JP2002031212A - 転がり摺動部品 - Google Patents
転がり摺動部品Info
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
- F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
- F16C33/58—Raceways; Race rings
- F16C33/64—Special methods of manufacture
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L2305/00—Valve arrangements comprising rollers
- F01L2305/02—Mounting of rollers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C2240/00—Specified values or numerical ranges of parameters; Relations between them
- F16C2240/40—Linear dimensions, e.g. length, radius, thickness, gap
- F16C2240/54—Surface roughness
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- Rolling Contact Bearings (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】転がり摺動部品において、転がり接触あるいは
すべり接触となる部位の損傷を長期にわたって抑制でき
るようにすること。 【解決手段】相手部材１ａとの間で相対的に転がり接触
またはすべり接触が生ずる鉄系金属からなる転がり摺動
部品１０であって、その転がり摺動面に、結晶粒径を３
μｍ以下としたリン酸塩皮膜２１が形成されているとと
もに、リン酸塩皮膜２１の形成過程で侵食される転がり
摺動面の面性状が特定されている。これにより、リン酸
塩皮膜２１の摩耗が進行しても転がり摺動面のくぼみ２
０にリン酸塩の結晶粒が残留しやすくなり、潤滑作用が
長期継続されることになる。
すべり接触となる部位の損傷を長期にわたって抑制でき
るようにすること。 【解決手段】相手部材１ａとの間で相対的に転がり接触
またはすべり接触が生ずる鉄系金属からなる転がり摺動
部品１０であって、その転がり摺動面に、結晶粒径を３
μｍ以下としたリン酸塩皮膜２１が形成されているとと
もに、リン酸塩皮膜２１の形成過程で侵食される転がり
摺動面の面性状が特定されている。これにより、リン酸
塩皮膜２１の摩耗が進行しても転がり摺動面のくぼみ２
０にリン酸塩の結晶粒が残留しやすくなり、潤滑作用が
長期継続されることになる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、転がり摺動部品に
関する。この転がり摺動部品としては、例えばエンジン
の動弁機構用のロッカーアームやバルブリフターなどの
カムフォロワのローラまたは支軸や、ころ軸受および円
錐ころ軸受の転動体または軌道輪などが挙げられる。
関する。この転がり摺動部品としては、例えばエンジン
の動弁機構用のロッカーアームやバルブリフターなどの
カムフォロワのローラまたは支軸や、ころ軸受および円
錐ころ軸受の転動体または軌道輪などが挙げられる。
【０００２】
【従来の技術】例えばエンジンの動弁機構において、耐
久性の向上とメインテナンスフリー化を達成させるに
は、特にカム軸におけるカムおよびこれに接触するカム
フォロワのローラの潤滑性が問題となる。
久性の向上とメインテナンスフリー化を達成させるに
は、特にカム軸におけるカムおよびこれに接触するカム
フォロワのローラの潤滑性が問題となる。
【０００３】近年では、カムフォロワのローラを支軸に
対して転がり支持させる構造が採用されている。一般的
に、カムフォロワのローラは、理論的にはカムに対して
転がり接触となるはずであるが、カム形状からくるロー
ラの回転速度変化や軸受作用荷重の急激な変動など、純
転がり運動は不可能で、滑りを伴う転がり接触となる。
対して転がり支持させる構造が採用されている。一般的
に、カムフォロワのローラは、理論的にはカムに対して
転がり接触となるはずであるが、カム形状からくるロー
ラの回転速度変化や軸受作用荷重の急激な変動など、純
転がり運動は不可能で、滑りを伴う転がり接触となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、カムフォロ
ワでは、そのローラ外周面とカムとの当接圧力が例えば
１５０Ｋｇｆ／ｍｍ2と非常に高くなるような厳しい使
用条件となる。また、潤滑油の供給不良などにより潤滑
油が希薄で潤滑条件が厳しくなる。
ワでは、そのローラ外周面とカムとの当接圧力が例えば
１５０Ｋｇｆ／ｍｍ2と非常に高くなるような厳しい使
用条件となる。また、潤滑油の供給不良などにより潤滑
油が希薄で潤滑条件が厳しくなる。
【０００５】このようなことから、カムフォロワのロー
ラとカムとが、油膜を介さずに金属母材どうしの接触に
なりやすいために、この金属接触を起こした部分が発熱
して特にピーリング、スメアリング、焼き付きなどの損
傷が発生しやすくなるなど、耐久性つまり寿命が低下し
やすくなる。
ラとカムとが、油膜を介さずに金属母材どうしの接触に
なりやすいために、この金属接触を起こした部分が発熱
して特にピーリング、スメアリング、焼き付きなどの損
傷が発生しやすくなるなど、耐久性つまり寿命が低下し
やすくなる。
【０００６】特に、ディーゼルエンジンなどでは、ブロ
ーバイガスによりエンジンオイルが劣化しやすくて、煤
などの燃焼生成物が発生するために、ローラとカムとの
接触部位の潤滑条件がさらに厳しくなりやすいと言え、
上述したような損傷がさらに早期段階で発生しやすくな
る。
ーバイガスによりエンジンオイルが劣化しやすくて、煤
などの燃焼生成物が発生するために、ローラとカムとの
接触部位の潤滑条件がさらに厳しくなりやすいと言え、
上述したような損傷がさらに早期段階で発生しやすくな
る。
【０００７】このような事情に鑑み、本発明は、転がり
摺動部品において、転がり接触あるいはすべり接触とな
る部位の損傷を長期にわたって抑制できるようにするこ
とを目的としている。
摺動部品において、転がり接触あるいはすべり接触とな
る部位の損傷を長期にわたって抑制できるようにするこ
とを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明第一の転がり摺動
部品は、相手部材との間で相対的に転がり接触またはす
べり接触が生ずる鉄系金属からなり、その転がり摺動面
に、結晶粒径を３μｍ以下としたリン酸塩皮膜が形成さ
れているとともに、このリン酸塩皮膜の形成過程で生じ
る侵食作用によって、前記転がり摺動面に、粗さ中心線
を基準とした深さを０．５〜５μｍかつ開口の平均直径
を５〜３０μｍとしたくぼみが、１ｍｍ幅当たり１５個
以上互いに独立して形成されている、ことを特徴として
いる。
部品は、相手部材との間で相対的に転がり接触またはす
べり接触が生ずる鉄系金属からなり、その転がり摺動面
に、結晶粒径を３μｍ以下としたリン酸塩皮膜が形成さ
れているとともに、このリン酸塩皮膜の形成過程で生じ
る侵食作用によって、前記転がり摺動面に、粗さ中心線
を基準とした深さを０．５〜５μｍかつ開口の平均直径
を５〜３０μｍとしたくぼみが、１ｍｍ幅当たり１５個
以上互いに独立して形成されている、ことを特徴として
いる。
【０００９】本発明第二の転がり摺動部品は、上記第一
の構成において、前記リン酸塩皮膜の膜厚が１〜４μｍ
に設定されているとともに、このリン酸塩皮膜の表面粗
さが中心線平均粗さＲａで０．５μｍ以下に設定されて
いる、ことを特徴としている。
の構成において、前記リン酸塩皮膜の膜厚が１〜４μｍ
に設定されているとともに、このリン酸塩皮膜の表面粗
さが中心線平均粗さＲａで０．５μｍ以下に設定されて
いる、ことを特徴としている。
【００１０】以上、本発明では、転がり摺動面に対して
形成するリン酸塩皮膜のリン酸塩の結晶粒径を特定して
いるとともに、このリン酸塩皮膜の形成過程で侵食され
る転がり摺動面の面性状を特定するようにしている。こ
れにより、リン酸塩皮膜の摩耗が進行しても転がり摺動
面に侵食形成されるくぼみ内にリン酸塩の結晶粒が残留
しやすくなり、潤滑作用が長期継続されることになる。
形成するリン酸塩皮膜のリン酸塩の結晶粒径を特定して
いるとともに、このリン酸塩皮膜の形成過程で侵食され
る転がり摺動面の面性状を特定するようにしている。こ
れにより、リン酸塩皮膜の摩耗が進行しても転がり摺動
面に侵食形成されるくぼみ内にリン酸塩の結晶粒が残留
しやすくなり、潤滑作用が長期継続されることになる。
【００１１】また、第二の構成のように、リン酸塩皮膜
の膜厚や表面粗さを特定すれば、転がり摺動部品と相手
部材との接触圧管理が高精度に行えるようになる。
の膜厚や表面粗さを特定すれば、転がり摺動部品と相手
部材との接触圧管理が高精度に行えるようになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の詳細を図面に示す実施形
態に基づいて説明する。
態に基づいて説明する。
【００１３】図１ないし図３に本発明の一実施形態を示
している。図１は、カムフォロワの縦断面図、図２は、
支軸およびローラの表面を模式的に示す断面図、図３
は、試験装置の縦断面図である。
している。図１は、カムフォロワの縦断面図、図２は、
支軸およびローラの表面を模式的に示す断面図、図３
は、試験装置の縦断面図である。
【００１４】この実施形態では、転がり摺動部品を、カ
ムフォロワの支軸およびローラとした例を挙げており、
まず、カムフォロワの利用形態について、図４および図
５を参照して説明する。
ムフォロワの支軸およびローラとした例を挙げており、
まず、カムフォロワの利用形態について、図４および図
５を参照して説明する。
【００１５】図４には、ＯＨＶ型式エンジンの動弁機構
を示しており、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の下端のバルブリフター６の下部にカムフォロワ
７が設けられている。
を示しており、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の下端のバルブリフター６の下部にカムフォロワ
７が設けられている。
【００１６】図５には、ＯＨＣ型式エンジンの動弁機構
を示しており、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、このロッ
カアーム４の端部にカムフォロワ７が設けられている。
を示しており、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、このロッ
カアーム４の端部にカムフォロワ７が設けられている。
【００１７】いずれのカムフォロワ７も、図１に示すよ
うに、ロッカーアーム４やバルブリフター６の遊端部に
一体的に形成される二股のアーム８，８と、アーム８，
８間に架設される支軸９と、支軸９に対して複数の針状
ころ１１を介して回動自在に転がり支持されるローラ１
０とを含む。
うに、ロッカーアーム４やバルブリフター６の遊端部に
一体的に形成される二股のアーム８，８と、アーム８，
８間に架設される支軸９と、支軸９に対して複数の針状
ころ１１を介して回動自在に転がり支持されるローラ１
０とを含む。
【００１８】支軸９は、その両端がアーム８，８の軸挿
入孔に対して挿入されていて、支軸９の両端面を打刻し
て塑性変形させるかしめにより抜け出し不可能なように
固定される。この支軸９は、カム軸１からローラ１０を
介して繰り返し受ける荷重により変形しにくくなるよう
に、例えばＪＩＳ規格ＳＵＪ−２により形成される。但
し、この支軸９は、その両端部分を除いて高周波焼き入
れなどの硬化処理を施してもよい。
入孔に対して挿入されていて、支軸９の両端面を打刻し
て塑性変形させるかしめにより抜け出し不可能なように
固定される。この支軸９は、カム軸１からローラ１０を
介して繰り返し受ける荷重により変形しにくくなるよう
に、例えばＪＩＳ規格ＳＵＪ−２により形成される。但
し、この支軸９は、その両端部分を除いて高周波焼き入
れなどの硬化処理を施してもよい。
【００１９】ローラ１０は、例えばＪＩＳ規格でのＳＵ
Ｊ−２、ＳＣｒ４２０Ｈ、ＳＣＭ４２０Ｈ、ＳＮＣＭ２
２０Ｈ、ＳＮＣＭ４２０Ｈ、ＳＮＣＭ８１５や、ＳＡＥ
規格での４３２０、５１２０などにより形成される。
Ｊ−２、ＳＣｒ４２０Ｈ、ＳＣＭ４２０Ｈ、ＳＮＣＭ２
２０Ｈ、ＳＮＣＭ４２０Ｈ、ＳＮＣＭ８１５や、ＳＡＥ
規格での４３２０、５１２０などにより形成される。
【００２０】そして、上述した支軸９の外周面およびロ
ーラ１０の内外周面には、リン酸塩皮膜処理と呼ばれる
化学的加工が施される。このリン酸塩皮膜処理とは、リ
ン酸マンガン皮膜処理、リン酸亜鉛皮膜処理、リン酸亜
鉛鉄皮膜処理、リン酸亜鉛カルシウム皮膜処理、リン酸
鉄皮膜処理、リン酸すず皮膜処理などを含む広義の表現
であり、これらいずれを採用してもよい。
ーラ１０の内外周面には、リン酸塩皮膜処理と呼ばれる
化学的加工が施される。このリン酸塩皮膜処理とは、リ
ン酸マンガン皮膜処理、リン酸亜鉛皮膜処理、リン酸亜
鉛鉄皮膜処理、リン酸亜鉛カルシウム皮膜処理、リン酸
鉄皮膜処理、リン酸すず皮膜処理などを含む広義の表現
であり、これらいずれを採用してもよい。
【００２１】この実施形態では、リン酸マンガン皮膜処
理を施す例を挙げる。このリン酸マンガン皮膜処理の内
容は、後で詳細に説明するが、このリン酸マンガン皮膜
処理を施すと、処理対象としての支軸９の外周面および
ローラ１０の内外周面には、例えば図２に誇張して示す
ように、互いに独立したくぼみ２０が侵食により形成さ
れるとともに、この表面全体にリン酸マンガン皮膜２１
が形成される。このリン酸マンガン皮膜２１は、化学式
で（Ｍｎ1-XＦｅｘ）5H2（ＰＯ4）4・４Ｈ2Ｏと表さ
れ、結晶構造が単斜晶系である。
理を施す例を挙げる。このリン酸マンガン皮膜処理の内
容は、後で詳細に説明するが、このリン酸マンガン皮膜
処理を施すと、処理対象としての支軸９の外周面および
ローラ１０の内外周面には、例えば図２に誇張して示す
ように、互いに独立したくぼみ２０が侵食により形成さ
れるとともに、この表面全体にリン酸マンガン皮膜２１
が形成される。このリン酸マンガン皮膜２１は、化学式
で（Ｍｎ1-XＦｅｘ）5H2（ＰＯ4）4・４Ｈ2Ｏと表さ
れ、結晶構造が単斜晶系である。
【００２２】そして、処理対象となる金属母材の表面状
態やリン酸マンガン皮膜２１の膜厚や表面状態は、以下
に示す５つの項目を満たすものとされる。
態やリン酸マンガン皮膜２１の膜厚や表面状態は、以下
に示す５つの項目を満たすものとされる。
【００２３】 リン酸マンガン皮膜２１の結晶粒径を
３μｍ以下にする。
３μｍ以下にする。
【００２４】 処理対象の表面に、粗さ中心線を基準
（＝０）とする深さが０．５〜５μｍかつ開口の平均直
径が５〜３０μｍのくぼみ２０を１ｍｍ幅当たり１５個
以上互いに独立して設ける。
（＝０）とする深さが０．５〜５μｍかつ開口の平均直
径が５〜３０μｍのくぼみ２０を１ｍｍ幅当たり１５個
以上互いに独立して設ける。
【００２５】 処理対象の表面における面粗さのパラ
メータＳＫ値をマイナス値でかつパラメータＲｑ値を
０．１以上とする。ＳＫとは、周知のように表面粗さ分
布の偏りを見るのに用いるもので、このＳＫ値がマイナ
ス値とは、凹凸分布が凹側に偏った非対称な分布になる
ような表面状態を示す。Ｒｑとは、周知のように自乗平
均平方根粗さのことである。
メータＳＫ値をマイナス値でかつパラメータＲｑ値を
０．１以上とする。ＳＫとは、周知のように表面粗さ分
布の偏りを見るのに用いるもので、このＳＫ値がマイナ
ス値とは、凹凸分布が凹側に偏った非対称な分布になる
ような表面状態を示す。Ｒｑとは、周知のように自乗平
均平方根粗さのことである。
【００２６】 リン酸マンガン皮膜２１の膜厚を、１
〜４μｍとする。
〜４μｍとする。
【００２７】 リン酸マンガン皮膜２１の表面の面粗
さのパラメータＲｑを１．５以下、好ましくは０．３〜
０．７、さらに好ましくは０．５５〜０．６５とする。
このＲｑの代わりに中心線平均粗さＲａで表現してもよ
く、そのときは周知の計算により換算することができ
る。
さのパラメータＲｑを１．５以下、好ましくは０．３〜
０．７、さらに好ましくは０．５５〜０．６５とする。
このＲｑの代わりに中心線平均粗さＲａで表現してもよ
く、そのときは周知の計算により換算することができ
る。
【００２８】次に、上記リン酸マンガン皮膜２１を得る
ための処理内容について詳細に説明する。
ための処理内容について詳細に説明する。
【００２９】つまり、処理対象を水洗する第一水洗工程
と、処理対象の表面を脱脂する脱脂工程と、脱脂した処
理対象を水洗する第二水洗工程と、処理対象の表面を調
整する表面調整工程と、処理対象の表面にリン酸マンガ
ン皮膜処理を施す化成工程と、処理対象の表面を水洗す
る第三水洗工程と、処理対象の表面に水溶性防錆油を塗
布する防錆工程と、処理対象の表面を乾燥する乾燥工程
とを順次行う。
と、処理対象の表面を脱脂する脱脂工程と、脱脂した処
理対象を水洗する第二水洗工程と、処理対象の表面を調
整する表面調整工程と、処理対象の表面にリン酸マンガ
ン皮膜処理を施す化成工程と、処理対象の表面を水洗す
る第三水洗工程と、処理対象の表面に水溶性防錆油を塗
布する防錆工程と、処理対象の表面を乾燥する乾燥工程
とを順次行う。
【００３０】なお、上記表面調整工程では、表面調整剤
として日本パーカライジング株式会社製の商品名ＰＬ５
５を用い、また、上記化成工程では、リン酸マンガン化
合物の水溶液として日本パーカライジング株式会社製の
商品名パルホスＭ１Ａを用いる。
として日本パーカライジング株式会社製の商品名ＰＬ５
５を用い、また、上記化成工程では、リン酸マンガン化
合物の水溶液として日本パーカライジング株式会社製の
商品名パルホスＭ１Ａを用いる。
【００３１】ところで、上記表面調整工程では、処理対
象の表面に、表面調整剤に含まれるコロイド状の微小粒
子が付着される。また、上記化成工程では、リン酸マン
ガン化合物の水溶液が処理対象と反応することにより、
処理対象の表面を侵食しながら、上記微小粒子を核とし
てリン酸マンガンの結晶粒が成長し、図２に示すような
リン酸マンガン皮膜２１が形成される。
象の表面に、表面調整剤に含まれるコロイド状の微小粒
子が付着される。また、上記化成工程では、リン酸マン
ガン化合物の水溶液が処理対象と反応することにより、
処理対象の表面を侵食しながら、上記微小粒子を核とし
てリン酸マンガンの結晶粒が成長し、図２に示すような
リン酸マンガン皮膜２１が形成される。
【００３２】この化成工程での反応メカニズムとして
は、処理開始段階において、処理対象の表面を侵食して
その表面の局部からＦｅ2+イオンを溶解させながら、前
記Ｆｅ 2+イオンがリン酸マンガン化合物の水溶液中のＨ
+イオン、Ｍｎ2+イオンやＨ2ＰＯ4 -イオンと結合して、
処理対象の表面に結晶成長することにより、（Ｍｎ1-X
Ｆｅｘ）5H2（ＰＯ4）4・４Ｈ2Ｏで表されるリン酸マン
ガン皮膜２１が形成されるのである。
は、処理開始段階において、処理対象の表面を侵食して
その表面の局部からＦｅ2+イオンを溶解させながら、前
記Ｆｅ 2+イオンがリン酸マンガン化合物の水溶液中のＨ
+イオン、Ｍｎ2+イオンやＨ2ＰＯ4 -イオンと結合して、
処理対象の表面に結晶成長することにより、（Ｍｎ1-X
Ｆｅｘ）5H2（ＰＯ4）4・４Ｈ2Ｏで表されるリン酸マン
ガン皮膜２１が形成されるのである。
【００３３】次に、図３に示す試験装置５０を用いて、
種々な条件での性能を評価しているので、説明する。
種々な条件での性能を評価しているので、説明する。
【００３４】図３において、５１は図示しないモータな
どにより回転駆動される駆動軸、５２は駆動軸５１によ
り回転される従動軸、５３は駆動軸５１の支持台、５４
は従動軸５２の支持枠、５５，５６は駆動軸５１のサポ
ート軸受、５７，５８は従動軸５２のサポート軸受、６
０は駆動軸５１に固定される駆動試料、６１は従動軸５
２に固定される従動試料である。
どにより回転駆動される駆動軸、５２は駆動軸５１によ
り回転される従動軸、５３は駆動軸５１の支持台、５４
は従動軸５２の支持枠、５５，５６は駆動軸５１のサポ
ート軸受、５７，５８は従動軸５２のサポート軸受、６
０は駆動軸５１に固定される駆動試料、６１は従動軸５
２に固定される従動試料である。
【００３５】試験では、駆動軸５１の回転数を１０００
ｒｐｍとし、駆動試料６０と従動試料６１とに対して付
加するラジアル荷重を最大接触面圧で換算して２．２５
ＧＰａとし、運転時間を２０時間（ｈｒ）とする。使用
する潤滑油は、タービン油ＶＧ３２とし、駆動試料６０
と従動試料６１との間の潤滑油の最小膜厚を、０．２８
４μｍとなるように管理する。この潤滑油の最小膜厚
（μｍ）と、下記する駆動試料６０の表面粗さ（Ｒｑ）
とで求められる油膜係数Λ（μｍ／Ｒｑ）については、
０．４８〜０．６の範囲に管理される。この油膜係数
は、潤滑状態を示す指標であり、上述した具体数値は、
カムフォロワ装置７の一般的な潤滑状態に近似させるよ
うに考慮している。
ｒｐｍとし、駆動試料６０と従動試料６１とに対して付
加するラジアル荷重を最大接触面圧で換算して２．２５
ＧＰａとし、運転時間を２０時間（ｈｒ）とする。使用
する潤滑油は、タービン油ＶＧ３２とし、駆動試料６０
と従動試料６１との間の潤滑油の最小膜厚を、０．２８
４μｍとなるように管理する。この潤滑油の最小膜厚
（μｍ）と、下記する駆動試料６０の表面粗さ（Ｒｑ）
とで求められる油膜係数Λ（μｍ／Ｒｑ）については、
０．４８〜０．６の範囲に管理される。この油膜係数
は、潤滑状態を示す指標であり、上述した具体数値は、
カムフォロワ装置７の一般的な潤滑状態に近似させるよ
うに考慮している。
【００３６】駆動試料６０は、上記動弁機構のカム１ａ
に相当するものであり、例えば表面硬度がＨＲＣ６１〜
６２に設定された一般的なＪＩＳ規格ＳＵＪ−２で形成
し、その表面粗さを自乗平均平方根粗さ（Ｒｑ）で０．
５２８〜０．５９４に設定している。
に相当するものであり、例えば表面硬度がＨＲＣ６１〜
６２に設定された一般的なＪＩＳ規格ＳＵＪ−２で形成
し、その表面粗さを自乗平均平方根粗さ（Ｒｑ）で０．
５２８〜０．５９４に設定している。
【００３７】従動試料６１は、上記カムフォロワ装置７
の支軸９およびローラ１０に相当するものであり、例え
ば表面硬度がＨＲＣ６１〜６２に設定された一般的なＪ
ＩＳ規格ＳＵＪ−２で形成し、その表面に種々な処理条
件でリン酸マンガン皮膜２１を形成している。このリン
酸マンガン皮膜処理の条件は、下記表１に示すような８
つ（実施形態１〜５、比較例６〜８）とする。
の支軸９およびローラ１０に相当するものであり、例え
ば表面硬度がＨＲＣ６１〜６２に設定された一般的なＪ
ＩＳ規格ＳＵＪ−２で形成し、その表面に種々な処理条
件でリン酸マンガン皮膜２１を形成している。このリン
酸マンガン皮膜処理の条件は、下記表１に示すような８
つ（実施形態１〜５、比較例６〜８）とする。
【００３８】なお、実施形態１〜５と比較例１は、従動
試料６１表面に互いに独立したくぼみ２０が存在する形
態になっており、比較例２，３は、従動試料６１表面に
のごぎり歯状あるいはサインカーブ状などのような連続
する凹凸が存在する形態になっている。
試料６１表面に互いに独立したくぼみ２０が存在する形
態になっており、比較例２，３は、従動試料６１表面に
のごぎり歯状あるいはサインカーブ状などのような連続
する凹凸が存在する形態になっている。
【００３９】つまり、比較例２，３は、実施形態１〜５
における試料表面粗さや粗さの形態の優位性を証明する
ためのものであり、また、比較例１は、実施形態１〜５
における試料表面のくぼみ２０の密度や深さを特定する
ことの優位性を示すためのものである。
における試料表面粗さや粗さの形態の優位性を証明する
ためのものであり、また、比較例１は、実施形態１〜５
における試料表面のくぼみ２０の密度や深さを特定する
ことの優位性を示すためのものである。
【００４０】
【表１】 上記表１において、ｎは１ｍｍ幅当たりのくぼみ２０の
個数、ｈはくぼみ２０の平均深さを表す。
個数、ｈはくぼみ２０の平均深さを表す。
【００４１】上記表１の評価欄の○、×は、特にピーリ
ングの発生度合いに基づいて決定している。このピーリ
ングとは、一般的に、微視的には表面亀裂を伴った深さ
数ミクロン、大きさ数十ミクロンの微小はくりが発生す
る現象のことであり、巨視的には、表面の薄皮がはがれ
たようになる現象のことである。
ングの発生度合いに基づいて決定している。このピーリ
ングとは、一般的に、微視的には表面亀裂を伴った深さ
数ミクロン、大きさ数十ミクロンの微小はくりが発生す
る現象のことであり、巨視的には、表面の薄皮がはがれ
たようになる現象のことである。
【００４２】つまり、試験終了後に従動試料６１の表面
状態を観察すると、実施形態１〜５ではピーリングがほ
とんど発生しなかったが、比較例１ではピーリングの発
生が多く見られ、比較例２，３では、リン酸マンガン皮
膜２１が摩耗した状態での表面の凹凸状態とピーリング
との識別が困難であるものの、亀裂の発生が見られたの
で、ピーリングが発生しているものと判断した。
状態を観察すると、実施形態１〜５ではピーリングがほ
とんど発生しなかったが、比較例１ではピーリングの発
生が多く見られ、比較例２，３では、リン酸マンガン皮
膜２１が摩耗した状態での表面の凹凸状態とピーリング
との識別が困難であるものの、亀裂の発生が見られたの
で、ピーリングが発生しているものと判断した。
【００４３】なお、実施形態１〜５や比較例１〜３のい
ずれでも、経時的にリン酸マンガン皮膜２１が全体的に
摩耗するのであるが、実施形態１〜５の場合では、くぼ
み２０内にリン酸マンガン皮膜２１の結晶粒が残留した
状態になるのに対し、比較例１〜３の場合では、凹み内
にリン酸マンガン皮膜２１の結晶粒があまり残留してい
ない状態になる。このくぼみ２０内に残留する結晶粒に
は、潤滑油が浸透して保持されるので、この潤滑油の染
みだしにより、表面に油膜が途切れることなく形成され
ることになり、上述したような結果につながったと言え
る。
ずれでも、経時的にリン酸マンガン皮膜２１が全体的に
摩耗するのであるが、実施形態１〜５の場合では、くぼ
み２０内にリン酸マンガン皮膜２１の結晶粒が残留した
状態になるのに対し、比較例１〜３の場合では、凹み内
にリン酸マンガン皮膜２１の結晶粒があまり残留してい
ない状態になる。このくぼみ２０内に残留する結晶粒に
は、潤滑油が浸透して保持されるので、この潤滑油の染
みだしにより、表面に油膜が途切れることなく形成され
ることになり、上述したような結果につながったと言え
る。
【００４４】このような結果により、カムフォロワ７の
支軸９やローラ１０などの転がり摺動部品について、そ
の表面粗さを上述したような条件に特定したうえで、こ
の表面にリン酸マンガン皮膜２１を形成すれば、耐久性
が向上して長寿命化に貢献できると言える。
支軸９やローラ１０などの転がり摺動部品について、そ
の表面粗さを上述したような条件に特定したうえで、こ
の表面にリン酸マンガン皮膜２１を形成すれば、耐久性
が向上して長寿命化に貢献できると言える。
【００４５】以上説明した実施形態でのカムフォロワ７
では、潤滑油の希薄な環境であっても、支軸９の外周面
およびローラ１０の内外周面に、潤滑油の油膜が途切れ
ることなく形成されることになって、ローラ１０とカム
１ａとの直接的な金属接触や、ローラ１０および支軸９
と針状ころ１１との直接的な金属接触を防止できるよう
になるので、支軸９およびローラ１０の表面にピーリン
グ損傷が発生することを長期にわたって抑制できるよう
になる。ところで、ディーゼルエンジンなどでは、潤滑
油の劣化が早い上に、潤滑油に煤などの燃焼生成物が多
いなど、潤滑条件が厳しいが、本発明を適用すれば潤滑
性の改善に有効となる。
では、潤滑油の希薄な環境であっても、支軸９の外周面
およびローラ１０の内外周面に、潤滑油の油膜が途切れ
ることなく形成されることになって、ローラ１０とカム
１ａとの直接的な金属接触や、ローラ１０および支軸９
と針状ころ１１との直接的な金属接触を防止できるよう
になるので、支軸９およびローラ１０の表面にピーリン
グ損傷が発生することを長期にわたって抑制できるよう
になる。ところで、ディーゼルエンジンなどでは、潤滑
油の劣化が早い上に、潤滑油に煤などの燃焼生成物が多
いなど、潤滑条件が厳しいが、本発明を適用すれば潤滑
性の改善に有効となる。
【００４６】また、上記実施形態のようにカムフォロワ
７の支軸９やローラ１０の外周面に膜厚や表面粗さを特
定したリン酸マンガン皮膜２１を形成していれば、カム
フォロワ装置７の組み立て時や、カム１ａとの接触圧調
整などが簡単かつ適正に行いやすくなるなど、使い勝手
が向上する。つまり、カムフォロワ７の組み立て時に
は、アーム８，８間に支軸９を架設するときの支軸９の
挿入が比較的容易となり、また、支軸９に対して複数の
針状ころ１１を介してローラ１０を外嵌装着するときの
三者のはめ合いが比較的容易になる。さらに、ローラ１
０とカム１ａとの接触圧調整時には、それらを接触させ
た状態でのリン酸マンガン皮膜２１の膜厚変化が少なく
なるので、接触圧調整作業が簡単にして高精度に行える
ようになる。
７の支軸９やローラ１０の外周面に膜厚や表面粗さを特
定したリン酸マンガン皮膜２１を形成していれば、カム
フォロワ装置７の組み立て時や、カム１ａとの接触圧調
整などが簡単かつ適正に行いやすくなるなど、使い勝手
が向上する。つまり、カムフォロワ７の組み立て時に
は、アーム８，８間に支軸９を架設するときの支軸９の
挿入が比較的容易となり、また、支軸９に対して複数の
針状ころ１１を介してローラ１０を外嵌装着するときの
三者のはめ合いが比較的容易になる。さらに、ローラ１
０とカム１ａとの接触圧調整時には、それらを接触させ
た状態でのリン酸マンガン皮膜２１の膜厚変化が少なく
なるので、接触圧調整作業が簡単にして高精度に行える
ようになる。
【００４７】なお、本発明は上記実施形態のみに限定さ
れるものではなく、種々な応用や変形が考えられる。
れるものではなく、種々な応用や変形が考えられる。
【００４８】（１）上記実施形態では、支軸９とローラ
１０の両方にリン酸マンガン皮膜処理を施すとしている
が、いずれか一方のみに施した形態とすることができ
る。なお、リン酸マンガン皮膜処理は、少なくとも、ロ
ーラ１０に対してはその外周面に、また、支軸９に対し
てはその外周面においてアーム８，８への固定部位を除
く領域に、施せばよい。
１０の両方にリン酸マンガン皮膜処理を施すとしている
が、いずれか一方のみに施した形態とすることができ
る。なお、リン酸マンガン皮膜処理は、少なくとも、ロ
ーラ１０に対してはその外周面に、また、支軸９に対し
てはその外周面においてアーム８，８への固定部位を除
く領域に、施せばよい。
【００４９】（２）上記実施形態では、支軸９にローラ
１０を転がり軸受（針状ころ１１）を介して支持させた
カムフォロワ７を例示しているが、転がり軸受を用いず
にすべり支持させるようにしたカムフォロワについても
本発明の適用対象となる。
１０を転がり軸受（針状ころ１１）を介して支持させた
カムフォロワ７を例示しているが、転がり軸受を用いず
にすべり支持させるようにしたカムフォロワについても
本発明の適用対象となる。
【００５０】（３）上記実施形態では、転がり摺動部品
をカムフォロワ７の支軸９やローラ１０とした例を挙げ
ているが、ころ軸受や円錐ころ軸受の転動体や軌道輪の
少なくともいずれか一つとしたり、自動車エンジンのピ
ストンやその周辺部材としたり、さらに、コンロッドと
クランクシャフトとそれらの間に介装されるケージアン
ドローラなどとすることができる。但し、円錐ころ軸受
の場合では、円錐ころの端面や軌道輪の鍔部の少なくと
もいずれか一方にも、上記実施形態で説明した条件のリ
ン酸マンガン皮膜処理を施すようにしてもよい。この場
合、円錐ころの端面と軌道輪の鍔部との間の焼き付き抑
制に効果がある。
をカムフォロワ７の支軸９やローラ１０とした例を挙げ
ているが、ころ軸受や円錐ころ軸受の転動体や軌道輪の
少なくともいずれか一つとしたり、自動車エンジンのピ
ストンやその周辺部材としたり、さらに、コンロッドと
クランクシャフトとそれらの間に介装されるケージアン
ドローラなどとすることができる。但し、円錐ころ軸受
の場合では、円錐ころの端面や軌道輪の鍔部の少なくと
もいずれか一方にも、上記実施形態で説明した条件のリ
ン酸マンガン皮膜処理を施すようにしてもよい。この場
合、円錐ころの端面と軌道輪の鍔部との間の焼き付き抑
制に効果がある。
【００５１】（４）上記実施形態において、リン酸マン
ガン皮膜２１を形成する対象の金属を、上記実施形態で
の試験で例示した金属の表面硬度よりも高め、例えば表
面硬度をＨＲＣで６４以上に設定してもよい。この場
合、より苛酷な潤滑環境であっても、耐久性がさらに向
上する。しかも、この場合では、転がり摺動部品が接触
相手部材に対して損傷を与える度合い（攻撃性）を低く
抑制できるようになる。この攻撃性のみについて言え
ば、上記実施形態での試験で例示した場合が最も少ない
と言える。
ガン皮膜２１を形成する対象の金属を、上記実施形態で
の試験で例示した金属の表面硬度よりも高め、例えば表
面硬度をＨＲＣで６４以上に設定してもよい。この場
合、より苛酷な潤滑環境であっても、耐久性がさらに向
上する。しかも、この場合では、転がり摺動部品が接触
相手部材に対して損傷を与える度合い（攻撃性）を低く
抑制できるようになる。この攻撃性のみについて言え
ば、上記実施形態での試験で例示した場合が最も少ない
と言える。
【００５２】（５）上記各実施形態では、転がり摺動部
品の表面にリン酸マンガン皮膜処理を施す例を挙げた
が、その他にも、広義の表現であるリン酸塩皮膜処理に
含まれるリン酸亜鉛皮膜処理、リン酸亜鉛鉄皮膜処理、
リン酸亜鉛カルシウム皮膜処理、リン酸鉄皮膜処理、リ
ン酸すず皮膜処理などとすることができる。
品の表面にリン酸マンガン皮膜処理を施す例を挙げた
が、その他にも、広義の表現であるリン酸塩皮膜処理に
含まれるリン酸亜鉛皮膜処理、リン酸亜鉛鉄皮膜処理、
リン酸亜鉛カルシウム皮膜処理、リン酸鉄皮膜処理、リ
ン酸すず皮膜処理などとすることができる。
【００５３】（６）上記実施形態において、リン酸マン
ガン皮膜処理の前に、処理対象の表面に対して例えばシ
ョットブラストやバレル研磨などの機械加工を施すよう
にして、表面性状を管理するようにしてもよい。この機
械加工の後で、リン酸マンガン皮膜処理を施せば、上述
したような侵食作用がより好適に発生することになる。
しかも、機械加工によって、処理対象の表面に残留応力
が付与されるので、この残留応力を例えば５００ＭＰａ
以上となるように管理すれば、より過酷な潤滑条件であ
っても、ピーリングだけでなく疲労剥離も抑制できるよ
うになるなど、耐久性がさらに向上する。
ガン皮膜処理の前に、処理対象の表面に対して例えばシ
ョットブラストやバレル研磨などの機械加工を施すよう
にして、表面性状を管理するようにしてもよい。この機
械加工の後で、リン酸マンガン皮膜処理を施せば、上述
したような侵食作用がより好適に発生することになる。
しかも、機械加工によって、処理対象の表面に残留応力
が付与されるので、この残留応力を例えば５００ＭＰａ
以上となるように管理すれば、より過酷な潤滑条件であ
っても、ピーリングだけでなく疲労剥離も抑制できるよ
うになるなど、耐久性がさらに向上する。
【００５４】
【発明の効果】請求項１および２の発明では、転がり摺
動部品の表面に適度な深さかつ個数のくぼみを互いに独
立して形成するとともに当該くぼみ内をリン酸塩の結晶
粒で埋めたうえで所要膜厚のリン酸塩皮膜を形成するよ
うに工夫しているから、潤滑油の希薄な環境において
も、転がり摺動部品と相手部材とが金属母材どうしの接
触ではなく油膜を介する接触となるとともに、リン酸塩
皮膜の摩耗が進行しても転がり摺動面に侵食形成される
くぼみ内にリン酸塩の結晶粒が残留しやすくなって潤滑
作用が長期継続されることになる。したがって、転がり
摺動部品表面におけるピーリングなどの損傷を長期にわ
たって抑制できるようになるなど、耐久性を向上できて
長寿命化に貢献できるようになる。
動部品の表面に適度な深さかつ個数のくぼみを互いに独
立して形成するとともに当該くぼみ内をリン酸塩の結晶
粒で埋めたうえで所要膜厚のリン酸塩皮膜を形成するよ
うに工夫しているから、潤滑油の希薄な環境において
も、転がり摺動部品と相手部材とが金属母材どうしの接
触ではなく油膜を介する接触となるとともに、リン酸塩
皮膜の摩耗が進行しても転がり摺動面に侵食形成される
くぼみ内にリン酸塩の結晶粒が残留しやすくなって潤滑
作用が長期継続されることになる。したがって、転がり
摺動部品表面におけるピーリングなどの損傷を長期にわ
たって抑制できるようになるなど、耐久性を向上できて
長寿命化に貢献できるようになる。
【００５５】特に、請求項２の発明のように、リン酸塩
皮膜の膜厚や表面粗さを特定すれば、転がり摺動部品と
相手部材との相対位置合わせ時の位置合わせ作業が容易
に行うことが可能になるとともに、両者の接触圧管理を
高精度に行うことが可能になるなど、使い勝手が向上す
る。
皮膜の膜厚や表面粗さを特定すれば、転がり摺動部品と
相手部材との相対位置合わせ時の位置合わせ作業が容易
に行うことが可能になるとともに、両者の接触圧管理を
高精度に行うことが可能になるなど、使い勝手が向上す
る。
【図１】本発明の一実施形態に係るカムフォロワの縦断
面図
面図
【図２】カムフォロワの支軸およびローラの表面を模式
的に示す断面図
的に示す断面図
【図３】性能評価試験に用いる試験装置の縦断面図
【図４】本発明のカムフォロワの利用形態１を示す説明
図
図
【図５】本発明のカムフォロワの利用形態２を示す説明
図
図
１ａ カム ７ カムフォロワ ９ 支軸 １０ ローラ ２０ くぼみ ２１ リン酸マンガン皮膜
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２３Ｃ 22/77 Ｃ２３Ｃ 22/77 Ｆ１６Ｃ 33/34 Ｆ１６Ｃ 33/34 33/36 33/36 33/62 33/62 33/64 33/64 Ｆターム(参考） 3J030 EA22 EB07 EB09 EC01 EC07 3J101 AA13 AA16 BA52 BA70 DA05 EA02 EA78 FA31 GA21 4K026 AA02 BA03 BA04 BA05 BB04 CA23 EA08 EA09
Claims (2)
- 【請求項１】相手部材との間で相対的に転がり接触また
はすべり接触が生ずる鉄系金属からなる転がり摺動部品
であって、 その転がり摺動面に、結晶粒径を３μｍ以下としたリン
酸塩皮膜が形成されているとともに、 このリン酸塩皮膜の形成過程で生じる侵食作用によっ
て、前記転がり摺動面に、粗さ中心線を基準とした深さ
を０．５〜５μｍかつ開口の平均直径を５〜３０μｍと
したくぼみが、１ｍｍ幅当たり１５個以上互いに独立し
て形成されている、ことを特徴とする転がり摺動部品。 - 【請求項２】請求項１の転がり摺動部品において、 前記リン酸塩皮膜の膜厚が１〜４μｍに設定されている
とともに、このリン酸塩皮膜の表面粗さが中心線平均粗
さＲａで０．５μｍ以下に設定されている、ことを特徴
とする転がり摺動部品。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000216603A JP3869192B2 (ja) | 2000-07-17 | 2000-07-17 | 転がり摺動部品 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000216603A JP3869192B2 (ja) | 2000-07-17 | 2000-07-17 | 転がり摺動部品 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002031212A true JP2002031212A (ja) | 2002-01-31 |
| JP3869192B2 JP3869192B2 (ja) | 2007-01-17 |
Family
ID=18711842
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