JP2009191657A - バルブタイミング調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バルブタイミング調整装置において応答性を確保すること。
【解決手段】 ベーンロータ１４に連繋する従動側端部１０２並びに端部１０２とは反対側の反従動側端部１０６を有し、進角方向に端部１０２から出力されると共に遅角方向に反端部１０６から出力されるメイン復原力を発生し、ベーンロータ１４から端部１０２の遅角方向に作用する相対回転力が増大するに従ってメイン復原力を増大させるメイン弾性部材１００と、ハウジング１１に連繋する駆動側端部１１２並びに端部１１２とは反対側において端部１０６に連繋する反駆動側端部１１６を有し、端部１１６から出力されて端部１０６の進角方向に作用するサブ復原力を発生し、端部１０６から遅角方向に出力されて端部１１６に作用するメイン復原力が増大するに従ってサブ復原力を増大させるサブ弾性部材１１０と、を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関においてクランク軸からのトルク伝達によりカム軸が開閉する動弁のバルブタイミングを調整するバルブタイミング調整装置に関する。

従来、クランク軸と連動して回転する駆動側回転体並びにカム軸と連動して回転する従動回転体を備えた流体駆動式のバルブタイミング調整装置が、広く用いられている。一般に流体駆動式バルブタイミング調整装置では、駆動側回転体と従動側回転体との間に形成した進角室又は遅角室への流体供給により、従動側回転体の駆動側回転体に対する進角方向又は遅角方向に相対回転力が作用することで、バルブタイミングが調整されるようになっている。

こうした流体駆動式バルブタイミング調整装置の一種として特許文献１には、トーションスプリングの一端部を従動側回転体に連繋させると共に、当該トーションスプリングの他端部を駆動側回転体に連繋させるものが、開示されている。具体的に特許文献１の装置では、従動側回転体から作用する相対回転力によってトーションスプリングの一端部が遅角方向にねじられることで、進角方向の復原力が当該従動側回転体に出力されるようになっている。故に、トーションスプリングの復原力によって従動側回転体を駆動側回転体に対する進角方向に迅速に相対回転させて、応答性を高めることができるのである。また、流体供給の停止時には、トーションスプリングの復原力によって従動側回転体が駆動側回転体に対する進角方向に付勢されるため、カム軸から変動トルクが作用する従動側回転体であっても、騒音や位相ずれの要因となる暴れを抑えて進角方向の最端位相に留めておくこともできる。
特開平１０−２５２４２０号公報

さて、特許文献１の装置では、トーションスプリングにおいて従動側回転体との連繋端部が遅角方向の相対回転力によりねじられるに従って、当該相対回転力に抗して従動側回転体へと出力される復原力が増大する。そのため、遅角方向の相対回転力増大により従動側回転体が駆動側回転体に対して相対回転するほど、増大するトーションスプリングの復原力に抗した当該遅角方向の相対回転速度が低下することになるので、応答性を十分に確保し得なくなるおそれがあった。

本発明は、以上説明した問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、バルブタイミング調整装置において応答性を確保することにある。

請求項１に記載の発明は、内燃機関においてクランク軸からのトルク伝達によりカム軸が開閉する動弁のバルブタイミングを調整するバルブタイミング調整装置であって、クランク軸と連動して回転する駆動側回転体と、カム軸と連動して回転し、駆動側回転体との間に進角室及び遅角室を形成し、進角室又は遅角室への流体供給により駆動側回転体に対する進角方向又は遅角方向に相対回転力が作用する従動側回転体と、従動側回転体に連繋する従動側端部並びに従動側端部とは反対側の反従動側端部を有し、駆動側回転体に対する進角方向及び遅角方向の一方である第一方向に従動側端部から出力されると共に駆動側回転体に対する進角方向及び遅角方向の他方である第二方向に反従動側端部から出力されるメイン復原力を発生し、従動側回転体から従動側端部の第二方向に作用する相対回転力が増大するに従ってメイン復原力を増大させるメイン弾性部材と、駆動側回転体に連繋する駆動側端部並びに駆動側端部とは反対側においてメイン弾性部材の反従動側端部に連繋する反駆動側端部を有し、反駆動側端部から出力されて反従動側端部の第一方向に作用するサブ復原力を発生し、反従動側端部から第二方向に出力されて反駆動側端部に作用するメイン復原力が増大するに従ってサブ復原力を増大させるサブ弾性部材と、を備えることを特徴とする。

したがって、請求項１に記載の発明によると、サブ弾性部材において駆動側回転体に連繋する駆動側端部とは反対側の反駆動側端部は、メイン弾性部材において従動側回転体に連繋する従動側端部とは反対側の反従動側端部に対して、直列的に連繋した状態となる。ここで、メイン弾性部材において駆動側回転体に対する第一方向に従動側端部から出力されると共に駆動側回転体に対する第二方向に反従動側端部から出力されるメイン復原力は、従動側回転体から従動側端部の第二方向に作用する相対回転力の増大に従って増大するようになっている。故に、各弾性部材の直列的連繋状態下、メイン弾性部材の反従動側端部から第二方向に出力されてサブ弾性部材の反駆動側端部に作用するメイン復原力が、第二方向の相対回転力に追従して増大するような場合、反駆動側端部から出力されて反従動側端部の第一方向に作用するサブ復原力も増大することになる。これによれば、第二方向の相対回転力の増大によって従動側回転体の駆動側回転体に対する相対回転が進んでも、サブ復原力が増大する分、メイン復原力の増大が抑制されることで、従動側回転体の相対回転速度が低下し難くなる。以上、請求項１に記載の発明によれば、メイン復原力による従動側回転体の第一方向の相対回転時のみならず、メイン復原力に抗した従動側回転体の第二方向の相対回転時にも、応答性を確保することが可能である。

請求項２に記載の発明によると、サブ弾性部材のセット荷重は、メイン弾性部材のセット荷重以上に設定される。故に、駆動側回転体に対する従動側回転体の第一方向の最端位相においては、第二方向に作用する従動側回転体の相対回転力がメイン弾性部材のセット荷以下であるにも拘らずサブ弾性部材がサブ復原力を当該相対回転力と釣り合わせるように弾性変形する事態を、回避し得る。これによれば、流体供給の開始直後において相対回転力の小さな従動側回転体にカム軸から変動トルクが作用することになっても、騒音や位相ずれの要因となる従動側回転体の暴れを抑えることができるのである。

請求項３に記載の発明によると、駆動側回転体は、駆動側回転体に対する従動側回転体の第一方向の最端位相においてメイン弾性部材の反従動側端部を係止するストッパを有する。故に、駆動側回転体に対する従動側回転体の第一方向の最端位相においては、メイン弾性部材の反従動側端部がストッパにより係止されることで、第二方向に作用の相対回転力がメイン弾性部材のセット荷重以下であるにも拘らず従動側回転体が相対回転する事態を、回避し得る。これによれば、セット荷重がメイン弾性部材以上のサブ弾性部材による作用と相俟って、変動トルクに起因する従動側回転体の暴れの抑え効果が高められることとなる。

請求項４に記載の発明によると、サブ弾性部材のセット荷重は、メイン弾性部材のセット荷重と等しく設定される。これによれば、第二方向に作用する従動側回転体の相対回転力がメイン弾性部材のセット荷重を超えると、駆動側回転体に対して従動側回転体が第一方向の最端位相から第二方向に相対回転を開始する。このときメイン復原力は、メイン弾性部材と直列的連繋状態にあるサブ弾性部材のセット荷重を超えるように増大するので、サブ復原力の増大によるメイン復原力の増大抑制機能が従動側回転体の相対回転の開始初期から得られることになる。したがって、流体供給の開始直後における小さな相対回転力によっても従動側回転体を第二方向に迅速に相対回転させて、応答性の向上を図ることが可能となる。

請求項５に記載の発明によると、サブ弾性部材は、駆動側回転体に対する従動側回転体の相対回転位相範囲の全域においてメイン復原力の増大に従ってサブ復原力を増大させる。これによれば、駆動側回転体に対する従動側回転体の相対回転位相範囲の全域においてサブ復原力の増大によるメイン復原力の増大抑制機能が得られることになるので、当該全域での応答性の向上が可能となる。

請求項６に記載の発明によると、駆動側回転体は、駆動側回転体に対する従動側回転体の相対回転位相範囲のうち中間位相と第二方向の最端位相との間においてメイン弾性部材の反従動側端部を係止するストッパを有する。これによれば、駆動側回転体に対する従動側回転体の相対回転位相範囲のうち中間位相と、第二方向の最端位相との間においては、メイン弾性部材の反従動側端部がストッパにより係止されることで、サブ復原力の増大、ひいてはメイン復原力の増大抑制機能が制限されることになる。したがって、従動側回転体に相対回転力を与える作動油の圧力低下が生じたとしても、メイン弾性部材から大きなメイン復原力を従動側回転体に与えて、位相ずれの抑制を図ることが可能である。

請求項７に記載の発明によると、サブ弾性部材のセット荷重は、メイン弾性部材のセット荷重よりも大きく設定される。これによれば、第二方向に作用する従動側回転体の相対回転力がメイン弾性部材のセット荷重を超えると、駆動側回転体に対して従動側回転体が第一方向の最端位相から第二方向に相対回転を開始する。このとき、まずメイン復原力は、メイン弾性部材と直列的連繋状態にあるサブ弾性部材のセット荷重以下の範囲で増大するので、サブ復原力の増大はなく、故に大きなメイン復原力が得られることになる。したがって、流体供給の開始後においてカム軸の変動トルクと共に従動側回転体に作用する相対回転力が小さな状態にあっても、位相ずれの要因となる従動側回転体の暴れをメイン復原力によって抑えることができる。またさらに、メイン復原力が増大してサブ弾性部材のセット荷重を超えた場合には、サブ復原力の増大によるメイン復原力の増大抑制機能が得られるので、応答性の向上に貢献することもできるのである。

請求項８に記載の発明によると、サブ弾性部材の反駆動側端部を覆って設けられ、メイン弾性部材の反従動側端部に当接する当接体を備え、第一方向のサブ復原力は、サブ弾性部材の反駆動側端部から当接体を介してメイン弾性部材の反従動側端部に作用する。これによれば、サブ弾性部材の反駆動側端部を覆う当接体は、反駆動側端部よりも広い面積にてメイン弾性部材の反従動側端部に当接し得る。したがって、このような当接体を介することで、第一方向のサブ復原力をサブ弾性部材の反駆動側端部からメイン弾性部材の反従動側端部へと確実に作用させて、サブ復原力の増大によるメイン復原力の増大抑制機能、ひいては応答性を確保する上での信頼性を高めることができる。

請求項９に記載の発明によると、サブ弾性部材は圧縮スプリングからなり、メイン復原力の増大に従って反駆動側端部が圧縮されることによりサブ復原力を増大させる。このような圧縮コイルスプリングからなるサブ弾性部材によれば、小さな体格にて大きなサブ復原力を出力可能となるので、装置の小型化に貢献することができる。

請求項１０に記載の発明によると、サブ弾性部材はトーションスプリングからなり、メイン復原力の増大に従って反駆動側端部が第二方向にねじられることによりサブ復原力を増大させる。このように、反駆動側端部の第二方向へのねじりによってサブ復原力を増大させる、サブ弾性部材としてのトーションスプリングによれば、当該サブ復原力を反駆動側端部からメイン弾性部材の反従動側端部の第二方向に正確に作用させて、メイン復原力の増大抑制機能を確実に発揮させることができる。したがって、応答性を確保する上での信頼性が高められ得る。

請求項１１に記載の発明によると、メイン弾性部材はトーションスプリングからなり、従動側回転体から第二方向に作用する相対回転力の増大に従って従動側端部が第二方向にねじられることによりメイン復原力を増大させる。このように、従動側端部の第二方向へのねじりによってメイン復原力を増大させる、メイン弾性部材としてのトーションスプリングによれば、当該メイン復原力を従動側端部から従動側回転体の第一方向に正確に作用させることができる。したがって、従動側回転体の第一方向への相対回転時において応答性を確保する上での信頼性が高められ得る。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する。

（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態によるバルブタイミング調整装置１を車両の内燃機関に適用した例を示している。バルブタイミング調整装置１は、「作動流体」として作動油を用いる流体駆動式であり、「動弁」としての排気弁のバルブタイミングを調整する。

（基本的構成）
以下、バルブタイミング調整装置１の基本的構成を説明する。バルブタイミング調整装置１は、内燃機関のクランク軸の機関トルクを内燃機関のカム軸２に伝達するトルク伝達系に設置されて作動油により駆動される位相調整部１０と、位相調整部１０への作動油供給を制御する制御部３０とを備えている。

（位相調整部）
図１，２に示すように位相調整部１０において、ハウジング１１は、周壁部材１２、スプロケット部材１３及びフロント部材１８等から構成されている。

周壁部材１２は金属によって形成され、有底円筒状の筒部１２ａ及び仕切部としての複数のシュー１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅを有している。

各シュー１２ｂ〜１２ｅは、筒部１２ａにおいて回転方向に略等間隔となる箇所から、径方向内側に突出している。各シュー１２ｂ〜１２ｅの突出側端面は、図２の紙面垂直方向から見て円弧形の凹面状であり、ベーンロータ１４のボス部１４ａの外周壁面に摺接する。回転方向において隣り合うシュー１２ｂ〜１２ｅの間には、それぞれ収容室５０が形成されている。

スプロケット部材１３及びフロント部材１８は、共に金属によって円環板状に形成されており、それぞれ周壁部材１２の両端部に同軸上に螺子留めされている。スプロケット部材１３は、タイミングチェーンを介してクランク軸と連繋する。故に内燃機関の運転中は、クランク軸からスプロケット部材１３へ機関トルクが伝達されることによって、ハウジング１１がクランク軸と連動して図２の時計方向に回転する。

ベーンロータ１４は金属によって形成されており、ハウジング１１内に同心上に収容されて軸方向の両端部をハウジング１１に摺接させる。ベーンロータ１４は、円柱状のボス部１４ａ及び複数のベーン１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅを有している。

ボス部１４ａは、カム軸２に対して同軸上に螺子留めされている。これによりベーンロータ１４は、カム軸２と連動して図２の時計方向に回転すると共に、ハウジング１１に対して相対回転可能となっている。また、図３に示すようにベーンロータ１４には、ハウジング１１に対する進角方向（以下、単に「進角方向」ともいう）と、ハウジング１１に対する遅角方向（以下、単に「遅角方向」ともいう）との間で交互に変動する変動トルクが、カム軸２から作用するようになっている。

図１，２に示すように各ベーン１４ｂ〜１４ｅは、ボス部１４ａにおいて回転方向に略等間隔となる箇所から径方向外側に突出し、それぞれ対応する収容室５０内に揺動自在に収容されている。各ベーン１４ｂ〜１４ｅの突出側端面は、図２の紙面垂直方向から見て円弧形の凸面状に形成されており、筒部１２ａの内周壁面に摺接する。

各ベーン１４ｂ〜１４ｅは、それぞれ対応する収容室５０を回転方向に二分することによって、進角室及び遅角室をハウジング１１との間に形成している。具体的には、シュー１２ｂとベーン１４ｂの間に進角室５２、シュー１２ｃとベーン１４ｃの間に進角室５３、シュー１２ｄとベーン１４ｄの間に進角室５４、シュー１２ｅとベーン１４ｅの間に進角室５５がそれぞれ形成されている。また、シュー１２ｃとベーン１４ｂの間に遅角室５６、シュー１２ｄとベーン１４ｃの間に遅角室５７、シュー１２ｅとベーン１４ｄの間に遅角室５８、シュー１２ｂとベーン１４ｅの間に遅角室５９がそれぞれ形成されている。

このような構成の位相調整部１０では、進角室５２〜５５への作動油供給並びに遅角室５６〜５９からの作動油排出によって、進角方向の相対回転力がベーンロータ１４に作用する。その結果、ベーンロータ１４がハウジング１１に対して進角方向に相対回転し、バルブタイミングが進角することになる。そして、図２に示すようにベーン１４ｄが進角方向のシュー１２ｅに当接することで、ハウジング１１に対するベーンロータ１４の相対回転位相が進角方向の最端位相（以下、「最進角位相」という）に制限される。尚、本実施形態においては、ハウジング１１に対するベーンロータ１４の最進角位相が、内燃機関の始動に適した始動位相となっている。

一方、位相調整部１０では、遅角室５６〜５９への作動油供給並びに進角室５２〜５５への作動油排出によって、遅角方向の相対回転力がベーンロータ１４に作用する。その結果、ベーンロータ１４がハウジング１１に対して遅角方向に相対回転し、バルブタイミングが遅角することになる。そして、図４に示すようにベーン１４ｄが遅角方向のシュー１２ｄに当接することで、ハウジング１１に対するベーンロータ１４の相対回転位相が遅角方向の最端位相（以下、「最遅角位相」という）に制限される。

さて、図２に示すように位相調整部１０には、さらにロックピン２０及び付勢部材２２が設けられている。

ロックピン２０は金属によって形成され、ベーン１４ｂに嵌合保持されている。付勢部材２２は金属製の圧縮コイルスプリングからなり、ロックピン２０のフロント部材１８側においてベーン１４ｂに保持されている。ロックピン２０は、図２の最進角位相において付勢部材２２の復原力によって移動してスプロケット部材１３の嵌合孔２４に嵌合することで、ベーンロータ１４をハウジング１１に対してロックする。一方、ロックピン２０は、ベーン１４ｂを挟む進角室５２及び遅角室５６の少なくとも一方から供給される作動油の圧力によって嵌合孔２４から離脱することで、ハウジング１１に対するベーンロータ１４のロックを解除して、それら要素１１，１４間の相対回転を許容する。

（制御部）
図１に示す制御部３０において、カム軸２及びその軸受（図示しない）を通じて設けられる進角通路６０は、進角室５２〜５５と連通している。また、カム軸２及びその軸受を通じて設けられる遅角通路６２は、遅角室５６〜５９と連通している。

供給通路６４は、流体供給源であるポンプ４の吐出口と連通しており、また排出通路６６は、ポンプ４の吸入口側のオイルパン５に作動油を排出可能に設けられている。ポンプ４は、オイルパン５から汲み上げた作動油を加圧して供給通路６４へと供給する。ここで本実施形態のポンプ４は、クランク軸により駆動されることで内燃機関の運転と共に作動する、所謂メカポンプである。即ち、ポンプ４からの作動油供給は、内燃機関の始動に伴って開始され、内燃機関の運転中は継続されて、内燃機関の停止に伴いカットされることになる。

制御弁７０は、ソレノイド７２の発生する電磁駆動力及びリターンスプリング７４の発生する復原力を利用してスプールを駆動するスプール弁である。ここで制御弁７０には、進角通路６０と連通する進角ポート８０、遅角通路６２と連通する遅角ポート８２、供給通路６４と連通する供給ポート８４、並びに排出通路６６と連通する排出ポート８６が設けられている。制御弁７０は、ソレノイド７２への通電に応じて作動することにより、供給ポート８４及び排出ポート８６に対する進角ポート８０及び遅角ポート８２の連通状態を制御する。

制御回路９０は、例えばマイクロコンピュータ等からなり、制御弁７０のソレノイド７２と電気的に接続されている。制御回路９０は、ソレノイド７２への通電を制御する機能と共に、内燃機関の運転を制御する機能を備えている。

このような構成の制御部３０では、制御回路９０によって制御されたソレノイド７２への通電に従って制御弁７０が作動し、ポート８４，８６に対するポート８０，８２の連通状態が制御される。具体的には、供給ポート８４及び排出ポート８６にそれぞれ進角ポート８０及び遅角ポート８２を連通させるときには、ポンプ４からの供給作動油が通路６４，６０を経由して進角室５２〜５５に供給されると共に、遅角室５６〜５９の作動油が通路６２，６６を経由してオイルパン５に排出される。一方、供給ポート８４及び排出ポート８６にそれぞれ遅角ポート８２及び進角ポート８０を連通させるときには、ポンプ４からの供給作動油が通路６４，６２を経由して遅角室５６〜５９に供給されると共に、進角室５２〜５５の作動油が通路６０，６６を経由してオイルパン５に排出される。

（特徴的構成）
以下、第一実施形態の特徴的構成を説明する。図１，２に示すように位相調整部１０には、さらにメイン弾性部材１００、サブ弾性部材１１０及び当接体１２０が設けられている。

メイン弾性部材１００は金属製のヘリカルトーションスプリングからなり、ボス部１４ａに対して同軸上にハウジング１１内に収容されている。メイン弾性部材１００の一端部１０２は、ボス部１４ａに設けられた連繋溝１０４内に嵌入されることで、「従動側回転体」としてのベーンロータ１４と連繋する従動側端部１０２を構成している。また、メイン弾性部材１００において従動側端部１０２とは反対側の反従動側端部１０６は、ボス部１４ａに設けられた通孔１０７内並びにシュー１２ｂに設けられたストッパ溝１０８内に進角方向と遅角方向とに変位自在に挿入され、当該溝１０８の進角方向の内端面１０９と当接可能となっている。

このような構成のメイン弾性部材１００は、従動側端部１０２の遅角方向へのねじり及び反従動側端部１０６の進角方向へのねじりの少なくとも一方によって弾性変形することで、従動側端部１０２から進角方向に且つ反従動側端部１０６から遅角方向に出力されるメイン復原力を発生する。したがって、従動側端部１０２から出力されてベーンロータ１４の進角方向に作用することになるメイン復原力は、ベーンロータ１４から遅角方向に作用する相対回転力の増大に従って当該端部１０２が遅角方向にねじられることにより、増大変化する。尚、ここで、本実施形態のメイン弾性部材１００については、最も形状復原した図２の初期状態においてもメイン復原力を発生するように、当該初期状態のセット荷重Ｆｍが設定されている。

図２に示すように、サブ弾性部材１１０は金属製の圧縮コイルスプリングからなり、その中心線方向がハウジング１１の回転方向に略沿うように配置されている。サブ弾性部材１１０の一端部１１２側は、シュー１２ｂにおいてストッパ溝１０８の遅角方向の内端面１１３に開口する連繋孔１１４内に嵌入されることで、「駆動側回転体」としてのハウジング１１と連繋する駆動側端部１１２を構成している。サブ弾性部材１１０において駆動側端部１１２とは反対側の反駆動側端部１１６は、図２の如くストッパ溝１０８内に突出可能且つ図４の如く連繋孔１１４内に退避可能となっている。以上の構成のサブ弾性部材１１０は、反駆動側端部１１６の圧縮により弾性変形することで、当該端部１１６から出力されるサブ復原力を発生する。

図１，２に示すように、当接体１２０は金属によって段付円柱状に形成され、その中心線方向がハウジング１１の回転方向に略沿うように配置されている。当接体１２０において小径側のロッド部１２２は、連繋孔１１４内に挿入されてサブ弾性部材１１０の反駆動側端部１１６に嵌入されている。これにより当接体１２０において、反駆動側端部１１６の端面を覆った形となっている大径側の頭部１２４は、図２の如くストッパ溝１０８内に突出可能且つ図４の如く連繋孔１１４内に退避可能となっている。また、このような頭部１２４は、ストッパ溝１０８内において遅角方向の内端面１１３側からメイン弾性部材１００の反従動側端部１０６に常時当接し、それによって反駆動側端部１１６を反従動側端部１０６に直列的に連繋させている。尚、頭部１２４において反従動側端部１０６との当接端面は、凸状に湾曲する曲面状とされている。これにより、回転方向に変位する反従動側端部１０６に対して、実質的に直線変位する頭部１２４が当接し易くなっている。

したがって、サブ弾性部材１１０の反駆動側端部１１６から出力されて当接体１２０を介してメイン弾性部材１００の反従動側端部１０６の進角方向に作用するサブ復原力は、反従動側端部１０６から遅角方向に作用するメイン復原力の増大に従って反駆動側端部１１６が圧縮されることにより、増大変化する。尚、ここで、本実施形態のサブ弾性部材１１０については、最も形状復原した図２の初期状態においてもサブ復原力を発生するように、当該初期状態のセット荷重Ｆｓがメイン弾性部材１００のセット荷重Ｆｍと略等しい値に設定されている。これにより、サブ弾性部材１１０の初期状態においては、反従動側端部１０６が反駆動側端部１１６によって当接体１２０を介してストッパ溝１０８の進角方向の内端面１０９に押圧されることで、進角方向には変位不能に係止されるのである。

（特徴的作動）
以下、第一実施形態の特徴的作動を、図２，４，５，６を参照しつつ説明する。尚、図５は、ハウジング１１に対するベーンロータ１４の相対回転位相が図２の最進角位相と図４の最遅角位相との間の所定の中間位相にある状態を示している。また、図６において実線グラフは、実施形態の例を示し、二点鎖線グラフは、サブ弾性部材１１０を設けないでメイン弾性部材１００の反従動側端部１０６をシュー１２ｂに直接固定した場合の例（特許文献１の装置に相当するものであり、以下では、「従来例」という）を示している。

内燃機関の停止中は、ポンプ４から進角室５２〜５５及び遅角室５６〜５９のいずれにも作動油が供給されず、メイン弾性部材１００及びサブ弾性部材１１０は共に図２の初期状態となる。

内燃機関が始動すると、制御回路９０は、制御弁７０を制御してポンプ４から進角室５２〜５５への作動油供給を行うことで、ハウジング１１に対するベーンロータ１４のロックを解除する。

この後、制御回路９０は、制御弁７０を制御して遅角室５６〜５９への作動油供給を開始する。すると、相互連繋要素１４，１００の従動側端部１０２に作用する遅角方向の相対回転力がメイン弾性部材１００のセット荷重Ｆｍ以下の範囲で増大する間は、当該弾性部材１００が弾性変形することなく初期状態を維持する（図６の区間Ａ参照）。またこのとき、図６に示すようにメイン弾性部材１００と略等しいセット荷重Ｆｓのサブ弾性部材１１０も、弾性変形することなく初期状態を維持するので、メイン弾性部材１００の反従動側端部１０６は、「ストッパ」としてのストッパ溝１０８の内端面１０９に係止されて変位制限される。したがって、相対回転力の小さなベーンロータ１４にカム軸２から変動トルクが作用する状態にあっても、騒音や位相ずれの要因となる従動側回転体の暴れが抑えられることになる。

遅角室５６〜５９への作動油供給が継続されることにより、相互連繋要素１４，１００に作用する遅角方向の相対回転力が当該弾性部材１００のセット荷重Ｆｍを超えると、ベーンロータ１４が最進角位相から遅角方向に相対回転し始める。このときメイン弾性部材１００のメイン復原力は、サブ弾性部材１１０のセット荷重Ｆｓを超えるように遅角方向の相対回転力に追従して増大することになる（図６の区間Ｂ参照）ので、それに従ってサブ弾性部材１１０が圧縮されることで、サブ復原力が増大する。その結果、遅角方向の相対回転力増大によってベーンロータ１４の相対回転が進んでも、サブ復原力が増大する分、メイン復原力の増大が従来例よりも抑制されることになる（図６の区間Ｂ参照）ので、ベーンロータ１４の相対回転速度は低下し難いのである。ここで特に第一実施形態では、図２，５，４に示すようにハウジング１１に対するベーンロータ１４の相対回転位相範囲のうち最進角位相を除いて、各弾性部材１００，１１０の端部１０６，１１６の変位を許容し得るよう、それら弾性部材１００，１１０の弾性率が調整されている。これにより、サブ復原力の増大によるメイン復原力の増大抑制機能がベーンロータ１４の相対回転位相範囲の全域で発揮されることになる（図６の区間Ｂ参照）ので、ベーンロータ１４の相対回転速度は相対回転位相によらず低下し難いものとなる。

尚、制御回路９０が制御弁７０を制御して遅角室５６〜５９からの作動油排出並びに進角室５２〜５５への作動油供給を行うときには、ベーンロータ１４がメイン弾性部材１００のメイン復原力によって進角方向に付勢されながら、当該進角方向に相対回転する。したがって、このような第一実施形態では、ベーンロータ１４の進角方向への相対回転速度が、遅角方向への相対回転速度とのトレードオフバランスを図る形で高められることになるのである。

以上説明した第一実施形態によれば、メイン弾性部材１００のメイン復原力によるベーンロータ１４の進角方向の相対回転時のみならず、当該メイン復原力に抗した遅角方向の相対回転時にも、相対回転位相範囲の全域で応答性を確保することができる。

（第二実施形態）
図７〜９に示すように、本発明の第二実施形態は第一実施形態の変形例である。第二実施形態では、サブ弾性部材２１０の初期状態においてもサブ復原力を発生する点は第一実施形態と同様であるが、図７に示すように当該初期状態のセット荷重Ｆｓがメイン弾性部材１００のセット荷重Ｆｍよりも大きく設定されている。故に、内燃機関始動後の遅角室５６〜５９への作動油供給により相互連繋要素１４，１００に作用する遅角方向の相対回転力がセット荷重Ｆｍ以下の間は第一実施形態と同様の作動となる（図７の区間Ａ参照）が、当該相対回転力がセット荷重Ｆｍを超えた後は第一実施形態と異なる作動となる。

具体的には、遅角方向の相対回転力がセット荷重Ｆｍを超えると、ベーンロータ１４が最進角位相から遅角方向に相対回転し始めるが、このときメイン弾性部材１００のメイン復原力は、まずサブ弾性部材２１０のセット荷重Ｆｓ以下の範囲で増大する（図７の区間Ｂ参照）。これにより、サブ弾性部材２１０は弾性変形することなく初期状態を維持するので、従来例と同様な大きなメイン復原力がメイン弾性部材１００からベーンロータ１４へと与えられることになる。したがって、内燃機関の始動後においてポンプ４から供給される作動油の圧力が低いために、ベーンロータ１４に作用する相対回転力が小さい状態にあっても、位相ずれの要因となるベーンロータ１４の暴れをメイン弾性部材１００のメイン復原力によって抑えることができる。

また、遅角室５６〜５９への作動油供給の継続により遅角方向の相対回転力が増大し、図８に示す所定の中間位相においてメイン弾性部材１００のメイン復原力がサブ弾性部材２１０のセット荷重Ｆｓを超えると、当該メイン復原力によってサブ弾性部材１１０が圧縮されることで、サブ復原力が増大する。ここで特に第二実施形態では、ベーンロータ１４が図８の中間位相を超えて図９の最遅角位相に達するまでの間において各弾性部材１００，２１０の端部１０６，１１６の変位を許容し得るよう、それら弾性部材１００，２１０の弾性率が調整されている。したがって、図８の中間位相と図９の最遅角位相との間においてベーンロータ１４が遅角方向に相対回転するときには、サブ復原力の増大分、メイン復原力の増大が抑制されて（図７の区間Ｃ参照）、ベーンロータ１４の相対回転速度が低下し難くなる。このような第二実施形態によれば、ベーンロータ１４の相対回転位相範囲のうち特に、大きなメイン復原力が当該ロータ１４に働く位相において、応答性の向上を図ることができるのである。

（第三実施形態）
図１０〜１２に示すように、本発明の第三実施形態は第一実施形態の変形例である。第三実施形態では、サブ弾性部材３１０の弾性率設定によりメイン弾性部材１００の反従動側端部１０６が、図１０に示す所定の中間位相と図１１に示す最遅角位相との間においてストッパ溝３０８の遅角方向の内端面３１３に当接可能となっている。

こうした第三実施形態では、内燃機関始動後の遅角室５６〜５９への作動油供給により相互連繋要素１４，１００に作用する遅角方向の相対回転力がセット荷重Ｆｍ以下の間は第一実施形態と同様の作動となる（図１２の区間Ａ参照）が、当該相対回転力がセット荷重Ｆｍを超えた後は第一実施形態と異なる作動となる。

具体的には、遅角方向の相対回転力がセット荷重Ｆｍを超えると、まずベーンロータ１４が図１０の中間位相に達するまでは、遅角方向の相対回転力に追従してメイン弾性部材１００のメイン復原力、さらにはサブ弾性部材３１０のサブ復原力が増大することになる。故にこのときには、メイン復原力の増大抑制機能が発揮されて（図１２の区間Ｂ参照）、ベーンロータ１４の相対回転速度が低下し難くなる。

また、遅角室５６〜５９への作動油供給の継続により遅角方向の相対回転力が増大することで、ベーンロータ１４が図１０の中間位相を超えると、メイン弾性部材１００の反従動側端部１０６は、遅角方向のメイン復原力によりストッパ溝３０８の内端面３１３に押圧される。その結果、反従動側端部１０６は、「ストッパ」としての内端面３１３に係止されて遅角方向の変位を制限されるので、当該端部１０６に当接するサブ弾性部材３１０の反駆動側端部１１６の圧縮も制限されて、サブ復原力の増大が止められることになる。これによりメイン弾性部材１００は、内端面３１３を形成するシュー１２ｂに反従動側端部１０６が固定された状態と等価となるので、メイン復原力を、サブ復原力によって抑制することなく増大させることとなる（図１２の区間Ｃ参照）。したがって、第三実施形態によれば、ベーンロータ１４に相対回転力を与える作動油に圧力低下が生じたとしても、メイン弾性部材１００によって大きなメイン復原力を当該ロータ１４に与えて、位相ずれを抑制することが可能となる。

（第四実施形態）
図１３，１４に示すように、本発明の第四実施形態は第一実施形態の変形例である。第四実施形態では、圧縮コイルスプリングの代わりに、ヘリカルトーションスプリングをサブ弾性部材４１０として採用している。

具体的にサブ弾性部材４１０は、メイン弾性部材１００と同一巻き方向（本実施形態では左巻き）の金属製のヘリカルトーションスプリングからなり、ハウジング４１１のフロント部材４１８に対して同軸上にハウジング１１外に配置されている。サブ弾性部材４１０の一端部４１２は、フロント部材４１８に設けられた連繋溝４１４内に嵌入されることで、「駆動側回転体」としてのハウジング４１１と連繋する駆動側端部４１２を構成している。サブ弾性部材４１０において駆動側端部４１２とは反対側の反駆動側端部４１６は、フロント部材４１８に設けられた通孔４１９内並びにシュー１２ｂのストッパ溝１０８内に、進角方向と遅角方向とに変位自在に挿入されている。また、反駆動側端部４１６は、ストッパ溝１０８内のメイン弾性部材１００の反従動側端部１０６に対して遅角方向の内端面１１３側から直接に常時当接しており、それによって当該端部１０６と直列的に連繋する形となっている。即ち本実施形態では、当接体１２０を介さないで各弾性部材１００，４１０の端部１０６，４１６同士が連繋しているのである。

このような構成のサブ弾性部材４１０は、反駆動側端部４１６の遅角方向へのねじりにより弾性変形することで、当該端部４１６から進角方向に出力されるサブ復原力を発生する。したがって、反駆動側端部４１６から出力されてメイン弾性部材１００の反従動側端部１０６の進角方向に作用するサブ復原力は、反従動側端部１０６から作用するメイン復原力の増大に従って反駆動側端部４１６が遅角方向にねじられることにより、増大変化することとなる。尚、ここで、本実施形態のサブ弾性部材４１０については、最も形状復原した図１４の初期状態においてもサブ復原力を発生するように、当該初期状態のセット荷重Ｆｓがメイン弾性部材１００のセット荷重Ｆｍと略等しい値に設定されている。これにより、サブ弾性部材４１０の初期状態においては、反従動側端部１０６が反駆動側端部４１６によってストッパ溝１０８の進角方向の内端面１０９に直接押圧されることで、進角方向には変位不能に係止されるのである。

以上説明した特徴的構成を有する第四実施形態では、第一実施形態に準ずる作動を実現することにより、ベーンロータ１４の進角方向の相対回転時のみならず、遅角方向の相対回転時にも、相対回転位相範囲の全域で応答性を確保することができるのである。尚、第四実施形態においては、第一実施形態に準ずる作動を実現する代わりに、第二又は第三実施形態に準ずる作動を実現して先に説明の効果を享受するようにしてもよい。

（第五実施形態）
図１５，１６に示すように、本発明の第五実施形態は第一実施形態の変形例である。第五実施形態では、段付円柱状の代わりに、有底円筒状の当接体５２０を採用している。

具体的に当接体５２０は、金属によって有底円筒状に形成され、その中心線方向がハウジング１１の回転方向に略沿うように配置されている。当接体５２０において開口部５２２側は、シュー１２ｂの連繋孔１１４内に挿入されてサブ弾性部材１１０の反駆動側端部１１６に外嵌されている。これにより当接体５２０において、反駆動側端部１１６の端面を覆った形となっている底部５２４は、図１５の如くストッパ溝１０８内に突出可能且つ図１６の如く連繋孔１１４内に退避可能となっている。また、このような底部５２４は、ストッパ溝１０８内において遅角方向の内端面１１３側からメイン弾性部材１００の反従動側端部１０６に常時当接することで、反従動側端部１０６に対して反駆動側端部１１６を直列的に連繋させている。尚、底部５２４において反従動側端部１０６との当接端面は、第一実施形態の場合に準じた曲面状とされている。

したがって、反駆動側端部１１６から出力されて当接体５２０を介して反従動側端部１０６の進角方向に作用することになるサブ復原力は、反従動側端部１０６から遅角方向に作用するメイン復原力の増大に従って反駆動側端部が圧縮されることにより、増大変化するのである。

以上説明した特徴的構成を有する第五実施形態では、第一実施形態に準ずる作動を実現することにより、ベーンロータ１４の進角方向の相対回転時のみならず、遅角方向の相対回転時にも、相対回転位相範囲の全域で応答性を確保することができるのである。尚、第五実施形態においては、第一実施形態に準ずる作動を実現する代わりに、第二又は第三実施形態に準ずる作動を実現して先に説明の効果を享受するようにしてもよい。

（他の実施形態）
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明はそれらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。

具体的には、第一〜第五実施形態において「進角」及び「遅角」の関係を、先に説明のものとは逆にしてもよい。また、第一〜第五実施形態においては、ヘリカルトーションスプリングの代わりに、例えばトーションスプリングとしてのスパイラルスプリング（渦巻きばね）や圧縮スプリングとしての圧縮コイルスプリング等をメイン弾性部材１００として採用してもよい。

さらに、第一〜第三実施形態においては、第四実施形態に準じて当接体１２０を設けないようにし、サブ弾性部材１１０，２１０，３１０の反駆動側端部１１６をメイン弾性部材１００の反従動側端部１０６に直接連繋させてもよい。またさらに、第四実施形態においては、第一実施形態に準じて、サブ弾性部材４１０の反駆動側端部４１６をメイン弾性部材１００の反従動側端部１０６に当接体を介して連繋させてもよい。

加えて、第三実施形態においては、図１０の中間位相から図１１の最遅角位相に達するまで、メイン弾性部材１００の反従動側端部１０６をストッパ溝３０８の内端面３１３には当接させないようにし、その代わりに非線形特性のサブ弾性部材３１０を採用して、サブ復原力を当該中間位相から急激に増大させるようにしてもよい。この場合には、中間位相と最遅角位相との間においてメイン復原力の増大抑制機能を低下させて、作動油の圧力低下時の位相ずれを抑制することが可能となる。

そして、本発明は、排気弁のバルブタイミングを調整する装置以外にも、「動弁」としての吸気弁のバルブタイミングを調整する装置や、排気弁及び吸気弁の双方のバルブタイミングを調整する装置にも、適用することもできる。

本発明の第一実施形態によるバルブタイミング調整装置を示す構成図であって、図２のI−I線断面図である。 図１のII−II線断面図である。 図１の位相調整部に作用する変動トルクについて説明するための模式図である。 図２とは異なる作動状態を示す断面図である。 図２，４とは異なる作動状態を示す断面図である。 本発明の第一実施形態の特徴的作動について説明するための特性図である。 本発明の第二実施形態の特徴的作動について説明するための特性図である。 本発明の第二実施形態のバルブタイミング調整装置を示す図であって、図２に対応する断面の図である。 図８とは異なる作動状態を示す断面図である。 本発明の第三実施形態のバルブタイミング調整装置を示す図であって、図２に対応する断面の図である。 図１０とは異なる作動状態を示す断面図である。 本発明の第三実施形態の特徴的作動について説明するための特性図である。 本発明の第四実施形態のバルブタイミング調整装置を示す構成図であって、図１４のXIII−XIII線断面図である。 図１３のXIV−XIV線断面図である。 本発明の第五実施形態のバルブタイミング調整装置を示す図であって、図２に対応する断面の図である。 図１５とは異なる作動状態を示す断面図である。

符号の説明

１ バルブタイミング調整装置、２ カム軸、１０ 位相調整部、１１，４１１ ハウジング（駆動側回転体）、１２ 周壁部材、１２ａ 筒部、１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ シュー、１３ スプロケット部材、１４ ベーンロータ（従動側回転体）、１４ａ ボス部、１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ ベーン、１８，４１８ フロント部材、２０ ロックピン、３０ 制御部、５２，５３，５４、５５ 進角室、５６，５７，５８，５９ 遅角室、１００ メイン弾性部材、１０２ 従動側端部、１０４ 連繋溝、１０６ 反従動側端部、１０８，３０８ ストッパ溝、１０９ 内端面（ストッパ）、１１０，２１０，３１０，４１０ サブ弾性部材、１１２，４１２ 駆動側端部、１１３ 内端面（ストッパ）、１１４ 連繋孔、１１６，４１６ 反駆動側端部、１２０，５２０ 当接体、１２２ ロッド部、１２４ 頭部、４１４ 連繋溝、４１９ 通孔、５２０ 当接体、５２２ 開口部、５２４ 底部、Ｆｍ メイン弾性部材のセット荷重、Ｆｓ サブ弾性部材のセット荷重

Claims (11)

1. 内燃機関においてクランク軸からのトルク伝達によりカム軸が開閉する動弁のバルブタイミングを調整するバルブタイミング調整装置であって、
   前記クランク軸と連動して回転する駆動側回転体と、
   前記カム軸と連動して回転し、前記駆動側回転体との間に進角室及び遅角室を形成し、前記進角室又は前記遅角室への流体供給により前記駆動側回転体に対する進角方向又は遅角方向に相対回転力が作用する従動側回転体と、
   前記従動側回転体に連繋する従動側端部並びに前記従動側端部とは反対側の反従動側端部を有し、前記進角方向及び前記遅角方向の一方である第一方向に前記従動側端部から出力されると共に前記進角方向及び前記遅角方向の他方である第二方向に前記反従動側端部から出力されるメイン復原力を発生し、前記従動側回転体から前記従動側端部の前記第二方向に作用する前記相対回転力が増大するに従って前記メイン復原力を増大させるメイン弾性部材と、
   前記駆動側回転体に連繋する駆動側端部並びに前記駆動側端部とは反対側において前記反従動側端部に連繋する反駆動側端部を有し、前記反駆動側端部から出力されて前記反従動側端部の前記第一方向に作用するサブ復原力を発生し、前記反従動側端部から前記第二方向に出力されて前記反駆動側端部に作用する前記メイン復原力が増大するに従って前記サブ復原力を増大させるサブ弾性部材と、
   を備えることを特徴とするバルブタイミング調整装置。
2. 前記サブ弾性部材のセット荷重は、前記メイン弾性部材のセット荷重以上に設定されることを特徴とする請求項１に記載のバルブタイミング調整装置。
3. 前記駆動側回転体は、前記駆動側回転体に対する前記従動側回転体の前記第一方向の最端位相において前記反従動側端部を係止するストッパを有することを特徴とする請求項２に記載のバルブタイミング調整装置。
4. 前記サブ弾性部材のセット荷重は、前記メイン弾性部材のセット荷重と等しく設定されることを特徴とする請求項２又は３に記載のバルブタイミング調整装置。
5. 前記サブ弾性部材は、前記駆動側回転体に対する前記従動側回転体の相対回転位相範囲の全域において前記メイン復原力の増大に従って前記サブ復原力を増大させることを特徴とする請求項４に記載のバルブタイミング調整装置。
6. 前記駆動側回転体は、前記駆動側回転体に対する前記従動側回転体の相対回転位相範囲のうち中間位相と前記第二方向の最端位相との間において前記反従動側端部を係止するストッパを有することを特徴とする請求項４に記載のバルブタイミング調整装置。
7. 前記サブ弾性部材のセット荷重は、前記メイン弾性部材のセット荷重よりも大きく設定されることを特徴とする請求項２又は３に記載のバルブタイミング調整装置。
8. 前記反駆動側端部を覆って設けられ、前記反従動側端部に当接する当接体を備え、
   前記第一方向の前記サブ復原力は、前記反駆動側端部から前記当接体を介して前記反従動側端部に作用することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。
9. 前記サブ弾性部材は圧縮スプリングからなり、前記メイン復原力の増大に従って前記反駆動側端部が圧縮されることにより前記サブ復原力を増大させることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。
10. 前記サブ弾性部材はトーションスプリングからなり、前記メイン復原力の増大に従って前記反駆動側端部が前記第二方向にねじられることにより前記サブ復原力を増大させることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。
11. 前記メイン弾性部材はトーションスプリングからなり、前記従動側回転体から前記第二方向に作用する前記相対回転力の増大に従って前記従動側端部が前記第二方向にねじられることにより前記メイン復原力を増大させることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。

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