JP2008298087A - 流体圧アクチュエータ及びエンジンのバルブ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流体圧アクチュエータのロータを高精度に位置決めできるようにする。
【解決手段】ロータ１２０、ロータを回動自在に収容し可変的に二分される第１流体室Ｃ１及び第２流体室Ｃ２を画定しかつ第１流体室及び第２流体室にそれぞれ連通する第１ポート１１４及び第２ポート１１５を含むハウジング１１０、第１ポート及び第２ポートに接続されて第１流体室及び第２流体室に対する流体の流入及び流出を制御する方向切換弁１３０を備え、第１ポートに接続される流体通路１４０には、圧力差により開弁して第１流体室への流体の流入を許容すると共に、第１ポート側の圧力が第２ポート側の圧力より高いとき閉弁しかつ第１ポート側の圧力が第２ポート側の圧力より低いとき開弁して第１流体室からの流体の流出を許容するパイロット弁１７０を設けた。これにより、ロータの回転速度又は回転位置が所定値からずれるのを防止することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、流体の圧力を受けて所定の回動範囲を往復動するベーン状のロータを含む流体圧アクチュエータ及びこの流体アクチュエータを駆動源としてエンジンの吸気用又は排気用のバルブを開閉駆動するバルブ駆動装置に関し、特に、回動範囲の両端以外においてもロータを停止させ得る流体圧アクチュエータ及びバルブの開閉タイミング及びリフト量を可変的に駆動するエンジンのバルブ駆動装置に関する。

従来のバルブ駆動装置としては、エンジンのシリンダヘッドに対して、カム面をもつカムシャフト、吸気用又は排気用のバルブ、リターンスプリング、バルブのステム上端に連結されたバルブリフタ等を備える構成において、カムシャフトと平行に配置された支持シャフト、支持シャフトに揺動自在に支持され一端側がカムシャフトのカム面に接触しかつ他端側がバルブリフタの上面に接触する略Ｌ字状の揺動カム、揺動カムを支持する支持シャフトを保持しバルブの軸線に垂直な方向に移動自在なフレーム、フレームを移動させる駆動機構等を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
このバルブ駆動装置において、フレームを駆動する駆動機構としては、フレームの雌ネジに螺合するネジ部材，ネジ部材に一体的に形成されたピニオン，ピニオンに噛合するラック，ラックを往復動させる駆動源等からなるネジ及びラック・ピニオン構造を適用したもの、フレームに形成されたラック，ラックに噛合するピニオン，ピニオンを回転駆動する駆動源等からなるラック・ピニオン構造を適用したもの、あるいは、フレームに形成された長い楕円形の断面をなす偏心外輪，偏心外輪の内側に配置された偏心内輪，偏心内輪を回転駆動する駆動源等からなる偏心回転構造を適用したものが示されている。

しかしながら、上記のネジ及びラック・ピニオン構造を採用した場合、カムシャフトから受ける反力等により、ネジ部材とフレームのネジ山及びネジ溝間において食い付き（スティック）等を生じて作動不能になる虞があり、又、ピニオン及びラックにおいてはバックラッシュ等があるため、フレーム（支持シャフト）を所定の位置に高精度に移動させて位置決めすることが困難である。また、上記の偏心外輪及び偏心内輪からなる偏心回転構造を採用した場合、偏心内輪を収容する偏心外輪が大きくなり、装置の大型化を招くという問題がある。
さらに、上記のネジ及びラック・ピニオン構造、ラック・ピニオン構造、又は、偏心回転構造を採用した場合、いずれもフレーム（支持シャフト）を連続的に移動させることはできても、連続的に移動するが故に所定位置に高精度に位置決めする、すなわち、所定位置にフレーム（支持シャフト）を安定して維持する（フレームをロックする）のが困難であり、これに対処するには専用のロック機構等を別途採用する必要がある。

ところで、上記のような駆動機構に替えて流体圧アクチュエータを適用することが考えられる。従来の流体圧アクチュエータとしては、例えば、扇状（ベーン状）のロータ、ロータを所定の角度範囲で回動自在に収容する収容室を画定するハウジング、ハウジングにおいてロータの回動範囲を規制する２つの当接壁の近傍に形成された２つの主通路、ハウジングにおいて各々の主通路と当接壁の間の角度範囲において形成された複数の絞り通路、各々の主通路及び複数の絞り通路に接続された方向切換弁等を備えた油圧アクチュエータが知られている（例えば、特許文献２参照）。
この油圧アクチュエータにおいては、ロータの一方側の回転端又は他方側の回転端に停止させる際に、複数の絞り通路を流れる流体を制御して、ロータが当接壁に衝突する衝撃力等を緩和できるようにしたものである。

しかしながら、この油圧アクチュエータにおいて、ロータは、回動範囲の両端（二箇所の角度位置）において停止（位置決め）できるのみであり、回動範囲の途中位置（その他の角度位置）において停止（位置決め）できるものではない。
したがって、ロータに連結される被回転体を、回動範囲の両端以外の角度位置に停止（位置決め）させる必要がある場合、この被回転体を回転駆動するアクチュエータとして、上記の油圧アクチュエータを適用することはできない。
また、ロータに連結される被回転体が、油圧による回転方向とは逆向きに回転させるような反力を受ける場合、その反力が油圧に打ち勝ってロータが逆向きに回転し、被回転体が所望の角度位置に位置決めされない虞がある。

特開平６−７４０１１号公報 特開昭６４−６５０４号公報

本発明は、上記従来の装置の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、構造の簡素化、小型化、低コスト化等を図りつつ、外部から逆向きの反力が作用してもロータを所望の角度位置に位置決めすることができ、又、回動範囲の両端以外の角度位置においてもロータを高精度に停止させる（位置決めする）ことができる流体圧アクチュエータを提供することにあり、又、構造の簡素化、小型化、低コスト化等を図りつつ、カムシャフトによる反力を受けても、吸気用又は排気用のバルブの開閉タイミング及びリフト量を安定して高精度に可変的に調整（制御）することができるエンジンのバルブ駆動装置を提供することにある。

本発明の流体圧アクチュエータは、ベーン状のロータと、ロータを回動自在に密接して収容すると共にロータにより可変的に二分される第１流体室及び第２流体室を画定する収容室，ロータを所定角度範囲の回転端にそれぞれ停止させるべく第１流体室及び第２流体室に対する流体の流入及び流出を許容する第１ポート及び第２ポートを含むハウジングと、第１ポート及び第２ポートに接続されて第１流体室及び第２流体室に対する流体の流入及び流出を制御する方向切換弁を備えた流体圧アクチュエータであって、上記第１ポートに接続される流体通路には、圧力差により開弁して第１流体室への流体の流入を許容すると共に、第１ポート側の圧力が第２ポート側の圧力より高いとき閉弁し、かつ、第１ポート側の圧力が第２ポート側の圧力より低いとき開弁して第１流体室からの流体の流出を許容するパイロット弁が設けられている、構成となっている。
この構成によれば、方向切換弁を駆動して、第１ポートをポンプ（流体の供給側）に接続しかつ第２ポートをドレーン（流体の排出側）に接続すると、パイロット弁は第１ポートに接続される流体通路内の圧力差により開弁して第１流体室への流体の流入を許容し、第１流体室（第１ポート側）の圧力が第２流体室（第２ポート側）の圧力よりも高くなり、ロータは一方側の回転端に停止して位置決めされ、一方、第２ポートをポンプ（流体の供給側）に接続しかつ第１ポートをドレーン（流体の排出側）に接続すると、第２流体室（第２ポート側）の圧力が第１流体室（第１ポート側）の圧力よりも高くなり、すなわちパイロット弁は両ポート間の圧力差により開弁して第１流体室からの流体の流出を許容し、ロータは他方側の回転端に停止して位置決めされる。
ここで、ロータを流体圧により回転させる際に、第１流体室の圧力を高めるように回転を乱す外力が加わると、パイロット弁が閉弁してその外力に抵抗する力を生じ、ロータの回転速度又は回転位置が所定の値からずれるのを防止することができる。

上記構成をなす流体アクチュエータにおいて、ハウジングには、所定角度範囲の途中においてロータを停止させるべく、方向切換弁に接続されて収容室に連通すると共にロータにより開閉され得る中間ポートが設けられている、構成を採用することができる。
この構成によれば、中間ポートを遮断した状態で方向切換弁を駆動して、第１ポートをポンプ（流体の供給側）に接続しかつ第２ポートをドレーン（流体の排出側）に接続すると、パイロット弁は第１ポートに接続される流体通路内の圧力差により開弁して第１流体室への流体の流入を許容し、第１流体室（第１ポート側）の圧力が第２流体室（第２ポート側）の圧力よりも高くなり、ロータは一方側の回転端に停止して位置決めされ、一方、第２ポートをポンプ（流体の供給側）に接続しかつ第１ポートをドレーン（流体の排出側）に接続すると、第２流体室（第２ポート側）の圧力が第１流体室（第１ポート側）の圧力よりも高くなり、すなわちパイロット弁は両ポート間の圧力差により開弁して第１流体室からの流体の流出を許容し、ロータは他方側の回転端に停止して位置決めされる。
また、中間ポートをドレーン（流体の排出側）に接続した状態で方向切換弁を駆動して、第１ポート及び第２ポートをポンプ（流体の供給側）に接続すると、パイロット弁は圧力差により開弁（又は閉弁）しつつ、中間ポートと連通した状態にある第１流体室及び第２流体室の一方から中間ポートを通して流体が流出し、第１流体室と第２流体室の圧力がバランスした時点でロータが中間ポートを閉塞する。これにより、ロータはこの中間ポートに対応する所定角度範囲の途中位置に停止して位置決めされる。
このように、第１ポート及び第２ポートの他に中間ポートを設けるだけで、構造の簡素化、小型化、低コスト化を達成しつつ、ロータを回動範囲の両端以外の途中位置において、高精度に位置決めして停止させることができる。

上記構成をなす流体圧アクチュエータにおいて、第２ポートに接続される流体通路には、パイロット弁に対して、第２ポート側の圧力を導く圧力導入通路が接続されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、圧力導入通路を介することで、第２ポート側の圧力をパイロット弁に容易に導くことができるため、構造の簡素化を達成しつつ、経路を適宜選定することで圧力損失を抑制し第２ポート側の圧力を確実に導くことができる。

上記構成をなす流体圧アクチュエータにおいて、ハウジングは複数配列され、方向切換弁は、複数のハウジングの第１ポートに共通に接続される第１共通通路、複数のハウジングの第２ポートに共通に接続される第２共通通路、及び複数のハウジングの中間ポートに共通に接続される中間共通通路を介して、複数のハウジングと接続され、複数のハウジングの第１ポートと第１共通通路との間には、それぞれパイロット弁が設けられている、構成を採用することができる。
この構成によれば、第１共通通路、第２共通通路、及び中間共通通路を介して、共通の方向切換弁に対し複数のハウジングが並列に接続され、かつ、第１ポートに接続される流体通路にそれぞれパイロット弁が設けられているため、一つのハウジング内において外力等による圧力の変動が生じても、その変動が他のハウジングに伝播して影響を及ぼすのを防止することができる。

また、本発明に係るエンジンのバルブ駆動装置は、バルブの開閉タイミング及びリフト量を可変的に調整する調整機構と、調整機構を駆動する駆動機構を備えたエンジンのバルブ駆動装置であって、上記駆動機構は、カム作用を及ぼす板状カムと、板状カムを回転駆動する流体圧アクチュエータを含み、上記流体圧アクチュエータは、板状カムに連結されるベーン状のロータと、ロータを回動自在に密接して収容すると共にロータにより可変的に二分される第１流体室及び第２流体室を画定する収容室，ロータを所定角度範囲の回転端にそれぞれ停止させるべく第１流体室及び第２流体室に対する流体の流入及び流出を許容する第１ポート及び第２ポートを含むハウジングと、第１ポート及び第２ポートに接続されて第１流体室及び第２流体室に対する流体の流入及び流出を制御する方向切換弁を含み、第１ポートに接続される流体通路には、圧力差により開弁して第１流体室への流体の流入を許容すると共に、第１ポート側の圧力が第２ポート側の圧力より高いとき閉弁し、かつ、第１ポート側の圧力が第２ポート側の圧力より低いとき開弁して第１流体室からの流体の流出を許容するパイロット弁が設けられている、構成となっている。
この構成によれば、方向切換弁を駆動してロータを回転させると板状カムが回転し、この板状カムが調整機構にカム作用を及ぼし、調整機構はバルブの開閉タイミング及びリフト量を可変的に調整する。
ここで、ロータの駆動力により板状カムを回転させる際に、調整機構に（例えば、カムシャフトのカム荷重による）外力が作用して板状カムの回転を乱す、すなわち、第１流体室の圧力を高めるように回転を乱す外力が加わると、パイロット弁が閉弁してその外力に抵抗する力を生じ、ロータすなわち板状カムの回転速度又は回転位置が所定の値からずれるのを防止することができ、エンジンのバルブを所定のタイミングで開閉させ又所定のリフト量に調整することができる。

上記構成をなすバルブ駆動装置において、調整機構は、カムシャフトのカム部に接触する第１接触部を一端側にかつ吸気又は排気用のバルブに直接又は間接的に接触する第２接触部を他端側に有する揺動カムと、揺動カムをカムシャフトと平行な揺動軸線回りに揺動自在に支持しかつ揺動軸線をカムシャフトに近接及び離隔させるべく所定方向に移動自在に支持されて板状カムのカム作用を受ける可動ホルダを含む、構成を採用することができる。
この構成によれば、流体圧アクチュエータ（ロータ）の駆動力により板状カムが回転すると、可動ホルダがカム作用を受けて所定方向に移動し、揺動カムの揺動軸線とカムシャフト（の軸線）の距離を変化させる。これにより、揺動カムの第１接触部が（カムシャフトの）カム部と接触する領域及び位相と、揺動カムの第２接触部がバルブ（又はバルブリフタ）と接触する領域が変化し、バルブの開閉タイミング及びリフト量を可変的に変化させることができる。
ここで、揺動カムを支持する可動ホルダを駆動する駆動機構として、板状カム及び流体圧アクチュエータを採用するため、構造を簡素化でき、装置を小型化、低コスト化できる。また、可動ホルダ（すなわち揺動軸線）の位置決めは、その端面に接触してカム作用を及ぼす板状カムによるため、従来のような食い付きによる作動不能あるいはバックラッシュ等による位置決め不良等を生じることなく、確実に駆動することができる。

上記構成をなすバルブ駆動装置において、ハウジングには、所定角度範囲の途中においてロータを停止させるべく、方向切換弁に接続されて収容室に連通すると共にロータにより開閉され得る中間ポートが設けられている、構成を採用することができる。
この構成によれば、方向切換弁を駆動して、第１ポート、第２ポート、及び中間ポートの状態（ポンプ、ドレーン、クローズのいずれかの状態）を適宜選定することにより、ロータはこの中間ポートに対応する所定角度範囲の途中位置に停止して位置決めされる。すなわち、第１ポート及び第２ポートの他に中間ポートを設けるだけで、構造の簡素化、小型化、低コスト化を達成しつつ、ロータ及び板状カムを回動範囲の両端以外の途中位置において、高精度に位置決めして停止させることができる。
これにより、板状カムは、異なるリフト量をなす少なくとも三箇所の位置に位置決めされるため、調整機構（可動スライダ）に三段階のカム作用を及ぼすことができ、バルブの開閉タイミング及びリフト量を少なくとも三段階（例えば、低速、中速、高速）の運転状態に調整することができる。

上記構成をなすバルブ駆動装置において、第２ポートに接続される流体通路には、パイロット弁に対して、第２ポート側の圧力を導く圧力導入通路が接続されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、圧力導入通路を介することで、第２ポート側の圧力をパイロット弁に容易に導くことができるため、構造の簡素化を達成しつつ、経路を適宜選定することで圧力損失を抑制し第２ポート側の圧力を確実に導くことができる。

上記構成をなすバルブ駆動装置において、板状カム及び流体アクチュエータのハウジングは、カムシャフトに沿って複数配列され、方向切換弁は、複数のハウジングの第１ポートに共通に接続される第１共通通路、複数のハウジングの第２ポートに共通に接続される第２共通通路、及び複数のハウジングの中間ポートに共通に接続される中間共通通路を介して、複数のハウジングと接続され、複数のハウジングの第１ポートと第１共通通路との間には、それぞれパイロット弁が設けられている、構成を採用することができる。
この構成によれば、第１共通通路、第２共通通路、及び中間共通通路を介して、共通の方向切換弁に対し複数のハウジングが並列に接続され、かつ、第１ポートに接続される流体通路にそれぞれパイロット弁が設けられているため、一つのハウジング内において外力等による圧力の変動が生じても、その変動が他のハウジングに伝播して影響を及ぼすのを防止することができる。したがって、多気筒エンジンにおいて、駆動機構（板状カム及びロータを含むハウジング）が気筒ごとに設けられる場合、一つの気筒に対応するハウジングに生じた圧力変動が他の気筒に対応するハウジング内の圧力に影響を及ぼすのを防止、すなわち、全気筒におけるバルブの開閉駆動に影響を及ぼすのを防止できる。

上記構成をなす流体圧アクチュエータによれば、構造の簡素化、小型化、低コスト化等を達成しつつ、外部から逆向きの反力が作用してもロータを所望の角度位置に位置決めすることができ、又、回動範囲の両端以外の角度位置においてもロータを高精度に停止させる（位置決めする）ことができる。また、上記構成をなすエンジンのバルブ駆動装置によれば、構造の簡素化、小型化、低コスト化等を達成しつつ、カムシャフトによる反力を受けても、吸気用又は排気用のバルブの開閉タイミング及びリフト量を安定して高精度に可変的に調整（制御）することができる。

以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１ないし図７は、本発明に係る流体圧アクチュエータを備えたエンジンのバルブ駆動装置の一実施形態を示すものであり、図１は装置の分解斜視図、図２は装置の一部を示す部分斜視図、図３は装置の一部を示す部分平面図、図４は装置に含まれる流体圧アクチュエータの構成図、図５ないし図７は流体圧アクチュエータの動作を示す動作図である。

このバルブ駆動装置は、図１に示すように、ホルダブロック１０、ホルダブロック１０に対して所定方向Ｘに移動自在に支持された可動ホルダ２０、可動ホルダ２０に揺動自在に支持されると共にカムシャフト１のカム部１ａと吸気用又は排気用のバルブ２に連結されたバルブリフタ３との間に介在する２つの揺動カム３０、可動ホルダ２０に設けられてそれぞれの揺動カム３０に付勢力を及ぼす２つの捩りバネ４０、捩りバネ４０を支持するガイド筒５０、可動ホルダ２０にカム作用を及ぼす板状カム６０、板状カム６０を回転駆動する流体圧アクチュエータ１００等を備えている。
ここでは、可動ホルダ２０、揺動カム３０、捩りバネ４０等により、バルブ２の開閉タイミング及びリフト量を可変的に調整する調整機構が構成されており、又、可動ホルダ２０にカム作用を及ぼす板状カム６０、板状カム６０を回転駆動する流体圧アクチュエータ１００等により、調整機構を駆動する駆動機構が構成されている。

ホルダブロック１０は、図１に示すように、エンジンのシリンダヘッドに固定されるベース部１１、ベース部１１から直立して形成され流体圧アクチュエータ１００を固定するための固定部１２、可動ホルダ２０を所定方向Ｘ（ここでは、バルブ２の往復動方向に対して垂直な方向、すなわち、バルブリフタ３の上面に平行な方向）に移動自在に支持するガイド部１３等を備えている。
このように、ホルダブロック１０に対して、揺動カム３０及び捩りバネ４０を支持した可動ホルダ２０、板状カム６０を直結した流体圧アクチュエータ１００を組み付けることができるため、ホルダブロック１０を基準として、予め相互間の寸法精度を高精度に管理でき、要求される機械的強度を容易に確保でき、又、ホルダブロック１０を土台にして容易にモジュール化でき、全体として組付け作業性の向上、生産性の向上、製造コストの低減等を達成することができる。

可動ホルダ２０は、図１ないし図３に示すように、略直方体形状をなすブロック部２１、ブロック部２１の両端から延出する２つのシャフト部２２，２２を備えている。
ブロック部２１は、板状カム６０のカム部６１が接触して摺動する端面２１ａ、ガイド部１３を摺動自在に通すべく所定方向Ｘに伸長して形成された２つのガイド貫通孔２１ｂを画定している。
２つのシャフト部２２は、カムシャフト１の軸線Ｓ１と平行な揺動軸線Ｓ２を画定するように円柱状に形成され、その付根側寄りに（揺動軸線Ｓ２の方向においてブロック部２１に当接するように）揺動カム３０を外嵌させて揺動自在に支持し、その外側から捩りバネ４０を保持したガイド筒５０を外嵌させて支持するようになっている。

揺動カム３０は、図１及び図２に示すように、略Ｌ字状に形成されており、シャフト部２２に回動自在に外嵌される嵌合部３１、嵌合部３１から一端側に湾曲して延出するように形成されてカムシャフト１のカム部１ａに接触して摺動する第１接触部３２、嵌合部３１から他端側に湾曲して延出するように形成されてバルブリフタ３（の上面）に接触して摺動する第２接触部３３等を備えている。
すなわち、揺動カム３０は、カムシャフト１（カム部１ａ）とバルブリフタ３の間に介在して、カムシャフト１が回転すると、カム部１ａのカム作用により揺動して、バルブリフタ３（及びバルブ２）を開閉駆動し、又、その揺動軸線Ｓ２の位置（カムシャフト１の軸線Ｓ１からの離隔距離）に応じて、第１接触部３２がカム部１ａと接触するタイミング及び領域が変化し、それに伴って、第２接触部３３がバルブリフタ３の上面と接触する領域が変化して、バルブ２の開閉タイミング及びリフト量を連続的に変化させるようになっている。

捩りバネ４０は、図１及び図２に示すように、線状のバネ鋼を加工して形成されており、可動ホルダ２０のシャフト部２２にガイド筒５０を介して保持され、その一端が揺動カム３０の一部に掛止され、その他端がホルダブロック１０の一部に掛止されて、第１接触部３２がカムシャフト１のカム部１ａに常時接触するように、揺動カム３０を回転付勢し、又、可動ホルダ２０を板状カム６０に常時接触させるように付勢している。

板状カム６０は、図１ないし図３に示すように、薄板の略円板状に形成され、その周縁においてカム部６１を画定し、流体圧アクチュエータ１００の後述するロータ１２０に設けられた回転軸１２１に直結されている。尚、カム部６１は、例えば、３つの角度範囲において、それぞれリフト量が低リフト、中リフト、高リフトと異なるプロフィルをもつように形成されている。

流体圧アクチュエータ１００は、図４に示すように、円筒状をなすハウジング１１０、ハウジング１１０内に回動自在に収容されるロータ１２０、ハウジング１１０に接続される方向切換弁１３０、第１流体通路１４０、第２流体通路１５０、中間流体通路１６０、第１流体通路１４０に配置されたパイロット弁１７０、第２流体通路１５０内（すなわち第２ポート１１５側）の流体圧力をパイロット弁１７０に導く圧力導入通路１８０等を備えている。

ハウジング１１０は、図４に示すように、ロータ１２０を密接させつつ所定角度範囲において回動自在に収容すると共にロータ１２０により可変的に二分される第１流体室Ｃ１及び第２流体室Ｃ２を画定する収容室Ｃ、ロータ１２０を回動自在に支持する支軸１１１、ロータ１２０の一方側の回転端を規定する当接壁１１２、ロータ１２０の他方側の回転端を規定する当接壁１１３、当接壁１１２の近傍に形成された第１ポート１１４、当接壁１１３の近傍に形成された第２ポート１１５、ロータ１２０の回動範囲（所定角度範囲）の略中間位置に形成された中間ポート１１６等を備えている。

ロータ１２０は、図４に示すように、回動角度に応じて収容室Ｃを可変的に二分して第１流体室Ｃ１及び第２流体室Ｃ２を画定するように形成され、支軸１１１に嵌合されて回動自在に支持され、その先端面が、一端側の回転端に位置するとき第１ポート１１４を閉塞し，他端側の回転端に位置するとき第２ポート１１５を閉塞し，略中間位置に位置するとき中間ポート１１６を閉塞し得るように形成されている。また、ロータ１２０には、ハウジング１１０から突出して軸線方向Ｓ３に伸長する回転軸１２１が一体的に回転するように設けられている。回転軸１２１の先端側には、板状カム６０が一体的に回転するように連結されている。

方向切換弁１３０は、流体圧として例えば空気圧を用いる場合は空気圧回路を備えたものであり、流体圧として例えば油圧を用いる場合は油圧回路を備えたものである。
そして、方向切換弁１３０は、第１流体通路１４０を介して第１ポート１１４をポンプ（流体の供給側）又はドレーン（流体の排出側）に接続し、第２流体通路１５０を介して第２ポート１１５をポンプ（流体の供給側）又はドレーン（流体の排出側）に接続し、中間流体通路１６０を介して中間ポート１１６をドレーン（流体の排出側）に接続し又はクローズ（閉塞）するようになっている。

パイロット弁１７０は、図４に示すように、第１ポート１１４に接続される第１流体通路１４０に設けられており、一方向への流れを許容する一方向弁のように第１流体通路１４０内の圧力差により開弁して、図５（ａ）に示すように第１流体室Ｃ１への流体の流入を許容するようになっている。
また、パイロット弁１７０は、図４に示すように、圧力導入通路１８０を介して、第２流体通路１５０内の流体圧すなわち第２ポート１１５側の流体圧力を参照するようになっており、第１ポート１１４側の圧力が第２ポート１１５側の圧力より高いとき閉弁して、図５（ｂ）に示すように第１流体通路１４０を閉塞し、かつ、第１ポート１１４側の圧力が第２ポート１１５側の圧力より低いとき開弁して、図５（ｃ）に示すように第１流体室Ｃ１から第１流体通路１４０を通って流体が流出するのを許容するようになっている。

次に、上記流体圧アクチュエータ１００の動作について、図６及び図７を参照しつつ説明する。
先ず、ロータ１２０を反時計回りの回転端に回転させて位置決めするには、図６（ａ）に示すように、中間ポート１１６を閉塞（クローズ）した状態で、第２ポート１１５をドレーンに接続して第２流体室Ｃ２内の流体を排出すると同時に、第１ポート１１４をポンプに接続して第１流体室Ｃ１内に流体を流入させる。このとき、パイロット弁１７０は、第１流体通路１４０内の圧力差により開弁して、第１流体室Ｃ１内への流体の流入を許容する。
これにより、第１流体室Ｃ１内の流体圧力が第２流体室Ｃ２内の流体圧力よりも高くなり、ロータ１２０は反時計回りに回転付勢力を受けて回転し、当接壁１１３に当接して反時計回りの回転端に位置決めされる。

続いて、ロータ１２０を時計回りの回転端に回転させて位置決めするには、図６（ｂ）に示すように、中間ポート１１６を閉塞（クローズ）した状態で、第１ポート１１４をドレーンに接続して第１流体室Ｃ１内の流体を排出すると同時に、第２ポート１１５をポンプに接続して第２流体室Ｃ２内に流体を流入させる。このとき、パイロット弁１７０は、第１ポート１１４側の圧力が第２ポート１１５側の圧力よりも低いため開弁して、第１流体室Ｃ１からの流体の流出を許容する。
これにより、第２流体室Ｃ２内の流体圧力が第１流体室Ｃ１内の流体圧力よりも高くなり、ロータ１２０は時計回りに回転付勢力を受けて回転し、当接壁１１２に当接して時計回りの回転端に位置決めされる。

続いて、ロータ１２０を回動範囲の途中位置（中間位置）に回転させて位置決めするには、図７（ａ）に示すように、中間ポート１１６をドレーンに接続した状態で、第１ポート１１４をポンプに接続して第１流体室Ｃ１内に流体を流入させると同時に、第２ポート１１５をポンプに接続して第２流体室Ｃ２内に流体を流入させる。
ロータ１２０が、例えば図７（ａ）に示すように、反時計回りに片寄った角度位置にある場合、第１流体室Ｃ１内の流体は中間ポート１１６を通して排出され、第２流体室Ｃ２は流入する流体で圧力が上昇する。このとき、パイロット弁１７０は、第１流体通路１４０内の圧力差及び第１ポート１１４側の圧力と第２ポート１１５側の圧力差に応じて前述のような開閉動作を行う。
そして、第１流体室Ｃ１と第２流体室Ｃ２の圧力差により、ロータ１２０は時計回りに回転付勢力を受けて回転し始め、図７（ｂ）に示すように、その先端面が中間ポート１１６に臨む位置に至った（重なった）時点で中間ポート１１６を閉塞する。

これにより、中間ポート１１６からの流体の流出は止まり、第２流体室Ｃ２内の圧力は上昇して、第１流体室Ｃ１の圧力と釣り合ったところで、第１ポート１１４及び第２ポート１１５からの流体の流入が止まる。この中間位置（途中位置）に停止した状態において、第１流体室Ｃ１には、第１ポート１１４を介して方向切換弁１３０からの流体圧が作用しており、又、第２流体室Ｃ２には、第２ポート１１５を介して方向切換弁１３０からの流体圧が作用している。
ここで、仮に、ロータ１２０を中間位置から移動させるような外乱が加わっても、パイロット弁１７０はその外乱に抵抗する力を生じさせると共に、第１流体室Ｃ１及び第２流体室Ｃ２の圧力が自動的にバランスするように作動して、ロータ１２０は中間位置に位置決めされる。

上記のように、第１ポート１１４及び第２ポート１１５の他に中間ポート１１６を設けるだけで、構造の簡素化、小型化、低コスト化を達成しつつ、ロータ１２０を回動範囲の両端以外の途中位置（中間位置）において、高精度に位置決めして停止させることができる。尚、上記実施形態において、第１ポート１１４及び第２ポート１１５に対して、通路を所定の口径に絞るオリフィスを設けてもよい。この場合、相対的に中間ポート１１６の流路抵抗を減らすことができ、中間ポート１１６から流体を効率よく排出することができる。これにより、第１流体室Ｃ１と第２流体室Ｃ２の圧力差により生じるロータ１２０の回転力を大きくすることができる。

すなわち、上記流体圧アクチュエータ１００によれば、方向切換弁１３０を駆動して、第１ポート１１４をポンプ（流体の供給側）に接続しかつ第２ポート１１５をドレーン（流体の排出側）に接続すると、パイロット弁１７０は第１ポート１１４に接続される第１流体通路１４０内の圧力差により開弁して第１流体室Ｃ１への流体の流入を許容し、第１流体室Ｃ１（第１ポート１１４側）の圧力が第２流体室Ｃ２（第２ポート１１５側）の圧力よりも高くなり、ロータ１２０は反時計回りの回転端に停止して位置決めされ、一方、第２ポート１１５をポンプ（流体の供給側）に接続しかつ第１ポート１１４をドレーン（流体の排出側）に接続すると、第２流体室Ｃ２（第２ポート１１５側）の圧力が第１流体室Ｃ１（第１ポート１１４側）の圧力よりも高くなり、すなわちパイロット弁１７０は第１ポート１１４側の圧力と第２ポート１１５側の圧力との圧力差により開弁して第１流体室Ｃ１からの流体の流出を許容し、ロータ１２０は時計回りの回転端に停止して位置決めされる。
そして、ロータ１２０を流体圧により回転させる際に、第１流体室Ｃ１の圧力を高めるように回転を乱す外力が加わると、パイロット弁１７０が閉弁して、その外力に抵抗する力を生じ、ロータ１２０の回転速度又は回転位置が所定の値からずれるのを防止するようになっている。

上記パイロット弁１７０が抵抗する力を生じる作用について、図８ないし図１３を参照しつつ、以下に説明する。
先ず、図８に示すように、第１ポート１１４をポンプ（流体の供給側）に接続しかつ第２ポート１１５をドレーン（流体の排出側）に接続して、ロータ１２０を反時計回りに回転させて、板状カム６０を最大リフト側に回転させる。このとき、パイロット弁１７０は、第１流体通路１４０内の圧力差により開弁して、第１流体室Ｃ１への流体の流入を許容している。

この際に、図９に示すように、カムシャフト１が回転して、可動スライダ２０を板状カム６０にさらに押し付けるような（右向きの矢印で示す）反力を及ぼすと、板状カム６０にはロータ１２０の回転駆動力とは逆向きに（二点鎖線で示す時計回りに）回転させるようなトルクが加わる。
そして、第１流体室Ｃ１内の流体は圧縮され、第１流体室Ｃ１から第１ポート１１４の領域に満たされた流体の圧力は上昇する。これにより、第１ポート１１４側の圧力は第２ポート１１５側の圧力よりも高くなりかつ第１流体通路１４０において第１ポート１１４側の圧力が方向切換弁１３０側の圧力よりも高くなるため、パイロット弁１７０は閉弁して、図１０に示すように、ロータ１２０が時計回りに回転するのを防止する。
これにより、板状カム６０が流体圧アクチュエータ１００の駆動力以外の外力により乱されて逆向きに回転しようとするのを防止することができる。

一方、図１１に示すように、第２ポート１１５をポンプ（流体の供給側）に接続しかつ第１ポート１１４をドレーン（流体の排出側）に接続して、ロータ１２０を時計回りに回転させて、板状カム６０を最小リフト側に回転させる。このとき、パイロット弁１７０は、第１ポート１１４側の圧力が第２ポート１１５側の圧力よりも低くなるため開弁して、第１流体室Ｃ１からの流体の流出を許容している。

この際に、図１２に示すように、カムシャフト１が回転して、可動スライダ２０を板状カム６０にさらに押し付けるような（右向きの矢印で示す）反力を及ぼすと、板状カム６０にはロータ１２０の回転駆動力と同一の向きに（二点鎖線で示す時計回りに）回転させるようなトルクが加わる。
そして、第１流体室Ｃ１内の流体は圧縮され、第１流体室Ｃ１から第１ポート１１４の領域に満たされた流体の圧力は上昇する。これにより、第１ポート１１４側の圧力は第２ポート１１５側の圧力よりも高くなりかつ第１流体通路１４０において第１ポート１１４側の圧力が方向切換弁１３０側の圧力よりも高いため、パイロット弁１７０は閉弁して、図１３に示すように、ロータ１２０が時計回りに回転するのを防止する。
これにより、板状カム６０が流体圧アクチュエータ１００の駆動力以外の外力により乱されて過度に回転しようとするのを防止することができる。

図１４は、上記流体圧アクチュエータ１００が多気筒（ここでは、４気筒）エンジンに適用される場合を示すものであり、気筒ごとに一つの流体圧アクチュエータ１００が配置されている。尚、ここでは、４つの流体圧アクチュエータ１００が一つの方向切換弁１３０に並列に接続されている。
すなわち、バルブ駆動装置において、板状カム６０及び流体アクチュエータ１００のハウジング１１０は、４気筒エンジン用のカムシャフト１に沿って４つ配列されている。
そして、４つのハウジング１１０と一つの方向切換弁１３０は、第１共通通路２００、第２共通通路２１０、及び中間共通通路２２０を介してそれぞれ並列に接続されている。
そして、それぞれのハウジング１１０の第１ポート１１４に接続された第１流体通路１４０にそれぞれパイロット弁１７０が設けられ、又、それぞれのパイロット弁１７０に第２ポート１１５側の圧力を導く圧力導入通路１８０が接続されている。

第１共通通路２００は、図１４に示すように、４つのハウジング１１０のそれぞれの第１ポート１１４に接続される４つの第１流体通路１４０を相互に連通させるように接続している。
第２共通通路２１０は、図１４に示すように、４つのハウジング１１０のそれぞれの第２ポート１１５に接続される４つの第２流体通路１５０を相互に連通させるように接続している。
中間共通通路２２０は、図１４に示すように、４つのハウジング１１０のそれぞれの中間ポート１１６に接続される４つの中間通路１６０を相互に連通させるように接続している。

これによれば、第１共通通路２００、第２共通通路２１０、及び中間共通通路２２０を介して、共通の方向切換弁１３０に対し４つのハウジング１１０が並列に接続され、かつ、第１ポート１１４に接続される第１流体通路１４０にそれぞれパイロット弁１７０が設けられているため、一つのハウジング１１０内において外力（上述のようなカムシャフト１による反力）等による圧力の変動が生じても、その変動が他のハウジング１１０に伝播して影響を及ぼすのを防止することができる。
したがって、多気筒エンジンにおいて、駆動機構（板状カム６０及びロータ１２０を含むハウジング１１０）が気筒ごとに設けられる場合、一つの気筒に対応するハウジング１１０に生じた圧力変動が他の気筒に対応するハウジング１１０内の圧力に影響を及ぼすのを防止、すなわち、全気筒におけるバルブ２の開閉駆動に影響を及ぼすのを防止できる。

上記実施形態においては、流体圧アクチュエータをエンジンのバルブ駆動装置における駆動源として適用した場合を示したが、これに限定されるものではなく、回転駆動力を必要とするものであれば、その他の装置に適用することができる。
上記実施形態においては、ハウジング１１０に１つの中間ポート１１６を設けた場合を示したが、中間ポート１１６を設けない構成においてあるいは２つ以上の中間ポート１１６を設ける構成において、本発明に係るパイロット弁１７０を採用してもよい。
上記実施形態においては、流体圧アクチュエータ１００を構成するハウジング１１０を４つ配列した場合を示したが、これに限定されるものではなく、ハウジング１１０ごとにパイロット弁１７０を設ける限り、その他の複数のハウジング１１０を配列した構成において、本発明を採用してもよい。
上記実施形態においては、ハウジング１１０の第１ポート１１４に接続される第１流体通路１４０にパイロット弁１７０を設けることを前提に、第１流体室Ｃ１の圧力を高めるとき、板状カム６０がリフト量を最大にする方向に回転するように構成した場合を示したが、これに限定されるものではなく、逆に、第１流体室Ｃ１の圧力を高めるとき、板状カムがリフト量を最小にする方向に回転するようにした構成を採用してもよい。

以上述べたように、本発明の流体圧アクチュエータは、構造の簡素化、小型化、低コスト化等を達成しつつ、外部から逆向きの反力が作用してもロータを所望の角度位置に位置決めすることができ、又、回動範囲の両端以外の角度位置においてもロータを高精度に停止させる（位置決めする）ことができため、エンジンのバルブ駆動装置の駆動源として適用できるのは勿論のこと、ロータにより回転させられる被回転体を高精度な角度位置において停止及び位置決めする必要のある分野であれば、機械分野の駆動源としてだけでなく、電子機器等その他の分野の駆動源としても有用である。

本発明に係る流体圧アクチュエータを備えたエンジンのバルブ駆動装置の一実施形態を示す分解斜視図である。 図１に示すバルブ駆動装置の一部を示す部分斜視図である。 図１に示すバルブ駆動装置の一部を示す部分平面図である。 本発明に係る流体圧アクチュエータの一実施形態を示す構成図である。 （ａ），（ｂ），（ｃ）は、図４に示す流体圧アクチュエータに含まれるパイロット弁の動作を示す動作図である。 （ａ），（ｂ）は、図４に示す流体圧アクチュエータの動作を示す動作図である。 （ａ），（ｂ）は、図４に示す流体圧アクチュエータの動作を示す動作図である。 本発明に係るエンジンのバルブ駆動装置及び流体圧アクチュエータの動作を説明する部分平面図及び断面図である。 本発明に係るエンジンのバルブ駆動装置及び流体圧アクチュエータの動作を説明する部分平面図及び断面図である。 本発明に係るエンジンのバルブ駆動装置及び流体圧アクチュエータの動作を説明する部分平面図及び断面図である。 本発明に係るエンジンのバルブ駆動装置及び流体圧アクチュエータの動作を説明する部分平面図及び断面図である。 本発明に係るエンジンのバルブ駆動装置及び流体圧アクチュエータの動作を説明する部分平面図及び断面図である。 本発明に係るエンジンのバルブ駆動装置及び流体圧アクチュエータの動作を説明する部分平面図及び断面図である。 本発明に係る流体圧アクチュエータを複数配列した実施形態を示す構成図である。

符号の説明

１ カムシャフト
１ａ カム部
Ｓ１ カムシャフトの軸線
１０ ホルダブロック
１３ ガイド部
２０ 可動ホルダ（調整機構）
Ｓ２ 揺動軸線
３０ 揺動カム（調整機構）
３２ 第１接触部
３３ 第２接触部
４０ 捩りバネ（調整機構）
５０ ガイド筒
６０ 板状カム（駆動機構）
１００ 流体圧アクチュエータ（駆動機構）
１１０ ハウジング
Ｃ 収容室
Ｃ１ 第１流体室
Ｃ２ 第２流体室
１１２，１１３ 当接壁
１１４ 第１ポート
１１５ 第２ポート
１１６ 中間ポート
１２０ ベーン状のロータ
１２１ 回転軸
１３０ 方向切換弁
１４０ 第１流体通路
１５０ 第２流体通路
１６０ 中間流体通路
１７０ パイロット弁
１８０ 圧力導入通路
２００ 第１共通通路
２１０ 第２共通通路
２２０ 中間共通通路

Claims (9)

1. ベーン状のロータと、前記ロータを回動自在に密接して収容すると共に前記ロータにより可変的に二分される第１流体室及び第２流体室を画定する収容室，前記ロータを所定角度範囲の回転端にそれぞれ停止させるべく前記第１流体室及び第２流体室に対する流体の流入及び流出を許容する第１ポート及び第２ポートを含むハウジングと、前記第１ポート及び第２ポートに接続されて前記第１流体室及び第２流体室に対する流体の流入及び流出を制御する方向切換弁を備えた流体圧アクチュエータであって、
   前記第１ポートに接続される流体通路には、圧力差により開弁して前記第１流体室への流体の流入を許容すると共に、前記第１ポート側の圧力が前記第２ポート側の圧力より高いとき閉弁し、かつ、前記第１ポート側の圧力が前記第２ポート側の圧力より低いとき開弁して前記第１流体室からの流体の流出を許容するパイロット弁が設けられている、
   ことを特徴とする流体圧アクチュエータ。
2. 前記ハウジングには、前記所定角度範囲の途中において前記ロータを停止させるべく、前記方向切換弁に接続されて前記収容室に連通すると共に前記ロータにより開閉され得る中間ポートが設けられている、
   ことを特徴とする請求項１記載の流体圧アクチュエータ。
3. 前記第２ポートに接続される流体通路には、前記パイロット弁に対して、前記第２ポート側の圧力を導く圧力導入通路が接続されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の流体圧アクチュエータ。
4. 前記ハウジングは、複数配列され、
   前記方向切換弁は、前記複数のハウジングの第１ポートに共通に接続される第１共通通路、前記複数のハウジングの第２ポートに共通に接続される第２共通通路、及び前記複数のハウジングの中間ポートに共通に接続される中間共通通路を介して、前記複数のハウジングと接続され、
   前記複数のハウジングの第１ポートと前記第１共通通路との間には、それぞれ、前記パイロット弁が設けられている、
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載の流体圧アクチュエータ。
5. バルブの開閉タイミング及びリフト量を可変的に調整する調整機構と、前記調整機構を駆動する駆動機構を備えたエンジンのバルブ駆動装置であって、
   前記駆動機構は、カム作用を及ぼす板状カムと、前記板状カムを回転駆動する流体圧アクチュエータを含み、
   前記流体圧アクチュエータは、前記板状カムに連結されるベーン状のロータと、前記ロータを回動自在に密接して収容すると共に前記ロータにより可変的に二分される第１流体室及び第２流体室を画定する収容室，前記ロータを所定角度範囲の回転端にそれぞれ停止させるべく前記第１流体室及び第２流体室に対する流体の流入及び流出を許容する第１ポート及び第２ポートを含むハウジングと、前記第１ポート及び第２ポートに接続されて前記第１流体室及び第２流体室に対する流体の流入及び流出を制御する方向切換弁を含み、
   前記第１ポートに接続される流体通路には、圧力差により開弁して前記第１流体室への流体の流入を許容すると共に、前記第１ポート側の圧力が前記第２ポート側の圧力より高いとき閉弁し、かつ、前記第１ポート側の圧力が前記第２ポート側の圧力より低いとき開弁して前記第１流体室からの流体の流出を許容するパイロット弁が設けられている、
   ことを特徴とするエンジンのバルブ駆動装置。
6. 前記調整機構は、カムシャフトのカム部に接触する第１接触部を一端側にかつ吸気又は排気用のバルブに直接又は間接的に接触する第２接触部を他端側に有する揺動カムと、前記揺動カムを前記カムシャフトと平行な揺動軸線回りに揺動自在に支持しかつ前記揺動軸線を前記カムシャフトに近接及び離隔させるべく所定方向に移動自在に支持されて前記板状カムのカム作用を受ける可動ホルダを含む、
   ことを特徴とする請求項５記載のエンジンのバルブ駆動装置。
7. 前記ハウジングには、前記所定角度範囲の途中において前記ロータを停止させるべく、前記方向切換弁に接続されて前記収容室に連通すると共に前記ロータにより開閉され得る中間ポートが設けられている、
   ことを特徴とする請求項５又は６に記載のエンジンのバルブ駆動装置。
8. 前記第２ポートに接続される流体通路には、前記パイロット弁に対して、前記第２ポート側の圧力を導く圧力導入通路が接続されている、
   ことを特徴とする請求項５ないし７いずれかに記載のエンジンのバルブ駆動装置。
9. 前記板状カム及び前記流体アクチュエータのハウジングは、前記カムシャフトに沿って複数配列され、
   前記方向切換弁は、前記複数のハウジングの第１ポートに共通に接続される第１共通通路、前記複数のハウジングの第２ポートに共通に接続される第２共通通路、及び前記複数のハウジングの中間ポートに共通に接続される中間共通通路を介して、前記複数のハウジングと接続され、
   前記複数のハウジングの第１ポートと前記第１共通通路との間には、それぞれ、前記パイロット弁が設けられている、
   ことを特徴とする請求項７又は８に記載の流体圧アクチュエータ。
   

Images