JP2010168948A - カムシャフト装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カムシャフトの撓み等による軸心の傾き等を吸収し、振動の発生等を防止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】本発明は、支持孔２１ｃを有するハウジング１２と、支持孔２１ｃに嵌合されるニードル軸受１４と、このニードル軸受１４によって回転自在に支持されるカムシャフト１１とを備えているカムシャフト装置１０である。ハウジング１２の支持孔２１ｃの内周面は、凹状の球面状に形成され、ニードル軸受１４の外輪１４ｂの外周面は、凸状の球面状に形成され、支持孔２１ｃに対してニードル軸受１４の外輪１４ｂが揺動可能に嵌合される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、カムシャフト装置に関する。

自動車等に使用されるエンジンには、吸排気用のバルブを開閉動作させるためのカムシャフトが設けられている。例えばＤＯＨＣ型エンジンのカムシャフトは、シリンダヘッドに形成された支持孔に嵌合された軸受によって回転自在に支持されている。
従来、カムシャフトを支持する軸受として、滑り軸受を用いたもの（例えば特許文献１参照）と、深溝玉軸受やニードル軸受等の転がり軸受を用いたもの（例えば特許文献２参照）とが知られている。

特開２０００−２８２８１１号公報 特開２００６−２２６１８４号公報

軸受を嵌合させる支持孔は、シリンダヘッドに設けられた半円弧状の凹部と、シリンダヘッドにボルト固定されるキャップに設けられた半円弧状の凹部とによって二つ割り構造とされている。しかし、シリンダヘッドにキャップをボルト固定することにより、２つの凹部を厳密に位置合わせして真円状とするには非常に高い組み立て精度が要求されるため、実質的に困難である。そのため、カムシャフトを支持する軸受として滑り軸受を用いる場合は、滑り軸受の外周面とシリンダヘッドの支持孔との間に僅かな隙間を形成し、支持孔内で滑り軸受が回転するように構成されている。

しかし、カムシャフトの撓み等によってカムシャフトの軸心が傾くと、滑り軸受がシリンダヘッドの支持孔内で片当たりし、早期に偏摩耗が生じるという不都合があった。このような偏摩耗は、振動の発生、回転トルクの増大、寿命低下等の原因となる。
また、カムシャフトは軸方向の複数箇所で軸受を介して支持されるが、各支持位置において、シリンダヘッドにキャップを固定するためのボルトの締め付け力がバラつくと、滑り軸受および支持孔にミスアライメントが発生し、これも振動発生等の原因となる。

一方、カムシャフトを支持する軸受として転がり軸受を用いたものは、シリンダヘッドにキャップ部材をボルトで締結することによって外輪が強固に固定される。そのため、カムシャフトの軸心が転がり軸受の許容傾き角以上に傾くと内外輪と転動体との接触圧が過大となり、これが回転トルクの増大や振動の発生等を招く。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、カムシャフトの撓み等による軸心の傾き等を吸収し、振動の発生等を防止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。

本発明は、支持孔を有するハウジングと、前記支持孔に嵌合される転がり軸受と、この転がり軸受によって回転自在に支持されるカムシャフトとを備えているカムシャフト装置であって、
前記支持孔の内周面が凹状の球面状に形成され、前記転がり軸受の外輪の外周面が、前記支持孔に対して揺動可能に嵌合する凸状の球面状に形成されていることを特徴としている。
この構成によれば、カムシャフトの撓み等によって生じた軸心の傾きは、外輪が支持孔に対して揺動することによって吸収され、振動の発生や回転トルクの増大、寿命低下等を防止することが可能となる。

前記転がり軸受は、玉軸受やころ軸受（円筒ころ軸受、ニードル軸受）とすることができる。ころ軸受の場合、玉軸受よりも許容可能なカムシャフトの傾き角が小さいため、本発明の構造が特に効果的である。

本発明のカムシャフト装置によれば、カムシャフトの軸心の傾きに起因する振動の発生等を防止することができる。

本発明の一実施の形態に係るカムシャフト装置の正面図（一部断面図）である。 図１に示されるカムシャフト装置のニードル軸受を示す断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 本発明に係るカムシャフト装置のニードル軸受の変形例を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係るカムシャフト装置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る。カムシャフト装置１０は、カムシャフト１１と、エンジンのシリンダヘッド（ハウジング）１２と、カムシャフト１１をシリンダヘッド１２に回転自在に支持する深溝玉軸受１３およびニードル軸受１４とを備えている。

カムシャフト１１は、直線状のシャフト本体１６と、このシャフト本体１６の軸方向に沿って設けられた複数のカム１７とを有している。シャフト本体１６は円筒状の外周面を有する直線状の部材であり、カム１７は、シャフト本体１６とは別体であって、シャフト本体１６の外周面に締め代をもって外嵌して固定されている。つまり、カム１７は、シャフト本体１６の外周面に圧入されて当該シャフト本体１６に固定されている。そのために、カム１７はその厚さ方向（軸方向）に貫通している貫通孔１７ａを有している。

シャフト本体１６には、合計８個のカム１７が取り付けられている。本実施形態のエンジンは４気筒であり、各気筒に対応するように２個のカム１７が設けられている。シャフト本体１６の一端部には、カムシャフト１１の回転動力を伝達するためのタイミングプーリ１８が固定されている。

シャフト本体１６の一端部に設けられた深溝玉軸受１３は、シャフト本体１６の外周面に嵌合された内輪１３ａと、この内輪１３ａの径方向外側に同心状に配置された外輪１３ｂと、内輪１３ａ及び外輪１３ｂの間に配置された転動体としての複数の玉１３ｃとを備えている。そして、深溝玉軸受１３は、シリンダヘッド１２の軸受装着部２０ａと、これにボルト固定されるキャップ２０ｂとの間に形成された支持孔２０ｃ内に嵌合されている。この深溝玉軸受１３は、カムシャフト１１に作用するラジアル方向の荷重を支持するとともに、アキシアル荷重をも支持することができる。なお、内輪１３ａは、環状体であり、シャフト本体１６の外周面に締め代をもって圧入・固定されている。

ニードル軸受１４は、各気筒に対応する２個のカム１７の間に配置され、合計４個設けられている。ニードル軸受１４は、シリンダヘッド１２の軸受装着部２１ａと、これにボルトで固定されるキャップ２１ｂとの間に形成された支持孔２１ｃ内に装着されている。

図２は、シャフト本体１６に設けられたニードル軸受１４を拡大して示す断面図、図３は、図１のＡ−Ａ断面図である。ニードル軸受１４は、内輪１４ａと、この内輪１４ａの径方向外側に同心状に配置された外輪１４ｂと、内輪１４ａ及び外輪１４ｂの間に配置された転動体としてのニードル（針状ころ）１４ｃとを備えている。内輪１４ａは円環状に形成され、シャフト本体１６の外周面に締め代をもって圧入・固定されている。また、外輪１４ｂも円環状に形成され、シリンダヘッド１２の支持孔２１ｃに嵌合されている。支持孔２１ｃは、軸受装着部２１ａに形成された半円弧状の凹部と、キャップ２１ｂに形成された半円弧状の凹部とを組み合わせることによって構成されている。

ニードル軸受１４の外輪１４ｂの内周面には外輪軌道面１４ｂ１が形成され、内輪１４ａの外周面には内輪軌道面１４ａ１が形成され、これら外輪軌道面１４ｂ１と内輪軌道面１４ａ１上をニードル１４ｃが転動するように構成されている。外輪軌道面１４ｂ１の軸方向両側には径方向内方に突出する鍔部１４ｂ２が形成され、この鍔部１４ｂ２によってニードル１４ｃの軸方向の移動が規制されている。

外輪１４ｂの外周面１４ｂ３は、球面状の凸状曲面に形成されている。一方、シリンダヘッド１２の支持孔２１ｃの内周面は、外輪１４ｂの外周面１４ｂ３の凸状曲面にほぼ適合した球面状の凹状曲面に形成されている。そして、外輪１４ｂは、シリンダヘッド１２の支持孔２１ｃに対して揺動（摺動）可能に嵌合されている。支持孔２１ｃの内周面の曲率半径は、外輪１４ｂの外周面１４ｂ３の曲率半径よりもやや大きく、これによって外輪１４ｂが支持孔２１ｃの内周面上を円滑に揺動できるように構成されている。

上記のように構成されたカムシャフト装置１０は、深溝玉軸受１３およびニードル軸受１４によって、カムシャフト１１に作用するタイミングプーリ１８からの荷重およびカムへの荷重を支持することができ、かつ、カムシャフト１１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１６の撓み等によりニードル軸受１４内で許容できる傾斜角以上にカムシャフト１１の軸心が傾いた場合、外輪１４ｂが支持孔２１ｃ内で揺動することによってカムシャフト１１の傾きを吸収することができる。その結果、ニードル軸受１４内には過大な接触面圧が生じなくなり、振動の発生、回転トルクの増大、寿命低下等を防止することができる。

また、支持孔２１ｃの内周面を凹状の球面状に形成することによって、ニードル軸受１４の外輪１４ｂを直接的にシリンダヘッド１２の支持孔２１ｃに揺動可能に嵌合させることができる。したがって、例えば外輪１４ｂの外周面を別途設けられた調心輪に対して揺動可能に嵌合し、この調心輪を支持孔２１ｃに嵌合する場合に比べて、部品点数を少なくすることができるとともに、シリンダヘッド１２の径方向の寸法を小さくすることが可能となり、エンジンの大型化を抑制することができる。

また、カムシャフト１１を支持するための軸受として滑り軸受を用いた従来技術と比べて、キャップ２１ｂを固定するためのボルト２３の締め付け力に多少ばらつきが生じてもその影響は小さく、振動発生等の問題を生じることが少なくなる。したがって、ボルト２３の締め付け力のバラツキの許容範囲を大きくすることができる。

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を採用することができる。例えば、図４に示すように、ニードル軸受１４は、シャフト本体１６を内輪とし、シャフト本体１６の外周面上でニードル１４ｃを転動させる構成とすることができる。このような構成とすることによって、ニードル軸受１４の外径を小さくすることができ、当該ニードル軸受１４が取り付けられているシリンダヘッド１２の径方向寸法を小さくすることができる。また、本発明のカムシャフト装置は、ニードル軸受１４に代えて、円筒ころ軸受、深溝玉軸受等の他の転がり軸受を採用したものであってもよい。

深溝玉軸受１３は、シャフト本体１６の外周面上で玉を転動させるように構成してもよい。この場合、シャフト本体１６の外周面に凹円弧状の軌道面を形成し、この軌道面上で玉を転動させるようにすればいよい。
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適宜変更してもよい。

１０ カムシャフト装置
１１ カムシャフト
１２ シリンダヘッド（ハウジング）
１４ ニードル軸受
１４ｂ 外輪
２１ｃ 支持孔

Claims (2)

1. 支持孔を有するハウジングと、前記支持孔に嵌合される転がり軸受と、この転がり軸受によって回転自在に支持されるカムシャフトとを備えているカムシャフト装置であって、
   前記支持孔の内周面が凹状の球面状に形成され、前記転がり軸受の外輪の外周面が、前記支持孔に対して揺動可能に嵌合する凸状の球面状に形成されていることを特徴とするカムシャフト装置。
2. 前記転がり軸受がころ軸受である請求項１に記載のカムシャフト装置。

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