JP3529451B2

JP3529451B2 - Cam follower device

Info

Publication number: JP3529451B2
Application number: JP24624594A
Authority: JP
Inventors: 和久北村; 博明竹林
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 1994-10-12
Filing date: 1994-10-12
Publication date: 2004-05-24
Anticipated expiration: 2019-05-24
Also published as: JPH08109959A

Description

【発明の詳細な説明】【０００１】【産業上の利用分野】本発明は、例えばエンジンの動弁
機構であるロッカーアームやバルブリフターなどに用い
られるカムフォロワ装置に係り、特にセラミックス製ロ
ーラを用いたものの改良に関する。【０００２】【従来の技術】従来のカムフォロワ装置の説明に先立
ち、その使用対象となるロッカーアームやバルブリフタ
ーを図３および図４に示す。【０００３】図３は、ＯＨＶ型式エンジンの動弁機構の
概略構成図、図４は、ＯＨＣ型式エンジンの動弁機構の
概略構成図である。【０００４】図３の例では、カム軸１のカム１ａにより
プッシュロッド２を上下動させることによりその上端と
連動するロッカアーム４を揺動させて、このロッカアー
ム４の揺動でバルブ５を開閉動作させるようになってお
り、ロッカアーム４の下端のラッシュアジャスタ６の下
部にカムフォロワ装置７が設けられている。【０００５】図４の例では、カム軸１のカム１ａにより
直接的にロッカアーム４を揺動させて、このロッカアー
ム４の揺動でバルブ５を開閉動作させるようになってお
り、このロッカアーム４にカムフォロワ装置７が設けら
れている。【０００６】これらのカムフォロワ装置７は、図２に示
すように、互いに平行に対向する二つ一対の支持壁８、
８を備え、これらの支持壁８、８の間に架橋状に取り付
けられる支軸９に対してローラ１０が回転可能なように
所要隙間を介して外嵌されている。なお、支軸９および
ローラ１０は、鋼材により形成されている。【０００７】ローラ１０は、その外周面の軸方向両端に
面取り１１，１１が設けられており、両側の面取り１
１，１１を除く有効転走面領域１２には、フルクラウニ
ング加工が施されている。このフルクラウニングの形状
は、曲面であり、図面には誇張して表してある。また、
ローラ１０の中心に設けられる貫通孔の内周面の軸方向
両端にも面取り１３，１３が設けられており、この面取
り１３，１３が形成される領域の軸方向幅ｗ４は、一般
的に、外周面の面取り１１，１１が形成される領域の軸
方向幅ｗ３と同一に設定される。【０００８】【発明が解決しようとする課題】ところで、鋼製のロー
ラ１０の場合には、カム１ａとの相対的な姿勢の傾きつ
まりミスアライメントがあっても、ローラ１０の外周面
にフルクラウニング加工を施しているために、このフル
クラウニングで前記ミスアライメントを吸収することが
できる。この場合、結果的にローラ１０が支軸９に対し
て片当たりするものの、この片当たりとなるローラ１０
の内周面端部は経時的に摩耗してなじむために、支軸９
の局部に対する応力集中が緩和され、支軸９が局部的に
摩耗しにくくなる。【０００９】ここで、上述したような構成のローラ１０
をその摩耗防止、軽量化を目的としてセラミックス材で
形成した場合、前述の片当たり現象が発生すると、この
片当たりとなるローラ１０の内周面端部はほとんど摩耗
しないために、支軸９の局部に対する応力集中が緩和さ
れず、結果、早期段階で支軸９が局部的に摩耗すること
になってしまう。【００１０】したがって、本発明は、セラミックス製ロ
ーラの支軸に対する片当たり現象に伴う支軸の局部摩耗
を抑制することを目的としている。【００１１】【課題を解決するための手段】本発明は、カムに当接さ
せられるセラミックス製のローラが二つ一対の支持壁間
に架設された支軸に回転可能に支持されてなるカムフォ
ロワ装置において、次のような構成をとる。【００１２】本発明では、セラミックス製のローラの外
周面の軸方向両端に面取りが設けられているとともに、
この両側の面取りを除く軸方向中間の有効転走面領域に
曲率半径を１０００〜７０００ｍｍとする曲面状のフル
クラウニング加工が施されており、ローラの中心に設け
られる貫通孔の内周面の軸方向両端に前記外周面側の面
取り幅よりも小さい幅の面取りが、前記有効転走面領域
の軸方向での両端よりも軸方向外側に設けられている。【００１３】【作用】本発明は、要するに、セラミックス製ローラの
支軸に対する片当たり現象での不具合を考慮して、ロー
ラ内周面の軸方向両端に形成する面取りの軸方向幅を可
及的に小さくするようにしている。【００１４】したがって、本発明では、セラミックス製
ローラの片当たり現象が発生したときでも、ローラの傾
き自体が小さく抑えられて、ローラの支軸に対する接触
面積が従来に比べて大きくとれるようになるから、前記
局部に集中する接触応力が分散されるようになる。これ
により、片当たり現象に伴う支軸の摩耗が抑制されるこ
とになる。【００１５】【実施例】以下、本発明の詳細を図１に示す実施例に基
づいて説明する。この実施例でも従来例と同様、カムフ
ォロワ装置を図３および図４に示すエンジンの動弁機構
に適用した例を挙げているので、この動弁機構の説明は
割愛する。【００１６】図１は、カムフォロワ装置の縦断面図であ
る。図例のカムフォロワ装置７は、互いに平行に対向す
る二つ一対の支持壁８、８を備え、これらの支持壁８、
８の間に架橋状に取り付けられる支軸９に対してローラ
１０が回転可能なように所要隙間を介して外嵌されてい
る。この隙間は、作動時の環境温度により、鋼材製の支
軸９がセラミックス製のローラ１０に対し相対的に熱膨
張したとしても維持されるように設定するのが好まし
い。【００１７】支軸９は、例えばＪＩＳ規格ＳＵＪ−２あ
るいはＪＩＳ規格ＳＣｒ４２０やＳＡＥ規格５１２０な
どの鋼材、あるいはセラミックス材（窒化けい素を主体
とした焼結体）で形成される。支軸９を鋼材とする場
合、ローラ１０とのすべり面に浸炭焼入れや高周波焼入
れなどの硬化処理が施される。【００１８】ローラ１０は、後述するセラミックス材に
より形成されている。このローラ１０は、その外周面の
軸方向両端に直線状の面取り１１，１１が設けられてお
り、この両側の面取り１１，１１を除く有効転走面領域
１２には、フルクラウニング加工が施されている。この
フルクラウニングの形状は、対数曲線に基づく曲面（曲
率半径の大きな平坦に近い曲面）が理想的であり、例え
ば、形状に応じて概ね曲率半径は、１０００〜７０００
ｍｍに形成される。図面には誇張して表してある。ま
た、ローラ１０の中心に設けられる貫通孔の内周面の軸
方向両端にも直線状の面取り１３，１３が設けられてお
り、その面取り１３，１３が形成される領域の軸方向幅
ｗ２は、外周面の面取り１１，１１が形成される領域の
軸方向幅ｗ１よりも小さく設定されている。したがっ
て、ローラ１０の内周面の支軸９に対する接触面積が、
従来に比べて大きくとれるようになって、接触面圧が軽
減される。そして、フルクラウニングを施した領域１２
とその両側の面取り１１，１１とは、滑らかに連続する
ように設定されている。【００１９】なお、図の例では、内周面の面取り１３の
面取り角度θ２を、外周面の面取り１１の面取り角度θ
１よりもゆるやかに設定しているが、この角度について
は同じに設定してもよい。【００２０】上述したローラ１０は、いわゆる低品位セ
ラミックスや高品位セラミックスのいずれでもよい。こ
の低品位セラミックスや高品位セラミックスの表現は、
製造方法に応じて使い分けられる。【００２１】低品位セラミックスは、平均粒径０．
５〜１μｍのα型の窒化けい素の粉末（低グレード品例
えば電気化学工業株式会社の品種番号ＳＮ−９ＦＷ）に
対してイットリア（Ｙ₂Ｏ₃），アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃），
窒化アルミ（ＡｌＮ），チタニア（ＴｉＯ₂）などの焼
結助剤を５〜２０重量％添加する。これにバインダーを
混入して金型に充填した状態で単軸圧縮することにより
成形する。この成形品を最終形状に近い状態に加工する
とともに、バインダーなどの有機物を除去してから、１
〜１０気圧の圧力下で焼結する。焼結温度や焼結時間
は、１８００℃、２〜４時間である。この焼結体の転動
面や摺動面に対して超仕上げ加工を施し、最終製品の寸
法、表面状態とする。【００２２】高品位セラミックスは、平均粒径０．
２μｍのα型の窒化けい素の粉末（高グレード品例えば
株式会社宇部興産の品種番号Ｅ−１０）に対してイット
リア（Ｙ₂Ｏ₃），アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃），窒化アルミ
（ＡｌＮ），チタニア（ＴｉＯ₂）などの焼結助剤を１
０重量％以下添加する。これにバインダーを混入して金
型に充填した状態で単軸圧縮することにより成形する。
この成形品を最終形状に近い状態に加工するとともに、
バインダーなどの有機物を除去してから、いわゆるＨＰ
（ホット・プレス）、ＨＩＰ（ホット・アイソスタティ
ック・プレス）と称する手法により焼結する。焼結時
に、ＨＰでは、機械的に４００Ｋｇｆ／ｃｍ ²、ＨＩＰ
では、ガス圧により１０００気圧もの高い圧力をかけ
る。この焼結体の転動面や摺動面に対して超仕上げ加工
を施し、表面粗さを１μＲ_Z以下にしている。【００２３】低品位セラミックスは、高品位セラミック
スに比べると価格を低く抑えることができるが、気孔率
が高くなり、機械的強度が若干低くなる。但し、カムフ
ォロワ装置７での使用については支障ない。【００２４】また、低品位セラミックスの場合、焼結後
に焼結体の転動面や摺動面に超仕上げを施せば、焼結体
内部に点在する気孔（ポア）が該面に対して開口するこ
とになり、これが潤滑剤などの溜まりとなるなど良好な
潤滑性を発揮する。そのため、ローラ１０とカム１ａと
の摺接部位、ローラ１０と支軸９との摺接部位ならびに
ローラ１０の端面と支持壁８，８との摺接部位における
潤滑状態が良好となり、ローラ１０の摺接相手側の摩耗
を軽減できるようになる。【００２５】なお、本発明は上記実施例のみに限定され
ない。例えば、面取り１１，１３は、上記実施例のよう
な直線形状とはせずに、丸みを持つＲ形状としたものも
本発明に含まれる。このようにＲ形状の面取りとする場
合、内周面の面取りと外周面の面取りとで曲率を同じに
したり、異ならせたりすることができる。【００２６】【発明の効果】以上のように、本発明では、セラミック
ス製ローラの内周面の軸方向両端での面取りを外周面の
面取りとの関係で工夫することにより、支軸へのローラ
の片当たり現象の発生時において支軸の局部への応力集
中を緩和できるようにしているから、支軸の早期段階で
の局部摩耗を回避できるようになる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [0001] BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a valve for an engine, for example.
Used for rocker arms and valve lifters
Related to a cam follower device,
Related to the improvement of those using a roller. [0002] 2. Description of the Related Art Prior to the description of a conventional cam follower device,
In addition, rocker arms and valve lifters to be used
FIG. 3 and FIG. FIG. 3 shows a valve operating mechanism of an OHV engine.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of the valve operating mechanism of the OHC engine.
It is a schematic block diagram. In the example of FIG. 3, the cam 1a of the camshaft 1
By moving the push rod 2 up and down,
By swinging the rocker arm 4 that is linked, this rocker arm
The valve 5 is opened and closed by the swing of the arm 4.
Under the lash adjuster 6 at the lower end of the rocker arm 4
A cam follower device 7 is provided in the section. In the example shown in FIG. 4, the cam 1a of the camshaft 1
By directly rocking the rocker arm 4, this rocker arm
The valve 5 is opened and closed by the swing of the arm 4.
A cam follower device 7 is provided on the rocker arm 4.
Have been. These cam followers 7 are shown in FIG.
As shown, two pairs of support walls 8 facing each other in parallel,
8 and a bridge-like mounting between these support walls 8, 8
So that the roller 10 can rotate with respect to the support shaft 9
It is fitted over the required gap. Note that the support shaft 9 and
The roller 10 is formed of a steel material. The roller 10 has axially opposite ends on its outer peripheral surface.
Chamfers 11 and 11 are provided, and chamfers 1 on both sides are provided.
The full rolling surface area 12 except for the rolling contact areas 1 and 11
Has been processed. This full crowning shape
Is a curved surface, which is exaggerated in the drawings. Also,
The axial direction of the inner peripheral surface of the through hole provided at the center of the roller 10
Both ends are also provided with chamfers 13 and 13.
The width w4 in the axial direction of the region in which the
Of the region where the chamfers 11 on the outer peripheral surface are formed
It is set to be the same as the direction width w3. [0008] By the way, a steel low
In the case of LA 10, the inclination of the posture relative to the cam 1a
Even if misalignment occurs, the outer peripheral surface of roller 10
The full crowning process
Absorbing the misalignment by crowning
it can. In this case, as a result, the roller 10 is
Roller 10
Of the inner peripheral surface of the support shaft 9
The stress concentration on the local part is alleviated, and the support shaft 9 is locally
Wear is less likely. Here, the roller 10 having the above-described configuration is used.
With a ceramic material for the purpose of preventing its wear and reducing its weight
When formed, when the above-mentioned one-side collision phenomenon occurs, this
The inner peripheral surface edge of the roller 10 that comes into contact with one side is almost worn.
The stress concentration on the local part of the support shaft 9 is reduced.
As a result, the support shaft 9 is locally worn out at an early stage.
Become. Accordingly, the present invention provides a ceramic
Wear of the support shaft due to the one-side contact phenomenon with the support shaft of the roller
The purpose is to suppress. [0011] SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, a cam abuts against a cam.
Two ceramic rollers are placed between a pair of support walls.
Cam rotatably supported by a spindle installed on the
The lower device has the following configuration. [0012] In the present invention, the outside of the ceramic roller
Along with chamfers at both ends in the axial direction of the peripheral surface,
Except for the chamfers on both sides, in the middle effective rolling surface area in the axial direction
Set the radius of curvature to 1000-7000 mmCurved full
Crowned and located at the center of the roller
Axially opposite ends of the inner peripheral surface of the through hole formed on the outer peripheral surface side
Chamfer with a width smaller than the chamfer width, The effective rolling surface area
Is provided axially outside of both ends in the axial direction. [0013] The present invention is basically a ceramic roller.
Considering the problem of the one-side contact phenomenon with the spindle,
The axial width of the chamfer formed at both axial ends of the
I try to make it as small as possible. Therefore, in the present invention, the ceramic
Even when roller half-contact occurs, the roller
Contact with the support shaft of the roller
Because the area can be larger than before,
Locally concentrated contact stress is dispersed. this
This prevents wear of the spindle due to the one-side contact phenomenon.
And [0015] DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The details of the present invention will be described below with reference to the embodiment shown in FIG.
A description will be given below. In this embodiment, as in the conventional example,
Engine follower mechanism with follower device shown in FIGS. 3 and 4
The explanation of this valve train is
Omit. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a cam follower device.
You. In the illustrated example, the cam followers 7 face each other in parallel.
And two pairs of support walls 8, 8.
A roller against a spindle 9 mounted in a bridge between
10 is externally fitted with a required gap so that it can rotate.
You. Depending on the environmental temperature during operation, this gap is
The shaft 9 is thermally expanded relative to the ceramic roller 10.
It is preferable to set it so that it is maintained even if
No. The support shaft 9 is, for example, JIS standard SUJ-2.
Or JIS standard SCr420 or SAE standard 5120
Which steel or ceramic material (mainly silicon nitride)
Sinter). When the support shaft 9 is made of steel
Case, carburizing quenching or induction quenching on the sliding surface with roller 10
A hardening process such as this is performed. The roller 10 is made of a ceramic material described later.
Is formed. This roller 10 has an outer peripheral surface
Straight chamfers 11, 11 are provided at both ends in the axial direction.
And the effective rolling surface area excluding the chamfers 11 on both sides
12 has a full crowning process. this
The shape of full crowning is a curve (curve) based on a logarithmic curve.
A flat surface with a large radius of curvature is ideal.
For example, the radius of curvature is generally 1000 to 7000 according to the shape.
mm. The drawings are exaggerated. Ma
The axis of the inner peripheral surface of the through hole provided at the center of the roller 10
Straight chamfers 13 are provided at both ends in the direction.
And the axial width of the area where the chamfers 13 are formed.
w2 is the area where the chamfers 11 on the outer peripheral surface are formed.
It is set smaller than the axial width w1. Accordingly
Therefore, the contact area of the inner peripheral surface of the roller 10 with the support shaft 9 is
The contact surface pressure is lighter because it can be larger than before.
Is reduced. Then, the region 12 subjected to full crowning
And the chamfers 11 on both sides thereof are smoothly continuous.
It is set as follows. In the example shown in FIG.
The chamfer angle θ2 is the chamfer angle θ of the chamfer 11 on the outer peripheral surface.
I set it more loosely than 1, but about this angle
May be set the same. The above-described roller 10 is a so-called low-quality
Lamix or high-grade ceramics may be used. This
The expression of low-grade ceramics and high-grade ceramics
It can be used properly depending on the manufacturing method. The low-grade ceramic has an average particle size of 0.
5-1μm α-type silicon nitride powder (low grade product example)
For example, type number SN-9FW of Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.)
Against Yttria (Y_TwoO_Three), Alumina (Al_TwoO_Three),
Aluminum nitride (AlN), titania (TiO_Two)
5-20% by weight of a binder is added. Add a binder to this
By uniaxially compressing with mixing and filling the mold
Molding. Process this molded product to a state close to the final shape
At the same time, after removing organic substances such as binders,
Sinter under a pressure of 10 atm. Sintering temperature and sintering time
Is 1800 ° C. for 2 to 4 hours. Rolling of this sintered body
Super finishing is applied to the surface and sliding surface, and the dimensions of the final product are
Method and surface condition. High-grade ceramics have an average particle size of 0.
2μm α-type silicon nitride powder (high grade product such as
It is for Ube Industries product number E-10)
Rear (Y_TwoO_Three), Alumina (Al_TwoO_Three), Aluminum nitride
(AlN), titania (TiO_Two1)
0% by weight or less is added. Mix the binder into this and add gold
Molding is performed by uniaxial compression with the mold filled.
While processing this molded product to a state close to the final shape,
After removing organic substances such as binders, the so-called HP
(Hot Press), HIP (Hot Isostaty)
Sintering by a technique referred to as "cook press". During sintering
In the case of HP, mechanically 400 kgf / cm ^Two, HIP
Then apply a pressure as high as 1000 atmospheres by gas pressure
You. Super finishing processing for the rolling and sliding surfaces of this sintered body
To a surface roughness of 1 μR_ZIt is as follows. Low grade ceramics are high grade ceramics.
Porosity can be kept lower than
And the mechanical strength is slightly reduced. However, camf
There is no problem with use in the follower device 7. In the case of low-grade ceramics,
If the rolling and sliding surfaces of the sintered body are super-finished,
Pores scattered inside may open to the surface.
And this becomes a pool of lubricant etc.
Demonstrate lubricity. Therefore, the roller 10 and the cam 1a
Sliding contact portion between the roller 10 and the support shaft 9 and
In the sliding contact portion between the end face of the roller 10 and the support walls 8
The lubrication condition is good and the roller 10 is in sliding contact
Can be reduced. The present invention is not limited to the above embodiment.
Absent. For example, the chamfers 11 and 13 are the same as in the above embodiment.
R-shape with roundness instead of simple linear shape
Included in the present invention. In such a case where an R-shaped chamfer is used
If the inner and outer peripheral chamfers have the same curvature,
And make it different. [0026] As described above, according to the present invention, ceramic
The chamfer at both axial ends of the inner peripheral surface of the
By devising in relation to chamfering, the roller to the spindle
Of stress on the local part of the support shaft at the time of the one-side contact phenomenon
So that the inside can be relaxed,
Local wear can be avoided.

【図面の簡単な説明】【図１】本発明のカムフォロワ装置の一実施例の縦断面
図。【図２】従来のカムフォロワ装置の縦断面図。【図３】一般的なＯＨＶ型式エンジンの動弁機構の概略
構成図。【図４】一般的なＯＨＣ型式エンジンの動弁機構の概略
構成図。【符号の説明】１ａカム７カムフォロワ装置８支持壁９支軸１０ローラ１１ローラ外周面の面取り１２ローラ外周面の有効転走面領域１３ローラ内周面の面取りBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a longitudinal sectional view of one embodiment of a cam follower device of the present invention. FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a conventional cam follower device. FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a valve operating mechanism of a general OHV engine. FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a valve operating mechanism of a general OHC type engine. [Description of Signs] 1a Cam 7 Cam follower device 8 Support wall 9 Support shaft 10 Roller 11 Chamfer of roller outer peripheral surface 12 Effective rolling surface area of roller outer peripheral surface 13 Chamfer of roller inner peripheral surface

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16H 51/00 - 55/30 F01L 1/00 - 1/46 ──────────────────────────────────────────────────続き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. ⁷ , DB name) F16H 51/00-55/30 F01L 1/00-1/46

Claims

(1) A cam follower device in which a ceramic roller abutted on a cam is rotatably supported by a support shaft provided between two pairs of support walls. The outer peripheral surface of the roller is provided with chamfers at both ends in the axial direction, and the radius of curvature is set to 1000 to 7000 mm in the effective rolling surface area in the axial direction excluding the chamfers on both sides .
A curved full-crowning process is performed, and chamfers having a width smaller than the chamfer width on the outer peripheral surface side are formed at both axial ends of the inner peripheral surface of the through hole provided at the center of the roller .
Axial outside of both ends of the effective rolling surface area in the axial direction
A cam follower device , provided in the cam follower.