(57)【要約】【課題】内径側ローラ８の外周面と外径側ローラ９の内周面との摺動抵抗を低減すると共に、これら各周面の摩耗を抑えて耐久性を向上させる。【解決手段】上記両ローラ８、９の表面に、摩擦を低減する為の表面処理層１０、１０ａを形成する。これら両表面処理層１０、１０ａのうちで、上記内径側ローラ８の外周面と上記外径側ローラ９の内周面とに位置する部分の表面粗さを０．０２〜０．２０Ｒａとする。この構成を採用する事により、上記両周面同士の間に、十分な強度を有する潤滑油膜を全周に亙って形成できる様にして、上記課題を解決する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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に固定されたカムに対向して設けられ、このカムの動きを受けて揺動変位する揺動部材と、この揺動部材にその端部を支持された支持軸と、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自在に支持され、使用時にその外周面を上記カムの外周面に当接させる外径側ローラとを備え、少なくともこの外径側ローラの内周面と上記内径側ローラの外周面とに、相手面との潤滑性を向上させる為の表面処理層を形成して成るカムフォロア装置に於いて、これら各表面処理層の表面粗さを０．０２〜０．２０Ｒａとした事を特徴とするカムフォロア装置。
【請求項２】
外径側ローラの内周面と内径側ローラの外周面とのうちの一方の周面の表面処理層を省略し、当該ローラの周面に露出したこのローラを構成する素材表面の表面粗さを０．０２〜０．２０Ｒａとした、請求項１に記載したカムフォロア装置。
【請求項３】
内径側ローラの内周面及び外径側ローラの外周面にも、表面粗さが０．０２〜０．２０Ｒａの表面処理層を形成した、請求項１に記載したカムフォロア装置。
【請求項４】
外径側ローラの内周面又は内径側ローラの外周面に形成した表面処理層又はこの外径側ローラの内周面に露出した素材の表面粗さを０．０２〜０．１６Ｒａとした、請求項１又は請求項３に記載したカムフォロア装置。
【請求項５】
表面処理層が、次の▲１▼〜▲５▼のうちから選択される何れかである、請求項１〜４の何れかに記載したカムフォロア装置。
▲１▼  硫黄と鉄との化合物の反応層。
▲２▼  上記▲１▼に窒素を含有させた反応層。
▲３▼  燐と鉄との燐酸塩化合物の反応層。
▲４▼  二硫化モリブデン（ＭｏＳ２  ）とポリ四弗化エチレン（ＰＴＦＥ）との単体若しくは混合物を、熱硬化性合成樹脂と共に焼成する事により得られる処理層。
▲５▼  上記▲１▼〜▲３▼のうちの何れかの反応層の表面に、二硫化モリブデンとポリ四弗化エチレンとの単体若しくは混合物を、熱硬化性合成樹脂と共に焼成する事により得られる処理層を重ね合わせたもの。
【請求項６】
表面処理層が、次の▲６▼〜▲８▼のうちから選択される何れかの処理を施して、表面硬度がＨｖ６５０以上、処理層の厚さが１５μｍ以上としたものである、請求項１〜４の何れかに記載したカムフォロア装置。
▲６▼  塩浴窒化処理。
▲７▼  ガス軟窒化処理。
▲８▼  イオン軟窒化処理。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明に係るカムフォロア装置は、エンジンの燃料噴射装置や吸排気弁用駆動装置等の被駆動部品として使用し、例えばカムシャフトの回転をロッカーアームの往復揺動運動に変換する為に利用する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジン内部での摩擦低減を図り、燃料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、タペットローラを組み込んだカムフォロア装置を利用する事が、一般的に行われている。図１〜２は、例えば特許文献１等に記載されて従来から広く知られている、タペットローラを組み込んだカムフォロア装置の１例を示している。
【０００３】
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、このカム２の動きを受けるロッカーアーム３を設けている。このロッカーアーム３の端部には１対の支持壁部４、４を、互いに間隔を開けて設けている。この１対の支持壁部４、４の間には、鋼製で中空又は中実の支持軸５を掛け渡している。この支持軸５の両端は焼き入れする事なく、生のままとしており、支持軸５を固定する際には、この未焼き入れ部分を、上記１対の支持壁部４、４に形成した通孔７、７の内周面に向けてかしめ付ける。上述の様にして、１対の支持壁部４、４の間に掛け渡した支持軸５の周囲にはローラ６を、回転自在に支承しており、このローラ６の外周面を、上記カム２の外周面に当接させている。
【０００４】
上述の様に構成するカムフォロア装置によれば、ロッカーアーム３とカム２との間に働く摩擦力を低減し、エンジン運転時に於ける燃料消費率の低減を図れる。この様なカムフォロア装置の設置部分にはエンジン運転時に、エンジンオイルを供給する。そして、このエンジンオイルによって、上記カム２の外周面と上記ローラ６の外周面との間、及び上記支持軸５の外周面と上記ローラ６の内周面との間を潤滑する。
【０００５】
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も、やはり特許文献１等に記載されて、従来から知られている。図３〜４は、この特許文献１に記載された従来構造を示している。ロッカーアーム３（図１〜２参照）等に支持された支持軸５の周囲に、鋼製の内径側ローラ８を回転自在に支持し、更にこの内径側ローラ８の周囲に、鋼製の外径側ローラ９を、この内径側ローラ８に対する回転自在に支持している。この様に、ローラを二重構造として、滑り面を２個所にする事により、カム２と係合する上記外径側ローラ９の回転が、円滑に行なわれる様にしている。
【０００６】
又、上記内径側ローラ８及び上記外径側ローラ９の表面（内外両周面及び軸方向両端面）に、相手面との潤滑性を向上させる為の表面処理を施して、上記内径側ローラ８及び上記外径側ローラ９の表面に表面処理層１０、１０ａを形成している。この様な表面処理層１０、１０ａは、相手面、即ち、上記支持軸５の外周面、外径側ローラ９の内周面、内径側ローラ８の外周面、上記カム２の外周面との摩擦係合部の摩擦係数を低減して、これら各ローラ８、９の回転を円滑に行なわせる機能を有する。
【０００７】
上述の様に、内径側、外径側各ローラ８、９の表面に表面処理層１０、１０ａを形成する為の表面処理方法としては、固体潤滑皮膜処理と軟窒化処理とが採用可能である。又、このうちの固体潤滑皮膜処理による表面処理層１０、１０ａとしては、次の▲１▼〜▲５▼のものが使用可能である。
▲１▼  硫黄と鉄との化合物の反応層。
▲２▼  上記▲１▼に窒素を含有させた反応層。
▲３▼  燐と鉄との燐酸塩化合物の反応層。
▲４▼  二硫化モリブデン（ＭｏＳ２  ）とポリ四弗化エチレン（ＰＴＦＥ）との単体若しくは混合物を、熱硬化性合成樹脂と共に焼成する事により得られる処理層。
▲５▼  上記▲１▼〜▲３▼のうちの何れかの反応層の表面に、二硫化モリブデンとポリ四弗化エチレンとの単体若しくは混合物を、熱硬化性合成樹脂と共に焼成する事により得られる処理層を重ね合わせたもの。
又、上記軟窒化処理としては、次の▲６▼〜▲８▼のもので、表面硬度をＨｖ６５０以上、処理層の厚さを１５μｍ以上とするものが使用可能である。
▲６▼  塩浴窒化処理（タフトライド処理）。
▲７▼  ガス軟窒化処理。
▲８▼  イオン軟窒化処理。
【０００８】
上述の様に構成する従来構造によれば、潤滑不良の場合にも著しい摩耗や焼き付き等の損傷が発生する事を有効に防止できる。即ち、上記支持軸５に対して上記外径側ローラ９が回転する場合には、この支持軸５の外周面と前記内径側ローラ８の内周面とが、この内径側ローラ８の外周面と上記外径側ローラ９の内周面とが、それぞれ摺動する。この際、これら内径側、外径側各ローラ８、９の内外両周面には、それぞれ上述した様な表面処理層１０、１０ａが存在するので、上記各周面同士の摺動を円滑に行なわせる事ができる。従って、カムフォロア装置を組み込んだエンジンを組み立てた後、最初の起動直後で、未だこのカムフォロア装置のローラ設置部分にエンジンオイルが送り込まれる前の状態でも、上記各周面に著しい摩耗や焼き付き等の損傷が発生する事を有効に防止できる。
【０００９】
尚、上記各表面処理層１０、１０ａのうち、前記相手面と摺接する部分の表面粗さに関しては、特許文献１には特に記載されていない。但し、この特許文献１に記載された発明を実施する場合に、上記部分の表面粗さに就いては特に考慮せず、実際には、０．２Ｒａよりもかなり大きな値（０．３〜０．４Ｒａ若しくはそれ以上）に設定していた。
【００１０】
【特許文献１】
特開２０００−３４９０７号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
内径側、外径側両ローラ８、９を設けた二重構造のカムフォロア装置で、これら両ローラ８、９の表面に表面処理層１０、１０ａを形成すれば、各滑り接触部分の摩擦係数を低減して、最初の起動直後に生じる損傷を低減できる。但し、軌道後時間を経過してローラ設置部分にエンジンオイルが送り込まれた後の潤滑性を考慮した場合には、改良が望まれる。即ち、従来から実施されていた様に、上記各表面処理層１０、１０ａのうちで相手面と摺接する部分の表面粗さが大きな値であると、当該部分に良好な油膜が形成されにくくなる。
【００１２】
具体的には、上記各表面処理層１０、１０ａの一部に存在する突起が相手面と（油膜を介する事なく）直接接触し易くなり、当該部分に損傷を発生し易くなる。特に、外径側ローラ９の内周面と内径側ローラ８の外周面との間に存在する隙間は狭く、この隙間内への潤滑油供給は、必ずしも十分には行なわれない。この為、上記両周面同士の摺動部に関しては、少ない潤滑油を効果的に利用して、この摺動部に強固な潤滑油皮膜を形成する為の考慮が必要になる。
本発明のカムフォロア装置は、この様な事情に鑑みて発明したものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明のカムフォア装置は、前述の図３〜４に示した従来構造の場合と同様、ロッカーアーム等の揺動部材と、支持軸と、内径側ローラと、外径側ローラとを備える。
このうちの揺動部材は、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に固定されたカムに対向して設けられ、このカムの動きを受けて揺動変位する。
又、上記支持軸は、上記揺動部材にその端部を支持されている。
又、上記内径側ローラは、上記支持軸の周囲に回転自在に支持されている。
又、上記外径側ローラは、上記内径側ローラの周囲に、この内径側ローラに対する回転自在に支持され、使用時にその外周面を上記カムの外周面に当接させる。
そして、少なくとも上記外径側ローラの内周面と上記内径側ローラの外周面とに、相手面との潤滑性を向上させる為の表面処理層を形成している。
特に、本発明のカムフォロア装置に於いては、これら各表面処理層の表面粗さを０．０２〜０．２０Ｒａ（中心線平均粗さ、単位μｍ）としている。
【００１４】
【作用】
上述の様に、本発明のカムフォロア装置の場合には、外径側ローラの内周面と内径側ローラの外周面とに相手面との潤滑性を向上させる為の表面処理層を形成し、更に各表面処理層の表面粗さを０．０２〜０．２０Ｒａとしているので、上記両周面同士の摺動部に、良好な油膜を形成できる。この為、これら両周面同士の間に十分な潤滑油を送り込めない、潤滑不良の場合にも、少ない潤滑油を効率的に利用して、上記各表面処理層同士が強く擦れ合う事を防止し、これら各表面処理層に著しい摩耗や焼き付き等の損傷が発生する事を有効に防止できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態に就いて、前述の図３〜４を参照しつつ説明する。本例の場合、内径側ローラ８及び外径側ローラ９の表面（内外両周面及び軸方向両端面）に、相手面との潤滑性を向上させる為の表面処理を施して、上記内径側ローラ８及び上記外径側ローラ９の表面に表面処理層１０、１０ａを形成している。この様な表面処理層１０、１０ａは、前述の▲１▼〜▲５▼に示した固体潤滑皮膜処理により、或は▲６▼〜▲８▼に示した軟窒化処理により、それぞれ形成する。
【００１６】
この様な図３〜４に示した構造に本発明を適用する場合には、少なくとも上記各表面処理層１０、１０ａのうちで、上記内径側ローラ８の外周面部分、及び、上記外径側ローラ９の内周面部分の表面粗さを０．０２〜０．２０Ｒａとする。更に好ましくは、上記内径側ローラ８の内周面部分、及び、上記外径側ローラ９の外周面部分の表面粗さも、０．０２〜０．２０Ｒａとする。この様に、各周面部分の表面粗さの値を、０．０２〜０．２０Ｒａと小さく（平滑に）する為には、上記各表面処理層１０、１０ａを形成した後、当該周面部分に、超仕上、ラップ仕上、ホーニング仕上等の仕上加工を施す。又、支持軸５の外周面及びカム２の外周面（図１〜２参照）の表面粗さに関しても、好ましくは０．０２〜０．２０Ｒａとする。
【００１７】
上述の様に、上記内径側ローラ８の外周面と上記外径側ローラ９の内周面とに相手面との潤滑性を向上させる為の表面処理層１０、１０ａを形成し、更にこれら各表面処理層１０、１０ａの表面粗さを０．０２〜０．２０Ｒａとしているので、上記両周面同士の摺動部に、良好な油膜を形成できる。この為、これら両周面同士の間に十分な潤滑油を送り込めない、潤滑不良の場合にも、少ない潤滑油を効率的に利用して、上記各表面処理層１０、１０ａ同士が強く擦れ合う事を防止し、これら各表面処理層１０、１０ａに著しい摩耗や焼き付き等の損傷が発生する事を有効に防止できる。又、上記内径側ローラ８の内周面部分、及び、上記外径側ローラ９の外周面部分の表面粗さも、０．０２〜０．２０Ｒａとすれば、これら各周面と支持軸５或はカム２の外周面との摺接部若しくは転がり接触部にも、良好な油膜を形成できる。
【００１８】
尚、本発明の効果を十分に得る為には、上述した様に、内径側、外径側、両ローラ８、９の表面に表面処理層１０、１０ａを形成する事が好ましい。但し、図５〜６に示す様に、内径側ローラ８の表面にのみ、表面処理層１０を形成する事もできる。この場合には、この表面処理層１０の表面（少なくとも外周面）の表面粗さを０．０２〜０．２０Ｒａとすると共に、上記外径側ローラ９の内周面に露出した、この外径側ローラ９を構成する素材（軸受鋼等の鋼材）表面の表面粗さを０．０２〜０．２０Ｒａとする。又、これとは逆に、外径側ローラ９の表面にのみ、表面処理層を形成し、各周面の表面粗さを０．０２〜０．２０Ｒａとする事もできる。
【００１９】
この様に一方のローラの表面にのみ表面処理層を形成する場合には、図３〜４に示した様に、両方のローラの表面に表面処理層１０、１０ａを形成する場合に比べて、カムフォロア装置を組み込んだエンジンを組み立てた後、最初の起動直後で、未だこのカムフォロア装置のローラ設置部分にエンジンオイルが送り込まれる前の状態での損傷防止効果が若干劣る。但し、何れのローラにも表面処理層を形成しない場合に比べて、この損傷防止効果は格段に優れたものになる。この為、最初の起動後に上記ローラ設置部分にエンジンオイルが送り込まれるまでの時間が短いエンジンであれば、十分に実用に耐えられる。
【００２０】
【実施例】
次に、本発明をなす過程で行なうと同時に、本発明の効果を確認した実験に就いて説明する。この実験は、前述の図５〜６に示した構造で、内径側ローラ８の外周面に形成した表面処理層１０の表面粗さと、外径側ローラ９の内周面の表面粗さとが、これら両周面同士の摺動部の耐久性に及ぼす影響を知る為に行なった。先ず、第一の実験では、外径側ローラ９の内周面の表面粗さを０．０４Ｒａの一定値としたまま、内径側ローラ８の外周面に形成した表面処理層１０の表面粗さを変化させた。又、第二の実験では、内径側ローラ８の外周面に形成した表面処理層１０の表面粗さを０．０４Ｒａの一定値としたまま、外径側ローラ９の内周面の表面粗さを変化させた。尚、上記第一、第二の実験では、外径側ローラ９を軸受鋼（ＳＵＪ２）製とし、内径側ローラ８をクロム鋼（ＳＣＲ４４０）製とした。又、外径側ローラ９には、表面処理層を形成せず、内径側ローラ８には、ガス軟窒化処理により表面処理層１０を形成した。又、外径側ローラ９の外径が２４ｍｍ、内径側ローラ８の内径が１２ｍｍ、幅が１４ｍｍのものを使用した。
【００２１】
そして、次に示す条件で、微量潤滑下でラジアル荷重を付与しつつ、上記外径側ローラ９を高速回転させる耐久試験を行なった。この耐久試験の条件は、実際の使用条件に比べて遥かに厳しいものである。
試験条件
外径側ローラ回転速度  ：  １０００ｍｉｎ−１
試験時間              ：  ５００時間
ラジアル荷重          ：  ５０００Ｎ
潤滑油                ：  純正ディーゼルエンジンオイル
潤滑方法              ：  はねかけ
潤滑油温度            ：  ９０℃
【００２２】
この様な耐久試験の結果を、図７に示す。この図７中、「○」印は、所定時間経過後にも上記内径側、外径側両ローラ８、９同士の摺動部に損傷が発生せず、運転時に異常な振動が発生しなかった事を、「×」印は、所定時間経過前に上記摺動部に損傷が発生し、運転時に異常な振動が発生した事を、それぞれ表している。この様な実験の結果を表す図７から明らかな通り、上記外径側ローラ９の内周面及び上記内径側ローラ８の外周面に形成した表面処理層１０の表面粗さを０．０２〜０．２０Ｒａとすれば、十分な耐久性を得られる。特に、上記外径側ローラ９の内周面の表面粗さを０．０２〜０．１６Ｒａとすれば、より優れた耐久性を得られる。尚、上記外径側ローラ９の内周面及び上記内径側ローラ８の外周面に形成した表面処理層１０の表面粗さを０．０２Ｒａよりも小さくしても、効果が飽和する（それ以上の耐久性向上効果を期待できない）だけでなく、表面を平滑化する為に要する費用が徒に嵩む原因となる。従って、上記外径側ローラ９の内周面及び上記内径側ローラ８の外周面に形成した表面処理層１０又は素材の表面粗さの下限値を０．０２Ｒａとした。
【００２３】
【発明の効果】
本発明のカムフォロア装置は、以上に述べた様に構成され作用する為、潤滑不良の状況の下でも、内径側ローラの外周面と外径側ローラの内周面との摺動抵抗を低減すると共に、これら両周面の摩耗を抑えて耐久性を向上させる事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来から知られているカムフォロア装置の１例を、使用状態で示す部分断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】本発明の対象となる従来構造の第１例を示す部分断面図。
【図４】図３のＢ−Ｂ断面図。
【図５】本発明の対象となる従来構造の第２例を示す部分断面図。
【図６】図５のＣ−Ｃ断面図。
【図７】本発明の効果を確認する為に行なった耐久試験の結果を示すグラフ。
【符号の説明】
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    ローラ
７    通孔
８    内径側ローラ
９    外径側ローラ
１０、１０ａ  表面処理層
【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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