JP2006299891A - 駆動力伝達装置およびそれを用いた内燃機関用バルブタイミング調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
付勢部材の付勢力がハウジングおよび伝達部材に作用しても両者の凝着の発生が抑えられる駆動力伝達装置およびそれを用いた内燃機関用バルブタイミング調整装置を提供する。
【解決手段】
駆動軸と共に回転するハウジング３と、ハウジング３に収容され従動軸と共に回転する伝達部材２と、一端部がハウジング３に、他端部が伝達部材２に支持され、ハウジング３に対して伝達部材２を進角側あるいは遅角側へ付勢する付勢部材６と、を備えている駆動力伝達装置１０であって、ハウジング３は、伝達部材２と対向する面に貫通孔３３を有し、伝達部材２は、貫通孔３３を回転自在に支持する凸部７１を有し、付勢部材６のハウジング３に支持されている一端部の支持点Ａを通り、伝達部材２の回転中心軸Ｄと略垂直に交わる線と回転中心軸Ｄとの交点Ａ１が、凸部が貫通孔を支持する幅に対応する回転中心軸部分に入っていることを特徴としている。
【選択図】図４

Description

本発明は、駆動軸からの駆動力を従動軸に伝達する駆動力伝達装置およびそれを用いた内燃機関用バルブタイミング調整装置に関する。

従来、内燃機関のクランク軸から吸気弁または排気弁を開閉駆動するカム軸に駆動力を伝達する駆動力伝達系に設けられ、吸気弁または排気弁の開閉タイミングを調整する内燃機関用バルブタイミング調整装置が知られている（特許文献１参照）。

このバルブタイミング装置は、クランク軸と共に回転するハウジング３００と、カムシャフト９００と共に回転し、ハウジング３００に収容されているベーンロータ２００と、ハウジング３００に対してベーンロータ２００を進角側あるいは遅角側へ付勢するねじりコイルスプリング６００とから構成されている。ハウジング３００の内壁と、ベーンロータ２００の間には、空間が形成され、ベーンロータ２００のベーンによってこの空間は分割されている。この分割された空間には、オイルが充満しており、この空間の圧力を調整することによって、ハウジング３００とベーンロータ２００との位相が自由に調整できる。これにより、吸気弁または排気弁の開閉タイミングを調整している。
特開２００４−３００９３０号公報

このバルブタイミング装置のハウジング３００は、図５に示すように、ベーンロータ２００に対向する面にベーンロータ２００の凸部７００を支持する貫通孔３３０が形成されている。凸部７００には、ねじりコイルスプリング６００が収容され、スプリング６００の一端部がハウジング３００の外壁面に設けられているピン８００に支持（点Ａ）され、他端部が凸部７００の底部に支持されている。

この構成によると、ねじりコイルスプリング６００の付勢力がハウジング３００とベーンロータ２００とに作用すると、ハウジング３００には、図中の矢印に示す方向の力Ｆ１がかかる。すると、ハウジング３００には、ベーンロータ２００の回転中心軸に対して傾斜する方向の回転モーメントＭが発生する（図中の矢印を参照）。

ハウジング３００に回転モーメントＭが発生すると、ハウジング３００は、角部（点Ｂ）を中心に傾斜し、ハウジング３００の内壁面と、その内壁面に対向するベーンロータ２００の壁面とが強く押し付けられる。この状態でハウジングとベーンロータとの位相が調整されると、擦れ合っている箇所で凝着が起こる恐れがある（図中、破線で囲んだＥの部分）。特に、ハウジング３００とベーンロータ２００は、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成されているので、凝着が起こる恐れが高い。

本発明は、上記実情に鑑みなされたもので、その目的は、付勢部材の付勢力がハウジングおよび伝達部材に作用しても両者の凝着の発生が抑えられる駆動力伝達装置およびそれを用いた内燃機関用バルブタイミング調整装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の発明は、駆動軸または従動軸と共に回転するハウジングと、ハウジングに収容され、従動軸または駆動軸と共に回転する伝達部材と、一端部がハウジングに支持され、他端部が伝達部材に支持され、ハウジングに対して伝達部材を進角側あるいは遅角側へ付勢する付勢部材と、を備えている駆動軸から従動軸へ駆動力を伝達する駆動力伝達装置であって、ハウジングは、伝達部材と対向する面に貫通孔を有し、伝達部材は、貫通孔を回転自在に支持する凸部を有し、付勢部材のハウジングに支持されている一端部の支持点を通り、伝達部材の回転中心軸と略垂直に交わる線と、回転中心軸との交点が、凸部が貫通孔を支持する幅に対応する回転中心軸部分に入っていることを特徴としている。

この構成によれば、回転中心軸に対してハウジングが傾斜する方向の回転モーメントの発生が抑えられるので、この回転モーメントによってハウジングが伝達部材に押し付けられる力が低減でき、ハウジングと伝達部材とが擦れ合うことによる部材同士の凝着の発生が極力抑えられる。

本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の駆動力伝達装置において、ハウジングと伝達部材は、アルミニウムもしくはアルミニウム合金からなっていることを特徴としている。一般的にアルミニウムもしくはアルミニウム合金は、強い力で押し付けられながらお互いが擦れ合うと凝着が起こりやすい金属材料であることが知られている。この構成によれば、ハウジングと伝達部材との凝着が起こりにくい構造となっているので、ハウジングや伝達部材にアルミニウムもしくはアルミニウム合金を使用できる。

本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の駆動力伝達装置において、付勢部材は、ねじりコイルスプリングであり、このねじりコイルスプリングは、凸部内に収容され、その他端部は、凸部の底部に支持され、ねじりコイルスプリングの一端部は、ハウジングの外壁面側に支持されており、凸部の距離は、ねじりコイルスプリングとほぼ同じ距離であり、貫通孔の内壁面の距離は、凸部の距離とほぼ同じ、もしくはそれ以上であることを特徴としている。

この構成よれば、付勢する部材（ねじりコイルスプリング）がハウジングの外壁側に支持されているので、ハウジングと伝達部材との間に駆動力を伝達する以外の別の機能を追加できる。

本発明の請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の駆動力伝達装置において、ハウジングには、伝達部材を収容する収容室が形成され、伝達部材には、収容室に収容され、ハウジングの内壁に常に接触しながら回動し、収容室を周方向に分割する突起部が形成され、収容室内の圧力が調整されることによりハウジングと伝達部材との回転位相を調整することを特徴としている。

この構成によれば、伝達部材に形成されている突起部によってハウジングと伝達部材との間に形成されている収容室を周方向に分割している。この分割された収容室の圧力を調整すれば、ハウジングと伝達部材との回転位相を自在に調整可能な駆動力伝達装置が提供できる。

本発明の請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の駆動力伝達装置の駆動軸が、内燃機関のクランク軸であり、従動軸が、内燃機関の吸気弁あるいは排気弁を駆動するカム軸であり、収容室内の圧力が調整されることによりカム軸によって駆動される吸気弁あるいは排気弁の開閉タイミングを調整することを特徴とする内燃機関用タイミング調整装置である。

この構成よれば、請求項４に記載の駆動力伝達装置を内燃機関用タイミング調整装置として使用するので、吸気弁あるいは排気弁の開閉タイミングを自在に調整でき、内燃機関を効率よく運転させられる。

以下、本発明の駆動力伝達装置を内燃機関用バルブタイミング調整装置に適用した例を図１から図４に基づいて説明する。図１は、本発明の駆動力伝達装置を適用した内燃機関用バルブタイミング調整装置の側面断面図である。図２は、内燃機関用バルブタイミング調整装置の正面断面図である。図３は、内燃機関用バルブタイミング調整装置の正面図である。図４は、内燃機関用バルブタイミング調整装置に発生する力を示す一部側面断面図を有する側面図である。

内燃機関用バルブタイミング調整装置（以下、タイミング調整装置と呼ぶ）１０は、クランクシャフト（駆動軸）によりタイミングベルト（いずれも図示せず）を介して駆動されるシューハウジング１と、シューハウジング１内に同軸的に収容されている請求項に記載の伝達部材としてのベーンロータ２を備えている。ベーンロータ２は、アルミニウム製（例えば、マグネシウム−シリコン系のアルミニウム合金）であり、シューハウジング１によって駆動されて、そのトルクをカムシャフト（従動軸）９に伝達する。その際に、シューハウジング１に対してベーンロータ２が相対的に回転し、カムシャフト９を進角側あるいは遅角側へ変位させている。

シューハウジング１は、フロント（図示左）側より請求項に記載のハウジングとしてのハウジング本体３、円環状のスプロケットホイール４、およびこれらを同軸に締結している複数のボルト１１から構成される。この実施形態では、ハウジング本体３はアルミニウム製（例えば、マグネシウム−シリコン系のアルミニウム合金）であり、円環状の前板部３１と、円筒状の胴部３２からなる。前板部３１の中心には、請求項に記載の貫通孔としての円形の中央開口部３３を有する筒部３４が形成されている。この筒部３４は前板部３１よりもフロント側に所定距離突き出ている。この筒部３４の構造については、後ほど詳しく述べる。前板部３１の外周部には、軸方向のピン嵌合穴３５が開けられている。

胴部３２には、外周に４つのチャック溝３６が軸方向に所定の間隔で設けられ、内周にチャック溝３６に対応して４つの凸部３７が形成されている。各凸部３７は前板部３１と連なっており、軸方向にネジ穴３８が貫通して開けられている。図２に示すように、凸部３７の間は、回転中心から放射状に形成された４つの凹部５となっている。各凸部３７の中心側には、中心から同一円周上にある円弧状の摺動面３９が設けられ、各凹部５の外周側には、中心から同一円周上にある円弧状の摺動面５１が形成されている。

スプロケットホイール４は、円環板状を呈し、外周にスプロケット歯４１が形成され、内周はカムシャフト９の摺動穴４２となっている。スプロケット歯４１と摺動穴４２との間には、ボルト穴４３が設けられている。複数のボルト１１は、ボルト穴４３を通じてネジ穴３８に挿通され、ハウジング本体３とスプロケットホイール４とを一体に締結している。シューハウジング１は、スプロケットホイール４に掛けられたタイミングチェーン（図示せず）によってクランクシャフトと同期して図２において時計方向に回転する。以下、この回転方向を進角方向として表現する。

ベーンロータ２は、中心がボルト１２によってカムシャフト９に締結され、シューハウジング１の４つの凹部５を進角室５ａと遅角室５ｂとに区画する４つのベーン２１を備えている。ベーンロータ２はシューハウジング１に対して所定角度内で回動可能に設けられている。進角室５ａは油圧によってベーン２１を進角側へ駆動するための油圧室であってベーン２１の反回転方向側の凹部５内に形成されている。遅角室５ｂは油圧によってベーン２１を遅角側へ駆動するための油圧室であってベーン２１の回転方向側の凹部５内に形成されている。

進角室５ａおよび遅角室５ｂは、シューハウジング１の前板部３１および胴部３２、スプロケットホイール４およびベーンロータ２に囲まれる油圧室であり、ベーン２１の先端溝に配され摺動面５１と摺動するシール部材２２、ベーン２１間に配され摺動面３９と摺動するシール部材２３などによって各室５ａ、５ｂ内の液密性が保たれている。

タイミング調整装置１０は、進角室５ａおよび遅角室５ｂに作動流体を給排して、進角室５ａと遅角室５ｂに油圧差を発生させる油圧差発生手段（図示せず）を備えている。この油圧差発生手段は、クランクシャフトによって駆動されるオイルポンプ、このオイルポンプによって圧送されるオイルを進角室５ａおよび遅角室５ｂに切り替えて供給する１つまたは複数の切替弁、この切替弁を駆動する電磁アクチュエータ、この電磁アクチュエータを制御するコントローラ等から構成される。コントローラは各種センサによって検出されるクランク角、エンジン回転速度、アクセル開度等のエンジン運転条件に応じた作動油圧を進角室５ａと遅角室５ｂに発生させる。この油圧差によって、ベーンロータ２とシューハウジング１とは相対回転する。

ベーン２１の１つには、エンジンの始動時にベーンロータ２の回動位置を所定の進角位置（たとえば、最進角位置）に固定しておくためのストッパピン２４が装着されている。このストッパピン２４は、ベーン２１に貫通形成された挿通穴２５内に挿入されるものであり、圧縮コイルバネ２６によってリア側に向かう付勢力が加えられている。そして、スプロケットホイール４に設けられたストッパ穴４４にストッパピン２４の頭部（リア側端部）が嵌合した状態で、シューハウジング１に対してベーンロータ２がロックされる。

ストッパピン２４の中間部には、油圧によってストッパピン２４をフロント側（嵌合が外れる方向）へ移動させるための段差部２７が形成されており、その段差部２７は進角室５ａと連通している。進角室５ａに所定圧以上の作動油が供給されると、その作動油圧により圧縮コイルバネ２６の付勢力に抗してストッパピン２４はストッパ穴４４から抜け出す。また、ストッパピン２４の後端面は、遅角室５ｂと連通しており、遅角室５ｂに所定圧以上の作動油が供給されると、その作動油圧により圧縮コイルバネ２６の付勢力に抗してストッパピン２４はストッパ穴４４から抜け出す。

図１から図３に示すように、シューハウジング１とベーンロータ２との間には、ベーンロータ２を進角側へ付勢する請求項に記載の付勢部材としてのねじりコイルばね（アシストスプリング）６が設けられている。このアシストスプリング６は、一端（フロント側端部）である延長部６１がシューハウジング１あるいはこのシューハウジング１と一体に回転する部材に係合し、他端（リア側端部）である延長部６２がベーンロータ２あるいはこのベーンロータと一体に回転する部材に係合するものである。

アシストスプリング６のコイル部の周辺には、ベーンロータ２のフロント側の中心に設けた円筒状凹所６０に嵌め込まれて筒状の請求項に記載の凸部としてのブッシング７が配置されている。このブッシング７は、フロント側が開口した円筒部７１と、該円筒部７１のリア側に設けたボス部７２とからなり、アシストスプリング６のコイル部がハウジング本体３またはベーンロータ２と干渉するのを避けている。ボス部７２の中心には、締結ボルト穴７３が貫通して開けられている。円筒部７１の軸方向長さは、アシストスプリング６をほぼ覆う程度の長さとなっている。図１に示すように、ハウジング本体３の筒部３４は、円筒部７１をほぼ覆う程度の長さとなっており、筒部３４の中央開口３３で円筒部７１の外周面を支持している。

アシストスプリング６のフロント側端は外方への延長部６１となっており、前板部３１のピン嵌合穴３５に圧入され、アシストスプリング６の軸と平行して固着された係合ピン８に係合している。ブッシング７の円筒部７１のフロント側端には、延長部６１が隙間６３を有して挿通するとともに、ベーンロータ２とシューハウジング１との相対回転角度（この実施例では約９０度）に対応したばね端挿通溝７４が形成されている。シューハウジング１の筒部３４にも上記ばね端挿通溝７４とほぼ同じ形状のばね端挿通溝４０が形成されている。アシストスプリング６の他端は、半径方向内側への延長部６２となっており、ブッシング７のボス部７２に設けた半径方向溝７５に嵌め込まれている。

次に、アシストスプリング６がベーンロータ２を進角側へ付勢する際のハウジング本体３に発生する力について図４に基づいて詳細に説明する。図４は、内燃機関用バルブタイミング調整装置に発生する力を示す一部側面断面図を有する側面図である。図４は、図１の上方から見た場合の側面図である。

アシストスプリング６がベーンロータ２を進角側へ付勢する際、ハウジング本体３の前板部３１に設けられている係合ピン８の点Ａには、図面上方への力Ｆ１が付与される（図４中矢印参照）。なお、点Ａは請求項に記載の支持点に相当する。点Ａに上方の力Ｆ１が付与されると、ハウジング本体３の中央開口３３の内周は、ブッシング７の外周に押し付けられ、中央開口３３の内周とブッシング７の外周とが、図中点Ｂと点Ｃとの間で接触する。

このとき、点Ａ、点Ｂ、点Ｃの位置関係は次のようになっている。ベーンロータ２の中心を通る回転中心軸Ｄと、各点Ａ、Ｂ、Ｃを通り回転中心軸Ｄと略垂直に交わる線との交点を点Ａ１、Ｂ１、Ｃ１とする。図４に示すように、回転中心軸Ｄ上の点Ａ１の位置は、点Ｂ１の位置とほぼ一致している。このように点Ａ１と点Ｂ１とが一致した位置となるように点Ａ、点Ｂ、点Ｃが配置されているので、従来技術のようにハウジング本体３に回転中心軸Ｄに対して傾斜する方向の回転モーメントＭが発生しない、もしくは回転モーメントＭが小さくなる。これにより、前板部３１の内周面が、この内周面と対向するベーンロータ２の側壁面に押し付けられる力がなくなる、もしくは小さくなるので、ハウジング本体３とベーンロータ２とが擦れ合うことによる部材同士の凝着の発生が極力抑えられる（図中、一点鎖線で囲んだＥの部分）。

本実施形態では、点Ａ、Ｂ、Ｃの位置関係は、点Ａ１と点Ｂ１とが回転中心軸Ｄ上でほぼ一致するような位置関係となっているが、少なくとも点Ａ１が、点Ｂ１と点Ｃ１との間に位置するような位置関係としても、ハウジング本体３には従来技術のように回転モーメントＭが発生しない、もしくは回転モーメントＭが小さくなる。

一般的にアルミニウムもしくはアルミニウム合金は、強い力で押し付けながらお互いが擦れ合うと凝着が起こりやすい金属材料であることが知られている。本実施形態によれば、ハウジング本体３とベーンロータ２との凝着が起こりにくい構造となっているので、ハウジング本体３やベーンロータ２にアルミニウムもしくはアルミニウム合金を使用できる。

また、本実施形態では、請求項に記載の付勢部材としてねじりコイルスプリングであるアシストスプリング６を使用し、アシストスプリング６のフロント側端の延長部６１は、前板部３１の外壁に設けられている係合ピン８に係合させているので、ハウジング本体３とベーンロータ２との間にシューハウジング１からの駆動力をベーンロータ２に伝達する以外の別の機能を追加できる。

本実施形態では、シューハウジング１の凹部５を、ベーンロータ２のベーン２１によって、進角室５ａと遅角室５ｂとに区画しているので、各室５ａ、５ｂの油圧を調整することができ、シューハウジング１とベーンロータ２との回転位相を自在に調整できる。

また、本実施形態では、この機構を内燃機関用バルブタイミング調整装置として使用しているので、ベーンロータ２に接続されているカムシャフト９によって駆動されている吸気弁あるいは排気弁の開閉タイミングを調整することができる。

本発明の駆動力伝達装置を適用した内燃機関用バルブタイミング調整装置の側面断面図である。 内燃機関用バルブタイミング調整装置の正面断面図である。 内燃機関用バルブタイミング調整装置の正面図である。 内燃機関用バルブタイミング調整装置に発生する力を示す一部側面断面図を有する側面図である。 従来技術の内燃機関用バルブタイミング調整装置にかかる力を示す一部側面断面図を有する側面図である。

符号の説明

１ シューハウジング
２ ベーンロータ（伝達部材）
３ ハウジング本体（ハウジング）
１０ 内燃機関用バルブタイミング調整装置
３１ 前板部（ハウジング）
３３ 中央開口部（貫通孔）
３４ 筒部（ハウジング）
４ スプロケットホイール
５ａ 進角室
５ｂ 遅角室
６ アシストスプリング（ねじりコイルスプリング）
７ ブッシング
７１ 円筒部（凸部）
８ 係合ピン

Claims (5)

1. 駆動軸または従動軸と共に回転するハウジングと、
   前記ハウジングに収容され、前記従動軸または前記駆動軸と共に回転する伝達部材と、
   一端部が前記ハウジングに支持され、他端部が前記伝達部材に支持され、前記ハウジングに対して前記伝達部材を進角側あるいは遅角側へ付勢する付勢部材と、を備えている前記駆動軸から前記従動軸へ駆動力を伝達する駆動力伝達装置であって、
   前記ハウジングは、前記伝達部材と対向する面に貫通孔を有し、
   前記伝達部材は、前記貫通孔を回転自在に支持する凸部を有し、
   前記付勢部材の前記ハウジングに支持されている前記一端部の支持点を通り、前記伝達部材の回転中心軸と略垂直に交わる線と、前記回転中心軸との交点が、前記凸部が前記貫通孔を支持する幅に対応する前記回転中心軸部分に入っていることを特徴とする駆動力伝達装置。
2. 前記ハウジングと前記伝達部材は、アルミニウムもしくはアルミニウム合金からなっていることを特徴とする請求項１に記載の駆動力伝達装置。
3. 前記付勢部材は、ねじりコイルスプリングであり、
   このねじりコイルスプリングは、前記凸部内に収容され、その前記他端部は、前記凸部の底部に支持され、
   前記ねじりコイルスプリングの前記一端部は、前記ハウジングの外壁面側に支持されており、
   前記凸部の距離は、前記ねじりコイルスプリングとほぼ同じ距離であり、
   前記貫通孔の内壁面の距離は、前記凸部の距離とほぼ同じ、もしくはそれ以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の駆動力伝達装置。
4. 前記ハウジングには、前記伝達部材を収容する収容室が形成され、
   前記伝達部材には、前記収容室に収容され、前記ハウジングの内壁に常に接触しながら回動し、前記収容室を周方向に分割する突起部が形成され、
   前記収容室内の圧力が調整されることにより前記ハウジングと前記伝達部材との回転位相を調整することを特徴とする請求項３に記載の駆動力伝達装置。
5. 請求項４に記載の駆動力伝達装置の駆動軸は、内燃機関のクランク軸であり、従動軸は、前記内燃機関の吸気弁あるいは排気弁を駆動するカム軸であり、
   収容室内の圧力が調整されることにより前記カム軸によって駆動される吸気弁あるいは排気弁の開閉タイミングを調整することを特徴とする内燃機関用タイミング調整装置。

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