JP2006105321A - 軸受装置および軸受装置用支持軸 - Google Patents

Abstract

【課題】支持軸を安価に済む熱処理で高硬度で耐摩耗性に優れたものとなし、同時に支持軸の軸両端部を挿通孔の内径側端縁に機械的強度を確保しつつ容易にかしめつけて抜け止め可能とする。
【解決手段】本軸受装置１０，１０ａは、一対の対向側壁１４，１４ａと、両対向側壁１４，１４ａに設けた軸端挿通孔２０に挿通される支持軸２２と、支持軸２２により上記両対向側壁１４間で支持されるローラ２６とを備え、支持軸２２は、熱処理された鋼材からなり、かつ、軸両端部３０ｂの外径が中間部分３０ａの外径より小径とされて段付き形状とされた軸本体部３０と、軸両端部３０ｂに装着されて、端面かしめが可能なキャップ３２とを備え、キャップ３２の端面の外径側端縁が該挿通孔２０の内径側端縁にかしめつけられている構成。
【選択図】図２

Description

本発明は、軸受装置および軸受装置用支持軸に係り、特に、自動車等のエンジンの動弁機構に付設されてバルブを開閉動作するロッカアームおよびこれに用いるロッカアーム用支持軸、ならびに、例えば自動車用自動変速機（ＡＴ）を構成する遊星歯車装置およびこれに用いる歯車用支持軸に関するものであり、より詳しくは、中間部分にころが転動する軌道面を備えた支持軸の両端部が一対の対向側壁の軸端挿通孔に挿入されているロッカアームおよびこれに用いるロッカアーム用支持軸ならびに遊星歯車装置およびこれに用いる歯車用支持軸に関する。

ロッカアームは、自動車エンジンの動弁機構に付設されて、動弁カムの回転に伴いその胴体がラッシュアジャスタ受け（ピボット受け）を中心に揺動して自動車エンジンのバルブを開閉動作させるものである。このようなロッカアームの従来例を図８および図９を参照して説明すると、図８は同ロッカアームの側面図、図９は図８のＡ−Ａ線に沿う断面図である。これらの図に示す従来のロッカアームにおいては、一対の対向側壁１４ａからなるロッカアーム胴体１２ａを備える。両対向側壁１４ａは、その長手方向両側それぞれにおいて連設部により接続され、各連設部それぞれはラッシュアジャスタ受け１６とバルブステム受け１８とされる。両対向側壁１４ａの長手方向中間には同軸上に沿いかつ貫通した軸端挿通孔２０が形成されている。支持軸２２は、その軸両端部が軸端挿通孔２０に嵌入により挿通され、その中間部分が両対向側壁１４ａ間に架け渡されている。支持軸２２の中間部分は、その外周面に転動体として複数の針状ころ２４を介してローラ２６を回転自在に支持している。このローラ２６の外周面にカム２８が当接している。支持軸２２は、両端部の端面の外径側が適宜のパンチング工具等により軸端挿通孔２０の内径側端縁に向けてかしめつけられて軸両端部の端面の外径側が拡張されて軸端挿通孔２０から抜け止め、換言すれば、軸端挿通孔２０にかしめ固定されている（特許文献１参照。）。

以上の構成を備えたロッカアームでは、支持軸２２の中間部分が針状ころ２４が転動する軌道面を構成しており、この軌道面上への異物の噛み込みや該軌道面の摩耗、また、ロッカアームのサイズダウンや軸受負荷の増加による軸受寿命の減少対策等を考慮して、炭素濃度をさらに高濃度にして表面を硬くする高濃度浸炭や鋼の表面に活性化窒素を浸透させて表面を硬くする窒化処理、等により、より高硬度で耐摩耗性や寿命向上に優れた支持軸２２を組み込むことの要求度が益々増大している。一方、支持軸２２の軸両端部は上記かしめのために低硬度であることが必要である。そのため、このような要求を優先させて支持軸２２全体を例えば上記したごとく高濃度浸炭等で高硬度で耐摩耗性が極めて高い軸構成とした場合には、例えば、支持軸２２の軸両端部に対し防炭（浸炭前に軸両端部に浸炭を発生させない処理）等の軟化処理をしても効果が十分に得られない場合がある。また、防炭せずに、支持軸２２の中間部分に高周波焼入れ等の部分焼入れする場合ではコストが高くつく。さらに、支持軸２２を中間部分だけでなく軸両端部も含む全体をずぶ焼入れしてコスト低減を図る場合、ずぶ焼入れ後に支持軸２２の軸両端部を軸端挿通孔に圧入するのではその軸両端部や対向側壁の軸端挿通孔に割れやクラックが発生しやすい。そのため、ずぶ焼入れ後に支持軸２２の軸両端部を焼きなましするのでは、コストがかかる。

なお、以上に述べてきた針状ころを中間部に介し、対向する軸端挿通孔に両軸端部を挿通した支持軸とからなる構成（図９で示す従来）は、自動変速機（ＡＴ）を構成する遊星歯車装置でも同様であり（特許文献２参照）、当該支持軸についても針状ころが転動する軌道面は、高硬度で寿命向上に優れた軸構成に、他方、軸端部はかしめのために低硬度と相反する構成が必要である。
特開２００４−１５６６８８号公報 実開平０７−２２１５９号公報

したがって、本発明により解決すべき課題は、支持軸をずぶ焼入れ等の安価に済む熱処理や浸炭および窒化処理により高硬度で耐摩耗性や寿命向上に優れたものとなし、同時に支持軸の軸両端部を挿通孔の内径側端縁に機械的強度を確保しつつ容易にかしめつけて抜け止め可能とした軸受装置およびこれに用いる軸受装置用支持軸、例えば、ロッカアームおよびこれに用いるロッカアーム用支持軸ならびに遊星歯車装置およびこれに用いる歯車用支持軸を提供することである。

本発明による軸受装置は、軸受保持部材を構成する一対の対向側壁と、両対向側壁に同軸上に設けた軸端挿通孔に両軸端部が挿通される支持軸と、支持軸の上記両対向側壁間の中間部分にころを介して支持されるローラとを備えた軸受装置において、該支持軸は、熱処理された鋼材からなり、かつ、少なくとも一方の軸端部の外径がその中間部分の外径より小径とされて段付き形状とされた軸本体部と、上記軸本体部とは別体でその小径の軸端部に嵌着され、かつ、端面がかしめが可能な硬度を有するキャップとを備え、該支持軸は、上記小径軸端部にキャップを嵌着した状態で上記軸端挿通孔に挿通され、かつ、そのキャップ端面の外径側端縁が上記軸端挿通孔の内径側端縁にかしめられて、対向側壁に固定されていることを特徴するものである。

軸本体部の「熱処理」には、ずぶ焼入れ等の安価な熱処理を含み、支持軸の中間部分の外径面がころの軌道面として必要な硬度に熱処理できることが好ましい。

キャップは小径軸端部に対してかしめあるいは圧入により「嵌着」することができるが、好ましくは、キャップは、その端面の内径側端縁が小径軸端部の外径側端縁にかしめにより嵌着されることが軸抜力の向上、フレッティングの発生防止、クリープの発生防止により効果的であり好ましい。

支持軸は、所要の高硬度に熱処理して耐摩耗性や寿命を向上させるため、その鋼材としては、例えば、耐摩耗性の点から軸受鋼があり、軸受鋼の熱処理はずぶ焼入れすることが好ましい。支持軸の他の材料としては、例えば、浸炭鋼があり、熱処理として浸炭焼入れすることができる。その他の鋼材として、例えば、ステンレス鋼や工具鋼があり、この熱処理は窒化処理することができる。

上記キャップは、その端面かしめを可能にする上で、その端面硬度として１００ないし４００Ｈｖの硬度（ビッカース硬度）が好ましく、１５０ないし３５０Ｈｖの硬度がより好ましい。１００Ｈｖ未満ではかしめ強度が不足し、４００Ｈｖ超であれば、かしめが困難となる。

キャップは、上記硬度を確保することができれば、その素材や、熱処理条件には特に限定されないが、キャップの具体材としては例えば、調質鋼、軟鋼、アルミ、真鍮、等が好ましい。以上のキャップにおいては、キャップの材料を例えば調質鋼とし、軸本体部には焼入れを施し、軸本体部の小径軸端部にキャップを装着し、キャップの端面をかしめて小径軸端部に抜け止めすることができる。

上記支持軸は、軸本体部の小径軸端部にキャップを圧入して装着した後に、センタレス研磨（種々の方式があるが、例えば、研磨砥石と調整砥石との間にキャップを通し送りしてその外径面を研削するもの、等）を行うことが好ましい。

センタレス研磨の後に、キャップの外径面を転造ロール加工して真円度を向上させるようにしてもよい。あるいは、軸本体部だけをセンタレス研磨した後に、軸本体部の小径軸端部にキャップを圧入して装着することもできる。

なお、軸本体部の小径軸端部の研磨は特に必要とせず、小径軸端部を旋削加工するときのその旋削目で若干粗くしておくことで、その小径軸端部にキャップをすきまばめすることができる。この場合、キャップの内径面も旋削したときの旋削目で若干粗くしておくことで、すきまばめすることもできる。キャップの外径面も研磨せずに、旋削したままとしてもよい。これは、対向側壁の軸端挿通孔がプレス加工されていてその孔精度が必ずしも高くないため、キャップの外径面を研磨する必要が必ずしも無いからである。要するに、支持軸はその軸本体部の中間部分の外径面（ころの軌道面）が研磨されているとよい。

なお、キャップは、旋削ではなく、鍛造やプレス加工でもよい。キャップの内外径面は研磨しなくても、旋削や鍛造、等であってもよい。これは、キャップの端面のかしめ時の増肉により、軸端挿通孔の内径面とキャップの外径面との隙間が、埋まるからである。

上記キャップは、上記小径軸端部にしまりばめ、中間ばめ、あるいは、すきまばめで組み込んでよい。例えば、上記キャップは、上記小径軸端部に圧入よりやや弱い嵌合でもよい。

上記キャップはその端面の外径側を軸端挿通孔の内周側端縁にかしめることは必要であるが、その内径側を軸本体部の小径軸端部の外径側端縁にかしめることは必ずしも必要ではない。

キャップの内径側を軸本体部の小径軸端部の外径側端縁にかしめた場合、小径軸端部の外径面上にフレッチング疵が発生することが防止され、軸本体部の機械的強度がより向上する点で好ましい。なお、キャップが小径軸端部に圧入される場合では、キャップの内径側の上記かしめを省略することもできる。

上記軸本体部の小径軸端部の外径面およびキャップの内径面の少なくとも一方の形状を円周方向に非円形形状となして、キャップを周り止めすることができる。この非円形形状としては、例えば、花びら状、多角形状、キー溝、等がある。

なお、特許３５０８５５７号公報の図４には、セラミックス製の負荷受け部が、軸受鋼で円柱状に形成されるシャフト本体に嵌挿され、そのシャフト本体がアームに圧入され、その両端部がかしめ止めされた構造が開示されている。

実開平２−１１０２１０号公報の第３図には、中空のローラ軸と同程度の硬度のフランジ付き固定用ホルダが、ローラ保持部に圧入固着される構造が開示されている。

本発明の軸受装置では、これら各公報に開示の構造とは異なって、支持軸の少なくとも一方の軸端部を小径円筒状となし、この小径軸端部に軸本体部とは別体でかつ軸本体部の外径と同じ外径のキャップを被せるように装着する構造とすることができ、この構造では、支持軸全体の外径面に突出部がなくなり、全体が１つの一体化された円筒体と同等の構造をなして、取り扱い性に優れたものとなる。

以上の構成を備えた本発明の軸受装置では、支持軸の軸本体部を異物の噛み込みや摩耗、等を考慮して、高濃度浸炭や窒化処理、等により、より高硬度で耐摩耗性の高い構造とすることができる。その場合、軸本体部の軸両端部も高硬度とされているが、この軸両端部には低硬度のキャップを被せており、このキャップを軸端挿通孔の孔内径側端縁にかしめつけることで、支持軸の軸本体部の軸端挿通孔から抜け止めすることができる。結果として、軸本体部全体を例えば高濃度浸炭等で高硬度で耐摩耗性が極めて高い軸構成としても、軸本体部の軸両端部に対する防炭処理の制約も少なくて済む上、ずぶ焼入れ等の安価な熱処理で済むので、コスト低減を大きく図ることができる。また、ずぶ焼入れ後に軸本体部の軸両端部を軸端挿通孔に圧入する必要もないから、その圧入で軸両端部に割れやクラックが発生するようなことが発生せずに済み、また、ずぶ焼入れ後に軸本体部の小径軸端部を焼きなましする必要もなく、コスト低減を図ることができる。

本発明の軸受装置用支持軸は、軸受保持部材を構成する一対の対向側壁それぞれに設けてある軸端挿通孔に軸両端部が挿通され、上記両対向側壁間の中間部分でころを介してローラを支持する軸受装置用支持軸において、該支持軸は、全体が熱処理により高硬度とされ、かつ、少なくとも一方の軸端部がその中間部分の外径よりも小さい外径とされて段付き形状とされた軸本体部と、上記軸本体部とは別体でその小径軸端部に嵌着され、かつ、端面かしめが可能なキャップとを備え、該キャップは、軸本体部の中間部分の外径と略同等の外径を有することを特徴するものである。

本発明の軸受装置用支持軸によれば、その軸本体部を異物の噛み込みや摩耗や寿命、等を考慮して、高濃度浸炭や窒化処理、等により、より高硬度で耐摩耗性の高い構造とすることができる。その場合、軸本体部の軸両端部も高硬度とされているが、この軸両端部には低硬度のキャップを被せており、このキャップを軸端挿通孔の孔内径側端縁にかしめつけることで、軸本体部の軸端挿通孔から抜け止めすることができ、結果として、軸本体部全体を例えば高濃度浸炭等で高硬度で耐摩耗性が極めて高い軸構成としても、軸本体部の軸両端部に対する防炭処理の制約も少なくて済む上、ずぶ焼入れ等の安価な熱処理で済むので、コスト低減を大きく図ることができる。また、ずぶ焼入れ後に軸本体部の軸両端部を軸端挿通孔に圧入する必要もないから、その圧入で軸両端部に割れやクラックが発生するようなことが発生せずに済み、また、ずぶ焼入れ後に軸本体部の小径軸端部を焼きなましする必要もなく、コスト低減を図ることができる。また、キャップは、軸本体部の中間部分の外径と略同等の外径を有するので、支持軸の外径が全体にわたり等径となり、これにより、支持軸を一方の対向側壁の外側から該一方の対向側壁の軸端挿通孔に挿通させ、他方の対向側壁の軸端挿通孔に挿通させる作業を行ううえで取扱い易くなり、軸受装置の組立面で好ましい。

本発明によれば、支持軸の軸本体部を安価に済む熱処理で高硬度で耐摩耗性や寿命に優れたものとなし、同時に軸本体部の端部を挿通孔の内径側端縁に機械的強度を確保して抜け止め可能とした軸受装置を提供することができる。

以下、添付した図面を参照して、本発明の第1の実施の形態に係る内燃機関の動弁機構用ロッカアームを説明すると、図３ないし図７は本発明の軸受装置および軸受装置用支持軸を示し、これを本発明の実施の形態に係るロッカアームに組み込んだ実施の形態が図1および図２である。図１は同ロッカアームの側面図、図２は図１のロッカアームのＢ−Ｂ線に沿う断面図、図３は本発明の軸受装置の側面図、図４は図３に対応する支持軸の軸本体部の側面図、図５は図３に対応する支持軸のキャップを断面で示す側面図、図６は軸本体部の両端部にキャップを組み込んだ状態での支持軸の断面図、図７は、同支持軸の斜視図である。

これらの図を参照して、実施の形態のエンドピボットタイプのロッカアーム１４ａは、ロッカアーム胴体１２ａを構成する一対の対向側壁１４ａを備える。両対向側壁１４ａは好ましくは互いに同形状で平行に相対向している。両対向側壁１４ａの長手方向両側それぞれにはラッシュアジャスタ受け（ピボット受け部）１６とバルブステム受け１８とが設けられている。両対向側壁１４ａには、その長手方向中間に同軸上に軸端挿通孔２０が形成されている。両軸端挿通孔２０は、それぞれ、対向側壁１４ａを軸方向に同じ一定の孔径で貫通している。なお、本発明はセンターピボットタイプのロッカアームにも適用することができる。

支持軸２２は、その軸両端部が軸端挿通孔２０に挿入されて両対向側壁１４ａ間に架け渡され、その支持軸２２における両対向側壁１４ａ間の中間部分には、複数の針状ころ（円筒ころ等のころも含む）２４を介してローラ２６を回転自在に外装されて支持されている。ローラ２６の外周面には、カム２８が当接している。

以上のロッカアーム１０ａにおいて、支持軸２２は、軸本体部３０と、キャップ３２とにより構成されている。

軸本体部３０は、所定の、例えば６５０Ｈｖ以上の高硬度を有して耐摩耗性や寿命を向上させるため、その材料の鋼材は種々に選定され、所要の熱処理が施される。例えば軸受鋼であればずぶ焼入れすることが好ましい。浸炭鋼であれば浸炭焼入れすることが好ましい。ステンレス鋼や工具鋼であれば窒化処理することが好ましい。軸本体部３０は、その中間部分３０ａが両対向側壁１４間に位置付けられており、その中間部分３０ａの外径面は針状ころ２４が転動する軌道面となっている。軸本体部３０の軸両端部３０ｂの外径は、中間部分３０ａの外径より小径とされており、これによって、軸本体部３０は軸両端の外径が小径とされた円柱状の段付き形状に構成されている。

キャップ３２は、軸本体部３０の小径軸端部３０ｂにしまりばめ、中間ばめ、あるいは、すきまばめのうち、いずれかの嵌め合いで組み込むことができる内外径を有する円筒形に構成されている。キャップ３２は、軸本体部３０の小径軸端部３０ｂに圧入よりやや弱い嵌め合いでもよく、その端面外径側３２ａが軸端挿通孔２０の内径側端縁２０ａにかしめられ、その端面内径側３２ｂが軸本体部３０の小径軸端部３０ｂの外径側端縁３０ｂ１にかしめられる。図１および図２中、３２ａ´は、キャップ３２の端面外径側３２ａがかしめられてなるかしめ部、３２ｂ´は、キャップ３２の端面内径側３２ｂがかしめられてなるかしめ部である。

キャップ３２は、端面かしめが可能な硬度、好ましくは１００ないし４００Ｈｖ、より好ましくは１５０ないし３５０Ｈｖの硬度を有する素材から構成されており、素材や熱処理条件は特に限定されないが、例えば、調質鋼、軟鋼、アルミ、真鍮、等により構成することができる。キャップ３２を例えば調質鋼から作る場合は、調質鋼に焼入れを施さないで済む。

以上説明した実施の形態のロッカアーム１０ａでは、その支持軸２２が軸本体部３０とキャップ３２とにより構成されているから、軸本体部３０を小径軸端部３０ｂを含めた全体に対して安価な熱処理により硬度や耐摩耗性を大きくすることや寿命を向上することができる。そして、両対向側壁１４に支持軸２２を組み込んだとき、すなわち、両対向側壁１４の軸端挿通孔２０に軸本体部３０の小径軸端部３０ｂをキャップ３２を被せた状態で嵌入させた状態では、キャップ３２は端面かしめが可能な低硬度であるから、該キャップ３２の端面外径側３２ａを挿通孔２０の内径側端縁２０ａにかしめつけることで、支持軸２２を軸端挿通孔２０にかしめ固定することができる。結果として、実施の形態の支持軸２２では、軸本体部３０全体を例えば高濃度浸炭等の熱処理を施すに際しては、軸本体部３０の小径軸端部３０ｂに対する防炭処理する必要が無くなるから、ずぶ焼入れ等の安価な熱処理で軸本体部３０を高硬度に処理することが可能となり、コスト削減を図ることができる。

本発明の第２の実施の形態に係る遊星歯車装置５０の歯車用支持軸５１に適用した構成を図１０に示す。

軸本体部５２の小径軸端部５３に組み込まれたキャップ５４の端面をかしめて対向側壁５５であるキャリアに固定することにより上記第１の実施の形態と同様の効果を得る。

図１０において、５６は遊星歯車、５７は太陽歯車、５８は内歯車、５９は第１回転軸、６０は第２回転軸、６１はキャップ５４の対向側壁５５に対するかしめ部、６２はキャップ５４の軸本体部５２に対するかしめ部である。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内で種々の変更ないしは変形を施すことにより実施することができる。

本発明の第１の実施の形態に係るロッカアームの側面図である。 図１のロッカアームのＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 本発明の軸受装置の側面図である。 図３に対応する支持軸の軸本体部の側面図である。 図３に対応する支持軸のキャップを断面で示す側面図である。 軸本体部の両端部にキャップを組み込んだ状態での支持軸の断面図である。 同支持軸の斜視図である。 従来のロッカアームの側面図である。 図８のロッカアームのＡ−Ａ線に沿う断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る遊星歯車装置の断面図である。

符号の説明

１０ 軸受装置
１２ 軸受保持部材
１０ａ ロッカアーム
１２ａ ロッカアーム胴体
１４、１４ａ 対向側壁
２０ 軸端挿通孔
２０ａ 軸端挿通孔２０の内径側端縁
２２ 支持軸
２４ 針状ころ
２６ ローラ
２８ カム
３０ 軸本体部
３０ａ 中間部分
３０ｂ 小径軸端部
３０ｂ１ 小径軸端部３０ｂの外径側端縁
３２ キャップ
３２ａ キャップ３２の端面外径側
３２ｂ キャップ３２の端面内径側
３２ａ´ キャップ３２の端面外径側３２ａがかしめられてなるかしめ部
３２ｂ´ キャップ３２の端面内径側３２ｂがかしめられてなるかしめ部

Claims (7)

1. 軸受保持部材を構成する一対の対向側壁と、両対向側壁に同軸上に設けた軸端挿通孔に両軸端部が挿通される支持軸と、支持軸の上記両対向側壁間の中間部分にころを介して支持されるローラとを備えた軸受装置において、
   該支持軸は、熱処理された鋼材からなり、かつ、少なくとも一方の軸端部の外径がその中間部分の外径より小径とされて段付き形状とされた軸本体部と、上記軸本体部とは別体でその小径の軸端部に嵌着され、かつ、端面がかしめが可能な硬度を有するキャップとを備え、
   該支持軸は、上記小径軸端部にキャップを嵌着した状態で上記軸端挿通孔に挿通され、かつ、そのキャップ端面の外径側端縁が上記軸端挿通孔の内径側端縁にかしめられて、対向側壁に固定されている、ことを特徴する軸受装置。
2. 上記キャップは、その端面の内径側が軸本体部の小径軸端部の外径側端縁にかしめられている、ことを特徴とする請求項1に記載の軸受装置。
3. 軸受保持部材を構成する一対の対向側壁それぞれに設けてある軸端挿通孔に軸両端部が挿通され、上記両対向側壁間の中間部分でころを介してローラを支持する軸受装置用支持軸において、
   該支持軸は、熱処理された鋼材からなり、かつ、少なくとも一方の軸端部が中間部分の外径よりも小さい外径とされて段付き形状とされた軸本体部と、上記軸本体部とは別体でその小径の軸端部に嵌着されて、端面がかしめが可能な硬度を有するキャップとを備え、
   該キャップは、軸本体部の中間部分の外径と略同等の外径を有する、ことを特徴する軸受装置用支持軸。
4. 上記軸受装置が、ロッカアームである、ことを特徴とする請求項１または２に記載の軸受装置。
5. 上記軸受装置用支持軸が、ロッカアーム用支持軸である、ことを特徴とする請求項３に記載の軸受装置用支持軸。
6. 上記軸受装置が、遊星歯車である、ことを特徴とする請求項１または２に記載の軸受装置。
7. 上記軸受装置用支持軸が、遊星歯車用支持軸である、ことを特徴とする請求項３に記載の軸受装置用支持軸。

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