專利名稱：滾動滑動部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及滾動滑動部件的改進(jìn)，其中該部件的表面在使用過程中相對其他元件移位，即，通過滾動接觸或者滑動接觸方式接觸其他元件，并且實(shí)現(xiàn)該滾動滑動部件能以較低的成本制造并具有優(yōu)秀的耐用性。
作為本發(fā)明的目的所指的滾動滑動部件，例如，可以考慮下述(a)至(c)所示的部件(a)組成用于各種發(fā)動機(jī)的氣門操作機(jī)構(gòu)的凸輪隨動單元的滾子。
(b)搖臂，凸輪隨動單元被結(jié)合到搖臂的一部分中。
(c)外周表面上具有柱狀內(nèi)環(huán)座圈的內(nèi)環(huán)或軸。
背景技術(shù)：
氣門操作機(jī)構(gòu)被用來向氣門傳遞固定在凸輪軸上的凸輪的運(yùn)動，凸輪軸與發(fā)動機(jī)的曲柄同步旋轉(zhuǎn)。為了降低相關(guān)部分的摩擦力損失并且獲得燃料消耗性能的改善，近年來，例如專利文獻(xiàn)1所述的凸輪隨動單元被廣泛采用，從而將該氣門操作機(jī)構(gòu)在操作中的滑動摩擦改為滾動摩擦。

圖1和2示出這種凸輪隨動單元的示例。搖臂1作為凸輪隨動單元的主體由擺動軸3可旋轉(zhuǎn)地支撐在內(nèi)燃機(jī)發(fā)動機(jī)的發(fā)動機(jī)主體(未示出)上，所述擺動軸3插入沿長度方向(圖1的側(cè)方)設(shè)置在中間部分的軸孔2中。另外，調(diào)整螺栓4緊固在形成于基端部分的螺紋孔中，并被防松螺母5鎖住，因而固定在搖臂1的基端部分(圖1中左端部分)。另外，作為吸氣閥或排氣閥的發(fā)動機(jī)氣門6的基端面(圖1中上端面)與調(diào)整螺栓4的頂端面(圖1中下端面)接觸，所述氣門支撐在發(fā)動機(jī)主體(未示出)上從而往復(fù)運(yùn)動。發(fā)動機(jī)氣門6總是在氣門關(guān)閉方向(接觸調(diào)整螺栓4的方向)被氣門彈簧7施力(energized)。因此，搖臂1在圖1中的順時針方向被予以彈性。
同時，滾子8經(jīng)由滾子支撐軸9可旋轉(zhuǎn)地安裝在搖臂1的頂端部分(圖1中右端部分)，滾子8的外周表面由于氣門彈簧7的彈簧力而與凸輪10的外周表面接觸。凸輪10和與曲柄(未示出)一起轉(zhuǎn)動的凸輪軸11整體成形，并且被可旋轉(zhuǎn)地支撐在發(fā)動機(jī)主體上。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，凸輪軸11的旋轉(zhuǎn)被轉(zhuǎn)化為搖臂1圍繞擺動軸3的往復(fù)擺動，并且搖臂1使發(fā)動機(jī)氣門6抵抗氣門彈簧7的彈簧力或基于其彈性力而往復(fù)運(yùn)動。接著，設(shè)置在發(fā)動機(jī)主體柱狀頂部的吸氣或排氣氣門的打開/關(guān)閉動作得以執(zhí)行。
在這種氣門操作機(jī)構(gòu)中，經(jīng)由滾子支撐軸9可旋轉(zhuǎn)地將滾子8支撐在搖臂1上的部分構(gòu)造成如圖2所示。滾子支撐軸9穿過一對彼此平行并與搖臂1的頂端隔開一定距離而設(shè)置的支撐壁12，12上。滾子8經(jīng)由多個滾針13，13圍繞滾子支撐軸9上位于兩個支撐壁12，12的內(nèi)表面之間的中心部分可旋轉(zhuǎn)地支撐。滾子支撐軸9的兩端部分分別裝入以同心方式設(shè)置在支撐壁12，12上的滾子軸孔14，14內(nèi)，并且支撐在其內(nèi)。在此狀態(tài)下，通過擊打靠在外直徑側(cè)的填縫夾具諸如沖子(punch)或類似物的頂端邊緣，則滾子支撐軸9的兩端上的外周部分在徑向向外塑性變形。因此滾子支撐軸9被牢固的連接/固定在滾子軸孔14，14內(nèi)。
另外，相對于在使用中以滾動接觸方式接觸其他元件的部件，類似于作為本發(fā)明的目標(biāo)而包含在凸輪隨動單元內(nèi)的滾子，關(guān)于改善部件以滾動接觸方式接觸其他元件的表面的特性、從而提高片狀剝落壽命的耐用性或類似特性的技術(shù)在例如專利文獻(xiàn)2等文獻(xiàn)內(nèi)進(jìn)行闡述。在現(xiàn)有技術(shù)中已知有各種這方面的技術(shù)。在現(xiàn)有技術(shù)中的專利文獻(xiàn)2所闡述的技術(shù)的中，軸承的滾動構(gòu)件的滾動表面上的隨機(jī)方向形成Rmax為0.3-1.5μm的表面粗糙度的磨損，并且500Mpa或更高的殘余應(yīng)力層形成在表面層部分。另外，本發(fā)明在專利文獻(xiàn)3-5中有所闡述，由于滾磨的優(yōu)勢，通過在表面上形成大量的凹陷從而設(shè)置表面層部分的硬度高于內(nèi)側(cè)，并且在表面層部分產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。
上述旨在提高耐用性的現(xiàn)有技術(shù)可以以其各自的方式得以實(shí)現(xiàn)該效果，但是仍存在改善空間，來以較低的成本保證優(yōu)秀的耐用性。換言之，優(yōu)選的從降低成本方面考慮，表面加工處理不進(jìn)行如專利文獻(xiàn)3-5所述的拋光或類似過程，而是采用滾磨加工。在此情況下，當(dāng)采用滾磨進(jìn)行表面加工時，除非在表面上存在的微小凹陷這些特性是適當(dāng)，否則在惡劣的條件下足夠的耐用性無法總是得到保證。即，發(fā)明人在本發(fā)明的研究中發(fā)現(xiàn)，即使凸輪隨動單元的表面簡單的通過滾磨加工，充分強(qiáng)化的油膜仍不能形成在經(jīng)由滾動接觸方式相互接觸的表面之間。
例如，當(dāng)不能正確地選擇滾磨加工的機(jī)加工條件而產(chǎn)生較大的表面粗糙度時(深的凹陷存在于表面上)，經(jīng)由滾動接觸方式相互接觸的表面之間被強(qiáng)力推入的部分油脂會從接觸表面之間的間隙漏出進(jìn)入它們周圍，使得存在于兩表面之間的油膜的強(qiáng)度降低。另外，在用于發(fā)動機(jī)的氣門操作機(jī)構(gòu)的凸輪隨動單元中，強(qiáng)度高到足以防止在滾子和凸輪的外表面之間的滾動接觸部分產(chǎn)生金屬接觸的油膜厚度最好約為1μm。因此，當(dāng)部分地存在較大的凸起時(較大地向外突出)，金屬接觸會發(fā)生在這種凸起的頂部和對方表面之間，使得過早的片狀剝落容易基于該部分的掉皮而產(chǎn)生。
這種問題也出現(xiàn)在其他元件中，所述這些元件相對移位(以滾動接觸或滑動接觸方式接觸)同時又以較大的表面壓力接觸其他元件的表面。例如，在如前面圖1和2所示的結(jié)構(gòu)中，由于形成在滾子支撐軸9的中心部分的外周表面上的柱狀內(nèi)環(huán)座圈部分以較大的表面壓力通過滾動接觸方式接觸滾針13，13的滾動表面，除非表面特性適當(dāng)，否則可能無法保證滿意的耐用性。另外，在組成凸輪隨動單元的搖臂中，搖臂以較高的表面壓力通過滑動接觸方式接觸其他元件的結(jié)構(gòu)中存在類似的問題。
圖3和4示出專利文獻(xiàn)6中所述的金屬板搖臂，作為會產(chǎn)生這種問題的搖臂1a的示例。利用壓力的同時向金屬板施加沖壓和彎曲操作而形成搖臂1a。其內(nèi)安裝并固定用來支撐滾子8的滾子支撐軸的兩端部分的環(huán)形孔19，19形成在搖臂1a的中心部分。第一嚙合部分20作為部分柱狀凸起面形成在搖臂1a的一端部分(如圖3和4中的右端部分)，其上承受發(fā)動機(jī)氣門6(參見圖1)的基端面的沖擊。第二嚙合部分21作為半球形凹面形成在搖臂1a的另一端，其上承受沖擊調(diào)節(jié)器的頂端面的沖擊。
這樣的第一和第二嚙合部分20，21在使用條件下當(dāng)它們以較高的表面壓力與發(fā)動機(jī)氣門6的基端面或沖擊調(diào)節(jié)器的頂端面接觸的同時會分別微小地滑過另一表面。因此，如果第一和第二嚙合部分20，21的表面特性不適當(dāng)，在工作條件變得惡劣的情況下，在例如供應(yīng)給這些嚙合部分20，21的抵靠面和另一面的潤滑油缺乏或類似情形時，嚙合部分20，21與另一面之間就會發(fā)生金屬接觸。因此，過早的片狀剝落將會基于該部分的掉皮而產(chǎn)生。
另外，作為提高存在于軸的外周表面上的柱狀內(nèi)環(huán)座圈的滾動接觸疲勞壽命的發(fā)明，該技術(shù)在專利文獻(xiàn)7中有所論述，所述軸由包含碳0.5-1.2wt％和氮0.05-0.4wt％的鋼制成，具有硬度Hv650或更高以及包括殘余奧氏體15-40vol％的表面層通過感應(yīng)硬化處理形成，并且中心部分的殘余奧氏體設(shè)置成0vol％。在現(xiàn)有技術(shù)中的所述技術(shù)的情況下，潤滑條件變差時不能總是保證足夠的耐用性。另外，包括磷和鐵的磷酸鹽化合物在組成凸輪隨動單元的滾子的內(nèi)周表面以及軸的外周表面兩者之一或兩者上形成反應(yīng)層，接著利用聚酰胺-酰亞胺(polyamideimide)樹脂作為粘合劑通過將二硫化鉬和聚(四氟乙烯)的混合物與熱固性合成樹脂一起焙燒獲得處理層，將處理層堆積在反應(yīng)層表面，該技術(shù)在專利文獻(xiàn)8中有所闡述。根據(jù)該現(xiàn)有技術(shù)，在隨發(fā)動機(jī)啟動并運(yùn)行之后潤滑油立即傳送入兩個外周表面的接觸區(qū)域之前，可以保護(hù)兩個外周表面。但是，因?yàn)樘幚韺釉诎l(fā)動機(jī)啟動并運(yùn)行后相對較短的時間之內(nèi)就會耗盡，該處理層在發(fā)動機(jī)啟動并運(yùn)行一段時間之后產(chǎn)生的潤滑油不足的狀態(tài)下對保護(hù)滾動滑動部件的表面很少能有所幫助。
專利文獻(xiàn)1日本實(shí)用新型公開Bo.Sho.60-88016專利文獻(xiàn)2國際申請日文翻譯公開No.Hei.1-30008專利文獻(xiàn)3日本未審專利公開No.Hei.3-117723專利文獻(xiàn)4日本未審專利公開No.Hei.3-117724專利文獻(xiàn)5日本未審專利公開No.Hei.3-17725專利文獻(xiàn)6日本未審專利公開No.2001-280106專利文獻(xiàn)7日本未審專利公開No.2002-4003專利文獻(xiàn)8日本專利No.3496286發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對上述情況來實(shí)現(xiàn)一種滾動滑動部件，制造成本低廉并且具有優(yōu)秀的耐用性。
本發(fā)明所有的滾動滑動部件在使用過程中都經(jīng)由滾動接觸或滑動接觸方式接觸其他元件，并且其表面經(jīng)受諸如滾磨處理。
首先，在第一發(fā)明的滾動滑動部件的情況下，在將所述表面上存在的微小的凹凸中最高部分的位置作為最表面位置時，則從該最表面位置起深度為2.0μm位置處的部分在平面方向上的假想面的橫截面積與接觸其他元件的部分的整個表面面積的占有比為90％或更高。
另外，在第二發(fā)明中的滾動滑動部件的情況下，在將所述表面上存在的微小的凹凸中最高部分的位置作為最表面位置時，則從該最表面位置起深度為1.5μm位置處的部分在平面方向上的假想面的橫截面積與接觸其他元件的部分的整個表面面積的占有比為80％或更高。
另外，在第三發(fā)明的滾動滑動部件的情況下，在將所述表面上存在的微小的凹凸中最高部分的位置作為最表面位置時，則從該最表面位置起深度為1.0μm位置處的部分在平面方向上的假想面的橫截面積與接觸其他元件的部分的整個表面面積的占有比為50％或更高。
此處，采用顯微鏡或粗糙度測量工具觀察，如果每單位面積(例如，1mm2)能夠滿足上述尺寸，則任何大小尺寸都是可行的。
術(shù)語“從最表面位置起深度為xμm位置處的部分在平面方向上的假想面的橫截面積”表示假想面在一種情形下切割所得到面積，該情形下假想面假設(shè)從最表面位置起深度為xμm位置處的部分在平面方向上延伸。另外，術(shù)語“接觸其他元件的部分的整個表面面積”表示假設(shè)該表面為平坦表面時得到的面積(由于存在傾斜部分而導(dǎo)致的面積增加被修正)。
根據(jù)如上述構(gòu)造的本發(fā)明，可以提供這樣一種滾動滑動部件，其可以以低成本制造并且具有優(yōu)秀的耐用性。
首先，因?yàn)闈L動滑動部件的表面精加工過程不采用麻煩的拋光或噴丸處理，而是采用可以一次精加工大量滾動滑動部件、沒有特別麻煩的工作的滾磨處理，例如，可以實(shí)現(xiàn)成本的降低。
另外，因?yàn)椴粫纬缮畹陌枷莼蚣词剐纬缮畹陌枷菀矔种圃谖⑿〉膮^(qū)域內(nèi)，所以可以實(shí)現(xiàn)耐用性的提高。如果不會形成深的凹陷或即使形成深的凹陷也會抑制在微小的區(qū)域內(nèi)，則可通過存在于滾動滑動部件的表面與其他元件之間的油膜的強(qiáng)度的提高，防止在該部分產(chǎn)生將會導(dǎo)致過早片狀剝落的金屬接觸。
附圖簡述圖1示出凸輪隨動單元的示例的側(cè)視圖，本發(fā)明的目標(biāo)所指的、作為滾動滑動部件的一種的滾子被接合在其中。
圖2是沿圖1中的線A-A的放大剖視圖。
圖3示出本發(fā)明的目標(biāo)所指的作為滾動滑動部件的一種的搖臂的示例透視圖。
圖4示出該搖臂的局剖剖視側(cè)視圖。
圖5是屬于本發(fā)明的技術(shù)范圍的滾子的表面結(jié)構(gòu)的顯微照片。
圖6通過表面結(jié)構(gòu)分布分級得出的圖像。
圖7不屬于本發(fā)明的技術(shù)范圍的滾子的表面結(jié)構(gòu)的顯微照片。
圖8是通過表面結(jié)構(gòu)分布分級得出的圖像。
圖9是耐用性測試機(jī)器的剖視圖。
圖10是示出滾磨機(jī)器中的處理罐(pot)沿兩種方向布置的示意圖。
附圖標(biāo)記說明1，1a搖臂2軸孔3搖臂軸4調(diào)整螺栓5防松螺母6發(fā)動機(jī)氣門7氣門彈簧8滾子9滾子支撐軸10凸輪11凸輪軸12支撐壁13滾針14滾子軸孔15主軸16驅(qū)動滾子17支撐元件18處理罐19環(huán)形孔20第一嚙合部分21第二嚙合部分具體實(shí)施方式
構(gòu)造本發(fā)明的一種實(shí)施例，提供一種滾動滑動部件，在使用過程中其表面通過滾動接觸或滑動接觸方式與其他元件接觸，其中，存在于該表面上的微小的凸凹中的最高部分的位置假設(shè)為最表面位置，從最表面位置起深度為2.0μm位置處的部分在平面方向上的假想面(virtual plane)的橫截面積與接觸其他元件的部分的整個表面面積的占有比設(shè)置為90％或更高。
另外，優(yōu)選的是從最表面位置起深度為1.5μm位置處的部分在平面方向上的假想面的橫截面積與接觸其他元件的部分的整個表面面積的占有比設(shè)置為80％或更高。
可替代的是，優(yōu)選的，從最表面位置起深度為1.0μm位置處的部分在平面方向上的假想面的橫截面積與接觸其他元件的部分的整個表面面積的占有比設(shè)置為50％或更高。
可替代的是，優(yōu)選的，從最表面位置起深度為1.5μm位置處的部分在平面方向上的假想面的橫截面積與接觸其他元件的部分的整個表面面積的占有比設(shè)置為80％或更高，并且從最表面位置起深度為1.0μm位置處的部分在平面方向上的假想面的橫截面積與接觸其他元件的部分的整個表面面積的占有比設(shè)置為50％或更高。
另外，構(gòu)造本發(fā)明的另一種實(shí)施例，提供一種滾動滑動部件，在使用過程中其表面通過滾動接觸或滑動接觸與其他元件接觸，其中，存在于該表面上微小的凸凹中的最高部分的位置設(shè)為最表面位置，從最表面位置起深度為1.5μm位置處的部分在平面方向上的假想面的橫截面積與接觸其他元件的部分的整個表面面積的占有比設(shè)置為80％或更高。
另外，仍然構(gòu)造本發(fā)明的另一種實(shí)施例，提供一種滾動滑動部件，在使用過程中其表面通過滾動接觸或滑動接觸與其他元件接觸，其中，存在于該表面上的微小的凸凹中的最高部分的位置設(shè)為最表面位置，從最表面位置起深度為1.0μm位置處的部分在平面方向上的假想面的橫截面積與接觸其他元件的部分的整個表面面積的占有比設(shè)置為50％或更高。
如果采用這種配置，通過改善滾動滑動部件表面與對方表面之間的接觸部分存在的油膜的強(qiáng)度，可以防止在該部分形成會產(chǎn)生過早片狀剝落的金屬接觸。
另外，實(shí)施本發(fā)明時，例如，滾動滑動部件為組成凸輪隨動單元的滾子，其中圍繞滾子支撐軸被可旋轉(zhuǎn)地支撐的滾子的外周表面通過滾動接觸與凸輪的外周表面發(fā)生接觸。
如果本發(fā)明應(yīng)用于這種滾子，在使用過程中，在較高的表面壓力下，通過滾動接觸方式接觸凸輪外周表面的該滾子的外周表面上發(fā)生將會導(dǎo)致過早片狀剝落的金屬接觸的情況是可以避免的。從而，該滾子的耐用性得到有效保證。
可替代的是，滾動滑動部件是搖臂，凸輪隨動單元被接合在搖臂的一部分上。
如果本發(fā)明應(yīng)用于這種搖臂，在使用過程中，發(fā)動機(jī)氣門的基端面或者沖擊調(diào)節(jié)器的頂端面所擊打的嚙合部分上發(fā)生將會導(dǎo)致過早片狀剝落的金屬接觸的情況是可以避免的。從而，該搖臂的耐用性得到有效保證。另外，通過降低發(fā)動機(jī)氣門的基端面或者沖擊調(diào)節(jié)器的頂端面與嚙合部分之間的滑動摩擦力，移動該搖臂所需的力將會減小，因而可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)輸出和燃料消耗性能的改善。
可替代的是，該滾動滑動部件為外周表面具有柱狀內(nèi)環(huán)座圈的內(nèi)環(huán)或軸。
可替代的是，該滾動滑動部件是可滾動(rollably)設(shè)置在柱狀內(nèi)環(huán)座圈和柱狀外環(huán)座圈之間的滾針。
如果本發(fā)明應(yīng)用于這種內(nèi)環(huán)、這種軸、或這種滾針，滾針的滾動表面上或者經(jīng)由滾動接觸方式接觸滾動表面的內(nèi)環(huán)座圈上發(fā)生將會導(dǎo)致過早片狀剝落的金屬接觸的情況是可以避免的。因而，這種滾針、具有內(nèi)環(huán)座圈的內(nèi)環(huán)或軸的耐用性得到充分保證。
另外，如果實(shí)施本發(fā)明，優(yōu)選的是，由包括磷和鐵的磷酸鹽化合物制成的反應(yīng)層，如專利文獻(xiàn)8所述，至少應(yīng)形成在該滾動滑動部件的表面的、經(jīng)由滾動接觸或滑動接觸而與對方部件接觸的部分，而且利用聚酰胺一酰亞胺(polyamideimide)樹脂作為粘合劑通過將二硫化鉬和聚(四氟乙烯)的混合物與熱固性合成樹脂一起焙燒獲得的處理層，應(yīng)堆積在反應(yīng)層的表面上。
如果采用這樣的配置，在其中包含滾動滑動部件的諸如發(fā)動機(jī)或類似的機(jī)器首次啟動運(yùn)轉(zhuǎn)之后、潤滑油傳送進(jìn)入滾動滑動部件的表面和其他元件的表面之間的接觸區(qū)域之前，兩個周圍表面可以得到保護(hù)(防止產(chǎn)生諸如有害磨損或類似的凸凹)。
實(shí)施例1通過滾磨(barrel finishing)對軸承鋼制成的作為一種滾動滑動部件的滾子8(如圖1和2所示)施行表面精加工。滾磨的條件設(shè)置成如下兩種不同方式[條件1]處理罐容積30L處理罐旋轉(zhuǎn)速度130-150min-1插入拋光劑(compound)的量90-110cc處理時間20-25min[條件2]處理罐容積80L處理罐旋轉(zhuǎn)速度190-210min-1插入拋光劑的量190-210cc處理時間10-15min應(yīng)用條件1來獲得作為屬于本發(fā)明的技術(shù)范圍的滾動滑動部件的、構(gòu)成凸輪隨動單元的滾子8。通過在條件1下拍攝滾子8的表面上的細(xì)微形狀獲得的兩幅示例顯微照片如圖5(A)(B)所示。另外，示出條件1下滾子8表面上的細(xì)微形狀的分析結(jié)果的9幅示例圖片如圖6(A)-(I)所示。圖6的橫坐標(biāo)指示基于最表面(outermost surface)(觀察表面中最為突出的部分的頂部)所設(shè)置的高度，單位是μm。在圖6中，“-1”表示從最表面起深度為1μm的位置，“-2”表示從最表面起深度為2μm的位置。另外，圖6的縱坐標(biāo)表示在該深度位置的橫截面積的比率。例如，在沿圖6(A)中曲線觀察圖片，橫坐標(biāo)為“-1”的部分對應(yīng)縱坐標(biāo)約為0.8，說明從最表面起深度為1μm的位置處的部分的橫截面積占總面積的0.8(80％)。
另外，條件2是當(dāng)滾子不屬于本發(fā)明的技術(shù)范圍時所應(yīng)用的條件，通過在條件2下拍攝滾子8的表面上的細(xì)微形狀獲得的兩幅示例顯微照片如圖7(A)(B)所示。另外，示出條件2下滾子8表面上的細(xì)微形狀的分析結(jié)果的9幅示例圖片如圖8(A)-(I)所示。圖8中橫縱坐標(biāo)的意義與圖6相同。
為了證實(shí)如上構(gòu)造的本發(fā)明的效果，具有屬于本發(fā)明的技術(shù)范圍的表面特性的滾子8，如圖5和6所示，以及具有不屬于本發(fā)明的技術(shù)范圍的表面特性的滾子8，如圖7和8所示，被安裝在如圖9所示的測試機(jī)器上，接著實(shí)施滾子8的耐用性測試。該測試機(jī)器具有如下的配置，滾子8經(jīng)由滾子支撐軸9和多個滾針13，13可旋轉(zhuǎn)地安裝在支撐元件17上，所述滾子8的外周表面被推靠在驅(qū)動滾子16的外周表面上，該滾子16安裝在由驅(qū)動電機(jī)(未示出)驅(qū)動的主軸15上。接著，與主軸15一起旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動軸16經(jīng)由支撐元件17向滾子支撐軸9施加徑向載荷。由于滾子8跟隨驅(qū)動滾子16的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，所以可以按照滾子8實(shí)際納入發(fā)動機(jī)的情形實(shí)施測試工件滾子8的耐用性測試。
測試條件如下所述滾子8的旋轉(zhuǎn)速度6000min-1徑向載荷1960N潤滑油發(fā)動機(jī)油潤滑油溫度100℃滴入潤滑油的量以0.1cc/min速度滴入滾子8和驅(qū)動滾子16之間。
在此條件下，對具有如圖5(A)(B)的表面形狀的滾子8和具有如圖7(A)(B)的表面形狀的滾子8分別實(shí)施耐用性測試。為了檢查是否產(chǎn)生非正常振動，耐用性測試持續(xù)實(shí)施400小時。結(jié)果為，在具有圖7(A)(B)所示的表面形狀的滾子8中，基于表面片狀剝落的非正常振動分別在經(jīng)過350小時和379小時的時間點(diǎn)產(chǎn)生。與此對照，在具有圖5(A)(B)所示的表面形狀的滾子8中，在經(jīng)過400小時的時間點(diǎn)時未產(chǎn)生非正常振動，因此耐用性測試在此時結(jié)束。
顯而易見，從上面圖5和8以及上述耐用性測試的結(jié)果來看，通過在條件1下實(shí)施滾磨處理可以將深度分布抑制得很窄(在深度方向上從最突出的部分到最凹陷的部分的距離可以壓縮的很小)。在具有這樣的表面形狀的滾子8的情況下，可以通過在滾子和對方表面之間形成強(qiáng)化油膜防止運(yùn)轉(zhuǎn)過程中在滾子和對方表面之間產(chǎn)生金屬接觸，因而可以保證滾子8自身以及其他元件(對方元件)諸如凸輪或類似物的耐用性。與此對照的是，在(條件2下)實(shí)施滾磨的情況下，深度分布是廣泛的(在深度方向上從最突出的部分到最凹陷的部分的距離變大)。而且，在滾子8具有這樣的表面形狀的情況下，強(qiáng)化油膜(tough oil film)無法形成在滾子和對方表面之間，因而在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中將會在滾子和對方表面之間產(chǎn)生金屬接觸。因此，很難保證滾子8自身和其他元件諸如凸輪或類似物的耐用性。
實(shí)施例2實(shí)施滾磨以獲得作為本發(fā)明的滾動滑動部件的一種類型的、構(gòu)成凸輪隨動單元的滾子的更優(yōu)選的表面特性的具體步驟如下所述。在該方法的情況下，首先在滾子表面實(shí)施粗的精加工接著實(shí)施精加工。該粗的精加工過程通過以如下狀態(tài)轉(zhuǎn)動處理罐而實(shí)施，其中作為工件的多個滾子和許多各自直徑約為4mm的鋁球、拋光劑(compound)以及作為媒介(media)的表面活化劑加入處理罐內(nèi)。以此方式實(shí)施的粗的精加工過程，通過利用許多鋁球在各滾子的表面磨擦拋光劑而導(dǎo)致微小磨痕。另外，在精加工過程中，以如下狀態(tài)轉(zhuǎn)動處理罐，作為工件的多個滾子和許多類似的粗的精加工過程所使用的鋁球和表面活化劑放入處理罐中。不使用拋光劑。以此方式實(shí)施的精加工過程中，在滾子的滑動表面被表面活化劑弄平滑的條件下，滾子表面被拋光劑刻劃形成的微小邊緣部分通過使許多鋁球磨擦滾子的表面從而打磨圓滑。
通過下述方式實(shí)施粗的精加工過程和精加工過程精加工過程在15-25min范圍內(nèi)以三種方式改變，而粗的精加工過程固定為10min，接著檢測由于精加工過程時間的不同導(dǎo)致的影響。該實(shí)驗(yàn)的條件和結(jié)果如表1所示。
表1

從表1顯而易見，在粗的精加工過程與精加工過程的時間比率較小(粗/精處理時間比較小(40％或更小))的情況下，可以保證耐用性的最小必要量，然而，不能在工作條件變得惡劣時總是保證足夠的耐用性(標(biāo)記○)。能保證耐用性的最小必要量的原因是，因?yàn)閺臐L子最表面起深度為2μm位置處的部分的橫截面積比率較大，如果潤滑條件良好，可以通過改善存在于滾子表面和對方表面之間的油膜的強(qiáng)度而避免產(chǎn)生將會導(dǎo)致過早片狀剝落的金屬接觸。與此對照，當(dāng)工作條件變得惡劣時不能總是保證足夠的耐用性的原因是，因?yàn)楹馁M(fèi)大量努力形成的光滑表面再一次通過過度的精加工處理，從滾子最表面起深度為1μm位置處的部分的橫截面積的比率并不總是充分大。即，原因是在潤滑工作條件變得惡劣時(缺乏潤滑油供應(yīng))，存在于滾子表面和其他元件表面的滾動接觸部分的潤滑油并不能總是得到保證。
另外，在粗的精加工時間和精加工時間的比率適當(dāng)?shù)那闆r下(粗/精處理時間比率適當(dāng)(大于等于40％且小于等于60％))，即使當(dāng)工作條件變得惡劣時也可以保證足夠的耐用性(標(biāo)記◎)。此情況的原因是，光滑表面適當(dāng)?shù)拇嬖谟诒砻嫔?，并且不僅從滾子最表面起深度為2μm位置處的部分的橫截面積比率較大，而且從滾子最表面起深度為1μm位置處的部分的橫截面積比率也較大，存在于滾子表面和對方表面之間油膜的強(qiáng)度得以提高，即使在工作條件變得惡劣時也能有充分的潤滑油供應(yīng)到滾子表面和其他元件表面的滾動接觸部分。
另外，在粗的精加工時間和精加工時間的比率較大的情況下(粗/精處理時間比率過大(60％或以上))，可以保證耐用性的最小必要量，但是可能在即使工作條件輕微變得惡劣時就無法保證耐用性(標(biāo)記△)。這是因?yàn)閺臐L子最表面起深度為2μm位置處的部分的橫截面積比率較小并且存在于滾子表面和對方表面之間的油膜的強(qiáng)度降低了。
這里，當(dāng)實(shí)施本發(fā)明時，優(yōu)選地采用下述條件作為滾磨處理的處理罐所使用的條件。
首先，作為滾磨機(jī)，有的機(jī)器具有這樣的配置，即多個處理罐(圖示示例中為4個)18，18的中心軸線布置在豎直方向，如圖10(A)所示，并且，有的機(jī)器具有這樣的配置，即處理罐18，18的中心軸線布置在水平方向，如圖10(B)所示。實(shí)施本發(fā)明時，優(yōu)選的該機(jī)器是采用處理罐18，18的中心軸線沿水平方向布置，如圖10(B)所示。原因是，在如圖10(B)所示的配置的情況下，處理罐18，18內(nèi)的工件、媒介和類似物的運(yùn)動量得以增加，因?yàn)楦鱾€處理罐18，18可以隨著公轉(zhuǎn)而擺動，則處理效率得到提高(處理時間可以減少)。
另外，當(dāng)采用如圖10(B)所示的滾磨處理機(jī)時，優(yōu)選地應(yīng)滿足X/V＝36-40％，其中V是處理罐18的容積并且X是放入這些處理罐18，18內(nèi)的工件(滾子)的總體積。
本發(fā)明參照特別的實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)解釋。但是對本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的是在不背離本發(fā)明的構(gòu)思和范圍的條件下可以實(shí)施不同的改變和修改。
本申請基于日本專利申請(專利申請No.2004-043962)，申請日為2004年2月20日，
日本專利申請(專利申請No.2004-345143)，申請日為2004年11月30日，以及日本專利申請(專利申請No.2005-030254)，申請日為2005年2月7日；其內(nèi)容包括在此作為參考。
工業(yè)實(shí)用性類似于本發(fā)明，這里提供的技術(shù)思想是可以通過滾磨在柱狀元件或圓柱體元件的表面形成微小凸凹，其中所述表面經(jīng)由滾動接觸而接觸其他元件的表面，并且可以以低成本通過限制微小凸凹的特性來實(shí)現(xiàn)具有優(yōu)秀耐用性的結(jié)構(gòu)。該技術(shù)思想的應(yīng)用并不僅限于組成凸輪隨動單元的滾子、搖臂(凸輪隨動單元被包含在搖臂的一部分中)、以及外周表面具有柱狀內(nèi)環(huán)座圈的內(nèi)環(huán)或軸。該技術(shù)思想可以應(yīng)用于組成滾子軸承的滾子的滾動表面。
另外，在凸輪隨動件的情況下，本發(fā)明可以應(yīng)用于軸或構(gòu)成單滾子類型的凸輪隨動單元的滾子，其中滾子的內(nèi)周表面經(jīng)由滑動接觸在沒有滾針軸承的情況下與軸的外周表面接觸?？商娲厥牵景l(fā)明可以應(yīng)用于軸或構(gòu)成雙滾子型凸輪隨動單元的內(nèi)和外滾子，其中內(nèi)滾子設(shè)置在軸的外周表面和外滾子的內(nèi)周表面之間。
另外，除了應(yīng)用于凸輪隨動單元以外，本發(fā)明可以應(yīng)用在徑向滾針軸承以及它的臨近構(gòu)成部件，臨近構(gòu)成部件圍繞行星架上的行星軸可旋轉(zhuǎn)地支撐構(gòu)成行星齒輪傳動的行星齒輪。在此情況下，可以考慮行星軸的外周表面(內(nèi)環(huán)座圈)、行星齒輪的內(nèi)周表面(外環(huán)座圈)、每個滾針的滾動表面、行星齒輪的軸向方向的兩端面、構(gòu)成行星架的支撐板的與所述兩端面相對的側(cè)表面，以及類似物來作為本發(fā)明特征部分目標(biāo)所指的滾動滑動表面。
另外，本發(fā)明應(yīng)用于上述專利文獻(xiàn)7所述的外周表面也是有用的。在此情況下，如上所述，軸采用包括碳0.5-1.2wt％和氮0.05-0.4wt％的鋼制成。然后，通過感應(yīng)硬化處理形成具有硬度Hv650或更高以及包括殘余奧氏體15-40vol％的表面層，并且中心部分的殘余奧氏體設(shè)置成0vol％。在此情況下，表面層指的是厚度為軸的直徑的2％的表面部分。另外，本發(fā)明應(yīng)用于具有類似組成和類似表面層的滾動構(gòu)件(滾針、滾子、滾珠)也是有用的。
另外，在所有的情況下，如上專利文獻(xiàn)8所述的反應(yīng)層和處理層疊置在作為本發(fā)明的特征部分的目標(biāo)的滾動滑動表面上是有用的。
另外，本發(fā)明可以應(yīng)用在以較高的表面壓力從對方表面微小移位的部件，如燃料噴射設(shè)備的柱塞的端表面。
權(quán)利要求
1.一種滾動滑動部件，所述滾動滑動部件的表面在使用中經(jīng)由滾動接觸或滑動接觸而接觸其他元件，其中，在將所述表面上存在的微小的凹凸中最高部分的位置作為最表面位置時，則從該最表面位置起深度為2.0μm位置處的部分在平面方向上的假想面的橫截面積與接觸所述其他元件的部分的整個表面面積的占有比為90％或更高。
2.一種滾動滑動部件，所述滾動滑動部件的表面在使用中經(jīng)由滾動接觸或滑動接觸而接觸其他元件，其中，在將所述表面上存在的微小的凹凸中最高部分的位置作為最表面位置時，則從該最表面位置起深度為1.5μm位置處的部分在平面方向上的假想面的橫截面積與接觸所述其他元件的部分的整個表面面積的占有比為80％或更高。
3.一種滾動滑動部件，所述滾動滑動部件的表面在使用中經(jīng)由滾動接觸或滑動接觸而接觸其他元件，其中，在將所述表面上存在的微小的凹凸中最高部分的位置作為最表面位置時，則從該最表面位置起深度為1.0μm位置處的部分在平面方向上的假想面的橫截面積與接觸所述其他元件的部分的整個表面面積的占有比為50％或更高。
4.如權(quán)利要求1所述的滾動滑動部件，其中從最表面位置起深度為1.5μm位置處的部分在平面方向上的假想面的橫截面積與接觸所述其他元件的部分的整個表面面積的占有比設(shè)置為80％或更高。
5.如權(quán)利要求1所述的滾動滑動部件，從最表面位置起深度為1.0μm位置處的部分在平面方向上的假想面的橫截面積與接觸所述其他元件的部分的整個表面面積的占有比設(shè)置為50％或更高。
6.如權(quán)利要求1所述的滾動滑動部件，其中從最表面位置起深度為1.5μm位置處的部分在平面方向上的假想面的橫截面積與接觸所述其他元件的部分的整個表面面積的占有比設(shè)置為80％或更高，并且從最表面位置起深度為1.0μm位置處的部分在平面方向上的假想面的橫截面積與接觸所述其他元件的部分的整個表面面積的占有比設(shè)置為50％或更高。
7.如權(quán)利要求1-6中的任一項(xiàng)所述的滾動滑動部件，其中所述滾動滑動部件為構(gòu)成凸輪隨動單元的滾子，其中圍繞滾子支撐軸可旋轉(zhuǎn)地被支撐的滾子的外周表面經(jīng)由滾動接觸與凸輪的外周表面發(fā)生接觸。
8.如權(quán)利要求1-6中的任一項(xiàng)所述的滾動滑動部件，其中所述滾動滑動部件為搖臂，凸輪隨動單元被結(jié)合到搖臂的一部分中。
9.如權(quán)利要求1-6中的任一項(xiàng)所述的滾動滑動部件，其中所述滾動滑動部件是外周表面上具有柱狀內(nèi)環(huán)座圈的內(nèi)環(huán)或軸。
10.如權(quán)利要求1-6中的任一項(xiàng)所述的滾動滑動部件，其中滾動滑動部件是可滾動地設(shè)置在柱狀內(nèi)環(huán)座圈和柱狀外環(huán)座圈之間的滾針。
全文摘要
滾動滑動部件，其中形成凸輪隨動單元的滾子(8)的表面通過滾磨處理來精加工。在將所述表面上存在的微小的凹凸中最高部分的位置作為最表面位置時，則從該最表面位置起深度為2.0μm位置處的部分在平面方向上的假想面的橫截面積與接觸其他元件的部分的整個表面面積的占有比為90％或更高。通過使強(qiáng)化油膜形成在滾子(8)的表面和其他元件之間，可以以較低的成本提高以滾動接觸或滑動接觸方式與配合元件接觸的諸如滾子(8)的元件的耐用性。
文檔編號F16C33/34GK1926360SQ200580005540
公開日2007年3月7日 申請日期2005年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月20日
發(fā)明者角川聰, 竹尾則之 申請人:日本精工株式會社