JP2014114957A - 軸受機構 - Google Patents

Abstract

【課題】安価で且つ滑らかに動作する、カムシャフトに適する滑り軸受を提供する。
【解決手段】軸受機構（１）は、ポリマー被膜（４）を有する滑り軸受（３）を少なくとも１つ備えている。軸受機構（１）は、カムシャフト（２）を支持している。カムシャフト（２）には、ポリマー被膜（４）が設けられている。あるいは、軸受リング（５）には、ポリマー被膜（４）が設けられ、軸受リング（５）又は軸受リング（５）を収容するシリンダヘッド（７）には、油を回収するための油受け部（６）が設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、軸受機構に関し、特に、ポリマー被膜を有する滑り軸受を少なくとも１つ備えた軸受機構に係るものである。

特許文献１には、一般的な軸受機構、特にクランクシャフトを支持するための軸受機構が開示されている。特許文献１では、ポリマー被膜によって、クランクシャフトの支持が容易になり、それによりエネルギーが節約されること、及び、軸受機構を総合的により費用効果の高いものにできることが示されている。

国際公開第２０１０／０６６３９６号

本発明は、一般的な軸受機構を、さらに他のエンジン内のシャフトを支持するのに最適なものとすることを目的とする。

この目的は、本発明によれば独立請求項に係る主旨によって達成される。また、有利な実施形態は、従属請求項に示されている。

本発明は、それぞれが合成樹脂の軸受（特に、ポリマー被膜）を有する複数の滑り軸受を、内燃機関においてカムシャフトを支持するために使用するという考えに基づいている。また、滑り軸受がポリマー被膜を有する代わりに、ポリマー被膜がカムシャフトに直接設けられていてもよく、又は、ポリマー被膜が軸受リングに設けられ、カムシャフトを潤滑するための油を回収する集油部としての油受け部が当該軸受リングもしくは軸受リングを収容するシリンダヘッドに設けられていてもよい。本発明に係る、合成樹脂で被覆された軸受部を有するカムシャフトの滑り軸受によると、特に低粘度の油を使用すること、及び、例えば、支持部に直接給油せずに、噴霧された油を潤滑に使用することが可能となる。その結果、例えば、従来から設けられている比較的複雑な給油路を省略することができる。これらにより、より低出力の油ポンプを使用することが可能となり、このため、より費用効果が高くなる。同時に、取付けスペースをより小さくすることができ、このことは、自動車においてかつてないほどに縮小しているエンジン室に関して特に有益である。そのような合成樹脂が設けられたカムシャフトのさらに大きな利点は、いわゆるストップ／スタート方式の使用において見ることができる。このストップ／スタート方式は、燃料やエネルギーを節約できるように、既に多くの現代の自動車に装備されている。摩擦を低減することや、より低出力の油ポンプを使用することによりＣＯ_２排出量を減らすこともでき、このことが、ひいては環境にとって大きな利点となる。

本発明の有利な実施形態では、ポリマー被膜はカムシャフトに直接設けられ、また、シリンダヘッドに給油路が形成されている。この給油路は、カムシャフトに設けられたポリマー被膜と滑り接触している支持部に開口している。この実施形態では、以前から必須であった給油路が設けられているが、それでも従来の滑り軸受に比べるとカムシャフトの摩擦を大幅に低減することができる。転がり軸受だけが同じように低摩擦特性を有しているが、それらは製造のために非常に費用がかかる。

本発明の別の有利な実施形態では、ポリマー被膜は軸受リングに設けられている。この軸受リングは、そのシリンダヘッド側の面に、少なくとも１つの位置決め部、例えば、ビード形状のものを有している。この位置決め部は、シリンダヘッドに形成された凹部に係合することで、特に軸方向において、シリンダヘッドに対して軸受リングを位置決めする。本発明に係る軸受機構のこのような実施形態では、軸受機構及びカムシャフトを、シリンダヘッドに対してより容易に且つより正確に取り付けることができる。また、このような位置決め部及び凹部により、ポカヨケシステム（ｐｏｋａ−ｙｏｋｅ ｓｙｓｔｅｍ）を実現することができる。このポカヨケシステムによると、軸受機構又はカムシャフトの誤った取付けが完全に除外される。ポリマー被膜は、好ましくは、油膜形成又は油搬送のための構造を有している。そのような油膜形成又は油搬送のための構造により、支持部、すなわちポリマー被膜と、カムシャフト又はシリンダヘッドとの間の中間部分の安定した潤滑がなされる。軸受機構におけるカムシャフトの摩擦は、そのような油膜形成構造によって大幅に低減され、これにより、ひいてはＣＯ_２排出量の減少がもたらされる。当該構造は、例えば、溝又は似たような窪みとして形成されていてもよい。

本発明の別の有利な実施形態では、ポリマー被膜は、ポリイミド、アクリレート又はエポキシ樹脂を含んでいる。なお、ポリマー被膜に含まれる合成樹脂はこれらに限定されるものではなく、カムシャフト及び軸受の領域で生じる熱に耐えられ、且つ耐油性を有していれば、その他の合成樹脂であってもよい。例えば、ポリイミドは高性能の合成樹脂であり、その最も重要な構造的特徴はイミド基である。ポリイミドの最も重要な特性は、例えば、その耐熱性や耐化学性であり、これらのためにポリイミドは本発明に係る軸受機構におけるポリマー被膜への使用に特に適している。また、エポキシ樹脂は、高い強度及び耐化学性を有する熱硬化性樹脂が得られる方法（反応過程及び適切な硬化剤の添加に依存する）で、異なるポリマーを混合することによって形成される。

本発明の別の有利な実施形態では、ポリマー被膜は、金属粒子及びポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の少なくとも一方を、質量パーセント濃度で１〜１５％含んでいる。そのような粒子、例えばＰＴＦＥ粒子を加えることで、ポリマー被膜の耐化学性をさらに高めることができる。これは、特にＰＴＦＥが反応性の高い化学物質に対して高い耐化学性を有していることによる。さらに、ＰＴＦＥは、その静摩擦が動摩擦と一致するという大きな利点を有しており、このため、静止状態から動作状態への移行を、急な動きを伴うことなく行うことができる。このことは、ストップ／スタート方式を備える自動車において特に大きな利点となる。もちろん、ポリマー被膜を全てＰＴＦＥで形成することも考えられる。

本発明に係る別の重要な特徴や利点は、従属請求項、図面、及び図面を用いた説明から知ることができる。

上述した特徴や以下で説明する特徴の組合せは、具体的に示すものに限られるものではなく、その他の任意の態様で各特徴を組み合わせたものも本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでもない。

図１は、本発明に係る軸受機構の実施形態を示す概略図である。 図２は、本発明に係る軸受機構の別の実施形態を示す概略図である。 図３は、本発明に係る軸受リングを側面から見た概略図である。 図４は、本発明に係る軸受機構のさらに別の実施形態を示す概略図である。 図５は、本発明に係る軸受機構のさらに別の実施形態を示す概略図である。

本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図中において、同一の又は類似する構成要素には同じ符号を付している。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

図１、図２、図４及び図５に示すように、本発明に係る軸受機構１は、少なくとも１つの滑り軸受３を有している。この滑り軸受３は、ポリマー被膜４を有している。本発明によると、ポリマー被膜４は、図１に例として示すように、カムシャフト２に直接設けられているか、あるいは、図２〜図４に示すように、軸受リング５の内部に設けられている。軸受リング５には、油を回収するための油受け部６が設けられている。なお、図４に示すように、油受け部６はシリンダヘッド７に設けられていてもよい。油受け部６によって、噴霧された油が回収される。このため、そのような油受け部６がある場合、別個の比較的複雑な油供給手段、例えば給油路８（図１を参照）によるものを省略することができる。

カムシャフト２の摩擦は、滑り軸受３にポリマー被膜４が設けられていることにより、大幅に低減される。その結果、当該滑り軸受３を備える内燃機関９は、燃費が向上すると共にＣＯ_２排出量が減少する。加えて、本発明に係る軸受機構１では、より低粘度の油を使用することができると共に、上述したように、別個の油供給手段を完全に省略することができる。その結果、油ポンプをより低出力のものとして設計することが可能となる。さらには、より低い油圧やより低い油ポンプの定格により、エネルギーが節約されると共にＣＯ_２排出量が低減される。ポリマー被膜４に使用する合成樹脂次第で、カムシャフト２が静止状態から回転し始めるのをより容易にすることもでき、このことは、とりわけ、いわゆるストップ／スタート方式を備える現代の自動車において極めて有益である。

図１に示すように、給油路８は、シリンダヘッド７の内部に設けられていて、支持部１０に開口している。この支持部１０は、カムシャフト２に設けられたポリマー被膜４と滑り接触している。図１に示す実施形態では、軸受機構１における支持部１０への直接の給油が依然として行われる。

図２〜図５に示す別の実施形態では、ポリマー被膜４は軸受リング５に設けられている。この軸受リング５は、一般に、板金部材で形成することが可能である。この場合、軸受の内径がカム１１の孔径よりも大きいならば、あらかじめ取り付けた軸受リング５の閉じた軸受孔に、カムシャフト２を挿入することができる。カムシャフト２に噴霧された油は、油受け部６（図２及び図３を参照）によって回収され、その後、滑り軸受３の潤滑に連続的に使用される。油受け部６を軸受リング５に形成する代わりに、図４に示すように、シリンダヘッド７に油受け部６を直接形成してもよい。このことは、分割された軸受フレームが使用される場合にのみ適用可能である。

図５は、別の実施形態を示している。この実施形態では、カムシャフト２のうち滑り軸受３に対応する部分の直径が拡大されており、これにより膨出軸受部１５が形成されている。その結果、滑り軸受３のうち直接摺動する部分が油受け部６の近くに配置され、これにより極めて優れた給油が可能となる。この実施形態では、分割された軸受フレームのみが使用可能である。カムシャフト２へのカム１１の取付けを改善するために、カム１１の結合部を、カムシャフト２の側面に同じく膨出するように形成することも考えられる。この場合、カム１１の孔径は支持部１０の内径と少なくとも同等以上になる。

図３に示すように、ポリマー被膜４は構造１２、特に溝又は窪みの形をした構造１２を有しており、その結果、ポリマー被膜４を介した連続的な潤滑や油膜形成がなされる。カムシャフト２の摩擦は、構造１２による流体力学的な潤滑膜の形成によりさらに大幅に低減される。

図２及び図３に示すように、軸受リング５は、そのシリンダヘッド７側の面に、少なくとも１つの位置決め部１３を有している。この位置決め部１３は、シリンダヘッド７に形成された凹部１４に係合することで、シリンダヘッド７に対して軸受リング５を位置決めする。位置決め部１３は、例えば、軸受リング５に一体に形成されたビード形状のものであってもよい。位置決め部１３は、特に、シリンダヘッド７に対する軸方向の固定に役立つ。

多種多様な合成樹脂、例えば、ポリイミド、アクリレート、ポリテトラフルオロエチレン又はエポキシ樹脂が、ポリマー被膜４の材料として使用可能である。例えば、ポリイミドは、高い耐熱性及び耐化学性を有している。耐化学性は、とりわけ、油を交換するまでのインターバルが長いときに、アルコールや不純物が添加された代替燃料に関して非常に重要である。ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）は、似たような特性を有していることに加え、静摩擦が動摩擦と等しいという大きな利点を有し、これにより、カムシャフト２の始動がより容易になる。ポリマー被膜４は、さらに、金属粒子及びＰＴＦＥ粒子の少なくとも一方を、質量パーセント濃度で１〜１５％含んでいてもよい。実験では、そのような粒子（例えば、アルミニウムの薄片やセラミックス粒子）を添加することにより耐摩耗性が向上することが確認されている。さらに、そのような粒子の添加により、軸受付近の熱放散を高めることができる。

本発明に係る軸受機構１は、安価で生産性に優れるだけでなく、従来の滑り軸受に比べて摩擦性能が大幅に改善されている。転がり軸受だけが同じように優れた特性を有しているが、それらは製造のために非常に費用がかかる。

１ 軸受機構
２ カムシャフト
３ 滑り軸受
４ ポリマー被膜
５ 軸受リング
６ 油受け部
７ シリンダヘッド
８ 給油路
９ 内燃機関
１０ 支持部
１２ 構造
１３ 位置決め部
１４ 凹部
１５ 膨出軸受部

Claims (9)

1. ポリマー被膜（４）を有する滑り軸受（３）を少なくとも１つ備えた軸受機構（１）であって、
   前記軸受機構（１）は、カムシャフト（２）を支持しており、
   前記ポリマー被膜（４）は、前記カムシャフト（２）又は軸受リング（５）に設けられ、
   前記軸受リング（５）に前記ポリマー被膜（４）が設けられている場合には、該軸受リング（５）又は該軸受リング（５）を収容するシリンダヘッド（７）に、油を回収するための油受け部（６）が設けられていることを特徴とする軸受機構。
2. 請求項１において、
   前記シリンダヘッド（７）には、前記ポリマー被膜（４）と滑り接触している支持部（１０）に開口する給油路（８）が設けられていることを特徴とする軸受機構。
3. 請求項１において、
   前記軸受リング（５）における前記シリンダヘッド（７）側の面には、該シリンダヘッド（７）に形成された凹部（１４）に係合することで、該シリンダヘッド（７）に対して該軸受リング（５）を位置決めする位置決め部（１３）が少なくとも１つ設けられていることを特徴とする軸受機構。
4. 請求項１又は３において、
   前記軸受リング（５）は、板金部材で形成されていることを特徴とする軸受機構。
5. 請求項１乃至４のうち何れか１つにおいて、
   前記ポリマー被膜（４）は、油膜形成及び油搬送のための構造（１２）を有していることを特徴とする軸受機構。
6. 請求項１乃至５のうち何れか１つにおいて、
   前記ポリマー被膜（４）は、ポリイミド、アクリレート、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）又はエポキシ樹脂を含んでいることを特徴とする軸受機構。
7. 請求項６において、
   前記ポリマー被膜（４）は、金属粒子及びポリテトラフルオロエチレン粒子の少なくとも一方を、質量パーセント濃度で１〜１５％含んでいることを特徴とする軸受機構。
8. 請求項１乃至７のうち何れか１つにおいて、
   前記カムシャフト（２）には、前記ポリマー被膜（４）を有する少なくとも１つの前記滑り軸受（３）に対応して直径が拡大された膨出軸受部（１５）が設けられていることを特徴とする軸受機構。
9. 請求項１乃至８のうち何れか１つに記載の軸受機構（１）を備える内燃機関（９）。

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