JP2594339B2 - エンジンのローラ付カムフォロア - Google Patents

エンジンのローラ付カムフォロア

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JP2594339B2
JP2594339B2 JP63283022A JP28302288A JP2594339B2 JP 2594339 B2 JP2594339 B2 JP 2594339B2 JP 63283022 A JP63283022 A JP 63283022A JP 28302288 A JP28302288 A JP 28302288A JP 2594339 B2 JP2594339 B2 JP 2594339B2
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安太郎 山下
潔人 中村
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エヌティエヌ株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、エンジンのローラ付カムフォロア、更に
詳しくは、カムシャフトのカム面との潤滑条件やカム面
の硬度、面粗さの如何にかかわらずローラが長寿命を示
すカムフォロアに関するものである。
〔従来の技術と解決しようとする課題〕
エンジン動弁系の耐久性とメンテナンスフリー化を向
上させる上で、カム軸におけるカム及びフォロアの潤
滑、摩耗が問題となっている。
上記動弁系の摩耗対策としては、OHV型式エンジンに
おいては油圧式ラッシュアジャスターが実用化されてい
るが、カム及びフォロア面の摩耗対策及びフリクション
ロスの低下を狙って、フォロアの転がり化が急速に採用
されている。
ところで、カム部分は、エンジン部品の中でも潤滑的
に厳しく、その接触面は境界潤滑領域と言われており、
このような条件下で使用されるローラ付カムフォロアに
おいては、カムに対してローラは、基本的には転がり接
触であるが、カム形状からくるローラの回転速度変化や
ローラに作用する荷重の急激な変動等、純転がり運動は
不可能で、滑りを伴う転がり接触をしており、潤滑条件
(油量、油温、異物)及び相手カムの面粗さなどの関係
上、ローラの外径転動面にピーリング現象が発生し、短
寿命であるという問題がある。
ローラ付カムフォロアにおけるローラの転動寿命は、
外径転動面の表面粗さが重要な因子であることは良く知
られており、従来、外径転動面の仕上げをできるだけ滑
らかな面にするのがよいと考えられていたが、通常、カ
ム面の仕上面は研削仕上で、Rmax2〜4μmで、転がり
接触面としては良好とは云えない。従ってローラ側の損
傷を防止し、耐久性の向上が望まれている。
〔発明の目的〕
カム面とローラ外径面との接触部は、可成り厳しい境
界潤滑領域で、局部的に金属接触状態で、表面損傷が生
じやすい使用条件であり、この発明は、ローラ側に転が
り接触における油膜の形成に優れた表面状態を与え、相
手カム面の面粗さの良否何れにも対応できる長寿命のエ
ンジンのローラ付カムフォロアを提供することが目的で
ある。
〔課題を解決するための手段〕
上記のような問題を解決するため、この発明は、エン
ジンのカム軸と転がり接触するエンジンのローラ付カム
フォロアにおいて、前記カムフォロアのローラの外表面
に微小な凹形状のくぼみを無数にランダムに形成し、ロ
ーラ外表面の面粗さを、軸方向と円周方向のそれぞれを
求めてパラメータRMSで表示したとき、軸方向面粗さRMS
(L)と円周方向面粗さRMS(C)との比、RMS(L)/R
MS(C)が1.0以下となり、かつ表面粗さのパラメータS
K値が−1.6以下となるようにした構成としたものであ
る。
また、エンジンのカム軸と転がり接触するローラ付カ
ムフォロアのローラにおいて、前記ローラの外表面に、
ローラ外表面の面粗さをパラメータRMSで表示したと
き、軸方向面粗さRMS(L)と円周方向面粗さRMS(C)
との比、RMS(L)/RMS(C)が1.0以下となる微小なく
ぼみを形成し、かつ表面粗さのパラメータSK値が−1.6
以下となるようにした構成としたものである。
〔作用〕
カム軸のカムに接触回転するローラ付カムフォロアの
ローラの外表面をランダムな微小粗面に形成し、この微
小粗面の仕上げ面粗さパラメータRMSを軸方向(L)、
円周方向(C)で求め、その比RMS(L)/RMS(C)を
1.0以下とし、かつパラメータSK値を−1.6以下としたの
で、外径転動面を油膜形成率が向上し、十分な油膜厚さ
を確保して転がり接触部の金属接触を押え、相手カム面
の面粗さのいかんにかかわらずローラの外径転動面にピ
ーリング損傷や摩耗の発生がなく、ローラの長寿命を得
ることができる。
〔実施例〕
以下、この発明の実施例を添付図面に基づいて説明す
る。
第1図乃至第3図は、エンジンにおけるローラ付カム
フォロアの使用部分を示している。
第1図と第2図は、OHV型式エンジンの場合の例であ
り、カム軸1のカム2によって上下動するプッシュロッ
ド3の上端をロッカーアーム4と連動し、揺動するロッ
カーアーム4でバルブ5を開閉動させるようになってお
り、プッシュロッド3の下部に設けた油圧式ラッシュア
ジャスター6の下端に、カム2の周面と転がり接触する
ローラ付カムフォロア7が取付けられている。
第3図は、OHC型式エンジンの場合の例であり、カム
軸1のカム2で直接ロッカーアーム4を揺動させ、ロッ
カーアーム4の揺動でバルブ5を開閉動させるようにな
っており、ロッカーアーム4のカム2に臨む端部に、カ
ム2の周面と転がり接触するローラ付カムフォロア7が
取付けられている。
上記ローラ付カムフォロア7は、第2図の場合、支持
軸8に対してローラ9が針状ころ10を介して外嵌する転
がりタイプを例示したが、支持軸に対してローラが直接
外嵌するすべりタイプであってもよい。
また、ローラ9における外径転動面は、図示省略した
が、フラット、カットクラウニング、フルクラウニング
等がある。
前記ローラ付カムフォロア7のローラ9における外径
転動面は、表面がランダムな方向の微小粗面9aに形成さ
れ、この微小粗面9aは、面粗さを外表面の軸方向と円周
方向のそれぞれを求めてパラメータRMSで表示したと
き、軸方向面粗さRMS(L)と円周方向面粗さRMS(C)
との比、RMS(L)/RMS(C)を平均値1.0以下にすると
共に、表面粗さのパラメータSK値が軸方向、円周方向と
も平均値−1.6以下になっている。
ここで、パラメータRMSとは、中心線から粗さ曲線f
(x)までの偏差の自乗を測定長さの区間で積分し、そ
の区間で平均した平方根の値であり、別名自乗平均平方
根粗さともいう。RMSは拡大記録した断面曲線、粗さ曲
線から数値計算で求められる。
上記のような外表面の粗面条件を得るための表面加工
処理は、特殊なバレル研磨によって、所望する仕上げ面
を得ることができる。
加工方法としては、例えば、遠心流動バレル研磨法に
より、チップを用いてローラの表面にランダムな凹凸を
形成した後、洗浄し、更にバレル研磨法によって、表面
仕上げ処理を施し、表面の微小な凸を除去または丸める
ことにより、ローラの表面に微小なくぼみを無数に形成
するものである。
前記パラメータSK値とは、表面粗さの分布曲線の歪度
(SKEWNESS)、即ち、表面粗さの中心線に対する凹凸の
分布の非対称性を定量化したもので、SK値が負の場合
は、粗さの中心線に対して凹部(谷)が多く存在し、正
の場合には、粗さの中心線に対して凸部(突起)が多く
なる。表面粗さのパラメータSK値は、以下の定義式で表
される。
SK=∫(X−X03P(X)dX/σ X:粗さの高さ X0:粗さの平均高さ P(X):粗さの振幅の確率密度関数 σ:自乗平均粗さ SK値を求める定義式中の粗さの平均高さとは、個々の
場合の中心線のある基準からとった絶対値を意味する。
ここで、中心線と平均高さの違いであるが、ある線をと
った時に線より上にある山の総面積と線より下にある谷
の総面積が等しくなるものが粗さの中心線と定義され
る。しかしながら、これは仮想的な線であり、SK値を求
めるにはある基準からとった絶対値が必要となり、これ
が粗さの平均高さとなる。
パラメータSK値を周方向、軸方向とも平均値が−1.6
以下とする設定にすることにより、微小な凹部が中心線
に対して多く存在しており、RMS(L)/RMS(C)が1.0
以下という表面粗さの方向性の数値限定とによって、表
面凹部の形状、分布ともが油膜形成に有効な範囲とな
る。
上記パラメータSK値は、凹凸分布の非対称性を知る目
安の統計量であるので、一般的な研磨仕上げ面における
粗さ曲線を例にあげると、凹部と凸部が対称な分布では
SK値は0に近くなり、表面の凹凸の凹凸分布が凹側に片
寄った非対称な分布になる場合では負の値、逆の場合は
正の値をとることになる。
前記したカムフォロアにおけるローラ9の外表面は相
手カム面の仕上面粗さの悪い条件においても、油膜の形
成能力に流れ、十分な油膜厚さを確保し、転がり接触部
の金属接触を極力抑える。
転がり接触部の金属接触率を下げることによって、カ
ムフォロアのローラの外径の表面損傷、ピーリングやピ
ーリングからの異常摩耗、剥離を防止し耐久性の向上が
はかられる。
この発明のローラ外径面の油膜形成能力については以
下に述べる実機エンジン試験における通常研削超仕上げ
ローラとの比較でも効果は明らかである。
転がり接触における表面形態と油膜形成について、周
知の通り通常の円筒研削面に比べ、軸方向に研削目の残
る加工が優れている。
軸方向研削の微小な研削ミゾは油のダムとしての働き
があり、接触部に供給されると言われている。
図5はこの発明のカムフォロアにおける外径転動面の
仕上面粗さの測定結果を示し、図4は、外径面を研削超
仕上げした従来のカムフォロアにおけるローラの外径転
動面の仕上面粗さの測定結果を示している。
上記仕上面粗さの測定結果から明らからなように、従
来の研削超仕上げ面は平滑面になっているのに対し、こ
の発明の仕上げ面は、微小なくぼみが形成された粗面に
なっており、この微小なくぼみが接触面の油膜形成を向
上させることになる。
次に、従来のカムフォロアとこの発明のカムフォロア
のローラを用いて寿命試験を行なった結果について説明
する。
試験に用いたカムフォロアのローラの外径面の内容を
表1に示すと共に、試験結果を表2に示す。表1におい
て、L、Cとは、ローラの表面の面粗さを軸方向と円周
方向のそれぞれを求めてパラメータRMSで表示したとき
の、軸方向面粗さRMS(L)と円周方向面粗さRMS(C)
である。また、L/Cとは、これらRMS(L)とRMS(C)
の比RMS(L)/RMS(C)である。
なお、試験の条件は、下記の如くであり、図6に相手
カム面の粗さを示している。
(I)実機試験エンジン OHCIエンドピポット型ロッカーアーム (II)試験品ローラ 外径17mmφ×幅7.5×ローラ内接径8.3mmφ (III)運転試験条件 エンジン回転数 8000rpm エンジンオイル温度 125℃ 試験結果は表2に示したが、カム面の仕上面粗さRmax
1〜4μmの範囲において、従来のローラは、第7図の
ように、50時間でピーリングが発生し摩耗も進行してお
り、同図におけるパッチング部分がピーリングから摩耗
した範囲を示している。
これに対して本発明のローラは、第8図の如く、Rmax
2〜4μmのカム面を相手にして200時間何ら異常なく、
耐久性は非常に優れ、油膜の形成が十分なされていたこ
とを裏付けている。筒カム面は両者とも面粗さの突起部
がやや取れたなじみの付いた状態で差はない。
この試験による油膜の形成率は、第9図と第10図に示
す通りであり、本発明試験ローラの仕上面の油膜形成率
は、従来試験ローラに比較して運転開始時で20%程度油
膜形成率が向上した。
また、繰り返し負荷回数1.2×105でほぼ完全に油膜を
形成することが確認された。
また、ここではデータの紹介は省略したが、ローラ巾
面とロッカーアームとのすべり接触箇所において摩耗の
軽減とすべり摩耗係数の増加防止にも効果がある。
〔効果〕
以上のように、この発明によると、ローラ付カムフォ
ロアにおいて、エンジンのカム軸におけるカム面に接触
回転するローラの外表面に、微小くぼみをランダムに形
成したので、微小なくぼみは油溜りとして転がり接触部
へ油を運び、圧縮されても転がり方向、直角方向への油
のリークは少なく、油膜形成に優れ、相手カム面の仕上
面粗さの良否にかかわらず、油膜形成状況は良好で、金
属接触率は小さく、表面の損傷を極力おさえる効果があ
る。従って動弁系の耐久性に優れ、転がり摩耗抵抗の増
大を押え、エンジン効率の低下を防止するのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明に係るローラ付カムフォロアの使用状
態を示す第1の例の縦断面図、第2図は同上要部の拡大
縦断面図、第3図は同第2の例を示す縦断面図、第4図
は従来のカムフォロアにおけるローラ外径転動面の仕上
面粗さの状況を示す概略図、第5図はこの発明のローラ
付カムフォロアにおけるローラの仕上げ面状況を示す概
略図、第6図は相手カム面の粗さを示す説明図、第7図
は従来のローラの試験結果を示す説明図、第8図はこの
発明のローラの試験結果を示す説明図、第9図と第10図
は油膜形成率を示すグラフである。 1……カム軸、2……カム、 3……プッシュロッド、4……ロッカーアーム、 5……バルブ、 7……ローラ付カムフォロア、 9……ローラ、9a……微小粗面。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】エンジンのカム軸と転がり接触するエンジ
    ンのローラ付カムフォロアにおいて、前記カムフォロア
    のローラの外表面に微小な凹形状のくぼみを無数にラン
    ダムに形成し、ローラ外表面の面粗さを、軸方向と円周
    方向のそれぞれを求めてパラメータRMSで表示したと
    き、軸方向面粗さRMS(L)と円周方向面粗さRMS(C)
    との比、RMS(L)/RMS(C)が1.0以下となり、かつ表
    面粗さのパラメータSK値が−1.6以下となるようにした
    ことを特徴とするエンジンのローラ付カムフォロア。
  2. 【請求項2】エンジンのカム軸と転がり接触するローラ
    付カムフォロアのローラにおいて、前記ローラの外表面
    に、ローラ外表面の面粗さをパラメータRMSで表示した
    とき、軸方向面粗さRMS(L)と円周方向面粗さRMS
    (C)との比、RMS(L)/RMS(C)が1.0以下となる微
    小なくぼみを形成し、かつ面粗さのパラメータSK値が−
    1.6以下となるようにしたことを特徴とするエンジンの
    ローラ付カムフォロアのローラ。
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