JP2011099342A

JP2011099342A - カムシャフト装置

Info

Publication number: JP2011099342A
Application number: JP2009253123A
Authority: JP
Inventors: 和生 ▲濱▼田; Kazuo Hamada; Hiroshi Ueno; 弘上野; Norio Usuki; 功雄臼杵; Hironori Hiraoka; 寛規平岡; Yasutaro Yamashita; 康太郎山下; Hiroshi Sato; 佐藤　　寛; Naoaki Ikeda; 尚明池田; Makoto Onishi; 良大西
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2009-11-04
Filing date: 2009-11-04
Publication date: 2011-05-19
Also published as: EP2497914A4; CN102639821A; EP2497914A1; US20120174882A1; WO2011055630A1

Abstract

【課題】カムシャフトの回転トルクを低減することができるとともに、カムシャフトを支持する軸受が組み付けられる組み付け部の製造を容易に行うことができるカムシャフト装置を提供する。
【解決手段】カムシャフト１を回転可能に支持する複数の軸受のうち、プーリＰに最も近接する軸受を転がり軸受４とし、その他の軸受を滑り軸受３とする。転がり軸受４は、第１外輪軌道面５１および当該第１外輪軌道面５１を転動する複数の円筒ころ５３を有するころ軸受部５と、ころ軸受部５に対して軸方向に隣接して配置されているとともに第２外輪軌道面６１および当該第２外輪軌道面６１を転動する複数の玉６３を有する玉軸受部６とによって構成され、第１外輪軌道面５１と第２外輪軌道面６１とが、単一の外輪７の内周面７ａに形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの回転に同期して回転駆動されるカムシャフト装置に関する。

自動車用のエンジンに用いられる従来のカムシャフト装置は、給排気用の弁を動作させるための複数のカムを有するカムシャフトを、複数の軸受によって回転可能に支持している（例えば、特許文献１参照）。この支持構造は、図３に示すように、全ての軸受を滑り軸受４１とし、この滑り軸受４１によってカムシャフト４２の各カム４３の間をそれぞれ支持している。

従来の全ての軸受を滑り軸受としたカムシャフト装置は、滑り軸受を用いているので摩擦抵抗が大きくなるため、カムシャフトの回転トルクが増大し、エンジンの燃費性能が低下するという問題があった。この問題を解決するために、全ての軸受を転がり軸受にすることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平８−２１８８１７号公報特開２００６−２２６１８３号公報

カムシャフトを支持する軸受を全て転がり軸受としたカムシャフト装置では、各転がり軸受をエンジン側のシリンダヘッド等に組み付ける際に、同軸度が低いと、カムシャフトがスムーズに回転できなくなるので、各転がり軸受相互の同軸度を高く設定する必要がある。このため、シリンダヘッド等の組み付け部の加工精度を高くする必要があり、組み付け部の製造が困難になるという問題があった。
本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたものであり、カムシャフトの回転トルクを低減することができるとともに、カムシャフトを支持する軸受が組み付けられる組み付け部の製造を容易に行うことができる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本発明のカムシャフト装置は、軸方向に複数のカムを有するとともに、一端にプーリが取り付けられるカムシャフトと、前記カムシャフトをハウジングに対して回転可能に支持する複数の軸受と、を備えたカムシャフト装置であって、前記複数の軸受のうち、前記プーリに最も近接する軸受が転がり軸受で構成され、その他の軸受が滑り軸受で構成されており、前記転がり軸受は、第１外輪軌道面および当該第１外輪軌道面を転動する複数のころを有するころ軸受部と、前記ころ軸受部に対して軸方向に隣接して配置されているとともに第２外輪軌道面および当該第２外輪軌道面を転動する複数の玉を有する玉軸受部と、を備え、前記第１外輪軌道面と前記第２外輪軌道面とが、単一の外輪の内周に形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、カムシャフトを支持する複数の軸受のうち、プーリに最も近接する軸受を転がり軸受で構成したので、カムシャフトの中でもプーリを介して作用する最も大きな負荷荷重を、摩擦抵抗の小さい転がり軸受によって支持することができる。したがって、カムシャフトの回転トルクを効果的に低減することができる。
また、カムシャフトを支持するその他の軸受を滑り軸受で構成したので、従来の全て転がり軸受とした場合に比べて、軸受相互の同軸度を低く設定することができる。この結果、カムシャフトを支持する軸受が組み付けられる組み付け部（ハウジング）の加工精度を高くする必要がないため、組み付け部の製造を容易に行うことができる。

さらに、転がり軸受は、ころ軸受部と玉軸受部とを有するため、ころ軸受部によって負荷容量を大きくすることができるとともに、カムシャフトの軸方向の移動を玉軸受部によって規制することができる。このため、上記負荷荷重に起因するカムシャフト装置の作動性能の低下を抑制することができる。しかも、ころ軸受部の外輪軌道面と、玉軸受部の外輪軌道面とを、単一の外輪の内周面に形成するようにしたので、部品点数を削減することができ、製造コストを低減することができる。

また、前記カムシャフト装置は、前記カムシャフトの外周面に、前記ころ軸受部の前記ころが転動する第１内輪軌道面が形成されているとともに、前記玉軸受部の前記玉が転動する第２内輪軌道面が形成されていることが好ましい。
この場合、カムシャフトを転がり軸受の内輪として兼用することができるため、部品点数の削減が可能となり、製造コストをさらに低減することができる。

また、前記カムシャフトは、シャフト本体と、当該シャフト本体の一端に同心に取り付けられているとともに前記プーリが取り付けられる軸部材とを有し、前記軸部材の外周面に、前記第１内輪軌道面および前記第２内輪軌道面が形成されていることが好ましい。
この場合、第１内輪軌道面および第２内輪軌道面を、カムシャフトのシャフト本体に軸部材を取り付ける前に、当該軸部材に形成することができるため、内輪軌道面の加工が容易となる。

本発明によれば、カムシャフトの中でもプーリを介して作用する最も大きな負荷荷重を、摩擦抵抗の小さい転がり軸受によって支持することができるため、カムシャフトの回転トルクを効果的に低減することができる。また、従来の全て転がり軸受とした場合に比べて、カムシャフトを支持する軸受が組み付けられる組み付け部の加工精度を高くする必要がないため、組み付け部の製造を容易に行うことができる。

本発明の実施形態に係るカムシャフト装置を示す一部断面図である。図１の要部を示す拡大断面図である。従来のカムシャフト装置を示す断面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るカムシャフト装置を示す一部断面図である。このカムシャフト装置Ｃは、自動車用エンジンの給排気弁を作動させるものであり、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）に組み付けられている。カムシャフト装置Ｃは、複数のカム２を有するカムシャフト１と、カムシャフト１を回転可能に支持している複数（本実施形態では４個）の滑り軸受３および単一の転がり軸受４とを備えている。

カムシャフト１は、直線状のシャフト本体１１と、このシャフト本体１１の一端部（図１の左側）に取り付けられた軸部材１２と、シャフト本体１１の外周に嵌合された複数の略卵形のカム２とを有している。この軸部材１２は、その外径が例えば１８〜２０ｍｍに設定されており、シャフト本体１１の一端部に圧入されて同心に固定されている。軸部材１２の端部には、カムシャフト１を回転させるためのプーリＰがプーリ取付部１３を介して取り付けられている。そして、プーリＰは、出力軸であるクランクシャフト（図示せず）にベルト（図示せず）を介して連結されており、同クランクシャフトと同期して回転し、このプーリＰを介してカムシャフト１に動力が伝達される。

カム２は、一対で１組とされており、シャフト本体１１の軸方向に沿って所定間隔毎に配設されている。カム２には、シャフト本体１１の外周面１１ａに圧入嵌合するための貫通孔２ａが形成されている。

各滑り軸受３は、１組のカム２の間にそれぞれ配置されており、シャフト本体１１を回転可能に支持している。各滑り軸受３は、円筒状に形成されており、その外周面３ａ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、各滑り軸受３の内周面３ｂには、シャフト本体１１の外周面１１ａが油膜を介して摺接するようになっている。

転がり軸受４は、プーリＰに最も近接する軸受であって、カムシャフト１の軸部材１２を回転可能に支持している。
図２は、転がり軸受４を示す図１の要部拡大図である。転がり軸受４は、単一の外輪７を有するとともに、ころ軸受部５および玉軸受部６が軸方向に分割して構成されている。
外輪７は、例えば軸受鋼やステンレス合金等によって円筒状に形成されており、その外周面７ａは、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。

ころ軸受部５は、外輪７側に形成された第１外輪軌道面５１と、軸部材１２側に形成された第１内輪軌道面５２と、第１外輪軌道面５１と第１内輪軌道面５２との間に転動自在に配設された複数の円筒ころ５３と、各円筒ころ５３を円周方向に沿って所定間隔に保持する第１保持器５４とによって、円筒ころ軸受を構成している。

第１外輪軌道面５１は、外輪７の内周面７ｂの略中央部から一端部側（図２の左側）に形成された段部７ｃに一体形成されている。第１内輪軌道面５２は、第１外輪軌道面５１に対向する軸部材１２の外周面１２ａに一体形成されている。
円筒ころ５３は、例えば軸受鋼やステンレス合金等によって形成されており、前記段部７ｃによって軸方向の一方側（図２の右側）への移動が規制されている。第１保持器５４は、軸方向に離間して配置された一対の環状部５４ａと、この一対の環状部５４ａを連結する複数の柱部５４ｂとを有している。隣接する柱部５４ｂ間と一対の環状部５４ａとによってポケット５４ｃが円周方向に複数形成されている。このポケット５４ｃ内には、各円筒ころ５３が配置され、円筒ころ５３が円周方向に沿って所定間隔に保持されている。

玉軸受部６は、ころ軸受部５に対してシャフト本体１１側の軸方向に隣接して配置されている。また、玉軸受部６は、外輪７側に形成された第２外輪軌道面６１と、軸部材１２側に形成された第２内輪軌道面６２と、第２外輪軌道面６１と第２内輪軌道面６２との間に転動自在に配設された複数の玉６３と、各玉６３を円周方向に沿って所定間隔に保持する第２保持器６４とによって、深溝玉軸受を構成している。

第２外輪軌道面６１は、外輪７の内周面７ｂの略中央部から他端部側（図２の右側）に、断面円弧状に形成されている。第２内輪軌道面６２は、第２外輪軌道面６１に対向する軸部材１２の外周面１２ａに断面円弧状に形成されている。
玉６３は、例えば軸受鋼やステンレス合金等によって形成されている。第２保持器６４は、樹脂成形された冠形保持器であり、軸方向に延びる複数の柱部６４ａによって、玉６３を収容するためのポケット６４ｂが円周方向に複数形成されている。

ところで、カムシャフト１の中でも、特に動力が伝達されるプーリＰ近傍の部分は、ベルトテンションによる負荷荷重が大きくなる。この負荷加重は、カムシャフト１全体に作用する全負荷加重の約７０％を占める。このため、転がり軸受４では、玉軸受部６の約３倍の負荷容量を有するころ軸受部５をプーリＰに近接して配置している。これにより、カムシャフト１の中でも負荷加重の大きい部分を、負荷容量の大きいころ軸受部５によって安定して支持することができる。また、カムシャフト１は、玉軸受部６によって軸方向両側への移動が規制される。

転がり軸受４は、外輪７と軸部材１２との隙間を密封するためのシール部材８、９をさらに備えている。シール部材８、９は、合成ゴム等の弾性体から主に構成されており、外輪７の内周面７ｂの軸方向両端部にそれぞれ嵌合されている。シール部材８，９によって密封された空間Ｓには、グリース（図示せず）が封入されている。
これによって、前記空間Ｓにエンジンの潤滑油に含まれるカーボンスラッジや金属粉等の異物が侵入するのを抑制しつつ、ころ軸受部５および玉軸受部６を、前記空間Ｓに封入されたグリースによって確実に潤滑することができる。また、空間Ｓ内に封入されたグリースによって、ころ軸受部５および玉軸受部６から発生する騒音を低減することができる。

以上のように構成された本実施形態のカムシャフト装置Ｃによれば、カムシャフト１を支持する複数の軸受のうち、プーリＰに最も近接する軸受を転がり軸受４としたので、カムシャフト１の中でもプーリＰを介して作用する最も大きな負荷荷重を、摩擦抵抗の小さい転がり軸受４によって支持することができる。したがって、カムシャフト１の回転トルクを効果的に低減することができる。しかも、カムシャフト１を支持するその他の軸受を滑り軸受３としたので、従来の全て転がり軸受とした場合に比べて、軸受相互の同軸度を低く設定することができる。これは、カムシャフト１を支持する軸受として滑り軸受３を用いる場合は、滑り軸受３の外周面３ａとハウジングＨとの間に僅かな隙間が形成されるので、各軸受相互の同軸度を低くしても、カムシャフト１を支障なく回転させることができるためである。この結果、カムシャフト１を支持する軸受が組み付けられる組み付け部（ハウジングＨ）の加工精度を高くする必要がないため、組み付け部の製造を容易に行うことができる。
また、転がり軸受４は、カムシャフト１端部の軸部材１２に設けられているため、カム２がシャフト本体１１に外嵌される組み立て式のカムシャフト１以外に、カム２とシャフト本体１１とが一体的に鋳造されたカムシャフトにも適用することができる。

さらに、転がり軸受４は、ころ軸受部５と玉軸受部６とを有するため、ころ軸受部５によって負荷容量を大きくすることができるとともに、カムシャフト１の軸方向の移動を玉軸受部６によって規制することができる。このため、上記負荷荷重に起因するカムシャフト装置Ｃの作動性能の低下を抑制することができる。しかも、ころ軸受部５の第１外輪軌道面５１と、玉軸受部６の第２外輪軌道面６１とを、単一の外輪７の内周面７ｂに形成するようにしたので、部品点数を削減することができ、製造コストを低減することができる。

また、カムシャフト１の軸部材１２の外周面１２ａに、ころ軸受部５の円筒ころ５３が転動する第１内輪軌道面５２と、玉軸受部６の玉６３が転動する第２内輪軌道面６２とが形成されているため、カムシャフト１をころ軸受部５および玉軸受部６の内輪として兼用することができるため、部品点数の削減が可能となり、製造コストをさらに低減することができる。また、第１および第２内輪軌道面５２，５３は、シャフト本体１１に軸部材１２を取り付ける前に、各内輪軌道面５２，５３を軸部材１２に形成することができるため、各内輪軌道面５２，５３の加工が容易となる。

本発明は、上述の実施形態に限定されることなく適宜設計変更可能である。例えば、上記実施形態では、カムシャフト１は、シャフト本体１１とカム２とを別体としているが、上述のようにシャフト本体１１とカム２とが一体的に鋳造されたものであってもよい。
また、ころ軸受部５は、円筒ころ軸受以外に、ニードル軸受として構成されていてもよい。
さらに、玉軸受部６は、深溝玉軸受以外に、取り付けスペースを確保できる場合にはアンギュラ玉軸受として構成されていてもよい。
また、ころ軸受部５および玉軸受部６の各内輪軌道面５２、６２は、軸部材１２の外周面１２ａに形成されているが、軸部材１２に別途取り付けた内輪の外周面に形成されていてもよい。

１：カムシャフト、２：カム、３：滑り軸受（軸受）４：転がり軸受（軸受）５：ころ軸受部、６：玉軸受部、７：外輪、１１：シャフト本体、１２：軸部材、５１：第１外輪軌道面、５２：第１内輪軌道面、５３：円筒ころ（ころ）、６１：第２外輪軌道面、６２：第２内輪軌道面、６３：玉、Ｃ：カムシャフト装置、Ｈ：ハウジング、Ｐ：プーリ

Claims

軸方向に沿って所定間隔毎に複数のカムを有するとともに、一端にプーリが取り付けられるカムシャフトと、前記カムシャフトをハウジングに対して回転可能に支持する複数の軸受と、を備えたカムシャフト装置であって、
前記複数の軸受のうち、前記プーリに最も近接する軸受が転がり軸受で構成され、その他の軸受が滑り軸受で構成されており、
前記転がり軸受は、第１外輪軌道面および当該第１外輪軌道面を転動する複数のころを有するころ軸受部と、前記ころ軸受部に対して軸方向に隣接して配置されているとともに第２外輪軌道面および当該第２外輪軌道面を転動する複数の玉を有する玉軸受部と、を備え、
前記第１外輪軌道面と前記第２外輪軌道面とが、単一の外輪の内周に形成されていることを特徴するカムシャフト装置。
前記カムシャフトの外周面に、前記ころ軸受部の前記ころが転動する第１内輪軌道面が形成されているとともに、前記玉軸受部の前記玉が転動する第２内輪軌道面が形成されている請求項１に記載のカムシャフト装置。
前記カムシャフトは、シャフト本体と、当該シャフト本体の一端に同心に取り付けられているとともに前記プーリが取り付けられる軸部材とを有し、
前記軸部材の外周面に、前記第１内輪軌道面および前記第２内輪軌道面が形成されている請求項２に記載のカムシャフト装置。