JP4466367B2 - 分割軸受及びこの分割軸受を備えたカムジャーナル - Google Patents

Description

本発明は、負荷側セグメントと反負荷側セグメントとを組み合わせてなる分割軸受、及びこの分割軸受を備えたカムジャーナルに関する。

カム軸を回転可能に支持するカム軸受としてシリンダヘッド側及びキャップ側に滑り軸受であるメタル軸受を設けたカム軸受構造が知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２、３が存在する。
特開２０００−１１０５３４号公報 実開平５−６１０４号公報 実開平１−１２４３０８号公報

カム軸受のうち、バルブスプリングの反力を受けるキャップ側の軸受は、シリンダヘッド側の軸受よりもカム軸から受ける荷重が大きいので、軸受の幅を広くする必要がある。滑り軸受の幅を広くすると、カム軸と軸受との接触面積が増加するため、フリクションが増加する。また、軸受の幅を広くすると、カム軸と滑り軸受との間に油膜を形成させるために給油する潤滑油の量が増加する。

なお、以降、本発明では、バルブスプリングの反力などの負荷を受ける側を負荷側、この負荷側と対向する側と反負荷側と略称する。

そこで、本発明は、軸受のフリクションを低減させるとともに、軸受への給油量を減少させることが可能な分割軸受及びカムジャーナルを提供することを目的とする。

本発明の分割軸受は、負荷側セグメントと反負荷側セグメントとを組み合わせてなる分割軸受において、前記負荷側セグメントは少なくとも一部に転がり軸受構造を有し、前記反負荷側セグメントは前記負荷側セグメントよりも耐荷重能力が低い滑り軸受構造を有していることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。

本発明の分割軸受によれば、負荷側セグメントは少なくとも一部に転がり軸受構造を有しているので、反負荷側よりも大きいフリクションが発生する負荷側のフリクションを良好に低減させることができる。また、負荷側セグメントに転がり軸受を設けたので、負荷側セグメントの幅を広くしても、負荷側セグメントが滑り軸受構造のものと比較して軸受のフリクションを低減させることができる。反負荷側セグメントは負荷側セグメントよりも耐荷重能力が低い軸受構造を有しているので、負荷側セグメントよりも反負荷側セグメントの大きさを小さくすることができる。そのため、分割軸受を小型化できる。そして、この反負荷側セグメントは滑り軸受構造を有しているので、分割軸受をより小型化するとともに軽量化することができる。転がり軸受は、滑り軸受よりも軸と軸受との間に給油すべき潤滑油量が少ないので、軸受への給油量を減少させることができる。

本発明の分割軸受において、前記負荷側セグメントは、半周全てに転がり軸受構造を有していてもよい（請求項２）。この態様によれば、負荷側セグメントのフリクションをさらに低減させることができる。

本発明の分割軸受において、前記負荷側セグメントは、中央に滑り軸受構造を有し、その両側に転がり軸受構造を有していてもよい（請求項３）。この態様によれば、負荷側セグメントへの負荷が最大になる負荷側セグメントの中央に滑り軸受構造を配置したので、負荷側セグメントの転がり軸受構造が受ける負荷を低減させることができる。そのため、転がり軸受の転動体の磨耗や焼付きを抑制することができる。負荷側セグメントは、滑り軸受構造の両側に転がり軸受構造を有しているので、この転がり軸受によってフリクションを低減させることができる。この態様において、前記負荷側セグメントの中央には、前記分割軸受に支持される軸の周囲に潤滑油を供給するための油供給孔が設けられていてもよい（請求項４）。このように滑り軸受構造である負荷側セグメントの中央に油供給孔を設けることで、負荷側セグメントが受ける面圧を増加させることなく、滑り軸受と軸との間に油膜を形成させることができる。そのため、分割軸受の磨耗を抑制することができる。

本発明のカムジャーナルは、内燃機関の燃焼室を開閉する弁手段を駆動するカム軸を、前記弁手段からの反力を受ける負荷側に配置される負荷側セグメントと前記負荷側セグメントに対向して配置される反負荷側セグメントとを組み合わせてなる分割軸受を介して回転可能に支持するカムジャーナルにおいて、前記負荷側セグメントは少なくとも一部に転がり軸受構造を有し、前記反負荷側セグメントは前記負荷側セグメントよりも耐荷重能力が低い滑り軸受構造を有していることにより、上述した課題を解決する（請求項５）。

本発明のカムジャーナルによれば、分割軸受のうち負荷側に配置される負荷側セグメントが少なくとも一部に転がり軸受構造を有しているので、この負荷側セグメントの幅を広くしても、カムジャーナルのフリクションを低減させることができる。また、分割軸受への給油量を減少させることができる。反負荷側セグメントは、負荷側セグメントよりも耐荷重能力が低い滑り軸受構造を有しているため、カムジャーナルを小型化することができる。

本発明のカムジャーナルにおいて、前記負荷側セグメントは、半周全てに転がり軸受構造を有していてもよい（請求項６）。この態様によれば、分割軸受のフリクションをさらに低減させることができる。

本発明のカムジャーナルにおいて、前記負荷側セグメントは、中央に滑り軸受構造を有し、その両側に転がり軸受構造を有していてもよい（請求項７）。この態様によれば、弁手段からの反力が最大となる負荷側セグメントの中央が滑り軸受構造であるため、転動体の磨耗や焼付きを抑制することができる。また、両側の転がり軸受構造によってフリクションを低減させることができる。この態様において、前記負荷側セグメントの中央には、前記カム軸の周囲に潤滑油を供給するための油供給孔が設けられていてもよい（請求項８）。このように油供給孔を設けることで、滑り軸受とカム軸との間に面圧を増加させることなく、油膜を形成させることができる。そのため、分割軸受の磨耗を抑制することができる。

以上に説明したように、本発明によれば、負荷側セグメントが少なくとも一部に転がり軸受構造を有しているので、負荷側セグメントの幅を広くしても分割軸受のフリクションを低減させることができる。また、転がり軸受は、滑り軸受と比較して給油すべき潤滑油量が少ないので、給油量を減少させることができる。

（第一の実施形態）
図１は、本発明のカムジャーナルの第一の実施形態を示している。図１のカムジャーナル１は、カム軸２を分割軸受３を介して左右に回転可能に支持する軸支持部４を備えている。カム軸２は、内燃機関の燃焼室を開閉する弁手段として吸気バルブ（不図示）を開閉するためのもので、この吸気バルブを駆動するカムを有している。図１の矢印Ａは、内燃機関の運転時にカム軸２が回転する回転方向を示している。以降、回転方向とは、内燃機関運転時にカム軸２が回転する方向を指す。吸気バルブには吸気バルブを閉方向に付勢する不図示のバルブスプリングが設けられており、カム軸２に設けられたカムは、図１の上側から下側にカム軸２が回転する際に吸気バルブをこのバルブスプリングに逆らって開方向に駆動する。この場合、カム軸２には図１の上方向にバルブスプリングの反力が作用するので、図１のカムジャーナル１では軸支持部４の上側が負荷側に設定され、軸支持部４の下側が反負荷側に設定される。軸支持部４は、内燃機関のシリンダヘッドに形成されたロア側ハウジング５と、ロア側ハウジング５にボルト６によって取り付けられるアッパ側ハウジング７とを備えている。上述したように軸支持部４の上側が負荷側、下側が反負荷側に設定されるので、アッパ側ハウジング７が負荷側、ロア側ハウジング５が反負荷側に配置される。

分割軸受３は、図１に示したように負荷側に配置されるアッパ側セグメントＵＳとしての上側分割輪８と、この上側分割輪８に対向して配置されるロア側セグメントＬＳとしての下側分割輪９とを備えており、これら上側分割輪８及び下側分割輪９が組み合わされることにより形成される。このように、アッパ側セグメントＵＳが負荷側に配置され、ロア側セグメントＬＳがアッパ側セグメントＵＳに対向して配置されることで、アッパ側セグメントＵＳが本発明の負荷側セグメントに相当し、ロア側セグメントＬＳが本発明の反負荷側セグメントに相当する。即ち、上側分割輪８が負荷側セグメントに相当し、下側分割輪９が反負荷側セグメントに相当する。上側分割輪８及び下側分割輪９はそれぞれ半円筒状の半割軸受であり、上側分割輪８がアッパ側ハウジング７に設けられ、下側分割輪９がロア側ハウジング５に設けられる。図１に示したように、上側分割輪８は半周全てに転がり軸受構造を有しており、下側分割輪９は滑り軸受構造を有している。

図２は、図１のII−II線における軸支持部４の断面を示している。また、図３は、図１のIII−III線における軸支持部４の断面を示している。即ち、図２はアッパ側ハウジング７に取り付けられた上側分割輪８を示し、図３はロア側ハウジング５に取り付けられた下側分割輪９を示している。本発明のカムジャーナル１では、上述したようにアッパ側ハウジング７が負荷側に配置されるので、上側分割輪８には、下側分割輪９よりも大きな負荷がかかる。そのため、上側分割輪８は、図２に示したように一端から他端までほぼ同一の幅Ｗを有している。一方、下側分割輪９が受ける負荷は上側分割輪８が受ける負荷よりも小さいので、下側分割輪９は上側分割輪８よりも耐荷重能力の低い軸受構造を有する。そのため、下側分割輪９は、図３に示したように中央の幅Ｗｃが両端の幅Ｗｓと比較して狭く、両端から中央に向かって幅が漸次狭まる形状を有している。

図１に示したように上側分割輪８は、半円筒状の外輪１０と、外輪１０とカム軸２との間に介在し、カム軸２の回転に伴って転動する転動体としての複数のコロ１１と、複数のコロ１１を転動可能にそれぞれ保持するとともに、複数のコロ１１がカム軸２の回転に伴って移動しないようにそれぞれ保持する保持器１２を備えている。外輪１０には、アッパ側ハウジング７に形成された不図示の潤滑油供給路と連通する潤滑油供給孔１３が設けられている。カム軸２と分割軸受３との間には、この潤滑油供給孔１３から潤滑油が給油される。図１に示したように上側分割輪８はカム軸２の半周を回転可能に支持するように設けられるため、保持器１２は半割のものが設けられる。

アッパ側ハウジング７及びロア側ハウジング５は、上側分割輪８及び下側分割輪９が互いに押し合うように、上側分割輪８及び下側分割輪９を上下から挟み込む。これにより、上側分割輪８の外輪１０及び下側分割輪９は、カム軸２の回転に伴って回転しないように固定される。また、保持器１２も、図１に示したようにその両端がロア側ハウジング５及び下側分割輪９にそれぞれ接するように取り付けられるので、カム軸２の回転に伴って回転しないように固定される。

本発明のカムジャーナル１では、負荷側に転がり軸受構造を有する上側分割輪８を配置したので、バルブスプリングの反力などの負荷を受け止めるために上側分割輪８の幅を広くしても分割軸受３のフリクションを低減させることができる。そのため、例えば内燃機関の冷間始動時における起動トルクを低下させることができる。また、転がり軸受は滑り軸受よりも給油すべき潤滑油量が少ないため、分割軸受３への給油量を減少させることができる。そのため、オイルポンプを小型化させることができる。下側分割輪９は上側分割輪８よりも耐荷重能力を低くさせた滑り軸受構造を有しているので、分割軸受３を小型化することができる。

（第二の実施形態）
図４は、本発明のカムジャーナル１の第二の実施形態を示している。なお、図４においては、カム軸２及び分割軸受３のみを示した。図４において図１と共通する部分には同一符号を付してある。図４に示したように、この実施形態では、上側分割輪８が中央部２０に滑り軸受構造を有し、その両側の前方部２１及び後方部２２に転がり軸受構造を有している。なお、図４の下側分割輪９には、第一の実施形態の下側分割輪と同様のものが設けられる。図４の上側分割輪８において、中央部２０の滑り軸受と、前方部２１及び後方部２２の転がり軸受の外輪とは一体に成形される。転がり軸受である上側分割輪８の前方部２１及び後方部２２には、それぞれ複数のコロ１１及び保持器２３が設けられる。保持器２３は、コロ１１を転動可能に保持するとともに、コロ１１がカム軸２の回転に伴って移動しないように保持する。前方部２１及び後方部２２に設けられた保持器２３は、上側分割輪８及び下側分割輪９がアッパ側ハウジング７及びロア側ハウジング５に上下から挟み込まれることで、一端がロア側ハウジング５及び下側分割輪９に、他端が中央部２０の壁面２０ａにそれぞれ押し付けられる。そのため、保持器２３は、カム軸２の回転に伴って移動しないように固定される。この実施形態においては、図４に示したように、潤滑油供給孔１３が滑り軸受である中央部２０に設けられる。

負荷側に配置される上側分割輪８のうち、図４に矢印Ｂで示した領域には、この領域以外の場所よりも大きい負荷がかかり、上側分割輪８の受ける負荷は上側分割輪８の中央付近において最も大きくなる。以降、この矢印Ｂで示した領域を負荷領域と略称する。本実施形態によれば、上側分割輪８が、負荷領域に配置される中央部２０に滑り軸受構造を有しているので、コロ１１の磨耗や焼付きを抑制することができる。また、上側分割輪８は前方部２１及び後方部２２に転がり軸受構造を有しているので、フリクションを低減させることができる。滑り軸受構造の中央部２０に潤滑油供給孔１３を設けたので、中央部２０とカム軸２との間に中央部２０が受ける面圧を増加させることなく油膜を形成させることができる。そのため、中央部２０及びカム軸２の磨耗を抑制させることができる。

（参考例）
図５は、本発明のカムジャーナル１と共通の部分を有する参考例を示している。なお、図５においては、カム軸２及び分割軸受３のみを示した。図５において図１と共通する部分には同一符号を付してある。図５に示したように、この参考例では、下側分割輪９が転がり軸受構造を有している点が本発明と異なる。下側分割輪９は、外輪３０と、転動体としての複数のコロ３１と、複数のコロ３１を転動可能なようにそれぞれ保持するとともに、複数のコロ３１がカム軸２の回転に伴って移動しないようにそれぞれ保持する保持器３２とを備えている。図５に示したように、下側分割輪９のコロ３１には、上側分割輪８のコロ１１よりも小径のものが設けられる。上側分割輪８及び下側分割輪９は、上側分割輪８及び下側分割輪９が互いに押し合うようにアッパ側ハウジング７及びロア側ハウジング５に上下から挟み込まれた状態で固定される。そのため、下側分割輪９の外輪３０は、この外輪３０の両端の合わせ面３０ａが保持器１２の両端の合わせ面１２ａと互いに押し合うことで、カム軸２の回転に伴って回転しないように固定される。また、下側分割輪９の保持器３２も、この保持器３２の両端の合わせ面３２ａが保持器１２の両端の合わせ面１２ａと互いに押し合うことで、カム軸２の回転に伴って回転しないように固定される。

この参考例によれば、下側分割輪９も転がり軸受構造を有しているので、下側分割輪９が滑り軸受のものよりも、分割軸受３のフリクションを低減させることができる。また、上側分割輪８のコロ１１の直径よりも下側分割輪９のコロ３１の直径を小さくしたので、さらにフリクションを低減させることができる。一方、上側分割輪８のコロ１１の直径を下側分割輪９のコロ３１の直径よりも大きく設定したので、大きな負荷がかかってもコロ１１の磨耗を抑制するとともにカム軸２を高回転化させることができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態にて実施してよい。例えば、本発明のカム装置によって、排気バルブを開閉させてもよい。この場合、排気バルブが本発明の弁手段に相当する。転がり軸受の転動体は、コロに限定されない。ニードルなど周知の転動体を使用することができる。分割軸受によって支持される軸は、カム軸に限定されない。分割軸受にかかる負荷が軸の周方向で変化する種々の軸に、本発明の分割軸受を適用することができる。負荷側セグメント及び反負荷側セグメントとして配置される分割輪は、それぞれ１つずつに限定されない。負荷側セグメント及び反負荷側セグメントにそれぞれ複数の分割輪が配置されていてもよい。即ち、本発明は、３つ以上の分割輪を組み合わせてなる分割軸受に適用してもよい。

本発明のカムジャーナルの第一の実施形態を示す図。 図１のII−II線における軸支持部の断面を示す図。 図１のIII−III線における軸支持部の断面を示す図。 本発明のカムジャーナルの第二の実施形態を示す図。 本発明のカムジャーナルと共通の部分を有する参考例を示す図。

符号の説明

１ カムジャーナル
２ カム軸
３ 分割軸受
８ 上側分割輪（負荷側セグメント）
９ 下側分割輪（反負荷側セグメント）
１１ コロ（転動体）
１３ 潤滑油供給孔（油供給孔）
２０ 中央部（中央）
２１ 前方部
２２ 後方部
３１ コロ（転動体）
ＵＳ アッパ側セグメント（負荷側セグメント）
ＬＳ ロア側セグメント（反負荷側セグメント）

Claims (8)

1. 負荷側セグメントと反負荷側セグメントとを組み合わせてなる分割軸受において、
   前記負荷側セグメントは少なくとも一部に転がり軸受構造を有し、前記反負荷側セグメントは前記負荷側セグメントよりも耐荷重能力が低い滑り軸受構造を有していることを特徴とする分割軸受。
2. 前記負荷側セグメントは、半周全てに転がり軸受構造を有していることを特徴とする請求項１に記載の分割軸受。
3. 前記負荷側セグメントは、中央に滑り軸受構造を有し、その両側に転がり軸受構造を有していることを特徴とする請求項１に記載の分割軸受。
4. 前記負荷側セグメントの中央には、前記分割軸受に支持される軸の周囲に潤滑油を供給するための油供給孔が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の分割軸受。
5. 内燃機関の燃焼室を開閉する弁手段を駆動するカム軸を、前記弁手段からの反力を受ける負荷側に配置される負荷側セグメントと前記負荷側セグメントに対向して配置される反負荷側セグメントとを組み合わせてなる分割軸受を介して回転可能に支持するカムジャーナルにおいて、
   前記負荷側セグメントは少なくとも一部に転がり軸受構造を有し、前記反負荷側セグメントは前記負荷側セグメントよりも耐荷重能力が低い滑り軸受構造を有していることを特徴とするカムジャーナル。
6. 前記負荷側セグメントは、半周全てに転がり軸受構造を有していることを特徴とする請求項５に記載のカムジャーナル。
7. 前記負荷側セグメントは、中央に滑り軸受構造を有し、その両側に転がり軸受構造を有していることを特徴とする請求項５に記載のカムジャーナル。
8. 前記負荷側セグメントの中央には、前記カム軸の周囲に潤滑油を供給するための油供給孔が設けられていることを特徴とする請求項７に記載のカムジャーナル。

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