(57)【要約】【課題】軸とローラとの間、およびローラ同士の間に生じる摩耗や焼き付きを効果的に抑制したタペットローラ軸受構造を提供する。【解決手段】タペットローラ軸受構造は、支持軸６と、支持軸６の外径面に嵌合する円筒形状の内径側ローラ１２と、内径側ローラ１２の外径面に嵌合する円筒形状の外径側ローラ１３とを備え、支持軸６の外径面と内径側ローラ１２の内径面との間の径方向隙間をＡ、内径側ローラ１２の外径面と外径側ローラ１３の内径面との間の径方向隙間をＢとすると、Ａ＞Ｂを満たす。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸と、
前記軸の外径面に嵌合する円筒形状の内径側ローラと、
前記内径側ローラの外径面に嵌合する円筒形状の外径側ローラとを備え、
前記軸の外径面と前記内径側ローラの内径面との間の径方向隙間をＡ、前記内径側ローラの外径面と前記外径側ローラの内径面との間の径方向隙間をＢとすると、
Ａ＞Ｂを満たす、タペットローラ軸受構造。
【請求項２】
前記内径側ローラの表面には、リン酸亜鉛およびリン酸マンガンのうちのいずれか一方で構成されるリン酸塩化合物層が形成されている、請求項１に記載のタペットローラ軸受構造。
【請求項３】
前記リン酸塩化合物層のさらに外側には、二硫化モリブデンおよびポリテトラフルオロエチレンのうちの少なくともいずれか一方と、常温硬化性合成樹脂とで構成される固体潤滑層がさらに形成されている、請求項２に記載のタペットローラ軸受構造。
【請求項４】
前記外径側ローラの内径面の表面粗さＲａは、０．２１μｍ〜０．５０μｍの範囲内である、請求項１〜３のいずれかに記載のタペットローラ軸受構造。
【請求項５】
前記外径側ローラの外径面には、フルクラウニング加工が施されている、請求項１〜４のいずれかに記載のタペットローラ軸受構造。
【請求項６】
前記内径側ローラは、浸炭窒化処理を施した軸受鋼によって形成されている、請求項１〜５のいずれかに記載のタペットローラ軸受構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、タペットローラ軸受構造、特に内燃機関の可動弁機構に使用されるタペットローラ軸受構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車用エンジン等において、カムシャフトの回転を吸排気弁の往復運動に変換する部分には、エンジン内部での摩擦低減、および燃料消費率の低減を目的として、例えば、実登２５９０７０１号公報（特許文献１）に記載されているようなタペットローラ軸受が採用されている。
【０００３】
従来のタペットローラ軸受は、１つのローラで構成されるシングルローラタイプと、２つのローラで構成されるダブルローラタイプに大別される。シングルローラタイプの場合は、軸の負荷域とローラとが常に接触回転しており接触部分の摩耗が促進されやすい。一方、ダブルローラタイプの場合は、軸と内径側ローラの接触回数がシングルローラタイプの場合と比較して少なく、軸の摩耗量を抑制することができる。
【特許文献１】実登２５９０７０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記構成のタペットローラ軸受には、エンジンの回転によってエンジンオイルが供給される。そして、このエンジンオイルを潤滑油として、軸とローラとの間、およびローラ同士の接触部分を潤滑する。しかし、エンジンの始動直後等はタペットローラ軸受に十分な潤滑油が供給されていないので、軸やローラに著しい摩耗や焼き付き等を生じるおそれがあった。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、軸とローラとの間、およびローラ同士の間に生じる摩耗や焼き付きを効果的に抑制したタペットローラ軸受構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係るタペットローラ軸受構造は、軸と、軸の外径面に嵌合する円筒形状の内径側ローラと、内径側ローラの外径面に嵌合する円筒形状の外径側ローラとを備える。そして、軸の外径面と内径側ローラの内径面との間の径方向隙間をＡ、内径側ローラの外径面と外径側ローラの内径面との間の径方向隙間をＢとすると、Ａ＞Ｂを満たす。
【０００７】
軸と内径側ローラとの間、および内径側ローラと外径側ローラとの間の径方向隙間を上記のように設定することにより、それぞれの接触部分における摩耗や焼き付きを効果的に抑制することができる。
【０００８】
好ましくは、内径側ローラの表面には、リン酸亜鉛およびリン酸マンガンのうちのいずれか一方で構成されるリン酸塩化合物層が形成されている。内径側ローラの表面にリン酸塩被膜を形成することにより、ローラの発錆を防止することができる。また、このリン酸塩被膜は、防錆効果の他に摺動部分の耐摩耗性や潤滑性を向上させるので、ローラの回転がスムーズとなる。これにより、耐久性に優れ信頼性の高いタペットローラ軸受構造を得ることができる。
【０００９】
さらに好ましくは、リン酸塩化合物層のさらに外側には、二硫化モリブデンおよびポリテトラフルオロエチレンのうちの少なくともいずれか一方と、常温硬化性合成樹脂とで構成される固体潤滑層がさらに形成されている。
【００１０】
これにより、軸と内径側ローラとの間、および内径側ローラと外径側ローラとの間の摩耗や焼き付きを有効に防止することができる。この固体潤滑層は、エンジン始動直後等における接触面の潤滑に特に大きな効果を発揮する。さらに、固体潤滑剤は、液体の潤滑剤と比較して潤滑寿命が極めて長いので、長寿命で信頼性の高いタペットローラ軸受構造を得ることができる。
【００１１】
好ましくは、外径側ローラの内径面の表面粗さＲａは、０．２１μｍ〜０．５０μｍの範囲内である。外径側ローラの内径面の表面粗さを上記の範囲内とすることにより、これに接触する内径側ローラの外径面の摩耗および焼き付きを有効に防止することができる。なお、本明細書中「表面粗さＲａ」とは、算術平均粗さであって、粗さ曲線から平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線から測定曲線までの偏差の絶対値を合計し平均した値とする。
【００１２】
好ましくは、外径側ローラの外径面には、フルクラウニング加工が施されている。これにより、ミスアライメントの発生時に外径側ローラと相手面との当接部分にエッジロードが発生するのを防止することができる。
【００１３】
一実施形態として、内径側ローラは、浸炭窒化処理を施した軸受鋼によって形成されている。軸受鋼としては、例えば、ＳＵＪ２等を採用することができる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、軸の外径面と内径側ローラの内径面との間、および内径側ローラの外径面と外径側ローラの内径面との間の隙間を上記の範囲内とすることにより、接触部分の摩耗や焼き付きを効果的に抑制したタペットローラ軸受構造を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１および図２を参照して、この発明の一実施形態に係るタペットローラ軸受構造を説明する。なお、図１はタペットローラ軸受構造の断面図、図２はタペットローラ軸受１１を組み込んだ可動弁機構１を示す図である。
【００１６】
まず、図２を参照して、自動車の内燃機関等の可動弁機構１は、軸５に揺動可能に支持されたロッカーアーム２と、ロッカーアーム２の一端に連結され、エンジン内部の吸排気を行う弁３と、ロッカーアーム２の他端の左右一対の支持壁２ａ，２ｂの間に配置される支持軸６と、支持軸６に嵌合するタペットローラ軸受１１と、カムシャフト（図示省略）に固定され偏心部４ａを有するカム４とを備える。
【００１７】
上記構成の可動弁機構１は、内燃機関のクランクシャフト（図示省略）の回転がタイミングベルト（図示省略）を経由してカムシャフト（図示省略）に伝達され、カム４を回転させる。そして、カム４の偏心部４ａがタペットローラ軸受１１に当接したときに、ロッカーアーム２が軸５を中心として揺動して弁３を押し下げる。これにより、内燃機関内の給排気を行うことができる。このとき、タペットローラ軸受１１はカム４の回転に伴って回転するので、タペットローラ軸受１１とカム４との当接部分のフリクションロスを低減することが可能となる。
【００１８】
次に、図１を参照して、上記構成の可動弁機構１に採用されるタペットローラ軸受構造は、支持壁２ａ，２ｂに固定された支持軸６と、支持軸６に嵌合する円筒形状の内径側ローラ１２、および内径側ローラ１２に嵌合する円筒形状の外径側ローラ１３を備えるダブルローラタイプのタペットローラ軸受１１とを備える。なお、支持軸６と内径側ローラ１２の内径面との間、および内径側ローラ１２の外径面と外径側ローラ１３の内径面との間には所定のラジアル隙間が設けられており、相互に回転可能となっている。また、外径側ローラ１３の外径面はカム（図示省略）に当接している。
【００１９】
上記構成のタペットローラ軸受１１において、内径側ローラ１２と外径側ローラ１３とが一体回転すると、シングルローラタイプのタペットローラ軸受のように、支持軸６と内径側ローラ１２との接触部分の摩耗が促進されやすい。
【００２０】
一方、外径側ローラ１３のみが回転すると、支持軸６の外径面と内径間側ローラ１２の内径面との接触部分にフレッティング摩耗を生じたり、内径側ローラ１２の外径面と外径側ローラ１３の内径面との接触部分に異常摩耗を生じたりする。したがって、タペットローラ軸受１１の理想的な回転としては、内径側ローラ１２が外径側ローラ１３の２分の１程度の回転数であることが望ましい。
【００２１】
そこで、支持軸６の外径面と内径側ローラ１２の内径面との間の径方向隙間をＡ、内径側ローラの外径面と外径側ローラの内径面との間の径方向隙間をＢとすると、Ａ＞Ｂを満たすように各種寸法を設定する。
【００２２】
外径側ローラ１３は、外径面に当接するカム４の回転に伴って回転する。そして、外径側ローラ１３の回転力は内径側ローラ１２に伝達される。ここで、外径側ローラ１３から内径側ローラ１２に伝達される回転力は両者の間の径方向隙間Ｂが小さい程大きくなる。一方、内径側ローラ１２の回転抵抗は支持軸６との間の径方向隙間Ａが大きい程小さくなる。すなわち、Ａ＞Ｂとすれば、内径側ローラ１２は回転しやすくなる。
【００２３】
ただし、ＡとＢの差が大きすぎると、内径側ローラ１２と外径側ローラ１３とが一体回転してしまうおそれがある。したがって、内径側ローラ１２が、外径側ローラ１３の回転数に対して一定の割合（例えば、外径側ローラ１３の回転数：内径側ローラ１２の回転数＝２：１）で回転するようにＡおよびＢを決定するのが望ましい。
【００２４】
これにより、内径側ローラ１２と外径側ローラ１３とが完全に一体として回転したり、外径側ローラ１３のみが回転したりするのを防止し、内径側ローラ１２および外径側ローラ１３の回転を理想的な状態に近づけることができる。その結果、各接触部分の摩耗を抑制したタペットローラ軸受構造を得ることができる。
【００２５】
上記構成のタペットローラ軸受構造において、支持軸６、内径側ローラ１２、および外径側ローラ１３は、例えば、浸炭窒化処理を施した軸受鋼（ＳＵＪ２）によって形成することができる。また、内径側ローラ１２の表面には表面処理層１２ａを形成するのが望ましい。具体的には、リン酸塩化合物層および固体潤滑層のうちの少なくともいずれか一方を形成する。
【００２６】
例えば、下地処理としてリン酸塩化合物層を形成する。リン酸塩化合物としては、リン酸マンガンやリン酸亜鉛を採用することができる。これにより、内径側ローラ１２の発錆を防止することができる。また、このリン酸塩化合物層は、防錆効果の他に摺動部分の耐摩耗性や潤滑性を向上させるので、内径側ローラ１２の回転がスムーズとなる。これにより、耐久性に優れ信頼性の高いタペットローラ軸受構造を得ることができる。
【００２７】
さらに、リン酸塩化合物層のさらに外側に固体潤滑層を形成する。固体潤滑層は、二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）およびポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のうちの少なくともいずれか一方を常温硬化性合成樹脂と共に硬化させることによって得ることができる。なお、常温硬化性合成樹脂に代えて熱硬化性合成樹脂を採用することもできるが、潤滑耐久性が高く、処理コストの安価な常温硬化性合成樹脂がより適している。
【００２８】
これにより、支持軸６と内径側ローラ１２との間、および内径側ローラ１２と外径側ローラ１３との間の摩耗や焼き付きを有効に防止することができる。この固体潤滑層は、エンジン始動直後等の潤滑油がタペットローラ軸受１１に供給される前における接触面の潤滑に特に大きな効果を発揮する。さらに、固体潤滑剤は、液体の潤滑剤と比較して潤滑寿命が極めて長いので、長寿命で信頼性の高いタペットローラ軸受構造を得ることができる。
【００２９】
なお、表面処理層１２ａは内径側ローラ１２の表面全域に形成してもよいし、選択的に形成してもよい。例えば、支持軸６に接触する内径面、および外径側ローラ１３に接触する外径面に表面処理層１２ａを形成すれば、この発明の効果を得ることができる。
【００３０】
また、潤滑性の観点からは、リン酸塩化合物層を省略して、固体潤滑層のみを形成しても、一定の効果を得ることはできる。ただし、下地としてリン酸塩化合物層を設けることによって、固体潤滑層単体の場合と比較して潤滑性能はさらに向上する。また、リン酸塩化合物層、および／または、固体潤滑層は、内径側ローラ１２だけでなく、支持軸６や外径側ローラ１３にも形成することができる。
【００３１】
また、外径側ローラ１３の内径面の表面粗さＲａは、０．２１μｍ〜０．５０μｍの範囲内とするのが望ましい。表面粗さが０．５０μｍを超えると、内径側ローラ１２と外径側ローラ１３との接触部分の摩擦が大きくなる。一方、表面粗さが０．２１μｍを下回ると、外径側ローラ１３の回転が内径側ローラ１２に適切に伝達されにくくなる。
【００３２】
さらに、外径側ローラ１３の外径面にはフルクラウニング加工を施すのが望ましい。これにより、ミスアライメントの発生時に外径側ローラ１３と相手面との当接部分にエッジロードが発生するのを防止することができる。
【００３３】
次に、表１および表２を参照して、この発明の効果を確認するための試験について説明する。なお、表１は効果確認試験に用いた試験軸受（実施例１〜８）を示し、表２は試験結果を示している。また、試験は、各試験軸受を所定の条件で回転させたときの、支持軸６の外径面、内径側ローラ１２の内径面、内径側ローラ１２の外径面、および外径側ローラ１３の内径面の摩耗量を測定した。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
【表２】
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【００３６】
まず、表１を参照して、径方向隙間ＡおよびＢの大小関係、外径側ローラ１３の内径面の表面粗さ、内径側ローラ１２に施した熱処理、および内径側ローラ１２の表面に形成したリン酸塩化合物層や固体潤滑層の組成を異ならせた８種類（実施例１〜８）の試験軸受を用意した。なお、試験の信頼性を向上させるため、各試験軸受を２個（Ｎｏ．１，Ｎｏ．２）ずつ作成し、それぞれについて試験を行った。
【００３７】
表２を参照して、径方向隙間をＡ＞Ｂとした試験軸受（実施例１〜４）は、Ａ＜Ｂとした試験軸受（実施例５〜８）と比較して、各部分の摩耗量、特に内径側ローラ１２の外径面の摩耗量が少なくなっている。さらに、この発明の特徴を最も多く備えた実施例１は、実施例８と比較して全ての部分で摩耗量が少なくなっている。上記の結果により、この発明によって各接触部分の摩耗や焼き付きを有効に防止できることが確認された。
【００３８】
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。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】
【００３９】
この発明は、内燃機関の可動弁機構等に採用されるタペットローラ軸受に有利に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】この発明の一実施形態に係るタペットローラ軸受構造の断面図である。
【図２】自動車用内燃機関の可動弁機構を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  可動弁機構、２  ロッカーアーム、２ａ，２ｂ  支持壁、３  弁、４  カム、４ａ  偏心部、５  軸、６  支持軸、１１  タペットローラ軸受、１２  内径側ローラ、１２ａ  表面処理層、１３  外径側ローラ。
【図１】
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【図２】
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