JP2013124775A - 軸及び軸受の配置構造、並びにそれに用いられる軸 - Google Patents

Abstract

【課題】軸及び軸受の配置構造を小型化された適正な重さを持つものにする。
【解決手段】複数の転動体７を有する少なくとも１つの転がり軸受５を軸２と軸受部４との間に配置し、この転がり軸受５に、転動体７と外輪８とを収容する少なくとも１つの転動体保持器６を設ける。転動体保持器６をキャリアリング９によって軸２に直接又は間接的に固定する一方、外輪８を軸受部４内に固定し、転動体保持器６が固定されたキャリアリング９の径を複数の機能的要素３ａの径よりも大きくする。キャリアリング９自体の径を複数の機能的要素３ａのうちの１つの最大径よりも小さくする。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の機能的要素を設けた軸と、この軸のトンネル式ラジアル軸受に対する少なくとも１つの軸受部（軸受ブロック）とを有する軸及び軸受の配置構造に関する。本発明はまた、そのような軸及び軸受の配置構造に用いる軸にも関する。

特許文献１は、少なくとも１つの転がり軸受によってシリンダヘッドハウジングに搭載される、自動車の内燃機関エンジンに用いるカムシャフトを開示している。また、前記カムシャフトを軸方向に支え、ボール軸受等の転がり軸受として形成された少なくとも１つのスラスト軸受も開示している。これにより、カムシャフトを特に円滑に支持することが可能になる。

特許文献２は、複数の転がり軸受を有するカムシャフトを開示している。これらの転がり軸受はそれぞれ、少なくとも１つの転がり軸受内輪と１つの転がり軸受外輪とを有する。転がり軸受外輪の外周には、自動車のシリンダヘッドの軸受ホルダ内に転がり軸受を固定するのに適した固定部材が設けられている。転がり軸受の設置については、内部の高圧力により変形可能なカムシャフトの配置の説明についても述べられている。

独国特許出願公開１０ ２００７ ０２４ ０９２号明細書 独国特許出願公開１０ ２０１０ ００５ ８７４号明細書

従来、複数のカムシャフトは、シリンダヘッドのトンネル式軸受、つまり密閉された軸受部（軸受ブロック）に設置される場合が多く、カムシャフトの支持を容易にするために、転がり軸受は通常各軸受ブロックに固定されていた。予め組み立てられたカムシャフトをそれぞれの軸受部に導入するために、対応する転がり軸受によってカムシャフトを後に軸受ブロックに設置するキャリアリングは、カムシャフト又は軸の外周上又は軸と一体的に形成された全ての機能的要素の最大径よりも常に大きくなければならなかった。万一カムの径がキャリアリングよりも大きければ、カムシャフトを各軸受ブロックに挿入することができない。しかし、上述のようにキャリアリングの直径が大きいということはこの領域に多くの材料が必要であるということであり、その結果、カムシャフトは比較的重いものとなった。さらに、カムシャフトを挿入するためにはかなりの空間が必要であった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、軸及び軸受の配置構造を小型化され、適正な重さを持つものにすることを目的とする。

本発明は、カムシャフト又はバランスシャフト等の軸を支持するための、従来は各軸受部（軸受ブロック）内に固定されていた転がり軸受を分割し、転がり軸受の転動体を収容する転動体保持器を軸上のキャリアリングに取り付け、１つの外輪のみを軸受部又はシリンダヘッド自体の中に固定するという前提に基づいている。固定された転動体保持器を有するキャリアリングの最大径は、カム又はバランスウェイト等の軸にねじ山をつけるように形成された複数の機能的要素の全ての最大径よりも大きく、それにより、キャリアリングの径が転動体保持器の径方向の厚さ分だけ小さくなり、キャリアリングを各軸受部（軸受ブロック）に嵌めることができる。

本発明によると、キャリアリング自体の径は、機能的要素のうちの１つの最大径よりも小さい。したがって、本発明による軸及び軸受の配置構造において、少なくとも隣接するカム等の機能的要素の最大径よりもわずかに小さい外径（外半径）を有するキャリアリングを軸に設けることが可能になり、キャリアリングとそれが設けられた転動体保持器の径は、カム等の機能的要素の最大径よりも大きい。そのため、転動体保持器の分だけ内径を広くすることができ、軸のキャリアリングに固定することができるので、対応する軸受部（軸受ブロック）に問題なく軸を挿入することができる。軸に配置されたキャリアリングの径を小さくするということは、それ自体の重さと、それによって軸又は軸及び軸受の配置構造全体の重さを軽くするということである。

本発明による解決法では、転がり軸受全体が軸受ブロック内に予め設けられているのではなく、一方は軸受ブロック内に固着されている外輪上に、他方は軸のキャリアリングに固定された転動体保持器上に分割されるという、当分野における以前の考え方と全く逆のことを意図している。このことは、キャリアリングがより小さくなり、それによって軸の重さも軽くなることを意味する。

便宜上、軸はカムシャフト又はバランスシャフトとして形成され、複数の機能的要素は複数のカム又はバランスウェイトとして形成される。包括的ではないが、列挙したものにおいても、本発明による軸及び軸受の配置構造を柔軟に適用できることを示しており、内燃機関エンジン内のカムシャフト又はバランスシャフトだけでなく、貫通孔が設けられた考えられうる全ての軸全般に用いることができる。

本発明による解決法のさらに有利な実施形態では、転動体保持器は複数の固定部材によってキャリアリングに固定される。固定部材は、キャリアリング又は転動体保持器の一部であり、後者の場合、固定部材は例えば単純な形状の屈曲可能なタブとして構成することができる。

転動体保持器がプラスチックで構成される場合、低コストで固定部材を射出成形することができる。固定部材が例えばキャリアリングの一部である場合、固定部材は、例えば対応する端部を圧着することによりキャリアリングを成形すること形成される。キャリアリング自体は、カムシャフトの筒又は軸全体に、例えば熱接合により通常は固定されるか、軸と一体的に形成される。又は、当然ながら、固定部材は熱接合により接続された軸等で圧縮されたそれぞれ別体の複数の固定リングとして形成されていてもよい。

固定部材はまた、例えば隣接するカムによってキャリアリング及び／又は転動体保持器を機能的要素に対して固定するそれぞれ別体の複数のスペーサーリングとして形成されてもよい。

上述のいずれの実施形態によっても、転動体保持器又はキャリアリングを少なくとも予め位置決めすることができ、例えば転動体保持器に配置した屈曲可能な横方向のタブにより最終的に固定することができる。そのような固定部材に加えて、キャリアリング上に周方向又はバランスウェイトの領域に形成した溝部を設け、対応する転動体保持器をキャリアリング又はバランスウェイトに形成したこの溝部に挿入し、それにより軸方向に固定してもよい。このようにして、溝部は実際の固定部材を構成する。

さらに重要な本発明の特徴及び有利な点は、従属請求項、図面及び該図面を用いた図の説明から明らかになるだろう。

上述された特徴及び以下でさらに説明される特徴は、説明された各組み合わせで使用できるだけでなく、本発明の範囲を超えることなしに、その他の組合せや若しくは単独でも使用できる。

従来の、貫通孔が設けられたカムシャフトを有する、軸及び軸受の配置構造を示す斜視図である。 本発明による軸及び軸受の配置構造を示す斜視図である。 本発明による軸及び軸受の配置構造のバランスシャフトとして形成された軸を一部切断した斜視図である。 バランスシャフトとして形成された、本発明に係る軸を示す斜視図である。 転動体保持器を設けた軸を示す図４相当図である。 転動体の外輪に転動体保持器を挿入する前における、バランスシャフトを有する本発明による軸及び軸受の配置構造を模式的に示し、（ａ）がVIａ−VIａ線断面図で、（ｂ）が正面図である。 対応する転がり軸受の外輪に転動体保持器を挿入する直前を模式的に示す図６相当図で、（ａ）がVIIａ−VIIａ線断面図で、（ｂ）が正面図である。 カムシャフトを有する場合を模式的に示す図６及び図７相当図で、（ａ）がVIIIａ−VIIIａ線断面図で、（ｂ）が正面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、本発明による軸及び軸受の配置構造の他の可能な実施形態をそれぞれ模式的に示す断面図である。

本発明の好ましい例示的な実施形態は、図示されると共に以下の説明においてさらに詳細に説明される。

図１によると、従来の軸及び軸受の配置構造１’は、ここでは複数のカム３’である複数の機能的要素３ａ’を設けた軸２’と、軸２’のトンネル式ラジアル軸受に対する少なくとも１つの軸受部（軸受ブロック）４’とを有する。軸２’と軸受ブロック４’との間には、ボール、ころ、又は針状ころ等の転動体７’を備える少なくとも１つの転がり軸受５’が設けられており、転がり軸受５’は、前記転動体７’を収容する少なくとも１つの転動体保持器（リテーナ）６’と外輪８’とを有する。ここで、「軸受部」とは、「軸受ブロック」と同じものを指す。転がり軸受５’全体、つまり転動体保持器６’と外輪８’との両方は、軸受ブロック４’内に配置されている。したがって、軸２’を軸受ブロック４’に挿入するためには、軸２’を軸受ブロック４’に衝突することなく挿入でき、かつキャリアリング９’を転動体７’に接触させて実際の軸受機能を実現できるように、カム３’の最大径を転がり軸受５’の内径よりも小さくする必要がある。そのため、軸受ブロック４’内の貫通孔がカム３’を衝突することなく押し込むのに十分な大きさに常になるように、キャリアリング９’の最大径は、各カム３の最大径よりも大きくしなければならない。しかし一般には、軸受手段は比較的大きなキャリアリング９’が必要で、ひいては多くの材料と、それに伴って比較的重い軸２’が必要である。

本発明によると、本発明に係る軸及び軸受の配置構造１において、転動体保持器６は軸受ブロック４内の外輪８に固定されておらず、軸２のキャリアリング９に別体として個別に設けられ、外輪８は、例えば熱接合（焼きばめ）又は圧縮によって軸受ブロック４に固定されている。一方、機能的要素３ａとそれを伴う軸とを衝突することなく軸受ブロック４に挿通するためには、転動体保持器６が固定されたキャリアリング９の径は、軸２の最大径でなければならず、特に隣接するカム３よりも大きくなければならない。したがって、本発明の軸及び軸受の配置構造１において、キャリアリング９の一部は転動体保持器６と置き換わり、その結果、キャリアリング９を小型化することができ、それによって全体として軽量化できる。従来例（例えば図１）による公知の軸及び軸受の配置構造１’と比較すると、本発明による軸及び軸受の配置構造１は、より小型化され軽量化されるとともに置換性も向上している。

軸２は、例えば特に図２及び図８に示すようなカムシャフト、又は例えば図３及び図７に示すようなバランスシャフトとして形成することができる。軸２は特に、埋め込みカムシャフト、鍛造カムシャフト、又は鋳造カムシャフトとして形成することができる。第１の場合、機能的要素３ａはカム３として形成されるのに対し、第２の場合は通常はバランスウェイト１０として形成される。図２、図６及び図７に示すように、軸受部４は通常密閉された軸受ブロックとして形成され、シリンダヘッド（図示せず）内で一体化され、それにより、軸２を横方向に挿入することにより設置される。

キャリアリング９は、例えば圧入又は焼きばめ等の熱接合により軸２に固定されている。キャリアリング９は、軸２と単一の部材又は単一の部品で構成されていてもよい。一方、転動体保持器６は、通常は固定部材１１によってキャリアリング９に固定されている。固定部材１１は、図２に示すように例えば、つまみ１２の形状に形成され、それを曲げることによってキャリアリング９に横方向に（長手方向側面に）固定される。

また、図９（ａ）に示すように、固定部材１１の機能を備えかつ転動体保持器６をキャリアリング９に固定する、横方向の複数のチップ部材１２ａを転動体保持器６に設けてもよい。

図９（ｂ）の場合、キャリアリング９の横方向に設けた圧着部１３によって転動体保持器６が横方向にも固定され、この場合、キャリアリング９は、転動体保持器６とそれに伴う転動体７とが配置された溝部１４を有する。したがって、前記横方向に設けた圧着部は溝部１４の端部を構成し、転動体保持器６が軸方向にずれるのを防ぐ。

図９（ｃ）は、本発明の手段のさらに別の実施形態を示す。この実施形態では、固定部材１１はそれぞれ別体の固定リング１５として形成され、各固定リング１５は軸２に固定して接続され、それにより転動体７と転動体保持器６との両方をキャリアリング９に固定する。これらは、例えば焼きばめにより固定される。

あるいは、固定リング１５、すなわち固定部材１１を図９（ｄ）に示すように、スペーサーリング１６として形成してもよい。この場合、転動体保持器６は、スペーサーリング１６によって、隣接するカム３等の機能的要素３ａに対して位置決めされて保持される。

図９（ａ）〜図９（ｄ）に共通して、軸２を各軸受ブロック４に挿入する際に、固定部材１１によって転動体保持器６を予め位置決めしたり固定したりする。

転動体保持器６を固定するための溝部１４は、例えば図３〜図５に示すように軸２に設けられてもよく、この場合、この溝部１４はバランスウェイト１０の領域内に配置される。

図３において、バランスウェイト１０の領域における転動体保持器６の前面の断面と、そこから斜め後方に見た図が示されている。また、図から明らかなように、転動体保持器６はバランスウェイト１０において溝部１４の深い位置まで設けられ、好ましくは、転動体７が溝部１４の径方向外側に現れ、それにより外輪８上で支持することができる程度に深い位置に設けられることが好ましい。

図８により詳細に示すように、キャリアリング９の最大径（直径）は、カム３等の機能的要素３ａの最大径よりも小さい一方、転動体保持器６を伴うキャリアリング９の最大径（直径）は、カム３の径よりも大きい。カム３の径は、転動体保持器６を伴う隣接するキャリアリング９の径よりも小さいので、ここではカムシャフトである軸２を、カム３に衝突することなく比較的容易に軸受ブロック４に挿入することができる。組立体は全体として非常に単純化され、キャリアリング９の径方向の寸法も小さくすることができるため、キャリアリング９を軽量化することができる。軸２を自動車の内燃機関エンジン等に用いる場合、上記の軽量化は長期的な燃費や大気放出量に効果的である。

本発明に係る軸及び軸受の配置構造１によると、軸２を軸受部又は軸受ブロック４に挿入するためには、少なくとも軸方向において対応するキャリアリング９に転動体保持器６を固定する必要があり、バランスシャフトとして形成された軸２において、キャリアリング９自体がバランスウェイト１０となることが可能である。

１ 軸及び軸受の配置構造
２ 軸
３ カム
３ａ 機能的要素
４ 軸受ブロック（軸受部）
５ 軸受
６ 転動体保持器
７ 転動体
８ 外輪
９ キャリアリング
１０ バランスウェイト
１１ 固定部材
１２ａ チップ部材
１３ 圧着部
１４ 溝部
１５ 固定リング
１６ スペーサーリング

Claims (11)

1. 複数の機能的要素（３ａ）を設けた軸（２）と、該軸（２）のトンネル式ラジアル軸受に対応する少なくとも１つの軸受部（４）を備える軸及び軸受の配置構造（１）であって、
   複数の転動体（７）を有する少なくとも１つの転がり軸受（５）が前記軸（２）と前記軸受部（４）との間に配置され、該転がり軸受（５）は、前記転動体（７）と外輪（８）とを収容する少なくとも１つの転動体保持器（６）を備え、
   前記転動体保持器（６）はキャリアリング（９）によって前記軸（２）に直接又は間接的に固定される一方、前記外輪（８）は前記軸受部（４）内に固定され、
   前記転動体保持器（６）が固定されたキャリアリング（９）の径は、前記複数の機能的要素（３ａ）の径よりも大きく、
   前記キャリアリング（９）自体の径は、前記複数の機能的要素（３ａ）のうちの１つの最大径よりも小さい
   ことを特徴とする軸及び軸受の配置構造。
2. 請求項１に記載の軸及び軸受の配置構造（１）において、
   前記軸（２）はカムシャフトとして形成され、
   前記複数の機能的要素（３ａ）は複数のカム（３）として形成される
   ことを特徴とする軸及び軸受の配置構造。
3. 請求項２に記載の軸及び軸受の配置構造（１）において、
   前記軸（２）は埋め込みカムシャフト、鍛造カムシャフト、又は鋳造カムシャフトとして形成される
   ことを特徴とする軸及び軸受の配置構造。
4. 請求項１に記載の軸及び軸受の配置構造（１）において、
   前記軸（２）はバランスシャフトとして形成され、
   前記複数の機能的要素（３ａ）は複数のバランスウェイト（１０）として形成される
   ことを特徴とする軸及び軸受の配置構造。
5. 請求項１乃至４のいずれか１つに記載の軸及び軸受の配置構造（１）において、
   前記軸受部（４）は、密閉された軸受ブロックとして形成される
   ことを特徴とする軸及び軸受の配置構造。
6. 請求項１乃至５のいずれか１つに記載の軸及び軸受の配置構造（１）において、
   前記外輪（８）は、熱接合により前記軸受部（４）内に固定される
   ことを特徴とする軸及び軸受の配置構造。
7. 請求項１乃至４のいずれか１つに記載の軸及び軸受の配置構造（１）において、
   前記キャリアリング（９）は、熱接合により前記軸（２）に固定され、又は、前記軸（２）と一体的に形成され、
   前記転動体保持器（６）は、複数の固定部材（１１）によって前記キャリアリング（９）に固定される
   ことを特徴とする軸及び軸受の配置構造。
8. 請求項７に記載の軸及び軸受の配置構造（１）において、
   前記複数の固定部材（１１）は、前記キャリアリング（９）又は前記転動体保持器（６）の一部であり、
   前記複数の固定部材（１１）は、前記軸（２）で圧縮されるか熱接合により接続されるそれぞれ別体の複数の固定リング（１５）として形成され、
   前記複数の固定部材（１１）は、前記転動体保持器（６）を前記キャリアリング（９）に固定する、それぞれ別体の複数のスペーサーリング（１６）として形成される
   ことを特徴とする軸及び軸受の配置構造。
9. 請求項１乃至８のいずれか１つに記載の軸及び軸受の配置構造（１）において、
   前記転動体（７）は、複数の針状ころ、ころ、又はボールとして形成される
   ことを特徴とする軸及び軸受の配置構造。
10. 請求項４乃至９のいずれか１つに記載の軸及び軸受の配置構造（１）において、
    前記転動体保持器（６）は、前記キャリアリング（９）又は前記バランスウェイト（１０）に設けられた溝部（１４）に挿入されることにより固定される
    ことを特徴とする軸及び軸受の配置構造。
11. 請求項１乃至１０のいずれか１つに記載の軸及び軸受の配置構造に用いられるカムシャフト又はバランスシャフトよりなる
    ことを特徴とする軸。

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