JP2871194B2

JP2871194B2 - カム軸のシザーズギヤ機構

Info

Publication number: JP2871194B2
Application number: JP19500091A
Authority: JP
Inventors: 博也藤田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1991-07-10
Filing date: 1991-07-10
Publication date: 1999-03-17
Anticipated expiration: 2014-03-17
Also published as: JPH0518456A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カム軸に備えられたシ
ザーズギヤ機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６に示すように、ダブルオーバヘッド
カムシャフト型エンジンでは、２本のカム軸２、４のう
ち、一方のカム軸２のみをクランク軸６から駆動し、こ
の一方のカム軸２を駆動側とし、他方のカム軸４を被駆
動側として、ギヤ８、１０により、駆動側カム軸２から
被駆動側カム軸４に動力を伝達するようにしたものがあ
る。

【０００３】そして、被駆動側カム軸４のギヤ１０とし
て、シザーズギヤ機構を用いたものがある（たとえば、
実開昭６２−１１９５６３号公報）。ここで、シザーズ
ギヤ機構１０とは、ギヤを軸方向に２つのギヤエレメン
ト（ドリブンギヤ、サブギヤ）に分割し、両ギヤエレメ
ントをばねによって周方向に連結して周方向に互いに振
動可能とし、ドライブギヤ８の歯をシザーズギヤ機構１
０の２つのギヤエレメントの歯で挟み込んで、ギヤバッ
クラッシュをとるようにしたギヤ機構を云う。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のカム軸
のシザーズギヤ機構には、次の問題があった。シザーズ
ギヤ機構がカム軸端部に配置されず、気筒間に配置され
た場合、サブギヤは少なくとも１個のカムロブを通り越
して組付けされなければならない。そのため、カムロブ
の長径はサブギヤ内周で制約を受けることになり、した
がって、カムベース円およびバルブリフトが制約され
る。

【０００５】また、カム軸本体に圧入されるドリブンギ
ヤは、従来、カム軸本体のフランジ状のストッパにより
長手方向の位置決めをされている。サブギヤはドリブン
ギヤと同方向に装着されるが、サブギヤとカム軸本体の
はめ合いは、シザーズギヤ機構の機能上、すき間ばめで
ある必要があり、カム軸本体側にドリブンギヤの圧入に
よる傷付き、かじり等があってはならない。そのため、
サブギヤのはめ合い部の径はドリブンギヤの圧入径より
も小さい径とされていた。カム軸ピッチが狭い場合、ギ
ヤ径も小さくなり、ドリブンギヤの内部にシザーズスプ
リングのスペースをとると、ドリブンギヤの内径はある
大きさ以下にきまり、サブギヤは上記の理由で内径がさ
らに小さくなる。これがカムロブの長径を制約する。

【０００６】本発明の目的は、カムロブの長径を増大で
きるカム軸のシザーズギヤ機構を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のカム軸のシザーズギヤ機構は、次のように
構成されている。すなわち、カム軸本体の気筒間部位に
固定されて前記カム軸本体と一体に回転するドリブンギ
ヤ、前記ドリブンギヤに隣接され前記カム軸本体に隙間
嵌めされたサブギヤ、および前記ドリブンギヤと前記サ
ブギヤとを周方向に連結するスプリング、から成るカム
軸のシザーズギヤ機構において、ｓｉｎθ＝ｌ／ｌ′ ただし、 θ：前記サブギヤの回転軸芯を通り前記スプリングの作
用力と反対方向に延びる軸線に対する位相角ｌ：前記サブギヤの中心から前記スプリングの作用点ま
での距離ｌ′：前記サブギヤの中心からギヤ作用線までの距離で特定される±θの範囲を除く、前記サブギヤの内周部
に、サブギヤ内周円から半径方向外方に後退する凹部を
形成したことを特徴とするカム軸のシザーズギヤ機構。

【０００８】

【作用】上記±θの範囲を除く部位は、サブギヤの内周
部のうち荷重を受けない部位に対応する。この部位に凹
部を設けることによって、凹部の量だけ従来よりもカム
ロブとの干渉を避けることができ、カムロブの長径を増
大できる。

【０００９】

【実施例】以下に、本発明に係るカム軸のシザーズギヤ
機構の望ましい実施例を、図１−図５を参照して説明す
る。図１において、４は図６に示した被駆動側カム軸４
と同様な被駆動側カム軸本体で、気筒間に相当する部位
に、シザーズギヤ機構１０から成るドリブンギヤが装着
され、図６に示した駆動側カム軸２のドライブギヤ８と
シザーズギヤ機構１０とを噛合させることにより、動力
が駆動側カム軸２から被駆動側カム軸４に伝達されるよ
うになっている。

【００１０】シザーズギヤ機構１０は、カム軸本体４の
気筒間に相当する部位に固定されてカム軸本体４と一体
に回転するドリブンギヤ１２、ドリブンギヤ１２にギヤ
軸方向に隣接されカム軸本体４に遊嵌（すきま嵌め）さ
れたサブギヤ１４、およびドリブンギヤ１２とサブギヤ
１４とを周方向に連結するスプリング１６から成る。

【００１１】スプリング１６は周方向にほぼ１周延び、
一端でドリブンギヤ１２に固定されるピン１８と当接
し、他端でサブギヤ１４に固定されたピン２０と当接し
ている（図２参照）。ドリブンギヤ１２のサブギヤ１４
側側面には軸方向に凹まされた環状の凹部３２が形成さ
れており、スプリング１６はそこに収納されている。こ
のスプリング１６による連結により、サブギヤ１４はド
リブンギヤ１２と共に回転しつつドリブンギヤ１２に対
して回転方向に微小振動し、ドリブンギヤ１２の歯とサ
ブギヤ１４の歯は、はさみ（シザーズ）のようにドライ
ブギヤ８（図６参照）の歯を挟み、バックラッシュをと
る。このためギヤ騒音が低減される。

【００１２】カム軸本体４には軸方向に延びる油通路２
２が設けられ、サブギヤ装着部には、油通路２２からカ
ム軸本体外周面まで延びてサブギヤ装着部に油を供給す
る給油穴２４が設けられている。

【００１３】サブギヤ１４は外周に歯が形成された環状
の歯車で、内周部に、サブギヤ内周円２６から半径方向
外方に後退する凹部２８が形成されている。サブギヤ１
４には、ドライブギヤ８からの反力およびスプリング１
６からの力がかかり、これらの合力がカム軸本体４から
の反力によって支持される。したがって、サブギヤ１４
のカム軸本体４との接触面にはカム軸本体４からの反力
がかかる。そして、凹部２８はこのカム軸本体からの反
力がかかる部位を除いたサブギヤ内周部位に形成されて
いる。これを、図３−図５を参照してさらに詳しく説明
する。

【００１４】図３において、サブギヤ１４はピン２０の
位置でスプリング１６からの一定のスプリング力Ｆｓ
（ベクトル量）を受ける。一方、サブギヤ１４はドライ
ブギヤ８からの反力を受けるが、このドライブギヤ８か
らの反力は、スプリング力Ｆｓが作用する方向を固定し
て見た場合、図３に示すように、Ｆｇ₁から、Ｆｇ₂、
Ｆｇ₃、・・・、Ｆｇ₈（ベクトル量）と回転してい
く。これに伴ない、ＦｓとＦｇｎ（ｎ＝１、２、・・
・、８）の合力は、図４に示すように、Ｆ₁、Ｆ₂、・
・・、Ｆ₈（ベクトル量）と大きさと方向が変ってい
く。したがって、サブギヤ内周とカム軸本体４の着力点
は、図５の点Ａ−Ｂ間を往復運動する。そして、荷重も
Ｆ₁、Ｆ₂、・・・、Ｆ₈（ベクトル量）と変化する。

【００１５】図３で、加減速によるサブギヤ１４の慣性
力を無視できるとすると、 │Ｆｓ│×ｌ＝│Ｆｇｉ│×ｌ′、ｉ＝１、２、３、・・・ │Ｆｇｉ│＝│Ｆｓ│×ｌ／ｌ′・・・（１）ただし、ｌ：ギヤ中心とシザーズスプリング作用点間の距離ｌ′：ギヤ中心とギヤ作用線間の距離（インボリュート
歯車の場合は基礎円半径）

【００１６】ｌ′＜ｌの場合、図４のＯ点が円の中に入
り、合力Ｆｉ（ｉ＝１、２、３、・・・）は全方向を向
くことになり、図５で荷重を受けない範囲はなくなる。
ｌ′≧ｌの場合、図４および図５より、荷重を受ける範
囲ＡＢの中心角ＡＯＢの大きさを２θとすると、｜Ｆｇｉ｜＝｜Ｆｓ｜ｓｉｎθ、（０≦θ≦９０°）（１）式より、｜Ｆｓ｜×ｌ／ｌ′＝｜Ｆｓ｜ｓｉｎθ ｓｉｎθ＝ｌ／ｌ′（≦１）となる。

【００１７】したがって、サブギヤ１４内周に凹部を設
ける条件は、ｌ′≧ｌ、かつ角∠ＡＯＢ＝２θのとき、ｓｉｎθ＝ｌ／ｌ′（ただ
し、０≦θ≦９０°）となる弧ＡＢの範囲外に凹部を設
けることである。なお、ｌ′≧ｌなら、角ＡＯＢ≦１８
０°なので、図５の円の右半分であれば、凹部をどこに
設けてもよい。

【００１８】次に、作用を説明する。被駆動側カムシャ
フトはドライブギヤ８、シザーズギヤ機構１０を介して
駆動される。このとき、シザーズギヤ機構１０のサブギ
ヤ１４は、ドライブギヤ８からの噛合反力と、スプリン
グ１６からのスプリング力とを受け、その合力に対する
つり合い力をカム軸本体４から受ける。そして、カム軸
本体４からの反力の着力点は、図５の弧ＡＢに限定され
る。サブギヤ１４の内周部の凹部２８は弧ＡＢを除く部
位に形成されているので、サブギヤ１４の内周に凹部を
形成しても、サブギヤ支持上支障は生じない。

【００１９】凹部２８はサブギヤ１４内周部に形成する
ことによって、図２に示すように、カムロブ３０との干
渉を避けることができ、かつカムロブ３０の直径を従来
よりも増大できる。シザーズギヤ機構１０をカム軸４の
気筒間に相当する部位に設けた場合、サブギヤ１４はカ
ムロブを乗り越えて取付けられなければならない。図２
の例で、もし凹部２８がなければ、カムロブはサブギヤ
内周に干渉するので取付け不可能となるが、凹部２８を
設けてあるので、干渉が防がれ、サブギヤ１４の組付け
が可能かつ容易となっている。また、凹部２８の弧面と
干渉しない範囲で、カムロブ３０の長径を増大できる。

【００２０】従来はサブギヤとカムロブの干渉を防ぐに
は、サブギヤしたがってシザーズギヤの外径を大にして
ギヤ内径を大にするしか方法がなかった。しかし、凹部
２８をサブギヤ１４に設けることによってサブギヤとカ
ムロブとの干渉が防止できることが分ったので、逆にギ
ヤ外径のコンパクト化が可能となる。したがって、駆動
側カム軸と被駆動側カム軸とのピッチも小にでき、バル
ブ挟み角の縮小も容易で、燃焼室をコンパクト化でき
る。

【００２１】また、サブギヤ１４に凹部２８を設けたこ
とによりその分だけギヤは軽量化される。またサブギヤ
１４の凹部２８と向き合うカム軸本体ボス部も、荷重が
かからない部位のため、肉盗みすることで、さらに軽量
にできる。これらはカム軸のバランス取りに利用でき
る。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、カム軸のシザーズギヤ
機構において、ｓｉｎθ＝ｌ／ｌ′で規定される±θの
範囲を除くサブギヤの内周部に、凹部を設けたので、カ
ムロブ長径を増大化でき、さらにはカム軸ピッチの縮小
化、燃焼室のコンパクト化等をはかることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るカム軸のシザーズギヤ
機構の分解斜視図である。

【図２】図１のシザーズギヤ機構のＡ矢視図である。

【図３】サブギヤにかかるスプリング力とドライブギヤ
反力のベクトル図である。

【図４】サブギヤにかかるスプリング力とドライブギヤ
反力との合力のベクトル図である。

【図５】サブギヤ内周とカム軸本体に働らく反力のベク
トル図である。

【図６】シザーズギヤ機構を装着したダブルオーバヘッ
ドカムシャフトエンジンの透視斜視図である。

【符号の説明】

４カム軸本体８ドライブギヤ１０シザーズギヤ機構１２ドリブンギヤ１４サブギヤ１６スプリング１８ピン２０ピン２６サブギヤ内周円２８凹部３０カムロブ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】カム軸本体の気筒間に相当する部位に固
定されて前記カム軸本体と一体に回転するドリブンギ
ヤ、前記ドリブンギヤに隣接され前記カム軸本体に隙間嵌め
されたサブギヤ、および前記ドリブンギヤと前記サブギ
ヤとを周方向に連結するスプリング、から成るカム軸のシザーズギヤ機構において、ｓｉｎθ＝ｌ／ｌ′ ただし、 θ：前記サブギヤの回転軸芯を通り前記スプリングの作
用力と反対方向に延びる軸線に対する位相角ｌ：前記サブギヤの中心から前記スプリングの作用点ま
での距離ｌ′：前記サブギヤの中心からギヤ作用線までの距離で特定される±θの範囲を除く、前記サブギヤの内周部
に、サブギヤ内周円から半径方向外方に後退する凹部を
形成したことを特徴とするカム軸のシザーズギヤ機構。