(57)【要約】      （修正有）【課題】組立途中における軸受部品の脱落を防止したことにより、組立作業を簡素化したカムシャフト支持構造および内燃機関を提供する。【解決手段】カムシャフト支持構造は、カムシャフト１９と、カムシャフト１９を収容するシリンダヘッド１３およびベアリングキャップ１３ｃと、カムシャフト１９を回転自在に支持するころ軸受としての針状ころ軸受２１を備える。針状ころ軸受２１に注目すると、円弧形状の外輪部材２２ａ，２２ｂを円周方向に複数連ねて形成される外輪と、外輪の内径面に沿って配置される複数のころとしての針状ころ２３とを備え、外輪部材２２ａ，２２ｂは、軸方向端部から径方向外側に突出する係合爪２２ｃを有している。そして、係合爪２２ｃおよびハウジングの互いに対面する壁面には、凸部と凸部を受け入れて外輪部材２２ａ，２２ｂのハウジングからの脱落を防止する凹部とが形成されている。【選択図】図１
2008057741.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カムシャフトと、
前記カムシャフトを収容するハウジングと、
前記カムシャフトを前記ハウジングに対して回転自在に支持するころ軸受を備えるカムシャフト支持構造であって、
前記ころ軸受は、円弧形状の外輪部材を円周方向に複数連ねて形成される外輪と、前記外輪の内径面に沿って配置される複数のころとを備え、前記外輪部材は、軸方向端部から径方向外側に突出して前記ハウジングと係合する係合爪を有しており、
前記係合爪および前記ハウジングの互いに対面する壁面には、凸部と、前記凸部を受け入れて前記外輪部材の前記ハウジングからの脱落を防止する凹部とが形成されている、カムシャフト支持構造。
【請求項２】
前記凸部および前記凹部は、前記カムシャフトから前記ころ軸受に負荷される最大荷重の方向に延びる仮想線上に位置する、請求項１に記載のカムシャフト支持構造。
【請求項３】
前記外輪部材は、軸方向端部から径方向内側に突出する鍔部をさらに有し、
前記係合爪と前記鍔部とは、前記ころ軸受の回転軸線に直交する同一の平面上に位置する、請求項１または２に記載のカムシャフト支持構造。
【請求項４】
ハウジングと、
前記ハウジング内に設けられたシリンダと、
前記シリンダに連通する吸気路および排気路を開閉する弁と、
前記弁の開閉のタイミングを制御するカムシャフトと、
前記カムシャフトを回転自在に支持するころ軸受とを備える内燃機関であって、
前記ころ軸受は、円弧形状の外輪部材を円周方向に複数連ねて形成される外輪と、前記外輪の内径面に沿って配置される複数のころとを備え、前記外輪部材は、軸方向端部から径方向外側に突出して前記ハウジングと係合する係合爪を有しており、
前記係合爪および前記ハウジングの互いに対面する壁面には、凸部と、前記凸部を受け入れて前記外輪部材の前記ハウジングからの脱落を防止する凹部とが形成されている、内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動車および自動二輪車用の内燃機関、およびこれらの内燃機関に採用されるカムシャフト支持構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の自動車および自動二輪車用内燃機関に採用されるカムシャフト支持構造が、例えば、特開２００５−９０６９６号公報（特許文献１）に記載されている。図１８を参照して、同公報に記載されているカムシャフト支持構造は、カムローブ１０１ａ、ころ軸受１０２により支持される円筒状のジャーナル部１０１ｂ、および端部大径部１０１ｃを有するカムシャフト１０１と、シリンダヘッド１０８およびキャップ１０９で構成されるハウジングと、複数のころ１０３、略半円筒状の保持体１０４，１０５、および略半円筒状のレース板１０６，１０７とを有し、カムシャフト１０１をハウジングに対して回転自在に支持するころ軸受１０２とを備える。
【特許文献１】特開２００５−９０６９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記構成のカムシャフト支持構造の組立方法としては、シリンダヘッド１０８の上にレース板１０６、予めころ１０３を組み込んだ保持体１０４、カムシャフト１０１、保持体１０３、レース板１０７、キャップ１０９の順に積み重ねて、最後にシリンダヘッド１０８とキャップ１０９とをボルト等で固定する方法が一般的である。
【０００４】
ここで、レース板１０６，１０７や保持体１０４，１０５は、組立途中の段階ではどこにも固定されていないので、これらの位置がずれたり脱落したりすると組立工程をやり直さなければならなかった。この問題は、気筒数の多いエンジンのカムシャフト支持構造において特に顕著である。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、組立途中における軸受部品の脱落を防止して組立作業を簡素化したカムシャフト支持構造および内燃機関を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係るカムシャフト支持構造は、カムシャフトと、カムシャフトを収容するハウジングと、カムシャフトをハウジングに対して回転自在に支持するころ軸受を備える。ころ軸受に注目すると、円弧形状の外輪部材を円周方向に複数連ねて形成される外輪と、外輪の内径面に沿って配置される複数のころとを備え、外輪部材は軸方向端部から径方向外側に突出してハウジングと係合する係合爪を有している。そして、係合爪およびハウジングの互いに対面する壁面には、凸部と、凸部を受け入れて外輪部材のハウジングからの脱落を防止する凹部とが形成されている。
【０００７】
上記構成のカムシャフト支持構造においては、例えば、ハウジングの凸部と係合爪の凹部とを連結しておくことにより、予め外輪部材をハウジングから脱落しないように係止した状態で組立作業を行うことができる。係合爪を弾性変形可能なものとして構成すれば、弾性力をもって係合できるので密着性が向上する。これにより、組立作業中に軸受部品が脱落するといった問題を解消することができるので、組立作業を簡素化したカムシャフト支持構造を得ることができる。
【０００８】
好ましくは、凸部および凹部は、カムシャフトからころ軸受に負荷される最大荷重の方向に延びる仮想線上に位置する。外輪部材とハウジングとの密着度は、凸部と凹部とが組み合わされた位置で最も高い。そのため、このころ軸受は、この位置（凸部と凹部とが組み合わされている位置）で最も大きな荷重を支持することができる。そこで、この位置を最も大きな荷重が負荷される領域に配置することにより、耐久性に優れたカムシャフト支持構造を得ることができる。
【０００９】
さらに好ましくは、外輪部材は軸方向端部から径方向内側に突出する鍔部をさらに有する。そして、係合爪と鍔部とは、ころ軸受の回転軸線に直交する同一の平面上に位置する。上記構成とすることにより、外輪部材の大型化を抑制することができると共に、係合爪および鍔部の剛性が向上する。
【００１０】
この発明に係る内燃機関は、ハウジングと、ハウジング内に設けられたシリンダと、シリンダに連通する吸気路および排気路を開閉する弁と、弁の開閉のタイミングを制御するカムシャフトと、カムシャフトを回転自在に支持するころ軸受とを備える。ころ軸受に注目すると、円弧形状の外輪部材を円周方向に複数連ねて形成される外輪と、外輪の内径面に沿って配置される複数のころとを備え、外輪部材は軸方向端部から径方向外側に突出して前記ハウジングと係合する係合爪を有している。そして、係合爪およびハウジングの互いに対面する壁面には、凸部と、凸部を受け入れて外輪部材のハウジングからの脱落を防止する凹部とが形成されている。
【００１１】
上記構成のカムシャフト支持構造を採用することにより、組立作業を簡素化した内燃機関を得ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、予め外輪部材をハウジングから脱落しないように係止した状態で組立作業を行うことができるので、組立作業を簡素化したカムシャフト支持構造および内燃機関を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１３〜図１５を参照して、この発明の一実施形態に係る内燃機関１１を説明する。なお、図１３はこの発明の一実施形態に係る内燃機関１１のシリンダの１つを示す断面図、図１４は内燃機関１１に使用されるクランクシャフト１５を示す図、図１５は内燃機関１１に使用されるカムシャフト１９を示す図である。
【００１４】
まず、図１３を参照して、内燃機関１１は、ハウジングとしてのシリンダブロック１２およびシリンダヘッド１３と、往復運動を回転運動に変換する運動変換機構と、混合気の吸気および燃焼ガスの排気を行う給排気機構と、点火装置としてのスパークプラグ２０とを備えるレシプロエンジンである。
【００１５】
運動変換機構は、シリンダブロック１２に収容され、シリンダブロック１２内に設けられたシリンダ１２ａの内部を往復運動するピストン１４と、フライホイール（図示省略）やクラッチ（図示省略）を介してトランスミッション（図示省略）に接続されるクランクシャフト１５と、一端がピストン１４に接続され他端がクランクシャフト１５に接続されて、ピストン１４の往復運動をクランクシャフト１５の回転運動に変換するコンロッド１６とを備える。
【００１６】
給排気機構は、シリンダヘッド１３に形成され、シリンダ１２ａに連通する吸気路１３ａおよび排気路１３ｂと、シリンダ１２ａおよび吸気路１３ａの間に配置される弁としての吸気バルブ１７と、シリンダ１２ａおよび排気路１３ｂの間に配置される弁としての排気バルブ１８と、吸気バルブ１７および排気バルブ１８の開閉のタイミングを制御するカムシャフト１９とを備える。
【００１７】
吸気バルブ１７は、バルブステム１７ａと、バルブステム１７ａの一方側端部に設けられたバルブヘッド１７ｂと、吸気バルブ１７を吸気路１３ａを閉鎖する方向に付勢するバルブスプリング１７ｃとを含み、バルブステム１７ａの他方側端部には、カムシャフト１９が接続される。なお、排気バルブ１８は、吸気バルブ１７と同様の構成であるので、説明を省略する。
【００１８】
図１４を参照して、内燃機関１１に使用されるクランクシャフト１５は、軸部１５ａと、クランクアーム１５ｂと、隣接するクランクアーム１５ｂの間にコンロッド１６を配置するためのクランクピン１５ｃとを有する。このクランクシャフト１５は、軸部１５ａが後述するこの発明の一実施形態に係る針状ころ軸受２１によって回転自在に支持されている。また、クランクピン１５ｃは内燃機関１１のシリンダ数と同数設けられている。
【００１９】
図１５を参照して、内燃機関１１に使用されるカムシャフト１９は、軸部１９ａと、複数のカム１９ｂとを含む。軸部１９ａは、後述するこの発明の一実施形態に係る針状ころ軸受２１によって回転自在に支持される。このカムシャフト１９は、クランクシャフト１５とタイミングベルト（図示省略）によって連結されて、クランクシャフト１５の回転に伴って回転する。
【００２０】
カム１９ｂは、吸気バルブ１７または排気バルブ１８それぞれと接続されているので、バルブ１７，１８と同数設けられる。また、カム１９ｂは、図１３に示すように、相対的に径の大きい長径部１９ｃと相対的に径の小さい短径部１９ｄとを含み、複数のカム１９ｂは、図１５に示すように、長径部１９ｃの位置を円周方向にずらして配置される。これにより、複数のカム１９ｂそれぞれに接続されるバルブ１７，１８をタイミングをずらして開閉することが可能となる。
【００２１】
なお、内燃機関１１は、カムシャフト１９が、シリンダヘッド１３の上側に配置され、かつ、吸気バルブ１７側と排気バルブ１８側とにそれぞれ設けられるＤＯＨＣ（Ｄｏｕｂｌｅ  Ｏｖｅｒ  Ｈｅａｄ  Ｃａｍｓｈａｆｔ）方式のエンジンである。
【００２２】
次に、この内燃機関の作動原理を説明する。
【００２３】
まず、この内燃機関１１は、ピストン１４がシリンダ１２ａ内で最も上昇した位置（上死点）と最も降下した位置（下死点）との間を移動する工程を１工程とすると、吸気工程、圧縮工程、燃焼工程、および排気工程の４工程からなる４サイクルエンジンである。
【００２４】
吸気工程では、吸気バルブ１７が開いた状態、かつ、排気バルブ１８が閉じた状態で、ピストン１４が上死点から下死点まで移動する。これにより、シリンダ１２ａ内部（ピストン１４の上側の空間を指す、以下同じ）の容積が増加して内部の圧力が低下するので、混合気が吸気路１３ａからシリンダ１２ａ内部に流入する。なお、混合気とは、空気（酸素）と霧状にしたガソリンの混合物を指す。
【００２５】
圧縮工程では、吸気バルブ１７および排気バルブ１８が閉じた状態で、ピストン１４が下死点から上死点まで移動する。これにより、シリンダ１２ａ内部の容積が減少して内部の圧力が上昇する。
【００２６】
燃焼工程では、吸気バルブ１７および排気バルブ１８が閉じた状態で、スパークプラグ２０を点火する。これにより、圧縮状態の混合気が燃焼することによって急激に膨張してピストン１４を上死点から下死点まで押し下げる。この力をコンロッド１６を介してクランクシャフト１５に回転運動として伝達することによって、駆動力が発生する。
【００２７】
排気工程では、吸気バルブ１７が閉じた状態、かつ、排気バルブ１８が開いた状態で、ピストン１４が下死点から上死点まで移動する。これにより、シリンダ１２ａ内部の容積が減少して、燃焼ガスが排気路１３ｂに流出する。なお、この工程でピストン１４が上死点に達した後は、吸気工程に戻る。
【００２８】
なお、上記の各工程において、「吸気バルブ１７が開いた状態」とは、カム１９ｂの長径部１９ｃが吸気バルブ１７に当接して、吸気バルブ１７をバルブスプリング１７ｃに逆らって下方に押し下げられた状態を指し、「吸気バルブ１７が閉じた状態」とは、カム１９ｂの短径部１９ｄが吸気バルブ１７に当接して、吸気バルブ１７がバルブスプリング１７ｃの復元力によって上方に押し上げられた状態を指す。また、排気バルブ１８についても同様であるので、説明は省略する。
【００２９】
上記の各工程において、駆動力が発生するのは燃焼工程のみであり、その他の工程では、他のシリンダで発生した駆動力によってピストン１４が往復運動する。そのため、クランクシャフト１５の円滑な回転を維持する観点からは、複数のシリンダで燃焼行程のタイミングをずらすことが望ましい。
【００３０】
図１〜図９を参照して、この発明の一実施形態に係るころ軸受としての針状ころ軸受２１と、この針状ころ軸受２１を使用したカムシャフト支持構造を説明する。なお、図１および図７〜図９はこの発明の一実施形態に係るカムシャフト支持構造の組込み前後の状態を示す図、図２〜図６はこの発明の一実施形態に係る針状ころ軸受２１の各構成要素を示す図である。
【００３１】
まず、図１を参照して、この発明の一実施形態に係るカムシャフト支持構造は、カムシャフト１９と、カムシャフト１９を収容するハウジングとしてのシリンダヘッド１３およびベアリングキャップ１３ｃと、カムシャフト１９をハウジングに対して回転自在に支持する針状ころ軸受２１とを備える。
【００３２】
針状ころ軸受２１は、円弧形状の外輪部材２２ａ，２２ｂを円周方向に複数連ねて形成される外輪２２と、外輪２２の内径面に沿って配置される複数のころとしての針状ころ２３と、円周上の一箇所に軸受の軸線方向に延びる分割線を有し、複数の針状ころ２３の間隔を保持する保持器２４とを備える。
【００３３】
なお、カムシャフト１９を支持する軸受としては、針状ころ軸受２１が採用されるのが一般的である。針状ころ軸受２１は、針状ころ２３と軌道面とが線接触するので、軸受投影面積が小さい割に高負荷容量と高剛性が得られる利点を有している。したがって、負荷容量を維持しつつ、支持部分の径方向の厚み寸法を削減することができる点で好適である。
【００３４】
図２〜図４を参照して、外輪部材２２ａを説明する。なお、図２は外輪部材２２ａの側面図、図３は図２をＩＩＩ方向から見た図、図４は図２をＩＶ方向から見た図である。また、外輪部材２２ｂは外輪部材２２ａと同一の形状であるので、説明は省略する。
【００３５】
まず、図２を参照して、外輪部材２２ａは、中心角１８０°の半円形状であって、軸方向両端部には係合爪２２ｃと、鍔部２２ｄとが形成されている。そして、この２つの外輪部材２２ａ，２２ｂを円周方向に連ねて円環形状の外輪２２を形成する。また、外輪２２の内径面の軸方向中央部は、針状ころ２３の軌道面として機能する。
【００３６】
係合爪２２ｃは、円周方向中央部の軸方向両端部から径方向外側に突出しており、組込み時にハウジングと係合して外輪部材２２ａの回転を防止する。また、係合爪２２ｃの軸方向を向く壁面には、外輪部材２２ａのハウジングからの脱落を防止する係止手段２２ｉが設けられている。
【００３７】
鍔部２２ｄは、係合爪２２ｃが設けられた部分を除いて外輪部材２２ａの円周方向のほぼ全域にわたって、軸方向端部から径方向内側に突出している。この鍔部２２ｄは、保持器２４の軸方向の移動を規制すると共に、軸受内部の潤滑油の保持性を向上させる。なお、係合爪２２ｃと鍔部２２ｄとは、針状ころ軸受２１の回転軸線に直交する同一の平面上に配置される。これにより、外輪部材２２ａの大型化を抑制することができると共に、係合爪２２ｃおよび鍔部２２ｄの剛性が向上する。
【００３８】
また、図３を参照して、外輪部材２２ａの円周方向一方側端部には、軸方向中央部が円周方向に凹んだ略Ｖ字型の凹部２２ｅが形成されている。また、図４を参照して、外輪部材２２ａの円周方向他方側端部には、軸方向両端部に２つの平坦部２２ｆと、２つの平坦部２２ｆの間に先端が円弧形状で円周方向に突出した略Ｖ字型の凸部２２ｇとが設けられている。なお、凹部２２ｅは、外輪部材２２ａ，２２ｂを円周方向に連ねたときに隣接する外輪部材の凸部２２ｇを受け入れる。このように、突合部分の形状を略Ｖ字型とすることにより、針状ころ２３がスムーズに回転可能となる。なお、外輪部材２２ａ，２２ｂの突合部分の形状は、略Ｖ字型に限らず、針状ころ２３がスムーズに回転可能な任意の形状、例えば、略Ｗ型であってもよい。
【００３９】
さらに、図３および図４を参照して、外輪部材２２ａには、外径側から内径側に貫通する油穴２２ｈが設けられている。この油穴２２ｈは、ハウジングに設けられた油路（図示省略）に対面する位置に設けられて潤滑油を針状ころ軸受２１内部に供給する。なお、油穴２２ｈの大きさ、位置、個数は、ハウジングに設けられた油路の大きさ、位置、個数に依存する。
【００４０】
次に、図５および図６を参照して、保持器２４を説明する。なお、図５は保持器２４の側面図、図６は保持器２４の分割部分を含む部分断面図である。図５および図６を参照して、保持器２４は、円周上の一箇所に軸受の軸線方向に延びる分割線を有する略Ｃ型形状であって、針状ころ２３を収容するポケット２４ｃが円周方向の等間隔に設けられている。また、この保持器２４は、樹脂材料を射出成型して形成される。
【００４１】
また、分割部分の円周方向一方側の切断端面２４ａには凹部２４ｄが、他方側の切断端面２４ｂには凹部２４ｄに対応する凸部２４ｅが設けられており、凹部２４ｄおよび凸部２４ｅが係合することにより、円環形状の保持器２４を得ることができる。なお、この実施形態においては、凸部２４ｅの先端部分の幅が根元部分より大きく、凹部２４ｄは開口部分の幅が最奥部より小さく設定されている。これにより、凹部２４ｄと凸部２４ｅの係合を確実なものとしている。
【００４２】
次に、図１および図７〜図９を参照して、針状ころ軸受２１をカムシャフト１９に組み込む手順を説明する。
【００４３】
まず、保持器２４のポケット２４ｃそれぞれに針状ころ２３を組み込む。次に、保持器２４の弾性を利用して分割部分を広げ、カムシャフト１９に組み込む。さらに、凹部２４ｄと凸部２４ｅとを係合させて、保持器２４が外れないようにする。
【００４４】
次に、シリンダヘッド１３の内周面に外輪部材２２ａを嵌め入れて、係合爪２２ｃをシリンダヘッド１３の凹部１３ｄに係合させる。さらに、係合爪２２ｃおよび凹部１３ｄそれぞれに設けられた係止手段２２ｉ，１３ｅによって外輪部材２２ａがシリンダヘッド１３から脱落しないようにする。このとき、外輪部材２２ａに設けた油穴２２ｈとシリンダヘッド１３の給油路（図示省略）とが対面するように組み込む。外輪部材２２ｂとベアリングキャップ１３ｃとの間でも同様の作業を行う。
【００４５】
図９を参照して、外輪部材２２ａおよびシリンダヘッド１３に設けられた係止手段２２ｉ，１３ｅの具体的な構造について説明する。シリンダヘッド１３の係合爪２２ｃを受け入れる凹部１３ｄには、その底壁から突出する凸部としての突起１３ｅが形成されている。一方、外輪部材２２ａには、係合爪２２ｃの軸方向を向く壁面を貫通する凹部としての穴２２ｉが形成されている。そして、係合爪２２ｃの弾性を利用してこの突起１３ｅを穴２２ｉに嵌め入れることにより、外輪部材２２ａをベアリングキャップ１３から脱落しないように固定する。
【００４６】
そして、外輪部材２２ａが取り付けられているシリンダヘッド１３の上に保持器２４を巻きつけたカムシャフト１９を載置し、さらにその上に外輪部材２２ｂを取り付けたベアリングキャップ１３ｃを載置して、シリンダヘッド１３とベアリングキャップ１３ｃとをボルト等で固定する。
【００４７】
上記の組み込み手順とすることにより、カムシャフト１９と、外輪２２と、保持器２４と、ハウジングとが同心円状に配置され、針状ころ２３が安定して回転可能な針状ころ軸受２１を得ることができる。また、上記構成の針状ころ軸受２１は、外輪２２を２つの外輪部材２２ａ，２２ｂに分割し、保持器２４を円周方向の一箇所で分割したことにより、支持部分の径方向から組み込むことが可能となるので、カムシャフト１９を支持する軸受として採用することができる。
【００４８】
また、予め外輪部材２２ａ，２２ｂをハウジングに係止し、保持器２４をカムシャフト１９に巻きつけて固定した状態で組立作業を行うことができるので、組立作業中に軸受部品が脱落するといったことがなくなる。その結果、カムシャフト支持構造の組立作業を簡素化することができる。また、上記構成の係合爪２２ｃは、折り曲げ部分を基点として弾性変形するので、簡単に突起１３ｅを穴２２ｉに嵌め入れることができる。
【００４９】
さらに、外輪部材２２ａ，２２ｂは、穴２２ｉがカムシャフト１９から針状ころ軸受２１に対して負荷される最大荷重の方向に延びる仮想線ｌ１上に位置するように組み込む。上記構成のカムシャフト支持構造において、外輪部材２２ａ，２２ｂとハウジング１３，１３ｅとの密着度は、突起１３ｅと穴２２ｉとが組み合わされた位置で最も高くなる。したがって、カムシャフト支持構造は、この位置（突起１３ｅと穴２２ｉの位置）において最も大きな荷重を支持することができる。そこで、この位置を最も大きな荷重が負荷される領域に配置することにより、耐久性に優れたカムシャフト支持構造を得ることができる。
【００５０】
なお、図１３に示す内燃機関１１において、カムシャフト１９から針状ころ軸受２１に負荷される最大荷重は、バルブ１７，１８をバルブスプリング１７ｃ，１８ｃに逆らって下方に押し下げる力の反作用であり、その方向は、カムシャフト１９がバルブ１７，１８を押す方向と反対の方向（図１３中の矢印の方向）である。
【００５１】
また、突起１３ｅおよび穴２２ｉが厳密に仮想線ｌ１上に位置していなくともこの発明の効果を得ることができる。例えば、穴２２ｉを有する係合爪２２ｃが仮想線ｌ１上に位置すれば、十分にこの発明の効果を得ることができる。
【００５２】
また、上記の実施形態における保持器２４は、生産効率が高く、かつ、弾性変形能の高い樹脂製保持器の例を示したが、これに限ることなく、切削加工による削り出し保持器でもよく、または、鋼板をプレス加工したプレス保持器であってもよい。
【００５３】
また、上記の実施形態における鍔部２２ｄは、係合爪２２ｃが配置された部分を除いて外輪部材２２ａ，２２ｂの円周方向の全域に設けた例を示したが、これに限ることなく、円周方向の一部に部分的に設けてもよい。その際、鍔部の場所や個数は任意に設定することができるが、カムシャフト１９に組み込んだときに、非負荷領域に配置されるのが望ましい。
【００５４】
また、上記の実施形態においては、外輪部材２２ａ，２２ｂとハウジングとの間に設けられた係止手段として、ハウジングに設けられた突起１３ｅと外輪部材２２ａ，２２ｂに設けられた穴２２ｉとの例を示したが、これに限ることなく、外輪部材２２ａ，２２ｂのハウジングからの脱落を防止可能な任意の構成とすることができる。例えば、図９に示す実施形態の変形例として、係合爪２２ｃの穴２２ｉにボルトを挿通して凸部とし、ベアリングキャップ１３ｃの凹部１３ｄの底壁にボルトを受け入れるボルト穴を形成して外輪部材２２ｂとベアリングキャップ１３ｃとを固定してもよい。
【００５５】
図１０および図１１を参照して、この発明の他の実施形態に係る係止手段の例を説明する。なお、基本構成は、図１〜図９に示すカムシャフト支持構造と同様であるので、共通点の説明は省略し、相違点を中心に説明する。
【００５６】
まず、図１０を参照して、外輪部材３２ｂには、係合爪３２ｃの軸方向を向く壁面を貫通する凹部としての穴３２ｉが形成されており、ベアリングキャップ３３ｃの凹部３３ｄの底壁には、穴３２ｉに嵌まり込む突起３３ｅが形成されている。なお、突起１３ｅの突出高さは、係合爪３２ｃの挿入方向（図１０の上方向）に向かって徐々に高くなっており、係合爪３２ｃの挿入は容易であるが、突起３３ｅが穴３２ｉに嵌まり込んだ後は外れにくい構造となっている。
【００５７】
次に、図１１を参照して、外輪部材４２ｂには、係合爪４２ｃの軸方向を向く壁面から突出する凸部としての突起４２ｉが形成されており、ベアリングキャップ４３ｃの凹部４３ｄの底壁には突起４２ｉを受け入れる凹部４３ｅが形成されている。この突起４２ｉを凹部４３ｅに嵌め入れることによっても、外輪部材４２ｂのベアリングキャップ４３ｃからの脱落を防止することができる。
【００５８】
図９〜図１１のいずれに示す実施形態においても、凸部を凹部に嵌め入れるだけなので、ワンタッチで外輪部材をハウジングに対して固定することができる。その結果、組立性に優れたカムシャフト支持構造および内燃機関を得ることができる。
【００５９】
上記の実施形態においては、カムシャフト１９を支持する軸受として針状ころ軸受２１を採用した例を示したが、この発明は、他のころ軸受、例えば、円筒ころ軸受や棒状ころ軸受にも適用することができる。
【００６０】
また、上記の実施形態における針状ころ軸受２１は、カムシャフト１９を支持する軸受としてだけではなく、図１４に示したようなクランクシャフト１５の軸部１５ａやロッカーシャフト等を支持する軸受としても広く使用することが可能である。
【００６１】
さらに、この発明は、単気筒の内燃機関にも適用可能であるが、図１４に示すような多気筒エンジンに採用されるクランクシャフト１５の軸部１５ａや、図１５に示すようなカムシャフト１９の軸部１９ｂのように、軸方向から針状ころ軸受２１を挿入できない箇所を支持する軸受として好適である。
【００６２】
次に、図１２を参照して、この発明の一実施形態に係る外輪部材２２ａの製造方法を説明する。なお、図１２は、外輪部材２２ａの製造工程の一部を示す図であって、上段は平面図、下段は断面図を示す。また、外輪部材２２ｂの製造方法は、外輪部材２２ａと同様であるので、説明は省略する。
【００６３】
まず、出発材料としては、炭素含有量が０．１５ｗｔ％以上、１．１ｗｔ％以下の炭素鋼を使用する。具体的には、炭素含有量が０．１５ｗｔ％以上、０．５ｗｔ％以下のＳＣＭ４１５やＳ５０Ｃ等、または、炭素含有量が０．５ｗｔ％以上、１．１ｗｔ％以下のＳＡＥ１０７０やＳＫ５等が考えられる。
【００６４】
なお、炭素含有量が０．１５ｗｔ％未満の炭素鋼は、焼入処理によって浸炭硬化層が形成されにくく、外輪部材２２ａに必要な硬度を得るためには、浸炭窒化処理を行う必要がある。浸炭窒化処理は、後述する各焼入処理と比較して設備費用が高額になるので、結果として、針状ころ軸受２１の製造コストが上昇する。また、炭素含有量が０．１５ｗｔ％未満の炭素鋼では浸炭窒化処理によっても十分な浸炭硬化層が得られない場合があり、軌道面に表面起点型の剥離が早期に発生する恐れがある。一方、炭素含有量が１．１ｗｔ％を超える炭素鋼はで加工性が著しく低下するので、加工精度が低下したり、加工工数の増加による製造コストの上昇が問題となる。
【００６５】
図１２を参照して、第１の工程としては、鋼板を打ち抜き加工して外輪部材２２ａの外形を形成する（ａ工程）。また、長手方向の一方側端部に凹部２２ｅとなる部分を形成し、他方側端部に平坦部２２ｆおよび凸部２２ｇを形成する。短手方向の両端部には、係合爪２２ｃと鍔部２２ｄとに分かれる切込みを形成し、２箇所の切り込みの間には、係止手段としての穴２２ｉを形成する。さらに、外形の形成と同時に油穴２２ｈを加工してもよい。
【００６６】
このとき、外輪部材２２ａの長手方向の長さは、カムシャフト１９の直径に基づいて決定し、短手方向の長さは、使用する針状ころ２３のころ長さに基づいて決定する。ただし、短手方向には係合爪２２ｃおよび鍔部２２ｄとなる部分が含まれているので、この工程での短手方向の長さは、外輪部材２２ａの完成品の軸方向幅寸法より長くなる。
【００６７】
この工程は、一度の打ち抜き加工で全ての部分を打ち抜いてもよいし、打ち抜き加工を複数回繰り返して所定の形状を得てもよい。なお、順送プレスを用いる場合には、各加工工程の加工位置を決めるためのパイロット穴２５を形成すると共に、隣接する外輪部材との間に連結部２６を設けるとよい。なお、この実施形態においては、係合爪２２ｃとなる部分の外側に連結部２６が設けられている。
【００６８】
第２の工程としては、曲げ加工により外輪部材２２ａの外形を所定の曲率に曲げる工程と、外輪部材２２ａの軸方向両端部から径方向内側に突出する鍔部２２ｄを形成する工程とを含む（ｂ工程〜ｆ工程）。具体的には、連結部２６を含む中央部分を残して、長手方向の両端部側から順に曲げていく（ｂ工程、ｃ工程）。次に、曲げ加工を施した長手方向両端部について、短手方向の両端部に曲げ加工を施して鍔部２２ｄを形成する（ｄ工程）。次に、外輪部材２２ａの外形が所定の曲率となるように、長手方向中央部についても曲げ加工を行う（ｅ工程）。最後に、連結部２６を除去して、係合爪２２ｃを径方向外側に折り曲げる。（ｆ工程）。
【００６９】
上記のプレス加工工程終了後、外輪部材２２ａに必要とされる硬度等の所定の機械的性質を得るために、熱処理を行う。なお、軌道輪として機能する外輪部材２２ａの内径面の表面硬さＨｖは、６３５以上が必要となる。
【００７０】
外輪部材２２ａが十分な深さの硬化層を得るためには、出発材料の炭素含有量によって適切な熱処理方法を選択する必要がある。具体的には、炭素含有量が０．１５ｗｔ％以上、０．５ｗｔ％以下の材料の場合には浸炭焼入処理を、炭素含有量が０．５ｗｔ％以上、１．１ｗｔ％以下の材料の場合には光輝焼入処理または高周波焼入処理を施す。
【００７１】
浸炭焼入処理は、高温の鋼に炭素が固溶する現象を利用した熱処理方法であって、鋼内部は炭素量が低いまま、炭素量の多い表面層（浸炭硬化層）を得ることができる。これにより、表面は硬く、内部は軟らかく靭性の高い性質が得られる。また、浸炭窒化処理設備と比較して設備費用が安価である。
【００７２】
光輝焼入処理は、保護雰囲気や真空中で加熱することによって、鋼表面の酸化を防止しながら行う焼入処理を指す。また、浸炭窒化処理設備や浸炭焼入処理設備と比較して設備費用が安価である。
【００７３】
高周波焼入処理は、誘導加熱の原理を利用して、鋼表面を急速に加熱、急冷して焼入硬化層を作る方法である。他の焼入処理設備と比較して設備費用が大幅に安価であると共に、熱処理工程でガスを使用しないので環境に優しいというメリットがある。また、部分的な焼入処理が可能となる点でも有利である。
【００７４】
さらに、焼入によって生じた残留応力や内部ひずみを低減し、靭性の向上や寸法を安定化させるために、上記の焼入処理の後に焼戻を行うのが望ましい。
【００７５】
また、ハウジングに係合する係合爪２２ｃには、針状ころ軸受２１の回転方向に荷重が負荷される。この荷重によって係合爪２２ｃが破損するのを防止するために、係合爪２２ｃの硬度を他の部分より低くすることによって靭性を高めることが有効である。なお、係合爪２２ｃの硬度Ｈｖは３００以上、６００以下の範囲に設定するのが望ましい。硬度Ｈｖが６００以上になると、突発的な負荷によって係合爪２２ｃが破損等する恐れがある。一方、硬度Ｈｖが３００未満になると、係合爪２２ｃが早期に磨耗する恐れがあるからである。
【００７６】
係合爪２２ｃの靭性を高める具体的な方法としては、上記の熱処理工程の後に、係合爪２２ｃにのみ部分焼鈍しを行うか、または、上記の熱処理工程の前に係合爪２２ｃにのみ防浸炭処理を行うことが有効である。なお、部分焼鈍しや防浸炭処理は係合爪２２ｃの全域に施してもよいが、係合爪２２ｃの根元部分にのみ施しても効果がある。
【００７７】
焼鈍しは、焼入処理によって硬化した材料を軟化させて靭性を高めるために行うものであって、材料を所定温度まで加熱後に徐冷することによって行う。なお、焼鈍しの効果が外輪部材２２ａの軌道面にまで及ぶのを防止するためには、高周波焼鈍しが適している。
【００７８】
防浸炭処理は、浸炭焼入処理等によって材料に炭素が固溶するのを防止するために行うものであって、係合爪２２ｃに被膜を形成する等の処理を指す。これによって、浸炭焼入処理をした場合でも、被膜が形成された係合爪２２ｃの部分に浸炭層が形成されにくくなる。
【００７９】
なお、この実施形態においては、外輪部材２２ａの外形の曲率を形成する工程と、鍔部２２ｄを形成する工程とを平行して行う例を示したが、これに限ることなく、外形の曲率を形成する工程と、鍔部２２ｄを形成する工程とを独立して行ってもよい。
【００８０】
また、上記の第１の工程および第２の工程は、この発明に係る外輪部材の製造方法の一例であって、各工程をさらに細分化してもよいし、必要な工程をさらに追加することもできる。また、加工工程の順番も任意に入れ替えることができるものとする。
【００８１】
さらに、上記の各工程（ａ工程〜ｆ工程）は、それぞれ別々の工程として単能プレスで行ってもよいが、順送プレス、または、トランスファプレスによって行うこととしてもよい。これにより、各工程を連続的に行うことができる。また、上記の各工程（ａ工程〜ｆ工程）の全部または一部に相当する加工部を有する外輪部材２２ａの製造装置を使用することにより、生産性を高めることができ、結果として針状ころ軸受２１の製品価格を抑えることができる。
【００８２】
なお、本明細書中で「順送プレス」とは、プレス内に複数の加工工程を持ち、材料をプレス入口のフィーダにより各工程を移動させることによって、材料を連続的に加工する方法を指すものとする。また、本明細書中で「トランスファプレス」とは、複数の加工工程を必要とする場合に、各工程を行うステージを必要数分設け、搬送装置によって工程品を移動させながら、各ステージで加工を行う方法を指すものとする。
【００８３】
次に、図１６および図１７を参照して、この発明の他の実施形態に係るカムシャフト支持構造を説明する。なお、図１６はカムシャフト支持構造の回転軸線に直交する平面での断面図、図１７は図１６のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩにおける断面図である。また、このカムシャフト支持構造の基本構成は、図７および図８に示すカムシャフト支持構造と共通するので、共通点の説明は省略し、相違点を中心に説明する。
【００８４】
図１６を参照して、この発明の他の実施形態に係るカムシャフト支持構造は、ハウジング５３，５３ｃと、カムシャフト５９と、カムシャフト５９をハウジング５３に対して回転自在に支持する針状ころ軸受６１とを備える。なお、針状ころ軸受６１は針状ころ軸受２１と同様の構成であるので、説明は省略する。
【００８５】
ハウジングは、シリンダヘッド５３と、ベアリングキャップ５３ｃとを含む。ベアリングキャップ５３ｃの内径面には、針状ころ軸受６１の係合爪６２ｃを受け入れる凹部５３ｄが設けられており、外径面の凹部５３ｄに対応する位置には相対的に肉厚の厚い肉厚部５３ｅが設けられている。
【００８６】
前述したように、ベアリングキャップ５３ｃの凹部５３ｄは、カムシャフト５９から針状ころ軸受６１に負荷される最大荷重の方向に延びる仮想線ｌ２上に位置する。そこで、この位置に肉厚部５３ｅを設けることによって、凹部５３ｄを設けたことによるベアリングキャップ５３ｃの剛性低下を補完することができる。
【００８７】
さらに、図１７を参照して、肉厚部５３ｅは、カムシャフト５９の軸線方向に延びて、隣接するベアリングキャップ５３ｃを相互に連結している。このように、肉厚部５３ｅを隣接するベアリングキャップ５３ｃを連結する連結部材とすることにより、カムシャフト支持構造の組込性が向上する。また、カムシャフト５９の傾き（図１７中の上下方向）に対する剛性が向上する。
【００８８】
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
この発明は、自動車用エンジンのカムシャフトを支持するカムシャフト支持構造および内燃機関に有利に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】この発明の一実施形態に係るカムシャフト支持構造の組込み前の状態を示す図である。
【図２】この発明の一実施形態に係るころ軸受の外輪部材を示す図である。
【図３】図２のＩＩＩ方向から見た図である。
【図４】図２のＩＶ方向から見た図である。
【図５】この発明の一実施形態に係るころ軸受の保持器の側面図を示す図である。
【図６】図５の保持器の分割部分を含む部分断面図である。
【図７】図１のカムシャフト支持構造の組込み後の状態を軸方向から見た断面図である。
【図８】図１のカムシャフト支持構造の組込み後の状態を径方向から見た断面図である。
【図９】図８のＰ部の拡大図である。
【図１０】図９の他の実施形態を示す図である。
【図１１】図９のさらに他の実施形態を示す図である。
【図１２】この発明の一実施形態に係る外輪部材の製造工程の一部を示す図であって、上段は平面図、下段は断面図である。
【図１３】この発明の一実施形態に係る内燃機関のシリンダ１つを示す断面図である。
【図１４】図１３の内燃機関に採用されるクランクシャフトを示す図である。
【図１５】図１３の内燃機関に採用されるカムシャフトを示す図である。
【図１６】この発明の他の実施形態に係るカムシャフト支持構造を示す図である。
【図１７】図１６のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩにおける断面図である。
【図１８】従来のカムシャフト支持構造を示す図である。
【符号の説明】
【００９１】
１１  内燃機関、１２  シリンダブロック、１２ａ  シリンダ、１３，５３ｃ，１０８  シリンダヘッド、１３ａ  吸気路、１３ｂ  排気路、１３ｃ，３３ｃ，４３ｃ，５３ｃ  ベアリングキャップ、１３ｄ，３３ｄ，４３ｄ，５３ｄ  凹部、１３ｅ，３３ｅ，４３ｅ  係止手段、１４  ピストン、１５  クランクシャフト、１５ａ  軸部、１５ｂ  クランクアーム、１５ｃ  クランクピン、１６  コンロッド、１７，１８  バルブ、１７ａ，１８ａ  バルブステム、１７ｂ，１８ｂ  バルブヘッド、１７ｃ，１８ｃ  バルブスプリング、１９，５９，１０１  カムシャフト、１９ａ  軸部、１９ｂ  カム、１９ｃ  長径部、１９ｄ  短径部、５３ｅ  肉厚部、１０１ａ  カムローブ、１０１ｂ  ジャーナル部、１０１ｃ  端部大径部、２０  スパークプラグ、２１，６１  針状ころ軸受、２２  外輪、２２ａ，２２ｂ，３２ｂ，４２ｂ  外輪部材、２２ｃ，３２ｃ，４２ｃ，６２ｃ  係合爪、２２ｄ  鍔部、２２ｅ，２４ｄ  凹部、２２ｆ  平坦部、２２ｇ，２４ｅ  凸部、２２ｈ  油穴、２２ｉ，３３ｉ，４３ｉ  係止手段、２３  針状ころ、２４  保持器、２４ａ，２４ｂ  切断端面、２４ｃ  ポケット、１０２  ころ軸受、１０３  ころ、１０４，１０５  保持体、１０６，１０７  レース板、１０９  キャップ。
【図１】
2008057741.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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