JP2011080482A - バルブタイミング調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性を確保するバルブタイミング調整装置の提供。
【解決手段】第一回転体２０の第一歯車部２２と遊星回転体３０の第三歯車部５４との軸方向の歯当たり中心Ｃ１を第一中心Ｃ１とし、第二回転体１０の第二歯車部１４と遊星回転体３０の第四歯車部５２との軸方向の歯当たり中心Ｃ２を第二中心Ｃ２としたとき、遊星キャリア４０において遊星回転体３０を遊星運動可能に支持する支持部６４は、第一中心Ｃ１の内周側から外れると共に第二中心Ｃ２の内周側に位置しており、第一歯車部２２から第三歯車部５４へ作用するラジアル荷重Ｆ１により遊星回転体３０に生じる第一モーメントＦ１・Ａ１よりも、第二歯車部１４から第四歯車部５２へ作用するラジアル荷重Ｆ２により遊星回転体３０に生じる第二モーメントＦ２・Ａ２は大きい。
【選択図】図６

Description

本発明は、クランク軸からのトルク伝達によりカム軸が開閉する吸気弁及び排気弁のうち少なくとも一方のバルブタイミングを調整する内燃機関のバルブタイミング調整装置に関する。

従来、クランク軸及びカム軸と連動して回転する二つの回転体間の相対位相を遊星機構により変化させることで、バルブタイミングを調整するようにしたバルブタイミング調整装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この種のバルブタイミング調整装置では、クランク軸及びカム軸の連動回転体にそれぞれ設けた歯車部を、遊星回転体に設けた二つの歯車部に個別に噛合させるようにしている。これにより、コンパクトな設計で大きな減速比を得ることができるので、内燃機関に付設されるバルブタイミング調整装置として好適となるのである。

独国特許発明第４１１０１９５Ｃ２号明細書

さて、上述した種のバルブタイミング調整装置では、歯車部同士の噛合により発生して遊星回転体に作用するラジアル荷重を、遊星回転体を支持する遊星キャリアによって受けている。ここで、各歯車部の歯数や径等によってラジアル荷重の受け方は異なってくるが、そうした荷重の受け方によっては遊星回転体が正規の軸方向に対して傾くという問題が、本発明者の鋭意研究の結果、発見されたのである。

具体的に図１１に示す形態では、遊星回転体１０００の一方の歯車部１００１とカム軸の連動回転体１００２の歯車部１００３との軸方向の歯当たり中心ｃ１に対し、その内周側において遊星キャリア１００４が遊星回転体１０００を支持している。また、遊星回転体１０００の他方の歯車部１００５とクランク軸の連動回転体１００６の歯車部１００７との軸方向の歯当たり中心ｃ２に対しては、その内周側において遊星回転体１０００が遊星キャリア１００４から離間して支持されていない。このような形態の場合、歯車部１００１，１００３間のラジアル荷重ｆ１によって生じるモーメントｆ１・ａ１が、歯車部１００５，１００７間のラジアル荷重ｆ２によって生じるモーメントｆ２・ａ２よりも小さくなると、遊星回転体１０００が後者のモーメント方向ｄへと回転し、傾いてしまうのである。

以上説明したような遊星回転体の傾きは、互いに噛合する歯車部間にスラスト荷重を発生させて、耐久性の低下を招くおそれがあるため、望ましくない。

本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、耐久性を確保するバルブタイミング調整装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、クランク軸からのトルク伝達によりカム軸が開閉する吸気弁及び排気弁のうち少なくとも一方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、第一歯車部を有し、カム軸と連動して回転する第一回転体と、第二歯車部を有し、クランク軸と連動して回転する第二回転体と、第三歯車部及び第四歯車部を有し、それら第三歯車部及び第四歯車部がそれぞれ第一歯車部及び第二歯車部に噛合しつつ一体に遊星運動することにより第一回転体及び第二回転体の間の相対位相を変化させる遊星回転体と、遊星回転体に接触して遊星回転体を遊星運動可能に支持する支持部を有する遊星キャリアと、を備え、第一歯車部と第三歯車部との軸方向の歯当たり中心を第一中心とし、第二歯車部と第四歯車部との軸方向の歯当たり中心を第二中心としたとき、支持部は、第一中心の内周側から外れると共に第二中心の内周側に位置しており、第一歯車部から第三歯車部へ作用するラジアル荷重により支持部の第三歯車部側の端部まわりに遊星回転体に生じる第一モーメントよりも、第二歯車部から第四歯車部へ作用するラジアル荷重により支持部の第三歯車部側の端部まわりに遊星回転体に生じる第二モーメントは大きいことを特徴とする。

このように請求項１に記載の発明では、第一歯車部から第三歯車部へのラジアル荷重により支持部の第三歯車部側の端部まわりに遊星回転体に生じる第一モーメントよりも、第二歯車部から第四歯車部へのラジアル荷重により支持部の第三歯車部側の端部まわりに遊星回転体に生じる第二モーメントが大きいため、遊星回転体が当該第二モーメント方向へ回転して、正規の軸方向に対し傾こうとする。しかし、遊星回転体に接触して遊星回転体を支持する遊星キャリアの支持部は、第二及び第四歯車部の歯当たり中心である第二中心の内周側には位置するが、第一及び第三歯車部の歯当たり中心である第一中心の内周側からは外れているので、当該支持部から与えられる反力によって遊星回転体の傾きを抑制することができる。ここで、第一モーメントよりも大きい第二モーメントによって遊星回転体が傾く場合、第二及び第四歯車部の間や第一及び第三歯車部の間にスラスト荷重が発生して耐久性の低下を招くおそれがあるが、遊星回転体の傾きが抑制されることによって耐久性の確保が可能となる。

請求項２に記載の発明によると、第一中心の径方向への投影線を第一投影線とし、第二中心の径方向への投影線を第二投影線としたとき、支持部は、第一投影線よりも第二投影線側において第二投影線上に位置する。これによると、支持部が第二中心内周側に位置し且つ第一中心内周側から外れる形態を正確に実現することができるので、遊星回転体の傾きが確実に抑えられることとなる。

請求項３に記載の発明は、クランク軸からのトルク伝達によりカム軸が開閉する吸気弁及び排気弁のうち少なくとも一方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、第一歯車部を有し、カム軸と連動して回転する第一回転体と、第二歯車部を有し、クランク軸と連動して回転する第二回転体と、第三歯車部及び第四歯車部を有し、それら第三歯車部及び第四歯車部がそれぞれ第一歯車部及び第二歯車部に噛合しつつ一体に遊星運動することにより第一回転体及び第二回転体の間の相対位相を変化させる遊星回転体と、遊星回転体に接触して遊星回転体を遊星運動可能に支持する支持部を有する遊星キャリアと、を備え、第一歯車部と第三歯車部との軸方向の歯当たり中心を第一中心とし、第二歯車部と第四歯車部との軸方向の歯当たり中心を第二中心としたとき、支持部は、第一中心及び第二中心の内周側から外れると共に第一中心及び第二中心の間の内周側に位置しており、第一歯車部から第三歯車部へ作用するラジアル荷重により支持部の第三歯車部側の端部まわりに遊星回転体に生じる第一モーメントと、第二歯車部から第四歯車部へ作用するラジアル荷重により支持部の第四歯車部側の端部まわりに遊星回転体に生じる第二モーメントとは実質的に等しいことを特徴とする。

このように請求項３に記載の発明では、遊星回転体に接触して遊星回転体を支持する遊星キャリアの支持部は、第一及び第三歯車部の歯当たり中心である第一中心並びに第二及び第四歯車部の歯当たり中心である第二中心の内周側から外れると共に、それら中心間の内周側に位置している。そのため、モーメントバランスによっては、遊星回転体が正規の軸方向に対して傾くおそれがある。しかし、第一歯車部から第三歯車部へのラジアル荷重により支持部の第三歯車部側の端部まわりに遊星回転体に生じる第一モーメントと、第二歯車部から第四歯車部へのラジアル荷重により支持部の第四歯車部側の端部まわりに遊星回転体に生じる第二モーメントとが実質的に等しくされることによって、遊星回転体の傾きが抑制されることとなる。ここで遊星回転体が傾く場合、第一及び第三歯車部の間や第二及び第四歯車部の間にスラスト荷重が発生して耐久性の低下を招くおそれがあるが、遊星回転体の傾きが抑制されることによって耐久性の確保が可能となる。

請求項４に記載の発明によると、第一中心の径方向への投影線を第一投影線とし、第二中心の径方向への投影線を第二投影線としたとき、支持部は、第一投影線及び第二投影線の間に挟まれて位置する。これによると、第一及び第二中心の内周側から外れる支持部がそれら中心間の内周側に位置する形態を正確に実現することができるので、遊星回転体の傾きが確実に抑えられることとなる。

請求項５に記載の発明によると、遊星回転体の第三歯車部及び第四歯車部のうち少なくとも一方の軸方向端面に、第一回転体または第二回転体が相対回転可能に当接する。この当接によれば、遊星歯車がより一層傾き難くなるので、高い耐久性を得ることができる。

請求項６に記載の発明によると、遊星回転体は、第三歯車部及び第四歯車部を形成する遊星歯車と、遊星歯車の内周側に外輪が固定され、遊星キャリアの外周側に内輪が嵌合するベアリングと、を有する。これによると、遊星回転体が傾く場合には、第一及び第三歯車部の間や第二及び第四歯車部の間にスラスト荷重が発生することによってベアリングの寿命低下を招くおそれがあるが、上述した原理によって遊星回転体が傾き難くなっているので、ベアリングの寿命低下を回避することができる。

尚、以上において、「支持部」とは、遊星キャリアにおいて遊星回転体と実際に接触して当該回転体を支持する部分を意味する。また、「軸方向の歯当たり中心」とは、互いに噛合する歯車部同士が歯当たりしている部分の軸方向における中心を意味する。さらに、「ラジアル荷重」とは、互いに噛合する歯車部間において径方向に作用する荷重成分を意味する。

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III−III線断面図である。 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の特徴部分を説明するための断面模式図である。 本発明の第二実施形態によるバルブタイミング調整装置を示す図であって、図１に対応する断面図である。 本発明の第二実施形態によるバルブタイミング調整装置の特徴部分を説明するための断面模式図である。 本発明の第三実施形態によるバルブタイミング調整装置を示す図であって、図１に対応する断面図である。 本発明の第三実施形態によるバルブタイミング調整装置の特徴部分を説明するための断面模式図である。 本発明の第四実施形態によるバルブタイミング調整装置を示す図であって、図１に対応する断面図である。 本発明の第四実施形態によるバルブタイミング調整装置の特徴部分を説明するための断面模式図である。 本発明により解決する課題を説明するための断面模式図である。

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を示している。バルブタイミング調整装置１は車両に搭載され、内燃機関のクランク軸（図示しない）からカム軸２へ機関トルクを伝達する伝達系に設けられる。バルブタイミング調整装置１はトルク発生系４及び位相調整機構８等を組み合わせてなり、クランク軸に対するカム軸２の相対位相（以下、機関位相という）を調整することによって、内燃機関に適したバルブタイミングを逐次実現する。尚、本実施形態においてカム軸２は内燃機関の吸気弁（図示しない）を開閉するものであり、バルブタイミング調整装置１は当該吸気弁のバルブタイミングを調整する。

まず、トルク発生系４について説明する。トルク発生系４は、電動モータ５及び通電制御回路６を備えている。

電動モータ５は例えばブラシレスモータ等であり、回転軸７へ与えるトルクを通電によって発生する。通電制御回路６は例えばマイクロコンピュータ等から構成されており、電動モータ５の外部及び／又は内部に配置されている。通電制御回路６は電動モータ５と電気的に接続されており、内燃機関の運転状況に応じて電動モータ５への通電を制御する。この制御された通電を受けて電動モータ５は、回転軸７へ与えるトルクを保持又は増減する。

次に、位相調整機構８について説明する。位相調整機構８は、駆動側回転体１０、従動側回転体２０、遊星キャリア４０及び遊星回転体３０を備えている。

駆動側回転体１０は、共に有底筒状に形成された歯車部材１２及びスプロケット１３を同軸上に螺子止めしてなる。歯車部材１２の周壁部は、歯先円が歯底円の内周側にある駆動側内歯車部１４を形成している。スプロケット１３には、径方向外側へ突出する複数の歯１６が設けられている。スプロケット１３は、それらの歯１６とクランク軸の複数の歯との間で環状のタイミングチェーン（図示しない）が巻き掛けられることにより、クランク軸と連繋する。したがって、クランク軸から出力された機関トルクがタイミングチェーンを通じてスプロケット１３に入力されるときには、駆動側回転体１０はクランク軸と連動して、当該クランク軸に対する相対位相を保ちつつ回転する。このとき駆動側回転体１０の回転方向は、図２，３の反時計方向となる。

図１，２に示すように有底筒状に形成された従動側回転体２０は、スプロケット１３の内周側に同心的に配置されている。従動側回転体２０の周壁部は、歯先円が歯底円の内周側にある従動側内歯車部２２を形成している。従動側内歯車部２２は、駆動側内歯車部１４に対し軸方向へずれて位置する形態でスプロケット１３の内周側に嵌合している。

図１に示すように従動側回転体２０の底壁部は、カム軸２に同軸上にボルト固定されて連繋する連繋部２４を形成している。この連繋部２４とカム軸２との連繋によって従動側回転体２０は、カム軸２と連動して当該カム軸２に対する相対位相を保ちつつ回転可能となっており、また駆動側回転体１０に対して相対回転可能となっている。尚、駆動側回転体１０に対して従動側回転体２０が進角する相対回転方向が図２，３の方向Ｘであり、駆動側回転体１０に対して従動側回転体２０が遅角する相対回転方向が図２，３の方向Ｙである。

図１〜３に示すように筒状に形成された遊星キャリア４０は、トルク発生系４の回転軸７からトルク入力される入力部４１を内周部によって形成している。回転体１０，２０及び回転軸７に対して同心的な入力部４１には複数の溝部４２が開口しており、それら溝部４２に嵌合する継手４３を介して遊星キャリア４０が回転軸７に連繋している。この連繋により遊星キャリア４０は、回転軸７と一体に回転可能となっており、また回転体１０，２０に対して相対回転可能となっている。

遊星キャリア４０はさらに、歯車部１４，２２に対して偏心する偏心部４４を外周部の一端部側によって形成している。また、遊星キャリア４０は、歯車部材１２に対して同心の同心部４６を外周部の他端部側によって形成しており、当該同心部４６の外周側に歯車部材１２の環状の底壁部１８がベアリング４８を介して嵌合している。

遊星回転体３０は、ベアリング３２及び遊星歯車５０を同心的に組み合わせてなる。ベアリング３２は、外輪３４と内輪３６との間にボール状の転動体３８を挟持してなるラジアルベアリングである。本実施形態においてベアリング３２の外輪３４が遊星歯車５０の中心孔５１の内周側に圧入固定されており、またベアリング３２の内輪３６が遊星キャリア４０の偏心部４４の外周側に嵌合している。これにより、偏心部４４と内輪３６との間に微小なラジアル隙間が形成された状態で遊星回転体３０が遊星キャリア４０によって支持されている。

遊星歯車５０は段付筒状に形成され、偏心部４４に対して同心的に配置されている。即ち遊星歯車５０は、歯車部１４，２２に対しては偏心して配置されている。遊星歯車５０は、歯先円が歯底円の外周側にある駆動側外歯車部５２及び従動側外歯車部５４を、それぞれ大径部分及び小径部分によって一体に形成している。駆動側外歯車部５２は駆動側内歯車部１４の内周側に配置され、当該歯車部１４と噛合している。駆動側外歯車部５２に対し軸方向へずれて位置する従動側外歯車部５４は従動側内歯車部２２の内周側に配置され、当該歯車部２２と噛合している。これらの噛合状態下、遊星歯車５０は、偏心部４４の偏心中心周りに自転しつつ偏心部４４の回転方向へ公転する遊星運動を実現可能となっている。

以上の構成から位相調整機構８には、遊星キャリア４０の回転運動を減速してカム軸２へと伝達する差動歯車式の遊星機構部６０が形成されている。ここで遊星機構部６０の減速比Ｎは、各歯車部２２，１４，５４，５２の歯数Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４を用いた下記の式（１）にて表されることとなる。尚、本実施形態では、歯数Ｚ３，Ｚ１，Ｚ４，Ｚ２の順で多くなるように設定されている。
Ｎ＝（Ｚ１／Ｚ３・Ｚ４／Ｚ２）／（Ｚ１／Ｚ３・Ｚ４／Ｚ２−１） ・・・（１）

このような遊星機構部６０を備えた位相調整機構８は、トルク発生系４から入力されるトルクと、カム軸２から伝達される変動トルクの平均トルクＴａとに応じて、機関位相を調整する。尚、変動トルクとは、内燃機関の運転に伴って位相調整機構８へ伝達されるトルクであり、その平均トルクＴａによって本実施形態では、従動側回転体２０が駆動側回転体１０に対する遅角側Ｙへと付勢されることとなる。

具体的に、位相調整機構８の作動としては、トルク発生系４からの入力トルクが保持されること等により遊星キャリア４０が駆動側回転体１０に対して相対回転しないときには、遊星回転体３０の遊星歯車５０が歯車部１４，２２との噛合位置を保ちつつ、回転体１０，２０と一体に回転する。したがって、機関位相は変化せず、その結果としてバルブタイミングが一定に保たれる。

トルク発生系４からの入力トルクが方向Ｘへ増大すること等により遊星キャリア４０が駆動側回転体１０に対して方向Ｘへ相対回転するときには、遊星回転体３０の遊星歯車５０が歯車部１４，２２との噛合位置を変化させつつ遊星運動することにより、従動側回転体２０が駆動側回転体１０に対して方向Ｘへと相対回転する。したがって、機関位相が進角側へ変化し、その結果としてバルブタイミングが進角する。

トルク発生系４からの入力トルクが方向Ｙへ増大すること等により遊星キャリア４０が駆動側回転体１０に対して方向Ｙへ相対回転するときには、遊星回転体３０の遊星歯車５０が歯車部１４，２２との噛合位置を変化させつつ遊星運動することにより、従動側回転体２０が駆動側回転体１０に対して方向Ｙへと相対回転する。したがって、機関位相が遅角側へ変化し、その結果としてバルブタイミングが遅角する。

次に、第一実施形態の特徴部分について、図１，４を参照しつつ詳細に説明する。尚、図４の断面模式図においては、特徴部分の理解を容易にするため、便宜上、断面を示すハッチングを省略している。

図１に示すように第一実施形態では、遊星回転体３０の遊星歯車５０において駆動側外歯車部５２の従動側外歯車部５４側となる軸方向端面６２に対し、従動側回転体２０において従動側内歯車部２２の駆動側内歯車部１４側となる軸方向端面６３が当接している。ここで、端面６２，６３間には微小なスラスト隙間が形成されており、遊星歯車５０と従動側回転体２０とが相対回転可能となっている。

また、図４に示すように第一実施形態では、従動側内歯車部２２と従動側外歯車部５４との軸方向の歯当たり中心Ｃ１を径方向へ投影した投影線Ｌ１上において、遊星キャリア４０の偏心部４４の一部からなる支持部６４が遊星回転体３０を支持している。これに対し、駆動側内歯車部１４と駆動側外歯車部５２との軸方向の歯当たり中心Ｃ２を径方向へ投影した投影線Ｌ２上においては、遊星回転体３０が遊星キャリア４０から離間して支持されておらず、当該投影線Ｌ２よりも投影線Ｌ１側に支持部６４が位置する形となっている。これらにより第一実施形態では、遊星キャリア４０において遊星回転体３０を支持する支持部６４が歯当たり中心Ｃ１の内周側には位置するが、歯当たり中心Ｃ２の内周側からは外れた形態を正確に実現しているのである。尚、支持部６４の駆動側外歯車部５２側の端部６６については、歯当たり中心Ｃ２の内周側まで至らない限りにおいて、歯車部５２，１４のうち少なくとも一方の内周側に位置させてもよいし、歯車部５２，１４の双方の内周側から外れさせてもよい。

こうした特徴の支持形態においては、図４に示すように、歯車部２２，５４の噛合によって発生するラジアル荷重Ｆ１が、歯当たり中心Ｃ１の投影線Ｌ１に沿って遊星回転体３０に作用する。その結果、ラジアル荷重Ｆ１は、支持部６４の端部６６と歯当たり中心Ｃ１との間の軸方向距離（ここでは、端部６６と投影線Ｌ１との離間距離に実質的に等しい）をＡ１として、当該端部６６まわりの第一モーメントＦ１・Ａ１を遊星回転体３０に生じさせる。

また、歯車部１４，５２の噛合によって発生するラジアル荷重Ｆ２は、歯当たり中心Ｃ２の投影線Ｌ２に沿って遊星回転体３０に作用する。その結果、ラジアル荷重Ｆ２は、支持部６４の端部６６と歯当たり中心Ｃ２との間の軸方向距離（ここでは、端部６６と投影線Ｌ２との離間距離に実質的に等しい）をＡ２として、当該端部６６まわりの第二モーメントＦ２・Ａ２を遊星回転体３０に生じさせる。

このようにして生じる第一モーメントＦ１・Ａ１と第二モーメントＦ２・Ａ２とは、互いに逆方向へ遊星回転体３０を回転させ、歯車部２２，１４の中心軸線Ｏに略平行な正規の軸方向に対し傾かせようとする。故に、それらモーメントの大小関係によっては、遊星回転体３０の傾きが生じてしまう。そこで、下記の式（２）にて示す如く本実施形態では、歯当たり中心Ｃ１，Ｃ２のうち内周側に支持部６４が位置する方に対応した第一モーメントＦ１・Ａ１が、第二モーメントＦ２・Ａ２よりも大きくなるように設定されるのである。
Ｆ１・Ａ１＞Ｆ２・Ａ２ ・・・（２）

かかる設定により遊星回転体３０は、遊星キャリア４０の支持部６４の端部６６付近を中心として、より大きな第一モーメントＦ１・Ａ１の方向Ｄ１へと傾こうとするが、支持部６４から遊星回転体３０へ反力Ｆ３が与えられることによって、その傾きが抑制される。ここで、もし遊星回転体３０が傾いた場合には、歯車部２２，５４間や歯車部１４，５２間にスラスト荷重が発生するおそれがあるが、遊星回転体３０の傾きが抑制されることによって、当該スラスト荷重が発生しなくなる。

尚、式（２）におけるＦ１，Ｆ２は、カム軸２から伝達される変動トルクの平均トルクＴａと、各歯車部５４，５２に固有の圧力角θ１，θ２と、各歯車部５４，５２に固有のピッチ半径Ｒ１，Ｒ２（図４参照）と、遊星機構部６０の減速比Ｎ（式（１）参照）とを用いて、それぞれ下記の式（３），（４）にて表される。したがって、式（２），（３），（４）から得られる下記の式（５）を満たすような設計により、遊星回転体３０の傾きを抑制できることが判る。またここで、各歯車部５４，５２の圧力角θ１，θ２が実質的に等しい場合には、式（５）における「ｔａｎθ２／ｔａｎθ１」の値が「１」となり、傾き抑制のための設計が容易となるが、圧力角θ１，θ２については相異させてもよい。
Ｆ１＝Ｔａ／Ｒ１・ｔａｎθ１ ・・・（３）
Ｆ２＝（Ｎ−１）／Ｎ・Ｔａ／Ｒ２・ｔａｎθ２ ・・・（４）
Ａ１＞Ａ２・（Ｎ−１）／Ｎ・Ｒ１／Ｒ２・ｔａｎθ２／ｔａｎθ１ ・・・（５）

ここまで説明したように第一実施形態では、遊星キャリア４０による遊星回転体３０の特徴的支持形態並びにそれに応じたモーメントの特徴的設定によって、遊星回転体３０の傾き、ひいては歯車部間でのスラスト荷重の発生が抑制される。しかも、図４に示すように第一実施形態では、遊星回転体３０をなす遊星歯車５０の駆動側外歯車部５２の軸方向端面６２に従動側内歯車部２２の軸方向端面６３が当接しているので、これによっても遊星回転体３０の傾き、ひいてはスラスト荷重の発生が抑制される。したがって、遊星回転体３０において遊星歯車５０に固定されるベアリング３２の寿命がスラスト荷重によって低下することを防止でき、また図４に示す歯車部材１２の底壁部１８において破線６８で囲んだ部分には、ベアリング４８の抜け止めを設ける必要性がなくなる。故に、第一実施形態によれば、高い耐久性と同時に、軸方向の体格縮小やコストの低減等を実現することができるのである。

この他、第一実施形態では、使用するベアリング３２によって遊星キャリア４０の支持部６４の軸方向長さが決まってくる。しかし、歯車部１４，５２の噛合位置については、その歯当たり中心Ｃ２が支持部６４と径方向に重ならない限りにおいて、支持部６４の軸方向長さにかかわらずに自由に設定することができる。

（第二実施形態）
図５，６は、第一実施形態の変形例である本発明の第二実施形態の特徴を示している。尚、図６の断面模式図においては、図４の場合と同様にハッチングを省略している。

図５に示すように第二実施形態では、遊星キャリア１００による遊星回転体１０２の支持形態が異なっている。具体的には図６に示すように、歯車部１４，５２の歯当たり中心Ｃ２の投影線Ｌ２上において、遊星キャリア１００の支持部１０４が遊星回転体１０２を支持している。これに対し、歯車部２２，５４の歯当たり中心Ｃ１の投影線Ｌ１上においては、遊星回転体１０２が遊星キャリア１００から離間して支持されておらず、当該投影線Ｌ１よりも投影線Ｌ２側に支持部１０４が位置する形となっている。これらにより第二実施形態では、遊星キャリア１００において遊星回転体１０２を支持する支持部１０４が歯当たり中心Ｃ２の内周側には位置するが、歯当たり中心Ｃ１の内周側からは外れた形態を正確に実現しているのである。尚、支持部１０４の従動側外歯車部５４側の端部１０６については、歯当たり中心Ｃ１の内周側まで至らない限りにおいて、歯車部５４，２２のうち少なくとも一方の内周側に位置させてもよいし、歯車部５４，２２の双方の内周側から外れさせてもよい。

こうした特徴の支持形態においては、図６に示すように、歯車部２２，５４の噛合によって発生するラジアル荷重Ｆ１が投影線Ｌ１に沿って遊星回転体１０２に作用し、支持部１０４の端部１０６まわりの第一モーメントＦ１・Ａ１を生じさせる。また、歯車部１４，５２の噛合によって発生するラジアル荷重Ｆ２は投影線Ｌ２に沿って遊星回転体１０２に作用し、端部１０６まわりの第二モーメントＦ２・Ａ２を生じさせる。そこで、これらモーメントに起因する遊星回転体１０２の傾きを抑制すべく第二実施形態では、下記の式（６）にて示す如く、歯当たり中心Ｃ１，Ｃ２のうち内周側に支持部１０４が位置する方に対応した第二モーメントＦ２・Ａ２が、第一モーメントＦ１・Ａ１よりも大きくなるように設定されるのである。
Ｆ１・Ａ１＜Ｆ２・Ａ２ ・・・（６）

かかる設定により遊星回転体１０２は、遊星キャリア１００の支持部１０４の端部１０６付近を中心として、より大きな第二モーメントＦ２・Ａ２の方向Ｄ２へと傾こうとするが、支持部１０４から遊星回転体１０２へ反力Ｆ３が与えられることによって、その傾きが抑制される。ここで、もし遊星回転体１０２が傾いた場合には、歯車部１４，５２間や歯車部２２，５４間にスラスト荷重が発生するおそれがあるが、遊星回転体１０２の傾きが抑制されることによって、当該スラスト荷重が発生しなくなる。

尚、第二実施形態においても、式（６）のＦ１，Ｆ２は第一実施形態で説明の式（３），（４）にて表されるので、式（６），（３），（４）から得られる下記の式（７）を満たした設計によれば、遊星回転体１０２の傾きを抑制できることが判る。
Ａ１＜Ａ２・（Ｎ−１）／Ｎ・Ｒ１／Ｒ２・ｔａｎθ２／ｔａｎθ１ ・・・（７）

以上説明した第二実施形態によれば、遊星回転体１０２の傾き、ひいては歯車部間でのスラスト荷重の発生が十分に抑制されるので、第一実施形態と同様の効果を享受することができる。さらに、第二実施形態によれば、歯車部２２，５４の噛合位置について、その歯当たり中心Ｃ１が支持部１０４と径方向に重ならない限りで自由に設定することができる。

以上、第二実施形態では、従動側回転体２０が特許請求の範囲に記載の「第一回転体」に相当し、駆動側回転体１０が特許請求の範囲に記載の「第二回転体」に相当する。また、第二実施形態では、従動側内歯車部２２が特許請求の範囲に記載の「第一歯車部」に相当し、駆動側内歯車部１４が特許請求の範囲に記載の「第二歯車部」に相当し、従動側外歯車部５４が特許請求の範囲に記載の「第三歯車部」に相当し、駆動側外歯車部５２が特許請求の範囲に記載の「第四歯車部」に相当する。

（第三実施形態）
図７，８は、第一実施形態の変形例である本発明の第三実施形態の特徴を示している。尚、図８の断面模式図においては、図４の場合と同様にハッチングを省略している。

図７に示すように第三実施形態では、遊星キャリア１５０による遊星回転体１５２の支持形態が異なっている。具体的には図８に示すように、歯車部２２，５４の歯当たり中心Ｃ１の投影線Ｌ１上並びに歯車部１４，５２の歯当たり中心Ｃ２の投影線Ｌ２上の双方において、遊星回転体１５２が遊星キャリア１５０から離間して支持されていない。これに対し、投影線Ｌ１，Ｌ２の間においては、遊星キャリア１５０の支持部１５４が遊星回転体１５２を支持している。即ち、支持部１５４が投影線Ｌ１，Ｌ２間に挟まれて位置した形となっている。これらにより第三実施形態では、遊星キャリア１５０において遊星回転体１５２を支持する支持部１５４が歯当たり中心Ｃ１，Ｃ２の内周側から外れると共に、それら中心Ｃ１，Ｃ２間の内周側に位置する形態を正確に実現しているのである。

尚、支持部１５４の従動側外歯車部５４側の端部１５６については、歯当たり中心Ｃ１の内周側まで至らない限りにおいて、歯車部５４，２２のうち少なくとも一方の内周側に位置させてもよいし、歯車部５４，２２の双方の内周側から外れさせてもよい。また同様に、支持部１５４の駆動側外歯車部５２側の端部１５８については、歯当たり中心Ｃ２の内周側まで至らない限りにおいて、歯車部５２，１４のうち少なくとも一方の内周側に位置させてもよいし、歯車部５２，１４の双方の内周側から外れさせてもよい。

このような特徴の支持形態においても、図８に示すように、歯車部２２，５４の噛合によって発生するラジアル荷重Ｆ１が歯当たり中心Ｃ１の投影線Ｌ１に沿って遊星回転体１５２に作用し、支持部１５４の一端部１５６まわりの第一モーメントＦ１・Ａ１を生じさせる。また、歯車部１４，５２の噛合によって発生するラジアル荷重Ｆ２は、歯当たり中心Ｃ２の投影線Ｌ２に沿って遊星回転体１５２に作用し、支持部１５４の他端部１５８まわりの第二モーメントＦ２・Ａ２を生じさせる。そこで、これらモーメントに起因する遊星回転体１５２の傾きを抑制すべく第三実施形態では、下記の式（８）にて示す如く、第一モーメントＦ１・Ａ１と第二モーメントＦ２・Ａ２とが実質的に等しくなるように設定されるのである。
Ｆ１・Ａ１＝Ｆ２・Ａ２ ・・・（８）

歯当たり中心Ｃ１，Ｃ２の双方の内周側に支持部１５４が存在しない形態では、遊星回転体１５２が各モーメントの方向へ傾き易くなるが、式（８）に従うモーメント設定によれば、支持部１５４からの反力Ｆ３によって遊星回転体１５２の傾きを抑えることができる。したがって、歯車部２２，５４間や歯車部１４，５２間には、遊星回転体１５２の傾きに起因するスラスト荷重が発生しなくなる。

尚、第三実施形態においても、式（８）のＦ１，Ｆ２は第一実施形態で説明の式（３），（４）にて表されるので、式（８），（３），（４）から得られる下記の式（９）を満たした設計によれば、遊星回転体１５２の傾きを抑制できることが判る。
Ａ１＝Ａ２・（Ｎ−１）／Ｎ・Ｒ１／Ｒ２・ｔａｎθ２／ｔａｎθ１ ・・・（９）

以上説明した第三実施形態によれば、遊星回転体１５２の傾き、ひいては歯車部間でのスラスト荷重の発生が十分に抑制されるので、第一実施形態と同様の効果を享受することができる。さらに、第三実施形態によれば、歯車部２２，５４の噛合位置並びに歯車部１４，５２の噛合位置について、それらの歯当たり中心Ｃ１，Ｃ２が支持部１５４と径方向に重ならない限りで自由に設定することができる。

（第四実施形態）
図９，１０は、第二実施形態の変形例である本発明の第四実施形態の特徴を示している。尚、図１０の断面模式図においては、図４の場合と同様にハッチングを省略している。

図９に示すように、第四実施形態においてトルク発生系２００は、電動モータ５の代わりに、電動ブレーキ２０２を備えている。電動ブレーキ２０２は例えば電磁ブレーキ又は流体ブレーキ等であり、回転軸７へ与えるブレーキトルクを通電制御回路２０４からの通電に応じて保持又は増減する。

第四実施形態において従動側回転体２２０には、従動側内歯車部２２の代わりに従動側外歯車部２２２が、駆動側内歯車部１４に対し軸方向へずれた位置に設けられている。また、遊星キャリア２４０により支持される遊星回転体２３０の遊星歯車２５０には、従動側外歯車部５４の代わりに従動側内歯車部２５４が、駆動側外歯車部５２に対し軸方向へずれた位置に設けられている。従動側内歯車部２５４は従動側外歯車部２２２の外周側に配置され、当該歯車部２２２と噛合している。尚、本実施形態では、歯車部５２，２５４のいずれの軸方向端面も回転体１０，２２０から離間した状態となっている。

このように歯車部２５４，２２２が噛合してなる第四実施形態の遊星機構部２６０には、付勢部材２７０が追加されている。この付勢部材２７０はねじりコイルばねからなり、スプロケット１３の内周側に同心的に配置されている。付勢部材２７０の一端部はスプロケット１３により係止され、また付勢部材２７０の他端部は連繋部２４により係止されている。付勢部材２７０は、従動側回転体２２０を駆動側回転体１０に対する遅角側Ｙへ付勢する。したがって、遊星機構部２６０を備えた位相調整機構２０８は、トルク発生系２００から入力されるトルクと、付勢部材２７０が発生する付勢トルクと、カム軸２から伝達される変動トルクの平均トルクＴａとに応じて、機関位相を調整することとなる。

こうした構成の第四実施形態では、遊星キャリア２４０による遊星回転体２３０の支持形態並びにそれに応じたモーメントの設定が、第二実施形態に準じて実現されている。即ち、図１０に示すように、歯車部１４，５２の歯当たり中心Ｃ２の内周側となる投影線Ｌ２上において遊星キャリア２４０の支持部２４４が遊星回転体２３０を支持し、歯車部２２２，２５４の歯当たり中心Ｃ１の内周側となる投影線Ｌ１上から当該支持部２４４が外れている。そして、歯車部２２２，２５４間に働くラジアル荷重Ｆ１が支持部２４４の従動側内歯車部２５４側の端部２４６まわりに生じさせる第一モーメントＦ１・Ａ１と、歯車部１４，５２間に働くラジアル荷重Ｆ２が当該端部２４６まわりに生じさせる第二モーメントＦ２・Ａ２とが、第二実施形態で説明の式（６）に従って設定されるのである。

したがって、第四実施形態によっても、遊星回転体２３０の傾き、ひいては歯車部間でのスラスト荷重の発生が抑制されることになるので、耐久性の確保と同時に、軸方向の体格縮小やコストの低減等を実現することができる。尚、付言すると、図１０に示すように第四実施形態では、支持部２４４が遊星キャリア２４０の偏心部４４の全体から形成された形となっている。

以上、第四実施形態では、従動側回転体２２０が特許請求の範囲に記載の「第一回転体」に相当し、従動側外歯車部２２２が特許請求の範囲に記載の「第一歯車部」に相当し、従動側内歯車部２５４が特許請求の範囲に記載の「第三歯車部」に相当する。

（他の実施形態）
さて、ここまで本発明の複数の実施形態について説明してきたが、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。

例えば第一〜第四実施形態では、回転体１０をカム軸２と連動回転させ、回転体２０，２２０をクランク軸と連動回転させるようにしてもよい。この場合、特に第二〜第四実施形態では、特許請求の範囲に記載の「第一及び第二回転体」に相当する要素、特許請求の範囲に記載の「第一及び第二歯車部」に相当する要素、並びに特許請求の範囲に記載の「第三及び第四歯車部」に相当する要素の関係が、実施形態において説明の関係と逆になる。

第一〜第四実施形態では、ベアリング３２を設けないで、遊星歯車５０，２５０を遊星キャリア４０，１００，１５０，２４０によって直接支持するようにしてもよい。この場合、遊星歯車５０，２５０単独で特許請求の範囲に記載の「遊星回転体」に相当することとなる。また、ベアリング３２の内輪３６を遊星キャリア４０，１００，１５０，２４０の外周側に圧入固定すると共に、ベアリング３２の外輪３４を遊星歯車５０，２５０の内周側に嵌合させて、遊星キャリア４０，１００，１５０，２４０と一体のベアリング３２によって遊星歯車５０，２５０を支持するようにしてもよい。この場合、特に第二〜第四実施形態では、遊星歯車５０，２５０単独で特許請求の範囲に記載の「遊星回転体」に相当し、ベアリング３２と遊星キャリア４０，１００，１５０，２４０との一体物が特許請求の範囲に記載の「遊星キャリア」に相当する。

第一〜第四実施形態では、位相調整機構８，２０８へ与えるトルクの発生手段として、電動モータ５や電動ブレーキ２０２以外のもの、例えば油圧モータ等を使用してもよい。

第一〜第三実施形態では、第四実施形態に準じて、外歯車部５２，５４の少なくとも一方及びそれに対応する内歯車部１４，２２の少なくとも一方を、それぞれ内歯車部及び外歯車部に変更してもよい。

第一〜第三実施形態では、第四実施形態に準じて、従動側回転体２０を駆動側外歯車部５２の軸方向端面６２に当接させないようにしてもよい。また、第一〜第三実施形態では、駆動側回転体１０を駆動側外歯車部５２の軸方向端面に当接させたり、回転体１０，２０を従動側外歯車部５４の軸方向端面に当接させるようにしてもよい。さらに、第四実施形態では、回転体１０，２２０を歯車部５２，２５４の軸方向端面に当接させるようにしてもよい。

そして、本発明は、第一〜第四実施形態の如く吸気弁のバルブタイミングを調整する装置以外にも、排気弁のバルブタイミングを調整する装置や、吸気弁及び排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ができる。

１ バルブタイミング調整装置、２ カム軸、４，２００ トルク発生系、５ 電動モータ、６，２０４ 通電制御回路、７ 回転軸、８，２０８ 位相調整機構、１０ 駆動側回転体（第二回転体）、１４ 駆動側内歯車部（第二歯車部）、２０，２２０ 従動側回転体（第一回転体）、２２ 従動側内歯車部（第一歯車部）、３０，１０２，１５２，２３０ 遊星回転体、３２ ベアリング、３４ 外輪、３６ 内輪、４０，１００，１５０，２４０ 遊星キャリア、５０，２５０ 遊星歯車、５２ 駆動側外歯車部（第四歯車部）、５４ 従動側外歯車部（第三歯車部）、６０，２６０ 遊星機構部、６２ 軸方向端面、６４，１０４，１５４，２４４ 支持部、６６，１０６，１５６，１５８，２４６ 端部、２０２ 電動ブレーキ、２２２ 従動側外歯車部（第一歯車部）、２５４ 従動側内歯車部（第三歯車部）、２７０ 付勢部材、Ｃ１ 歯当たり中心（第一中心）、Ｃ２ 歯当たり中心（第二中心）、Ｆ１，Ｆ２ ラジアル荷重、Ｆ３ 反力、Ｌ１ 投影線（第一投影線）、Ｌ２ 投影線（第二投影線）、Ｒ１，Ｒ２ ピッチ半径

Claims (6)

1. クランク軸からのトルク伝達によりカム軸が開閉する吸気弁及び排気弁のうち少なくとも一方のバルブタイミングを調整する内燃機関のバルブタイミング調整装置であって、
   第一歯車部を有し、前記カム軸と連動して回転する第一回転体と、
   第二歯車部を有し、前記クランク軸と連動して回転する第二回転体と、
   第三歯車部及び第四歯車部を有し、それら第三歯車部及び第四歯車部がそれぞれ前記第一歯車部及び前記第二歯車部に噛合しつつ一体に遊星運動することにより前記第一回転体及び前記第二回転体の間の相対位相を変化させる遊星回転体と、
   前記遊星回転体に接触して前記遊星回転体を遊星運動可能に支持する支持部を有する遊星キャリアと、
   を備え、
   前記第一歯車部と前記第三歯車部との軸方向の歯当たり中心を第一中心とし、前記第二歯車部と前記第四歯車部との軸方向の歯当たり中心を第二中心としたとき、前記支持部は、前記第一中心の内周側から外れると共に前記第二中心の内周側に位置しており、
   前記第一歯車部から前記第三歯車部へ作用するラジアル荷重により前記支持部の前記第三歯車部側の端部まわりに前記遊星回転体に生じる第一モーメントよりも、前記第二歯車部から前記第四歯車部へ作用するラジアル荷重により前記支持部の前記第三歯車部側の端部まわりに前記遊星回転体に生じる第二モーメントは大きいことを特徴とするバルブタイミング調整装置。
2. 前記第一中心の径方向への投影線を第一投影線とし、前記第二中心の径方向への投影線を第二投影線としたとき、
   前記支持部は、前記第一投影線よりも前記第二投影線側において前記第二投影線上に位置す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. クランク軸からのトルク伝達によりカム軸が開閉する吸気弁及び排気弁のうち少なくとも一方のバルブタイミングを調整する内燃機関のバルブタイミング調整装置であって、
   第一歯車部を有し、前記カム軸と連動して回転する第一回転体と、
   第二歯車部を有し、前記クランク軸と連動して回転する第二回転体と、
   第三歯車部及び第四歯車部を有し、それら第三歯車部及び第四歯車部がそれぞれ前記第一歯車部及び前記第二歯車部に噛合しつつ一体に遊星運動することにより前記第一回転体及び前記第二回転体の間の相対位相を変化させる遊星回転体と、
   前記遊星回転体に接触して前記遊星回転体を遊星運動可能に支持する支持部を有する遊星キャリアと、
   を備え、
   前記第一歯車部と前記第三歯車部との軸方向の歯当たり中心を第一中心とし、前記第二歯車部と前記第四歯車部との軸方向の歯当たり中心を第二中心としたとき、前記支持部は、前記第一中心及び前記第二中心の内周側から外れると共に前記第一中心及び前記第二中心の間の内周側に位置しており、
   前記第一歯車部から前記第三歯車部へ作用するラジアル荷重により前記支持部の前記第三歯車部側の端部まわりに前記遊星回転体に生じる第一モーメントと、前記第二歯車部から前記第四歯車部へ作用するラジアル荷重により前記支持部の前記第四歯車部側の端部まわりに前記遊星回転体に生じる第二モーメントとは実質的に等しいことを特徴とするバルブタイミング調整装置。
4. 前記第一中心の径方向への投影線を第一投影線とし、前記第二中心の径方向への投影線を第二投影線としたとき、
   前記支持部は、前記第一投影線及び前記第二投影線の間に挟まれて位置することを特徴とする請求項３に記載のバルブタイミング調整装置。
5. 前記第三歯車部及び前記第四歯車部のうち少なくとも一方の軸方向端面に、前記第一回転体又は前記第二回転体が相対回転可能に当接することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。
6. 前記遊星回転体は、
   前記第三歯車部及び前記第四歯車部を形成する遊星歯車と、
   前記遊星歯車の内周側に外輪が固定され、前記遊星キャリアの外周側に内輪が嵌合するベアリングと、
   を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。

Images