JP2010059821A - カムシャフト装置 - Google Patents

Abstract

【課題】深溝玉軸受の外径寸法を小さくすることができると共に組み立てを容易とすることができるカムシャフト装置を提供する。
【解決手段】直線状のシャフト本体３と、このシャフト本体３の軸方向に沿って複数設けられたカム４ａ〜４ｈとを有するカムシャフト１と、このカムシャフト１を回転可能に支持している深溝玉軸受２ａ，２ｂと、シャフト本体１とは別体であって当該シャフト本体１の端部に固定されている端部部材６，７とを備えている。端部部材６，７は被支持部１４，２４を有していて、その外周面に、深溝玉軸受２ａ，２ｂの複数の玉１２，２２が転動する凹周溝からなる内輪軌道溝１３，２３が形成されている。この被支持部１４，２４の外径ｄ１，ｄ３は、シャフト本体３の外径ｄ２とほぼ同じである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、カムを有しているカムシャフトと、このカムシャフトを回転可能に支持している軸受とを備えたカムシャフト装置に関する。

例えば自動車のエンジンには、吸排気用の弁が設けられていて、さらに、この弁を動作させるためのカムを有したカムシャフトおよびこのカムシャフトを回転可能に支持している軸受を備えたカムシャフト装置が設けられている。カムシャフト装置は、エンジンのハウジング内に取り付けられていて、前記軸受は、カムシャフトの回転抵抗を低減（低トルク化）させるために、近年、滑り軸受ではなく、転がり軸受が採用されている（例えば特許文献１参照）。また、この転がり軸受は、カムシャフトの軸方向に沿って複数設けられている。

特許文献１に記載のカムシャフト装置では、前記転がり軸受として、深溝玉軸受が採用されている。深溝玉軸受によれば、カムシャフトの回転抵抗を大幅に低減することができると共に、カムシャフトに軸方向の一方または他方に荷重が作用しても、その荷重によるカムシャフトの軸方向の移動を規制することができる。すなわち、滑り軸受やニードル軸受は、その構成のみでは、支持しているカムシャフトの軸方向の荷重を受けることができない構成であるため、カムシャフトが滑り軸受やニードル軸受のみによって支持されている場合では、カムシャフトの軸方向の移動を規制する部材（例えばカムシャフトに設けられるリング形状のフランジ）が別途必要となるが、深溝玉軸受を採用することによって、このような規制部材が不要となる。

特開２００６−２２６１８４号公報

従来のカムシャフト装置が有している深溝玉軸受は、図４に示しているように、カムシャフト４０に外嵌された内輪４１と、エンジンのハウジングの内面４５に取り付けられている外輪４２と、これら内輪４１と外輪４２との間に設けられている複数の玉４３とを有している。このような深溝玉軸受４４は、カムシャフト４０の径方向外側に内輪４１、玉４３、外輪４２が順次配置されていることから、全体の外径寸法Ｄが大きくなるため、この深溝玉軸受４４を取り付ける前記ハウジングも径方向に大きくなってしまう。近年ではエンジンのコンパクト化及び軽量化が特に要求されているが、前記構成では、この要求を十分に満たすにも限界がある。

また、カムシャフト自身の外周面に深溝玉軸受の玉用の内輪軌道溝を直接形成することで前記内輪４１を不要とし、深溝玉軸受の外形寸法を小さくすることも考えられるが、カムシャフトは軸方向に長いことから、このようなカムシャフトに複数の玉および外輪を取り付ける作業は難しく、また、カムシャフトの複数の部分にこれらを取り付ける作業に手間を要するため、カムシャフト装置の組み立ての作業性が悪くなるおそれがある。

そこで本発明は、深溝玉軸受の外径寸法を小さくすることができると共に組み立てを容易とすることができるカムシャフト装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するための本発明のカムシャフト装置は、直線状のシャフト本体と、このシャフト本体の軸方向に沿って複数設けられたカムとを有するカムシャフトと、このカムシャフトを回転可能に支持している深溝玉軸受とを備えたカムシャフト装置において、前記シャフト本体とは別体であって当該シャフト本体の端部に固定されている端部部材を更に備え、この端部部材は、前記深溝玉軸受の複数の玉が転動する凹周溝からなる内輪軌道溝が外周面に形成された被支持部を有し、この被支持部の外径は、前記シャフト本体の外径とほぼ同じ乃至当該外径よりも小さいことを特徴としている。

本発明によれば、シャフト本体の端部に端部部材が固定されていて、この端部部材が有する被支持部の外周面に、深溝玉軸受の複数の玉が転動する凹周溝からなる内輪軌道溝が形成されているので、一般的な深溝玉軸受が有している内輪が不要となり、さらに、この被支持部の外径は、シャフト本体の外径とほぼ同じ乃至当該外径よりも小さいため、深溝玉軸受の外径寸法を小さくすることができる。このため、本発明のカムシャフト装置が取り付けられるハウジング等の寸法を小さくすることが可能となる。また、端部部材は、シャフト本体の端部に固定されていることから、軸方向に長いシャフト本体の所定部位に深溝玉軸受を取り付ける必要がないため、カムシャフト装置の組み立ては容易となる。

また、端部部材をシャフト本体の端部に固定する手段として、端部部材に軸方向に貫通した孔を形成し、シャフト本体の端部にねじ孔を形成し、ボルトを前記孔に挿通させて前記ねじ孔に螺合させる構成とすることもできるが、前記端部部材は、前記シャフト本体の端部の中空部に圧入されて固定されているのが好ましい。
この場合、前記固定する手段のように端部部材にボルト用の孔を形成する必要がなく、端部部材はシャフト本体の端部の中空部に圧入されて固定されているので、前記のとおり端部部材の被支持部の外径をシャフト本体の外径とほぼ同じ乃至当該外径より小さくしても、前記ボルト用の孔によって端部部材（前記被支持部）が薄肉とならず、深溝玉軸受は小型でありながらも負荷容量を大きくすることができる。

また、前記カムは、前記シャフト本体の外周に圧入されて当該シャフト本体に固定され、前記シャフト本体の軸方向の途中部に、当該シャフト本体を回転可能に支持するためのニードル軸受が設けられ、前記ニードル軸受は、周方向に分割されることなく連続した軌道面を有しているのが好ましい。
この場合、カムおよびニードル軸受を、シャフト本体の端部から順次、それぞれの所定位置まで軸方向に移動させ、シャフト本体に取り付けることができるので、隣り合うカムの間に、非分割であるニードル軸受を取り付けることができる。また、ニードル軸受が分割構造ではないため、当該ニードル軸受における振動の発生を防止することができ、また、耐久性の向上を図ることができる。

本発明によれば、カムシャフト装置の組み立てが容易となり、また、深溝玉軸受の外形寸法を小さくすることができるので、カムシャフト装置が取り付けられるハウジングの寸法を小さくすることができ、このハウジングを有する機器の小型化に貢献することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明のカムシャフト装置の実施の一形態を示す断面図である。このカムシャフト装置１０は、自動車用エンジンの吸排気弁（図示せず）を開閉動作させるためのカムシャフト機構として用いられていて、エンジンのハウジングＨ内に取り付けられている。カムシャフト装置１０は、カムシャフト１と、このカムシャフト１を回転可能に支持している深溝玉軸受２ａ，２ｂとを備えている。

カムシャフト１は、直線状のシャフト本体３と、このシャフト本体３の軸方向に沿って設けられた複数のカム４ａ〜４ｈとを有している。シャフト本体３は、少なくとも端部が中空である直線状の部材であり、図１では、全長にわたって中空である円管状の部材からなる。カム４ａ〜４ｈは、シャフト本体３とは別体であって、シャフト本体３に締め代をもって外嵌して固定されている。つまり、カム４ａ〜４ｈは、シャフト本体３の外周に圧入されて当該シャフト本体３に固定されている。そのために、カム４ａ〜４ｈはその厚さ方向（軸方向）に貫通している貫通孔５を有している。シャフト本体３には、合計８個のカム４ａ〜４ｈが取り付けられていて、図１の左側から、第一と第二のカム４ａ，４ｂ、第三と第四のカム４ｃ，４ｄ、第五と第六のカム４ｅ，４ｆおよび第七と第八のカム４ｇ，４ｈが、それぞれエンジンの第一気筒用、第二気筒用、第三気筒用および第四気筒用のものである。

また、カムシャフト装置１０は、シャフト本体３とは別体であって、当該シャフト本体３の両端部にそれぞれ固定されている端部部材６，７を更に備えている。端部部材６，７は断面が円形の部材からなり、シャフト本体３の軸方向両端部にそれぞれ当該シャフト本体３と同心状に取り付けられている。そして、前記深溝玉軸受２ａ，２ｂは、これら端部部材６，７に設けられている。さらに、左側の第一の端部部材６には、カムシャフト１を回転させるためのタイミングプーリ８が固定されている。

図２は、前記カムシャフト装置１０の各部を説明している説明図である。第一の端部部材６は被支持部１４を有していて、この被支持部１４の外周面に、深溝玉軸受２ａの複数の玉１２が転動する凹周溝からなる内輪軌道溝１３が形成されている。つまり、被支持部１４の径方向外方に、複数の玉１２を介して深溝玉軸受２ａの外輪１１が設けられている。被支持部１４は、円柱形状を成していて、外輪１１の径方向内方に位置している部分である。そして、外輪１１は、エンジンのハウジングＨの内面に形成された凹部Ｈａに固定されている。

そして、この被支持部１４の外径ｄ１は、シャフト本体３の外径ｄ２とほぼ同じ乃至当該外径ｄ２よりも小さく設定されている。図２では、被支持部１４の外径ｄ１はシャフト本体３の外径ｄ２とほぼ同じである。なお、この「ほぼ同じ」には、同一の他に、被支持部１４の外径ｄ１がシャフト本体３の外径ｄ２よりも僅かに大きい場合を含み、この「僅かに大きい」とは、シャフト本体３の外径ｄ１よりも１０％だけ大きい範囲を意味する。

また、右側の第二の端部部材７についても同様であり、第二の端部部材７は被支持部２４を有していて、この被支持部２４の外周面に、深溝玉軸受２ｂの複数の玉２２が転動する凹周溝からなる内輪軌道溝２３が形成されている。つまり、被支持部２４の径方向外方に、複数の玉２２を介して深溝玉軸受２ｂの外輪２１が設けられている。被支持部２４は、円柱形状を成していて、外輪２１の径方向内方に位置している部分である。そして、外輪２１は、エンジンのハウジングＨの内面に形成された凹部Ｈｂに固定されている。

そして、この被支持部２４の外径ｄ３は、シャフト本体３の外径ｄ２とほぼ同じ乃至当該外径ｄ２よりも小さく設定されている。なお、この「ほぼ同じ」には、同一の他に、被支持部２４の外径ｄ３がシャフト本体３の外径ｄ２よりも僅かに大きい場合を含む。また、図１および図２の実施形態では、第一の端部部材６の被支持部１４の外径ｄ１と、第二の端部部材７の被支持部２４の外径ｄ３とは、同一であり、深溝玉軸受２ａと深溝玉軸受２ｂとは同じものである。

第一の端部部材６は、シャフト本体３の端部の中空部に圧入されて固定されている。つまり、第一の端部部材６は、シャフト本体３の一方の端部に締め代をもって嵌合して固定されている固定部１５を有している。固定部１５は、前記被支持部１４の軸方向の隣に当該被支持部１４と連続して設けられている。具体的に説明すると、固定部１５はシャフト本体３の端部の中空孔部９ａに締め代をもって嵌め入れられている柱状部分である。この固定部１５がシャフト本体３の一方の端部に圧入されることにより、第一の端部部材６はシャフト本体３に固定されている。さらに、第一の端部部材６は、前記タイミングプーリ８を外嵌させて取り付ける取り付け部１６を有している。

この第一の端部部材６と同様に、第二の端部部材７は、シャフト本体３の他方の端部に締め代をもって嵌合して固定されている固定部２５を有している。固定部２５は、前記被支持部２４の軸方向の隣に当該被支持部２４と連続して設けられている。具体的に説明すると、固定部２５はシャフト本体３の端部の中空孔部９ｂに締め代をもって嵌め入れられている柱状部分である。この固定部２５がシャフト本体３の他方の端部に圧入されることにより、第二の端部部材７はシャフト本体３に固定されている。

また、カムシャフト装置１０は、シャフト本体３をその軸方向の途中部（中央部）において、当該シャフト本体３をハウジングＨに対して回転可能に支持するニードル軸受３０を更に備えている。ニードル軸受３０は、第二気筒用のカム４ｄと第三気筒用のカム４ｅとの間において、シャフト本体３を支持している。前記深溝玉軸受２ａ，２ｂおよび前記ニードル軸受３０によって、カムシャフト１はその中央部と両端部とを三点で支持された構成となっている。

ニードル軸受３０は、外輪３１と、複数の針状ころ３２とを備えていて、シャフト本体３の外周面の一部を内軌道面３３としている。つまり、シャフト本体３がニードル軸受３０の内輪としての機能を有している。このように内輪を省略することにより、ニードル軸受３０の外径を小さくすることができ、当該ニードル軸受３０が取り付けられているハウジングＨの部分も小さくすることができる。そして、このニードル軸受３０の外輪３１は、周方向に分割されることなく連続した外軌道面３４を有している構造である。そして、ニードル軸受の外輪３１は、ハウジングＨの内面の一部に固定されている。

上記のように構成されたカムシャフト装置１０によれば、深溝玉軸受２ａ，２ｂおよびニードル軸受３０によって、カムシャフト１に作用するタイミングプーリ８の荷重およびカム荷重を支持することができ、かつ、カムシャフト１の回転抵抗を、滑り軸受を採用する場合よりも、大幅に小さくすることができ、エンジンにおける低燃費化に貢献することができる。
また、シャフト本体３の両端部に端部部材６，７が固定されていて、この端部部材６，７が有している被支持部１４，２４の外周面に、深溝玉軸受２ａ，２ｂの複数の玉１２，２２が転動する凹周溝からなる内輪軌道溝１３，２３が形成されているので、一般的な深溝玉軸受が有している内輪が不要となり、さらに、この被支持部１４，２４の外径ｄ１，ｄ３は、シャフト本体３の外径ｄ２とほぼ同じである（乃至当該外径ｄ２よりも小さい）ため、深溝玉軸受２ａ，２ｂの外径寸法Ｄ（図２参照）を小さくすることができる。このため、このカムシャフト装置１０が取り付けられているエンジンのハウジングＨの寸法を小さくすることが可能となる。

また、端部部材６，７はシャフト本体３よりも大幅に短く、この短い端部部材６，７がシャフト本体３の両端部にそれぞれ固定されていて、この端部部材６，７に深溝玉軸受２ａ，２ｂが設けられていることから、軸方向に長いシャフト本体３の複数の部分に深溝玉軸受をそれぞれ取り付ける必要がないため、カムシャフト装置１０の組み立ては容易となり、組み立て工数を低減することができる。

また、端部部材６，７は、シャフト本体３の両端部にそれぞれ固定されているので、カムシャフト１の両端部に深溝玉軸受２ａ，２ｂを設けた構成とすることができ、回転抵抗が小さい状態でカムシャフト１の両端を支持することができる。さらに、深溝玉軸受２ａ，２ｂの構成のみによって、ハウジングＨに対するシャフト本体３の軸方向の移動を規制することができる。このため、カムシャフト１が軸方向に移動するのを規制するために、カムシャフト１に環状のフランジ部を設けて当該フランジ部の側面をハウジングＨの内面の一部に当接させるように構成（図示せず）する必要がない。このため、カムシャフト装置１０の構成を簡素化することができ、エンジンのコンパクト化に貢献することができる。
また、カムシャフト装置１０は、カムシャフト１をその両端部および中央部の三点で支持している構成となっているため、カムシャフト１の支持剛性を十分に備えていて、また、振動の発生も少ないものとなる。

図３は、カムシャフト装置の他の形態の一部を示す断面図である。このカムシャフト装置１０においても、前記形態と同様に、カムシャフト１と、このカムシャフト１を回転可能に支持している深溝玉軸受２ａと、シャフト本体３とは別体であって当該シャフト本体３の端部に固定されている端部部材３７とを備えている。そして、この端部部材３７も被支持部３８を有していて、その外周面に、深溝玉軸受２ａの複数の玉１２が転動する凹周溝からなる内輪軌道溝１３が形成されている。さらに、この被支持部３８の外径ｄ１は、シャフト本体３の外径ｄ２とほぼ同じに設定されている。または、図示しないが、被支持部３８の外径ｄ１は、シャフト本体３の外径ｄ２よりも小さく設定されていてもよい。

この形態では、端部部材３７をシャフト本体３の端部に固定する手段として、端部部材３８に軸方向に貫通する孔３５が形成され、シャフト本体３の端部にねじ孔３６が形成され、ボルト３９を端部部材３７の孔３５に挿通させてねじ孔３６に螺合させる構成となっている。この第二の形態（図３）と、前記第一の形態（図２）とを比較すると、第一の形態では、端部部材６をシャフト本体３の端部に固定する手段として、端部部材６は、前記固定部１５を有していて（図２参照）、この固定部１５は、深溝玉軸受２ａの内輪として機能する被支持部１４の軸方向隣に、当該被支持部１４とは別であり当該被支持部１４から軸方向に突出して設けられている。したがって、第一の形態は、第二の形態のように端部部材６にボルト用の孔３５を形成する必要がない。

すなわち、第一の形態の端部部材６は、固定部１５によってシャフト本体３の端部に締め代をもって嵌合して固定されている。したがって、端部部材６の被支持部１４の外径ｄ１をシャフト本体３の外径ｄ２とほぼ同じ乃至当該外径ｄ２より小さくしても、図３のようにボルト用の孔３５によって端部部材３７（前記被支持部３８）が薄肉とならず、第一の形態では、小型でありながらも深溝玉軸受２ａの負荷容量を大きくすることができる。つまり、深溝玉軸受２ａの負荷容量を低下させずに、当該深溝玉軸受２ａの外径Ｄを小さくすることが可能となる。

特に、被支持部１４の外径ｄ１をシャフト本体３の外径ｄ２より小さくする場合、第一の形態は有効である。第二の形態の場合、被支持部３８の外径ｄ１を小さくする構成は、ボルト３９用の前記孔３５の存在によって制限される場合がある。
また、第一の形態では、端部部材６の固定部１５をシャフト本体３の端部に圧入することで、シャフト本体３の端部およびその近傍が弾性的に拡径し、カム４ａの固定力を向上させることもできる。
なお、深溝玉軸受の負荷容量を低下させずに、当該深溝玉軸受の外径Ｄを小さくすることが可能である点など、軸方向他方側の端部部材についても、同様である。

また、前記各形態において、カムシャフト１が有しているカム４ａ〜４ｈは、シャフト本体３と別体であって当該シャフト本体３に外嵌して取り付けられるための貫通孔５を有している。したがって、カムシャフト装置１０の組み立て作業において、カム４ａ〜４ｈおよびニードル軸受３０を、シャフト本体３の端部から順次、それぞれの所定位置まで軸方向に移動させ、シャフト本体３に取り付けることができる。つまり、図１において、第四のカムｄをシャフト本体３に外嵌させて所定の取り付け位置まで移動させて取り付けた後、非分割の構造であるニードル軸受３０をシャフト本体３の右端部から外嵌させて当該シャフト本体３の所定の取り付け位置まで移動させて取り付け、そして、第五のカム４ｅを、同様に、シャフト本体３の右端部から外嵌させて当該シャフト本体３の所定の取り付け位置まで移動させて取り付けることができる。このため、隣り合う第四のカム４ｄと第五のカム４ｅとの間に、非分割の構造であるニードル軸受３０を取り付けることができる。なお、シャフト本体とカムとが一体物として成型されている場合では、隣り合うカム間に設けられるニードル軸受は、外輪を二分割した構造とする必要があるが、本発明の構成によれば、ニードル軸受３０の軌道輪を分割構造とする必要がない。ニードル軸受３０が分割構造ではないため、軌道面に分割線が生じず、ニードル軸受３０における振動の発生を防止することができ、耐久性の向上を図ることができる。また、ニードル軸受３０の組み立ても容易である。

以上のように、本発明によれば、シャフト本体３よりも短い端部部材６（７）がシャフト本体３の端部に圧入によって取り付けられていて、この端部部材６（７）に深溝玉軸受２ａ（２ｂ）が組み付けられているので、（長いシャフト本体に対して深溝玉軸受を組み付ける必要がないことから）カムシャフト装置１０の組み立てが容易となる。また、深溝玉軸受２ａ（２ｂ）の外形寸法ｄ１（ｄ３）を小さくすることができるので（具体的には、５〜１０ｍｍのサイズダウンが可能となる）、カムシャフト装置１０が取り付けられるハウジングＨの寸法を小さくすることができ、エンジンの小型化に貢献することができる。また、深溝玉軸受２ａ（２ｂ）およびハウジングＨを小型化することによって、エンジンの軽量化が可能となる。

また、本発明のカムシャフト装置は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであっても良い。例えば、カムシャフトにおけるカムの数、配置は、図示した形態に限らず変更したものであってもよい。また、端部部材６，７の形状、深溝玉軸受２ａ，２ｂのサイズは、使用条件に応じて本発明の範囲内で変更可能である。

本発明のカムシャフト装置の実施の一形態を示す断面図である。 カムシャフト装置の各部を説明している説明図である。 カムシャフト装置の他の実施形態の一部を示す断面図である。 従来のカムシャフト装置の説明図である。

符号の説明

１ カムシャフト
２ａ，２ｂ 深溝玉軸受
３ シャフト本体
４ カム
４ａ〜４ｈ カム
５ 貫通孔
６ 端部部材
７ 端部部材
１０ カムシャフト装置
１１ 外輪
１２ 玉
１３ 内輪軌道溝
１４ 被支持部
１５ 固定部
２１ 外輪
２２ 玉
２３ 内輪軌道溝
２４ 被支持部
２５ 固定部
３７ 端部部材
３８ 被支持部

Claims (3)

1. 直線状のシャフト本体と、このシャフト本体の軸方向に沿って複数設けられたカムとを有するカムシャフトと、
   このカムシャフトを回転可能に支持している深溝玉軸受と、を備えたカムシャフト装置において、
   前記シャフト本体とは別体であって当該シャフト本体の端部に固定されている端部部材を更に備え、
   この端部部材は、前記深溝玉軸受の複数の玉が転動する凹周溝からなる内輪軌道溝が外周面に形成された被支持部を有し、この被支持部の外径は、前記シャフト本体の外径とほぼ同じ乃至当該外径よりも小さいことを特徴とするカムシャフト装置。
2. 前記端部部材は、前記シャフト本体の端部の中空部に圧入されて固定されている請求項１に記載のカムシャフト装置。
3. 前記カムは、前記シャフト本体の外周に圧入されて当該シャフト本体に固定され、
   前記シャフト本体の軸方向の途中部に、当該シャフト本体を回転可能に支持するためのニードル軸受が設けられ、
   前記ニードル軸受は、周方向に分割されることなく連続した軌道面を有している請求項１または２に記載のカムシャフト装置。

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