(57)【要約】  本発明は、殊にディーゼル燃料噴射ポンプ用のカム軸伝動装置（１）であって、軸線（１２）を中心として回転するカム軸（３）を備え、カム軸は少なくとも１つのカム（４）を含み、カム（４）は、行程運動可能に案内された押圧ローラ（５）と協働し、押圧ローラはカム（４）の周面に沿って転動するようになっており、押圧ローラ（５）の行程運動は、押圧ローラが軸線（２）から離れる方向に離間運動させられる作動行程と、押圧ローラが軸線（２）に向かって接近する方向に接近運動させられる戻り行程とを含んでおる、この場合にカム（４）の周面は、戻り行程で押圧ローラ（５）を転動させるための戻り行程区分（６）と、作動行程で押圧ローラ（５）を転動させるための作動行程区分（７）とを有し、この場合にカム（４）の周面は、戻り行程区分（６）にわたって、作動行程区分（７）にわたってよりも高い摩擦値を有している。これによりカム軸伝動装置（１）において、カム（４）の周面にわたる押圧ローラ（５）の転動はカム軸（３）の全回転数範囲にわたって保証されるようになっている。
2010503803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カム軸（３）を備えたカム軸伝動装置（１）、殊にディーゼル燃料噴射ポンプ用のカム軸伝動装置（１）であって、前記カム軸（３）は該カム軸のカム軸縦軸線（２）を中心として回転可能でありかつ少なくとも１つのカム（４）を備えており、該カム（４）は、行程運動可能に案内された押圧ローラ（５）と協働するようになっており、該押圧ローラ（５）はカム（４）の周面に沿って転動するようになっており、前記押圧ローラ（５）の行程運動は、該押圧ローラ（５）がカム軸縦軸線（２）から離れる方向に離間運動させられる作動行程と、該押圧ローラ（５）がカム軸縦軸線（２）に向かって接近する方向に接近運動させられる戻り行程とを含んでいる形式のものにおいて、前記カム（４）の周面は、前記戻り行程での前記押圧ローラ（５）の転動のための戻り行程区分（６）と、前記作動行程での前記押圧ローラ（５）の転動のための作動行程区分（７）とを有しており、前記カム（４）の周面は、前記戻り行程区分（６）にわたって、前記作動行程区分（７）にわたってよりも高い摩擦値を有していることを特徴とする、カム軸伝動装置。
【請求項２】
戻り行程区分（６）の平均の表面粗さ（Ｒｚ）は、２μｍ乃至８μｍの値であり、有利には３μｍ乃至６μｍの値であり、特に有利には４μｍの値である請求項１に記載のカム伝動装置。
【請求項３】
作動行程区分（７）の平均の表面粗さ（Ｒｚ）は、０．１μｍ乃至２．５μｍの値であり、有利には０．５μｍ乃至２．２μｍの値であり、特に有利には最大２μｍの値である請求項１又は２に記載のカム伝動装置。
【請求項４】
戻り行程区分（６）の材料割合（Ｍｒ）は、５％乃至３０％の値であり、有利には１０％乃至２５％の値であり、特に有利には２０％を越えない値である請求項１から３のいずれか１項に記載のカム伝動装置。
【請求項５】
作動行程区分（７）の材料割合（Ｍｒ）は、２０％乃至９５％の値であり、有利には５０％乃至９０％の値であり、特に有利には少なくとも８０％の値である請求項１から４のいずれか１項に記載のカム伝動装置。
【請求項６】
カム（４）の周面は少なくとも部分的に、研削によって成形された表面を含んでいる請求項１から５のいずれか１項に記載のカム伝動装置。
【請求項７】
カム（４）の周面は少なくとも部分的に、磨き仕上げによって成形された表面を含んでいる請求項１から５のいずれか１項に記載のカム伝動装置。
【請求項８】
磨き仕上げによって成形された表面は、作動行程区分（７）の領域に限定されている請求項７に記載のカム伝動装置。
【請求項９】
作動行程区分（７）の周面の加工成形のための研削は、外周円形工具による研削である請求項６から８のいずれか１項に記載のカム伝動装置。
【請求項１０】
戻り行程区分（６）の周面の加工成形のための研削は、カム軸縦軸線（カム軸線２）に対して平行な研削方向で行われるようになっている請求項１から９のいずれか１項に記載のカム伝動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カム軸伝動装置、殊に内燃機関に供給されるべきディーゼル燃料のための高圧の形成に用いられるディーゼル燃料噴射ポンプ用のカム軸伝動装置であって、該カム軸伝動装置のカム軸は該カム軸のカム軸縦軸線（カム軸線若しくは単に軸線）を中心として回転可能でありかつ少なくとも１つのカムを備えており、該カムは、行程運動可能（往復運動）に案内された押圧ローラと協働するようになっており、つまり、押圧ローラを支持して押圧ローラを行程運動させるようになっており、この場合に該押圧ローラはカムの周面（カム面）に沿って転動するようになっており、前記押圧ローラの行程運動は、該押圧ローラがカム軸縦軸線から離れる方向に離間運動させられる作動行程（働き行程区分若しくは上り勾配区分）と、該押圧ローラがカム軸縦軸線に向かって接近する方向に接近運動させられる戻り行程（下り勾配区分）とを含んでいる形式のものに関する。
【０００２】
ドイツ連邦共和国特許出願公告第３５４６９３０Ｃ２号明細書により公知のカム軸伝動装置は、１つのカム軸を含んでおり、カム軸は内燃機関のクランク軸を介して駆動されるようになっている。カム軸はカムを有しており、カムの周面に沿って押圧ローラ（行程ローラ）が転動するようになっている。この場合に押圧ローラの行程運動に際して、押圧ローラは、カムの作動側（働き側若しくは作業側）では半径の増大に基づき、つまり上り勾配に基づきカム軸縦軸線から離間する方向に運動（行程運動）させられるのに対して、カムの戻り側では半径の減少に基づき、つまり下り勾配に基づきカム軸縦軸線に対して接近する方向に運動（行程運動）させられる。これによって、カム軸の回転運動による押圧ローラの連続的な行程運動（往復運動）を生ぜしめるようになっており、この場合に押圧ローラは、押圧ローラの直線的な行程運動を形成するために、滑り案内部内に受容されている。このような行程運動により、弁装置を介在して燃料を圧縮若しくは吐出するようになっている。ディーゼル燃料噴射ポンプの構成及びカム軸の回転数に依存して、押圧ローラは、カム軸の毎分４５００回までの回転数及びそれを越える回転数で駆動させられる。これによりカム軸伝動装置はカムと押圧ローラとの間で、押圧ローラの動的な回転及び行程運動に起因する機械的な大きな負荷にさらされる。
【０００３】
滑り案内部の、押圧ローラと逆の側に圧縮ばねを配置してあり、圧縮ばねは押圧ローラを戻し力で負荷しており、つまり押圧ローラに戻し力の荷重をかけており、その結果、押圧ローラはカムの全周にわたって接触を保っている。このような構造のカム軸伝動装置において、回転するカムによって生ぜしめられる押圧ローラの運動中の大きな負荷変動に基づきカム軸の回転運動のすべての角度区分（円周区分）にとって押圧ローラの確実な回転を保証できないという問題がある。カム軸のカムは、戻り行程区分と作動行程区分とに区分けされており、この場合に押圧ローラの行程運動は作動行程区分で燃料を圧縮し、かつ戻り行程区分で噴射ポンプの圧縮室内に燃料を吸い込むようになっている。カムの作動行程区分にわたっては１０ｋＮの力が生じ、該力で押圧ローラはカムに接触（圧着）される。前記力は戻り行程区分では生ぜず、もっぱらばね力のみが押圧ローラをカムに向けて負荷している。押圧ローラは、カム軸伝動装置の正確な作動のためにカムのすべての角度区分でカムと接触し、これによってカムの全周にわたってカムの周面に沿って転動するようになっていなければならない。カムの周面への押圧ローラの圧着のための最小圧力（最小負荷若しくは最小荷重）を下回ると、カムのすべての角度区分に対する押圧ローラの回転運動はもはや保証されなくなる。つまり押圧ローラの回転が止まり、押圧ローラとカムの周面との間に滑り（スリップ）を発生させ、滑りはカム軸伝動装置の摩耗を生ぜしめ、摩耗はカム軸伝動装置、ひいてはディーゼル燃料噴射ポンプの故障を惹起してしまうことになる。
【０００４】
本発明の課題は、請求項１の上位概念に記載のカム軸伝動装置を改善して、カムの周面に沿った押圧ローラの転動をカム軸の全回転数範囲で保証することである。
【０００５】
前記課題を解決するために本発明の構成では、カムの周面は、戻り行程で押圧ローラを転動させるための戻り行程区分と、作動行程で押圧ローラを転動させるための作動行程区分とを有しており、カムの周面は、戻り行程区分にわたって、作動行程区分の摩擦値よりも高い摩擦値を有しており、換言すればカムの周面の戻り行程区分の摩擦値は、作動行程区分の摩擦値よりも高くしてある。
【０００６】
本発明の上記構成により利点として、カムの周面の戻り行程区分の摩擦値を高くしてあることに基づき、カムの周面の戻り行程区分と押圧ローラとの間の滑りを避けることができるようになっている。さらに作動行程区分の表面の高い表面特性若しくは表面品質により摩擦値を小さくしてあることに基づき、押圧ローラとカムの周面との間の、高い圧着力に起因する早期の摩耗若しくは摩滅を避けるようになっている。押圧ローラと戻り行程区分の表面との間の低い圧着力に対応して、摩擦を本発明に基づき高めてあり、これによって戻り行程区分における押圧ローラの回転運動を維持している。戻り行程区分の表面粗さの高くされた表面は、摩擦値が大きくなっているものの、戻り行程区分での押圧ローラの押圧力が小さいので早期に摩耗されてしまうことはない。
【０００７】
本発明の有利な実施態様では、戻り行程区分の平均の表面粗さＲｚは、少なくとも２μｍ乃至８μｍの値であり、有利には３μｍ乃至６μｍの値であり、特に有利には４μｍの値である。平均の表面粗さは、連続する５つの測定部分の各局部山頂の平均値によって規定されたものである。各測定部分の最大値を加算して、それを測定部分の数で割ってある。表面粗さＲｚはカムの周面の摩擦値を規定し、つまり大きな値の表面粗さは大きな摩擦値を生ぜしめることになる。
【０００８】
本発明の有利な実施態様では、戻り行程区分の材料割合Ｍｒは、５％乃至３０％の値であり、有利には１０％乃至２５％の値であり、特に有利には２０％を越えない値、つまり２０％より小さい値である。表面粗さＲｚが大きくなるに従って、材料割合は小さくなっている。接触域率ｔpで表される材料域割合ＭRは、所定の断面における所定区間内での断面輪郭同士の接触する接触面積の割合である。材料域割合ＭRの小さい表面は大きな摩擦を生ぜしめるようになり、その結果、戻り行程区分の小さい材料域割合で押圧ローラの滑りを減少させ若しくは避けることができるようになっている。
【０００９】
本発明の有利な実施態様では、逆に作動行程区分の平均の表面粗さＲｚは、０．１μｍ乃至２．５μｍの値であり、有利には０．５μｍ乃至２．２μｍの値であり、特に有利には最大２μｍの値である。この場合に作動行程区分の材料割合ＭRは、２０％乃至９５％の値であり、有利には５０％乃至９０％の値であり、特に有利には少なくとも８０％の値である。小さい表面粗さＲＺ、ひいてはこれによりカムの作動行程区分の周面と押圧ローラとの間に得られる大きな材料割合ＭRは、摩耗を小さくしており、それというのは作用する高い力、つまり高いヘルツ接触圧（ヘルツの接触圧）に対して高い表面特性を成しているからである。作動行程区分での押圧ローラの滑りは高い圧着力に基づき実質的に排除されているので、小さい表面粗さ及び高い材料割合による高い表面特性は、摩耗減少につながっている。
【００１０】
本発明の有利な実施態様では、カムの周面は少なくとも部分的に、研削によって成形された表面を含んでいる。特に有利には、カムの周面は少なくとも部分的に、磨き仕上げによって成形された表面を含んでいる。この場合に磨き仕上げによって成形された表面は、作動行程区分の領域に限定されている。カムの周面の成形は、研削手段を用いて行われ、この場合にまずカムの全周面を研削加工するようになっている。研削加工によって得られる表面特性は、原理的に、研磨若しくは磨き仕上げによって得られる表面特性よりも低いものである。カムの全周面を研削加工した後に、次いで作動行程区分の領域を磨き仕上げ装置によって磨き仕上げ加工することにより、カムの周面にわたって、互いに異なる表面粗さ及び互いに異なる摩擦値を有する２つの区分を形成することができる。
【００１１】
本発明の別の実施態様では、カムの全周面に研削加工及び磨き仕上げ加工を行うようになっており、この場合には磨き仕上げ加工の後に、戻り行程区分の領域の周面を再び繰り返して行われる研削加工によって粗面化するようになっている。カムの周面の研削加工のためには種々の研削加工手段を用いることが可能であり、外周円形工具若しくは砥石車による研削方法は、周面の加工のための一般的な研削加工手段である。このような手段を用いる場合に、カムの表面に発生する研削パターン若しくは研削痕又は研削筋は、工具の回転方向と同じくカムの周方向に生じ、したがって押圧ローラとカムの間の周方向での摩擦値に影響を及ぼすものではない。作動行程区分の周面の加工のための研削をまず外周円形工具若しくは砥石車によって行うことができる。次いで戻り行程区分を除いて磨き仕上げ加工を行うようになっている。研削加工表面は戻り行程区分に残されるのに対して、作動行程区分には磨き仕上げされた表面が成形される。
【００１２】
本発明の別の実施態様では、戻り行程区分の研削加工をカム軸縦軸線に対して平行な研削方向で行われるようになっている。この場合には研削加工によって生じる研削パターンは、同じくカム軸縦軸線の方向に向いており、その結果、カムの周方向では高い摩擦が得られる。このような高い摩擦は、カムの表面と押圧ローラとの間の、周方向で作用する摩擦力に依存している。表面の研削特有の微細パターン（微細構造若しくは微細な縞模様）は、研削加工方向では、研削加工方向と直交する方向でよりも低い摩擦値を有している。したがって、研削加工方向を、カムの周面に沿った押圧ローラの転動方向と直交する方向に向けることによって、押圧ローラとカムとの間の滑りを最小にすることができる。
【００１３】
カムの周面にわたって異なる摩擦値を与えるための別の手段として、被覆手段、エッチング手段、ローレット手段若しくは類似の手段を用いることができ、これらの手段を最終的な加工手段として用いてよい。エッチング手段は、高い摩擦値を得るために特に戻り行程区分に用いられてよい。被覆のベース面よりも表面粗さの小さい表面被覆層は、作動行程区分にのみ設けられてよい。
【００１４】
戻り行程区分と作動行程区分とは、対称構造のカムではそれぞれ１８０°にわたって、つまりカムの全周の半分にわたって延びており、若しくは戻り行程及び作動行程の区分はカムの周面の周方向の一部分に画定されていてよく、戻り行程区分に隣接の残りの部分若しくは区分は作動行程区分の表面特性値と同じ表面特性値を有していてよい。
【００１５】
次に本発明を図示の実施例に基づき詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】カム及び押圧ローラをカム軸の横断面で見た図であり、この場合に押圧ローラは戻り行程区分でカムの周面に接触している。
【図２】カム及び押圧ローラをカム軸の横断面で見た図であり、この場合に押圧ローラは作動行程区分でカムの周面に接触している。
【図３】カム軸内に形成されたカムから成る実施例の側面図であり、この場合にカムは押圧ローラと接触させられている。
【図４】別の実施例の概略的な横断面図であり、カムは押圧ローラと接触させられている。
【図５】ダブルカム若しくは二重カムを備えたカム軸の概略的な横断面図であり、ダブルカム若しくは二重カムは楕円体によって形成されている。
【００１７】
図１及び図２に示すカム軸伝動装置１のカム軸３は、カム軸縦軸線２を中心として回転するようになっている。カム軸３にはカム４を設けてあり、カム４もカム軸３と一緒にカム軸縦軸線２を中心として回転するようになっている。回転の方向は、カム軸縦軸線２を中心とした矢印で示してある。
【００１８】
カム４はカム軸３と一体に形成されていて、カム軸の横断面の領域を超えて延びており、カム４及びカム軸３によって画成された周面に沿って押圧ローラ５を転動させるようになっている。押圧ローラ５は、押圧装置（図示省略）を介してカム４の周面に押圧されている。押圧ローラ５をカム４の周面に接触させてあることに基づき、押圧ローラ５も回転させられ、押圧ローラ５の回転も図面に矢印で示してある。押圧ローラ５は図示省略の受容部を用いて行程運動可能に案内されており、行程運動によって押圧ローラはカム軸縦軸線２に対して離間運動及び接近運動させられるようになっている。カム４若しくはカム軸６の周面は、戻り行程区分６と作動行程区分７とに分けられている。図１では押圧ローラ５はカム４と戻り行程区分６の領域で接触しているのに対して、図２では押圧ローラ５はカムと作動行程区分７の領域で接触している。カム４の回転方向に基づき押圧ローラ５は、図１ではカム軸縦軸線２に向かって接近運動させられ、それというのは押圧ローラは戻り行程区分６の領域で、つまりカム４の下降領域若しくは下り勾配領域でカムと接触させられているからである。
【００１９】
図２では押圧ローラ５は、作動行程区分７の領域でカム４と接触していて、したがってカム４の回転に伴ってカム軸縦軸線２から離間運動させられる。押圧ローラ５の各運動は図１及び図２に矢印で示してある。カム４の周囲にわたる戻り行程６及び作動行程７の区分は、概略的に示されたものであり、各区分はカムによってのみ画定されていてよいものであり、カム軸３の周囲の残りの区分は行程区分には当てはまらないものの、戻り行程区分６の領域の摩耗値を高くしてあるのに対して、作動行程区分７の領域の摩耗値を戻り行程区分の領域の摩耗値に比べて低くしてある。戻り行程区分６の領域と作動行程区分７の領域との間の異なる摩擦値は、異なる平均の表面粗さＲｚ若しくは表面の高い材料割合による物理的特性に依存している。カム軸３を図１及び図２に示すように回転させると、図１で、押圧ローラ５は戻り行程区分６にわたってはわずかな力でカム４の周面に圧着される。戻り行程区分６の領域の平均の大きな表面粗さに基づき、カム４と押圧ローラ５との間には大きな摩擦が生ぜしめられ、その結果、わずかな圧着力にもかかわらず押圧ローラ５は滑ることなくカム４に沿って転動するようになっている。図２において、押圧ローラ５は作動行程区分７の領域でカム４に沿って転動しており、この場合には小さな表面粗さにより、押圧ローラ５とカム４との間の摩耗の少ない接触を達成している。
【００２０】
図３にカム軸伝動装置１の別の実施例を示してあり、この場合にカム４はカム軸３内に形成されており、カム軸３はカム軸縦軸線２を中心として回転するようになっている。押圧ローラ５はローラピン８を用いて回転可能に支承されていて、カム４の表面と接触している。戻り行程区分６の領域はクロスハッチングによって示されており、クロスハッチングは戻り行程区分６の粗面化された領域、つまり該領域の高い表面粗さを表している。戻り行程区分６の粗面化された領域は、カム４の周方向でカム４の全周の半分にわたって延びているのではなく、カムの半周の一部分にわたって延びている。残りの部分は、作動行程区分７の表面の特性と同じ特性を有している。
【００２１】
図４にはカム４の輪郭の別の実施例を示してあり、該カムは、カム軸縦軸線２を中心として回転可能なカム軸３に形成されていて、押圧ローラ５と一緒にカム軸伝動装置１を構成しており、カム４の全周にわたる行程運動は正弦曲線に沿った運動ではなく、それというのはカム４は非対称的な構造を有しているからである。作動行程区分７はカム４の周囲の第１の領域にわたって延びており、この場合に残りの領域は戻り行程区分６を成している。図面に示してあるように、極めて小さい値の表面粗さＲｚ及び高い接触域率若しくは接触面積率である高い表面特性の領域は、周囲（全周）の短い一部分（区分）にわたって設けられている。周囲の残りの長い部分、つまり戻り行程区分６は、比較して大きい値の表面粗さＲｚを有しており、これにより押圧ローラ５の滑りは効果的に避けられるようになっている。
【００２２】
図５にさらに別の実施例のカム軸伝動装置１を示してあり、この場合には、カム軸縦軸線２を中心として回転可能に支承されたカム軸３に楕円形の輪郭を画成してあり、該輪郭は、第１及び第２のカム４を含んでおり、つまり２つのカムを画定している。カム４は、互いに１８０°ずらされた各角度区分（円周区分若しくは周囲区分）に配置されており、その結果、押圧ローラ５はカム軸の一回転当たり２回の行程運動を行うようになっている。このためにカム４の全周にわたって２つの戻り行程区分６と２つの作動行程区分７とを形成してあり、これらの戻り行程区分と作動行程区分とは全周にわたって互いに交互に連続して延びている。図５に示すカム軸伝動装置１においても、各戻り行程区分６は大きい値の表面粗さＲｚを有しているのに対して、作動行程区分７は比較して小さい値の表面粗さＲｚを有している。
【００２３】
本発明は図示の実施例に限定されるものではなく、種々の実施例を可能にするものである。さらに本発明は、ディーゼル燃料噴射ポンプへの使用に限定されるものではなく、押圧ローラ５がカム４の周面、つまりカム面に接触して転動するようになっているあらゆるカム軸伝動装置若しくはカム駆動部に用いられるものである。戻り行程区分６及び作動行程区分７の延在長さは、カム４の周面の全長のそれぞれ半分に限定されるものではなく、カム４の周面のそれぞれ任意の長さ（周方向寸法）に規定されてよいものである。
【符号の説明】
【００２４】
１  カム軸伝動装置、  ２  カム軸縦軸線、  ３  カム軸、  ４  カム、５  押圧ローラ、  ６  戻り行程区分、  ７  作動行程区分
【図１】
2010503803.tif 000003
【図２】
2010503803.tif 000004
【図３】
2010503803.tif 000005
【図４】
2010503803.tif 000006
【図５】
2010503803.tif 000007
【国際調査報告】
2010503803.tif 000008
2010503803.tif 000009
2010503803.tif 000010
2010503803.tif 000011
2010503803.tif 000012
2010503803.tif 000013