JP2009108902A - シャフト支持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 軸受におけるシャフト支持径のバラツキの発生を抑え、且つ安価に呼吸溝を形成できるシャフト支持構造を提供する。
【解決手段】 軸受２における挿通穴３の内面に、筒状に丸められた巻ブッシュ４を圧入し、巻ブッシュ４の内周面においてシャフト１を直接摺動支持する。巻ブッシュ４は、矩形形状の金属板を略Ｃ字形の筒状に丸めたものであり、Ｃ字の隙間により巻間の隙間Ｓを形成する。そして、この巻間の隙間Ｓと挿通穴３の内面により、空間α、βを常時連通する直線溝よりなる呼吸溝５を形成する。軸受２におけるシャフト支持径は、挿通穴３に取り付けられた巻ブッシュ４の内径寸法であり、軸受２の挿通穴３の内径と、巻ブッシュ４を成す金属板の板厚とで決定されるものであるため、シャフト支持径を高い精度に管理できる。また、挿通穴３の形成が単なる穴あけ加工で済み、巻ブッシュ４は金属板を巻くだけであるため、コストを抑えることができる。
【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。

図３、図４に示すように、呼吸溝５は、軸受２の挿通穴３の内周面に形成されるのが一般的である。
また、呼吸溝５の形状として、軸方向に沿う直線溝（図３参照）、または螺旋溝（図４参照：例えば、特許文献１、２参照）が提案されている。しかし、従来技術には、以下の問題点がある。

図３に示すように、挿通穴３に直線溝を設ける場合、モールド成形や焼結成形により挿通穴３に直線溝を形成することができる。
しかし、モールド成形や焼結成形を用いて軸受２を形成すると、シャフト１を支持する内周径のバラツキが大きくなってしまい、シャフト１の摺動不良の要因になる。
また、挿通穴３に直線溝が形成される場合は、シャフト１が偏心した際、軸方向から見て、シャフト１の外周面の一部が直線溝に嵌まり合うことで、シャフト１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）。このように、シャフト１の偏心量が増加すると、シャフト１の摺動ガタが増加することになり、シャフト１の摺動不良の要因となる。

図４に示すように、挿通穴３に螺旋溝を設ける場合、軸方向から見て、呼吸溝５を設けたことによる凹みが発生しない。このため、挿通穴３に呼吸溝５を設けても、シャフト１の偏心量の増加を防ぐことができる。
しかし、挿通穴３に螺旋溝を設ける場合は、モールド成形や焼結成形を用いて軸受２を形成することができない。このため、挿通穴３に螺旋溝を形成しようとすると、挿通穴３に切削加工を施す必要がある。しかし、挿通穴３に切削加工を施すのは難易度が非常に高く、加工コストが高くなってしまう。
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、軸受におけるシャフト支持径のバラツキの発生を抑え、且つ安価に呼吸溝を形成できる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は、軸受の挿通穴に巻ブッシュを取り付けたものであり、巻ブッシュにおける巻間の隙間と挿通穴の内面とにより、軸受の軸方向両側の空間を連通する呼吸溝が形成されるものである。
このように、軸受の挿通穴に溝を直接形成する必要がなく、挿通穴は単なる丸穴で良いためドリル刃による穴あけ加工で済み、挿通穴の内径のバラツキの発生を抑えることができる。
ここで、軸受におけるシャフト支持径は、挿通穴の内径と、巻ブッシュを成す部材の径方向の厚み（例えば、部材が金属板であれば板厚、線材を螺旋に巻いて巻ブッシュを成すものであれば線材の厚さ）とで決定される。このように、挿通穴の内径のバラツキが上記の如く抑えられることと、巻ブッシュを成す部材の径方向の厚みを容易に一定に管理できることで、軸受におけるシャフト支持径を高い精度に容易に管理できる。

また、挿通穴の形成が単なる穴あけ加工で済むことに加え、巻ブッシュは部材を巻くだけで製造できる。そして、予め形成した巻ブッシュを軸受の挿通穴に取り付けるだけで呼吸溝を形成できるため、呼吸溝を備えたシャフト支持構造を安価に提供できる。
さらに、巻ブッシュは、単品として製造できるため、巻ブッシュにおけるシャフトの摺動面に摺動抵抗を低減させるコーティングを容易、且つ安価に設けることが可能となり（例えば、摺動抵抗を減らすコーティングが一面に施された金属板を加工して巻ブッシュを製造する等）、シャフトの摺動抵抗を安価に減らすことが可能になる。

［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における巻ブッシュは、矩形形状の金属板を断面略Ｃ字形の筒状に丸めたものである。
これにより、呼吸溝は直線溝として設けられる。即ち、軸受に巻ブッシュを取り付けることで、軸受側に直線溝を設けることができる。
従来技術における直線溝とは異なり、巻ブッシュは軸受に後付けされるものであるため、軸受をモールド成形や焼結成形を用いて形成する必要がなく、挿通穴の内径のバラツキの発生を抑えることができる。

［請求項３の手段］
請求項３の手段を採用するシャフト支持構造における巻ブッシュは、帯状の金属板を軸方向に隙間を隔てて螺旋状に巻回したものである。
これにより、呼吸溝は螺旋溝として設けられる。即ち、軸受に巻ブッシュを取り付けることで、軸受側に螺旋溝が形成される。
呼吸溝が螺旋溝として設けられることで、軸方向から見て、呼吸溝を設けたことによる凹みが発生せず、シャフトの偏心量の増加を防ぐことができる。これにより、シャフトの摺動ガタの増加が抑えられ、シャフトの摺動不良を防ぐことができる。
また、巻ブッシュは軸受に後付けされるものであるため、挿通穴の内面に螺旋溝を切削加工する必要がない。このため、従来技術における螺旋溝とは異なり、軸受側に螺旋溝を設けるコストを低く抑えることができる。

［請求項４の手段］
請求項４の手段を採用するシャフト支持構造における巻ブッシュは、挿通穴の内周面ではなく、シャフトの外周面に取り付けられるものである。
このように、シャフトに巻ブッシュを取り付けることで、請求項１の手段と同様の効果を得ることができる。

シャフト支持構造は、円柱棒状を呈し、軸方向へ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。
シャフトを支持する軸受の挿通穴には、部材を筒状に巻いた形状を呈し、巻間に隙間が形成された巻ブッシュが取り付けられており、巻間の隙間と挿通穴の内面とにより、軸受の軸方向両側の空間を連通する呼吸溝が形成される。ここで、軸受と巻ブッシュの取り付け手段は、圧入、接着、溶接、ろう付けなど、限定されるものではない。
なお、巻ブッシュを、挿通穴の内面に取り付けるのではなく、シャフトの外周面に取り付けても良い。

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を備えている。この挿通穴３の内面には筒状に丸められた巻ブッシュ４が圧入技術を用いて取り付けられており、この巻ブッシュ４の内周面においてシャフト１の外周面が直接摺動支持される。

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。
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５を形成している。

この実施例に示す呼吸溝５は、挿通穴３に圧入された巻ブッシュ４によって形成される。
巻ブッシュ４は、部材（この実施例では金属板）を筒状に巻いた形状を呈し、巻間に隙間Ｓが形成されるものであり、巻間の隙間Ｓと挿通穴３の内面とで構成される溝によって、軸受２の軸方向両側の空間α、βを連通する呼吸溝５が形成されるものである。

具体的に、この実施例の巻ブッシュ４は、矩形形状を呈する金属板を断面略Ｃ字形の筒状に丸めたものであり、金属板を矩形形状に切断する際の切断加工と、切断された矩形形状の金属板を略Ｃ字形に丸める曲折加工とが、プレス加工によって例えば同時に成されるものである。
このように、矩形形状の金属板が略Ｃ字形に丸められることにより、Ｃ字の隙間部を成す金属板の対向辺が、少量の隙間を隔てて平行に対向して巻間の隙間Ｓを形成する。そして、この巻間の隙間Ｓと挿通穴３とで構成される溝によって、空間α、βを常時連通する直線溝よりなる呼吸溝５を形成するものである。

巻ブッシュ４を成す金属板の材質は限定されるものではなく、加工が容易で、シャフト１の摺動性、耐久性に優れ、表面（丸めた際に内周面となる側の面）が平滑な金属板であれば良く、例えばステンレス、黄銅、銅などによって設けられる。ここで、巻ブッシュ４は、挿通穴３に圧入される前の状態（単品状態）において、巻ブッシュ４の外径寸法が挿通穴３の内径寸法より大きく設けられるものであり、巻ブッシュ４が挿通穴３に圧入されることで、巻ブッシュ４の復元力（外径方向に広がる力）により、巻ブッシュ４が挿通穴３の内部に固定される。
なお、シャフト１の摺動抵抗を減らす要求がある際は、巻ブッシュ４を形成するための金属板の表面（丸めた際に内周面となる側の面）に、摺動抵抗を低減させるコーティングを予め施しておき、そのコーティングが成された金属板をプレス加工することで、シャフト１の摺動抵抗を安価に減らすことができる。

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。
軸受２の挿通穴３に巻ブッシュ４を圧入により取り付け、巻ブッシュ４における巻間の隙間Ｓと挿通穴３の内面により呼吸溝５を形成するものであるため、挿通穴３の内面に呼吸溝５を直接形成する必要がない。このため、挿通穴３は単なる丸穴で良いためドリル刃による穴あけ加工で済む。この結果、軸受２における挿通穴３の内径のバラツキの発生を抑えることができる。

軸受２の内側におけるシャフト支持径は、挿通穴３に取り付けられた巻ブッシュ４の内径寸法であり、軸受２の挿通穴３の内周径と、巻ブッシュ４を成す金属板の板厚とで決定される。
挿通穴３の内径寸法が穴あけ加工で高い精度に製造できることと、金属板の板厚が一定に管理できることで、シャフト支持径を高い精度に容易に管理することができる。
なお、巻ブッシュ４は、挿通穴３に圧入されるものであるため、圧入前における内径寸法はラフに設定可能であり、巻ブッシュ４の製造コストを下げても巻ブッシュ４を軸受２の内周面に圧入することで、シャフト支持径は高い精度になる。

また、挿通穴３の形成が単なる穴あけ加工で済むことに加え、巻ブッシュ４は金属板を巻くだけで製造でき、巻ブッシュ４を軸受２の挿通穴３に圧入するだけで軸受２側に呼吸溝５を形成できる。このため、従来技術における直線溝とは異なり、軸受２をモールド成形や焼結成形を用いて形成するのに比較して製造コストを抑えることができる。
即ち、この実施例１は、軸受２側におけるシャフト支持径の精度を高め、且つ製造コストを抑えることができ、結果的に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。
上記の実施例１では、呼吸溝５を直線溝として設ける例を示したが、この実施例２は呼吸溝５を螺旋溝として設けたものである。
実施例２の巻ブッシュ４は、図２（ｃ）に示すように、帯状の金属板を軸方向に隙間を隔てて螺旋状に巻回したものである。図２（ｃ）に示す挿入穴３に圧入される前の巻ブッシュ４の外径寸法は、挿通穴３の内径寸法より少量大きく設けられており、巻ブッシュ４が挿通穴３に圧入されることで、圧入力に加え、巻ブッシュ４の復元力により、巻ブッシュ４が挿通穴３の内部に固定されるようになっている。

図２（ａ）に示すように、螺旋状に巻回された巻ブッシュ４を挿通穴３に圧入することにより、軸方向に離間してなる螺旋状の巻間の隙間Ｓと、挿通穴３の内面とで、空間α、βを常時連通する螺旋溝よりなる呼吸溝５が形成される。
このように、呼吸溝５が螺旋溝として設けられることで、軸方向から見て、呼吸溝５を設けたことによる凹みが発生せず、シャフト１の偏心量の増加を防ぐことができる。これにより、シャフト１の摺動ガタの増加が抑えられ、シャフト１の摺動不良を防ぐことができる。

また、巻ブッシュ４は軸受２に後付けされるものであるため、挿通穴３の内面に螺旋溝を切削加工する必要がない。このため、従来技術における螺旋溝とは異なり、軸受２側に螺旋溝を設けるコストを低く抑えることができる。
即ち、実施例２のシャフト支持構造を採用することにより、実施例１の効果に加えて、シャフト１の偏心量の増加を防ぐことができ、シャフト１の偏心によるシャフト１の摺動ガタの増加、およびシャフト１の摺動不良の発生を防ぐことができる。
なお、この実施例２では、帯状の金属板を螺旋状に巻いて巻ブッシュ４を設ける例を示したが、線材を螺旋状に巻いたコイル形状の巻ブッシュ４を用いても良い。

（変形例）
上記の実施例では、巻ブッシュ４を軸受２における挿通穴３の内周面に取り付ける例を示したが、巻ブッシュ４をシャフト１の外周面に圧入等により取り付けても良い。このように、巻ブッシュ４をシャフト１の外周面に取り付けても、巻ブッシュ４を挿通穴３に取り付けた場合と同様の効果を得ることができる。
上記の実施例では、巻ブッシュ４を圧入技術により挿入穴３の内周面（あるいはシャフト１の外周面）に取り付ける例を示したが、接着、溶接、ろう付けなど、他の接合技術を用いて取り付けても良い。

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軸方向に沿う断面図、およびシャフト支持構造を軸方向から見た断面図である（実施例１）。 シャフト支持構造の軸方向に沿う断面図、シャフト支持構造を軸方向から見た断面図、および巻ブッシュの側面図である（実施例２）。 シャフト支持構造の軸方向に沿う断面図、およびシャフト支持構造を軸方向から見た断面図である（従来例１）。 シャフト支持構造の軸方向に沿う断面図である（従来例２）。

符号の説明

１ シャフト
２ 軸受
３ 挿通穴
４ 巻ブッシュ
５ 呼吸溝
Ｓ 巻間の隙間

Claims (4)

1. 円柱棒状を呈し、軸方向へ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、
   前記シャフトが貫通配置される前記軸受の挿通穴には、部材を筒状に巻いた形状を呈し、巻間に隙間が形成された巻ブッシュが取り付けられ、
   前記巻間の隙間と前記挿通穴の内面とにより前記軸受の軸方向両側の空間を連通する呼吸溝が形成されることを特徴とするシャフト支持構造。
2. 請求項１に記載のシャフト支持構造において、
   前記巻ブッシュは、矩形形状を呈する金属板を断面略Ｃ字形の筒状に丸めたものであることを特徴とするシャフト支持構造。
3. 請求項１に記載のシャフト支持構造において、
   前記巻ブッシュは、帯状の金属板を軸方向に隙間を隔てて螺旋状に巻回したものであることを特徴とするシャフト支持構造。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の前記巻ブッシュは、前記挿通穴ではなく、前記シャフトの外周面に取り付けられることを特徴とするシャフト支持構造。

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