JP2634496B2 - 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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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、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、更に詳しくは、
カム軸のカム面との潤滑条件やカム面の硬度、面粗さに
関係なく長寿命を示すカムフォロアに関する。
【０００２】
【従来の技術】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カ
ムフォロアの潤滑、摩耗が問題となっている。
【０００３】上記動弁系の摩耗対象としては、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、カム及びカム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、カムフォロアの
転がり化が急速に採用されている。
【０００４】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カムフォロア
において、カムに対するローラは、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
ローラ作用荷重の急激な変動等、純転がり運動は不可能
で、滑りを伴な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。
【０００５】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
上で、Ｒmax ２〜４μｍで、転がり接触面としては良好
とは云えない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従って、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となり、表面損傷が生じやすい使
用条件であり、このため、ローラ側の損傷を防止し、耐
久性を向上させることが望まれている。
【０００７】そこでこの発明は、カムフォロアに転がり
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を課題とし
ている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記のような課題を解決
するため、この発明は、エンジンのカム軸と転がり接触
するローラ付カムフォロアのローラの外表面に微小くぼ
みを形成して、ローラ外表面の面粗さを、面粗さのパラ
メータＳＫ値が軸方向及び円周方向の何れもマイナスと
なるようにしたローラ付カムフォロアにおいて、前記微
小くぼみの占める表面積比率が１０〜４０％で、微小く
ぼみの平均面積は等価円直径３μｍφ以下を除いて測定
したとき５０〜２５０μｍ2 である構成を採用したもの
である。
【０００９】
【作用】カム軸のカムに接触回転するローラの外表面を
ランダムな微小粗面に形成し、この粗面の面粗さを、パ
ラメータＳＫ値が軸方向及び円周方向の何れもマイナス
となるようにし、微小くぼみの占める表面積比率が１０
〜４０％となるようにしたので、ローラ転動面の油膜形
成率が向上し、十分な油膜厚さを確保して転がり接触部
の金属接触を抑え、相手カムの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、軸受の長寿命を得ることができる。
【００１０】
【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。
【００１１】図１乃至図５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。
【００１２】図１と図２は、ＯＨＣ型式エンジンの場合
の例であり、ローラ付カムフォロアはロッカーアームタ
イプである。カム軸１の上部に配置したロッカーアーム
２は中間部が軸３で支持されて揺動自在となり、一方の
端部に枢止したカムフォロア４がカム軸１に設けたカム
５の周面と転がり接触し、他方の端部がバルブ６のステ
ム７に当接し、カム５の回転によるロッカーアーム２の
揺動でバルブ６を開閉動させるようになっている。
【００１３】ローラ付カムフォロア４は、図３の場合、
内輪となる支持軸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８に
ローラ９が直接外嵌するすべりタイプであってもよい。
【００１４】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。
【００１５】次に、図４ＡとＢはＯＨＶ型式エンジンの
場合の例であり、カム軸１のカム５によって上下動する
プッシュロッド１１の上端をロッカーアーム１２と連動
し、揺動するロッカーアーム１２でバルブ１３を開閉動
させるようになっており、ローラ付カムフォロアは、プ
ッシュロッド１１の下部に設けた油圧式ラッシュアジャ
スター１４の下端にカム５の周面と転がり接触するカム
フォロア４を取付けて形成され、このカムフォロア４は
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ている。
【００１６】前記カムフォロア４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）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、円周方向の何れもマイナスで、平均値−１.5以
下になり、更に上記微小粗面Ａの微小なくぼみの平均面
積は、等価円直径３μｍφ以下を除いて整理したとき５
０〜２５０μｍ2 、くぼみの表面に占める表面積比率は
１０〜４０％、くぼみの最大面積は１５０００μｍ2 で
ある。
【００１７】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
る仕上面を得ることができる。
【００１８】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み度（ＳＫＥＷＮＥＳＳ）を指
し、凹凸分布の非対称性を知る目安の統計量であり、ガ
ウス分布のような対称な分布では、ＳＫ値は０に近くな
り、凹凸の凸部を削除した場合では負、逆の場合は正の
値をとることになる。 ＳＫ値のコントロールは、先に述
べた遠心バレル研磨機の回転速度、加工時間、ワーク投
入量、研磨剤の種類と大きさ（粒度）、チップの種類と
大きさを選ぶことにより行え、パラメータＳＫ値を周方
向、軸方向の何れもマイナスで平均値が−１．５以下と
した理由は、微小くぼみが油溜りとなり、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、油膜成
形に優れ、相手カム面の仕上げ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
損傷を極力おさえる効果がある。
【００１９】前記したローラ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、油膜の形成能力に優
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、ローラ外径の表面損傷、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。
【００２０】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。
【００２１】転がり接触における表面形状と油膜形成に
ついて、周知の通り通常の円筒研削面に比べ、軸方向に
研削目の残る加工方法が優れている。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。
【００２２】従来のカムフォロアと本発明カムフォロア
のローラの外径転動面における、ＲＭＳとＳＫ値の分布
測定データの結果を図５に示すと共に、図６は本発明の
ローラにおける外径転動面の仕上面粗さの測定結果を示
しており、同図のごとく、平面に凹部を形成し、平面か
ら飛び出す凸部が生じないような特殊表面である。第６
図において、ＳＫ値とは、ローラ外表面の表面粗さのパ
ラメータＳＫ値を、ＲＭＳはローラ外表面の面粗さのパ
ラメータＲＭＳであり、同図におけるｎ数は、試験に用
いた試験品ローラの個数ｎである。同図は本発明ローラ
の外表面と従来ローラの外表面の違いを補助的に図示し
たものであり、本発明ローラの外表面のＳＫ値は、従来
ローラの外表面に比べて全てが負になっていると共に、
ＲＭＳについても本発明ローラの外表面は従来ローラの
外表面より粗くなっていることを示している。
【００２３】前記微小なくぼみの定量的測定を行なうに
は、ローラの外表面を拡大し、その画像から市販されて
いる画像解析システムにより定量化できる。
【００２４】画像の白い部分は表面平坦部、微小なくぼ
みは黒い部分として解析する。例えば（株）ピアスのＬ
Ａ−５２５画像解析システムを用いて解析すると、先ず
原画の濃淡を強調フィルターで明確化し、その後非常に
微細な黒い部分である等価円直径３μｍφ以下はノイズ
イレーサーで除去する。
【００２５】ノイズイレーサーで除去した後に残された
微小なくぼみの大きさ、分布、微小なくぼみの表面積比
率を求め、ローラ外表面を評価するものである。
【００２６】次に、従来のカムフォロアと本発明のカム
フォロア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。なお、試験の条件は、
下記の如くであり、図７に相手カム面の粗さを示してい
る。 （Ｉ）実機試験エンジン ＯＨＣエンドピポット型ロッカーアーム （II）供試カムフォロア 外径２３mmφ×幅９mm×ローラ内接径１０.8mmφ （III)運転試験条件 エンジン回転数 ６０００ｒｐｍ（一定） エンジンオイル温度 １２０℃
【００２７】
【表１】
【００２８】
【表２】
【００２９】試験結果は表２に示したが、カム面の仕上
面粗さがＲmax １〜４μｍの範囲において、従来のカム
フォロアは、図８のように、１００時間でピーリングが
発生し摩耗も進行しており、同図におけるハッチング部
分がピーリングから摩耗した範囲を示している。
【００３０】これに対して本発明のカムフォロアは、図
９の如く、Ｒmax２〜４μｍのカム面を相手にして３０
０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。なおカム面は
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。
【００３１】この試験による油膜の形成率は、図１０と
図１１に示す通りであり、本発明試験カムフォロアの仕
上面の油膜形成率は、従来試験カムフォロアに比較して
運転開始時で２０％程度油膜形成率が向上した。
【００３２】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。更に、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
アームとのすべり摩耗係数の増加防止にも効果がある。
【００３３】
【効果】以上のように、この発明によると、エンジンの
カム軸におけるカム面に接触回転するカムフォロアのロ
ーラの外表面に、微小くぼみを形成したローラ付カムフ
ォロアにおいて、微小くぼみの占める表面積比率が１０
〜４０％で、微小くぼみの平均面積は等価円直径３μｍ
φ以下を除いて測定したとき５０〜２５０μｍ 2 とした
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、油形成状況は良好で、金属接触率
は小さく、表面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、転がり摩擦抵抗の増大を抑え、
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】
【図１】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
【図２】ロッカーアームの一部切欠断面図
【図３】同上に用いる軸受の斜視図
【図４】（Ａ）はローラ付カムフォロアの第２の例を示
す断面図、（Ｂ）は同上のローラ部分を拡大した断面図
【図５】ＲＭＳとＳＫ値の分布測定データを示すグラフ
【図６】この発明の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
【図７】相手カム面の粗さを示す説明図
【図８】従来のカムフォロアの試験結果を示す説明図
【図９】この発明のカムフォロアの試験結果を示す概略
図
【図１０】従来試験カムフォロアの油膜形成率を示すグ
ラフ
【図１１】本発明試験カムフォロアの油膜形成率を示す
グラフ
【符号の説明】
１ カム軸 ２ ロッカーアーム ４ カムフォロア ５ カム ６ バルブ ８ 支持軸 ９ ローラ ９ａ 微小粗面 １０ 針状ころ

Claims (1)

    (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ロー
    ラ付カムフォロアのローラの外表面に微小くぼみを形成
    して、ローラ外表面の面粗さを、面粗さのパラメータＳ
    Ｋ値が軸方向及び円周方向の何れもマイナスとなるよう
    にしたローラ付カムフォロアにおいて、前記微小くぼみ
    の占める表面積比率が１０〜４０％で、微小くぼみの平
    均面積は等価円直径３μｍφ以下を除いて測定したとき
    ５０〜２５０μｍ2 であることを特徴とするエンジンの
    ローラ付カムフォロア。
JP3034152A 1991-02-28 1991-02-28 エンジンのローラ付カムフォロア Expired - Lifetime JP2634496B2 (ja)

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JP3034152A JP2634496B2 (ja) 1991-02-28 1991-02-28 エンジンのローラ付カムフォロア
US07/695,136 US5159852A (en) 1991-02-28 1991-05-03 Roller follower for engine
DE4114513A DE4114513C2 (de) 1991-02-28 1991-05-03 Nachlaufeinrichtung, die sich abwälzend bewegt, für eine Brennkraftmaschine
KR1019910007428A KR950005825B1 (ko) 1991-02-28 1991-05-08 엔진의 로울러 종동자
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FR9105876A FR2673444A1 (fr) 1991-02-28 1991-05-15 Palpeur a galet pour moteur.

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FR (1) FR2673444A1 (ja)
GB (1) GB2253255B (ja)

Cited By (2)

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