JP3796931B2 - 回転位相制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンのバルブタイミングの制御等に用いられる回転位相制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、入力部材に対する出力部材の回転位相を制御する装置は、例えばエンジンのバルブタイミングの制御に用いられており、この場合、クランクシャフトにより伝動手段を介して回転が伝達されるカムシャフトにより吸気弁や排気弁が開閉作動されるようになっている動弁装置において、クランクシャフトに連動するカムプーリ等の入力部材と出力部材であるカムシャフトとの間に回転位相制御装置が組み込まれている。
【０００３】
この種の回転位相制御装置としては、例えば特開平４−２３２３１２号公報に示されるように、カムシャフトとカムプーリとの間に、サンギヤとプラネットキャリヤに支持されたプラネットギヤとリングギヤとからなる遊星歯車機構が設けられ、そのリングギヤにカムプーリが連設され、プラネットキャリヤにカムシャフトが連結されるとともに、サンギヤに連設されたスリーブの後端に駆動力導入用ギヤが設けられ、一方、エンジン本体にステップモータが設置され、このモータの軸に、上記駆動力導入用ギヤに噛合するウォームが設けられた装置が知られている。
【０００４】
この装置では、上記サンギヤが停止されているときに、カムプーリに対してカムシャフトが一定の減速比で回転する。そして、上記ステップモータによりウォーム等を介してサンギヤが駆動されると、カムシャフトの位相が変化するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の装置によると、カムシャフトの端部に遊星歯車機構が組み込まれる一方、モータ軸がカムシャフトに直交する方向に延びるようにモータが配置された状態で、そのモータ軸に設けたウォームが、上記遊星歯車機構のサンギヤに連らなるスリーブの後端に設けられた比較的大形のギヤに噛合するようになっているため、モータ等の組付け作業が面倒であるとともに、カムシャフト配設場所の側方にステップモータ及びウォーム等を設置するスペースが必要となり、回転位相制御装置を含む動弁系のコンパクト化が困難になるというような問題があった。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑み、遊星歯車機構とその一部の要素に連結される位相変更用駆動手段とを一括に、かつコンパクトに入，出力部材に組み付けることができる回転位相制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、入力部材及び出力部材が固定側部分に対して回転可能な状態で同軸上に配置されるとともに、サンギヤとプラネタリギヤを支持するプラネタリキャリヤとリングギヤとの３要素で構成される入，出力部材接続用の遊星歯車機構が上記入，出力部材と同軸上に配置され、該遊星歯車機構を介して入力部材と出力部材とが接続され、かつ、該遊星歯車機構の一部の要素に位相変更用駆動手段が接続されている回転位相制御装置において、上記入，出力部材のうちの一方が上記リングギヤに、他方が上記プラネタリキャリアにそれぞれ連結され、上記位相変更用駆動手段は相対回転可能な２部材を有して、該２部材が上記遊星歯車機構と同軸上に配置された状態で、そのうちの一方の部材が固定側部分に連結固定され、他方の部材が上記サンギヤに接続されているとともに、この他方の部材であるロータと上記サンギヤとの間に減速機構が設けられ、これらロータ、サンギヤ及び減速機構が同軸上に配置された回転位相制御装置であって、上記減速機構は、軸方向に移動可能とされて上記ロータの中心部を貫通するように配置されたスライド部材を有し、このスライド部材と上記ロータとの対応箇所にロータの回転をスライド部材の軸方向移動に変換する送りねじが形成されるとともに、このスライド部材に上記サンギヤが設けられ、かつ、このサンギヤに軸方向移動を回転に変換するヘリカルギヤが形成されており、上記ロータの回転が減速されて遊星歯車機構に伝えられるように上記送りねじ及び上記ヘリカルギヤのリード角が設定されていることを特徴とするものである。
【０００８】
この発明によると、上記遊星歯車機構のサンギヤが停止している状態では入力部材の回転に応じて一定の変速比で出力部材が回転し、また、上記位相変更用駆動手段によりサンギヤが回転駆動されると、サンギヤが停止している状態と比べ、リングギヤとプラネタリキャリアの速度比が変化することにより出力部材の回転位相が変化する。さらに、上記減速機構を設けることで、位相変更用駆動手段の回転が減速されてサンギヤに伝えられるので、位相変更用駆動手段の駆動トルクの軽減及び位相制御の精度向上に有利となる。しかも、上記遊星歯車機構及び位相変更用駆動手段及び減速機構が入，出力部材と同軸上に配置されていることにより、コンパクト化が可能となり、かつ、組付けが容易になる。
【００１３】
このような減速機構を備える場合、上記送りねじのリード角が上記ヘリカルギヤのリード角よりも小さく設定され、かつ、上記送りねじのリード角はスラスト力に応じた回転力と摩擦力とが釣り合うときのリード角以下に設定されていることが好ましい。
【００１４】
このようにすると、上記送りねじのリード角が上記ヘリカルギヤのリード角よりも小さいことによりロータの回転が減速されて遊星歯車機構に伝えられる。また、位相変更用駆動手段の駆動が停止されているときに、出力部材側からの反力に対し、上記送りねじでの摩擦力によりロータを停止状態に保持する作用が得られる。
【００１７】
本発明は好ましくはエンジンの動弁装置においてバルブタイミングの変更のために用いられ、この場合、入力部材は伝動部材を介してエンジンのクランクシャフトに連結されたプーリ、出力部材は動弁用のカムシャフトであり、これらプーリ及びカムシャフトが固定側部分であるエンジン本体に対して回転可能な状態で同軸上に配置されるとともに、位相変更用駆動手段の一方の部材が上記エンジン本体に対して固定されている構成とすればよい。
【００１８】
このようにすると、カムシャフトの回転位相が変更可能となることでバルブタイミングの変更が可能となる。しかも、回転位相制御装置を構成する手段がカムシャフトの端部にコンパクトに組み付けられる。また、位相変更用駆動手段の一方の部材が上記エンジン本体に対して固定されているので、位相変更用駆動手段等がカムシャフトの端部に組み付けられるようになっていながらその荷重の一部がエンジン本体に支持されて、カムシャフトに大きな荷重が加わることがなく、カムシャフトの作動がスムーズに行われる。
【００１９】
また、本発明がエンジンの動弁装置に適用される場合に、上記プーリが入，出力部材接続用の遊星歯車機構のリングギヤに連結され、上記カムシャフトが該遊星歯車機構のプラネタリキャリアに連結されていることが好ましい。
【００２０】
このようにすると、カムシャフトをクランクシャフトに対して一定の減速比で回転させるように設定する必要があるエンジンの動弁装置において、上記プーリとカムシャフトとの間で減速が行われるので、その分だけクランクシャフトと上記プーリとの間の減速比を小さくすることができ、従って上記プーリの径を小さくすることができる。
【００２１】
上記位相変更用駆動手段は、例えば、相対回転可能な２部材として界磁用のコイルが配列されたステータと永久磁石が配列されたロータとを有する電動モータからなり、そのステータが固定側部分に連結固定されている。
【００２２】
このようにすると、上記電動モータが電気的にコントロールされることで出力部材の回転位相が制御される。
【００２３】
この場合、上記位相変更用駆動手段がステップ的に作動するモータからなり、そのロータが出力部材接続用の遊星歯車機構のサンギヤに減速機構を介して接続されていると、上記モータの１ステップ分に対して出力部材の位相変更角が小さくなり、位相制御の分解能が高められる。なお、ステップ的に作動するモータとは、ステップモータを含むほかに、例えばＤＣブラシレスモータ等でステップ的動作が可能なものも含むものである。
【００２４】
上記位相変更用駆動手段は、相対回転可能な２部材として油圧室を構成するケーシング部分とその内部に位置するロータ部分とを有する油圧モータからなるものであってもよい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の装置の一実施形態を概略的に示す。この図に示す例では、エンジンの動弁機構に組み込まれるバルブタイミング可変装置に適用しており、１はエンジン本体（図示せず）に回転自在に支承されたカムシャフトであって、回転に伴ってバルブ２（吸気弁または排気弁）を開閉作動するようになっている。カムシャフト１の端部周囲にはタイミングプーリ（歯付プーリ）からなるカムプーリ３が位置し、カムプーリ３はクランクシャフト４の端部に設けられたクランクプーリ５にタイミングベルト６を介して接続されている。この例ではカムシャフト１が出力部材に相当し、カムプーリ３が入力部材に相当する。
【００２６】
上記カムシャフト１の端部には、遊星歯車機構１０と位相変更用駆動手段としての電動モータ２０とが、カムシャフト１及びカムプーリ３と同軸上に配置され、これらにより回転位相制御装置が構成されている。
【００２７】
上記遊星歯車機構１０は、図２にも示すように、サンギヤ１１と、複数個のプラネタリギヤ１３を支持するプラネタリキャリヤ１２（以下、略してキャリヤ１２と呼ぶ）と、リングギヤ１４との３要素を備え、サンギヤ１１、キャリヤ１２及びリングギヤ１４が同軸上に互いに回転可能に配置されている。そして、リングギヤ１４にカムプーリ３が連結されるとともに、キャリヤ１２にカムシャフト１が連結されている。
【００２８】
また、上記電動モータ２０は、相対回転可能な２部材としてステータ２１とロータ２３とを備えており、ステータ２１がエンジン本体に連結固定されている。また、この電動モータ２０のロータ２３と遊星歯車機構１０のサンギヤ１１とが減速機構を介して接続されている。当実施形態では減速機構が軸方向に移動可能なスライド部材３０を有し、このスライド部材３０に上記サンギヤ１１が連設されている。そして、後に詳述するように、ロータ２３とスライド部材３０とに設けられた送りねじ３１，３２により、ロータ２３の回転がスライド部材の軸方向移動に変換されるとともに、サンギヤ１１等がヘリカルギヤとされることにより、スライド部材３０の軸方向移動が回転に変換されて遊星歯車機構１０に伝えられるようになっている。
【００２９】
この回転位相制御装置の具体的構造を、図３及び図４を参照しつつ具体的に説明する。
【００３０】
上記遊星歯車機構１０のキャリヤ１２は、カムシャフト１の前端に嵌合するように形成された後部壁１２ａと、その外周側の複数箇所に連設されたボス部１２ｂと、後部壁１２ａの内周側に連設されて前方に延びるスリーブ１２ｃとを一体に備え、スリーブ１２ｃと後部壁１２ａとにわたって貫通孔１２ｄが形成されている。この貫通孔１２ｄにはねじ付きの軸体１５が挿通され、この軸体１５の先端のねじ部１５ａがカムシャフト１に形成されたねじ孔１６に螺着されることにより、軸体１５とともにキャリヤ１２がカムシャフト１に固定されている。また、上記各ボス部１２ｂには軸を介してプラネタリギヤ１３が回転可能に支承されている。
【００３１】
上記リングギヤ１４とカムプーリ３とは一体に連成され、さらにこれらと一体に、カムシャフト１に支承される内筒部分１７ａが設けられている。すなわち、所定径の円筒状部材１７の外周側にタイミングプーリであるカムプーリ３が形成されるとともに、この円筒状部材１７の前方側内周面にリングギヤ１４が形成され、かつ、円筒状部材１７の後方部内方に連結壁１７ｂを介して内筒部分１７ａが連設されている。この内筒部分１７ａはカムシャフト１及びこれに固定されたキャリヤ１２に、ベアリング１８を介して支承されている。
【００３２】
また、上記電動モータ２０は、例えばステップモータであって、界磁用のステータコイル２２を巻装したステータ２１と、永久磁石２４を配設したロータ２３とからなっている。上記ステータ２１はリング状に形成されてケーシング２５に取り付けられ、このケーシング２５に一体に設けられたブラケット２６がエンジン本体に固着されている。
【００３３】
上記ロータ２３はステータ２１の内方に配置されている、そして、このロータ２３の内方に上記軸体１５及びスリーブ１２ｃが挿通されており、軸体１５及びスリーブ１２ｃの前端部は上記ケーシング２５にベアリング２７を介して軸支されている。
【００３４】
上記スリーブ１２ｃの外側には円筒状のガイド部材３５が配置され、このガイド部材３５の外側に円筒状のスライド部材３０が配置されている。上記ガイド部材３５は上記ケーシング２５に固着されることによりエンジン本体に対して固定されており、このガイド部材３５の外周とスライド部材３０の内周とに相対応する軸方向のスプライン３６もしくはセレーションが形成され、そのスプライン３６等が係合することにより、上記スライド部材３０は回転が阻止された状態で軸方向に移動可能となっている。
【００３５】
上記スライド部材３０の前部は電動モータ２０の中心部に位置し、このスライド部材３０の前部外周にヘリカルスプライン状の送りねじ３１が形成され、これに噛合するねじ３２がロータ２３の内周面に形成されている。一方、スライド部材３０の後部は遊星歯車機構１０の中心部に位置し、このスライド部材３０の後部外周にサンギヤ１１が一体に設けられている。このサンギヤ１１と、これに噛合する各プラネタリギヤ１３と、各プラネタリギヤ１３に噛合するリングギヤ１４とが、いずれもヘリカルギヤとなっている。
【００３６】
上記ロータ２３の回転が減速されて遊星歯車機構１０に伝えられるように、上記送りねじ３１のリード角は上記サンギヤ１１を構成するヘリカルギヤのリード角よりも小さく設定されている。さらに、電動モータ２０の駆動が停止されているときにカムシャフト側からスライド部材３０に作用するスラスト力に対してロータ２３の停止状態を保持し得る程度に送りねじ３１のリード角が小さく設定されている。その設定の具体例については後に詳述する。
【００３７】
上記電動モータ２０は図１中に示すコントロールユニット４０により制御される。すなわち、予め運転状態に応じた最適なバルブタイミングが得られるようにカムシャフト１の回転位相が設定され、運転状態の変化に応じて上記回転位相が変更されるように電動モータ２０のステータコイル２２への通電が制御される。
【００３８】
上記電動モータ２０がステップモータである場合、位相変更量をステップ数に換算してオープン制御を行うようにすればよい。さらにこの場合、脱調等による動作不良の対策として、エンジンのクランク角を検出するクランク角センサ４１とカム角を検出するカム角センサ４２とからの信号に基づき、これらの位相差から換算したロータの回転位置とステップ数を積算した値とを比較し、両者が相違する場合に位置修正処理またはフェイル処理を行うようにすればよい。
【００３９】
以上のような当実施形態の装置によると、位相変更時以外は上記電動モータ２０の駆動が停止されて、遊星歯車機構１０のサンギア１１が固定されることにより、リングギヤ１４に接続されたカムプーリ３とキャリヤ１２に連結されたカムシャフト１とは、サンギヤ１１とリングギヤ１４との歯数の比によって決まる速度比で回転する。そして、予めこの速度比を考慮してクランクプーリ５とカムプーリ３のプーリ比が設定されていることにより、カムシャフト１がクランクシャフト４に対して所定の速度比（４サイクルエンジンの場合は１／２）で回転する。
【００４０】
位相変更時は、上記電動モータ２０が駆動されてそのロータ２３が回転することにより、その回転が送りねじ３１，３２で変換されて、スライド部材３０及びこれと一体のサンギヤ１１が軸方向に移動し、その軸方向移動がサンギヤ１１等を構成するヘリカルギヤで回転方向に変換され、サンギヤ１１からプラネタリギヤ１３に回転力が付加される。従って、サンギヤ１１が固定されている場合と比べてリングギヤ１４とキャリヤ１２の速度比が変化し、これによってカムシャフト１の回転位相が変化し、バルブタイミングが変えられる。
【００４１】
この場合、遊星歯車機構１０において、サンギヤの軸方向移動を変換した回転角に対してカムシャフト１の位相変化分の回転角が小さくなるように減速され、さらに、上記電動モータ２０と遊星歯車機構１０との間でも減速が行われることにより、位相変更に必要なモータ駆動トルクが小さくなるとともに、回転位相の制御の精度が高められる。
【００４２】
これらの作用を具体例を次に説明する。
【００４３】
上記遊星歯車機構１０においてサンギヤ１１の歯数とリングギヤ１４の歯数との比が１：３に設定されている場合、サンギヤ１１が固定されている状態では、リングギヤ１４の回転数（カムプーリ回転数）に対してキャリヤ１２の回転数（カムシャフト回転数）が３／４に減速される。従って、４サイクルエンジンの場合はカムシャフト回転数をクランクシャフト回転数の１／２とする必要があるので、プーリ比（クランクプーリ径／カムプーリ径）を２／３とすればよく、プーリ比が１／２（カムプーリ径がクランクプーリ径の２倍）とされる一般のエンジンと比べ、カムプーリの径を小さくすることができる。
【００４４】
そして、このような設定下でサンギヤ１１が回転すると、その回転角の１／４だけカムシャフト１の位相角が変化し、例えばサンギヤ１１が４°回転するとカムシャフト１の位相角が１°変化する。
【００４５】
サンギヤ回転角とキャリヤ回転角との比である遊星ギヤ比をｉp 、要求されるカムシャフト位相可変角をθ0 とし、これらの具体的値を例えばｉp＝４、θ0＝３０°とすると、サンギヤの回転角はθ0・ｉp＝１２０°とすればよい。ただし、当実施形態ではサンギヤ１１が回転せずに軸方向移動のみ可能であるため、サンギヤが１２０°回転したのと同等の軸方向移動を行う必要がある。
【００４６】
図５中に示すようにスライド部材３０の送りねじ３１の直径をＤ、スライド部材３０の軸方向移動量をｘ、サンギヤ１１のリード角（軸と直交する方向に対する角度）をγB とすると、
【００４７】
【数１】
ｘ＝π・Ｄ・（θ0・ｉp／３６０°）・tanγB
となる。例えばＤ＝２０mm、γB＝５０°とし、これらとθ0・ｉp＝１２０°とを上記式に代入すると、ｘ＝２４．９（mm）となり、スライド部材３０の軸方向移動可能な範囲をこの程度に設定しておけばよい。
【００４８】
また、電動モータ２０と遊星歯車機構１０との間においては、スライド部材３０と電動モータ２０との間の送りねじ３１，３２のスプライン角（カム軸方向に対する傾き角度）がサンギヤ１１のスプライン角よりも大きくされることにより、両者の比率に応じた減速が行われる。これらスプライン角の代りにリード角を用いると、送りねじ３１のリード角γA がサンギヤ１１のリード角γB より小さければ減速され、減速比に相当するヘリカルギヤ比ｉh は次のようになる。
【００４９】
【数２】
ｉh＝tanγA／tanγB
そして、好ましい一例としてｉh＝１０となるようにリード角γA ，γB が設定され、例えばサンギヤ１１のリード角がγB＝５０°であると、上記式から送りねじ３１のリード角はγA＝６．８°に設定される。
【００５０】
このようなヘリカルギヤ比ｉh の設定と上記のような遊星ギヤ比ｉp の設定とによると全体としてのギヤ比が１：４０となり、ロータ２３の回転に対してカムシャフト１の位相角が変化が１／４０となるように減速される。このように大幅に減速されるようにしておけば、効率の良い低トルク、高速型のモータを使用することができるとともに、位相制御の分解能が高められる。例えばステップ角が１．８°のステップモータを使用すると、分解能はクランク角で０．０９°（カム角で０．０４５°）となる。
【００５１】
また、上記電動モータ２０の駆動が停止されているときでもエンジン運転中はカムシャフト１からの反力によりスライド部材３０にスラスト力が作用し、それに応じてロータ２３に回転力が作用するが、上記送りねじ３１のリード角γA が充分に小さく設定されていれば摩擦抵抗により上記反力に対してロータ２３が回転しないように保持される。
【００５２】
すなわち、図６に示すように、スライド部材３０にスラスト力Ｐが作用したとき、送りねじ３１のピッチ円筒面に作用する回転力はＰ・sinγA であり、また、送りねじ３１の断面における歯面の傾斜をαとすると、送りねじ３１の歯面に作用する力の歯面垂直方向成分Ｐｎは
【００５３】
【数３】
Ｐｎ＝Ｐ・cosγA・cosα
であるので、歯面の摩擦係数をμとすると、摩擦力は
【００５４】
【数４】
μ・Ｐｎ＝μ・Ｐ・cosγA・cosα
となる。摩擦力と回転力がつり合ったときは、ロータ２３を停止状態に保持する作用が得られ、この場合の関係は次のようになる。
【００５５】
【数５】
Ｐ・sinγA−μ・Ｐ・cosγA・cosα＝０
∴tanγA＝μ・cosα
一般的にμ≒０．１５、α≒２０°であるので、γA≒８．０°となり、送りねじ３１のリード角がこれ以下であればロータ２３の停止状態が保持される。
【００５６】
ここで、上記のようにサンギヤ１１のリード角をγB＝５０°とするとともにヘリカルギヤ比をｉh＝１０とすべく、送りねじ３１のリード角をγA＝６．８°とした場合は、ロータ２３の停止状態を保持するための条件も満足することとなる。
【００５７】
図７及び図８は本発明の別の実施形態を示している。この実施形態でも、入，出力部材接続用の遊星歯車機構５０は、前記の図１〜図４の実施形態に示す遊星歯車機構１０と同様の基本構成を有するものであって、サンギヤ５１、プラネタリギヤ５３を支持するキャリヤ５２及びリングギヤ５４の３要素を備え、これらが同軸上に互いに回転可能に配置されており、リングギヤ５４にカムプーリ３が連設されるとともに、キャリヤ５２にカムシャフト１が連結されている。
【００５８】
ただし、サンギヤ５１、プラネタリギヤ５３及びリングギヤ５４は平歯車で構成されており、また、プラネタリギヤ５３に連成されて軸体５５によりカムシャフト１に固着されたスリーブ５５ｃの周囲に、上記サンギヤ５１が回転可能に配置されている。
【００５９】
位相変更用駆動手段としての電動モータ６０も、前記の図１〜図４の実施形態に示す電動モータ２０と同様の基本構成を有するものであって、ステータコイル６２を巻装したステータ６１と、永久磁石６４を配設したロータ６３とからなり、上記ステータ６１がリング状に形成されてケーシングに取り付けられ、このケーシングがブラケットを介してエンジン本体に固着されている。
【００６０】
当実施形態では上記電動モータ６０と入，出力部材接続用の遊星歯車機構５０との間に、減速機構を構成する補助遊星歯車機構７０が配置されている。この補助遊星歯車機構７０もサンギヤ７１、プラネタリギヤ７３を支持するキャリヤ７２及びリングギヤ７４の３要素からなるが、そのサンギヤ７１が上記ロータ６３に連結され、キャリヤ７２が入，出力部材接続用の遊星歯車機構５０のサンギヤ５１に接続され、リングギヤ７４がエンジン本体に対し固定されている。
【００６１】
この構造によっても、電動モータ６０のロータ６３の回転によってカムシャフト１の回転位相が変更され、かつ、ロータ６３の回転が補助遊星歯車機構７０により大きく減速されて入，出力部材接続用の遊星歯車機構５０に伝えられるため、低トルク高回転型のモータを用いることができるとともに回転位相の制御を精度良く行うことができ、しかも、電動モータ２０及び各遊星歯車機構５０，７０が同軸上にコンパクトに配置される等の作用、効果は、前記の実施形態と同様である。
【００６２】
尤も、前記の実施形態ではモータ２０の駆動停止時にカムシャフト側からの反力に対してロータ２３を停止状態に保持するために送りねじ３１，３２のリード角を小さくしているが、送りねじを有しない当実施形態ではこのような手段を採り得ない。そこで上記電動モータ６０に対し、電磁クラッチ（クラッチ手段）８０が設けられている。
【００６３】
この電磁クラッチ８０は、ロータ６３側と固定側とに設けられた一対の摩擦板８２，８３と、この一対の摩擦板８２，８３を接離するソレノイド８１とを備えている。そして、電動モータ６０の駆動停止時に、上記ソレノイド８１への通電の切替により上記摩擦板８２，８３が圧接され、これによりロータ６３が停止状態に保持されるようになっている。
【００６４】
なお、減速機構が前記の図１〜図４に示す実施形態のようになっている場合でも、送りねじ３１，３２のリード角の設計変更等により送りねじ３１，３２の摩擦抵抗だけではロータ２３の停止状態を保持する作用が不充分である場合には、電動モータ２０に対して電磁クラッチを付設してもよい。
【００６５】
本発明の装置の具体的構造は、上記各実施形態に示すもの以外にも種々変更可能である。
【００６６】
例えば、位相変更用駆動手段としては、上記電動モータ２０，６０の替わりに、相対回転可能な２部材として油圧室を構成するケーシングとその内部に位置するロータとを有する油圧モータを用いてもよく、この場合、ケーシングをブラケット等を介してエンジン本体に固定するとともに、ロータを減速機構を介して入，出力部材接続用の遊星歯車機構１０，５０のサンギヤ１１，５１に連結すればよい。
【００６７】
また、位相変更用駆動手段とロータを入，出力部材接続用の遊星歯車機構のサンギヤに接続する部分の構造としては、上記ロータとサンギヤとを直接連結してもよい。ただし、モータ駆動トルクを小さくするとともに、回転位相の制御の精度を高めるためには、図示の各実施形態に示すような減速機構を介在させることが望ましい。
【００６８】
また、入，出力部材接続用の遊星歯車機構と入，出力部材との接続構造としては、入力部材（カムプーリ）をキャリヤに連結するとともに出力部材（カムシャフト）をリングギヤに連結するようにしてもよい。ただし、図示の各実施形態に示すように入力部材（カムプーリ）をリングギヤに連結するとともに出力部材（カムシャフト）をキャリヤに連結する構造とする方が、カムプーリのプーリ径を小さくし得る等の利点がある。
【００６９】
【発明の効果】
以上のように本発明は、入，出力部材接続用の遊星歯車機構が入，出力部材と同軸上に配置された状態で、入，出力部材のうちの一方がリングギヤに、他方がプラネタリキャリアにそれぞれ連結されるとともに、相対回転可能な２部材を有する位相変更用駆動手段も上記遊星歯車機構と同軸上に配置された状態で、そのうちの一方の部材が固定側部分に連結固定され、他方の部材がサンギヤに接続されているため、上記位相変更用駆動手段の駆動により出力部材の回転位相の制御を行うことができる。しかも、遊星歯車機構及び位相変更用駆動手段が入，出力部材と同軸上に配置されているため、前述の特開平４−２３２３１２号公報に示されている従来装置のように位相変更用駆動手段であるモータが入，出力部材と直交する方向に延びるように配置されているものと比べ、位相変更用駆動手段等をコンパクトに配置することができ、かつ、入，出力部材に対する組付けが容易になる。
【００７０】
さらに、位相変更用駆動手段のロータと入，出力部材接続用の遊星歯車機構のサンギヤとの間に減速機構が同軸上に配置されていると、位相変更用駆動手段の駆動トルクの軽減及び位相制御の精度向上に有利となり、しかも、遊星歯車機構と位相変更用駆動手段と減速機構とを含む回転位相制御装置全体をコンパクトに配置することができる。
【００７１】
また、入力部材が伝動部材を介してエンジンのクランクシャフトに連結されたプーリ、出力部材がカムシャフトであるエンジンの動弁装置に適用した場合、バルブタイミングの変更を効果的に行うことができ、しかも、遊星歯車機構及び位相変更用駆動手段等をカムシャフトの端部にコンパクトに配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による回転位相制御装置の概略図である。
【図２】上記回転位相制御装置における遊星歯車機構の概略図である。
【図３】上記回転位相制御装置の具体的構造を示す断面図である。
【図４】位相変更用駆動手段としての電動モータの正面図である。
【図５】減速機構を構成するスライド部材の送りねじ及びサンギヤのリード角等を示す説明図である。
【図６】スライド部材の送りねじに対するスラスト方向の力に応じた回転力及び摩擦力を示す説明図である。
【図７】別の実施形態による回転位相制御装置の概略的である。
【図８】図７に示した回転位相制御装置の具体的構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１ カムシャフト
２ バルブ
３ カムプーリ
１０，５０ 遊星歯車機構
１１，５１ サンギヤ
１２，５２ キャリヤ
１３，５３ プラネタリギヤ
１４，５４ リングギヤ
２０，６０ モータ
２１，６１ ステータ
２３，６３ ロータ
３０ スライド部材
３１，３２ 送りねじ
７０ 補助遊星歯車機構
８０ 電磁クラッチ
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンのバルブタイミングの制御等に用いられる回転位相制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、入力部材に対する出力部材の回転位相を制御する装置は、例えばエンジンのバルブタイミングの制御に用いられており、この場合、クランクシャフトにより伝動手段を介して回転が伝達されるカムシャフトにより吸気弁や排気弁が開閉作動されるようになっている動弁装置において、クランクシャフトに連動するカムプーリ等の入力部材と出力部材であるカムシャフトとの間に回転位相制御装置が組み込まれている。
【０００３】
この種の回転位相制御装置としては、例えば特開平４−２３２３１２号公報に示されるように、カムシャフトとカムプーリとの間に、サンギヤとプラネットキャリヤに支持されたプラネットギヤとリングギヤとからなる遊星歯車機構が設けられ、そのリングギヤにカムプーリが連設され、プラネットキャリヤにカムシャフトが連結されるとともに、サンギヤに連設されたスリーブの後端に駆動力導入用ギヤが設けられ、一方、エンジン本体にステップモータが設置され、このモータの軸に、上記駆動力導入用ギヤに噛合するウォームが設けられた装置が知られている。
【０００４】
この装置では、上記サンギヤが停止されているときに、カムプーリに対してカムシャフトが一定の減速比で回転する。そして、上記ステップモータによりウォーム等を介してサンギヤが駆動されると、カムシャフトの位相が変化するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の装置によると、カムシャフトの端部に遊星歯車機構が組み込まれる一方、モータ軸がカムシャフトに直交する方向に延びるようにモータが配置された状態で、そのモータ軸に設けたウォームが、上記遊星歯車機構のサンギヤに連らなるスリーブの後端に設けられた比較的大形のギヤに噛合するようになっているため、モータ等の組付け作業が面倒であるとともに、カムシャフト配設場所の側方にステップモータ及びウォーム等を設置するスペースが必要となり、回転位相制御装置を含む動弁系のコンパクト化が困難になるというような問題があった。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑み、遊星歯車機構とその一部の要素に連結される位相変更用駆動手段とを一括に、かつコンパクトに入，出力部材に組み付けることができる回転位相制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、入力部材及び出力部材が固定側部分に対して回転可能な状態で同軸上に配置されるとともに、サンギヤとプラネタリギヤを支持するプラネタリキャリヤとリングギヤとの３要素で構成される入，出力部材接続用の遊星歯車機構が上記入，出力部材と同軸上に配置され、該遊星歯車機構を介して入力部材と出力部材とが接続され、かつ、該遊星歯車機構の一部の要素に位相変更用駆動手段が接続されている回転位相制御装置において、上記入，出力部材のうちの一方が上記リングギヤに、他方が上記プラネタリキャリアにそれぞれ連結され、上記位相変更用駆動手段は相対回転可能な２部材を有して、該２部材が上記遊星歯車機構と同軸上に配置された状態で、そのうちの一方の部材が固定側部分に連結固定され、他方の部材が上記サンギヤに接続されているとともに、この他方の部材であるロータと上記サンギヤとの間に減速機構が設けられ、これらロータ、サンギヤ及び減速機構が同軸上に配置された回転位相制御装置であって、上記減速機構は、軸方向に移動可能とされて上記ロータの中心部を貫通するように配置されたスライド部材を有し、このスライド部材と上記ロータとの対応箇所にロータの回転をスライド部材の軸方向移動に変換する送りねじが形成されるとともに、このスライド部材に上記サンギヤが設けられ、かつ、このサンギヤに軸方向移動を回転に変換するヘリカルギヤが形成されており、上記ロータの回転が減速されて遊星歯車機構に伝えられるように上記送りねじ及び上記ヘリカルギヤのリード角が設定されていることを特徴とするものである。
【０００８】
この発明によると、上記遊星歯車機構のサンギヤが停止している状態では入力部材の回転に応じて一定の変速比で出力部材が回転し、また、上記位相変更用駆動手段によりサンギヤが回転駆動されると、サンギヤが停止している状態と比べ、リングギヤとプラネタリキャリアの速度比が変化することにより出力部材の回転位相が変化する。さらに、上記減速機構を設けることで、位相変更用駆動手段の回転が減速されてサンギヤに伝えられるので、位相変更用駆動手段の駆動トルクの軽減及び位相制御の精度向上に有利となる。しかも、上記遊星歯車機構及び位相変更用駆動手段及び減速機構が入，出力部材と同軸上に配置されていることにより、コンパクト化が可能となり、かつ、組付けが容易になる。
【００１３】
このような減速機構を備える場合、上記送りねじのリード角が上記ヘリカルギヤのリード角よりも小さく設定され、かつ、上記送りねじのリード角はスラスト力に応じた回転力と摩擦力とが釣り合うときのリード角以下に設定されていることが好ましい。
【００１４】
このようにすると、上記送りねじのリード角が上記ヘリカルギヤのリード角よりも小さいことによりロータの回転が減速されて遊星歯車機構に伝えられる。また、位相変更用駆動手段の駆動が停止されているときに、出力部材側からの反力に対し、上記送りねじでの摩擦力によりロータを停止状態に保持する作用が得られる。
【００１７】
本発明は好ましくはエンジンの動弁装置においてバルブタイミングの変更のために用いられ、この場合、入力部材は伝動部材を介してエンジンのクランクシャフトに連結されたプーリ、出力部材は動弁用のカムシャフトであり、これらプーリ及びカムシャフトが固定側部分であるエンジン本体に対して回転可能な状態で同軸上に配置されるとともに、位相変更用駆動手段の一方の部材が上記エンジン本体に対して固定されている構成とすればよい。
【００１８】
このようにすると、カムシャフトの回転位相が変更可能となることでバルブタイミングの変更が可能となる。しかも、回転位相制御装置を構成する手段がカムシャフトの端部にコンパクトに組み付けられる。また、位相変更用駆動手段の一方の部材が上記エンジン本体に対して固定されているので、位相変更用駆動手段等がカムシャフトの端部に組み付けられるようになっていながらその荷重の一部がエンジン本体に支持されて、カムシャフトに大きな荷重が加わることがなく、カムシャフトの作動がスムーズに行われる。
【００１９】
また、本発明がエンジンの動弁装置に適用される場合に、上記プーリが入，出力部材接続用の遊星歯車機構のリングギヤに連結され、上記カムシャフトが該遊星歯車機構のプラネタリキャリアに連結されていることが好ましい。
【００２０】
このようにすると、カムシャフトをクランクシャフトに対して一定の減速比で回転させるように設定する必要があるエンジンの動弁装置において、上記プーリとカムシャフトとの間で減速が行われるので、その分だけクランクシャフトと上記プーリとの間の減速比を小さくすることができ、従って上記プーリの径を小さくすることができる。
【００２１】
上記位相変更用駆動手段は、例えば、相対回転可能な２部材として界磁用のコイルが配列されたステータと永久磁石が配列されたロータとを有する電動モータからなり、そのステータが固定側部分に連結固定されている。
【００２２】
このようにすると、上記電動モータが電気的にコントロールされることで出力部材の回転位相が制御される。
【００２３】
この場合、上記位相変更用駆動手段がステップ的に作動するモータからなり、そのロータが出力部材接続用の遊星歯車機構のサンギヤに減速機構を介して接続されていると、上記モータの１ステップ分に対して出力部材の位相変更角が小さくなり、位相制御の分解能が高められる。なお、ステップ的に作動するモータとは、ステップモータを含むほかに、例えばＤＣブラシレスモータ等でステップ的動作が可能なものも含むものである。
【００２４】
上記位相変更用駆動手段は、相対回転可能な２部材として油圧室を構成するケーシング部分とその内部に位置するロータ部分とを有する油圧モータからなるものであってもよい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の装置の一実施形態を概略的に示す。この図に示す例では、エンジンの動弁機構に組み込まれるバルブタイミング可変装置に適用しており、１はエンジン本体（図示せず）に回転自在に支承されたカムシャフトであって、回転に伴ってバルブ２（吸気弁または排気弁）を開閉作動するようになっている。カムシャフト１の端部周囲にはタイミングプーリ（歯付プーリ）からなるカムプーリ３が位置し、カムプーリ３はクランクシャフト４の端部に設けられたクランクプーリ５にタイミングベルト６を介して接続されている。この例ではカムシャフト１が出力部材に相当し、カムプーリ３が入力部材に相当する。
【００２６】
上記カムシャフト１の端部には、遊星歯車機構１０と位相変更用駆動手段としての電動モータ２０とが、カムシャフト１及びカムプーリ３と同軸上に配置され、これらにより回転位相制御装置が構成されている。
【００２７】
上記遊星歯車機構１０は、図２にも示すように、サンギヤ１１と、複数個のプラネタリギヤ１３を支持するプラネタリキャリヤ１２（以下、略してキャリヤ１２と呼ぶ）と、リングギヤ１４との３要素を備え、サンギヤ１１、キャリヤ１２及びリングギヤ１４が同軸上に互いに回転可能に配置されている。そして、リングギヤ１４にカムプーリ３が連結されるとともに、キャリヤ１２にカムシャフト１が連結されている。
【００２８】
また、上記電動モータ２０は、相対回転可能な２部材としてステータ２１とロータ２３とを備えており、ステータ２１がエンジン本体に連結固定されている。また、この電動モータ２０のロータ２３と遊星歯車機構１０のサンギヤ１１とが減速機構を介して接続されている。当実施形態では減速機構が軸方向に移動可能なスライド部材３０を有し、このスライド部材３０に上記サンギヤ１１が連設されている。そして、後に詳述するように、ロータ２３とスライド部材３０とに設けられた送りねじ３１，３２により、ロータ２３の回転がスライド部材の軸方向移動に変換されるとともに、サンギヤ１１等がヘリカルギヤとされることにより、スライド部材３０の軸方向移動が回転に変換されて遊星歯車機構１０に伝えられるようになっている。
【００２９】
この回転位相制御装置の具体的構造を、図３及び図４を参照しつつ具体的に説明する。
【００３０】
上記遊星歯車機構１０のキャリヤ１２は、カムシャフト１の前端に嵌合するように形成された後部壁１２ａと、その外周側の複数箇所に連設されたボス部１２ｂと、後部壁１２ａの内周側に連設されて前方に延びるスリーブ１２ｃとを一体に備え、スリーブ１２ｃと後部壁１２ａとにわたって貫通孔１２ｄが形成されている。この貫通孔１２ｄにはねじ付きの軸体１５が挿通され、この軸体１５の先端のねじ部１５ａがカムシャフト１に形成されたねじ孔１６に螺着されることにより、軸体１５とともにキャリヤ１２がカムシャフト１に固定されている。また、上記各ボス部１２ｂには軸を介してプラネタリギヤ１３が回転可能に支承されている。
【００３１】
上記リングギヤ１４とカムプーリ３とは一体に連成され、さらにこれらと一体に、カムシャフト１に支承される内筒部分１７ａが設けられている。すなわち、所定径の円筒状部材１７の外周側にタイミングプーリであるカムプーリ３が形成されるとともに、この円筒状部材１７の前方側内周面にリングギヤ１４が形成され、かつ、円筒状部材１７の後方部内方に連結壁１７ｂを介して内筒部分１７ａが連設されている。この内筒部分１７ａはカムシャフト１及びこれに固定されたキャリヤ１２に、ベアリング１８を介して支承されている。
【００３２】
また、上記電動モータ２０は、例えばステップモータであって、界磁用のステータコイル２２を巻装したステータ２１と、永久磁石２４を配設したロータ２３とからなっている。上記ステータ２１はリング状に形成されてケーシング２５に取り付けられ、このケーシング２５に一体に設けられたブラケット２６がエンジン本体に固着されている。
【００３３】
上記ロータ２３はステータ２１の内方に配置されている、そして、このロータ２３の内方に上記軸体１５及びスリーブ１２ｃが挿通されており、軸体１５及びスリーブ１２ｃの前端部は上記ケーシング２５にベアリング２７を介して軸支されている。
【００３４】
上記スリーブ１２ｃの外側には円筒状のガイド部材３５が配置され、このガイド部材３５の外側に円筒状のスライド部材３０が配置されている。上記ガイド部材３５は上記ケーシング２５に固着されることによりエンジン本体に対して固定されており、このガイド部材３５の外周とスライド部材３０の内周とに相対応する軸方向のスプライン３６もしくはセレーションが形成され、そのスプライン３６等が係合することにより、上記スライド部材３０は回転が阻止された状態で軸方向に移動可能となっている。
【００３５】
上記スライド部材３０の前部は電動モータ２０の中心部に位置し、このスライド部材３０の前部外周にヘリカルスプライン状の送りねじ３１が形成され、これに噛合するねじ３２がロータ２３の内周面に形成されている。一方、スライド部材３０の後部は遊星歯車機構１０の中心部に位置し、このスライド部材３０の後部外周にサンギヤ１１が一体に設けられている。このサンギヤ１１と、これに噛合する各プラネタリギヤ１３と、各プラネタリギヤ１３に噛合するリングギヤ１４とが、いずれもヘリカルギヤとなっている。
【００３６】
上記ロータ２３の回転が減速されて遊星歯車機構１０に伝えられるように、上記送りねじ３１のリード角は上記サンギヤ１１を構成するヘリカルギヤのリード角よりも小さく設定されている。さらに、電動モータ２０の駆動が停止されているときにカムシャフト側からスライド部材３０に作用するスラスト力に対してロータ２３の停止状態を保持し得る程度に送りねじ３１のリード角が小さく設定されている。その設定の具体例については後に詳述する。
【００３７】
上記電動モータ２０は図１中に示すコントロールユニット４０により制御される。すなわち、予め運転状態に応じた最適なバルブタイミングが得られるようにカムシャフト１の回転位相が設定され、運転状態の変化に応じて上記回転位相が変更されるように電動モータ２０のステータコイル２２への通電が制御される。
【００３８】
上記電動モータ２０がステップモータである場合、位相変更量をステップ数に換算してオープン制御を行うようにすればよい。さらにこの場合、脱調等による動作不良の対策として、エンジンのクランク角を検出するクランク角センサ４１とカム角を検出するカム角センサ４２とからの信号に基づき、これらの位相差から換算したロータの回転位置とステップ数を積算した値とを比較し、両者が相違する場合に位置修正処理またはフェイル処理を行うようにすればよい。
【００３９】
以上のような当実施形態の装置によると、位相変更時以外は上記電動モータ２０の駆動が停止されて、遊星歯車機構１０のサンギア１１が固定されることにより、リングギヤ１４に接続されたカムプーリ３とキャリヤ１２に連結されたカムシャフト１とは、サンギヤ１１とリングギヤ１４との歯数の比によって決まる速度比で回転する。そして、予めこの速度比を考慮してクランクプーリ５とカムプーリ３のプーリ比が設定されていることにより、カムシャフト１がクランクシャフト４に対して所定の速度比（４サイクルエンジンの場合は１／２）で回転する。
【００４０】
位相変更時は、上記電動モータ２０が駆動されてそのロータ２３が回転することにより、その回転が送りねじ３１，３２で変換されて、スライド部材３０及びこれと一体のサンギヤ１１が軸方向に移動し、その軸方向移動がサンギヤ１１等を構成するヘリカルギヤで回転方向に変換され、サンギヤ１１からプラネタリギヤ１３に回転力が付加される。従って、サンギヤ１１が固定されている場合と比べてリングギヤ１４とキャリヤ１２の速度比が変化し、これによってカムシャフト１の回転位相が変化し、バルブタイミングが変えられる。
【００４１】
この場合、遊星歯車機構１０において、サンギヤの軸方向移動を変換した回転角に対してカムシャフト１の位相変化分の回転角が小さくなるように減速され、さらに、上記電動モータ２０と遊星歯車機構１０との間でも減速が行われることにより、位相変更に必要なモータ駆動トルクが小さくなるとともに、回転位相の制御の精度が高められる。
【００４２】
これらの作用を具体例を次に説明する。
【００４３】
上記遊星歯車機構１０においてサンギヤ１１の歯数とリングギヤ１４の歯数との比が１：３に設定されている場合、サンギヤ１１が固定されている状態では、リングギヤ１４の回転数（カムプーリ回転数）に対してキャリヤ１２の回転数（カムシャフト回転数）が３／４に減速される。従って、４サイクルエンジンの場合はカムシャフト回転数をクランクシャフト回転数の１／２とする必要があるので、プーリ比（クランクプーリ径／カムプーリ径）を２／３とすればよく、プーリ比が１／２（カムプーリ径がクランクプーリ径の２倍）とされる一般のエンジンと比べ、カムプーリの径を小さくすることができる。
【００４４】
そして、このような設定下でサンギヤ１１が回転すると、その回転角の１／４だけカムシャフト１の位相角が変化し、例えばサンギヤ１１が４°回転するとカムシャフト１の位相角が１°変化する。
【００４５】
サンギヤ回転角とキャリヤ回転角との比である遊星ギヤ比をｉp 、要求されるカムシャフト位相可変角をθ0 とし、これらの具体的値を例えばｉp＝４、θ0＝３０°とすると、サンギヤの回転角はθ0・ｉp＝１２０°とすればよい。ただし、当実施形態ではサンギヤ１１が回転せずに軸方向移動のみ可能であるため、サンギヤが１２０°回転したのと同等の軸方向移動を行う必要がある。
【００４６】
図５中に示すようにスライド部材３０の送りねじ３１の直径をＤ、スライド部材３０の軸方向移動量をｘ、サンギヤ１１のリード角（軸と直交する方向に対する角度）をγB とすると、
【００４７】
【数１】
ｘ＝π・Ｄ・（θ0・ｉp／３６０°）・tanγB
となる。例えばＤ＝２０mm、γB＝５０°とし、これらとθ0・ｉp＝１２０°とを上記式に代入すると、ｘ＝２４．９（mm）となり、スライド部材３０の軸方向移動可能な範囲をこの程度に設定しておけばよい。
【００４８】
また、電動モータ２０と遊星歯車機構１０との間においては、スライド部材３０と電動モータ２０との間の送りねじ３１，３２のスプライン角（カム軸方向に対する傾き角度）がサンギヤ１１のスプライン角よりも大きくされることにより、両者の比率に応じた減速が行われる。これらスプライン角の代りにリード角を用いると、送りねじ３１のリード角γA がサンギヤ１１のリード角γB より小さければ減速され、減速比に相当するヘリカルギヤ比ｉh は次のようになる。
【００４９】
【数２】
ｉh＝tanγA／tanγB
そして、好ましい一例としてｉh＝１０となるようにリード角γA ，γB が設定され、例えばサンギヤ１１のリード角がγB＝５０°であると、上記式から送りねじ３１のリード角はγA＝６．８°に設定される。
【００５０】
このようなヘリカルギヤ比ｉh の設定と上記のような遊星ギヤ比ｉp の設定とによると全体としてのギヤ比が１：４０となり、ロータ２３の回転に対してカムシャフト１の位相角が変化が１／４０となるように減速される。このように大幅に減速されるようにしておけば、効率の良い低トルク、高速型のモータを使用することができるとともに、位相制御の分解能が高められる。例えばステップ角が１．８°のステップモータを使用すると、分解能はクランク角で０．０９°（カム角で０．０４５°）となる。
【００５１】
また、上記電動モータ２０の駆動が停止されているときでもエンジン運転中はカムシャフト１からの反力によりスライド部材３０にスラスト力が作用し、それに応じてロータ２３に回転力が作用するが、上記送りねじ３１のリード角γA が充分に小さく設定されていれば摩擦抵抗により上記反力に対してロータ２３が回転しないように保持される。
【００５２】
すなわち、図６に示すように、スライド部材３０にスラスト力Ｐが作用したとき、送りねじ３１のピッチ円筒面に作用する回転力はＰ・sinγA であり、また、送りねじ３１の断面における歯面の傾斜をαとすると、送りねじ３１の歯面に作用する力の歯面垂直方向成分Ｐｎは
【００５３】
【数３】
Ｐｎ＝Ｐ・cosγA・cosα
であるので、歯面の摩擦係数をμとすると、摩擦力は
【００５４】
【数４】
μ・Ｐｎ＝μ・Ｐ・cosγA・cosα
となる。摩擦力と回転力がつり合ったときは、ロータ２３を停止状態に保持する作用が得られ、この場合の関係は次のようになる。
【００５５】
【数５】
Ｐ・sinγA−μ・Ｐ・cosγA・cosα＝０
∴tanγA＝μ・cosα
一般的にμ≒０．１５、α≒２０°であるので、γA≒８．０°となり、送りねじ３１のリード角がこれ以下であればロータ２３の停止状態が保持される。
【００５６】
ここで、上記のようにサンギヤ１１のリード角をγB＝５０°とするとともにヘリカルギヤ比をｉh＝１０とすべく、送りねじ３１のリード角をγA＝６．８°とした場合は、ロータ２３の停止状態を保持するための条件も満足することとなる。
【００５７】
図７及び図８は本発明の別の実施形態を示している。この実施形態でも、入，出力部材接続用の遊星歯車機構５０は、前記の図１〜図４の実施形態に示す遊星歯車機構１０と同様の基本構成を有するものであって、サンギヤ５１、プラネタリギヤ５３を支持するキャリヤ５２及びリングギヤ５４の３要素を備え、これらが同軸上に互いに回転可能に配置されており、リングギヤ５４にカムプーリ３が連設されるとともに、キャリヤ５２にカムシャフト１が連結されている。
【００５８】
ただし、サンギヤ５１、プラネタリギヤ５３及びリングギヤ５４は平歯車で構成されており、また、プラネタリギヤ５３に連成されて軸体５５によりカムシャフト１に固着されたスリーブ５５ｃの周囲に、上記サンギヤ５１が回転可能に配置されている。
【００５９】
位相変更用駆動手段としての電動モータ６０も、前記の図１〜図４の実施形態に示す電動モータ２０と同様の基本構成を有するものであって、ステータコイル６２を巻装したステータ６１と、永久磁石６４を配設したロータ６３とからなり、上記ステータ６１がリング状に形成されてケーシングに取り付けられ、このケーシングがブラケットを介してエンジン本体に固着されている。
【００６０】
当実施形態では上記電動モータ６０と入，出力部材接続用の遊星歯車機構５０との間に、減速機構を構成する補助遊星歯車機構７０が配置されている。この補助遊星歯車機構７０もサンギヤ７１、プラネタリギヤ７３を支持するキャリヤ７２及びリングギヤ７４の３要素からなるが、そのサンギヤ７１が上記ロータ６３に連結され、キャリヤ７２が入，出力部材接続用の遊星歯車機構５０のサンギヤ５１に接続され、リングギヤ７４がエンジン本体に対し固定されている。
【００６１】
この構造によっても、電動モータ６０のロータ６３の回転によってカムシャフト１の回転位相が変更され、かつ、ロータ６３の回転が補助遊星歯車機構７０により大きく減速されて入，出力部材接続用の遊星歯車機構５０に伝えられるため、低トルク高回転型のモータを用いることができるとともに回転位相の制御を精度良く行うことができ、しかも、電動モータ２０及び各遊星歯車機構５０，７０が同軸上にコンパクトに配置される等の作用、効果は、前記の実施形態と同様である。
【００６２】
尤も、前記の実施形態ではモータ２０の駆動停止時にカムシャフト側からの反力に対してロータ２３を停止状態に保持するために送りねじ３１，３２のリード角を小さくしているが、送りねじを有しない当実施形態ではこのような手段を採り得ない。そこで上記電動モータ６０に対し、電磁クラッチ（クラッチ手段）８０が設けられている。
【００６３】
この電磁クラッチ８０は、ロータ６３側と固定側とに設けられた一対の摩擦板８２，８３と、この一対の摩擦板８２，８３を接離するソレノイド８１とを備えている。そして、電動モータ６０の駆動停止時に、上記ソレノイド８１への通電の切替により上記摩擦板８２，８３が圧接され、これによりロータ６３が停止状態に保持されるようになっている。
【００６４】
なお、減速機構が前記の図１〜図４に示す実施形態のようになっている場合でも、送りねじ３１，３２のリード角の設計変更等により送りねじ３１，３２の摩擦抵抗だけではロータ２３の停止状態を保持する作用が不充分である場合には、電動モータ２０に対して電磁クラッチを付設してもよい。
【００６５】
本発明の装置の具体的構造は、上記各実施形態に示すもの以外にも種々変更可能である。
【００６６】
例えば、位相変更用駆動手段としては、上記電動モータ２０，６０の替わりに、相対回転可能な２部材として油圧室を構成するケーシングとその内部に位置するロータとを有する油圧モータを用いてもよく、この場合、ケーシングをブラケット等を介してエンジン本体に固定するとともに、ロータを減速機構を介して入，出力部材接続用の遊星歯車機構１０，５０のサンギヤ１１，５１に連結すればよい。
【００６７】
また、位相変更用駆動手段とロータを入，出力部材接続用の遊星歯車機構のサンギヤに接続する部分の構造としては、上記ロータとサンギヤとを直接連結してもよい。ただし、モータ駆動トルクを小さくするとともに、回転位相の制御の精度を高めるためには、図示の各実施形態に示すような減速機構を介在させることが望ましい。
【００６８】
また、入，出力部材接続用の遊星歯車機構と入，出力部材との接続構造としては、入力部材（カムプーリ）をキャリヤに連結するとともに出力部材（カムシャフト）をリングギヤに連結するようにしてもよい。ただし、図示の各実施形態に示すように入力部材（カムプーリ）をリングギヤに連結するとともに出力部材（カムシャフト）をキャリヤに連結する構造とする方が、カムプーリのプーリ径を小さくし得る等の利点がある。
【００６９】
【発明の効果】
以上のように本発明は、入，出力部材接続用の遊星歯車機構が入，出力部材と同軸上に配置された状態で、入，出力部材のうちの一方がリングギヤに、他方がプラネタリキャリアにそれぞれ連結されるとともに、相対回転可能な２部材を有する位相変更用駆動手段も上記遊星歯車機構と同軸上に配置された状態で、そのうちの一方の部材が固定側部分に連結固定され、他方の部材がサンギヤに接続されているため、上記位相変更用駆動手段の駆動により出力部材の回転位相の制御を行うことができる。しかも、遊星歯車機構及び位相変更用駆動手段が入，出力部材と同軸上に配置されているため、前述の特開平４−２３２３１２号公報に示されている従来装置のように位相変更用駆動手段であるモータが入，出力部材と直交する方向に延びるように配置されているものと比べ、位相変更用駆動手段等をコンパクトに配置することができ、かつ、入，出力部材に対する組付けが容易になる。
【００７０】
さらに、位相変更用駆動手段のロータと入，出力部材接続用の遊星歯車機構のサンギヤとの間に減速機構が同軸上に配置されていると、位相変更用駆動手段の駆動トルクの軽減及び位相制御の精度向上に有利となり、しかも、遊星歯車機構と位相変更用駆動手段と減速機構とを含む回転位相制御装置全体をコンパクトに配置することができる。
【００７１】
また、入力部材が伝動部材を介してエンジンのクランクシャフトに連結されたプーリ、出力部材がカムシャフトであるエンジンの動弁装置に適用した場合、バルブタイミングの変更を効果的に行うことができ、しかも、遊星歯車機構及び位相変更用駆動手段等をカムシャフトの端部にコンパクトに配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による回転位相制御装置の概略図である。
【図２】上記回転位相制御装置における遊星歯車機構の概略図である。
【図３】上記回転位相制御装置の具体的構造を示す断面図である。
【図４】位相変更用駆動手段としての電動モータの正面図である。
【図５】減速機構を構成するスライド部材の送りねじ及びサンギヤのリード角等を示す説明図である。
【図６】スライド部材の送りねじに対するスラスト方向の力に応じた回転力及び摩擦力を示す説明図である。
【図７】別の実施形態による回転位相制御装置の概略的である。
【図８】図７に示した回転位相制御装置の具体的構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１ カムシャフト
２ バルブ
３ カムプーリ
１０，５０ 遊星歯車機構
１１，５１ サンギヤ
１２，５２ キャリヤ
１３，５３ プラネタリギヤ
１４，５４ リングギヤ
２０，６０ モータ
２１，６１ ステータ
２３，６３ ロータ
３０ スライド部材
３１，３２ 送りねじ
７０ 補助遊星歯車機構
８０ 電磁クラッチ
Claims (7)
- 入力部材及び出力部材が固定側部分に対して回転可能な状態で同軸上に配置されるとともに、サンギヤとプラネタリギヤを支持するプラネタリキャリヤとリングギヤとの３要素で構成される入，出力部材接続用の遊星歯車機構が上記入，出力部材と同軸上に配置され、該遊星歯車機構を介して入力部材と出力部材とが接続され、かつ、該遊星歯車機構の一部の要素に位相変更用駆動手段が接続されている回転位相制御装置において、上記入，出力部材のうちの一方が上記リングギヤに、他方が上記プラネタリキャリアにそれぞれ連結され、上記位相変更用駆動手段は相対回転可能な２部材を有して、該２部材が上記遊星歯車機構と同軸上に配置された状態で、そのうちの一方の部材が固定側部分に連結固定され、他方の部材が上記サンギヤに接続されているとともに、この他方の部材であるロータと上記サンギヤとの間に減速機構が設けられ、これらロータ、サンギヤ及び減速機構が同軸上に配置され、上記減速機構は、軸方向に移動可能とされて上記ロータの中心部を貫通するように配置されたスライド部材を有し、このスライド部材と上記ロータとの対応箇所にロータの回転をスライド部材の軸方向移動に変換する送りねじが形成されるとともに、このスライド部材に上記サンギヤが設けられ、かつ、このサンギヤに軸方向移動を回転に変換するヘリカルギヤが形成されており、上記ロータの回転が減速されて遊星歯車機構に伝えられるように上記送りねじ及び上記ヘリカルギヤのリード角が設定されていることを特徴とする回転位相制御装置。
- 上記送りねじのリード角が上記ヘリカルギヤのリード角よりも小さく設定され、かつ、上記送りねじのリード角はスラスト力に応じた回転力と摩擦力とが釣り合うときのリード角以下に設定されていることを特徴とする請求項１記載の回転位相制御装置。
- 入力部材は伝動部材を介してエンジンのクランクシャフトに連結されたプーリ、出力部材は動弁用のカムシャフトであり、これらプーリ及びカムシャフトが固定側部分であるエンジン本体に対して回転可能な状態で同軸上に配置されるとともに、位相変更用駆動手段の一方の部材が上記エンジン本体に対して固定されていることを特徴とする請求項１に記載の回転位相制御装置。
- 上記プーリが入，出力部材接続用の遊星歯車機構のリングギヤに連結され、上記カムシャフトが該遊星歯車機構のプラネタリキャリアに連結されていることを特徴とする請求項３記載の回転位相制御装置。
- 上記位相変更用駆動手段は、相対回転可能な２部材として界磁用のコイルが配列されたステータと永久磁石が配列されたロータとを有する電動モータからなり、そのステータが固定側部分に連結固定されていることを特徴とする請求項１に記載の回転位相制御装置。
- 上記位相変更用駆動手段がステップ的に作動するモータからなり、そのロータが出力部材接続用の遊星歯車機構のサンギヤに減速機構を介して接続されていることを特徴とする請求項５記載の回転位相制御装置。
- 上記位相変更用駆動手段は、相対回転可能な２部材として油圧室を構成するケーシング部分とその内部に位置するロータ部分とを有する油圧モータからなることを特徴とする請求項１に記載の回転位相制御装置。
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