以下に本発明に係る弁ばね装置の第1の実 施形態について、図1を参照して説明する。� �1に示されるように、エンジンのシリンダヘ� ��ド10に吸気ポート11が形成されている。シリ ンダヘッド10に吸気用の動弁機構12が設けら� �ている。吸気用の動弁機構12は、バルブ(吸� �バルブ)15と、弁ばね装置16Aと、駆動機構17な どを含んでいる。バルブ15は、吸気ポート11� �開閉する。弁ばね装置16Aは、バルブ15を閉弁 方向に付勢する。駆動機構17は、バルブ15を� �弁方向に駆動する。

 シリンダヘッド10に、排気ポート(図示せ� ��)と、排気ポートを開閉するための排気用の 動弁機構(図示せず)が設けられている。排気� ��の動弁機構は吸気用の動弁機構12とほぼ同� �に構成されているため説明を省略し、以下� �吸気用の動弁機構12を代表して説明する。

 吸気ポート11に設けられたバルブ15は、軸 部20と、弁体21と、リテーナ22などを備えてい る。軸部20は軸線Xを有している。弁体21は、� ��気ポート11を開閉する。ばね受け部材とし� �機能するリテーナ22は、軸部20の端部に取付� ��られている。軸部20は軸線X方向に延びてい� ��。軸部20は、シリンダヘッド10に設けられた 筒形のバルブガイド23に挿入されている。軸� ��20はリテーナ22と一体に軸線X方向に往復移� �することができる。

 駆動機構17は、カムシャフト30と、カムシ ャフト30に取付けられたカム31と、伝達部材32 とを含んでいる。伝達部材32は、バルブ15と� �ム31との間に配置されている。カム31は、エ� ��ジンのクランクシャフト(図示せず)の回転� �伴って、カムシャフト30を中心として図1に� �印Aで示す方向に回転する。

 カム31が矢印A方向に回転すると、バルブ15� �軸部20が伝達部材32を介して軸線X方向に往復 運動する。すなわちこのバルブ15は、矢印Bで 示す開弁方向と、矢印Cで示す閉弁方向に往� �移動する。駆動機構17の他の形態は、カムに よって駆動されるロッカアーム(図示せず)を� ��え、ロッカアームによってバルブ15を軸線X� ��向に押すように構成される。この場合には� ��ッカアームが伝達部材として機能する
 弁ばね装置16Aは、シリンダヘッド10に設け� �れたばね受け部40と、前記リテーナ22との間� ��配置されている。この弁ばね装置16Aは、圧� ��コイルばねからなる第1のコイルばね41と、� ��縮コイルばねからなる第2のコイルばね42と� ��接続部材43とを備えている。接続部材43は、 コイルばね41,42どうしを直列に接続している� ��第1のコイルばね41と第2のコイルばね42は、� ��テーナ22とばね受け部40との間に、圧縮され た状態で配置されている。バルブ15の軸部20� �は、駆動機構17によって軸荷重Pが加わる。� �荷重Pは、軸線Xに沿って、第1のコイルばね41 と第2のコイルばね42を圧縮する方向に加わる 。

 第1のコイルばね41は、ばね鋼からなる素� ��41aを螺旋状に巻回してなる。このコイルば� ��41は、図1において上側に位置する第1の端部 41bと、下側に位置する第2の端部41cとを有し� �いる。第1の端部41bの端面は、リテーナ22に� �接している。第2のコイルばね42も、ばね鋼� �らなる素線42aを螺旋状に巻回してなる。こ� �コイルばね42は、図1において上側に位置す� �第1の端部42bと、下側に位置する第2の端部42c とを有している。第2の端部42cの端面は、ば� �受け部40に当接している。本実施形態では、 第1のコイルばね41の巻き数が第2のコイルば� �42の巻き数よりも多い。しかし第1のコイル� �ね41と第2のコイルばね42の巻き数が同等であ ってもよいし、あるいは第2のコイルばね42の 巻き数が第1のコイルばね41の巻き数より多く てもよい。

 第2のコイルばね42の内径(コイル内径)は� �第1のコイルばね41の外径(コイル外径)よりも 大きい。第1のコイルばね41の下部、すなわち 第2の端部41cを含む軸線X方向の一部が、第2の コイルばね42の内側に挿入されている。つま� ��第1のコイルばね41と第2のコイルばね42とが� ��入れ子」状に配置されている。しかもこれ� ��コイルばね41,42が直列に接続されている。

 接続部材43は、内側のばね座44と、外側の ばね座45と、連結部46とを有している。連結� �46は、ばね座44,45間に位置している。連結部4 6は、軸線X方向に延びている。内側のばね座4 4に、第1のコイルばね41の第2の端部41cが当接� ��ている。外側のばね座45に、第2のコイルば� ��42の第1の端部42bが当接している。接続部材4 3によって、第1のコイルばね41と第2のコイル� ��ね42の径方向の相対位置が規制されている� �

 接続部材43の中心部に貫通孔47が形成され ている。この貫通孔47に、バルブ15の軸部20と バルブガイド23が挿通されている。バルブ15� �軸部20とバルブガイド23は、コイルばね41,42� �内部を軸線X方向に挿通している。

 第1のコイルばね41の取付け状態での長さ� ��S1である。第2のコイルばね42の取付け状態� �の長さはS2である。本実施形態では、第1の� �イルばね41の一部が第2のコイルばね42の内側 に挿入されている。このため、弁ばね装置16A の長さS3は、第1のコイルばね41の長さS1と第2� ��コイルばね42の長さS2の和よりも短い。よっ て2種類のコイルばね41,42を備えていながら、 弁ばね装置16Aのセット高さを低くすることが できるとともに、バルブ15の軸部20を短くす� �ことが可能である。このため高速で往復運� �する動弁機構12の慣性力を低減させることが できる。

 本実施形態の第2のコイルばね42の素線42a� ��径は、第1のコイルばね41の素線41aの径と同� ��である。しかし第2のコイルばね42の素線42a� ��径が第1のコイルばね41の素線41aの径よりも� ��きくもよいし、第1のコイルばね41の素線41a� ��径が第2のコイルばね42の素線42aの径よりも� ��きくてもよい。要するに弁ばね装置16Aの仕� ��に応じて、各コイルばね41,42の素線径と巻� �数、コイル径などが選択される。

 以下に本実施形態(図1)の弁ばね装置16Aを備� ��た動弁機構12の作用について説明する。 
 エンジンが回転すると、クランクシャフト� ��回転に連動して駆動機構17のカム31が図1に� �印Aで示す方向に回転する。カム31が回転す� �ことにより、バルブ15が図1に2点鎖線で示す� ��弁位置に向かって移動する。

 例えば、図1に示す状態からカム31が矢印A 方向に回転すると、第1のカム面31aに連なる� �2のカム面31bによってバルブ15の軸部20が矢印 B方向に押される。このことにより、バルブ15 が図1に2点鎖線で示す開弁位置に向かってリ� ��トするとともに、第1のコイルばね41と第2の コイルばね42が同時に圧縮される。

 バルブ15のリフト量が所定値を越えると� �第2のコイルばね42の素線42aの少なくとも一� �が密着する。そしてカム31の頂部31cがバルブ 15を押したときに、コイルばね41,42の圧縮量� �最大となり、バルブ15が開弁位置(最大リフ� �位置)に達する。バルブ15が最大リフト位置� �過ぎると、前記とは逆に第1のコイルばね41� �第2のコイルばね42が伸び側に撓むことによ� �、バルブ15が図1に実線で示す閉弁位置に戻� �。

 このように本実施形態のコイルばね41,42� �荷重-撓み特性は、バルブ15のリフト量が小� �いうちはコイルばね41,42が圧縮されて撓み、 リフト量が増大する途中で第2のコイルばね42 の素線42aが密着するように設定されている。

 エンジンが高回転数で運転されると、第1 のコイルばね41と第2のコイルばね42が軸線X方 向に高速で振動することにより、サージング を生じる可能性が出てくる。第1のコイルば� �41にサージングが生じると、サージ波が第2� �コイルばね42に伝播する。そして第2のコイ� �ばね42が密着と離反を繰り返すことにより、 弁ばね装置16Aの固有振動数が変化する。この ため第1のコイルばね41のサージングが抑制さ れる。このことにより、バルブ15の慣性力が� ��大となる最大リフト付近での弁ばね装置16A� ��荷重を安定させることができる。

 本実施形態の弁ばね装置16Aは、バルブ15� �リフトする途中で第2のコイルばね42の素線42 aが密着するように構成されている。しかし� �れとは逆に、バルブ15がリフトする途中で、 第1のコイルばね41の素線41aが密着するように 構成されていてもよい。

 図2は、本発明の第2の実施形態に係る弁� �ね装置16Bを備えた動弁機構12を示している。 弁ばね装置16Bは、第1の実施形態の弁ばね装� �16Aと同様に、第1のコイルばね41と、第2のコ� ��ルばね42とを備えている。第1のコイルばね4 1は、リテーナ22に当接している。第2のコイ� �ばね42は、シリンダヘッド10によって支持さ� ��ている。コイルばね41,42は、リテーナ22とば ね受け部40との間に、圧縮された状態で直列� ��配置されている。

 この実施形態の場合、第2のコイルばね42� ��外径(コイル外径)が第1のコイルばね41の内� �(コイル内径)よりも小さい。第2のコイルば� �42の端部42bを含む軸線X方向の一部が、第1の� ��イルばね41の内側に挿入されている。それ� �外の構成は第1の実施形態の弁ばね装置16Aと� ��通である。

 図2に示す閉弁位置からカム31が矢印A方向 に回転する。バルブ15が開弁位置に向かって� ��フトする途中で、第2のコイルばね42の素線4 2aの少なくとも一部が密着する。この実施形� ��の弁ばね装置16Bは、第1の実施形態の弁ばね 装置16Aと同様に、ばね特性が異なる2種類の� �イルばね41,42が直列に配置されている。この ことにより、サージングを抑制することがで きる。しかも弁ばね装置16Bの軸線X方向の長� �S3が大きくなることが抑制されている。なお 、バルブ15がリフトする途中で、第1のコイル ばね41の素線41aが密着するように構成されて� ��てもよい。

 図3は、本発明の第3の実施形態に係る弁� �ね装置16Cを備えた動弁機構12を示している。 この弁ばね装置16Cは、バルブ15が閉弁位置に� ��るときに第2のコイルばね42の素線42aが密着� ��ている点で、第1の実施形態(図1)の弁ばね装 置16Aと相違している。すなわちこの弁ばね装 置16Cは、バルブ15がリフトする前に、第2のコ イルばね42の素線42aが密着する。それ以外は� ��1の実施形態の弁ばね装置16Aと共通である。

 図3に示す閉弁位置から、カム31が矢印A方 向に回転する。カム31によって軸部20が押さ� �、第1のコイルばね41が圧縮されることによ� �、バルブ15がリフトする。エンジンが高回転 数で運転され、第1のコイルばね41が軸線X方� �に高速で振動することによってサージ波が� �じると、サージ波が第2のコイルばね42に伝� �する。そうすると第2のコイルばね42が密着� �離反を繰り返し、高回転数域で弁ばね装置16 Cの固有振動数が変化する。このことにより� �サージングが抑制される。この実施形態の� �ばね装置16Cも、ばね特性が互いに異なる2種� ��のコイルばね41,42が、直列に配置されてい� �。しかし軸線X方向の長さS3が大きくなるこ� �を抑制できる。

 図4は、本発明の第4の実施形態に係る弁� �ね装置16Dを備えた動弁機構12を示している。 この弁ばね装置16Dにおいて、第1の実施形態� �弁ばね装置16Aと共通の部位には、第1の実施� ��態の弁ばね装置16Aと共通の符号が付されて� ��る。

 この弁ばね装置16Dも、前記それぞれの実� ��形態と同様に、第1のコイルばね41と、第2の コイルばね42とを備えている。第1のコイルば ね41は、リテーナ22に当接している。第2のコ� ��ルばね42は、シリンダヘッド10によって支持 されている。コイルばね41,42は、リテーナ22� �シリンダヘッド10との間に圧縮された状態で 、直列に配置されている。

 第2のコイルばね42の内径は、第1のコイル ばね41の外径よりも大きい。第1のコイルばね 41の端部41cを含む軸線X方向の一部が、第2の� �イルばね42の内側に挿入されている。コイル ばね41,42によって、いわゆる「入れ子」状の� ��合わせばねが構成されている。第1のコイル ばね41の端部41cと第2のコイルばね42の端部42b� ��が、接続部材43によって直列に接続されて� �る。

 第1のコイルばね41は、リテーナ22と接続� �材43の内側のばね座44との間に圧縮した状態� ��配置されている。第1のコイルばね41の取付� ��状態での長さはS1である。第1のコイルばね4 1が駆動機構17によって押されていないとき、 このコイルばね41の長さはS1である。第1のコ� ��ルばね41の取付け荷重は、このコイルばね41 が長さS1のときに、軸線X方向に生じる反力で ある。

 第2のコイルばね42は、ストッパ60を有す� �保持部材61によって、予め圧縮された状態、 すなわち予荷重を与えた状態で保持されてい る。第2のコイルばね42の取付け状態での長さ はS2である。第2のコイルばね42に与えられた� ��記予荷重は、第1のコイルばね41の前記取付� ��荷重よりも大きい。第2のコイルばね42の予� ��重は、第1のコイルばね41の素線41aの少なく� ��も一部が互いに密着するまで圧縮されたと� ��の軸荷重Pよりも大きい。または、第2のコ� �ルばね42の予荷重は、第1のコイルばね41の素 線41aが完全密着状態近くまで圧縮されたとき の軸荷重Pよりも大きい。

 コイルばね41,42の荷重-撓み特性は、軸荷� ��Pが所定値以下のときに第1のコイルばね41の みが撓み、軸荷重Pが前記所定値を越えた状� �において第1のコイルばね41と第2のコイルば� ��42の双方が撓む特性である。

 以下に本実施形態(図4)の弁ばね装置16Dを備� ��た動弁機構12の作用について説明する。 
 エンジンが回転すると、駆動機構17のカム31 が、図4に矢印Aで示す方向に回転する。バル� ��15は、図4に実線で示す閉弁位置から、2点鎖 線で示す開弁位置に向かって矢印Bで示す方� �に移動する。第1のカム面31aは、第1のコイル ばね41の素線41aの少なくとも一部が密着また� ��密着に近い状態になるまでは、第1のコイル ばね41のみを撓ませる。すなわち軸荷重Pが小 さいうちは、第1のコイルばね41のみが圧縮さ れてその長さS1が短くなってゆく。

 軸部20が第2のカム面31bによって押され、� ��荷重Pが増大すると、第1のコイルばね41の素 線41aの少なくとも一部が互いに密着する。そ うすると第1のコイルばね41の荷重(反力)が急� ��大きくなる。このため第2のコイルばね42も� ��縮され、その長さS2が短くなってゆく。そ� �てカム31の頂部31cがバルブ15を押したときに� ��バルブ15が開弁位置(最大リフト位置)となる 。

 バルブ15が最大リフト位置を過ぎると、� �記とは逆に、第2のコイルばね42が伸びるこ� �により、接続部材43がストッパ60に当る。こ� ��ため第2のコイルばね42は、取付け長さS2ま� �伸びた時点でストッパ60によって保持される 。さらにカム31が回転してバルブ15が閉弁方� �に移動する。このことにより、第1のコイル� ��ね41が取付け長さS1に復帰するとともに、バ ルブ15が全閉状態となる。

 エンジンが高回転数で運転され、第1のコ イルばね41が軸線X方向に高速で振動すると、 サージングを生じる可能性が出てくる。仮に 第1のコイルばね41にサージングが発生しても 、バルブ15のリフト中に第1のコイルばね41の� ��線41aの少なくとも一部が密着する。このこ� ��により、圧縮方向(軸線X方向)の変位が拘束� ��れる。このためバルブ15に対する荷重の低� �を抑制でき、バルブ15がジャンプやバウンス を生じることを抑制できる。すなわちサージ ングを無害化することができる。

 しかも本実施形態の弁ばね装置16Dは、前� ��それぞれの実施形態と同様に、コイルばね4 1,42が互いに軸線X方向に分かれている。この� ��め、サージング発生時に第1のコイルばね41� ��発生するサージ波が、第2のコイルばね42に� ��播することを防止できる。よってバルブ15� �慣性力が最大となる最大リフト付近での弁� �ね装置16Dの荷重を安定させることができる� �

 これらのことにより、第1のコイルばね41� ��荷重を従来の弁ばねと比べて低く設定する� ��とが可能となり、フリクションロスを低減� ��ることが可能である。また、ばね特性が互� ��に異なる2種類のコイルばね41,42を備えてい� ��がら、コイルばね41,42が「入れ子」状に配� �されているため、軸線X方向の長さS3を小さ� �することができる。

 図5は、本発明の第5の実施形態に係る弁� �ね装置16Eを備えた動弁機構12を示している。 この弁ばね装置16Eも、前記弁ばね装置16Dと同 様に、ストッパ60によって、第2のコイルばね 42に予荷重を与えている。第2のコイルばね42� ��、ストッパ60によって、取付け長さS2に保持 されている。第2のコイルばね42の外径(コイ� �外径)は、第1のコイルばね41の内径(コイル内 径)よりも小さい。第2のコイルばね42の端部42 bを含む軸線X方向の一部が、第1のコイルばね 41の内側に挿入されている。コイルばね41,42� �、いわゆる「入れ子」状の組合わせばねを� �成している。それ以外の構成と作用は第4の� ��施形態(図4)の弁ばね装置16Dと共通である。

 この弁ばね装置16Eも、ストッパ60によっ� �第2のコイルばね42に予荷重が与えられてい� �。このため、バルブ15のリフト量が小さいう ちは、第1のコイルばね41のみが圧縮されて長 さS1が小さくなってゆく。リフト量が大きく� ��って、第1のコイルばね41の少なくとも一部� ��密着状態になるかまたは密着状態近くにな� ��と、第2のコイルばね42も圧縮されるため、� ��2のコイルばね42の長さS2が小さくなってゆ� �。

 この実施形態(図5)の弁ばね装置16Eも、第4 の実施形態(図4)の弁ばね装置16Dと同様の理由 により、サージングを抑制することができる 。しかもコイルばね41,42が「入れ子」状に配� ��されているため、2種類のコイルばね41,42を� ��えていながら、軸線X方向の長さS3を小さく� ��ることができる。