JP4929605B2

JP4929605B2 - 転がり軸受及びカムシャフト装置

Info

Publication number: JP4929605B2
Application number: JP2005068864A
Authority: JP
Inventors: 弘上野; 和芳山川
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2005-03-11
Filing date: 2005-03-11
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2025-03-11
Also published as: JP2006250268A; CN100572760C; CN101128677A

Description

この発明は、転がり軸受及びこれを用いたカムシャフト装置に関する。

例えば、シリンダヘッド内のカムシャフトを回転可能に支持するには、滑り軸受を用いる場合と（特許文献１参照）、転がり軸受を用いる場合（特許文献２参照）とがある。滑り軸受の場合、シリンダヘッドに形成されている給油用の孔から滑り軸受の外周面側へ潤滑油が供給され、その潤滑油が滑り軸受に形成された径方向の貫通孔を通じてシャフトの外周面と滑り軸受の内周面（ジャーナル面）との間に供給されている。しかし、滑り軸受はこのような給油がされていても、シャフトとの間の摩擦抵抗が、転がり軸受の場合よりも大きくなる。
従って、より摩擦抵抗を低減させるには、転がり軸受を用いることが好ましい。

特開平８−２１８８１７号公報実開平５−６１０４号公報

しかしながら、軸受とカムシャフトとの間の摩擦抵抗を低減させるために、転がり軸受を採用した場合、シリンダヘッド側から転がり軸受の軌道面への給油は困難である。つまり、滑り軸受の場合、滑り軸受の内周面に給油孔が開口していても性能的に問題はないが、転がり軸受の場合、その軌道面に給油孔が開口していると転動体がその孔を通過することとなり、振動、騒音が発生し、寿命を低下させてしまうという問題がある。
そこで、この発明は、転動体の転がりに影響を与えることなく、軌道面への給油を行うことが可能となる転がり軸受、及び、これを用いたカムシャフト装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するためのこの発明の転がり軸受は、外輪の外周面に、軸方向中央部に形成され径方向外方から潤滑油が供給される周方向の溝と、この周方向の溝から前記外輪の側面まで貫通して形成され当該側面で開口し、前記周方向の溝内の潤滑油を前記外輪の側面へと供給する軸方向の溝とが形成され、前記軸方向の溝は、前記周方向の溝内の潤滑油を、軸方向両側の前記側面を経て前記外輪の内周面へと軸方向両側から回り込ませるために、前記周方向の溝の軸方向両側に形成されていることを特徴としている。

本発明によれば、外輪の外周面の周方向の溝内に供給された潤滑油を、軸方向の溝を通じて外輪の側面に供給することができる。そして、外輪の側面に供給された潤滑油は外輪の側面及び外輪の内周面に沿って回り込むよう流れて軌道面への給油が可能となる。
また、前記軸方向の溝は、周方向に等間隔で複数条形成されているのが好ましい。

また、前記周方向の溝は、前記外輪の外周面において軸方向中央部に形成されており、前記軸方向の溝は、前記外輪の両側面を直線的に貫通するように前記周方向の溝の軸方向両側に形成されている場合、転がり軸受の軸方向両側へ均等に潤滑油の供給が可能となる。転がり軸受の左右両側の環境（例えば、周辺部材の形状）が同じ場合に有効となる。
または、前記周方向の溝は、前記外輪の外周面において軸方向中央部に形成されており、前記軸方向の溝は、前記周方向の溝の軸方向両側に、相互が周方向に位置ずれして夫々形成されている場合、転がり軸受の左右両側の環境の違いにより潤滑油の流れ易さが左右で異なる場合に有効となる。

また、前記軸方向の溝は、側面視において、前記外輪の外周面において中心軸に平行な直線に対して傾斜するよう形成されているのが好ましい。これによれば、周方向の溝内に供給された潤滑油が外輪の側面へ回り込むのを容易とさせることができる。
また、前記軸方向の溝は、前記外輪の外周面において中心軸に平行な方向に沿って直線状に形成されているのが好ましい。

さらに、この発明のカムシャフト装置は、前記転がり軸受と、この転がり軸受により回転自在に支持されているシャフトと、このシャフトと別体であって貫通孔を有して当該シャフトに外嵌状に取り付けられているカムとを備え、前記転がり軸受は、環状の一体物からなる軌道輪を有して前記シャフトに外嵌状として取り付けられていることを特徴としている。
このような構成によれば、転がり軸受によりシャフトを支持させることで、軸受における摩擦抵抗を小さくして回転の際の摩擦損失を低減できる。特に回転始動時、低速回転時における摩擦抵抗を小さくすることができる。さらに、カムがシャフトと別体とされていることにより、カムをシャフトに取り付ける前に、先に転がり軸受をシャフトの端部からシャフトを挿入状として所定位置まで移動させて取り付けることができる。従って、転がり軸受の軌道輪を分割構造とする必要がなく、軌道面につなぎ目を生じさせない。なお、軌道輪が分割構造とされて軌道面につなぎ目が存在すると、そのつなぎ目を転動体が通過する際に振動や騒音が発生し、軸受の寿命を低下させてしまう。さらに、カムをシャフトの端部からシャフトを挿入状として移動させ、所定位置に取り付けることができる。

本発明によれば、転動体の転がりに影響を与えることなく、転がり軸受の軌道面に潤滑油を効果的に供給させることができる。

本発明を図１に示すような、カム２を有するシャフト１を回転可能としているカムシャフト装置において説明する。このカムシャフト装置は、自動車用エンジンの給排気弁を作動させるものである。

カムシャフト装置の全体について説明すると、このカムシャフト装置は、アルミ製ブロックからなるハウジングＨ（シリンダヘッド）に収容されており、直線状のシャフト１と、このシャフト１と別体であってシャフト１に外嵌状に取り付けられている複数の略卵形のカム２と、シャフト１を回転可能に支持している複数の転がり軸受３とを備えている。そして、シャフト１にカム２及び転がり軸受３が、シャフト１の軸方向の所定位置に配設されている。また、一対で１組とされているカム２の間に、１つの転がり軸受３が設けられている。

転がり軸受３は、シャフト１に外嵌状として取り付けられてシャフト１を回転可能に支持しており、深溝玉軸受とされている。図２に示すように、この転がり軸受３は、内輪４と、内輪４の径方向外方に設けられている外輪５とを有しており、内輪４の軌道面（軌道溝）６と外輪５の軌道面（軌道溝）１２との間に複数の玉７からなる転動体が介在している。これら玉７は保持器１３により保持されている。
そして、転がり軸受３は、内輪４がシャフト１の外周面１ａに外嵌して固定されており、外輪５がハウジングＨの収容室内面に嵌め込まれて固定されている。

また、図８は、カムシャフト装置の他の実施の形態を示す一部断面の側面図であり、この装置が備えている転がり軸受３は、カムシャフト１の外周面１ａに転がり軸受３の内輪軌道面６が形成されている。つまり、図１のカムシャフト装置における内輪４を省略して、カムシャフト１を内輪としている。これにより、部品点数を削減できると共に、負荷容量を大きくさせることができる。

図２は、転がり軸受３の断面図であり、この転がり軸受３は、外輪５の外周面５ａに周方向の溝３１（以下、周方向溝３１という）が形成されており、この周方向溝３１内から外輪５の内周面５ｂに貫通している給油孔３３が形成されている。周方向溝３１は外輪５を径方向に貫通しない凹溝であり、周方向に連続して形成されている。
そして、給油孔３３は、外輪５の内周面５ｂのうち転動体としての玉７と接触しない面で開口するよう形成されている。具体的に説明すると、給油孔３３は、外輪５の内周面５ｂにおいて所定の曲率半径で形成された軌道面１２以外の面、つまり、軌道面１２の軸方向側方にあって中心軸Ｃに平行な方向に直線状の非軌道面３４に開口している。これにより、給油孔３３が玉７の転がりに影響を与えることがない。

給油孔３３は少なくとも１本形成されればよいが、複数箇所に同時に給油させるために周方向に等間隔で複数本設けるのが好ましい。給油孔３３は、断面矩形とされた周方向溝３１の底面を含む位置において開口しており、図２においては、周方向溝３１の底面と側面との間の隅部において開口している。これにより、隅部に潤滑油は滞留しやすいが、このような潤滑油を給油孔３３へ供給でき、潤滑油の滞留を防止できる。
さらに、周方向溝３１は、外輪５の外周面５ａにおいて軸方向中央部に形成されており、給油孔３３は、この周方向溝３１から軸方向側方へ向かいながら径方向内方へ延びる直線状として形成されている。なお、図示しないが、周方向溝３１を外周面５ａにおいて、軸方向の縁部（側方）に形成して、給油孔３３を、この周方向溝３１から軸方向中央（軸方向中央の軌道面１２）へ向かわせながら径方向内方へ延びる直線状として形成してもよい。

この転がり軸受３によれば、潤滑油がハウジングＨに形成された潤滑油用の孔３５を通じて転がり軸受３の外輪５の周方向溝３１内に供給され、この潤滑油は、給油孔３３を通じて、外輪５の内周面５ｂのうち非軌道面３４に供給される。そして、非軌道面３４部分に供給された潤滑油は、外輪５の内周面５ｂに沿って軌道面１２側へ流れて軌道面１２への給油が可能となる。

図３は、転がり軸受３の側面図であり、この転がり軸受３は、外輪５の外周面５ａに、周方向の溝３１（以下、周方向溝３１という）と、この周方向溝３１内から外輪５の側面５ｃに開口する軸方向の溝３２（以下、軸方向溝３２という）とが形成されている。周方向溝３１は外輪５を径方向に貫通しない凹溝であり、周方向に連続して形成されている。周方向溝３１は、外輪５の外周面５ａにおいて軸方向中央部に形成されている。つまり、周方向溝３１は、外輪５の外周面５ａを軸方向に２等分する周方向に連続の仮想中心線上に形成されている。

軸方向溝３２は、周方向溝３１を横断して外輪５の両側面５ｃを直線的に貫通するように形成されている。つまり、軸方向溝３２は、周方向溝３１の軸方向両側（左右両側）に並んで夫々形成されており、この両側の軸方向溝３２により、周方向溝３１を挟んで軸方向に直線状となる連続した溝を形成している。また、軸方向溝３２は、周方向に少なくとも１条形成すればよいが、図３に示すように、周方向に等間隔で複数条形成するのが好ましい。また、図４は外輪５の外周縁部の一部を軸方向から見た図であり、軸方向溝３２と周方向溝３１とは同じ深さで形成されている。この実施形態によれば、周方向溝３１を中心として軸方向溝３２を左右対称に形成しているため、軸方向両側から均等に潤滑油の供給が可能となる。

図５は、他の転がり軸受３の側面図であり、この転がり軸受３は、図３の形態と同様に、外輪５の外周面５ａに、周方向溝３１と、軸方向溝３２とが形成され、周方向溝３１は、外輪５の外周面５ａにおいて軸方向中央部に形成されている。
軸方向溝３２は、周方向溝３１の軸方向両側（左右両側）に夫々形成されているが、左右の軸方向溝３２は、相互が周方向に位置ずれして（位相を違えて）夫々形成されている。従って、この軸方向溝３２は、図３の形態と異なり、外輪５の両側面５ｃを直線的に貫通するものではない。
また、軸方向溝３２は、周方向溝３１の両側夫々において、周方向に少なくとも１条形成すればよいが、図５に示すように、周方向に等間隔で複数条形成するのが好ましい。その他の構成については図３の形態と同様である。この実施形態によれば、転がり軸受３の左右両側におけるハウジングＨの形状などの違いにより潤滑油の流れ易さが左右で異なる場合において有効となる。

図６は、他の転がり軸受３の側面図であり、図７は、他の転がり軸受３の側面図である。これらの転がり軸受３は、図３の形態と同様に、外輪５の外周面５ａに、周方向溝３１と、軸方向溝３２とが形成され、周方向溝３１は、外輪５の外周面５ａにおいて軸方向中央部に形成されている。そして、軸方向溝３２が、外輪５の外周面５ａにおいて転がり軸受３の中心軸Ｃに平行な直線（以下、基準線ｅという）に対して所定の傾斜角度θで傾斜するよう形成されている。

図６において、周方向溝３１を挟んで隣り合う両軸方向溝３２は、夫々の中心線が互いに交差する向きに形成されている。一方、図７は、周方向溝３１を挟んで隣り合う両軸方向溝３２は、中心線が相互に平行となるよう形成されている。図６と図７によれば、潤滑油自身の自重によって潤滑油が軸方向溝３２内を下方向きへ移動することにより外輪の側面５ｃ側へ移動できる向きとされた軸方向溝３２が存在することとなり、周方向溝３１内に供給された潤滑油が、外輪５の側面５ｃへ回り込むのを容易とさせている。
さらに、図示しないが、図６と図７では、左右の軸方向溝３２が周方向溝３１を挟んで並んで配置されているが、左右で周方向に位置ずれしたものであってもよく、または、傾斜角度θが異なる軸方向溝３２を周方向に複数形成してもよい。

このように、前記各転がり軸受３によれば、ハウジングＨに形成された孔３５から潤滑油が周方向溝３１内に供給され、この潤滑油が軸方向溝３２を通じて外輪５の軸方向両側面５ｃ，５ｃに供給される。そして、外輪５の側面５ｃに供給された潤滑油は外輪５の側面５ｃ及び外輪５の内周面５ｂに沿って回り込むよう流れて軌道部への給油が可能となる。

さらに、各実施形態の転がり軸受３の軌道輪は、分割構造とされたものではなくて環状の一体物（ワンピース構造）からなる。つまり、図１においては、内輪４と外輪５とが夫々環状の一体物からなり、図８においては外輪５が環状の一体物からなる。これにより、軌道面につなぎ目を生じさせない。この転がり軸受３は、シャフト１の端部からシャフト１を挿入状として、シャフト１に沿って軸方向に移動させ、シャフト１の軸方向所定の位置（転がり軸受取付部１５）に取り付けられる。

このカムシャフト装置は、図１又は図８に示すように、シャフト１とカム２とが夫々別体として作製されてから組み立てられてカムシャフトとなる組み立て構造によるものである。つまり、シャフト１は直線状の部材であり、カム２にはシャフト１に外嵌状となるための貫通孔１０が形成されている。これにより、このカム２は、シャフト１の端部から外嵌状となってシャフト１に沿って軸方向に移動でき、シャフト１の軸方向所定の位置（カム取付部１４）に取り付けられる。シャフト１とカム２と転がり軸受３とを１つのカムシャフトユニットとして構成でき、予めこのユニットとして構成させたものをハウジングＨに組み付けることができる。

シャフト１の一端部（左側）には軸部材２６が取り付けられており、この軸部材２６はシャフト１と同心状となるよう固定されている。軸部材２６には、シャフト１を回転させるためのプーリ９と、プーリ９の近傍を支持する円筒ころ軸受１１が取り付けられている。プーリ９にはラジアル方向の大きなベルト荷重が作用するが、負荷容量が大きい円筒ころ軸受１１を用いることで、軸部材２６及びシャフト１を安定して支持することができる。そして、図示しないが、この円筒ころ軸受１１の外輪においても同様に前記給油孔３３や周方向溝３１、軸方向溝３２が形成されている。

このシャフト１に取り付けられるカム２についてさらに説明すると、カム２は図示しないキー部材などを用いてシャフト１と一体回転するよう構成してもよいが、カム２の貫通孔１０においてシャフト１に締め代をもって嵌合して固定させるのが好ましい。従って、カム２を例えば焼きばめによりシャフト１に取り付ければよい。これにより、カム２の取り付けが簡単かつ強固なものとでき、別途固定部材が不要であり部品点数を削減できる。

シャフト１についてさらに説明すると、シャフト１は、カム２及び転がり軸受３を、端部側から軸方向に移動させることにより夫々を所定の位置に取り付け可能とさせる直線状として構成されている。つまり、カム２及び転がり軸受３をシャフト１の端部から夫々所定の位置まで軸方向移動させるため、カム取付部１４と転がり軸受取付部１５とが同じ外径とされて、かつ、これらの部分において最大外径となる円形断面を有するよう、シャフト１は構成されている。なお、図８において、転がり軸受取付部１５に軌道面６が形成されており、転がり軸受取付部１５の外径は肩部における直径としている。これにより、シャフト１のカム取付部１４及び転がり軸受取付部１５に対してセンタレス加工（センタレス研摩）が可能となり、簡単かつ低コストで、高精度なシャフト１の製造が可能となる。

なお、シャフト１は、全長にわたって同一の直径とされて軸方向均一な円形状の断面となる（すなわち全長にわたって外周面１ａに段差のない）直線状としてもよいが、同じ外径とされている全てのカム取付部１４と全ての転がり軸受取付部１５とを最大径とし、その他の部分においてはそれよりも僅かに小径とされた部分を有して小段付きの直線状とすることもできる。

以上のような構成によれば、潤滑油を軸受軌道部に効果的に供給させることができ、潤滑性能の優れた転がり軸受３を備えたカムシャフト装置を得ることができる。これにより、シャフト１とカム２と転がり軸受３とを備えたカムシャフトユニットは、オイル切れが起こるのを防止でき、円滑に機能することができる。
さらに、シャフト１を支持する軸受の全てが転がり軸受３（深溝玉軸受及び円筒ころ軸受１１）とされていることにより、特に回転始動時、低速回転時における摩擦抵抗を小さくすることができ、シャフト装置全体において回転の際の摩擦損失を大幅に低減できる。従って、自動車エンジンの給排気弁作動用のカムシャフト装置に、このシャフト装置を用いることにより、エンジンの燃費向上に貢献できる。

また、カム２の近傍においてシャフト１を支持する転がり軸受３を深溝玉軸受とすることにより、次のような作用効果を奏することができる。シャフト１には複数のカム２が設けられており、エンジンの給排気用弁の動作の際にこれらカム２に負荷が作用して、シャフト１に周期的な波打ち（振動）が生じる。しかし、曲面とされる軌道面とこれに接触する玉７とにより、シャフト１の波打ちによる変位を逃がすことができる。
さらに、シャフト１に作用するアキシャル荷重を転がり軸受３によって受けることができ、シャフト１の軸方向の変位を規制することができる。

また、本発明のシャフト装置は、図示する形態に限らずこの発明の範囲内において他の形態のものであっても良く、図１と図８においてはカム２を８個とし、転がり軸受３を４個としているが、これらの配置、数量はこれに制限されず変更自在である。

本発明の実施の一形態に係るカムシャフト装置を示す一部断面の側面図である。転がり軸受の断面図である。転がり軸受の側面図である。外輪の外周縁部の一部を軸方向から見た拡大図である。他の転がり軸受の側面図である。他の転がり軸受の側面図である。他の転がり軸受の側面図である。カムシャフト装置の他の実施の形態を示す一部断面の側面図である。

１シャフト
２カム
３転がり軸受
５外輪
５ａ外周面
５ｂ内周面
５ｃ側面
１０貫通孔
３１周方向溝
３２軸方向溝
３３給油孔
Ｃ中心線

Claims

外輪の外周面に、
軸方向中央部に形成され径方向外方から潤滑油が供給される周方向の溝と、
この周方向の溝から前記外輪の側面まで貫通して形成され当該側面で開口し、前記周方向の溝内の潤滑油を前記外輪の側面へと供給する軸方向の溝と、
が形成され、
前記軸方向の溝は、前記周方向の溝内の潤滑油を、軸方向両側の前記側面を経て前記外輪の内周面へと軸方向両側から回り込ませるために、前記周方向の溝の軸方向両側に形成されていることを特徴とする転がり軸受。
前記軸方向の溝は、周方向に等間隔で複数条形成されている請求項１に記載の転がり軸受。
前記軸方向の溝は、側面視において、前記外輪の外周面において中心軸に平行な直線に対して傾斜するよう形成されている請求項１又は２に記載の転がり軸受。
前記軸方向の溝は、前記外輪の外周面において中心軸に平行な方向に沿って直線状に形成されている請求項１又は２に記載の転がり軸受。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の転がり軸受と、この転がり軸受により回転自在に支持されているシャフトと、このシャフトと別体であって貫通孔を有して当該シャフトに外嵌状に取り付けられているカムと、を備え、前記転がり軸受は、環状の一体物からなる軌道輪を有して前記シャフトに外嵌状として取り付けられていることを特徴とするカムシャフト装置。