JP6089863B2 - カム構造 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの動弁機構を構成するローラ付きのカム構造に関する。

エンジンの動弁機構を構成するカムの一種として、ローラ付きのカム構造が知られている。例えば特許文献１，２には、ベース円部とバルブリフト部とを有するベースカムにローラが取り付けられたカム構造が開示されている。ローラは、バルブリフト部の先端に形成された切欠部に設けられており、その外周面の一部がバルブリフト部の外周面よりも外側に突出するように取り付けられている。

このようなローラ付きのカムは、カムシャフトの回転に伴って、まずはバルブリフト部が駆動対象であるタペットと接触してタペットを押圧し、続いてタペットとの接触位置がバルブリフト部からローラへと移り、ローラがタペット上を回転しながらタペットを押圧する。これにより、ローラ付きのカムは、ローラが付いていないカムに比べて、例えば摩擦低減による燃費向上や、低回転域でのカム駆動トルクの低減など優れた効果が得られるとされている。

ところで、カムにより駆動されるタペットは、タペットの中心ではなく、中心から偏心した位置でカムと接触するように設けられている。例えば特許文献３には、タペットの中心に対し、タペットと接触するカムローブの軸方向中心をオフセットさせた動弁装置が開示されている。このようにタペット中心からカムの接触位置を偏心させることで、カムの回転運動に伴ってタペットを中心軸回りに回転させることができる。つまり、カムとタペットの双方を回転させて、タペットとカムとの間の油膜切れを回避して摩擦を低減することができる。さらに、タペットに対してカムが同じ部分で接触し続けることを防ぐことができるため、タペットの偏摩耗を防止することもできる。

特開２０１１−８０３７２号公報 特開２０１２−２０２３５５号公報 特開２００７−２３１９５７号公報

しかしながら、タペット頂面の中心から偏心した位置でカムが接触するようにカムとタペットとの位置関係を設定すると、カムとタペットとが接触する範囲（カムがタペットを押圧し続ける長さ）はタペット頂面の直径よりも短い範囲となる。そのため、カムとタペットとの接触点がタペット頂面の直径よりも短い範囲内に収まるようにカムを設計する必要があり、カム設計の自由度が低下するという課題がある。

また、バルブリフト量を増大させるために、タペット頂面の直径部分を有効に利用したいという要望がある。特に、ローラ付きのカム構造の場合、ローラがタペットを押圧する長さが長いほど摩擦を低減することができるため、ローラとタペットとの接触範囲をできるだけ長くすることが望まれる。

本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑み創案されたもので、カム設計の自由度を高めながら摩擦を低減することができるようにした、カム構造を提供することである。なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的として位置づけることができる。

（１）ここで開示するカム構造は、円形の頂面を有し、エンジンの吸気弁又は排気弁の基端部に接続されたタペットを駆動するカム構造であって、前記エンジンのクランクシャフトと連動して回転するカムシャフトと、前記カムシャフトに組み付けられるカムローブと、を備える。前記カムローブは、前記カムシャフトの取付孔を有するベース円部と先端部の幅方向中間部に欠成された切欠部を有するバルブリフト部とから形成されたベースカムと、前記切欠部に設けられるとともに、外周面に軸方向中心部で凸状となる膨出形状のクラウニングが形成されたローラと、から構成されている。さらに前記カムローブは、前記ローラの軸方向中心部が前記タペットの頂面の中心を通って回転移動するように設けられる。また、前記カムシャフトは中空であり、前記カムシャフト及び前記ベースカムには、前記カムシャフトの中空内部と前記切欠部とを連通し、前記中空内部を流通するオイルを前記ローラへ供給するためのオイル通路が設けられる。前記オイル通路は、前記ローラの外周面に対向する前記切欠部の対向面に開口した油溜り部と、該油溜り部よりも前記中空内部側に形成され前記油溜り部よりも流路断面積が小さい絞り部と、を有し、前記油溜り部は、前記ベースカムに形成されるとともに、前記絞り部は、前記カムシャフトに形成される。

前記カムシャフトは、前記タペットの頂面の中心線（以下、タペット中心線という）上に軸心が位置するように配置されている。したがって、前記カムシャフトの軸方向と前記タペット中心線とに直交する方向から前記カム構造及び前記タペットを見たときに、前記タペット中心線と前記ローラの軸方向中心部を通る線（以下、ローラ中心線という）とが一致するように、前記カムローブが配置されている。

（２）前記カムローブは、前記ベースカムの幅方向中心部が前記タペットの頂面の中心から偏心した位置で接触するように設けられることが好ましい。つまり、前記カムシャフトの軸方向と前記タペット中心線とに直交する方向から前記カム構造及び前記タペットを見たときに、前記タペット中心線と前記ベースカムの幅方向中心部を通る線（以下、ベースカム中心線という）とが一致しないように（偏移して）、前記カムローブが配置されていることが好ましい。

（３）また、前記ベースカムは、前記切欠部の幅方向両側に一対の幅の異なるヨーク部を有することが好ましい。
（４）また、前記カムローブが接触する前記タペットの頂面に球状のクラウニングが形成されていることが好ましい。

（５）前記油溜り部は、前記取付孔に開口するように前記ベースカムに形成された貫通孔であり、前記絞り部は、前記カムシャフトの外周面を貫通する貫通孔であることがより好ましい。

すなわち、前記カムシャフトは中空であり、外周面を貫通して形成された絞り部を有し、前記ベースカムは、一端が前記切欠部に開口し他端が前記取付孔に開口するように貫通して形成された油溜り部を有し、前記絞り部は、前記油溜り部よりも流路断面積が大きく、前記カムローブが前記カムシャフトに組み付けられたときに前記油溜り部と連通して一つのオイル通路を形成することが好ましい。

開示のカム構造によれば、ローラの軸方向中心部がタペットの頂面の中心を通って回転移動するように設けられるため、ローラとタペットとの接触範囲をタペットの頂面の最も長い部分とすることができる。そのため、カム設計の自由度を最大とすることができ、高いバルブリフト量を設定することができる。これにより、エンジンの性能を向上させることができる。また、ローラとタペットとの接触範囲を最大にすることで、摩擦を低減して燃費を向上させることができるとともに、低回転域でのカム駆動トルクを低減することができる。

また、ローラの外周面に膨出形状のクラウニングが形成されると、ローラに軸方向のスラスト荷重が発生する可能性がある。これに対して、開示のカム構造は、ローラの軸方向中心部がタペットの頂面の中心を通って回転移動するように設けられているため、ローラの軸方向のスラスト荷重の発生を抑制することができる。これにより、ローラとタペットの頂面との摩擦をより低減することができ、摩耗を抑制することができる。また、ローラの外周面に膨出形状のクラウニングが形成されているため、ミスアライメントによりローラのエッジがタペットの頂面に当たることを防ぐことができる。

一実施形態にかかるカム構造を説明するための図であり、（ａ）はローラとタペットとが接触した状態を表した図２（ｂ）のＢ−Ｂ矢視断面図であり、（ｂ）はタペット上をベースカム及びローラが移動する軌跡を表したタペット上面図である。 一実施形態にかかるカム構造を示す模式図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。 一実施形態にかかるカム構造を用いた動弁機構の構成を示す断面図である。 一実施形態にかかるカム構造の潤滑について説明するための図であり、（ａ）はポンプ能力が比較的高い場合の図１（ａ）に対応する断面図、（ｂ）は図４（ａ）のＥ部拡大図、（ｃ）はポンプ能力が不足した場合の図１（ａ）に対応する断面図である。 一実施形態にかかるカム構造のオイル通路の変形例を示す断面図であり、（ａ）は第一変形例、（ｂ）は第二変形例を示す。

以下、図面を用いて実施の形態について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。
［１．構成］
［１−１．全体構造］
図３に示すように、本実施形態にかかるカム構造１０は、車両に搭載されるエンジン（何れも図示略）の動弁機構１を構成する部品の一つであり、エンジンのクランクシャフト（図示略）と連動して回転するカムシャフト２０と、カムシャフト２０に組み付けられるカムローブ３０とを備えている。

動弁機構１は、カム構造１０と、カム構造１０によって駆動される有蓋円筒型のタペット１１と、図示しないシリンダヘッドに固定される固定部１２と、タペット１１と固定部１２との間に介設されたスプリング１３とを備えている。タペット１１はバルブリフターとも呼ばれ、カムシャフト２０の回転運動を往復運動に変換するものである。タペット１１には、エンジンの各気筒における吸気弁又は排気弁（以下、バルブ２という）の基端部が接続されている。

タペット１１は、バルブ２側に開口が位置するように設けられ、円筒内部にバルブ２の基端部及びスプリング１３の一部が配置される。タペット１１は、カムローブ３０が接触する円形の頂面１１ａ（以下、タペット頂面１１ａという）に、カム構造１０側に向かって凸となる部分球面状のクラウニングが形成されている。つまり、タペット頂面１１ａは、その中心Ｐが最もカム構造１０側に突出する曲率を持った球面の一部となるように形成されている。なお、曲率円の中心は、バルブ２の軸心上に位置している。図２（ｂ）に示すように、タペット頂面１１ａの中心Ｐを通る法線ＣＴ（以下、タペット中心線ＣＴという）の上には、カムシャフト２０の軸心ＳＣが位置している。なお、動弁機構１の動作については後述する。

［１−２．カム構造］
図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、カムシャフト２０は中空のパイプで構成され、エンジンのクランクシャフトからタイミングチェーンやタイミングベルト（何れも図示略）を介して回転が伝達されて回転する。カムシャフト２０の中空内部には、オイルポンプ（図示略）で圧送されたエンジンオイル（潤滑油，以下、単にオイルという）が流通する。カムシャフト２０は、支持部４０によりエンジン本体に支持されており、支持部４０に対して回転する。そのため、カムシャフト２０の支持部４０が取り付けられる部分には、カムシャフト２０の外周面と支持部４０の内周面との接触部にオイルを供給するための貫通孔部４４が設けられている。カムシャフト２０の中空内部を流通するオイルは、この貫通孔部４４を通じてカムシャフト２０と支持部４０との接触部に供給され、この接触部を潤滑する。

カムシャフト２０の軸方向には、バルブ２を開閉するためのカムローブ３０が、バルブ２の個数に応じて複数固定されている。カムローブ３０は、何れも同様の構成を有しているため、ここでは一つのカムローブ３０を示し、その構造について説明する。

カムローブ３０は、カム本体であるベースカム３１と、ベースカム３１に取り付けられるローラ３２とから構成される。ベースカム３１は、ベース円部３１ａとバルブリフト部３１ｂとから形成されており、外周面が周方向全体に亘って連続している。ベース円部３１ａは、ベースカム３１の円形の部分を意味し、中央にカムシャフト２０が取り付けられる円形の孔部３１ｈ（以下、カムシャフト取付孔３１ｈという）が形成されている。言い換えると、ベース円部３１ａは、カムシャフト２０（カムシャフト取付孔３１ｈ）の軸心ＳＣからの距離が一定の部分に対応する。なお、ベース円部３１ａとタペット頂面１１ａとの間には僅かな隙間が設けられており、バルブ２の不要な開閉動作が防止される。

バルブリフト部３１ｂは、ベース円部３１ａから突出した部分であり、タペット頂面１１ａを押圧してバルブ２を開閉動作させる部分である。図２（ｂ）には、ベース円部３１ａとバルブリフト部３１ｂとの境界線を二点鎖線で示している。バルブリフト部３１ｂの図２（ｂ）における右側は、カムローブ３０が図中の矢印Ｃの方向に回転したときにベース円部３１ａの次にタペット頂面１１ａに対向する部分であり、バルブリフトの立上り部３１ｂ₁（バルブ２が開く側）である。

バルブリフト部３１ｂの図２（ｂ）における左側は、カムローブ３０が図中の矢印Ｃの方向に回転したときに、ローラ３２がタペット頂面１１ａに対向した後にタペット頂面１１ａに対向する部分であり、バルブリフトの立下り部３１ｂ₂（バルブ２が閉じる側）である。バルブリフト部３１ｂの立上り部３１ｂ₁及び立下り部３１ｂ₂の各基端部３１ｄは、ベース円部３１ａとバルブリフト部３１ｂとの境界線上にある。

バルブリフト部３１ｂは、その先端部（カムトップ部）３１ｃに切欠部３１ｎを有する。切欠部３１ｎは、バルブリフト部３１ｂの先端部３１ｃからベース円部３１ａの一部にかけて、ベースカム３１の幅方向（カムシャフト２０が挿通される方向）の中間部に、立上り部３１ｂ₁から立下り部３１ｂ₂までを貫通するように切り欠いて形成された空間である。この切欠部３１ｎには、後述するローラ３２がベースカム３１に対して回転自在となるように設けられる。

ベースカム３１に欠成された切欠部３１ｎの幅方向両側には、対向する一対のヨーク部３１ｙ，３１ｙが形成される。対向する一対のヨーク部３１ｙ，３１ｙは、図２（ｂ）に示すように軸方向から見て切欠部３１ｎと同一形状をなし、図１（ａ）及び図２（ａ）に示すように軸方向に直交する方向から見て異なる幅を有している。つまり、切欠部３１ｎは、ベースカム３１の幅方向中心から偏移した位置に形成されている。これは、ベースカム３１の幅方向中心部とローラ３２の軸方向中心部とを偏移させるためである。

対向する一対のヨーク部３１ｙ，３１ｙには、幅方向に貫通した孔部３１ｍ，３１ｍが一直線上に設けられている。孔部３１ｍは、その中心軸がベース円部３１ａに形成されたカムシャフト取付孔３１ｈの軸心ＳＣと平行になるように形成されている。この孔部３１ｍには、ローラ３２をベースカム３１に取り付けるためのローラシャフト３３が挿通され、かしめによりベースカム３１に組み付けられて固定される。以下、この孔部３１ｍをローラシャフト取付孔３１ｍという。

ローラ３２は、その外周面に軸方向中心部で凸となる膨出形状のクラウニングを有し、その中心にローラシャフト３３が挿通される貫通孔３２ｈを有している。言い換えると、ローラ３２は、ローラ３２の軸方向中心部を通る線ＣＲ（以下、ローラ中心線ＣＲという）を通る断面で、筒面の中央が拡径方向に膨らんだ膨出形状をなしている。ローラ３２は、貫通孔３２ｈがベースカム３１のヨーク部３１ｙ，３１ｙに形成されたローラシャフト取付孔３１ｍと重なるように切欠部３１ｎに配置される。そして、カムシャフト２０の軸心ＳＣ（カムシャフト取付孔３１ｈの中心軸）と平行になるように、ローラシャフト３３がローラシャフト取付孔３１ｍと貫通孔３２ｈとに挿通され、ローラ３２がベースカム３１に取り付けられる。

ローラ３２は、外周面の一部がバルブリフト部３１ｂの先端部３１ｃの外周面よりも外側に突出するように取り付けられる。また、ローラ３２は、二つのヨーク部３１ｙ，３１ｙとの隙間が略同等となるように、切欠部３１ｎの幅方向中心部に配置される。また、ローラ３２の外周面と対向する切欠部３１ｎの対向面３１ｆは、ローラ３２側（バルブリフト部３１ｂの先端側）に曲がった曲面形状をなし、対向面３１ｆの曲率半径はローラ３２の外周面の曲率半径よりも大きく設定されている。

ローラ３２は、ベースカム３１に固定されたローラシャフト３３に対して回転する。そのため、ローラ３２の貫通孔３２ｈの内周面とローラシャフト３３の外周面との接触面は滑りながら動く部分（摺動部）となり、適切な潤滑が必要となる。本カム構造１０は、この摺動部へ潤滑油としてのオイルを供給するための後述するオイル通路３４を備えている。

図１（ａ）に示すように、カムローブ３０は、カムシャフト２０の軸方向とタペット中心線ＣＴとに直交する方向からカム構造１０及びタペット１１を見たときに、タペット中心線ＣＴに対して、ベースカム３１の幅方向中心部を通る線ＣＢ（以下、ベースカム中心線ＣＢという）が偏移し、ローラ中心線ＣＲが一致するように設けられている。言い換えると、タペット中心線ＣＴとローラ中心線ＣＲとは一致し、これらタペット中心線ＣＴ及びローラ中心線ＣＲとベースカム中心線ＣＢとは一致しないように設けられている（ＣＴ＝ＣＲ≠ＣＢ）。

図１（ｂ）は、タペット頂面１１ａ上をベースカム３１及びローラ３２が移動する軌跡を表したタペット１１の上面図である。図１（ｂ）中の矢印Ｖ１，Ｖ２はベースカム３１の幅方向中心部の移動軌跡を示し、矢印Ｖ１は立上り部３１ｂ₁，矢印Ｖ２は立下り部３１ｂ₂に対応する。また、矢印Ｒはローラ３２の軸方向中心部の移動軌跡を示す。図１（ｂ）に示すように、ベースカム３１のバルブリフト部３１ｂがタペット頂面１１ａに接触するときは、ベースカム３１の幅方向中心部がタペット頂面１１ａの中心Ｐから偏心し、ローラ３２がタペット頂面１１ａに接触するときには、ローラ３２の軸方向中心部がタペット頂面１１ａの中心Ｐに接触するように設けられている。

［１−３．オイル通路の構造］
次に、本実施形態に係るカム構造１０のオイル通路３４について、図１（ａ）及び図２（ｂ）を用いて説明する。オイル通路３４は、カムシャフト２０の中空内部を流通するオイルをローラ３２の摺動部へ供給するための流路であり、カムローブ３０がカムシャフト２０に組み付けられた状態でカムシャフト２０の中空内部とベースカム３１に形成された切欠部３１ｎとが連通するように設けられている。つまり、カムシャフト２０とベースカム３１とには、予めオイル通路３４を構成する部分がそれぞれ形成されており、カムシャフト２０とカムローブ３０とが組み付けられることで一つの流路（すなわちオイル通路３４）を形成するようになっている。

オイル通路３４は、流路断面積の異なる二つの部分から構成されている。一つは、ローラ３２側へ供給されるオイルの流量を制限するための絞り部３４ａであり、もう一つは、オイルを蓄えておくための油溜り部３４ｂである。絞り部３４ａはカムシャフト２０に設けられており、油溜り部３４ｂはベースカム３１に設けられている。

絞り部３４ａは、カムシャフト２０の外周面を貫通する貫通孔として形成されており、一端がカムシャフト２０の中空内部に開口し、他端がカムシャフト２０の外周面に開口している。絞り部３４ａは、油溜り部３４ｂよりもカムシャフト２０の中空内部側（オイル通路３４の上流側）に設けられ、カムシャフト２０の中空内部からローラ３２側へ供給されるオイルが最初に流入してくる部分である。絞り部３４ａの流路断面積は、油溜り部３４ｂの流路断面積よりも小さく形成されている。なお、絞り部３４ａの流路断面積は、上記したカムシャフト２０と支持部４０との接触部を潤滑するための貫通孔部４４の流路断面積よりも小さい。

一方、油溜り部３４ｂは、一端が切欠部３１ｎの対向面３１ｆに開口し、他端がカムシャフト取付孔３１ｈに開口している。つまり、油溜り部３４ｂはカムシャフト取付孔３１ｈから切欠部３１ｎの対向面３１ｆまでを貫通する貫通孔として形成されている。油溜り部３４ｂは、絞り部３４ａを流通してきたオイルが流入してローラ３２側へ漏れ出ていく部分であるとともに、オイルの粘度によってローラ３２側へ漏出しなかったオイルが蓄えられる部分でもある。なお、カムシャフト２０とカムローブ３０との組み付け時には、これら絞り部３４ａと油溜り部３４ｂとが連通状態となって一つのオイル通路３４を形成するように組み付けられる。

［２．作用・動作］
まず、本カム構造１０を備えた動弁機構１の動作について、図３を用いて説明する。図３に示すように、エンジンのクランクシャフトと連動してカムシャフト２０が矢印Ｃの方向に回転すると、カムシャフト２０とともにカムローブ３０が回転する。このとき、ベースカム３１のベース円部３１ａがタペット頂面１１ａと対向している間（すなわち図３の状態となる前）は、上記のようにベース円部３１ａとタペット頂面１１ａとの間に隙間が設けられているため、ベース円部３１ａからタペット１１への押圧力は生じない。したがって、バルブ２は開閉動作をせず、スプリング１３の弾性力により全閉状態に保持される。

その後、カムローブ３０がさらに回転して、タペット頂面１１ａがベースカム３１のベース円部３１ａからバルブリフト部３１ｂに乗り移ると、タペット１１はバルブリフト部３１ｂに押圧される。このため、スプリング１３の弾性力に抗して、バルブ２がタペット１１とともに押し下げられて開き始める（バルブリフトが立ち上がり始める）。

このとき、バルブリフト部３１ｂは、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、その幅方向中心部がタペット頂面１１ａの中心Ｐから偏心した位置でタペット頂面１１ａに接触するため、カムシャフト２０の回転運動に伴って、タペット１１はタペット中心線ＣＴを軸として回転する。これにより、バルブリフト部３１ｂとタペット頂面１１ａとの接触点が常に同一となることが防止される。

さらにカムローブ３０が回転し、タペット頂面１１ａがバルブリフト部３１ｂからローラ３２に乗り移って図３の状態となると、ローラ３２がタペット頂面１１ａの上を図中の矢印Ｄの方向に回転しながら移動する。つまり、ローラ３２がタペット１１を押圧することになる。これにより、スプリング１３の弾性力に抗してバルブ２がさらに押し下げられ、バルブリフトが増加し、ついには最大のバルブリフトとなる。

このとき、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、ローラ３２は、その軸方向中心部がタペット頂面１１ａの中心Ｐを通って回転するため、ローラ３２とタペット頂面１１ａとは、互いに最も突出した部分で接触することとなる。これにより、ローラ３２に発生するローラ軸方向のスラスト荷重が抑制される。

バルブリフト量が最大となった後は、反対にタペット頂面１１ａがローラ３２からバルブリフト部３１ｂに乗り移り、スプリング１３の弾性力によりバルブ２は押し上げられて閉まり始める（バルブリフトが立ち下がり始める）。そして、タペット頂面１１ａがバルブリフト部３１ｂからベース円部３１ａに乗り移ると、タペット１１への押圧力はなくなり、バルブ２は全閉となる。動弁機構１は、このような動作をカムシャフト２０の回転中に繰り返す。

次に、カム構造１０におけるローラ３２の摺動部への潤滑について、図４（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。図４（ａ）に示すように、エンジンオイルの油圧が高い場合は、オイルポンプにより圧送されたオイルは、図中白抜き矢印で示すようにカムシャフト２０の中空内部を流通し、矢印で示すようにオイル通路３４を通って切欠部３１ｎに供給される。切欠部３１ｎに供給されたオイルは、カムローブ３０とタペット頂面１１ａとの間に図示しない油膜を形成するとともに、ローラ３２の摺動部に油膜Ｆを形成する。

すなわち、ローラ３２はタペット頂面１１ａに乗り移ると回転するため、図４（ｂ）に示すように、ローラ３２の回転によるくさび効果によって、切欠部３１ｎに供給されたオイルがローラ３２の内周面とローラシャフト３３の外周面との間に引き込まれる。これにより、ローラ３２の内周面とローラシャフト３３の外周面との間に油膜Ｆが形成され、この油膜Ｆによってローラ３２の摺動部の摩擦が低減される。

ここで、オイル通路３４の上流側（すなわち、カムシャフト２０の中空内部側）には流路断面積の小さい絞り部３４ａが設けられているため、この絞り部３４ａによりオイルの流量が制限される。このため、オイルポンプの能力が比較的高くエンジンオイルの油圧が高い場合に、大量のオイルがローラ３２側へ供給されて油圧が低下してしまうことを防いで、適度な量のオイルを切欠部３１ｎに供給することができる。また、絞り部３４ａの下流側に位置する油溜り部３４ｂには、切欠部３１ｎに漏出しきらなかったオイルが蓄えられる。

油溜り部３４ｂに蓄えられたオイルは、アイドル運転時や始動時のようにエンジンの回転速度が極低回転であり、エンジンオイルの油圧が低い場合に活用される。図４（ｃ）に示すように、エンジンオイルの油圧が低い場合であってもオイルポンプにより圧送されたオイルは、図中白抜き矢印で示すようにカムシャフト２０の中空内部を流通するが、オイル通路３４の絞り部３４ａを通過することができない。

そのため、この場合は油溜り部３４ｂに蓄えられたオイルが、ローラ３２とタペット１１との接触時（すなわち、切欠部３１ｎが油溜り部３４ｂの下方に位置するとき）に、切欠部３１ｎへ漏れ出す。そして、図４（ｂ）に示すくさび効果により、上記と同様、ローラ３２の摺動部に油膜Ｆが形成されて摩擦が低減される。また、切欠部３１ｎからタペット頂面１１ａに漏出したオイルによって、タペット頂面１１ａにも油膜が形成される。すなわち、油溜り部３４ｂは、エンジンオイルの油圧変動の有無にかかわらず、過不足なく安定したオイル供給を実現するためのバッファー（変化を均すもの）として機能する。

［３．効果］
したがって、本実施形態に係るカム構造１０によれば、ローラ３２の軸方向中心部がタペット頂面１１ａの中心Ｐを通って回転移動するように設け、ローラ３２とタペット１１との接触範囲をタペット頂面１１ａの最も長い部分とすることで、カム設計の自由度を最大とすることができる。これにより、高いバルブリフト量を設定することができ、エンジンの性能を向上させることができる。
また、図１（ｂ）中の矢印Ｒの長さを可能な限りタペット１１の直径に近づける（すなわち、ローラ３２とタペット１１との接触範囲を最大にする）ことで、摩擦を低減して燃費を向上させることができるとともに、低回転域でのカム駆動トルクを低減することができる。

また、ローラ３２の外周面に膨出形状のクラウニングが形成された場合、ローラ３２に軸方向のスラスト荷重が発生する可能性がある。これに対して本カム構造１０は、ローラ３２の軸方向中心部がタペット頂面１１ａの中心Ｐを通って回転移動するように設けられているため、ローラ３２の軸方向のスラスト荷重の発生を抑制することができる。これにより、ローラ３２とタペット頂面１１ａとの摩擦をより低減することができ、摩耗を抑制することができる。
また、ローラ３２の外周面に膨出形状のクラウニングが設けられているため、ミスアラインメントによりローラ３２のエッジがタペット頂面１１ａに当たることを防ぎ、面圧の上昇を抑制することができる。

また、ベースカム３１の幅方向中心部がタペット頂面１１ａの中心Ｐから偏心した位置で接触するようにカムローブ３０が設けられているため、カムシャフト２０の回転に伴ってタペット１１をタペット中心線ＣＴ回りに回転させることができる。これにより、カムローブ３０とタペット１１との摩擦低減や、タペット頂面１１ａ上の油膜切れを回避することができるとともに、カムローブ３０が同じ箇所に接触し続けることによる偏摩耗を防止することができる。

また、ベースカム３１は、切欠部３１ｎの幅方向両側に一対の幅の異なるヨーク部３１ｙ，３１ｙを有するため、カムローブ３０をカムシャフト２０へ組み付けるときの組み付け方向の目印とすることができ、組付け性を向上させることができる。つまり、カムローブ３０は、立上り部３１ｂ₁と立下り部３１ｂ₂とで異なる形状になっていることが多く、カムシャフト２０に組み付けるときは誤った向きにしないように注意する必要がある。これに対して、本カム構造１０の場合、ヨーク部３１ｙ，３１ｙの幅が異なるため、例えば「ヨーク部３１ｙの幅が小さい方が左側になるように、カムシャフト２０にカムローブ３０を取り付ける」というように予め決めておけば、正しい向きでカムローブ３０を組み付けることができる。なお、ローラ中心線ＣＲとベースカム中心線ＣＢとのずれが大きいほど、組み付け間違いを発見しやすくすることができる。

また、カムローブ３０が接触するタペット頂面１１ａに球状のクラウニングが形成されているため、ローラ３２のクラウニングに加えてタペット１１のクラウニングによってもミスアライメントをカバーすることができる。すなわち、ミスアライメントが生じた場合であっても、タペット頂面１１ａに形成された球状のクラウニングと、ローラ３２の外周面に形成された膨出形状のクラウニングとによって、ローラ３２のエッジとベースカム３１のエッジとがタペット１１を傷つけることを防ぐことができる。

また、本カム構造１０は、カムシャフト２０の中空内部とベースカム３１の切欠部３１ｎとを連通するオイル通路３４の絞り部３４ａによって、ローラ３２側に供給されるオイルの流量を制限することができ、エンジンオイルの油圧低下を防止することができる。これにより、オイルポンプの駆動仕事を低減することができ、さらに燃費を向上させることができる。

また、オイル通路３４に絞り部３４ａを設けることで、アイドル運転時や始動時のようにエンジンの回転速度が低くエンジンオイルの油圧が低い場合に、カムシャフト２０の中空内部を流通するオイルがオイル通路３４に流入できない（絞り部３４ａを通過できない）場合が生じうる。これに対して、本カム構造１０であれば、オイル通路３４の油溜り部３４ｂにオイルを蓄えることができるため、このような油圧低下時であっても油溜り部３４ｂから切欠部３１ｎへオイルを供給することができる。これにより、エンジンオイルの油圧低下を防止しながら、ローラ３２の摺動部の摩擦を低減することができる。

また、流路断面積の異なる絞り部３４ａと油溜り部３４ｂとが、それぞれカムシャフト２０とベースカム３１とに形成されているため、カムシャフト２０とカムローブ３０とを圧入等で組み付ける場合に、カムシャフト２０の軸方向の精度の高低にかかわらず、オイル流通性を確保することができる。つまり、組付け性の向上と潤滑性の向上とを両立することができる。また、カムシャフト２０とベースカム３１とにそれぞれ絞り部３４ａと油溜り部３４ｂとを形成するため、容易に加工することができる。

特に本実施形態では、油溜り部３４ｂがカムシャフト取付孔３１ｈと切欠部３１ｎとにそれぞれ開口するようにベースカム３１に形成された貫通孔である。また、絞り部３４ａがカムシャフト２０の外周面を貫通する貫通孔である。そして、これら二つの貫通孔が組み合わされて一つのオイル通路３４を構成するため、加工が容易であるとともに、オイル通路３４を形成するための工数を抑制することができる。

また、カムシャフト２０の支持部４０が取り付けられる部分には、カムシャフト２０の外周面と支持部４０の内周面との接触部にオイルを供給するための貫通孔部４４が設けられており、カムシャフト２０と支持部４０との接触部にはこの貫通孔部４４を通じてオイルが供給される。カムシャフト２０と支持部４０とは強く接触しているため、貫通孔部４４を絞り部３４ａの流路断面積よりも大きく形成することでカムシャフト２０と支持部４０との接触部の摩擦を確実に低減することができる。また、カムシャフト２０と支持部４０との接触部は、ローラ３２の摺動部に比べて接触が強いため、オイル漏れがほとんど発生せずエンジンオイルの油圧は低下し難い。

［４．変形例］
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。

［４−１．オイル通路の変形例］
例えば、上記実施形態で説明したカム構造１０に設けられるオイル通路３４を、図５（ａ）及び（ｂ）に示すような構成に変更してもよい。
図５（ａ）に示すオイル通路３５は、ローラ３２側へ供給されるオイルの流量を制限するための絞り部３５ａと、オイルを蓄えておくための油溜り部３５ｂとに加え、絞り部３５ａにオイルを供給する給油部３５ｃを備えている。絞り部３５ａ及び給油部３５ｃはカムシャフト２０に設けられ、油溜り部３５ｂはベースカム３１に設けられている。なお、油溜り部３５ｂは上記実施形態の油溜り部３４ｂと同一であるため、その説明は省略する。

給油部３５ｃは、カムシャフト２０の外周面を貫通する貫通孔として形成されており、一端がカムシャフト２０の中空内部に開口し、他端がカムシャフト２０の外周面に開口している。給油部３５ｃは、絞り部３５ａ及び油溜り部３５ｂよりもカムシャフト２０の中空内部側（オイル通路３５の最上流部）に設けられ、カムシャフト２０の中空内部からローラ３２側へ供給されるオイルが最初に流入してくる部分である。給油部３５ｃの大きさは任意であり、後述する絞り部３５ａの溝幅と同等か、溝幅よりもやや大きいことが好ましい。また、給油部３５ｃの周方向位置も任意であり、カムローブ３０の向きに関わらず加工が可能である。

絞り部３５ａは、少なくとも給油部３５ｃと油溜り部３５ｂとの間においてカムシャフト２０の外周面に凹設された溝である。なおここでは、カムシャフト２０の外周面を一周するように形成された環状溝として構成されている。溝の大きさ（つまり、溝の幅及びカムシャフト２０の外周面からの深さ）は、絞り部３５ａの流路断面積に相当し、油溜り部３５ｂの流路断面積よりも小さくなるように設定されている。

給油部３５ｃは、絞り部３５ａの一部と重なる位置に穿孔されている。カムシャフト２０とカムローブ３０との組み付け時には、カムシャフト２０の外周面に形成された溝としての絞り部３５ａが油溜り部３５ｂと重なり、給油部３５ｃ，絞り部３５ａ及び油溜り部３５ｂによって一つのオイル通路３５が形成されるように組み付けられる。

つまり、本変形例にかかるカム構造１０のオイル通路３５は、上流側（カムシャフト２０の中空内部側）から給油部３５ｃ，絞り部３５ａ，油溜り部３５ｂの順に設けられており、カムシャフト２０の中空内部を流通するオイルは、給油部３５ｃを通って絞り部３５ａへ流入し、カムシャフト２０の外周面の絞り部３５ａで流量が制限され、油溜り部３５ｂへ流れる。そして、油溜り部３５ｂから切欠部３１ｎにオイルが供給されて、ローラ３２の摺動部に油膜が形成される。

したがって、本変形例にかかるカム構造１０によっても、上記実施形態と同様の効果を得ることができ、さらに、絞り部３５ａがカムシャフト２０の外周面に凹設された溝であるため、上記実施形態のように絞り部３４ａを貫通孔として形成する場合と比較して、絞り部３５ａを形成する回転方向位置をカムローブ３０の向きに合わせる必要がない。また、給油部３５ｃの回転方向位置も任意に設定可能であるため、オイル通路３５の加工をより簡単にすることができる。

なお、絞り部３５ａは、少なくとも給油部３５ｃと油溜り部３５ｂとの間に形成されていればよく、カムシャフト２０の外周面の代わりにベースカム３１に形成されていてもよい。つまり、絞り部３５ａが、少なくとも給油部３５ｃと油溜り部３５ｂとの間において、ベースカム３１に形成されたカムシャフト取付孔３１ｈに凹設された溝として構成されていてもよい。このように構成されたオイル通路３５であっても、上記した効果と同様の効果を得ることができる。

また、図５（ｂ）に示すオイル通路３６は、ローラ３２側へ供給されるオイルの流量を制限するための絞り部３６ａと、オイルを蓄えておくための油溜り部３６ｂと、絞り部３６ａにオイルを供給する給油部３６ｃとを備えて構成されている。給油部３６ｃはカムシャフト２０に設けられ、絞り部３６ａ及び油溜り部３６ｂはベースカム３１に設けられている。

給油部３６ｃは、図５（ａ）に示す給油部３５ｃと同様、カムシャフト２０の外周面を貫通する貫通孔として形成されており、一端がカムシャフト２０の中空内部に開口し、他端がカムシャフト２０の外周面に開口している。給油部３６ｃは、絞り部３６ａ及び油溜り部３６ｂよりもカムシャフト２０の中空内部側（オイル通路３６の最上流部）に設けられ、カムシャフト２０の中空内部からローラ３２側へ供給されるオイルが最初に流入してくる部分である。給油部３６ｃは、後述する絞り部３６ａの流路断面積よりも大きい。

絞り部３６ａ及び油溜り部３６ｂは、何れもベースカム３１に形成され、一つの貫通孔を構成する。つまり、一端がカムシャフト取付孔３１ｈに開口し、他端が切欠部３１ｎに開口するようにベースカム３１に形成された貫通孔が、長手方向で異なる径を有する段付き孔となっている。絞り部３６ａは、この段付き孔のうちカムシャフト２０の中空内部側に位置し、カムシャフト取付孔３１ｈに開口する。

油溜り部３６ｂは、絞り部３６ａよりもローラ３２側に位置し、絞り部３６ａよりも流路断面積が大きく、切欠部３１ｎに開口する。カムシャフト２０とカムローブ３０との組み付け時には、給油部３６ｃと絞り部３６ａとが連通するように回転方向位置が合わせられる。すなわち、給油部３６ｃ，絞り部３６ａ及び油溜り部３６ｂによって一つのオイル通路３６が形成されるように組み付けられる。

つまり、本変形例にかかるカム構造１０のオイル通路３６は、上流側（カムシャフト２０の中空内部側）から給油部３６ｃ，絞り部３６ａ，油溜り部３６ｂの順に設けられており、カムシャフト２０の中空内部を流通するオイルは、給油部３６ｃを通って絞り部３６ａへ流入し、絞り部３６ａで流量が制限され、油溜り部３６ｂへ流れる。そして、油溜り部３６ｂから切欠部３１ｎにオイルが供給されて、ローラ３２の摺動部に油膜が形成される。

したがって、本変形例にかかるカム構造１０によっても、上記実施形態と同様の効果を得ることができ、さらに、ベースカム３１に段付きの貫通孔を追加加工するだけで従来のカム構造を本カム構造１０に変化させることができる。そのため、製造コストを削減することができる。また、本変形例のオイル通路３６は、カムローブ３０に絞り部３６ａが設けられているため、絞り部３６ａの流路長さをカムシャフト２０の外周面の厚みと異なる長さに設定することができる。つまり、絞り部３６ａで制限されるオイルの絞り量を調整することができる。また、上記した油溜り部３４ｂ，３５ｂに比べて、油溜り部３６ｂの容積を小さくすることができる。

［４−２．その他］
上記実施形態では、ベースカム３１に形成された切欠部３１ｎが、バルブリフト部３１ｂの先端部３１ｃの幅方向中間部のうち中央に位置している場合を例示しているが、切欠部３１ｎの位置は中央に限られず、片寄って設けられていてもよい。また、切欠部３１ｎがバルブリフト部３１ｂの先端部３１ｃからベース円部３１ａの一部にかけて形成されているベースカム３１を例示しているが、バルブリフト部３１ｂのみを欠成して設けられていてもよい。また、切欠部３１ｎの対向面３１ｆの形状も上記したものに限られず、平面であってもよい。

また、ベースカム３１の具体的な形状（リフト量及び作用角）はエンジンの仕様により適宜設定可能である。また、ローラ３２の大きさやローラ３２のベースカム３１に対する突出量も図示したものに限られず、適宜設定可能である。

また、上記実施形態では、ベースカム３１の幅方向中心部がタペット頂面１１ａの中心Ｐから偏心した位置で接触するようにカムローブ３０が設けられているが、ベースカム中心線ＣＢとタペット中心線ＣＴとが一致するようにカムローブ３０が設けられていてもよい。すなわち、ベースカム３１の幅方向中心部に切欠部３１ｎを設けて、ローラ３２の軸方向中心部とベースカム３１の幅方向中心部とが一致するようにしてもよい。また、切欠部３１ｎの幅方向両側に設けられる一対のヨーク部３１ｙ，３１ｙが同一の幅で形成されていてもよい。

また、タペット１１の頂面１１ａに球状のクラウニングが形成されていなくてもよい。すなわち、タペット１１の頂面が平面状であってもよく、この場合、タペット中心線ＣＴは中心Ｐを通りタペット頂面に垂直な線となる。

また、上記実施形態では、ローラ３２がベースカム３１に固定されたローラシャフト３３に対して回転するカム構造１０を説明したが、ローラ３２とローラシャフト３３とが固定され、ローラシャフト３３がベースカム３１に対して回転するカム構造であってもよい。また、ローラ３２がローラシャフト３３に対して回転自在であり、さらにローラシャフト３３もベースカム３１に対して回転自在であってもよい。このような場合であっても、切欠部３１ｎにオイルが供給されることにより摺動部に油膜が形成され、摩擦を低減することができる。

１ 動弁機構
２ バルブ（吸気弁又は排気弁）
１０ カム構造
１１ タペット
２０ カムシャフト
３０ カムローブ
３１ ベースカム
３１ａ ベース円部
３１ｂ バルブリフト部
３１ｃ 先端部
３１ｆ 対向面
３１ｈ カムシャフト取付孔
３１ｍ ローラシャフト取付孔
３１ｎ 切欠部
３１ｙ ヨーク部
３２ ローラ
３２ｈ 貫通孔
３３ ローラシャフト
３４，３５，３６ オイル通路
３４ａ，３５ａ，３６ａ 絞り部
３４ｂ，３５ｂ，３６ｂ 油溜り部
３５ｃ，３６ｃ 給油部
４０ 支持部
４４ 貫通孔部

Claims (5)

1. 円形の頂面を有し、エンジンの吸気弁又は排気弁の基端部に接続されたタペットを駆動するカム構造であって、
   前記エンジンのクランクシャフトと連動して回転するカムシャフトと、
   前記カムシャフトに組み付けられるカムローブと、を備え、
   前記カムローブは、
   前記カムシャフトの取付孔を有するベース円部と、先端部の幅方向中間部に欠成された切欠部を有するバルブリフト部とから形成されたベースカムと、
   前記切欠部に設けられるとともに、外周面に軸方向中心部で凸となる膨出形状のクラウニングが形成されたローラと、から構成され、
   前記ローラの軸方向中心部が前記タペットの頂面の中心を通って回転移動するように設けられ、
   前記カムシャフトは中空であり、
   前記カムシャフト及び前記ベースカムには、前記カムシャフトの中空内部と前記切欠部とを連通し、前記中空内部を流通するオイルを前記ローラへ供給するためのオイル通路が設けられ、
   前記オイル通路は、前記ローラの外周面に対向する前記切欠部の対向面に開口した油溜り部と、該油溜り部よりも前記中空内部側に形成され前記油溜り部よりも流路断面積が小さい絞り部と、を有し、
   前記油溜り部は、前記ベースカムに形成されるとともに、
   前記絞り部は、前記カムシャフトに形成される
   ことを特徴とする、カム構造。
2. 前記カムローブは、前記ベースカムの幅方向中心部が前記タペットの頂面の中心から偏心した位置で接触するように設けられる
   ことを特徴とする、請求項１記載のカム構造。
3. 前記ベースカムは、前記切欠部の幅方向両側に一対の幅の異なるヨーク部を有する
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載のカム構造。
4. 前記カムローブが接触する前記タペットの頂面に球状のクラウニングが形成されている
   ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載のカム構造。
5. 前記油溜り部は、前記取付孔に開口するように前記ベースカムに形成された貫通孔であり、
   前記絞り部は、前記カムシャフトの外周面を貫通する貫通孔である
   ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のカム構造。

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