JP2007056928A - ロッカーアーム用転がり軸受、ロッカーアーム用すべり軸受、およびロッカーアーム用軸受の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 製造コストを低減するとともに、ピースバイピースの製品管理を容易にすることにより製品のトレーサビリティーが確保されたロッカーアーム用軸受を提供する。
【解決手段】 ロッカーアーム用転がり軸受１０は、ローラー１１と、ローラー１１の内側に配置される軸１２と、ローラー１１と軸１２との間に配置される針状ころ１３とを備えたロッカーアーム用転がり軸受である。ローラー１１の素材は、０．３８質量％以上１．１質量％以下の炭素を含有する鋼である。ローラー１１は、誘導加熱によりＡ_１点より低い温度からＡ_１点以上の温度に加熱された後、Ａ_１点以上の温度領域の所定の温度からＭ_ｓ点以下の温度に冷却されることにより焼入硬化されている。
【選択図】 図１

Description

本発明はロッカーアーム用転がり軸受、ロッカーアーム用すべり軸受、およびロッカーアーム用軸受の製造方法に関し、より特定的には環状の外輪と、外輪の内側に配置される軸とを備えたロッカーアーム用転がり軸受、ロッカーアーム用すべり軸受、およびロッカーアーム用軸受の製造方法に関するものである。

カムの回転によってエンジンのシリンダヘッドに設けられた吸気用または排気用のバルブを開閉するために、カムとバルブとの間にはロッカーアームが配置される。このロッカーアームとカムとが接触する部分においては、摩擦（フリクション）が発生する。そのため、フリクション低減を目的として、カムとロッカーアームとが接触する部分にすべり軸受を組み込んだローラーフォロアタイプや、針状ころ軸受を組み込んだ針状ころタイプなどのロッカーアームが用いられる場合がある。このすべり軸受や針状ころ軸受の外輪に相当するローラーには炭素含有量の高い鋼である軸受鋼（たとえばＪＩＳ ＳＵＪ２など）が素材として採用される場合が多い。そして、これらの素材に旋削、鍛造などの加工を施して成形し、雰囲気炉を使用した焼入硬化および焼戻を実施してローラーとして使用される場合が多い。さらに、このようなローラーの外周面にショットピーニングを施し、外周面の硬度を向上させたカムフォロア装置（ロッカーアーム）が提案されている。これにより、ローラーの外周面の耐久性が確保されるとともに、ローラーの端面に対向するロッカーアームの支持壁の内側面の耐久性が確保される（たとえば特許文献１参照）。

また、ローラーの内側に配置される軸（ローラー軸）を硬化するための焼入硬化方法として高周波焼入を採用し、軸の部位によって硬度を変化させたローラー付カムフォロア（ロッカーアーム）が提案されている。これにより、ローラー軸の剛性向上、耐摩耗性向上および固定作業の効率化の効果が得られる（たとえば特許文献２参照）。
特開２０００−７３７１２号公報 特開平５−３２１６１６号公報

しかし、雰囲気炉は比較的大規模な設備であり、また取扱に注意を要するガスを使用する場合も多いため、加工設備などの他の製造設備と同一の製造ラインに設置すること（インライン化）は難しく、一般的には他の製造設備とは離れた場所に設置される。そのため、焼入硬化処理はバッチ処理となり、処理の前後において仕掛在庫が発生するため、製造コストの上昇の原因となる。また、バッチ処理の場合、製品一つ一つを管理すること（ピースバイピースの管理）は困難で、製品の製造履歴の把握の容易性（トレーサビリティー）の観点から不利となる。さらに、素材または製造履歴が異なる製品や、異なる形状を有する製品の混入（異品混入）の可能性を完全に排除することも困難となる。

また、特許文献１の構成では、通常の焼入硬化処理の後に新たにショットピーニング処理の工程が必要となるため、製品の製造コストが上昇するという問題点を有している。さらに、特許文献２の構成では、ローラー軸を高周波焼入することにより部位によって硬度を変化させるという複雑な工程が必要となるため、熱処理コストが高くなり、製品の製造コストが上昇する。さらに、上述の特許文献１および２の構成では、ローラーのトレーサビリティーおよび異品混入の可能性に関しては従来と同様の問題点を有している。

そこで、本発明の一の目的は、外輪（ローラー）の仕掛在庫の発生が抑制されることにより製造コストが低減されるとともに、当該外輪のピースバイピースの製品管理を容易にすることにより製品のトレーサビリティーが確保され、かつ当該外輪の異品混入の可能性が抑制されたロッカーアーム用転がり軸受およびロッカーアーム用すべり軸受を提供することである。さらに、本発明の他の目的は、製造コストを低減するとともに、外輪のピースバイピースの製品管理を容易にすることにより製品のトレーサビリティーの確保および異品混入の可能性の抑制が可能なロッカーアーム用軸受（ロッカーアーム用転がり軸受およびロッカーアーム用すべり軸受を含む）の製造方法を提供することである。

本発明に従ったロッカーアーム用転がり軸受は、環状の外輪と、外輪の内側に配置される軸と、外輪と軸との間に配置される転動体とを備えたロッカーアーム用転がり軸受である。外輪の素材は、０．３８質量％以上１．１質量％以下の炭素を含有する鋼である。外輪は、誘導加熱によりＡ_１点よりも低い温度からＡ_１点以上の温度に加熱された後、Ａ_１点以上の温度領域の所定の温度からＭ_ｓ点以下の温度に冷却されることにより焼入硬化されている。

本発明者はロッカーアーム用転がり軸受の製造における外輪の焼入硬化処理について鋭意検討した結果、誘導加熱を利用した焼入（高周波焼入）により表面全体を、または表層から芯部までの全体を焼入硬化することにより、外輪に十分な特性を付与できることを見出した。本発明のロッカーアーム用転がり軸受の製造においては、外輪の焼入硬化処理が誘導加熱を利用して実施されているため、焼入硬化のための設備をインライン化することが容易となる。インライン化が実施された場合、焼入硬化前後の仕掛在庫が発生しないため、外輪の製造コストが低下して、安価なロッカーアーム用転がり軸受を提供することができる。さらに、インライン化が実施された場合、焼入硬化処理を外輪一つ一つについて順次実施することが可能であるためピースバイピースの製品管理が容易となり、外輪のトレーサビリティーを確保し、かつ異品混入の可能性を低減したロッカーアーム用転がり軸受を提供することが可能となる。また、外輪において、従来品と遜色ない疲労強度および耐摩耗性を確保するためには、たとえば焼入硬化後１８０℃で焼戻した場合に７００ＨＶ以上の硬さが必要である。焼入硬化後の硬さは炭素含有量により大きな影響を受け、１８０℃で焼戻した場合の硬度を７００ＨＶ以上とするためには０．３８質量％以上の炭素含有量が必要である。一方、１．１質量％以下の炭素を含む鋼とされることにより、素材の十分な加工性を確保して製造コストが抑制されている。以上より、本発明のロッカーアーム用転がり軸受によれば、安価で、かつ品質の安定したロッカーアーム用転がり軸受を提供することができる。

なお、Ａ_１点とは鋼を加熱した場合に、鋼の組織がフェライトからオーステナイトに変態を開始する温度に相当する点をいう。また、Ｍ_ｓ点とはオーステナイト化した鋼が冷却される際に、マルテンサイト化を開始する温度に相当する点をいう。

上記ロッカーアーム用転がり軸受において好ましくは、外輪は、焼入硬化された後において、さらに誘導加熱によりＡ_１点以下の温度に加熱された後冷却されて焼戻されている。

これにより、焼入および焼戻の熱処理設備をインライン化することが一層容易になり、たとえば棒鋼などの素材から加工、熱処理、仕上げまでを１つのラインで構成することも可能となる。その場合、仕掛在庫の発生を一層抑制することにより外輪の製造コストを低下させ、一層安価なロッカーアーム用転がり軸受を提供することができる。さらに、焼入硬化処理および焼戻処理を外輪一つ一つについて順次実施することが可能であるためピースバイピースの製品管理が一層容易となり、外輪のトレーサビリティーを確保し、かつ異品混入の可能性を低減したロッカーアーム用転がり軸受を提供することが可能となる。

上記ロッカーアーム用転がり軸受において好ましくは、外輪は、冷間鍛造を含む製造工程により製造されている。冷間鍛造が実施されることにより、素材のうち製品とならない部分を減少させるとともに、素材から外輪への成形を効率よく実施することにより、外輪の製造コストを低減することができる。

本発明に従ったロッカーアーム用すべり軸受は、環状の外輪と、外輪の内側に配置される軸とを備えたロッカーアーム用すべり軸受である。外輪の素材は、０．３８質量％以上１．１質量％以下の炭素を含有する鋼であり、外輪は、誘導加熱によりＡ_１点よりも低い温度からＡ_１点以上の温度に加熱された後、Ａ_１点以上の温度領域の所定の温度からＭ_ｓ点以下の温度に冷却されることにより焼入硬化されている。本発明のロッカーアーム用すべり軸受によれば、上述の本発明のロッカーアーム用転がり軸受と同様の理由により、安価で、かつ品質の安定したロッカーアーム用すべり軸受を提供することができる。

上記ロッカーアーム用すべり軸受において好ましくは、外輪は、焼入硬化された後において、さらに誘導加熱によりＡ_１点以下の温度に加熱された後冷却されて焼戻されている。これにより、上述の本発明のロッカーアーム用転がり軸受と同様の理由により、一層安価なロッカーアーム用すべり軸受を提供することができるとともに、外輪のトレーサビリティーを確保し、かつ異品混入の可能性を低減したロッカーアーム用すべり軸受を提供することが可能となる。

上記ロッカーアーム用すべり軸受において好ましくは、外輪は、冷間鍛造を含む製造工程により製造されている。冷間鍛造が実施されることにより、素材のうち製品とならない部分を減少させるとともに、素材から外輪への成形を効率よく実施することにより、外輪の製造コストを低減することができる。

本発明に従ったロッカーアーム用軸受の製造方法は、環状の外輪と、外輪の内側に配置される軸とを含むロッカーアーム用軸受の製造方法であって、外輪を準備する外輪準備工程と、外輪を焼入硬化する焼入硬化工程とを備えている。焼入硬化工程は、外輪をＡ_１点よりも低い温度からＡ_１点以上の温度に加熱する加熱工程と、加熱工程によりＡ_１点以上の温度に加熱された外輪をＭ_Ｓ点以下の温度に冷却する冷却工程とを含んでいる。そして加熱工程における加熱は誘導加熱により行なわれる。

本発明のロッカーアーム用軸受の製造方法によれば、焼入硬化工程の加熱工程における加熱は誘導加熱により行なわれるため、焼入硬化工程を実施するための設備をインライン化することが容易となる。インライン化が実施された場合、焼入硬化前後の仕掛在庫が発生しないため、外輪の製造コストを低下させることができる。さらに、インライン化が実施された場合、ピースバイピースの製品管理が容易となり、製品のトレーサビリティーを確保し、かつ異品混入の可能性を低減することが可能となる。

上記ロッカーアーム用軸受の製造方法において好ましくは、焼入硬化工程は複数の外輪に対して同時に実施される。これにより、ロッカーアーム用軸受の製造効率が向上し、ロッカーアーム用軸受を一層低コストで製造することができる。

上記ロッカーアーム用軸受の製造方法において好ましくは、加熱工程においては、外輪を誘導加熱するための加熱手段と外輪とが相対的に移動することにより、加熱手段による加熱が可能な領域の外部から領域の内部に外輪が進入して加熱される。

これにより、外輪を一つ一つ加熱手段による加熱が可能な領域にセットする場合に比べて生産性を向上させることができる。その結果、ロッカーアーム用軸受を一層低コストで製造することができる。

上記ロッカーアーム用軸受の製造方法において好ましくは、加熱工程においては、外輪を誘導加熱するための加熱手段と複数の外輪とが相対的に移動することにより、加熱手段による加熱が可能な領域の外部から領域の内部に複数の外輪が順次進入して加熱される。

これにより、ロッカーアーム用軸受の生産性を一層向上させることができる。その結果、ロッカーアーム用軸受を一層低コストで製造することができる。

上記ロッカーアーム用軸受の製造方法において好ましくは、焼入硬化工程の後において、外輪を誘導加熱によりＡ_１点以下の温度に加熱した後冷却する焼戻工程をさらに備えている。

これにより、焼入および焼戻の熱処理設備をインライン化することが一層容易になり、たとえば棒鋼などの素材から加工、熱処理、仕上げまでを１つのラインで構成することも可能となる。その場合、仕掛在庫の発生を一層抑制することにより外輪の製造コストを低下させることができる。さらに、ピースバイピースの製品管理が一層容易となり、製品のトレーサビリティーを確保し、かつ異品混入の可能性を低減することが可能となる。

上記ロッカーアーム用軸受の製造方法において好ましくは、焼戻工程は複数の外輪に対して同時に実施される。これにより、ロッカーアーム用軸受の製造効率が向上し、ロッカーアーム用軸受を一層低コストで製造することができる。

上記ロッカーアーム用軸受の製造方法において好ましくは、焼戻工程においては、外輪を誘導加熱するための焼戻用加熱手段と外輪とが相対的に移動することにより、焼戻用加熱手段による加熱が可能な領域である焼戻誘導加熱領域の外部から焼戻誘導加熱領域の内部に外輪が進入して加熱される。

これにより、外輪を一つ一つ焼戻誘導加熱領域にセットする場合に比べて生産性を向上させることができる。その結果、ロッカーアーム用軸受を一層低コストで製造することができる。

上記ロッカーアーム用軸受の製造方法において好ましくは、焼戻工程においては、外輪を誘導加熱するための焼戻用加熱手段と複数の外輪とが相対的に移動することにより、焼戻誘導加熱領域の外部から焼戻誘導加熱領域の内部に複数の外輪が順次進入して加熱される。

これにより、ロッカーアーム用軸受の生産性を一層向上させることができる。その結果、ロッカーアーム用軸受を一層低コストで製造することができる。

以上の説明から明らかなように、本発明のロッカーアーム用転がり軸受およびロッカーアーム用すべり軸受によれば、仕掛在庫の発生の抑制などにより製造コストを低減するとともに、ピースバイピースの製品管理を容易にすることにより製品のトレーサビリティーが確保され、かつ異品混入の可能性が抑制されたロッカーアーム用転がり軸受およびロッカーアーム用すべり軸受を提供することができる。さらに、本発明のロッカーアーム用軸受の製造方法によれば、製造コストを低減するとともに、ピースバイピースの製品管理を容易にすることにより製品のトレーサビリティーを確保し、かつ異品混入の可能性を低減することにより、製品の品質を安定させることができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

（実施の形態１）
図１は本発明の一実施の形態である実施の形態１のロッカーアーム用転がり軸受を備えたロッカーアームを示す概略図である。また、図２は、実施の形態１のロッカーアーム用転がり軸受を示す概略断面図である。また、図３は、図２の線分ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う概略断面図である。図１〜図３を参照して、本発明の実施の形態１のロッカーアーム用転がり軸受について説明する。

図１を参照して、ロッカーアーム１は、ロッカーアーム本体１Ａとロッカーアーム用転がり軸受１０とを備えている。ロッカーアーム１はロッカーアーム本体１Ａの中央部において、軸受メタル７などを介してロッカーアーム軸６に回転自在に支持されている。さらに、ロッカーアーム用転がり軸受１０はロッカーアーム１の一方の端部１Ｂ側に配置されている。ロッカーアーム用転がり軸受１０は環状の外輪としてのローラー１１と、外輪の内側に配置される軸１２と、ローラー１１と軸１２との間に配置される複数の転動体としての針状ころ１３とを備えている。これにより、ロッカーアーム用転がり軸受１０は軸１２に対してローラー１１が相対的に回転可能に構成されている。そして、ローラー１１の素材は、０．３８質量％以上１．１質量％以下の炭素を含有する鋼である。さらに、ローラー１１に接触するように、カム２が配置されている。カム２の、ロッカーアーム用転がり軸受１０の軸１２の軸方向に垂直な断面における断面形状は卵形である。そして、カム２はカムシャフト２Ａと一体に形成されており、カムシャフト２Ａを軸として回転可能に構成されている。

ロッカーアーム１の他方の端部１Ｃ側にはアジャストねじ用貫通孔１Ｄが形成されている。このアジャストねじ用貫通孔１Ｄにはアジャストねじ８が挿入され、ロックナット５によりアジャストねじ８はロッカーアーム本体１Ａに固定されている。そして、アジャストねじ８の下端はエンジンの吸気弁または排気弁であるバルブ３の上端と連結されており、バルブ３、アジャストねじ８およびロッカーアームの他方の端部１Ｃ側は、ばね４により付勢の向き４Ａに沿った向きに付勢されている。これにより、ロッカーアーム１の一方の端部１Ｂ側に配置されたロッカーアーム用転がり軸受１０のローラー１１は、常にカム２の外周に押し付けられている。

なお、図１においては、ロッカーアーム用転がり軸受１０の軸１２は軽量化のため中空状の軸１２が採用された場合を示しているが、強度および剛性などを重視して中実の軸１２を採用してもよい。

次に、実施の形態１のロッカーアーム用転がり軸受１０およびロッカーアーム１の動作について説明する。図１を参照して、カム２がカムシャフト２Ａとともにカムシャフト２Ａを軸として回転すると、カムシャフト２Ａからカム２とロッカーアーム用転がり軸受１０との接触部までの距離が周期的に変化する。そのため、ロッカーアーム１はロッカーアーム軸６を軸として揺動する。その結果、アジャストねじ８を介してバルブ３が往復運動することにより、吸気弁または排気弁が開閉する。

次に、実施の形態１のロッカーアーム用転がり軸受１０の構成について図２および図３に基づいて詳細に説明する。図２および図３を参照して、ロッカーアーム用転がり軸受１０は前述のように環状の外輪としてのローラー１１と、ローラー１１の内側に配置される軸１２と、ローラー１１と軸１２との間に配置される複数の転動体としての針状ころ１３とを備えている。軸１２は、図２に示すようにロッカーアーム本体１Ａに設けられた貫通孔１Ｅに挿入され、両端をかしめることによりロッカーアーム本体１Ａに固定されている。また、ローラー１１の内径はロッカーアーム本体１Ａの上下の端面１Ｆ、１Ｆ間の距離よりも小さいため、ロッカーアーム用転がり軸受１０を構成するローラー１１、軸１２および針状ころ１３はロッカーアーム本体１Ａから脱落しない。

次に、実施の形態１のロッカーアーム用転がり軸受の製造方法について説明する。図４は実施の形態１のロッカーアーム用転がり軸受の製造方法を説明するための図である。図４を参照して、実施の形態１のロッカーアーム用転がり軸受の製造方法を説明する。

図４を参照して、実施の形態１のロッカーアーム用転がり軸受の製造方法においては、まず、棒鋼などの素材に対して旋削、冷間鍛造などの加工を実施することにより外輪としてのローラー１１を準備する外輪準備工程が実施される。そして、準備されたローラー１１を焼入硬化することにより、疲労強度、耐摩耗性などの特性をローラー１１に付与する焼入硬化工程が実施される。この焼入硬化工程は、ローラー１１をＡ_１点よりも低い温度からＡ_１点以上の温度に加熱する加熱工程と、加熱工程によりＡ_１点以上の温度に加熱されたローラー１１をＭ_Ｓ点以下の温度に冷却する冷却工程とを含んでいる。さらに、焼入硬化工程において焼入硬化されたローラー１１を焼戻すことにより、靭性などの特性をローラー１１に付与する焼戻工程が実施される。さらに、ローラー１１の寸法精度を向上させるため、ローラー１１の外周面、内周面および両方の端面が研磨される研磨工程が実施される。そして、内輪としての軸１２、転動体としての針状ころ１３およびローラー１１を組み合わせてロッカーアーム用転がり軸受１０を組み立てる組み立て工程が実施される。以上の手順により、実施の形態１のロッカーアーム用転がり軸受１０は製造される。

次に、焼入硬化工程について詳細に説明する。図５は実施の形態１のロッカーアーム用転がり軸受の製造方法に使用される熱処理設備の概略を示す図である。図５を参照して、実施の形態１のロッカーアーム用転がり軸受の外輪としてのローラー１１の焼入硬化について説明する。

図５を参照して、熱処理設備２０は、被処理物であるローラー１１を保持するための保持手段としての一対の支持棒２１Ａ、２１Ｂと、支持棒２１Ａ、２１Ｂの軸方向に垂直な面内に配置され、被処理物であるローラー１１の外周面に対向可能に構成された加熱手段としての環状の誘導加熱コイル２２とを備えている。一対の支持棒２１Ａ、２１Ｂは同一直線上に配置されている。一対の支持棒２１Ａ、２１Ｂの互いに対向する端部はテーパ形状となっており、環状のローラー１１を支持棒２１Ａ、２１Ｂの互いに対向する端部で挟むことにより固定可能に構成されている。さらに、誘導加熱コイル２２の一部を貫通するように、一端を図示しない給液手段に連結され、かつ他端には被処理物であるローラー１１に対向するように形成された開口である噴出口２３Ａを有する冷却手段としての冷却液流路２３が配置されている。なお、冷却液流路２３は１つであってもよいが、ローラー１１を均一に冷却するためには複数個配置されることが好ましい。さらに、複数個配置される場合においては、ローラー１１の軸方向に複数個配置されることが好ましく、３個以上配置される場合においては等間隔に配置されることが好ましい。さらに、ローラー１１の周方向にも複数個、等間隔に配置されることが好ましい。

次に、熱処理設備２０を用いた焼入硬化の手順を説明する。まず、被処理物であるローラー１１の内周面の一方の端部が下部支持棒２１Ａのテーパ部分に接触するようにセットされ、上部支持棒２１Ｂのテーパ部分がローラーの内周面の他方の端部に接触するようにセットされることにより、ローラー１１が保持される。次に、誘導加熱コイル２２に図示しない高周波電源から高周波電流が供給されることにより、ローラー１１が誘導加熱される。ここで、ローラー１１はその用途を考慮すると表面全体が、または表層から芯部までの全体が硬化されている必要がある。そのため、ローラー１１の外周表面のみならず、ローラー１１の表面全体が加熱されるように、またはローラー１１全体が加熱されるように高周波電流の周波数および加熱時間が決定される。誘導加熱によりＡ_１点よりも低い温度からＡ_１点以上の温度に加熱されたローラー１１は、均熱化のため所定時間Ａ_１点以上の温度に保持された後、高周波電流が遮断されるとともに、冷却液流路２３の噴出口２３Ａから冷却液噴出方向２４の向きに冷却水などの冷却液が噴出されることにより、Ｍ_Ｓ点以下の温度に急冷される。以上の手順により、ローラー１１を焼入硬化する焼入硬化工程が完了する。

焼入硬化工程の後においては、ローラー１１をＡ_１点以下の温度に加熱した後冷却する焼戻工程が実施される。この焼戻工程におけるローラー１１の加熱は、一般的な雰囲気炉を用いて実施することもできるが、誘導加熱により実施してもよい。具体的には、図５に示す熱処理設備を用いて、上述の焼入硬化工程と同様の手順により、ローラー１１をＡ_１点以下の温度に加熱した後冷却することにより実施することができる。ただし、冷却においては焼入硬化の場合と異なり急冷する必要はないので、ローラー１１がＡ_１点以下の温度に所定時間保持された後、高周波電流が遮断されることにより放冷してもよい。

なお、誘導加熱コイル２２による加熱が可能な範囲でローラー１１をローラー１１の軸方向に積み重ねてセットすることで、ローラー１１を複数個同時に焼入硬化または焼戻することもできる。

以上のようにして、実施の形態１のロッカーアーム用転がり軸受は製造される。その結果、実施の形態１のロッカーアーム用転がり軸受１０の製造においては、ローラー１１の焼入硬化処理が誘導加熱を利用して実施されているため、焼入硬化のための熱処理設備２０をインライン化することが容易となる。インライン化が実施された場合、焼入硬化前後の仕掛在庫が発生しないため、製品の納期短縮に寄与するのみならず、ローラー１１の製造コストが低下して、安価なロッカーアーム用軸転がり軸受１０を提供することができる。さらに、インライン化が実施された場合、焼入硬化処理をローラー１１一つ一つについて順次実施することが可能であるためピースバイピースの製品管理が容易となり、ローラー１１のトレーサビリティーを確保し、かつ異品混入の可能性を低減したロッカーアーム用転がり軸受１０を提供することが可能となる。以上より、実施の形態１のロッカーアーム用転がり軸受１０、およびその製造方法によれば、安価で、かつ品質の安定したロッカーアーム用転がり軸受１０を提供することができる。

さらに、ローラー１１の焼戻工程において、誘導加熱によりＡ_１点以下の温度に加熱された後冷却されて焼戻されることにより、焼入および焼戻の熱処理設備２０をインライン化することが一層容易となる。その結果、たとえば棒鋼などの素材から加工、熱処理、仕上げまでを１つのラインで構成することも可能となる。その場合、仕掛在庫の発生を一層抑制することによりローラー１１の製造コストを低下させ、一層安価なロッカーアーム用転がり軸受１０を提供することができる。さらに、焼入硬化処理および焼戻処理をローラー１１一つ一つについて順次実施することが可能であるためピースバイピースの製品管理が一層容易となり、ローラー１１のトレーサビリティーを確保し、かつ異品混入の可能性を低減したロッカーアーム用転がり軸受１０を提供することが可能となる。

さらに、ローラー１１は、冷間鍛造を含む製造工程により製造されているため、素材のうち製品とならない部分を減少させるとともに、素材からローラー１１への成形を効率よく実施することにより、ローラー１１の製造コストを低減することができる。

ここで、誘導加熱を利用した焼入に適し、かつ十分な特性を有するロッカーアーム用転がり軸受１０を得るためには、０．３８質量％以上１．１質量％以下の炭素を含有する鋼として、炭素鋼、炭素工具鋼、クロム鋼、クロム−モリブデン鋼、軸受鋼などが適しており、具体的にはＪＩＳ Ｓ４８Ｃ、Ｓ５０Ｃ、Ｓ５３Ｃ、Ｓ５５Ｃ、ＳＫ５、ＳＣｒ４４０、ＳＣｒ４４５、ＳＣＭ４４０、ＳＣＭ４４５、ＳＵＪ２、ＳＡＥ１０７０などを採用することができる。

なお、実施の形態１のロッカーアーム用転がり軸受１０は外輪としてのローラー１１の焼入硬化工程における加熱に誘導加熱が採用されていることにより、品質の安定化および低価格化のみならず、特性面でも有利な効果を有している。すなわち、実施の形態１のローラー１１は、焼入硬化工程における加熱に一般的な雰囲気炉による加熱を採用する場合に比べて、極めて急速に加熱され、かつＡ_１点以上の温度に加熱される時間が非常に短い。そのため、焼入硬化後のローラー１１の鋼組織における旧オーステナイト結晶粒の大きさが小さくなっている。具体的には、一般的な雰囲気炉による加熱を採用した場合、旧オーステナイト結晶粒度番号が１０番程度であるのに対し、実施の形態１のローラー１１の旧オーステナイト結晶粒度番号は１１番以上とすることができる。その結果、一般的な雰囲気炉による加熱を採用した場合に比べて、実施の形態１のローラー１１の転がり疲労寿命は１．５倍程度となる。

ここで、実施の形態１のローラー１１は、極めて急速に加熱され、かつＡ_１点以上の温度に加熱される時間が非常に短いため、旧オーステナイト結晶粒界の形成が十分に進行していない。具体的には、ＪＩＳ Ｇ ０５５１に従って旧オーステナイト結晶粒度の観察を行なった場合、たとえば４００倍の倍率において旧オーステナイト結晶粒界により明確に閉じられた領域は視野全体の１０％以下となっている。

なお、実施の形態１においては、転動体として針状ころが採用される場合について説明したが、本発明のロッカーアーム用転がり軸受はこれに限られず、たとえば転動体として玉が採用されてもよい。また、実施の形態１においては、ロッカーアーム用転がり軸受に保持器が用いられない総ころタイプについて説明したが、本発明のロッカーアーム用転がり軸受はこれに限られず、保持器が用いられるタイプであってもよい。

（実施の形態２）
図６は、本発明の一実施の形態である実施の形態２のロッカーアーム用すべり軸受を示す概略断面図である。また、図７は、図６の線分ＶＩＩ−ＶＩＩに沿う概略断面図である。図６および図７を参照して、本発明の実施の形態２のロッカーアーム用すべり軸受について説明する。

実施の形態２のロッカーアーム用すべり軸受と、上述した実施の形態１のロッカーアーム用転がり軸受とは基本的に同様の構成を有している。しかし、実施の形態２のロッカーアーム用すべり軸受は、転動体を有さない点で実施の形態１のロッカーアーム用転がり軸受とは異なっている。

具体的には、図６および図７を参照して実施の形態２のロッカーアーム用すべり軸受１０は、環状の外輪としてのローラー１１と、外輪の内側に配置される軸１２とを備えており、ローラー１１と軸１２との間には転動体は配置されていない。その他の構成については、実施の形態１のロッカーアーム用転がり軸受と同様である。

また、実施の形態１のロッカーアーム用転がり軸受１０においては、ロッカーアーム用転がり軸受１０の外輪としてのローラー１１と軸１２との間に転動体としての針状ころ１３が介在することにより、ローラー１１と軸１２とが相対的に回転するのに対し、実施の形態２ではローラー１１と軸１２とが互いに滑ることにより、相対的に回転する。その他の点においては、実施の形態２のロッカーアーム用すべり軸受１０は実施の形態１のロッカーアーム用転がり軸受１０と同様に動作する。

また、実施の形態２のロッカーアームすべり用軸受１０の製造方法においては、組み立て工程においてローラー１１と軸１２との間に転動体が配置されない。その他の点においては、実施の形態２のロッカーアーム用すべり軸受１０の製造方法は実施の形態１のロッカーアーム用転がり軸受１０の製造方法と同様である。

実施の形態２のロッカーアーム用すべり軸受１０によれば、実施の形態１のロッカーアーム用転がり軸受１０に比べて部品点数を減少させることができるため、軽量化および低価格化が可能となる。

（実施の形態３）
図８は、本発明の一実施の形態である実施の形態３のロッカーアーム用軸受（ロッカーアーム用転がり軸受およびロッカーアーム用すべり軸受）の製造方法に使用される熱処理設備の概略を示す図である。図８を参照して、本発明の実施の形態３のロッカーアーム用軸受の製造方法について説明する。

実施の形態３の製造方法で製造されるロッカーアーム用転がり軸受およびロッカーアーム用すべり軸受と、上述した実施の形態１のロッカーアーム用転がり軸受およびロッカーアーム用すべり軸受とは同様の構成を有しており、同様に動作する。また、製造方法についても実施の形態３は基本的には実施の形態１および実施の形態２と同様である。しかし、実施の形態３では、ロッカーアーム用転がり軸受１０またはロッカーアーム用すべり軸受１０の外輪としてのローラー１１の焼入硬化工程および焼戻工程において、実施の形態１とは異なっている。

すなわち、図８を参照して、焼入硬化工程の加熱工程においては、外輪としてのローラー１１を誘導加熱するための加熱手段である熱処理設備３０と複数のローラー１１とが相対的に移動することにより、熱処理設備３０による加熱が可能な領域の外部から領域の内部に複数のローラー１１が順次進入して加熱される。

具体的には図８を参照して、熱処理設備３０は、被処理物であるローラー１１の外周面に対向可能に構成された加熱手段としての環状の誘導加熱コイル２２と、誘導加熱コイル２２の軸方向において誘導加熱コイル２２に隣接し、被処理物であるローラー１１に対向するように形成された開口である噴出口２３Ａを有する冷却手段としての冷却液流路２３とを備えている。冷却液流路２３は冷却液流路保持台２３Ｂによって保持されている。さらに、冷却液流路保持台２３Ｂから見て誘導加熱コイル２２とは反対側には焼戻用加熱手段としての焼戻用誘導加熱コイル２５が配置されていてもよい。

ここで、誘導加熱コイル２２、冷却液流路２３の噴出口２３Ａおよび焼戻用誘導加熱コイル２５は、被処理物である複数のローラー１１が熱処理のためにセットされた状態において、一部のローラー１１のみが加熱可能に構成されている。具体的には、一部のローラー１１の外周面のみが対向することができるように、誘導加熱コイル２２、冷却液流路２３における噴出口２３Ａが形成された領域および焼戻用誘導加熱コイル２５の幅はセットされた複数のローラー１１の軸方向の長さよりも小さくなっている。さらに、誘導加熱コイル２２、冷却液流路２３および焼戻用誘導加熱コイル２５と熱処理のためにセットされたローラー１１とは、一方または両方がそれぞれ誘導加熱コイル２２の軸方向であるローラー移動方向２６、コイル移動方向２７に移動可能である。これにより、熱処理設備３０は、ローラー１１が誘導加熱コイル２２、冷却液流路２３の噴出口２３Ａおよび焼戻用誘導加熱コイル２５に対して相対的に移動可能な構成となっている。

次に、熱処理設備３０を用いた熱処理の手順を説明する。まず、被処理物である複数のローラー１１が軸方向に積み重ねられるように熱処理設備３０にセットされる。次に、誘導加熱コイル２２および焼戻用誘導加熱コイル２５に高周波電流が通電されるとともに、ローラー１１は誘導加熱コイル２２、冷却液流路２３および焼戻用誘導加熱コイル２５に対して相対的に移動する。これに伴いローラー１１は通電された誘導加熱コイル２２の内周面にローラー１１の外周面が対向する位置に到達する。すなわち、誘導加熱コイル２２に通電された高周波電流により形成された周期的に変化する磁界の磁束が所定量以上侵入する位置にローラー１１が到達する。これによりローラー１１はＡ_１点以上の温度に誘導加熱される。そして、加熱されたローラー１１は誘導加熱コイル２２に対して相対的に移動しつつ、ローラー１１の外周面が冷却液流路２３の噴出口２３Ａに対向する位置に到達し、ローラー１１には噴出口２３Ａから冷却水などの冷却液が吹き付けられる。これにより、ローラー１１はＡ_１点以上の温度からＭ_ｓ点以下の温度に急冷される。以上の手順により、ローラー１１は焼入硬化される。

さらにローラー１１は冷却液流路２３の噴出口２３Ａに対して相対的に移動し、ローラー１１の外周面が焼戻用誘導加熱コイル２５の内周面に対向する位置に到達する。これにより、ローラー１１はＡ_１点以下の所定の焼戻温度に加熱される。そして、加熱されたローラー１１は焼戻用誘導加熱コイル２５に対して相対的に移動しつつ、所定時間経過後、焼戻用誘導加熱コイル２５による加熱が可能範囲である焼戻誘導加熱領域から離脱することにより、空冷される。以上の手順により、実施の形態３の焼入硬化工程および焼戻工程が実施される。

以上のような実施の形態３のロッカーアーム用転がり軸受またはロッカーアーム用すべり軸受の製造方法を採用することにより、ローラー１１を熱処理のために一つ一つセットする必要がなくなり、ロッカーアーム用転がり軸受またはロッカーアーム用すべり軸受の生産性を一層向上させることができる。その結果、ロッカーアーム用転がり軸受またはロッカーアーム用すべり軸受を一層低コストで製造することができる。さらに、被処理物である複数のローラー１１を誘導加熱を用いて焼入硬化および焼戻するための設備がコンパクトになり、熱処理設備のインライン化が一層容易となる。

なお、上述の実施の形態１〜３においては、軸１２のロッカーアーム本体１Ａへの固定の方法について、かしめを採用する場合を説明したが、本発明のロッカーアーム用転がり軸受およびロッカーアーム用すべり軸受はこれに限られず、たとえば圧入固定されてもよいし、両端を止め輪により固定されてもよい。

以下、本発明の実施例について説明する。本発明の製造方法で作製した本発明のロッカーアーム用転がり軸受およびロッカーアーム用すべり軸受のローラーについて、断面の硬度分布を調査する実験を行なった。

図９は、ローラーの断面の硬度分布の調査位置を示す概略断面図である。以下、図９を参照して実験の手順を説明する。実験に供する材料としてＪＩＳ Ｓ４８Ｃ、Ｓ５５Ｃ、ＳＣＭ４４０、ＳＣｒ４４５、ＳＵＪ２を選択した。旋削加工により内径φ１５ｍｍ、外径φ２１ｍｍ、厚さ３ｍｍの円環状のローラーを作製した。その後、作製されたローラーに対して、図５に示す熱処理設備を使用し、実施の形態１の方法で焼入硬化処理および焼戻処理を実施した。そして、得られたローラーを軸方向に平行な面で切断し、図９に示すように当該断面の外周側から内周側に向かう測定方向αに沿って硬度を測定することにより、断面硬度分布を調査した。硬度の測定にはビッカース硬度計を使用した。

図１０は実施例の実験結果を示す図である。図１０においては、横軸がローラーの断面における外周側面からの距離（ｍｍ）、縦軸がビッカース硬度（ＨＶ）を示している。図１０を参照して、硬度は材料の炭素含有量（炭素含有量はＳＣＭ４４０＜ＳＣｒ４４５＜Ｓ４８Ｃ＜Ｓ５５Ｃ＜ＳＵＪ２である。）が多くなるにつれて高くなっている。そして、いずれの材料においても、目標値である７００ＨＶから８００ＨＶを満足しており、かつ断面内において一様に焼入硬化されている。このことから、本発明のロッカーアーム用転がり軸受およびロッカーアーム用すべり軸受に使用されるローラーは必要な硬度特性を満足していることが分かる。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明のロッカーアーム用転がり軸受、ロッカーアーム用すべり軸受およびロッカーアーム用軸受の製造方法は、環状の外輪と、外輪の内側に配置される軸とを備えたロッカーアーム用転がり軸受、ロッカーアーム用すべり軸受およびロッカーアーム用軸受の製造方法に特に有利に適用され得る。

実施の形態１のロッカーアーム用転がり軸受を備えたロッカーアームを示す概略図である。 実施の形態１のロッカーアーム用転がり軸受を示す概略断面図である。 図２の線分ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う概略断面図である。 実施の形態１のロッカーアーム用転がり軸受の製造方法を説明するための図である。 実施の形態１のロッカーアーム用転がり軸受の製造方法に使用される熱処理設備の概略を示す図である。 実施の形態２のロッカーアーム用すべり軸受を示す概略断面図である。 図６の線分ＶＩＩ−ＶＩＩに沿う概略断面図である。 実施の形態３のロッカーアーム用軸受の製造方法に使用される熱処理設備の概略を示す図である。 ローラーの断面の硬度分布の調査位置を示す概略断面図である。 実施例の実験結果を示す図である。

符号の説明

１ ロッカーアーム、１Ａ ロッカーアーム本体、１Ｂ 一方の端部、１Ｃ 他方の端部、１Ｄ アジャストねじ用貫通孔、１Ｅ 貫通孔、１Ｆ 端面、２ カム、２Ａ カムシャフト、３ バルブ、４ ばね、５ ロックナット、６ ロッカーアーム軸、７ 軸受メタル、８ アジャストねじ、１０ ロッカーアーム用転がり軸受（ロッカーアーム用すべり軸受）、１１ ローラー、１２ 軸、１３ 針状ころ、２０ 熱処理設備、２１Ａ 下部支持棒、２１Ｂ 上部支持棒、２２ 誘導加熱コイル、２３ 冷却液流路、２３Ａ 噴出口、２３Ｂ 冷却液流路保持台、２４ 冷却液噴出方向、２５ 焼戻用誘導加熱コイル、２６ ローラー移動方向、２７ コイル移動方向、３０ 熱処理設備。

Claims (10)

1. 環状の外輪と、
   前記外輪の内側に配置される軸と、
   前記外輪と前記軸との間に配置される転動体とを備えたロッカーアーム用転がり軸受であって、
   前記外輪の素材は、０．３８質量％以上１．１質量％以下の炭素を含有する鋼であり、
   前記外輪は、誘導加熱によりＡ_１点よりも低い温度からＡ_１点以上の温度に加熱された後、前記Ａ_１点以上の温度領域の所定の温度からＭ_ｓ点以下の温度に冷却されることにより焼入硬化されている、ロッカーアーム用転がり軸受。
2. 前記外輪は、前記焼入硬化された後において、さらに誘導加熱によりＡ_１点以下の温度に加熱された後冷却されて焼戻されている、請求項１に記載のロッカーアーム用転がり軸受。
3. 前記外輪は、冷間鍛造を含む製造工程により製造されている、請求項１または２に記載のロッカーアーム用転がり軸受。
4. 環状の外輪と、
   前記外輪の内側に配置される軸とを備えたロッカーアーム用すべり軸受であって、
   前記外輪の素材は、０．３８質量％以上１．１質量％以下の炭素を含有する鋼であり、
   前記外輪は、誘導加熱によりＡ_１点よりも低い温度からＡ_１点以上の温度に加熱された後、前記Ａ_１点以上の温度領域の所定の温度からＭ_ｓ点以下の温度に冷却されることにより焼入硬化されている、ロッカーアーム用すべり軸受。
5. 前記外輪は、前記焼入硬化された後において、さらに誘導加熱によりＡ_１点以下の温度に加熱された後冷却されて焼戻されている、請求項４に記載のロッカーアーム用すべり軸受。
6. 前記外輪は、冷間鍛造を含む製造工程により製造されている、請求項４または５に記載のロッカーアーム用すべり軸受。
7. 環状の外輪と、前記外輪の内側に配置される軸とを含むロッカーアーム用軸受の製造方法であって、
   前記外輪を準備する外輪準備工程と、
   前記外輪を焼入硬化する焼入硬化工程とを備え、
   前記焼入硬化工程は、
   前記外輪をＡ_１点よりも低い温度からＡ_１点以上の温度に加熱する加熱工程と、
   前記加熱工程によりＡ_１点以上の温度に加熱された前記外輪をＭ_Ｓ点以下の温度に冷却する冷却工程とを含み、
   前記加熱工程における加熱は誘導加熱により行なわれる、ロッカーアーム用軸受の製造方法。
8. 前記加熱工程においては、前記外輪を誘導加熱するための加熱手段と前記外輪とが相対的に移動することにより、前記加熱手段による加熱が可能な領域の外部から前記領域の内部に前記外輪が進入して加熱される、請求項７に記載のロッカーアーム用軸受の製造方法。
9. 前記焼入硬化工程の後において、前記外輪を誘導加熱によりＡ_１点以下の温度に加熱した後冷却する焼戻工程をさらに備えた、請求項７または８に記載のロッカーアーム用軸受の製造方法。
10. 前記焼戻工程においては、前記外輪を誘導加熱するための焼戻用加熱手段と前記外輪とが相対的に移動することにより、前記焼戻用加熱手段による加熱が可能な領域である焼戻誘導加熱領域の外部から前記焼戻誘導加熱領域の内部に前記外輪が進入して加熱される、請求項９に記載のロッカーアーム用軸受の製造方法。

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