JP2006136976A - ロッカーアームのローラの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 外径の旋削が不要で、生産性に優れ、転動寿命の面でも有利なロッカーアームのローラの製造方法を提供する。
【解決手段】 この製造方法は、ロッカーアームのカムフォロワとして用いられる円筒状のローラ１を製造する方法である。この製造方法は、素材準備過程I と、この素材Ｗの少なくとも外周面を冷間で塑性加工する塑性加工過程IIと、熱処理する熱処理過程III と、端面研削過程IVと、この端面研削後の素材Ｗの外周面および内周面を研削する周面研削過程V とを含む。素材準備過程I は、線材Ｗ０をプレス加工で定尺に順次切断して前記素材Ｗとする過程である。塑性加工過程IIは、複数の冷間鍛造過程IIａ〜IIｃと、サイジング過程IIｄとでなる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、内燃機関の動弁機構を構成するロッカーアームのカムフォロワとなるローラを製造するロッカーアームのローラの製造方法に関する。

内燃機関の動弁機構に組み込むロッカーアームは、カムにより揺動駆動されるものであり、カムフォロワとなるローラを有している。このローラは、従来は、パイプ材を所定寸法に切断した素材に、旋削によりチャンファやクラウニング等の外径形状の加工を施し、熱処理、および研削を施して製作している。
素材として、パイプ材を用いる代わりに、中実材を用い、冷間鍛造でリング状とした後に、旋削、熱処理、研削を順次行う方法も提案されている（例えば特許文献１）。
特許３１２３０５５号公報

従来のローラの製造方法は、いずれも外径加工を旋削で行っている。しかし、旋削加工は、プレス加工等に比べて生産効率が悪く、量産されるローラの製造過程のネックとなり、ローラの全体の生産性低下を招いている。このため、素材の準備からローラの完成までの連続した一貫加工の製造過程の構築が難しいものとなっている。また、旋削によると、切粉の発生や、歩留り低下を伴うという問題がある。
また、一般に鋼材では、非金属介在物の繊維の流れであるメタルフローが生じており、ローラの場合、その表面でメタルフローが切断されていると、転動寿命の面で不利となることがある。ローラの外周面を旋削すると、メタルフローが切断されるため、この点でも旋削は好ましくない。

この発明の目的は、外周面の旋削が不要で、生産性に優れ、精度面、および転動寿命の面でも有利なロッカーアームのローラの製造方法を提供することである。

この発明のローラの製造方法は、ロッカーアームのカムフォロアとなるローラの製造方法であって、前記ローラの１個分の素材を準備する過程と、この素材の少なくとも外周面を冷間で塑性加工する過程と、この塑性加工済みの素材の端面を研削する過程と、この端面研削後の素材の外周面および内周面を研削する過程とを含む方法である。

この方法によると、素材の外周面を冷間の塑性加工で行い、外周面の旋削を行うことなく熱処理後に研削を行うため、加工時間のかかる旋削過程が不要で、ローラを効率の良く生産することができる。旋削が不要なため、素材準備からローラの完成までの過程を一貫加工で行う製造過程の実現に貢献できる。外周面の旋削が不要なことから、切粉の発生がなく、歩留り向上にもつながる。
また、前記研削は、素材の端面の研削の後、外周面および内周面の研削を行うため、精度良く研削を行うことができる。例えば、素材の研削された端面を基準として外周面および内周面を研削することより、効率良くかつ精度の良い研削が行える。
また、塑性加工によると、旋削加工と異なり、素材における非金属介在物の繊維の流れであるメタルフローが切断されることが少なく、転動寿命の面でも有利となる。ロッカーアームのカムフォロワは、内燃機関のピストンの往復速度に対応した高速で動作させられるものであるため、厳しい環境下にある。そのため、旋削を無くしてファイバーフローの切断を少なくしたことによる転動寿命の向上が効果的となる。

この発明方法において、前記素材を準備する過程は、線材をプレス加工で定尺に切断して前記素材とする過程であっても良い。線材は、例えばコイル材であっても良い。
線材を定尺に切断して素材を得る方法であると、ローラの１個分ずつの素材が効率良く得られる。上記切断をプレス加工で行う場合は、生産性に優れ、またせん断となるので切り屑の発生がなく、歩留りが良い。プレス加工による切断の場合、旋削による切断に比べて綺麗な形状に切断することが難しいが、素材の外周面の加工を塑性加工で行うため、プレス加工により切断した素材の形状が多少異形であっても、精度の良い外周形状が容易に得られる。プレス加工による切断と、外周面を冷間で塑性加工する過程とを組み合わせることで、一貫加工で行う製造過程がより実現性の高いものとなる。

素材準備過程で準備する素材は、中実材であっても、また円筒状材であっても良い。中実材の場合は、前記塑性加工として、少なくとも冷間鍛造を行う。冷間鍛造によると、素材形状から大きく変形した形状に成形することが容易である。中実材の場合、前記塑性加工として、前記冷間鍛造の後に、サイジングまたはしごき加工を行うようにしても良い。サイジングまたはしごき加工を加えることで、精度の良い外周形状に成形することができる。
素材が円筒状材である場合も、前記塑性加工として、サイジングまたはしごき加工を行うようにしても良い。素材が円筒状材である場合は、円筒状のローラを製造する場合に、完成品の形状にある程度近い素材形状となるため、サイジングまたはしごき加工で精度，形状を整える程度の塑性加工で済む。これにより、全体が簡素な製造過程で済む。
なお、ここで言う「サイジング」および「しごき加工」は、いずれも精度，形状を整える塑性加工を言う。

この発明において、上記熱処理として、高周波焼入れ焼戻しを行うようにしても良い。 高周波焼入れ焼戻しによると、順次生産されるローラを、連続的に焼入れできるため、素材準備からローラの完成までの過程を、連続した一貫加工で行う製造過程がより一層実現され易いものとなる。

この発明方法は、ロッカーアームのカムフォロアとなるローラの製造方法であって、ローラの１個分の素材を準備する過程と、この素材の少なくとも外周面を冷間で塑性加工する過程と、この塑性加工済みの素材の端面を研削する過程と、この端面研削後の素材の外周面および内周面を研削する過程とを含む方法であるため、外周面の旋削が不要で、生産性に優れ、精度面、転動寿命の面でも有利な製造方法となる。

この発明の第１の実施形態を図１と共に説明する。この製造方法は、ロッカーアームのカムフォロワとして用いられる円筒状のローラ１を製造する方法である。
この製造方法は、素材Ｗを準備する素材準備過程I と、この素材Ｗの少なくとも外周面を冷間で塑性加工する塑性加工過程IIと、この塑性加工済みの素材を熱処理する熱処理過程III と、この熱処理済みの素材Ｗの端面を研削する端面研削過程IVと、この端面研削後の素材Ｗの外周面および内周面を研削する周面研削過程V とを含む。

素材準備過程I は、線材Ｗ０をプレス加工で定尺に順次切断して前記素材Ｗとする過程である。線材Ｗ０は、例えば円形断面の鋼線であり、コイル材等が用いられる。切断された素材Ｗは、円柱状の形状の中実材となる。前記切断の過程では、線材Ｗ０を定寸送りする毎に切断する方法等が採られる。

塑性加工過程IIは、複数の冷間鍛造過程IIａ〜IIｃと、サイジング過程IIｄとでなる。素材準備過程I で準備された円柱状で中実の素材Ｗは、第１の冷間鍛造過程IIａで、同図に示すように一端の外周にチャンファＷａを有し、両端の端面に凹み部Ｗｂ，Ｗｃをそれぞれ有する形状に塑性加工される。このとき素材Ｗの外周面も、完成品のローラ１にある程度沿った形状とされ、クラウニング形状とする場合もこの過程である程度形成する。
第２の冷間鍛造過程IIｂでは、図示のように、底壁Ｗｄが残る中空形状に成形され、かつ外周面がさらに成形されて、両端にチャンファＷａが形成される。この状態の素材Ｗの内径は、製品となるローラ１の内径と同程度とされる。
第３の冷間鍛造過程IIｃで、上記底壁Ｗｄが打ち抜かれ、素材Ｗは円筒状となる。

しごき加工過程IIｄでは、上記の円筒状となった素材Ｗの外周面および内周面のサイジングが行われる。このサイジングにより、素材Ｗは、外周面および内周面の形状，寸法が完成品のローラ１と略同じとされる。上記サイジングは、しごき加工であっても良い。

熱処理過程III は、素材Ｗの表面硬化等の処理を行う過程であり、連続炉またはバッチ炉等による雰囲気熱処理、または高周波熱処理とされる。高周波熱処理は、高周波焼入れが行われ、この後、高周波焼き戻しや雰囲気焼き戻しの処理が行われる。熱処理過程III は、ＡＳ処理およびサブゼロ処理としても良い。

端面研削過程IVでは、しごき加工の完了した素材Ｗの端面を研削し、形状，寸法をさらに整えると共に、表面粗さを小さくする。
周面研削過程V では、端面研削の完了した素材Ｗの外周面および内周面を順次研削し、形状，寸法をさらに整えると共に、表面粗さを小さくする。
これら端面および周面の研削過程IV，V は、それぞれ複数段階行うようにしても良く、その場合に、研磨や超仕上げを含むようにしても良い。特に、周面の研削過程V は、このような研磨や超仕上げを行うことで、品質の向上効果が大きい。また、周面研削過程IVにおける内周面の研削加工は、研削後にホーニング加工を行うようにしても良い。

上記端面研削過程IVは、例えば図２に示すようなスルーフィード方式を用いて研削しても、また図３に示すロータリキャリア方式を用いて研削しても良く、素材Ｗの径や長さに応じて使い分ける。
図２のスルーフィード方式は、送りベルト（図示せず）により、素材Ｗを２枚の両側の回転砥石３１，３１間にフィードさせる方式である。素材Ｗは、研削中は上下のガイドーバー等の案内部材３２により案内される。スルーフィード方式は、最も生産性の高い研削方式である。
図３のロータリキャリア方式は、ロータリキャリア３３のポケットに素材Ｗを入れて、ロータリキャリア３３の回転により、素材Ｗを両側の砥石３１，３１間に円弧に沿ってフィードさせる。素材Ｗは、手動または自動で、円周方向の所定の投入位置Ｐ１および排出位置Ｐ２で投入および排出を行う。この方式は、スルーフィード方式に次いで生産性が高い。

スルーフィード方式およびロータリキャリア方式のいずれにおいても、ワークＷの（外径／幅）の比が約２以上の場合は、一般的に砥石３１は図３（Ａ）に回転方向を矢印で示すように正逆回転とされる。上記の比が約２以下の場合は、一般的に砥石３１は図３（Ｂ）のように正回転のみとされる。正逆回転は、片側の砥石３１が正転、もう片側が逆転のことである。正回転のみとは、両側の砥石３１がともに正回転のことである。
砥石３１の正逆回転の場合、素材Ｗが回転しないため、直角度が出難い。正々回転の場合は、素材Ｗが回転するため、直角度が比較的に出易い。

図１の周面研削過程V における外周面の研削および内周面の研削は、例えば、それぞれ図４および図５に示すシュータイプの心無し研削とされる。この研削方法は、素材Ｗを２個のシュー３４，３４上に置き、マグネチックチャック３５のドライブプレート３６に端面を密着させた状態で、素材Ｗを回転させながら、回転砥石３７により切り込むことで研削する。ドライブプレート３６は、バッキングプレートとも呼ばれる。
マグネチックチャック３５の端面は、回転中心に対して直角となっているので、ワークＷの周面は研削によって端面に対して直角となり、また素材Ｗは２つのシュー３４で支持されて外周研削と共に滑るため、素材Ｗの外周面の真円度が次第に正しくなる。
このように、端面基準で外周面および内周面が研削されるため、素材Ｗの端面が先に研削されることで、精度の良い研削が行われる。

なお、図示は省略するが、上記研削過程IV，V の後で、素材Ｗの端面等に、潤滑性向上処理として無数の微細な窪みを施すようにしても良い。この窪みは、ロッカーアームとの滑り接触面となる幅面に潤滑剤が入り易くするものであり、潤滑剤の保持効果が高められることで、順接性が向上する。上記無数の窪みは、素材Ｗの外周面や内周面に設けても良い。
上記各過程I 〜V を経て、ロッカーアームのカムフォロワ用のローラ１が製造される。

この製造方法によると、素材Ｗの外周面を冷間の塑性加工で行い、そのまま熱処理の後に、研削を行うため、加工時間のかかる旋削過程が不要で、ローラ１を効率良く生産することができる。旋削が不要なため、素材Ｗの準備からローラ１の完成までの過程を連続した一貫加工で行う製造過程の実現に貢献できる。外周面の旋削が不要なことから、切粉の発生がなく、歩留り向上にもつながる。また、塑性加工によると、旋削加工と異なり、素材における非金属介在物の繊維の流れであるメタルフローＦ（図１（Ｃ））が切断されることが少なく、転動寿命の面でも有利となる。

素材準備過程I が、上記のように線材Ｗ０を定尺に切断して素材Ｗを得る方法である場合は、ローラ１の１個分ずつの素材Ｗが効率良く得られる。上記切断をプレス加工で行う場合は、生産性に優れ、また切り屑の発生がなくて歩留りが良い。プレス加工による切断の場合、旋削による切断に比べて綺麗な形状に切断することが難しいが、後の外周面の加工を塑性加工で行うため、プレス加工により切断した素材Ｗの形状が多少異形であっても、精度の良い外周形状が容易に得られる。プレス加工による切断と、外周面を冷間で塑性加工する過程とを組み合わせることで、一貫加工で行う製造過程がより実現性の高いものとなる。

素材準備過程I で準備する素材Ｗが中実材である場合、前記塑性加工として、第１〜第３の冷間鍛造過程IIａ〜IIｃに示すように冷間鍛造を行うが、冷間鍛造によると、素材形状から大きく変形した形状に成形することが容易である。この塑性加工の後、サイジング過程IIｄを加えることで、精度の良い外周形状に成形することができる。

また、上記熱処理過程III を高周波焼入れで行う場合は、順次生産されるローラ１を、連続的に焼入れできるため、素材準備からローラ１の完成までの過程を、連続した一貫加工で行う製造過程がより一層実現し易いものとなる。

このように製造されるローラ１は、ロッカーアームのカムフォロワとなるものであり、内燃機関のピストンの往復速度に対応した高速で動作させられる厳しい環境下にあるために、旋削を無くしてファイバーフローの切断を少なくしたことによる転動寿命の向上効果が効果的となる。

図６はこの発明における他の実施形態を示す。この実施形態の製造方法では、素材準備過程I で準備する素材Ｗを円筒状材とし、前記塑性加工過程IIは、サイジング（すなわち矯正）の過程とする。この場合も素材準備過程I は、線材Ｗ０をプレス加工で定尺に切断して前記素材Ｗとする過程としても良い。ただし、線材Ｗ０はパイプ材である。
塑性加工過程IIにおけるサイジングは、素材Ｗの外周面の形状および寸法の精度を高める加工とされる。このサイジングは、チャンファＷａを施す加工を含むものであっても良い。また、このサイジングにおいて、素材Ｗの内周面の形状，寸法の精度を高める加工を加えても良い。塑性加工過程IIは、サイジングの代わりにしごき加工としても良い。

サイジングの完了した素材Ｗは、熱処理過程III を経て、端面研削過程IVで端面の研削を行い、周面研削加工V で外周面および内周面の研削加工を順に行う。端面研削過程IVおよび周面研削過程V については、図１〜図５に示した第１の実施形態と同様である。また、熱処理過程III についても、第１の実施生態で前述した方法を採用する。

このように、素材Ｗが円筒状材である場合は、円筒状のローラ１を製造する場合に、完成品の形状にある程度近い素材形状となるため、しごき加工で精度，形状を整える程度の塑性加工で済む。これにより、全体が簡素な製造過程で済む。

なお、上記各実施形態は、旋削を全く含まないようにしたが、ローラ１の幅面の加工については、旋削で行うようにしても良い。

図７および図８は、それぞれ上記実施形態のローラ１を用いたロッカーアームの各例を示す。図７のロッカーアーム１０は、エンドピボットタイプのものであり、アーム本体１１の一端にピボット部品１２が取付けられ、他端にバルブ１３に作用するバルブ作用部１４が設けられている。アーム本体１１は、支持部材１５によりピボット部品１２を介して揺動自在とされ、ピボット部品１２の球心部が揺動中心Ｐとなる。アーム本体１１の長手方向の中央に、カム１６に接するカムフォロアとなるロッカーアーム用軸受１７が設置される。

ロッカーアーム用軸受１７は、アーム本体１１の一対の対向壁１１ａ，１１ａ間に掛け渡して固定したローラ支軸１８の周囲に、複数のころ１９を介して外輪となるローラ１を設けたものであり、針状ころ軸受からなる。このローラ１として、図１または図６のいずれかの実施形態の方法で製造したローラ１が用いられる。

図８のロッカーアーム１０Ａは、センターピボットタイプのものであり、アーム本体１１Ａは、長手方向の中央で揺動支軸２１回りに揺動自在に支持されている。アーム本体１１Ａの一端に、バルブ１３に使用するバルブ作用部１４Ａが設けられ、他端にカム１６に接するカムフォロアとなるロッカーアーム用軸受１７が取付けられている。ロッカーアーム用軸受１７は、図７の例と同様であり、その外輪に、図１または図６のいずれかの実施形態の方法で製造したローラ１が用いられる。

この発明の第１の実施形態にかかるロッカーアームのローラの製造方法を示す工程説明図である。 その端面研削過程を示す平面図および斜視図である。 その端面研削過程の他の例を示す斜視図である。 その外周面の研削過程を示す断面図および正面図である。 その内周面の研削過程を示す断面図および正面図である。 この発明のさらに他の実施形態にかかるロッカーアームのローラの製造方法を示す工程説明図である。 この発明の製造方法で製造したローラを用いたロッカーアームの一例を示す正面図、平面図、および断面図である。 この発明の製造方法で製造したローラを用いたロッカーアームの他の例を示す正面図である。

符号の説明

１…ローラ
１０…ロッカーアーム
１６…カム
１７…ロッカーアーム用軸受
Ｗ…素材
Ｗ０…線材
Ｗａ…チャンファ

Claims (7)

1. ロッカーアームのカムフォロアとなるローラの製造方法であって、前記ローラの１個分の素材を準備する過程と、この素材の少なくとも外周面を冷間で塑性加工する過程と、この塑性加工済みの素材を熱処理する過程と、この熱処理済みの素材の端面を研削する過程と、この端面研削後の素材の外周面および内周面を研削する過程とを含むロッカーアームのローラの製造方法。
2. 請求項１において、前記素材の外周面および内周面の研削を、研削された素材の端面を基準として行うロッカーアームのローラの製造方法。
3. 請求項１または請求項２において、前記素材を準備する過程が、線材をプレス加工で定尺に切断して前記素材とする過程であるロッカーアームのローラの製造方法。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記素材が中実材であり、前記塑性加工として、少なくとも冷間鍛造を行うロッカーアームのローラの製造方法。
5. 請求項４において、前記塑性加工として、前記冷間鍛造の後、サイジングまたはしごき加工を行うロッカーアームのローラの製造方法。
6. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記素材が円筒状材であり、前記塑性加工がサイジングまたはしごき加工であるロッカーアームのローラの製造方法。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記熱処理として高周波焼入れを行うロッカーアームのローラの製造方法。

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