JP5627158B1 - カムフォロア装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを上昇させることなく、耐摩耗性を高める構造を有するカムフォロア装置を提供すること。【解決手段】ローラ２６の軸線方向端部とローラ支持壁３０との対向面間に設けられた一対のプレートの一方の端部同士を連結板部により連結してなる保護プレートを備え、前記一対のプレートがその弾性力によりローラ支持壁３０に押し付けられた状態で組み付けられるように、組み付け前の一対のプレートの他方の開放端部同士の間隔が対向するローラ支持壁３０の間隔よりも広くなるように、一対のプレートの相対する２面の間隔は一方の端部から他方の端部にかけて徐々に大きくなっている。【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の動弁装置の一部を構成するカムフォロア装置に関し、特に、カムに転がり接触するカムフォロア装置に関する。

動弁系の摩擦損失トルクを低減するために、カムのプロファイルを吸排気弁に伝達する際の摩擦損失を低減するために、カムフォロア装置のカム対向部に形成された一対のローラ支持壁間に架設されたローラ軸にローラを軸支し、このローラをカムに転がり接触させる方式が採用されている。

そして、軽量化のために、カムフォロア装置をアルミニウム合金製とすることが一般的に行われている。ところが、ローラの外輪およびニードルがカムフォロア装置のローラ支持壁に接触し得る構造であるため、アルミニウム合金製のカムフォロア装置を採用すると、カムによりカムフォロア装置が揺動する際、ローラより硬さの低いローラ支持壁が摩耗してカムフォロア装置が破損したり、その摩耗粉がローラ内に侵入して回転不良になるという不具合を起こす恐れがある。このような不具合を解消するために、ワッシャ状のスペーサをローラ外輪両端に配置し、ローラ支持壁と接触させない構造が特許文献１に開示されている。

しかし、特許文献１のスペーサは回転自由状態で組み付けられているため、ローラが回転するとスペーサが共回りするため、スペーサとローラ支持壁との接触によってローラ支持壁に摩耗が発生することが懸念される。

そこで、特許文献２と３には、スペーサとローラ支持壁に係合部を設けてスペーサの共回りを防止して、ローラ支持壁の摩耗を防止する技術が開示されている。

実公平４−４４８０３号公報 特開２００２−１８８４１３号公報 特開２００３−０１３７１１号公報

ところが、近年の内燃機関の高出力化により、カムがより高回転の状態でローラと摺動するようになった結果、以下の問題が懸念される。

ローラとローラ支持壁との間には、製造誤差を吸収したり、潤滑油を導いたりするためのクリアランス（後記する図２（ｂ）のＣ参照）が設けられている。スペーサがこのクリアランス分だけローラ支持壁から離れるように移動すると、係合部の掛かり代（後記する図２（ｂ）のＤ参照）が少なくなり、カムが高回転となる状態など、係合部に発生する力が大きくなる場合には係合部が外れ、最終的にはローラ支持壁が摩耗してしまう恐れがある。

また、スペーサとロッカーアームの係合部にも、製造誤差を吸収するためなどにより、クリアランスが設けられており、スペーサとロッカーアームの係合部はこのクリアランスの範囲内で摺動する。この摺動は、カムの回転数が低い場合は問題にならないものの、高回転においては硬さの低いロッカーアームの係合部に摩耗が生じる恐れがある。このクリアランスを少なくしようとすると、スペーサとロッカーアームを高精度で加工する必要があり、製造コストを増大させてしまう。

本発明は、従来の前記問題点に鑑みてこれを改良したものであって、製造コストを増大させることなく、耐摩耗性を高める構造を有するカムフォロア装置を提供することを目的とするものである。

前記課題を解決するために本願発明は、カム対向部に設けられた一対のローラ支持壁間に架設されたローラ軸に軸支されたローラを有するカムフォロア装置において、前記ローラの軸線方向端部と前記ローラ支持壁との対向面間に設けられた一対のプレートの一方の端部同士を連結板部により連結してなる保護プレートを備え、前記一対のプレートがその弾性力によりローラ支持壁に押し付けられた状態で組み付けられるように、組み付け前の一対のプレートの他方の開放端部同士の間隔が対向するローラ支持壁の間隔よりも広くなるように、一対のプレートの相対する２面の間隔は一方の端部から他方の端部にかけて徐々に大きくなっていることを特徴としている。

前記保護プレートの回転を規制するために、ローラの軸線方向に突出するよう に一対のプレートに設けられた突起と、前記突起を受容するためにローラ支持壁に設けられた窪みとからなる係合部を備えることが好ましい。

前記突起および窪みがＶ字形の断面を有し、突起および窪みのＶ字形の断面のいずれかの部分同士が接触して係合されるように、突起のローラ軸方向の高さが窪みのローラ軸方向の深さと同じかまたは高くなるように設定されていることが好ましい。
尚、Ｖ字形断面同士は、必ずしも全面接触する必要はないので、突起のローラ軸方向の高さ、又は窪みのローラ軸方向の深さとは、両者のＶ字形断面の接触部のうち、突起の先端側に最も近い点までの高さ、又は深さを指す。（図１３参照）

前記一対のプレートの一方の端部同士を連結する連結板部が保護プレートの回転を規制するためにローラの外輪よりも径方向に突出しており、カムフォロア装置は前記突出部を受容するために窪んでいることが好ましい。

前記一対のプレートの相対する２面と垂線との成す角度を２θとすると、θは２°〜１０°であり、保護プレートの厚みは０．１〜０．５mmであることが好ましい。

前記突起のローラ軸方向の高さが、ローラとローラ支持壁とのクリアランスより大きいことが好ましい。

ローラ支持壁に設けられた窪みの底部に油溜まりを有することが好ましい。

前記保護プレートの材質は、バネ鋼板、炭素鋼板またはステンレス鋼板であることが好ましい。

本願発明によれば、保護プレートを構成する一対のプレートがその弾性力によりローラ支持壁に押し付けられた状態で組み付けられるので、一対のプレートとローラ支持壁との間に摩擦力が発生して保護プレートがローラと共回りすることが防止される。対向するローラ支持壁の間隔が製造誤差等によりばらついたとしても、一対のプレートがその弾性力によりローラ支持壁に押し付けられた状態で組み付けられるので、前記共回りは防止される。このようにして、保護プレートが回転しながらローラ支持壁と接触することによる摩耗を防止することができる。

前記保護プレートの回転を規制するために、ローラの軸線方向に突出するように一対のプレートに設けられた突起と、前記突起を受容するためにローラ支持壁に設けられた窪みとからなる係合部を備えることで、カムが高回転となる状態など、係合部に発生する力が大となる場合に、係合部が外れて保護プレートがローラと共回りすることを防止することができる。

前記突起および窪みがＶ字形の断面を有し、突起および窪みのＶ字形の断面のいずれかの部分同士が接触して係合されるように、突起のローラ軸方向の高さが窪みのローラ軸方向の深さと同じかまたは高くなるように設定されていることで、突起と窪みとからなる係合部の周方向のクリアランスを殆どなくすことができる。尚、Ｖ字形断面同士は、必ずしも全面接触する必要はないので、突起のローラ軸方向の高さ、又は窪みのローラ軸方向の深さとは、両者のＶ字形断面の接触部のうち、突起の先端側に最も近い点までの高さ、又は深さを指す。（図１３参照）
このようにすることで、保護プレートとローラ支持壁との係合部に摺動が発生せず、カムが高回転してもローラ支持壁が摩耗することがない。その結果、係合部のクリアランスを少なくしようとするために、保護プレートとカムフォロア装置をより高精度で加工する必要がなくなり、製造コストが増大することがない。さらに、Ｖ字型の断面をプレス加工にて成型する際、金型形状がシンプルであることに加えて、成型荷重も低く抑えられるという効果がある。

前記一対のプレートの一方の端部同士を連結する連結板部が保護プレートの回転を規制するためにローラの外輪よりも径方向に突出しており、カムフォロア装置が前記突出部を受容するために窪んでいることで、連結板部が係合部としての機能を備えることで、保護プレートの共回り防止効果を一層高めることができる。

前記一対のプレートの相対する２面と垂線との成す角度を２θとすると、θは２°〜１０°であり、保護プレートの厚みは０．１〜０．５mmであることで、一対のプレートがその弾性力によりローラ支持壁に押し付けられた状態で組み付けることができる。

前記突起のローラ軸方向の高さが、ローラとローラ支持壁とのクリアランスより大きいことで、保護プレートの弾性力に抗して突起が窪みから外れ、保護プレートがローラと共回りすることを防止することができる。

ローラ支持壁に設けられた窪みの底部に油溜まりを有することで、ローラと保護プレート間およびローラとローラ支持壁間の潤滑を行うことができるため、耐摩耗性を向上することができる。

前記保護プレートの材質は、バネ鋼板、炭素鋼板またはステンレス鋼板とすることで、保護プレートの弾性力を確保することができる。

図１はエンジンのシリンダヘッド部の縦断面図である。 図２（ａ）は図１の２−２線断面図、図２（ｂ）はローラとローラ支持壁とのクリアランスＣと、突起と窪みとからなる係合部の掛かり代Ｄを示す拡大断面図である。 図３は断面を含む図２（ａ）の３−３線矢視図である。 図４はロッカーアームの斜視図である。 図５はローラの斜視図である。 図６はロッカーアームの別の斜視図である。 図７は保護プレートの斜視図である。 図８は保護プレートの側面図である。 図９は突起と窪みとからなる係合部を示す拡大平面図である。 図１０は図９の１０−１０線断面図である。 図１１は図２（ａ）の１１−１１線断面図である。 図１２は突起と、油溜まりを有する窪みとからなる係合部を示す拡大平面図である。 図１３は図１２の１３−１３線断面図である。

以下に、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明するが、本発明の技術的範囲を逸脱しない範囲において、様々な変形や修正が可能である。図１に示すように、内燃機関のシリンダブロック１の頂面にシリンダヘッド２が結合されており、シリンダブロック１に設けたシリンダ３にピストン４が摺動自在に嵌合する。ピストン４の頂面に臨むようにシリンダヘッド２の下面に形成された燃焼室５に各２個の吸気弁孔２ａ、２ａおよび排気弁孔２ｂ、２ｂが開口しており、吸気弁孔２ａ、２ａに連なる吸気ポート２ｃおよび排気弁孔２ｂ、２ｂに連なる排気ポート２ｄがシリンダヘッド２の内部に形成されている。

吸気弁孔２ａ、２ａを開閉する一対の吸気弁（エンジンバルブ）６、６がシリンダヘッド２に設けたバルブガイド７、７に摺動自在に支持され、吸気弁スプリング８、８で閉弁方向に付勢される。また、排気弁孔２ｂ、２ｂを開閉する一対の排気弁９、９がシリンダヘッド２に設けたバルブガイド１０に摺動自在に支持され、排気弁スプリング１１、１１で閉弁方向に付勢される。

シリンダヘッド２の頂面に結合されたカムシャフトホルダ１２およびカムシャフトキャップ１３間に、吸気カムシャフト１４および排気カムシャフト１５が回転自在に支持される。吸気カムシャフト１４の軸端に設けた吸気スプロケット１６と、排気カムシャフト１５の軸端に設けた排気スプロケット１７と、クランクシャフトの軸端に設けたクランクスプロケット（図示せず）とにタイミングチェーン１８が巻き掛けられており、吸気カムシャフト１４および排気カムシャフト１５はクランクシャフトの２分の１の回転数で同方向に回転する。

カムシャフトホルダ１２に吸気ロッカーシャフト２０および排気ロッカーシャフト２１が固定されている。吸気カムシャフト１４の下方に位置する吸気ロッカーシャフト２０には、吸気弁６、６のステムエンドに当接するアジャストスクリュー１９、１９を有する吸気ロッカーアーム（カムフォロア装置）２２が揺動自在に支持されている。

また、排気カムシャフト１５の下方に位置する排気ロッカーシャフト２１には、排気弁９、９のステムエンドに当接するアジャストスクリュー２３、２３を有する排気ロッカーアーム２４が揺動自在に支持されている。

これら吸気ロッカーアーム２２および排気ロッカーアーム２４の材質は軽量化のためにアルミニウム合金が使用され、ダイキャスト成型にて製造される。

図２（ａ）および図３に示すように、吸気カム２５は吸気ロッカーアーム２２に設けられたローラ２６に当接する。以下の説明は吸気側について行い、排気側も同様であるため、重複説明を避けるため排気側についての説明は省略する。

吸気カムシャフト１４が回転すると、吸気カム２５にローラ２６を介して押圧された吸気ロッカーアーム２２が吸気ロッカーシャフト２０を中心に揺動し、その先端に設けたアジャストスクリュー１９、１９で一対の吸気弁６、６のステムエンドを押圧することで、一対の吸気弁６、６は開閉駆動される。

このように、ローラはカムと転動接触しながらカムの押圧力を受けるため、動弁装置の摩擦損失トルクの低減を図ることができる。

図４に示す吸気ロッカーアーム２２に設けられたローラ２６は、図５に示すローラ軸２７に軸支された外輪２８とニードル２９からなる。吸気ロッカーアーム２２が吸気カム２５（図２（ａ）参照）と対峙する位置には、図４および図６に示すように、ローラを収納する凹部によって対向するローラ支持壁３０、３０が形成されている。図６に示すように、対向するローラ支持壁３０、３０にはローラ軸を取り付けるためのローラ軸取り付け孔３１が穿設されており、ローラ軸を圧入またはローラ軸の両端面をかしめることによってローラ軸は固着される。なお、外輪２８およびニードル２９の材質は吸気ロッカーアーム２２より高い硬度の鉄系材料が使用されている。

図４に示す前記ローラ２６の軸線方向端部と前記ローラ支持壁３０、３０との対向面間には図７に示す保護プレート３２が設けられる。図７に示すように、保護プレート３２は、カムと対峙する位置とは反対側の一方の端部同士を連結板部３３により連結されている。この保護プレート３２は、ばね鋼板、炭素鋼板またはステンレス鋼板のいずれかの材料からなる弾性素材であり、弾性力を増すために必要な熱処理が施されていることが好ましい。材質の例としてＳＵＰ材、ＳＫ材、ＳＵＳ材などが挙げられるが、カムの回転数や、係合部に発生する力の大きさ、プレス加工性、製造コストを考慮し選択することができる。

そして、図８に示すように、保護プレート３２がその弾性力によりローラ支持壁３０、３０に押し付けられた状態で組み付けられるように、組み付け前の一対のプレート３４ａと３４ｂの他方の開放端部同士の間隔Ｄ_１は図２（ａ）に示す対向するローラ支持壁３０、３０の間隔Ｄ_０よりも広くなるように、一対のプレート３４ａと３４ｂの相対する２面の間隔は連結板部によって連結されている一方の端部から他方の端部にかけて徐々に大きくなっている。図８に示すように、保護プレート３２を構成する一対のプレート３４ａと３４ｂの相対する２面と垂線との成す角度を２θとすると、θは２°〜１０°であり、保護プレート３２の厚みは０．１〜０．５mmであることで、一対のプレート３４ａ、３４ｂがその弾性力によりローラ支持壁３０に押し付けられた状態で組み付けることができる。その結果、保護プレート３２とローラ支持壁３０との間に摩擦力が発生して、保護プレート３２がローラ２６と共回りすることが防止される。また、対向するローラ支持壁３０と３０の間隔が製造誤差等により変動したとしても、一対のプレート３４ａ、３４ｂがその弾性力によりローラ支持壁３０、３０に押し付けられた状態で組み付けられるので、保護プレート３２の共回りは確実に防止される。このようにして、保護プレート３２とローラ支持壁３０との接触による摩耗を防止することができる。

上記のように、保護プレート３２がその弾性力によりローラ支持壁３０、３０に押し付けられた状態で組み付けられていることに加えて、図７に示すように、保護プレート３２の回転を規制するために、ローラの軸線方向に突出するように一対のプレートに３４ａ、３４ｂに設けられた突起３５ａ、３５ｂと、両突起を受容するために、図６に示すように、ローラ支持壁３０に設けられた窪み３６ａ、３６ｂとからなる係合部を備えることで、図２（ａ）に示すローラ２６の外輪２８およびニードル２９とローラ支持壁３０との間に、図２（ｂ）に示すクリアランスＣが存在しても、保護プレート３２に設けられた突起３５ａ、３５ｂがそれぞれ窪み３６ａ、３６ｂと係合することによる係合部（図６および図７参照）の掛かり代Ｄ（後記する突起３５ａのローラ軸方向の高さに相当するもの）がクリアランスＣより大きいことで、吸気カム２５が高回転となっても、突起３５ａと３５ｂは窪み３６ａと３６ｂに食い込むように受容されているので、その係合部は脱離しにくく、保護プレート３２の共回りは確実に防止される。

図９に示すように、突起３５ａおよび窪み３６ａはＶ字形の断面を有しており、突起３５ａおよび窪み３６ａのＶ字形の断面のいずれかの部分同士が接触して係合されるように、図１０に示すように、突起３５ａのローラ軸方向の高さｈ_１が窪み３６ａのローラ軸方向の深さｈ_２と同じかまたは高くなるように設定されている。

この時、保護プレート３２がその弾性力によりローラ支持壁３０、３０に押し付けられた状態で組み付けられているので、突起３５ａ、３５ｂと窪み３６ａ、３６ｂとの係合部におけるクリアランスを実質的になくすことができ、保護プレート３２が摺動することはなく、その係合部における摩耗の発生を防止することができる。

そこで、係合部におけるクリアランスを少なくするために、保護プレート３２や吸気ロッカーアーム２２を高精度で加工する必要がなくなり、製造コストの増加を抑えることができる。保護プレート３２はプレス加工により比較的安価に製造することができるが、Ｖ字形の断面を有する突起３６ａと３６ｂは球状の突起よりも低荷重で成型できる。従って、金型の摩耗は少なく、突起形状もシンプルであるから、金型製作費を低く抑えることができる。また、窪み３６ａと３６ｂは、アルミダイキャスト成型金型の簡単な形状変更のみで成形する事ができるので、安価に製造することが可能である。

図１１に示すように、保護プレート３２の一方の端部同士を連結する連結板部３３が保護プレート３２の回転を規制するためにローラ２６の外輪よりも径方向に突出しており、ロッカーアーム２２はこの突出している連結板部３３を受容するために窪んでいる。このようにして、突起３５ａ、３５ｂと窪み３６ａ、３６ｂとの係合部に加えて、連結板部３３が係合部としての機能を備えることで、保護プレート３２の共回り防止効果を一層高めることができる。また、この窪みはアルミダイキャスト成形金型の簡単な形状変更のみで成形する事ができるので、安価に製造することが可能である。
尚、Ｖ字形断面同士必ずしも全面接触する必要はないので、突起のローラ軸方向の高さ、又は窪みのローラ軸方向の深さとは、両者のＶ字形断面の接触部のうち、突起の先端側に最も近い点までの高さ、又は深さを指す。（図１３参照）

図１２および図１３に示すように、ローラ支持壁に設けられた窪み３６ａの底部に油溜まり３８となる凹部を有することで、ローラ２６と保護プレート３２の間およびローラ２６とローラ支持壁３０の間の潤滑を行うことができるため、これらの部材の摩耗を防止することができる。この場合、Ｖ溝の断面は例えば図１３に示す様な形状である為、部分的な接触となるが、この場合もＶ字形の断面を有する突起３５ａ、３５ｂと、同じくＶ字形の断面を有する窪み３６ａ、３６ｂのいずれかの部分同士で接触して係合されるように、突起３５ａのローラ軸方向の高さｈ_１が窪み３６ａのローラ軸方向の深さｈ_２と同じかまたは高くなるように設定されているので、保護プレート３２が摺動することはない。

本発明は、内燃機関の動弁装置の一部を構成するカムフォロア装置に好適に用いることができる。

１…シリンダブロック
２…シリンダヘッド
２ａ…吸気弁孔
２ｂ…排気弁孔
２ｃ…吸気ポート
２ｄ…排気ポート
３…シリンダ
４…ピストン
５…燃焼室
６…吸気弁
７…バルブガイド
８…吸気弁スプリング
９…排気弁
１０…バルブガイド
１１…排気弁スプリング
１２…カムシャフトホルダ
１３…カムシャフトキャップ
１４…吸気カムシャフト
１５…排気カムシャフト
１６…吸気スプロケット
１７…排気スプロケット
１８…タイミングチェーン
１９…アジャストスクリュー
２０…吸気ロッカーシャフト
２１…排気ロッカーシャフト
２２…吸気ロッカーアーム
２３…アジャストスクリュー
２４…排気ロッカーアーム
２５…吸気カム
２６…ローラ
２７…ローラ軸
２８…外輪
２９…ニードル
３０…ローラ支持壁
３１…ローラ軸取付け孔
３２…保護プレート
３３…連結板部
３４ａ、３４ｂ…一対のプレート
３５ａ、３５ｂ…突起
３６ａ、３６ｂ…窪み
３７…突起と窪みの接触部のうち、突起の先端側に最も近い点
３８…油溜まり

Claims (5)

1. カム対向部に設けられた一対のローラ支持壁間に架設されたローラ軸に軸支されたローラを有するカムフォロア装置であって、前記ローラの軸線方向端部と前記ローラ支持壁との対向面間に設けられた一対のプレートの一方の端部同士を連結板部により連結してなる保護プレートを備え、前記一対のプレートがその弾性力によりローラ支持壁に押し付けられた状態で組み付けられるように、組み付け前の一対のプレートの他方の開放端部同士の間隔が対向するローラ支持壁の間隔よりも広くなるように、一対のプレートの相対する２面の間隔は一方の端部から他方の端部にかけて徐々に大きくなっており、前記保護プレートの回転を規制するために、ローラの軸線方向に突出するように一対のプレートに設けられた突起と、前記突起を受容するためにローラ支持壁に設けられた窪みとからなる係合部を備えるカムフォロア装置において、
   前記一対のプレートの一方の端部同士を連結する連結板部が保護プレートの回転を規制するためにローラの外輪よりも径方向に突出しており、カムフォロア装置は前記突出している連結板部を受容するために窪んでおり、前記一対の突起はローラ軸線を介して連結板部とは反対側にあり且つ前記一対のプレートの間隔を均等に分けて前記連結板部を垂直方向に切断する面に対して前記一対の突起は面対称の位置にあり、前記連結板部に平行な平面で前記突起と窪みを切断したと仮定した場合に、前記突起および窪みがＶ字形の切断面を有し、突起は弾性力により前記Ｖ字形の切断面を介して窪み側に押し付けられ、前記Ｖ字形の切断面のローラ軸方向の深さが表面側から内側にかけて徐々に短くなっていることを特徴とするカムフォロア装置。
2. 前記連結板部を垂直方向に切断する面の中で前記一対のプレートの間隔を均等に分ける面を均等面とした場合、前記一対のプレートをカムフォロア装置に組み付ける前の前記一対のプレートの相対する一方の面と均等面との成す角度をθとすると、θは２°〜１０°であり、保護プレートの厚みは０．１〜０．５mmであることを特徴とする請求項１に記載のカムフォロア装置。
3. 前記突起のローラ軸方向の高さが、ローラとローラ支持壁とのクリアランスより大きいことを特徴とする請求項１または２に記載のカムフォロア装置。
4. ローラ支持壁に設けられた窪みの底部に油溜まりを有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のカムフォロア装置。
5. 前記保護プレートの材質は、バネ鋼板、炭素鋼板またはステンレス鋼板であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のカムフォロア装置。