JP2009108900A - シャフト支持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 呼吸溝の加工が容易で、シャフトの偏心防止ができ、さらに呼吸溝による引っ掛かり防止が可能なシャフト支持構造の提供にある。
【解決手段】 空間αと空間βを連通する呼吸溝は、シャフト１の外周面の螺旋溝７と第１、第２直線溝８、９であるため、呼吸溝を形成する際の加工コストを抑えることができる。シャフト１の外周面に形成した螺旋溝７により、軸方向から見て、呼吸溝を設けたことによる凹みが発生しない。このため、呼吸溝を設けたことによるシャフト１の偏心量の増加を招かず、摺動ガタの発生および摺動不良の発生を防ぐことができる。呼吸溝の両側は、軸方向に沿う第１、第２直線溝８、９であるため、第１、第２直線溝８、９が摺動しても、第１、第２軸受エッジ４、５に引っ掛からず、引っ掛かりによるシャフト１の摺動不良の発生を防ぐことができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、シャフト支持構造に関するもので、例えば、電動アクチュエータ（リニアソレノイド等）の軸方向出力をバルブ装置の弁体に伝達する電磁弁に用いて好適な技術に関する。

シャフト支持構造を採用する一例として、リニアソレノイドのプランジャの駆動力をバルブ装置の弁体に伝えるシャフトを備えた電磁弁が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１に開示される電磁弁は、シャフトを軸方向へ摺動自在に支持する軸受を備えるものであり、軸受の軸方向の一方側の空間αは、軸受とプランジャで囲まれており、プランジャの変位に応じて容積が変動する。
軸受の軸方向の他方側の空間βは、外部と連通する室（オイル排出室、呼吸室等）であり、空間αの容積変動を可能とするために、シャフトと軸受との間の摺動面には、空間αと空間βとを連通する呼吸溝が形成されている。

呼吸溝は、軸受の内周面、またはシャフトの外周面に形成される。
（ａ）呼吸溝をシャフトの外周面に形成する場合、外側に向けて露出するシャフトの外周面に溝加工を施すものであるため、一般的な切削、研削等の加工が可能である。
（ｂ）しかし、呼吸溝を軸受の内周面に形成する場合、穴の内周面に溝加工を施さなければならず、呼吸溝を形成するための切削加工が困難であり、加工コストが高くなってしまう不具合がある。

一方、呼吸溝の形状として、軸方向に沿う直線溝、または螺旋溝が提案されている。しかし、従来技術における呼吸溝の形状には、以下の問題点がある。
（ｃ）呼吸溝が直線溝の場合、軸受の軸芯に対するシャフトの軸芯の偏心量が大きくなってしまう。具体的に、軸受の内周面に直線溝が形成される場合、軸方向から見て、シャフトの外周面の一部が直線溝に嵌まり合うことで、シャフトの偏心量が大きくなってしまう。また、シャフトの外周面に直線溝が形成される場合でも、軸方向から見て、シャフトの外周面の一部が直線溝により凹むため、軸受の内周面に直線溝が合致することで、シャフトの偏心量が大きくなってしまう（例えば、特許文献１の図２参照）。
シャフトの偏心量が増加することで、シャフトの摺動ガタが増加することになり、シャフトの摺動不良の要因となってしまう。
（ｄ）これに対し、呼吸溝が螺旋溝の場合（例えば、特許文献１、２参照）、軸方向から見て、呼吸溝を設けたことによる凹みが発生しない。このため、呼吸溝を設けても、シャフトの偏心量の増加を防ぐことができる。

上記（ａ）〜（ｄ）の理由により、図３に示すように、シャフト１の外周面に螺旋溝７を形成することで、加工の容易性と、シャフト１の偏心防止を得ることができる。
しかし、シャフト１の外周面に形成された螺旋溝７は、シャフト１が軸方向へ摺動した際、軸受２の両端の第１、第２軸受エッジ４、５（軸受の端部の角部）に対して交差する。このため、シャフト１が軸方向へ変位した際、第１、第２軸受エッジ４、５に対するシャフト１の摺動範囲Ａ、Ｂにおいて、螺旋溝７のエッジが第１、第２軸受エッジ４、５に引っ掛かり易く、シャフト１の摺動不良を招く可能性がある。
特に、第１、第２軸受エッジ４、５や、螺旋溝７に切削バリなどの形状不良が発生すると、シャフト１の摺動不良が発生する可能性が高くなる。
特開２００４−３０１２９５号公報 特開平１１−１６６６３５号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、呼吸溝の加工が容易で、シャフトの偏心防止ができ、さらに呼吸溝による引っ掛かり防止が可能なシャフト支持構造の提供にある。

［請求項１の手段］
請求項１の手段を採用するシャフト支持構造における呼吸溝（螺旋溝＋第１、第２直線溝）は、シャフトの外周面に設けられるものであるため、呼吸溝を形成するための加工コストを抑えることができる。
また、軸方向範囲Ｃにおける呼吸溝が、シャフトの外周面に形成された螺旋溝であるため、軸方向から見て、呼吸溝を設けたことによる凹みが発生しない。このため、軸受とシャフトの摺動面に呼吸溝を設けても、呼吸溝を設けたことによるシャフトの偏心量の増加を招かない。
さらに、摺動範囲Ａ、Ｂにおける呼吸溝は、シャフトの外周面に形成され、シャフトの軸方向に沿う第１、第２直線溝であるため、第１、第２軸受エッジに対して交差するエッジを持たない。このため摺動範囲Ａ、Ｂにおいて第１、第２直線溝が摺動しても、第１、第２軸受エッジと第１、第２直線溝とが引っ掛からず、シャフトの摺動不良の発生を招かない。
即ち、請求項１の手段を採用することにより、「加工の容易性」と、「シャフトの偏心防止」と、「呼吸溝による引っ掛かり防止」とを得ることができ、低コストでシャフト支持構造の信頼性を高めることができる。

［請求項２の手段］
請求項２の手段を採用するシャフト支持構造は、請求項１の手段における第１直線溝または第２直線溝の少なくとも一方を、シャフトの外周面に形成されて、軸受の内周面との間に隙間を形成する小径部に置き替えたものである。
小径部はシャフトの外周面に設けられるものであるため、「加工の容易性」を得ることができる。
また、軸方向範囲Ｃにおける呼吸溝は螺旋溝であるため、「シャフトの偏心防止」を得ることができる。
さらに、小径部は軸受の内周面との間に隙間を形成するものであるため、小径部が第１、第２軸受エッジに引っ掛からず、「呼吸溝による引っ掛かり防止」を得ることができる。
即ち、請求項２の手段を採用することにより、請求項１の手段と同様、「加工の容易性」と、「シャフトの偏心防止」と、「呼吸溝による引っ掛かり防止」とを得ることができ、低コストでシャフト支持構造の信頼性を高めることができる。

シャフト支持構造は、円柱棒状を呈し、所定の範囲内において軸方向へ往復駆動されるシャフトと、このシャフトの外周面を摺動自在に支持する軸受とを具備する。
ここで、軸受の軸方向の一方側の空間をα、
軸受の軸方向の他方側の空間をβ、
軸受の軸方向一端の第１軸受エッジに対するシャフトの摺動範囲をＡ、
軸受の軸方向他端の第２軸受エッジに対するシャフトの摺動範囲をＢ、
摺動範囲Ａと摺動範囲Ｂの軸方向間で、且つ摺動範囲Ａおよび摺動範囲Ｂのそれぞれに重なることのないシャフトの軸方向範囲をＣとする。

最良の形態におけるシャフト支持構造は、シャフトと軸受との間に、空間αと空間βとを連通する呼吸溝を備える。
軸方向範囲Ｃにおける呼吸溝は、シャフトの外周面に形成された螺旋溝である。
摺動範囲Ａにおける呼吸溝は、シャフトの外周面に形成され、空間αと螺旋溝の一端を連通するシャフトの軸方向に沿う第１直線溝である。
摺動範囲Ｂにおける呼吸溝は、シャフトの外周面に形成され、空間βと螺旋溝の他端を連通するシャフトの軸方向に沿う第２直線溝である。
なお、第１直線溝または第２直線溝の少なくとも一方を、シャフトの外周面に形成されて、軸受の内周面との間に隙間を形成する小径部に置き替えても良い。

実施例１を図１を参照して説明する。
自動車の自動変速機（ＡＴ）やバルブ可変タイミング装置（ＶＶＴ）の油圧回路は、油圧の切替調整を行う電磁弁を搭載している。
電磁弁は、バルブ装置（開閉弁、三方弁、四方弁、五方弁等）と、このバルブ装置を駆動するリニアソレノイド（電磁アクチュエータ）とを結合したものであり、電磁弁はリニアソレノイドの軸方向出力をバルブ装置の弁体に伝達するシャフト１を備える。

シャフト１は、円柱棒状を呈する金属部材であり、リニアソレノイドの作動および付勢手段の付勢力（バネや流体圧力等）により所定の範囲内において軸方向へ往復駆動される。
具体的にシャフト１は、リニアソレノイドのプランジャ（可動子）およびバルブ装置の弁体と一体に変位するものであり、シャフト１の一端側では、シャフト１がプランジャと一体に設けられる場合、シャフト１がプランジャと圧入等で結合される場合、シャフト１がプランジャに押し付けられる場合などがある。また、シャフト１の他端側では、シャフト１が弁体と一体に設けられる場合、シャフト１が弁体と圧入等で結合される場合、弁体がシャフト１に押し付けられる場合などがある。

電磁弁は、その内部においてシャフト１を軸方向へ摺動自在に支持するシャフト支持構造を備えている。シャフト支持構造は、リニアソレノイドの駆動力を弁体に伝達するシャフト１の外周面を摺動自在に支持する金属部材よりなる軸受２を具備する。この軸受２は、バルブ装置のバルブハウジングに設けられる場合、あるいはリニアソレノイドの固定子に設けられる場合などがある。
軸受２は、シャフト１を軸方向へ貫通配置する挿通穴３を備えており、この挿通穴３の内周面においてシャフト１の外周面を直接摺動支持するものである。

軸受２の軸方向の両側には空間が形成されており、軸受２の軸方向の一方側の空間（軸受２とプランジャで囲まれる空間）をα、軸受２の軸方向の他方側の空間（バルブ装置側において外部に連通する空間）をβと称する。
また、軸受２の軸方向一端の第１軸受エッジ４（プランジャに近い側の挿通穴３の端）に対するシャフト１の摺動範囲をＡ、軸受２の軸方向他端の第２軸受エッジ５に対するシャフト１の摺動範囲をＢ、摺動範囲Ａと摺動範囲Ｂの軸方向間で、且つ摺動範囲Ａおよび摺動範囲Ｂのそれぞれに重なることのないシャフト１の軸方向範囲をＣと称する。

プランジャ側の空間αは、軸受２とプランジャで囲まれた空間であり、プランジャの変位に応じて容積が変動する。
一方、バルブ装置側の空間βは、外部と連通する室（オイル排出室、呼吸室等）である。
電磁弁は、空間αの容積変動を可能とするために、シャフト１と軸受２との間の摺動面に、空間αと空間βとを連通する呼吸溝を形成している。

この実施例に示す呼吸溝は、以下に示すように設けられている。
・呼吸溝は、シャフト１の外周面に形成されて、空間αと空間βを連通する。
・軸方向範囲Ｃにおける呼吸溝は、シャフト１の外周面に形成された螺旋溝７である。即ち、螺旋溝７の両端は、図１（ａ）に示すように、摺動範囲Ａおよび摺動範囲Ｂに届かないものである。
・摺動範囲Ａにおける呼吸溝は、シャフト１の外周面に形成され、空間αと螺旋溝７の一端を連通するシャフト１の軸方向に沿う第１直線溝８であり、第１軸受エッジ４と交差するエッジが存在しないものである。具体的に、第１直線溝８の空間α側の端は、シャフト１の摺動範囲において常に空間α内に連通するように設けられており、常に空間αと螺旋溝７の一端とを連通する。
・摺動範囲Ｂにおける呼吸溝は、シャフト１の外周面に形成され、空間βと螺旋溝７の他端を連通するシャフト１の軸方向に沿う第２直線溝９であり、第２軸受エッジ５と交差するエッジが存在しないものである。具体的に、第２直線溝９の空間β側の端は、シャフト１の摺動範囲において常に空間β内に連通するように設けられており、常に空間βと螺旋溝７の他端とを連通する。

この実施例１に示す電磁弁は、上記に示したシャフト支持構造を採用することにより、次の効果を奏する。
・空間αと空間βを連通する呼吸溝は、シャフト１の外周面の螺旋溝７と第１、第２直線溝８、９であるため、シャフト１の外周面に溝加工を施すことで形成することができる。即ち、呼吸溝を成す螺旋溝７と第１、第２直線溝８、９を、一般的な切削、研削等の加工で形成することができる。この結果、軸受２の内周面に呼吸溝を形成する場合に比較して呼吸溝の加工が容易となり、呼吸溝を形成する際の加工コストを抑えることができる。
・軸方向範囲Ｃにおける呼吸溝が、シャフト１の外周面に形成された螺旋溝７であるため、軸方向から見て、呼吸溝を設けたことによる凹みが発生しない。このため、軸受２とシャフト１の摺動面に呼吸溝を設けても、呼吸溝を設けたことによるシャフト１の偏心量の増加を招かない。このように、シャフト１の偏心量の増加を招かないため、シャフト１の偏心量の増加による摺動ガタの発生、シャフト１の摺動不良の発生を防ぐことができる。・摺動範囲Ａ、Ｂにおいて摺動する呼吸溝は、軸方向に沿う第１、第２直線溝８、９であるため、第１、第２軸受エッジ４、５に対して交差するエッジを持たない。このため、摺動範囲Ａ、Ｂにおいて第１、第２直線溝８、９が摺動しても、第１、第２軸受エッジ４、５と第１、第２直線溝８、９とに引っ掛かりが生じず、引っ掛かりによるシャフト１の摺動不良の発生を招かない。

即ち、本発明を電磁弁において採用することにより、「加工の容易性」と、「シャフト１の偏心防止」と、「呼吸溝による引っ掛かり防止」とが可能となり、低コストでシャフト支持構造の信頼性を高めることができる。即ち、低コストで電磁弁の信頼性を高めることができる。

実施例２を図２を参照して説明する。なお、上記実施例１と同一符号は同一機能物を示すものである。
この実施例２は、上記実施例１で示した第１、第２直線溝８、９を、第１、第２小径部１１、１２に置き替えたものである。この第１、第２小径部１１、１２は、シャフト１の外周面に形成され、軸受２の内周面（挿通穴３の内周面）との間に隙間を形成するものであり、シャフト１の外周面において軸受２に摺動する範囲Ｄは、軸方向範囲Ｃの内側となる。

具体的に、第１小径部１１は、摺動範囲Ａにおいて第１軸受エッジ４と接触しないものであり、第１小径部１１と軸受２の内周面との間の隙間により、常に空間αと螺旋溝７の一端とを連通するものである。
同様に、第２小径部１２は、摺動範囲Ｂにおいて第２軸受エッジ５と接触しないものであり、第２小径部１２と軸受２の内周面との間の隙間により、常に空間βと螺旋溝７の他端とを連通するものである。
このように設けても、実施例１と同様の効果を得ることができる。

（変形例）
上記の実施例では、シャフト１を駆動するアクチュエータの一例としてリニアソレノイドを示したが、電動アクチュエータ（例えば、ピエゾアクチュエータ、電動モータの回転出力を直線出力に変換して出力するアクチュエータ等）や、流体圧アクチュエータ（例えば、油圧や負圧などを用いたアクチュエータ等）など、他のアクチュエータであっても良い。
上記の実施例では、アクチュエータ（実施例中はリニアソレノイド）の駆動出力をシャフト１を介してバルブ装置の弁体に与える例を示したが、駆動対象物（実施例中はバルブ装置）は限定されるものではなく、シャフト１が軸方向へ駆動されて軸受２の両側の空間α、βを連通する他のシャフト支持構造に本発明を適用しても良い。

シャフト支持構造の説明図、およびＩ−Ｉ線に沿う断面図である（実施例１）。 シャフト支持構造の説明図、およびＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である（実施例２）。 シャフト支持構造の説明図、およびＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である（従来例）。

符号の説明

１ シャフト
２ 軸受
４ 第１軸受エッジ
５ 第２軸受エッジ
７ 螺旋溝
８ 第１直線溝
９ 第２直線溝
１１ 第１小径部
１２ 第２小径部
α 軸受の軸方向の一方側の空間
β 軸受の軸方向の他方側の空間
Ａ 第１軸受エッジに対するシャフトの摺動範囲
Ｂ 第２軸受エッジに対するシャフトの摺動範囲
Ｃ 摺動範囲Ａと摺動範囲Ｂの軸方向間で、且つ摺動範囲Ａおよび摺動範囲Ｂのそれぞれに重なることのないシャフトの軸方向範囲

Claims (2)

1. 円柱棒状を呈し、所定の範囲内において軸方向へ往復駆動されるシャフトと、
   このシャフトの外周面を摺動自在に支持する軸受とを具備するシャフト支持構造において、
   前記軸受の軸方向の一方側の空間をα、
   前記軸受の軸方向の他方側の空間をβ、
   前記軸受の軸方向一端の第１軸受エッジに対する前記シャフトの摺動範囲をＡ、
   前記軸受の軸方向他端の第２軸受エッジに対する前記シャフトの摺動範囲をＢ、
   前記摺動範囲Ａと前記摺動範囲Ｂの軸方向間で、且つ前記摺動範囲Ａおよび前記摺動範囲Ｂのそれぞれに重なることのない前記シャフトの軸方向範囲をＣとした場合、
   前記シャフト支持構造は、前記シャフトと前記軸受との間に、前記空間αと前記空間βとを連通する呼吸溝を備え、
   前記軸方向範囲Ｃにおける前記呼吸溝は、前記シャフトの外周面に形成された螺旋溝であり、
   前記摺動範囲Ａにおける前記呼吸溝は、前記シャフトの外周面に形成され、前記空間αと前記螺旋溝の一端を連通する前記シャフトの軸方向に沿う第１直線溝であり、
   前記摺動範囲Ｂにおける前記呼吸溝は、前記シャフトの外周面に形成され、前記空間βと前記螺旋溝の他端を連通する前記シャフトの軸方向に沿う第２直線溝であることを特徴とするシャフト支持構造。
2. 請求項１に記載の前記第１直線溝または前記第２直線溝の少なくとも一方は、前記シャフトの外周面に形成され、前記軸受の内周面との間に隙間を形成する小径部に置き替えられることを特徴とするシャフト支持構造。

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