JP2006138237A - 自動車用エンジンにおける位相可変装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クランクシャフトの駆動力伝達側スプロケットの内周とカムシャフトの外周面間に介装した中間部材のヘリカルスプライン係合部において打音の発生しない長期継続使用の可能な位相可変装置を提供する。
【解決手段】外筒部１０と同軸に配置され、カムシャフト２に延びる従動側の円環状内筒部２０と、外筒部１０と内筒部２０にそれぞれヘリカルスプライン係合して外筒部１０と内筒部２０間に介装され、外筒部１０と内筒部２０間の位相を変える中間部材３０とを備え、外筒部１０側のフランジ係合溝１３に係合する内筒部２０側のフランジ２４の一側面側にばね部材を介装し、フランジ２４の他側面２４ａとフランジ係合溝１３の側面１３ａ間の相対摺動摩擦トルクを増加させて、スプライン係合部１７，３３，２３，３２における歯部同士の衝突速度を低減しその打音の発生を防止する位相可変装置で、フランジ２４の側面２４ａをテーパ形状にする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、クランクシャフトの駆動力が伝達される円環状外筒部とカムシャフトに延びる従動側の円環状内筒部にそれぞれヘリカルスプライン係合し、軸方向に移動することで外筒部に対する内筒部の位相を変える（カムシャフトの回転位相を変化させてバルブの開閉タイミングを変化させる）中間部材を備えた自動車用エンジンにおける位相可変装置に係り、特に、外筒部と内筒部間の相対摺動部に摺動摩擦トルクを増加させる摩擦トルク付加部材を介装して、ヘリカルスプライン係合部における打音を低減させるように構成した自動車用エンジンにおける位相可変装置に関する。

この種の位相可変装置としては、例えば、特許文献１が知られている。これは、図１３に示すように、エンジンのクランクシャフトの駆動力が伝達されるスプロケット１の内周側に同軸状のカムシャフト２が配設され、スプロケット１とカムシャフト２間には、両者１，２にそれぞれヘリカルスプライン係合し、軸方向に移動して両者１，２間の位相を変える中間部材３が介装され、スプロケット１の側面側には、中間部材３に角ねじ部３ｃにより螺合するとともに、エンジンケース９に固定された電磁ブレーキ４によって制動力が作用するように構成された回転ドラム５が配設され、回転ドラム５とスプロケット１間には巻き上げられたスプリング６が半径方向に介装された構造となっている。符号３ａ，３ｂは、内外のヘリカルスプライン係合部、符号５ａは、回転ドラム５の角ねじ部である。

そして、電磁ブレーキ４のＯＮ／ＯＦＦ制御により、電磁ブレーキ４の制動力が回転ドラム５に伝達されて中間部材３が角ねじ部３ｃ，５ａによって回動しながら前進（図１２右方向に移動）し、ヘリカルスプライン係合部３ａ，３ｂによってスプロケット１とカムシャフト２間の位相が変わるようになっている。特に、スプロケット１とカムシャフト２間に介装する中間部材３の内外周面に逆ヘリカルスプライン係合部３ａ，３ｂを設けたので、中間部材３の軸方向への移動量に対しスプロケット１とカムシャフト２間の位相を大きく変えることができる。

また、スプロケット１側とカムシャフト２側間にばね部材７と摩擦プレート８を介装して、スプロケット１側とカムシャフト２間の相対摺動トルクを高めて、ヘリカルスプライン係合部３ａ，３ｂにおける歯打音の低減が図られている。

即ち、バルブの開閉時毎にカムシャフト２にトルク変動が生じ、カムシャフト２に回転ムラが発生している。そして、ヘリカルスプライン係合部３ａ，３ｂには、バックラッシュ相当の隙が設けられているため、スプロケット１とクランクシャフト２間の回転速度の急変によって、ヘリカルスプライン係合部３ａ，３ｂにおける歯同士が急速度でぶつかる際にカツ、カツ、カツ…という金属音を発生するおそれがあるが、スプロケット１側とカムシャフト２側間に摩擦トルク付加部材としてばね部材７と摩擦プレート８を介装して、スプロケット１とカムシャフト２間の相対摺動トルクを高めることで、ヘリカルスプライン係合部３ａ，３ｂにおける歯同士の衝突速度が遅くなって、衝突音が低減される。
特開２００１−１６８２８８号

しかし、前記した従来技術（特許文献１）では、樹脂を含浸した紙で構成された摩擦プレート８の摺接面が摩滅するため、以下の問題が提起された。

第１に、摩擦プレート８の摺接面の摩滅により、ばね部材７の介装スペースが拡がって摩擦プレート８の摺接面に作用するばね部材７のばね付勢力が低下する。このため、スプロケット１側とカムシャフト２間の相対摺動トルクが低下して、ヘリカルスプライン係合部３ａ，３ｂにおける歯打音の低減効果が十分とはいえない。

第２に、スプロケット１側とカムシャフト２間の相対摺動トルクを高める部材として、ばね部材７と摩擦プレート８の二部材が必要で、それだけ部品点数が多い。また、ヘリカルスプライン係合部３ａ，３ｂにおける歯打音の低減効果を保持するためには、摩擦プレート８を摩滅前に定期的に交換すればよいが、非常に面倒である。

本発明は、前記した従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、クランクシャフトの駆動力が伝達されるスプロケット側の円環状外筒部とカムシャフト側の円環状内筒部間に介装された中間部材のヘリカルスプライン係合部において打音の発生しない長期の継続使用が可能な自動車用エンジンにおける位相可変装置を提供することにある。また、本発明の第２の目的は、構成の簡潔な自動車用エンジンにおける位相可変装置を提供することにある。

前記第１，第２の目的を達成するために、請求項１に係る自動車用エンジンにおける位相可変装置おいては、クランクシャフトの駆動力が伝達される円環状外筒部と、前記外筒部と同軸に配置され、カムシャフトに延びる従動側の円環状内筒部と、前記外筒部と内筒部にそれぞれヘリカルスプライン係合して外筒部と内筒部間に配置され、軸方向に移動して外筒部に対する内筒部の位相を変える中間部材とを備え、
前記内筒部の外周面にはフランジが設けられ、前記外筒部の内周面には前記フランジが係合するフランジ係合溝が設けられ、前記フランジの一方の側面側には軸方向に伸張するばね部材が介装されて、前記フランジの他方の側面とこれに対向するフランジ係合溝の側面とが摺接し、該摺接部における摺動摩擦トルクが増加して前記ヘリカルスプライン係合部における打音の発生が低減される自動車用エンジンにおける位相可変装置であって、
前記摺接部を構成する摺接面の少なくとも一方を内径側凸のテーパ形状に構成した。

前記第１の目的を達成するために、請求項２に係る自動車用エンジンにおける位相可変装置においては、クランクシャフトの駆動力が伝達される円環状外筒部と、前記外筒部と同軸に配置され、カムシャフトに延びる従動側の円環状内筒部と、前記外筒部と内筒部にそれぞれヘリカルスプライン係合して外筒部と内筒部間に配置され、軸方向に移動して外筒部に対する内筒部の位相を変える中間部材とを備え、
前記内筒部の外周面にはフランジが設けられ、前記外筒部の内周面には前記フランジが係合するフランジ係合溝が設けられ、前記フランジの一方の側面側には軸方向に伸張するばね部材が、他方の側面側には金属製環状摩擦プレートがそれぞれ介装されて、前記フランジの他方の側面とこれに対向するフランジ係合溝の側面とが前記金属製環状摩擦プレートを介して摺接し、該摺接部における摺動摩擦トルクが増加して前記ヘリカルスプライン係合部における打音の発生が低減される自動車用エンジンにおける位相可変装置であって、
前記摺接部を構成する摺接面の少なくとも一つを内径側凸のテーパ形状に構成した。

（作用）位相可変装置では、外筒部と中間部材と内筒部が一体となって回動するように構成されており、エンジンのクランクシャフトの駆動力が伝達される外筒部とカムシャフト側の内筒部とは、同期して回転するが、電磁ブレーキ手段や油圧駆動手段によって中間部材を軸方向に移動させると、ヘリカルスプライン係合部によりスプロケットとカムシャフト間の位相が変わる。

そして、バルブの開閉時毎にカムシャフトにトルク変動が生じ、カムシャフトには回転ムラが発生している。即ち、動弁機構におけるカムがバルブステムを乗り越えた直後にバルブの復帰スプリング力相当だけカムシャフトの回転速度が変動するなど、外筒部および内筒部間の相対回転速度が急変する。このとき、中間部材と外筒部および内筒部間のヘリカルスプライン係合部において歯部同士が衝突することになるが、フランジの側面とこれに対向するフランジ係合溝の側面間に介装されているばね部材のばね付勢力により、外筒部と内筒部間の相対回動に対する抵抗であるフランジの他側面とこれに対向するフランジ係合溝の側面との摺接部における摺動摩擦トルク（請求項２では、フランジの側面と摩擦プレートとフランジ係合溝の側面間の摺接部における摺動摩擦トルク）が増加しているため、中間部材と外筒部および内筒部間のヘリカルスプライン係合部における歯部同士の衝突速度が低減されて、歯打音の発生が抑制される。

なお、摺接部における摺動摩擦トルクの増加量が大きすぎると、外筒部と内筒部間で位相が変化するまでの時間（レスポンスタイム）が増加し、位相可変装置の位相可変の応答性が低下するため、レスポンスタイムの面では、摺動摩擦トルクをそれほど大きく増加させたくない。そこで、外筒部と内筒部間の相対摺動部の摺動摩擦トルクは、打音の低減という観点からは、例えば、平均カムトルクの−２０％以上で、良好なレスポンスタイムという観点からは、例えば、平均カムトルクの＋１０％以下であることが望ましい。そして、ばね部材のばね力を調整することで、外筒部と内筒部間の相対摺動部の摺動摩擦トルクが前記した範囲に設定されている。

また、フランジ（が形成された内筒部）およびフランジ係合溝（が形成された外筒部）はいずれも金属で構成され（請求項２では、摩擦プレートも金属で構成され）ているので、フランジの側面とフランジ係合溝の側面間の摺接部における摩滅量（請求項２では、フランジの側面と摩擦プレートとフランジ係合溝の側面間の摺接部における摩滅量）は、樹脂を含浸した紙で構成した従来の摩擦プレートの摩滅量に比べて著しく少ない。即ち、摺接部（金属）は摩滅し難いので、ばね部材が介装されているフランジ側面と溝側面間の距離はほとんど変化せず（拡がらず）、摺接部に作用するばね付勢力も変化しない。このため、摺接部における摺動摩擦トルクに変化はなく、中間部材と外筒部および内筒部間のヘリカルスプライン係合部における歯部同士の衝突速度低減による歯打音の発生を抑制するという作用に変化はない。

また、摺接部が摩滅し難い分、摩滅により発生した金属粉が少なく、それだけエンジンオイルの汚れが少なく、オイル交換の頻度は少なくてよい。

また、装置を長期にわたり使用すれば、摩滅し難い金属同士である摺接部も摩滅することになるが、摺接部（摺接面）がなじむことで平滑化されて、摺接部における摺動摩擦係数μが低下し、摺動摩擦トルクが減少する。さらに、摺接部の摩滅により、ばね部材が介装されているフランジ側面と溝側面間の距離が拡がって、摺接部に作用するばね付勢力が低下し、摺動摩擦トルクが減少する。

しかし、摺接部が摩滅した場合は、摺接部の面積がテーパ形状摺接面に沿って半径方向外側に拡大されることになって、摺接部における摺動摩擦トルクが増加する。

このように、装置の長期の使用により摺接部が摩滅したとしても、摺接部の面積が半径方向外側に拡大されることによる摺接部における摺動摩擦トルクの増加分が、摺接部（摺接面）の平滑化および摺接部に作用するばね付勢力の低下による摺接部における摺動摩擦トルクの減少分を補って、摺接部おける摺動摩擦トルクの大幅な低下が抑制される。

また、請求項１では、従来技術のような摩擦プレートが不要である分、部品点数が少なくてすむ。

請求項３においては、請求項１または２に記載の自動車用エンジンにおける位相可変装置において、前記ばね部材を、複数の皿ばねを積層させた皿ばね積層体で構成するようにした。

（作用）ばね部材としては、皿ばねやコイルスプリングや板ばね等があるが、コイルスプリングは、荷重−伸び特性はリニアであるため、摺接部に付加する摩擦トルク（外筒部と内筒部間の相対摺動部の摺動摩擦トルク）の調整がむずかしく、さらには、摺接部が摩滅して、ばね部材の介装スペース間隔が拡がると、コイルスプリングのばね付勢力も大きく減少し、摺接部に作用する摩擦トルク（外筒部と内筒部の相対摺動部における摺動摩擦トルク）の低下も著しい。一方、ばね部材として複数の皿ばねを積層した皿ばね積層体を用いた場合には、その荷重−伸び特性はほぼ一定の領域をもつ（伸びに対しほぼ一定の荷重となる特性を示す）ので、摺接部に付加する摩擦トルク（外筒部と内筒部の相対摺動部における摺動摩擦トルク）の調整が容易である。さらに、摺接部が摩滅してばね部材の介装スペース間隔が拡がっても、皿ばね積層体のばね付勢力は大きく減少せず、摺接部に作用する摩擦トルク（外筒部と内筒部の相対摺動部における摩擦トルク）の低下は僅かである。

すなわち、摺接部が摩滅したとしても、摺接部に作用するばね付勢力の低下が少ない分、摺接部における摺動摩擦トルクの低下も少ない。

請求項４においては、請求項１〜３のいずれかに記載の自動車用エンジンにおける位相可変装置において、前記ばね部材と前記フランジの側面および前記フランジ係合溝の側面間に、それぞれ平坦なスペーサを介装するようにした。
（作用）ばね部材が介装されているフランジの側面およびフランジ係合溝の側面では、ばね部材が直接当たる一部だけの摩滅を防ぐために、一般的にはばね部材の介装面を研磨等による表面平滑化処理を施すことが必要であるが、スペーサを介してばね部材を介装することで、表面平滑化処理を省くことができる。

請求項５においては、請求項１〜４のいずれかに記載の自動車用エンジンにおける位相可変装置において、前記内筒部には、カムシャフトのオイル通路に連通し、フランジ係合溝に開口するオイル導入孔を設け、前記外筒部には、前記フランジ係合溝に連通し、外部に開口するオイル排出孔を設けるとともに、前記摺接部を構成する摺接面の少なくとも１つには、放射状に延びるオイル溝を設けるように構成した。
（作用）カムシャフトのオイル通路内の新たなエンジンオイルがオイル導入孔を介してフランジ係合溝に導入されるとともに、フランジ係合溝内のエンジンオイルはオイル排出孔を介して外筒部外に排出されるが、摺接部を構成する摺接面に設けられているオイル溝を介して摺接面にはオイルがまんべんに導かれて、摺接面おける摺動摩擦トルクの急変や発熱が抑制される。また、摺接部（摺接面）の摩滅により発生した金属粉は、放射状に延びるオイル溝，オイル排出孔を介して外部に排出される。

特に、請求項１において、フランジ係合溝の側面に放射状にオイル溝を設ける場合は、フランジ係合溝の側面の外側にオイル排出孔に繋がる環状の第２の溝を設けて、フランジ係合溝内外間におけるエンジンオイルの循環を活発化し、摺接部における適正な摩擦トルクの維持と発熱を抑制するとともに、摺接部に発生した金属粉の外筒部外への排出機能を高めることが望ましい。

以上の説明から明らかなように、請求項１に係る自動車用エンジンにおける位相可変装置によれば、長期の使用によりフランジとフランジ係合溝間の摺接部が摩滅しても、摺接部おける摺動摩擦トルクが大幅に低下することなく略一定に保持されるので、部品交換することなく装置の長期の使用が可能となる。また、摩擦プレートが不要な分、部品点数が少なく、それだけ装置構造も簡潔となる。

請求項２に係る自動車用エンジンにおける位相可変装置によれば、長期の使用によりフランジと摩擦材とフランジ係合溝間の摺接部が摩滅しても、摺接部における摺動摩擦トルクが大幅に低下することなく略一定に保持されるので、部品交換することなく装置の長期の使用が可能となる。

請求項３によれば、長期の使用によりフランジとフランジ係合溝間の摺接部が摩滅しても、摺接部における摺動摩擦トルクがほとんど低下することなく一定に保持されるので、部品交換することなく装置のさらなる長期の使用が可能となる。

請求項４によれば、外筒部や内筒部におけるばね部材介装面における表面平滑化処理を省くことができるので、それだけ装置を安価に提供できる。

請求項５によれば、フランジ係合溝内外間におけるオイルの循環が活発となって、摺接部の摩滅により発生した金属粉は確実に外筒部外に排出されるので、摺接部おける摺動摩擦トルクの急変や過度の発熱がなく、中間部材と外筒部および内筒部間のヘリカルスプライン係合部における歯部同士の衝突打音の発生が長期にわたり確実に抑制されるとともに、応答性良好な位相可変装置が提供される。

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。

図１〜図５は、本発明に係る位相可変装置の第１の実施例を示し、図１は本発明の第１の実施例である自動車用エンジンにおける位相可変装置の縦断面図、図２は同装置の内部構造を示す斜視図、図３は同装置の外筒部（スプロケット）と内筒部（カムシャフト）間の摩擦トルクと打音，レスポンスタイムとの関係を示す特性図、図４はフランジの側面とフランジ係合溝の側面間の摺接面周辺の拡大断面図、図５はフランジ係合溝の側面側の摺接面に設けたオイル溝を示す斜視図である。

これらの図において、この実施例に示す位相可変装置は、エンジンに組み付け一体化された形態で用いられ、クランク軸の回転に同期して吸排気弁が開閉するようにクランク軸の回転をカム軸に伝達するとともに、エンジンの負荷や回転数などの運転状態によってエンジンの吸排気弁の開閉のタイミングを変化させるための装置で、同装置は、エンジンのクランクシャフトの駆動力が伝達される円環状外筒部１０と、外筒部１０と同軸に配置されて外筒部１０に対し相対回動可能で、カムシャフト２を連結一体化した従動側の円環状内筒部２０と、外筒部１０と内筒部２０にそれぞれヘリカルスプライン係合して外筒部１０と内筒部２０間に介装され、軸方向に移動して外筒部１０に対する内筒部２０の位相を変える中間部材３０と、内筒部２０のカムシャフト２非配設側に設けられて、中間部材３０を軸方向に移動させる電磁ブレーキ手段４０と、を備えて構成されている。

外筒部１０は、内周縁にリング状の凸部１２ａが設けられたスプロケット１２と、スプロケット１２の側面に密着するようにねじ固定され、凸部１２ａと協働してフランジ係合溝１３を画成するとともに、内周側が中間部材３０とスプライン係合するスプラインケース１６とから構成されている。スプロケット１２には、エンジンのクランク軸の回転がチェーンＣを介して伝達される。符号１１は、スプロケット１２とスプラインケース１６を固定一体化する締結ねじで、スプロケット１２とスプラインケース１６で外筒部１０を構成することで、フランジ係合溝１３の形成が容易で、外筒部１０（スプラインケース１６）内周面における雌ヘリカルスプライン１７の形成も容易となっている。

なお、符号１２ｂは、周方向等間隔に設けられた締結ねじ１１を挿通させるための孔であるが、周方向に長い長孔で構成されており、後に詳しく説明するが、内筒部内のオイル導入孔７３ｂによりフランジ係合溝１３内に導かれたエンジンオイルを外筒部１０の外部に排出するオイル排出孔Ｈとして機能する（図５参照）。

また、符号３２，３３は、中間部材３０の内外周面に設けられた雌雄ヘリカルスプライン、符号２３は内筒部２０の外周面に設けられている雄ヘリカルスプラインである。そして、中間部材３０の内外のスプライン３２，３３は逆方向ヘリカルスプラインで、中間部材３０の軸方向への僅かな移動で、外筒部１０に対し内筒部２０の位相を大きく変化させることができる。符号３１は、中間部材３０の外周面に形成された雄角ねじ部である。

電磁ブレーキ手段４０は、エンジンケース９に支持された電磁クラッチ４２と、ベアリング２２によって内筒部２０に回転可能に支承されるとともに、中間部材３０の雄角ねじ部３１が螺合し、電磁クラッチ４２の制動力が伝達される回転ドラム４４と、回転ドラム４４と外筒部１０間に軸方向に介装されたねじりコイルばね４６とを備えて構成されている。符号４５は、回転ドラム４４の内周面に設けられた雌角ねじ部で、回転ドラム４４と中間部材３０は、角ねじ部４５，３１に沿って周方向に相対回動できる。即ち、中間部材３０は、角ねじ部４５，３１に沿って回動しながら軸方向に移動する。また、回転ドラム４４と外筒部１０（スプラインケース１６）間に介装したねじりコイルばね４６は軸方向に介装されているため、それだけ位相可変装置全体が軸方向には延びるが、半径方向にはコンパクトとなっている。

そして、電磁クラッチ４２のＯＮ・ＯＦＦおよび電磁クラッチ４２への通電量を制御することによって、中間部材３０が角ねじ部４５，３１に沿って回動しながら軸方向に移動し、これによって外筒部１０と内筒部２０の位相が変化して、カムシャフト２のカム２ａによるバルブの開閉のタイミングが調整される。即ち、電磁クラッチ４２をＯＮする前は、電磁クラッチ４２は図１仮想線に示す位置にあって、回転ドラム４４と電磁クラッチ４２間には隙間Ｓが形成されており、外筒部１０と内筒部２０は位相差なく一体に回転している。そして、電磁クラッチ４２をＯＮすると、電磁クラッチ４２が図１右方向にスライドして回転ドラム４４に吸引され、これにより回転ドラム４４には電磁クラッチ４２から伝達される制動力が作用する。このため中間部材３０が角ねじ部３１，４５によって前進（図１右方向に移動）し、中間部材３０の内外ヘリカルスプライン３２，３３によって、内筒部２０（カムシャフト２）が外筒部１０（スプロケット１２）に対し回動してその位相が変わる。そして、回転ドラム４４は、伝達された制動力とねじりコイルばね４６のばね力とがバランスする位置（内筒部２０が外筒部１０に対し所定の位相差をもつ位置）に保持される。

一方、電磁クラッチ４２をＯＦＦにすると、その制動力が回転ドラム４４に伝達されないため、コイルばね４６のばね力だけが作用する中間部材３０は角ねじ部３１，４５によって後退（図１左方向に移動）して、元の位置となり、この間に、内筒部２０（カムシャフト２）が外筒部１０（スプロケット１２）に対し電磁クラッチＯＮ時と逆方向に回動して、その位相差がなくなる。

また、内筒部２０の外周面(スプロケット１２との摺動面)にはフランジ２４が周設され、一方、外筒部１０(スプロケット１２とスプラインケース１６の連結体)の内周面には、フランジ２４が係合するフランジ係合溝１３が周設され、図４に拡大して示すように、フランジ２４の側面２４ａとフランジ係合溝１３の側面１３ａ間に皿ばね積層体５１が介装されて、外筒部１０と内筒部２０間の相対摺動部の摩擦トルクが高められて、中間部材３０と外筒部１０および内筒部２０間のヘリカルスプライン係合部２３，３２、３３，１７における歯部同士がぶつかる打音の発生が抑制されている。

即ち、動弁機構におけるバルブステムがカム２ａを乗り越えた直後にバルブシャフトの復帰スプリング力相当だけカムシャフト２の回転速度が変動する等、外筒部１０と内筒部２０の相対回転速度の急変によって、中間部材３０と外筒部１０および内筒部２０間のヘリカルスプライン係合部２３，３２、３３，１７において歯部同士が衝突するが、外筒部１０と内筒部２０間の相対摺動部（フランジ２４の側面２４ａとフランジ係合溝１３の側面１３ａ間）に介装されている皿ばね積層体５１のばね付勢力により、外筒部１０と内筒部２０間の相対回動に対する抵抗として作用する、フランジ２４の側面２４ｂとフランジ係合溝１３の側面１３ｂ間の摺接部（摺接面Ａ１，Ａ２）における摺動摩擦トルクが増加しているため、ヘリカルスプライン係合部２３，３２、３３，１７にける歯部同士の衝突速度が低減して、歯打音の発生が抑制されている。

また、皿ばね積層体５１のばね付勢力により、フランジ２４の側面２４ｂとフランジ係合溝１３の側面１３ｂ間の摺接部（摺接面Ａ１，Ａ２）に付加される摩擦力は、ヘリカルスプライン係合部２３，３２、３３，１７における歯部同士の衝突による歯打音の発生の低減に有効であることは勿論、カムシャフト２がクランクシャフトの回動に遅滞なく追随でき、位相可変のレスポンスも良好となる適切な値に調整されている。

即ち、フランジ２４の一側面２４ａ側に介装された皿ばね積層体５１は、主に圧縮力（弾発力）を発生するためのもので、複数の皿ばねを積層した皿ばね積層体５１は、その荷重−伸び特性はほぼ一定の領域をもつ（伸びに対しほぼ一定の荷重となる特性を示す）が、この荷重−伸び特性が僅かに異なる数種類の皿ばね積層体予め用意しておき、フランジ２４とフランジ係合溝１３Ａ間の所定の隙間に収容する皿ばね積層体を取り替えることで、フランジ２４の側面２４ｂとフランジ係合溝１３の側面１３ｂ間の摺接部（摺接面Ａ１，Ａ２）に作用する圧縮力（摩擦力）を調整する。そして、フランジ係合溝１３に収容する皿ばね積層体５１を特定（決定）することによって、ヘリカルスプライン係合部２３，３２、３３，１７における歯部同士の衝突による歯打音の発生の低減に有効で、しかもカムシャフト２がクランクシャフトの回動に遅滞なく追随できるように（レスポンス性が良好となるように）、外筒部１０と内筒部２０間の相対摺動部に付加される摩擦トルクが調整されている。

図３は、外筒部１０と内筒部２０間の摩擦トルクを横軸に、スプライン係合部の打音の大きさを示す振動およびエンジンに作用する負荷の変化に対するバルブの開閉制御に要すレスポンスタイム（電磁ブレーキ手段４０によって外筒部１０に制動力を作用させたときに、内筒部２０が外筒部１０に対し回動して位相差が生じるまでの応答時間）を縦軸にとって、ある自動車のエンジンにおける摩擦トルク・振動特性Ａと摩擦トルク・レスポンスタイム特性Ｂを示す図である。

この図の摩擦トルク・振動特性Ａからわかるように、外筒部１０と内筒部２０間の摺動部における摩擦トルクが増えると、スプライン係合部における歯部の衝突速度が遅くなることから、打音の大きさ（振動）は当然に低下するので、摩擦トルクは大きい方がよい。しかし、摩擦トルク・レスポンスタイム特性Ｂからわかるように、摩擦トルクが増えると、レスポンスタイムが増える（応答時間が遅くなる）ことから、摩擦トルクをそれほど大きくはできない。そこで、具体的には、例えば、打音の大きさ（振動）が１６Ｇ以下でレスポンスタイムが０．３秒以下となるように、換言すれば、外筒部１０と内筒部２０間の相対摺動部における摩擦トルクが平均カムトルク（バルブの開閉によってカムシャフトに作用するトルクの平均値）の−２０％〜＋１０％の範囲となるように、皿ばね積層体５１の皿ばねの枚数を調整するのである。

また、フランジ２４の側面２４ａとフランジ係合溝１３の側面１３ａ間に介装するばね部材としては、皿ばね積層体５１以外にコイルスプリングや板ばね等があるが、コイルスプリングは、荷重−伸び特性はリニアであるため、フランジ２４とフランジ係合溝１３間の圧接部に付加する摩擦トルクの調整ができないことはないが面倒であり、さらには、フランジ２４とフランジ係合溝１３間の圧接部が摩滅して、フランジ２４の側面２４ａとフランジ係合溝１３の側面１３ａ間距離が大きくなると、コイルスプリングのばね付勢力も大きく減少し、外筒部と内筒部の相対摺動部における摩擦トルクの低下も著しい。一方、複数の皿ばねを積層した皿ばね積層体５１では、フランジ２４とフランジ係合溝１３間の圧接部が摩滅して、皿ばね積層体５１が介装されている側面２４ａと側面１３ａ間距離が大きくなっても、そのばね付勢力は大きく減少しないため、摺接部（摺接面Ａ１，Ａ２）における圧接力はほとんど低下せず、したがって外筒部１０と内筒部２０の相対摺動部における摩擦トルクの低下は僅かであり、長期にわたりスプライン係合部２３，３２、３３，１７における歯部間の歯打音の低減が有効に機能する。

また、フランジ２４（が形成された内筒部２０）およびフランジ係合溝（が形成された外筒部１０）はいずれも金属で構成されているので、フランジ２４の側面２４ｂとフランジ係合溝１３の側面１３ｂ間の摺接部（摺接面Ａ１，Ａ２）における摩滅量は、樹脂を含浸した紙で構成した従来の摩擦プレート８の摩滅量に比べて著しく少ない。即ち、摺接部（摺接面Ａ１，Ａ２）は摩滅し難いので、皿ばね積層体５１が介装されているフランジ側面２４ａと溝側面１３ａ間の距離はほとんど変化せず（拡がらず）、摺接部（摺接面Ａ１，Ａ２）に作用するばね付勢力も変化しない。このため、長期の使用でない限り摺接部（摺接面Ａ１，Ａ２）における摺動摩擦トルクに変化はなく、ヘリカルスプライン係合部２３，３２、３３，１７における歯部同士の衝突速度低減による歯打音の発生を抑制するという作用に変化はない。

さらに、フランジ係合溝１３の側面１３ｂ（摺接面Ａ２）が内筒部１０の軸芯に対し直交するのに対し、フランジ２４の側面２４ｂ（摺接面Ａ１）は内径側が凸のテーパ形状に形成されて、フランジ２４の側面２４ｂの基端部寄りだけがフランジ係合溝１３の側面１３ｂに摺接するように構成されて、長期の使用等でたとえ摺接部が摩滅しても、摺接部（摺接面Ａ１，Ａ２）における摺動摩擦トルクの低下が抑制されて、歯部間の歯打音の低減作用が有効に機能するようになっている。

即ち、装置を長期にわたり使用すれば、摩滅し難い金属同士である摺接部（摺接面Ａ１，Ａ２）も摩滅することになるが、摺接部（摺接面Ａ１，Ａ２）同士がなじむことで平滑化されて、摺接部（摺接面Ａ１，Ａ２）における摺動摩擦係数μが低下し、摺動摩擦トルクが減少する。さらに、摺接部（摺接面Ａ１，Ａ２）の摩滅により、皿ばね積層体５１が介装されているフランジ側面１３ａと溝側面２４ａ間の距離が拡がって、摺接部（摺接面Ａ１，Ａ２）に作用するばね付勢力が低下し、摺動摩擦トルクが減少する。

しかし、摺接部（摺接面Ａ１，Ａ２）が摩滅した場合は、図４仮想線に示すように、摺接部（摺接面Ａ１，Ａ２）の面積が当初の巾ｄで示す環状領域からフランジ２４のテーパ形状摺接面Ａ１に沿ったＤで示す半径方向外側に拡大された環状領域になって、摺接部（摺接面Ａ１，Ａ２）における摺動摩擦トルクが増加する。

このように、装置の長期の使用により摺接部（摺接面Ａ１，Ａ２）が摩滅したとしても、摺接部（摺接面Ａ１，Ａ２）の面積が半径方向外側に拡大されることによる摺接部（摺接面Ａ１，Ａ２）における摺動摩擦トルクの増加分が、摺接部（摺接面Ａ１，Ａ２）の平滑化および摺接部（摺接面Ａ１，Ａ２）に作用するばね付勢力の低下による摺接部（摺接面Ａ１，Ａ２）における摺動摩擦トルクの減少分を補って、摺接部（摺接面Ａ１，Ａ２）における摺動摩擦トルクの大幅な低下が抑制されている。即ち、摺接部（摺接面Ａ１，Ａ２）おける摺動摩擦トルクが略一定に保持されるので、長期にわたりヘリカルスプライン係合部２３，３２、３３，１７の歯部間の歯打音低減作用が有効に機能する。

また、符号２ｂは、カムシャフト２の一部を構成する内筒部２０をカムシャフト本体に一体化する締結ねじで、カムシャフト２内の締結ねじ２ｂの周りには、オイル通路７０が設けられている。オイル通路７０には、カムシャフト２のジャーナル軸受け７３のオイルポートおよびカムシャフト２の側孔７３ａを介して、エンジンオイルがポンプＰによって圧送されている。符号７３ｂは、内筒部２０に設けられて、オイル通路７０のオイルをフランジ係合溝１３内に導くオイル導入孔である。

一方、中央に内筒部２０係合用の円孔が設けられたスプロケット１２には、図４，５に示すように、締結ねじ１１が挿通される長孔で構成したねじ挿通孔１２ｂがフランジ係合溝１３に接近して設けられるとともに、フランジ係合溝１３の側面１３ｂ（スプロケット１２の内径側の側面）の周り（外径側）には環状溝６４が設けられて、フランジ係合溝１３とねじ挿通孔（長孔）１２ｂとが環状溝６４を介して繋がっている。そして、オイル導入孔７３ｂを介してフランジ係合溝１３に導かれたエンジンオイルは、摺接面Ａ１，Ａ２に供給された後、環状溝６４およびねじ挿通孔（長孔）１２ｂを介して外部に排出されるように構成されている。即ち、ねじ挿通孔（長孔）１２ｂは、フランジ係合溝１３内のオイルを外部に排出するオイル排出孔として作用する。

また、フランジ係合溝１３の側面１３ｂには、図４，５に拡大して示すように、周方向等間隔に配置されたねじ挿通孔（長孔）１２ｂの位置に対応して放射状に延びるオイル溝６０が周方向等間隔に設けられて、オイル導入孔７３ｂからフランジ係合溝１３に導かれたオイルがオイル溝６０を介して摺接面Ａ１，Ａ２全域に供給されるように構成されている。

また、環状溝６４におけるオイル溝６０との連通領域には、ねじ挿通孔（長孔）１２ｂの巾に略整合する巾の切欠き６２が設けられて、オイル溝６０および環状溝６４からオイルがスムーズにねじ挿通孔（長孔）１２ｂに流入できるようになっている。即ち、摺接部（摺接面Ａ１，Ａ２）が擦れて発生した金属粉のほとんどはオイルとともに排出されるが、オイル流路の屈曲部ではオイルの流れが淀んで金属粉が堆積するおそれがあるが、オイル流路の屈曲部に切欠き６２を設けることでオイル溝６０および環状溝６４からねじ挿通孔（長孔）１２ｂへの流れがスムーズになって、オイル流路が金属粉により目詰することがない。

また、フランジ係合溝１３には、フランジ２４の先端部が係合できる段差部１３ｃが形成されて、フランジ係合溝１３に収容されている皿ばね積層体５１に過大荷重が作用しないようになっている。即ち、フランジ２４と段差部１３ｃ間は、通常は微小隙間が設けられて、互いに接触しないように保持されているため、クランクシャフトの駆動力が伝達されるスプロケット１２がぶれる等して電磁ブレーキ手段４０側に押されると、フランジ係合溝１３に収容されている皿ばね積層体５１に過大荷重が頻繁に作用することとなり、皿ばね積層体５１ではへたって疲労破壊につながり好ましくないが、スプロケット１２が電磁ブレーキ側に大きく押圧されると、フランジ係合溝１３内の段差部１３ｃがフランジ２４に当接して、皿ばね積層体５１に過大な圧縮力が作用せず、皿ばね積層体５１の耐久性が保証されている。

また、皿ばね積層体５１は、平坦なスペーサ５２，５３を介してフランジ２４の側面２４ａとフランジ係合溝１３の側面１３ａ間に介装されて、外筒部１０や内筒部２０に施す表面硬化処理が省かれている。即ち、皿ばね積層体５１を介装するフランジ２４の側面２４ａやフランジ係合溝１３の側面では、皿ばね積層体５１が直接当たる一部だけの摩滅を防ぐために、一般的には皿ばね積層体５１の介装面に研磨等による表面平滑化処理を施すことが必要であるが、スペーサ５２，５３を介して皿ばね積層体５１を介装することで、表面平滑化処理を省くことができる。

なお、前記した第１の実施例では、摺接部（摺接面Ａ１，Ａ２）であるフランジ２４の側面２４ｂがテーパ形状に構成されていたが、変形例として、図６（ａ）に示すような階段状テーパ面２４ｂ１や、図６（ｂ）に示すような凸曲面状テーパ面２４ｂ２で構成してもよい。

図７は本発明の第２の実施例である自動車用エンジンにおける位相可変装置の要部であるフランジの側面とフランジ係合溝の側面間の摺接部周辺の拡大断面図（第１の実施例における図４に対応する図）である。

前記した第１の実施例では、摺接部（摺接面Ａ１，Ａ２）であるフランジ２４の側面２４ｂとこれに対応するフランジ係合溝１３の側面１３ｂのうち、フランジ２４の側面２４ｂ（摺接面Ａ１）が内径側凸のテーパ形状に構成されていたが、この第２の実施例では、摺接面Ａ２（フランジ係合溝１３の側面１３ｂ）が内径側凸のテーパ形状に構成されている。

また、フランジ係合溝１３の側面１３ｂには、放射状に延びるオイル溝６０が設けられ、側面１３ｂの周りには、オイル排出孔である締結ねじ挿通孔１２ｂ（長孔Ｈ）に繋がる環状のオイル溝６４が設けられている。

その他は、前記した第１の実施例と同一であり、その重複した説明は省略する。

図８は本発明の第４の実施例である自動車用エンジンにおける位相可変装置の縦断面図、図９は同装置の要部であるフランジの側面とフランジ係合溝の側面間の摺接部周辺の拡大断面図である。

前記した第１，第２の実施例では、外筒部１０を構成するスプロケット１２とスプラインケース１６によってフランジ係合溝１３が画成されているが、この第３の実施例では、外筒部１０を構成する第１のスプロケット１２と内フランジプレート１４とスプラインケース１６によってフランジ係合溝１３が画成されている。即ち、並設スプロケット１２，１２と内フランジプレート１４とスプラインケース１６が締結ねじ１１により共締め固定されて外筒部１０として一体化されているが、第１のスプロケット１２内周側の凹部１２ｃと内フランジプレート１４内周縁部とによって、内筒部２０側のフランジ２４が係合するフランジ係合溝１３が画成されている。

そして、フランジ２４の側面２４ｂとフランジ係合溝１３の側面１３ｂ間に皿ばね積層体５１が介装されるとともに、フランジ２４の側面２４ａとフランジ係合溝１３の側面１３ａ間に金属製摩擦プレート５６が介装されて、フランジ２４の側面２４ｂと摩擦プレート５６とフランジ係合溝１３の側面１３ｂ間の摺接部における摺動摩擦トルク、即ち、外筒部１０と内筒部２０間の相対摺動部の摩擦トルクが高められて、中間部材３０と外筒部１０および内筒部２０間のヘリカルスプライン係合部２３，３２、３３，１７における歯部同士がぶつかる打音の発生が抑制されている。

また、摺接面Ｂ１であるフランジ係合溝１３の側面１３ｂ（内フランジプレート１４内周縁部の側面１４ａ）および摺接面Ｂ２，Ｂ３である金属製摩擦プレート５６の両側面５６ａ，５６ｂは、いずれも内筒部２０の軸芯に対し直交する面で構成されているのに対し、摺接面Ｂ４であるフランジ２４の側面２４ａは内側に凸のテーパ形状に形成されて、摺接面Ｂ１，Ｂ２では全体が摺接するが、摺接面Ｂ３，Ｂ４では摺接面Ｂ４の基端部寄りだけが摺接面Ｂ３に摺接するように構成されて、長期の使用等でたとえ摺接部（摺接面Ｂ３，Ｂ４）が摩滅しても、前記した第１の実施例構造における作用と同様の作用によって、摺接部（摺接面Ｂ３，Ｂ４）における摺動摩擦トルクが略一定に保持されて、スプライン係合部２３，３２、３３，１７の歯部間の歯打音の低減効果が有効に機能するようになっている。

また、金属製摩擦プレート５６の両側面５６ａ，５６ｂ（摺接面Ｂ２，Ｂ３）には、それぞれ放射状に延びるオイル溝６０が設けられ、外筒部１０であるスプロケット１２には、フランジ係合溝１３から斜め外方に延びるオイル排出孔Ｈ２が設けられて、フランジ係合溝１３内のエンジンオイルを外筒部１０外に排出するようになっている。

その他は、前記した第１の実施例と同一であり、同一の符号を付すことで、その重複した説明は省略する。

また、この第３の実施例における位相可変装置のフランジ２４の側面２４ａとフランジ係合溝１３の側面１３ｂ間の摺接部の構造としては、図１０〜図１２に示す構造も考えられる。

即ち、図１０は、フランジ２４の側面２４ａとフランジ係合溝１３の側面１３ｂ（内フランジプレート１４内周縁部の側面１４ａ）間の摺接部である４つの摺接面Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４のうち、摺接面Ｂ１を内径側凸のテーパ形状に構成したもの、図１１は、４つの摺接面Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４のうち、摺接面Ｂ２を内径側凸のテーパ形状に構成したもの、図１２は、４つの摺接面Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４のうち、摺接面Ｂ３を内径側凸のテーパ形状に構成したものである。

なお、前記した第１，第２の実施例では、摺接面Ａ１，Ａ２のいずれか一方を、前記した第３〜第６の実施例では、摺接面Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４のいずれか１つを内径側凸のテーパ形状に構成しているが、前記した第１の実施例において摺接面Ａ１，Ａ２の両方を内径側凸のテーパ形状に構成してもよいし、前記した第３〜第６の実施例において摺接面Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４の２以上の摺接面を内径側凸のテーパ形状に構成してもよい
また、前記した第１〜第６の実施例では、いずれも中間部材３０を軸方向に移動させる手段として電磁ブレーキ手段４０を用いているが、電磁ブレーキ手段４０に限るものではなく、油圧駆動手段によって中間部材３０を軸方向に移動させる方式であってもよい。

本発明の第１の実施例である自動車用エンジンにおける位相可変装置の縦断面図である。 同装置の内部構造を示す斜視図である。 同装置の外筒部（スプロケット）と内筒部（カムシャフト）間の摩擦トルクと打音，レスポンスタイムとの関係を示す特性図である。 フランジの側面とフランジ係合溝の側面間の摺接部周辺の拡大断面図である。 フランジ係合溝の側面側の摺接面に設けたオイル溝を示す斜視図である。 （ａ）本発明の第１の実施例の変形例で、フランジの側面とフランジ係合溝の側面間の摺接部周辺の拡大断面図である。（ｂ）本発明の第１の実施例の他の変形例で、フランジの側面とフランジ係合溝の側面間の摺接部周辺の拡大断面図である。 本発明の第２の実施例である自動車用エンジンにおける位相可変装置の要部であるフランジの側面とフランジ係合溝の側面間の摺接部周辺の拡大断面図である。 本発明の第３の実施例である自動車用エンジンにおける位相可変装置の縦断面図である。 フランジの側面とフランジ係合溝の側面間の摺接部周辺の拡大断面図である。 本発明の第４の実施例の要部であるフランジの側面とフランジ係合溝の側面間の摺接部周辺の拡大断面図である。 本発明の第５の実施例の要部であるフランジの側面とフランジ係合溝の側面間の摺接部周辺の拡大断面図である。 本発明の第６の実施例の要部であるフランジの側面とフランジ係合溝の側面間の摺接部周辺の拡大断面図である。 従来の自動車用エンジンにおける位相可変装置の縦断面図である。

符号の説明

２ カムシャフト
２ｂ カム
１０ 円環状外筒部
１１ 締結ねじ
１２ スプロケット
１２ｂ ねじ挿通孔（長孔）
１３ フランジ係合溝
１３ａ，１３ｂ フランジ係合溝の側面
１３ｃ 段差部
１４ 内フランジプレート
１６ スプラインケース
１７，３３、２３，３２ ヘリカルスプライン係合部
１８ 凹溝
２０ 円環状内筒部
２４ フランジ
２４ａ、２４ｂ フランジの側面
３０ 中間部材
３１，４５ 角ねじ部
４０ 電磁ブレーキ手段
４２ 電磁クラッチ
４４ 回転ドラム
４６ ねじりコイルばね
５１ 皿ばね積層体
５２，５３ スペーサ
５６ 金属製摩擦プレート
６０ オイル溝
６２ 切り欠き
６４ 環状溝
７３ｂ オイル導入孔
Ａ１，Ａ２、Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４ 摺接面
Ｈ，Ｈ２ オイル排出孔

Claims (5)

1. クランクシャフトの駆動力が伝達される円環状外筒部と、前記外筒部と同軸に配置され、カムシャフトに延びる従動側の円環状内筒部と、前記外筒部と内筒部にそれぞれヘリカルスプライン係合して外筒部と内筒部間に配置され、軸方向に移動して外筒部に対する内筒部の位相を変える中間部材とを備え、
   前記内筒部の外周面にはフランジが設けられ、前記外筒部の内周面には前記フランジが係合するフランジ係合溝が設けられ、前記フランジの一方の側面側には軸方向に伸張するばね部材が介装されて、前記フランジの他方の側面とこれに対向するフランジ係合溝の側面とが摺接し、該摺接部における摺動摩擦トルクが増加して前記ヘリカルスプライン係合部における打音の発生が低減される自動車用エンジンにおける位相可変装置であって、
   前記摺接部を構成する摺接面の少なくとも一方が内径側凸のテーパ形状に形成されたことを特徴とする自動車用エンジンにおける位相可変装置。
2. クランクシャフトの駆動力が伝達される円環状外筒部と、前記外筒部と同軸に配置され、カムシャフトに延びる従動側の円環状内筒部と、前記外筒部と内筒部にそれぞれヘリカルスプライン係合して外筒部と内筒部間に配置され、軸方向に移動して外筒部に対する内筒部の位相を変える中間部材とを備え、
   前記内筒部の外周面にはフランジが設けられ、前記外筒部の内周面には前記フランジが係合するフランジ係合溝が設けられ、前記フランジの一方の側面側には軸方向に伸張するばね部材が、他方の側面側には金属製環状摩擦プレートがそれぞれ介装されて、前記フランジの他方の側面とこれに対向するフランジ係合溝の側面とが前記金属製環状摩擦プレートを介して摺接し、該摺接部における摺動摩擦トルクが増加して前記ヘリカルスプライン係合部における打音の発生が低減される自動車用エンジンにおける位相可変装置であって、
   前記摺接部を構成する摺接面の少なくとも一つが内径側凸のテーパ形状に形成されたことを特徴とする自動車用エンジンにおける位相可変装置。
3. 前記ばね部材は、複数の皿ばねを積層させた皿ばね積層体で構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の自動車用エンジンにおける位相可変装置。
4. 前記ばね部材と前記フランジの側面および前記フランジ係合溝の側面間には、それぞれ平坦なスペーサが介装されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の自動車用エンジンにおける位相可変装置。
5. 前記内筒部には、カムシャフトのオイル通路に連通し、フランジ係合溝に開口するオイル導入孔が設けられ、前記外筒部には、前記フランジ係合溝に連通し、外部に開口するオイル排出孔が設けられるとともに、前記摺接部を構成する摺接面の少なくとも１つには、放射状に延びるオイル溝が設けられたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の自動車用エンジンにおける位相可変装置。

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