(57)【要約】【課題】  転動疲労寿命と表面損傷寿命との長寿命化を実現して転がり軸受のコンパクト化を可能とし、それによりロッカーアームも軽量かつコンパクトにできるロッカーアーム構造体を提供する。【解決手段】  鋼製のロッカーアーム１はロッカーアーム軸５に取り付けられている。ロッカーアーム１の一方の端部１ａには二股状のローラ支持部１４が、他方の端部１ｂにはバルブ９の端部が当接している。二股状のローラ支持部１４にはローラ軸（内輪）２が固定され、ローラ軸（内輪）２には、ころ（転動体）３を介して回転自在にローラ（外輪）４が支持されている。外輪４、内輪２および転動体３の少なくとも一つの部材が窒素富化層を有し、その窒素富化層におけるオーステナイト結晶粒の粒度番号が１０番を超える範囲にある。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのカム軸と転がり接触する外輪に相当するローラと、前記外輪の内側に位置する内輪に相当する軸と、前記外輪と前記内輪との間に介在する複数の転動体とを備えた転がり軸受を有し、かつ鋼製のロッカーアームを有するロッカーアーム構造体において、
前記ロッカーアームは一方の端部と他方の端部との間に位置するロッカーアーム軸に取り付けられ、前記ロッカーアームの前記一方の端部には二股状の内輪支持部が設けられ、前記他方の端部には前記エンジンの開閉用バルブの端部が当接し、前記二股状の内輪支持部には前記内輪に相当する軸が固定されており、
前記外輪、前記内輪および前記転動体の少なくとも一つの部材が窒素富化層を有し、前記窒素富化層におけるオーステナイト結晶粒の粒度番号が１０番を超える範囲にある、ロッカーアーム構造体。
【請求項２】
エンジンのカム軸と転がり接触する外輪に相当するローラと、前記外輪の内側に位置する内輪に相当する軸と、前記外輪と前記内輪との間に介在する複数の転動体とを備えた転がり軸受を有し、かつ鋼製のロッカーアームを有するロッカーアーム構造体において、
前記ロッカーアームの一方の端部にはピボットが当接しており、前記ロッカーアームの前記一方の端部と他方の端部との間に前記転がり軸受が設けられ、前記他方の端部には前記エンジンの開閉用バルブの端部が当接しており、
前記外輪、前記内輪および前記転動体の少なくとも一つの部材が窒素富化層を有し、前記窒素富化層におけるオーステナイト結晶粒の粒度番号が１０番を超える範囲にある、ロッカーアーム構造体。
【請求項３】
エンジンのカム軸と転がり接触する外輪に相当するローラと、前記外輪の内側に位置する内輪に相当する軸と、前記外輪と前記内輪との間に介在する複数の転動体とを備えた転がり軸受を有し、かつ鋼製のロッカーアームを有するロッカーアーム構造体において、
前記ロッカーアームは一方の端部と他方の端部との間に位置するロッカーアーム軸に取り付けられ、前記ロッカーアームの前記一方の端部には前記カム軸からの力を伝達する連動棒の一方端部が当接しており、前記他方の端部には前記エンジンの開閉用バルブの端部が当接しており、前記連動棒の他方端部には前記転がり軸受が設けられており、
前記外輪、前記内輪および前記転動体の少なくとも一つの部材が窒素富化層を有し、前記窒素富化層におけるオーステナイト結晶粒の粒度番号が１０番を超える範囲にある、ロッカーアーム構造体。
【請求項４】
前記窒素富化層における残留オーステナイト量が１１体積％以上２５体積％以下の範囲であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のロッカーアーム構造体。
【請求項５】
前記窒素富化層における窒素含有量が０．１質量％以上０．７質量％以下の範囲であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のロッカーアーム構造体。
【請求項６】
前記窒素富化層における表面硬さがＨＶ６５３以上の範囲であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のロッカーアーム構造体。
【請求項７】
前記窒素富化層の球状化炭化物の面積率が１０％以上２５％以下の範囲であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載のロッカーアーム構造体。
【請求項８】
前記転がり軸受が総ころ形式のニードル軸受であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載のロッカーアーム構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用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およびロッカーアームに使用される転がり軸受を有するロッカーアーム構造体に関し、より具体的には、軸受の諸性能を向上させることによりロッカーアームの軽量化を図ることのできるロッカーアーム構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題がクローズアップされ、自動車に対しても低燃費化が法的に義務付けられ、強く要求され始めている。これに伴い、エンジンを構成する各部品に対し、軽量・コンパクト化が要求されている。従って、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対しても軽量・コンパクト化が要求されている。ロッカーアームを軽量・コンパクトにするためには、ロッカーアームに使用している軸受をコンパクトにする必要がある。
【０００３】
したがって、ロッカーアームに使用する軸受は、総ころタイプでありながら、高速、高荷重用途で使用されることが多くなっている。
【０００４】
従来、ロッカーアームに使用する転がり軸受についての研究・開発の状況は、下記のようである。
【０００５】
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する軸受のように、その外輪の外周面がカムと転がり接触する用途では、従来は、主に外輪の外周面の改良を目的とした開発が多かった。たとえばショットピーニングなどの加工による圧縮残留応力、高濃度浸炭による高硬度化による長寿命化などは主に相手カムと転動接触する外輪の外周面の改良のために行われてきた。
【０００６】
これまでの公知技術では、たとえば次の対応をとってきた。
【０００７】
（１）  転動疲労寿命向上のため、軸受部品の軌道輪にショットピーニングを適用し、強化層、残留オーステナイト含有層、焼入れ硬化層を表面から内部に順に設けた軸受部品（特開平２−１６８０２２号公報）。
【０００８】
（２）  マルテンサイト組織中の炭化物の大きさ、面積率、残留オーステナイト量および硬さを、ショットピーニングすることにより効率的に調整する技術（特開２００１−６５５７６号公報）。
【０００９】
（３）  転動疲労寿命向上のため、ショットピーニングによる残留圧縮応力ピーク高さおよび分布を、使用時に作用する最大剪断応力および作用深さに一致させる技術（特開平３−１９９７１６号公報）。
【００１０】
（４）  浸炭軸受において、長寿命化のためにショットピーニングを施し、最終表面仕上げ加工を施した後の表面において、残留圧縮応力σ（ＭＰａ）と残留オーステナイトγ（％）の組合せを、０．００１σ＋０．３γ≧１．０を満足するようにする制御方法。
【００１１】
（５）  カムフォロア外輪のカムに当接する外周面を相手カムと同等の硬度とし、かつ外輪の内周面を外周面よりも高硬度にしたカムフォロア装置（実開平３−１１９５０８号公報）。
【００１２】
（６）  対向する他の部品と転がり接触または転がり滑り接触する部品において、表面から０〜５０μｍの深さの表層部の最大圧縮応力を５０〜１１０ｋｇｆ／ｍｍ2とし、硬度をＨＶ８３０〜９６０とし、残留オーステナイトを７％以上とし、表面粗さの平均波長を２５μｍ以下とし、これらをショットピーニングにより達成したもの（特許３１２５４３４号公報）。
【００１３】
また内輪に相当する軸、ころ、または軸受全体の転がり寿命を延ばすための改良は少ないものの、次に示すように材質面からは浸炭窒化による耐熱性やミクロ組織安定性の付与、高硬度化などによって軸受の長寿命化を図った例がある。
【００１４】
（ｄ１）  エンジンの動弁機構用カムフォロワ装置用軸受において、エンジンの定格回転数での軸受の計算寿命を１０００時間以上とするもの（特開２０００−３８９０７号公報）。
【００１５】
（ｄ２）  炭化物の比率を１０〜２５％、残留オーステナイトの初期値に対する分解率を１／１０〜３／１０、端面硬度をＨＶ８３０〜９６０、表面粗さの平均波長を２５μｍ以下としたカムフォロワ装置用軸受軸を実現するために軸受鋼に浸炭窒化とハードショットピーニングを施したもの（特開平１０−４７３３４号公報）。
【００１６】
（ｄ３）  軸の耐摩耗性向上のため、軸に高分子化合物などの固体潤滑膜を形成したカムフォロワ軸（特開平１０−１０３３３９号公報）。
【００１７】
（ｄ４）  工具鋼などにより形成し、焼戻し温度よりも低い温度でイオン窒化やイオンプレーティングで高硬度にしたカムフォロワ軸（特開平１０−１１０７２０号公報）。
【００１８】
（ｄ５）  軸に対する曲げ応力を１５０ＭＰａ以下にしたエンジンの動弁機構用カムフォロワ装置用軸受（特開２０００−３８９０６号公報）。
【００１９】
（ｄ６）  軸受構成部品の転走面に潤滑油保持性に優れたリン酸塩皮膜を付けたエンジンの動弁機構用カムフォロワ（特開２００２−３１２１２号公報）。
【００２０】
（ｄ７）  軸のころ転動領域にクラウニングを付けたエンジンの動弁機構用カムフォロワ（実開昭６３−１８５９１７号公報）。
【００２１】
（ｄ８）  軸の転走面表層の炭素濃度を１．２％〜１．７％Ｃにした高濃度浸炭処理、または浸炭窒化処理を行ない、内部硬度はＨＶ３００にした浸炭軸（特開２００２−１９４４３８号公報）。
【００２２】
ロッカーアームに付随する別の問題として、ローラ軸両端部にかしめ成形を施してローラ支持部材にかしめる場合がある。この場合、ローラ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ある必要がある。また、かしめ固定した後、使用中に緩みを生じないほどの強度（硬度）が必要である。ローラロッカーのローラ軸両端部に対してかしめ成形を可能にするものでは、次の開示がなされている。
【００２３】
（ｄ９）  ローラ軸の外周面を均一に高周波焼入れし、焼戻しをした後、両端部のみ高周波焼なましをして、両端部を軟化する方法（特開平５−１７９３５０号公報）。
【００２４】
ロッカーアームの材質としては、現在、主に使用されている鋼製のロッカーアームやアルミニウムなどの軽合金製ロッカーアームがある。軽合金製のロッカーアームは、鋼製のロッカーアームに比べ、強度的に弱く、コンパクト化効果がやや薄くなる。また、価格的にも若干高めである。したがって、軽量・コンパクト化を両立させるロッカーアームの材質としては、鋼製のロッカーアームが最適である。鋼製のロッカーアームには、鍛造、鋳造、ＭＩＭ（Metal Injection Molding）や鋼板からプレス成形により製作するロッカーアームがある。
【特許文献１】特開平２−１６８０２２号公報
【特許文献２】特開２００１−６５５７６号公報
【特許文献３】特開平３−１９９７１６号公報
【特許文献４】実開平３−１１９５０８号公報
【特許文献５】特許３１２５４３４号公報
【特許文献６】特開２０００−３８９０７号公報
【特許文献７】特開平１０−４７３３４号公報
【特許文献８】特開平１０−１０３３３９号公報
【特許文献９】特開平１０−１１０７２０号公報
【特許文献１０】特開２０００−３８９０６号公報
【特許文献１１】特開２００２−３１２１２号公報
【特許文献１２】実開昭６３−１８５９１７号公報
【特許文献１３】特開２００２−１９４４３８号公報
【特許文献１４】特開平５−１７９３５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
上述したように、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おいて、軽量・コンパクト化が要求されている。
【００２６】
しかし、ロッカーアームに使用する軸受である保持器の無い総ころタイプの軸受では、ころ同士の干渉が生じたり、スムーズにころ位置が制御されず、ころのスキューが起こりやすい。また、潤滑油が軸受内部に上手く供給されず潤滑条件が悪い事態が生じる。この結果、滑り発熱や局部的な面圧上昇、または潤滑不足が発生し、計算上は大きな負荷容量を持ち、寿命も要求寿命に対して充分あるにもかかわらず、表面損傷（ピーリング、スミアリング、表面起点型剥離）や内部起点型剥離が発生し、軸受として機能しなくなることが多い。このような問題を解決しなければ、鋼製のロッカーアームの軽量化は難しい状況にある。
【００２７】
このような条件での軸受の寿命を支配する要因は、通常の荷重依存型の転動疲労寿命に加えて、滑りや油膜切れが原因で生じる金属接触による表面損傷寿命がある。よって、両方の寿命を長寿命化する必要がある。しかし、これまで、両方の寿命を大幅に延長させる技術は確立されていない。
【００２８】
それゆえ本発明の目的は、ロッカーアームに使用する転がり軸受において、通常の荷重依存型の転動疲労寿命に加えて、滑りや油膜切れが原因で生じる金属接触による表面損傷寿命に対しても長寿命化を実現して当該転がり軸受のコンパクト化を可能とし、それによりロッカーアームも軽量かつコンパクトにできるロッカーアーム構造体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
本発明の一のロッカーアーム構造体は、エンジンのカム軸と転がり接触する外輪に相当するローラと、外輪の内側に位置する内輪に相当する軸と、外輪と内輪との間に介在する複数の転動体とを備えた転がり軸受を有し、かつ鋼製のロッカーアームを有するロッカーアーム構造体において、ロッカーアームは一方の端部と他方の端部との間に位置するロッカーアーム軸に取り付けられ、ロッカーアームの一方の端部には二股状の内輪支持部が設けられ、他方の端部にはエンジンの開閉用バルブの端部が当接し、二股状の内輪支持部には上記内輪に相当する軸が固定されており、外輪、内輪および転動体の少なくとも一つの部材が窒素富化層を有し、その窒素富化層におけるオーステナイト結晶粒の粒度番号が１０番を超える範囲にあることを特徴とするものである。
【００３０】
本発明の他のロッカーアーム構造体は、エンジンのカム軸と転がり接触する外輪に相当するローラと、外輪の内側に位置する内輪に相当する軸と、外輪と内輪との間に介在する複数の転動体とを備えた転がり軸受を有し、かつ鋼製のロッカーアームを有するロッカーアーム構造体において、ロッカーアームの一方の端部にはピボットが当接しており、ロッカーアームの一方の端部と他方の端部との間に転がり軸受が設けられ、他方の端部にはエンジンの開閉用バルブの端部が当接しており、外輪、内輪および転動体の少なくとも一つの部材が窒素富化層を有し、窒素富化層におけるオーステナイト結晶粒の粒度番号が１０番を超える範囲にあることを特徴とするものである。
【００３１】
本発明のさらに他のロッカーアーム構造体は、エンジンのカム軸と転がり接触する外輪に相当するローラと、外輪の内側に位置する内輪に相当する軸と、外輪と内輪との間に介在する複数の転動体とを備えた転がり軸受を有し、かつ鋼製のロッカーアームを有するロッカーアーム構造体において、ロッカーアームは一方の端部と他方の端部との間に位置するロッカーアーム軸に取り付けられ、ロッカーアームの一方の端部にはカム軸からの力を伝達する連動棒の一方端部が当接しており、他方の端部にはエンジンの開閉用バルブの端部が当接しており、連動棒の他方端部には転がり軸受が設けられており、外輪、内輪および転動体の少なくとも一つの部材が窒素富化層を有し、窒素富化層におけるオーステナイト結晶粒の粒度番号が１０番を超える範囲にあることを特徴とするものである。
【００３２】
本発明の上記３つのロッカーアーム構造体のいずれによっても、オーステナイト結晶粒の粒度番号が１０番を超え、オーステナイト結晶粒の粒径が微細であることにより、転動疲労寿命が大幅に改良することができる。オーステナイト結晶粒の粒度番号が１０番以下では、転動疲労寿命は大きく改善されないので、１０番を超える範囲とする。通常、１１番以上とする。オーステナイト結晶粒は細かいほど望ましいが、通常、１３番を超える粒度番号を得ることは難しい。
【００３３】
また窒素富化層により表面損傷寿命を改善することもできる。
【００３４】
また上記３つのロッカーアーム構造体は、カムからの駆動力をエンジンのバルブに伝える点で共通するが、その構造が互いに異なっており、異なるエンジンの型式にそれぞれ対応できるようになっている。
【００３５】
なお窒素富化層は、外輪、内輪または転動体の表層に形成された窒素含有量を増加した層であって、例えば浸炭窒化、窒化、浸窒などの処理によって形成することができる。
【００３６】
また外輪、内輪または転動体のオーステナイト結晶粒は、窒素富化層が存在する表層部でも、それより内側の内部でも変化しない。したがって、上記の結晶粒度番号の範囲の対象となる位置は、表層部および内部とする。ここで、オーステナイト結晶粒は、焼入れ処理を行った後も焼入れ直前のオーステナイト結晶粒界の痕跡が残っており、その痕跡に基づいた結晶粒をいう。
【００３７】
上記のロッカーアーム構造体において好ましくは、窒素富化層における残留オーステナイト量が１１体積％以上２５体積％以下の範囲である。
【００３８】
残留オーステナイト量が１１体積％程度になると表面損傷寿命が低下し、１１％未満になると更に低下する傾向がある。一方、残留オーステナイト量が２５体積％より多いと、残留オーステナイト量が通常の浸炭窒化処理と差異がなくなってしまうため、経年寸法変化が悪くなる。
【００３９】
残留オーステナイト量は、研削後の転動面の表層５０μｍにおける値であって、例えば、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ことができる。
【００４０】
上記のロッカーアーム構造体において好ましくは、窒素富化層における窒素含有量が０．１質量％以上０．７質量％以下の範囲である。
【００４１】
窒素富化層における窒素含有量が０．１％より少ないと窒素含有の効果が無く、特に表面損傷寿命が低下する。窒素含有量が０．７％より多いと、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。
【００４２】
窒素富化層の窒素含有量は、研削後の転動面の表層５０μｍにおける値であって、例えば、ＥＰＭＡ（波長分散型Ｘ線マイクロアナライザ）で測定することができる。
【００４３】
上記のロッカーアーム構造体において好ましくは、窒素富化層における表面硬さがＨＶ６５３以上の範囲である。
【００４４】
表面硬さがＨＶ６５３以上と高いことにより、転動疲労寿命を大幅に改良することができる。表面硬さがＨＶ６５３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。通常、表面硬さの範囲はＨＶ７２０〜８００とする。表面硬さは高いほど望ましいが、通常、ＨＶ９００を超える表面硬さを得ることは難しい。
【００４５】
上記のロッカーアーム構造体において好ましくは、窒素富化層の球状化炭化物の面積率が１０％以上２５％以下の範囲である。
【００４６】
球状化炭化物の面積率が１０％以上であることにより、転動疲労寿命を大幅に改良することができる。球状化炭化物の面積率が１０％未満では、転動疲労寿命は大きく改善されないので、１０％以上の範囲とする。球状化炭化物の面積率は多いほど望ましいが、通常、２５％を超える面積率を得ると炭化物の粗大化・凝集により材料の靭性が劣化するため、望ましくは１０％以上２５％以下の範囲とする。
【００４７】
球状化炭化物の面積率は、研削後の転動面の表層５０μｍにおける値であって、ピクリン酸アルコール溶液（ピクラル）を用いて腐食した後、光学顕微鏡（４００倍）で観察することができる。ここで、簡易的に球状化炭化物と表現しているが、実際は、炭化物／窒化物を合わせたものである。
【００４８】
上記のロッカーアーム構造体において好ましくは、転がり軸受が総ころ形式のニードル軸受である。
【００４９】
本発明における内輪に相当する軸には、中実の軸および中空の軸のいずれも含まれる。
【発明の効果】
【００５０】
以上説明したように本発明のロッカーアーム構造体によれば、ロッカーアームに使用する転がり軸受において通常の荷重依存型の転動疲労寿命と、滑りや油膜切れが原因で生じる金属接触による表面損傷寿命の両方を改善することができるためその転がり軸受のコンパクト化が可能であり、鋼製のロッカーアームの軽量・コンパクト化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００５２】
図１は、本発明の実施の形態におけるエンジンのローラ付きカムフォロアの構成を示す概略正面図であり、図２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を参照して、ロッカーアーム１は、鋼製であり、一方の端部１ａと他方の端部１ｂとの間に位置する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に支持されている。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。
【００５３】
このロッカーアーム１の他方の端部１ｂには、アジャストねじ７が螺挿されている。このアジャストねじ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（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の弾発力で付勢されている。
【００５４】
ロッカーアーム１は、一方の端部１ａに、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。この二股状のローラ支持部１４には、内輪に相当するローラ軸２と、転動体であるころ３と、外輪に相当するローラ４とを有する総ころタイプの転がり軸受（ニードル軸受）５０が配置されている。
【００５５】
ローラ軸２の両端は、二股状のローラ支持部１４に開けられたローラ軸孔にかしめ、圧入もしくは止め輪により固定されている。このローラ軸２の外周面中央部には、ころ３を介して回転自在にローラ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。なお本実施形態ではローラ軸２は中空状の軸であるが中実軸であってもよい。
【００５６】
本明細書において、一方と他方との間にはとくに区別はなく、説明の順序で早く説明する端部を一方の端部とする意味しかない。
【００５７】
上述したように、ローラ軸（内輪）２と、ころ（転動体）３と、ローラ（外輪）４とにより構成されるころがり軸受５０がロッカーアーム用の総ころ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、その軸受は総ころ軸受と呼称される。上記のロッカーアーム用総ころ軸受５０は、外輪であるローラ４がカム６と接触しながら回転するよう支持するものであるため、外輪４にはカム６の押付け力と衝撃力とが作用する。本実施の形態におけるロッカーアーム構造体は、上記のロッカーアーム用総ころ軸受５０と、ロッカーアーム１とを有するものである。
【００５８】
図３は、本発明の他の実施の形態におけるエンジンのローラ付きカムフォロアを示す図である。このカムフォロアでは、鋼製のロッカーアーム１の一方の端部１ａと他方の端部１ｂとの間に、ロッカーアーム用総ころ軸受５０が配置されている。この転がり軸受５０は、内輪に相当するローラ軸２と、転動体であるころ３と、外輪に相当するローラ４とを有している。
【００５９】
ローラ軸２は、ロッカーアーム１の両側の側壁の各々に開けられたローラ軸孔（図示せず）に両端を差し込まれて固定されている。このローラ軸２の外周面中央部には、ころ３を介して回転自在にローラ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。
【００６０】
ロッカーアーム１の他方の端部１ｂにはエンジンの開閉用バルブ９の端部が当接し、一方の端部１ａには図示しないピボットが当接するためピボット孔１５が設けられている。ロッカーアーム１は、ピボットの周りに所定の向きにばね１０によって付勢され、カム６から伝達される駆動力をローラ４で受けて、ばね１０の付勢力に抗してバルブ９を動かす。
【００６１】
図４は、本発明のさらに他の実施の形態におけるエンジンのローラ付きカムフォロアを示す図である。図５は、図４のロッカーアーム転がり軸受を含む部分を拡大した図である。図４を参照して、鋼製のロッカーアーム１の一方の端部１ａと他方の端部１ｂとの間に位置する中央部にロッカーアーム軸５が配置され、このロッカーアーム軸５を中心としてロッカーアーム１が支持されている。ロッカーアーム１の他方の端部１ｂはエンジンの開閉用バルブ９の端部と当接し、一方の端部１ａは連動棒１６の一方端部と当接している。ロッカーアーム１の一方の端部１ａにはアジャストねじ８が取付けられている。このアジャストねじ８は、ロッカーアーム１の一方の端部１ａと連動棒１６との当接位置を調節する機能を有している。
【００６２】
連動棒１６の他方端部（図中下端）に中空の軸受取付部１６ａが位置している。この軸受取付部１６ａには、取付部材１７によりロッカーアーム用総ころ軸受５０が取り付けられている。
【００６３】
図５を参照して、この転がり軸受５０は、内輪に相当するローラ軸２と、転動体であるころ３と、外輪に相当するローラ４とを有している。ローラ軸２の両端は、取付部材１７に固定されている。このローラ軸２の外周面中央部には、ころ３を介して回転自在にローラ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。
【００６４】
図４を参照して、ローラ４の外周面は、ばね１０の付勢力によりカム６のカム面に当接しており、図５に示すようにカム６はこの転がり軸受５０のローラ４に当接して駆動力を連動棒１６に伝達する。この連動棒１６によりカム６を有するカム軸の駆動力がロッカーアーム１に伝達される。
【００６５】
上記図１〜図５に示される各エンジンのローラ付きカムフォロアの総ころ軸受５０を構成する部材のうち、転動体であるころ３、内輪に相当するローラ軸２および外輪に相当するローラ４のうち少なくとも１つの部材は、鋼製であり、これから説明する低温２次焼入れ法の熱処理を施され、微細オーステナイト粒とされている。
【００６６】
次に、これら転がり軸受の外輪（ローラ）、内輪（ローラ軸）および転動体の少なくとも１つの軸受部品に行なう浸炭窒化処理を含む熱処理について説明する。図６は本発明の実施の形態における熱処理方法を説明する図である。また、図７は、本発明の実施の形態における熱処理方法の変形例を説明する図である。
【００６７】
図６は１次焼入れおよび２次焼入れを行なう方法を示す熱処理パターンであり、図７は焼入れ途中で材料をＡ1変態点温度未満に冷却し、その後、再加熱して最終的に焼入れる方法を示す熱処理パターンである。どちらも本発明の実施の態様例である。
【００６８】
図６を参照して、まず、たとえば軸受部品用の鋼がＡ1変態点を超える浸炭窒化処理温度（たとえば８４５℃）に加熱され、その温度で軸受部品用の鋼に浸炭窒化処理が施される。温度処理Ｔ1では鋼の素地に炭素や窒素が拡散され、また炭素が鋼に十分に溶け込ませられる。この後、軸受部品用の鋼は、処理Ｔ1の温度から油焼入れを施されて、Ａ1変態点未満の温度に冷却される。次いで１８０℃で焼戻しが行なわれるが、この焼戻しは省略することができる。
【００６９】
この後、軸受部品用の鋼がＡ1変態点以上の温度で上記の浸炭窒化処理の温度未満の温度（たとえば８００℃）に再加熱され、その温度で保持することにより処理Ｔ2が施された後、処理Ｔ2の温度から油焼入れを施されて、Ａ1変態点未満の温度に冷却される。次いで１８０℃で焼戻しが行なわれる。
【００７０】
図７を参照して、まず、たとえば軸受部品用の鋼がＡ1変態点を超える浸炭窒化処理温度（たとえば８４５℃）に加熱され、その温度で軸受部品用の鋼に浸炭窒化処理が施される。温度処理Ｔ1では鋼の素地に炭素や窒素が拡散され、また炭素が鋼に十分に溶け込ませられる。この後、軸受部品用の鋼は焼入れされずにＡ1変態点以下の温度に冷却される。この後、軸受部品用の鋼がＡ1変態点以上の温度で上記の浸炭窒化処理の温度未満の温度（たとえば８００℃）に再加熱され、その温度で保持することにより処理Ｔ2が施された後、処理Ｔ2の温度から油焼入れを施されて、Ａ1変態点未満の温度に冷却される。次いで１８０℃で焼戻しが行なわれる。
【００７１】
上記の熱処理は、普通焼入れ（すなわち浸炭窒化処理に引き続いてそのまま１回焼入れ）するよりも、表層部分を浸炭窒化しつつ、割れ強度を向上させ、経年寸法変化率を減少することができる。上述したように、上記の熱処理方法によれば、オーステナイト結晶粒の粒径が従来の２分の１以下となるミクロ組織を得ることができる。上記の熱処理を受けた軸受部品を用いた転がり軸受は、転動疲労寿命特性が長寿命であり、割れ強度を向上させ、経年寸法変化率も減少させることができる。
【００７２】
上記の熱処理のどちらによっても、その中の浸炭窒化処理により表面に「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（１質量％程度の鋼）、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。しかし、窒素濃度は、Ｃｒ濃度などにも依存するが、通常の鋼では最大限０.０２５質量％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。上記窒素富化層には炭素が富化されていてもよいことはいうまでもない。
【００７３】
この窒素富化層における残留オーステナイト量は１１体積％以上２５体積％以下であり、窒素含有量は０．１質量％以上０．７質量％以下の範囲である。また窒素富化層における表面硬さはＨＶ６５３以上の範囲であり、窒素富化層の球状化炭化物の面積率は１０％以上２５％以下の範囲である。
【００７４】
上記図６に示す熱処理パターンを適用した軸受鋼のオーステナイト結晶粒度を示すミクロ組織を図８（ａ）に示す。また、比較のため、従来の熱処理方法による軸受鋼のオーステナイト結晶粒度を示すミクロ組織を図８（ｂ）に示す。また、図９（ａ）および図９（ｂ）に、上記図８（ａ）および図８（ｂ）を図解したオーステナイト結晶粒度を示す。これらオーステナイト結晶粒度を示す組織より、従来のオーステナイト粒径はＪＩＳ規格の粒度番号で１０番であり、また本発明による熱処理方法によれば１０番を超える範囲で１２番の細粒を得ることができる。また、図８（ａ）の平均粒径は、切片法で測定した結果、５．６μｍであった。
【実施例】
【００７５】
次に本発明の実施例について説明する。
【００７６】
（実施例１）
ＪＩＳ規格ＳＵＪ２を用いて、転動疲労試験用の軸受を製作した。軸受はロッカーアームに使用する総ころタイプのニードル軸受とした。内輪は、外径φ１４．６４ｍｍ×幅Ｌ１７．３ｍｍとし、外輪は内径φ１８．６４ｍｍ×外径φ２４ｍｍ×幅Ｌ６．９ｍｍとした。ころは外径φ２ｍｍ×長さＬ６．８ｍｍを２６本用い、保持器を用いない総ころタイプの構成とした。この軸受の基本動定格荷重は８．６ｋＮ、基本静定格荷重は１２．９ｋＮである。
【００７７】
各試験軸受の製造履歴は次の通りである。
【００７８】
試験軸受Ｎｏ．１〜３（本発明例）：図６に示す熱処理パターンにおいて、浸炭窒化処理温度を８５０℃とし、保持時間を１５０分間とした。そのときの雰囲気を、ＲＸガスとアンモニアガスとの混合ガスとした。その際、試験軸受Ｎｏ．１〜３でＲＸガスとアンモニアガスとの混合比を変更して処理を行った。その後、図６に示す熱処理パターンにおいて、浸炭窒化処理温度８５０℃から一次焼入れを行い、次いで浸炭窒化処理温度より低い温度８００℃で２０分間加熱して二次焼入を行い、次いで、１８０℃で９０分間焼戻を行った。
【００７９】
試験軸受Ｎｏ．４（比較例）：標準熱処理を行った。つまり、ＲＸガス雰囲気中で、加熱温度８４０℃、保持時間２０分で加熱した後に焼入れを行い、次いで１８０℃で９０分間焼戻を行なった。
【００８０】
試験軸受Ｎｏ．５、６（比較例）：浸炭窒化処理を行った。つまり、ＲＸガスとアンモニアガスとの混合ガス雰囲気中で、加熱温度８５０℃、保持時間１５０分間で加熱した。その際、試験軸受Ｎｏ．５、６でＲＸガスとアンモニアガスとの混合比を変更して処理を行った。その後、８５０℃から焼入れを行い、次いで１８０℃で９０分間焼戻を行った。
【００８１】
上記の各製造方法で製作した試験軸受Ｎｏ．１〜６の内輪の材質調査結果および機能評価試験結果を表１に示す。
【００８２】
【表１】
2006063916.tif 000003
【００８３】
次に材質調査方法および機能評価試験方法について説明する。
【００８４】
（１）オーステナイト結晶粒度
オーステナイト結晶粒度の測定は、ＪＩＳ  Ｇ  ０５５１の鋼のオーステナイト結晶粒度試験方法に基づいて行った。
【００８５】
（２）残留オーステナイト量
残留オーステナイト量の測定は、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行った。残留オーステナイト量は研削後の転動面の表層５０μｍにおける値を採用した。
【００８６】
（３）窒素含有量
窒素含有量の測定は、ＥＰＭＡを用いて行った。窒素含有量は研削後の転動面の表層５０μｍにおける値を採用した。
【００８７】
（４）表面硬さ
表面硬さの測定は、ビッカース硬度計（１ｋｇｆ）を用いて行った。
【００８８】
（５）球状化炭化物の面積率
球状化炭化物の面積率は、ピクリン酸アルコール溶液（ピクラル）を用い腐食した後、光学顕微鏡（４００倍）で観察し測定を行った。球状化炭化物の面積率は研削後の転動面の表層５０μｍにおける値を採用した。
【００８９】
（６）転動疲労寿命
転動疲労寿命は、図１０に示す試験試験装置を用いて、表２に示す試験条件で行なった。図１０に示す試験装置は外輪回転の試験装置である。図１０を参照して、試験機に組み込まれた内輪５２（２）と外輪５４（４）との間に複数個の針状ころ５３（３）を転動可能に配置した構成のものを用い、この外輪５４を部材５５、５６によりラジアル荷重をかけながら所定の速度で回転させることにより転動疲労試験を行った。
【００９０】
【表２】
2006063916.tif 000004
【００９１】
（７）静的割れ強度試験
試験軸受の外輪を用いて、単体にてアムスラー試験機で荷重をかけ静的割れ強度試験を行った。
【００９２】
（８）割れ疲労強度試験
試験軸受の外輪を用いて、表３に示す試験条件で割れ疲労強度試験を行った。               
【表３】
2006063916.tif 000005
【００９３】
転動疲労寿命試験、静的割れ強度試験、および割れ疲労強度試験結果は、標準熱処理品Ｎｏ．４の値を１として各試験軸受の結果を比率で表した。
【００９４】
表１に示した試験結果を説明する。
【００９５】
（１）オーステナイト結晶粒度
本発明品Ｎｏ．１〜３は結晶粒度番号が１１〜１２と顕著に微細化されている。標準熱処理品および従来の浸炭窒化処理品Ｎｏ．４〜６は、結晶粒度番号が８〜９と本発明品より粗大なオーステナイト結晶粒となっている。
【００９６】
（２）残留オーステナイト量
本発明品Ｎｏ．１〜３の残留オーステナイト量は１２〜２４体積％であり、これらの試料では適度なオーステナイトが存在する。標準熱処理品Ｎｏ．４の残留オーステナイト量は８体積％であり、本発明品より少ない。また、従来の浸炭窒化処理品Ｎｏ．５、６の残留オーステナイト量は２９体積％、３６体積％であり、本発明品より多い。本発明品のオーステナイト量は標準熱処理品と従来の浸炭窒化処理品との間の残留オーステナイト量である。
【００９７】
（３）窒素含有量
本発明品Ｎｏ．１〜３の窒素含有量は０．１２〜０．６２質量％である。標準熱処理品Ｎｏ．４には浸炭窒化処理を行っていないため窒素含有量は０％であった。また、従来の浸炭窒化処理品Ｎｏ．５、６の窒素含有量は０．３１質量％、０．７０質量％であった。本発明品の窒素含有量は、従来の浸炭窒化処理品と比べ、若干低い傾向であった。これは、本発明品が従来の浸炭窒化処理後に浸炭窒化処理温度より低い温度８００℃で２次焼入れを行うためだと考える。
【００９８】
（４）表面硬さ
本発明品Ｎｏ．１〜３の表面硬さはＨＶ７３０〜７８０である。標準熱処理品Ｎｏ．４はＨＶ７４０である。また、従来の浸炭窒化処理品Ｎｏ．５、６はＨＶ７６０、ＨＶ６５０であり、Ｎｏ．６に関しては、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ている。
【００９９】
（５）球状化炭化物の面積率
本発明品Ｎｏ．１〜３における球状化炭化物の面積率は、１１．４〜１３．６％である。標準熱処理品及び従来の浸炭窒化処理品Ｎｏ．４、５、６における球状化炭化物の面積率は、７．９％、９．６％、８．８％である。本発明品は標準熱処理品および従来の浸炭窒化処理品と比べると、球状化炭化物の面積率が多く、微細化されており、量も多い。これは、本発明品が従来の浸炭窒化処理後に浸炭窒化処理温度より低い温度８００℃で２次焼入れを行うためだと考える。
【０１００】
（６）転動疲労寿命試験
本発明品Ｎｏ．１〜３は、標準熱処理品Ｎｏ．４と比べ、３倍以上の転動疲労寿命を有しており、浸炭窒化処理品Ｎｏ．５、６と比べても１．５倍以上の転動疲労寿命を有している。また、浸炭窒化処理品Ｎｏ．５、６は標準熱処理品Ｎｏ．４と比べ２倍弱の転動疲労寿命を有している。
【０１０１】
（７）静的割れ強度試験
本発明品Ｎｏ．１〜３の静的割れ強度は、標準熱処理品Ｎｏ．４と比べ、同等もしくはやや改善している。また、浸炭窒化処理品Ｎｏ．５、６では標準熱処理品Ｎｏ．４と比べ静的割れ強度が低下している。これは、表層部の窒素富化層とオーステナイト結晶粒の粗大化に原因であると考える。
【０１０２】
（８）割れ疲労強度試験
本発明品Ｎｏ．１〜３は、標準熱処理品Ｎｏ．４と比べ、２０％以上改善している。また、浸炭窒化処理品Ｎｏ．５、６も標準熱処理品Ｎｏ．４と比べ２０％以上改善している。これは、表面への窒素の浸入により、表層部に圧縮残留応力が形成したことが原因であると考える。
【０１０３】
上記をまとめると、本発明品Ｎｏ．１〜３は、表層部に窒素富化層を有し、粒度番号で１１番以上に（１０番より大きく）微細化されたオーステナイト結晶を有し、残留オーステナイトを適度に有し、適正な表面硬さを有し、球状化炭化物の面積率が多いため、通常の荷重依存型の転動疲労寿命、割れ疲労強度が改善する。
【０１０４】
（実施例２）
ＪＩＳ規格ＳＵＪ２を用いて、ピーリング、スミアリング試験片を製作した。試験片は外径φ４０ｍｍ×幅Ｌ１２の寸法とした。各試験軸受の製造履歴は次の通りである。
【０１０５】
試験軸受Ｎｏ．１（本発明例）：図６に示す熱処理パターンにおいて、浸炭窒化処理温度を８５０℃、保持時間を１５０分間とした。そのときの雰囲気を、ＲＸガスとアンモニアガスとの混合ガスとした。その後、図６に示す熱処理パターンにおいて、浸炭窒化処理温度８５０℃から一次焼入れを行い、次いで浸炭窒化処理温度より低い温度８００℃で２０分間加熱して二次焼入を行い、次いで、１８０℃で９０分間焼戻を行った。
【０１０６】
試験軸受Ｎｏ．２（比較例）：標準熱処理を行った。つまり、ＲＸガス雰囲気中で、加熱温度８４０℃、保持時間２０分で加熱した後に焼入れを行い、次いで１８０℃で９０分間焼戻を行った。
【０１０７】
試験軸受Ｎｏ．３（比較例）：浸炭窒化処理を行った。つまり、ＲＸガスとアンモニアガスとの混合ガス雰囲気中で、加熱温度８５０℃、保持時間１５０分間で加熱した後、８５０℃から焼入れを行い、次いで１８０℃で９０分間焼戻を行った。
【０１０８】
前記製造方法で製作した試験片の材質調査結果およびピーリング試験，スミアリング試験結果を表４に示す。
【０１０９】
【表４】
2006063916.tif 000006
【０１１０】
次に機能評価試験方法について説明する。
【０１１１】
（１）ピーリング試験
表５に示す試験条件で、面粗さの粗いＪＩＳ規格ＳＵＪ２の標準熱処理品を相手試験片として、試験片と相手試験片とを転動接触させた場合に試験片上に発生するピーリング（微細な剥離の集合体）の面積率を測定し、ピーリング強度とした。ピーリング強度比は標準熱処理品Ｎｏ．２の値を１として各試験軸受の結果を比率の逆数で表した。
【０１１２】
【表５】
2006063916.tif 000007
【０１１３】
（２）スミアリング試験
表６に示す試験条件で、試験片も相手試験片も同一材質の組合せで、試験片同士を転動接触させ、試験片のみ回転数を一定の割合で増速させた場合に、発生する音がある値より大きくなった瞬間の試験片同士の相対回転速度をスミアリング強度とした。スミアリング強度比は標準熱処理品Ｎｏ．２の値を１として各試験軸受の結果を比率で表した。
【０１１４】
【表６】
2006063916.tif 000008
【０１１５】
表４に示した試験結果を説明する。
【０１１６】
（１）ピーリング試験
本発明品Ｎｏ．１は、標準熱処理品Ｎｏ．２と比べ、１．８倍のピーリング強度を有しており、浸炭窒化処理品Ｎｏ．３と比べて同じかやや改善している。これは、表層部に窒素富化層を有し、オーステナイト結晶が粒度番号で１１番以上に微細化され、残留オーステナイト量が適度に有り、適正な表面硬さを有し、球状化炭化物の面積率が多いことが、靭性を高め、亀裂の発生および進展に対する抵抗力を高めたと考える。
【０１１７】
（２）スミアリング試験
本発明品Ｎｏ．１は、標準熱処理品Ｎｏ．２と比べ、１．７倍のスミアリング強度を有しており、浸炭窒化処理品Ｎｏ．３と比べて同じかやや改善している。これは、表層部に窒素富化層を有し、オーステナイト結晶が粒度番号で１１番以上に微細化され、残留オーステナイト量が適度に有り、適正な表面硬さを有し、球状化炭化物の面積率が多いことが、大きな滑り条件での表層の塑性流動を抑え、耐焼き付き性を高めたと考える。
【０１１８】
上記をまとめると、本発明品Ｎｏ．１はピーリング試験、スミアリング試験ともに従来の軸受材質よりも良好である。
【０１１９】
また、潤滑条件が悪く、ころ同士の干渉が生じたり、スムーズにころ位置が制御されず、ころのスキューが発生することによる表面損傷寿命も改善する。
【０１２０】
本発明品は、表層部に窒素富化層を有し、オーステナイト結晶が粒度番号で１１番以上に微細化され、残留オーステナイト量が適度に有り、適正な表面硬さを有し、球状化炭化物の面積率が多いため、亀裂の発生、進展に対する抵抗力が非常に大きく、滑りによる表面発熱や接線力による表面亀裂の発生を抑えることができる。
【０１２１】
（実施例３）
ＪＩＳ規格ＳＵＪ２材（１．０質量％Ｃ−０．２５質量％Ｓｉ−０．４質量％Ｍｎ−１．５質量％Ｃｒ）を用いて、（１）水素量の測定、（２）結晶粒度の測定、（３）シャルピー衝撃試験、（４）破壊応力値の測定、（５）転動疲労試験、の各試験を行なった。表７にその結果を示す。
【０１２２】
【表７】
2006063916.tif 000009
【０１２３】
各試料の製造履歴は次のとおりである。
【０１２４】
試料Ａ〜Ｄ（本発明例）：図６に示す熱処理パターンにおいて、浸炭窒化処理温度を８５０℃とし、保持時間を１５０分間とした。そのときの雰囲気を、ＲＸガスとアンモニアガスとの混合ガスとした。図６に示す熱処理パターンにおいて、浸炭窒化処理温度８５０℃から一次焼入れを行い、次いで浸炭窒化処理温度より低い温度域７８０℃〜８３０℃に加熱して二次焼入れを行なった。ただし、二次焼入れ温度７８０℃の試料Ａは焼入れ不足のため試験の対象から外した。
【０１２５】
試料Ｅ、Ｆ（比較例）：浸炭窒化処理は、本発明例Ａ〜Ｄと同じ履歴で行ない、二次焼入れ温度を浸炭窒化処理温度８５０℃以上の８５０℃〜８７０℃で行なった。
【０１２６】
従来浸炭窒化処理品（比較例）：浸炭窒化処理を行った。つまり、ＲＸガスとアンモニアガスとの混合ガス雰囲気中で、加熱温度８５０℃、保持時間１５０分間で加熱した後、浸炭窒化処理温度８５０℃からそのまま焼入れを行ない、二次焼入れは行なわなかった。
【０１２７】
普通焼入れ品（比較例）：浸炭窒化処理を行なわずに、８５０℃に加熱して焼入れした。二次焼入れは行なわなかった。
【０１２８】
次に、試験方法について説明する。
【０１２９】
（１）水素量の測定
水素量は、ＬＥＣＯ社製ＤＨ−１０３型水素分析装置により、鋼中の非拡散性水素量を分析した。拡散性水素量は測定してない。このＬＥＣＯ社製ＤＨ−１０３型水素分析装置の仕様を下記に示す。
【０１３０】
分析範囲：０．０１〜５０．００ｐｐｍ
分析精度：±０．１ｐｐｍまたは±３％Ｈ（いずれか大なるほう）
分析感度：０．０１ｐｐｍ
検出方式：熱伝導度法
試料重量サイズ：１０ｍｇ〜３５ｍｇ（最大：直径１２ｍｍ×長さ１００ｍｍ）
加熱炉温度範囲：５０℃〜１１００℃
試薬：アンハイドロン  Ｍｇ（ＣｌＯ4）2、アスカライト  ＮａＯＨ
キャリアガス：窒素ガス、ガスドージングガス：水素ガス、いずれのガスも純度９９．９９％以上、圧力４０ｐｓｉ（２．８ｋｇｆ／ｃｍ2）である。
【０１３１】
測定手順の概要は以下のとおりである。専用のサンプラーで採取した試料をサンプラーごと上記の水素分析装置に挿入する。内部の拡散性水素は窒素キャリアガスによって熱伝導度検出器に導かれる。この拡散性水素は本実施例では測定しない。次に、サンプラーから試料を取り出し、抵抗加熱炉内で加熱し、非拡散性水素を窒素キャリアガスによって熱伝導度検出器に導く。熱伝導度検出器において熱伝導度を測定することによって非拡散性水素量を知ることができる。
【０１３２】
（２）結晶粒度の測定
結晶粒度の測定は、ＪＩＳ  Ｇ  ０５５１の鋼のオーステナイト結晶粒度試験方法に基づいて行なった。
【０１３３】
（３）シャルピー衝撃試験
シャルピー衝撃試験は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４２の金属材料のシャルピー衝撃試験方法に基づいて行なった。試験片は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２０２に示されたＵノッチ試験片（ＪＩＳ３号試験片）を用いた。
【０１３４】
（４）破壊応力値の測定
図１１は、静圧壊強度試験（破壊応力値の測定）の試験片を示す図である。図中のＰ方向に荷重を負荷して破壊されるまでの荷重を測定する。その後、得られた破壊荷重を、下記に示す曲がり梁の応力計算式により応力値に換算する。なお、試験片は図１１に示す試験片に限られず、他の形状の試験片を用いてもよい。
【０１３５】
図１１の試験片の凸表面における繊維応力をσ1、凹表面における繊維応力をσ2とすると、σ1およびσ2は下記の式によって求められる（機械工学便覧Ａ４編材料力学Ａ４−４０）。ここで、Ｎは円環状試験片の軸を含む断面の軸力、Ａは横断面積、ｅ1は外半径、ｅ2は内半径を表す。また、κは曲がり梁の断面係数である。
【０１３６】
σ1＝（Ｎ／Ａ）＋｛Ｍ／（Ａρ0）｝［１＋ｅ1／｛κ（ρ0＋ｅ1）｝］
σ2＝（Ｎ／Ａ）＋｛Ｍ／（Ａρ0）｝［１−ｅ2／｛κ（ρ0−ｅ2）｝］
κ＝−（１／Ａ）∫Ａ｛η／（ρ0＋η）｝ｄＡ
（５）転動疲労寿命
転動疲労寿命試験の試験条件を表８に示す。また、図１２は、転動疲労寿命試験機の概略図である。図１２（ａ）は正面図であり、図１２（ｂ）は側面図である。図１２（ａ）および図１２（ｂ）において、転動疲労寿命試験片３１は、駆動ロール２１によって駆動され、ボール２３と接触して回転している。ボール２３は、３／４インチのボールであり、案内ロール２２にガイドされて、転動疲労寿命試験片３１との間で高い面圧を及ぼし合いながら転動する。
【０１３７】
表１に示した試験結果を説明するならば次のとおりである。
【０１３８】
（１）水素量
浸炭窒化処理したままの従来浸炭窒化処理品は、０．７２ｐｐｍと非常に高い値となっている。これは、浸炭窒化処理の雰囲気に含まれるアンモニア（ＮＨ3）が分解して水素が鋼中に浸入したためと考えられる。これに対し、試料Ｂ〜Ｄは、水素量は０．３７〜０．４０ｐｐｍと半分近くまで減少している。この水素量は普通焼入れ品と同レベルである。
【０１３９】
上記の水素量の低減により、水素の固溶に起因する鋼の脆化を軽減することができる。すなわち、水素量の低減により、本発明例の試料Ｂ〜Ｄのシャルピー衝撃値は大きく改善されている。
【０１４０】
（２）結晶粒度
結晶粒度は二次焼入れ温度が、浸炭窒化処理時の焼入れ（一次焼入れ）の温度より低い場合、すなわち試料Ｂ〜Ｄの場合、オーステナイト粒は、結晶粒度番号１１〜１２と顕著に微細化されている。試料ＥおよびＦならびに従来浸炭窒化処理品および普通焼入れ品のオーステナイト粒は、結晶粒度番号１０であり、本発明例の試料Ｂ〜Ｄより粗大な結晶粒となっている。
【０１４１】
（３）シャルピー衝撃試験
表１によれば、従来浸炭窒化処理品のシャルピー衝撃値は５．３３Ｊ／ｃｍ2であるのに比して、本発明例の試料Ｂ〜Ｄのシャルピー衝撃値は６．３０〜６．６５Ｊ／ｃｍ2と高い値が得られている。この中でも、二次焼入れ温度が低い方がシャルピー衝撃値が高くなる傾向を示す。普通焼入れ品のシャルピー衝撃値は６．７０Ｊ／ｃｍ2と高い。
【０１４２】
（４）破壊応力値の測定
上記破壊応力値は、耐割れ強度に相当する。表１によれば、従来浸炭窒化処理品は２３３０ＭＰａの破壊応力値となっている。これに比して、試料Ｂ〜Ｄの破壊応力値は２６５０〜２８４０ＭＰａと改善された値が得られている。普通焼入れ品の破壊応力値は２７７０ＭＰａであり、試料Ｂ〜Ｄの改良された耐割れ強度は、オーステナイト結晶粒の微細化と並んで、水素含有率の低減による効果が大きいと推定される。
【０１４３】
（５）転動疲労試験
表１によれば、普通焼入れ品は浸炭窒化層を表層部に有しないことを反映して、転動疲労寿命Ｌ10は最も低い。これに比して従来浸炭窒化処理品の転動疲労寿命は３．１倍となる。試料Ｂ〜Ｄの転動疲労寿命は従来浸炭窒化処理品より大幅に向上する。試料Ｅ、Ｆは、従来浸炭窒化処理品とほぼ同等である。
【０１４４】
上記をまとめると、本発明例の試料Ｂ〜Ｄは、水素含有率が低下し、オーステナイト結晶粒度が１１番以上に微細化され、シャルピー衝撃値、耐割れ強度および転動疲労寿命も改善される。
【０１４５】
（実施例４）
次に実施例４について説明する。下記のＸ材、Ｙ材およびＺ材について、一連の試験を行なった。熱処理用素材には、ＪＩＳ規格ＳＵＪ２材（１．０質量％Ｃ−０．２５質量％Ｓｉ−０．４質量％Ｍｎ−１．５質量％Ｃｒ）を用い、Ｘ材〜Ｚ材に共通とした。Ｘ材〜Ｚ材の製造履歴は次のとおりである。
【０１４６】
Ｘ材（比較例）：普通焼入れのみ（浸炭窒化処理せず）。
【０１４７】
Ｙ材（比較例）：浸炭窒化処理後にそのまま焼入れ（従来の浸炭窒化焼入れ）。浸炭窒化処理温度を８４５℃とし、保持時間を１５０分間とした。浸炭窒化処理の雰囲気を、ＲＸガスとアンモニアガスとの混合ガスとした。
【０１４８】
Ｚ材（本発明例）：図６の熱処理パターンを施した軸受鋼。浸炭窒化処理温度を８４５℃とし、保持時間を１５０分間とした。浸炭窒化処理の雰囲気は、ＲＸガスとアンモニアガスとの混合ガスとした。最終焼入れ温度を８００℃とした。
【０１４９】
（１）転動疲労寿命
転動疲労寿命の試験条件および試験装置は、上述したように、表８および図１２に示すとおりである。この転動疲労寿命試験結果を表９に示す。
【０１５０】
【表８】
2006063916.tif 000010
【０１５１】
【表９】
2006063916.tif 000011
【０１５２】
表９によれば、比較例のＹ材は、同じく比較例で普通焼入れのみを施したＸ材のＬ10寿命（試験片１０個中１個が破損する寿命）の３．１倍を示し、浸炭窒化処理による長寿命化の効果が認められる。これに対して、本発明例のＺ材は、Ｙ材の１．７４倍、またＸ材の５．４倍の長寿命を示している。この改良の主因はミクロ組織の微細化によるものと考えられる。
【０１５３】
（２）シャルピー衝撃試験
シャルピー衝撃試験は、Ｕノッチ試験片を用いて、上述のＪＩＳ  Ｚ  ２２４２に準じた方法により行なった。試験結果を表１０に示す。
【０１５４】
【表１０】
2006063916.tif 000012
【０１５５】
浸炭窒化処理を行なったＹ材（比較例）のシャルピー衝撃値は、普通焼入れのＸ材（比較例）より高くないが、Ｚ材はＸ材と同等の値が得られた。
【０１５６】
（３）静的破壊靭性値の試験
図１３は、静的破壊靭性試験の試験片を示す図である。この試験片のノッチ部に、予き裂を約１ｍｍ導入した後、３点曲げによる静的荷重を加え、破壊荷重Ｐを求めた。破壊靭性値（Ｋ1ｃ値）の算出には次に示す（Ｉ）式を用いた。また、試験結果を表１１に示す。
【０１５７】
Ｋ1ｃ＝（ＰＬ√ａ／ＢＷ2）｛５．８−９．２（ａ／Ｗ）＋４３．６（ａ／Ｗ）2−７５．３（ａ／Ｗ）3＋７７．５（ａ／Ｗ）4｝ ・・・（Ｉ）
【０１５８】
【表１１】
2006063916.tif 000013
【０１５９】
予き裂深さが浸炭窒化層深さよりも大きくなったため、比較例のＸ材とＹ材とには違いはない。しかし、本発明例のＺ材は比較例に対して約１．２倍の値を得ることができた。
【０１６０】
（４）静圧壊強度試験
静圧壊強度試験片は、上述のように図１１に示す形状のものを用いた。図中、Ｐ方向に荷重を付加して、静圧壊強度試験を行なった。試験結果を表１２に示す。
【０１６１】
【表１２】
2006063916.tif 000014
【０１６２】
浸炭窒化処理を行なっているＹ材は普通焼入れのＸ材よりもやや低い値である。しかしながら、本発明のＺ材は、Ｙ材よりも静圧壊強度が向上し、Ｘ材と遜色ないレベルが得られている。
【０１６３】
（５）経年寸法変化率
保持温度１３０℃、保持時間５００時間における経年寸法変化率の測定結果を、表面硬度、残留オーステナイト量（５０μｍ深さ）と併せて表１３に示す。
【０１６４】
【表１３】
2006063916.tif 000015
【０１６５】
残留オーステナイト量の多いＹ材の寸法変化率に比べて、本発明例のＺ材は２分の１以下に抑制されていることがわかる。
【０１６６】
（６）異物混入下における転動寿命試験
玉軸受６２０６を用い、標準異物を所定量混入させた異物混入下での転動疲労寿命を評価した。試験条件を表１４に、試験結果を表１５に示す。
【０１６７】
【表１４】
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【０１６８】
【表１５】
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【０１６９】
Ｘ材に比べ、従来の浸炭窒化処理を施したＹ材は約２．５倍になり、また、本発明例のＺ材は約２．３倍の長寿命が得られた。本発明例のＺ材は、比較例のＹ材に比べて残留オーステナイトが少ないものの、窒素の浸入と微細化されたミクロ組織の影響でほぼ同等の長寿命が得られている。
【０１７０】
上記の結果より、Ｚ材、すなわち本発明例は、従来の浸炭窒化処理では困難であった転動疲労寿命の長寿命化、割れ強度の向上、経年寸法変化率の低減の３項目を同時に満足することができることがわかった。
【０１７１】
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】
【０１７２】
本発明は、自動車用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およびロッカーアームに使用される転がり軸受を有するロッカーアーム構造体に特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【０１７３】
【図１】本発明の実施の形態におけるエンジンのローラ付きカムフォロアを示す図である。
【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】本発明の他の実施の形態におけるエンジンのローラ付きカムフォロアを示す図である。
【図４】本発明のさらに他の実施の形態におけるエンジンのローラ付きカムフォロアを示す図である。
【図５】図４のエンジンのローラ付きカムフォロアのカムと接触する総ころ軸受の部分の拡大図である。
【図６】本発明の実施の形態における熱処理方法を説明する図である。
【図７】本発明の実施の形態における熱処理方法の変形例を説明する図である。
【図８】軸受部品のミクロ組織、とくにオーステナイト粒を示す図である。（ａ）は本発明例の軸受部品であり、（ｂ）は従来の軸受部品である。
【図９】（ａ）は図８（ａ）を図解したオーステナイト粒界を示し、（ｂ）は図８（ｂ）を図解したオーステナイト粒界を示す。
【図１０】外輪回転の転動疲労試験機を示す図である。
【図１１】静圧壊強度試験（破壊応力値の測定）の試験片を示す図である。
【図１２】転動疲労寿命試験機の概略図である。（ａ）は正面図であり、（ｂ）は側面図である。
【図１３】静的破壊靭性試験の試験片を示す図である。
【符号の説明】
【０１７４】
１  ロッカーアーム、１ａ  一方の端部、１ｂ  他方の端部、２  ローラ軸（内輪）、３  ころ（転動体）、４  ローラ（外輪）、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  エンジンバルブ、１０  ばね、１４  ローラ支持部、１５  ピボット孔、１６  連動棒、１６ａ  軸受取付部、１７  取付部材、２１  駆動ロール、２２  案内ロール、２３  ボール、３１  転動疲労寿命試験片、５０  転がり軸受、５２  内輪、５４  外輪、５５  部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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