JP4304969B2

JP4304969B2 - 転がり摺動部品およびそれを用いたローラカムフォロア

Info

Publication number: JP4304969B2
Application number: JP2002347834A
Authority: JP
Inventors: 博樹松山; 秀明石井
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2002-11-29
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2022-11-29
Also published as: JP2004183682A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ローラロッカアーム、一方向クラッチなどの構成部品のように、相手部材との間で相対的に転がり接触若しくは滑り接触または両接触を含む接触をする転がり摺動部品およびそれを用いたローラカムフォロアに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ローラロッカアームは、例えば、図６に示すように、エンジンの動弁機構に組み込まれ、ローラフォロア１がロッカアーム（ボディ）２に掛け渡された軸３によって支持されて構成される。そして、ローラフォロア１のローラ（外輪）４の外周面がカム５の表面上を転動するよう配置されることで、カム５の回転を吸気弁６や排気弁７の往復運動に変換することができる。なお、図において、８は吸気弁６や排気弁７を受けるスリッパ部であり、９はアジャスタであり、１０はアジャスタ９を受ける支点部である。
このようなローラロッカアームでは、ローラ４の端面は一般的に表面の粗いローラアーム２の表面との間で摺動（滑り接触、以下同様）するため、エンジンの燃費向上や反応性改善を考慮して、ローラ４の端面の摺動抵抗を小さくすることが求められている。さらに、ローラ４の外周面は一般的に表面の粗いカム５の表面上を転動（厳密には転がり接触と滑り接触の両方を含む、以下同様）し、ピーリング損傷等の不具合が発生しないことが求められている。
【０００３】
このような要求を満たすべく、例えば、（１）前記摺動抵抗低減技術として、金属板により造られ、互いにほぼ平行な１対の側壁部と、これら両側壁部同士を連結する連結部とを備えた板金製ロッカアームと、これら両側壁部の互いに整合する位置に形成した１対の通孔にその両端を支持する事により上記１対の側壁部同士の間に掛け渡す状態で固定した枢軸と、この枢軸の中間部周囲に回転自在に支持したローラとから成る板金製ロッカアームを備えたカムフォロアに於いて、上記１対の側壁部のうち、少なくとも一方の側壁部の内側面に、一端が当該側壁部の外端縁に開口し、他端に向かう程浅くなる方向に傾斜した、潤滑油取り込み用の凹部を形成する技術（例えば、特許文献１参照）や、（２）前記ピーリング損傷防止技術として、転動面に独立した微小くぼみを無数にランダムに設け、この微小くぼみを設けた面の面粗さがＲｍａｘ０．６〜２．５μｍ、表面粗さのパラメータＳＫ値が−１．６以下となり、かつ微小くぼみの平均面積が３５〜１５０μｍ^２、微小くぼみの表面に占める割合が１０〜４０％とする技術（例えば、特許文献２参照）が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−５４８１０号公報（請求項１、図１）
【特許文献２】
特許第２５４８８１１号公報（請求項１、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの技術は、形状構造やローラフォロア１の表面形成工程が複雑である。また、通常、ローラフォロア１、ロッカアーム２、カム５は、別々のところで製造され、あとで組み合わせられるもので、これら相互の接触面は、摺動抵抗低減やピーリング損傷等の抑制に適する表面形状（粗さ）の組合せで構成されるとは限らない。例えば、ロッカアーム２の内側面やカム５の表面の表面粗さは、Ｒａ０．２μｍ以上と大きいことが多いため、これらがローラフォロア１と接触する場合、摺動抵抗が大きくなったり、ピーリング等の表面損傷が発生したりするという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、相手部材との接触面の表面粗さが大きくても、摺動抵抗を低減したり、長期にわたってピーリング損傷等の表面の不具合の発生を抑制できる転がり摺動部品およびそれを用いたローラカムフォロアの提供をその目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、ローラロッカアームなどの、別々のところで製造され組み合わせて使用される転がり摺動部品について特に耐久面の向上を図るべく鋭意研究を重ねていた。その過程で、転がり摺動部品は、相手部材が平滑面であるか粗面であるかにかかわらず、摺動抵抗を小さくしたり、ピーリング損傷等の不具合の発生を抑制したりすべく、表面（転がり摺動する面）に突起が大きく、また多くないよう製造されていた点に着目し、相手部材が粗面である場合には、突起がない表面よりも突起がある表面の方が、摺動抵抗を小さくしたり、またピーリング損傷等の不具合の発生を抑制したりできることを見いだし、本発明を完成した。
すなわち、本発明の転がり摺動部品は、摺動抵抗を小さくしたり、ピーリング損傷等の不具合の発生を抑制したりするためには、運転の初期段階から相手部材との接触面に突起が大きく、また多く存在しないものを用いる、という技術常識を打破してなされたものであり、鋼製の相手部材との間で相対的に転がり接触若しくは滑り接触または両接触を含む接触をする転がり摺動部品であって、前記鋼製の相手部材の表面粗さＲａが０．２μｍ以上であり、かつ、その相手部材と接触する面は、表面粗さＲａが０．１μｍ以下に設定された面に対し直接またはその上に形成されたコーティング層に埋め込むことで部分的に露出しており、運転の初期段階で脱離する硬質な微小粒子が存在した面であり、前記微小粒子の露出した部分の高さが０．３〜１．０μｍの範囲に設定されており、前記微小粒子は、前記鋼製の相手部材の突起を押しならすことが可能な程度に硬質な微小粒子であることを特徴としている（請求項１）。
上記の構成によれば、相手部材の表面粗さＲａが０．２μｍ以上であり、その相手部材と接触する面は部分的に露出した微小粒子が存在した面であるので、運転の初期段階で、転がり摺動部品の露出した微小粒子が相手部材表面の突起を押しならすなどしながら、微小粒子が脱離する。そのため、その後の運転においては、摺動抵抗が小さいとともに、相手部材の粗面によって大きな損傷を受けることがない。よって、長期にわたって転がり摺動させることが可能なものとなる。また、微小粒子が直接埋め込まれている場合には、微小粒子が脱離した跡に形成される凹部が安定した油膜形成に寄与するという利点がある。
【０００８】
上記の転がり摺動部品においては、前記微小粒子の露出した部分の高さが０．３〜１．０μｍの範囲に設定されており、相手部材の粗面を押しならすなどして充分になじませた後に微小粒子が脱離するようになるため、その後の運転の際には摺動抵抗がより小さい状態で転がり摺動が行われる。さらに、相手部材の粗面によってピーリング等の表面損傷が生じるといった不具合が抑制される。
【０００９】
本発明のローラカムフォロアは、上記した転がり摺動部品をローラとして用い、前記相手部材がカムまたはロッカアームであることを特徴としている（請求項２）。このようなローラカムフォロアによれば、表面粗さが大きい相手部材と摺動あるいは転動するローラとして上記した転がり摺動部品を用いているので、摺動抵抗低減による燃費向上を望めるとともに、長期にわたり安定してカムの回転を吸気弁や排気弁の往復運動に変換することが可能となる。ここで、ローラカムフォロアとは、カムに追従して回転されるものをいう。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の転がり摺動部品の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、ローラカムフォロアに本発明を適用した場合について説明する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態に係るローラカムフォロアを含んで構成されたローラロッカアームを示す断面図である。このローラロッカアームは、中空軸１１と、その中空軸１１に外装されたローラフォロア１２と、中空軸１１の両端部を支持する挿通口部１３を有する鋼製のロッカアーム（ボディ）１４とを備えている。そして、ローラフォロア１２は、軸受鋼製のローラ（外輪）１５と、このローラ１５と中空軸１１との間に配置された複数の針状ころ１６とから構成されている。なお、ローラ１５の端面１５ｂとロッカアーム１４の内側面１４ａとの間には、ローラ１５がスムーズに回転するよう、所定距離のギャップが設けられている。また、１７はカムでありカムシャフト（図示せず）と一体回転可能になっている。
ロッカアーム１４の内側面１４ａは、通常、板材をプレス加工あるいは複数の板材を溶接接合等して形成されるもので、その表面は特別な加工が施されることがないため、複数の比較的大きな突起や凹凸を有するとともに、その表面粗さＲａが０．２μｍ以上、通常は０．５μｍ以上に設定されており、ローラ１５が軸方向にずれて回転すると、ローラ１５の端面１５ｂとの間で摺動する。
また、カム１７の表面１７ａは、通常、研削加工面であり、複数の比較的大きな突起や凹凸を有するとともに、その表面粗さＲａが０．２μｍ以上、通常は０．５μｍ以上に設定されており、ローラ１５の外周面１５ａと転動する。このカム１７の表面１７ａとローラ１５の外周面１５ａとの接触は、転がりが支配的であるが、滑りも含まれる接触である。
【００１２】
ローラ１５の端面１５ｂは、図２に示すように、表面粗さＲａが０．１μｍ以下、好ましくは０．０３μｍ以下に設定された基面（大きな突起や凹凸のない比較的滑らかな面）に対しアルミナ等の硬質な微小粒子２１が直接埋め込まれて複数の突起を有している。このように微小粒子２１によって突起を形成することにより、表面粗さＲａが０．２μｍ以上という粗面をもつロッカアーム１４の内側面１４ａと摺動すると、運転の初期段階で、内側面１４ａの突起が押しならされるなどするとともに、微小粒子２１が脱離する。そのため、その後の運転が摺動抵抗の小さい状態で行われる。よって、エンジン動弁機構における摩擦損失の低減により、これが搭載される自動車等の燃費が向上する。
さらに、ローラ１５の外周面１５ａも同様に、表面粗さＲａが０．２μｍ以上という粗面をもつカム１７の表面１７ａと転動すると、運転の初期段階で、カム１７の表面１７ａの突起が押しならされるなどするとともに、微小粒子２１が脱離する。そのため、その後の運転において、カム１７の表面１７ａによるローラ１５外周面１５ａへの攻撃が緩和される。よって、外周面１５ａのピーリング損傷等の発生による寿命低下を防止でき、長期にわたり安定してカムの回転を吸気弁や排気弁の往復運動に変換することができる。
そして、微小粒子２１の露出した部分の高さｈは、０．３〜１．０μｍの範囲に設定されていることが好ましい。特に好ましくは、０．４〜０．８μｍの範囲である。このような範囲であれば、内側面１４ａ等の粗面を運転の初期で効果的に押しならして以後の運転における摺動抵抗を小さくできる。しかも、適度に押しならしたのちに微小粒子２１が脱離して、それによって形成される凹部が安定した油膜形成に寄与できる。なお、図２では理解を容易にするために任意に抽出した微小粒子の露出した部分の高さをｈとして表しているが、上記した数値は微小粒子の露出した部分の高さの平均を意味するのは勿論である。
このような微小粒子２１の埋め込みは、例えば、熱処理硬化してなる軸受鋼製の素材に対し研磨処理（必要に応じてさらにラップ仕上げ処理）を施すことで表面粗さＲａが０．１μｍ以下、好ましくは０．０３μｍ以下に設定された基面に対し、直接微小粒子を高速ショットで打ち込むようにしたり、あるいは水平な台に載置された微小粒子２１の上から強圧で押しつけたりすることで行うことができる。
なお、微小粒子２１の存在割合（一定面積における数）は、内側面１４ａの表面粗さ等に応じて適宜設定される。
【００１３】
このようなローラ１５は、図３に示すように、ローラロッカアームに組み込まれた際には、端面１５ｂに存在する複数の微小粒子２１による突起と、ロッカアーム１４の内側面１４ａの突起２２とが対向した状態になる（同図（ａ）参照）。その後、運転によりカム１７が回転するとローラ１５も追従して回転し、端面１５ｂに存在する複数の微小粒子２１による突起が、内側面１４ａの突起２２を押しならし、その後に微小粒子２１が脱離してその部分が凹部２３になる（同図（ｂ）参照）。その結果、その後の運転においては、ローラ１５の端面１５ｂとロッカアーム１４の内側面１４とがなじんだものとなり、凹部２３が安定した油膜形成に寄与することができるため、摺動抵抗がより小さいものとなる。一方、ローラ１５の外周面１５ａ側では、ローラ１５の外周面１５ａに存在する複数の微小粒子による突起と、カム１７の表面１７ａの突起とが対向した状態になる。その後、運転によりカム１７が回転するとローラ１５も追従して回転し、ローラ１５の外周面１５ａに存在する複数の微小粒子による突起が、カム１７の表面１７ａの突起を押しならし、その後に微小粒子が脱離してその部分が凹部になる。その結果、その後の運転においては、安定した油膜が形成されるため、カム１７の表面１７ａの突起とローラ１５の外周面１５ａの直接接触が抑制される。よって、ローラ１５は、長期にわたってピーリング損傷等の表面の不具合の発生を抑制することができ、その結果として長期にわたり安定してカム１７の回転を吸気弁や排気弁の往復運動に変換することができる。具体的には、端面１５ｂと外周面１５ａが図４に示す表面粗さ曲線を示すローラ１５（実施例品、直接微小粒子を埋め込んだもの）と、端面１５ｂと外周面１５ａが図５に示す表面粗さ曲線を示すローラ１５（比較例品、熱処理硬化してなる軸受鋼製の素材に対し、研磨処理、ショットブラスト処理を施した後、バレル処理を施したもの）とについて比較試験を行った結果、実施例品の方が、ローラ１５の摺動抵抗が小さいとともに、長期にわたってピーリング損傷等の不具合を発生せず、長期にわたり安定してカム１７の回転を吸気弁や排気弁の往復運動に変換できたことを確認している。
【００１４】
なお、上記では、基面に対し直接微小粒子を埋め込む場合を説明したが、本発明はこれに限定するものでなく、例えば基面上に公知のコーティング剤を用いてコーティング層を形成し、このコーティング層に対して微小粒子を埋め込んで部分的に露出した微小粒子による突起を形成するようにしてもよい。この場合、運転の初期段階において、相手部材の粗面をなじませるとともに、コーティング層ごと微小粒子が脱離するので、その後の運転の際には、基面が相手部材と転がり摺動するようになる。また、コーティング層を基面よりなものとすることで微小粒子の埋め込みが容易となり、露出高さも正確に設定することができる。
また、上記では、ローラ１５として軸受鋼を用いる場合について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、肌焼き鋼等のその他の鋼を用いてもよい。
また、ローラ１５の端面１５ｂと外周面１５ａの両方について説明したが、これに限定するものではなく、一方のみに適用しても一定の効果が得られる。
また、ローラフォロア１１のローラ１５に限らず、相手部材の表面粗さＲａが０．２μｍ以上の場合には、一方向クラッチのカム面を有するローラなどに適用してもよい。
【００１５】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載の転がり摺動部品によれば、運転の初期段階において相手部材表面の突起を押しならすなどしてなじませるので、その後の運転において、摺動抵抗が小さく、長期にわたってピーリングを代表とする表面損傷等の不具合の発生を抑制することができる。
また、前記微小粒子の露出した部分の高さが０．３〜１μｍの範囲に設定されており、相手部材の表面を充分になじませた後に微小粒子が脱離するようになるため、その後の運転では摺動抵抗がより小さい状態で転がり摺動が行われる。また、相手部材の粗面によって損傷等が生じるといったことが抑制される。
【００１６】
請求項２記載のローラカムフォロアによれば、長期にわたり安定してカムの回転を吸気弁や排気弁の往復運動に変換することが可能なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るローラカムフォロアを含むローラロッカアームを模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るローラの端面と外周面を模式的に示す部分的な拡大断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るローラをローラロッカアームに組み込んで運転した場合のローラ端面と外周面の状態を説明するための模式的な断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るローラの端面と外周面の表面粗さ曲線を示すグラフ図である。
【図５】比較例のローラの端面と外周面の表面粗さ曲線を示すグラフ図である。
【図６】従来のローラロッカアームを説明するための概略図である。
【符号の説明】
１４ロッカアーム（相手部材）
１４ａロッカアームの内側面
１５ローラ（転がり摺動部品）
１５ａローラの外周面
１５ｂローラの端面
１７カム
１７ａカムの表面
２１微小粒子
ｈ高さ

Claims

鋼製の相手部材との間で相対的に転がり接触若しくは滑り接触または両接触を含む接触をする転がり摺動部品であって、
前記鋼製の相手部材の表面粗さＲａが０．２μｍ以上であり、
かつ、その相手部材と接触する面は、表面粗さＲａが０．１μｍ以下に設定された面に対し直接またはその上に形成されたコーティング層に埋め込むことで部分的に露出しており、運転の初期段階で脱離する硬質な微小粒子が存在した面であり、前記微小粒子の露出した部分の高さが０．３〜１．０μｍの範囲に設定されており、前記微小粒子は、前記鋼製の相手部材の突起を押しならすことが可能な程度に硬質な微小粒子であることを特徴とする転がり摺動部品。
請求項１に記載の転がり摺動部品をローラとして用い、前記相手部材がカムまたはロッカアームであることを特徴とするローラカムフォロア。