JP2005090696A - ころ軸受及び内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】
より低摩擦で、カムシャフトやクランクシャフトを適切に支持することができるころ軸受及びそれを用いた内燃機関を提供する。
【解決手段】
キャップ１１側のレース板１４ｅは、中央部両側から半径方向に突出した一対の突起（突片を折り曲げてなる）１４ｇ、１４ｇを有している。一方、キャップ１１には、突起１４ｇ、１４ｇに対応したくぼみ１１ａ（１つのみ図示）が形成されている。レース板１４ｅをキャップ１１に組み付けたとき、その突起１４ｇがくぼみ１１ａにそれぞれ係合し、キャップ１１に対してレース板１４ｅの周方向移動及び軸線方向移動を阻止するようになっている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関に用いられるころ軸受及びそれを用いた内燃機関に関する。

例えば内燃機関において、カムシャフトをシリンダヘッドに回転自在に支持する場合、一般的には滑り軸受が用いられている。しかるに、近年においては、資源の有効利用や二酸化炭素の削減等の観点から、より省燃費の内燃機関が注目されているという実情がある。そこで、滑り軸受を、一般的にはより引きずり抵抗が小さい転がり軸受に変更することで、内燃機関における動力ロスをより少なくしようとする試みがある（特許文献１参照）。特に、いわゆるＤＯＨＣ型の内燃機関やＶ型の内燃機関では、その構造上カムシャフトの数が比較的多くなるため、転がり軸受への変更により、ある程度燃費の向上が期待される。

ところで、カムシャフトには、気筒ごとに通常一対のカムローブが形成されており、また転がり軸受に支持されるジャーナル部は、カムローブ間又はカムローブ及び端部大径部間に配置されているため、通常の転がり軸受では、より外径側に張り出したカムローブ等を通過してジャーナル部に装着できないという問題がある。そこで、従来用いられていた滑り軸受と同様に、転がり軸受の保持器を周方向に分割し、これをカムローブ等を通過させることなく外径側からジャーナル部に組み込むことが考えられている（特許文献２参照）。
特開平８−１２８３０６号公報 特開２００１−１２２１４号公報

しかるに、ころが転動する軌道面を確保するために、シリンダヘッドとキャップにレースを組み込むことが望ましく、そのため保持器と同様にこれも周方向に分割して組み込むことが必要とされる。ところが、レース自体は一般的には薄肉円筒であるから、これを周方向に分割してシリンダヘッドとキャップに単に組み込むだけでは、シリンダヘッドとキャップとで形成される円孔内で回転したり、軸線方向に抜け出たりする恐れがある。同様の問題は、クランクシャフトをシリンダブロックとベアリングキャップとの間で支持する場合にも生じうる。

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、より低摩擦で、カムシャフトやクランクシャフトを適切に支持することができるころ軸受及びそれを用いた内燃機関を提供することを目的とする。

第１の本発明のころ軸受は、
カムシャフトを、シリンダヘッドとキャップとの間で回転自在に支持するころ軸受であって、
複数のころと、周方向に分割され前記ころを保持する複数の保持体からなる保持器と、周方向に分割され前記ころの軌道面を有する複数のレース板からなる外側レースとを有し、
前記レース板の少なくとも一つは、前記シリンダヘッド又は前記キャップに係合し、相対移動を禁止する突起もしくはくぼみを有することを特徴とする。

第２の本発明のころ軸受は、
カムシャフトを、シリンダヘッドとキャップとの間で回転自在に支持するころ軸受であって、
複数のころと、周方向に分割され前記ころを保持する複数の保持体からなる保持器と、周方向に分割され前記ころの軌道面を有する複数のレース板からなる内側レースとを有し、
前記レース板の少なくとも一つは、前記カムシャフトに係合し、相対移動を禁止する突起もしくはくぼみを有することを特徴とする。

第３の本発明のころ軸受は、
クランクシャフトを、シリンダブロックとキャップとの間で回転自在に支持するころ軸受であって、
複数のころと、周方向に分割され前記ころを保持する複数の保持体からなる保持器と、周方向に分割され前記ころの軌道面を有する複数のレース板からなる外側レースとを有し、
前記レース板の少なくとも一つは、前記シリンダブロック又は前記キャップに係合し、相対移動を禁止する突起もしくはくぼみを有することを特徴とする。

第４の本発明のころ軸受は、
クランクシャフトを、シリンダブロックとキャップとの間で回転自在に支持するころ軸受であって、
複数のころと、周方向に分割され前記ころを保持する複数の保持体からなる保持器と、周方向に分割され前記ころの軌道面を有する複数のレース板からなる内側レースとを有し、
前記レース板の少なくとも一つは、前記クランクシャフトに係合し、相対移動を禁止する突起もしくはくぼみを有することを特徴とする。

第１の本発明のころ軸受は、前記レース板の少なくとも一つが、前記シリンダヘッド又は前記キャップに係合し、相対移動を禁止する突起もしくはくぼみを有するので、前記シリンダヘッド又は前記キャップに対応したくぼみもしくは突起を形成しておけば、突起とくぼみとが係合し合うことで、前記レース板が前記シリンダヘッド又は前記キャップに対して回転移動又は軸線方向移動することを阻止することができる。更に、このようなころ軸受を用いることで、従来用いられていた滑り軸受に対して、引きずりトルクが小さいことから、動力ロスが少なくなるという効果が得られる。

前記レース板の少なくとも一つの周方向端部には、対向するレース板の周方向端部に相補し、少なくとも軸線方向に重合した形状が形成されていると、一つのレース板上から他方のレース板上にころが転動してゆくときに、荷重変動が穏やかとなり、振動や音の観点から有利となる。また、かかる端部形状により、前記レース板相互の軸線方向移動を抑える効果もある。

前記保持体の少なくとも一つの周方向端部には、対向する保持体の周方向端部に相補し、少なくとも軸線方向に重合した形状が形成されていると、ころと共に保持体が移動して行く際における荷重変動を抑えることができ、振動や音の観点から有利となる。また、かかる端部形状により、前記保持体相互の軸線方向移動を抑える効果もある。

第２の本発明のころ軸受は、前記レース板の少なくとも一つが、前記カムシャフトに係合し、相対移動を禁止する突起もしくはくぼみを有するので、前記カムシャフトに対応したくぼみもしくは突起を形成しておけば、突起とくぼみとが係合し合うことで、前記レース板が前記カムシャフトに対して回転移動又は軸線方向移動することを阻止することができる。更に、このようなころ軸受を用いることで、従来用いられていた滑り軸受に対して、引きずりトルクが小さいことから、動力ロスが少なくなるという効果が得られる。

前記レース板の少なくとも一つの周方向端部には、対向するレース板の周方向端部に相補し、少なくとも軸線方向に重合した形状が形成されていると、同様の理由で好ましい。。

前記保持体の少なくとも一つの周方向端部には、対向する保持体の周方向端部に相補し、少なくとも軸線方向に重合した形状が形成されていると、同様の理由で好ましい。

前記第３の本発明は、前記レース板の少なくとも一つが、前記シリンダブロック又は前記キャップに係合し、相対移動を禁止する突起もしくはくぼみを有するので、前記シリンダブロック又は前記キャップに対応したくぼみもしくは突起を形成しておけば、突起とくぼみとが係合し合うことで、前記レース板が前記シリンダブロック又は前記キャップに対して回転移動又は軸線方向移動することを阻止することができる。更に、このようなころ軸受を用いることで、従来用いられていた滑り軸受に対して、引きずりトルクが小さいことから、動力ロスが少なくなるという効果が得られる。

前記レース板の少なくとも一つの周方向端部には、対向するレース板の周方向端部に相補し、少なくとも軸線方向に重合した形状が形成されていると、一つのレース板上から他方のレース板上にころが転動してゆくときに、荷重変動が穏やかとなり、振動や音の観点から有利となる。また、かかる端部形状により、前記レース板相互の軸線方向移動を抑える効果もある。

前記保持体の少なくとも一つの周方向端部には、対向する保持体の周方向端部に相補し、少なくとも軸線方向に重合した形状が形成されていると、ころと共に保持体が移動して行く際における荷重変動を抑えることができ、振動や音の観点から有利となる。また、かかる端部形状により、前記保持体相互の軸線方向移動を抑える効果もある。

前記第４の発明のころ軸受は、前記レース板の少なくとも一つが、前記クランクシャフトに係合し、相対移動を禁止する突起もしくはくぼみを有するので、前記クランクシャフトに対応したくぼみもしくは突起を形成しておけば、突起とくぼみとが係合し合うことで、前記レース板が前記クランクシャフトに対して回転移動又は軸線方向移動することを阻止することができる。更に、このようなころ軸受を用いることで、従来用いられていた滑り軸受に対して、引きずりトルクが小さいことから、動力ロスが少なくなるという効果が得られる。

前記レース板の少なくとも一つの周方向端部には、対向するレース板の周方向端部に相補し、少なくとも軸線方向に重合した形状が形成されていると、同様の理由で好ましい。。

前記保持体の少なくとも一つの周方向端部には、対向する保持体の周方向端部に相補し、少なくとも軸線方向に重合した形状が形成されていると、同様の理由で好ましい。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して以下に詳細に説明する。図１は、本実施の形態にかかる内燃機関のシリンダヘッドの分解図であるが、カムシャフトは省略して示している。図２は、カムシャフトの一部を拡大して示す図である。図１において、シリンダヘッド１０に対して、半環状のキャップ１１をボルト１２（一本のみ図示）で締め付けることで、不図示のカムシャフトはシリンダヘッド１０に組み付けられる。

図２において、カムシャフト１３は、カムローブ１３ａと、ころ軸受１４により支持される円筒状のジャーナル部１３ｂと、端部大径部１３ｄとを有している。ジャーナル部１３ｂの外径は、カムローブ１３ａの最大寸法及び端部外径部１３ｄの外径より小さくなっている。ころ軸受１４は、本実施の形態では、複数のころ１４ａと、周方向に二分された略半円筒状の保持体１４ｃ、１４ｄと、シリンダヘッド１０及びキャップ１１との間に配置される周方向に二分された略半円筒状のレース板１４ｅ、１４ｆとを有している。尚、保持体１４ｃ、１４ｄで保持器を構成し、レース板１４ｅ、１４ｆで外側レースを構成し、レース板１４ｅ、１４ｆの内周面がころの軌道面となる。

保持体１４ｃの周方向両端部は、図２に示すようにサインカーブに類似した波形（凹凸）形状を有しており、これに対向する保持体１４ｄの周方向両端部は、相補する波形（凸凹）形状を有している。又、レース板１４ｅの周方向一端は楔形状で他端は谷形状であり、これに対向するレース板１４ｆの周方向一端は、相補する谷形状であり、他端は相補する楔形状を有している。

更に、キャップ１１側のレース板１４ｅは、中央部両側から半径方向外側に突出した一対の突起（突片を折り曲げてなる）１４ｇ、１４ｇを有している。一方、キャップ１１には、突起１４ｇ、１４ｇに対応したくぼみ１１ａ（１つのみ図示）が形成されている。レース板１４ｅをキャップ１１に組み付けたとき、その突起１４ｇがくぼみ１１ａにそれぞれ係合し、キャップ１１に対してレース板１４ｅの周方向移動及び軸線方向移動を阻止するようになっている。

レース板１４ｆは、中央部の両側から半径方向外側に突出した一対の突起（突片を折り曲げてなる）１４ｈ、１４ｈを有している。一方、シリンダヘッドの受け部１０ａには、突起１４ｈ、１４ｈに対応したくぼみ１０ｂ（１つのみ図示）が形成されている。レース板１４ｆを受け部１０ａに組み付けたとき、その突起１４ｈがくぼみ１０ｂにそれぞれ係合し、受け部１０ａに対してレース板１４ｆの周方向移動及び軸線方向移動を阻止するようになっている。

本実施の形態によれば、保持体１４ｃ、１４ｄの端部同士を組み合わせて円筒状の保持器を構成しているので、ころ軸受１４の動作中に、端部波形形状の組み合わせにより保持体１４ｃ、１４ｄ間の荷重移動が急激でなくなり、また端部波形形状凸が各保持体１４ｃ、１４ｄの軸線方向移動を抑制するため、ころ軸受１４の動作を円滑に行うことができる。

更に、レース板１４ｅ、１４ｆの端部同士を組み合わせて円筒状の外側レースを構成しているので、ころ軸受１４の動作中に、端部楔形状と谷形状の組み合わせによりレース板１４ｅ、１４ｆとの間でころ１４ａが乗り移る際の荷重移動が急激でなくなり、またレース板１４ｅ、１４ｆの軸線方向移動を抑制するため、ころ軸受１４の動作を円滑に行うことができる。

更に、レース板１４ｅ、１４ｆは別個に焼き入れ処理などを行うことで、硬度を増大でき耐摩耗性を向上させることができるため、シリンダヘッド１０の支持部に焼き入れ処理を施す必要がなくなり、製造工程の簡素化を図れる。同様な理由により、ころ軸受１４とカムシャフト１３のジャーナル部１３ｂとの間に、外側のレースと同様に分割された内側のレースを設ければ、カムシャフト１３のジャーナル部１３ｂに焼き入れ処理を施す必要がなくなり、製造工程の簡素化を図れる。

尚、保持体１４ｃ、１４ｄの端部を楔形状及び谷形状としても良く、逆にレース板１４ｅ、１４ｆの端部を波形形状としても良いし、両側縁と直交しない直線状の端部形状（レース板を平面に展開すると平行四辺形状となる）でもよい。すなわち、対向するレース板同士を付き合わせたときに、軸線方向に互いに重合し合う端部形状であれば足りる。

図３は、本実施の形態の変形例を示すレース板とキャップの斜視図である。図３において、レース板１４ｅ’は、両端がレースの軸線を含む平面で切断された形状を有しており、各端部の外周には２カ所の突起１４ｇ’、１４ｇ’が形成されている。一方、キャップ１１’の内周円筒面には、突起１４ｇ’、１４ｇ’に対応したくぼみ１１ａ’、１１ａ’が形成されている。レース板１４ｅ’をキャップ１１’に組み付けたとき、その突起１４ｇ’、１４ｇ’がくぼみ１１ａ’、１１ａ’にそれぞれ係合し、キャップ１１に対してレース板１４ｅの周方向移動及び軸線方向移動を阻止するようになっている。

尚、レースにくぼみを設け、キャップに突起を設けてよい。同様な構成は、シリンダヘッドの受け部と、底に取り付けられるレース板との間に設けられていてもよい。

図４は、本実施の形態にかかる内燃機関のシリンダブロックの分解図である。図４において、シリンダブロック２０に対して、ベアリングキャップ（キャップともいう）２１を不図示のボルトで締め付けることで、クランクシャフト２３はシリンダヘッド２０に組み付けられる。

クランクシャフト２３は、ころ軸受２４により支持される円筒状のジャーナル部２３ｂを有している。ころ軸受２４は、本実施の形態では、複数のころ２４ａと、周方向に二分された保持体２４ｃ、２４ｄとを有している。尚、保持体２４ｃ、２４ｄで保持器を構成している。図示していないが、保持体２４ｃ、２４ｄとシリンダブロック２０及びキャップ２１との間には、図１，２に示すようなレース板（レース）が配置されている。本実施の形態においても、上述の実施の形態と同様な効果が得られる。

図５は、本実施の形態の変形例において、カムシャフトの一部を拡大して示す図である。変形例にかかるころ軸受１４’は、複数のころ１４ａと、周方向に二分された略半円筒状の保持体１４ｃ、１４ｄと、カムシャフト１３’との間に配置される周方向に二分された略半円筒状のレース板１４ｓ、１４ｔとを有している。尚、図２の実施の形態と同様な形状の保持体１４ｃ、１４ｄで保持器を構成し、レース板１４ｓ、１４ｔで内側レースを構成し、レース板１４ｓ、１４ｔの外周面がころの軌道面となる。

本変形例においても、レース板１４ｓの周方向一端は楔形状で他端は谷形状であり、これに対向するレース板１４ｔの周方向一端は、相補する谷形状であり、他端は相補する楔形状を有している。

更に、レース板１４ｓ、１４ｔは、中央部両側から半径方向内側に突出した一対の突起（突片を折り曲げてなる）１４ｍ、１４ｎをそれぞれ有している。一方、カムシャフト１３’のジャーナル部１３ｂ’には、突起１ｍ、１４ｎに対応したくぼみ１３ｅ’が形成されている。レース板１４ｓ、１４ｔをカムシャフト１３’に組み付けたとき、その突起１４ｍ、１４ｎがくぼみ１３ｅ’にそれぞれ係合し、カムシャフト１３’に対してレース板１４ｓ、１４ｔの周方向移動及び軸線方向移動を阻止するようになっている。

更に、レース板１４ｓ、１４ｔの端部同士を組み合わせて円筒状の内側レースを構成しているので、ころ軸受１４の動作中に、端部楔形状と谷形状の組み合わせによりレース板１４ｓ、１４ｔとの間でころ１４ａが乗り移る際の荷重移動が急激でなくなり、またレース板１４ｓ、１４ｔの軸線方向移動を抑制するため、ころ軸受１４の動作を円滑に行うことができる。

更に、レース板１４ｓ、１４ｔは別個に焼き入れ処理などを行うことで、硬度を増大でき耐摩耗性を向上させることができるため、カムシャフト１３のジャーナル部１３ｂ’に焼き入れ処理を施す必要がなくなり、製造工程の簡素化を図れる。同様な内側レースは、図２に示す外側レースと共に用いても良く、同様にクランクシャフトにも取り付けることができる。

以上、本発明を実施例を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、保持器は周方向に３つ以上分割されていて良い。

本実施の形態にかかる内燃機関のシリンダヘッドの分解図である。 カムシャフトの一部を拡大して示す図である。 本実施の形態の変形例を示すレース板とキャップの斜視図である。 本実施の形態にかかる内燃機関のシリンダブロックの分解図である。 カムシャフトの一部を拡大して示す図である。

符号の説明

１０ シリンダヘッド
１３、１３’ カムシャフト
１４、１４’、２４ ころ軸受
２０ シリンダブロック
２３ クランクシャフト

Claims (13)

1. ．
   カムシャフトを、シリンダヘッドとキャップとの間で回転自在に支持するころ軸受であって、
   複数のころと、周方向に分割され前記ころを保持する複数の保持体からなる保持器と、周方向に分割され前記ころの軌道面を有する複数のレース板からなる外側レースとを有し、
   前記レース板の少なくとも一つは、前記シリンダヘッド又は前記キャップに係合し、相対移動を禁止する突起もしくはくぼみを有することを特徴とするころ軸受。
2. 前記レース板の少なくとも一つの周方向端部には、対向するレース板の周方向端部に相補し、少なくとも軸線方向に重合した形状が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のころ軸受。
3. 前記保持体の少なくとも一つの周方向端部には、対向する保持体の周方向端部に相補し、少なくとも軸線方向に重合した形状が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のころ軸受。
4. カムシャフトを、シリンダヘッドとキャップとの間で回転自在に支持するころ軸受であって、
   複数のころと、周方向に分割され前記ころを保持する複数の保持体からなる保持器と、周方向に分割され前記ころの軌道面を有する複数のレース板からなる内側レースとを有し、
   前記レース板の少なくとも一つは、前記カムシャフトに係合し、相対移動を禁止する突起もしくはくぼみを有することを特徴とするころ軸受。
5. 前記レース板の少なくとも一つの周方向端部には、対向するレース板の周方向端部に相補し、少なくとも軸線方向に重合した形状が形成されていることを特徴とする請求項４に記載のころ軸受。
6. 前記保持体の少なくとも一つの周方向端部には、対向する保持体の周方向端部に相補し、少なくとも軸線方向に重合した形状が形成されていることを特徴とする請求項４又は５に記載のころ軸受。
7. クランクシャフトを、シリンダブロックとキャップとの間で回転自在に支持するころ軸受であって、
   複数のころと、周方向に分割され前記ころを保持する複数の保持体からなる保持器と、周方向に分割され前記ころの軌道面を有する複数のレース板からなる外側レースとを有し、
   前記レース板の少なくとも一つは、前記シリンダブロック又は前記キャップに係合し、相対移動を禁止する突起もしくはくぼみを有することを特徴とするころ軸受。
8. 前記レース板の少なくとも一つの周方向端部には、対向するレース板の周方向端部に相補し、少なくとも軸線方向に重合した形状が形成されていることを特徴とする請求項７に記載のころ軸受。
9. 前記保持体の少なくとも一つの周方向端部には、対向する保持体の周方向端部に相補し、少なくとも軸線方向に重合した形状が形成されていることを特徴とする請求項７又は８に記載のころ軸受。
10. クランクシャフトを、シリンダブロックとキャップとの間で回転自在に支持するころ軸受であって、
    複数のころと、周方向に分割され前記ころを保持する複数の保持体からなる保持器と、周方向に分割され前記ころの軌道面を有する複数のレース板からなる内側レースとを有し、
    前記レース板の少なくとも一つは、前記クランクシャフトに係合し、相対移動を禁止する突起もしくはくぼみを有することを特徴とするころ軸受。
11. 前記レース板の少なくとも一つの周方向端部には、対向するレース板の周方向端部に相補し、少なくとも軸線方向に重合した形状が形成されていることを特徴とする請求項１０に記載のころ軸受。
12. 前記保持体の少なくとも一つの周方向端部には、対向する保持体の周方向端部に相補し、少なくとも軸線方向に重合した形状が形成されていることを特徴とする請求項１０又は１１に記載のころ軸受。
13. 請求項１乃至１２のいずれかに記載のころ軸受を備えたことを特徴とする内燃機関。
    

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