JP5240831B2 - ポンプ用タペット - Google Patents

Description

この発明は、ポンプ用タペットに関するものであり、特に、ころ軸受を含むポンプ用タペットに関するものである。

自動車等のエンジンには、高圧で燃料を噴射する高圧ポンプが備えられているものがある。高圧ポンプは、カムが設けられたカムシャフトの回転運動をポンプ用プランジャーの往復直線運動に変換し、ポンプ用プランジャーの往復直線運動によりガスを送り込んで高圧室内で高圧化し、燃料室内に噴射して燃料を供給している。高圧ポンプの構成部材として、カムシャフトの回転運動を往復直線運動としてポンプ用プランジャーに伝達するポンプ用タペットがある。ポンプ用タペットには、カムとの接触部の形状等により、ころを含むころ入りタペットやきのこ形タペット等、複数の種類がある。

ここで、ころ軸受を含むポンプ用タペットに関する技術が、ＤＥ １０ ２００５ ０４７ ２３４ Ａ１（特許文献１）に開示されている。図２０は、特許文献１に示すポンプ用タペットの断面図である。図２０を参照して、特許文献１に示すローラプッシュロッド１０１としてのタペットは、プッシュロッドハウジング１０２と、これに固定されニードルで支承されたプッシュロッドローラ１０３（ころ軸受）とを有している。ローラプッシュロッド１０１が、時計回りに回転するカム軸１０４の３段カム１０５により駆動される。これと共にローラプッシュロッド１０１はプッシュロッドガイド孔１０６の中で図２０中の矢印ＸＸで示す軸方向に案内され、燃料高圧ポンプ（図示せず）のポンププランジャー１０７を駆動している。

プッシュロッドローラ１０３は、３段カム１０５と当接する外輪１０８と、外輪１０８の内径側に配置されるシャフト１０９と、外輪１０８およびシャフト１０９の間に配置される複数のニードルころ１１０とを含む。プッシュロッドローラ１０３は、総ころ形式、すなわち、外輪１０８およびシャフト１０９の間に複数のニードルころ１１０のみが配置された形式である。
ＤＥ １０ ２００５ ０４７ ２３４ Ａ１

昨今の高圧ポンプには、短時間で燃料を高圧化することが要求される。このような短時間での高圧化の要求に応じるため、ポンプ用タペットの構成部材であるころ軸受には、高速化、すなわち、高回転に耐えうることが要求される。ここで、特許文献１に記載された総ころ形式の軸受では、高速回転時において、軸受内におけるころの位置が安定せず、ころのスキューが発生してしまう。このころのスキューにより、ころがころ軸受を横方向、すなわち、図２０の紙面表裏方向となるシャフト１０９の軸方向に押す形となる。このようなころ軸受の横走りにより、ころ軸受とハウジングとの間でころ軸受の端部が潤滑不良になったり、ころ軸受が摩耗してしまう虞がある。また、高速回転時においては、ころ軸受の通油性が不十分となってしまう虞もある。

この発明の目的は、高速回転時におけるころ軸受の潤滑不良、およびころ軸受の摩耗の虞の少ないポンプ用タペットを提供することである。

この発明に係るポンプ用タペットは、カムが設けられたカムシャフトの回転運動を往復直線運動としてポンプ用プランジャーに伝達し、ポンプ用プランジャーと共に往復直線運動を行なう。ポンプ用タペットは、シャフトと、シャフトの外径側に配置され、シャフト上に回転可能に支持されたころ軸受と、シャフトおよびころ軸受を収容するケースとを含む。ころ軸受は、カムと当接する外輪と、外輪とシャフトとの間に配置される複数のころと、複数のころを保持する保持器とを備える。保持器の軸方向の長さは、外輪の軸方向の長さよりも長い。

このように構成することにより、ポンプ用タペットの構成部材であるころ軸受において、高速回転時におけるころ軸受内でのころの位置を保持器によって安定させることができる。そうすると、ころのスキューを抑制して、ころ軸受の横走りを防止することができる。また、保持器の軸方向の長さは、外輪の軸方向の長さよりも長いため、ころ軸受の外部から保持器の内部への潤滑油の流入、および保持器の内部からころ軸受の外部への潤滑油の流出が容易になり、ころ軸受の通油性を向上させることができる。したがって、高速回転時におけるころ軸受の潤滑不良、およびころ軸受の摩耗の虞を低減することができる。

好ましくは、保持器は、一対の環状部と、ころを収容するポケットを形成するように一対の環状部を連結する複数の柱部とを備える。このような保持器は、一対の環状部および複数の柱部によって形成されたポケット内にころを収容して保持することができるため、高速回転時におけるころ軸受内でのころの位置をより確実に安定させることができる。

さらに好ましくは、ころおよびシャフトの少なくとも一方は、窒素富化層を有し、かつ、オーステナイト結晶粒度の粒度番号が１０番を超え、かつ、残留オーステナイト量が１１体積％以上２５体積％以下であって、かつ、窒素含有量が０．１重量％以上０．５重量％以下である。

ころ軸受が保持器を備えることにより、総ころ形式の軸受と比較して軸受のころ収容数は少なくなる。しかし、このように構成することにより、長寿命化を図ることができる。なお、このようなころおよびシャフトは、後述する製造方法により製造することができる。

上記のオーステナイト結晶粒度は、ＪＩＳに規定されている通常の方法で求めてもよいし、上記結晶粒度番号に対応する平均粒径を切片法により求めて換算してもよい。なお、オーステナイト結晶粒は、窒素富化層が存在する表層部でも、それより内側の内部でも変化しない。したがって、上記の結晶粒度番号の範囲の対象となる位置は、表層部および内部とする。ここで、オーステナイト結晶粒とは、焼入加熱中に相変態したオーステナイトの結晶粒のことであり、これは、冷却によりマルテンサイトに変態した後も、過去の履歴として残存しているものをいう。

残留オーステナイト量は、研削後に転動面の表層５０μｍにおける値であって、例えば、Ｘ線回折法によるマルテンサイトα（２１１）と残留オーステナイトγ（２２０）との回折強度の比較で測定することができる。その他、オーステナイト相が非磁性体であり、フェライト相が強磁性体であることを利用して、磁気天秤などにより磁化力を求めることによっても測定できる。その他、市販の測定装置を用いて簡単に測定することができる。

窒素富化層は、表層に形成された窒素含有量を増加した層であって、例えば、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。窒素富化層の窒素含有量は、研削後の転動面の表層５０μｍにおける値であって、例えば、ＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ―Ａｎａｌｙｓｉｓ：波長分散型Ｘ線マイクロアナライザ）で測定することができる。

また、シャフトは、窒素富化層を有し、かつ、オーステナイト結晶粒度の粒度番号が１１番を超え、かつ、残留オーステナイト量が１０体積％以上５０体積％以下であり、ころは、窒素富化層を有し、かつ、オーステナイト結晶粒度の粒度番号が１０番を超え、かつ、残留オーステナイト量が１１体積％以上２５体積％以下であるようにしてもよい。このように構成することによっても、軸受の長寿命化を図ることができる。なお、このようなシャフトについても、後述する製造方法により製造することができる。

また、ころには、浸炭窒化処理が施されていてもよい。このように構成することによっても、軸受の長寿命化を図ることができる。

さらに好ましくは、保持器には、その表面から内方側に凹んだ油溝が設けられている。こうすることにより、ころ軸受内における通油性を向上して、保持器の摩耗等の低減を図ることができる。

保持器は、外径案内であって、保持器の外径面に、油溝が設けられるようにしてもよい。こうすることにより、保持器と外輪とを接触させて、保持器の径方向の位置を安定させることができる。また、保持器の内径面とシャフトの外径面の通油性を向上させると共に保持器の外径面と外輪の内径面との間の潤滑性を向上させ、保持器と外輪との摩耗を抑制することができる。したがって、保持器、ころ、外輪およびシャフトの長寿命化を図ることができる。

また、保持器は、内径案内であって、保持器の内径面に、油溝が設けられるようにしてもよい。こうすることにより、保持器とシャフトとを接触させて、保持器の径方向の位置を安定させることができる。また、保持器の外径面と外輪の内径面の通油性を向上させると共に保持器の内径面とシャフトの外径面との間の潤滑性を向上させ、保持器とシャフトとの摩耗を抑制することができる。したがって、保持器、ころ、外輪およびシャフトの長寿命化を図ることができる。

さらに保持器は、樹脂製であっても良い。このような保持器は、比較的軽量であるため、ポンプ用タペット全体の重量を軽減することができ、ポンプ用タペットを効率的に往復直線運動させることができる。また、このような樹脂製の保持器は、射出成形等により容易に大量生産を行うことができるので、安価に製造することができる。

さらに好ましくは、ころ軸受のころピッチ円上におけるころの充填率は、５０％以上９０％以下である。ころの充填率を５０％以上とすることにより、ころ軸受の負荷容量を確保し、軸受寿命を長くすることができる。また、ころの充填率を９０％以下とすることにより、ころ間に位置する柱部の周方向の長さを確保して、柱部の強度を確保することができる。

また、上記したころ軸受の負荷容量の確保および柱部の強度確保の観点から、柱部の周方向の最短部の長さは、ころの径の０．１５倍以上０．５倍以下とすることが好ましい。

さらに好ましくは、ポケットの周方向両側に位置する柱部の側壁面とポケットに収容されたころとの周方向のすき間の寸法は、２０〜２００μｍである。こうすることにより、ポケット内におけるころのスキューを防止すると共に、柱部の側壁面ところの転動面との距離を適切にして、ころの安定した転動を確保することができる。

さらに好ましくは、外輪の外径面には、微小の凹形状のくぼみが複数設けられており、くぼみが設けられた表面の表面粗さパラメータＲｙｎｉ（基準長毎最大高さの平均値）は、０．８〜２．３μｍの範囲内である。外輪とカムとは、互いに回転しながら接触するが、このように構成することにより、希薄潤滑下であっても、外輪およびカムの外径面における油膜切れを防止することができる。したがって、外輪およびカムの異常摩耗を防止し、長寿命化を図ることができる。

この発明に係るポンプ用タペットによると、ポンプ用タペットの構成部材であるころ軸受において、高速回転時におけるころ軸受内でのころの位置を保持器によって安定させることができる。そうすると、ころのスキューを抑制して、ころ軸受の横走りを防止することができる。また、保持器の軸方向の長さは、外輪の軸方向の長さよりも長いため、ころ軸受の外部から保持器の内部への潤滑油の流入、および保持器の内部からころ軸受の外部への潤滑油の流出が容易になり、ころ軸受の通油性を向上させることができる。したがって、高速回転時におけるころ軸受の潤滑不良、およびころ軸受の摩耗の虞を低減することができる。

以下、この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、この発明の一実施形態に係るポンプ用タペット（以下、単に「タペット」という）を含む高圧ポンプの一部を示す断面図である。図２および図３は、図１に示す高圧ポンプに含まれるタペットの断面図である。図４は、図２および図３に示すタペットの概略斜視図である。図５は、図４に示すタペットを、図４中の矢印Ｖの方向から見た図である。図６は、図４に示すタペットを、図４中の矢印ＶＩの方向から見た図である。図７は、図４に示すタペットを、図４中の矢印ＶＩＩの方向から見た図である。図８は、図４に示すタペットを図４中の矢印ＶＩＩＩの方向から見た図である。なお、図２は、図５中に示すＩＩ−ＩＩ断面に相当し、図３は、図６中に示すＩＩＩ−ＩＩＩ断面に相当する。なお、以下に示す図において、理解の容易の観点から、ころの断面のハッチングの図示を省略している。

図１〜図８を参照して、まず、この発明の一実施形態に係るタペットを含む高圧ポンプの構成について説明する。この発明の一実施形態に係るタペットを含む高圧ポンプ１１は、カム１２ａがその外径側に設けられており、図１中の矢印Ａの方向に回転運動を行なうカムシャフト１２と、カム１２ａと当接し、カムシャフト１２の回転運動を往復直線運動としてポンプ用プランジャー１３（以下、単に「プランジャー」という）に伝達すると共に往復直線運動を行なうタペット２１と、タペット２１に当接して往復直線運動を行なう棒状部材としてのプランジャー１３と、プランジャー１３の往復直線運動に応じてガスを送り込み高圧化させる高圧室（図示せず）と、タペット２１と当接し、プランジャー１３を内方側に配置するようにして設けられたバネ１４と、タペット２１、プランジャー１３およびバネ１４を収容するハウジング１５とを含む。

タペット２１、プランジャー１３およびバネ１４は、ハウジング１５に設けられた開口孔１６内に収容されるようにして配置される。タペット２１は、開口孔１６の内径面１６ａで、図１中の上下方向、すなわち、図１中の矢印Ｉの方向またはその逆の方向に案内される。

カムシャフト１２とタペット２１とは、カム１２ａの外径面１２ｂと、タペット２１に含まれるころ軸受３１に備えられる外輪３２の外径面３２ａとが当接するように配置される。プランジャー１３の一方端部１３ａは、タペット２１に含まれるケース２３に設けられた中間底２３ｃと当接するように配置される。バネ１４は、その一方端部１４ａが中間底２３ｃの下方側に設けられたバネ座１７と当接するように配置される。

バネ１４は下方向、すなわち、図１中の矢印Ｉで示す方向と逆の方向に弾性力を有する。タペット２１は、バネ１４の弾性力によりプランジャー１３を介して、上方向、すなわち、図１中の矢印Ｉで示す方向に付勢されている。

カムシャフト１２の回転運動、バネ１４の付勢、および開口孔１６の内径面１６ａの案内等により、タペット２１およびプランジャー１３は、上下方向、すなわち、図１中の矢印Ｉの方向またはその逆の方向に往復直線運動を行なう。ここでいう往復直線運動は、図１中の矢印Ｉの方向またはその逆の方向への運動である。タペット２１は、多少傾きながらも、図１中の矢印Ｉの方向またはその逆の方向への往復直線運動を行なう。カムシャフト１２が高速で回転すると、このタペット２１およびプランジャー１３の往復直線運動の速度も速くなる。

高圧室は、プランジャー１３の図示しない他方端部側に配置される。プランジャー１３の往復直線運動により、高圧室内に供給された燃料の高圧化を図ることができる。

次に、この発明の一実施形態に係るタペット２１の構成について説明する。タペット２１は、シャフト２２と、シャフト２２の外径側に配置され、シャフト２２上に回転可能に支持されたころ軸受３１と、シャフト２２およびころ軸受３１を収容するケース２３とを含む。

ケース２３は、円筒状の周壁２３ａと、上下方向の空間を仕切るように周壁２３ａの内径面２３ｂの途中位置に設けられた中間底２３ｃとを含む。ケース２３のうち、中間底２３ｃの部分が、プランジャー１３と当接する。周壁２３ａおよび中間底２３ｃは、所定の肉厚を有する。

周壁２３ａの一方端側には、シャフト２２を支持する一対の支持孔２３ｄ、２３ｅが設けられている。この一対の支持孔２３ｄ、２３ｅにシャフト２２を挿入するようにして、シャフト２２を配置する。シャフト２２の外径側には、ころ軸受３１が配置される。このようにして、ケース２３は、中間底２３ｃから周壁２３ａの一方端側に向かう空間２３ｆで、シャフト２２およびころ軸受３１を収容する。

中間底２３ｃから周壁２３ａの他方端側に向かう空間２３ｇには、プランジャー１３の一部が収容される。具体的には、プランジャー１３の一方端部１３ａが中間底２３ｃの径方向の中央部分に当接するようにして配置され、プランジャー１３の一方端部１３ａが収容される。なお、バネ１４の一方端部１４ａについても、空間２３ｇ内に収容される。

中間底２３ｃには、その厚み方向に貫通する４つの油孔２５が設けられている（図７および図８参照）。４つの油孔２５は、プランジャー１３の一方端部１３ａと中間底２３ｃとの当接部分を避けるようにして設けられている。この油孔２５を利用して、空間２３ｆおよび空間２３ｇ間において、タペット２１に供給される潤滑油を通油させることができる。

ケース２３には、周壁２３ａの外径面２３ｈから内径面２３ｂまで貫通する貫通孔２３ｉが設けられている。この貫通孔２３ｉには、位置決めピン２４が嵌合されている。位置決めピン２４は、円筒状の部材である。位置決めピン２４は、貫通孔２３ｉへの嵌合時に、その一部が外径面２３ｈから突出するように構成されている。ハウジング１５の開口孔１６の内径面１６ａには、内径面１６ａから凹むように図１中の矢印Ｉの方向に延びる凹溝１６ｂが設けられている。タペット２１の開口孔１６への収容時には、位置決めピン２４の突出した部分を、この凹溝１６ｂに嵌合させる。これにより、開口孔１６内におけるケース２３、引いてはタペット２１の周方向の位置決めを行なう。これにより、開口孔１６内におけるタペット２１の周方向への回転を防止することができる。

次に、タペット２１に含まれるころ軸受３１の構成について説明する。図９は、図２中の二点鎖線のＩＸで示す部分の拡大図である。図９中の一点鎖線で、ころピッチ円３１ａを示している。図１０は、図９に示す矢印Ｘの方向からころ軸受３１の一部を見た図である。図１１は、ころ軸受３１の一部を示す断面図であり、図９中のＸＩ−ＸＩ断面である。図１〜図１１を参照して、ころ軸受３１は、外輪３２と、外輪３２とシャフト２２との間に配置される複数のころ３３と、複数のころ３３を保持する保持器３４とを備える。

保持器３４は、一対の環状部３４ａ、３４ｂと、ころ３３を収容するポケット３４ｃを形成するように一対の環状部３４ａ、３４ｂを連結する複数の柱部３４ｄとを含む。柱部３４ｄは、軸方向、すなわち、図９で示す断面において、紙面表裏方向に真直ぐに延びる形状である。

保持器３４は、ころ３３と同様に、外輪３２とシャフト２２との間に配置される。複数のころ３３は、保持器３４に設けられた各ポケット３４ｃにそれぞれ収容され、保持される。保持器３４は、外径案内、すなわち、保持器３４の外径側に配置される外輪３２の内径面３２ｂと保持器３４の外径面３４ｅとが径方向で接触するよう構成されている。また、保持器３４には、外径面３４ｅからその内方側に凹むように油溝３４ｆが設けられている。油溝３４ｆは、柱部３４ｄの中央に設けられており、周方向に延びる形状である。

また、保持器３４の軸方向の長さは、外輪３２の軸方向の長さよりも長く構成されている。具体的には、図３を参照して、保持器３４の軸方向の長さ、すなわち、保持器３４の軸方向両側に位置する端面３４ｉ間の距離をＺ_１とし、外輪３２の軸方向の長さ、すなわち、外輪３２の軸方向両側に位置する端面３２ｃ間の距離をＺ_２とすると、Ｚ_１＞Ｚ_２である。なお、図３においては、理解の容易の観点からＺ_１とＺ_２の差を大きく誇張して図示している。

カムシャフト１２の回転運動により、ころ軸受３１の構成部材である外輪３２およびころ３３も回転する。カムシャフト１２が高速で回転すると、ころ３３の回転も速くなる。ここで、タペット２１の構成部材であるころ軸受３１において、高速回転時におけるころ軸受３１内でのころ３３の位置を保持器３４によって安定させることができる。そうすると、ころ３３のスキューを抑制して、ころ軸受３１の横走りを防止することができる。また、保持器３４の軸方向の長さは、外輪３２の軸方向の長さよりも長いため、ころ軸受３１の外部から保持器３４の内部への潤滑油の流入、および保持器３４の内部からころ軸受３１の外部への潤滑油の流出が容易になり、ころ軸受３１の通油性を向上させることができる。したがって、高速回転時におけるころ軸受３１の潤滑不良、およびころ軸受３１の摩耗の虞の少なくすることができる。

また、このような高圧ポンプ１１は、高速回転時におけるころ軸受３１の潤滑不良、およびころ軸受３１の摩耗の虞を少なくすることができるタペット２１を含むため、短時間でより安定して燃料を高圧化することができる。

ここで、保持器３４は、外径案内であって、保持器３４の外径面３４ｅに、その表面から内方側に凹んだ油溝３４ｆが設けられているため、保持器３４と外輪３２とを接触させて、保持器３４の径方向の位置を安定させることができる。また、保持器３４の内径面３４ｇとシャフト２２の外径面２２ａの通油性を向上させると共に保持器３４の外径面３４ｅと外輪３２の内径面３２ｂとの間の潤滑性を向上させ、保持器３４と外輪３２との摩耗を抑制することができる。したがって、保持器３４、ころ３３、外輪３２およびシャフト２２の長寿命化を図ることができる。なお、油溝は、軸方向に傾きを持って延びるように設けてもよいし、湾曲して延びるように設けてもよい。また、油溝は、複数設けられていてもよい。

なお、保持器３４は、内径案内であって、保持器３４の内径面３４ｇに、油溝が設けられるようにしてもよい。こうすることにより、保持器３４とシャフト２２とを接触させて、保持器３４の径方向の位置を安定させることができる。また、保持器３４の外径面３４ｅと外輪３２の内径面３２ｂの通油性を向上させると共に保持器３４の内径面３４ｇとシャフト２２の外径面２２ａとの間の潤滑性を向上させ、保持器３４とシャフト２２との摩耗を抑制することができる。したがって、保持器３４、ころ３３、外輪３２およびシャフト２２の長寿命化を図ることができる。

ころ軸受３１に備えられる保持器３４については、樹脂製にしても良い。こうすることにより、保持器３４自体を軽量にすることができ、総じてタペット２１の重量を軽くすることができる。したがって、往復直線運動に要する力、ここでは、タペット２１の上下方向の動きに要する力を軽減することができる。また、保持器３４を樹脂製とすると、射出成形等により製造することが可能であるため、大量生産が容易となり、安価に製造することができる。保持器３４の材質としては、例えば、ナイロン６６やナイロン４６、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）やポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等が挙げられる。なお、必要に応じて、樹脂に炭素繊維やガラス繊維、カーボンブラック等を充填することにしてもよい。

ころ軸受３１のころ３３の充填率については、ころピッチ円３１ａ上において、５０％〜９０％とするよう構成することが好ましい。５０％よりも少ないと、ころ軸受３１の負荷容量が小さくなりすぎる虞があるためである。また、９０％よりも多くなると、ポケット３４ｃ間に位置する柱部３４ｄの周方向の長さが短くなりすぎ、柱部３４ｄの強度が十分に得られない虞があるためである。

また、上記のころ軸受３１の負荷容量の確保および柱部３４ｄの強度確保の観点から、柱部３４ｄの周方向の最短部の長さは、ころ３３の径の０．１５倍以上０．５倍以下とすることが好ましい。ここでは、柱部３４ｄの周方向の最短部は、柱部３４ｄの内径側に位置する。

なお、ポケット３４ｃの周方向両側に位置する柱部３４ｄの側壁面３４ｈとポケット３４ｃに収容されたころ３３との周方向のすき間の寸法は、２０〜２００μｍとすることが好ましい。具体的には、図１０を参照して、ころ３３の径をＬ_１とし、ポケット３４ｃの周方向の長さ、すなわち、ポケット３４ｃの周方向両側に位置する柱部３４ｄの側壁面３４ｈ同士の間隔をＬ_２とすると、Ｌ_２−Ｌ_１を２０〜２００μｍとするようにする。こうすることにより、ポケット３４ｃ内におけるころ３３のスキューを防止すると共に、柱部３４ｄの側壁面３４ｈところ３３の転動面３３ａとの距離を適切にして、ころ３３の安定した転動を確保することができる。なお、図１０において、ポケット３４ｃに収容されたころ３３と柱部３４ｄの側壁面３４ｈとのすき間の寸法については、理解の容易の観点から、誇張して大きく図示している。

なお、上記したタペットを構成するころおよびシャフトは、鋼製部材、例えば、ＳＵＪ２やＳＣＭ４２０（いずれもＪＩＳ規格）等を鍛造、切削等することにより製造される。

ここで、タペットを構成するころおよびシャフトのうち、少なくとも一方の部材に対して、これから説明する低温二次焼入法の熱処理を施すことにより、ころおよびシャフトのうち、少なくとも一方の部材の窒素富化層のオーステナイト結晶粒の粒度番号が１０番を超える範囲にあり、かつ、残留オーステナイト量が１１体積％以上２５体積％以下となり、かつ、窒素含有量が０．１重量％以上０．５重量％以下とすることができる。

ころ軸受が保持器を備えることにより、総ころ形式の軸受と比較してころ軸受のころ収容数は少なくなる。しかし、タペットを構成するころおよびシャフトのうち、少なくとも一方の部材を上記した構成とすることにより、ころおよびシャフトの少なくとも一方の疲労寿命を向上させて、軸受の長寿命化を図ることができる。

次に、ころおよびシャフトの少なくとも一方の部材に行う浸炭窒化処理を含む熱処理について説明する。図１２は、上記した構成の部材を得るための二段階の熱処理方法の一例を説明する図である。また、図１３は、図１２に示す二段階の熱処理方法の変形例を説明する図である。図１２は、一次焼入および二次焼入を行う方法を示す熱処理パターンであり、図１３は、焼入途中で材料をＡ_１変態点温度以下に冷却し、その後、再加熱して最終的に焼入する方法を示す熱処理パターンである。いずれも、上記した部材を得ることができる。これらの図において、処理Ｔ_１では鋼の素地に炭素や窒素を拡散させまた炭素の溶け込みを十分に行った後、Ａ_１変態点以下に冷却する。次に、図中の処理Ｔ_２において、処理Ｔ_１よりも低温に再加熱し、そこから油焼入を施す。なお、上記した図１２および図１３に示す熱処理方法を、総称して二段階熱処理と呼ぶ。

上記の熱処理は普通焼入、すなわち浸炭窒化処理に引き続いてそのまま１回焼入するよりも、表層部分を浸炭窒化しつつ、割れ強度を向上させ、経年寸法変化率を減少することができる。上記の熱処理方法によれば、オーステナイト結晶粒の粒径を従来の２分の１以下となるミクロ組織を得ることができる。上記の熱処理を受けた部材は、転動疲労特性が長寿命であり、割れ強度を向上させ、経年寸法変化率も減少させることができる。

図１４および図１５は部材のミクロ組織、特にオーステナイト粒を示す図である。図１４は上記した熱処理方法を施した部材であり、図１５は従来の部材である。すなわち、上記した図１３に示す熱処理パターンを適用した軸受鋼のオーステナイト結晶粒度を図１４に示す。なお、比較のため、従来の熱処理方法による軸受鋼のオーステナイト結晶粒度を図１５に示す。また、図１６および図１７は、上記した図１４および図１５を図解したオーステナイト結晶粒界を示す図である。これらオーステナイト結晶粒度を示す組織より、従来のオーステナイト粒径はＪＩＳ規格の粒度番号で１０番以下の番号であり、また上記した二段階熱処理方法によれば１２番の細粒を得ることができる。

このように、上記した二段階熱処理を行うことにより、ころおよびシャフトの少なくとも一方の部材の疲労寿命を向上させて、軸受の耐荷重性を向上させることができる。

なお、ころおよびシャフトの双方に上記したいずれかの熱処理を施し、上記した構成を備えるようにしてもよい。

また、シャフトは、窒素富化層を有し、かつ、オーステナイト結晶粒度の粒度番号が１１番を超え、かつ、残留オーステナイト量が１０体積％以上５０体積％以下とするよう構成してもよい。このように構成することによっても、軸受の耐荷重性を向上させることができる。なお、このような構成の部材は、Ａ_１変態点以上で浸炭窒化処理を行った後、Ａ_１変態点よりも低い温度で６０分以上１８０分以下の時間保持し、その後、高周波焼入を行って製造される。

図１８は、この場合における部材の製造工程の概略を示す図である。図１９は、上記した構成の部材を得るための熱処理方法の一例を説明する図である。図１８および図１９を参照して、まず、部材に対してＡ_１変態点以上の温度で浸炭窒化処理を行なう（図１８（Ａ））。次に、部材を浸炭窒化した後、Ａ_１変態点よりも低い温度に冷却し、この温度で６０分以上１８０分以下の時間、温度保持する（図１８（Ｂ））。その後、高周波焼入を行い（図１８（Ｃ））、焼戻を行なう（図１８（Ｄ））。このようにして熱処理を行って、部材を製造する。このような工程で製造された部材は、上記した構成、すなわち、窒素富化層を有し、かつ、オーステナイト結晶粒度の粒度番号が１１番を超え、かつ、残留オーステナイト量が１０体積％以上５０体積％以下である。このように構成することによっても、軸受の長寿命化を図ることができる。

また、ころに、浸炭窒化処理を施すようにしてもよい。こうすることによっても、軸受の長寿命化を図ることができる。

なお、上記の実施の形態において、外輪の外径面に、微小の凹形状のくぼみを複数設けることとしてもよい。外輪とカムとは、互いに回転しながら接触するが、このように構成することにより、希薄潤滑下であっても、外輪およびカムの外径面における油膜切れを防止することができる。したがって、外輪およびカムの異常摩耗を防止し、長寿命化を図ることができる。

ここで、くぼみが設けられた表面の表面粗さパラメータＲｙｎｉ（基準長毎最大高さの平均値）は、０．８〜２．３μｍの範囲内とすることが好ましい。表面粗さパラメータＲｙｎｉとは、基準長毎最大高さの平均値、すなわち、粗さ曲線から、その平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の山頂線と谷底線との間隔を粗さ曲線の縦倍率の方向に測定した値である（ＩＳＯ４２８７：１９９７）。

また、くぼみが設けられた表面の表面粗さパラメータＳｋ（粗さ曲線の歪み度）を、−１．６以下としてもよい。表面粗さパラメータＳｋ値をこのような範囲に規定することにより、いわゆる潤滑油を溜める凹状部分を有効な範囲に規定することができ、形成される油膜の厚みを確保し、適切に油膜を形成することができる。ここで、表面粗さパラメータＳｋ値とは、粗さ曲線の歪み度（スキューネス）を指し（ＩＳＯ４２８７：１９９７）、凹凸分布の非対称性を知る目安の統計量であり、ガウス分布のような対称な分布ではＳｋ値は０に近くなり、凹凸の凸部を削除した場合は負、逆の場合は正の値をとることになる。

また、くぼみが設けられた表面の表面粗さパラメータＲｙｍａｘ（基準長毎最大高さの最大値）を、０．４〜１．０μｍの範囲内としてもよい。表面粗さパラメータＲｙｍａｘとは、基準長毎最大高さの最大値である（ＩＳＯ４２８７：１９９７）。表面粗さパラメータＲｙｍａｘをこのような範囲に規定することによっても、適切に油膜を形成することができる。

また、くぼみが設けられた表面の表面粗さパラメータＲｑｎｉ（自乗平均平方根粗さ）を、０．１３〜０．５μｍの範囲内としてもよい。表面粗さパラメータＲｑｎｉとは、粗さ中心線から粗さ曲線までの高さの偏差の自乗を測定長さの区間で積分し、その区間で平均した値の平方根である（ＩＳＯ４２８７：１９９７）。

また、くぼみが設けられた表面のくぼみの面積率は、５〜２０％の範囲内としてもよい。くぼみの面積率は、外径面に微小凹形状のくぼみを設けた場合、外径面全体の面積に示すくぼみの面積の割合を意味する。全体に対するくぼみの面積率をこのように規定することによっても、潤滑性が良好となる面積の範囲を規定することができ、長寿命を図ることができる。

なお、上記の実施の形態においては、保持器は、一対の環状部と、複数の柱部とを含むこととしたが、これに限らず、一体型ではなく複数の部材に分割されており、ころの間に配置される間座型の保持器であってもよい。

また、上記の実施の形態において、柱部は、軸方向に真直ぐに延びる形状としたが、これに限らず、柱部が径方向に折曲げられていてもよく、例えば、Ｖ型保持器やＭ型保持器のような形状であってもよい。さらに、柱部の側壁面に、ころの径方向の脱落を防止するころ止め部を設けることとしてもよい。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明に係るタペットは、自動車等のエンジンに燃料を供給する高圧ポンプに含まれ、自動車用部品として、有効に利用される。

この発明の一実施形態に係るタペットを含む高圧ポンプの一部を示す断面図である。 図１に示す高圧ポンプに含まれるタペットの断面図である。 図１に示す高圧ポンプに含まれるタペットの断面図である。 図２および図３に示すタペットの斜視図である。 図４に示すタペットを、図４中の矢印Ｖの方向から見た図である。 図４に示すタペットを、図４中の矢印ＶＩの方向から見た図である。 図４に示すタペットを、図４中の矢印ＶＩＩの方向から見た図である。 図４に示すタペットを、図４中の矢印ＶＩＩＩの方向から見た図である。 図２に示すタペットのＩＸで示す部分の拡大図である。 図２に示すタペットに含まれるころ軸受の一部を、図９中の矢印Ｘの方向から見た図である。 図２に示すタペットに含まれるころ軸受の一部の断面図であり、図９中のＸＩ−ＸＩ断面で切断した図である。 二段階の熱処理方法を説明する図である。 二段階の熱処理方法の変形例を説明する図である。 図１２に示す熱処理パターンを適用したタペット構成部材におけるミクロ組織、特にオーステナイト粒を示す図である。 従来のタペット構成部材におけるミクロ組織、特にオーステナイト粒を示す図である。 図１４に示すミクロ組織の模式図であり、図解したオーステナイト粒界を示す。 図１５に示すミクロ組織の模式図であり、図解したオーステナイト粒界を示す。 高周波焼入を含む部材の製造工程の概略を示す図である。 高周波焼入を含む熱処理方法の一例を説明する図である。 従来におけるローラプッシュロッドとしてのタペットを示す断面図である。

符号の説明

１１ 高圧ポンプ、１２ カムシャフト、１２ａ カム、１２ｂ，２２ａ，２３ｈ，３２ａ，３４ｅ 外径面、１３ プランジャー、１３ａ，１４ａ 端部、１４ バネ、１５ ハウジング、１６ 開口孔、１６ａ，２３ｂ，３２ｂ，３４ｇ 内径面、１６ｂ 凹溝、１７ バネ座、２１ タペット、２２ シャフト、２３ ケース、２３ａ 周壁、２３ｃ 中間底、２３ｄ，２３ｅ 支持孔、２３ｆ，２３ｇ 空間、２３ｉ 貫通孔、２４ 位置決めピン、２５ 油孔、３１ ころ軸受、３１ａ ころピッチ円、３２ 外輪、３２ｃ，３４ｉ 端面、３３ ころ、３３ａ 転動面、３４ 保持器、３４ａ，３４ｂ 環状部、３４ｃ ポケット、３４ｄ 柱部、３４ｆ 油溝、３４ｈ 側壁面。

Claims (10)

1. カムが設けられたカムシャフトの回転運動を往復直線運動としてポンプ用プランジャーに伝達し、前記ポンプ用プランジャーと共に往復直線運動を行なうポンプ用タペットであって、
   シャフトと、前記シャフトの外径側に配置され、前記シャフト上に回転可能に支持されたころ軸受と、前記シャフトおよび前記ころ軸受を収容するケースとを含み、
   前記ころ軸受は、前記カムと当接する外輪と、前記外輪と前記シャフトとの間に配置される複数のころと、前記複数のころを保持する保持器とを備え、
   前記保持器は、一対の環状部と、前記ころを収容するポケットを形成するように前記一対の環状部を連結する複数の柱部とを含み、
   前記保持器は、外径案内であり、
   前記保持器の外径面のうち、前記柱部の中央には、その表面から内方側に凹んだ油溝が設けられており、
   前記保持器の軸方向の長さは、前記外輪の軸方向の長さよりも長い、ポンプ用タペット。
2. カムが設けられたカムシャフトの回転運動を往復直線運動としてポンプ用プランジャーに伝達し、前記ポンプ用プランジャーと共に往復直線運動を行なうポンプ用タペットであって、
   シャフトと、前記シャフトの外径側に配置され、前記シャフト上に回転可能に支持されたころ軸受と、前記シャフトおよび前記ころ軸受を収容するケースとを含み、
   前記ころ軸受は、前記カムと当接する外輪と、前記外輪と前記シャフトとの間に配置される複数のころと、前記複数のころを保持する保持器とを備え、
   前記保持器は、一対の環状部と、前記ころを収容するポケットを形成するように前記一対の環状部を連結する複数の柱部とを含み、
   前記保持器は、内径案内であり、
   前記保持器の内径面のうち、前記柱部の中央には、その表面から内方側に凹んだ油溝が設けられており、
   前記保持器の軸方向の長さは、前記外輪の軸方向の長さよりも長い、ポンプ用タペット。
3. 前記ころおよび前記シャフトの少なくとも一方は、窒素富化層を有し、かつ、オーステナイト結晶粒度の粒度番号がＪＩＳ規格における粒度番号１０番を超え、かつ、残留オーステナイト量が１１体積％以上２５体積％以下であって、かつ、窒素含有量が０．１重量％以上０．５重量％以下である、請求項１または２に記載のポンプ用タペット。
4. 前記シャフトは、窒素富化層を有し、かつ、オーステナイト結晶粒度の粒度番号がＪＩＳ規格における粒度番号１１番を超え、かつ、残留オーステナイト量が１０体積％以上５０体積％以下である、請求項１または２に記載のポンプ用タペット。
5. 前記ころには、浸炭窒化処理が施されている、請求項１または２に記載のポンプ用タペット。
6. 前記保持器は、樹脂製である、請求項１〜５のいずれかに記載のポンプ用タペット。
7. 前記ころ軸受のころピッチ円上における前記ころの充填率は、５０％以上９０％以下である、請求項１〜６のいずれかに記載のポンプ用タペット。
8. 前記柱部の周方向の最短部の長さは、前記ころの径の０．１５倍以上０．５倍以下である、請求項１〜７のいずれかに記載のポンプ用タペット。
9. 前記ポケットの周方向両側に位置する前記柱部の側壁面と前記ポケットに収容されたころとの周方向のすき間の寸法は、２０〜２００μｍである、請求項１〜８のいずれかに記載のポンプ用タペット。
10. 前記外輪の外径面には、微小の凹形状のくぼみが複数設けられており、
    くぼみが設けられた表面の表面粗さパラメータＲｙｎｉ（基準長毎最大高さの平均値）は、０．８〜２．３μｍの範囲内である、請求項１〜９のいずれかに記載のポンプ用タペット。

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