JP4725655B2 - バルブタイミング調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関においてクランク軸からのトルク伝達によりカム軸が開閉する動弁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に関する。

従来、クランク軸と連動して回転するハウジング並びにカム軸と連動して回転するベーンロータを備えたバルブタイミング調整装置が、広く用いられている。こうしたバルブタイミング調整装置では、ハウジングの内部においてベーンロータのベーンが回転方向に区画する遅角室又は進角室へ作動液を供給することにより、ハウジングに対するベーンロータの回転位相（以下、単に「回転位相」ともいう）を遅角側又は進角側へ変化させて所望のバルブタイミングを実現する（例えば特許文献１参照）。

さて、特許文献１のバルブタイミング調整装置は、回転位相を遅角側端及び進角側端の間の中間位相に保持して内燃機関の始動性を確保する機能を、発揮するものである。具体的に、特許文献１のバルブタイミング調整装置では、一端を固定端としてハウジングに常時係止させたねじりコイルばねの自由端を、中間位相よりも遅角側にてベーンロータに係止させることにより、当該ベーンロータをハウジングに対する進角側へ付勢するようにしている。これによれば、内燃機関の停止に際して回転位相が中間位相となるまでは、ベーンロータがねじりコイルばねによる進角側への付勢を受けてハウジングに対して相対回転するので、内燃機関の始動時における回転位相を中間位相に保持して機関始動性を確保し得るのである。

特開２００７−３２７４９０号公報

特許文献１のバルブタイミング調整装置においてねじりコイルばねは、ベーンロータの回転軸となるブッシュに対して、その外周側に配置されている。そして、中間位相よりも遅角側においては、ねじりコイルばねの自由端を係止したベーンロータが付勢される一方で、中間位相よりも進角側においては、ねじりコイルばねの自由端がハウジングに係止されてベーンロータの付勢が禁止されるようになっている。

このように、ハウジングに常時係止される固定端に対して自由端がベーンロータ及びハウジングのいずれかに係止されるねじりコイルばねは、機械的な安定性から、内周側のブッシュに点接触して荷重を与える状態となる。故に、ベーンロータがハウジングに対して相対回転すると、それに伴ってねじりコイルばねが変形しつつブッシュと摺動することにより、摺動抵抗を発生するおそれがある。ここで摺動抵抗は、ハウジングに対するベーンロータの遅角側への相対回転時と進角側への相対回転時とで、即ち回転位相の遅角変化時と進角変化時とで相反方向に発生する。そのため、ねじりコイルばねによる付勢と摺動抵抗とによりベーンロータに作用するトルクには、図１７に示すように、遅角変化時と進角変化時との間で大きなヒステリシスが現出する。こうしたヒステリシスは、作動液による正確な回転位相の調整、ひいては正確なバルブタイミングの調整を困難にするため、改善が望まれている。

本発明は、以上説明した問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、バルブタイミングを正確に調整するための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、内燃機関においてクランク軸からのトルク伝達によりカム軸が開閉する動弁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、ストッパを有し、クランク軸と連動して回転するハウジングと、カム軸と連動して回転する回転軸並びにハウジングの内部において進角室及び遅角室を回転方向に区画するベーンを一体に有し、遅角室又は進角室へ作動液が供給されることにより、ハウジングに対する回転位相が遅角側又は進角側へ変化するベーンロータと、最内周部分が回転軸に回転方向の巻付状態にて係止され、回転位相の遅角側端及び進角側端の間に設定される中間位相よりも遅角側又は進角側において最内周部分よりも外周部分がストッパに係止されることにより、ベーンロータをハウジングに対する進角側又は遅角側へ付勢する渦巻ばねと、を備え、ハウジングは、上記ストッパとしての第一ストッパを有し、ベーンロータは、第二ストッパを有し、渦巻ばねにおいて最内周部分よりも外周部分は、中間位相よりも遅角側において第一ストッパに係止される一方、中間位相よりも進角側において第二ストッパに係止されることを特徴とする。

請求項１に記載の発明の渦巻きばねは、ベーンロータに係止される最内周部分よりも外周部分が中間位相よりも遅角側又は進角側にてハウジングのストッパに係止されることにより、ベーンロータをハウジングに対する進角側又は遅角側へ付勢する。故に、内燃機関の停止に際して回転位相が中間位相となるまでは、ベーンロータが渦巻きばねによる進角側又は遅角側への付勢を受けてハウジングに対して相対回転することになるので、内燃機関の始動時における回転位相を中間位相に保持して機関始動性を確保し得る。

それに加えて、請求項１に記載の発明の渦巻きばねは、最内周部分がベーンロータの回転軸に回転方向の巻付状態にて係止されることで変形を抑えられているので、ハウジングに対するベーンロータの相対回転に伴って回転軸と摺動し難くなる。故に、渦巻きばねの最内周部分と回転軸との摺動に起因して、ハウジングに対するベーンロータの遅角側への相対回転時と進角側への相対回転時とで、即ち回転位相の遅角変化時と進角変化時とで相反方向に摺動抵抗が発生する事態を、抑制し得る。したがって、渦巻きばねによる付勢と摺動抵抗とによりベーンロータに作用するトルクにつき、回転位相の遅角変化時と進角変化時との間で現出するヒステリシスを低減して、作動液供給による回転位相調整、ひいてはバルブタイミング調整を正確に行うことができる。

さらに、請求項１に記載の発明によると、渦巻きばねにおいてベーンロータの回転軸に係止される最内周部分よりも外周部分は、中間位相よりも遅角側ではハウジングの上記ストッパとしての第一ストッパに係止されるので、ベーンロータを進角側の中間位相まで確実に付勢し得る。これに対して中間位相よりも進角側では、渦巻きばねの最内周部分及びそれよりも外周部分はベーンロータの回転軸及び第二ストッパにそれぞれ係止されるので、当該渦巻きばねによるベーンロータの付勢が禁止されることとなる。故に中間位相よりも進角側では、平均的に偏る変動トルクによってベーンロータを、当該変動トルクの偏り側となる遅角側の中間位相まで確実に付勢し得る。以上によれば、内燃機関の始動時における回転位相を中間位相に確実に保持して、始動性の確保効果を高めることができる。

一般に、カム軸からベーンロータへ伝達される変動トルクは、ハウジングに対する遅角側へ平均的に偏っている。そこで、請求項２に記載の発明のベーンロータは、カム軸から変動トルクを伝達されることにより、ハウジングに対する遅角側へ平均的に偏って付勢され、渦巻きばねは、中間位相よりも遅角側においてハウジングの第一ストッパに係止されることにより、ベーンロータをハウジングに対する進角側へ付勢する。この発明によると、中間位相よりも遅角側では、渦巻きばねをハウジングの第一ストッパに係止させて、平均的に遅角側へ偏る変動トルクに抗してベーンロータを進角側へ付勢することにより、内燃機関の停止に際して回転位相を中間位相まで変化させ得る。また一方、中間位相よりも進角側では、平均的に遅角側へ偏る変動トルクを利用することにより、内燃機関の停止に際して回転位相を中間位相まで変化させ得る。これらによれば、内燃機関の始動時における回転位相を中間位相に両側から保持して、機関始動性を確保することが可能となる。

請求項３に記載の発明の第一ストッパ及び第二ストッパは共に、回転軸の軸方向に沿う柱状に形成され、渦巻ばねにおいて最内周部分よりも外周部分となる最外周部分は、第一ストッパに係止されたときに当該第一ストッパを回転軸の径方向に挟んで回転軸の回転方向に開口するＵ字状の第一係止部と、第二ストッパに係止されたときに当該第二ストッパを回転軸の径方向に挟んで回転軸の回転方向に開口するＵ字状の第二係止部と、を形成する。この発明によると、渦巻ばねにおいて最内周部分よりも外周部分となる最外周部分の第一係止部は、中間位相より遅角側でハウジングの第一ストッパに係止される。このとき、回転軸の回転方向にＵ字状に開口する第一係止部は、回転軸の軸方向に沿う柱状の第一ストッパを回転軸の径方向に挟むことで、内周側へ位置ずれし難くなる。また一方、渦巻ばねの最外周部分の第二係止部は、中間位相より進角側でベーンロータの第二ストッパに係止される。このとき、回転軸の回転方向にＵ字状に開口する第二係止部は、回転軸の軸方向に沿う柱状の第二ストッパを回転軸の径方向に挟むことにより、内周側へ位置ずれし難くなる。以上によれば、最外周部分の係止位置のずれに起因して渦巻きばねの内外周の素線間に摺動抵抗が発生することによりベーンロータへの作用トルクにヒステリシスが現出する事態を、回転位相に拘らずに回避して、バルブタイミング調整の正確性を確保することができる。

請求項４に記載の発明の渦巻ばねは、内外周の素線同士が互いに離間するひげぜんまいからなる。この発明によると、ひげぜんまいからなる渦巻きばねは、ハウジングに対するベーンロータの相対回転に伴うねじりによっても、内外周の素線同士を離間させた形状を維持し得る。これによれば、渦巻きばねの内外周の素線間に摺動抵抗が発生することによりベーンロータへの作用トルクにヒステリシスが現出する事態を、回転位相に拘らずに回避して、バルブタイミング調整の正確性を確保することができる。

請求項５に記載の発明の渦巻ばねの最内周部分は、回転方向の少なくとも１８０度の範囲にて回転軸に巻付けられる。この発明によると、渦巻きばねにおいて回転方向の少なくとも１８０度の範囲にて回転軸に巻付けられる最内周部分については、形状が安定することにより、回転軸との間に摺動抵抗が発生し難くなる。これによれば、ベーンロータへの作用トルクに現出するヒステリシスの低減作用を高めて、バルブタイミングの正確な調整に貢献することができる。

請求項６に記載の発明の回転軸は、回転方向において輪郭が屈曲する角部を形成し、渦巻ばねの最内周部分は、当該角部を跨いで回転軸に巻付けられる。この発明によると、回転方向において輪郭が屈曲する角部を形成の回転軸に当該角部を跨いで巻付けられる渦巻ばねの最内周部分は、回転軸による係止位置のずれを抑制された状態となる。これにより、渦巻ばねの最内周部分と回転軸との間に摺動抵抗が発生し難くなるので、ベーンロータへの作用トルクに現出するヒステリシスの低減作用を高めて、バルブタイミングの正確な調整に貢献することができる。

請求項７に記載の発明において回転軸の輪郭形状は、角部を形成する多角形状であり、渦巻ばねの最内周部分は、回転方向の少なくとも１８０度の範囲に形成された複数の角部に跨って回転軸に巻付けられる。この発明によると、輪郭形状が多角形状の回転軸において回転方向の少なくとも１８０度の範囲に形成の複数の角部に跨って巻付けられる渦巻ばねの最内周部分は、回転軸による係止位置のずれを抑制されるのみならず、形状も安定することになる。これによれば、渦巻ばねの最内周部分と回転軸との間の摺動抵抗に起因してベーンロータへの作用トルクに現出するヒステリシスの低減作用を飛躍的に高めて、バルブタイミングの正確な調整に大きく貢献することができるのである。

請求項８に記載の発明においてベーンロータは、渦巻ばねの最内周部分を回転軸との間に挟むガイドを有する。この発明によると、回転軸の角部に跨った巻付状態と共に、ガイドと回転軸との間に挟まれた状態となる渦巻ばねの最内周部分は、回転軸による係止位置のずれを確実に規制され得る。これによれば、渦巻ばねの最内周部分と回転軸との間の摺動抵抗に起因してベーンロータへの作用トルクに現出するヒステリシスの低減作用を飛躍的に高めて、バルブタイミングの正確な調整に大きく貢献することができるのである。

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を示す構成図であって、図２のI−I線断面図である。 図１に示す駆動部のII−II線断面図である。 図１に示す駆動部が受ける変動トルクについて説明するための模式図である。 図１に示す駆動部のIV−IV線矢視図である。 図４に示す渦巻きばねの平面図（ａ）及び側面図（ｂ）である。 図４に示す付勢構造の作動について説明するための模式図である。 図４に示す付勢構造の作動について説明するための模式図である。 図４に示す付勢構造の作動について説明するための模式図であって、図６のVIII−VIII線断面図に相当する図である。 図４に示す付勢構造の作動について説明するための模式図であって、図７のIX−IV線断面図に相当する図である。 図４に示す付勢構造の作動による作用効果について説明するための特性図である。 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駆動部を示す構成図であって、図４に対応する図である。 図１１に示す付勢構造の作動について説明するための模式図である。 図１１に示す付勢構造の作動について説明するための模式図である。 図１１に示す付勢構造の作動について説明するための模式図であって、図１２のXIV−XIV線断面図に相当する図である。 図１１に示す付勢構造の作動について説明するための模式図であって、図１３のXV−XV線断面図に相当する図である。 図４の変形例を示す構成図である。 本発明により解決する課題について説明するための特性図である。

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を車両の内燃機関に適用した例を示している。バルブタイミング調整装置１は、カム軸２が開閉する「動弁」としての吸気弁のバルブタイミングを、「作動液」としての作動油により調整する。バルブタイミング調整装置１は、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置されて作動油により駆動される駆動部１０、並びに当該駆動部１０への作動油供給を制御する制御部４０を備えている。

（駆動部）
まず、駆動部１０の詳細を説明する。図１，２に示す駆動部１０においてハウジング１１は、シューハウジング１２、スプロケット１３及びフロントプレート１５等から構成されている。

金属製のシューハウジング１２は、円筒状のハウジング本体１２０と、仕切部として複数のシュー１２１，１２２，１２３とを有している。各シュー１２１，１２２，１２３は、ハウジング本体１２０において回転方向へ所定間隔ずつあけた箇所から内周側へ突出している。各シュー１２１，１２２，１２３の突出側端面は円弧面状であり、ベーンロータ１４の回転軸１４０の外周面に摺接する。回転方向において隣り合うシュー１２１，１２２，１２３の間には、それぞれ収容室２０が形成される。

スプロケット１３及びフロントプレート１５は共に金属で円環板状に形成されており、それぞれシューハウジング１２の両端部に同軸上に固定されている。ここで、複数の歯１９が外周側へ突出してなるスプロケット１３は、それらの歯１９に掛けられるタイミングチェーン（図示しない）を介してクランク軸と連繋する。これにより内燃機関の運転中は、クランク軸からスプロケット１３へ機関トルクが伝達されることで、ハウジング１１がクランク軸と連動して図２の時計方向へ回転する。

金属製のベーンロータ１４は、ハウジング１１内に同軸上に収容されており、軸方向の両側にてハウジング１１のスプロケット１３及びフロントプレート１５と摺接する。ベーンロータ１４は、円筒状の回転軸１４０と、ベーン１４１，１４２，１４３とを有している。

回転軸１４０は、カム軸２に対して同軸上に固定されている。これによりベーンロータ１４は、カム軸２と連動して図２の時計方向へ回転すると共に、ハウジング１１に対して相対回転可能となっている。ここで本実施形態の回転軸１４０は、軸本体１４４の両側に、スプロケット１３を軸方向に貫通してハウジング１１外部のカム軸２に固定されるボス１４５と、フロントプレート１５を軸方向に貫通してハウジング１１外部に開口するブッシュ１４６とを固定してなる。各ベーン１４１，１４２，１４３は、回転軸１４０の軸本体１４４において回転方向へ所定間隔ずつあけた箇所から外周側へ突出し、それぞれ対応する収容室２０内に収容されている。各ベーン１４１，１４２，１４３の突出側端面は円弧面状に形成され、ハウジング本体１２０の内周面と摺接する。

各ベーン１４１，１４２，１４３は、それぞれ対応する収容室２０を回転方向に区画することにより、進角室２２，２３，２４並びに遅角室２６，２７，２８をハウジング１１の内部に形成している。具体的に、シュー１２１及びベーン１４１の間には進角室２２が形成され、シュー１２２及びベーン１４２の間には進角室２３が形成され、シュー１２３及びベーン１４３の間には進角室２４が形成されている。これら進角室２２，２３，２４は、作動油が導入されることにより容積拡大し、シュー１２１，１２２，１２３に対してベーン１４１，１４２，１４３を進角側へ押圧する。これに対して、シュー１２２及びベーン１４１の間には遅角室２６が形成され、シュー１２３及びベーン１４２の間には遅角室２７が形成され、シュー１２１及びベーン１４３の間には遅角室２８が形成されている。これら遅角室２６，２７，２８は、作動油が導入されることにより容積拡大し、シュー１２２，１２３，１２１に対してベーン１４１，１４２，１４３を遅角側へ押圧する。

以上の構成により駆動部１０では、進角室２２，２３，２４への作動油導入及び遅角室２６，２７，２８からの作動油排出により回転位相は進角側へと変化し、それに応じてバルブタイミングが進角することになる。また一方、遅角室２６，２７，２８への作動油導入及び進角室２２，２３，２４からの作動油排出により回転位相は遅角側へと変化し、それに応じてバルブタイミングが遅角することになる。

ここで、図２に示す作動状態により実現される回転位相は、進角側端及び遅角側端の間となる中間位相のうち、内燃機関の始動性を確保する上で最適な始動位相である。そこで、本実施形態の始動位相については、例えば内燃機関のクランキング中に気筒への吸入空気量が吸気弁の閉弁遅延により過度に減少する事態を抑制して、内燃機関の始動を許容し得るように設定される。

（制御部）
次に、制御部４０の詳細を説明する。図１，２に示す制御部４０において、カム軸２を貫通して設けられる進角通路４２は、回転位相の変化に拘らず進角室２２，２３，２４と常時連通する。また、カム軸２を貫通して設けられる遅角通路４４は、回転位相の変化に拘らず遅角室２６，２７，２８と常時連通する。

図１に示す供給通路４６は、供給源であるポンプ４の吐出口と連通しており、オイルパン５からポンプ４の吸入口へ吸入された作動油が当該吐出口から吐出供給されるようになっている。ここで本実施形態のポンプ４は、内燃機関の回転に伴ってクランク軸により駆動されるメカポンプであり、内燃機関が停止するまで当該駆動が継続されるようになっている。また、ドレン通路４８は、オイルパン５に作動油を排出可能に設けられている。

位相制御弁５０は、進角通路４２、遅角通路４４、供給通路４６及びドレン通路４８に機械的に接続されている。位相制御弁５０は、ソレノイド５２への通電に従って作動することにより、進角通路４２及び遅角通路４４にそれぞれ連通する通路を供給通路４６及びドレン通路４８の間で切換える。

制御回路５４は、マイクロコンピュータを主体に構成されており、位相制御弁５０のソレノイド５２と電気的に接続されている。制御回路５４は、ソレノイド５２への通電を制御する機能と共に、内燃機関の作動を制御する機能を備えている。

こうした構成の制御部４０では、制御回路５４により制御されたソレノイド５２への通電に従って位相制御弁５０が作動することにより、進角通路４２及び遅角通路４４に対する供給通路４６及びドレン通路４８の各連通状態が切換えられる。その結果、進角通路４２及び遅角通路４４にそれぞれ供給通路４６及びドレン通路４８が連通するときには、ポンプ４からの作動油が通路４６，４２を通じて進角室２２，２３，２４へ導入され、遅角室２６，２７，２８の作動油が通路４４，４８を通じてオイルパン５へと排出される。したがって、このときには、回転位相の進角側への変化によりバルブタイミングが進角することになる。また一方、遅角通路４４及び進角通路４２にそれぞれ供給通路４６及びドレン通路４８が連通するときには、ポンプ４からの作動油が通路４６，４４を通じて遅角室２６，２７，２８へ導入され、進角室２２，２３，２４の作動油が通路４２，４８を通じてオイルパン５へと排出される。したがって、このときには、回転位相の遅角側への変化によりバルブタイミングが遅角することになる。

（特徴構成）
以下、バルブタイミング調整装置１の特徴構成を詳細に説明する。

（変動トルクの作用構造）
ベーンロータ１４の回転軸１４０にカム軸２が固定されている駆動部１０において内燃機関の回転中は、カム軸２が開閉駆動する吸気弁からのスプリング反力等に起因して、変動トルクがベーンロータ１４に作用する。ここで、図３に例示するように変動トルクは、ハウジング１１に対する進角側へベーンロータ１４を付勢する負トルクと、ハウジング１１に対する遅角側へベーンロータ１４を付勢する正トルクとの間において、交番するものである。そして、特に本実施形態の変動トルクについては、カム軸２及び軸受間のフリクション等に起因して、正トルクのピークトルクＴ＋が負トルクのピークトルクＴ−よりも大きくなっており、それらの平均トルクＴａｖｅが正トルク側へ偏っている。したがって、内燃機関の回転中においてベーンロータ１４は、カム軸２から伝達される変動トルクにより、ハウジング１１に対する遅角側へ平均的に偏って付勢されるようになっている。

（付勢構造）
図１，４に示す駆動部１０においてハウジング１１には、フロントプレート１５に固定されてシューハウジング１２とは反対側へ突出する金属製の第一ストッパ１８が、設けられている。本実施形態の第一ストッパ１８は、回転軸１４０の回転中心Ｏに対して設定距離Ｌｓを挟んで偏心する位置から、回転軸１４０の軸方向に沿う円柱ピン状に突出している。

ベーンロータ１４において、フロントプレート１５からシューハウジング１２とは反対側へ突出する回転軸１４０のブッシュ１４６は、正八角形状の外周面１４６ａにより、輪郭が回転方向にて屈曲する八つの角部１４６ｂを形成している。さらにベーンロータ１４は、ブッシュ１４６から径方向の相反方向へ平板状に突出する一対のアーム１４７ａ，１４７ｂを有している。一方のアーム１４７ａは、フロントプレート１５側へ突出する金属製の第二ストッパ１４８を一体に形成している。本実施形態の第二ストッパ１４８は、回転軸１４０の回転中心Ｏに対して第一ストッパ１８の場合と実質的に同距離Ｌｓを挟んで偏心する位置から、回転軸１４０の軸方向に沿う円柱ピン状に突出し、且つ回転軸１４０の回転方向において第一ストッパ１８と重ならないようになっている。他方のアーム１４７ｂには、それに固定されてフロントプレート１５側へ突出する金属製のガイド１４９が設けられている。本実施形態のガイド１４９は、回転軸１４０の回転中心Ｏに対してストッパ１８，１４８の場合Ｌｓよりも小さな距離Ｌｇを挟んで偏心する位置から、回転軸１４０の軸方向に沿う円柱ピン状に突出している。

回転軸１４０においてブッシュ１４６の外周側には、金属製の渦巻きばね７０が配置されている。図１，４，５に示すように渦巻きばね７０は、実質的に平面内での渦巻き状に形成されて内外周の素線同士が互いに離間する非接触型のひげぜんまいからなる。渦巻きばね７０は、その渦巻き中心Ｐが回転軸１４０の回転中心Ｏに対して位置合わせされて、フロントプレート１５とアーム１４７ａ，１４７ｂとの間に配置されている。

図４に示す渦巻きばね７０において最内周部分７２は、回転軸１４０の回転方向の少なくとも１８０度の範囲にてブッシュ１４６の外周面１４６ａに沿う形状に屈曲されることで、四つの屈曲部７２ａ（図５も参照）を形成している。各屈曲部７２ａは、ブッシュ１４６の外周面１４６ａにおいてそれぞれ対応する角部１４６ｂに嵌合している。これにより渦巻きばね７０の最内周部分７２は、回転方向の少なくとも１８０度の範囲に形成の四つの角部１４６ｂを跨いでブッシュ１４６に巻付けられて、回転軸１４０により回転方向の両側に係止されている。さらに、渦巻きばね７０の最内周部分７２のうち、先端部から数えて二つ目の屈曲部７２ａと三つ目の屈曲部７２ａとの間を結ぶ線状部分７２ｂについては、ガイド１４９とブッシュ１４６の外周面１４６ａとの間に挟まれている。これにより渦巻きばね７０の最内周部分７２は、回転軸１４０による係止位置のずれを規制された状態となっている。したがって、本実施形態では、回転軸１４０に対して溶着や接着等による渦巻きばね７０の固着が不要となっているが、そうした渦巻きばね７０の固着を行ってもよい。

図４に示す渦巻きばね７０において、最内周部分７２よりも外周部分となる最外周部分７４はＵ字状に湾曲又は屈曲されることで、係止部７４ａ，７４ｂ（図５も参照）を形成している。ここで、係止部７４ａ，７４ｂの形成位置は、回転軸１４０の回転中心Ｏに対してストッパ１８，１４８の場合と実質的に同距離Ｌｓを挟む位置に、設定されている。

図１，４に示すように第一係止部７４ａは、最外周部分７４において回転軸１４０の軸方向のフロントプレート１５側に設けられ、回転軸１４０の回転方向のうちハウジング１１に対する遅角側へ向かってＵ字状に開口している。図６に示すように、始動位相よりも遅角側の回転位相において第一係止部７４ａは、回転軸１４０の径方向に第一ストッパ１８を挟んだ状態で当該ストッパ１８により係止されることで、内周側への位置ずれを規制されるようになっている。

図１，４に示すように第二係止部７４ｂは、最外周部分７４において回転軸１４０の軸方向のアーム１４７ａ側に第一係止部７４ａからずれて設けられ、回転軸１４０の回転方向のうちハウジング１１に対する遅角側へ向かってＵ字状に開口している。図７に示すように、始動位相よりも進角側の回転位相において第二係止部７４ｂは、回転軸１４０の径方向に第二ストッパ１４８を挟んだ状態で当該ストッパ１８により係止されることで、内周側への位置ずれを規制されるようになっている。

尚、最内周部分７２及び最外周部分７４が屈曲又は湾曲される形状の渦巻きばね７０については、例えば厚さ２ｍｍ及び幅７ｍｍ程度の金属線材をダイス間へ押出して、プレス加工により当該形状を付与すること等によって製造可能である。

以上の付勢構造によれば、回転位相が始動位相よりも遅角側へ変化するときには、ベーンロータ１４の回転軸１４０に最内周部分７２を係止される渦巻きばね７０は、図６，８の如く最外周部分７４のうち第一係止部７４ａをハウジング１１の第一ストッパ１８に係止される。このとき、渦巻きばね７０の最外周部分７４のうち第二係止部７４ｂからはベーンロータ１４の第二ストッパ１４８が遅角側へ離間するので、渦巻きばね７０によってベーンロータ１４が進角側へ付勢された状態となる。

これに対し、回転位相が始動位相よりも進角側へ変化するときには、回転軸１４０に最内周部分７２を係止される渦巻きばね７０は、図７，９の如く最外周部分７４のうち第二係止部７４ｂを第二ストッパ１４８に係止される。このとき、渦巻きばね７０の最外周部分７４のうち第一係止部７４ａは第一ストッパ１８から進角側へ離間するので、渦巻きばね７０によるベーンロータ１４の付勢が禁止された状態となる。

ここまで説明の第一実施形態によると、始動位相よりも遅角側では、ハウジング１１の第一ストッパ１８とベーンロータ１４の回転軸１４０とに係止される渦巻きばね７０により、平均的に遅角側へ偏る変動トルクに抗してベーンロータ１４が進角側へ付勢される。また一方、始動位相よりも進角側では、ベーンロータ１４の第二ストッパ１４８及び回転軸１４０に渦巻きばね７０が係止されるので、平均的に遅角側へ偏る変動トルクによってベーンロータ１４が当該遅角側へ付勢されることになる。これらによれば、内燃機関の停止に際して回転位相を遅角側からでも進角側からでも始動位相まで変化させることができるので、内燃機関の始動時における回転位相を始動位相に保持して機関始動性を確保し得るのである。

ここで、第一実施形態による渦巻きばね７０の最内周部分７２は、ベーンロータ１４の回転軸１４０をなすブッシュ１４６に対して回転方向の巻付状態で係止されているので、ハウジング１１に対するベーンロータ１４の相対回転に伴って変形し難い。また特に、第一実施形態の最内周部分７２については、回転方向の少なくとも１８０度の範囲にてブッシュ１４６の外周面１４６ａに形成の四つの角部１４６ｂを跨いで巻付けられているので、形状が安定するのみならず、係止位置のずれを規制されることになる。さらにベーンロータ１４において、角部１４６ｂを跨いだ巻付状態と共にブッシュ１４６及びガイド１４９間に挟まれた第一実施形態の最内周部分７２は、係止位置のずれの規制作用を高められている。これらによれば、最内周部分７２とブッシュ１４６との摺動に起因して、ハウジング１１に対するベーンロータ１４の遅角側への相対回転時と進角側への相対回転時とで、即ち回転位相の遅角変化時と進角変化時とで相反方向に摺動抵抗が発生する事態を、抑制し得る。

加えて、ひげぜんまいからなる第一実施形態の渦巻きばね７０は、ハウジング１１に対するベーンロータ１４の相対回転に伴うねじりによっても、内外周の素線同士を互いに離間させた形状を維持し得る。さらに、第一実施形態において渦巻きばね７０の最外周部分７４は、係止部７４ａ又は７４ｂがストッパ１８又は１４８に係止されることにより、素線間隔を狭める内周側への位置ずれを回転位相に拘らず規制されることになる。これらによれば、回転位相の遅角変化時と進角変化時とで相反方向の摺動抵抗が渦巻きばね７０の素線間に発生する事態を、抑制し得るのである。

このように、渦巻きばね７０において最内周部分７２及びブッシュ１４６間の摺動抵抗並びに素線間の摺動抵抗が抑制される第一実施形態では、渦巻きばね７０による付勢と摺動抵抗とによってベーンロータ１４に作用するトルクにつき、図１０の如き傾向が現出する。即ち、回転位相の遅角変化時と進角変化時との間においてベーンロータへの作用トルクに現出するヒステリシスは、先述した図１７の場合と比べて低減されることになる。したがって、作動油供給による回転位相調整、ひいてはバルブタイミング調整を正確に行うことができるのである。

（第二実施形態）
図１１に示すように、本発明の第二実施形態は第一実施形態の変形例である。第二実施形態においてハウジング１０１１の第一ストッパ１０１８は、ベーンロータ１４の第二ストッパ１４８よりも外周側に配置されている。即ち、第二ストッパ１４８が設定距離Ｌｓを挟んで偏心している回転軸１４０の回転中心Ｏに対して、第一ストッパ１０１８は設定距離Ｌｓよりも大きな距離ｌｓを挟んで偏心しているのである。

さらに第二実施形態において、ひげぜんまいからなる渦巻きばね１０７０の最外周部分１０７４は、ω字状に湾曲又は屈曲されることで係止部１０７４ａ，１０７４ｂを形成している。ここで第一係止部１０７４ａの形成位置は、回転軸１４０の回転中心Ｏに対して第一ストッパ１０１８の場合と実質的に同距離ｌｓを挟む位置に、設定されている。また一方、第二係止部１０７４ｂの形成位置は、回転軸１４０の回転中心Ｏに対して第二ストッパ１４８の場合と実質的に同距離Ｌｓを挟む位置に、設定されている。

こうした距離設定により回転軸１４０の径方向にずらされた各係止部１０７４ａ，１０７４ｂは、回転軸１４０の回転方向のうちハウジング１０１１に対する遅角側へ向かってＵ字状に開口している。図１２に示すように、始動位相よりも遅角側の回転位相において第一係止部１０７４ａは、回転軸１４０の径方向に第一ストッパ１０１８を挟んだ状態で当該ストッパ１０１８により係止されることで、内周側への位置ずれを規制されるようになっている。また一方、図１３に示すように、始動位相よりも進角側の回転位相において第二係止部１０７４ｂは、回転軸１４０の径方向に第二ストッパ１４８を挟んだ状態で当該ストッパ１４８により係止されることで、内周側への位置ずれを規制されるようになっている。

以上の構成により、回転位相が始動位相よりも遅角側へ変化するときには、回転軸１４０に最内周部分７２を係止される渦巻きばね１０７０は、図１２，１４の如く最外周部分１０７４のうち第一係止部１０７４ａを第一ストッパ１０１８に係止される。このとき、渦巻きばね１０７０の最外周部分１０７４のうち第二係止部１０７４ｂからは第二ストッパ１４８が遅角側へ離間するので、渦巻きばね１０７０によってベーンロータ１４が進角側へ付勢された状態となる。

これに対し、回転位相が始動位相よりも進角側へ変化するときには、回転軸１４０に最内周部分７２を係止される渦巻きばね１０７０は、図１３，１５の如く最外周部分１０７４のうち第二係止部１０７４ｂを第二ストッパ１４８に係止される。このとき、渦巻きばね１０７０の最外周部分１０７４のうち第一係止部１０７４ａは第一ストッパ１０１８から進角側へ離間するので、渦巻きばね１０７０によるベーンロータ１４の付勢が禁止された状態となる。

このような第二実施形態によると、中間位相よりも遅角側では、ハウジング１０１１の第一ストッパ１０１８とベーンロータ１４の回転軸１４０とに係止される渦巻きばね１０７０により、平均的に遅角側へ偏る変動トルクに抗してベーンロータ１４が進角側へ付勢される。また一方、中間位相よりも進角側では、ベーンロータ１４の第二ストッパ１４８及び回転軸１４０に渦巻きばね１０７０が係止されるので、平均的に遅角側へ偏る変動トルクによってベーンロータ１４が当該遅角側へ付勢されることになる。これらによれば、第一実施形態と同様、内燃機関の停止に際して回転位相を始動位相まで両側から変化させることができるので、機関始動性を確保し得るのである。

さらに、第一実施形態と同様の原理により第二実施形態の渦巻きばね１０７０においても、最内周部分７２及びブッシュ１４６間の摺動抵抗並びに素線間の摺動抵抗が抑制されて、ベーンロータへの作用トルクに現出のヒステリシスが低減され得る。したがって、作動油供給による回転位相調整、ひいてはバルブタイミング調整を正確に行うことができるのである。

（他の実施形態）
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、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。

具体的には、図１６に変形例（同図は、図４に示す第一実施形態の変形例）を示すように、ベーンロータ１４の回転軸１４０においてブッシュ１４６の外周面１４６ａを円筒面状に形成してもよい。この場合、渦巻きばね７０，１０７０の最内周部分７２を、好ましくは少なくとも１８０度の範囲で当該外周面１４６ａに巻付けて係止させることになる。また、ベーンロータ１４の回転軸１４０におけるブッシュ１４６の外周面１４６ａについては、少なくとも一つの角部１４６ｂを形成するように、例えば輪郭形状を正八角形状以外の多角形形状にしてもよい。さらにまて、ベーンロータ１４の回転軸１４０におけるブッシュ１４６の外周面１４６ａとの間に渦巻きばね７０，１０７０の最内周部分７２を挟むガイド１４９については、設けないようにしてもよい。

渦巻きばね７０については、実質的に平面内での渦巻き状に形成されて内外周の素線同士が互いに接触するぜんまいから、構成してもよい。また、渦巻きばね７０についてストッパ１８，１０１８，１４８による係止部分を、最内周部分７２よりも外周側且つ最外周部分７４よりも内周側に設定してもよい。

ハウジング１１，１０１１及びベーンロータ１４の回転方向については、第一及び第二実施形態の場合と反対方向（図２，４，１１等の反時計方向）に、設定してもよい。この場合、「進角」及び「遅角」の関係が各実施形態にて説明のものとは逆になる。即ち、始動位相よりも進角側において渦巻きばね７０，１０７０がベーンロータ１４を遅角側へ付勢することになるのである。

そして、本発明は、吸気弁のバルブタイミングを調整する装置以外にも、「動弁」としての排気弁のバルブタイミングを調製する装置や、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適用することができるのである。

１ バルブタイミング調整装置、２ カム軸、１０ 駆動部、１１，１０１１ ハウジング、１４ ベーンロータ、１４０ 回転軸、１４１，１４２，１４３ ベーン、１４４ 軸本体、１４５ ボス、１４６ ブッシュ、１４６ａ 外周面、１４６ｂ 角部、１４７ａ，１４７ｂ アーム、１４８ 第二ストッパ、１４９ ガイド、１５ フロントプレート、１８，１０１８ 第一ストッパ、２２，２３，２４ 進角室、２６，２７，２８ 遅角室、４０ 制御部、４２ 進角通路、４４ 遅角通路、５０ 位相制御弁、５４ 制御回路、７０，１０７０ 渦巻きばね、７２ 最内周部分、７２ａ 屈曲部、７２ｂ 線状部分、７４，１０７４ 最外周部分、７４ａ，１０７４ａ 第一係止部、７４ｂ，１０７４ｂ 第二係止部

Claims (8)

1. 内燃機関においてクランク軸からのトルク伝達によりカム軸が開閉する動弁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、
   ストッパを有し、前記クランク軸と連動して回転するハウジングと、
   前記カム軸と連動して回転する回転軸並びに前記ハウジングの内部において進角室及び遅角室を回転方向に区画するベーンを一体に有し、前記遅角室又は前記進角室へ作動液が供給されることにより、前記ハウジングに対する回転位相が遅角側又は進角側へ変化するベーンロータと、
   最内周部分が前記回転軸に回転方向の巻付状態にて係止され、前記回転位相の遅角側端及び進角側端間に設定される中間位相よりも遅角側又は進角側において前記最内周部分よりも外周部分が前記ストッパに係止されることにより、前記ベーンロータを前記ハウジングに対する進角側又は遅角側へ付勢する渦巻ばねと、
   を備え、
   前記ハウジングは、前記ストッパとしての第一ストッパを有し、
   前記ベーンロータは、第二ストッパを有し、
   前記渦巻ばねにおいて前記最内周部分よりも外周部分は、前記中間位相よりも遅角側において前記第一ストッパに係止される一方、前記中間位相よりも進角側において前記第二ストッパに係止されることを特徴とするバルブタイミング調整装置。
2. 前記ベーンロータは、前記カム軸から変動トルクを伝達されることにより、前記ハウジングに対する遅角側へ平均的に偏って付勢され、
   前記渦巻きばねは、前記中間位相よりも遅角側において前記第一ストッパに係止されることにより、前記ベーンロータを前記ハウジングに対する進角側へ付勢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. 前記第一ストッパ及び前記第二ストッパは共に、前記回転軸の軸方向に沿う柱状に形成され、
   前記渦巻ばねにおいて前記最内周部分よりも外周部分となる最外周部分は、
   前記第一ストッパに係止されたときに当該第一ストッパを前記回転軸の径方向に挟んで前記回転軸の回転方向に開口するＵ字状の第一係止部と、
   前記第二ストッパに係止されたときに当該第二ストッパを前記回転軸の径方向に挟んで前記回転軸の回転方向に開口するＵ字状の第二係止部と、を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載のバルブタイミング調整装置。
4. 前記渦巻ばねは、内外周の素線同士が互いに離間するひげぜんまいからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。
5. 前記最内周部分は、回転方向の少なくとも１８０度の範囲にて前記回転軸に巻付けられ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. 前記回転軸は、回転方向において輪郭が屈曲する角部を形成し、
   前記最内周部分は、当該角部を跨いで前記回転軸に巻付けられ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。
7. 前記回転軸の輪郭形状は、前記角部を形成する多角形状であり、
   前記最内周部分は、回転方向の少なくとも１８０度の範囲に形成された複数の前記角部に跨って前記回転軸に巻付けられることを特徴とする請求項６に記載のバルブタイミング調整装置。
8. 前記ベーンロータは、前記最内周部分を前記回転軸との間に挟むガイドを有することを特徴とする請求項６又は７に記載のバルブタイミング調整装置。

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