JP4792023B2 - 自動車用エンジンにおける位相可変装置の電磁ブレーキ冷却構造 - Google Patents

Description

本発明は、電磁ブレーキ手段により回転ドラムに制動力を作用させて、スプロケットに対するカムシャフトの回転位相を変化させてバルブの開閉タイミングを変化させる自動車用エンジンにおける位相可変装置に係わり、特に、位相可変装置の回転ドラムに制動力を作用させる電磁ブレーキ手段をエンジンオイルを循環させて冷却する冷却構造に関する。

この種の従来技術としては、下記特許文献１（図１９参照）に示すように、エンジンのクランクシャフトの駆動力が伝達される駆動部材（スプロケット）１２と動弁機構を構成するカムシャフト２間に介装した内外ヘリカルスプライン付き中間部材３０を軸方向に移動させることで、駆動部材１２とカムシャフト２間の位相が変化するように構成されている。即ち、周方向に回り止めされた電磁ブレーキ手段４０により、カムシャフト２に回転可能に支承されている回転ドラム４４に制動力を作用させ、これにより回転ドラム４４が駆動部材１２に対し遅延するとともに、連係して中間部材３０が軸方向に移動して、カムシャフト２が駆動部材１２に対し回動して両者１２，２間の位相が変化する。なお、同装置はエンジンルーム内部に配置されて、エンジンオイル雰囲気下で駆動する。

電磁ブレーキ手段４０は、電磁コイル６２を収容した横断面コ字型環状のクラッチケース６０と、クラッチケース６０の開口部を閉塞する保持プレート６４と、保持プレート６４に接着された摩擦材６６とを備えて構成されている。そして、クラッチケース６０の摩擦材６６と回転ドラム４４間の相対摺動面では、摺動熱により摺動面温度が高温となると、エンジンオイル中に分散している酸化防止剤や摩擦調整剤，清浄分散剤等の添加剤の反応物やオイル中の不溶解分により、一般に多孔質材で構成されている摩擦材６６の表面が目詰まりし、摩擦材６６と回転ドラム４４間に発生する摩擦トルクが低下する可能性がある。

このため、クラッチケース６０の摩擦材６６と回転ドラム４４間の相対摺動面の高温化を抑制するために、カムシャフト２内のオイル通路７０，側孔７３ｂを介してクラッチケース６０の半径方向内方に位置するオイル溜り７４にエンジンオイルが供給され、このオイル溜り７４のエンジンオイルがクラッチケース６０の内周壁前縁部に設けた切欠き６１ａを介して、摩擦材６６と回転ドラム４４間の相対摺動面に供給されて、相対摺動面を冷却する構成が採用されている。

そして、クラッチケース６０の外周壁前縁部に相対摺動面側のオイルを半径方向外方に導出する切欠き６１ｂを設けるとともに、摩擦材と正対する回転ドラム４４のディスク面にディスク内周縁から半径方向外方に延びる複数のオイル案内溝を設ける構造を考えた。即ち、ディスク面にオイル案内溝を設けることで、回転ドラム４４のディスク面のエンジンオイルとの接触面積が増えて、回転ドラム４４（のディスク面）からエンジンオイルへの放熱量が増えるし、ディスク面のオイル案内溝は、回転ドラム４４を鍛造する工程の中で簡単に成形できると考えたからである。
特開２００５−１１３７０５

近年は、排ガス規制の基準が厳格化され、自動車用エンジンの検査基準となる環境基準温度が、従来よりも低い氷点下にまで下げられたため、自動車用エンジンにおける位相可変装置も極低温である氷点下の環境で確実に動作させる必要がある。

一方、摩擦材と回転ドラムの相対摺動面の冷却用に使用するエンジンオイルは、氷点下等の極低温環境で使用した場合、粘性が高くなり流動性が極端に低下する場合がある。前記相対摺動面の冷却に使用するエンジンオイルの流動性が極端に低下した場合には、エンジンオイルに熱伝達が確実に行われる反面、熱伝達後に粘性の高いオイルが摩擦材と回転ドラムの相対摺動面上から排出されにくくなり、前記相対摺動面間の摩擦力が極端に低下して相互に滑りやすくなるため、前記相対摺動面の摩擦トルクが低下し、回転ドラムが制動されにくくなる。

この場合は、電磁クラッチ機構の作動電流値を上昇させ、回転ドラムに対する摩擦材の押圧力を大幅に強化することによって、回転ドラムを制動すること自体は可能であると言える。しかし、前記作動電流値を大きくして回転ドラムを制動すれば、回転ドラムが急制動され、カムシャフトとスプロケット間の相対変位角が想定外に大きくなる現象が発生し、前記相対変位角の微細な制御が出来なくなる問題が発生するおそれがある。

一方、エンジンを常温環境下で使用する際に回転ドラムを適切に制動させるためには、エンジンオイルの排出性を優先して排出速度を上げすぎた結果、エンジンオイルへの熱伝達が確実に行われなければ、摩擦材の温度上昇によりエンジンオイル中の不溶解分が摩擦材表面で目詰まりし、回転ドラムとの相対摺動面間の摩擦トルクが低下するおそれがある。

本発明は、上述した問題を考慮し、常温環境下での使用時に摩擦材の冷却性能を低下させないことを前提としつつ、氷点下のような極低温環境下において使用すること等により、摩擦材と回転ドラムの相対摺動面を冷却するエンジンオイルの粘性が高くなるような場合においても、エンジンオイルの循環を確実に行い、摩擦材と回転ドラム間の相対摺動面に発生する摩擦トルクの低下を防止することにより、カムシャフトとスプロケットの相対変位角の微細な制御を容易とした自動車用エンジンの位相可変装置の電磁ブレーキ冷却構造を提供するものである。

前記目的を達成するために、請求項１においては、クランクシャフトの駆動力が伝達される円環状スプロケットに対し動弁機構を構成するカムシャフトが同軸状で相対回動可能に配置され、前記カムシャフトに回転ドラムが回転可能に支承され、前記回転ドラムと軸方向に正対する位置には、前記回転ドラムに制動力を作用させる電磁ブレーキ手段が設けられ、前記制動力によって回転ドラムに生じる前記スプロケットに対する回転遅れに連係して、前記スプロケットとカムシャフト間の位相が変わる自動車用エンジンにおける位相可変装置において、
前記電磁ブレーキ手段は、前記回転ドラムのディスク面に向けて開口し、カムシャフトの軸線を含む断面形状がコ字型である円環の形状を有し、かつ周方向に回り止めされたクラッチケースと、前記クラッチケース内に収容された電磁コイルと、前記クラッチケースの開口部内側に固定された摩擦材保持プレートと、前記摩擦材保持プレートに接着されて、その表面が前記クラッチケースの内外周壁前縁部より僅かに突出する偏平な摩擦材とを備え、
前記クラッチケースの半径方向内側には、前記カムシャフトのオイル通路に連通し、かつ前記クラッチケースと回転ドラム間の相対摺動部の内周側に連通するオイル溜りが設けられた自動車用エンジンにおける位相可変装置の電磁ブレーキ冷却構造であって、
前記摩擦材に正対する前記回転ドラムのディスク面には、半径方向に対し、前記ドラムの回転方向と逆方向に傾斜するオイル案内溝が、前記ディスク面の内周縁から外周縁まで設けられ、
前記オイル案内溝は、前記ディスク内周縁端部と外周縁端部との間において、屈曲部を基点として前記回転ドラムのディスク外周縁の略接線方向に屈曲し、
前記オイル案内溝は、前記ディスク面の外周縁端部の幅が、前記内周縁端部の幅より広く、前記屈曲部から下流へ末広がりに形成されている。

なお、電磁ブレーキ手段によって作用する制動力により、回転ドラムにスプロケットに対する回転遅れが生じ、この回転遅れに連係して中間部材が軸方向に移動して、カムシャフトがスプロケットに対し回動する（スプロケットとカムシャフト間の位相が変化する）構成としては、例えば、本発明の実施例に示すように、回転ドラム４４に螺合しかつスプロケット（外筒部１０）とカムシャフト（内筒部２０）に内外ヘリカルスプライン係合する中間部材３０をスプロケット（外筒部１０）とカムシャフト（内筒部２０）間に介装した構成（図１，２参照）が考えられる。

（作用）エンジンのクランクシャフトの駆動力が伝達されるスプロケットと動弁機構を構成するカムシャフトが一体となって回動するように構成されて、スプロケットとカムシャフトとは同期して回転するが、電磁ブレーキ手段により回転ドラムに制動力が作用すると、回転ドラムにはスプロケットに対する回転遅れが生じ、この回転ドラムの回転遅れに連係して、スプロケットに対するカムシャフトの位相が変わる。

その際、クラッチケースの摩擦材と回転ドラム間の相対摺動面には、カムシャフト内のオイル溜まりから新たなエンジンオイルが導入されるとともに、摩擦材と回転ドラム間の相対摺動面において摩擦材やディスク面から熱を奪ったエンジンオイルは、半径方向に対し、回転ドラムのディスク面に設けられたオイル案内溝から外方に導出されるが、前記ディスク面の内周縁から外周縁にかけて設けられたオイル案内溝は、半径方向に対し、前記ドラムの回転方向と逆方向に傾斜しているため、溝を半径方向に向けるよりも前記オイルが外方に導出されやすい。また、オイル案内溝は、エンジンオイルの出口となるディスク面の外周縁側の幅が入口となる内周縁側の幅よりも広く、案内溝上のエンジンオイルは、粘性が高くても外側に抜けやすくなる。従って、相対摺動面上においては、エンジンオイルの粘性が高くても活発に排出されるため、前記相対摺動面が相互に滑りにくくなって摩擦トルクが低下せず、電磁クラッチ機構は、作動電流値を上げなくても回転ドラムを制動出来る。
また、摩擦材と回転ドラム間の相対摺動面にあるエンジンオイルは、摺動時に回転ドラムのディスクの略接線方向に力を受けつつディスクの外側に飛ばされる。従って、屈曲部を基点として前記略接線方向にオイル案内溝を屈曲させ、オイルが力を受ける方向とオイル案内溝のオイル排出口（外周縁端部）の方向を一致させることにより、オイル案内溝の側壁からの接触抵抗をオイルが受けにくくなるため、極低温環境下におけるオイルの排出が一層確実になる。

また、エンジンオイルと回転ドラムのディスク面との接触面積は、オイル案内溝の幅が入口から出口に向けて広くなることで大きくなることから、オイルの排出性が向上した状態であっても、幅が一定のオイル案内溝に比べて摩擦材と回転ドラム間の相対摺動面の冷却性が低下せずに維持される。

また、摩擦材と回転ドラム間の相対摺動面の冷却効果を更に上げるためには、ディスク面にオイル案内溝を複数設けて、ディスク面のエンジンオイルとの接触面積を増やすようにすることが望ましい。そして、回転ディスクが偏芯回転することなく、ディスク面全体が摩擦材全体に均一に接触して大きな制動力を得るためには、ディスク面に複数のオイル案内溝を周方向略等間隔に設けることが望ましい。

また、前記目的を達成するために請求項２の発明は、請求項１に記載の自動車用エンジンにおける位相可変装置の電磁ブレーキ冷却構造において、回転ドラムのディスク半径方向に対する前記オイル案内溝の傾斜角は、（前記案内溝のオイルが排出される）前記ディスク外周縁端部における傾斜角が、（オイルが導入される）前記ディスク内周縁端部における傾斜角よりも大きく形成されている。

（作用）請求項２では、回転ドラムのディスク半径方向に対してドラムの回転方向と逆向きに傾斜するオイル案内溝は、前記ディスクの外周縁端部（エンジンオイル出口）が、内周縁端部の傾斜角（オイル入口側）より大きく傾斜するため、前記オイル案内溝が、ディスクの内側に寄りつつ長く形成される。従ってエンジンオイルと回転ドラムのディスク面との接触面積が更に大きくなることから、常温使用時の摩擦材の冷却性が向上する。

また、前記目的を達成するために請求項３の発明は、請求項１または２に記載の自動車用エンジンにおける位相可変装置の電磁ブレーキ冷却構造において、前記回転ドラムのディスク面上に円周方向の円周溝を複数形成した。

（作用）摩擦材と回転ドラムのディスク面が相対的に摺動する際に多孔質の摩擦材表面に発生し、目詰まりの原因となるエンジンオイル中の不溶解物質（酸化防止剤や洗浄分散剤等の添加剤の反応物）が、前記円周溝内に堆積する。

請求項１によれば、常温使用時の摩擦材の冷却効果が維持されつつ、極低温下で使用した際の回転ドラムと摩擦材との相対摺動面間の滑りが防止されることにより、カムシャフトとスプロケットの位相を変化させる際に、回転ドラムの急制動が発生せず、カムシャフトとスプロケット間の相対変位角が大きくなり過ぎることもないため、氷点下のような極低温の温度条件下において使用することにより、エンジンオイルの粘性が高くなったとしても、電磁ブレーキ作動時の摩擦材と回転ドラム間の良好なブレーキ特性（制動性）が維持され、カムシャフトとスプロケットの相対変位角を微細に制御することが出来る
また、エンジンオイルと回転ドラムのディスク面との接触面積を大きくし、常温使用時の摩擦材の冷却効果を確実に維持しつつ、極低温使用下におけるエンジンオイルの排出を一層確実に行えるため、電磁ブレーキ作動時における摩擦材と回転ドラム間の更に良好なブレーキ特性（制動性）を得ることが出来る。摩擦材と回転ドラム間の相対摺動面におけるエンジンオイルの排出性が促進されることにより、前記相対摺動面とエンジンオイルとの接触時間が減少し、エンジンオイルへの熱伝達効率が若干低下したとしても、その分エンジンオイルと回転ドラムのディスク面との接触面積が大きくなることにより、摩擦材と回転ドラム間における相対摺動面の冷却性が低下することなく維持され、電磁ブレーキ作動時における摩擦材と回転ドラム間の更に良好なブレーキ特性（制動性）を得ることが出来る。

請求項２によれば、極低温下で使用した際のオイル排出性を維持しつつ、常温使用下において、摩擦材と回転ドラム間の相対摺動面におけるエンジンオイルの排出性促進が強くなり、摩擦材の冷却効果が若干低下した場合でも、エンジンオイルと回転ドラムのディスク面との接触面積の増大により、摩擦材の冷却性が維持されるため、電磁ブレーキ作動時における摩擦材と回転ドラム間の更に良好なブレーキ特性（制動性）を得ることが出来る。

請求項３によれば、摩擦材表面が目詰まりしないため、摩擦材表面の目詰まりによる摩擦トルクの低下を防止することが出来る。

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。

図１〜図１８は、本発明に係る位相可変装置の実施例１から６を示し、図１は本発明の第１の実施例である自動車用エンジンにおける位相可変装置の縦断面図、図２は同装置の内部構造を示す斜視図、図３は電磁ブレーキ手段の要部を構成する電磁クラッチの斜視図、図４は同電磁クラッチの正面図、図５（ａ），（ｂ）は摩擦材と回転ドラム間の相対摺動部の拡大断面図で、（ａ）はオイル導入用の切り欠き位置における断面図、（ｂ）はカシメ部位置における断面図、図６は回転ドラムの斜視図、図７は回転ドラムの正面図、図８は回転ドラムの縦断面図（図７に示す線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿う断面図）、図９は回転ドラムのディスク面に設けたオイル案内溝の横断面図（図７に示す線ＩＸ-ＩＸに沿う断面図）、図１０は回転ドラムの鍛造工程説明図、図１１は、（ａ）〜（ｃ）は、回転ドラムのオイル案内溝の形状毎における摩擦材表面温度の変化率と回転ドラムを制御可能なオイル粘度増加率を示す図、図１２から図１６は、それぞれ回転ドラムの第２実施例から第６実施例の正面図、図１７は、各実施例の摩擦材の変形例に関する正面図。図１８（ａ）〜（ｃ）は、回転ドラムのオイル案内溝に関する他の断面形状を示す図である。

これらの図において、この実施例に示す位相可変装置は、エンジンに組み付け一体化された形態で用いられ、クランクシャフトの回転に同期して吸排気弁が開閉するようにクランクシャフトの回転をカムシャフトに伝達するとともに、エンジンの負荷や回転数などの運転状態によってエンジンの吸排気弁の開閉のタイミングを変化させるための装置で、同装置は、エンジンのクランクシャフトの駆動力が伝達されるスプロケットである円環状外筒部１０と、外筒部１０と同軸に配置されて外筒部１０に対し相対回動可能で、カムシャフト２の一部を構成する従動側の円環状内筒部２０と、外筒部１０と内筒部２０にそれぞれヘリカルスプライン係合して外筒部１０と内筒部２０間に介装され、軸方向に移動して外筒部１０に対する内筒部２０の位相を変える中間部材３０と、内筒部２０のカムシャフト２非配設側に設けられて、中間部材３０を軸方向に移動させる電磁ブレーキ手段４０と、を備えて構成されている。符号８は、エンジンケース（位相可変装置用カバー）で、エンジン及び同装置は、エンジンオイル雰囲気下で用いられる。

外筒部１０は、内周縁にリング状の凹部１３が設けられたスプロケット本体１２と、スプロケット本体１２の側面に密着し、凹部１３と協働してフランジ係合溝１３Ａを画成する内フランジプレート１４と、内フランジプレート１４をスプロケット本体１２に共締め固定し、中間部材３０とのスプライン係合部が内周に形成されたスプラインケース１６とから構成されている。符号１３ａは、凹部１３の開口側の大径凹部、符号１３ｂは、凹部１３の奧側の小径凹部で、両者１３ａ，１３ｂ間には、後述する内筒部２０側のフランジ２４の外周縁と正対する段差部１３ｃが設けられている。スプロケットである外筒部１０（スプロケット本体１２）には、エンジンのクランクシャフトの回転がチェーンＣを介して伝達される。符号１１は、スプロケット本体１２と内フランジプレート１４とスプラインケース１６を固定一体化する締結ねじで、スプロケット本体１２と内フランジプレート１４とスプラインケース１６でスプロケット（外筒部１０）を構成することで、フランジ係合溝１３Ａの形成が容易で、外筒部１０（スプラインケース１６）におけるスプライン係合部１７の形成も容易となっている。

また、符号３２，３３は、中間部材３０の内外周面に設けられた雌雄ヘリカルスプライン、符号２３は内筒部２０の外周面に設けられている雄ヘリカルスプライン、符号１７はスプラインケース１６の内周面に設けられている雌ヘリカルスプラインである。そして、中間部材３０の内外のスプライン３２，３３は逆方向ヘリカルスプラインで、中間部材３０の軸方向への僅かな移動で、外筒部１０に対し内筒部２０の位相を大きく変化させることができる。符号３１は、中間部材３０の外周面に形成された雄角ねじ部である。

電磁ブレーキ手段４０は、エンジンケース８に支持された電磁クラッチ４２と、ベアリング２２によって内筒部２０に回転可能に支承されるとともに、中間部材３０の雄角ねじ部３１が螺合し、電磁クラッチ４２の制動力が伝達される回転ドラム４４と、回転ドラム４４と外筒部１０間に軸方向に介装されたねじりコイルばね４６とを備えて構成されている。符号４５は、回転ドラム４４の内周面に設けられた雌角ねじ部で、回転ドラム４４と中間部材３０は、角ねじ部４５，３１に沿って周方向に相対回動できる。即ち、中間部材３０は、角ねじ部４５，３１に沿って回動しながら軸方向に移動できる。また、回転ドラム４４と外筒部１０とは、巻き上げられたねじりコイルばね４６で連結されており、回転ドラム４４に制動力が作用しない状態では、外筒部１０，内筒部２０，中間部材３０および回転ドラム４４は、一体となって回転する。また、回転ドラム４４と外筒部１０（スプラインケース１６）間に介装したねじりコイルばね４６は軸方向に介装されているため、それだけ位相可変装置全体が軸方向には延びるが、半径方向にはコンパクトとなっている。

そして、電磁クラッチ４２のＯＮ・ＯＦＦおよび電磁クラッチ４２への通電量を制御することによって、中間部材３０が角ねじ部４５，３１に沿って回動しながら軸方向に移動し、これによって外筒部１０と内筒部２０の位相が変化して、カムシャフト２のカム２ａによるバルブの開閉のタイミングが調整される。即ち、電磁クラッチ４２をＯＮする前は、電磁クラッチ４２は図１仮想線に示す位置にあって、回転ドラム４４と電磁クラッチ４２間には隙間Ｓが形成されており、外筒部１０と内筒部２０は位相差なく一体に回転している。そして、電磁クラッチ４２をＯＮすると、電磁クラッチ４２が図１右方向にスライドして回転ドラム４４に吸引され、これにより回転ドラム４４には電磁クラッチ４２から伝達される制動力が作用する。そして、制動力が作用する回転ドラム４４に外筒部１０に対する回転遅れが生じ、即ち、中間部材３０が角ねじ部３１，４５によって前進（図１右方向に移動）し、中間部材３０の内外ヘリカルスプライン３２，３３によって、内筒部２０（カムシャフト２）が外筒部１０（スプロケット本体１２）に対し回動してその位相が変わる。そして、回転ドラム４４は、伝達された制動力とねじりコイルばね４６のばね力とがバランスする位置（内筒部２０が外筒部１０に対し所定の位相差をもつ位置）に保持される。

一方、電磁クラッチ４２をＯＦＦにすると、その制動力が回転ドラム４４に伝達されないため、コイルばね４６のばね力だけが作用する中間部材３０は、角ねじ部３１，４５によって後退（図１左方向に移動）して元の位置となり、この間に、内筒部２０（カムシャフト２）が外筒部１０（スプロケット本体１２）に対し逆方向に回動して、その位相差がなくなる。

また、内筒部２０の外周面(スプロケット本体１２との摺動面)にはフランジ２４が周設され、一方、外筒部１０(スプロケット本体１２)の内周面には、フランジ２４が係合するフランジ係合溝１３Ａが周設され、フランジ２４の側面とフランジ係合溝１３Ａの側面間に摩擦トルク付加部材５１，５５が介装されて、外筒部１０と内筒部２０間の相対摺動部の摩擦トルクが高められて、中間部材３０と外筒部１０および内筒部２０間のヘリカルスプライン係合部２３，３２、３３，１７における歯部同士がぶつかる打音の発生が抑制されている。

尚、本実施例では、電磁ブレーキ手段４０の作動とコイルバネ４６の付勢力により、中間部材３０をヘリカルスプライン（３２，３３）に沿って前後に移動させ、中間部材３０の移動量に応じてスプロケット本体１２とカムシャフト２の位相を変化させるヘリカルスプライン機構を採用しているが、電磁ブレーキ手段を採用した位相変化手段としては、特開2003-293710に示すような機構を採用することも考えられる。この機構は、電磁コイル機構によって中間回転体（本願中間ドラム相当）を駆動プレートに対して（本願スプロケットに相当）前後に相対回転させ、中間回転体、変換ガイド及び駆動プレートにそれぞれ形成した溝に球を介在させ、前記相対回転時に前記溝形状に応じて球が移動（本願中間部材機構に相当）することにより、移動量に応じてクランクシャフトと、カムシャフトの位相が変化する機構である。また電磁ブレーキ機構を利用した同様の位相変化手段として、特開2003-74602や特開2004-150397に示す機構の利用も考えられる。

次に、電磁ブレーキ手段４０を構成する電磁クラッチ４２の構造と、電磁クラッチ４２表面に設けた摩擦材６６と回転ドラム４４間の相対摺動面の冷却構造について説明する。

電磁クラッチ４２は、図３〜５に示すように、回転ドラム４４のディスク面に向けて開口し、カムシャフトの軸線を含む断面形状がコ字型である円環の形状を有し、かつ周方向に回り止めされたクラッチケース６０と、クラッチケース６０内に収容された電磁コイル６２と、クラッチケース６０の開口部内側に固定された金属製の摩擦材保持プレート６４と、摩擦材保持プレート６４に接着されて、その表面がクラッチケース６０の内外周壁６０ａ，６０ｂ前縁部より僅かに突出する偏平な摩擦材６６とを備えて構成されている。符号６８は、クラッチケース６０の背面側周方向複数個所に突設されたピンで、このピン６８がエンジンケース８側の孔８ａに係合して、クラッチケース６０は軸方向にはスライドできるが、周方向には移動できないように拘束されている。

即ち、クラッチケース６０内に電磁コイル６２が樹脂モールドにより固定され、クラッチケース６０の開口部内側には、摩擦材６６を一体化した摩擦材保持プレート６４が段差部６０ｃに載置され、摩擦材保持プレート６４の内周及び外周の周方向等分３個所がカシメにより、クラッチケースの内外周壁６０ａ，６０ｂに固定されている。図３，４に示す符号６０ｄはカシメ部を示す。また、摩擦材６６の半径方向の幅は摩擦材保持プレート６４の半径方向の幅より僅かに小さい寸法に形成され（摩擦材６６の内径は摩擦材保持プレート６４の内径より僅かに大きく、摩擦材６６の外径は摩擦材保持プレート６４の外径より僅かに小さく形成され）ており、これによってクラッチケースの内外周壁６０ａ，６０ｂと摩擦材６６間には、オイル通路となるリング状の溝６３ａ，６３ｂが設けられている。なお、摩擦材保持プレート６４のクラッチケース６０の開口部への固定手段は、前記したカシメに限るものではなく、接着や嵌合その他の適宜固定手段であればよい。

摩擦材６６は、電磁クラッチ４２がＯＮされたときに回転ドラム４４のディスク面に接近して摩擦力（制動力）を生じさせるためのもので、抄紙基材に熱硬化性樹脂を含浸した厚さ５００μｍのプレート状の多孔質成形体で構成されており、クラッチケース６０の内外周壁６０ａ，６０ｂの前縁部より５０μｍだけその表面が突出した形態となっている。

また、電磁クラッチ４２の摩擦材６６と回転ドラム４４間の相対摺動面には、エンジンオイルが常に供給されて、両者６６，４４の摺動面温度の上昇が抑制されている。

即ち、クラッチケース６０の半径方向内側には、図１に示すように、カムシャフト２内のオイル通路７０に連通し、かつクラッチケース６０と回転ドラム４４間の相対摺動部の内周側に連通するオイル溜り７４がエンジンケース８によって画成され、カムシャフト２内のオイル通路７０には、カムシャフト２のジャーナル軸受７３のオイルポートおよびカムシャフト２の側孔７３ａを介して、エンジンオイルがポンプＰによって圧送されている。符号７３ｂは、カムシャフト２に設けられて、オイル通路７０とオイル溜り７４に連通する側孔である。そして、クラッチケースの内周壁６０ａ前縁部には、摩擦材６６と回転ドラム４４間の相対摺動面にエンジンオイルを導入するオイル導入用の切り欠き６１ａが設けられ、一方、クラッチケースの外周壁６０ｂ前縁部には、摩擦材６６と回転ドラム４４間の相対摺動面のエンジンオイルを外方に導出するオイル導出用の切り欠き６１ｂが設けられている。

そして、クラッチケース６０の摩擦材６６と回転ドラム４４間の相対摺動面には、カムシャフト２内に設けたオイル通路７０，エンジンケース８と回転ドラム４４（ベアリング２２）間のオイル溜まり７４およびクラッチケースの内周壁６０ａ前縁部に設けた切り欠き６１ａを介してエンジンオイルが導入されて、摩擦材６６と回転ドラム４４の相対摺動面を冷却するとともに、摩擦材６６と回転ドラム４４間の相対摺動面の冷却に供されたエンジンオイルは、クラッチケース６０の外周壁６０ｂ前縁部に設けたオイル導出用の切り欠き６１ｂを介して半径方向外方に積極的に排出される。このため、それだけ摩擦材６６と回転ドラム４４間の相対摺動面へのエンジンオイルの給排速度が速く、摩擦材６６と回転ドラム４４間の相対摺動部におけるオイルの循環が活発となって、摩擦材６６と回転ドラム４４間の相対摺動面に発生する摺動熱が循環するエンジンオイルに放熱されて、摩擦材６６と回転ドラム４４の相対摺動面が効果的に冷却される。

また、摩擦材６６の表面には、図３，４に示すように、内周側から外周側に延びる風車型のオイル溝６７が設けられて、オイル導入用の切り欠き６１ａとオイル導出用の切り欠き６１ｂがリング状の隙間６３ａ、風車型のオイル溝６７、リング状の隙間６３ｂを介して連通している。このため、摩擦材６６と回転ドラム４４間の相対摺動部の半径方向内側に導入されたエンジンオイルは、摩擦材６６表面のオイル溝６７に沿ってスムーズに流れて、オイル導出用の切り欠き６１ｂから導出するので、摩擦材６６表面全体が均一に冷却されるとともに、オイルの導出量および導入量も増えて、それだけオイルの循環が活発となって、冷却効果もより優れている。

また、回転ドラム４４のディスク面４４ａの摩擦材６６に正対する位置には、図６〜９に示すように、周方向等分８個所に風車型のオイル案内溝９０（前記ディスク半径方向に対し、回転ドラム４４の回転方向と反対向きに傾斜している）が設けられており、オイル溜り７４内のエンジンオイルは、このオイル案内溝９０を介して摩擦材６６と回転ドラム４４間の相対摺動面に導かれるとともに、摩擦材６６と回転ドラム４４間の相対摺動部のオイルが外方に導出されるようになっている。

即ち、摩擦材６６と回転ドラム４４間の相対摺動面におけるエンジンオイルは、クラッチケース内外周壁６０ａ，６０ｂ前縁部の切り欠き６１ａ，６１ｂを介して給排される他、回転ドラム４４側のオイル案内溝９０を介しても給排されるので、それだけ摩擦材６６と回転ドラム４４間の相対摺動面におけるオイルの循環が活発となっている。

また、オイル案内溝９０は、図６及び図７に示すようにオイル出口側となるディスク面４４ａの外周縁側の幅をオイル入口側となる内周面側の幅より広く、下流に向けて末広がりの形状に形成にし、更には、回転ドラムのディスクの接線方向に屈曲させた屈曲部９０ａを設けている。

摩擦材と回転ドラム間の相対摺動面にあるエンジンオイルは、摺動時に回転ドラムのディスクの接線方向に力を受けつつディスクの外側に飛ばされるため、オイル案内溝を前記ディスクの接線方向に屈曲させることで、オイルの排出性が向上する。また、オイル出口となるディスク外周縁部におけるオイル案内溝の開口部が末広がりになっていることにより、オイルの排出は、一層確実になる。一方
オイル案内溝は、途中で屈曲させることにより外周縁側に向けて直線に形成する場合に比べて案内溝９０を長く形成できるため、エンジンオイルとの接触面積（エンジンオイルとの接触面積）が増えて、ディスク面４４ａからエンジンオイルへの放熱量が増し、それだけ摩擦材６６と回転ドラム４４間の相対摺動面の冷却効果に優れている。

また、ディスク面のオイル案内溝９０は周方向等間隔に設けられており、回転ドラムが偏芯回転するようなことがなく、このためディスク面全体が摩擦材６６全体に均一に接触して大きな制動力が得られるようになっている。

また、オイル案内溝９０は、溝幅方向中央部の横断面Ｕ字溝領域９１と、その周縁部のテーパ面領域９２で構成されている。テーパ面領域９２は、平坦なディスク面４４ａに対し鋭角θ（例えば１５度）をなし、ディスク面４４ａが摺接する摩擦材６６を剥離させたり局所的に摩滅させることがないように設定されている。

また、回転ドラム４４は、図１０（ａ）→（ｂ）→（ｃ）に示すように、加熱した素材Ｗを上下の金型（鍛造型）１００Ａ，１１０Ａおよび１００Ｂ，１１０Ｂで挟んで加圧する鍛造工程を経ることで、全体が所定形状に成形され、その後、旋盤により中央部に雌角ねじ部４５を形成することで、完成する。鍛造設備である下金型１１０Ｂには、オイル案内溝９０に対応する凸条１１２が設けられており、オイル案内溝９０は、回転ドラム４４を成形する一連の鍛造工程の中で、ディスク面４４ａを成形する際に成形できるので、オイル案内溝９０付き回転ドラム４４を製造する製造設備および製造工程は簡潔である。

図１１（ｂ）は、（ａ）図に記載したディスク面４４ａのオイル案内溝の形状が異なる４種類の回転ドラム４４を常温環境下のエンジンに使用した場合の摩擦材６６の表面温度の変化（縦軸のプラス方向が表面温度の上昇を示し、マイナス方向が下降を示す）を示すものであり。図１１（ｃ）は、前記４種類の回転ドラム４４を氷点下の極低温環境で使用した場合に制動可能なオイル粘度の変化（増加率が高いほどオイルが高粘度化しても回転ドラムの適切な制動が得られる）を示すものである。（ａ）図の「従来溝」は、溝幅が一定で溝の一端がディスク４４ａの外周縁に開口しないものであり、「比較例１」は「従来溝」の溝の一端をディスク４４ａの外周縁に開口させたもの、「比較例２」は、「比較例１」の溝幅をディスク内周から外周に向けて末広がりにしたもの、「実施例」は、本実施例１のオイル案内溝９０を示している。

図１１（ｂ）に示すとおり、常温環境下でエンジンを使用した際の回転ドラムのディスク４４ａの表面温度は、流動性が上がり摩擦材との接触時間が減少する「比較例１」において若干の温度上昇が見られるが、オイル出口を末広がりとしてオイルと摩擦材との接触面積を広くした「比較例２」において改善している。「実施例」は、オイルと摩擦材の接触面積が「比較例２」より広く、表面温度の上昇が更に押さえられているため、「実施例」の案内溝形状は、これらの中で最も優れていると言える。

一方、粘度が同じオイルを図１１（ａ）の４種類の回転ドラムに使用し、エンジンを使用する環境温度を低下させていったところ、図１１（ｃ）に示すとおり、「比較例２」は、環境温度が低下してオイルの粘度が増加しても、カムシャフトとスプロケットの相対変位角の微細な制御に悪影響が発生しなかった。しかし、氷点下−３０℃の極低温環境下において、オイルの粘度が各段に増加した状況下においても相対変位角の微細な制御に悪影響が発生しなかったのは、４種類の回転ドラム中「実施例」のものだけであった。従って、「実施例（本実施例１）」に示すように、屈曲部９０ａを基点としてディスク４４ａの接線方向に屈曲したオイル出口を有するオイル案内溝９０の形状は、エンジンを常温から極低温環境下まで幅広く使用する際に最適な形状であることが判明した。

次に図１２と図１３により、本発明の電磁ブレーキ冷却構造における回転ドラムのディスク面４４ａに形成するオイル案内溝（９０ｂ，９０ｃ）形状に関する第２実施例と第３実施例を説明する。第２実施例においては、オイル案内溝９０ｂが回転ドラムの回転方向と反対向きに湾曲する渦巻き形状に形成され、かつ前記案内溝の幅が、ディスク内周縁から外周縁方向に向けて末広がりに広がる形状に形成されている。また第３実施例（図１１の比較例２のもの）においては、オイル案内溝９０ｃが途中で屈曲せず、内周縁から外周縁まで直線状に形成され、かつ前記案内溝の幅がディスク内周縁から外周縁方向に向けて末広がりに広がる形状に形成されている。

第２実施例においては、オイル案内溝９０ｂが局所的な屈曲部を持たず、なだらかな曲線形状に形成されることにより、回転ドラムのディスク面上からのエンジンオイルの排出性が一層向上する。また、第３実施例に示すように、オイル案内溝９０ｃに屈曲部を設けず、オイル案内溝の幅のみを下流に向けて末広がりに形成し、オイルの排出性を向上させても差し支えない。

図１４〜１６により、本発明の電磁ブレーキ冷却構造における回転ドラムのディスク面の溝形状に関する第４実施例から第６実施例を説明する。第４実施例から第６実施例は、回転ドラムのディスク面上にそれぞれディスク径方向のオイル案内溝（図は代表例として第１実施例のオイル案内溝９０としている）に加え、円周方向の円周溝（４４ｂ〜４４ｄ）を複数形成したものである。このように円周溝を形成することにより、摩擦材と回転ドラムのディスク面が相対的に摺動する際に多孔質の摩擦材表面に発生し、目詰まりの原因となるエンジンオイル中の不溶解物質（酸化防止剤や洗浄分散剤等の添加剤の反応物）が、前記円周溝内に堆積すると考えられるため、摩擦材表面が目詰まりせず、摩擦トルクの低下を防止することが出来る。図１４は、複数の円周溝４４ｂを回転ドラムのディスクの中心軸周りに同心円状に形成したものである。

また図１５は、円周溝４４ｃの中心軸Ｏ１を回転ドラムディスク面の中心軸Ｏ２から偏心させたものであり、図１６は、円周溝をディスク面の内側から外側にかけて螺旋状となる１本の溝としている。実施例５及び６は、円周溝４４ｃを回転ドラムに対して偏心回転させ又は円周溝４４ｄを渦巻き状に回転させることにより、実施例４において、摩擦材の表面が常に回転ドラムディスク面の円周溝における同一の凹凸と接触することによって、摩擦材表面に円周溝形状の轍が形成される偏摩耗を防止出来るため、摩擦材の寿命低下が防止される。

尚、実施例２〜６のその他の構成は、前記した第１の実施例と同一であり、同一の符号を付すことで、その重複した説明は省略する。また、実施例４〜６の同芯状、偏心状及び螺旋状の円周溝の形状は、実施例２及び３の回転ドラムディスク面に採用しても良い。

図１７は、各実施例に共通するクラッチケース６０に関するオイル溝６７の形状の変形例である。オイル導入用の切り欠き６１ａに連続する風車型のオイル溝６７の幅も、オイル案内溝９０と同様にオイル出口側となるクラッチケース外周縁の切欠６１ｂ.側をオイル入口側となる内周縁側（隙間６３ａ）側より広く末広がりの形状に（溝６７ａ）することにより、オイル粘度が高くなってしまったような場合でも、オイルの流れを滞らせずにスムーズに導出させることが出来る。

また、前記した実施例１では、オイル案内溝９０が溝幅方向中央部の横断面Ｕ字溝領域９１とその周縁部のテーパ面領域９２で構成されているが、図１８（ａ）図に示すように、実施例１のＵ字溝領域９１を角の丸い（符号９１ｂ：オイルの流動性向上）断面四角形状９１ａに形成して、断面形状を大きくし、断面を通過するオイルの量を増やして熱伝達を促進し、冷却効率を上げることが出来る。また、オイル案内溝の断面形状は、図１８（ｂ）（ｃ）図に示すように、幅方向中央部の横断面Ｕ字またはＶ字溝領域９１ｃ，９１ｄと、その周縁部にディスク面４４ａに対する傾斜が徐変するＲ曲面領域９３（領域９３は無くても良い）を形成した構造であってもよい。

また、前記した実施例では、回転ドラム４４にブレーキを作用させるクラッチケース６０の前面に設ける摩擦材６６として、抄紙基材に熱硬化性樹脂を含浸した多孔質成形体を示したが、炭素繊維またはアラミド繊維からなる不織布に熱硬化性樹脂を含浸した多孔質成形体や、炭素繊維およびアラミド繊維からなる不織布に熱硬化性樹脂を含浸した多孔質成形体で構成するようにしてもよい。

本発明の第１の実施例である自動車用エンジンにおける位相可変装置の縦断面図である。 同装置の内部構造を示す斜視図である。 電磁ブレーキ手段の要部を構成する電磁クラッチの斜視図である。 同電磁クラッチの正面図である。 摩擦材と回転ドラム間の相対摺動部の拡大断面図で、（ａ）はオイル導入用の切り欠き位置における断面図、（ｂ）はカシメ部位置における断面図である。 回転ドラムの斜視図である。 回転ドラムの正面図である。 回転ドラムのＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ（図７）断面図である。 回転ドラムのオイル案内溝のＩＸ-ＩＸ（図７）断面図である。 回転ドラムの鍛造工程説明図である。 （ａ）〜（ｃ）回転ドラムのオイル案内溝の形状毎における摩擦材表面温度の変化率と回転ドラムを制御可能なオイル粘度増加率を示す図である。 回転ドラムの第２実施例の正面図である。 回転ドラムの第３実施例の正面図である。 回転ドラムの第４実施例の正面図である。 回転ドラムの第５実施例の正面図である。 回転ドラムの第６実施例の正面図である。 各実施例の摩擦材の変形例に関する正面図である。 （ａ）〜（ｃ） 回転ドラムのオイル案内溝に関する他の断面形状を示す図である。 従来技術の位相可変装置の縦断面図である。

符号の説明

２ カムシャフト
２ａ カム
１０ スプロケットである円環状外筒部
１２ スプロケット本体
１３ 凹部
１４ 内フランジプレート
１６ スプラインケース
１７，３２ 雌ヘリカルスプライン
１７，３３、２３，３２ ヘリカルスプライン係合部
２０ カムシャフトの一部を構成する円環状内筒部
２３，３３ 雄ヘリカルスプライン
３０ 中間部材
３１，４５ 角ねじ部
４０ 電磁ブレーキ手段
４２ 電磁クラッチ
４４ 回転ドラム
４６ ねじりコイルばね
５１ 摩擦トルク付加部材である皿ばね積層体
５５ 摩擦トルク付加部材である摩擦プレート
６０ クラッチケース
６０ａ クラッチケース内周壁
６０ｂ クラッチケース外周壁
６０ｃ 段差部
６０ｄ カシメ部
６２ 電磁コイル
６１ａ オイル導入用の切り欠き
６１ｂ オイル導出用の切り欠き
６３ａ クラッチケース内周壁と摩擦材間の隙間
６３ｂ クラッチケース外周壁と摩擦材間の隙間
６４ 摩擦材保持プレート
６６ 偏平な摩擦材
６７，６７ａ 摩擦材表面のオイル溝
７０ カムシャフト内に設けられたオイル通路
７４ クラッチケースの半径方向内側に設けたオイル溜り
９０，９０ｂ，９０ｃ 回転ドラムのディスク面に設けたオイル案内溝
９０ａ オイル案内溝の屈曲部

Claims (3)

1. クランクシャフトの駆動力が伝達される円環状スプロケットに対し動弁機構を構成するカムシャフトが同軸状で相対回動可能に配置され、前記カムシャフトに回転ドラムが回転可能に支承され、前記回転ドラムと軸方向に正対する位置には、前記回転ドラムに制動力を作用させる電磁ブレーキ手段が設けられ、前記制動力によって回転ドラムに生じる前記スプロケットに対する回転遅れに連係して、前記スプロケットとカムシャフト間の位相が変わる自動車用エンジンにおける位相可変装置において、
   前記電磁ブレーキ手段は、前記回転ドラムのディスク面に向けて開口し、カムシャフトの軸線を含む断面形状がコ字型である円環の形状を有し、かつ周方向に回り止めされたクラッチケースと、前記クラッチケース内に収容された電磁コイルと、前記クラッチケースの開口部内側に固定された摩擦材保持プレートと、前記摩擦材保持プレートに接着されて、その表面が前記クラッチケースの内外周壁前縁部より僅かに突出する偏平な摩擦材とを備え、
   前記クラッチケースの半径方向内側には、前記カムシャフトのオイル通路に連通し、かつ前記クラッチケースと回転ドラム間の相対摺動部の内周側に連通するオイル溜りが設けられた自動車用エンジンにおける位相可変装置の電磁ブレーキ冷却構造であって、
   前記摩擦材に正対する前記回転ドラムのディスク面には、半径方向に対し、前記ドラムの回転方向と逆方向に傾斜するオイル案内溝が、前記ディスク面の内周縁から外周縁まで設けられ、
   前記オイル案内溝は、前記ディスク内周縁端部と外周縁端部との間において、屈曲部を基点として前記回転ドラムのディスク外周縁の略接線方向に屈曲し、
   前記オイル案内溝は、前記ディスク面の外周縁端部の幅が、前記内周縁端部の幅より広く、前記屈曲部から下流へ末広がりに形成されたことを特徴とする自動車用エンジンにおける位相可変装置の電磁ブレーキ冷却構造。
2. 前記ディスク半径方向に対する前記オイル案内溝の傾斜角は、前記ディスク外周縁端部における傾斜角が、前記ディスク内周縁端部における傾斜角よりも大きく形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の自動車用エンジンにおける位相可変装置の電磁ブレーキ冷却構造。
3. 前記回転ドラムのディスク面上に円周方向の円周溝を複数形成したことを特徴とする、請求項１または２に記載の自動車用エンジンにおける位相可変装置の電磁ブレーキ冷却構造。

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