JP2004225604A

JP2004225604A - タペットローラ及びカムフォロア装置

Info

Publication number: JP2004225604A
Application number: JP2003014197A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Takeo; 則之竹尾; Satoshi Kadokawa; 聡角川
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2003-01-23
Filing date: 2003-01-23
Publication date: 2004-08-12

Abstract

【課題】ローラ６の外周面の転がり疲れ寿命を十分に確保すると共に、加工コストの低減を図る。
【解決手段】上記ローラ６の外周面のうち、軸方向両端部に設けた面取り部を除く部分を、当該部分にクラウニングを施す事なく、円筒状に形成する。この構成を採用する事により、上記ローラ６の外周面とカム２の外周面との接触面積を増やし、この接触部の面圧を低く抑える。これと共に、上記ローラ６の外周面にクラウニングを施す為の加工を不要とする。これにより、上記課題を解決する。
【選択図】図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明に係るタペットローラ及びカムフォロア装置は、エンジンの燃料噴射装置や吸排気弁用駆動装置等の被駆動部品として使用し、例えばカムシャフトの回転をロッカーアームの往復揺動運動に変換する為に利用する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジン内部での摩擦低減を図り、燃料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、タペットローラを組み込んだカムフォロア装置を利用する事が一般的に行われている。又、この様なタペットローラを組み込んだカムフォロア装置の構造に就いても、例えば特許文献１等に記載されている様に、従来から各種知られている。図５〜６は、この様なタペットローラを組み込んだカムフォロア装置の第１例を示している。
【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に固定したカム２に対向して、このカム２の動きを受ける揺動部材である、ロッカーアーム３を設けている。このロッカーアーム３の端部には１対の支持壁部４、４を、互いに間隔を開けて設けている。この１対の支持壁部４、４の間には、鋼製で中空又は中実の支持軸５を掛け渡している。この支持軸５の両端は焼き入れする事なく、生のままとしており、支持軸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の間に掛け渡した支持軸５の周囲にはタペットローラ６を、回転自在に支持しており、このタペットローラ６の外周面を、上記カム２の外周面に当接させている。この様に構成するタペットローラ６を組み込んだエンジンの動弁機構によれば、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。
【０００４】
尚、上記タペットローラ６の設置部分には、エンジンの運転時にエンジンオイルを供給する。そして、このエンジンオイルによって、上記カム２の外周面と上記タペットローラ６の外周面との間、及び上記支持軸５の外周面と上記タペットローラ６の内周面との間を潤滑する。又、この際に、支持軸の外周面とタペットローラの内周面との間に効率良くエンジンオイルを供給できる様にする為、図７に示す様に、支持軸５ａの内部に通油孔８を設ける事も、従来から行なわれている。この図７に示したカムフォロア装置の第２例の構造の場合、上記通油孔８の両端部は、上記支持軸５ａの外周面のうち、タペットローラ６の外部に突出した端部と、このタペットローラ６の内側に配置した中間部とに、それぞれ開口させている。そして、この通油孔８を通じて、外部空間から上記支持軸５ａの外周面と上記タペットローラ６の内周面との間に、エンジンオイルを効率良く供給できる様にしている。
【０００５】
又、タペットローラの回転抵抗を小さくする為、図８に示す様に、このタペットローラを二重構造とする事も、従来から行なわれている。この図８に示した第３例の構造の場合、支持軸５の周囲に内径側ローラ９を回転自在に支持し、更にこの内径側ローラ９の周囲に外径側ローラ１０を、この内径側ローラ９に対する回転自在に支持している。この様に、タペットローラを二重構造として、滑り面を２個所にする事により、カム２と係合する上記外径側ローラ９の回転が、円滑に行なわれる様にしている。この第３例の構造の場合も、上記支持軸５と内径側、外径側各ローラ９、１０との互いに対向する周面同士の間には、エンジンの運転時にエンジンオイルを供給し、これら各間部分の潤滑を行なう。
【０００６】
又、やはりタペットローラの回転抵抗を小さくする為、図９に示す様に、支持軸５の中間部にタペットローラ６を、ラジアルニードル軸受１１を介して回転自在に支持する事も、従来から行なわれている。この図９に示した第４例の構造の場合も、上記ラジアルニードル軸受１１を配置した空間には、エンジンの運転時にエンジンオイルを供給し、このラジアルニードル軸受１１を構成する複数のニードル１２、１２の転動面と、上記支持軸５の外周面及び上記タペットローラ６の内周面との転がり接触部の潤滑を行なう。
【０００７】
又、図１０〜１１は、従来から知られているカムフォロア装置の第５〜６例を示している。このうちの図１０に示した第５例の場合には、ラジアルニードル軸受１１を構成する複数のニードル１２、１２の軸方向両側に円輪状の滑りワッシャ１３ａ、１３ａを、図１１に示した第６例の場合には、複数のニードル１２、１２及びタペットローラ６の軸方向両側に円輪状の滑りワッシャ１３ｂ、１３ｂを、それぞれ設けている。そして、これら各滑りワッシャ１３ａ、１３ｂにより、上記各ニードル１２、１２及びタペットローラ６の両側面と、１対の支持壁部４、４（図５、８参照）の内側面とが、互いに直接接触しない様にして、これら各接触部の摺動抵抗を低減できる様にしている。
【０００８】
ところで、上述した様なカムフォロア装置を構成するタペットローラ（外径側ローラ）６、１０の外周面と、相手部材であるカム２（図５、６、８）の外周面との転がり接触部には、運転中、大きな力が加わる為、これら両外周面の転がり疲れ寿命を十分に確保しておく必要となる。この為に従来は、これら両外周面同士の転がり接触部にエッジロードに基づく過大な面圧が作用しない様にすべく、上記タペットローラ（外径側ローラ）６、１０の外周面の軸方向両端部又は全体に、クラウニングを施していた（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
例えば、上記タペットローラ（外径側ローラ）６、１０の外周面の軸方向両端部にクラウニングを施した場合、このタペットローラ（外径側ローラ）６、１０の外周面の母線形状は、図１２に径方向の寸法を誇張して示す様に、クラウニングを施していない軸方向中間部が直線部１４となっており、クラウニングを施した軸方向両端部がそれぞれ、両端面に向かう程外径が小さくなる方向に傾斜した、曲率半径の大きい曲線部１５、１５となっている。これら各曲線部１５、１５と上記直線部１４とは、互いに滑らかに連続している。又、図示は省略するが、上記タペットローラ（外径側ローラ）６、１０の外周面の全体にクラウニングを施した場合、このタペットローラ（外径側ローラ）６、１０の外周面の母線形状は、上記直線部１４がなくなり、上記１対の曲線部１５、１５が、軸方向中央部で互いに滑らかに連続した形状となる。何れにしても、この様な従来のカムフォロア装置の場合、上記各曲線部１５、１５はそれぞれ、軸方向両端部の径方向に関する落差（落ち量）δを、０．００１５ｍｍ以上としている。
【００１０】
【特許文献１】
特開２０００−３４９０７号公報
【特許文献２】
特開２００１−８２１１４号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述の様にタペットローラ（外径側ローラ）６、１０の外周面の両端部にクラウニングを施すと、このタペットローラ（外径側ローラ）６、１０の外周面のうちの円筒状部分（上記直線部１４に対応する部分）の軸方向寸法が短くなる。従って、その分、この円筒状部分と上記カム２の外周面との当接部の面圧が高くなり、当該部分で上記タペットローラ（外径側ローラ）６、１０の外周面と上記カム２の外周面との転がり疲れ寿命が低下する。
【００１２】
又、上記タペットローラ（外径側ローラ）６、１０の外周面にクラウニングを施す場合には、この外周面を単なる円筒状とする場合に比べて、当該部分の表面粗さを良好にするのが難しくなる。これに対し、この表面粗さは、互いに転がり接触する両周面の転がり疲れ寿命を確保する上で、良好にするのが好ましい。
更に、上記タペットローラ（外径側ローラ）６、１０の外周面にクラウニングを施す場合には、このクラウニングを施す為の追加加工を行なう分、加工コストが嵩む。
本発明のカムフォロア装置は、上述の様な不都合を解消すべく発明したものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明のタペットローラ及びカムフォロア装置のうち、請求項１に記載したタペットローラは、カムフォロア装置を構成する為、このカムフォロア装置の支持軸の周囲に回転自在に支持するものである。
特に、請求項１に記載したタペットローラの場合には、このタペットローラ（内径側ローラと外径側ローラとを径方向に組み合わせて成るタペットローラの場合には、このうちの外径側ローラ）の外周面のうち、軸方向両端部に設けた面取り部を除く部分を、当該部分にクラウニングを施す事なく、円筒状に形成している。
【００１４】
そして、請求項２に記載したタペットローラの場合には、上記請求項１に記載したタペットローラを実施する場合に、このタペットローラの外周面のうちで、軸方向両端部に設けた面取り部を除く部分の母線形状の真直度を、０．００１ｍｍ以下としている。
【００１５】
尚、本明細書全体で使用する「真直度」なる用語は、ＪＩＳ呼び番号［Ｂ０１８２］で表されるものを言う。具体的には、図１に示す様な、タペットローラの外周面の母線形状Ｍの場合、この母線形状Ｍのうち、軸方向両端部に設けた面取り部Ｃ、Ｃを除く部分Ｓの真直度は、この部分Ｓを径方向（図１の上下方向）両側から挟む１対の平行直線間の距離αで表される。尚、前述の図１２に示した従来のタペットローラ（外径側ローラ）６、１０の外周面の母線形状の場合、この母線形状のうち、軸方向両端部に設けた面取り部に相当する部分を除く部分の真直度は、各曲線部１５、１５の径方向に関する落差δに等しい。
【００１６】
又、請求項３に記載したタペットローラの場合には、上記請求項１〜２の何れかに記載したタペットローラを実施する場合に、上記タペットローラの外周面のうち、軸方向両端部に設けた面取り部を除く部分の母線形状のうちで、軸方向に関する中心点をその中心とする９５％以上の部分（軸方向中心の両側それぞれ４７．５％以上ずつの部分）の真直度を、０．００１ｍｍ未満としている。
【００１７】
又、請求項４に記載したタペットローラの場合には、上記請求項１に記載したタペットローラを実施する場合に、上記タペットローラの外周面のうち、軸方向両端部に設けた面取り部を除く部分の母線形状のうちで、軸方向に関する中心点をその中心とする９５％以上の部分の真直度を０．００１５ｍｍ未満とし、且つ、同じく９０％以上の部分の真直度を０．００１ｍｍ以下としている。
【００１８】
又、請求項５に記載したカムフォロア装置は、前述の図５〜１１に示した従来のカムフォロア装置と同様、ロッカーアーム等の揺動部材と、支持軸と、タペットローラとを備える。
このうちの揺動部材は、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に固定されたカムに対向して設けられ、このカムの動きを受けて揺動変位する。
又、上記支持軸は、上記揺動部材にその端部を支持されている。
又、上記タペットローラは、上記支持軸の周囲に回転自在に支持され、使用時にその外周面を上記カムの外周面に当接させる。
特に、請求項５に記載したカムフォロア装置に於いては、上記タペットローラが、請求項１〜４の何れかに記載したタペットローラである。
【００１９】
尚、本発明のカムフォロア装置を、前述の図５〜６及び図７に示した様な構造、即ち、支持軸５、５ａの周囲に単体のタペットローラ６を直接（ニードル軸受を介する事なく）配置する構造で実施する場合には、このタペットローラ６の外周面を、上述の請求項１〜４の何れかに記載した様な母線形状を有する円筒面とする。この場合に、上記タペットローラ６の内周面は、例えば軸方向中間部に円筒面部を、軸方向両端部にクラウニング部を、それぞれ設けた周面等とする他、上記タペットローラ６の外周面と同様の母線形状を有する円筒面とする事もできる。
例えば、図２は、上記タペットローラ６の外周面｛同図（Ａ）｝のみを、上述の請求項１〜４の何れかに記載した様な母線形状を有する円筒面とし、このタペットローラ６の内周面｛同図（Ｂ）｝を、軸方向中央部に円筒面部を、軸方向両端部にクラウニング部を、それぞれ設けた周面とした場合の、これら各周面の母線形状を、径方向（図２の上下方向）に関する寸法を誇張した状態で示している。
【００２０】
又、本発明のカムフォロア装置を、前述の図８に示した様な構造、即ち、支持軸５の周囲に、内径側ローラ９と外径側ローラ１０とから成る二重構造のタペットローラを直接配置した構造で実施する場合には、このうちの外径側ローラ１０の外周面を、上述の請求項１〜４の何れかに記載した様な母線形状を有する円筒面とする。この場合に、上記外径側ローラ１０の内周面及び上記内径側ローラ９の内外両周面はそれぞれ、例えば軸方向中間部に円筒面部を、軸方向両端部にクラウニング部を、それぞれ設けた周面等とする他、上記外径側ローラ１０の外周面と同様の母線形状を有する円筒面とする事もできる。
例えば、図３は、上記外径側ローラ１０の外周面｛同図（Ａ）｝と、上記内径側ローラ９の外周面｛同図（Ｃ）｝とを、それぞれ上述の請求項１〜４の何れかに記載した様な母線形状を有する円筒面とし、上記外径側ローラ１０の内周面｛同図（Ｂ）｝と、上記内径側ローラ９の内周面｛同図（Ｄ）｝とを、それぞれ軸方向中央部に円筒面部を、軸方向両端部にクラウニング部を、それぞれ設けた周面とした場合の、これら各周面の母線形状を、径方向（図３の上下方向）に関する寸法を誇張した状態で示している。
【００２１】
又、本発明のカムフォロア装置を、前述の図９〜１１に示した様な構造、即ち、支持軸５の周囲に単体のタペットローラ６を、ラジアルニードル軸受１１を介して配置する構造で実施する場合には、このタペットローラ６の外周面を、上述の請求項１〜４の何れかに記載した様な母線形状を有する円筒面とする。この場合に、上記タペットローラ６の内周面及び上記ラジアルニードル軸受１１を構成する各ニードル１２、１２の外周面はそれぞれ、例えば軸方向中間部に円筒面部を、軸方向両端部にクラウニング部を、それぞれ設けた周面等とする他、上記タペットローラ６の外周面と同様の母線形状を有する円筒面とする事もできる。
例えば、図４は、上記タペットローラ６の外周面｛同図（Ａ）｝と、上記各ニードル１２、１２の外周面｛同図（Ｃ）｝とを、それぞれ上述の請求項１〜４の何れかに記載した様な母線形状を有する円筒面とし、上記タペットローラ６の内周面｛同図（Ｂ）｝を、軸方向中央部に円筒面部を、軸方向両端部にクラウニング部を、それぞれ設けた周面とした場合の、これら各周面の母線形状を、径方向（図４の上下方向）に関する寸法を誇張した状態で示している。
【００２２】
【作用】
上述の様に、本発明のタペットローラ及びカムフォロア装置の場合には、タペットローラの外周面のうち軸方向両端部に設けた面取り部を除く部分を、円筒状（具体的には、上述の請求項２〜４に記載した発明の様に、その母線形状の少なくとも９０％以上の部分の真直度が、前述したクラウニングを施した場合の母線形状の真直度よりも十分に小さい円筒状）に形成している。この為、この円筒状部分の軸方向寸法を十分に確保できる。従って、この円筒状部分と、相手部材であるカムの外周面との当接部の面圧を小さくでき、これら円筒状部分とカムの外周面との転がり疲れ寿命を十分に確保できる。
【００２３】
又、本発明の場合には、上記タペットローラの外周面のうち軸方向両端部に設けた面取り部を除く部分に、クラウニング加工を施さず、円筒面加工を施すだけなので、当該部分の表面粗さを良好にするのが容易となる。この為、この様にタペットローラの外周面の表面粗さを良好にできる面からも、互いに転がり接触する、このタペットローラの外周面と上記カムの外周面との転がり疲れ寿命を十分に確保できる。
更に、本発明の場合には、上述の様に、クラウニング加工を施さない分、加工コストの低減を図れる。
【００２４】
又、本発明のカムフォロア装置を実施する場合、上述した様に、タペットローラ（外径側ローラ）６、１０の外周面の他、このタペットローラ（外径側ローラ）６、１０の内周面や、前記内径側ローラ９の内外両周面や、前記ラジアルニードル軸受１１を構成する各ニードル１２、１２の外周面を、請求項１〜４の何れかに記載した様な母線形状を有する円筒面とすれば、この様な円筒面とした周面とその相手周面との（転がり又は滑り）接触部の面圧を小さくできる。この為、これら両周面の転がり疲れ寿命や摩耗寿命を十分に確保できる。又、上述した場合と同様、クラウニング加工を施さない分、加工コストの低減を図れる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の特徴は、タペットローラの外径面の微細形状にある。図面に表われる構造に関しては、前述の図５〜１１に示した従来構造と同様であるから、重複する図示並びに説明は省略する。
【００２６】
【発明の効果】
本発明のタペットローラ及びカムフォロア装置は、以上に述べた様に構成され作用する為、タペットローラの外周面の転がり疲れ寿命を十分に確保できると共に、加工コストの低減を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】周面の母線形状の真直度を説明する為の図。
【図２】本発明の実施の形態の第１例を示す、タペットローラの内外両周面の母線形状を示す図。
【図３】同第２例を示す、外径側、内径側各ローラの内外両周面の母線形状を示す図。
【図４】同第３例を示す、タペットローラの内外両周面とニードルの外周面との母線形状を示す図。
【図５】従来から知られているカムフォロア装置の第１例を、使用状態で示す断面図。
【図６】図５のＡ−Ａ断面図。
【図７】従来から知られているカムフォロア装置の第２例を、揺動部材であるロッカーアームを省略して示す断面図。
【図８】同第３例を、使用状態で示す断面図。
【図９】同第４例を示す、図７と同様の図。
【図１０】同第５例を示す、図７と同様の図。
【図１１】同第６例を示す、図７と同様の図。
【図１２】従来のタペットローラ（外径側ローラ）の外周面の母線形状を示す図。
【符号の説明】
１カムシャフト
２カム
３ロッカーアーム
４支持壁部
５、５ａ支持軸
６タペットローラ
７通孔
８通油孔
９内径側ローラ
１０外径側ローラ
１１ラジアルニードル軸受
１２ニードル
１３ａ、１３ｂ滑りワッシャ
１４直線部
１５曲線部

Claims

カムフォロア装置を構成する為、このカムフォロア装置の支持軸の周囲に回転自在に支持するタペットローラであって、このタペットローラの外周面のうちで軸方向両端部に設けた面取り部を除く部分を、当該部分にクラウニングを施す事なく、円筒状に形成した事を特徴とするタペットローラ。
タペットローラの外周面のうちで軸方向両端部に設けた面取り部を除く部分の母線形状の真直度を、０．００１ｍｍ以下とした、請求項１に記載したタペットローラ。
タペットローラの外周面のうち、軸方向両端部に設けた面取り部を除く部分の母線形状のうちで、軸方向に関する中心点をその中心とする９５％以上の部分の真直度を、０．００１ｍｍ未満とした、請求項１〜２の何れかに記載したタペットローラ。
タペットローラの外周面のうち、軸方向両端部に設けた面取り部を除く部分の母線形状のうちで、軸方向に関する中心点をその中心とする９５％以上の部分の真直度を０．００１５ｍｍ未満とし、且つ、同じく９０％以上の部分の真直度を０．００１ｍｍ以下とした、請求項１に記載したタペットローラ。
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に対向して設けられ、このカムの動きを受けて揺動変位する揺動部材と、この揺動部材にその端部を支持された支持軸と、この支持軸の周囲に回転自在に支持され、使用時にその外周面を上記カムの外周面に当接させるタペットローラとを備えたカムフォロア装置に於いて、このタペットローラが、請求項１〜４の何れかに記載したタペットローラである事を特徴とするカムフォロア装置。