JP5127674B2 - ロッカアームアッシー - Google Patents
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Description
この発明は、例えば、車両等の内燃機関における吸排気バルブを駆動させる動弁機構等に適用されるロッカアームアッシーに関する。
自動車等の車両におけるエンジンの不完全燃焼により、硬質異物である煤（硬質炭素粒子：カーボン）を含む多くの燃料の燃焼中間生成物等、略称「ＰＭ」が発生し、エンジンオイルにはこのＰＭが混入する。ディーゼルエンジンや、シリンダーつまり筒に直接燃料を噴射して燃焼させる方式のガソリンエンジン、いわゆる直噴ガソリンエンジンでは、硬質異物の発生量が多く、この硬質異物が原因で転がりタイプのロッカアームアッシーの支持軸には、著しい摩耗が発生する。
この支持軸等の耐磨耗性を向上させる従来技術として、支持軸の軸端がかしめ固定された、転がりタイプのロッカアームにおいて、該支持軸は、軸中間部の軌道部外表面が焼入れにより表面硬化され、かつ、この表面硬化された軌道部外表面に耐摩耗性硬質被膜（ＤＬＣ被膜）が形成された構成が開示されている（特許文献１）。
他の従来技術として、エンジン部品表面への耐摩耗性のコーティングを目的として、「機械またはエンジン用部品表面に、sp2-及びsp3-交雑炭素を含む少なくとも一つのメタルフリーアモルファス炭化水素層を有する」旨開示され、「アモルファス炭化水素層が、最大で１６原子％の水素含有量を有する」旨開示されている（特許文献２）。
特開２００６−１４４８４８号公報
米国特許出願公開第２００６／００４６０６０号明細書（［００４７］第８行〜第１７行）
この支持軸等の耐磨耗性を向上させる従来技術として、支持軸の軸端がかしめ固定された、転がりタイプのロッカアームにおいて、該支持軸は、軸中間部の軌道部外表面が焼入れにより表面硬化され、かつ、この表面硬化された軌道部外表面に耐摩耗性硬質被膜（ＤＬＣ被膜）が形成された構成が開示されている（特許文献１）。
他の従来技術として、エンジン部品表面への耐摩耗性のコーティングを目的として、「機械またはエンジン用部品表面に、sp2-及びsp3-交雑炭素を含む少なくとも一つのメタルフリーアモルファス炭化水素層を有する」旨開示され、「アモルファス炭化水素層が、最大で１６原子％の水素含有量を有する」旨開示されている（特許文献２）。
従来技術のロッカアームでは、ダイヤモンドライクカーボン、略称ＤＬＣ等の硬質被膜を支持軸に施す場合、剥離した硬質被膜が硬質異物として作用するため、逆に摩耗を促進する場合がある。転がりタイプのロッカアームの場合、軸における負荷域が同一箇所となるので、ころや外輪よりも摩耗が顕著である。
上記課題に加え、ロッカアームの特有課題として、以下の課題がある。
（１）エンジンの運転開始直後や、エンジンの急加減速に伴ってエンジンオイルの供給が追いつかない場合が生じ、ニードルの転動面と軸の一方または双方に摩耗が発生する。このような摩耗は、これらニードルと、軸の周面との接触部に十分な油膜を形成できないことに起因して発生する。また、表面損傷が軽微である場合にも、ニードルの転動面、軸の外周面には、微小な突起が形成される。この突起により、エンジンオイルの供給が行われるようになった後でも、これら各周面同士の摺動部の潤滑状態が完全な流体潤滑になりにくくなる。この結果、エンジンの急加減速時、急激な速度変動に油膜形成が追従できない場合に、局部的に著しい表面損傷を発生する可能性がある。
上記課題に加え、ロッカアームの特有課題として、以下の課題がある。
（１）エンジンの運転開始直後や、エンジンの急加減速に伴ってエンジンオイルの供給が追いつかない場合が生じ、ニードルの転動面と軸の一方または双方に摩耗が発生する。このような摩耗は、これらニードルと、軸の周面との接触部に十分な油膜を形成できないことに起因して発生する。また、表面損傷が軽微である場合にも、ニードルの転動面、軸の外周面には、微小な突起が形成される。この突起により、エンジンオイルの供給が行われるようになった後でも、これら各周面同士の摺動部の潤滑状態が完全な流体潤滑になりにくくなる。この結果、エンジンの急加減速時、急激な速度変動に油膜形成が追従できない場合に、局部的に著しい表面損傷を発生する可能性がある。
（２）ロッカアーム用軸受は、保持器のない総ころタイプの軸受であるので、特に、ころ同士の干渉が生じたり、スムーズにころ位置が制御されず、ころのスキューが起こりやすい。また、潤滑油が軸受内部に円滑に供給されず潤滑条件が悪い事態が生じる。この結果、滑り発熱や局部的な面圧上昇、または潤滑不足が発生する。このため、計算上は大きな負荷容量を持ち、また寿命も要求寿命に対して充分あるにも拘わらず、それより短期間の使用で表面損傷（ピーリング、スミアリング、表面起点型剥離）や内部起点型剥離が発生する。
さらに、本発明で着目した課題として、
エンジンの不完全燃焼により、硬質異物である煤（硬質炭素粒子：カーボン）を含む多くの燃料の燃焼中間生成物等、略称「ＰＭ」が発生し、エンジンオイルにはこのＰＭが混入する。ディーゼルエンジンや直噴ガソリンエンジンでは硬質異物の発生量が多く、この硬質異物が原因で転がりタイプのロッカアームアッシーの支持軸には、著しい摩耗が発生する。軸に、ＤＬＣ被膜を施した場合、剥離したＤＬＣ被膜が硬質異物として作用するため、逆に摩耗を促進する場合がある。
エンジンの不完全燃焼により、硬質異物である煤（硬質炭素粒子：カーボン）を含む多くの燃料の燃焼中間生成物等、略称「ＰＭ」が発生し、エンジンオイルにはこのＰＭが混入する。ディーゼルエンジンや直噴ガソリンエンジンでは硬質異物の発生量が多く、この硬質異物が原因で転がりタイプのロッカアームアッシーの支持軸には、著しい摩耗が発生する。軸に、ＤＬＣ被膜を施した場合、剥離したＤＬＣ被膜が硬質異物として作用するため、逆に摩耗を促進する場合がある。
この発明の目的は、ＤＬＣ被膜と基材との密着性向上を図り、ＤＬＣ被膜が基材から不所望に剥離することを防止でき、耐摩耗性の向上を図り、エンジンの運転開始初期状態等での表面損傷を防止して、焼き付き防止を図れるだけでなく、その後の潤滑状態を良好にして、十分な耐久性の確保を図れるロッカアームアッシーを提供することである。
この発明における、第１の発明のロッカアームアッシーは、少なくとも軸方向中間部が熱処理により硬化された軸と、この軸の外周に位置する外輪と、これら外輪と軸との間を転動する転動体と、前記軸を固定したロッカアーム本体とを有するロッカアームアッシーにおいて、ＤＬＣ被膜が前記軸に施され、このＤＬＣ被膜は、sp2-及びsp3-交雑炭素を含むアモルファス炭化水素を有する最外層の表面層と、この表面層よりも内側で且つ軸基材に臨み、少なくともクロムを含有する下地層と、これら表面層と下地層との間に介在され、クロムと炭化タングステンとを含むクロム-炭化タングステン層とを有し、二次粒子径
の平均分散粒子径が０．１μｍ以上０．７μｍ以下であるＣ粒子を含有する潤滑油で潤滑され、前記ＤＬＣ被膜の破壊靭性値を１．５ＭＰａｍ １／２ 以上６ＭＰａｍ １／２ 以下としたものである。
の平均分散粒子径が０．１μｍ以上０．７μｍ以下であるＣ粒子を含有する潤滑油で潤滑され、前記ＤＬＣ被膜の破壊靭性値を１．５ＭＰａｍ １／２ 以上６ＭＰａｍ １／２ 以下としたものである。
前記「二次粒子径」は、一次粒子が凝集した状態の二次粒子の径を意味する。前記潤滑油として例えばエンジンオイル中の煤（カーボン）や、カーボンブラックは単一つまり一次粒子で存在せず、凝集物としてオイル中に存在する。煤やカーボンブラックの分散オイルでは、「分散粒子径」を表記する場合、実質的には凝集物の大きさを示すことになり、「二次粒子径」・「二次凝集」を示す。本発明において「平均分散粒子径」とは、複数の凝集物の大きさの平均値を求めたものである。前記分散オイルは、煤などが溶解しているのではなく、煤などがオイル中に略均一に散らばっている状態のオイルと同義である。
この構成によると、軸に施されたＤＬＣ被膜が、最外層の表面層と、下地層と、これら表面層と下地層との間に介在されるクロム-炭化タングステン層（「混合層と称す」）とを有する。下地層から表面層に向かって、混合層の炭素の元素濃度が、下地層側から表面層側に向かって増加させると、層の組成が連続的に徐々に変化し、表面層と基材である鋼等との密着性が優れたものとなる。さらに二次粒子径の平均分散粒子径が０．１μｍ以上０．７μｍ以下であるＣ粒子を含有する潤滑油で潤滑され、Ｃ粒子がＤＬＣ被膜に噛み込んでも、ＤＬＣ被膜が基材から剥離することがない。
エンジンの運転開始直後、タペットローラ軸受部分に、潤滑油としてのエンジンオイルが行き渡る迄の間、またはエンジンの急加減速に伴ってエンジンオイルの供給が追いつかない場合でも、前記ＤＬＣ被膜により、互いに摩擦し合う部品同士の間の潤滑を確保できる。このため、上記部品の表面に表面損傷が発生することを防止できる。したがって、これら部品の表面に有害な凹凸が形成されることがなく、これら各部品表面の潤滑状態を良好な流体潤滑にできて、各部品の耐久性向上を図れる。この結果、エンジンの運転開始初期状態等での表面損傷を防止して、焼き付き防止を図れるだけでなく、その後の潤滑状態を良好にして、十分な耐久性の確保を図ることが可能となる。
エンジンの運転開始直後、タペットローラ軸受部分に、潤滑油としてのエンジンオイルが行き渡る迄の間、またはエンジンの急加減速に伴ってエンジンオイルの供給が追いつかない場合でも、前記ＤＬＣ被膜により、互いに摩擦し合う部品同士の間の潤滑を確保できる。このため、上記部品の表面に表面損傷が発生することを防止できる。したがって、これら部品の表面に有害な凹凸が形成されることがなく、これら各部品表面の潤滑状態を良好な流体潤滑にできて、各部品の耐久性向上を図れる。この結果、エンジンの運転開始初期状態等での表面損傷を防止して、焼き付き防止を図れるだけでなく、その後の潤滑状態を良好にして、十分な耐久性の確保を図ることが可能となる。
この発明における、第２の発明のロッカアームアッシーは、少なくとも軸方向中間部が熱処理により硬化された軸と、この軸の外径面にすべり接触する外輪と、前記軸を固定したロッカアーム本体とを有するロッカアームアッシーにおいて、ＤＬＣ被膜が前記軸に施され、このＤＬＣ被膜が前記第１の発明と同様の構成を有し、かつ、前記Ｃ粒子を含有する潤滑油で潤滑され、前記ＤＬＣ被膜の破壊靭性値を１．５ＭＰａｍ １／２ 以上６ＭＰａｍ １／２ 以下としたものである。
第２の発明のロッカアームアッシーにおいても、上記ＤＬＣ被膜により表面層と基材との密着性が優れたものとなる。さらに二次粒子径の平均分散粒子径が０．１μｍ以上０．７μｍ以下であるＣ粒子を含有する潤滑油で潤滑され、Ｃ粒子がＤＬＣ被膜に噛み込んでも、ＤＬＣ被膜が基材から剥離することがない。よって、耐摩耗性の向上を図り、エンジンの運転開始初期状態等での表面損傷を防止して、焼き付き防止を図れる。その後の潤滑状態を良好にして、十分な耐久性の確保を図ることが可能となる。
第２の発明のロッカアームアッシーにおいても、上記ＤＬＣ被膜により表面層と基材との密着性が優れたものとなる。さらに二次粒子径の平均分散粒子径が０．１μｍ以上０．７μｍ以下であるＣ粒子を含有する潤滑油で潤滑され、Ｃ粒子がＤＬＣ被膜に噛み込んでも、ＤＬＣ被膜が基材から剥離することがない。よって、耐摩耗性の向上を図り、エンジンの運転開始初期状態等での表面損傷を防止して、焼き付き防止を図れる。その後の潤滑状態を良好にして、十分な耐久性の確保を図ることが可能となる。
前記潤滑油には、Ｃ粒子が２ｍａｓｓ％以上含まれるものであっても良い。
前記クロム-炭化タングステン層がスパッタ処理で形成される場合、Ｃｒからなるターゲットの印加電圧の出力と、ＷＣからなるターゲットの印加電圧の出力とを調整することで、このＣｒ−ＷＣ層を容易に形成することが可能となる。
前記ＤＬＣ被膜の前記表面層は、表面から0.3μmまでの領域における水素含有量が、10原子%以上30原子%以下であると、ＤＬＣ被膜と基材との密着性の低下を防止できるうえ、膜材間の結合性が低下することを防止し得る。前記水素含有量が１０原子％未満の場合、ＤＬＣ被膜と基材との密着性が低下する。前記水素含有量が３０原子％を越える場合、膜材間の結合性が低下し、剥離しやすくなり耐摩耗性が低下する。
前記ＤＬＣ被膜の前記表面層は、表面から0.3μmまでの領域における水素含有量が、10原子%以上30原子%以下であると、ＤＬＣ被膜と基材との密着性の低下を防止できるうえ、膜材間の結合性が低下することを防止し得る。前記水素含有量が１０原子％未満の場合、ＤＬＣ被膜と基材との密着性が低下する。前記水素含有量が３０原子％を越える場合、膜材間の結合性が低下し、剥離しやすくなり耐摩耗性が低下する。
前記クロム-炭化タングステン層は、クロムとタングステンとの合計含有量が、5原子%以上50原子%以下であっても良い。クロムとタングステンとの合計含有量が5原子%未満の場合、ＤＬＣ被膜と基材との密着性が低下する。前記合計含有量が50原子%を超えた場合、例えばアモルファス炭化水素から成るＤＬＣ被膜の半分以上が金属となり、硬度が低下し耐磨耗性が低下する。
前記軸の軸方向中間部の基材硬度は、この基材表面から５０μｍ以上の深さでＨＲＣ５８以上有するものであっても良い。ＤＬＣ被膜を基材表面に施した場合、最適なＤＬＣ被膜を施さないと、剥離したＤＬＣ被膜が硬質異物として作用するため、基材表面から深さ５０μｍ以上まで摩耗が発生する場合がある。軸の軸方向中間部の基材硬度が、この基材表面から５０μｍ以上の深さでＨＲＣ５８以上有すると、軸の耐摩耗性を高めることができる。
ロッカアームアッシーは、ディーゼルエンジンに使用されるもの、または直噴ガソリンエンジンに使用されるものであっても良い。これらのエンジンでは、通常のガソリンエンジンよりも硬質異物の発生量が多く、この硬質異物が原因でロッカアームアッシーの軸に、著しい摩耗が発生する場合がある。このような硬質異物の発生量が多いエンジンに、本発明のロッカアームアッシーを使用することにより、特に耐摩耗性の向上を図ることができる。
第１の発明のロッカアームアッシーは、少なくとも軸方向中間部が熱処理により硬化された軸と、この軸の外周に位置する外輪と、これら外輪と軸との間を転動する転動体と、前記軸を固定したロッカアーム本体とを有するロッカアームアッシーにおいて、ＤＬＣ被膜が前記軸に施され、このＤＬＣ被膜は、sp2-及びsp3-交雑炭素を含むアモルファス炭化水素を有する最外層の表面層と、この表面層よりも内側で且つ軸基材に臨み、少なくともクロムを含有する下地層と、これら表面層と下地層との間に介在され、クロムと炭化タングステンとを含むクロム-炭化タングステン層とを有し、二次粒子径の平均分散粒子径が
０．１μｍ以上０．７μｍ以下であるＣ粒子を含有する潤滑油で潤滑され、前記ＤＬＣ被膜の破壊靭性値を１．５ＭＰａｍ １／２ 以上６ＭＰａｍ １／２ 以下としたため、ＤＬＣ被膜と基材との密着性向上を図り、ＤＬＣ被膜が基材から不所望に剥離することを防止でき、耐摩耗性の向上を図り、エンジンの運転開始初期状態等での表面損傷を防止して、焼き付き防止を図れるだけでなく、その後の潤滑状態を良好にして、十分な耐久性の確保を図れる。
０．１μｍ以上０．７μｍ以下であるＣ粒子を含有する潤滑油で潤滑され、前記ＤＬＣ被膜の破壊靭性値を１．５ＭＰａｍ １／２ 以上６ＭＰａｍ １／２ 以下としたため、ＤＬＣ被膜と基材との密着性向上を図り、ＤＬＣ被膜が基材から不所望に剥離することを防止でき、耐摩耗性の向上を図り、エンジンの運転開始初期状態等での表面損傷を防止して、焼き付き防止を図れるだけでなく、その後の潤滑状態を良好にして、十分な耐久性の確保を図れる。
第２の発明のロッカアームアッシーは、少なくとも軸方向中間部が熱処理により硬化された軸と、この軸の外径面にすべり接触する外輪と、前記軸を固定したロッカアーム本体とを有するロッカアームアッシーにおいて、ＤＬＣ被膜が前記軸に施され、このＤＬＣ被膜が前記第１の発明と同様の構成を有し、かつ、前記Ｃ粒子を含有する潤滑油で潤滑され、前記ＤＬＣ被膜の破壊靭性値を１．５ＭＰａｍ １／２ 以上６ＭＰａｍ １／２ 以下としたものであるため、ＤＬＣ被膜と基材との密着性向上を図り、ＤＬＣ被膜が基材から不所望に剥離することを防止でき、耐摩耗性の向上を図り、エンジンの運転開始初期状態等での表面損傷を防止して、焼き付き防止を図れるだけでなく、その後の潤滑状態を良好にして、十分な耐久性の確保を図れる。
この発明の一実施形態を図１ないし図８と共に説明する。この実施形態に係るロッカアームアッシーは、例えば、車両等の内燃機関における吸排気バルブを駆動させる動弁機構等に適用される。
図１に示すように、ロッカアームアッシーは、ロッカアーム本体１と、軸受５とを有する。これらのうちロッカアーム本体１が前記内燃機関等に装備されて、所定の揺動軸心Ｌ１回りに揺動自在に設けられている。ロッカアーム本体１の一端に、カム４に転接するローラフォロワとなる軸受５が設けられ、ロッカアーム本体１の他端に、内燃機関のバルブを動作させる作用部３が設けられている。
図１に示すように、ロッカアームアッシーは、ロッカアーム本体１と、軸受５とを有する。これらのうちロッカアーム本体１が前記内燃機関等に装備されて、所定の揺動軸心Ｌ１回りに揺動自在に設けられている。ロッカアーム本体１の一端に、カム４に転接するローラフォロワとなる軸受５が設けられ、ロッカアーム本体１の他端に、内燃機関のバルブを動作させる作用部３が設けられている。
ロッカアーム本体１は、例えば炭素鋼やアルミニウム合金等を鍛造または鋳造して形成される。ただし、ロッカアーム本体１は、前記炭素鋼、アルミニウム合金、鍛造、鋳造に限定されるものではなく、例えば一枚の鋼板等の板材からプレス加工された板金製のものを適用しても良い。図２に示すように、ロッカアーム本体１は、一対の対向側壁６，６と、これら対向側壁６，６の一方縁部を繋ぐ図示外の連結板壁とを有する略Ｕ字形状の断面形状とされている。図１に示すように、両側の対向側壁６，６は揺動支点孔６ｂを有し、この揺動支点孔６ｂに揺動支点軸７が嵌合する。この揺動支点軸７の軸心が上記揺動中心Ｌ１である。
軸受５について説明する。
図２、図３に示すように、軸受５は、ロッカアーム本体１に固定された軸８Ｍと、この軸８Ｍの外周に位置する外輪９と、これら外輪９と軸８Ｍとの間を転動する複数の転動体１０とを有する。転動体１０としてころが適用されている。ロッカアーム本体１の両側の対向側壁６，６に挿通孔６ａ，６ａが形成され、これらの挿通孔６ａ，６ａに軸８Ｍの両端が嵌合して固定される。
図２、図３に示すように、軸受５は、ロッカアーム本体１に固定された軸８Ｍと、この軸８Ｍの外周に位置する外輪９と、これら外輪９と軸８Ｍとの間を転動する複数の転動体１０とを有する。転動体１０としてころが適用されている。ロッカアーム本体１の両側の対向側壁６，６に挿通孔６ａ，６ａが形成され、これらの挿通孔６ａ，６ａに軸８Ｍの両端が嵌合して固定される。
図４に示すように、ロッカアーム本体１の両側の挿通孔６ａ，６ａは、外面側の開口縁に座繰り部１１を有する。座繰り部１１は、例えばテーパ形状とする。例えば、軸基材に後述するＤＬＣ被膜１２が施される。このＤＬＣ被膜１２が施された軸を「軸８Ｍ」と称す。ＤＬＣ被膜１２が施されていない軸を「軸基材８」または「基材」と称す。
軸基材８の素材として、日本工業規格（Japanese Industrial Standards；略称ＪＩＳ）に規定されるＳＵＪ２材、ＳＫＤ材（中でもＳＫＤ１１材）、ＳＵＳ４４０Ｃ材、ＳＣＭ材または、アメリカ鉄鋼協会規格（American Iron and Steel Institute；略称ＡＩＳＩ）で規定されるＭ５０材等が用いられる。ただし、これら鋼材に必ずしも限定されるものではない。
軸基材８の素材として、日本工業規格（Japanese Industrial Standards；略称ＪＩＳ）に規定されるＳＵＪ２材、ＳＫＤ材（中でもＳＫＤ１１材）、ＳＵＳ４４０Ｃ材、ＳＣＭ材または、アメリカ鉄鋼協会規格（American Iron and Steel Institute；略称ＡＩＳＩ）で規定されるＭ５０材等が用いられる。ただし、これら鋼材に必ずしも限定されるものではない。
軸８Ｍを前記挿通孔６ａに挿通し、この軸８Ｍの両端部８ａ，８ａをかしめてロッカアーム本体１に固定している。すなわち軸８Ｍの軸端部８ａ，８ａをかしめる。この場合、軸８Ｍを挿通孔６ａに挿通した状態で、図示外の治具、工具を用いて、軸８Ｍの外径Ｄｊよりもやや小径Ｄｍの円周方向溝８ａａを軸端部８ａに形成する。この円周方向溝８ａａはこの軸８Ｍと略同一軸心で且つ軸端部８ａにおける外径付近に形成される。前記円周方向溝８ａａは環状に連なる溝であっても良い。円周方向溝８ａａは軸８Ｍと略同一軸心に形成しなくても良い。
前記治具、工具により円周方向溝８ａａを形成するのに伴って、軸８Ｍの外径面における両端付近に半径方向外方に所定小距離突出する塑性加工部８ａｂが設けられ、これら塑性加工部８ａｂを前記座繰り部１１に係合させ、軸端部８ａ，８ａのかしめが行われる。このように、軸端部８ａ，８ａのかしめが行われることにより、ロッカアーム本体１からの軸８Ｍの抜け止めが行われている。軸８Ｍの塑性加工部８ａｂは、例えば全周または略全周にわたる環状の突部とされている。
図３に示すように、複数の転動体１０は、軸８Ｍと外輪９間の環状空間に、総ころ形式として保持器を介在させずに組み込んでいる。円周方向に隣接する転動体１０同士を、転動を許す隙間つまり円周方向隙間δ１をあけて近接させてある。本実施形態に係る軸受５は、総ころ形式としているが、軸８Ｍと外輪９間の環状空間に保持器を設け、この保持器に複数の転動体１０を保持する形式にすることも可能である。
外輪９は、軸基材８と同様の鋼材から成る。例えば、外輪９、軸基材８、および転動体１０を互いに同じ材質としても良い。また、必要に応じて軸受構成部品の一部を他の構成部品とは異なる材質にしても良い。
外輪９は、軸基材８と同様の鋼材から成る。例えば、外輪９、軸基材８、および転動体１０を互いに同じ材質としても良い。また、必要に応じて軸受構成部品の一部を他の構成部品とは異なる材質にしても良い。
熱処理等について説明する。
本実施形態では、軸基材８のみにＤＬＣ被膜１２を形成しているが、他の実施形態として、図４に示すように、外輪９または転動体の転走面９ａ，１０ａにＤＬＣ被膜１２を形成しても良い。軸基材８、外輪９、および転動体１０の少なくともいずれか一つの転走面にＤＬＣ被膜１２を形成すれば良い。
本実施形態では、軸基材８のみにＤＬＣ被膜１２を形成しているが、他の実施形態として、図４に示すように、外輪９または転動体の転走面９ａ，１０ａにＤＬＣ被膜１２を形成しても良い。軸基材８、外輪９、および転動体１０の少なくともいずれか一つの転走面にＤＬＣ被膜１２を形成すれば良い。
軸８Ｍの基材における、転走面部の硬度はＨＲＣ５８以上としている。この軸８Ｍの基材の転走面部の硬度は、転動疲労寿命を十分に確保する目的で、ＨＲＣ５８以上の硬度が必要になる。
ＨＲＣ５８以上の硬度が必要な硬化層深さは、軸受使用時の接触面圧が２０００ＭＰａ以下の場合は深さ５０μｍで十分である。ただし、ＤＬＣ被膜１２を軸基材８に施した場合、本発明に示している最適な被膜を施さないと、剥離したＤＬＣ被膜が硬質異物として作用するため、深さ５０μm以上まで摩耗が発生する場合が多々ある。
ＨＲＣ５８以上の硬度が必要な硬化層深さは、軸受使用時の接触面圧が２０００ＭＰａ以下の場合は深さ５０μｍで十分である。ただし、ＤＬＣ被膜１２を軸基材８に施した場合、本発明に示している最適な被膜を施さないと、剥離したＤＬＣ被膜が硬質異物として作用するため、深さ５０μm以上まで摩耗が発生する場合が多々ある。
ＤＬＣ被膜を施していない基材の表面硬度を確認する方法として、通常、ロックウェル硬度計、ビッカース硬度計等を用いて、表面を直接硬度測定する。しかし、軸基材８表面にＤＬＣ被膜１２を施した場合、上記測定方法は使用できない。代替の測定方法として、例えば、軸８Ｍの断面硬度を測定し、ＤＬＣ被膜１２と軸基材８の界面近傍（軸基材８側）の値を軸基材８の表面硬度として用いても良い。
下記に基材の硬化方法の種類を示すが、ここで、基材の表層を硬化する場合と、基材の表層だけでなく内部まで硬化する場合のメリットを示す。
・基材の表層を硬化する場合
接触面圧が２０００ＭＰａ以下の場合、ＨＲＣ５８以上の硬度が必要な硬化層深さ（ＨＲＣ５８深さ）は、摩耗が発生する深さである５０μｍで十分である。ただし、ＤＬＣ被膜を基材表面に施した場合、本発明に示している最適な被膜を施さないと、剥離したＤＬＣ被膜が硬質異物として作用するため、深さ５０μm以上まで摩耗が発生する場合が多々ある。
この基材の表層を硬化する場合における、基材の硬化の方法としては、高周波焼入、焼入後のサブゼロ処理、低温窒化処理が採用できる。前記低温窒化処理としては、例えば、５５０℃以下のイオン窒化、ガス窒化、塩浴窒化等を適用し得る。
・基材の表層を硬化する場合
接触面圧が２０００ＭＰａ以下の場合、ＨＲＣ５８以上の硬度が必要な硬化層深さ（ＨＲＣ５８深さ）は、摩耗が発生する深さである５０μｍで十分である。ただし、ＤＬＣ被膜を基材表面に施した場合、本発明に示している最適な被膜を施さないと、剥離したＤＬＣ被膜が硬質異物として作用するため、深さ５０μm以上まで摩耗が発生する場合が多々ある。
この基材の表層を硬化する場合における、基材の硬化の方法としては、高周波焼入、焼入後のサブゼロ処理、低温窒化処理が採用できる。前記低温窒化処理としては、例えば、５５０℃以下のイオン窒化、ガス窒化、塩浴窒化等を適用し得る。
また、寿命に好影響を及ぼすと考えられる圧縮応力が生成できる硬化層深さ（ＨＲＣ５８深さ）は、最大で軸基材８の肉厚、中軸軸の場合、直径の１／３であるという実績がある。この実績から、例えば、図４に示すような中実軸の場合、直径８ｍｍ以上１０ｍｍ以下の転がり軸受の軸基材８における表面焼入れ深さ（ＨＲＣ５８深さ）は、３．３ｍｍ以下であることが望ましい。中空軸の場合、この中空軸の外径から内径を減じた値を「２」で除し、さらに「３」で除して求められる表面焼入れ深さ、すなわち［外径−内径］／２の１／３の表面焼入れ深さとすることが望ましい。
・基材の内部まで硬化する場合
表面焼入れと比較し、軸８Ｍの径方向中央部（内部）までＨＲＣ５８以上硬度を有するような高周波焼入れを適用するときにも熱処理条件を厳密に制御する必要がないというメリットがある。つまり、この処理では、処理時間を短時間で制御する必要がないため、比較的長時間の加熱を行うことが可能であり、これにより熱処理条件を厳密に制御する必要がなくなる。したがって、工数低減を図り、軸受の製造コストの低減を図ることができる。
この基材の内部まで硬化する場合における、基材の硬化の方法としては、一般的な全体焼入処理、表面だけでなく内部も硬化させる高周波焼入、焼入後のサブゼロ処理が採用できる。
表面焼入れと比較し、軸８Ｍの径方向中央部（内部）までＨＲＣ５８以上硬度を有するような高周波焼入れを適用するときにも熱処理条件を厳密に制御する必要がないというメリットがある。つまり、この処理では、処理時間を短時間で制御する必要がないため、比較的長時間の加熱を行うことが可能であり、これにより熱処理条件を厳密に制御する必要がなくなる。したがって、工数低減を図り、軸受の製造コストの低減を図ることができる。
この基材の内部まで硬化する場合における、基材の硬化の方法としては、一般的な全体焼入処理、表面だけでなく内部も硬化させる高周波焼入、焼入後のサブゼロ処理が採用できる。
本実施形態では、前述のように、軸８Ｍをロッカアーム本体１に固定するとき、軸端部８ａ，８ａをかしめて固定している。この場合、軸８Ｍの両端の軸端部８ａ，８ａの硬度をＨＲＣ１０以上ＨＲＣ３５以下にしている。さらに、好ましくは、前記軸端部８ａの硬度を満足する範囲を、軸端面から軸方向内方に１ｍｍ以上の位置に至る範囲とする。換言すれば、ＨＲＣ３５以下である範囲を、軸端面から軸方向内方に少なくとも１ｍｍは確保する。
このように軸端部８ａの硬度をＨＲＣ３５以下とし軸８Ｍをかしめることにより、軸８Ｍとロッカアーム本体１とを確実に固定することができる。勿論、本実施形態のような転がりタイプのロッカアームアッシーの場合においては、軸８Ｍとロッカアーム本体１とを固定する際には、外輪９と転動体１０及び軸８Ｍをロッカアーム本体１の所定位置にセットし、両側の軸端部８ａ，８ａをかしめて軸８Ｍとロッカアーム本体１とを固定する。なお、滑りタイプのロッカアームアッシーの場合、転動体１０はない。
このように軸端部８ａの硬度をＨＲＣ３５以下とし軸８Ｍをかしめることにより、軸８Ｍとロッカアーム本体１とを確実に固定することができる。勿論、本実施形態のような転がりタイプのロッカアームアッシーの場合においては、軸８Ｍとロッカアーム本体１とを固定する際には、外輪９と転動体１０及び軸８Ｍをロッカアーム本体１の所定位置にセットし、両側の軸端部８ａ，８ａをかしめて軸８Ｍとロッカアーム本体１とを固定する。なお、滑りタイプのロッカアームアッシーの場合、転動体１０はない。
両側の軸端部８ａ，８ａをＨＲＣ３５以下にする方法としては、軸８Ｍについて、両側の軸端部８ａ，８ａを除いた高周波表面焼入れ、または、両側の軸端部８ａ，８ａを除いた高周波焼入れであって表面だけでなく内部も硬化させる高周波焼入れ、両側の軸端部８ａ，８ａにマスキングを施した低温窒化処理、一般的な全体焼入処理品の軸の両側の軸端部８ａ，８ａを高周波熱処理により焼鈍する方法等が採用できる。前記低温窒化処理としては、例えば、５５０℃以下のイオン窒化、ガス窒化、塩浴窒化等を適用し得る。
なお、ロッカアームアッシーの軸端部８ａ，８ａをかしめて固定しない場合は、軸端部８ａ，８ａの硬度をＨＲＣ３５以下にする必要がないため、一般的な全体焼入処理も採用できる。その場合、以下の構造を適用することができる。
軸８Ｍの軸端付近の外周面に図示外の溝を形成し、その溝に止め輪を配置してこの軸８Ｍとロッカアーム本体１とを固定する構造、前記溝に止め輪を配置する代わりにピンを挿入し軸８Ｍとロッカアーム本体１とを固定する構造、軸端部８ａをかしめる代わりに、ロッカアーム本体１をかしめて軸８Ｍとロッカアーム本体１とを固定する構造、ロッカアーム本体１に軸８Ｍを圧入する構造等。
軸８Ｍの軸端付近の外周面に図示外の溝を形成し、その溝に止め輪を配置してこの軸８Ｍとロッカアーム本体１とを固定する構造、前記溝に止め輪を配置する代わりにピンを挿入し軸８Ｍとロッカアーム本体１とを固定する構造、軸端部８ａをかしめる代わりに、ロッカアーム本体１をかしめて軸８Ｍとロッカアーム本体１とを固定する構造、ロッカアーム本体１に軸８Ｍを圧入する構造等。
ＤＬＣ被膜１２について説明する。
ダイヤモンドライクカーボン被膜、略称ＤＬＣ被膜を基材の転走面に施すことにより、硬質異物混入潤滑下での摩耗を低減することができる。この発明の実施形態に係るＤＬＣ被膜１２は、図６（Ａ）に示すように、最外層の表面層２７と、混合層２６と、下地層２５とを有する複数層構造である。ＤＬＣ被膜１２は、例えば基材温度300℃以下、好ましくは常温で、プラズマCVD法等の化学気相成長法、またはレーザーアブレーション法、スパッタリング法、イオンビーム蒸着法、イオンプレーティング法などの物理気相成長法によって形成される。ＤＬＣ被膜１２は高エネルギー粒子を基材上で急冷しないと生成せず、低温ほどＤＬＣの膜質は向上する。
ＤＬＣは、炭素と水素とからなり、ＤＬＣ被膜１２の表面層２７は、炭素と水素が種々のモル比から構成されたものを含み、また、珪素、窒素および酸素等の少なくともいずれか一つが含まれても良い。また、ＤＬＣ被膜１２の表面層２７は、ダイヤモンド構造のsp3結合と、グラファイト構造のsp2結合とが混在しているアモルファス構造であり、sp3結合は硬さを付与し、sp2結合は摺動性（潤滑性）を付与する。それ故、sp2結合とsp3結合との混在割合によって、ＤＬＣ被膜１２の性質が変化する。したがって、ＤＬＣ被膜１２は、これらsp2結合とsp3結合との混在割合を調整することにより、膜表面の硬度調整を行うことができる。
ダイヤモンドライクカーボン被膜、略称ＤＬＣ被膜を基材の転走面に施すことにより、硬質異物混入潤滑下での摩耗を低減することができる。この発明の実施形態に係るＤＬＣ被膜１２は、図６（Ａ）に示すように、最外層の表面層２７と、混合層２６と、下地層２５とを有する複数層構造である。ＤＬＣ被膜１２は、例えば基材温度300℃以下、好ましくは常温で、プラズマCVD法等の化学気相成長法、またはレーザーアブレーション法、スパッタリング法、イオンビーム蒸着法、イオンプレーティング法などの物理気相成長法によって形成される。ＤＬＣ被膜１２は高エネルギー粒子を基材上で急冷しないと生成せず、低温ほどＤＬＣの膜質は向上する。
ＤＬＣは、炭素と水素とからなり、ＤＬＣ被膜１２の表面層２７は、炭素と水素が種々のモル比から構成されたものを含み、また、珪素、窒素および酸素等の少なくともいずれか一つが含まれても良い。また、ＤＬＣ被膜１２の表面層２７は、ダイヤモンド構造のsp3結合と、グラファイト構造のsp2結合とが混在しているアモルファス構造であり、sp3結合は硬さを付与し、sp2結合は摺動性（潤滑性）を付与する。それ故、sp2結合とsp3結合との混在割合によって、ＤＬＣ被膜１２の性質が変化する。したがって、ＤＬＣ被膜１２は、これらsp2結合とsp3結合との混在割合を調整することにより、膜表面の硬度調整を行うことができる。
軸基材８の外周面に、スパッタリング法によりＤＬＣ被膜１２を施す場合、例えば図５に概略示すスパッタ装置を用いる。このスパッタ装置は、Ｃｒからなるターゲット２０と、ＷＣからなるターゲット２１と、基材支持部材２２と、図示外のガス供給管と、真空ポンプと、加熱手段とを有する。これらのうちターゲット２０，２１、基材支持部材２２およびガス供給管の先端部はチャンバー２３内に収容されている。前記Ｃｒからなるターゲット２０の正面とＷＣからなるターゲット２１の正面とが所定間隔をあけて対向するように配置され、ＷＣからなるターゲット２１の背面に、マグネット２４が配置されている。ターゲット２０，２１と基材支持部材２２とは電気的に接続されている。前記ガス供給管は、例えば不活性ガスとしてのアルゴンガス、および反応性ガスとしてのアセチレンガスを、前記ターゲット２０，２１間に向けて供給可能に構成されている。前記基材支持部材２２の表面部には、例えば、複数の軸基材８が柱状に並べて立設配置されている。また各軸基材８の一端部および他端部にはマスキングが施されている。この例では、複数の軸基材８をスパッタ処理しているが、一本の軸基材８だけをスパッタ処理しても良い。さらに他の例として、例えば基材支持部材２２を、軸基材８の一端部および他端部を支持可能とし、且つこの軸基材８の軸心回りに回転可能な構成としても良い。
このスパッタ装置は、Ｃｒからなるターゲット２０が取り付けられたマグネトロンスパッタ成膜装置と、ＷＣからなるターゲット２１が取り付けられたマグネトロンスパッタ成膜装置とを有する。スパッタ装置は、これら成膜装置への印加電圧の出力バランスを調整することによって、Ｃｒからなるターゲット２０のみ、ＷＣからなるターゲット２１、および両者を含むターゲット２０，２１の少なくともいずれか一つをスパッタ処理することが可能である。
前記スパッタ装置によりＤＬＣ被膜１２を形成する方法について説明する。
密着性の良いＤＬＣ被膜１２を軸基材８上に形成するには、先ず軸表面をクリーニングすることが好ましい。具体的には、準備段階として、チャンバー２３内に表面を清浄した軸基材８を設置し、真空ポンプによりチャンバー２３内を真空度２×１０−３Ｐａ程度まで排気した後、加熱手段により軸基材８を温度１５０℃〜２００℃まで加熱する。その後、軸に−２００Ｖ〜−５００Ｖ程度のバイアス電流を印加し、圧力１Ｐａの不活性ガス雰囲気中で不活性ガスイオンを生成し、軸基材８に衝突させ、軸表面をクリーニングする。
密着性の良いＤＬＣ被膜１２を軸基材８上に形成するには、先ず軸表面をクリーニングすることが好ましい。具体的には、準備段階として、チャンバー２３内に表面を清浄した軸基材８を設置し、真空ポンプによりチャンバー２３内を真空度２×１０−３Ｐａ程度まで排気した後、加熱手段により軸基材８を温度１５０℃〜２００℃まで加熱する。その後、軸に−２００Ｖ〜−５００Ｖ程度のバイアス電流を印加し、圧力１Ｐａの不活性ガス雰囲気中で不活性ガスイオンを生成し、軸基材８に衝突させ、軸表面をクリーニングする。
軸表面をクリーニングした後、軸基材８の外周面にスパッタ処理を行う。最初の過程では、印加電圧の出力バランス、およびターゲット２０に電力を供給する時間を適宜調整して、Ｃｒからなるターゲット２０のみをスパッタ処理する。これにより、図６（Ａ）に示すように、軸基材８の外周面にクロムを含有する下地層２５を形成する。
このクロムのスパッタ処理を続けながら、タングステン及びカーボンすなわちＷＣをターゲットとしたスパッタ処理を開始する。このスパッタ処理において、Ｃｒからなるターゲット２０の印加電圧の出力を徐々に弱めると共に、ＷＣからなるターゲット２１の印加電圧の出力を徐々に高める。これにより、クロムと炭素とタングステンとを含有するＣｒ-ＷＣ層が、下地層２５の上に形成される。前記Ｃｒ-ＷＣ層を「混合層」と称す。クロムのスパッタ効率を徐々に減少させながら、ＷＣのスパッタ効率を徐々に増加させたので、混合層２６中のＷＣの割合は、下地層２５側から表面層２７側に向かって徐々に増加していた。逆に言えば、クロムのスパッタ効率を徐々に減少させながら、ＷＣのスパッタ効率を徐々に増加させたので、混合層２６中のクロムの割合は、下地層２５側から表面層２７側に向かって徐々に減少していた。
Ｃｒ-ＷＣ層において、下地層２５側から表面層２７側へのＷＣ（またはＣｒ）の割合は、例えば、グロー放電発光分光法（略称GDS：Glow Discharge Spectroscopy）を用いて実施する。グロー放電発光分光法は、図６（Ｂ）に示すように、異常グロー放電を起こさせ発する光を分光することにより元素組成分析を行う。ここで、グロー放電とは、気体圧力が１０−０．０１Torr程度の真空内の二つの電極管に高電圧をかけたとき電子と気体との衝突によってガス成分が励起され光を発する放電メカニズムをいう。平行平板電極放電の典型的な電流−電圧特性を図６（Ｂ）に示す。同図６（Ｂ）のＥ−Ｆ間は、正規グロー放電領域であり、スパッタリングはほとんど起こらず放電気体の発光スペクトルのみが観測される。図６（Ｂ）のＦ点を過ぎると陰極全面が陰極点となるため、放電電流の増加は陰極における電流密度の増加を伴うようになり、その結果放電電圧が上昇する。図６（Ｂ）のＦ−Ｇ間は異常グロー放電領域と呼ばれ、この領域ではイオン化されたガス成分による陰極面のスパッタリングが起こり、放電光中に陰極材料のスペクトルが観測されるようになる。これを利用して分析材料を陰極として異常グロー放電を起こさせ発する光を分光することにより元素組成分析を行うのがグロー放電発光分光法である。
このクロムのスパッタ処理を続けながら、タングステン及びカーボンすなわちＷＣをターゲットとしたスパッタ処理を開始する。このスパッタ処理において、Ｃｒからなるターゲット２０の印加電圧の出力を徐々に弱めると共に、ＷＣからなるターゲット２１の印加電圧の出力を徐々に高める。これにより、クロムと炭素とタングステンとを含有するＣｒ-ＷＣ層が、下地層２５の上に形成される。前記Ｃｒ-ＷＣ層を「混合層」と称す。クロムのスパッタ効率を徐々に減少させながら、ＷＣのスパッタ効率を徐々に増加させたので、混合層２６中のＷＣの割合は、下地層２５側から表面層２７側に向かって徐々に増加していた。逆に言えば、クロムのスパッタ効率を徐々に減少させながら、ＷＣのスパッタ効率を徐々に増加させたので、混合層２６中のクロムの割合は、下地層２５側から表面層２７側に向かって徐々に減少していた。
Ｃｒ-ＷＣ層において、下地層２５側から表面層２７側へのＷＣ（またはＣｒ）の割合は、例えば、グロー放電発光分光法（略称GDS：Glow Discharge Spectroscopy）を用いて実施する。グロー放電発光分光法は、図６（Ｂ）に示すように、異常グロー放電を起こさせ発する光を分光することにより元素組成分析を行う。ここで、グロー放電とは、気体圧力が１０−０．０１Torr程度の真空内の二つの電極管に高電圧をかけたとき電子と気体との衝突によってガス成分が励起され光を発する放電メカニズムをいう。平行平板電極放電の典型的な電流−電圧特性を図６（Ｂ）に示す。同図６（Ｂ）のＥ−Ｆ間は、正規グロー放電領域であり、スパッタリングはほとんど起こらず放電気体の発光スペクトルのみが観測される。図６（Ｂ）のＦ点を過ぎると陰極全面が陰極点となるため、放電電流の増加は陰極における電流密度の増加を伴うようになり、その結果放電電圧が上昇する。図６（Ｂ）のＦ−Ｇ間は異常グロー放電領域と呼ばれ、この領域ではイオン化されたガス成分による陰極面のスパッタリングが起こり、放電光中に陰極材料のスペクトルが観測されるようになる。これを利用して分析材料を陰極として異常グロー放電を起こさせ発する光を分光することにより元素組成分析を行うのがグロー放電発光分光法である。
その後の過程において、クロムのスパッタ処理を終了し、ＷＣのスパッタ処理のみとして、チャンバー２３内にガス供給管からメタンガスを導入しながら、混合層２６の上にアモルファス炭化水素からなる表面層２７を形成した。これにより図６（Ａ）に示すように、軸基材８の外周面に、順次、クロムを含有する下地層２５、クロムと炭素とタングステンとを含有するＣｒ-ＷＣ層２６を介して、アモルファス炭化水素からなる表面層２７を積層する。ＤＬＣ被膜１２が所定の膜厚に達した後、スパッタ源への電力供給を停止し、軸８Ｍが急冷した後チャンバー２３から取り出す。この際に、炭化水素ガスや水素ガスを導入して水素を含む雰囲気下で表面層２７を形成することにより、このＤＬＣ被膜１２が所定量の水素を含有する水素含有量を得ることが可能となる。
潤滑油等について説明する。
このロッカアームアッシーは、例えばエンジンオイル等の潤滑油で潤滑されて使用される。この潤滑油は、特に、二次粒子径の平均分散粒子径が０．１μｍ以上０．７μｍ以下であるＣ粒子を含有する。エンジンオイル中の煤（カーボン）や、カーボンブラックは単一つまり一次粒子で存在せず、凝集物としてオイル中に存在する。煤やカーボンブラックの分散オイル（煤、カーボンブラックが溶解しているのではなく、オイル中に略均一に散らばっている状態）では、「分散粒子径」を表記する場合、実質的には凝集物の大きさを示すことになり、「二次粒子径」・「二次凝集」を示す。前記「煤」は基本的に炭素と水素の化合物であるが、殆んどが炭素と考えられる。
このロッカアームアッシーは、例えばエンジンオイル等の潤滑油で潤滑されて使用される。この潤滑油は、特に、二次粒子径の平均分散粒子径が０．１μｍ以上０．７μｍ以下であるＣ粒子を含有する。エンジンオイル中の煤（カーボン）や、カーボンブラックは単一つまり一次粒子で存在せず、凝集物としてオイル中に存在する。煤やカーボンブラックの分散オイル（煤、カーボンブラックが溶解しているのではなく、オイル中に略均一に散らばっている状態）では、「分散粒子径」を表記する場合、実質的には凝集物の大きさを示すことになり、「二次粒子径」・「二次凝集」を示す。前記「煤」は基本的に炭素と水素の化合物であるが、殆んどが炭素と考えられる。
レーザー回折・散乱法（マイクロトラック法）にて、本実施形態に係る０．１μｍ以上０．７μｍ以下の粒子径を測定する。これは、図６（Ｃ）に示すように、粒子Ｒｓに光を照射し、各粒子径により散乱される散乱光量とパターンが異なることを利用している。所定の発振波長の半導体レーザーを使用してレーザー光Ｒｚを粒子Ｒｓに照射した場合、粒子径が大きな場合、三点鎖線Ｌｂに示すように、全周方向に散乱強度が強く、特に、図６（Ｃ）矢符にて表記するレーザー光出射方向の前方の散乱光強度が強いのが特徴である。また、一点鎖線Ｌｍから二点鎖線Ｌｓに示すように、粒子径が小さくなるに従い、全体的に散乱光強度が弱くなり、強い前方散乱光が弱まる。
このため、粒子径が大きな粒子Ｒｓの場合、粒子ＲＳによって散乱された光のうち、前方散乱光を凸レンズで集めるとその焦点面上に回折像を生じる。その回折光の明るさと大きさは、粒子Ｒｓの大きさ（粒径）に決まる。したがって、これらの散乱光情報を利用すれば、容易に粒子径が得られる。
一方、粒子径が小さくなると、前方散乱光の強度が減少し、前記前方に設置した図示外の検出器では粒子径の検出が困難となる。しかし、側方および後方の散乱光の散乱パターンが粒子径によって異なる。したがって、粒子径が小さな粒子Ｒｓの場合、これら側方の散乱光の散乱パターンおよび後方の散乱光の散乱パターンを測定すれば、粒子径を求めることが可能となる。散乱光より粒度分布を求める際、検出器の形状により、面積分布に応答した信号、体積分布に応答した信号、面積の二乗に応答した信号等が得られる。レーザー回折・散乱法では、検出器が体積分布に応答した信号を得られるように工夫した形状となっている。
一方、粒子径が小さくなると、前方散乱光の強度が減少し、前記前方に設置した図示外の検出器では粒子径の検出が困難となる。しかし、側方および後方の散乱光の散乱パターンが粒子径によって異なる。したがって、粒子径が小さな粒子Ｒｓの場合、これら側方の散乱光の散乱パターンおよび後方の散乱光の散乱パターンを測定すれば、粒子径を求めることが可能となる。散乱光より粒度分布を求める際、検出器の形状により、面積分布に応答した信号、体積分布に応答した信号、面積の二乗に応答した信号等が得られる。レーザー回折・散乱法では、検出器が体積分布に応答した信号を得られるように工夫した形状となっている。
具体的に、測定するオイルをトルエンで光を散乱させられる濃度まで希釈し、マイクロトラックＵＰＡ（他にナノトラックＵＰＡ−ＥＸ１５０等）にて測定し、「体積平均径{ミーン ボリューム ダイアメータ（Mean Volume Diameter：略称ＭＶ）」の値を「平均分散粒子径」とする。
すなわち、一つの粉体の集団を仮定する。この粉体の集団の中には、粒子径の小さい順からｄ１，ｄ２，…ｄｉ，…ｄｋの粒子径を持つ粒子が、それぞれｎ１，ｎ２，…ｎｉ，…ｎｋ個あるとする。粒子１個あたりの体積をｖｉとする。この場合、前記体積平均径ＭＶは、以下の式によって求められる。
ＭＶ＝（ｖ１・ｄ１＋ｖ２・ｄ２＋…ｖｉ・ｄｉ＋…ｖｋ・ｄｋ）／（ｖ１＋ｖ２＋…ｖｉ＋…ｖｋ）
ＭＶ＝Σ（ｖｉ・ｄｉ）／Σｖｉ
＝Σ（ｖｉ・ｄｉ）／１００
つまり、体積平均径ＭＶは、体積で重みづけされた平均径となる。
すなわち、一つの粉体の集団を仮定する。この粉体の集団の中には、粒子径の小さい順からｄ１，ｄ２，…ｄｉ，…ｄｋの粒子径を持つ粒子が、それぞれｎ１，ｎ２，…ｎｉ，…ｎｋ個あるとする。粒子１個あたりの体積をｖｉとする。この場合、前記体積平均径ＭＶは、以下の式によって求められる。
ＭＶ＝（ｖ１・ｄ１＋ｖ２・ｄ２＋…ｖｉ・ｄｉ＋…ｖｋ・ｄｋ）／（ｖ１＋ｖ２＋…ｖｉ＋…ｖｋ）
ＭＶ＝Σ（ｖｉ・ｄｉ）／Σｖｉ
＝Σ（ｖｉ・ｄｉ）／１００
つまり、体積平均径ＭＶは、体積で重みづけされた平均径となる。
次に、この軸受の摩耗試験およびその結果について説明する。
図７は、前記摩耗試験の試験機の断面図である。硬質異物である煤（硬質炭素粒子：カーボン）の混入潤滑下での摩耗を模擬するために、以下の表１の試験条件、図７の試験機にて摩耗試験を行った。
ところで、エンジン油内に、煤（硬質炭素粒子：カーボン）が２ｍａｓｓ％以上含まれると、軸受に著しい摩耗が発生する。前記煤の割合が増えるほど、摩耗量は多くなる。今回の試験では、エンジン油内に１６ｍａｓｓ％ものカーボンブラックを含むエンジン油にて評価しており、本発明の効果の有効性を担保している。なお、煤の量は、アナリスト社が開発したＬｉｇｈｔ Ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ法、略称：ＬＥＭ法にて測定する。このＬＥＭ法は、煤が光を吸収する性質を利用して、煤を含むオイルに光を投射した時の減光率（減衰率）からオイル中の煤の量を測定するものである。
評価エンジン油として、単に、油にカーボンブラックを含有した油ではなく、次のような油を採用する。すなわち、評価エンジン油として、ＣＤ級１０Ｗ−３０ディーゼルエンジンオイルにカーボンブラックの粉末を含有後、オイルを高温高速回転し、オイル中にカーボンブラックの粉末が沈降しないように分散させたオイルを潤滑油とする。また、表１において、「Ｐ／Ｃ」のＰは負荷荷重を示し、Ｃは軸受の基本動定格荷重を示す。すなわち、Ｐ／Ｃは、軸受の基本動定格荷重に対する負荷荷重の割合を示す。
図７は、前記摩耗試験の試験機の断面図である。硬質異物である煤（硬質炭素粒子：カーボン）の混入潤滑下での摩耗を模擬するために、以下の表１の試験条件、図７の試験機にて摩耗試験を行った。
ところで、エンジン油内に、煤（硬質炭素粒子：カーボン）が２ｍａｓｓ％以上含まれると、軸受に著しい摩耗が発生する。前記煤の割合が増えるほど、摩耗量は多くなる。今回の試験では、エンジン油内に１６ｍａｓｓ％ものカーボンブラックを含むエンジン油にて評価しており、本発明の効果の有効性を担保している。なお、煤の量は、アナリスト社が開発したＬｉｇｈｔ Ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ法、略称：ＬＥＭ法にて測定する。このＬＥＭ法は、煤が光を吸収する性質を利用して、煤を含むオイルに光を投射した時の減光率（減衰率）からオイル中の煤の量を測定するものである。
評価エンジン油として、単に、油にカーボンブラックを含有した油ではなく、次のような油を採用する。すなわち、評価エンジン油として、ＣＤ級１０Ｗ−３０ディーゼルエンジンオイルにカーボンブラックの粉末を含有後、オイルを高温高速回転し、オイル中にカーボンブラックの粉末が沈降しないように分散させたオイルを潤滑油とする。また、表１において、「Ｐ／Ｃ」のＰは負荷荷重を示し、Ｃは軸受の基本動定格荷重を示す。すなわち、Ｐ／Ｃは、軸受の基本動定格荷重に対する負荷荷重の割合を示す。
この試験機１３は、試験ハウジング内に複数の軸受１４を介して駆動軸１５が回転自在に支持され、この駆動軸１５の長手方向一端部は図示外の駆動源に繋がっている。駆動軸１５は、いわゆる段付き軸であって試験軸受５の外輪外径面９ｂに接する大径部１５ａを備えている。また、試験機１３は、試験軸受５の軸８Ｍにラジアル荷重を負荷する荷重負荷部材１６を備えている。この試験ハウジング内において、試験軸受５は油浴による油潤滑とされ、その油量レベルＬ２は試験軸受の回転中心まで満たされている。さらに、試験ハウジング内の両側には、油温を制御可能なカートリッジヒータ１７が設けられている。
試験に供される軸受５は、滑り軸受と比べ摩耗の発生度合、摩耗量の多い転がり軸受を用い、軸基材８のみを表２、表３、表４の「ＤＬＣ被膜種類」の欄にて示す各種表面処理を施して実施した。この試験において、軸表面のＤＬＣ被膜１２を、パラメータ（後述する）を変化をさせて実施している。本試験において軸基材８のみＤＬＣ被膜１２を施しているが、その理由は、本試験はローラフォロア使用条件を想定し、外輪回転としている。よって、軸８Ｍにおける負荷域は同一箇所となるため、軸８Ｍに摩耗が顕著に発生する。よって、摩耗対策効果を明確にするため、軸基材８のみに各種ＤＬＣ被膜処理を施して試験を実施している。軸表面のＤＬＣ被膜１２は、前述のＤＬＣ被膜１２の例として説明した通りである。
本発明の実施例として、表２のサンプルＮｏ．１〜１２（総合評価◎）は、軸摩耗量が１μｍ以下となる評価基準を満たしたサンプル、表３のサンプルＮｏ．２５〜４０（総合評価○）は、軸摩耗量が１μｍを超えて、４μｍ以下となる評価基準を満たしたサンプルである。
比較例として、表４のサンプルＮｏ．５７〜７０（総合評価×）は、軸摩耗量が４μｍを越える評価基準を満たしたサンプルである。
ここで軸摩耗量が４μｍ以下のサンプルは試験初期と比較して振動、音響に変化が見られない。より好ましくは軸摩耗量が少ないものが耐摩耗性が高いことから、軸摩耗量の大小により◎○評価を分類した。×評価は、軸摩耗量が多く、初期振動よりも振動が大きくなり、相手部材への攻撃性が認められるものもある。軸は、負荷域が同一箇所となるため、一部分のみが大きく摩耗する。よって軸の摩耗は振動に大きく影響する。
軸の前記「一部分のみが大きく摩耗する」とは、図８に示すように、軸表面の一箇所Ａ１から円周方向一方に所定小角度α至る部位Ｓａだけが、点線白抜きのように、例えば平坦状に削り取られることを意味する。ただし、前記平坦状に限定されるものではない。
また、この摩耗試験に使用したサンプルの基材の材質として、軸、外輪、転動体ともにSUJ2を適用した。熱処理条件として、前記転動体、外輪については一般的な全体焼入、軸については高周波表面焼入を適用した。
比較例として、表４のサンプルＮｏ．５７〜７０（総合評価×）は、軸摩耗量が４μｍを越える評価基準を満たしたサンプルである。
ここで軸摩耗量が４μｍ以下のサンプルは試験初期と比較して振動、音響に変化が見られない。より好ましくは軸摩耗量が少ないものが耐摩耗性が高いことから、軸摩耗量の大小により◎○評価を分類した。×評価は、軸摩耗量が多く、初期振動よりも振動が大きくなり、相手部材への攻撃性が認められるものもある。軸は、負荷域が同一箇所となるため、一部分のみが大きく摩耗する。よって軸の摩耗は振動に大きく影響する。
軸の前記「一部分のみが大きく摩耗する」とは、図８に示すように、軸表面の一箇所Ａ１から円周方向一方に所定小角度α至る部位Ｓａだけが、点線白抜きのように、例えば平坦状に削り取られることを意味する。ただし、前記平坦状に限定されるものではない。
また、この摩耗試験に使用したサンプルの基材の材質として、軸、外輪、転動体ともにSUJ2を適用した。熱処理条件として、前記転動体、外輪については一般的な全体焼入、軸については高周波表面焼入を適用した。
各サンプルを評価したパラメータ等について説明する。
（１）軸受の軸の転走面表面に形成したＤＬＣ被膜の破壊靭性値について
本件出願にて用いた破壊靭性値の「破壊靭性」とは、薄膜の脆性破壊に対する抵抗を表す尺度と同義であり、その数値を「破壊靭性値」とする。基材表面に形成したＤＬＣ被膜の破壊靭性値測定方法として、ジェイ エス ワン他のシィン ソリッド フィルム（J.S.Wang et al.:Thin Solid Film,325,163(1998)）の手法が知られている。この手法は２種類の試験からなり、表面にＤＬＣ被膜を形成した基材の曲げ試験及びＤＬＣ被膜表面への超合金球による押し込み試験を行う。試験中のＤＬＣ被膜のクラック発生挙動及び進展挙動により破壊靭性値を求める。破壊靱性値は圧痕直径、硬質被膜表面に生じたクラック各々の長さ、クラックが生じた面積および基材と硬質被膜のヤング率から求める。
この実施形態に係るＤＬＣ被膜１２の破壊靭性値測定方法として、図９に示すように、軸８Ｍの軸方向中央Ｐ１を、周方向一定間隔おきに１０箇所測定した測定値の平均値を求めた。さらに具体的には、軸８Ｍの表面つまり外周面における軸方向中央Ｐ１に、直径１．６ｍｍのタングステンカーバイト（略称ＷＣ）製圧子を径方向内方に且つ測定箇所に略垂直に押し当てた際に被膜表面に発生したクラック発生挙動により、破壊靭性値を求めた。この測定箇所に対する圧子の押し込み深さはＤＬＣ被膜表面より０．１ｍｍ（圧子直径の０．５％）とした。
（１）軸受の軸の転走面表面に形成したＤＬＣ被膜の破壊靭性値について
本件出願にて用いた破壊靭性値の「破壊靭性」とは、薄膜の脆性破壊に対する抵抗を表す尺度と同義であり、その数値を「破壊靭性値」とする。基材表面に形成したＤＬＣ被膜の破壊靭性値測定方法として、ジェイ エス ワン他のシィン ソリッド フィルム（J.S.Wang et al.:Thin Solid Film,325,163(1998)）の手法が知られている。この手法は２種類の試験からなり、表面にＤＬＣ被膜を形成した基材の曲げ試験及びＤＬＣ被膜表面への超合金球による押し込み試験を行う。試験中のＤＬＣ被膜のクラック発生挙動及び進展挙動により破壊靭性値を求める。破壊靱性値は圧痕直径、硬質被膜表面に生じたクラック各々の長さ、クラックが生じた面積および基材と硬質被膜のヤング率から求める。
この実施形態に係るＤＬＣ被膜１２の破壊靭性値測定方法として、図９に示すように、軸８Ｍの軸方向中央Ｐ１を、周方向一定間隔おきに１０箇所測定した測定値の平均値を求めた。さらに具体的には、軸８Ｍの表面つまり外周面における軸方向中央Ｐ１に、直径１．６ｍｍのタングステンカーバイト（略称ＷＣ）製圧子を径方向内方に且つ測定箇所に略垂直に押し当てた際に被膜表面に発生したクラック発生挙動により、破壊靭性値を求めた。この測定箇所に対する圧子の押し込み深さはＤＬＣ被膜表面より０．１ｍｍ（圧子直径の０．５％）とした。
なお、前記試験では軸８Ｍの軸方向中央Ｐ１を１０箇所測定したが、軸８Ｍの軸方向中央Ｐ１のうち適当間隔おきの任意の複数箇所を測定し、それらの平均値を求めてもよい。また、一般的に、上記ＤＬＣ被膜は部位によるばらつきが少ないため、例えば、軸方向中央Ｐ１における任意の１箇所を測定して破壊靭性値を求めてもよい。
前記圧子は、直径１．６ｍｍ以外のものを適用することも可能であり、またＷＣ製に必ずしも限定されるものではない。このような場合であっても、ＤＬＣ被膜１２の破壊靭性値を測定可能である。本発明において必要な耐摩耗性を有していたＤＬＣ被膜の破壊靭性値は１．５ＭＰａｍ１／２以上６ＭＰａｍ１／２以下、より好ましくは２ＭＰａｍ１／２以上５ＭＰａｍ１／２以下必要であった。
前記圧子は、直径１．６ｍｍ以外のものを適用することも可能であり、またＷＣ製に必ずしも限定されるものではない。このような場合であっても、ＤＬＣ被膜１２の破壊靭性値を測定可能である。本発明において必要な耐摩耗性を有していたＤＬＣ被膜の破壊靭性値は１．５ＭＰａｍ１／２以上６ＭＰａｍ１／２以下、より好ましくは２ＭＰａｍ１／２以上５ＭＰａｍ１／２以下必要であった。
ＤＬＣ被膜１２の破壊靭性値の下限値を１．５ＭＰａｍ１／２とした場合、形成されたＤＬＣ被膜１２が繰り返し荷重に耐えることができ、ＤＬＣ被膜１２の破壊、剥離を生じ難くすることができる。破壊靭性値の上限値を６ＭＰａｍ１／２とした場合、このＤＬＣ被膜１２は耐摩耗性を発揮するまで潤滑油と馴染む時間を得ることができる。したがって、転走面を必要十分な耐摩耗性に維持し、ＤＬＣ被膜１２の破壊、剥離を防止することができる。これにより、相手部品への攻撃性が増加することも防止できる。このような破壊靭性値を規定した軸受５により、硬質異物混入潤滑下での摩耗を低減することができる。
（２）軸受の軸の転走面表面に形成したＤＬＣ被膜の密着性について
基材表面に形成したＤＬＣ被膜の密着性は円柱基材の端面に被膜を形成し、その表面に相対する円柱を接着して両者を引張って剥離する限界荷重（臨界荷重）を測定する方法や、被膜表面にダイヤモンド圧子を押付けて引っ掻き、被膜に割れを生じる押付け荷重（臨界荷重）を測定するスクラッチ法等が知られている。
本発明において必要な耐摩耗性を有していたＤＬＣ被膜１２のスクラッチ法での臨界荷重は４０Ｎ以上１１０Ｎ以下、より好ましくは６０Ｎ以上１００Ｎ以下必要であった。この臨界荷重は、例えばCSM製REVETESTスクラッチ試験機を用い、国際標準化機構により策定された国際規格ISO20502：2005に準拠した方法で測定した。このスクラッチ法での測定方法では、図１０に示すように、軸８Ｍの軸方向中央Ｐ１付近に、測定子を矢符ＡＡ１にて標記する軸方向に沿ってＰ１を含む（ＡＡ１の開始点と終了点に挟まれた中にＰ１が含まれている）ように１０ｍｍ移動させて測定した。これを軸８Ｍの外周面における周方向一定間隔おきに１０箇所繰り返し、この１０箇所の平均値を求めた。各測定において、最大圧子荷重を１００Ｎまたは２００Ｎとし、荷重増加速度を１００Ｎ／ｍｉｎまたは２００Ｎ／ｍｉｎとし、圧子移動速度を１０ｍｍ／ｍｉｎとした。また測定子の移動距離は１０ｍｍでなくてもよい。
なお、前記試験では、軸８Ｍの外周面を１０箇所測定したが、軸８Ｍの外周面のうち周方向適当間隔おきの任意の複数箇所を測定し、それらの平均値を求めてもよい。また、一般的に、上記ＤＬＣ被膜は部位によるばらつきが少ないため、例えば、軸８Ｍの外周面の任意の１箇所を測定した値を採用してもよい。
基材表面に形成したＤＬＣ被膜の密着性は円柱基材の端面に被膜を形成し、その表面に相対する円柱を接着して両者を引張って剥離する限界荷重（臨界荷重）を測定する方法や、被膜表面にダイヤモンド圧子を押付けて引っ掻き、被膜に割れを生じる押付け荷重（臨界荷重）を測定するスクラッチ法等が知られている。
本発明において必要な耐摩耗性を有していたＤＬＣ被膜１２のスクラッチ法での臨界荷重は４０Ｎ以上１１０Ｎ以下、より好ましくは６０Ｎ以上１００Ｎ以下必要であった。この臨界荷重は、例えばCSM製REVETESTスクラッチ試験機を用い、国際標準化機構により策定された国際規格ISO20502：2005に準拠した方法で測定した。このスクラッチ法での測定方法では、図１０に示すように、軸８Ｍの軸方向中央Ｐ１付近に、測定子を矢符ＡＡ１にて標記する軸方向に沿ってＰ１を含む（ＡＡ１の開始点と終了点に挟まれた中にＰ１が含まれている）ように１０ｍｍ移動させて測定した。これを軸８Ｍの外周面における周方向一定間隔おきに１０箇所繰り返し、この１０箇所の平均値を求めた。各測定において、最大圧子荷重を１００Ｎまたは２００Ｎとし、荷重増加速度を１００Ｎ／ｍｉｎまたは２００Ｎ／ｍｉｎとし、圧子移動速度を１０ｍｍ／ｍｉｎとした。また測定子の移動距離は１０ｍｍでなくてもよい。
なお、前記試験では、軸８Ｍの外周面を１０箇所測定したが、軸８Ｍの外周面のうち周方向適当間隔おきの任意の複数箇所を測定し、それらの平均値を求めてもよい。また、一般的に、上記ＤＬＣ被膜は部位によるばらつきが少ないため、例えば、軸８Ｍの外周面の任意の１箇所を測定した値を採用してもよい。
ＤＬＣ被膜１２のスクラッチ法測定による臨界荷重の下限値を４０Ｎとした場合、ＤＬＣ被膜１２が剥離することを防止し、耐摩耗性を発揮することができる。また、ＤＬＣ被膜１２の剥離に起因する相手部品への攻撃を未然に防止し得る。この臨界荷重の上限値を１１０Ｎとした場合、ＤＬＣ被膜１２が耐摩耗性を発揮するまで潤滑油と馴染む時間中に、被膜表面の一部分のみ摩耗することを防止し、これにより被膜表面粗さが不所望に大きくなることを防止することができる。このようなスクラッチ法測定による臨界荷重を規定した軸受５により、硬質異物混入潤滑下での摩耗を低減することができる。
さらに前記ＤＬＣ被膜１２の臨界荷重を６０Ｎ以上１００Ｎ以下とした場合、ＤＬＣ被膜１２が耐摩耗性を発揮するまで潤滑油と馴染む時間中、もしくは耐摩耗性の発揮以後に不所望に剥離することをより確実に防止し得る。
さらに前記ＤＬＣ被膜１２の臨界荷重を６０Ｎ以上１００Ｎ以下とした場合、ＤＬＣ被膜１２が耐摩耗性を発揮するまで潤滑油と馴染む時間中、もしくは耐摩耗性の発揮以後に不所望に剥離することをより確実に防止し得る。
（３）軸受の軸の転走面表面に形成したＤＬＣ被膜の硬度について
基材表面に形成したＤＬＣ被膜１２の硬度は、例えばダイナミック超微小硬度計DUH-201Ｗ （株式会社島津製作所製）で測定する。この硬度計で測定する値はダイナミック硬度ＨＤで以下の式で定義する。このＤＬＣ被膜１２の硬度は膜表面の硬さを表している。
ＨＤ＝3.8584×P/h2
上記式においてPは試験荷重（ｍＮ）、hは三角すい圧子の押し込み量（μｍ）を示している。この実施形態に係るＤＬＣ被膜１２の硬度の測定方法として、図１１に示すように、軸８Ｍの軸方向中央Ｐ１を、周方向一定間隔おきに１０箇所測定した測定値の平均値を求めた。各測定箇所において、１１５°の三角すい圧子に試験荷重５ｇｆを与え、同三角すい圧子の負荷速度0.135gf/secで且つ、三角すい圧子の保持時間10secとしている。なお、ダイナミック硬度「ＨＤ」は、試験機に依存した値で表す場合、「ＤＨ」や「ＤＨＴ１１５」と表している場合もあるが、上記「ＨＤ」で表すダイナミック硬度は、試験機に依存しない値である。
この硬度計では、圧子を対象物に試験荷重に達するまで押し込み、押し込み量を測定するため、目視による圧痕測定がない。従って、設定荷重を小さくでき、圧子の侵入深さを浅くすることができる。例えば１１５°の三角すい圧子に試験荷重５ｇｆを与えて測定した場合、ビッカース硬度よりも正確な膜硬度を求めることができる。
基材表面に形成したＤＬＣ被膜１２の硬度は、例えばダイナミック超微小硬度計DUH-201Ｗ （株式会社島津製作所製）で測定する。この硬度計で測定する値はダイナミック硬度ＨＤで以下の式で定義する。このＤＬＣ被膜１２の硬度は膜表面の硬さを表している。
ＨＤ＝3.8584×P/h2
上記式においてPは試験荷重（ｍＮ）、hは三角すい圧子の押し込み量（μｍ）を示している。この実施形態に係るＤＬＣ被膜１２の硬度の測定方法として、図１１に示すように、軸８Ｍの軸方向中央Ｐ１を、周方向一定間隔おきに１０箇所測定した測定値の平均値を求めた。各測定箇所において、１１５°の三角すい圧子に試験荷重５ｇｆを与え、同三角すい圧子の負荷速度0.135gf/secで且つ、三角すい圧子の保持時間10secとしている。なお、ダイナミック硬度「ＨＤ」は、試験機に依存した値で表す場合、「ＤＨ」や「ＤＨＴ１１５」と表している場合もあるが、上記「ＨＤ」で表すダイナミック硬度は、試験機に依存しない値である。
この硬度計では、圧子を対象物に試験荷重に達するまで押し込み、押し込み量を測定するため、目視による圧痕測定がない。従って、設定荷重を小さくでき、圧子の侵入深さを浅くすることができる。例えば１１５°の三角すい圧子に試験荷重５ｇｆを与えて測定した場合、ビッカース硬度よりも正確な膜硬度を求めることができる。
本発明において必要な耐磨耗性を有していたＤＬＣ被膜１２のダイナミック硬度はＨＤ８００以上ＨＤ２０００以下である。ＤＬＣ被膜１２のダイナミック硬度の下限値をＨＤ８００とした場合、転走面は必要十分な被膜強度となり膜部材間の結合力を強くして膜損傷を防止し、耐摩耗性を維持する。上限値をＨＤ２０００とした場合、ＤＬＣ被膜１２と軸基材８との軸表面硬度差を小さくし得る。これにより、ＤＬＣ被膜１２の割れを防止し耐摩耗性を維持することができる。このようなダイナミック硬度がＨＤ８００以上ＨＤ２０００以下のＤＬＣ被膜１２を施した軸受５により、硬質異物混入潤滑下での摩耗を低減することができる。
（４）軸の転走面表面に形成したＤＬＣ被膜の膜厚、表面粗さ及び膜形成範囲について
軸円筒部全表面にＤＬＣ被膜１２を形成した場合、例えばカロテスター（CSM製 簡易精密膜厚測定機CAROTEST）でこのＤＬＣ被膜１２の膜厚を測定する。
軸円筒部表面の中間部のみにＤＬＣ被膜１２を形成した場合、例えばカロテスター（CSM製 簡易精密膜厚測定機CAROTEST）を用いて欧州規格EN1071-2：2002に準拠した方法またはフォームタリサーフ（テーラーホブソン株式会社製）でこのＤＬＣ被膜１２の膜厚を測定する。この場合において、前記軸円筒部表面の中間部とは、軸８Ｍの外径面における長手方向中間部つまり軸方向中間部であって、ロッカアーム本体１の対向側壁６，６の挿通孔６ａ，６ａに嵌合する軸８Ｍの長手方向一端側の外径面、および長手方向他端側の外径面を除く、転走面表面を含む部分である。
この実施形態に係るＤＬＣ被膜１２の膜厚測定方法として、例えば軸円筒部表面の中間部のみにＤＬＣ被膜１２を形成した場合、例えばフォームタリサーフ（テーラーホブソン株式会社製FormTalysurf-120L）を用いて測定する。図１２に示すように、軸８Ｍの片側の軸端部８ａと膜端部８ｂに挟まれた軸８表面から、他側の軸端部８ａと膜端部８ｂに挟まれた軸８表面まで測定子を矢符ＡＡ２にて表記する軸方向に沿って移動させて測定した。これを軸８Ｍの外周面における周方向一定間隔置きに１０箇所繰返し、この１０箇所の平均値を求めた。
軸円筒部全表面にＤＬＣ被膜１２を形成した場合、例えばカロテスター（CSM製 簡易精密膜厚測定機CAROTEST）でこのＤＬＣ被膜１２の膜厚を測定する。
軸円筒部表面の中間部のみにＤＬＣ被膜１２を形成した場合、例えばカロテスター（CSM製 簡易精密膜厚測定機CAROTEST）を用いて欧州規格EN1071-2：2002に準拠した方法またはフォームタリサーフ（テーラーホブソン株式会社製）でこのＤＬＣ被膜１２の膜厚を測定する。この場合において、前記軸円筒部表面の中間部とは、軸８Ｍの外径面における長手方向中間部つまり軸方向中間部であって、ロッカアーム本体１の対向側壁６，６の挿通孔６ａ，６ａに嵌合する軸８Ｍの長手方向一端側の外径面、および長手方向他端側の外径面を除く、転走面表面を含む部分である。
この実施形態に係るＤＬＣ被膜１２の膜厚測定方法として、例えば軸円筒部表面の中間部のみにＤＬＣ被膜１２を形成した場合、例えばフォームタリサーフ（テーラーホブソン株式会社製FormTalysurf-120L）を用いて測定する。図１２に示すように、軸８Ｍの片側の軸端部８ａと膜端部８ｂに挟まれた軸８表面から、他側の軸端部８ａと膜端部８ｂに挟まれた軸８表面まで測定子を矢符ＡＡ２にて表記する軸方向に沿って移動させて測定した。これを軸８Ｍの外周面における周方向一定間隔置きに１０箇所繰返し、この１０箇所の平均値を求めた。
基材表面に形成したＤＬＣ被膜１２の表面粗さ及び膜形成範囲は、例えばフォームタリサーフ（テーラーホブソン株式会社製）で測定する。本実施形態に係るＤＬＣ被膜１２の「表面粗さ」の測定方法では、例えばフォームタリサーフ（テーラーホブソン株式会社製FormTalysurf-120L）を用いて、図１３に示すように軸８Ｍの軸方向中央Ｐ１付近を、測定子を矢符Ａ３にて表記する軸方向に沿って移動させ、評価長さ１．２５ｍｍで、周方向一定間隔おきに１０箇所測定した測定値の平均値を求めた。軸８Ｍの測定箇所は、この軸方向中央Ｐ１の周方向適当間隔おきであっても良い。評価長さは１．２５ｍｍでなくても良い。
また、本実施形態に係るＤＬＣ被膜１２の「膜形成範囲」の測定方法でも、同フォームタリサーフ（テーラーホブソン株式会社製）を用いて測定した。具体的には、図１４に示すように軸８Ｍの片側の軸端部８ａと膜端部８ｂに挟まれた軸８表面から、他側の軸端部８ａと膜端部８ｂに挟まれた軸８表面まで測定子を矢符ＡＡ２にて表記する軸方向に沿って移動させて測定した。図１４に示すように、これを軸８Ｍの外周面における周方向一定間隔おきに１０箇所繰返し、この１０箇所の平均値を求めた。この測定方法によると、以下の図１５に示すような形状Ｍａが得られる。図１５は膜形成範囲測定後の被膜の形状を表す図であり、図１５において、軸８の表面より径方向外方にやや盛り上がった箇所を、被膜が形成された一端Ｐ３から他端Ｐ４に至る範囲すなわち「膜形成範囲」としている。一端Ｐ３付近の被膜は、一端Ｐ３から矢符Ａ２に示す軸方向一方に向かうに従って急峻に立ち上がり、他端Ｐ４付近まで以後平坦に形成される。他端Ｐ４付近の被膜は、他端Ｐ４から軸方向他方に向かうに従って急峻に立ち上がる。この両側の立ち上がり開始位置間の範囲を「膜形成範囲」とする。
また、本実施形態に係るＤＬＣ被膜１２の「膜形成範囲」の測定方法でも、同フォームタリサーフ（テーラーホブソン株式会社製）を用いて測定した。具体的には、図１４に示すように軸８Ｍの片側の軸端部８ａと膜端部８ｂに挟まれた軸８表面から、他側の軸端部８ａと膜端部８ｂに挟まれた軸８表面まで測定子を矢符ＡＡ２にて表記する軸方向に沿って移動させて測定した。図１４に示すように、これを軸８Ｍの外周面における周方向一定間隔おきに１０箇所繰返し、この１０箇所の平均値を求めた。この測定方法によると、以下の図１５に示すような形状Ｍａが得られる。図１５は膜形成範囲測定後の被膜の形状を表す図であり、図１５において、軸８の表面より径方向外方にやや盛り上がった箇所を、被膜が形成された一端Ｐ３から他端Ｐ４に至る範囲すなわち「膜形成範囲」としている。一端Ｐ３付近の被膜は、一端Ｐ３から矢符Ａ２に示す軸方向一方に向かうに従って急峻に立ち上がり、他端Ｐ４付近まで以後平坦に形成される。他端Ｐ４付近の被膜は、他端Ｐ４から軸方向他方に向かうに従って急峻に立ち上がる。この両側の立ち上がり開始位置間の範囲を「膜形成範囲」とする。
本発明において必要な耐摩耗性を有していたＤＬＣ被膜１２の表面粗さは、Ｒａ０．２５μｍ以下であった。ＤＬＣ被膜１２の表面粗さがＲａ０．２５μｍを超えた場合、相手部品への攻撃性が認められるため、耐摩耗性を維持できない。また同時にＤＬＣ被膜１２の表面粗さをＲａ０．２５μｍ以下としたい場合、下地である軸表面つまりＤＬＣ被膜１２を施していない軸基材８の表面の表面粗さがＲａ０．１５μｍ以下であることが好ましい。このＲａ０．１５μｍを越えた場合、形成した膜の表面粗さがＲａ０．２５μｍを越える場合がある。
換言すれば、ＤＬＣ被膜１２を施すべき基材表面の表面粗さをＲａ０．１５μｍ以下とすることで、ＤＬＣ被膜１２の表面粗さをＲａ０．２５μｍ以下とし、耐摩耗性を維持することができる。また、相手部品への攻撃を未然に防止することができる。
換言すれば、ＤＬＣ被膜１２を施すべき基材表面の表面粗さをＲａ０．１５μｍ以下とすることで、ＤＬＣ被膜１２の表面粗さをＲａ０．２５μｍ以下とし、耐摩耗性を維持することができる。また、相手部品への攻撃を未然に防止することができる。
次に、本発明において必要な耐摩耗性を有していたＤＬＣ被膜１２の膜厚δ２は１μｍ以上５μｍ以下である。形成したＤＬＣ被膜１２は、耐摩耗性を発揮するまで潤滑油と馴染む時間が必要となる。膜厚１μｍに満たない場合、ＤＬＣ被膜１２が耐摩耗性を有するまでに膜が全て剥離してしまうため耐摩耗性を維持できない。
ＤＬＣ被膜の膜厚δ２が１μｍに満たない場合、耐摩耗性を発揮できない理由について説明する。ＤＬＣ被膜形成時には必ず残留圧縮応力が発生しているが、膜部材の結合力や、密着力によって残留圧縮応力に起因する膜の剥離を防止している。ＤＬＣ被膜の摩耗により膜厚δ２が薄くなると、残留圧縮応力は減少するが、膜部材の結合力や密着力は、残留圧縮応力以上に減少する。そしてＤＬＣ被膜の膜厚δ２が０．５μｍ以下になると、膜部材の結合力や密着力に抗して残留圧縮応力が強くなり膜が剥離してしまう。従って、ＤＬＣ被膜が潤滑油と馴染み耐摩耗性を発揮するまでに摩耗する０．５μｍを加えて、必要な耐摩耗性を有するＤＬＣ被膜に必要な最小膜厚は１．０μｍとなる。
膜厚５μｍを超える場合、各ＤＬＣ被膜１２が膜形成時に生じた残留圧縮応力が大きくなりすぎてしまい、衝撃荷重が加わることによって容易に膜に亀裂が生じ、剥離してしまうことによって耐摩耗性を維持できない。
ＤＬＣ被膜の膜厚δ２が１μｍに満たない場合、耐摩耗性を発揮できない理由について説明する。ＤＬＣ被膜形成時には必ず残留圧縮応力が発生しているが、膜部材の結合力や、密着力によって残留圧縮応力に起因する膜の剥離を防止している。ＤＬＣ被膜の摩耗により膜厚δ２が薄くなると、残留圧縮応力は減少するが、膜部材の結合力や密着力は、残留圧縮応力以上に減少する。そしてＤＬＣ被膜の膜厚δ２が０．５μｍ以下になると、膜部材の結合力や密着力に抗して残留圧縮応力が強くなり膜が剥離してしまう。従って、ＤＬＣ被膜が潤滑油と馴染み耐摩耗性を発揮するまでに摩耗する０．５μｍを加えて、必要な耐摩耗性を有するＤＬＣ被膜に必要な最小膜厚は１．０μｍとなる。
膜厚５μｍを超える場合、各ＤＬＣ被膜１２が膜形成時に生じた残留圧縮応力が大きくなりすぎてしまい、衝撃荷重が加わることによって容易に膜に亀裂が生じ、剥離してしまうことによって耐摩耗性を維持できない。
また、本発明において必要な耐摩耗性を有していた軸８Ｍに施されたＤＬＣ被膜１２の膜厚は、軸方向中央Ｐ１（図２）の膜厚δ２（図４）を基準として±２μｍ以下の範囲である。この軸方向中央Ｐ１の膜厚δ２を基準としたＤＬＣ被膜１２の膜厚のばらつきを、「厚さバラツキ」と称す。この「厚さバラツキ」とは、軸方向中央Ｐ１の膜厚δ２を基準とした場合において、ＤＬＣ被膜１２が形成された膜厚のうち最も厚い箇所の膜厚と前記膜厚δ２との差、または最も薄い箇所の膜厚と前記膜厚δ２との差のうち、大きい値を示す。
例えば、図１６（ａ）に示すように、ＤＬＣ被膜１２の膜厚のうち軸方向中央Ｐ１が最も薄い場合、最も厚い箇所の膜厚δmax（δmaxは例えば４μｍ）と、軸方向中央Ｐ１の膜厚δ２（δ２は例えば２μｍ）との差（δmax−δ２）を求めることで、厚さバラツキが得られる。
図１６（ｂ）に示すように、ＤＬＣ被膜１２の膜厚のうち軸方向中央Ｐ１が最も厚い場合、この軸方向中央Ｐ１の膜厚δ２（δ２は例えば３μｍ）と、最も薄い箇所の膜厚δmin（δminは例えば２μｍ）との差（δ２−δmin）を求めることで、厚さバラツキが得られる。
図１６（ｃ）に示すように、軸方向中央Ｐ１の膜厚δ２が中間値の場合、最も厚い箇所の膜厚δmax（δmaxは例えば３μｍ）と、軸方向中央Ｐ１の膜厚δ２（δ２は例えば１．５μｍ）との差（δmax−δ２）を求める。また膜厚δ２（δ２は例えば１．５μｍ）と、最も薄い箇所の膜厚δmin（δminは例えば０．５μｍ）との差（δ２−δmin）を求める。これらの差（δmax−δ２）、（δ２−δmin）のうち、大きい値（今回δmax−δ２）を採用することで、厚さバラツキが得られる。形成されたＤＬＣ被膜１２が場所によって膜厚δ２が変化すると、膜に作用する荷重が不均一となり、局所的に過大な接触面圧が作用する。前記の通り、軸８Ｍに施されたＤＬＣ被膜１２の膜厚δ２を、軸方向中央Ｐ１の膜厚δ２を基準として±２μｍ以下の範囲に収めた場合、このＤＬＣ被膜１２に作用する荷重が均一化する。これによって、局所的に過大な接触面圧が作用することを未然に防止することができる。よって、耐摩耗性の低下だけでなく、ＤＬＣ被膜１２の剥離を防止し得る。剥離したＤＬＣ被膜によって相手部材へ攻撃することもない。
例えば、図１６（ａ）に示すように、ＤＬＣ被膜１２の膜厚のうち軸方向中央Ｐ１が最も薄い場合、最も厚い箇所の膜厚δmax（δmaxは例えば４μｍ）と、軸方向中央Ｐ１の膜厚δ２（δ２は例えば２μｍ）との差（δmax−δ２）を求めることで、厚さバラツキが得られる。
図１６（ｂ）に示すように、ＤＬＣ被膜１２の膜厚のうち軸方向中央Ｐ１が最も厚い場合、この軸方向中央Ｐ１の膜厚δ２（δ２は例えば３μｍ）と、最も薄い箇所の膜厚δmin（δminは例えば２μｍ）との差（δ２−δmin）を求めることで、厚さバラツキが得られる。
図１６（ｃ）に示すように、軸方向中央Ｐ１の膜厚δ２が中間値の場合、最も厚い箇所の膜厚δmax（δmaxは例えば３μｍ）と、軸方向中央Ｐ１の膜厚δ２（δ２は例えば１．５μｍ）との差（δmax−δ２）を求める。また膜厚δ２（δ２は例えば１．５μｍ）と、最も薄い箇所の膜厚δmin（δminは例えば０．５μｍ）との差（δ２−δmin）を求める。これらの差（δmax−δ２）、（δ２−δmin）のうち、大きい値（今回δmax−δ２）を採用することで、厚さバラツキが得られる。形成されたＤＬＣ被膜１２が場所によって膜厚δ２が変化すると、膜に作用する荷重が不均一となり、局所的に過大な接触面圧が作用する。前記の通り、軸８Ｍに施されたＤＬＣ被膜１２の膜厚δ２を、軸方向中央Ｐ１の膜厚δ２を基準として±２μｍ以下の範囲に収めた場合、このＤＬＣ被膜１２に作用する荷重が均一化する。これによって、局所的に過大な接触面圧が作用することを未然に防止することができる。よって、耐摩耗性の低下だけでなく、ＤＬＣ被膜１２の剥離を防止し得る。剥離したＤＬＣ被膜によって相手部材へ攻撃することもない。
また、本発明において必要な耐摩耗性を有していたＤＬＣ被膜１２の軸方向の形成範囲は、ころ長から、ころ面取の軸方向寸法に「２」を乗じた値を減じて求められる値、すなわち、ころ（転動体）長−ころ（転動体）面取の軸方向寸法×２（両端）により求められる値より広いことが好ましい。より好ましくは転走面以上とする。
ローラフォロワの軸８Ｍをかしめてロッカアームと固定し使用される場合における、軸８ＭのＤＬＣ被膜１２の形成範囲はかしめ後の変形量が、かしめ前の軸径（かしめ後の軸８Ｍの軸方向中央Ｐ１における軸径）に対し＋０．１ｍｍ以下の領域である。ローラフォロアは組立時に膜形成した軸８Ｍの両端部をかしめることから、かしめ前の軸径＋０．１ｍｍを超える変形部に膜形成すると、ＤＬＣ被膜が剥離し、耐摩耗性を発揮できなくなるだけでなく、相手部品を攻撃してしまう。つまり剥離した被膜が異物となる。
ローラフォロワの軸８Ｍをかしめてロッカアームと固定し使用される場合における、軸８ＭのＤＬＣ被膜１２の形成範囲はかしめ後の変形量が、かしめ前の軸径（かしめ後の軸８Ｍの軸方向中央Ｐ１における軸径）に対し＋０．１ｍｍ以下の領域である。ローラフォロアは組立時に膜形成した軸８Ｍの両端部をかしめることから、かしめ前の軸径＋０．１ｍｍを超える変形部に膜形成すると、ＤＬＣ被膜が剥離し、耐摩耗性を発揮できなくなるだけでなく、相手部品を攻撃してしまう。つまり剥離した被膜が異物となる。
（５）軸受の軸（基材）における表面硬度について
通常、ＤＬＣ被膜を施していない基材の表面硬度（転走面部硬度）を確認する方法は、ロックウェル硬度計やビッカース硬度計を用いて、基材表面を直接硬度測定する。しかし、表面にＤＬＣ被膜１２を施した基材の場合、上記測定方法は使用できない。そこで基材の断面硬度をビッカース硬度計で測定し、ＤＬＣ被膜との界面から０．０３ｍｍ地点の値を基材表面硬度として用いている。基材表面にＤＬＣ被膜１２を施すため、基材表面硬度がＤＬＣ被膜硬度に近いことが好ましい。
本実施形態に係る軸表面硬度の測定方法では、例えばマイクロビッカース硬度計（株式会社島津製作所製HMV-1）を用いて、軸８Ｍの軸方向中央を、周方向適当間隔おきに１０箇所測定した測定値の平均値を求めた。具体的に、ＤＬＣ被膜との界面から０．０３ｍｍ地点の表面硬度を求めるには、図１７に示すように、軸８Ｍの軸方向中央を、軸方向に略垂直な仮想平面ｋｈに沿って切断する。図１８に示すように、この切断面表面ｓｈにおける、軸８Ｍの表面つまり外周縁部８Ｍａから軸中心Ｌ３を結ぶ直線Ｌ４上の点Ｐ２を、前記マイクロビッカース硬度計で試験荷重３００ｇで測定する。すなわち被膜１２と軸８との界面から、軸中心方向へＬ５（Ｌ５＝０．０３ｍｍ）の地点の硬度を測定する。このように周方向適当間隔おきに１０箇所測定した測定値の平均値を、基材表面硬度とする。
通常、ＤＬＣ被膜を施していない基材の表面硬度（転走面部硬度）を確認する方法は、ロックウェル硬度計やビッカース硬度計を用いて、基材表面を直接硬度測定する。しかし、表面にＤＬＣ被膜１２を施した基材の場合、上記測定方法は使用できない。そこで基材の断面硬度をビッカース硬度計で測定し、ＤＬＣ被膜との界面から０．０３ｍｍ地点の値を基材表面硬度として用いている。基材表面にＤＬＣ被膜１２を施すため、基材表面硬度がＤＬＣ被膜硬度に近いことが好ましい。
本実施形態に係る軸表面硬度の測定方法では、例えばマイクロビッカース硬度計（株式会社島津製作所製HMV-1）を用いて、軸８Ｍの軸方向中央を、周方向適当間隔おきに１０箇所測定した測定値の平均値を求めた。具体的に、ＤＬＣ被膜との界面から０．０３ｍｍ地点の表面硬度を求めるには、図１７に示すように、軸８Ｍの軸方向中央を、軸方向に略垂直な仮想平面ｋｈに沿って切断する。図１８に示すように、この切断面表面ｓｈにおける、軸８Ｍの表面つまり外周縁部８Ｍａから軸中心Ｌ３を結ぶ直線Ｌ４上の点Ｐ２を、前記マイクロビッカース硬度計で試験荷重３００ｇで測定する。すなわち被膜１２と軸８との界面から、軸中心方向へＬ５（Ｌ５＝０．０３ｍｍ）の地点の硬度を測定する。このように周方向適当間隔おきに１０箇所測定した測定値の平均値を、基材表面硬度とする。
本発明で耐摩耗性を確認した、ＤＬＣ被膜１２を施した基材表面硬度はＨＶ６５０以上ＨＶ１０００以下である。具体的に、上記基材表面硬度の範囲内に入る表２の軸受５各部の摩耗量を確認したところ、軸８Ｍ、転動体１０、外輪９共に所定の摩耗量以下に抑え、軸受全体の摩耗を低減することができた。
これに対して、表４の試験軸受では、試験後、軸８Ｍ、転動体１０、外輪９共に所定の摩耗量よりも大きくなり軸受全体の摩耗量が大きくなった。これは基材の強度不足に起因して、この基材が塑性変形して特に軸８Ｍの摩耗が進展したこと等による。
基材表面硬度の下限値をＨＶ６５０とした場合、基材の必要強度を満たし、基材の変形量を所定量以下に抑えることができる。そのため基材表面と、この基材表面に形成されたＤＬＣ被膜１２との密着性を向上させることができる。基材表面硬度の上限値をＨＶ１０００とした場合、基材の必要な靭性値を満たし、基材に亀裂が発生することがなくＤＬＣ被膜１２との密着性を向上させることができる。
これに対して、表４の試験軸受では、試験後、軸８Ｍ、転動体１０、外輪９共に所定の摩耗量よりも大きくなり軸受全体の摩耗量が大きくなった。これは基材の強度不足に起因して、この基材が塑性変形して特に軸８Ｍの摩耗が進展したこと等による。
基材表面硬度の下限値をＨＶ６５０とした場合、基材の必要強度を満たし、基材の変形量を所定量以下に抑えることができる。そのため基材表面と、この基材表面に形成されたＤＬＣ被膜１２との密着性を向上させることができる。基材表面硬度の上限値をＨＶ１０００とした場合、基材の必要な靭性値を満たし、基材に亀裂が発生することがなくＤＬＣ被膜１２との密着性を向上させることができる。
熱処理した後でも、sp2-及びsp3-交雑炭素を含むメタルフリーアモルファス炭化水素からなるＤＬＣ被膜１２を採用した場合、膜形成前に軸表面にショットピーニング加工を施すことによって表面硬度をＨＶ１０００近くにすることができる。ＡＤ法（エアロゾルデポジションメソッド）で形成した膜の場合、原料粉末中には平均粒子径を越えた大きさの粒子がある。粒径の大きな粒子は膜形成に寄与せずに基材表面に衝突することでピーニング処理が施され、基材表面硬度はＨＶ１０００近くにすることができる。
（６）軸受の軸の転走面表面にＤＬＣ被膜を形成した後の真円度について
円筒状基材表面にＤＬＣ被膜１２を形成した後の真円度は、例えばタリロンド（テーラーホブソン株式会社製Talyrond262）で測定する。前記「真円度」とは、円形形体の幾何学的に正しい円からの狂いの大きさを言う幾何公差である。この真円度は、円形形体を2つの同心の幾何学的円で挟んだとき、同心2円の間隔が最小となる場合の2円の半径差で表し、真円度XXμm、または真円度XXmmと表示する。本実施形態に係るＤＬＣ被膜１２を形成した後の「真円度」の測定方法では、図１９に示すように、前記タリロンドを用いて、軸８Ｍの膜形成範囲を矢符Ａ４にて表記する周方向に軸方向適当間隔おきに１０箇所測定した測定値の平均値を求めた。
本発明において必要な耐摩耗性を有していた、ＤＬＣ被膜形成後の軸８Ｍの真円度は４μｍ以下であった。この真円度が４μｍを超えた場合、膜厚δ２が場所によって変化し、膜にかかる荷重が不均一となり、局部的に過大な接触面圧となる。よって、耐摩耗性が低下するだけでなく、ＤＬＣ被膜１２の剥離を誘発する可能性が高くなる。さらに、ＤＬＣ被膜１２の剥離により、相手部品への攻撃性も増加する。
円筒状基材表面にＤＬＣ被膜１２を形成した後の真円度は、例えばタリロンド（テーラーホブソン株式会社製Talyrond262）で測定する。前記「真円度」とは、円形形体の幾何学的に正しい円からの狂いの大きさを言う幾何公差である。この真円度は、円形形体を2つの同心の幾何学的円で挟んだとき、同心2円の間隔が最小となる場合の2円の半径差で表し、真円度XXμm、または真円度XXmmと表示する。本実施形態に係るＤＬＣ被膜１２を形成した後の「真円度」の測定方法では、図１９に示すように、前記タリロンドを用いて、軸８Ｍの膜形成範囲を矢符Ａ４にて表記する周方向に軸方向適当間隔おきに１０箇所測定した測定値の平均値を求めた。
本発明において必要な耐摩耗性を有していた、ＤＬＣ被膜形成後の軸８Ｍの真円度は４μｍ以下であった。この真円度が４μｍを超えた場合、膜厚δ２が場所によって変化し、膜にかかる荷重が不均一となり、局部的に過大な接触面圧となる。よって、耐摩耗性が低下するだけでなく、ＤＬＣ被膜１２の剥離を誘発する可能性が高くなる。さらに、ＤＬＣ被膜１２の剥離により、相手部品への攻撃性も増加する。
軸８Ｍの真円度を４μｍ以下とするためには、軸基材８の真円度を２μｍ以下とする必要がある。
したがって、軸基材８における転走面の真円度が２μｍ以下、および軸８Ｍの転走面の真円度が４μｍ以下のいずれか一方または両方を満足することにより、前記転走面は必要十分な耐摩耗性を有する。軸８Ｍの転走面の真円度が４μｍ以下としたため、膜厚δ２が場所によって変化することなく、ＤＬＣ被膜１２にかかる荷重が均一化し、局所的な過大な接触面圧を防止することができる。したがって、前記転走面を必要十分な耐摩耗性に維持し、ＤＬＣ被膜１２の剥離を防止することができる。これにより、相手部品への攻撃性が増加することも防止できる。軸基材８における転走面の真円度を２μｍ以下とすることで、軸８Ｍの真円度を４μｍ以下とすることができる。このような軸受５により、硬質異物混入潤滑下での摩耗を低減することができる。
したがって、軸基材８における転走面の真円度が２μｍ以下、および軸８Ｍの転走面の真円度が４μｍ以下のいずれか一方または両方を満足することにより、前記転走面は必要十分な耐摩耗性を有する。軸８Ｍの転走面の真円度が４μｍ以下としたため、膜厚δ２が場所によって変化することなく、ＤＬＣ被膜１２にかかる荷重が均一化し、局所的な過大な接触面圧を防止することができる。したがって、前記転走面を必要十分な耐摩耗性に維持し、ＤＬＣ被膜１２の剥離を防止することができる。これにより、相手部品への攻撃性が増加することも防止できる。軸基材８における転走面の真円度を２μｍ以下とすることで、軸８Ｍの真円度を４μｍ以下とすることができる。このような軸受５により、硬質異物混入潤滑下での摩耗を低減することができる。
（７）転がり軸受の軸、転動体、外輪のすきまについて
軸表面にＤＬＣ被膜１２を形成することで、軸受５を構成する部品、つまり軸８Ｍ、転動体１０、外輪９のすきまが変化する。転がり軸受のすきまはラジアルすきまと、転動体１０一本あたりの円周方向すきまδ１とで規定する。
本発明において必要な耐摩耗性を有していた軸受５のラジアルすきまは２μｍ以上４５μｍ以下であった。
ＤＬＣ被膜を施した軸受のラジアルすきまの下限値は２μｍとすることができる。軸受５の組立を容易化することができるうえ、ＤＬＣ被膜を施すことで基材の熱膨張による寸法変化を抑制することができ、潤滑不良による焼付きや摩耗等の不具合を未然に防止することができる。ラジアルすきまの上限値を４５μｍとすることにより、転動体のスキューに起因する振動、音響を抑制し、軸受寿命の低下を防止することができる。
軸表面にＤＬＣ被膜１２を形成することで、軸受５を構成する部品、つまり軸８Ｍ、転動体１０、外輪９のすきまが変化する。転がり軸受のすきまはラジアルすきまと、転動体１０一本あたりの円周方向すきまδ１とで規定する。
本発明において必要な耐摩耗性を有していた軸受５のラジアルすきまは２μｍ以上４５μｍ以下であった。
ＤＬＣ被膜を施した軸受のラジアルすきまの下限値は２μｍとすることができる。軸受５の組立を容易化することができるうえ、ＤＬＣ被膜を施すことで基材の熱膨張による寸法変化を抑制することができ、潤滑不良による焼付きや摩耗等の不具合を未然に防止することができる。ラジアルすきまの上限値を４５μｍとすることにより、転動体のスキューに起因する振動、音響を抑制し、軸受寿命の低下を防止することができる。
一方、必要な耐摩耗性を有していた軸受５の転動体１０一本あたりの円周方向すきまδ１は２μｍ以上２５μｍ以下であった。
（ＤＬＣ被膜を施した）前記軸受の円周方向すきまδ１の下限値は２μｍとすることができる。軸受５の組立を容易化することができるうえ、ＤＬＣ被膜を施すことで基材の熱膨張による寸法変化を抑制することができ、潤滑不良による焼付きや摩耗等の不具合を未然に防止することができる。円周方向すきまδ１の上限値を２５μｍとしたため、転動体のスキューに起因する振動、音響を抑制し、軸受寿命の低下を防止することができる。
（ＤＬＣ被膜を施した）前記軸受の円周方向すきまδ１の下限値は２μｍとすることができる。軸受５の組立を容易化することができるうえ、ＤＬＣ被膜を施すことで基材の熱膨張による寸法変化を抑制することができ、潤滑不良による焼付きや摩耗等の不具合を未然に防止することができる。円周方向すきまδ１の上限値を２５μｍとしたため、転動体のスキューに起因する振動、音響を抑制し、軸受寿命の低下を防止することができる。
軸の転走面表面に形成したsp2-及びsp3-交雑炭素を含むメタルフリーアモルファス炭化水素からなるＤＬＣ被膜の水素含有量について
軸８Ｍの表面に形成したＤＬＣ被膜１２の水素含有量は、例えば、ERDA（Elastic Recoil Detection Analysis：神戸製鋼所製HRBS500）で分析する。この実施形態に係るＤＬＣ被膜１２の水素含有量の測定方法として、軸８Ｍの軸方向中央を、図２０に示すように周方向適当間隔おきに１０箇所測定した測定値の平均値を求め、膜表面から膜厚０．３μｍまでの領域を分析した。ERDAによる水素含有量の測定は、深さ方向の組成分布を評価するため、膜表面から観察する。測定結果から深さ方向０．３μｍまでの領域の水素含有量を読み取ることで足りる。
本発明において必要な耐摩耗性を有していた、ＤＬＣ被膜１２の表面つまり最外層の表面層２７から０．３μmまでの領域の水素含有量は１０原子％以上３０原子％以下、好ましくは１６原子％以上２５原子％以下であった。水素含有量が１０原子％未満の場合、密着性が低下する。水素含有量が３０原子％を越える場合、膜材間の結合性が低下し、剥離しやすくなり耐摩耗性が低下する。
軸８Ｍの表面に形成したＤＬＣ被膜１２の水素含有量は、例えば、ERDA（Elastic Recoil Detection Analysis：神戸製鋼所製HRBS500）で分析する。この実施形態に係るＤＬＣ被膜１２の水素含有量の測定方法として、軸８Ｍの軸方向中央を、図２０に示すように周方向適当間隔おきに１０箇所測定した測定値の平均値を求め、膜表面から膜厚０．３μｍまでの領域を分析した。ERDAによる水素含有量の測定は、深さ方向の組成分布を評価するため、膜表面から観察する。測定結果から深さ方向０．３μｍまでの領域の水素含有量を読み取ることで足りる。
本発明において必要な耐摩耗性を有していた、ＤＬＣ被膜１２の表面つまり最外層の表面層２７から０．３μmまでの領域の水素含有量は１０原子％以上３０原子％以下、好ましくは１６原子％以上２５原子％以下であった。水素含有量が１０原子％未満の場合、密着性が低下する。水素含有量が３０原子％を越える場合、膜材間の結合性が低下し、剥離しやすくなり耐摩耗性が低下する。
（９）軸受の軸の転走面表面に形成したsp2-及びsp3-交雑炭素を含むメタルフリーアモルファス炭化水素からなるＤＬＣ被膜の金属含有量について
軸８Ｍの表面に形成したＤＬＣ被膜１２の金属含有量は、例えばSIMS（Secondary Ion Mass Spectrometｙ：アルバック・ファイ株式会社製ADEPT-1010）で分析する。特にＤＬＣ被膜１２と基材との密着性をよくするためにはCr（クロム）を、（メタルフリーアモルファス炭化水素層を含む）アモルファス炭化水素層とCr（クロム）層との密着性をよくするためにはW（タングステン）を含有させる。この実施形態に係るＤＬＣ被膜１２の金属含有量の測定方法として、図２１に示すように軸８Ｍの軸方向中央を、周方向適当間隔おきに１０箇所測定した測定値の平均値を求めた。
軸８Ｍの表面に形成したＤＬＣ被膜１２の金属含有量は、例えばSIMS（Secondary Ion Mass Spectrometｙ：アルバック・ファイ株式会社製ADEPT-1010）で分析する。特にＤＬＣ被膜１２と基材との密着性をよくするためにはCr（クロム）を、（メタルフリーアモルファス炭化水素層を含む）アモルファス炭化水素層とCr（クロム）層との密着性をよくするためにはW（タングステン）を含有させる。この実施形態に係るＤＬＣ被膜１２の金属含有量の測定方法として、図２１に示すように軸８Ｍの軸方向中央を、周方向適当間隔おきに１０箇所測定した測定値の平均値を求めた。
本発明において必要な耐摩耗性を有していた、ＤＬＣ被膜１２のCr（クロム）+W（タングステン）の含有量は５原子％以上５０原子％以下であった。Cr（クロム）+W（タングステン）の含有量が５原子％未満の場合、ＤＬＣ被膜１２と基材との密着性が低下する。５０原子％を越えた場合、アモルファス炭化水素膜を構成しているＤＬＣ被膜１２の半分以上が金属となり、硬度が低下し耐摩耗性が低下する。
以上のパラメータが転走面にＤＬＣ被膜１２を形成した軸受５の耐摩耗性に影響を及ぼす。各パラメータは単独で耐摩耗性に影響を及ぼすだけでなく、耐摩耗性を維持する領域を組み合わせることで、さらに耐摩耗性が向上する。
以上説明した本発明の実施形態に係るロッカアームアッシーによれば、ＤＬＣ被膜１２が軸基材８上に施され、このＤＬＣ被膜１２は、最外層の表面層２７と、下地層２５と、これら表面層２７と下地層２５との間に介在されるＣｒ-ＷＣ層２６とを有する。下地層２５から表面層２７に向かって、Ｃｒ-ＷＣ層２６の炭素の元素濃度が、下地層２５側から表面層２７側に向かって増加させると、層の組成が連続的に徐々に変化し、表面層２７と軸基材８である鋼等との密着性が優れたものとなる。さらにこのロッカアームアッシーは、二次粒子径 の平均分散粒子径が０．１μｍ以上０．７μｍ以下であるＣ粒子を含有する潤滑油で潤滑される構成としたため、Ｃ粒子がＤＬＣ被膜１２に噛み込んでも、ＤＬＣ被膜１２が軸基材８から剥離することがない。
エンジンの運転開始直後、タペットローラ軸受部分に、潤滑油としてのエンジンオイルが行き渡る迄の間、またはエンジンの急加減速に伴ってエンジンオイルの供給が追いつかない場合でも、前記ＤＬＣ被膜１２により、互いに摩擦し合う部品同士の間の潤滑を確保できる。このため、上記部品の表面に表面損傷が発生することを防止できる。したがって、これら部品の表面に有害な凹凸が形成されることがなく、これら各部品表面の潤滑状態を良好な流体潤滑にできて、各部品の耐久性向上を図れる。この結果、エンジンの運転開始初期状態での表面損傷を防止して、焼き付き防止を図れるだけでなく、その後の潤滑状態を良好にして、十分な耐久性の確保を図ることが可能となる。
Ｃ粒子が２ｍａｓｓ％以上含まれる潤滑油であっても良い。
前記Ｃｒ-ＷＣ層２６をスパッタ処理で形成するため、Ｃｒからなるターゲット２０の印加電圧の出力と、ＷＣからなるターゲット２１の印加電圧の出力とを調整することで、このＣｒ−ＷＣ層２６を容易に形成することが可能となる。
前記Ｃｒ-ＷＣ層２６をスパッタ処理で形成するため、Ｃｒからなるターゲット２０の印加電圧の出力と、ＷＣからなるターゲット２１の印加電圧の出力とを調整することで、このＣｒ−ＷＣ層２６を容易に形成することが可能となる。
軸の軸方向中間部は、転動体１０の転走面幅以上であっても良い。この場合、軸基材８の軸方向中間部は熱処理により硬化されたうえでＤＬＣ被膜１２が施される。したがって、転走面を必要十分な耐摩耗性に維持し、ＤＬＣ被膜１２の破壊、剥離を防止することができる。
軸の軸方向中間部の基材硬度は、この基材表面から５０μｍ以上の深さでＨＲＣ５８以上有するものであっても良い。ＤＬＣ被膜１２を基材表面に施した場合、最適なＤＬＣ被膜を施さないと、剥離したＤＬＣ被膜が硬質異物として作用するため、基材表面から深さ５０μｍ以上まで摩耗が発生する場合がある。軸の軸方向中間部の基材硬度が、この基材表面から５０μｍ以上の深さでＨＲＣ５８以上有すると、軸の耐摩耗性を高めることができる。
軸の軸方向中間部の基材硬度は、この基材表面から５０μｍ以上の深さでＨＲＣ５８以上有するものであっても良い。ＤＬＣ被膜１２を基材表面に施した場合、最適なＤＬＣ被膜を施さないと、剥離したＤＬＣ被膜が硬質異物として作用するため、基材表面から深さ５０μｍ以上まで摩耗が発生する場合がある。軸の軸方向中間部の基材硬度が、この基材表面から５０μｍ以上の深さでＨＲＣ５８以上有すると、軸の耐摩耗性を高めることができる。
ロッカアームアッシーは、車両等の内燃機関のうちディーゼルエンジンに使用されるもの、または直噴ガソリンエンジンに使用されるものであっても良い。これらのエンジンでは、通常のガソリンエンジンよりも硬質異物の発生量が多く、この硬質異物が原因でロッカアームアッシーの軸に、著しい摩耗が発生する場合がある。このような硬質異物の発生量が多いエンジンに、本発明のロッカアームアッシーを使用することにより、特に耐摩耗性の向上を図ることができる。
本実施形態では、転がり軸受にＤＬＣ被膜を施しているが、滑り軸受に前述のＤＬＣ被膜を施し、転がり軸受で適用したパラメータにしても良い。この場合において、軸の軸方向中間部は、外輪幅以上であっても良い。この場合、軸基材の軸方向中間部は熱処理により硬化されたうえでＤＬＣ被膜が施される。したがって、転走面を必要十分な耐摩耗性に維持し、ＤＬＣ被膜の破壊、剥離を防止することができる。滑り軸受にＤＬＣ被膜を施した場合であっても本実施形態と同様の作用、効果を奏する。
なお前記転がり軸受は転動体がボールのものを適用することも可能である。
本実施形態では、転がり軸受にＤＬＣ被膜を施しているが、滑り軸受に前述のＤＬＣ被膜を施し、転がり軸受で適用したパラメータにしても良い。この場合において、軸の軸方向中間部は、外輪幅以上であっても良い。この場合、軸基材の軸方向中間部は熱処理により硬化されたうえでＤＬＣ被膜が施される。したがって、転走面を必要十分な耐摩耗性に維持し、ＤＬＣ被膜の破壊、剥離を防止することができる。滑り軸受にＤＬＣ被膜を施した場合であっても本実施形態と同様の作用、効果を奏する。
なお前記転がり軸受は転動体がボールのものを適用することも可能である。
１…ロッカアーム本体
５…軸受
８Ｍ…軸
９…外輪
１０…転動体
１２…ＤＬＣ被膜
５…軸受
８Ｍ…軸
９…外輪
１０…転動体
１２…ＤＬＣ被膜
Claims (9)
- 少なくとも軸方向中間部が熱処理により硬化された軸と、この軸の外周に位置する外輪と、これら外輪と軸との間を転動する転動体と、前記軸を固定したロッカアーム本体とを有するロッカアームアッシーにおいて、
ＤＬＣ被膜が前記軸に施され、
このＤＬＣ被膜は、
sp2-及びsp3-交雑炭素を含むアモルファス炭化水素を有する最外層の表面層と、
この表面層よりも内側で且つ軸基材に臨み、少なくともクロムを含有する下地層と、
これら表面層と下地層との間に介在され、クロムと炭化タングステンとを含むクロム-炭化タングステン層とを有し、
二次粒子径の平均分散粒子径が０．１μｍ以上０．７μｍ以下であるＣ粒子を含有する潤滑油で潤滑され、前記ＤＬＣ被膜の破壊靭性値を１．５ＭＰａｍ １／２ 以上６ＭＰａｍ １／２ 以下としたロッカアームアッシー。 - 少なくとも軸方向中間部が熱処理により硬化された軸と、この軸の外径面にすべり接触する外輪と、前記軸を固定したロッカアーム本体とを有するロッカアームアッシーにおいて、
ＤＬＣ被膜が前記軸に施され、
このＤＬＣ被膜は、
sp2-及びsp3-交雑炭素を含むアモルファス炭化水素を有する最外層の表面層と、
この表面層よりも内側で且つ軸基材に臨み、少なくともクロムを含有する下地層と、
これら表面層と下地層との間に介在され、クロムと炭化タングステンとを含むクロム-炭化タングステン層とを有し、
二次粒子径の平均分散粒子径が０．１μｍ以上０．７μｍ以下であるＣ粒子を含有する潤滑油で潤滑され、前記ＤＬＣ被膜の破壊靭性値を１．５ＭＰａｍ １／２ 以上６ＭＰａｍ １／２ 以下としたロッカアームアッシー。 - 請求項１または請求項２において、前記潤滑油には、Ｃ粒子が２ｍａｓｓ％以上含まれるロッカアームアッシー。
- 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記クロム-炭化タングステン層は、スパッタ処理で形成されるロッカアームアッシー。
- 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記ＤＬＣ被膜の前記表面層は、表面から0.3μmまでの領域における水素含有量が、10原子%以上30原子%以下であるロッカアームアッシー。
- 請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記クロム-炭化タングステン層は、クロムとタングステンとの合計含有量が、5原子%以上50原子%以下であるロッカアームアッシー。
- 請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記軸の軸方向中間部の基材硬度は、この基材表面から５０μｍ以上の深さでＨＲＣ５８以上有するロッカアームアッシー。
- 請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、ディーゼルエンジンに使用されるロッカアームアッシー。
- 請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、直噴ガソリンエンジンに使用されるロッカアームアッシー。
Priority Applications (1)
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