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JP4453624B2 - カムフォロア - Google Patents

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Description

本発明は、エンジンの動弁機構を構成するカムフォロアに関する。
エンジンのクランクシャフトと共に回転するカムシャフトに固定のカムの動きを、バルブに伝達するための動弁機構にカムフォロアを組み込み、この動弁機構の運転時における摩擦を滑り摩擦から転がり摩擦に変えることで、当該部分の摩擦損失を低く抑えることが、近年広く行なわれるようになっている。
ところで、カム部分は、エンジン部品の中でも潤滑的に厳しく、その接触面は境界潤滑領域と言われている。このような条件下で使用されるローラ付カムフォロアにおいて、カムに対してローラは、基本的には転がり接触であるが、カム形状からくるローラの回転速度変化やローラに作用する荷重の急激な変動等、純転がり運動は不可能で、滑りを伴う転がり接触をしており、潤滑条件(油量、油温、異物)および相手カムの面粗さなどの関係上、ローラの外径転動面にピーリング現象が発生し、短寿命であるという問題がある。
そこで、使用時においてカムと転がり接触もしくは滑り接触するカムフォロアのローラの外径面の耐久性を向上させるために、従来から表面性状の改良に関する各種発明が知られている(例えば、特許文献1,2参照)。
特許文献1には、ローラの外径面に油溜りとなる微小な凹形状のくぼみを多数設けることで、ピーリング防止を図る構成が開示されている。
また、特許文献2には、ローラの外径面における硬度を上げることで耐久性を向上させ、ピーリング防止を図る構成が開示されている。
特許第2594339号公報 特許第3125434号公報
しかし、特許文献1,2の構成の場合、ローラのピーリングを防ぐことができても、カムがローラに対して比較的弱い材質で形成されていると、逆にカム表面を磨耗させてしまうという問題があった。
すなわち、特許文献1の構成の場合、ローラの外径面を粗面とする際、遠心バレル等の加工力の高い機械で凹凸を形成するため、当該凹凸が非常に大きくなってしまう。そのため、カムと転がり接触もしくは滑り接触する際に、ローラの外径面の凹凸にてカム表面が磨耗してしまう。また、バレル加工時に、ローラの外径面のみならず内径面にも凹凸が形成されることから、ローラの内径面が当接する部材、例えば軸受のころが摩耗するという問題もあった。
また、特許文献2の構成の場合、ローラの外径面における大幅な高硬度化により、カム表面との硬度差が増大し、その結果カム表面を磨耗させてしまうという問題があった。
さらに、特許文献1の構成に対し、外径面をSF(Super Finishing)加工し、表面の凹凸を小さくし、粗さ性を向上させる構成もあるが、ローラの軸方向端面はSF加工を施しておらず、凹凸面となっている。このため、ローラの軸方向端面が当接するカムフォロアのホルダの内壁が摩耗してしまうという問題もあった。
したがって、本発明は、ローラが当接するカム表面やカムフォロアの各部における摩耗を防ぐことを解決すべき課題とする。
本発明のカムフォロアは、カムが転接するローラの外径面における相対負荷長さ率Rmr(C)(C:切断レベル%)を、0%<Rmr(10%)≦10%、粗さ曲線のクルトシスRkuを、4≦Rku≦10、算術平均粗さRaを、0<Ra≦0.15、表層部の圧縮応力Sを、800Mpa≦S≦1100Mpaとしたことを特徴とする。
前記ローラの軸方向端面における算術平均粗さRaを、0<Ra≦0.8とする。
前記ローラの表面加工を、流動バレルにて行う。
本発明のカムフォロアによると、ローラの外径面における相対負荷長さ率Rmr(C)(C:切断レベル%)を、0%<Rmr(10%)≦10%としたことで、粗さの突起を少なくし、平坦部の割合を上げることができ、ローラの外径面が当接するカム表面における摩耗を防ぐことができる。
また、ローラの外径面における粗さ曲線のクルトシスRkuを、4≦Rku≦10としたことで、荷重を負荷できる部分を多く確保でき、ローラの外径面における摩耗を防ぐことができる。
また、ローラの外径面における算術平均粗さRaを、0<Ra≦0.15としたことで、油膜を確保しやすく、表層剥離を防ぐことができる。
また、表層部の圧縮応力Sを、800Mpa≦S≦1100Mpaとしたことで、軸受の疲労強度を高めることができる。
さらに、ローラの軸方向端面における算術平均粗さRaを、0<Ra≦0.8としたことで、ローラの軸方向端面が当接するカムフォロアの各部における摩耗を防ぐことができ、かつ油膜を確保しやすく、表層剥離を防ぐことができる。
本発明によれば、遠心バレルやショットピーニング等の表面を大きく変形させる加工を施さず、ローラ表面の凹凸によるカム表面やロッカアームの各部における摩耗を防ぐことができる。
本発明の最良の実施形態を図1ないし図2に基づいて説明する。
図1はロッカアームの側面図、図2はロッカアームの断面図である。
本発明の実施の形態に係るカムフォロアとしてのロッカアーム1は、車両のエンジンにおけるOHC動弁機構の所定の場所に配置される。2はエンジン動弁機構の所定の場所に配置されるカムを示し、ロッカアーム1は、カム2が当接して転動するローラ3と、このローラ3を介して対向する一対の対向壁4,5とを備えている。この対向壁4,5と、これら対向壁4,5どうしを長手方向両側で連設する連接壁6,7とでホルダ8が形成されている。一方の連接壁6は、ラッシュアジャスタ9の上端部が当接するピボット受け部として用いられ、他方の連接壁7は、バルブステム10の上端部が嵌入するバルブステム受部として用いられる。
両対向壁4,5には、それぞれ長手方向中間部位に、支持孔11,12が同心に形成されている。両対向壁4,5間にローラ3が配置され、このローラ3には、その径方向中心部位でかつ軸方向に貫通する側面視円形の軸挿通孔13が形成されている。支持孔11,12に、両端部14aが非回転に支持されるように、中実断面の軸体14が渡されている。軸体14は、両支持孔11,12に挿通して渡された状態で各端部14aが径方向に拡大するようかしめられ、これにより、支持孔11,12の周壁に対して圧接されて対向壁4,5に非回転に支持されている。
ローラ3の内径面を外輪軌道面3aとし、軸体14の外径面を内輪軌道面14bとして、複数個のころ15が軸体14回りに転動自在に設けられ、ローラ3の外径面3bにカム2が転接されることで、ローラ3が軸心回りに回転する。すなわち、軸受部分は、保持器を有しない総ころタイプである。
上記ロッカアーム1では、クランク軸の回転に連動するカム2の回転によって、カム2が当接しているローラ3が軸体14回りに回転するとともに、ホルダ8がピボット受け部を中心に揺動されて、不図示のシリンダヘッドに設けられているバルブを開閉動作する。
次に、ローラ3の製造方法について説明する。まず、円柱状の引抜き材を基材とし、その中心に複数回の鍛造加工を実施して中心穴を形成する。次いで、中心穴を形成した基材の両端面を金型を用いて面押し加工してローラ本体を形成する。
その後、ローラ本体に対し、流動バレル加工を施す。流動バレルは、研磨槽内の円盤を回転することで、槽内に装入されたマスが遠心力を得て外壁側に流動し、回転数に応じた高さまで外壁を上昇する。マスは槽上部で遠心力を失い、上部から底部に戻る。この運動の繰り返しによって、螺旋状(トロイダル)の滑り流動層を生じ、この流動層中にワークを投入することで、メディアとワークが互いに摺り合って、ワークが研磨されるものである。
このように、遠心バレルやショットピーニング等の表面を大きく変形させる加工を施さず、加工力の弱い流動バレル加工を施すので、ローラ表面の凹凸が小さくなり、ローラ表面3a,3cが当接するカム表面2aやロッカアーム1のホルダ8等における摩耗を防ぐことができる。また、従来の加工法のように、表面改質加工後にSF加工を行わないので、最表面の改質層を除去することがなく、最表面の圧縮応力を高く形成することができる。
具体的には、カム2が転接するローラ3の外径面3bにおいて、JIS B 0601に規定される相対負荷長さ率Rmr(C)(C:切断レベル%)が、0%<Rmr(10%)≦10%を満たすようにする。
ローラ3の外径面3bにおいて、JIS B 0601に規定される粗さ曲線のクルトシスRkuが、4≦Rku≦10を満たすようにする。
ローラ3の外径面3bにおいて、JIS B 0601に規定される算術平均粗さRaが、0<Ra≦0.15を満たすようにする。
ローラ3の表層部の圧縮応力Sが、800Mpa≦S≦1100Mpaを満たすようにする。
また、ローラ3の軸方向端面3cにおいて、JIS B 0601に規定される算術平均粗さRaが、0<Ra≦0.8を満たすようにする。
なお、ローラ3の外径面3bにおける算術平均粗さ0<Ra≦0.15と、ローラ3の軸方向端面3cにおける算術平均粗さ0<Ra≦0.8に違いは、一般的に外径面3bと軸方向端面3cにおいて加工法が異なり、それに基づいて両者の粗さの差を形成できる。
なお、流動バレル加工においては、ローラ本体の中心穴の内径より大きなメディアと鋼球を混在して行う。このように、中心穴の内径より大きなメディアと鋼球を使用することで、中心穴の内径面は加工されない。これにより、ローラ3の内径面3aは過度に荒らされることがなく、ころ15の摩耗を防ぐことができ、圧縮応力においては、メディアが当たる外径面3bは内径面3aよりもマイナスとなる。また、加工硬化に伴う硬度は、内径面3aに対して外径面3bの方が高くなり、十分な耐久性が得られる。
このように構成されたカムフォロアによると、ローラ3の外径面3bにおける相対負荷長さ率Rmr(C)(C:切断レベル%)を、0%<Rmr(10%)≦10%としたことで、粗さの突起を少なくし、平坦部の割合を上げることができ、ローラ3の外径面3bが当接するカム表面2aにおける摩耗を防ぐことができる。
また、ローラ3の外径面3bにおける粗さ曲線のクルトシスRkuを、4≦Rku≦10としたことで、荷重を負荷できる部分を多く確保でき、ローラ3の外径面3bにおける摩耗を防ぐことができる。
また、ローラ3の外径面3bにおける算術平均粗さRaを、0<Ra≦0.15としたことで、油膜を確保しやすく、表層剥離を防ぐことができる。
また、表層部の圧縮応力Sを、800Mpa≦S≦1100Mpaとしたことで、軸受の疲労強度を高めることができる。
さらに、ローラ3の軸方向端面3cにおける算術平均粗さRaを、0<Ra≦0.8としたことで、ローラ3の軸方向端面3cが当接するホルダ8の対向壁4,5の内面における摩耗を防ぐことができ、かつ油膜を確保しやすく、表層剥離を防ぐことができる。
なお、カムフォロアは、OHC動弁機構のロッカアームに限らず、OHV動弁機構においてカムで上下動するプッシュロッドの上端にて連動するロッカアームであってもよい。
本発明は、自動車のエンジンの動弁機構を構成するカムフォロアとして有用である。
本発明の実施の形態におけるロッカアームの側面図 本発明の実施の形態におけるロッカアームの断面図
符号の説明
1 ロッカアーム(カムフォロア)
2 カム
2a カム表面
3 ローラ
3a 内径面
3b 外径面
3c 軸方向端面
8 ホルダ
14 軸体
15 ころ

Claims (3)

  1. カムが転接するローラの外径面における
    相対負荷長さ率Rmr(C)(C:切断レベル%)を、0%<Rmr(10%)≦10%
    粗さ曲線のクルトシスRkuを、4≦Rku≦10
    算術平均粗さRaを、0<Ra≦0.15
    表層部の圧縮応力Sを、800Mpa≦S≦1100Mpa
    としたことを特徴とするカムフォロア。
  2. 前記ローラの軸方向端面における算術平均粗さRaを、0<Ra≦0.8としたことを特徴とする請求項1に記載のカムフォロア。
  3. 前記ローラの表面加工を、流動バレルにて行ったことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のカムフォロア。
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