JP2008008182A

JP2008008182A - タペットローラ軸受構造

Info

Publication number: JP2008008182A
Application number: JP2006178450A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Kobashi; 俊之小橋
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2006-06-28
Filing date: 2006-06-28
Publication date: 2008-01-17

Abstract

【課題】ローラが滑らかに回転可能であって、耐摩耗性に優れ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に嵌合する円筒形状のローラを有するタペットローラ軸受１１とを備える。そして、支持軸６の外周面とローラの内周面１３との間のラジアル隙間δは、δ≧２５μｍを満たす。
【選択図】図１

Description

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。

従来、内燃機関の可動弁機構には、ロッカーアームとカムとの当接部分のフリクションロスの低減を目的として、例えば、特開２００４−２５７２８７号公報（特許文献１）に記載されているタペットローラ軸受１０１が使用されている。

図５を参照して、特開２００４−２５７２８７号公報（特許文献１）に記載されているタペットローラ軸受１０１は、ロッカーアーム１０４の一端に配置される支持壁１０４ａ，１０４ｂに固定される支持軸１０５の周囲に回転自在に支持された内径側ローラ１０２と、この内径側ローラ１０２の周囲に内径側ローラ１０２に対して回転自在に支持され、使用時にその外周面をカム１０６の外周面に当接させる外径側ローラ１０３とを備える。

そして、支持軸１０５と内径側ローラ１０２の内周面との間の径方向の隙間（以下、「ラジアル隙間」という）、および内径側ローラ１０２の外周面と外径側ローラ１０３の内周面との間のラジアル隙間のうちの少なくとも一方の隙間量を５μｍ以上２０μｍ未満の範囲に規制する。これにより、支持軸１０５と内径側ローラ１０２との間、および内径側ローラ１０２と外径側ローラ１０３との間に十分な強度を有する油膜を全周にわたって形成できると共に、これらの隙間にエンジンオイル中の不溶解成分が侵入するのを防止することができると記載されている。
特開２００４−２５７２８７号公報

しかし現実には、上記の隙間量では支持軸１０５と内径側ローラ１０２との間、および内径側ローラ１０２と外径側ローラ１０３との間に十分な量の潤滑油を供給するのが困難である。また、従来のタペットローラ軸受１０１において、支持壁１０４ａ，１０４ｂとタペットローラ軸受１０１の軸方向端面との間の隙間は、一般に０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ未満程度と小さいので、さらに十分な量の潤滑油の供給が難しい。

さらに、エンジンオイル中の不溶解成分の大きさは、３０ｎｍ程度と非常に小さいので、支持軸１０５と内径側ローラ１０２との間、および内径側ローラ１０２とが径側ローラ１０３との間の径方向隙間量を上記の範囲とした場合でも、不溶解成分の侵入を防止することはできない。

そこで、この発明の目的は、ローラが滑らかに回転可能であって、耐摩耗性に優れたタペットローラ軸受構造を提供することである。

この発明に係るタペットローラ軸受構造は、軸と、軸に嵌合する円筒形状の内径側ローラを有するタペットローラ軸受とを備える。そして、軸の外周面と内径側ローラの内周面との間のラジアル隙間は、２５μｍ以上である。

好ましくは、タペットローラ軸受は、内径側ローラに嵌合する外径側ローラをさらに有する。そして、内径側ローラの外周面と外径側ローラの内周面との間のラジアル隙間は、２５μｍ以上である。

軸の外周面と内径側ローラの内周面との間、および内径側ローラの外周面と外径側ローラの内周面との間のラジアル隙間をそれぞれ２５μｍ以上に設定することにより、タペットローラ軸受に必要な潤滑油の供給が可能となる。これにより、耐摩耗性に優れたタペットローラ軸受を得ることができる。

さらに好ましくは、内方部材の外周面の直径をφａ、内方部材に嵌合する外方部材の内周面の直径をφｂ、内方部材と外方部材との接触長さをｌ、タペットローラ軸受に負荷される荷重をｆとすると、数式１によって求められる接触面圧Ｐについて、内方部材としての軸と、外方部材としての内径側ローラとの間の接触面圧をＰ_１、内方部材としての内径側ローラと、外方部材としての外径側ローラとの間の接触面圧をＰ_２とすると、０．８５≦Ｐ_１／Ｐ_２≦１．１５を満たす。

上記構成のように、軸と内径側ローラとの間の接触面圧Ｐ_１と、内径側ローラと外径側ローラとの間の接触面圧Ｐ_２とのバランスをとることによって、内径側ローラおよび外径側ローラがそれぞれ滑らかに回転することができる。

なお、上記のＰ_１，Ｐ_２の関係式は、Ｐ_２を基準としたときのＰ_１の範囲を規定したものであるが、上記の関係式を変形してＰ_１を基準とすると、０．８５≦Ｐ_２／Ｐ_１≦１．１５となる。すなわち、Ｐ_１，Ｐ_２のうちのいずれか一方を基準とすると、他方は基準値の±１５％の範囲内となる。

この発明によれば、ラジアル隙間を大きくすることにより潤滑性が向上すると共に、接触面圧のバランスとることによって内径側ローラと外径側ローラとが滑らかに回転可能なタペットローラ軸受構造を得ることができる。

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。

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。

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、カム４に当接する外周面１２および支持軸６に嵌合する内周面１３を有する円筒形状のタペットローラ軸受１１とを有する。そして、支持軸６とタペットローラ１１の内周面とのラジアル隙間δをδ≧２５μｍの範囲内に設定する。なお、本明細書中の「ラジアル隙間」は、タペットローラ軸受１１を一方側に偏在（図１においては下方向）させた状態での最大隙間量を指すものとする。

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。

また、支持軸６とタペットローラ軸受１１の内周面との間のラジアル隙間δを上記範囲内とすることにより、両者の隙間への潤滑油の流入量が増加する。これにより、支持壁２ａ，２ｂと、支持壁２ａ，２ｂそれぞれに対面するタペットローラ軸受１１の軸方向端面との間の間隔σを０．１ｍｍ≦σ≦０．３ｍｍとした場合でも、支持軸６とタペットローラ軸受１１との間に十分な量の潤滑油を供給することが可能となる。その結果、潤滑性に優れたタペットローラ軸受構造を得ることができる。

次に、図３を参照して、この発明の他の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、基本構成は図１に示すタペットローラ軸受構造と同様であるので、共通部分の説明は省略し、相違点を中心に説明する。

タペットローラ軸受構造は、支持軸２４と、支持軸２４に嵌合する内径側ローラ２２、および内径側ローラ２２に嵌合して外周面がカム（図示省略）に当接する外径側ローラ２３を備えるダブルローラタイプのタペットローラ軸受２１とを備える。そして、支持軸２４と内径側ローラ２２の内周面との間のラジアル隙間δ_１、および内径側ローラ２２の外周面と外径側ローラ２３の内周面との間のラジアル隙間δ_２とをそれぞれδ_１≧２５μｍ、δ_２≧２５μｍの範囲内に設定する。

これにより、支持軸２４と内径側ローラ２２との間、および内径側ローラ２２と外径側ローラ２３との間への潤滑油の流入量が増加するので、潤滑性に優れたタペットローラ軸受構造を得ることができる。なお、δ_１およびδ_２は、上記の範囲内であれば同じ値（δ_１＝δ_２）であってもよいし、相互に異なる値（δ_１≠δ_２）であってもよい。

さらに、カム（図示省略）からタペットローラ軸受２１に負荷される間歇荷重によって生じる内方部材としての支持軸２４と外方部材としての内径側ローラ２２との間の接触面圧Ｐ_１と、内方部材としての内径側ローラ２２と外方部材としての外径側ローラ２３との間の接触面圧Ｐ_２は、０．８５≦Ｐ_１／Ｐ_２≦１．１５の関係を有する。

なお、上記の接触面圧Ｐ_１，Ｐ_２は、ヘルツ理論に基づいて算出される値であって、具体的には、カム（図示省略）から負荷される荷重をＦ（Ｎ）、支持軸２４の外径寸法をφＡ（ｍｍ）、内径側ローラ２２の内径寸法をφＢ（ｍｍ）、内径側ローラ２２の外径寸法をφＣ（ｍｍ）、外径側ローラ２３の内径寸法をφＤ（ｍｍ）、外径側ローラ２３の外径寸法をφＥ（ｍｍ）、支持軸６と内径側ローラ２２の内周面との有効接触長さをＬ_１（ｍｍ）、内径側ローラ２２の外周面と外径側ローラ２３の内周面との有効長さをＬ_２（ｍｍ）とすると、以下の各式で求められる。

上記のように、支持軸２４と内径側ローラ２２との間の接触面圧Ｐ_１と、内径側ローラ２２と外径側ローラ２３との間の接触面圧Ｐ_２とのバランスをとることにより、間歇荷重が負荷される環境であっても、内径側ローラ２２と外径側ローラ２３とが滑らかに回転することができる。

なお、上記のＰ_１，Ｐ_２の関係式は、Ｐ_２を基準としたときのＰ_１の範囲を規定したものであるが、上記の関係式を変形してＰ_１を基準とすると、０．８５×Ｐ_１≦Ｐ_２≦１．１５×Ｐ_１となる。すなわち、Ｐ_１，Ｐ_２のうちのいずれか一方を基準とすると、他方は基準値の±１５％の範囲内となる。

次に、図３に示すようなダブルローラタイプのタペットローラ軸受を用いて、この発明の効果を確認するための試験を行った。この効果確認試験の内容について、図４および表１，２を参照して説明する。なお、図４は効果確認試験の実験装置の概略図、表１は効果確認試験に使用した内径側ローラ３２の寸法等、表２は効果確認試験に使用した外径側ローラ３３の寸法等を示す。

まず、図４を参照して、この効果確認試験の実験装置は、支持軸３４と、支持軸３４を固定する固定冶具３５と、支持軸３４に嵌合し、表１に示すＮｏ．１〜Ｎｏ．２０の内径側ローラ３２および表２に示すＮｏ．２１〜Ｎｏ．４０の外径側ローラ３３とを組み合わせたタペットローラ軸受３１と、外径側ローラ３３の外周面に当接する駆動ロール３６と、内径側ローラ３２および外径側ローラ３３の回転を検出する回転センサ３７，３８とを備える。

次に、表１を参照して、内径側ローラ３２は、外径寸法φＣを１８ｍｍに固定して、内径寸法φＢを１２．０１ｍｍ〜１２．２０ｍｍまで０．１ｍｍ刻みで変化させている。また、支持軸３４の外径寸法φＡを１２ｍｍ、支持軸３４と内径ローラ３２との有効接触長さＬ_１を１５ｍｍにそれぞれ固定しているので、ラジアル隙間δ_１（＝φＢ−φＡで算出する）、接触面圧Ｐ_１（数式２で算出する）は、それぞれ表１の通りとなる。なお、「有効接触長さ」とは、内径側ローラ３２の内周面の軸方向長さから両端の面取り部の長さを除いた円筒部分の長さを指す。

次に、表２を参照して、外径側ローラ３３は、外径寸法φＥを３２ｍｍに固定し、内径寸法φＤを１８．０１ｍｍ〜１８．２０ｍｍまで０．１ｍｍ刻みで変化させている。また、内径側ローラ３２の外径寸法φＣを１８ｍｍ、内径側ローラ３２と外径側ローラ３３との有効接触長さＬ_２を１５ｍｍにそれぞれ固定しているので、ラジアル隙間δ_２（＝φＤ−φＣで算出する）、接触面圧Ｐ_２（数式２で算出する）は、それぞれ表２の通りとなる。

そして、内径側ローラ３２と外径側ローラ３３との組み合わせとして、Ｎｏ．５（φＢ＝１２．０５ｍｍ、φＣ＝１８ｍｍ）の内径側ローラ３２にＮｏ．２１〜Ｎｏ．４０の外径側ローラ３３をそれぞれ組み合わせたもの（表３）、およびＮｏ．３７の外径側ローラ３３にＮｏ．１〜Ｎｏ．２０の内径側ローラ３２をそれぞれ組み合わせたもの（表４）の合計４０種類のタペットローラ軸受を用いて実験した。

なお、試験条件としては、駆動ロール３６の回転速度を５００ｒｐｍ、実機カムでの間歇荷重を想定して駆動ロール３６からタペットローラ軸受３１に負荷される間歇荷重を０〜５０００Ｎ，１６Ｈｚとし、タペットローラ軸受３１への潤滑油の供給方法を跳ね掛け式とした。

この効果確認試験によると、表３の項番８〜項番１５の組み合わせ（０．８６７９≦Ｐ_１／Ｐ_２≦１．１７９５）、および表４の項番４〜項番１０の組み合わせ（０．７３２１≦Ｐ_１／Ｐ_２≦１．１５１８）について、内径側ローラ３２および外径側ローラ３３が滑らかに回転可能であった。すなわち、０．８５≦Ｐ_１／Ｐ_２≦１．１５とすることにより、内径側ローラ３２および外径側ローラ３３が滑らかに回転可能なタペットローラ軸受構造が得られることを確認した。

また、ラジアル隙間δ_１，δ_２が２０μｍ以下のものについては、支持軸３４と内径側ローラ３２との間、および内径側ローラ３２と外径側ローラ３３との間への潤滑油の供給量が不十分であった。すなわち、δ_１≧２５μｍ、δ_２≧２５μｍとすることにより、潤滑性に優れたタペットローラ軸受構造が得られることを確認した。

なお、この試験では、支持軸３４と内径側ローラ３２との有効接触長さＬ_１と、内径側ローラ３２と外径側ローラ３３との有効接触長さＬ_２とが同一である例を示したが、これに限ることなく、相互に異なる値であってもよい。

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。

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。

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。自動車用内燃機関の可動弁機構を示す図である。この発明の他の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。この発明の効果を確認するために実施した試験装置の概略図である。従来のタペットローラ軸受の断面図である。

符号の説明

１可動弁機構、２，１０４ロッカーアーム、２ａ，２ｂ，１０４ａ，１０４ｂ支持壁、３弁、４，１０６カム、４ａ偏心部、５軸、６，２４，３４，１０５支持軸、１１，２１，３１，１０１タペットローラ軸受、１２外周面、１３内周面、２２，３２，１０２内径側ローラ、２３，３３，１０３外径側ローラ、３５固定冶具、３６回転ロール、３７，３８回転センサ。

Claims

軸と、
前記軸に嵌合する円筒形状の内径側ローラを有するタペットローラ軸受とを備え、
前記軸の外周面と前記内径側ローラの内周面との間のラジアル隙間は、２５μｍ以上である、タペットローラ軸受構造。
前記タペットローラ軸受は、前記内径側ローラに嵌合する外径側ローラをさらに有し、
前記内径側ローラの外周面と前記外径側ローラの内周面との間のラジアル隙間は、２５μｍ以上である、請求項１に記載のタペットローラ軸受構造。
内方部材の外周面の直径をφａ、前記内方部材に勘合する外方部材の内周面の直径をφｂ、前記内方部材と前記外方部材との接触長さをｌ、前記タペットローラ軸受に負荷される荷重をｆとすると、

によって求められる接触面圧Ｐについて、
前記内方部材としての前記軸と、前記外方部材としての前記内径側ローラとの間の接触面圧をＰ_１、
前記内方部材としての前記内径側ローラと、前記外方部材としての前記外径側ローラとの間の接触面圧をＰ_２とすると、
０．８５≦Ｐ_１／Ｐ_２≦１．１５
を満たす、請求項２に記載のタペットローラ軸受構造。