JP5394157B2

JP5394157B2 - カムシャフト装置

Info

Publication number: JP5394157B2
Application number: JP2009176289A
Authority: JP
Inventors: 義孝早稲田; 竜治小池
Original assignee: JTEKT Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: JTEKT Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-07-29
Filing date: 2009-07-29
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2029-07-29
Also published as: JP2011027083A

Description

この発明は、カムシャフトを回転可能に支承するカムジャーナルを通して、カムシャフトに組み付けられる組付部品（例えば、可変バルブタイミング機構）に油を供給するカムシャフト装置カムシャフト装置に関する。

この種のカムシャフト装置には、例えば、特許文献１に開示されている。
これにおいては、シリンダヘッドとキャップ部材との間に構成されるカムジャーナル（１番ジャーナル）にカムシャフトが滑り軸受によって回転可能に支承される。
また、カムシャフトの端部の可変バルブタイミング機構を制御する油をカムジャーナルを通して供給するために、キャップ部材の油孔と、カムシャフトの油路とを連通する連通孔が滑り軸受に形成される。
また、滑り軸受は、転がり軸受に比べ摩擦抵抗によるトルク損失が大きい。このため、カムジャーナルに転がり軸受を用いてカムシャフトを回転可能に支承することが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００７−３２７３６２号公報特開２００６−２５０２６８号公報

ところで、シリンダヘッドとキャップ部材との間に構成されるカムジャーナル（１番ジャーナル）に、滑り軸受に換えて摩擦抵抗が小さい転がり軸受によってカムシャフトを回転可能に支承した場合、転がり軸受の内部を通して油を供給する構成となる。
この場合、油圧供給源から供給される油が転がり軸受の内部を通してカムシャフト側の油路に流れる際、転がり軸受の内部において油圧が低下し、可変バルブタイミング機構に悪影響を及ぼすことが想定される。
また、転がり軸受の内部に流入した油が転がり軸受の転動体の転動抵抗となることも想定される。

この発明の目的は、前記問題点に鑑み、油圧供給源から供給される油の油圧低下を抑制しながら油をカムシャフト側の油路に導くことができるカムシャフト装置を提供することである。

前記課題を解決するために、この発明の請求項１に係るカムシャフト装置は、カムシャフトを回転可能に支承するカムジャーナルを通して前記カムシャフトに組み付けられる組付部品に油を供給するカムシャフト装置であって、
前記カムジャーナルには前記カムシャフトに対する転がり軸受が配設され、
前記転がり軸受の外輪体には、油圧供給源に通じる油孔が形成され、
前記転がり軸受の内輪体の外周面と前記外輪体の内周面との間には、前記油孔を前記カムシャフト側の油路に連通させる連通路が軸方向に所定間隔を隔てて配設された環状の両シール部材によって区画形成され、
前記組付部品は、可変バルブタイミング機構であり、
前記カムジャーナルは、前記可変バルブタイミング機構の近傍に配置された１番ジャーナルであり、
前記転がり軸受は、複列の転動体を備え、
前記連通路は、前記複列の転動体の間で軸方向に所定間隔を隔てた環状の両シール部材によって区画形成されていることを特徴とする。

前記構成によると、油圧供給源から供給される油が外輪体の油孔を通して転がり軸受内の連通路に流入した後、カムシャフト側の油路に流れる。
転がり軸受内の連通路は、転がり軸受の内輪体の外周面と外輪体の内周面との間に軸方向に所定間隔を隔てた環状のシール部材によって区画形成されている。
このため、転がり軸受内の連通路に流入した油は、両シール部材によってシールされた状態でカムシャフト側の油路に流れる。言い換えると、転がり軸受内の連通路に流入した油が転がり軸受の軌道面側へ漏出することを両シール部材によって防止することができる。
この結果、油圧低下を抑制しながら転がり軸受内の連通路に流入した油をカムシャフト側の油路に良好に導くことができ、カムシャフトの組付部品に油を不足なく供給することができる。
また、カムジャーナルが可変バルブタイミング機構の近傍に配置された１番ジャーナルであるため、カムシャフト側の油路を短くすることができる。
また、転がり軸受内の連通路は、複列の転動体の間で軸方向に所定間隔を隔てた環状のシール部材によって区画形成されている。
このため、転がり軸受内の連通路に流入した油が複列の転動体側へ漏出することを両シール部材によって防止することができる。
この結果、油圧低下を抑制しながら転がり軸受内の連通路に流入した油をカムシャフト側の油路に良好に導くことができ、カムシャフト端部の可変バルブタイミング機構に油を不足なく供給することができると共に、複列の転動体側へ漏出する油によって、複列の転動体の転動抵抗が増大される不具合も防止することができる。

請求項２に係るカムシャフト装置は、請求項１に記載のカムシャフト装置であって、
カムシャフト側の油路は、前記カムシャフトの外周面の軸方向に凹設された溝と内輪体の内周面との協働によって形成された横孔を備えていることを特徴とする。

前記構成によると、カムシャフトの外周面の軸方向に凹設された溝と内輪体の内周面との協働によってカムシャフト側の油路の横孔が形成されるため、カムシャフトの１番ジャーナルに対する軸部分の外径を小さく形成した場合においても油路の横孔を容易に形成することができ、この分だけ転がり軸受の外輪体の外径を小さくして小型化を図ることが可能となる。
また、孔加工と比べて加工性が容易な溝加工によって油路の横孔を形成することができる。

請求項３に係るカムシャフト装置は、請求項１又は２に記載のカムシャフト装置であって、
外輪体の複列の外輪軌道面の間に位置する内周面には、軸方向に所定間隔を隔てる両環状溝がそれぞれ形成され、
環状の両シール部材は、それぞれの外径部分が前記両環状溝に嵌込まれて配設されていることを特徴とする。

前記構成によると、外輪体の内周面の両環状溝に、環状の両シール部材のそれぞれの外径部分が嵌込まれて配設されることで、環状の両シール部材の軸方向への不測の位置ずれを防止することができる。これため、環状の両シール部材によって連通路を区画状態に保つことができる。

この発明の実施例１に係るカムシャフト装置を示す縦断面図である。同じくカムシャフト装置の１番ジャーナルを拡大して示す縦断面図である。同じく図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿うカムシャフトの端面図である。この発明の実施例２に係るカムシャフト装置を示す縦断面図である。同じくカムシャフト装置の１番ジャーナルを拡大して示す縦断面図である。同じく図４のＶＩ−ＶＩ線に沿うカムシャフトの端面図である。この発明の実施例３に係るカムシャフト装置の１番ジャーナルを拡大して示す縦断面図である。この発明の実施例４に係るカムシャフト装置の１番ジャーナルを拡大して示す縦断面図である。この発明の実施例５に係るカムシャフト装置の１番ジャーナルを拡大して示す縦断面図である。

この発明を実施するための最良の形態について実施例にしたがって説明する。

この発明の実施例１を図１〜図３にしたがって説明する。
図１に示すように、この発明の実施例１に係るカムシャフト装置は、シリンダヘッド１とキャップ部材５との間に構成されるカムジャーナル（１番ジャーナル１０及びその他のジャーナル）に回転可能に支承されるカムシャフト２０と、このカムシャフト２０の軸上に所定間隔を隔てて配置される複数のカム２１と、１番ジャーナル１０に対応する転がり軸受（図１では玉軸受）４０と、その他のジャーナルに対応する転がり軸受（図示しない）とを備えて構成される。
なお、シリンダヘッド１には、１番ジャーナル１０及びその他のジャーナルに対応する各部分に円弧凹部２が形成され、これら円弧凹部２に対応する円弧凹部６を有するキャップ部材５がリンダヘッド１にボルト等によって締め付けられる。
また、１番ジャーナル１０に対応するキャップ部材５には、油圧供給源（油圧ポンプ）に通じる油孔７が形成される。

１番ジャーナル１０に対応する転がり軸受４０は、外輪体４２と、内輪体５０と、転動体としての複列の玉５５、５７と、保持器５６、５８とを備えている。
内輪体５０は、カムシャフト２０の外周面に圧入されて固定される円筒状に形成され、その外周面には、複列の玉５５、５７に対向する両内輪軌道面５１、５２が軸方向に所定距離を隔てて形成されている。
また、内輪体５０の外周面に環状の空間を隔てて組み付けられる外輪体４２の内周面には、両内輪軌道面５１、５２に対応する両外輪軌道面４３、４４が形成されている。
そして、両内輪軌道面５１、５２と両外輪軌道面４３、４４との間には、保持器５６、５８によって保持された状態で複列の玉５５、５７が転動可能に組み付けられている。

図２に示すように、外輪体４２の両外輪軌道面４３、４４の中間部に位置する部分には、油孔４５が径方向に形成されている。この油孔４５は、外端が外輪体４２の外周面に開口してキャップ部材５の油孔７に連通し、内端が外輪体４２の内周面に開口する。
内輪体５０の外周面と外輪体４２の内周面の間において、複列の玉５５、５７の間に位置する部分には、外輪体４２の油孔４５をカムシャフト２０側の油路２５に連通させる連通路６５が軸方向に所定間隔を隔てる環状のシール部材６０、６１によって区画形成されている。

この実施例１において、外輪体４２の両外輪軌道面４３、４４の間に位置する内周面には、軸方向に所定間隔を隔てる両環状溝４６、４７が形成され、これら両環状溝４６、４７に弾性的に拡径及び縮径変形可能な環状のシール部材６０、６１の外径部分が嵌込まれている。
すなわち、シール部材６０、６１は、金属製リング、樹脂製リング、ゴム製リング等より形成され、これらシール部材６０、６１の外径寸法は、環状溝４６、４７の底面の径寸法よりも小さく、シール部材６０、６１の内径寸法は、内輪体５０の外径寸法と同等に設定されている。
そして、両環状溝４６、４７にシール部材６０、６１の外径部分が嵌込まれて組み付けられた状態において、シール部材６０、６１の内周面が内輪体５０の外周面に接触、又は微小な隙間を隔てて近接するようになっている。

また、実施例１において、図２と図３に示すように、カムシャフト２０側の油路２５は、カムシャフト２０の外周面の軸方向に凹設された溝２８と内輪体５０の内周面との協働によって形成された横孔２７と、内輪体５０の径方向に貫設されると共に、外端が連通路６５に開口し、内端が横孔２７に開口する縦孔２６とを備えて構成されている。

また、図１と図２に示すように、カムシャフト２０の一端面には、ノックピン２２が打ち込まれ、カムシャフト２０の一端部にはノックピン２２によって位置決めされた状態でタイミングギヤ３３、可変バルブタイミング機構（この発明の組付部品に相当する）３１が組み付けられる。そして、可変バルブタイミング機構３１には、カムシャフト２０側の油路２５の横孔２７の端部が連通して接続される。

上述したように構成されるこの実施例１に係るカムシャフト装置において、油圧供給源から供給される油が１番ジャーナル１０のキャップ部材５の油孔７及び転がり軸受４０の外輪４２の油孔４５を順に通して転がり軸受４０内の連通路６５に流入した後、カムシャフト２０側の油路２５に流れる。そして、油路２５から可変バルブタイミング機構３１に供給される油によってタイミングギヤ３３とカムシャフト２０とが相対的に回転制御（進角制御あるいは遅角制御）される。

また、図２に示すように、転がり軸受４０内の連通路６５は、複列の玉５５、５７の間で軸方向に所定間隔を隔てた環状のシール部材６０、６１によって区画形成されているため、転がり軸受４０内の連通路６５に流入した油が複列の玉５５、５７に向けて漏出することを両シール部材６０、６１によって防止することができる。
この結果、油圧低下を抑制しながら転がり軸受４０内の連通路６５に流入した油をカムシャフト２０側の油路２５に良好に導くことができ、カムシャフト２０端部の可変バルブタイミング機構３１に油を不足なく供給することができると共に、複列の玉５５、５７に対して漏出する油によって、複列の玉５５、５７の転動抵抗が増大される不具合も防止することができる。
仮に、連通路６５に流入した油が複列の玉５５、５７に向けて漏出したとしても、この油を少量に抑えることができ、少量の油が複列の玉５５、５７の潤滑油として作用する。

また、この実施例１において、可変バルブタイミング機構３１の近傍に配置された１番ジャーナル１０の転がり軸受４０を通して油が可変バルブタイミング機構３１に供給される構造であるため、カムシャフト２０側の油路２５を短くすることができる。
また、この実施例１において、図２と図３に示すように、カムシャフト２０側の油路２５は、カムシャフト２０の外周面の軸方向に凹設された溝２８と内輪体５０の内周面との協働によって形成された横孔２７と、内輪体５０の径方向に貫設されると共に、外端が連通路６５に開口し、内端が横孔２７に開口する縦孔２６とを備えて構成されている。
このため、カムシャフト２０の１番ジャーナル１０に対する軸部分の外径を小さく形成した場合においても油路２５を容易に形成することができ、この分だけ転がり軸受４０の外輪体４２の外径を小さくして小型化を図ることが可能となる。
また、孔加工と比べて加工性が容易な溝加工によって油路２５の横孔２７を形成することができる。

また、この実施例１において、外輪体４２の内周面の両環状溝４６、４７に、環状の両シール部材６０、６１のそれぞれの外径部分が嵌込まれて配設されることで、環状の両シール部材６０、６１の軸方向への不測の位置ずれを防止することができる。これため、環状の両シール部材６０、６１によって連通路６５を区画状態に保つことができる。

次に、この発明の実施例２に係るカムシャフト装置を図４〜図６にしたがって説明する。
図４〜図６に示すように、この実施例２においては、カムシャフト１２０を、軸上に所定間隔を隔てて配置される複数のカム１２１を有するシャフト本体１２０ａと、このシャフト本体１２０ａに嵌合構造をもって一体に固着された端軸部１２０ｂとを備えて構成されている。
そして、端軸部１２０ｂの外周面に１番ジャーナル１１０に対応する転がり軸受１４０が配設されている。
また、転がり軸受１４０は、外輪体１４２と、内輪体として機能する端軸部１２０ｂと、転動体としての複列の玉１５５、１５７と、保持器１５６、１５８とを備えている。
すなわち、内輪体としての端軸部１２０ｂの外周面には、複列の玉１５５、１５７に対向する両内輪軌道面１５１、１５２が軸方向に所定距離を隔てて形成されている。
また、外輪体１４２の内周面には、両内輪軌道面１５１、１５２に対応する両外輪軌道面１４３、１４４が形成されている。
そして、両内輪軌道面１５１、１５２と両外輪軌道面１４３、１４４との間には、保持器１５６、１５８によって保持された状態で複列の玉１５５、１５７が転動可能に組み付けられている。

また、図５に示すように、外輪体１４２の両外輪軌道面１４３、１４４の中間部に位置する部分には、実施例１とほぼ同様にして、油孔１４５が径方向に形成されている。この油孔１４５は、外端が外輪体１４２の外周面に開口してキャップ部材５の油孔７に連通し、内端が外輪体１４２の内周面に開口する。
また、内輪体としての端軸部１２０ｂの外周面と外輪体１４２の内周面の間において、複列の玉１５５、１５７の間に位置する部分には、外輪体１４２の油孔１４５をカムシャフト１２０側の油路１２５に連通させる連通路１６５が実施例１と同様の軸方向に所定間隔を隔てる環状のシール部材１６０、１６１によって区画形成されている。

また、実施例２において、カムシャフト１２０側の油路１２５は、端軸部１２０ｂの一端から軸方向に孔明け加工された横孔１２７と、端軸部１２０ｂの外周面から横孔１２７の奥側端部に連通して形成された縦孔１２６とを備え、この縦孔１２６が連通路１６５に連通している。
この実施例２のその他の構成は、実施例１と同様に構成されるため、同一構成部分に対し同一符号を付記してその説明は省略する。

上述したように構成されるこの実施例２に係るカムシャフト装置においては、実施例１と同様にして、転がり軸受１４０内の連通路１６５は、複列の玉１５５、１５７の間で軸方向に所定間隔を隔てた環状のシール部材１６０、１６１によって区画形成されているため、転がり軸受１４０内の連通路１６５に流入した油が複列の玉１５５、１５７に向けて漏出することを両シール部材１６０、１６１によって防止することができる。
この結果、油圧低下を抑制しながら転がり軸受１４０内の連通路１６５に流入した油をカムシャフト１２０側の油路１２５に良好に導くことができ、カムシャフト１２０の端軸部１２０ｂに組み付けられる可変バルブタイミング機構３１に油を不足なく供給することができると共に、複列の玉１５５、１５７に対して漏出する油によって、複列の玉１５５、１５７の転動抵抗が増大される不具合も防止することができる。
仮に、連通路１６５に流入した油が複列の玉１５５、１５７に向けて漏出したとしても、この油を少量に抑えることができ、少量の油が複列の玉１５５、１５７の潤滑油として作用する。

特に、この実施例２においては、カムシャフト１２０の端軸部１２０ｂが転がり軸受１４０の内輪体として機能するため、部品点数や組付工数を削減することが可能となる。

次に、この発明の実施例３に係るカムシャフト装置を図７にしたがって説明する。
図７に示すように、この実施例３においては、１番ジャーナルに対応する転がり軸受２４０に進角用の油経路と、遅角用の油経路とが独立して構成される。
すなわち、転がり軸受２４０の外輪体２４２の両外輪軌道面２４３、２４４の中間部に位置する部分には、進角用の油孔２４５ａと遅角用の油孔２４５ｂとが径方向にそれぞれ形成されている。これら油孔２４５ａ、２４５ｂの各外端が外輪体２４２の外周面に開口してキャップ部材の進角用の油孔と遅角用の油孔（図示しない）にそれぞれ個別に連通し、各内端が外輪体２４２の内周面に開口する。
内輪体２５０の外周面と外輪体２４２の内周面の間において、転動体としての複列の玉２５５、２５７の間に位置する部分には、外輪体２４２の油孔２４５ａ、２４５ｂをカムシャフト２２０側の進角用の油路２２５ａと遅角用の油路２２５ｂとにそれぞれ個別に連通させる進角用の連通路２６５ａと遅角用の連通路２６５ｂがそれぞれ軸方向に所定間隔を隔てる環状のシール部材２６０ａ、２６０ｂ、２６１ａ、２６１ｂによって区画形成されている。
この実施例３のその他の構成は実施例１と同様に構成されるため、その説明は省略する。

上述したように構成されるこの実施例３に係るカムシャフト装置において、油圧供給源から制御弁を介して供給される油は、１番ジャーナルのキャップ部材及び転がり軸受２４０の進角用の油孔２４５ａあるいは遅角用の油孔２４５ｂをに通して転がり軸受２４０内の進角用の連通路２６５ａあるいは遅角用の連通路２６５ｂに流入した後、カムシャフト２２０側の進角用の油路２２５ａあるいは遅角用の油路２２５ｂに流れる。そして、進角用の油路２２５ａあるいは遅角用の油路２２５ｂから可変バルブタイミング機構の進角室あるいは遅角室に供給される油によってタイミングギヤとカムシャフト２２０とが相対的に回転制御（進角制御あるいは遅角制御）される。

転がり軸受２４０内の進角用の連通路２６５ａと遅角用の連通路２６５ｂは、複列の玉２５５、２５７の間で軸方向に所定間隔を隔てた環状のシール部材２６０ａ、２６１ａ、２６０ｂ、２６１ｂによって区画形成されているため、転がり軸受２４０内の進角用の連通路２６５ａあるいは遅角用の連通路２６５ｂに流入した油が複列の玉２５５、２５７に向けて漏出することを各シール部材２６０ａ、２６１ａ、２６０ｂ、２６１ｂによって防止することができる。
この結果、油圧低下を抑制しながら転がり軸受２４０内の進角用の連通路２６５ａあるいは遅角用の連通路２６５ｂに流入した油をカムシャフト２２０側の進角用の油路２２５ａあるいは遅角用の油路２２５ｂに良好に導くことができ、カムシャフト２２０に組み付けられる可変バルブタイミング機構２３１の進角室あるいは遅角室に油を不足なく供給することができると共に、複列の玉２５５、２５７に対して漏出する油によって、複列の玉２５５、２５７の転動抵抗が増大される不具合も防止することができる。
仮に、進角用の連通路２６５ａあるいは遅角用の連通路２６５ｂに流入した油が複列の玉２５５、２５７に向けて漏出したとしても、この油を少量に抑えることができ、少量の油が複列の玉２５５、２５７の潤滑油として作用する。

次に、この発明の実施例４に係るカムシャフト装置を図８にしたがって説明する。
図に示すように、この実施例４においては、１番ジャーナルに対応する複列の転がり軸受３４０が複列のころ軸受によって構成されている。
すなわち、この実施例４において、複列の転がり軸受３４０は、外輪体３４２と、内輪体３５０と、転動体としての複列のころ３５５、３５７と、保持器３５６、３５８とを備えている。
この実施例４のその他の構成は、実施例３と同様に構成されるため、同一構成部分に対し同一符号を付記してその説明は省略する。
したがって、この実施例４においても実施例３と同様の作用効果を奏する。

次に、この発明の実施例５に係るカムシャフト装置を図９にしたがって説明する。
図９に示すように、この実施例５においては、１番ジャーナルに対応する複列の転がり軸受４４０が複列をなす玉軸受ところ軸受との組み合わせによって構成されている。
すなわち、この実施例５において、複列の転がり軸受４４０は、外輪体４４２と、内輪体４５０と、転動体としての複列をなす玉４５５と、ころ４５７と、保持器４５６、４５８とを備えている。
この実施例５のその他の構成は、実施例３と同様に構成されるため、同一構成部分に対し同一符号を付記してその説明は省略する。
したがって、この実施例５においても実施例３と同様の作用効果を奏する。

なお、この発明は、前記実施例１〜５に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の形態で実施可能である。
例えば、前記実施例１〜５においては、カムジャーナルが１番ジャーナル１０である場合を例示したが１番ジャーナル１０以外のカムジャーナルに対して油圧径路を設ける場合に実施可能である。
また、前記実施例１〜５においては、カムシャフト２０（１２０、２２０）の一端部に組み付けられる組付部品が可変バルブタイミング機構３１である場合を例示したが、可変バルブタイミング機構３１以外の油圧機器に油を供給する場合においても実施可能であり、また、他のカムジャーナルの転がり軸受に油を供給する場合においても実施可能である。

１シリンダヘッド
５キャップ部材
１０１番ジャーナル（カムジャーナル）
２０、１２０、２２０カムシャフト
２５油路
３１可変バルブタイミング機構（組付部品）
４０転がり軸受
４２外輪体
４５油孔
４６、４７環状溝
５０内輪体
６０、６１、１６０、１６１、２６０ａ、２６１ａ、２６０ｂ、２６１ｂシール部材
６５、１６５２６５ａ、２６５ｂ連通路

Claims

カムシャフトを回転可能に支承するカムジャーナルを通して前記カムシャフトに組み付けられる組付部品に油を供給するカムシャフト装置であって、
前記カムジャーナルには前記カムシャフトに対する転がり軸受が配設され、
前記転がり軸受の外輪体には、油圧供給源に通じる油孔が形成され、
前記転がり軸受の内輪体の外周面と前記外輪体の内周面との間には、前記油孔を前記カムシャフト側の油路に連通させる連通路が軸方向に所定間隔を隔てて配設された環状の両シール部材によって区画形成され、
前記組付部品は、可変バルブタイミング機構であり、
前記カムジャーナルは、前記可変バルブタイミング機構の近傍に配置された１番ジャーナルであり、
前記転がり軸受は、複列の転動体を備え、
前記連通路は、前記複列の転動体の間で軸方向に所定間隔を隔てた環状の両シール部材によって区画形成されていることを特徴とするカムシャフト装置。
請求項１に記載のカムシャフト装置であって、
カムシャフト側の油路は、前記カムシャフトの外周面の軸方向に凹設された溝と内輪体の内周面との協働によって形成された横孔を備えていることを特徴とするカムシャフト装置。
請求項１又は２に記載のカムシャフト装置であって、
外輪体の複列の外輪軌道面の間に位置する内周面には、軸方向に所定間隔を隔てる両環状溝がそれぞれ形成され、
環状の両シール部材は、それぞれの外径部分が前記両環状溝に嵌込まれて配設されていることを特徴とするカムシャフト装置。