WO2008007509A1

WO2008007509A1 - Procédé de production d'élément de rail, procédé de production de commande de soupape et élément de rail

Info

Publication number: WO2008007509A1
Application number: PCT/JP2007/061698
Authority: WO
Inventors: Kikuo Maeda; Hirokazu Nakashima
Original assignee: Ntn Corporation
Priority date: 2006-07-13
Filing date: 2007-06-11
Publication date: 2008-01-17
Also published as: US20090276992A1; CN101490431A; JP2008020003A; CN101490431B

Description

明細書

軌道部材の製造方法、動弁装置の製造方法および軌道部材

技術分野

[0001] 本発明は軌道部材の製造方法、動弁装置の製造方法および軌道部材に関し、より特定的には、その一部が塑性変形することにより隣接する部材に対して固定される軌道部材とその製造方法、および当該軌道部材を有するカムフォロアを備えた動弁装置の製造方法に関するものである。

背景技術

[0002] 一般に、転がり軸受は、外輪、内輪などの軌道部材と、当該軌道部材に接触して配置される玉、ころなどの転動体とを備えている。そして、転がり軸受は、軌道部材である内輪および外輪の少なくともいずれか一方が、当該軌道部材に隣接する他の部材に対して固定されて使用される。ここで、軌道部材の固定は、当該軌道部材を隣接する他の部材に対して嵌め込むことにより行なわれるほか、たとえば力め加工のように当該軌道部材の一部の領域を塑性変形させることにより行なわれる場合もある。

[0003] このような塑性変形を利用した軌道部材の固定は、嵌め込みによる固定に比べて、固定のための新たな部材を必要としないため、低コスト化およびコンパクトィ匕が可能であることなどの利点を有している。一方、塑性変形を利用した軌道部材の固定を行なうためには、軌道部材における硬度分布に十分留意する必要がある。すなわち、塑性変形を利用した固定を行なう場合、軌道部材において塑性変形される領域は、塑性変形時の割れの発生を抑制する観点から、比較的低硬度、たとえば 300HV以下の硬度を有する必要がある。これに対し、軌道部材において、転動体と接触する表面である転走面は、十分な転動疲労寿命を確保する観点から、高硬度、たとえは 6 53HV (58HRC)以上の硬度を有する必要がある。

[0004] 塑性変形を利用した軌道部材の固定は、上述のような利点を有していることから、近年広く採用されている。たとえば、転がり軸受の一種である総ころタイプ (保持器を有さないタイプ）のラジアルころ軸受が、エンジンの給排気弁を動作させる動弁装置のローラ付きカムフォロアとして採用される場合がある。このローラ付きカムフォロアの取り付けにおいても、当該カムフォロアを構成する軌道部材の一部の領域を塑性変形させて保持部材に対して固定することにより、カムフォロアを保持部材に取り付けること力 Sできる。そのため、ローラ付きカムフォロアとして使用可能な転がり軸受に関しては、寿命向上等に関する多くの検討がなされると同時に（特開 2000— 38907号公報 (特許文献 1)、特開平 10— 47334号公報 (特許文献 2)、特開平 10— 103339号公報（特許文献 3)、特開平 10— 110720号公報（特許文献 4)、特開 2000— 3890 6号公報（特許文献 5)、特開 2000— 205284号公報（特許文献 6)、特開 2002— 3 1212号公報 (特許文献 7)、実開昭 63— 185917号公報 (特許文献 8)および特開 2 002— 194438号公報 (特許文献 9) )、寿命向上と塑性変形を利用した固定とを両立することに関する提案がなされている (特開平 5— 321616号公報 (特許文献 10) 、特開昭 62— 7908号公報（特許文献 11)および特開 2005— 299914号公報（特許文献 12) )。

特許文献 1 特開 2000- - 38907号公幸

特許文献 2 特開平 10 - 47334号公幸艮

特許文献 3 特開平 10 - 103339号公報

特許文献 4 特開平 10 - 110720号公報

特許文献 5 特開 2000- - 38906号公幸

特許文献 6 特開 2000- - 205284号公報

特許文献 7 特開 2002- - 31212号公幸

特許文献 8 実開昭 63 - 185917号公報

特許文献 9 特開 2002- - 194438号公報

特許文献 10 :特開平 5— 321616号公報

特許文献 11 :特開昭 62— 7908号公報

特許文献 12 :特開 2005— 299914号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

上述のように、一部の領域が塑性変形することにより、他の部材に対して固定される軌道部材においては、転走面を含む領域が十分な硬度を有していると同時に、塑性変形する領域が割れ等を発生することなく塑性変形可能な硬度を有していることが要求される。し力しながら、上述の特許文献 10〜： 12に記載されているように、単に塑性変形する領域が焼入硬化されてレ、なレ、のみでは、塑性変形する領域の硬度が十分に制御されない。そのため、軌道部材の形状や同時に熱処理される数量などによつて塑性変形する領域の硬度がばらつき、当該領域の硬度を安定して好ましい範囲とすることができなレ、。その結果、実際の量産工程において、塑性変形を利用した固定が困難となる場合がある。一方、特許文献 12に記載されているように、軌道部材全体を焼入硬化した後、高温焼戻を実施すれば、塑性変形する領域の硬度を十分に制御すること力 Sできる。しかし、この場合、熱処理の工程数が増加し、軌道部材の製造コストが上昇するという問題がある。

[0006] そこで、本発明の目的は、製造コストの上昇を抑制しつつ、転走面を含む領域の硬度を十分に高くして十分な転動疲労寿命を確保するとともに、塑性変形する領域の硬度を安定して制御可能な軌道部材の製造方法を提供することである。また、本発明の他の目的は、製造コストの上昇を抑制しつつ、十分な耐久性を有しているとともに、塑性変形を利用したカムフォロアの取り付けが容易な動弁装置の製造方法を提供することである。また、本発明のさらに他の目的は、製造コストの上昇が抑制されつつ、転走面を含む領域の硬度が十分に高ぐ十分な転動疲労寿命が確保されているとともに、塑性変形する領域の硬度が安定して制御された軌道部材を提供することである。

課題を解決するための手段

[0007] 本発明に従った軌道部材の製造方法は、鋼からなり、軌道部材の概略形状に成形された部材である鋼製部材が準備される鋼製部材準備工程と、鋼製部材が熱処理される熱処理工程と、熱処理工程において熱処理された鋼製部材カ仕上げ加工される仕上げカ卩ェ工程とを備えている。熱処理工程は、浸炭窒化工程と、温度保持工程と、高周波焼入工程とを含んでいる。浸炭窒化工程では、鋼製部材が、 A点以上の

1 温度である浸炭窒化温度に加熱されて浸炭窒化される。温度保持工程では、浸炭窒化工程において浸炭窒化された鋼製部材が、浸炭窒化温度から、 A点よりも 100

1

°C低い温度以上 A点未満の温度域に冷却されて、当該温度域に 60分間以上 180 分間以下の時間保持される。高周波焼入工程では、温度保持工程よりも後で、鋼製部材におレ、て、軌道部材の転走面となるべき領域を含む高硬度領域以外の領域である低硬度領域が焼入硬化されることなぐ高硬度領域が高周波焼入される。

[0008] 浸炭窒化された鋼製部材が直ちに焼入硬化されない場合、鋼製部材は連続的に冷却されるのが一般的である。しかし、その場合、同じ熱処理設備を使用した場合でも、鋼製部材の形状、大きさ、同時に処理される鋼製部材の量などに依存して、鋼製部材の冷却速度は変化する。また、鋼製部材の形状によっては、鋼製部材の部位によって冷却速度が異なる場合もある。

[0009] A点以上の温度に加熱された鋼製部材が焼入硬化されずに冷却される場合、鋼

1

製部材を構成する鋼の組織は、基本的にはパーライト変態する。このとき、パーライト組織（ひ鉄であるフェライト相と鉄の炭化物とからなる鋼組織）を構成する鉄の炭化物

(セメンタイト； Fe C；以下、炭化物とレ、う）を粗大化、凝集化させることにより、鋼製部

3

材の硬度を抑制する、たとえば 300HV以下の硬度とすることができる。ここで、炭化物を粗大化、凝集化させるためには、鋼製部材が冷却される際の冷却速度（単位時間あたりの温度低下）を小さくすることが有効である。

[0010] しかし、上述のように、鋼製部材の形状等に起因した冷却速度の変化や、鋼製部材内の部位による冷却速度の相違を考慮すると、鋼製部材の形状等によって必要な冷却条件が変化するため、軌道部材において塑性変形する領域の硬度を安定して制御することは容易ではない。また、冷却速度を無制限に小さくすれば、塑性変形する領域の硬度を安定して抑制することができる力熱処理に要する時間が長くなるため生産効率が低下し、製造コストが上昇するという問題がある。

[0011] これに対し、本発明者は浸炭窒化後の鋼製部材の硬度を、鋼製部材の形状、大きさ、同時に処理される鋼製部材の量などによらず安定させるための熱処理履歴に関して詳細に検討した。その結果、以下の知見を得た。

[0012] すなわち、浸炭窒化された鋼製部材を A点未満の温度に冷却する際、 A点よりも 100°C低い温度よりも低い温度域に鋼製部材が短時間で冷却されると、炭化物の粗大化、凝集化が不十分となり、鋼製部材の形状等によっては割れを発生させること無く塑性変形させることが困難となる場合がある。また、 A点よりも 100°C低い温度以上へ点未満の温度域に保持される時間が 60分間未満では、鋼のパーライト変態が完了せず、その後の冷却速度によっては微細な炭化物や層状の炭化物が鋼中に析出して硬度が上昇し、割れを発生させること無く塑性変形させることが困難となる。一方、当該温度域においては、 180分間以内には鋼のパーライト変態はほぼ完了し、その後の冷却速度によらず割れを発生させること無く塑性変形させることが可能となる。そのため、 180分間を超えて当該温度域に保持する利点は小さぐむしろ軌道部材の生産効率を低下させる結果となる。

[0013] 以上より、本発明の軌道部材の製造方法によれば、熱処理工程の浸炭窒化工程において浸炭窒化された鋼製部材が、温度保持工程において A点よりも 100°C低い温度以上 A点未満の温度域に冷却されて、当該温度域に 60分間以上 180分間以下の時間保持される。そのため、鋼製部材が適切な温度域に必要かつ十分な時間保持され、鋼製部材を構成する鋼が恒温変態、あるいは冷却速度が非常に小さい状態でパーライト変態し、当該変態がほぼ完了するとともに炭化物が粗大化、凝集化する。その結果、鋼製部材は、安定して、割れを発生させることなく塑性変形させることが可能な硬度を有する。そして、高周波焼入工程において、軌道部材の転走面となる領域を含む領域である高硬度領域を高周波焼入して部分的に硬化することにより、焼入硬化されない領域の塑性加工の容易性と軌道部材の転走面における転動疲労寿命とを両立することができる。その結果、本発明の軌道部材の製造方法によれば、製造コストの上昇を抑制しつつ、転走面を含む領域の硬度を十分に高くして十分な転動疲労寿命を確保するとともに、塑性変形する領域の硬度を安定して制御すること力 Sできる。

[0014] 本発明に従った動弁装置の製造方法は、カムフォロアと、カムフォロアを保持する保持部材とを有し、エンジンの給気弁および排気弁の少なくともいずれか一方を動作させる動弁装置の製造方法である。この動弁装置の製造方法は、カムフォロアを製造するカムフォロア製造工程と、保持部材を準備する保持部材製造工程と、カムフォロアを、保持部材に取り付ける取り付け工程とを備えている。そして、カムフォロア製造工程においては、カムフォロアを構成する軌道部材が、上述の軌道部材の製造方法により製造される。また、取り付け工程においては、低硬度領域が塑性加工されることにより、軌道部材が保持部材に対して固定されて、カムフォロアが保持部材に取り付けられる。

[0015] 本発明の動弁装置の製造方法によれば、カムフォロアを構成する軌道部材が、上述の軌道部材の製造方法により製造されるため、当該軌道部材の製造コストの上昇を抑制しつつ、転走面を含む領域の硬度を十分に高くして十分な転動疲労寿命を確保するとともに、塑性変形する領域の硬度を安定して制御することができる。そして、硬度が安定して制御された軌道部材の低硬度領域が塑性カ卩ェされることにより、軌道部材が保持部材に対して固定され、カムフォロアが保持部材に取り付けられる。そのため、製造コストの上昇を抑制しつつ、軌道部材が十分な転動疲労寿命を有してレ、ることにより十分な耐久性を有しているとともに、塑性変形を利用したカムフォロアの取り付けが容易な動弁装置の製造方法を提供することができる。

[0016] 本発明に従った軌道部材は、上述の軌道部材の製造方法により製造されている。

本発明の軌道部材によれば、上述の本発明の軌道部材の製造方法により製造されていることにより、製造コストの上昇が抑制されつつ、転走面を含む領域の硬度が高ぐ十分な転動疲労寿命を確保されているとともに、塑性変形する領域の硬度が安定して制御された軌道部材を提供することができる。

発明の効果

[0017] 以上の説明から明らかなように、本発明の軌道部材の製造方法によれば、製造コストの上昇を抑制しつつ、転走面を含む領域の硬度を十分に高くして十分な転動疲労寿命を確保するとともに、塑性変形する領域の硬度を安定して制御可能な軌道部材の製造方法を提供することができる。また、本発明の動弁装置の製造方法によれば、製造コストの上昇を抑制しつつ、十分な耐久性を有しているとともに、塑性変形を利用したカムフォロアの取り付けが容易な動弁装置の製造方法を提供することができる。また、本発明の軌道部材によれば、製造コストの上昇を抑制されつつ、転走面を含む領域の硬度が十分に高ぐ十分な転動疲労寿命を確保されているとともに、塑性変形する領域の硬度が安定して制御された軌道部材を提供することができる。

図面の簡単な説明

[0018] [図 1]実施の形態 1における軌道部材を含むカムフォロアを備えた動弁装置の構成を示す概略図である。

[図 2]図 1の線分 II IIに沿う概略断面図である。

[図 3]図 2のカムフォロア付近を拡大して示した概略部分断面図である。

[図 4]実施の形態 1におけるカムフォロアの軸の製造方法の概略を示す図である。

[図 5]実施の形態 1におけるカムフォロアの軸の製造方法に含まれる熱処理工程を示す図である。

[図 6]実施の形態 1における動弁装置 10の製造方法の概略を示す図である。

[図 7]実施の形態 2における軌道部材を含むカムフォロアを備えた動弁装置の構成を示す概略図である。

[図 8]実施の形態 3における軌道部材を含むカムフォロアを備えた動弁装置の構成を示す概略図である。

[図 9]図 8のカムフォロア周辺を拡大して示した概略図である。

[図 10]試験片の硬度の測定位置を示す図である。

[図 11]実施例 2の試験に用いられた転動疲労寿命試験機の主要部を示す概略図である。

符号の説明

[0019] 1 カムフォロア、 2 ロッカーアーム、 2B —方の端部、 2C 他方の端部、 2D 貫通穴、 3 ロッカーアーム軸、 4 軸受メタル、 5 カム、 5A カムシャフト、 5B 外周面、 6 バルブ、 7 ばね、 8 ロックナット、 9 アジャストねじ、 10 動弁装置、 11 ローラ、 11A ローラ転走面、 12 軸、 12A 軸転走面、 12B 高硬度領域、 12C 低硬度領域、 13 ころ、 13A ころ転走面、 21 側壁、 21A 貫通穴、 21B テーパー部、 2 2 ピボット当接部、 30 カムフォロアの軸、 31 転走面、 32 高硬度領域、 40 転動疲労寿命試験機、 41 回転軸、 42 駆動ローラ、 42A 外周面、 43 外輪、 44 ころ、45 軸受、 80 アジャストねじ、 81 連結咅材、 82 ロックナット、 90 プッシュロッド発明を実施するための最良の形態

[0020] 以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。 [0021] (実施の形態 1)

まず、図 1〜図 3を参照して、実施の形態 1における軌道部材を含むカムフォロアを備えた動弁装置について説明する。

[0022] 図 1および図 2を参照して、動弁装置 10は、総ころタイプのラジアルころ軸受であるカムフォロア 1と、カムフォロア 1を一方の端部 2Bにおいて保持する保持部材としてのロッカーアーム 2と、カムフォロア 1の外輪としてのローラ 11の外周面に、外周面 5Bにおいて接触するように配置されたカム 5と、ロッカーアーム 2の他方の端部 2Cに形成された貫通穴 2Dに揷入され、ロックナット 8によりロッカーアーム 2に固定されたアジャストねじ 9と、アジャストねじ 9の一方の端部に、一方の端部において連結されたェンジンの給気または排気用の弁であるバルブ 6とを備えている。

[0023] カムフォロア 1は、外輪としての円環状のローラ 11と、ローラ 11を貫通する中空円筒状の軸 12と、ローラ 11および軸 12の間に配置される複数のころ 13を含んでいる。口ッカーアーム 2は、中央部において軸受メタル 4などを介してロッカーアーム軸 3に保持されており、ロッカーアーム軸 3を支点として回動自在となっている。バルブ 6は、ばね 7の弾性力により矢印 7Aの向きに付勢されている。そのため、カムフォロア 1はアジャストねじ 9、ロッカーアーム 2を介してばね 7の弾性力により、常にカム 5の外周面 5B に押し付けられている。カム 5は、カムフォロア 1の内輪である軸 12の軸方向に垂直な断面において、卵形の断面形状を有している。そして、カム 5はカムシャフト 5Aと一体に形成されており、カムシャフト 5Aを軸として回転可能に構成されている。

[0024] 図 2を参照して、ロッカーアーム 2の一方の端部 2B側は、 1対の側壁 21が形成された二股状の形状を有している。 1対の側壁 21のそれぞれには同軸の円柱状の貫通穴 21Aが形成されている。そして、 1対の側壁 21の両方の貫通穴 21Aを貫通するようにカムフォロア 1の軸 12が嵌め込まれている。軸 12の外周面には軸転走面 12Aが形成されており、軸転走面 12Aに外周面であるころ転走面 13Aにおいて接触するように、複数のころ 13が配置されている。さらに、ローラ 11は、 1対の側壁 21の間に配置され、かつローラ 11の内周面には、軸転走面 12Aに対向するようにローラ転走面 11Aが形成されている。そして、ころ 13は、ころ転走面 13Aにおいて、ローラ転走面 11 Aと接触するように配置されている。これにより、ローラ 11は軸 12に対して回転自在に保持されている。

[0025] さらに、図 3を参照して、貫通穴 21Aのそれぞれの外壁側開口付近には、軸 12の軸方向に垂直な断面における直径が徐々に大きくなるテーパー部 21Bが形成されている。そして、軸 12の両端部は、 300HV以下の硬度を有する低硬度領域 12Cとなつており、塑性カ卩ェであるかしめ加工されることによりテーパー部 21Bに沿うように変形されている。これにより、軌道部材としての軸 12は、保持部材としてのロッカーァーム 2に対して固定されている。一方、軸 12の軸転走面 12Aを含む環状の領域は、高周波焼入され、 653HV以上の硬度を有する高硬度領域 12Bとなっている。

[0026] なお、図 1〜図 3においては、軽量ィ匕のため中空状の軸 12が採用された場合を示しているが、強度および剛性などを重視して中実の軸 12を採用してもよい。

[0027] 次に、実施の形態 1における動弁装置 10の動作について説明する。図 1を参照して、カム 5がカムシャフト 5Aとともにカムシャフト 5Aを軸として回転すると、カムシャフト 5Aからカム 5とカムフォロア 1との接触部までの距離が周期的に変化する。そのため、ロッカーアーム 2はロッカーアーム軸 3を支点として揺動する。その結果、アジャストねじ 9を介してバルブ 6が往復運動する。これにより、エンジンの吸気弁または排気弁が開閉する。

[0028] 次に、実施の形態 1における軌道部材としてのカムフォロア 1の軸 12および動弁装置 10の製造方法について説明する。

[0029] 図 4を参照して、実施の形態 1におけるカムフォロアの軸の製造方法においては、まず鋼からなり、軌道部材としての軸 12の概略形状に成形された部材である鋼製部材が準備される鋼製部材準備工程が実施される。具体的には、たとえば JIS規格 SUJ2 などの軸受鋼、 SCM420などのクロムモリブデン鋼、 SCr420などのクロム鋼など力らなる鋼材が鍛造、切削等により加工されて、鋼製部材が作製される。

[0030] 次に、鋼製部材準備工程において準備された鋼製部材が熱処理される熱処理ェ程が実施される。熱処理工程は、浸炭窒化工程と、温度保持工程と、高周波焼入ェ程と、焼戻工程とを含んでいる。この熱処理工程の詳細については、後述する。

[0031] そして、熱処理工程にぉレ、て熱処理された鋼製部材カ仕上げカ卩ェされる仕上げ加工工程が実施される。具体的には、熱処理が完了した鋼製部材に対して研削加ェ、超仕上げ加工などの仕上げ加工が施されることにより、カムフォロア 1の軸 12が完成する。

[0032] 次に、実施の形態 1におけるカムフォロアの軸の製造方法に含まれる熱処理工程の詳細について説明する。図 5において、横方向は時間を示しており右に行くほど時間が経過していることを示している。また、図 5において、縦方向は温度を示しており上に行くほど温度が高レ、ことを示してレ、る。

[0033] 図 5を参照して、熱処理工程においては、まず、鋼製部材力 A点以上の温度である浸炭窒化温度に加熱されて浸炭窒化される浸炭窒化工程が実施される。具体的には、鋼製部材準備工程において準備された鋼製部材は、 A点以上の温度である 800°C以上 1000°C以下の温度、たとえば 850°Cに加熱され、 60分間以上 300分間以下の時間、たとえば 150分間保持される。このとき、 RXガスにアンモニア（NH )を

3 添加した雰囲気において加熱されることにより、鋼製部材の表層部の炭素濃度および窒素濃度が所望の濃度に調整される。

[0034] 次に、浸炭窒化工程において浸炭窒化された鋼製部材が、浸炭窒化温度から、 A

1 点よりも 100°C低い温度以上 A点未満の温度域に冷却されて当該温度域に 60分間以上 180分間以下の時間保持される温度保持工程が実施される。

[0035] このとき、鋼製部材を構成する鋼は、 A変態点未満の温度に冷却されることによりパーライト変態を開始する。パーライト変態は、時間が経過すれば、温度を下げなくても進行する。そのため上述のように 60分間以上 180分間以下の時間、上記温度域で保持されることにより、鋼製部材を構成する鋼の変態は、恒温変態の状態あるいは冷却速度が非常に小さい状態が確保されつつ、ほぼ完了する。その結果、当該鋼中の炭化物が十分に粗大化、凝集化して硬度が抑制される。

[0036] また、パーライト変態が進行する期間において、鋼製部材の温度が上記温度範囲に保持されるため、鋼製部材の形状、大きさ、同時に処理される鋼製部材の量などに関わらず、一定の状態に炭化物を粗大化、凝集化させることができる。さらに、鋼製部材の部位によって冷却速度が大きく異なることもないため、部位によらず、一定の状態に炭化物を粗大化、凝集ィ匕させること力 Sできる。その結果、軸 12における低硬度領域 12Cの硬度を安定して制御することが可能となり、割れを発生させることなく塑性加工することが可能な低硬度領域 12Cを有する軸 12を安定して製造することができる。また、浸炭窒化を実施した後、焼入を実施し、さらに高温焼戻を実施する従来の工程に比べて、熱処理工程を簡略化できるため、製造コストの上昇を抑制することができる。

[0037] ここで、温度保持工程において、鋼製部材が保持されるべき温度は、炭化物の粗大化、凝集化を十分に進行させる観点から、具体的には、 650°C以上 720°C以下とされることが好ましい。また、より詳細には、鋼製部材が保持されることが好ましい温度は、鋼製部材を構成する鋼の種類によっても多少異なり、たとえば JIS SUJ2の場合 650°C以上 700°C以下、 SCM420の場合 670°C以上 700°C以下であることが好ましレ、。さらに、温度保持工程において、鋼製部材が上述の温度域に保持される時間は、生産効率の向上とパーライト変態の十分な進行および冷却速度のばらつき抑制とを両立させる観点から、 60分間以上 120分間以下とされることが好ましい。

[0038] 次に、図 5を参照して、温度保持工程が実施された鋼製部材は、取り扱いが容易な温度、たとえば室温まで冷却される。このとき、前述のように温度保持工程において、鋼製部材を構成する鋼のパーライト変態はほぼ完了しているため、冷却速度は鋼製部材の硬度にほとんど影響を与えない。したがって、生産効率を向上させるため、油冷、水冷などを実施して、鋼製部材を急冷することができる。

[0039] 次に、鋼製部材において、軌道部材としての軸 12の軸転走面 12Aとなるべき領域を含む高硬度領域 12B以外の領域である低硬度領域 12C (両端部）が焼入硬化されることなぐ高硬度領域 12Bが高周波焼入される高周波焼入工程が実施される。具体的には、高硬度領域 12Bの表面が誘導コイルに対向するように鋼製部材が高周波焼入装置にセットされ、当該誘導コイルに高周波電流が流されることにより高硬度領域 12Bが A点以上の温度である 800°C以上 1000°C以下の温度、たとえば 90

1

0°Cに誘導加熱される。その後、 A点以上の温度域から M点未満の温度まで、たと

1 S

えば油冷または水冷されることにより急冷される。これにより、低硬度領域 12Cが焼入硬化されることなぐ高硬度領域 12Bが焼入硬化される。ここで、高硬度領域 12Bを含む鋼製部材の表層部は浸炭窒化工程において浸炭窒化されている。そのため、高周波焼入工程において高硬度領域 12Bが高周波焼入れされることにより、軸転走面 12Aは転動疲労に対する抵抗性の高い領域となり、軸 12に優れた転動疲労寿命特性を付与することができる。

[0040] また、軸転走面 12A直下の表層部は、浸炭窒化された後、高周波焼入れされることにより、 10体積％以上 50体積％以下、あるいはより好ましい範囲である 15体積％以上 35体積％以下の残留オーステナイト量を含むとともに、オーステナイト結晶粒度が 11番以上（旧オーステナイト結晶粒の粒度番号; JIS G 0551)の鋼組織とされる。そのため、軸 12の転動疲労寿命特性は、一層向上する。なお、表層部とは、転走面からの距離が 0. 2mm以内の領域をいう。

[0041] ここで、高周波焼入工程における上記誘導加熱は、被処理物である軸 12の内部に発生するうず電流によるジュール熱とヒステリシス損失による仕事量に相当する熱の発生により実現されるため、誘導コイルに流される高周波電流の周波数、電源の出力、加熱時間などを制御することにより、軸 12のうち所望部分のみを局所的に加熱すること力 Sできる。そのため、容易に、低硬度領域 12Cを焼入硬化することなぐ高硬度領域 12Bを焼入硬化することができる。

[0042] 次に、図 5を参照して、焼戻工程が実施される。具体的には、高周波焼入工程が実施された鋼製部材が、 A点未満の温度である 150°C以上 350°C以下の温度、たとえば 180°Cに加熱され、 30分間以上 240分間以下の時間、たとえば 120分間保持されて、その後室温の空気中で冷却される（空冷)。以上の手順により、実施の形態 1 における軌道部材の製造工程に含まれる熱処理工程は完了する。

[0043] 上記実施の形態 1における軌道部材としての軸 12の製造方法によれば、製造コストの上昇を抑制しつつ、浸炭窒化された転走面 12Aを含む高硬度領域 12Bの硬度を十分に高くして、転走面 12Aに優れた転動疲労寿命特性を付与するとともに、軸 1 2の両端部である低硬度領域 12Cの硬度を安定して制御して抑制することにより、軸 12の両端部（低硬度領域 12C)を割れの発生を回避しながら塑性変形可能とし、塑性変形による固定が容易な軸 12を製造することができる。

[0044] そして、上記実施の形態 1における軌道部材の製造方法により製造された本発明に実施の形態 1における軌道部材としての軸 12は、製造コストの上昇が抑制されつつ、転走面を含む領域の硬度が高ぐ十分な転動疲労寿命を確保されているとともに、塑性変形する領域の硬度が安定して制御された軌道部材となっている。

[0045] ここで、八ェ点とは鋼を加熱した場合に、鋼の組織がフェライトからオーステナイトに変態を開始する温度に相当する点をいう。また、 M点とはオーステナイト化した鋼が

S

冷却される際に、マルテンサイトイ匕を開始する温度に相当する点をいう。

[0046] 次に、実施の形態 1における動弁装置 10の製造方法について説明する。

図 1および図 6を参照して、実施の形態 1における動弁装置 10の製造方法は、カムフォロア 1と、カムフォロア 1を保持する保持部材としてのロッカーアーム 2とを有し、ェンジン（図示しなレ、）の給気弁または排気弁であるバルブ 6を動作させる動弁装置の製造方法である。当該動弁装置 10の製造方法は、カムフォロア 1を製造するカムフォロア製造工程と、保持部材としてのロッカーアーム 2を製造する保持部材製造工程と、カムフォロア 1を、保持部材としてのロッカーアーム 2に取り付ける取り付け工程と、カムフォロアが取り付けられたロッカーアーム 2と、別途準備されたカム 5、バルブ 6、ばね 7などとを組み合わせて動弁装置 10を組立てる組立て工程とを備えている。

[0047] ここで、カムフォロア製造工程においては、カムフォロア 1を構成する軌道部材としての軸 12が、上述の実施の形態 1における軌道部材の製造方法により製造される。

[0048] また、取り付け工程においては、図 3を参照して、軸 12の両端部である低硬度領域 12Cが塑性加工されることにより、軸 12がロッカーアーム 2に対して固定されて、カムフォロア 1がロッカーアーム 2に取り付けられる。より詳細に説明すると、ローラ 11と口ーラ 11のローラ転走面 11Aに接触するように配置された複数のころ 13がロッカーァーム 2の一方の端部 2B側に形成された 1対の側壁 21の間に挿入される。その後、 1 対の側壁 21のそれぞれに形成された貫通穴 21Aを同時に貫通し、かつ軸転走面 1 2Aが複数のころ 13に接触するように、軸 12が揷入される。そして、軸 12の両端部である低硬度領域 12Cが塑性カ卩ェであるかしめ加工されることにより、軸 12がロッカーアーム 2に対して固定され、カムフォロア 1がロッカーアーム 2に取り付けられる。

[0049] 実施の形態 1における動弁装置 10の製造方法においては、軸 12が、上述の実施の形態 1における軌道部材の製造方法により製造され、当該軸 12がかしめ加工されることにより軸 12がロッカーアーム 2に対して固定され、カムフォロア 1がロッカーァーム 2に取り付けられる。そのため、実施の形態 1における動弁装置 10の製造方法によれは、製造コストの上昇を抑制しつつ、軌道部材としての軸 12が十分な転動疲労寿命を有していることにより十分な耐久性を有しているとともに、塑性変形を利用した力ムフォロアの取り付けを容易に実施することができる動弁装置 10の製造方法を提供すること力 Sできる。

[0050] (実施の形態 2)

次に、図 7を参照して、実施の形態 2における軌道部材を含むカムフォロアを備えた動弁装置およびその製造方法について説明する。

[0051] 図 7を参照して、実施の形態 2における動弁装置 10は、上述の実施の形態 1における動弁装置 10と基本的には同様の構成を有している。しかし、実施の形態 2における動弁装置 10は、ロッカーアーム 2の回動の支点がロッカーアーム 2の一方の端部 2Bとなる点において、実施の形態 1の動弁装置 10とは異なっている。

[0052] すなわち、実施の形態 2における動弁装置 10においては、ロッカーアーム 2の一方の端部 2B側に図示しないピボットが当接するピボット当接部 22が形成されている。そして、ロッカーアーム 2は、ピボット当接部 22を支点として回動自在に保持されている

[0053] カム 5がカムシャフト 5Aとともにカムシャフト 5Aを軸として回転すると、カムシャフト 5 Aからカム 5とカムフォロア 1との接触部までの距離が周期的に変化する。そのため、ロッカーアーム 2はピボット当接部 22を支点として揺動する。その結果、バルブ 6が往復運動して、エンジンの吸気弁または排気弁が開閉する。

[0054] なお、実施の形態 2における軌道部材としての軸 12および動弁装置 10は、上述のように実施の形態 1における軸 12および動弁装置 10と基本的には同様の構成を有しており、同様の製造方法により製造することができる。

[0055] (実施の形態 3)

次に、図 8および図 9を参照して、実施の形態 3における軌道部材を含むカムフォロァを備えた動弁装置およびその製造方法について説明する。

[0056] 図 8および図 9を参照して、実施の形態 3における動弁装置 10は、上述の実施の形態 1における動弁装置 10と基本的には同様の構成を有している。しかし、実施の形態 3における動弁装置 10は、ロッカーアーム 2に直接カムフォロア 1が取り付けられるのではなぐロッカーアーム 2とカムフォロア 1との間にプッシュロッド 90が介在し、カムフォロア 1がプッシュロッド 90に取り付けられている点において、実施の形態 1の動弁装置 10とは異なっている。

[0057] すなわち、ロッカーアーム 2の一方の端部 2Bには、ロックナット 82によりロッカーァーム 2に対して固定されたアジャストねじ 80および連結部材 81を介して、棒状の形状を有するプッシュロッド 90が連結されている。保持部材としてのプッシュロッド 90において、ロッカーアーム 2と連結されている側とは反対側の端部には、カムフォロア 1が取り付けられている。そして、カム 5は、外周面 5Bにおいてカムフォロア 1のローラ 11 の外周面と接触するように配置されている。

[0058] カム 5がカムシャフト 5Aとともにカムシャフト 5Aを軸として回転すると、カムシャフト 5 Aからカム 5とカムフォロア 1との接触部までの距離が周期的に変化する。そのため、ロッカーアーム 2はプッシュロッド 90により一方の端部 2Bが押されることにより、ロッカ一アーム軸 3を支点として揺動する。その結果、バルブ 6が往復運動して、エンジンの吸気弁または排気弁が開閉する。

[0059] なお、実施の形態 3における軌道部材としての軸 12および動弁装置 10は、上述のように実施の形態 1における軸 12および動弁装置 10と基本的には同様の構成を有しており、同様の製造方法により製造することができる。

[0060] (実施例 1)

以下、本発明の実施例 1について説明する。本発明の軌道部材の製造方法により製造した軌道部材の特性を評価する試験を行なった。試験の手順は以下のとおりである。

[0061] まず、試験の対象となる試験片の作製方法について説明する。本発明の実施例として、素材として軸受鋼である JIS SUJ2を採用し、図 4および図 5に基づいて説明した実施の形態 1における軌道部材としての軸 12の製造方法と同様の製造方法により、外径 14. 6mm、長さ 17. 3mmの中実円柱状の試験片（カムフォロアの軸）を作製した。熱処理工程においては、図 5を参照して、 A点以上の温度である 850°Cに加熱して浸炭窒化した後（浸炭窒化工程）、 A点よりも 100°C低い温度以上 A点未満

1 1 の温度である 650°Cまで冷却し、 120分間 650°Cに保持した（温度保持工程)。その後、油中に浸漬することにより冷却（油冷)した。さらに、転走面となるべき領域を含む領域を焼入硬化する高周波焼入を実施した後（高周波焼入工程）、 180°Cに加熱して 120分間保持することにより焼戻を行ない (焼戻工程)、熱処理工程を終了した (実施例 A、 B)。

[0062] 一方、本発明の範囲外の比較例として、上記試験片と同様の工程において、熱処理工程の浸炭窒化工程および温度保持工程を省略し、高周波焼入工程および焼戻工程のみを行なった試験片も作製した（比較例 A、 B)。

[0063] 次に、特性評価の方法について説明する。上記試験片の外周面の硬度、転走面における残留オーステナイト量およびオーステナイト結晶粒度番号を調査した。図 10 を参照して、試験片としてのカムフォロアの軸 30の外周面の硬度は、外周面の端部から長手方向にそれぞれ 8. 65mm, 5. Omm、 2. Ommおよび 1. Omm離れた位置である測定位置 A、 B、 Cおよび Dを、ビッカース硬度計により測定した。ここで、測定位置 Aおよび Bは高硬度領域 32の表面である転走面 31に含まれる位置、測定位置 Cおよび Dは転走面 31以外の領域に含まれる位置である。

[0064] 転走面 31における残留オーステナイト量は、 X線回折計 (XRD)を用いて、当該部位のマルテンサイト _α (211)面とオーステナイト γ (220)面との回折強度とを測定することにより、算出した。また、オーステナイト結晶粒度番号は、 JIS G 0551に記載された旧オーステナイト結晶粒の粒度番号の測定方法により測定した。

[0065] [表 1]

表 1に、特性評価の結果を示す。表 1を参照して、本発明の実施例の製造方法により作製された実施例 Aおよび実施例 Bは、転走面 31に含まれる測定位置 Aおよび B における硬度が 790〜805HVとなっており、転動疲労寿命の向上が期待できる硬度となっている。また、転走面 31以外の領域である測定位置 Cおよび Dにおける硬度は、 220〜235HVとなっており、力め加工などの塑性加工を、割れを発生させることなく実施できる硬度範囲である 300HV以下となっている。

[0067] 一方、本発明の範囲外である従来の製造方法により作製された比較例 Aおよび B は、転走面 31に含まれる測定位置 Aおよび Bにおける硬度が 735〜780HVとなつている。実施例 Aおよび Bに比べて硬度が低くなつているのは、比較例 Aおよび Bの試験片が浸炭窒化されていないことに起因していると考えられる。また、転走面 31以外の領域である測定位置 Cおよび Dにおける硬度は、 200〜220HVとなってレヽる。

[0068] また、実施例 Aおよび実施例 Bは、転走面 31における残留オーステナイト量が 31.

5〜32. 5体積％となっている。これは、転動疲労寿命、特に硬質の異物が潤滑剤に混入する異物混入環境等における転動疲労寿命の向上と、寸法安定性とを両立するために好ましい範囲である 10体積％以上 50体積％以下、特に好ましい範囲である 15体積％以上 35体積％以下に含まれる。

[0069] 一方、比較例 Aおよび比較例 Bは、転走面 31における残留オーステナイト量が 7.

5〜8. 5体積％となっている。実施例 Aおよび Bに比べて残留オーステナイト量が少なくなっているのは、比較例 Aおよび Bの試験片が浸炭窒化されていないことに起因していると考えられる。その結果、比較例 Aおよび Bの残留オーステナイト量は、転動疲労寿命、特に異物混入環境等における転動疲労寿命の向上と、寸法安定性とを両立するために好ましい範囲である 10体積％以上 50体積％以下の範囲外となっている。

[0070] また、実施例 Aおよび実施例 Bは、転走面 31におけるオーステナイト結晶粒の粒度番号が 12となっており、転動疲労寿命、靭性等を向上させるために好ましい範囲である 11以上となっている。

[0071] 一方、比較例 Aおよび比較例 Bは、転走面 31におけるオーステナイト結晶粒の粒度番号が 10. 5〜： 11となっている。実施例 Aおよび Bに比べて粒度番号が小さく（旧オーステナイト結晶粒が大きく）なっているのは、比較例 Aおよび Bの試験片が浸炭窒化されていないため、高周波焼入の際にオーステナイト結晶粒の生成サイトとなる炭化物の数密度が実施例 Aおよび Bに比べて少なくなつていることに起因していると考えられる。

[0072] 以上より、本発明の軌道部材の製造方法により作製された軌道部材は、従来の軌道部材に比べて転走面の硬度およびオーステナイト結晶粒度番号が大きぐ残留ォーステナイト量が好ましい範囲となっているとともに、塑性加工が容易な領域が形成されている。そのため、本発明の軌道部材の製造方法により作製された軌道部材は、転走面の転動疲労寿命が優れているとともに、力め加工などの塑性カ卩ェを利用した軌道部材の固定が容易となっていることが確認された。

[0073] (実施例 2)

以下、本発明の実施例 2について説明する。本発明の軌道部材の製造方法により製造した軌道部材の転動疲労寿命を調査する試験を行なった。試験の手順は以下のとおりである。

[0074] 上述の実施例 1において作製された図 10に示す試験片であるカムフォロアの軸を内輪として、外輪回転型転動疲労寿命試験を実施した。図 11を参照して、実施例 2 の転動疲労寿命試験の試験方法について説明する。

[0075] 図 11を参照して、転動疲労寿命試験機 40は、図示しない動力源に接続された回転軸 41と、中心を含む領域を回転軸 41が貫通し、回転軸 41と一体に回転可能に構成された円盤状の駆動ローラ 42と、回転軸 41を軸周りに回転自在に支持する 1対の軸受 45とを備えている。

[0076] そして、駆動ローラの外周面 42Aに対して外周面において接触するように円環状の外輪 43が配置され、外輪 43の内周面に対して外周面において接触するように複数のころ 44が配置される。さらに、図 10および図 11を参照して、外輪 43を貫通し、転走面 31においてころ 44に接触するように、試験片としてのカムフォロアの軸 30が固定されて配置される。

[0077] 図示しない動力源により回転軸 41が軸周りに回転すると、回転軸 41と一体に駆動ローラ 42が回転する。そして、駆動ローラ 42により駆動されて、外輪 43が回転する。その結果、固定されたカムフォロアの軸 30の転走面 31をころ 44が転走する。ここで、カムフォロアの軸 30に負荷される荷重は 2200N、外輪 43の回転速度は 7000回転 /分、潤滑油はエンジンオイル（SAE粘度規格： 10W— 30)、油温は 100°Cの条件の下で、試験を実施した。この条件によれば、試験中に表面損傷または内部起点剥離のいずれかが発生する。したがって、本試験により、表面損傷および内部起点剥離の両方の寿命を確認することができる。そして、カムフォロアの軸 30に剥離が発生するまでの時間（転動疲労寿命）を調査した。さらに、実験の結果得られた転動疲労寿命を統計的に解析し、 10%の試験片が剥離するまでの時間（L10寿命）を算出した。表 2に試験結果を示す。

[表 2]

[0079] 表 2においては、比較例 Aの L10寿命を 1とした場合の、各試験片の寿命比が示されている。表 2を参照して、本発明の実施例である実施例 Aおよび Bのカムフォロアの軸は、従来のカムフォロアの軸である比較例 Aおよび Bに対して 3倍程度の転動疲労寿命を有している。これは、実施例 Aおよび Bにおいては、浸炭窒化処理が実施されることにより、前述のように、オーステナイト結晶粒度が小さぐかつ残留オーステナイト量が好ましい範囲とされていることに起因していると考えられる。

[0080] 以上の実施例 1および 2の結果より、本発明の軌道部材の製造方法によれば、熱処理工程の工程数を増加させないことにより製造コストの上昇を抑制しつつ、浸炭窒化および高周波焼入により転走面を含む領域を硬度が十分に高ぐかつ転動疲労に対する抵抗の大きい材質にするとともに、転走面以外の領域の硬度を安定して制御して抑制し、当該領域の塑性変形を利用した軌道部材の固定が容易な軌道部材を製造することができることが確認された。

[0081] 今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。産業上の利用可能性

本発明の軌道部材および軌道部材の製造方法は、その一部が塑性変形することにより隣接する部材に対して固定される軌道部材およびその製造方法に、特に有利に適用され得る。また、本発明の動弁装置の製造方法は、その一部が塑性変形することにより隣接する部材に対して固定される軌道部材を有するカムフォロアを備えた動弁装置の製造方法に、特に有利に適用され得る。

Claims

請求の範囲

[1] 鋼からなり、軌道部材の概略形状に成形された部材である鋼製部材が準備される鋼製部材準備工程と、

前記鋼製部材が熱処理される熱処理工程と、

前記熱処理工程にぉレ、て熱処理された前記鋼製部材が、仕上げ加工される仕上げカ卩ェ工程とを備え、

前記熱処理工程は、

前記鋼製部材が、 A点以上の温度である浸炭窒化温度に加熱されて浸炭窒化される浸炭窒化工程と、

前記浸炭窒化工程において浸炭窒化された前記鋼製部材が、前記浸炭窒化温度から、 A点よりも 100°C低い温度以上 A点未満の温度域に冷却されて前記温度域に 60分間以上 180分間以下の時間保持される温度保持工程と、

前記温度保持工程よりも後で、前記鋼製部材において、前記軌道部材の転走面となるべき領域を含む高硬度領域以外の領域である低硬度領域が焼入硬化されることなぐ前記高硬度領域が高周波焼入される高周波焼入工程とを含む、軌道部材の製造方法。

[2] カムフォロアと、前記カムフォロアを保持する保持部材とを有し、エンジンの給気弁および排気弁の少なくともいずれか一方を動作させる動弁装置の製造方法であって前記カムフォロアを製造するカムフォロア製造工程と、

前記保持部材を製造する保持部材製造工程と、

前記カムフォロアを、前記保持部材に取り付ける取り付け工程とを備え、前記カムフォロア製造工程においては、前記カムフォロアを構成する軌道部材が、請求の範囲第 1項に記載の軌道部材の製造方法により製造され、

前記取り付け工程においては、前記低硬度領域が塑性加工されることにより、前記軌道部材が前記保持部材に対して固定されて、前記カムフォロアが前記保持部材に取り付けられる、動弁装置の製造方法。

[3] 請求の範囲第 1項に記載の軌道部材の製造方法により製造された、軌道部材。