JP2017197829A - 転がり接触用軸部材 - Google Patents

Abstract

【課題】 外周面が相手材と転がり接触する軸部材であって、転がり寿命に優れる転がり接触用軸部材を提供する。【解決手段】 高炭素鋼からなり、外周面を相手材との転がり接触面とする軸部材であって、表面から１０μｍまでの範囲における炭素濃度が１．１〜１．６重量％で、窒素濃度が０．０５〜０．６重量％の浸炭窒化層を有し、前記外周面の表面のビッカース硬さは、７００〜８４０ＨＶであり、中心部のビッカース硬さは、６００Ｈｖ以下であり、前記外周面の表面から前記中心部までのビッカース硬さにおいて、上記ビッカース硬さの変化における勾配Ｓの絶対値の最大値Ｓｍａｘが、１００〜３４０ＨＶ／ｍｍである、転がり接触用軸部材。【選択図】図２

Description

本発明は、相手材と転がり接触する転がり接触用軸部材に関する。

自動車エンジン等のバルブシステムに用いられるロッカーアームには、ロッカーローラを備えたローラーロッカーアームがある。ローラーロッカーアームでは、カムと接触するロッカーローラが、シャフトを介して回転自在にロッカーアームに組み付けられている。
このようなロッカーアームは、ロッカーローラの内周面がシャフトの外周面と転がり接触する。そこで、シャフトの破損を防止して、シャフトの転がり寿命を延ばすために、当該シャフトの製造工程において、鋼材に改質処理を施すことが提案されている。
例えば、特許文献１では、鋼製部材準備工程、浸炭窒化工程、冷却工程、高周波焼入工程、焼戻し工程及び仕上げ加工工程を経るシャフトの製造方法が提案されている。

特開２００８−６３６０３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の製造方法は、熱処理工程が多いため製造コストが高く、また、シャフトの製造に長時間を要するという課題があった。
一方、本発明者らは、相手材と転がり接触する軸部材（転がり接触用軸部材）について、当該軸部材の転がり寿命を延ばすために鋭意検討を行い、新たな着想に基づき本発明を完成した。
即ち、転がり接触用軸部材の表面から内部に至る硬度分布を所定の分布状態とすることにより、転がり接触用軸部材の転がり寿命を延ばすことができることを見出し、本発明を完成した。また、このような転がり接触用軸部材は低コストで製造することができることも合わせて見出した。

本発明の転がり接触用軸部材は、高炭素鋼からなり、外周面を相手材との転がり接触面とする軸部材であって、
表面から１０μｍまでの範囲における炭素濃度が１．１〜１．６重量％で、窒素濃度が０．０５〜０．６重量％の浸炭窒化層を有し、
上記外周面の表面のビッカース硬さは、７００〜８４０ＨＶであり、
中心部のビッカース硬さは、６００Ｈｖ以下であり 、
上記外周面の表面から上記中心部までのビッカース硬さにおいて、上記ビッカース硬さの変化における勾配Ｓの絶対値の最大値Ｓｍａｘが、１００〜３４０ＨＶ／ｍｍである、ことを特徴とする。

本発明の転がり接触用軸部材は、表層部に浸炭窒化層を備え、更に、外周面の表面から内部に向かって所定の硬度分布を有している。そのため、長期間に亘って使用することができ、転がり寿命に優れる。
また、本発明の転がり接触用軸部材は、低コストで製造することが可能である。

上記転がり接触用軸部材において、上記外周面の表面のビッカース硬さは、７２０〜８４０ＨＶであり、上記外周面の表面から、上記中心部のビッカース硬さは、５５０Ｈｖ以下であることが好ましい。
この場合、転がり接触用軸部材の転がり寿命は顕著に向上する。

上記転がり接触用軸部材において、少なくとも一方の端面は、表面のビッカース硬さが２１０〜３００ＨＶであることが好ましい。
この場合、２１０〜３００ＨＶのビッカース硬さを有する端面は、上記外周面に比べて容易に塑性変形することができるため、上記転がり接触用軸部材は、端部をかしめ加工することにより所定の箇所に固定することができる。

本発明の転がり接触用軸部材は、外周面が相手材と転がり接触する軸部材であって、転がり寿命に優れる。

（ａ）は本発明の実施形態に係る転がり接触用軸部材を用いたローラーロッカーアームの一部を示す正面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 （ａ）は、図１に示した転がり接触用軸部材の斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。 図２に示した転がり接触用軸部材の断面における硬度分布を模式的に示す図である。 図２に示した転がり接触用軸部材を製造する方法の工程図である。 図２に示した転がり接触用軸部材を製造する際に使用する熱処理装置の一例を示す概略説明図である。 実施例１における熱処理条件を示す線図である。 比較例１における熱処理条件を示す線図である。 比較例２における熱処理条件を示す線図である。 比較例３における熱処理条件を示す線図である。 比較例４における熱処理条件を示す線図である。

以下、本発明の実施形態に係る転がり接触用軸部材について、図面を参照しながら説明する。
本発明の実施形態に係る転がり接触用軸部材は、ロッカーアームが備えるロッカーローラを回転自在に支持するシャフト（ロッカーローラ用シャフト）として用いることができる。
図１（ａ）は本発明の実施形態に係る転がり接触用軸部材を用いたローラーロッカーアームの一部を示す正面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
図２（ａ）は、図１に示した転がり接触用軸部材の斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、ローラーロッカーアーム１は、ロッカーアーム本体１０と、ロッカーローラ用シャフト（以下、単にシャフトともいう）１１と、カム２に接触するロッカーローラ１２とを備えている。
ロッカーアーム本体１０は、その一端側に二股状の一対の壁部１０Ａ，１０Ｂを備えている。一対の壁部１０Ａ，１０Ｂのそれぞれには同軸の貫通孔１０Ｃが設けられており、これらの貫通孔１０Ｃにシャフト１１が嵌め込まれ、シャフト１１は壁部１０Ａ，１０Ｂに固定されている。ロッカーローラ１２は、一対の壁部１０Ａ，１０Ｂの間に配置され、シャフト１１に対して回転自在に組み付けられている。
このようなローラーロッカーアーム１では、ロッカーローラ１２の内周面１２Ａがシャフト１１の外周面１１Ａと転がり接触する。
シャフト１１は、その両端部１１Ｂ，１１Ｃにかしめ加工が施され、これによりロッカーアーム本体１０が備える一対の壁部１０Ａ，１０Ｂに固定されている。

シャフト１１は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように円柱状の部材である。
シャフト１１は、高炭素鋼（炭素含有量０．７〜１．１重量％）からなり、その表層部に浸炭窒化処理によって設けられた浸炭窒化層１１Ｄを有している。
シャフト１１は高炭素鋼からなるため、表層部に浸炭窒化層１１Ｄを設け、更に、後述するような表面から内部に向かって所定の硬度分布を付与することにより、転がり寿命を効果的に向上させることができる。
これに対して、例えば、低炭素鋼を用いた場合には、表面に浸炭窒化層１１Ｄを設け、更に、表面から内部に向かって所定の硬度分布を付与しても転がり寿命を向上させる効果が極めて乏しい。そのため、シャフト１１には高炭素鋼を採用している。
上記高炭素鋼としては炭素含有量０．７〜１．１重量％のものであればよく、例えば、ＳＵＪ２、ＳＵＪ３等の高炭素クロム軸受鋼を用いることができる。

シャフト１１は、表層部に浸炭窒化層１１Ｄが設けられている。これにより、シャフト１１の表層部付近に固溶した炭素量及び窒素量が多くなるため、シャフト１１の表面の圧縮残留応力が大きくなり、ロッカーローラ１２との転がり接触で破損しにくく、シャフト１１の転がり寿命を延ばすことができる。

浸炭窒化層１１Ｄは、表面から１０μｍまでの範囲における炭素濃度が１．１〜１．６重量％である。
上記炭素濃度が１．１重量％未満では、シャフト１１の表面組織の強度が不充分で、転がり寿命を延ばすことが困難となる。一方、上記炭素濃度が１．６重量％を超えると、シャフト１１の表面組織において粗大な炭化物が増え、亀裂発生起点が増加するため、破損しやすくなり、この場合も転がり寿命を延ばすことが困難となる。

浸炭窒化層１１Ｄは、表面から１０μｍまでの範囲における窒素濃度が０．０５〜０．６重量％である。
上記窒素濃度が０．０５重量％未満では転がり寿命を向上させる効果をほとんど得ることができない。一方、上記窒素濃度が０．６重量％を超えると、残留オーステナイト量が多くなり、その結果、表面の硬さが低下して転がり寿命が短くなってしまう。

シャフト１１は、外周面１１Ａの表面のビッカース硬さが７００〜８４０ＨＶである。
外周面１１Ａの表面のビッカース硬さが７００ＨＶ未満では、ロッカーローラ１２との転がり接触面として柔らかすぎるため、優れた転がり寿命は望めない。一方、外周面１１Ａの表面のビッカース硬さが８４０ＨＶを超えると、シャフト１１の耐衝撃性が低下する。
外周面１１Ａの表面のビッカース硬さは、７２０〜８４０ＨＶが好ましい。これにより、シャフト１１の転がり寿命を顕著に向上させることができる。
なお、外周面１１Ａの表面のビッカース硬さは、シャフト１１の長さ方向の中央部で測定する。

シャフト１１は、中心部Ｍのビッカース硬さが、６００Ｈｖ以下である。これによりシャフト１１の転がり寿命を向上させることができる。
上記中心部Ｍのビッカース硬さは５５０Ｈｖ以下であることが好ましい。この場合、シャフト１１では、外周面１１Ａの表面と中心部Ｍとの硬度差を充分に確保することができ、シャフト１１の転がり寿命を顕著に向上させることができる。
上記中心部Ｍのビッカース硬さは、３５０ＨＶ以上が好ましい。上記中心部Ｍのビッカース硬さが３５０ＨＶ未満では、シャフト１１の圧壊強度が不充分となるおそれがある。

図３は、図２に示したシャフト１１の断面における硬度分布を模式的に示す図である。図３には、シャフト１１の外周面１１Ａから上記中心部Ｍまでの硬度分布を示す。
シャフト１１は、外周面１１Ａの表面から中心部Ｍまでのビッカース硬さにおいて、上記ビッカース硬さの変化における勾配Ｓの絶対値の最大値Ｓｍａｘ（以下、最大勾配Ｓｍａｘともいう）が、１００〜３４０ＨＶ／ｍｍである。
図３に示すように、シャフト１１では、外周面１１Ａの表面から上記中心部Ｍに向かって、ビッカース硬さが低下する。このとき、シャフト１１の転がり寿命を延ばすためには、上記ビッカース硬さの変化における勾配Ｓ（ＨＶ／ｍｍ）が特定の要件を充足することが重要であり、上述したように、上記ビッカース硬さの変化における最大勾配Ｓｍａｘが１００〜３４０ＨＶ／ｍｍであることが重要である。
最大勾配Ｓｍａｘがこのような範囲にあることにより、シャフト１１の長寿命化を達成することができる。

一方、上記最大勾配Ｓｍａｘが１００ＨＶ／ｍｍ未満では、ビッカース硬さが大きく変化している部位がないため圧縮残留応力が小さく、転がり寿命を延ばすことができない。また、上記最大勾配Ｓｍａｘが３４０ＨＶ／ｍｍを超えると、引張残留応力が大きくなり、シャフト１１の強度が不充分となる。そのため、シャフト１１が早期に使用できなくなるおそれがある。
上記最大勾配Ｓｍａｘは、１７０〜３４０ＨＶ／ｍｍが好ましい。この範囲が特にシャフト１１の長寿命化に適している。

本発明において、ビッカース硬さの変化における勾配Ｓ（ＨＶ／ｍｍ）とは、外周面１１Ａの表面から上記中心部Ｍまでのビッカース硬さの変化を図３に示したようにプロットしたグラフにおける傾きを意味する。この傾き（勾配Ｓ）は通常、マイナスの値をとる。
また、上記勾配Ｓは、表面からの深さに応じて種々の値をとりえる。
そして、深さに応じて変化する勾配Ｓの中で、絶対値の最も大きい勾配Ｓが、勾配Ｓの絶対値の最大値Ｓｍａｘ（最大勾配Ｓｍａｘ）である。

本発明において、上記勾配Ｓは下記の手法で取得すれば良い。
シャフト１１の断面において、外周面１１Ａから中心部Ｍまでのビッカース硬さを所定のピッチ（０．１ｍｍ）で等間隔に測定した後、測定値に基づいて深さに対するビッカース硬さの分布図を作成し、この分布図に基づいて最大勾配Ｓｍａｘを算出すれば良い。このとき、最大勾配Ｓｍａｘは、測定点２点間の勾配を求め、各測定点間の勾配を比較して決定すれば良い。

シャフト１１において、上記最大勾配Ｓｍａｘが生じる位置（シャフト１１の外周面１１Ａからの深さ）ｘは、上記中心部Ｍの深さｄに対して、ｘ／ｄが、０．０５〜０．３となる位置が好ましい。０．０５未満では、シャフト１１の外周面１１Ａの表面近傍で硬さの急激な変化が生じているため、シャフト１１の性能が安定しないことがあり、一方、０．３を超えると、上記Ｓｍａｘを生じる位置が深く、表面の圧縮残留応力が低下し、シャフト１１の長寿命化を図ることができないことがある。
なお、中心部Ｍの深さｄは、シャフト１１の半径に相当する。

シャフト１１は、端面１１Ｂ，１１Ｃのビッカース硬さが２１０〜３００ＨＶである。そのため、シャフト１１の端面１１Ｂ，１１Ｃは、外周面１１Ａに比べて容易に塑性変形可能である。従って、シャフト１１は、図１に示したように、シャフト１１の端面１１Ｂ，１１Ｃをかしめ加工することによってロッカーアーム本体１０に固定することができる。

シャフト１１のサイズは特に限定されないが、直径が３．５ｍｍ以上であることが好ましい。シャフト１１の直径が３．５ｍｍ未満では、外周面１１Ａの表面から中心部Ｍまでに、上述した硬度分布を付与することが容易ではないからである。
また、上記シャフト１１の直径は、３０ｍｍ以下が好ましい。シャフト１１の直径が３０ｍｍを超えるとシャフト１１の転がり寿命がさほど向上しないことがある。

このようなシャフト１１は、外周面１１Ａから内部に向かって所定の硬度分布が付与されているとともに、シャフト１１の端面１１Ｂ，１１Ｃが低硬度とされているため、優れた転がり寿命を有するとともに、かしめ加工によって取り付け可能なシャフトである。

シャフト１１は、例えば、下記の方法により製造することができる。即ち、
（ａ）軸形状のワークに浸炭窒化焼入れ処理を施す工程と、
（ｂ）炭窒化焼入れされたワークに焼戻し処理を施す工程であって、上記ワークを冷却液に浸漬し、この状態で上記ワークを誘導加熱する工程と
（ｃ）焼戻し処理されたワークに仕上げ加工を施す工程と、を含み、
上記工程（ｂ）において、上記ワークの端面を治具で被覆した状態で上記誘導加熱を行う製造方法により製造することができる。

以下、シャフト１１を製造する方法について工程順に説明する。
図４は、図２に示した転がり接触用軸部材（シャフト）を製造する方法の工程図である。
（１）まず、上記高炭素鋼からなる鋼材に、鍛造、機械加工等の粗加工を施して、円柱状を有するシャフト１１の素形材（ワーク）Ｗ１を得る前加工を行う（図４中、ステップＳ１）。

（２）次に、得られたワークＷ１に対して、浸炭窒化焼入れ処理を施して表面に浸炭窒化層が形成されたワークＷ２を得る（図４中、ステップＳ２）。
上記浸炭窒化焼入れ処理は、例えば、下記の条件で行えば良い。
ワークＷ１を、カーボンポテンシャル１．１〜１．３％で、アンモニアガス濃度が２〜７体積％の浸炭窒化雰囲気において、８５０〜９００℃で所定時間加熱保持し、その後、所定温度に急冷することにより行えば良い。

上記浸炭窒化雰囲気におけるカーボンポテンシャルは、１．１〜１．３％が好ましい。１．１％以上とすることで、ワークＷ２の表面に充分な硬さを付与することができる。また、１．３％以下とすることで、ワークＷ２の表面における過剰浸炭組織の発生を抑制することができる。

上記浸炭窒化雰囲気におけるアンモニアガス濃度は、２〜７体積％が好ましい。２体積％以上とすることで、過剰浸炭組織の発生を抑制するとともに、次に行う焼もどし処理による焼戻し軟化に対する抵抗性を向上させることができる。また、７体積％以下とすることで、過剰窒化による脆化を防止することができる。

上記浸炭窒化雰囲気における加熱保持温度は、８５０〜９００℃が好ましい。８５０℃以上とすることで、充分な浸炭窒化層を形成させることができる。また、９００℃以下とすることで、ワークＷ１中への過剰な炭素の侵入を抑制して、浸炭窒化焼入れ処理されたＷ２における過剰浸炭組織の発生を抑制するとともに、粗大炭化物、炭窒化物の析出を抑制することができる。

また、上記加熱保持時間は特に限定されないが、４時間以上が好ましい。これにより、充分な浸炭深さを得ることができる。
加熱後の急冷は、例えば、冷却油の油浴中における油冷により行う。冷却油の油浴温度は、通常、６０〜１８０℃であれば良い。
上記浸炭窒化焼入れの条件は、ワークＷ１のサイズ等に応じて適宜変更可能である。

（３）次に、浸炭窒化焼入れ処理されたワークＷ２に焼戻し処理を施して、焼戻し処理されたＷ３を得る（図４中、ステップＳ３）。
上記焼戻し処理は、例えば、ワークＷ３を冷却液中に浸漬した状態で、誘導加熱により所定時間加熱し、その後、上記冷却液中でワークＷ３を冷却することにより行えば良い。なお、上記ワークＷ３の冷却は、例えば、空冷、放冷等によって行うこともできる。
このとき、ワークＷ２の両端面は、治具で被覆した状態としておき、この状態で誘導加熱を行う。

このような焼戻し処理では、ワークＷ２の外周面の焼戻し温度（外周面温度）を当該ワークＷ２の中心部の焼戻し温度（内部温度）よりも低い温度とすることができる。これにより、焼戻し処理時における残留オーステナイト量の減少を抑制し、かつ圧縮応力を増加させることができる。
このとき、上記外周面温度と上記内部温度との差（内部温度−外周面温度）は、４０〜６００℃が好ましい。この範囲で温度差を調整することにより、ワークＷ２の外周面から中心部に向かって所定の硬度分布を形成することができる。
なお、上記外周面温度と上記内部温度との差が６００℃を超えるとワークＷ２に割れが生じるおそれがある。

また、上記焼戻し処理において、焼戻し時間は、２０秒間以下が好ましい。これにより、ワークＷ２に充分な圧縮残留応力を付与することができる。より好ましい焼戻し時間は１８秒間以下である。
上記焼戻し時間は、２秒間以上が好ましく、３秒間以上がより好ましい。温度ムラの発生を抑制して製品の品質を安定化させることができるからである。
なお、本実施形態において、「焼戻し時間」とは、誘導加熱時の通電時間をいう。

上記焼戻し処理の具体的な温度は、外周面温度が１７０〜２９０℃で、内部温度が３２０〜７１５℃となるように調整して行うことが好ましい。
上記外周面温度は、２７５℃以下が好ましい。転がり寿命の向上により適しているからである。
上記内部温度は、３６５℃以上がより好ましく、４５０℃以上が更に好ましい。耐衝撃性確保に適しているからである。また、上記内部温度は、５７５℃以下がより好ましい。圧壊強度確保に適しているからである。
上記内部温度が４５０〜５７５℃である場合、高い耐衝撃性及び圧壊強度を確保するのに更に好適である。
上記外周面温度及び上記内部温度は、Ｋタイプの熱電対により計測することができる。
上記焼戻し温度の調整は、誘導加熱時の周波数や出力、焼戻し時間等により行うことができる。

上記焼戻し処理は、例えば、下記の熱処理装置を用いて行えば良い。
図５は、図２に示した転がり接触用軸部材を製造する際に使用する熱処理装置の一例を示す概略説明図である。
図５に示す熱処理装置１００は、焼入れ処理されたワークＷ２を内部にセットし、ワークＷ２に焼戻し処理を施す処理槽１０１と、ワークＷ２を保持する保持冶具１０２と、処理槽１０１の外周側に配置されたワークＷ２を誘導加熱する誘導加熱コイル１０３と、処理槽１０１内に貯留され、ワークＷ２を冷却する冷却媒体としての冷却液１０５と、処理槽１０１内に冷却液１０５を供給するための供給管１０６とを備えている。

処理槽１０１は、冷却液１０５を貯留することが可能な有底円筒状の容器である。上記容器は、電気絶縁性のセラミックスまたは電気絶縁性の合成樹脂からなる。これにより熱処理装置１００自体の加熱を抑制することができる。
処理槽１０１の大きさは、ワークＷ２の大きさ等によって適宜設定することができる。
処理槽１０１内には、冷却液１０５が貯留されている。また、処理槽１０１には、余剰の冷却液１０５を処理槽１０１の外部に排出するための排出口１０８が設けられている。

保持冶具１０２は、耐熱セメント等からなるワークＷ２を保持するための部材であり、ワークＷ２の長さ方向が鉛直方向を向くようにワークＷ２を保持する。保持冶具１０２は、ワークＷ２の下側端面Ｗ２Ｂを被覆するように保持する下冶具１０２Ａと、ワークＷ２の上側端面Ｗ２Ｃを被覆するように保持する上冶具１０２Ｂとを備える。

下冶具１０２Ａは、ワークＷ２の下側端面Ｗ２Ｂを被覆して保持する円板状の冶具本体１１２と、冶具本体１１２の下面側に設けられた下冶具１０２Ａを処理槽１０１の底部に取り付ける円柱状の支持軸１１３とを備えている。冶具本体１１２の上面側には、ワークＷ２の下側端面Ｗ２Ｂとほぼ同形状に開口した底の浅い凹部１１２ａが設けられており、下冶具１０２Ａは、この凹部１１２ａにワークＷ２の下側端面Ｗ２Ｂを嵌め込むことによってワークＷ２を保持する。
上冶具１０２Ｂは、ワークＷ２の上側端面Ｗ２Ｃを被覆して保持する円板状の冶具本体１２２と、冶具本体１２２の上面側に設けられた上冶具１０２Ｂを熱処理装置１００が備える蓋部（図示せず）に取り付ける円柱状の支持軸１２３とを備えている。冶具本体１２２の下面側には、ワークＷ２の上側端面Ｗ２Ｃとほぼ同形状に開口した底の浅い凹部１２２ａが設けられており、上冶具１０２Ｂは、この凹部１２２ａにワークＷ２の上側端面Ｗ２Ｃを嵌め込むことによってワークＷ２を保持する。

このような保持冶具１０２を用いることにより、ワークＷ２を冷却液１０５中に浸漬した状態で処理槽１０１内の所定の位置に保持することができる。また、保持冶具１０２でワークＷ２を保持した場合、ワークＷ２の両端面だけでなく、ワークＷ２の外周面Ｗ２Ａの端面側近傍部分も被覆され、この状態で焼戻し処理が施される。

誘導加熱コイル１０３は、処理槽１０１の外側に設置されている。誘導加熱コイル１０３は、処理槽１０１の外径よりも大きい内径を有する螺旋状のものである。
熱処理装置１００では、誘導加熱コイル１０３に電流を供給すことにより、ワークＷ２を所望の温度に誘導加熱することができる。
なお、誘導加熱コイル１０３は、処理槽１０１内に設置されていても良い。

冷却液１０５は、ワークＷ２の表面を冷却可能な液体であれば良い。冷却液１０５としては、例えば、水、油、水溶性ポリマー等が挙げられる。
上記油としては、例えば、焼入油等が挙げられる。
上記水溶性ポリマーとしては、例えば、ＰＡＧ（ポリアルキレングリコール）等の水溶性焼入剤が挙げられる。上記水溶性ポリマーは、水に溶解させた水溶液として用いることができる。この場合、水への水溶性ポリマーの配合量は、水溶性ポリマーの種類等に応じて適宜設定することができる。
冷却液１０５は、熱伝達率が高いものであることが好ましく、かつ取扱いが容易なものがより好ましい。ワークＷ２の表面を効率良く冷却することができるからである。

供給管１０６は、処理槽１０１内に冷却液１０５を供給するための役割を有し、複数本設置されている。
供給管１０６は、その途中部分に複数の噴射ノズル１０６ａを備え、この噴射ノズル１０６ａよりワークＷ２に向かって冷却液を噴射するように構成されている。
そのため、供給管１０６は、処理槽１０１内に冷却液１０５を供給するだけでなく、噴射ノズル１０６ａを用いた冷却液１０５の供給により、処理槽１０１内に貯留された冷却液１０５の撹拌も行うことができる。
なお、供給管１０６には、流量調整弁及び圧力調整弁（ともに図示せず）が設けられている。これにより、冷却液１０５の供給条件を調整することができる。

熱処理装置１００では、供給管１０６を介して供給された冷却液１０５が処理槽１０１内に貯留され、余剰の冷却液１０５は排出口１０８から排出される。
なお、熱処理装置１００は、排出された冷却液１０５を処理槽１０１内に再供給するための循環路（図示せず）を備えていても良い。

その他、熱処理装置１００は、図示していないものの、誘導加熱に必要な電源、整合器、冷却剤の温度を制御するための温調部材等、必要な部材を備えている。
また、熱処理装置１００は、保持冶具１０２で保持されたワークＷ２を軸心回りに回転させるための機構を備えていても良い。

このような熱処理装置１００を使用した焼戻し処理は、上述したようにワークＷ２を保持冶具１０２で保持しながら処理槽１０１内に設置し、ワークＷ２を冷却液１０５に浸漬した状態で誘導加熱することにより行う。
これにより、保持冶具１０２で被覆されたワークＷ２の両端面Ｗ２Ｂ、Ｗ２Ｃ及びワークＷ２の外周面Ｗ２Ａのうちの端面近傍部分は冷却液１０５と接しない状態で加熱されるため高温で焼戻し処理が施される。一方、ワークＷ２の外周面Ｗ２Ａのうち保持冶具１０２で被覆されていない部分は、冷却液１０５と接した状態で加熱されるため保持冶具１０２で被覆された部分よりも低温で焼戻し処理が施される。
そのため、熱処理装置１００を用いて焼戻し処理を行うことにより、ワークＷ２の端面及びその近傍部分の硬度をかしめ加工可能な低硬度とし、ワークＷ２の外周面の大部分を
高硬度とすることができる。

上記誘導加熱の際の周波数及び出力は、ワークＷ２の形状やサイズ、冷却液の冷却能等に応じて適宜設定することができる。例えば、上記周波数は０．３〜３ｋＨｚ、上記出力は５０〜３００ｋＷとすることができる。このような範囲で周波数及び出力を調整することにより、外周面１１Ａから中心部Ｍに向かって上述した硬度分布を有するシャフト１１を得ることができる。
上記誘導加熱の際の供噴射ノズル１０６ａから供給する冷却液１０５の供給量は特に限定されないが、例えば、２０〜８０Ｌ／ｍｉｎとすれば良い。
また、供給する冷却液１０５の温度は、冷却液の冷却能等にもよるが、例えば、水溶性ポリマーであれば、２０〜４０℃とすれば良い。

（４）最後に、焼戻し処理が施されたＷ３に、研磨加工等の仕上げ加工を施す（図４中、ステップＳ４）。
このような工程を経ることにより、コストを抑えて、シャフト１１を製造することができる。

（他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、適宜変更することができる。
本発明の実施形態に係る転がり接触用軸部材は、ロッカーローラのシャフトに限定されず、相手材と転がり接触する軸部材であれば良く、例えば、ニードルローラベアリングの内軸（内輪）等にも好適に使用することができる。

熱処理装置１００を用いた焼戻し処理では、ワークＷ２の一方の端面のみ（例えば、下側端面Ｗ２Ｂのみ）を保持冶具１０２Ａで保持して焼戻し処理を行っても良い。この場合、シャフト１１の片面のみをかしめ加工可能な低硬度な端面とすることができる。
また、本発明の実施形態に係る転がり接触用軸部材は、円筒状の軸部材であっても良い。この場合、転がり接触用軸部材の中心部とは、外周の表面から肉厚の半分の深さ部分をいう。

以下、実施例等により本発明の作用効果を検証する。本発明の実施形態は、以下の実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
ＳＵＪ２からなる鋼材を機械加工して直径１１ｍｍ×長さ２２ｍｍの円柱状のワークを得た。次に、得られたワークに、表１及び図６に示した熱処理条件による浸炭窒化焼入れ処理及び焼戻し処理を施した。その後、研磨加工を施し、軸部材を得た。
図６は、実施例１における熱処理条件を示す線図である。
ここで、浸炭窒化焼入れ処理は、得られたワークをカーボンポテンシャルが１．２％、アンモニアガス濃度が３体積％の浸炭窒化雰囲気中において８６０℃で４．５時間加熱した後、８０℃に油冷することにより行った。
焼戻し処理は、焼入れ処理されたワークを図５に示した熱処理装置１００内にセットして行った。即ち、ワークＷ２の両端面を覆うように治具１０２で保持し、当該ワークを温度２５℃の水溶性焼入剤に浸漬し、周波数１ｋＨｚ、出力１５０ｋＷで３秒間誘導加熱することにより行った。このとき、噴射ノズル１０６ａからの冷却液の供給量は６０Ｌ／ｍとした。

（実施例２〜７）
焼戻し処理を行う際の誘導加熱の条件（周波数、出力及び時間）、並びに、噴射ノズル１０６ａから供給する冷却液の流量を、表１に示したように変更した以外は、実施例１と同様にして、軸部材を得た。

（比較例１）
焼入れ処理及び焼戻し処理を下記の条件で行った以外は、実施例１と同様にして軸部材を得た。
図７は、比較例１における熱処理条件を示す線図である。
焼入れ処理として高周波ズブ焼入れを行った。上記高周波ズブ焼入れは、周波数１０ｋＨｚ、出力２３ｋＷで１５秒間誘導加熱することにより行った。
焼戻し処理として高周波焼戻しを行った。上記高周波焼戻しは、周波数２ｋＨｚ、出力５０ｋＷで３秒間誘導加熱することにより行った。

（比較例２）
ＳＣｒ４２０からなる鋼材を機械加工して直径１１ｍｍ×長さ２２ｍｍの円柱状のワークを得た。次に、得られたワークに、表１及び図８に示した熱処理条件による浸炭窒化焼入れ処理及び焼戻し処理を施した。その後、研磨加工を施し、軸部材を得た。
図８は、比較例２における熱処理条件を示す線図である。
ここで、浸炭窒化焼入れ処理は、得られたワークをカーボンポテンシャルが１．１％、アンモニアガス濃度が３体積％の浸炭窒化雰囲気中において８５０℃で４．５時間加熱した後、８０℃に油冷することにより行った。
また、焼戻し処理は、炉焼戻しにより行った。上記炉焼戻しは、１７０℃で１．５時間加熱することにより行った。

（比較例３）
焼入れ処理及び焼戻し処理を下記の方法で行った以外は、実施例１と同様にして軸部材を得た。
図９は、比較例３における熱処理条件を示す線図である。
焼入れ処理としてズブ焼入れを行った。上記ズブ焼入れは、８４０℃で０．５時間加熱した後、８０℃に油冷することにより行った。
焼戻し処理は、誘導加熱の条件（周波数、出力及び時間）、並びに、噴射ノズル１０６ａから供給する冷却液の流量を表１に示したように変更した以外は、実施例１と同様にして行った。

（比較例４）
ＳＣｒ４２０からなる鋼材を機械加工して直径１１ｍｍ×長さ２２ｍｍの円柱状のワークを得た。次に、得られたワークに、表１及び図１０に示した熱処理条件による浸炭窒化焼入れ処理及び焼戻し処理を施した。その後、研磨加工を施し、軸部材を得た。
図１０は、比較例４における熱処理条件を示す線図である。
ここで、浸炭窒化焼入れ処理は、得られたワークをカーボンポテンシャルが１．１％、アンモニアガス濃度が３体積％の浸炭窒化雰囲気中において８５０℃で５時間加熱した後、８０℃に油冷することにより行った。
また、焼戻し処理は、炉焼戻しにより行った。上記炉焼戻しは、１８０℃で１．５時間加熱することにより行った。

（軸部材の評価）
ビッカース硬さ試験機を用いて実施例１〜７及び比較例１〜４の軸部材における外周面の表面のビッカース硬さ及び断面における表面から中心部までのビッカース硬さを測定し、上記表面から中心部までのビッカース硬さの分布を求めた。このとき、中心部までの硬さは、深さ方向（径方向）において０．１ｍｍ間隔で測定した。
更に、この断面の硬さの分布に基づいて、最大勾配Ｓｍａｘおよび最大勾配Ｓｍａｘの位置ｘを決定した。結果を表２に示した。なお、最大勾配Ｓｍａｘの位置に関しては、「ｘ／ｄ（半径）」を算出し、表２に示した。

実施例１〜７及び比較例１〜４の軸部材について、表面から１０μｍまでの範囲における炭素濃度及び窒素濃度を測定した。結果を表２に示した。
上記炭素濃度及び上記窒素濃度は、それぞれ電子線を試料に照射し、発生する特性Ｘ線の強度を測定する手法で測定した。

実施例１〜７及び比較例１〜４の軸部材の転がり寿命を測定した。上記転がり寿命は、ラジアル型寿命試験機により測定した。結果を表２に示した。
なお、転がり寿命は、比較例１の測定値に対する相対値として算出した。

実施例１〜７及び比較例１〜４の軸部材について、かしめ性を評価した。かしめ性の評価は、軸端をパンチでかしめにより締結させる試験により行い、かしめ量が１．２ｍｍの変形量で割れが発生しなかったものを「〇」、変形できないか、又は、割れが発生したものを「×」とした。結果を表２に示した。
更に、製造コストを算出し、比較例１の軸部材の評価数値の相対値として表２に示した。

表２に示した結果から、実施例１〜７に係る軸部材は、転がり寿命に優れることが明らかとなった。特に、実施例１〜４に係る軸部材では転がり寿命が顕著に向上していることが明らかとなった。また、実施例１〜７に係る軸部材は、端部のかしめ加工が可能なことも明らかとなった。

１：ローラーロッカーアーム、２：カム、１０：ロッカーアーム本体、１１：シャフト、１１Ａ：外周面、１１Ｂ，１１Ｃ：両端部、１１Ｄ：浸炭窒化層、１２：ロッカーローラ、１００：熱処理装置、１０１：処理槽、１０２：保持冶具、１０２Ａ：下冶具，１０２Ｂ：上冶具、１０３：加熱コイル、１０５：冷却液、１０６：供給管、１０６ａ：噴射ノズル、１０８：排出口、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３：ワーク

Claims (3)

1. 高炭素鋼からなり、外周面を相手材との転がり接触面とする軸部材であって、
   表面から１０μｍまでの範囲における炭素濃度が１．１〜１．６重量％で、窒素濃度が０．０５〜０．６重量％の浸炭窒化層を有し、
   前記外周面の表面のビッカース硬さは、７００〜８４０ＨＶであり、
   中心部のビッカース硬さは、６００Ｈｖ以下であり、
   前記外周面の表面から前記中心部までのビッカース硬さにおいて、前記ビッカース硬さの変化における勾配Ｓの絶対値の最大値Ｓｍａｘが、１００〜３４０ＨＶ／ｍｍである、ことを特徴とする転がり接触用軸部材。
2. 前記外周面の表面のビッカース硬さは、７２０〜８４０ＨＶであり、
   前記中心部のビッカース硬さは、５５０Ｈｖ以下である請求項１に記載の転がり接触用軸部材。
3. 少なくとも一方の端面は、表面のビッカース硬さが２１０〜３００ＨＶである、請求項１又は２に記載の転がり接触用軸部材。