JP2010242595A - 可変バルブタイミング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動モータの回転を減速機構でカムシャフトに伝達する可変バルブタイミング装置において、径方向寸法を大きくすることなく、高い減速比を得る。
【解決手段】減速機構１０が、第１、第２減速機構２０、３０とを備え、第１、第２減速機構２０、３０は偏心軸部２２、３２を有する第１、第２入力軸２１、３１と、歯２３ａ、３３ａが周方向に等ピッチで形成された第１、第２内歯車２３、３３と、複数のローラ２４、３４と、ポケット２５、３５が設けられた保持器部２６、３６を有する第１、第２中間軸２７、３７とを備える。第１減速機構２０の第１入力軸２１が電動モータ３の出力軸４に連結され、その第１中間軸２７が第２減速機構３０の第２入力軸３１と一体化され、第２減速機構３０の第２中間軸３７がカムシャフト１に連結される。電動モータ３の出力軸４の回転が、カムシャフト１に２段に連結した第１、第２減速機構２０、３０を介して減速される。
【選択図】図１

Description

この発明は、エンジンの吸気バルブや排気バルブの開閉タイミングを変更する可変バルブタイミング装置に関するものである。

自動車の運転状況に応じて、従来から、エンジンに燃料となる混合気を供給するための吸気バルブや燃焼ガスを排出するための排気バルブが、エンジンの動作ストロークに応じて開閉している。エンジンの燃費の向上や排気ガス抑制のために、これらのバルブの開閉タイミングを可変とし、エンジンの運転状況に合わせて変更する可変バルブタイミング装置が知られている。

この可変バルブタイミング装置としては、例えば、図７に示すように、エンジンのバルブを駆動するカムシャフト４１と、エンジンから回転を伝達され、カムシャフト４１を回転駆動するスプロケット４２とを、相対回転可能に同軸上に配置して、カムシャフト４１と同軸上に配置した電動モータ４３の出力軸４４の回転を減速機構４５とリンク機構４６を介してカムシャフト４１に伝達し、カムシャフト４１をスプロケット４２に対して相対回転させて、両者の回転位相差を変化させ、バルブの開閉タイミングを変更するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

前記減速機構４５は、図８に示すように、電動モータ４３の出力軸４４の偏心軸部４４ａに軸受で回転自在に支持された内歯車４７の歯の一部が、スプロケット４２と一体化したハウジング４８に設けた外歯車４９と噛み合うようにして、出力軸４４をスプロケット４２に対して相対回転させたときに、内歯車４７が偏心軸部４４ａの回りに回転するようにしたものであり、この内歯車４７の回転をガイドプレート５０に伝達し、さらに、ガイドプレート５０の回転を、アーム４６ａ、４６ｂで構成されるリンク機構４６を介して、カムシャフト４１と一体回転するカムプレート４１ａに伝達し、カムシャフト４１をスプロケット４２に対して相対回転させるようにしている。

特開２００８−５７３４９号公報 図３〜図８参照

このカムシャフト４１のスプロケット４２に対する相対回転により、クランクシャフトの回転位相に対するカムシャフト４１の回転位相を変更して、エンジンの吸気バルブまたは排気バルブの開閉のタイミングを変更することができる。

また、減速機構４５により減速した電動モータ４３の出力軸４４の回転をガイドプレート５０に伝達し、ガイドプレート５０の回転をリンク機構４６を介してカムシャフト４１に伝達することで、比較的高い減速比（１００から１５０程度）を確保することができる。

しかし、特許文献１に記載された電動式の可変バルブタイミング装置は、電動モータの回転をカムシャフトに伝達する機構が、減速機構とリンク機構を組み合わせた複雑な構造となり、装置をコンパクトに設計できない問題がある。

この問題に対して、電動モータの出力軸の回転をカムシャフトに伝達する減速機構として、電動モータの出力軸に円形断面の偏心軸部を設け、スプロケットと一体化したハウジングの円筒部の内径面に内歯車を偏心軸部と対向させて設け、これらの対向する偏心軸部の外径面と内歯車とに転接する複数のローラを保持するポケットを設けた環状の保持器部を有する中間軸をカムシャフトと同軸上に配置した可変バルブタイミング装置が提案されている。

この提案された可変バルブタイミング装置は、電動モータの出力軸を回転させたときに、ポケットに保持されたローラが偏心軸部の外径面に沿って公転し、これらのローラの公転が中間軸を介してカムシャフトに伝達され、電動モータの回転を減速機構のみでカムシャフトに伝達することができ、コンパクトな設計が可能である。

この可変バルブタイミング装置において、前記減速機構はその減速比が内歯車の歯数に等しく、従来の可変バルブタイミング装置のように比較的高い減速比を得るために、内歯車の径を大きくして内歯車の歯数を増加させることが考えられる。しかし、内歯車を大径化すると、減速機構を収めるハウジングを大型化する必要があった。

また、一般に可変バルブタイミング装置が採用される動弁機構を収めたシリンダヘッドは、カムシャフトの軸方向には比較的許容スペースがあるが、径方向にはシリンダヘッドの大型化を招き、エンジンブロックの重量が増すおそれがあり、許容スペースが限られる。このため、前述のように、ハウジングの大型化の伴う内歯車の大径化によって、内歯車の歯数を増やすことには限界があり、高い減速比を得ることが難しい。

そこで、この発明の課題は、径方向寸法を大きくすることなく、高い減速比を得ることである。

前記課題を解決するために、この発明は、エンジンの吸気バルブおよび排気バルブの少なくとも一方を駆動するカムシャフトと、エンジンから回転を伝達され前記カムシャフトを回転駆動するスプロケットとが、相対回転可能に同軸上に配置され、前記カムシャフトと同軸上に配置した電動モータの出力軸の回転を減速機構を介して前記カムシャフトに伝達し、前記カムシャフトの前記スプロケットに対する回転位相差を変化させるようにした可変バルブタイミング装置において、前記減速機構は第１減速機構と第２減速機構とを備え、前記第１減速機構および第２減速機構は偏心軸部を有する入力軸と、歯が周方向に等ピッチで形成された内歯車と、前記内歯車と前記偏心軸部の外周部との間に介在された複数のローラと、これらのローラを保持するポケットが設けられた保持器部を有する中間軸とを備え、前記ポケットが前記歯に対して１つ異なる数に設けられ、前記歯の１ピッチ分の断面形状は、前記入力軸が回転するとき、前記偏心軸部の外周部に沿って公転する前記ローラの中心が描く軌跡と平行な曲線のうち前記ローラの外径側にある曲線と一致し、前記ローラの公転が前記カムシャフトと同軸上に配置された前記中間軸に伝達され、前記第１減速機構の入力軸が前記電動モータの出力軸に、その中間軸が第２減速機構の入力軸に連結され、前記第２減速機構の中間軸が前記カムシャフトに連結された構成を採用したのである。

この構成により、電動モータの出力軸が回転すると、第１減速機構において、入力軸が回転し、ポケットに保持されたローラが偏心軸部の外周部により内歯車の歯に押され、偏心軸部の外周部に沿って内歯車の歯数と等しい減速比で公転し、これらのローラの公転が中間軸に伝達される。さらに、第１減速機構の中間軸が回転すると、第２減速機構において、第１減速機構と同様に、ローラの公転が中間軸に伝達され、中間軸を介してカムシャフトに伝達される。このように、電動モータの出力軸の回転が、第１、第２減速機構を介して、それぞれの減速比の積となる高い減速比でカムシャフトに伝達される。

また、この構成の減速機構は、第１減速機構と第２減速機構とを備え、これらをカムシャフトと同軸上に２段に連結したものであるので、前述したように減速機構の内歯車を大径化する必要がなく、径方向寸法を大きくせずにより高い減速比が得られる。

また、第１減速機構および第２減速機構の組み立て性を向上させるために、前記第１減速機構の内歯車と前記第２減速機構の内歯車とが一体に形成され、その一体内歯車が前記スプロケットと一体化したハウジング内に嵌合固定された構成、あるいは、前記第１減速機構の中間軸と前記第２減速機構の入力軸とが一体に形成された構成を採用することができる。

また、前記第１減速機構および第２減速機構の内歯車は、複数の前記歯が全周にわたって突出するリブ上に形成された構成を採用すると、内歯車の内周部において突出したリブ上に歯を形成することが可能となり、内歯車の内周部をえぐるようにして歯を形成する場合と比較して、歯の加工が容易になる。

前記中間軸の保持器部が、円筒状の円環部と、この円環部の軸方向片側に間隔をおいて設けられた複数の柱状部からなる構成を採用すると、ポケット内にローラを軸方向から収納することが可能となるので、減速機構の組み立て性が向上する。

前記カムシャフトはエンジンオイルが通るオイル通路を備え、前記スプロケットに前記オイル通路を通るエンジンオイルを前記第１減速機構または第２減速機構の少なくとも一方に供給する油道が形成された構成を採用することができる。

一般に、エンジンは内部の各部材にオイルギャラリを介してエンジンオイルを循環させて、その各部材の潤滑性を確保している。このオイルギャラリは、カムシャフトの前記オイル通路に繋がっており、前記オイル通路とスプロケットの油道とを通るエンジンオイルによって、第１減速機構、第２減速機構の各部材にも潤滑性の確保がなされる。

さらに、第１減速機構の各部材の潤滑性を高めるために、前記第１減速機構の中間軸および前記第２減速機構の入力軸に前記オイル通路を通るエンジンオイルを前記第１減速機構に供給する孔を備えた構成とすることができる。

前記第１減速機構の内歯車と第２減速機構の内歯車とが一体に形成され、その一体内歯車が前記ハウジングの円筒部内に嵌合固定した構成を採用した場合、一体内歯車とハウジングの円筒部とを確実に一体化するために、前記一体内歯車に形成された突起が前記ハウジングに形成された係合孔に係合することで、その一体内歯車とハウジングとが一体化された構成を採用することができる。

前記ローラが転動する前記偏心軸部の外周部が、その偏心軸部の外周部に嵌合した転がり軸受の外輪外周部で形成された構成を採用することにより、ローラと偏心軸部の外周部（転がり軸受の外輪外周部）とのスリップの発生を抑えて、ローラを円滑に公転させるとともに、中間軸を円滑に回転させることができる。

また、前記内歯車の内周部に転がり軸受が嵌合され、前記中間軸が前記転がり軸受により回転可能に支持されると、中間軸を円滑に回転させることができ、電動モータの出力軸の回転が、カムシャフトに効率良く伝達可能となる。

この発明の可変バルブタイミング装置は、電動モータの出力軸の回転が第１減速機構および第２減速機構によってそれぞれ減速されてカムシャフトに伝達されるので、より高い減速比で減速される。
また、減速機構は、第１減速機構と第２減速機構とを軸方向に２段に連結したものであるので、径方向寸法を大きくすることなく、より高い減速比が得られる。

この発明に係る実施例を示す断面図 図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図 実施例の第１減速機構の第１中間軸を示す斜視図 図１のＹ−Ｙ線に沿った断面図 実施例の第２減速機構の第２中間軸を示す斜視図 同上の減速機構における伝達効率の測定装置を示す概略図 従来の可変バルブタイミング装置を示す断面図 図７のＺ−Ｚ線に沿った断面図

以下、この発明に係る可変バルブタイミング装置の実施例を図１から図５に基づいて説明する。

この実施例は、図１に示すように、エンジンの吸気バルブおよび排気バルブの少なくとも一方（図示省略）を駆動するカムシャフト１と、エンジンから回転を伝達されカムシャフト１を回転駆動するスプロケット２とが相対回転可能に同軸上に配置され、カムシャフト１と同軸上に配置された電動モータ３の出力軸４の回転が減速機構１０を介してカムシャフト１に伝達され、カムシャフト１のスプロケット２に対する回転位相差を変化させて、吸気バルブ（排気バルブ）の開閉タイミングを変更するものである。

スプロケット２は、図示しないタイミングチェーンを介してエンジンのクランクシャフトの回転が伝達され、その一端面にハウジング５の円筒部がスプロケット２と同軸上に一体化されている。ハウジング５は一端側に底部を有し、他端が開放した円筒状に形成され、その円筒部内の一端寄りに電動モータ３の出力軸４が玉軸受６によってカムシャフト１と同軸上に回転可能に支持され、円筒部の他端がスプロケット２と一体化されている。

電動モータ３の出力軸４は、外周部に玉軸受６が嵌合固定され、ハウジング５の一端側の内部にカムシャフト１と同軸上に回転可能に支持され、この電動モータ３の出力軸４とカムシャフト１との間には減速機構１０が連結されている。

この減速機構１０は、第１減速機構２０と第２減速機構３０とを備え、第１減速機構２０は、円形断面の偏心軸部２２を有する第１入力軸２１と、周方向に等ピッチで歯２３ａが形成された第１内歯車２３と、その第１内歯車２３と偏心軸部２２の外周部との間に介在された複数のローラ２４と、これらのローラ２４を保持するポケット２５が周方向に等ピッチに設けられた環状の保持器部２６を有する第１中間軸２７とを備えている。

第１減速機構２０の第１入力軸２１は電動モータ３の出力軸４と同軸上に一体化（連結）され、その外周部に前記偏心軸部２２が一体に形成される。偏心軸部２２の外周部には玉軸受１１が嵌合され、その外輪外周部に対向するように第１内歯車２３がハウジング５の円筒部内に嵌合固定される。

第１内歯車２３は、その内周部の全周に形成されたリブ２３ｂ上に複数（図２の場合では１３個）の歯２３ａが等ピッチで形成され、歯２３ａと前記玉軸受１１の外輪外周面とが対向するように、かつカムシャフト１と同軸上に固定されている（図２参照）。

第１内歯車２３の歯２３ａの１ピッチ分における径方向の断面形状は、電動モータ３の出力軸４が回転して、これと一体化された第１入力軸２１が回転するとき、偏心軸部２２の玉軸受１１の外輪外周部に沿って公転するローラ２４の中心が描く軌跡と平行な曲線のうちローラ２４の外径側にある曲線と一致している。

また、第１内歯車２３の軸方向一端部に軸方向の突起２３ｃが形成され、これがハウジング５内に形成された軸方向の係合穴５ａに係合し、第１内歯車２３がハウジング５に対して一体回転可能に固定される。

第１内歯車２３の軸方向一端側（歯２３ａが形成された側）の内周部と偏心軸部２２の玉軸受１１との間に、これらに接する状態で複数のローラ２４が転動可能に介在している。これらのローラ２４は第１中間軸２７の保持器部２６に対して周方向等ピッチで形成されたポケット２５にそれぞれ保持されている。

第１中間軸２７の保持器部２６は、ポケット２５内のローラ２４が玉軸受１１の外輪外周に沿って円滑に転動可能であれば、その形状は特に限定しないが、例えば、図３に示すように、円筒状の円環部２６ａと、この円環部の軸方向片側に間隔をおいて一体に設けられた複数の柱状部２６ｂとからなるくし歯状とすることができる。くし歯状であれば、隣り合う柱状部２６ｂの間に形成されるポケット２５の加工が容易になり、ローラ２４を容易に組み付けることができるからである。

保持器部２６のポケット２５は、第１内歯車２３の歯２３ａに対して１つ異なる数に設けられ、第１内歯車２３の歯２３ａの数よりも１つ少ない数だけ周方向に等分したときの分割点に対して１つおきに間引いた位置（図２の場合では６箇所）に設けられている。ここで、「ポケット２５は第１内歯車２３の歯２３ａに対して１つ異なる数に設けられ」るとは、ポケット２５が前記分割点に対して全ての位置に設けられる場合のみならず、一部の間引いた位置に設けられる場合も含むことを意味する。また、ポケット２５は、第１内歯車２３の歯２３ａの数よりも１つ多い数に設けてもよい。

保持器部２６を有する第１中間軸２７は、その保持器部２６を一端部に有する大径円筒部２７ａと、これに対して軸方向他方側に配置された小径円筒部２７ｂとが円環部２７ｃを介して一体に形成されたものであり、大径円筒部２７ａの外周部に嵌合された玉軸受１２により、第１内歯車２３の他端側に形成された円筒部２３ｄ内において回転可能に支持されている。

第１中間軸２７に連結される第２減速機構３０は、円形断面の偏心軸部３２を有する第２入力軸３１と、周方向に等ピッチで歯３３ａが形成された第２内歯車３３と、その第２内歯車３３と偏心軸部３２の外周部との間に介在された複数のローラ３４と、これらのローラ３４を保持するポケット３５が周方向に等ピッチに設けられた環状の保持器部３６を有する第２中間軸３７とを備えている。

第２減速機構３０の第２入力軸３１は、図１に示すように、第１中間軸２７の小径円筒部２７ｂであり、第１減速機構の第１中間軸２７と一体化（連結）されている。第２入力軸３１を第１中間軸２７に対して別体に構成し、別体の第１中間軸２７と一体回転可能に連結することも可能であるが、一体化することで、減速機構１０の組み立て性を向上させることができる。

第２入力軸３１としての第１中間軸２７の小径円筒部２７ｂは、その筒軸が電動モータ３の出力軸４と同軸上に形成され、その外周部に前記偏心軸部３２が形成されている。偏心軸部３２の外周部には玉軸受１３が嵌合され、その外輪外周部に対向するように第２内歯車３３がハウジング５の円筒部内に嵌合固定される。

第２内歯車３３は、第１内歯車２３と同様、その内周部の全周に形成されたリブ３３ｂ上に等ピッチで複数（図４の場合では１３個）の歯３３ａが形成され、歯３３ａと前記玉軸受１３の外輪外周面とが対向するように、かつカムシャフト１と同軸上に固定されている。また、第２内歯車３３は、第１内歯車２３と一体に形成することができる。この場合、一体化した内歯車は、第１内歯車２３の突起２３ｃがハウジング５の係合穴５ａに係合しているので、ハウジング５と一体回転可能となる。

第２内歯車３３の歯３３ａの１ピッチ分における径方向の断面形状は、第２入力軸３１とされる第１中間軸２７が回転するとき、偏心軸部３２の玉軸受１３の外周部に沿って公転するローラ３４の中心が描く軌跡と平行な曲線のうちローラ３４の外径側にある曲線と一致している。

また、第２内歯車３３の軸方向一端側（歯２３ａが形成された側）の内周部と偏心軸部３２の玉軸受１３との間に、これらに接する状態で複数のローラ３４が転動可能に介在している。これらのローラ３４は第２中間軸３７の保持器部３６に周方向等ピッチで形成されたポケット３５により保持されている。

第２中間軸３７の保持器部３６は、ポケット３５内のローラ３４が玉軸受１３の外輪外周に沿って円滑に転動可能であれば、その形状は特に限定しないが、例えば、図５に示すように、円筒状の円環部３６ａと、この円環部の軸方向片側に間隔をおいて一体に設けられた複数の柱状部３６ｂとからなるくし歯状とすることができる。くし歯状であれば、隣り合う柱状部３６ｂの間に形成されるポケット３５の加工が容易になり、ローラ３４を容易に組み付けることができるからである。

保持器部３６のポケット３５は、第２内歯車３３の歯３３ａに対して１つ異なる数に設けられ、第２内歯車３３の歯３３ａの数よりも１つ少ない数だけ周方向に等分したときの分割点に対して１つおきに間引いた位置（図４の場合では６箇所）に設けられている。ここで、「ポケット３５は第２内歯車３３の歯３３ａに対して１つ異なる数に設けられる」とは、第１減速機構２０の場合と同様、ポケット３５が前記分割点に対して全ての位置に設けられる場合のみならず、一部の間引いた位置に設けられる場合も含むことを意味する。また、ポケット３５は、第２内歯車３３の歯３３ａの数よりも１つ多い数に設けてもよい。

保持器部３６を有する第２中間軸３７は円環状をなし、その内周部にスプラインが形成され、第２内歯車３３の他端側に形成された円筒部３３ｃ内に嵌合する玉軸受１４により相対回転可能に支持されている。第２中間軸３７のスプラインに、カムシャフト１の一端部に形成されたスプラインが噛み合い、第２中間軸３７およびカムシャフト１が一体回転可能に連結される。

このカムシャフト１は、軸心方向に貫通するエンジンオイルが通るオイル通路１５を備え、スプロケット２にオイル通路１５を通るエンジンオイルを第１減速機構２０および第２減速機構３０に供給する油道１７が形成されている。

通常、エンジンはオイルギャラリを介して内部の各部材にエンジンオイルを循環させて、潤滑性を確保している。この実施例において、オイルギャラリは、カムシャフト１のオイル通路１５に繋がっており、オイル通路１５とスプロケット２の油道１７とを通るエンジンオイルによって、第１減速機構２０および第２減速機構３０の各構成部材の潤滑性が確保されている。

オイル通路１５は軸方向中央部分からスプロケット２の内周部の一端部寄りに向かって分岐する分岐路１６を有する。分岐路１６はカムシャフト１の外周部で開口しており、スプロケット２の油道１７と繋がっている。この油道１７はスプロケット２の一端面に形成された放射状に延びる溝である。

オイルギャラリから供給されるエンジンオイルは、オイル通路１５を通って、第１中間軸２７の小径円筒部２７ｂの付近に導かれ、さらに、小径円筒部２７ｂの軸心中央部に設けられた貫通孔３８内を通り、第１減速機構２０の各部材に供給される。一方、オイルギャラリからオイル通路１５および分岐路１６を通るエンジンオイルは、油道１７に沿って流動し、第２減速機構３０の各部材に供給される。

このようにエンジンオイルを第１減速機構２０および第２減速機構３０の各構成部材に効果的に供給し、潤滑性が確保される。

以上の構成からなる実施例の動作について説明する。
まず、エンジンを始動し、クランクシャフトからタイミングチェーンを介してスプロケット２に回転が伝達されると、スプロケット２の回転によりハウジング５が回転し、ハウジング５内の一体化した第１内歯車２３および第２内歯車３３（以下、一体内歯車ともいう）がハウジング５と一体に回転する。

この状態において、スプロケット２と電動モータ３の出力軸４とが同期回転するときは、第１減速機構２０において、出力軸４と一体の第１入力軸２１の偏心軸部２２が、一体内歯車に対して同期回転する。

この同期回転によって、玉軸受１１と第１内歯車２３との間に介在した各ローラ２４が、それぞれの歯２３ａとの係合関係を維持しながら、玉軸受１１の外輪外周部に沿って公転し、その公転はスプロケット２の回転に同期する。このため、ローラ２４の公転が伝達される第１中間軸２７がスプロケット２に対して同期回転する。

第１中間軸２７がスプロケット２に対して同期回転すると、第２減速機構３０において、第１中間軸２７の小径円筒部２７ｂが第２入力軸３１とされるので、第２入力軸３１の偏心軸部３２が一体内歯車に対して同期回転する。

偏心軸部３２が同期回転すると、第１減速機構２０の場合と同様、玉軸受１３と第２内歯車３３との間に介在した各ローラ３４が、それぞれの歯３３ａとの係合状態を維持しながら、玉軸受１３の外輪外周部に沿って公転し、その公転はスプロケット２の回転に同期する。これにより、ローラ３４の公転が伝達される第２中間軸３７を介してカムシャフト１がスプロケット２に対して同期回転し、カムシャフト１のスプロケット２に対する回転位相は維持される。

その後、エンジンがアイドル運転などの低回転域に移行すると、この実施例のカムシャフト１がエンジンの吸気バルブを駆動させる場合、公知の手段、例えば、電子制御などによって、電動モータ３の出力軸４をスプロケット２の回転速度よりも相対的に遅くまたは早く回転させて、スプロケット２の回転と電動モータ３の出力軸４とを相対回転させる。

この相対回転により、第１減速機構２０において、図２の矢印で示すように、出力軸４と一体の第１入力軸２１の偏心軸部２２が、スプロケット２に対して一方向に回転すると、偏心軸部２２の玉軸受１１の外輪外周面と、歯２３ａが形成された第１内歯車２３との環状空間の極小部Ａが時計回りに０°の位置、極大部Ｂが１８０°の位置にある場合、偏心軸部２２の回転に伴って、極小部Ａと極大部Ｂは時計回りに移動し、環状空間の右半分は狭くなる傾向、環状空間の左半分は広くなる傾向となる。

このとき、環状空間の右半分に存在するローラ２４は、偏心軸部２２の回転に伴って、偏心軸部２２の玉軸受１１の外輪外周面に押され、第１内歯車２３の歯２３ａを下る外径方向へ、環状空間の左半分に存在するローラ２４は歯２３ａを上る内径方向へ移動し、同図中に矢印で示すように、偏心軸部２２の玉軸受１１の外周に沿って公転する。

公転するローラ２４を保持する第１中間軸２７の保持器部２６は、偏心軸部２２と同じ時計回りに回転する。なお、出力軸４が反時計回りに回転する場合、極小部Ａと極大部Ｂは反時計回りに移動し、ローラ２４を保持する第１中間軸２７の保持器部２６は、出力軸４と同じ反時計回りに回転する。

第１減速機構２０では、第１中間軸２７の保持器部２６の分割点の数Ｎ１が第１内歯車２３の歯２３ａの数よりも１つ少ないので、出力軸４（偏心軸部２２）が第１内歯車２３に対して１回転分相対回転すると、各ローラ２４は歯２３ａの１ピッチ分だけ出力軸４の回転方向と同方向に公転し、出力軸４と第１中間軸２７の減速比は、分割点の数Ｎ１と等しくなる。なお、分割点の数Ｎ１が歯２３ａの数よりも１つだけ多い場合は、各ローラ２４は出力軸４の回転方向と反対方向に公転し、第１中間軸２７が出力軸４に対して反対方向に回転する。

この減速された第１中間軸２７の回転によって、第１中間軸２７と一体である第２入力軸３１がスプロケット２に対して相対回転する。このとき、第２減速機構３０において、図４の矢印で示すように、第２入力軸３１の偏心軸部３２が、スプロケット２に対して一方向に回転すると、偏心軸部３２の玉軸受１３の外輪外周面と、歯３３ａが形成された第２内歯車３３との環状空間の極小部Ｃが時計回りに０°の位置、極大部Ｄが１８０°の位置にある場合、偏心軸部３２の回転に伴って、極小部Ｃと極大部Ｄは時計回りに移動し、環状空間の右半分は狭くなる傾向、環状空間の左半分は広くなる傾向となる。

このとき、環状空間の右半分に存在するローラ３４は、第１減速機構２０の作用と同様に、同図中に矢印で示すように、偏心軸部３２の玉軸受１３の外周に沿って公転する。公転するローラ３４を保持する第２中間軸３７の保持器部３６は、偏心軸部３２と同じ時計回りに回転する。なお、偏心軸部３２が反時計回りに回転する場合、極小部Ｃと極大部Ｄは反時計回りに移動し、ローラ３４を保持する第２中間軸３７の保持器部３６は、偏心軸部３２と同じ反時計回りに回転する。

また、第２減速機構３０では、その作用が前述の第１減速機構の作用と同様であるので、偏心軸部３２が第２内歯車３３に対して１回転分相対回転すると、各ローラ３４は歯３３ａの１ピッチ分だけ偏心軸部３２の回転方向と同方向に公転し、偏心軸部３２と第２中間軸３７の減速比は、分割点の数Ｎ２と等しくなる。なお、分割点の数Ｎ２が歯３３ａの数よりも１つだけ多い場合は、各ローラ３４は偏心軸部３２の回転方向と反対方向に公転し、第２中間軸３７が偏心軸部３２に対して反対方向に回転する。

この減速された第２中間軸３７の回転によって、カムシャフト１がスプロケット２に対して相対回転し、カムシャフト１のスプロケット２に対する回転位相が低回転に適した回転位相に変更される。これによって、アイドル運転時のエンジンの回転の安定化と燃費の向上が図れる。

また、アイドル状態からエンジンの運転が通常運転に移行して、例えば、高回転時になると、スプロケット２と電動モータ３の出力軸４との回転速度差を大きくして、スプロケット２の回転と電動モータ３の出力軸４とを相対回転の速度差を大きくする。これにより、上記と同様の作用でカムシャフト１のスプロケット２に対する回転位相が、高回転に適した回転位相に変更され、エンジンの高出力化が図られる。

このように、減速機構１０は、第１減速機構２０、第２減速機構３０を介して２段階に電動モータ３の出力軸４の回転を減速し、第２中間軸３７からカムシャフト１に伝達する。このため、減速比は、これらの減速比の積（Ｎ１＊Ｎ２）と等しいものとなり、従来の可変バルブタイミング装置と同等の高い減速比を得ることが可能となる。

一般に、減速機構における減速比が大きい場合、各部材間の摩擦等によってヒステリシス特性は大きくなり、減速比が小さい場合、ヒステリシス特性は小さくなる。このため、減速比が大きければ、カムシャフト１の回転を電動モータ３の出力軸４に伝達する伝達効率をゼロに近づけることができ、逆入力防止機能が発揮される。

すなわち、逆入力防止機能が発揮される減速機構の減速比の大きさは、カムシャフト１の回転を電動モータ３の出力軸４に伝達する伝達効率が実質的にゼロとなる減速比の大きさとすることができる。その伝達効率は、例えば、図６に示す測定装置４０により、様々な仕様（減速比）の減速機構に対して算出可能である。

この測定装置４０は、減速機構１０の出力軸をトルクメータＴ１に連結し、入力軸にトルクメータＴ２を連結し、ブレーキに一定トルクを掛けた状態で、駆動モータを駆動させ、それぞれのトルクメータＴ１、Ｔ２により測定されたトルク値の比から伝達効率が算出される。

発明者らは、様々な仕様（減速比）の減速機構に対して伝達効率を算出した結果、減速機構１０の減速比が６０以上であれば、伝達効率が実質的にゼロとなることを確認した。この実施例での減速機構１０は、減速比が６０以上となる構成であるため、逆入力防止機能を発揮するものとなった。

また、減速機構１０は、第１減速機構２０と第２減速機構３０とをカムシャフト１と同軸上に２段に連結したものであるので、減速機構の内歯車を大径化する必要がなく、径方向寸法を大きくせずにより高い減速比を得ることができる。

１ カムシャフト
２ スプロケット
３ 電動モータ
４ 出力軸
５ ハウジング
５ａ 係合穴
６ 玉軸受
１０ 減速機構
１１、１２、１３、１４ 玉軸受
１５ オイル通路
１６ 分岐路
１７ 油道
２０ 第１減速機構
２１ 第１入力軸
２２ 偏心軸部
２３ 第１内歯車
２３ａ 歯
２３ｂ リブ
２３ｃ 突起
２３ｄ 円筒部
２４ ローラ
２５ ポケット
２６ 保持器部
２６ａ 円環部
２６ｂ 柱状部
２７ 第１中間軸
２７ａ 大径円筒部
２７ｂ 小径円筒部
２７ｃ 円環部
３０ 第２減速機構
３１ 第２入力軸
３２ 偏心軸部
３３ 第２内歯車
３３ａ 歯
３３ｂ リブ
３３ｃ 円筒部
３４ ローラ
３５ ポケット
３６ 保持器部
３６ａ 円環部
３６ｂ 柱状部
３７ 第２中間軸
３８ 貫通孔
４０ 測定装置
４１ カムシャフト
４１ａ カムプレート
４２ スプロケット
４３ 電動モータ
４４ 出力軸
４４ａ 偏心軸部
４５ 減速機構
４６ リンク機構
４６ａ、４６ｂ アーム
４７ 内歯車
４８ ハウジング
４９ 外歯車
５０ ガイドプレート

Claims (10)

1. エンジンの吸気バルブおよび排気バルブの少なくとも一方を駆動するカムシャフトと、エンジンから回転を伝達され前記カムシャフトを回転駆動するスプロケットとが、相対回転可能に同軸上に配置され、前記カムシャフトと同軸上に配置した電動モータの出力軸の回転を減速機構を介して前記カムシャフトに伝達し、前記カムシャフトの前記スプロケットに対する回転位相差を変化させるようにした可変バルブタイミング装置において、
   前記減速機構は第１減速機構と第２減速機構とを備え、前記第１減速機構および第２減速機構は偏心軸部を有する入力軸と、歯が周方向に等ピッチで形成された内歯車と、前記内歯車と前記偏心軸部の外周部との間に介在された複数のローラと、これらのローラを保持するポケットが設けられた保持器部を有する中間軸とを備え、前記ポケットが前記歯に対して１つ異なる数に設けられ、前記歯の１ピッチ分の断面形状は、前記入力軸が回転するとき、前記偏心軸部の外周部に沿って公転する前記ローラの中心が描く軌跡と平行な曲線のうち前記ローラの外径側にある曲線と一致し、前記ローラの公転が前記カムシャフトと同軸上に配置された前記中間軸に伝達され、前記第１減速機構の入力軸が前記電動モータの出力軸に、その中間軸が第２減速機構の入力軸に連結され、前記第２減速機構の中間軸が前記カムシャフトに連結されたことを特徴とする可変バルブタイミング装置。
2. 前記第１減速機構の内歯車と前記第２減速機構の内歯車とが一体に形成され、その一体内歯車が前記スプロケットと一体化したハウジング内に嵌合固定されたことを特徴とする請求項１に記載の可変バルブタイミング装置。
3. 前記第１減速機構の中間軸と前記第２減速機構の入力軸とが一体に形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の可変バルブタイミング装置。
4. 前記第１減速機構および第２減速機構の内歯車は、複数の前記歯が全周にわたって突出するリブ上に形成されたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の可変バルブタイミング装置。
5. 前記中間軸の保持器部が、円筒状の円環部と、この円環部の軸方向片側に間隔をおいて設けられた複数の柱状部からなることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の可変バルブタイミング装置。
6. 前記カムシャフトはエンジンオイルが通るオイル通路を備え、前記スプロケットに前記オイル通路を通るエンジンオイルを前記第１減速機構または第２減速機構の少なくとも一方に供給する油道が形成されたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の可変バルブタイミング装置。
7. 前記第１減速機構の中間軸および前記第２減速機構の入力軸に前記オイル通路を通るエンジンオイルを前記第１減速機構に供給する孔を備えたことを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の可変バルブタイミング装置。
8. 前記一体内歯車に形成された突起が前記ハウジングに形成された係合孔に係合することで、その一体内歯車とハウジングとが一体化されたことを特徴とする請求項２に記載の可変バルブタイミング装置。
9. 前記ローラが転動する前記偏心軸部の外周部が、その偏心軸部の外周部に嵌合した転がり軸受の外輪外周部で形成されたことを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載の可変バルブタイミング装置。
10. 前記内歯車の内周部に転がり軸受が嵌合され、前記中間軸が前記転がり軸受により回転可能に支持されたことを特徴とする請求項１から９に記載の可変バルブタイミング装置。

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