JP2009185642A - 自動車用エンジンにおける位相可変装置の電磁ブレーキ冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】回転ドラムの制動に使用する摩擦材の長寿命化を図る自動車用エンジンにおける位相可変装置の電磁ブレーキ冷却構造の提供。
【解決手段】 スプロケット１２と相対回動する同軸のカムシャフト２に回転可能に支承された回転ドラム４４を電磁ブレーキ４０で制動し、スプロケット本体１２に対して回転ドラム４４の回転を遅れさせることでカムシャフト２の位相が変わる位相可変装置において、電磁ブレーキ４０は、摩擦材６６をディスク面４４ａに相対摺動させて回転ドラム４４を制動し、ディスク面４４ａには、円の円周方向に沿ってオイル案内溝９０を形成した。
【選択図】図６

Description

本発明は、電磁ブレーキ手段により回転ドラムに制動力を作用させて、スプロケットに対す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自動車用エンジンにおける位相可変装置に係わり、特に、位相可変装置の回転ドラムに制動力を作用させる電磁ブレーキ手段をエンジンオイルを循環させて冷却する冷却構造に関する。

この種の従来技術としては、下記特許文献１（図２１参照）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駆動部材（スプロケット）１２と動弁機構を構成するカムシャフト２間に介装した内外ヘリカルスプライン付き中間部材３０を軸方向に移動させることで、駆動部材１２とカムシャフト２間の位相が変化するように構成されている。即ち、周方向に回り止めされた電磁ブレーキ手段４０により、カムシャフト２に回転可能に支承されている回転ドラム４４に制動力を作用させ、これにより回転ドラム４４が駆動部材１２に対し遅延するとともに、連係して中間部材３０が軸方向に移動して、カムシャフト２が駆動部材１２に対し回動して両者１２，２間の位相が変化する。なお、同装置はエンジンルーム内部に配置されて、エンジンオイル雰囲気下で駆動する。

電磁ブレーキ手段４０は、電磁コイル６２を収容した横断面コ字型環状のクラッチケース６０と、クラッチケース６０の開口部を閉塞する保持プレート６４と、保持プレート６４に接着された摩擦材６６とを備えて構成されている。そして、クラッチケース６０の摩擦材６６と回転ドラム４４間の相対摺接面では、摺動熱により摺動面温度が高温となると、エンジンオイル中に分散している酸化防止剤や摩擦調整剤，清浄分散剤等の添加剤の反応物やオイル中の不溶解分により、一般に多孔質材で構成されている摩擦材６６の表面が目詰まりし、摩擦材６６と回転ドラム４４間に発生する摩擦トルクが低下する可能性がある。

このため、下記特許文献１の電磁ブレーキ手段４０においては、回転ドラム４４の摺動面（ディスク面）に対し、ディスク面の内周縁から半径方向外周方向に延びるオイル案内溝９０を形成し、回転ドラム４４と摩擦材６６の摺動時に摩擦材６６に発生する熱を案内溝９０に供給されるオイルに伝達することにより、相対摺接面を冷却する構成が採用されている。

その結果、特許文献１の電磁ブレーキ手段４０は、回転ドラム４４と摩擦材６６の摺動面温度が低減するため、エンジンオイル中に分散している不溶解分の発生が抑制され、摩擦材６６の表面における目詰まりが低減されている。
特開２００５−１１３７０５

近年の排ガス規制強化と燃費基準値の設定により、位相可変装置は、作動頻度を高める必要性が生じており、それに伴い、摩擦材に対してもこれまで以上の高寿命が要求されるようになってきている。一方、特許文献１の電磁ブレーキ手段４０は、摩擦材６６の表面に発生する目詰まりが低減されるものの、摩擦材６６の目詰まりは、少しずつ進行し、摩擦材６６と回転ドラム４４のディスク面が摺接する際に発生する摩擦トルク、即ち回転ドラムの制動トルクを徐々に低下させていく。

従って、摩擦材６６は、電磁コイル６２の電流値を増加させ、回転ドラム４４のディスク面の吸着力を向上させても、摩擦材６６と回転ドラム４４の相対摺接面において回転ドラム４４制動に必要な摩擦トルクが得られなくなった場合に使用不能となって寿命を迎える。摩擦材６６の使用可能期間をより長くすることによって摩擦材６６を長寿命にすることは、エンジン性能を長期間維持するために重要な課題となる。

本願発明は、上記現象を考慮して、摩擦材の表面に発生する目詰まりを従来よりも低減させることにより、回転ドラムの制動トルクの低下を抑制する一方、摩擦材６６の表面に目詰まりが進行しても、回転ドラムの制動トルクの維持を可能にすることにより、前記摩擦材の長寿命化を図る自動車用エンジンにおける位相可変装置の電磁ブレーキ冷却構造を提供するものである。

前記目的を達成するために、請求項１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スプロケットに対し動弁機構を構成するカムシャフトが同軸状で相対回動可能に配置され、前記カムシャフトに対して回転ドラムが相対回動可能に支承され、前記回転ドラムと軸方向に正対する位置には、前記回転ドラムのディスク面に扁平な摩擦材を摺接させ、該ディスク面と摩擦材との相対摺接面にオイルを供給しながら前記回転ドラムに制動力を付与する電磁ブレーキ手段が設けられ、前記制動力によって回転ドラムに生じる前記スプロケットに対する回転遅れに連係して、位相角変化手段が、前記スプロケットとカムシャフト間の位相角を変更する自動車用エンジンの位相可変装置の電磁ブレーキ冷却構造において、前記回転ドラムは、前記摩擦材と摺接するディスク面上に円の円周方向に沿ってオイル案内溝を形成した。

尚、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と動弁機構を構成するカムシャフトと回転ドラムが一体となって回動するように構成されて、スプロケットとカムシャフトとは同期して回転するが、電磁ブレーキ手段により回転ドラムに制動力が作用すると、回転ドラムにはスプロケットに対する回転遅れが生じ、この回転ドラムの回転遅れに連係して動作する位相角変化手段がスプロケットに対するカムシャフトの位相を変化させる。

（作用１）ここで、回転ドラムのディスク面に形成されたオイル案内溝は、ディスク面上において円周方向に連続する。従って、従来のディスク面では、オイルがオイル案内溝に沿って径方向に抜けていたため、摩擦材の円周方向に対して、オイル案内溝内のオイルとの接触が断続的になっていたが、本願では、オイルはオイル案内溝に沿って円周方向に流動するため、摩擦材の円周方向に対して、オイル案内溝内のオイルとの接触が断続することがない。また、前記摩擦材とオイル案内溝内のオイルとの間の熱伝達は、オイルと摩擦材が接触する時間が長くなって熱伝達が確実に行われるため、前記相対摺接面の温度上昇とエンジンオイル中の不溶解成分の発生が低減され、摩擦材の目詰まりが低減される。

（作用２）回転ドラムと摩擦材との相対摺接面に供給されたオイルは、スプロケットと同期した前期ドラムの回転により、前記回転ドラムのディスクの略接線方向に前記ドラムの回転方向と逆向きの力を受けつつ、前記ディスクの内周縁から外周縁の方向に流動し、最終的に前記ディスクの外周縁から外に排出される。一方、円周方向のオイル案内溝は、前記オイルの流動する方向よりも半径方向内側に湾曲するため、前記オイルの一部は、オイル案内溝に流入してオイル案内溝の側壁に接触し、回転する前記ドラムの慣性力を受ける。従って、オイル案内溝内のオイルは、円周方向のオイル案内溝に沿って、前記ドラムの回転方向と反対向きに流動する。従って、前記ディスクの内周縁から外周縁の方向に流動するオイルは、前記オイル案内溝において、円周方向に流動するオイルと交差する。

その結果、前記ディスク外周縁の方向に流動するオイルと、前記オイル案内溝に沿って円周方向に流動するオイルとの間には、流動する方向が異なるオイルが交差することにより、油膜による剪断力が発生する。即ち、前記オイル案内溝には、前記ディスクの外周縁の方向に流動するオイルにより、前記オイル案内溝の円周の接線方向に対し、前記回転ドラムの回転方向と逆向きの剪断力が発生する。従って、前記回転ドラムには、前記剪断力により回転ドラムの回転方向と逆向きの制動トルクが発生する。従って、回転ドラムの制動トルクは、摩擦材の目詰まりによって摩擦材と回転ドラムの摩擦トルクが低下しても、前記相対摺接面を流動するオイルの流れによって発生する剪断力によって補完されるため、回転ドラムの制動トルクの低下が防止される。

また、前記目的を達成するために請求項２の発明は、クランクシャフトの駆動力が伝達される円環状スプロケットに対し動弁機構を構成するカムシャフトが同軸状で相対回動可能に配置され、前記カムシャフトに対して回転ドラムが相対回動可能に支承され、前記回転ドラムと軸方向に正対する位置には、前記回転ドラムのディスク面に扁平な摩擦材を摺接させ、該ディスク面と摩擦材との相対摺接面にオイルを供給しながら前記回転ドラムに制動力を付与する電磁ブレーキ手段が設けられ、前記制動力によって回転ドラムに生じる前記スプロケットに対する回転遅れに連係して、位相角変化手段が、前記スプロケットとカムシャフト間の位相角を変更する自動車用エンジンの位相可変装置の電磁ブレーキ冷却構造において、前記回転ドラムは、前記摩擦材と摺接するディスク面上に、前記回転ドラムの回動中心軸周りを周回する螺旋状のオイル案内溝を形成した。

（作用）回転ドラムのディスク面に形成されたオイル案内溝は、ディスクの円周方向に連続することと、前記ディスクの半径方向に溝が重複し、摩擦材とオイル案内溝内のオイルとの接触面積が増加することにより、前記摩擦材からオイル案内溝内のオイルへの熱伝達が確実に行われ、前記摩擦材の目詰まりが低減される。一方、前記螺旋状のオイル案内溝を流動するオイルと、回転ドラムのディスクの内周縁から外周縁に向けて流動するオイルが交差する際に油膜の剪断力が発生し、回転ドラムに制動トルクを発生させるため、回転ドラムの制動トルクは、摩擦材の目詰まりが生じても、前記剪断力によって補完され、回転ドラムの制動トルクの低下が防止される。

一方、回転ドラムのディスク面における円周形状のオイル案内溝は、回転ドラムの回動中心軸周りを渦巻き状に回動することにより、摩擦材に対して円周方向のみならず径方向に対しても相対摺動する。従って、円周方向において前記オイル案内溝の凸部に摩擦材の同じ箇所が摺接し続けることによって形成される円周方向の偏摩耗が低減される。

また、前記目的を達成するために請求項３の発明は、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の電磁ブレーキ冷却構造において、前記オイル案内溝の中心が、前記回転ドラムの回動中心軸から離心するようにオイル案内溝を形成した。

（作用）回転ドラムのディスク面のオイル案内溝は、回転ドラムの回動中心軸周りを偏心回動することにより、摩擦材に対して円周方向のみならず径方向に対しても相対摺動する。従って、円周方向において前記オイル案内溝の凸部に摩擦材の同じ箇所が摺接し続けることによって形成される円周方向の偏摩耗が低減される。

請求項１の発明によれば、摩擦材と制動を受ける回転ドラムのディスク面との相対摺接面における温度上昇が低減され、摩擦材の目詰まりが低減されるため、回転ドラムの制動トルクの低下が緩和され、摩擦材の長寿命化を図ることが出来る。一方、摩擦材の目詰まりにより、前記相対摺接面に摩擦トルクの減少が発生しても、前記相対摺動面上を流動するオイルの二つの流れが油膜の剪断力を発生させ、回転ドラムの制動トルクを補完するため、回転ドラムの制動トルクの低下が緩和され、摩擦材の使用可能時間が長くなる。その結果、摩擦材の長寿命化を図ることができる。

請求項２と３の発明によれば、偏摩耗による摩擦材の寿命の低下が軽減される

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１９は、本発明に係る位相可変装置の実施例１から６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は電磁ブレーキ手段の要部を構成する電磁クラッチの斜視図、図４は同電磁クラッチの正面図、図５（ａ），（ｂ）は摩擦材と回転ドラム間の相対摺動部の拡大断面図で、（ａ）はオイル導入用の切り欠き位置における断面図、（ｂ）はカシメ部位置における断面図、図６は実施例１の回転ドラムの斜視図、図７は実施例１の回転ドラムの正面図、図８は回転ドラムの縦断面図（図７に示す線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿う断面図）、図９は回転ドラムのディスク面に設けたオイル案内溝の横断面図（図７に示す線ＩＸ-ＩＸに沿う断面図）、図１０は、油膜に発生する剪断力の説明図、図１１は回転ドラムの鍛造工程説明図、図１２（ａ）〜（ｃ）は実施例１の回転ドラムの回転数に対する、回転ドラムと摩擦材との相対摺接面間における摩擦係数の減少率を示す図、図１３は、実施例２の回転ドラムの正面図、図１４（ａ）〜（ｃ）は実施例２の回転ドラムの回転数に対する、回転ドラムと摩擦材との相対摺接面間における摩擦係数の減少率を示す図、図１５は、回転ドラム上の円周溝の割合と摩擦材寿命との関係を表す図、図１６〜図１９は、実施例３から６の回転ドラムの正面図、図２０（ａ）〜（ｃ）は、回転ドラムのオイル案内溝に関する他の断面形状を示す図である。

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、クランクシャフトの回転に同期して吸排気弁が開閉するようにクランクシャフトの回転をカムシャフト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スプロケットである円環状外筒部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の一部を構成す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、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。符号８は、エンジンケース（位相可変装置用カバー）で、エンジン及び同装置は、エンジンオイル雰囲気下で用いられる。

外筒部１０は、内周縁にリング状の凹部１３が設けられたスプロケット本体１２と、スプロケット本体１２の側面に密着し、凹部１３と協働してフランジ係合溝１３Ａを画成する内フランジプレート１４と、内フランジプレート１４をスプロケット本体１２に共締め固定し、中間部材３０とのスプライン係合部が内周に形成されたスプラインケース１６とから構成されている。符号１３ａは、凹部１３の開口側の大径凹部、符号１３ｂは、凹部１３の奧側の小径凹部で、両者１３ａ，１３ｂ間には、後述する内筒部２０側のフランジ２４の外周縁と正対する段差部１３ｃが設けられている。スプロケットである外筒部１０（スプロケット本体１２）には、エンジンのクランクシャフトの回転がチェーンＣを介して伝達される。符号１１は、スプロケット本体１２と内フランジプレート１４とスプラインケース１６を固定一体化する締結ねじで、スプロケット本体１２と内フランジプレート１４とスプラインケース１６でスプロケット（外筒部１０）を構成することで、フランジ係合溝１３Ａの形成が容易で、外筒部１０（スプラインケース１６）におけるスプライン係合部１７の形成も容易となっている。

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、符号１７はスプラインケース１６の内周面に設けられている雌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８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できる。また、回転ドラム４４と外筒部１０とは、巻き上げられたねじりコイルばね４６で連結されており、回転ドラム４４に制動力が作用しない状態では、外筒部１０，内筒部２０，中間部材３０および回転ドラム４４は、一体となって回転する。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。そして、制動力が作用する回転ドラム４４に外筒部１０に対する回転遅れが生じ、即ち、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（スプロケット本体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（スプロケット本体１２）に対し逆方向に回動して、その位相差がなくなる。

また、内筒部２０の外周面(スプロケット本体１２との摺動面)にはフランジ２４が周設され、一方、外筒部１０(スプロケット本体１２)の内周面には、フランジ２４が係合するフランジ係合溝１３Ａが周設され、フランジ２４の側面とフランジ係合溝１３Ａの側面間に摩擦トルク付加部材５１，５５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。
尚、本実施例では、電磁ブレーキ手段４０の作動とコイルバネ４６の付勢力により、中間部材３０をヘリカルスプライン（３２，３３）に沿って前後に移動させ、中間部材３０の移動量に応じてスプロケット本体１２とカムシャフト２の位相を変化させるヘリカルスプライン機構を採用しているが、電磁ブレーキ手段を採用した位相変化手段としては、特開2003-293710に示すような機構を採用することも考えられる。この機構は、電磁コイル機構によって中間回転体（本願中間ドラム相当）を駆動プレートに対して（本願スプロケットに相当）前後に相対回転させ、中間回転体、変換ガイド及び駆動プレートにそれぞれ形成した溝に球を介在させ、前記相対回転時に前記溝形状に応じて球が移動（本願中間部材機構に相当）することにより、移動量に応じてクランクシャフトと、カムシャフトの位相が変化する機構である。また電磁ブレーキ機構を利用した同様の位相変化手段として、特開2003-74602や特開2004-150397に示す機構の利用も考えられる。

次に、電磁ブレーキ手段４０を構成する電磁クラッチ４２の構造と、電磁クラッチ４２表面に設けた摩擦材６６と回転ドラム４４間の相対摺接面の冷却構造について説明する。

電磁クラッチ４２は、図３〜５に示すように、回転ドラム４４のディスク面に向けて開口する横断面コ字型円環状で周方向に回り止めされたクラッチケース６０と、クラッチケース６０内に収容された電磁コイル６２と、クラッチケース６０の開口部内側に固定された金属製の摩擦材保持プレート６４と、摩擦材保持プレート６４に接着されて、その表面がクラッチケース６０の内外周壁６０ａ，６０ｂ前縁部より僅かに突出する偏平な摩擦材６６とを備えて構成されている。符号６８は、クラッチケース６０の背面側周方向複数個所に突設されたピンで、このピン６８がエンジンケース８側の孔８ａに係合して、クラッチケース６０は軸方向にはスライドできるが、周方向には移動できないように拘束されている。

即ち、クラッチケース６０内に電磁コイル６２が樹脂モールドにより固定され、クラッチケース６０の開口部内側には、摩擦材６６を一体化した摩擦材保持プレート６４が段差部６０ｃに載置され、摩擦材保持プレート６４の内周及び外周の周方向等分３個所がカシメにより、クラッチケースの内外周壁６０ａ，６０ｂに固定されている。図３，４に示す符号６０ｄはカシメ部を示す。また、摩擦材６６の半径方向の幅は摩擦材保持プレート６４の半径方向の幅より僅かに小さい寸法に形成され（摩擦材６６の内径は摩擦材保持プレート６４の内径より僅かに大きく、摩擦材６６の外径は摩擦材保持プレート６４の外径より僅かに小さく形成され）ており、これによってクラッチケースの内外周壁６０ａ，６０ｂと摩擦材６６間には、オイル通路となるリング状の溝６３ａ，６３ｂが設けられている。なお、摩擦材保持プレート６４のクラッチケース６０の開口部への固定手段は、前記したカシメに限るものではなく、接着や嵌合その他の適宜固定手段であればよい。

摩擦材６６は、電磁クラッチ４２がＯＮされたときに回転ドラム４４のディスク面に接近して摩擦力（制動力）を生じさせるためのもので、抄紙基材に熱硬化性樹脂を含浸した厚さ５００μｍのプレート状の多孔質成形体で構成されており、クラッチケース６０の内外周壁６０ａ，６０ｂの前縁部より５０μｍだけその表面が突出した形態となっている。

また、電磁クラッチ４２の摩擦材６６と回転ドラム４４間の相対摺接面には、エンジンオイルが常に供給されて、両者６６，４４の摺動面温度の上昇が抑制されている。

即ち、クラッチケース６０の半径方向内側には、図１に示すように、カムシャフト２内のオイル通路７０に連通し、かつクラッチケース６０と回転ドラム４４間の相対摺動部の内周側に連通するオイル溜り７４がエンジンケース８によって画成され、カムシャフト２内のオイル通路７０には、カムシャフト２のジャーナル軸受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、カムシャフト２に設けられて、オイル通路７０とオイル溜り７４に連通する側孔である。そして、クラッチケースの内周壁６０ａ前縁部には、摩擦材６６と回転ドラム４４間の相対摺接面にエンジンオイルを導入するオイル導入用の切り欠き６１ａが設けられ、一方、クラッチケースの外周壁６０ｂ前縁部には、摩擦材６６と回転ドラム４４間の相対摺接面のエンジンオイルを外方に導出するオイル導出用の切り欠き６１ｂが設けられている。

そして、クラッチケース６０の摩擦材６６と回転ドラム４４間の相対摺接面には、カムシャフト２内に設けたオイル通路７０，エンジンケース８と回転ドラム４４（ベアリング２２）間のオイル溜まり７４およびクラッチケースの内周壁６０ａ前縁部に設けた切り欠き６１ａを介してエンジンオイルが導入されて、摩擦材６６と回転ドラム４４の相対摺接面を冷却するとともに、摩擦材６６と回転ドラム４４間の相対摺接面の冷却に供されたエンジンオイルは、クラッチケース６０の外周壁６０ｂ前縁部に設けたオイル導出用の切り欠き６１ｂを介して半径方向外方に排出される。

また、摩擦材３６の表面には、図３，４に示すように、内周側から外周側に延びる風車型のオイル案内溝６７が設けられて、オイル導入用の切り欠き６１ａとオイル導出用の切り欠き６１ｂがリング状の隙間６３ａ、風車型のオイル案内溝６７、リング状の隙間６３ｂを介して連通している。このため、摩擦材６６と回転ドラム４４間の相対摺動部の半径方向内側に導入されたエンジンオイルは、摩擦材６６表面のオイル案内溝６７に沿ってスムーズに流れて、オイル導出用の切り欠き６１ｂから導出するので、摩擦材６６表面全体が均一に冷却される。

また、回転ドラム４４のディスク面４４ａの摩擦材６６に正対する位置には、図６〜１０に示すように、回転ドラム４４の回動中心軸と同軸になる円周方向に形成された複数のオイル案内溝９０が、半径方向に連続して形成されている。オイルは、オイル溜まり７４からクラッチケースの内周壁６０ａ前縁部に設けた切り欠き６１ａを介して回転ドラム４４と摩擦材６６との相対摺接面に供給される。供給されたオイルは、スプロケットと同期した回転ドラム４４の回転により、ディスク面４４ａの外周縁の略接線方向に対し、回転ドラム４４の回転方向と逆向きの遠心力を受けつつ、ディスク面４４ａの内周縁から外周縁の方向に流動し、切り欠き６１ｂを介して前記相対摺接面の外に排出される。

また、円周方向のオイル案内溝９０は、エンジンオイルの流動する方向よりも半径方向内側に湾曲するため、前記オイルの一部は、オイル案内溝９０に流入してオイル案内溝９０の側壁に接触し、回転する前記ドラム４４の慣性力を受ける。従って、オイル案内溝９０内のオイルは、円周方向のオイル案内溝９０に沿って、回転ドラム４４の回転方向と反対向きに流動する。また、回転ドラム４４のディスク面４４ａの内周縁から外周縁の方向に流動するオイルは、図１０に示すように、オイル案内溝９０において、円周方向に流動するオイルと交差する。

前記相対摺接面には、流動するオイルによる油膜が形成され、オイル案内溝９０上において流動する方向が異なるオイルが交差することにより、オイル案内溝９０の内部のオイルには、油膜による剪断力が発生する（図１０（ａ）を参照）。即ち、オイル案内溝９０内のオイルは、前記ディスクの外周縁の方向に流動するオイルにより、前記オイル案内溝９０の円周の接線方向に対し、前記回転ドラムの回転方向Ｄ１と略逆向きの剪断力Ｆを受ける。ここで、ディスク面４４ａの外周縁方向に流動するオイルに与えられる遠心力をＦ１、オイル案内溝９０上において前記遠心力が作用する点をＰ、遠心力Ｆ１と作用点Ｐにおけるオイル案内溝９０の接線とがなす角度をθとした場合、作用点Ｐ上においてオイル案内溝の内部を流動するオイルには、Ｆ＝Ｆ１・ｃｏｓθからなる剪断力が作用する。

従って、前記回転ドラム４４には、前記剪断力Ｆにより回転ドラム４４の回転方向Ｄ１と逆向きの制動トルクＴ１が発生する。従って、回転ドラム４４の制動トルクは、摩擦材６６の目詰まりによって摩擦材６６と回転ドラム４４の摩擦トルクが低下しても、前記相対摺接面を流動するオイルの流れによって発生する制動トルクＴ１によって補完されるため、低下することなる維持される。

尚、制動トルクＴ１は、オイルが受ける遠心力Ｆ１の増加に比例して増加する。また、ディスク４４ａの外周縁方向に流動するオイルは、オイル案内溝９０の数が多いほど溝９０と交差する回数が増加して制動トルクＴが増加する。従って、オイル案内溝９０の数は、用途に応じて一本から複数本を選択して形成することが望ましい。

また、回転ドラム４４は、図１１（ａ）→（ｂ）→（ｃ）に示すように、加熱した素材Ｗを上下の金型（鍛造型）１００Ａ，１１０Ａおよび１００Ｂ，１１０Ｂで挟んで加圧する鍛造工程を経ることで、全体が所定形状に成形され、その後、旋盤により中央部に雌角ねじ部４５を形成することで、完成する。鍛造設備である下金型１１０Ｂには、円周方向のオイル案内溝９０に対応する凸条１１２が設けられており、オイル案内溝９０は、回転ドラム４４を成形する一連の鍛造工程の中で、ディスク面４４ａを成形する際に成形できるので、オイル案内溝９０付き回転ドラム４４を製造する製造設備および製造工程は簡潔である。

図１２は、（ａ）図に示すディスク面４４ａ上にオイル案内溝が無い溝無しドラム（従来例１）とディスク面４４ａに円周方向のオイル案内溝９０を形成した円周溝付ドラム（実施例１）に対し、相対摺接面にオイルを供給しつつ新品の摩擦材と一定の目詰まりを起こしている使用済みの摩擦材を摺接させ、新品の摩擦材に対する前記目詰まり摩擦材の相対摺接面の摩擦係数の減少率を測定したものである。（ｂ）（ｃ）図のグラフは、それぞれ従来例１と実施例１の実験結果を示している。横軸は、回転ドラム４４の回転数（横軸右方向に行くほど回転数が増加する）を表し、縦軸は、前記回転数を増加させた場合における、前記目詰まり摩擦材の相対摺接面の摩擦係数の減少率を表す。

一定の目詰まりを発生している摩擦材は、溝無しドラムに摺接した場合、（ｂ）図に示すとおり、ドラムの回転数の増加に伴って摩擦係数が大きく減少した。従って、従来例１のドラムでは、電磁クラッチ４０の通電を強くし、回転ドラム４０の吸着力を強くしなければ所定の制動力を得られなかった。その原因は、相対摺接面の冷却効果が不足するため、ドラムの回転数の上昇によって前記相対摺接面のオイルに不溶解分が発生し、摩擦材の目詰まりが更に進行したためと推測される。

また、一定の目詰まりを発生している摩擦材を円周溝付ドラムに摺接した場合には、（ｃ）図に示すとおり、ドラムの回転数が増加しても摩擦係数が大きく減少することは無かった。その原因は、第一にオイル案内溝９０に沿ってオイルが円周方向に流動するため、ドラムのディスク面が円周方向に対して連続的に冷却され、摩擦材の相対摺接面温度が減少し、不溶解分の発生が低減され、摩擦材の摩耗が低減されているためと考えられる。また、第二には、ドラムのディスク面の外周縁方向に流動するオイルと円周方向に流動するオイル案内溝内部のオイルが交差して、相対摺動面間の油膜に剪断力が発生するため、回転ドラム４４の制動トルクが補われているためと考えられる。尚、油膜の剪断力によるトルクは、ディスク面４４ａの外周縁方向にオイルを流動させる遠心力の増加にともなって増加すると考えられるため、ドラムの回転数が増加すると、摩擦トルクの低下を補うトルクも増加するものと考えられる。

図１３は、オイル案内溝９０ａを半径方向（から傾斜する方向、以降は単に半径方向とする）に形成した従来の回転ドラムに円周方向のオイル案内溝９０を形成した実施例２の回転ドラム４４を示す。オイル案内溝９０と９０ａは連結され、オイル案内溝９０内を円周方向に流動したオイルは、オイル案内溝９０ａにより半径方向に流動し、ディスク面４４ａの外に排出される。

図１４（ｂ）（ｃ）は、（ａ）図に示すディスク面４４ａ上に半径方向のオイル案内溝のみを形成したドラム（従来例２）と、ディスク面４４ａに径方向及び円周方向のオイル案内溝９０を形成した図１３の円周溝付ドラム（実施例２）に対し、図１２の実験と同様に、相対摺接面にオイルを供給しつつ新品の摩擦材と一定の目詰まりを起こしている使用済みの摩擦材を摺接させ、新品の摩擦材に対する前記目詰まり摩擦材の相対摺接面の摩擦係数の減少率を測定したものである。横軸は、回転ドラム４４の回転数を表し、縦軸は、前記回転数を増加させた場合における、前記目詰まり摩擦材の相対摺接面の摩擦係数の減少率を表している。（ｂ）（ｃ）図のグラフは、それぞれ従来例２と実施例２の実験結果を示している。

その結果は、径方向のオイル案内溝の無い回転ドラムによって行った図１２（ｂ）（ｃ）に示す実施例１の実験結果と大差が無かった。即ち、オイルの排出性を向上させる半径方向のオイル案内溝を備えたディスク面に円周方向の溝を加えた場合であっても、ドラムの回転数の上昇に伴って相対摺接面の摩擦係数が低下することがないことが判明した。従って、この実験結果により、回転ドラムのディスク面の円周方向に溝を形成すれば、摩擦材に一定の目詰まりが発生しても、回転ドラムの制動トルクの低下を軽減することが出来るものと考えられる。

図１５は、実験により、回転ドラムのディスク面の総面積に対して円周方向のオイル案内溝の面積が締める割合（横軸）と、摩擦材の寿命（縦軸：従来ドラム使用時との比較倍率）との関係を明らかにしたものである。この結果によると、摩擦材は、オイル案内溝の面積をディスク面の総面積の１０％程度にした場合、ドラムのディスク面に円周方向のオイル案内溝を形成しない従来の回転ドラムに使用した場合と比べて寿命が最も長期化する最も望ましい結果を得た。また、摩擦材の寿命は、オイル案内溝の割合がディスク面の総面積の１０％を超えると徐々に減少し、前記割合が５０％を超えると摩擦材の寿命が従来の回転ドラムに使用したときよりも低下する。従って、回転ドラムのディスク面に円周方向のオイル案内溝を形成する割合は、前記ディスク面の総面積の５０％以内にすることにより、摩擦材の寿命を向上させることが出来る。

図１６は、円周溝の中心Ｏ１を回転ドラム４４の回動中心軸Ｌ１から若干偏心させ、中心Ｏ１の周りに同心円状の溝９０ｂを形成した実施例３のドラムを示す。このように溝を形成すると、円周方向の溝９０ｂは、回動中心軸Ｌ１周りに偏心回転することにより、摩擦材６６に対して円周方向と径方向に対して摺接する。従って、円周方向溝が同心円状に形成されることによって摩擦材の円周方向に対し、オイル案内溝の凸部との接触しない部分が無くなるため、摩擦材の偏摩耗が低減される。

図１７は、回転ドラム４４の回動中心軸Ｌ１を中心とし、半径方向に重複する螺旋状のオイル案内溝９０ｃを形成した実施例４のドラムを示す。螺旋状の溝９０ｃを形成することにより、実施例１及び２と同様に溝内を略円周方向に周回流動するオイルがディスク面４４ａの冷却性を向上させ、ディスクの接線方向に流動し、半径方向に重複する溝を横切るオイルが、剪断力による補助的な制動トルクを発生する。また、摩擦材と渦巻き状に摺接するため、実施例３と同様に摩擦材の偏摩耗が防止される。尚、螺旋溝９０ｃの中心は、実施例３と同様に回転ドラム４４の回動中心軸Ｌ１から偏心させてもよい。

図１８は、回転ドラムのディスク面に対し、従来のディスク面に形成された半径方向のオイル案内溝９０ａと部分円弧からなる溝９０ｄを円周方向等間隔に形成した実施例５のドラムを示す。前記部分円弧は、回転ドラムの回動中心軸Ｌ１に対する同心円Ｓ１上に中心が等間隔に配置され、該中心周りに形成される半径Ｒの円周の一部分を前記回動中心軸Ｌ１の周囲に等間隔に配置したものである。円周溝をこのように配置した場合でも、ディスク面の冷却効果の向上と、円周方向溝をオイルが横切る際に発生する制動トルクの発生、偏摩耗の防止という作用効果を得ることが出来る。

図１９は、実施例２の回転ドラムのディスク面において、半径方向に形成されるオイル案内溝９０ａと、円周方向に形成したオイル案内溝９０ｅの連結場所において、ドラムの回転方向Ｄ１の上流側の連結部分を切断し、隙間Ｎを設けた実施例６のドラムを示す。このようにすると、円周方向のオイル案内溝に流入するオイルを制限できるため、円周方向のオイル案内溝をオイルが横切る際に発生する制動トルクの大きさをコントロールすることが出来る。

また、前記した実施例１では、オイル案内溝９０が溝幅方向中央部の横断面Ｕ字溝領域９１とその周縁部のテーパ面領域９２で構成されているが、図２０（ａ）図に示すように、実施例１のＵ字溝領域９１を角の丸い（符号９１ｂ：オイルの流動性向上）断面四角形状９１ａに形成して、断面形状を大きくし、断面を通過するオイルの量を増やして熱伝達を促進し、冷却効率を上げることが出来る。また、オイル案内溝の断面形状は、図２０（ｂ）（ｃ）図に示すように、幅方向中央部の横断面Ｕ字またはＶ字溝領域９１ｃ，９１ｄと、その周縁部にディスク面４４ａに対する傾斜が徐変するＲ曲面領域９３（領域９３は無くても良い）を形成した構造であってもよい。

また、前記した実施例では、回転ドラム４４にブレーキを作用させるクラッチケース６０の前面に設ける摩擦材６６として、抄紙基材に熱硬化性樹脂を含浸した多孔質成形体を示したが、炭素繊維またはアラミド繊維からなる不織布に熱硬化性樹脂を含浸した多孔質成形体や、炭素繊維およびアラミド繊維からなる不織布に熱硬化性樹脂を含浸した多孔質成形体で構成するようにしてもよい。

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。 電磁ブレーキ手段の要部を構成する電磁クラッチの斜視図である。 同電磁クラッチの正面図である。 摩擦材と回転ドラム間の相対摺動部の拡大断面図で、（ａ）はオイル導入用の切り欠き位置における断面図、（ｂ）はカシメ部位置における断面図である。 実施例１の回転ドラムの斜視図である。 実施例１の回転ドラムの正面図である。 回転ドラムのＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ（図７）断面図である。 回転ドラムのオイル案内溝のＩＸ-ＩＸ（図７）断面図である。 油膜に発生する剪断力の説明図 回転ドラムの鍛造工程説明図である。 （ａ）〜（ｃ）は実施例１の回転ドラムの回転数に対する、回転ドラムと摩擦材との相対摺接面間における摩擦係数の減少率を示す図である。 回転ドラムの第２実施例の正面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、実施例２の回転ドラムの回転数に対する、回転ドラムと摩擦材との相対摺接面間における摩擦係数の減少率を示す図である。 回転ドラム上の円周溝の割合と摩擦材寿命との関係を表す図である。 回転ドラムの第３実施例の正面図である。 回転ドラムの第４実施例の正面図である。 回転ドラムの第５実施例の正面図である。 回転ドラムの第６実施例の正面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、回転ドラムのオイル案内溝に関する他の断面形状を示す図である。 エンジンの位相可変装置の電磁ブレーキ冷却構造に関する従来技術を示す図である。

符号の説明

２ カムシャフト
２ａ カム
１０ スプロケットである円環状外筒部
１２ スプロケット本体
１３ 凹部
１４ 内フランジプレート
１６ スプラインケース
１７，３２ 雌ヘリカルスプライン
１７，３３、２３，３２ ヘリカルスプライン係合部
２０ カムシャフトの一部を構成する円環状内筒部
２３，３３ 雄ヘリカルスプライン
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
４４ａ 回転ドラムのディスク面
４６ ねじりコイルばね
５１ 摩擦トルク付加部材である皿ばね積層体
５５ 摩擦トルク付加部材である摩擦プレート
６０ クラッチケース
６０ａ クラッチケース内周壁
６０ｂ クラッチケース外周壁
６０ｃ 段差部
６０ｄ カシメ部
６２ 電磁コイル
６１ａ オイル導入用の切り欠き
６１ｂ オイル導出用の切り欠き
６３ａ クラッチケース内周壁と摩擦材間の隙間
６３ｂ クラッチケース外周壁と摩擦材間の隙間
６４ 摩擦材保持プレート
６６ 偏平な摩擦材
６７ 摩擦材表面のオイル案内溝
７０ カムシャフト内に設けられたオイル通路
７４ クラッチケースの半径方向内側に設けたオイル溜り
９０，９０ｂ，９０ｄ，９０ｅ 円の円周方向に沿って形成したオイル案内溝
９０ｃ 螺旋状のオイル案内溝
Ｌ１ 回転ドラムの回動中心軸
Ｏ１ Ｌ１から変心するオイル案内溝９０ｂの中心

Claims (3)

1. クランクシャフトの駆動力が伝達される円環状スプロケットに対し動弁機構を構成するカムシャフトが同軸状で相対回動可能に配置され、前記カムシャフトに対して回転ドラムが相対回動可能に支承され、前記回転ドラムと軸方向に正対する位置には、前記回転ドラムのディスク面に扁平な摩擦材を摺接させ、該相対摺接面にオイルを供給しながら前記回転ドラムに制動力を付与する電磁ブレーキ手段が設けられ、前記制動力によって回転ドラムに生じる前記スプロケットに対する回転遅れに連係して、位相角変化手段が、前記スプロケットとカムシャフト間の位相角を変更する自動車用エンジンの位相可変装置の電磁ブレーキ冷却構造において、
   前記回転ドラムは、前記摩擦材と摺接するディスク面上に円の円周方向に沿って形成したオイル案内溝を有する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の電磁ブレーキ冷却構造。
2. クランクシャフトの駆動力が伝達される円環状スプロケットに対し動弁機構を構成するカムシャフトが同軸状で相対回動可能に配置され、前記カムシャフトに対して回転ドラムが相対回動可能に支承され、前記回転ドラムと軸方向に正対する位置には、前記回転ドラムのディスク面に扁平な摩擦材を摺接させ、該相対摺接面にオイルを供給しながら前記回転ドラムに制動力を付与する電磁ブレーキ手段が設けられ、前記制動力によって回転ドラムに生じる前記スプロケットに対する回転遅れに連係して、位相角変化手段が、前記スプロケットとカムシャフト間の位相角を変更する自動車用エンジンの位相可変装置の電磁ブレーキ冷却構造において、
   前記回転ドラムは、前記摩擦材と摺接するディスク面上に、前記回転ドラムの回動中心軸周りを周回する螺旋状のオイル案内溝を形成し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の電磁ブレーキ冷却構造。
3. 前記オイル案内溝の中心は、前記回転ドラムの回動中心軸から離心することを特徴とする、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の電磁ブレーキ冷却構造。

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