JP2014214749A - 軸受フレーム又はシリンダヘッドカバー、軸受フレーム又はシリンダヘッドカバーを備えた内燃機関、及び軸受フレーム又はシリンダヘッドカバーに対するカムシャフトの取付方法 - Google Patents

Abstract

【課題】個別に且つ高品質に製造したカムシャフトを、予め組み立てられた状態で個々の軸受フレーム又は個々のシリンダヘッドカバーに挿し通して取り付ける。
【解決手段】カムシャフト３は、軸受チャンネル５に沿って配設される、少なくとも２つの軸受開口部６に挿し通されて取り付けられ、カムシャフト３には、少なくとも２つのラジアル軸受７が配置されると共に、この少なくとも２つのラジアル軸受７は、それぞれ軸受金８を有し、少なくとも２つのラジアル軸受７における軸受金８は、それぞれ異なる外径ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４を有すると共に、外径ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４は、それぞれ軸受開口部６の内径に対し相補的になるよう形成され、軸受開口部６の内径は、軸受フレーム２又はシリンダヘッドカバー４におけるカムシャフト３の組立方向９の先端に向かって順次縮径していく。
【選択図】図１

Description

本発明は、１つ以上のカムシャフトが取り付けられる、内燃機関用の軸受フレーム又はシリンダヘッドカバーに関する。本発明は、そうした軸受フレーム又はシリンダヘッドカバーを備えた内燃機関にも関する。

密閉された軸受フレーム又はシリンダヘッドカバーを用いることで、費用対効果に優れた方法でそれらを組み立てることができるという点で、大きな利点がもたらされる。その上、それらは、比較的堅固で軽いため、特に、自動車のために利用するにあたっては、決定的に有利なものとなる。しかしながら、そうした、密閉された軸受フレーム又はシリンダヘッドカバーの内部にてカムシャフトを組み立てるためには、個々の部品（例えばカム）を、それぞれの結合位置に保持した後に、カムシャフトの軸部（カムシャフトチューブ）を挿入する必要がある。そうした工程は複雑であり、組立ミスを生じやすい。よって、所定の状況下では、不良率が高くなり得るが、もちろん、こうした事態は避けねばならない。前記のような工程に代えて、カムシャフトを独立して組み立てること、すなわち、軸部に対しカム及び機能部品を予め独立して結合しておくことも考え得る。そうすることで、不良率を著しく低減することができる。

しかしながら、密閉された軸受フレーム又はシリンダヘッドカバーに開口した軸受開口部に対し、そうした予め組み立て済みのカムシャフトを挿し通して取り付ける方法を望ましく実行するためには、カムが一体的に結合されたカムシャフトを挿入することができるように、その軸受開口部を比較的大径に形成する必要がある。よって、軸受の径は、摩擦を最小化しようとする要求に反して、軸部の径よりも著しく大きくなってしまう。転がり軸受を使用したときには、軸受の径がさらに大きくなってしまうため、前述したような摩擦に係る問題は、より一層深刻なものとなってしまう。

本発明は、一般的なタイプの軸受フレーム又はシリンダヘッドカバーの改良された態様、具体的には、公知技術より知られる不都合を回避する態様を提供する、という課題に関するものである、

上記の目的を達成するために、本発明は、予め独立して組み立てる方法に係る利点を利用して、予め組み立てられたカムシャフトを軸受フレーム又はシリンダヘッドカバーに取り付ける方法を、全体的に単純化及び向上させるという基本概念に基づくものである。よって、本発明に係る軸受フレーム又はシリンダヘッドカバーを用いることで、個別に且つ高品質に製造したカムシャフトを、予め組み立てられた状態で個々の軸受フレーム又は個々のシリンダヘッドカバーに挿し通して取り付けることができる。この場合、比較的小径の軸受を使用すれば十分である。

したがって、本発明に係る軸受フレーム又はシリンダヘッドカバーは、その内部に取り付けられる、少なくとも１つのカムシャフトを備え、このカムシャフトは、軸受チャンネルに沿って配設される、少なくとも２つの軸受開口部に挿し通されて取り付けられる。カムシャフトには、少なくとも２つのラジアル軸受が配置され、ラジアル軸受は、それぞれ軸受金（outer bearing shell）を有する。少なくとも２つのラジアル軸受が有する軸受金は、それぞれ異なる外径を有し、この外径は、それぞれ関連する軸受開口部の内径に対し相補的になるよう形成される。この場合、軸受開口部の内径は、軸受フレーム又はシリンダヘッドカバーにおけるカムシャフトの組立方向に沿って（挿入方向先端側に向かって）順次縮径していくため、シリンダヘッドカバー又は軸受フレームにおいて軸受チャンネルを構成する軸受開口部に対し、予め独立して組み立てたカムシャフトを一体的に挿入することができる。カムシャフトに軸受金も配置すると共に、個々のラジアル軸受を階段状に構成することによって、軸受フレーム又はシリンダヘッドカバーに対するカムシャフトの取り付けを、単純且つ高品質にすることができる。この場合、軸受開口部にて、カムシャフトを径方向について支持するための標準的なラジアル軸受は、通常、個々のカムの間に配置される。この標準的なラジアル軸受は、軸受リングと、該軸受リング上に設けられる前述の軸受金とによって覆われ、この軸受金は、特に有利な態様では、軸受フレーム又はシリンダヘッドカバーと同一の材質から製造される。しかしながら、軸受リングは、通常、軸受の表面部に使用される代表的な材質である焼入鋼から形成される。軸受フレーム又はシリンダヘッドカバーは、通常、アルミニウムから製造されるため、この構成によって、熱膨張によって引き起こされる問題を最小化することもできる。

本発明に係る解決策の、さらに有利な別の態様では、軸受金は、軸受フレーム又はシリンダヘッドカバーに開口した軸受開口部に対し、ポジティブロック形式で嵌合して回転方向に固定されるよう配置される。

このように構成するため、軸受金は、切欠部が設けられた、若しくは切欠部が設けられていない円形状の外輪郭、又は多角形状の外輪郭、特に、３角形状、４角形状、若しくは８角形状に形成された外輪郭を有していてもよい。例えば、切欠部が設けられた円形状の外輪郭、又は多角形状の外輪郭を有するよう構成することで、関連する軸受開口部に固定された軸受金の回動を、確実に防止することができる。それと同時に、軸受金の固定に際して、角度方向について所定の位置に確実に位置決めされるようにすることができる。

ラジアル軸受が、滑り軸受又は転がり軸受として構成されていれば有利となる。特に、転がり軸受として、例えば、針状ころ軸受として構成した場合には、シリンダヘッドカバー又は軸受フレームに取り付けたときに、比較的スムーズに動作させることができる。もちろん、滑り軸受として、例えば、プラスチック製の滑り軸受、特に、最適な滑り性能が得られるようなポリマー材料から成る滑り軸受を使用することも考え得る。もちろん、金属製の滑り軸受を、良好な滑り性能を有するポリマー材料で被覆して使用することも考え得る。

本発明に係る解決策の、別の有利な態様では、ラジアル軸受は、カムシャフト上を直接転動する転動体（例えば針状要素）と、当該針状要素を取り囲む軸受リングと、軸受金とを備えた転がり軸受として構成される。この場合、軸受としての性能を向上させるべく、ラジアル軸受周辺にて、カムシャフトを被覆すること、又は硬質化させることも、もちろん可能である。これに代えて、ラジアル軸受周辺にて、カムシャフト上に内径側軸受リングを配置して、実際の転動体、例えば針状要素が、この内径側軸受リング上を転動するように構成することも考え得る。この場合、軸受リングは、軸受ケージと同じように、転動体を取り囲む。

軸受金が階段状の外輪郭を有し、軸受開口部が、該外輪郭に対し相補的となるよう形成される、階段状の内輪郭を有していれば有利となる。この態様は、軸受金の外輪郭を、単に連続的な筒状表面部から構成することができるばかりでなく、さらに、互いに階段状に延びるように配設される、複数の筒状表面部から構成することもできる、ということを示唆している。

周方向に沿って設けられるスプライン結合部を用いて軸受金を固定することもできる。この場合、軸受金は、軸受開口部に挿入された後に回転されることで、軸受フレーム又はシリンダヘッドカバーに圧入される。同様に、少なくとも１つの軸受金を、軸受フレーム又はシリンダヘッドカバーに開口した関連する軸受開口部に、差込みピンロック手段（bayonet lock）を介して固定することもできる。こうすることで、個々の軸受金の取り外しや、さらには、カムシャフトの取り外しも単純化することができる。この場合、個々の差込みピンロック手段による固定は、軸方向に沿ってカムシャフトを挿入した後に、カムシャフトの回転方向に沿って、軸受フレーム又はシリンダヘッドカバーに対してカムシャフトを回転させることで実行される。そうすることで、内燃機関が運転している最中における軸受金の戻り止めと、取り外しの単純化とを実現することができる。もちろん、そうする代わりに、熱接合又は圧入によって、軸受フレーム又はシリンダヘッドカバーに開口した個々の軸受開口部に対し、軸受金を固定することも考え得る。

前述の特徴、及び以下で説明されることになる特徴は、説明される特定の組み合わせによってのみ使用できるのではなく、本発明の適用範囲を逸脱しない限りは、他の組み合わせ、又は単体で使用できることが理解されよう。

２つのカムシャフトが取り付けられた、本発明に係るシリンダヘッドカバー又は軸受フレームを示す概略断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、シリンダヘッドカバー又は軸受フレームに取り付けられた、カムシャフトのラジアル軸受をそれぞれ拡大して示す概略断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、図１に示す軸受フレーム又はシリンダヘッドカバーについて、それぞれ異なる外輪郭を有する軸受金を図１のＡ‐Ａ断面で見て示す概略断面図である。 それぞれ異なる外径を有するラジアル軸受が配置された、本発明に係るカムシャフトを示す別図である。 （ａ）〜（ｄ）は、シリンダヘッドカバー又は軸受フレームにカムシャフトを取り付けるための各工程をそれぞれ示す説明図である。 図１に示す軸受フレーム又はシリンダヘッドカバーについて、周方向に沿ってスプライン状に形成された外輪郭を有する軸受金を図１のＡ‐Ａ断面で見て示す概略断面図である。

本発明の好ましい例示としての態様は、図面に示されており、以下の記載によってさらに詳細に説明される。各図において同一の符号は、同一の、類似した、又は機能的に同一の要素を参照している。

図１及び図５に示すように、内燃機関１（図示せず）のための関連する軸受フレーム２又はシリンダヘッドカバー４に対して、少なくとも１つ（この実施形態では２つ）のカムシャフト３が取り付けられている。本発明に従うと、このカムシャフト３は、軸受チャンネル５（図５（ａ）を参照）に沿って配設される、少なくとも２つの軸受開口部６に挿し通されることによって取り付けられている。図１及び図５に示す軸受フレーム２又はシリンダヘッドカバー４には、カムシャフト３を取り付けるべく、５つの軸受開口部６が配設されている。各カムシャフト３には、少なくとも２つのラジアル軸受７が配置される。この実施形態では、各カムシャフト３には、４つのラジアル軸受７が配置されていて、それらのラジアル軸受７は、それぞれ軸受金８を有している。軸受金８は、それぞれ異なる外径ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４を有していて、関連する軸受開口部６の内径に対して相補的となるように形成されている。

その上、軸受開口部６の内径、及び、ラジアル軸受７又は軸受金８の外径ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４は、組立方向９（図４及び図５を参照）に沿って（挿入方向先端に向かって外径ｄ４から外径ｄ１へ）順次縮径していくように構成されている。この構成によって、カム１０が一体的に取り付けられ且つ、ラジアル軸受７も配置されたカムシャフト３を、それぞれ予め独立して組み立てることができる。その結果、カムシャフト３を、単に費用対効果に優れるばかりでなく、高品質になるよう製造することもできる。軸受金８の外径が互いに異なるように構成することで、予め独立して組み立てられたカムシャフト３を、密閉された軸受フレーム２又は密閉されたシリンダヘッドカバー４に対し、挿し通して取り付けることができる。そうすることで、軸受フレーム２やシリンダヘッドカバー４を、比較的堅固に且つ、軽量構造を有するように製造することができる。

軸受金８は、軸受フレーム２又はシリンダヘッドカバー４に開口した、関連する軸受開口部６に対して、それぞれポジティブロック形式で嵌合して回転方向に固定されるように配置されている。軸受金８はまた、図３（ａ）に示すように、切欠部１１が設けられた、円形状の外輪郭を有していてもよい。図３（ｂ）には、軸受金８の実施形態として、１つの軸受金８につき２つの切欠部１１を有するものが示されている。もちろん、例えば図３（ｃ）に示すように、軸受金８の外輪郭として、切欠部１１を有していないものも考え得る。それに代えて、図３（ａ）、図３（ｂ）及び図３（ｄ）に示すように、軸受金８の外輪郭として、多角形状に形成されたもの、特に、３角形状、４角形状、又は８角形状（図３（ｄ）を参照）に形成された外輪郭を使用することもできる。軸受金８の全ての実施形態には、軸受フレーム２又はシリンダヘッドカバー４に開口した個々の軸受開口部６に対して、ポジティブロック形式で嵌合するよう配設される、という共通事項がある。

一般的に、ラジアル軸受７を、転がり軸受、特に針状ころ軸受として構成することが可能であり、それに代えて、滑り軸受として構成することも可能である。ラジアル軸受７を転がり軸受として構成する場合には、その転動体を、例えば、カムシャフト３上で直接転動すると共に、軸受ケージに類似した軸受リングにより取り囲まれた針状要素として構成することを考え得る。軸受金８は、軸受リングを取り囲むように配置されている。もちろん、個々の転動体を、カムシャフト３上に配置された、ここでは詳述しない内径側軸受リング上で転動するよう構成することも考え得る。しかしながら、個々のラジアル軸受７の直径を最小化するためには、個々の転動体がカムシャフト３上を直接転動するような構成であることが好ましい。

任意で、個々のラジアル軸受７への注油を、軸受フレーム２又はシリンダヘッドカバー４を介して実行するばかりでなく、カムシャフト３を介して実行することもできる。この場合、選択した構成に応じて、オイル供給路又はオイル供給孔が、軸受フレーム２若しくはシリンダヘッドカバー４、及び／又はカムシャフト３に設けられていなければならない。

図２（ａ）及び図２（ｂ）を見ると、図２（ａ）に示す軸受金８が、リング状に形成されていて、軸方向に沿って連続的に延びる外輪郭を有している一方で、図２（ｂ）に示す軸受金８は、軸受開口部６の階段状の内輪郭に対し相補的になるよう形成された、階段状の外輪郭を有していることが見て取れる。軸受金８は、例えば、組立手段１２（図５（ｃ）及び図５（ｄ）を参照）によって、関連する軸受開口部６に圧入、又は結合させることができる。この構成に代えて、少なくとも１つの軸受金８を、軸受フレーム２又はシリンダヘッドカバー４に開口した関連する軸受開口部６に対し、差込みピンロック手段１３を介して固定することも想到される。この場合、カムシャフト３の回転方向に沿って差込みピンロック手段１３を閉じることで、内燃機関１が作動している最中に、この差込みピンロック手段１３が意図せずして解錠されてしまうような事態を、確実に防止することができる。

図５（ａ）〜図５（ｃ）には、シリンダヘッドカバー４又は軸受フレーム２にカムシャフト３を取り付けるための各工程が図示されている。それによると、初めに、図５（ａ）に示す工程では、２つのカムシャフト３が、予め独立して組み立てられる。つまり、カム１０とラジアル軸受７とが、軸部１４上に固定される。それに続き、図５（ｂ）に示す工程では、カムシャフト３、又は２つのカムシャフト３が、組立方向９に沿って軸受フレーム２又はシリンダヘッドカバー４の内部に挿入されて、個々のラジアル軸受７が、関連する軸受開口部６の直前の位置に位置決めされる。さらに、図５（ｃ）によると、個々のラジアル軸受７は、例えば、組立手段１２によりプレスされることで、さらに挿入されて、関連する軸受開口部６に圧入される。図５（ｄ）によると、２つ目のカムシャフト３についても同様に実行される。最終的に、結合されたアキシャル／ラジアル軸受１５を圧入することが可能であり、そうすることで、軸受フレーム２又はシリンダヘッドカバー４に対するカムシャフト３の取り付けを終える。

本発明に係る軸受フレーム２又はシリンダヘッドカバー４を用いることで、一定の品質を有し且つ、高品質のカムシャフト３を製造することができる、というカムシャフト３を独立して組み立てることで得られる利点と、シリンダヘッドカバー４又は軸受フレーム２に対し、そうしたカムシャフト３を挿し通して取り付けることができる、という利点とを共に得ることができる。

図６に示すように、２つの軸受金８は、軸受フレーム２又はシリンダヘッドカバー４に開口した関連する軸受開口部６に対し、ポジティブロック形式で嵌合して回転方向に固定されるように配置される。この場合、軸受金８は、丸鋸刃に類似した、周方向に沿ってスプライン状に形成された外輪郭を有している。この場合、周方向に沿ってスプライン状に形成された、軸受金８の外輪郭は、さほど鋭くない、丸状のスプラインとして形成されていれば好ましい。

カムシャフト３を取り付けるとき、軸受金８は、軸受開口部６に挿入された後に回転されることで、軸受フレーム２又はシリンダヘッドカバー４に対して圧入又はクランプされる。

１ 内燃機関
２ 軸受フレーム
３ カムシャフト
４ シリンダヘッドカバー
５ 軸受チャンネル
６ 軸受開口部
７ ラジアル軸受
８ 軸受金
９ 組立方向
１０ カム
１１ 切欠部
１２ 組立手段
１３ 差込みピンロック手段
１４ 軸部
１５ アキシャル／ラジアル軸受
ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４ 外径

Claims (10)

1. 少なくとも１つのカムシャフト（３）が取り付けられる、内燃機関（１）用の軸受フレーム（２）又はシリンダヘッドカバー（４）であって、
   前記カムシャフト（３）は、軸受チャンネル（５）に沿って配設される、少なくとも２つの軸受開口部（６）に挿し通されて取り付けられ、
   前記カムシャフト（３）には、少なくとも２つのラジアル軸受（７）が配置されると共に、該少なくとも２つのラジアル軸受（７）は、それぞれ軸受金（８）を有し、
   前記少なくとも２つのラジアル軸受（７）における前記軸受金（８）は、それぞれ異なる外径（ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４）を有すると共に、該外径（ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４）は、それぞれ軸受開口部（６）の内径に対し相補的になるよう形成され、
   前記軸受開口部（６）の内径は、前記軸受フレーム（２）又は前記シリンダヘッドカバー（４）における前記カムシャフト（３）の組立方向（９）の先端に向かって順次縮径していく
   ことを特徴とする軸受フレーム又はシリンダヘッドカバー。
2. 請求項１に記載の軸受フレーム又はシリンダヘッドカバーにおいて、
   前記軸受金（８）は、前記軸受フレーム（２）又は前記シリンダヘッドカバー（４）に配設される前記軸受開口部（６）に対し、ポジティブロック形式で嵌合して回転方向に固定されるよう配置される
   ことを特徴とする軸受フレーム又はシリンダヘッドカバー。
3. 請求項１又は２に記載の軸受フレーム又はシリンダヘッドカバーにおいて、
   前記軸受金（８）は、切欠部（１１）が設けられた若しくは設けられていない、円形状の外輪郭、又は、３角形状、４角形状若しくは８角形状の外輪郭を有する
   ことを特徴とする軸受フレーム又はシリンダヘッドカバー。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載の軸受フレーム又はシリンダヘッドカバーにおいて、
   前記ラジアル軸受（７）は、滑り軸受、又は、針状ころ軸受として構成される、転がり軸受である
   ことを特徴とする軸受フレーム又はシリンダヘッドカバー。
5. 請求項４に記載の軸受フレーム又はシリンダヘッドカバーにおいて、
   前記ラジアル軸受（７）は、前記カムシャフト（３）上を直接転動し、例えば針状要素として構成される転動体と、該転動体を取り囲む軸受リングと、前記軸受金（８）とを有する転がり軸受として構成される
   ことを特徴とする軸受フレーム又はシリンダヘッドカバー。
6. 請求項１から５のいずれか１つに記載の軸受フレーム又はシリンダヘッドカバーにおいて、
   前記ラジアル軸受（７）を潤滑させるためのオイルは、前記カムシャフト（３）、又は前記シリンダヘッドカバー（４）若しくは前記軸受フレーム（２）を介して供給される
   ことを特徴とする軸受フレーム又はシリンダヘッドカバー。
7. 請求項１から６のいずれか１つに記載の軸受フレーム又はシリンダヘッドカバーにおいて、
   前記軸受金（８）は、階段状の外輪郭を有すると共に、前記軸受開口部（６）は、該外輪郭に対し相補的となるよう形成された、階段状の内輪郭を有する
   ことを特徴とする軸受フレーム又はシリンダヘッドカバー。
8. 請求項１から７のいずれか１つに記載の軸受フレーム又はシリンダヘッドカバーにおいて、
   前記少なくとも１つの軸受金（８）が、差込みピンロック手段（１３）、又は前記軸受フレーム（２）若しくは前記シリンダヘッドカバー（４）の前記軸受開口部（６）にて周方向に沿って設けられるスプライン結合部を介して固定される
   ことを特徴とする軸受フレーム又はシリンダヘッドカバー。
9. 請求項１から８のいずれか１つに記載の軸受フレーム（２）又はシリンダヘッドカバー（４）を備えた内燃機関（１）。
10. 内燃機関（１）のために供され、請求項１から８のいずれか１つに記載の軸受フレーム又はシリンダヘッドカバーに対するカムシャフト（３）の取付方法であって、
    前記カムシャフト（３）に、全てのラジアル軸受（７）及びカム（１０）を予め一体的に取り付け、
    前記カムシャフト（３）を、前記軸受フレーム（２）又は前記シリンダヘッドカバー（４）に配設される前記軸受チャンネル（５）に対し、予め組み立てられた状態で挿入し、
    前記ラジアル軸受（７）を、組立手段（１２）によってプレスすることで、さらに挿入して、関連する前記軸受フレーム（２）又は前記シリンダヘッドカバー（４）に圧入する
    ことを特徴とするカムシャフトの取付方法。

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