JP2014169627A - カムフォロア装置 - Google Patents

Abstract

【課題】支持軸の中間部外周面が損傷したり、圧入部の保持力が低下したりすることがない、安価なカムフォロア装置を提供する。
【解決手段】支持壁部に形成された１対の支持孔は、支持軸に対して隙間嵌め寸法となっており、ラジアルニードル軸受の内輪軌道面、あるいは、滑り軸受の内側滑り面である前記支持軸の軸方向中間部は熱処理により高硬度であり、軸方向両端部は加締めが可能な硬度であり、前記支持孔に嵌合した前記支持軸の軸方向両端面を円周方向に加締め広げることにより、ロッカーアームと支持軸が固定されていることを特徴とするカムフォロア装置によって達成される。
【選択図】図３

Description

この発明に係るカムフォロア装置は、例えば３バルブエンジン、４バルブエンジン、５バルブエンジン等、１気筒に設ける給気弁と排気弁とのうちの少なくとも一方の弁の数を２個以上としたエンジンの動弁機構に組み込み、カムシャフトの回転を、２個の給気弁又は２個の排気弁の往復運動に変換する為に利用する。

レシプロエンジン（往復ピストンエンジン）には、一部の２サイクルエンジンを除き、クランクシャフトの回転と同期して開閉する吸気弁及び排気弁を設けている。この様なレシプロエンジンでは、上記クランクシャフトの回転と同期して（４サイクルエンジンの場合には１／２の回転速度で）回転するカムシャフトの動きを、ロッカーアームにより、上記吸気弁及び排気弁に伝達し、これら吸気弁及び排気弁を軸方向に往復運動させる。又、エンジン内部での摩擦低減を図り、燃料消費率を低減する事を目的として、上記カムシャフトと上記ロッカーアームとの間に、タペットローラを組み込む事が一般的に行なわれている。

図５は、この様なロッカーアームとタペットローラとを備えたカムフォロア装置の従来構造の第１例として、特許文献１に記載されたものを示している。また、図６は、図５のＤ−Ｄ断面図を示している。

エンジンのクランクシャフトと同期して回転するカムシャフト１に固設されたカム２に対向する部分には、上記カムフォロア装置を構成するロッカーアーム３が設けられている。このロッカーアーム３の中間部に形成した通孔４には、上記カムシャフト１と平行に設けられた固定軸である、ロッカーシャフト５を挿通している。これにより、このロッカーシャフト５を中心とする上記ロッカーアーム３の揺動変位を可能としている。又、上記ロッカーアーム３の一端部（図５の右端部）には、図６に詳示する様な、互いに平行な１対の支持壁部６、６を設けている。これと共に、これら両支持壁部６、６に掛け渡す状態で、支持軸７を固定している。この為に、上記両支持壁部６、６の互いに整合する位置に形成した１対の支持孔８、８に、上記支持軸７の両端部を内嵌固定している。又、この支持軸７の中間部周囲にタペットローラ９を、ラジアルニードル軸受１０を介して回転自在に支持している。そして、このタペットローラ９の外周面を、上記カム２の外周面に当接させている。又、上記ロッカーアーム３の他端部（図５の左端部）には、図示しないねじ孔を設けると共に、このねじ孔にアジャストねじ１１を螺合固定している。そして、このアジャストねじ１１の先端部（押圧部）を、給気弁又は排気弁である弁体１２の基端面に突き当てている。

エンジンの運転時には、上記カム２の回転に伴って上記ロッカーアーム３が、上記ロッカーシャフト５を中心（支点）として揺動変位し、上記弁体１２を、上記アジャストねじ１１の押圧力とリターンスプリング１３の弾力とにより軸方向に往復移動させる。この際に、上記カム２と上記ロッカーアーム３との間に働く摩擦力を、上記タペットローラ９により低減できる為、エンジン運転時に於ける燃料消費率の低減を図れる。

次に、図７は、ロッカーアームとタペットローラとを備えたカムフォロア装置の従来構造の第２例として、やはり特許文献１に記載されたものを示している。また、図８は、図７のＥ−Ｅ断面図を示す。

この従来構造の第２例のカムフォロア装置を構成するロッカーアーム３ａは、鋼板等の金属板に、不要部分を除却する為の打ち抜き加工、並びに、所望形状を得る為の絞り加工等の塑性加工を施して成る。この様なロッカーアーム３ａは、互いに平行な１対の支持壁部６ａ、６ａと、これら両支持壁部６ａ、６ａの一端部（図７〜８の右端部）同士を連結する第一の連結部１４と、同じく他端部（図７〜８の左端部）同士を連結する第二の連結部１５とを備える。又、上記両支持壁部６ａ、６ａ同士の間部分で、且つ、上記第一、第二の両連結部１４、１５同士の間部分には、タペットローラ９ａを配置している。このタペットローラ９ａは、上記両支持壁部６ａ、６ａに掛け渡す状態で固定した支持軸７ａの中間部周囲に、直接或はラジアルニードル軸受１０ａを介して回転自在に支持している。尚、上記両支持壁部６ａ、６ａに上記支持軸７ａを固定する為に、これら両支持壁部６ａ、６ａの互いに整合する位置に形成した１対の支持孔８ａに、上記支持軸７の両端部を内嵌固定している。

図９は、図７のカムフォロア装置を組み付けたエンジンの動弁機構の部分を示す。エンジンの動弁機構への組み付け状態では、図９に示す様に、上記第一の連結部１４の片面（図９の下面）に設けた球状凹部（受部）に、ラッシュアジャスタを構成するプランジャ１６の先端面を、上記第二の連結部１５（押圧部）の片面（図９の下面）に給気弁又は排気弁である弁体１２ａの基端部を、それぞれ突き当てる。これと共に、上記タペットローラ９ａの外周面に、カムシャフト１ａの中間部に固設したカム２ａの外周面を当接させる。エンジンの運転時には、このカム２ａの回転に伴って上記ロッカーアーム３ａが、上記プランジャ１６の先端面と上記球状凹部との当接部を中心（支点）として、図９に実線で示した状態と同じく鎖線で示した状態との間で揺動変位し、上記弁体１２ａを、上記第二の連結部１５の押圧力とリターンスプリング１３ａの弾力とにより軸方向に往復移動させる。この際に、上記カム２ａと上記ロッカーアーム３ａとの間に働く摩擦力を、上記タペットローラ９ａにより低減できる為、エンジン運転時に於ける燃料消費率の低減を図れる。

上述した何れの従来構造の場合も、支持軸７（７ａ）の外周面は、磨耗や変形を抑えるために焼入れなどの熱処理を施されて所定の硬度を与えられている。このような支持軸７（７ａ）は、ロッカーアーム３（３ａ）に対して回らない様に、１対の支持壁部６、６（６ａ、６ａ）に形成した支持孔８、８（８ａ、８ａ）の径を支持軸７（７ａ）の径よりもわずかに小さく形成して、支持軸７（７ａ）を一方の支持孔８（８ａ）から圧入する。この際、支持軸７（７ａ）の中間部外周面が圧入力を受けながら一方の支持孔８（８ａ）を通過する。その為、タペットローラ９（９ａ）を回転自在に支持するラジアルニードル軸受１０（１０ａ）の内輪軌道（或は滑り軸受の内側滑り面）としての役目を有する支持軸７（７ａ）の中間部外周面が損傷してしまうおそれがある。また、一方の支持孔８（８ａ）においても、所定の位置にまで支持軸７（７ａ）を圧入した際に、圧入時の塑性変形により、廻り止めに必要な保持力が低下するおそれがあった。

そこで、図１０に示すように、支持軸７ｂの圧入部に段差を設けることが考えられる。すなわち、支持軸７ｂの直径がφＤｂであるのに対し、支持軸７ｂの軸方向一端の圧入部である段部１７ｃの直径φＤｃ、他端の圧入部である段部１７ｄの直径φＤｄは、φＤｃ＜φＤｂ＜φＤｄの関係にある。そして、ロッカーアーム３ｂに設けられた互いに平行な１対の支持壁部６ｃ、６ｄに形成された、１対の支持孔８ｃ、８ｄは、各々の段部１７ｃ、１７ｄに対応した位置、対応した圧入寸法となっている。組立て時には、大径側の支持孔８ｄ側から小径側の支持孔８ｃ側へ、支持軸７ｂの小径側の段部１７ｃから挿入することで、支持軸７ｂの中間部外周面が損傷したり、圧入部の保持力が低下したりすることを防ぐことが出来る技術が知られている。

また、図１１に示すように、支持軸７ｅの軸方向両端の段部１７ｅ、１７ｅと、支持壁部６ｅ、６ｅの支持孔８ｅ、８ｅとの間に加締めが可能な軸固定部材１８、１８を設ける技術が知られている。段部１７ｅと軸固定部材１８、軸固定部材１８と支持孔８ｅは、各々隙間嵌めであり、軸固定部材１８を加締めることにより段部１７ｅと軸固定部材１８、軸固定部材１８と支持孔８ｅを固定している。このように、支持軸７ｅを圧入する必要がないので、支持軸７ｅの中間部外周面が損傷したり、圧入部の保持力が低下したりするおそれがない。（特許文献２、３）

特開２００４−１００４９９号公報 特開２００３−３１４６６５号公報 特開２００６−１０５３２１号公報

しかしながら、図１０に示す技術のように、支持軸７ｂに段差を持った圧入部７ｃ、７ｄを設ける構成では、ロッカーアーム３ｂ、支持軸７ｂに方向性が出来てしまい従来よりも加工性、組立性が悪くなる上、大径側の支持孔８ｄが従来の支持孔８（８ａ）よりも大きくなるため、ロッカーアーム３ｂが大型化してしまうという問題があった。また、図１１に示す技術のように、軸固定部材１８などの別部材を介して固定する方法では、高度な加工を要し、組立性も悪く、部品点数も増え、コストが嵩むという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、支持軸の中間部外周面が損傷したり、圧入部の保持力が低下したりすることがない、安価なカムフォロア装置を提供することにある。

本発明の上記目的は、１対の支持壁部及びこれら両支持壁部同士を連結する連結部を有するロッカーアームと、これら両支持壁部同士の間に掛け渡す状態で固定された支持軸と、この支持軸の軸方向中間部周囲にラジアルニードル軸受、あるいは、滑り軸受を介し、回転自在に支持されたタペットローラとからなるカムフォロア装置において、前記支持壁部に形成された、１対の支持孔は、支持軸に対して隙間嵌め寸法となっており、前記ラジアルニードル軸受の内輪軌道面、あるいは、滑り軸受の内側滑り面である前記支持軸の軸方向中間部は熱処理により高硬度であり、軸方向両端部は加締めが可能な硬度であり、前記支持孔に嵌合した前記支持軸の軸方向両端面を円周方向に加締め広げることにより、前記ロッカーアームと前記支持軸が固定されていることを特徴とするカムフォロア装置によって達成される。

本発明のカムフォロア装置によれば、支持軸の両端面が加締め可能な硬度なので、支持軸をロッカーアームに固定するのに安価な加締め固定を採用することが可能である。
また、支持軸と支持孔が隙間嵌合のため、支持軸の中間部外周面が損傷したり、嵌合時に支持孔が塑性変形することにより圧入部の保持力が低下したりすることはない。

図５のエンジンの動弁機構に本発明のカムフォロア装置を用いた例を示す部分断面図。 図１１のエンジンの動弁機構に本発明のカムフォロア装置を用いた例を示す部分断面図。 図１、図２の要部部分断面図。 本発明のカムフォロア装置に用いる支持軸の焼入れ範囲を示す断面図。 従来のカムフォロア装置の第１例を組み付けたエンジンの動弁機構の部分側面図。 図５の拡大Ｄ−Ｄ断面図。 従来のカムフォロア装置の第２例を示す斜視図。 図７のＥ−Ｅ断面図。 従来のカムフォロア装置の第２例を組み付けたエンジンの動弁機構の部分断面図。 支持軸に圧入段差部を設けたカムフォロア装置の従来例を示す部分断面図。 軸固定部材を介して支持軸を支持壁部に固定したカムフォロア装置の従来例を示す部分断面図。

以下、本発明の実施形態に係るカムフォロア装置について図面を参照して詳細に説明する。尚、本発明のカムフォロア装置の基本構造及び作用は、前述の図５〜９に示した従来構造の場合と同様であるから、同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略、あるいは簡略し、以下、本発明の特徴部分を中心に説明する。

図１は、図５に示したエンジンの動弁機構に本発明のカムフォロア装置１００を用いた例である。また、図２は、図９に示したエンジンの動弁機構に本発明のカムフォロア装置１００ａを用いた例である。そして、図３は、図１、図２の要部部分断面図である。

本発明のカムフォロア装置１００（１００ａ）は、１対の支持壁部１０６、１０６（１０６ａ、１０６ａ）及びこれら両支持壁部同士を連結する連結部を有するロッカーアーム１０３（１０３ａ）と、これら両支持壁部同士の間に掛け渡す状態で固定された支持軸１０７（１０７ａ）と、この支持軸の軸方向中間部周囲にラジアルニードル軸受１０、あるいは滑り軸受を介し、回転自在に支持されたタペットローラ９（９ａ）とを備えている。

支持軸１０７（１０７ａ）は、ラジアルニードル軸受１０（１０ａ）の内輪軌道面（或は滑り軸受の内側滑り面）である軸方向中間部にのみ熱処理を施し、軸方向両端部は加締めが可能な程度の硬さ（やわらかさ）を維持している。図４（ａ）、図４（ｂ）は、支持軸１０７（１０７ａ）の断面図であり、高硬度の部分にハッチングを施している。図４（ａ）は、高周波焼入れにより、軸方向中間部にのみ熱処理を施し、軸方向両端部は素材硬度を保っている例である。図４（ｂ）は、全体を熱処理した後、軸方向両端部のみ焼き戻しを行った例である。そのほかにも、軸方向中間部の硬度を高く、軸方向両端部の硬度を低くする公知の技術を用いても良い。具体的には、軸方向中間部の表面硬度は、ビッカース硬度でＨｖ５５０以上、軸方向両端部の硬度は、Ｈｖ１００以上、Ｈｖ４００未満であることが望ましい。

ロッカーアーム１０３（１０３ａ）に設けられた互いに平行な１対の支持壁部１０６、１０６（１０６ａ、１０６ａ）に形成された、１対の支持孔１０８、１０８（１０８ａ、１０８ａ）は、支持軸１０７（１０７ａ）に対して隙間嵌め寸法となっている。従って、支持孔１０８、１０８（１０８ａ、１０８ａ）に支持軸１０７（１０７ａ）を勘合する際に支持軸１０７（１０７ａ）の軸方向中間部に傷などが付くことは無い。このように勘合した支持軸の軸方向両端面をロッカーアーム１０３（１０３ａ）の外側から、支持軸１０７（１０７ａ）の円周方向に加締め広げることにより、ロッカーアーム１０３（１０３ａ）と支持軸１０７（１０７ａ）が固定されている。この加締めは、加締め強度を得ることが出来るならば、円周加締めでも、円周上複数個所の加締めでもよい。また、加締め強度を増すために、支持孔１０８、１０８（１０８ａ、１０８ａ）の外側（加締め側）に面取りを施しても良い。

以上説明したように、本発明のカムフォロア装置によれば、支持軸の両端面が加締め可能な硬度なので、支持軸をロッカーアームに固定するのに安価な加締め固定を採用することが可能である。また、支持軸と支持孔が隙間嵌合のため、支持軸の中間部外周面が損傷したり、嵌合時に支持孔が塑性変形することにより圧入部の保持力が低下したりすることはないので、３バルブエンジン、４バルブエンジン、５バルブエンジン等、１気筒に設ける給気弁と排気弁とのうちの少なくとも一方の弁の数を２個以上としたエンジンの動弁機構に組み込み、カムシャフトの回転を、２個の給気弁又は２個の排気弁の往復運動に変換する為に利用するカムフォロア装置として好適に使用することができる。

１ カムシャフト
２ カム
３、３ａ、３ｂ、３ｅ ロッカーアーム
４ 通孔
５ ロッカーシャフト
６、６ａ、６ｃ、６ｄ、６ｅ 支持壁部
７、７ａ、７ｂ、７ｅ 支持軸
８、８ａ、８ｃ、８ｄ、８ｅ 支持孔
９、９ａ タペットローラ
１０、１０ａ ラジアルニードル軸受
１１ アジャストねじ
１２ 弁体
１３ リターンスプリング
１４ 第一の連結部
１５ 第二の連結部
１６ プランジャ
１７ｃ、１７ｄ、１７ｅ 段部
１８ 軸固定部材
１００、１００ａ カムフォロア装置
１０３、１０３ａ ロッカーアーム
１０６、１０６ａ 支持壁部
１０７、１０７ａ 支持軸
１０８、１０８ａ 支持孔

Claims (1)

1. １対の支持壁部及びこれら両支持壁部同士を連結する連結部を有するロッカーアームと、
   これら両支持壁部同士の間に掛け渡す状態で固定された支持軸と、
   この支持軸の軸方向中間部周囲にラジアルニードル軸受、あるいは、滑り軸受を介し、回転自在に支持されたタペットローラとからなるカムフォロア装置において、
   前記支持壁部に形成された１対の支持孔は、前記支持軸に対して隙間嵌め寸法となっており、
   前記ラジアルニードル軸受の内輪軌道面、あるいは、滑り軸受の内側滑り面である前記支持軸の軸方向中間部は熱処理により高硬度であり、軸方向両端部は加締めが可能な硬度であり、
   前記支持孔に嵌合した前記支持軸の軸方向両端面を円周方向に加締め広げることにより、前記ロッカーアームと前記支持軸が固定されていることを特徴とするカムフォロア装置。

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