(57)【要約】【課題】カムフォロアとなる軸受外輪の転走面に圧痕が生じ難いロッカーアームおよびその軸受を提供する。【解決手段】揺動自在なアーム本体４に、内燃機関のバルブを動作させる作用部１４と、外輪２２がカムフォロアとなるころ軸受１０とを設ける。ころ軸受１０は、アーム本体４に取付けられたローラ支軸２１と、外輪２２と、複数の針状ころ２３とを備える。外輪２２の材質は、鋼を素材とし、この鋼中の残留オーステナイト量を１２パーセント以下とすると共に、表層硬度と残留オーステナイト量の関係が次の式を満足するようにする。関係式：表層硬度（ＨＶ）−１０×（残留オーステナイト量、％）≧６５０【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
揺動自在に設置されるアーム本体に、内燃機関のバルブを動作させる作用部と、外輪がカムフォロアとなるころ軸受とを設けたロッカーアームにおいて、上記ころ軸受が、上記アーム本体に取付けられたローラ支軸と、外輪と、これらローラ支軸および外輪の間に介在した複数の針状ころとを備え、上記外輪が鋼を素材とし、この鋼中の残留オーステナイト量が１２パーセント以下であり、かつ表層の硬度と残留オーステナイト量の関係が、下式を満足する範囲であることを特徴とするロッカーアーム。
表層硬度（ＨＶ）−１０×（残留オーステナイト量、％）≧６５０
【請求項２】
上記アーム本体が、１枚の鋼板からプレス加工されたものである請求項１に記載のロッカーアーム。
【請求項３】
ローラ支軸および外輪と、これらローラ支軸と外輪の間に介在した複数の針状ころとを備え、上記ローラ支軸がロッカーアームに取付けられて上記外輪がカムフォロアとなるころ軸受であって、上記外輪が鋼を素材とし、この鋼中の残留オーステナイト量が１２パーセント以下であり、かつ表層の硬度と残留オーステナイト量の関係が、下式を満足する範囲であることを特徴とするロッカーアーム用ころ軸受。
表層硬度（ＨＶ）−１０×（残留オーステナイト量、％）≧６５０
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車等の内燃機械の給排気バルブを駆動させる動弁機構において、カムとバルブの間に揺動自在に設置されるロッカーアーム、およびそのカムフォロアとなるころ軸受に関するものである。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
この種のロッカーアームにおいて、カムフォロアには針状ころ軸受が用いられている。このカムフォロアとなる軸受は、回転するカムに接してロッカーアームを揺動させるものであり、高速で開閉動作するバルブの開閉に伴う衝撃的な荷重が繰り返し作用する。
このような厳しい衝撃環境下で使用されるため、ロッカーアームのカムフォロアとなる軸受外輪は、ころによって、転走面に塑性変形である圧痕が生じ易い。この圧痕は、転走面や転動体の転動寿命、つまり転がり疲れ寿命に影響を与え、軸受の長寿命化を妨げる要因となる。
圧痕を少なくすることにつき、硬度、結晶粒、圧縮応力など、材料面から種々研究がなされている。しかし、種々の要因が影響し、いま一つ、適切な材料を見いだすに至ってない。
【０００３】
この発明の目的は、カムフォロアとなる軸受外輪の転走面に圧痕が生じ難いロッカーアームおよびその軸受を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この発明のロッカーアームは、揺動自在に設置されるアーム本体に、内燃機関のバルブを動作させる作用部と、外輪がカムフォロアとなるころ軸受とを設けたロッカーアームにおいて、上記ころ軸受が、上記アーム本体に取付けられたローラ支軸と、外輪と、これらローラ支軸および外輪の間に介在した複数の針状ころとを備え、上記外輪が鋼を素材とし、この鋼中の残留オーステナイト量が１２パーセント以下であり、かつ表層の硬度と残留オーステナイト量の関係が所定の関係にあることを特徴とする。この所定の関係は、下式を満足することである。
表層硬度（ＨＶ）−１０×（残留オーステナイト量、％）≧６５０
この式における硬度はビッカース硬度、残留オーステナイト量はパーセントで示した値である。
上記アーム本体は、１枚の鋼板からプレス加工されたものであっても良い。
【０００５】
この発明のロッカーアーム用ころ軸受は、ローラ支軸および外輪と、これらローラ支軸と外輪の間に介在した複数の針状ころとを備え、上記ローラ支軸がロッカーアームに取付けられて上記外輪がカムフォロアとなるころ軸受であって、上記外輪が鋼を素材とし、この鋼中の残留オーステナイト量が１２パーセント以下であり、かつ表層硬度と残留オーステナイト量の関係が所定の関係にあることを特徴とする。この所定の関係は、下式を満足することである。
表層硬度（ＨＶ）−１０×（残留オーステナイト量（％））≧６５０
【０００６】
外輪の鋼中の残留オーステナイト量が１２パーセント以下であり、かつ表層の硬度と残留オーステナイト量とを組み合わせた所定の関係式において一定以上を確保すると、表層の硬度が同程度であっても、また各種の熱処理方法を採用した場合においても、転走面に圧痕が生じ難いことが、試験により確認できた。すなわち、圧痕の生じ易さの影響要因の一つとして、表層硬度以外に残留オーステナイトがあることを推測し、残留オーステナイト量にも着眼して研究したところ、上記の結果が得られた。すなわち、表層硬度と残留オーステナイト量を制御することで、圧痕がつき難く、かつ転動寿命に優れたものとなる。
ロッカーアームのアーム本体が、１枚の鋼板からプレス加工されたものである場合は、軽量で、加工工数が少なく、コスト安とできる。このため、カムフォロアとなる外輪の残留オーステナイト量を１２パーセント以下とし、かつ表層硬度と残留オーステナイト量の関係を所定の関係としたこととあいまって、長寿命でかつ軽量なロッカーアームが、低コストで得られる。
なお、ここでの残留オーステナイト量は、Ｘ線（Ｃｒ−Ｋα）によりサンプル鋼のα（２１１）とγ（２２０）の両回折面の回折強度比較により測定した値を用いているが、他の回折面やＸ線以外の測定でも同様な測定値が得られる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
この発明の第１の実施形態を図１ないし図４と共に説明する。このロッカーアーム１は、内燃機関に装備されるものであり、所定の揺動中心Ｏ回りに揺動自在なアーム本体４に、内燃機関のバルブ３を動作させる作用部１４と、カム２に転接するカムフォロアとなるころ軸受１０とが設けられている。カム２は、支軸２ａ回りに回転駆動されるものである。バルブ３は、昇降自在なものであり、ばね部材１３により上昇付勢されている。揺動中心Ｏは、アーム本体４の長さ方向の中間とされている。ころ軸受１０はアーム本体４の一端１ａに取付けられ、作用部１４はアーム本体４の他端１ｂに設けられている。作用部１４は、アーム本体４と別体の部品であって、アーム本体４の他端１ｂに設けられたねじ孔１５に螺合するアジャスタねじ部１４ａを有し、アーム本体４に出入り調整が自在に取付けられている。
【０００８】
アーム本体４は、一枚の鋼板等の板材からプレス加工された板金製のものであり、図２に示すように、一対の対向側壁５，５と、これら対向側壁５，５の上縁をつなぐ連結板壁６とでなる逆Ｕ字状の断面形状とされている。アーム本体４のねじ孔１５の形成部分は、補強のために、連結板壁６から突出させた重ね片１２を折り重ね、２枚重ね部としてある。両側の対向側壁５，５は揺動支点孔７を有しており、この揺動支点孔７にブッシュ８を介して揺動支点軸９が嵌合する。揺動支点軸９の軸心が上記揺動中心Ｏである。
【０００９】
ころ軸受１０は、アーム本体４に取り付けられたローラ支軸２１と、外輪２２と、これらローラ支軸２１および外輪２２の間に介在した複数のころ２３とでなる。ころ２３は、針状ころである。図３に示すようにローラ支軸２１は、アーム本体４の両側の対向側壁５，５に設けられた取付孔１１に両端が嵌合して取付けられる。アーム本体４の両側の取付孔１１は、外面側の開口縁に座繰り部１１ａを有し、ローラ支軸２１の両端に外径側へ突出する塑性加工部２１ａを設けて座繰り部１１ａに係合させてある。座繰り部１１ａは、例えばテーパ形状とする。ローラ支軸２１の塑性加工部２１ａは、例えば全周に渡る環状の突部とされ、また座繰り部１１ａに嵌合するテーパ状の末広がり形状とされ、ステーキング等で形成される。これら塑性加工部２１ａの座繰り部１１ａへの係合により、ローラ軸２１の抜け止めが行われる。ローラ軸２１は、少なくともころ２３と接触する面を、高周波焼入れ等による硬化処理面としてある。ローラ軸２１の両端は、塑性加工部２１ａの加工が容易なように、硬化処理を施さないことが好ましい。
上記複数のころ２３は、図４に示すように、ローラ支軸２１と外輪２２間の環状空間に、総ころ形式として組み込んである。すなわち、保持器を介在させずにころ２３を組み込んであり、隣合うころ２３同士を、転動を許す隙間を開けて近接させてある。
【００１０】
ころ軸受１０における外輪２２の材質は、鋼を素材としたものであり、この鋼中の残留オーステナイト量を１２パーセント以下とし、かつ表層の硬度と残留オーステナイト量の関係を所定の関係としてある。ローラ支軸２１およびころ２３の材質は、特に問わず、例えば鋼を素材としたものとされるが、外輪２２と同じく、残留オーステナイト量を１２パーセント以下で、かつ表層の硬度と残留オーステナイト量の関係を上記所定の関係のものとしても良い。例えば、外輪２２，ローラ支軸２１，およびころ２３を互いに同じ材質としても良い。
【００１１】
外輪２２の詳細な材質例を示すと、鋼種が軸受鋼（例えばＪＩＳ規格のＳＵＪ２材）とされ、熱処理を施したものとされる。熱処理としては、例えば表１に示す実施例１〜実施例１０の処理が採用できる。
【００１２】
【表１】
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【００１３】
実施例１は、浸炭窒化処理の後、サブゼロ処理を施したものである。サブゼロ処理は深冷処理のことである。サブゼロ処理の温度は−１９６℃とした。
実施例２は、浸炭窒化処理の後、焼戻しを行った例であり、焼戻し温度は２３０℃とした。
実施例３は、高濃度浸炭窒化処理の後、焼戻しを行った例であり、焼戻し温度は２５０℃とした。
実施例４は、高濃度浸炭窒化処理の後、サブゼロ処理を行った例であり、サブゼロ処理の温度は−１６９℃とした。
実施例５は、焼入れの後、焼戻しを行った例であり、焼戻し温度は２３０℃とした。
実施例６は、焼入れの後、サブゼロ処理を施し、焼戻しを行った例であり、サブゼロ処理は−１６９℃、焼戻温度は２３０℃とした。
実施例７は、焼入れの後、サブゼロ処理を施した例であり、サブゼロ処理の温度は−１６９℃とした。
実施例８は、浸炭窒化後にサブゼロ処理を処理温度−６５℃で行ったものである。
実施例９は、８８０℃の高温焼入後、サブゼロ処理を処理温度−６５℃で行ったものである。
実施例１０は、−６５℃のサブゼロ処理のみを行ったものである。
実施例１１は、−６５℃のサブゼロ処理を２回行ったものである。
なお、各実施例１〜１１の表層硬度および残留オーステナイト量は、表１に示すとおりであり、いずれも残留オーステナイト量は１２パーセント以下で、表層硬度と残留オーステナイト量の関係式（１）から求まる数値が６５０以上となっている。
関係式：表層硬度（ＨＶ）−１０×（残留オーステナイト量、％）　…（１）
【００１４】
この構成のロッカーアーム１によると、カムフォロアとなるころ軸受１０の外輪２２を、鋼中の残留オーステナイト量を１２パーセント以下とし、かつ表層硬度と残留オーステナイト量の関係を、下式（２）を満足するようにしたため、１２パーセント以下の範囲で残留オーステナイトが多く存在しても、その分、高硬度を維持するものとなり、転走面２２ａ（図３，４を参照）に圧痕が生じ難いものとなる。表層の硬度が同程度であっても、また各種の熱処理方法を採用した場合においても、残留オーステナイト量が１２パーセントを超えるものに比べると、転走面に圧痕が生じ難い。このことは、次の試験により確認できた。
表層硬度（ＨＶ）−１０×（残留オーステナイト量、％）≧６５０……（２）
（式（２）の左辺は上記の関係式（１）である。）
【００１５】
試験例を説明する。試験は、上記実施例１〜１１と、上記の表１に示す比較例１〜７とにつき行った。
比較例１は、標準熱処理を行った例であり、焼入れ後の焼戻し温度は１８０℃である。
比較例２は、焼入れ後に、２００℃の焼戻しを行った例である。
比較例３は、浸炭窒化処理を行った例である。
比較例４は、高濃度の浸炭窒化で表層硬度と残留オーステナイトを増加させたものである。
比較例５は、浸炭窒化処理の後、２００℃の焼戻しを行った例である。
比較例６は、高濃度の浸炭窒化後焼入し、その後再度加熱して焼入（２次焼入）を行なったものである。
比較例７は、浸炭窒化後焼入し、その後２次焼入を行なったものである。
各比較例１〜７における表面硬度および残留オーステナイト量は、表１中に示す通りであり、比較例１〜５は、いずれも表面硬度と残留オーステナイトの関係式（１）から求まる数値が６５０未満のもので、このうち、比較例１，２は残留オーステナイトは１２％以下であるが、表面硬度と残留オーステナイトの関係式（１）から求まる数値が６５０未満のものである。比較例６，７は関係式（１）の値は６５０以上であるが、残留オーステナイト量が１２％を超えるものである。
【００１６】
試験に用いたころ軸受は、いずれも外輪の材質が異なる他は同じであり、軸受諸元は次のとおりである。
外輪：内径φ１８．６４×外径φ２４×幅６．９（単位はｍｍ）
ころ：外径φ２×長さ６．８（単位はｍｍ）、ころ本数は２６本
軸：外径φ１４．６４×長さ１７．３（単位はｍｍ）
Ｃ（基本動定格荷重）＝８６００Ｎ
Ｃ０　（基本静定格荷重）＝１２９００Ｎ
【００１７】
試験方法は、軸の両端をＶブロックで受け、外輪外径から静止荷重をかける。このとき、ころは最大荷重位置（上端）におき、ころと外輪間での面圧により外輪の転走面に圧痕を付ける方法とした。この条件下で、基本静定格荷重Ｃ０　に相当する１２９００Ｎの荷重が作用したときの荷重をかけて評価した。試験結果を表２に示す。また、表２に対応する、表層硬度と残留オーステナイト量の関係式から定まる値と圧痕深さの関係図を図９に示した。
【００１８】
【表２】
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【００１９】
表２から、各実施例１〜１１、つまり残留オーステナイト量が１２パーセント以下であり、かつ表層硬度と残留オーステナイト量の関係式（１）で６５０以上を示すものの例は、圧痕深さが最大のもの（実施例５）でも２．０μｍであり、いずれも比較例１〜７、つまり表層硬度と残留オーステナイトの関係式（１）で表される値が６５０未満のものか、関係式（１）で表される値が６５０以上でも残留オーステナイト量が１２％を超えるものに比べて、外輪転走面の圧痕深さが浅いことがわかる。表層硬度は、表１のように各実施例１〜１１と各比較例１〜７とで略同程度であり、これより、熱処理方法にかかわらずに、残留オーステナイト量が１２パーセント以下であり、なおかつ残留オーステナイト量に応じて硬度も一定値以上確保されると、圧痕が生じ難いことが認められる。
同じ熱処理方法で焼戻し温度だけが異なる例（実施例２と比較例５）を比較しても、残留オーステナイト量を１７．０パーセントとした比較例５の圧痕深さが２．３μｍであるのに対して、残留オーステナイト量を７．０パーセントとした実施例２は圧痕深さが１．６μｍと浅くなっている。表層硬度は比較例５の７８０ＨＶに対して、実施例２は７３０ＨＶと低いが、圧痕深さは浅くなっている。一方、実施例８と比較例１は、ほぼ同じ残留オーステナイト量であるが、表層硬度は実施例８がＨＶ９００、比較例がＨＶ７２０と異なる。これらの圧痕深さは実施例８が１．０μｍ、比較例１が２．６μｍであった。これにより、表層硬度も残留オーステナイト量も、共に圧痕の生じ易さに影響しており、硬度と残留オーステナイト量のバランスが重要であることがわかる。
【００２０】
次に残留オーステナイト量が１２パーセント以下である各実施例１〜１１を相互に比較する。残留オーステナイト量がそれぞれ０．５パーセント、３．５パーセントと低い値および中位の値の実施例６，実施例７の圧痕深さがそれぞれ１．３μｍ、１．４μｍであるのに対して、残留オーステナイト量が７．０％、８．０％と比較的多い実施例２，実施例４は、圧痕深さがそれぞれ１．６μｍ、０．８μｍとなっており、同程度か、むしろ浅い。これより、残留オーステナイト量が１２パーセント以下の場合において、残留オーステナイト量と圧痕深さとにつき、比例関係や正の相関関係が認められない。残留オーステナイト量が１２パーセント以下においては、表層硬度の高いものが圧痕を生じ難い傾向にある（実施例１，４，８，１０，１１）。
【００２１】
このように、残留オーステナイト量を１２パーセント以下とし、硬度を確保するようにすれば、各種の熱処理方法を用いた場合でも、圧痕が生じ難いものとなる。
【００２２】
図５ないし図７は、この発明の他の実施形態にかかるロッカーアームを示す。このロッカーアーム１Ａは、アーム本体４Ａを、一端で揺動自在に設置される形式としたもの、いわゆるエンドピボットタイプとした例である。アーム本体４Ａは、長さ方向の一端にピボット取付部１８を有し、他端にバルブ３を動作させる作用部１４Ａを有し、中間にカム２に転接するカムフォロアとなるころ軸受１０が設けられている。アーム本体４Ａは、１枚の鋼板からプレス加工されたものであり、略全長にわたり逆Ｕ字状の断面形状とされていて、連結板壁６の両側に対向板壁５を設けた形状となっている。ピボット取付部１８は、アーム本体４Ａの連結板壁６に雌ねじ１９を設けたものである。雌ねじ１９に、ピボット部品３０の雄ねじ部分であるアジャスタねじ３１が螺合する。ピボット部品３０は、先端に球形のピボット部３０ａを有し、ピボット受け部材３３に揺動自在に支持される。このピボット部３０ａの揺動中心、つまりピボット部３０ａの球心が、アーム本体４Ａの揺動中心Ｏとなる。上記雌ねじ１９の形成部分において、両側の対向板壁５間の間隔は雌ねじ内径よりも小さくなっていて、対向板壁５の内面に、雌ねじ１９の一部１９ａが形成されている。作用部１４Ａは、連結板壁６の一部からなり、アーム本体４Ａの長さ方向に沿う断面において、バルブ３側に凸となる湾曲板状とされている。
【００２３】
ころ軸受１０は、第１の実施形態と同様に、アーム本体４Ａに取り付けられたローラ支軸２１と、外輪２２と、これらローラ支軸２１および外輪２２の間に介在した複数のころ２３（図８）とでなる。ころ２３は、針状ころである。ローラ支軸２１は、アーム本体４Ａの両側の対向側壁５，５に設けられた取付孔１１に両端が嵌合して取付けられる。外輪２２は、アーム本体４Ａの連結板壁６に設けられたローラ突出窓３２（図７）から一部が突出し、その突出部分でカム２に転接する。
ころ軸受１０におけるその他の構成、例えば、総ころ形式としたこと、および外輪２２の材質が、鋼を素材としたものであって、この鋼中の残留オーステナイト量を８パーセント以下としたこと等は、全て第１の実施形態と同じである。
【００２４】
このようなエンドピボット形式のロッカーアーム１Ａにおいても、カムフォロアとなる軸受外輪２２の残留オーステナイト量を１２パーセント以下としたため、外輪２２の転走面に圧痕が生じ難く、優れた転動寿命を得ることができる。
【００２５】
なお、上記各実施形態では、アーム本体４，４Ａを板金のプレス加工品とした例を示したが、この発明はアーム本体４，４Ａの形式にかかわらず適用することができる。アーム本体４，４Ａは削り出し品や溶接組立品であっても良い。またアーム本体４，４Ａはアルミニウム製であっても良く、その場合に鋳造品としても良い。
【００２６】
【発明の効果】
この発明のロッカーアームは、カムフォロアとなる軸受外輪の残留オーステナイト量を１２パーセント以下とし、かつ表層硬度と残留オーステナイト量の関係を所定の関係としたため、外輪の転走面に圧痕が生じ難く、優れた転動寿命を得ることができる。
上記アーム本体が、１枚の鋼板からプレス加工されたものである場合は、軽量で、加工工数が少なく、コスト安とでき、外輪の残留オーステナイト量を１２パーセント以下とし、かつ表層硬度と残留オーステナイト量の関係を所定の関係にしたこととあいまって、長寿命でかつ軽量なロッカーアームが、低コストで得られる。
この発明のロッカーアーム用ころ軸受は、カムフォロアとなる軸受外輪の残留オーステナイト量を１２パーセント以下とし、かつ表層硬度と残留オーステナイト量の関係を所定の関係にしたため、外輪の転走面に圧痕が生じ難く、優れた転動寿命を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態にかかるロッカーアームの正面図である。
【図２】同ロッカーアームの分解斜視図である。
【図３】同ロッカーアームにおけるころ軸受部分の断面図である。
【図４】同ころ軸受の破断正面図である。
【図５】この発明の他の実施形態にかかるロッカーアームの破断正面図である。
【図６】同ロッカーアームの平面図である。
【図７】同ロッカーアームの下面図である。
【図８】同ロッカーアームにおけるころ軸受部分の断面図である。
【図９】試験例における、表層硬度と残留オーステナイト量の関係式から定まる値と圧痕深さの関係図である。
【符号の説明】
１，１Ａ…ロッカーアーム
２…カム
３…バルブ
４，４Ａ…アーム本体
１０…ころ軸受
１４，１４Ａ…作用部
２１…ローラ支軸
２２…外輪
２３…ころ
【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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