JP2020118156A - カムシャフト・フォロワ機構 - Google Patents

Abstract

【課題】フォロア機構において、組立てを容易にする構造を提供すること。【解決手段】本発明によれば、略円筒状側壁と、側壁の第１の端部に配設された環状リップ部と、側壁上に配設された環状棚とを有する外側カップであって、環状棚がフォロワ機構の長手方向中心軸を横切る平面上に配設されている外側カップを含むフォロワ機構が提供される。内側カップが、内側カップから外向きに延びる環状リップと、一対のシャフト開口とを含み、リップは外側カップ内に配設され、それにより外側カップの環状棚に当接し、且つ内側カップのリップに当接する外側カップの環状リップによって外側カップに回転不能に固定される。シャフトがシャフト開口内に受け入れられ、またローラ・フォロワがシャフト上に回転可能に受けられ、それによりローラ・フォロワの一部が外側カップの環状リップ部を越えて軸方向外向きに延びている。【選択図】図２

Description

本出願は、２０１９年１月２５日に出願された米国仮特許出願第６２／７９６，９２９号の優先権を主張するものであり、その開示内容は参照により本明細書に組み込まれる。

本発明は一般に、フォロワ機構に関する。より詳細には、本発明は、フォロワ機構及びそれらの関連する位置合わせデバイスの、設計及び組立方法に関する。

フォロワ機構は多くの場合、エンジンのカムシャフトから１つ又は複数の吸気バルブ又は排気バルブに運動を伝達するために、内燃機関のバルブトレーンで使用される。カムシャフトが回転すると、フォロワ機構は、カムシャフト上の対応するローブから横向きの力及び下向きの力の両方を受けるが、バルブを開閉するために下向きの力のみバルブに伝達する。それによって、フォロワ機構は、バルブのバルブステムを曲げる、又はそうでなければ損傷させる可能性を低下させる。同様に、フォロワ機構は多くの場合、ガソリン直噴（ＧＤＩ）システムで使用されるカムシャフト駆動式の高圧燃料ポンプで使用される。

既存のバケット型フォロワ機構は通常、打ち抜かれたバケット又は冷間成形されたバケットのいずれかを含む。ローラ・フォロワは通常、例えば、ステーキング、スエージングなどによってバケットに直接固定されたシャフト上に支持されている。よって、バケットは荷重受け部材であり、したがって、熱処理及び研削などの作業を必要とする。同様に、フォロワ機構は多くの場合、バケットによって画定される開口に担持される何らかの形態の位置合わせデバイス（アライメント・デバイス）を有し、それにより、対応するボア内でのフォロワ機構の回転が防止される。知られている位置合わせデバイスの１つの実例は、フォロワ機構のバケットの開口に固定されるキノコ形状のピンである。そのようなピンは、それらの複雑な形状のため、製造が難しい可能性がある。同様に、バケットの必要な熱処理は、位置合わせデバイスを受ける開口の歪みを引き起こし、それによって組立てが難しくなる可能性がある。そのような位置合わせデバイスは多くの場合、締まり嵌めによってそれらの対応する開口に固定される。

本発明は、先行技術の構造及び方法の問題を認識し対処するものである。

本開示の１つの実施例は、ボアの長手方向中心軸に沿ってボア内で移動可能なフォロワ機構を提供し、当該機構は、略円筒状側壁を画定する内面及び外面、側壁の第１の端部に配設された環状リップ部、並びに側壁の内面上に配設された環状棚を有する外側カップであって、環状棚がフォロワ機構の長手方向中心軸を横切る平面上に配設される、外側カップと、内側カップであって、内側カップから外向きに延在する環状リップ、及び一対のシャフト開口を含み、内側カップのリップが、外側カップの環状棚に当接し、内側カップのリップに当接する外側カップの環状リップによって外側カップに回転不能に固定されるように、内側カップが外側カップ内に配設される、内側カップと、第１の端部及び第２の端部を有するシャフトであって、第１の端部及び第２の端部のそれぞれがシャフト開口のうちの対応する１つの中に配設される、シャフトと、ローラ・フォロワであって、ローラ・フォロワの一部が外側カップの環状リップ部を越えて軸方向外向きに延在するように、シャフト上に回転可能に受けられるローラ・フォロワとを含む。

本開示の別の実施例は、ボアを含むシリンダ・ヘッドと、シリンダ・ヘッド内で回転可能に支持される、少なくとも１つのローブを含むカムシャフトと、ポンプ・ステムを含む燃料ポンプと、シリンダ・ヘッドのボア内に摺動可能に配設されたフォロワ機構とを有する内燃機関組立体を提供し、フォロワ機構は、略円筒状側壁を画定する内面及び外面、側壁の第１の端部に配設された第１の環状リップ部、並びに側壁の内面上に配設された環状棚を有する外側カップであって、環状棚がフォロワ機構の長手方向中心軸を横切る平面上に配設される、外側カップと、内側カップであって、内側カップから外向きに延在する環状リップ、及び一対のシャフト開口を含み、内側カップのリップが、外側カップの環状棚に当接し、内側カップのリップに当接する外側カップの環状リップによって外側カップに回転不能に固定されるように、内側カップが外側カップ内に配設される、内側カップと、第１の端部及び第２の端部を有するシャフトであって、第１の端部及び第２の端部のそれぞれがシャフト開口のうちの対応する１つの中に配設される、シャフトと、ローラ・フォロワであって、ローラ・フォロワの一部が、外側カップの環状リップ部を越えて軸方向外向きに延在し、カムシャフトの少なくとも１つのローブに接触するように、シャフト上に回転可能に受けられ、また燃料ポンプのポンプ・ステムが内側カップに接触する、ローラ・フォロワとを含む。

本明細書に組み込まれて、本明細書の一部を構成する添付図面は、本発明の１つ又は複数の実施例を示して、説明とあわせて本発明の原理を説明することに役立つ。

当業者を対象とする、本発明の最良の形態を含む本発明の完全且つ実施可能な開示が、添付の図面を参照して本明細書において示される。

本開示によるフォロワ機構の実施例の斜視図である。 本開示によるフォロワ機構の実施例の斜視図である。 図１Ａ及び１Ｂに示されるフォロワ機構の分解斜視図である。 図１Ａ及び１Ｂに示されるフォロワ機構の断面図である。 図１Ａ及び１Ｂに示されるフォロワ機構の断面図である。 図１Ａ及び１Ｂに示されるフォロワ機構の断面図である。 図１Ａ及び１Ｂに示されるフォロワ機構の断面図である。 図１Ａ及び１Ｂに示されるフォロワ機構の内側カップの斜視図である。 図１Ａ及び１Ｂに示されるフォロワ機構の内側カップの斜視図である。 図１Ａ及び１Ｂに示されるフォロワ機構の外側カップの斜視図である。 図１Ａ及び１Ｂに示されるフォロワ機構を含む高圧燃料ポンプの部分断面図である。

本明細書及び図面において繰り返し使用される参照文字は、本開示による本発明の同一又は類似の構成（ｆｅａｔｕｒｅ）又は要素を表すように意図されている。

ここで、本発明の現在の好ましい実施例を詳細に参照し、これらの実施例のうちの１つ又は複数の実例が添付の図面に示される。各実例は、本発明の限定のためではなく、本発明の説明のために提示される。実際、本発明における修正及び変更を、本発明の範囲及び精神から逸脱することなく行うことができることは、当業者にとって明らかであろう。例えば、１つの実施例の一部として図示又は説明される特徴が別の実施例において使用されて、さらに他の実施例をもたらしてもよい。よって、本発明は、添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物の範囲内で生じるような修正及び変更を含むことが意図されている。

ここで図を参照すると、図１Ａ〜３Ｄに示されるように、本開示によるフォロワ機構１００の実施例は、略円筒状外側カップ１２０と、その中に受けられた内側カップ１４０と、内側カップ１４０によって支持されたローラ・フォロワ１６０と、外側カップ１２０に形成されたスロット１２２を通って延在する位置合わせデバイス１４２とを含む。図６に示されるように、フォロワ機構１００は、内燃機関の高圧燃料ポンプ１８０で使用されるが、フォロワ機構１００を他で使用することが可能である。エンジンのカムシャフト１８２が回転すると、カムシャフト１８２のローブ１８４、又はカムシャフト１８６に接続されたロッカー・アーム（図示せず）は、フォロワ機構１００のローラ・フォロワ１６０に係合して、カムシャフト１８２の回転運動を、対応するシリンダ・ヘッド１８８のボア１８６内のフォロワ機構１００の直線運動に変換する。ポンプ１８０のポンプ・ステム１９０がフォロワ機構１００内に位置付けられてフォロワ機構１００に接続され、それにより、フォロワ機構１００がボア１８６の中で直線方向に移動すると、ポンプ・ステム１９０は、ばね１９２によって（図示されるように）左に、またフォロワ機構１００によって右に、交互に移動する。それによって、カムシャフト１８２からの力は、ポンプ・ステム１９０の運動と略同方向の力のみがポンプ１８０に作用するように、フォロワ機構１００を通してポンプ１８０に伝達される。さらに、フォロワ機構１００は、カムシャフト１８２とポンプ１８０との間のねじり振動絶縁装置として働き、回転力の伝達を阻止する。示されるように、位置合わせデバイス１４２（図１Ａ）は、外向きに延在するタブであり、その一部は、ボア１８６の内壁によって画定された、対応して形づくられた位置合わせ溝（図示せず）に摺動可能に受け入れられる。

さらに図５を参照すると、外側カップ１２０は、円筒状外面１２４と、円筒状外面１２４と略同心の円筒状内面１２６と、位置合わせデバイス１４２を摺動可能に受けるための、環状リップ１２８に画定されたスロット１２２とを含む。示されるように、スロット１２２は略Ｕ字形であり、平坦な底縁１２２ａを有する。しかしながら、底縁１２２ａは、半円状、曲線状などの形状であってもよい。外側カップ１２０は好ましくは、マルチステーション移送又は順送型プレスを使用する打抜き加工又は深絞り加工によって、低炭素、中炭素、又は高炭素の普通鋼又は合金鋼のシート・メタル・ブランクから形成され、この場合において、スロット１２２は好ましくはピアシングによって形成されるが、それは機械加工されてもよく、又は別の方法で外側カップ１２０に切り込まれてもよい。さらに、外側カップ１２０は、その両端部のそれぞれに形成された環状リップ１２８及び１３４を含む。環状リップ１２８は、外側カップ１２０の残りの側壁よりも半径方向に薄く、それによって環状棚１３０を形成している。フォロワ機構１００を完全に組み立てる前に、環状リップ１２８は、外側カップ１２０の長手方向中心軸１３２と平行に軸方向に、外面的に延在し、その一方で、環状棚１３０は、長手方向中心軸１３２を横切る平面内にある。ローラ・フォロワの他の構成要素が好ましくは、環状リップ１２８が配設される端部から外側カップ１２０に入れられるので、外側カップ１２０を形成するとき、環状リップ１３４は最初に、径方向内向きに従属して形成されてもよい。

さらに図４Ａ及び４Ｂを参照すると、内側カップ１４０は好ましくは、２つの対向する湾曲部１４３を含む側壁１４４であって、２つの湾曲部１４３の間に２つの平行な側部１５５が延在する側壁１４４と、半球状底部１４６と、側壁１４４の上側周縁から径方向外向きに延在する上リップ１４８と、側壁１４４によって画定された一対のシャフト開口１５０と、側壁の湾曲部１４３のうちの１つから外向きに延在する位置合わせタブ１４２とを含む。図１Ａ、３Ａ、及び３Ｂで最もよく分かるように、外側カップ１２０に完全に挿入されたとき、内側カップ１４０の上リップ１４８は外側カップ１２０の環状棚１３０上に載り、位置合わせタブ１４２は位置合わせスロット１２２を通って外向きに延在する。なお、スロット１２２は、位置合わせタブ１４２をその中に直接滑り込ませることができるように環状リップ１２８の周縁で開いているので、内側カップ１４０は、傾斜させることなく、直接、外側カップ１２０に挿入することができる。なお、代替的な実施例において、スロット１２２は、連続的な周縁を有する開口と置き換えられてもよい。

内側カップ１４０は、外側カップ１２０に完全に挿入されて、位置合わせタブ１４２によって回転的に位置決めされると、例えばクリンピング、スピンカーリング、パンチ成形などによって環状リップ１２８を内向きに折り曲げて上リップ１４８を環状リップ１２８と環状棚１３０との間に回転不能に規制することにより、内部に保持される。なお、図３Ｄに示されるように、代替的な実施例においては、スペーサ１２９が、環状リップ１２８と環状棚１３０との間に位置付けられてもよい。スペーサ１２９は、リップ１２８と棚１３０との間の任意の潜在的な隙間が最小化されるという保証を支援する。スペーサ１２９は好ましくは、プラスチック又は類似の材料から形成される。なお、外側カップ１２０はローラ・フォロワ１６０のシャフト１６２を直接支持しないので、知られているフォロワ機構の外側カップに対して通常行われる熱処理プロセスは必要ない。よって、環状リップ１２８に対して行われる折り曲げ／クリンピング作業は容易になる。しかしながら、外側カップ１２０の熱処理が摩耗に関する目的のために望ましい用途においては、位置合わせスロット１２２が形成された後に、熱処理プロセスが行われる。次に、熱処理プロセスの後、環状リップ１２８の内向きへの折り曲げ、クリンピングなどの前に、環状リップ１２８は、作業を容易にして、ひび割れ防止を支援するために焼き戻される。

好ましくは、内側カップ１４０は、打抜き加工又は絞り加工によってシート・メタル・ブランクから形成され、フォロワ機構１００のシャフト１６２を直接支持するように、熱処理プロセスを受ける。最初に、内側カップ１４０が形成されるとき、側壁１４４は略円筒状である。しかしながら、熱処理プロセスの前に、平坦な側部１４５が形成され、２つの対向する湾曲部１４３の間で延在する側部１４５になる。同様に、熱処理プロセスの前に、シャフト開口１５０が、内側カップ１４０の平坦な側部１４５に穿孔される。注油開口１５４も、任意の熱処理プロセスの前に、内側カップ１４０の半球状底部１４６に穿孔される。示されるように、位置合わせタブ１４２は、対応するシリンダ・ヘッド１８８（図６）に形成される位置合わせ溝（図示せず）に対応して形づくられる丸い遠位端を含む。示されないが、第１の実施例（図１Ａ及び１Ｂ）と同様に、半球状底部１４６の一部を平坦にし、それによって、フォロワ機構１００の長手方向中心軸１３２に垂直である底壁を形成してもよい。

図２で最もよく分かるように、ローラ・フォロワ１６０は、シャフト１６２と、アウターレース１６６と、レース１６６がシャフト１６２のまわりに自由に回転可能であるようにシャフト１６２とアウターレース１６６との間に配設される複数のローラ１６４とを含む。シャフト１６２の両端部は、内側カップ１４０のシャフト開口１５０に受け入れられる。組み立てられたとき、ローラ・フォロワ１６０は、図６に示されるように、レース１６６の外面がカムシャフト１８２の対応するローブ１８４に係合するように、外側カップ１２０の上縁を越えて軸方向外向きに延在する。好ましくは、シャフト開口１５０の直径は、シャフト１６２がその中で自由に回転することができるように、シャフト１６２の直径よりわずかに大きい。或いは、シャフト１６２の両端部は、内側カップ１４０へとステーキング加工、スエージング加工などされて、内側カップ１４０に対する回転が防止される。なお、シャフト１６２がシャフト開口１５０内で自由に回転することができるとき、シャフト１６２の軸方向運動は、いずれかの端部における外側カップ１２０の内面１２６との当接によって制限される。なお、前に述べた実施例とは異なり、内側カップ１４０の平行な側部１５５の平坦な内面により、ローラ１６４の両端部において、ワッシャは不要となる。好ましくは、環状のベベル・エッジ１６８が、アウターレース１６６の両端部に設けられ、それによりアウターレース１６６の全体的な大きさを最大化すること、さらに内側カップ１４０の丸い底角部と接触しないようにすることが可能となる。

本発明の１つ又は複数の好ましい実施例が上で説明されたが、本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、本発明においてさまざまな修正及び変更を行うことができることは、当業者によって理解されるべきである。本発明は、添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物の範囲及び精神内で生じるような修正及び変更を含むことが意図されている。

Claims (15)

1. ボアの長手方向中心軸に沿って前記ボア内で移動可能なフォロワ機構において、
   実質的に円筒状の側壁を画定する内面及び外面、前記側壁の第１の端部に配設された第１の環状リップ部、並びに前記側壁の前記内面上に配設された環状棚を有する外側カップであって、前記環状棚は、前記フォロワ機構の長手方向中心軸を横切る平面内に配設されている、外側カップと、
   内側カップであって、前記内側カップから外向きに延在する環状リップ、及び一対のシャフト開口を含み、前記内側カップは前記外側カップ内に配設され、それにより前記内側カップの前記リップは、前記外側カップの前記環状棚に当接し、且つ前記内側カップの前記リップに当接する前記外側カップの前記環状リップによって前記環状棚に回転不能に固定される、内側カップと、
   第１の端部及び第２の端部を有するシャフトであって、前記第１の端部及び前記第２の端部のそれぞれが前記シャフト開口のうちの対応する１つの中に配設される、シャフトと、
   前記シャフト上に回転可能に受けられたローラ・フォロワであって、それにより前記ローラ・フォロワの一部が前記外側カップの前記環状リップ部を越えて軸方向外向きに延びる、ローラ・フォロワと
   を有するフォロワ機構。
2. 前記ローラ・フォロワが複数のローラとアウターレースとをさらに有し、
   前記複数のローラが前記シャフトの外面と前記アウターレースの内面の間に配設されている、請求項１に記載のフォロワ機構。
3. 前記外側カップの前記第１の環状リップに画定されたスロットであって、前記第１の環状リップの上側周縁から下向きに延びるスロットと、
   前記内側カップの側壁から外向きに延びる位置合わせデバイスと
   をさらに有し、
   前記位置合わせデバイスが前記外側カップの前記スロットを通って延びる、請求項１に記載のフォロワ機構。
4. 前記位置合わせデバイスがタブである、請求項３に記載のフォロワ機構。
5. 前記内側カップの前記側壁が、２つの対向する湾曲部と、それらの間に延びる２つの平行な側部とを有し、前記位置合わせデバイスは、前記湾曲部のうちの対応する１つから外向きに延びる、請求項３に記載のフォロワ機構。
6. ボアを含むシリンダ・ヘッドと、
   前記シリンダ・ヘッド内で回転可能に支持される、ローブを含むカムシャフトと、
   ポンプ・ステムを含む燃料ポンプと、
   前記シリンダ・ヘッドの前記ボア内に摺動可能に配設されたフォロワ機構と
   を有する内燃機関組立体であって、
   前記フォロワ機構が、
   実質的に円筒状の側壁を画定する内面及び外面、前記側壁の第１の端部に配設された第１の環状リップ部、並びに前記側壁の前記内面上に配設された環状棚を有する外側カップであって、前記環状棚は、前記フォロワ機構の長手方向中心軸を横切る平面上に配設されている、外側カップと、
   内側カップであって、前記内側カップから外向きに延びる環状リップ、及び一対のシャフト開口を含み、前記内側カップは前記外側カップ内に配設され、それにより前記内側カップの前記リップは、前記外側カップの前記環状棚に当接し、且つ前記内側カップの前記リップに当接する前記外側カップの前記環状リップによって前記回転棚に回転不能に固定される、内側カップと、
   第１の端部及び第２の端部を有するシャフトであって、前記第１の端部及び前記第２の端部のそれぞれが前記シャフト開口のうちの対応する１つの中に配設される、シャフトと、
   前記シャフト上に回転可能に受けられたローラ・フォロワであって、それにより前記ローラ・フォロワの一部が前記外側カップの前記環状リップ部を越えて軸方向外向きに延びて前記カムシャフトの前記ローブに接触し、また前記燃料ポンプの前記ポンプ・ステムが前記内側カップに接触している、ローラ・フォロワと
   を有している、内燃機関組立体。
7. 前記ローラ・フォロワが複数のローラとアウターレースとをさらに有し、
   前記複数のローラが前記シャフトの外面と前記アウターレースの内面の間に配設されている、請求項６に記載の内燃機関組立体。
8. 前記外側カップの前記第１の環状リップに画定されたスロットであって、前記第１の環状リップの上側周縁から下向きに延びるスロットと、
   前記内側カップの側壁から外向きに延びる位置合わせデバイスと
   をさらに有し、
   前記位置合わせデバイスが前記外側カップの前記スロットを通って延びる、請求項６に記載の内燃機関組立体。
9. 前記位置合わせデバイスがタブである、請求項６に記載の内燃機関組立体。
10. 前記内側カップの前記側壁が、２つの対向する湾曲部と、それらの間に延びる２つの平行な側部とを有し、前記位置合わせデバイスは、前記湾曲部のうちの対応する１つから外向きに延びる、請求項６に記載の内燃機関組立体。
11. ボアの長手方向中心軸に沿って前記ボアの中で移動可能なフォロワ機構において、
    第１の端部、第２の端部、並びにそれらの間に延びる内面及び外面を有する側壁と、前記側壁の前記第１の端部に配設された第１の環状リップ部と、前記側壁の前記内面上に配設された環状棚とを有する外側カップであって、前記環状棚は、前記フォロワ機構の長手方向中心軸を横切る平面上に配設されている、外側カップと、
    内側カップであって、前記内側カップから外向きに延びる環状リップ、及び一対のシャフト開口を含み、前記内側カップは前記外側カップ内に配設され、それにより前記内側カップの前記リップは前記外側カップの前記環状棚に当接し、且つ前記外側カップの前記環状リップが前記内側カップの前記リップに当接する、内側カップと、
    第１の端部及び第２の端部を有するシャフトであって、前記第１の端部及び前記第２の端部のそれぞれが前記シャフト開口のうちの対応する１つの中に配設される、シャフトと、
    前記シャフト上に回転可能に受けられたローラ・フォロワであって、それにより前記ローラ・フォロワの一部が前記外側カップの前記環状リップ部を越えて軸方向外向きに延びる、ローラ・フォロワと
    を有する、フォロワ機構。
12. 前記ローラ・フォロワが複数のローラとアウターレースとをさらに有し、
    前記複数のローラが前記シャフトの外面と前記アウターレースの内面の間に配設されている、請求項１１に記載のフォロワ機構。
13. 前記外側カップの前記第１の環状リップに画定されたスロットであって、前記第１の環状リップの上側周縁から下向きに延びるスロットと、
    前記内側カップの側壁から外向きに延びる位置合わせデバイスと
    をさらに有し、
    前記位置合わせデバイスが前記外側カップの前記スロットを通って延びる、請求項１１に記載のフォロワ機構。
14. 前記位置合わせデバイスがタブである、請求項１３に記載のフォロワ機構。
15. 前記内側カップの前記側壁が、２つの対向する湾曲部と、それらの間に延びる２つの平行な側部とを有し、前記位置合わせデバイスは、前記湾曲部のうちの対応する１つから外向きに延びる、請求項１３に記載のフォロワ機構。