JP2010261507A - 偏心シャフトの軸受構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ニードルベアリングの複数のニードルにおける摩耗量を緩和することができ、ニードルベアリングの耐久性を向上させることができる偏心シャフトの軸受構造を提供すること。
【解決手段】偏心シャフト３の軸受構造は、シャフト部３１の軸心に対してアンバランスマス３２を偏心して設けた偏心シャフト３を、アンバランスマス３２に対する軸方向両側においてニードルベアリング４を介して軸受２１に支持した構造である。ニードルベアリング４における複数のニードル４１のすべては、アンバランスマス３２の配置側に位置する軸方向部位に、先端部が最も細くなるクラウニング形状にしたクラウニング部４１１を有し、残りの軸方向部位に、軸方向に平行な直線形状にした直線部４１２を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、偏心シャフトを軸方向両側においてニードルベアリングを介して軸受に支持した構造に関する。

例えば、自動車等の内燃機関においては、燃費向上のための低フリクション化対策として、バランスシャフトの軸受において、従来使用されてきたプレーンメタルに替えて、ニードルベアリングを用いることが行われている。内燃機関のバランサ機構としては、例えば、特許文献１に開示されたものがある。
なお、特許文献２のトロイダル型無段変速機においては、パワーローラとトラニオンとのスラスト受け止め面間に配置したニードルベアリング素子の端部にクラウニングを形成することが開示されている。これにより、ニードルベアリング素子への偏荷重を小さくすることが開示されている。

特開２０００−１０４７８９号公報 特開２００５−２１４２７９号公報

ところで、従来のプレーンメタルを使用する際の軸受の焼付き防止対策として一般的であった潤滑油による強制潤滑は、ニードルベアリングを使用する際には、フリクションの増加となってしまう。そのため、ニードルベアリングを使用する際には、極少量の潤滑油を供給するか、潤滑油を供給しないで用いることが一般的である。

しかしながら、バランスシャフトの高回転時において、アンバランスマスが設けられている軸方向部分に大きな遠心力が発生し、バランスシャフト自体が若干弧状にたわむと考えられる。このとき、ニードルベアリングにおけるニードルは、アンバランスマスに近い部分における面圧が、バランスシャフトの変形を受けて局所的に大きくなり、この部分の摩耗が著しくなるおそれがある。そのため、ニードルベアリングのサイズを大きくするなどの必要が生じ、大型化、コストアップ等が避けられなかった。
なお、特許文献２においては、トラクション力によりパワーローラが回転モーメントを受ける際のニードルベアリング素子への偏荷重を小さくすることを目的としており、バランスシャフト等の偏心シャフトが弧状にたわむ際の対策については何ら開示されていない。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、ニードルベアリングの複数のニードルにおける摩耗量を緩和することができ、ニードルベアリングの耐久性を向上させることができる偏心シャフトの軸受構造を提供しようとするものである。

本発明は、シャフト部の軸心に対してアンバランスマスを偏心して設けた偏心シャフトを、上記アンバランスマスに対する軸方向両側においてニードルベアリングを介して軸受に支持した構造において、
上記ニードルベアリングにおける複数のニードルのすべては、上記アンバランスマスの配置側に位置する軸方向部位に、先端部が最も細くなるクラウニング形状にしたクラウニング部を有し、残りの軸方向部位に、軸方向に平行な直線形状にした直線部を有していることを特徴とする偏心シャフトの軸受構造にある（請求項１）。

本発明の偏心シャフトの軸受構造においては、ニードルベアリングにおける複数のニードルのすべては、アンバランスマスの配置側に位置する軸方向部位にクラウニング部を有し、残りの軸方向部位に直線部を有している。そして、偏心シャフトがニードルベアリングを介して軸受に対して低速で回転する際に、偏心シャフトのたわみが小さいときには、偏心シャフトによる遠心力をニードルベアリングにおける各ニードルの直線部によって受けることができる。一方、偏心シャフトがニードルベアリングを介して軸受に対して高速で回転する際に、偏心シャフトのたわみが大きくなったときには、偏心シャフトによる遠心力をニードルベアリングにおける各ニードルのクラウニング部によって受けることができる。

また、クラウニング部は、直線部との間に局所的な形状変化部位を有さず、直線部から連続する曲線状の外周面を形成している。そのため、偏心シャフトの回転速度の連続的な変化に対応して、偏心シャフトに生ずる遠心力を、直線部とクラウニング部とによって連続的に受けることができる。
このように、本発明においては、偏心シャフトの回転速度の全域において、偏心シャフトによる遠心力を、ニードルベアリングにおける複数のニードルによって安定して受けることができる。そして、ニードルにおいてアンバランスマスに近い軸方向部位が局所的に摩耗することを防止することができる。

それ故、本発明の偏心シャフトの軸受構造によれば、ニードルベアリングの複数のニードルにおける摩耗量を緩和することができ、ニードルベアリングの耐久性を向上させることができる。

実施例における、偏心シャフトの軸受構造を示す断面説明図。 実施例における、ニードルバルブにおけるニードルを拡大して示す説明図。 実施例における、バランスシャフト機構をクランクシャフトの軸方向から見た状態で示す説明図。 実施例における、バランスシャフト機構をクランクシャフトの側方から見た状態で示す説明図。

上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明において、上記ニードルベアリングは、複数のニードル（円柱ころ）を円周状に並ぶ状態で保持器によって保持してなるものとすることができる。また、ニードルベアリングは、複数のニードルをシェル（外輪）によって外周側から覆って保持するものとすることもでき、保持器及びシェルを用いて複数のニードルを保持するものとすることもできる。
また、上記偏心シャフトは、レシプロエンジンに用いるバランスシャフトとすることができる。また、偏心シャフトは、バランスシャフト以外にも、アンバランスマスにより意図的に振動を発生させる用途等に用いることもできる。

また、上記クラウニング部の軸方向長さは、上記直線部の軸方向長さ以上とすることが好ましい（請求項２）。
この場合には、偏心シャフトの回転速度の増加（減少）に伴って増加（減少）する偏心シャフトのたわみ量の変化に対応して、偏心シャフトの遠心力をクラウニング部によって連続的に受けることが容易になる。

以下に、本発明の偏心シャフトの軸受構造にかかる実施例につき、図面を参照して説明する。
本例の偏心シャフト３の軸受構造は、図１に示すごとく、シャフト部３１の軸心に対してアンバランスマス３２を偏心して設けた偏心シャフト３を、アンバランスマス３２に対する軸方向両側においてニードルベアリング４を介して軸受２１に支持した構造である。ニードルベアリング４における複数のニードル４１のすべては、アンバランスマス３２の配置側に位置する軸方向部位に、先端部４１３が最も細くなるクラウニング形状にしたクラウニング部４１１を有し、残りの軸方向部位に、軸方向に平行な直線形状にした直線部４１２を有している。

以下に、本例の偏心シャフト３の軸受構造につき、図１〜図４を参照して詳説する。
図３、図４に示すごとく、本例の偏心シャフト３の軸受構造は、レシプロエンジン１０に用いるバランスシャフト３に採用している。バランスシャフト３は、レシプロエンジン１０のクランクシャフト１１に対して、一対に配置し、ギヤ１２、３５、３３等を介してレシプロエンジン１０のクランクシャフト１１の回転を受けて従動回転させ、レシプロエンジン１０における二次振動の発生を低減させるために用いる。
図１、図２に示すごとく、本例の軸受２１は、エンジン１０におけるハウジング２に設けてあり、本例のニードルベアリング４は、複数のニードル４１をシェル（外輪）４２によって外周側から覆う状態で保持してなる。ニードルベアリング４のシェル４２は、軸受２１に設けた軸穴２１１に圧入してある。

アンバランスマス３２に対する軸方向両側に配置した一対のニードルベアリング４においては、いずれもアンバランスマス３２の配置側に複数のニードル４１のクラウニング部４１１が位置している。
図２に、本例のニードルベアリング４におけるニードル４１を拡大して示す。
本例のクラウニング部４１１の軸方向長さＬ１は、直線部４１２の軸方向長さＬ２以上になっている。具体的には、ニードル４１の軸方向全長をＬとしたとき、クラウニング部４１１は、０．５〜０．９Ｌの軸方向長さＬ１で形成してある。クラウニング部４１１の先端部４１３の半径は、直線部４１２の半径に対して１〜１０μｍ小さくしてある。また、クラウニング部４１１と直線部４１２との境界部分には、段差が形成されておらず、クラウニング部４１１と直線部４１２との間は連続的に変化した形状を有している。なお、クラウニング部４１１を形成する際には、直線部４１２との境界部分に意図的にＲ形状（円弧形状）を形成して、段差ができないようにすることもできる。

図１に示すごとく、バランスシャフト機構１は、レシプロエンジン１０のクランクシャフト１１の回転を受けて従動回転する一対のバランスシャフト（偏心シャフト）３をハウジング２に対して回転可能に支持してなる。バランスシャフト３の両端部には、シャフト部３１が位置し、シャフト部３１がニードルベアリング４を介して軸受２１によって軸支されている。シャフト部３１の中間部分には、偏心荷重を形成するアンバランスマス３２と、互いに噛合して回転するギヤ３３とが設けてある。

図４に示すごとく、本例のレシプロエンジン１０は、直列４気筒のレシプロエンジンであり、２つのピストン１３が上死点Ｕに位置するときに、残りの２つのピストン１３が下死点Ｌに位置するよう構成されている。また、各ピストン１３は、クランクシャフト１１に設けられたクランクアーム１１１に、コンロッド１４を介して接続されている。また、クランクアーム１１１には、コンロッド１４を接続した側と反対側にカウンターウェイト１１２が形成されている。

また、図３に示すごとく、一方のバランスシャフト３Ａは、ドライブギヤ１２に噛合するドリブンギヤ３５、アンバランスマス３２及びギヤ３３を有しており、他方のバランスシャフト３Ｂは、アンバランスマス３２及びギヤ３３を有している。また、ハウジング２は、エンジン１０のシリンダブロック５に取り付けられている。
本例のドライブギヤ１２及びドリブンギヤ３５は、クランクシャフト１１において、４つのピストン１３のうち最も外側に位置するピストン１３とその内側に位置するピストン１３との間に対応する位置に設けてある。

また、ドリブンギヤ３５の基準ピッチ円直径及び歯数は、ドライブギヤ１２の基準ピッチ円直径及び歯数の半分になっている。また、一対のバランスシャフト３のギヤ３３は、基準ピッチ円直径及び歯数が互いに同じになっている。そして、クランクシャフト１１が１回転すると、ドリブンギヤ３５及び一対の偏心シャフト３のギヤ３３が２回転するようになっている。

本例のバランスシャフト３の軸受構造においては、ニードルベアリング４における複数のニードル４１のすべては、アンバランスマス３２の配置側に位置する軸方向部位にクラウニング部４１１を有し、残りの軸方向部位に直線部４１２を有している。そして、バランスシャフト３がニードルベアリング４を介して軸受２１に対して低速で回転する際に、バランスシャフト３のたわみが小さいときには、バランスシャフト３による遠心力をニードルベアリング４における各ニードル４１の直線部４１２によって受けることができる。一方、バランスシャフト３がニードルベアリング４を介して軸受２１に対して高速で回転する際に、バランスシャフト３のたわみが大きくなったときには、バランスシャフト３による遠心力をニードルベアリング４における各ニードル４１のクラウニング部４１１によって受けることができる。

また、クラウニング部４１１は、直線部４１２との間に局所的な形状変化部位を有さず、直線部４１２から連続する曲線状の外周面を形成している。そのため、バランスシャフト３の回転速度の連続的な変化に対応して、バランスシャフト３に生ずる遠心力を、直線部４１２とクラウニング部４１１とによって連続的に受けることができる。
このように、本例においては、バランスシャフト３の回転速度の全域において、バランスシャフト３による遠心力を、ニードルベアリング４における複数のニードル４１によって安定して受けることができる。そして、ニードル４１においてアンバランスマス３２に近い軸方向部位が局所的に摩耗することを防止することができる。

それ故、本例のバランスシャフト（偏心シャフト）３の軸受構造によれば、ニードルベアリング４の複数のニードル４１における摩耗量を緩和することができ、ニードルベアリング４の耐久性を向上させることができる。

１ バランスシャフト機構
１０ レシプロエンジン
２ ハウジング
２１ 軸受
３ 偏心シャフト（バランスシャフト）
３１ シャフト部
３２ アンバランスマス
３３ ギヤ
４ ニードルベアリング
４１ ニードル
４１１ クラウニング部
４１２ 直線部

Claims (2)

1. シャフト部の軸心に対してアンバランスマスを偏心して設けた偏心シャフトを、上記アンバランスマスに対する軸方向両側においてニードルベアリングを介して軸受に支持した構造において、
   上記ニードルベアリングにおける複数のニードルのすべては、上記アンバランスマスの配置側に位置する軸方向部位に、先端部が最も細くなるクラウニング形状にしたクラウニング部を有し、残りの軸方向部位に、軸方向に平行な直線形状にした直線部を有していることを特徴とする偏心シャフトの軸受構造。
2. 請求項１において、上記クラウニング部の軸方向長さは、上記直線部の軸方向長さ以上であることを特徴とする偏心シャフトの軸受構造。

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