JPH0642537A

JPH0642537A - 転がり摺動部品

Info

Publication number: JPH0642537A
Application number: JP21656292A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Narai; 弘奈良井; Satoshi Kadokawa; 聡角川; Yasuyuki Shimazaki; 保行島崎
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1992-07-23
Filing date: 1992-07-23
Publication date: 1994-02-15
Anticipated expiration: 2016-04-03
Also published as: JP3151948B2

Abstract

(57)【要約】【目的】潤滑条件が厳しい場合でも、優れた耐ピーリン
グ性を確保する。【構成】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を５０〜
１１０kgf/mm² とする。同じく表層部の硬度をHv８３０
〜Hv９６０とする。表層部の残留オーステナイトの割合
を７容量％以上とする。表面に微細で連続的な凹凸を形
成する。この凹凸を構成する凹部１、１の面積が表面積
全体に占める割合を８０％と仮定した場合に於ける、上
記凹凸を構成する凸部２、２の真円換算径を１５μｍ以
下とする。

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Ｒ_max 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 以
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】又、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】更に、特公平２−１７６０７号公報には、
金属成品の表面に、成品硬度と同等以上の硬度を有す
る、４０〜２００μｍのショットを、噴射速度１００m/
sec 以上で噴射し、表面付近の温度をＡ₃ 変態点以上に
上昇させる、表面加工処理法に関する発明が記載されて
いる。

【０００８】

【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。

【０００９】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２〜１０μｍのピ
ーリングが発生し、外輪の寿命が短くなってしまう。

【００１０】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。又、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。又、
特公平２−１７６０７号公報に記載されたものも、その
ままではやはり十分な耐ピーリング性を得る事は出来な
い。

【００１１】更に、前記各公報の他に、特開昭５２−１
７５２５号公報、同５６−１５０６２２号公報、特公昭
６３−４４５０５号公報には、微小粒径のショットを高
速で被加工面に噴射する加工法、若しくは加工物に関す
る発明が記載されている。但し、これら各公報の何れに
も、十分な耐ピーリング性を有する転がり摺動部品を得
られる技術は記載されていない。

【００１２】一方、本発明者等は先に、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Hv８３０〜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
徴とした、転がり摺動部品に関する発明を行なった（特
願平４−１１３１９６号）。

【００１３】この先発明に係る転がり摺動部品の場合、
前記各公報に記載された発明の場合に比べて優れた耐ピ
ーリング性を有するが、極めて厳しい潤滑条件の下で
は、ピーリングの発生を皆無にする事は難しい。

【００１４】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。

【００１５】

【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、表層部の残留オーステナイトの割
合が７容量％以上であり、表面に微細で連続的な凹凸が
形成されており、この凹凸を構成する凹部の面積が表面
積全体に占める割合を８０％と仮定した場合に於ける、
上記凹凸を構成する凸部の真円換算径が１５μｍ以下で
ある事を特徴としている。

【００１６】尚、凹凸を構成する凹部の面積が表面積全
体に占める割合を８０％と仮定した場合に於ける、上記
凹凸を構成する凸部の真円換算径が１５μｍ以下である
とは、次の様な概念である。即ち、表面の粗さ曲線は例
えば図３に示す様に表わされるが、表面と平行な仮想の
直線ａを考えて、この直線ａよりも下を凹部１、１と
し、上を凸部２、２とする。そして、多数の凹部１、１
の開口面積の合計が、当該凹部１、１が存在する表面全
体の面積の８０％となる位置に、上記直線ａを設定した
と仮定して、この直線ａよりも上に存在する凸部２、２
の真円換算径を１５μｍ以下となる様に、上記粗さ曲線
で表わされる表面の凹凸を規制する。

【００１７】

【作用】本発明の転がり摺動部品の場合、深さが２〜１
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。

【００１８】更に詳しく説明すると、ピーリングの発生
を防止する為には、厳しい潤滑条件の下で使用した場合
でも接触部分に油膜切れが発生しない様にし、仮に油膜
切れが発生した場合でも、短時間であればピーリング発
生に結び付かない様にする事が必要である。即ち、接触
部分に油膜切れが発生した場合には、接触面同士が直接
接触（金属接触）し、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（凸
部）により支える事になって、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。

【００１９】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。

【００２０】本発明の転がり摺動部品の場合、表面に油
膜を形成させ易くする事で、潤滑条件が厳しい場合にも
油膜切れを発生し難くすると共に、仮に油膜切れが発生
した場合にも、短時間であればピーリングに結び付く様
なクラックが発生しない様に出来る。

【００２１】即ち、本発明の転がり摺動部品の場合、表
面に微細で連続的な凹凸が形成されている為、厳しい潤
滑条件の下でも、接触面部分に効果的な油膜形成を行な
う事が出来て、油膜切れの発生を抑える事が出来る。
又、上記凹凸を構成する凹部の面積が表面積全体に占め
る割合を８０％と仮定した場合に於ける、上記凹凸を構
成する凸部の真円換算径が１５μｍ以下としたので、上
記油膜形成を効率化すると同時に、相手部品の表面と接
触する微小突起である凸部の数を多くして、各凸部に加
わる荷重を低減し、耐ピーリング性の向上を図れる。

【００２２】即ち、上記凸部の真円換算径が１５μｍを
上回った場合、単位面積あたりの凸部及び凹部の数が少
なくなって、転がり摺動部品表面に形成される油膜が不
均一となり易いだけでなく、相手部品からの荷重を少な
い凸部で受ける事になり、この凸部にピーリングに結び
付くクラックが発生し易くなる。そこで、本発明の転が
り摺動部品の場合、上述の様に、凹凸を構成する凸部の
真円換算径を１５μｍ以下に限定した。

【００２３】又、表層部の硬度をHv８３０〜Hv９６０の
範囲に規制したので、仮に前記接触部分に油膜切れが生
じた場合でも、短時間であれば、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。

【００２４】又、最大圧縮残留応力を大きくする事は、
仮にクラックが発生した場合でも、このクラックがそれ
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Hv９６
０を越えてしまう為、最大圧縮残留応力の最大値を１１
０kgf/mm² とした。反対に、最大圧縮残留応力が５０kg
f/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/mm
² とした。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】

【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。

【００２８】実験を行なうに関して、下表に示す様に、
５種類の本発明品と７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。

【００２９】

【表１】

【００３０】比較品に属する試験片８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１〜７、９〜１２
の１１種類の試験片に就いては何れも、特開平４−５４
３１２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。

【００３１】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３から
加圧タンク４内に投入された微細なショット粒５は、給
気管６からこの加圧タンク４内に送り込まれる圧縮空気
に押されてミキサ７内に押し込まれる。そして、分岐管
８を通じてこのミキサ７に送られる圧縮空気に押されて
ノズル９に送られ、このノズル９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。

【００３２】尚、ショット粒５としては、試験片２〜１
２の何れに就いても、平均粒径が０．０３〜０．７mmの
アルミナ粒を使用した。又、ショット粒５の投射速度
（ノズル９から噴出するショット粒５の初速度）は、３
２〜１８０m/sec とした。この投射速度の調整は、上記
分岐管８の途中に設けた調整弁１０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１〜
７、９〜１２の表面に生じる圧縮残留応力、硬度及び残
留オーステナイト量の調整を行なった。

【００３３】更に、本発明品である、試験片１〜５に就
いては、上記アルミナ粒によるショット・ピーニング加
工を行なった後、（比重が小さく、粒径が小さい事によ
り）アルミナ粒に比較して軽量なショット粒であるガラ
スビーズを使用して、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、０．０
５mm以下とした。

【００３４】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残留オーステナイト量とを
変える事なく、表面形状のみを変える（真円換算径が１
５μｍ以下である微小な凹凸を付加する）為である。

【００３５】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、凹部の面積率及び凸部の真円
換算径の総てに就いて、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９
６個の試験片１〜１２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。

【００３６】この試験装置は、モータにより回転駆動さ
れる回転軸１１の外周面２個所位置に、互いに間隔をあ
けて２個の相手リング１２、１２を固定している。この
相手リング１２、１２の間隔に合わせて押圧片１３の片
面に設けた、１対の支持片１４、１４には、それぞれ１
個ずつの試験片１５、１５を回転自在に支承し、各試験
片１５、１５の外周面と上記相手リング１２、１２の外
周面とを接触させている。この結果、上記回転軸１１の
回転に伴なって各試験片１５、１５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１
５、１５の耐久試験を行なう。

【００３７】上記回転軸１１の回転速度は、各試験片１
５、１５の回転速度が５１００r.p.m となる様に調整し
た。又、上記押圧片１３は回転軸１１に向けて、３５６
kgfの力で押圧した。従って、各試験片１５、１５の外
周面と各相手リング１２、１２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１２、１２の外周面の性状は、試験開始前
に於いて、表面硬度がH_RC ６０〜６１、表面の平均粗さ
R_aが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。

【００３８】試験は４００時間打ち切りで行ない、途中
で所定時間毎に中断して各試験片１５、１５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１
５、１５に関する耐久試験を終了した。前記表にこの結
果を、試験打ち切り時間として記載した。尚、同一種類
の試験片８個に就いて打ち切り時間が異なった場合に
は、最も打ち切り時間が短かったものを記載した。又、
試験打ち切り時間が４００時間であるとは、最後迄ピー
リングが発生しなかった事を表わしている。

【００３９】又、凹部の面積率を８０％として凸部の真
円換算径を求める作業は、倍率２００倍の光学顕微鏡に
より得られた画像を解析する事により行なった。この
際、光学顕微鏡により得られた画像に輪郭を強調し明瞭
化する為の画像処理を行ない、凹部の面積率の設定作業
は、光源の明るさ及び２値化レベルを調節する事により
行なった。又、凸部の定量は、設定した２値化レベルを
上回るもの（明るい部分）に就いて抽出した２値化像に
対して行なった。

【００４０】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。又、表には記載しなかったが、本発明品の場合、ピ
ッチングが発生する時間も３００時間以上と、比較品に
比べて長く、この面からも優れた耐久性を有する事を確
認出来た。

【００４１】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、×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。

【００４２】試験片６〜１２で示した７種類の比較品の
内、試験片６、７は第二段階のショット・ピーニング加
工を施さず、従って凸部の真円換算径が大きく、油膜形
成が不十分なものである。又、試験片８は、前述の様に
全くショット・ピーニング加工を施さなかったものであ
る。又、試験片９は、第二段階のショット・ピーニング
加工は施したものの、第一段階のショット・ピーニング
加工が不足した為、最大圧縮残留応力が不足したもので
ある。更に、試験片１０〜１２は、第二段階のショット
・ピーニング加工を施したものの、第一段階のショット
・ピーニング加工が過剰である為、硬度、最大圧縮残留
応力、残留オーステナイト量等が本発明の範囲から外れ
たものである。

【００４３】

【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。

【図３】表面形状限定の概念を説明する為の粗さ曲線。

【符号の説明】

１凹部２凸部３ホッパ４加圧タンク５ショット粒６給気管７ミキサ８分岐管９ノズル１０調整弁１１回転軸１２相手リング１３押圧片１４支持片１５試験片

Claims

【特許請求の範囲】

【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、表層部の残留オーステナイトの割合が７
容量％以上であり、表面に微細で連続的な凹凸が形成さ
れており、この凹凸を構成する凹部の面積が表面積全体
に占める割合を８０％と仮定した場合に於ける、上記凹
凸を構成する凸部の真円換算径が１５μｍ以下である事
を特徴とする転がり摺動部品。