(57)【要約】【課題】シフトピンやガイド溝の内側面に摩耗が生じてしまうことを抑制する。【解決手段】バルブ開閉に使用するカムの切り替え動作を行うカムユニット４の内部に、その切替位置を保持するためのロック機構６を設ける。ロック機構６は、第１ロックボール溝４３ｃ、第２ロックボール溝４３ｄ、第１ロックボール６１ａ、第２ロックボール６１ｂ、第１ロックスプリング６２ａ、第２ロックスプリング６２ｂを備えている。第１ロックボール６１ａが第１ロックボール溝４３ｃの底部に嵌り込んでいる状態から、カムユニット４のスライドに伴って第１ロックボール６１ａが第１ロックボール溝４３ｃを抜け出る際の抜け出し開始から抜け出し終了までの期間中に、第２ロックボール６１ｂの第２ロックボール溝４３ｄへの入り込みが開始する。これにより、各ロックスプリングからの付勢力が相殺され、カムユニット４のスライド方向に沿う方向の付勢力が低減する。【選択図】図６
2017072066.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カムシャフトに回転一体に設けられ、プロフィールが互いに異なる複数のカムが前記カムシャフトの軸線に沿う方向に亘って配設されたカムユニットを備えており、このカムユニットに形成されたガイド溝にシフトピンを係合させることによって、前記カムユニットを前記軸線に沿う方向にスライドさせ、これにより、バルブ開閉に使用するカムの切り替え動作を行う可変動弁機構において、
前記カムユニットのスライド方向の位置を保持するロック機構は、第１ロックボール溝、第２ロックボール溝、第１ロックボール、第２ロックボール、第１ロックスプリング、第２ロックスプリングを備えており、
前記カムユニットが、前記バルブ開閉に使用するカムが切り替えられた第１の位置にある場合には、前記第２ロックボールが前記第２ロックボール溝に入り込むことなく、前記第１ロックボールが前記第１ロックスプリングの付勢力を受けて前記第１ロックボール溝の底部に嵌り込み、
前記カムユニットが、前記バルブ開閉に使用するカムが前記第１の位置でのカムとは異なるものに切り替えられた第２の位置にある場合には、前記第１ロックボールが前記第１ロックボール溝に入り込むことなく、前記第２ロックボールが前記第２ロックスプリングの付勢力を受けて前記第２ロックボール溝の底部に嵌り込み、
前記第１ロックボール溝および前記第２ロックボール溝は、一方のロックボールが一方のロックボール溝の底部に嵌り込んでいる状態から、前記カムユニットのスライドに伴って前記一方のロックボールが前記一方のロックボール溝を抜け出る際の抜け出し開始から抜け出し終了までの期間中に、他方のロックボールの他方のロックボール溝への入り込みが開始されることによって前記カムユニットのスライド方向への付勢力を生じさせる位置関係に配置されていることを特徴とする可変動弁機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばエンジンの動弁系などに用いられる可変動弁機構に関し、特に、カムシャフトに外挿したカムユニットを軸方向（カム軸方向）にスライドさせて、複数のカムのうちバルブ開閉に使用するカムを選択するようにしたカム切替方式のものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来よりエンジンの吸気バルブや排気バルブのリフト特性を変更可能な可変動弁機構としては、バルブタイミングを連続的に変更可能なＶＶＴ（Variable Valve Timing）が広く用いられている。また、例えば特許文献１に記載されているように、複数のカムが設けられたカムキャリア（カムユニット）をカムシャフトに外挿し、その軸方向（カム軸方向）にスライドさせることにより、バルブ開閉に使用するカムを選択するようにしたカム切替方式のものも公知である。
【０００３】
前記従来例の可変動弁機構においては、カムユニットの外周に螺旋状のガイド溝を設けて、その外方からサーボ機構の係合要素（以下、シフトピンという）を係合させるようにしている。こうすると、カムシャフトと一体にカムユニットが回転するときに、相対的にはそのガイド溝に沿ってシフトピンが移動するようになり、このことによって実際には、そのガイド溝とシフトピンとの係合が維持されるように、カムユニットがカム軸方向にスライドする。
【０００４】
また、この可変動弁機構は、カムユニットのスライド位置（カムシャフトの軸線に沿う方向での位置であって、バルブ開閉に使用するカムが選択された位置）を保持するためのロック機構を備えている。このロック機構は、図８（カムユニットａの内面ｃおよびロック機構ｂを示す概略図）に示すように、カムユニットａの内面ｃにおいて軸線に沿う方向の複数箇所（図８に示すものでは２箇所）に形成された環状のロックボール溝ｄ１，ｄ２と、カムシャフトｈに内蔵されたコイルスプリングｅによってカムユニットａの内面ｃに向けて付勢された１個のロックボールｆとを備えている。各ロックボール溝ｄ１，ｄ２は、バルブ開閉に使用するカムが切り替えられた際のカムユニットａの位置において、ロックボールｆが嵌り込む位置にそれぞれ設けられている。図８に示すものは、バルブ開閉に使用するカムとして２つのカムを備え、カムユニットａの位置を２位置で切り替え可能としたものである。このため、ロックボール溝ｄ１，ｄ２としては第１のロックボール溝ｄ１と第２のロックボール溝ｄ２とを備えている。この場合、ロックボールｆが第１のロックボール溝ｄ１の底部に嵌り込んでカムユニットａの位置が保持されている状態（図８（ａ）に示す状態）から、カムユニットａがスライド（図中の右方向にスライド）すると、ロックボールｆが第１のロックボール溝ｄ１を抜け出た後、ロックボール溝ｄ１，ｄ２同士の間の環状突部ｇを乗り越え（図８（ｂ）に示す状態を参照）、その後、カムが切り替わる位置までカムユニットａがスライドすると、ロックボールｆが第２のロックボール溝ｄ２の底部に嵌り込んで（図８（ｃ）に示す状態を参照）カムユニットａの位置が保持されることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２０１０−５２０３９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述したロック機構ｂにあっては、ロックボールｆが第１のロックボール溝ｄ１を抜け出る際には、コイルスプリングｅが圧縮変形されることでその反力が大きくなる。この反力は、ロックボールｆを第１のロックボール溝ｄ１の斜面に向けて押圧するため、その分力が、カムユニットａのスライド方向に対して反対方向に作用する。そして、この反力は、ロックボールｆが環状突部ｇを乗り越えるまで、カムユニットａのスライド量が多くなるに従って大きくなっていく。前述の如く、カムユニットａのスライドは、シフトピンがガイド溝に係合することにより行われるため、前記コイルスプリングｅの反力が大きくなると（カムユニットａのスライド方向に対して反対方向に作用する力が大きくなると）、シフトピンとガイド溝の内側面との接触部分での接触圧が高くなり、シフトピンやガイド溝の内側面に摩耗が生じてしまう虞がある。
【０００７】
また、ロックボールｆが環状突部ｇを乗り越えて第２のロックボール溝ｄ２の底部に向けて嵌り込んでいく際には、コイルスプリングｅの付勢力は、ロックボールｆを第２のロックボール溝ｄ２の斜面に向けて押圧することになるため、その分力が、カムユニットａをそのスライド方向に付勢する力として作用する。このため、カムユニットａのスライド量が大きくなったり（ロックボールｆが第２のロックボール溝ｄ２の底部を越える位置に達するまでカムユニットａのスライド量が大きくなったり）、スライド速度が高くなったりすることで、シフトピンがガイド溝の他方の内側面（前記カムユニットａをスライドさせるためにシフトピンが接触していた前記内側面とは反対側の内側面）に衝突する可能性がある。この場合にもシフトピンやガイド溝の内側面に摩耗が生じてしまう虞があった。
【０００８】
図９は、カムユニットａのスライド量と、シフトピンとガイド溝の内側面との間に作用する荷重（接触圧）との関係の一例を示している。この図９におけるｓ１は、カムユニットａのスライド前の状態（ロックボールｆが第１のロックボール溝ｄ１の底部に嵌り込んでいる状態；図８（ａ）に示す状態）である。この状態からカムユニットａがスライドしていくと、コイルスプリングｅが圧縮変形されることでその反力が大きくなる。この反力は、カムユニットａのスライド方向に対して逆向きの付勢力として作用するため、前述した如くこの反力が大きくなるに従って、シフトピンとガイド溝の内側面との間に作用する荷重が大きくなっていく。図９中にｓ２で示すカムユニットａのスライド位置（コイルスプリングｅの圧縮変形量が最大となるスライド位置）で前記荷重は最も大きくなっている。この際の荷重の大きさは図９中のｆ１である。
【０００９】
その後、更にカムユニットａのスライドが進むと、ロックボールｆが環状突部ｇを乗り越え、ロックボールｆが第２のロックボール溝ｄ２に嵌り込み始めた際には、コイルスプリングｅの付勢力はカムユニットａのスライド方向への付勢力として作用する。この際、前述した如くシフトピンがガイド溝の他方の内側面に衝突する可能性がある。この衝突時における荷重の大きさは図９中のｆ２である。
【００１０】
カムユニットａのスライドが進むに従ってコイルスプリングｅの圧縮変形量が小さくなっていくのでシフトピンとガイド溝の内側面との間に作用する荷重も小さくなっていく。図９におけるｓ３は、カムユニットａのスライドが完了した状態（ロックボールｆが第２のロックボール溝ｄ２の底部に嵌り込んだ状態；図８（ｃ）に示す状態）である。
【００１１】
なお、ロックボールｆが第２のロックボール溝ｄ２から第１のロックボール溝ｄ１に向けて移動するようにカムユニットａがスライドする場合にも同様の動作が行われる。
【００１２】
このように、カムユニットａのスライド時には、ロック機構ｂの影響によってシフトピンやガイド溝の内側面に摩耗が生じてしまう虞があった。
【００１３】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、シフトピンやガイド溝の内側面に摩耗が生じてしまうことを抑制できる可変動弁機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記の目的を達成するための本発明の解決手段は、カムシャフトに回転一体に設けられ、プロフィールが互いに異なる複数のカムが前記カムシャフトの軸線に沿う方向に亘って配設されたカムユニットを備えており、このカムユニットに形成されたガイド溝にシフトピンを係合させることによって、前記カムユニットを前記軸線に沿う方向にスライドさせ、これにより、バルブ開閉に使用するカムの切り替え動作を行う可変動弁機構を前提とする。この可変動弁機構に対し、前記カムユニットのスライド方向の位置を保持するロック機構に、第１ロックボール溝、第２ロックボール溝、第１ロックボール、第２ロックボール、第１ロックスプリング、第２ロックスプリングを備えさせる。そして、前記カムユニットが、前記バルブ開閉に使用するカムが切り替えられた第１の位置にある場合には、前記第２ロックボールが前記第２ロックボール溝に入り込むことなく、前記第１ロックボールが前記第１ロックスプリングの付勢力を受けて前記第１ロックボール溝の底部に嵌り込み、前記カムユニットが、前記バルブ開閉に使用するカムが前記第１の位置でのカムとは異なるものに切り替えられた第２の位置にある場合には、前記第１ロックボールが前記第１ロックボール溝に入り込むことなく、前記第２ロックボールが前記第２ロックスプリングの付勢力を受けて前記第２ロックボール溝の底部に嵌り込むようにする。また、前記第１ロックボール溝および前記第２ロックボール溝を、一方のロックボールが一方のロックボール溝の底部に嵌り込んでいる状態から、前記カムユニットのスライドに伴って前記一方のロックボールが前記一方のロックボール溝を抜け出る際の抜け出し開始から抜け出し終了までの期間中に、他方のロックボールの他方のロックボール溝への入り込みが開始されることによって前記カムユニットのスライド方向への付勢力を生じさせる位置関係に配置している。
【００１５】
この特定事項により、一方のロックボールが一方のロックボール溝の底部に嵌り込んでいる状態から、カムユニットのスライドに伴って、この一方のロックボールが一方のロックボール溝を抜け出る際の抜け出し開始から抜け出し終了までの期間中にあっては、ロックスプリングの付勢力が、このロックボールを介してロックボール溝の内面に作用し、カムユニットのスライド方向に対して反対方向の付勢力として作用する。そして、この期間中に、他方のロックボールの他方のロックボール溝への入り込みが開始される。この他方のロックボールに作用しているロックスプリングの付勢力は、この他方のロックボールを介して他方のロックボール溝の内面に作用し、カムユニットのスライド方向への付勢力として作用する。つまり、前記一方のロックボールから作用する付勢力とは反対方向に作用する。従って、これら付勢力の少なくとも一部が相殺されることで、カムユニットのスライド方向に沿う方向の付勢力が低減し、シフトピンとガイド溝の内側面との接触部分での面圧を低くすることができる。その結果、シフトピンやガイド溝の内側面に摩耗が生じてしまうことを抑制できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、カムユニットのスライドに伴って一方のロックボールが一方のロックボール溝を抜け出る際の抜け出し開始から抜け出し終了までの期間中に、他方のロックボールの他方のロックボール溝への入り込みが開始されることによってカムユニットのスライド方向への付勢力を生じさせるようにしている。これにより、カムユニットのスライド方向に沿う方向の付勢力が低減し、シフトピンとガイド溝の内側面との接触部分での面圧を低くすることができる。その結果、シフトピンやガイド溝の内側面に摩耗が生じてしまうことを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態に係る可変動弁機構を装備したエンジンの動弁系の概略構成図である。
【図２】所定気筒における吸気側の動弁系を拡大して示す斜視図である。
【図３】ロック機構について示すカムユニットの縦断面図である。
【図４】カムユニットにおけるガイド溝の形成箇所を展開した図であって、カムユニットを高リフト位置にスライドさせる場合の動作を説明するための図である。
【図５】カムユニットにおけるガイド溝の形成箇所を展開した図であって、カムユニットを低リフト位置にスライドさせる場合の動作を説明するための図である。
【図６】実施形態におけるロック機構の動作を説明するための概略図である。
【図７】実施形態におけるカムユニットのスライド量と、シフトピンとガイド溝の内側面との間に作用する荷重との関係の一例を示す図である。
【図８】従来技術におけるロック機構の動作を説明するための概略図である。
【図９】従来技術におけるカムユニットのスライド量と、シフトピンとガイド溝の内側面との間に作用する荷重との関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明をエンジンの動弁系に適用した実施の形態について、図面を参照して説明する。本実施の形態のエンジン１は、一例として直列４気筒のガソリンエンジン１であって、図１には模式的に示すように第１〜第４の４つの気筒３（＃１〜＃４）がシリンダブロック（図示せず）の長手方向、即ちエンジン１の前後方向（矢印で示す図１の左右方向）に並んでいる。
【００１９】
−動弁系の概略−
図１に示すように、エンジン１の上部（シリンダヘッド）には、カムハウジング２が配設され、その内部に吸気バルブ１０および排気バルブ１１の動弁系が収容されている。すなわち、図１に破線で示すように、エンジン１の前後方向に一列に並んで設けられた４つの気筒３のそれぞれに、２つの吸気バルブ１０および２つの排気バルブ１１が設けられており、それらが吸気カムシャフト１２および排気カムシャフト１３によってそれぞれ駆動されるようになっている。
【００２０】
それら吸気カムシャフト１２および排気カムシャフト１３の前端（図１の左端）部にはそれぞれ、バルブタイミングを連続的に変更可能なＶＶＴ（Variable Valve Timing）１４が設けられている。さらに、吸気カムシャフト１２には気筒３毎に、吸気バルブ１０を駆動するカム４１，４２（図２を参照）を切り替えて、そのリフト特性を変更するカム切替機構（本発明の可変動弁機構）が設けられている。
【００２１】
一例として第２気筒３（＃２）について図２に拡大して示すように、各気筒３毎の２つの吸気バルブ１０にそれぞれ対応して、プロフィールの異なる２つのカム４１，４２が設けられており、そのいずれかがロッカアーム１５を介して吸気バルブ１０を駆動するようになっている。２つのカム４１，４２は、吸気カムシャフト１２の軸線Ｘの方向（カム軸方向）に隣接して設けられ、図２では左側（一側）のカム４１が相対的にカムロブの小さな低リフトカム４１であり、右側（他側）のカム４２が相対的にカムロブの大きな高リフトカム４２である。
【００２２】
これら低リフトカム４１および高リフトカム４２のベース円は同径であり、互いに連続する円弧面として形成されている。図２においては、低リフトカム４１に切り替えられた状態を示しており、そのベース円区間にロッカアーム１５のローラ１５ａが当接して、吸気バルブ１０のバルブスプリング１０ａの反力によって押し付けられている。このようにベース円区間にロッカアーム１５のローラ１５ａが当接している状態では、吸気バルブ１０はリフトしていない。
【００２３】
そして、矢印Ｒの向きに吸気カムシャフト１２が回転することによって、図示はしないが、低リフトカム４１のカムロブがローラ１５ａを押圧し、ロッカアーム１５を押し下げるようになる。これによりロッカアーム１５は、カムロブのプロフィールに従って吸気バルブ１０を駆動するようになり、バルブスプリング１０ａの反力に抗して吸気バルブ１０が、図２に仮想線で示すようにリフトする。
【００２４】
−カム切替機構の構成−
本実施の形態では、前記のようにロッカアーム１５を介して吸気バルブ１０をリフトさせるカムを、前記の低リフトカム４１または高リフトカム４２のいずれかに切り替える。すなわち、前記図２の他、図３にも示すように、２つのカム４１，４２は一体としてリング状に形成され、円筒状のスリーブ４３の軸線Ｘ方向の端部に嵌合されて、カムユニット４を構成している。そして、そのカムユニット４が吸気カムシャフト１２にスライド可能に外挿されている。
【００２５】
カムユニット４のスリーブ４３の内周にはスプラインの内歯が形成され、吸気カムシャフト１２の外周に形成されたスプラインの外歯と噛み合っている。つまり、カムユニット４（スリーブ４３）は吸気カムシャフト１２に対しスプライン結合されていて、これと一体に回転するとともに、軸線Ｘの方向にはスライドするようになっている。このスライドによってカムユニット４は、吸気バルブ１０の開閉に使用するカムとして低リフトカム４１が選択される低リフト位置（本発明でいう第１の位置であって、低リフトカム４１がロッカアーム１５のローラ１５ａに当接する位置；図３の上段に示す位置）と、吸気バルブ１０の開閉に使用するカムとして高リフトカム４２が選択される高リフト位置（本発明でいう第２の位置であって、高リフトカム４２がロッカアーム１５のローラ１５ａに当接する位置；図３の下段に示す位置）との間で切り替えられる。
【００２６】
このようにカムユニット４をスライドさせるために、軸線Ｘ方向の中間部分においてスリーブ４３の外周（カムユニット４の外周）には、以下に述べるようにシフトピン５３，５４が係合されるガイド溝７が形成されている。
【００２７】
−ガイド溝−
以下、ガイド溝７について説明する。
【００２８】
図４はカムユニット４におけるガイド溝７の形成箇所を展開した図である。この図４に示すように、ガイド溝７は、前記軸線Ｘに沿う方向（図４における上下方向）に所定間隔を存して形成された第１溝７１および第２溝７２と、これら第１溝７１および第２溝７２が合流して成る合流溝７３とを備えている。
【００２９】
第１溝７１および第２溝７２は、それぞれ、カムユニット４の周方向（図４における左右方向）に沿って延びる導入部７１ａ，７２ａと、この導入部７１ａ，７２ａに連続し、且つ導入部７１ａ，７２ａが延びる方向に対して所定角度だけ傾斜して合流溝７３に向かって延びる傾斜部７１ｂ，７２ｂとを備えている。また、合流溝７３は、カムユニット４の周方向（図４における左右方向）に沿って延びている。
【００３０】
また、前記第１溝７１の導入部７１ａの中心線Ｌ１と合流溝７３の中心線Ｌ３との間の距離（図中のＬａ）と、前記第２溝７２の導入部７２ａの中心線Ｌ２と合流溝７３の中心線Ｌ３との間の距離（図中のＬｂ）とは互いに一致している。これにより、前記第１溝７１および第２溝７２それぞれの傾斜部７１ｂ，７２ｂの傾斜角度（カムユニット４の中央側に向かって傾斜する傾斜角度）も互いに一致している。
【００３１】
また、第１溝７１および第２溝７２それぞれの導入部７１ａ，７２ａは、その一端側（図４における右側）に向かって溝深さが次第に小さくなり、スリーブ４３の外周面（溝が形成されていない外周面）に連続している。同様に、合流溝７３も、その一端側（図４における左側）に向かって溝深さが次第に小さくなり、スリーブ４３の外周面（溝が形成されていない外周面）に連続している。
【００３２】
また、図２に示すように、吸気カムシャフト１２の上方には各気筒３毎に、第１および第２のアクチュエータ５１，５２が配設されている。第１アクチュエータ５１は、前記第１溝７１に対向する位置に配設されていると共に、この第１溝７１に向けて進退移動する第１シフトピン５３を備えている。また、第２アクチュエータ５２は、前記第２溝７２に対向する位置に配設されていると共に、この第２溝７２に向けて進退移動する第２シフトピン５４を備えている。
【００３３】
これらアクチュエータ５１，５２は、例えば図示しないステーによってカムハウジング２に支持されている。また、これらアクチュエータ５１，５２は、電磁ソレノイドによってシフトピン５３，５４を駆動するものである。このため、第１アクチュエータ５１がオンされると、第１シフトピン５３が進出して第１溝７１に係合する。一方、第２アクチュエータ５２がオンされると、第２シフトピン５４が進出して第２溝７２に係合することになる。
【００３４】
そして、第１シフトピン５３が進出して第１溝７１に係合すると、吸気カムシャフト１２の回転に伴うカムユニット４の回転により、第１シフトピン５３が、第１溝７１の導入部７１ａから傾斜部７１ｂを経て合流溝７３に相対的に移動することになる（図４における第１シフトピン５３の移動軌跡を参照）。この第１シフトピン５３が第１溝７１の傾斜部７１ｂを移動する際に、第１溝７１と第１シフトピン５３との係合が維持されるように、カムユニット４が軸線Ｘ方向の一方側（図４における上側、図２における左側）にスライドする。これにより、カムユニット４は、前記高リフト位置となり、高リフトカム４２がロッカアーム１５のローラ１５ａに当接することになる。つまり、吸気バルブ１０が、高リフトカム４２を使用したリフト特性に変更される。
【００３５】
逆に、第２シフトピン５４が進出して第２溝７２に係合すると、吸気カムシャフト１２の回転に伴うカムユニット４の回転により、第２シフトピン５４が、第２溝７２の導入部７２ａから傾斜部７２ｂを経て合流溝７３に相対的に移動することになる（図５における第２シフトピン５４の移動軌跡を参照）。この第２シフトピン５４が第２溝７２の傾斜部７２ｂを移動する際に、第２溝７２と第２シフトピン５４との係合が維持されるように、カムユニット４が軸線Ｘ方向の他方側（図５における下側、図２における右側）にスライドする。これにより、カムユニット４は、前記低リフト位置となり、低リフトカム４１がロッカアーム１５のローラ１５ａに当接することになる。つまり、吸気バルブ１０が、低リフトカム４１を使用したリフト特性に変更される。
【００３６】
−ロック機構−
本実施の形態では、前述の如く低リフトカム４１または高リフトカム４２に切り替えたときにそれぞれ、カムユニット４の位置（低リフト位置、高リフト位置）を保持するためのロック機構６が設けられている。
【００３７】
前記の図３に表れているように、ロック機構６は、第１ロックボール溝４３ｃ、第２ロックボール溝４３ｄ、前記第１ロックボール溝４３ｃに嵌り込むことでカムユニット４を低リフト位置に保持するための第１ロックボール６１ａ、第２ロックボール溝４３ｄに嵌り込むことでカムユニット４を高リフト位置に保持するための第２ロックボール６１ｂ、前記第１ロックボール６１ａに対して付勢力を付与する第１ロックスプリング６２ａ、前記第２ロックボール６１ｂに対して付勢力を付与する第２ロックスプリング６２ｂを備えている。
【００３８】
第１ロックボール溝４３ｃおよび第２ロックボール溝４３ｄは、それぞれカムユニット４のスリーブ４３の内周面において、軸線Ｘ方向（図３の左右方向）に所定間隔を存した位置にそれぞれ形成されている。また、これら第１ロックボール溝４３ｃおよび第２ロックボール溝４３ｄは、それぞれ軸線Ｘ方向の両側に斜面を有する断面略Ｖ字形状の溝で形成されている。
【００３９】
第１ロックボール６１ａおよび第２ロックボール６１ｂは、それぞれ吸気カムシャフト１２の外周面に開口する断面円形状の孔部１２ａ，１２ｂに収容されている。また、第１ロックボール６１ａは、孔部１２ａに収容された第１ロックスプリング６２ａからの付勢力によってスリーブ４３の内周面に向かって押圧されている。同様に、第２ロックボール６１ｂは、孔部１２ｂに収容された第２ロックスプリング６２ｂからの付勢力によってスリーブ４３の内周面に向かって押圧されている。
【００４０】
これら第１ロックボール６１ａおよび第２ロックボール６１ｂは、軸線Ｘ方向（図３の左右方向）に所定間隔を存した位置にそれぞれ配置されている。この第１ロックボール６１ａの中心と第２ロックボール６１ｂの中心との間の間隔（軸線Ｘ方向の間隔）は、前記第１ロックボール溝４３ｃの最底部（第１ロックボール溝４３ｃにおいて溝深さが最も大きい位置）と第２ロックボール溝４３ｄの最底部（第２ロックボール溝４３ｄにおいて溝深さが最も大きい位置）との間の間隔（軸線Ｘ方向の間隔）よりも僅かに長く設定されている。このため、第１ロックボール６１ａが第１ロックボール溝４３ｃの底部に嵌り込んだ状態と、第２ロックボール６１ｂが第２ロックボール溝４３ｄの底部に嵌り込んだ状態とが同時に成立することはない。図３の上段に示す状態は、カムユニット４が前記低リフト位置にある状態であって、第１ロックボール６１ａが第１ロックボール溝４３ｃの底部に嵌り込み、かつ第２ロックボール６１ｂが第２ロックボール溝４３ｄに入り込んでいない状態となっている。また、図３の下段に示す状態は、カムユニット４が前記高リフト位置にある状態であって、第２ロックボール６１ｂが第２ロックボール溝４３ｄの底部に嵌り込み、かつ第１ロックボール６１ａが第１ロックボール溝４３ｃに入り込んでいない状態となっている。つまり、各ロックボール６１ａ（６１ｂ）がロックボール溝４３ｃ（４３ｄ）に嵌り込むタイミングに位相差が設けられている。
【００４１】
より具体的には、ロック機構６を模式的に示す図６（ａ）に示すように、第１ロックボール６１ａの中心と第２ロックボール６１ｂの中心との間の間隔寸法（図６（ａ）における寸法ｔ１）は、第１ロックボール溝４３ｃの最底部と第２ロックボール溝４３ｄの最底部との間の間隔寸法（図６（ａ）における寸法ｔ２）よりも長く設定されている。また、この第１ロックボール６１ａの中心と第２ロックボール６１ｂの中心との間の間隔寸法ｔ１は、第１ロックボール溝４３ｃの外側縁（第２ロックボール溝４３ｄとは反対側の縁部）と、第２ロックボール溝４３ｄの外側縁（第１ロックボール溝４３ｃとは反対側の縁部）との間の間隔寸法（図６（ａ）における寸法ｔ３）よりも短く設定されている。
【００４２】
このため、一方のロックボールがロックボール溝の底部に嵌り込んでいる状態（例えば、図３の上段および図６（ａ）に示すように第１ロックボール６１ａが第１ロックボール溝４３ｃの底部に嵌り込んでいる状態）から、カムユニット４のスライドに伴って一方のロックボールがロックボール溝を抜け出る際（例えば、カムユニット４が図３における左方向に移動して第１ロックボール６１ａが第１ロックボール溝４３ｃを抜け出る際）の抜け出し開始から抜け出し終了までの期間中（第１ロックボール６１ａが第１ロックボール溝４３ｃの斜面を押圧している期間中）に、他方のロックボールのロックボール溝への入り込み（第２ロックボール６１ｂの第２ロックボール溝４３ｄへの入り込み）が開始されるようになっている（図６（ｂ）の状態を参照）。つまり、各ロックボール６１ａ，６１ｂがそれぞれロックボール溝４３ｃ，４３ｄの斜面を押圧した状態が得られるようになっている。この状態では、第１ロックボール６１ａが第１ロックボール溝４３ｃの斜面を押圧していることで、カムユニット４には、そのスライド方向に対して逆向きの付勢力が付与されている（図６（ｂ）の矢印Ｆａを参照）。また、第２ロックボール６１ｂが第２ロックボール溝４３ｄの斜面を押圧していることで、カムユニット４には、そのスライド方向への付勢力が付与されている（図６（ｂ）の矢印Ｆｂを参照）。
【００４３】
言い換えると、第１ロックボール溝４３ｃおよび第２ロックボール溝４３ｄは、一方のロックボールが一方のロックボール溝の底部に嵌り込んでいる状態から、カムユニット４のスライドに伴って一方のロックボールが一方のロックボール溝を抜け出る際の抜け出し開始から抜け出し終了までの期間中に、他方のロックボールの他方のロックボール溝への入り込みが開始されることによってカムユニット４のスライド方向への付勢力を生じさせる位置関係に配置されている。
【００４４】
−カム切替機構の動作−
上述したカム切替機構の動作を、ロック機構６の作動と共に説明する。
【００４５】
まず、エンジン１の運転中に、図２を参照して上述したように低リフトカム４１が選択されているときには、これによりロッカアーム１５を介して駆動される吸気バルブ１０のリフト量および作用角が相対的に小さなものとなっている。この際、図３の上段および図６（ａ）に示すように、第１ロックボール６１ａが第１ロックボール溝４３ｃの底部に嵌り込んでおり、カムユニット４の位置が前記低リフト位置で保持されている。
【００４６】
この状態で高リフトカム４２に切り替えるために第１アクチュエータ５１をオンすると、第１シフトピン５３が進出して、第１溝７１の導入部７１ａに挿入される（図４にＩを付した第１シフトピン５３の位置を参照）。
【００４７】
そして、カムユニット４が回転すると、第１シフトピン５３は、第１溝７１の導入部７１ａから傾斜部７１ｂに向けて相対的に移動する。この際、第１シフトピン５３が傾斜部７１ｂの内側面７１ｃを押圧することになり（図４にIIを付した第１シフトピン５３の位置を参照）、カムユニット４が図４における上側（図２および図３における左側）にスライドする。つまり、カムユニット４が高リフト位置に向けてスライドする。
【００４８】
このスライド量が所定量に達すると、前述したように、第１ロックボール６１ａが第１ロックボール溝４３ｃの斜面を押圧している状態で、第２ロックボール６１ｂの第２ロックボール溝４３ｄへの入り込みが開始され、この第２ロックボール６１ｂが第２ロックボール溝４３ｄの斜面を押圧する状態となる（図６（ｂ）を参照）。つまり、第１ロックボール６１ａが第１ロックボール溝４３ｃの斜面を押圧することで、カムユニット４に対してスライド方向とは反対方向の付勢力Ｆａが作用しているのに対し、第２ロックボール６１ｂが第２ロックボール溝４３ｄの斜面を押圧することで、カムユニット４に対してスライド方向への付勢力Ｆｂが作用することになる。つまり、これら付勢力の少なくとも一部が相殺される（打ち消される）ことで、カムユニット４のスライド方向に沿う方向の付勢力が低減する。前述したように、カムユニット４がスライドする際には、第１シフトピン５３と第１溝７１の内側面（第１溝７１の傾斜部７１ｂの内側面）７１ｃとが摺接しており、この摺接部分での面圧の大きさは、カムユニット４のスライド方向に沿う方向の付勢力に応じたものとなる。本実施形態では、このカムユニット４のスライド方向に沿う方向の付勢力が低減できるため、第１シフトピン５３と第１溝７１の内側面７１ｃとの摺接部分での面圧を低くすることができる。
【００４９】
その後、カムユニット４のスライドが進むと、第１シフトピン５３は、第１溝７１から合流溝７３に移行する（図４にIII，IVを付した第１シフトピン５３の位置を参照）。これに伴い、第１ロックボール６１ａが第１ロックボール溝４３ｃから脱すると共に、第２ロックボール６１ｂが第２ロックボール溝４３ｄの底部に嵌り込むことになる（図６（ｃ）を参照）。これにより、カムユニット４の位置が前記高リフト位置で保持される。
【００５０】
また、この際（第１シフトピン５３が第１溝７１から合流溝７３に移行する際）にも前述したようにカムユニット４のスライド方向に沿う方向の付勢力が低減されていることから、カムユニット４のスライド量が大きくなったり（第２ロックボール６１ｂが第２ロックボール溝４３ｄの最底部を越える位置に達するまでカムユニット４のスライド量が大きくなったり）、スライド速度が高くなったりすることはなく、第１シフトピン５３が合流溝７３の内側面７３ｂ（カムユニット４をスライドさせるために第１シフトピン５３が接触していた内側面７１ｃとは反対側の内側面７３ｂ）に衝突することを抑制できる。
【００５１】
このようにしてカムユニット４が高リフト位置にスライドすると、ローラ１５ａに押し付けられる高リフトカム４２によって、ロッカアーム１５が押し下げられるようになり、吸気バルブ１０は大きなリフト量および作用角で動作する。
【００５２】
一方、前述の如く高リフトカム４２が選択されている状態から、低リフトカム４１が選択される状態に切り替える際には、第２アクチュエータ５２をオンする。これにより、第２シフトピン５４が進出して、第２溝７２の導入部７２ａに挿入される（図５にＩを付した第２シフトピン５４の位置を参照）。
【００５３】
そして、カムユニット４が回転すると、第２シフトピン５４は、第２溝７２の導入部７２ａから傾斜部７２ｂに向けて相対的に移動する。この際、第２シフトピン５４が傾斜部７２ｂの内側面７２ｃを押圧することになり（図５にIIを付した第２シフトピン５４の位置を参照）、カムユニット４が図５における下側（図２および図３における右側）にスライドする。つまり、カムユニット４が低リフト位置に向けてスライドする。
【００５４】
このスライド量が所定量に達すると、第２ロックボール６１ｂが第２ロックボール溝４３ｄの斜面を押圧している状態で、第１ロックボール６１ａの第１ロックボール溝４３ｃへの入り込みが開始され、この第１ロックボール６１ａが第１ロックボール溝４３ｃの斜面を押圧する状態となる（図６（ｂ）を参照）。つまり、第２ロックボール６１ｂが第２ロックボール溝４３ｄの斜面を押圧することで、カムユニット４に対してスライド方向とは反対方向の付勢力が作用しているのに対し、第１ロックボール６１ａが第１ロックボール溝４３ｃの斜面を押圧することで、カムユニット４に対してスライド方向への付勢力が作用することになる。つまり、これら付勢力の少なくとも一部が相殺されることで、カムユニット４のスライド方向に沿う方向の付勢力が低減する。カムユニット４がスライドする際には、第２シフトピン５４と第２溝７２の内側面（第２溝７２の傾斜部７２ｂの内側面）７２ｃとが摺接しており、この摺接部分での面圧の大きさは、カムユニット４のスライド方向に沿う方向の付勢力に応じたものとなる。本実施形態では、このカムユニット４のスライド方向に沿う方向の付勢力が低減できるため、第２シフトピン５４と第２溝７２の内側面７２ｃとの摺接部分での面圧を低くすることができる。
【００５５】
その後、カムユニット４のスライドが進むと、第２シフトピン５４は、第２溝７２から合流溝７３に移行する（図５にIII，IVを付した第２シフトピン５４の位置を参照）。これに伴い、第２ロックボール６１ｂが第２ロックボール溝４３ｄから脱すると共に、第１ロックボール６１ａが第１ロックボール溝４３ｃの底部に嵌り込むことになる（図６（ａ）を参照）。これにより、カムユニット４の位置が前記低リフト位置で保持される。
【００５６】
また、この際（第２シフトピン５４が第２溝７２から合流溝７３に移行する際）にも前述したようにカムユニット４のスライド方向に沿う方向の付勢力が低減されていることから、カムユニット４のスライド量が大きくなったり（第１ロックボール６１ａが第１ロックボール溝４３ｃの最底部を越える位置に達するまでカムユニット４のスライド量が大きくなったり）、スライド速度が高くなったりすることはなく、第２シフトピン５４が合流溝７３の内側面７３ａ（カムユニット４をスライドさせるために第２シフトピン５４が接触していた内側面７２ｃとは反対側の内側面７３ａ）に衝突することを抑制できる。
【００５７】
このようにしてカムユニット４が低リフト位置にスライドすると、ローラ１５ａに押し付けられる低リフトカム４１によって、ロッカアーム１５が押し下げられるようになり、吸気バルブ１０は小さなリフト量および作用角で動作する。
【００５８】
図７は、カムユニット４が低リフト位置から高リフト位置へスライドする際におけるスライド量と、第１シフトピン５３と第１溝７１の内側面７１ｃとの間に作用する荷重（接触圧）との関係の一例を示している。この図７におけるＳ１は、カムユニット４のスライド前の状態（第１ロックボール６１ａが第１ロックボール溝４３ｃの底部に嵌り込んでいる状態；図６（ａ）に示す状態）である。
【００５９】
この状態からカムユニット４がスライドしていった場合、第１ロックスプリング６２ａの反力によって生じる荷重は図中の破線Ａで示す変化となる。一方、第２ロックスプリング６２ｂの反力によって生じる荷重は図中の破線Ｂで示す変化となる。
【００６０】
図７中にＳ２で示すカムユニット４のスライド位置は、第２ロックボール６１ｂが第２ロックボール溝４３ｄに入り込み始めた位置である。つまり、第２ロックボール６１ｂが第２ロックボール溝４３ｄの斜面を押圧することで、カムユニット４のスライド方向への付勢力（第１ロックボール６１ａが第１ロックボール溝４３ｃの斜面を押圧することで生じている付勢力とは反対方向の付勢力）が発生し、各付勢力の一部が相殺される位置である。この位置での荷重の大きさはＦ１となっており、第２ロックボール６１ｂからの付勢力が無い場合における最大荷重Ｆ１’よりも小さくなっている。
【００６１】
また、図７中にＳ３で示すカムユニット４のスライド位置は、第１ロックボール６１ａが第１ロックボール溝４３ｃを脱した位置である。この位置での荷重の大きさはＦ２となっており、第１ロックボール６１ａからの付勢力が無い場合における最大荷重Ｆ２’よりも小さくなっている。そして、図７中にＳ４で示すカムユニット４のスライド位置は、第２ロックボール６１ｂが第２ロックボール溝４３ｄの最底部に達した位置である。
【００６２】
この図７からも明らかなように、第１シフトピン５３と第１溝７１の内側面７１ｃとの間に生じる荷重の変化は、前記ロックスプリング６２ａ，６２ｂの反力の合力となるので、図中の実線Ｃで示す変化となる。つまり、前述したように各反力同士が相殺されることで前記荷重（最大荷重Ｆ１，Ｆ２）は低減され、また、この荷重変動の大きさも小さくなる。
【００６３】
以上、説明したように本実施の形態に係る可変動弁機構によると、一方のロックボール６１ａ（６１ｂ）がロックボール溝４３ｃ（４３ｄ）の底部に嵌り込んでいる状態から、カムユニット４のスライドに伴って、この一方のロックボール６１ａ（６１ｂ）がロックボール溝４３ｃ（４３ｄ）を抜け出る際の抜け出し開始から抜け出し終了までの期間中に、他方のロックボール６１ｂ（６１ａ）のロックボール溝４３ｄ（４３ｃ）への入り込みが開始される。この他方のロックボール６１ｂ（６１ａ）に作用しているロックスプリング６２ｂ（６２ａ）の付勢力は、この他方のロックボール６１ｂ（６１ａ）を介して他方のロックボール溝４３ｄ（４３ｃ）の内面に作用し、カムユニット４のスライド方向への付勢力として作用する。つまり、前記一方のロックボール６１ａ（６１ｂ）から作用する付勢力とは反対方向に作用する。つまり、これら付勢力の少なくとも一部が相殺されることで、カムユニット４のスライド方向に沿う方向の付勢力が低減し、シフトピン５３（５４）とガイド溝７１（７２）の内側面７１ｃ（７２ｃ）との接触部分での面圧を低くすることができる。その結果、シフトピン５３（５４）やガイド溝７１（７２）の内側面に摩耗が生じてしまうことを抑制できる。
【００６４】
また、前述したようにシフトピン５３，５４とガイド溝７の内側面との接触部分での面圧を小さくすることが可能であるため、ガイド溝７の設計上の自由度を高めることができる。また、ロック機構６の設計上の自由度（ロックボール溝４３ｃ，４３ｄの形状やロックボール６１ａ，６１ｂの外径寸法等の自由度）も高めることができる。
【００６５】
また、カムユニット４をスライドさせるための吸気カムシャフト１２の最高回転速度（許容速度）を高く設定することができる。また、カムユニット４と吸気カムシャフト１２とのスプライン結合部分のガタによる振動や騒音を低減することも可能である。
【００６６】
−他の実施形態−
本発明は、前記実施の形態に記載された構成に限定されるものではない。前記実施の形態はあくまで例示に過ぎず、本発明の構成は勿論、用途などについても限定しない。
【００６７】
また、前記実施の形態では、エンジン１のＤＯＨＣタイプの動弁系において、吸気バルブ１０のリフト特性を切り替えるカム切替機構について説明しているが、これにも限定されず、排気バルブ１１のリフト特性を切り替えるカム切替機構にも本発明を適用することができる。また、ＤＯＨＣタイプの動弁系にも限定されず、本発明は、例えばＳＯＨＣタイプの動弁系にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、自動車用エンジンの可変動弁機構に適用可能である。
【符号の説明】
【００６９】
４          カムユニット
１０        吸気バルブ
１２        吸気カムシャフト
４１        低リフトカム
４２        高リフトカム
４３ｃ      第１ロックボール溝
４３ｄ      第２ロックボール溝
５３        第１シフトピン
５４        第２シフトピン
６          ロック機構
６１ａ      第１ロックボール
６１ｂ      第２ロックボール
６２ａ      第１ロックスプリング
６２ｂ      第２ロックスプリング
７          ガイド溝
Ｘ          軸線
【図１】
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【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】
2017072066.tif 000009
【図８】
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【図９】
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