JP2002276309A - ロッカーアーム - Google Patents

ロッカーアーム

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JP2002276309A
JP2002276309A JP2001082461A JP2001082461A JP2002276309A JP 2002276309 A JP2002276309 A JP 2002276309A JP 2001082461 A JP2001082461 A JP 2001082461A JP 2001082461 A JP2001082461 A JP 2001082461A JP 2002276309 A JP2002276309 A JP 2002276309A
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rocker arm
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JP2001082461A
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English (en)
Inventor
Noriyuki Takeo
則之 竹尾
Original Assignee
Nsk Ltd
日本精工株式会社
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 係合部6の係合面21と弁体の基端面との当
接状態を適正にして、これら係合面及び弁体の耐久性向
上を図る。 【解決手段】 上記係合面21の母線形状を、幅方向中
央部の直線部22と両側の円弧部23、23とを滑らか
に連続させた形状とする。或は、幅方向中央部の曲率半
径が大きく、両側に向かうほど曲率半径が小さくなる、
擬似対数クラウニング形状とする。この構成により、上
記係合面と端面とが傾斜していない状態での当接面積を
確保しつつ、傾斜した状態でのエッジロードの発生防止
を図って、上記課題を解決する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、エンジンの動弁
機構に組み込み、カムシャフトの回転を弁体(吸気弁及
び排気弁)の往復運動に変換する為の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】レシプロエンジン(往復ピストンエンジ
ン)には、一部の2サイクルエンジンを除き、クランク
シャフトの回転と同期して開閉する吸気弁及び排気弁を
設けている。この様なレシプロエンジンでは、上記クラ
ンクシャフトの回転と同期して(4サイクルエンジンの
場合には1/2の回転速度で)回転するカムシャフトの
動きを、ロッカーアームにより、上記吸気弁及び排気弁
に伝達し、これら吸気弁及び排気弁をそれぞれの軸方向
に往復運動させる。
【0003】この様なエンジンの動弁機構に組み込むロ
ッカーアームとして従来一般的には、鋳造品(鋳鉄品或
はアルミニウムダイキャスト品)を使用していた。これ
に対して近年、鋼板等の金属板にプレス加工を施す事に
より上記ロッカーアームを造る事が考えられ、一部で実
施されている。この理由は、鋳造品は重量が嵩んだり
(鋳鉄品の場合)、或は十分に強度を確保する為には容
積が嵩張る(アルミニウムダイキャスト品の場合)他、
一般的にはロストワックス法により造る為、製造コスト
が嵩む為である。
【0004】この様な事情で考えられた板金製のロッカ
ーアームの製造方法として従来から、例えば特開平3−
172506号公報に記載されたものが知られている。
この公報に記載された製造方法は、プレス加工により1
枚の金属板からプレス加工を主体とする一体成形によ
り、ロッカーアームを造る。この為、得られた板金製の
ロッカーアームは、全面に亙りほぼ均一な厚さを有す
る。
【0005】これに対して従来から、それぞれを金属板
にプレス加工を施す事により形成した、2個又は3個の
部材を溶接により結合固定した板金製のロッカーアーム
も、知られている。従来から知られている構造では、こ
れら各部材の板厚は総て同じであるが、この様に複数個
の部材を組み合わせて成る板金製のロッカーアームの場
合には、ピボット部及びバルブ係合部を含む連結部の厚
さを、各側壁部の厚さよりも大きくできる。
【0006】上述した様な従来技術のうち、特開平3−
172506号公報に記載された、1枚の金属板からロ
ッカーアームを一体に造る技術の場合には、造られたロ
ッカーアームの厚さは、ほぼ全面に亙り均一になる為、
使用時に大きな力を受けるバルブ係合部の近傍部分が他
の部分に比べて、強度的に不利になり、剛性も低くなる
場合がある。上記バルブ係合部の近傍部分の強度及び剛
性を十分に確保すべく、ロッカーアームを造る為の金属
板の厚さを大きくすると、他の部分の厚さが、本来必要
とする以上に大きくなり、ロッカーアームの小型・軽量
化を十分に図れないだけでなく、材料費も嵩む原因とな
る。
【0007】これに対して、それぞれを金属板にプレス
加工を施す事により形成した2個又は3個の部材を溶接
により結合固定したロッカーアームの場合には、バルブ
係合部を含む連結部の厚さを、側壁部等他の部分の厚さ
よりも大きくできる反面、複数個の部材を別々に製造し
た後、これら各部材同士を組み付け、溶接により接合す
る必要がある。この為、加工工数が増大し、しかも部品
管理の手間を要する。更に、各部材を組み付ける際の位
置決め等の為に、複雑且つ精密な設備を必要とする為、
加工工数の増大と部品管理の手間を要する事と合わせ
て、コストが嵩む事が避けられない。しかも、得られた
ロッカーアームの品質(精度)が、一体構造のものに比
べると劣る場合が多い。
【0008】上述の様な問題を解決できる技術として、
特開2000−120411号公報には、図7〜13に
示す様な、ロッカーアームとその製造方法とに関する発
明が記載されている。この従来のロッカーアーム1は、
図7に示す様に、互いにほぼ平行な1対の側壁部2、2
と、これら両側壁部2、2の幅方向一端縁同士を連結す
る連結部3及び第二の連結部4とを有する。又、これら
両側壁部2、2の長さ方向中間部に1対の円孔5、5
を、互いに同心に形成し、これら両円孔5、5に、カム
と係合するローラを回転自在に支持する為の支持軸の両
端部を支持自在としている。上記連結部3及び第二の連
結部4のうち、連結部3の片面には、弁体の基端部を突
き当てる為の係合部6を、第二の連結部4に、ラッシュ
アジャスタの先端部を突き当てる為の第二の係合部7
を、それぞれ形成している。
【0009】上記係合部6と第二の係合部7とのうち、
係合部6は、上記連結部3の幅方向中間部の片面に、こ
の連結部3の幅方向中間部を厚さ方向に塑性変形させる
事により、この連結部3の他の部分よりも凹んだ凹溝状
に形成している。従って、この連結部3の他面には、上
記係合部6を形成する事に伴って土手状に突出した、断
面形状が台形である膨出部8が存在する。これに対し
て、上記第二の係合部7は、上記第二の連結部4の中央
部を厚さ方向に塑性変形させる事により、球状凹面とし
て成る。
【0010】上述の様なロッカーアーム1を造る場合、
先ず第一工程で、図8に示す様な第一素板9を造る。即
ち、この第一工程では、例えば3〜4mm程度の厚さを有
する炭素鋼板等、十分な剛性を有する金属板(平板材若
しくはコイル材)を、図示しないプレス装置の打抜き型
と受型との間に供給し、これら両型同士の間で、上記第
一素板9を打ち抜き形成する。
【0011】この第一素板9は、図8(A)に示す様
に、角を丸めた菱形の長さ方向一端部{図8(A)の右
端部}を切除した如き形状と、t9 なる厚さ{図8
(B)}とを有する。この様な第一素板9の幅方向{図
8(A)の上下方向}中央部の、図8(A)に記載した
2本の鎖線α、αよりも少し内側部分(幅方向中央寄り
部分)で幅W10なる部分を、上記第一素板9の長さ方向
{図8(A)の左右方向}に連続する基部10としてい
る。そして、この基部10の幅方向の両側に、それぞれ
が略三角形である、1対の翼状部11、11を設けてい
る。
【0012】上述の様な第一素板9の中央部には、続く
第二工程で、図9(A)に示す様に透孔12を形成し
て、第二素板13とする。この透孔12の形状は、大略
鼓形で、幅方向両側縁の長さ方向中央部に、互いに近づ
く方向に突出した、それぞれが部分円弧状である、1対
の舌状部14、14を形成している。これら両舌状部1
4、14はそれぞれ、後述するローラを回転自在に支持
する為の支持軸の両端部を支持する為の円孔5、5(図
7、13参照)を形成する為に設ける。又、上記透孔1
2の四隅部分には、それぞれが略半円形である切り欠き
部15、15を形成している。これら各切り欠き部1
5、15は、次の第三工程で、上記基部10を断面円弧
状に湾曲させて湾曲部16(図10参照)を形成する際
に、湾曲作業を行ない易くする為に形成する。
【0013】上述の様な第二素板13は、図示しないプ
レス加工装置に組み込んだ、プレス装置の打抜き型と受
型との間に上記第一素板9を供給し、これら両型同士の
間で上記透孔12を打ち抜く事により形成する。尚、前
記第一素板9及び上記第二素板13の基部10の幅W10
は、次に述べる第三工程で形成する1対の側壁部2、2
の外側面同士の間隔である、第一中間素材17の幅W17
(図10参照)よりも大きくしている(W10>W17)。
この様に、基部10の幅W10を第一中間素材17の幅W
17よりも大きくした事に伴って、上記1対の舌状部1
4、14同士の間隔D14も大きくして、上記透孔12を
打ち抜く為の打抜き型の寿命確保を図っている。尚、上
記第二素板13の加工順は、上述の場合と異ならせる事
もある。
【0014】図9に示す様な形状に加工した、上記第二
素板13は、続く第三工程で、図10に示す様な第一中
間素材17とする。この第三工程では、上記第二素板1
3を、図示しないプレス装置に組み付けた押型と受型と
の間に供給して強く押圧し、上記第二素板13の基部1
0及び翼状部11、11に曲げ加工を施す。そして、上
記第二素板13を、幅方向に関して左右1対の側壁部
2、2と、これら両側壁部2、2の幅方向{図10
(C)(D)の左右方向}端縁同士を連結する湾曲部1
6とから成る、上記第一中間素材17とする。この湾曲
部16は、この第一中間素材17の長さ方向{図10
(A)の左右方向}中間部で、上記透孔12に対応する
部分が不連続な、半円筒状に形成されている。この様
に、透孔12部分で2分割された上記湾曲部16のう
ち、一端側{図10(A)(B)の右端側}が弁体の基
端部を突き当てる為の係合部6を備える連結部3(図
7、12、13参照)になり、他端側{図10(A)
(B)の左端側}がラッシュアジャスタの先端部を突き
当てる為の第二の係合部7を備える第二の連結部4(図
7、12、13参照)となる。
【0015】前述した通り、上記1対の側壁部2、2の
外側面同士の間隔である、上記第一中間素材17の幅W
17は、前述した第一、第二素板9、13の基部10の幅
10より小さくしている。即ち、上記第一中間素材17
に於いて、上記1対の側壁部2、2の幅方向端縁同士を
連結する為の連結部としての役目を有する上記湾曲部1
6は、図10(C)(D)に示す様に、略半円筒状に形
成している。この様に略半円筒状の湾曲部16を形成
し、この湾曲部16の元となる、前述した平板状の基部
10の幅W10よりもこの湾曲部16の幅を小さくする
為、この基部10の幅W10を、上記第一中間素材17に
設けられる左右1対の側壁部2、2である、上記第一中
間素材17の幅W17よりも大きく(W10>W17)でき、
前述した舌状部14、14同士の間隔D14を大きくでき
る。上述した様な第三工程により得られる、図10に示
す様な第一中間素材17を構成する上記湾曲部16の厚
さt16は、前記第一素板9の厚さt9 とほぼ同じ(t16
≒t9 )である。
【0016】尚、上記湾曲部16のうち、少なくとも弁
体の基端部を突き当てる為の係合部6を構成する為の一
端側部分には、次述する第四工程で押圧加工を施して、
厚さを大きくする。この場合に、押圧加工後に所望の厚
さを得る為には、上記湾曲部16の形状及び寸法を規制
する必要がある。即ち、この湾曲部16の形状及び寸法
の選択が、上記押圧加工に於ける厚さを決定付ける事に
なる。又、上記第一中間素材17には、上記湾曲部16
を形成すると同時に、左右1対の側壁部2、2も同時に
形成する。即ち、上記湾曲部16を形成するのに伴っ
て、前記第一、第二素板9、13の幅方向両端部に形成
した翼状部11、11及び中央部の透孔12の内側縁部
に設けた舌状部14、14を起立させて、互いにほぼ平
行な、上記1対の側壁部2、2とする。
【0017】上述の様にして構成した、上記第一中間素
材17には、続く第四工程で湾曲部16に押圧加工を施
し、図11に示す様な第二中間素材18とする。即ち、
上記第四工程では、上記湾曲部16を平板状に加工する
と共に厚さを増大させて、図11に示す様に、上記第一
素板9の厚さt9 {図8(B)参照}よりも大きな厚さ
3 、t4 (t9 <t3 、t4 )を有する連結部3及び
第二の連結部4とする。
【0018】上記第四工程は、上記第一中間素材17の
湾曲部16を、押圧加工用の押型と受型との間にセット
した状態で加圧する冷間鍛造により行ない、上記湾曲部
16を塑性変形させる。この結果、平板状の上記連結部
3及び第二の連結部4が形成される。この様に、湾曲部
16を塑性変形させて連結部3及び第二の連結部4とす
る際、断面円弧状の湾曲部16が平板状の連結部3及び
第二の連結部4になる分、厚さがt3 、t4 にまで増大
する。この様に、断面円弧状の湾曲部16を平板状の連
結部3及び第二の連結部4にすると同時に厚さを増大さ
せる加工は、プレスによる押圧加工を用いて、容易に行
なえる。
【0019】尚、図示の例では、一端側に設けた連結部
3だけでなく、他端側に設けた第二の連結部4も厚さを
大きくしている。但し、ロッカーアームの使用時に特に
大きな応力が加わるのは、弁体の基端部を突き当てる係
合部6を設ける、連結部3の側である。従って、上記第
二の連結部4の側は、必ずしも厚さを増大させる必要は
ない。厚さを増大させる必要がなければ、単に湾曲部1
6を塑性変形させて平坦な連結部にすれば良い。但し、
連結部3及び第二の連結部4の厚さを同じにする方が、
加工の手間を少なくできる為、コスト上有利である。
【0020】上記第四工程で、第一中間素材17に比較
的厚肉の連結部3及び第二の連結部4を形成して第二中
間素材18としたならば、次の第五工程でこれら連結部
3及び第二の連結部4に塑性加工若しくは切削加工、更
には必要とする研削加工を施す。即ち、図12に示す様
に、上記連結部3に、図示しない弁体の基端部を突き当
てる為の係合部6を形成する。又、上記第二の連結部4
に、図示しないラッシュアジャスタの先端部を突き当て
る為の第二の係合部7を形成する。この様な第五工程で
は、上記第二中間素材18の連結部3を、図示しない鍛
造加工機の押型と受型との間にセットして、この連結部
3に冷間鍛造を施す事により、図12(A)(B)
(D)に示す様な、凹溝状でその底面が凸に湾曲した係
合部6を形成する。又、上記第二の連結部4を、図示し
ない別の鍛造加工機の押型と受型との間にセットして、
この第二の連結部4に冷間鍛造を施す事により、図12
(A)(B)(C)に示す様な、球状凹孔である第二の
係合部7を形成する。この様な第五工程により、前記第
一素板9の厚さよりも大きな厚さを有する上記連結部3
及び第二の連結部4に係合部6及び第二の係合部7を設
けた、第三中間素材19となる。
【0021】この様にして得られた第三中間素材19に
は、次の第六工程で、1対の側壁部2、2の中間部で互
いに整合する位置に、それぞれ円孔5、5を、プレス加
工、或は旋削加工により形成して、図7、13に示す様
なロッカーアーム1として完成する。これら両円孔5、
5は、前述した様に、ローラ24を回転自在に支持する
為の支持軸25(本発明の実施の形態を示す図1参照)
の両端部を支持する為のものである。即ち、上記両円孔
5、5に両端部を支持した支持軸25の中間部周囲にロ
ーラ24を回転自在に支持すると共に、このローラ24
の外周面をカムの外周面に当接させて、カムシャフトの
回転運動を上記ロッカーアーム1の揺動運動に変換自在
とする。
【0022】上述の様なロッカーアーム及びその製造方
法は、ロッカーアームの強度や剛性の向上を図れるだけ
でなく、工数及び部品点数の削減により、コストの低
減、精度の向上、設備の簡略化を図れる為、高品質のロ
ッカーアームを低コストで実現できる。
【0023】
【発明が解決しようとする課題】鋳造品、板金製とを問
わず、ロッカーアーム1の使用状態では、係合部6に弁
体の基端面を、第二の係合部7にラッシュアジャスタの
先端面を、それぞれ突き当てる。このうち、第二の係合
部7とラッシュアジャスタの先端面との係合部は、球状
凹面と球状凸面との当接状態となり、当接部に特に大き
な面圧が作用しにくい為、耐久性低下等の問題は生じに
くい。
【0024】これに対して、上記係合部6と弁体の基端
面との係合部では、次の様な問題を生じる。即ち、この
係合部6の母線形状を直線とした場合には、この母線と
上記基端面とが完全に平行でない限り、この基端面の端
部のみが上記係合部6の一部に当接する。この様な状態
では、当接部に過大な面圧が作用し、この係合部6の摩
耗が著しくなる。又、この当接部から上記弁体に加わる
荷重の方向が、この弁体の軸方向に対しずれる為、この
弁体の内部に好ましくない応力が発生し、この弁体の耐
久性を低下させる原因となる。
【0025】これに対して、上記係合部6の母線形状
を、図14に示す様に、曲率半径がR 1 であり上記弁体
側が凸となった単一円弧形とした場合には、上記ロッカ
ーアーム1と上記弁体との位置関係が正規位置から多少
ずれた場合でも、この弁体に加わる荷重の方向が軸方向
からずれる事を防止できる。但し、上記係合部6と上記
弁体の基端面との当接部の面積が狭く、摩耗防止効果は
低くなる。又、この当接部を中心として上記弁体が揺動
変位し易い状態となる為、この弁体の基端部外周面と、
上記係合部6の両側に存在する側壁部20、20とが干
渉し易くなる。そして、干渉した場合には、上記ロッカ
ーアーム1の揺動に伴って上記弁体に好ましくない応力
が発生し、この弁体の耐久性を低下させる原因となる。
本発明のロッカーアームは、この様な事情に鑑みて発明
したものである。尚、本発明の対象となるロッカーアー
ムには、前述の図7〜13に示した様な板金製のものに
限らず、鋳造等、他の製法により造られるものも含まれ
る。
【0026】
【課題を解決するための手段】本発明のロッカーアーム
は何れも、前述した従来から知られているロッカーアー
ムと同様に、互いにほぼ平行な1対の側壁部と、これら
両側壁部の幅方向一端縁同士を連結する連結部とを備え
る。そして、これら両側壁部の互いに整合する位置に少
なくとも1対の円孔を形成し、上記連結部の片面を弁体
の端面を突き当てる為の係合面としている。
【0027】特に、請求項1に記載したロッカーアーム
に於いては、上記係合面の幅方向に関する母線形状を、
中央部が直線状で両端部が端縁に向かう程上記弁体の端
面から離れる方向に湾曲した円弧状としている。そし
て、上記係合面の幅方向に関する形状を部分クラウニン
グ形状としている。
【0028】又、請求項2に記載したロッカーアームに
於いては、上記係合面の幅方向に関する母線形状を、中
央部に存在する曲率半径の大きな部分と両端部に存在す
るこの中央部に比較して曲率半径が小さな部分とを滑ら
かに連続させて、全体を端縁に向かう程上記弁体の端面
から離れる方向に湾曲した円弧状としている。そして、
上記係合面の幅方向に関する形状を、複合曲面から成る
クラウニング形状としている。
【0029】更に、請求項3に記載したロッカーアーム
に於いては、上記係合面には幅方向に関してクラウニン
グが施されてる。そして、E1 を上記金属材の縦弾性係
数とし、ν1 をこの金属材のポアソン比とし、E2 を上
記弁体を構成する材料の縦弾性係数とし、ν2 をこの弁
体を構成する材料のポアソン比とし、r1 を上記係合面
の長さ方向に関する断面形状の曲率半径とし、r2 を上
記弁体の端面の断面形状の曲率半径とし、1/E´=
(1−ν1 2 )/E1 +(1−ν2 2 )/E2 とし、l
nを自然対数関数とし、上記係合面の母線方向の有効接
触長さの半分をL e とした場合に、この係合面の幅方向
に関するクラウニング母線形状は、この係合面の幅方向
中央を原点とする軸方向への位置xでのクラウニング落
ち量δが、次の(1)式を満たすものである。
【数2】
【0030】
【作用】上述の様な本発明のロッカーアームの場合に
は、係合面の幅方向中央部の母線形状が、直線(請求項
1)又は曲率半径が大きな円弧(請求項2、3)である
為、この係合面と弁体の基端面との当接状態が安定す
る。この為、この弁体の基端部と係合部の両側に存在す
る側壁部とが干渉しにくくなって、この弁体に無理な応
力が発生しにくくなる。又、上記係合面の幅方向中央部
の母線形状の曲率半径が大きい為、この係合面と上記弁
体の基端面との当接部の面圧を低く抑えて、当接部の摩
耗防止を図れる。更に、仮に上記係合面の母線の方向と
上記基端面の方向とが傾斜した場合でも、この母線の幅
方向両側部分が端縁に向かう程上記弁体の端面から離れ
る方向に湾曲した円弧である為、上記基端面の端縁が上
記係合面に突き当たる事はない。この為、この端縁によ
り上記係合面にエッジロードに基づく過大面圧が加わる
事を防止して、この係合面の耐久性確保を図れる。
【0031】
【発明の実施の形態】図1〜3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。尚、本
発明の特徴は、係合部6に形成して弁体の基端面と当接
する係合面21の幅方向(図1の表裏方向、図2〜3の
左右方向)に関する母線形状を工夫する事により、この
係合部6と弁体の基端面との当接状態を良好にし、上記
係合部6及び弁体の耐久性の確保を図る点にある。ロッ
カーアーム1のその他の部分の構成は、前述の図7、1
3に示した従来構造の場合と同様であるから、重複する
説明は省略若しくは簡略にし、以下、本発明の特徴部分
を中心に説明する。
【0032】先ず、本発明の実施の形態の第1例の構成
及びその作用・効果に就いて説明する。本例の場合に
は、上記係合面21の幅方向に関する母線形状を、中央
部が直線状で両端部が端縁に向かう程上記弁体の端面か
ら離れる方向に湾曲した円弧状としている。即ち、上記
係合面21の幅方向中央部に直線部22を、両側部分に
円弧部23、23を、それぞれ形成すると共に、この直
線部22の両端縁とこれら両円弧部23、23の内端縁
とを滑らかに連続させている。本例の場合には、上記係
合面21をこの様な直線部22と円弧部23、23とを
組み合わせて構成する事により、上記係合面21の幅方
向に関する形状を部分クラウニング形状としている。
【0033】上述の様な本例のロッカーアーム1の場合
には、上記係合面21の幅方向中央部の母線形状が、直
線である為、この係合面21と図示しない弁体の基端面
との当接状態が安定する。即ち、上記ロッカーアーム1
と上記弁体とが正規の位置関係にある場合には、丸棒状
のバルブステムの端面で、平坦面若しくは曲率半径の大
きな部分球状凸面である上記弁体の基端面が、上記直線
部22に当接する。この様に基端面が直線部22に当接
した状態では、上記弁体が上記係合面21に対し傾斜し
にくくなって、この弁体の姿勢が安定する。この為、こ
の弁体の基端部(バルブステムの外周面で上記基端面に
近い部分)と前記係合部6の両側に存在する側壁部2
0、20とが干渉しにくくなって、この弁体に無理な応
力が発生しにくくなる。
【0034】又、上記係合面21の幅方向中央部の母線
形状の曲率半径が大きい(本例の場合には∞)為、この
係合面21と上記弁体の基端面との当接部の面圧を低く
抑えて、当接部の摩耗防止を図れる。更に、仮に上記係
合面21の母線の方向と上記基端面の方向とが傾斜した
場合でも、この母線の幅方向両側部分を構成する円弧部
23、23が、上記係合面21の端縁に向かう程上記弁
体の端面から離れる方向に湾曲した曲面を構成している
為、上記基端面の端縁が上記係合面21に突き当たる事
はない。この為、この端縁により上記係合面21にエッ
ジロードに基づく過大面圧が加わる事を防止して、この
係合面21の耐久性確保を図れる。尚、この係合面21
の長さ方向(図1の左右方向、図2〜3の表裏方向)に
関する断面形状は凸円弧としている。この理由は、上記
ロッカーアーム1が第二の係合部7を中心として揺動変
位した場合でも、上記係合面21と上記基端面との当接
部にエッジロードが加わらない様にする為である。但
し、この様な、上記係合面21の長さ方向に関する断面
形状に関しては、従来構造の場合と同様である。
【0035】次に、図4は、請求項2に対応する、本発
明の実施の形態の第2例を示している。上述の第1例の
場合、係合面21の幅方向中央部の母線形状の曲率半径
を∞とし、この中央部の母線形状を直線状としていたの
に対して、本例の場合には、係合面21の幅方向中央部
を、大きな曲率変形R1 を有する円弧状としている。そ
して、この係合面21の幅方向両端部を、上記幅方向中
央部に比較して小さな曲率半径R2 (<R1 )を有する
円弧状としている。そして、これら互いに曲率半径が異
なる円弧同士を、滑らかに連続させている。この様な本
例の場合も、上述した第1例の場合と同様に、係合面2
1と上記弁体の基端面との当接部の面圧を低く抑えて、
当接部の摩耗防止を図ると共に、上記係合面21にエッ
ジロードに基づく過大面圧が加わる事を防止して、この
係合面21の耐久性確保を図れる。尚、本例を実施する
場合に、この係合面の幅方向に関する母線形状の曲率半
径は、2段階以上に変化させる事もできる。この場合に
は、幅方向中央部から両端部に向かうに従って、各円弧
部の曲率半径が漸次小さくなる様にし、隣り合う円弧部
同士を滑らかに連続させる。
【0036】次に、図5は、請求項3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、係合面21には幅方向(図5の左右方向)に関し
て、次の(1)式を満たすクラウニングを施してる。
【数3】 この(1)式中、E1 はロッカーアーム1を構成する金
属材の縦弾性係数を、ν1 はこの金属材のポアソン比
を、E2 は上記弁体を構成する材料の縦弾性係数を、ν
2 はこの弁体を構成する材料のポアソン比を、r1 は上
記係合面21の長さ方向に関する断面形状の曲率半径
を、r2 は上記弁体の端面の断面形状の曲率半径を、そ
れぞれ表している。又、1/E´=(1−ν1 2 )/E
1 +(1−ν 2 2 )/E2 とし、lnを自然対数関数と
している。更に、Le は、上記係合面21の母線方向の
有効接触長さの半分を、δは、上記係合面21の幅方向
中央を原点とする軸方向への位置xでのクラウニング落
ち量(幅方向中央部での接線に対する変位)を、それぞ
れ表している。尚、上記(1)式は、幅方向各点でのク
ラウニング落ち量の範囲を定めているが、この範囲で上
記係合面21の母線形状を滑らかに連続させる事は勿論
である。
【0037】上記(1)式を満足する母線形状で、上記
係合面21にクラウニングを施した場合、本発明者等の
面圧解析の結果によれば、上記係合面21と弁体の基端
面との間に5/1000程度の傾きが生じても、これら
両面同士の当接部にエッジロードに基づく過大な面圧が
加わる事はない。尚、上記(1)式で規制するクラウニ
ング形状は、「P.M.Johns とR.Gohar の論文“Roller b
earings under radialand eccentric loads”TRIBOLOGY
International ,vol.14,1981 年,131 〜136 頁」
に記載されて従来から知られている対数クラウニングを
基礎として考えたものである。そして、上記論文に記載
されている対数クラウニングは、当接面の面圧上昇を抑
えて、この当接面の長寿命化を図れる事が知られてい
る。但し、上記論文に記載されている様な対数クラウニ
ングそのものを形成する事は困難である。これに対して
上記(1)式により規制するクラウニング形状は、厳密
な対数クラウニングではない、曲率半径が漸次変化する
複合円弧状のクラウニングであっても、対数クラウニン
グに近い円弧形状(擬似対数クラウニング形状)であれ
ば、長寿命化を図れる事に着目して考えたものである。
【0038】この様な観点で考えた、上記(1)式で規
制される擬似対数クラウニング形状は、
【数4】 なる(2)式で表される第一の対数曲線と、
【数5】 なる(3)式で表される第二の対数曲線との間に位置す
るものである。前記係合面21の母線形状(擬似対数ク
ラウニング形状)の落ち量δが、上記(2)式で表され
る対数曲線の場合よりも小さくなる、即ち、
【数6】 になると、前記係合面21と前記弁体の基端面との傾斜
が大きくなった場合に、エッジロードに基づく過大面圧
の発生を十分に防止できなくなる。これに対して、上記
落ち量δが上記(3)式で表される対数曲線の場合より
も大きくなる、即ち、
【数7】 になると、通常状態での上記係合面21と上記弁体の基
端面との当接圧が高くなり、十分な摩耗防止及び弁体の
傾斜防止を図りにくくなる。
【0039】尚、前記(1)式で表される擬似対数クラ
ウニング形状をより具体化した形状として、次の(4)
式及び(5)式を満足する形状を採用する事もできる。
これら(4)(5)両式の符号の意味は、前述の(1)
式の場合と同様である。
【数8】 これら(4)(5)両式は、前記(1)式に、位置xに
関する値として、0.85Le 及び1.0Le を代入し
たものである。上記係合面21と上記弁体の基端面との
傾斜に基づくエッジロードは、この係合部の幅方向端部
ほど発生し易い為、軸方向位置xが0.85Le 及び
1.0Le となる部分で、良好な対数クラウニング形状
の範囲を通る形状にすれば、中央寄り部分の形状が多少
上記(1)式の範囲から外れていても、上記係合面21
及び基端面の長寿命化を図れる。
【0040】次に、図6は、請求項4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、係合面21の幅方向中央部に直線部22を、両側部
分に円弧部23a、23aを、それぞれ形成すると共
に、この直線部22の両端縁とこれら両円弧部23a、
23aの内端縁とを滑らかに連続させている。本例の場
合には、これら両円弧部23a、23aの形状を、上述
した第2例の如く、擬似クラウニング形状としている。
尚、本例の場合には、上記直線部22の両端縁部で上記
(1)式を満たす事はない。従って、上記両円弧部23
a、23aが、上記(4)(5)式を満たす様にすれば
良い。
【0041】
【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、ロッカーアーム自体、並びにこのロッカー
アームと係合する弁体の耐久性を十分に確保できる構造
を実現して、ロッカーアームを組み込んだエンジンの高
性能化を図れる。
【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、ローラ及
び支持軸を組み付けたロッカーアームの側面図。
【図2】図1の拡大A−A断面図。
【図3】図2のB部の母線形状を説明する為、上下方向
の倍率を左右方向の倍率に比べて大きくした状態で示す
断面図。
【図4】本発明の実施の形態の第2例を示す、図3と同
様の図。
【図5】同第3例を示す、図3と同様の図。
【図6】同第4例を示す、図3と同様の図。
【図7】従来から知られているロッカーアームの斜視
図。
【図8】従来から知られているロッカーアームの製造方
法の第一工程により得られる第一素板を示しており、
(A)は平面図、(B)は(A)のa−a断面図、
(C)は(A)のb−b断面図、(D)は(A)のc−
c断面図。
【図9】同第二工程により得られる第二素板を示してお
り、(A)は平面図、(B)は(A)のa−a断面図、
(C)は(A)のb−b断面図、(D)は(A)のc−
c断面図。
【図10】同第三工程により得られる第一中間素材を示
しており、(A)は平面図、(B)は(A)のa−a断
面図、(C)は(A)のb−b断面図、(D)は(A)
のc−c断面図。
【図11】同第四工程により得られる第二中間素材を示
しており、(A)は平面図、(B)は(A)のa−a断
面図、(C)は(A)のb−b断面図、(D)は(A)
のc−c断面図。
【図12】同第五工程により造られる第三中間素材を示
しており、(A)は平面図、(B)は(A)のa−a断
面図、(C)は(A)のb−b断面図、(D)は(A)
のc−c断面図。
【図13】同第六工程を経て完成したロッカーアームを
示しており、(A)は平面図、(B)は(A)のa−a
断面図、(C)は(A)のb−b断面図、(D)は
(A)のc−c断面図。
【図14】従来構造の1例を示す、図3と同様の図。
【符号の説明】
1 ロッカーアーム 2 側壁部 3 連結部 4 第二の連結部 5 円孔 6 係合部 7 第二の係合部 8 膨出部 9 第一素板 10 基部 11 翼状部 12 透孔 13 第二素板 14 舌状部 15 切り欠き部 16 湾曲部 17 第一中間素材 18 第二中間素材 19 第三中間素材 20 側壁部 21 係合面 22 直線部 23、23a 円弧部 24 ローラ 25 支持軸

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 互いにほぼ平行な1対の側壁部と、これ
    ら両側壁部の幅方向一端縁同士を連結する連結部とを備
    え、これら両側壁部の互いに整合する位置に少なくとも
    1対の円孔を形成し、上記連結部の片面を弁体の端面を
    突き当てる為の係合面としたロッカーアームに於いて、
    この係合面の幅方向に関する母線形状を、中央部が直線
    状で両端部が端縁に向かう程上記弁体の端面から離れる
    方向に湾曲した円弧状とする事により、上記係合面の幅
    方向に関する形状を部分クラウニング形状とした事を特
    徴とするロッカーアーム。
  2. 【請求項2】 互いにほぼ平行な1対の側壁部と、これ
    ら両側壁部の幅方向一端縁同士を連結する連結部とを備
    え、これら両側壁部の互いに整合する位置に少なくとも
    1対の円孔を形成し、上記連結部の片面を弁体の端面を
    突き当てる為の係合面としたロッカーアームに於いて、
    この係合面の幅方向に関する母線形状を、中央部に存在
    する曲率半径の大きな部分と両端部に存在するこの中央
    部に比較して曲率半径が小さな部分とを滑らかに連続さ
    せて、全体を端縁に向かう程上記弁体の端面から離れる
    方向に湾曲した円弧状とする事により、上記係合面の幅
    方向に関する形状を、複合曲面から成るクラウニング形
    状とした事を特徴とするロッカーアーム。
  3. 【請求項3】 互いにほぼ平行な1対の側壁部と、これ
    ら両側壁部の幅方向一端縁同士を連結する連結部とを備
    え、これら両側壁部の互いに整合する位置に少なくとも
    1対の円孔を形成し、上記連結部の片面を弁体の端面を
    突き当てる為の係合面としたロッカーアームに於いて、
    この係合面には幅方向に関してクラウニングが施されて
    おり、E1 を上記金属材の縦弾性係数とし、ν1 をこの
    金属材のポアソン比とし、E2 を上記弁体を構成する材
    料の縦弾性係数とし、ν2 をこの弁体を構成する材料の
    ポアソン比とし、r1 を上記係合面の長さ方向に関する
    断面形状の曲率半径とし、r2 を上記弁体の端面の断面
    形状の曲率半径とし、1/E´=(1−ν1 2 )/E1
    +(1−ν2 2 )/E2 とし、lnを自然対数関数と
    し、上記係合面の母線方向の有効接触長さの半分をLe
    とした場合に、この係合面の幅方向に関するクラウニン
    グ母線形状は、この係合面の幅方向中央を原点とする軸
    方向への位置xでのクラウニング落ち量δが、 【数1】 を満たすものである事を特徴とするロッカーアーム。
  4. 【請求項4】 係合面の母線形状の中央部に直線部が存
    在する、請求項3に記載したロッカーアーム。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1876329A3 (de) * 2006-07-05 2010-04-07 Schaeffler KG Hebelartiger Nockenfolger eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine
US7836860B2 (en) 2007-11-21 2010-11-23 Charter Manufacturing Co., Inc. Engine rocker arm

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