JP2000320555A - Shaft assembly and valve mechanism provided therewith - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、軸アセンブリおよ
びこれを備えたバルブ機構に関する。The present invention relates to a shaft assembly and a valve mechanism provided with the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】バルブ機構として例えばソレノイドバル
ブは、バルブボディ内の流路を開閉するバルブを、コイ
ルボビンの中央挿通孔を通されたプランジャで駆動する
ようになっている。ここでプランジャはコイルボビンに
巻回されたコイルへの通電制御で軸方向に移動してバル
ブを開閉駆動する。このような場合、従来のソレノイド
バルブではコイルボビンの中央挿通孔内でプランジャを
支持する軸受として滑り軸受が使用されている。ところ
で、プランジャを滑り軸受で支持する場合にはバルブの
高速開閉時にプランジャが受ける滑り軸受からの摩擦抵
抗が大きくなってプランジャの高速制御性能に多大な影
響が出てくる。そこで本発明者は、上述の摩擦抵抗を無
くすかまたは低減するために軸受として転がり軸受を採
用することを考えた。これは、転がり軸受の転動体がプ
ランジャに転動接触するからである。2. Description of the Related Art As a valve mechanism, for example, a solenoid valve is configured such that a valve for opening and closing a flow path in a valve body is driven by a plunger passed through a central insertion hole of a coil bobbin. Here, the plunger moves in the axial direction by controlling the energization of the coil wound around the coil bobbin to open and close the valve. In such a case, in the conventional solenoid valve, a sliding bearing is used as a bearing for supporting the plunger in the central insertion hole of the coil bobbin. By the way, when the plunger is supported by a sliding bearing, the frictional resistance of the plunger from the sliding bearing which is exerted when the valve is opened and closed at a high speed is increased, which greatly affects the high-speed control performance of the plunger. Therefore, the inventor has considered using a rolling bearing as a bearing in order to eliminate or reduce the frictional resistance described above. This is because the rolling element of the rolling bearing comes into rolling contact with the plunger.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、プラン
ジャは、非磁性体である必要性からオーステナイト系ス
テンレスが使用されるが、熱処理による硬度向上が計れ
ない。そのため転動体と接触するプランジャはその表面
硬度が転動体より低いので容易にその表面が摩耗(フレ
ッチング現象)されてしまいやすいという課題がある。
しかも、その摩耗もバルブの開閉速度が高くなる程、ま
たその開閉回数が多くなる程、その進捗程度が増大しそ
の耐久性が早期に著しく低下してくるという課題があ
る。However, austenitic stainless steel is used for the plunger due to its necessity of being a non-magnetic material, but the hardness cannot be improved by heat treatment. Therefore, there is a problem that the surface hardness of the plunger which comes into contact with the rolling element is easily worn (fretting phenomenon) because the surface hardness is lower than that of the rolling element.
In addition, there is a problem that the wear of the valve increases as the opening / closing speed of the valve increases and the number of times of opening / closing increases, and the degree of progress increases, and the durability of the valve rapidly decreases significantly.
【0004】このような課題は、ソレノイドバルブのよ
うなバルブ機構特有の課題ではなく、要するに、軸方向
に相対移動する軸を支持する軸受として転がり軸受が配
置された構造を有する場合に引き起こされる課題であ
る。[0004] Such a problem is not a problem peculiar to a valve mechanism such as a solenoid valve, but, in short, a problem caused when a rolling bearing is arranged as a bearing for supporting a shaft relatively moving in the axial direction. It is.
【0005】そこで、本発明は、このような構造におけ
る軸を支持する軸受として転がり軸受を採用した場合に
問題となる軸の摩耗を低減可能として耐久性に優れた軸
アセンブリおよびそれを用いたバルブ機構を提供するこ
とを解決すべき課題としている。[0005] Therefore, the present invention provides a shaft assembly which can reduce wear of the shaft, which is a problem when a rolling bearing is employed as a bearing for supporting the shaft in such a structure, and has excellent durability, and a valve using the same. Providing a mechanism is an issue to be solved.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明の軸アセンブリに
おいては、転がり軸受と、前記転がり軸受で支持されか
つ軸方向に当該転がり軸受に対して相対移動する軸とを
少なくとも有し、前記軸は、表面に窒化処理された硬化
層を有することを特徴としている。A shaft assembly according to the present invention has at least a rolling bearing and a shaft supported by the rolling bearing and moving relative to the rolling bearing in the axial direction, wherein the shaft is , Characterized by having a cured layer subjected to a nitriding treatment on the surface.
【0007】好ましくは、この軸アセンブリにおいて
は、前記硬化層が、前記軸の表面から内部に向かう順序
で、窒化物を含有する超硬質な化合物層と、内部にN原
子の拡散層とを含む階層構造を有する。Preferably, in this shaft assembly, the hardened layer includes, in order from the surface of the shaft to the inside, a super-hard compound layer containing nitride and a diffusion layer of N atoms inside. It has a hierarchical structure.
【0008】好ましくは、この軸アセンブリにおいて
は、前記硬化層が、前記軸の表面から内部に向かう順序
で、軟質な浸硫層、超硬質でかつ緻密な窒化化合物層お
よび比較的硬質な窒化拡散層を含む階層構造を有する。Preferably, in the shaft assembly, the hardened layer is formed of a soft sulfur layer, an ultra-hard and dense nitride compound layer, and a relatively hard nitride diffusion layer in the order from the surface of the shaft toward the inside. It has a hierarchical structure including layers.
【0009】好ましくは、この軸アセンブリにおいて
は、前記転がり軸受が、リニア玉軸受で構成されている
とともに、この玉軸受は、前記軸に対して相対的にスラ
イド移動可能な外輪と、前記外輪と軸との間に介装され
る複数の転動体とを備える。Preferably, in the shaft assembly, the rolling bearing is formed of a linear ball bearing, and the ball bearing has an outer ring slidable relative to the shaft, A plurality of rolling elements interposed between the shaft and the shaft.
【0010】要するに、本発明においては、軸表面に窒
化処理された硬化層を有するので、転がり軸受の転動体
によって摩耗されることが低減される結果、耐久性に優
れた軸アセンブリとなる。In short, according to the present invention, since the shaft surface has the hardened layer subjected to the nitriding treatment, the abrasion by the rolling elements of the rolling bearing is reduced, resulting in a shaft assembly having excellent durability.
【0011】本発明のバルブ機構は、前記いずれかの軸
アセンブリと、前記軸アセンブリが有する軸の一端に設
けられるバルブと、このバルブにより開閉される通路を
有するバルブボディと、前記軸を駆動して前記バルブに
より前記バルブボディの通路を開閉させる軸駆動機構と
を具備したことを特徴としている。[0011] A valve mechanism according to the present invention is characterized in that any one of the shaft assemblies, a valve provided at one end of a shaft included in the shaft assembly, a valve body having a passage opened and closed by the valve, and a device for driving the shaft. A shaft drive mechanism for opening and closing the passage of the valve body by the valve.
【0012】要するに、本発明においては、軸表面に窒
化処理された硬化層を有する軸を用いるので、転がり軸
受をそれの支持に用いても、軸と転がり軸受との相対移
動時に、その軸の表面と転がり軸受の転動体との滑り性
が良好となるのでフレッチングが発生しにくくなる。こ
れによって、軸の摩耗が軽減されるとともに、転がり軸
受の利点である軸あるいは軸受の相対動作が俊敏となる
などその応答性が向上する。In short, in the present invention, a shaft having a hardened layer subjected to a nitriding treatment on the shaft surface is used. Therefore, even if a rolling bearing is used to support the shaft, the shaft is not moved when the shaft and the rolling bearing move relative to each other. Since the sliding property between the surface and the rolling element of the rolling bearing is improved, fretting hardly occurs. As a result, the wear of the shaft is reduced, and the responsiveness of the rolling bearing, which is an advantage of the rolling bearing, is improved, for example, the relative movement of the shaft or the bearing is increased.
【0013】[0013]
【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図面を参照
して説明する。なお、本発明ではバルブ機構としてソレ
ノイドバルブに適用して説明するが、これに限定さるも
のではない。また、軸アセンブリも、このソレノイドバ
ルブに適用するが、これに限定されるものではなく、要
するに、軸方向に相対移動する軸を支持する軸受として
転がり軸受が配置された構造を有するもののすべてに適
用することができる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The details of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the present invention, the valve mechanism will be described as applied to a solenoid valve, but the present invention is not limited to this. The shaft assembly is also applied to this solenoid valve, but is not limited to this. In short, it is applied to all those having a structure in which rolling bearings are arranged as bearings for supporting shafts that move relatively in the axial direction. can do.
【0014】図1ないし図3を参照して本発明の実施の
形態に係る軸アセンブリが組み込まれたソレノイドバル
ブについて説明する。図1はソレノイドバルブの正面断
面図であり、図2は、軸としてのプランジャとそれを支
持する転がり軸受としてのリニア玉軸受とを示すそれの
上半分を断面にした正面図、図3はその玉軸受の一部を
断面にした端面図、図4は図1のプランジャの断面図で
ある。A solenoid valve incorporating a shaft assembly according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a front sectional view of a solenoid valve, FIG. 2 is a front view showing a plunger as a shaft and a linear ball bearing as a rolling bearing for supporting the plunger, and FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view of the plunger of FIG.
【0015】まず、図1を参照して、2は、バルブボデ
ィである。バルブボディ2は、流体通路4を有し、その
流体通路4内をいずれか一方側から流入した流体が他方
側へと流出する構造を備える。バルブボディ2はまた、
プランジャ挿通口6を有する。8は以下で説明されるプ
ランジャ(軸)駆動機構装着用の部材であり、この装着
用部材8は、バルブボディ2の外周に固定されている。
10はケーシングであり、このケーシング10は装着用
部材8上に固定されている。12はコイル14付きボビ
ンである。コイル14の両端それぞれは一対のリード1
6それぞれの一端に接続され、そのリード16それぞれ
の他端はケーシング10の開口18から外部に引き出さ
れている。このリード16を介してコイル14に通電可
能となっている。ボビン12は中央に軸方向の挿通孔2
0を有する。ボビン12の上端には磁力によりプランジ
ャを吸引する磁性材からなる吸引用部材22が装着され
ている。吸引用部材22は、中央が下方に突出し、その
突出部分がボビン12の挿通孔20内に入りこんでい
る。この挿通孔20にはプランジャ24が挿通されてい
る。プランジャ24の下端側はバルブボディ2のプラン
ジャ挿通口6を通って流体通路4内に臨まされている。
プランジャ24の下端側はバルブ24aを構成する。プ
ランジャ24はその途中箇所にスプリング係止部24b
を有する。このスプリング係止部24bと装着用部材8
との間に圧縮スプリング26が介装されている。圧縮ス
プリング26は、プランジャ24を下方へ付勢してい
る。プランジャ24の上端には吸引用部材22に磁力で
吸引される磁性材からなる被吸引用部材26が固定され
ている。ボビン12の挿通孔20内壁とプランジャ24
外周壁との間に転がり軸受の一例としてのリニア玉軸受
28が装填されている。First, referring to FIG. 1, reference numeral 2 denotes a valve body. The valve body 2 has a structure in which a fluid passage 4 is provided, and a fluid flowing from one of the sides in the fluid passage 4 flows out to the other side. The valve body 2 also
It has a plunger insertion port 6. Reference numeral 8 denotes a member for mounting a plunger (shaft) driving mechanism described below, and the mounting member 8 is fixed to the outer periphery of the valve body 2.
Reference numeral 10 denotes a casing, and the casing 10 is fixed on the mounting member 8. 12 is a bobbin with a coil 14. Each end of the coil 14 is a pair of leads 1
Each of the leads 16 is connected to one end of the casing 6, and the other end of each of the leads 16 is drawn out of an opening 18 of the casing 10. The coil 14 can be energized via the lead 16. The bobbin 12 has an axial insertion hole 2 at the center.
Has zero. At the upper end of the bobbin 12, a suction member 22 made of a magnetic material that sucks the plunger by magnetic force is mounted. The center of the suction member 22 protrudes downward, and the protruding portion enters the insertion hole 20 of the bobbin 12. A plunger 24 is inserted through the insertion hole 20. The lower end side of the plunger 24 faces the inside of the fluid passage 4 through the plunger insertion opening 6 of the valve body 2.
The lower end of the plunger 24 constitutes a valve 24a. The plunger 24 has a spring engaging portion 24b
Having. The spring locking portion 24b and the mounting member 8
And a compression spring 26 interposed therebetween. The compression spring 26 urges the plunger 24 downward. At the upper end of the plunger 24, a to-be-sucked member 26 made of a magnetic material that is attracted to the attraction member 22 by magnetic force is fixed. Inner wall of insertion hole 20 of bobbin 12 and plunger 24
A linear ball bearing 28 as an example of a rolling bearing is mounted between the outer peripheral wall and the outer peripheral wall.
【0016】このリニア玉軸受28について図2ないし
図4を参照して説明する。The linear ball bearing 28 will be described with reference to FIGS.
【0017】この軸受28は、外輪30、転動体として
の玉32、および保持器34を有している。36は環体
である。プランジャ24は、その外周面の円周6箇所に
軸方向の直線状溝38が全長に及んで設けられている。
外輪30は、その内周面の軸方向中間領域の円周6箇所
にプランジャ24の直線状溝38と径方向で対向するよ
うにそれぞれ負荷循環玉列および無負荷循環玉列の溝4
0,42が設けられている。保持器34は、外輪30の
内周面の一部に沿うように湾曲加工された円筒形状をな
す。その両端部分は、環体36により支持されている。
保持器34の軸方向中間領域には、平面的に見ると横長
の輪状溝44が周方向に合計6つ設けられている。輪状
溝44の軸方向に沿う片方の直線部44aは、底が貫通
されて底無しとされ、残り片方の直線部44bは底有り
とされている。The bearing 28 has an outer ring 30, a ball 32 as a rolling element, and a retainer 34. 36 is a ring. The plunger 24 is provided with axial linear grooves 38 extending along the entire length at six locations on the outer peripheral surface.
The outer race 30 has grooves 4 of a load circulation ball train and a no-load circulation ball train at radially opposed linear grooves 38 of the plunger 24 at six circumferential positions in an axially intermediate region of the inner peripheral surface thereof.
0 and 42 are provided. The retainer 34 has a cylindrical shape curved so as to extend along a part of the inner peripheral surface of the outer ring 30. Both end portions are supported by the ring 36.
In the axially intermediate region of the retainer 34, a total of six horizontally long annular grooves 44 are provided in the circumferential direction when viewed in plan. One straight portion 44a along the axial direction of the annular groove 44 has a bottom penetrated and has no bottom, and the other straight portion 44b has a bottom.
【0018】プランジャ24側と外輪30側の対向する
2つの直線状の溝38,40がそれぞれ対となって合計
6つの負荷用玉転送路46を構成している。この玉転送
路46に、保持器34の輪状溝44の底無しの直線部4
4aが位置する。また、外輪30の溝42と保持器34
の輪状溝44の底有りの直線部44bとが対となって合
計6つの無負荷用玉循環路48を構成している。これら
6つの玉転送路46それぞれとそれに近い側に隣り合う
6つの玉循環路48それぞれとが保持器34の輪状溝4
4の周方向に沿う部分によって1つずつ連通連結されて
いて、それで玉循環回路を構成している。このため、プ
ランジャ24と外輪30との相対的な軸方向スライド動
作に伴って、この玉転送路46と玉循環路48との間で
玉32群が転動循環されるようになっている。Two opposing linear grooves 38 and 40 on the side of the plunger 24 and the outer ring 30 are paired to form a total of six load ball transfer paths 46. In the ball transfer path 46, the bottomless straight portion 4 of the annular groove 44 of the cage 34 is provided.
4a is located. Further, the groove 42 of the outer ring 30 and the retainer 34
And the straight portion 44b with the bottom of the annular groove 44 constitutes a pair to form a total of six no-load ball circulation paths 48. Each of the six ball transfer paths 46 and each of the six ball circulation paths 48 adjacent to the six ball transfer paths 46 are formed in the annular groove 4 of the cage 34.
4 are connected to each other one by one along the circumferential direction, thereby constituting a ball circulation circuit. Therefore, the balls 32 are rolled and circulated between the ball transfer path 46 and the ball circulation path 48 with the relative axial sliding operation of the plunger 24 and the outer ring 30.
【0019】上記構成において、リード16を介してコ
イル14の両端に通電されていないときは、プランジャ
24は圧縮スプリング26の付勢力で下方へ移動し、そ
の下端のバルブ部分24aは、バルブボディ2の流体通
路4を閉鎖する。コイル14両端に通電されると、プラ
ンジャ24はその上端の被吸引用部材22が、圧縮スプ
リング26の付勢力に抗して、吸引用部材22に吸引さ
れる結果、上方へ移動し、その結果、下端のバルブ部分
24aは、バルブボディ2の流体通路4を開放する。In the above configuration, when power is not supplied to both ends of the coil 14 via the lead 16, the plunger 24 moves downward by the urging force of the compression spring 26, and the valve portion 24a at the lower end of the plunger 24 is Is closed. When both ends of the coil 14 are energized, the plunger 24 moves upward as a result of the attraction member 22 at the upper end being attracted by the attraction member 22 against the urging force of the compression spring 26, and as a result The valve portion 24a at the lower end opens the fluid passage 4 of the valve body 2.
【0020】このような構造においてプランジャ24が
上下動することによりプランジャ24の外周表面は、軸
受28の転動体である玉32と接触する。したがって、
プランジャ24の表面は玉32との接触により摩耗す
る。そこで、実施の形態では、この摩耗を低減させるた
めにプランジャ24の表面に図5および図6を参照して
説明する非磁性でかつ高硬度(Hv1000程度)の硬
化層を形成したことに特徴を有している。In such a structure, when the plunger 24 moves up and down, the outer peripheral surface of the plunger 24 comes into contact with the ball 32 which is a rolling element of the bearing 28. Therefore,
The surface of the plunger 24 is worn by contact with the ball 32. Therefore, the embodiment is characterized in that a hardened layer of non-magnetic and high hardness (about Hv1000) described with reference to FIGS. 5 and 6 is formed on the surface of the plunger 24 in order to reduce the wear. Have.
【0021】以下、この硬化層の形成について図5およ
び図6を参照して説明する。Hereinafter, the formation of the cured layer will be described with reference to FIGS.
【0022】(1)プランジャ24表面に対して軟窒化
処理を施して、図5で示すような第1硬化層50を形成
する場合について説明する。(1) The case where the surface of the plunger 24 is subjected to soft nitriding to form the first hardened layer 50 as shown in FIG. 5 will be described.
【0023】すなわち、JIS規格SCM415を素材
として冷間鍛造、旋削、生研、ロール成形などを経て外
形が整えられたプランジャ24を用意する。プランジャ
24を気密構造のチャンバ内にセットし、真空状態とし
て、ふっ化ガスと、窒化ガスとの2種を時間的にずらし
て個別に供給する。ふっ化ガスとしては、NF3 、BF
3 、CF4 、HF、SF6 、F2 の単独もしくは混合物
からなるふっ素源成分をN2 等の不活性ガス中に合有さ
せたガスが挙げられる。例えば3ふっ化窒素(NF
3 ),窒素等の混合気が好適に用いられる。なお、効果
の点から、NF3 等のふっ素源成分が0.05%〜20
%(重量基準、以下同じ)、好ましくは3%〜5%の範
囲内の濃度に設定される。また、窒化ガスとしては、例
えばNH3 単体からなるガスまたはNH3 と炭素源とか
らなる混合ガス(例えばRXガス)が挙げられる。That is, a plunger 24 is prepared from JIS standard SCM415 as a raw material, and the outer shape of the plunger 24 is adjusted through cold forging, turning, raw grinding, roll forming and the like. The plunger 24 is set in a chamber having an airtight structure, and two kinds of a fluorine gas and a nitriding gas are separately supplied in a vacuum with a time lag. NF 3 , BF
3 , a gas obtained by combining a fluorine source component consisting of CF 4 , HF, SF 6 , or F 2 alone or in a mixture with an inert gas such as N 2 . For example, nitrogen trifluoride (NF
3 ) A mixture of nitrogen and the like is preferably used. From the viewpoint of the effect, the fluorine source component such as NF 3 is 0.05% to 20%.
% (Based on weight, the same applies hereinafter), preferably a concentration within the range of 3% to 5%. Examples of the nitriding gas include a gas composed of NH 3 alone or a mixed gas composed of NH 3 and a carbon source (for example, RX gas).
【0024】ここで、まずチャンバ内にふっ化ガスを供
給し、300℃〜400℃とし、10分〜120分保持
する。これにより、プランジャ24の表面の酸化物等
は、除去されて浄化されると同時に、金属ふっ化膜に置
き換えられる。この際に、表面に形成される金属ふっ化
膜は、不働態膜であるので、表面への酸素の吸着や酸化
作用を防止し、次の窒化処理まで酸化物の生成を阻止す
る。Here, first, a fluorine gas is supplied into the chamber, and the temperature is set at 300 ° C. to 400 ° C., and is maintained for 10 minutes to 120 minutes. As a result, oxides and the like on the surface of the plunger 24 are removed and purified, and at the same time, are replaced with a metal fluoride film. At this time, since the metal fluoride film formed on the surface is a passive film, it prevents the adsorption and oxidation of oxygen to the surface and prevents the formation of oxide until the next nitriding treatment.
【0025】次いで、チャンバ内に窒化ガスを供給し、
480℃〜700℃の範囲とし、0.5時間〜5時間の
範囲で保持する。これにより、プランジャ24の表面に
第1硬化層50が形成される。このとき、プランジャ2
4の表面の金属ふっ化膜が活性化膜となるとともに、窒
化処理において窒素が金属内部に速やかに深く浸透、拡
散しやすくなる。Next, a nitriding gas is supplied into the chamber,
The temperature is in the range of 480 ° C. to 700 ° C. and is maintained for 0.5 to 5 hours. Thereby, the first hardened layer 50 is formed on the surface of the plunger 24. At this time, plunger 2
The metal fluoride film on the surface of No. 4 becomes an activation film, and nitrogen is easily and deeply permeated and diffused into the metal in the nitriding treatment.
【0026】この後、所要時間をかけて油冷または空冷
により冷却する。プランジャ24は、冷却終了まで、窒
素ガス中に保持されているから、表面に酸化物が生成さ
れることがない。このようにして形成される第1硬化層
20は、図3に示すように、プランジャ24の表面から
内側に向かってCrN、Fe2 N、Fe3 N、Fe4N
等の窒化物を含有する超硬質な化合物層52と、それに
続く内部にN原子の拡散層54とから構成されている。Thereafter, cooling is performed by oil cooling or air cooling over a required time. Since the plunger 24 is held in the nitrogen gas until the cooling is completed, no oxide is generated on the surface. As shown in FIG. 3, the first hardened layer 20 thus formed is formed from the surface of the plunger 24 toward the inside, such as CrN, Fe 2 N, Fe 3 N, and Fe 4 N.
An ultra-hard compound layer 52 containing a nitride such as that described above, and a diffusion layer 54 of N atoms in the interior.
【0027】この第1硬化層20の表面粗さは、それを
形成する前の対象品の表面粗さ(中心線平均粗さRa=
0.7μm〜1.0μm、十点平均粗さRz=4.0μ
m〜7.0μm、最大高さRmax=4.5μm〜7.
5μm)とほとんど同じに維持される。ちなみに、第1
硬化層20の断面を倍率400倍の電子顕微鏡で観察す
ると、平均粒子径が1μm以下で、緻密にかつ平滑に形
成されていた。The surface roughness of the first cured layer 20 is determined by the surface roughness of the target product before it is formed (center line average roughness Ra =
0.7 μm to 1.0 μm, ten-point average roughness Rz = 4.0 μ
m to 7.0 μm, maximum height Rmax = 4.5 μm to 7.
5 μm). By the way, the first
When the cross section of the cured layer 20 was observed with an electron microscope at a magnification of 400, it was found that the average particle size was 1 μm or less, and it was dense and smooth.
【0028】なお、単なる熱硬化処理によるプランジャ
24表面の硬度と、本実施の形態のような第1硬化層2
0によるプランジャ24表面の硬度とを比較すると、本
実施の形態ではビッカース硬さ〔Hv〕で800〜10
00(試験荷重50gf)となり、熱硬化処理品と同等
あるいはそれ以上になる。また本実施の形態の第1硬化
層20と、熱硬化処理により得られる硬化層とについて
の摩擦係数は、無潤滑状態で、それぞれ0.24、0.
54となり、本実施の形態のほうが2分の1以下と優れ
たものになる。It should be noted that the hardness of the surface of the plunger 24 by a simple thermosetting treatment and the hardness of the first
Compared with the hardness of the plunger 24 surface at 0, the Vickers hardness [Hv] is 800 to 10 in the present embodiment.
00 (test load: 50 gf), which is equivalent to or higher than the thermosetting product. Further, the friction coefficients of the first cured layer 20 of the present embodiment and the cured layer obtained by the thermal curing treatment are 0.24 and 0.
54, which is better in this embodiment, which is less than half.
【0029】(2)次に、プランジャ24の表面に浸硫
窒化による第2硬化層56の形成について図6を参照し
て説明する。(2) Next, the formation of the second hardened layer 56 on the surface of the plunger 24 by nitrosulphurizing will be described with reference to FIG.
【0030】まず、冷間鍛造したプランジャ24を気密
構造のチャンバ内にセットする。その後このチャンバ内
を真空状態とし、チャンバ内に所要の反応ガスを供給す
る。反応ガスとしては、浸炭性、窒化性、浸硫性を有す
る各ガスを混合したもの、つまりCO2+(NH3+
N2)+H2Sを用いる。First, the cold forged plunger 24 is set in a chamber having an airtight structure. Thereafter, the inside of the chamber is evacuated, and a required reaction gas is supplied into the chamber. As a reaction gas, a mixture of gases having carburizing, nitriding, and sulfurizing properties, that is, CO 2 + (NH 3 +
N 2 ) + H 2 S is used.
【0031】ここで、硬化処理のためのチャンバ内の雰
囲気温度は480℃〜700℃(この具体例では550
℃)、この雰囲気温度の保持時間は0.5時間〜5時間
(この具体例では120分)とする。この後、所要時間
をかけて油冷または空冷によりチャンバ内を冷却する。Here, the ambient temperature in the chamber for the curing treatment is 480 ° C. to 700 ° C. (550 in this specific example).
° C), and the holding time of the ambient temperature is 0.5 to 5 hours (120 minutes in this specific example). Then, the chamber is cooled by oil cooling or air cooling over a required time.
【0032】これにより、まず、反応ガスの特に浸硫性
ガス(H2S)によりプランジャ24の表面に不可避的
に存在している酸化膜などの不純物因子が除去される結
果、プランジャ24の純粋な表面が露出してくる。引き
続き、窒化性ガスのN成分がプランジャ24内部に速や
かに深く浸透、拡散して、第2硬化層56が形成され
る。第2硬化層56の深さは、処理温度及び保持時間を
適宜設定することにより制御できる。第2硬化層56
は、プランジャ24の表面側から内部へ向かう順に、F
eSを主成分とする比較的軟質な浸硫層58、Fe2-3
Nを主成分とする超硬質で緻密な窒化化合物層60、プ
ランジャ24にN原子が拡散されてなる比較的硬質な窒
化拡散層62を含む階層構造になる。As a result, first of all, impurity factors such as an oxide film inevitably present on the surface of the plunger 24 are removed by the reaction gas, particularly the sulfurizing gas (H 2 S). Surface is exposed. Subsequently, the N component of the nitriding gas quickly and deeply penetrates and diffuses into the plunger 24 to form the second hardened layer 56. The depth of the second hardened layer 56 can be controlled by appropriately setting the processing temperature and the holding time. Second cured layer 56
Are F in order from the surface side of the plunger 24 to the inside.
Relatively soft sulfurized layer 58 containing eS as a main component, Fe 2-3
It has a hierarchical structure including an ultra-hard and dense nitride compound layer 60 containing N as a main component and a relatively hard nitrided diffusion layer 62 in which N atoms are diffused into the plunger 24.
【0033】第2硬化層56を形成するときの処理温度
は、上述しているように、熱硬化処理に比べて低いの
で、プランジャ24の表面に歪みが発生しにくい。ちな
みに、第2硬化層56の表面粗さは、それを形成する前
の対象品の表面粗さ(中心線平均粗さRa=0.7μm
〜1.0μm、十点平均粗さRz=4.0μm〜7.0
μm、最大高さRmax=4.5μm〜7.5μm)と
ほとんど同じに維持される。このように、第2硬化層5
6を形成する過程で熱歪みによる寸法変化を抑制できる
ので、この処理の後でプランジャ24の表面に対して研
磨を施す必要がなくなる。As described above, the processing temperature for forming the second hardened layer 56 is lower than that of the thermosetting processing, so that the surface of the plunger 24 is hardly distorted. Incidentally, the surface roughness of the second cured layer 56 is determined by the surface roughness of the target product before it is formed (center line average roughness Ra = 0.7 μm).
1.01.0 μm, ten-point average roughness Rz = 4.0 μm to 7.0
μm, the maximum height Rmax = 4.5 μm to 7.5 μm). Thus, the second cured layer 5
Since the dimensional change due to thermal strain can be suppressed in the process of forming 6, it is not necessary to polish the surface of the plunger 24 after this processing.
【0034】このように、プランジャ24の表面がまず
冷間鍛造に伴い硬度が高められ、続く硬化処理によって
もさらに硬度が高められる。このため、プランジャ24
の耐摩耗性や耐焼付性が向上する。しかも、硬化処理と
して浸硫窒化処理、軟窒化処理または塩浴焼入とするの
で、この処理過程においてプランジャ24の歪みが避け
られる。As described above, the surface of the plunger 24 is first hardened by cold forging, and further hardened by the subsequent hardening treatment. For this reason, the plunger 24
Has improved abrasion resistance and seizure resistance. In addition, since the hardening treatment is performed by the sulphonitriding treatment, the nitrocarburizing treatment or the salt bath quenching, the distortion of the plunger 24 can be avoided in this treatment process.
【0035】このような浸硫窒化処理を行っていれば、
プランジャ24の表面に不可避的に存在している酸化膜
を除去して、第2硬化層56を形成するようになるか
ら、一般的な硬化処理に比べてきわめて低温での熱処理
が可能となり、プランジャ24の歪みが避けられる。こ
のため、従来のように研磨により歪みを除去する手間を
省けるなど、製造コストを低減できるようになる。If such a nitrosulphurizing treatment is performed,
Since the second hardened layer 56 is formed by removing the oxide film inevitably existing on the surface of the plunger 24, heat treatment can be performed at a very low temperature as compared with a general hardening process. 24 distortions are avoided. For this reason, the manufacturing cost can be reduced, for example, the labor for removing the distortion by polishing as in the related art can be omitted.
【0036】以上のように本実施の形態ではソレノイド
バルブのプランジャ24に適用したが、これに限定され
るものではなく、何らかの軸が軸方向に移動し、この軸
と他の部材との間に転がり軸受を配置する場合のすべて
に適用することができる。As described above, in the present embodiment, the present invention is applied to the plunger 24 of the solenoid valve. However, the present invention is not limited to this. Some axis moves in the axial direction, and between this axis and another member. The present invention can be applied to all cases where a rolling bearing is arranged.
【0037】なお、上述の実施の形態では転がり軸受の
一例としてリニア玉軸受28を利用しているが、リニア
玉軸受28の玉を循環させない構成にしても構わない
し、その他、一般的に知られるスラスト玉軸受を用いて
も構わない。In the above-described embodiment, the linear ball bearing 28 is used as an example of the rolling bearing. However, the ball of the linear ball bearing 28 may not be circulated. A thrust ball bearing may be used.
【0038】[0038]
【発明の効果】以上のように本発明によれば、転がり軸
受と、前記転がり軸受で支持されかつ軸方向に当該転が
り軸受に対して相対移動する軸とを少なくとも有し、前
記軸は、表面に窒化処理された硬化層を有するので、転
がり軸受の転動体によって摩耗されることが低減される
結果、耐久性に優れた軸アセンブリとなる。As described above, according to the present invention, at least a rolling bearing and a shaft supported by the rolling bearing and relatively moving in the axial direction with respect to the rolling bearing are provided. Since it has a hardened layer which has been subjected to a nitriding treatment, wear of the rolling elements of the rolling bearing is reduced, resulting in a shaft assembly having excellent durability.
【0039】また、これを用いたバルブ機構も軸として
プランジャの支持に転がり軸受を用いてもプランジャが
転がり軸受の転動体で摩耗されることが大きく低減され
る結果、耐久性および応答性に優れたバルブ機構とな
る。In addition, even when a rolling bearing is used to support the plunger as a shaft, the wear of the plunger by the rolling elements of the rolling bearing is greatly reduced, resulting in excellent durability and responsiveness. Valve mechanism.
【図1】本発明の実施形態に係るソレノイドバルブの正
面断面図FIG. 1 is a front sectional view of a solenoid valve according to an embodiment of the present invention.
【図2】図1の軸アセンブリの上半分縦断断面の正面図FIG. 2 is a front view of the upper half longitudinal section of the shaft assembly of FIG. 1;
【図3】図1の軸アセンブリの横断の端面図FIG. 3 is a cross-sectional end view of the shaft assembly of FIG. 1;
【図4】図1の軸アセンブリのプランジャの断面図FIG. 4 is a sectional view of a plunger of the shaft assembly of FIG. 1;
【図5】第1硬化層の形成に説明するためのプランジャ
の要部断面図FIG. 5 is a sectional view of a main part of a plunger for explaining formation of a first hardened layer.
【図6】第2硬化層の形成に説明するためのプランジャ
の要部断面図FIG. 6 is a sectional view of an essential part of a plunger for explaining formation of a second hardened layer.
2 バルブボディ 4 流体通路 6 プランジャ挿通口 8 装着部材 10 ケーシング 12 ボビン 14 コイル 16 リード 20 プランジャ挿通孔 22 プランジャ吸引用部材 24 プランジャ 26 スプリング 28 リニア玉軸受(転がり軸受) 50 第1硬化層 56 第2硬化層 2 valve body 4 fluid passage 6 plunger insertion opening 8 mounting member 10 casing 12 bobbin 14 coil 16 lead 20 plunger insertion hole 22 plunger suction member 24 plunger 26 spring 28 linear ball bearing (rolling bearing) 50 first hardened layer 56 second Hardened layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3H106 DA23 DB02 DB12 DB23 DB32 DC02 DC17 DD02 EE30 GA16 GA22 3J104 AA03 AA23 AA37 AA63 AA69 AA74 AA76 BA05 CA20 DA06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 3H106 DA23 DB02 DB12 DB23 DB32 DC02 DC17 DD02 EE30 GA16 GA22 3J104 AA03 AA23 AA37 AA63 AA69 AA74 AA76 BA05 CA20 DA06
Claims (5)
かつ軸方向に当該転がり軸受に対して相対移動する軸と
を少なくとも有し、 前記軸は、表面に窒化処理された硬化層を有する、こと
を特徴とする軸アセンブリ。1. A rolling bearing, and at least a shaft supported by the rolling bearing and axially moving relative to the rolling bearing, wherein the shaft has a hardened layer on its surface that is nitrided. A shaft assembly, characterized in that:
窒化物を含有する超硬質な化合物層と、内部にN原子の
拡散層とを含む階層構造を有する、ことを特徴とする軸
アセンブリ。2. The shaft assembly according to claim 1, wherein the hardened layer is arranged in the order from the surface of the shaft to the inside.
A shaft assembly having a hierarchical structure including a superhard compound layer containing nitride and a diffusion layer of N atoms inside.
軟質な浸硫層、超硬質でかつ緻密な窒化化合物層および
比較的硬質な窒化拡散層を含む階層構造を有する、こと
を特徴とする軸アセンブリ。3. The shaft assembly according to claim 1, wherein the stiffening layer is arranged in the order from the surface of the shaft to the inside.
A shaft assembly having a hierarchical structure including a soft sulfurized layer, an ultra-hard and dense nitride compound layer, and a relatively hard nitrided diffusion layer.
ンブリにおいて、 前記転がり軸受が、リニア玉軸受で構成されているとと
もに、この玉軸受は、前記軸に対して相対的にスライド
移動可能な外輪と、前記外輪と軸との間に介装される複
数の転動体とを備える、ことを特徴とする軸アセンブ
リ。4. The shaft assembly according to claim 1, wherein said rolling bearing comprises a linear ball bearing, and said ball bearing is slidable relative to said shaft. And a plurality of rolling elements interposed between the outer ring and the shaft.
ンブリと、 前記軸アセンブリが有する軸の一端に設けられるバルブ
と、 このバルブにより開閉される通路を有するバルブボディ
と、 前記軸を駆動して前記バルブにより前記バルブボディの
通路を開閉させる軸駆動機構と、 を具備したことを特徴とするバルブ機構。5. The shaft assembly according to claim 1, a valve provided at one end of a shaft of the shaft assembly, a valve body having a passage opened and closed by the valve, and driving the shaft. And a shaft drive mechanism for opening and closing the passage of the valve body by the valve.
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