JPH0874526A

JPH0874526A - タペットローラ軸受

Info

Publication number: JPH0874526A
Application number: JP6211402A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Kadokawa; 聡角川; Masaru Konno; 大金野
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1994-09-05
Filing date: 1994-09-05
Publication date: 1996-03-19
Anticipated expiration: 2019-02-09
Also published as: JP3496286B2; US5816207A

Abstract

(57)【要約】【目的】エンジンの運転開始直後、無潤滑状態で表面
損傷が発生する事を防止する。【構成】微小隙間を介して互いに対向する軸５の外周
面とローラ６の内周面とのうちの何れかに、摩擦低減用
の表面処理層を形成する。エンジンの運転開始直後、ま
だエンジンオイルが供給されない間は、この表面処理層
が、これら両周面に表面損傷が発生する事を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】）この発明に係るタペットローラ
軸受は、エンジンの動弁機構中に組み込み、動弁機構部
分の摩擦を少なくして、エンジン運転時に於ける燃料消
費率の低減を図るものである。

【０００２】

【従来の技術】エンジン内部での摩擦低減を図り、燃焼
消費率を低減する事を目的として、クランクシャフトと
同期したカムシャフトの回転を給気弁及び排気弁の往復
運動に変換する部分に、タペットローラ軸受を組み込む
事が一般的に行われている。図１〜２は、実開平３−１
０８８０６号公報に記載されたタペットローラ軸受を示
している。

【０００３】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１に固定された（一般的には一体に
形成された）カム２に対向して、このカム２の動きを受
けるロッカーアーム３が設けられている。このロッカー
アーム３の端部には１対の支持壁部４、４が、互いに間
隔を開けて設けられている。この１対の支持壁部４、４
の間には鋼製で中空又は中実の軸５を掛け渡している。
この軸５の両端は焼き入れする事なく、生のままとして
おり、軸５を固定する際には、この未焼き入れ部分を、
上記１対の支持壁部４、４に形成した通孔１８、１８の
内周面に向けてかしめ付ける。上述の様にして、１対の
支持壁部４、４の間に掛け渡された軸５の周囲にはロー
ラ６を、回転自在に支承しており、このローラ６の外周
面を、上記カム２の外周面に当接させている。

【０００４】上述の様に構成されるタペットローラ軸受
によれば、ロッカーアーム３とカム２との間に働く摩擦
力を低減し、エンジン運転時に於ける燃料消費率の低減
を図れる。この様なタペットローラ軸受の設置部分には
エンジン運転時に、エンジンオイルが供給される。そし
て、このエンジンオイルによって、カム２の外周面とロ
ーラ６の外周面との間、及び軸５の外周面とローラ６の
内周面との間が潤滑される。

【０００５】尚、タペットローラ軸受の構成部品の材質
としては、カム２を含むカムシャフト１は鋳鉄若しくは
軸受鋼により、ローラ６及び軸５は高炭素クロム軸受鋼
により、それぞれ造る事が、必要な強度を確保しつつ材
料費、加工費を抑える面から、一般的に行われている。
そして、各部材の周面同士の間の隙間寸法並びに表面粗
さを工夫する事で、エンジン運転時に於ける各部材同士
の摺接部の潤滑性を確保する様にしている。この様な潤
滑性確保をより確実に行う為、軸５を燐青銅により、ロ
ーラ６を高炭素クロム軸受鋼により、それぞれ造る事
も、一部で行われている。又、ロッカーアーム３及び軸
５にエンジンオイル供給用の給油孔を開設する事も、例
えば実開平４−３２２１０号公報に記載されている様
に、従来から提案されている。更に、ローラ６を窒化珪
素等のセラミックにより造る事も、例えば特開平４−１
５２９６号公報、実開昭６２−２０３９１１号公報、実
開平３−１０８８０６号公報等に記載されている様に、
従来から提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の様な
従来から知られたタペットローラ軸受の場合には、次に
述べる様な解決すべき点がある。

【０００７】先ず、カム２を含むカムシャフト１を鋳鉄
或は軸受鋼により造り、軸５及びローラ６を高炭素クロ
ム軸受鋼により造った場合には、運転条件によっては、
軸５の外周面とローラ６の内周面との一方又は双方に、
更にはカム２の外周面とローラ６の外周面との一方又は
双方に、スミアと呼ばれる表面損傷が発生する。この様
な表面損傷は、組立作業に伴って、上記両部材５、６の
周面同士の接触部、並びに上記両部材２、６の外周面同
士の接触部が無潤滑状態となる事に起因して発生する。
即ち、これら各部材２、５、６の表面には、加工時に付
着する切削油等の加工用の油、更には搬送の間に腐食す
るのを防止する為の防錆油が付着している。これらの油
がそのまま残っていれば、エンジンの運転開始直後から
上記両外周面同士の潤滑が図られる。ところが、近年に
於けるエンジンの組立工程では、これらの油は、エンジ
ンオイル中への混入に伴うエンジンオイルの劣化防止を
図る為、洗浄作業により必要最小限のオイルを残し、洗
い流している。この為、組立直後のエンジンでは、上記
両外周面同士の接触部は無潤滑に近い状態となる。この
状態からエンジンを始動すると、エンジンオイルが供給
されるまでの短時間の間、上記各周面同士は、無潤滑状
態のまま強く擦れ合う。この結果これら各周面に、上記
表面損傷が発生する。

【０００８】この様にして発生する表面損傷が著しい場
合には、カム２の外周面とローラ６の外周面との接触部
が焼き付く可能性がある。又、表面損傷が軽微である場
合にも、上記各周面に微小な突起が形成され、この突起
により、エンジンオイルの供給が行われる様になった後
でも、これら各周面同士の摺動部の潤滑状態が完全な流
体潤滑になりにくくなる。この結果、経時的に各周面部
分の表面疲労が増加した場合や、エンジンの急加減速時
等、急激な速度変動に油膜形成が追従できない場合に、
局部的に著しい表面損傷を発生する可能性がある。又、
各部材２、５、６の周面の表面粗さを工夫する事自体、
供給されたエンジンオイルの有効利用を意図したもの
で、無潤滑状態での表面損傷防止には役立たない。

【０００９】又、燐青銅製の軸５の外周面と高炭素クロ
ム軸受鋼製のローラ６の外周面とを接触させれば、異種
金属同士の接触になる為、接触部の摩擦がある程度低減
する。しかしながら、この場合には軸５の材料費及び加
工費が嵩んでしまう。又、無潤滑状態での表面損傷防止
効果は不十分である。

【００１０】更に、ローラ６を窒化珪素等のセラミック
により造ると、ローラ６の材料費及び加工費が嵩む。
又、セラミック製のローラ６は金属製のものに比べて割
れ易いだけでなく、金属製のカム２に対する攻撃性が強
く、このカム２の外周面を著しく摩耗させ易い。更に、
セラミック製のローラ６は金属製の軸５に比べて熱膨張
量が少ない為、エンジンの運転、停止に伴う、軸５外周
面とローラ６内周面との間の隙間寸法変化が大きくな
る。この為、エンジンの温度が低い場合に、ローラ６の
支持部で振動が発生する等の問題を発生し易い。

【００１１】本発明のタペットローラ軸受は、この様な
問題を何れも解消すべく発明したものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明のタペットローラ
軸受は、前述した従来のタペットローラ軸受と同様に、
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
ャフトに固定されたカムと、このカムに対向して設けら
れ、このカムの動きを受ける部材に間隔を開けて形成し
た１対の支持壁部と、この１対の支持壁部の間に掛け渡
された軸と、この軸の周囲に回転自在に支承されたロー
ラとから成る。

【００１３】特に、本発明のタペットローラ軸受に於い
ては、上記カムの回転に伴って相手部材に対し相対変位
する複数の部材のうちの少なくとも１個の部材の表面、
例えばローラの内周面と軸の外周面とのうちの何れか一
方の周面に、摩擦を低減する表面処理層を形成してい
る。摩擦を低減する表面処理層としては、例えば次の
〜に属するものが使用可能である。

【００１４】硫黄と鉄との化合物の反応層。窒素を含有した、硫黄と鉄との化合物の反応層。燐と鉄との燐酸塩化合物の反応層。二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂ ）とポリテトラフロロ
エチレン（ＰＴＦＥ）との単体若しくは混合物を熱硬化
性合成樹脂と共に焼成する事により得られる処理層。上記〜の何れかの反応層の表面に、二硫化モリ
ブデンとポリテトラフロロエチレンとの単体若しくは混
合物を熱硬化性合成樹脂と共に焼成する事により得られ
る処理層を重ねたもの。

【００１５】

【作用】上述の様に構成される本発明のタペットローラ
軸受の場合には、摩擦を低減する表面処理層により、エ
ンジンの運転開始直後、タペットローラ軸受部分にエン
ジンオイルが行き渡るまでの間、或はエンジンの急加減
速に伴ってエンジンオイルの供給が追いつかない場合
も、互いに摩擦し合う部品同士の間の潤滑を確保でき
る。この為、上記部品の表面に表面損傷が発生する事を
防止できる。この結果、これら部品の表面に有害な凹凸
が形成される事がなく、これら各部品表面の潤滑状態を
良好な流体潤滑にできて、各部品の耐久性向上を図れ
る。

【００１６】

【実施例】本発明の効果を確認する為に行った実験に就
いて説明する。先ず、第一、第二の実験に就いて説明す
る。これら第一、第二の実験は、図３に示した寿命試験
機を使用して行った。１対の軸受１７、１７により回転
自在に支持されたシャフト７の中間部外周面にはローラ
６を、このシャフト７に対する回転自在に支持してい
る。このシャフト７は電動モータ８により、１対のプー
リ９ａ、９ｂの間に掛け渡されたベルト１０とジョイン
ト１１とにより回転駆動される。この様な試験機によ
り、上記ローラ６にラジアル方向に亙る荷重を加え、こ
のローラ６の内周面と上記シャフト７の外周面との摺動
部が寿命に達するまでの時間を測定した。実験条件は次
の通りである。

【００１７】シャフト７の外径：１０mm 同材質：ＳＵＪ２（JIS G 4805、
高炭素クロム軸受鋼）同表面硬さ：ＨＲｃ６１ローラ６の内径：１０．０５mm 同外径：３０mm 同幅：８mm 同材質：ＳＵＪ２同表面硬さ：ＨＲｃ６１シャフト７の回転速度：３０００r.p.m ローラ６に加える荷重：６６kgf

【００１８】第一、第二の実験は、何れも上記した条件
で行った。そして、第一の実験の場合には、シャフト７
の外周面とローラ６の内周面との間に潤滑油を供給せ
ず、無潤滑（ドライ）状態で試験を行った。又、第二の
実験では、上記シャフト７の外周面とローラ６の内周面
との間に３μリットルのエンジンオイル（ＳＥ級、１０
Ｗ−３０）をマイクロシリンジで供給し、これら両周面
同士の間を微量潤滑状態とした。又、摺動部の寿命は、
上記ローラ６の温度が１６０℃に達するまでの時間と電
動モータ８の電流値が過電流値に達するまでの時間との
うちの短い方とした（何れかに達した時点で実験を打ち
切り、それまでの経過時間を耐久寿命とした）。

【００１９】この様にして行った第一、第二の実験のう
ち、第一の実験の結果を表１に、第二の実験の結果を表
２に、それぞれ示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【表２】

【００２２】これら第一、第二の実験の結果を記載した
表１、２に於いて、試料番号の頭に『実施』の文字を付
したものは本発明に属する実施例を、『比較』の文字を
付したものは本発明から外れる比較例を、それぞれ表し
ている。又、試料番号の後ろに記載した『Ａ〜Ｑ』が同
じものは、第一の実験と第二の実験とで同種の試料とな
る。そして、本発明に属する試料のうち、Ａ、Ｂ、Ｃ、
Ｊ、Ｋ、Ｌは前記〜のうちの〜の何れかに属
し、Ｄ、Ｍは同じくに属し、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｎ、Ｏ、Ｐ
は同じくに属する。又、処理部位は、摩擦を低減する
表面処理層を形成した部分を表しており、シャフトと記
載してあるのはシャフト７の外周面に表面処理層を形成
した事を、ローラと記載してあるのはローラ６の内周面
に表面処理層を形成した事を、それぞれ表している。更
に、耐久寿命の単位は総回転数である。

【００２３】第一の実験の結果を表した表１の記載を考
察すれば、次の事が分る。 (1) 本発明に属する試料は、何れも表面処理層を形成し
ない比較例に比べて倍以上の耐久寿命を得られる。 (2) スミアと呼ばれる表面損傷は、比較例総てで発生し
た他、本発明の一態様である〜に属するＡ、Ｂ、
Ｊ、Ｋでも発生した。 (3) 本発明の一態様である前記に属するＤ、Ｍは、耐
久寿命が長いだけでなく表面損傷も発生しない。 (4) 本発明の一態様である上記に属するＥ、Ｆ、Ｇ、
Ｎ、Ｏ、Ｐは、耐久寿命が十分に長いだけでなく表面損
傷も発生しない。

【００２４】これら(1) 〜(4) から、無潤滑状態（ドラ
イ）では、固体潤滑剤である二硫化モリブデン或はポリ
テトラフロロエチレンの滑り接触面による摩擦低減作用
が大きく、この固定潤滑剤による表面損傷防止効果を得
られる事が分る。特に、燐酸マンガンと鉄との燐酸塩化
合物の反応層の表面に二硫化モリブデンとポリテトラフ
ロロエチレンとの単体若しくは混合物を熱硬化性合成樹
脂と共に焼成する事により得られる処理層を重ねたもの
（Ｅ、Ｎ）は、耐久寿命が特に長くなる事が分る。尚、
実験では鉄と化合して燐酸塩を造る為に、燐酸マンガン
を使用したが、燐酸亜鉛を使用しても同様の効果を得ら
れる。

【００２５】又、Ｎ、Ｏ、Ｐを比較すれば明らかな通
り、焼成により得られる処理層のうちでも、表面硬度を
低下させない燐酸塩処理（実験では燐酸マンガン塩処
理。燐酸亜鉛処理でも同様。）を施したものが、耐久寿
命確保の面から好ましい事が分る。特に、熱硬化性合成
樹脂として、熱安定性の高いポリアミドイミドをバイン
ダーとした表面処理層が、特に好ましい。

【００２６】更に、Ａ〜ＧとＪ〜Ｐとを比較すれば明ら
かな通り、摩擦を低減する為の表面処理層を形成する面
は、（何れか一方の面のみに形成するのであれば）運動
する側の面であるシャフト７の外周面である事が好まし
い。従って、実際に図１〜２に示したタペットローラ軸
受に実施する場合には、ローラ６の内周面に表面処理層
を形成するのが好ましい。

【００２７】次に、微量潤滑状態で行った第二の実験の
結果を表した表２の記載を考察すれば、次の事が分る。 (1) 無潤滑状態の場合に比べて耐久寿命が長くなり、本
発明に属するものは何れも表面損傷を生じない。 (2) 本発明の一態様である前記〜に属するＡ、Ｂ、
Ｃ、Ｊ、Ｋ、Ｌは、浸硫化処理を行うＢ、Ｋを除き、同
じくに属するＤ、Ｍに比べて耐久寿命が長くなる傾向
となった。即ち、微量潤滑状態では、〜の様な鉄と
硫黄、窒素、燐等との反応層が、の様な固体潤滑剤焼
成膜よりも摩擦低減効果が向上する。特に、シャフト７
の外周面に浸硫窒化処理を施したＣの耐久寿命は他の例
に比べて長い。 (3) 本発明の一態様である前記に属するＥ、Ｆ、Ｇ、
Ｎ、Ｏ、Ｐは、耐久寿命が十分に長い

【００２８】更に、無潤滑状態での試験結果を示した表
１の記載と、微量潤滑状態での試験結果を示した表２の
記載とを比較すると、次の事が分る。 (1) 表１にその結果を示した無潤滑状態では、前記に
示した固体潤滑剤焼成皮膜が、耐久寿命の向上、表面損
傷の防止の何れの面からも効果が優れているが、微量潤
滑状態では、鉄と硫黄との化合物の反応層、又は鉄と燐
酸化合物との反応層が、耐久寿命の向上の面で効果があ
る。 (2) 即ち、上記の固体潤滑剤焼成皮膜は、エンジンオ
イルが供給されるまでの無潤滑状態で大きな効果を得ら
れ、の反応層は、エンジンオイルの供給が不足す
る、微量潤滑状態で大きな効果を得られる。 (3) 従って、上記の反応層を上記の固体潤滑剤焼
成皮膜で覆った、上記の表面処理層によれば、エンジ
ンの運転開始直後から長期間経過するまでの間、十分な
効果を得られる。

【００２９】次に、実際の使用条件を想定した台上表面
損傷再現試験の結果に就いて説明する。この再現試験
は、図４に示す様な表面損傷試験機を使用して行った。
プーリ１２により回転駆動されるシャフト１３の中間部
には、外径が２０mmのリング１４を圧入している。この
リング１４がカム２（図１〜２）に相当する。このリン
グ１４の外周面に押圧するローラ６は、内径が８．８２
mm、外径が２０mm、幅が８mmで、外径が８．８mmの軸５
の周囲に回転自在に支承している。ローラ６及び軸５の
材質は何れもＳＵＪ２、表面硬度はＨＲｃ６２である。
又、摩擦低減用の表面処理を施す場合には、ローラ６の
表面全体に亙って施した。

【００３０】試験時には、上記シャフト１３を３０００
r.p.m で回転させつつ上記ローラ６を、負荷用レバー１
５により上記リング１４の外周面に、鋼球１６を介し
て、１００kgf 荷重で押圧した。又、ローラ６の内周面
と軸５の外周面との間は無潤滑とし、ローラ６の外周面
とリング１４の外周面との間は、これら両外周面同士が
焼き付かない程度の最小限のエンジンオイルを滴下し
た。そして、ローラ６の内周面に表面損傷が発生し、ロ
ーラ６の温度が異常に上昇したり、或は著しい振動が発
生するまでの時間、或は上記シャフト１３を駆動する為
の電動モータの電流値が過電流値になるまでの時間を耐
久時間として求めた。その結果を次の表３に示す。

【００３１】

【表３】

【００３２】尚、この表３中、試料番号の頭に『実施』
の文字を付したものは本発明に属する実施例を、『比
較』の文字を付したものは本発明から外れる比較例を、
それぞれ表している。又、試料番号の後ろに記載した
Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｈの文字は、前述した表１、２に対応する
（符号が同じものと同様の表面処理を施している）。

【００３３】この表３に記載した試験結果から明らかな
通り、本発明は無潤滑状態での耐久性向上に寄与する
が、そのうちでもＥに示す前記の表面処理を施したも
のは、優れた効果を得られる。尚、本発明による表面処
理層は、軸５の外周面とローラ６の内周面との一方又は
双方だけでなく、カム２の外周面とローラ６の外周面と
の一方又は双方に形成する事もできる。これら両部材
２、６の外周面の一方又は双方にのみ表面処理層を形成
したタペットローラ軸受もこれら両外周面の表面損傷を
防止し、耐久寿命の向上を図れる技術として、本発明の
技術的範囲に属する。

【００３４】

【発明の効果】本発明のタペットローラ軸受は、以上に
述べた通り構成され作用するので、エンジンの運転開始
初期状態での表面損傷を防止して、焼き付き防止を図る
だけでなく、その後の潤滑状態を良好にして、十分な耐
久性確保を図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】タペットローラ軸受の部分切断平面図。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図。

【図３】寿命試験機の略側面図。

【図４】表面損傷試験機の縦断側面図。

【符号の説明】

１カムシャフト２カム３ロッカーアーム４支持壁部５軸６ローラ７シャフト８電動モータ９ａ、９ｂプーリ１０ベルト１１ジョイント１２プーリ１３シャフト１４リング１５負荷用レバー１６鋼球１７軸受１８通孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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固定されたカムと、このカムに
対向して設けられ、このカムの動きを受ける部材に間隔
を開けて形成した１対の支持壁部と、この１対の支持壁
部の間に掛け渡された軸と、この軸の周囲に回転自在に
支承されたローラとから成るタペットローラ軸受に於い
て、上記カムの回転に伴って相手部材に対し相対変位す
る複数の部材のうちの少なくとも１個の部材の表面に、
摩擦を低減する表面処理層を形成した事を特徴とするタ
ペットローラ軸受。