(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸・排気弁駆動用カムを三次元カムによって構成し、カムフォロアとしてのロッカーアームを、前記三次元カムのカム面が変位する方向に対して傾く方向に揺動するようにシリンダヘッドに揺動自在に支持させたエンジンの動弁装置であって、前記ロッカーアームの摺接面を揺動軸の軸線方向から見て断面円弧状の凸曲面とし、カム面の少なくとも一部に三次元カムの軸線方向の中央部が他の部位より凹む凹曲面を形成し、一つの気筒に放射状に配設した複数の吸気弁と複数の排気弁とを前記カムとロッカーアームとによって駆動する構造としたことを特徴とするエンジンの動弁装置。
【請求項２】
請求項１記載のエンジンの動弁装置において、カム面の曲率半径が小さくなる部位に凹曲面を形成したことを特徴とするエンジンの動弁装置。
【請求項３】
研削砥石の軸線が三次元カムの軸線に対して傾斜する状態で砥石外周面によって三次元カムの外周面を研削するエンジンの動弁装置用三次元カムの製造方法であって、研削時にカム軸を相対的に低速で回転させ、研削砥石と三次元カムのうち少なくとも一方を、これら両者が接離する方向と、この接離方向および研削砥石の軸線方向とは直交する方向とに平行移動させ、研削時の三次元カムに対する研削砥石の位置を決定することを特徴とするエンジンの動弁装置用三次元カムの製造方法。
【請求項４】
請求項３記載のエンジンの動弁装置用三次元カムの製造方法において、研削時の三次元カムに対する研削砥石の位置を、三次元カムによって駆動されるカムフォロアと同じ移動軌跡を描くように変化させることを特徴とするエンジンの動弁装置用三次元カムの製造方法。
【請求項５】
請求項４記載のエンジンの動弁装置用三次元カムの製造方法において、砥石半径がカムフォロアの摺接面の曲率半径と略等しい砥石を使用することを特徴とするエンジンの動弁装置用三次元カムの製造方法。
【請求項６】
請求項３記載のエンジンの動弁装置用三次元カムの製造方法において、砥石半径がカムフォロアの摺接面の曲率半径より小さい砥石を使用し、研削時の三次元カムに対する研削砥石の位置を、カムフォロアの摺接面の曲率半径と砥石半径が略等しい砥石でカム面を研削するときに現れる研削線を倣うように変化させることを特徴とするエンジンの動弁装置用三次元カムの製造方法。
【請求項７】
請求項３記載のエンジンの動弁装置用三次元カムの製造方法において、砥石半径がカムフォロアの摺接面の曲率半径より大きい砥石を使用し、研削時の三次元カムに対する研削砥石の位置を、三次元カムの基礎円部におけるカム面の幅方向中央部から三次元カムの軸心まで前記カム面に直交するように延ばした垂線の長さを基礎円半径として設定したことを特徴とするエンジンの動弁装置用三次元カムの製造方法。
【請求項８】
請求項３ないし請求項７のうち何れか一つのエンジンの動弁装置用三次元カムの製造方法において、三次元カムおよび軸受用ジャーナルがそれぞれ軸線方向に間隔をおいて複数形成されたカム軸を使用し、このカム軸の一端部を研削装置の回転駆動用支持部材に支持させるとともに、研削する三次元カムより他端部側に位置する前記ジャーナルを研削装置のホルダーによって支持させた状態で研削することを特徴とするエンジンの動弁装置用三次元カムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三次元カムのカム面が変位する方向に対して傾く方向にカムフォロアが移動する三次元カム装置を備えたエンジンの動弁装置およびエンジンの動弁装置用三次元カムの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の三次元カム装置を有するエンジンの動弁装置としては、例えば１気筒当たり４本以上の吸・排気弁を放射状に配設したものがある。
【０００３】
この動弁装置は、吸・排気弁の開閉方向がカム軸の軸線方向とは直交する方向から見て１本ずつ異なるため、カムを三次元カムによって形成し、このカムと吸・排気弁との間に介装するロッカーアームを吸・排気弁と対応するように傾斜させている。すなわち、三次元カムによってロッカーアームを斜め方向に押圧する構造を採っている。
【０００４】
三次元カムのカム面は、カムの軸線に対して軸線を傾斜させた研削砥石でカム外周面を研削することによって形成している。研削時には、カムを研削位置を変えるために徐々に回転させるとともに、研削砥石をカムプロフィールに対応するようにカムに対して平行移動させている。すなわち、研削砥石の軸線をカムの軸線に対して傾斜させた状態で、研削砥石をカム面に対して接離する方向に平行移動させることによってカム面を研削している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、上述したように三次元カムを使用した従来の動弁装置は、カムの頂部、すなわちカム面の最も曲率半径が小さくなる部位が他の部位より摩耗し易いという問題があった。
【０００６】
このようにカム面の一部が摩耗し易くなるのは、ロッカーアームの摺接面に対するカム面の移動速度が相対的に遅くなることにより、これら両面の間の油膜が途切れれてしまうことが原因である。
なお、このような不具合を解消するためには、例えば特開昭５９−２９７０９号公報に示されたように、二次元カムを使用し、このカムの回転を作動方向が異なる２種類のロッカーアームを介して各弁に伝達する構造を採らなければならない。この構造を採ると、部品数が多くなって製造コストが高くなるとともに、動弁装置が大型化してしまう。
【０００７】
本発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、カム面が部分的に摩耗することがない三次元カム装置を使用して小型化およびコストダウンを図ることができるエンジンの動弁装置を提供することを第１の目的とする。また、カム面が部分的に摩耗することがないエンジンの動弁装置用三次元カムの製造方法を提供することを第２の目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明に係るエンジンの動弁装置は、吸・排気弁駆動用カムを三次元カムによって構成し、カムフォロアとしてのロッカーアームを、前記三次元カムのカム面が変位する方向に対して傾く方向に揺動するようにシリンダヘッドに揺動自在に支持させたエンジンの動弁装置であって、前記ロッカーアームの摺接面を揺動軸の軸線方向から見て断面円弧状の凸曲面とし、カム面の少なくとも一部に三次元カムの軸線方向の中央部が他の部位より凹む凹曲面を形成し、一つの気筒に放射状に配設した複数の吸気弁と複数の排気弁とを前記カムとロッカーアームとによって駆動する構造としたものである。
【０００９】
本発明は、偏摩耗が生じることがない三次元カムを得るために幾多の試験を繰り返し実施し、偏摩耗の原因となる油膜切れがカムに凹曲面を形成することによって解消できることを見出した結果、なされたものである。
【００１０】
すなわち、カム面の凹曲面がカムフォロアの凸曲面からなる摺接面に接触することにより、接触状態が線接触状態になり、カム面と摺接面との間に潤滑油の油膜を確実に保持できることが分かった。なお、線接触の状態は、カム面の変位する方向に対して傾く方向にカムフォロアが移動しても維持される。
また、この発明によれば、潤滑性の向上を図りながら、三次元カムによって放射式の吸・排気弁を駆動することができる。
【００１１】
請求項２に記載した発明に係るエンジンの動弁装置は、上述した発明に係るエンジンの動弁装置において、カム面の曲率半径が小さくなる部位に凹曲面を形成したものである。
この発明によれば、カムの頂部で面圧が相対的に高い部位の接触状態を線接触にすることができる。
【００１４】
請求項３に記載した発明に係るエンジンの動弁装置用三次元カムの製造方法は、研削砥石の軸線が三次元カムの軸線に対して傾斜する状態で砥石外周面によって三次元カムの外周面を研削するエンジンの動弁装置用三次元カムの製造方法であって、研削時にカム軸を相対的に低速で回転させ、研削砥石と三次元カムのうち少なくとも一方を、これら両者が接離する方向と、この接離方向および研削砥石の軸線方向とは直交する方向とに平行移動させ、研削時の三次元カムに対する研削砥石の位置を決定することによって実施する。
【００１５】
この発明によれば、カム面の任意の部位に、三次元カムの軸線方向の中央部が他の部位より凹む凹曲面を形成することができる。
【００１６】
請求項４に記載した発明に係るエンジンの動弁装置用三次元カムの製造方法は、請求項３記載のエンジンの動弁装置用三次元カムの製造方法において、研削時の三次元カムに対する研削砥石の位置を、三次元カムによって駆動されるカムフォロアと同じ移動軌跡を描くように変化させることによって実施する。
この発明によれば、カム面にカムフォロアが接触する状態を模倣しながらカム面を形成することができる。
【００１７】
請求項５に記載した発明に係るエンジンの動弁装置用三次元カムの製造方法は、請求項４記載のエンジンの動弁装置用三次元カムの製造方法において、砥石半径がカムフォロアの摺接面の曲率半径と略等しい砥石を使用することによって実施し、請求項７に記載した発明に係るエンジンの動弁装置用三次元カムの製造方法は、請求項４記載のエンジンの動弁装置用三次元カムの製造方法において、砥石半径がカムフォロアの摺接面の曲率半径より小さい砥石を使用し、研削時の三次元カムに対する研削砥石の位置を、カムフォロアの摺接面の曲率半径と砥石半径が略等しい砥石でカム面を研削するときに現れる研削線を倣うように変化させることによって実施する。
【００１８】
請求項５および請求項６に記載した発明によれば、三次元カムの凹曲面の曲率半径と、カムフォロアの摺接面の曲率半径とが一致し易くなり、三次元カムとカムフォロアとを任意のカム角で常に線接触させることができる。
【００１９】
請求項７に記載した発明に係るエンジンの動弁装置用三次元カムの製造方法は、請求項３記載のエンジンの動弁装置用三次元カムの製造方法において、砥石半径がカムフォロアの摺接面の曲率半径より大きい砥石を使用し、研削時の三次元カムに対する研削砥石の位置を、三次元カムの基礎円部におけるカム面の幅方向中央部から三次元カムの軸心まで前記カム面に直交するように延ばした垂線の長さを基礎円半径として設定したものである。
【００２０】
この発明によれば、研削砥石の摩耗量が相対的に小さくなるから、研削砥石の位置を修正しながら研削を行う研削作業が容易で、しかも精度が高くなる。
【００２１】
請求項８に記載した発明に係るエンジンの動弁装置用三次元カムの製造方法は、請求項３ないし請求項７のうち何れか一つのエンジンの動弁装置用三次元カムの製造方法において、三次元カムおよび軸受用ジャーナルがそれぞれ軸線方向に間隔をおいて複数形成されたカム軸を使用し、このカム軸の一端部を研削装置の回転駆動用支持部材に支持させるとともに、研削する三次元カムより他端部側に位置する前記ジャーナルを研削装置のホルダーにより支持させた状態で研削することによって実施する。
【００２２】
この発明によれば、三次元カムの軸線方向の両側を支持した状態で研削することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
第１の実施の形態
以下、本発明に係るエンジンの動弁装置の一実施の形態を図１ないし図１１によって詳細に説明する。
【００２４】
図１は本発明に係るエンジンの動弁装置を有するシリンダヘッド断面図、図２はシリンダヘッドの平面図で、図２においては図１の破断位置をI−I線によって示している。図３は動弁装置の構成を示す斜視図、図４はロッカーアームを示す図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は側面図、同図（ｃ）はスリッパ側から見た状態を示す正面図である。  図５は三次元カムとロッカーアームの動作を示す側面図、図６はロッカーアームのスリッパ部分を拡大して示す斜視図、図７は三次元カムの製造方法を説明するための斜視図、図８は研削砥石の軌跡を示す図、図９は研削砥石の研削位置を示す構成図、図１０は研削状態を示す斜視図で、同図はカムの一部を破断した状態で描いてある。図１１は三次元カムを研削している状態を示す図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は（ａ）図におけるカム軸およびホルダーのＢ−Ｂ線断面図である。
【００２５】
これらの図において、符号１で示すものは、この実施の形態によるエンジンのシリンダヘッドである。このシリンダヘッド１は、水冷式単気筒ＤＯＨＣ型エンジンに装備するもので、燃焼室２を略半球状に形成し、この燃焼室２に連通する吸気ポート３と排気ポート４を二つずつ形成している。これらのポート３，４の間、すなわち燃焼室２の中央に、図示していない点火プラグを取付けている。
【００２６】
吸気ポート３を開閉する２本の吸気弁５，５と、排気ポート４を開閉する２本の排気弁６，６は、図２に示すように、シリンダの軸線方向から見て弁軸５ａ，６ａが燃焼室２から放射状に延びるように配設している。これらの吸・排気弁５，６は、後述する動弁装置７によって駆動される。なお、シリンダの軸線を図１中に一点鎖線Ｃで示す。
【００２７】
なお、図１において吸・排気弁５，６の弁軸５ａ，６ａが貫通する符号８で示すものは、吸・排気弁５，６を閉側へ付勢するバルブスプリング（図示せず）を保持するためのスプリング保持部材である。このスプリング保持部材８は、吸・排気弁５，６が貫通する底部（図１においては上部）を有する有底円筒状に形成し、シリンダヘッド１に固定した保持筒９に摺動自在に嵌合させている。バルブスプリングは、前記スプリング保持部材８の内側底面とシリンダヘッド１との間に弾装している。
【００２８】
前記吸・排気弁５，６を駆動する動弁装置７は、吸気カム軸１１および排気カム軸１２と、これらのカム軸１１，１２の三次元カム１３が摺接する吸・排気弁毎のロッカーアーム１４とから構成している。
【００２９】
吸気カム軸１１および排気カム軸１２は、図２に示すように、吸・排気弁５，６と対応する部位に三次元カム１３を設けるとともに、これらの三次元カム１３どうしの間と両端部とに軸受用ジャーナル１１ａ，１２ａを設け、シリンダヘッド１に従来周知の支持構造によって回転自在に支持させている。これらのカム軸１１，１２をシリンダヘッド１とともに軸支するカムキャップを図１および図２において符号１５で示す。また、これらのカム軸１１，１２は、一端部（図においては下端部）にタイミングチェーン用スプロケット１６を固定し、このスプロケット１６とクランク軸（図示せず）との間に巻掛けたタイミングチェーン（図示せず）を介してクランク軸の回転が伝達される構造を採っている。
【００３０】
前記両カム軸１１，１２を回転自在に支持する軸受や、三次元カム１３とロッカーアーム１４との摺接部分の潤滑は、カム軸１１，１２内に形成した潤滑油通路（図示せず）から摺接部分に潤滑油を供給することによって実施している。
【００３１】
前記三次元カム１３は、図２および図３に示すように、軸線方向の一端から他端に向けて径が次第に小さくなるようにカム面１３ａを傾斜させて形成している。カム面１３ａの傾斜角度は、カム軸１１，１２の軸線に対する吸・排気弁５，６の弁軸５ａ，６ａの傾斜角度と対応させている。ロッカーアーム１４は、後述するように、その揺動軸線がカム軸１１，１２の軸線に対して２方向に傾斜するように設けられている。このロッカーアーム１４の揺動軸線が傾斜する２方向とは、シリンダの軸線方向から見たときの方向と、カム軸１１，１２の並設方向（カム軸１１とカム軸１２とが並ぶ方向であって、図２においては、符号が正しく読める状態として左右方向）から見たときの方向である。
【００３２】
前記ロッカーアーム１４は、図４に示すように、円筒状のボス１７と、このボス１７から一方向に突出するアーム１８とを一体に成形するとともに、カム軸１１，１２の前記三次元カム１３が摺接するスリッパ１９を前記アーム１８に固着することによって形成している。また、このロッカーアーム１４は、図１および図２に示すように、前記ボス１７に外径が一定の円柱からなるロッカーピン２０を嵌合させ、このロッカーピン２０を介してシリンダヘッド１に回動自在に支持させている。
【００３３】
前記ロッカーピン２０は、図２に示すようにシリンダの軸線方向から見た状態において、吸・排気弁５，６の傾斜に対応させてカム軸１１，１２の軸線に対して角度αだけ傾斜させている。この角度αは、この実施の形態では１°程度に設定している。
【００３４】
また、カム軸１１，１２の並設方向から見た状態（図３参照）においても、カム軸１１，１２の軸線に対してロッカーピン２０を傾斜させている。図３において左側の吸気弁５用のロッカーピン２０および排気弁６用のロッカーピン２０と、他方の２本のロッカーピン２０は、カム軸１１，１２の並設方向から見た状態で略ハ字状になるように傾斜している。このようにロッカーピン２０を傾斜させることによって、ロッカーアーム１４が吸・排気弁５，６の開閉方向に沿って揺動するようになり、吸・排気弁５，６を無理な曲げ荷重が加わることがないように配設することができる。
【００３５】
このロッカーピン２０のシリンダヘッド１への固定は、図２に示すように、ロッカーピン用ホルダー２１によって行っている。このロッカーピン用ホルダー２１は、カム軸１１，１２の間でカム軸１１，１２の軸線方向に沿って延びるように形成し、両端部２２の四箇所に形成したピン孔にロッカーピン２０を嵌合させた状態で固定ボルト２３によってシリンダヘッド１に固定している。なお、ロッカーピン２０には固定ボルト２３が係合する切欠きを形成し、固定ボルト２３をシリンダヘッド１に螺着させることによって、ロッカーピン２０が前記ピン孔から抜出るのを阻止する構造を採っている。
【００３６】
ロッカーアーム１４のアーム１８は、図１に示すように吸・排気弁５，６の弁軸先端に設けたエンドキャップ２４に対接する押圧用突起１８ａを先端部に一体に形成し、この押圧用突起１８ａとは反対側（図１において上側）に前記スリッパ１９を固着している。このスリッパ１９は、カム軸側が凸になるとともにカム軸１１，１２の軸線方向に延びるようにいわゆる蒲鉾状に形成している。詳述すると、スリッパ１９の摺接面１９ａは、図４（ｂ）に示すように、ロッカーピン２０の軸線方向から見てカム側に向けて凸になるとともに、同図（ｃ）に示すように、ロッカーピン２０の軸線とは直交する方向から見て扁平になる凸曲面によって形成している。
【００３７】
この実施の形態においては、ロッカーアーム１４の長さおよび取付位置と、前記カム軸１１，１２の取付位置とを、ロッカーアーム１４の押圧用突起１８ａと前記エンドキャップ２４との接触点から回動中心（ロッカーピン２０の軸心）までの距離Ｒ１（図１参照）より、前記スリッパ１９と三次元カム１３との接触点から回動中心までの距離Ｒ２の方が、三次元カム１３の少なくとも基礎円部が接触する状態で短くなるように設定している。
【００３８】
ロッカーアーム１４の前記ボス１７におけるロッカーピン２０を嵌合させるピン孔２５は、軸線方向の一端から他端まで内径が一定になるように形成している。また、このロッカーアーム１４は、前記ボス１７の軸方向の端面に図４に示すように突部２６を複数形成している。これらの突部２６は、前記ロッカーピン用ホルダー２１における中央部側の端面と、ロッカーピン用ホルダー２１の両端部２２側の端面とに当接するように形成している。
【００３９】
このように構成した動弁装置７は、カム軸１１，１２が回転することによってロッカーアーム１４が図５に示すように回動する。すなわち、図５中に二点鎖線で示すように、三次元カム１３の基礎円部１３ｂがスリッパ１９に摺接することにより、ロッカーアーム１４は吸・排気弁５，６が閉じる位置（同図において上側の位置）に位置付けられ、三次元カム１３の頂部１３ｃがスリッパ１９に摺接することによって、ロッカーアーム１４は吸・排気弁５，６が開く位置（同図において下側の位置）に位置付けられる。なお、三次元カム１３のカム面１３ａとスリッパ１９の摺接面１９ａとが接触し合う位置は、図６に示すように、摺接面１９ａ上をロッカーピン２０の軸線方向の一端Ａから他端Ｂまで移動軌跡が円弧を描くように移動する。
【００４０】
次に、上述した三次元カム１３を製造する方法について説明する。
三次元カム１３のカム面１３ａは、図７に示すように研削砥石３１によって形成する。この研削砥石３１は、外周面３１ａが軸線方向と平行に延びる円板状のものを使用している。この実施の形態では、研削砥石３１は、外周面３１ａの曲率半径（砥石半径）がスリッパ１９の摺接面１９ａと略等しいものを使用している。ここでいうスリッパ１９の摺接面１９ａの曲率半径とは、ロッカーアーム１４をロッカーピン２０の軸線方向からみた状態での摺接面１９ａの曲率半径のことである。
【００４１】
カム面１３ａを研削するためには、先ず、図１１（ａ）に示すように、カム母材３２を設けたカム軸１１，１２の一端部を研削装置４１の回転駆動用支持部材４２に装着する。なお、前記回転駆動用支持部材４２は、カム軸１１，１２を支持した状態で軸線回りに除々に回転する構造を採っている。このようにカム軸１１，１２を回転駆動用支持部材４２に装着した後、カム軸１１，１２のジャーナル１１ａ，１２ａを同図中に符号４３で示すホルダーに軸承させる。このホルダー４３は、図１１（ｂ）に示すように、ジャーナル１１ａ，１２ａの略半周が摺接する凹部４４を形成し、図示していないブラケットを介して研削装置のフレームに支持させている。
【００４２】
次に、図１１（ａ）および図７に示すように、研削砥石３１を、その軸線がカム母材３２の軸線に対して傾斜するように研削装置４１に装着する。なお、研削砥石３１は前記ホルダー４３とはカム軸１１，１２を挾んで反対側に配置し、研削時の荷重をホルダー４３で支えることができるようにする。また、研削の対象にするカム母材３２は、回転駆動用支持部材４２とホルダー４３との間に位置するカム母材３２とする。図７においては、カム母材３２の軸線を一点鎖線Ｃ１で示し、研削砥石３１の軸線を一点鎖線Ｃ２で示す。また、カム母材３２の軸線Ｃ１に対して研削砥石３１の軸線Ｃ２を傾斜させる角度を同図中に符号θ１，θ２で示す。角度θ１は、カム母材３２に対して図７の上下方向において研削砥石３１の軸線が傾斜する角度を示し、角度θ２は、カム母材３２に対して図７の左右方向において研削砥石３１の軸線が傾斜する角度を示す。なお、この角度θ１，θ２は、ロッカーピン２０の軸線とカム軸１１，１２の軸線とのなす角度に一致させている。
【００４３】
このようにカム軸１１，１２と研削砥石３１を研削装置４１に装着した後、研削砥石３１を高速で回転させ、研削砥石３１の外周面３１ａでカム母材３２のカム面１３ａを研削する。このときには、カム軸１１，１２をカム母材３２の研削位置が除々に変わるように低速で回転させるとともに、研削砥石３１を研削量が予め定めた一定量になる状態でカムプロフィールと対応するように平行移動させる。カム母材３２に対して研削砥石３１が移動するときの研削砥石３１の軌跡を図８に示す。
【００４４】
研削位置は、図９中に二点鎖線で示すように、三次元カム１３の基礎円部１３ｂを研削するときには、研削砥石３１をカム母材３２に対して接離する方向に平行移動させることによって決定する。また、三次元カム１３の頂部１３ｃを研削するときには、同図中に実線で示すように、上述した平行移動に加えて、前記接離方向および研削砥石３１の軸線方向とは直交する方向へ研削砥石３１を平行移動させることによって決定する。
【００４５】
この実施の形態では、研削時の三次元カム１３に対する研削砥石３１の位置は、三次元カム１３によって駆動されるロッカーアーム１４のスリッパ１９と同じ移動軌跡を描くように変化させる。この移動軌跡とは、スリッパ１９の円弧状摺接面１９の円弧中心が移動する軌跡のことである。
【００４６】
このようにカム面１３ａを研削砥石３１によって研削することにより、カム面１３ａにロッカーアーム１４のスリッパ１９が接触する状態を模倣するように研削砥石３１が移動してカム面１３ａが形成される。三次元カム１３の頂部１３ｃを研削するときには、頂部１３ｃと研削砥石３１との接触部分（研削部分）に現れる研削線が図９中に破線Ｌで示すように円弧状になる。この研削線Ｌは、スリッパ１９にカム面１３ａが摺接するときに現れる接触線（図６において二点鎖線で示す円弧状の曲線）と略同じ形状になる。研削線Ｌが円弧状になることにより、三次元カム１３の頂部１３ｃには、図１０に示すように凹曲面３３が形成される。この凹曲面３３は、三次元カム１３の軸線方向の中央部が他の部位より凹む断面円弧状に形成される。
【００４７】
上述したようにカム面１３ａに凹曲面３３が形成されることにより、この凹曲面３３とスリッパ１９の凸曲面からなる摺接面１９ａとの接触状態が線接触状態になり、カム面１３ａと摺接面１９ａとの間に潤滑油の油膜を確実に保持できることが分かった。これは、三次元カム１３にスリッパ１９がバルブスプリングの弾発力によって押付けられた状態で、これら両者の接触部どうしが弾性変形によって互いに同じ断面形状になるように変形するからであると考えられる。
【００４８】
すなわち、凸曲面からなるスリッパ１９の摺接面１９ａと、三次元カム１３の凹曲面３３とがそれぞれ曲率半径が一致するように変形し、上述したように接触状態が線接触になる。
なお、線接触の状態は、カム面１３ａの変位する方向に対して傾く方向（吸・排気弁５，６の弁軸５ａ，６ａの軸線方向）にロッカーアーム１４が移動しても維持される。
【００４９】
したがって、この製造方法によって形成した三次元カム１３を備えた動弁装置７においては、潤滑性の向上を図りながら、三次元カム１３によって放射式の吸・排気弁５，６を駆動することができる。この結果、従来のエンジンの動弁装置に較べて三次元カム１３を使用してロッカーアームの数量を低減することができる。
【００５０】
また、カム面１３ａの曲率半径が小さくなる頂部１３ｃ、すなわち面圧が相対的に高くなる部位に前記凹曲面３３が形成され、この頂部１３ｃの潤滑性が向上するから、より一層偏摩耗が生じ難い三次元カム１３を製造することができる。
【００５１】
さらに、この実施の形態では、三次元カム１３の研削に用いる研削砥石３１として外周面３１ａの曲率半径がスリッパ１９の摺接面１９ａと略等しいものを使用しているから、三次元カム１３の凹曲面３３の曲率半径と、スリッパ１９の摺接面１９ａの曲率半径とが一致し易くなり、三次元カム１３とスリッパ１９との接触状態が容易に線接触状態になる。このため、任意のカム角で常にカム面１３ａと前記摺接面１９ａとを線接触させることができる。
【００５２】
加えて、この実施の形態では、カム軸１１，１２の一端部を研削装置４１の回転駆動用支持部材４２に支持させるとともに、研削する三次元カム１３より他端部側に位置するジャーナル１１ａ，１２ａを研削装置４１のホルダー４３によって支持させた状態で研削する製造方法を採っているから、三次元カム１３の軸線方向の両側を支持した状態で研削することができる。このため、１本のカム軸１１，１２に三次元カム１３およびジャーナル１１ａ，１２ａを複数設けることによりカム軸１１，１２の全長が相対的に長くなるにもかかわらず、研削時の荷重によってカム軸１１，１２が軸振れを起こすのを阻止することができるから、精度が高い三次元カム１３を形成することができる。
【００５３】
第２の実施の形態
小径の研削砥石を使用して三次元カム１３を研削する例を図１２によって詳細に説明する。
図１２は小径の研削砥石を使用して研削する実施の形態を示す図で、同図において図１〜図１１で示したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明は省略する。
【００５４】
図１２において、符号５１で示すものは、この実施の形態を採るときに用いる研削砥石である。この研削砥石５１は、スリッパ１９の摺接面１９ａの曲率半径より砥石半径が小さいものを使用している。
【００５５】
この研削砥石５１を使用して三次元カム１３を研削するためには、前記研削砥石３１で研削するときに現れる研削線Ｌに倣うように研削砥石５１を平行移動させて行う。平行移動時の方向は、第１の実施の形態を採るときと同様に、研削砥石５１とカム母材３２とが接離する方向と、この接離方向および研削砥石５１の軸線方向とは直交する方向との２方向である。なお、研削時の他の条件、すなわち研削砥石５１の軸線の傾斜角度、カム軸１１，１２を支持する構造などは、第１の実施の形態を採るときと同じである。
【００５６】
このように小径な研削砥石５１によって研削を行っても第１の実施の形態を採るときと同等の三次元カム１１，１２を製造することができる。
【００５７】
第３の実施の形態
大径の研削砥石を使用して三次元カム１３を研削する例を図１３および図１４によって詳細に説明する。
図１３は大径な研削砥石を使用して研削する実施の形態を示す図、図１４は三次元カムの仮想ベース円半径を設定する位置を示す図である。これらの図において図１〜図１２で示したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明は省略する。
【００５８】
図１３および図１４において、符号６１で示すものは、この実施の形態を採るときに用いる研削砥石である。この研削砥石６１は、スリッパ１９の摺接面１９ａの曲率半径Ｚ１より砥石半径が大きいものを使用している。研削砥石６１の砥石半径を図１３においてＺ２で示す。
【００５９】
この大径な研削砥石６１を使用して三次元カム１３を研削するためには、先ず、図１３に示すように、三次元カム１３を製造するカム母材３２の基礎円部１３ａを基準としてカム母材３２と研削砥石６１との軸間距離Ｄを設定する。軸間距離Ｄは、研削砥石６１の砥石半径Ｚ２と三次元カム１３の基礎円部１３ｂの仮想基礎円半径Ｚ３（図１４参照）とを加算した寸法である。
【００６０】
仮想基礎円半径Ｚ３は、図１４に示すように、三次元カム１３の基礎円部１３ｂにおけるカム面１３ａの幅方向中央部から三次元カムの軸心まで前記カム面１３ａに直交するように延ばした垂線の長さである。
【００６１】
このように研削砥石６１と三次元カム１３との軸間距離Ｄを設定した後、第１の実施の形態を採るときと同様に、研削砥石６１の軸線が三次元カム１３の軸線に対して傾斜する状態で研削を実施する。傾斜角度は、図示していないロッカーピンの軸線とカム軸１１，１２の軸線とのなす角度に一致させる。また、研削時には、三次元カム１３を相対的に低速で回転させるとともに、研削砥石６１を高速で回転させながら平行移動させる。平行移動時の方向は、研削砥石６１とカム母材３２とが接離する方向と、この接離方向および研削砥石６１の軸線方向とは直交する方向との２方向である。研削時にカム軸１１，１２を支持する構造も第１の実施の形態を採るときと同一である。
さらに、研削時には、予め定めた時間毎に研削砥石６１の外径を計測し、摩耗量に対応させて軸間距離Ｄを補正する。
【００６２】
このように大径な研削砥石６１によって研削を行っても第１の実施の形態を採るときと同等の三次元カム１１，１２を製造することができる。特に、大径の研削砥石６１を使用することによって、第１・第２の実施の形態を採る場合に較べると研削砥石６１の摩耗量が少なくなるから、研削砥石６１と三次元カム１３との軸間距離Ｄの変化が小さく、これを補正する回数が少なくなる。このため、研削工程での時間短縮を図ることができるとともに、精度が高い三次元カム１３を製造することができる。
【００６３】
また、大径な研削砥石６１は熱容量が相対的に大きいから、被研削面の温度上昇の割合が小さくなる。この点からも精度向上を図ることができる。
【００６４】
なお、第１および第２の実施の形態では、三次元カム１３の頂部１３ｃに凹曲面３３を形成する例を示したが、この凹曲面３３は、カム面１３ａの全域にわたって形成することができる。
【００６５】
また、第１〜第３の実施の形態では、研削時にカム軸１１，１２に対して研削砥石３１，５１，６１を平行移動させる例を示したが、これとは逆にカム軸１１，１２を研削砥石３１，５１，６１に対して平行移動させてもよいし、カム軸１１，１２および研削砥石３１，５１，６１の両方を平行移動させてもよい。
【００６６】
さらに、本発明に係るエンジンの動弁装置用三次元カムの製造方法によって製造したカム軸は、ロッカーアーム式の動弁装置の他に、リフター式の動弁装置にも使用することができる。リフター式の動弁装置用三次元カムを本発明に係る製造方法によって形成する場合には、研削砥石３１，５１，６１でカム面１３ａを研削するときに現れる研削線Ｌが直線になるように研削を行う。これは、リフターは、ロッカーアームとは異なり吸・排気弁の軸線方向と平行な方向に移動するからである。なお、リフターは、カム面１３ａが摺接する摺接面をカム軸側に向けて凸になる凸曲面とすることが好ましい。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るエンジンの動弁装置は、カム面の凹曲面がカムフォロアの凸曲面からなる摺接面に接触することにより、接触状態が線接触状態になる。この線接触の状態は、カム面の変位する方向に対して傾く方向にカムフォロアが移動しても維持される。
【００６８】
したがって、カム面とカムフォロアの摺接面との間に潤滑油の油膜を確実に保持することができ、耐久性が高いエンジンの動弁装置を提供することができる。
また、本発明によれば、潤滑性の向上を図りながら、三次元カムによって放射式の吸・排気弁を駆動することができる。
したがって、従来のエンジンの動弁装置に較べて三次元カムを使用してロッカーアームの数量を低減することができるから、コスト低減および小型化を図ることができる。
【００６９】
請求項２記載の発明によれば、カムの頂部で面圧が相対的に高くなる部位の接触状態を線接触にすることができるから、より一層耐久性が高い三次元カム装置を製造することができる。
【００７１】
請求項３記載の発明によれば、カム面の任意の部位に、三次元カムの軸線方向の中央部が他の部位より凹む凹曲面を形成することができるから、前記凹曲面を例えば三次元カムの頂部のみに形成することが容易である。
【００７２】
請求項４記載の発明によれば、カム面にカムフォロアが接触する状態を模倣しながらカム面を形成することができるから、カム面を全域にわたってカムフォロアの摺接面との接触状態が線接触状態になるように研削することができる。
このため、カム面とカムフォロアの摺接面との間に潤滑油の油膜を確実に保持することができる三次元カムを製造することができる。
【００７３】
請求項５に記載した発明および請求項６に記載した発明によれば、三次元カムの凹曲面の曲率半径と、カムフォロアの摺接面の曲率半径とが一致し易くなり、三次元カムとカムフォロアとを任意のカム角で常に線接触させることができるから、潤滑性がより一層高くなる。
【００７４】
請求項７に記載した発明によれば、研削砥石の摩耗量が相対的に小さくなるから、研削砥石の位置を修正しながら研削を行う研削作業が容易で、しかも精度が高くなる。詳述すると、大径の研削砥石を使用することによって、研削砥石の摩耗量が相対的に少なくなるから、研削砥石と三次元カムとの軸間距離の変化が小さく、これを補正する回数が少なくなる。このため、研削工程での時間短縮を図ることができるとともに、精度が高い三次元カムを製造することができる。
また、大径な研削砥石は熱容量が相対的に大きいから、被研削面の温度上昇の割合が小さくなる。この点からも三次元カムの精度向上を図ることができる。
【００７５】
請求項８に記載した発明によれば、三次元カムの軸線方向の両側を支持した状態で研削することができるから、１本のカム軸に三次元カムおよびジャーナルを複数設けることによりカム軸の全長が相対的に長くなるにもかかわらず、研削時の荷重によってカム軸が軸振れを起こすのを阻止することができる。このため、精度が高い三次元カムを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るエンジンの動弁装置を有するシリンダヘッド断面図である。
【図２】  シリンダヘッドの平面図である。
【図３】  動弁装置の構成を示す斜視図である。
【図４】  ロッカーアームを示す図である。
【図５】  三次元カムとロッカーアームの動作を示す側面図である。
【図６】  ロッカーアームのスリッパ部分を拡大して示す斜視図である。
【図７】  三次元カムの製造方法を説明するための斜視図である。
【図８】  研削砥石の軌跡を示す図である。
【図９】  研削砥石の研削位置を示す構成図である。
【図１０】  研削状態を示す斜視図である。
【図１１】  三次元カムを研削している状態を示す図である。
【図１２】  小径な研削砥石で研削を行う実施の形態を示す図である。
【図１３】  大径な研削砥石を使用して研削する実施の形態を示す図である。
【図１４】  三次元カムの仮想ベース円半径を設定する位置を示す図である。
【符号の説明】
１…シリンダヘッド、５…吸気弁、６…排気弁、１１…吸気カム軸、１２…排気カム軸、１３…三次元カム、１３ａ…カム面、１３ｃ…頂部、１４…ロッカーアーム、１９…スリッパ、１９ａ…摺接面、２０…ロッカーピン、３１，５１，６１…研削砥石、３３…凹曲面、４１…研削装置、４２…回転駆動用支持部材、４３…ホルダー、Ｌ…切削線。
【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】
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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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