JP2014156911A - Steep start-up cam mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は立ち上がりが急峻なカム機構に関するものである。 The present invention relates to a cam mechanism having a sharp rise.
現在、内燃機関の吸気弁や排気弁その他においてカム機構は広く用いられている。このカム機構は複雑な運動を実現するための唯一の手段と言われているが、任意の運動に対応しうるものではなく、カム機構に関する一般的な参考書たとえば〔非特許文献１〕にもあるように、カムの圧力角が３０度以下になるように設計しなければならないという制約のあるものである。この角度が大きくなりすぎると加重による側圧が大きくなりカムフォロアのたわみや永久変形が生ずるためである。 Currently, cam mechanisms are widely used in intake valves, exhaust valves, and the like of internal combustion engines. Although this cam mechanism is said to be the only means for realizing a complex motion, it cannot cope with any motion, and a general reference book related to the cam mechanism such as [Non-Patent Document 1] As is the case, there is a restriction that the pressure angle of the cam must be designed to be 30 degrees or less. This is because if this angle becomes too large, the lateral pressure due to the load increases and cam follower deflection or permanent deformation occurs.
溝案内カムやリブ案内カムの場合には立下りの急峻さにも注意しなければならないが、通常の尖端カムやローラーカムの場合には立ち下がりは重力やスプリングにより駆動されており、カムフォロアに対する圧力角の影響が問題になることは少ない。従ってここでは立ち上がりが急峻な場合を主体に説明を進めるが、急峻な立下りをカム機構によって実現しなければならない場合にも同様な考え方が適用できる。 In the case of groove guide cams and rib guide cams, attention must be paid to the steepness of the fall, but in the case of ordinary point cams and roller cams, the fall is driven by gravity or a spring, The effect of pressure angle is rarely a problem. Therefore, although the description will be made mainly on the case where the rise is steep, the same idea can be applied to the case where the steep fall must be realized by the cam mechanism.
カムを考える場合基礎円が大切である。同じカムリフトであっても基礎円を大きくすると基礎円に対するカムリフトの比率が小さくなり、圧力角を小さくすることが出来るので無理なく立ち上げることが出来るようになる。しかしこの方法では全体の形状が大きくなりあまり現実的とはいえないものである。このため通常の大きさのカムであって急峻な立ち上がりをするカムを作ることが要求されるわけである。 The basic circle is important when thinking about cams. Even if the cam lift is the same, if the base circle is enlarged, the ratio of the cam lift to the base circle is reduced and the pressure angle can be reduced, so that it can be started up without difficulty. However, this method increases the overall shape and is not very realistic. For this reason, it is required to make a cam having a normal size and a steep rise.
本発明者が先に一般的にＨＣＣＩ方式といわれる点火方式の一方法として出願した「内燃機関の点火機構」（特願２０１２−２７６５９６）に使用するカム機構のように立ち上がりが急峻なカム機構を必要とすることがしばしば発生する。形状を大型化することなくこの立ち上がりが急峻なカム機構を実現することをその課題とした。勿論、このカム機構は点火用ピストンの駆動以外の用途に対しても適用可能である。 A cam mechanism having a steep rise like the cam mechanism used in the “ignition mechanism of an internal combustion engine” (Japanese Patent Application No. 2012-276596) filed as one of the ignition methods generally called the HCCI method by the present inventor. Often needs arise. The objective was to realize a cam mechanism with a steep rise without increasing the size. Of course, this cam mechanism can be applied to uses other than the driving of the ignition piston.
本発明者は上記の課題を実現するための手段として側圧を打ち消し荷重方向に対する力のみを残す方法について検討し、これによってカムフォロアにたわみや永久変形をもたらすことなく急峻に立ち上がるカム機構を実現できないかと考え、この具体化方法について研究を進め本発明を完成するに至ったものである。 The present inventor examined a method for canceling the lateral pressure and leaving only the force in the load direction as a means for realizing the above-mentioned problem, and as a result, a cam mechanism that rises sharply without causing deflection or permanent deformation of the cam follower can be realized. The present invention has been completed through research on this embodiment method.
側圧を打ち消す具体的な方法として、一個のカムとこれと線対称（カムを立体として考えた場合には面対称）に作られた対称カムをたがいに向かい合わせて逆方向に回転させ、この間にカムフォロアを置くことによって課題を解決せんとするものである。このようにすることでカムフォロアにはそれぞれのカムとの接触点で逆向きの側圧が働き、これらの側圧が互いに打ち消し合うため荷重方向に対する力だけが残り、カムフォロアはたわみや永久変形を発生することなく円滑に動くことが出来ることになる。なお、対称カムとは一般的にはカム曲線或いは輪郭曲線が対称になっているものを指すようであるが、ここでいう対称カムの意味はこれとは若干異なり、一個のカム（基本カム）に対してこれと対称な形をしたカムという意味で用いるものとし、カム曲線或いは輪郭曲線自体は必ずしも対称でない場合がある点に注意願いたい。 As a specific method for canceling the side pressure, a cam and a symmetrical cam made in line symmetry (plane symmetry when the cam is considered as a solid) are rotated in the opposite direction, facing each other. The problem is solved by placing a cam follower. In this way, the cam followers have opposite side pressures at the point of contact with each cam, and these side pressures cancel each other out, so only the force in the load direction remains, and the cam followers generate deflection and permanent deformation. It will be able to move smoothly. In general, a symmetric cam is intended to indicate a cam curve or contour curve that is symmetric, but the meaning of the symmetric cam here is slightly different, and one cam (basic cam) However, it should be used in the sense of a cam having a symmetrical shape, and the cam curve or contour curve itself may not necessarily be symmetrical.
対称カムというと非常に難しいもののように聞こえるが、一個のカムに対してそれを裏返しにしたものが対称カムになるわけでそれ程難しいものではない。基本カムと対称カムの二つのカムを反対方向に回転させ、一個のカムフォロアをそれぞれのカムの対応する位置に接触するように設けることによってカムフォロアに働く側圧が打ち消され、カムフォロアは無理なく荷重方向に動くことになる。この機構はある意味では共役カムに似たところがあるが、共役カムはカムフォロアがカム面から離れないように拘束するもので、その形状や機能及び目的が本発明とはまったく異なるものである。 A symmetric cam sounds like a very difficult thing, but it is not so difficult because a symmetric cam becomes a symmetric cam. By rotating the two cams of the basic cam and the symmetric cam in opposite directions and providing one cam follower in contact with the corresponding position of each cam, the side pressure acting on the cam follower is canceled out, and the cam follower is forced in the load direction. It will move. This mechanism resembles a conjugate cam in a sense, but the conjugate cam restrains the cam follower from leaving the cam surface, and its shape, function and purpose are completely different from those of the present invention.
二つのカムはどちらを基本カムと考えても良いわけであるが以下の説明では正方向（反時計回りの方向）に回転する方を基本カム、これと反対方向に回転するものを対称カムと考えるものとする。
互いに反対方向に回転する二つのカムの回転軸は、同一直線上にあっても良いし平行軸であっても良く、またカムフォロアを安定化させるため基本カム１個に対して対称カム２個としたほうが安定化するが、詳細については〔発明を実施するための形態〕のところで説明する。
Either of the two cams can be considered as a basic cam. In the following explanation, the one that rotates in the forward direction (counterclockwise direction) is the basic cam, and the one that rotates in the opposite direction is the symmetrical cam. Think about it.
The rotating shafts of the two cams rotating in opposite directions may be on the same straight line or parallel shafts, and two symmetrical cams for one basic cam to stabilize the cam follower. However, details will be described in [Description of Embodiments].
従来、実現することが困難であった立ち上がりが急峻なカム機構を、形状を大型化することなく実現することが可能になった。これによりＨＣＣＩ方式の内燃機関の点火機構用としての用途を初め、従来使用することが出来なかった多くの分野でカム機構を使用することが可能になるものと思われる。 It has become possible to realize a cam mechanism having a steep rise that has been difficult to realize in the past without increasing the size of the cam mechanism. Accordingly, it is considered that the cam mechanism can be used in many fields that could not be used conventionally, such as an application for an ignition mechanism of an HCCI internal combustion engine.
以下、本発明になる立ち上がりが急峻なカム機構の具体的な実施の形態を図面およびこれに付した符号を引用して説明する。
今、図１に示されたカム機構を作ったものとする。しかしながら、図１に示されたような構造ではカムフォロア１０３を駆動することは殆ど不可能と思われる。なぜならばカムの立ち上がりが急峻過ぎるため圧力角α１０２が３０度を超えており、カムの回転によってカムフォロア１０３が回転方向に押し曲げられるためである。本発明ではこのように通常の設計では実現が困難な立ち上がりが急峻なカム機構を、図１に示すような基本カム１０１とこれと対称な形状の対称カムとを組み合わせて用いることによって実現するものである。
Hereinafter, specific embodiments of a cam mechanism having a steep rise according to the present invention will be described with reference to the drawings and reference numerals attached thereto.
Assume that the cam mechanism shown in FIG. However, it is almost impossible to drive the cam follower 103 with the structure shown in FIG. This is because the cam rises too steeply so that the pressure angle α102 exceeds 30 degrees, and the cam follower 103 is pushed and bent in the rotational direction by the rotation of the cam. In the present invention, a cam mechanism having a steep rise that is difficult to realize by a normal design is realized by using a basic cam 101 as shown in FIG. 1 and a symmetrical cam having a symmetrical shape as shown in FIG. It is.
〔実施の形態１〕
図２は本発明になる立ち上がりが急峻なカム機構の一形態を示したものであり、その構造と動作について説明する。なお、これ以降のすべての図について言えることであるが、回転部分におけるボールベアリングやローラーベアリング等の転がり軸受けや駆動部分における歯車やベルト等の駆動装置は、図が複雑になって理解しづらくなるため表記を省略することとしたが適宜用いられているものである。
[Embodiment 1]
FIG. 2 shows an embodiment of the cam mechanism having a steep rise according to the present invention, and its structure and operation will be described. As can be said for all the subsequent figures, rolling bearings such as ball bearings and roller bearings in the rotating part, and driving devices such as gears and belts in the driving part become complicated and difficult to understand. Therefore, the description is omitted, but it is used as appropriate.
ここに示した例はカムフォロアの変形を避けるため１個の基本カム１１１と１個の対称カム１１２を用いて負荷荷重によって発生する側圧を打ち消すようにしたものである。基本カムのカムシャフト１１３と対称カムのカムシャフト１１４の中心線を同一直線上に設け２個のカムの側面が向き合うように並べた構造としたものである。図では分かりづらいが基本カムのカムシャフト１１３と対称カムのカムシャフト１１４の中心軸は同一直線上にあるが両者はつながっておらず、それぞれのカムシャフトは反対方向に同一速度で回転するように駆動されている。２個のカムは反対方向に回転するため側面が接触して摩擦が生じることがないようにしなければならないが、接触しない範囲で出来るだけ接近している方が良い。これはカムフォロア１１５に剪断応力が働きカムフォロア１１５が変形する危険性を出来るだけ小さくするためである。
In this example, in order to avoid deformation of the cam follower, one
但し、カムフォロア１１５に発生する剪断応力は２個のカムを近づけることである程度小さくすることは可能であるといっても、この方法で剪断応力による悪影響を完全になくすことは困難である。これに対しては、後ほど説明する〔実施の形態２〕や〔実施の形態４〕に示すようにそれぞれのカムシャフトを離して平行に設けるか、〔実施の形態３〕に示すようにカムを３個にして、中央の基本カム（又は対称カム）の両側に対称カム（又は基本カム）をおいて基本カム（又は対称カム）を両側から挟むようにすることが必要である。詳しくはそれぞれの項において説明する。 However, although it can be said that the shear stress generated in the cam follower 115 can be reduced to some extent by bringing the two cams closer, it is difficult to completely eliminate the adverse effects of the shear stress by this method. For this, as shown in [Embodiment 2] and [Embodiment 4], which will be described later, the camshafts are separated and provided in parallel, or cams are installed as shown in [Embodiment 3]. It is necessary to use three so that the basic cam (or symmetrical cam) is sandwiched from both sides by placing a symmetrical cam (or basic cam) on both sides of the central basic cam (or symmetrical cam). Details will be described in each section.
このカム機構に使用するカムフォロア１１５としてローラカムフォロアを使用する場合には、カムの回転方向が逆になっているため基本カムと接触するローラ１１６と対称カムと接触するローラ１１６はそれぞれ独立して回転できるようになっていることが必要である。１個のカムフォロア１１５に付けられているローラ１１６が基本カム１１１と対称カム１１２の双方の対応する位置に接触して跨るように置かれ、カムの回転によって両側から絞り上げられるようにして上昇することになり、カムフォロア１１５にたわみや永久変形をもたらすことなく急峻な立ち上がりが可能となるわけである。ただこの方式はカムフォロア１１５に働く力のバランスが悪く、上記のように剪断応力による若干の悪影響は避けることが出来ないものである。
When a roller cam follower is used as the cam follower 115 used in this cam mechanism, the roller 116 in contact with the basic cam and the roller 116 in contact with the symmetrical cam rotate independently because the cam rotation direction is reversed. It must be possible. A roller 116 attached to one cam follower 115 is placed so as to contact and straddle corresponding positions of both the
〔実施の形態２〕
図３はカムフォロア１２５に働く力のバランスを良くし剪断応力の影響を軽減するようにしたカム機構を示した正面図である。ここでは基本カムのカムシャフト１２３と対称カムのカムシャフト１２４を基本カム１２１と対称カム１２２とが衝突しないように一定の間隔を持たせて平行に配備し、基本カム１２１と対称カム１２２の回転面が同一平面上に来るようにしてカムフォロア１２５に剪断応力が発生しないようにしたものである。これを具体的に示したものが図３であるが、基本カム１２１と対称カム１２２を向かい合うように並べ、その間に逆Ｔ字型のカムフォロア１２５を基本カム１２１と対称カム１２２の対応する位置に橋を架けるように置いたものである。カムシャフトの駆動機構は図示していないが基本カム１２１と対称カム１２２が常に対称状態を保つように同一速度で、矢印で示すようにそれぞれ反対方向に回転するようになっている。カムフォロア１２５はカムの回転によって両側から押されて持ち上げられることになる。
[Embodiment 2]
FIG. 3 is a front view showing a cam mechanism in which the balance of forces acting on the cam follower 125 is improved and the influence of shear stress is reduced. Here, the
これに使用されるカムフォロア１２５には〔実施の形態１〕と同様に摩擦抵抗を小さくするためローラ１２６が逆Ｔ字型をしたカムフォロア１２５のブリッジ１２７の両端に取り付けられている。１個のカムの場合に問題となる側圧は両側から同じ大きさで反対方向にかかるため打ち消され、カムフォロア１２５にたわみや永久変形が発生して変形することはない。また〔実施の形態１〕のようにカムフォロア１２５に剪断応力が掛かることもなくカムフォロア１２５に捩れが発生する心配もない。
ガイド１２８はカムフォロア１２５がずれて傾かないようにするためのものである。この方式は２個のカムが衝突しないようにするためカムフォロア１２５にあるブリッジ１２７のスパンが長くなり、カムフォロア１２５のブリッジ１２７が変形することがないように頑丈な構造にすることが必要であるといえる。
In the cam follower 125 used for this, rollers 126 are attached to both ends of the bridge 127 of the inverted T-shaped cam follower 125 in order to reduce the frictional resistance as in the first embodiment. The side pressure which is a problem in the case of one cam is canceled because it is applied in the opposite direction with the same magnitude from both sides, and the cam follower 125 is not deformed due to deflection or permanent deformation. Further, as in [Embodiment 1], no shear stress is applied to the cam follower 125, and there is no fear of the cam follower 125 being twisted.
The guide 128 is for preventing the cam follower 125 from being shifted and tilted. In this method, in order to prevent two cams from colliding with each other, the span of the bridge 127 in the cam follower 125 becomes long, and it is necessary to make the structure strong so that the bridge 127 of the cam follower 125 is not deformed. I can say that.
〔実施の形態３〕
この例は小型で、しかもカムフォロアに作用する捩れをなくすため、３個のカムを使って構成したカム機構であり図４はこの斜視図である。３個のカムとしては、１個の基本カム１３１と２個の対称カム１３２が用いられている。これらのカムを図４に示すように共通の中心線を軸として２個の対称カム１３２が基本カム１３１を挟むようにし、対称カム１３２と基本カム１３１とが互いに反対方向に回転するように配備する。このようにするためには、外側にある対称カムのカムシャフト１３４の内部を中央にある基本カムのカムシャフト１３３が貫通するようにしなければならない。
[Embodiment 3]
This example is a small cam mechanism that uses three cams to eliminate torsion acting on the cam follower, and FIG. 4 is a perspective view thereof. As the three cams, one basic cam 131 and two symmetrical cams 132 are used. As shown in FIG. 4, these cams are arranged so that two symmetrical cams 132 sandwich the basic cam 131 around a common center line, and the symmetrical cam 132 and the basic cam 131 rotate in opposite directions. To do. To do this, the
中央の基本カム１３１の回転速度と両外にある対称カム１３２の回転速度は同じであるが回転方向は基本カムとは逆の方向に回転するようにする。さらに、基本カム１３１と対称カム１３２は常に対称の位相関係を保つようにする。それぞれのカムは出来るだけ近づけた方が良いが〔実施の形態１〕ほどには神経質になる必要はない。逆に近づけすぎて接触して摩擦が生じるようではだめである。なお、この図では基本カム１３１を中央に置き対称カム１３２を両外に置いているが、対称カム１３２を中央に置きその両外に基本カム１３１を置いて対称カムを挟むようにしても効果は同じである。この場合は対称カムのカムシャフトが基本カムのカムシャフトを貫通することになる。 The rotational speed of the central basic cam 131 and the rotational speed of the symmetrical cams 132 on both sides are the same, but the rotational direction rotates in the direction opposite to the basic cam. Further, the basic cam 131 and the symmetric cam 132 always maintain a symmetric phase relationship. The cams should be as close as possible, but they need not be as nervous as [Embodiment 1]. On the other hand, it should not be too close to contact and cause friction. In this figure, the basic cam 131 is placed in the center and the symmetrical cams 132 are placed on both sides. However, the same effect can be obtained by placing the symmetrical cam 132 in the center and placing the basic cam 131 on both sides and sandwiching the symmetrical cam. It is. In this case, the cam shaft of the symmetrical cam penetrates the cam shaft of the basic cam.
このカム機構に使用されるカムフォロア１３５は〔実施の形態１〕や〔実施の形態２〕と同じく、カムフォロアとカムとの間の摩擦を出来る限り小さくするためカムフォロア１３５の先端にはローラ１３６が取り付けてある。両側面のカムと中央のカムとでは回転方向が異なるためこのローラ１３６は３個に分かれている。カムフォロア１３５はガイド１３８によってずれないように保持されている。
この構造は基本カム１３１が１個に対し対称カム１３２は２個でありカムに発生する側圧は対称カム１３２の方が２倍になりカムフォロア１３５は基本カム１３１の方に押し曲げられるのではないかと思われるかもしれないが、側圧は負荷荷重によって発生するものであり対称カム１３２の方は１個に作用する負荷荷重が基本カム１３１の負荷荷重の半分になるため側圧も半分になりそのような事態が起こることはない。
As in [Embodiment 1] and [Embodiment 2], the
This structure has two symmetrical cams 132 for one basic cam 131, and the side pressure generated in the cam is doubled in the symmetrical cam 132, and the
このカム機構は小型で場所をとらずカムフォロア１３５に大きな剪断応力がかかることもなく性能は優れているが、カムシャフトの構造が複雑になるのが難点である。
Although this cam mechanism is small and does not take up much space and is not subjected to a large shear stress on the
〔実施の形態４〕
図５は単純な構造のカムシャフトを使用して〔実施の形態３〕に近い機能を実現したものである。図５（Ａ）は側面図、図５（Ｂ）は上面図である。
上記〔実施の形態３〕では中央に置くカムのカムシャフトが両外に置くカムのカムシャフトを貫通するようになっているためカムシャフトの構造が複雑であるが、この〔実施の形態４〕は〔実施の形態２〕と同様、基本カムのカムシャフト１４３と対称カムのカムシャフト１４４を平行に配備することによってシャフトの構造を単純化したものである。カムフォロア１４５のブリッジ１４７にはローラ１４６が３個付いておりカムとは３箇所で接触する。
[Embodiment 4]
FIG. 5 realizes a function close to [Embodiment 3] using a camshaft having a simple structure. 5A is a side view and FIG. 5B is a top view.
In the above [Embodiment 3], the camshaft of the cam placed at the center penetrates the camshafts of the cams placed on both sides, so the structure of the camshaft is complicated, but this [Embodiment 4] As in [Embodiment 2], the
基本カム１４１と対称カム１４２が対称関係を保ちつつ反対方向に回転するところは同じであるが、前記〔実施の形態２〕の場合と違って対称カム１４２が２個付いており中央の基本カム１４１がその両外にある対称カム１４２の間を通って回転するようになっている。このためカム同士が衝突する心配はなく、２本のカムシャフトの間隔は〔実施の形態２〕の場合の約半分にすることが出来る。これによって小型化が可能になると共に〔実施の形態２〕のようにカムフォロアのブリッジが変形する危険性も低減される。勿論、カムフォロア１４５やブリッジ１４７の形状、ローラ１４６の位置等は図５に示すような形状に変更することが必要である。また〔実施の形態１〕及び〔実施の形態４〕ではガイドは図示していないが、ガイドの機能を果たすものは当然必要である。
Although the basic cam 141 and the symmetrical cam 142 rotate in the opposite directions while maintaining a symmetrical relationship, the two symmetrical cams 142 are provided unlike the case of [Embodiment 2], and a central basic cam is provided. 141 rotates between the symmetrical cams 142 on both sides thereof. For this reason, there is no worry that the cams collide with each other, and the interval between the two camshafts can be reduced to about half that in the second embodiment. As a result, the size can be reduced and the risk of deformation of the cam follower bridge as in the second embodiment is also reduced. Of course, it is necessary to change the shape of the cam follower 145 and the bridge 147, the position of the
１０１ 基本カム
１０２ 圧力角α
１０３ カムフォロア
１１１ 基本カム
１１２ 対称カム
１１３ 基本カムのカムシャフト
１１４ 対称カムのカムシャフト
１１５ カムフォロア
１１６ ローラ
１２１ 基本カム
１２２ 対称カム
１２３ 基本カムのカムシャフト
１２４ 対称カムのカムシャフト
１２５ カムフォロア
１２６ ローラ
１２７ ブリッジ
１２８ ガイド
１３１ 基本カム
１３２ 対称カム
１３３ 基本カムのカムシャフト
１３４ 対称カムのカムシャフト
１３５ カムフォロア
１３６ ローラ
１３８ ガイド
１４１ 基本カム
１４２ 対称カム
１４３ 基本カムのカムシャフト
１４４ 対称カムのカムシャフト
１４５ カムフォロア
１４６ ローラ
１４７ ブリッジ
101 Basic cam 102 Pressure angle α
103
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2013028576A JP2014156911A (en) | 2013-02-18 | 2013-02-18 | Steep start-up cam mechanism |
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| JP2013028576A JP2014156911A (en) | 2013-02-18 | 2013-02-18 | Steep start-up cam mechanism |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110296571A (en) * | 2018-03-22 | 2019-10-01 | 日本电产三协株式会社 | Driving device and throttle setting with abnormal detection mechanism |
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2013
- 2013-02-18 JP JP2013028576A patent/JP2014156911A/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN110296571A (en) * | 2018-03-22 | 2019-10-01 | 日本电产三协株式会社 | Driving device and throttle setting with abnormal detection mechanism |
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