JPWO2003044330A1 - 板金製ロッカーアームを備えたカムフォロア - Google Patents

Abstract

１対の側壁部４の外側面１７同士の間隔は、塑性変形時の伸び量の相違に起因して互いに非平行である。使用時に上記枢軸３には、上記外側面１７同士の間隔が狭い側から広い側に向けて荷重が加わる。上記枢軸３の両端面の外周縁部に形成するかしめ部１３ａを、上記外側面１７同士の間隔が狭い側の半部に形成する。この為、上記枢軸３の両端部の外周面と通孔１１の内周面とが、荷重を支承する側で互いに当接する。従って、この当接面でこの荷重を十分に支承でき、長期間に亙る使用に拘らず、１対の側壁部４に対する枢軸３の両端の支持部にがたつきが発生するのを防止する。

Description

技術分野
この発明は、金属板にプレス加工を施す事により造る板金製ロッカーアームを備えたカムフォロアの改良に関する。
背景技術
レシプロエンジン（往復ピストンエンジン）には、一部の２サイクルエンジンを除き、クランクシャフトの回転と同期して開閉する吸気弁及び排気弁を設けている。ロッカーアームは、エンジンの動弁機構に組み込み、カムシャフトの回転を弁体（吸気弁及び排気弁）の往復運動に変換する為のカムフォロアに使用される。この様なレシプロエンジンでは、上記クランクシャフトの回転と同期して（４サイクルエンジンの場合には１／２の回転速度で）回転するカムシャフトの動きを、ロッカーアームにより上記吸気弁及び排気弁に伝達し、これら吸気弁及び排気弁の弁体を軸方向に亙り往復運動させる。
この様なエンジンの動弁機構に組み込むロッカーアームを、強度を確保しつつ軽量化を図る為、鋼板等の金属板にプレス加工を施す事により造る事が考えられ、実施されている。この様な事情で考えられた板金製ロッカーアームを備えたカムフォロアに関し、図４〜７は、米国特許第５０４８４７５号明細書に記載されたものを示している。このカムフォロアは、板金製ロッカーアーム１と、ローラ２と、枢軸３とからなり、板金製ロッカーアーム１に対してローラ２を、枢軸３により回転自在に支持している。
図７に示すように、カムフォロアは、カムシャフトのカム９、ラッシュアジャスタを構成し、上記板金製ロッカーアーム１の揺動中心となるプランジャ８，および吸気弁あるいは排気弁の弁体７と関連付けられている。カムフォロアの板金製ロッカーアーム１は、例えば２〜４ｍｍ程度の厚さを有する鋼板等の金属板に、不要部分を除却する為の打ち抜き加工、並びに所望形状を得る為の、絞り加工等の塑性加工を施して成り、１対の側壁部４と、これら両側壁部４同士を連結する第一、第二の連結部５、６とを備える。図７に示すように、第一の連結部５は、弁体７の基端面を第１の連結部５に突き当ててこの弁体７を変位させる為の押圧部として機能し、第二の連結部６は、プランジャ８の先端面を突き当てる為の支点部として機能する。この為に図示の例では、図６の下面に示すように、上記第二の連結部６の片面に、球状凹部を形成している。尚、図示の例とは異なり、第二の連結部に相当する部分にねじ孔を設け、端部に球面部を有するアジャストねじを前記ねじ孔部分に螺合固定する構造も、従来から知られている。
一方、上記両連結部５、６と上記一対の側壁部４で囲まれる空間に、上記枢軸３により回転自在に支持した上記ローラ２を配置している。当該一対の側壁部４にこのローラ２を枢軸３で支持する為に、上記１対の側壁部４の互いに整合する位置に形成した通孔に前記枢軸３の両端部を内嵌している。更にこの枢軸３の両端面の外周縁部をこれら各通孔の周縁部に向けかしめ広げている（図１０参照）。この構成により、この枢軸３の両端部が上記１対の側壁部４に、これら両側壁部４同士の間に掛け渡した状態で固定されている。上記ローラ２は、この様にしてこれら両側壁部４同士の間に掛け渡された上記枢軸３の中間部周囲に、直接或はラジアルニードル軸受を介して、回転自在に支持されている。
エンジンへの組み付け状態では、図７に示す様に、前記第一の連結部５の片面（図７の下面）に前記弁体７の基端部を突き当て、上記第二の連結部６の片面に設けた球状凹部に前記プランジャ８の先端面を突き当てると共に、上記ローラ２の外周面に、カムシャフトの中間部に固設したカム９の外周面を当接させる。エンジンの運転時には、このカム９の回転に伴って前記板金製ロッカーアーム１が、上記プランジャ８の先端面と上記球状凹部との当接部を中心（支点）として揺動変位し、上記弁体７を、上記第一の連結部５の押圧力とリターンスプリング１０の弾力とにより軸方向に往復移動させる。尚、図示は省略するが、特公平６−８１８９２号公報等にも、同様の構造を有する板金製ロッカーアームを備えたカムフォロアが記載されている。
金属板に塑性加工を施して成る板金製ロッカーアーム１は、塑性加工の過程でこの金属板の厚さが変化する為、各部の形状及び構造を工夫しないと、十分な耐久性を確保できない可能性がある。この点に就いて、上述した図４〜７に図８〜１０を加えて説明する。
図４〜７に示した様な板金製ロッカーアーム１を、鋼板等の金属板に絞り加工を施す事により造る場合、前記１対の側壁部４の幅方向（図６、７の上下方向）両端部のうち、前記第一、第二の連結部５、６の側（図６、７の上側）の端部が、反対側（図６、７の下側）の端部よりも、面方向に関する延伸量が多くなり、図６、７で上方向に行くほど、側壁部４の厚さが薄くなる。この為、上記両側壁部４の幅方向に関する断面形状は、図８、１０に示す様に、上記各連結部５、６から離れる程厚くなる方向に傾斜したくさび状となる。一方、上記両側壁部４の内側面同士は、互いに平行にする必要がある。この理由は、これら両側壁部４の内側面と、これら両側壁部４同士の間に配置するローラ２とが片当たりするのを防止して、このローラ２の回転が円滑に行なわれる様にする為である。
この様に、それぞれがくさび状の断面形状を有する上記両側壁部４の内側面同士を互いに平行に配置した場合には、これら両側壁部４の外側面同士は、図８、１０に示す様に互いに非平行になる。具体的には、これら両側壁部４の外側面同士の間隔が、上記両連結部５、６から離れる程（図８、１０の下に向かう程）、漸次大きくなる。この様に両側壁部４の外側面同士の間隔が漸次変化するのは、これら両側壁部４の幅方向中間部で前記枢軸３の両端部を固定する為の通孔１１を形成した部分でも同様である。例えば、本発明者が行なった実験並びに測定の結果、上記両側壁部４の厚さは、上記両連結部５、６側の端縁（図８、１０の上端縁）で凡そ１ｍｍ、反対側端縁（図８の下端縁）で凡そ３ｍｍになった。この場合に、上記各通孔１１の周縁部の厚さは、上記両連結部５、６側で２．３ｍｍ、反対側で２．９ｍｍになった。この厚さの相違は、そのまま上記両側壁部４の外側面同士の非平行度となる。
前述のように、枢軸３の両端面の外周縁部はかしめ広げられ、上記各通孔１１の開口周縁部に形成した面取り部１２に対し、固定される。しかし、上記両側壁部４の外側面同士が非平行な状態では、上記枢軸３の両端部を全周に亙って均等に面取り部１２に対しかしめ固定する事はできない。即ち、上記枢軸３の両端面はこの枢軸３の軸心に対し直角方向に存在する為、この両端面と上記面取り部１２との軸方向に関する位置関係は、円周方向に関して不同になる。十分なかしめ強度を確保する為には、上記両端面と上記面取り部１２との軸方向に関する位置関係を適正にする必要があるが、上記両側壁部４の外側面同士が非平行な限り、全周に亙って上記位置関係を適正にする事はできない。尚、上記枢軸３の軸方向両端面を、上記外側面に合わせて非平行にする事は、量産性を考えた場合には非現実的である。
この為に従来は、図８に示す様に、前記両連結部５、６とは反対側（図８の下側）で、上記各通孔１１の周縁部に形成した面取り部１２と、上記枢軸３の両端面との間で、軸方向に関する位置関係が適正になる様にしていた。そして、図９に鎖線αで示す様に、上記枢軸３の両端面の中間部乃至上記両連結部５、６とは反対側部分にかしめ治具（パンチ）を押し付け、これら中間部乃至反対側部分の周縁部を径方向外方にかしめ広げていた。従って、上記枢軸３の両端部の外周面と上記各通孔１１の内周面とは、図１０に示す様に、上記両連結部５、６側（図１０の上側）で当接する。そして、かしめ部１３が形成された側、すなわちこれら両連結部５、６と反対側（図１０の下側）では、上記枢軸３の両端部の外周面と上記各通孔１１の内周面との間に隙間１４が介在する。
図１０に示す様に、第一、第二の連結部５、６と反対側で、枢軸３の両端部の外周面と各通孔１１の内周面との間に隙間１４が介在する状態では、上記枢軸３の両端部に形成したかしめ部１３が、図７に示したカム９からローラ２（更にはラジアルニードル軸受）を介して上記枢軸３に加えられる荷重を支承する事になる。即ち、エンジンの運転時にこの枢軸３には、図１０の上方から下方に（リターンスプリング１０の弾力に見合う）荷重が加わる。この荷重の作用方向で、上記枢軸３の両端部の外周面と上記各通孔１１の内周面との間に隙間１４が介在する為、上記荷重が上記枢軸３の両端部の外周面から上記各通孔１１の内周面に直接伝わる事はなく、上記かしめ部１３が上記荷重を支承する事になる。
ところが、このかしめ部１３と面取り部１２との接触面積は狭く、しかも、このうちのかしめ部１３は、元々上記枢軸３の両端部を塑性変形させた部分である為、塑性変形し易い。この為、長期間に亙る使用に伴って上記かしめ部１３が、径方向内方に塑性変形し、このかしめ部１３と上記面取り部１２との当接圧が低下する可能性がある。この様に当接圧が低下した状態では、上記枢軸３、並びにこの枢軸３の中間部の周囲に支持された上記ローラ２が板金製ロッカーアーム１に対しがたついて、エンジンの運転時に発生する振動並びに騒音が大きくなる為、好ましくない。
本発明のカムフォロアは、この様な不都合を解消すべく発明したものである。
発明の開示
本発明のカムフォロアは、板金製ロッカーアームと、枢軸と、ローラとから成る。
板金製ロッカーアームは、鋼板等の金属板に塑性加工を施す事により造られ、１対の側壁部と、これら両側壁部同士を連結する連結部とを備える。
又、上記枢軸は、その両端面の外周縁部をこれら両側壁部の互いに整合する位置に形成した１対の通孔の内周面に向けかしめ広げる事により、上記１対の側壁部同士の間に掛け渡す状態で、固定されている。
又、上記ローラは、上記枢軸の中間部周囲に、直接又はラジアルニードル軸受等の転がり軸受、或は滑り軸受を介して、回転自在に支持されている。
又、上記板金製ロッカーアームの側壁部の厚さは、上記連結部に近い側で薄く、この連結部から遠い側で厚くなる状態に、幅方向に関して漸次変化するものである。
又、上記１対の側壁部の外側面同士の間隔は、上記連結部から離れる程大きくなる。
そして、使用状態で上記枢軸に、上記連結部の側から荷重が加わる。
特に、本発明の板金製ロッカーアームを備えたカムフォロアに於いては、上記枢軸の軸方向両端面の外周縁部は、上記通孔の周縁部のうちで上記連結部に近い側の半部にかしめ付けられている。そして、上記枢軸の両端部の外周面と上記各通孔の内周面とが、上記連結部から遠い側部分で互いに当接している。
又、好ましくは、上記枢軸の中間部でローラの内径側に位置する部分が焼き入れ硬化されるとと共に、上記枢軸の両端部でかしめ広げるべき部分は焼き入れ硬化されずに生のままとされている。
更に好ましくは、上記各通孔の両端における開口のうちで、両側壁部の外側面側の開口の周縁部に面取りが施されており、上記枢軸の軸方向両端面の外周縁部に形成されたかしめ部の外周面が、この面取り部分に当接している。
上述の様な構成を有する板金製ロッカーアームを備えたカムフォロアの場合には、荷重を支承する側、即ち、荷重支承部分に於いて、枢軸の両端部の外周面と各通孔の内周面とが広い面積で当接する。又、この荷重支承部分でこれら各通孔の内周面と当接する、上記枢軸の両端部の外周面部分は、かしめ部の様に塑性変形させた部分ではない為、大きな面圧が加わった場合でも塑性変形しにくい。この為、長期間に亙る使用によっても、板金製ロッカーアームを構成する各側壁部に対する上記枢軸の両端部の支持部にがたつきが発生しにくくなる。
発明を実施するための最良の形態
図１〜３は、本発明の実施の形態の１例を示している。尚、本発明の特徴は、くさび状の断面形状を有し、外側面同士が互いに非平行になる１対の側壁部４に対し枢軸３の両端部を支持する部分の構造にある。板金製ロッカーアームを備えたカムフォロア全体の構造及び作用に就いては、前述の米国特許第５０４８４７５号明細書、特公平６−８１８９２号公報を含め、従来から広く知られている構造と同様であるから、図示並びに説明を省略若しくは簡略にし、以下、本発明の特徴部分を中心に説明する。尚、全図を通して、同様部材には、同じ参照数字を付してある。
本実施例のカムフォロアは、従来のカムフォロアと同様に、板金製ロッカーアーム１と、ローラ２と、枢軸３からなる。
板金製ロッカーアーム１は、鋼板等の金属板に塑性加工である絞り加工を施す事により造られ、１対の側壁部４と、これら両側壁部４同士を連結する連結部（例えば図４〜７に示す様な第一、第二の連結部５、６）とを備える。上記両側壁部４の中間部で互いに整合する部分には１対の通孔１１を形成している。これら両通孔１１に、枢軸３の両端部を内嵌支持して、この枢軸３を上記両側壁部４同士の間に掛け渡している。この枢軸３の中間部の外周面には、高周波焼き入れにより焼き入れ層１５を、全周に亙って形成している。図示の例ではこの焼き入れ層１５の軸方向長さを、上記両側壁部４の内側面同士の間隔よりも少し長くしている。従って上記焼き入れ層１５の両端部は、上記両通孔１１内に入り込んでいる。この様な枢軸３の中間部の外周面は、ローラ２（図４〜７参照）を支持する為のラジアルニードル軸受の内輪軌道として機能する。但し、上記枢軸３の両端部は焼き入れする事なく生のままとして、この両端部を上記各通孔１１に対し固定する為の、かしめ部１３ａを容易に加工できる様にしている。
又、上記両側壁部４の幅方向（図１、３の上下方向）に関する断面形状はくさび状で、これら両側壁部４の厚さは、上記連結部に近い側（図１、３の上側）で薄く、この連結部から遠い側（図１、３の下側）で厚くなる状態に、幅方向に関して漸次変化している。そして、上記両側壁部４の内側面１６同士は、少なくとも幅方向に関して互いに平行にしている。これに伴って、上記両側壁部４の外側面１７同士の間隔は、上記連結部から離れる程大きくなっている。そして、使用状態で上記枢軸３に、上記連結部の側から、即ち図１、３の上から下に荷重が加わる。
特に、本発明のカムフォロアに於いては、上記枢軸３の軸方向両端面の外周縁部は、上記各通孔１１の周縁部のうちで上記連結部に近い側の半部（図１〜３の上半部）にかしめ付けられている。この為に、図２に鎖線βで示す様に、上記枢軸３の両端面の周方向一部で、中間部乃至上記連結部に近い側部分に、かしめ治具を押し付け、上記かしめ部１３ａを形成している。そして、このかしめ付けに伴って、上記枢軸３の両端部の外周面と上記各通孔１１の内周面とを、上記連結部から遠い側（図１〜３の下側）で互いに当接させている。この為に図示の例では、上記各通孔１１の両端の開口のうちで両側壁部４の外側面１７側の開口の周縁部に面取り１２を施しており、上記枢軸３の軸方向両端面の外周縁部に形成したかしめ部１３ａの外周面を、この面取り部分１２に当接させている。そして、このかしめ部１３ａの加工に伴って、上記枢軸３の両端部が上記連結部から離れる側に強く押され、この枢軸３の両端部の外周面と上記各通孔１１の内周面とが、上記連結部から遠い側（図１〜３の下側）で互いに強く当接する様にしている。
尚、図１、３から明らかな様に、本発明の場合に上記かしめ部１３ａを当接させるべき部分に於ける、上記両側壁部４の外側面１７同士の間隔は、前述の図８〜１０に示した従来構造でかしめ部１３を当接させるべき部分に於ける外側面同士の間隔よりも小さい。これに伴って、本発明のカムフォロアを構成する枢軸３の軸方向長さは、上記従来構造を構成する枢軸３の軸方向長さよりも少し短くしている。
上述の様な構成を有する板金製ロッカーアームを備えたカムフォロアの場合には、荷重を支承する側、即ち、荷重支承部分に於いて、上記枢軸３の両端部の外周面と上記各通孔１１の内周面とが広い面積で当接する。又、この荷重支承部分でこれら各通孔１１の内周面と当接する、上記枢軸３の両端部の外周面部分は、上記かしめ部１３ａの様に塑性変形させた部分ではない為、大きな面圧が加わった場合でも塑性変形しにくい。特に図示の例では、上記各通孔１１の内周面と当接する上記枢軸３の両端部の外周面のうちの一部に、前記焼き入れ層１５が存在する。この焼き入れ層１５は硬く、極く変形しにくい。この為、長期間に亙る使用によっても、板金製ロッカーアーム１を構成する上記両側壁部４に対する上記枢軸３の両端部の支持部にがたつきが発生しにくくなる。
産業上の利用の可能性
本発明は、以上に述べた通り構成され作用するので、軽量且つ低コストで造れるカムフォロアの耐久性向上を図れる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の実施の形態の１例を、枢軸の両端部をかしめる以前の状態で、各側壁部の厚さ及び枢軸の両端部の外周面と通孔の内周面との間の隙間を誇張して示す、図６のＩ−Ｉ断面に相当する図である。
図２は、枢軸の両端部をかしめる為にかしめ治具を押し付ける位置を示す、図１のＩＩ矢視図である。
図３は、枢軸の両端部をかしめた後の状態で示す、図１と同様の図である。
図４は、従来から知られている板金製ロッカーアームを備えたカムフォロアの１例を示す斜視図である。
図５は、図４の上方から見た図である。
図６は、図５のＶＩ−ＶＩ断面図である。
図７は、エンジンへの組み付け状態を示す断面図である。
図８は、従来構造を示す、図１と同様の図である。
図９は、枢軸の両端部をかしめる為にかしめ治具を押し付ける位置を示す、図８のＩＸ矢視図である。
図１０は、枢軸の両端部をかしめた後の状態で示す、図１と同様の図である。

Claims (4)

1. ロッカーアーム、枢軸、およびローラからなるカムフォロアであって、
   （１）ロッカーアームは、
   （１ａ）金属板に絞り加工を施す事により造られ、
   （１ｂ）１対の側壁部、および
   （１ｃ）前記１対の側壁部同士を連結する連結部を有し、
   （１ｄ）連結部側を上側とし、反連結部側を下側として、前記１対の側壁部の厚さは、上側で薄く、下側で厚くなる状態に、幅方向に関して漸次変化し、
   （１ｅ）前記１対の側壁部の外側面同士の間隔は、下側に行くほど大きくなり、
   （１ｆ）前記１対の側壁部の互いに整合する位置にそれぞれ通孔が形成され、
   （２）枢軸は、
   （２ａ）前記１対の通孔にはまり、前記１対の側壁部同士の間に掛け渡され、
   （２ｂ）前記枢軸の軸方向両端面の外周縁部は、前記１対の通孔の上側に対してかしめられ、
   （３）前記ローラは、前記枢軸の中間部周囲に回転自在に支持される。
2. 請求項１に記載したカムフォロアであって、ロッカーアームは、
   （１） 各通孔の両端の開口のうちで、前記１対の側壁部の外側面側の開口の周縁部に面取りが施されており、
   （２） 前記枢軸の軸方向両端面が、前記面取りの内周円の最上点の軸方向位置と、該内周円の最下点の軸方向位置との間に位置する。
3. 枢軸の中間部でローラの内径側に向かい合う部分が焼き入れ硬化されると共に、前記枢軸の両端部でかしめ広げるべき部分は焼き入れ硬化されずに生のままとされている、請求項１および２のいずれかに記載したカムフォロア。
4. 前記枢軸の軸方向両端面の外周縁部に形成されたかしめ部の外周面が前記面取り部分に当接している、請求項２に記載したカムフォロア。

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