JP2000073712A - エンジンの動弁機構用カムフォロア装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロッカーアームに設けた１対の支持壁部の内
側面で、ローラ１０の軸方向端面１２、１２と摺接する
部分の摩耗を低減する。同時に、このローラ１０の外周
面の耐久性を確保する。 【解決手段】 ローラ１０の軸方向両端面１２、１２の
硬度を、このローラ１０の外周面１１の硬度よりも低く
する。好ましくは、上記ロッカーアームをアルミニウム
合金製とした場合に、上記各軸方向端面１２、１２の硬
度をHv８００以下にすると共に、これら各軸方向端面１
２、１２の表面粗さを０．３μｍＲａ以下にする。上記
ローラ１０を製造するのに、このローラ１０の軸方向両
端面１２、１２同士を互いに重ね合わせた状態で、この
ローラ１０の外周面１１にショット・ピーニングを施
す。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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吸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８
〜９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】この動弁機構用カムフォロア装置は、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８〜
９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の両端は焼き入れする事なく、生のままとしてお
り、軸５を固定する際には、この未焼き入れ部分を、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。

【０００５】又、上記摩擦力を一層低減する為、図１０
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。又、エンジンの動弁機構用カムフ
ォロア装置の耐久性を確保する為、上記ローラ６全体
に、ズブ焼き入れ処理（加熱したローラ６全体を焼き入
れ用油中に浸漬する処理）又は浸炭焼き入れ処理を施し
て、このローラ６の表面硬度をH_RC ５９〜６４（Hv６７
４〜８００）と高くしている。この様にして、表面硬度
を高くしたローラ６の外周面６ａ及び軸方向端面６ｂ、
６ｂには、研削又超仕上による仕上加工を施す。

【０００６】一方で近年、エンジンの動弁機構用カムフ
ォロア装置の耐久性を向上させるべく、カム２の外周面
２ａの耐久性を向上させる為、上記カム２の外周面２ａ
の硬度を高くする事が考えられている。この様にカム２
の外周面２ａの硬度を高くした場合には、これに合わせ
て、この外周面２ａに当接するローラ６の外周面６ａの
高度を高くする事が、このローラ６の耐久性を確保する
為に必要である。この為従来は、このローラ６に、バレ
ル加工やショット・ピーニング等の表面硬化処理を施す
事により、上記外周面６ａを含む、上記ローラ６の表面
全体を硬化させている。この様な場合には、このローラ
６の表面全体の硬度が、Hv９００前後若しくはそれ以上
になる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のエンジンの動弁
機構用カムフォロア装置の場合、カム２の外周面２ａと
当接するローラ６の外周面６ａだけでなく、このローラ
６の軸方向両端面６ｂ、６ｂも、この外周面６ａと同様
に硬くなっている。但し、軸方向両端面６ｂ、６ｂが必
要以上に硬くなると、これら各端面６ｂ、６ｂと対向し
て、これら各端面６ｂ、６ｂと摺接する、ロッカーアー
ム３を構成する各支持壁部４、４の内側面の摩耗が著し
くなる為、好ましくない。特に、上記ロッカーアーム３
を、上記ローラ６を構成する軸受鋼に比べて軟質な、ア
ルミニウム合金製とした場合には、上記摩耗量の増加が
顕著になる。この結果、エンジンの動弁機構用カムフォ
ロア装置全体としての耐久性が低下する。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。

【０００８】

【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及びその製造方法のうち、請求
項１に記載したエンジンの動弁機構用カムフォロア装置
は、従来のエンジンの動弁機構用カムフォロア装置と同
様に、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
形成された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と、この軸の周囲に回
転自在に支持された、鋼製のローラとから成る。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、このローラの軸方向両端面の硬度を、このローラ
の外周面の硬度よりも低くしている。例えば、上記カム
の外周面の硬度を高くした場合には、前述の様に、上記
ローラの外周面の硬度を、Hv９００前後若しくはそれ以
上にする。この場合でも、上記ロッカーアームを、アル
ミニウム合金、マグネシウム合金等の軽合金をダイキャ
スト成形する事により造った場合には、上記ローラの軸
方向両端面の硬度を、Hv８００以下にする事が好まし
い。更に好ましくは、上記ローラの軸方向両端面を、表
面粗さが０．３μｍRa以下の平滑面とする。

【０００９】又、請求項２に記載したエンジンの動弁機
構用カムフォロア装置の製造方法は、上述した様なロー
ラを製造する場合に、複数個のローラを支持軸の周囲
に、これら各ローラの軸方向端面同士を互いに重ね合わ
せた状態で外嵌した後、これら各ローラの外周面にショ
ット・ピーニングを施して、これら各ローラの外周面の
硬度のみを高くする。

【００１０】

【作用】上述の様に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、上記ローラの軸方向両端面の
硬度を、このローラの外周面の硬度よりも低くしてい
る。この為、このローラの外周面の耐久性確保と、この
ローラの軸方向両端面が対向する、ロッカーアームを構
成する１対の支持壁部の内側面の耐久性確保とを両立で
きる。即ち、上記ローラの外周面の硬度を高くする事
で、硬いカムの外周面と係合する、このローラの外周面
の耐久性を確保できる。これに対して、このローラの軸
方向両端面の硬度を低くする事により、これら各端面の
上記各支持壁部の内側面に対する攻撃性を緩和して、こ
の内側面の摩耗を抑える事ができる。又、上記各端面
を、表面粗さが０．３μｍRa以下の平滑面とすれば、こ
れら各端面と上記各支持壁部の内側面との摺接部に潤滑
油膜を効率良く形成して、この内側面の摩耗をより確実
に防止できる。更に、本発明のエンジンの動弁機構用カ
ムフォロア装置の製造方法によれば、外周面の硬度を高
く、軸方向両端面の硬度を低くしたローラを、能率良く
造れる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、請求項１に対応する、本
発明の実施の形態の第１例を示している。本発明のエン
ジンの動弁機構用カムフォロア装置は、前述の従来構造
と同様に、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に固定されたカム２と、このカム２
に対向して設けられ、このカム２の動きを受ける部材で
あるロッカーアーム３に間隔を開けて形成した１対の支
持壁部４、４（図８〜９参照。図１には省略。）と、こ
れら１対の支持壁部４、４の間に掛け渡す状態で固定さ
れた軸５と、この軸５の周囲にラジアルころ軸受９を介
して回転自在に支承された、鋼製のローラ１０とから成
る。上記ロッカーアーム３は、アルミニウム合金をダイ
キャスト成形する事により造っている。これに対して上
記ローラ１０は、高炭素クロム軸受鋼であるＳＵＪ２に
より造っている。従って、上記各支持壁部４、４の内側
面の硬度は、上記ローラ１０の軸方向両端面１２、１２
の硬度よりも低い。

【００１２】上記ローラ１０は、ズブ焼き入れ処理又は
浸炭焼き入れ処理等の熱処理により表面全体の硬度をHv
７５０〜８００程度に高くした後、外周面１１のみに、
バレル加工やショット・ピーニング等の表面硬化処理を
施し、この外周面１１の硬度のみを、Hv８５０〜９５０
程度にまで、より一層向上させている。この様に上記外
周面１１に表面硬化処理を施す際に、上記ローラ１０の
軸方向端面１２、１２には上記表面硬化処理を施さな
い。この為、このローラ１０の軸方向端面１２、１２の
硬度は、上記熱処理工程終了後のままの、Hv７５０〜８
００程度である。更に、上記ローラ１０の軸方向両端面
１２、１２に、超仕上、研削加工等の仕上加工を施し
て、これら両端面を、表面粗さが０．３μｍRa以下の平
滑面としている。

【００１３】上述の様に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、上記ローラ１０の軸方向
両端面１２、１２の硬度を、このローラ１０の外周面１
１の硬度よりも低くしている。この為、このローラ１０
の外周面１１の耐久性確保と、このローラ１０の軸方向
両端面１２、１２が対向する、ロッカーアーム３を構成
する１対の支持壁部４、４の内側面の耐久性確保とを両
立できる。

【００１４】即ち、上記ローラ１０の外周面１１の硬度
を、Hv８５０〜９５０程度と高くする事で、硬いカム２
の外周面と係合する、このローラ１０の外周面１１の耐
久性を確保できる。これに対して、このローラ１０の軸
方向両端面１２、１２の硬度を、Hv７５０〜８００程度
と低くする事により、これら各端面１２、１２の上記各
支持壁部４、４の内側面に対する攻撃性を緩和して、こ
の内側面の摩耗を抑える事ができる。

【００１５】又、上記各端面１２、１２を、表面粗さが
０．３μｍRa以下の平滑面としている為、これら各端面
１２、１２と上記各支持壁部４、４の内側面との摺接部
に潤滑油膜を効率良く形成して、この内側面の摩耗をよ
り確実に防止できる。これらにより、構成各部の摩耗を
何れも抑えて、エンジンの動弁機構用カムフォロア装置
の耐久性を向上させる事ができる。

【００１６】次に、図２は、請求項１に対応する、本発
明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合に
は、ローラ１０の内径側に設けた幅の狭いワッシャ１
３、１３により、ラジアルころ軸受９を構成する各ころ
８、８の端面と各支持壁部４、４（図８〜９参照。図２
には省略。）の内側面とが直接当接する事を防止してい
る。この様な本例の場合には、ワッシャ１３、１３を設
ける事により、上記ラジアルころ軸受９を構成する各こ
ろ８、８の公転運動に対する抵抗を小さく抑えると共
に、軸受鋼等の硬質金属製であるこれら各ころ８、８の
端面が上記各支持壁部４、４の内側面と擦れ合う事を防
止して、これら各内側面の摩耗低減を図る。その他の構
成及び作用は、上述した第１例と同様であるから、重複
する説明を省略する。

【００１７】次に、図３は、請求項１に対応する、本発
明の実施の形態の第３例を示している。本例の場合に
は、軸５の周囲にローラ１０ａを、上述の第１〜２例に
示した様なラジアルころ軸受９（図１〜２）を介する事
なく、直接回転自在に支持している。本例の場合には、
上記ローラ１０ａの内周面の摩擦係数を低くする事によ
り、このローラ１０ａの内周面と上記軸５の外周面と間
で滑り軸受を構成している。この為に本例の場合、上記
ローラ１０ａの内周面に、固体潤滑皮膜処理又は軟窒化
処理を施す事により、この内周面の摩擦係数を低くして
いる。尚、このうちの固体潤滑皮膜処理としては、化成
処理皮膜の上に二硫化モリブデン（MoＳ₂）の皮膜を形
成したものが適当である。又、軟窒化処理としては、タ
フトライド処理、或はガス軟窒化処理が適当である。
尚、これら固体潤滑皮膜処理又は軟窒化処理は、上記ロ
ーラ１０ａの内周面に施せば足りるが、工業的手法でこ
の内周面のみに施す事は実際には難しい場合がある。従
って、この様な場合には、上記固体潤滑皮膜処理又は軟
窒化処理を、上記ローラ１０ａの表面全体に亙り施す。
その他の構成及び作用は、上述した第１〜２例と同様で
あるので、重複する説明は省略する。

【００１８】次に、図４は、請求項１に対応する、本発
明の実施の形態の第４例を示している。本例の場合に
は、軸５ａを真鍮等の銅合金により円柱状に造ってい
る。この軸５ａは、小径部１４と大径部１５とから成
る。このうちの小径部１４の周囲にローラ１０ａを回転
自在に支持し、大径部１５の外周面の円周方向一部に給
油孔１６の一端を開口させている。そして、この給油孔
１６の他端を、上記小径部１４の外周面で、上記ローラ
１０ａの内周面に対向する部分に開口させている。エン
ジンの運転時には、上記給油孔１６を通じて潤滑油が、
上記ローラ１０ａの内周面と上記軸５ａの外周面との間
の隙間に送り込まれる。この結果、上記ローラ１０ａの
内周面と上記軸５ａの小径部１４の外周面との間の摩擦
を低減して、比較的軟らかい銅合金製の小径部１４の外
周面の摩耗を防止している。その他の構成及び作用は、
上述した第３例の場合と同様であるから、重複する説明
は省略する。

【００１９】上述した各例のエンジンの動弁機構用カム
フォロア装置を構成するローラ１０、１０ａを造る場合
には、先ず、従来構造を構成するローラ６（図８〜９参
照）と同様に、上記ローラ１０、１０ａをＳＵＪ２等の
高炭素クロム軸受鋼の如き軸受鋼により造った後、上記
ローラ１０、１０ａにズブ焼き入れ又は浸炭焼き入れ等
の熱処理を施して、このローラ１０、１０ａ全体の硬度
を高くする。その後、このローラ１０、１０ａの表面粗
さを、研削又は超仕上により、所望にする。この状態
で、このローラ１０、１０ａの表面硬度は、Hv７５０〜
８００程度になる。その後、このローラ１０、１０ａの
（軸方向端面１２、１２の硬度を高くする事なく）外周
面１１のみ、硬度を高くする。この様に、軸方向端面１
２、１２の硬度を高くする事なく、外周面１１のみ硬度
を高くする表面硬化処理は、熱処理によっては難しい
為、機械的な処理により行なう。

【００２０】図５は、上記外周面１１のみ硬度を高くす
る為、請求項２に対応する、本発明のエンジンの動弁機
構用カムフォロア装置の製造方法を実施する場合を示し
ている。この方法を実施する場合、複数個のローラ１
０、１０ａを回転軸２５の周囲に、これら各ローラ１
０、１０ａの軸方向端面１２、１２同士を互いに重ね合
わせた状態で外嵌支持した後、これら複数個のローラ１
０、１０ａを上記回転軸２５と共に回転させつつ、これ
ら各ローラ１０、１０ａの外周面に、機械的な表面硬化
処理である、ショット・ピーニングを施す。本例の場合
には、このショット・ピーニングに使用するショット
（鋼製の粒子等）をノズル２６から上記各ローラ１０、
１０ａの外周面に噴射する。尚、このノズル２６は、上
記各ローラ１０、１０ａの直径方向外方に配置すると共
に、これら各ローラ１０、１０ａの軸方向（図５の上下
方向）に移動自在である。従って、上記各ローラ１０、
１０ａを回転させつつ、上記ノズル２６を上記各ローラ
１０、１０ａの軸方向に移動させれば、これら各ローラ
１０、１０ａの外周面のみに、上記表面硬化処理をまん
べんなく施せる。

【００２１】上述した様な製造方法によれば、上記各ロ
ーラ１０、１０ａの外周面のみに、同時に複数のローラ
１０、１０ａに表面硬化処理を施す事が可能となる。従
って、これら各ローラ１０、１０ａの量産性を確保し
て、製造コストを抑える事ができる。

【００２２】

【実施例】次に、本発明の効果を確認する為、本発明者
が行なった実験に就いて説明する。この実験をするに当
り、従来のローラ６と同等の試料（比較例１〜３）と本
発明の対象となるローラ１０と同等の試料（実施例１〜
３）とを、それぞれ３種類ずつ（合計６種類）用意し
た。これら各試料は、それぞれ同じものを４個ずつ用意
し、それぞれを次述する装置に組み込んで実験を行なっ
た。

【００２３】尚、比較例１〜３の試料は、バスケットに
投入し、このバスケットを低速で回転させつつ、表面に
ショットピーニングを施して作製したものであり、その
外周面と軸方向端面とには、それぞれ同様の表面硬化処
理が施されている。これに対して実施例１〜３の試料
は、上述した本発明の製造方法により作製したものであ
り、それぞれの外周面にのみ、表面硬化処理が施されて
いる。尚、上記比較例１〜３の試料及び上記実施例１〜
３の試料の硬度並びに軸方向端面の粗さの具体的な数値
及び実験結果は、後述する表１に記載している。

【００２４】又、本実験を行なう為の装置は、図６に示
す様に、貯油槽２７の中に潤滑油（図６の斜格子部分）
を満たし、この潤滑油の中に、試料１９と、この試料１
９をその先端部に外嵌固定した状態でこの試料１９を回
転駆動する回転軸２０と、プレート２１とを浸漬してい
る。このプレート２１の片面（図６の下面。各支持壁部
４、４の内側面に相当する面。）は、上記試料１９の軸
方向端面と摺接する。更に、上記試料１９は、その軸方
向両端面を、上記回転軸２０の先端部に設けた鍔部２２
と上記プレート２１の片面との間で、スラスト荷重Ｆを
加えられた状態で挟持されている。このスラスト荷重Ｆ
は、上記プレート２１の他面（図６の上面）に固定され
た押圧片２３により加えられる。この押圧片２３は、そ
の先端面を上記プレート２１の他面に当接させた状態
で、ボルト２４によりこのプレート２１に結合固定して
いる。

【００２５】実験条件は、下記の通りである。 試料１９の回転数：５００rpm 試料１９とプレート２１とが摺接する部分に加えるスラ
スト荷重Ｆ：２０kg f プレート２１：板厚１０mmのアルミニウム合金製ダイ
キャスト成形品 試料の材質（大きさ）：ＳＵＪ２（外径１８mm×内径１
４mm×幅１０mm） 潤滑油：エンジンオイル（１０Ｗ−３０） 油温：１００℃

【００２６】

【表１】

【００２７】この表１から明らかな通り、上記試料１９
の軸方向端面の硬度をHv８００以下にする事により、こ
の試料１９の軸方向端面が摺接する上記プレート２１の
摩耗量を低減する事ができる。更に、実験開始後１０時
間経過した時点での摩耗量と２０時間経過した時点での
摩耗量とを比較すると、実施例２及び実施例３の場合に
は、全く変化していない。この事から、試料１９の軸方
向端面の表面粗さを０．３μｍRa以下にした場合には、
上記プレート２１の摩耗量を初期に発生する摩耗のみに
抑える事ができる事が分る。

【００２８】更に、図７は、試料１９の軸方向端面の表
面粗さを０．３μｍRaに固定した状態でこの試料１９の
軸方向端面の硬度を変化させた場合に於ける、実験開始
後２０時間経過した時点での、プレート２１の摩耗量の
変化を示したものである。この図７から明らかな通り、
上記試料１９の軸方向端面の硬度がHv８００前後を境に
して、この軸方向端面の硬度が高くなる程、プレート２
１の摩耗量が急激に多くなる。この事から、ローラ１
０、１０ａ（図１〜４）の軸方向両端面１２、１２の硬
度をHv８００以下にすれば、ロッカーアーム３のうちで
これら軸方向両端面１２、１２が摺接する支持壁部４、
４（図８〜９）の内側面の摩耗を低減できる事が分る。
尚、上記軸方向両端面１２、１２の硬度は、Hv５５０以
上である事が望ましい。この理由は、これら両端面１
２、１２の硬度をHv５５０未満にすると、これら両端面
１２、１２自身の摩耗が著しくなるだけでなく、上記ロ
ーラ１０、１０ａの転がり疲労が著しくなって、上記ロ
ーラ１０、１０ａの耐久性が不十分になる為である。

【００２９】

【発明の効果】本発明のエンジンの動弁機構用カムフォ
ロア装置は、以上に述べた通り構成され作用するので、
各部の摩耗を低減して、優れた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を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の第１例を示す要部断面
図。

【図２】同第２例を示す要部断面図。

【図３】同第３例を示す要部断面図。

【図４】同第４例を示す要部断面図。

【図５】本発明の実施に供するローラを造る為に、この
ローラにショット・ピーニングを施す工程を示す略斜視
図。

【図６】本発明の効果を確認する為の実験に使用した装
置を示す断面図。

【図７】ローラの軸方向端面の硬度とプレートの摩耗量
との関係を示す図。

【図８】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１例を示す部分切断平面図。

【図９】図８のＡ−Ａ断面図。

【図１０】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。

【符号の説明】

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、５ａ 軸 ６ ローラ ６ａ 外周面 ６ｂ 端面 ７ 通孔 ８ ころ ９ ラジアルころ軸受 １０、１０ａ ローラ １１ 外周面 １２ 端面 １３ ワッシャ １４ 小径部 １５ 大径部 １６ 給油孔 １９ 試料 ２０ 回転軸 ２１ プレート ２２ 鍔部 ２３ 押圧片 ２４ ボルト ２５ 回転軸 ２６ ノズル ２７ 貯油槽

Claims (2)

【特許請求の範囲】
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
   を開けて形成された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と、この軸の
   周囲に回転自在に支承された、鋼製のローラとから成る
   エンジンの動弁機構用カムフォロア装置に於いて、この
   ローラの軸方向両端面の硬度を、このローラの外周面の
   硬度よりも低くしている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。
2. 【請求項２】 請求項１に記載したエンジンの動弁機構
   用カムフォロア装置の製造方法であって、複数個のロー
   ラを支持軸の周囲に、これら各ローラの軸方向端面同士
   を互いに重ね合わせた状態で外嵌した後、これら各ロー
   ラの外周面にショット・ピーニングを施して、これら各
   ローラの外周面の硬度のみを高くする、エンジンの動弁
   機構用カムフォロア装置の製造方法。