(57)【要約】【課題】ミスアライメントの発生時にエッヂ当たりを防止できる構造で、しかもローラの周面と相手面との当接部の面圧上昇をより低く抑えられる構造を実現する。【解決手段】内径側ローラ７ｂの外周面を球状凸面１１とすると共に、外径側ローラ８ａの内周面を、この球状凸面１１の曲率半径以上の曲率半径を有する球状凹面１２とする。そして、上記外径側ローラ８ａを上記内径側ローラ７ｂの周囲に、回転に加えて揺動変位自在に設ける。大きなミスアライメントが発生しても、各接触部が何れも、広い面積で当接して上記当接部の面圧上昇、延ては摩耗を抑えて、耐久性向上を図れる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持軸と、この支持軸の周囲に回転自在に支持された内径側ローラと、この内径側ローラの周囲にこの内径側ローラに対する回転を自在として支持された外径側ローラとから成り、この外径側ローラの外周面と他の部材の表面とを係合させる状態で使用されるローラ支持用軸受装置に於いて、上記内径側ローラの外周面を球状凸面とすると共に、上記外径側ローラの内周面を、この球状凸面の曲率半径以上の曲率半径を有する球状凹面とする事で、この外径側ローラを上記内径側ローラの周囲に、回転に加えて揺動変位自在に設けた事を特徴とするローラ支持用軸受装置。
【請求項２】
内径側ローラと外径側ローラとのうちの少なくとも一方のローラに、当該ローラの一部を径方向に貫通する潤滑油孔を設けた、請求項１に記載したローラ支持用軸受装置。
【請求項３】
内径側ローラと外径側ローラとのうちの少なくとも一方のローラの表面に、潤滑性被膜を形成した、請求項１〜２のうちの何れか１項に記載したローラ支持用軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明に係るローラ支持用軸受装置は、例えばタペットローラ軸受としてエンジンの動弁機構、或いは燃料噴射装置のプランジャ駆動部分中に組み込む。そして、動弁機構或いはプランジャ駆動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為に利用する。
【背景技術】
【０００２】
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。例えば特許文献１、２には、図６〜７に示す様な、タペットローラ軸受を組み込んだエンジンの動弁機構が記載されている。この動弁機構は、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に固定したカム２に対向して設けたロッカーアーム３の端部に１対の支持壁部４、４を、互いに間隔を開けて設けている。そして、これら両支持壁部４、４同士の間に掛け渡した支持軸５の周囲に回転自在に支承したローラ６の外周面を、上記カム２の外周面に当接させている。
【０００３】
又、ローラの回転抵抗を小さくする為に、このローラを二重構造とする事（ダブルローラ構造）も、上記特許文献１、２に記載される等により、従来から各種構造が知られている。図８及び図９の（Ａ）は、この様なダブルローラ構造の第１例を示している。このダブルローラ構造では、ローラ６ａは、内径側ローラ７と外径側ローラ８とを組み合わせて成る。このうちの内径側ローラ７は、内周面を円筒面とし、外周面を球状凸面としたもので、支持軸５の周囲に、回転自在に支持している。又、上記外径側ローラ８は、内外両周面とも円筒面とし、上記内径側ローラ７の周囲に、回転自在に支持している。
【０００４】
上記従来構造の第１例の場合には、上述の様に、内径側ローラ７の外周面の断面形状を、軸方向中央部が膨らんだ断面円弧状にする事により、図９の（Ａ）に示す様に、この内径側ローラ７を含むローラ６ａを支持した支持軸５と、このローラ６ａを構成する外径側ローラ８の外周面が当接する相手部材である、カム２の外周面の中心軸とが非平行になる、所謂ミスアライメントが発生した場合にも、上記ローラ６ａを構成する内径側、外径側両ローラ７、８の周面の縁部と相手面とが極く狭い面積で当接する、所謂エッヂ当たりの発生を防止するとしている。
【０００５】
又、図１０〜１１に示した従来構造の第２例の場合には、ローラ６ｂを構成する内径側ローラ７ａの外周面の断面形状を山形として、この外周面の軸方向中央部に、この内径側ローラ７ａの中心軸と平行な円筒面部９を、この円筒面部９を挟む軸方向両側部分に、１対の傾斜面部１０、１０を設けている。上記第２例の場合には、上記内径側ローラ７ａを支持軸５の周囲に回転自在に支持し、この内径側ローラ７ａの周囲に外径側ローラ８ａを、回転自在に支持している。この外径側ローラ８ａは、内周面を円筒面とし、外周面を、上記内径側ローラ７ａの外周面と同様に、断面山形としている。上述の様な従来構造の第２例の場合には、ミスアライメントの発生時にエッヂ当たりを防止しつつ、内径側ローラ７ａの内外両周面及び外径側ローラ８ａの内外両周面と相手面との当接部の面圧上昇を抑える事ができる。
【０００６】
図８〜１１に示した、ダブルローラ構造に関する従来構造の２例の構造によれば、ミスアライメントの発生時に於ける、内径側、外径側各ローラの周面と相手面とのエッジ当りを防止して、滑り接触面の一部に著しい摩耗が発生する事を、或る程度は抑えられる。但し、上記従来構造は、使用条件がより厳しくなる事を考慮した場合には、未だ改良の余地がある。
即ち、ミスアライメントの程度が大きくなった場合には、上記滑り接触部の接触面積が狭くなり、この滑り接触部での摩耗を必ずしも十分に低減できない可能性がある。又、ミスアライメントが小さい場合でも、上記摩耗を必ずしも十分に低減できない可能性がある。この理由は、近年に於けるエンジンの高出力化に伴う、リターンスプリングの弾力増大等により、ローラ６、６ａ、６ｂの外周面に加わるラジアル荷重が大きくなっており、上記滑り接触部の面圧が高くなる傾向がある為である。
これらの事情を考慮すれば、ミスアライメントが発生した状態でも、単に内径側、外径側各ローラの周面と相手面とのエッジ当りを防止するだけでなく、これら各面同士の滑り接触部の面圧をより低く抑えるべく、これら各滑り接触部の面積をより広くする事が望まれる。
尚、本発明に関連する先行技術を記載した刊行物として、前記特許文献１、２の他、特許文献３も存在する。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２４７８４５号公報
【特許文献２】特開２００４−２５７２８７号公報
【特許文献３】特開２００６−１８３８５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述の様な事情に鑑みて、ミスアライメントの発生時にエッヂ当たりを防止できる構造で、しかもローラの周面と相手面との当接部の面圧上昇をより低く抑えられる構造を実現すべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のローラ支持用軸受装置は、前述した従来のローラ支持用軸受装置と同様に、支持軸と、この支持軸の周囲に回転自在に支持された内径側ローラと、この内径側ローラの周囲にこの内径側ローラに対する回転を自在として支持された外径側ローラとから成る。そして、この外径側ローラの外周面と、カムシャフトに固設したカムの外周面の如く、他の部材の表面とを係合させる状態で使用される。
特に、本発明のローラ支持用軸受装置に於いては、上記内径側ローラの外周面を球状凸面とすると共に、上記外径側ローラの内周面を、この球状凸面の曲率半径以上の曲率半径を有する球状凹面としている。そして、この外径側ローラを上記内径側ローラの周囲に、回転に加えて揺動変位自在に設けている。
尚、上記球状凹面の曲率半径は、上記球状凸面の曲率半径と同じでも良いが、僅かに（例えば、後述する様に、球状凸面の曲率半径よりも２．５μｍ以上、１０μｍ未満だけ）大きくする事が好ましい。上記球状凹面の曲率半径を上記球状凸面の曲率半径よりも小さくする事は不可である。
【００１０】
上述の様な本発明を実施する場合に好ましくは、請求項２に記載した様に、上記内径側ローラと上記外径側ローラとのうちの少なくとも一方のローラに、当該ローラの一部を径方向に貫通する潤滑油孔を設ける。
或いは、請求項３に記載した様に、内径側ローラと外径側ローラとのうちの少なくとも一方のローラの表面に、潤滑性被膜を形成する。
【発明の効果】
【００１１】
上述の様に構成する本発明のローラ支持用軸受装置によれば、ミスアライメントの発生時にエッヂ当たりを防止し、しかもローラの周面と相手面との各当接部の面圧上昇を抑える事ができる。
先ず、ミスアライメントが発生し、支持軸の中心軸と他の部材の表面の中心軸とが非平行になった状態では、内径側ローラの外周面を構成する球状凸面と、外径側ローラの内周面を構成する球状凹面とが揺動変位する。そして、上記内径側ローラの中心軸と上記支持軸の中心軸とを一致させた状態のまま、上記外径側ローラの中心軸と上記他の部材の表面の中心軸とを平行にする。この為、それぞれが円筒面（若しくはクラウニングを施した円筒面）である、上記内径側ローラの内周面及び上記外径側ローラの外周面と、上記支持軸の外周面及び上記他の部材の表面とが、（エッジ当りする事なく）均等に、滑り接触若しくは転がり接触する。又、上記内径側ローラの外周面と上記外径側ローラの内周面との当接部に関しても、球状凸面と球状凹面とが、広い面積で滑り接触する。この結果、各部が何れも、広い面積で当接して、上記各当接部の面圧上昇を抑え、これら各当接部の摩耗を抑えて、ローラ支持用軸受装置の耐久性向上を図れる。
【００１２】
特に、請求項２に記載した様に潤滑油孔を設けたり、或いは請求項３に記載した様に潤滑性被膜を形成すれば、上記各当接部の摩耗をより一層抑えて、上記ローラ支持用軸受装置の耐久性をより一層向上させられる。
以上に述べた通り構成する本発明のローラ支持用軸受装置は、特に組み付け精度を高くする事なく、安価に製作でき、しかも優れた耐久性を有するカムフォロア装置の実現に寄与できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
［実施の形態の第１例］
図１〜３は、請求項１に対応する、本発明の実施の形態の第１例を示している。尚、本発明の特徴は、ミスアライメントが大きい場合でもエッヂ当たりを防止でき、しかも滑り接触部の面圧上昇をより低く抑えられる構造を実現すべく、内径側ローラ７ｂの外周面と外径側ローラ８ａの内周面との係合状態を工夫した点にある。その他の部分の構造及び作用は、前述の図６〜１１に示した従来構造と同じであるから、同等部分に関する重複する説明は省略し、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。
【００１４】
本例の場合には、ローラ６ｃを構成する内径側、外径側両ローラ７ｂ、８ａのうち、内径側ローラ７ｂの外周面を球状凸面１１とすると共に、外径側ローラ８ａの内周面を球状凹面１２としている。この球状凸面１１の曲率中心は、上記内径側ローラ７ｂの中心軸上でこの内径側ローラ７ｂの軸方向中央位置（この内径側ローラ７ｂの中心位置）に存在する。同様に、上記球状凹面１２の曲率中心は、上記外径側ローラ８ａの中心軸上でこの外径側ローラ８ａの軸方向中央位置（この外径側ローラ８ａの中心位置）に存在する。従って、この外径側ローラ８ａと上記内径側ローラ７ｂとを組み合わせてこれら両ローラ８ａ、７ｂを互いに同心に配置した（上記球状凸面１１と上記球状凹面１２との間に存在する微小隙間の厚さを、全周、全幅に亙り均等にした）状態で、上記両面１１、１２の曲率中心は、互いに一致する。
【００１５】
但し、上記球状凹面１２の曲率半径Ｒ12は、上記球状凸面１１の曲率半径Ｒ11よりも大きくしている。具体的には、上記外径側ローラ８ａと上記内径側ローラ７ｂとを組み合わせてこれら両ローラ８ａ、７ｂを互いに同心に配置した状態で、上記球状凹面１２と上記球状凸面１１との間に、前述した特許文献２に記載された様な、十分な強度を有する潤滑油膜を形成できる隙間が、全周、全幅に亙って形成される様にしている。この為に本例の場合には、上記球状凹面１２の曲率半径Ｒ12を、上記球状凸面１１の曲率半径Ｒ11よりも、２．５μｍ以上、１０μｍ未満だけ、大きくしている。言い換えれば、上記球状凹面１２と上記球状凸面１１との径差（直径の差）を、５μｍ以上、２０μｍ未満としている。
【００１６】
又、本例の場合には、上記外径側ローラ８ａと上記内径側ローラ７ｂとの各部の形状及び寸法を、次の様に規制している。先ず、この外径側ローラ８ａの軸方向中間部の径方向に関する厚さである最小厚さｔ8aを１mm以上（ｔ8a≧１mm）として、上記外径側ローラ８ａに要求される強度及び剛性の確保を図っている。又、この外径側ローラ８ａの軸方向両端面の内外両周縁部には、それぞれ内周縁側面取り部１３、１３及び外周縁側面取り部１４、１４を形成している。これら各面取り部１３、１４は、当該周縁部にシャープエッジが形成される事を防止して、上記外径側ローラ８ａの外周面とカム２（図６〜７参照）の外周面との転がり接触部、或いは、この外径側ローラ８ａの内周面と上記内径側ローラ７ｂの外周面との滑り接触部に、潤滑油が取り込まれ易くする役目を有する。
【００１７】
但し、上記外径側ローラ８ａの軸方向両端面の径方向中間部で、上記各面取り部１３、１４同士の間に存在する平坦面部１５、１５の径方向に関する幅Ｗ15を、１mm以上（Ｗ15≧１mm）確保している。この理由は、上記外径側ローラ８ａの軸方向端面とロッカーアーム３の支持壁部４の内側面（図６〜７参照）とが擦れ合った場合でも、擦れ合い部の面圧を抑えて、この支持壁部４の内側面に著しい摩耗が生じる事を防止する為である。同様の理由により、上記内径側ローラ７ｂの軸方向両端面内周縁部に面取り部１６、１６を形成すると共に、この内径側ローラ７ｂの軸方向両端面の径方向中間部に形成した平坦面部１７、１７の径方向に関する幅Ｗ17を、１mm以上（Ｗ17≧１mm）確保している。更に、上記外径側ローラ８ａの径方向に関する最大厚さＴ8aと、上記内径側ローラ７ｂの径方向に関する最大厚さＴ7bとは、ほぼ等しく（Ｔ8a≒Ｔ7b）している。尚、この内径側ローラ７ｂの内周面、或いは上記外径側ローラ８ａの外周面は、単なる円筒面であっても良いが、好ましくは、図４の（Ａ）に示す様なパーシャルクラウニング（軸方向両端部のみのクラウニング）、或いは、図４の（Ｂ）に示す様なフルクラウニング（軸方向全長に亙るクラウニング）を施す。
【００１８】
それぞれを上述の様な形状及び寸法にした、上記内径側ローラ７ｂと上記外径側ローラ８ａとは、この外径側ローラ８ａをこの内径側ローラ７ｂの周囲に、回転に加えて揺動変位自在に組み付ける。この組み付け作業を可能にする為に、上記外径側ローラ８ａの軸方向片半部の直径方向反対側２個所位置に、それぞれ入れ溝１８、１８を形成している。これら両入れ溝１８、１８の、円周方向に関する幅は、上記内径側ローラ７ｂの軸方向に関する幅Ｗ7bよりも僅かに大きい。又、上記両入れ溝１８、１８の底面同士の間隔Ｄ18は、上記内径側ローラ７ｂの外径Ｄ7bよりも僅かに大きい（Ｄ18＞Ｄ7b）。更に、上記両入れ溝１８、１８の底面は、上記外径側ローラ８ａの内周面である、前記球状凹面１２の最大径部（軸方向中央部）で、この球状凹面１２と滑らかに連続している。この様な入れ溝１８、１８を利用して、上記内径側ロータ７ｂを上記外径側ローラ８ａの内径側に組み付けるには、これら両ロータ７ｂ、８ａを、それぞれの中心軸同士が直交する状態に配置し、このうちの内径側ローラ７ｂを上記両入れ溝１８、１８内に進入させる。そして、進入させ切った状態で、この内径側ローラ７ｂを上記外径側ローラ８ａの内径側で９０度回転させ、これら両ローラ７ｂ、８ａの中心軸同士を一致させる。この状態でこれら両ローラ７ｂ、８ａが組み立てられるが、この様に組み立てられた状態でも、図２に示す様に、これら両ローラ７ｂ、８ａの中心軸同士を大きく（図２のθ分若しくはそれ以上）傾斜させる事は可能である。
【００１９】
上述の様にして、上記内径側ローラ７ｂと上記外径側ローラ８ａとを組み立てたならば、図３に示す様に、この内径側ローラ７ｂの内側に支持軸５を緩く挿通する。即ち、この支持軸５の周囲にこの内径側ローラ７ｂを、回転自在に外嵌する。これら支持軸５の外径と内径側ローラ７ｂの内径との差に就いても、５μｍ以上、２０μｍ未満とする。そして、上記支持軸５の外周面と上記内径側ローラ７ｂの内周面との間に、十分な強度を有する潤滑油膜を形成できる隙間が、全周に亙って形成される様にする。
【００２０】
上述の様な内径側ローラ７ｂと外径側ローラ８ａと支持軸５とを組み合わせて成る、本例のローラ支持用軸受装置の作用は次の通りである。先ず、ミスアライメントが発生し、上記支持軸５の中心軸とカム２（図６〜７参照）の外周面の中心軸とが非平行になった状態では、上記内径側ローラ７ｂの外周面を構成する前記球状凸面１１と、上記外径側ローラ８ａの内周面を構成する前記球状凹面１２とが揺動変位する。この揺動変位は、大きな抵抗なく、円滑に行なわれる。そして、上記内径側ローラ７ｂの中心軸と上記支持軸５の中心軸とを一致させた状態のまま、上記外径側ローラ８ａの中心軸と上記カム２の外周面の中心軸とを平行にする。この為、それぞれが円筒面（若しくはクラウニングを施した円筒面）である、上記内径側ローラ７ｂの内周面及び上記外径側ローラ８ａの外周面と、上記支持軸５の外周面及び上記カム２の外周面とが、（エッジ当りする事なく）均等に、滑り接触（上記内径側ローラ７ｂの内周面と上記支持軸５の外周面との接触部）若しくは転がり接触（上記外径側ローラ８ａの外周面と上記カム２の外周面との接触部）する。又、上記内径側ローラ７ｂの外周面と上記外径側ローラ８ａの内周面との当接部に関しても、上記球状凸面１１と上記球状凹面１２とが、広い面積で滑り接触する。この結果、各部が何れも、広い面積で当接して、上記各当接部の面圧上昇を抑え、これら各当接部の摩耗を抑えて、ローラ支持用軸受装置の耐久性向上を図れる。
【００２１】
［実施の形態の第２例］
図５は、請求項１、２に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合には、ローラ６ｄを構成する内径側、外径側両ローラ７ｂ、８ａのうち、内径側ローラ７ｂの軸方向中間部で円周方向に関して１乃至複数個所に内径側潤滑油孔１９を、この内径側ローラ７ｂを径方向に貫通する状態で形成している。同様に、外径側ローラ８ａの軸方向中間部で円周方向に関して１乃至複数個所に外径側潤滑油孔２０を、この外径側ローラ８ａを径方向に貫通する状態で形成している。
【００２２】
運転時には、上記両ローラ７ｂ、８ａの回転に伴って上記両潤滑油孔１９、２０に、径方向内側から外側に向く流れが惹起される（ポンプ作用が生じる）。これに伴って、上記ローラ６ｄの周囲に存在する潤滑油の飛沫が、上記内径側ローラ７ｂの内周面と支持軸５（図３参照）の外周面との間の隙間、或いは、この内径側ローラ７ｂの外周面と上記外径側ローラ８ａの内周面との間の隙間に吸い込まれる。この結果、各滑り接触部に存在する潤滑油を効率良く入れ換える事ができて、この潤滑油による冷却作用を良好にし、ローラ支持用軸受装置の耐久性をより向上させる事ができる。
その他の部分の構成及び作用は、上述した実施の形態の第１例の場合と同様であるから、同等部分に関する図示並びに説明は省略する。
【００２３】
［本発明を実施する場合に就いての留意点］
本発明を実施する場合に、内径側ローラ７ｂの内周面と支持軸５の外周面との滑り接触部、或いは、この内径側ローラ７ｂの外周面と外径側ローラ８ａの内周面との滑り接触部の摩擦係数を低くする事が、ローラ支持用軸受装置の耐久性をより向上させる面から重要である。この為に、例えば請求項３に記載した様に、上記内径側ローラ７ｂと上記外径側ローラ８ａとのうちの少なくとも一方（好ましくは両方）のローラの表面に、耐熱性を有する潤滑性被膜を形成する事が好ましい。この様な目的で形成する潤滑性被膜としては、軟窒化処理被膜、二硫化モリブデン等の固体潤滑被膜等が考えられる。
【００２４】
或いは、前述した特許文献３に記載されている様に、次の(1) 〜(3) の何れかを満たす状態で、表面に多数の凹凸を形成する事も、上記滑り接触部の摩耗低減の面から効果がある。
(1) 表面に存在する微小な凹凸のうち、最も高い部分の位置を最表面位置とした場合に、この最表面位置から深さ方向に２．０μｍ寄った位置部分での、面方向の仮想平面に関する断面積が、相手部材と接触する部分の表面全体の面積に占める割合が、９０％以上である。
(2) 表面に存在する微小な凹凸のうち、最も高い部分の位置を最表面位置とした場合に、この最表面位置から深さ方向に１．５μｍ寄った位置部分での、面方向の仮想平面に関する断面積が、相手部材と接触する部分の表面全体の面積に占める割合が、８０％以上である。
(3) 表面に存在する微小な凹凸のうち、最も高い部分の位置を最表面位置とした場合に、この最表面位置から深さ方向に１．０μｍ寄った位置部分での、面方向の仮想平面に関する断面積が、相手部材と接触する部分の表面全体の面積に占める割合が、５０％以上である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態の第１例を、内径側ローラ及び外径側ローラを取り出し、ミスアライメントが発生していない状態で示す断面図。
【図２】同じくミスアライメントが発生した状態で示す断面図。
【図３】内径側ローラの内側に支持軸を挿通し、ミスアライメントが発生した状態で示す断面図。
【図４】外径側ローラの外周面に形成するクラウニングの形状の２例を示す、部分拡大断面図。
【図５】本発明の実施の形態の第２例を示す、図１と同様の図。
【図６】タペットローラ軸受の部分切断平面図。
【図７】図６のＸ−Ｘ断面図。
【図８】従来から知られているダブルローラ構造の第１例を、ミスアライメントが発生していない状態で示しており、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は当接面積を表す為、当接部を（Ａ）の下方から見た図、（Ｃ）は当接部の面圧分布を示す線図。
【図９】従来から知られているダブルローラ構造の第１例を、ミスアライメントが発生した状態で示す、図８と同様の図。
【図１０】従来から知られているダブルローラ構造の第２例を示す、図８と同様の図。
【図１１】同じく図９と同様の図。
【符号の説明】
【００２６】
１  カムシャフト
２  カム
３  ロッカーアーム
４  支持壁部
５  支持軸
６、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ  ローラ
７、７ａ、７ｂ  内径側ローラ
８、８ａ  外径側ローラ
９    円筒面部
１０    傾斜面部
１１    球状凸面
１２    球状凹面
１３    内周縁側面取り部
１４    外周縁側面取り部
１５    平坦面部
１６    面取り部
１７    平坦面部
１８    入れ溝
１９    内径側潤滑油孔
２０    外径側潤滑油孔
【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】
2008039055.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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