JP4525435B2 - ロッカアーム - Google Patents

Description

本発明は、自動車等のエンジンのシリンダヘッドに設けられるバルブの開閉に供するロッカアーム、特に、板状の素材を形成してなるロッカアームに関する。

ロッカアームは、自動車等のエンジンのシリンダヘッドに設けられるバルブの開閉に供されるものであって、対向する一対の側壁部と、該一対の側壁部の長手方向の一方の内側面同士を接続するバルブステム受け部用接続部と、前記一対の側壁部の長手方向の他方の内側面同士を接続するピボット受け部用接続部と、前記バルブステム受け部用接続部とピボット受け部用接続部との間に形成されたローラ配置用開口部とを有している。すなわち、一対の側壁部とバルブステム受け部用接続部とが略Ｈ字状の断面を、一対の側壁部とピボット受け部用接続部とが略Ｕ字状の断面を、そしてローラ配置用開口部を挟んで一対の側壁部が略二字状の断面を、それぞれ形成する複雑な三次元形状をしている。
そして、バルブステム受け部用接続部に形成されたバルブステム受け部にエンジンのバルブステムが当接し、ピボット受け部用接続部に形成されたピボット受け部にエンジンのラッシュアジャスタのピボットが当接し、ローラ配置用開口部に回転自在に設置されたローラにエンジンのカムが摺動するものである。

近年、エンジンの省エネ化や高速回転化、あるいは低コスト化等に対応するため、軽量化や高剛性化並びに新製造方法の開発が図られている。発明者等のグループは、一枚の金属板を塑性流動させるだけで前記複雑な三次元形状を形成すると共に、一対の側壁部とバルブステム受け部用接続部との間（略Ｈ字状の断面内）でメタルフローを連続させることが可能な製造方法の開発に成功し、これを開示している（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−２５２４０号公報（第４頁、第８図）

前記特許文献１に開示された発明は、一枚の金属板を塑性加工するものであって、しかも、前記のようにメタルフローが連続しているから、製造コストが安価であって、軽量化や高剛性化、並びに安定した品質が保証されるという顕著な効果を奏するものである。そして、かかる成功に対しては、さらなる軽量化や小型かつ高剛性化を可能にする発明が要請されている。

具体的には、上記ローラは、カムからの負荷荷重によりその寸法が決定され、負荷荷重に比例しローラ幅は大きくなり、このため該口一ラを開口部で収納する上記一対の側壁部間の距離も大きく設定する必要が生じる。他方、バルブステム受け部用接続部においては、バルブステムの直径が小さい場合は該受け部の幅は小さく設定する必要がある。
しかるに、ロッカアームの軽量化のために、上記ローラとバルブステム受け部との長手方向距離はより小さく設定しようとしており、必然的にロッカアームの側壁部は、上記ローラ配置部とバルブステム受け部用接続部との短い距離の間で、側壁間距離を急激に変化させる必要が出てくることになる。
すなわちロッカアームの成形時において、側壁部のローラ配置部とバルブステム受け部用接続部でのオフセット量を大きく設定する必要があり、このため大きくオフセットさせた部位の曲げ部の外側もしくは端部にクラックが発生したり、加工精度が悪化するなどの問題が生じることになる。このためロッカアームの側壁部を大きくオフセット成形できる構造や製造法の開発が望まれていた。

本発明は、このような要請に応えるためになされたものであり、プレス成形の加工においてクラックの発生および加工精度の悪化を防止して、さらなる軽量化および小型かつ高剛性化を可能にするロッカアームを提供することを目的とする。

（１）本発明のロッカアームは、対向する一対の側壁部と、該一対の側壁部の長手方向の一方の内側面同士を接続するバルブステム受け部用接続部と、前記一対の側壁部の長手方向の他方の内側面同士を接続するピボット受け部用接続部と、前記バルブステム受け部用接続部とピボット受け部用接続部との間に形成されたローラ配置用開口部とを有する、板状の素材を形成してなるロッカアームであって、
前記バルブステム受け部用接続部における一対の側壁部の外側面同士の間隔が、２段以上の段差をもって階段状またはテーパ状に減少し、
前記バルブステム受け部用接続部における側壁部の外側面と前記ローラ配置用開口部における側壁部の外側面との、前記側壁部の厚さ方向の距離であるオフセット量が、前記素材の板厚の０．２〜２．０倍であることを特徴とする。

（２）また、前記バルブステム受け部用接続部における一対の側壁部の内側面同士の間隔が、前記バルブステム受け部用接続部から側壁部の下縁に向かって１段以上の段差をもって階段状に増加することを特徴とする。

（４）さらに、前記一対の側壁部の前記ローラ配置用開口部に相当する位置に支軸が設置され、該支軸に針状ころを介してローラが回転自在に配置されていることを特徴とする。

したがって、本発明のロッカアームは以下のような効果を奏す。
（ｉ）バルブステム受け部用接続部における一対の側壁部の外側面同士の間隔が、該側壁部の上縁から下縁に向かって、あるいは前記ローラ配置用開口部側から該バルブステム受け部用接続部の長手方向の一方の端部に向かって、２段以上の段差をもって階段状またはテーパ状に減少するから、軽量化や小型かつ高剛性化を図ることができる。
（ｉｉ）また、バルブステム受け部用接続部における一対の側壁部の内側面同士の間隔が、前記バルブステム受け部用接続部から側壁部の下縁に向かって１段以上の段差をもって階段状に増加、すなわち、当該範囲において、側壁部の外側面および内側面の両方が、下縁に向かって階段状に接近するから、高い剛性および高い加工精度を維持したまま、さらに一層の軽量化や小型かつ高剛性化をを図ることができる。
（ｉｉｉ）また、前記オフセット量が素材の板厚の０．２〜２．０倍であるため、プレス成形の加工においてクラックの発生が防止されると共に、メタルフローの連続した塑性加工が可能であるから、高剛性化および高精度化を図りながらも、製造コストの上昇を抑えることができる。
（ｉｖ）さらに、針状ころを介してローラが回転自在に配置されているから、軽量化や小型かつ高剛性化に呼応して、さらなる高速追従性、低振動化（騒音化）並びに長寿命化を推進することができる。

［実施形態１］
図１、２は本発明の実施形態１に係るロッカアームを模式的に示す、図１の（ａ）は平面図、図１の（ｂ）は正面図、図１の（ｃ）は斜視図、図２の（ａ）は底面図、図２の（ｂ）は右側面図である。
図１、２において、ロッカアーム１００は、対向する一対の側壁部１ａ、１ｂと、側壁部１ａ、１ｂの長手方向の一方（図中、水平方向で右側）の内側面１２ａ、１２ｂ同士を接続するバルブステム受け部用接続部２と、側壁部１ａ、１ｂの長手方向の他方（図中、水平方向で左側）の内側面１３ａ、１３ｂ同士を接続するピボット受け部用接続部３と、側壁部１ａ、１ｂの長手方向の略中央の内側面１４ａ、１４ｂに挟まれた開口部であって、バルブステム受け部用接続部２とピボット受け部用接続部３との間に形成されたローラ配置用開口部４とを有している。なお、ロッカアーム１００は、平面視において、長手方向に平行な面に対して面対称であるため、以下、共通する内容については添え字「ａ、ｂ」を省略して一方について説明し、図中には一方のみ記載する場合がある。

（３）さらに、 前記一対の側壁部の前記ローラ配置用開口部に相当する位置に支軸が設置され、該支軸に針状ころを介してローラが回転自在に配置されていることを特徴とする。

そして、第１外側面２１と第２外側面２２との間には略水平面「Ｂ４−Ｂ３−Ｃ２−Ｃ１−Ｂ４」が、第２外側面２２と第３外側面２３との間には略水平面「Ｃ４−Ｃ３−Ｄ２−Ｄ１−Ｃ４」が形成されている。また、本体外側面１０、第１外側面２１、第２外側面２２、および第３外側面２３のそれぞれの長手方向の間には曲面が形成されている。
なお、図１の（ｂ）において略水平面「Ｂ４−Ｂ３−Ｃ２−Ｃ１−Ｂ４」を二重線に寄って模式的に示しているが、該略水平面を含め各面同士の接続は所定半径のフィレットによって繋がっているから、各面を規定する図中の直線は正確には見えないものである。

このとき、本体外側面１０と第１外側面２１との、側壁部１の厚さ方向（図１，２の（ａ）において上下方向、以下「軸方向」と称する場合がある）の距離ｆ１を「第１オフセット」と、本体外側面１０と第２外側面２２との軸方向の距離ｆ２を「第２オフセット」と、本体外側面１０と第３外側面２３との軸方向の距離ｆ３を「第３オフセット」と、称する。

なお、一方の内側面１２ａ、１２ｂ同士の間隔は、バルブステム受け部用接続部２の下方では上方より狭くなっている。以下、バルブステム受け部用接続部２より上方を、内側面１２ａ、１２ｂと、バルブステム受け部用接続部２より下方を、便宜上「第１内側面１５ａ、１５ｂ」と称する。
また、バルブステム受け部用接続部２は、上面２８が略平面で、下面２９が略円筒または略樽の一部に相当する形状を呈している。したがって、図示しない自動車等のエンジンのバルブステムは、狭くなった第１内側面１５ａ、１５ｂ同士の間に挿入され、その先端が下面２９に当接する。

以上より、バルブステム受け部用接続部２における側壁部１が、前記のように段階状に形成され、各階段がなめらかに接続されているから、板状の素材を塑性変形して形成した場合であっても、角部に亀裂が発生することがなく、また、メタルフローを分断することがない（これについては、特許文献１参照）から、高剛性化および軽量化と共に、耐久性の高いものになっている。
なお、第１オフセットｆ１、第２オフセットｆ２、あるいは第３オフセットｆ３は、素材となる板材の厚さの０．２〜２．０倍程度が好適であるが、本発明はこれを限定するものではなく、素材の材質の変更や、形成の途中に素材の焼き鈍し工程で２００ＨＢ以下の硬度にすることにより、また潤滑剤の塗布工程等を追加して、かかるオフセットを２．０〜３．０倍にすることができるものである。

（ピボット受け部用接続部）
ピボット受け部用接続部３には、下面３９に略球の一部に相当する凹部３１が形成され、凹部３１に図示しないエンジンのラッシュアジャスタのピボットが摺動するものである（以下、凹部３１の内面を「ピボット受け部３１」と称する）。そして、ピボット受け部用接続部３の上面３８には、ピボット受け部３１に対応して、略球の一部に相当する凸部３２が形成されている。また、ピボット受け部３１と凸部の外面とを結ぶ貫通孔３３が形成されている。貫通孔３３は、ピボット受け部３１への潤滑油の供給に供するものであるが、省略してもよい。
図中、長手方向の他方における内側面１３ａ、１３ｂ同士の間隔が、長手方向の中央における内側面１４ａ、１４ｂ同士の間隔よりも大きくっているから、ピボット受け部３１の形成が容易になると共に、側壁部１の板厚が薄くなった分だけ軽量化が図られている。

（ローラ配置用開口部）
ローラ配置用開口部４に相当する位置の側壁部１には、図示しない支軸を設置するための貫通孔４１が形成されている。したがって、貫通孔４１に設置された支軸の周囲に針状ころを配置してローラを設置することができるから、当該ローラに当接するカムの摺動抵抗が減少し、バルブの円滑な作動と燃費の向上が可能になる。
なお、貫通孔４１に替えて、支軸設置用の断面円形の凹部を内側面に形成してもよい。

［実施形態２］
図３、４は本発明の実施形態２に係るロッカアームの一部を拡大して模式的に示す、図３の（ａ）は平面図、図３の（ｂ）は正面図、図４の（ａ）は底面図、図４の（ｂ）は右側面図である。なお、実施の形態１（図１、２）と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図３、４において、ロッカアーム２００のバルブステム受け部用接続部２に相当する位置の側壁部１の外側面は、第１外側面２１、第２外側面２２、第３外側面２３に追加して、本体外側面１０から軸方向の距離ｆ４（第４オフセットに相当する）の位置に第４外側面２４（図中「Ｅ１−Ｅ２−Ｅ３−Ｅ４−Ｅ５−Ｅ１」にて示す）が階段状に形成されている。
したがって、実施の形態１よりも、さらに軽量化が促進されている。このとき、前述のように、各面は略水平面によって階段状に形成されているから、寸法精度が保証され、かつ、メタルフローが連続している。なお、本発明は、外側面の段差を４段以下に限定するものではなく、５段以上であってもよい。

［実施形態３］
図５、６は本発明の実施形態３に係るロッカアームの一部を拡大して模式的に示す、図５の（ａ）は平面図、図５の（ｂ）は正面図、図６の（ａ）は底面図、図６の（ｂ）は右側面図である。なお、実施の形態１（図１、２）と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図５、６において、ロッカアーム３００のバルブステム受け部用接続部２に相当する位置の側壁部１の外側面には第１外側面２１および第２外側面２２が形成され、一方、第２外側面２２の内側である第１内側面１５には、下縁に沿って第２内側面１６（図中「Ｆ１−Ｆ２−Ｆ３−Ｆ４−Ｆ１」にて示す範囲）が形成されている。
なお、第１内側面１５と第２内側面１６との軸方向の距離ｇ１（段差に同じ）は適宜選定できるものである。また、外側面に準じて、第３内側面等（図示しない）を形成してもよい。さらに、実施形態１、２に準じて、外側面に３段以上の段差を設けてもよい。

［その他の実施形態］
図７、８は本発明のその他の実施形態に係るロッカアームの一部を模式的に示す、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は斜視図である。なお、実施の形態１（図１、２）と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図７において、ロッカアーム４００のバルブステム受け部用接続部２に相当する位置の側壁部１の外側面には第１外側面２１、第２外側面２２および第３外側面２３が形成され、さらに、第２外側面２２のローラ配置用開口部４側には、上下方向に第４外側面２４（図中「Ｃ１−Ｃ４−Ｃ５−Ｃ６−Ｃ１」にて示す範囲）が設けられている。すなわち、第２外側面２２と第４外側面２４とが略Ｌ字状に連結して略平面（図中「Ｃ１−Ｃ２−Ｃ３−Ｃ４−Ｃ５−Ｃ６−Ｃ１」にて示す範囲）を形成している。

図８において、ロッカアーム５００のバルブステム受け部用接続部２に相当する位置の側壁部１の外側面には、実施形態１〜３における上下方向で階段状の第２外側面２２等に替えて、長手方向で階段状の第５外側面２５、第６外側面２６および第７外側面２７が形成されている。

図９は本発明のその他の実施形態に係るロッカアームの段差部を示す側面図である。図９において、ロッカアーム６００は、前記ロッカアーム１００における第１外側面２１と第２外側面２２との段差面、第２外側面２２と第３外側面２３との段差面（図１参照）を、軸方向に並行な階段状（外側面に対して略垂直に同じ）ではなく、テーパ状に傾けたものである。
段差面が階段状の場合、より軽量化が図れるものの、オフセットの大きさによっては、加工が難しくなる。一方、段差面をテーパ状にした場合、階段状の場合より重量が増すものの、加工が容易になる。したがって、これらの条件を勘案して形状を選択すればよい。
なお、前記ロッカアーム２００〜５００も、ロッカアーム６００と同様に段差面をテーパ状にすることができるものである。

さらにまた、ロッカアームの本体部（ボディ）の製造法からみると、本発明では、バルブステム受け部用接続部における側壁部の肉厚を順次、段状に減肉していくことに特徴があり、その製法を限定するものではない。たとえば、プレス加工の金型は側壁部の段差部の形状に倣った階段状の金型を使用してもよく、あるいは、加工ステージは増加するが、1ツもしくは複数の金型で順次、段差部を形成する製法でもよい。

以上より、バルブステム受け部用接続部２における側壁部１の外側面および内側面が、前記のように段階状またはテーパ状の段差面を介して形成され、各階段がなめらかに接続されているから、板状の素材を塑性変形して形成した場合であっても、角部に亀裂が発生することがなく、また、メタルフローを分断することがない（これについては、特許文献１参照）から、高剛性化および軽量化と共に、耐久性の高いものになっている。

以上より、本発明のロッカアーム板状の素材から塑性変形によって形成され、長手方向の一方側が階段状に幅狭になっているから、軽量小型でかつ高い剛性が要求されるロッカアームとして広く利用することができる。

本発明の実施形態１に係るロッカアームを模式的に示す平面図と正面図と斜視図。 本発明の実施形態１に係るロッカアームを模式的に示す底面図と右側面図。 本発明の実施形態２に係るロッカアームを模式的に示す平面図と正面図。 本発明の実施形態２に係るロッカアームを模式的に示す底面図と右側面図。 本発明の実施形態３に係るロッカアームを模式的に示す平面図と正面図。 本発明の実施形態３に係るロッカアームを模式的に示す底面図と右側面図。 本発明のその他の実施形態に係るロッカアームを模式的に示す平面図等。 本発明のその他の実施形態に係るロッカアームを模式的に示す平面図等。 本発明のその他の実施形態に係るロッカアームの段差部を示す側面図。

符号の説明

１ 側壁部
２ バルブステム受け部用接続部
３ ピボット受け部用接続部
４ ローラ配置用開口部
１０ 本体外側面
１２ 内側面（バルブステム受け部用接続部相当位置）
１３ 内側面（ピボット受け部用接続部相当位置）
１４ 内側面（ローラ配置用開口部相当位置）
１５ 第１内側面
１６ 第２内側面
２１ 第１外側面
２２ 第２外側面
２３ 第３外側面
２４ 第４外側面
２８ 上面（バルブステム受け部用接続部）
２９ 下面（バルブステム受け部用接続部）
３１ ピボット受け部（凹部）
３２ 凸部
３３ 貫通孔
３８ 上面（ピボット受け部用接続部）
３９ 下面（ピボット受け部用接続部）
４１ 貫通孔
１００ ロッカアーム
２００ ロッカアーム
３００ ロッカアーム
ｆ１ 第１オフセット
ｆ２ 第２オフセット
ｆ３ 第３オフセット
ｆ４ 第４オフセット
ｇ１ 距離(内側面段差）

Claims (3)

1. 対向する一対の側壁部と、該一対の側壁部の長手方向の一方の内側面同士を接続するバルブステム受け部用接続部と、前記一対の側壁部の長手方向の他方の内側面同士を接続するピボット受け部用接続部と、前記バルブステム受け部用接続部とピボット受け部用接続部との間に形成されたローラ配置用開口部とを有する、板状の素材を形成してなるロッカアームであって、
   前記バルブステム受け部用接続部における一対の側壁部の外側面同士の間隔が、２段以上の段差をもって階段状またはテーパ状に減少し、
   前記バルブステム受け部用接続部における側壁部の外側面と前記ローラ配置用開口部における側壁部の外側面との、前記側壁部の厚さ方向の距離であるオフセット量が、前記素材の板厚の０．２〜２．０倍であることを特徴とするロッカアーム。
2. 前記バルブステム受け部用接続部における一対の側壁部の内側面同士の間隔が、前記バルブステム受け部用接続部から側壁部の下縁に向かって１段以上の段差をもって階段状に増加することを特徴とする請求項１記載のロッカアーム。
3. 前記一対の側壁部の前記ローラ配置用開口部に相当する位置に支軸が設置され、該支軸に針状ころを介してローラが回転自在に配置されていることを特徴とする請求項１または２記載のロッカアーム。

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