JP5483156B2

JP5483156B2 - 可変バルブタイミング装置

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Publication number: JP5483156B2
Application number: JP2009133924A
Authority: JP
Inventors: 哲山形; 亮得田; 光司佐藤; 隆英齋藤; 弓子峰野
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2008-09-10
Filing date: 2009-06-03
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2029-06-03
Also published as: JP5586745B2; JP2013199938A; JP2010090889A

Description

本発明は、エンジンの吸気バルブや排気バルブの開閉タイミングを変更する可変バルブタイミング装置に関するものである。

自動車の運転状況に応じて、エンジンの吸気バルブと排気バルブの一方または両方のバルブの開閉タイミングを変更する可変バルブタイミング装置は、油圧を駆動源として、エンジンの回転とバルブを駆動するカムシャフトの回転との位相を変更する油圧式のものが多いが、油圧式のものは、寒冷時やエンジン始動時に油圧が不足したり、油圧制御の応答性が低下したりして、可変バルブタイミング制御精度が低下することから、アクチュエータとして電動モータを用いた電動式のものが提案されている。

このような電動式の可変バルブタイミング装置としては、図１６（ａ）、（ｂ）に示すように、エンジンのバルブを駆動するカムシャフト５１と、エンジンから回転を伝達され、カムシャフト５１を回転駆動するスプロケット５２とを、相対回転可能に同軸上に配置して、カムシャフト５１と同軸上に配置した電動モータ５３の出力軸５４の回転を減速機構５５とリンク機構５６を介してカムシャフト５１に伝達し、カムシャフト５１をスプロケット５２に対して相対回転させて、両者の回転位相差を変化させ、バルブの開閉タイミングを変更するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

前記減速機構５５は、電動モータ５３の出力軸５４の偏心軸部５４ａに軸受で回転自在に支持された内歯車５７の歯の一部が、スプロケット５２と一体化したハウジング５８に設けた外歯車５９と噛み合うようにして、出力軸５４をスプロケット５２に対して相対回転させたときに、内歯車５７が偏心軸部５４ａの回りに回転するようにしたものであり、この内歯車５７の回転をガイドプレート６０に伝達し、さらに、ガイドプレート６０の回転を、アーム５６ａ、５６ｂで構成されるリンク機構５６を介して、カムシャフト５１と一体回転するカムプレート５１ａに伝達し、カムシャフト５１をスプロケット５２に対して相対回転させるようにしている。

特開２００８−５７３４９号公報

特許文献１に記載された電動式の可変バルブタイミング装置は、電動モータの回転をカムシャフトに伝達する機構が、減速機構とリンク機構を組み合わせた複雑な構造となり、装置をコンパクトに設計できない問題がある。

この問題に対して、本発明者らは、電動モータの出力軸の回転をカムシャフトに伝達する減速機構を、電動モータの出力軸に円形断面の偏心軸部を設け、スプロケットと一体化したハウジングの円筒部の内径面に複数のカム山を形成した内歯車を偏心軸部と対向させて設け、これらの対向する偏心軸部の外径面と内歯車とに転接する複数のローラを保持するポケットを設けた環状の保持器部を有する中間軸をカムシャフトと同軸上に配置して、電動モータの出力軸を回転させたときに、ポケットに保持されたローラが偏心軸部の外径面に沿って公転するようにし、これらのローラの公転を中間軸を介してカムシャフトに伝達する可変バルブタイミング装置を先に出願している（特願２００８−２１５５４７）。

この先に出願した可変バルブタイミング装置は、電動モータの回転を減速機構のみでカムシャフトに伝達することができ、コンパクトな設計が可能であるが、保持器部に保持されたローラは、高面圧下でスリップを伴って偏心軸部の外径面や内歯車に転接するので、ローラにエッジロードが発生したり、ローラの転接面で焼付きや摩耗が生じる恐れがあり、伝達効率が低下したり、耐久寿命が短くなる問題がある。

そこで、本発明の課題は、電動モータの回転を、偏心軸部の外径面と内歯車とにローラを転接させる減速機構のみでカムシャフトに伝達する可変バルブタイミング装置で、ローラのエッジロードの発生と、ローラの転接面での焼付きと摩耗を防止することである。

上記の課題を解決するために、本発明は、エンジンの吸気バルブおよび排気バルブの少なくとも一方のバルブを駆動するカムシャフトと、エンジンから回転を伝達され、前記カムシャフトを回転駆動するスプロケットとを、相対回転可能に同軸上に配置して、前記カムシャフトと同軸上に配置した電動モータの出力軸の回転を減速機構を介して前記カムシャフトに伝達し、前記カムシャフトの前記スプロケットに対する回転位相差を変化させて、前記バルブの開閉タイミングを変更するようにした可変バルブタイミング装置において、前記減速機構を、前記電動モータの出力軸に円形断面の偏心軸部を設け、前記スプロケットと一体化したハウジングの円筒部の内径面に、複数のカム山を円周方向に等ピッチで形成した内歯車を前記偏心軸部と対向させて設け、これらの対向する偏心軸部の外径面と内歯車とに転接する複数のローラを保持するポケットを設けた環状の保持器部を有する中間軸を前記カムシャフトと同軸上に配置して、前記環状の保持器部を円周方向に等ピッチで分割したときの分割点の数が、前記カム山の数と１つだけ異なる分割点の全ての位置または一部の間引いた位置に、前記ローラを保持するポケットを設けて、前記カム山の１ピッチ分の形状を、前記電動モータの出力軸を回転させたときに、前記ポケットに保持されたローラが前記偏心軸部の外径面に沿って公転する軌跡の外径側包絡線と合致させて、これらのローラの公転を前記中間軸を介して前記カムシャフトに伝達するものとし、前記ローラの胴部の少なくとも両端部にクラウニングを設けた構成を採用した。

すなわち、電動モータの出力軸の回転をカムシャフトに伝達する減速機構を、電動モータの出力軸に円形断面の偏心軸部を設け、スプロケットと一体化したハウジングの円筒部の内径面に、複数のカム山を円周方向に等ピッチで形成した内歯車を偏心軸部と対向させて設け、これらの対向する偏心軸部の外径面と内歯車とに転接する複数のローラを保持するポケットを設けた環状の保持器部を有する中間軸をカムシャフトと同軸上に配置して、環状の保持器部を円周方向に等ピッチで分割したときの分割点の数が、カム山の数と１つだけ異なる分割点の全ての位置または一部の間引いた位置に、ローラを保持するポケットを設けて、カム山の１ピッチ分の形状を、電動モータの出力軸を回転させたときに、ポケットに保持されたローラが偏心軸部の外径面に沿って公転する軌跡の外径側包絡線と合致させて、これらのローラの公転を中間軸を介してカムシャフトに伝達するものとし、ローラの胴部の少なくとも両端部にクラウニングを設けることにより、減速機構のみで電動モータの回転をカムシャフトに伝達でき、減速機構の偏心軸部の外径面と内歯車とに転接するローラにエッジロードが発生しないようにした。

また、本発明は、エンジンの吸気バルブおよび排気バルブの少なくとも一方のバルブを駆動するカムシャフトと、エンジンから回転を伝達され、前記カムシャフトを回転駆動するスプロケットとを、相対回転可能に同軸上に配置して、前記カムシャフトと同軸上に配置した電動モータの出力軸の回転を減速機構を介して前記カムシャフトに伝達し、前記カムシャフトの前記スプロケットに対する回転位相差を変化させて、前記バルブの開閉タイミングを変更するようにした可変バルブタイミング装置において、前記減速機構を、前記電動モータの出力軸に円形断面の偏心軸部を設け、前記スプロケットと一体化したハウジングの円筒部の内径面に、複数のカム山を円周方向に等ピッチで形成した内歯車を前記偏心軸部と対向させて設け、これらの対向する偏心軸部の外径面と内歯車とに転接する複数のローラを保持するポケットを設けた環状の保持器部を有する中間軸を前記カムシャフトと同軸上に配置して、前記環状の保持器部を円周方向に等ピッチで分割したときの分割点の数が、前記カム山の数と１つだけ異なる分割点の全ての位置または一部の間引いた位置に、前記ローラを保持するポケットを設けて、前記カム山の１ピッチ分の形状を、前記電動モータの出力軸を回転させたときに、前記ポケットに保持されたローラが前記偏心軸部の外径面に沿って公転する軌跡の外径側包絡線と合致させて、これらのローラの公転を前記中間軸を介して前記カムシャフトに伝達するものとし、前記ローラの少なくとも胴部の表面に、微小な凹部を無数にランダムに形成し、その表面粗さのパラメータＳＫ値を−１．６以下とした構成も採用した。

すなわち、前記可変バルブタイミング装置と同様に、電動モータの回転を、偏心軸部の外径面と内歯車とにローラを転接させる減速機構のみでカムシャフトに伝達する可変バルブタイミング装置で、ローラの少なくとも胴部の表面に、微小な凹部を無数にランダムに形成し、その表面粗さのパラメータＳＫ値を−１．６以下とすることにより、偏心軸部の外径面と内歯車とのローラの転接面に十分な油膜が形成されるようにして、ローラの転接面での焼付きと摩耗を防止できるようにした。

前記表面粗さのパラメータＳＫ値は、図５に示すように、表面粗さの平均線に対しての振幅分布曲線の相対性を表す値であり、以下の式（１）で定義されている。
ＳＫ＝ ∫（ｘ−ｘ_０）^３・Ｐ（ｘ）ｄｘ／σ^３（１）
ここに、ｘ：粗さの高さ、ｘ_０：粗さの平均高さ、Ｐ（ｘ）：粗さの振幅の確率密度関数、σ：自乗平均粗さである。

前記パラメータＳＫ値は、図５の（Ａ）に示すように、表面粗さの平均線に対して振幅分布曲線の山が多いときは正、（Ｂ）に示すように、山と谷が等しいときは零、（Ｃ）に示すように、谷が多いときは負の値となる。したがって、パラメータＳＫ値を負の−１．６以下とすることにより、ローラの転接面に十分な油膜を形成することができる。

前記ローラに、浸炭窒化処理後に１次焼入れしてＡ１変態点未満の温度に冷却したのち、前記１次焼入れよりも低温で２次焼入れする熱処理を施すことにより、ローラのオーステナイト結晶粒を微細化して、ローラの転動疲労強度を高めることができる。したがって、ローラを短くして、よりコンパクト化できるとともに、摩擦トルクを低減して伝達効率を向上させることができる。

前記ローラの潤滑に、極圧性を有するグリースまたはオイルを用いることにより、ローラの転接面での焼付きや摩耗をより確実に防止することができる。

前記保持器部の少なくとも前記ポケットの内面に、低摩擦係数の皮膜を設けることにより、ローラのポケット内面との摺接によるトルクロスを低減することができる。低摩擦係数の皮膜としては、リン酸塩被膜や樹脂被膜等を採用することができる。

また、電動モータの出力軸としては、これを前記カムシャフトと同軸上に支持する出力軸支持軸受を備え、前記出力軸支持軸受の軸方向中央を、前記偏心軸部に外嵌した転がり軸受の軸受幅の範囲内、または前記中間軸の外周部に設けた中間軸支持軸受の軸受幅の範囲内に位置するようにした構成を採用することができる。

この構成によると、電動モータの出力軸が、出力軸支持軸受によって、転がり軸受の軸受幅の範囲内、または中間軸支持軸受の軸受幅の範囲内で支持される。このため、ハウジング内での電動モータの出力軸および中間軸を合わせた軸幅寸法を短くすることが可能となり、可変バルブタイミング装置が薄型化される。

前記出力軸支持軸受の軸方向中央を偏心軸部に外嵌した転がり軸受の軸受幅の範囲内に位置させるために、前記電動モータの出力軸が出力軸円筒部を備え、前記出力軸円筒部の外周部に前記偏心軸部を形成し、前記出力軸円筒部と前記カムシャフトの間に前記出力軸支持軸受を嵌合した構成を採用することができる。

この構成により、出力軸支持軸受は、出力軸の偏心軸部の軸幅寸法の範囲内に位置するものとなる。このため、ハウジング内における電動モータの出力軸の軸幅寸法が短くなり、可変バルブタイミング装置を薄型化することができる。

一方、前記出力軸支持軸受の軸方向中央を中間軸支持軸受の軸受幅の範囲内に位置させるために、前記電動モータの出力軸が出力軸円筒部を備え、前記出力軸円筒部と前記中間軸が有する中間軸円筒部との間に前記出力軸支持軸受を嵌合した構成を採用することができる。

このようにすると、出力軸支持軸受は、中間軸の中間軸円筒部の幅寸法の範囲内に位置するものとなる。このため、ハウジング内における電動モータの出力軸および中間軸を合わせた軸寸法が短くなり、可変バルブタイミング装置を薄型化することができる。

また、前記ローラが転接する偏心軸部の外径面を、偏心軸部に外嵌した転がり軸受の外輪の外径面で形成することにより、ローラと偏心軸部の外径面とのスリップを抑制することができる。

また、前記偏心軸部に外嵌した転がり軸受が、保持器の無いころ軸受とされ、前記ころ軸受の内輪が前記偏心軸部の外周部で形成された構成を採用すると、ころの数を増加させ、ラジアル方向の負荷容量を大きくすることが可能となる。また、ころの数が多いほど、ころ端面とつばとの間の接触面圧を下げることができるため、アキシアル方向の負荷容量も向上するとともに、これらの間の摩耗低減を図ることができる。

前記転がり軸受が、保持器の無いころ軸受とされた構成を採用した場合、前記偏心軸部が、前記電動モータの出力軸に外嵌した偏心リングとされ、前記ころ軸受の内輪が前記偏心リングで形成された構成とすることができる。電動モータの出力軸に偏心リングを外嵌すれば、出力軸は、外周部を偏心させる必要がなく、容易に偏心軸部を設けることができる。

また、円筒ころの外径端部にクラウニングを施し、エッジロードの発生を防止することができる。さらに、強度や耐摩耗性の向上を目的として、前記ころ軸受の軌道面に高周波焼き入れを施すことも可能である。

本発明の可変バルブタイミング装置は、電動モータの出力軸の回転をカムシャフトに伝達する減速機構を、電動モータの出力軸に円形断面の偏心軸部を設け、スプロケットと一体化したハウジングの円筒部の内径面に、複数のカム山を円周方向に等ピッチで形成した内歯車を偏心軸部と対向させて設け、これらの対向する偏心軸部の外径面と内歯車とに転接する複数のローラを保持するポケットを設けた環状の保持器部を有する中間軸をカムシャフトと同軸上に配置して、環状の保持器部を円周方向に等ピッチで分割したときの分割点の数が、カム山の数と１つだけ異なる分割点の全ての位置または一部の間引いた位置に、ローラを保持するポケットを設けて、カム山の１ピッチ分の形状を、電動モータの出力軸を回転させたときに、ポケットに保持されたローラが偏心軸部の外径面に沿って公転する軌跡の外径側包絡線と合致させて、これらのローラの公転を中間軸を介してカムシャフトに伝達するものとし、ローラの胴部の少なくとも両端部にクラウニングを設けたので、減速機構のみで電動モータの回転をカムシャフトに伝達でき、減速機構の偏心軸部の外径面と内歯車とに転接するローラにエッジロードが発生しないようにすることができる。

また、本発明の可変バルブタイミング装置は、前記可変バルブタイミング装置と同様に、電動モータの回転を、偏心軸部の外径面と内歯車とにローラを転接させる減速機構のみでカムシャフトに伝達する可変バルブタイミング装置で、ローラの少なくとも胴部の表面に、微小な凹部を無数にランダムに形成し、その表面粗さのパラメータＳＫ値を−１．６以下としたので、ローラの転接面での焼付きと摩耗を防止することができる。

可変バルブタイミング装置の第１実施形態を示す縦断面図図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図ａは図１のローラを示す正面図、ｂはａの胴部の表面を拡大して示す展開平面図図３のローラの熱処理パターンを示す模式図表面粗さのパラメータＳＫ値の定義を説明する概念図第１実施形態の変形例１を示す縦断面図図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図第１実施形態の変形例２を示す縦断面図図８のＩＸ−ＩＸ線に沿った断面図第２実施形態を示す縦断面図第２実施形態の変形例１を示す縦断面図第２実施形態の変形例２を示す縦断面図第３実施形態を示す縦断面図第３実施形態の変形例１を示す縦断面図第３実施形態の変形例２を示す縦断面図ａは従来の可変バルブタイミング装置を示す縦断面図、ｂはａのＸＶＩ−ＸＶＩ線に沿った断面図

以下、図面に基づき、本発明の第１実施形態を説明する。この可変バルブタイミング装置は、図１に示すように、エンジンの吸気バルブ（図示省略）を駆動するカムシャフト１と、エンジンから回転を伝達され、カムシャフト１を回転駆動するスプロケット２とを、相対回転可能に同軸上に配置し、カムシャフト１と同軸上に配置した電動モータ３の出力軸４の回転を減速機構５を介してカムシャフト１に伝達し、カムシャフト１のスプロケット２に対する回転位相差を変化させて、吸気バルブの開閉タイミングを変更するものである。

図１および図２に示すように、前記減速機構５は、電動モータ３の出力軸４に円形断面の偏心軸部４ａを設けて、この偏心軸部４ａに玉軸受６を外嵌固定し、スプロケット２と一体化したハウジング７の円筒部の内径面に、複数のカム山８ａを形成した別体の内歯車８を、玉軸受６の外輪６ａの外径面と対向するように内嵌固定して、これらの対向する外輪６ａの外径面と内歯車８とに転接する複数のローラ９を保持するポケット１０ａを設けた環状の保持器部１０ｂを有する中間軸１０をカムシャフト１と同軸上に配置し、その中間軸１０をスプライン１１によってカムシャフト１に連結したものであり、後述するメカニズムによって、電動モータ３の出力軸４の回転を中間軸１０を介してカムシャフト１に伝達する。

前記偏心軸部４ａの偏心側には、出力軸４の軸心の回りの重量バランスを調整するバランス調整部としての貫通孔４ｂが設けられている。また、電動モータ３の出力軸４は玉軸受１２によってハウジング７に支持され、中間軸１０は玉軸受１３によって内歯車８の延長円筒部を介してハウジング７に支持されている。

図２に示すように、前記内歯車８のカム山８ａは円周方向に等ピッチで２９個形成され、ローラ９を保持するポケット１０ａは、環状の保持器部１０ｂを円周方向に等ピッチで３０分割したときの分割点に対して１つおきに間引いた１５箇所の位置に設けられており、分割点の数がカム山８ａよりも１つだけ多くなっている。また、カム山８ａの１ピッチ分の形状は、出力軸４を回転させたときに、ポケット１０ａに保持されたローラ９が偏心軸部４ａに外嵌された玉軸受６の外輪６ａの外径面に沿って公転する軌跡の外径側包絡線と合致している。

図３（ａ）に示すように、前記ローラ９は胴部の両端部にクラウニング９ａを設けられている。したがって、外輪６ａの外径面と内歯車８とに転接するローラ９のエッジロードを防止することができる。クラウニング９ａは胴部の全長に設けてもよい。

図３（ｂ）に拡大して示すように、前記ローラ９の胴部の表面には、微小な凹部９ｂが無数にランダムに形成され、その表面粗さのパラメータＳＫ値が−１．６以下とされている。また、ローラ９の潤滑には、極圧性を有するオイルが用いられている。したがって、外輪６ａの外径面と内歯車８とのローラ９の転接面に十分な油膜が形成され、ローラ９の転接面での焼付きと摩耗が防止される。

前記ローラ９は、高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２を素材として、図４に示すような、浸炭窒化処理後に温度Ｔ１で１次焼入れしてＡ１変態点未満の温度に冷却したのち、１次焼入れよりも低い温度Ｔ２で油中に２次焼入れし、焼戻しする熱処理を施されており、ミクロ組織のオーステナイト結晶粒が微細化されている。

また、図示は省略するが、前記保持器部１０ｂは、ローラ９を保持するポケット１０ａの内面を含めて、低摩擦係数の皮膜としてのリン酸塩被膜処理を施されている。

以下に、前記減速機構５の減速メカニズムを説明する。図２に矢印で示したように、出力軸４が時計回りに回転し、偏心した外輪６ａの外径面とカム山８ａが形成された内歯車８との環状空間の極小部Ａが時計回りに０°の位置、極大部Ｂが１８０°の位置にあるとすると、出力軸４の回転に伴って、極小部Ａと極大部Ｂは時計回りに移動し、環状空間の右半分は狭くなる傾向、環状空間の左半分は広くなる傾向となる。このため、環状空間の右半分に存在するローラ９は内歯車８のカム山８ａを下る外径方向へ、環状空間の左半分に存在するローラ９はカム山８ａを上る内径方向へ移動し、図中に矢印で示すように、ローラ９を保持する中間軸１０の保持器部１０ｂは、出力軸４と同じ時計回りに回転する。

この実施形態では、保持器部１０ｂの分割点の数Ｎがカム山８ａの数よりも１つだけ多いので、出力軸４が１回転すると各ローラ９はカム山８ａの１ピッチ分だけ時計回りに公転し、出力軸４と中間軸１０の減速比は、分割点の数Ｎと等しくなる。なお、分割点の数Ｎがカム山８ａの数よりも１つだけ少ない場合は、各ローラ９は反時計回りに公転し、中間軸１０は出力軸４と逆方向に回転する。

この第１実施形態において、電動モータ３の出力軸４の偏心軸部４ａに外嵌された転がり軸受６は、玉軸受が適用されているが、例えば、転がり軸受６の変形例１として、図６、７に示すように、保持器の無い針状ころ軸受を適用することができる。

この針状ころ軸受は、内輪が偏心軸部４ａの外周部で形成され、その偏心軸部４ａの外周部に軌道面４ｄが形成されている。円筒ころ６ｃの外径端部には、エッジロードの発生を防止するために、クラウニングが施されている。

また、円筒ころ６ｃは、転走時の潤滑性を向上させるため、その表面（特に転走面）に無数の微小凹形状のくぼみを設ける加工（ＨＬ加工）が施されている。加工方法としては、特殊なバレル研磨によって所望の面粗さとなる仕上げ面を得ることができるが、ショットピーニングやショットブラスト等を用いてもよい。さらに、円筒ころ６ｃに浸炭窒化処理（ＡＳ処理）を施して硬度を高め、耐摩耗性を向上させるようにしてもよい。

偏心軸部４ａの外周部の軌道面４ｄの軸方向両側には、円筒ころ６ｃの軸方向への移動を規制する一対のつば部が形成されている。一対のつば部のうち、軌道面４ｄに対して中間軸１０と反対側のつば部が偏心軸部４ａに沿う環状のつば輪１４によって形成される。

また、外輪６ａの軌道面および、偏心軸部４ａの軌道面４ｄに、高周波焼き入れを施すことができる。この場合、焼き入れ部分が硬化し、強度や耐摩耗性が向上する。

この変形例１では、転がり軸受６を保持器の無い針状ころ軸受とすることで、円筒ころ６ｃの数を増加させ、ラジアル方向の負荷容量を大きくすることが可能となる。また、円筒ころ６ｃが多い程、ころ端面とつばとの間の接触面圧を下げることができるため、アキシアル方向の負荷容量も向上するとともに、これらの間の摩耗低減を図ることができる。

また、転がり軸受６の変形例２としては、転がり軸受６に針状ころ軸受を適用し、その針状ころ軸受の内輪を偏心軸部４ａの外周部で形成する代わりに、電動モータ３の出力軸４に外嵌された偏心リング６ｂで形成することができる（図８、図９参照）。

偏心リング６ｂは、金属製であり、その外周部には軌道面４ｄが形成され、軌道面４ｄの軸方向両側部には、円筒ころ６ｃの軸方向への移動を規制する一対のつば部が形成されている。一対のつば部のうち、軌道面４ｄに対して中間軸１０と反対側のつば部が偏心リング６ｂに沿う環状のつば輪１４によって形成されている。偏心リング６ｂは、これにのみ熱処理が施されている。このため、電動モータ３の出力軸４に熱処理を施す必要がなく、出力軸４の熱処理による寸法精度の影響を抑えることができる。

また、各円筒ころ６ｃの外径端部には、エッジロードの発生を防止するために、クラウニングが施され、転がり軸受６の外輪６ａの軌道面および、偏心リング６ｂの軌道面４ｄに、高周波焼き入れが施される。この場合、焼き入れ部分が硬化し、強度や耐摩耗性が向上する。

この変形例２では、電動モータ３の出力軸４に偏心リング６ｂを外嵌すれば、出力軸４は、外周部を偏心させる必要がなく、容易に偏心軸部４ａを設けることができる。また、予め偏心リング６ｂを内輪とした針状ころ軸受を組み立て、その針状ころ軸受を電動モータ３の出力軸４の外側に嵌合固定することができる。このため、組み立て性を向上させることが可能となる。

前記電動モータ３の出力軸４の支持構造は、ハウジング７に玉軸受１２によって支持されるものであるが、その電動モータ３の出力軸４の回転を減速機構５を介してカムシャフト１に伝達し、カムシャフト１のスプロケット２に対する回転位相差を変化させることが可能である限り、適宜に変更することができる。一例として、この発明の第２実施形態を図１０に示す。なお、以下においては、上記第１実施形態との相違点を中心に述べ、同一に考えられる構成に同符号を用いて説明を省略する。

この第２実施形態では、電動モータ３の出力軸４をカムシャフトと同軸上に支持する玉軸受１２（出力軸支持軸受）の軸方向中央を、偏心軸部４ａに外嵌した玉軸受６（転がり軸受）の軸受幅の範囲内に位置するようにしたのである。

より具体的には、電動モータ３の出力軸４に出力軸円筒部４ｃを備え、その出力軸円筒部４ｃの外周部に偏心軸部４ａが形成され、その出力軸円筒部４ｃとカムシャフト１の間に玉軸受１２が嵌合されたものである。玉軸受１２の嵌合によって、その玉軸受１２の軸方向中央を、偏心軸部４ａに外嵌している玉軸受６の軸受幅の範囲内に位置させることができる。

これにより、玉軸受１２は、軸方向の中央が電動モータ３の出力軸４の偏心軸部４ａの軸幅寸法の範囲内に位置するものとなる。このため、ハウジング７内における電動モータ３の出力軸４の軸方向長さを、前述の第１実施形態の場合と比較して短くすることが可能となり、可変バルブタイミング装置を薄型化することができる。

また、中間軸１０は玉軸受１３によってハウジング７に支持されており、スプロケット２はその軸方向幅が、前述の第１実施形態のものと比較して小さく形成されている。このスプロケット２の形状によっても、可変バルブタイミング装置の薄型化が図られている。

この第２実施形態において、電動モータ３の出力軸４に備えた出力軸円筒部４ｃの偏心軸部４ａに外嵌された転がり軸受６は、玉軸受が適用されているが、前述の第１実施形態の転がり軸受６と同様、適宜変形することができる。

転がり軸受６の変形例１としては、例えば、図１１に示すように、保持器の無い針状ころ軸受を適用可能である。

この変形例１では、第１実施形態での変形例１の転がり軸受６と同様の構成が適用されている。すなわち、前記針状ころ軸受は、内輪が偏心軸部４ａの外周部で形成され、その偏心軸部４ａの外周部に軌道面４ｄが形成される。軌道面４ｄの軸方向両側には、円筒ころ６ｃの軸方向への移動を規制する一対のつば部が形成されている。一対のつば部のうち、軌道面４ｄに対して中間軸１０と反対側のつば部が偏心軸部４ａに沿う環状のつば輪１４によって形成される。

また、円筒ころ６ｃの外径端部には、エッジロードの発生を防止するために、クラウニングが施され、外輪６ａの軌道面および、偏心軸部４ａの軌道面４ｄに、高周波焼き入れが施されている。

転がり軸受６の変形例２としては、保持器の無い針状ころ軸受を適用し、第１実施形態での変形例２の転がり軸受６と同様の構成を適用することができる。すなわち、図１２に示すように、針状ころ軸受の内輪を、電動モータ３の出力軸４に外嵌された偏心リング６ｂで形成している。

偏心リング６ｂの外周部に軌道面４ｄが形成され、軌道面４ｄの軸方向両側部には、円筒ころ６ｃの軸方向への移動を規制する一対のつば部が形成されている。一対のつば部のうち、軌道面４ｄに対して中間軸１０と反対側のつば部が偏心リング６ｂに沿う環状のつば輪１４によって形成されている。

また、各円筒ころ６ｃの外径端部には、エッジロードの発生を防止するために、クラウニングが施され、転がり軸受６の外輪６ａの軌道面および、偏心リング６ｂの軌道面４ｄに、高周波焼き入れが施される。

この発明の第３実施形態を図１３に基づいて説明する。
この実施形態では、電動モータ３の出力軸４をカムシャフトと同軸上に支持する玉軸受１２（出力軸支持軸受）の軸方向中央を、中間軸１０の外周部に設けられた玉軸受１３（中間軸支持軸受）の軸受幅の範囲内に位置するようにしたものである。

すなわち、電動モータ３の出力軸４に出力軸円筒部４ｃを備え、中間軸１０が保持器部１０ｂを有する中間軸円筒部１０ｃと、中間軸円筒部１０ｃのスプロケット２側端部に一体に形成された中間軸円環部１０ｄとからなる。

中間軸円筒部１０ｃの外周部に玉軸受１３が設けられ、中間軸円筒部１０ｃの内周部には、玉軸受１２が出力軸４の出力軸円筒部４ｃの外周部との間に嵌合される。また、中間軸円環部１０ｄの内周部がカムシャフト１に対して一体回転可能に設けられる。玉軸受１２の嵌合によって、玉軸受１２の軸方向中央が中間軸１０に外嵌している玉軸受１３の軸受幅の範囲内に位置した状態となる。

これにより、玉軸受１２は、軸方向中央が中間軸１０（中間軸円筒部１０ｃおよび中間軸円環部１０ｄ）の軸幅寸法の範囲内に位置するものとなり、電動モータ３の出力軸４および中間軸１０の軸幅寸法が、前述の第１実施形態のものと比較して小さくなり、可変バルブタイミング装置を薄型化することができる。

また、この実施形態では、前述の実施形態２の場合と同様、スプロケット２の軸方向幅が、前述の第１実施形態のものと比較して小さく形成されている。このため、スプロケット２の形状によっても、可変バルブタイミング装置の薄型化が図られている。

この第３実施形態において、電動モータ３の出力軸４に備えた偏心軸部４ａに外嵌された転がり軸受６は、玉軸受が適用されているが、前述の第１実施形態の転がり軸受６と同様、適宜変形することができる。転がり軸受６の変形例１としては、例えば、図１４に示すように、保持器の無い針状ころ軸受を適用可能である。

転がり軸受６の変形例２としては、保持器の無い針状ころ軸受を適用し、第１実施形態での変形例２の転がり軸受６と同様の構成を適用することができる。すなわち、図１５に示すように、針状ころ軸受の内輪を、電動モータ３の出力軸４に外嵌された偏心リング６ｂで形成している。

偏心リング６ｂの外周部には軌道面４ｄが形成され、軌道面４ｄの軸方向両側部には、円筒ころ６ｃの軸方向への移動を規制する一対のつば部が形成されている。一対のつば部のうち、軌道面４ｄに対して中間軸１０と反対側のつば部が偏心リング６ｂに沿う環状のつば輪１４によって形成されている。

１カムシャフト
２スプロケット
３電動モータ
４出力軸
４ａ偏心軸部（内輪）
４ｂ貫通孔
４ｃ出力軸円筒部
４ｄ軌道面
５減速機構
６玉軸受（転がり軸受）
６ａ外輪
６ｂ偏心リング（内輪）
６ｃ円筒ころ
７ハウジング
８内歯車
８ａカム山
９ローラ
９ａクラウニング
９ｂ凹部
１０中間軸
１０ａポケット
１０ｂ保持器部
１０ｃ中間軸円筒部
１０ｄ中間軸円環部
１１スプライン
１２玉軸受（出力軸支持軸受）
１３玉軸受（中間軸支持軸受）
１４つば輪

Claims

エンジンの吸気バルブおよび排気バルブの少なくとも一方のバルブを駆動するカムシャフトと、エンジンから回転を伝達され、前記カムシャフトを回転駆動するスプロケットとを、相対回転可能に同軸上に配置して、前記カムシャフトと同軸上に配置した電動モータの出力軸の回転を減速機構を介して前記カムシャフトに伝達し、前記カムシャフトの前記スプロケットに対する回転位相差を変化させて、前記バルブの開閉タイミングを変更するようにした可変バルブタイミング装置において、
前記減速機構を、前記電動モータの出力軸に円形断面の偏心軸部を設け、前記スプロケットと一体化したハウジングの円筒部の内径面に、複数のカム山を円周方向に等ピッチで形成した内歯車を前記偏心軸部と対向させて設け、これらの対向する偏心軸部の外径面と内歯車とに転接する複数のローラを保持するポケットを設けた環状の保持器部を有する中間軸を前記カムシャフトと同軸上に配置して、前記環状の保持器部を円周方向に等ピッチで分割したときの分割点の数が、前記カム山の数と１つだけ異なる分割点の全ての位置または一部の間引いた位置に、前記ローラを保持するポケットを設けて、前記カム山の１ピッチ分の形状を、前記電動モータの出力軸を回転させたときに、前記ポケットに保持されたローラが前記偏心軸部の外径面に沿って公転する軌跡の外径側包絡線と合致させて、これらのローラの公転を前記中間軸を介して前記カムシャフトに伝達するものとし、前記ローラの胴部の少なくとも両端部にクラウニングを設けたことを特徴とする可変バルブタイミング装置。
エンジンの吸気バルブおよび排気バルブの少なくとも一方のバルブを駆動するカムシャフトと、エンジンから回転を伝達され、前記カムシャフトを回転駆動するスプロケットとを、相対回転可能に同軸上に配置して、前記カムシャフトと同軸上に配置した電動モータの出力軸の回転を減速機構を介して前記カムシャフトに伝達し、前記カムシャフトの前記スプロケットに対する回転位相差を変化させて、前記バルブの開閉タイミングを変更するようにした可変バルブタイミング装置において、前記減速機構を、前記電動モータの出力軸に円形断面の偏心軸部を設け、前記スプロケットと一体化したハウジングの円筒部の内径面に、複数のカム山を円周方向に等ピッチで形成した内歯車を前記偏心軸部と対向させて設け、これらの対向する偏心軸部の外径面と内歯車とに転接する複数のローラを保持するポケットを設けた環状の保持器部を有する中間軸を前記カムシャフトと同軸上に配置して、前記環状の保持器部を円周方向に等ピッチで分割したときの分割点の数が、前記カム山の数と１つだけ異なる分割点の全ての位置または一部の間引いた位置に、前記ローラを保持するポケットを設けて、前記カム山の１ピッチ分の形状を、前記電動モータの出力軸を回転させたときに、前記ポケットに保持されたローラが前記偏心軸部の外径面に沿って公転する軌跡の外径側包絡線と合致させて、これらのローラの公転を前記中間軸を介して前記カムシャフトに伝達するものとし、前記ローラの少なくとも胴部の表面に、微小な凹部を無数にランダムに形成し、その表面粗さの平均線に対しての振幅分布曲線の相対性を表す値であるパラメータＳＫ値を−１．６以下としたことを特徴とする可変バルブタイミング装置。
前記ローラに、浸炭窒化処理後に１次焼入れしてＡ１変態点未満の温度に冷却したのち、前記１次焼入れよりも低温で２次焼入れする熱処理を施した請求項１または２に記載の可変バルブタイミング装置。
前記ローラの潤滑に、極圧性を有するグリースまたはオイルを用いた請求項１乃至３のいずれかに記載の可変バルブタイミング装置。
前記保持器部の少なくとも前記ポケットの内面に低摩擦係数の皮膜を設けた請求項１乃至４のいずれかに記載の可変バルブタイミング装置。
前記電動モータの出力軸は、これを前記カムシャフトと同軸上に支持する出力軸支持軸受を備え、前記出力軸支持軸受の軸方向中央を、前記偏心軸部に外嵌した転がり軸受の軸受幅の範囲内、または前記中間軸の外周部に設けた中間軸支持軸受の軸受幅の範囲内に位置するようにしたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の可変バルブタイミング装置。
前記電動モータの出力軸が出力軸円筒部を備え、前記出力軸円筒部の外周部に前記偏心軸部を形成し、前記出力軸円筒部と前記カムシャフトの間に前記出力軸支持軸受を嵌合したことを特徴とする請求項６に記載の可変バルブタイミング装置。
前記電動モータの出力軸が出力軸円筒部を備え、前記出力軸円筒部と前記中間軸が有する中間軸円筒部との間に前記出力軸支持軸受を嵌合したことを特徴とする請求項６に記載の可変バルブタイミング装置。
前記ローラが転接する偏心軸部の外径面を、偏心軸部に外嵌した転がり軸受の外輪の外径面で形成した請求項１乃至６のいずれかに記載の可変バルブタイミング装置。
前記偏心軸部に外嵌した転がり軸受が、保持器の無いころ軸受とされ、前記ころ軸受の内輪が前記偏心軸部の外周部で形成されたことを特徴とする請求項９に記載の可変バルブタイミング装置。
前記偏心軸部に外嵌した転がり軸受が、保持器の無いころ軸受とされ、前記偏心軸部が、前記電動モータの出力軸に外嵌した偏心リングとされ、前記ころ軸受の内輪が前記偏心リングで形成されたことを特徴とする請求項９に記載の可変バルブタイミング装置。
前記ころ軸受のころの外径端部にクラウニングが施されたことを特徴とする請求項１０または１１に記載の可変バルブタイミング装置。
前記ころ軸受の軌道面に高周波焼き入れが施されたことを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれかに記載の可変バルブタイミング装置。