JP2003206708A

JP2003206708A - ローラ付きカムフォロア

Info

Publication number: JP2003206708A
Application number: JP2002007108A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Harimoto; 一由針本; Yoshiyasu Nakano; 賀泰中野; Masaru Kitagawa; 勝北川; Nobuhiro Kasahara; 延広笠原
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2002-01-16
Filing date: 2002-01-16
Publication date: 2003-07-25
Also published as: EP1329596A2; CN1432719A; US6598571B1; EP1329596A3

Abstract

(57)【要約】【課題】耐熱性、耐ピーリング性および耐スミアリン
グ性を向上させ、高温下における転動疲労寿命の向上と
表面損傷の低減を図ることのできるローラ付きカムフォ
ロアを提供する。【解決手段】本発明のローラ付きカムフォロアは、ロ
ーラ支持部１ａを一体に有するカムフォロア本体１と、
ローラ支持部１ａに両端部が固定された支持軸２と、支
持軸２に複数の針状ころ３を介して回転自在に支持され
たローラ４とを備えている。支持軸２、針状ころ３およ
びローラ４の少なくと一つが耐熱鋼で形成され、かつ支
持軸２の両端部が支持部１ａにかしめ固定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ローラ付きカムフ
ォロアに関し、具体的には、車両の内燃機関の動弁機構
に組込まれるローラ付きカムフォロアに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】エンジン動弁系の耐久性とメンテナンス
フリー化を向上させる上で、カム軸におけるカムおよび
フォロアの潤滑不足および摩耗が問題となっている。

【０００３】上記動弁系の摩耗対策としては、ＯＨＶ型
式エンジンにおいては油圧式ラッシュアジャスタが実用
化されているが、カムおよびフォロア面の摩耗対策およ
びフリクションロスの低下を狙って、フォロアの転がり
化が急速に採用されている。

【０００４】ところで、カム部分は、エンジン部品の中
でも潤滑的に厳しく、その接触面は境界潤滑領域と言わ
れている。このような条件下で使用されるローラ付きカ
ムフォロアにおいては、カムに対してローラは、基本的
には転がり接触であるが、カム形状からくるローラの回
転速度変化やローラに作用する荷重の急激な変動などに
より、純転がり運動をすることができず、滑りを伴う転
がり接触をしている。このため、潤滑条件（油量、油
温、異物）および相手カムの面粗さなどの関係上、ロー
ラの外径転動面に表面損傷であるピーリング現象やスミ
アリング現象が発生し、短寿命になるという問題があ
る。

【０００５】またローラを回転自在に支持する支持軸に
ついても、荷重負荷圏が限定され、かつ非常に大きな面
圧がかかることから、転動疲労寿命においてはローラや
軸受などよりも厳しくなり、転動疲労寿命の向上が望ま
れている。

【０００６】またローラを回転自在に支持する軸受は、
通常、総ころ形式であることから、スキューおよび相対
滑りが発生するため、この軸受にもピーリング現象およ
びスミアリング現象などの表面損傷が発生するという問
題がある。

【０００７】なお、これらのローラ、支持軸、および軸
受の材質としては、従来、ＳＵＪ２が用いられてきた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】それゆえ本発明の目的
は、ローラおよびそれを回転自在に支持する支持軸およ
びころを耐熱性、耐ピーリング性および耐スミアリング
性に優れた材質とし、高温下における転動疲労寿命の向
上と表面損傷の低減を図ることのできるローラ付きカム
フォロアを提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のローラ付きカム
フォロアは、ローラ支持部を一体に有するカムフォロア
本体と、ローラ支持部に両端部が固定された支持軸と、
支持軸に複数の針状ころを介して回転自在に支持された
ローラとを備えたローラ付きカムフォロアにおいて、支
持軸、針状ころおよびローラの少なくとも一つが耐熱鋼
で形成されていることを特徴とするものである。

【００１０】本発明のローラ付きカムフォロアに従え
ば、支持軸、針状ころおよびローラの少なくとも一つが
耐熱鋼より形成されているため、耐熱性の向上を図るこ
とができ、スミアリングおよびピーリングなどの表面損
傷を防止でき、それにより高温下における転動疲労寿命
の向上を図ることができる。

【００１１】上記のローラ付きカムフォロアにおいて好
ましくは、支持軸の両端部がローラ支持部にかしめ固定
されている。

【００１２】このように支持軸の両端部がローラ支持部
にかしめ固定されており、このかしめ固定は支持軸の端
面のみを打刻するだけで行なうことができるため、ロー
ラ支持部に衝撃は加わらず、したがって組立の際にカム
フォロアが変形するおそれはない。

【００１３】上記のローラ付きカムフォロアにおいて好
ましくは、支持軸の外周面のうち針状ころが転動する転
走面は高周波焼入れによりＨＶ６５０以上の表面硬さを
有し、支持軸の両端面は未焼入れによりＨＶ２００以上
２８０以下の表面硬さを有している。

【００１４】転走面がＨＶ６５０以上の表面硬さを有し
ているため、針状ころの転動の際に、支持軸が摩耗変形
することなく、十分に耐えることができる。また支持軸
の両端面がＨＶ２００以上２８０以下の表面硬さを有し
ているため、カムフォロアに組立てる際に端面を打刻し
て端縁部を拡張することができ、そのようなかしめ固定
の際においても端部に亀裂が生じることはなく、カムフ
ォロア本体に支持軸を容易にかつ堅固に固定することが
できる。

【００１５】上記のローラ付きカムフォロアにおいて好
ましくは、支持軸はずぶ焼入れされローラ支持部に圧入
されている。

【００１６】このように支持軸がずぶ焼入れされている
ため、硬度を高くすることが可能となる。また、支持軸
はローラ支持部に圧入されるため、支持軸がずぶ焼入れ
品でかしめ固定できない場合でも、ローラ支持部に固定
することができる。

【００１７】上記のローラ付きカムフォロアにおいて好
ましくは、支持軸はずぶ焼入れされローラ支持部に止め
輪を介して支持軸の軸方向に固定されている。

【００１８】このように支持軸がずぶ焼入れされている
ため、硬度を高くすることが可能となる。また、支持軸
が止め輪により固定されているため、圧入やかしめ作業
なしで支持軸をローラ支持部に固定することができる。

【００１９】上記のローラ付きカムフォロアにおいて好
ましくは、ローラが耐熱鋼である。特にローラはカムと
の間で滑りを伴いながら転がり接触しており、これによ
りローラには滑りや接線力が作用してローラ表面が高温
になったり、潤滑油がせん断発熱して油膜が薄くなるこ
とによりピーリングやスミアリングなどの表面損傷が生
じやすいが、ローラに耐熱鋼を用いることにより、この
ような表面損傷を防止することができる。

【００２０】上記のローラ付きカムフォロアにおいて好
ましくは、耐熱鋼は、素地中に合金元素として質量％
で、Ｃ（炭素）を０．６％以上１．３％以下、Ｓｉ（シ
リコン）を０．３％以上３．０％以下、Ｍｎ（マンガ
ン）を０．２％以上１．５％以下、Ｐ（リン）を０．０
３％以下、Ｓ（硫黄）を０．０３％以下、Ｃｒ（クロ
ム）を０．３％以上５．０％以下、Ｎｉ（ニッケル）を
０．１％以上３．０％以下、Ａｌ（アルミニウム）を
０．０５０％以下、Ｔｉ（チタン）を０．００３％以
下、Ｏ（酸素）を０．００１５％以下、Ｎ（窒素）を
０．０１５％以下で少なくとも含み、残部がＦｅ（鉄）
および不可避不純物を有する鋼材よりなっている。

【００２１】この鋼材を用いることにより、焼入れ焼戻
し処理を施すことで、浸炭窒化処理を施さずとも異物混
入環境下において優れた転動疲労寿命を得ることができ
る。このため、浸炭窒化処理を省くことができ、製造コ
ストを少なくすることができる。また、この鋼材は非常
に耐熱性、耐ピーリング性および耐スミアリング性に優
れた材質であるため、高温下における転動疲労寿命の向
上と表面損傷の低減を図ることが可能となる。

【００２２】以下に、上記の各成分の限定理由について
説明する。（１）Ｃの含有量（０．６％以上１．３％以下）につ
いてＣは転がり軸受として強度を確保するために必須の元素
であり、所定の熱処理後の硬さを維持するためには０．
６％以上含有する必要があり、ゆえにＣ含有量の下限を
０．６％に限定した。またＣが１．３％を超えて含有さ
れた場合、大型の炭化物が生成し、転動疲労寿命の低下
を生じるため、Ｃ含有量の上限を１．３％に限定した。

【００２３】（２）Ｓｉの含有量（０．３％以上３．
０％以下）についてＳｉは高温域での軟化を抑制し、転がり軸受の耐熱性を
改善する作用があるため添加することが望ましい。しか
しＳｉ含有量が０．３％未満ではその効果が得られない
ため、Ｓｉ含有量の下限を０．３％に限定した。また、
Ｓｉ含有量の増加に伴って耐熱性は向上するが、３．０
％を超えて多量に含有させてもその効果が飽和するとと
もに熱間加工性や被削性の低下が生じるため、Ｓｉ含有
量の上限を３．０％に限定した。

【００２４】（３）Ｍｎの含有量（０．２％以上１．
５％以下）についてＭｎは鋼を製造する際の脱酸に用いられる元素であると
ともに、焼入れ性を改善する元素であり、この効果を得
るために０．２％以上添加する必要があるため、Ｍｎ含
有量の下限を０．２％に限定した。しかし、１．５％を
超えて多量に含有すると被削性が大幅に低下するため、
Ｍｎ含有量の上限を１．５％に限定した。

【００２５】（４）Ｐの含有量（０．０３％以下）に
ついてＰは鋼のオーステナイト粒界に偏析し、靭性や転動疲労
寿命の低下を招くため、０．０３％を含有量の上限とし
た。

【００２６】（５）Ｓの含有量（０．０３％以下）に
ついてＳは鋼の熱間加工性を害し、鋼中で非金属介在物を形成
して靭性や転動疲労寿命を低下させるため、０．０３％
をＳ含有量の上限とした。また、Ｓは前記のような有害
な面を持つ反面、切削加工性を向上させる効果も有して
いるため、可及的に少なくすることが望ましいが０．０
０５％までの含有であれば許容される。

【００２７】（６）Ｃｒの含有量（０．３％以上５．
０％以下）についてＣｒはこの合金組成において重要な作用を果たす元素で
あり、焼入れ性の改善と炭化物による硬さ確保と寿命改
善とのために添加される。所定の炭化物を得るためには
０．３％以上の添加が必要であるため、Ｃｒ含有量の下
限を０．３％に限定した。しかし、５．０％を超えて多
量に含有すると、大型の炭化物が生成し、転動疲労寿命
の低下が生じるため、Ｃｒ含有量の上限を５．０％に限
定した。

【００２８】（７）Ａｌの含有量（０．０５０％以
下）についてＡｌは鋼の製造時の脱酸剤として使用されるが、硬質の
酸化物系介在物を生成し転動疲労寿命を低下させるため
低減することが望ましい。また、０．０５０％を超えて
Ａｌが多量に含有されると顕著な転動疲労寿命の低下が
認められたため、Ａｌ含有量の上限を０．０５０％に限
定した。

【００２９】なお、Ａｌ含有量を０．００５％未満とす
るためには鋼の製造コストの上昇が生じるため、Ａｌ含
有量の下限を０．００５％に限定することが好ましい。

【００３０】（８）Ｔｉの含有量（０．００３％以
下）、Ｏの含有量（０．００１５％以下）、Ｎの含有量
（０．０１５％以下）についてＴｉ、ＯおよびＮは鋼中に酸化物、窒化物を形成し非金
属介在物として疲労破壊の起点となり転動疲労寿命を低
下させるため、Ｔｉ：０．００３％、Ｏ：０．００１５
％、Ｎ：０．０１５％を各元素の上限とした。

【００３１】（９）Ｎｉの含有量（０．１％以上３．
０％以下）についてＮｉは本発明において重要な作用を果たす元素であり、
特に高温環境下で使用された場合の転動疲労過程におけ
る組織の変化を抑制し、また高温域での硬さの低下を抑
制して転動疲労寿命を向上する効果を有する。加えて、
Ｎｉは靭性を改善して異物環境下での寿命を改善すると
ともに耐食性の改善にも効果がある。このため、Ｎｉを
０．１％以上含有させる必要があるため、Ｎｉ含有量の
下限を０．１％に限定した。しかし、３．０％を超えて
多量にＮｉを含有すると、焼入れ処理時に多量の残留オ
ーステナイトが生成され所定の硬さが得られなくなり、
また鋼材コストが上昇するため、Ｎｉ含有量の上限を
３．０％に限定した。

【００３２】上記のローラ付きカムフォロアにおいて好
ましくは、鋼材は焼入れ処理後または浸炭窒化処理後に
焼戻し処理された構成を有する。

【００３３】本発明のように高温域で使用されるローラ
付きカムフォロアの各部品は使用環境下での寸法を安定
させるために、環境温度以上の温度で焼戻し処理が施さ
れる。

【００３４】上記のローラ付きカムフォロアにおいて好
ましくは、支持軸の外周面のうち針状ころが転動する転
走面において、ＨＶ５５０以上の硬さを有する有効硬化
層の深さが１．０ｍｍ以上である。

【００３５】これにより、針状ころが転動する上でも十
分な硬度を得ることができる。上記のローラ付きカムフ
ォロアにおいて好ましくは、支持軸が耐熱鋼よりなって
いる。

【００３６】これにより、荷重負荷圏が限定され、かつ
面圧が非常に高いことにより転動疲労寿命条件の厳しい
支持軸においても転動疲労寿命の向上を図ることができ
る。

【００３７】上記のローラ付きカムフォロアにおいて好
ましくは、針状ころが耐熱鋼よりなり、芯部まで焼入れ
硬化され、かつＨＶ６５０以上の表面硬さを有してい
る。

【００３８】これにより、転動の際にスキューおよび相
対滑りが生ずる針状ころにおいても、耐ピーリング性お
よび耐スミアリング性を向上することができる。

【００３９】上記のローラ付きカムフォロアにおいて好
ましくは、ローラが耐熱鋼よりなり、芯部まで焼入れ硬
化され、かつＨＶ６５０以上の表面硬さを有している。

【００４０】これにより、転動において十分な硬度を確
保することができる。上記のローラ付きカムフォロアに
おいて好ましくは、ローラの外表面に微小な凹形状のく
ぼみが無数にランダムに形成されており、ローラの外表
面の面粗さを、軸方向と円周方向のそれぞれにおいて求
めてパラメータＲＭＳで表示したとき、軸方向面粗さＲ
ＭＳ（Ｌ）と円周方向面粗さＲＭＳ（Ｃ）との比（ＲＭ
Ｓ（Ｌ）／ＲＭＳ（Ｃ））が１．０以下となり、かつ表
面粗さのパラメータＳＫ値が−１．６以下となる。

【００４１】これにより、相手カム面の仕上げ面粗さの
悪い条件においても、油膜の形成能力に優れ、十分な油
膜厚さを確保でき、転がり接触部の金属接触を極力抑え
ることができる。また転がり接触部の金属接触率を下げ
ることによって、カムフォロアのローラの外径の表面損
傷、ピーリングやスミアリングおよびそれらからの異常
摩耗、剥離を防止でき、耐久性の向上を図ることができ
る。

【００４２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図に基づいて説明する。

【００４３】図１は、本発明の一実施の形態におけるロ
ーラ付きカムフォロアを示す概略正面図であり、図２は
図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う概略断面図である。

【００４４】図１および図２を参照して、カムフォロア
本体１は、一方端部において軸受メタルなどを介してカ
ムフォロア軸５に回転自在に支持されている。

【００４５】このカムフォロア本体１の他方端部には、
アジャストねじ７が螺装されている。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
て内燃機関の吸気弁もしくは排気弁の突起棹９の上端と
当接している。この突起棹９はばね１０の弾発力で付勢
されている。

【００４６】カムフォロア本体１は、その中央部に二股
状に形成されたローラ支持部１ａを一体に有している。
この二股状のローラ支持部１ａに設けられた軸孔１ｂ
に、ローラ軸２の両端が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、針状
ころ３を介して回転自在にローラ４が支持されている。
このローラ４の外周面はカム６のカム面に、ばね１０の
弾発力で圧接されている。

【００４７】このような構成により、カム６が回転する
ことにより、ローラ４を介してカムフォロア本体１がカ
ムフォロア軸５を中心として回転し、突起棹９の先端に
取付けられた吸気弁もしくは排気弁を開閉動作する。

【００４８】なお、内燃機関は、たとえば、シリンダ内
を往復運動するピストンと、ピストンによって圧縮され
た燃料に点火する点火プラグとを含むものである。

【００４９】上記のローラ軸２、針状ころ３およびロー
ラ４の少なくとも一つが耐熱鋼で形成されており、ロー
ラ軸２はずぶ焼入れされた中空形状を有している。この
ローラ軸２の中空内部にはたとえば切換ピン（図示せ
ず）が挿入されており、弁の開閉動作などに多様性が持
たされている。また、ローラ軸２を中空内部とすること
により軽量化にも寄与する。

【００５０】なおローラ軸２はずぶ焼入れされた中空形
状でなくてもよく、たとえば図３に示すように密実な構
成を有し、かつその両端部がローラ支持部１ａにかしめ
固定されていてもよい。このかしめ固定は、二股のロー
ラ支持部１ａに設けられた軸孔１ｂにローラ軸２を嵌入
した後にローラ軸２の端面２ａにかしめ溝２ｂを形成す
るように打刻することで行なわれる。かしめ溝２ｂが形
成されることにより、ローラ軸２の端縁部が拡大して、
軸孔１ｂの内面を弾性付勢するため、ローラ軸２は軸孔
１ｂに強固に固定されることになる。

【００５１】図４は、図３に示すローラ軸の縦断面図
（ａ）および硬度分布線図（ｂ）である。図４（ａ）、
（ｂ）を参照して、ローラ軸２の中央部２ｃは高周波焼
入れにより硬化された部分であり、両側の端部２ｄは焼
入れの施されていない未焼入れ部分である。なお中央部
２ｃの一部または全部の外周面は針状ころ３が転動す
る、いわゆる転走面となる部分である。

【００５２】図４（ｂ）を参照して、このローラ軸２の
表面の硬度分布において、中央部２ｃはビッカース硬度
ＨＶ６５０以上であり、両端部２ｄの軟化層はビッカー
ス硬度ＨＶ２００以上２８０以下である。これにより、
中央部２ｃは針状ころ３の転走面としては十分な硬度で
あり、軟化部２ｄはかしめ加工するに十分に軟質であ
る。

【００５３】なお、二股状のローラ支持部１ａの材質や
ローラ軸２の熱処理方法によって、ローラ軸２の固定方
法は以下の表１のように異なる。

【００５４】

【表１】

【００５５】ローラ軸２がずぶ焼入れ品の場合、二股状
のローラ支持部１ａにかしめ固定をすることができな
い。このため、図５に示すように、二股の一方の支持部
（内径）とローラ軸２とに環状溝２ｅを形成し、予めロ
ーラ軸２の環状溝２ｅに止め輪を装着し、止め輪を縮径
させながらローラ支持部１ａに挿入することにより、支
持部の環状溝の位置で止め輪が弾性復元して、ローラ軸
２の軸方向に固定することができる。これにより、圧入
やかしめ作業なしでローラ軸２を固定できる。

【００５６】この場合、軸方向にローラ軸２を固定する
ことはできるが、ローラ軸２がクリープ（回転）するお
それがあるため、特に二股状のローラ支持部１ａの材質
として軽量化の目的でアルミニウム合金などを使用する
場合、クリープによる摩耗が問題になる。また、ローラ
軸２がずぶ焼入れ品で、かしめ固定をできない場合、二
股状のローラ支持部１ａにローラ軸を圧入する。

【００５７】本発明に係る第１の耐熱鋼は、素地中に合
金元素として質量％で、Ｃを０．６％以上１．３％以
下、Ｓｉを０．３％以上３．０％以下、Ｍｎを０．２％
以上１．５％以下、Ｐを０．０３％以下、Ｓを０．０３
％以下、Ｃｒを０．３％以上５．０％以下、Ｎｉを０．
１％以上３．０％以下、Ａｌを０．０５０％以下、Ｔｉ
を０．００３％以下、Ｏを０．００１５％以下、Ｎを
０．０１５％以下で少なくとも含み、残部がＦｅおよび
不可避不純物を有する鋼材（本願実施例中では「発明鋼
１」とする）のことである。

【００５８】またこの耐熱鋼材は、焼入れ処理後または
浸炭窒化処理後に焼戻し処理された構成を有している。

【００５９】また、他の耐熱鋼として、質量％で、Ｃを
０．９５％以上１．１０％以下、ＳｉあるいはＡｌを１
％以上２％以下、Ｍｎを１．１５％以下、Ｃｒを０．９
０％以上１．６０％以下で少なくとも含み、残部がＦｅ
および不可避不純物を有し、Ｏの含有量が１３ｐｐｍ以
下とした鋼を素材とし、その素材によって形成された製
品の焼入れ後、２３０℃以上３００℃以下の高温で焼戻
しを行なって残留オーステナイトを８体積％以下とし、
かつ硬度をＨＲＣ５９以上とした鋼材（本願実施例中で
は「発明鋼３」とする）が用いられ得る。

【００６０】また、さらに他の耐熱鋼として、以下の表
２に示す範囲内の組成を有する鋼材（本願実施例中では
「発明鋼２」とする）が用いられ得る。

【００６１】

【表２】

【００６２】ローラ軸２の外周面のうち、針状ころ３が
転動する転走面において、ＨＶ５５０以上の硬さを有す
る有効硬化層の深さが１．０ｍｍ以上であることが好ま
しい。また針状ころ３は耐熱鋼よりなり、芯部まで焼入
れ硬化され、かつＨＶ６５０以上の表面硬さを有してい
ることが好ましい。またローラ４は、芯部まで焼入れ硬
化され、かつＨＶ６５０以上の表面硬さを有しているこ
とが好ましい。

【００６３】またローラ４の外表面に、微小な凹形状の
くぼみが無数にランダムに形成されており、ローラ４の
外表面の面粗さを軸方向と円周方向のそれぞれにおいて
求めてパラメータＲＭＳで表示したとき、軸方向面粗さ
ＲＭＳ（Ｌ）と円周方向面粗さＲＭＳ（Ｃ）との比（Ｒ
ＭＳ（Ｌ）／ＲＭＳ（Ｃ））が１．０以下となり、かつ
表面粗さのパラメータＳＫ値が−１．６以下となること
が好ましい。

【００６４】ここで、パラメータＲＭＳとは、中心線か
ら粗さ曲線ｆ（ｘ）までの偏差の自乗を測定長さの区間
で積分し、その区間で平均した平方根の値であり、別
名、自乗平均平方根粗さともいう。ＲＭＳは拡大記録し
た断面曲線、粗さ曲線から数値計算で求められる。

【００６５】上記のような外表面の粗面条件を得るため
の表面加工処理として、特殊なバレル研磨によって、所
望する仕上げ面を得ることができる。

【００６６】加工方法は、たとえば遠心流動バレル研磨
法により、チップを用いてローラの表面にランダムな凹
凸を形成した後、洗浄し、さらにバレル研磨法によって
表面仕上げ処理を施し、表面の微小な凸を除去または丸
めることにより、ローラの表面に微小な凹みを無数に形
成するものである。このようにローラの外表面の面粗さ
が所望値となるように施す加工を、以下においてＨＬ加
工と称する。

【００６７】また、パラメータＳＫ値とは、表面粗さの
分布曲線の歪み度（Skewness）、すなわち表面粗さの中
心線に対する凹凸の分布の非対称性を定量化したもので
ある。このＳＫ値が負の場合は、粗さの中心線に対して
凹部（谷）が多く存在し、正の場合には粗さの中心線に
対して凸部（突起）が多くなる。表面粗さのパラメータ
ＳＫ値は、以下の定義式で表わされる。

【００６８】ＳＫ＝∫（Ｘ−ｘ_G）³Ｐ（Ｘ）ｄｘ／σ³ Ｘ：粗さの高さｘ_G：粗さの平均高さＰ（Ｘ）：粗さの振幅の確率密度関数 σ：自乗平均粗さＳＫ値を求める定義式中の粗さの平均高さとは、個々の
場合の中心線のある基準からとった絶対値を意味する。
ここで、中心線と平均高さの違いであるが、ある線をと
ったときに線より上にある山の総面積と線より下にある
谷の総面積が等しくなるものが粗さの中心線と定義され
る。しかしながら、これは仮想的な線であり、ＳＫ値を
求めるにはある基準からとった絶対値が必要となり、こ
れが粗さの平均高さとなる。

【００６９】パラメータＳＫ値を周方向、軸方向とも平
均値が−１．６以下とする設定にすることにより、微小
な凹部が中心線に対して多く存在しており、ＲＭＳ
（Ｌ）／ＲＭＳ（Ｃ）が１．０以下という表面粗さの方
向性の数値限定とによって、表面凹部の形状、分布とも
が油膜形成に有効な範囲となる。

【００７０】上記パラメータＳＫ値は、凹凸分布の非対
称性を知る目安の統計量であるので、一般的な研磨仕上
げ面における粗さ曲線を例に挙げると、凹部と凸部が対
称な分布ではＳＫ値は０に近くなり、表面の凹凸の凹凸
分布が凹側に片寄った非対称な分布になる場合では負の
値、逆の場合は正の値をとることになる。

【００７１】上記のようにローラ４の外表面の面粗さを
規定することにより、ローラ４の外表面は相手カム面の
仕上げ面粗さの悪い条件においても、油膜の形成能力に
優れ、十分な油膜厚さを確保し、これが接触部の金属接
触を極力抑える。

【００７２】このように転がり接触部の金属接触率を下
げることによって、カムフォロアのローラ４の表面損
傷、ピーリングやスミアリングやそれらからの異常摩
耗、剥離を防止し、耐久性の向上を図ることができる。

【００７３】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００７４】（１）耐表面損傷性（ピーリング特性、
スミアリング特性）試験低粘度油を使用する場合や、潤
滑油の油温が高まり粘度が低下する場合、軸受軌道面に
油膜が形成されにくくなり、金属接触が生じやすくな
る。このような使用条件ではピーリングと呼ばれる表面
損傷（微小な剥離と表面亀裂が密集した損傷）が生じる
ことがある。また、接触面の相対滑り率が高いときな
ど、金属接触による発熱で局部的に凝着が発生し、スミ
アリングと呼ばれる損傷が発生することもある。

【００７５】これらの表面損傷に関して、図６に示す２
円筒試験機を用いて評価を行なった。つまり、図６を参
照して、円筒部に緩やかな曲率を有するリング状の試験
片３４、３５のそれぞれを、駆動軸３１と、この駆動軸
３１に平行な従動軸３２とに取付け、両試験片３４、３
５の円筒面を互いに押し当てて転動させることによりピ
ーリング試験とスミアリング試験を行なった。

【００７６】ピーリング試験における条件を表３に示
す。

【００７７】

【表３】

【００７８】なお、駆動側の円筒試験片３４は研磨仕上
げ加工を、従動側の円筒試験片３５は超仕上げ加工を施
して、試験に供した。

【００７９】また耐ピーリング特性は従動側円筒試験片
３５に発生したピーリングの面積率で評価を行なった。
その結果を図７に示す。

【００８０】図７より、発明鋼１のピーリング発生率は
ＳＵＪ２の約１／８であり、表面損傷に対しても優れた
特性を有していることがわかった。また発明鋼２もＳＵ
Ｊ２より格段にピーリング発生面積率が少なくなってお
り、表面損傷に対して優れた特性を有していることがわ
かった。

【００８１】このことより、発明鋼１や発明鋼２のよう
な耐熱鋼を用いることにより、ＳＵＪ２よりも耐ピーリ
ング特性が向上することがわかった。

【００８２】耐スミアリング特性は、接触する２円筒の
転がり接触部に相対滑りを与えるため、片側の円筒の回
転速度を増して、スミアリング発生までの相対回転速度
で評価した。スミアリング試験の条件を表４に示す。

【００８３】

【表４】

【００８４】またこの試験条件により得られた結果を図
８に示す。図８より、発明鋼１はスミアリング発生まで
の相対回転速度（滑り速度）が、ＳＵＪ２のそれよりも
１．４倍大きく、スミアリング特性においても優れてい
た。また、発明鋼２もＳＵＪ２よりも１．３倍程度大き
く、スミアリング特性に優れていた。

【００８５】このことより、発明鋼１や発明鋼２のよう
な耐熱鋼を用いることにより、ＳＵＪ２よりも耐スミア
リング特性が向上することがわかった。

【００８６】（２）発明鋼１の強度また外径６０×内
径４５×幅１５（ｍｍ）のリング試験片を作製し、リン
グの圧壊強度を調べた。また、ＪＩＳ３号シャルピー衝
撃試験片（Ｕノッチ）による衝撃強度および破壊靭性
（Ｋ_IC）値を調べた。その結果を表５に示す。

【００８７】

【表５】

【００８８】表５の結果より、発明鋼１のどの特性値も
ＳＵＪ２の特性値とほぼ同等であり、割れ強度に関して
実用上の問題がないこともわかった。

【００８９】（３） φ１２点接触寿命試験この試験
は、図９に示すように、φ１２×Ｌ２２の円筒形状の試
験片２１を、案内輪２４に接する剛球２２と駆動輪２３
との間で支持した状態で駆動輪２３を回転駆動させ、そ
のときの寿命（Ｌ１０寿命）を測定することにより行な
った。なお、図９（ａ）は、図９（ｂ）の矢印ＩＸ方向
から見た図に対応する。

【００９０】この試験条件を表６に、またこの試験の結
果得られた寿命（Ｌ１０寿命）およびその比を表７に示
す。なお、Ｌ１０寿命とは、サンプルの９０％が破損し
ないで使える負荷回数のことである。

【００９１】

【表６】

【００９２】

【表７】

【００９３】上記の結果より、発明鋼１でずぶ焼入れし
たものおよび高周波焼入れしたもののいずれについて
も、ＳＵＪ２に比較して格段に寿命が延びていることが
わかる。

【００９４】また、発明鋼３についても、耐ピーリング
特性、耐スミアリング特性、Ｌ１０寿命がＳＵＪ２より
も向上することを確認した。

【００９５】以上より、発明鋼１、発明鋼２、発明鋼３
などの耐熱鋼を用いることにより、従来用いられてきた
ＳＵＪ２と比較して、耐熱性、耐ピーリング特性、耐ス
ミアリング特性が向上し長寿命となることがわかった。

【００９６】なお、今回試験した組成に関わらず、上記
発明鋼１〜３と同様の特性の得られる鋼を本発明の耐熱
鋼とする。本発明の耐熱鋼は、ＳＵＪ２よりも優れた耐
ピーリング特性、耐スミアリング特性およびＬ１０寿命
を有している。また、本発明の耐熱鋼は、ピーリング発
生率がＳＵＪ２の約２．５１／８以下であり、スミアリ
ング発生相対速度比が約１．３倍以上である。

【００９７】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。

【００９８】

【発明の効果】本発明のローラ付きカムフォロアによれ
ば、支持軸、針状ころおよびローラの少なくとも一つが
耐熱鋼とされることにより、耐熱性、耐ピーリング性お
よび耐スミアリング性を向上することができ、高温下に
おける転動疲労寿命の向上と表面損傷の低減を図ること
ができる。

【００９９】またローラの外径面にいわゆるＨＬ加工を
施すことにより、表面損傷に対する耐力のさらなる向上
を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態におけるローラ付きカ
ムフォロアの構成を示す概略正面図である。

【図２】図１の矢印ＩＩ−ＩＩ線に沿う概略断面図で
ある。

【図３】ローラ軸を密実の構成とし、かつかしめ固定
する場合の構成を示す概略断面図である。

【図４】図３に示すローラ軸の縦断面図（ａ）と、硬
度分布線図（ｂ）である。

【図５】止め輪により固定するときのローラ軸の構成
を示す概略断面図である。

【図６】２円筒試験機の構成を概略的に示す図であ
る。

【図７】ピーリング試験結果を示す図である。

【図８】スミアリング試験結果を示す図である。

【図９】 φ１２点接触寿命試験を行なう装置の正面図
（ａ）と、側面図（ｂ）である。

【符号の説明】

１カムフォロア本体、１ａ支持部、２ローラ軸、
３針状ころ、４ローラ、５カムフォロア軸、６
カム、７アジャストねじ、８ロックナット、９突
起棹、１０ばね。

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｆ１６Ｃ 13/02 Ｆ１６Ｃ 13/02 19/26 19/26 Ｆ１６Ｈ 53/06 Ｆ１６Ｈ 53/06 (72)発明者北川勝静岡県磐田市東貝塚1578番地エヌティエヌ株式会社内 (72)発明者笠原延広静岡県磐田市東貝塚1578番地エヌティエヌ株式会社内Ｆターム(参考） 3G016 AA06 AA19 BA18 BA50 BB18 BB22 CA05 CA07 CA11 CA12 CA21 CA22 CA52 EA01 EA04 EA24 FA16 FA17 FA19 FA29 FA35 FA37 GA02 3J030 EA22 EB05 EC07 3J101 AA14 AA42 AA52 AA62 BA10 BA56 BA70 DA02 DA03 DA16 EA02 FA06 GA21 3J103 AA02 AA61 AA83 AA85 BA15 CA17 CA26 CA35 DA05 EA08 FA01 FA14 FA26 GA52 HA13 HA32

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ローラ支持部を一体に有するカムフォロ
ア本体と、前記ローラ支持部に両端部が固定された支持
軸と、前記支持軸に複数の針状ころを介して回転自在に
支持されたローラとを備えたローラ付きカムフォロアに
おいて、前記支持軸、前記針状ころおよび前記ローラの少なくと
も一つが耐熱鋼で形成されていることを特徴とする、ロ
ーラ付きカムフォロア。
【請求項２】前記支持軸の両端部が前記ローラ支持部
にかしめ固定されていることを特徴とする、請求項１に
記載のローラ付きカムフォロア。
【請求項３】前記支持軸の外周面のうち前記針状ころ
が転動する転走面は高周波焼入れによりＨＶ６５０以上
の表面硬さを有し、前記支持軸の両端面は未焼入れによ
りＨＶ２００以上２８０以下の表面硬さを有しているこ
とを特徴とする、請求項２に記載のローラ付きカムフォ
ロア。
【請求項４】前記支持軸はずぶ焼入れされ前記ローラ
支持部に圧入されていることを特徴とする、請求項１に
記載のローラ付きカムフォロア。
【請求項５】前記支持軸はずぶ焼入れされ前記ローラ
支持部に止め輪を介して前記支持軸の軸方向に固定され
ていることを特徴とする、請求項１に記載のローラ付き
カムフォロア。
【請求項６】前記ローラが前記耐熱鋼であることを特
徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のローラ付き
カムフォロア。
【請求項７】前記耐熱鋼は、素地中に合金元素として
質量％で、Ｃを０．６％以上１．３％以下、Ｓｉを０．
３％以上３．０％以下、Ｍｎを０．２％以上１．５％以
下、Ｐを０．０３％以下、Ｓを０．０３％以下、Ｃｒを
０．３％以上５．０％以下、Ｎｉを０．１％以上３．０
％以下、Ａｌを０．０５０％以下、Ｔｉを０．００３％
以下、Ｏを０．００１５％以下、Ｎを０．０１５％以下
で少なくとも含み、残部がＦｅおよび不可避不純物を有
する鋼材よりなることを特徴とする、請求項１〜６のい
ずれかに記載のローラ付きカムフォロア。
【請求項８】前記鋼材は、焼入れ処理後または浸炭窒
化処理後に焼戻し処理された構成を有することを特徴と
する、請求項７に記載のローラ付きカムフォロア。
【請求項９】前記支持軸の外周面のうち前記針状ころ
が転動する転走面において、ＨＶ５５０以上の硬さを有
する有効硬化層の深さが１．０ｍｍ以上であることを特
徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載のローラ付き
カムフォロア。
【請求項１０】前記支持軸が前記耐熱鋼よりなること
を特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載のローラ
付きカムフォロア。
【請求項１１】前記針状ころが前記耐熱鋼よりなり、
芯部まで焼入れ硬化され、かつＨＶ６５０以上の表面硬
さを有していることを特徴とする、請求項１〜１０のい
ずれかに記載のローラ付きカムフォロア。
【請求項１２】前記ローラが耐熱鋼よりなり、芯部ま
で焼入れ硬化され、かつＨＶ６５０以上の表面硬さを有
していることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか
に記載のローラ付きカムフォロア。
【請求項１３】前記ローラの外表面に微小な凹形状の
くぼみが無数にランダムに形成されており、前記ローラ
の外表面の面粗さを、軸方向と円周方向のそれぞれにお
いて求めてパラメータＲＭＳで表示したとき、軸方向面
粗さＲＭＳ（Ｌ）と円周方向面粗さＲＭＳ（Ｃ）との比
（ＲＭＳ（Ｌ）／ＲＭＳ（Ｃ））が１．０以下となり、
かつ表面粗さのパラメータＳＫ値が−１．６以下となる
ことを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の
ローラ付きカムフォロア。