(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのバルブを開閉するためのロッカーアームとカムとの間に介在し、前記カムに接触して配置されるローラフォロアであって、
円環状の形状を有する外輪と、
前記外輪の内周面に形成された転走面に、外周面に形成された転走面において対向するように配置された軸と、
外周面に形成された転走面において前記外輪および前記軸の転走面に接触し、円環状の軌道上に配置された複数の転動体とを備え、
前記外輪、前記軸および前記転動体の少なくともいずれか１つは、０．７質量％以上２．４質量％以下の炭素と、１０．０質量％以上２０．０質量％以下のクロムとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼から構成される鋼部材であり、
前記鋼部材の前記転走面に垂直な断面において、１２０μｍ×１００μｍの視野を５視野調査した場合に、鉄またはクロムの少なくともいずれか一方と炭素とを含む面積１２．６μｍ２以上７０６．５μｍ２以下の炭化物が５．０％以上の面積率で生成しているとともに、鉄またはクロムの少なくともいずれか一方と炭素とを含み面積が５３０．７μｍ２を超える炭化物が１つ以下生成している、ローラフォロア。
【請求項２】
エンジンのバルブを開閉するためのロッカーアームとカムとの間に介在し、前記カムに接触して配置されるローラフォロアであって、
円環状の形状を有する外輪と、
前記外輪の内周面に形成された転走面に、外周面に形成された転走面において対向するように配置された軸と、
外周面に形成された転走面において前記外輪および前記軸の転走面に接触し、円環状の軌道上に配置された複数の転動体とを備え、
前記外輪、前記軸および前記転動体の少なくともいずれか１つは、０．７質量％以上２．４質量％以下の炭素と、１０．０質量％以上２０．０質量％以下のクロムとを含有し、さらに３．５質量％以下の珪素、１．２５質量％以下のマンガン、２．５質量％以下のニッケル、１０．０質量％以下のモリブデンおよび５．２質量％以下のバナジウムからなる群から選択される少なくとも一種以上の元素を含み、残部鉄および不純物からなる鋼から構成される鋼部材であり、
前記鋼部材の前記転走面に垂直な断面において、１２０μｍ×１００μｍの視野を５視野調査した場合に、鉄またはクロムの少なくともいずれか一方と炭素とを含む面積１２．６μｍ２以上７０６．５μｍ２以下の炭化物が５．０％以上の面積率で生成しているとともに、鉄またはクロムの少なくともいずれか一方と炭素とを含み面積が５３０．７μｍ２を超える炭化物が１つ以下生成している、ローラフォロア。
【請求項３】
前記鋼部材の前記転走面は、５８ＨＲＣ以上の硬度を有している、請求項１または２に記載のローラフォロア。
【請求項４】
前記鋼部材は、前記転走面から厚み５０μｍ以内の領域が５８ＨＲＣ以上の硬度となっている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のローラフォロア。
【請求項５】
５８ＨＲＣ以上の硬度となっている前記転走面を含む領域は、高周波焼入により形成されている、請求項３または４に記載のローラフォロア。
【請求項６】
前記軸は、
前記鋼部材であって、軸方向に貫通孔を有する中空形状を有し、
５８ＨＲＣ以上の硬度となっている領域の前記転走面からの厚みが肉厚の１／３以下である、請求項３〜５のいずれか１項に記載のローラフォロア。
【請求項７】
前記軸は、
前記鋼部材であって、中実形状を有し、
５８ＨＲＣ以上の硬度となっている領域の前記転走面からの厚みが、前記転走面に垂直な断面における半径の１／３以下である、請求項３〜５のいずれか１項に記載のローラフォロア。
【請求項８】
エンジンのバルブを開閉するためのロッカーアームとカムとの間に介在し、前記カムに接触して配置されるローラフォロアであって、
円環状の形状を有する外輪と、
前記外輪の内周面に形成された摺動面に、外周面に形成された摺動面において対向するように配置された軸とを備え、
前記外輪または前記軸の少なくともいずれか一方は、０．７質量％以上２．４質量％以下の炭素と、１０．０質量％以上２０．０質量％以下のクロムとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼から構成される鋼部材であり、
前記鋼部材の前記摺動面に垂直な断面において、１２０μｍ×１００μｍの視野を５視野調査した場合に、鉄またはクロムの少なくともいずれか一方と炭素とを含む面積１２．６μｍ２以上７０６．５μｍ２以下の炭化物が５．０％以上の面積率で生成しているとともに、鉄またはクロムの少なくともいずれか一方と炭素とを含み面積が５３０．７μｍ２を超える炭化物が１つ以下生成している、ローラフォロア。
【請求項９】
エンジンのバルブを開閉するためのロッカーアームとカムとの間に介在し、前記カムに接触して配置されるローラフォロアであって、
円環状の形状を有する外輪と、
前記外輪の内周面に形成された摺動面に、外周面に形成された摺動面において対向するように配置された軸とを備え、
前記外輪または前記軸の少なくともいずれか一方は、０．７質量％以上２．４質量％以下の炭素と、１０．０質量％以上２０．０質量％以下のクロムとを含有し、さらに３．５質量％以下の珪素、１．２５質量％以下のマンガン、２．５質量％以下のニッケル、１０．０質量％以下のモリブデンおよび５．２質量％以下のバナジウムからなる群から選択される少なくとも一種以上の元素を含み、残部鉄および不純物からなる鋼から構成される鋼部材であり、
前記鋼部材の前記摺動面に垂直な断面において、１２０μｍ×１００μｍの視野を５視野調査した場合に、鉄またはクロムの少なくともいずれか一方と炭素とを含む面積１２．６μｍ２以上７０６．５μｍ２以下の炭化物が５．０％以上の面積率で生成しているとともに、鉄またはクロムの少なくともいずれか一方と炭素とを含み面積が５３０．７μｍ２を超える炭化物が１つ以下生成している、ローラフォロア。
【請求項１０】
前記鋼部材の前記摺動面は、５８ＨＲＣ以上の硬度を有している、請求項８または９に記載のローラフォロア。
【請求項１１】
前記鋼部材は、前記摺動面から厚み５０μｍ以内の領域が５８ＨＲＣ以上の硬度となっている、請求項８〜１０のいずれか１項に記載のローラフォロア。
【請求項１２】
５８ＨＲＣ以上の硬度となっている前記摺動面を含む領域は、高周波焼入により形成されている、請求項１０または１１に記載のローラフォロア。
【請求項１３】
前記軸は、
前記鋼部材であって、軸方向に貫通孔を有する中空形状を有し、
５８ＨＲＣ以上の硬度となっている領域の前記摺動面からの厚みが肉厚の１／３以下である、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載のローラフォロア。
【請求項１４】
前記軸は、
前記鋼部材であって、中実形状を有し、
５８ＨＲＣ以上の硬度となっている領域の前記摺動面からの厚みが、前記摺動面に垂直な断面における半径の１／３以下である、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載のローラフォロア。
【請求項１５】
前記エンジンは、ディーゼルエンジンまたは直噴ガソリンエンジンである、請求項１〜１４のいずれか１項に記載のローラフォロア。
【請求項１６】
ロッカーアームを動作させることにより、エンジンのバルブを開閉するための動弁装置であって、
請求項１〜１５のいずれか１項に記載のローラフォロアと、
前記ローラフォロアを保持する保持部材を備え、
前記ローラフォロアは、前記軸の端部が塑性変形されて形成されたかしめ部により、前記保持部材に対して固定されている、動弁装置。
【請求項１７】
前記かしめ部は、３５ＨＲＣ以下の硬度を有している、請求項１６に記載の動弁装置。
【請求項１８】
前記かしめ部は、前記軸の端部から軸方向に１ｍｍ以上の領域にわたって形成されている、請求項１６または１７に記載の動弁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はローラフォロア、動弁装置、高周波焼入設備、軸部材の熱処理方法、軸の製造方法および軸に関し、より特定的には、エンジンのバルブを開閉するためのロッカーアームとカムとの間に介在し、カムに接触して配置されるローラフォロアおよび当該ローラフォロアを備えた動弁装置、ならびに当該ローラフォロアの軸として使用可能な軸および軸の製造に用いることが可能な高周波焼入設備、軸部材の熱処理方法、軸の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、自動車などのエンジンの吸気バルブや排気バルブは、カムシャフトと一体に回転するカムの回転を伝達し、当該バルブを動作させる動弁装置により開閉される。ここで、摩擦による運動エネルギーの損失および部品の摩耗の発生を抑制する目的で、動弁装置において、カムの外周面に接触し、カムの回転を受ける部位には、滑り軸受または転がり軸受であるローラフォロアが配置される場合がある。そして、このローラフォロアにおいては、ローラフォロアを構成する外輪、内輪（軸）および転動体の表面における損傷の発生が問題となる。
【０００３】
これに対し、外輪、内輪（軸）および転動体の表面の応力状態や硬度の制御、当該表面への窒化などの表面処理の実施、などの対策が提案されている。これにより、ローラフォロアを構成する外輪、内輪（軸）および転動体の表面の耐久性が向上し、ローラフォロアの耐久性を向上させることができる（たとえば特許文献１〜３参照）。
【特許文献１】特開２０００−２３０５４４号公報
【特許文献２】実開平５−３２７０２号公報
【特許文献３】特開２００３−３０７２２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、近年、エンジンの高出力化、高回転化などに伴い、ローラフォロアには、さらなる耐久性の向上が求められている。そして、近年の高い要求特性を考慮すると、上記特許文献１〜３に開示された対策を含め、従来の対策では、ローラフォロアの耐久性を必ずしも十分に向上させることができない。
【０００５】
また、部品点数の低減を目的として、ローラフォロアの軸などの軸は、その端部が塑性加工されることにより当該軸を支持する部材に対して固定される場合がある（かしめ加工）。このような場合、上記耐久性の向上に加えて、軸の端部の十分な加工性を確保する必要がある。
【０００６】
そこで、本発明の一の目的は、耐久性が十分に向上したローラフォロアおよび動弁装置を提供することである。また、本発明の他の目的は、端部の十分な加工性を確保しつつ耐久性が十分向上したローラフォロアの軸として使用可能な軸、ならびに当該軸の製造に用いることが可能な高周波焼入設備、軸部材の熱処理方法および軸の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一の局面におけるローラフォロアは、エンジンのバルブを開閉するためのロッカーアームとカムとの間に介在し、カムに接触して配置されるローラフォロアである。このローラフォロアは、円環状の形状を有する外輪と、外輪の内周面に形成された転走面に、外周面に形成された転走面において対向するように配置された軸と、外周面に形成された転走面において外輪および軸の転走面に接触し、円環状の軌道上に配置された複数の転動体とを備えている。外輪、軸および転動体の少なくともいずれか１つは、０．７質量％以上２．４質量％以下の炭素と、１０．０質量％以上２０．０質量％以下のクロムとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼から構成される鋼部材である。そして、当該鋼部材の転走面に垂直な断面において、１２０μｍ×１００μｍの視野を５視野調査した場合に、鉄またはクロムの少なくともいずれか一方と炭素とを含む面積１２．６μｍ２以上７０６．５μｍ２以下の炭化物が５．０％以上の面積率で生成しているとともに、鉄またはクロムの少なくともいずれか一方と炭素とを含み面積が５３０．７μｍ２を超える炭化物が１つ以下生成している。
【０００８】
また、本発明の他の局面におけるローラフォロアは、エンジンのバルブを開閉するためのロッカーアームとカムとの間に介在し、カムに接触して配置されるローラフォロアである。このローラフォロアは、円環状の形状を有する外輪と、外輪の内周面に形成された転走面に、外周面に形成された転走面において対向するように配置された軸と、外周面に形成された転走面において外輪および軸の転走面に接触し、円環状の軌道上に配置された複数の転動体とを備えている。外輪、軸および転動体の少なくともいずれか１つは、０．７質量％以上２．４質量％以下の炭素と、１０．０質量％以上２０．０質量％以下のクロムとを含有し、さらに３．５質量％以下の珪素、１．２５質量％以下のマンガン、２．５質量％以下のニッケル、１０．０質量％以下のモリブデンおよび５．２質量％以下のバナジウムからなる群から選択される少なくとも一種以上の元素を含み、残部鉄および不純物からなる鋼から構成される鋼部材である。そして、当該鋼部材の転走面に垂直な断面において、１２０μｍ×１００μｍの視野を５視野調査した場合に、鉄またはクロムの少なくともいずれか一方と炭素とを含む面積１２．６μｍ２以上７０６．５μｍ２以下の炭化物が５．０％以上の面積率で生成しているとともに、鉄またはクロムの少なくともいずれか一方と炭素とを含み面積が５３０．７μｍ２を超える炭化物が１つ以下生成している。
【０００９】
本発明者は、ローラフォロアを構成する外輪、軸（内輪）および転動体の表面における損傷の発生原因について詳細な検討を行なった。その結果、以下のような知見が得られた。
【００１０】
すなわち、一般に、ローラフォロアを含め、軸受を構成する外輪、内輪および転動体は、焼入処理されたＪＩＳ規格ＳＵＪ２などの高炭素クロム軸受鋼や浸炭焼入処理されたＪＩＳ規格ＳＣＭ４２０などの浸炭鋼（はだ焼鋼）から構成される場合が多い。そして、外輪および内輪において転動体と接触する表面、または転動体において外輪および内輪と接触する表面である転走面の耐久性を向上させることにより、軸受の耐久性向上が図られる。そのため、転走面においては、亀裂の発生および進展を抑制する目的で圧縮応力を生成させる処理（浸炭または高周波誘導加熱による表面硬化処理など）が実施されるとともに、応力集中源となって亀裂の発生および進展を助長するおそれのある大型の炭化物（鉄やクロムの炭化物）の生成を抑制する対策が講じられる。また、更なる耐久性の向上が必要な場合、転走面における炭化物量を増加させ、転走面の硬度を上昇させる対策が採用される場合もあるが、この場合でも、微細な炭化物を多数形成するとともに、亀裂の発生および進展を助長するおそれのある大型の炭化物の形成は抑制される。
【００１１】
一方、近年のローラフォロアの使用環境では、転走面において、大型の炭化物の形成を抑制して応力集中源を低減するよりもむしろ、大型の炭化物を意図的に形成することにより、軸受の耐久性を向上させることが可能であることが本発明者の検討により明らかとなった。より具体的には、ローラフォロアは、エンジンにおける燃料の燃焼の結果生じるすすの粒子が混入したオイルにより潤滑される。このすすの粒子は、オイルとともに軸受の内部に侵入し、転走面を摩耗させる。そして、当該摩耗による転走面の損傷は、近年のローラフォロアの使用環境では、応力集中源に起因した損傷に比べて短時間で進行する傾向にある。また、ディーゼルエンジンや近年増加の傾向にある直噴ガソリンエンジンにおいては、すすの発生量が特に多く、上記傾向がより顕著である。
【００１２】
つまり、近年のローラフォロアの転走面に発生する損傷においては、応力集中に起因した亀裂の発生等による転走面の損傷よりも、すすの粒子の侵入に起因した摩耗による損傷が支配的となっている。そのため、すすの粒子よりも十分に大きく、かつ高い硬度を有する大型の炭化物を転走面に形成することにより、ローラフォロアの耐久性を向上させることができる。
【００１３】
これに対し、本発明の一の局面および他の局面におけるローラフォロアにおいては、ローラフォロアを構成する外輪、軸および転動体の少なくともいずれか１つが、適切な成分組成を有する鋼部材であり、かつ転走面には面積１２．６μｍ２以上の大型の炭化物が５．０％以上の面積率で生成している。その結果、本発明一の局面および他の局面におけるローラフォロアによれば、すすの粒子の侵入に起因した摩耗による損傷が抑制され、耐久性が十分に向上したローラフォロアを提供することができる。
【００１４】
ここで、炭化物とは、鉄またはクロムの少なくともいずれか一方と炭素とを含む化合物である。また、転走面における炭化物の面積率は、たとえば以下のように調査することができる。まず、ローラフォロアを構成する外輪、軸および転動体を転走面に垂直な断面において切断し、当該断面を研磨する。その後、研磨された断面を、たとえば王水を用いてエッチングした後、転走面を含む１２０μｍ×１００μｍの視野を５視野、ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；走査型電子顕微鏡）により観察し、写真を撮影する。そして、当該写真の画像を、画像解析ソフトを用いて解析し、面積１２．６μｍ２以上の炭化物の面積率を算出する。画像解析ソフトには、たとえば三谷商事株式会社製  ＷｉｎＲＯＯＦを採用することができる。
【００１５】
ここで、当該炭化物の面積が１２．６μｍ２未満では、すすの粒子に対してその大きさが十分ではなく、すすの粒子による転走面の摩耗を有効に抑制することができない。また、１２．６μｍ２以上の大型の炭化物が転走面に存在する場合でも、その面積率が５．０％未満では炭化物同士の距離が大きくなり、すすの粒子による転走面の摩耗を有効に抑制することができない。そのため、転走面には、面積１２．６μｍ２以上の大型の炭化物が５．０％以上の面積率で生成している必要がある。なお、炭化物の面積が７０６．５μｍ２を超えると、ローラフォロアの使用環境においても当該炭化物を応力集中源として亀裂が発生するおそれがある。そのため、面積が７０６．５μｍ２を超える炭化物の形成は抑制されることが望ましく、具体的には上記面積率の算出方法と同様の方法で、１２０μｍ×１００μｍの視野を５視野調査した場合に１つ以下であることが好ましい。さらに、炭化物の面積率が４０％を超えると、転走面の研磨が困難になり、転走面の十分な平滑性を確保することが難しくなる。そのため、炭化物の面積率は４０％以下とすることが好ましい。
【００１６】
また、すすの粒子による転走面の摩耗を一層有効に抑制するためには、炭化物の面積は７８．５μｍ２以上であることが好ましく、当該炭化物が５％以上の面積率で生成していることが望ましい。さらに、炭化物を応力集中源とした亀裂の発生を一層有効に抑制するためには、面積が５３０．７μｍ２を超える炭化物が、上記面積率の算出方法と同様の方法で１２０μｍ×１００μｍの視野を５視野調査した場合に、１つ以下であることが好ましい。
【００１７】
次に、上記外輪、軸および転動体の少なくともいずれか１つである鋼部材を構成する鋼の成分範囲を上述の範囲に限定した理由の詳細について説明する。
【００１８】
炭素：０．７質量％以上２．４質量％以下
鋼部材を構成する鋼において、炭素が０．７質量％未満では、摩耗に対して有効に作用する炭化物の面積率が小さすぎるという問題が発生し得る。一方、炭素が２．４質量％を超えると、応力集中源となる大きな炭化物が生成しすぎるという問題が発生し得る。したがって、炭素は０．７質量％以上２．４質量％以下とする必要がある。なお、上述の問題を一層抑制するためには、炭素は０．９質量％以上であることが好ましく、２質量％以下であることが好ましい。
【００１９】
クロム：１０．０質量％以上２０．０質量％以下
鋼部材を構成する鋼にクロムを添加することにより、大型の炭化物が形成されやすくなる。クロムが１０．０質量％未満では、面積１２．６μｍ２以上の大型の炭化物を十分な面積率で形成することが難しくなる。一方、クロムが２０．０質量％を超えると、応力集中源となる大きな炭化物が生成しすぎるという問題が発生し得る。したがって、クロムは１０．０質量％以上２０．０質量％以下とする必要がある。なお、面積１２．６μｍ２以上の大型の炭化物を十分な面積率で形成することを一層容易にするためには、クロムは１１質量％以上であることが好ましい。一方、応力集中源となる大きな炭化物が生成しすぎるという問題を一層抑制するためには、クロムは１９質量％以下であることが好ましい。
【００２０】
珪素：３．５質量％以下
鋼部材を構成する鋼に珪素を添加することにより、素地の高温硬度の上昇という効果が得られる。しかし、珪素が３．５質量％を超えると、炭素の黒鉛化や冷間鍛造性の悪化という問題が発生し得る。したがって、珪素は３．５質量％以下とすることが好ましい。
【００２１】
マンガン：１．２５質量％以下
鋼部材を構成する鋼にマンガンを添加することにより、焼入性の向上という効果が得られる。しかし、マンガンが１．２５質量％を超えると、地割れや、過度の残留オーステナイト量の増加による硬度低下という問題が発生し得る。したがって、マンガンは１．２５質量％以下とすることが好ましい。
【００２２】
ニッケル：２．５質量％以下
鋼部材を構成する鋼にニッケルを添加することにより、靭性の向上という効果が得られる。しかし、ニッケルが２．５質量％を超えると、炭化物の黒鉛化の助長や、過度の残留オーステナイト量の増加による硬度低下という問題が発生し得る。したがって、ニッケルは２．５質量％以下とすることが好ましい。
【００２３】
モリブデン：１０．０質量％以下
鋼部材を構成する鋼にモリブデンを添加することにより、高温硬度の上昇、耐クリープ強度の向上および耐摩耗性の向上という効果が得られる。しかし、モリブデンが１０．０質量％を超えると、鋼材価格上昇に伴う鋼部材の製造コストの上昇という問題が発生し得る。したがって、モリブデンは１０．０質量％以下とすることが好ましい。
【００２４】
バナジウム：５．２質量％以下
鋼部材を構成する鋼にバナジウムを添加することにより、高温硬度の上昇および耐摩耗性の向上という効果が得られる。しかし、バナジウムが５．２質量％を超えると、鋼材価格上昇に伴う鋼部材の製造コストの上昇という問題が発生し得る。したがって、バナジウムは５．２質量％以下とすることが好ましい。
【００２５】
上記一の局面および他の局面におけるローラフォロアにおいて好ましくは、鋼部材の転走面は５８ＨＲＣ以上の硬度を有している。これにより、転走面における鋼部材の耐摩耗性および転動疲労に対する耐久性が向上し、ローラフォロアの耐久性が一層向上する。
【００２６】
上記一の局面および他の局面におけるローラフォロアにおいて好ましくは、鋼部材は、転走面から厚み５０μｍ以内の領域が５８ＨＲＣ以上の硬度となっている。
【００２７】
鋼部材の転走面に作用する接触面圧が２０００ＭＰａ以下の場合、摩耗により損傷するおそれのある転走面から厚み５０μｍ以内の領域が上記硬度を有していることにより、当該領域の耐摩耗性が向上し、ローラフォロアの耐久性が一層向上する。なお、鋼部材の転走面に作用する接触面圧が２０００ＭＰａを超える場合、転動疲労による損傷が発生するおそれのある領域である転走面から厚み４００μｍ以内の領域が、５８ＨＲＣ以上の硬度となっていることが好ましい。これにより、当該領域の耐摩耗性だけでなく転動疲労に対する耐久性が向上し、ローラフォロアの耐久性が一層向上する。
【００２８】
上記一の局面および他の局面におけるローラフォロアにおいては、上記軸は鋼部材であって、軸方向に貫通孔を有する中空形状を有していてもよい。この場合、５８ＨＲＣ以上の硬度となっている領域の転走面からの厚みが肉厚の１／３以下であることが好ましい。
【００２９】
上記軸が中空形状を有することにより、ローラフォロアを軽量化することができる。そして、５８ＨＲＣ以上の硬度となっている領域を上記厚みとすることにより、転走面に圧縮応力を残留させることが容易となる。その結果、当該圧縮応力により、転走面における亀裂の発生および進展が抑制され、ローラフォロアの耐久性が一層向上する。
【００３０】
上記一の局面および他の局面におけるローラフォロアにおいては、上記軸は鋼部材であって、中実形状を有していてもよい。この場合、５８ＨＲＣ以上の硬度となっている領域の転走面からの厚みが、転走面に垂直な断面における半径の１／３以下であることが好ましい。
【００３１】
上記軸が中実形状を有することにより、ローラフォロアの剛性を向上させることができる。そして、５８ＨＲＣ以上の硬度となっている領域を上記厚みとすることにより、転走面に圧縮応力を残留させることが容易となる。その結果、当該圧縮応力により、転走面における亀裂の発生および進展が抑制され、ローラフォロアの耐久性が一層向上する。
【００３２】
本発明のさらに他の局面におけるローラフォロアは、エンジンのバルブを開閉するためのロッカーアームとカムとの間に介在し、カムに接触して配置されるローラフォロアである。このローラフォロアは、円環状の形状を有する外輪と、外輪の内周面に形成された摺動面に、外周面に形成された摺動面において対向するように配置された軸とを備えている。外輪または軸の少なくともいずれか一方は、０．７質量％以上２．４質量％以下の炭素と、１０．０質量％以上２０．０質量％以下のクロムとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼から構成される鋼部材である。そして、鋼部材の摺動面に垂直な断面において、１２０μｍ×１００μｍの視野を５視野調査した場合に、鉄またはクロムの少なくともいずれか一方と炭素とを含む面積１２．６μｍ２以上７０６．５μｍ２以下の炭化物が５．０％以上の面積率で生成しているとともに、鉄またはクロムの少なくともいずれか一方と炭素とを含み面積が５３０．７μｍ２を超える炭化物が１つ以下生成している。
【００３３】
また、本発明の別の局面におけるローラフォロアは、エンジンのバルブを開閉するためのロッカーアームとカムとの間に介在し、カムに接触して配置されるローラフォロアである。このローラフォロアは、円環状の形状を有する外輪と、外輪の内周面に形成された摺動面に、外周面に形成された摺動面において対向するように配置された軸とを備えている。外輪または軸の少なくともいずれか一方は、０．７質量％以上２．４質量％以下の炭素と、１０．０質量％以上２０．０質量％以下のクロムとを含有し、さらに３．５質量％以下の珪素、１．２５質量％以下のマンガン、２．５質量％以下のニッケル、１０．０質量％以下のモリブデンおよび５．２質量％以下のバナジウムからなる群から選択される少なくとも一種以上の元素を含み、残部鉄および不純物からなる鋼から構成される鋼部材である。そして、鋼部材の摺動面に垂直な断面において、１２０μｍ×１００μｍの視野を５視野調査した場合に、鉄またはクロムの少なくともいずれか一方と炭素とを含む面積１２．６μｍ２以上７０６．５μｍ２以下の炭化物が５．０％以上の面積率で生成しているとともに、鉄またはクロムの少なくともいずれか一方と炭素とを含み面積が５３０．７μｍ２を超える炭化物が１つ以下生成している。
【００３４】
本発明のさらに他の局面および別の局面におけるローラフォロアにおいては、ローラフォロアを構成する外輪および軸の少なくともいずれか一方が、上記本発明の一の局面および他の局面におけるローラフォロアと同様に、適切な成分組成を有する鋼部材であり、かつ上記本発明の一の局面および他の局面における鋼部材の転走面と同様の構成を鋼部材の摺動面が有している。その結果、本発明のさらに他の局面および別の局面におけるローラフォロアによれば、上記本発明の一の局面および他の局面におけるローラフォロアと同様に、すすの粒子の侵入に起因した摩耗による損傷が抑制され、耐久性が十分に向上したローラフォロアを提供することができる。
【００３５】
上記さらに他の局面および別の局面におけるローラフォロアにおいて好ましくは、鋼部材の摺動面は５８ＨＲＣ以上の硬度を有している。これにより、摺動面における鋼部材の耐摩耗性が向上し、ローラフォロアの耐久性が一層向上する。
【００３６】
上記さらに他の局面および別の局面におけるローラフォロアにおいて好ましくは、鋼部材は、摺動面から厚み５０μｍ以内の領域が５８ＨＲＣ以上の硬度となっている。
【００３７】
摩耗により損傷するおそれのある摺動面から厚み５０μｍ以内の領域が上記硬度を有していることにより、当該領域の耐摩耗性が向上し、ローラフォロアの耐久性が一層向上する。
【００３８】
上記さらに他の局面および別の局面におけるローラフォロアにおいては、上記軸は鋼部材であって、軸方向に貫通孔を有する中空形状を有していてもよい。この場合、５８ＨＲＣ以上の硬度となっている領域の摺動面からの厚みが肉厚の１／３以下であることが好ましい。
【００３９】
上記軸が中空形状を有することにより、ローラフォロアを軽量化することができる。そして、５８ＨＲＣ以上の硬度となっている領域を上記厚みとすることにより、摺動面に圧縮応力を残留させることが容易となる。その結果、当該圧縮応力により、摺動面における亀裂の発生および進展が抑制され、ローラフォロアの耐久性が一層向上する。
【００４０】
上記さらに他の局面および別の局面におけるローラフォロアにおいては、上記軸は鋼部材であって、中実形状を有していてもよい。この場合、５８ＨＲＣ以上の硬度となっている領域の摺動面からの厚みが、摺動面に垂直な断面における半径の１／３以下であることが好ましい。
【００４１】
上記軸が中実形状を有することにより、ローラフォロアの剛性を向上させることができる。そして、５８ＨＲＣ以上の硬度となっている領域を上記厚みとすることにより、摺動面に圧縮応力を残留させることが容易となる。その結果、当該圧縮応力により、摺動面における亀裂の発生および進展が抑制され、ローラフォロアの耐久性が一層向上する。
【００４２】
上記ローラフォロアにおいて好ましくは、上記エンジンは、ディーゼルエンジンまたは直噴ガソリンエンジンである。
【００４３】
ディーゼルエンジンや直噴ガソリンエンジンにおいては、すすの発生量が特に多く、ローラフォロアの内部に侵入するすすの粒子の量が多くなる。そのため、ディーゼルエンジンや直噴ガソリンエンジンに用いられるローラフォロアには、すすの粒子の侵入に起因した摩耗による損傷が抑制され、耐久性が十分に向上した上記本発明のローラフォロアが好適である。
【００４４】
本発明に従った動弁装置は、ロッカーアームを動作させることにより、エンジンのバルブを開閉するための動弁装置である。この動弁装置は、上記本発明のローラフォロアと、ローラフォロアを保持する保持部材を備えている。そして、ローラフォロアは、軸の端部が塑性変形されて形成されたかしめ部により、保持部材に対して固定されている。
【００４５】
本発明の動弁装置においては、ローラフォロアに耐久性に優れた上記本発明のローラフォロアを採用するとともに、ローラフォロアの軸が保持部材に対してかしめ固定されることにより、部品点数を低減しつつ、ローラフォロアを保持部材に対して強固に固定可能となっている。その結果、本発明の動弁装置によれば、製造コストを低減しつつ、耐久性に優れた動弁装置を提供することができる。
【００４６】
上記動弁装置において好ましくは、上記かしめ部は、３５ＨＲＣ以下の硬度を有している。
【００４７】
かしめ部の硬度が３５ＨＲＣ以下であることにより、当該かしめ部がかしめ加工時に十分変形可能であり、ローラフォロアの軸と保持部材とを一層強固に固定することができる。なお、かしめ部の硬度が１０ＨＲＣ未満である場合、当該かしめ部の強度が不十分となるおそれがある。そのため、かしめ部の硬度は１０ＨＲＣ以上であることが好ましい。
【００４８】
上記動弁装置において好ましくは、上記かしめ部は、軸の端部から軸方向に１ｍｍ以上の領域にわたって形成されている。これにより、ローラフォロアの軸と保持部材とを一層強固に固定することができる。
【００４９】
本発明に従った高周波焼入設備は、鋼から構成される軸部材の高周波焼入設備である。この高周波焼入設備は、電源部と、電源部に接続されたコイルと、コイルの軸方向端部側に配置された保持部材とを備えている。そして、保持部材は、軸部材の端面を保持する端面保持部と、当該端面保持部からコイルに近づく側に突出し、軸部材の外周面を保持する外周面保持部とを含んでいる。
【００５０】
上述のように、ローラフォロアの部品点数の低減を目的として、ローラフォロアの軸は、その端部がかしめ加工される場合がある。このような場合、当該軸の外周面において、ころまたはローラリング（外輪）と接触する領域（軸転走面または軸摺動面）は、十分な耐久性を確保すべく高い硬度を有するように焼入硬化されている必要がある。一方、軸転走面または軸摺動面が焼入硬化される際、かしめ加工されるべき軸部材の端部が同時に焼入硬化されると、当該端部の加工性が低下し、かしめ加工が困難となる。そして、かしめ加工を可能とするためには、当該端部のみを再度焼戻処理するなどの煩雑なプロセスが必要となる。したがって、これを回避するため、かしめ加工されるべき軸部材の端部は、軸転走面または軸摺動面が焼入硬化される際に焼入硬化されないようにすることが望ましい。
【００５１】
本発明の高周波焼入設備は、コイルの軸方向端部側に配置された保持部材を備え、当該保持部材は端面保持部と外周面保持部とを含んでいる。そのため、ローラフォロアの軸となるべき軸部材の外周面がコイルの内周面に対向するとともに、当該軸部材の端面および端面に連なる外周面の端部領域と保持部材とが接触するように軸部材を配置することができる。そして、この状態でコイルに高周波電流を通電することにより、軸転走面または軸摺動面となるべき軸部材の外周面の領域が焼入硬化可能なＡ１変態点（ＡＣ１変態点）以上の温度に誘導加熱されるとともに、軸部材の端面および端面に連なる外周面の端部領域の熱は保持部材へと流出し、焼入可能な温度未満に維持される。その結果、上記加熱後に軸部材を急冷することにより、軸転走面または軸摺動面となるべき領域が焼入硬化されて十分な耐久性を付与されるとともに、かしめ加工されるべき端部の領域は焼入硬化されることなく、かしめ加工可能な硬度に維持される。以上のように、本発明の高周波焼入設備によれば、端部の十分な加工性を確保しつつ耐久性が十分向上したローラフォロアの軸を製造することが可能な高周波焼入設備を提供することができる。
【００５２】
なお、保持部材は軸部材の端部から効率よく熱を流出させる観点から熱伝導率の高い素材からなっていることが好ましく、たとえばオーステナイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ３０３などの比較的融点が高い非磁性金属材料、熱伝導が良く熱衝撃に強いセラミック材料などからなるものとすることができる。
【００５３】
上記高周波焼入設備において好ましくは、外周面保持部は、軸部材の外周面と全周にわたって接触するように軸部材の外周面を保持するよう、構成されている。これにより、保持部材と接触する軸部材の外周面の全周から熱を効率よく保持部材に放出することが可能となるため、より確実に軸部材の端部をかしめ加工可能な硬度に維持することが可能となる。
【００５４】
上記高周波焼入設備において好ましくは、上記コイルは、コイルを軸方向に貫通する中空部を有している。そして、当該中空部には、軸方向の両端から離れた領域に、軸方向の両端に比べて軸方向に垂直な断面積が大きい領域である拡径部が形成されている。
【００５５】
上述のように、軸部材の端部と保持部材とが接触する態様で誘導加熱を実施した場合、焼入硬化されるべき軸部材の外周面のうち、軸方向中央部に比べて端部に近い領域の加熱温度が相対的に低くなる現象（加熱ムラ）が発生しやすくなる。これに対し、上記構成を採用することにより、軸部材の外周面のうち軸方向中央部が拡径部に対向するように軸部材を配置して誘導加熱を行なうことにより、端部に近い領域に比べて軸方向中央部とコイルとの距離が大きくなるため、上記加熱ムラの発生を抑制することができる。
【００５６】
本発明の一の局面における軸部材の熱処理方法は、軸部材を準備する工程と、軸部材を焼入硬化する工程とを備えている。軸部材を準備する工程では、０．７質量％以上２．４質量％以下の炭素と、１０．０質量％以上２０．０質量％以下のクロムとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼から構成される軸部材が準備される。軸部材を焼入硬化する工程では、電源に接続されたコイルの内周面に軸部材の外周面が対向するように軸部材を保持部材により保持しつつ、電源からコイルに交流電流を供給することにより軸部材を誘導加熱した後、軸部材を冷却することにより、軸部材を焼入硬化する。そして、軸部材を焼入硬化する工程では、軸部材の端面および端面に連なる外周面の領域である外周面端部領域が、保持部材と接触した状態で誘導加熱される。
【００５７】
また、本発明の他の局面における軸部材の熱処理方法は、軸部材を準備する工程と、軸部材を焼入硬化する工程とを備えている。軸部材を準備する工程では、０．７質量％以上２．４質量％以下の炭素と、１０．０質量％以上２０．０質量％以下のクロムとを含有し、さらに３．５質量％以下の珪素、１．２５質量％以下のマンガン、２．５質量％以下のニッケル、１０．０質量％以下のモリブデンおよび５．２質量％以下のバナジウムからなる群から選択される少なくとも一種以上の元素を含み、残部鉄および不純物からなる鋼から構成される軸部材が準備される。軸部材を焼入硬化する工程では、電源に接続されたコイルの内周面に軸部材の外周面が対向するように軸部材を保持部材により保持しつつ、電源からコイルに交流電流を供給することにより軸部材を誘導加熱した後、軸部材を冷却することにより、軸部材を焼入硬化する。そして、軸部材を焼入硬化する工程では、軸部材の端面および端面に連なる外周面の領域である外周面端部領域が、保持部材と接触した状態で誘導加熱される。
【００５８】
上述のように、すすの粒子の侵入に起因した摩耗による損傷を抑制し、耐久性が十分に向上した軸を製造するためには、適切な成分組成を有する上記鋼からなる軸部材を準備した上で、転走面または摺動面となるべき外周面の領域を十分に焼入硬化する必要がある。一方、上述のように端部のかしめ加工が実施される場合、かしめ加工されるべき軸部材の端部は、軸転走面または軸摺動面が焼入硬化される際に焼入硬化されないようにすることが望ましい。
【００５９】
本発明の一の局面および他の局面における軸部材の熱処理方法においては、軸部材を準備する工程において、適切な成分組成を有する上記鋼からなる軸部材が準備される。そして、軸部材を焼入硬化する工程では、軸部材の端面および端面に連なる外周面の領域である外周面端部領域が、保持部材と接触した状態で誘導加熱される。そのため、軸転走面または軸摺動面となるべき軸部材の外周面の領域が焼入硬化可能な温度に誘導加熱されるとともに、軸部材の端面および端面に連なる外周面の端部領域の熱は保持部材へと流出し、焼入可能な温度未満に維持される。その結果、上記加熱後に軸部材を急冷することにより、軸転走面または軸摺動面となるべき領域が焼入硬化されて十分な耐久性を付与されるとともに、かしめ加工されるべき端部の領域は焼入硬化されることなく、かしめ加工可能な硬度に維持される。以上のように、本発明の軸部材の熱処理方法によれば、端部の十分な加工性を確保しつつ、転走面または摺動面となるべき外周面の領域の硬度を十分向上させることが可能な軸部材の熱処理方法を提供することができる。
【００６０】
上記軸部材の熱処理方法において好ましくは、軸部材を焼入硬化する工程では、外周面端部領域が全周にわたって保持部材と接触した状態で誘導加熱される。これにより、保持部材と接触する軸部材の外周面の全周から熱を効率よく保持部材に放出することが可能となるため、より確実に軸部材の端部をかしめ加工可能な硬度に維持することが可能となる。
【００６１】
上記軸部材の熱処理方法において好ましくは、上記コイルは、コイルを軸方向に貫通する中空部を有している。当該中空部には、軸方向の両端から離れた領域に、軸方向の両端に比べて軸方向に垂直な断面積が大きい領域である拡径部が形成されている。そして、軸部材を焼入硬化する工程では、軸部材の外周面の軸方向両端から離れた領域が、拡径部と対向するように保持部材に保持されつつ誘導加熱される。
【００６２】
上述のように、軸部材の端部と保持部材とが接触する態様で誘導加熱を実施した場合、焼入硬化されるべき軸部材の外周面のうち、軸方向中央部に比べて端部に近い領域の加熱温度が相対的に低くなる現象（加熱ムラ）が発生しやすくなる。これに対し、上記構成を採用することにより、端部に近い領域に比べて軸方向中央部とコイルとの距離が大きくなるため、上記加熱ムラの発生を抑制することができる。
【００６３】
上記軸部材の熱処理方法において好ましくは、軸部材を焼入硬化する工程は２回以上繰り返して実施される。本発明において採用される成分組成を有する鋼は、１回の焼入硬化のみでは十分に硬化しない場合がある。これに対し、軸部材を焼入硬化する工程を２回以上繰り返して実施することにより、より確実に軸部材のうち転走面または摺動面となるべき領域を十分に焼入硬化することができる。
【００６４】
本発明に従った軸の製造方法は、軸部材を準備して焼入硬化する工程と、焼入硬化された軸部材の軸方向端部を塑性加工することにより、軸部材とは異なる他の部材に対して当該軸部材を固定する工程とを備えている。そして、軸部材を準備して焼入硬化する工程は、上記本発明の軸部材の熱処理方法を用いて実施される。
【００６５】
端部の十分な加工性を確保しつつ、転走面または摺動面となるべき外周面の領域の硬度を十分向上させることが可能な本発明の軸部材の熱処理方法を採用することにより、本発明の軸の製造方法によれば、端部の十分な加工性を確保しつつ耐久性が十分向上した軸を製造することができる。
【００６６】
上記本発明の軸の製造方法において好ましくは、軸部材を準備して焼入硬化する工程では、軸部材を固定する工程において塑性加工される前の焼入硬化された軸部材の軸方向における所望の寸法に比べて、軸方向の長さが大きい軸部材が準備される。
【００６７】
上記本発明の軸部材の熱処理方法を採用した軸の製造方法では、焼入硬化によって軸部材が軸方向に収縮する傾向にある。これに対し、上記構成を採用することで、より所望の寸法に近い焼入硬化された軸部材を作製し、これを他の部材に対して固定することが可能となる。
【００６８】
本発明に従った軸は、上記本発明の軸の製造方法により製造されている。これにより、端部の十分な加工性を確保しつつ耐久性が十分向上した軸を提供することができる。
【００６９】
上記軸は、エンジンのバルブを開閉するためのロッカーアームとカムとの間に介在し、カムに接触して配置されるローラフォロアの軸として用いられてもよい。これにより、端部の十分な加工性を確保しつつ耐久性が十分向上したローラフォロアの軸を提供することができる。
【発明の効果】
【００７０】
以上の説明から明らかなように、本発明のローラフォロアおよび動弁装置によれば、耐久性が十分に向上したローラフォロアおよび動弁装置を提供することができる。また、本発明の軸、ならびに高周波焼入設備、軸部材の熱処理方法および軸の製造方法によれば、端部の十分な加工性を確保しつつ耐久性が十分向上したローラフォロアの軸として使用可能な軸、ならびに当該軸を製造することが可能な高周波焼入設備、軸部材の熱処理方法および軸の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７１】
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。
【００７２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の一実施の形態である実施の形態１におけるローラフォロアを備えた動弁装置の構成を示す概略図である。また、図２は、図１の線分ＩＩ−ＩＩに沿う概略断面図である。また、図３は、図２のローラ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１〜図３を参照して、実施の形態１におけるローラフォロアを備えた動弁装置について説明する。
【００７３】
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ローラフォロア１と、ローラフォロア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、ローラフォロア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に形成された貫通孔２Ｄに挿入され、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エ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。
【００７４】
図１および図２を参照して、ローラフォロア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の間に配置される転動体としての複数のころ１３とを含んでいる。ロッカーアーム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の向きに力を受けている。そのため、ローラフォロア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、ローラフォロア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。
【００７５】
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孔２１Ａが形成されている。そして、１対の側壁２１の両方の貫通孔２１Ａを貫通するようにローラフォロア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１１Ａ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。
【００７６】
さらに、図３を参照して、貫通孔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、３５ＨＲＣ以下の硬度を有するかしめ部としての低硬度領域１２Ｃとなっており、塑性加工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。また、低硬度領域１２Ｃは、軸１２の端部から軸方向に１ｍｍ以上の領域にわたって形成されている。
【００７７】
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とローラフォロア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。
【００７８】
ここで、図１〜図３を参照して、本実施の形態におけるローラフォロア１は、エンジンのバルブ６を開閉するためのロッカーアーム２とカム５との間に介在し、カム５に接触して配置されるローラフォロアである。このローラフォロア１は、円環状の形状を有する外輪としてのローラ１１と、ローラ１１の内周面に形成されたローラ転走面１１Ａに、外周面に形成された軸転走面１２Ａにおいて対向するように配置された軸１２と、外周面に形成されたころ転走面１３Ａにおいてローラ１１および軸１２の転走面であるローラ転走面１１Ａおよび軸転走面１２Ａに接触し、円環状の軌道上に配置された複数の転動体としてのころ１３とを備えている。
【００７９】
そして、ローラ１１、軸１２およびころ１３の少なくとも軸１２、好ましくはローラ１１、軸１２およびころ１３の全ては、０．７質量％以上２．４質量％以下の炭素と、１０．０質量％以上２０．０質量％以下のクロムとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼、または０．７質量％以上２．４質量％以下の炭素と、１０．０質量％以上２０．０質量％以下のクロムとを含有し、さらに３．５質量％以下の珪素、１．２５質量％以下のマンガン、２．５質量％以下のニッケル、１０．０質量％以下のモリブデンおよび５．２質量％以下のバナジウムからなる群から選択される少なくとも一種以上の元素を含み、残部鉄および不純物からなる鋼、たとえばＪＩＳ規格ＳＵＳ４４０Ｃ、ＳＫＤ１１などから構成される鋼部材である。さらに、当該鋼部材の転走面（ローラ転走面１１Ａ、軸転走面１２Ａおよびころ転走面１３Ａ）には、鉄またはクロムの少なくともいずれか一方と炭素とを含む面積１２．６μｍ２以上の炭化物が５．０％以上の面積率で生成している。
【００８０】
また、本実施の形態における動弁装置１０は、ロッカーアーム２を動作させることにより、エンジンのバルブ６を開閉するための動弁装置である。この動弁装置１０は、本実施の形態におけるローラフォロア１と、ローラフォロア１を保持する保持部材としてのロッカーアーム２とを備えている。そして、ローラフォロア１は、軸１２の端部が塑性変形されて形成されたかしめ部としての低硬度領域１２Ｃにより、ロッカーアーム２に対して固定されている。
【００８１】
本実施の形態におけるローラフォロア１においては、ローラフォロア１を構成するローラ１１、軸１２およびころ１３の少なくともいずれか１つが、上記適切な成分組成を有する鋼部材であり、かつ転走面（ローラ転走面１１Ａ、軸転走面１２Ａおよびころ転走面１３Ａ）には面積１２．６μｍ２以上の大型の炭化物が５．０％以上の面積率で生成している。その結果、本実施の形態におけるローラフォロア１は、すすの粒子の侵入に起因した摩耗による損傷が抑制され、耐久性が十分に向上したローラフォロアとなっている。また、本実施の形態の動弁装置１０においては、ローラフォロアに耐久性に優れたローラフォロア１を採用するとともに、ローラフォロア１の軸１２がロッカーアーム２に対してかしめ固定されている。そのため、部品点数が低減されつつ、ローラフォロア１がロッカーアーム２に対して強固に固定されている。その結果、本実施の形態における動弁装置１０は、製造コストが低減されつつ、耐久性に優れた動弁装置となっている。
【００８２】
また、本実施の形態における動弁装置１０においては、軸１２の端部から軸方向に１ｍｍ以上の領域にわたって形成されたかしめ部としての低硬度領域１２Ｃが、３５ＨＲＣ以下の硬度を有しているため、ローラフォロア１の軸１２とロッカーアーム２とが強固に固定されている。
【００８３】
ここで、本実施の形態のローラフォロア１においては、ローラ１１、軸１２およびころ１３の少なくともいずれか１つが鋼部材であって、当該鋼部材の転走面（ローラ転走面１１Ａ、軸転走面１２Ａおよびころ転走面１３Ａ）は、５８ＨＲＣ以上の硬度を有していることが好ましい。これにより、転走面（ローラ転走面１１Ａ、軸転走面１２Ａおよびころ転走面１３Ａ）における鋼部材の耐摩耗性および転動疲労に対する耐久性が向上し、ローラフォロア１の耐久性が一層向上する。
【００８４】
また、ローラ１１、軸１２およびころ１３の少なくともいずれか１つは、転走面（ローラ転走面１１Ａ、軸転走面１２Ａおよびころ転走面１３Ａ）から厚み５０μｍ以内の領域（ローラ転走部１１Ｂ、軸転走部１２Ｂおよびころ転走部１３Ｂ）が５８ＨＲＣ以上の硬度となっていることが好ましい。これにより、当該領域の耐摩耗性が向上し、ローラフォロア１の耐久性が一層向上する。
【００８５】
さらに、本実施の形態におけるローラフォロア１の軸１２は鋼部材であって、軸方向に貫通孔を有する中空形状を有している。ここで、５８ＨＲＣ以上の硬度となっている領域の軸転走面１２Ａからの厚みは、肉厚の１／３以下であることが好ましい。これにより、軸転走面１２Ａに圧縮応力を残留させることが容易となり、軸転走面１２Ａにおける亀裂の発生および進展が抑制され、ローラフォロア１の耐久性が一層向上する。
【００８６】
また、本実施の形態におけるローラフォロア１および動弁装置１０が採用されるエンジンは、ディーゼルエンジンまたは直噴ガソリンエンジンであることが好ましい。すすの粒子の侵入に起因した摩耗による損傷が抑制され、耐久性が十分に向上した本実施の形態におけるローラフォロア１およびこれを備えた動弁装置１０は、ローラフォロアの内部に侵入するすすの粒子の量が多くなるディーゼルエンジンや直噴ガソリンエンジンへの採用に好適である。
【００８７】
次に、実施の形態１におけるローラフォロア１および動弁装置１０の製造方法について説明する。図４は、実施の形態１におけるローラフォロアの製造方法のうち、軸の製造方法の概略を示すフローチャートである。また、図５は、軸の製造方法に含まれる熱処理工程の詳細を説明するための図である。また、図６は、実施の形態１におけるローラフォロアの製造方法のうち、ローラおよびころの製造方法の概略を示すフローチャートである。また、図７は、ローラおよびころの製造方法に含まれる熱処理工程の詳細を説明するための図である。図５および図７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および図７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いことを示している。
【００８８】
まず、ローラフォロアの製造方法のうち、軸の製造方法について説明する。図４を参照して、実施の形態１におけるローラフォロア１の製造方法のうち、軸１２の製造方法においては、まず、工程（Ｓ１１０）として、成形部材準備工程が実施される。具体的には、ＪＩＳ規格ＳＵＳ４４０Ｃ、ＳＫＤ１１などの鋼材に対して鍛造、旋削などの加工が実施されて、軸１２の概略形状を有する成形部材が準備される。
【００８９】
次に、図４を参照して、工程（Ｓ１２０）〜（Ｓ１６０）として、熱処理工程を構成する高周波焼入工程、第１焼戻工程、サブゼロ工程、第２焼戻工程および低温窒化工程が順次実施される。この熱処理工程の詳細については、後述する。
【００９０】
次に、工程（Ｓ１７０）として仕上げ工程が実施される。具体的には、上記熱処理工程において熱処理された成形部材の転走面（軸転走面１２Ａ）の仕上げ加工などが実施される。これにより、実施の形態１におけるローラフォロア１を構成する軸１２が完成する。
【００９１】
次に、実施の形態１における軸１２の製造方法に含まれる熱処理工程について説明する。
【００９２】
図４および図５を参照して、まず工程（Ｓ１２０）として実施される高周波焼入工程では、工程（Ｓ１１０）において準備された成形部材の外周面を含む表層部が高周波電流を利用した誘導加熱により、Ａ１変態点以上の温度である温度Ｔ１に加熱された後、ＭＳ点以下の温度に水冷される。これにより、成形部材の表層部のうち、軸転走部１２Ｂとなるべき領域（図３参照）が焼入硬化される（高周波焼入）。このとき、焼入硬化される表層部の厚み、すなわち誘導加熱によりＡ１変態点以上の温度である温度Ｔ１に加熱される表層部の厚みは、成形部材の肉厚の１／３以下とされる。これにより、成形部材の表面近傍に圧縮応力が形成される。また、成形部材の軸方向両端から少なくとも１ｍｍ以内の領域は、誘導加熱によりＡ１変態点以上の温度である温度Ｔ１に加熱される領域から除外される。これにより、かしめ部としての低硬度領域１２Ｃとなるべき領域（図３参照）が確保される。さらに、温度Ｔ１は、たとえば成形部材を構成する鋼がＪＩＳ規格ＳＵＳ４４０ＣやＳＫＤ１１である場合、１０５０℃以上１２００℃以下とすることができる。
【００９３】
ここで、Ａ１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、Ｍｓ点とはオーステナイト化した鋼が冷却される際に、マルテンサイト化を開始する温度に相当する点をいう。
【００９４】
次に、工程（Ｓ１３０）として、焼入処理が実施された成形部材に対し、焼戻処理を行なう第１焼戻工程が実施される。具体的には、成形部材がたとえば大気中（空気中）においてＡ１変態点未満の温度である温度Ｔ２に加熱され、時間ｔ２の間保持された後、冷却されることにより焼戻処理される。ここで、温度Ｔ２は、たとえば成形部材を構成する鋼がＪＩＳ規格ＳＵＳ４４０ＣやＳＫＤ１１である場合、１５０℃以上２００℃以下、時間ｔ２は６０分間以上１８０分間以下とすることができる。これにより、成形部材のひずみが抑制される等の効果が得られる。
【００９５】
次に、工程（Ｓ１４０）として、第１焼戻工程が実施された成形部材に対し、サブゼロ処理を行なうサブゼロ工程が実施される。具体的には、成形部材が、たとえば液体窒素を噴霧されることにより０℃未満の温度である温度Ｔ３に冷却され、時間ｔ３の間保持される。ここで、温度Ｔ３は、たとえば成形部材を構成する鋼がＪＩＳ規格ＳＵＳ４４０ＣやＳＫＤ１１である場合、−２００℃以上−３０℃以下、時間ｔ３は６０分間以上１８０分間以下とすることができる。これにより、成形部材の焼入処理により生成した残留オーステナイトがマルテンサイトに変態し、鋼の組織が安定化するとともに硬度が上昇する等の効果が得られる。
【００９６】
次に、工程（Ｓ１５０）として、サブゼロ工程が実施された成形部材に対し、焼戻処理を行なう第２焼戻工程が実施される。具体的には、成形部材がたとえば大気中（空気中）においてＡ１変態点未満の温度である温度Ｔ４に加熱され、時間ｔ４の間保持された後、冷却されることにより成形部材が焼戻処理される。ここで、温度Ｔ４は、たとえば成形部材を構成する鋼がＪＩＳ規格ＳＵＳ４４０ＣやＳＫＤ１１である場合、１５０℃以上２００℃以下、時間ｔ４は６０分間以上１８０分間以下とすることができる。これにより、成形部材のひずみが抑制される等の効果が得られる。
【００９７】
そして、工程（Ｓ１６０）として、第２焼戻工程が実施された成形部材に対し、低温窒化処理を行なう低温窒化工程が実施される。具体的には、成形部材が５５０℃以下の温度である温度Ｔ５に加熱され、その外周面を含む表層領域がイオン窒化、ガス窒化、塩浴窒化などにより時間ｔ５の間窒化処理される。これにより、成形部材のうち、軸転走面１２Ａとなるべき領域（図３参照）の硬度がさらに上昇する。以上の手順により、実施の形態１における軸１２の製造方法に含まれる熱処理工程は完了する。
【００９８】
次に、ローラフォロアの製造方法のうち、ローラおよびころの製造方法について説明する。図６および図７を参照して、ローラおよびころの製造方法は、図４および図５に基づいて説明した上述の軸の製造方法と基本的には同様に実施することが可能であり、ローラおよびころの製造方法における成形部材準備工程、焼入工程、第１焼戻工程、サブゼロ工程、第２焼戻工程、低温窒化工程および仕上げ工程（工程（Ｓ２１０）〜（Ｓ２７０））は、軸の製造工程における工程（Ｓ１１０）〜（Ｓ１７０）にそれぞれ対応する。しかし、ローラおよびころの製造方法においては、熱処理工程のうち焼入工程（工程（Ｓ２２０））において、成形部材の表層部のみが焼入硬化されるのではなく、成形部材全体が焼入硬化される点で、軸の製造方法とは異なっている。
【００９９】
すなわち、図６および図７を参照して、ローラおよびころの製造方法に含まれる熱処理工程の焼入工程（工程（Ｓ２２０））においては、工程（Ｓ２１０）において準備されたＪＩＳ規格ＳＵＳ４４０ＣやＳＫＤ１１などの鋼からなる成形部材全体が焼入硬化される焼入工程が実施される。具体的には、成形部材がたとえば真空炉中に挿入され、減圧雰囲気下（真空中）でＡ１変態点以上の温度である温度Ｔ６に加熱され、時間ｔ６の間保持された後、ＭＳ点以下の温度に冷却される。ここで、温度Ｔ６は、たとえば成形部材を構成する鋼がＪＩＳ規格ＳＵＳ４４０ＣやＳＫＤ１１である場合、１０００℃以上１１００℃以下、時間ｔ６は１５分間以上６０分間以下とすることができる。これにより、成形部材のローラ転走部１１Ｂおよびころ転走部１３Ｂとなるべき領域（図３参照）を含む成形部材全体が焼入硬化される。ここで、成形部材の加熱には、上述のように雰囲気を制御可能な雰囲気炉（真空炉を含む）による加熱を採用してもよいし、誘導加熱炉を用いた加熱を採用してもよい。
【０１００】
その後、ローラおよびころの熱処理工程においては、工程（Ｓ２３０）〜（２６０）が、軸の熱処理工程における工程（Ｓ１３０）〜（Ｓ１６０）と同様にされる。このとき、温度Ｔ７〜Ｔ１０および時間ｔ７〜ｔ１０は、それぞれ軸の熱処理工程における温度Ｔ２〜Ｔ５および時間ｔ２〜ｔ５と同様の条件を採用することができる。そして、工程（Ｓ２７０）として、熱処理工程において熱処理された成形部材の転走面（ローラ転走面１１Ａ、ころ転走面１３Ａ）の仕上げ加工などが実施される仕上げ工程が実施される。これにより、実施の形態１におけるローラフォロア１を構成するローラ１１およびころ１３が完成する。
【０１０１】
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８は、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。
【０１０２】
図８を参照して、当該動弁装置１０の製造方法は、ローラフォロア１を製造するローラ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、ローラフォロア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、ローラ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。
【０１０３】
ここで、ローラフォロア製造工程においては、図４〜図７に基づいて説明したローラフォロアの製造方法により、ローラ１１、軸１２およびころ１３が製造される。
【０１０４】
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、保持部材製造工程において製造されたロッカーアーム２に対して固定されて、ローラフォロア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とローラ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がロッカーアーム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孔２１Ａを同時に貫通し、かつ軸転走面１２Ａが複数のころ１３に接触するように、軸１２が挿入される。そして、軸１２の両端部である低硬度領域１２Ｃが塑性加工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、ローラフォロア１がロッカーアーム２に取り付けられる。
【０１０５】
そして、組立て工程において、ローラフォロア１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などとが組み合わされて、動弁装置１０が完成する。
【０１０６】
なお、上記実施の形態１では、ローラ１１、軸１２およびころ１３の製造方法の熱処理工程において、サブゼロ工程および低温窒化工程が実施される場合について説明したが、ローラフォロアの使用環境等を考慮してこれらを実施しなくても十分な特性が得られる場合、製造コストを低減する目的でこれらを省略してもよい。ここで、サブゼロ工程を省略する場合、同時に第２焼戻工程を省略することができる。また、上記実施の形態１では、軸１２の製造方法の熱処理工程において、工程（Ｓ１２０）〜（Ｓ１６０）の手順が採用される場合について説明したが、これに代えて工程（Ｓ２２０）〜（Ｓ２６０）と同様の手順を採用し、さらに軸１２の両端部を軟化させる端部軟化工程を実施してもよい。端部軟化工程は、たとえば工程（Ｓ２６０）が完了した軸１２（成形部材）の両端部を、誘導加熱によりＡ１変態点以下の温度に加熱することにより実施することができる。
【０１０７】
（実施の形態２）
次に、本発明の一実施の形態である実施の形態２について説明する。図９は、実施の形態２における動弁装置のローラフォロア付近を拡大して示した概略部分断面図である。
【０１０８】
図１〜３および図９を参照して、実施の形態２における動弁装置１０およびローラフォロア１は、基本的には実施の形態１の動弁装置１０およびローラフォロア１と同様の構成を有し、同様に動作するとともに、同様の効果を奏する。しかし、ローラフォロア１の軸１２とロッカーアーム２とが固定される領域の構成において、実施の形態２における動弁装置１０およびローラフォロア１は、実施の形態１とは異なっている。
【０１０９】
すなわち、図９を参照して、ロッカーアームの１対の側壁２１に形成された貫通孔２１Ａには、実施の形態１の場合とは異なり、テーパー部２１Ｂは形成されておらず、軸１２の軸方向に垂直な断面における直径は一定となっている。また、軸１２の両端部は、実施の形態１とは異なり、低硬度領域１２Ｃを有さず、軸１２全体が一様な硬度を有している。
【０１１０】
また、実施の形態２における動弁装置１０およびローラフォロア１は、基本的には実施の形態１と同様に製造することができる。しかし、軸１２の製造方法の熱処理工程、および動弁装置の製造方法の取り付け工程において、実施の形態２の動弁装置１０およびローラフォロア１の製造方法は、実施の形態１とは異なっている。
【０１１１】
すなわち、実施の形態２における軸１２の製造方法の熱処理工程は、図４〜図７を参照して、実施の形態１における工程（Ｓ１２０）〜（Ｓ１６０）に代えて、工程（Ｓ２２０）〜（Ｓ２６０）と同様の手順で実施することができる。つまり、実施の形態２においては、軸１２の両端部に低硬度領域１２Ｃを形成する必要がないため、工程（Ｓ２２０）〜（Ｓ２６０）と同様の手順で熱処理工程を実施することにより、軸１２を作製することができる。
【０１１２】
さらに、動弁装置の製造方法の取り付け工程においては、実施の形態１の場合と同様に、まずローラ１１とローラ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がロッカーアーム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孔２１Ａを同時に貫通し、かつ軸転走面１２Ａが複数のころ１３に接触するように、軸１２が圧入される。ここで、軸１２が貫通孔２１Ａに圧入されることにより、軸１２がロッカーアーム２に対して固定されるため、実施の形態１の場合と異なり、軸１２の両端をかしめ加工する工程は省略することができる。
【０１１３】
（実施の形態３）
次に、本発明の一実施の形態である実施の形態３について説明する。図１０は、実施の形態３における動弁装置のローラフォロア付近を拡大して示した概略部分断面図である。
【０１１４】
図１〜３および図１０を参照して、実施の形態３における動弁装置１０およびローラフォロア１は、基本的には実施の形態１の動弁装置１０およびローラフォロア１と同様の構成を有し、同様に動作するとともに、同様の効果を奏する。しかし、ローラフォロア１の軸１２とロッカーアーム２とが固定される領域の構成において、実施の形態３における動弁装置１０およびローラフォロア１は、実施の形態１とは異なっている。
【０１１５】
すなわち、図１０を参照して、ロッカーアーム２の１対の側壁２１に形成された貫通孔２１Ａには、実施の形態１の場合とは異なり、テーパー部２１Ｂは形成されておらず、これに代えて貫通孔２１Ａの直径方向中心向きに突出する突出部２１Ｃが形成されている。また、軸１２の端面１２Ｄと上記突出部２１Ｃとが接触することにより、軸１２はロッカーアーム２に対して固定されている。
【０１１６】
また、実施の形態３における動弁装置１０およびローラフォロア１は、基本的には実施の形態１と同様に製造することができる。しかし、軸１２の製造方法の熱処理工程、および動弁装置の製造方法の取り付け工程において、実施の形態３の動弁装置１０およびローラフォロア１の製造方法は、実施の形態１とは異なっている。
【０１１７】
すなわち、実施の形態３における軸１２の製造方法の熱処理工程は、図４〜図７を参照して、実施の形態１における工程（Ｓ１２０）〜（Ｓ１６０）に代えて、工程（Ｓ２２０）〜（Ｓ２６０）と同様の手順で実施することができる。つまり、実施の形態３においては、軸１２の両端部に低硬度領域１２Ｃを形成する必要がないため、工程（Ｓ２２０）〜（Ｓ２６０）と同様の手順で熱処理工程を実施することにより、軸１２を作製することができる。
【０１１８】
さらに、動弁装置の製造方法の取り付け工程においては、実施の形態１の場合と同様に、まずローラ１１とローラ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がロッカーアーム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孔２１Ａを同時に貫通し、かつ軸転走面１２Ａが複数のころ１３に接触するように、軸１２が挿入される。そして、貫通孔２１Ａの外側の端部（一方の側壁２１から見て、他方の側壁２１とは反対側の貫通孔２１Ａの開口部）が、当該貫通孔２１Ａの断面積が小さくなるように塑性変形されることにより、突出部２１Ｃが形成され、当該突出部２１Ｃと軸１２の端面１２Ｄとを接触させることにより、軸１２をロッカーアーム２に対して固定する。
【０１１９】
（実施の形態４）
次に、本発明の一実施の形態である実施の形態４について説明する。図１１は、実施の形態４における動弁装置のローラフォロア付近を拡大して示した概略部分断面図である。また、図１２は、動弁装置のローラフォロア付近を拡大して示した概略斜視図である。
【０１２０】
図１〜３、図１１および図１２を参照して、実施の形態４における動弁装置１０およびローラフォロア１は、基本的には実施の形態１の動弁装置１０およびローラフォロア１と同様の構成を有し、同様に動作するとともに、同様の効果を奏する。しかし、ローラフォロア１の軸１２とロッカーアーム２とが固定される領域の構成において、実施の形態４における動弁装置１０およびローラフォロア１は、実施の形態１とは異なっている。
【０１２１】
すなわち、図１１および図１２を参照して、ロッカーアーム２の１対の側壁２１に形成された貫通孔２１Ａには、実施の形態１の場合とは異なり、テーパー部２１Ｂは形成されておらず、これに代えて一方の側壁２１に形成された貫通孔２１Ａに、貫通孔２１Ａの軸方向に垂直な断面における断面積が大きくなった領域である溝部２１Ｄが形成されている。溝部２１Ｄは、一方の側壁２１に形成された貫通孔２１Ａの内周面の周方向に沿って延在している。また、貫通孔２１Ａの軸方向に垂直な断面における溝部２１Ｄの形状は、Ｃ字状となっている。また、軸１２の外周面にも、上記溝部２１Ｄに対応するように、周方向に沿って延在するＣ字状の溝部１２Ｅが形成されている。そして、貫通孔２１Ａの溝部２１Ｄと軸１２の溝部１２Ｅとが互いに対向するように、ロッカーアーム２と軸１２とは配置されており、貫通孔２１Ａの溝部２１Ｄおよび軸１２の溝部１２Ｅに対応するＣ字状の形状を有する固定リング１５が、貫通孔２１Ａの溝部２１Ｄおよび軸１２の溝部１２Ｅの両方に嵌め込まれるように配置されている。これにより、軸１２はロッカーアーム２に対して固定されている。
【０１２２】
また、実施の形態４における動弁装置１０およびローラフォロア１は、基本的には実施の形態１と同様に製造することができる。しかし、軸１２の製造方法の熱処理工程、および動弁装置の製造方法の取り付け工程において、実施の形態４の動弁装置１０およびローラフォロア１の製造方法は、実施の形態１とは異なっている。
【０１２３】
すなわち、実施の形態４における軸１２の製造方法の熱処理工程は、図４〜図７を参照して、実施の形態１における工程（Ｓ１２０）〜（Ｓ１６０）に代えて、工程（Ｓ２２０）〜（Ｓ２６０）と同様の手順で実施することができる。つまり、実施の形態４においては、軸１２の両端部に低硬度領域１２Ｃを形成する必要がないため、工程（Ｓ２２０）〜（Ｓ２６０）と同様の手順で熱処理工程を実施することにより、軸１２を作製することができる。
【０１２４】
さらに、動弁装置の製造方法の取り付け工程においては、実施の形態１の場合と同様に、まずローラ１１とローラ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がロッカーアーム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、別途準備した固定リング１５が、軸１２の溝部１２Ｅに嵌め込まれる。
【０１２５】
ここで、固定リング１５の内径は、溝部１２Ｅの底壁に沿う円の直径よりもわずかに大きく設定されている。そして、外力を加えることにより、溝部１２Ｅの底壁に沿うように弾性変形される。その後、１対の側壁２１のそれぞれに形成された貫通孔２１Ａを同時に貫通し、かつ軸転走面１２Ａが複数のころ１３に接触するように、軸１２が挿入される。そして、軸１２の溝部１２Ｅが貫通孔２１Ａの溝部２１Ｄに対向する位置に到達すると、固定リング１５が弾性力により当初の形状に近づくように復元し、貫通孔２１Ａの溝部２１Ｄおよび軸１２の溝部１２Ｅの両方に嵌め込まれる。これにより、軸１２がロッカーアーム２に対して固定される。
【０１２６】
（実施の形態５）
次に、本発明の一実施の形態である実施の形態５について説明する。図１３は、実施の形態５における動弁装置のローラフォロア付近を拡大して示した概略部分断面図である。
【０１２７】
図１〜３および図１３を参照して、実施の形態５における動弁装置１０およびローラフォロア１は、基本的には実施の形態１の動弁装置１０およびローラフォロア１と同様の構成を有し、同様に動作するとともに、同様の効果を奏する。しかし、ローラフォロア１の軸１２とロッカーアーム２とが固定される領域の構成において、実施の形態５における動弁装置１０およびローラフォロア１は、実施の形態１とは異なっている。
【０１２８】
すなわち、図１３を参照して、ロッカーアーム２の１対の側壁２１に形成された貫通孔２１Ａには、実施の形態１の場合とは異なり、テーパー部２１Ｂは形成されておらず、これに代えて一方の側壁２１に形成された貫通孔２１Ａとロッカーアーム２の一方の端部２Ｂ側の端面とをつなぐ円筒状の第２貫通孔２１Ｅが形成されている。また、軸１２にも、上記第２貫通孔２１Ｅに対応するように、軸１２の側壁を貫通する円筒状の第２貫通孔１２Ｆが形成されている。
【０１２９】
そして、側壁２１の第２貫通孔２１Ｅの中心軸と軸１２第２貫通孔１２Ｆの中心軸とが一致するように、ロッカーアーム２と軸１２とは配置されている。さらに、側壁２１の第２貫通孔２１Ｅから軸１２第２貫通孔１２Ｆにまで延在するように、側壁２１の第２貫通孔２１Ｅおよび軸１２第２貫通孔１２Ｆの内径に応じた外径を有する円筒状の固定ピン１６が挿入されている。これにより、軸１２はロッカーアーム２に対して固定されている。
【０１３０】
また、実施の形態５における動弁装置１０およびローラフォロア１は、基本的には実施の形態１と同様に製造することができる。しかし、軸１２の製造方法の熱処理工程、および動弁装置の製造方法の取り付け工程において、実施の形態５の動弁装置１０およびローラフォロア１の製造方法は、実施の形態１とは異なっている。
【０１３１】
すなわち、実施の形態５における軸１２の製造方法の熱処理工程は、図４〜図７を参照して、実施の形態１における工程（Ｓ１２０）〜（Ｓ１６０）に代えて、工程（Ｓ２２０）〜（Ｓ２６０）と同様の手順で実施することができる。つまり、実施の形態５においては、軸１２の両端部に低硬度領域１２Ｃを形成する必要がないため、工程（Ｓ２２０）〜（Ｓ２６０）と同様の手順で熱処理工程を実施することにより、軸１２を作製することができる。
【０１３２】
さらに、動弁装置の製造方法の取り付け工程においては、実施の形態１の場合と同様に、まずローラ１１とローラ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がロッカーアーム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孔２１Ａを同時に貫通し、かつ軸転走面１２Ａが複数のころ１３に接触するように、軸１２が挿入される。そして、側壁２１の第２貫通孔２１Ｅから軸１２第２貫通孔１２Ｆにまで延在するように、固定ピン１６が挿入される。これにより、軸１２がロッカーアーム２に対して固定される。
【０１３３】
（実施の形態６）
次に、本発明の一実施の形態である実施の形態６について説明する。図１４は、実施の形態６における動弁装置のローラフォロア付近を拡大して示した概略部分断面図である。
【０１３４】
図１〜３および図１４を参照して、実施の形態６における動弁装置１０およびローラフォロア１は、基本的には実施の形態１の動弁装置１０およびローラフォロア１と同様の構成を有し、同様に動作するとともに、同様の効果を奏する。しかし、ローラフォロア１の軸１２の構成において、実施の形態６における動弁装置１０およびローラフォロア１は、実施の形態１とは異なっている。
【０１３５】
すなわち、図１４を参照して、ローラフォロア１の軸１２は、実施の形態１の場合とは異なり、中実形状を有している。そして、５８ＨＲＣ以上の硬度となっている領域の軸転走面１２Ａからの厚みは、軸転走面１２Ａに垂直な断面における半径の１／３以下であることが好ましい。これにより、軸転走面１２Ａに圧縮応力を残留させることが容易となり、軸転走面１２Ａにおける亀裂の発生および進展が抑制され、ローラフォロア１の耐久性が一層向上する。なお、実施の形態６における動弁装置１０およびローラフォロア１は、実施の形態１と同様に製造することができる。
【０１３６】
（実施の形態７）
次に、本発明の一実施の形態である実施の形態７について説明する。図１５は、実施の形態７における動弁装置のローラフォロア付近を拡大して示した概略部分断面図である。
【０１３７】
図１〜３および図１５を参照して、実施の形態７における動弁装置１０およびローラフォロア１は、基本的には実施の形態１の動弁装置１０およびローラフォロア１と同様の構成を有し、同様に動作するとともに、同様の効果を奏する。しかし、ローラフォロア１の構成において、実施の形態７における動弁装置１０およびローラフォロア１は、実施の形態１とは異なっている。
【０１３８】
図１５を参照して、ローラフォロア１は、実施の形態１の場合とは異なり、ころ１３を有していない。つまり、実施の形態７におけるローラフォロア１は、滑り軸受となっている。
【０１３９】
より具体的には、実施の形態７におけるローラフォロア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とを含んでいる。軸１２の外周面には軸摺動面１２Ｇが形成されており、ローラ１１の内周面には、軸摺動面１２Ｇに対向するように（接触するように）ローラ摺動面１１Ｇが形成されている。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。
【０１４０】
ここで、図１５を参照して、本実施の形態におけるローラフォロア１は、円環状の形状を有する外輪としてのローラ１１と、ローラ１１の内周面に形成されたローラ摺動面１１Ｇに、外周面に形成された軸摺動面１２Ｇにおいて対向するように配置された軸１２とを備えている。
【０１４１】
そして、ローラ１１または軸１２の少なくともいずれか一方、好ましくはローラ１１および軸１２の両方は、０．７質量％以上２．４質量％以下の炭素と、１０．０質量％以上２０．０質量％以下のクロムとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼、または０．７質量％以上２．４質量％以下の炭素と、１０．０質量％以上２０．０質量％以下のクロムとを含有し、さらに３．５質量％以下の珪素、１．２５質量％以下のマンガン、２．５質量％以下のニッケル、１０．０質量％以下のモリブデンおよび５．２質量％以下のバナジウムからなる群から選択される少なくとも一種以上の元素を含み、残部鉄および不純物からなる鋼、たとえばＪＩＳ規格ＳＵＳ４４０Ｃ、ＳＫＤ１１などから構成される鋼部材である。さらに、当該鋼部材の摺動面（ローラ摺動面１１Ｇおよび軸摺動面１２Ｇ）には、鉄またはクロムの少なくともいずれか一方と炭素とを含む面積１２．６μｍ２以上の炭化物が５．０％以上の面積率で生成している。
【０１４２】
本実施の形態におけるローラフォロア１においては、ローラフォロア１を構成するローラ１１または軸１２の少なくともいずれか一方が、上記適切な成分組成を有する鋼部材であり、かつ摺動面（ローラ摺動面１１Ｇおよび軸摺動面１２Ｇ）には面積１２．６μｍ２以上の大型の炭化物が５．０％以上の面積率で生成している。その結果、本実施の形態におけるローラフォロア１は、すすの粒子の侵入に起因した摩耗による損傷が抑制され、耐久性が十分に向上したローラフォロアとなっている。
【０１４３】
ここで、本実施の形態のローラフォロア１においては、ローラ１１または軸１２の少なくともいずれか一方が鋼部材であって、当該鋼部材の摺動面（ローラ摺動面１１Ｇおよび軸摺動面１２Ｇ）は、５８ＨＲＣ以上の硬度を有していることが好ましい。これにより、摺動面（ローラ摺動面１１Ｇおよび軸摺動面１２Ｇ）における鋼部材の耐摩耗性が向上し、ローラフォロア１の耐久性が一層向上する。
【０１４４】
また、鋼部材であるローラ１１または軸１２の少なくともいずれか一方は、摺動面（ローラ摺動面１１Ｇおよび軸摺動面１２Ｇ）から厚み５０μｍ以内の領域（ローラ摺動部１１Ｈおよび軸摺動部１２Ｈ）が５８ＨＲＣ以上の硬度となっていることが好ましい。これにより、当該領域の耐摩耗性が向上し、ローラフォロア１の耐久性が一層向上する。
【０１４５】
さらに、本実施の形態におけるローラフォロア１の軸１２は鋼部材であって、軸方向に貫通孔を有する中空形状を有している。ここで、５８ＨＲＣ以上の硬度となっている領域の軸摺動面１２Ｇからの厚みは、肉厚の１／３以下であることが好ましい。これにより、軸摺動面１２Ｇに圧縮応力を残留させることが容易となり、軸摺動面１２Ｇにおける亀裂の発生および進展が抑制され、ローラフォロア１の耐久性が一層向上する。
【０１４６】
なお、上記実施の形態７においては、軸１２が中空形状の場合について説明したが、実施の形態６の場合と同様に、軸１２は中実形状を有していてもよい。この場合、５８ＨＲＣ以上の硬度となっている領域の軸摺動面１２Ｇからの厚みは、軸摺動面１２Ｇに垂直な断面における半径の１／３以下であることが好ましい。これにより、軸摺動面１２Ｇに圧縮応力を残留させることが容易となり、軸摺動面１２Ｇにおける亀裂の発生および進展が抑制され、ローラフォロア１の耐久性が一層向上する。
【０１４７】
また、実施の形態７における動弁装置１０およびローラフォロア１は、ころ１３の作製および当該ころ１３のローラフォロア１への組み込みが省略されることを除き、実施の形態１と同様に製造することができる。
【０１４８】
（実施の形態８）
次に、本発明の一実施の形態である実施の形態８について説明する。図１６は、実施の形態８におけるローラフォロアを備えた動弁装置の構成を示す概略図である。
【０１４９】
図１〜３および図１６を参照して、実施の形態８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８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。
【０１５０】
すなわち、実施の形態８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。
【０１５１】
次に、実施の形態８における動弁装置１０の動作について説明する。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とローラフォロア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。
【０１５２】
なお、実施の形態８におけるローラフォロア１および動弁装置１０は、上述のように実施の形態１におけるローラフォロア１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。
【０１５３】
（実施の形態９）
次に、本発明の一実施の形態である実施の形態９について説明する。図１７は、実施の形態９におけるローラフォロアを備えた動弁装置の構成を示す概略図である。また、図１８は、図１７のローラフォロア周辺を拡大して示した概略図である。
【０１５４】
図１〜図３、図１７および図１８を参照して、実施の形態９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９における動弁装置１０は、ロッカーアーム２に直接ローラフォロア１が取り付けられるのではなく、ロッカーアーム２とローラフォロア１との間にプッシュロッド９０が介在し、ローラフォロア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。
【０１５５】
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によりロッカーアーム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、ローラフォロア１が取り付けられている。そして、カム５は、外周面５Ｂにおいてローラフォロア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。
【０１５６】
次に、実施の形態９における動弁装置１０の動作について説明する。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とローラフォロア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、ロッカーアーム軸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。
【０１５７】
なお、実施の形態９におけるローラフォロア１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。
【０１５８】
以上の実施の形態１〜９においては、本発明のローラフォロアおよび動弁装置について、代表的な実施の形態を例示したが、本発明のローラフォロアおよび動弁装置はこれに限られず、上記実施の形態同士の組み合わせを含めて、種々の形態で実施することができる。
【０１５９】
（実施の形態１０）
次に、本発明の一実施の形態である実施の形態１０について説明する。図１９は、実施の形態１０における高周波焼入設備の構成を示す概略断面図である。また、図２０は、実施の形態１０におけるローラフォロアの軸の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【０１６０】
図１９を参照して、実施の形態１０における高周波焼入設備５０は、電源部５１と、電源部５１に接続されたコイル５２と、コイル５２の軸方向端部側の両側に配置された１対の保持部材５３とを備えている。電源部５１は、コイル５２に対して高周波電流を供給可能となっている。コイル５２は、軸方向に貫通する円筒状の中空部５２Ａを有することにより円環状の形状となっている。また、コイル５２の中空部５２Ａには、軸方向の両端から離れた領域に、軸方向の両端に比べて軸方向に垂直な断面積が大きい領域である拡径部５２Ｂが形成されている。
【０１６１】
保持部材５３は、円盤状の形状を有する端面保持部５３Ａと、端面保持部５３Ａの外周面に沿って形成されるとともに、端面保持部５３Ａからコイル５２に近づく側に突出する外周面保持部５３Ｂとを含んでいる。この外周面保持部５３Ｂは、円盤状の端面保持部５３Ａの外周面に沿った外周面を有する中空円筒状の形状を有している。これにより、保持部材５３は、円盤状の形状を有するとともに、一方の主面側に中空円筒状の凹部が形成された形状となっている。そして、１対の保持部材５３は、コイル５２の中空部を挟んで対向するように配置されている。これにより、被処理物としての円筒状の形状を有する軸部材６０が、その外周面６２がコイル５２の内周面に対向するように配置された状態において、保持部材５３は、上記円筒状の凹部に軸部材の両端部を嵌め込むことにより、軸部材６０を保持することができる。
【０１６２】
ここで、保持部材５３の円筒状の凹部の形状を、保持すべき軸部材６０の端部の形状に応じた形状としておくことにより、保持部材５３は、端面保持部５３Ａにおいて軸部材６０の端面６１の全体と接触するとともに、端面６１に連なる外周面６２の領域と全周にわたって接触することが可能となっている。
【０１６３】
次に、図１９および図２０を参照して、実施の形態１０におけるカムフォロアの軸の製造方法について説明する。図２０を参照して、実施の形態１０におけるカムフォロアの軸の製造方法においては、まず、工程（Ｓ３１０）として軸部材準備工程が実施される。この工程（Ｓ３１０）では、図１９を参照して、０．７質量％以上２．４質量％以下の炭素と、１０．０質量％以上２０．０質量％以下のクロムとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼、または０．７質量％以上２．４質量％以下の炭素と、１０．０質量％以上２０．０質量％以下のクロムとを含有し、さらに３．５質量％以下の珪素、１．２５質量％以下のマンガン、２．５質量％以下のニッケル、１０．０質量％以下のモリブデンおよび５．２質量％以下のバナジウムからなる群から選択される少なくとも一種以上の元素を含み、残部鉄および不純物からなる鋼、たとえばＪＩＳ規格ＳＵＳ４４０Ｃ、ＳＫＤ１１などの鋼材に対して鍛造、旋削などの加工が実施されて、中空円筒状または中実円筒状の形状を有する軸部材６０が準備される。
【０１６４】
次に、工程（Ｓ３２０）として高周波焼入工程が実施される。この工程（Ｓ３２０）では、まず、電源部５１に接続されたコイル５２の内周面に軸部材６０の外周面が対向するように軸部材６０を保持部材５３により保持する。そして、この状態を維持しつつ、電源部５１からコイル５２に交流電流を供給することにより、軸部材６０を誘導加熱する。さらに、軸部材６０を冷却することにより、軸部材６０を焼入硬化する。ここで、軸部材６０が誘導加熱される際、保持部材５３の端面保持部５３Ａが軸部材６０の端面６１全体と接触するとともに、保持部材５３の外周面保持部５３Ｂが軸部材６０の端部における外周面６２と全周にわたって接触する。これにより、軸部材６０のうち転走面または摺動面となるべき外周面６２の領域がＡ１変態点（ＡＣ１変態点）以上の温度に誘導加熱されるとともに、軸部材６０の端面６１および端面６１に連なる外周面６２の端部領域の熱は保持部材５３へと流出し、焼入可能な温度未満に維持される。その結果、上記加熱後に軸部材６０を急冷することにより、転走面または摺動面となるべき領域が焼入硬化されて十分な耐久性を付与されるとともに、かしめ加工されるべき端部の領域は、焼入硬化されることなくかしめ加工可能な硬度に維持される。
【０１６５】
次に、図２０を参照して、工程（Ｓ３３０）、（Ｓ３４０）、（Ｓ３５０）、（Ｓ３６０）および（Ｓ３７０）として、それぞれ第１焼戻工程、サブゼロ工程、第２焼戻工程、低温窒化工程および仕上げ工程が実施される。この工程（Ｓ３３０）〜（Ｓ３７０）は、上記実施の形態１における工程（Ｓ１３０）〜（Ｓ１７０）と同様に実施することができる。そして、以上の工程が実施された軸部材６０は、たとえば実施の形態１における動弁装置１０の製造方法におけるロッカーアーム２への取り付けと同様の手順で、その端部がかしめ加工されることにより他の部材に取り付けられる。以上の工程により、本実施の形態におけるカムフォロアの軸の製造方法は完了する。
【０１６６】
以上のように、本実施の形態における高周波焼入設備５０を用いた熱処理方法を採用したカムフォロアの軸の製造方法においては、工程（Ｓ３２０）として実施される高周波焼入工程において、軸部材の転走面または摺動面となるべき領域が焼入硬化されて十分な耐久性を付与されるとともに、かしめ加工されるべき端部の領域は、焼入硬化されることなくかしめ加工可能な硬度に維持される。その結果、本実施の形態におけるカムフォロアの軸の製造方法によれば、端部の十分な加工性を確保しつつ耐久性が十分向上したローラフォロアの軸を製造することができる。
【０１６７】
さらに、本実施の形態においては、工程（Ｓ３２０）において、保持部材５３の端面保持部５３Ａが軸部材６０の端面６１全体と接触するとともに、保持部材５３の外周面保持部５３Ｂが軸部材６０の端部における外周面６２と全周にわたって接触している。これにより、保持部材５３と接触する軸部材６０の外周面の全周から、熱を効率よく保持部材５３に放出することができるため、より確実に軸部材の端部をかしめ加工可能な硬度に維持することが可能となっている。
【０１６８】
また、本実施の形態においては、コイル５２の中空部５２Ａに、拡径部５２Ｂが形成されている。そして、工程（Ｓ３２０）では、軸部材６０の外周面６２の軸方向両端から離れた領域が、拡径部５２Ｂと対向するように保持部材５３に保持されつつ誘導加熱が実施される。これにより、軸部材６０の外周面６２において、端部に近い領域に比べて軸方向中央部とコイルとの距離が大きくなるため、軸部材６０の軸方向における加熱ムラの発生を抑制することが可能となっている。
【０１６９】
さらに、上記実施の形態においては、工程（Ｓ３２０）は、２回以上繰り返して実施されることが好ましい。つまり、工程（Ｓ３１０）が実施された後、工程（Ｓ３３０）が実施される前に、工程（Ｓ３２０）が複数回実施されることが好ましい。これにより、より確実に軸部材６０のうち転走面または摺動面となるべき領域を十分に焼入硬化することができる。
【０１７０】
また、上記実施の形態においては、工程（Ｓ３１０）では、かしめ加工される前の焼入硬化された軸部材６０の軸方向における所望の寸法に比べて、軸方向の長さが大きい軸部材６０が準備されることが好ましい。これにより、工程（Ｓ３２０）における軸部材６０の軸方向における収縮を相殺することができる。特に、工程（Ｓ３２０）が２回以上繰り返して実施される場合、工程（Ｓ３２０）における当該収縮の量が大きくなるため、より長い軸部材６０が準備されることが好ましい。
【０１７１】
（実施の形態１１）
次に、本発明の一実施の形態である実施の形態１１について説明する。図２１は、実施の形態１１における高周波焼入設備の構成を示す概略断面図である。
【０１７２】
図２１を参照して、実施の形態１１における高周波焼入設備５０は、基本的には上記実施の形態１０における高周波焼入設備５０と同様の構成を有し、同様に動作するとともに同様の効果を奏する。しかし、実施の形態１１における高周波焼入設備５０は、コイル５２の構成において、実施の形態１の場合とは異なっている。
【０１７３】
すなわち、実施の形態１１における高周波焼入設備５０のコイル５２の中空部５２Ａには、軸方向に並ぶ複数の（本実施の形態では２つの）拡径部５２Ｂが形成されている。図１９を参照して、実施の形態１０における拡径部５２Ｂの軸方向の長さが大きくなった場合、軸部材６０を構成する鋼の成分組成等によっては、焼入硬化後の外周面６２の軸方向における硬度が大きくばらつく場合がある。具体的には、外周面６２の軸方向において、硬度の大きい（あるいは焼入深さの深い）領域が複数箇所（たとえば２箇所）形成され、その間の領域における硬度が低い（あるいは焼入深さが浅い）、すなわち硬化層パターンが２山形状となる場合がある。このような場合、本実施の形態のように拡径部５２Ｂを軸方向において複数に分割することにより、当該ばらつきを抑制することができる。なお、実施の形態１１における高周波焼入設備５０を用いた軸部材の熱処理方法および軸の製造方法は、実施の形態１０の場合と同様に実施することができる。
【０１７４】
また、上記実施の形態１０および１１において説明した高周波焼入設備、軸部材の熱処理方法および軸の製造方法は、外周面を硬化するとともに端部の加工性を所定の硬度以下に維持する必要のある種々の軸の製造に適用することができるが、特に上記実施の形態１〜９において説明したローラフォロアの軸のうち、端部をかしめ加工する軸の製造に有利に適用することができる。
【０１７５】
上記実施の形態１０および１１においては、コイル５２の中空部５２Ａに拡径部５２Ｂが形成される場合について説明したが、本発明はこの構成に限られず、拡径部５２Ｂが形成されないコイル５２が採用されてもよい。
【０１７６】
なお、上記実施の形態１０および１１において、軸部材に対して適切な焼入硬化を実施するためには、焼入を実施する際の条件の適正化を実施する必要がある。当該適正化を実施するための要素としては、コイルに供給される電流（あるいは電力）の大きさおよび時間により決定される加熱パターン、焼入回数、コイルと軸部材との位置関係、コイル形状、保持部材の形状などが挙げられる。表１に、これらの要素を変更した場合に得られる結果と、当該結果による利点および欠点を示す。
【０１７７】
【表１】
0005459756.tif 000002
【０１７８】
表１に示すように、焼入条件の適正化を実施するための各要素は、いずれも利点および欠点を含んでいる。したがって、実際に軸部材の焼入硬化処理を実施するにあたっては、当該利点および欠点、ならびに処理すべき軸部材の成分組成および所望の硬化層パターン等を考慮することにより、焼入条件を適正化することができる。
【実施例１】
【０１７９】
以下、本発明の実施例１について説明する。本発明のローラフォロアを構成する軸（内輪）の耐久性を確認する実験を行なった。実験の手順は以下のとおりである。
【０１８０】
まず、試験の対象となるローラフォロアの軸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ＪＩＳ規格ＳＫＤ１１（実施例Ａ）およびＳＵＳ４４０Ｃ（実施例Ｂ）を採用し、実施の形態１におけるローラ１１およびころ１３の製造方法と同様の製造方法により、外径８ｍｍ、長さ１８ｍｍの中実円筒状の試験片（ローラフォロアの軸）を作製した。
【０１８１】
熱処理工程においては、図７を参照して、素材としてＳＫＤ１１を採用した実施例Ａの試験片については温度Ｔ６を１０２０℃、時間ｔ６を５分間、温度Ｔ７を１７０℃、時間ｔ７を２時間とし、サブゼロ工程、第２焼戻工程および低温窒化工程は省略した。一方、素材としてＳＵＳ４４０Ｃを採用した実施例Ｂの試験片については温度Ｔ６を１０６０℃、時間ｔ６を５分間とし、第１焼戻工程を省略したうえで、温度Ｔ８を−６５℃、時間ｔ８を１．５時間、温度Ｔ９を１５０℃、時間ｔ９を２時間として、低温窒化工程は省略した。
【０１８２】
さらに、本発明の範囲外である比較例として、素材として従来からローラフォロアの軸の素材として一般に用いられているＪＩＳ規格ＳＵＪ２を採用し、実施の形態１における軸１２の製造方法と同様の製造方法により、上記実施例と同様の形状を有する試験片を作製した。熱処理工程においては、図５を参照して、温度Ｔ１を９５０℃、温度Ｔ２を１８０℃、時間ｔ２を２時間とし、サブゼロ工程、第２焼戻工程および低温窒化工程は実施しなかった。
【０１８３】
そして、得られた実施例および比較例の試験片について、炭化物の形成状態および表層部の硬度を確認した。炭化物の面積率は、以下のように算出した。まず、上記試験片を外周面に垂直な断面で切断し、当該断面に研磨した。その後、当該断面をナイタルあるいは王水により腐食した上で、電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて当該断面の表面を含む領域の写真を撮影した。撮影視野は、１２０μｍ×１００μｍの長方形領域とした。そして、当該写真の画像を画像処理ソフトにより解析し、面積１２．６μｍ２以上の炭化物の面積率を算出した。また、表層部の硬度は、上記試験片を外周面に垂直な断面で切断し、当該断面を研磨した上で、外周面からの距離が０．０５ｍｍの位置における硬度を硬度計により３点測定し、その平均値を算出した。表２に炭化物の面積率および硬度の測定結果を示す。
【０１８４】
【表２】
0005459756.tif 000003
【０１８５】
表２を参照して、実施例の試験片の表層部における硬度は、比較例の試験片と同等または比較例の試験片よりも低くなっていた。一方、実施例の試験片の表面（転走面）には、面積１２．６μｍ２以上の炭化物が５．０％以上の面積率で生成していたのに対し、比較例の試験片の表面（転走面）には、面積１２．６μｍ２以上の炭化物が観察されなかった。なお、比較例の試験片の表面には、上記解析の結果、１２．６μｍ２よりも小さい面積４μｍ２程度以下の炭化物が３０％程度の面積率で形成されていた。
【０１８６】
次に、上記試験片の耐久性を確認する試験の試験方法について説明する。上記試験片の耐久性は、軸（内輪）を固定し、外輪（ローラ）を回転させることにより軸の耐久性を試験することが可能なシェルラジアル試験機を用いて実施した。図２２は、シェルラジアル試験機の構成を示す概略図である。
【０１８７】
まず、シェルラジアル試験機の構造を説明する。図２２を参照して、シェルラジアル試験機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。
【０１８８】
そして、駆動ローラ４２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。外輪４３およびころ４４は、焼入硬化されたＪＩＳ規格ＳＵＪ２からなっている。さらに、外輪４３を貫通し、外周面である転走面においてころ４４に接触するように、試験片としてのローラフォロアの軸１２が配置される。また、外輪４３から突出する軸１２の両側に接触するように、荷重伝達部材４６が配置される。その結果、当該荷重伝達部材４６に荷重Ｐが負荷されることにより、軸１２が荷重Ｐでころ４４に対して押し付けられる。さらに、シェルラジアル試験機４０は、カートリッジヒータ４７を備えており、当該カートリッジヒータ４７により、潤滑剤である油の温度を制御することが可能となっている。
【０１８９】
次に、シェルラジアル試験機４０の動作について説明する。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、ローラフォロアの軸１２の転走面（外周面）をころ４４が転走する。また、潤滑剤である油の温度はカートリッジヒータ４７により制御される。ここで、荷重伝達部材４６を介して荷重Ｐが軸１２に伝達されると、軸１２は、固定された状態でころ４４に対して押し付けられる。これにより、軸１２において、ころ４４に対して押し付けられる領域（駆動ローラ４２の外周面４２Ａに面する側の領域）が負荷域（荷重Ｐを受ける領域）となる。一方、ころ４４および外輪４３は、軸１２の周りを回転するため、転走面（ころ４４の外周面および外輪４３の内周面）全体が負荷域となる。その結果、負荷域が狭い範囲に限定される軸１２が、ころ４４および外輪４３よりも厳しい条件下で試験されることとなり、所望の油温の下における軸１２の耐久性を調査することが可能となる。
【０１９０】
次に、試験条件について説明する。負荷される荷重Ｐは軸１２、ころ４４および外輪４３から構成される試験軸受の基本動定格荷重の１０％、外輪４３の回転速度は２２００回転／分とした。潤滑油には、ＣＤ級１０Ｗ−３０ディーゼルエンジンオイルに対してカーボンブラックの粉末を投入した後撹拌することにより、当該オイルおよびカーボンブラックの総量に対して１６質量％のカーボンブラックの粉末が沈降しないように分散したものを採用した。このカーボンブラックの粉末は、ローラフォロアの使用条件においてローラフォロアの内部に侵入するすすの粒子を模したものである。また、油温は１００℃、試験時間は６０時間とした。さらに、潤滑は油浴潤滑とし、試験軸受の軸心以下の領域が油中に浸漬された状態とした。そして、６０時間の試験時間が終了した後、シェルラジアル試験機４０から軸１２を取り出し、外周面（転走面）における摩耗深さを測定するとともに、当該外周面（転走面）の状態をＳＥＭにより観察することにより、転走面の摩耗状態を調査した。
【０１９１】
次に、実験の結果について説明する。まず、摩耗深さの測定結果を説明する。図２３は、試験終了後の軸の外周面における摩耗深さを示す図である。図２３において、縦軸は摩耗深さを示し、比較例、実施例Ａおよび実施例Ｂの摩耗深さの最大値（Ｍａｘ．）、最小値（Ｍｉｎ．）および平均値（Ａｖｅ．）が並べて表示されている。なお、摩耗深さの算出は以下のように行なった。まず、比較例、実施例Ａおよび実施例Ｂについて、それぞれ１５個の上記試験終了後の試験片（軸）を準備し、表面粗さ測定装置を用いて試験後の軸の軸方向に沿った方向に表面の高さの測定を行なった。この測定結果から、転走面と転走面以外の領域との高さの差の最大値を調査し、摩耗深さとして記録した。そして、各１５個の試験片における摩耗深さの最大値（Ｍａｘ．）、最小値（Ｍｉｎ．）および平均値（Ａｖｅ．）を算出した。
【０１９２】
図２３を参照して、表面硬度が比較例と同等以下であるにもかかわらず、実施例Ａおよび実施例Ｂの試験片の摩耗深さは、比較例の試験片に比べて大幅に減少している。より具体的には、実施例は比較例の１／７程度にまで、摩耗深さの平均値が抑制されている。このことから、本発明のローラフォロアを構成する軸は、従来の軸に比べて耐久性が大幅に向上していることが確認された。
【０１９３】
次に、軸の外周面（転走面）における摩耗状態について説明する。図２４および図２５は、試験前における比較例（ＳＵＪ２）の外周面の状態を示すＳＥＭ写真である。また、図２６および図２７は、試験後における比較例（ＳＵＪ２）の外周面の状態を示すＳＥＭ写真である。また、図２８および図２９は、試験前における実施例Ａ（ＳＫＤ１１）の外周面の状態を示すＳＥＭ写真である。また、図３０および図３１は、試験後における実施例Ａ（ＳＫＤ１１）の外周面の状態を示すＳＥＭ写真である。また、図３２および図３３は、試験前における実施例Ｂ（ＳＵＳ４４０Ｃ）の外周面の状態を示すＳＥＭ写真である。また、図３４および図３５は、試験後における実施例Ｂ（ＳＵＳ４４０Ｃ）の外周面の状態を示すＳＥＭ写真である。また、図３６は、実施例Ａ（ＳＫＤ１１）におけるＥＤＸ分析（Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ；エネルギー分散型Ｘ線分光分析）の分析点を示すＳＥＭ写真である。また、図３７は、実施例Ｂ（ＳＵＳ４４０Ｃ）におけるＥＤＸ分析の分析点を示すＳＥＭ写真である。また、図３８は、図３６の点ＡにおけるＥＤＸ分析の結果を示す図である。また、図３９は、図３７の点ＢにおけるＥＤＸ分析の結果を示す図である。また、図４０は、図３６の点ＣにおけるＥＤＸ分析の結果を示す図である。また、図４１は、図３７の点ＤにおけるＥＤＸ分析の結果を示す図である。
【０１９４】
図２４〜図３５を参照して、試験後の軸の外周面においては、試験前に存在した研磨痕が消失しているとともに、多数の窪みが形成されていることがわかる。この窪みと試験時に油中に混入されたカーボンブラックの粉末の粒径とが対応していることから、当該窪みはカーボンブラックの粉末により形成された摩耗痕あるいは圧痕であると考えられる。このことから、潤滑油中にカーボンブラックの粉末と同様の硬質の炭素粒子であるすすの粒子が混入した場合、当該すすの粒子に起因して、軸の摩耗が進行するものと考えられる。また、試験後のＳＥＭ写真において、周囲に比べて濃色の領域には、カーボンブラックの粉末により形成されたと考えられる摩耗痕あるいは圧痕が少ないことがわかる。
【０１９５】
一方、図３６〜図４１を参照して、上記周囲に比べて濃色の領域に含まれる点Ａおよび点Ｂにおいては、他の領域である点ＣおよびＤに比べてクロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、バナジウム（Ｖ）などの炭化物形成元素が多く存在していることがわかる。つまり、当該領域は、炭化物が形成されている領域であると考えられる。したがって、当該領域においては、上述のように摩耗痕あるいは圧痕が少なかったことを考慮すると、本発明のローラフォロアの軸である実施例の軸においては、素地に比べて硬度の高い炭化物が存在していたことにより、カーボンブラックの粉末に起因した摩耗が抑制され、耐久性が向上したものと考えられる。これに対し、比較例であるＳＵＪ２製の軸では、炭化物は存在していたものの、その大きさが不十分であったため、より具体的には、面積１２．６μｍ２以上の炭化物が十分に存在しなかったため、カーボンブラックの粉末に起因した摩耗が抑制されず、耐久性が向上しなかったものと考えられる。
【０１９６】
以上の実験結果より、本発明のローラフォロアによれば、すすの粒子が潤滑油中に混入する環境下において、耐久性に優れたローラフォロアを提供可能であることが確認された。
【実施例２】
【０１９７】
以下、本発明の実施例２について説明する。本発明の高周波焼入設備を用いた軸部材の焼入硬化処理において、焼入条件を適正化する実験を行なった。実験の手順は以下のとおりである。
【０１９８】
まず、軸部材である試験片として、直径１０ｍｍ、高さ２０ｍｍの円筒形状の部材を準備した。試験片を構成する鋼としては、ＪＩＳ規格ＳＫＤ１１およびＳＵＳ４４０Ｃを採用した。また、軸部材に付与すべき目標の硬化層パターンを、外周面の軸方向において、端面から１ｍｍ、表面から０．０５ｍｍの位置で硬度ＨＲＣ３０以下、端面から３ｍｍ、表面から０．０５ｍｍの位置で硬度ＨＲＣ５５以上、かつＨＶ５５０以上である硬化深さ０．５ｍｍ以上、端面から１０ｍｍ、表面から０．０５ｍｍの位置で硬度ＨＲＣ５８以上、かつＨＶ５５０以上である硬化深さ０．７ｍｍ以上、と設定した。また、実験に使用する高周波焼入設備として図１９に基づいて説明した高周波焼入設備５０を採用した。
【０１９９】
図４２は、実施例２において採用される加熱パターンを示す図である。図４２において横軸は時間であり、右に進むほど時間が進行していることを示している。また、図４２において左側の縦軸は軸部材の加熱温度であり、上に進むほど温度が高いことを示している。さらに、図４２において右側の縦軸はコイルに流される電流値であり、上に進むほど電流値が大きいことを示している。また、図中において実線は軸部材外周面の中央部における表面温度、太い破線はコイルに流される電流値を示している。
【０２００】
図４２および図１９を参照して、本実施例においては、以下の手順により試験片の焼入処理を行なった。すなわち、時間ｔ０において軸部材６０（試験片）の軸周りの回転を開始し、時間ｔ１においてコイル５２に電流Ｉ１を通電した。ここで、コイル５２に通電される電流は、時間ｔ２まで電流Ｉ１のまま一定とした。これにより、試験片の温度は時間ｔ２まで上昇を続け、時間ｔ２において温度Ｔ１に到達する。その後、時間ｔ２において電流を０として試験片の加熱を終了するとともに、タイムラグ（０．５秒間）をおいて時間ｔ３からｔ４まで（５秒間）試験片に水を吹き付けることにより試験片を冷却した。また、必要に応じてこの焼入処理を複数回繰り返した。そして、試験片の加熱温度、加熱時間、コイルの形状、焼入回数等を変化させて、適切な焼入条件を導出した。
【０２０１】
次に、上記手順により、ＳＫＤ１１からなる試験片について加熱温度（温度Ｔ１）を変化させた場合の焼入処理回数（焼入回数）と処理完了後の試験片の硬度との関係を調査した実験の結果について説明する。図４３は、加熱温度を１０５５℃〜１１４５℃、加熱時間を０．９秒とした場合の焼入回数と硬度との関係を示す図である。また、図４４は、加熱温度を１０９０℃〜１１１０℃、加熱時間を５秒とした場合の焼入回数と硬度との関係を示す図である。図４３および図４４において、横軸は焼入回数、縦軸は硬度を示している。ここで、図４２を参照して、加熱温度とは温度Ｔ１、加熱時間とは時間ｔ１から時間ｔ２の間の期間をいう。また、硬度とは、軸部材の外周面の軸方向における中央部において測定された硬度をいう。
【０２０２】
図４３を参照して、軸部材の表層のみを焼入硬化する表面焼入を意図した加熱時間０．９秒の条件では、加熱温度を１０５５℃とした場合、焼入回数を多くしなければ硬度が上昇せず、焼入回数１１回でＨＲＣ６４程度の硬度が得られた。また、加熱温度を１１１４℃とした場合でも十分な硬度を得るためには２回以上の焼入回数が必要であり、３〜８回の焼入によりＨＲＣ６２以上の高い硬度が得られた。一方、加熱温度を１１４５℃まで上昇させると、焼入回数が増加するに従って、硬度が低下する結果となった。これは、加熱温度が低すぎると鋼中の鉄およびクロムの炭化物の素地への溶け込みが困難となり、高硬度を得るためには非常に多くの焼入回数が必要となる一方、加熱温度が高すぎると残留オーステナイト量の増大により硬度が低くなるためであると考えられる。すなわち、ＳＫＤ１１の焼入れ品質は焼入温度および加熱時間に非常に敏感であるといえる。
【０２０３】
一方、図４４を参照して、軸部材の全体を焼入硬化する全体焼入を意図した加熱時間５秒の条件では、加熱時間１０９０℃の場合、１回の焼入で十分な硬度が得られており、焼入回数を増加させるとむしろ硬度が低下する傾向がある。また、焼入温度を１１１０℃に上昇させると、１０９０℃の場合に比べて硬度は低下した。
【０２０４】
以上の結果より、表面焼入を意図する場合、焼入回数が５回を超えると、実際の生産工程への適用が困難であることを考慮して、加熱温度は１１１４〜１１４５℃、全体焼入を意図する場合、加熱温度は１０９０℃以下に設定することが適切であることが分かった。また、加熱時間が０．９秒と５秒との間である場合、加熱温度は１０９０〜１１１４℃程度に設定することが適切であると考えられる。
【０２０５】
次に、ＳＫＤ１１の場合と同様に、ＳＵＳ４４０Ｃからなる試験片について加熱温度を変化させた場合の焼入処理回数（焼入回数）と処理完了後の試験片の硬度との関係を調査した実験の結果について説明する。図４５は、加熱温度を１１２０℃〜１３００℃、加熱時間を３秒とした場合（表面焼入を意図した場合）の焼入回数と硬度との関係を示す図である。図４５において、横軸は焼入回数、縦軸は硬度を示している。
【０２０６】
図４５を参照して、加熱温度を１３００℃とした場合、焼入回数にかかわらず、十分な硬度が得られなかった。また、加熱温度を１２１５℃とした場合でも、硬度がやや不足しており、焼入回数を増加させると硬度がさらに低下する傾向にあった。一方、加熱温度を１１２０〜１１８７℃とした場合、焼入回数が５回以下で十分な硬度が得られた。このことから、表面焼入を意図する場合、加熱温度は１１２０〜１１８７℃とすることが適切であることが分かった。
【０２０７】
次に、ＳＫＤ１１からなる試験片（軸部材）について、上記実験の結果適切であると考えられる加熱温度１０９０〜１１１４℃の条件の下、加熱時間、コイル形状等を変化させて、目標の硬化層パターンを形成する試行錯誤実験を行なった。表３に実験条件を示す。
【０２０８】
【表３】
0005459756.tif 000004
【０２０９】
表３を参照して、まず、加熱時間を３秒、電流値を３９０Ａとする条件で試験片の焼入硬化処理を実施した（表３の条件Ａ）。その結果、この条件では試験片の軸方向中央部において表面焼入とならず、中心部まで硬化することが分かった。また、転走面となるべき試験片外周面の軸方向中央部と端面から３ｍｍの位置との間の硬度差が大きく、改善の余地があることが分かった。また、この傾向は焼入回数を３回まで増加させた場合でも同様であった。
【０２１０】
そこで、上記硬度差を低減するため、拡径部の軸方向の長さおよび深さを大きくした条件で焼入硬化処理を実施した（表３の条件Ｂ）。その結果、上記硬度差は減少する傾向があったものの、必ずしも十分とはいえず、さらなる改善の余地があった。
【０２１１】
次に、コイル形状を維持した状態で、電流値を増加させ、加熱時間を低減することで、高温かつ短時間の処理を実施した（表３の条件Ｃ）。しかし、上記硬度差は十分には減少せず、軸方向中央部における表面硬度も十分とはいえない結果となった。
【０２１２】
さらに、拡径部の軸方向の長さを大きくするようにコイル形状を変化させた状態で、加熱時間および加熱温度を変化させる処理を行なった（表３の条件Ｄ〜Ｇ）。しかし、上記目標の硬化層パターンを完全に満たすことはできなかった。また、この条件では、硬化層パターンが２山形状となることが分かった。
【０２１３】
図４６は、表３の条件Ｃで焼入硬化された試験片の硬化層パターンを示す写真である。また、図４７は、表３の条件Ｆで焼入硬化された試験片の硬化層パターンを示す写真である。ここで、図４６および図４７の写真は、焼入硬化処理後の試験片を、軸を含む断面において切断した後、切断面を研磨し、研磨された切断面を腐食液により腐食することにより可視化された硬化層パターンの写真である。
【０２１４】
図４６および図４７を参照して、コイルに形成する拡径部の軸方向の長さが大きくなりすぎると、図４７に示す領域７１のように硬化層パターンが２山形状となっている。これは、試験片外周面の軸方向中央部の加熱温度が、当該中央部を挟む領域に比べて低くなっているためである。このような硬化層パターンが軸部材に付与され、たとえばローラフォロアの軸として使用された場合、耐久性が不十分となるおそれがある。そのため、２山形状の硬化層パターンは解消することが望ましい。
【０２１５】
そこで、２山形状の硬化層パターンを解消するため、上記実施の形態１１において図２１に基づいて説明した高周波焼入設備を用いて同様の試験片の焼入硬化処理を実施した。上述のように、この高周波焼入設備においては、拡径部５２Ｂが軸方向において２つに分割されている。この高周波焼入設備を用いて、表４に示す条件でＳＫＤ１１からなる試験片に対して焼入硬化処理を実施した。なお、上記実験結果から、図２１を参照して、保持部材５３における外周面保持部５３Ｂの端面保持部５３Ａからの突出高さ（保持部材による軸部材のつかみ代）は、軸部材の焼入硬化を回避すべき領域の端面からの幅以下とすることが好ましいことが判明したため、１ｍｍとした。また、拡径部５２Ｂについては軸方向の長さが４ｍｍの拡径部５２Ｂを軸方向に２つ並べて配置するとともに、当該２つの拡径部５２Ｂの間に拡径部５２Ｂが形成されない領域を３ｍｍ配置した。
【０２１６】
【表４】
0005459756.tif 000005
【０２１７】
その結果、表４の条件ＡおよびＦにおいて、上記軸部材に付与すべき目標の硬化層パターンが得られていることが分かった。図４８は、表４の条件Ａで焼入硬化された試験片の硬化層パターンを示す写真である。なお、図４８の写真は、上記図４６および図４７と同様の手順で撮影されたものである。図４８を参照して、試験片の断面において、軸方向端部（写真中の左右の端部に相当）に非硬化領域が存在するとともに、軸方向中央部においては、端部に向かうに従って深さが浅くなる硬化層が形成されていることが確認される。
【０２１８】
また、表４の条件Ａで焼入硬化された試験片外周面付近の軸方向中央部における残留応力の分布を調査した。図４９は、１５０℃に加熱されて焼戻された試験片の残留応力分布を示す図である。また、図５０は、１７０℃に加熱されて焼戻された試験片の残留応力分布を示す図である。図４９および図５０において、残留応力は、引張応力を正、圧縮応力を負として示されている。
【０２１９】
図４９および図５０を参照して、表４の条件Ａで焼入硬化された試験片の外周面表層部においては、焼戻温度にかかわらず、１００ＭＰａ程度の圧縮応力が残留している。表層部における残留圧縮応力は、表層部における亀裂の発生や進展を抑制する効果を有するため、試験片の表層部は好ましい状態に焼入硬化されているといえる。
【０２２０】
ここで、表４の条件Ａと条件Ｆとを比較すると、条件Ｆは条件Ａに比べて焼入回数が少ないため、コスト低減に寄与することができる。一方、条件Ａは条件Ｆに比べて端部を除く領域に高い硬度が得られた。このことから、実際の処理条件の決定では、許容されるコストおよび要求される特性を考慮して、条件Ａまたは条件Ｆを選択することができる。
【０２２１】
一方、ＳＵＳ４４０Ｃからなる試験片に対しても、上記実施の形態１１と同様の構成を有する高周波焼入設備を用いて、表５に示す条件で焼入硬化処理を実施した。
【０２２２】
【表５】
0005459756.tif 000006
【０２２３】
その結果、表５の条件Ｆにおいて、上記軸部材に付与すべき目標の硬化層パターンが得られていることが分かった。また、表５の条件Ｆで焼入硬化された試験片外周面付近の軸方向中央部における残留応力の分布を調査した。図５１は、１５０℃に加熱されて焼戻された試験片の残留応力分布を示す図である。図５１において、残留応力は、引張応力を正、圧縮応力を負として示されている。
【０２２４】
図５１を参照して、表５の条件Ｆで焼入硬化された試験片の外周面表層部においては、１００ＭＰａ程度の圧縮応力が残留している。そのため、試験片の表層部は好ましい状態に焼入硬化されているといえる。なお、ＳＫＤ１１の場合と同様に焼戻温度を変化させた場合についても調査したところ、焼戻温度にかかわらず、同等の圧縮応力が残留していることが確認された。
【０２２５】
以上のような手順により、本発明の高周波焼入設備を用いた軸部材の焼入硬化処理における焼入条件を適正化することができる。
【実施例３】
【０２２６】
以下、本発明の実施例３について説明する。本発明の高周波焼入設備を用いた軸部材の焼入硬化処理における軸部材の寸法変化を調査する実験を行なった。実験の手順は以下のとおりである。
【０２２７】
まず、試験片として、直径１０ｍｍ、高さ２０ｍｍの円筒形状の部材を準備した。試験片を構成する鋼としては、ＪＩＳ規格ＳＫＤ１１およびＳＵＳ４４０Ｃを採用した。そして、ＳＫＤ１１からなる試験片については、加熱時間０．９秒で加熱温度１０５５〜１１４５℃の条件、または加熱時間５秒で加熱温度１０９０〜１１１０℃の条件にて、ＳＵＳ４４０Ｃからなる試験片については、加熱時間３秒で加熱温度１１００〜１３００℃の条件にて、１〜１１回の焼入処理を試験片に対して実施し、処理後の試験片の高さを測定する実験を行なった。
【０２２８】
図５２は、ＳＫＤ１１からなる試験片の実験結果を示す図である。また、図５３は、ＳＵＳ４４０Ｃからなる試験片の実験結果を示す図である。図５２および図５３において、横軸は焼入回数、縦軸は焼入処理後の試験片の高さを示している。また、図中の直線は、寸法の測定データから得られた近似直線である。
【０２２９】
図５２および図５３を参照して、ＳＫＤ１１およびＳＵＳ４４０Ｃのいずれの場合においても、試験片の軸方向の寸法は、焼入回数が増加するに従って直線的に減少している。このことから、焼入硬化処理による寸法変化（軸方向における収縮）を考慮して、本発明の軸部材の焼入方法を採用した軸の製造方法においては、塑性加工（かしめ加工）される前の焼入硬化された軸部材の軸方向における所望の寸法に比べて長さが大きい軸部材を、軸部材を準備する工程において準備することが好ましいといえる。特に、焼入硬化処理を複数回実施する場合、上記寸法変化を考慮して焼入前の軸部材を準備することが重要である。
【０２３０】
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。
【産業上の利用可能性】
【０２３１】
本発明のローラフォロアおよび動弁装置は、エンジンのバルブを開閉するためのロッカーアームとカムとの間に介在し、カムに接触して配置されるローラフォロアおよび当該ローラフォロアを備えた動弁装置に、特に有利に適用され得る。また、本発明の軸ならびに高周波焼入設備、軸部材の熱処理方法および軸の製造方法は、ローラフォロアの軸として使用される軸および当該軸の製造に用いられる高周波焼入設備、軸部材の熱処理方法、軸の製造方法に、特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【０２３２】
【図１】実施の形態１におけるローラ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のローラ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におけるローラフォロアの製造方法のうち、軸の製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図５】軸の製造方法に含まれる熱処理工程の詳細を説明するための図である。
【図６】実施の形態１におけるローラフォロアの製造方法のうち、ローラおよびころの製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図７】ローラおよびころの製造方法に含まれる熱処理工程の詳細を説明するための図である。
【図８】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９】実施の形態２における動弁装置のローラ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１０】実施の形態３における動弁装置のローラ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１１】実施の形態４における動弁装置のローラ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１２】動弁装置のローラフォロア付近を拡大して示した概略斜視図である。
【図１３】実施の形態５における動弁装置のローラ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１４】実施の形態６における動弁装置のローラ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１５】実施の形態７における動弁装置のローラ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１６】実施の形態８におけるローラ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１７】実施の形態９におけるローラ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１８】図１７のローラフォロア周辺を拡大して示した概略図である。
【図１９】実施の形態１０における高周波焼入設備の構成を示す概略断面図である。
【図２０】実施の形態１０におけるローラフォロアの軸の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図２１】実施の形態１１における高周波焼入設備の構成を示す概略断面図である。
【図２２】シェルラジアル試験機の構成を示す概略図である。
【図２３】試験終了後の軸の外周面における摩耗深さを示す図である。
【図２４】試験前における比較例（ＳＵＪ２）の外周面の状態を示すＳＥＭ写真である。
【図２５】試験前における比較例（ＳＵＪ２）の外周面の状態を示すＳＥＭ写真である。
【図２６】試験後における比較例（ＳＵＪ２）の外周面の状態を示すＳＥＭ写真である。
【図２７】試験後における比較例（ＳＵＪ２）の外周面の状態を示すＳＥＭ写真である。
【図２８】試験前における実施例Ａ（ＳＫＤ１１）の外周面の状態を示すＳＥＭ写真である。
【図２９】試験前における実施例Ａ（ＳＫＤ１１）の外周面の状態を示すＳＥＭ写真である。
【図３０】試験後における実施例Ａ（ＳＫＤ１１）の外周面の状態を示すＳＥＭ写真である。
【図３１】試験後における実施例Ａ（ＳＫＤ１１）の外周面の状態を示すＳＥＭ写真である。
【図３２】試験前における実施例Ｂ（ＳＵＳ４４０Ｃ）の外周面の状態を示すＳＥＭ写真である。
【図３３】試験前における実施例Ｂ（ＳＵＳ４４０Ｃ）の外周面の状態を示すＳＥＭ写真である。
【図３４】試験後における実施例Ｂ（ＳＵＳ４４０Ｃ）の外周面の状態を示すＳＥＭ写真である。
【図３５】試験後における実施例Ｂ（ＳＵＳ４４０Ｃ）の外周面の状態を示すＳＥＭ写真である。
【図３６】実施例Ａ（ＳＫＤ１１）におけるＥＤＸ分析の分析点を示すＳＥＭ写真である。
【図３７】実施例Ｂ（ＳＵＳ４４０Ｃ）におけるＥＤＸ分析の分析点を示すＳＥＭ写真である。
【図３８】図３６の点ＡにおけるＥＤＸ分析の結果を示す図である。
【図３９】図３７の点ＢにおけるＥＤＸ分析の結果を示す図である。
【図４０】図３６の点ＣにおけるＥＤＸ分析の結果を示す図である。
【図４１】図３７の点ＤにおけるＥＤＸ分析の結果を示す図である。
【図４２】実施例２において採用される加熱パターンを示す図である。
【図４３】加熱温度を１０５５℃〜１１４５℃、加熱時間を０．９秒とした場合の焼入回数と硬度との関係を示す図である。
【図４４】加熱温度を１０９０℃〜１１１０℃、加熱時間を５秒とした場合の焼入回数と硬度との関係を示す図である。
【図４５】加熱温度を１１２０℃〜１３００℃、加熱時間を３秒とした場合の焼入回数と硬度との関係を示す図である。
【図４６】表３の条件Ｃで焼入硬化された試験片の硬化層パターンを示す写真である。
【図４７】表３の条件Ｆで焼入硬化された試験片の硬化層パターンを示す写真である。
【図４８】表４の条件Ａで焼入硬化された試験片の硬化層パターンを示す写真である。
【図４９】１５０℃に加熱されて焼戻された試験片の残留応力分布を示す図である。
【図５０】１７０℃に加熱されて焼戻された試験片の残留応力分布を示す図である。
【図５１】１５０℃に加熱されて焼戻された試験片の残留応力分布を示す図である。
【図５２】ＳＫＤ１１からなる試験片の実験結果を示す図である。
【図５３】ＳＵＳ４４０Ｃからなる試験片の実験結果を示す図である。
【符号の説明】
【０２３３】
１  ローラフォロア、２  ロッカーアーム、２Ｂ  一方の端部、２Ｃ  他方の端部、２Ｄ  貫通孔、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、１１Ｂ  ローラ転走部、１１Ｇ  ローラ摺動面、１１Ｈ  ローラ摺動部、１２  軸、１２Ａ  軸転走面、１２Ｂ  軸転走部、１２Ｃ  低硬度領域、１２Ｄ  端面、１２Ｅ  溝部、１２Ｆ  貫通孔、１２Ｇ  軸摺動面、１２Ｈ  軸摺動部、１３  ころ、１３Ａ  ころ転走面、１３Ｂ  ころ転走部、１５  固定リング、１６  固定ピン、２１  側壁、２１Ａ  貫通孔、２１Ｂ  テーパー部、２１Ｃ  突出部、２１Ｄ  溝部、２１Ｅ  第２貫通孔、２２  ピボット当接部、４０  シェルラジアル試験機、４１  回転軸、４２  駆動ローラ、４２Ａ  外周面、４３  外輪、４４  ころ、４５  軸受、４６  荷重伝達部材、４７  カートリッジヒータ、５０  高周波焼入設備、５１  電源部、５２  コイル、５２Ａ  中空部、５２Ｂ  拡径部、５３  保持部材、５３Ａ  端面保持部、５３Ｂ  外周面保持部、６０  軸部材、６１  端面、６２  外周面、８０  アジャストねじ、８１  連結部材、８２  ロックナット、９０  プッシュロッド。
【図１】
0005459756.tif 000007
【図２】
0005459756.tif 000008
【図３】
0005459756.tif 000009
【図４】
0005459756.tif 000010
【図５】
0005459756.tif 000011
【図６】
0005459756.tif 000012
【図７】
0005459756.tif 000013
【図８】
0005459756.tif 000014
【図９】
0005459756.tif 000015
【図１０】
0005459756.tif 000016
【図１１】
0005459756.tif 000017
【図１２】
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【図１３】
0005459756.tif 000019
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0005459756.tif 000022
【図１７】
0005459756.tif 000023
【図１８】
0005459756.tif 000024
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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