JPH11247845A

JPH11247845A - ローラ支持用軸受装置

Info

Publication number: JPH11247845A
Application number: JP4659198A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Yamamoto; 敏之山本
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1998-02-27
Filing date: 1998-02-27
Publication date: 1999-09-14
Anticipated expiration: 2018-02-27
Also published as: JP3815027B2

Abstract

(57)【要約】【課題】当接部の面圧が過大になる事を防止し、且
つ、ミスアライメントの発生時に当接部にエッヂロード
が加わる事を防止する。そして、当接部が損傷を受ける
事を防止する。【解決手段】内径側、外径側両ローラ８ａ、９ａの外
周面の軸方向中間部に、それぞれ円筒面部１３、１３ａ
を設ける。これら両円筒面部１３、１３ａの両側に傾斜
面部１４、１４ａを設ける。円筒面部１３、１３ａによ
り、相手面との当接面積を確保する。又、傾斜面部１
４、１４ａにより、ミスアライメントの発生時に、相手
面との当接部にエッヂロードが発生する事を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明に係るローラ支持用
軸受装置は、例えばタペットローラ軸受としてエンジン
の動弁機構中に組み込み、動弁機構部分の摩擦を少なく
して、エンジン運転時に於ける燃料消費率の低減を図る
為に利用する。

【０００２】

【従来の技術】エンジン内部での摩擦低減を図り、燃焼
消費率を低減する事を目的として、クランクシャフトと
同期したカムシャフトの回転を給気弁及び排気弁の往復
運動に変換する部分に、タペットローラ軸受を組み込む
事が一般的に行われている。図７〜８は、実開平３−１
０８８０６号公報に記載されたタペットローラ軸受を示
している。

【０００３】エンジンのクランクシャフトと同期して回
転するカムシャフト１に固定したカム２に対向して、こ
のカム２の動きを受けるロッカーアーム３を設けてい
る。このロッカーアーム３の端部には１対の支持壁部
４、４を、互いに間隔を開けて設けている。この１対の
支持壁部４、４の間には、鋼製で中空又は中実の支持軸
５を掛け渡している。この支持軸５の両端は焼き入れす
る事なく、生のままとしており、支持軸５を固定する際
には、この未焼き入れ部分を、上記１対の支持壁部４、
４に形成した通孔７、７の内周面に向けてかしめ付け
る。上述の様にして、１対の支持壁部４、４の間に掛け
渡した支持軸５の周囲にはローラ６を、回転自在に支承
しており、このローラ６の外周面を、上記カム２の外周
面に当接させている。

【０００４】上述の様に構成するタペットローラ軸受に
よれば、ロッカーアーム３とカム２との間に働く摩擦力
を低減し、エンジン運転時に於ける燃料消費率の低減を
図れる。この様なタペットローラ軸受の設置部分にはエ
ンジン運転時に、エンジンオイルを供給する。そして、
このエンジンオイルによって、カム２の外周面とローラ
６の外周面との間、及び支持軸５の外周面とローラ６の
内周面との間を潤滑する。

【０００５】尚、タペットローラ軸受の構成部品の材質
としては、カム２を含むカムシャフト１は鋳鉄若しくは
軸受鋼により、ローラ６及び支持軸５は高炭素クロム軸
受鋼により、それぞれ造る事が、必要な強度を確保しつ
つ材料費、加工費を抑える面から、一般的に行われてい
る。そして、各部材の周面同士の間の隙間寸法並びに表
面粗さを工夫する事により、エンジン運転時に於ける各
部材同士の摺接部の潤滑性を確保する様にしている。こ
の様な潤滑性確保をより確実に行う為、支持軸５を燐青
銅により、ローラ６を高炭素クロム軸受鋼により、それ
ぞれ造る事も、一部で行われている。又、ロッカーアー
ム３及び支持軸５にエンジンオイル供給用の給油孔を開
設する事も、例えば実開平４−３２２１０号公報に記載
されている様に、従来から提案されている。更に、ロー
ラ６を窒化珪素等のセラミックにより造る事も、例えば
特開平４−１５２９６号公報、実開昭６２−２０３９１
１号公報、実開平３−１０８８０６号公報等に記載され
ている様に、従来から提案されている。

【０００６】又、ローラの内外両周面と相手面との間の
潤滑が不十分な場合でも、これら転がり接触或は滑り接
触する面に、著しい摩耗や焼き付き等の損傷が発生する
事を防止する為の考慮も、従来から各種提案されてい
る。例えば、特開昭５９−１８３００７号公報には、ロ
ーラの内外両周面に、軟窒化処理、酸化処理等の耐スカ
ッフィング性表面処理を行なう事が記載されている。
又、実開昭６０−１２６０４〜５号公報には、ローラを
支持する支持軸の外周面とこのローラの内周面との間
に、スリーブ或はリングを設ける事が記載されている。
又、特開平８−７４５２６号公報には、互いに対向する
ローラの内周面と支持軸の外周面とのうちの少なくとも
一方に、摩擦低減用の表面処理層を形成する事が記載さ
れている。

【０００７】又、ローラの回転抵抗を小さくする為に、
このローラを二重構造とする事も、例えば実公昭４６−
９６０６号公報に記載されている様に、従来から知られ
ている。更には、特開平８−２９６４１２号公報には、
この様に二重構造のローラを有する構造で、何れかのロ
ーラの周面を、軸方向中央部が膨らんだ断面円弧状に形
成する事が記載されている。図９（Ａ）及び図１０
（Ａ）に、この特開平８−２９６４１２号公報に記載さ
れた構造を示している。この構造では、ローラ６ａは、
内径側ローラ８と外径側ローラ９とを組み合わせて成
る。このうちの内径側ローラ８は、内周面１０を円筒面
とし、外周面１１を球状凸面としている。この様な内径
側ローラ８は、ロッカーアーム３に設けた１対の支持壁
部４、４の間に掛け渡した支持軸５の周囲に、回転自在
に支持している。又、上記外径側ローラ９は、内外両周
面とも円筒面とし、上記内径側ローラ８の周囲に、回転
自在に支持している。この様に、内径側ローラ８の外周
面の断面形状を、軸方向中央部が膨らんだ断面円弧状に
する事により、図１０（Ａ）に示す様に、この内径側ロ
ーラ８を含むローラ６ａを支持した支持軸５と、このロ
ーラ６ａを構成する外径側ローラ９の外周面が当接する
相手部材である、カムシャフト１の中心軸とが非平行に
なる、所謂ミスアライメントが発生した場合にも、上記
ローラ６ａを構成する内径側、外径側両ローラ８、９の
周面の縁部と相手面とが極く狭い面積で当接する、所謂
エッヂ当たりの発生を防止するとしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】実開平４−３２２１０
号公報、特開平４−１５２９６号公報、実開昭６２−２
０３９１１号公報、実開平３−１０８８０６号公報、特
開昭５９−１８３００７号公報、実開昭６０−１２６０
４〜５号公報、特開平８−７４５２６号公報に記載され
た発明は、ローラと相手面との潤滑を良好にする技術、
或は潤滑が不良の場合にも損傷防止を図る技術で、ミス
アライメントが発生した場合の損傷防止を図れるもので
はない。又、実公昭４６−９６０６号公報に記載されて
いる技術は、ローラの回転抵抗を小さくする為のもの
で、やはりミスアライメントが発生した場合の損傷防止
を図れるものではない。特開平８−２９６４１２号公報
に記載された技術は、ミスアライメントが発生した場合
にも、エッヂ当たりを防止できるが、代わりに、内径側
ローラ８の外周面１１と、外径側ローラ９の内周面１２
との接触面積が狭くなり、接触部に加わる面圧が大きく
なる。

【０００９】即ち、上記内径側ローラ８の外周面１１
が、断面円弧状の凸面である為、この外周面１１と外径
側ローラ９の内周面１２とは、これら内径側、外径側両
ローラ８、９の弾性変形を考慮しても、図９（Ｂ）及び
図１０（Ｂ）に斜線で示す様な、狭い面積でのみ当接す
る。そして、この斜線部分に於いて上記両周面１１、１
２に、図９（Ｃ）及び図１０（Ｃ）に示す様に大きな面
圧が加わる。上記両周面１１、１２にこの様に大きな面
圧が加わると、これら両周面１１、１２に、かじりや異
常摩耗等の損傷を発生し易くなる為、好ましくない。本
発明は、この様な事情に鑑みて、ミスアライメントの発
生時にエッヂ当たりを防止できる構造で、しかもローラ
の周面と相手面との当接部の面圧上昇を抑えられる構造
を実現すべく発明したものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のローラ支持用軸
受装置は、前述した従来のローラ支持用軸受装置と同様
に、支持軸と、この支持軸の周囲に回転自在に支持され
た少なくとも１個のローラとから成り、このローラの外
周面と他の部材の表面とを、当接状態等に係合させる状
態で使用される。特に、本発明のローラ支持用軸受装置
に於いては、上記ローラの内外両周面のうちの少なくと
も一方の周面の軸方向中央部に、このローラの中心軸と
平行な円筒面部を設けると共に、この円筒面部を挟む軸
方向両側部分に、それぞれがこの円筒面部から離れるに
従って、この円筒面部を形成した周面が対向する相手面
から離れる方向に僅かに傾斜した、１対の傾斜面部を設
けている。尚、本明細書で言う傾斜面部とは、後述する
実施の形態からも明らかな様に、母線が直線である一般
的なテーパ面だけでなく、母線が円弧状の曲面である先
細面も含む。

【００１１】

【作用】上述の様に構成する本発明のローラ支持用軸受
装置によれば、ミスアライメントの発生時にエッヂ当た
りを防止し、しかもローラの周面と相手面との当接部の
面圧上昇を抑える事ができる。先ず、ローラの周面の軸
方向中央部に設けた円筒面部の存在に基づき、この周面
と相手面との当接面積を確保し、これら両面同士の当接
部の面圧の上昇を抑えて、この当接部にかじりや異常摩
耗等の損傷が発生するのを防止できる。又、ミスアライ
メントの発生時には、１対の傾斜面部の存在に基づき、
ローラの中心軸と相手部材の中心軸とを不一致にしつ
つ、このローラの周面と相手面との当接状態を確保す
る。上記円筒面部に対する上記傾斜面部の傾斜角度は僅
かであるから、これら円筒面部と傾斜面部との境界部で
の面圧上昇は僅かであり、かじりや異常摩耗等の損傷に
は結び付きにくい。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１〜２は、本発明の実施の形態
の第１例を示している。ロッカーアーム３の端部に設け
た１対の支持壁部４、４の間に掛け渡した支持軸５の周
囲にローラ６ｂを、回転自在に支承しており、このロー
ラ６ｂの外周面を、カムシャフト１の中間部に固定した
カム２の外周面に当接させている。本例の場合にはこの
ローラ６ｂを、内径側ローラ８ａと外径側ローラ９ａと
を組み合わせて成る。

【００１３】このうちの内径側ローラ８ａは、内周面１
０を円筒面とし、外周面１１ａの断面形状を山形として
いる。即ち、上記内径側ローラ８ａの外周面１１ａの軸
方向（図１〜２の左右方向）中央部に、この内径側ロー
ラ８ａの中心軸と平行な円筒面部１３を設けている。
又、上記外周面１１ａの残部で、この円筒面部１３を挟
む軸方向両側部分に、１対の傾斜面部１４、１４を設け
ている。これら各傾斜面部１４、１４は、クラウニング
加工により形成するもので、それぞれが上記円筒面部１
３から離れるに従って外径が小さくなる方向に僅かに傾
斜した、円すい状凸面である。又、これら各傾斜面部１
４、１４の大径側端部と上記円筒面部１３の両端部との
連続部には、超仕上加工やバレル加工等の後加工を施す
事により、これら端部同士を断面円弧状の曲面により、
滑らかに連続させている。この様な内径側ローラ８ａ
は、上記支持軸５の周囲に、回転自在に支持している。

【００１４】又、上記外径側ローラ９ａは、内周面１２
を円筒面とし、外周面１５を、上記内径側ローラ８ａの
外周面１１ａと同様に、断面山形としている。即ち、上
記外径側ローラ９ａの外周面１５の軸方向中央部に、こ
の外径側ローラ９ａの中心軸と平行な円筒面部１３ａを
設けると共に、この円筒面部１３ａを挟む軸方向両側部
分に１対の傾斜面部１４ａ、１４ａを、やはりクラウニ
ング加工により設けている。又、これら各傾斜面部１４
ａ、１４ａの大径側端部と上記円筒面部１３ａの両端部
とも、断面円弧状の曲面により、滑らかに連続させてい
る。この様な外径側ローラ９ａは、上記内径側ローラ８
ａの周囲に、回転自在に支持している。

【００１５】上述の様な内径側ローラ８ａと外径側ロー
ラ９ａとから成るローラ６ｂを組み込んで構成する、本
例のローラ支持用軸受装置によれば、ミスアライメント
の発生時にエッヂ当たりを防止し、しかも上記ローラ６
ｂを構成する内径側ローラ８ａの内外両周面１０、１１
ａ及び外径側ローラ９ａの内外両周面１２、１５と相手
面との当接部の面圧上昇を抑える事ができる。

【００１６】先ず、上記ミスアライメントが発生してい
ない状態で考える。上記内径側ローラ８ａの内周面１０
と支持軸５の外周面とは、この内径側ローラ８ａの内周
面１０のほぼ全長に亙って均一に当接する為、これら両
周面同士の当接面積は十分に広くなり、当接部の面圧は
限られたものとなる。又、上記内径側ローラ８ａの外周
面１１ａと上記外径側ローラ９ａの内周面１２との当接
部、並びに、この外径側ローラ９ａの外周面１５と前記
カム２の外周面とは、これら内径側、外径側各ローラ８
ａ、９ａの外周面の軸方向中央部に設けた円筒面部１
３、１３ａの存在に基づき、上記外径側ローラ９ａの内
周面１２及びカム２の外周面との当接面積を確保する。
即ち、この様にミスアライメントが発生していない状態
では、上記各面１２、１３同士の当接部は、図１（Ｂ）
に斜線で示す様に広くなる。そして、この斜線部分に於
いて上記各面に、図１（Ｃ）に示す様な面圧が作用す
る。これら図１（Ｂ）（Ｃ）から明らかな通り、本例の
構造によれば、上記各面同士の当接部の面積を広くして
これら各当接部の面圧の上昇を抑え、これら各当接部に
かじりや異常摩耗等の損傷が発生するのを防止できる。

【００１７】又、ミスアライメントの発生時には、図２
（Ａ）に示す様に、上記１対ずつの傾斜面部１４、１４
ａの存在に基づき、上記ローラ６ｂを構成する内径側、
外径側両ローラ８ａ、９ａの中心軸と他の部材であるカ
ムシャフト１の中心軸とを不一致にしつつ、これら内径
側、外径側両ローラ８ａ、９ａの内外両周面と相手面と
の当接状態を確保する。この際、上記内径側、外径側両
ローラ８ａ、９ａは、僅かに弾性変形する。上記各円筒
面部１３、１３ａに対する上記各傾斜面部１４、１４ａ
の傾斜角度は僅かであるから、これら各円筒面部１３、
１３ａと各傾斜面部１４、１４ａとの境界部での面圧上
昇は僅かである。即ち、これら各円筒面部１３、１３ａ
及び傾斜面部１４、１４ａと相手面とは、上記内径側、
外径側両ローラ８ａ、９ａの弾性変形を考慮すれば、図
２（Ｂ）に斜線で示す様に、前述の図９〜１０に示した
従来構造に比べて広い面積で当接する。そして、この斜
線部分に於いて上記各円筒面部１３、１３ａ及び傾斜面
部１４、１４ａと相手面とに、図２（Ｃ）に示す様な面
圧が加わる。この図２（Ｃ）から明らかな通り、これら
各面同士の当接部に加わる面圧の最大値は低く、これら
各当接部に、かじりや異常摩耗等の損傷を生じにくい。

【００１８】尚、本発明を実施する場合に、支持軸５と
内径側ローラ８ａと外径側ローラ９ａとの材質は、特に
限定しない。但し、耐久性とコストとを勘案した場合に
は、上記支持軸５は鋼製とし、（特に内径側ローラ８ａ
の内周面１０と対向する）中間部を焼き入れ硬化したも
のが好ましい。又、外径側ローラ９ａも、焼き入れ硬化
した鋼製とする事が望ましい。これに対して、内径側ロ
ーラ８ａは、焼き入れ硬化した鋼製でも良いが、自己潤
滑性を有する銅又は銅合金も、好ましく使用できる。
又、上記内径側ローラ８ａと外径側ローラ９ａとの一方
又は双方に、潤滑性を向上させたり、耐摩耗性を向上さ
せる為の表面処理を施す事も、耐久性向上の面から好ま
しい。

【００１９】又、上記各傾斜面部１４、１４ａの傾斜角
度は、使用条件に応じて決定するが、自動車用のタペッ
トローラ軸受として使用する場合で、１０度以下にす
る。例えば、上記内径側、外径側各ローラ８ａ、９ａの
軸方向端面から１mmだけ軸方向中央部に寄った位置で、
上記各傾斜面部１４、１４ａの落ち量（円筒面部１３、
１３ａを延長したと仮定した場合の仮想円筒面と各傾斜
面部１４、１４ａとの直径方向に亙る距離）が１〜２０
μｍ程度になる様に、上記傾斜角度を規制する。又、上
記各傾斜面部１４、１４ａを、母線形状の曲率半径が５
００〜１００００mm程度で、上記円筒面部１３、１３ａ
の端部から滑らかに連続する曲面とする事もできる。こ
の場合も、上記落ち量を上記範囲に規制する。又、上記
内径側、外径側両ローラ８ａ、９ａの全長に対する上記
各円筒面部１３、１３ａの割合は、４０〜７０％の範囲
で設計的に定める。

【００２０】次に、図３は、本発明の実施の形態の第２
例を示している。本例の場合には、ローラ６ｃを構成す
る内径側ローラ８ｂの内周面１０ａの軸方向中間部に円
筒面部１３ｂを形成し、この内周面１０ａの残部でこの
円筒面部１３ｂを挟む位置に１対の傾斜面部１４ｂ、１
４ｂを形成している。又、外径側ローラ９ｂは、外周面
１５に円筒面部１３ａ及び傾斜面部１４ａ、１４ａを形
成するだけでなく、内周面１２ａにも円筒面部１３ｃ及
び傾斜面部１４ｃ、１４ｃを形成している。これら各傾
斜面部１４ａ、１４ｂ、１４ｃは、内周面１０ａ、１２
ａに形成する傾斜面部１４ｂ、１４ｃを、それぞれ円筒
面部１３ｂ、１３ｃから離れるに従って内径が大きくな
る方向に傾斜させ、外周面１５に形成する傾斜面部１４
ａ、１４ａは、円筒面部１３ａから離れるに従って外径
が小さくなる方向に傾斜させている。この様な傾斜面部
１４ａ、１４ｂ、１４ｃのうち、内周面１０ａ、１２ａ
に形成する傾斜面部１４ｂ、１４ｃは、だらし加工と呼
ばれる塑性加工により形成できる。この様な構造を有す
る本例の場合も、上述した第１例の場合と同様に、各面
同士の当接部の面積を広くしてこれら各当接部の面圧の
上昇を抑え、これら各当接部にかじりや異常摩耗等の損
傷が発生するのを防止できる。

【００２１】次に、図４は、本発明の実施の形態の第３
例を示している。本例の場合には、ローラ６ｄを構成す
る内径側ローラ８ｃに、内周面１０ａだけでなく外周面
１１ａにも、傾斜面部１４、１４を形成している。その
他の構成及び作用は、上述した第２例の場合と同様であ
るから、同等部分には同一符号を付して、重複する説明
を省略する。

【００２２】次に、図５は、本発明の実施の形態の第４
例を示している。本例の場合には、ローラ６ｅを構成す
る内径側ローラ８ｃとして上述した第３例と同様のもの
を、外径側ローラ９ａとして前述した第１例と同様のも
のを、それぞれ使用している。更に、本例の場合には、
上記内径側ローラ８ｃと外径側ローラ９ａとの間に、中
間ローラ１６を設けて、上記ローラ６ｅを３相構造とし
ている。この中間ローラ１６は、上記外径側ローラ９ａ
と同様に、内周面１７を円筒面とし、外周面１８の軸方
向中間部に円筒面部１３ｄを、軸方向両端部に傾斜面部
１４ｄ、１４ｄを、それぞれ設けている。この様な本例
の場合には、上記ローラ６ｅの内部に設ける滑り面の数
を増やし、これら各滑り面毎の滑り量を少なくし、潤滑
条件を改良して、摩耗の低減を図れる。その他の構成及
び作用は、上述した各例の場合と同様である。

【００２３】次に、図６は、本発明の実施の形態の第５
例を示している。本例は、単体のローラ６ｆを使用して
いる。そして、このローラ６ｆの内周面１９の軸方向中
間部に円筒面部１３ｅを、軸方向両端部に傾斜面部１４
ｅ、１４ｅを、それぞれ設けている。又、外周面２０の
軸方向中間部に円筒面部１３ｆを、軸方向両端部に傾斜
面部１４ｆ、１４ｆを、それぞれ設けている。この様な
本例の場合も、上述した各例の場合と同様に、対向する
各面同士の当接部の面積を広くしてこれら各当接部の面
圧の上昇を抑え、これら各当接部にかじりや異常摩耗等
の損傷が発生するのを防止できる。

【００２４】

【発明の効果】本発明のローラ支持用軸受装置は、以上
に述べた通り構成され作用するので、特に組み付け精度
を高くする事なく、安価に製作でき、しかも優れた耐久
性を有するカムフォロア装置の実現に寄与できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の第１例を、ミスアライメ
ントが発生していない状態で示しており、（Ａ）は断面
図、（Ｂ）は当接面積を表す為、当接部を（Ａ）の下方
から見た図、（Ｃ）は当接部の面圧分布を示す線図。

【図２】本発明の実施の形態の第１例を、ミスアライメ
ントが発生した状態で示しており、（Ａ）は断面図、
（Ｂ）は当接面積を表す為、当接部を（Ａ）の下方から
見た図、（Ｃ）は当接部の面圧分布を示す線図。

【図３】本発明の実施の形態の第２例を示す断面図。

【図４】同第３例を示す断面図。

【図５】同第４例を示す断面図。

【図６】同第５例を示す断面図。

【図７】タペットローラ軸受の部分切断平面図。

【図８】図７のＸ−Ｘ断面図。

【図９】従来構造の１例を、ミスアライメントが発生し
ていない状態で示しており、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は
当接面積を表す為、当接部を（Ａ）の下方から見た図、
（Ｃ）は当接部の面圧分布を示す線図。

【図１０】従来構造の１例を、ミスアライメントが発生
した状態で示しており、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は当接
面積を表す為、当接部を（Ａ）の下方から見た図、
（Ｃ）は当接部の面圧分布を示す線図。

【符号の説明】

１カムシャフト２カム３ロッカーアーム４支持壁部５支持軸６、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆローラ７通孔８、８ａ、８ｂ、８ｃ内径側ローラ９、９ａ、９ｂ外径側ローラ１０、１０ａ内周面１１、１１ａ外周面１２、１２ａ内周面１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３
ｆ円筒面部１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４
ｆ傾斜面部１５外周面１６中間ローラ１７内周面１８外周面１９内周面２０外周面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】支持軸と、この支持軸の周囲に回転自在
に支持された少なくとも１個のローラとから成り、この
ローラの外周面と他の部材の表面とを係合させる状態で
使用されるローラ支持用軸受装置に於いて、上記ローラ
の内外両周面のうちの少なくとも一方の周面の軸方向中
央部に、このローラの中心軸と平行な円筒面部を設ける
と共に、この円筒面部を挟む軸方向両側部分に、それぞ
れがこの円筒面部から離れるに従って、この円筒面部を
形成した周面が対向する相手面から離れる方向に僅かに
傾斜した、１対の傾斜面部を設けた事を特徴とするロー
ラ支持用軸受装置。