JP2000038906A - エンジンの動弁機構用カムフォロア装置 - Google Patents
エンジンの動弁機構用カムフォロア装置Info
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- JP2000038906A JP2000038906A JP10204821A JP20482198A JP2000038906A JP 2000038906 A JP2000038906 A JP 2000038906A JP 10204821 A JP10204821 A JP 10204821A JP 20482198 A JP20482198 A JP 20482198A JP 2000038906 A JP2000038906 A JP 2000038906A
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- bending stress
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 カムからローラ６を介して軸５に加わるラジ
アル荷重に基づいて、この軸５に加わる曲げ応力に拘ら
ず、この軸５の損傷防止を図る。 【解決手段】 上記曲げ応力の値の最大値を、１５kgf/
mm2 以下に規制する。通常考えられるエンジンの寿命以
前に、上記軸５に亀裂等の損傷が発生するのを防止でき
る設計を、容易に行なえる。
アル荷重に基づいて、この軸５に加わる曲げ応力に拘ら
ず、この軸５の損傷防止を図る。 【解決手段】 上記曲げ応力の値の最大値を、１５kgf/
mm2 以下に規制する。通常考えられるエンジンの寿命以
前に、上記軸５に亀裂等の損傷が発生するのを防止でき
る設計を、容易に行なえる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明に係るエンジンの動
弁機構用カムフォロア装置は、エンジンの動弁機構中に
組み込み、動弁機構部分の摩擦を少なくして、エンジン
運転時に於ける燃料消費率の低減を図るものである。
弁機構用カムフォロア装置は、エンジンの動弁機構中に
組み込み、動弁機構部分の摩擦を少なくして、エンジン
運転時に於ける燃料消費率の低減を図るものである。
【０００２】
【従来の技術】エンジン内部での摩擦低減を図り、燃焼
消費率を低減する事を目的として、クランクシャフトと
同期したカムシャフトの回転を給気弁及び排気弁の往復
運動に変換する部分に、エンジンの動弁機構用カムフォ
ロア装置を組み込む事が一般的に行なわれている。図１
〜２は、実開平３−１０８８０６号公報に記載されたエ
ンジンの動弁機構用カムフォロア装置を示している。
消費率を低減する事を目的として、クランクシャフトと
同期したカムシャフトの回転を給気弁及び排気弁の往復
運動に変換する部分に、エンジンの動弁機構用カムフォ
ロア装置を組み込む事が一般的に行なわれている。図１
〜２は、実開平３−１０８８０６号公報に記載されたエ
ンジンの動弁機構用カムフォロア装置を示している。
【０００３】エンジンのクランクシャフトと同期して回
転するカムシャフト１に固定した（一般的には一体に形
成された）カム２に対向して、このカム２の動きを受け
るロッカーアーム３を設けている。このロッカーアーム
３の端部（図１〜２の左端部）には１対の支持壁部４、
４を、互いに間隔をあけて設けている。これら１対の支
持壁部４、４の間には、鋼製で中空又は中実の軸５を掛
け渡している。この軸５は、図３に斜格子で示す様に、
中間部外径側部分に焼き入れを施すと共に両端は焼き入
れする事なく、生のままとしている。この様な軸５を、
上記１対の支持壁部４、４同士の間に固定する際には、
上記未焼き入れ部分を、上記１対の支持壁部４、４に形
成した通孔７、７の内周面に向けてかしめ付ける。上述
の様にして、１対の支持壁部４、４の間に掛け渡した軸
５の周囲にはローラ６を、回転自在に支承しており、こ
のローラ６の外周面６ａを、上記カム２の外周面２ａに
当接させている。
転するカムシャフト１に固定した（一般的には一体に形
成された）カム２に対向して、このカム２の動きを受け
るロッカーアーム３を設けている。このロッカーアーム
３の端部（図１〜２の左端部）には１対の支持壁部４、
４を、互いに間隔をあけて設けている。これら１対の支
持壁部４、４の間には、鋼製で中空又は中実の軸５を掛
け渡している。この軸５は、図３に斜格子で示す様に、
中間部外径側部分に焼き入れを施すと共に両端は焼き入
れする事なく、生のままとしている。この様な軸５を、
上記１対の支持壁部４、４同士の間に固定する際には、
上記未焼き入れ部分を、上記１対の支持壁部４、４に形
成した通孔７、７の内周面に向けてかしめ付ける。上述
の様にして、１対の支持壁部４、４の間に掛け渡した軸
５の周囲にはローラ６を、回転自在に支承しており、こ
のローラ６の外周面６ａを、上記カム２の外周面２ａに
当接させている。
【０００４】上述の様に構成するエンジンの動弁機構用
カムフォロア装置によれば、ロッカーアーム３とカム２
との間に働く摩擦力を低減し、エンジン運転時に於ける
燃料消費率の低減を図れる。尚、エンジンの動弁機構用
カムフォロア装置の構成各部材の材質としては、カム２
を含むカムシャフト１は鋳鉄若しくは軸受鋼により、ロ
ーラ６及び軸５はＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼の如
き軸受鋼により、それぞれ造る事が、必要な強度を確保
しつつ材料費、加工費を抑える面から、一般的に行なわ
れている。
カムフォロア装置によれば、ロッカーアーム３とカム２
との間に働く摩擦力を低減し、エンジン運転時に於ける
燃料消費率の低減を図れる。尚、エンジンの動弁機構用
カムフォロア装置の構成各部材の材質としては、カム２
を含むカムシャフト１は鋳鉄若しくは軸受鋼により、ロ
ーラ６及び軸５はＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼の如
き軸受鋼により、それぞれ造る事が、必要な強度を確保
しつつ材料費、加工費を抑える面から、一般的に行なわ
れている。
【０００５】又、上記摩擦力を一層低減する為、図４に
示す様に、軸５の外周面とローラ６の内周面との間に複
数本のころ（ニードル）８、８を設け、このローラ６を
上記軸５の周囲に、ラジアルころ軸受９により回転自在
に支持する事も行なわれている。この様に、ローラ６を
軸５に対してラジアルころ軸受９により支持した構造及
び図１〜２に示した様に、軸５の周囲にローラ６を直接
支持した構造も含め、エンジンの動弁機構用カムフォロ
ア装置の場合、エンジンの運転時に上記軸５の中間部
に、次の様な理由で、大きな曲げ応力が加わる。
示す様に、軸５の外周面とローラ６の内周面との間に複
数本のころ（ニードル）８、８を設け、このローラ６を
上記軸５の周囲に、ラジアルころ軸受９により回転自在
に支持する事も行なわれている。この様に、ローラ６を
軸５に対してラジアルころ軸受９により支持した構造及
び図１〜２に示した様に、軸５の周囲にローラ６を直接
支持した構造も含め、エンジンの動弁機構用カムフォロ
ア装置の場合、エンジンの運転時に上記軸５の中間部
に、次の様な理由で、大きな曲げ応力が加わる。
【０００６】即ち、エンジンの運転時に上記軸５には、
カム２の外周面２ａ（図１〜２）によりラジアル方向に
押されるローラ６から、図５に示す様に、Ｆr なるラジ
アル荷重が加わる。又、上記軸５は、前記１対の支持壁
部４、４により両端を支持された状態となる。従って、
上記ラジアル荷重Ｆr に基づいて、上記軸５に曲げ応力
が繰り返し加わる。そして、この曲げ応力に基づき、こ
の軸５の軸方向中間部外径側部分のうち、上記ラジアル
荷重Ｆr が加わる部分と反対側部分に、最大の引っ張り
応力が加わる。
カム２の外周面２ａ（図１〜２）によりラジアル方向に
押されるローラ６から、図５に示す様に、Ｆr なるラジ
アル荷重が加わる。又、上記軸５は、前記１対の支持壁
部４、４により両端を支持された状態となる。従って、
上記ラジアル荷重Ｆr に基づいて、上記軸５に曲げ応力
が繰り返し加わる。そして、この曲げ応力に基づき、こ
の軸５の軸方向中間部外径側部分のうち、上記ラジアル
荷重Ｆr が加わる部分と反対側部分に、最大の引っ張り
応力が加わる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】エンジンの動弁機構用
カムフォロア装置を構成する軸５の耐久性を確保する為
には、この軸５に加わる曲げ応力を抑えるべく、この軸
５の直径方向に関する剛性を確保する必要がある。一
方、この剛性を大きくすべく、上記軸５の内径を小さく
したり、或は外径を大きくするのは、回転時に往復変位
する部分の慣性質量の増大に結び付き、エンジンの高速
化による高出力化の妨げとなるだけでなく、エンジンの
小型化の妨げにもなる為、好ましくない。
カムフォロア装置を構成する軸５の耐久性を確保する為
には、この軸５に加わる曲げ応力を抑えるべく、この軸
５の直径方向に関する剛性を確保する必要がある。一
方、この剛性を大きくすべく、上記軸５の内径を小さく
したり、或は外径を大きくするのは、回転時に往復変位
する部分の慣性質量の増大に結び付き、エンジンの高速
化による高出力化の妨げとなるだけでなく、エンジンの
小型化の妨げにもなる為、好ましくない。
【０００８】これに対して従来は、実用上十分な耐久性
の確保を可能とする、上記曲げ応力の数値に就いては知
られていなかった。この為、エンジンの動弁機構用カム
フォロア装置を構成する軸５の耐久性を確保できる、こ
の軸５の寸法を、試行錯誤により求めているのが現状で
ある。この様に、試行錯誤により軸５の寸法を決定する
方法では、エンジンの動弁機構用カムフォロア装置の設
計が面倒になる。本発明のエンジンの動弁機構用カムフ
ォロア装置は、この様な事情に鑑みて発明したものであ
る。
の確保を可能とする、上記曲げ応力の数値に就いては知
られていなかった。この為、エンジンの動弁機構用カム
フォロア装置を構成する軸５の耐久性を確保できる、こ
の軸５の寸法を、試行錯誤により求めているのが現状で
ある。この様に、試行錯誤により軸５の寸法を決定する
方法では、エンジンの動弁機構用カムフォロア装置の設
計が面倒になる。本発明のエンジンの動弁機構用カムフ
ォロア装置は、この様な事情に鑑みて発明したものであ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明のエンジンの動弁
機構用カムフォロア装置は、従来から知られているエン
ジンの動弁機構用カムフォロア装置と同様、前述の図
１、２、４に示す様に構成している。即ち、エンジンの
クランクシャフトと同期して回転するカムシャフト１に
固定したカム２に対向して設けた、ロッカーアーム３等
のこのカム２の動きを受ける部材に、１対の支持壁部
４、４を間隔をあけて形成している。そして、これら１
対の支持壁部４、４の間に、ＳＵＪ２等の軸受鋼製で中
空管状の軸５を、掛け渡す状態で固定している。そし
て、この軸５の周囲にローラ６を、直接或はラジアルこ
ろ軸受９を介して回転自在に支承している。特に、本発
明のエンジンの動弁機構用カムフォロア装置に於いて
は、上記カムシャフト１の回転に伴って上記軸５に作用
する曲げ応力の最大値を、１５kgf/mm2 以下に規制して
いる。
機構用カムフォロア装置は、従来から知られているエン
ジンの動弁機構用カムフォロア装置と同様、前述の図
１、２、４に示す様に構成している。即ち、エンジンの
クランクシャフトと同期して回転するカムシャフト１に
固定したカム２に対向して設けた、ロッカーアーム３等
のこのカム２の動きを受ける部材に、１対の支持壁部
４、４を間隔をあけて形成している。そして、これら１
対の支持壁部４、４の間に、ＳＵＪ２等の軸受鋼製で中
空管状の軸５を、掛け渡す状態で固定している。そし
て、この軸５の周囲にローラ６を、直接或はラジアルこ
ろ軸受９を介して回転自在に支承している。特に、本発
明のエンジンの動弁機構用カムフォロア装置に於いて
は、上記カムシャフト１の回転に伴って上記軸５に作用
する曲げ応力の最大値を、１５kgf/mm2 以下に規制して
いる。
【００１０】
【作用】上述の様に構成する本発明のエンジンの動弁機
構用カムフォロア装置の場合には、軸５に作用する曲げ
応力の最大値を１５kgf/mm2 以下に規制している為、エ
ンジンとしての考えられる最大寿命（走行距離２００万
km程度）に達する以前に、上記軸５に亀裂等の損傷が発
生する事を防止できる。しかも、上記曲げ応力の許容値
となる、上記最大値を、定量的に規制しているので、十
分な耐久性を有するエンジンの動弁機構用カムフォロア
装置の設計を容易に行なえる。
構用カムフォロア装置の場合には、軸５に作用する曲げ
応力の最大値を１５kgf/mm2 以下に規制している為、エ
ンジンとしての考えられる最大寿命（走行距離２００万
km程度）に達する以前に、上記軸５に亀裂等の損傷が発
生する事を防止できる。しかも、上記曲げ応力の許容値
となる、上記最大値を、定量的に規制しているので、十
分な耐久性を有するエンジンの動弁機構用カムフォロア
装置の設計を容易に行なえる。
【００１１】次に、上記曲げ応力の最大値を１５kgf/mm
2 以下に規制した理由に就いて説明する。前述の図３に
より説明した様に、軸５は内輪軌道としての役目を有す
る外径部分を焼き入れ硬化しているが、この焼き入れ硬
化部以外の硬度の下限値は、通常Hv２００程度である。
従って、上記軸５を、軸受鋼として最も一般的なＳＵＪ
２（高炭素クロム軸受鋼）により構成した場合を考える
と、上記焼き入れ硬化部以外の部分の引っ張り強さは凡
そ６５kgf/mm2 となる。ビッカース硬度（Hv）の値の凡
そ１／３が引っ張り強さであり、この引っ張り強さの凡
そ１／２が疲労限であるとする、Goodman-Smith の考え
方に基づき、上記軸５の疲労限は凡そ３２．５kgf/mm2
となる。尚、この場合の疲労限とは、１０7 疲労（１０
7 回、当該大きさの力を加えると破損する）である。一
方、エンジンとして考えられる最大寿命を走行距離２０
０万km程度とした場合に、上記軸５に加わる曲げ応力の
繰り返し数は、４サイクルエンジンの場合で、凡そ１．
８×１０9 回（3000r.p.m.×10000hr ）となる。そこ
で、上記疲労限として求められた、３２．５kgf/mm2な
る値に対して安全率を見込み、１５kgf/mm2 なる値を求
めた。
2 以下に規制した理由に就いて説明する。前述の図３に
より説明した様に、軸５は内輪軌道としての役目を有す
る外径部分を焼き入れ硬化しているが、この焼き入れ硬
化部以外の硬度の下限値は、通常Hv２００程度である。
従って、上記軸５を、軸受鋼として最も一般的なＳＵＪ
２（高炭素クロム軸受鋼）により構成した場合を考える
と、上記焼き入れ硬化部以外の部分の引っ張り強さは凡
そ６５kgf/mm2 となる。ビッカース硬度（Hv）の値の凡
そ１／３が引っ張り強さであり、この引っ張り強さの凡
そ１／２が疲労限であるとする、Goodman-Smith の考え
方に基づき、上記軸５の疲労限は凡そ３２．５kgf/mm2
となる。尚、この場合の疲労限とは、１０7 疲労（１０
7 回、当該大きさの力を加えると破損する）である。一
方、エンジンとして考えられる最大寿命を走行距離２０
０万km程度とした場合に、上記軸５に加わる曲げ応力の
繰り返し数は、４サイクルエンジンの場合で、凡そ１．
８×１０9 回（3000r.p.m.×10000hr ）となる。そこ
で、上記疲労限として求められた、３２．５kgf/mm2な
る値に対して安全率を見込み、１５kgf/mm2 なる値を求
めた。
【００１２】
【実施例】本発明の効果を確認する為に行なった実験に
就いて説明する。実験は、ローラ６の幅Ｂ（軸５の支持
スパンにつながり、この値が大きい程、軸５に加わる曲
げ応力が大きくなる。）と軸５の外径ｄとの比Ｂ／ｄ
を、１．０〜４．５の範囲で、０．５刻みで変えた８種
類の試験片（軸５）を用意し、これら各試験片を、実際
のエンジンの動弁機構用カムフォロア装置と同様の動き
をする試験装置に組み付けて加速試験に供した。試験時
間は１００００時間、エンジンの回転数は９０００r.p.
m.（カムシャフトの回転数が４５００r.p.m.）、カム２
がローラ６を押圧するラジアル最大荷重は３００kgf と
した。
就いて説明する。実験は、ローラ６の幅Ｂ（軸５の支持
スパンにつながり、この値が大きい程、軸５に加わる曲
げ応力が大きくなる。）と軸５の外径ｄとの比Ｂ／ｄ
を、１．０〜４．５の範囲で、０．５刻みで変えた８種
類の試験片（軸５）を用意し、これら各試験片を、実際
のエンジンの動弁機構用カムフォロア装置と同様の動き
をする試験装置に組み付けて加速試験に供した。試験時
間は１００００時間、エンジンの回転数は９０００r.p.
m.（カムシャフトの回転数が４５００r.p.m.）、カム２
がローラ６を押圧するラジアル最大荷重は３００kgf と
した。
【００１３】この様な条件で行なった実験の結果を、図
６に示す。この図６で、横軸は上記ローラ６の幅Ｂと軸
５の外径ｄとの比Ｂ／ｄを、縦軸は上記した実験条件の
下で、各試験片（軸５）に加わる曲げ応力の値を、それ
ぞれ示している。この曲げ応力の差は、上記比Ｂ／ｄの
違いにより生じる。又、図に示した○印は、上記加速試
験の後にも亀裂等の損傷が発生しなかったものを、×印
は損傷が発生したものを、それぞれ示している。この様
な条件で行なった実験からも、上記曲げ応力を１５kgf/
mm2 以下に規制すれば、十分な耐久性を確保できる事が
確認できた。
６に示す。この図６で、横軸は上記ローラ６の幅Ｂと軸
５の外径ｄとの比Ｂ／ｄを、縦軸は上記した実験条件の
下で、各試験片（軸５）に加わる曲げ応力の値を、それ
ぞれ示している。この曲げ応力の差は、上記比Ｂ／ｄの
違いにより生じる。又、図に示した○印は、上記加速試
験の後にも亀裂等の損傷が発生しなかったものを、×印
は損傷が発生したものを、それぞれ示している。この様
な条件で行なった実験からも、上記曲げ応力を１５kgf/
mm2 以下に規制すれば、十分な耐久性を確保できる事が
確認できた。
【００１４】
【発明の効果】本発明は、以上に述べた通り構成され作
用するので、十分な耐久性を確保できるエンジンの動弁
機構用カムフォロア装置の設計を容易に行なえる。
用するので、十分な耐久性を確保できるエンジンの動弁
機構用カムフォロア装置の設計を容易に行なえる。
【図１】本発明の対象となるエンジンの動弁機構用カム
フォロア装置の部分切断平面図。
フォロア装置の部分切断平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】軸のみを取り出して示す半部切断斜視図。
【図４】本発明の対象となるエンジンの動弁機構用カム
フォロア装置の別例を示す部分断面図。
フォロア装置の別例を示す部分断面図。
【図５】軸に曲げ応力が加わる状態を説明する為の斜視
図。
図。
【図６】本発明の効果を確認する為に行なった実験の結
果を示す線図。
果を示す線図。
１ カムシャフト ２ カム ２ａ 外周面 ３ ロッカーアーム ４ 支持壁部 ５ 軸 ６ ローラ ６ａ 外周面 ７ 通孔 ８ ころ（ニードル） ９ ラジアルころ軸受
Claims (1)
- 【請求項１】 エンジンのクランクシャフトと同期して
回転するカムシャフトに固定されたカムと、このカムに
対向して設けられ、このカムの動きを受ける部材に間隔
を開けて形成した１対の支持壁部と、これら１対の支持
壁部の間に掛け渡す状態で固定された軸受鋼製で中空管
状の軸と、この軸の周囲に回転自在に支承されたローラ
とから成るエンジンの動弁機構用カムフォロア装置に於
いて、上記各カムシャフトの回転に伴って上記軸に作用
する曲げ応力の最大値を、１５kgf/mm2 以下に規制した
事を特徴とするエンジンの動弁機構用カムフォロア装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10204821A JP2000038906A (ja) | 1998-07-21 | 1998-07-21 | エンジンの動弁機構用カムフォロア装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10204821A JP2000038906A (ja) | 1998-07-21 | 1998-07-21 | エンジンの動弁機構用カムフォロア装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000038906A true JP2000038906A (ja) | 2000-02-08 |
Family
ID=16496952
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10204821A Pending JP2000038906A (ja) | 1998-07-21 | 1998-07-21 | エンジンの動弁機構用カムフォロア装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000038906A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1484517A2 (en) * | 2003-06-05 | 2004-12-08 | NTN Corporation | Rolling bearing, cam follower with roller, and cam |
| WO2006013696A1 (ja) | 2004-08-02 | 2006-02-09 | Ntn Corporation | ロッカーアーム用転がり軸受 |
| EP1701052A2 (en) | 2005-03-11 | 2006-09-13 | Ntn Corporation | Rolling bearing |
| US7438477B2 (en) | 2001-11-29 | 2008-10-21 | Ntn Corporation | Bearing part, heat treatment method thereof, and rolling bearing |
| US7682087B2 (en) | 2003-02-28 | 2010-03-23 | Ntn Corporation | Transmission component, method of manufacturing the same, and tapered roller bearing |
| JP2010101185A (ja) * | 2008-10-21 | 2010-05-06 | Ntn Corp | ロッカアームアッシー |
| US7744283B2 (en) | 2003-03-14 | 2010-06-29 | Ntn Corporation | Bearing for alternator and bearing for pulley |
| US8066826B2 (en) | 2005-08-10 | 2011-11-29 | Ntn Corporation | Rolling-contact shaft with joint claw |
-
1998
- 1998-07-21 JP JP10204821A patent/JP2000038906A/ja active Pending
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