JP4788630B2

JP4788630B2 - 転がり軸受装置

Info

Publication number: JP4788630B2
Application number: JP2007052579A
Authority: JP
Inventors: 義孝早稲田; 剛史奥村
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2007-03-02
Filing date: 2007-03-02
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2027-03-02
Also published as: JP2008215158A

Description

本発明は、エンジンのシリンダヘッドにおいてカムシャフトを回転自在に支持するための転がり軸受装置に関する。

上記した転がり軸受装置に関する技術が特許文献１に記載されている。
特許文献１の転がり軸受１１０は、図５に示すように、カムシャフト１００のジャーナル部１０１に対して半径方向外側から組付け可能に構成されたシェル軸受である。
前記転がり軸受１１０は、複数の転動体１１１と、それらの転動体１１１を保持する二分割式の保持器１１２と、前記転動体１１１の軌道面を有する二分割式のシェル形外輪１１３とを備えている。そして、二分割状態の保持器１１２がカムシャフト１００のジャーナル部１０１に半径方向外側から組付けられた後、同じく二分割状態のシェル形外輪１１３が保持器１１２の外側に組付けられる。次に、カムシャフト１００をエンジンのシリンダヘッド２００に装着する際に、転がり軸受１１０がそのシリンダヘッド２００の半円状凹部２０１ｈに嵌め込まれる。この状態で、転がり軸受１１０が半環状のキャップ２０５により押さえられ、そのキャップ２０５の両側がシリンダヘッド２００の半円状凹部２０１ｈの両側にボルト止めされる。これにより、転がり軸受１１０のシェル形外輪１１３がシリンダヘッド２００の半円状凹部２０１ｈ及びキャップ２０５により半径方向外側から締付られ、転がり軸受１１０の真円度がある程度確保される。

特開２００５−１８０４５９号公報

しかし、近年では、シリンダヘッド２００はアルミ合金製がほとんどであり、転がり軸受１１０のシェル形外輪１１３は一般的に鋼板製である。このため、アルミ合金と鋼板との熱膨張率の違いからエンジンの温度上昇により、シェル形外輪１１３とシリンダヘッド２００の半円状凹部２０１ｈ及びキャップ２０５との間に隙間が生じることがある。これにより、転がり軸受１１０のシェル形外輪１１３の真円度が低下し、さらに転がり軸受１１０内で半径方向における隙間が増大して騒音が発生するという問題がある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、転がり軸受装置の真円度の低下等を抑えて、軸受部分での騒音の発生を抑えることである。

上記した課題は、各請求項の発明によって解決される。
請求項１の発明は、エンジンのシリンダヘッドにおいてカムシャフトを回転自在に支持するための転がり軸受装置であって、複数の転動体と、前記転動体を円周方向に等間隔で位置決めして、回転自在に保持する保持器と、前記転動体と前記保持器とを収納できる構成で、内側に前記転動体の軌道面が形成されたシェル形外輪と、前記シェル形外輪とほぼ等しい熱膨張率を有する材料で形成されており、そのシェル形外輪が圧入される被圧入部を備える外輪締付部材とを有しており、前記外輪締付部材は、内側が前記被圧入部となる円筒状に形成されて、前記シリンダヘッドの軸受支持部に形成された半円状凹部に対し半径方向から嵌め込み可能に構成されており、さらに、前記外輪締付部材には、その外輪締付部材の外周面から半径方向外側に張り出して、同一平面上に配置された一対のリブが設けられており、前記外輪締付部材が前記シリンダヘッドの軸受支持部の半円状凹部に嵌め込まれた状態で、前記一対のリブが前記半円状凹部の両側に設けられた前記軸受支持部の上平面に固定される構成であることを特徴とする。

本発明によると、シェル形外輪は外輪締付部材の被圧入部に圧入される構成である。このため、シェル形外輪は、外輪締付部材によって半径方向外側から円周方向において均等な締付力を受ける。したがって、シェル形外輪の真円度が確保される。
また、外輪締付部材は、シェル形外輪とほぼ等しい熱膨張率を有する材料で形成されているため、エンジンの温度がどのように変化してもその外輪締付部材とシェル形外輪との間に隙間が生じることはない。したがって、エンジンの温度変化によりシェル形外輪の真円度が低下することがない。また、温度上昇により、シリンダヘッド側がより膨張しても、外輪締付部材の働きで転がり軸受装置内の半径方向の隙間が増大することがない。このため、軸受の部分で騒音が発生し難くなる。
また、外輪締付部材を円筒状に形成することで、外輪締付部材の製造が容易になる。
さらに、外輪締付部材を直接的にシリンダヘッドの軸受支持部に固定できるため、転がり軸受装置を押さえる半環状のキャップが不要になる。このため、カムシャフトの組付け工数を削減することができる。

本発明によると、エンジンの温度変化によりシェル形外輪の真円度が低下せず、さらに転がり軸受装置内の半径方向の隙間が大きくならないため、軸受の部分で騒音が発生し難くなる。

次に、この発明を実施するための最良の形態を実施例にしたがって説明する。
［実施例］
以下、図１から図４に基づいて本発明の実施例に係る転がり軸受装置の説明を行なう。
本実施例の転がり軸受装置は、エンジンのシリンダヘッドに組付けられるカムシャフトを回転自在に支持する軸受装置であり、図１に前記転がり軸受装置の縦断面図等が示されている。図２はカムシャフト及びエンジンのシリンダヘッドを表す斜視図であり、図３は前記転がり軸受装置をエンジンのシリンダヘッドに組付けた状態を表す正面図である。また、図４は転がり軸受装置の変更例を表す正面図等である。
なお、図中のＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向は、それぞれシリンダヘッドの幅方向、高さ方向、及び前後方向（カムシャフトの軸方向）を表している。

＜エンジンのシリンダヘッド２００及びカムシャフト１００について＞
転がり軸受装置１について説明する前に、図２に基づいて、エンジンのシリンダヘッド２００及びカムシャフト１００について簡単に説明する。
エンジンのシリンダヘッド２００は、エンジンの燃焼室（図示省略）の天井部を構成するとともに、前記燃焼室の吸気口、排気口を開閉する吸気弁、排気弁（図示省略）、及びそれらの弁を動作させるカムシャフト１００（図２（Ａ）参照）が組み込まれる部分である。シリンダヘッド２００の上面側（燃焼室と反対側）には、図２（Ｂ）に示すように、カムシャフト１００の転がり軸受装置１を支持する軸受支持部２０１がシリンダヘッド２００の前後方向（Ｚ方向）に複数ヶ所設けられている。軸受支持部２０１は幅方向（Ｘ方向）に延びる縦壁状に形成されており、その軸受支持部２０１の上部に転がり軸受装置１の下半分が嵌め込まれる半円状凹部２０１ｈが形成されている。また、軸受支持部２０１の半円状凹部２０１ｈの幅方向両側には、図３に示すように、上平面２０１ｕが形成されており、左右の上平面２０１ｕに転がり軸受装置１の上半分を押さえる半環状のキャップ２０５の固定ボルト２０３がねじ込まれる雌ネジ孔２０１ｗが形成されている。

カムシャフト１００は、図２（Ａ）に示すように、シャフト本体１０１と、前記吸気弁及び排気弁を軸方向に押圧する複数のカムローブ１０３と、前記シャフト本体１０１を回転自在に支持する転がり軸受装置１とを備えている。前記シャフト本体１０１には、所定位置に前記カムローブ１０３が固定される複数のカム固定部１０１ｃと、転がり軸受装置１が装着される複数のジャーナル部１０１ｊとが形成されている。
カムシャフト１００は組立式とされ、カムローブ１０３と転がり軸受装置１とが互いに干渉しないようにシャフト本体１０１に対して軸方向から順番に組付けられる。

＜転がり軸受装置１について＞
転がり軸受装置１は、図１（Ａ）（Ｂ）に示すように、シェル形軸受１０と、そのシェル形軸受１０のシェル形外輪１２が圧入される外輪締付部材２０とから構成されている。ここで、図１（Ａ）は転がり軸受装置の縦断面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のB-B矢視図（転がり軸受装置の正面図）である。
シェル形軸受１０は、プレス加工した薄いシェル形外輪１２を有する軸受であり、転動体としての細長いニードルころ１４と、それらのニードルころ１４を円周方向に等間隔で回転自在に保持する保持器１６とを備えている。このシェル形軸受１０は内輪を使用せずカムシャフト１００のジャーナル部１０１ｊの外周を軌道面として用いている。
シェル形外輪１２は、薄肉の鋼板製であり、円筒形に形成された外輪本体１２ｍと、その外輪本体１２ｍの軸方向両側に形成されたリング状の内フランジ部１２ｆとから構成されている。そして、前記外輪本体１２ｍの内周面が前記ころ１４の軌道面となっている。
また、前記外輪本体１２ｍの軌道面からの内フランジ部１２ｆの張り出し寸法は、前記ニードルころ１４の直径寸法よりも十分に小さな値に設定されている。このため、前記ニードルころ１４の外周面がカムシャフト１００のジャーナル部１０１ｊの外周面に接触している状態で、内フランジ部１２ｆの内周端（突出端）とジャーナル部１０１ｊの外周面との間に所定の隙間が形成される。

保持器１６は、薄肉の鋼板製で円筒状に形成されており、円周方向に等間隔で複数のポケット１６ｐを有している。ポケット１６ｐは軸方向に延びるスリット状に形成されており、外周側からニードルころ１４が転動可能な状態で嵌め込まれている。また、保持器１６は、隣り合うポケット１６ｐ間に位置する各々の板部１６ｂの軸方向中央部が半径方向内側に突出しており、それらの突出部分の間隔が若干狭められている。これにより、前記ニードルころ１４の半径方向内側への脱落が防止される。
前記ニードルころ１４が嵌め込まれた保持器１６は、一端側に内フランジ部１２ｆが形成されたシェル形外輪１２に軸方向から収納される。そして、ニードルころ１４及び保持器１６が収納されたシェル形外輪１２の他端側に内フランジ部１２ｆが曲げ成形されることで、シェル形軸受１０が完成する。

外輪締付部材２０は、図１（Ａ）（Ｂ）に示すように、鋼製の円筒体であり、シェル形外輪１２と等しい軸長寸法に設定されている。外輪締付部材２０の内径寸法は、シェル形軸受１０を圧入可能な寸法に設定されている。また、外輪締付部材２０の肉厚寸法は、シェル形軸受１０を圧入しても変形しないだけの強度を確保できる肉厚寸法に設定されている。
そして、シェル形軸受１０が外輪締付部材２０に圧入された状態で転がり軸受装置１が完成する。即ち、外輪締付部材２０の内側が本発明の被圧入部に相当する。
転がり軸受装置１は、カムシャフト１００のジャーナル部１０１ｊに装着された状態で、図３に示すように、その転がり軸受装置１の下半分がシリンダヘッド２００の軸受支持部２０１の半円状凹部２０１ｈに嵌め込まれる。そして、この状態で、転がり軸受装置１の上半分が半環状のキャップ２０５に押さえられ、そのキャップ２０５の両端部が軸受支持部２０１の上平面２０１ｕにボルト止めされる。これにより、カムシャフト１００が回転自在な状態でシリンダヘッド２００に装着される。

＜本実施形態に係る転がり軸受装置１の長所＞
本実施形態に係る転がり軸受装置１によると、シェル形外輪１２は円筒状の外輪締付部材２０に圧入される構成である。このため、シェル形外輪１２は、外輪締付部材２０によって半径方向外側から円周方向において均等な締付力を受ける。したがって、シェル形外輪１２の真円度が確保される。
また、外輪締付部材２０は、シェル形外輪１２とほぼ等しい熱膨張率を有する材料（鋼材）で形成されているため、エンジンの温度がどのように変化してもその外輪締付部材２０とシェル形外輪１２との間に隙間が生じることはない。したがって、エンジンの温度変化によりシェル形外輪１２の真円度が低下することがない。また、温度上昇により、シリンダヘッド２００側がより膨張しても、外輪締付部材２０の働きで転がり軸受装置１内の半径方向の隙間が増大することがない。このため、軸受の部分で騒音が発生し難くなる。
さらに、外輪締付部材２０は円筒体であるため、外輪締付部材２０の製造が容易になる。

＜変更例＞
ここで、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更が可能である。例えば、本実施形態では、外輪締付部材２０を円筒形に製造する例を示したが、図４に示すように、円筒形の外輪締付部材２０を改造することも可能である。即ち、外輪締付部材２０の径方向両側に半径方向外側に張り出す一対のリブ２５を設け、それらのリブ２５にボルト孔２５ｈを形成することで、外輪締付部材２０をシリンダヘッド２００の軸受支持部２０１に直接的にボルト止めすることが可能になる。これにより、半環状のキャップ２０５が不要になり、カムシャフト１００の組付け工数を削減することができる。
また、円筒形の外輪締付部材２０の外周面に凹凸を形成し、軸受支持部２０１の半円状凹部２０１ｈ及び半環状のキャップ２０５に対する転がり軸受装置１の回り止めを図ることも可能である。
また、本実施形態では、ニードルころ１４を使用する転がり軸受装置１を例示したが、転動体の種類は適宜変更可能である。

本発明の実施例に係る転がり軸受装置の縦断面図（Ａ図）及びＡ図のB-B矢視図（転がり軸受装置の正面図）（Ｂ図）である。カムシャフトの斜視図（Ａ図）及びエンジンのシリンダヘッドの斜視図（Ｂ図）である。転がり軸受装置をエンジンのシリンダヘッドに組付けた状態を表す正面図である。転がり軸受装置の変更例を表す正面図（Ａ図）及び平面図（Ｂ図）である。従来の転がり軸受装置を表す斜視図である。

符号の説明

１・・・・・転がり軸受装置
１２・・・・シェル形外輪
１４・・・・ニードルころ（転動体）
１６・・・・保持器
２０・・・・外輪締付部材
２５・・・・リブ
１００・・・カムシャフト
２００・・・シリンダヘッド
２０１・・・軸受支持部
２０１ｈ・・半円状凹部
２０１ｕ・・上平面

Claims

エンジンのシリンダヘッドにおいてカムシャフトを回転自在に支持するための転がり軸受装置であって、
複数の転動体と、
前記転動体を円周方向に等間隔で位置決めして、回転自在に保持する保持器と、
前記転動体と前記保持器とを収納できる構成で、内側に前記転動体の軌道面が形成されたシェル形外輪と、
前記シェル形外輪とほぼ等しい熱膨張率を有する材料で形成されており、そのシェル形外輪が圧入される被圧入部を備える外輪締付部材とを有しており、
前記外輪締付部材は、内側が前記被圧入部となる円筒状に形成されて、前記シリンダヘッドの軸受支持部に形成された半円状凹部に対し半径方向から嵌め込み可能に構成されており、
さらに、前記外輪締付部材には、その外輪締付部材の外周面から半径方向外側に張り出して、同一平面上に配置された一対のリブが設けられており、
前記外輪締付部材が前記シリンダヘッドの軸受支持部の半円状凹部に嵌め込まれた状態で、前記一対のリブが前記半円状凹部の両側に設けられた前記軸受支持部の上平面に固定される構成であることを特徴とする転がり軸受装置。