JP5577969B2

JP5577969B2 - タペットローラ

Info

Publication number: JP5577969B2
Application number: JP2010199703A
Authority: JP
Inventors: 賢蜂須賀
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2010-09-07
Filing date: 2010-09-07
Publication date: 2014-08-27
Anticipated expiration: 2030-09-07
Also published as: JP2012057506A

Description

本発明は、エンジンの可変動弁機構に用いられるカムフォロア装置に組み込まれるタペットローラに関する。

近年、エンジンの回転速度の変位に対応して吸気弁と排気弁との一方又は双方の開閉時期を変更する、可変動弁機構を採用するエンジンが増加している。この様な可変動弁機構は、一般的に、高速用カム及び低速用カムに対してそれぞれ１つずつのロッカーアームを有するカムフォロア装置によって構成される。また、エンジンの軸方向のコンパクト化、及び部品点数削減によるコストダウンを実現するため、高速用カム及び低速用カムに対して１つのロッカーアームを有し、これらカムを軸方向にスライドさせて高速用カムと低速用カムとを切り替えるカムフォロア装置（Ｈｉｇｈ−Ｌｏｗカム切替型）としたものも考案されている。

また、エンジン内部での摩擦低減を図り、燃料消費率を低減することを目的として、タペットローラを組み込んだカムフォロア装置を利用することも一般的に行われている。この種のカムフォロア装置は、エンジンのクランクシャフトと同期して回転するカムシャフトに支持されたカムに対向して設けられ、このカムの動きを受けて揺動変位するロッカーアームと、このロッカーアームに固定された支持軸と、この支持軸の周囲に回転自在に支持され、使用時にその外周面を前記カムの外周面に当接させるタペットローラとを備えている。

また、特許文献１に示されるように、タペットローラの外周に１山のクラウニングを施し、カムに当接した場合のいわゆるエッジロードを抑制し、タペットローラ及びカムを含む動弁系統の耐久性を向上させ信頼性を確保することも行われている。

特開２００４−２５７２８６号公報

ところで、高速用カムと低速用カムとを切り替えるタイプにおいて、高速用カムと低速用カムをカム軸方向に可動とし、軸方向位置により高速用カムと低速用カムを切り替えるタイプのカムフォロア装置の場合、タペットローラの幅に対してカムの幅が狭くなるため、タペットローラの外周のクラウニングが特許文献１の例のように１山（単数）だけであると、傾いた時にエッジロードを防止するというクラウニング本来の効果が発揮されにくくなる上に、却ってエッジロードを助長させてしまう可能性もあるという問題もあった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、カムに当接した場合のエッジロードを抑制し、動弁系統の耐久性を向上させることのできるタペットローラを提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明は下記の構成によって達成される。
（１）エンジンのカムシャフトに支持されるカムの動きを受けて揺動変位するロッカーアームに支持軸を介して回転自在に支持され、使用時にその外周面を前記カムの外周面に当接させるタペットローラであって、
前記カムと当接する外周面に、軸方向に並んで２山以上のクラウニングが形成されている単一のローラ部材を備え、互いに隣接する前記クラウニング間に加工用の逃げ溝が設けられていることを特徴とするタペットローラ。
（２）前記単一のローラ部材の外周面に、軸方向に並んで３山以上のクラウニングが形成されていることを特徴とする上記（１）に記載のタペットローラ。
（３）前記各クラウニングの形状が、各クラウニングの軸方向の中心に対して左右対称であることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載のタペットローラ。
（４）前記各クラウニングの形状が、各クラウニングの軸方向の中心に対して左右非対称であり、方向性判別用の目印が施されていることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載のタペットローラ。

上記（１）及び（２）の構成のタペットローラによれば、カムと当接する外周面に、軸方向に並んで２山以上または３山以上のクラウニングが形成されている単一のローラ部材を備えるので、カムの軸方向位置に関わらず、エッジロードを抑制することが可能であり、動弁系統の耐久性を向上させることができる。また、カムの軸方向移動を円滑化することも可能となる。

加えて、互いに隣接するクラウニング間に加工用の逃げ溝が設けられているので、クラウニングの砥石による研削加工が容易になる。

上記（３）の構成のタペットローラによれば、クラウニングの形状が左右対称であるので、クラウニング加工後の方向性について考慮する必要がなく、また、クラウニング加工前の方向性を統一した加工機への供給が必要なくなり、組み付け性、加工性を向上することができる。

上記（４）の構成のタペットローラによれば、各クラウニングの形状が、各クラウニングの軸方向の中心に対して左右非対称であり、方向性判別用の目印が施されているので、方向性の見分けが容易にできる。

本発明の一実施形態に係るタペットローラが組み込まれたカムフォロア装置を説明するための一部切欠側面図である。図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。本発明の変形例に係るタペットローラの断面図であり、（ａ）はタペットローラの外周面にクラウニングを加工した後の状態を示す図、（ｂ）は砥石でクラウニングを加工している状態を示す図である。（ａ）、（ｂ）は本発明の変形例に係るタペットローラの断面図である。ロッカーアームの変形例を説明するための側面図である。

以下、本発明の一実施形態に係るタペットローラについて、図面を参照して詳細に説明する。
まず、図１を参照して、カムフォロア装置１について説明すると、このカムフォロア装置１では、不図示のエンジンのクランクシャフトと同期して回転するカムシャフト２に、高速用カム３ａ及び低速用カム３ｂが軸方向（図１の表裏方向）にスライド可能に支持されている。また、軸方向にスライドする高速用カム３ａ又は低速用カム３ｂに対向する位置には、これらカム３ａ，３ｂの動きを受けるロッカーアーム４が配置されている。このロッカーアーム４は、その長手方向（図１の左右方向）の中間部に軸孔４ａを有しており、この軸孔４ａに挿通したロッカー軸５を介して不図示のシリンダヘッドに回転自在に支持される。

また、ロッカーアーム４の基端部（図１の左端部）には、アジャストボルト６が螺合されており、このアジャストボルト６は、ロックナット６ａにより締め付け固定されている。そして、アジャストボルト６の端部（図１の下端部）に、不図示のシリンダヘッドに往復移動可能に支持される吸気弁又は排気弁である機関弁７の端部（図１の上端部）が当接している。この機関弁７は、弁ばね８によって常に閉弁方向（アジャストボルト６に当接する方向）に付勢されており、従って、ロッカーアーム４は、常に図１の時計回り方向に付勢されている。

一方、ロッカーアーム４の先端部（図１の右端部）には、図２に示すように、一対の支持壁部９が互いに間隔を存して設けられており、この一対の支持壁部９に、本実施形態のタペットローラを使用したタペットローラ軸受１０が取り付けられている。

タペットローラ軸受１０は、一対の支持壁部９間にそれぞれ配置され、外周面に高速用カム３ａ及び低速用カム３ｂの外周面が当接するタペットローラ１１と、一対の支持壁部９の軸孔９ａに両端部が支持され、タペットローラ１１を回動可能に支持する支持軸２０と、を備えている。

タペットローラ１１は、高速用カム３ａに当接する第１のローラ部１４ａ及び低速用カム３ｂに当接する第２のローラ部１４ｂを一体に有する単一のローラ部材としての外輪１４と、該外輪１４の内周面と支持軸２０の外周面との間に配置された複数のころ１５と、を有する総ころ形式の転がり軸受である。なお、転がり軸受は、本実施形態のような総ころ形式のほか、外輪１４と支持軸２０との間にケージアンドローラを有する構成とされてもよい。

支持軸２０は、鋼製で中空または中実の軸部材によって形成されており、その両端部が一対の支持壁部９に形成される軸孔９ａに加締められることにより固定されている。

この場合、カム３ａ、３ｂと当接する外輪１４の外周面には、軸方向に並んで、２山の凸曲面状のクラウニング１２ａ、１２ｂが形成されており、これら各クラウニング１２ａ、１２ｂを形成した部分が、高速用カム３ａに対応した第１のローラ部１４ａと、低速用カム３ｂに対応した第２のローラ部１４ｂとして区分されている。

ここで、第１及び第２のローラ部１４ａ、１４ｂは、互いに略等しい外径寸法を有しており、各第１及び第２のローラ部１４ａ、１４ｂの外周面には、カム３ａ、３ｂとの転がり接触部にエッジロードに基づく過大な面圧が作用しないように、同形状のクラウニング１２ａ、１２ｂが軸方向に並んで形成されている。これらのクラウニング１２ａ、１２ｂは、それぞれの使用時のカム３ａ、３ｂの中心、つまり各クラウニング１２ａ、１２ｂの軸方向の中心に対して左右対称な形状をなしている。

このように構成されたカムフォロア装置１では、第１又は第２のローラ部１４ａ、１４ｂの外周面のクラウニング１２ａ、１２ｂを、弁ばね８の付勢力によって高速用カム３ａ又は低速用カム３ｂの外周面に当接させ、この状態で、カムシャフト２の回転をロッカー軸５を中心とするロッカーアーム４の往復揺動運動に変換し、機関弁７のリフト量を可変としながら、機関弁７を弁ばね８の付勢力に抗して、或いは弁ばね８の付勢力によって軸方向に往復移動させる。これにより、不図示のシリンダヘッドに設けられる吸気口或は排気口の開閉動作を行なう。

また、タペットローラ１１の各カム３ａ、３ｂと当接する外周面に、軸方向に並んで２山のクラウニング１２ａ、１２ｂを形成しているので、カム３ａ、３ｂの軸方向位置に関わらず、エッジロードを抑制することが可能であり、動弁系統の耐久性を向上させることができる。また、クラウニング１２ａ、１２ｂがあることにより、カム３ａ、３ｂの軸方向移動を円滑化することも可能となる。

ここで、クラウニング１２ａ、１２ｂの形状や形態は特に限定されない。例えば、単純円弧形状のクラウニングでもよいし、対数曲線形状のクラウニングでもよいし、あるいは、これら円弧形状や対数曲線形状を組み合わせた形状のクラウニングでもよい。また、単純円弧クラウニングと単数円弧クラウニングの併用等が使用できる。また、１つのタペットローラ１１の外周において、例えば２山形態の場合、ローラ端部を対数曲線形状クラウニングとし、ローラ中央部を単純円弧クラウニングとすることも可能である。

また、図３に示す変形例のように、クラウニング１２ａ、１２ｂ間に逃げ溝１３が設けられてもよい。このように、タペットローラ１１１の端部以外にクラウニング１２ａ、１２ｂを設ける場合は、隣接するクラウニング１２ａ、１２ｂ間（谷部）の砥石１００の負担を緩和させることができ（図３（ｂ）参照）、またクラウニング１２ａ、１２ｂの加工を容易にすることができる。なお、図３（ａ）や後述の図４では、支持軸２０を支持する支持壁部９を図示省略して示している。

また、クラウニングの数は、２山に限らず３山以上でもよい。ただし、４山を超えると、タペットローラ外周における負荷圏が少なくなり、タペットローラとカムの当接面においての単位面積当たりの荷重が過大になる部分が発生する可能性があるので、図４（ａ）、（ｂ）のタペットローラ２１１、３１１のように、３山までにするのがよい。３山の場合、第１、第２の２つのクラウニング１２ａ、１２ｂの他に、更に第３のクラウニング１２ｃを設け、第１、第２のローラ部１４ａ、１４ｂの他に第３のローラ部１４ｃを区分する。ここで、図４（ａ）は逃げ溝１３の無い場合、（ｂ）は逃げ溝１３がある場合の例である。

以上のタペットローラ１１、１１１、２１１、３１１の製作において、クラウニング１２ａ〜１２ｃを形成するための加工方法は、各種の方法から適宜選定することが可能であり、加工方法が限定されるものではない。例えば、タペットローラ外周端部のクラウニングの加工は、従来からの加工法が適宜使用できる。また、タペットローラ外周端部以外の部分のクラウニングの加工は、研削、ショット、ホーニング、転造、腐食、あるいはこれらの組合せが適用できる。また、これらの加工の後に、さらに仕上げのために、バレル処理、ショット、ホーニング、研削、研磨等を行ってもよい。

また、各クラウニング１２ａ〜１２ｃの形状が、各クラウニング１２ａ〜１２ｃの軸方向中心に対して左右非対称である場合には、組付性を考慮して、方向性判別用の目印を施しておくのがよい。そうすれば、方向性の見分けが容易にできるため、組付の間違いが起こらない。方向性判別用の目印は、クラウニング加工と同時またはクラウニング加工後に付けることができる。例えば、タペットローラの端面等にマーキング（方向性判別用の目印）を施す方法、あるいは、面取り形状や寸法等を変えることで、方向性判別用の目印とすることができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

例えば、上記実施形態では、ロッカーアーム４の先端部にタペットローラ軸受１０を取り付ける場合を例示したが、図５に示すように、ロッカーアーム４０の中間部にタペットローラ軸受１０を取り付けるようにしてもよい。この場合、ロッカーアーム４０は、その中間部にタペットローラ軸受１０の支持軸２０の両端部が内嵌固定される軸孔４１が形成される。また、長手方向の一端部（図５の右端部）に機関弁７（図１参照）の端部を突き当てるための略半円筒状の凸部４２が形成され、他端部に不図示のラッシュアジャスタの端部を突き当てるための球面凹部４３が形成される。

また、上記実施形態では、タペットローラの外周面に軸方向に並んで２山以上のクラウニングが形成されている場合について説明したが、このような外周面の形状は、針状ころ軸受の内輪及び外輪の軌道面又は針状ころの転動面にも適用可能である。特に、転動体の軸方向の動きを許容せざるを得ない場合では、その動きをスムーズにするため、転動体の軸方向の動きに起因した不具合の発生を抑制することができる。

さらに、本実施形態は、タペットローラ１１を転がり軸受として構成したが、本発明のタペットローラは、ディーゼルエンジンや荷重が高い場合など、その用途に応じて、滑り軸受であるシングルローラやダブルローラとしてもよい。この場合、シングルローラ及びダブルローラの外径側ローラが、本発明の単一のローラ部材によって構成される。

１カムフォロア装置
２カムシャフト
３ａ，３ｂカム
４，４０ロッカーアーム
１０タペットローラ軸受
１１，１１１，２１１，３１１タペットローラ
１２ａ〜１２ｃクラウニング
１３逃げ溝
１４外輪（ローラ部材）
１４ａ第１のローラ部
１４ｂ第２のローラ部
１４ｃ第３のローラ部
１５ころ
２０支持軸

Claims

エンジンのカムシャフトに支持されるカムの動きを受けて揺動変位するロッカーアームに支持軸を介して回転自在に支持され、使用時にその外周面を前記カムの外周面に当接させるタペットローラであって、
前記カムと当接する外周面に、軸方向に並んで２山以上のクラウニングが形成されている単一のローラ部材を備え、
互いに隣接する前記クラウニング間に加工用の逃げ溝が設けられていることを特徴とするタペットローラ。
前記単一のローラ部材の外周面に、軸方向に並んで３山以上のクラウニングが形成されていることを特徴とする請求項１に記載のタペットローラ。
前記各クラウニングの形状が、各クラウニングの軸方向の中心に対して左右対称であることを特徴とする請求項１又は２に記載のタペットローラ。
前記各クラウニングの形状が、各クラウニングの軸方向の中心に対して左右非対称であり、方向性判別用の目印が施されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のタペットローラ。