JP2656404B2 - エンジンの動弁機構用ローラ付カムフォロア - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、エンジンの動弁機構
用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、面粗さに関係な
く長寿命を示すローラ付カムフォロアとそのローラに関
するものである。

【０００２】

【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これに接触するカムフォロアの潤
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、ローラ付カ
ムフォロアが使用されるようになっている。ところで、
カム部分は、エンジン部分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
からくるカムフォロアのローラの回転速度変化や軸受作
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、カムフ
ォロアの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。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。従ってカムフォロアのローラ側の損傷を防止
し、耐久性の向上が望まれている。

【０００３】

【発明の目的】カム面とカムフォロアのローラ外径面と
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、
カムフォロア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動弁機構用ローラ
付カムフォロアとそのローラを提供することが目的であ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、第１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において、前記カムフォロアのロ
ーラの外表面に、ローラ外表面の面粗さをパラメータＲ
ＭＳで表示したとき、ＲＭＳ０．０９μｍ以上となる微
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以下となし、転がり接触部の油膜厚さを確保し
て金属接触を抑えるようにした構成としたものである。

【０００５】同第２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、ＲＭＳ０．０９μｍ以上とな
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以下となし、転がり接触部の油膜厚さを確
保して金属接触を抑えるようにしたるようにした構成と
したものである。

【０００６】

【作用】カム軸のカムに接触回転するカムフォロアのロ
ーラの外表面にランダムな微小くぼみを形成し、この仕
上げ面粗さパラメータＲＭＳをＲＭＳ０．０９μｍ以上
とし、かつパラメータＳＫ値を−１．６以下としたの
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
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、カムフォロアの長
寿命を得ることができる。

【０００７】

【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。図１乃至図３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。図１と図２
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の下部にカムフォロア７が取付けられている。こ
のカムフォロア７は、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と、油圧式ラッシュアジ
ャスター６の下端に支持軸８で回動自在に取付けられ、
カム２の周面と転がり接触するローラ９とで形成されて
いる。

【０００８】図３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、カムフォロア７は、ロッカーアー
ム４と、このロッカーアーム４のカム２に臨む端部に、
支持軸８で回動自在に取付けられ、カム２の周面と転が
り接触するローラ９とで形成されている。上記カムフォ
ロア７におけるローラ９は、図２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。

【０００９】前記カムフォロア７のローラ９における外
径転動面には、表面がランダムな方向の微小なくぼみ９
ａが形成され、この微小なくぼみ９ａを設けた表面は、
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、ＲＭＳ０．０９μｍ
以上になるようにすると共に、表面粗さのパラメータＳ
Ｋ値が軸方向、円周方向ともその平均値が−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。

【００１０】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。前記パラメータＳＫ値
とは、表面粗さの分布曲線の歪み度（ＳＫＥＷＮＥＳ
Ｓ）を指し、ガウス分布のような対象形分布はＳＫ値が
０となるが、パラメータＳＫ値を周方向、軸方向とも平
均値が−１．６以下とする設定値は、前記面粗さＲＭＳ
０．０９μｍ以上とによって、表面凹部の形状、分布が
加工条件によって油膜形成に有利な範囲である。上記パ
ラメータＳＫ値とは、凹凸分布の非対称性を知る目安の
統計量であり、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、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。表面粗さのＳｋｅｗｎｅｓｓ（ＳＫ）の定
義は以下の式で表される。 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。しかしながら、このグラフ
の意味するところは、中心線に対する山や谷の面積では
なく、あくまでも中心線に対する山や谷の分布状況にあ
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、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。

【００１１】この発明のカムフォロアにおけるローラ外
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カムフォロアのローラ
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。

【００１２】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）試験品カムフォロア 外径１７mmφ×幅７．５mm×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℃

【００１３】

【表１】

【００１４】

【表２】

【００１５】試験結果は表２に示したが、カム面の仕上
面粗さがＲｍａｘ１〜４μｍの範囲において、従来のカ
ムフォロアのローラは、図７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。これに対して本発明のカムフォロアにおけるローラ
は、図８の如く、Ｒｍａｘ２〜４μｍ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。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。この試験による油膜の形成率
は、図９と図１０に示す通りであり、本発明試験カムフ
ォロアのローラの仕上面の油膜形成率は、従来試験カム
フォロアの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×
１０^５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、カムフォロ
アのローラ巾面とロッカーアームとの滑り接触箇所にお
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。

【００１６】

【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ＲＭＳ０．０９μｍ以上の微小なくぼみ
を形成し、この外表面の面粗さのパラメータＳＫ値をマ
イナスとしたので、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。従って動弁系の耐久性を向上させ、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】同上要部の拡大縦断面図

【図３】同第２の例を示す縦断面図

【図４】従来のカムフォロアにおける外輪の仕上げ面状
況を示す概略図

【図５】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６】相手カム面の粗さを示す説明図

【図７】従来のカムフォロアのローラの試験結果を示す
説明図

【図８】この発明のカムフォロアのローラの試験結果を
示す説明図

【図９】油膜形成率を示すグラフ

【図１０】油膜形成率を示すグラフ

【符号の説明】

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 カムフォロア ９ ローラ ９ａ 微小なくぼみ

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、ローラ外表面の面粗さをパラメータＲＭＳ
   で表示したとき、ＲＭＳ０．０９μｍ以上となる微小な
   くぼみを形成し、かつ面粗さのパラメータＳＫ値が−
   １．６以下となし、転がり接触部の油膜厚さを確保して
   金属接触を抑えるようにしたことを特徴とするエンジン
   の動弁機構用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、ＲＭＳ０．０９μｍ以上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
   下となし、転がり接触部の油膜厚さを確保して金属接触
   を抑えるようにしたことを特徴とするエンジンの動弁機
   構用ローラ付カムフォロアのローラ。