支持軸は鋼材からなり、ＳＵＪ材、ＳＫ材、ＳＵＳ材等が好ましいが、これに限定されない。耐摩耗性硬質被膜は、表面硬化された軌道部の外表面を研磨後に形成されることが好ましい。軌道部の焼入れにはずぶ焼入れ等、高周波焼入れ、その他の焼入れがある。耐摩耗性硬質被膜は、支持軸の軸端部に形成されることが好ましい。

支持軸は鋼材からなり、その外表面に他の中間膜を形成し、その中間膜の上に耐摩耗性硬質被膜を形成することもできる。支持軸に対するＤＬＣ被膜等は耐摩耗性硬質被膜の密着性は高いが、密着性を高める場合、この中間膜として、例えば、支持軸に対する耐摩耗性硬質被膜のさらなる密着性を高める下地膜とすることができる。

耐摩耗性硬質被膜のうちＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）被膜は、硬度がビッカース硬さＨｖで１０００〜４５００で、摩擦係数が０．１以下、耐食性、耐焼付性、耐摩耗性に優れている。ＤＬＣ被膜の膜厚は概ね４μｍ以下の範囲内で適宜選択することができる。ＤＬＣ被膜の膜厚は、好ましくは０．２〜３μｍであり、より好ましくは２〜３μｍである。ＤＬＣ被膜は、スパッタリング、イオンプレーティング、等の物理的蒸着法（ＰＶＤ法）、または高周波プラズマＣＶＤ、光ＣＶＤ等の化学的蒸着法（ＣＶＤ法）により、形成することができる。ＤＬＣは、炭素と水素とからなり、ＤＬＣ被膜は、炭素と水素が種々のモル比から構成されたものを含み、また、珪素、窒素、酸素等が含まれてもよい。特に、ＤＬＣ被膜に窒素イオンを注入制御し、ＤＬＣ被膜が表面層ほど表面硬度が高くなるようにしてもよい。ＤＬＣ被膜は、種々のＤＬＣ被膜の単層または複層から構成されてもよい。支持軸の軌道部は上記焼入れによる表面硬度が７５０〜８００Ｈｖであり、ＤＬＣ被膜により例えば１０００Ｈｖ程度に硬度が向上する程度でもよく、本発明の耐摩耗性硬質被膜としてのＤＬＣ被膜の硬度は、焼入れによる表面硬度よりも所要の値、大きい硬度であればよい。

ＤＬＣ被膜は、ダイヤモンド構造のＳＰ３結合と、グラファイト構造のＳＰ２結合が混在しているアモルファス構造であり、ＳＰ３結合は硬さを付与し、ＳＰ２結合は摺動性（潤滑性）を付与する。そのため、ＳＰ２結合とＳＰ３結合の混在割合によってＤＬＣ被膜の性質が変化するので、これら混在割合を調整することにより、支持軸外表面の硬度調整を行うことができる。

窒化クロム被膜は、硬度がビッカース硬さＨｖで１０００〜１４００で、摩擦係数が０．２５〜０．３５、耐食性、耐酸化性、耐焼付性、耐摩耗性に優れている。窒化クロム被膜の膜厚は、概ね２０μｍ以下の範囲内で適宜に選択することができる。窒化クロム被膜は、スパッタリング、イオンプレーティング、等の物理的蒸着法（ＰＶＤ法）、または高周波プラズマＣＶＤ、光ＣＶＤ等の化学的蒸着法（ＣＶＤ法）により、形成することができる。支持軸の軌道部は上記焼入れによる表面硬度が８００Ｈｖであり、窒化クロム被膜により例えば１０００Ｈｖ程度に硬度が向上する程度でもよく、本発明の耐摩耗性硬質被膜としての窒化クロム被膜は、焼入れだけでの表面硬度よりもその表面硬度が向上する場合を含む。

窒化チタン被膜は、硬度がビッカース硬さＨｖで２０００〜２５００で、摩擦係数が０．３〜０．４５、耐食性、耐酸化性、耐焼付性、耐摩耗性に優れている。窒化チタン被膜の膜厚は、概ね０．２〜３μｍの範囲内で適宜に選択することができる。窒化チタン被膜は、スパッタリング、イオンプレーティング、等の物理的蒸着法（ＰＶＤ法）、または高周波プラズマＣＶＤ、光ＣＶＤ等の化学的蒸着法（ＣＶＤ法）により、形成することができる。支持軸の軌道部は上記焼入れによる表面硬度が８００Ｈｖであり、窒化チタン被膜により例えば１０００Ｈｖ程度に硬度が向上する程度でもよく、本発明の耐摩耗性硬質被膜としての窒化チタン被膜は、焼入れだけでの表面硬度よりもその表面硬度が向上する場合を含む。

本発明のロッカアーム用軸受によると、支持軸の軸中間部の軌道部は焼入れで表面硬化され、かつ、耐摩耗性硬質被膜が形成されているから、要求される耐摩耗性レベルにまで表面硬度を高硬度にすることができると同時に、耐摩耗性硬質被膜の膜厚は支持軸の直径の１／５００〜１／５００００に設定することにより軸端部に耐摩耗性硬質被膜が形成されていても膜厚が薄いから軸端面のかしめが容易に可能である。

本発明のロッカアーム用軸受によるとまた、従来のように軌道部を高硬度に表面硬化するのに高濃度浸炭等を実施するために要していた軸端部の防炭処理が必要でないから、コスト的に有利な軸受構造である。

本発明のロッカアーム用軸受において、特に注目すべき特徴は、支持軸の軸端部を対向側壁の軸端挿通孔の内周縁にかしめるときにそのかしめに用いるかしめ金型が凝着せず、円滑なかしめ作業を行うことができる上に、かしめ部の形状も高精度に形成して維持することができる。

なお、本発明のロッカアーム用軸受は、好ましくは、対向側壁の軸端挿通孔の内周縁に軸端部の端面がかしめられる支持軸と、該支持軸の軸中間部の軌道部に配置された複数のころと、その軌道部に複数のころを介して回転自在に支持される外輪とを備えたロッカアーム用軸受と、対向側壁の軸端挿通孔の内周縁に軸端部の端面がかしめられる支持軸と、該支持軸の軸中間部の軌道部に直接、回転自在に支持される外輪とを備えたロッカアーム用軸受のいずれにも適用することができる。

本発明によれば、支持軸の軌道部外表面の耐摩耗性が向上し、特に、支持軸の軸端部を対向側壁の軸端挿通孔の内周縁にかしめるときにかしめ金型の凝着を効果的に防止でき、支持軸の軸端面の上記かしめを円滑かつ高精度に行うことができる。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係るロッカアーム用軸受を説明する。なお、明細書全体を通して同一ないしは類似する部分には説明の容易な理解のため同一の符号を付している。図１は本発明の実施の形態に係るロッカアーム用軸受を備えたエンドピボットタイプのロッカアームの側面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。同図に示すロッカアーム１０は、軸受保持部材であり同時にロッカアーム胴体を構成する一対の対向側壁１２を備える。両対向側壁１２は好ましくは互いに同形状で平行に相対向している。両対向側壁１２の長手方向両側それぞれにはラッシュアジャスタ受け１２ａとバルブステム受け１２ｂとが設けられている。両対向側壁１２には、その長手方向中間に同軸上に軸端挿通孔１２ｃが形成されている。両軸端挿通孔１２ｃは、それぞれ、対向側壁１２を軸方向に同じ一定の孔径で貫通している。なお、本発明はセンターピボットタイプのロッカアームにも適用することができる。

支持軸１４は、例えば、焼入れ焼き戻し等の熱処理された鋼材からなる。支持軸１４の鋼種は特に限定されないが、ＳＵＳ，ＳＵＪ，ＳＫＨ等の鋼材が好ましい。支持軸１４は、その軸端部１４ａが軸端挿通孔２０に挿入され、両対向側壁１４間の軸中間部１４ｂには、複数の針状ころ（円筒ころ等のころも含む）１６を介して外輪１８が回転自在に外装されて支持されている。外輪１８の外周面には、カム２０が当接している。軸中間部１４ｂには直接、外輪１８が外装される場合も含む。軸中間部１４ｂの外表面は、針状ころ１６等のころが転走するころ転走面、あるいは、ころが無く外輪１８が直接摺動する場合はローラ摺動面を構成する。実施の形態ではこれらを総称して軌道部と称する。

支持軸１４には耐摩耗性硬質被膜であるＤＬＣ被膜２２が形成されている。ＤＬＣ被膜２２は、支持軸１４の外表面全体に形成されている。支持軸１４の軸端部１４ａの端面外径側は対向側壁１２の軸端挿通孔１２ｃの内周縁にかしめられている。このかしめ部分を符号２４で示す。

以上の構成を備えた実施の形態において、本発明の適用対象であるロッカアーム用軸受２１は、この実施の形態では、少なくとも、支持軸１４と、針状ころ１６と、外輪１８とで構成されている。

このロッカアーム用軸受２１において、支持軸１４は、その軸中間部１４ｂの外表面に高周波焼入れによりビッカース硬さＨｖで概ね８００程度に表面硬化処理が施されており、かつ、支持軸１４の外表面全体に公知のＣＶＤ法により耐摩耗性硬質被膜として膜厚２〜３μｍのＤＬＣ被膜２２が形成されてビッカース硬さＨｖで概ね１０００程度に表面硬化されている。なお、このＤＬＣ被膜２２の膜厚は、支持軸１４の軸直径の１／５００〜１／５００００が好ましい。

上記ロッカアーム用軸受２１によると、支持軸１４の軸中間部１４ｂのの軌道部は焼入れにより概ねビッカース硬さＨｖで８００程度に表面硬化された上に、支持軸１４外表面の全体に耐摩耗性硬質被膜としてビッカース硬さＨｖで１０００程度のＤＬＣ被膜２２が形成されているから、表面硬度が高硬度になると同時に軸端部１４ａにＤＬＣ被膜２２が形成されていても膜厚が支持軸１４の軸直径の１／５００〜１／５００００と薄いから軸端面のかしめが可能である。特に、このロッカアーム用軸受２１によると、支持軸１４の軸端部１４ａを対向側壁１２の貫通孔１２ｃの内周縁にかしめするときにそのかしめに用いるかしめ治具やかしめ金型等のかしめ機材の凝着を防止することができるから、円滑なかしめ作業を行うことができる上に、かしめ部の形状も高精度に形成して維持することができる。

図３を参照して支持軸１４の製造の具体例を説明すると、支持軸１４は材質ＳＵＪ２により製作し、高周波焼入れないしはずぶ焼入れし、その後、研磨加工する。この状態の支持軸１４の断面を図３（ａ）に示す。次いで、この支持軸１４の外表面全体にＤＬＣ被膜２２をＣＶＤ蒸着法により膜厚２〜３μｍで被膜形成する。この状態の支持軸１４の断面を図３（ｂ）に示す。

以上のように製作した支持軸１４をロッカアーム用軸受２１として組み込んだロッカアーム１０に耐摩耗性試験を実施したので、その試験結果を表１および表２を参照しながら説明する。

表１に示すように、試験条件は、荷重（Ｎ）が４００Ｎ、回転速度（ｒ／ｍｉｎ）が２０００、潤滑油が０Ｗ−２０の固形異物３重量％混入油、供給油温（℃）が１２０、耐久時間（ｈ）が５０、潤滑方法が試料軸受の外輪１８の外径側上部から２００ｍｌ／ｍｉｎで潤滑油供給、評価基準が耐久終了時での支持軸１４、針状ころ１６、外輪１８の摩耗量（μｍ）である。

表２に示すように、高周波焼入れのみでは、試験が１回目、２回目、３回目のいずれも、支持軸１４の摩耗量は１６，２０，１４（μｍ）、針状ころ１６の摩耗量は２，４，２（μｍ）、外輪１８の内径側の外表面の摩耗量は５，５．５，３．５（μｍ）、ラジアルすきまの増加量は３０，３９，２５（μｍ）であった。これに対して、高周波焼入れにさらにＤＬＣ被膜２２を形成した場合では、１回目で支持軸１４の摩耗量は１（μｍ）、針状ころ１６の摩耗量は２（μｍ）、外輪１８の内径側の外表面の摩耗量は３（μｍ）、ラジアルすきまの増加量は１１（μｍ）であった。

以上の試験結果から明らかであるように、支持軸１４の外表面にＤＬＣ被膜２２を形成したことにより、支持軸１４の外表面の摩耗量が著しく減り、ラジアルすきまの増加量も高周波焼入れだけの場合のそれと比較して約１／３となり大幅に抑制することができた。
また、上記試験は、高周波焼入れした支持軸１４を組み込んだロッカアーム１０であったが、ずぶ焼入れした支持軸１４を組み込んだロッカアーム１０についても同様の結果が得られた。

（他の実施の形態）
図４を参照して本発明の他の実施の形態に係るロッカアーム用軸受を説明する。この実施の形態に係るロッカアーム用軸受２１においては、支持軸１４は、その軸中間部１４ｂの外表面に高周波焼入れによりビッカース硬さＨｖで概ね８００程度に表面硬化処理が施されており、かつ、その表面硬化された軸中間部１４ｂの外表面にのみさらに耐摩耗性硬質被膜としてＤＬＣ被膜２２が形成されてビッカース硬さＨｖで概ね１０００程度に表面硬化されている。

図５を参照して支持軸１４の製造の具体例を説明すると、支持軸１４は材質ＳＵＪ２により製作し、高周波焼入れないしはずぶ焼入れし、その後、研磨加工する。この状態の支持軸１４の断面を図５（ａ）に示す。次いで、この支持軸１４の全体の外表面のうち軸端部１４ａをマスキングしてＤＬＣ被膜２２をＣＶＤ蒸着法により膜厚２〜３μｍで被膜形成する。この状態の支持軸１４の断面を図５（ｂ）に示す。なお、このＤＬＣ被膜２２の膜厚は、支持軸１４の軸直径の１／５００〜１／５００００が好ましい。
以上のように製作した支持軸１４をロッカアーム用軸受２１として組み込んだロッカアーム１０に耐摩耗性試験を実施した場合も、上記した表１および表２に示すのと同様の試験結果を得ることができた。

上記ロッカアーム用軸受２１によると、支持軸１４の軸中間部１４ｂのの軌道部は焼入れにより概ねビッカース硬さＨｖで８００程度に表面硬化された上に、耐摩耗性硬質被膜としてビッカース硬さＨｖで１０００程度のＤＬＣ被膜２２が形成されているから、表面硬度が高硬度になると同時に、軸端部１４ａにＤＬＣ被膜２２が形成されていても膜厚が支持軸１４の軸直径の１／５００〜１／５００００と薄いから軸端面のかしめが可能である。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内で種々の変更ないしは変形を施すことにより実施することができる。

本発明の実施の形態に係るロッカアーム用軸受が組み込まれているロッカアームの側面図である。図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。図１に示す支持軸の製造例の説明に用いる支持軸の断面図である。本発明の他の実施の形態に係るロッカアーム用軸受が組み込まれているロッカアームの断面図である。図４に示す支持軸の製造例の説明に用いる支持軸の断面図である。従来のロッカアームの側面図である。図６のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

符号の説明

１０ロッカアーム
１２対向側壁
１２ｃ軸端挿通孔
１４支持軸
１６針状ころ
１８外輪
２０カム
２１ロッカアーム用軸受（支持軸１４、針状ころ１６、外輪１８）
２２ＤＬＣ被膜（耐摩耗性硬質被膜）
２４かしめ部

Claims

対向側壁の軸端挿通孔の内周縁に軸端部の端面がかしめられる支持軸と、該支持軸の軸中間部の軌道部に、複数のころを介してまたは直接、回転自在に支持される外輪とを備えたロッカアーム用軸受において、
上記支持軸は、軸中間部の軌道部外表面が焼入れにより表面硬化され、かつ、耐摩耗性硬質被膜が、少なくとも、上記表面硬化された軌道部の外表面に形成されている、ことを特徴するロッカアーム用軸受。
耐摩耗性硬質被膜が、ＤＬＣ被膜、窒化クロム被膜、および窒化チタン被膜から選択された１種である、ことを特徴とする請求項１に記載のロッカアーム用軸受。
耐摩耗性硬質被膜の膜厚は、支持軸の直径の１／５００〜１／５００００である、ことを特徴とするロッカアーム用軸受。