JP2011043074A

JP2011043074A - ロッカアーム

Info

Publication number: JP2011043074A
Application number: JP2009189902A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Hashimoto; 健一橋本
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2009-08-19
Filing date: 2009-08-19
Publication date: 2011-03-03

Abstract

【課題】ロッカシャフトを支持する針状ころ軸受のコストを低減することができるロッカアームを提供する。
【解決手段】外輪11は、略半円筒状とされて、負荷圏側に配されている。保持器14外周に、シャフト挿通孔3の周壁との間に外輪挿入空間を形成する外輪収納用凹部15が形成されている。外輪収納用凹部15の周方向長さが外輪11の周方向長さよりも長くなされることで、外輪11に対して保持器14が所定範囲内で相対回転可能とされている。外輪11内周面とロッカシャフト4外周面との間で転動するころ12は、シャフト挿通孔3の周壁とロッカシャフト4との間で転動するころ13に比べて、外輪11厚みに相当する分だけ小径とされている。
【選択図】図１

Description

この発明は、ロッカシャフトを中心にして揺動することでバルブの開閉を行うロッカアームに関する。

この種のロッカアームでは、ロッカアームとロッカシャフトとが滑り機構を介して接触していることが一般的であったが、ロッカアームの揺動運動の高速化に伴い、ロッカアームとロッカシャフトとの接触部分に生じる摩擦損失が大きくなって、ロッカアームの揺動の応答性が低下するという問題が発生している。そこで、この問題を解消するものとして、特許文献１には、シャフト挿通孔が形成されたロッカアーム本体と、シャフト挿通孔に挿通されたロッカシャフトと、ロッカアーム本体の長手方向一端側に設けられたアジャストボルトと、長手方向他端側に設けられたローラと、シャフト挿通孔に挿入されてロッカシャフトを支持する針状ころ軸受とを備えており、ロッカアーム本体がロッカシャフトを中心として所要の角度範囲内で揺動することでバルブ受け部を介してバルブの開閉を行うロッカアームが提案されている。

特開２００２−４７９０３号公報

上記特許文献１には、具体的な構成として、ロッカアーム本体のシャフト挿通孔の周壁で直接ころを受けるものと、シェル形針状ころ軸受を圧入するものとが例示されている。ここで、前者のものでは、ロッカアーム本体の熱処理が必要となるという問題があり、後者のものでは、針状ころ軸受が高価なものとなるという問題がある。

なお、このようなロッカアームは、揺動角度の範囲が２０°程度と狭いものであり、針状ころ軸受のうちの負荷を受ける部分（負荷圏）が限定されているが、上記特許文献１では、負荷圏または反負荷圏というような考慮はなされていない。

この発明の目的は、ロッカシャフトを支持する針状ころ軸受のコストを低減することができるロッカアームを提供することにある。

この発明によるロッカアームは、断面円形のシャフト挿通孔が形成されたロッカアーム本体と、シャフト挿通孔に挿通されたロッカシャフトと、外輪、複数のころおよび保持器を有しシャフト挿通孔に挿入されてロッカシャフトを支持する針状ころ軸受とを備え、ロッカアーム本体がロッカシャフトを中心として揺動することでバルブの開閉を行い、針状ころ軸受は、ロッカアーム本体の揺動に伴って反力を受ける負荷圏のものと、この反対側にあって受ける力が小さい反負荷圏側のものとに分けられるロッカアームにおいて、外輪は、略半円筒状とされて、負荷圏側に配されており、保持器外周に、シャフト挿通孔の周壁との間に外輪挿入空間を形成する外輪収納用凹部が形成されて、該外輪収納用凹部の周方向長さが外輪の周方向長さよりも長くなされることで、外輪に対して保持器が所定範囲内で相対回転可能とされており、外輪内周面とロッカシャフト外周面との間で転動するころは、シャフト挿通孔の周壁とロッカシャフト外周面との間で転動するころに比べて、外輪厚みに相当する分だけ小径とされていることを特徴とするものである。

この明細書において、ロッカアームの揺動によってバルブを開閉する際にバルブスプリングの反力などの負荷を受ける側を負荷圏側、この負荷圏側と対向する側を反負荷圏側と称する。

ロッカアームは、ロッカシャフトを中心として揺動する形態で使用され、ロッカアームとロッカシャフトとの接触部分に針状ころ軸受が配置されていることにより、ロッカアームの揺動運動が高速化した場合であっても、ロッカアームとロッカシャフトの接触部分に生じる摩擦損失を小さく抑えることができ、ロッカアームにおける揺動の応答性の低下を防止することができる。この使用形態では、針状ころ軸受は、バルブ受け部に作用する反力を受ける負荷圏側のものと、この反対側にあって受ける力が小さい反負荷圏側のものとに分けられる。ロッカアームは、非常に狭い範囲（角度にして２０°程度の範囲）で揺動するもので、負荷を受けるのは負荷圏側に配置された部分だけであり、針状ころ軸受についても、負荷を受ける部分にのみ熱処理が入った軌道が確保されればよく、従来の針状ころ軸受を使用した場合、反負荷圏側には必要でない熱処理部分などが含まれることになる。

この発明は、上記のようなロッカアームの使用の形態に着目してなされたもので、通常の針状ころ軸受では、保持器が外輪に対して回転可能（ころが公転可能）であり、負荷圏側のころと反負荷圏側のころとが入れ替わるのに対し、この発明によるロッカアームの針状ころ軸受では、外輪に対する保持器の相対回転可能範囲が所定角度以下に制限され、これにより、ころはこの所定角度を超えて転動することができず、負荷圏側のころは、常時負荷圏側に、反負荷圏側のころは、常時反負荷圏側にあるように配置される。したがって、負荷圏側にだけ、略半円筒状の外輪を配置して、これに熱処理を施せば、ロッカアーム本体への熱処理を不要とすることができる。

外輪を半円筒状として、負荷圏側にだけ設置するに際しては、保持器を従来と同様の円筒状として、ロッカアーム本体に形成するシャフト挿通孔を外輪を収めない小径部および外輪を収める大径部からなる段付きのものとすればよいが、このような段付き加工は手間がかかるという問題がある。

そこで、この発明のロッカアームでは、略半円筒状とされて負荷圏側に配された外輪に対応して、保持器外周に、シャフト挿通孔の周壁との間に外輪挿入空間を形成する外輪収納用凹部が形成されて、この外輪収納用凹部に、外輪が配置されることで、外輪および保持器を合わせたものの外周面が略円周面（外輪はロッカアーム本体に固定され、保持器はロッカアーム本体に対して移動するので両者の外径は同じではない）となり、このように、針状ころ軸受側で対応することで、ロッカアーム本体のシャフト挿通孔は、従来と同様の円周面（ストレートの孔）とされる。ロッカアームの揺動に伴って、外輪に対する保持器の相対回転は必要であり、外輪収納用凹部の周方向長さが外輪の周方向長さよりも長くなされることで、外輪に対して保持器が所定範囲内で相対回転可能とされる。相対回転した外輪は、外輪収納用凹部の周方向両端において保持器の大径部分に当接することとなり、これにより、外輪に対する保持器の相対回転可能範囲が所定角度以下に制限される。

なお、外輪の「略半円筒状」は、円筒の一部であれば、ちょうどの半円筒よりも小さくてもよく、また、大きくてもよく、ロッカアームの揺動範囲に応じて、外輪の周方向長さを適宜設定することができる。

シャフト挿通孔が円周面で、負荷圏側だけに外輪が配置されていることから、これに伴って、負荷圏側のころの径と反負荷圏側のころの径とは異なるものとなり、外輪内周面とロッカシャフト外周面との間で転動するころ（「小径ころ」と称す）は、シャフト挿通孔の周壁とロッカシャフト外周面との間で転動するころ（「大径ころと称す）に比べて、外輪厚みに相当する分だけ小径とされる。小径ころおよび大径ころは、１つの保持器内に組み込まれて、シャフト挿通孔に挿入され、小径ころは、転がり接触によって負荷を受けるというころ本来の機能を奏し、大径ころは、針状ころ軸受によるロッカシャフト本体支持機能を確保するためのスペーサ機能を奏する。

各構成部材の寸法については、（保持器外径−（ロッカシャフトの径＋小径ころの径×２）＞０、かつ、外輪収納用凹部の底面の径＜（ロッカシャフトの径＋小径ころの径×２）に設定されていることが好ましい。このようにすると、小径ころが外輪を持ち上げることで、外輪の内周面と保持器の外輪収納用凹部底面との摺動が防止され、また、保持器と外輪とがばらけることもない。

外輪は、プレス成形によって得ることができ、保持器は、外輪と同様に金属製でプレス成形によって形成してもよく、合成樹脂製の成型品としてもよい。

負荷圏側の小径ころは、外輪とロッカシャフトとによって受けられ、外輪およびロッカシャフトには、熱処理などの硬化処理が施される。反負荷圏側の大径ころは、ロッカアーム本体とロッカシャフトとによって受けられているが、ロッカアーム本体が大径ころから受ける力は小さいので、ロッカアーム本体（シャフト挿通孔）には、硬化処理を行ったり、耐摩耗性硬質皮膜を形成したりする必要はない。これにより、ロッカアーム本体は、段付きの孔が不要でかつ熱処理も不要となり、製作が容易なものとなる。複数の小径ころを受ける外輪には、所要の熱処理またはこれに代わる硬化処理が必要となるが、円筒状とされた外輪に比べて、その製造が容易であり、ころ軸受全体として、外輪が円筒状体とされたシェル形ころ軸受に対して安価なものとすることができる。

大径ころは、転がり軸受の負荷容量を大きくするために大径とされているのではなく、上下方向の力に対して、ロッカアームとロッカシャフトとが相対的に上下方向に移動することを防止するために、ロッカアームのシャフト挿通孔の周面とロッカシャフトの外周面との間を埋めるスペーサとしてその径が決められる。大径ころの数は、径が大きい分、小径ころの数よりも少なくなるが、スペーサとしての機能を果たすだけでよいので、揺動運動の安定性を考慮した上で、さらに減らしてもよく（１〜３本程度）、場合によっては、１本とすることもできる。

なお、ロッカアーム本体のシャフト挿通孔の「円周面（ストレートの孔）」は、異なる半径の２つの略半円筒面が段差を介して連続している段付き孔が、加工が困難であることから避けられることを意味するもので、キー溝は、加工が容易であることから、円周面に付加されてもよい。

この発明のロッカアームによると、外輪が略半円筒状とされて負荷圏側に配されるとともに、保持器外周に設けられた外輪収納用凹部によって、外輪に対して保持器が所定範囲内で相対回転可能とされているので、ロッカアームとロッカシャフトの接触部分に生じる摩擦損失を小さく抑えることができるという針状ころ軸受の機能を確保することができ、しかも、負荷圏側にある外輪に熱処理を行うことで、ロッカアーム本体の熱処理を不要とすることができる。したがって、ロッカアーム本体の製作が容易となり、ロッカシャフトを支持する針状ころ軸受のコストを低減することができる。

図１は、この発明によるロッカアームの１実施形態を示す正面図である。図２（ａ）は、保持器を示す斜視図で、図２（ｂ）は、外輪を示す斜視図である。図３は、各部の寸法関係を模式的に示す横断面図である。

この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。

図１は、この発明によるロッカアームの１実施形態を示す正面図であり、図２は、その要部である針状ころ軸受の保持器および外輪を示す斜視図であり、図３は、針状ころ軸受の各部の寸法関係を模式的に示す縦断面図である。以下の説明において、上下は、図１の正面図における上下をいうものとし、この図では、上が反負荷圏側、下が負荷圏側となっている。図２および図３については、図面を見やすいものとするために、負荷圏側を上に、反負荷圏側を下にして描いている。

ロッカアーム(1)は、シャフト挿通孔(3)が形成された軸方向から見て略三角形のロッカアーム本体(2)と、シャフト挿通孔(3)に挿通されたロッカシャフト(4)と、ロッカアーム本体(2)の長手方向一端側に設けられたアジャストボルト（バルブ受け部）(5)と、長手方向他端側に設けられたローラ（カム受け部）(6)と、シャフト挿通孔(3)に挿入されてロッカシャフト(4)を支持する針状ころ軸受(7)とを備えている。

針状ころ軸受(7)は、外輪(11)、複数のころ(12)(13)および保持器(14)からなる。

ロッカアーム本体(2)には、シャフト挿通孔(3)に連なるキー溝(17)が形成されており、外輪(11)の軸方向両端部には、このキー溝(17)に嵌まり合うキー部(18)が形成されている。

保持器(14)は、図２（ａ）に示すように、１対の円環状部(21)(22)と、円環状部(21)(22)同士を所定間隔で連結しころ(12)(13)を保持するためのポケット(25)(26)を形成する柱部(23)(24)とを有している。

保持器(14)の軸方向長さは、外輪(11)の軸方向長さよりも大きいものとされており、ロッカアーム本体(2)をかしめることで、ころ軸受(7)の軸方向の動きが防止されている。

このロッカアーム(1)は、ローラ(6)に当接するカム（図示略）の回転に伴って、ロッカアーム本体(2)がロッカシャフト(4)を中心として揺動し、アジャストボルト(5)の下方に当接するバルブステム（図示略）を上下移動させるようになっている。

ここで、ロッカシャフト(4)が針状ころ軸受(7)によって支持されている構成とされていることで、ロッカアーム(1)の揺動運動が高速化した場合であっても、ロッカアーム本体(2)とロッカシャフト(4)との接触部分に生じる摩擦損失が小さく抑えられ、ロッカアーム(1)における揺動の応答性の低下が防止されている。

図１において、ロッカシャフト(4)が固定された状態で、バルブに設けられているバルブスプリングからの反力が略上向きに作用することから、針状ころ軸受(7)の下側が負荷圏、上側が反負荷圏となっている。ロッカアーム(1)のころ軸受(7)は、狭い範囲（角度にして２０°程度の範囲）で揺動するものである点で、保持器が外輪に対して回転可能（ころが公転可能）である従来の針状ころ軸受と相違している。

この発明は、上記のようなロッカアーム(1)の使用の形態に着目してなされたもので、針状ころ軸受(7)は、その外輪(11)が、略半円筒状とされて、負荷圏側にのみ配されている。反負荷圏側では、シャフト挿通孔(3)の周壁がころ軸受(7)の外輪を兼ねさせられている。

保持器(14)外周には、シャフト挿通孔(3)の周壁との間に外輪挿入空間を形成する外輪収納用凹部(15)が形成されており、外輪(11)は、この外輪収納用凹部(15)に配置されている。シャフト挿通孔(3)は、従来と同様の円周面（ストレートの孔）とされている。

ロッカアーム(1)の揺動に伴って、保持器(14)は、外輪(11)に対して相対回転できる必要があり、外輪収納用凹部(15)の周方向長さが外輪(11)の周方向長さよりも長くなされている。すなわち、図１において、外輪(11)の周方向端面(11a)(11b)と外輪収納用凹部(15)の周方向両端にある壁面(15a)(15b)（保持器(14)の外径部に相当）との間には、隙間(G1)(G2)が設けられている。これにより、ロッカアーム本体(2)の揺動に伴って、保持器(14)が外輪(11)に対して回転可能とされており、複数のころ(12)(13)もこの範囲内で公転可能となっている。隙間(G1)(G2)を合わせた長さは、ロッカアーム本体(2)の揺動に必要な周方向移動量よりも大きくなされており（外輪収納用凹部(15)の周方向の長さ＝外輪(11)の周方向長さ＋保持器(14)公転角度以上の隙間(G1)(G2)）、これにより、相対回転した保持器(14)は、その外輪収納用凹部(15)の周方向両端にある壁面(15a)(15b)が外輪(11)の周方向端面(11a)(11b)に当接することとなり、外輪(11)に対する保持器(14)の相対回転可能範囲が所定角度以下に制限されている。

上記のころ軸受(7)によると、ロッカアーム(1)の揺動が角度が狭い範囲（２０°程度）であるため、負荷のかかる部分のみ、熱処理が入った軌道が確保されていればよく、負荷圏側に配置された外輪(11)には熱処理が施されているが、ロッカアーム本体(2)（シャフト挿通孔(3)の周壁）への熱処理は不要とされている。

シャフト挿通孔(3)が円周面で、負荷圏側だけに外輪(11)が配置されていることから、これに伴って、負荷圏側のころ(12)の径と反負荷圏側のころ(13)の径とは異なるものとなり、外輪(11)内周面とロッカシャフト(4)外周面との間で転動する小径ころ(12)は、シャフト挿通孔(3)の周壁とロッカシャフト(4)外周面との間で転動する大径ころ(13)に比べて、外輪(11)厚みに相当する分だけ小径とされている（大径ころ径−小径ころ径＝外輪(11)板厚）。小径ころ(12)および大径ころ(13)は、１つの保持器(14)内に組み込まれて、シャフト挿通孔(3)に挿入され、小径ころ(12)は、転がり接触によって負荷を受けるというころ本来の機能を奏し、大径ころ(13)は、針状ころ軸受(7)によるロッカシャフト本体(2)支持機能を確保するためのスペーサ機能を奏する。

図２（ａ）に示す保持器(14)において、ころ(12)(13)の大きさおよび配置間隔が負荷圏と反負荷圏側とで相違していることに対応して、柱部(23)(24)の周方向長さおよび配置間隔が負荷圏と反負荷圏側とで相違し、ポケット(25)(26)の周方向長さが負荷圏と反負荷圏側とで相違している。また、外輪(11)が外輪収納用凹部(15)の周壁（周方向両端にある壁面(15a)(15b)および軸方向両端にある壁面(15c)(15d)）で規制されることで、保持器(14)と外輪(11)とがばらけることが防止されている。

外輪収納用凹部(15)の深さに関しては、（保持器(14)外径−（ロッカシャフト(4)の径＋小径ころ(12)の径×２）＞０、かつ、外輪収納用凹部(15)の底面の径＜（ロッカシャフト(4)の径＋小径ころ(12)の径×２）に設定されている。

すなわち、図３において、ロッカシャフト(4)の半径をＲ１、外輪収納用凹部(15)の底面の径をＲ２、保持器(14)の半径をＲ３、小径ころ(12)の径をＤ、外輪収納用凹部(15)の深さをＨとして、外輪収納用凹部(15)の深さＨは、Ｈ＞Ｒ３−（Ｒ１＋Ｄ）に、外輪収納用凹部(15)の底面の径Ｒ２は、Ｒ２＜（Ｒ１＋Ｄ）に設定されている。

このようにすることで、外輪(11)が小径ころ(12)によって持ち上げられて、外輪(11)と保持器(14)の外輪収納用凹部(15)底面との摺動が防止され、保持器(14)の外輪(11)に対する動きがスムーズなものとなる。

(1) ロッカアーム
(2) ロッカアーム本体
(3) シャフト挿通孔
(4) ロッカシャフト
(7) 針状ころ軸受
(11) 外輪
(12) 小径ころ
(13) 大径ころ
(14) 保持器
(15) 外輪収納用凹部

Claims

断面円形のシャフト挿通孔が形成されたロッカアーム本体と、シャフト挿通孔に挿通されたロッカシャフトと、外輪、複数のころおよび保持器を有しシャフト挿通孔に挿入されてロッカシャフトを支持する針状ころ軸受とを備え、ロッカアーム本体がロッカシャフトを中心として揺動することでバルブの開閉を行い、針状ころ軸受は、ロッカアーム本体の揺動に伴って反力を受ける負荷圏のものと、この反対側にあって受ける力が小さい反負荷圏側のものとに分けられるロッカアームにおいて、
外輪は、略半円筒状とされて、負荷圏側に配されており、保持器外周に、シャフト挿通孔の周壁との間に外輪挿入空間を形成する外輪収納用凹部が形成されて、該外輪収納用凹部の周方向長さが外輪の周方向長さよりも長くなされることで、外輪に対して保持器が所定範囲内で相対回転可能とされており、外輪内周面とロッカシャフト外周面との間で転動するころは、シャフト挿通孔の周壁とロッカシャフト外周面との間で転動するころに比べて、外輪厚みに相当する分だけ小径とされていることを特徴とするロッカアーム。
（保持器外径−（ロッカシャフトの径＋外輪内周面とロッカシャフト外周面との間で転動するころの径×２）＞０、かつ、外輪収納用凹部の底面の径＜（ロッカシャフトの径＋外輪内周面とロッカシャフト外周面との間で転動するころの径×２）に設定されていることを特徴とする請求項１のロッカアーム。