JP2009513865A - 回転角調節のための装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、回転する２つの軸間の回転角調節のための装置、殊に往復動内燃機関の駆動軸と吸排気弁の作動用のカム軸との間の回転角調節のための装置であって、回転要素を備え、該回転要素は駆動軸に相対回動不能に結合されており、ロータを備え、該ロータはカム軸に相対回動不能に結合されており、さらに回転角調節装置及び係止装置を備え、該係止装置は、前記構成部分のうちの１つの構成部分に運動可能に支承された少なくとも１つの係止ピン及び、前記構成部分のうちの別の構成部分に設けられた対応する少なくとも１つの開口部を有しており、この場合に前記係止ピンは、ばねの力及び／又は液力によって前記開口部内へ移動させられ若しくは前記開口部内から外へ移動させられるようになっている形式のものに関する。

Description

本発明は、回転する２つの軸間の回転角調節のための装置、殊に往復動内燃機関の駆動軸と吸排気弁の作動用のカム軸との間の回転角調節のための装置、つまりカム軸調節装置であって、回転要素を備えており、該回転要素は前記駆動軸に相対回動不能に結合されており、ロータを備えており、該ロータは前記カム軸に相対回動不能に結合されており、さらに回転角調節装置及び係止装置を備えており、該係止装置は、前記構成部分のうちの１つの構成部分に運動可能若しくは移動可能に支承された少なくとも１つの係止ピン及び、前記構成部分のうちの別の構成部分に設けられた対応する少なくとも１つの開口部を有しており、この場合に前記係止ピンは、ばね（圧縮ばね）の力及び／又は液力を用いて前記開口部内へ移動させられ若しくは前記開口部内から外へ移動させられ、つまり戻されるようになっている形式のものに関する。

回転角調節のための冒頭に述べた形式の装置は、ドイツ連邦共和国特許出願第１９６２３８１８Ａ１号明細書により公知である。該回転角調節のための装置、つまり回転角調節装置において、ロータは複数の羽根を有しており、回転要素は、ロータに対応する中空室を有しており、羽根と回転要素との間で一方の側に押圧される圧縮液体を用いて１つの方向への回転角調節若しくは相対角度位置調節を行うようになっているのに対して、他方の側での圧力負荷によって別の回転方向への回転角調節若しくは相対角度位置調節を生ぜしめるようになっている。ロータを回転要素に対して、例えば終端位置で固定する、つまりロックするために、係止装置を設けてあり、係止装置は一方の構成部分に設けられた係止ピン及び他方の構成部分に設けられた開口部を備えており、ばねの力によって係止ピンを開口部内へ押圧しているのに対して、液体の力によって係止ピンを開口部内から外へ移動させるようになっている。係止ピンに対するばね力及び液力の配置（配設）は、本発明の対象の装置において有利であるものの、必須ではなく、液力若しくは液圧によって係止ピンを開口部内へ移動させるのに対して、ばね力によって開口部から押し戻すこともできるようになっている。従来技術においては、係止ピンの、開口部と協働する、つまり開口部内に入り込む領域（部分）も開口部も円錐形に形成されて互いに合致するようになっている。この場合には問題として、係止ピンを開口部内に係合（嵌合）させ、つまり入り込ませて、開口部の内周面に適切に当接（接触）させるために、係止ピンを開口部に対して正確に整合させなければならない。正確な整合を達成していない場合には、係止ピンはかど部で開口部の内周面に接触することになる。このようなかど部接触は、開口部の軸線と係止ピンの軸線との間の角度ずれの場合にも、つまり一方の軸線が他方の軸線に対して傾いている場合にも生じている。さらなる問題は、円錐角を小さく選んで開口部と係止ピンとの間の嵌合を良好にした場合には、係止ピンを開口部内から再び解放することが困難になることである。円錐角を大きく選ぶと、係止ピンは回転力によって開口部から押し出されてしまうことになる。前述の問題並びに製作誤差の問題から、遊びを十分に小さくすること、若しくは両方の軸線間の角度を０．２度より小さくすることは、実質的に不可能であり、不都合な調節エラーが発生し、かつ振動、特に回転振動が生じてしまうことになる。

本発明の課題は、回転角調節のための装置を改善して、前述の問題を排除し、かつ実質的に係止遊び零を達成すること、つまり開口部と係止ピンとの間の係止遊びを実質的に零にできるようにすることである。

前記課題を解決するために本発明の構成では、係止ピンの、開口部と作用結合する、つまり開口部内に係合する接触領域（接触部分若しくは接触区分）は、外側へ、すなわち半径方向外側へ湾曲された輪郭（画成面、つまり外周面）を有している。係止ピンの接触領域（係合領域）は、有利には回転円弧体状の輪郭（回転円弧体・輪郭）を有し、つまり回転円弧面として形成されている。回転円弧体は、回転体の定義に倣って、回転円弧面によって囲まれた立体を意味し、例えばビール樽若しくはワイン樽の形、つまり樽形(barrel shape)を有しており、回転円弧面は、回転面の定義に倣って、「１つの平面が該平面上の１つの軸を中心として１回転したときに該平面上の１つの円弧曲線の描く曲面」を意味している。本発明に基づく前記構成により、係止ピンの角度状態若しくは角度位置を必ずしも正確にする必要ななくなり、それというのは係止ピンの接触は湾曲された輪郭若しくは回転円弧体状（回転円弧面状）の輪郭を介して実質的に環状に行われるからである。このことは、開口部横断面と湾曲された若しくは回転円弧体状の輪郭との間の寸法を、係止ピンが開口部内に十分な深さで入り込む、つまり係合するように選んであると、開口部の形状若しくは輪郭に依存することなしに達成されるものである。これによって、精度を高め若しくは許容公差を大きくできるようになっている。

本発明の実施態様では、係止ピンの、開口部と作用結合する、換言すれば開口部と接触する接触領域は、球台の形状（輪郭）を有し、つまり球台の形に形成されている。この場合に考えられる球台は、球をその中心を通る平面と該平面に対して係止ピンの軸線方向で離間した平行な別の平面とで切り取られ（画定され）かつ該両方の平面にはさまれた部分によって形成されており、係止ピンの接触領域の、開口部に向いた端部の半径は、接触領域の相対する端部の半径よりも小さくなっている。係止ピンの輪郭は、回転放物面体区分の形状で形成され、つまり係止ピンの接触領域は、回転放物体区分として形成されている。回転放物体区分は、円錐台（接頭円錐）の定義に倣って、回転放物体を底面に平行な平面で切って頂点を含む部分を取り去った立体部分を意味している。この場合に、回転放物体区分は、母線が放物線の形状に応じて緩やかな傾きで若しくは急な傾きで延びるように形成されていてよいものである。

さらに本発明の有利な実施態様では、係止ピンの先端部（自由端部）にかど部丸み（丸み半径）を付けてあり、かど部丸みの半径は０．５ｍｍよりも大きくなっている。これによって、係止ピンが開口部内に完全には押し込まれていない場合でも、わずかなかど部応力若しくはかど部圧縮しか生じないようにしてある。

本発明では、開口部を回転要素（回転エレメント若しくは回転部分）のカバーに配置して成る回転角調節のための装置において、前記開口部は、係止ピンから遠くなる深さに円錐台形の輪郭を有しており、開口部の入口部位にかど部丸みを設けてあり、かど部丸みの半径は０．５ｍよりも大きくなっている。従来技術においてもカバーの開口部を円錐の輪郭で形成してあるものの、該開口部は係止ピンの同じく円錐に形成された端部と作用結合するようになっている。本発明の場合には、開口部の円錐形若しくはテーパー状の輪郭（テーパー面）は、湾曲された或いは回転円弧体状の輪郭、若しくは球台、若しくは回転放物面体区分と作用結合するようになっていて、その結果、従来技術と異なる係合状態若しくは作用メカニズムを生ぜしめている。本発明の別の実施態様では、開口部の輪郭は、内側へ、つまり半径方向内側へ湾曲して形成され、若しくは円弧面状に形成され、さらに別の実施態様では、開口部の輪郭は、回転双曲面区分の形状を有し、つまり開口部は、回転双曲面区分として形成されている。回転双曲面区分は、回転双曲面と交わる平行な２つの平面の間にはさまれた回転面部分を意味する。開口部の前記構成によって、係止ピンの接触領域も開口部も、接触部を中心として互いに離反する輪郭を有しており、その結果、係止ピン及び開口部のための公差を大きくすることができ、係止ピンの支承は、係止ピンのかど部が開口部内でひっかかることなしに、若しくは面圧を増大させることなしに、或いは大きな回動遊びを生ぜしめてしまうことなしに可能になっている。係止ピンを開口部内へ押圧することによって、容易にいわゆる係止遊び零を達成している。

本発明の実施態様では、開口部、つまりカバーも係止ピンも変形加工によって経済的に成形され、かつ十分な寸法精度を達成している。開口部並びに係止ピンに高い強度若しくは硬度を与えるために、開口部並びに係止ピンは空冷式の焼入れ、例えばプラズマ焼入れ若しくはレーザー焼入れによって硬化されている。

次に、本発明を図示の実施例に基づき説明する。図面において、
図１は、回転角調節のための装置を部分的に破断して示す斜視図であり、
図２は、係止ピンを半割して示す斜視図であり、
図３は、係止ピンの側面図であり、
図４乃至図８は、カバーの円錐形の輪郭を有する開口部と係止ピンの回転円弧面状に形成された端部との係合状態を種々の位置で示す概略図であり、
図９乃至図１１は、カバーの湾曲形成された開口部と係止ピンの回転円弧面状に形成された端部との係合状態を種々の位置で示す概略図であり、
図１２及び図１３は、係止ピンと開口部との間の接触部位の拡大図である。

図１乃至図１１に示す回転角調節装置１は、回転要素２及びカバー３を備えており、カバーに開口部４を加工成形してある。カバー３は回転要素２内に配置されており、回転要素２は図示省略の室を備えており、該室内にロータ５のベーン（羽根）を配置してある。ロータ５は、図示省略の往復動内燃機関のカム軸に相対回動不能に結合されているのに対して、回転要素２は歯車伝動装置、鎖伝動装置、若しくは歯付きベルト伝動装置を介して往復動内燃機関の駆動軸に作用結合され、つまり連結されている。ロータ５の孔内に係止ピン６を支承してあり、該係止ピンは圧縮ばね７を用いて開口部４に向けて初期荷重をかけられ、つまりバイアス（押圧）されており、かつ図示されていないものの液力によって開口部から抜き出されるようになっている。係止ピン６は、特に図２に示してあるように、中空室８を備えており、該中空室内に圧縮ばね７を部分的に挿入してある。係止ピン６は円筒部分を有していて、該円筒部分でもってロータの孔内に案内されかつ支承されている。円筒部分に、丸み部（円弧状の移行部）及び接触領域９を続けてあり、該接触領域でもって係止ピン６は開口部４と作用結合するようになっており、つまり、接触領域９は開口部内に入り込むようになっている。接触領域９は外側へ湾曲された輪郭（周面）を有しており、該輪郭は回転円弧面状に形成されている。接触領域９にかど部丸み（移行部丸み半径）１０を続けてあり、該かど部丸みの半径は大きく選ばれている。

図４乃至図８の実施例では、開口部４の輪郭は円錐台状に形成されている。係止ピンの接触領域９は、すべての例で回転円弧面状に形成されている。図４は、標準位置（標準係合状態）、つまり係止ピンの、開口部４内での接触領域９の所望の位置を示している。図５に示す例では、開口部の円錐角は標準位置の場合よりも小さくなっている。この場合にも、係止ピン６の、開口部４内での接触領域９の問題のない係合を、接触領域９の特殊な輪郭に基づき達成している。図６の例では、開口部の円錐角は標準位置の場合よりも大きくなっており、この場合にも、開口部４内での係止ピン６の問題のない支持（係合）を、接触領域９の回転円弧面状の輪郭に基づき達成している。図７及び図８は、係止ピン６の案内における角度誤差（角度ずれ）も所定の範囲内では問題なく補償できることを示している。

図９乃至図１１に示す例では、接触領域９の回転円弧面状の輪郭は、図２乃至図８の例に対して変化することなく維持されており、開口部４の輪郭（内周面）は、内側に湾曲して形成されており、この場合に開口部４の、係止ピン６に向いたかど部（縁部）に、大きなかど部丸みを設けてある。

図１２及び図１３には、係止ピン６の接触領域９を拡大して示してあり、この場合に、接触領域は回転放物体区分（切頭回転放物体、つまり回転放物体の頂部を取り去った立体）に相当する形状で形成されている。開口部４の、係止ピンの接触領域に対応する部分は、回転双曲面区分（回転双曲面と交わる平行な２つの平面の間にはさまれた回転面部分）に相当する形状で形成されている。形状寸法は次のように選ばれ、つまり図１２では、係止ピン６は開口部４内に深くは押し込まれないようになっているのに対して、図１３では係止ピン６と開口部４との間の接触部の接線の勾配は緩やかになっている。

回転角調節のための装置を部分的に破断して示す斜視図 係止ピンを半割して示す斜視図 係止ピンの側面図 開口部と係止ピンの端部との係合状態を１つの位置で示す概略図 開口部と係止ピンの端部との係合状態を別の位置で示す概略図 開口部と係止ピンの端部との係合状態を更に別の位置で示す概略図 開口部と係止ピンの端部との係合状態を更に別の位置で示す概略図 開口部と係止ピンの端部との係合状態を更に別の位置で示す概略図 別の実施例の開口部と係止ピンの端部との係合状態を１つの位置で示す概略図 別の実施例の開口部と係止ピンの端部との係合状態を別の位置で示す概略図 別の実施例の開口部と係止ピンの端部との係合状態を更に別の位置で示す概略図 別の実施例の係止ピンと開口部との間の接触部位の拡大図 更に別の実施例の係止ピンと開口部との間の接触部位の拡大図

符号の説明

１ 回転角調節装置、 ２ 回転要素、 ３ カバー、 ４ 開口部、 ５ ロータ、 ６ 係止ピン、 ７ 圧縮ばね、 ８ 中空室、 ９ 接触領域、 １０ かど部丸み

Claims (10)

1. 回転する２つの軸間の回転角調節のための装置、殊に往復動内燃機関の駆動軸と吸排気弁の作動用のカム軸との間の回転角調節のための装置であって、回転要素（２）を備えており、該回転要素（２）は駆動軸に相対回動不能に結合されており、ロータ（５）を備えており、該ロータ（５）はカム軸に相対回動不能に結合されており、さらに回転角調節装置（１）及び係止装置を備えており、該係止装置は、前記構成部分のうちの１つの構成部分に運動可能に支承された少なくとも１つの係止ピン（６）及び、前記構成部分のうちの別の構成部分に設けられた対応する少なくとも１つの開口部（４）を有しており、この場合に前記係止ピン（６）は、ばね（圧縮ばね７）の力及び／又は液力によって前記開口部（４）内へ移動させられ若しくは前記開口部（４）内から外へ移動させられるようになっている形式のものにおいて、前記係止ピン（６）の、前記開口部（４）と作用結合する接触領域（９）は、外側へ湾曲した輪郭を有していることを特徴とする、回転角調節のための装置。
2. 係止ピン（６）の接触領域（９）は、回転円弧体状の輪郭を有している請求項１に記載の回転角調節のための装置。
3. 係止ピン（６）の接触領域（９）は、球台の形状を有している請求項１に記載の回転角調節のための装置。
4. 係止ピン（６）の輪郭は、回転放物体区分の形状で形成されている請求項１に記載の回転角調節のための装置。
5. 係止ピン（６）の先端部にかど部丸み（１０）を付けてあり、かど部丸み（１０）の半径は０．５ｍｍよりも大きくなっている請求項１から４のいずれか１項に記載の回転角調節のための装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の回転角調節のための装置であって、開口部（４）を回転要素（２）のカバー（３）に配置してある形式のものにおいて、前記開口部（４）は、係止ピン（６）から遠くなる深さに円錐台形の輪郭を有しており、入口部位にかど部丸み（１０）を設けてあり、かど部丸みの半径は０．５ｍよりも大きくなっていることを特徴とする、回転角調節のための装置。
7. 開口部（４）の輪郭は、内側へ湾曲して及び／又は円弧面状に形成されている請求項６に記載の回転角調節のための装置。
8. 開口部（４）の輪郭は、回転双曲面区分の形状を有している請求項６又は７に記載の回転角調節のための装置。
9. 開口部（４）及び係止ピン（６）は変形加工によって成形されている請求項１から８のいずれか１項に記載の回転角調節のための装置。
10. 開口部（４）及び／又は係止ピン（６）の表面は空冷式の焼入れ、例えばプラズマ焼入れ若しくはレーザー焼入れによって硬化されている請求項１から９のいずれか１項に記載の回転角調節のための装置。

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