JP5693312B2 - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の機関弁である吸気弁や排気弁の開閉タイミングを、電動モータを用いて可変制御する内燃機関のバルブタイミング制御装置に関する。

近時、内燃機関のバルブタイミング制御装置にあっては、電動モータの回転力を、減速機構を介してカムシャフトに伝達することによってクランクシャフトとカムシャフトの相対回転位相の制御応答性や制御性を向上させるものが提供されている。

例えば、以下の特許文献１に記載されたバルブタイミング制御装置に適用される前記電動モータとしては、直流モータが採用され、モータ軸の外周に設けられたロータにコイルが巻回されていると共に、モータハウジングの内周面に前記ロータの外周に対向配置されたステータとしての永久磁石が設けられている。前記モータ軸やロータは、ボールベアリングなどの軸受によって回転自在に軸受されている。

特開２０１０−２５５５４３号公報

しかしながら、前記公報記載のバルブタイミング制御装置は、機関駆動中において、機関弁を閉方向へ付勢するバルブスプリングのばね力などに起因してカムシャフトに交番トルクが発生することが知られている。このような交番トルクは、カムシャフトから前記ロータに伝達される。このため、たとえ前記永久磁石に対する前記ロータの軸方向の位置制御が精度良く行われているとしても、少なくとも前記軸受の軸方向のガタ分だけ振動して比較的大きな異音が発生してしまうといった技術的課題を招いている。

本発明は、電動モータのロータを回転自在に軸受する軸受で発生する異音を十分に抑制し得る内燃機関のバルブタイミング制御装置を提供することを目的としている。

本願請求項１に記載の発明は、バルブタイミング制御装置に用いられた電動モータが、ブラシ付きかブラシレスであるに拘わらず、モータの出力軸に設けられて、周方向に複数のスロットを介してコイルが巻回された磁性材のロータと、電動モータのハウジングのモータ収容室の内周に設けられ、周方向に複数の磁極を有するステータとしての例えば永久磁石と、を備え、
前記前記永久磁石は、軸方向巾が前記ロータの軸方向巾よりも軸方向両側に延出するように形成されていると共に、軸方向巾の中心が前記ロータの軸方向の中心に対して軸方向の一方側へオフセット配置されていることを特徴としている。

この発明によれば、オフセット状態にある前記ロータが軸方向の一方側へ吸引されることによって、ロータを回転自在に軸受する軸受で発生する異音を十分に抑制することができる。

本発明に係るバルブタイミング制御装置の一実施形態の要部拡大断面図である。 本発明に係るバルブタイミング制御装置の一実施形態を示す縦断面図である。 本実施形態における主要な構成部材を示す分解斜視図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 図２のＢ−Ｂ線断面図である。 図２のＣ−Ｃ線断面図である。 図２のＤ矢視図である。 バルブタイミング制御装置の側面図である。

以下、本発明に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、この実施形態では、内燃機関の吸気側の動弁装置に適用したものであるが、排気側の動弁装置に同様に適用することも可能である。

このバルブタイミング制御装置は、図２及び図３に示すように、内燃機関のクランクシャフトによって回転駆動する駆動回転体であるタイミングスプロケット１と、シリンダヘッド上に図外の軸受を介して回転自在に支持され、前記タイミングスプロケット１から伝達された回転力によって回転するカムシャフト２と、タイミングスプロケット１の前方位置に配置された図外のチェーンカバーに固定されたカバー部材３と、タイミングスプロケット１とカムシャフト２の間に配置されて、機関運転状態に応じて両者１，２の相対回転位相を変更する位相変更機構４と、を備えている。

前記タイミングスプロケット１は、全体が鉄系金属によって環状一体に形成され、内周面が段差径状のスプロケット本体１ａと、該スプロケット本体１ａの外周に一体に設けられて、巻回された図外のタイミングチェーンを介してクランクシャフトからの回転力を受けるギア部１ｂと、前記スプロケット本体１ａの前端側に一体に設けられた環状部材１９と、から構成されている。

また、このタイミングスプロケット１は、スプロケット本体１ａと前記カムシャフト２の前端部に設けられた後述する従動部材９との間に、軸受である１つの大径ボールベアリング４３が介装されており、この大径ボールベアリング４３によって、タイミングスプロケット１と前記カムシャフト２が相対回転自在に支持されている。

前記大径ボールベアリング４３は、一般的な構造であって、図１〜図３に示すように、外輪４３ａと内輪４３ｂ及び該両輪４３ａ、４３ｂの間に介装されたボール４３ｃとから構成されている。この大径ボールベアリング４３は、前記外輪４３ａがスプロケット本体１ａの内周側に固定されているのに対して内輪４３ｂが後述する従動部材９の外周側に固定されている。

前記スプロケット本体１ａは、内周側に、前記カムシャフト２側に開口した円環溝状の外輪固定部６０が切欠形成されている。

この外輪固定部６０は、図１にも示すように、段差径状に形成されて、カムシャフト軸方向に延びた円環状の内周面６０ａと、該内周面６０ａの前記開口と反対側に一体に有し、径方向に沿って形成された第１固定段差面６０ｂとから構成されている。前記内周面６０ａには、前記大径ボールベアリング４３の外輪４３ａが軸方向から圧入されると共に、前記第１固定段差面６０ｂには、圧入された前記外輪４３ａの軸方向の内端面４３ｄが当接して、該外輪４３ａの軸方向一方側の位置決めをするようになっている。

前記環状部材１９は、図１〜図３に示すように、前記スプロケット本体１ａの前端部外周側に一体に設けられ、位相変更機構４の電動モータ１２方向へ延出した円筒状に形成されていると共に、内周には、波形状の内歯１９ａが形成されている。この内歯１９ａは、円周方向に等間隔で連続的に複数形成されている。また、環状部材１９の前端側には、電動モータ１２の後述するハウジング５と一体の円環状の雌ねじ形成部６が配置されている。

また、スプロケット本体１ａの環状部材１９と反対側の後端部には、円環状の保持プレート６１が配置されている。この保持プレート６１は、金属板材によって一体に形成され、図２に示すように、外径が前記スプロケット本体１ａの外径とほぼ同一に設定されていると共に、内径が前記大径ボールベアリング４３の径方向のほぼ中央付近の径に設定されている。したがって、保持プレート６１の内周部６１ａは、前記外輪４３ａの軸方向の外端面４３ｅに対して一定の隙間をもって覆うように対向配置されている。また、前記内周部６１ａの内周縁所定位置には、径方向内側、つまり中心軸方向に向かって突出したストッパ凸部６１ｂが一体に設けられている。このストッパ凸部６１ｂは、図５に示すように、ほぼ扇状に形成されて、先端縁６１ｃが後述するストッパ溝２ｂの円弧状内周面に沿った円弧状に形成されている。さらに、前記保持プレート６１の外周部には、前記各ボルト７が挿通する６つのボルト挿通孔６１ｄが周方向の等間隔位置に貫通形成されている。

さらに、前記保持プレート６１の内面と該内面に対向する前記大径ボールベアリング４３の外輪４３ａの外端面４３ｅとの間には、円環状のスペーサ６２が介装されている。このスペーサ６２は、前記保持プレート６１を前記各ボルト７によって共締め固定した際に、保持プレート６１の内面から前記外輪４３ａの外端面４３ｅへ僅かな押し付け力を付与するものであるが、この肉厚は外輪４３ａの外端面４３ｅと保持プレート６１との間に、外輪４３ａの軸方向移動許容範囲内の微小隙間が形成される程度の厚さに設定されている。

前記スプロケット本体１ａ（環状部材１９）及び保持プレート６１のそれぞれの外周部には、ボルト挿通孔１ｃ、６１ｄが周方向のほぼ等間隔位置に６つ貫通形成されている。また、前記雌ねじ形成部６には、各ボルト挿通孔１ｃ、６１ｄと対応した位置に６つの雌ねじ孔６ａが形成されており、これらに挿通した６本のボルト７によって前記三者６１、１、６（ハウジング５）が共締め固定されている。

なお、前記スプロケット本体１ａ及び環状部材１９が、後述する減速機構８のケーシングとして構成されている。

また、前記スプロケット本体１ａと前記環状部材１９、保持プレート６１及び雌ねじ形成部６は、それぞれの外径がほぼ同一に設定されている。

前記カバー部材３は、アルミニウム合金材によってカップ状に一体に形成されて、前端部に形成された膨出部３ａが前記ハウジング５の前端部を覆うように設けられていると共に、前記膨出部３ａの外周部側には円筒壁３ｂが軸方向に沿って一体に形成されている。この円筒壁３ｂは、図２、図３にも示すように、内部に保持用孔３ｃが形成されて、この保持用孔３ｃの内周面が後述するブラシ保持体２８のガイド面として構成されている。

また、カバー部材３は、図２に示すように、外周に形成されたフランジ部３ｄに６つのボルト挿通孔３ｅが貫通形成され、この各ボルト挿通孔３ｅに挿通された図外のボルトによって前記チェーンカバーに固定されている。

前記膨出部３ａの外周側の段差部内周面と前記ハウジング５の外周面との間には、図２にも示すように、シール部材である大径なオイルシール５０が介装されている。この大径オイルシール５０は、横断面ほぼコ字形状に形成されて、合成ゴムの基材の内部に芯金が埋設されていると共に、外周側の円環状基部が前記カバー部材３の内周面に設けられた段差円環部３ｈに嵌着固定されている。

前記ハウジング５は、鉄系金属材をプレス成形によって有底筒状に形成された筒状部であるハウジング本体５ａと、該ハウジング本体５ａの前端開口を封止する封止プレート１１と、を備えている。

前記ハウジング本体５ａは、後端側に円板状の底部５ｂを有し、該底部５ｂのほぼ中央に後述の偏心軸部３９を挿通する大径な軸部挿通孔５ｃが形成されていると共に、該軸部挿通孔５ｃの孔縁には、カムシャフト２軸方向へ突出した円筒状の延出部５ｄが一体に設けられている。また、前記底部５ｂの前端面外周側には、前記雌ねじ形成部６が一体に設けられている。

前記カムシャフト２は、外周に図外の吸気弁を開作動させる一気筒当たり２つの駆動カムを有していると共に、前端部に前記フランジ部２ａが一体に設けられている。

このフランジ部２ａは、図１及び図２に示すように、外径が後述する従動部材９の固定端部９ａの外径よりも僅かに大きく設定されて、各構成部品の組み付け後に、前端面２ｅの外周部が前記大径ボールベアリング４３の内輪４３ｂの軸方向外端面４３ｇに当接配置されるようになっている。また、前端面２ｅが従動部材９に軸方向から当接した状態でカムボルト１０によって軸方向から結合されている。

また、前記フランジ部２ａの外周には、図５に示すように、前記保持プレート６１のストッパ凸部６１ｂが係入するストッパ凹溝２ｂが円周方向に沿って形成されている。このストッパ凹溝２ｂは、円周方向へ所定長さの円弧状に形成されて、この長さ範囲で回動したストッパ凸部６１ｂの両端縁が周方向の対向縁２ｃ、２ｄにそれぞれ当接することによって、タイミングスプロケット１に対するカムシャフト２の最大進角側あるいは最大遅角側の相対回転位置を規制するようになっている。

なお、前記ストッパ凸部６１ｂは、前記保持プレート６１の大径ボールベアリング４３の外輪４３ａに軸方向外側から対向して固定する部位よりもカムシャフト２側に離間して配置されて、前記従動部材９の固定端部９ａとは非接触状態になっている。したがって、ストッパ凸部６１ｂと固定端部９ａとの干渉を十分抑制できる。

前記ストッパ凸部６１ｂとストッパ凹溝２ｂによってストッパ機構が構成されている。

前記カムボルト１０は、図２に示すように、頭部１０ａの軸部１０ｂ側の端面に円環状のワッシャ部１０ｃが配置されていると共に、軸部１０ｂの外周に前記カムシャフト２の端部から内部軸方向に形成された雌ねじ部に螺着する雄ねじ部１０ｄが形成されている。

前記従動部材９は、鉄系金属材によって一体に形成され、図２に示すように、前端側に形成された円板状の固定端部９ａと、該固定端部９ａの内周前端面から軸方向へ突出した円筒部９ｂと、前記固定端部９ａの外周部に一体に形成されて、複数のローラ４８を保持する円筒状の保持器４１とから構成されている。

前記固定端部９ａは、後端面が前記カムシャフト２のフランジ部２ａの前端面に当接配置されて、前記カムボルト１０の軸力によってフランジ部２ａに軸方向から圧接固定されている。

前記円筒部９ｂは、図２に示すように、中央に前記カムボルト１０の軸部１０ｂが挿通される挿通孔９ｄが貫通形成されていると共に、外周側にニードルベアリング３８が設けられている。

前記保持器４１は、図１〜図４に示すように、前記固定端部９ａの外周部前端から断面ほぼＬ字形状に折曲されて、前記円筒部９ｂと同方向へ突出した有底円筒状に形成されている。この保持器４１の筒状先端部４１ａは、前記雌ねじ形成部６と前記延出部５ｄとの間に形成された円環状の凹部である空間部４４を介してハウジング５の底部５ｂ方向へ延出している。また、前記先端部４１ａの周方向のほぼ等間隔位置に、前記複数のローラ４８をそれぞれ転動自在に保持するローラ保持部であるほぼ長方形状の複数のローラ保持孔４１ｂが周方向の等間隔位置に形成されている。このローラ保持孔４１ｂ（ローラ４８）は、その全体の数が前記環状部材１９の内歯１９ａの全体の歯数よりも１つ少なくなっている。

そして、前記固定端部９ａの外周部と保持器４１の底部側結合部との間には、前記大径ボールベアリング４３の内輪４３ｂを固定する内輪固定部６３が切欠形成されている。

この内輪固定部６３は、図１にも示すように、前記外輪固定部６０と径方向から対向した段差状に切欠形成されて、カムシャフト軸方向に延びた円環状の外周面６３ａと、該外周面６３ａの前記開口と反対に一体に有し、径方向に沿って形成された第２固定段差面６３ｂとから構成されている。前記外周面６３ａには、大径ボールベアリング４３の内輪４３ｂが軸方向から圧入されると共に、前記第２固定段差面６３ｂには、圧入された前記内輪４３ｂの内端面４３ｆが当接して軸方向の位置決めされるようになっている。

前記位相変更機構４は、前記カムシャフト２のほぼ同軸上前端側に配置されたアクチュエータである前記電動モータ１２と、該電動モータ１２の回転速度を減速してカムシャフト２に伝達する前記減速機構８と、から構成されている。

前記電動モータ１２は、図２及び図３に示すように、ブラシ付きのＤＣモータであって、前記タイミングスプロケット１と一体に回転するヨークである前記ハウジング５と、該ハウジング５の内部に回転自在に設けられた中間回転体であるモータ軸１３（出力軸）と、ハウジング５の内周面に固定されたステータである半円弧状の一対の永久磁石１４，１５と、前記封止プレート１１に固定された固定子１６と、を備えている。

前記モータ軸１３は、図１にも示すように、段差円筒状に形成されてアーマチュアとして機能し、軸方向のほぼ中央位置に形成された段差部１３ｃを介してカムシャフト２側の大径部１３ａと、ブラシ保持体２８側の小径部１３ｂとから構成されている。また、前記大径部１３ａの外周に鉄心ロータ１７が固定されていると共に、該大径部１３ａの内部に偏心軸部３９が軸方向から圧入固定されて、前記段差部１３ｃの内面によって偏心軸部３９の軸方向の位置決めがさせるようになっている。一方、前記小径部１３ｂの外周には、コミュテータ２０が軸方向から圧入固定されて前記段差部１３ｃの外面によって軸方向の位置決めがされている。

このように、前記段差部１３ｃの内外面によって前記偏心軸部３９とコミュテータ２０の両方の軸方向の位置決めができるので、組み付け作業が容易になると共に、位置決め精度が向上する。

前記鉄心ロータ１７は、複数の磁極を持つ磁性材によって形成され、外周に形成されたスロットには電磁コイル１８が巻回されている。この電磁コイル１８は、カムシャフト２側のコイル部１８ａが前記ハウジング５の底部５ｂ前端面の凹部５ｅ内に収容された形で軸方向から近接配置されている。

一方、前記コミュテータ２０には、前記鉄心ロータ１７の極数と同数に分割された各セグメントに前記電磁コイル１８が電気的に接続されている。

前記永久磁石１４，１５は、全体が円筒状に形成されて円周方向に複数の磁極を有していると共に、その軸方向の位置が前記鉄心ロータ１７の固定位置よりも前方にオフセット配置されている。

具体的に説明すれば、前記永久磁石１４，１５は、図１及び図２に示すように、その軸方向の中心Ｐが前記鉄心ロータ１７の軸方向の中心Ｐ１に対して所定の距離α分だけ前方向、つまり、前記固定子１６側にオフセット配置されている。

また、これによって、前記永久磁石１４，１５の前端部１４ａ、１５ａが、径方向で前記コミュテータ２０や固定子１６の後述する第１ブラシ２５ａ、２５ｂなどとオーバーラップするように配置されている。

前記固定子１６は、図６に示すように、前記封止プレート１１の内周側に一体的に設けられた円板状の樹脂プレート２２と、該樹脂プレート２２の内側に設けられた一対の樹脂ホルダー２３ａ、２３ｂと、該各樹脂ホルダー２３ａ、２３ｂの内部に径方向に沿って摺動自在に収容配置されて、コイルスプリング２４ａ、２４ｂのばね力で各先端面が前記コミュテータ２０の外周面に径方向から弾接する切換ブラシ（整流子）である第１ブラシ２５ａ、２５ｂと、前記樹脂ホルダー２３ａ、２３ｂの前端面に、各外端面を露出した状態で埋設固定された内外二重の円環状のスリップリング２６ａ、２６ｂと、前記各第１ブラシ２５ａ、２５ｂと各スリップリング２６ａ、２６ｂを電気的に接続するピグテールハーネス２７ａ、２７ｂと、から主として構成されている。なお、前記スリップリング２６ａ、２６ｂが給電機構の一部を構成し、また、前記第１ブラシ２５ａ、２５ｂやコミュテータ２０、ピグテールハーネス２７ａ、２７ｂなどが通電切換手段として構成されている。

前記封止プレート１１は、前記ハウジング５の前端部内周に形成された凹状段差部にかしめによって位置決め固定されている。また、中央位置には、モータ軸１３の一端部などが挿通される軸挿通孔１１ａが貫通形成されている。

前記膨出部３ａには、合成樹脂材によって一体的にモールドされた給電機構であるブラシ保持体２８が固定されている。

このブラシ保持体２８は、図２、図３及び図８にも示すように、側面視ほぼＬ字形状に形成され、前記保持用孔３ｃに挿入されるほぼ円筒状のブラシ保持部２８ａと、該ブラシ保持部２８ａの上端部に有するコネクタ部２８ｂと、前記ブラシ保持部２８ａの両側に一体に突設されて、前記膨出部３ａに固定される一対のブラケット部２８ｃ、２８ｃと、前記ブラシ保持体２８の内部に大部分が埋設された一対の端子片３１、３１と、から主として構成されている。

前記一対の端子片３１，３１は、上下方向に沿って平行かつクランク状に形成されて、一方側（下端側）の各端子３１ａ、３１ａが前記ブラシ保持部２８ａの底部側に露出状態で配置されている一方、他方側（上端側）の各端子３１ｂ、３１ｂが前記コネクタ部２８ｂの雌型嵌合溝２８ｄ内に突設されている。また、前記他方側端子３１ａ、３１ｂは、図外の雄端子を介してバッテリー電源に電気的に接続されている。

前記ブラシ保持部２８ａは、ほぼ水平方向（軸方向）に延設されて、内部の上下位置に形成された円柱状の貫通孔内にスリーブ状の摺動部２９ａ、２９ｂが固定されていると共に、該各摺動部２９ａ、２９ｂの内部に、各先端面が前記各スリップリング２６ａ、２６ｂに軸方向からそれぞれ当接する第２ブラシ３０ａ、３０ｂが軸方向へ摺動自在に保持されている。

この各第２ブラシ３０ａ、３０ｂは、ほぼ長方体状に形成されて、各貫通孔の底部側に臨む前記一方側端子３１ａ、３１ａとの間に弾装された付勢部材である第２コイルスプリング３２ａ、３２ｂのばね力によってそれぞれ前記各スリップリング２６ａ、２６ｂ方向に付勢されている。

また、前記第２ブラシ３０ａ、３０ｂの後端部と前記一方側端子３１ａ、３１ａとの間には、可撓性を有する一対のピグテールハーネス３３ａ、３３ｂが溶接固定されて、前記両者を電気的に接続している。このピグテールハーネス３３ａ、３３ｂは、その長さが前記第２ブラシ３０ａ、３０ｂが前記各コイルスプリング３２ａ、３２ｂによって最大に進出した際に、前記各摺動部２９ａ、２９ｂから脱落しないように、その最大摺動位置を規制する長さに設定されている。

また、前記ブラシ保持部２８ａの基部側外周に形成された円環状の嵌着溝内に、環状シール部材３４が嵌着保持されており、前記ブラシ保持部２８ａが前記保持用孔３ｃに挿通された際に、前記シール部材３４が前記円筒壁３ｂの先端面に弾接してブラシ保持部２８ａ内をシールするようになっている。

前記コネクタ部２８ｂは、上端部に図外の雄型端子が挿入される前述した嵌合溝２８ｄに臨む前記他方側端子３１ｂ、３１ｂが前記雄型端子を介して図外のコントロールユニットに電気的に接続されている。

前記ブラケット部２８ｃ、２８ｃは、ほぼ三角形状に形成されて、両側部にボルト挿通孔２８ｅ、２８ｅが貫通形成されている。この各ボルト挿通孔２８ｅ、２８ｅには、前記膨出部３ａに形成された一対の雌ねじ孔３ｆ、３ｆに螺着する各ボルト３６、３６が挿通されて各ブラケット部２８ｃ、２８ｃを介して前記ブラシ保持体２８が膨出部３ａに固定されるようになっている。

前記モータ軸１３と偏心軸部３９は、前記カムボルト１０の頭部１０ａ側の軸部１０ｂの外周面に設けられた小径ボールベアリング３７と、前記従動部材９の円筒部９ｂの外周面に設けられて小径ボールベアリング３７の軸方向側部に配置された前記ニードルベアリング３８とによって回転自在に支持されている。この小径ボールベアリング３７とニードルベアリング３８によって軸受機構が構成されている。

前記ニードルベアリング３８は、偏心軸部３９の内周面に圧入された円筒状のリテーナ３８ａと、該リテーナ３８ａの内部に回転自在に保持された複数の転動体であるニードルローラ３８ｂとから構成されている。このニードルローラ３８ｂは、前記従動部材９の円筒部９ｂの外周面を転動している。

前記小径ボールベアリング３７は、内輪が前記従動部材９の円筒部９ｂの前端縁とカムボルト１０のワッシャ１０ｃとの間に挟持状態に固定されている一方、外輪がモータ軸１３の内周に形成された段差部と抜け止めリングであるスナップリング４５との間で軸方向から位置決め支持されている。

また、前記モータ軸１３(偏心軸部３９)の外周面と前記ハウジング５の延出部５ｄの内周面との間には、減速機構８の内部から電動モータ１２内への潤滑油のリークを阻止する小径なオイルシール４６が設けられている。このオイルシール４６は、内周部が前記モータ軸１３の外周面に弾接していることによって、該モータ軸１３の回転に対して摩擦抵抗を付与するようになっている。

前記コントロールユニットは、図外のクランク角センサやエアーフローメータ、水温センサ、アクセル開度センサなど各種のセンサ類から情報信号に基づいて現在の機関運転状態を検出して、機関制御を行うと共に、前記電磁コイル１８に通電してモータ軸１３の回転制御を行い、減速機構８を介してカムシャフト２のタイミングスプロケット１に対する相対回転位相を制御するようになっている。

前記減速機構８は、図２及び図３に示すように、偏心回転運動を行う前記偏心軸部３９と、該偏心軸部３９の外周に設けられた中径ボールベアリング４７と、該中径ボールベアリング４７の外周に設けられた前記ローラ４８と、該ローラ４８を転動方向に保持しつつ径方向の移動を許容する前記保持器４１と、該保持器４１と一体の前記従動部材９と、から主として構成されている。

前記偏心軸部３９は、段差径の円筒状に形成されて、前端側の小径部３９ａが前述したモータ軸１３の大径部１３ａの内周面に圧入固定されている共に、後端側の大径部３９ｂの外周面に形成されたカム面の軸心Ｙがモータ軸１３の軸心Ｘから径方向へ僅かに偏心している。なお、前記中径ボールベアリング４７とローラ４８などが遊星噛み合い部として構成されている。

前記中径ボールベアリング４７は、前記ニードルベアリング３８の径方向位置で全体がほぼオーバーラップする状態に配置され、内輪４７ａと外輪４７ｂ及び両輪４７ａ、４７ｂとの間に介装されたボール４７ｃとから構成されている。前記内輪４７ａは、前記偏心軸部３９の外周面に圧入固定されているのに対して、前記外輪４７ｂは、軸方向で固定されることなくフリーな状態になっている。つまり、この外輪４７ｂは、軸方向の電動モータ１２側の一端面がどの部位にも接触せず、また軸方向の他端面４７ｄがこれに対向する保持器４１の内側面との間に微小な第１隙間Ｃが形成されてフリーな状態になっている。また、この外輪４７ｂの外周面には、前記各ローラ４８の外周面が転動自在に当接していると共に、この外輪４７ｂの外周側には、円環状の第２隙間Ｃ１が形成されて、この第２隙間Ｃ１によって中径ボールベアリング４７全体が前記偏心軸部３９の偏心回転に伴って径方向へ移動可能、つまり偏心動可能になっている。

前記各ローラ４８は、前記中径ボールベアリング４７の偏心動に伴って径方向へ移動しつつ前記環状部材１９の内歯１９ａに嵌入すると共に、保持器４１のローラ保持孔４１ｂの両側縁によって周方向にガイドされつつ径方向に揺動運動させるようになっている。

前記減速機構８の内部には、潤滑油供給手段によって潤滑油が供給されるようになっている。この潤滑油供給手段は、前記シリンダヘッドの軸受の内部に形成されて、図外のメインオイルギャラリーから潤滑油が供給される油供給通路と、図２に示すように、前記カムシャフト２の内部軸方向に形成されて、前記油供給通路にグルーブ溝を介して連通した油供給孔５１と、前記従動部材９の内部軸方向に貫通形成されて、一端が該油供給孔５１に開口し、他端が前記ニードルベアリング３８と中径ボールベアリング４７の付近に開口した前記小径なオイル孔５２と、同じく従動部材９に貫通形成された前記大径な３つの図外のオイル排出孔と、から構成されている。

この潤滑油供給手段によって、前記空間部４４に潤滑油が供給されて滞留し、ここから中径ボールベアリング４７や各ローラ４８などの可動部へ十分に潤滑油が供給されるようになっている。なお、この空間部４４内に滞留した潤滑油は、前記小径オイルシール４６によってハウジング５内へのリークが阻止されている。

なお、前記モータ軸１３の前端内部には、図２に示すように、カムボルト１０側の空間部を閉止する断面ほぼコ字形状の第１キャップ５３が圧入固定されている。

以下、本実施形態の作動について説明すると、まず、機関のクランクシャフトが回転駆動するとタイミングチェーン４２を介してタイミングスプロケット１が回転して、その回転力が環状部材１９と雌ねじ形成部６を介してハウジング５、つまり電動モータ１２が同期回転する。一方、前記環状部材１９の回転力が、各ローラ４８から保持器４１及び従動部材９を経由してカムシャフト２に伝達される。これによって、カムシャフト２のカムが吸気弁を開閉作動させる。

そして、機関始動後の所定の機関運転時には、前記コントロールユニットから各端子片３１，３１から各ピグテールハーネス３２ａ、３２ｂ、第２ブラシ３０ａ、３０ｂ、各スリップリング２６ａ、２６ｂなどを介して電動モータ１２の電磁コイル１７に通電される。これによって、モータ軸１３が回転駆動され、この回転力が減速機構８を介してカムシャフト２に減速された回転力が伝達される。

すなわち、前記モータ軸１３の回転に伴い偏心軸部３９が偏心回転すると、各ローラ４８がモータ軸１３の１回転毎に保持器４１の各ローラ保持孔４１ｂで径方向へガイドされながら前記環状部材１９の一の内歯１９ａを乗り越えて隣接する他の内歯１９ａに転動しながら移動し、これを順次繰り返しながら円周方向へ転接する。この各ローラ４８の転接によって前記モータ軸１３の回転が減速されつつ前記従動部材９に回転力が伝達される。このときの減速比は、前記ローラ４８の個数などによって任意に設定することが可能である。

これにより、カムシャフト２がタイミングスプロケット１に対して正逆相対回転して相対回転位相が変換されて、吸気弁の開閉タイミングを進角側あるいは遅角側に変換制御するのである。

そして、前記タイミングスプロケット１に対するカムシャフト２の正逆相対回転の最大位置規制(角度位置規制)は、前記ストッパ凸部６１ｂの各側面が前記ストッパ凹溝２ｂの各対向面２ｃ、２ｄのいずれか一方に当接することによって行われる。

すなわち、前記従動部材９が、前記偏心軸部３９の偏心回動に伴ってタイミングスプロケット１の回転方向と同方向に回転することによって、ストッパ凸部６１ｂの一側面がストッパ凹溝２ｂの一方側の対向面１ｃに当接してそれ以上の同方向の回転が規制される。これにより、カムシャフト２は、タイミングスプロケット１に対する相対回転位相が進角側へ最大に変更される。

一方、従動部材９が、タイミングスプロケット１の回転方向と逆方向に回転することによって、ストッパ凸部６１ｂの他側面がストッパ凹溝２ｂの他方側の対向面２ｄに当接してそれ以上の同方向の回転が規制される。これにより、カムシャフト２は、タイミングスプロケット１に対する相対回転位相が遅角側へ最大に変更される。

この結果、吸気弁の開閉タイミングが進角側あるいは遅角側へ最大に変換されて、機関の燃費や出力の向上が図れる。

そして、本実施形態では、前述のように、前記永久磁石１４，１５の軸方向の中心Ｐが鉄心ロータ１７の軸方向の中心Ｐ１から前方にオフセット配置されていることから、前記永久磁石１４，１５と鉄心ロータ１７との間に発生する磁力によって、鉄心ロータ１７が、図１の矢印で示すように、前方（図中左方向）に吸引されて、該鉄心ロータ１７とモータ軸１３及び偏心軸部３９が矢印方向へ常時引き付けられる。つまり、永久磁石１４，１５の磁力や鉄心ロータ１７の磁力は、それぞれの軸方向中心Ｐ，Ｐ１で最も大きくなることから、永久磁石１４，１５の中心Ｐ方向への鉄心ロータ１７に対する吸引力が大きくなって矢印方向へ強く引き付けられる。

これに伴って、小径ボールベアリング３７やニードルベアリング３８の他に、前記中径ボールベアリング４７も矢印方向に引き付けられる。

このため、バルブスプリングのばね力などに起因して前記カムシャフト２に発生する交番トルクによる前記各ボールベアリング３７，４７やニードルベアリング３８の軸方向の微振動に伴う異音の発生を抑制することが可能になる。

すなわち、本願の発明者は、前記従来の電動式バルブタイミング制御装置において、駆動中における異音の発生原因や前記クランクシャフトとカムシャフトの相対回転位相変換の応答性特性変化に対して精査研究した。この結果、本実施形態の符番を用いて説明すると、前記カムシャフト２に発生する交番トルクによってモータ軸１３を軸方向に振動させる入力が作用して、特に、前記中径ボールベアリング４７が軸方向に振動して内、外輪４７ａ、４７ｂの他端面が従動部材９や保持器４１の対向内面に接触して異音が発生することが解った。そして、機関の運転状態によって前記カムシャフト２の交番トルクが変化するため、前記異音の発生レベルや各部間のフリクションが随時変化して騒音や位相変換の応答性に大きな影響を与える要因になっていることが解った。

そこで、本実施形態では、前記永久磁石１４，１５を鉄心ロータ１７に対して軸方向へオフセット配置させることにより、これら永久磁石１４，１５と鉄心ロータ１７は、互いの中心Ｐ，Ｐ１を一致させようとする磁力（吸引力）が軸方向に作用して鉄心ロータ１７を前方軸方向（図中左方向）に付勢する。これによって、前記モータ軸１３及び偏心軸部３７を介して大径ボールベアリング３７やニードルベアリング３８、さらに前記中径ボールベアリング４７も同方向に常時付勢されることから、軸方向の振動が抑制されて前記外輪４７ｂの他端面４７ｄと保持器４１の内端面との間の前記微小隙間Ｃが常時確保されることになる。

この結果、前記交番トルクが入力されても異音の発生が抑制できると共に、各部のランダムなフリクションの変化が抑制されて前記クランクシャフトとカムシャフト２の相対回転位相変換の制御応答性の低下などを抑制できる。

また、前記大径ボールベアリング４３が、外輪固定部６０と内輪固定部６３及び保持プレート６１、フランジ部２ａによって軸方向から確実かつ強固に保持されていることから、該大径ボールベアリング４３の軸方向の不用意な抜け出しを抑制することができる。

つまり、前記述したカムシャフト２に発生する交番トルクによって、隣接する内歯１９ａ間の山を乗り越えようとする力が前記ローラ４に作用して、大径ボールベアリング４３に該ボールベアリング４３支点として軸線を中心とした前後方向の回転モーメントが発生して、このモーメントが外輪４３ａと内輪４３ｂに直接作用することが解った。このような回転モーメントが交互に作用することによって、大径ボールベアリング４３がたとえ圧入されていても軸方向の保持力が十分に得られない。

この結果、大径ボールベアリング４３が経時的に軸方向から抜け出してしまい、タイミングスプロケット１とカムシャフト２の間にガタ付きが発生するおそれがある。

そこで、本実施形態では、大径ボールベアリング４３の外輪４３ａを、外周固定部６０の内周面６０ａに圧入すると共に、内端面４３ｄを第１固定段差面６０ｂに当接させて前記電動モータ１２側への軸方向の位置決めと移動規制を行うと共に、前記保持プレート６１とスペーサ６２によってカムシャフト２側への軸方向の移動を規制する。つまり、前記外輪４３を、第１固定段差面６０ｂと保持プレート６１との間に、スペーサ６２を介して挟持状態、つまり軸方向の両側から挟み込むように保持した。

一方、内輪４３ｂを、内輪固定部６３の外周面６３ａに圧入すると共に、内端面４３ｆを第２固定段差面６３ｂに当接させ、外端面４３ｇをカムシャフト２のフランジ部２ａの前端面２ｅに当接させる。これによって、内輪４３ｂを、内輪固定部６３の第２固定段差面６３ｂとフランジ部２ａの前端面２ｅによって軸方向の両側から挟み込むように保持した。

したがって、大径ボールベアリング４３は、保持力が十分に強化され、特に第１、第２固定段差面６０ｂ、６３ｂと保持プレート６１及びフランジ部２ａによって、前後軸方向の移動を確実に規制することが可能になった。

この結果、カムシャフト２から環状部材１９などを介して伝達された前記交番トルクが大径ボールベアリング４３に作用したとしても、軸方向への抜け出しがなくなり、タイミングスプロケット１とカムシャフト２間のガタの発生を抑制できる。

しかも、前記保持プレート６１を、ストッパ凸部６１ｂによってカムシャフト２の最大相対回転位置を規制するストッパ機構としても利用したため、別途にストッパ機構を設ける必要がなくなるので、製造作業や組み立て作業が容易になると共に、コストの低減化が図れる。

また、前記スペーサ６２の肉厚は、外輪４３ａの外端面４３ｅと保持プレート６１との間に、外輪４３ａの軸方向移動許容範囲内の微小隙間が形成される程度の厚さに設定されていることから、保持プレート６１をボルト７によって固定した際のボルト軸力が前記外輪４３には入力されないようになっている。したがって、前記保持プレート６１に対するボルト７の軸力低下を抑制できる。

なお、前記保持プレート６１のストッパ凸部６１ｂは、内輪４３ｂとの間に隙間が形成されて接触することがないことから、この点でも保持プレート６１に対するボルト軸力の低下がない。

前記タイミングスプロケット１（環状部材１９）と保持プレート６１及びハウジング５が共通のボルト７によって軸方向から一緒に共締め固定されることから、別々に固定される場合に比較して部品点数の削減が図れると共に、組み付け作業が容易になる。また、装置全体の軸方向の長さを短くすることが可能になる。

また、前記永久磁石１４，１５の軸方向の位置をオフセットさせることにより、前端部１４ａ、１５ａを、前記第１ブラシ２５ａ、２５ｂやコミュテータ２０にオーバーラップさせることができるので、装置の軸方向の長さを可及的に小さくすることが可能になる。

さらに、電磁コイル１８の一方のコイル部１８ａをハウジング底部５ｂの凹部５ｅに軸方向から収容状態に配置できるので、この点からしても装置の軸方向の長さを可及的に小さくすることが可能になる。

前記スプロケット本体１ａ（環状部材１９）と雌ねじ形成部６のそれぞれの外径がほぼ同一に形成されていることから、これらの構成部材を各ボルト７によって組み付ける際の芯出しがきわめて容易になる。このため、かかる組み付け作業が容易になり、作業能率が向上する。

また、本実施形態では、前記各スリップリング２６ａ、２６ｂが、樹脂プレート２２の前端面に設けられ、該各スリップリング２６ａ、２６ｂに対して第２ブラシ３０ａ、３０ｂを、ブラシ保持部２８ａを介して軸方向から当接させることができることから、その当接作業が容易になる。

すなわち、前記第２ブラシ３０ａ、３０ｂやコイルスプリング３２ａ、３２ｂ等の各構成部材を、ブラシ保持体２８のブラシ保持部２８ａ内に予めセットしておく。その後、このブラシ保持部２８ａを、前記膨出部３ａの保持用孔３ｃ内にガイド面を介して軸方向から挿入し、前記第２ブラシ３０ａ、３０ｂの先端面３０ｃ、３０ｄが各スリップリング２６ａ、２６ｂに当接した後は、各コイルスプリング３２ａ、３２ｂが圧縮変形すると共に、このばね力に抗してさらに押し込み挿入する。その後、図２に示すように、前記各ブラケット部２８ｃ、２８ｃの各ボルト挿通孔２８ｅ、２８ｅを雌ねじ孔３ｆ、３ｆを合わせて位置決めを行い、各ボルト３６，３６をさらに挿入、螺着して締め付ければ、ブラシ保持部２８ａが膨出部３ａに確実に固定される。

同時に、前記シール部材３４が、円筒壁３ｂの前端面で圧縮変形してブラシ保持部２８ａの外周面と円筒壁３ｂとの間が十分にシールされる。

このように、第２ブラシ３０ａ、３０ｂを、各スリップリング２６ａ、２６ｂに軸方向から自動的に弾接させることができるので、各ブラシ３０ａ、３０ｂの組み付け作業が容易になる。

さらに、各スリップリング２６ａ、２６ｂとの摺動によって各ブラシ３０ａ、３０ｂに発生した摩擦熱などは、ブラシ保持部２８ａを介してアルミニウム合金製の円筒壁３ｂに伝達されるため、カバー部材３から効果的に放熱させることができる。

前記ブラシ保持体２８は、ブラシ保持部２８ａとコネクタ部２８ｂとを一体化していることから、部品点数の増加が抑制されて、製造作業が容易になると共に、組付作業も容易になり、これらのコストの低減化が図れる。

前記減速機構８のニードルベアリング３８と中径ボールベアリング４７を径方向のほぼ同一位置に配置し、特に、ニードルベアリング３８と同じ径方向位置に前記環状部材１９とローラ４８を配置したことから、装置の軸方向の長さを十分に短くすることが可能になる。この結果、装置の小型化と軽量化が図れる。

また、前記環状部材１９の内歯１９ａの歯面とローラ４８が噛み合う位置の径方向内周側に前記ニードルベアリング３８が配置されていることから、環状部材１９側から径方向内側へ作用する大きな荷重を前記ニードルベアリング３８によって受けることができる。このため、前記荷重による曲げモーメントが前記モータ軸１３に殆ど作用しない。したがって、モータ軸１３の常時スムーズな回転が得られる。

また、前記減速機構８内には、油供給孔５１やオイル孔５２から潤滑油が強制的に供給されることから、減速機構８の各部の潤滑性が向上すると共に、内歯１９ａとローラ４８との間や、ニードルベアリング３８、中径ボールベアリング４７に潤滑油が供給されて、各ニードルローラ３８ｂや各ボールとの間の潤滑性も向上して減速機構８による常時滑らかな位相変換が行われることは勿論のこと、この潤滑油が緩衝機能を発揮するため、各部の打音の発生をより効果的に抑制することが可能になる。

特に、機関の駆動中はオイルポンプから圧送された潤滑油が前記潤滑油供給手段を介して空間部４４内に常時供給されて浸漬された状態になるため、前記ボールベアリングなどの各転動体や摺動部の油膜切れの発生が抑制できる。これにより、電動モータ１２の初期駆動負荷を十分に低減でき、バルブタイミングの制御応答性の向上と消費エネルギーの減少化が図れる。

さらに、前記モータ軸１３と偏心軸部３９とを、ニードルベアリング３８と小径ボールベアリング３７を介してカムボルト１０に支持したため、別途支持軸を設ける必要がなくなり、部品点数の削減が図れると共に、カムシャフト２に軸方向から直接結合されているので、カムシャフト２に対して径方向の倒れが抑制されて高い同軸性が得られる。

また、ハウジング５によって減速機構８と電動モータ１２との一体化が図れると共に、スプロケット本体１ａを介してタイミングスプロケット１との一体化も図れることから、これら各構成部品全体のユニット化が図れる。したがって、装置の軸方向の他に径方向の小型化が図れると共に、製品管理が容易になる。

本発明は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、前記ステータとして永久磁石１４，１５を用いたが、これ以外のステータを用いることも可能である。

また、直流モータとしては、半導体を用いたブラシレスであってもよい。

前記実施形態から把握される前記請求項以外の発明の技術的思想について以下に説明する。
〔請求項ａ〕請求項１に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
前記コイルは、前記ロータが永久磁石に対してオフセットしている側が前記ロータの内周側から巻回されていることを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
〔請求項ｂ〕請求項１に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
前記永久磁石は、前記ロータの軸方向の中心に対して、軸方向先端側にオフセットしていることを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
〔請求項ｃ〕請求項ｂに記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
前記永久磁石がオフセットしている側の内周には、前記通電切換機構の切換ブラシが設けられた切換ブラシユニットと、前記切換ブラシが通電接触するコミュテータが設けられたコミュテータユニットのいずれか一方の一部が入り込んでいることを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。

この発明によれば、前記永久磁石と前記切換ブラシ及びコミュテータとを軸方向でオーバーラップするように配置したことによって、装置の軸方向の長さを短くすることができ、全体のコンパクト化が図れる。

１…タイミングスプロケット
１ａ…スプロケット本体（回転伝達部）
１ｂ…ギア部
２…カムシャフト
２ａ…フランジ部
２ｂ…ストッパ凹溝
２ｅ…前端面
３…カバー部材
３ａ…膨出部
３ｂ…円筒壁
３ｃ…保持用孔
４…位相変更機構
５…ハウジング
７…ボルト
８…減速機構
９…従動部材
１０…カムボルト
１２…電動モータ
１３…モータ軸（中間回転体）
１４，１５…永久磁石（ステータ）
１７…鉄心ロータ
１８…電磁コイル
１８ａ…コイル部
１９…環状部材
１９ａ…内歯
２５ａ、２５ｂ…第１ブラシ（切換ブラシ）
３９…偏心軸部
４３…大径ボールベアリング
４３ａ…外輪
４３ｂ…内輪
４３ｃ…ボール
４３ｄ・４３ｆ…内端面
４３ｅ・４３ｇ…外端面
４７…中径ボールベアリング
４７ａ…内輪
４７ｂ…外輪
４８…ローラ
６０…外輪固定部
６０ａ…内周面
６０ｂ…第１固定段差面
６１…保持プレート
６１ａ…内周部
６１ｂ…ストッパ凸部
６２…スペーサ
６３…内輪固定部
６３ａ…外周面
６３ｂ…第２固定段差面

Claims (3)

1. クランクシャフトから回転力が伝達される駆動回転体と、
   該駆動回転体から回転力が伝達されると共に、カムシャフトに固定された従動回転体と、
   少なくともボールベアリングを備えた軸受機構によって前記従動回転体に軸受されると共に、前記駆動回転体に対して相対回転可能に設けられた中間回転体と、
   該中間回転体を駆動回転体に対して相対回転させることによって、前記中間回転体の回転を減速して前記従動回転体に伝達する減速機構と、
   前記中間回転体を前記駆動回転体に対して相対回転させる電動モータと、
   前記駆動回転体に一体に設けられ、内部のモータ収容室に前記電動モータが収容されたハウジングと、を備え、
   前記電動モータは、
   前記中間回転体に設けられ、周方向に複数のスロットが設けられた磁性材のロータと、
   該ロータのスロット内に巻回されたコイルと、
   前記ハウジングの前記モータ収容室の内周に前記ロータ及びコイルに径方向から対向して固定され、周方向に複数の磁極を有する永久磁石と、
   前記ハウジングの内部に設けられ、前記コイルへの通電を切り換える通電切換機構と、
   前記ハウジングと外部機器との間に設けられ、前記通電切換機構に給電する給電機構と、
   を有し、
   前記永久磁石は、軸方向巾が前記ロータの軸方向巾よりも軸方向両側に延出するように形成されていると共に、軸方向巾の中心が前記ロータの軸方向の中心に対して軸方向の一方側へオフセット配置されていることを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
2. クランクシャフトから回転力が伝達される駆動回転体と、
   該駆動回転体から回転力が伝達されると共に、カムシャフトに固定された従動回転体と、
   少なくともボールベアリングを備えた軸受機構によって前記従動回転体に軸受されると共に、前記駆動回転体に対して相対回転可能に設けられた中間回転体と、
   前記駆動回転体に対して前記中間回転体を相対回転させる電動モータと、を備え、
   前記電動モータは、
   前記中間回転体に設けられ、スロットに巻回されたコイルを介して周方向に複数の磁極を交互に形成するロータと、
   前記駆動回転体の前記ロータと径方向で対向する位置に配置されて、周方向に複数の磁極を形成するステータと、
   前記ロータ又はステータの少なくとも一方の磁極を切り換える磁極切換手段と、
   を備え、
   前記ステータの磁極形成部は、軸方向巾が前記ロータの軸方向巾よりも軸方向両側に延出するように形成されていると共に、軸方向巾の中心が前記ロータの軸方向の中心に対して軸方向の一方側へオフセット配置されていることを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
3. 請求項１に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
   前記永久磁石がオフセットしている側の内周には、前記通電切換機構の切換ブラシが設けられた切換ブラシユニットと、前記切換ブラシが通電接触するコミュテータが設けられたコミュテータユニットのいずれか一方の一部が入り込んでいることを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。

Images