JP3125434B2 - 転がり摺動部品 - Google Patents

転がり摺動部品

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JP3125434B2 JP04113196A JP11319692A JP3125434B2 JP 3125434 B2 JP3125434 B2 JP 3125434B2 JP 04113196 A JP04113196 A JP 04113196A JP 11319692 A JP11319692 A JP 11319692A JP 3125434 B2 JP3125434 B2 JP 3125434B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明に係る転がり摺動部品
は、例えばエンジンの動弁機構を構成するカムフォロア
の外輪として利用する。
【0002】
【従来の技術】エンジンのクランクシャフトと共に回転
するカムシャフトに固定のカムの動きをバルブに伝達す
る為の動弁機構にカムフォロアを組み込み、この動弁機
構の運転時に於ける摩擦を滑り摩擦から転がり摩擦に変
える事で、当該部分の摩擦損失を低く抑える事が、近年
広く行なわれる様になっている。又、この様なカムフォ
ロアに使用される外輪の様に、使用時に於いて相手部品
と転がり接触若しくは滑り接触する、転がり摺動部品の
表面の耐久性を向上させる為に、従来から表面性状の改
良に関する各種発明が知られている。
【0003】例えば特公平1−30008号公報には、
転動面の表面にRmax が0.3〜1.5μmでランダム
方向の擦傷を形成すると共に、表層部に50kgf/mm2
上の残留応力層を形成した軸受転動体に関する発明が記
載されている。
【0004】又、特開平3−117723〜5号公報に
は、バレル加工により表面に多数の凹みをランダムに形
成し、表層部の硬度を内部の硬度に比べて高くすると共
に、表層部に圧縮残留応力を生じさせる発明が記載され
ている。
【0005】又、特開平3−199716号公報には、
相手部材と接触する表面に表面硬化処理層を設けると共
に、圧縮残留応力のピーク値の深さと、剪断応力分布の
ピーク値の深さとを一致させた軸受が記載されている。
【0006】更に、特開平4−54312号公報には、
ショット・ピーニング加工により、圧縮残留応力を表面
部分で100kgf/mm2 以上とし、表面下300μmの部
分で40kgf/mm2 以上とした軸受部品に関する発明が記
載されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記従来から知られた
発明の場合、使用条件によっては優れた耐久性を得られ
るが、本発明が対象としている様な、不十分な潤滑条件
の下で使用され、対向する他の部品と転がり接触若しく
は滑り接触する転がり摺動部品に使用した場合、必ずし
も十分な耐久性を得られない場合がある。
【0008】例えばカムフォロアを構成し、エンジンの
運転時にカムの外周面と滑りながら転がり接触する外輪
の場合、ピーリングの発生により寿命が短くなる場合が
ある。即ち、OHC型、DOHC型エンジンの様に、動
弁機構がエンジン上部に存在する場合、この動弁機構へ
の潤滑油の供給が必ずしも十分に行なわれず、運転時に
於ける潤滑条件が厳しくなる。この様な条件の下で、上
記外輪の外径面とカムの外周面とが、滑りながら転がり
接触した場合、この外径面に、深さが5〜10μmのピ
ーリングが発生し、外輪の寿命が短くなってしまう。
【0009】そして、上記従来技術の内、特開平4−5
4312号公報に記載されたものは、潤滑条件が厳しい
と、摩擦条件を問わず、耐ピーリング性が不十分とな
る。又、特開平3−199716号公報に記載されたも
のは、摩擦条件が転がり摩擦だけの場合には特に問題が
ないが、滑り摩擦が生じた場合には耐ピーリング性が不
良となる。更に、特公平1−30008号公報、特開平
3−117723〜5号公報に記載されたものも、潤滑
条件が厳しく、接触部の荷重が大きい等、使用条件が厳
しくなると、やはり耐ピーリング性が不十分となる。
【0010】本発明の転がり摺動部品は、上述の様な事
情に鑑みて発明されたもので、厳しい潤滑条件の下で
も、十分な耐ピーリング性を発揮するものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の転がり摺動部品
は、対向する他の部品と転がり接触若しくは滑り接触す
る状態で使用される。特に、本発明の転がり摺動部品に
於いては、表面からの深さが0〜50μmの範囲を表層
部とした場合に、この表層部の最大圧縮残留応力が50
〜110kgf/mm2 であり、同じく表層部の硬度がHv83
0〜Hv960であり、表面粗さの平均波長が25μm以
下であり、且つ上記表層部の残留オーステナイトの割合
が7容量%を越える事を特徴としている。
【0012】
【作用】本発明の転がり摺動部品の場合、深さが5〜1
0μm程度のピーリングの発生を有効に防止して、耐久
性を向上させる事が出来る。
【0013】更に詳しく説明すると、厳しい潤滑条件の
下で使用した場合、転がり摺動部品は、その表面に形成
された微小突起の先端部のみで、油膜を介する事なく、
相手部品の表面と直接接触(金属接触)する。この時転
がり摺動部品に加わる荷重の殆どは、相手部品の表面と
接触した、少数の微小突起により支える事になり、各微
小突起には大きな応力が集中すると共に接線力が加わ
る。
【0014】そして、この応力集中と接線力とに基づい
て、上記転がり摺動部品表面に微小なクラックが発生
し、このクラックが進展してピーリングとなる。単に摩
耗を防止する為には、部品表面の硬度を高くすれば良い
が、徒に硬度を高くすると、応力集中に基づいて、ピー
リングに結び付くクラックが発生し易くなる。
【0015】本発明の場合、表層部の硬度をHv830〜
Hv960の範囲に規制したので、摩耗を抑えつつ、ピー
リングに結び付くクラックの発生を防止出来る。上記硬
度がHv830未満の場合、クラックは発生しない代わり
に摩耗が著しくなり、反対に硬度がHv960を越えた場
合には、摩耗が抑えられる代わりにクラックが発生し易
くなって、何れにしても寿命の低下を来す。
【0016】又、最大圧縮残留応力を大きくする事は、
発生したクラックがそれ以上進展するのを防止し、クラ
ックがピーリングに結び付かない様にする為に重要であ
る。但し、転がり摺動部品の表面に、最大圧縮残留応力
が110kgf/mm2 を越える様な加工を施した場合には、
この表面の硬度がHv960を越えてしまう為、最大圧縮
残留応力の最大値を110kgf/mm2 とした。反対に、最
大圧縮残留応力が50kgf/mm2 未満の場合は、クラック
の進展を防止する効果が小さ過ぎる為、最大圧縮残留応
力の最小値を50kgf/mm2 とした。
【0017】又、表面粗さは、部品表面と相手部品表面
との間の油膜形成能力に影響し、粗さのピッチ(波長)
が細かい程この油膜形成能力が良く、特にこの波長が2
5μm以下の場合に油膜形成能力が著しく向上する事
が、本発明者が行なった実験により確認された。そこ
で、粗さの平均波長を25μm以下に規制した。尚、本
明細書に於ける、表面粗さの平均波長λa とは、λa
2π・Ra /θa で表わされる。但し、Ra は表面の平
均粗さ、θa は表面に存在する微小突起の傾斜角度の絶
対値の平均である。
【0018】この様に表面粗さの平均波長λa を短くす
る結果、表面に存在する多数の微小突起の間に潤滑油を
保持する能力が向上し、上記部品表面と相手部品表面と
の間の油膜形成能力が向上して、ピーリングに結び付く
様なクラックが発生しにくくなる。
【0019】更に、延性を有するオーステナイトが多く
残留していた場合には、クラックの発生防止効果を期待
出来るが、残留率が7容量%以下の場合には、クラック
発生防止の効果をあまり期待出来ない。又、上記最大圧
縮残留応力及び硬度の値を、それぞれ前記した範囲に納
める為にも、オーステナイトの残留率を7容量%を越え
る値とする事が必要である。
【0020】即ち、表層部の最大圧縮残留応力と硬度と
が、それぞれ上限値、即ち110kgf/mm2 、Hv960を
越えない様にする為の十分条件として、加工に伴なうオ
ーステナイトの分解率(加工に伴なってオーステナイト
が減少する割合)を30%以下に抑える事がある。一
方、表面加工前に於いて、SUJ2等の軸受鋼中に含まれる
オーステナイトの割合は、11容量%程度である。従っ
て、最大圧縮残留応力と硬度とが上限値を越えない様に
する為には、加工後に於けるオーステナイトの割合が7
容量%を越える事が必要である。尚、ショット・ピーニ
ングによる加工が弱過ぎた場合、最大圧縮残留応力と硬
度とが、それぞれ下限値、即ち、50kgf/mm2 、Hv83
0に達しない。
【0021】
【実施例】次に、本発明の転がり摺動部品を造る為に、
表面を所定の性状に加工する方法の1例と、本発明の効
果を確認する為に、本発明者が行なった実験とに就いて
説明する。
【0022】実験を行なうに関して、下表に示す様に、
4種類の本発明品と8種類の比較品との、合計12種類
の試験片を用意した。試験片の素材は何れも軸受鋼(SU
J2)であり、表面に所望の処理を施すのに先立って、通
常行なうのと同様の焼き入れ(800〜850℃で加熱
後、油冷)、焼き戻し処理(150〜200℃)を行な
った。試験片の大きさは、外径が20mm、内径が13m
m、厚さが8mmの短円筒状とした。
【0023】
【表1】
【0024】比較品の内で試験片1のものは、表面を研
磨用のクロスで研磨する事で磨いたのみで、表面を硬化
させる為のショット・ピーニング加工を施していない。
又、比較品と本発明品とに属する、試験片2〜12の1
1種類の試験片に就いては何れも、特開平4−5431
2号公報に記載されている発明の場合と同様に、図1に
示す様な装置を用いてショット・ピーニング加工を施す
事で、表面を硬化させ、表層部に大きな圧縮残留応力を
発生させた。
【0025】図1に示したショット・ピーニング装置の
構造と作用とに就いて簡単に説明すると、ホッパ1から
加圧タンク2内に投入された微細なショット粒3は、給
気管4からこの加圧タンク2内に送り込まれる圧縮空気
に押されてミキサ5内に押し込まれる。そして、分岐管
6を通じてこのミキサ5に送られる圧縮空気に押されて
ノズル7に送られ、このノズル7から被加工面に向けて
勢い良く吹き付けられる。この結果、被加工面が硬化
し、この被加工面に圧縮残留応力が生じると共に、この
被加工面に微小な凹凸が形成される。
【0026】尚、ショット粒3としては、試料片2〜1
2の何れに就いても、平均粒径が0.03〜0.7mm、
平均硬度がHRC 61の鋼球を使用した。又、ショット粒
3の投射速度(ノズル7から噴出するショット粒3の初
速度)は、32〜120m/sec (平均投射速度=80m/
sec )とした。この投射速度の調整は、上記分岐管6の
途中に設けた調整弁8の開度を調整する事で行ない、こ
の投射速度の調整に基づき、各試験片2〜12の表面に
生じる圧縮残留応力の調整を行なった。
【0027】更に、本発明品である、試料片9〜12に
就いては、上記鋼球によるショット・ピーニング加工を
行なった後、鋼球に比較して軽量なショット粒である、
ガラスビーズ又はセラミックビーズを使用して、第二段
階のショット・ピーニング加工を行なった。この第二段
階に於けるショット・ピーニング加工に使用したショッ
ト粒の平均粒径は、0.05mm以下とした。
【0028】この様に、軽量なショット粒を使用して、
第二段階のショット・ピーニング加工を行なうのは、表
層部の硬度と圧縮残留応力とを変える事なく、表面の粗
さのみを変える(粗くして平均波長を短くする)為であ
る。
【0029】ショット・ピーニング加工は、一度に8個
ずつ行ない、表層部の硬度、表層部の残留応力、表層部
の残留オーステナイト量、粗さの平均波長の総てに就い
て、ほぼ同じ試験片を8個ずつ作成した。この様にして
得られた12種類8個ずつ、合計96個の試験片1〜1
2の総てに就いて、図2に示す様な試験装置による耐久
試験を行なった。
【0030】モータにより回転駆動される回転軸9の外
周面2個所位置には、互いに間隔をあけて2個の相手リ
ング10、10を固定している。この相手リング10、
10の間隔に合わせて押圧片11の片面に設けた、1対
の支持片12、12には、それぞれ1個ずつの試験片1
3、13を、回転自在に支承し、各試験片13、13の
外周面と上記相手リング10、10の外周面とを接触さ
せている。この結果、上記回転軸9の回転に伴なって各
試験片13、13が回転する。従って、図2に示した試
験装置では、同時に2個の試験片13、13の耐久試験
を行なう。
【0031】上記回転軸9の回転速度は、各試験片1
3、13の回転速度が5100r.p.mとなる様に調整し
た。又、上記押圧片11は回転軸9に向けて、356kg
f の力で押圧した。従って、各試験片13、13の外周
面と各相手リング10、10の外周面との接触部には、
それぞれ178kgf のラジアル荷重が加わる。又、各相
手リング10、10の外周面の性状は、試験開始前に於
いて、表面硬度がHRC 60〜61、表面の平均粗さRa
0.38〜0.45であった。更に、上記接触部の潤滑
は、10W−30の鉱物油をはねかける事で行なった。
【0032】試験は400時間打ち切りで行ない、途中
で複数回(試験開始後20時間、50時間、100時
間、以下50時間毎)中断して各試験片13、13の表
面を観察し、ピーリング発生の有無を検査した。ピーリ
ングの発生が観察された場合には、その時点で当該試験
片13、13に関する耐久試験を終了した。
【0033】この結果、8個の試験片総てに就いて40
0時間経過する迄ピーリングが発生しなかったものを◎
とし、1〜3個にピーリングが発生したものを○とし、
4〜7個にピーリングが発生したものを△とし、8個全
部にピーリングが発生したものを×として、それぞれ前
記表の評価の欄に記載した。
【0034】上記耐久試験の結果を表わす前記表の記載
から明らかな通り、本発明の転がり摺動部品は、潤滑条
件が厳しい場合にも、十分な耐ピーリング性を得られ
る。尚、前記表で各数値の後ろに記載した符合の内、○
は当該数値が本発明の限定範囲に含まれている事を、×
(評価の欄を除く)は当該数値が本発明の限定範囲から
外れている事を、それぞれ表わしている。又、表層部の
最大残留応力の内、+は引っ張り残留応力である事を、
−は圧縮残留応力である事を、それぞれ表わしている。
【0035】
【発明の効果】本発明の転がり摺動部品は、厳しい潤滑
条件の下でも、優れた耐ピーリング性を発揮する為、各
種機械装置の耐久性向上を図れる。これによって、当該
機械装置の点検時期の延長、更にはメインテナンスフリ
ー化を図れる等、産業上極めて有用な、優れた効果を発
揮出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】ショット・ピーニング装置の略縦断面図
【図2】耐久試験装置の半部縦断面図。
【符号の説明】
1 ホッパ 2 加圧タンク 3 ショット粒 4 給気管 5 ミキサ 6 分岐管 7 ノズル 8 調整弁 9 回転軸 10 相手リング 11 押圧片 12 支持片 13 試験片
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−117723(JP,A) 特開 平3−199716(JP,A) 特開 昭61−24818(JP,A) 特開 昭64−15345(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F16H 53/00 - 53/08 C21D 7/04 F01L 1/14 F01L 1/18

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 対向する他の部品と転がり接触若しくは
    滑り接触する状態で使用される転がり摺動部品に於い
    て、表面からの深さが0〜50μmの範囲を表層部とし
    た場合に、この表層部の最大圧縮残留応力が50〜11
    0kgf/mm2 であり、同じく表層部の硬度がHv830〜Hv
    960であり、表面粗さの平均波長が25μm以下であ
    り、且つ上記表層部の残留オーステナイトの割合が7容
    量%を越える事を特徴とする転がり摺動部品。
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