(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端が支持部に固定される軸に対して針状ころを介して外輪要素が回転自在に支持される軸受装置であって、
軸が少なくともその針状ころ軌道領域を硬化処理した金属材で形成され、この軸の外周面に対して、化学式：−ＣXＦ2X−Ｏ−（ｘは１〜４の整数）で示される単位を主要構成単位とする末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された、少なくとも下記の化学式１０および化学式１１
【化１０】
0003857366.tif 000016
【化１１】
0003857366.tif 000017
のいずれかの結合を備えた固体膜が形成され、前記固体膜は、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体と結合しない流動可能な含ふっ素重合体が分散添加されている、ことを特徴とする軸受装置。
【請求項２】
前記流動可能な含ふっ素重合体が官能基を有していない、請求項１に記載の軸受装置。
【請求項３】
前記固体膜は、さらに分子間が少なくとも下記の化学式１２および化学式１３
【化１２】
0003857366.tif 000018
【化１３】
0003857366.tif 000019
のいずれかの結合で結合した３次元の網状構造を有している、請求項１または２に記載の軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、両端が支持部に固定される軸に対して針状ころを介して外輪要素が回転自在に支持される軸受装置に関する。この種の軸受装置として、例えば、自動車エンジンのカムフォロワやコネクティングロッドの大端部や小端部などが挙げられる。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、自動車エンジンのカムフォロワやコネクティングロッドの大端部および小端部などの使用環境は、潤滑油により潤滑されるが、この潤滑油が希薄となりやすいなど、潤滑条件がかなり苛酷になっている。特に、運転初期において潤滑条件が厳しいものとなる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような潤滑条件が厳しいと、軸の特に針状ころ軌道領域が早期段階にて摩耗しやすくなり、軸と外輪要素との間のがたつきが増大するなど、カムフォロワやコネクティングロッドにおける動作性能が低下することになる。
【０００４】
これに対して、本願出願人は、軸の外周面に、金、銀、鉛、銅などの軟質金属、あるいはカーボンや二硫化モリブデンなどの固体潤滑剤を膜状にコーティングして、摺接部分の潤滑を行うことを考えたが、上述した状況では、これらの膜が早期段階で部分的に剥離、摩耗するなど、軸の保護作用をあまり長く継続することができないと言える。
【０００５】
したがって、本発明は、軸受装置において、軸の針状ころ軌道領域の耐摩耗性の向上を図り、長期にわたる安定動作を実現できるようにすることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の軸受装置は、両端が支持部に固定される軸に対して針状ころを介して外輪要素が回転自在に支持される軸受装置であって、軸が少なくともその針状ころ軌道領域を硬化処理した金属材で形成され、この軸の外周面に対して、化学式：−ＣXＦ2X−Ｏ−（ｘは１〜４の整数）で示される単位を主要構成単位とする末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された、少なくとも下記の化学式１０および化学式１１
【化１０】
0003857366.tif 000002
【化１１】
0003857366.tif 000003
のいずれかの結合を備えた固体膜が形成され、前記固体膜は、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体と結合しない流動可能な含ふっ素重合体が分散添加されている。
【０００７】
なお、前述の固体膜は、さらに分子間が少なくとも下記の化学式１２および化学式１３
【化１２】
0003857366.tif 000004
【化１３】
0003857366.tif 000005
のいずれかの結合で結合した３次元の網状構造を有するものとするのが好ましい。さらに、上記流動可能な含ふっ素重合体としては官能基を有していないもの、例えば官能基なしのパーフルオロポリエーテルなどの含ふっ素重合体とするのが好ましい。
【０００８】
上記構成では、軸に対して針状ころが、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された、少なくとも上記の化学式１０および化学式１１のいずれかの結合を備えた含ふっ素高分子化合物の固体膜を介在した接触となるが、この固体膜は分子間が密に詰まった均質な構造であって、従来例の膜に比べて潤滑性、耐摩耗性が格段に優れているとともに、固体膜による軸の保護作用が長期的に継続できるようになる。
【０００９】
特に、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された、少なくとも上記の化学式１０および化学式１１のいずれかの結合を備えた含ふっ素高分子化合物の固体膜に、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体と結合しない含ふっ素重合体を流動可能な状態で分散添加しているので、この流動可能な、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体と結合しない含ふっ素重合体が膜表面から滲み出て潤滑作用に寄与する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図１ないし図８に示す実施形態に基づいて説明する。
【００１１】
まず、軸受装置として図１や図２に示すようなカムフォロワを例に挙げる。図１は、ＯＨＶ型式エンジンの動弁機構の概略構成図、図２は、ＯＨＣ型式エンジンの動弁機構の概略構成図、図３は、図１のカムフォロワの縦断面図、図４は、図１のカムフォロワの横断面図である。
【００１２】
図１では、カム軸１のカム１ａによりプッシュロッド２を上下動させることによりその上端と連動するロッカアーム４を揺動させて、このロッカアーム４の揺動でバルブ５を開閉動作させるようになっており、ロッカアーム４の下端のラッシュアジャスタ６の下部にカムフォロワ７が設けられている。
【００１３】
図２では、カム軸１のカム１ａにより直接的にロッカアーム４を揺動させて、このロッカアーム４の揺動でバルブ５を開閉動作させるようになっており、ロッカアーム４の端部にカムフォロワ７が設けられている。
【００１４】
カムフォロワ７は、図３および図４に示すように、一対のアーム８，８に両端が固定された軸９と、アーム８，８間で軸９に対して回転可能に外嵌される外輪要素としてのローラ１０と、軸９とローラ１０との間に介装される複数の針状ころ１１とを含む。なお、アーム８に対する軸９の固定方法は、アーム８の貫通孔に対して軸９の両端を嵌入してから軸９の両端をかしめることによりなされている。
【００１５】
軸９およびローラ１０は、例えばＪＩＳ規格ＳＵＪ−２などの軸受鋼、ＪＩＳ規格Ｓ４５Ｃなどの炭素鋼などで形成され、軸９の針状ころ軌道領域が硬化されている。この硬化処理としては、例えば部分的に高周波焼入れを行う方法、あるいは全体の焼入れ、焼き戻し後に両端を焼なましする方法などが考えられる。
【００１６】
そして、軸９の外表面には、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された、少なくとも下記の化学式１０および化学式１１、
【化１０】
0003857366.tif 000006
【化１１】
0003857366.tif 000007
のいずれかの結合を備え、さらに下記の化学式１２および化学式１３、
【化１２】
0003857366.tif 000008
【化１３】
0003857366.tif 000009
のいずれかの結合を備えた含ふっ素高分子化合物の固体膜１２が形成されている。この固体膜１２は、−ＣXＦ2X−Ｏ−という一般式（Ｘは１〜４の整数）で示される単位を主要構造単位とし、いずれも平均分子量が数百万以上で硬化反応により分子間が結合した３次元の網状構造を有している。３次元の網状構造とは、化学構造上の表現であって、膜の断面が網状になっているのではなく、分子間が網状のように連続してつながって密に詰まった均質な構造になっていることを意味している。このような化合物としては、下記化学式１に示すような末端がイソシアネートの官能基付き含ふっ素重合体を用いて、化学構造を変化させたものとすることができる。前述の末端がイソシアネートの官能基付き含ふっ素重合体としては、パーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）の誘導体、具体的に例えばモンテカチーニ社の商品名フォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DISOCなど）が好適に用いられる。
【００１７】
【化１】
0003857366.tif 000010
【００１８】
次に、前述の固体膜１２の形成方法の一例を説明する。
【００１９】
（ａ）  末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された、少なくとも上記の化学式１０および化学式１１のいずれかの結合を備え、さらに上記化学式１２および化学式１３のいずれかの結合を備えた含ふっ素高分子化合物の固体膜１２を得るための溶液を用意し、この溶液中に軸９を浸漬することにより、軸９の表面全面に液状膜を付着させる（付着処理）。ここで用意する溶液は、末端がイソシアネートの官能基付き含ふっ素重合体〔フォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DISOC）〕を希釈溶媒（ふっ素系溶剤ＳＶ９０Ｄ）で含ふっ素重合体の濃度を１ｍａｓｓ％にまで希釈したものである。
【００２０】
（ｂ）  液状膜を付着した軸９を４０〜５０℃で約１分間加熱し、液状膜に含む溶媒を除去する（乾燥処理）。この時点では、液状膜のままであり、流動性を有している。
【００２１】
（ｃ）  この後、例えば１００〜２００℃で２０時間、加熱する（硬化処理）。これにより、液状膜の化学構造が変化することにより硬化反応して、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された、少なくとも上記の化学式１０および化学式１１のいずれかの結合を備えた含ふっ素高分子化合物の固体膜１２が得られる。ちなみに、この硬化処理では、液状膜に存在している官能基付き含ふっ素重合体の個々について、下記化学式２〜５に示すような４種の硬化反応でもって末端のイソシアネート（ＮＣＯ）が消失し、各官能基付き含ふっ素重合体が互いに結合することにより３次元の網状構造となる。結合は、化学式２，３に示すような硬化反応でもって、図５（ａ）に模式的に示すように直線的に架橋するとともに、化学式４，５に示すような硬化反応でもって、図５（ｂ）に模式的に示すように３次元方向で架橋する。なお、図５では、下記化学式６に示すように、上記化学式１を簡略化して模式的に表している。
【００２２】
【化２】
0003857366.tif 000011
【００２３】
【化３】
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【００２４】
【化４】
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【００２５】
【化５】
0003857366.tif 000014
【００２６】
【化６】
0003857366.tif 000015
【００２７】
このようにすれば、軸９の表面全面に、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された、少なくとも上記の化学式１０および化学式１１のいずれかの結合を備えた含ふっ素高分子化合物の固体膜１２を好適な膜厚で形成することができる。なお、（ａ）、（ｂ）は必要に応じて数回繰り返すようにしてもよく、最終的には、用途に応じて、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された、少なくとも上記の化学式１０および化学式１１のいずれかの結合を備えた含ふっ素高分子化合物の固体膜１２の膜厚を例えば０．１〜３μｍの範囲で適宜に設定することができる。
【００２８】
ここで、（ａ）で用意した溶液を濃縮乾燥しただけの状態（流動性がある状態）と、（ａ）で用意した溶液をステンレス鋼板などの試料に付着して硬化した状態とについて、その性状を分析したので説明する。
【００２９】
前者は、ＦＴ−ＩＲ法（フーリエ変換−赤外分光、液膜法）で分析している。その結果は、図６のグラフに示すように、ふっ素系のピーク以外にＮＨ（３３００ｃｍ-1）、Ｎ＝Ｃ＝Ｏ（２２７９ｃｍ-1）、ＮＨＣ＝Ｏ（１７１２ｃｍ-1，１５４６ｃｍ-1）、ベンゼン（１６００ｃｍ-1）などのピークが見られ、ベンゼン環、ＮＨＣ＝Ｏ結合、イソシアネートが官能基として存在していることが確認できる。ここでは、薄膜と厚膜との場合についてそれぞれ調べているが、膜厚に関係なく分析が行えた。後者は、ＦＴ−ＩＲ法（フーリエ変換−赤外分光、高感度反射法）で分析している。その結果は、図７のグラフに示すように、ベンゼン環やＮＨＣ＝Ｏ結合のピークが見られるが、イソシアネートのピークが見られない。つまり、これらの結果に基づき、上記化学式２〜５に示す硬化反応による官能基の化学構造変化が確認される。
【００３０】
以上説明した、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された、少なくとも上記の化学式１０および化学式１１のいずれかの結合を備えた含ふっ素高分子化合物の固体膜１２は、それ自体が３次元の網状構造をもって、被覆対象上に緻密に被覆されるとともに自己潤滑性を有するため、軸９に対する針状ころ１１の転動、摺動時において、摩耗、剥離といった発塵を抑制できるようになるなど、潤滑性、耐摩耗性に優れたものとなっている。このため、固体膜１２による保護作用が長期的に継続できるようになり、軸９の焼き付きや異常摩耗を長期にわたって抑制することができる。
【００３１】
したがって、カムフォロワ７のように、潤滑油が希薄となりやすいなど、潤滑条件がかなり苛酷になる状況であっても、軸９や針状ころ１１の焼き付きや異常摩耗といった不具合の発生を回避できるようになり、軸９とローラ１０との間のがたつきの発生を長期にわたって抑制することができて、カムフォロワ７における動作性能を安定に維持できるようになる。しかも、固体膜１２は、カムフォロワ７周辺の潤滑油に対してなじみにくいため、潤滑油中に含まれる異物が軸９の針状ころ軌道領域に保持されずに済むなど、針状ころ１１と軸９との間に前述の異物がかみ込むといった現象が発生しなくなる。
【００３２】
ところで、本発明の実施例として、上記で説明した、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された、少なくとも上記の化学式１０および化学式１１のいずれかの結合を備えた含ふっ素高分子化合物の固体膜１２について、分子間が結合した３次元の網状構造中に、フルオロポリエーテルなどの、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体と結合しない含ふっ素重合体を流動可能に分散添加した構造とする。この場合、具体的に、上記での形成方法の（ａ）の付着処理において、用意する溶液を、末端がイソシアネートの官能基付き含ふっ素重合体〔例えば商品名フォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DISOCなど）〕と、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体と結合しない含ふっ素化合物として官能基なし含ふっ素重合体〔例えば商品名フォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z-60など）〕とを所定の割合で混合したものとすればよい。この場合では、（ｃ）の硬化処理において、官能基なし含ふっ素重合体が、官能基付き含ふっ素重合体と結合しないので、これが、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された、少なくとも上記の化学式１０および化学式１１のいずれかの結合を備えた含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜５の内部において流動可能となり、膜表面から滲み出るなどして潤滑作用を発揮することになる。
【００３６】
なお、本発明は上記実施例のみに限定されるものではなく、種々な応用や変形が考えられる。
【００３７】
（１）  上記実施例において（ｃ）の硬化処理については、加熱に代えて、紫外線、赤外線、γ線、電子線などの電磁波（光）のエネルギーを利用することができる。
【００３８】
（２）  上記実施例において（ｂ）の乾燥処理は、省略してもよい。
【００３９】
（３）  上記実施例では、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された、少なくとも上記の化学式１０および化学式１１のいずれかの結合を備えた含ふっ素高分子化合物の固体膜１２を軸９だけに形成しているが、針状ころ１１にも形成してもよい。
【００４０】
（４）  上記実施例では、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された、少なくとも上記の化学式１０および化学式１１のいずれかの結合を備えた含ふっ素高分子化合物の固体膜１２を軸９の全表面に形成しているが、軸９の針状ころ軌道領域だけに形成して、軸方向両端部位に形成しなくてもよい。この場合、不要箇所をマスキングして上記（ａ）の処理を行えばよい。
【００４１】
（５）  上記実施例では、軸受装置としてカムフォロワ７を引用しているが、図８に示すようなコネクティングロッド２０の大端部２１、小端部２２の支持部分も軸受装置として機能するので、ここに本発明を適用できる。この場合、大端部２１および小端部２２が外輪要素となり、クランクシャフト２３のピン２４およびピストン２５のピン２６がそれぞれ軸となる。この例では、ピン２６の全表面に固体膜１２を形成しているが、針状ころ１１や保持器１３にも固体膜１２を形成してもよい。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の軸受装置では、従来のコーティング膜に比べて剥離、欠落、摩耗が抑制できるとともに、転動、摺動抵抗を軽減できる、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された、少なくとも上記の化学式１０および化学式１１のいずれかの結合を備えた含ふっ素高分子化合物の固体膜を軸に形成しているから、軸に対する針状ころの転動、摺動時において、固体膜による該転動、摺動部位の保護作用が長期的に継続できるようになり、軸の焼き付きや異常摩耗を長期にわたって抑制することができる。
【００４３】
仮に、本発明の軸受装置をカムフォロワやコネクティングロッドとした場合では、潤滑油が希薄となりやすいなど、潤滑条件がかなり苛酷になる状況であっても、軸や針状ころの焼き付きや異常摩耗といった不具合の発生を回避できるようになり、軸と外輪要素との間のがたつきの発生を長期にわたって抑制することができて、カムフォロワやコネクティングロッドにおける動作性能を安定に維持できるようになる。しかも、固体膜は、カムフォロワやコネクティングロッド周辺の潤滑油に対してなじみにくいため、潤滑油中に含まれる異物が軸の針状ころ軌道領域に保持されずに済むなど、針状ころと軸との間に前述の異物がかみ込むといった現象が発生しなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態にかかるＯＨＶ型式エンジンの動弁機構の概略構成図
【図２】  本発明の他の実施形態にかかるＯＨＣ型式エンジンの動弁機構の概略構成図
【図３】  図１のカムフォロワの縦断面図
【図４】  図１のカムフォロワの横断面図
【図５】  軸に形成した含ふっ素高分子化合物の固体膜の構造を模式的に表した構造図
【図６】  含ふっ素高分子化合物の固体膜の硬化前の状態での性状分析結果を示すグラフ
【図７】  含ふっ素高分子化合物の固体膜の硬化後の状態での性状分析結果を示すグラフ
【図８】  本発明の他の実施形態にかかるコネクティングロッドの概略構成図
【符号の説明】
７    カムフォロワ
８    アーム
９    軸
１０    ローラ
１１    針状ころ
１２    含ふっ素高分子化合物の固体膜
【図１】
0003857366.tif 000020
【図２】
0003857366.tif 000021
【図３】
0003857366.tif 000022
【図４】
0003857366.tif 000023
【図５】
0003857366.tif 000024
【図６】
0003857366.tif 000025
【図７】
0003857366.tif 000026
【図８】
0003857366.tif 000027