(57)【要約】【課題】  低コストのロッカーアームおよびその針状ころ軸受を提供する。【解決手段】  ロッカーアーム１は、エンジンブロックの軸２に揺動自在に支持されたアーム本体３と、このアーム本体３の一端に設けられた作用部４と、アーム本体３の他端に回転自在に支持された針状ころ軸受５とを備える。針状ころ軸受５の外輪５１は、内燃機関（エンジン）に同期して回転するカム７に当接するカムフォロアとして機能する。作用部４は、アーム本体３の揺動運動に伴って、内燃機関の給排気バルブ６を開閉する。外輪５１の転走面の面粗度の許容上限値は、中心線平均粗さ（Ｒａ）で０．３μｍであり、下限値が０．２μｍである。【選択図】      図５
2005337050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
揺動自在なアーム本体に、内燃機関のバルブを動作させる作用部と、所定の面粗度の転走面を有する外輪がカムフォロアとなる針状ころ軸受とを設けたロッカーアームにおいて、
前記所定の面粗度の許容上限値が、中心線平均粗さ（Ｒａ）で０．３μｍであり、下限値が０．２μｍであることを特徴とする、ロッカーアーム。
【請求項２】
前記針状ころ軸受の針状ころ群の円周方向隙間の許容上限値が０．０２５ｍｍである、請求項１に記載のロッカーアーム。
【請求項３】
前記針状ころ軸受の針状ころ群のラジアル方向隙間の許容上限値が０．０５０ｍｍである、請求項１または２に記載のロッカーアーム。
【請求項４】
揺動自在なアーム本体に、内燃機関のバルブを動作させる作用部と、外輪がカムフォロアとなる針状ころ軸受とを設けたロッカーアームにおいて、
前記針状ころ軸受の針状ころ群の円周方向隙間の許容上限値が０．０２５ｍｍであり、針状ころ群のラジアル方向隙間の許容上限値が０．０５０ｍｍであることを特徴とする、ロッカーアーム。
【請求項５】
前記針状ころ軸受の針状ころ群のラジアル方向隙間の許容下限値が０．００９ｍｍである、請求項３または４に記載のロッカーアーム。
【請求項６】
内燃機関のバルブを動作させる作用部を持つロッカーアームに回転自在に支持され、外輪がカムフォロアとなるロッカーアーム用針状ころ軸受において、
前記外輪転走面の面粗度の許容上限値が、中心線平均粗さ（Ｒａ）で０．３μｍであり、下限値が０．２μｍであることを特徴とする、ロッカーアーム用針状ころ軸受。
【請求項７】
前記針状ころ軸受の針状ころ群の円周方向隙間の許容上限値が０．０２５ｍｍであり、針状ころ群のラジアル方向隙間の許容上限値が０．０５０ｍｍである、請求項６に記載のロッカーアーム用針状ころ軸受。
【請求項８】
内燃機関のバルブを動作させる作用部を持つロッカーアームに回転自在に支持され、外輪がカムフォロアとなるロッカーアーム用針状ころ軸受において、
前記針状ころ軸受の針状ころ群の円周方向隙間の許容上限値が０．０２５ｍｍであり、針状ころ群のラジアル方向隙間の許容上限値が０．０５０ｍｍであることを特徴とする、ロッカーアーム用針状ころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動車等の内燃機関の給排気バルブを駆動させる動弁機構において、カムとバルブとの間に揺動自在に設置されるロッカーアームに関するものであり、特にカムフォロアとなる針状ころ軸受の精度に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ロッカーアームとカムとの接触部の形式には、スリッパタイプ、ローラフォロアタイプ、および針状ころ軸受タイプがある。近年、接触部における摩擦低減を意図して転がり接触が用いられるようになってきており、中でも摩擦低減効果が大きい針状ころ軸受タイプが主流になってきている。
【０００３】
針状ころ軸受をカムフォロアとして用いたロッカーアームは、例えば、特開２００１−３０３９１１号公報（特許文献１）に開示されている。この公報に開示されたロッカーアーム用針状ころ軸受は、カムに接触するローラ（外輪）と、アーム本体に取り付けられた軸と外輪との間のころ収容空間に収容される複数の針状ころとを備える。複数の針状ころは、総ころ形式でころ収容空間に収容されている。
【０００４】
相手カムに接触する外輪は、カムの回転に伴って回転し、各針状ころは外輪の転走面（内径面）に接触して自転および公転運動を行なう。
【特許文献１】特開２００１−３０３９１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、ローカーアーム用針状ころ軸受の寿命を延ばすために、外輪転走面の面粗度、針状ころ群の円周方向隙間およびラジアル方向隙間を厳しく管理している。例えば、特開２００１−３０３９１１号公報に開示された針状ころ軸受においては、針状ころ群の円周方向隙間を０．０１２〜０．０１８ｍｍの範囲内にし、針状ころ群のラジアル方向隙間を０．００５〜０．０１８ｍｍの範囲内にすることが記載されている。
【０００６】
また、軸受寿命を延ばすという観点から、一般的には、外輪転走面の面粗度を中心線平均粗さ（Ｒａ）で０．２μｍ以下に管理する。中には、外輪転走面の面粗度を０．１μｍ以下に管理する場合もある。特開２００１−３０３９１１号公報に開示された針状ころ軸受においては、所定の針状ころ群の円周方向隙間およびラジアル方向隙間を確保した上で外輪転走面の面粗度をＲａ０．２５μｍとした例が記載されている。
【０００７】
針状ころ軸受の精度を上記のような良好な範囲に保つには、各部の精度を厳しく管理する必要があり、コストの上昇を招く。例えば、外輪転走面に対して研削仕上げやホーニング仕上げ等により良好な面粗度を得ようとすると、加工時間が大幅に長くなったり、加工の手間がより多くかかってしまう。また、針状ころ群の円周方向隙間およびラジアル方向隙間を狭い範囲内に保つには、外輪内径寸法の精度および針状ころの外径寸法の精度を厳しく管理する必要がある。
【０００８】
ロッカーアームの分野における従来の技術常識では、カムフォロアとなる外輪の転走面の面粗度を低下させたり、針状ころ群の円周方向隙間およびラジアル方向隙間の範囲を拡大させたりすると、針状ころ軸受の寿命が悪化すると考えられていた。
【０００９】
この発明の目的は、コスト的に有利なロッカーアームを提供することである。
【００１０】
この発明の他の目的は、加工コストを低減できるロッカーアーム用針状ころ軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
一つの局面において、この発明に従ったロッカーアームは、揺動自在なアーム本体に、内燃機関のバルブを動作させる作用部と、所定の面粗度の転走面を有する外輪がカムフォロアとなる針状ころ軸受とを設けたものであり、所定の面粗度の許容上限値が、中心線平均粗さ（Ｒａ）で０．３μｍであり、下限値が０．２μｍであることを特徴とする。
【００１２】
中心線平均粗さ（Ｒａ）は、ＪＩＳ  Ｂ０６０１に規定されている。
【００１３】
本願発明者は、ロッカーアーム用針状ころ軸受の外輪転走面の面粗度と軸受寿命との関係を調査し、面粗度が０．３μｍ以下であれば、面粗度を厳しく管理した従来の軸受に比べても遜色ない軸受寿命を発揮できることを見出した。面粗度の許容上限値を０．３μｍとすることにより、外輪転走面の研削時間を大幅に短縮でき、加工コストを低減できる。加工コスト低減効果を十分に発揮するために、面粗度の下限値を０．２μｍとする。
【００１４】
軸受加工コストをさらに低減させるために、好ましくは、針状ころ軸受の針状ころ群の円周方向隙間の許容上限値を０．０２５ｍｍとする。さらに、好ましくは、針状ころ軸受の針状ころ群のラジアル方向隙間の許容上限値を０．０５０ｍｍとする。
【００１５】
ここで、針状ころ群の円周方向隙間とは、外輪の転走面に針状ころ群を当接させ、全てのころを順次寄せた状態における、最初のころと最後のころとの間に生じる隙間を、ころ１個あたりに換算した値をいう。この円周方向隙間が大きくなると、ころのスキューが増大し、エッジロードによる過大荷重が発生し、短寿命となる。一方、隙間が小さくなると、ころ同士の競り合いによる摩耗、すべりによる発熱の問題が生じる。
【００１６】
針状ころ群のラジアル方向隙間とは、外輪の転走面に針状ころ群を当接させた状態における、ころ群の内接円の直径とアーム本体に取付けられた軸の直径との差をいい、ラジアル方向の隙間の大小により、ころの負荷率が変化する。ラジアル方向の隙間が大きくなると、ころの負荷率が小さくなり、ころ１個あたりの面圧が増大する。一方、ラジアル方向隙間が小さくなると、負荷率が大きくなって、ころ１個あたりの面圧は減少するものの、外輪転走面の形状（真円度、円筒度等）の影響で、部分的に負すきまになるおそれがあり、焼き付きの原因となる。
【００１７】
他の局面において、この発明に従ったロッカーアームは、揺動自在なアーム本体に、内燃機関のバルブを動作させる作用部と、外輪がカムフォロアとなる針状ころ軸受とを設けたものであり、針状ころ軸受の針状ころ群の円周方向隙間の許容上限値が０．０２５ｍｍであり、針状ころ群のラジアル方向隙間の許容上限値が０．０５０ｍｍであることを特徴とする。
【００１８】
本願発明者は、ロッカーアーム用針状ころ軸受の針状ころ群の円周方向隙間およびラジアル方向隙間と、軸受寿命との関係を調査し、円周方向隙間が０．０２５ｍｍ以下で、ラジアル方向隙間が０．０５０ｍｍ以下であれば、これらの隙間を厳しく管理した従来の軸受に比べても遜色ない軸受寿命を発揮できることを見出した。このように針状ころ群の円周方向隙間の許容上限値とラジアル方向隙間の許容上限値とを大きくすることにより、ロッカーアーム用針状ころ軸受の加工コストを大幅に低減できる。
【００１９】
アーム本体に取り付けられた軸に対して針状ころ軸受を容易に組み込みやすくするために、好ましくは、針状ころ群のラジアル方向隙間の許容下限値を０．００９ｍｍとする。
【００２０】
一つの局面において、この発明に従ったロッカーアーム用針状ころ軸受は、内燃機関のバルブを動作させる作用部を持つロッカーアームに回転自在に支持され、外輪がカムフォロアとなるものであり、外輪転走面の面粗度の許容上限値が、中心線平均粗さ（Ｒａ）で０．３μｍであり、下限値が０．２μｍであることを特徴とする。
【００２１】
上記のような構成であれば、ロッカーアーム用針状ころ軸受の加工コストを大幅に低減できる。コスト低減効果を高めるために、好ましくは、針状ころ軸受の針状ころ群の円周方向隙間の許容上限値を０．０２５ｍｍとし、針状ころ群のラジアル方向隙間の許容上限値を０．０５０ｍｍとする。
【００２２】
他の局面において、この発明に従ったロッカーアーム用針状ころ軸受は、内燃機関のバルブを動作させる作用部を持つロッカーアームに回転自在に支持され、外輪がカムフォロアとなるものであり、針状ころ軸受の針状ころ群の円周方向隙間の許容上限値が０．０２５ｍｍであり、針状ころ群のラジアル方向隙間の許容上限値が０．０５０ｍｍであることを特徴とする。
【００２３】
上記のような構成であれば、ロッカーアーム用針状ころ軸受の加工コストを大幅に低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１に示すように、ロッカーアーム１は、エンジンブロックの軸２に揺動自在に支持されたアーム本体３と、このアーム本体３の一端に設けられた作用部４と、アーム本体３の他端に回転自在に支持された針状ころ軸受５とを備える。針状ころ軸受５の外輪は、内燃機関（エンジン）に同期して回転するカム７に当接するカムフォロアとして機能する。作用部４は、アーム本体３の揺動運動に伴って、内燃機関の給排気バルブ６を開閉する。
【００２５】
図２は針状ころ軸受５を示しており、（ａ）はその正面図、（ｂ）は（ａ）の線Ｂ−Ｂに沿って見た断面図である。図示するように、ロッカーアーム１のアーム本体３の１対の側壁に軸３１が取り付けられており、針状ころ軸受５は、この軸３１上に回転自在に支持される。針状ころ軸受５は、外輪５１と、複数の針状ころ５２とを備える。針状ころ５２は、外輪５１の転走面５１ａと、軸３１の外径面との間のころ収容空間に総ころ形式で収容されている。
【００２６】
図６に示すように、針状ころ軸受５の複数の針状ころ５２には、円周方向隙間とラジアル方向隙間とを設けている。針状ころ５２の円周方向隙間とは、外輪５１の転走面５１ａに針状ころ５２を当接させ、さらに全てのころを順次寄せた状態における、最初のころと最後のころとの間に生じる隙間を、ころ１個あたりに換算した値である。針状ころ５２のラジアル方向隙間とは、外輪５１の転走面５１ａに複数の針状ころ５２を当接させた状態における、ころ群の内接円の直径とアーム本体３の軸３１の直径との差である。
【００２７】
本願の発明者は、ロッカーアーム用針状ころ軸受の外輪５１の転走面５１ａの面粗度と軸受寿命との関係を調査した。転走面５１ａは、通常、素材を熱処理した後に研削加工で所定の面粗度にされる。転走面５１ａの面粗度を、ＪＩＳ  Ｂ０６０１に規定する中心線平均粗さ（Ｒａ）で０．２μｍ以下にしようとすると、研削加工の時間が長くなり加工費のコストアップを招く。
【００２８】
そこで、本願発明者は、外輪５１の転走面５１ａの面粗度（Ｒａ）を異ならせた複数種類の試料を作成し、それらの軸受寿命を比較した。今回の寿命試験に使用した試験機の図解図を図３に示す。試験にあたっては、針状ころ軸受５を固定軸３２上にセットし、オイル潤滑により所定のラジアル荷重を負荷した駆動ロール１０にて外輪５１を回転させ、外輪５１または複数の針状ころ５２が破損するまでの時間（軸受寿命）を測定した。
【００２９】
使用した潤滑油はＳＬ１０Ｗ−３０であり、潤滑条件はオイル循環給油であった。また、試験機の条件を次のようにした。すなわち、軸受にかかる荷重を基本動定格荷重の３０％とし、軸受回転数を７０００ｒ．ｐ．ｍとし、油温を１００℃とした。
【００３０】
上記の試験の結果を表１に示す。
【００３１】
【表１】
2005337050.tif 000003
【００３２】
表１に示すように、外輪転走面の面粗度区分を（１）Ｒａ０．１μｍ以下、（２）Ｒａ０．１８〜０．２０μｍ、（３）Ｒａ０．２８〜０．３０μｍ、（４）Ｒａ０．３３〜０．３５μｍの４ランクに分けた。粗さ測定器は、東京精密製のサーフコムである。面粗度の測定方向は、針状ころの軸方向である。面粗度の測定方法は、ＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９４に準じて、外輪転走面を軸方向に触針で測り、幅に対し中央部４ｍｍを測定した。測定時のカットオフ値は０．８ｍｍ、評価長さは４ｍｍであった。各ランクに対して、５個の試料（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５）を測定した。
【００３３】
表１中の「Ｌ１０ｈ」は、「面粗度を４ランクに区分した各グループ毎に、外輪転走面、ころ、軸を確認したとき、試料の１０％にクラック、フレーキング、ピーリング損傷が発生するまでの時間」である。
【００３４】
図４は、横軸に時間、縦軸に対応する累積破損確率をとったグラフであり、累積数比率が１０％である線に交差する時間が「Ｌ１０ｈ」である。
【００３５】
図５は、表１の数値をグラフ化したものであり、軸受寿命と粗さ（Ｒａ）との関係を示している。
【００３６】
表１、図４および図５に示す試験結果から、次のことが認められる。すなわち、面粗度Ｒａ０．１以下、Ｒａ０．１８〜０．２０、Ｒａ０．２８〜０．３０の区分では、Ｌ１０ｈに差はなく、同レベルの軸受寿命である。一方、Ｒａ０．３３〜０．３５のものは、明らかにＬ１０ｈが悪化している。これらの結果から、外輪転走面の面粗度が軸受寿命に影響を及ぼすが、面粗度Ｒａが０．３μｍのところに軸受寿命の変曲点がある。
【００３７】
上記のように、外輪転走面の面粗度が０．３μｍ以下であれば、面粗度を厳しく管理した従来のロッカーアーム用針状ころ軸受に比べても遜色ない軸受寿命が得られる。
【００３８】
本願発明者は、さらに、図６に示した複数の針状ころ５２の円周方向隙間およびラジアル方向隙間を異ならせた複数種類の試料を作成し、それらの軸受寿命を比較した。試験機および試験条件は、前述の面粗度に関して行なった試験と同じである。なお、この試験に用いた各試料の面粗度（Ｒａ）は、０．１μｍ以下であった。
【００３９】
上記の試験の結果を表２および図７に示す。
【００４０】
【表２】
2005337050.tif 000004
【００４１】
表２中、針状ころ群の円周方向隙間およびラジアル方向隙間を、次の５ランクに区分した。各ランクに対して５個の試料（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５）を測定した。
【００４２】
（１）Ａランク
円周方向隙間：０．００３ｍｍ
ラジアル方向隙間：０．００６ｍｍ
（２）Ｂランク
円周方向隙間：０．０２５ｍｍ
ラジアル方向隙間：０．００６ｍｍ
（３）Ｃランク
円周方向隙間：０．０２５ｍｍ
ラジアル方向隙間：０．０４９ｍｍ
（４）Ｄランク
円周方向隙間：０．００３ｍｍ
ラジアル方向隙間：０．０４９ｍｍ
（５）従来品
円周方向隙間：０．０１５ｍｍ
ラジアル方向隙間：０．０１１ｍｍ
表２中の「Ｌ１０寿命」は、「円周方向隙間およびラジアル方向隙間を５ランクに区分した各グループ毎に、外輪転走面、ころ、軸を確認したとき、試料の１０％にクラック、フレーキング、ピーリング損傷が発生するまでの時間」である。
【００４３】
図７は、横軸に時間、縦軸に対応する累積破損確率をとったグラフであり、累積数比率が１０％である線に交差する時間が「Ｌ１０ｈ」である。
【００４４】
表２および図７に示す試験結果から、次のことが認められる。すなわち、針状ころ群の円周方向隙間を０．０２５ｍｍまで大きくし、ラジアル方向隙間を０．０５０ｍｍまで大きくしても、これらの隙間を厳しく管理した従来品に比べて遜色ない軸受寿命が得られる。
【００４５】
上記のように、針状ころ群の円周方向隙間の許容上限値を０．０２５ｍｍとし、針状ころ群のラジアル方向隙間の許容上限値を０．０５０ｍｍとすることにより、外輪の内径寸法に対応する外径寸法を有するころを選別して組み合わせる工程を省けるので、加工コストを低減することができる。
【００４６】
なお、アーム本体の軸３１に針状ころ軸受５を組み込みやすくするために、好ましくは、複数の針状ころ５２のラジアル方向隙間の許容下限値を０．００９ｍｍとする。
【００４７】
加工コストをより大きく低減するために、針状ころ軸受の外輪転走面の面粗度の許容上限値を中心線平均粗さ（Ｒａ）で０．３μｍにし、それに加えて針状ころ群の円周方向隙間の許容上限値を０．０２５ｍｍに拡大してもよい。さらに、円周方向隙間の拡大に代えて、あるいは円周方向隙間の拡大と共に、針状ころ群のラジアル方向隙間の許容上限値を０．０５０ｍｍに拡大してもよい。
【００４８】
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。例えば、図１ではセンターピボットタイプのロッカーアームを説明したが、エンドピボットタイプのロッカーアームでもよい。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】
【００４９】
この発明は、ロッカーアームおよびその針状ころ軸受のコスト低減に大きく寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】ロッカーアームの全体を示す図である。
【図２】針状ころ軸受を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）の線Ｂ−Ｂに沿って見た断面図である。
【図３】軸受寿命試験機を示す図解図であり、（ａ）は側面方向から見た部分断面図、（ｂ）は正面から見た図である。
【図４】横軸に時間、縦軸に対応する累積破損確率をとった図である。
【図５】寿命と粗さとの関係を示す図である。
【図６】円周方向隙間およびラジアル方向隙間を示す図である。
【図７】横軸に時間、縦軸に対応する累積破損確率をとった図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  ロッカーアーム、２  軸、３  アーム本体、４  作用部、５  針状ころ軸受、６  バルブ、７  カム、１０  駆動ロール、３１  軸、３２  固定軸、５１  外輪、５１ａ  転走面、５２  針状ころ。
【図１】
2005337050.tif 000005
【図２】
2005337050.tif 000006
【図３】
2005337050.tif 000007
【図４】
2005337050.tif 000008
【図５】
2005337050.tif 000009
【図６】
2005337050.tif 000010
【図７】
2005337050.tif 000011