(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロッカーアーム用軸受に使用される転動軸の製造方法において、
軸受鋼で形成された素材を加工して、前記転動軸の軸方向に交差する端面を有する前記転動軸の概略形状に成形する工程と、
前記端面を雰囲気に露出させた状態でＡ１点以上で浸炭窒化処理する工程と、
前記端面を雰囲気に露出させた状態でＡ１点未満にまで冷却する工程と、
転走領域を高周波焼入する工程と、
前記冷却する工程において前記端面の表層部に析出した凝集炭化物を、前記端面の表層部を除去することにより前記端面から除去する工程とを備える、転動軸の製造方法。
【請求項２】
前記冷却する工程では、徐冷されている、請求項１に記載の転動軸の製造方法。
【請求項３】
前記冷却する工程では、急冷されており、次いで、Ａ１点未満で焼戻しを行なう工程をさらに備える、請求項１に記載の転動軸の製造方法。
【請求項４】
前記転走領域の表層部の少なくとも一部に窒素富化層を有する、請求項１から請求項３のいずれかに記載の転動軸の製造方法。
【請求項５】
前記転走領域の表層部の少なくとも一部において、オーステナイト結晶粒度が１１番以上であり、かつ硬度がビッカース硬度で６５３Ｈｖ以上である、請求項１から請求項４のいずれかに記載の転動軸の製造方法。
【請求項６】
前記端面の硬度がビッカース硬度で３００Ｈｖ以下である、請求項１から請求項５のいずれかに記載の転動軸の製造方法。
【請求項７】
中実円柱形状を有し、
前記転走領域の表層部の少なくとも一部において、残留オーステナイトが１０〜５０体積％を占め、前記転走領域の軸方向中央部の断面における中心部において残留オーステナイトが存在する、請求項１から請求項６のいずれかに記載の転動軸の製造方法。
【請求項８】
前記中心部の硬度がビッカース硬度で５５０Ｈｖ以上である、請求項７に記載の転動軸の製造方法。
【請求項９】
中空円柱形状を有し、
前記転走領域の表層部の少なくとも一部において、残留オーステナイトが１０〜５０体積％を占め、内周側面の表層部において残留オーステナイトが存在する、請求項１から請求項６のいずれかに記載の転動軸の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転動軸の製造方法に関し、特に、ロッカーアーム用軸受に使用される転動軸の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のエンジンのインテイクバルブやエグゾーストバルブの開閉に用いられるロッカーアームに使用される転がり軸受の転動軸は、ロッカーアームに固定される際に、軸の両端面部にかしめ成形が施され、軸支持部材にかしめられる加工がなされる場合がある。この場合、転動軸の転走面は高硬度を必要とするが、端部はかしめ成形が可能となるように軟質でなければならない。従来、転動軸の端部を軟質化し、端部の硬度をビッカース硬度で３００Ｈｖ以下にする技術は、たとえば特許文献１〜３に提案されている。
【特許文献１】特開２００５−２９９９１４号公報
【特許文献２】特開２００６−６３９１７号公報
【特許文献３】特開２００６−２５０２９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１〜３では、浸炭窒化処理後に徐冷する、または浸炭窒化処理後に急冷および調質（焼戻し）することによって、転動軸の端部の硬度をビッカース硬度で３００Ｈｖ以下にする技術が開示されている。しかし、上記のような熱処理によって、転動軸の表層部には、球状で比較的高硬度な炭化物が析出する。
【０００４】
この炭化物が転動軸の端面に均一に分布しているときには、同一端面における任意の位置でのビッカース硬度は安定している。一方、炭化物が粗大化して端面に不均一に分布しているときには、炭化物が存在する箇所と存在しない箇所とでは硬度が異なる。その結果、同一端面における任意の位置での硬度がばらつき、転動軸の端面の硬度を保証する上での不安定要因となる。
【０００５】
それゆえに、本発明の主たる目的は、端面の硬度を低下させ、かつ、硬度のばらつきを抑制することのできる、転動軸を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかる転動軸の製造方法は、ロッカーアーム用軸受に使用される転動軸の製造方法である。転動軸の製造方法は、軸受鋼で形成された素材を加工して、転動軸の軸方向に交差する端面を有する転動軸の概略形状に成形する工程と、端面を雰囲気に露出させた状態でＡ１点以上で浸炭窒化処理する工程と、端面を雰囲気に露出させた状態でＡ１点未満にまで冷却する工程と、転走領域を高周波焼入する工程と、冷却する工程において端面の表層部に析出した凝集炭化物を、端面の表層部を除去することにより端面から除去する工程とを備えている。
【０００７】
ここで、Ａ１点とは、鋼を加熱するときに、鋼の組織がフェライト（鉄のα相）からオーステナイト（鉄のγ相）へ変態を開始する温度に相当する点を示す。Ａ１点は、共析温度に対応しており、たとえばＦｅ−Ｃ系では７２３℃である。また、転がり軸受に通常用いられる鋼材のＡ１点も、その付近の温度である。
【０００８】
上記転動軸の製造方法において、冷却する工程では、徐冷されていてもよい。
また、冷却する工程では急冷されており、次いで、Ａ１点未満で焼戻しを行なう工程をさらに備えていてもよい。
【０００９】
上記転動軸はまた、転走領域の表層部の少なくとも一部に窒素富化層を有していてもよい。ここで窒素富化層とは、鋼中の窒素濃度を、素材の鋼が含有する窒素濃度に対し増加させた層である。窒素富化層は、あとで説明するように、浸炭窒化処理により形成されるが、窒素富化層に炭素が富化されていてもよいし、富化されていなくてもよい。
【００１０】
また、転走領域の表層部の少なくとも一部において、オーステナイト結晶粒度が１１番以上であり、かつ硬度がビッカース硬度で６５３Ｈｖ以上であってもよい。ここで、オーステナイト結晶粒とは、焼入れ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、冷却によりマルテンサイトに変態した後も常温において残存しているものをいう。焼入れ直前の加熱された時点での粒界という意味で、旧オーステナイト結晶粒と呼ぶ場合がある。
【００１１】
オーステナイト結晶粒は、対象とする部材の金相試料に対してエッチングなど、粒界を顕出する処理を施して観察することができる粒界であればよい。測定は、上述のようにＪＩＳ規格の粒度番号の平均値から平均粒径に換算して求めてもよいし、切片法などにより金相組織に重ねたランダム方向の直線が粒界と会合する間の間隔長さの平均値をとり、補正係数をかけて２次元から３次元の間隔長さにしてもよい。
【００１２】
上記転動軸において、端面の硬度がビッカース硬度で３００Ｈｖ以下であってもよい。
また転動軸は、中実円柱形状を有し、転走領域の表層部の少なくとも一部において残留オーステナイトが１０〜５０体積％を占め、転走領域の軸方向中央部の断面における中心部において残留オーステナイトが存在するものであってもよい。
【００１３】
また、中心部の硬度がビッカース硬度で５５０Ｈｖ以上であってもよい。
また転動軸は、中空円柱形状を有し、転走領域の表層部の少なくとも一部において残留オーステナイトが１０〜５０体積％を占め、内周側面の表層部において残留オーステナイトが存在するものであってもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の転動軸の製造方法によると、浸炭窒化処理して冷却した後、または冷却後転走領域に高周波焼入を施した後に、転動軸の端面を研削するなどの方法によって端面の表層部を除去し、端面の表層に析出している高硬度な炭化物を除去することができる。したがって、転動軸の端面の硬度を低下させ、かつ、硬度のばらつきを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面に基づいてこの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。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１における、エンジンのロッカーアーム用転がり軸受の構成を示す概略正面図である。図２は、ロッカーアーム用転がり軸受の断面図であって、図２（ａ）は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面に対応する図である。図１および図２（ａ）に示すように、回動部材であるロッカーアーム１は、中央部において軸受メタルなどを介してロッカーアーム軸５に回転自在に支持されている。つまりロッカーアーム１は、ロッカーアーム軸５を中心に揺動運動する。
【００１７】
ロッカーアーム１の一方の端部１ｂには、アジャストねじ７が螺挿されている。アジャストねじ７はロックナット８により固定され、その下端において内燃機関の給気弁もしくは排気弁のバルブ（自動車用のエンジンの開閉用バルブ）９の上端と当接している。このバルブ９は、ばね１０の弾性力で付勢されている。
【００１８】
ロッカーアーム１は、他方の端部１ａにカムフォロア本体５０が設けられ、カムフォロア本体５０は二股状に形成されたローラ支持部１４を一体に有している。転動軸であるローラ軸２の外周面中央部には、転動体であるころ３を介して回転自在に、外方部材を構成するローラ４が支持されている。ころ３の軸線方向は、ローラ軸２の軸線に平行に配置されている。このローラ４の外周面は、ばね１０の付勢力によりカム軸に設けられたカム６のカム面に当接されている。
【００１９】
図２（ａ）のＥ部拡大図である図２（ｂ）に示すように、二股状のローラ支持部１４には面取り部１４ａが設けられ、内方部材に相当するローラ軸２の両端面２ｃ付近の端部がかしめ加工（塑性加工）されてかしめ加工固定部２５を形成し固定されている。ローラ軸の両端部において、塑性加工によるかしめ加工部２ｄが形成され、面取り部１４ａの形成によって空いた空間を充填する。すなわち、ローラ軸２の少なくとも端面２ｃでは硬度が３００Ｈｖ以下に抑制され、端部のかしめ加工が容易にされており、ローラ軸２はかしめ加工を施されてローラ支持部１４の面取り部１４ａにかしめ加工固定部２５を形成している。
【００２０】
ここで、転動軸としてのローラ軸２と、ころ３と、ローラ４とにより構成される転がり軸受が、ロッカーアーム用転がり軸受として用いられている。一般に、保持器が用いられない場合、総ころ軸受と呼称されるが、本説明ではとくに区別せずに説明する。上記のロッカーアーム用転がり軸受は、ローラ４がカム６と接触しながら回転するものであるため、ローラ４にはカム６の押付け力と衝撃力とが作用する。
【００２１】
実施の形態１における転がり軸受では、ローラ軸２は、浸炭窒化処理されているため窒素富化層を有する。また、転動体が転走する面である転走面を含む領域の表層部に高周波焼入が施されている。ここで、転走面を含む領域であって、円柱形状の転動軸の側面の表面近傍の領域を、転走領域と称する。転走領域の表層部とは、転動軸の側面の表面から深さ５０μｍ以内の領域をいう。上記窒素富化層は転走領域の表層部に形成されている。転走領域の表層部では、浸炭窒化処理され、また、高周波焼入が施されたために、オーステナイト結晶粒度が１１番以上（ＪＩＳ規格による）と超微細になり、硬度がビッカース硬度で６５３Ｈｖ以上あり、残留オーステナイトが１０〜５０体積％を占める。一方、転走面の軸方向中央部の断面における中心部は、上記表層部の高周波焼入の際にともに高周波加熱され焼入れられるので、硬化されており、また残留オーステナイトが存在する。
【００２２】
転走領域の表層部、および、転動軸の軸方向中心部の円形断面における中心部以外の領域では、フェライト粒度またはオーステナイト結晶粒度は１０番以下と比較的粗い。また、高周波焼入の影響が及ばない部位では、浸炭窒化処理後に徐冷、または急冷後に調質（焼戻し）処理されているために、ローラ軸２の端面２ｃの硬度は低い。端面２ｃでは、さらに表層部が除去されているために、端面２ｃの硬度は３００Ｈｖ以下の範囲にある。
【００２３】
この結果、転走領域の表層部では、滑りや油膜切れが原因で生じる金属接触による表面起点剥離などの表面損傷、および、荷重依存型の内部起点型剥離がともに生成しにくい。また少なくとも転走領域の軸方向中心部において、断面の中心部から表層部にわたって高強度化、または高割れ疲労強度を有するようにされている。一方、端部など他の部位では、硬度が低いために、大量生産工程でかしめ加工しやすい。
【００２４】
次に、転動軸としてのローラ軸２の製造方法について説明する。図３は、ローラ軸の製造方法の概略を示す流れ図である。図３に示すように、まず工程（Ｓ１０）において、材料を準備する。たとえば、高炭素鋼より成る素材である丸棒や丸パイプを準備することができる。素材には、高炭素クロム軸受鋼であるＪＩＳ  ＳＵＪ２またはＪＩＳ  ＳＵＪ３を用いることができる。必要に応じて、素材を所定長さに切断、鍛造、旋削などの加工が実施される。これにより、転動軸の概略形状（すなわち、中実または中空の円柱形状）に成形された、成形部品が作製される。
【００２５】
次に工程（Ｓ２０）において、成形部品の浸炭窒化処理が行なわれる。図４は、実施の形態１における熱処理方法を説明する図である。図５は、実施の形態１におけるヒートパターンに具体的な条件を付記した図である。図４および図５に示すように、浸炭窒化処理は、Ａ１点以上の温度、たとえば８５０℃に加熱され、たとえば９０分間保持されることによって行なわれる。このとき、雰囲気ガスのカーボンポテンシャルを成形部品の表層部が含有する炭素量以上に保ち、さらに雰囲気ガスであるＲＸガスにアンモニアガスを添加した雰囲気中で加熱する。
【００２６】
これにより、成形部品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、浸炭窒化処理が実施される。浸炭窒化処理によって、成形部品の表層部に、「浸炭窒化処理層」である窒素富化層が形成される。浸炭窒化処理において素材となる鋼の炭素濃度が高いため、通常の浸炭窒化処理の雰囲気から炭素が鋼の表面に侵入しにくい場合がある。たとえば炭素濃度が高い鋼の場合、それ以上高い炭素濃度の浸炭層が生成する場合もあるし、それ以上高い炭素濃度の浸炭層は生成しにくい場合がある。そこで、雰囲気ガスのカーボンポテンシャルを素材の表層部が含有する炭素量以上に保つことで、鋼中の炭素濃度を高めることができる。
【００２７】
ここで、カーボンポテンシャルとは、浸炭脱炭反応が平衡に達し鋼が含有する炭素濃度が一定の値となったときの、鋼の表層部が含有する炭素濃度を示し、鋼を加熱する雰囲気における浸炭能力を示す値である。すなわち、カーボンポテンシャルが高いほど浸炭能力が高い。雰囲気ガスのカーボンポテンシャルは、雰囲気ガスの温度と、雰囲気ガスの組成、すなわち一酸化炭素と酸素との濃度、または一酸化炭素と二酸化炭素との濃度とを計測することにより、計算することができる。
【００２８】
一方、鋼中の窒素濃度については、鋼中のＣｒ濃度などにも依存するが、通常の素材の鋼では最大限０.０２５重量％程度以下と低いので、素材の鋼の炭素濃度によらず窒素富化層が明瞭に生成される。窒素富化層における窒素濃度は、たとえば成形部品の表面から深さ５０μｍにおける窒素濃度が０．１質量％以上０．７質量％以下となるように、調整することができる。窒素濃度が０．１質量％より小さいと窒素富化の効果がなく、特に表面損傷寿命が低下するためである。また窒素濃度が０．７質量％より大きいと、ボイドと呼ばれる空孔ができたり、残留オーステナイト量が多くなりすぎて硬度が出なくなったりして、短寿命になるためである。窒素富化層の窒素濃度は、たとえばＥＰＭＡ（波長分散型Ｘ線マイクロアナライザ）によって測定することができる。
【００２９】
図３に戻って、次に工程（Ｓ３０）において、成形部品はＡ１点未満の温度まで徐冷される。この場合、冷却速度は、１．１℃／分以下であればよい。たとえば、浸炭窒化処理温度から６５０℃まで炉冷した後に、６５０℃から５００℃まで炉冷される。次に工程（Ｓ４０）において、成形部品は炉外で室温まで空冷される。図４に示すように、浸炭窒化処理後に徐冷する処理によって、成形部品の表層部には、球状で比較的高硬度な凝集炭化物が析出する。凝集炭化物の比率は、成形部品の内部に対して表層部の方が大きくなる。
【００３０】
次に工程（Ｓ５０）において、円柱形状の成形部品の端面の表層部を除去する。たとえば研削などの機械的加工によって、端面の表層部を除去することができる。端面の表層部を除去することにより、端面の表層に析出している高硬度な炭化物も除去される。
【００３１】
次に工程（Ｓ６０）において、成形部品において転走領域に相当する部分、つまり円柱形状の側面側の表層部を、高周波焼入する。高周波焼入は、たとえば８００〜１０００℃の温度まで急速加熱した後に、水冷することにより行なわれる。高周波焼入に用いられる周波数は、たとえば５０ｋＨｚ〜１５０ｋＨｚとすることができる。
【００３２】
次に工程（Ｓ７０）において、焼戻しが行なわれる。たとえば１８０℃に加熱されて１２０分間保持され、その後空冷される、低温焼戻しを行なうことができる。次に工程（Ｓ８０）において、仕上げ工程が実施される。具体的には、熱処理工程が実施された成形部品に対して研削加工などの仕上げ加工が実施され仕上げられることにより、本実施の形態に係る転動軸としてのローラ軸２が完成する。
【００３３】
次に、図４および図５に示す熱処理（ヒートパターンＨ１とする）において、各処理ごとにミクロ組織がどのように生成されてゆくか説明する。まず、たとえばＡ１点以上で浸炭窒化処理を行なう。この浸炭窒化処理によって、転動軸の転走領域の表層部に窒素富化層を形成する。この窒素富化層では、鉄原子Ｆｅに対する侵入型元素であるＣ、Ｎが過共析に侵入し、たとえばオーステナイト中に炭化物が析出している（２相共存）。すなわち、窒素富化層では過共析鋼となっている。また、転動軸の内部では、浸炭窒化処理されないため、素材である元々の鋼材の組成により、オーステナイト相となっている。または、転動軸の内部においてフェライトとオーステナイトとの２相、またはオーステナイトとセメンタイトとの２相、が共存する温度で、浸炭窒化処理を行なってもよい。
【００３４】
次いで、冷却する際に、浸炭窒化処理温度から徐冷する。この徐冷の目的は、組織を軟化し加工性を向上することである。この徐冷中に、内部では上記のオーステナイトから、フェライトとセメンタイトとで構成されるパーライトが生成するが、パーライト中のセメンタイトを層状化させずに凝集粗大化させることにより、軟化を推進する。したがって、徐冷する温度域は浸炭窒化処理温度〜（Ａ１点−１００℃）程度まででよい。これより低い温度まで徐冷してもセメンタイトの凝集粗大化は期待できず、時間ばかりかかり能率を低下させる。目安としては６２０℃程度まででよい。その後は、時間短縮のために空冷してもよいし、水冷や油冷を行なってもよい。
【００３５】
窒素富化層では、（炭化物＋オーステナイト）組織のオーステナイトからパーライトが生成し、その中の炭化物が凝集粗大化する。なお、上記のミクロ組織の説明は、分かりやすさを優先させているので、窒素やより複雑な実際のミクロ組織における副次的な要因は無視している。
【００３６】
次に高周波焼入を行なう。この高周波焼入の前段階では、窒素富化層は、凝集した炭化物（比率大）と、フェライトとが混在した組織である。高周波焼入では急速加熱され、このとき、炭化物が固溶しながらオーステナイトを核発生させる。分散している炭化物の密度は非常に高いために、オーステナイト核発生密度は非常に高く、発生したオーステナイトが互いに会合して形成されるオーステナイト組織の結晶粒は超微細である。また、窒素富化層は過共析鋼なので、炭化物が共存し、この炭化物ができたばかりで超微細なオーステナイト粒の成長を阻止する。このため、窒素富化層において、超微細なオーステナイト粒を得ることができる。急速加熱の温度が高くなるにつれ炭化物は固溶し、超微細オーステナイトに多くの炭素が固溶される。また、転動軸の断面における中心部では、窒素富化層ではないという影響は受けるが、基本的には上記の表層部における変化と同様に変化する。
【００３７】
次に、高周波焼入、すなわち急速加熱した後に焼入れを行なうと、オーステナイトはマルテンサイトに変態する。このとき炭素を多く固溶しているためにオーステナイトが安定化され、マルテンサイトの間の微細な領域に未変態のオーステナイトが取り残される。これが残留オーステナイトである。この残留オーステナイトはマルテンサイトの間に形成されるため、非常に微細である。残留オーステナイトの体積率は、表面起点剥離や内部起点剥離における亀裂進展を抑制することができる、１０〜５０体積％とする。
【００３８】
この後、１８０℃程度で硬度をあまり落とさない程度の焼戻しを行なう。この１８０℃程度の低温焼戻しでは、高密度の転位はほとんど消失しないで維持される。この焼戻しは組織を安定化するために行なう。この焼戻しでは、セメンタイトの凝集は生じないし、軟化もほとんど生じない。鋼材によっては、この焼戻しは省略してもよい。上記の残留オーステナイトを含んだ高周波焼入組織は、強靭であり、苛酷な使用条件下で長寿命を実現することができる。
【００３９】
図６は、上記の実施の形態１の転動軸の製造方法により製造した転動軸の斜視図である。図７は、図６に示すＶＩＩ−ＶＩＩ線による転動軸の断面模式図である。図８は、図６に示すＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線による転動軸の断面模式図である。図６〜図８に示す中実円柱形状のローラ軸２の、端面２ｃでない側面の表層部に高周波焼入が行なわれたために、硬化層２ａが形成されている。図７および図８に示すように、硬化層２ａは、転走面の表層部から、転走面の軸方向中央部の断面における中心部２ｅにまで、形成されている。
【００４０】
このように、上記の熱処理を行なうことにより、硬化層２ａのオーステナイト結晶粒度を１１番以上の超微細粒にすることができ、そのため荷重依存型の転動疲労寿命を長くすることができる。オーステナイト結晶粒の粒度番号が１０番以下では、苛酷な使用条件下での割れ疲労強度、転動疲労寿命は大きく改善されない。オーステナイト結晶粒は細かいほど（すなわち粒度番号が大きいほど）望ましいが、通常、１３番を超える粒度番号を得ることは難しい。
【００４１】
また、転走面の表層部の硬度を６５３Ｈｖ以上とすることができ、そのため表層部における表面損傷や内部起点剥離を確実に抑制し、転動疲労寿命を大幅に改良することができる。硬度が６５３Ｈｖ未満では、転動疲労寿命は大きく改善せず、かえって悪くなる場合がある。通常、表層部の硬度の範囲は７２０Ｈｖ以上とする。
【００４２】
また、残留オーステナイトを１０〜５０体積％、より好ましい範囲である１５〜３５体積％の範囲にすることができる。残留オーステナイト量が１５体積％未満となると表面損傷寿命が低下し、１０体積％未満になるとさらに低下し、苛酷な使用条件下での長寿命を得ることができない。一方、残留オーステナイト量が５０体積％を超えると微細な残留オーステナイトにならず、表層部の硬度が低下し、かえって転動疲労寿命が短くなる。上記の残留オーステナイト量は、たとえば転動軸の表面から深さ５０μｍにおけるオーステナイト量を基準とすることができる。
【００４３】
残留オーステナイト量の測定は、たとえば、Ｘ線回折によるマルテンサイトα（２１１）と残留オーステナイトγ（２２０）の回折強度の比較で測定する、Ｘ線回折法や、透過型電子顕微鏡観察（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscopy）など、周知の方法で行なうことができる。オーステナイトはフェライトやセメンタイトと異なり強磁性体ではないことを利用して、磁気天秤などの磁気測定装置を用いて測定することもできる。
【００４４】
また、中心部２ｅでは、高周波焼入により硬化されるために、表層部ほど多くはないものの、残留オーステナイトが存在する。そのため、中心部２ｅの硬度を向上させることができ、たとえば５５０Ｈｖ以上とすることができる。したがって、中心部２ｅの高強度化、また転動軸の高い割れ疲労強度を得ることができる。中心部２ｅの硬度が５５０Ｈｖ未満では自動車エンジンの高速化、大荷重化の要請に応えられる高い割れ疲労強度を得ることができない。
【００４５】
一方、図３に従って説明したように、転走面の領域以外の部分である端面の表層部を除去することにより、端面の表層に析出している高硬度な炭化物も除去される。その結果、転動軸の端面の硬度を低下させることができ、端部の硬度を３００Ｈｖ以下とすることができるので、端部のかしめ成形を行ない易くすることができる。また硬化層２ａと端面２ｃとの間には、中間層（硬度３００Ｈｖ以上６５３Ｈｖ以下）が存在する。
【００４６】
以上をまとめると、本実施の形態の転動軸は、浸炭窒化処理と転走領域への高周波焼入とが施されているために、高強度化または高い割れ疲労強度とされ、また転動疲労特性が良好、すなわち長寿命である。
【００４７】
また本実施の形態の転動軸は、浸炭窒化処理後に徐冷する処理が行なわれ軟化されており、かつ、端面の表層部の高硬度な炭化物が除去されているために、端部のかしめ加工が容易である。また、かしめ工具の摩耗が少なくなり、工具の寿命の点でも有利となる。加えて、端面に不均一に分布している高硬度な炭化物を除去することができるので、端面の硬度を保証する上での不安定要因となる、硬度の測定値のばらつきを抑制することができる。
【００４８】
次に、転動軸が中空の円柱形状を有する場合について説明する。図９は、中空円柱形状の転動軸の断面を示す模式図である。図９に示す硬化層２ａの場合、ローラ軸２の外周側面２ｂの転動面表層部から内周側面２ｆまで径方向全体が硬化層２ａであり、未硬化層の部分は端面２ｃの表層部付近だけである。つまり、ローラ軸２の外周側面２ｂから内周側面２ｆまでの径方向全体にわたって、硬化層２ａ（硬度６５３Ｈｖ以上）が形成されている。このような硬化層２ａが、ローラ軸２の円周方向全周にわたって形成されていることが望ましい。
【００４９】
図９に示す中空円柱形状のローラ軸２では、図７に示す中実のローラ軸と比べて、ローラ軸２の体積全体に占める硬化層２ａの領域が大きい。そのため、ローラ軸２の静的割れ強度が大きくなり、ローラ軸２は変形し難い。また、荷重が繰り返し負荷されても、内周側面２ｆの軸方向中央部は硬化層２ａであるため、割れ疲労強度が大きい。そのため、クラックの発生を防止でき、ローラ軸２の破損へつながる可能性が低くなる。
【００５０】
望ましくは図９（ａ）よりも図９（ｂ）の硬化層パターンの方が、内周側面２ｆにおける硬化層２ａの領域が広く、強度的に有利である。また、荷重が繰り返し負荷されることにより発生する引張応力に対して内周側面２ｆの広い領域に渡ってクラックの発生を防止するものの方が、内周側面２ｆの中央部のみで防止するものよりも、ロッカーアーム１の不安定挙動による偏荷重を受けた場合にも有利である。
【００５１】
転動軸を中空の円柱形状にすることによって、転動軸の軽量化を達成することができる。そのため、中空円柱形状の転動軸を有する転がり軸受をロッカーアームに使用し、当該ロッカーアームを自動車用エンジンに使用することにより、自動車の燃費を向上させることができる。転動軸は、図４および図５に示す熱処理を受け、かつ、端面の表層部を除去されているために、転走領域の表層部に窒素富化層を有し、転走領域の表層部のオーステナイト結晶が粒度番号１１番以上で微細化されており、かつ転走領域の表層部および端面において適正な硬度を有する。また転動軸は、転走領域の表層部において残留オーステナイトが１０〜５０体積％を占め、内周側面の表層部において残留オーステナイトが存在する。したがって、中空の円柱形状の転動軸は、高強度化または高い割れ疲労強度とされ、転動疲労特性が良好であり、また端部のかしめ加工が容易であり、端面の硬度のばらつきが抑制される。
【００５２】
（実施の形態２）
図１０は、実施の形態２のローラ軸の製造方法の概略を示す流れ図である。実施の形態２のローラ軸の製造方法と、図３に示す流れ図に基づいて上述した実施の形態１の製造方法とは、基本的に同様の工程を有している。しかし、実施の形態２では、端面表層部を除去する工程が高周波焼入の後に行なわれる点で、実施の形態１とは異なっている。
【００５３】
具体的には、図１０に示すように、工程（Ｓ４０）において成形部品を室温まで空冷した後、続いて工程（Ｓ５１）において、成形部品の円柱形状の外周側面の表層部を高周波焼入する。その後工程（Ｓ７１）において、たとえば研削などの機械的加工によって、円柱形状の成形部品の端面の表層部を除去する。その他の工程は、実施の形態１で説明した通りである。
【００５４】
図１０に示す製造方法によっても、実施の形態１で説明した転動軸と同様の性質を有する転動軸を得ることができる。したがって、実施の形態２の製造方法で製造された転動軸は、高強度化または高い割れ疲労強度とされ、転動疲労特性が良好であり、また端部のかしめ加工が容易であり、端面の硬度のばらつきが抑制される。
【００５５】
（実施の形態３）
図１１は、実施の形態３のローラ軸の製造方法の概略を示す流れ図である。図１２は、実施の形態３における熱処理方法を説明する図である。図１３は、実施の形態３におけるヒートパターンに具体的な条件を付記した図である。実施の形態３のローラ軸の製造方法と、図３に示す流れ図に基づいて上述した実施の形態１の製造方法とは、基本的に同様の工程を有している。しかし、実施の形態３では、浸炭窒化処理後の冷却方法が実施の形態１とは異なっている。
【００５６】
具体的には、図１１に示すように、工程（Ｓ２０）において成形部品をＡ１点以上で浸炭窒化処理を行なった後、工程（Ｓ３２）において、たとえば油冷により１００℃まで急冷される。この場合、冷却速度は、１５０℃／秒以上であればよい。次いで工程（Ｓ４２）において、Ａ１点未満で調質処理、すなわち焼戻し処理を行なう。図４および図５に示す実施の形態１の熱処理方法における徐冷処理と、図１２および図１３に示す調質処理とは、互いに対応しており、表層部以外の部分、たとえば転動軸の端部の硬度を低くすることに寄与している。その後工程（Ｓ５０）の端面表層部除去工程以降は、実施の形態１で説明した通りである。
【００５７】
図１２および図１３に示す熱処理（ヒートパターンＨ２とする）では、浸炭窒化処理温度から、たとえば油冷などして焼入れる。この場合、内部では、もともとの鋼材の組成によりオーステナイトからマルテンサイトなどが生成する。このマルテンサイト組織は硬い。このままでは、かしめ加工は困難なので、上記焼戻し処理（調質処理）を行なう。焼戻しはＡ１点直下でＡ１点にできるだけ近い温度で急速に進行する。すなわち、高温焼戻しを行なう。したがって、焼戻しはＡ１点〜６５０℃の範囲、またより好ましくはＡ１点〜６８０℃の範囲で行なうことが望ましい。この焼戻しにより、マルテンサイト組織における高い転位密度は消失し、転位密度の低いフェライトと凝集粗大化したセメンタイトとの組織が得られる。
【００５８】
また、窒素富化層では、油冷などの焼入れによって加熱時に生成している（炭化物＋オーステナイト）組織のオーステナイトからマルテンサイトが生成する。マルテンサイトは、上記の高温焼戻しにより、内部に生成したマルテンサイトと同様に軟化される。元々あった炭化物は凝集する。なお、上記のミクロ組織の説明は、実施の形態１と同様に、窒素やより複雑な実際のミクロ組織における副次的な要因は無視している。
【００５９】
このように、浸炭窒化処理と転走領域への高周波焼入とが施されているために、転走領域の表層部のオーステナイト粒度を１１番以上の超微細粒とし、転走領域の表層部の硬度を６５３Ｈｖ以上とすることができる。一方、浸炭窒化処理後に急冷され、次いで調質（焼戻し）する処理が行なわれて軟化されており、かつ、端面の表層部の高硬度な炭化物が除去されているために、転走面の領域以外の部分、たとえば端面の硬度を３００Ｈｖ以下とすることができる。したがって、上記の熱処理を受けた転動軸は、高強度化または高い割れ疲労強度とされ、転動疲労特性が良好であり、また端部のかしめ加工が容易であり、端面の硬度のばらつきが抑制される。
【００６０】
（実施の形態４）
図１４は、実施の形態４のローラ軸の製造方法の概略を示す流れ図である。実施の形態４のローラ軸の製造方法と、図１１に示す流れ図に基づいて上述した実施の形態３の製造方法とは、基本的に同様の工程を有している。しかし、実施の形態４では、端面表層部を除去する工程が高周波焼入の後に行なわれる点で、実施の形態３とは異なっている。
【００６１】
具体的には、図１４に示すように、工程（Ｓ４２）において成形部品を調質処理した後、続いて工程（Ｓ５１）において、成形部品の円柱形状の外周側面の表層部を高周波焼入する。その後工程（Ｓ７１）において、たとえば研削などの機械的加工によって、円柱形状の成形部品の端面の表層部を除去する。その他の工程は、実施の形態１で説明した通りである。
【００６２】
図１４に示す製造方法によっても、実施の形態３の転動軸と同様の性質を有する転動軸を得ることができる。したがって、実施の形態４の製造方法で製造された転動軸は、高強度化または高い割れ疲労強度とされ、転動疲労特性が良好であり、また端部のかしめ加工が容易であり、端面の硬度のばらつきが抑制される。
【実施例】
【００６３】
以下、この発明の実施例について説明する。実施の形態１で説明した浸炭窒化処理後に徐冷した転動軸について、端面の表層部を除去しない場合の端面におけるビッカース硬度分布を求める実験を行なった。同一端面の任意の８箇所において、ビッカース硬度を計測した。結果を表１に示す。
【００６４】
【表１】
0005388264.tif 000002
【００６５】
表１より、同一端面での硬さのばらつきはＨｖ２８あり、測定位置２の硬さが、他よりも高くなっている。これは、測定位置２において凝集炭化物が析出しているため、硬度が他の測定位置に対して高かったものと考えられる。一方、同じ転動軸について、端面の表層部を除去して表層に析出している炭化物を除去する処理を行なった後に、同一端面の８箇所において、ビッカース硬度を計測した。結果を表２に示す。
【００６６】
【表２】
0005388264.tif 000003
【００６７】
表２より、同一端面での硬さのばらつきは、Ｈｖ７へと低減していた。つまり、端面の表層部を除去することによって、端面の表層に析出している高硬度な炭化物も除去され、端面の硬度のばらつきを抑制する効果が得られることが示された。
【００６８】
また、浸炭窒化処理後に徐冷した転動軸について、端面からの距離と硬度との関係を求めた。図１５は、端面からの深さ（単位：ｍｍ）とビッカース硬度（単位：Ｈｖ）との関係を示すグラフである。図１５より、端面の表面におけるビッカース硬度は２７５Ｈｖであるが、０．５ｍｍ内部は２４２Ｈｖであった。たとえば、端面表面から０．３ｍｍ程度を除去すれば、塑性加工（かしめ）が容易な２５０Ｈｖ程度のビッカース硬度を有する端面が得られることがわかる。
【００６９】
端面の表面（０ｍｍ深さ）から０．５ｍｍ深さ付近に至るまでは、ほぼ直線状に硬さが下がっている。但し、０．５ｍｍ深さよりも内部では、硬さはほぼ一定となっている。硬さがほぼ一定となる深さは、素材の鋼や熱処理の条件によって変動すると考えられる。しかしながら、ある程度の深さまでの範囲であれば、除去する深さに関わらず端面の表層部を除去することによって、端面の表層に析出している高硬度な炭化物も除去され、その結果、転動軸の端面の硬度を低下させることができる効果が得られることが示された。
【００７０】
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。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許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。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】ロッカーアーム用転がり軸受の構成を示す概略正面図である。
【図２】ロッカーアーム用転がり軸受の断面図である。
【図３】ローラ軸の製造方法の概略を示す流れ図である。
【図４】実施の形態１における熱処理方法を説明する図である。
【図５】実施の形態１におけるヒートパターンに具体的な条件を付記した図である。
【図６】実施の形態１の転動軸の製造方法により製造した、中実円柱形状の転動軸の斜視図である。
【図７】図６に示すＶＩＩ−ＶＩＩ線による転動軸の断面模式図である。
【図８】図６に示すＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線による転動軸の断面模式図である。
【図９】中空円柱形状の転動軸の断面を示す模式図である。
【図１０】実施の形態２のローラ軸の製造方法の概略を示す流れ図である。
【図１１】実施の形態３のローラ軸の製造方法の概略を示す流れ図である。
【図１２】実施の形態３における熱処理方法を説明する図である。
【図１３】実施の形態３におけるヒートパターンに具体的な条件を付記した図である。
【図１４】実施の形態４のローラ軸の製造方法の概略を示す流れ図である。
【図１５】端面からの深さとビッカース硬度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７２】
１  ロッカーアーム、１ａ，１ｂ  端部、２  ローラ軸、２ａ  硬化層、２ｂ  外周側面、２ｃ  端面、２ｄ  かしめ加工部、２ｅ  中心部、２ｆ  内周側面、３  ころ、４  ローラ、５  ロッカーアーム軸、６  カム、７  アジャストねじ、８  ロックナット、９  バルブ、１０  ばね、１４  ローラ支持部、１４ａ  面取り部、２５  かしめ加工固定部、５０  カムフォロア本体。
【図１】
0005388264.tif 000004
【図２】
0005388264.tif 000005
【図３】
0005388264.tif 000006
【図４】
0005388264.tif 000007
【図５】
0005388264.tif 000008
【図６】
0005388264.tif 000009
【図７】
0005388264.tif 000010
【図８】
0005388264.tif 000011
【図９】
0005388264.tif 000012
【図１０】
0005388264.tif 000013
【図１１】
0005388264.tif 000014
【図１２】
0005388264.tif 000015
【図１３】
0005388264.tif 000016
【図１４】
0005388264.tif 000017
【図１５】
0005388264.tif 000018