JP2006138373A

JP2006138373A - 軸受装置およびその組立方法

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Publication number: JP2006138373A
Application number: JP2004327838A
Authority: JP
Inventors: Shinya Ochi; 慎哉越智
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2004-11-11
Filing date: 2004-11-11
Publication date: 2006-06-01
Also published as: CN1773135A; US20060120651A1; CN100424367C; DE602005002112T2; DE602005002112D1; EP1657458B1; EP1657458A1

Abstract

【課題】支持軸全体に必要な表面硬化処理を容易に実施することができ、同時に、支持軸ところと外輪とを両対向側壁間に組立上の手間がかからず容易に組み込むことが可能な軸受装置およびその組立方法を提供すること。
【解決手段】本軸受装置は、一対の対向側壁１２間に外輪１４を支持する支持軸１６を非回転に介装し、対向側壁１２に断面六角形の嵌合孔１８を設け、支持軸１６を全面硬化しかつその軸端面に断面六角形の嵌合溝２２を設け、嵌合孔１８と嵌合溝２２とを同軸位置で対向配置し、この対向状態で嵌合孔１８と嵌合溝２２とに固定ピン２４の両端を嵌合して、支持軸１６を対向側壁１２に非回転に固定した。
【選択図】図１

Description

本発明は、軸受保持部材を構成する一対の対向側壁間に支持軸を介装し、この支持軸にころを介して外輪を支持する軸受装置およびその組立方法に係り、特に、自動車等のエンジンの動弁機構に付設されるバルブを開閉動作するロッカアーム、ならびに、自動車用自動変速機（ＡＴ）を構成する遊星歯車装置に関するものである。

上記軸受装置の一例としてロッカアームは、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９および図１０を参照して説明すると、図９は同ロッカアームの側面図、図１０は図９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１２からなるロッカアーム胴体を備える。両対向側壁１２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１２ａとバルブステム受け１２ｂとされる。両対向側壁１２の長手方向中間には同軸上に沿う貫通孔１２ｃが形成されている。支持軸１６は、その軸端部１６ａが貫通孔１２ｃに嵌入により挿通され、その軸中間部１６ｂが両対向側壁１２間に架け渡されている。支持軸１６の軸中間部１６ｂは、その外周面に転動体として複数の針状ころ１７を介して外輪１４を回転自在に支持している。この外輪１４の外周面にカム２８が当接している。

このような支持軸１６は、両対向側壁１２の肉厚が厚い場合では、貫通孔１２ｃに圧入することにより、当該両対向側壁１２に固定することができるが、乗用車用のロッカアームのように両対向側壁１２の肉厚が例えば３ｍｍ前後と薄肉化すると、上記圧入では両対向側壁１２の強度がもたなくなり、両軸端部１６ａの端面１６ｃの外径側をパンチング工具等により貫通孔１２ｃの内径側周縁にかしめつけて、支持軸１６を両対向側壁１２に固定することが行われている（特許文献１参照。）。

このように両軸端部１６ａの端面１６ｃを貫通孔１２ｃの内径側周縁にかしめつける場合では、支持軸１６の軸中間部１６ｂは針状ころ１７が転動する軌道面として高い硬度を有する必要がある一方で、軸端部１６ａは端面かしめが可能な程度の低い硬度を有する必要がある。そのため、支持軸１６の軸中間部１６ｂにのみ高周波焼入れ等の部分焼入れを実施して当該軸中間部１６ｂの硬度を確保する一方で、支持軸１６の両軸端部１６ａには焼入れしない生のままとすることが行われている。

しかしながら、近年においては、支持軸１６の軸中間部１６ｂ上への異物の噛み込みや該軸中間部１６ｂの摩耗、等を考慮して、より高硬度で耐摩耗性の高い支持軸１６が要求されてきており、このような要求を満たすためには、以下の克服すべき課題がある。すなわち、第１として、支持軸１６全体に浸炭や窒化処理等の表面処理を実施すると軸中間部１６ｂだけでなく軸端部１６ａも高硬度に表面処理されてしまうので、この表面処理の実施に際しては軸端部をコストがかかる浸炭防止や窒化防止をする必要がある。第２に、軸端部１６ａの軸端面のかしめが不十分であると、支持軸１６の軸端部１６ａの外周面と対向側壁１２の貫通孔１２ｃの内面とでクリープが発生し、該軸端部１６ａや貫通孔１２ｃが摩耗し、支持軸１６が貫通孔１２ｃに対して自由回転可能な状態となってしまうおそれがある。さらに、第３として、軸端部１６ａの軸端面のかしめに際して、支持軸１６がかしめ力により膨張変形して、支持軸１６の軸中間部１６ｂに外装する外輪１４の回転に不具合が発生するおそれがある。第４に、支持軸１６を両対向側壁１２間に組み込むに際しては、両対向側壁１２間に保持栓により針状ころ１７を外輪１４の内周面に配置保持した状態にして、支持軸１６を一方の対向側壁１２の貫通孔１２ｃから針状ころ１７および外輪１４を介して他方の対向側壁１２の貫通孔１２ｃに挿入して組み立てる必要があり、組立が煩雑である上に保持栓という専用の組立治具が必要となって、組立上の手間、組立時間、組立コストがかかるという不具合がある。

また、以上述べてきた針状ころを軸中間部に介装し、対向する軸端挿通孔に両軸端部を挿通した軸受装置の他の例として、自動変速機（ＡＴ）を構成する遊星歯車装置でも同様に上記第１ないし第４に述べた不具合がある（特許文献２参照。）。
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、支持軸全体に必要な表面硬化処理を容易に実施することができ、また、対向側壁に対し非回転であるべき支持軸が自由回転するような状況の発生を防止し、また、支持軸に外装した外輪が回転しないか回転しにくい状況の発生を防止し、また、支持軸ところと外輪とを両対向側壁間に組立上の手間がかからず容易に組み込むことが可能な軸受装置およびその組立方法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間に外輪を支持する支持軸を非回転に介装した軸受装置において、対向側壁に嵌合孔を設けるとともに、支持軸の表面全体を硬化処理しかつその軸端面に嵌合溝を設け、上記嵌合孔と嵌合溝とにまたがって固定ピンを非回転に嵌合して、該固定ピンを介して支持軸を対向側壁に非回転に固定したことを特徴とするものである。

上記嵌合孔と嵌合溝とにまたがって固定ピンを非回転に嵌合する形態として、上記対向側壁と支持軸それぞれの嵌合孔と嵌合溝の内周面形状が断面非円形であって、かつ、同軸上で対向し、一方、上記固定ピンは、その全体でもよいが、少なくともその両端が上記嵌合孔と嵌合溝それぞれの断面形状と対応した外形形状を備えることが好ましい。この場合、上記非円形は花びら状、多角形状、キー溝状、半楕円状、凹凸状、等であり、これらから選択された１つまたはそれらの組み合わせ形状であることが好ましい。

上記軸受装置としては自動車エンジンの動弁機構に付設するロッカアームや自動変速機用の遊星歯車装置、その他に適用することができる。

本発明によると、支持軸とは別体の固定ピンを介して、支持軸を対向側壁に固定することができるので、転がり寿命向上や耐摩耗性向上のため支持軸全面に焼入れ等により高硬度の表面処理を実施することができる。そのため、従来のように支持軸の軸中間部にだけ高周波焼入れし、軸端部に焼入れしないという必要がなくなる。本発明によるとまた、固定ピンは対向側壁の嵌合孔と支持軸の嵌合溝とに非回転に嵌合されるので、支持軸は対向側壁に非回転に固定されることになり、従来のように、支持軸を対向側壁に固定するのに、その軸端部を対向側壁側にかしめる必要がなくなり、かしめ不足に起因していた支持軸の軸端部と対向側壁の貫通孔の内面とのクリープの発生と、それによる支持軸の軸端部や貫通孔の摩耗と、それに伴う貫通孔に対して支持軸が自由に回転するといった状況は発生しない。本発明はさらにまた、従来のように支持軸がかしめ力により膨張変形して支持軸に支持されている外輪の回転に不具合が発生するといった状況は発生しない。本発明はさらにまた、支持軸を両対向側壁間に組み込むに際しては、両対向側壁間にころと外輪と支持軸とを一体にした組立体として両対向側壁間に組み込むことができ、従来のような保持栓が不要であり、組立性に優れて組立コストも低減できるものとなる。

なお、上記嵌合孔と嵌合溝とにまたがって固定ピンを非回転に嵌合する他の形態として、対向側壁に設ける嵌合孔や、支持軸の軸端面に設ける嵌合溝を円形とする一方、嵌合孔と嵌合溝とを同軸位置からずれた位置に対向させ、この対向状態で嵌合孔と嵌合溝とに固定ピンの両端を嵌合させて、支持軸を固定ピンを介して対向側壁に非回転に固定したものとしてもよい。

上記固定ピンは、対向側壁の嵌合孔に対してしまりばめで、支持軸の嵌合溝に対して中間ばめないしは緩いしまりばめで嵌合とすることにより、運転に伴う摩耗等により、固定ピンが嵌合孔や嵌合溝から外れにくくすることが好ましい。この場合、対向側壁の肉厚が薄肉である場合、支持軸が対向側壁の嵌合孔に直接、圧入、つまり、対向側壁の嵌合孔と支持軸の軸端部との嵌め合いをしまりばめとする場合とは異なって、固定ピンと対向側壁の嵌合孔とが非円形の形状関係により非回転にできればよいので、固定ピンを、肉厚が薄肉の対向側壁が変形しない程度にその嵌合孔にしまりばめさせることができる。

本発明による軸受装置の組立方法は、軸受保持部材を構成する一対の対向側壁間に外輪を支持する支持軸を非回転に介装した軸受装置の組立方法において、内周面に複数のころを配置した外輪を両端面に非円形の嵌合溝を備えた支持軸に組み込んで組立体とする工程と、両対向側壁間に上記組立体を介入するとともに、両対向側壁に設けた非円形の嵌合孔と支持軸の嵌合溝とを同軸上に対向させて位置合わせする工程と、同軸上に対向した嵌合孔と嵌合溝とに固定ピンの非円形の両端を嵌合して、支持軸を固定ピンを介して対向側壁に非回転に固定する工程とを含むことを特徴とするものである。

本発明による組立方法によると、支持軸を両対向側壁間に組み込むに際しては、両対向側壁間にころと外輪と支持軸とを一体にした組立体として両対向側壁間に組み込むことができ、従来のような保持栓が不要であり、組立性に優れて組立コストも低減できるものとなる。

本発明によれば、支持軸全体に必要な表面硬化処理を容易に実施することができ、また、対向側壁に対し支持軸が自由回転するような状況の発生を防止し、また、支持軸に外装した外輪が回転しない状況の発生を防止し、また、支持軸ところと外輪とを組立体として両対向側壁間に組み込むことが可能な軸受装置およびその組立方法を提供することができる。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係る軸受装置を説明すると、図１は、同軸受装置の断面図である。同図に示す軸受装置１０は、軸受保持部材を構成する一対の対向側壁１２間に外輪１４を支持する支持軸１６を非回転に介装した軸受装置である。一対の対向側壁１２それぞれに同軸上に断面六角形（非円形）の嵌合孔１８が貫通して設けられている。支持軸１６は焼入れ等により全面硬化され、かつ、その軸端面２０に断面六角形の嵌合溝２２が設けられている。対向側壁１２の嵌合孔１８と支持軸１６の嵌合溝２２とは同軸位置に対向配置される。固定ピン２４は、断面六角形のピン形状をなし、その両端が同軸上に対向配置した上記嵌合孔１８と嵌合溝２２とに嵌合されている。支持軸１６は、嵌合孔１８と嵌合溝２２と上記嵌合の状態で固定ピン２４を介して対向側壁１２に非回転に固定されている。

図２ないし図４を参照して、上記軸受装置１０の一例として適用したロッカアーム１０（符号は理解のため軸受装置に対応させている）を説明する。図２は、ロッカアーム１０の側面図、図３は、図１のロッカアーム１０のＢ−Ｂ線に沿う断面図、図４は、ロッカアーム１０の構成部品を示す図である。図４（ａ）の左側には支持軸１６の側面図、右側には正面図を示す。図４（ｂ）の左側には固定ピン２４の側面図、右側には正面図を示す。図４（ｃ）にロッカアーム胴体である対向側壁１２の側面図を示す。

図２ないし図４に示すエンドピボットタイプのロッカアーム１０は、軸受保持部材であるロッカアーム胴体を構成するもので鋼材からなる一対の対向側壁１２を備える。両対向側壁１２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１２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）１２ａとバルブステム受け１２ｂとが設けられている。

両対向側壁１２には、その長手方向中間に同軸上に断面六角形（非円形）の嵌合孔１８が形成されている。両嵌合孔１８は、それぞれ、対向側壁１２を軸方向に同じ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。このロッカアーム１０においては、両対向側壁１２の肉厚は限定されないが、薄肉である。両対向側壁１２の肉厚は乗用車用としては例えば３ｍｍ程度の薄肉である。

支持軸１６は、その全面が焼入れ焼戻し等により表面が高硬度に熱処理された鋼材からなる。支持軸１６の鋼種は限定されない。支持軸２２は、例えば、焼入れ焼き戻し等の熱処理された鋼材からなる。支持軸２２は、浸炭、高濃度浸炭、浸炭窒化、窒化処理等によりさらに高硬度に表面処理が施されてもよい。支持軸２２の鋼種は何でもよいが、ＳＵＳ，ＳＵＪ，ＳＫＨ等の鋼材が好ましい。支持軸１６の軸端部１６ａの両端面には軸方向に所要の溝深さでかつ断面が六角形（非円形）の嵌合溝２２が形成されている。この嵌合溝２２は有底であるが、支持軸１６全体を貫通した貫通孔も嵌合溝に含むことができる。

支持軸１６には外輪１４が外装されている。支持軸１６と外輪１４との間には複数の針状ころ１７が介在している。外輪１４の外周面にはカム２８が外接している。
固定ピン２４は、長さ方向に一様な断面六角形をなし、その両端はそれぞれ対向側壁１２の嵌合孔１８と支持軸１６の嵌合溝２２に嵌合される。この場合、固定ピン２４の一端側２４ａは対向側壁１２の嵌合孔１８にしまりばめで嵌合され、同他端側２４ｂは支持軸１６の嵌合溝２２に中間ばめないしは緩いしまりばめで嵌合されることが好ましい。固定ピン２４の素材は、支持軸２２との線膨張係数を合わせることが好ましいので、支持軸２２と同種の鋼材ないしは線膨張係数が近似する鋼材でよいが、これに限定されず、鋼材以外の金属でもよい。この場合、線膨張係数が支持軸２２と合わせることが好ましい。

以上のように両対向側壁１２、支持軸１６、および固定ピン２４において、いずれも、その材質は同じ鋼材であることが線膨張係数を同じにすることができて好ましいが、材質を同じにすることに限定されない。例えば、支持軸１６と両対向側壁１２とを鋼材、固定ピン２４を高強度の硬質樹脂材としてもよい。この場合、固定ピン２４の材質である樹脂材の線膨張係数は両対向側壁１２や支持軸１６の鋼材のそれと同じ値か近い値に選定することが好ましい。

以上の構成を備えたロッカアーム１０においては、支持軸１６は、固定ピン２４を介して、支持軸１６を対向側壁１２に固定することができる。したがって、支持軸１６は、従来のごとく、その軸端部が端面かしめが可能な程度の硬度に設定する必要がなくなり、その全体を熱処理により自動車エンジンの動弁機構系に組み込むのに要求される高硬度にして、支持軸１６への異物の噛み込みや該支持軸１６の摩耗等を考慮した高硬度で耐摩耗性の高い支持軸１６に製作することができる。

また、上記ロッカアーム１０においては、固定ピン２４と対向側壁１２の嵌合孔１８と支持軸１６の嵌合溝２２とが断面形状が非円形である六角形であるので、支持軸１６は対向側壁１２に対して非回転に固定することができる。したがって、ロッカアーム１０は、従来のように、対向側壁１２に対して支持軸１６が自由に回転するといった状況は発生しない。さらに上記ロッカアーム１０は、従来のように支持軸１６がかしめ力により膨張変形して支持軸１６に支持されている外輪１４の回転に不具合が発生するといった状況は発生しない。さらに上記ロッカアーム１０はまた、支持軸１６を両対向側壁１２間に組み込むに際しては、両対向側壁１２間に針状ころ１７と外輪１４と支持軸１６とを一体にした組立体として両対向側壁１２間に組み込むことができ、従来のような保持栓が不要であり、組立性に優れて組立コストも低減できるものとなる。

図５ないし図７を参照して、上記ロッカアーム１０の組立方法を説明する。なお、図５ないし図７では、図解の簡略化のため、一対の対向側壁１２がラッシュアジャスタ受けやバルブステム受けを図示略して図中左右に分離した状態で示している。この組立方法は、軸受保持部材を構成する一対の対向側壁１２間に外輪１４を支持する支持軸１６を非回転に介装したロッカアーム１０の組立方法であり、図５で示すように内周面に複数の針状ころ１７を配置した外輪１４を両端面に六角形の嵌合溝２２を備えた支持軸１６に組み込んで組立体とする第１の工程と、図６で示すように両対向側壁１２間に上記組立体を介入するとともに、両対向側壁１２に設けた六角形の嵌合孔１８と支持軸１６に設けた六角形の嵌合溝２２とを同軸上に対向させて位置合わせする第２の工程と、図７で示すように同軸上に対向した嵌合孔１８と嵌合溝２２とに固定ピン２４の六角形の両端を嵌合して、支持軸１６を固定ピン２４を介して対向側壁１２に非回転に固定する第３の工程とを含むものである。

図８を参照して本発明の軸受装置の他の例として適用した自動変速機用遊星歯車装置を説明すると、１４は複数の遊星歯車（外輪）、１２は軸方向２つのキャリア（対向側壁）、１６は支持軸、１７は複数の針状ころ、１８はキャリア１２に設けた嵌合孔、２０は軸端面、２２は支持軸１６に設けた嵌合溝、２４は嵌合孔１８と嵌合溝２２とに嵌合されてキャリア１２に支持軸１６を非回転に固定する固定ピンである。この実施の形態の遊星歯車装置は、以上の構成要素により、図１で説明した軸受装置を備える。なお、軸受としては少なくとも、遊星歯車１４を外輪とし、その内周面に配置される複数の針状ころ１７とを含む。３０は、第１の回転軸、３２は、第２の回転軸、３４は、太陽歯車、３６は内歯車、３８はワッシャである。以上の構成要素により、実施の形態の遊星歯車装置が構成される。

実施の形態では、内歯車３６は、太陽歯車３４とキャリア（対向側壁）１２とに対して相対回転自在に支持されている。太陽歯車３４は、内周面にスプラインが、また、外周面にヘリカルギヤが形成されている。太陽歯車３４の内周面に第１の回転軸３０がスプライン嵌合されている。遊星歯車（外輪）１４は内周面に中心孔を備え、外周面にヘリカルギヤが形成されている。支持軸１６は、遊星歯車１４の内周に針状ころ１７および保持器３８を介して挿入されている。

上記遊星歯車装置の動作を内歯車３６を固定として説明すると、第１の回転軸３０を駆動する場合には、太陽歯車３４が一体回転するので、遊星歯車１４が自転および公転し、この公転に伴ない、キャリア１２と第２の回転軸３２とが従動される。これによって、第１の回転軸３０の回転動力が減速されて第２の回転軸３２に伝達される。一方、第２の回転軸３２を駆動する場合には、キャリア１２が一体回転するので、遊星歯車１４が自転および公転し、この公転に伴ない、太陽歯車３４と第１の回転軸３０とが従動される。これによって、第２の回転軸３２の回転動力が増速されて第１の回転軸３０に伝達される。

以上の構成において、キャリア（対向側壁）１２は互いに同軸上に断面六角形（非円形）の貫通した嵌合孔１８が設けられている。支持軸１６は全面焼入れされ、かつ、その軸端面２０に断面六角形の嵌合溝２２が設けられている。キャリア１２の嵌合孔１８と支持軸１６の嵌合溝２２とは同軸位置に対向配置される。固定ピン２４は、断面六角形のピン形状をなし、その両端が同軸上に対向配置した上記嵌合孔１８と嵌合溝２２とに嵌合されている。支持軸１６は、嵌合孔１８と嵌合溝２２と上記嵌合の状態で固定ピン２４を介してキャリア（対向側壁）１２に非回転に固定されている。

上記遊星歯車装置においても、支持軸１６は、固定ピン２４を介して、支持軸１６を対向側壁１２に固定することができる。したがって、支持軸１６は、従来のごとく、その軸端部が端面かしめが可能な程度の硬度に設定する必要がなくなり、その全体を熱処理により高硬度にして、支持軸１６の外周面（軌道面）上への異物の噛み込みや該軌道面の摩耗等を考慮した高硬度で耐摩耗性の高い支持軸１６に製作することができる、等、上記した実施の形態と同様の作用効果を発揮することができる。

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。

本発明の実施の形態に係る軸受装置の断面図である。図１の軸受装置を適用したロッカアームの側面図である。図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。図２のロッカアームを構成する部品を示す図である。図２のロッカアームの組立方法を示す断面図である。図２のロッカアームの組立方法を示す断面図である。図２のロッカアームの組立方法を示す断面図である。図１の軸受装置を適用した自動変速機用遊星歯車装置の断面図である。従来の軸受装置を適用したロッカアームの側面図である。図９のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

符号の説明

１０軸受装置
１２対向側壁
１４外輪
１６支持軸
１７針状ころ
１８対向側壁の嵌合孔
２０軸端面
２２支持軸の嵌合溝
２４固定ピン

Claims

軸受保持部材を構成する一対の対向側壁間に外輪を支持する支持軸を非回転に介装した軸受装置において、対向側壁に嵌合孔を設けるとともに、支持軸の表面全体を硬化処理しかつその軸端面に嵌合溝を設け、上記嵌合孔と嵌合溝とにまたがって固定ピンを非回転に嵌合して、該固定ピンを介して支持軸を対向側壁に非回転に固定した、ことを特徴とする軸受装置。
上記対向側壁と支持軸それぞれの嵌合孔と嵌合溝の内周面形状は、断面非円形であり、かつ、同軸上で対向しており、上記固定ピンの少なくとも両端は、上記嵌合孔と嵌合溝それぞれの断面形状と対応した外形形状を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。
上記固定ピンは、上記嵌合孔に対して締まり嵌めで、嵌合溝に対して中間嵌めないしは緩い締まり嵌めで嵌合している、ことを特徴とする請求項２に記載の軸受装置。
軸受保持部材を構成する一対の対向側壁間に外輪を支持する支持軸を非回転に介装した軸受装置の組立方法において、内周面に複数のころを配置した外輪を両端面に非円形の嵌合溝を備えた支持軸に組み込んで組立体とする工程と、両対向側壁間に上記組立体を介入するとともに、両対向側壁に設けた非円形の嵌合孔と支持軸の嵌合溝とを同軸上に対向させて位置合わせする工程と、同軸上に対向した嵌合孔と嵌合溝とに固定ピンの非円形の両端を嵌合して、支持軸を固定ピンを介して対向側壁に非回転に固定する工程とを含む、ことを特徴とする軸受装置の組立方法。