JPH0530401U - ローラーロツカーアーム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 本考案は、内燃機関のカムシャフトのカムに
従動して弁を駆動するローラーロッカーアームに関し、
強度および剛性を低下させることをなく、従来よりも大
幅に重量を低減することを目的とする。 【構成】 ローラー支持軸５１を、高強度アルミニウム
合金により形成するとともに、その表面部の少なくとも
ニードル５５との摺接面に、硬質めっき層５７を設けた
ものである。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、内燃機関のカムシャフトのカムに従動して弁を駆動するローラーロ ッカーアームに係り、特に軽量なローラーロッカーアームに関する。

【０００２】

【従来の技術】

一般に、内燃機関の吸気バルブ及び排気バルブを駆動する動弁機構は、内燃機 関により回転動作されるカムシャフトによって吸排気バルブの各バルブステムを 押進引退動作させ、吸排気バルブを開閉動作させるように構成されている。

【０００３】 そして、この動弁機構のカムシャフトの回転動作をバルブステムの押進引退動 作に変換するために、カムシャフトとバルブステムとの間にロッカーアームが介 装されている。

【０００４】 従来、このようなロッカーアームとして、図５に示すようなセンターピボット 式ロッカーアームや図６に示すようなエンドピボット式ロッカーアーム等が知ら れている。

【０００５】 センターピボット式ロッカーアームは、中間部をロッカーシャフト１１に揺動 可能に軸支して設け、一軸端１３をカムシャフトのカムに当接させるとともに、 他端側１５を吸排気バルブの端部に当接させるように構成されている。

【０００６】 一方、エンドピボット式ロッカーアームは、ロッカーアームの一端側に設けた 部分球面状窪部１７を揺動可能に支持柱１９端部に係合し、中間部をカムシャフ トのカム２１に当接させるとともに、他端側１８を吸排気バルブの各バルブステ ム２０の端部に当接させるように構成されている。

【０００７】 ロッカーアーム本体の材質としては、鋳鋼製のものが多く使われているが、セ ンターピボット式ロッカーアームでは軽量化を目的としてアルミニウム合金製の ものも実用化されている。

【０００８】 ロッカーアームのカム当接部は、図７に示すように、鉄系焼結合金，セラミッ クスなどのチップ２３をロッカーアーム本体２５に接合し、カム２１と摺接させ るスリッパ方式のものが従来から使用されているが、スリッパ方式の場合には、 ロッカーアーム２７のチップ（カム当接部）２３とカム２１との接触がすべり接 触となるため、摩擦による動力の損失が大きいという欠点がある。

【０００９】 このため、従来、図８に示すように、ロッカーアーム２９のカム当接側にロー ラー支持軸３１によって回転自在に支持されたローラー３３を設け、カム２１と の当接をころがり接触とすることによって摩擦損失を低減するローラー方式のロ ッカーアームが実用化されている。

【００１０】 しかしながら、この場合、ローラー支持軸３１とローラー３３の内周面とはす べり接触となるため、図９および図１０に示すように、ローラー支持軸３５とロ ーラー３７の間に複数個のニードル３９を配設し、ローラー支持軸３５とローラ ー３７内周面との接触もころがり接触として、さらに摩擦損失を低減したローラ ーロッカーアームが多用されている。

【００１１】 従来、ローラーロッカーアームを構成するローラー３７，ローラー支持軸３５ およびニードル３９の材質としては、軸受鋼や浸炭綱など強度および耐摩耗性に 優れた鉄鋼材料が使用されている。

【００１２】 そして、このようなローラー方式のロッカーアームでは、回転可能なローラー ３７とカム２１がころがり接触するため、すべり接触によってカム２１と摺動す るスリッパ方式のロッカーアームに比較して摩擦による動力損失が少なく、特に 低速運転時における摩擦損失を有効に低減することができる。

【００１３】

【考案が解決しようとする課題】

しかし、このようなローラー方式のロッカーアームでは、ローラー３７，ロー ラー支持軸３５およびニードル３９等の多くの部品が必要となるため、ロッカー アーム本体２５とチップ（カム当接部）２３からなるスリッパ方式のロッカーア ームに比較して重量が大きくなるという問題があった。

【００１４】 すなわち、ロッカーアームのような動弁系部品の重量が大きくなると、その慣 性力のために、高速回転になる程バルブのカムに対する追従性が悪くなり、バル ブにおどり等が発生し出力低下を招くため、スリッパ方式のロッカーアームに比 べて重量の大きいローラー方式のロッカーアームでは、高出力化の要求に充分に 応えることができないという問題があった。

【００１５】 本考案はかかる従来の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、 強度および剛性を充分に維持したまま、従来より大幅に重量を低減することので きるローラーロッカーアームを提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】

本考案は、ロッカーアーム本体に所定間隔を置いて形成される一対のローラー 支持部の孔部に、ローラー支持軸の一端部および他端部を挿入するとともに、前 記一対のローラー支持部の間に位置する前記ローラー支持軸を囲んでローラーを 配置し、このローラーとローラー支持軸との間に複数のニードルを配置してなる ローラーロッカーアームにおいて、前記ローラー支持軸を、高強度アルミニウム 合金により形成するとともに、その表面部の少なくともニードルとの摺接面に、 硬質めっき層を設けたものである。

【００１７】

【作用】

本考案においては、ローラー支持軸をニードルと当接する外周面に硬質めっき 層を設けた高強度アルミニウム合金製としたので、ローラー支持軸全体を鉄鋼製 としたローラーロッカーアームに比較して、軽量にでき、機関の許容回転数を高 くすることができる。

【００１８】 また、ニードルと当接する部分に硬質めっき層を設けたので、摩耗・ピッチン グなどの問題は生じない。

【００１９】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明する。 図１ないし図３は本考案をエンドピボット式のロッカーアームに適用した一実 施例を示す。

【００２０】 図において、４１は、精密鋳造法で製造した鋳綱製のロッカーアーム本体を示 している。 ロッカーアーム本体４１の一端側には、図示しないラッシュアジャスタに対し て揺動可能に係合される部分球面窪部４３が形成され、他端側には、吸排気バル ブの各バルブステムに当接する溝部４５が形成されている。

【００２１】 ロッカーアーム本体４１の部分球面窪部４３と溝部４５の間には、一対のロー ラー支持部４７が所定間隔を置いて形成されている。 このローラー支持部４７には、それぞれ孔部４９が形成され、孔部４９には、 高強度アルミニウム合金製のローラー支持軸５１の一端部および他端部が挿入さ れている。

【００２２】 このローラー支持軸５１の外表面には、硬質めっき層５７が設けられている。 そして、一対のローラー支持部４７の間に位置するローラー支持軸５１を囲ん でローラー５３が配置されている。

【００２３】 しかして、この実施例では、高強度アルミニウム合金製のローラー支持軸５１ の外表面に設けた硬質めっき層５７は、ローラー５３と摺動するように構成され ている。

【００２４】 すなわち、ローラー支持軸５１は、外表面に設けた硬質めっき層５７を介して カムシャフトのカム回転によってローラー５３に作用する力を支持し、ロッカー アームを介してカムの運動をバルブに伝達するものであるから、十分な強度およ び剛性が必要であり、アルミニウム合金の中でも特に強度および剛性に優れた合 金でなければならない。

【００２５】 このため、ローラー支持軸５１の材質としては、Ａ１−Ｃｕ系，Ａ１−Ｓｉ系 あるいはＡ１−Ｚｎ−Ｍｇ系などの展伸材が適している。 ここで、ローラー支持軸５１に作用する力をＦ、ローラー支持軸部材の許容せ ん断力をτとすると、ローラー支持軸５１の直径ｄは、 ｄ≧（４Ｆ／πτ）^1/2 より求めることができる。

【００２６】 また、材料の許容せん断応力τは、アルミニウム合金の場合、引張強さの６０ 〜６５％程度である。 この実施例においては、適当な熱処理を施した引張強さ３５ｋｇｆ／ｍｍ² の Ａ１−Ｃｕ系展伸アルミニウム合金を用いたので、許容せん断応力τは２１ｋｇ ｆ／ｍｍ² 程度であり、Ｆ＝１，５００ｋｇｆとすれば、ｄ≧９．５ｍｍとなり 、この実施例ではｄ＝１０ｍｍとされる。

【００２７】 この実施例に使用した高強度アルミニウム合金の化学成分の重量％を表１に、 また１５０℃での機械的性質を表２に示す。 表 １ 表 ２ 一方、ローラー支持軸５１の外周面には、カムシャフトのカム回転によってロ ーラー５３に作用する力が、自在に自公転するニードル５５を介して作用してお り、ローラー支持軸５１の外周面とニードル５５とは非常に高い圧力で摺接して いる。

【００２８】 このため、従来鉄鋼製であったローラー支持軸をアルミニウム合金製としたま までは、ローラー支持軸５１のニードル５５との摺接面に摩耗，ピッチングなど の問題が生ずる。

【００２９】 そこで、この実施例では、ローラー支持軸５１のニードル５５との摺接面に、 高硬度のめっき層５７を施すことによって、摩耗，ピッチングなどの問題を解決 している。

【００３０】 このアルミニウム合金製のローラー支持軸５１へのめっきとしては、鉄めっき や高硬度粒子を含有する分散めっきなどの湿式めっきおよびイオンプレーティン グなどの乾式めっきが適用できる。

【００３１】 この実施例では、高硬度粒子を分散し、耐摩耗性の優れたＮｉ−Ｐを主体とす るめっき層５７をローラー支持軸５１の外周面に設けた。 ローラー支持軸５１に設ける硬質めっき層５７の硬度としては、Ｈｍｖで４０ ０以上であり、好ましくは５００以上が良い。

【００３２】 硬度が４００未満の場合は、耐摩耗性が十分でなく、摩耗が著しく進む。また 、めっき層５７の硬度が高くなると、一般にめっき層は脆くなり、母材から剥離 しやすくなる。

【００３３】 このため、めっき層５７の硬度は、耐摩耗性と密着力が十分に得られる範囲に しなければならない。 この実施例のＮｉ−Ｐを主体とするめっき層５７の場合、適切な硬度の範囲は Ｈｍｖで５００〜１０００である。

【００３４】 めっき層５７の厚さは、少なくとも１０μｍは必要で、これより薄いと長期間 の摩耗に耐えられず、また母材のアルミニウム合金の硬度の影響を受けるため、 めっき層５７の本来の硬度の効果が発揮されない。

【００３５】 逆に、めっき層５７が厚くなりすぎると、密着性が悪くなり剥離しやすくなる 。また、めっき層５７の形成に時間がかかり経済的でない。 この実施例のめっき層５７は、硬度をＨｍｖで７５０、厚さを２５μｍのＮｉ −Ｐを主体としためっきとし、高硬度粒子として粒径０．１〜５μｍのＳｉ₃Ｎ₄ を面積率で３０％含有している。

【００３６】 以上のように構成したローラー支持軸５１を、ロッカーアーム本体４１に、ロ ーラー５３およびニードル５５とともに組み込んだ後、ローラー支持軸５１の両 端部をかしめ、ローラー支持軸５１をローラー支持部４７の孔部４９に固定する ことにより、この実施例のローラーロッカーアームを製造した。

【００３７】 このローラーロッカーアームは、ローラー支持軸全体を鉄鋼製としたローラー ロッカーアームに比較して１５％の軽量化を実現できた。 なお、この実施例のローラー支持軸の寸法は、直径１０ｍｍ，長さ２０ｍｍで あり、従来のローラーロッカーアームのローラー支持軸は、直径８ｍｍ，長さ２ ０ｍｍのベアリング綱ＳＵＪ２製である。

【００３８】 このようにして得られたローラーロッカーアームと、比較のためにローラー支 持軸全体を鉄鋼製とした従来のローラーロッカーアームを、それぞれ４サイクル エンジンヘッドに組み込み、２００時間の耐久試験を行った。

【００３９】 この結果、エンジン回転数の上昇に伴い、従来のローラーロッカーアームを組 み込んだエンジンは出力低下が生じたが、この実施例のローラーロッカーアーム を組み込んだエンジンはさらに５００ｒ．ｐ．ｍ．回転数を上げても出力の低下 はなかった。

【００４０】 試験終了後、エンジンを分解したところ、高強度アルミニウム合金製のローラ ー支持軸５１の変形，硬度低下および硬質めっき層５７の摩耗，剥離は無く、こ の実施例のローラーロッカーアームが強度，剛性および耐摩耗性を充分に維持し たまま軽量化され、エンジンを高出力化できることを確認できた。

【００４１】 なお、上記実施例では、ローラー支持軸５１の外表面の全体に硬質めっき層５ ７を設けた場合について説明したが、図４に示すように、ニードル５５と摺動す る部位にのみ設けても良い。

【００４２】

【考案の効果】

以上説明したように本考案は、ローラー支持軸を、高強度アルミニウム合金に より形成するとともに、その表面部の少なくともニードルとの摺接面に、硬質め っき層を設けたので、強度，剛性および耐摩耗性を充分に維持したまま、ローラ ーロッカーアームを軽量化することができ、エンジンの許容回転数を上げること ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図２のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。

【図２】図３のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。

【図３】本考案の一実施例であるエンドピボット方式の
ローラーロッカーアームを示す上面図である。

【図４】本考案の他の実施例であるエンドピボット方式
のローラーロッカーアームを示す上面図である。

【図５】センターピボット方式のローラーロッカーアー
ムを示す説明図である。

【図６】エンドピボット方式のローラーロッカーアーム
を示す説明図である。

【図７】ローラーロッカーアームのカムへの当接部の構
造を示す説明図である。

【図８】ローラーロッカーアームのカムへの当接部の他
の構造を示す説明図である。

【図９】ローラーロッカーアームのカムへの当接部のさ
らに他の構造を示す説明図である。

【図１０】従来のローラーロッカーアームの要部の構造
を示す断面図である。

【符号の説明】

４１ ロッカーアーム本体 ４７ ローラー支持部 ４９ 孔部 ５１ ローラー支持軸 ５３ ローラー ５５ ニードル ５７ 硬質めっき層

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロッカーアーム本体に所定間隔を置いて
   形成される一対のローラー支持部の孔部に、ローラー支
   持軸の一端部および他端部を挿入するとともに、前記一
   対のローラー支持部の間に位置する前記ローラー支持軸
   を囲んでローラーを配置し、このローラーとローラー支
   持軸との間に複数のニードルを配置してなるローラーロ
   ッカーアームにおいて、前記ローラー支持軸を、高強度
   アルミニウム合金により形成するとともに、その表面部
   の少なくともニードルとの摺接面に、硬質めっき層を設
   けたことを特徴とするローラーロッカーアーム。