JP2016125343A - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】サーキュラスプラインの内歯とフレックススプラインの外歯との噛み合いを安定化できる内燃機関のバルブタイミング制御装置を提供する。
【解決手段】モータ出力軸１３によって回転駆動する楕円形状のウェーブジェネレータ３９の回転に伴って楕円形状に撓み変形可能なフレックススプライン４０と、フレックススプラインの外歯４０ｄに噛合する内歯１９ａが形成され、スプロケット本体１の軸方向一端部に同軸一体に結合されたサーキュラスプライン１９と、を備えた波動歯車機構１２を有し、電動モータ８のハウジング本体５ａが、サーキュラスプラインの軸方向の一端部に同軸状に固定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の吸気弁や排気弁の開閉タイミングを、電動モータを用いて可変制御する内燃機関のバルブタイミング制御装置に関する。

前記電動モータを用いた内燃機関のバルブタイミング制御装置としては、以下の特許文献１に記載されたものが知られている。

概略を説明すれば、内燃機関のクランクシャフトから回転力が伝達される円筒状のタイミングスプロケットと、シリンダヘッドの上端部に回転自在に設けられて、外周に例えば吸気弁を開閉作動させる駆動カムを有するカムシャフトと、エンジンカバーに固定されて、減速機構を介して前記カムシャフトに正逆の回転力を付与する電動モータと、を備えている。

前記減速機構としては、既知の波動歯車機構が用いられ、この機構は、前記タイミングスプロケットの内周側にボルト固定されて、内周に複数の内歯が形成された円環状のサーキュラスプラインと、該サーキュラスプラインの内周側に配置されて、前記電動モータのモータ出力軸に固定された楕円形状のウェーブジェネレータと、該ウェーブジェネレータの外周にボールベアリングを介して摺動自在に設けられ、外周に形成された外歯が前記サーキュラスプラインの内歯に噛み合うフレックススプラインと、から構成されている。

前記サーキュラスプラインの内歯とフレックススプラインの外歯との噛み合い箇所は、前記ウェーブジェネレータの楕円形状によって長軸側の１８０度対称の２箇所であって、短軸の部分では噛み合いがなく隙間が形成されている。前記外歯と内歯の噛み合い部ではバックラッシが殆どなく、騒音の発生が抑制されている。

そして、前記電動モータの回転に伴って前記ウェーブジェネレータが前記タイミングスプロケットに対して相対回転すると、該ウェーブジェネレータの楕円形状にしたがって前記フレックススプラインが撓み変形しながら外歯が前記サーキュラスプラインの内歯に噛み合いつつ前記内歯と外歯の歯数の相違によって前記相対回転を減速させて前記タイミングスプロケットに対するカムシャフトの相対回転位相を変化させるようになっている。

特開平０２−０６７４０５号公報

前記従来のバルブタイミング制御装置にあっては、前記電動モータがエンジンカバーに固定されており、このエンジンカバーは、一般的に剛性が低いことから内燃機関からの伝達振動によって変形し易く、これにより電動モータのモータ出力軸も僅かながらも振れ回りが発生してしまう。

このため、ウェーブジェネレータ楕円長軸方向にモータ出力軸の位置が変化した場合には、前記噛み合い部における一方の歯部の歯先付近と他方の歯部の歯底付近が強く押し付けられて経時的に摩耗してしまうおそれがある。これは、楕円長軸方向の両端部付近での外歯と内歯との間にバックラッシが存在しないことによるものである。

つまり、楕円長軸方向の両端部で前記内歯と外歯との間にバックラッシが存在しないことから、前記長軸方向へ前記モータ出力軸(ウェーブジェネレータ)の軸心のずれが発生すると、内歯と外歯の噛み合い部は強く押し付けられて逃げ場がなくなり、いわゆるこじられる形となるからである。

一方、前記楕円短軸方向へモータ出力軸の軸心が変化した場合は、楕円長軸側の両端部での噛み合い部に大きな剪断力が作用して、各歯部の耐久性が低下してしまうおそれがある。

これは、楕円長軸方向の両端部の少ない歯数でしか有効に噛み合っておらず、また短軸方向の両端部の内歯と外歯はある程度の隙間があり、したがって、歯先と歯底が当接せず、また歯の圧力面でも当接していないことから、これらの部分で前記短軸方向へのモータ出力軸の軸心変化による荷重を受けることができないためである。

本発明は、前記従来の技術的課題に鑑みて案出されたもので、サーキュラスプラインの中心とウェーブジェネレータの中心との位置ずれを効果的に抑制して、サーキュラスプラインの内歯とフレックススプラインの外歯との噛み合いを安定化できる内燃機関のバルブタイミング制御装置を提供することを目的としている。

本願請求項１に記載の発明にあっては、とりわけ、減速機構は、電動モータの出力軸によって回転駆動する外周面が楕円形状のウェーブジェネレータと、該ウェーブジェネレータの外周に転動体を介して配置され、前記ウェーブジェネレータの楕円形状の外周面にしたがって撓み変形可能なフレックススプラインと、該フレックススプラインの外周側に配置され、該フレックススプラインの外周に形成された外歯に噛合する内歯を有する円環状のサーキュラスプラインと、を備え、タイミングスプロケットは、カムシャフトまたは該カムシャフトに固定された従動部材に回転自在に支持されていると共に、内周側に前記サーキュラスプラインが形成されている一方、前記電動モータは、モータハウジングが前記タイミングスプロケットの軸方向の一端部に固定されていることを特徴としている。

この発明によれば、サーキュラスプラインの内歯とフレックススプラインの外歯との噛み合いを安定化させることができる。

本発明に係るバルブタイミング制御装置の第１実施形態を示す縦断面図である。 本実施形態における主要な構成部材を示す分解斜視図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 図１のＢ−Ｂ線断面図である。 図１のＣ−Ｃ線断面図である。 図１のＤ矢視図である。 バルブタイミング制御装置の正面図である。 本発明の第２実施形態を示す縦断面図である。

以下、本発明に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、この実施形態では、内燃機関の吸気側の動弁装置に適用したものであるが、排気側の動弁装置に同様に適用することも可能である。

このバルブタイミング制御装置は、図１及び図２に示すように、内燃機関のクランクシャフトによって回転駆動するタイミングスプロケット１と、シリンダヘッド上に図外の軸受を介して回転自在に支持され、前記タイミングスプロケット１から伝達された回転力によって回転するカムシャフト２と、タイミングスプロケット１の前方位置に配置された図外のチェーンカバーに固定されたカバー部材３と、タイミングスプロケット１とカムシャフト２の間に配置されて、機関運転状態に応じて両者１，２の相対回転位相を変更する位相変更機構４と、を備えている。

前記タイミングスプロケット１は、全体が鉄系金属によって環状一体に形成され、内周面が段差径状のスプロケット本体１ａと、該スプロケット本体１ａの外周に一体に設けられて、巻回された図外のタイミングチェーンを介してクランクシャフトからの回転力を受けるギア部１ｂと、前記スプロケット本体１ａの軸方向前端側に一体に設けられて、後述する波動歯車機構１２の一部を構成するサーキュラスプライン１９と、から構成されている。

また、このタイミングスプロケット１は、スプロケット本体１ａと前記カムシャフト２の前端部に設けられた後述する従動部材９との間に、１つの大径ボールベアリング４３が介装されており、この大径ボールベアリング４３によって、タイミングスプロケット１が前記カムシャフト２に相対回転自在に支持されている。

前記大径ボールベアリング４３は、一般的な構造であって、図１及び図２に示すように、外輪４３ａと内輪４３ｂ及び該両輪４３ａ、４３ｂの間に介装されたボール４３ｃとから構成されている。この大径ボールベアリング４３は、前記外輪４３ａがスプロケット本体１ａの内周側に圧入固定されているのに対して内輪４３ｂが後述する従動部材９の外周側に圧入固定されている。

また、スプロケット本体１ａの後端側には、円環状の保持プレート２０が配置されている。この保持プレート２０は、金属板材によって一体に形成され、図１、図２及び図４に示すように、外径が前記スプロケット本体１ａの外径とほぼ同一に設定されていると共に、内径が前記大径ボールベアリング４３の径方向のほぼ中央付近の径に設定されている。したがって、保持プレート２０の内周部２０ａは、前記外輪４３ａの軸方向の外端面４３ｅに対して一定の隙間をもって覆うように対向配置されている。

また、前記内周部２０ａの内周縁所定位置には、径方向内側、つまり中心軸方向に向かって突出したストッパ凸部２０ｂが一体に設けられている。このストッパ凸部２０ｂは、図４に示すように、ほぼ扇状に形成されて、先端縁２０ｃが後述するストッパ溝２ｂの円弧状内周面に沿った円弧状に形成されている。さらに、前記保持プレート２０の外周部には、各ボルト７が挿通する６つのボルト挿通孔２０ｄが周方向の等間隔位置に貫通形成されている。

前記保持プレート２０の内面と該内面に対向する前記大径ボールベアリング４３の外輪４３ａの外端面４３ｅとの間には、円環状のスペーサ１８が介装されている。このスペーサ１８は、前記保持プレート２０を前記各ボルト７によって共締め固定した際に、保持プレート２０の内面から前記外輪４３ａの外端面４３ｅへ僅かな押し付け力を付与するものである。

前記スプロケット本体１ａ（サーキュラスプライン１９）及び保持プレート２０のそれぞれの外周部には、ボルト挿通孔１ｃ、２０ｄが周方向のほぼ等間隔位置に６つ貫通形成されている。

また、後述するハウジング本体５ａの後端部に一体に形成された雌ねじ形成部６には、各ボルト挿通孔１ｃ、２０ｄと対応した位置に６つの雌ねじ孔６ａが形成されており、これらに挿通した６本のボルト７によって前記三者２０、１、６（ハウジング５）が共締め固定されている。

なお、前記スプロケット本体１ａ及びサーキュラスプライン１９が、後述する減速機構である波動歯車機構１２のケーシングとして構成されている。

また、前記スプロケット本体１ａと前記サーキュラスプライン１９、保持プレート２０及び雌ねじ形成部６は、それぞれの外径がほぼ同一に設定されている。

前記カムシャフト２は、外周に図外の吸気弁を開作動させる一気筒当たり２つの駆動カムを有していると共に、前端部にフランジ部２ａが一体に設けられている。

このフランジ部２ａは、図１及び図２に示すように、外径が後述する従動部材９の固定端部９ａの外径よりも僅かに大きく設定されて、各構成部品の組み付け後に、前端面２ｅの外周部が前記大径ボールベアリング４３の内輪４３ｂの軸方向外端面４３ｇに当接配置されるようになっている。また、前端面２ｅが従動部材９に軸方向から当接した状態でカムボルト１０によって軸方向から結合されている。

また、前記フランジ部２ａの外周には、図４に示すように、前記保持プレート２０のストッパ凸部２０ｂが係入するストッパ凹溝２ｂが円周方向に沿って形成されている。このストッパ凹溝２ｂは、円周方向へ所定長さの円弧状に形成されて、この長さ範囲で回動したストッパ凸部２０ｂの両端縁が周方向の対向縁２ｃ、２ｄにそれぞれ当接することによって、タイミングスプロケット１に対するカムシャフト２の最大進角側あるいは最大遅角側の相対回転位置を規制するようになっている。

なお、前記ストッパ凸部２０ｂは、前記スペ−サ１８を介して前記大径ボールベアリング４３の外輪４３ａの外端面よりもカムシャフト２側に離間して配置されて、前記従動部材９の固定端部９ａとは非接触状態になっている。したがって、ストッパ凸部２０ｂと固定端部９ａとの干渉を十分に抑制できる。

前記従動部材９は、鉄系金属材によって一体に形成され、図１に示すように、後端側に形成された円板状の前記固定端部９ａと、該固定端部９ａの内周前端面から軸方向へ突出した円筒部９ｂと、から構成されている。

前記固定端部９ａは、後端面が前記カムシャフト２のフランジ部２ａの前端面に当接配置されて、前記カムボルト１０の軸力によってフランジ部２ａに軸方向から圧接固定されている。

前記円筒部９ｂは、図１に示すように、中央に前記カムボルト１０の軸部１０ｂが挿通される挿通孔９ｃが貫通形成されていると共に、外周側に後述するニードルベアリング３８が設けられている。

前記カムボルト１０は、図１に示すように、頭部１０ａの軸部１０ｂ側の端面に円環状のワッシャ部１０ｃが配置されていると共に、軸部１０ｂの外周に前記カムシャフト２の端部から内部軸方向に形成された雌ねじ部に螺着する雄ねじ部１０ｄが形成されている。

前記カバー部材３は、アルミニウム合金材によってカップ状に一体に形成されて、膨出状に形成された前端部３ａが前記ハウジング５の前端部を覆うように設けられていると共に、前記前端部３ａの外周部側には円筒壁３ｂが軸方向に沿って一体に形成されている。この円筒壁３ｂは、図１、図２にも示すように、内部に保持用孔３ｃが形成されて、この保持用孔３ｃの内周面が後述するブラシ保持体２８のガイド面として構成されている。

また、カバー部材３は、図２に示すように、外周に形成されたフランジ部３ｄに６つのボルト挿通孔３eが円周方向の等間隔位置に貫通形成され、この各ボルト挿通孔に挿通された図外のボルトによって前記チェーンカバーに固定されている。

前記前端部３ａの外周側の段差部内周面と前記ハウジング本体５ａの外周面との間には、図１にも示すように、大径なオイルシール５０が介装されている。この大径オイルシール５０は、横断面ほぼコ字形状に形成されて、合成ゴムの基材の内部に芯金が埋設されていると共に、外周側の円環状基部が前記カバー部材３の内周面に設けられた段差円環部３ｈに嵌着固定されている。

前記位相変更機構４は、前記カムシャフト２のほぼ同軸上前端側に配置された電動モータ８と、該電動モータ８の回転速度を減速してカムシャフト２に伝達する減速機構である波動歯車機構１２と、から構成されている。

前記電動モータ８は、図１及び図２に示すように、ブラシ付きのＤＣモータであって、前記タイミングスプロケット１と一体に回転するヨークである前記ハウジング５(モータハウジング)と、該ハウジング５の内部に回転自在に設けられたモータ出力軸１３と、ハウジング５の内周面に固定された半円弧状の一対の永久磁石１４と、封止プレート１１に固定された固定子１６と、を備えている。

前記ハウジング５は、鉄系金属材をプレス成形によって有底筒状に形成されたハウジング本体５ａと、該ハウジング本体５ａの前端開口を封止する封止プレート１１と、を備えている。

前記ハウジング本体５ａは、前記スプロケット本体１ａ(サーキュラスプライン１９)の中心と同軸状に配置されており、後端側に円板状の底部５ｂを有し、該底部５ｂの中央位置に大径な軸部挿通孔５ｃが形成されていると共に、この軸部挿通孔５ｃの孔縁には、カムシャフト２軸方向へ突出した円筒状の延出部５ｄが一体に設けられている。なお、前記底部５ｂの後端面外周側には、前述したように、各ボルト７の先端部が螺着する雌ねじ孔６ａを有する雌ねじ形成部６が一体に設けられている。

前記モータ出力軸１３は、円筒の段差径状に形成されてアーマチュアとして機能し、軸方向の一端部(カバー部材３側)の小径部１３ａと、軸方向の他端部側に有し、前記小径部１３ａと一体に設けられた大径部１３ｂと、から構成されている。また、モータ出力軸１３は、前記大径部１３ｂの外周面と前記ハウジング５の延出部５ｄの内周面との間に介装された中径なボールベアリング４１によってハウジング本体５ａに回転自在に支持されている。

また、前記大径部１３ｂの外周に、複数の極を持つ鉄心ロータ１７が固定されていると共に、該鉄心ロータ１７の外周にはコイル１７ａが巻回されている。一方、前記小径部の外周には、コミュテータ２１が圧入固定されており、このコミュテータ２１には、前記鉄心ロータ１７の極数と同数に分割された各セグメントに前記電磁コイル１７ａが電気的に接続されている。

前記封止プレート１１は、前記ハウジング５の前端部内周に形成された凹状段差部にかしめにより位置決め固定されている。また、中央位置には、後述のモータ出力軸１３の小径部１３ａなどが挿通される軸挿通孔１１ａが貫通形成されている。

前記固定子１６は、図５に示すように、前記封止プレート１１の内周側に一体的に設けられた円板状の樹脂プレート２２と、該樹脂プレート２２の内側に設けられた一対の金属ホルダ２３ａ、２３ｂと、該各金属ホルダ２３ａ、２３ｂの内部に径方向に沿って摺動自在に収容配置されて、コイルスプリング２４ａ、２４ｂのばね力で各先端面が前記コミュテータ２１の外周面に径方向から弾接する２つの切換用ブラシ２５ａ、２５ｂと、前記金属ホルダ２３ａ、２３ｂの前端面に、各外端面を露出した状態で埋設固定された内外二重の円環状のスリップリング２６ａ、２６ｂと、前記各切換用ブラシ２５ａ、２５ｂと各スリップリング２６ａ、２６ｂを電気的に接続するピグテールハーネス２７ａ、２７ｂと、から主として構成されている。

また、前記カバー部材３の前端部３ａには、合成樹脂材によって一体的にモールドされたブラシ保持体２８が固定されている。

このブラシ保持体２８は、図１、図２及び図７にも示すように、側面視ほぼＬ字形状（正面視ほぼＴ字形状）に形成され、前記保持用孔３ｃに挿入されるほぼ円筒状のブラシ保持部２８ａと、該ブラシ保持部２８ａの上端部に有するコネクタ部２８ｂと、前記ブラシ保持部２８ａの両側に一体に突設されて、前記前端部３ａに固定される一対のブラケット部２８ｃ、２８ｃと、前記ブラシ保持体２８の内部に大部分が埋設された一対の端子片３１、３１と、から主として構成されている。

前記一対の端子片３１，３１は、上下方向に沿って平行かつクランク状に形成されて、一方側（下端側）の各端子３１ａ、３１ａが前記ブラシ保持部２８ａの底部側に露出状態で配置されている一方、他方側（上端側）の各端子３１ｂ、３１ｂが前記コネクタ部２８ｂの雌型嵌合溝２８ｄ内に突設されている。また、前記他方側端子３１ｂ、３１ｂは、図外の雄端子を介して図外のコントロ−ルユニットを経由してバッテリー電源に電気的に接続するようになっている。

前記ブラシ保持部２８ａは、ほぼ水平状（軸方向）に延設されて、内部の上下位置に形成された円柱状の貫通孔内にスリーブ状の摺動部２９ａ、２９ｂが固定されていると共に、該各摺動部２９ａ、２９ｂの内部に、各先端面が前記各スリップリング２６ａ、２６ｂに軸方向からそれぞれ当接する給電用ブラシ（第２ブラシ）３０ａ、３０ｂが軸方向へ摺動自在に保持されている。

この各第２ブラシ３０ａ、３０ｂは、ほぼ長方体状に形成されて、各貫通孔の底部側に臨む前記一方側端子３１ａ、３１ａとの間に弾装された付勢部材である第２コイルスプリング３２ａ、３２ｂのばね力によってそれぞれ前記各スリップリング２６ａ、２６ｂ方向に付勢されている。

また、前記第２ブラシ３０ａ、３０ｂの前側端部と前記一方側端子３１ａ、３１ａとの間には、可撓性を有する一対のピグテールハーネス３３ａ、３３ｂが溶接固定されて、前記両者を電気的に接続している。このピグテールハーネス３３ａ、３３ｂは、その長さが前記第２ブラシ３０ａ、３０ｂが前記各コイルスプリング３２ａ、３２ｂによって最大に進出した際に、前記各摺動部２９ａ、２９ｂから脱落しないように、その最大摺動位置を規制する長さに設定されている。

また、前記ブラシ保持部２８ａの基部側外周に形成された円環状の嵌着溝内に、環状シール部材３４が嵌着保持されている。前記コネクタ部２８ｂは、上端部に図外の雄型端子が挿入される前述した嵌合溝２８ｄに臨む前記他方側端子３１ｂ、３１ｂが前記雄型端子を介して図外のコントロールユニットに電気的に接続されている。

前記ブラケット部２８ｃ、２８ｃは、ほぼ三角形状に形成されて、両側部に形成された各ボルト挿通孔２８ｅ、２８ｅに前記前端部３ａに形成された一対の雌ねじ孔３ｆ、３ｆに螺着する各ボルト３６、３６を介して前記ブラシ保持体２８が前端部３ａに固定されるようになっている。

前記波動歯車機構１２は、図１〜図３に示すように、前記スプロケット本体１ａに一体に設けられた前記サーキュラスプライン１９と、前記モータ出力軸１３の大径部１３ｂの内周面に固定されたウェーブジェネレータ３９と、前記固定端部９ａの外周部に一体に結合されたフレックススプライン４０など、から構成されている。

前記サーキュラスプライン１９は、前記スプロケット本体１ａの前端部側に一体に設けられ、前記電動モータ８方向へ延出した円筒状に形成されていると共に、内周面の前端側には内歯１９ａが形成されている。この内歯１９ａは、円周方向の等間隔位置に連続して複数形成されていると共に、その歯数が６８歯に設定されている。

ウェーブジェネレータ３９は、内周側の円筒状の固定部３９ａと、該固定部３９ａの外周に一体に有する円盤状のウェーブジェネレータ本体３９ｂと、を備え、該ウェーブジェネレータ本体３９ｂの外周と前記フレックススプライン４０との間に転動体である複数のボール４２が転動可能に介装されている。

前記固定部３９ａは、カムシャフト２の軸方向へ延出して前端側の外周面が前記モータ出力軸１３の大径部１３ｂの内周面に軸方向から圧入固定されていると共に、前記ニードルベアリング３８と小径ボールベアリング３７によって前記従動部材９の円筒部９ｂに回転自在に支持されている。つまり、前記カムシャフト２の軸心と同軸の前記円筒部９ｂの外周面に固定されている。

前記ウェーブジェネレータ本体３９ｂは、前記固定部３９ａの軸心を中心とした楕円形状に形成されていると共に、平坦な外周面の巾方向の中央に前記各ボール４２を保持案内する案内溝３９ｃ(レース)が全周に亘って形成されている。

前記ボール４２は、鋼材によって形成されて、その数が２４個になっていると共に、前記フレックススプライン４０をウェーブジェネレータ本体３９ｂの楕円外周に沿って転動可能に支持するようになっている。

前記フレックススプライン４０は、金属材によって円筒状に形成されていると共に、撓み変形可能な無端ベルト状に形成されて、軸方向の一端縁４０ａが前記固定端部９ａの外周部内端縁に一体に結合されている。また、軸方向の他端部４０ｂは、横断面で見ると全体が楕円形状に変形可能なほぼ円環形状に形成されて内周面に前記各ボール４２を前記案内溝３９ｃと協働して案内保持する第２案内溝４０ｃが形成されていると共に、外周面には前記サーキュラスプライン１９の各内歯１９ａに噛合する複数の外歯４０ｄが全周に亘って形成されている。この各外歯４０ｄは、その数が６０歯に設定されている。前記ボール４２と各案内溝３９ｃ、４０ｃによってボールベアリングが構成されており、図面上は前記ボール４２を保持する保持器（ケージあるいはリテ−ナ）が省略されているが、この図外の保持器により各ボ−ル４２が等間隔に配置される。

また、前記フレックススプライン４０は、図３に示すように、前記ウェーブジェネレータ本体３９ｂの楕円形状に起因して長軸Ｌの両端側の部位で前記サーキュラスプライン１９の内歯１９ａに噛み合っているが、短軸Ｓの両端側では各外歯４０ｄと前記各内歯１９ａとの間に円弧状の比較的大きな隙間Ｃ、Ｃが形成されている。

前記ニードルベアリング３８は、図１及び図３にも示すように、ウェーブジェネレータ３９の内周側に有する円筒部３９ａの内周面に圧入された円筒状のリテーナ３８ａと、該リテーナ３８ａの内部に回転自在に保持された複数の転動体であるニードルローラ３８ｂとから構成されている。このニードルローラ３８ｂは、前記従動部材９の円筒部９ｂの外周面を転動して、前記ウェーブジェネレータ３９を回転自在に支持している。

前記小径ボールベアリング３７は、内輪３７ａが前記従動部材９の円筒部９ｂの前端部に形成された段差小径部の外周面に圧入されて、前記段差小径部の段差面とカムボルト１０のワッシャ１０ｃとの間に挟持状態に固定されている一方、外輪３７ｂがウェーブジェネレータ３９の円筒部３９ａの内周面に形成された段差面で軸方向の位置決め支持されている。

前記コントロールユニットは、図外のクランク角センサやエアーフローメータ、水温センサ、アクセル開度センサなど各種のセンサ類から情報信号に基づいて現在の機関運転状態を検出して、機関制御を行うと共に、前記電磁コイル１７ａに前記各給電ブラシなどを介し通電してモータ出力軸１３の回転制御を行い、波動歯車機構１２を介してカムシャフト２のタイミングスプロケット１に対する相対回転位相を制御するようになっている。

前記波動歯車機構１２の内部には、潤滑油供給手段によって潤滑油が供給されるようになっている。この潤滑油供給手段は、前記シリンダヘッドの軸受の内部に形成されて、図外のメインオイルギャラリーから潤滑油が供給される油供給通路と、図１に示すように、前記カムシャフト２の内部軸方向に形成されて、前記油供給通路にグルーブ溝を介して連通した油供給孔５１と、前記従動部材９の内部軸方向に貫通形成されて、一端が該油供給孔５１に開口し、他端が前記ニードルベアリング３８の付近に開口した前記小径なオイル孔５２と、同じく従動部材９に貫通形成された大径な３つの図外のオイル排出孔と、から構成されている。

この潤滑油供給手段によって、前記各ベアリングや波動歯車機構１２の各構成部材の間に十分に潤滑油が供給されるようになっている。

なお、前記モータ出力軸１３の前端内部には、図１に示すように、カムボルト１０側の空間部を閉止する断面ほぼコ字形状の第１キャップ５３が圧入固定されている。

以下、本実施形態の作動について説明すると、まず、機関のクランクシャフトが回転駆動するとタイミングチェーンを介してタイミングスプロケット１が回転して、その回転力がサーキュラスプライン１９と雌ねじ形成部６を介してハウジング５に伝わり、電動モータ８全体がタイミングスプロケット１の回転と同期回転する。すなわち、電動モータ８においてモータ出力軸１３がハウジング５に対して相対回転しない場合は、前記サーキュラスプライン１９（タイミングスプロケット１）の回転が、各内歯１９ａと各外歯４０ｄの噛み合わせがずれることなく、フレックススプライン４０を介して従動部材９を経由してカムシャフト２にそのまま伝達される。これによって、カムシャフト２はタイミングスプロケット１に対して位相変化せずに同期回転して、各駆動カムが各吸気弁を開閉作動させる。

一方、機関始動後の所定の機関運転時には、前記コントロールユニットから各端子片３１，３１から各ピグテールハーネス３２ａ、３２ｂ、第２ブラシ３０ａ、３０ｂ、各スリップリング２６ａ、２６ｂなどを介して電動モータ８の電磁コイル１７ａに通電される。これによって、モータ出力軸１３が、ハウジング５に対して相対回転駆動され、この回転力が波動歯車機構１２を介してカムシャフト２（従動部材９）に減速された付加的な相対回転力として伝達される。

すなわち、前記モータ出力軸１３のハウジング５に対する正逆いずれかの回転に伴いウェーブジェネレータ３９が同方向へ回転すると、前記各ボール４２を介して前記フレックススプライン４０の各外歯４０ｄとサーキュラスプライン１９の各内歯１９ａとが長軸Ｌの両端領域で噛み合いながら、モータ出力軸１３（ウェ−ブジェネレ−タ３９）の相対回転が、前記従動部材９(カムシャフト２）の減速された相対回転に変換されて伝達される。

これにより、カムシャフト２がタイミングスプロケット１に対して正逆相対回転して相対回転位相が変換されて、吸気弁の開閉タイミングを進角側あるいは遅角側に変換制御するのである。

この結果、吸気弁の開閉タイミングが進角側あるいは遅角側へ変換されて、機関の燃費や出力の向上が図れる。

なお、前記タイミングスプロケット１に対するカムシャフト２の正逆相対回転の最大位置規制(角度位置規制)は、前記ストッパ凸部２０ｂの各側面が前記ストッパ凹溝２ｂの各対向面２ｃ、２ｄのいずれか一方に当接することによって行われる。

ここで、前記モータ出力軸１３のハウジング５に対する回転速度が前記波動歯車機構１２によって低減されてカムシャフト２のタイミングスプロケット１に対する相対回転変化として伝わるわけであるが、以下では前記各内歯１９ａと各外歯４０ｄとの歯数の相違によって前記モータ出力軸１３の回転を減速して前記従動部材９(カムシャフト２)伝達する原理を説明する。

前記サーキュラスプライン１９の内歯１９ａの歯数をＺｃとし、フレックススプライン４０の外歯４０ｄの歯数をＺｆとすると、Ｚｃ＝Ｚｆ＋Ｎ の式で示す関係にある。(ここで、Ｎは整数)
本実施形態では、Ｚｃが６８歯、Ｚｆが６０歯、Ｎは８歯になっており、前記Ｎは偶数になっている場合が多く、偶数であると、２つの長軸Ｌの両端領域での内外歯１９ａ、４０ｄの噛み合いが同等になって噛み合いの均一性が高まるからである。なお、必ずしも偶数である必要はない。

ここで、タイミングスプロケット１は回転している訳だが、図３ではこのタイミングスプロケット１を静止（固定）させた座標系として示している。

前記ウェーブジェネレータ３９が、モータ出力軸１３を介して、例えば図３において長軸Ｌが真上方向（矢印方向）を向いた位置から時計方向へ回転する場合を考えると、各内外歯１９ａ、４０ｄの前記長軸２箇所での噛み合い部位(矢印方向)も時計方向に回転し始め、前記内歯１９ａと外歯４０ｄは一つずつ噛み合って行く。

前記ウェーブジェネレータ３９が、時計方向へ１回転(３６０°)したとする、前記矢印は再び同じ位置にくる。この際、前記サーキュラスプライン１９の内歯１９ａにおける噛み合い部位は、もとの歯に戻るが、フレックススプライン４０の外歯４０ｄは前述した歯数差８歯(Ｎ)分だけ反時計方向に位相変化(８／６０回転)することになる。

したがって、フレックススプライン４０(従動部材９）の回転における前記モータ出力軸１３の回転に対する減速比は、６０÷(−８)＝−７．５となる。

すなわち、モータ出力軸１３が時計方向に回転する場合、従動部材９の回転は７．５分の１に減速され、かつ回転方向が反時計方向に変化するのである(−の符号は回転方向が逆になることを示す。)。これによって、前記タイミングスプロケット１に対するカムシャフト２の相対回転は遅角側へ変換する。

式で表すと、減速比Ｉ＝Ｚｆ÷(−Ｎ)＝Ｚｆ÷(Ｚｆ−Ｚｃ)となる。（符号は−）
逆にモータ出力軸１３が図３において反時計方向へ回転すると、同じ減速比で従動部材９が今度は時計方向へ回転して、前記タイミングスプロケット１に対するカムシャフト２の相対回転は進角側へ変換する。

ここで、減速比を大きくすると、モータトルクを従動部材９の大きな変換トルクとして伝達することが可能になり、バルブタイミング変換のために従動部材９に加えるトルクを高めることができる。

逆に減速比を過度に大きくすると、所定バルブタイミングに変換するのに要する電動モータ８の出力軸１３の総回転数が増加するので、変換応答性が悪化する。

したがって、バルブタイミングの変換に要する従動部材９のトルクと、要求変換応答性から適切な減速比を決定すれば良い。例えば、カムシャフト２に作用する負荷トルクの大小や、機関運転状態からの要求応答時間などを考慮して、各内燃機関の仕様に応じて適宜減速比を選択すれば良い。

そして、本実施形態では、前述したように、前記タイミングスプロケット１は、エンジンの基準軸であるカムシャフト２に固定された従動部材９に回転自在に支持されている。また、前記サーキュラスプライン１９は、前記タイミングスプロケット１に一体に設けられている一方、前記電動モータ８のハウジング５は、タイミングスプロケット１に固定されていることから前記モータ出力軸１３の軸心位置は、前記タイミングスプロケット１とカムシャフト２の各軸心に対して高い位置精度が得られる。

このため、前記電動モータ８のモータ出力軸１３の軸心（図1中Ｘ）とサーキュラスプライン１９の内歯１９ａの内径中心（図1中Ｙ）との位置ずれを十分に抑制することができる。よって、前記フレックススプライン４０の各外歯４０ｄとサーキュラスプライン１９の各内歯１９ａの噛み合いを安定化することができる。

これによって、前述したウェーブジェネレータ３９（モータ出力軸１３）の長軸Ｌ方向への前記位置ずれが発生した場合に懸念される、長軸両端部位における各内外歯１９ａ、４０ｄの摩耗、例えば歯先及び歯底での特有の摩耗を抑制することができ、また、前記長軸Ｌ方向と直交する方向（短軸Ｓ方向）への位置ずれが発生した場合に懸念される、前記各内外歯１９ａ、４０ｄに作用する高いせん断応力に起因する歯部耐久性の低下を十分に抑制することができる。

この結果、前述した従来技術の技術的課題を一掃することができるのである。

また、本実施形態では、特に、フレックススプライン４０が前記従動部材９と直接結合されており、またこの従動部材９はエンジンの基本軸（基準軸）であるカムシャフト２にカムボルト１０によって直接固定されていることから、各外歯４０ｄが軸方向への位置ずれは抑えられ、つまり、フレックススプライン４０に作用するスラスト力を前記カムシャフト２及び図外のカムシャフトスラスト軸受が受けてくれることから位置ずれが抑制できるので、前記各内歯１９ａとの一層良好な噛み合い状態を得ることが可能になる。ここで、カムシャフトはクランクシャフトと共にエンジンの基本軸となっており、軸中心の位置精度や軸方向位置精度は高く且つ動的にも安定しており、その面からも一層安定した上記噛み合いを実現できるのである。

さらに、前記ウェーブジェネレータ３９とフレックススプライン４０との間に介装された各ボール４２は、前記ウェーブジェネレータ本体３９ｂの案内溝３９ｃとフレックススプライン４０の第２案内溝４０ｃに案内保持されていることから、径方向のスペース効率を高めることができると共に、フレックススプライン４０の強度を確保しつつ低剛性化することができる。

このように、フレックススプライン４０の低剛性化によって撓み変形性が高められることによって、前記各内外歯１９ａ、４０ｄのさらに安定した噛み合いを確保することができる。

逆に、前記各案内溝３９ｃ、４０ｃを設けずに、別途内輪と外輪を両者３９，４０との間に圧入することも可能である。この場合は、前記内外輪の肉厚を確保する必要があり、径方向のスペース効率が低下すると共に、フレックススプライン４０の撓み変形性が低下するおそれがあるが、コスト的に有利になる。
〔第２実施形態〕
図８は本発明の第２実施形態を示し、基本構成は第１実施形態と同じであって、電動モータ８の円筒状のハウジング本体５ａはタイミングスプロケット１の円環状のスプロケット本体１ａにボルト７によって軸方向から一体的に固定されている点でも第１実施形態と同じ構造であるが、前記波動歯車機構１２周りの構造を変更したものである。

すなわち、前記サーキュラスプライン１９は、内歯１９ａが従動部材９の軸心方向へ突出して形成されている一方、ウェーブジェネレータ３９は、円筒状の固定部３９ａが前記モータ出力軸１３の大径部１３ｂに一体に形成されていると共に、該固定部３９ａの軸方向のカムシャフト２側の一端部外周に一体に形成されたウェーブジェネレータ本体３９ｂの外周にボールベアリング４４が設けられている。

また、可撓性を有するフレックススプライン４０は、第１実施形態のものと異なり、単に円筒状に形成されて前記ボールベアリング４４の外周に摺動自在に設けられていると共に、外周面に外歯４０ｅが一体に形成されている。

前記モータ出力軸１３は、第１実施形態のように、前記ハウジング本体５ａに対して中径ボールベアリング４１によって回転自在に支持されているのではなく、前記固定部３９ａと一体で設けられているため、第１実施形態と同様のニードルベアリング３８及び小径ボールベアリング３７によって従動部材９の円筒部９ｂに回転自在に支持されている。

すなわち、エンジンの基本（基準）軸であるカムシャフトと一体の従動部材９にモ−タ出力軸１３が軸支されているのである。この結果、前記電動モータ８のモータ出力軸１３（ウェ−ブジェネレ−タ３９）の軸心（図８中Ｘ）とサーキュラスプライン１９の内歯１９ａの内径中心（図８中Ｙ）との位置ずれを十分に抑制することができる。よって、前記フレックススプライン４０の各外歯４０ｄとサーキュラスプライン１９の各内歯１９ａの噛み合いを安定化することができる。

前記ウェーブジェネレータ本体３９ｂは、固定部３９ａの外周に円環凸状に形成されて、外形全体が楕円形状に形成されている。

前記ボールベアリング４４は、楕円形状の前記ウェーブジェネレータ本体３９ｂの外形に沿って全体が相似的な楕円形状に変形し得るように形成されていると共に、内輪４４ａが前記ウェーブジェネレータ本体３９ｂの外周面に圧入固定されている一方、外輪４４ｂの外周面には前記フレックススプライン４０の内周面が摺動可能に保持されていると共に、前記内輪４４ａと外輪４４ｂの間には、複数のボール４４ｃが図外の保持器を介して等間隔に0転動自在に介装されている。

また、前記従動部材９の固定端部９ａと前記フレックススプライン４０との間には、比較的剛性のある従動サーキュラスプライン４５が設けられている。この従動サーキュラスプライン４５は、縦断面ほぼコ字形状に折曲形成されて、一端部４５ａが前記固定端部９ａの外周部内端縁に一体に結合されていると共に、折り返し状に形成された断面ほぼ矩形状の他端部４５ｂの内周面には、前記サーキュラスプライン１９の内歯１９ａと並置されて前記フレックススプライン４０の外歯４０ｅに噛み合う内歯４５ｃが一体に形成されている。

また、前記サーキュラスプライン１９の内歯１９ａの歯数Ｚｃは、第１実施形態と同じく６８歯であり、前記フレックススプライン４０の外歯４０ｅの歯数Ｚｆも同じ６０歯であるが、前記従動サーキュラスプライン４５の内歯４５ｃの歯数Ｚｃ’はＺｆと同じ６０歯に設定されている。

なお、前記ハウジング本体５ａの延出部５ｄと固定部３９ａ(モータ出力軸１３の大径部１３ｂ)との間には、波動歯車機構１２の内部と電動モータ８の内部との間をシールするオイルシール４６が設けられている。

したがって、この実施形態によれば、図３と同様のタイミングスプロケット固定座標系において、第１実施形態と同じく電動モータ８のモータ出力軸１３が時計方向へ回転すると、ウェーブジェネレータ３９が同期回転し、この回転力が前記サーキュラスプライン１９を介してフレックススプライン４０に伝達され、このフレックススプライン４０がモータ出力軸回転に対して７．５の減速比で減速されて反時計方向へ位相変換されることになる。

しかし、本実施形態では、第１実施形態のようにフレックススプライン４０の回転が直接従動部材９に伝達されるのではなく、一旦、従動サーキュラスプライン４５の回転に変換されて従動部材９に伝達される。

すなわち、前記フレックススプライン４０は、ウェーブジェネレータ３９によって楕円状に撓んで変形し、従動サーキュラスプライン４５は真円であり外形状は異なるが、長軸Ｌの両端部位で１歯、１歯順に噛み合っていき、かつフレックススプライン４０の外歯４０ｅと従動サーキュラスプライン４５の内歯４５ｃの歯数が同じなので、一定の角速度で伝達される。したがって、この部分の減速比は１であり、トータルでみると、モータ出力軸１３の時計方向の回転は、従動部材９（従動サーキュラスプライン４５）に、第１実施形態と同じく７．５の減速比で減速され、反時計方向に位相変換されることになる。

これによって、タイミングスプロケット１に対するカムシャフト２の相対回転位相、つまり、吸気弁のバルブタイミングは遅角側に変換される。

逆に、モータ出力軸１３が反時計方向へ回転した場合は、７．５の減速比で減速され、前記タイミングスプロケット１に対してカムシャフト２の回転位相が進角側へ変換される。そのため、吸気弁のバルブタイミングは進角側に変換される。

本実施形態では、筒状のフレックススプライン４０と、２つのサーキュラスプライン（１９、４５）を用いたことによって、以下の点で有利である。

まず、フレックススプライン４０は、第１実施形態のように、従動部材９との結合箇所がある程度の剛性を持たせる必要がなくなるで、楕円形状に撓み変形する際に、前記ある程度高い剛性に起因してスプライン歯すじが軸方向に倒れる現象を抑制することができる。 このため、本実施形態のように、筒状のフレックススプライン４０とすることによって、外歯４０ｅと各サーキュラスプライン１９，４５の内歯１９ａ、４５ｃとの噛み合いが一層安定的となり、前述した従来技術で懸念される摩耗がさらに発生しにくくなり（歯すじ方向での片当たり的な偏摩耗を抑制）でき、またこの均一的な噛み合いにより、従来技術で懸念される歯部のせん断強度低下をさらに抑制することができる。（歯すじ方向で局部的に高いせん断応力が作用するのを抑制できる。

なお、前記従動サーキュラスプライン４５の内歯４５ｃの歯数Ｚｃ’は、フレックススプライン４０の外歯４０ｅの歯数Ｚｆと同じに設定しなくても良く、例えば、前記内歯４５ｃの歯数Ｚｃ’をフレックススプライン４０の歯数Ｚｆより多い歯数（例えば６６歯）とすることもできる。

(Ｎ’＝Ｚｃ’−Ｚｆ＝６)
この場合を具体的に考察すると、図３と同様のタイミングスプロケット固定（静止）座標系において、まずウェーブジェネレータ３９（モータ出力軸１３）が時計方向に１回転すると、フレックススプライン４０はサーキュラスプライン１９と噛み合いつつ、前述した第１実施形態と同様に反時計方向に８歯（Ｎ）だけ回転する。

次に、従動サーキュラスプライン４５の動きを考察すると、まず、フレックススプライン４０が回転せずにウェーブジェネレータ３９だけが時計方向に１回転したとすると、時計方向に順次噛み合っていき、歯数差６歯（Ｎ’）の分だけ従動フレックススプライン４５は逆に時計方向に回転する。

続いて、前行程でフレックススプラインは８歯（Ｎ）反時計方向に回転していたことを考慮すると、結局、従動フレックススプライン４５反時計方向へ２歯(Ｎ−Ｎ’)回転したことになる。

つまり、ウェーブジェネレータ３９が時計方向に１回転するうちに、従動フレックススプライン４５は、２歯だけ反時計方向に回勤したことになり、トータルの減速比は、６６歯÷（−２歯）＝−３３と大きくできる。

一般式で書くと以下のようになる。

減速比Ｉ’＝Ｚｃ'÷(Ｎ’−Ｎ)となる（符号マイナス）。つまり、ＮとＮ’の差動効果により、大きな減速比にできるのである。

逆にＮ’をＮまで大きくしていくと、減速比は無限大に近づき、機構として意味を持たなくなる。

すなわち、Ｎ’をＮより小さく且つ正の整数とすることで、つまり、Ｚｃ’をＺｃより小さく且つＺｆより大きな整数とすることで、前記差動効果により大きな減速比にできるのである。

ここで、注目する点としては、歯ピッチ（歯の大きさ）を小さくしなくても大きな減速比が得られる点であり、これにより、前述の従来技術の課題となる歯のせん断強度の面からもさらに有利となる。

なお、ここまでは、フレックススプライン４０の外歯４０ｅの数は軸方向位置によらず同一としてきたが、前記従動サーキュラスプライン４５の内歯４５ｃと噛み合うリヤ側の歯ピッチ（歯数）を、タイミングスプロケット１に形成したサーキュラスプライン１９の内歯１９ａと噛み合うフロント側の歯ピッチ（歯数）とを異ならせても良い。

この場合は、フレックススプライン４０の製造性は悪くなるものの、より細やかな減速比設定が可能となる。

本実施形態では、第１実施形態のような、ハウジング本体５ａとモータ出力軸１３の間のボールベアリング４１は廃しているが、前述のように、同軸度を高めて良好で安定的な各歯の噛み合いを実現できるのは第１実施形態と同様である。

また、ここで、モ−タハウジング５も第1実施形態と同様にタイミングスプロケット１に固定されているので、モ−タハウジング５全体の取り付け同軸度が高くなっている。これにより、モ−タハウジング５がチェーンカバーに固定された場合に想定されるような、チェーンカバー振動により給電ブラシ２５a、２５ｂの各先端位置が変化しブラシ挙動が不整となるとか、あるいはオイルのシ−ル性が悪化するなどの諸問題を回避できる。

したがって、本実施形態では、これらの実用的な諸問題を回避しつつ、モータ駆動軸１３の位置精度を高めて、フレックススプラインとサ−キュラスプラインの噛み合いを安定化できるのである。

そして、図８に示すように、第１実施形態におけるボールベアリング４１に替えてオイルシール４６が設けられていることから、これにより、波動歯車機構１２内の潤滑油が前記コイル１７ａやブラシ２５ａ、２５ｂ側に漏れ出るのを抑制でき、オイルによるコンタミや損傷を抑制できる。

本発明は、前記各実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば、タイミングチェーン用のタイミングスプロケットに代えて、タイミングベルト用のタイミングスプロケットであっても良い。

また、電動モータ８として、ＤＣブラシ付きモータを示したが、ブラシレスモータであっても良い。

さらに波動歯車機構１２のフレックススプライン４０をカップ型に代えて円筒型のものでもよい。
また、本発明の主旨から逸脱しない範囲で、種々の可変バルブタイミング装置に適用することが可能である。

１…タイミングスプロケット（駆動回転体）
１ａ…スプロケット本体
１ｂ…ギア部
２…カムシャフト
３…カバー部材
４…位相変更機構
５…ハウジング
５ａ…ハウジング本体
８…電動モータ
９…従動部材
１０…カムボルト
１２…波動歯車機構(減速機構)
１３…モータ出力軸
１９…サーキュラスプライン
１９ａ…内歯
３９…ウェーブジェネレータ
３９ａ…固定部
３９ｂ…ウェーブジェネレータ本体
４０…フレックススプライン
４０ｄ…外歯
４２…ボール
４４…ボールベアリング
４５…従動サーキュラスプライン

Claims (4)

1. クランクシャフトによって回転駆動し、外周に複数の歯部を有するタイミングスプロケットと、該タイミングスプロケットに対し相対回転可能に設けられた出力軸を有する電動モータと、前記タイミングスプロケットとカムシャフトの間に設けられ、前記タイミングスプロケットに対する前記出力軸の相対回転速度を減速させて前記タイミングスプロケットに対してカムシャフトの相対回転を生じさせる減速機構と、を備えた内燃機関のバルブタイミング制御装置であって、
   前記減速機構は、
   前記電動モータの出力軸によって回転駆動する外周面が楕円形状のウェーブジェネレータと、
   該ウェーブジェネレータの外周に転動体を介して配置され、前記ウェーブジェネレータの楕円形状の外周面にしたがって撓み変形可能なフレックススプラインと、
   該フレックススプラインの外周側に配置され、該フレックススプラインの外周に形成された外歯に噛合する内歯を有する円環状のサーキュラスプラインと、
   を備え、
   前記タイミングスプロケットは、前記カムシャフトまたは該カムシャフトに固定された従動部材に回転自在に支持されていると共に、内周側に前記サーキュラスプラインが形成されている一方、
   前記電動モータは、モータハウジングが前記タイミングスプロケットの軸方向の一端部に固定されていることを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
   前記フレックススプラインは、カップ状に形成されていると共に、ボス部を介して前記カムシャフトに固定されていることを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
3. 請求項１に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
   前記フレックススプラインは、円筒状に形成されていると共に、前記カムシャフトに固定された別異の従動サーキュラスプラインと噛合して、該従動サーキュラスプラインを介してタイミングスプロケットに対する前記カムシャフトの相対回転位相を変化させることを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
4. 請求項３に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
   前記従動サーキュラスプラインの内歯の歯数を、前記フレックススプラインの外歯の歯数よりも多くすると共に、前記サーキュラスプラインの内歯の歯数よりも少なくしたことを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。

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