(57)【要約】【課題】内燃機関の動弁機構において、タペットに対する振動や摩擦抵抗によるエネルギー損失を抑制するカムを提供する。【解決手段】カム１は、内燃機関の弁を駆動する動弁機構に設けられるカムであって、リフト部１２と凹部１３とボール（球状部材）１４とホルダ１５とを備える。リフト部１２は、動弁機構のカムシャフト２に設けられて、バルブリフト区間のカム面Ｂを形成する。凹部１３は、リフト部１２のカム面Ｂからカムシャフト２の中心に向かって形成される。ボール１４は、バルブリフト区間のカム面Ｂから露出する球面の一部がカム面Ｂに遷移する。ホルダ１５は、カム面Ｂよりも内側にボール１４の中心を配置するようにボール１４を凹部１３内に保持する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の弁を駆動する動弁機構に設けられるカムであって、
前記動弁機構のカムシャフトに設けられてバルブリフト区間のカム面を形成するリフト部と、
前記リフト部の前記カム面から前記カムシャフトの中心に向かって形成する凹部と、
前記バルブリフト区間の前記カム面から露出する球面の一部が前記カム面に遷移する球状部材と、
前記カム面よりも内側に前記球状部材の中心を配置するように前記球状部材を前記凹部内に保持するホルダと、
を備えることを特徴とするカム。
【請求項２】
前記ホルダは、前記凹部の内側に固定される
ことを特徴とする請求項１に記載されたカム。
【請求項３】
前記ホルダは、
前記カム面から突出する部分の前記球状部材の周囲に摺接する押えリングと、
前記カムシャフトに面した前記球状部材の外周面に摺接する受座と、
前記凹部の底面と前記受座との間に配置されて前記球状部材が前記カム面から突出する量を調整するスペーサと、
前記受座と前記スペーサとの間に挿入され互いに離間させる弾性部材と、
前記カム面側から前記押えリングの外周に係合し前記球状部材とともに前記受座、前記スペーサ、前記弾性部材を前記凹部内に保持するケースと、を含む
ことを特徴とする請求項１に記載されたカム。
【請求項４】
前記ホルダは、前記カムシャフトの軸線に対して交差する方向に延びる円筒形の外周壁にネジ山を有し、
前記凹部は、前記ネジ山に対応するネジ溝を有し、
前記ホルダは、前記凹部に専用治具で装着される
ことを特徴とする請求項１に記載されたカム。
【請求項５】
前記カムシャフトの軸線に沿う方向に前記リフト部を貫通して前記ホルダを固定する締結具をさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載されたカム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の動弁機構のカムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の動弁機構において、カムの摺動面における摩擦抵抗を軽減するために、バルブリフト部にあたるカムの長径部にローラを備えたカムが知られている。特許文献１に記載されたカムは、一体に形成されたベースカムのバルブリフト部にローラを装着するための溝を設け、カムシャフトと平行なローラ回転軸を介してローラを保持している。また、カムを幅方向に第１のベースカム分割部材と第２のベースカム分割部材とに分けて作り、それぞれカムシャフトに通してロウ付けすることで組み立てることが記載されている。
【０００３】
また、特許文献２には、バルブのリフト量を変化させるために、カム頂点区分（バルブリフト部）の半径方向に駆動するピストンが組み込まれたカムが記載されている。このピストンは、先端部に転動可能に支承された球を有している。カムは、カムシャフト内に設けられた潤滑油通路に連通する圧力室を有している。ピストンは、潤滑油通路に連通した圧力室に供給される潤滑油の圧力によって変位する。特許文献２では、カムと協動するタペットの転動面に沿って転動可能な球が回動可能に支承されていることによってタペットとカムとの間の摩耗および摩擦損失が著しく減じられることを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−０８０３７２号公報
【特許文献２】特表２００５−５０７０４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、カムによって押されるタペットは、同じ位置が擦れて摩耗しないように、カムシャフトに沿う方向へカムの摺動面に対して偏心して配置される。これにより、タペットは、カムとの摩擦抵抗によって少しずつ回転され、タペットの摺動面が局部的に摩耗することを防いでいる。
【０００６】
しかし、カムの摺動面（外周面）の幅の中心に対してタペットの摺動面の中心が偏心していると、特許文献１のようにカムにローラを設けても、タペットの回転に伴う捩れ摩擦がローラとタペットとの間に生じ、その摩擦に応じたエネルギー損失が生じる。また、特許文献２に記載されたカムの場合、球は、ピストンの先端に形成された半球状の支承面で支持される。したがって、球がタペットに転接している限りでは、特許文献１のような捩れ摩擦は生じない。しかし、ピストンから脱落しないように球を保持するためには、球の大円を越えて把持する必要がある。つまり、特許文献２の場合、球を把持するために、支承面の縁を半径方向で内方に曲げていることが明記されている。その結果、バルブのリフト量を変化させるために延び出たピストンがタペットに接するようになり、ピストンとタペットとの摩擦によるエネルギー損失が生じるだけでなく、ピストン及び球が、カム面から不連続にタペットに接することになるため、振動を発生させる。
【０００７】
また、特許文献２において、各カムのピストンを駆動させる圧力室は、互いにカムシャフトの中心を通る潤滑油経路で連結されている。そのため、球がタペットに接しているピストンから球がタペットに接していないピストンへ、タペットを押すための力が潤滑油通路を介して逃げてしまう。つまり、特許文献２のカム機構ではバルブの開度を厳密に制御できない可能性がある。
【０００８】
そこで、本発明に係る一実施形態では、内燃機関の動弁機構において、タペットに対する振動や摩擦抵抗によるエネルギー損失を抑制するカムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る一実施形態のカムは、内燃機関の弁を駆動する動弁機構に設けられるカムであって、リフト部と凹部と球状部材とホルダとを備える。リフト部は、動弁機構のカムシャフトに設けられて、バルブリフト区間のカム面を形成する。凹部は、リフト部のカム面からカムシャフトの中心に向かって形成される。球状部材は、バルブリフト区間のカム面から露出する球面の一部がカム面に遷移する。ホルダは、カム面よりも内側にボールの中心を配置するようにボールを凹部内に保持する。
【００１０】
このとき、ホルダは、凹部の内側に固定される。また、ホルダは、押えリングと、受座と、スペーサと、弾性部材と、ケースとを含む。押えリングは、カム面から突出する部分の球状部材の周囲に摺接する。受座は、カムシャフトに面した球状部材の外周面に摺接する。スペーサは、凹部の底面と受座との間に配置されて球状部材がカム面から突出する量を調整する。弾性部材は、受座とスペーサとの間に挿入され互いに離間させる。ケースは、カム面側から押えリングの外周に係合し、球状部材とともに受座、スペーサ、弾性部材を凹部内に保持する。
【００１１】
また、ホルダがカムシャフトの軸線に対して交差する方向に延びる円筒形の外周壁にネジ山を有し、凹部がネジ山に対応するネジ溝を有している場合、ホルダは、凹部に専用治具で装着される。または、カムシャフトの軸線に沿う方向に、リフト部を貫通してホルダを固定する締結具をさらに備えることも好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る一実施形態のカムによれば、バルブリフト区間のカム面から球面の一部を露出させた球状部材を備えているので、バルブリフトの時にカムとタペットとの間に生じる摩擦抵抗によるエネルギー損失を軽減できる。このときタペットの偏摩耗を予防するためにタペットの中心に対してカムの中心を偏心させている動弁機構であっても、バルブリフト区間においてタペットとカム面との間に生じる捩れ摩擦を軽減することができる。そして、バルブリフト区間に球状部材を設けるための構造は、既存の動弁機構のカムの形状の中に納まっており、かつ、きわめて単純な構造であるので、一部を変更することで容易に採用し実施できる。
【００１３】
ホルダが凹部の内側に固定される発明のカムによれば、ホルダがタペットに接触しないので、ホルダがタペットの摩耗の原因にならずに済む。
【００１４】
ホルダが押えリングと受座とスペーサと弾性部材とケースとを含む発明のカムによれば、タペットに対するカムの摺動部がバルブリフト区間に差し掛かりカム面から球状部材に遷移する際のわずかな形状の変化に起因する振動を弾性部材によって吸収することができる。したがって、騒音やエネルギー損失を抑えることができる。
【００１５】
また、ホルダが凹部に螺合するよう構成され、専用治具によって装着される発明のカムによれば、組立作業において部品点数が少なく作業性を損なうことはない。
【００１６】
カムシャフトの軸線に沿う方向にリフト部を貫通してホルダを固定する締結具をさらに備える発明のカムによれば、バルブリフト区間のカム面の形状を維持しつつ、カム面から球面の一部を突出させた状態に球状部材を配置することができる。カム面から球状部材または球状部材からからカム面へ、タペットに対する摺動部分が遷移した場合に生じるわずかな振動やそれに伴うエネルギー損失を軽減することができる。また、カムのリフト部に球状部材を配置するための構造が簡素化されるので、部品製造コスト及びその組立工数を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る第１の実施形態のカムの中心を通る断面を示す斜視図。
【図２】図１のカムの分解斜視図。
【図３】本発明に係る第２の実施形態のカムの中心を通る断面を示す斜視図。
【図４】図３のカムの分解斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明に係る第１の実施形態のカムについて、図１及び図２を参照して説明する。図１に示すカム１は、内燃機関の弁を駆動する動弁機構に設けられる。カム１は、ベース部１１とともにカムシャフト２に一体に設けられているリフト部１２と、リフト部１２に設けられる凹部１３と、ボール（球状部材）１４と、ホルダ１５とを備える。ベース部１１は、内燃機関と連動して回転するカムシャフト２の中心に対して半径の小さい、すなわち動弁機構の弁を閉じた状態に維持するベース区間のカム面Ａを形成する。リフト部１２は、カムシャフト２の中心に対して半径の大きい、すなわち動弁機構の弁の開度を最大にするバルブリフト区間のカム面Ｂを形成する。ベース区間のカム面Ａとバルブリフト区間のカム面Ｂとは、滑らかに連続している。
【００１９】
凹部１３は、リフト部１２のカム面Ｂの先端部からカムシャフト２の中心に向かって円柱型に刳り貫かれて形成される。したがって、リフト部１２のカム面Ｂは、カムシャフトの軸線と交差する方向に行くほど、カムシャフト２の軸線と沿う方向に比べて低くなるような鞍形に切り欠かれる。なお、凹部１３の中心はカムシャフト２の軸線に対して交差する方向でボール１４の中心を通る線上に存在することが望ましい。
【００２０】
球状部材であるボール１４は、バルブリフト区間のカム面Ｂから一部を露出させ、外周面の一部がリフト部１２のカム面Ｂの外周面よりも外側に出るように露出した球面の一部がカム面Ｂになだらかに遷移するように配置される。具体的には、タペットとの摺動位置が、バルブリフト区間のカム面Ｂの先端部からボール１４の外表面へなだらかに遷移するように、カム面Ｂの曲率に対してボール１４の半径が設定される。
【００２１】
ホルダ１５は、ボール１４の中心をカム面Ｂよりも内側に配置するようにボール１４を凹部１３内に保持する。ホルダ１５は、カム面Ｂに面したボール１４を覆う端部１５Ａにボール１４の直径よりも小さい開口部１５Ｂを有しており、この開口部１５Ｂからボール１４の一部をのぞかせている。このときホルダ１５の端部１５Ａは、カム面Ｂよりも突出しないように、カム面Ｂの曲率とほぼ同じ球面形状に作られ、カムシャフト２の中心に向かって凹む形状のカム面Ｂ及びボール１４よりも曲率の大きな凹部１３内に固定される。
【００２２】
本実施形態の場合、図２に示すようにホルダ１５は、カムシャフト２の軸線に対して交差する方向に延びる円筒形の外周壁１５Ｃにネジ山１５Ｄを有しており、カム面Ｂの外からカムシャフト２の中心に向かって、このネジ山１５Ｄに対応するように凹部１３の内側に形成されたネジ溝１３１に螺合される。ネジ山１５Ｄ及びネジ溝１３１の代わりに、突起とスロットによって嵌合する構造を有していてもよい。ホルダ１５を装着した後で凹部１３から外れないように、ネジ山１５Ｄ及びネジ溝１３１には予め２液混合型の接着剤や接着剤のマイクロカプセルが含まれたペーストが塗布される。カム面Ｂ以外の側部からロックピンやキーあるいはボルトによって固定されてもよい。ホルダ１５をカム面Ｂよりも凹部１３の内側に配置するために、ホルダ１５は図２に示すように専用治具で凹部１３に装着される。ホルダ１５は、図１及び図２に示すように専用治具Ｚを装着するための係合孔１５Ｅを端部１５Ａに有している。
【００２３】
さらに、このホルダ１５は、図１及び図２に示すように、押えリング１５１と、受座１５２と、スペーサ１５３と、弾性部材１５４と、ケース１５５とを含み、ホルダ１５を構成する各部材の中心軸線は、カムシャフト２の軸線に対して交差する方向にボール１４の中心を通る線上に設けられ、専用治具Ｚによって取り付けることができる。なお、複数のカムに対して同時にホルダ１５を取り付けられるように、専用治具Ｚと同じ形状のヘッドを複数備える組み立て装置によって組み立てられてもよい。
【００２４】
押えリング１５１は、カム面Ｂから突出する部分のボール１４の周囲に摺接する。受座１５２は、カムシャフト２に面したボール１４の外周面に摺接し、押えリング１５１とともにボール１４を挟むように配置される。スペーサ１５３は、凹部１３の底面と受座１５２との間に配置され、ボール１４がカム面Ｂから突出する量を調整する。弾性部材１５４は、受座１５２とスペーサ１５３との間に挿入され互いを離間させる方向に作用する。
【００２５】
本実施形態では、一例として圧縮バネを示しているが、皿バネや合成樹脂などであってもよい。スペーサ１５３は、タペットの変位量すなわち弁の開度を所望する値に確保するために、弾性部材１５４の中心を貫通して受座１５２に当接するステムを有していてもよい。ボール１４がタペットに転接する状態において弾性部材１５４が偏平された場合に、ステムの先端が受座１５２に当接する。このステムは、受座１５２側に設けられていてもよい。
【００２６】
ケース１５５は、カム面Ｂ側から押えリング１５１の外周に係合し、ボール１４とともに受座１５２、スペーサ１５３、弾性部材１５４を凹部１３内に保持する。ケース１５５は、ホルダ１５の端部１５Ａと開口部１５Ｂと外周壁１５Ｃとネジ山１５Ｄ、及び係合孔１５Ｅを形成する。
【００２７】
以上のように構成された第１の実施形態のカム１は、バルブリフト区間において、ボール１４でタペットに転接する。したがって、カム１とタペットとの間の摩擦抵抗は軽減される。また、タペットの偏摩耗を防止するためにカム１の中心に対してタペットの中心を偏心させて配置している場合に、回転するタペットに対してカム１のバルブリフト区間による捩れ摩擦を発生させない。その結果、このカム１を採用することで、摩擦抵抗に起因するエネルギー損失を抑制することができる。
【００２８】
また、ボール１４を回動自由に保持するホルダ１５の構造が簡素であり、カムがカムシャフトに一体に形成された既存のカムに対する追加の加工も少なくてよいため、容易に構造を変更し、本実施形態のカム１を採用することができる。また、カムシャフト２が回転することで、タペットに対して摺動していたカム面Ｂからボール１４へ接触部分が遷移する場合、なだらかに遷移するように、カム面Ｂ及びボール１４の半径が設定されるだけでなく、ボール１４が弾性部材１５４によってわずかばかり変位することができる。したがって、カム面Ｂからボール１４、ボール１４からカム面Ｂに接触部が遷移する際に生じる振動やそれに伴う騒音を弾性部材１５４で吸収して緩和することができるため、エネルギー損失も軽減される。
【００２９】
また、ボール１４をホルダ１５によってカム１の凹部１３へ組み込む場合、カムシャフト２に対して半径方向に装着するとともに、ホルダ１５を凹部１３に装着するための専用治具Ｚの取り扱いも半径方向から行う。したがって、組立作業における作業性がよい。
【００３０】
ホルダ１５の端部１５Ａは、カム面Ｂよりも内側に配置されるため、ホルダ１５がタペットと直接接することはない。したがって、ホルダ１５にタペットから荷重が加わることがなく、経年的な耐久性の面においても、従来のものと変わらない性能を発揮することができる。
【００３１】
なお、本実施形態において、動弁機構としてカムシャフトに複数設けられるそれぞれのカム１のボール１４に潤滑油を供給する場合、カムシャフト２の中心を通して供給することができる。カムシャフト２の中心を通る供給路に対して、凹部１３の底面の中央部から供給路に連通する分岐路を加工するだけでよい。ホルダ１５の受座１５２及びスペーサ１５３の中央に貫通孔を設けることで、潤滑油をボール１４に供給しやすくなる。受座１５２に設ける貫通孔は、ボール１４に面した側を大きくしておくことで、潤滑油がボール１４側に流出しやすくなる。ボール１４がタペットに接していない間は、弾性部材１５４に押されてボール１４が押えリング１５１に密着することで、潤滑油が凹部１３から溢れ出ることを阻止されるとともに、ボール１４がタペットに接している間は、ボール１４がタペットに押されて弾性部材１５４が偏平し、ボール１４と押えリング１５１の間に隙間ができるので、潤滑油が適度に溢れ出してカム１とタペットとの間に供給される。
【００３２】
本発明に係る第２の実施形態のカム１について、図３及び図４を参照して説明する。第２の実施形態において、第１の実施形態のカムの構成と同じ機能を有する構成は、以下の説明及び図中において第１の実施形態の符号と同じ符号を付し、詳細な説明は第１の実施形態の記載を参酌することとする。図３は、カムシャフト２に垂直にカム１の中心を通る断面を図示した断面図であり、図４は、カム１の分解斜視図である。
【００３３】
図３及び図４に示す第２の実施形態のカム１は、ホルダ１５の構造が第１の実施形態の場合と異なっている。第２の実施形態のカム１において、ホルダ１５は、受座１５２及びケース１５５を備え、押えリング１５１とスペーサ１５３と弾性部材１５４とを備えていない。したがって、ケース１５５の開口部１５Ｂの近傍が押えリング１５１の機能を兼ね備え、受座１５２がスペーサ１５３の機能を兼ね備える。
【００３４】
ケース１５５の端部１５Ａは、図３に示すように、リフト部１２のカム面Ｂに沿って形成される。したがって、ケース１５５を凹部１３に装着するときのローテーションは、ケース１５５の端部１５Ａがカム面Ｂに揃うように決められている。このため、ホルダ１５を凹部１３に固定するためのネジ山１５Ｄは、図４に示すようにケース１５５の外周壁１５Ｃに形成されていない。同様にネジ山１５Ｄに対応するネジ溝１３１も凹部１３の内側に形成されない。
【００３５】
そこで、第２の実施形態のカムは、ホルダ１５を凹部１３内に固定するために、図４に示す締結具１６をさらに備える。締結具１６は、カムシャフト２の軸線に沿う方向に、リフト部１２を貫通してホルダ１５を固定する。本実施形態では、締結具１６は、ピンであって、リフト部１２、ケース１５５、及び受座１５２にそれぞれ設けられた貫通孔１２Ｐ，１５５Ｐ，１５２Ｐに通される。締結具１６は、貫通孔１２Ｐ，１５５Ｐ，１５２Ｐの少なくとも１つに対して、締り嵌めの寸法公差に作られ、圧入もしくは、冷し嵌めまたは焼嵌めによって装着される。ボール１４は、図４に示すようにケース１５５と受座１５２との間に格納された状態で、凹部１３に組み込まれる。締結具１６が取り付けられることによって、ボール１４の位置が受座１５２によって位置決めされ、ケース１５５のローテーション及び端部１５Ａの位置も位置決めされる。
【００３６】
なお、締結具１６は、ピンである代わりにボルト、スプリングピン等であってもよいし、カムシャフト２に平行にリフト部１２を、ケース１５５及び受座１５２にそれぞれ対応させて別々に設けられていてもよい。ボール１４をケース１５５と受座１５２とで挟んだ状態のホルダ１５を凹部１３に組み込む場合、貫通孔１５５Ｐ，１５２Ｐに仮組ピンを装着しておき、凹部１３にホルダ１５をセットした後、仮組ピンを押し出すように締結具１６を挿入する。仮組ピンは、締結具１６に干渉しない位置に装着してもよい。
【００３７】
また、第２の実施形態における受座１５２は、第１の実施形態の受座１５２、弾性部材１５４、及びスペーサ１５３に置き換えることもできる。その場合、締結具１６は、スペーサ１５３を貫通するように装着される。また第２の実施形態のカム１において、ボール１４に潤滑油を供給する場合、第１の実施形態において述べたように、カムシャフト２の中心に設ける供給路と各カム１の凹部１３の底面の中央から供給路に連通する分岐路とを設ければよい。
【００３８】
以上のように構成された第２の実施形態のカム１は、第１の実施形態と同様の効果を奏するとともに、第１の実施形態のカム１よりも部品点数が少なくなる。また、ホルダ１５の端部１５Ａがバルブリフト区間を形成するカム面Ｂに揃うように形成されるので、タペットとの接触部分がカム面Ｂからボール１４へ遷移しやすい。
【００３９】
以上のように本発明について、いくつかの実施形態を説明した。ただし、上述の実施形態は一例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。上述の実施形態は、そのほかの様々な形態で実施されることが可能である、すなわち発明の用紙を逸脱しない範囲で、一部の構成要素の省略、生き換え、変更を行うことができる。これらによって生じる実施形態やその変形例は、発明の範囲や用紙に含まれるとともに特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００４０】
例えば、第１の実施形態のカムにおいて、第２の実施形態のように、押えリング１５１の機能をケース１５５に兼ね備えることで押えリング１５１を省略したり、スペーサ１５３及び弾性部材１５４を省略して受座１５２のみを配置したりしてもよい。また、第１の実施形態において、カム面Ｂから露出するボール１４の周囲に、第２の実施形態のホルダ１５の端部１５Ａのようにカム面Ｂに揃う形のカバーを別途取り付けてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１…カム、２…カムシャフト、１２…リフト部、１３…凹部、１３１…ネジ溝、１４…ボール（球状部材）、１５…ホルダ、１５Ｄ…ネジ山、１５１…押えリング、１５２…受座、１５３…スペーサ、１５４…弾性部材、１５５…ケース、１６…締結具、Ａ…（ベース部の）カム面、Ｂ…（リフト部の）カム面、Ｚ…専用治具。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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