JP2009293603A - ロッカーアーム用カムフォロアおよびカムフォロア装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多くのころ本数を確保しながら、十分な保持器の強度を有し、かつ組み立て容易な、保持器付き軸受を提供する。
【解決手段】保持器１２は、一対のリング部１５，１５、複数のころ１３のピッチ円Ｐよりも径方向外側に位置して一対のリング部１５，１５を接続する複数の外側柱部１４ｏ、およびピッチ円Ｐよりも径方向内側に位置するとともに柱部１４ｏから離隔して軸方向に延びる内側柱部１４ｉを有する。
【選択図】図６

Description

本発明は、エンジンの可動弁機構に使用されるカムフォロアに関する。

エンジンのロッカーアームは、カムの回転運動を受けて、吸気弁および排気弁を開閉する。かかる動作中のフリクションロスを低減するため、ロッカーアームに、総ころ形式の転がり軸受を設け、ロッカーアームとカムとを転がり接触させる技術が従来、知られている。

総ころ形式の転がり軸受は、高荷重用途で使用することができる一方で、ころ同士の接触による油膜切れや、ころのスキューを原因とする、ピーリング、スミアリング、表面起点型剥離が生じる。総ころ形式の転がり軸受の場合、計算上は大きな負荷容量を有するにもかかわらず、その大きな負荷容量を充分に活用することができなかった。

そこで、エンジンの動弁系のフリクションロス低減を目的として、例えば特開２００６−１９４１３９号公報（特許文献１）および特開２００６−２００４１１号公報（特許文献２）に記載のものが知られている。特許文献１および特許文献２に記載の技術は、カムに転がり接触するローラを、針状ころおよび保持器を備えた針状ころ軸受でロッカーアームに軸支する。そして、針状ころを収容する保持器の柱部を、針状ころのピッチ円よりも内径側または外径側に配置し、周方向に隣り合う針状ころ同士を近づけて、たくさんの針状ころを具備するというものである。
特開２００６−１９４１３９号公報 特開２００６−２００４１１号公報

しかし、上記従来のような針状ころにあっては、以下に説明するような問題を生ずる。つまり、軸受の組立時にころが保持器から脱落してしまい、容易に組立することができなかった。

本発明の目的は、上述の実情に鑑み、多くのころを具備するものであって、ころが保持器から脱落することがないロッカーアーム用カムフォロアを提供するものである。

この目的のため本発明によるロッカーアーム用カムフォロアは、外周面がカムに当接する円筒形状のローラと、ローラの内周面に配置される複数のころと、そして一対のリング部、複数のころのピッチ円よりも径方向外側に位置して一対のリング部を接続する複数の外側柱部、および複数のころのピッチ円よりも径方向内側に位置して一対のリング部を接続する複数の内側柱部を有する保持器とを備える。

かかる本発明によれば、保持器が柱部として、ピッチ円よりも径方向外側に位置する外側柱部と、ピッチ円よりも径方向内側に位置する内側柱部を有することから、周方向で隣り合う２本の柱部および径方向で隣り合う２本の柱部の間にころを脱落不能に収容することができる。しかも、ピッチ円には柱部が位置しないことから、隣り合うころ同士を周方向で近づけることが可能になる。したがって、総ころ形式に近い本数で多くのころを具備することができ、軸受の負荷容量を確保することができる。また、保持器は、ピッチ円よりも径方向外側に位置する外側柱部と、ピッチ円よりも径方向内側に位置する内側柱部を備えることから、ころが保持器の外側柱部および内側柱部に当接しても、外側柱部および内側柱部でころを受け止めることができるため、保持器のこれら柱部に作用する応力を分散することが可能になり、保持器全体の構造を強くすることが可能になる。したがって、保持器の強度を充分確保することができる。

本発明は１実施形態に限定されるものではないが、好ましくは、径方向に対面する外側柱部と内側柱部との間隔をＳ、ころの直径をＤとすると、Ｓ≧０．１５Ｄを満たす。これにより、カムフォロアに多くのころを具備することができる。

本発明のカムフォロアに使用される保持器は金属製であってもよいが、好ましくは樹脂製である。これにより、柱部を容易に製作することができる。

この場合好ましくは、内側柱部および外側柱部は、それぞれ径方向寸法および周方向寸法のうちの少なくともいずれか一方が０．４ｍｍ以上である。これにより、樹脂製の保持器を射出成形によって製作することができる。

柱部は１実施形態に限定されるものではない。例えば、内側柱部と外側柱部のうちの少なくともいずれか一方は、軸方向に直角な断面形状が多角形である。好ましくは、内側柱部と外側柱部のうちの少なくともいずれか一方は、軸方向に直角な断面形状が長さの等しい一対の斜辺を有する等脚台形であって、一対の斜辺がそれぞれころに対面するように配置されている。あるいは、内側柱部と外側柱部のうちの少なくともいずれか一方は、軸方向に直角な断面形状が長さの等しい一対の辺を有する二等辺三角形であって、一対の辺がそれぞれころに対面するように配置されている。これにより、隣り合うころ同士の間隔を狭くして、カムフォロアに多くのころを具備することができる。

あるいは、内側柱部と外側柱部のうちの少なくともいずれか一方は、軸方向に直角な断面形状が円であってもよい。円は真円であっても、あるいは、楕円であってもよい。

また、本発明によるカムフォロア装置は、１対の脚部を有する揺動部材と、一対の脚部間に架設される支持軸と、支持軸に回転自在に支持され、外周面がカムに当接する円筒形状のローラと、これら支持軸およびローラ間の環状領域に配置される複数のころと、一対のリング部、複数のころのピッチ円よりも径方向外側に位置して一対のリング部を接続する複数の外側柱部、およびピッチ円よりも径方向内側に位置して一対のリング部を接続する複数の内側柱部を有する保持器とを備える。

かかる本発明によれば、保持器が柱部として、ピッチ円よりも径方向外側に位置する外側柱部と、ピッチ円よりも径方向内側に位置する内側柱部を有することから、周方向で隣り合う２本の柱部および径方向で隣り合う２本の柱部の間にころを脱落不能に収容することができる。しかも、ピッチ円には柱部が位置しないことから、隣り合うころ同士を周方向で近づけることが可能になる。したがって、総ころ形式に近い本数で多くのころを具備することができ、軸受の負荷容量を確保することができる。また、保持器は、ピッチ円よりも径方向外側に位置する外側柱部と、ピッチ円よりも径方向内側に位置する内側柱部を備えることから、ころが保持器の外側柱部および内側柱部に当接しても、外側柱部および内側柱部でころを受け止めることができるため、保持器のこれら柱部に作用する応力を分散することが可能になり、保持器全体の構造を強くすることが可能になる。したがって、保持器の強度を充分確保することができる。

本発明によれば、保持器がピッチ円よりも径方向外側および径方向内側で柱部を有することから、周方向で隣り合う２本の柱部および径方向で隣り合う２本のころ止め部の間にころを脱落不能に収容することができ、カムフォロアの組立効率が向上する。しかも、ピッチ円には柱部が位置しないことから、周方向で隣り合うころ同士を近づけることが可能になる。したがって、総ころ式の軸受とほぼ同様に多くのころを具備することが可能になり、負荷容量を大きくすることができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。

図１は、本発明のカムフォロアを組み込んだ可動弁機構を示す正面図である。可動弁機構１は、自動車のエンジン部品であって、軸５に揺動可能に支持されたロッカーアーム２と、ロッカーアーム２の一端に配置され、エンジン燃焼室の吸排気を行う弁３と、ロッカーアーム２の他端に配置される支持軸６と、支持軸６の外周に回転自在に軸支されるローラ１１と、カムシャフト（図示省略）に固定され偏心部４ａを有するカム４とを備える。

上記構成の可動弁機構１は、エンジンのクランクシャフト（図示省略）の回転がタイミングベルト（図示省略）を経由してカムシャフト（図示省略）に伝達され、カム４を回転させる。そして、カム４の偏心部４ａがローラ１１の外周面に当接したときに、ロッカーアーム２が軸５を中心として揺動して弁３を押し下げる。これにより、エンジンの吸排気を行う。このとき、ローラ１１はカム４の回転に伴って回転するので、ローラ１１とカム４との当接部分のフリクションロスを低減することが可能となる。

図２は、ローラ１１を軸支する軸受を拡大して示す斜視図である。カムフォロアは、外周面がカムに当接する円筒形状のローラ１１と、ローラ１１の内周面に配置される複数のころ１３と、これらころ１３を整列させる保持器１２を備える。ころ１３はローラ１１の内周面および軸６の外周面を転走する。

図３は、図２のころ１３および保持器１２を示す斜視図である。保持器１２は、軸方向に向かい合う一対のリング部１５，１５、および一対のリング部１５，１５を接続する複数の柱部１４を有する。柱部１４は軸方向に延びて周方向等間隔に配設される。そして周方向で隣り合う柱部１４同士の間に形成されるポケットにころ１３を収容する。

図４は、図３の保持器１２のポケットにころ１３を取り付ける前の状態を示す斜視図である。柱部１４は、リング部１５の径方向外側と結合する外側柱部１４ｏと、リング部１５の径方向内側と結合する内側柱部１４ｉとを含む。

図５は、本実施例のカムフォロアを軸と直角な平面で切断して見た状態を示す断面図である。ころ１３よりも外径側にあるローラ１１はカムフォロアの外輪に相当する。またころ１３よりも内径側にある支持軸６はカムフォロアの内輪に相当する。外側柱部１４ｏと内側柱部１４ｉは、径方向に離れて向かい合っており、１対の柱部１４を構成する。したがって本実施例では、外側柱部１４ｏの本数と内側柱部１４ｉの本数が同じである。

保持器１２の外側柱部１４ｏおよび内側柱部１４ｉの少なくともいずれか一方は、軸方向に直角な断面形状が多角形である。これらの断面形状は、三角形あるいは四角形以上の多角形であってもよいが、好ましくは、外側柱部１４ｏおよび内側柱部１４ｉのうちの少なくともいずれか一方は、軸方向に直角な断面形状が長さの等しい一対の辺を有する二等辺三角形であって、これら一対の辺がそれぞれ、ころ１３に対面するように配置されている。より好ましくは、外側柱部１４ｏおよび内側柱部１４ｉの双方が、二等辺三角形の断面形状を有する。つまり、外側柱部１４ｏの断面形状の底辺が、保持器の外周上にあり、内側柱部１４ｉの断面形状の底辺が、保持器の内周上にあり、外側柱部１４ｏおよび内側柱部１４ｉの頂角同士が径方向に離れて向かい合う。

図６は図５に示す外側柱部１４ｏおよび内側柱部１４ｉの断面形状の拡大図である。破線で示すころ１３のピッチ円Ｐを一点鎖線で示す。外側柱部１４ｏはピッチ円Ｐの外側に位置する。また、内側柱部１４ｉはピッチ円Ｐの内側に位置する。また本実施例では、柱部１４ｏ，１４ｉの二等辺三角形の断面形状のうち一対の辺が、それぞれころ１３に対面するように配置されている。

このように保持器１２は、ころ１３のピッチ円Ｐよりも径方向外側に位置して一対のリング部１５，１５を接続する複数の外側柱部１４ｏ、およびピッチ円Ｐよりも径方向内側に位置するとともに柱部１４ｏから離隔して軸方向に延びる内側柱部１４ｉを有する。

また図には示さなかったが、内側柱部１４ｉが一対のリング部１５，１５を接続する一方で、外側柱部１４ｏが柱部１４ｉから離隔して、一対のリング部１５，１５のそれぞれから軸方向に途中まで延びるだけでもよい。つまりこの場合、外側柱部１４ｏは軸方向中央で切断しており、一対のリング部１５，１５を接続しない一対の突起になる。

本実施例によれば、保持器付きころであることから、ころ同士の接触による油膜切れおよびころのスキューを防止することができる。したがって、カムフォロアの耐久性を向上させることができる。

また、周方向で隣り合う２本の外側柱部１４ｏと、周方向で隣り合う２本の内側柱部１４ｉとの間に形成されるポケットにころ１３を収容することが可能になる。しかも、このポケットからころ１３が脱落することがない。したがって、カムフォロアの組立が容易になる。また保持器１２を、内輪である支持軸６および外輪であるローラ１１に接触しない転動体案内とすることができる。

また本実施例によれば、外側柱部１４ｏおよび内側柱部１４ｉが１対の柱部１４を構成することから、保持器を軽量化しつつ、保持器の強度を充分確保することができる。

好ましくは、径方向に対面する外側柱部１４ｏと内側柱部１４ｉとの間隔Ｓ、ころ１３の直径をＤとすると、Ｓ≧０．１５Ｄを満たす。これにより、隣り合うころ１３，１３を近づけて、多くのころ１３を保持器１２に組み込むことができる。

保持器１２は金属製であってもよいが、好ましくは樹脂製である。これにより、保持器１２を容易に製造することができる。また、柱部１４を弾性変形させて柱部１４，１４間のポケットにころ１３を入れることができる。

また、樹脂製の保持器１２の場合、外側柱部１４ｏは、径方向寸法Ｈおよび周方向寸法Ｂのうちの少なくともいずれか一方が０．４ｍｍ以上である。同様に、内側柱部１４ｉの径方向寸法Ｈおよび周方向寸法Ｂのうちの少なくともいずれか一方も、０．４ｍｍ以上である。これにより、樹脂製の保持器を射出成形によって製作することができる。

本実施例のカムフォロアと従来からある総ころ形式のカムフォロアとにつき、外輪回転型寿命試験機を用いて比較試験を行った。試験条件は、外力を与えながら回転する駆動ロールに試験体になるローラが接触するようにカムフォロアを設置し、ローラに３０００［Ｎ］の外力を与えながら、ローラを毎分７０００回転させ、１００℃のエンジンオイルを毎分２０［ｍｌ］で試験体に潤滑した。

試験結果は、従来品（総ころ形式）の基本動定格荷重になる負荷容量を１とすると、本実施例のカムフォロアの負荷容量は０．９であった。これに対し、従来品（総ころ形式）の寿命を１とすると、発明品の寿命は１．２であった。本実施例によれば、負荷容量がやや減少するものの、寿命がこの減少を超えて向上することがわかった。

図７は、本発明の変形実施例を示す断面図である。この変形実施例の基本構成は、上述した図１〜図４に示す実施例と共通するため、共通する基本構成については説明を省略する。そして、異なる構成について以下に説明する。

この変形実施例では、外側柱部１４ｏおよび内側柱部１４ｉのうちの少なくともいずれか一方は、軸方向に直角な断面形状が長さの等しい一対の斜辺を有する等脚台形である。そして、一対の斜辺がそれぞれころ１３に対面するように配置されている。好ましくは、図７に示すように外側柱部１４ｏおよび内側柱部１４ｉの双方が等脚台形の断面形状を有する。この場合、外側柱部１４ｏの下底が径方向外側にあり、内側柱部１４ｉの下底が径方向内側にあり、外側柱部１４ｏの上底と内側柱部１４ｉの上底とが互いに向き合う。このような変形実施例によれば、柱部１４の強度を一層高めることができる。

図８も、本発明の変形実施例を示す断面図である。この変形実施例の基本構成も、上述した図１〜図４に示す実施例と共通するため、共通する基本構成については説明を省略する。そして、異なる構成について以下に説明する。

この変形実施例では、外側柱部１４ｏおよび内側柱部１４ｉのうちの少なくともいずれか一方は、軸方向に直角な断面形状が円である。円は真円および楕円を含み、図８は真円の場合を示す。あるいは図には示さなかったが、楕円であってもよく、楕円の短軸を周方向とし、楕円の長軸を径方向にするとよい。

以上、図面を参照して本発明の実施形態を説明したが、本発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、本発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

本発明は、エンジンの可動弁機構等に採用されるロッカーアーム用カムフォロアに有利に利用される。

本発明の１実施例になるロッカーアーム用カムフォロアを組み込んだ可動弁機構を示す正面図である。 ローラを軸支する軸受を拡大して示す斜視図である。 図２のころおよび保持器を示す斜視図である。 図３の保持器のポケットにころを取り付ける前の状態を示す斜視図である。 同実施例のカムフォロアを軸と直角な平面で切断して見た状態を示す断面図である。 図５に示す外側柱部および内側柱部の断面形状の拡大図である。 本発明の変形実施例を示す断面図である。 本発明の変形実施例を示す断面図である。

符号の説明

１ 可動弁機構、２ ロッカーアーム、３ 弁、４ カム、４ａ 偏心部、５ 軸、６ 支持軸、１１ ローラ、１２ 保持器、１３ ころ、１４ 柱部、１５ リング部、１４ｏ 外側柱部、１４ｉ 内側柱部。

Claims (9)

1. 外周面がカムに当接する円筒形状のローラと、
   前記ローラの内周面に配置される複数のころと、
   一対のリング部、前記複数のころのピッチ円よりも径方向外側に位置して前記一対のリング部を接続する複数の外側柱部、および前記ピッチ円よりも径方向内側に位置するとともに前記外側柱部から離隔して前記一対のリング部を接続する複数の内側柱部を有する保持器とを備える、ロッカーアーム用カムフォロア。
2. 径方向に対面する前記外側柱部と前記内側柱部との間隔をＳ、前記ころの直径をＤとすると、Ｓ≧０．１５Ｄを満たす、請求項１に記載のロッカーアーム用カムフォロア。
3. 前記保持器は樹脂製である、請求項１または２に記載のロッカーアーム用カムフォロア。
4. 前記内側柱部および前記外側柱部は、それぞれ径方向寸法および周方向寸法のうちの少なくともいずれか一方が０．４ｍｍ以上である、請求項３に記載のロッカーアーム用カムフォロア。
5. 前記内側柱部と前記外側柱部のうちの少なくともいずれか一方は、軸方向に直角な断面形状が多角形である、請求項１〜４のいずれかに記載のロッカーアーム用カムフォロア。
6. 前記内側柱部と前記外側柱部のうちの少なくともいずれか一方は、軸方向に直角な断面形状が長さの等しい一対の斜辺を有する等脚台形であって、前記一対の斜辺がそれぞれ前記ころに対面するように配置されている、請求項１〜４いずれかに記載のロッカーアーム用カムフォロア。
7. 前記内側柱部と前記外側柱部のうちの少なくともいずれか一方は、軸方向に直角な断面形状が長さの等しい一対の辺を有する二等辺三角形であって、前記一対の辺がそれぞれ前記ころに対面するように配置されている、請求項１〜４のいずれかに記載のロッカーアーム用カムフォロア。
8. 前記内側柱部と前記外側柱部のうちの少なくともいずれか一方は、軸方向に直角な断面形状が円である、請求項１〜４のいずれかに記載のロッカーアーム用カムフォロア。
9. １対の脚部を有する揺動部材と、
   前記一対の脚部間に架設される支持軸と、
   前記支持軸に回転自在に支持され、外周面がカムに当接する円筒形状のローラと、
   これら支持軸およびローラ間の環状領域に配置される複数のころと、
   一対のリング部、前記複数のころのピッチ円よりも径方向外側に位置して前記一対のリング部を接続する複数の外側柱部、および前記ピッチ円よりも径方向内側に位置して前記一対のリング部を接続する複数の内側柱部を有する保持器とを備える、カムフォロア装置。

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