JP2006118399A

JP2006118399A - ロッカーアーム

Info

Publication number: JP2006118399A
Application number: JP2004305636A
Authority: JP
Inventors: Katsushi Abe; 克史阿部
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2004-10-20
Filing date: 2004-10-20
Publication date: 2006-05-11

Abstract

【課題】軸の固定が堅固に行え、かつその固定が簡単に行えるロッカーアームを提供する。
【解決手段】アーム本体となる支持体４に、カムフォロアとなるローラ１０を介在させる一対の対向壁部４ａを設ける。ローラ１０を支持する軸１１の両端を、対向壁部４ａに設けられた支持孔１２にそれぞれ嵌合させる。軸１１の両端部に、支持孔１２の開口縁に設けられた座繰面１２ａに押し当てられるかしめ部１３を設ける。かしめ部１３は、軸端面に軸心と同心の環状切込溝１５を形成してその外周の環状部を拡開させたものであって、全周に渡って均一な断面形状のものとする。軸１１の端面は、センタ穴のない平坦な面とする。軸１１のかしめ加工は、軸１１を一端が一方の対向壁部４ａの外面よりも引っ込むようにずらせておき、受け側と押し側のポンチ２１，２２で両端同時に行う。
【選択図】図２

Description

この発明は、エンジンの動弁機構におけるロッカーアームや、オートマチックトランスミッションの遊星歯車支持用の軸などに適用され、軸端をかしめ固定する形式のロッカーアームに関する。

エンジンの動弁機構におけるロッカーアームとして、カムフォロアとなるローラを支持する軸の固定を、軸端のかしめで行うようにしたものがある。
かしめ作業では、図８（Ａ）に示すように、ローラ５２の支持用の軸５１の両端部を、アーム本体５３に設けられた一対の対向壁部５３ａの支持孔５４に嵌合させ、軸端を受け側のポンチ５５上に載せて、押し側のポンチ５６を押し下げることにより、両端同時かしめを行う（同図（Ｂ））。アーム本体５３は、かしめ作業を行うときに、治具５７で水平に支持しておく。

しかし、アーム本体５３は、治具５７上にセットした状態（同図（Ａ））では水平であっても、このセット状態からかしめを行うと、同図（Ｂ）のように、受け側のポンチ５５の先端が軸５１の端面に食い込む分だけ、アーム本体５３が傾いてしまう。そのため、軸５１の端面の全周に均一なかしめが行えないという問題がある。軸５１の端部のかしめが不均一であると、アーム本体５３に対する軸５１の抜け荷重が不十分となり、信頼性に影響する。この明細書で言う「抜け荷重」は、抜けが生じる最低の荷重を言う。抜け止めの確実のために、ポンチ５６を強く押してかしめを深くすることも可能であるが、かしめ加工条件によっては、その影響で軸の中間部分に膨れを生じ軸の真直度が悪化することがある。軸５１の中間部分は、ローラ５２に対して滑り接触し、あるいは転動体（図示せず）を介して転がり接触する部分であるため、上記のような膨れが発生すると、転動寿命に影響する。

このような課題を解消する方法として、かしめ加工前に、軸にセンタ穴（図示せず）を設けておき、センタ穴に係合する支持ピンで軸の両側を押さえながら、かしめを行う方法が提案されている（特許文献１）。
特開平１１−１８８４３５号公報

上記特許文献１に開示のかしめ加工は、軸が中空であれば問題がないが、軸にセンタ穴を開ける必要があり、センタ穴加工のために軸のコストが高くなる。また、かしめ加工を行う前に、ロッカーアームと軸を軽圧入や嵌合接着等で仮止めし、または抜け止め治具を用いて位置決めすることが必要である。そのため、加工工数が増加し、これによってコスト高となる。また、かしめ装置自体が大掛かりとなる。

この発明の目的は、軸の固定が堅固に行え、かつその固定が簡単に行えるロッカーアームを提供することである。

この発明のロッカーアームは、カムにより揺動駆動されて内燃機関のバルブを動作させるロッカーアームにおいて、アーム本体となる支持体に、カムフォロアとなるローラを介在させる一対の対向壁部を設け、前記ローラを支持する軸の両端を、前記一対の対向壁部に設けられた支持孔にそれぞれ嵌合させ、この軸の両端部に、前記支持孔の対向壁部外面側の開口縁に設けられた座繰面に押し当てられるかしめ部を設け、このかしめ部は、軸端面に軸心と同心の環状切込溝を形成してこの環状切込溝よりも外周の環状部を拡開させたものであることを前提構成とし、次の構成としたことを特徴とする。

この発明における第１の発明のロッカーアームは、上記前提構成において、前記かしめ部を、全周に渡って均一な断面形状のものとし、前記軸の端面を平坦な面としたことを特徴とする。
この構成によると、軸端のかしめ部が全周に渡って均一な断面形状のものであるため、アーム本体となる支持体に対して、軸の両端の固定が、堅固で信頼性の高いものとなる。軸の端面は平坦な面であるが、例えば、かしめ加工前に軸の位置をずらせておくことなどで、簡単な工程で上記の堅固なかしめ部の加工が行える。

この発明における第２の発明のロッカーアームは、上記前提構成において、前記かしめ部が前記座繰面に対して掛かる軸方向寸法であるかしめ後掛代を０．１mm以上としたことを特徴とする。
この種のロッカーアームにおいて、所定の条件下においては、信頼性の確保のために必要な軸の抜け荷重が、４００ｋｇｆ以上であるとされる。試験によると、軸の抜け荷重を４００ｋｇｆ以上とするために必要な最低のかしめ後掛代は、０．１mm以上であった。つまり、かしめ後掛代が０．１mm以上であると、上記所定の条件下において、ロッカーアーム本体となる支持体に対して、軸の固定が信頼性のある堅固なものとできる。

この発明における第３の発明のロッカーアームは、上記前提構成において、前記かしめ部が前記座繰面に対して掛かる軸方向寸法であるかしめ後掛代を０．０５〜０．２mmとしたことを特徴とする。
この種のロッカーアームにおいて、適切なかしめ後掛代は、要求される抜け荷重によって定まる。エンジンの動弁機構におけるロッカーアームにおいて、通常に要求される抜け荷重に対して、最低限のかしめ後掛代は０．０５〜０．２mmであることが、試験および考察により確認できた。また、かしめ後掛代が大き過ぎると、その大きなかしめ後掛代を得るための加圧により、軸の中央に膨れ部が生じてローラの支持に対する寿命低下等の影響を受けることがあり、かしめ後掛代の適切な上限は０．２mmである。

これら第２の発明、または第３の発明においても、第１の発明におけるように、前記かしめ部は、全周に渡って均一な断面形状のものとし、前記軸の端面を、センタ穴のない平坦な面とすることが好ましい。

また、この発明のロッカーアームにおいて、前記軸の端面の硬度をＨｖ６００以下とすることが好ましい。さらに好ましくは、Ｈｖ３５０以下とするのが良い。
軸の端面が硬いと、環状切込溝を形成してその外周の環状部を拡開させてなるかしめ部を形成することが難しく、無理にかしめ部を形成することは、軸の中央に膨れ部が生じてローラの支持に対する寿命低下等の影響を受けることがある。軸の端面の硬度がＨｖ６００以下であると、無理なくかしめ加工が行え、また軸の中央に膨れ部が生じることが回避できる。

この発明のロッカーアームは、カムにより揺動駆動されて内燃機関のバルブを動作させるロッカーアームにおいて、アーム本体となる支持体に、カムフォロアとなるローラを介在させる一対の対向壁部を設け、前記ローラを支持する軸の両端を、前記一対の対向壁部に設けられた支持孔にそれぞれ嵌合させ、この軸の両端部に、前記支持孔の対向壁部外面側の開口縁に設けられた座繰面に押し当てられるかしめ部を設け、このかしめ部は、軸端面に軸心と同心の環状切込溝を形成してこの環状切込溝よりも外周の環状部を拡開させたものであって、全周に渡って均一な断面形状のものとし、前記軸の端面を平坦な面としたため、軸の固定が堅固なものとでき、かつその固定を簡単な加工で行うことができる。

この発明の一実施形態を図１ないし図５と共に説明する。このロッカーアーム１は、エンジンに装備され一端１ａでカム２により揺動させられて他端１ｂでシリンダヘッドのバルブ３の開閉を行うセンターピボットタイプのものである。このロッカーアーム１は、アーム本体となる支持体４の中央に支点孔７を有し、この支点孔７にブッシュ８を介して嵌合した揺動支点軸９の回りに正逆揺動自在に支持される。支持体４の前記他端１ｂには、バルブ３に作用するバルブ作用部材１４が、アジャストねじ１４ａを介して取付けられている。

支持体４の上記一端１ａには、カムフォロアとなるローラ１０を介在させる一対の対向壁部４ａ（図２）が設けられる。ローラ１０は、軸１１の外周に回転自在に嵌合し、ローラ１０と軸１１とで滑り形式の軸受３０を構成する。ローラ１０を支持する軸１１の両端１１ａ，１１ｂは、一対の対向壁部４ａに設けられた支持孔１２にそれぞれ嵌合させ、軸１１の両端部１１ａ，１１ｂを支持孔１２にかしめ部１３によってかしめ固定する。
図３，図４に拡大して示すように、支持孔１２は、対向壁部４ａの外面側の開口縁にテーパ状の座繰面１２ａを有するものとする。テーパ状とされた座繰面１２ａの傾き角度θは、例えば４５°程度とされる。

かしめ部１３は、対向壁部４ａにおける支持孔１２の座繰面１２ａに押し当てられるものである。かしめ部１３は、軸端面に軸心と同心の環状切込溝１５を形成してこの環状切込溝１５よりも外周の環状部を拡開させたものである。かしめ部１３は、全周に渡って均一な断面形状のものとする。すなわち、かしめ部１３は、軸１１の軸線を含む任意の平面で断面した形状が同一となる形状とする。また、軸１１の端面はセンタ穴のない平坦な面とする。

かしめ部１３が前記座繰面１２ａに対して掛かる軸方向寸法であるかしめ後掛代ｈは、０．１mm以上とすることが好ましいが、要求抜け荷重等の条件に応じ、０．０５〜０．２mmとしても良い。０．１〜０．２mmの範囲が最も好ましい。
軸１１は、ローラ１０に接する周面が熱処理により硬化処理されたものであることが好ましいが、軸端面の硬度は、Ｈｖ６００以下とすることが好ましい。軸１１の外周面の硬度を高く得ながら、軸端面の硬度をＨｖ６００以下とするには、軸１１に両端を残して熱処理を行うこと等で可能である。

上記軸１１を支持体４にかしめ固定する方法を説明する。この固定は、軸１１の両端部１１ａ，１１ｂを、支持体４の一対の対向壁部４ａの支持孔１２にそれぞれ嵌合させる嵌合過程と、この嵌合した軸１１の両端部１１ａ，１１ｂを、支持孔１２の外面側の開口縁に設けられた座繰部１２ａにかしめる過程とを含む。

前記嵌合過程では、図３（Ａ）および図４の左半部に示すように、軸１１の一端１１ａが対向壁部４ａの外面よりも引っ込むように、一対の対向壁部４ａの幅中心に対してずらせた状態に嵌合させる。そのずらし量は、０．１〜０．４mmの範囲が好ましい。

かしめ過程では、対向する受け側および押し側のポンチ２１，２２を用い、またアーム本体である支持体４を水平に載せる受け台２３を用いる。受け側のポンチ２１は、上向きに固定設置されたものとする。押し側のポンチ２２は、受け側のポンチ２１と同心位置でその上方に対向して設けられ、フレーム（図示せず）等に進退自在に設置される。また、押し側のポンチ２２は、油圧シリンダ等の荷重付与手段（図示せず）により、上下に昇降させられる。

各ポンチ２１，２２は、軸１１の直径１１ａよりも若干小径の環状突起２１ａ，２２ａを先端にそれぞれ有するものである。環状突起２１ａ，２２ａは、軸１１の端面に環状切込溝１５を形成すると共に、環状切込溝１５によって形成された外周の環状部を拡開させるようにかしめ加工を行う型部である。環状突起２１ａ，２２ａは、断面形状が三角形状とされ、その突起内周側の側面よりも外周側の側面の方が、傾斜角度が緩く形成されている。
受け側のポンチ２１は、その環状突起２１が受け台２３よりも所定高さＡ（これを「ポンチセット量」と称す）だけ突出するように設置される。

図３（Ａ）に示すように、かしめ過程では、受け側のポンチ２１上に、軸１１の引っ込み側の端面が位置するように、前記軸１１の嵌合した支持体４の配置を行う。このように支持体４をセットした状態で、押し側のポンチ２２を下降させて軸１１の上側の端面に押し付ける。この押し付けにより、軸１１は押し側のポンチ２２および受け側のポンチ２１により上下に挟まれた状態となり、両ポンチ２２，２１により、軸１１の両端が同時にかしめられる。支持体４の幅中心に対してずらせて配置してあった軸１１は、受け側のポンチ２１の環状突起２１ａが軸１１の端面１１ａに食い込むに従い、下側へ移動し、かしめの完了状態では、支持体４の幅中心と軸１１の長さの中心とが一致する。

このかしめ構造によると、上記のように、押し側のポンチ２２を軸１１の端面１１ｂに押し付けることで、両側のポンチ２１，２２で軸１１が挟まれ、軸１１の両端に同時にかしめが行われる。受け側のポンチ２１は、かしめの進行に伴って軸端面に食い込んで行くが、予め軸２１の位置をずらせてあるため、かしめ過程の完了状態で軸１１が支持体４に対して適正位置となる。このため、従来のように、かしめ過程の完了状態で、支持体４を受ける受け台２３等に対して受け側ポンチ２１が突出状態となって支持体４が傾くことが防止される。したがって、かしめ部１３が全周に均等に形成される。かしめ部１３が全周に均等であるため、軸１１の抜け荷重の確保が容易で、信頼性が高く、したがって必要以上にかしめ部１３を深く形成する必要がなくて、ローラ１０が直接または間接的に接する軸中央の膨れが回避される。これにより転動寿命が確保される。

このかしめ構造の利点を整理すると、次のとおりである。
(1) 軸１１の両側を、仮止めなどの前工程無しで同時かしめ加工でき、加工工数が低減する。そのため、製作コストが低減できる。
(2) センタ穴を設けて支持に利用するものと異なり、軸１１の位置決めが容易であるにもかかわらず、簡易な装置でかしめ加工が行える。
(3) かしめ加工を行う際に、先にアーム本体である支持体４と軸１１とを仮止めで位置決めする必要がなく、かしめ加工機に設置するのみで軸１１の位置決めが可能になる。ただし、かしめ時の軸１１の移動量をセット時に考慮する必要がある。この移動量の考慮により、受け台２３に載せられた支持体４の下面に対して、ポンチ２１が突出するポンチセット量Ａを設定する。

(4) かしめ後の抜け荷重は、軸１１のかしめ後掛代ｈと関係があり、式で表記できるため、設計の目安とできる。図５は、かしめ後掛代ｈと抜け荷重の関係の例を示す。同図の例では、かしめ後掛代をｘ、抜け荷重をｙとすると、ｙ＝４２．６ｘの関係直線ａで表記することができる。
この関係式によると、軸１１の抜け荷重が４００ｋｇｆ以上必要である場合、かしめ部１３のかしめ後掛代ｈは、０．１mm以上であることが好ましい。また、かしめ後掛代が大き過ぎると、その大きなかしめ後掛代を得るための加圧により、軸の中央に膨れ部が生じてローラの支持に対する寿命低下等の影響を受けることがあり、かしめ後掛代の適切な上限は０．２mmである。要求される抜け荷重によっては、かしめ後掛代ｈは、０．０５〜０．２mmの範囲が好ましい。

(5) かしめ部１３が全周に均等に設けられるため、軸１１に別体の抜け防止片等を設けることが不要で、これによっても加工が簡単になる。
(6) 両端に同時かしめ加工を行うため、軸１１の軌道面となる中央部の膨れが回避される。このため、転動寿命の確保に有利である。

なお、上記実施形態では、ローラ１０が、軸１１の外周に直接に摺接するものである場合につき説明したが、ローラ１０は、例えば図６（Ａ）に示すように、外ローラ１０Ａと内ローラ１０Ｂとが２重に設けられ、内ローラ１０Ｂが軸１１および外ローラ１０Ａに対して相対的に回転自在となったものであっても良い。この場合、軸１１と内外のローラ１０Ａ，１０Ｂとで軸受３０を構成する。またローラ１０は、同図（Ｂ）に示すように、針状ころ等の複数の転動体３１を介して軸１１に回転自在に支持し、ローラ１０と転動体３１と軸１１とで転がり軸受３０を構成するものとしても良い。

ロッカーアーム１の形式は、図１のようなセンターピボットタイプのものに限らず、例えば図７に示すように、一端１ａでピボット部品３３を介してピボット支持部３４に回動自在に支持されるエンドピボットタイプのものであっても良い。この場合、アーム本体となる支持体４の長さ方向の中央付近に、ローラ１０を介在させて軸１１を固定する対向壁４ａが設けられる。

また、上記各実施形態においては、ロッカーアームに適用した場合につき説明したが、この発明の軸端かしめ方法は、支持体４に設けられた一対の対向壁部４ａの支持孔１２に軸１１の両端を加締固定する方法一般に適用することができ、特にその軸１１が外周にローラ１０やギヤ（図示せず）等の回転部材を支持するものである場合、例えば軸と回転部材とで軸受３０を構成するような場合に効果的である。具体的例を挙げると、遊星歯車機構において、遊星歯車を、キャリアに設けられた一対の対向壁部間の軸に支持させるような場合に、その軸のかしめ固定に適用することができる。遊星歯車機構は、例えば自動車のオートマチックトランスミッションを構成するものなどに適用できる。
さらに、上記各実施形態では、中実の軸１１を用いた場合につき説明したが、軸１１が中空軸の場合にも、この発明のロッカーアームを適用することができる。

この発明の第１の実施形態にかかるロッカーアームおよびその周辺部品の一部破断正面図である。同ロッカーアームの拡大破断部分平面図である。同ロッカーアームへの軸のかしめ過程の前後を示す断面図である。そのかしめ部の寸法関係の説明図である。かしめ後掛代と抜け荷重の関係を示すグラフである。同ロッカーアームにおけるローラの各種変形例を示す部分断面図である。この発明の他の実施形態にかかるロッカーアームおよびその周辺部品の正面図である。従来例の工程説明図である。

符号の説明

１…ロッカーアーム
２…カム
４…支持体
４ａ…対向壁部
１０…ローラ
１１…軸
１２…支持孔
１２ａ…座繰面
１３…かしめ部
１５…環状切込溝
ｈ…かしめ後掛代

Claims

カムにより揺動駆動されて内燃機関のバルブを動作させるロッカーアームにおいて、アーム本体となる支持体に、カムフォロアとなるローラを介在させる一対の対向壁部を設け、前記ローラを支持する軸の両端を、前記一対の対向壁部に設けられた支持孔にそれぞれ嵌合させ、この軸の両端部に、前記支持孔の対向壁部外面側の開口縁に設けられた座繰面に押し当てられるかしめ部を設け、このかしめ部は、軸端面に軸心と同心の環状切込溝を形成してこの環状切込溝よりも外周の環状部を拡開させたものであって、全周に渡って均一な断面形状のものとし、前記軸の端面を平坦な面としたことを特徴とするロッカーアーム。
カムにより揺動駆動されて内燃機関のバルブを動作させるロッカーアームにおいて、アーム本体となる支持体に、カムフォロアとなるローラを介在させる一対の対向壁部を設け、前記ローラを支持する軸の両端を、前記一対の対向壁部に設けられた支持孔にそれぞれ嵌合させ、この軸の両端部に、前記支持孔の対向壁部外面側の開口縁に設けられた座繰面に押し当てられるかしめ部を設け、このかしめ部は、軸端面に軸心と同心の環状切込溝を形成してこの環状切込溝よりも外周の環状部を拡開させたものであって、前記かしめ部が前記座繰面に対して掛かる軸方向寸法であるかしめ後掛代を０．１mm以上としたロッカーアーム。
カムにより揺動駆動されて内燃機関のバルブを動作させるロッカーアームにおいて、アーム本体となる支持体に、カムフォロアとなるローラを介在させる一対の対向壁部を設け、前記ローラを支持する軸の両端を、前記一対の対向壁部に設けられた支持孔にそれぞれ嵌合させ、この軸の両端部に、前記支持孔の対向壁部外面側の開口縁に設けられた座繰面に押し当てられるかしめ部を設け、このかしめ部は、軸端面に軸心と同心の環状切込溝を形成してこの環状切込溝よりも外周の環状部を拡開させたものであって、前記かしめ部が前記座繰面に対して掛かる軸方向寸法であるかしめ後掛代を０．０５〜０．２mmとしたロッカーアーム。
請求項２または請求項３において、前記かしめ部を、全周に渡って均一な断面形状のものとし、前記軸の端面を、センタ穴のない平坦な面としたロッカーアーム。
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記軸の端面の硬度をＨｖ６００以下としたロッカーアーム。