JP5417263B2 - 油路付き回転軸の転がり軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転軸の転がり軸受装置、特に、車両用エンジンのカムシャフト等のように、シャフト内部に形成された油路にオイルが供給可能に構成された回転軸を支持するのに好適な油路付き回転軸の転がり軸受装置に関する。

従来から、かかるエンジンのカムシャフト等の回転軸の軸受装置では、エンジンの摩擦（フリクション）損失を低減して燃費を向上させるために、フリクショントルクを低減させる努力が払われている。このために、最近は、滑り軸受に替えて転がり軸受も用いられるようになってきている。

一方、カムシャフト等の回転軸では、カムシャフトの回転位相を変更することにより、動弁カムによって開閉される吸気弁及び／又は排気弁の開閉タイミングを変更する、所謂、可変バルブタイミング機構を備えたものも知られている。そして、かかる可変バルブタイミング機構のアクチュエーターに対して作動油（潤滑油）を供給するための油路がカムシャフトの内部に形成され、この油路に対しては、軸受を保持する軸受ハウジングに形成された油路から所定のタイミングで作動油が供給される。

このような軸受ハウジング側の油路から回転軸側の油路に対して、転がり軸受を介して作動油（潤滑油）を供給するために、特許文献１には、回転軸を支持する転動体を有する転がり軸受と、転がり軸受を保持する軸受保持部材（軸受ハウジング）とを備え、軸受保持部材に設けられる保持側油路と回転軸に設けられる軸側油路とが連通する軸受装置において、保持側油路と軸側油路とが、転動体に対して回転軸の軸方向での側方に設けられる側方油路を介して連通され、当該側方油路が転がり軸受の側方での側部によって形成される軸受装置が記載されている。そして、この特許文献１に記載の軸受装置では、保持側油路と軸側油路とを連通させる側方油路が転動体の側方に設けられるので、潤滑油が転がり軸受の転動体の間を流通する場合に比べて、流通抵抗が減少し、所要の油量及び油圧の確保が容易になるとされている。

特開２００８−１０１７１４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の軸受装置では、保持側油路と軸側油路とを連通する側方油路を形成する軸受保持部材、及び回転軸の間が、単に嵌合されているのみでシール構造を有していないので、オイル漏れが生じるという問題を有していた。特に、エンジンの高温時には、回転軸と軸受保持部材との熱膨張差に起因するクリアランスにより、オイル漏れ量が増加し、アクチュエーターに対して所要の油量及び油圧を確保することが困難になるという問題を有するものであった。

そこで、本発明の目的は、シール性に優れ、所要の油量及び油圧を確保することが容易な油路付き回転軸の転がり軸受装置を提供することにある。

上記目的を達成する本発明の一形態の油路付き回転軸の転がり軸受装置は、軸受ハウジングに収容され、内部に油路が形成された回転軸を回転自在に支持する転がり軸受であって、前記回転軸に取付けられる内輪と、前記軸受ハウジングに固定される外輪と、これらの間に配置され保持器により周方向に等間隔に保持された複数の転動体とを有する転がり軸受を備え、前記内輪及び前記外輪の軸方向側面に当接可能に前記保持器に形成された鍔部によって、少なくとも一部が画成される軸受油路でもって、前記軸受ハウジングに形成された油路と前記回転軸に形成された軸側油路とを連通するように構成したことを特徴とする。

この一形態によれば、軸受ハウジングに形成された油路からオイルが供給され、軸受油路に入ると、軸受油路の少なくとも一部を画成している鍔部が内輪及び外輪の軸方向側面に当接される。すなわち、供給されたオイルの軸受油路内の油圧でもって鍔部が内輪及び外輪の軸方向側面に当接されることでシール性の高い軸受油路が形成されて、連通された軸側油路に供給される。したがって、軸受ハウジングと回転軸との間でのオイル漏れが生ずることが抑制され、所要の油量及び油圧を確保することができる。

ここで、上記一形態において、前記転がり軸受は、複列の転がり軸受であり、複列の保持器のそれぞれに形成された鍔部の間に前記軸受油路が画成されると共に、当該鍔部の少なくとも一方に、両者間に所定の距離を確保する距離確保手段が設けられていることが好ましい。

この形態によれば、油圧が低い場合であっても、距離確保手段により複列の保持器のそれぞれに形成された鍔部の間に所定の距離が確保されるので、確実に軸受油路が形成される。そして、保持器、延いては転動体のスラスト方向の移動も制限される。

また、上記形態に加えて、前記複列の保持器を軸方向に離間するように付勢する付勢手段を備えてもよい。

この形態によれば、油圧が低い状態であっても、複列の保持器が付勢手段により軸方向に押圧されてシール性が確保される。したがって、常に、オイル漏れが生ずることが抑制され、所要の油量及び油圧を確保することができる。

さらに、上記形態に加えて、前記複列の保持器を連結する連結手段を備えてもよい。

本発明に係る油路付き回転軸の転がり軸受装置の第１実施形態を示す断面図である。 同じく、本発明の第２実施形態を示す断面図である。 同じく、本発明の第３実施形態を示す断面図である。 同じく、本発明の第４実施形態を示す断面図である。 同じく、本発明の第５実施形態を示す断面図である。 同じく、本発明の第６実施形態を示す断面図である。

以下に、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

まず、図１を参照して、本発明に係る油路付き回転軸の転がり軸受装置をエンジンのカムシャフトに適用した第１実施形態について説明する。

１０は軸受ハウジングであり、本実施形態では、不図示のシリンダーヘッドに一体に形成されるか、又は別体に形成されてシリンダーヘッドに組み付けられるカムハウジング１０Ａと、該カムハウジング１０Ａに固定されるキャップ１０Ｂとから構成されている。カムハウジング１０Ａ及びキャップ１０Ｂは、それぞれ、半円柱状の凹部を備えて形成され、両者が合体されたとき、円柱状の軸受ハウジング収容部が形成される。２０は、軸受ハウジング収容部に収容される転がり軸受である。本実施形態による転がり軸受２０は、外輪２２と、回転軸としてのカムシャフト３０の外周面に取付けられる内輪２４と、この内輪２４と外輪２２との両者間に配置され環状の保持器２６により周方向に等間隔に保持された複数のころないしは針状ころ又はボールからなる転動体２８とを有する。

そして、本第１実施形態の転がり軸受２０は、複数の転動体２８から成る列が複数である、所謂、複列の転がり軸受２０であり、図１において左右の転動体２８がそれぞれ転がり接触する軌道面を構成すべく、外輪２２及び内輪２４が形成されている。すなわち、外輪２２は、周方向に半割であり、その軸方向の中央部に環状溝２２Ａ（溝底２２ＡＢと軸方向側面としての左右の溝側面２２ＡＬ、２２ＡＲを有している）が形成され、その左右がそれぞれ左軌道面及び右軌道面とされている。また、内輪２４においては、軸方向中央部に上記環状溝２２Ａの幅と等しい軸方向空間を空けて、周方向に一体型の左内輪２４Ｌ及び右内輪２４Ｒとされている。さらに、左右の列の転動体２８をポケット内にそれぞれ保持している左右の保持器２６Ｌ、２６Ｒには、左内輪２４Ｌ及び右内輪２４Ｒの軸方向側面と、外輪２２の軸方向側面としての左右の溝側面２２ＡＬ、２２ＡＲとにそれぞれ当接する左右の環状の鍔部２６ＬＡ、２６ＲＡが形成されている。換言すると、これらの左右の環状の鍔部２６ＬＡ、２６ＲＡは、外径が外輪２２の内径よりも大きく、内径が内輪２４の外径よりも小さく形成されている。かくて、当該左右の鍔部２６ＬＡ、２６ＲＡの対向面間に軸受油路２９が画成される。さらに、当該左右の鍔部２６ＬＡ、２６ＲＡの少なくとも一方、図示の例では左の鍔部２６ＬＡに、両者の対向面間に所定の距離を確保する距離確保手段としての突当部材２６ＬＢが設けられている。この突当部材２６ＬＢは、軸受油路２９でのオイルの流れを阻害しないように、径方向に２組、周方向に等間隔に設けられている。

なおここで、上述の外輪２２は、左軌道面及び右軌道面との間に環状溝２２Ａが形成された軸方向に一体型のものを示したが、内輪２４の場合と同様に、環状溝２２Ａの幅と等しい軸方向空間を空けて、左外輪及び右外輪として構成してもよい。このように、左外輪及び右外輪として構成する場合には、後述する軸受ハウジング１０に形成されたハウジング油路１０Ｃが左外輪及び右外輪の間に開口するので、特別に油孔を考慮する必要はないが、上記の一体型の外輪２２については、環状溝２２Ａの溝底２２ＡＢに開口する油孔２２Ｃが、軸受ハウジング１０に形成された油路の一部として形成される。

そして、本第１実施形態においては、軸受ハウジング１０のカムハウジング１０Ａに形成されたハウジング油路１０Ｃとカムシャフト３０に形成された軸側油路とが、外輪２２の油孔２２Ｃを含んで、軸受油路２９で連通される。

ここで、図１に示す本実施形態におけるカムシャフト３０には、その端部付近に、カムシャフト３０の回転位相を変更することにより、不図示の動弁カムによって開閉される吸気弁又は排気弁の開閉タイミングを変更する、可変バルブタイミング機構が設けられている。具体的には、可変バルブタイミング機構は、カムシャフト３０に相対回転可能に設けられ不図示のクランクシャフトによってタイミングチェーンを介して駆動されるカムシャフトスプロケット４２、これに固定されて内部に周方向に等間隔な複数（通常、４つ）の油圧室を画成するカバーハウジング４４、及びカムシャフト３０に固定されカバーハウジング４４の油圧室を周方向に二分する複数のベーン部を有するベーン保持部材４６からなるアクチュエーター４０を備えている。そして、上記カバーハウジング４４内部の油圧室はベーン部によって、進角室及び遅角室に周方向に二分され、当該進角室に対してはカムシャフト３０に形成された軸側油路３０Ａが、当該遅角室に対してはカムシャフト３０に形成された軸側油路３０Ｂがそれぞれ連通されている。なお、図１において、軸側油路３０Ａに対してはカムシャフト３０の第１ジャーナルにおける転がり軸受２０の軸受油路２９から、軸側油路３０Ｂに対してはカムシャフト３０の不図示の第２ジャーナルにおける転がり軸受２０の軸受油路２９から、それぞれ、後述するように所定のタイミングでオイルが供給される。

すなわち、軸側油路３０Ａ及び軸側油路３０Ｂに対してそれぞれオイルを供給するオイル経路の上流側には、スプール弁で構成され、電子制御ユニット(以下、ＥＣＵと称す)からの指令信号により作動するオイルコントロールバルブ（以下、ＯＣＶと称す）が設けられており、エンジンの運転状態に対応して、上記進角室及び遅角室に油圧を切り替え作用させることにより、アクチュエーター４０のベーン保持部材４６をカムシャフトスプロケット４２に対して相対的に回転させて、カムシャフト３０の位相を連続的に変えるようにされている。

ここで、上記の本第１実施形態における転がり軸受２０は、次の手順により組み付けられる。すなわち、カムハウジング１０Ａに半割の外輪２２の下半分をセットする。そして、カムシャフト３０に、左内輪２４Ｌ、左列の転動体２８をポケット内に保持している左保持器２６Ｌ、右列の転動体２８をポケット内に保持している右保持器２６Ｒ、及び右内輪２４Ｒを順に組み付ける。その後、この組み付けられたカムシャフト３０をカムハウジング１０Ａにセットし、半割の外輪２２の上半分を被せ、キャップ１０Ｂを載せてカムハウジング１０Ａにボルト等で固定するのである。

かくて、上記の構成になる本第１実施形態によれば、ＥＣＵからの指令信号によりオイルコントロールバルブが、例えば、上記進角室に油圧を作用させ、遅角室から油圧をドレーンさせるように切り替え作動されると、オイルポンプからのオイルが、第１ジャーナルにおける軸受ハウジング１０のカムハウジング１０Ａに形成された油路１０Ｃ、及び外輪２２の油孔２２Ｃから軸受油路２９に導入される。軸受油路２９にオイルが導入されると、突当部材２６ＬＢによって所定の対向面間距離に確保されている保持器２６の左右の鍔部２６ＬＡ、２６ＲＡが軸方向に移動し、左内輪２４Ｌ及び右内輪２４Ｒの軸方向側面と、外輪２２の軸方向側面としての左右の溝側面２２ＡＬ、２２ＡＲとにそれぞれ当接される。この結果、シール性の高い軸受油路２９が形成されて、これに連通されたカムシャフト３０の軸側油路３０Ａを介して進角室に供給されることになる。したがって、軸受ハウジング１０とカムシャフト３０との間でのオイル漏れが生ずることが抑制され、進角室に所要の油量及び油圧を確保することができる。

なお、遅角室に油圧を作用させ、進角室から油圧をドレーンさせる場合には、オイルポンプからのオイルが、第２ジャーナルにおける転がり軸受２０の軸受油路２９からカムシャフト３０の軸側油路３０Ｂを介して遅角室に供給され、進角室からの油圧は第１ジャーナルにおける転がり軸受２０の軸受油路２９を介してドレーンされる。さらに、吸気弁又は排気弁の開閉タイミングを保持する場合には、周知のように、オイルコントロールバルブが中立位置に保持され、上記進角室及び遅角室の所定の油圧が保持される。

以下に、本発明に係る油路付き回転軸の転がり軸受装置の他の実施形態につき説明するが、これらの実施形態においては、上述の第１実施形態と基本的な構成を同じとしているので、同一機能部位には同一符号を付して重複説明を避け、主に異なる点につき説明することにする。

そこで、図２に示す第２実施形態では、第１実施形態における半割の外輪に替えて、外輪２２が周方向にも連続する一体型とされている。そして、外輪２２を２部品で形成し、組付けが容易となるようにしている。すなわち、外輪２２は、図１に示した第１実施形態における右転動面に相当する部分が右転動面部材２２Ｘとして、別部材で構成されている。この右転動面部材２２Ｘは、内径が外輪２２の左転動面の内径に等しく、外径が中央部の環状溝２２Ａの溝底２２ＡＢの外径と等しくなるようにされている。なお、外輪２２の油孔２２Ｃに対しては、キャップ１０Ｂに形成された油路１０Ｃが連通されている。

ここで、かかる第２実施形態における転がり軸受２０は、次の手順により組み付けられる。すなわち、カムシャフト３０に、左内輪２４Ｌ、及び左列の転動体２８をポケット内に保持している左保持器２６Ｌを組み付ける。そして、一体型の外輪２２をその左転動面を左列の転動体２８に合わせて組み付ける。さらに、右列の転動体２８をポケット内に保持している右保持器２６Ｒをセットし、右内輪２４Ｒ及び右転動面部材２２Ｘを順に組み付ける。その後、この組み付けられたカムシャフト３０をカムハウジング１０Ａにセットし、キャップ１０Ｂを載せてカムハウジング１０Ａにボルト等で固定するのである。

この第２実施形態においても、軸受油路２９にオイルが導入されると、突当部材２６ＬＢによって所定の対向面間距離に確保されている保持器２６の左右の鍔部２６ＬＡ、２６ＲＡが軸方向に移動し、左内輪２４Ｌ及び右内輪２４Ｒの軸方向側面と、外輪２２の軸方向側面としての左の溝側面２２ＡＬ及び右転動面部材２２Ｘの側面とにそれぞれ当接される。この結果、軸受ハウジング１０とカムシャフト３０との間でのオイル漏れが生ずることが抑制され、進角室に所要の油量及び油圧を確保することができる。

次に、本発明に係る油路付き回転軸の転がり軸受装置の第３実施形態を、図３を参照して説明する。

この図３に示す第３実施形態では、保持器２６の左右の鍔部２６ＬＡ、２６ＲＡの対向面間に、所定の距離を確保する距離確保手段である突当部材に加えて、左右の保持器２６Ｌ、２６Ｒを軸方向に離間するように付勢する付勢手段としてのばね部材が設けられている。すなわち、図３に示す第３実施形態においては、右の鍔部２６ＲＡに、両者の対向面間に所定の距離を確保する距離確保手段としての突当部材２６ＲＢが径方向に２組、周方向に等間隔に設けられると共に、左の鍔部２６ＬＡにばね支持部材２６ＬＣが設けられ、そして、当該ばね支持部材２６ＬＣと右の鍔部２６ＲＡとの間に付勢手段としてのばね部材２６Ｓが配置されている。なお、上述のばね支持部材２６ＬＣ及びばね部材２６Ｓは周方向に複数個設ければよく、等間隔か不等間隔かは問わない。

この第３実施形態によれば、エンジンの始動直後などの油圧が低い状態であっても、保持器２６の左右の鍔部２６ＬＡ及び２６ＲＡがばね部材２６Ｓにより軸方向に押圧されてシール性が確保される。したがって、エンジンの全運転範囲で軸受ハウジング１０とカムシャフト３０との間でのオイル漏れが生ずることが抑制され、所要の油量及び油圧を確保することができる。

また、図４に本発明の第４実施形態を示す。この第４実施形態は上記第３実施形態における付勢手段としてのばね部材に替えて、ゴム部材などからなる弾性部材を用いたものである。すなわち、保持器２６の左右の鍔部２６ＬＡ、２６ＲＡの対向面間に、環柱体状の弾性部材２６Ｅが配置されている。そして、この弾性部材２６Ｅには、油路を確保すべく複数個の径方向孔２６ＥＡが形成されている。

この第４実施形態によれば、弾性部材２６Ｅの弾性力によりシール性が確保される。同時に、オイルによる弾性部材２６Ｅの膨潤により、シール性がより強固となる。

さらに、本発明の第５実施形態を図５に示す。この第５実施形態は、上述の第１実施形態における距離確保手段としての突当部材に替えて、左右の保持器２６Ｌ、
２６Ｒを連結する連結手段としての連結部材を用いたものである。すなわち、保持器２６の左右の鍔部２６ＬＡ、２６ＲＡが、熱膨張係数の大きな材料の連結部材２６Ｆでもって連結されている。この連結部材２６Ｆは、軸受油路２９でのオイルの流れを阻害しないように、突当部材と同様に、径方向に２組、周方向に等間隔に設けられている。そして、連結部材２６Ｆの長さ及び熱膨張係数は、エンジンの冷機時において、左右の鍔部２６ＬＡ、２６ＲＡが左内輪２４Ｌ及び右内輪２４Ｒの軸方向側面と、外輪２２の軸方向側面としての左右の溝側面２２ＡＬ、２２ＡＲとにそれぞれ接触せず、エンジンの暖機後に当接するように設定されている。

かくて、この第５実施形態によれば、エンジンの冷機時においてはシール性が低下するが、その分、左右の列の転動体２８へオイルが供給されて、始動直後の潤滑性不足を解消することができる。そして、エンジンの暖機後は、連結部材２６Ｆが熱膨張により伸びるので、シール性が確保される。

以上、本発明に係る油路付き回転軸の転がり軸受装置に複列の転がり軸受を用いた実施形態について説明したが、単列の転がり軸受を用いるようにしてもよい。すなわち、第６実施形態として図６に示すように、左右の列の転動体２８の一方（図６では左）を用いないようにしてもよい。但し、この場合、左の保持器２６Ｌは転動体を収容するポケットを有さないダミーであり、上述の実施形態で説明したのと同様の鍔部２６ＬＡを備えていればよい。

さらに、上述した実施形態は、本発明を油路付のカムシャフトの転がり軸受装置に適用した例であるが、本発明はこれに限定されずに、他の油路付の回転軸の転がり軸受装置であってもよい。

１０ 軸受ハウジング
１０Ａ カムハウジング
１０Ｂ キャップ
１０Ｃ ハウジング油路
２０ 転がり軸受
２２ 外輪
２２Ａ 環状溝
２２ＡＢ 溝底
２２ＡＬ、２２ＡＲ 溝側面
２２Ｃ 油孔
２２Ｘ （右）転動面部材
２４ 内輪
２４Ｌ 左内輪
２４Ｒ 右内輪
２６ 保持器
２６Ｌ 左保持器
２６Ｒ 右保持器
２６ＬＡ 左鍔部
２６ＲＡ 右鍔部
２６ＲＢ 突当部材
２６ＬＣ ばね支持部材
２６Ｓ ばね部材
２６Ｅ 弾性部材
２６ＥＡ 径方向孔
２６Ｆ 連結部材
２８ 転動体
２９ 軸受油路
３０ カムシャフト（回転軸）
３０Ａ、３０Ｂ 軸側油路

Claims (4)

1. 軸受ハウジングに収容され、内部に油路が形成された回転軸を回転自在に支持する転がり軸受であって、前記回転軸に取付けられる内輪と、前記軸受ハウジングに固定される外輪と、これらの間に配置され保持器により周方向に等間隔に保持された複数の転動体とを有する転がり軸受を備え、
   前記内輪及び前記外輪の軸方向側面に当接可能に前記保持器に形成された鍔部によって、少なくとも一部が画成される軸受油路でもって、前記軸受ハウジングに形成された油路と前記回転軸に形成された軸側油路とを連通するように構成したことを特徴とする油路付き回転軸の転がり軸受装置。
2. 前記転がり軸受は、複列の転がり軸受であり、複列の保持器のそれぞれに形成された鍔部の間に前記軸受油路が画成されると共に、当該鍔部の少なくとも一方に、両者間に所定の距離を確保する距離確保手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の油路付き回転軸の転がり軸受装置。
3. 前記複列の保持器を軸方向に離間するように付勢する付勢手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の油路付き回転軸の転がり軸受装置。
4. 前記複列の保持器を連結する連結手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の油路付き回転軸の転がり軸受装置。

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