JP4062156B2

JP4062156B2 - カムフォロア

Info

Publication number: JP4062156B2
Application number: JP2003106007A
Authority: JP
Inventors: 知裕安澤; 正博野口
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2003-04-10
Filing date: 2003-04-10
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2023-04-10
Also published as: JP2004308857A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロッカアーム等に設けられるカムフォロアに関する。
【０００２】
【従来の技術】
カムフォロアは、例えば、自動車等のエンジンの動弁機構や、その他の各種カム機構等に用いられている。このカムフォロアは、胴体に互いに対向する一対の側壁を有しており、これら両側壁間に架設された支軸に対して、外部の部材であるカムに当接するローラが回転自在に設けられた構成となっている。支軸の外周面とローラの内周面との間に、針状ころのような複数のころを介在させているものが多い。
【０００３】
前記のように、支軸とローラとの間にころを介在させたカムフォロアでは、従来、ころの軸方向端面と側壁の内面との間に、ワッシャ状の薄板材が介装されているものがある（特許文献１参照）
【０００４】
【特許文献１】
実開平１−８５１０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、自動車関連部品において、燃費の改善を図るべく、エンジン各部の低摩擦化、低トルク化が必要となってきている。その結果、エンジンの動弁機構に用いられているカムフォロアにおいても、さらに低トルク化を進めていかなければならない。
【０００６】
本件発明者がこれまで実施してきた試験の結果では、従来のカムフォロアにおいて摺動、摩耗の激しいのは、ころの軸方向端面と、これに対向する側壁の内面との間である。すなわち、支軸とローラとの間にころが介在しているタイプのカムフォロアにおいては、ころはその軸心周りに自転しながら支軸の周りを公転する。スキュー等により、ころの軸方向位置に偏りが発生した場合、ころの軸方向端面は、自転と公転とが合成された運動をしながら、側壁の内面と擦れ合う。そのため、ころの軸方向端面と側壁の内面との間に激しい摩擦が生じる。
【０００７】
これに対して、特許文献１に記載のカムフォロアでは、ころの軸方向端面と側壁の内面との間に、ワッシャ状の薄板材が介在するので、ころの軸方向端面と側壁の内面との直接的な接触は避けられる。
【０００８】
ワッシャ状の薄板材が支軸に対して径方向のがたつきがある場合は、その外周部が、ローラと側壁との間の隙間に入り込んで、ローラの回転を阻害することがある。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題に対処したもので、動作面での不具合を発生させることなく、ころの軸方向端面と、側壁の内面との摩擦を低減して、カムフォロアの低トルク化を図ることを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述した課題を達成するために、互いに間隔をおいて対向する一対の側壁を有する胴体と、前記両側壁間に架設される支軸と、この支軸に対して所要の環状空間を存して回転自在に設けられ外周面にカムが当接するローラと、ローラと支軸との間の環状空間に介装される複数のころとを備え、前記ころの軸方向端面と側壁の内面との間に、ローラの内周面の径と同径もしくは小径で、前記ローラの内周面に対面する円筒状外周面を有するリング状のブッシュが前記支軸に回転自在に設けられており、前記ブッシュの軸方向幅は、ローラの軸方向端面と側壁の内面との間の最大間隔より広幅に設定され、前記ブッシュの外周面は、前記ローラの内周面により回転案内されるカムフォロアを構成している。
【００１１】
上記構成によれば、ころの軸方向端面と側壁との間に、ブッシュが介在するので、ころの軸方向端面と側壁の内面との直接的な接触は避けられる。
【００１２】
しかも、ブッシュは、ころの軸方向端面に接触することで、あるいはローラの内周面に接触することで、ころの公転方向に支軸の周りを回転する。このように回転するブッシュが介在することで、従来であれば、側壁内面ところの軸方向端面との間に生じた激しい擦れ合いが、側壁内面に対するブッシュの公転方向の擦れ合いと、ブッシュに対するころの自転に伴う擦れ合いとに分かれる。そのため、本発明では、従来のように激しく擦れ合う個所がなくなり、全体として摩擦抵抗が小さくなり、トルクが減少する。
【００１３】
さらに、側壁の内面は、従来のようにころの軸方向端面が直接的に擦れ合うことがないので、摩耗が少ない。そのため、側壁やこの側壁を含む胴体に、たとえばアルミニウムのような軽量の金属を支障なく使用することができ、カムフォロアの軽量化を図ることができる。
また、ブッシュは、その軸方向幅が、ローラの軸方向端面と側壁の内面との間の最大間隔より広幅に設定されているので、ブッシュが支軸に対して径方向のがたつきがあり、ローラ内周面より小径であっても、その外周部が、ローラと側壁との間の隙間に入り込んで、ローラの回転を阻害するようなことがない。
【００１４】
上記構成におけるブッシュは、鋼材その他の金属材で構成されていてもよく、また、全体を固体潤滑材、もしくは固体潤滑材を一部組成として含む材料で構成されていてもよいが、ブッシュは、少なくともその軸方向両側の表面層が、組成の一部もしくは全部を固体潤滑材とする低摩擦層となっていることが望ましい。このように、ブッシュの軸方向両側に固体潤滑材による低摩擦層があれば、ブッシュと側壁との摩擦、ブッシュところとの摩擦を大幅に低減させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
〔一実施形態〕
本発明の詳細を図面に示す実施形態に基づいて説明すると、図１ないし図４は本発明の一実施形態を示すもので、図１は一実施形態に係るカムフォロアの縦断面図、図２は、図１のカムフォロアの一部の拡大縦断面図、図３は、図１のカムフォロアに含まれるブッシュの一部破断した斜視図、図４は、図３のブッシュの変形例を示す部分斜視図で、（Ａ）（Ｂ）は互いに異なる変形例を示している。
【００１７】
図１において、符号１はカムフォロアの全体を示し、２はその胴体、３，４は、前記胴体２の一部である側壁、５は支軸、６はローラ、７はころである。側壁３，４は、２つ一対で、互いに間隔をおいて平行に対向している。支軸５は、通常、焼き入れ、浸炭、窒化等の硬化処理を施した鋼材で構成されるもので、一対の側壁３，４間に架橋状に取り付けられる。この支軸５は、側壁３，４の取り付け孔に挿入した後、かしめにより側壁３，４に固定されるか、あるいは取り付け孔に圧入することで、側壁３，４に固定されている。
【００１８】
ローラ６は、一対の側壁３，４の対向間隔内で、前記支軸５に対して所要の環状空間を存して回転自在に設けられるもので、その外周面には外部の部材であるカム８が当接するようになっている。このローラ６と前記支軸５との間の環状空間内に、ころ７が複数が設けられている。
【００１９】
ころ７は、支軸５の外周面ともローラ６の内周面６ｉとも転がり接触するもので、通常、焼き入れ、浸炭、窒化等の硬化処理を施した鋼材で構成されるが、他の金属材料、もしくはセラミック材料で構成されたものでもよい。
【００２０】
ころ７の軸方向両側にはそれぞれリング状のブッシュ９，１０が支軸５周りに回転自在に設けられている。これらブッシュ９，１０は、ころ７の軸方向端面と側壁２，３の内面との間に介在して、前記両面の直接的な接触を回避するためのものである。ブッシュ９，１０は、図２および図３に明示するような形状で、所定の軸方向幅Ｗ９を有し、ローラ６の内周面６ｉの内径と同径もしくは小径に形成されている。すなわち、ローラ６の内周面６ｉの内径をＲ６ｉ、ブッシュ９，１０の外径をＲ９ｏとして、Ｒ６ｉ≧Ｒ９ｏである。
【００２１】
なお、図１および図２では、説明の都合上、ブッシュ９，１０の外周面９ｏ，１０ｏとローラ６の内周面６ｉとの間に隙間があるが、実際には、ブッシュ９，１０の外周面９ｏ，１０ｏとローラ６の内周面６ｉとは極めて近接していて、ブッシュ９，１０の外周面９ｏ，１０ｏは、ローラ６の内周面６ｉにより回転案内される構成になっている。
【００２２】
すなわち、ブッシュ９，１０の外周面９ｏ，１０ｏとローラ６の内周面６ｉとの間の隙間は、ブッシュ９，１０の内周面９ｉ，１０ｉと支軸５の外周面５ｏとの間の隙間より小さく設定することが好ましい。また、ブッシュ９，１０は、その径方向の厚さＴ９（図３に図示）を、ころ７の直径の１／２より大きく設定することが好ましい。
【００２３】
以上の構成とすることにより、ブッシュ９，１０は、回転した場合でも、支軸５に接触して挙動が不安定になることがない。また、ころ７は、その軸方向端面がブッシュ９，１０の軸方向側面に接触案内されることになるが、ブッシュ９，１０の軸方向側面は、胴体２の一部である側壁３，４の内面に比べ平坦もしくは平滑な面であり、摩擦係数が低く、特に、固体潤滑材を含む面となっている場合は、摩擦係数が著しく低く、そのため、ころ７はその回転が安定する上に、ブッシュ９，１０との摩擦抵抗が小さな値に抑えられるので、ロッカアームの低トルク化が可能となる。
【００２４】
ブッシュ９，１０の軸方向幅Ｗ９を所定の寸法としたのは、ブッシュ９，１０が支軸５に対して径方向のがたつきがあっても、ブッシュ９，１０の外周部が、ローラ６と側壁３，４との間の隙間に入り込まないようにするためである。すなわち、ブッシュ９，１０の外周部が、ローラ６と側壁３，４との間の隙間に入り込まないようにするためには、ブッシュ９，１０の支軸５に対する径方向のがたつき量（ブッシュ９，１０の内径と支軸５の外径との差）をできるだけ小さくすればよいが、この実施形態では、ブッシュ９，１０の軸方向幅Ｗ９が、ローラ６の軸方向端面と側壁３，４の内面との間の最大間隔Ｄ３６（要するに、両側壁間３，４の間隔Ｄ３４と、ローラ６の軸方向幅Ｗ６との差）より広幅に設定されている（Ｄ３６＝Ｄ３４−Ｗ６、Ｗ９＞Ｄ３６）。
【００２５】
ブッシュ９，１０の素材について、この実施形態では、ブッシュ９，１０の全体が固体潤滑材、もしくは固体潤滑材を一部組成として含む材料で構成されている。
【００２６】
ブッシュ９，１０の組成の一部もしくは全部となる固体潤滑材としては、（１）黒鉛、二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）、二硫化タングステン等の層状構造体、（２）四ふっ化エチレン（ＰＴＦＥ）、ポリアミド（ＰＡ）系樹脂、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリイミド等の合成樹脂、（３）金、銀、鉛、すず、インジウム等の軟質金属、（４）その他、リン酸マンガン、酸化鉛等がある。ブッシュ９，１０には、前記の固体潤滑材のほかには、結合材や、ガラス繊維等の耐摩耗材が含まれることがある。
【００２７】
上記構成によれば、ころ７の軸方向端面と側壁３，４との間に、ブッシュ９，１０が介在するので、ころ７の軸方向端面と側壁３，４の内面との直接的な接触は避けられる。この場合、ころ７と側壁３，４との間では、側壁３，４内面に対するブッシュ９，１０の公転方向の擦れ合いと、ブッシュ９，１０に対するころ７の自転に伴う擦れ合いとが生じるが、これらの擦れ合いは、従来、ころの軸方向端面と側壁の内面とが直接に接触した場合の両者間の擦れ合いに比べ、摩擦の度合いが低いから、全体として摩擦抵抗が小さくなり、トルクが減少する。
【００２８】
しかも、ブッシュ９，１０の全体が固体潤滑材、もしくは固体潤滑材を一部の組成として含む材料で構成されているので、ブッシュ９，１０と側壁３，４との摩擦、およびブッシュ９，１０ところ７との摩擦がいずれも格段に小さくなっており、これがカムフォロア１全体のトルクを大幅に減少させるのに役立っている。
【００２９】
さらに、側壁３，４の内面では、従来のようにころ７の軸方向端面が直接的に擦れ合うことがないので、側壁３，４内面の摩耗が少ない。そのため、側壁３，４やこの側壁３，４を含む胴体２に、これまで耐摩耗性に問題があるとして使用が避けられてきた材料、たとえばアルミニウム等の軽金属を使用することができる。側壁３，４や胴体２に軽金属を用いることで、カムフォロア１の軽量化が可能になる。
【００３０】
さらに、ブッシュ９，１０は、その軸方向幅Ｗ９が、ローラ６の軸方向端面と側壁３，４の内面との間の最大間隔Ｄ３６より広幅に設定されているから、ブッシュ９，１０が支軸５に対して径方向に大きながたつきがあっても、ブッシュ９，１０の外周部が、ローラ６と側壁３，４との間の隙間に入り込んで、ローラ６の回転を阻害することがない。
【００３１】
なお、ブッシュ９，１０の外径Ｒ９ｏは、上記実施形態のように、ローラ６の内周面６ｉにほとんど隙間なく対面するように、ローラ内周面６ｉの内径Ｒ６ｉと同一もしくは近似した値に設定されるほか、ローラ内周面６ｉとの間に比較的大きな隙間ができるよう、小径の値に設定されていてもよい。
【００３２】
また、上記実施形態では、ブッシュ９，１０の全体が固体潤滑材、もしくは固体潤滑材を一部組成として含む材料で構成されているが、ころ７の軸方向端面と側壁３，４の内面との直接的な接触を避けるためには、ブッシュ９，１０は、固体潤滑材以外の材料、たとえば鋼材その他の金属材料で構成されていてもよい。
【００３３】
ブッシュ９，１０に固体潤滑材を用いる場合でも、必ずしも、ブッシュ９，１０の全体を固体潤滑材で構成する等して全体に固体潤滑材を含ませる必要はなく、ブッシュ９，１０の表面側に固体潤滑材が存在すればよい。具体的には、図４の（Ａ）に示すように、ブッシュ９１は、固体潤滑材以外の素材、たとえば鋼材で芯材９１ａが構成され、その表面に、組成の一部もしくは全部を固体潤滑材とする低摩擦層９１ｂが形成されていればよい。
【００３４】
ブッシュ９，１０は、主として、その軸方向一方の面が側壁３，４の内面と擦れ合い、軸方向他方の面がころ７の軸方向端面と擦れ合うことを考慮すると、固体潤滑材を利用する場合、そのブッシュ９２は、図４の（Ｂ）に示すように、固体潤滑材以外の材料で構成された芯材９２ａに対して、少なくともその軸方向両側の表面層が、組成の一部もしくは全部を固体潤滑材とする低摩擦層９２ｂとなっていればよい。
【００３５】
〔カムフォロアを含む機構の実施形態〕
次に、本発明のカムフォロアを含む機構について述べる。図５は、本発明のカムフォロアを含む機構の一実施形態の一部破断して示した側面図で、同図には、ＯＨＣ型式エンジンの動弁機構に用いられるエンドピボット型のロッカアームを例示している。図５において、符号２０は、エンドピボット型のロッカアームの全体を示し、２１はカム、２２は、傾動支持部となるラッシュアジャスタ、２３はバルブのステムである。
【００３６】
ロッカアーム２０は、互いに間隔をおいて対向する一対の側壁３，４（但し、一方の側壁４は図５に現われていない）を含む胴体２４を備えている。胴体２４の長手方向一端部には、ラッシュアジャスタ２２の上端部に嵌合するピボット部２５が設けられ、長手方向他端部には、バルブのステム２３に当接されるバルブ係合部２６が設けられている。そして、胴体２４の長手方向中間部に、図１に示したカムフォロア１が設けられており、このカムフォロア１のローラ６の外周面が、前記のカム２１に転接するようになっている。
【００３７】
このロッカアーム２０では、カム２１の回転に伴い、ピボット部２５が支点となって胴体２４が傾動されて、バルブ係合部２６がバルブのステム２３に対して上下方向に反復変位させられることで、バルブを開閉動作させる。
【００３８】
この動作中、ころ７が軸方向の一方に変位すると、変位側の側壁３（４）の内面との間にはブッシュ９(他方のブッシュ１０は、図５に図示されていない)が介在しているから、ころ７の軸方向端面は、ブッシュ９(１０)の軸方向一面に接触し、ブッシュ９(１０)の軸方向外面が側壁３（４）の内面に接触する。ころ７とブッシュ９(１０)との擦れ合い、およびブッシュ９(１０)と側壁３（４）との擦れ合いは、ころの軸方向端面が直接的に側壁の内面に擦れ合う場合に比べ、摩擦の度合いが低い上に、固体潤滑材を含む面を介しての擦れ合いであるから、ころ７とブッシュ９，１０と側壁３，４との相互間に生じる摩擦抵抗は、小さな値に抑えられる。これで、ロッカアーム２０全体の低トルク化が可能になる。
【００３９】
図６は、本発明のカムフォロアを含む機構の他の一実施形態の一部破断して示した側面図で、同図には、センタピボット型のロッカアームを例示している。図６において、符号３０は、センタピボット型のロッカアームの全体を示し、３１はカム、３２は、シリンダヘッドに設置されるバルブのステムである。
【００４０】
このロッカアーム３０では、胴体３３の長手方向一端に、図１に示したカムフォロア１が設けられ、長手方向中間に傾動支点となるロッカシャフト３４が貫通され、長手方向他端にアジャストスクリュー３５が螺合装着されている。アジャストスクリュー３５には、前記したバルブのステム３２の端部が当接される。
【００４１】
このロッカアーム３０では、カム３１の回転に伴い、ロッカシャフト３４が支点となって胴体３３が傾動されて、アジャストスクリュー３５が上下方向に反復変位させられることで、バルブを開閉動作させる。
【００４２】
この動作中、カムフォロア１ではローラ６が回転するが、ころ７(図６では図示省略)が軸方向の一方に変位すると、変位側の側壁３，４（一方の側壁４は図６に現われていない）の内面との間には、表面層に固体潤滑材を含むブッシュ９，１０(一方のブッシュ１０は図６に図示されていない)が介在しているから、このブッシュ９，１０の作用により、ころ７とブッシュ９，１０と側壁３，４との相互間に生じる摩擦抵抗は、ころの軸方向端面が直接的に側壁の内面に擦れ合う場合に比べ、小さな値に抑えられる。これで、ロッカアーム３０全体の低トルク化が可能になる。
【００４３】
このほか、本発明のカムフォロアは、ＯＨＶ型式エンジンの動弁機構において、ロッカアームの傾動により上下するプッシュロッドの先端のラッシュアジャスタに設けてもよく、使用個所は、上記実施形態のものに限定されない。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、ブッシュにより、ころの軸方向端面と側壁の内面との直接的な接触が避けられるばかりでなく、ころとブッシュと側壁との相互間に生じる摩擦抵抗は、ころの軸方向端面が直接的に側壁の内面に擦れ合う場合に比べ、小さな値に抑えられ、これで、カムフォロア全体の低トルク化が可能になる。
【００４５】
ブッシュの軸方向両側に固体潤滑材を含む低摩擦層があれば、ブッシュと側壁との摩擦、ブッシュところとの摩擦を大幅に低減させることができる。
【００４６】
ブッシュの軸方向幅が、ローラの軸方向端面と側壁の内面との間の最大間隔より広幅に設定されているから、ブッシュが支軸に対して径方向のがたつきがあっても、その外周部が、ローラと側壁との間の隙間に入り込んで、ローラの回転を阻害することがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るカムフォロアの縦断面図である。
【図２】図１のカムフォロアの一部の拡大縦断面図である。
【図３】図１のカムフォロアに含まれるブッシュの一部破断した斜視図である。
【図４】図３のブッシュの変形例を示す部分斜視図で、（Ａ）（Ｂ）は互いに異なる変形例を示している。
【図５】本発明のカムフォロアを含む機構の一実施形態の一部破断して示した側面図で、エンドピボット型のロッカアームを例示している。
【図６】本発明のカムフォロアを含む機構の他の一実施形態の一部破断して示した側面図で、センタピボット型のロッカアームを例示している。
【符号の説明】
１カムフォロア
２胴体
３，４側壁
５支軸
６ローラ
７ころ
８カム
９，１０ブッシュ

Claims

互いに間隔をおいて対向する一対の側壁を有する胴体と、前記両側壁間に架設される支軸と、この支軸に対して所要の環状空間を存して回転自在に設けられ外周面にカムが当接するローラと、ローラと支軸との間の環状空間に介装される複数のころとを備え、
前記ころの軸方向端面と側壁の内面との間に、ローラの内周面の径と同径もしくは小径で、前記ローラの内周面に対面する円筒状外周面を有するリング状のブッシュが前記支軸に回転自在に設けられており、前記ブッシュの軸方向幅は、ローラの軸方向端面と側壁の内面との間の最大間隔より広幅に設定され、前記ブッシュの外周面は、前記ローラの内周面により回転案内されることを特徴とするカムフォロア。
前記ブッシュは、少なくともその軸方向両側の表面層が、組成の一部もしくは全部を固体潤滑材とする低摩擦層となっている請求項１に記載のカムフォロア。