(57)【要約】【課題】  フリクション性能を向上させたローラー式ロッカーアームを提供する。【解決手段】  本発明に係るローラー式ロッカーアーム１００は、ボディ１１０と、ローラー軸１２０と、内輪ローラー１３０と、外輪ローラー１４０とを含んで構成される。ローラー軸１２０は、ボディ１１０に締結され、内輪ローラー１３０は、ローラー軸１２０にしまりばめによって締結される。これにより、外輪ローラー１４０のみを回転可能な状態にし、ローラー軸１２０の外周面１２２と内輪ローラー１３０の内周面１３２との摺動面を廃止し、摺動面積を減少させ、かつ内輪ローラー１３０と外輪ローラー１４０の相対すべり速度を上昇させて潤滑油の引き込み効果を向上させ、流体潤滑領域で摺動させ、フリクション性能を向上させる。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カムの回転動作を吸排気バルブに伝達する機能を有するローラー式ロッカーアームであって、ローラー軸と、前記ローラー軸の外周に取付けられた内輪ローラーと、前記内輪ローラーの外周に取付けられた外輪ローラーと、前記ローラー軸を支持するボディとを含み、前記内輪ローラーが前記ローラー軸にしまりばめにより締結され、前記ローラー軸の端部がボディに固定締結される、ローラー式ロッカーアーム。
【請求項２】
前記ローラー軸の端部が前記貫通孔内にカシメによって締結される、請求項１に記載のローラー式ロッカーアーム。
【請求項３】
前記ローラー軸および前記内輪ローラーが前記ボディに固定され、前記内輪ローラーの外周面と前記外輪ローラーの内周面との間にのみ摺動面が形成される、請求項１または２に記載のローラー式ロッカーアーム。
【請求項４】
前記内輪ローラーの外周面の径は、前記ローラー軸の外周面の径よりも大きい、請求項１ないし３いずれか１つに記載のローラー式ロッカーアーム。
【請求項５】
前記外輪ローラーの軸方向長さが、前記内輪ローラーの軸方向長さよりも小さい、請求項１ないし４のいずれか１つに記載のローラー式ロッカーアーム。
【請求項６】
前記ボディには、前記貫通孔が形成された一対の側壁が形成され、前記内輪ローラーの軸方向の両端面が、ボディの一対の側壁の対向する側面に密接している、請求項１ないし５のいずれか１つに記載のローラー式ロッカーアーム。
【請求項７】
ボディと、当該ボディに取付けられるローラー軸と、前記ローラー軸の外周に取付けられた内輪ローラーと、前記内輪ローラーの外周に取付けられた外輪ローラーとを有するローラー式ロッカーアームの組立方法であって、前記ボディ内の所定の位置に前記内輪ローラーおよび前記外輪ローラーを配置し、前記内輪ローラー内に前記ローラー軸を挿入することにより前記ローラー軸を前記内輪ローラーにしまりばめにより締結し、前記ローラー軸を前記ボディにカシメにより締結することを含む、組立方法。
【請求項８】
前記内輪ローラーの内周面よりも大きな径を有する前記ローラー軸を前記内輪ローラー内に圧入することによりしまりばめを行う、請求項７に記載の組立方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のカムの運動を伝達するロッカーアーム式動弁機構に関し、特に、フリクション性能を向上させたローラー式ロッカーアームの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
４ストローク内燃機関の動弁機構において、燃費向上のためローラー式ロッカーアームが近年多く採用されている。このロッカーアームは、カムシャフトと吸排気バルブの間に設置され、カムシャフトのリフト動作を吸排気バルブに伝達する機能を有する。ローラー式は、ボディと称される本体、カムシャフトと摺動する外輪ローラー、外輪ローラーを支持するローラー軸、ローラー軸と外輪ローラーの間にコロと称する小径の実軸あるいは内輪ローラーと称する中空のローラーの合計四部品で構成される。前者のコロを用いたタイプを総ころがり式、後者の内輪ローラーを用いたタイプを総すべり式と分類される。
【０００３】
図１（Ａ）にすべりタイプのロッカーアームの概略斜視図を示し、図１（Ｂ）にころがりタイプのロッカーアームの概略斜視図を示す。但し、ここにはロッカーアームのボディが省略されている。すべりタイプのロッカーアーム１０は、ローラー軸１２と、ローラー軸１２に回転可能に取付けられた内輪ローラー１４と、内輪ローラー１４の外周上に回転可能に取付けられた外輪ローラー１６とを有する。ころがりタイプのロッカーアーム２０は、ローラー軸２２と、ローラー軸２２の外周に回転可能に取付けられた複数のニードルコロ２４と、ニードルコロ２４の外周上を回転可能に取付けられたローラー２６とを有する。
【０００４】
図２は、カムシャフトのカムと吸排気バルブのバルブステムとの間に設置されたころがりタイプのロッカーアームの一例を示す図である。ロッカーアームは、図１（Ｂ）に示すようなローラー２６を回転可能に保持したボディ３０を含み、ボディ３０の一方の端部３２がピボット部３４によって支持され、他方の端部３６が吸排気バルブのバルブステムのキャップ３８に当接される。ローラー２６はカム４０に当接され、カム４０の回転運動がボディ３０に伝達される。こうして、カム４０の回転に応じて他方の端部３６が吸排気バルブを上下動させる。すべりタイプのロッカーアームもまたこれと同様に用いられる。
【０００５】
総ころがり式は、エンジン運転時にコロが転がる状態で使用されるため、総すべり式と比較してフリクション性能は良好となる。しかし、コロはローラー軸あるいは外輪ローラーと線接触に近い摺動状態となるため、高いヘルツ面圧となる。そのため、より高負荷化する動弁系への適用が困難となっている。また、この部分への潤滑は、エンジン内部の雰囲気中に存在する飛沫給油に依存しているため、潤滑油の給油量が少ない。そのため、磨耗粉の排出が困難であり、一度磨耗が生じると排出できない磨耗粉が研磨剤の役割を果たし、更に磨耗を促進させる。磨耗が進行すると、ロッカーアームはカムのリフト動作を吸排気バルブへカムプロフィール通りに伝達することができず、ジャンプ・バウンス、サージングといった動弁機構特有の異常挙動を発生させ、最悪の場合はエンジンの破壊につながる可能性がある。
【０００６】
一方、総すべり式は、カムシャフトのリフト荷重を外輪内周面と内輪外周面、内輪内周面と軸外周面で支持するため、総ころがり式と比較して低い面圧状態となる。そのため、より高負荷化する動弁系への適用が容易である。外輪内周面と内輪外周面、内輪内周面と軸外周面の各摺動面にはクリアランスが存在する。この部分への潤滑は、総ころがり式と同様にエンジン内部の雰囲気中に存在する飛沫給油に依存しているため、潤滑油の供給量が少ない。そのため、これら二つの摺動面には、流体潤滑状態で摺動するための十分な厚さを有した油膜を形成することができず、境界潤滑領域で相対すべり運動する摺動状態になり、総ころがり式と比較してフリクション性能は劣る。
【０００７】
このような従来のロッカーアームにおいて、潤滑油を効率的に供給したり（特許文献１、２）、内輪周面に潤滑性皮膜を加工したり（特許文献３）することにより、損傷を防止する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−２３８１７号公報
【特許文献２】特開２００７−２６３０２３号公報
【特許文献３】特開２０００−３４９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
総ころがり式は、エンジン運転時にコロが転がる状態で使用される。そのため、総すべり式と比較してフリクション性能は良好であるが、コロは、ローラー軸あるいは外輪ローラーと線接触に近い摺動状態となるため、高いヘルツ面圧となる。
【００１０】
一方、総すべり式は、カムシャフトのリフト荷重を外輪内周と内輪外周、内輪内周と軸外周の各面で支持するため、総ころがり式と比較して低い面圧状態となっている。しかし、これら二つの面の摺動状態は、潤滑をエンジン内部の雰囲気中に存在する飛沫給油に依存し、境界潤滑領域で相対すべり運動するため、フリクション性能は低い。また、外輪ローラーはカムと常に接触しているため、リフト動作によって回転角度ごとの周速度、荷重、すべり率に応じた回転変動を受けるものの、回転している状態にある。これに対し、内輪ローラーは、ローラー軸と外輪ローラーとクリアランスを有して配置してあるため、周速度、荷重、すべり率の他に、クリアランス、面粗度、潤滑油の供給量にも影響を受け、外輪ローラーのように常に回転している状態ではなく、これらの条件に応じた運動状態にある。ローラー軸と同様に回転せず外輪ローラーのみ回転している状態、外輪ローラーと一体となって回転している状態、回転はしているがその回転数は外輪ローラー以下であり、すべりながら回転している状態、の３つの運動状態が複雑に入り交ざった運動状態にあり、構造上外部からの制御は不可能なため、潤滑油の引き込みが一様でないこともフリクション悪化の一因となっている。
【００１１】
そのため、本発明は、総すべり式のフリクション性能を向上させるために、摺動面積を減少させ、かつ飛沫給油による少量の潤滑油を有効に利用するために内輪ローラーと外輪ローラーの相対すべり速度を上昇させて潤滑油の引き込み効果を向上させ、流体潤滑領域で摺動させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、４ストローク内燃機関のロッカーアーム式動弁機構において、構成する部品の一つであるロッカーアームが、ボディと、ローラー軸と、ローラー軸に支持された内輪と外輪の二つのローラーの合計四部品を有して構成され、総すべりしながら摺動するロッカーアームにおいて、ボディとローラー軸は固定締結され、ローラー軸と内輪ローラーはしまりばめによる嵌合状態として内輪ローラーの回転を防止し、外輪ローラーのみを回転可能な状態とすることで軸外周面と内輪内周面の摺動面を廃止して摺動面積を減少させ、かつ内輪ローラーと外輪ローラーの相対すべり速度を上昇させて潤滑油の引き込み効果を向上させ、流体潤滑領域で摺動させることでフリクション性能を向上させたロッカーアームを提供する。
【００１３】
本発明に係るローラー式ロッカーアームは、カムの回転動作を吸排気バルブに伝達する機能を有するものであって、ローラー軸と、前記ローラー軸の外周に取付けられた内輪ローラーと、前記内輪ローラーの外周に取付けられた外輪ローラーと、前記ローラー軸を支持するボディとを含み、前記内輪ローラーが前記ローラー軸にしまりばめにより締結され、前記ローラー軸の端部がボディに固定締結される。
【００１４】
好ましくは、前記ローラー軸の端部の直径は、前記ボディに形成された前記ローラー軸を挿入するための貫通孔の直径よりも大きく、前記ローラー軸の端部が前記貫通孔内にカシメによって締結される。好ましくは前記内輪ローラーの外周面の径は、前記ローラー軸の外周面の径よりも大きい。好ましくは、前記外輪ローラーの軸方向長さが、前記内輪ローラーの軸方向長さよりも小さい。好ましくは、前記ボディには、前記貫通孔が形成された一対の側壁が形成され、前記内輪ローラーの軸方向の両端面が、ボディの一対の側壁の対向する側面に密接している。
【００１５】
本発明に係るローラー式ロッカーアームの組立方法は、ボディ内の所定の位置に内輪ローラーおよび外輪ローラーを配置し、内輪ローラー内にローラー軸を挿入することによりローラー軸を内輪ローラーにしまりばめにより締結し、ローラー軸をボディにカシメにより締結することを含む。好ましくは前記内輪ローラーの内周面よりも大きな径を有する前記ローラー軸を前記内輪ローラー内に圧入することによりしまりばめを行う。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ローラー軸をボディに固定させ、かつ外輪ローラーのみを回転可能な状態にすることで、ローラー軸と内輪ローラーの内周面との摺動面を廃止して摺動面積を減少させ、かつ内輪ローラーと外輪ローラーとの相対すべり速度を上昇させて潤滑油の引き込み効果を向上させ、流体潤滑領域で摺動させることでフリクション性能の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１（Ａ）は、従来のローラー式ロッカーアーム（すべりタイプ）を示した概要斜視図、図１（Ｂ）は、従来のローラー式ロッカーアーム（ころがりタイプ）を示した概略斜視図である。
【図２】ロッカーアームがカムによって動作される一例を示す模式図である。
【図３】本発明の実施例に係るローラー式ロッカーアームの模式的な外観斜視図である。
【図４】本発明の実施例に係るローラー式ロッカーアームのボディの一部を除去したときの模式図である。
【図５】本発明の実施例に係るロッカーアームの各部構成部品を示した図であり、図５（Ａ）は、ローラー軸の斜視図、図５（Ｂ）は内輪ローラーの斜視図、図５（Ｃ）は外輪ローラーの斜視図である。
【図６】本発明の実施例に係るローラー式ロッカーアームの軸方向の概略断面図である。
【図７】本発明の実施例に係るローラー式ロッカーアームの組立フローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１８】
次に、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、図面は、分かり易くするために各部を強調して示してあり、実際のスケールとは異なることに留意すべきである。
【００１９】
図３は、本発明の実施例に係るロッカーアームの全体を示した斜視図、図４は、図３に示すロッカーアームのボディの一部を除去した図、図５は、各部品の斜視図である。本発明の実施例に係るロッカーアームは、４ストローク内燃機関のロッカーアーム式動弁機構を構成する部品の一つであり、総すべりしながら摺動するロッカーアームのフリクション性能を向上させるための構造を有する。
【００２０】
本実施例に係るロッカーアーム１００は、図３および図４に示すように、ボディ１１０と、ボディ１１０内に固定されるローラー軸１２０と、ローラー軸１２０の外周上にしまりばめによりローラー軸に固定された内輪ローラー１３０と、内輪ローラー１３０の外周上に回転可能に取付けられた外輪ローラー１４０とを含んで構成される。
【００２１】
ボディ１１０は、ローラー軸１２０、内輪ローラー１３０および外輪ローラー１４０を支持する金属部材であり、一方の端部１１２にはピボット部３４（図２を参照）を支持するための開口１１２Ａが形成され、他方の端部１１４が吸排気バルブのバルブステムのキャップ３８に当接される。ボディ１１０の一方の端部１１２と他方の端部１１４との間には、離間された一対の側壁１１６Ａ、１１６Ｂが形成され、一対の側壁１１６Ａ、１１６Ｂには、円形状の貫通孔１１８がそれぞれ形成される。一対の側壁１１６Ａ、１１６Ｂの貫通孔１１８内には、ローラー軸１２０が取付けられる。
【００２２】
ローラー軸１２０は、図５（Ａ）に示すように、一様な直径Ｄ１を有する円筒状の金属部材であり、上記したように一対の側壁１１６Ａ、１１６Ｂの各貫通孔１１８内に挿入され、ローラー軸１２０の両端部が貫通孔１１８内に固定締結される。好ましくは、ローラー軸１２０の直径Ｄ１は、貫通孔１１８の直径Ｄ０とほぼ等しいかそれよりも幾分大きく形成され、ローラー軸１２０が貫通孔１１８内にカシメにより嵌合される。これにより、ローラー軸１２０がボディ１１０に固定され、ローラー軸１２０の回転が防止される。
【００２３】
内輪ローラー１３０は、一対の側壁１１６Ａ、１１６Ｂ間で、ローラー軸１２０の外周を覆うように取付けられる環状の金属部材である。内輪ローラー１３０は、図５（Ｂ）に示すように、内径Ｄ２の内周面１３２と外径Ｄ３の外周面１３４とを有する。内径Ｄ２は、ローラー軸１２０の直径Ｄ１よりも幾分小さく、つまりＤ１＞Ｄ２となるように形成され、内輪ローラー１３０がローラー軸１２０にしまりばめによる嵌合状態で締結される。
【００２４】
外輪ローラー１４０は、一対の側壁１１６Ａ、１１６Ｂ間で、内輪ローラー１３０の外周を覆うように取付けられる環状の金属部材である。外輪ローラー１４０は、図５（Ｃ）に示すように、内径Ｄ４の内周面１４２と外周面１４４とを有する。外輪ローラー１４０の内径Ｄ４は、内輪ローラー１３０の外径Ｄ３よりも幾分大きく、つまりＤ４＞Ｄ３となるように、一定のクリアランスＳ１（図６参照）を持つように形成される。その結果、外輪ローラー１４０の内周面１４２は、内輪ローラー１３０の外周面１３４上を摺動することができる。
【００２５】
図６に、本実施例のローラー式ロッカーアームの軸方向の断面構造を示す。上記したように、内輪ローラー１３０は、その回転が防止されるようにローラー軸１２０としまりばめによる嵌合状態で締結される。それ故、内輪ローラー１３０の内径寸法Ｄ２がローラー軸１２０の外径寸法Ｄ１よりも縮小される。図６において、内輪ローラー１３０の内周面１３２とローラー軸１２０の外周面１２２との接触する領域Ｐ１においてしまりばめによる締結が成される。内輪ローラー１３０の内径寸法のみ異なるだけであり、大幅なコスト増加は生じない。この時、締め代（Ｄ１−Ｄ２）が小さい場合、締結力が不足してフレッティング磨耗が生じたり、あるいは使用中に回転可能な状態になるおそれが生じる。反対に締め代が大きすぎる場合、挿通時に過大な荷重が必要で挿通不可能であったり、あるいは内輪ローラー１３０が破損するおそれが生じる。そのため、５μｍ以上かつ１０μｍ以下の締め代、あるいは５００Ｎ以上かつ１０００Ｎ以下の荷重で挿通できることが望ましい。内輪ローラーへの挿通方向の長さは、従来と同じであっても性能への影響はないが、組立時の作業性を考慮すると、ボディ１１０の側壁１１６Ａ、１１６Ｂ間の幅と同じ寸法であればクリアランスがなくなり望ましい。
【００２６】
また、ボディ１１０の側壁１１６Ａ、１１６Ｂの対向する側面１１６Ｃをローラー軸１２０の軸方向とほぼ垂直の平坦な面から構成し、内輪ローラー１３０の軸方向長さをボディ１１０の側壁１１６Ａ、１１６Ｂの側面１１６Ｃ間の幅と同じ寸法とし、内輪ローラー１３０の軸方向の平坦な両端面１３６をボディ１１０の両側面１１６Ｃに密接させることで、ロッカーアームの剛性を向上させることがより望ましい。
【００２７】
また、ローラー軸１２０は、カシメによってボディ１１０と締結され、それ故、回転しない構造となる。図６において、内輪ローラー１３０から突出するローラー軸１２０の両端の外周面１２２とボディ１１０の側壁１１６Ａ、１１６Ｂの貫通孔１１８の内周面との接触する領域Ｐ２においてカシメによる締結が成される。この時、カシメではなく、しまりばめによる嵌合状態でローラー軸１２０とボディ１１０を締結するならば、ボディ１１０の側壁１１６Ａ、１１６Ｂの肉厚が薄いために軸挿通方向の接触幅が小さく十分な締結強度が確保できないことと、ローラー軸の外周面に傷を生じさせながら挿通されるため、この傷が原因で磨耗等の不具合が生じ、所定の性能が得られなくなる可能性が生じる、という不利益がある。また、ローラー軸１２０の挿通方向の圧入距離は、ローラー軸の挿通方向の中心と内輪ローラーの幅方向の中心が一致していることが望ましい。つまり、初めに内輪ローラー１３０とローラー軸１２０をしまりばめし、次いでローラー軸１２０とボディ１１０とをカシメ、これら三点の部品を締結し、締結後、外輪ローラー１４０のみが自由に運動できる状態となる。
【００２８】
このように、従来のローラー式ロッカーアームで存在していたローラー軸１２０の外周面１２２と内輪ローラー１３０の内周面１３２の摺動面が廃止され、摺動面積が減少する。また、従来と異なり、内輪ローラー１３０の回転を防止することができ、内輪ローラー１３０の外周面１３４と外輪ローラー１４０の内周面１４２との相対するすべり速度を向上させることが可能となり、潤滑油の引き込み効果が向上する。
【００２９】
一方、内輪ローラー１３０と外輪ローラー１４０を一部品とした場合にも摺動面積を減少させることが可能であるが、この構造ではローラー軸１２０の外周面１２２と外輪ローラー１４０の内周面１４２間で摺動することになる。この場合、内輪ローラー１３０の肉厚の分だけ相対するすべり速度が低下してしまい、大きな潤滑油の引き込み効果を期待することできなくなる。あるいは、ローラー軸１２０の径Ｄ１を大きくし、内輪ローラー１３０の外周面１３４と同径にしても摺動面積が減少するが、この構造では、ボディ締結部分の半径方向の厚さが減じるため、締結力が確保されず、締結できなくなってしまう。
【００３０】
また、外輪ローラー１４０の軸方向長さが、内輪ローラー１３０の軸方向長さよりも小さく形成されることが望ましい。外輪ローラー１４０の軸方向長さを内輪ローラー１３０の軸方向長さよりも小さくすることで、内外のローラー端部の摺動境界位置に潤滑油を容易に到達させ、内輪ローラー１３０の外周面１３４と外輪ローラー１４０の内周面１４２との相対する摺動速度による潤滑油の引き込み効果が更に向上する。
更に、外輪ローラー１４０の内周面１４２、内輪ローラー１３０の外周面１３４の一方又は両方にディンプル、油溝等を形成し、潤滑油の引き込み効果と保持機能を組み合わせることもできる。
【００３１】
次に、本実施例のローラー式ロッカーアームの組立方法を図７のフローを参照して説明する。組立方法は、初めにボディ１１０内の所定の位置に内輪ローラー１３０と外輪ローラー１４０を仮置きする（Ｓ２００）。次に、内輪ローラー１３０の内周面１３２を案内としてローラー軸１２０を挿通し、内輪ローラー１３０とローラー軸１２０とをしまりばめにより固定する（Ｓ２１０）。この時、各部品の表裏の方向の判別は不要である。好ましくは、内輪ローラー１３０の内径Ｄ２はローラー軸１２０の直径Ｄ１よりも、５μｍ以上１０μｍ以下の範囲で小さく形成され（５μｍ≦Ｄ１−Ｄ２≦１０μｍ）、５００Ｎ以上かつ１０００Ｎ以下の荷重で挿通される。挿通は、油圧プレスを用いた圧入が一般的かつ容易である。
【００３２】
ローラー軸１２０の圧入後、内輪ローラー１３０から突出するローラー軸１２０の両端部の表裏二箇所をカシメし、ローラー軸１２０とボディ１１０を締結する（Ｓ２２０）。例えば、ボディ１１０の側壁１１６Ａ、１１６Ｂの貫通孔１１８を塑性変形させてもよい。このように、最初に内輪ローラー１３０とローラー軸１２０をしまりばめにより固定し、次に、ローラー軸１２０とボディ１１０とをカシメにより固定することで、これら三点の部品が締結される。締結後は、外輪ローラー１４０のみが回転可能な状態となる。
【００３３】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１００：ロッカーアーム
１１０：ボディ
１１６Ａ、１１６Ｂ：側壁
１１８：貫通孔
１２０：ローラー軸
１２２：外周面
１３０：内輪ローラー
１３２：内周面
１３４：外周面
１４０：外輪ローラー
１４２：内周面
１４４：外周面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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