(57)【要約】【課題】ローラが滑らかに回転可能であって、耐摩耗性に優れたタペットローラ軸受構造を提供する。【解決手段】タペットローラ軸受構造は、支持軸６と、支持軸６に嵌合する円筒形状のローラを有するタペットローラ軸受１１とを備える。そして、支持軸６の外周面とローラの内周面１３との間のラジアル隙間δは、δ≧２５μｍを満たす。【選択図】図１
2008008182.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸と、
前記軸に嵌合する円筒形状の内径側ローラを有するタペットローラ軸受とを備え、
前記軸の外周面と前記内径側ローラの内周面との間のラジアル隙間は、２５μｍ以上である、タペットローラ軸受構造。
【請求項２】
前記タペットローラ軸受は、前記内径側ローラに嵌合する外径側ローラをさらに有し、
前記内径側ローラの外周面と前記外径側ローラの内周面との間のラジアル隙間は、２５μｍ以上である、請求項１に記載のタペットローラ軸受構造。
【請求項３】
内方部材の外周面の直径をφａ、前記内方部材に勘合する外方部材の内周面の直径をφｂ、前記内方部材と前記外方部材との接触長さをｌ、前記タペットローラ軸受に負荷される荷重をｆとすると、
【数１】
2008008182.tif 000010
によって求められる接触面圧Ｐについて、
前記内方部材としての前記軸と、前記外方部材としての前記内径側ローラとの間の接触面圧をＰ１、
前記内方部材としての前記内径側ローラと、前記外方部材としての前記外径側ローラとの間の接触面圧をＰ２とすると、
０．８５≦Ｐ１／Ｐ２≦１．１５
を満たす、請求項２に記載のタペットローラ軸受構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、タペットローラ軸受構造、特に内燃機関の可動弁機構に使用されるタペットローラ軸受構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の可動弁機構には、ロッカーアームとカムとの当接部分のフリクションロスの低減を目的として、例えば、特開２００４−２５７２８７号公報（特許文献１）に記載されているタペットローラ軸受１０１が使用されている。
【０００３】
図５を参照して、特開２００４−２５７２８７号公報（特許文献１）に記載されているタペットローラ軸受１０１は、ロッカーアーム１０４の一端に配置される支持壁１０４ａ，１０４ｂに固定される支持軸１０５の周囲に回転自在に支持された内径側ローラ１０２と、この内径側ローラ１０２の周囲に内径側ローラ１０２に対して回転自在に支持され、使用時にその外周面をカム１０６の外周面に当接させる外径側ローラ１０３とを備える。
【０００４】
そして、支持軸１０５と内径側ローラ１０２の内周面との間の径方向の隙間（以下、「ラジアル隙間」という）、および内径側ローラ１０２の外周面と外径側ローラ１０３の内周面との間のラジアル隙間のうちの少なくとも一方の隙間量を５μｍ以上２０μｍ未満の範囲に規制する。これにより、支持軸１０５と内径側ローラ１０２との間、および内径側ローラ１０２と外径側ローラ１０３との間に十分な強度を有する油膜を全周にわたって形成できると共に、これらの隙間にエンジンオイル中の不溶解成分が侵入するのを防止することができると記載されている。
【特許文献１】特開２００４−２５７２８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし現実には、上記の隙間量では支持軸１０５と内径側ローラ１０２との間、および内径側ローラ１０２と外径側ローラ１０３との間に十分な量の潤滑油を供給するのが困難である。また、従来のタペットローラ軸受１０１において、支持壁１０４ａ，１０４ｂとタペットローラ軸受１０１の軸方向端面との間の隙間は、一般に０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ未満程度と小さいので、さらに十分な量の潤滑油の供給が難しい。
【０００６】
さらに、エンジンオイル中の不溶解成分の大きさは、３０ｎｍ程度と非常に小さいので、支持軸１０５と内径側ローラ１０２との間、および内径側ローラ１０２とが径側ローラ１０３との間の径方向隙間量を上記の範囲とした場合でも、不溶解成分の侵入を防止することはできない。
【０００７】
そこで、この発明の目的は、ローラが滑らかに回転可能であって、耐摩耗性に優れたタペットローラ軸受構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係るタペットローラ軸受構造は、軸と、軸に嵌合する円筒形状の内径側ローラを有するタペットローラ軸受とを備える。そして、軸の外周面と内径側ローラの内周面との間のラジアル隙間は、２５μｍ以上である。
【０００９】
好ましくは、タペットローラ軸受は、内径側ローラに嵌合する外径側ローラをさらに有する。そして、内径側ローラの外周面と外径側ローラの内周面との間のラジアル隙間は、２５μｍ以上である。
【００１０】
軸の外周面と内径側ローラの内周面との間、および内径側ローラの外周面と外径側ローラの内周面との間のラジアル隙間をそれぞれ２５μｍ以上に設定することにより、タペットローラ軸受に必要な潤滑油の供給が可能となる。これにより、耐摩耗性に優れたタペットローラ軸受を得ることができる。
【００１１】
さらに好ましくは、内方部材の外周面の直径をφａ、内方部材に嵌合する外方部材の内周面の直径をφｂ、内方部材と外方部材との接触長さをｌ、タペットローラ軸受に負荷される荷重をｆとすると、数式１によって求められる接触面圧Ｐについて、内方部材としての軸と、外方部材としての内径側ローラとの間の接触面圧をＰ１、内方部材としての内径側ローラと、外方部材としての外径側ローラとの間の接触面圧をＰ２とすると、０．８５≦Ｐ１／Ｐ２≦１．１５を満たす。
【００１２】
【数１】
2008008182.tif 000003
【００１３】
上記構成のように、軸と内径側ローラとの間の接触面圧Ｐ１と、内径側ローラと外径側ローラとの間の接触面圧Ｐ２とのバランスをとることによって、内径側ローラおよび外径側ローラがそれぞれ滑らかに回転することができる。
【００１４】
なお、上記のＰ１，Ｐ２の関係式は、Ｐ２を基準としたときのＰ１の範囲を規定したものであるが、上記の関係式を変形してＰ１を基準とすると、０．８５≦Ｐ２／Ｐ１≦１．１５となる。すなわち、Ｐ１，Ｐ２のうちのいずれか一方を基準とすると、他方は基準値の±１５％の範囲内となる。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、ラジアル隙間を大きくすることにより潤滑性が向上すると共に、接触面圧のバランスとることによって内径側ローラと外径側ローラとが滑らかに回転可能なタペットローラ軸受構造を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１および図２を参照して、この発明の一実施形態に係るタペットローラ軸受構造を説明する。なお、図１はタペットローラ軸受構造の断面図、図２はタペットローラ軸受１１を組み込んだ可動弁機構１を示す図である。
【００１７】
まず、図２を参照して、自動車の内燃機関等の可動弁機構１は、軸５に揺動可能に支持されたロッカーアーム２と、ロッカーアーム２の一端に連結され、エンジン内部の吸排気を行う弁３と、ロッカーアーム２の他端の左右一対の支持壁２ａ，２ｂの間に配置される支持軸６と、支持軸６に嵌合するタペットローラ軸受１１と、カムシャフト（図示省略）に固定され偏心部４ａを有するカム４とを備える。
【００１８】
次に、図１を参照して、上記構成の可動弁機構１に採用されるタペットローラ軸受構造は、支持壁２ａ，２ｂに固定された支持軸６と、カム４に当接する外周面１２および支持軸６に嵌合する内周面１３を有する円筒形状のタペットローラ軸受１１とを有する。そして、支持軸６とタペットローラ１１の内周面とのラジアル隙間δをδ≧２５μｍの範囲内に設定する。なお、本明細書中の「ラジアル隙間」は、タペットローラ軸受１１を一方側に偏在（図１においては下方向）させた状態での最大隙間量を指すものとする。
【００１９】
上記構成の可動弁機構１は、内燃機関のクランクシャフト（図示省略）の回転がタイミングベルト（図示省略）を経由してカムシャフト（図示省略）に伝達され、カム４を回転させる。そして、カム４の偏心部４ａがタペットローラ軸受１１に当接したときに、ロッカーアーム２が軸５を中心として揺動して弁３を押し下げる。これにより、内燃機関内の給排気を行うことができる。このとき、タペットローラ軸受１１はカム４の回転に伴って回転するので、タペットローラ軸受１１とカム４との当接部分のフリクションロスを低減することが可能となる。
【００２０】
また、支持軸６とタペットローラ軸受１１の内周面との間のラジアル隙間δを上記範囲内とすることにより、両者の隙間への潤滑油の流入量が増加する。これにより、支持壁２ａ，２ｂと、支持壁２ａ，２ｂそれぞれに対面するタペットローラ軸受１１の軸方向端面との間の間隔σを０．１ｍｍ≦σ≦０．３ｍｍとした場合でも、支持軸６とタペットローラ軸受１１との間に十分な量の潤滑油を供給することが可能となる。その結果、潤滑性に優れたタペットローラ軸受構造を得ることができる。
【００２１】
次に、図３を参照して、この発明の他の実施形態に係るタペットローラ軸受構造を説明する。なお、基本構成は図１に示すタペットローラ軸受構造と同様であるので、共通部分の説明は省略し、相違点を中心に説明する。
【００２２】
タペットローラ軸受構造は、支持軸２４と、支持軸２４に嵌合する内径側ローラ２２、および内径側ローラ２２に嵌合して外周面がカム（図示省略）に当接する外径側ローラ２３を備えるダブルローラタイプのタペットローラ軸受２１とを備える。そして、支持軸２４と内径側ローラ２２の内周面との間のラジアル隙間δ１、および内径側ローラ２２の外周面と外径側ローラ２３の内周面との間のラジアル隙間δ２とをそれぞれδ１≧２５μｍ、δ２≧２５μｍの範囲内に設定する。
【００２３】
これにより、支持軸２４と内径側ローラ２２との間、および内径側ローラ２２と外径側ローラ２３との間への潤滑油の流入量が増加するので、潤滑性に優れたタペットローラ軸受構造を得ることができる。なお、δ１およびδ２は、上記の範囲内であれば同じ値（δ１＝δ２）であってもよいし、相互に異なる値（δ１≠δ２）であってもよい。
【００２４】
さらに、カム（図示省略）からタペットローラ軸受２１に負荷される間歇荷重によって生じる内方部材としての支持軸２４と外方部材としての内径側ローラ２２との間の接触面圧Ｐ１と、内方部材としての内径側ローラ２２と外方部材としての外径側ローラ２３との間の接触面圧Ｐ２は、０．８５≦Ｐ１／Ｐ２≦１．１５の関係を有する。
【００２５】
なお、上記の接触面圧Ｐ１，Ｐ２は、ヘルツ理論に基づいて算出される値であって、具体的には、カム（図示省略）から負荷される荷重をＦ（Ｎ）、支持軸２４の外径寸法をφＡ（ｍｍ）、内径側ローラ２２の内径寸法をφＢ（ｍｍ）、内径側ローラ２２の外径寸法をφＣ（ｍｍ）、外径側ローラ２３の内径寸法をφＤ（ｍｍ）、外径側ローラ２３の外径寸法をφＥ（ｍｍ）、支持軸６と内径側ローラ２２の内周面との有効接触長さをＬ１（ｍｍ）、内径側ローラ２２の外周面と外径側ローラ２３の内周面との有効長さをＬ２（ｍｍ）とすると、以下の各式で求められる。
【００２６】
【数２】
2008008182.tif 000004
【００２７】
【数３】
2008008182.tif 000005
【００２８】
上記のように、支持軸２４と内径側ローラ２２との間の接触面圧Ｐ１と、内径側ローラ２２と外径側ローラ２３との間の接触面圧Ｐ２とのバランスをとることにより、間歇荷重が負荷される環境であっても、内径側ローラ２２と外径側ローラ２３とが滑らかに回転することができる。
【００２９】
なお、上記のＰ１，Ｐ２の関係式は、Ｐ２を基準としたときのＰ１の範囲を規定したものであるが、上記の関係式を変形してＰ１を基準とすると、０．８５×Ｐ１≦Ｐ２≦１．１５×Ｐ１となる。すなわち、Ｐ１，Ｐ２のうちのいずれか一方を基準とすると、他方は基準値の±１５％の範囲内となる。
【００３０】
次に、図３に示すようなダブルローラタイプのタペットローラ軸受を用いて、この発明の効果を確認するための試験を行った。この効果確認試験の内容について、図４および表１，２を参照して説明する。なお、図４は効果確認試験の実験装置の概略図、表１は効果確認試験に使用した内径側ローラ３２の寸法等、表２は効果確認試験に使用した外径側ローラ３３の寸法等を示す。
【００３１】
まず、図４を参照して、この効果確認試験の実験装置は、支持軸３４と、支持軸３４を固定する固定冶具３５と、支持軸３４に嵌合し、表１に示すＮｏ．１〜Ｎｏ．２０の内径側ローラ３２および表２に示すＮｏ．２１〜Ｎｏ．４０の外径側ローラ３３とを組み合わせたタペットローラ軸受３１と、外径側ローラ３３の外周面に当接する駆動ロール３６と、内径側ローラ３２および外径側ローラ３３の回転を検出する回転センサ３７，３８とを備える。
【００３２】
【表１】
2008008182.tif 000006
【００３３】
次に、表１を参照して、内径側ローラ３２は、外径寸法φＣを１８ｍｍに固定して、内径寸法φＢを１２．０１ｍｍ〜１２．２０ｍｍまで０．１ｍｍ刻みで変化させている。また、支持軸３４の外径寸法φＡを１２ｍｍ、支持軸３４と内径ローラ３２との有効接触長さＬ１を１５ｍｍにそれぞれ固定しているので、ラジアル隙間δ１（＝φＢ−φＡで算出する）、接触面圧Ｐ１（数式２で算出する）は、それぞれ表１の通りとなる。なお、「有効接触長さ」とは、内径側ローラ３２の内周面の軸方向長さから両端の面取り部の長さを除いた円筒部分の長さを指す。
【００３４】
【表２】
2008008182.tif 000007
【００３５】
次に、表２を参照して、外径側ローラ３３は、外径寸法φＥを３２ｍｍに固定し、内径寸法φＤを１８．０１ｍｍ〜１８．２０ｍｍまで０．１ｍｍ刻みで変化させている。また、内径側ローラ３２の外径寸法φＣを１８ｍｍ、内径側ローラ３２と外径側ローラ３３との有効接触長さＬ２を１５ｍｍにそれぞれ固定しているので、ラジアル隙間δ２（＝φＤ−φＣで算出する）、接触面圧Ｐ２（数式２で算出する）は、それぞれ表２の通りとなる。
【００３６】
そして、内径側ローラ３２と外径側ローラ３３との組み合わせとして、Ｎｏ．５（φＢ＝１２．０５ｍｍ、φＣ＝１８ｍｍ）の内径側ローラ３２にＮｏ．２１〜Ｎｏ．４０の外径側ローラ３３をそれぞれ組み合わせたもの（表３）、およびＮｏ．３７の外径側ローラ３３にＮｏ．１〜Ｎｏ．２０の内径側ローラ３２をそれぞれ組み合わせたもの（表４）の合計４０種類のタペットローラ軸受を用いて実験した。
【００３７】
【表３】
2008008182.tif 000008
【００３８】
【表４】
2008008182.tif 000009
【００３９】
なお、試験条件としては、駆動ロール３６の回転速度を５００ｒｐｍ、実機カムでの間歇荷重を想定して駆動ロール３６からタペットローラ軸受３１に負荷される間歇荷重を０〜５０００Ｎ，１６Ｈｚとし、タペットローラ軸受３１への潤滑油の供給方法を跳ね掛け式とした。
【００４０】
この効果確認試験によると、表３の項番８〜項番１５の組み合わせ（０．８６７９≦Ｐ１／Ｐ２≦１．１７９５）、および表４の項番４〜項番１０の組み合わせ（０．７３２１≦Ｐ１／Ｐ２≦１．１５１８）について、内径側ローラ３２および外径側ローラ３３が滑らかに回転可能であった。すなわち、０．８５≦Ｐ１／Ｐ２≦１．１５とすることにより、内径側ローラ３２および外径側ローラ３３が滑らかに回転可能なタペットローラ軸受構造が得られることを確認した。
【００４１】
また、ラジアル隙間δ１，δ２が２０μｍ以下のものについては、支持軸３４と内径側ローラ３２との間、および内径側ローラ３２と外径側ローラ３３との間への潤滑油の供給量が不十分であった。すなわち、δ１≧２５μｍ、δ２≧２５μｍとすることにより、潤滑性に優れたタペットローラ軸受構造が得られることを確認した。
【００４２】
なお、この試験では、支持軸３４と内径側ローラ３２との有効接触長さＬ１と、内径側ローラ３２と外径側ローラ３３との有効接触長さＬ２とが同一である例を示したが、これに限ることなく、相互に異なる値であってもよい。
【００４３】
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
この発明は、内燃機関の可動弁機構等に採用されるタペットローラ軸受に有利に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】この発明の一実施形態に係るタペットローラ軸受構造の断面図である。
【図２】自動車用内燃機関の可動弁機構を示す図である。
【図３】この発明の他の実施形態に係るタペットローラ軸受構造の断面図である。
【図４】この発明の効果を確認するために実施した試験装置の概略図である。
【図５】従来のタペットローラ軸受の断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  可動弁機構、２，１０４  ロッカーアーム、２ａ，２ｂ，１０４ａ，１０４ｂ  支持壁、３  弁、４，１０６  カム、４ａ  偏心部、５  軸、６，２４，３４，１０５  支持軸、１１，２１，３１，１０１  タペットローラ軸受、１２  外周面、１３  内周面、２２，３２，１０２  内径側ローラ、２３，３３，１０３  外径側ローラ、３５  固定冶具、３６  回転ロール、３７，３８  回転センサ。
【図１】
2008008182.tif 000011
【図２】
2008008182.tif 000012
【図３】
2008008182.tif 000013
【図４】
2008008182.tif 000014
【図５】
2008008182.tif 000015