JP2004036781A

JP2004036781A - カムフォロワ

Info

Publication number: JP2004036781A
Application number: JP2002195735A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Waseda; 早稲田　義孝
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2002-07-04
Filing date: 2002-07-04
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2022-07-04
Also published as: JP4003561B2

Abstract

【課題】カムが当接されるローラを有するカムフォロワにおいて、前記カムとローラとの接触部分の耐焼付き性を向上すること。
【解決手段】胴体３の一対の側壁３ａ，３ｂに架設される支軸４の外径にローラ５を回転自在に取り付けたカムフォロワ２において、ローラ５の外周面の円周数ヶ所に溝７を回転軸線Ｏに平行に設けている。これにより、ローラ５の回転に伴いカム１との接触領域をローラ５の溝７が通過するときに、溝７とカム１との間でくさび形油膜を形成するとともに動圧を発生し、ローラ５とカム１とが固体接触にならずに、混合潤滑の状態に保たれやすくなる。そのため、カム１とローラ５との間で良好な潤滑作用が行われる。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カムフォロワに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、カムフォロワは、例えば自動車などのエンジン動弁機構やその他の各種のカム機構などに用いられている。
【０００３】
カムフォロワの構造としては、図１４に示すように、胴体８０の一対の側壁８１ａ，８１ｂ間に支軸８２が架け渡され、この支軸８２の外周に複数の針状ころ８３を介してローラ８４が回転自在に支持されている。動作としては、回転するカム８５がローラ８４の平坦な外周面に対して当接されることで、胴体８０を所定方向に往復変位させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記カムフォロワの設置環境に潤滑油が極めて少ない場合、カム８５とローラ８４との接触部分に潤滑油膜が残存しにくくなるため、金属どうしの直接接触、つまり固体接触の状態になりやすくて、微小焼付きなどが発生しやすくなる。
【０００５】
これに対し、特開平３−７８５０７号公報に示すように、ローラの外周面に、微小な凹凸、斜格子形の研磨痕、平面視でヘリングボーン形の凹溝などを設けることで、潤滑油膜を保持させやすくするようにしたものが提案されている。
【０００６】
なお、上記微小な凹凸や研磨痕は、あくまでもローラ表面に単純な潤滑油溜まりを設けるというものに過ぎないが、上記ヘリングボーン形の凹溝については、カムとの間で動圧を発生させて潤滑作用を高めようとしたものである。しかしながら、上記ヘリングボーン形の凹溝は、複雑な加工が必要であり、高コスト化すると言える。しかも、凹溝の開口縁（肩部）はほぼ直角の断面形状であるため、特に潤滑油が少ない状況では前記開口縁で油膜破断を発生させやすい形状であると言える。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のカムフォロワは、一対の対向する側壁と、前記一対の側壁間に架け渡された状態で取り付けられる支軸と、支軸において前記一対の側壁間の領域に回転自在に外装されかつカムが当接されるローラとを含む。前記ローラの外周面の円周数ヶ所に、潤滑油膜を保持するとともに前記カムの周面との間に動圧を発生させる溝が回転軸線と平行または回転軸線に対して傾いて設けられている。
【０００８】
この場合、例えばローラに設けた溝が、潤滑油を保持するとともに、カムによってローラが回転されるときに動圧を発生するから、カムとローラとが固体接触になりにくく、混合潤滑の状態に保たれやすい。
【０００９】
なお、上記溝は、カムの回転方向下流側へ向けて漸次浅くなる断面形状に設定することができる。この場合、溝の周方向での深さ変化によってカムとの間にくさび形油膜を形成して、カムの回転に伴い溝との間でくさび作用による動圧を発生する。
【００１０】
また、上記溝は、その周方向中間で最も深くて周方向両端へ向けて漸次浅くなる断面ほぼＶ字形に設定することができる。この場合、溝の方向がカムの正逆どちらの回転方向に対してもくさび作用を発揮するので、ローラを組み立てる過程でカムとの相対位置を考慮せずに済むようになり、組立が簡易に行えるようになる。
【００１１】
さらに、上記溝は、その周方向の幅を最深部の深さ以上に設定することができる。この場合、溝による上記くさび作用を確実に発揮させることができる。
【００１２】
ところで、上記ローラと前記支軸との間に複数のころを介装することができる。この場合、ローラが複数のころによって転がり案内されるので、ローラのトルクを軽減するうえで有利となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１から図４に本発明の一実施形態を示している。図中、１はカム、２はカムフォロワである。
【００１４】
カムフォロワ２は、一対の対向する側壁３ａ，３ｂを有する胴体３と、一対の側壁３ａ，３ｂ間に架け渡された状態で取り付けられる支軸４と、支軸４において一対の側壁３ａ，３ｂ間の領域に回転自在に外装されるローラ５とを含む。動作としては、回転するカム１がローラ５の外周面に対して当接されることで、胴体３が所定方向に往復変位させられる。
【００１５】
なお、図では、支軸４とローラ５との間に複数の針状ころ６を介装しているが、この針状ころ６を無くして支軸４にローラ５をすべり接触させるようにしてもよい。
【００１６】
そして、上記ローラ５の外周面の円周数ヶ所には、潤滑油膜を保持するとともにカム１の周面との間に動圧を発生させる溝７が回転軸線Ｏと平行で一直線に設けられている。
【００１７】
この溝７は、周方向に沿う断面がほぼＶ字形、つまり溝７の周方向中央が最も深く、周方向両端へ向けて漸次浅くなっている。
【００１８】
上記溝７は、その周方向に沿う幅Ａと最深部の深さＢとの関係がＡ≧Ｂとされる。具体的に、例えば上記関係を維持したうえで、周方向幅Ａを０．０５〜５ｍｍ、最深部の深さＢを０．０５〜１ｍｍの範囲で設定することができる。また、溝７の数は、カム１の凸部がローラ５に対して接触するときにカム１の凸部に対して溝７が配置されるような間隔に設定すればよいが、円周等間隔で１０本以上、好ましくは３０本程度設けられる。
【００１９】
そして、上記溝７は、押し出し加工、切削加工、プレスフォーミング加工、フォトエッチング加工や鍛造加工、引き抜き加工などにより形成することができ、また、棒材の状態で鍛造時に金型で成形しておくこともできる。
【００２０】
ここで、押し出し加工でもって溝７を形成する例を説明する。まず、ローラ５の外形を整形した後、図４に示すように、ローラ５を円筒形の金型８の孔内を通過させることにより、金型８の孔内周面の円周数ヶ所に形成してある筋状突起８ａでローラ５の外周面を塑性加工するのである。図では筋状突起８ａを誇張して示している。この後でローラ５に対して熱硬化処理、研磨仕上げ処理などを施す。
【００２１】
このような形態で溝７を形成するような場合、ローラ５を製造する一連の製造ライン上に、上記金型８を配置することができるので、溝７を形成する工程を前記製造ラインから外すことなく、他の工程と併せて連続的に行うことができる。そのため、ローラ５の製造効率を高めることができるとともに、生産性の向上、製造コストの低減に貢献できる。
【００２２】
以上説明した実施形態では、ローラ５に設けた溝７に対して周辺に存在する潤滑油が保持されやすくなるとともに、カム１によってローラ５が回転されるときに、ローラ５の溝７の周方向での深さ変化に応じたくさび作用でもってカム１とローラ５との間に動圧を発生することになる。そのため、カム１とローラ５とが、金属どうしの直接接触、つまり固体接触になりにくく、混合潤滑の状態に保たれやすくなる。したがって、カムフォロワ２の設置場所が貧潤滑な条件であってもローラ５の耐焼付き性を向上し、ローラ５の回転動作の円滑化に貢献できるようになる。
【００２３】
しかも、このカム１が当接されるローラ５の溝７は、その開口縁の肩部を鈍角にしているため、従来例のような凹溝に比べて貧潤滑状態でも肩部での油膜破断が発生しにくくなる。そのため、前記動圧を安定的に発生することができて、カム１とローラ５との接触部分で良好な潤滑性を確保できるようになる。
【００２４】
なお、本発明は上述した実施形態のみに限定されるものではなく、種々な応用や変形が考えられる。
【００２５】
（１）上記実施形態において、溝７の開口縁に丸みを付けるようにしてもよい。この場合、溝７の開口縁による油膜破断が一層発生しにくくなり、カム１との良好な潤滑状態を保つことができる。
【００２６】
（２）上記ローラ５の外周面の軸方向両端に、図５に示すように、クラウニング部９を設け、溝７をローラ５の外周面においてクラウニング部９を除く軸方向中間領域に対して設けることができる。図では、クラウニング部９が単一曲率半径の球面形状に形成されているが、その他に、周知の対数曲線形状あるいはテーパ形状など、任意とすることができる。このようなローラ５は、クラウニング部９を形成する工程と、溝７を形成する工程とのどちらを先に行うかは任意である。この場合も、上記実施形態と同様の作用、効果が得られる。さらに、ローラ５の軸方向幅がカム１の軸方向幅よりも小さいような場合において、カム１に対するローラ５の接触圧力分布を均一化できて、エッジロードを抑制できるので、カム１の偏摩耗を防止するうえで有利となる。
【００２７】
（３）上記ローラ５に設ける溝７は、図６に示すように、ローラ５の軸方向半分の領域と残り半分の領域とに対して回転軸線Ｏに平行でかつ周方向に齟齬状にずらして設けることができる。この場合も、上記実施形態と同様の作用、効果が得られる。その他、各溝７においてローラ５の軸方向中央側の端部から、溝７内の潤滑油が出にくくなるから、溝７内に潤滑油を保持しやすい効果も得られる。この構成に加えて、図７に示すように、ローラ５の軸方向両端に上記（２）と同様のクラウニング部９をさらに設けてもよい。この場合も、上記実施形態と同様の作用、効果が得られる。
【００２８】
（４）上記ローラ５に設ける溝７は、図８および図９に示すように、回転軸線Ｏに対して所定の傾きを持つ状態で形成することができる。この場合、上記実施形態で説明したいろいろな方法で形成することができるが、押し出し加工で形成する場合には、金型８の孔内にローラ５を回転させながら通過させるようにすればよい。この場合、カム１と接触する溝７の面積が増加するので、上記実施形態よりも効果が一層顕著に得られる。
【００２９】
（５）上記ローラ５に設ける溝７の周方向での断面形状については、図１０に示すように、カム１の回転方向下流側へ向けて漸次浅くなる断面形状とすることができる。この場合も、上記実施形態と同様の作用、効果が得られると同時に、ローラ５の外径平坦部分の面積が上記実施形態よりも増加するので、カム１との接触面圧の低減をもたらし、一層良好な潤滑状態を保つことができて、寿命の向上に貢献できる。
【００３０】
（６）上記ローラ５に設ける溝７の周方向での断面形状については、図１１に示すように、多角形状とすることができる。つまり、溝７は、その周方向中央で最も深くなっており、その周方向両端に緩やかな第１の斜面７ａ，７ａがそれぞれ設けられ、この第１の斜面７ａ，７ａから開口にかけて第２の斜面７ｂ，７ｂがそれぞれ設けられている。この場合も、上記実施形態と同様の作用、効果が得られる。
【００３１】
ところで、上述したカムフォロワ２は、例えば図１２や図１３に示すように、自動車などのエンジン動弁機構のロッカーアーム１０，２０に用いることができる。もちろん、これらのロッカーアーム１０，２０以外のロッカーアームや、その他のいろいろなカム機構にも上記カムフォロワ２を用いることができる。
【００３２】
図１２に示すロッカーアーム１０は、センタピボットタイプと呼ばれるものであり、胴体３の長手方向一端に上記カムフォロワ２が設けられ、長手方向中間にロッカシャフト３０が貫通され、さらに長手方向他端にアジャストスクリュー１１が螺合装着される。上記アジャストスクリュー１１に、前記シリンダヘッドに設置される動弁機構のバルブ３１のステムエンドが当接される。動作は、カム１の回転に伴いロッカシャフト３０が支点となって胴体３が傾動されて、アジャストスクリュー１１が上下方向に反復変位させられることで、バルブ３１を開閉動作させる。
【００３３】
図１３に示すロッカーアーム２０は、エンドピボッドタイプと呼ばれるものであり、胴体３の長手方向中間に上記カムフォロワ２が設けられ、長手方向一端にバルブ嵌入部１２が、さらに長手方向他端に上向き半球形のピボット部１３がそれぞれ設けられる。このピボット部１３は、図示しないシリンダヘッドに設置されるラッシュアジャスタ３２の上端に係合される。動作は、カム１の回転に伴いピボット部１３が支点となって胴体３が傾動されて、バルブ嵌入部１２が上下方向に反復変位させられることで、バルブ３１を開閉動作させる。
【００３４】
これらのロッカーアーム１０，２０では、エンジン回転数が低いときにカム１の回転速度が遅く、また、エンジン回転数が高いときにカム１の回転速度が速くなる。このカム１が当接されるローラ５の溝７は、その周方向での深さ変化によるくさび作用でもってカム１との間に動圧を発生するものであって、この溝７の開口縁の肩部を鈍角もしくは丸みをつけた形状にしているため、貧潤滑状態でも前記溝７の開口縁の肩部による油膜破断が発生しにくくなって、前記動圧を安定的に発生することができるなど、カム１とローラ５との接触部分で安定的に良好な潤滑性を確保できるようになる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明では、ローラに設けた溝に対して周辺に存在する潤滑油が保持されやすくなるとともに、カムによってローラが回転されるときに、ローラの溝でもってカムとローラとの間に動圧が発生するようになっているから、カムとローラとが、金属どうしの直接接触、つまり固体接触になりにくく、混合潤滑の状態を保ちやすくなる。したがって、カムフォロワの設置場所が貧潤滑な条件であってもローラの耐焼付き性を向上し、ローラの回転動作の円滑化に貢献できるようになるなど、信頼性の高いカムフォロワを提供できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るカムフォロワを示す断面図
【図２】図１のカムとローラを示す斜視図
【図３】図１の（３）−（３）線断面の矢視図
【図４】図１のローラの製造方法を示す説明図
【図５】本発明の他の実施形態で、ローラの側面図
【図６】本発明の他の実施形態で、ローラの側面図
【図７】本発明の他の実施形態で、ローラの側面図
【図８】本発明の他の実施形態で、ローラの側面図
【図９】図８のローラの外周面を平面で展開した図
【図１０】本発明の他の実施形態で、ローラの溝の変形例を示す断面図
【図１１】本発明の他の実施形態で、ローラの溝の変形例を示す断面図
【図１２】本発明に係るカムフォロワの使用用途の一例を示す側面図
【図１３】本発明に係るカムフォロワの使用用途の一例を示す側面図
【図１４】従来例に係るカムフォロワを示す側面図
【符号の説明】
１　　　カム　　　　　　　　　　２　　　カムフォロワ
３　　　胴体　　　　　　　　　　３ａ　　胴体の第１側壁
３ｂ　　胴体の第２側壁　　　　　４　　　支軸
５　　　ローラ　　　　　　　　　７　　　ローラの溝

Claims

一対の対向する側壁と、前記一対の側壁間に架け渡された状態で取り付けられる支軸と、支軸において前記一対の側壁間の領域に回転自在に外装されかつカムが当接されるローラとを含み、
前記ローラの外周面の円周数ヶ所に、潤滑油膜を保持するとともに前記カムの周面との間に動圧を発生させる溝が回転軸線と平行または回転軸線に対して傾いて設けられている、カムフォロワ。
前記溝は、カムの回転方向下流側へ向けて漸次浅くなる断面形状に設定されている、請求項１のカムフォロワ。
前記溝は、その周方向中間で最も深くて周方向両端へ向けて漸次浅くなる断面ほぼＶ字形に設定されている、請求項１のカムフォロワ。
前記溝は、その周方向の幅が最深部の深さ以上に設定されている、請求項２または３のカムフォロワ。