JP2003214118A - 複合カムシャフト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 カムピースの材料選択に際しての制約を緩和
する。 【解決手段】 カムピース１２には、カム面１２ａから
突出する位置とカム面１２ａに対して面一となる位置と
の間で変位可能とされたローラ１７（押圧部材）と、こ
のローラ１７をカム面１２ａから突出する位置側へ付勢
する付勢部材２１とを設けた。カム面１２ａがロッカア
ームＥに当接する状態では、ローラ１７が付勢部材２１
の付勢によってロッカアームＥを弾性的に押圧するの
で、その分、ロッカアームＥ側からカム面１２ａ側へ付
与される押圧力は軽減され、カム面１２ａにおける摩耗
の進行も抑えられる。したがって、カムピース１２の材
料選定に際しては、耐摩耗性に関する制約が緩和される
ことになり、その分、材料選択の幅が広がる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関における
動弁装置のカムシャフトに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関における動弁装置のカムシャフ
トでは、動弁装置の可動部材（ロッカアームやバルブス
テム）に接触するカムの外周面、特に、曲率半径の小さ
いノーズ部の外周面における接触応力が大きいことか
ら、カムシャフトとしては耐摩耗性の高い材料が用いら
れる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、シャフト本
体とカムピースとを合体させて構成される複合カムシャ
フトでは、シャフト本体とカムピースとの機械的な結合
強度を確保する必要がある。そのため、可動部材に接触
するカムピースの材料選定に際しては、結合強度と耐摩
耗性の双方を考慮しなければならず、採用可能な材料の
選択の幅が狭いという問題がある。

【０００４】本願発明は上記事情に鑑みて創案され、カ
ムピースの材料選択に際しての制約を緩和することを目
的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、カム
シャフトの外周にカムピースを結合してなり、前記カム
ピースの外周のカム面を動弁装置の可動部材に当接させ
ることでその可動部材を開閉駆動するようにした複合カ
ムシャフトにおいて、前記カムピースには、前記カム面
から突出する位置と前記カム面に対して面一となる位置
との間で変位可能とされた押圧部材と、この押圧部材を
前記カム面から突出する位置側へ付勢する付勢部材とが
設けられている構成とした。

【０００６】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記押圧部材が、前記シャフト本体と平行な軸回り
に回転可能に支持されたローラである構成とした。

【０００７】

【発明の作用及び効果】［請求項１の発明］カム面が可
動部材に当接する状態では、押圧部材が付勢部材の付勢
によって可動部材を弾性的に押圧するので、その分、可
動部材側からカム面側へ付与される押圧力は軽減され、
カム面における摩耗の進行も抑えられる。したがって、
カムピースの材料選定に際しては、耐摩耗性に関する制
約が緩和されることになり、その分、材料選択の幅が広
がる。

【０００８】［請求項２の発明］可動部材に対してはロ
ーラが転動しつつ当接するので、可動部材とローラとの
間に生じる摩擦抵抗が小さくて済んでいる。

【０００９】

【発明の実施の形態】［実施形態１］以下、本発明を具
体化した実施形態１を図１乃至図５を参照して説明す
る。まず、内燃機関の動弁装置Ａについて説明すると、
シリンダヘッドＢには、バルブＣが、開弁位置と閉弁位
置との間で上下方向への移動を可能に、且つバルブスプ
リングＤによって閉弁方向（上方）へ付勢された状態で
設けられている。また、シリンダヘッドＢの上方におい
ては、シーソー状に変位可能なロッカアームＥ（本発明
の構成要件である可動部材）が支持され、そのロッカア
ームＥの従動端ＥａがバルブＣの上端に対して上から押
さえ付けるように当接されており、ロッカアームＥの駆
動端Ｅｂは、複合カムシャフト１０のカムピース１２の
外周のカム面１３ａ，１３ｂに対して上から押さえ付け
るようにして当接されている。複合カムシャフト１０が
回転するとロッカアームＥがシーソー状に揺動し、バル
ブＣが、バルブスプリングＤの付勢に抗して開弁方向に
変位する動作と、バルブスプリングＤの付勢にしたがっ
て閉弁方向に変位する動作とを交互に繰り返す。このと
き、カムピース１２のカム面１３ａ，１３ｂに対して
は、バルブスプリングＤの付勢力がロッカアームＥを介
して弾性的な押圧力として付与される。

【００１０】次に、本実施形態の複合カムシャフト１０
について説明する。複合カムシャフト１０は、シャフト
本体１１と、このシャフト本体１１に対して一体回転可
能に組み付けられる略卵形をなすカムピース１２とを備
えて構成されている。尚、シャフト本体１１とカムピー
ス１２とは、焼き嵌めなどの手段によって一体回転可能
に結合されている。カムピース１２のカムノーズ部１２
ａには、その軸方向（シャフト本体１１の軸線と平行な
方向）における中心部分を切欠した形態のローラ収容溝
１４が、カム面１３ａに開口して形成されている。同じ
くカムノーズ部１２ａには、カムピース１２の中心から
カムノーズ部１２ａに向かう径方向に長い長孔状の軸受
孔１５が、カムノーズ部１２ａの両端面からローラ収容
溝１４内に貫通する形態で形成されている。かかる一対
の軸受孔１５には、ローラピン１６が貫通され、このロ
ーラピン１６は、その両端部をプレスなどによって拡径
変形させることで、カムピース１２からの軸方向への離
脱及びカムピース１２に対する軸方向への遊動を規制さ
れている。このローラピン１６におけるローラ収容溝１
４内を横切る部分には、円形のローラ１７（本発明の構
成要件である押圧部材）が、ローラピン１６と同心に且
つローラピン１６に対して相対回転可能に支持されてい
る。尚、ローラピン１６とローラ１７との間には、リン
グ状のスペーサを介装してもよい。

【００１１】かかるローラ１７は、ローラピン１６が長
孔状の軸受孔１５内を移動することにより、ローラ１７
は、その外周面をカムノーズ部１２ａのカム面１３ａに
対して面一状とする退避位置（図３及び図５を参照）
と、カムノーズ部１２ａのカム面１３ａから突出する進
出位置（図２及び図４を参照）との間で変位し得るよう
になっている。尚、ローラ１７の半径は、カムノーズ部
１２ａの最小曲率半径（カムノーズ部１２ａの先端にお
ける曲率半径）と同じかそれよりも小さい寸法とされて
いるため、ローラ１７が退避位置にあるときには、ロー
ラ１７がその全体に亘ってローラ収容溝１４内に収容さ
れた状態となる。また、ローラ１７が進出位置にある状
態では、ローラピン１６が軸受孔１５のストッパ１５ａ
に当接し、ローラ１７のカム面１３ａからの突出量が最
大となる。

【００１２】カムピース１２には、その両端面を切欠し
た形態のバネ収容溝１８が形成されている。このバネ収
容溝１８は軸受孔１５の長さ方向（即ち、ローラ１７の
変位方向）と平行な細長い形態とされ、カムピース１２
の中心孔１９から軸受孔１５まで貫通されている。一
方、シャフト本体１１には、カムピース１２のバネ収容
溝１８に対して直列に連なる位置関係となる一対のバネ
収容孔２０が形成されている。互いに直列の関係にある
バネ収容溝１８とバネ収容孔２０には、圧縮コイルバネ
からなる付勢部材２１が弾縮された状態（付勢力を蓄勢
された状態）で収容されている。かかる一対の付勢部材
２１は、ローラピン１６の両端部に対してローラ１７を
進出位置側へ付勢するように弾接されている。かかる付
勢部材２１の付勢により、ローラ１７は、常には進出位
置に保持されている。

【００１３】次に、本実施形態の作用を説明する。複合
カムシャフト１０が回転すると、ロッカアームＥの駆動
端Ｅｂに対し、カムピース１２の基礎円部１２ｂのカム
面１３ｂが当接する行程ではバルブＣがバルブスプリン
グＤの付勢によって閉弁状態に保たれ、ロッカアームＥ
の駆動端Ｅｂに対する当接個所が基礎円部１２ｂからカ
ムノーズ部１２ａに向かって移動する行程では、カムピ
ース１２がバルブスプリングＤの弾力に抗して駆動端Ｅ
ｂを押し上げるためバルブＣが開弁方向へ移動し、さら
に、ロッカアームＥの駆動端Ｅｂに対する当接個所がカ
ムノーズ部１２ａから基礎円部１２ｂに向かって移動す
る行程では、バルブスプリングＤの付勢によりロッカア
ームＥがその駆動端Ｅｂを下降させるように揺動してバ
ルブＣが閉弁状態に復帰する、という動作が繰り返され
る。

【００１４】ロッカアームＥの駆動端Ｅｂに対してカム
ノーズ部１２ａのカム面１３ａが当接する行程では、バ
ルブスプリングＤの付勢力が増大するため、ロッカアー
ムＥの駆動端Ｅｂ側からカムピース１２側に付与される
弾性押圧力は最大となる。このとき、ローラ１７は、ロ
ッカアームＥの駆動端Ｅｂに当接することによって付勢
部材２１の付勢に抗して退避位置へ変位しており、この
ローラ１７の変位に伴って付勢部材２１に蓄勢された付
勢力が、ローラ１７を介してロッカアームＥの駆動端Ｅ
ｂに付与される。つまり、ローラ１７が、付勢部材２１
の付勢力によってロッカアームＥの駆動端Ｅｂをバルブ
スプリングＤの付勢と対抗するように押圧するのであ
る。このローラ１７によるロッカアームＥへの反発的な
押圧により、ロッカアームＥ側からカムピース１２側へ
の押圧力が軽減され、その分、カムノーズ部１２ａのカ
ム面１３ａにおける接触応力も低減され、ひいては、カ
ム面１２ａにおける磨耗の進行も低減される。

【００１５】このように本実施形態においては、ローラ
１７をロッカアームＥに対して弾性的に押圧させること
で、カムピース１２に対するロッカアームＥ側からの押
圧力を軽減したので、カムピース１２の材料選定に際し
ては耐磨耗性に関する制約が緩和されることになり、そ
の分、材料選択の幅が広がる、という効果がある。ま
た、ロッカアームＥに対して弾性的に当接する押圧部材
として、シャフト本体１１と平行な軸回りに回転可能に
設けたローラ１７を用いた。したがって、ロッカアーム
Ｅに対してはローラ１７が転動しつつ当接するので、ロ
ッカアームＥとローラ１７との間に生じる摩擦抵抗が小
さくて済んでいる。

【００１６】［実施形態２］次に、本発明を具体化した
実施形態２を図６乃至図９を参照して説明する。尚、本
実施形態２における動弁装置Ａ、及び複合カムシャフト
３０の回転に伴うロッカアームＥとバルブＣの動きは実
施形態１と同じであるため、重複する説明は省略する。
本実施形態２の複合カムシャフト３０は、シャフト本体
３１と、このシャフト本体３１に対して一体回転可能に
組み付けられる略卵形をなすカムピース３２とを備えて
構成されている。シャフト本体３１とカムピース３２と
は、焼き嵌めなどの手段によって一体回転可能に結合さ
れている。

【００１７】カムピース３２のカムノーズ部３２ａに
は、その軸方向（シャフト本体３１の軸線と平行な方
向）における中心部分を切欠した形態のローラ収容溝３
４が、カム面３３ａ，３３ｂに開口して形成されてい
る。同じくカムノーズ部３２ａには、カムピース３２の
中心からカムノーズ部３２ａに向かう径方向に長い長孔
状の軸受孔３５が、カムノーズ部３２ａの両端面からロ
ーラ収容溝３４内に貫通する形態で形成されている。か
かる一対の軸受孔３５には、ローラピン３６が貫通さ
れ、このローラピン３６は、その両端部をプレスなどに
よって拡径変形させることで、カムピース３２からの軸
方向への離脱及びカムピース３２に対する軸方向への遊
動を規制されている。このローラピン３６におけるロー
ラ収容溝３４内を横切る部分には、円形のローラ３７
（本発明の構成要件である押圧部材）が、ローラピン３
６と同心に且つローラピン３６に対して相対回転可能に
支持されている。尚、ローラピン３６とローラ３７との
間には、リング状のスペーサを介装してもよい。

【００１８】かかるローラ３７は、ローラピン３６が長
孔状の軸受孔３５内を移動することにより、ローラ３７
は、その外周面をカムノーズ部３２ａのカム面３３ａに
対して面一状とする退避位置（図９を参照）と、カムノ
ーズ部３２ａのカム面３３ａから突出する進出位置（図
７及び図８を参照）との間で変位し得るようになってい
る。尚、ローラ３７の半径は、カムノーズ部３２ａの最
小曲率半径（カムノーズ部３２ａの先端における曲率半
径）と同じかそれよりも小さい寸法とされているため、
ローラ３７が退避位置にあるときには、ローラ３７がそ
の全体に亘ってローラ収容溝３４内に収容された状態と
なる。また、ローラ３７が進出位置にある状態では、ロ
ーラピン３６が軸受孔３５のストッパ３５ａに当接し、
ローラ３７のカム面３３ａからの突出量が最大となる。

【００１９】カムピース３２には、ローラ収容溝３４及
び軸受孔３５からカムピース３２の中心孔まで連通する
円形のバネ収容孔３８が形成されている。このバネ収容
孔３８の軸線はシャフト本体３１の軸線と直交する方向
とされている。一方、シャフト本体３１には、カムピー
ス３２のバネ収容孔３８に対して同軸状となる円形のバ
ネ収容孔３９が、シャフト本体３１を径方向に貫通する
形態で形成されており、そのバネ収容孔３９の一方の開
口部が、カムピース３２のバネ収容孔３８と連通されて
いる。この両バネ収容孔３８，３９には圧縮コイルバネ
からなる付勢部材４０が弾縮された状態（付勢力を蓄勢
された状態）で収容されており、シャフト本体３１のバ
ネ収容孔３９におけるカムピース３２のバネ収容孔３８
とは反対側の開口部には、封止用のプラグ４１がカシメ
付け、ロウ付け、ねじ込み等の手段によって取り付けら
れている。付勢部材４０のコイル径はローラピン３６の
長さ寸法よりも僅かに小さい寸法とされており、付勢部
材４０はローラピン３６の両端部に対してローラ３７を
進出位置側へ付勢するように弾接されている。かかる付
勢部材４０の付勢により、ローラ３７は、常には進出位
置に保持されている。尚、付勢部材４０とローラピン３
６との間にはスプリングワッシャ４２が介装されてい
る。

【００２０】次に、本実施形態の作用を説明する。ロッ
カアームＥの駆動端Ｅｂに対してカムノーズ部３２ａの
カム面３３ａが当接する行程では、バルブスプリングＤ
の付勢力が増大するため、ロッカアームＥの駆動端Ｅｂ
側からカムピース３２側に付与される弾性押圧力は最大
となる。このとき、ローラ３７は、ロッカアームＥの駆
動端Ｅｂに当接することによって付勢部材４０の付勢に
抗して退避位置へ変位しており、このローラ３７の変位
に伴って付勢部材４０に蓄勢された付勢力が、ローラ３
７を介してロッカアームＥの駆動端Ｅｂに付与される。
つまり、ローラ３７が、付勢部材４０の付勢力によって
ロッカアームＥの駆動端ＥｂをバルブスプリングＤの付
勢と対抗するように押圧するのである。このローラ３７
によるロッカアームＥへの押圧により、ロッカアームＥ
側からカムピース３２側への押圧力が軽減され、その
分、カムノーズ部３２ａのカム面３３ａにおける接触応
力も低減される。

【００２１】このように本実施形態においては、ローラ
３７をロッカアームＥに対して弾性的に押圧させること
で、カムピース３２に対するロッカアームＥ側からの押
圧力を軽減したので、カムピース３２の材料選定に際し
ては耐磨耗性に関する制約が緩和され、その分、材料選
択の幅が広がる、という効果がある。また、ロッカアー
ムＥに対して弾性的に当接する押圧部材として、シャフ
ト本体３１と平行な軸回りに回転可能に設けたローラ３
７を用いたので、ロッカアームＥに対してはローラ３７
が転動しつつ当接するようになり、ロッカアームＥとロ
ーラ３７との間に生じる摩擦抵抗が小さくて済んでい
る。

【００２２】また、本実施形態２では付勢部材４０を収
容するバネ収容孔３８，３９の内径が、ローラピン３６
の長さとほぼ同じ寸法であって、実施形態１の付勢部材
２１を収容しているバネ収容溝１８及びバネ収容孔２０
よりも大きい寸法となっているため、本実施形態のバネ
収容孔３８，３９内に収容される付勢部材４０の設計に
際してその線径とコイル径の設定の自由度、即ち付勢部
材４０の弾力の設定の自由度が高いという利点がある。

【００２３】［他の実施形態］本発明は上記記述及び図
面によって説明した実施形態に限定されるものではな
く、例えば次のような実施態様も本発明の技術的範囲に
含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内
で種々変更して実施することができる。（１）上記実施
形態では押圧部材を１つだけ設けたが、本発明によれ
ば、１つ のカムピースに対し、周方向に間隔を空けて複数の押圧
部材を設けてもよい。

【００２４】（２）上記実施形態では押圧部材を回転可
能なローラとしたが、本発明によれば、押圧部材を回転
不能な形態のものとしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１における動弁装置及び複合カムシャ
フトの断面図

【図２】複合カムシャフトの横断面図

【図３】ロッカアームが当接した状態の複合カムシャフ
トの横断面図

【図４】複合カムシャフトの縦断面図

【図５】ロッカアームが当接した状態の複合カムシャフ
トの縦断面図

【図６】実施形態２の複合カムシャフトの平面図

【図７】複合カムシャフトの横断面図

【図８】複合カムシャフトの縦断面図

【図９】ロッカアームが当接した状態の複合カムシャフ
トの縦断面図

【符号の説明】

Ａ…動弁装置 Ｅ…ロッカアーム（可動部材） １０…複合カムシャフト １１…シャフト本体 １２…カムピース １２ａ…カム面 １７…ローラ（押圧部材） ２１…付勢部材 ３０…複合カムシャフト ３１…シャフト本体 ３２…カムピース ３３ａ…カム面 ３７…ローラ（押圧部材） ４０…付勢部材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カムシャフトの外周にカムピースを結合
   してなり、前記カムピースの外周のカム面を動弁装置の
   可動部材に当接させることでその可動部材を開閉駆動す
   るようにした複合カムシャフトにおいて、 前記カムピースには、前記カム面から突出する位置と前
   記カム面に対して面一となる位置との間で変位可能とさ
   れた押圧部材と、この押圧部材を前記カム面から突出す
   る位置側へ付勢する付勢部材とが設けられていることを
   特徴とする複合カムシャフト。
2. 【請求項２】 前記押圧部材が、前記シャフト本体と平
   行な軸回りに回転可能に支持されたローラであることを
   特徴とする請求項１記載の複合カムシャフト。