JP2004332896A - カムフォロア用ローラ - Google Patents

Abstract

【課題】ロッカアーム用ローラの疲労強度向上を図るために、ショットピーニングを実施すると、ローラの外周面および端面にショット粒によるくぼみが形成されるため、ロッカアーム本体の側壁にすべり接触するローラの端面の表面粗さによっては、トルクが大きくなってしまう。
【解決手段】ローラ５の外周面５ｅの表面粗さを中心線平均粗さＲａ：０．１〜０．６の範囲となるよう、かつ端面５ａ，５ｂの表面粗さを中心線平均粗さＲａ：０．１以下の値となるよう、バフ研磨を実施してローラ５の外周面５ｅの表面粗さに比べてローラ５の端面５ａ，５ｂの表面粗さを低く設定したことにより、ローラ５の回転時に動圧が発生し、ローラ５の摺動トルクを従来のロッカアームに比べて低くすることができ、すべり接触面の焼付きを防止することができる。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロッカアーム等のカムフォロアに使用されるローラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車エンジンの動弁機構にはロッカアームが付設され、このロッカアームの揺動動作によってバルブが開閉される（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この種のロッカアームでは、本体の長手方向略中心に、支軸が本体の側壁間に渡すように設けられ、この支軸に複数個の針状ころを介してローラが回転自在に外装されている。
【０００４】
そして、所定位置に設けられたカムが軸心周りに回転してローラに転接することで、本体がピボット軸を中心に支軸周りに揺動し、これに連動してバルブステムが上下動することでバルブが開閉する。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−１５０９０９号（第３頁，第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のロッカアームは過酷環境下で使用されるため、ローラに対してショットブラストやショットピーニングを実施し、これによってローラの疲労強度向上を図る場合がある。
【０００７】
このショットブラストやショットピーニングは、ドラム式の処理装置で実施している。このため、ローラの表面である外周面および端面の双方にショット粒が当たり、くぼみ（ディンプル）が形成される。
【０００８】
しかしローラの端面は、ロッカアーム本体の側壁にすべり接触するため、端面にくぼみが形成されることに伴なって生じる表面粗さによっては、ロッカアーム使用時のトルクが大きくなってしまう。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のカムフォロア用ローラは、外周面および端面のうち少なくとも外周面にショット粒を投射することで表面に残留圧縮応力が付与されており、前記外周面の表面粗さに比べて前記端面の表面粗さが滑らかに形成され、カムが外周面に転接することで、カムフォロアの壁面に端面がすべり接触可能に軸心周りに回転するものである。
【００１０】
特に、前記外周面の表面粗さは中心線平均粗さＲａ：０．１〜０．６の範囲とし、かつ前記端面の表面粗さは中心線平均粗さＲａ：０．１以下の値とすることが好ましく、このようなカムフォロアにおいて、ローラの端面がカムフォロアの壁面にすべり接触する際の摺動トルクが小さく抑えられる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を、ロッカアームを例に図面に基づいて説明する。図１はロッカアームの側面断面図、図２はロッカアームの長手方向中心部における正面断面図、図３はロッカアームの使用状態の正面断面図、図４はローラの製造途中を示す断面図、図５はローラの単体側面図、図６はローラの回転速度と摺動トルクの関係を表すグラフ図である。
【００１２】
図１において、符号１はカム、２はカムフォロアとしてのロッカアームをそれぞれ示す。カム１は動弁機構の所定の場所に配置され、かつカム軸１ａ周りに回転可能に設けられている。
【００１３】
図２に示すように、ロッカアーム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間に架渡された状態で取付けられる支軸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。
【００１４】
胴体３の長手方向一方側で両側壁３ａ，３ｂ間に、ピボット取付部７が一体に形成されている。このピボット取付部７にピボット軸８が螺合されている。ロッカアーム本体２の長手方向他方側で両側壁３ａ，３ｂ間にバルブ嵌合部９が形成されている。このバルブ嵌合部９にバルブステム１０の先端部が摺動自在に嵌合している。このような胴体３は、一枚の金属板をプレス加工することで製造され、両側壁３ａ，３ｂ、ピボット取付部７およびバルブ嵌合部９を一体に有している。
【００１５】
ローラ５は、支軸４および針状ころ６を挿入する中心穴５ｃを有し、ローラ５は支軸４に針状ころ６を介して回転自在に外装される。ローラ５は、両側壁３ａ，３ｂ間に、軸方向所定距離を有する隙間δを介して配置されている。
【００１６】
ローラ５の外周面５ｅには、カム１が転接する。ローラ５の端面５ａ，５ｂは側壁３ａ，３ｂにすべり接触可能とされている。ローラ５の外周面５ｅの表面粗さは、中心線平均粗さＲａ：０．１〜０．６の範囲に設定されている。ローラ５の端面５ａ，５ｂの表面粗さは、中心線平均粗さＲａ：０．１以下の値、好ましくはＲａ：０．０５〜０．１０の範囲に設定されている。
【００１７】
次に、ローラ５の製造方法を説明する。まず、円柱形の引抜き材を基材とし、その中心に複数回の鍛造加工を実施して中心穴５ｃを形成することで、ローラ本体５Ａを形成する。続いて図４に示すように、ローラ本体５Ａに対して金型７Ａ，７Ｂを用いて両端面５ａ，５ｂを面押し加工する。
【００１８】
この面押し加工によって、図５に示すように、ローラ本体５Ａの回転方向に対して多方向に横切る多数の筋状凹部５ｄが金型７Ａ，７Ｂの表面から転写形成される。なお図５における拡大部分は、端面５ａ，５ｂの顕微鏡写真に基づいて模式的に記載した図である。
【００１９】
これら筋状凹部５ｄを有するローラ５の両端面５ａ，５ｂの表面粗さは、例えば中心線平均粗さＲａ：０．４以下に形成される。また筋状凹部５ｄの幅は２〜６μｍ、筋状凹部５ｄ間の離隔間隔は、５〜３０μｍに形成されている。
【００２０】
なお面押し加工時の加圧力や、面押し加工に用いる金型７Ａ，７Ｂの押圧面の状態などを調整することにより、ローラ５の両端面５ａ，５ｂに形成する筋状凹部５ｄの状態を管理することが可能である。
【００２１】
その後、ローラ本体５Ａに対してショットピーニング加工あるいはショットブラスト加工を実施する。例えばショットピーニング加工によれば、ショットピーニング用装置内でショット粒がローラ本体５Ａに向けて投射される。
【００２２】
これにより、ローラ本体５Ａの表面である外周面５ｅ、端面５ａ，５ｂの双方に多数の小さなくぼみ（ディンプル）が形成され、ローラ５の外面に残留圧縮応力が付与される。
【００２３】
残留圧縮応力が付与されることにより、ロッカアーム１に使用するローラ５として必要な疲労強度を確保することができる。またこれらくぼみは、ロッカアーム１の使用時に油溜まりとしての機能を有し、カム１の転接に伴なう過熱を防止する。
【００２４】
ショットピーニング加工を実施して粗さが粗くなったローラ本体５Ａの表面粗さを所定値とするために、ローラ本体５Ａの外周面５ｅおよび端面５ａ，５ｂにバフ研磨を実施する。なおバフ研磨は、麻や綿の被覆層を表面に設けた回転研磨ロールに♯６００，♯７００，♯８００などの所定の粗さの砥粒を添加して研磨する方法をいう。
【００２５】
ローラ本体５Ａの外周面５ｅおよび端面５ａ，５ｂに対し、所定の粗さの砥粒を用いてバフ研磨を実施することで、ローラ５が製造される。このとき、ローラ５の外周面５ｅの表面粗さは中心線平均粗さＲａ：０．１〜０．６の範囲となるよう、かつ端面５ａ，５ｂの表面粗さは中心線平均粗さＲａ：０．１以下の値となるよう、バフ研磨を行う。
【００２６】
なお、ショットピーニング加工によってローラ５の外周面５ｅに生じる表面粗さは、一般的にはローラ５の径によって異なり、その径に応じた範囲は中心線平均粗さＲａ：０．１〜０．６となる。従って、ショットピーニング加工によってこの範囲の粗さが形成された場合には、ローラ本体５Ａの外周面５ｅにバフ研磨を実施しない。また、ローラ５の外周面５ｅに転接するカム１の表面粗さ、ローラ５の端面５ａ，５ｂがすべり接触する胴体３の側壁３ａ，３ｂの表面粗さは、従来と同様である。
【００２７】
このようにして製造したローラ５の中心穴５ｃ内周面に針状ころ６を組込むことでローラ５と針状ころ６の組品とする。次に、この組品を側壁３ａ，３ｂ間に配置した状態で、予め側壁３ａ，３ｂに形成してある挿通穴１０ａ，１０ｂに渡すように、針状ころ６の径方向内方に支軸４を挿通する。
【００２８】
そして、支軸４の両端面５ａ，５ｂそれぞれの外周部を径方向外方に拡径するようにして、支軸４の両端面５ａ，５ｂを挿通穴１０ａ，１０ｂの周壁面に対してかしめ、これによって支軸４を側壁３ａ，３ｂに非回転に組付けることでロッカアーム２を製造する。
【００２９】
そしてロッカアーム２の使用に際して、ロッカアーム２の支軸４とカム１のカム軸１ａの平行度を確保して、それぞれを動弁機構の所定の場所に配置するとともに、カム１の外周面がローラ５の外周面５ｅに転接可能に設置する。カム１がローラ５の外周面５ｅに当接して転接を繰返すと、ロッカアーム本体２はピボット軸８を中心に揺動を繰返し、バルブステム１０が上下動を繰返してバルブが開閉する。
【００３０】
図６は、横軸をローラ５の回転速度（ｒ／ｍｉｎ）とし、縦軸をローラ５の摺動トルクとしたグラフである。図において、符号１５（△印）は従来品のローラのデータを示し、符号１６（●印）は、本発明のローラ５（ロッカアーム１）におけるデータを示す。このグラフから、ローラ５の回転時は従来品に比べて本発明のローラ５を用いたロッカアーム１の方が、摺動トルクが小さくなっていることがわかる。
【００３１】
従来、ショット粒の投射によってローラ５の端面５ａ，５ｂに形成された多数のくぼみの存在のために、カム１がローラ５に転接してローラ５が回転する際、ローラ５の端面５ａ，５ｂがロッカアーム本体２の側壁３にすべり接触すると、側壁３との摩擦に伴なって発生する摩擦力が大きくなり、ローラ５の摺動トルクが大きくなっていた。
【００３２】
しかし本発明の実施形態によれば、ローラ５の外周面５ｅの表面粗さを中心線平均粗さＲａ：０．１〜０．６の範囲となるよう、かつ端面５ａ，５ｂの表面粗さを中心線平均粗さＲａ：０．１以下の値となるよう、ローラ５の外周面５ｅの表面粗さに比べてローラ５の端面５ａ，５ｂの表面粗さを低く設定した。このことにより、ローラ５の摺動トルクを従来のロッカアームに比べて低くすることができ、すべり接触面の焼付きを防止することができた。
【００３３】
これは、ローラ５の端面５ａ，５ｂの表面粗さを中心線平均粗さＲａ：０．１以下の値となるよう設定したことで端面５ａ，５ｂの凹凸が極めて少なくなり、かつバフ研磨を実施してなお残留している微小なくぼみの存在により、ローラ５の回転時に動圧が発生するからであると考えられる。従って、特にローラ５が高速回転する際に摺動トルクの低下が著しくなっている。
【００３４】
しかも、ローラ５の端面５ａ，５ｂに形成された多数の筋状凹部５ｄは、ローラ５の回転方向に対して多方向に横切るものである。従って、周方向に連続する旋削目とは異なり、すべり接触部分において潤滑油が筋状凹部５ｄによって作られる非接触部分内から流出しにくく閉じ込められることになる。このため、すべり接触部分に潤滑油が残存しやすくなり、すべり接触部分の摩擦抵抗を軽減できるとともに、過熱を防止できる。これによって、ロッカアーム２の設置場所が潤滑油の少ない貧潤滑な環境であってもローラ５の回転動作が円滑になり、ローラ５の焼付きをいっそう確実に防止できる。
【００３５】
次に、図４および図７に基づいて別の実施形態を説明する。この実施形態に係るローラ５の外周面５ｅの表面粗さは、中心線平均粗さＲａ：０．１〜０．６の範囲に設定されている。ローラ５の端面５ａ，５ｂの表面粗さは、中心線平均粗さＲａ：０．１以下の値、好ましくは中心線平均粗さＲａ：０．０５〜０．１０の範囲に設定されている点については、上記実施形態と同様である。
【００３６】
この実施形態におけるローラ５の製造方法は、上記実施形態と同様に円柱形の引抜き材を基材とし、その中心に複数回の鍛造加工で中心穴５ｃを形成することで、ローラ本体５Ａを形成する。続いて図４に示すように、ローラ本体５Ａに対して金型７Ａ，７Ｂを用いて両端面５ａ，５ｂを面押し加工する。
【００３７】
上記実施形態では、この面押し加工によってローラ本体５Ａの両端面５ａ，５ｂの表面粗さを中心線平均粗さＲａ：０．４以下に形成した。しかしこの実施形態では、面押し加工によってローラ本体５Ａの両端面５ａ，５ｂの表面粗さを中心線平均粗さＲａ：０．１以下に形成する。
【００３８】
続いて図７に示すように、複数個（図では５個）のローラ本体５Ａからなるローラ本体群２５を、各ローラ本体５Ａの端面５ａ，５ｂをマスキングした状態でショットピーニング用装置１８内に搬入する。
【００３９】
この実施形態では、ローラ本体５Ａのマスキング方法として、ローラ本体５Ａの端面５ａ，５ｂどうしを合わせ、適宜の手段でローラ本体５Ａの端面５ａ，５ｂどうしを合わせた状態とした。このようにすることによって、ショットピーニング用装置１８内で鋼球製のショット粒１７が投射されても端面５ａ，５ｂに当たらない。
【００４０】
なお、両端側に配置したローラ本体５Ａａ，５Ａｂの端面５ａ，５ｂについては、例えば適宜のマスキング剤を塗布することで、ショット粒１７が当たってもくぼみが形成され難い状態としてもよい。
【００４１】
ショット粒１７の投射については従来から用いられているものを用いてもよい。あるいは、図７に示すような装置を用いてもよい。同図に示す装置は、鋼球製のショット粒１７を径方向外方から単一方向（図では上方から下方）に投射するための投射部２０を設けたものである。
【００４２】
同図に示す装置では、先端側のローラ本体５Ａａの外周面５ｅが投射部２０の下方に正対するよう、ローラ本体群２５をショットピーニング用装置１８内に搬入する。
【００４３】
続いて、投射部２０からショット粒１７を連続的に投射しながら、かつローラ本体群２５を軸心周りに所定回数だけ、所定の回転速度でもって回転させるとともに、例えばローラ本体群２５が一回転する時間に、一個のローラ本体５Ａの幅Ｂ分だけローラ本体群２５が軸方向２２に進むよう、ローラ本体群２５を連続的に搬送する。
【００４４】
後端側のローラ本体５Ａｂが投射部２０から外れた時点で、各ローラ本体５Ａの外周面５ｅにくぼみが或る規則性をもって形成される。これにより、製造された各ローラ５毎の疲労強度を安定させることができる。
【００４５】
このように、ローラ本体５Ａの端面５ａ，５ｂにマスキングを実施してローラ本体５Ａの外周面５ｅにのみショット粒１７が投射されるようにすることにより、ローラ本体５Ａの端面５ａ，５ｂの粗さを中心線平均粗さＲａ：０．１以下に保持したままでローラ５を製造することができる。
【００４６】
なお、この実施形態ではローラ本体５Ａの端面５ａ，５ｂのマスキング方法として、ローラ本体５Ａの端面５ａ，５ｂどうしを合わせたがこれに限定されるものではない。例えば、ローラ本体５Ａの両端面５ａ，５ｂの表面粗さを中心線平均粗さＲａ：０．１以下に形成した後に、ローラ本体５Ａそれぞれの端面５ａ，５ｂにマスキング剤を塗布するような方法を用いてもよい。
【００４７】
ローラ本体５Ａそれぞれの端面５ａ，５ｂにマスキング剤を塗布する場合は、従来から用いられているショットピーニング用装置を用いた加工方法であってもローラ本体５Ａそれぞれの端面５ａ，５ｂの粗さを粗くさせることなく外周面５ｅにくぼみを形成してローラ５に所定の疲労強度を付与することができる。
【００４８】
そして、ローラ５の外周面５ｅの表面粗さを中心線平均粗さＲａ：０．１〜０．６の範囲に、かつローラ５の端面５ａ，５ｂの表面粗さを中心線平均粗さＲａ：０．１以下の値に設定するよう、ローラ５の外周面５ｅの表面粗さに比べて端面５ａ，５ｂの表面粗さを低く設定する。
【００４９】
これによって、上記各実施形態と同様に、ローラ５の摺動トルクを従来のロッカアームに比べて低くすることができるとともに、すべり接触面の過熱および焼付きを確実に防止することができ、また、ロッカアーム２全体として回転トルクを小さくすることができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかな通り、本発明のローラによれば、その端面がカムフォロアの側壁とすべり接触する場合の回転動作が円滑になり、装置全体の回転トルクの上昇やカムフォロアとの焼付きといった現象を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示すロッカアームの側面断面図である。
【図２】同じくロッカアームの長手方向中心部における正面断面図である。
【図３】同じくロッカアームの使用状態の正面断面図である。
【図４】同じくローラの製造途中を示す断面図である。
【図５】同じくローラの単体側面図である。
【図６】同じくローラの回転速度と摺動トルクの関係を表すグラフ図である。
【図７】本発明の別の実施形態を示すロッカアーム用ローラの製造途中を示す概略図である。
【符号の説明】
１ カム
２ ロッカアーム
３ 胴体
３ａ，３ｂ 側壁
４ 支軸
５ ローラ
５ａ，５ｂ ローラの端面
５ｃ ローラの中心穴
５ｄ 筋状凹部
５ｅ ローラの外周面
５Ａ ローラ本体
６ 針状ころ
δ 隙間

Claims (2)

1. カムが外周面に転接することで、カムフォロアの壁面に端面がすべり接触可能に軸心周りに回転するカムフォロア用ローラであって、
   前記外周面および端面のうち少なくとも外周面にショット粒を投射することで表面に残留圧縮応力が付与されており、
   前記外周面の表面粗さに比べて前記端面の表面粗さが滑らかに形成されている、ことを特徴とするカムフォロア用ローラ。
2. 請求項１記載のカムフォロア用ローラにおいて、
   前記外周面の表面粗さが中心線平均粗さＲａ：０．１〜０．６の範囲とされ、かつ前記端面の表面粗さが中心線平均粗さＲａ：０．１以下の値とされている、ことを特徴とするカムフォロア用ローラ。

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