(57)【要約】【課題】簡単な工程により、かつ低コストで転がり摺動面の処理をしてピーリングの発生を防ぐことができる転がり摺動部品を提供する。【解決手段】相手部材の表面と転がり摺動する転がり摺動面を備えた転がり摺動部品であって、前記転がり摺動面に、その周方向に沿って連続するうねり部が形成されている。  【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相手部材の表面と転がり摺動する転がり摺動面を備えた転がり摺動部品であって、前記転がり摺動面に、その運動方向に沿って連続するうねり部が形成されていることを特徴とする転がり摺動部品。
【請求項２】
前記うねり部がスパイラル状に形成されている請求項１に記載の転がり摺動部品。
【請求項３】
ＪＩＳ  Ｂ０６０１に規定される、前記うねり部の算術平均うねりＷａが０．０５μｍ≦Ｗａ≦０．１１μｍであり、突出山部高さＲｐｋが０．０５μｍ≦Ｒｐｋ≦０．１５μｍであり、かつ、うねり曲線要素の平均長さＷＳｍが０．１５ｍｍ≦ＷＳｍ≦０．３５ｍｍである請求項１〜２のいずれかに記載の転がり摺動部品。
【請求項４】
油膜パラメータΛ≦１の貧潤滑の状態で使用される請求項１〜３のいずれかに記載の転がり摺動部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は転がり摺動部品に関する。さらに詳しくは、自動車のエンジン等の動弁機構に使用されるカムフォロワ用のローラのように貧潤滑の状態で使用される転がり摺動部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
主に転がり接触する（すなわち、転がり接触のみするか、又はすべりを伴って転がり接触する）接触面を有する機械部品として、転がり軸受の軌道輪、転動体、カムフォロア用のローラ等がある。このカムフォロア用のローラは、自動車のエンジン等の動弁機構に使用されるカムフォロアにおいて、カム軸の回転負荷軽減のために当該カムフォロアに回転自在に取り付けられているものである。そして、前記カムフォロア用のローラの外輪を、カム軸のカムの外周面に転がり接触させている。
【０００３】
ところで、かかるカムフォロア用のローラには、カム軸がエンジンケーシングの上方に位置するため潤滑油の供給が不十分になる等の理由により、当該ローラの外周面に十分な潤滑油膜が形成されないという問題がある。このため、カムフォロア用のローラの、カムに対する転がり接触面に、いわゆるピーリングと呼ばれる損傷が発生して、当該ローラの寿命を短くするという問題がある。特に、ローラと接触するカム周面の表面粗さがローラよりも大きい場合には、ローラ表面にピーリングが発生し易く、問題となる。
【０００４】
これに対し、従来より、例えば転がり接触面に微小なくぼみを形成してこれらを油溜まりとし、この油溜まりからの油供給によって転がり接触面に油膜を形成することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、安定した油膜形成能力による長寿命化を図るために、前記微小くぼみの深さ等の範囲を特定することも提案されている（特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平３−１７２６０８号公報
【特許文献１】国際公開第ＷＯ９７／１９２７９号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記微小くぼみは、軸受鋼等の高炭素鋼系材料からなる、カムフォロア用のローラの外輪（未処理）を浸炭窒化処理し、ついでその転がり接触面をショットブラストによって粗化した後、バレル仕上げすることで形成しており、多段階の処理が必要であるとともに、バッチ式にしか処理することができないため、処理のリードタイムを考慮すると加工費がアップする要因となっている。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の有する問題を解消するためになされたものであり、簡単な工程により、かつ低コストで転がり摺動面の処理をしてピーリング等の表面損傷の発生を防ぐことができる転がり摺動部品を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の転がり摺動部品は、相手部材の表面と転がり摺動する転がり摺動面を備えた転がり摺動部品であって、前記転がり摺動面に、その運動方向に沿って連続するうねり部が形成されていることを特徴としている。
【０００９】
前記転がり摺動面に形成されたうねり部は運動方向に連続しており、隣接するうねり部間の溝ないし凹部（谷）に潤滑油が貯えられ、この潤滑油により滑らかな転がり摺動接触が提供される。ここで、転がり摺動とは、転がり接触又は摺動接触を伴う転がり接触をいう。前記うねり部は、転がり摺動面に対し、ショットブラスト、バレル仕上げ及び超仕上げ等の処理法を用いることなく、例えば、ローラ部品であれば、その表面に微視的な溝が形成された砥石を有するセンタレス研削盤を用い、前記転がり摺動部品をスルーフィードで通して当該砥石の溝を転がり摺動面に転写するという簡単な操作によって形成することができる。このため、工程の簡略化及び低コスト化を図ることができる。
【００１０】
前記うねり部はスパイラル状に形成されているのが好ましい。スパイラル状にすることで運動方向に沿って連続するうねりを容易かつ効率的に形成することができる。
【００１１】
また、ＪＩＳ  Ｂ０６０１に規定される、前記うねり部の算術平均うねりＷａが０．０５μｍ≦Ｗａ≦０．１１μｍであり、突出山部高さＲｐｋが０．０５μｍ≦Ｒｐｋ≦０．１５μｍであり、かつ、うねり曲線要素の平均長さＷＳｍが０．１５ｍｍ≦ＷＳｍ≦０．３５ｍｍであるのが好ましい。前記うねり部の算術平均うねりＷａは、うねりの高さ方向の振幅、すなわちうねりの大きさを表すパラメータであり、この値が０．０５μｍ未満であると、ピーリングを発生させるような貧潤滑領域において所要量の潤滑油をうねり間の溝に貯えることができず、一方、０．１１μｍを超えると、貧潤滑ゆえにうねり山部において金属接触する領域が増大するという問題がある。また、前記突出山部高さＲｐｋは、表面の潤滑性評価パラメータとして用いられる突出部高さを表すパラメータであり、繰り返し接触の初期段階で表面粗さの先端部が磨耗によりなじむ過程があるが、この値が０．０５μｍ未満であると、なじむ過程がほとんどなくなり、逆に表面粗さが大きくなる。一方、０．１５μｍを超えると、粗さが大きすぎて、なじみによる粗さの改善がなく、さらに粗さが大きくなるという問題がある。さらに、前記うねり曲線要素の平均長さＷＳｍは、隣接するうねり部の山間の幅を表すパラメータであり、この値が０．１５ｍｍ未満であると所要量の潤滑油をうねり間の溝に貯えることができず、一方、０．３５ｍｍを超えると、谷部の潤滑油が溝の円周方向に沿って漏れ易くなり、接触条件の厳しい山部先端に供給され難くなるという問題がある。
【００１２】
また、本発明の転がり摺動部品は、油膜パラメータΛ≦１の貧潤滑の状態で好適に使用することができる。ここで、油膜パラメータΛは次の式で表される。
【数１】
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【００１３】
ただし、ＲＺ１は一方の接触面の十点平均粗さ、ＲＺ２は他方の接触面の十点平均粗さであり、ＲＺはＪＩＳ  Ｂ０６０１に規定されている。本発明の転がり摺動部品における摺動面は、前述した、運動方向に連続するうねり部により高い潤滑油の保持能力を有しているので、貧潤滑の状態で使用されても、ピーリング等の表面損傷が発生せず、安定した摺動状態を長期間に亘り維持することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の転がり摺動部品は、転がり摺動面に形成されたうねり部間の溝に潤滑油が貯えられ、この潤滑油により滑らかな転がり摺動接触が提供される。前記うねり部は、例えば砥石表面に形成した溝を転がり摺動面に転写するという簡単な操作によって形成することができる。このため、工程の簡略化及び低コスト化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の転がり摺動部品の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の転がり摺動部品の一実施の形態であるカムフォロア用のローラＲを示しており、このローラＲは、外輪１と、軸２と、前記外輪１と軸２の間に転動可能に配置された複数の針状ころ３とを備えている。前記外輪１、軸２及びころ３は、いずれも軸受鋼ＳＵＪ２（ＪＩＳ  Ｇ４８０５、高炭素クロム鋼鋼材）等の高炭素鋼系材料で作製されており、このうち外輪１の外周面である転がり摺動面１ａには、図２に示されるように、前記摺動面１ａの運動方向である周方向に沿ううねり部４が形成されている。
【００１６】
前記ローラＲは、例えば図４に示されるように、自動車のエンジン等において、ポペット弁１０を駆動するための動弁機構に組み込まれて使用される。この動弁機構はスイングアーム型のものであり、ポペット弁１０と、カムフォロア用のローラＲが組み込まれた、カムフォロアとしてのスイングアーム１１と、カム１２を備えたカム軸１３と、復元ばね１４とで構成されている。
【００１７】
かかる構成を有する動弁機構では、図４において矢印Ｂで示されるようにカム軸１３を回転させると、カム１２のカム面１５のうち図中右下の突出部１５ａが、カムフォロア用のローラＲを下方へ押圧し、それによってスイングアーム１１が、凹部１６に嵌合されるアジャスタ支点を中心として下方へ回動して、押圧部１７が、図中白矢印で示されるように、ポペット１０を開方向へ押圧して、ポペット弁１０が開かれる。また、前記カム面１５の突出部１５ａがカムフォロア用のローラＲを通過した後は、復元ばね１４の上方への押圧力によって、スイングアーム１１が前記アジャスタ支点を中心として上方へ回動して、図中黒矢印で示されるように、ポペット弁１０が閉方向へ押し戻されて閉じられる。
【００１８】
本発明の特徴は、前記転がり摺動面１ａにうねり部４を形成したことであり、このうねり部４は、転がり摺動面１ａの運動方向である周方向に沿って連続して形成されている。うねり部４は外輪１の軸芯回りにスパイラル状に形成してもよいし、軸方向において所定ピッチ毎に互いに独立させた状態で円環状に形成してもよいが、周方向に沿って連続するうねりを容易かつ効率的に形成することができるので、スパイラル状に形成するのが好ましい。
【００１９】
前記スパイラル状のうねり部４は、例えば、センタレス研削盤の砥石の外周にドレッサーを押し当てる等して微視的な溝をスパイラル状に形成し、前記転がり摺動部品を当該センタレス研削盤にスルーフィードで通して当該砥石の溝を転がり摺動面１ａに転写することにより形成することができ、また前記円環状のうねり部４は、例えば、円筒研削盤の砥石の外周に沿って微視的な溝を円環状にて複数列形成し、プランジカットによって当該溝を転がり摺動面１ａに転写することにより形成することができるが、いずれについても従来技術における微小くぼみを形成する場合のようなショットブラスト、バレル仕上げ及び超仕上げ等の処理をする必要がなく、転がり摺動部品の製造コストを削減することができる。なお、一旦うねり部４を形成すると、その後に転がり摺動面に対し研磨等の処理は行わない。
【００２０】
本発明の転がり摺動部品は、前記うねり部４を形成することで転がり摺動面におけるピーリング等の表面損傷の発生を防止するものであるが、その防止のメカニズムは以下のようであると考えられる。
まず第１に、隣接するうねり部４間の溝（谷）に油が保持され、この油が継続的に接触部（転がり摺動部品と相手部材とが接触する部分）に供給される。これにより、前記接触部における発熱が抑えられ、接触部分の金属が塑性流動しにくくなる。また、うねり部４の山の部分が主として相手部材と接触するため、この山の部分だけが磨耗し、接線力により塑性流動が発生するものの、この塑性流動は接触するうねり山部が円周方向に延びるので軸方向には拡大しにくい。さらに、うねり部４の山の部分の厚さ又は粗さの振幅が適度に小さいため、この山の部分は初期なじみを起こしやすくなり、相手部材との接触時の接触応力やせん断応力を緩和させることができる。
【００２１】
前記転がり摺動面１ａの、周方向と垂直方向である軸方向（運動方向と垂直方向）の断面形状（粗さ曲線）は、図３に示されるように、ミクロ的に見れば険しい山と谷が連続して繰り返されているが、これをマクロ的に見れば、図２に示されるように、複数の山脈状のうねり部４が所定のピッチで存在している。このうねり部４の各種寸法は、本発明において特に限定されるものではないが、種々の実験及び検討の結果、つぎの範囲のものが好ましいことが分かっている。
【００２２】
すなわち、ＪＩＳ  Ｂ０６０１に規定される、前記うねり部４の算術平均うねり（粗さ）Ｗａが０．０５μｍ≦Ｗａ≦０．１１μｍであり、突出山部高さＲｐｋが０．０５μｍ≦Ｒｐｋ≦０．１５μｍであり、かつ、うねり曲線要素の平均長さＷＳｍが０．１５ｍｍ≦ＷＳｍ≦０．３５ｍｍであるのが好ましい。前記うねり部４の算術平均うねりＷａは、うねりの高さ方向の振幅、すなわちうねりの大きさを表すパラメータであり、この値が０．０５μｍ未満であると、ピーリングを発生させるような貧潤滑領域において所要量の潤滑油をうねり間の溝に貯えることができず、一方、０．１１μｍを超えると、貧潤滑ゆえにうねり山部において金属接触する領域が増大するという問題がある。また、前記突出山部高さＲｐｋは、表面の潤滑性評価パラメータとして用いられる突出部高さを表すパラメータであり、繰り返し接触の初期段階で表面粗さの先端部が磨耗によりなじむ過程があるが、この値が０．０５μｍ未満であると、なじむ過程がほとんどなくなり、逆に表面粗さが大きくなる。一方、０．１５μｍを超えると、粗さが大きすぎて、なじみによる粗さの改善がなく、さらに粗さが大きくなるという問題がある。さらに、前記うねり曲線要素の平均長さＷＳｍは、隣接するうねり部の山間の幅を表すパラメータであり、この値が０．１５ｍｍ未満であると所要量の潤滑油をうねり間の溝に貯えることができず、一方、０．３５ｍｍを超えると、谷部の潤滑油が溝の円周方向に沿って漏れ易くなり、接触条件の厳しい山部先端に供給され難くなるという問題がある。
【００２３】
なお、以上説明したカムフォロア用のローラは、自動車のエンジン等における動弁機構以外の、種々の機構におけるカムフォロアに組み込んで使用することもできる。
また、本発明は、カムフォロア用のローラの他、種々の転がり軸受の内輪、外輪及び転動体に適用することができる。さらに、ギアやローラの端面とすべり接触する各種のスラストワッシャの他、ローラフォロワやカムフォロワのスラスト方向の位置決めをするためのフランジ面を有する部材等に適用することができる。また、スラスト軸受の軌道輪や転動体に適用でき、特にスラストころ軸受の円筒ころや円すいころ等に好適に適用できる。また、運動方向が周方向である回転部品のみならず、運動方向が直線方向等である各種転がり摺動部品にも適用できる。
【実施例】
【００２４】
つぎに本発明の転がり摺動部品の実施例を説明するが、本発明はかかる実施例にのみ限定されるものではない。
［実施例１〜６］
外輪、軸及びころを備え、幅１２ｍｍの転がり摺動面を有するカムフォロア用のローラを軸受鋼ＳＵＪ２で作製した。前記外輪は、表面に溝が形成されたセンタレスの砥石を用い、当該外輪をスルーフィードで通して前記砥石の溝を転がり摺動面に転写することにより転がり摺動面にうねり部を形成しておいた。実施例１〜６におけるうねり部の、ＪＩＳ  Ｂ０６０１に規定される算術平均うねりＷａ、突出山部高さＲｐｋ及びうねり曲線要素の平均長さＷＳｍを表１に示す。なお、これらの値は、ローラの軸方向に沿って触針式表面粗さ計で測定した。測定条件は、カットオフλ＝０．２５、測定長１．２５ｍｍでガウシアンフィルターを使用した。
［比較例１］
砥石による溝の転写に代えて、外輪の転がり摺動面を浸炭窒化処理し、砥石で研磨した後にショットブラスト（タンブラーに一定量のワークを入れ、投射材を圧力をかけてワーク表面に投射する）で粗化し、ついでバレル加工（槽の中に一定量のワークを入れ、メディアを入れて槽を一定時間回転させる）を行うことで耐ピーリング処理を施した以外は、実施例と同様にしてカムフォロア用のローラを作製した。
比較例１におけるうねり部の、ＪＩＳ  Ｂ０６０１に規定される算術平均うねりＷａ、突出山部高さＲｐｋ及びうねり曲線要素の平均長さＷＳｍを表１に示す。
耐ピーリング性試験
前述のようにして作製したローラを備えたスイングアームを用い、実機エンジンにて耐久試験を行った。ローラと接触するカムの表面粗さは、最大高さＲｙを２．５〜３．２μｍ、十点平均粗さＲＺを１．８〜２．３ｍｍに仕上げた。これらは、カムの周面４箇所（ノーズ頂点、ベース円、ノーズまでののぼり、及びノーズからのくだり）の測定値の平均値である。なお、カム軸はモータで回転駆動させ、潤滑油として新日本石油（株）製のＧＦ４（０ｗ−２０）を用いた。油温及びエンジン回転数をそれぞれ１３０℃及び６５００ｒｐｍに設定し、５０時間運転を行った（通常、５０時間程度摺動させるとカム面と転がり摺動面はなじむため、５０時間経過時点でピーリングが発生しない場合、それ以上さらに運転をしてもピーリングは発生しないものと考えられる）。試験後のローラの外輪の転がり摺動面を目視にて観察した。ピーリング発生の有無を表１に示す。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
表１より明らかなように、転がり摺動面にうねり部が形成された実施例１〜６は、現状における耐ピーリング処理として最も高級な仕様に属する比較例１と同様に、実機エンジンによって５０時間稼動させた後においても、ピーリングの発生は全く認められず、うねり部がピーリングの発生防止に有効であることが確認された。この比較例１は、ショットブラストやバレル加工等多段階の工程によって耐ピーリング処理が施されており、ピーリングこそ発生しなかったものの、耐ピーリング処理に多くの時間を要した。これに対し、本発明は、簡単な処理によりかかる比較例１と同レベルの耐ピーリング性を有する転がり摺動部品を得ることができることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の転がり摺動部品の一実施の形態であるカムフォロア用のローラの斜視説明図である。
【図２】図１に示されるカムフォロア用のローラの外輪の摺動面を模式的に示す説明図である。
【図３】図１に示されるカムフォロア用のローラの外輪の摺動面の粗さ曲線を示す図である。
【図４】図１に示されるカムフォロア用のローラが組み込まれた、エンジンの動弁機構を示す部分切り欠き正面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１外輪
２軸
３ころ
４うねり部
Ｒローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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