JP4584393B2 - ロッカーレバー組立体のためのタペットソケット組立体、およびそれを組み立てる方法 - Google Patents

ロッカーレバー組立体のためのタペットソケット組立体、およびそれを組み立てる方法 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、広くはレバー組立体に関し、より詳細には、内燃機関におけるレバー組立体のためのタペットソケット組立体に関する。
【0002】
【従来の技術】
ロッカーレバー組立体は、吸入バルブと排気バルブの開閉を制御するために内燃機関に用いられている。そのようなロッカーレバーシステムの例が、Cummins Engine company, Inc. に譲渡された米国特許第5,636,600号に概略的に開示されている。ロッカーレバー組立体は、典型的には、ピボット軸の周りでピボット可能な第1と第2のレバーアームを備えたロッカーレバーを含んでいる。レバーアームの端部は、一つ以上の吸入バルブ又は排気バルブのバルブクロスヘッドに係合している。レバーアームの下向きのピボット運動中、該レバーアームは、バルブクロスヘッドを、従ってバルブを、直線状に下向きに押してバルブを開放する。レバーアームの上向きのピボット運動中には、スプリングがクロスヘッドをレバーアームに抗して上向きに推してバルブを閉鎖する。
【0003】
ロッカーレバーの部分的な回転経路をバルブの直線状の往復に変換すると、バルブクロスヘッドとレバーアームの端部との間に横方向の運動が起きる。従って、レバーアームをバルブクロスヘッドへ伝動的に接続するために、タペット組立体(一般に『象の足』としても知られている)が用いられており、バルブクロスヘッドとレバーアームの端部との間の、横方向の運動を許容しつつも、バルブの往復する直線状の運動を容易にしている。ロッカーレバー組立体および他のレバー組立体のための、タペット組立体や他の関連したボール・アンド・ソケットジョイントにおける色々な試みが、米国特許第1,958,264号、第1,699,657号、第1,504,496号、第1,521,623号、第1,515,201号、第3,016,887号、第4,905,577号に概要的に開示されている。
【0004】
タペット組立体を具備するための一般的な方法は、タペットソケットと組み合わさった半球状のボール端部を有する、ネジ山が切られたスクリューシャフトを用意することであった。タペットソケットは、典型的には、該ボール端部を受け入れる球状の窪みと、バルブクロスヘッドの対応平坦面に係合するための平坦な係合面とを有している。ロッカーレバー組立体の最初の組立や、修理のためのロッカーレバー組立体の分解および再組立の観点からは、タペットソケット(典型的には比較的小さい)は、該タペットソケットが脱落したり設置が間違われるのを防止するために、より大きな構成部品に保持されるのが非常に望ましい。幾つかの適用例においては、タペット組立体は、システムにおける遊隙(lash)を設定するのに十分な空間を設けていなければならないことが必要条件でもある。
【0005】
タペットソケットを保持する試みには、ネジ山が切られた留め具(ボール端部を有している)にタペットソケットをフレキシブルなコネクターで接続したり、留め具のボール端部の周りでソケットの外側縁を変形させたりすることが含まれている。しかし、これらの試みは、部品コストおよび組立/製造コストの両面から経済的に不利である。これらの従来の試みの幾つかはまた、信頼性の欠点を有していたり、望ましいことではないが過剰な空間を用いるものであった。
【0006】
(発明の概要)
従って、本発明の主な目的は、レバーアームへのタペットソケットの保持を提供しながらも、レバーアームにタペットソケットをピボット可能に接続するためのより安価な方法を提供することである。
【0007】
この目的を達成するに際しては、信頼性が高く、よりコンパクトで、かつ、システムにおける遊隙が設定され得るようにしたタペットソケット組立体を提供することが、更なる目的である。
【0008】
従って、本発明は、レバーアームと、リテーナと、ソケットと、ベアリングとを有するレバー組立体に向けられている。レバーアームは、開口部を有すると共に、ピボット軸の周りでピボット可能となっている。リテーナは、開口部にしっかりとマウントされたインサート部分と、内部にソケットを保持するためのケージ部分とを有している。インサート部分はキャビティを有しており、該キャビティは、ベアリングが該キャビティの外側に露出部分を有するように該ベアリングを部分的に受け入れる。ベアリングの露出部分は、凸状面を有している。ソケットは、凸状面を受け入れる窪みと、レバーの力を伝達するための係合面とを有している。
【0009】
一つの態様によれば、本発明は、バルブ組立体を往復運動させるためのロッカーレバー組立体を含んでいる。該バルブ組立体は、バルブクロスヘッドを有しており、該バルブクロスヘッドは、平坦な係合面に沿ってロッカーレバー組立体に接触し、かつ、スプリングの作用のもとでロッカーレバー組立体に対してバイアス(付勢)されている。ロッカーレバー組立体は、ロッカーレバーと、リテーナと、タペットソケットと、ボールベアリングとを有している。ロッカーレバーは、ピボット軸の周りでピボット運動するための2つのアームを有している。該アームのうちの少なくとも一方は、円筒状のボア(穴)を有している。リテーナは、円筒状の側壁と、ケージを供するための複数の脚とを有している。側壁は、円筒状のボア内にしっかり取り付けられており、脚は、該ボアから外側に突出している。脚は、円筒状の側壁から半径方向外向きに突出した半径方向外向きセグメントと、半径方向内向きに突出した端部セグメントと、それらの間において軸方向に配置された中間部分とを有している。タペットソケットは、ボールベアリングをぴったりと受け入れる球状の窪みと、クロスヘッドの平坦面に接触するための平坦な係合面とを有している。タペットソケットは、リテーナの脚の間に保持され、脚の外向き突出し部分と内向き突出し部分との間に配置された外側リムを有している。該リムは、脚の間の距離よりも大きな外径を有しており、それによってタペットソケットの保持を行っている。ボールベアリングは、側壁内に圧入されており、側壁上へそして円筒状のボアの内面に抗して半径方向外向きの力を発揮し、タペットソケット組立体をロッカーレバー組立体内に保持させている。
【0010】
本発明の別の態様によれば、ピボット軸の周りでピボット可能な、開口部付きアームを有するレバー組立体内への組み込みに、タペット組立体が付与される。タペット組立体は、リテーナと、ボールベアリングと、タペットソケットとを有している。リテーナは、アウター側壁とケージとを有している。アウター側壁は、開口部内に可能に受け入れられるように適合している。ボールベアリングは、アウター側壁内にぴったりと受け入れられるサイズにされており、かつ、リテーナを開口部内に圧入するために該側壁上に半径方向外向きの力を発揮するように適合している。より詳細には、該側壁の厚さを合わせたボールベアリングの直径は、レバーの開口部の内面の直径よりも大きい。タペットソケットは、係合面を有し、ボールベアリングを受け入れるための窪みを有している。タペットソケットは、組立目的のために、ケージ内にマニピュレートされて(巧みに操作されて)入れられその内部に保持されるように寸法が決められている。
【0011】
本発明の別の態様によれば、ロッカーレバー組立体を組み立てる方法が提供される。該方法は、ロッカーレバーと、リテーナと、ボールベアリングと、タペットソケットとを用意することを含んでいる。ロッカーレバーは、ピボット軸の周りでピボット可能なレバーアームを有しており、かつ、円筒状の開口部を画定している。リテーナは、側壁とケージとを有している。タペットソケットは、球状の窪みと係合面とを有している。更に該方法は、該側壁がぴったりと受け入れられた状態にて、リテーナを円筒状の開口部内に挿入することを含む。そして、ボールベアリングが、挿入されたリテーナ内に圧入されて、該ボールベアリングとリテーナとを開口部内に保持させている。最後に、タペットソケットが、保持のためにケージ内にマニピュレートされて入れられ、それによって、窪みでボールベアリングを受け入れている状態になっている。
【0012】
本発明のこれらの及び他の目標、目的及び特徴は、添付図面との関連で考慮すると次の詳細な説明からより明らかになるであろう。
【0013】
本発明は、種々の変更や代替構造を受け入れることができるが、それらのうちの実例となる或る態様を図面に示し、以下で詳細に説明する。しかしながら、開示された特定の形態に本発明を限定する意図は無く、反対に、添付された特許請求の範囲によって定義されている、本発明の精神と範疇内に入る全ての変更や代替構造や均等物を包含することを意図している。
【0014】
(好ましい態様の詳細な説明)
図1には、タペットソケット組立体12を含むロッカーレバー組立体10が、本発明の好ましい態様に従って示されている。ロッカーレバー組立体10は、ロッカーレバー14を有しており、該レバーは、18で全体的に示されたバルブ組立体を作動させるために、ピボット軸16の周りでピボット可能である。ロッカーレバー14は、第1と第2のレバーアーム20、22を有しており、これらアームは、内燃機関の吸入バルブと排気バルブを作動させるために、ピボット軸16から反対方向外向きに延びている。ロッカーレバー14は、レバーアーム20、22を往復運動させるように、部分的にラジアルな即ち円弧状の経路24に沿って、そのピボット軸16の周りで揺動するように適合されている。
【0015】
例示のバルブ組立体18は、一端にバルブクロスヘッド28を、かつ、他端にバルブ(図示されていない)を備えたバルブステム26を有している。バルブステム26は、直線状の経路30によって示されているように、概して直線状であるような往復運動をさせられるように適合されている。スプリング32は、概して同心状にバルブステム26を覆って配置され、クロスヘッド28に係合し、バルブ組立体18をロッカーレバー組立体10に対してバイアスしている。例示のバルブ組立体の更なる詳細は、米国特許第5,636,600号を参照して理解されよう。
【0016】
より詳細にロッカーレバー組立体10を参照すると、タペットソケット組立体12(公知のタペットソケット組立体15は、時々、当業者に「象の足」と称されている)が、第1アーム20の、該アーム20の外端部38近くの開口部36内に保持されている。図3における本発明の態様を参照すると、開口部36は、概しては、少なくとも一つの好ましくは一対のボア40、42(より深くより小さい直径のボア40とより大きい直径のカウンターボア(座ぐり)42とを含む)を備えている。より小さい直径のボア40と、より大きい直径のボア42は、概して半径方向に平坦な座面44によって接続されている。潤滑通路46が、レバーアーム20内を通って延びており、かつ、排出ポート48を介して開口部36と接続している。潤滑通路46は、少量の潤滑流体を受け取り、排出ポート48を介してタペット組立体34に送るように適合されている。
【0017】
タペットソケット組立体12は、概しては、リテーナ50と、ソケット52と、ボールベアリング54とを有する。図3〜6を参照すると、リテーナ50は、円筒状のインサート即ちアウター側壁56と、ケージ58とを有している。アウター側壁56は、カウンターボア42にぴったりと受け入れられるような寸法になっており、かつ軸方向に延びたスリット60を有しており、該スリットは側壁56に幾分かの可撓性を与えて、該側壁が内方向および外方向へ弾性的に撓み得るようにしている。ゆるんだ状態でのアウター側壁56の外径は、カウンターボア42の外径とほぼ同じか又はそれよりもわずかに大きくてもよいが、側壁56を内方向へ撓ませることが、カウンターボア56の直径よりもわずかに小さい直径を側壁56に与え、そのことがリテーナ50の比較的容易な挿入をし易くする。ケージ58は、該しては、ソケット52を受け入れて保持する寸法となっており、かつ第1と第2の脚62、64を有しており、これら脚は、幾分かの限られた弾性的な可撓性を有する。各脚62、64は、半径方向外向きに延びたセグメント66と、半径方向内向きに延びた端部セグメント68とを有しており、これらは軸方向に延びた中間のセグメント70によって接続されている。各端部セグメント68は、外向きに延びた斜めの又は湾曲した窪み76を持つ外側エッジ74を有している。向かい合った脚62、64の窪み76は、概して互いに向かい合っており、より大きな幅の分離箇所78(図9)を与えている。
【0018】
図3、7および8を参照すると、ソケット52は、概して円筒状のボディ80を有しており、該ボディは半径方向外向きに突出した環状リム82を有している。円筒状ボディ80は、ベアリング54をぴったりと受け入れるための窪み84を画定して(形を定めて)いる。窪み84は、球状の凹状面86を備えており、該凹状面は、ボールベアリング54の対応する球状の外面88をぴったりと受け入れる寸法となっている。ソケット52はまた、概して平坦な係合面90を有しており、これは、バルブ組立体18に接触するための、より詳細にはバルブクロスヘッド28の対応する平坦な係合面92に接触するためのものである。ソケット52は、凹状面86の概して先端に配置された小さな貫通孔94を有しており、該貫通孔は、窪み84を係合面90へ流体学的に接続している。
【0019】
タペット組立体12をロッカーレバー組立体10内に組み込むために、リテーナ50が、開口部36内により詳細にはカウンターボア42内に、ぴったりと挿入されている。側壁56の外側環状エッジ96は、座面44に係合して、挿入を止め、かつ、リテーナ50をカウンターボア42に該して同軸状に整列させる。次に、ボールベアリング54がリテーナ50内に圧入され、カウンターボア42の内面に抗して側壁56上に半径方向外向きの力を発揮しており、それによってリテーナ50とボールベアリング54とをロッカーレバー14にしっかり固定している。圧入操作中に加えられる力は、エンジン運転中にロッカーレバー組立体10とバルブ組立体18とによって発揮されるだろうと予想される最大の力の、好ましくは少なくとも約1.5倍であり、それで、ロッカーレバー14に対するボールベアリング54のポジションは、所望の精度と、バルブ組立体18に対する制御とを維持するように固定される。図3に示されているように、ボールベアリング54は、圧入操作後には開口部36の底98に接触してもよい。組立を完成するために、タペットソケット52が、ケージ58内にマニピュレートされて、その中に実質的にロックされる。より詳細には、図9を参照すると、タペットソケット52は、脚62、64の横方向から、脚の窪み76の間のより大きな幅の分離箇所78内に挿入され、窪み84がボールベアリング54によって部分的に受けられ、そのときに小さな軸方向の力が、リム82を、脚62、64を越えてスナップする。タペットソケット52は、それによってロッカーレバー14にピボット可能に保持され、ボール・アンド・ソケットジョイントを供する。必要であれば、タペットソケット52を、脚62、64からスナップ外しすることで取り外してもよい。
【0020】
一旦、タペット組立体52がロッカーレバー組立体10に保持されると、次に、ロッカーレバー組立体10を、バルブ組立体18と関連させて取り付けてよい。一旦取り付けると、スプリング32が、バルブクロスヘッド28をタペットソケット52に対して推す。タペットソケット52およびバルブクロスヘッド28の、係合面90および92は、それらの間で横方向の運動を許容しつつも、それらの間で直線状の力を伝達するように接触している。少量の潤滑流体が、通過路46を通り、ボールベアリング54を越え、軸方向スリット60(流体通路としての働きもする)を経て下り、窪み84内に入り、そして貫通孔94を通って流れることで、係合面90、92の間の横方向の運動を潤滑させてもよい。稼動中、ロッカーレバー14は、そのピボット軸16の周りで揺動又はピボット運動を行って、バルブ組立体18を直線状に往復運動させる。ロッカーレバー14の周期的な揺動動作中、タペットソケット52は、ボールベアリング54に係合し、かつリテーナ50に接触せずにボールベアリングに対してピボット運動を行い、それによって、タペット組立体12により長い寿命期間を与えると共に、より高い信頼性を与える。確実にタペットソケット52がリテーナ50に接触しないようにするために、選択された寸法の小さな隙間100(図2)が、リテーナ50とタペットソケット52との間に設けられている。
【0021】
本発明には幾つかの長所がある。一つの長所は、本態様が比較的安価な部品で、比較的シンプルな組み立てを容易にしている点である。また本発明は、ほとんど空間を必要としないため、しばしばエンジンに必要とされる貴重な空間を節約する。更に本発明は、より大きな部品、つまりロッカーレバーにタペットソケットを実質的にロックすることも達成するので、タペットソケットが組立や修理中に脱落したり、又は間違って設置されるのを防止する。また更にタペット組立体は、必要ならば、システムに遊隙を設定できるようにしている。
【0022】
好ましい態様が、自動車用ロッカーレバー組立体への特定の適用について示されているが、本発明はまた、他のレバー組立体(可動部材を直線状に又は実質的に直線状に並進させるために、単一のレバーアームがピボット軸の周りでピボット可能になっているものや、ボール・アンド・ソケットジョイントが必要とされているもの)に対しても使用されたり適合されてもよい。ベアリング、リテーナ、ソケットについては、他の寸法や形状であっても可能である。本発明に添付された特定のより広い特許請求の範囲は、これらのより広い適用を含むものである。
【0023】
ここに引用された参考文献は全て、特許、特許出願及び公報を含んで、参照によりその全体が本明細書に組み入れられる。好ましい態様を強調して本発明を説明してきたが、好ましい態様のバリエーションが使用されてもよいことや、ここに詳細に説明されたものとは異なるやり方で本発明が実施されてもよいことを意図していることは、当業者には明白だろう。従って本発明は、下記の特許請求の範囲によって定義されているような、本発明の精神と範疇に包含される全ての変更を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の好ましい態様による、バルブ組立体と関連させて据え付けられた、ロッカー組立体の正面図である。
【図2】図1の端面図である。
【図3】図2の線III−IIIに概して沿った、部分断面図である。
【図4】図1のロッカーレバー組立体に使用するリテーナの正面図である。
【図5】図4のリテーナの下面図である。
【図6】図4のリテーナの側面図である。
【図7】図1のロッカーレバー組立体に使用されるソケットの側面図である。
【図8】図7の線VIII−VIIIに概して沿った断面図である。
【図9】図1の組立体の部分下面図であって、タペットソケットがスナップされていない状態で示されている。

Claims (18)

  1. レバー組立体であって、
    リテーナを受け入れる開口部を画定しているレバーアームと、
    キャビティを形成しているインサート部分と該インサート部分から延びたケージとを有するリテーナであって、該インサート部分がリテーナを受け入れる開口部にしっかりとマウントされている、該リテーナと、
    ベアリングであって、該ベアリングの露出部分がキャビティの外側に存在するようにキャビティ内に部分的に受け入れられており、該露出部分が凸状係合面を有している、該ベアリングと、
    ソケットであって、該ソケットが、凹状の窪みと、レバー組立体の力を伝達するための係合面とを画定しており、該ソケットが、凹状の窪みがベアリングの凸状係合面をピボット運動可能に受け入れて整合された状態で、ケージ内に保持されている、該ソケットとを、有しており、
    さらにバルブ組立体を有し、バルブ組立体は、直線状に並進可能なバルブステムと、バルブクロスヘッドと、スプリングとを含み、
    スプリングはソケットの係合面に対してクロスヘッドを推しており、このことにより、ベアリングの外周面に対してソケットの窪みが着座しており、
    ソケットは、ケージ内に自由に配置されていて、ピボット軸の周りでのレバーの動きの作動範囲ではケージには接触しないようになっている、
    該レバー組立体。
  2. リテーナのインサート部分が概して円筒状である請求項1記載のレバー組立体。
  3. インサート部分が、リテーナを受け入れる開口部にマウントされる前の状態では、半径方向に拡張可能である請求項2記載のレバー組立体。
  4. インサート部分内のキャビティが、ベアリングの外径よりもわずかに小さい内径を有しており、それによってベアリングとリテーナと開口部とが、抵抗嵌合で互いに保持している請求項3記載のレバー組立体。
  5. リテーナのインサート部分の円筒状をなす側壁が、軸方向に延びたスリットを有している請求項2記載のレバー組立体。
  6. レバーアームが、内燃機関のための、ピボット軸の周りでピボット可能なロッカーレバーの一部である請求項5記載のレバー組立体。
  7. レバーアームが、ベアリングを潤滑するための、開口部と連絡している潤滑通路を有している請求項6記載のレバー組立体。
  8. ソケットが、窪みと係合面とを接続する通過路を内部に有し、係合面を潤滑するために、潤滑流体が、潤滑通路を通り、ベアリングを越え、上記インサート部分の円筒状をなす側壁の軸方向に延びたスリットを通り、該通過路を通って流れるように適合されている請求項7記載のレバー組立体。
  9. バルブ組立体のクロスヘッドに係合するためのロッカーレバー組立体であり、該クロスヘッドが、スプリングによってロッカーレバー組立体に対してバイアスされておりかつ平坦面を有しているロッカーレバー組立体であって、当該ロッカーレバー組立体は、
    ピボット軸を有するロッカーレバーであって、該ロッカーレバーが第1と第2のアームを有し、該アームのうち少なくとも一方が円筒状ボアを有している、該ロッカーレバーと、
    複数の脚と円筒状の側壁とを有するリテーナであって、該側壁が円筒状ボア内に保持されており、該脚が、該円筒状の側壁から半径方向外向きに突出した半径方向外向きセグメントと、半径方向内向きに突出した端部セグメントと、それらの間で軸方向に配置された中間セグメントとを有している、該リテーナと、
    タペットソケットであって、該タペットソケットが、球状の窪みと、ロッカーレバーの力をクロスヘッドの平坦面に転移するための平坦な係合面とを有し、該タペットソケットが、脚の間に配置されており、半径方向外向きセグメントと端部セグメントとの間に配置された外側リムを有しており、該リムが脚の端部セグメントの間の距離より大きな外径を有している、該タペットソケットと、
    リテーナ内に圧入されたボールベアリングであって、該ボールベアリングが球状の窪みと第1のレバーアームとの間に配置され、側壁上に半径方向外向きの力を発揮している該ボールベアリングとを、
    有し、
    スプリングがタペットソケットの係合面に対してクロスヘッドを推しており、このことにより、ボールベアリングの外周面に対してタペットソケットが着座しており、
    該タペットソケットが、ケージ内に自由に配置されていて、ピボット軸の周りでのロッカーレバーの動きの作動範囲ではケージには接触しないものである、
    該ロッカーレバー組立体。
  10. リテーナの円筒状の側壁が、軸方向に延びたスリットを有している請求項9記載のロッカーレバー組立体。
  11. ボールベアリングを潤滑するために、レバーアームが、ボアに通じている潤滑通路を有している請求項10記載のロッカーレバー組立体。
  12. ソケットが、窪みと係合面とを接続する通過路を内部に有し、係合面を潤滑するために、潤滑流体が、潤滑通路を通り、ボールベアリングを越え、軸方向に延びたスリットを通り、該通過路を通って流れるように適合されている請求項11記載のロッカーレバー組立体。
  13. 端部セグメントが、向かい合った窪みのあるエッジを画定しており、これらエッジがより大きな幅の分離箇所を与えており、タペットソケットが、該より大きな幅の分離箇所を通ってリテーナにスナップで出入りするように適合されている請求項9記載のロッカーレバー組立体。
  14. レバーアームが第2のボアを画定しており、第2のボアは上記ボアと同軸であって上記ボアよりも小さい直径を有しており、これらボアは、半径方向に広がった座面によって接続されており、側壁のエッジが、その座面上に着座されている請求項9記載のロッカーレバー組立体。
  15. ロッカーレバー組立体を組み立てる方法であって、
    ロッカーレバーと、リテーナと、ボールベアリングと、タペットソケットとを用意することを有し、該ロッカーレバーはピボット軸の周りでピボット可能なレバーアームを有し、該レバーアームは円筒状の開口部を画定しており、該リテーナは側壁とケージとを有し、該タペットソケットは球状の窪みと係合面とを有するものであって、
    側壁が円筒状の開口部内にぴったりと受け入れられた状態にて、リテーナを該開口部内に挿入することを有し、
    挿入されたリテーナ内にボールベアリングを圧入して、側壁を開口部内に保持することを有し、
    タペットソケットを保持するためにケージ内にマニピュレートして入れ、それによって窪みがボールベアリングを受け入れて整合された状態とすることを有し、
    さらに、クロスヘッドとスプリングとを有するバルブ組立体を用意することと、スプリングがクロスヘッドをタペットソケットの係合面に対して推した状態でロッカーレバー組立体にバルブ組立体を取り付けることとを有し、
    該タペットソケットが、ケージ内に自由に配置されていて、ピボット軸の周りでのロッカーレバーの動きの作動範囲ではケージには接触しないものである、
    該方法。
  16. 挿入されているリテーナ内に、ボールベアリングが最大の設計負荷の少なくとも約1.5倍大きい力で圧入され、該最大の設計負荷は、作動中にボールベアリングに加えられると予測される力によって決定されたものである請求項15記載の方法。
  17. ケージが一対の弾力のある脚を有し、マニピュレートするステップが、該弾力のある脚の間にソケットをスナップで入れることを有する請求項15記載の方法。
  18. 側壁が軸方向のスリットを有しており、該スリットが、弾性的な可撓性を側壁に与え、リテーナのより容易な挿入を促進している請求項15記載の方法。
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