JP2023018474A - 弁開閉時期制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】単純な構成でカムトルクの作用を良好に抑制する弁開閉時期制御装置を提供する。【解決手段】回転軸芯Ｘを中心に回転自在な駆動側回転体Ａと従動側回転体Ｂとを備え、位相調節機構Ｃを備えている。位相調節機構Ｃが、駆動側回転体Ａに備えた第１内歯ギヤ１４と、従動側回転体Ｂに備えた第２内歯ギヤ２３と、これらに咬み合う第１外歯ギヤ３１および第２外歯ギヤ３２を有した筒状のキャリアギヤ３０と、このキャリアギヤ３０に回転自在に内嵌し、電動アクチュエータＭの駆動力により、回転軸芯Ｘを中心に偏心軸芯Ｙの位置を公転させるようにキャリアギヤ３０を移動させる偏心部材３３を備え、第１内歯ギヤ１４に対する第１外歯ギヤ３１の咬み合い径と、第２内歯ギヤ２３に対する第２外歯ギヤ３２の咬み合い径とを等しく設定している。【選択図】図１

Description

本発明は、弁開閉時期制御装置に関する。

内燃機関の吸気バルブの開閉時期（バルブタイミング）を電動モータの駆動力で設定する弁開閉時期制御装置として、特許文献１にはクランクシャフトの駆動力で回転する駆動側回転体（文献ではハウジング）と、このハウジングの内部に対しカム軸と一体回転するように収容された従動側回転体（文献ではフランジ部）と、これらの回転位相を設定する遊星回転体と、遊星回転体を駆動するモータとが記載されている。

この特許文献１は、遊星回転体の第１ギヤの一部の歯を駆動側回転体の第１内歯車に咬み合わせ、遊星回転体の第２ギヤの一部の歯を従動側回転体の第２内歯車に咬み合わせている。また、遊星回転体に対して回転自在に内嵌した偏心軸をモータで回転することにより、第１ギヤと第１内歯車との咬み合い位置を変化させると同時に、第２ギヤと第２内歯部との咬み合い位置を変化させ、駆動側回転体と従動側回転体との相対回転位相を変化させている。

また、特許文献２には、駆動側回転体と従動側回転体との間にハーモニックドライブ型（ハーモニックドライブは登録商標）の減速装置を備え、この減速装置をモータで駆動することにより減速を実現する構成が記載されている。減速装置は、駆動側回転体の内周に備えた内歯ギヤと、駆動側回転体の内周に沿って回転自在で、従動側回転体と一体的に回転する内歯ギヤと、これらの内歯ギヤに咬合可能で軸芯に沿う方向視で楕円型に変形自在な外歯ギヤと、この外歯ギヤを回転させるモータとを備えている。

特許文献３には、弁開閉時期制御装置に直接的に関連しないものであるが、入力部に偏心部を一体形成し、この偏心部に対し入力軸の軸芯と平行な軸線回りに回転可能な第１外歯車と第２外歯車とを備え、第１歯車の一部の歯をケースの第１内歯歯車に咬み合わせ、第２歯車の一部の歯を出力軸と一体回転する第２内歯歯車に咬み合わせた微小歯数差複合ハイポサイクロイド型の減速装置が記載されている。

この特許文献３は、第２内歯と第２外歯との噛み合い作用力線と、第１外歯と第１内歯との噛み合い作用力線との合成作用力線が、入力軸の中心を向かうように構成され、入力軸の回転力を減速して出力軸に伝えた後に、出力軸に外部から回転力が作用しても、この回転力が入力軸に伝わる不都合を抑制しやすい構造を有している。

特開２０１５－２０３３９２号公報 米国特許出願公開第２０１６／０２５９１８６号公報 特開２００１－０４１２９３号公報

弁開閉時期制御装置として、例えば、クランクシャフトの回転と同期して回転する駆動側回転体と、吸気バルブを開閉作動させるカムシャフトと一体回転する従動側回転体とを同軸芯上に配置し、これらの相対回転位相を制御するギヤ式の減速機構を備え、このギヤ減速機構に電動モータの駆動力を伝える構成を想定することが可能である。

このように想定した弁開閉時期制御装置は、特許文献１の構成に基本的に共通する構成を有するものである。また、このように想定した弁開閉時期制御装置は、内燃機関の稼動時にカムシャフトから作用するカムトルクにより、駆動側回転体と従動側回転体との相対回転位相が変化し、バルブタイミングが不安定になることも考えられた。

バルブタイミングが不安定になる要因として、カムシャフトから従動側回転体に作用するカムトルクが減速機構を介して駆動側回転体に伝えられ、この駆動側回転体を回転させることが考えられる。この回転を抑制するためバルブタイミングを維持する際には、カムトルクの作用によって減速ギヤが作動する方向と逆方向に電動モータからトルクを作用させるように、電動モータに電流を供給することが考えられている。

ここで、特許文献１の弁開閉時期制御装置を考えると、この特許文献１に記載される構成では、ギヤ減速系を構成するギヤの歯形やサイズの設計により、歯の咬み合い角や、圧力角、あるいは、歯数を最適に設定することで、咬み合い時の合力の作用方向を、カムトルクに抗する方向に向かわせ、カムトルクによる回転力と、合力に基づき、回転力が入力軸に伝わる不都合を抑制することが可能である。

しかしながら、この特許文献１の構成において、カムトルクの作用を抑制するために伝動モータに電流を供給することは電流を無駄に消費することになり、セルフロックを実現するためには、減速ギヤを構成するギヤの歯形、歯のサイズが異なる２つのギヤ減速系を有し、２つの減速ギヤの咬み合い径が異なるため歯の設計に制約があり、技術的な困難を伴うものであった。

また、特許文献２の弁開閉時期制御装置では、楕円形に変形する外歯ギヤが、一対の内歯ギヤに対して２箇所（回転軸芯を挟んで対向する２箇所）で咬み合うため、内歯ギヤと外歯ギヤとの歯面の設計により、カムトルクの作用を相殺する方向に合力を作用させる構成を考えた場合に、合力の作用方向が、順方向と逆方向とに作用しやすく、出力軸に外部から回転力が伝わった場合に、この回転力が入力軸に伝わるものであった。

また、特許文献３では、咬み合い力の工夫により逆方向への回転（カムトルクの作用による回転）を抑制できるものであるが、出力軸に外部から回転力が伝わった場合に、この回転力が入力軸に伝わる不都合を抑制するために、咬み合い径が異なる２つのギヤ減速系の各々で逆方向に作用する合力を得る必要があり、２つのギヤ減速系の外歯の形状を異ならせる等、構成の複雑化を招くものであった。

このような理由から、単純な構成でありながらカムトルクの作用を良好に抑制し得る弁開閉時期制御装置が求められる。

本発明に係る弁開閉時期制御装置の特徴構成は、内燃機関のクランクシャフトと同期して回転軸芯を中心に回転する駆動側回転体と、前記回転軸芯と同軸芯に配置され、前記内燃機関の弁開閉用のカムシャフトと一体回転する従動側回転体と、電動アクチュエータの駆動力により前記駆動側回転体および前記従動側回転体の相対回転位相を設定する位相調節機構と、を備え、前記位相調節機構が、前記回転軸芯を中心にして前記駆動側回転体と一体回転する第１内歯ギヤと、前記回転軸芯を中心にして前記従動側回転体と一体回転する第２内歯ギヤと、前記回転軸芯と平行姿勢の偏心軸芯を中心に回転自在で、歯幅方向の一方の端部側に前記第１内歯ギヤより少ない歯数で前記第１内歯ギヤに咬み合う第１外歯ギヤを形成し、歯幅方向で他方の端部側に前記第２内歯ギヤより少ない歯数で前記第２内歯ギヤに咬み合う第２外歯ギヤを形成した筒状のキャリアギヤと、前記キャリアギヤの内部空間に回転自在に内嵌し、前記電動アクチュエータの駆動力により前記回転軸芯を中心に回転することにより、前記第１外歯ギヤと前記第２外歯ギヤとを前記偏心軸芯を中心に回転させながら移動させる偏心部材とを備え、前記第１内歯ギヤに対する前記第１外歯ギヤの咬み合い径と、前記第２内歯ギヤに対する前記第２外歯ギヤの咬み合い径とが等しく、前記第１内歯ギヤと前記第１外歯ギヤとの歯数差と、前記第２内歯ギヤと前記第２外歯ギヤとの歯数差とを異ならせている点にある。

この特徴構成によると、電動アクチュエータの駆動力で偏心部材を回転させることにより、回転軸芯を中心に偏心軸芯が回転し、この回転に伴いキャリアギヤの第１外歯ギヤが、第１内歯ギヤに咬み合う位置を、回転軸芯を中心に公転させるように移動させる。これと同時に、キャリアギヤの第２外歯ギヤが、第２内歯ギヤに咬み合う位置を、回転軸芯を中心に公転させるように移動させる。このように咬み合い位置が変化することにより、第１外歯ギヤと第１内歯ギヤとの歯数差から駆動側回転体に対してキャリアギヤが回転し、更に、第２外歯ギヤと第２内歯ギヤとの歯数差から、キャリアギヤに対して従動側回転体が回転する。その結果、駆動側回転体に対する従動側回転体の相対回転位相を変化させて弁開閉時期（バルブタイミング）の設定を可能にする。

また、この構成では、第１内歯ギヤに対する第１外歯ギヤの咬み合い径と、第２内歯ギヤに対する第２外歯ギヤの咬み合い径とが等しいため、キャリアギヤの全体の咬み合い径を一定にした筒状に形成することが可能となる。
従って、単純な構成でありながらカムトルクの作用を良好に抑制し得る弁開閉時期制御装置が構成された。

上記構成に加えた構成として、前記キャリアギヤに前記カムシャフトからカムトルクが作用した場合に、前記カムトルクによって前記第２内歯ギヤの歯面から前記第２外歯ギヤの歯面に作用する圧力と、この圧力の作用による前記キャリアギヤの回転トルクによって前記第１内歯ギヤの歯面から前記第１外歯ギヤの歯面に作用する圧力との合力が、前記回転軸芯に沿う方向視で前記回転軸芯の方向に向かっても良い。

これによると、例えば、第１外歯ギヤと第１内歯ギヤとを第１減速機構とし、第２外歯ギヤと第２内歯ギヤとを第２減速機構とした場合に、カムシャフトから作用するカムトルクに抗する力を得るように設計する場合に、第１減速機構と第２減速機構との歯部の歯面形状を殆ど共通する形状に設定することも可能となる。

つまり、第１外歯ギヤと第１内歯ギヤとの歯面の設計、第２外歯ギヤと第２内歯ギヤとの歯面の設計により、カムシャフトからカムトルクが作用した場合に、第２内歯ギヤの歯面から第２外歯ギヤの歯面に作用する圧力と、第１内歯ギヤの歯面から第１外歯ギヤの歯面に作用する圧力と、の合力を、回転軸芯に沿う方向で回転軸芯に向かわせ、カムトルクに抗する力を得ることにより、出力軸に外部から回転力が伝わった場合に、この回転力が入力軸に伝わる不都合を抑制し、弁開閉時期（バルブタイミング）の安定的な維持が可能となる。

上記構成に加えた構成として、前記第１外歯ギヤと前記第２外歯ギヤとの歯形形状が等しく、前記偏心軸芯が前記回転軸芯から離れる方向に偏位した所定範囲の咬み合い領域においてのみ、前記第１外歯ギヤが前記第１内歯ギヤに咬み合い、且つ、前記第２外歯ギヤが前記第２内歯ギヤに咬み合っても良い。

これによると、第１外歯ギヤと前記第２外歯ギヤとの歯形形状が等しく、偏心軸芯が回転軸芯から離れる方向に偏位した所定範囲の咬み合い領域においてのみ、第１外歯ギヤが第１内歯ギヤに咬み合い、且つ、第２外歯ギヤが第２内歯ギヤに咬み合うことになる。このため、カムシャフトからカムトルクが作用した場合に、第２内歯ギヤの歯面から第２外歯ギヤの歯面に作用する圧力と、第１内歯ギヤの歯面から第１外歯ギヤの歯面に作用する圧力との１つの合力を回転軸芯に沿う方向で回転軸芯に向かわせることが可能となる。

つまり、この構成では、ハーモニックドライブのように２箇所の咬み合い位置で合力を発生させ、２つの合力がバランスしてカムトルクに抗する力を得にくいものと比較して、合力が作用する方向を１つの方向に設定し、カムトルクに抗する力を確実に作用させることが可能となる。

上記構成に加えた構成として、前記第１外歯ギヤの歯数と前記第２外歯ギヤの歯数とが等しく、前記第１外歯ギヤと前記第１内歯ギヤとの歯形と、前記第２外歯ギヤと前記第２内歯ギヤとの歯形との少なくとも一方が、サイクロイドやトロコイド曲線を圧縮した形状であっても良い。

これによると、例えば、第１外歯ギヤと第１内歯ギヤとの歯形を決める場合に、円周方向に沿ってサイクロイドやトロコイド曲線を配置し、必要とする歯数となるように周方向でサイクロイドの圧縮量を決めることにより、歯形を決めることが可能となる。

弁開閉時期制御装置の断面図である。 第１ギヤ減速部を示す弁開閉時期制御装置の縦断面図である。 第２ギヤ減速部を示す弁開閉時期制御装置の縦断面図である。 弁開閉時期制御装置の分解斜視図である。 カムトルクの作用時に第２内歯部と第２外歯部との間に作用する第１接触圧を示す図である。 カムトルクの作用時に第１内歯部と第１外歯部との間に作用する第２接触圧を示す図である。 第１接触圧と第２接触圧と、これらの合力とを示す図である。 位相制御モータ駆動時に第１外歯部と第１内歯部との間に作用する第１駆動圧を示す図である。 位相制御モータ駆動時に第２外歯部と第２内歯部との間に作用する第２駆動圧を示す図である。 第１駆動圧と第２駆動圧と、これらの合力とを示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔基本構成〕
図１に示すように、内燃機関としてのエンジンＥのクランクシャフト１と同期回転する駆動側回転体Ａと、吸気カムシャフト２（カムシャフトの一例）と一体回転する従動側回転体Ｂと、位相制御モータＭ（電動アクチュエータの一例）の駆動力により駆動側回転体Ａと従動側回転体Ｂとの相対回転位相を設定する位相調節機構Ｃとを備えて弁開閉時期制御装置１００が構成されている。

エンジンＥは、シリンダブロックに形成された複数のシリンダ３の夫々にピストン４を収容し、夫々のピストン４をコネクティングロッド５によりクランクシャフト１に連結した４サイクル型に構成されている。このエンジンＥのクランクシャフト１の出力スプロケット１Ｓと、駆動側回転体Ａの駆動スプロケット１１Ｓとに亘ってタイミングチェーン６（タイミングベルト等でも良い）が巻回されている。

エンジンＥの上部に回転軸芯Ｘと同軸芯で吸気カムシャフト２と排気カムシャフト（図示せず）とを備えており、吸気カムシャフト２は、回転に伴い吸気カムシャフト２に形成されたカム部２Ａから作用する力により吸気バルブを開閉作動させる。

位相制御モータＭは、エンジンＥに支持され、出力軸Ｍａが回転軸芯Ｘと同軸芯で配置されている。これによりエンジンＥの稼動時には、弁開閉時期制御装置１００の全体が回転軸芯Ｘを中心に回転する。また、エンジンＥが稼動する状況で、吸気カムシャフト２の回転速度と等しい速度で位相制御モータＭの出力軸Ｍａを回転させることで、位相調節機構Ｃが、駆動側回転体Ａと従動側回転体Ｂとの相対回転位相を維持する。

これに対し、吸気カムシャフト２の回転速度より、位相制御モータＭの出力軸Ｍａの増速、あるいは、減速により駆動側回転体Ａと従動側回転体Ｂとの相対回転位相を変化させ、吸気バルブの開閉時期（バルブタイミング）の設定を実現する。

尚、従動側回転体Ｂが駆動側回転体Ａの回転方向と同方向に変位する作動を進角作動と称し、この進角作動により吸気圧縮比が増大する。また、従動側回転体Ｂが駆動側回転体Ａと逆方向に変位する作動（前述と逆方向への作動）を遅角作動と称し、この遅角作動により吸気圧縮比が低減する。

〔ハウジング〕
図１～図４に示すように、駆動側回転体Ａは、ハウジング１１と、このハウジング１１のフロント側開口を閉じるフロントプレート１２と、このフロントプレート１２をハウジング１１に締結する複数の締結ボルト１３とを有している。

ハウジング１１は、回転軸芯Ｘを中心とする筒状となるハウジングボディ１１ａと、このハウジングボディ１１ａのうちフロントプレート１２と反対側の端部において回転軸芯Ｘに対し直交する姿勢のハウジングボトム１１ｂとを一体形成している。

また、ハウジングボディ１１ａの外周に駆動スプロケット１１Ｓが形成され、ハウジングボトム１１ｂには開口が形成されている。

フロントプレート１２は、回転軸芯Ｘを中心とする筒状壁部１２ａと、回転軸芯Ｘに対し直交する姿勢のプレート部１２ｂと、筒状壁部１２ａの外周に形成されたフランジ部１２ｃとを一体的に形成している。

図１に示すように、フロントプレート１２の筒状壁部１２ａの一部をハウジングボディ１１ａに嵌め込み、フランジ部１２ｃに貫通する締結ボルト１３をハウジングボディ１１ａの端部の雌ネジ部に螺合させる形態でハウジング１１とフロントプレート１２とが締結されている。

更に、図１、図２に示すように、フロントプレート１２の筒状壁部１２ａの内周に回転軸芯を中心とする第１内歯ギヤ１４が形成されている。この第１内歯ギヤ１４の複数の内歯夫々を第１内歯部１４Ａと称する。

〔中間回転部材〕
図１、図３、図４に示すように、従動側回転体Ｂは、ハウジング１１の内部空間に対し、回転軸芯Ｘを中心に回転自在に収容された中間回転部材２１で構成されている。

中間回転部材２１は、ハウジングボディ１１ａの内周面に接触状態で配置された円筒状部２１ａと、回転軸芯Ｘに直交する姿勢の壁状部２１ｂとを一体形成している。この中間回転部材２１は、壁状部２１ｂの中心部に貫通孔が形成され、この壁状部２１ｂの外面を吸気カムシャフト２の突出端に当接させた状態で、貫通孔に挿通する連結ボルト２２により吸気カムシャフト２に連結されている。

図３に示すように、中間回転部材２１の円筒状部２１ａのフロントプレート側の端部を、フロントプレート１２の筒状壁部１２ａの端部に近接させており、この筒状壁部１２ａにおける近接部位の内周に回転軸芯Ｘを中心とする第２内歯ギヤ２３が形成されている。この第２内歯ギヤ２３の複数の内歯夫々を第２内歯部２３Ａと称する。

〔位相調節機構〕
図１～図４に示すように、位相調節機構Ｃは、キャリアギヤ３０と、偏心部材３３と、第１軸受３４と、第２軸受３５と、バネ体３６と、リング３８とを備えている。

キャリアギヤ３０は、全長に亘って同一の歯数で同一の歯形の外歯部を形成した筒状であり、このキャリアギヤ３０のうち、一端側（歯幅方向での一端側）において第１内歯ギヤ１４に咬み合う歯部を第１外歯ギヤ３１と称し、他端側（歯幅方向での他端側）において第２内歯ギヤ２３に咬み合う歯部を第２外歯ギヤ３２と称している。図２に示すように、第１外歯ギヤ３１の複数の外歯夫々を第１外歯部３１Ａと称し、図３に示すように、第２外歯ギヤ３２の複数の外歯夫々を第２外歯部３２Ａと称している。また、第１外歯ギヤ３１と第２外歯ギヤ２３とは歯形形状を等しくしている。

偏心部材３３は、全体的に筒状であり、回転軸芯Ｘと平行姿勢となる偏心軸芯Ｙを中心とする円筒状の小径部３３ａと、回転軸芯Ｘを中心とする円筒状の大径部３３ｂとが一体的に形成され、内周には回転軸芯Ｘと平行姿勢となる一対の係合溝３３ｃが形成されている。

偏心部材３３の小径部３３ａの外周のうち、回転軸芯Ｘに沿う方向で偏心軸芯Ｙに向かう領域に形成された凹部に板バネ材で成るバネ体３６が嵌め込まれている。キャリアギヤ３０は、偏心部材３３の小径部３３ａに外嵌する第１軸受３４によって偏心軸芯Ｙを中心に回転自在に支持されている。キャリアギヤ３０は、第１軸受３４を介してバネ体３６の付勢力が作用する。また、小径部３３ａの外周には、第１軸受３４の位置を決めるリング３８を備えている。

図１に示すように、偏心部材３３は、大径部３３ｂに外嵌する第２軸受３５を介して回転自在に中間回転部材２１の円筒状部２１ａの内周に支持されている。この偏心部材３３は、一対の係合溝３３ｃに対して位相制御モータＭの出力軸Ｍａの係合ピン３７が係合している。尚、第１軸受３４と、第２軸受３５とにボールベアリングが使用されるが、ブッシュを用いても良い。

位相調節機構Ｃでは、第１内歯ギヤ１４の第１内歯部１４Ａの歯数を、キャリアギヤ３０の第１外歯ギヤ３１の第１外歯部３１Ａの歯数より１歯だけ多くしている。そしてキャリアギヤ３０が偏心部材３３の小径部３３ａに支持されることにより、図３に示すように回転軸芯Ｘと偏心軸芯Ｙとの位置関係から、偏心軸芯Ｙが回転軸芯Ｘから離れる方向に偏位した所定範囲となる咬み合い領域においてのみ、これら第１内歯部１４Ａと第１外歯部３１Ａとの一部を咬み合わることを実現している。

また、第２内歯ギヤ２３の第２内歯部２３Ａの歯数を、キャリアギヤ３０の第２外歯ギヤ３２の第２外歯部３２Ａの歯数より２歯だけ多くしている。そしてキャリアギヤ３０が偏心部材３３の小径部３３ａに支持されることにより、図４に示すように回転軸芯Ｘと偏心軸芯Ｙとの位置関係から、偏心軸芯Ｙが回転軸芯Ｘから離れる方向に偏位した所定範囲となる咬み合い領域においてのみ、これらの第２内歯部２３Ａと第２外歯部３２Ａとの一部を咬み合わせることを実現している。

この位相調節機構Ｃでは、第１内歯ギヤ１４と第１外歯ギヤ３１とを併せて減速部Ｇ１と称し、第２内歯ギヤ２３と第２外歯ギヤ３２とを併せて第２ギヤ減速部Ｇ２と称している。尚、第１ギヤ減速部Ｇ１と第２ギヤ減速部Ｇ２とは、ハイポサイクロイド型のギヤ減速機構（内接型遊星ギヤ減速機構）として機能する。

この位相調節機構Ｃでは、外歯ギヤ（第１外歯ギヤ３１と第２外歯ギヤ３２との上位概念）と、内歯ギヤ（第１内歯ギヤ１４と第２内歯ギヤ２３との上位概念）の歯部との咬み合わせ状態を維持する方向にバネ体３６の付勢力が作用する。

特に、位相調節機構Ｃでは、第１外歯ギヤ３１の第１内歯ギヤ１４に対する咬み合い径と、第２外歯ギヤ３２の第２内歯ギヤ２３に対する咬み合い径とを等しくしている。更に、前述したように第１外歯ギヤ３１と第２外歯ギヤ２３とは歯形形状を等しくしている。このような条件において第１外歯ギヤ３１の第１外歯部３１Ａの歯数より、第２外歯ギヤ３２の第２外歯部３２Ａの歯数を多くするため、第２外歯ギヤ３２を設計する際には、設定歯数に対応するサイクロイド曲線を設定し、このサイクロイド曲線を圧縮することで、設定歯数より多い歯数に対応させ、このように圧縮されたサイクロイド曲線に基づいて第２外歯ギヤ３２の歯形を決めている。この実施形態では、サイクロイド曲線に基づいて歯形を決めているが、トロコイド曲線に基づいて歯形を決めても良い。

〔作動形態〕
位相制御モータＭの出力軸Ｍａの回転速度と吸気カムシャフト２の回転速度（ハウジング１１の回転速度）とを等しくすることによりキャリアギヤ３０とハウジング１１とは相対回転することがない。これに対し、位相制御モータＭの出力軸Ｍａの回転速度を吸気カムシャフト２の回転速度（ハウジング１１の回転速度）より増速、あるいは、減速することにより、キャリアギヤ３０はハウジング１１に対して相対回転を開始する。

つまり、位相制御モータＭの出力軸Ｍａの増速時、あるいは、減速時には、偏心部材３３が、従動側回転体Ｂ（中間回転部材２１）に対して回転軸芯Ｘを中心に相対的に回転する。この回転に伴い第１ギヤ減速部Ｇ１では、偏心軸芯Ｙが回転軸芯Ｘを中心に公転するように移動し、第１内歯ギヤ１４の複数の第１内歯部１４Ａのうち、第１外歯ギヤ３１の第１外歯部３１Ａに咬み合う位置が回転軸芯Ｘを中心に変化し、この変化に伴って第１外歯ギヤ３１は、偏心軸芯Ｙを中心に回転する。

また、第１ギヤ減速部Ｇ１では、出力軸Ｍａが１回転した場合には、咬み合い位置が回転軸芯Ｘを中心に３６０度だけ移動するものの、第１内歯ギヤ１４の第１内歯部１４Ａの歯数より、第１外歯ギヤ３１の第１外歯部３１Ａの歯数が少ないため、この歯数の差に対応する角度だけ、第１内歯ギヤ１４（厳密にはハウジング１１）に対して第１外歯ギヤ３１（キャリアギヤ３０）が回転することになり、大きい減速比でキャリアギヤ３０を、偏心軸芯Ｙを中心に回転させる。

更に、第２ギヤ減速部Ｇ２では、出力軸Ｍａが１回転した場合には、咬み合い位置が回転軸芯Ｘを中心に３６０度だけ移動するものの、第１ギヤ減速部Ｇ１と同様に、第２内歯ギヤ２３の第２内歯部２３Ａの歯数より、第２外歯ギヤ３２の第２外歯部３２Ａの歯数が少ないため、この歯数の差に対応する角度だけ、第２内歯ギヤ２３と第２外歯ギヤ３２（キャリアギヤ３０）とが相対的に回転することになる。

この相対回転により、キャリアギヤ３０に対して中間回転部材２１を回転させることになる。その結果、ハウジング１１（駆動側回転体Ａ）に対して中間回転部材２１（従動側回転体Ｂ）を回転させ、結果として、ハウジング１１と吸気カムシャフト２との相対回転位相を変位させて弁開閉時期（バルブタイミング）の設定を実現している。

〔セルフロック〕
エンジンＥが稼動する状況では、吸気カムシャフト２からカムトルクが弁開閉時期制御装置１００に作用する。この弁開閉時期制御装置１００では、カムトルクが作用した際に第１ギヤ減速部Ｇ１と第２ギヤ減速部Ｇ２とがバルブタイミングの変動を抑制する力を作用させ、セルフロックにより出力軸Ｍａが回転する不都合を抑制し、所定のバルブタイミングを維持できるように構成されている。また、以下の説明で参照される図５、図６、図８、図９は、図面において回転軸芯Ｘが上側に位置する。

つまり、図５に示すように、カムトルクＦ０が吸気カムシャフト２から中間回転部材２１に作用した場合には、第２ギヤ減速部Ｇ２の第２内歯ギヤ２３の第２内歯部２３Ａの歯面が、第２外歯ギヤ３２の第２外歯部３２Ａの歯面に接触し、同図に示す第１接触圧Ｆ１が接触状態にある第２外歯部３２Ａの歯面に作用する。

また、第１接触圧Ｆ１が作用することにより、キャリアギヤ３０に対しカムトルクＦ０の作用方向と同方向に、偏心軸芯Ｙを中心とする回転トルクが作用する。このため、図６に示すように、第１ギヤ減速部Ｇ１の第１外歯ギヤ３１の第１外歯部３１Ａ歯面が、第１内歯ギヤ１４の第１内歯部１４Ａ歯面に接触し、同図に示す第２接触圧Ｆ２が、接触状態にある第１外歯部３１Ａの歯面に対して垂直方向に作用する。

前述したように、第１外歯ギヤ３１と第２外歯ギヤ３２との咬み合い径は等しく、これらのギヤの歯形も近似するため、図７に示すように、第１接触圧Ｆ１と第２接触圧Ｆ２との圧力値が等しくなり、合力Ｆ３を回転軸芯Ｘの方向に向けることが可能となる。

これにより、カムトルクＦ０が作用してもキャリアギヤ３０を回転させる力が作用することがなく、結果として、カムトルクの作用によって出力軸Ｍａが回転する不都合を抑制し、駆動側回転体Ａと従動側回転体Ｂとの相対回転位相を維持してバルブタイミングを安定的な維持を実現する。このように外力（カムトルク）が作用する状況において、外力による位相調節機構Ｃの作動を阻止するセルフロック状態に達する。尚、セルフロックの機能を有効に用いるためには、合力Ｆ３が作用する方向を回転軸芯Ｘに向かわせるのが理想であるが、出力軸Ｍａの回転を抑制するためには、合力Ｆ３を回転軸芯Ｘの近傍の所定のエリアに向かうように構成することも可能であり、このように構成することによりギヤの設計を容易に行える。

尚、第１外歯ギヤ３１と第２外歯ギヤ３２との咬み合い径は等しく、これらのギヤの歯形も等しい（近似しても良い）ため、合力Ｆ３を回転軸芯Ｘの方向に向けるように、第２内歯ギヤ２３と第２外歯ギヤ３２との歯面を設計し、第１内歯ギヤ１４と第１外歯ギヤ３１の歯面を設計することが容易にしている。特に、合力Ｆ３の方向を、回転軸芯Ｘの位置に正確に向ける必要はなく、例えば、合力Ｆ３の方向を基準に±１０度未満に設定され、好ましくは±６度未満に設定されることにより、セルフロックを実現することができる。尚、第１外歯ギヤ３１と第２外歯ギヤ３２の歯形、歯数を全く同一にしても良い。この場合、キャリアギヤ３０において第１外歯ギヤ３１と第２外歯ギヤ３２の境界はなくなり、単一の歯を有する形状となる。

この弁開閉時期制御装置１００は、位相制御モータＭの駆動力により内歯ギヤの歯部に対する外歯ギヤの歯部の咬み合い値が移動する場合には、位相制御モータＭに作用する負荷を低減するように構成されている。

つまり、位相制御モータＭから駆動トルクＦ１０の駆動力が作用した場合には、偏心部材３３の回転に伴い、キャリアギヤ３０の第１外歯ギヤ３１を半径に方向に変位させる力（歯丈方向に変位させる力）が作用する。このため、図８に示すように、第１外歯ギヤ３１の第１外歯部３１Ａの歯面と、第１内歯ギヤ１４の第１内歯部１４Ａ歯面とが接触する接触面から第１外歯部３１Ａに作用する第１駆動圧Ｆ１１は駆動トルクＦ１０より低下した値となる。

また、これと同様に、偏心部材３３の回転に伴い、図９に示すように、キャリアギヤ３０の第２外歯ギヤ３２を半径に方向に変位させる力（歯丈方向に変位させる力）が作用する。このため、第２外歯ギヤ３２の第２外歯部３２Ａの歯面と、第２内歯ギヤ２３の第２内歯部２３Ａの歯面とが接触する接触面から第２外歯部３２Ａに作用する第２駆動圧Ｆ１２は駆動トルクＦ１０より低下した値となる。

第１駆動圧Ｆ１１と第２駆動圧Ｆ１２とは、位相制御モータＭの駆動力の作用によって生ずるものであるため、作用方向が等しくなるものの、前述したように外歯ギヤ（第１外歯ギヤ３１と第２外歯ギヤ３２）が半径方向に変位する際に生ずるものであるため、駆動トルクＦ１０より小さく、図１０に示すように、第１駆動圧Ｆ１１と第２駆動圧Ｆ１２と駆動トルクＦ１０との合力Ｆ１３は、回転軸芯Ｘから外れた方向に向かうため駆動トルクＦ１０の作用を抑制することがなく、位相制御モータＭの駆動を容易に行わせる。

〔実施形態の作用効果〕
このように弁開閉時期制御装置１００は、位相制御モータＭの回転力を、第１ギヤ減速部Ｇ１と、第２ギヤ減速部Ｇ２とで２段に減速するため、位相制御モータＭに低トルクで小型のものを用いることが可能になる。

また、位相調節機構Ｃが、キャリアギヤ３０に形成される第１外歯ギヤ３１と第２外歯ギヤ３２との咬み合い径を等しくしているため、キャリアギヤ３０の全体の咬み合い径を一定にした形状を筒状にして構成を単純にし、位相調節機構Ｃの小型化を実現する。

セルフロック性能を高めているため、吸気カムシャフト２からカムトルクが作用した場合でも、バルブタイミングを変動させる不都合を招くことなく、バルブタイミングを安定させることが可能となる。

特に、キャリアギヤ３０の第１外歯ギヤ３１に対する第１内歯ギヤ１４の咬み合い径と、第２外歯ギヤ３２に対する第２内歯ギヤ２３の咬み合い径とが等しいため、セルフロック状態を作り出すために必要な歯面の設計が極めて容易になる。

〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い（実施形態と同じ機能を有するものには、実施形態と共通の番号、符号を付している）。

（ａ）キャリアギヤ３０に形成する第１外歯ギヤ３１と、第２外歯ギヤ３２との歯数を異ならせる。このように第１外歯ギヤ３１と第２外歯ギヤ３２との歯数を異ならせることにより、第１ギヤ減速部Ｇ１と第２ギヤ減速部Ｇ２との減速比を任意の値に設定することが可能となる。

（ｂ）弁開閉時期制御装置１００の構造は実施形態に示したものに限るものでなく、適宜変更することも可能である。

本発明は、弁開閉時期制御装置に利用することができる。

１ クランクシャフト
２ 吸気カムシャフト（カムシャフト）
１４ 第１内歯ギヤ
２３ 第２内歯ギヤ
３０ キャリアギヤ
３１ 第１外歯ギヤ
３２ 第２外歯ギヤ
３３ 偏心部材
Ａ 駆動側回転体
Ｂ 従動側回転体
Ｃ 位相調節機構
Ｅ エンジン（内燃機関）
Ｍ 位相制御モータ（電動アクチュエータ）
Ｘ 回転軸芯
Ｙ 偏心軸芯
Ｆ０ カムトルク
Ｆ１ 第１接触圧（圧力）
Ｆ２ 第２接触圧（圧力）
Ｆ３ 合力

Claims (4)

1. 内燃機関のクランクシャフトと同期して回転軸芯を中心に回転する駆動側回転体と、
   前記回転軸芯と同軸芯に配置され、前記内燃機関の弁開閉用のカムシャフトと一体回転する従動側回転体と、
   電動アクチュエータの駆動力により前記駆動側回転体および前記従動側回転体の相対回転位相を設定する位相調節機構と、を備え、
   前記位相調節機構が、
   前記回転軸芯を中心にして前記駆動側回転体と一体回転する第１内歯ギヤと、
   前記回転軸芯を中心にして前記従動側回転体と一体回転する第２内歯ギヤと、
   前記回転軸芯と平行姿勢の偏心軸芯を中心に回転自在で、歯幅方向の一方の端部側に前記第１内歯ギヤより少ない歯数で前記第１内歯ギヤに咬み合う第１外歯ギヤを形成し、歯幅方向で他方の端部側に前記第２内歯ギヤより少ない歯数で前記第２内歯ギヤに咬み合う第２外歯ギヤを形成した筒状のキャリアギヤと、
   前記キャリアギヤの内部空間に回転自在に内嵌し、前記電動アクチュエータの駆動力により前記回転軸芯を中心に回転することにより、前記第１外歯ギヤと前記第２外歯ギヤとを前記偏心軸芯を中心に回転させながら移動させる偏心部材とを備え、
   前記第１内歯ギヤに対する前記第１外歯ギヤの咬み合い径と、前記第２内歯ギヤに対する前記第２外歯ギヤの咬み合い径とが等しく、前記第１内歯ギヤと前記第１外歯ギヤとの歯数差と、前記第２内歯ギヤと前記第２外歯ギヤとの歯数差とを異ならせている弁開閉時期制御装置。
2. 前記キャリアギヤに前記カムシャフトからカムトルクが作用した場合に、
   前記カムトルクによって前記第２内歯ギヤの歯面から前記第２外歯ギヤの歯面に作用する圧力と、この圧力の作用による前記キャリアギヤの回転トルクによって前記第１内歯ギヤの歯面から前記第１外歯ギヤの歯面に作用する圧力との合力が、前記回転軸芯に沿う方向視で前記回転軸芯の方向に向かう請求項１に記載の弁開閉時期制御装置。
3. 前記第１外歯ギヤと前記第２外歯ギヤとの歯形形状が等しく、前記偏心軸芯が前記回転軸芯から離れる方向に偏位した所定範囲の咬み合い領域においてのみ、前記第１外歯ギヤが前記第１内歯ギヤに咬み合い、且つ、前記第２外歯ギヤが前記第２内歯ギヤに咬み合っている請求項１又は２に記載の弁開閉時期制御装置。
4. 前記第１外歯ギヤの歯数と前記第２外歯ギヤの歯数とが等しく、
   前記第１外歯ギヤと前記第１内歯ギヤとの歯形と、前記第２外歯ギヤと前記第２内歯ギヤとの歯形との少なくとも一方が、サイクロイドやトロコイド曲線を圧縮した形状である請求項１～３のいずれか一項に記載の弁開閉時期制御装置。

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