JP3508557B2 - ローラー装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用エンジン
のロッカーアーム用のカムフォロアなどに用いて好適
の、ローラー装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、自動車用エンジンのロッカーアー
ム用のカムフォロアに使用されるローラー装置として、
特開平７−１０２９１３号公報に開示されているものが
ある。当該公報に記載されているローラー装置は、ロー
ラーの内側にセラミックス製の筒部材を嵌合させるとと
もに、このセラミックス製の筒部材の内側にシャフトを
挿入して、このセラミックス製の筒部材とシャフトとを
滑り接触させるものであり、ニードルベアリングなどの
部品点数が削減されるとともに、耐摩耗性に優れ、さら
にセラミックスを使用することにより軽量化を図ること
ができるものである。 【０００３】また当該公報における従来技術として、ロ
ーラーとシャフトとの間にニードルベアリングを介在さ
せて、シャフトとローラーとを転がり接触としたローラ
ー装置が開示されている。この従来技術におけるローラ
ー装置は、前者、即ちローラーとシャフトとの間にセラ
ミックス製の筒部材を介在させたローラー装置に対して
低フリクションであり、潤滑油の給油量も少なくてすみ
耐摩耗性が向上されるものである。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
従来のローラー装置において、前者は、セラミックスが
高価であるため、ローラーとシャフトとの間にセラミッ
クス製の筒部材を介装させると、多大なコストアップと
なるといった問題があり、後者は、摺動面圧が高くなる
とシャフトに摩耗が発生するなどといった問題がある。 【０００５】また、上述した従来技術とは別に、シャフ
ト自体をセラミックスで形成して、シャフトの耐摩耗性
を向上させることも考えられるが、この場合セラミック
ス製のシャフトには、ハウジングに対する抜け止め加工
を施すことができないといった問題がある。つまり、従
来シャフトはハウジングに対して、かしめ止めや溶着な
どにより抜け止め加工が施されるが、セラミックス製の
シャフトにかしめ加工を施すと、シャフトが破損し易く
なり耐衝撃性が低下し、またセラミックスには溶接加工
はできないので抜け止めができないといった問題があ
る。また、セラミックスは金属に対して熱膨張率が低い
ため、セラミックス製のシャフトをハウジングのシャフ
ト孔に圧入させても、ハウジングが熱膨張してシャフト
孔が拡開し、シャフトが抜けてしまうといった問題があ
る。 【０００６】このため、本発明は、コストアップを最小
限に抑え、且つ耐摩耗性及び耐衝撃性が高いローラー装
置を提供することを目的としている。 【０００７】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、円筒状のローラーと、該ローラーを挿通
するシャフトと、平行に延出し上記シャフトの両端部が
それぞれ嵌合される一対のアームを有するハウジングと
を備えたローラー装置において、上記シャフトの上記ア
ームに嵌合する両端部の少なくとも一部及び同両端部を
連結する部分を鋼材によって形成するとともに、上記ロ
ーラーを介して外的負荷を受ける部分の少なくとも一部
分をセラミックスで構成したことを特徴とする。 【０００８】従って、シャフトのアームに嵌合する両端
部の少なくとも一部及び同両端部を連結する部分が鋼材
により構成されるので、両端部が容易に且つ確実にアー
ムに固設され、且つシャフトの強度を高くものとするこ
とができる。また、シャフトのローラーを介して外的負
荷を受ける部分にはセラミックス製の負荷受け部が配設
されるので、シャフトの摩耗が低減されるとともに、高
価であるセラミックス部材の使用を最小限に抑えてコス
トアップを最小限に抑えることができる。 【０００９】 【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施形態を例示的に詳しく説明すると、図１はその
構成を示す模式図であって、（ａ）は自動車エンジン用
のロッカーアームのカムフォロアの断面図、（ｂ）は該
カムフォロアに使用されるシャフトの外観斜視図であ
る。 【００１０】１はハウジングであって、このハウジング
１には、平行に延出する一対のアーム１ａが形成されて
おり、この一対のアーム１ａにはシャフト孔１ｂが形成
されている。このシャフト孔１ｂには円筒状のシャフト
２が挿入され、このシャフト２は、両端部がシャフト孔
１ｂにそれぞれ圧入されるとともに、両端面がハウジン
グ１にかしめ止めされて、抜け止めされている。両端面
をハウジング１にかしめ止めして固設する方法以外に、
シャフト２の両端部をハウジング１に溶着して固設して
もよい。 【００１１】このシャフト２は、一対のアーム１ａ，１
ａ間に介在される円筒状のローラー３に挿通している。
このローラー３は、ＳＣｒ４２０Ｈ（クロム鋼）製であ
り、浸炭焼入処理が施されるとともに、外周面３ａには
クラウニングＣが施されている。また、ローラー３の内
周面とシャフト２の外周面との間には、複数のニードル
４がシャフト２の外周上に配設されている。 【００１２】このように構成されたローラー装置は、エ
ンジンにより回転されるカムシャフトに設けられたカム
の回転に応じたカムリフトの変化を、カムと常時当接す
るローラー３、シャフト２及びハウジング１を介して、
吸気又は排気バルブをリフトさせる図示しないプッシュ
ロッドやロッカーアームに伝動する構造となっている。 【００１３】本実施形態におけるシャフト２は、ローラ
ー３、ニードル４を介してカムからの負荷を受ける部分
に、セラミックスで形成された負荷受け部２ａを備えて
いる。具体的には、ＳＵＪ２鋼などの軸受鋼で構成され
た略円柱状のシャフト本体２ｂの中央のカムが位置する
側には、略半円柱状の溝２ｃが形成され、この溝２ｃに
は、該溝２ｃと同等の半円柱状に形成されセラミックス
で構成された負荷受け部２ａが嵌合されている。このよ
うにシャフト２に外的負荷を受ける部分にセラミックス
製の負荷受け部２ａを設けたので、摺動面圧が高くなる
ことにより発生するシャフト２の摩耗を抑制することが
できる。 【００１４】シャフト２の両端部は、図２に示されるよ
うに、軸受鋼で構成されるとともに、ハウジング１のシ
ャフト孔１ｂに圧入され、またアーム１ａに溶接または
かしめ止めされており、シャフト２がハウジング１から
抜けたり回転したりしないように構成されている。この
ように、シャフト２の両端部が軸受鋼で構成されている
ので、シャフト孔１ｂへの圧入も容易に行うことがで
き、溶接やかしめ加工も問題なく行うことができるとと
もに、熱膨張によりシャフト孔１ｂが拡開したとしても
シャフト２自体もアーム１ａと同様な膨張率で熱膨張す
ることにより、圧入するだけでも抜け落ちることを防止
することができる。 【００１５】よって、シャフト２の回転及び移動が完全
に規制されているので、ローラー３は安定した回転を行
うことができるとともに、シャフト２の破損を確実に防
止することができる。シャフト２の中央部分のカムから
の外的負荷を受ける側に設けられる負荷受け部２ａは、
図２に示されるように、軸方向端面がシャフト本体２ｂ
に形成された溝２ｃの端面と当接するとともに接着され
ており、また軸方向端部がアーム１ａに圧入されるよう
に配設されているので、負荷受け部２ａは、軸方向への
移動及びシャフト２からの離脱が防止されるように構成
されている。 【００１６】よって、負荷受け部２ａの移動が完全に規
制されているので、ローラー３は安定した回転を行うこ
とができ、シャフト２は負荷受け部２ａにより摩耗が確
実に抑制されて優れた摺動特性を得ることができる。上
述した実施形態では、シャフト２に設けられる負荷受け
部２ａを図２に示すように、軸方向端部がアーム１ａに
圧入されるところまで配設するように構成したが、これ
に限定されるものではなく、図２の破線で示されるよう
に、負荷受け部２ａの軸方向端部をニードル４の軸方向
端部よりも中央側に位置するように配設してもよい。シ
ャフト２がローラー３、ニードル４を介して受けるカム
からの負荷は、ニードル４の両端部の方が中央部に対し
て大きいという特性を有するため、図２に実線で示され
るようにニードル４の軸方向両端部よりも軸方向外側ま
でセラミックス製の負荷受け部２ａが配置されている
と、耐摩耗性は向上されるが、ニードル４の両端部から
受ける応力が大きいため耐衝撃性が小さいセラミックス
が破損する虞がある。 【００１７】一方、図２の破線で示すように、負荷受け
部２ａの軸方向両端部を、ニードル４の軸方向端部より
も中央側に位置するように配設した場合には、シャフト
２が最も大きい負荷を受ける部分、つまりニードル４の
両端部に対向した部分が、軸受鋼で形成されるので、耐
摩耗性は劣るものの、耐衝撃性はセラミックより優れる
ので、シャフト２の耐衝撃性が向上するものである。 【００１８】この場合、シャフト２の中央部にはセラミ
ックス製の負荷受け部２ａが配置されているので、耐摩
耗性は図１に実線で示される構成のものに対して若干の
低下に抑えることができ、従来の構造に対して格段に向
上されるものとなり、優れた摺動特性を得ることができ
る。また、負荷受け部２ａは、シャフト２に形成された
溝２ｃに接着などにより固定されるとともに、ニードル
４からの押圧により、シャフト２から離脱することがな
いように構成されている。 【００１９】図３に、本願発明の一実施形態におけるロ
ーラー装置の変形例を示す。この変形例によるローラー
装置は、図３（ａ）に示されるように、セラミックス製
の負荷受け部２ｄをシャフト２の軸方向端部まで配置さ
せた点で図１に示す構成と異なる。つまり、シャフト２
は、図３（ｂ）に示されるように、カムからの負荷を受
ける側が半円柱状に形成されるセラミックス製の負荷受
け部２ｄで構成され、カムからの負荷を受けない側が半
円柱状に軸受鋼で形成されるシャフト本体２ｂで構成さ
れる。 【００２０】この半円柱状の負荷受け部２ｄと半円柱状
のシャフト本体２ｂとの一方には、他方に向かって突出
するピン２ｅが形成され、他方には該ピン２ｅと係合す
る凹部が形成されており、このピン２ｅと凹部とが係合
することにより、互いが軸方向にずれることが防止され
ている。そして、このように構成されたシャフト２の両
端部が、アーム１ａのシャフト孔１ｂに嵌挿される。熱
膨張によりアーム１ａのシャフト孔１ｂが拡開すると、
セラミックス製の負荷受け部２ｄは熱膨張率が小さいた
めシャフト孔１ｂと負荷受け部２ｄとの間に隙間が生じ
て負荷受け部２ｄが軸方向に移動して抜けやすくなる
が、半円柱状のシャフト本体２ｂがアーム１ａに溶着又
はかしめ止めなどにより固設されており、さらにアーム
１ａと同様に熱膨張することにより、この半円柱状のシ
ャフト本体２ｂがアーム１ａに保持されて、このシャフ
ト本体２ｂに係合している負荷受け部２ｄが軸方向にず
れて抜けることは防止される。 【００２１】この変形例においても、上述した実施形態
と同様に、ニードル４からの負荷を受ける部分にセラミ
ック製の負荷受け部２ｄが配置されているので、シャフ
ト２の耐摩耗性が向上されて、優れた摺動特性を得るこ
とができる。また、セラミックスの使用によりシャフト
２の軽量化が図られるとともに、セラミックスをシャフ
ト２の一部にのみ配置させるので、コストアップを抑制
することができる。 【００２２】図４に、本願発明の一実施形態におけるロ
ーラー装置の更なる他の変形例を示す。この変形例によ
るローラー装置は、図４（ａ）に示されるように、セラ
ミックス製の負荷受け部２ｆが、円筒状に形成され、軸
受鋼で円柱状に形成されるシャフト本体２ｂに嵌挿され
る点で上述したものと異なる。またシャフト２は、図４
（ｂ）に示されるように、円柱状に軸受鋼で形成され、
一端部の外径が他端部の外径よりも大きくなるように構
成されるシャフト本体２ｂと、外径がシャフト本体２ｂ
の一端部と同径で内径がシャフト本体２ｂの他端部と同
径の円筒状に形成され、シャフト本体２ｂの円柱部分に
嵌挿されるセラミックス製の負荷受け部２ｆとにより構
成されている。 【００２３】軸受鋼で構成されているシャフト本体２ｂ
の両端部が、それぞれアーム１ａに圧入されるととも
に、かしめ止めされており、シャフト２がアーム１ａか
ら抜けることがないように構成されている。また、負荷
受け部材２ｆは、シャフト本体２ｂの小径側における端
面がアーム１ａの内側端面に当接し、シャフト本体２ｂ
の大径側における端面がシャフト本体２ｂの大径側端部
の内側端面に当接するように配置されているので、軸方
向に移動することがないように構成されている。 【００２４】本変形例においても、シャフト２には、カ
ムからの負荷を受ける部分にセラミックス製の負荷受け
部２ｆが配設されているので、シャフト２の耐摩耗性が
向上し、優れた摺動特性を得ることができる。また、セ
ラミックスの使用によりシャフト２の軽量化が図られる
とともに、セラミックスをシャフト２の一部にのみ配置
させるので、コストアップを抑制することができる。 【００２５】本発明におけるローラー装置は、上述した
実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した
実施形態では、負荷受け部２ａ，２ｄ，２ｆがカムから
負荷を受ける部分にニードル４と同等又はそれ以上の軸
方向長さで配設されているが、この負荷受け部をニード
ル４の軸方向端部部分にのみ配設するようにしてもよ
い。この場合、上述した実施形態のように、負荷受け部
がニードル４と同等以上の範囲全域にわたって配設され
ているものに対して、シャフト２の耐摩耗性が劣るが、
シャフト２がカムから受ける負荷はニードル４の軸方向
端部部分が最も大きいため、このカムから受ける負荷が
最も大きいニードル４の軸端部部分にのみ負荷受け部を
配設しても、従来のローラー装置に対して、シャフト２
の耐摩耗性は大幅に向上されるものとなる。また、上述
した実施形態に対して、セラミックスの使用が最小限に
押さえられるので、さらにコストアップを抑制すること
ができる。また、ニードル４は軸方向へ移動が許容され
ているため、負荷受け部をニードル４の軸端部近傍に、
ある程度の範囲を持って配設させるようにすればよい。 【００２６】また、上述した実施形態では、ローラー３
とシャフト２との間にニードル４が介在するローラー装
置について説明したが、本願発明は、ニードル４を有す
るローラー機構に限定されるものではなく、ニードル４
が介在せずにローラー３とシャフト２とが滑り接触する
ものにも適用可能である。すなわち、ローラー３の内周
面とシャフト２の外周面とが直に接触して滑り摺動する
ローラー装置において、シャフト２に図１（ｂ）、図３
（ｂ）及び図４（ｂ）に示されるようにカムからの負荷
を受ける部分にのみセラミックス製の負荷受け部２ａ，
２ｄ，２ｆを配設するように構成してもよい。 【００２７】以上のように、本発明におけるローラー装
置は、シャフト２の両端部が連設して軸受鋼で構成され
るので、シャフト２端部をアーム１ａに容易に且つ確実
に固設することができるとともに、シャフト２の軸方向
全長にわたって軸受鋼が配設されるので、シャフト２の
剛性を従来同様に高いものとすることができる。またシ
ャフト２のカムから負荷を受ける部分にはセラミック製
の負荷受け部材２ａ，２ｄ，２ｆが配設されているの
で、シャフト２の耐摩耗性を向上させることができ、優
れた摺動特性を得ることができる。また、これにより、
シャフト２の摩耗によりシャフト２にがたが発生するこ
とが抑制されて、シャフト２の破損を防止することがで
きるとともに、ローラー３の回転を円滑に行うことがで
き、動力損失の低減を図ることができる。 【００２８】また、自動車エンジン用のロッカーアーム
のカムフォロアに本発明を適用した実施形態について説
明したが、本発明はこの分野に限定されるものではな
い。 【００２９】 【発明の効果】本発明によれば、シャフトのアームに嵌
合する両端部の少なくとも一部及び同両端部を連結する
部分が鋼材により構成されるので、両端部をアームへ容
易に且つ確実に固設することができ、シャフトの移動が
確実に規制されてローラーの円滑な回転を助長すること
ができるとともに、シャフトの強度を高いものとするこ
とができる。さらに、シャフトのローラーを介して外的
負荷を受ける部分にはセラミックス製の負荷受け部が配
設されるので、シャフトの摩耗が低減されて、ローラー
の円滑な回転がさらに助長されて動力損失の低減が図ら
れる。また、セラミックス製の負荷受け部が、外的負荷
を受ける部分に配設されるので、高価であるセラミック
ス部材の使用を最小限に抑えてコストアップを最小限に
抑えることができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】（ａ）は本発明の一実施形態によるローラー装
置を示す断面図、（ｂ）は本発明の一実施形態によるシ
ャフトの斜視図である。 【図２】本発明の一実施形態によるローラー装置の要部
拡大断面図である。 【図３】（ａ）は本発明の一実施形態の変形例によるロ
ーラー装置を示す断面図、（ｂ）は本発明の変形例によ
るシャフトの斜視図である。 【図４】（ａ）は本発明の一実施形態の他の変形例によ
るローラー装置を示す断面図、（ｂ）は本発明の他の変
形例によるシャフトの斜視図である。 【符号の説明】 １ ハウジング １ａ アーム ２ シャフト ２ｂ シャフト本体 ２ａ，２ｄ，２ｆ 負荷受け部 ３ ローラー ４ ニードル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16H 51/00 - 55/30 F01L 1/00 - 1/46

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 円筒状のローラーと、該ローラーを挿通
   するシャフトと、平行に延出し上記シャフトの両端部が
   それぞれ嵌合される一対のアームを有するハウジングと
   を備えたローラー装置において、 上記シャフトの上記アームに嵌合する両端部の少なくと
   も一部及び同両端部を連結する部分を鋼材によって形成
   するとともに、上記ローラーを介して外的負荷を受ける
   部分の少なくとも一部分をセラミックスで構成したこと
   を特徴とする、ローラー装置。