(57)【要約】【課題】ローラ支持軸９の耐久性を向上させる事で、必要な耐久性を確保しつつ小型・軽量化を可能にする。【解決手段】前記支持軸９の表面層の硬度をＨｖ６５０以上、同じく残留オーステナイト量を１５〜４０容量％とする。且つ、前記表面層よりも中心寄りに存在する芯部の硬さをＨｖ２００〜３００とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロッカーアームに互いに間隔をあけた状態で設けた１対の支持壁に両端部を支持固定され、これら両支持壁同士の間に存在する中間部分の周囲にラジアルニードル軸受を介してローラを回転自在に支持するエンジンの動弁装置用カムフォロア装置の支持軸に於いて、Ｃを０．５〜１．２質量％含む鋼製の素材に、Ｎを０．０５〜０．４質量％浸入させた後に、焼き入れ・焼き戻しを施す事により、外周面のうちの前記ラジアルニードル軸受の内輪軌道として機能する部分のうち、この外周面から前記ラジアルニードル軸受を構成する各ニードルの直径の２％に達する部分までを表面層とした場合に、この表面層の硬度をＨｖ６５０以上、同じく残留オーステナイト量を１５〜４０容量％とし、且つ、前記表面層よりも中心寄りに存在する芯部の硬さをＨｖ２００〜３００とした事を特徴とするエンジンの動弁装置用カムフォロア装置の支持軸。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エンジンのカムシャフトの回転運動を弁の往復運動に変換する為のエンジンの動弁装置に組み込まれるカムフォロア装置で、カムとの接触に基づいて回転しつつ往復揺動するローラを回転自在に支持する為の支持軸の改良に関する。具体的には、この支持軸の耐久性を向上させる事で、必要な耐久性を確保しつつ、前記カムフォロア装置の小型・軽量化を可能とするものである。
【背景技術】
【０００２】
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の動きをバルブに伝達する為の動弁装置として、カムフォロア装置が、例えば特許文献１〜２等に記載される等して広く知られており、且つ、広く実施されている。図１〜２は、このうちの特許文献１に記載された、カムフォロア装置の従来構造の第１例を示している。カムフォロアの本体であるロッカーアーム１は、その長さ方向（図１の左右方向）中間部に形成した軸孔２に挿通したロッカー軸３により、エンジンのシリンダヘッド（図示せず）に回転自在に支持される。又、前記ロッカーアーム１の基端部（図１の左端部）にアジャストボルト４を、この基端部に形成したねじ孔に螺合させると共にロックナット５を締め付ける事により固定している。そして、前記アジャストボルト４の先端面（図１の下端面）に、前記シリンダヘッドに往復移動可能に支持された吸気弁又は排気弁である機関弁６の基端面（図１の上端面）を当接させている。この機関弁６は、リターンスプリング７によって常に閉弁方向（前記アジャストボルト４との当接方向）に付勢されている。従って前記ロッカーアーム１には、図１で時計方向の弾性が付与されている。
【０００３】
一方、前記ロッカーアーム１の先端部（図１の右端部）にローラ８を、ローラ支持軸９を介して回転自在に支持し、このローラ８の外周面を、前記リターンスプリング７の弾力に基づいて、カム１０の外周面に当接させている。このカム１０は、クランク軸（図示せず）に連動して回転するカム軸１１と一体に形成され、前記シリンダヘッドに回転自在に支持されている。この様な構成により、このカム軸１１の回転を、前記ロッカー軸３を中心とする前記ロッカーアーム１の往復揺動運動に変換し、更にこのロッカーアーム１により前記機関弁６を、前記リターンスプリング７の弾力に抗し、或いはこの弾力に基づいて、軸方向に往復移動させる。そして、前記エンジンのシリンダ頂部に設けた吸気口或いは排気口の開閉動作を行う。
【０００４】
上述の様な動弁装置で、前記ロッカーアーム１に対して前記ローラ８を、前記ローラ支持軸９を介して回転自在に支持する部分は、図２に示す様に構成している。前記ロッカーアーム１の先端部に、互いに間隔をあけて平行に設けた１対の支持壁１２、１２同士の間に、前記ローラ支持軸９を掛け渡している。そして、このローラ支持軸９の中間部で前記両支持壁１２、１２の内側面同士の間に位置する部分の周囲に前記ローラ８を、複数本のニードル１３、１３から成るラジアルニードル軸受により、回転自在に支持している。前記ローラ支持軸９の両端部は、前記両支持壁１２、１２にそれぞれ、互いに同心に設けられた円形のローラ軸孔１４、１４に嵌合支持されている。この状態で、前記ローラ支持軸９を、その両端面外径寄り部分にパンチ等のかしめ治具の先端縁を突き当てる事により、その両端外周縁部を径方向外方に塑性変形して、前記両ローラ軸孔１４、１４に対し強固に結合固定している。
【０００５】
上述の図１〜２に示した従来構造の第１例の場合、ロッカーアーム１の長さ方向中間部を支点とし、両端部にローラ８と、機関弁６を駆動する為のアジャストボルト４とを設けている。これに対して、特許文献２には、図３〜４に示す様に、ロッカーアーム１ａの長さ方向中間部に、１対の支持壁１２ａ、１２ａ同士の間に掛け渡す状態で支持固定したローラ支持軸９ａの周囲にローラ８ａを、ラジアルニードル軸受により回転自在に支持した構造が記載されている。この様な従来構造の第２例の場合には、前記ロッカーアーム１ａの一端部（図３〜４の左端部）に、支点となるラッシュアジャストの先端部を突き当て、他端部（図３〜４の右端部）に機関弁の基端面を突き当てる。
【０００６】
何れの構造の場合でも、前記ローラ８、８ａは前記ローラ支持軸９、９ａの周囲に、複数本のニードル１３、１３から成るラジアルニードル軸受により、回転自在に支持されている。そして、エンジンの運転時に前記ローラ８、８ａから前記ローラ支持軸９、９ａには、負荷圏に存在するニードル１３、１３、即ち、このローラ８、８ａの内周面のうちで外周面が前記カム１０の外周面と当接している部分の内方に位置する部分と、前記ローラ支持軸９、９ａの外周面との間部分及びその近傍部分に存在するニードル１３、１３を介して、ラジアル荷重が加わる。この際、前記ローラ８、８ａの内周面が前記ラジアルニードル軸受の外輪軌道として、前記ローラ支持軸９、９ａの外周面が同じく内輪軌道として、それぞれ機能し、前記各ニードル１３、１３の転動面と転がり接触する。この様に転がり接触部分を介して伝達されるラジアル荷重の大きさは、前記リターンスプリング７の弾力に見合うものであり、このリターンスプリング７の弾力は、近年に於けるエンジンの高出力化に伴って相当に大きくなっている。
【０００７】
一方、前記ラジアル荷重を支承する外輪軌道と内輪軌道とのうち、前記ローラ８、８ａの内周面である外輪軌道は、このローラ８、８ａの回転に伴って、前記負荷圏に存在する部分が絶えず変化する。これに対して、前記ローラ支持軸９、９ａの外周面である内輪軌道は、常に同じ部分が前記負荷圏に存在する。従って、前記ラジアルニードル軸受、延いては、このラジアルニードル軸受を組み込んだカムフォロア装置の耐久性は、前記ローラ支持軸９、９ａの外周面である、前記内輪軌道の転がり疲れ寿命に大きく影響される。
【０００８】
このローラ支持軸９、９ａの転がり疲れ寿命を確保する為には、前記ラジアルニードル軸受のピッチ円直径と軸方向長さ（前記各ニードル１３、１３の全長）とのうちの一方又は双方を大きくする事が考えられる。これら各寸法を大きくすれば、前記ラジアル荷重を伝達する転がり接触部の面圧を抑えられて、前記ラジアルニードル軸受の耐久性を確保できる。但し、前記各寸法を大きくすると、このラジアルニードル軸受の回転抵抗（動トルク）が増大し、エンジンの省燃費化の妨げとなる。又、前記カムフォロア装置が大型化し、高速で往復移動する部分の慣性質量の増大により、エンジンの高性能化（高回転化）を図りにくくなる。
【０００９】
前記カムフォロア装置を大型化する事なく前記ラジアルニードル軸受の転がり疲れ寿命を確保する為には、前記ローラ支持軸９、９ａの外周面の転がり疲れ寿命を向上させる事が効果がある。但し、従来からカムフォロア装置に組み込まれていたローラ支持軸９、９ａの場合、エンジンの省燃費化、高性能化に対して十分に寄与できる程の耐久性を備えてはいなかった。
尚、本発明の実施に関連する技術を記載した刊行物として、特許文献３がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−１８３８５６号公報
【特許文献２】特開２００９−７９５６９号公報
【特許文献３】特許第４４２３７５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上述の様な事情に鑑みて、支持軸の耐久性を向上させる事で、必要な耐久性を確保しつつ小型・軽量化を可能とする、エンジンの動弁装置用カムフォロア装置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】
【００１２】
本発明のエンジンの動弁装置用カムフォロア装置の支持軸は、例えば図１〜４に示した従来から知られているエンジンの動弁装置用カムフォロア装置の支持軸と同様に、ロッカーアームに互いに間隔をあけた状態で設けた１対の支持壁に両端部を支持固定される。そして、これら両支持壁同士の間に存在する中間部分の周囲に、ラジアルニードル軸受を介して、ローラを回転自在に支持する。
【００１３】
特に、本発明のエンジンの動弁装置用カムフォロア装置の支持軸に於いては、外周面のうちで前記ラジアルニードル軸受の内輪軌道として機能する部分である、表面層の硬度をＨｖ６５０以上、同じく残留オーステナイト量を１５〜４０容量％としている。且つ、前記表面層よりも中心寄りに存在する芯部の硬さをＨｖ２００〜３００としている。尚、この表面層とは、前記外周面から前記ラジアルニードル軸受を構成する各ニードルの直径の２％に達する部分までを言う。又、前記芯部とは、前記表面層よりも十分に中心寄り部分に存在し、この表面層の性状を上述したものにする為の熱処理の影響を受けていない部分を言う。
この様な本発明のエンジンの動弁装置用カムフォロア装置の支持軸は、Ｃ（炭素）を０．５〜１．２質量％含む鋼製の素材の表面層に対応する部分に、Ｎ（窒素）を０．０５〜０．４質量％浸入させた後に、焼き入れ・焼き戻しを施す事により造る。
尚、前記支持軸の両端部の表面硬さは、前記内輪軌道として機能する部分の表面硬さよりも低く、Ｈｖ２００〜３００とする。この理由は、前記支持軸の両端部をロッカーアームの軸孔の内周面にかしめ固定すべく、これら両端部を径方向外方に塑性変形させる為である。
【発明の効果】
【００１４】
上述の様に構成する本発明のエンジンの動弁装置用カムフォロア装置の支持軸によれば、ラジアルニードル軸受の内輪軌道として機能する外周面の転がり疲れ寿命を向上させる事ができる。従って、必要とする耐久性を同じとした場合には、支持軸の周囲にローラを回転自在に支持する為のラジアルニードル軸受のピッチ円直径と軸方向寸法との一方又は双方を小さくできる。そして、このラジアルニードル軸受の寸法を小さくできる分、カムフォロア装置の小型・軽量化が可能となり、エンジンの省燃費化、高性能化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の対象となる支持軸を組み込んだエンジンの動弁装置用カムフォロア装置の第１例を示す側面図。
【図２】図１の拡大Ａ−Ａ断面図。
【図３】本発明の対象となる支持軸を組み込んだエンジンの動弁装置用カムフォロア装置の第２例を示す側面図。
【図４】図３の上方から見た図。
【図５】本発明がカムフォロア装置の小型化に寄与できる事を説明する為に、支持軸の周囲にローラを、ラジアルニードル軸受を介して支持した部分を取り出して示す断面図で、（Ａ）は従来の場合を、（Ｂ）は本発明を実施する事により軸方向寸法を短くした状態を、（Ｃ）は同じく直径を小さくした状態を、それぞれ示している。
【図６】本発明を実施する事により、カムフォロア装置の動トルクを低減できる事を説明する為の線図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明を実施する場合に於けるエンジンの動弁装置用カムフォロア装置の構造は、例えば前述の図１〜４に示した従来構造の如きものであり、図面に現れる構造自体、これら各従来構造と同じである。又、支持軸の性状に関しては、特許文献３に記載された転動軸と同じであり、この性状を得る為の方法に関しても、この特許文献３に記載された通りである。本発明は、この特許文献３に記載された発明の用途をエンジンの動弁装置用カムフォロア装置の支持軸に限定する事により、カムフォロア装置を小型・軽量化して、エンジンの省燃費化、高性能化を可能にすると言った、顕著な作用・効果を得たものである。従って、重複する説明は省略する。
【実施例１】
【００１７】
本発明によりカムフォロア装置の小型・軽量化を図れる点に関して、図５により説明する。
先ず、図５の（Ａ）は、本発明を適用しない、従来構造の場合に、必要とする耐久性を確保できる寸法を表している。この従来構造の場合、ローラ８ｂの外径が１７mm、同じく軸方向寸法（幅）が１２mmとなる。
次に、図５の（Ｂ）は、本発明を適用する事で、ローラ支持軸９ｃの軸方向寸法を、上述した従来構造のローラ支持軸９ｂよりも小さくし、幅の狭いローラ８ｃを使用しても、この従来構造と同程度の耐久性を確保できる寸法を表している。この本発明構造の第１例の場合、ローラ８ｃの外径が１７mm、同じく軸方向寸法（幅）が１０mmとなる。この第１例の場合、前記従来構造に比べて、約１５％の軽量化を図れる。
更に、図５の（Ｃ）は、本発明を適用する事で、ローラ支持軸９ｄの外径を、前記従来構造のローラ支持軸９ｂよりも小さくし、直径が小さいローラ８ｄを使用しても、この従来構造と同程度の耐久性を確保できる寸法を表している。この本発明構造の第２例の場合、ローラ８ｄの外径が１５．５mm、同じく軸方向寸法（幅）が１２mmとなる。この第２例の場合、前記従来構造に比べて、約２０％の軽量化を図れる。
【実施例２】
【００１８】
本発明により、カムフォロア装置の低トルク化を図れる点に関して、図６により説明する。
比較の為に、従来構造と本発明構造とに関して１種類ずつ、合わせて２種類のカムフォロア装置を造り、トルク装置を使用した実験によりそれぞれの動トルクを求めた。
従来構造に関しては、支持軸の外径を８．３０７mm、ローラの外径を１７mm、同じく幅を１０．７mmとした。
本発明構造に関しては、支持軸の外径を７．６７５mm、ローラの外径を１７mm、同じく幅を８．５mmとした。
これら２種類のカムフォロア装置の耐久性はほぼ同じである。
一方、これら２種類のカムフォロア装置の動トルクに関しては、前記従来構造の場合に図６の実線αであるのに対して、前記本発明の構造の場合には同じく破線βの様になる。
この様な図６から分かる様に、本発明によれば、カムフォロア装置の小型化により、動トルクの低減を図れる。
【符号の説明】
【００１９】
１、１ａ  ロッカーアーム
２    軸孔
３    ロッカー軸
４    アジャストボルト
５    ロックナット
６    機関弁
７    リターンスプリング
８、８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ  ローラ
９、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ  ローラ支持軸
１０    カム
１１    カム軸
１２、１２ａ  支持壁
１３    ニードル
１４    ローラ軸孔
【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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