JP2008063603A - 軌道部材の製造方法、動弁装置の製造方法および軌道部材 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストの上昇を抑制しつつ、転走面を含む領域の硬度を十分に高くするとともに、転動疲労に対する高い抵抗性を付与して十分な転動疲労寿命を確保し、かつ塑性変形する領域の硬度を安定して制御可能な軌道部材の製造方法を提供する。
【解決手段】軌道部材の製造方法は、炭素量およびクロム量を抑制した鋼製部材を準備する鋼製部材準備工程と、熱処理工程と、仕上げ加工工程とを備えている。熱処理工程は、鋼製部材が加熱されて浸炭窒化される浸炭窒化工程と、浸炭窒化された鋼製部材が、鋼製部材を構成する鋼がパーライト変態するように、浸炭窒化温度から、Ａ_１点未満の温度に冷却される冷却工程と、鋼製部材において、軌道部材の転走面となるべき領域を含む高硬度領域以外の領域である低硬度領域が焼入硬化されることなく、高硬度領域が高周波焼入される高周波焼入工程とを含んでいる。
【選択図】図４

Description

本発明は軌道部材の製造方法、動弁装置の製造方法および軌道部材に関し、より特定的には、その一部が塑性変形することにより隣接する部材に対して固定される軌道部材とその製造方法、および当該軌道部材を有するカムフォロアを備えた動弁装置の製造方法に関するものである。

一般に、転がり軸受は、外輪、内輪などの軌道部材と、当該軌道部材に接触して配置される玉、ころなどの転動体とを備えている。そして、転がり軸受は、内輪、外輪などの軌道部材のうち少なくともいずれか１つが、当該軌道部材に隣接する他の部材に対して固定されて使用される。ここで、軌道部材の固定は、当該軌道部材を隣接する他の部材に対して嵌め込むことにより行なわれるほか、たとえばかしめ加工のように当該軌道部材の一部の領域を塑性変形させることにより行なわれる場合もある。

このような塑性変形を利用した軌道部材の固定は、嵌め込みによる固定に比べて、固定のための新たな部材を必要としないため、低コスト化およびコンパクト化が可能である等の利点を有している。

塑性変形を利用した軌道部材の固定を行なうためには、軌道部材における硬度分布に十分留意する必要がある。すなわち、塑性変形を利用した固定を行なう場合、軌道部材において塑性変形される領域は、塑性変形時の割れの発生を抑制する観点から、比較的低硬度、たとえば３００ＨＶ以下の硬度を有する必要がある。一方、転がり軸受が使用される産業機械、輸送機械等の近年の高性能化に伴って、転がり軸受には、長寿命化が求められている。そのため、軌道部材において、転動体と接触する表面である転走面には、高硬度、たとえば６５３ＨＶ（５８ＨＲＣ）以上の硬度が要求されるとともに、転動疲労に対する高い抵抗性が要求される。

塑性変形を利用した軌道部材の固定は、上述のような利点を有していることから、近年広く採用されている。たとえば、転がり軸受の一種である総ころタイプ（保持器を有さないタイプ）のラジアルころ軸受が、エンジンの給排気弁を動作させる動弁装置のローラ付きカムフォロアとして採用される場合がある。このローラ付きカムフォロアの取り付けにおいても、当該カムフォロアを構成する軌道部材の一部の領域を塑性変形させて保持部材に対して固定することにより、カムフォロアを保持部材に取り付けることができる。そのため、ローラ付きカムフォロアとして使用可能な転がり軸受に関しては、長寿命化等に関する多くの検討がなされると同時に（たとえば特許文献１〜９参照）、寿命向上と塑性変形を利用した固定とを両立することに関する提案がなされている（たとえば特許文献１０〜１２参照）。
特開２０００−３８９０７号公報 特開平１０−４７３３４号公報 特開平１０−１０３３３９号公報 特開平１０−１１０７２０号公報 特開２０００−３８９０６号公報 特開２０００−２０５２８４号公報 特開２００２−３１２１２号公報 実開昭６３−１８５９１７号公報 特開２００２−１９４４３８号公報 特開平５−３２１６１６号公報 特開昭６２−７９０８号公報 特開２００５−２９９９１４号公報

上述のように、一部の領域が塑性変形することにより、他の部材に対して固定される軌道部材においては、転走面を含む領域が十分な硬度を有していると同時に、塑性変形する領域が割れ等を発生することなく塑性変形可能な硬度を有していることが要求される。しかしながら、上述の特許文献１０〜１２に記載されているように、単に塑性変形する領域が焼入硬化されていないのみでは、塑性変形する領域の硬度が十分に制御されない。そのため、軌道部材の形状や同時に熱処理される数量などによって塑性変形する領域の硬度がばらつき、当該領域の硬度を安定して好ましい範囲とすることができない。その結果、実際の量産工程において、塑性変形を利用した固定が困難となる場合がある。

また、近年、転がり軸受の使用環境は苛酷化が進行しており、転がり軸受を構成する軌道部材の更なる長寿命化が求められている。これに対し、従来の軌道部材に浸炭窒化などの熱処理を施し、長寿命化する対策が有効であるとも考えられる。しかしながら、単に、軸受鋼（たとえば、ＪＩＳ ＳＵＪ２など）や浸炭鋼（合金鋼）（たとえばＪＩＳ ＳＣＭ４２０など）などの比較的高価な鋼を素材とした従来の軌道部材に、処理コストの高い浸炭窒化処理を組み合わせると、製造コストの上昇が大きくなる。したがって、軌道部材の価格競争力を考慮すると、上記対策は必ずしも完全な対策であるとはいえない。

そこで、本発明の目的は、製造コストの上昇を抑制しつつ、転走面を含む領域の硬度を十分に高くするとともに、転動疲労に対する高い抵抗性を付与して十分な転動疲労寿命を確保し、かつ塑性変形する領域の硬度を安定して制御可能な軌道部材の製造方法を提供することである。また、本発明の他の目的は、製造コストの上昇を抑制しつつ、軌道部材が転動疲労に対する十分な抵抗性を有していることにより十分な耐久性を有しているとともに、塑性変形を利用したカムフォロアの取り付けが容易な動弁装置の製造方法を提供することである。また、本発明のさらに他の目的は、製造コストの上昇が抑制されつつ、転走面を含む領域の硬度が十分に高いと同時に、転動疲労に対する高い抵抗性を有することにより、十分な転動疲労寿命が確保され、かつ塑性変形する領域の硬度が安定して制御された軌道部材を提供することである。

本発明に従った軌道部材の製造方法は、０．５質量％以上０．７質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．６質量％以上０．９質量％以下のマンガンとを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなり、クロム含有量が０．３質量％以下に抑制された鋼からなり、軌道部材の概略形状に成形された部材である鋼製部材が準備される鋼製部材準備工程と、鋼製部材が熱処理される熱処理工程と、熱処理工程において熱処理された鋼製部材が、仕上げ加工される仕上げ加工工程とを備えている。

熱処理工程は、浸炭窒化工程と、冷却工程と、高周波焼入工程とを含んでいる。浸炭窒化工程では、鋼製部材が、Ａ_１点以上の温度である浸炭窒化温度に加熱されて浸炭窒化される。冷却工程では、浸炭窒化工程において浸炭窒化された鋼製部材が、鋼製部材を構成する鋼がパーライト変態するように、浸炭窒化温度から、Ａ_１点未満の温度に冷却される。冷却工程よりも後で実施される高周波焼入工程では、鋼製部材において、軌道部材の転走面となるべき領域を含む高硬度領域以外の領域である低硬度領域が焼入硬化されることなく、高硬度領域が高周波焼入される。

一般に、転がり軸受の軌道部材を構成する鋼としては、高炭素クロム軸受鋼であるＪＩＳ ＳＵＪ２が広く用いられている。ＳＵＪ２は、炭素含有量およびクロム含有量が高いため、焼入が容易で、かつ焼入後の硬度が高いため、転動疲労に対する抵抗性に比較的優れている。しかし、近年の転がり軸受の使用環境の苛酷化を考慮すると、単に素材としてＳＵＪ２を使用するだけでは、転動疲労に対する抵抗性は必ずしも十分とはいえない。

これに対し、ＳＵＪ２製の軌道部材を浸炭窒化して、さらに転動疲労に対する抵抗性を向上させる対策が有効であるとも考えられる。しかし、クロム含有量が高く、比較的高価な鋼種であるＳＵＪ２に、さらに浸炭窒化処理を実施すると、軌道部材およびこれを備えた転がり軸受の製造コストが上昇する。これは、近年の転がり軸受に対する低コスト化の要求に反するものとなる。

また、転がり軸受を構成する鋼として、浸炭鋼（合金鋼）であるＪＩＳ ＳＣＭ４２０やＳＣｒ４２０が用いられる場合もある。しかし、ＳＵＪ２の場合と同様に、近年の転がり軸受の使用環境の苛酷化を考慮すると、単に素材としてこれらを使用するだけでは、転動疲労に対する抵抗性は必ずしも十分とはいえない。さらに、これらの鋼種は、ＳＵＪ２と同様に、比較的高価な鋼種であり、浸炭窒化処理と組み合わせると、製造コストの上昇が問題となる。

これに対し、本発明者は、軌道部材を構成する鋼の組成について詳細に検討するとともに、表面処理との組み合わせにより、製造コストの上昇を抑制しつつ、転動疲労に対する抵抗性を向上させることが可能な軌道部材の製造方法について鋭意検討した。その結果、以下のような知見を得た。すなわち、通常、転がり軸受を構成する軌道部材の転走面は、熱処理後の仕上げ加工工程において、表層部の０．１〜０．２ｍｍの領域が研削等により除去されて形成される。したがって、仕上げ加工工程において除去される領域よりも深い領域の転動疲労に対する抵抗性を熱処理工程において向上させることが、軌道部材および転がり軸受の長寿命化に有効である。

ここで、軌道部材を構成する鋼の炭素量およびクロム量を所定値以下に低減することにより、浸炭窒化処理において、軌道部材への窒素の侵入が容易となることが、本発明者の検討により明らかとなった。つまり、軌道部材を構成する鋼の炭素量およびクロム量を所定値以下に低減することにより、浸炭窒化処理の処理時間を延長することなく、十分な窒素濃度と厚みとを有する窒素富化層を形成することが可能となる。その結果、仕上げ加工工程における研削加工や超仕上げ加工を考慮しても、軌道部材の転走面の転動疲労に対する抵抗性を向上させつつ、製造コストを抑制することができる。さらに、比較的高価な合金元素であるクロムの含有量を低減することにより、素材のコストを抑制することも可能となる。

つまり、本発明の軌道部材の製造方法においては、従来採用されていたＪＩＳ ＳＵＪ２、ＳＣＭ４２０、ＳＣｒ４２０などのクロム含有量の高い鋼種ではなく、上述の組成を有する鋼から構成される鋼製部材が鋼製部材準備工程において準備され、浸炭窒化工程において当該鋼製部材が浸炭窒化されることにより、浸炭窒化処理の処理時間を延長することなく、十分な窒素濃度と厚みとを有する窒素富化層を形成することが可能になるとともに、素材のコストを低減することができる。なお、鋼の成分範囲を上述の範囲に限定した理由の詳細については、後述する。そして、転走面となるべき高硬度領域が高周波焼入されて、たとえば５８ＨＲＣ以上の硬度とされることにより、転走面の転動疲労に対する抵抗性を向上させることができる。

ここで、表層部とは、軌道部材において、表面からの距離が０．２ｍｍ以下である領域をいう。また、窒素富化層とは、軌道部材の表層部に形成された軌道部材の芯部に比べて窒素含有量が高い層であって、たとえば浸炭窒化、窒化、浸窒などの処理によって形成することができる。

一方、塑性加工の容易性を確保することを目的として鋼製部材を軟化させたい場合、鋼製部材はＡ_１点以上の温度から放冷され、その後、塑性加工の容易性を確保したい領域が焼入硬化されないように、熱処理が実施されるのが一般的である。しかし、その場合、同じ熱処理設備を使用した場合でも、鋼製部材の形状、大きさ、同時に処理される鋼製部材の量などに依存して、鋼製部材の冷却速度（単位時間あたりの温度低下）は変化する。また、鋼製部材の形状によっては、鋼製部材の部位によって冷却速度が異なる場合もある。

ここで、鋼製部材が冷却される際の冷却速度が大きくなると、鋼製部材を構成する鋼がベイナイト変態またはマルテンサイト変態する場合がある。この場合、鋼製部材の硬度は上昇し、割れ等を発生することなく塑性変形可能な硬度に抑制されない。これに対し、鋼製部材が冷却される際の冷却速度を抑制して、鋼がパーライト変態するように冷却することで、鋼製部材を、割れ等を発生することなく塑性変形可能な硬度とすることができる。

より具体的には、鋼製部材はＡ_１点以上の温度から単に放冷されるのではなく、鋼がパーライト変態するように冷却速度を制御しつつ炉中で冷却されることが好ましい。ここで、鋼がパーライト変態する際、当該鋼の組織における鉄の炭化物（セメンタイト；Ｆｅ_３Ｃ；以下、炭化物という）を粗大化、凝集化させることにより、鋼製部材の硬度を抑制する、たとえば３００ＨＶ以下の硬度とすることができる。炭化物を粗大化、凝集化させるためには、鋼製部材がＡ_１点以下の温度に冷却される際の冷却速度を小さくすることが有効である。より詳細に説明すると、鋼製部材の硬度を抑制する、たとえば３００ＨＶ以下の硬度とするためには、鋼製部材がＡ_１点以上の温度からＡ_１点未満の温度に冷却される際の冷却速度は、１５０℃／時間以下とすることが好ましく、１００℃／時間以下とすることが、より好ましい。ただし、当該冷却速度が３０℃／時間未満になると、冷却速度を低下させる効果がほぼ飽和する一方、冷却工程に要する時間が長くなり、軌道部材の製造コストの上昇を招来する。したがって、冷却速度は３０℃／時間以上とすることが好ましい。

一方、上述の冷却速度が小さい状態での冷却（徐冷）を無制限に続けると、冷却工程に長時間を要し、軌道部材の製造コストが上昇する。ここで、鋼のパーライト変態が完全に終了すれば、その後の冷却速度は炭化物の粗大化、凝集化の度合いに影響せず、鋼製部材の硬度にもほとんど影響を与えない。本発明において採用される素材（鋼）においては、パーライト変態は６５０℃までにその大半が終了し、６００℃までにほぼ完了する。したがって、上述の徐冷は、６５０℃まで継続することが好ましく、６００℃まで継続すれば十分である。なお、上述のように、パーライト変態が完全に終了すれば、その後の冷却速度は鋼製部材の硬度にほとんど影響しないため、徐冷終了後は、鋼製部材を常温の空気中で放冷（空冷）してもよいし、熱処理時間の短縮のため、油冷あるいは水冷してもよい。

さらに、上述の徐冷を開始する温度は、パーライト変態が起こらないＡ_１点以上の温度である必要があり、具体的には少なくとも７２０℃以上である必要があり、７５０℃以上であることが好ましい。なお、浸炭窒化温度から当該温度までは熱処理時間短縮のため、比較的大きい冷却速度で冷却してもよく、たとえば１５０℃／時間以上３００℃／時間以下の冷却速度で冷却してもよい。

つまり、本発明の軌道部材の製造方法においては、浸炭窒化工程で浸炭窒化された鋼製部材が、冷却工程において鋼製部材を構成する鋼がパーライト変態するように冷却される。その結果、鋼製部材は、割れを発生させることなく塑性変形させることが可能な硬度を有する。そして、その後の高周波焼入工程において、上述のように浸炭窒化された軌道部材の転走面となる領域を含む領域である高硬度領域を高周波焼入して部分的に硬化することにより、焼入硬化されない領域の塑性加工の容易性と軌道部材の転走面における転動疲労に対する抵抗性とを両立することができる。

以上より、本発明の軌道部材の製造方法によれば、製造コストの上昇を抑制しつつ、転走面を含む領域の硬度を十分に高くするとともに、転動疲労に対する高い抵抗性を付与して十分な転動疲労寿命を確保し、かつ塑性変形する領域の硬度を安定して制御することができる。

次に、鋼製部材準備工程において準備される鋼製部材を構成する鋼の成分範囲を上述の範囲に限定した理由の詳細について説明する。

炭素：０．５質量％以上０．７質量％以下
炭素含有量が多くなると、軌道部材を構成する鋼において、粗大な炭化物（セメンタイト；Ｆｅ_３Ｃ）が形成される。この粗大な炭化物は、浸炭窒化処理が実施される時点においても、鋼の素地に固溶せず、軌道部材への窒素の侵入を阻害する。炭素量が０．７質量％を超えると上述の影響が大きくなる。

一方、炭素量は、鋼の焼入後の硬度に大きな影響を及ぼす。炭素含有量が低い場合、軌道部材として機能させるためには、軌道部材の表層部、特に転走面近傍において炭素濃度を０．８質量％以上に上昇させることが好ましい。炭素量が０．５質量％未満では、炭素濃度を上昇させるために要する時間が長くなり、製造コストの上昇を招来する。そのため、炭素量は、０．５質量％以上０．７質量％以下である。

珪素：０．１５質量％以上０．３質量％以下
軌道部材の使用環境においては、使用中に温度が上昇し、軌道部材の硬度が低下するという問題が生じる場合がある。軌道部材を構成する鋼が珪素を含有することにより、これを防止する効果（焼戻軟化抵抗）が向上する。軌道部材を構成する鋼の珪素含有量が０．１５質量％未満の場合、軌道部材の焼戻軟化抵抗が不十分となる場合がある。また、珪素は鋼の製造工程において、鋼の特性に対して有害な酸素の含有量を低下させるために添加される元素であり、０．１５質量％未満に低減することは製造コスト上昇の原因となる可能性がある。一方、軌道部材を構成する鋼の珪素含有量が０．３質量％を超える場合、素材の硬度が上昇し、冷間加工性が低下する。以上の理由により、珪素量は０．１５質量％以上０．３質量％以下である。

マンガン：０．６質量％以上０．９質量％以下
マンガンは、軌道部材を構成する鋼に含有されることにより、軌道部材の焼入の容易性を向上させる効果を有している。また、マンガンは、軌道部材を構成する鋼に不可避に含有される硫黄と化合して硫化マンガンを形成し、ミクロ組織における硫黄の結晶粒界への偏析を抑制して、軌道部材の特性の低下を回避する効果を有している。マンガンの含有量が０．６質量％未満の場合、上述の効果を十分に果たすことができない。一方、軌道部材を構成する鋼のマンガン含有量が０．９質量％を超える場合、素材の硬度が上昇し、冷間加工性が低下するため、加工コストが上昇する。そのため、マンガン量は０．６質量％以上０．９質量％以下である。

クロム：０．３質量％以下
クロムは、浸炭窒化が実施される際、鋼の素地への炭化物の固溶を阻害する。そして、浸炭窒化時に残存する炭化物は、軌道部材の内部への窒素の侵入を阻害する。クロム量が０．３質量％を超えると、上記の影響が大きくなるため、クロム量は０．３質量％以下である。なお、浸炭窒化における窒素の侵入を容易にし、より短時間で十分な窒素富化層を形成可能とするためには、クロム量は０．２質量％以下であることが好ましい。

また、本発明の鋼製部材準備工程において準備される鋼製部材を構成する鋼は、ＪＩＳ Ｇ４０５１に規定される機械構造用炭素鋼のうち上述の組成の条件を満たすもの、あるいは他の規格に規定される炭素鋼であることが好ましい。具体的には、ＪＩＳ Ｓ５０Ｃ、Ｓ５３Ｃ、Ｓ５５Ｃ、Ｓ５８Ｃ、およびＳＡＥ１０５０、１０５５、１０６０、１０６５、１０７０が上述の組成の条件を満たす。規格鋼を採用することにより、素材の入手が容易になり、かつ素材のコストを低減することができる。

本発明に従った動弁装置の製造方法は、カムフォロアと、カムフォロアを保持する保持部材とを有し、エンジンの給気弁および排気弁の少なくともいずれか一方を動作させる動弁装置の製造方法である。この動弁装置の製造方法は、カムフォロアを製造するカムフォロア製造工程と、保持部材を準備する保持部材製造工程と、カムフォロアを、保持部材に取り付ける取り付け工程とを備えている。そして、カムフォロア製造工程においては、カムフォロアを構成する軌道部材が、上述の軌道部材の製造方法により製造される。また、取り付け工程においては、低硬度領域が塑性加工されることにより、軌道部材が保持部材に対して固定されて、カムフォロアが保持部材に取り付けられる。

本発明の動弁装置の製造方法によれば、カムフォロアを構成する軌道部材が、上述の軌道部材の製造方法により製造されるため、当該軌道部材の製造コストの上昇を抑制しつつ、転走面を含む領域の硬度を十分に高くするとともに、転動疲労に対する高い抵抗性を付与して十分な転動疲労寿命を確保し、かつ塑性変形する領域の硬度を安定して制御することができる。そして、硬度が安定して制御された軌道部材の低硬度領域が塑性加工されることにより、軌道部材が保持部材に対して固定され、カムフォロアが保持部材に取り付けられる。そのため、製造コストの上昇を抑制しつつ、軌道部材が転動疲労に対する十分な抵抗性を有していることにより十分な耐久性を有しているとともに、塑性変形を利用したカムフォロアの取り付けが容易な動弁装置の製造方法を提供することができる。

本発明に従った軌道部材は、上述の軌道部材の製造方法により製造されている。本発明の軌道部材によれば、上述の本発明の軌道部材の製造方法により製造されていることにより、製造コストの上昇が抑制されつつ、転走面を含む領域の硬度が十分に高いと同時に転動疲労に対する高い抵抗性を有することにより、十分な転動疲労寿命が確保され、かつ塑性変形する領域の硬度が安定して制御された軌道部材を提供することができる。

以上の説明から明らかなように、本発明の軌道部材の製造方法によれば、製造コストの上昇を抑制しつつ、転走面を含む領域の硬度を十分に高くするとともに、転動疲労に対する高い抵抗性を付与して十分な転動疲労寿命を確保し、かつ塑性変形する領域の硬度を安定して制御可能な軌道部材の製造方法を提供することができる。また、本発明の動弁装置の製造方法によれば、製造コストの上昇を抑制しつつ、軌道部材が転動疲労に対する十分な抵抗性を有していることにより十分な耐久性を有しているとともに、塑性変形を利用したカムフォロアの取り付けが容易な動弁装置の製造方法を提供することができる。また、本発明の軌道部材によれば、製造コストの上昇が抑制されつつ、転走面を含む領域の硬度が十分に高いと同時に転動疲労に対する高い抵抗性を有することにより、十分な転動疲労寿命が確保され、かつ塑性変形する領域の硬度が安定して制御された軌道部材を提供することができる。

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における軌道部材を含むカムフォロアを備えた動弁装置の構成を示す概略図である。また、図２は、図１の線分ＩＩ−ＩＩに沿う概略断面図である。また、図３は、図２のカムフォロア付近を拡大して示した概略部分断面図である。図１〜図３を参照して、本発明の実施の形態１における軌道部材を含むカムフォロアを備えた動弁装置について説明する。

図１および図２を参照して、動弁装置１０は、総ころタイプのラジアルころ軸受であるカムフォロア１と、カムフォロア１を一方の端部２Ｂにおいて保持する保持部材としてのロッカーアーム２と、カムフォロア１の外輪としてのローラ１１の外周面に、外周面５Ｂにおいて接触するように配置されたカム５と、ロッカーアーム２の他方の端部２Ｃに形成された貫通穴２Ｄに挿入され、ロックナット８によりロッカーアーム２に固定されたアジャストねじ９と、アジャストねじ９の一方の端部に、一方の端部において連結されたエンジンの給気または排気用の弁であるバルブ６とを備えている。

カムフォロア１は、外輪としての円環状のローラ１１と、ローラ１１を貫通する中空円筒状の軸１２と、ローラ１１および軸１２の間に配置される複数のころ１３を含んでいる。ロッカーアーム２は、中央部において軸受メタル４などを介してロッカーアーム軸３に保持されており、ロッカーアーム軸３を支点として回動自在となっている。バルブ６は、ばね７の弾性力により矢印７Ａの向きに付勢されている。そのため、カムフォロア１はアジャストねじ９、ロッカーアーム２を介してばね７の弾性力により、常にカム５の外周面５Ｂに押し付けられている。カム５は、カムフォロア１の内輪である軸１２の軸方向に垂直な断面において、卵形の断面形状を有している。そして、カム５はカムシャフト５Ａと一体に形成されており、カムシャフト５Ａを軸として回転可能に構成されている。

図２を参照して、ロッカーアーム２の一方の端部２Ｂ側は、１対の側壁２１が形成された二股状の形状を有している。１対の側壁２１のそれぞれには同軸の円柱状の貫通穴２１Ａが形成されている。そして、１対の側壁２１の両方の貫通穴２１Ａを貫通するようにカムフォロア１の軸１２が嵌め込まれている。軸１２の外周面には軸転走面１２Ａが形成されており、軸転走面１２Ａに外周面であるころ転走面１３Ａにおいて接触するように、複数のころ１３が配置されている。さらに、ローラ１１は、１対の側壁２１の間に配置され、かつ内周面には、軸転走面１２Ａに対向するようにローラ転走面１１Ａが形成されている。そして、ころ１３は、ころ転走面１３Ａにおいて、ローラ転走面１１Ａと接触するように配置されている。これにより、ローラ１１は軸１２に対して回転自在に保持されている。

さらに、図３を参照して、貫通穴２１Ａのそれぞれの外壁側開口付近には、軸１２の軸方向に垂直な断面における直径が徐々に大きくなるテーパー部２１Ｂが形成されている。そして、軸１２の両端部は、３００ＨＶ以下の硬度を有する低硬度領域１２Ｃとなっており、塑性加工であるかしめ加工されることによりテーパー部２１Ｂに沿うように変形されている。これにより、軌道部材としての軸１２は、保持部材としてのロッカーアーム２に対して固定されている。一方、軸１２の軸転走面１２Ａを含む環状の領域は、高周波焼入され、６５３ＨＶ以上の硬度を有する高硬度領域１２Ｂとなっている。

なお、図１〜図３においては、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における動弁装置１０の動作について説明する。図１を参照して、カム５がカムシャフト５Ａとともにカムシャフト５Ａを軸として回転すると、カムシャフト５Ａからカム５とカムフォロア１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２はロッカーアーム軸３を支点として揺動する。その結果、アジャストねじ９を介してバルブ６が往復運動する。これにより、エンジンの吸気弁または排気弁が開閉する。

次に、実施の形態１における軌道部材としてのカムフォロア１の軸１２および動弁装置１０の製造方法について説明する。図４は、実施の形態１におけるカムフォロアの軸の製造方法の概略を示す図である。

図４を参照して、実施の形態１におけるカムフォロアの軸の製造方法においては、まず０．５質量％以上０．７質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．６質量％以上０．９質量％以下のマンガンとを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなり、クロム含有量が０．３質量％以下に抑制された鋼からなり、軌道部材としての軸１２の概略形状に成形された部材である鋼製部材が準備される鋼製部材準備工程が実施される。具体的には、上述の成分組成を有する鋼、たとえばＪＩＳ規格 Ｓ５３Ｃからなる鋼材が鍛造、切削等により加工されて、鋼製部材が作製される。

次に、鋼製部材準備工程において準備された鋼製部材が熱処理される熱処理工程が実施される。熱処理工程は、浸炭窒化工程と、冷却工程と、高周波焼入工程と、焼戻工程とを含んでいる。この熱処理工程の詳細については、後述する。

そして、熱処理工程において熱処理された鋼製部材が、仕上げ加工される仕上げ加工工程が実施される。具体的には、熱処理が完了した鋼製部材に対して研削加工、超仕上げ加工などの仕上げ加工が施されることにより、カムフォロア１の軸１２が完成する。

次に、実施の形態１におけるカムフォロアの軸の製造方法に含まれる熱処理工程の詳細について説明する。図５は、実施の形態１におけるカムフォロアの軸の製造方法に含まれる熱処理工程を示す図である。図５において、横方向は時間を示しており右に行くほど時間が経過していることを示している。また、図５において、縦方向は温度を示しており上に行くほど温度が高いことを示している。

図５を参照して、熱処理工程においては、まず、鋼製部材が、Ａ_１点以上の温度である浸炭窒化温度に加熱されて浸炭窒化される浸炭窒化工程が実施される。具体的には、鋼製部材準備工程において準備された鋼製部材は、Ａ_１点以上の温度である８００℃以上１０００℃以下の温度、たとえば８５０℃に加熱され、６０分間以上３００分間以下の時間、たとえば１５０分間保持される。このとき、ＲＸガスにアンモニア（ＮＨ_３）を添加した雰囲気において加熱されることにより、鋼製部材の表層部の炭素濃度および窒素濃度が所望の濃度に調整される。

ここで、上述のように炭素およびクロムの含有量がそれぞれ０．７質量％以下および０．３質量％以下に抑制された鋼から構成される鋼製部材が鋼製部材準備工程において準備され、浸炭窒化工程において当該鋼製部材が浸炭窒化されることにより、浸炭窒化処理の処理時間を延長することなく、十分な窒素濃度と厚みとを有する窒素富化層を形成することが可能になるとともに、素材のコストを低減することができる。

次に、浸炭窒化工程において浸炭窒化された鋼製部材が、鋼製部材を構成する鋼がパーライト変態するように、浸炭窒化温度からＡ_１点未満の温度に冷却される冷却工程が実施される。具体的には、たとえば浸炭窒化された鋼製部材が、浸炭窒化温度から６５０℃まで、５０℃／時間の冷却速度で徐冷される。その後、当該鋼製部材は、常温まで空冷される。これにより、炭化物の粗大化、凝集化が進行し、鋼製部材の形状、大きさ、同時に処理される鋼製部材の量などに関わらず、また部位によらず、鋼製部材の硬度が均一に、たとえば３００ＨＶ以下の硬度にまで低下する。その結果、軸１２における低硬度領域１２Ｃの硬度を安定して制御することが可能となり、割れを発生させることなく塑性加工することが可能な低硬度領域１２Ｃを有する軸１２を安定して製造することができる。

次に、図５を参照して、鋼製部材において、軌道部材としての軸１２の軸転走面１２Ａとなるべき領域を含む高硬度領域１２Ｂ以外の領域である低硬度領域１２Ｃ（両端部）が焼入硬化されることなく、高硬度領域１２Ｂが高周波焼入される高周波焼入工程が実施される。具体的には、図３を参照して、高硬度領域１２Ｂの表面が誘導コイルに対向するように鋼製部材が高周波焼入装置にセットされ、当該誘導コイルに高周波電流が流されることにより高硬度領域１２ＢがＡ_１点以上の温度である８００℃以上１０００℃以下の温度、たとえば９００℃に誘導加熱される。その後、Ａ_１点以上の温度域からＭ_Ｓ点未満の温度まで、たとえば油冷または水冷されることにより急冷される。これにより、低硬度領域１２Ｃが焼入硬化されることなく、高硬度領域１２Ｂが焼入硬化される。

ここで、高硬度領域１２Ｂを含む鋼製部材の表層部は浸炭窒化工程において浸炭窒化されている。そのため、高周波焼入工程において高硬度領域１２Ｂが高周波焼入れされることにより、軸転走面１２Ａは転動疲労に対する抵抗性の高い領域となり、軸１２に優れた転動疲労寿命特性を付与することができる。

また、軸転走面１２Ａ直下の表層部は、浸炭窒化された後、高周波焼入れされることにより、１０体積％以上５０体積％以下、あるいはより好ましい範囲である１５体積％以上３５体積％以下の残留オーステナイト量を含むとともに、オーステナイト結晶粒度が１１番以上（旧オーステナイト結晶粒の粒度番号；ＪＩＳ Ｇ ０５５１）の鋼組織とされる。そのため、軸１２の転動疲労寿命特性は、一層向上する。

ここで、高周波焼入工程における上記誘導加熱は、被処理物である軸１２の内部に発生するうず電流によるジュール熱とヒステリシス損失による仕事量に相当する熱の発生により実現されるため、誘導コイルに流される高周波電流の周波数、電源の出力、加熱時間などを制御することにより、軸１２のうち所望部分のみを局所的に加熱することができる。そのため、比較的容易に、低硬度領域１２Ｃを焼入硬化することなく、高硬度領域１２Ｂを焼入硬化することができる。

次に、図５を参照して、焼戻工程が実施される。具体的には、高周波焼入工程が実施された鋼製部材が、Ａ_１点未満の温度である１５０℃以上３５０℃以下の温度、たとえば１８０℃に加熱され、３０分間以上２４０分間以下の時間、たとえば１２０分間保持されて、その後室温の空気中で放冷される（空冷）。以上の手順により、実施の形態１における軌道部材の製造工程に含まれる熱処理工程は完了する。

上記実施の形態１における軌道部材としての軸１２の製造方法によれば、製造コストの上昇を抑制しつつ、軸転走面１２Ａを含む高硬度領域１２Ｂの硬度を十分に高くするとともに、転動疲労に対する高い抵抗性を付与して十分な転動疲労寿命を確保し、かつ軸１２の両端部である低硬度領域１２Ｃの硬度を安定して制御して抑制することができる。その結果、軸１２の両端部（低硬度領域１２Ｃ）を、割れの発生を回避しながら塑性変形可能とし、塑性変形による固定が容易な軸１２を製造することができる。

そして、上記実施の形態１における軌道部材の製造方法により製造された本発明の実施の形態１における軌道部材としての軸１２は、製造コストの上昇が抑制されつつ、転走面を含む領域の硬度が十分に高いと同時に転動疲労に対する高い抵抗性を有している。その結果、軸１２は、十分な転動疲労寿命が確保され、かつ塑性変形する領域の硬度が安定して制御された軌道部材となっている。

ここで、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。

次に、実施の形態１における動弁装置１０の製造方法について説明する。図６は、実施の形態１における動弁装置１０の製造方法の概略を示す図である。

図１および図６を参照して、実施の形態１における動弁装置１０の製造方法は、カムフォロア１と、カムフォロア１を保持する保持部材としてのロッカーアーム２とを有し、エンジン（図示しない）の給気弁または排気弁であるバルブ６を動作させる動弁装置の製造方法である。当該動弁装置１０の製造方法は、カムフォロア１を製造するカムフォロア製造工程と、保持部材としてのロッカーアーム２を製造する保持部材製造工程と、カムフォロア１を、保持部材としてのロッカーアーム２に取り付ける取り付け工程と、カムフォロアが取り付けられたロッカーアーム２と、別途準備されたカム５、バルブ６、ばね７などとを組み合わせて動弁装置１０を組立てる組立て工程とを備えている。

ここで、カムフォロア製造工程においては、カムフォロア１を構成する軌道部材としての軸１２が、上述の実施の形態１における軌道部材の製造方法により製造される。

また、取り付け工程においては、図３を参照して、軸１２の両端部である低硬度領域１２Ｃが塑性加工されることにより、軸１２がロッカーアーム２に対して固定されて、カムフォロア１がロッカーアーム２に取り付けられる。より詳細に説明すると、ローラ１１とローラ１１のローラ転走面１１Ａに接触するように配置された複数のころ１３がロッカーアーム２の一方の端部２Ｂ側に形成された１対の側壁２１の間に挿入される。その後、１対の側壁２１のそれぞれに形成された貫通穴２１Ａを同時に貫通し、かつ軸転走面１２Ａが複数のころ１３に接触するように、軸１２が挿入される。そして、軸１２の両端部である低硬度領域１２Ｃが塑性加工であるかしめ加工されることにより、軸１２がロッカーアーム２に対して固定され、カムフォロア１がロッカーアーム２に取り付けられる。

実施の形態１における動弁装置１０の製造方法においては、軸１２が、上述の実施の形態１における軌道部材の製造方法により製造され、当該軸１２がかしめ加工されることにより軸１２がロッカーアーム２に対して固定され、カムフォロア１がロッカーアーム２に取り付けられる。そのため、実施の形態１における動弁装置１０の製造方法によれば、製造コストの上昇を抑制しつつ、軌道部材としての軸１２が転動疲労に対する十分な抵抗性を有していることにより十分な耐久性を有しているとともに、塑性変形を利用したカムフォロアの取り付けを容易に実施することができる動弁装置１０の製造方法を提供することができる。

（実施の形態２）
図７は、本発明の一実施の形態である実施の形態２における軌道部材を含むカムフォロアを備えた動弁装置の構成を示す概略図である。図７を参照して、実施の形態２における軌道部材を含むカムフォロアを備えた動弁装置およびその製造方法について説明する。

図７を参照して、実施の形態２における動弁装置１０は、上述の実施の形態１における動弁装置１０と基本的には同様の構成を有している。しかし、実施の形態２における動弁装置１０は、ロッカーアーム２の回動の支点がロッカーアーム２の一方の端部２Ｂとなる点において、実施の形態１の動弁装置１０とは異なっている。

すなわち、実施の形態２における動弁装置１０においては、ロッカーアーム２の一方の端部２Ｂ側に図示しないピボットが当接するピボット当接部２２が形成されている。そして、ロッカーアーム２は、ピボット当接部２２を支点として回動自在に保持されている。

ここで、カム５がカムシャフト５Ａとともにカムシャフト５Ａを軸として回転すると、カムシャフト５Ａからカム５とカムフォロア１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２はピボット当接部２２を支点として揺動する。その結果、バルブ６が往復運動して、エンジンの吸気弁または排気弁が開閉する。

なお、実施の形態２における軌道部材としての軸１２および動弁装置１０は、上述のように実施の形態１における軸１２および動弁装置１０と基本的には同様の構成を有しており、同様の製造方法により製造することができる。

（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における軌道部材を含むカムフォロアを備えた動弁装置の構成を示す概略図である。また、図９は、図８のカムフォロア周辺を拡大して示した概略図である。図８および図９を参照して、実施の形態３における軌道部材を含むカムフォロアを備えた動弁装置およびその製造方法について説明する。

図８および図９を参照して、実施の形態３における動弁装置１０は、上述の実施の形態１における動弁装置１０と基本的には同様の構成を有している。しかし、実施の形態３における動弁装置１０は、ロッカーアーム２に直接カムフォロア１が取り付けられるのではなく、ロッカーアーム２とカムフォロア１との間にプッシュロッド９０が介在し、カムフォロア１がプッシュロッド９０に取り付けられている点において、実施の形態１の動弁装置１０とは異なっている。

すなわち、ロッカーアーム２の一方の端部２Ｂには、ロックナット８２によりロッカーアーム２に対して固定されたアジャストねじ８０および連結部材８１を介して、棒状の形状を有するプッシュロッド９０が連結されている。保持部材としてのプッシュロッド９０において、ロッカーアーム２と連結されている側とは反対側の端部には、カムフォロア１が取り付けられている。そして、カム５は、外周面５Ｂにおいてカムフォロア１のローラ１１の外周面と接触するように配置されている。

ここで、カム５がカムシャフト５Ａとともにカムシャフト５Ａを軸として回転すると、カムシャフト５Ａからカム５とカムフォロア１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２はプッシュロッド９０により一方の端部２Ｂが押されることにより、ロッカーアーム軸３を支点として揺動する。その結果、バルブ６が往復運動して、エンジンの吸気弁または排気弁が開閉する。

なお、実施の形態３における軌道部材としての軸１２および動弁装置１０は、上述のように実施の形態１における軸１２および動弁装置１０と基本的には同様の構成を有しており、同様の製造方法により製造することができる。

以下、本発明の実施例１について説明する。本発明の軌道部材の窒素濃度分布を、一般的な軸受用鋼であるＳＵＪ２を素材とし、浸炭窒化が実施された軌道部材の窒素濃度分布と比較する試験を行なった。試験の手順は以下のとおりである。

まず、試験の対象となる試験片の作製方法について説明する。本発明の実施例の軌道部材を構成する鋼としてＪＩＳ Ｓ５３Ｃ、比較例の軌道部材を構成する鋼としてＪＩＳ ＳＵＪ２を採用した。そして、上記鋼材を軌道部材である６３０３型番（ＪＩＳ Ｂ１５１３）の軸受内輪の概略形状を有する鋼製部材に加工した。

その後、上記鋼製部材を、ＲＸガスにアンモニアガスを添加した雰囲気中で８５０℃に１５０分間保持することにより、浸炭窒化した。そして、当該鋼製部材を表面に対して垂直な断面で切断し、ＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｓｉｓ）により、表面から内部に向けて、当該表面に垂直な方向における窒素濃度および炭素濃度の分布を測定した。

図１０は、浸炭窒化された鋼製部材における表面からの深さと窒素濃度との関係を示す図である。また、図１１は、浸炭窒化された鋼製部材における表面からの深さと炭素濃度との関係を示す図である。図１０および図１１において、横軸は表面からの深さであり、縦軸はそれぞれ窒素濃度および炭素濃度である。また、図１０および図１１において、Ｓ５３Ｃ製の鋼製部材の測定結果は実線で、ＳＵＪ２製の鋼製部材の測定結果は破線で示されている。図１０および図１１を参照して、浸炭窒化された鋼製部材の窒素濃度分布について説明する。

図１０を参照して、本発明の実施例であるＳ５３Ｃ製の鋼製部材および比較例であるＳＵＪ２製の鋼製部材における窒素濃度は、表面から内部に向かうに従って低下している。そして、最表層部においては、比較例であるＳＵＪ２製鋼製部材の窒素濃度が、実施例であるＳ５３Ｃ製鋼製部材の窒素濃度を上回っている。しかし、ＳＵＪ２製鋼製部材の窒素濃度は、内輪の内部では急激に低下し、表面からの深さが０．１５ｍｍを超える領域においては、Ｓ５３Ｃ製鋼製部材の窒素濃度がＳＵＪ２製鋼製部材の窒素濃度を上回っている。これは、以下のような理由によるものであると考えられる。

図１１を参照して、実施例であるＳ５３Ｃ製鋼製部材の炭素濃度は、内部に向けてほぼ直線的に低下していくのに対し、比較例であるＳＵＪ２製鋼製部材の炭素濃度は最表層部に最も大きなピークを有しており、内部に向けても多くのピークを有している。これは、過共析鋼であるＳＵＪ２のミクロ組織中には炭化物（セメンタイト；Ｆｅ_３Ｃ）が存在していることと、ＳＵＪ２は多量のクロム（Ｃｒ）を含有しているため、浸炭窒化処理により表層部にＣｒ炭窒化物が析出していることとに起因している。そして、これらの炭化物および炭窒化物が浸炭窒化処理における窒素の内部への侵入を阻害し、上述のような窒素濃度の急激な低下の原因となったものと考えられる。

ここで、通常、転がり軸受を構成する軌道部材の転走面は、熱処理後の仕上げ加工工程において、表層部の０．１〜０．２ｍｍの領域が研削により除去される。したがって、転動疲労に対する抵抗性が要求される転走面およびその近傍では、本発明の実施例であるＳ５３Ｃ製の軌道部材の窒素濃度が、比較例であるＳＵＪ２製の軌道部材の窒素濃度よりも高くなっていることとなる。たとえば、熱処理後の仕上げ加工工程において、表層部の０．２ｍｍの領域が研削により除去された場合でも、Ｓ５３Ｃ製の軌道部材では、転走面からの深さ０．０５ｍｍ以内の領域における窒素濃度を０．１４質量％以上とすることが可能である。また、ＳＵＪ２製の軌道部材の転走面における窒素濃度を上昇させるためには、浸炭窒化時間を長くする対策が考えられるが、その場合、製造コストが上昇するという問題がある。

以上より、Ｓ５３Ｃを素材として浸炭窒化を実施した本発明の軌道部材は、ＳＵＪ２を素材として浸炭窒化を実施した比較例の軌道部材に比べて、製造コストの上昇を抑制しつつ、転走面近傍の窒素濃度を上昇させることが可能であることが分かる。そして、これにより、本発明の軌道部材によれば、転走面の転動疲労に対する抵抗性を向上させることが可能であると考えられる。

以下、本発明の実施例２について説明する。本発明の軌道部材の製造方法により製造した軌道部材の特性を評価する試験を行なった。試験の手順は以下のとおりである。

まず、試験の対象となる試験片の作製方法について説明する。本発明の実施例として、素材として炭素鋼であるＪＩＳ Ｓ５３Ｃ、Ｓ５８ＣおよびＳＡＥ１０７０を採用し、図４および図５に基づいて説明した実施の形態１における軌道部材としての軸１２の製造方法と同様の製造方法により、外径１４．６ｍｍ、長さ１７．３ｍｍの中実円筒状の試験片（カムフォロアの軸）を作製した。熱処理工程においては、図５を参照して、鋼製部材をＡ_１点以上の温度である８５０℃に加熱してＲＸガスにアンモニアを添加した雰囲気中で１２０分間保持することにより浸炭窒化した後（浸炭窒化工程）、炉内において６５０℃まで５０℃／時間の冷却速度で徐冷した（冷却工程）。その後、鋼製部材を常温まで空冷し、さらに、転走面となるべき領域を含む領域を焼入硬化する高周波焼入（周波数８０ｋＨｚ）を実施した後（高周波焼入工程）、１８０℃に加熱して１２０分間保持することにより焼戻を行ない（焼戻工程）、熱処理工程を終了した（実施例Ａ〜Ｃ）。

一方、本発明の範囲外の比較例として、素材にＳ５３Ｃを採用し、上記試験片と同様の工程において、熱処理工程の浸炭窒化工程および冷却工程を省略して高周波焼入工程および焼戻工程のみを行なった試験片も作製した（比較例Ａ）。

次に、特性評価の方法について説明する。上記試験片の外周面の硬度、転走面における残留オーステナイト量およびオーステナイト結晶粒度番号を調査した。図１２は、試験片の硬度の測定位置を示す図である。図１２を参照して、試験片としてのカムフォロアの軸３０の外周面の硬度は、外周面の端部から長手方向にそれぞれ８．６５ｍｍ、５．０ｍｍ、２．０ｍｍおよび１．０ｍｍ離れた位置である測定位置Ａ、Ｂ、ＣおよびＤを、ビッカース硬度計により測定した。ここで、測定位置ＡおよびＢは高硬度領域３２の表面である転走面３１に含まれる位置、測定位置ＣおよびＤは転走面３１以外の領域に含まれる位置である。

転走面３１における残留オーステナイト量は、Ｘ線回折計（ＸＲＤ）を用いて、当該部位のマルテンサイトα（２１１）面とオーステナイトγ（２２０）面との回折強度とを測定することにより、算出した。また、オーステナイト結晶粒度番号は、ＪＩＳ Ｇ ０５５１に記載された旧オーステナイト結晶粒の粒度番号の測定方法により測定した。

表１に、特性評価の結果を示す。表１を参照して、本発明の実施例の製造方法により作製された実施例Ａ〜Ｃは、転走面３１に含まれる測定位置ＡおよびＢにおける硬度が７８０〜８００ＨＶとなっており、十分な転動疲労寿命が期待できる硬度となっている。また、転走面３１以外の領域である測定位置ＣおよびＤにおける硬度は、２３０〜２６５ＨＶとなっており、かしめ加工などの塑性加工を、割れを発生させることなく実施できる硬度範囲である３００ＨＶ以下となっている。

一方、本発明の範囲外である従来の製造方法により作製された比較例Ａは、転走面３１に含まれる測定位置ＡおよびＢにおける硬度が７００〜７０５ＨＶとなっている。実施例Ａに比べて硬度が低くなっているのは、比較例Ａの試験片が浸炭窒化されていないことに起因していると考えられる。また、転走面３１以外の領域である測定位置ＣおよびＤにおける硬度は、１８０〜１８５ＨＶとなっている。

また、実施例Ａ〜Ｃは、転走面３１における残留オーステナイト量が３２．０〜３５．０体積％となっている。これは、転動疲労寿命、特に硬質の異物が潤滑剤に混入する異物混入環境等における転動疲労寿命の向上と、寸法安定性とを両立するために好ましい範囲である１０体積％以上５０体積％以下、特に好ましい範囲である１５体積％以上３５体積％以下に含まれる。

一方、比較例Ａは、転走面３１における残留オーステナイト量が５．５体積％となっている。実施例Ａに比べて残留オーステナイト量が少なくなっているのは、比較例Ａの試験片が浸炭窒化されていないことに起因していると考えられる。その結果、比較例Ａの残留オーステナイト量は、転動疲労寿命、特に異物混入環境等における転動疲労寿命の向上と、寸法安定性とを両立するために好ましい範囲である１０体積％以上５０体積％以下の範囲外となっている。

また、実施例Ａ〜Ｃは、転走面３１におけるオーステナイト結晶粒の粒度番号が１１となっており、転動疲労寿命、靭性等を向上させるために好ましい範囲である１１以上となっている。

一方、比較例Ａは、転走面３１におけるオーステナイト結晶粒の粒度番号が９となっている。実施例Ａに比べて粒度番号が小さく（旧オーステナイト結晶粒が大きく）なっているのは、比較例Ａの試験片が浸炭窒化されていないため、高周波焼入の際にオーステナイト結晶粒の生成サイトとなる炭化物の数密度が実施例Ａ〜Ｃに比べて少なくなっていたことに起因していると考えられる。

以上より、本発明の軌道部材の製造方法により作製された軌道部材は、従来の軌道部材に比べて転走面の硬度およびオーステナイト結晶粒度番号が大きく、残留オーステナイト量が好ましい範囲となっているとともに、塑性加工が容易な領域が形成されている。そのため、本発明の軌道部材の製造方法により作製された軌道部材は、転走面の転動疲労寿命が優れているとともに、かしめ加工などの塑性加工を利用した軌道部材の固定が容易となっていることが確認された。

以下、本発明の実施例３について説明する。本発明の軌道部材の製造方法により製造した軌道部材の転動疲労寿命を調査する試験を行なった。試験の手順は以下のとおりである。

上述の実施例２において作製された図１２に示す試験片であるカムフォロアの軸を内輪として、外輪回転型転動疲労寿命試験を実施した。なお、比較例Ａと同様の熱処理工程により作製したＪＩＳ ＳＵＪ２製のカムフォロアの軸を比較例Ｂとして、試験対象に追加した。図１３は、実施例３の試験に用いられた転動疲労寿命試験機の主要部を示す概略図である。図１３を参照して、実施例３の転動疲労寿命試験の試験方法について説明する。

図１３を参照して、転動疲労寿命試験機４０は、図示しない動力源に接続された回転軸４１と、中心を含む領域を回転軸４１が貫通し、回転軸４１と一体に回転可能に構成された円盤状の駆動ローラ４２と、回転軸４１を軸周りに回転自在に支持する１対の軸受４５とを備えている。

そして、駆動ローラの外周面４２Ａに対して外周面において接触するように円環状の外輪４３が配置され、外輪４３の内周面に対して外周面において接触するように複数のころ４４が配置される。さらに、図１２および図１３を参照して、外輪４３を貫通し、転走面３１においてころ４４に接触するように、試験片としてのカムフォロアの軸３０が固定されて配置される。

図示しない動力源により回転軸４１が軸周りに回転すると、回転軸４１と一体に駆動ローラ４２が回転する。そして、駆動ローラ４２により駆動されて、外輪４３が回転する。その結果、固定されたカムフォロアの軸３０の転走面３１をころ４４が転走する。ここで、カムフォロアの軸３０に負荷される荷重は２２００Ｎ、外輪４３の回転速度は７０００回転／分、潤滑油はエンジンオイル（ＳＡＥ粘度規格：１０Ｗ−３０）、油温は１００℃の条件の下で、試験を実施した。この条件によれば、試験中に表面損傷または内部起点剥離のいずれかが発生する。したがって、本試験により、表面損傷および内部起点剥離の両方の寿命を確認することができる。そして、カムフォロアの軸３０に剥離が発生するまでの時間（転動疲労寿命）を調査した。さらに、実験の結果得られた転動疲労寿命を統計的に解析し、１０％の試験片が剥離するまでの時間（Ｌ１０寿命）を算出した。表２に試験結果を示す。

表２においては、比較例ＡのＬ１０寿命を１とした場合の、各試験片の寿命比が示されている。表２を参照して、本発明の実施例である実施例Ａ〜Ｃのカムフォロアの軸は、従来のカムフォロアの軸である比較例Ａに対して５．９〜６．５倍の転動疲労寿命を有している。これは、実施例Ａにおいては、浸炭窒化処理が実施されることにより、前述のように、オーステナイト結晶粒度が小さく、かつ残留オーステナイト量が好ましい範囲とされていることに起因していると考えられる。また、実施例Ａ〜Ｃは、軸受鋼であるＳＵＪ２製のカムフォロアの軸に対しても１．７〜1．９倍程度の転動疲労寿命を有している。

以下、本発明の実施例４について説明する。本発明の軌道部材の製造方法における冷却工程での冷却速度および冷却速度制御終了温度と、冷却工程終了後の硬度との関係を調査する試験を行なった。試験の手順は以下のとおりである。

図４および図５に基づいて説明した実施の形態１におけるカムフォロアの軸の製造方法において、鋼製部材準備工程および浸炭窒化工程が実施された鋼製部材（カムフォロアの軸；ＪＩＳ Ｓ５３Ｃ製、８５０℃で１２０分間保持して浸炭窒化）を、７５０℃まで２００℃／時間の冷却速度で冷却した後、３０〜３００℃／時間の冷却速度で冷却速度を制御して冷却し、その後空冷して軸の端部の硬度を測定する試験を行なった。このとき、冷却速度の制御を終了する温度（冷却速度制御終了温度）は、６５０℃および６００℃の２水準とした。試験の結果を表３に示す。なお、表３においては、サンプル数ｎ＝１０の平均硬度および硬度のばらつきが示されている。

表３を参照して、冷却速度制御終了温度に関わらず、冷却速度を１００℃／時間以下とすることで、平均硬度が大幅に低下していることが分かる。このことから、冷却工程における冷却速度は１００℃／時間以下とすることが好ましいといえる。なお、冷却速度を小さくするほど、硬度を低くすることが可能となっており、５０℃／時間以下とすれば、さらに平均硬度を低下させることができる。しかし、冷却速度を小さくすると、冷却工程に要する時間が長くなり、生産効率の低下を招来する。冷却速度を３０℃／時間まで小さくしても、５０℃／時間の場合との硬度の差は１０ＨＶ程度であることから、冷却速度は３０℃／時間以上とすることができる。

また、冷却速度制御終了温度に関しては、平均硬度への影響は必ずしも大きくないが、６５０℃の場合に比べて、６００℃の場合、硬度のばらつきが小さくなっている。このことから、冷却速度制御終了温度は、６５０℃以下とすることができるが、６００℃以下とすることが、より好ましいと考えられる。

以上の実施例１〜４の結果より、本発明の軌道部材の製造方法によれば、熱処理工程の工程数や時間を抑制することにより製造コストの上昇を抑制しつつ、浸炭窒化および高周波焼入により転走面を含む領域を硬度が十分に高く、かつ転動疲労に対する抵抗の大きい材質にするとともに、転走面以外の領域の硬度を安定して制御して抑制し、当該領域の塑性変形を利用した軌道部材の固定が容易な軌道部材を製造することができることが確認された。

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。

本発明の軌道部材および軌道部材の製造方法は、その一部が塑性変形することにより隣接する部材に対して固定される軌道部材およびその製造方法に、特に有利に適用され得る。また、本発明の動弁装置の製造方法は、その一部が塑性変形することにより隣接する部材に対して固定される軌道部材を有するカムフォロアを備えた動弁装置の製造方法に、特に有利に適用され得る。

実施の形態１における軌道部材を含むカムフォロアを備えた動弁装置の構成を示す概略図である。 図１の線分ＩＩ−ＩＩに沿う概略断面図である。 図２のカムフォロア付近を拡大して示した概略部分断面図である。 実施の形態１におけるカムフォロアの軸の製造方法の概略を示す図である。 実施の形態１におけるカムフォロアの軸の製造方法に含まれる熱処理工程を示す図である。 実施の形態１における動弁装置の製造方法の概略を示す図である。 実施の形態２における軌道部材を含むカムフォロアを備えた動弁装置の構成を示す概略図である。 実施の形態３における軌道部材を含むカムフォロアを備えた動弁装置の構成を示す概略図である。 図８のカムフォロア周辺を拡大して示した概略図である。 浸炭窒化された鋼製部材における表面からの深さと窒素濃度との関係を示す図である。 浸炭窒化された鋼製部材における表面からの深さと炭素濃度との関係を示す図である。 試験片の硬度の測定位置を示す図である。 実施例３の試験に用いられた転動疲労寿命試験機の主要部を示す概略図である。

符号の説明

１ カムフォロア、２ ロッカーアーム、２Ｂ 一方の端部、２Ｃ 他方の端部、２Ｄ 貫通穴、３ ロッカーアーム軸、４ 軸受メタル、５ カム、５Ａ カムシャフト、５Ｂ 外周面、６ バルブ、７ ばね、８ ロックナット、９ アジャストねじ、１０ 動弁装置、１１ ローラ、１１Ａ ローラ転走面、１２ 軸、１２Ａ 軸転走面、１２Ｂ 高硬度領域、１２Ｃ 低硬度領域、１３ ころ、１３Ａ ころ転走面、２１ 側壁、２１Ａ 貫通穴、２１Ｂ テーパー部、２２ ピボット当接部、３０ カムフォロアの軸、３１ 転走面、３２ 高硬度領域、４０ 転動疲労寿命試験機、４１ 回転軸、４２ 駆動ローラ、４２Ａ 外周面、４３ 外輪、４４ ころ、４５ 軸受、８０ アジャストねじ、８１ 連結部材、８２ ロックナット、９０ プッシュロッド。

Claims (3)

1. ０．５質量％以上０．７質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．６質量％以上０．９質量％以下のマンガンとを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなり、クロム含有量が０．３質量％以下に抑制された鋼からなり、軌道部材の概略形状に成形された部材である鋼製部材が準備される鋼製部材準備工程と、
   前記鋼製部材が熱処理される熱処理工程と、
   前記熱処理工程において熱処理された前記鋼製部材が、仕上げ加工される仕上げ加工工程とを備え、
   前記熱処理工程は、
   前記鋼製部材が、Ａ_１点以上の温度である浸炭窒化温度に加熱されて浸炭窒化される浸炭窒化工程と、
   前記浸炭窒化工程において浸炭窒化された前記鋼製部材が、前記鋼製部材を構成する鋼がパーライト変態するように、前記浸炭窒化温度から、Ａ_１点未満の温度に冷却される冷却工程と、
   前記冷却工程よりも後で、前記鋼製部材において、前記軌道部材の転走面となるべき領域を含む高硬度領域以外の領域である低硬度領域が焼入硬化されることなく、前記高硬度領域が高周波焼入される高周波焼入工程とを含む、軌道部材の製造方法。
2. カムフォロアと、前記カムフォロアを保持する保持部材とを有し、エンジンの給気弁および排気弁の少なくともいずれか一方を動作させる動弁装置の製造方法であって、
   前記カムフォロアを製造するカムフォロア製造工程と、
   前記保持部材を製造する保持部材製造工程と、
   前記カムフォロアを、前記保持部材に取り付ける取り付け工程とを備え、
   前記カムフォロア製造工程においては、前記カムフォロアを構成する軌道部材が、請求項１に記載の軌道部材の製造方法により製造され、
   前記取り付け工程においては、前記低硬度領域が塑性加工されることにより、前記軌道部材が前記保持部材に対して固定されて、前記カムフォロアが前記保持部材に取り付けられる、動弁装置の製造方法。
3. 請求項１に記載の軌道部材の製造方法により製造された、軌道部材。

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