JP2004036781A - カムフォロワ - Google Patents

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Abstract

【課題】カムが当接されるローラを有するカムフォロワにおいて、前記カムとローラとの接触部分の耐焼付き性を向上すること。
【解決手段】胴体3の一対の側壁3a,3bに架設される支軸4の外径にローラ5を回転自在に取り付けたカムフォロワ2において、ローラ5の外周面の円周数ヶ所に溝7を回転軸線Oに平行に設けている。これにより、ローラ5の回転に伴いカム1との接触領域をローラ5の溝7が通過するときに、溝7とカム1との間でくさび形油膜を形成するとともに動圧を発生し、ローラ5とカム1とが固体接触にならずに、混合潤滑の状態に保たれやすくなる。そのため、カム1とローラ5との間で良好な潤滑作用が行われる。
【選択図】   図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カムフォロワに関する。
【0002】
【従来の技術】
一般的に、カムフォロワは、例えば自動車などのエンジン動弁機構やその他の各種のカム機構などに用いられている。
【0003】
カムフォロワの構造としては、図14に示すように、胴体80の一対の側壁81a,81b間に支軸82が架け渡され、この支軸82の外周に複数の針状ころ83を介してローラ84が回転自在に支持されている。動作としては、回転するカム85がローラ84の平坦な外周面に対して当接されることで、胴体80を所定方向に往復変位させる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記カムフォロワの設置環境に潤滑油が極めて少ない場合、カム85とローラ84との接触部分に潤滑油膜が残存しにくくなるため、金属どうしの直接接触、つまり固体接触の状態になりやすくて、微小焼付きなどが発生しやすくなる。
【0005】
これに対し、特開平3−78507号公報に示すように、ローラの外周面に、微小な凹凸、斜格子形の研磨痕、平面視でヘリングボーン形の凹溝などを設けることで、潤滑油膜を保持させやすくするようにしたものが提案されている。
【0006】
なお、上記微小な凹凸や研磨痕は、あくまでもローラ表面に単純な潤滑油溜まりを設けるというものに過ぎないが、上記ヘリングボーン形の凹溝については、カムとの間で動圧を発生させて潤滑作用を高めようとしたものである。しかしながら、上記ヘリングボーン形の凹溝は、複雑な加工が必要であり、高コスト化すると言える。しかも、凹溝の開口縁(肩部)はほぼ直角の断面形状であるため、特に潤滑油が少ない状況では前記開口縁で油膜破断を発生させやすい形状であると言える。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明のカムフォロワは、一対の対向する側壁と、前記一対の側壁間に架け渡された状態で取り付けられる支軸と、支軸において前記一対の側壁間の領域に回転自在に外装されかつカムが当接されるローラとを含む。前記ローラの外周面の円周数ヶ所に、潤滑油膜を保持するとともに前記カムの周面との間に動圧を発生させる溝が回転軸線と平行または回転軸線に対して傾いて設けられている。
【0008】
この場合、例えばローラに設けた溝が、潤滑油を保持するとともに、カムによってローラが回転されるときに動圧を発生するから、カムとローラとが固体接触になりにくく、混合潤滑の状態に保たれやすい。
【0009】
なお、上記溝は、カムの回転方向下流側へ向けて漸次浅くなる断面形状に設定することができる。この場合、溝の周方向での深さ変化によってカムとの間にくさび形油膜を形成して、カムの回転に伴い溝との間でくさび作用による動圧を発生する。
【0010】
また、上記溝は、その周方向中間で最も深くて周方向両端へ向けて漸次浅くなる断面ほぼV字形に設定することができる。この場合、溝の方向がカムの正逆どちらの回転方向に対してもくさび作用を発揮するので、ローラを組み立てる過程でカムとの相対位置を考慮せずに済むようになり、組立が簡易に行えるようになる。
【0011】
さらに、上記溝は、その周方向の幅を最深部の深さ以上に設定することができる。この場合、溝による上記くさび作用を確実に発揮させることができる。
【0012】
ところで、上記ローラと前記支軸との間に複数のころを介装することができる。この場合、ローラが複数のころによって転がり案内されるので、ローラのトルクを軽減するうえで有利となる。
【0013】
【発明の実施の形態】
図1から図4に本発明の一実施形態を示している。図中、1はカム、2はカムフォロワである。
【0014】
カムフォロワ2は、一対の対向する側壁3a,3bを有する胴体3と、一対の側壁3a,3b間に架け渡された状態で取り付けられる支軸4と、支軸4において一対の側壁3a,3b間の領域に回転自在に外装されるローラ5とを含む。動作としては、回転するカム1がローラ5の外周面に対して当接されることで、胴体3が所定方向に往復変位させられる。
【0015】
なお、図では、支軸4とローラ5との間に複数の針状ころ6を介装しているが、この針状ころ6を無くして支軸4にローラ5をすべり接触させるようにしてもよい。
【0016】
そして、上記ローラ5の外周面の円周数ヶ所には、潤滑油膜を保持するとともにカム1の周面との間に動圧を発生させる溝7が回転軸線Oと平行で一直線に設けられている。
【0017】
この溝7は、周方向に沿う断面がほぼV字形、つまり溝7の周方向中央が最も深く、周方向両端へ向けて漸次浅くなっている。
【0018】
上記溝7は、その周方向に沿う幅Aと最深部の深さBとの関係がA≧Bとされる。具体的に、例えば上記関係を維持したうえで、周方向幅Aを0.05〜5mm、最深部の深さBを0.05〜1mmの範囲で設定することができる。また、溝7の数は、カム1の凸部がローラ5に対して接触するときにカム1の凸部に対して溝7が配置されるような間隔に設定すればよいが、円周等間隔で10本以上、好ましくは30本程度設けられる。
【0019】
そして、上記溝7は、押し出し加工、切削加工、プレスフォーミング加工、フォトエッチング加工や鍛造加工、引き抜き加工などにより形成することができ、また、棒材の状態で鍛造時に金型で成形しておくこともできる。
【0020】
ここで、押し出し加工でもって溝7を形成する例を説明する。まず、ローラ5の外形を整形した後、図4に示すように、ローラ5を円筒形の金型8の孔内を通過させることにより、金型8の孔内周面の円周数ヶ所に形成してある筋状突起8aでローラ5の外周面を塑性加工するのである。図では筋状突起8aを誇張して示している。この後でローラ5に対して熱硬化処理、研磨仕上げ処理などを施す。
【0021】
このような形態で溝7を形成するような場合、ローラ5を製造する一連の製造ライン上に、上記金型8を配置することができるので、溝7を形成する工程を前記製造ラインから外すことなく、他の工程と併せて連続的に行うことができる。そのため、ローラ5の製造効率を高めることができるとともに、生産性の向上、製造コストの低減に貢献できる。
【0022】
以上説明した実施形態では、ローラ5に設けた溝7に対して周辺に存在する潤滑油が保持されやすくなるとともに、カム1によってローラ5が回転されるときに、ローラ5の溝7の周方向での深さ変化に応じたくさび作用でもってカム1とローラ5との間に動圧を発生することになる。そのため、カム1とローラ5とが、金属どうしの直接接触、つまり固体接触になりにくく、混合潤滑の状態に保たれやすくなる。したがって、カムフォロワ2の設置場所が貧潤滑な条件であってもローラ5の耐焼付き性を向上し、ローラ5の回転動作の円滑化に貢献できるようになる。
【0023】
しかも、このカム1が当接されるローラ5の溝7は、その開口縁の肩部を鈍角にしているため、従来例のような凹溝に比べて貧潤滑状態でも肩部での油膜破断が発生しにくくなる。そのため、前記動圧を安定的に発生することができて、カム1とローラ5との接触部分で良好な潤滑性を確保できるようになる。
【0024】
なお、本発明は上述した実施形態のみに限定されるものではなく、種々な応用や変形が考えられる。
【0025】
(1)上記実施形態において、溝7の開口縁に丸みを付けるようにしてもよい。この場合、溝7の開口縁による油膜破断が一層発生しにくくなり、カム1との良好な潤滑状態を保つことができる。
【0026】
(2)上記ローラ5の外周面の軸方向両端に、図5に示すように、クラウニング部9を設け、溝7をローラ5の外周面においてクラウニング部9を除く軸方向中間領域に対して設けることができる。図では、クラウニング部9が単一曲率半径の球面形状に形成されているが、その他に、周知の対数曲線形状あるいはテーパ形状など、任意とすることができる。このようなローラ5は、クラウニング部9を形成する工程と、溝7を形成する工程とのどちらを先に行うかは任意である。この場合も、上記実施形態と同様の作用、効果が得られる。さらに、ローラ5の軸方向幅がカム1の軸方向幅よりも小さいような場合において、カム1に対するローラ5の接触圧力分布を均一化できて、エッジロードを抑制できるので、カム1の偏摩耗を防止するうえで有利となる。
【0027】
(3)上記ローラ5に設ける溝7は、図6に示すように、ローラ5の軸方向半分の領域と残り半分の領域とに対して回転軸線Oに平行でかつ周方向に齟齬状にずらして設けることができる。この場合も、上記実施形態と同様の作用、効果が得られる。その他、各溝7においてローラ5の軸方向中央側の端部から、溝7内の潤滑油が出にくくなるから、溝7内に潤滑油を保持しやすい効果も得られる。この構成に加えて、図7に示すように、ローラ5の軸方向両端に上記(2)と同様のクラウニング部9をさらに設けてもよい。この場合も、上記実施形態と同様の作用、効果が得られる。
【0028】
(4)上記ローラ5に設ける溝7は、図8および図9に示すように、回転軸線Oに対して所定の傾きを持つ状態で形成することができる。この場合、上記実施形態で説明したいろいろな方法で形成することができるが、押し出し加工で形成する場合には、金型8の孔内にローラ5を回転させながら通過させるようにすればよい。この場合、カム1と接触する溝7の面積が増加するので、上記実施形態よりも効果が一層顕著に得られる。
【0029】
(5)上記ローラ5に設ける溝7の周方向での断面形状については、図10に示すように、カム1の回転方向下流側へ向けて漸次浅くなる断面形状とすることができる。この場合も、上記実施形態と同様の作用、効果が得られると同時に、ローラ5の外径平坦部分の面積が上記実施形態よりも増加するので、カム1との接触面圧の低減をもたらし、一層良好な潤滑状態を保つことができて、寿命の向上に貢献できる。
【0030】
(6)上記ローラ5に設ける溝7の周方向での断面形状については、図11に示すように、多角形状とすることができる。つまり、溝7は、その周方向中央で最も深くなっており、その周方向両端に緩やかな第1の斜面7a,7aがそれぞれ設けられ、この第1の斜面7a,7aから開口にかけて第2の斜面7b,7bがそれぞれ設けられている。この場合も、上記実施形態と同様の作用、効果が得られる。
【0031】
ところで、上述したカムフォロワ2は、例えば図12や図13に示すように、自動車などのエンジン動弁機構のロッカーアーム10,20に用いることができる。もちろん、これらのロッカーアーム10,20以外のロッカーアームや、その他のいろいろなカム機構にも上記カムフォロワ2を用いることができる。
【0032】
図12に示すロッカーアーム10は、センタピボットタイプと呼ばれるものであり、胴体3の長手方向一端に上記カムフォロワ2が設けられ、長手方向中間にロッカシャフト30が貫通され、さらに長手方向他端にアジャストスクリュー11が螺合装着される。上記アジャストスクリュー11に、前記シリンダヘッドに設置される動弁機構のバルブ31のステムエンドが当接される。動作は、カム1の回転に伴いロッカシャフト30が支点となって胴体3が傾動されて、アジャストスクリュー11が上下方向に反復変位させられることで、バルブ31を開閉動作させる。
【0033】
図13に示すロッカーアーム20は、エンドピボッドタイプと呼ばれるものであり、胴体3の長手方向中間に上記カムフォロワ2が設けられ、長手方向一端にバルブ嵌入部12が、さらに長手方向他端に上向き半球形のピボット部13がそれぞれ設けられる。このピボット部13は、図示しないシリンダヘッドに設置されるラッシュアジャスタ32の上端に係合される。動作は、カム1の回転に伴いピボット部13が支点となって胴体3が傾動されて、バルブ嵌入部12が上下方向に反復変位させられることで、バルブ31を開閉動作させる。
【0034】
これらのロッカーアーム10,20では、エンジン回転数が低いときにカム1の回転速度が遅く、また、エンジン回転数が高いときにカム1の回転速度が速くなる。このカム1が当接されるローラ5の溝7は、その周方向での深さ変化によるくさび作用でもってカム1との間に動圧を発生するものであって、この溝7の開口縁の肩部を鈍角もしくは丸みをつけた形状にしているため、貧潤滑状態でも前記溝7の開口縁の肩部による油膜破断が発生しにくくなって、前記動圧を安定的に発生することができるなど、カム1とローラ5との接触部分で安定的に良好な潤滑性を確保できるようになる。
【0035】
【発明の効果】
本発明では、ローラに設けた溝に対して周辺に存在する潤滑油が保持されやすくなるとともに、カムによってローラが回転されるときに、ローラの溝でもってカムとローラとの間に動圧が発生するようになっているから、カムとローラとが、金属どうしの直接接触、つまり固体接触になりにくく、混合潤滑の状態を保ちやすくなる。したがって、カムフォロワの設置場所が貧潤滑な条件であってもローラの耐焼付き性を向上し、ローラの回転動作の円滑化に貢献できるようになるなど、信頼性の高いカムフォロワを提供できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係るカムフォロワを示す断面図
【図2】図1のカムとローラを示す斜視図
【図3】図1の(3)−(3)線断面の矢視図
【図4】図1のローラの製造方法を示す説明図
【図5】本発明の他の実施形態で、ローラの側面図
【図6】本発明の他の実施形態で、ローラの側面図
【図7】本発明の他の実施形態で、ローラの側面図
【図8】本発明の他の実施形態で、ローラの側面図
【図9】図8のローラの外周面を平面で展開した図
【図10】本発明の他の実施形態で、ローラの溝の変形例を示す断面図
【図11】本発明の他の実施形態で、ローラの溝の変形例を示す断面図
【図12】本発明に係るカムフォロワの使用用途の一例を示す側面図
【図13】本発明に係るカムフォロワの使用用途の一例を示す側面図
【図14】従来例に係るカムフォロワを示す側面図
【符号の説明】
1   カム          2   カムフォロワ
3   胴体          3a  胴体の第1側壁
3b  胴体の第2側壁     4   支軸
5   ローラ         7   ローラの溝

Claims (4)

  1. 一対の対向する側壁と、前記一対の側壁間に架け渡された状態で取り付けられる支軸と、支軸において前記一対の側壁間の領域に回転自在に外装されかつカムが当接されるローラとを含み、
    前記ローラの外周面の円周数ヶ所に、潤滑油膜を保持するとともに前記カムの周面との間に動圧を発生させる溝が回転軸線と平行または回転軸線に対して傾いて設けられている、カムフォロワ。
  2. 前記溝は、カムの回転方向下流側へ向けて漸次浅くなる断面形状に設定されている、請求項1のカムフォロワ。
  3. 前記溝は、その周方向中間で最も深くて周方向両端へ向けて漸次浅くなる断面ほぼV字形に設定されている、請求項1のカムフォロワ。
  4. 前記溝は、その周方向の幅が最深部の深さ以上に設定されている、請求項2または3のカムフォロワ。
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