JP2004274891A

JP2004274891A - ヒステリシスブレーキ

Info

Publication number: JP2004274891A
Application number: JP2003062735A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Kobayashi; 喜幸小林; Katsunari Yoshida; 克成吉田; Junji Yamanaka; 淳史山中
Original assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 2003-03-10
Filing date: 2003-03-10
Publication date: 2004-09-30

Abstract

【課題】低コストでの製造と軸長の短縮化を実現する。
【解決手段】軸部材２７に固定されるヒステリシス材２８を円板状に形成し、そのヒステリシス材２８の軸方向両側に第１，第ヨーク２３，２４配置する。第１，第２ヨーク２３，２４のヒステリシス材２８に対向する面には放射方向に延出する複数の極歯２３ａ，２４ａを円周方向に沿って設ける。両ヨーク２３，２４の極歯２３ａ，２４ａは円周方向にオフセットさせる。磁界を発生するコイル巻線２９は両極歯２３ａ，２４ａの外周側に配置する。ヒステリシス材２９は円板状であり、これに対峙するヨーク２３，２４の極歯形成面は平坦となるため、ヒステリシス材２８とヨーク２３，２４を容易に形成することが可能となる。また、コイル巻線２９が極歯２３ａ，２４ａの外周側に配置されるため、軸長が短縮化される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、ヒステリシス材の磁気的ヒステリシス特性を利用して制動力を得るヒステリシスブレーキに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のヒステリシスブレーキとして以下のようなものが知られている（特許文献１参照。）。
【０００３】
このヒステリシスブレーキは、非回転部材側に円筒状の外側極歯ヨークと内側極歯ヨークが同軸に設けられ、これらのヨークの対向面に形成された複数の極歯が円周方向にオフセットして配置されている。そして、前記両ヨークの軸方向の側部には、磁界を発生するためのコイル巻線が固定設置され、両ヨーク間の環状隙間には、回転部材に固定された円筒状のヒステリシス材が介装されている。
【０００４】
このヒステリシスブレーキは、コイル巻線に対する通電によって両ヨークの極歯間に磁界を生じさせ、このとき極歯間に発生する磁界の向きと、ヒステリシス材の内部磁束の向きのずれによって制動力を発生する。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２８６２０５０号明細書
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来のヒステリシスブレーキにおいては、ヒステリシス材や極歯ヨークを円筒状に形成する関係で加工が非常に難しく、制動力を増大させるべく極歯ヨークとヒステリシス材の隙間を狭めようとすると、さらに高精度の加工が要求される。したがって、高度な加工が必要であることから、製造コストの高騰を避けることができないというのが実情である。
【０００７】
また、上記従来のヒステリシスブレーキの場合、コイル巻線が両極歯ヨークの軸方向側部に配置されているために全体の軸長が長く、他の装置への搭載性が悪いことも問題となっている。
【０００８】
そこでこの出願の発明は、低コストでの製造が可能で、しかも、軸長の短縮化を図ることのできるヒステリシスブレーキを提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するための手段として、この出願の発明は、回転部材に固定された円板状のヒステリシス材と、このヒステリシス材の一方の側面に対峙するように非回転部材に固定設置され、前記ヒステリシス材の一方の側面に臨む面に放射方向に延出する複数の極歯が円周方向に沿って設けられた第１ヨークと、前記ヒステリシス材の他方の側面に対峙するように非回転部材に固定設置され、前記ヒステリシス材の他方の側面に臨む面に放射方向に延出する複数の極歯が円周方向に沿って設けられると共に、この各極歯が前記第１ヨークの極歯に対して円周方向にオフセットして配置された第２ヨークと、前記第１ヨークと第２ヨークの極歯の外周側位置または内周側位置に配置され、通電によって磁界を発生するコイル巻線と、を備えた構成とした。
【００１０】
この発明の場合、ヒステリシス材は円板形状であるために容易に成形することができ、第１，第２ヨークも偏平な端面に極歯を形成するだけで良いため、容易に加工を行うことができる。そして、各ヨークとヒステリシス材の間の隙間は平面を付き合わせて形成されるため、隙間管理を容易に、かつ、正確に行うことができる。さらに、この発明においては、コイル巻線が両ヨークの極歯の外周側位置または内周側位置に配置されるため、装置の軸長を確実に短縮することができる。したがって、他の装置への搭載性が高まる。
【００１１】
前記第１ヨークと第２ヨークは同一形状に形成し、相互の極歯が円周方向でオフセットするように向かい合わせて配置するようにしても良い。
【００１２】
このようにした場合には、同一形状のヨークのみを製造すれば良いこととなるため、生産性が確実に高まり、製造コストの低減が可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、この出願の発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
この実施形態は、この出願の発明にかかるヒステリシスブレーキ２を内燃機関のバルブタイミング制御装置に適用したものである。尚、以下においては、バルブタイミング制御装置は内燃機関の吸気側の動弁系に適用したものとして説明するが、排気側の動弁系に同様に適用することも可能である。
【００１５】
バルブタイミング制御装置は、図１に示すように内燃機関の吸気側のカムシャフト（図示せず）の前端部に結合された従動軸部材３（従動回転体）と、この従動軸部材３に必要に応じて相対回動できるように組み付けられ、チェーン（図示せず）を介してクランクシャフト（図示せず）に連係される駆動リング５（駆動回転体）と、この駆動リング５の前方側（図１中左側）に配置され、駆動リング５と従動軸部材３を相対回動させて両者の組付角を操作する組付角操作機構６と、この組付角操作機構６に操作力を付与する操作力付与手段７と、を備えている。
【００１６】
駆動リング５は、その外周に駆動入力用のスプロケット４が形成されており、その前面側（カムシャフトと逆側）には、図２，図３に示すように３つの径方向溝９が形成されている。
【００１７】
また、従動軸部材３は、図１に示すように、カムシャフトの前端部に突き合される基部側の外周に拡径部が形成されると共に、その拡径部よりも前方側の外周面に放射状に突出する三つのレバー１０が一体に形成され、軸芯部を貫通するボルト１１によってカムシャフトに結合されている。各レバー１０には、リンク１２の基端がピン１３によって枢支連結され、各リンク１２の先端には前記各径方向溝９に摺動自在に係合する円柱状の突出部１４が一体に形成されている。
【００１８】
各リンク１２は、突出部１４が対応する径方向溝９に係合した状態において、ピン１３を介して従動軸部材３に連結されているため、リンク１２の先端側が外力を受けて径方向溝９に沿って変位すると、駆動リング５と従動軸部材３はリンク１２の作用でもって突出部１４の変位に応じた方向及び角度だけ相対回動する。
【００１９】
また、各リンク１２の先端部には、軸方向前方側に開口する収容穴１５が形成され、この収容穴１５に、後述する渦巻き溝１６（渦巻き状ガイド）に係合する係合ピン１７と、この係合ピン１７を前方側（渦巻き溝１６側）に付勢するコイルばね１８とが収容されている。尚、この実施形態の場合、リンク１２の先端の突出部１４と係合ピン１７、コイルばね１８等によって径方向に変位可能な可動案内部が構成されている。
【００２０】
一方、従動軸部材３のレバー１０の突設位置よりも前方側には、円板状のフランジ壁を有する中間回転体１９が軸受２０を介して回転自在に支持されている。中間回転体１９のフランジ壁の後面側には断面半円状の前述の渦巻き溝１６が形成され、この渦巻き溝１６に、前記各リンク１２の先端の係合ピン１７が転動自在に案内係合されている。渦巻き溝１６の渦巻きは、機関回転方向Ｒに沿って次第に縮径するように形成されている。したがって、各リンク１２先端の係合ピン１７が渦巻き溝１６に係合した状態において、中間回転体１９が駆動リング５に対して遅れ方向に相対回転すると、リンク１２の先端部は径方向溝９に案内されつつ、渦巻き溝１６の渦巻き形状に誘導されて半径方向内側に移動し、逆に、中間回転体１９が進み方向に相対変位すると、半径方向外側に移動する。
【００２１】
組付角操作機構６は、以上説明した駆動リング５の径方向溝９、リンク１２、突出部１４、係合ピン１７、レバー１０、中間回転体１９、渦巻き溝１６等によって構成されている。この組付角操作機構６は、後述する操作力付与手段７から中間回転体１９に駆動リング５に対する相対的な回動操作力が入力されると、その操作力が渦巻き溝１６と係合ピン１７の係合部を通してリンク１２の先端を径方向に変位させ、このときリンク１２が揺動してその揺動量に応じて駆動リング５と従動軸部材３を相対回動させる。
【００２２】
一方、操作力付与手段７は、中間回転体１９を駆動リング５に対して機関回転方向Ｒに付勢する付勢手段としてのゼンマイばね２１と、中間回転体１９を駆動リング５に対して機関回転方向Ｒと逆方向に相対回動させるこの出願の発明にかかるヒステリシスブレーキ２と、を備え、ゼンマイばね２１の付勢力とヒステリシスブレーキ２の制動力のバランスによって中間回転体１９を回動操作するようになっている。
【００２３】
ゼンマイばね２１は、駆動リング５に固定された筒状部材８にその外周端部が結合される一方、内周端部が中間回転体１９の円筒状の基部に結合されている。
【００２４】
ヒステリシスブレーキ２は、被回転部材である図示しないＶＴＣカバーに支持固定された第１，第２ヨーク２３，２４と、この第１，第２ヨーク２３，２４の中心側に玉軸受２５，２６を介して回転自在に支持された軸部材２７と、この軸部材２７に固定設置された円板状のヒステリシス材２８と、通電によって磁界を発生するコイル巻線２９と、を備え、軸部材２７の端部がゴムブッシュ３０と連結ピン３１を介して中間回転体１９に一体に連結されている。この実施形態の場合、軸部材２７が両ヨーク２３，２４に玉軸受２５，２６によって支持されているうえ、中間回転体１９との連結部にゴムブッシュ３０が設けられているため、中間回転体１９側の振動はゴムブッシュ３０によって吸収され、軸部材２７側には殆ど伝達されることがない。
【００２５】
第１ヨーク２３と第２ヨーク２４は、図４，図５に示すように共に略円板状に形成され、ヒステリシス材２８の各側面に対峙するようにヒステリシス材２８の両側に配置されている。両ヨーク２３，２４のヒステリシス材２８の側面に臨む面には、放射方向に延出する複数の極歯２３ａ，２４ａが円周方向に沿って設けられている。この実施形態の場合、両ヨーク２３，２４の極歯２３ａ，２４ａの歯数は奇数個に設定され、両ヨーク２３，２４の極歯相互は円周方向に半ピッチ分オフセットされている（図４参照。）。
【００２６】
また、両ヨーク２３，２４は外周縁部に複数のねじ孔３２が円周方向に等ピッチに形成され、このねじ孔３２に固定ねじ３３（図１参照。）が螺合されることによってヨーク相互が連結されている。ただし、両ヨーク２３，２４の外周縁部間には図６に示すような大径のスペーサリング３４が介装され、このスペーサリング３４の厚みによって両極歯２３ａ，２４ａ間にヒステリシス材２８を非接触で介装し得る間隔が保たれている。前記ねじ孔３２と固定ねじ３３は両ヨーク２３，２４の円周方向の位置決め手段として機能する。さらに、両ヨーク２３，２４の極歯２３ａ，２４ａよりも外周側位置には環状の凹部３５が形成され、この両凹部３５には巻線コイル２９が跨って収容されている。また、両ヨーク２３，２４の外周寄り位置には、潤滑液の排出孔３６とコイル巻線２９の配線引出し孔３７とが貫通形成されている。
【００２７】
尚、この実施形態の場合、第１ヨーク２３と第２ヨーク２４は同形状に形成され、この両者は１８０°ずらし向かい合わせ状態で固定されている、
ヒステリシス材２８は図７に示すように中心孔３８を有し、この中心孔３８部分が軸部材２７に嵌合されているが、このヒステリシス材２８は、図１に示すように各玉軸受２５，１６のインナレース２５ａ，２６ａに当接支持される両側の小径のスペーサリング３９，３９によって挟持固定されている。したがって、両ヨーク２３，２４に対するヒステリシス材２８の軸方向位置は上記の挟持固定によって正確に維持されている。
【００２８】
また、軸部材２７には、中間回転体１９側の端面からヒステリシス材２８の取付部に連続する潤滑液の供給通路４０が設けられている。この供給通路４０には組付各操作機構６の内部を通過した潤滑液が流れ込み、その潤滑液は軸部材２７の回転による遠心力によってヒステリシス材２８の延出方向に向かって流出する。ヒステリシス材２８には、図７に示すように中心孔３８に連続するスリット４１が形成されており、上記の潤滑液はこのスリット４１を通って両スペーサリング３９，３９の外周側に流れ込み、さらに両ヨーク２３，２４とヒステリシス材２８の隙間を通り、第１，第２ヨーク２３，２４の各排出孔３６からヨーク外部に排出される。尚、玉軸受２５，２６は、スペーサリング３９の外周側の空間部に臨んで配置されているため、潤滑液はこの玉軸受２５，２６にも供給される。また、第２ヨーク２４側の排出孔３６は組付角操作機構６の側部に臨んで開口しているため、第２ヨーク２４から排出された潤滑液は組付角操作機構６の側部に外面側から供給することができる。
【００２９】
このヒステリシスブレーキ２は、ヒステリシス材２８の回転中にコイル巻線２９の通電によって第１，第２ヨーク２３，２４の極歯２３ａ，２４ａ間に磁界が発生すると、その磁界の向きとヒステリシス材２８の内部磁束の向きとにずれが生じ、そのずれによって制動力を発生する。
【００３０】
このバルブタイミング制御装置は以上のような構成であるため、クランクシャフトとカムシャフトの回転位相（機関弁の開閉タイミング）を最進角側に変更する場合には、ヒステリシスブレーキ２に適宜電流を通電することにより、ゼンマイばね２１の力に抗する制動力が軸部材２７から中間回転体１９にゴムブッシュ２４と連結ピン２５を介して伝達される。これにより、中間回転体１９が駆動リング５に対して逆方向に回転し、それによってリンク１２の先端の係合ピン１７が渦巻き溝１６に誘導されてリンク１２の先端部が径方向内側に変位し、このとき、図３に示すようにリンク１２の作用によって駆動リング５と従動軸部材３の組付角が最進角位置に変更される。
【００３１】
また、クランクシャフトとカムシャフト１の回転位相（機関弁の開閉タイミング）を最遅角側に変更する場合には、ヒステリシスブレーキ２の通電電流をオフまたは微弱にすることにより、中間回転体１９がゼンマイばね２１の力によって機関回転方向に回転させられる。すると、渦巻き溝１６による係合ピン１７の誘導によってリンク１２の先端部が径方向外側に変位し、このとき、図２に示すようにリンク１２の作用によって駆動リング５と従動軸部材３の組付角が最遅角位置に変更される。
【００３２】
ところで、このバルブタイミング制御装置に適用したヒステリシスブレーキ２は、円板状のヒステリシス材２８の軸方向両側に同じく円板状の第１ヨーク２３と第２ヨーク２４が配置された構造となっているため、これらを円筒状に形成していた従来のものに比較して製造が容易であるという利点がある。特に、各ヨーク２３，２４の極歯２３ａ，２４ａはこれらの偏平な端面に設けられているため、さして高度な加工技術を要することなく非常に精度良く成形することができる。また、両ヨーク２３，２４とヒステリシス材２８の間の隙間は平坦な面を突き合せて形成されるため、極歯２３ａ，２４ａとヒステリシス材２８の間の隙間管理も容易に、かつ、正確に行うことができる。
【００３３】
さらに、この実施形態のヒステリシスブレーキ２においては、第１，第２ヨーク２３，２４がまったく同一形状に形成されているため、一種のヨークのみを造形し、それを組合せて利用することができ、このことから大幅な生産性の向上を図ることができる。そして、この実施形態のように各ヨーク２３，２４の極歯２３ａ，２４ａの歯数を奇数個に設定し、両ヨーク２３，２４を１８０°ずらして組付けるようにすれば組付が容易になり、作業性も向上する。
【００３４】
また、このヒステリシスブレーキ２は、両ヨーク２３，２４の極歯２３ａ，２４ａの外周側にコイル巻線２９が配置されているため、コイル巻線をヨークの軸方向側部に配置していた従来のものに比較してブレーキ２全体の軸長を短縮化することができる。したがって、バルブタイミング制御装置を含めた内燃機関全体の軸長を短縮することができるため、エンジンルームに対する内燃機関の搭載性を高めることが可能である。
【００３５】
また、このヒステリシスデレーキ２は、軸部材の内側から両ヨーク２３，２４とヒステリシス材２８の隙間に遠心力を利用して潤滑液を供給するようにしているため、発熱量の大きいヒステリシス材２８とヨーク２３，２４を、潤滑液を利用して効率良く冷却することができる。しかも、ヒステリシス材２８と両ヨーク２３，２４の隙間に到る通路途中に玉軸受２５，２６を臨ませて配置しているため、玉軸受２５，２６の潤滑をも効率良く行うことができる。
【００３６】
尚、この出願の発明の実施形態は以上で説明したものに限るものではなく、例えば、以上の実施形態ではコイル巻線２９を両ヨーク２３，２４の極歯２３ａ，２４ａの外周側に配置したが、ヒステリシス材を支持固定する部材（軸部材に相当する部材）を径方向外側に配置し、コイル巻線を両ヨークの極歯の内周側に配置するようにしても良い。
【００３７】
次に、上記の実施形態から把握し得る請求項に記載以外の発明について、以下にその作用効果と共に記載する。
【００３８】
（イ）前記第１ヨークと第２ヨークの間に円周方向の位置決め手段を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のヒステリシスブレーキ。
【００３９】
この場合、円周方向の位置決め手段を設けたため、両ヨークの極歯の円周方向のオフセット量を正確に管理して、制動性能の安定化を図ることができる。
【００４０】
（ロ）前記第１，第２ヨークの各極歯数を奇数個に設定すると共に、前記位置決め手段を円周方向の対称位置に複数個配置し、前記両ヨークを円周方向に１８０°ずらして組付けたことを特徴とする前記（イ）に記載のヒステリシスブレーキ。
【００４１】
この場合、二つのヨークを上下逆向きにして組付けるだけで良いため、組付作業性が向上する。
【００４２】
（ハ）前記第１，第２ヨークの間にスペーサを介装したことを特徴とする請求項１，２、（イ），（ロ）のいずれかに記載のヒステリシスブレーキ。
【００４３】
この場合、ヒステリシス材と各ヨークの間の隙間をスペーサによって容易にかつ高精度に管理することが可能となる。
【００４４】
（ニ）前記第１，第２ヨークに夫々玉軸受を介して回転部材の軸部を支持させ、前記両玉軸受の回転部材と一体に回転するインナレースまたはアウタレースによって前記ヒステリシス材を挟持固定したことを特徴とする請求項１，２、（イ）〜（ハ）のいずれかに記載のヒステリシスブレーキ。
【００４５】
この場合、ヒステリシス材と両ヨークの軸方向の相対位置を一定に維持することができるため、安定した制動性能を常時発揮することが可能となる。
【００４６】
（ホ）冷却液の供給通路を前記回転部材に設け、その供給通路を通して前記第１，第２ヨークとヒステリシス材の間の隙間に冷却液を径方向内側から供給すると共に、前記第１ヨーク及び／または第２ヨークの外周側縁部に排出通路を設け、前記隙間に供給された冷却液をヨーク外部に排出することを特徴とする請求項１，２、前記（イ）〜（ニ）のいずれかに記載のヒステリシスブレーキ。
【００４７】
この場合、回転部材の遠心力を利用して、第１，第２ヨークとヒステリシス材の間に冷却液を連続して供給することができるため、両ヨークとヒステリシス材を効率良く冷却することができる。
【００４８】
（ヘ）前記供給通路から第１，第２ヨークとヒステリシス材の間の隙間に向かう通路に軸受を臨ませて配置すると共に、潤滑液を冷却液として用いたことを特徴とする前記（ホ）に記載のヒステリシスブレーキ。
【００４９】
この場合、両ヨークとヒステリシス材の冷却と共に、軸受の潤滑を行うことが可能となる。
【００５０】
（ト）内燃機関のクランクシャフトによって回転駆動される駆動回転体と、カムシャフト若しくは同シャフトに結合された別体部材から成る従動回転体と、前記駆動回転体と従動回転体に対して相対回動可能な中間回転体を有し、その中間回転体が回動操作されることによって駆動回転体と従動回転体を相対回動させる組付角操作機構と、前記中間回転体を回動操作すべく制動力を付与する制動機構と、を備えた内燃機関のバルブタイミング制御装置の前記制動機構に用いたことを特徴とする請求項１，２、前記（イ）〜（ヘ）のいずれかに記載のヒステリシスブレーキ。
【００５１】
この場合、ヒステリシスブレーキ全体の軸長が短いことから、バルブタイミング制御装置の車載性が向上する。
【００５２】
（チ）組付角操作機構は、駆動回転体と従動回転体のいずれか一方に設けられた径方向ガイドと、前記駆動回転体と従動回転体に対して相対回転可能に設けられ、前記径方向ガイドに対峙する側の面に渦巻き状ガイドを有する中間回転体と、前記径方向ガイドと渦巻き状ガイドに変位可能に案内係合される可動案内部と、前記駆動回転体と従動回転体のいずれか他方のものの回転中心から離間した部位と前記可動案内部とを揺動可能に連結するリンクと、を備えた構成であることを特徴とする前記（ト）に記載のヒステリシスブレーキ。
【００５３】
この場合、組付角操作機構の操作フリクションが非常に小さくなるうえ、カムシャフト側の変動トルクによって駆動回転体と従動回転体の組付角が変更されにくくなり、ヒステリシスブレーキに要求される制動トルクも小さくなる。したがって、ヒステリシスブレーキを含むバルブタイミング制御装置をより小型化することができる。
【００５４】
（チ）潤滑液の供給通路を前記回転部材に設け、その供給通路を通して前記第１，第２ヨークとヒステリシス材の間の隙間に潤滑液を径方向内側から供給すると共に、前記第１ヨーク及び／または第２ヨークの外周側縁部に排出通路を設け、前記隙間に供給された潤滑液をヨーク外部に排出するようにした前記（ト）または（チ）に記載のヒステリシスブレーキにおいて、排出通路の少なくとも一つをバルブタイミング制御装置の摺動部に向けて形成したことを特徴とするヒステリシスブレーキ。
【００５５】
この場合、ヨークの内部から排出された潤滑液により、バルブタイミング制御装置の摺動部を効率良く潤滑することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この出願の一実施形態を示す縦断面図。
【図２】同実施形態を示す図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図３】同実施形態の作動状態を示す図２に対応の断面図。
【図４】同実施形態を示す第１，第２ヨークの正面図。
【図５】同ヨークの背面図。
【図６】同実施形態を示す大径のスペーサリングの正面図。
【図７】同実施形態を示すヒステリシス材の正面図。
【図８】同実施形態を示す小径のスペーサリングの正面図。
【符号の説明】
２…ヒステリシスブレーキ
２３…第１ヨーク
２４…第２ヨーク
２３ａ，２４ａ…極歯
２８…ヒステリシス材
２９…コイル巻線

Claims

回転部材に固定された円板状のヒステリシス材と、
このヒステリシス材の一方の側面に対峙するように非回転部材に固定設置され、前記ヒステリシス材の一方の側面に臨む面に放射方向に延出する複数の極歯が円周方向に沿って設けられた第１ヨークと、
前記ヒステリシス材の他方の側面に対峙するように非回転部材に固定設置され、前記ヒステリシス材の他方の側面に臨む面に放射方向に延出する複数の極歯が円周方向に沿って設けられると共に、この各極歯が前記第１ヨークの極歯に対して円周方向にオフセットして配置された第２ヨークと、
前記第１ヨークと第２ヨークの極歯の外周側位置または内周側位置に配置され、通電によって磁界を発生するコイル巻線と、を備えたことを特徴とするヒステリシスブレーキ。
前記第１ヨークと第２ヨークを同一形状に形成し、相互の極歯が円周方向でオフセットするように向かい合わせて配置したことを特徴とする請求項１に記載のヒステリシスブレーキ。