JP5840769B2 - エンジンの位相可変装置 - Google Patents

Description

本発明は、クランクシャフトに対するカムシャフトの組付角（相対位相角）を変更してバルブの開閉タイミングを変化させる位相可変機構にエンジンバルブ側からのカムトルクによる相対位相角のズレを防止するセルフロック機構を設けた自動車用エンジンの位相可変装置に関する。

クランクシャフトとカムシャフトの相対位相角を変更してエンジンバルブの開閉タイミングを変化させる位相可変機構において、バルブ側からの外乱トルクによる相対位相角のズレを防止するセルフロック機構を設けた自動車用エンジンの位相可変装置には、下記特許文献１に示すものがある。

図１に示す特許文献１の自動車用エンジンの位相可変装置においては、センターシャフトを介してカムシャフトに同軸に一体化された第１制御回転体が、第１電磁クラッチまたは逆回転機構の第２電磁クラッチの作動に伴い、クランクシャフト（図示せず）によって駆動する駆動回転体２に対して進角方向または遅角方向のいずれかに相対回動する。エンジンバルブの開閉タイミングは、クランクシャフト側の駆動回転体に対するカムシャフト側の第１制御回転体の相対位相角が上記のようにして変化することによって変更される。

一方、カムシャフトは、エンジンバルブの開閉時の衝撃に伴い、エンジンバルブからカムトルクを受ける。カムトルクは、駆動回転体に対するカムシャフトの相対位相角にズレを生じさせる原因となるため、特許文献１のエンジンの位相可変装置においては、カムシャフトにカムトルクが入力された際に、第１制御回転体を駆動回転体に対して相対回動不能にロックすることによって、前記相対位相角のズレを防止するセルフロック機構が設けられている。セルフロック機構は、センターシャフトに一体化された偏心円カム、ロックプレートブッシュ及び第１制御回転体に固定されたロックプレートを有する。ロックプレートの外周面は、駆動回転体の円筒部の内周面に内接する（特許文献１の図５を参照）。

ロックプレートは、第１電磁クラッチまたは逆回転機構によって第１制御回転体がトルクを受けた場合、円筒部の内側を摺動回動する。しかし、カムシャフトがカムトルクを受けた場合、偏心円カムは、回転中心軸線周りのカムトルクによる偏心回動トルクを受けて、ロックプレートブッシュを介してロックプレートの外周面のいずれかを駆動回転体の円筒部の内周面に局所的に押しつける。その結果、特許文献１においては、セルフロック機構が、カムトルクの発生時に、カムトルクそのものによって第１制御回転体を駆動回転体に対して相対回動不能にロックするセルフロック機能を発生させる。

ＷＯ２０１１／１４５１７５

特許文献１の駆動回転体は、円筒部を有する前端部の駆動円筒と、駆動円筒に同軸になるようにボルトで固定された後端部のスプロケットによって構成され、かつ、スプロケットに巻き付けられたチェーンやドライブベルト等の伝達部材からクランクシャフトの駆動トルクを受けることによって回転する。

一方、駆動回転体の前端部の円筒部には、後端部のスプロケットが伝達部材の張力による回転中心軸線に垂直な方向の力を受けることにより、前端部を中心とした曲げモーメントが発生する。前記曲げモーメントは、円筒部の内周面を回転中心軸線に対して傾かせ、内接するロックプレートと円筒部の内周面との間に偏った摩擦力を生じさせる。この摩擦力は、第１電磁クラッチまたは逆回転機構の作動時において、駆動回転体に対する第１制御回転体の相対回動を妨げるため、エンジンバルブの開閉タイミングの変更を阻害する点で問題となる。

上記問題に鑑みて、本願発明においては、エンジンバルブの開閉タイミングの変更動作を確実にしつつセルフロック機能を発生するセルフロック機構を有する自動車用エンジンの位相可変装置を提供するものである。

請求項１の自動車用エンジンの位相可変装置は、外周の少なくとも一部に巻き付けられた伝達部材を介し、クランクシャフトによって回転するスプロケットと、前記スプロケットに取り付けられた駆動円筒と、を有する駆動回転体と、前記駆動回転体を同軸かつ相対回動可能に支持するカムシャフトと、前記駆動円筒の円筒部の内周面に内接する円面部を一体に有し、かつ前記駆動回転体に対して同軸かつ相対回動可能な状態でカムシャフトに支持される制御回転体と、前記駆動回転体に対する相対回動トルクを前記制御回転体に付与する回動操作力付与手段と、前記駆動回転体に対する制御回転体の相対回動に応じて、駆動回転体に対するカムシャフトの相対位相角を変更する相対位相角変更機構と、カムシャフトに発生するカムトルクによって前記円筒部の内周面に前記制御回転体の円面部を押しつけて、カムトルクによる駆動回転体に対するカムシャフトの相対位相角のズレを防止するセルフロック機構と、を有する自動車用エンジンの位相可変装置において、前記スプロケットを前記円筒部に対し、回転中心軸線に対して垂直方向に相対変位可能に保持する相対変位機構を設けた。

（作用）駆動回転体のスプロケットは、その外周の少なくとも一部に巻き付けられたチェーンやスプロケット等の伝達部材の張力によって回転中心軸線に垂直な方向の力を受けると、駆動円筒の円筒部に対し、回転中心軸線に対して垂直方向に相対変位する。スプロケットが、伝達部材の張力を受けた際に、円筒部から独立して変位するため、駆動円筒の円筒部には、曲げモーメントが発生しない。従って、スプロケットが伝達部材の張力を受けても、円筒部の内周面と、これに内接する制御回転体の円面部との間には、回動操作力付与手段の作動時に円筒部の内周面に対する制御回転体の円面部の摺動回動を阻害する、前記曲げモーメントによる偏った摩擦力が発生しない。その結果、駆動回転体に対するカムシャフトの相対位相角は、伝達部材の張力によって阻害されること無く確実に変更される。

また、請求項２は、請求項１の自動車用エンジンの位相可変装置であって、
前記相対変位機構は、小孔と小孔より幅広の大孔により形成され、前記駆動回転体の駆動円筒またはスプロケットのうち一方において、複数設けられた段差挿通孔と、前記駆動回転体の駆動円筒またはスプロケットの他方において、前記段差挿通孔と対応する位置に設けられた軸固定孔と、前記段差挿通孔の小孔に挿通され、かつ前記小孔に固定される先端部と、少なくとも一部が前記小孔より幅広に形成されると共に前記大孔の内側に配置されて、前記固定孔を設けた円筒部またはスプロケットのいずれか一方を軸方向に位置決めし、かつ前記スプロケットを前記円筒部に対し、駆動回転体の回転中心軸線の延びる方向に対して垂直方向に変位可能に保持する基端部と、を有する軸状部材と、前記軸状部材と前記段差挿通孔との間に設けられた第１の微小クリアランスと、前記スプロケットとカムシャフトとの間の少なくとも一部に設けられた、前記第１の微小クリアランスよりも小さな第２の微小クリアランスと、を備えるようにした。

（作用）駆動回転体のスプロケットは、チェーンやスプロケット等の伝達部材の張力によって駆動回転体の回転中心軸線に垂直な方向の力を受けると、駆動回転体の回転中心軸線に対して垂直方向に、駆動円筒の円筒部に対して相対変位し、かつカムシャフトに接触する。一方、前記軸状部材と段差挿通孔との間に設けられた第１の微小クリアランスは、第２の微小クリアランスよりも大きい。従って、スプロケットが伝達部材の張力によって回転中心軸線に対して垂直方向に第２の微小クリアランスの長さ分だけ変位しても、軸状部材は、段差挿通孔に接触しない。その結果、伝達部材の張力による回転中心軸線に垂直方向の力が駆動円筒の円筒部に伝達されないため、駆動回転体の円筒部には、曲げモーメントが発生しない。

一方、スプロケットがチェーン等の伝達部材によって回転方向の力を受けると、軸状部材は、段差挿通孔に接触する。従って、スプロケットがクランクシャフトから受ける回転トルクは、軸状部材を介して駆動円筒に伝達される。

従って、駆動円筒の円筒部には、伝達部材による回転トルクのみがスプロケットから伝達されて、伝達部材による曲げモーメントが発生しないため、円筒部の内周面と、これに内接する制御回転体の円面部との間には、前記曲げモーメントによる偏った摩擦力が発生しない。その結果、駆動回転体に対するカムシャフトの相対位相角は、伝達部材の張力によって阻害されること無く確実に変更される。

また、請求項３は、請求項２の自動車用エンジンの位相可変装置であって、前記第１の微小クリアランスは、前記軸状部材の基端部と前記段差挿通孔の大孔との間に設けられた第３の微小クリアランスと、前記軸状部材の先端部と前記段差挿通孔の小孔との間に設けられた第４の微小クリアランスによって形成され、
前記第３の微小クリアランスが、前記第４の微小クリアランスよりも小さく形成されるようにした。

（作用）スプロケットがチェーン等の伝達部材によって回転方向の力を受けると、軸状部材の基端部は、第３の微小クリアランス分だけ変位して段差挿通孔の大孔に接触するが、軸状部材の先端部は、第４の微小クリアランスが第３の微小クリアランスより大きいため、段差挿通孔の小孔に接触しない。従って、請求項３の軸状部材においては、スプロケットが伝達部材から回転方向の力を受ける際に軸状部材の先端部に摩耗が発生しない。

請求項１及び２の自動車用エンジンの位相可変装置によれば、伝達部材による曲げモーメントが駆動円筒の円筒部に発生せず、駆動回転体に対するカムシャフトの相対位相角が、前記曲げモーメントによって阻害されること無く確実に変更されるため、エンジンバルブの開閉タイミングの変更動作を確実にしたセルフロック機構が得られる。

また、請求項３の自動車用エンジンの位相可変装置によれば、スプロケットが伝達部材から回転方向の力を受ける際における軸状部材の先端部の耐久性が低下しない。

自動車用エンジンの位相可変装置の実施例を装置前方から見た分解斜視図。 図１の分解斜視図を装置後方から見た図。 （ａ）本実施例の自動車用エンジンの位相可変装置の正面図（カバー７０を除く）。（ｂ）図３（ａ）のＡ−Ａ断面図。 （ａ）図３（ｂ）のＥ−Ｅ断面図。（ｂ）図３（ｂ）のＦ−Ｆ断面図。 （ａ）図３（ｂ）のＧ−Ｇ断面図。（ｂ）図３（ｂ）の相対変位機構を示す拡大断面図。（ｃ）図５（ａ）の相対変位機構を示す拡大断面図。 段差挿通孔の変形例を示す図 （ａ）図３（ｂ）のＢ−Ｂ断面図。（ｂ）図３（ｂ）のＣ−Ｃ断面図。（ｃ）図３（ｂ）のＤ−Ｄ断面図。 セルフロック機構の説明図である。

次に、本発明の実施の形態を図によって説明する。各実施例に示すエンジンの位相可変装置は、クランクシャフトによって回転する駆動回転体に対し、カムシャフトの相対位相角を変更することによってエンジンの吸排気弁の開閉タイミングを変化させる装置である。

図１〜７により実施例の装置の構成について説明する。本実施例におけるエンジンの位相可変装置１は、クランクシャフトによって回転中心軸線Ｌ０周りに駆動回転する駆動回転体２、駆動回転体２と同軸（回転中心軸線Ｌ０周り）に配置される第１制御回転体３（請求項１の制御回転体）、カムシャフト１７（図３（ｂ））、回動操作力付与手段９、相対位相角変更機構１０、セルフロック機構１１によって構成される。尚、以降においては、図１における第２電磁クラッチ側を装置前方、駆動回転体２側を装置後方とする。また、装置前方から見た駆動回転体２とカムシャフト１７の回転中心軸線Ｌ０周りの回転方向を進角側Ｄ１方向（時計回り）、Ｄ１と逆方向を遅角側Ｄ２方向（反時計回り）として説明する。

駆動回転体２は、クランクシャフトから駆動力を受けるスプロケット４と円筒部２０を有する駆動円筒５によって構成される。回転中心軸線Ｌ０を中心とした円板形状を有するスプロケット４は、外周の歯部４ｂと、図５（ａ）に示すように前後に貫通し、かつ後述するセンターシャフト７の第１円筒部７ａが挿入される中央の円孔４ａと、を有する。スプロケット４の歯部４ｂには、歯部４ｂに対応するチェーンやドライブベルト等から構成されて図示しないクランクシャフトから動力の伝達を受ける伝達部材１９が巻き付けられる。

また、スプロケット４には、後方に開口する一対の長孔（請求項２の大孔。符号４ｃ、４ｃ）と、長孔に連通し、かつ前方に開口する孔４ｄ（請求項２の小孔。図５（ｂ）を参照）からなる段差挿通孔４ｅが設けられる。一対の長孔（４ｃ，４ｃ）は、回転中心軸線Ｌ０を対称軸として対称となる位置に設けられ、かつ回転中心軸線Ｌ０に対して垂直な軸線Ｌ０１に沿って延びるように形成される。また、円孔４ａの周囲には、図１に示すように内側に後述するセンターシャフトのフランジ部７ｂが配置される段差円孔４ｆが設けられる。

駆動円筒５は、図１、図５（ｂ）に示すように円盤形状の底部５ｃの前方に円筒部２０を一体化した形状を有し、かつカムシャフト１７と同一の回転中心軸線Ｌ０を中心とする。底部５ｃには、図４（ｂ）に示すように前後に貫通し、かつ後述するセンターシャフト７に保持される中央の円孔５ａと、前方に開口し、かつ後述する第１リンクピン３４の細丸軸３４ａを取り付ける取付孔５ｂが設けられる。また、底部５ｃには、一対の固定孔（５ｄ，５ｄ）が設けられる。一対の固定孔（５ｄ，５ｄ）は、前方に開口する雌ねじ孔５ｅと、雌ねじ孔５ｅよりも内径が小さい段差円孔５ｆによって構成される。また、固定孔（５ｄ，５ｄ）は、回転中心軸線Ｌ０を対称軸として対称となる位置であり、かつ一対の長孔（４ｃ、４ｃ）に対応した位置に設けられる。

スプロケット４と駆動円筒５は、一対の軸状部材２ａによって連結される。軸状部材２ａは、雄ねじ部２ｂ（本願請求項２の軸状部材の先端部）と、雄ねじ部２ｂより外径の大きな頭部２ｃ（本願請求項２の基端部）によって構成される。図５（ｂ）（ｃ）に示すように、軸状部材２ａの雄ねじ部２ｂは、スプロケット４の孔４ｄに挿通され、頭部２ｃは、長孔４ｃの内側に配置される。スプロケット４の長孔（４ｃ、４ｃ）の軸線Ｌ０１に沿った長手方向において、軸状部材２ａと、段差挿通孔４ｅとの間には、第１の微小クリアランスＣ１が設けられる。なる第１の微小クリアランスＣ１は、後述する第３の微小クリアランスＣ３と第４の微小クリアランスＣ４によって構成される。

軸線Ｌ０１に沿った方向において、スプロケット４の長孔（４ｃ、４ｃ）の軸線Ｌ０１に沿った長手方向の幅を縦幅ｄ１とし、縦幅ｄ１に直交する横方向の幅を横幅ｄ２とすると、長孔（４ｃ、４ｃ）の横幅ｄ２は、頭部２ｃの外径とほぼ同一になるよう形成される。また、軸線Ｌ０１に沿った方向、即ち長孔（４ｃ、４ｃ）の長手方向において、頭部２ｃと長孔（４ｃ、４ｃ）との間には、その上下に第３の微小クリアランスＣ３が設けられる。また、図５（ｂ）（ｃ）に示される頭部２ｃの外径は、孔４ｄの内径よりも大きく形成され、軸線Ｌ０１に沿った方向において、雄ねじ部２ｂと孔４ｄとの間には、第３の微小クリアランスＣ３以上の大きさの第４の微小クリアランスＣ４が設けられる。

図５（ｂ）に示すように、軸状部材２ａの雄ねじ部２ｂは、スプロケット４の後方から孔４ｄに挿通された状態で前方の駆動円筒の雌ねじ孔５ｅにネジ止めされ、頭部２ｃは、長孔４ｃの内側に配置される。軸状部材２ａは、雄ねじ部２ｂが段差円孔５ｆの基端部と接触することにより、軸方向（回転中心軸線Ｌ０の延びる方向）に位置決めされる。軸方向に位置決めされた軸状部材２ａは、頭部２ｃの前面２ｄと、駆動円筒５の基端面５ｇとの間に挟圧固定しないようにスプロケット４を保持する。

また、図４に示すカムシャフト１７は、カムシャフト本体部６とセンターシャフト７によって構成される。カムシャフト本体部６は、センターシャフト７の中央の円孔７ｅとカムシャフト本体部６の前方の雌ねじ孔６ａにボルト３７を挿入することで、センターシャフト７の後端側に同軸かつ相対回動不能に一体化されている。

第１制御回転体３は、前縁のフランジ部３ａと後方に連続する円筒部３ｂと底部３ｃが連続した有底円筒形状を有する。底部３ｃには、中心の中央円孔３ｄ、一対のピン孔２８，回転中心軸線Ｌ０から所定半径を有する円周上に設けられた円周方向溝３０、回転中心軸線Ｌ０から溝への距離が進角側Ｄ１方向に向けて減少する曲線状の縮径ガイド溝３１を有する。

センターシャフト７は、第１円筒部７ａ、フランジ部７ｂ、第２円筒部７ｃ、カムシャフト１７の回転中心軸線Ｌ０から偏心したカム中心Ｌ１を有する偏心円カム１２、第３円筒部７ｄが後方側から前方側（図１の第２制御回転体側。以下同じ）に向けて軸方向に連続されて形成されている。駆動回転体２は、軸状部材２ａによって連結されたスプロケット４と駆動円筒５がフランジ部７ｂを間に挟んだ状態で、センターシャフト７によって回動可能に支持される。具体的には、駆動円筒５が円孔５ａを介して第２円筒部７ｃによって回動可能に支持される。

尚、スプロケット４は、中央の円孔４ａと第１円筒部７ａとの間に第２の微小クリアランスＣ２が形成され、かつ段差円孔４ｆとフランジ部７ｂとの間に微小クリアランスＣ５が形成された状態で、駆動円筒５に連結される。第２の微小クリアランスＣ２は、第３の微小クリアランスＣ３より小さく形成され、微小クリアランスＣ５は、第２の微小クリアランスＣ２より大きく形成される。

軸状部材２ａは、スプロケット４の段差挿通孔４ｅ、駆動円筒５の固定孔５ｄ、及び微小クリアランス（Ｃ１，Ｃ２）と共に、駆動円筒５に対してスプロケット４を相対変位可能に保持する相対変位機構４１を構成する。

スプロケット４は、回転中心軸線Ｌ０に対して垂直な方向（図５（ａ）の軸線Ｌ０１に沿った方向）に力を受けた場合、相対変位機構４１により、軸線Ｌ０１に沿って第２の微小クリアランスＣ２分だけ駆動円筒５に対して相対変位する。第２の微小クリアランスＣ２は、第１の微小クリアランスＣ１、つまり第３及び第４のクリアランス（Ｃ３，Ｃ４）の双方より小さい。従って、スプロケット４の円孔４ａが第２の微小クリアランスＣ２の分だけ変位してセンターシャフト７の第１円筒部７ａに接触すると、軸状部材２ａは、段差挿通孔４ｅに接触しない状態に保持される。その結果、チェーン等の伝達部材１９の張力により、スプロケット４に付与された軸線Ｌ０１に沿った方向の力は、駆動円筒５に伝達されないため、円筒部２０には、後述するセルフロック機構１１のセルフロック機能を阻害する曲げモーメントが発生しない。

一方、スプロケット４が伝達部材１９を介して図示しないクランクシャフトから駆動トルクを受けた場合、駆動円筒５に固定された軸状部材２ａの頭部２ｃは、長孔（４ｃ、４ｃ）に接触する。その際、雄ねじ部２ｂは、第３の微小クリアランスＣ３が第４の微小クリアランスＣ４より小さいため、孔４ｄに接触せずに保持される。その結果、駆動円筒５は、スプロケット４から軸状部材２ａの頭部２ｃを介して駆動トルクを伝達され、スプロケット４と共に回転する。このように相対変位機構４１は、曲げモーメントを駆動円筒５に発生させず、駆動トルクのみをスプロケット４から駆動円筒５に伝達することにより、後述するセルフロック機能を確実に発生させる。

尚、相対変位機構４１においては、雌ねじ孔５ｅに螺着される軸状部材２ａの代わりに、孔に嵌合固定させたり圧入固定されるピン部材を用いても良い。また、第１実施例の相対変位機構４１においては、段差挿通孔の形状のみを変更し、第１実施例の段差挿通孔の大孔を図５（ｃ）のような縦幅ｄ１、横幅ｄ２の長孔（４ｃ、４ｃ）とする代わりに図５Ａに示すような内径を縦幅ｄ１と同一にした円孔４ｃ１を用いてもよい。また、相対変位機構においては、第１実施例においてスプロケットに設けた段差挿通孔と第１の微小クリアランスを駆動円筒に形成し、軸状部材をスプロケットに設けた固定孔に固定してもよい。

また、第３円筒部７ｄは、第１制御回転体３の中央円孔３ｄに挿入される。尚、駆動回転体２，第１制御回転体３，カムシャフト本体部６，センターシャフト７は、回転中心軸線Ｌ０上に同軸に配置される。

回動操作力付与手段９は、第１制御回転体３を制動し、駆動回転体２に対する相対回動トルクを付与する第１電磁クラッチ２１と、第１制御回転体３に第１電磁クラッチ２１と逆向きの相対回動トルクを付与する逆回転機構２２によって構成される。

相対位相角変更機構１０は、カムシャフト１７と第１制御回転体３を相対回動不能に一体化する機構であって、駆動回転体２を相対回動可能に支持するセンターシャフト７と、セルフロック機構１１、及び連結機構１６によって構成される。

セルフロック機構１１は、駆動回転体２とセンターシャフト７との間に介装され、カムシャフト１７が図示しないバルブスプリングから受ける外乱トルクを原因とした、駆動回転体２とカムシャフト１７の相対位相角のズレの発生を防止する機構である。本実施例のセルフロック機構１１は、駆動回転体２の円筒部２０，第１制御回転体３に一体に取り付けられて円筒部２０の内周面２０ａに内接するロックプレート１４の外周面（符号１４ｃ、１４ｄを参照。請求項１における円面部）、円筒部２０の内周面２０ａにロックプレート１４の外周面（１４ｃ、１４ｄ）を押し付ける押付機構１８によって構成される。また、押付機構１８は、センターシャフト７の偏心円カム１２，ロックプレートブッシュ１３、及びロックプレート１４の保持溝１５によって構成される。

ロックプレートブッシュ１３は、図１と図４（ａ）に示すようにセンターシャフト７の偏心円カム１２に係合させる円孔１３ａを中央に有し、外周両端に一対の平面（２３，２４）を有し、カムシャフト１７の回転中心軸線Ｌ０とカム中心Ｌ１を結ぶ直線Ｌ２（以下同じ。以降は、単に直線Ｌ２とする）に対して平面（２３，２４）が略平行になるように偏心円カム１２の外周に回動可能に取付けられる。

ロックプレート１４は、全体として円盤状に形成され、径方向に延びる略長方形状の保持溝１５を有する。また、ロックプレート１４は、保持溝１５の短面（１５ａ、１５ｂ）からロックプレート１４の外周に向かって直線状に伸びる一対のスリット（２５，２６）によって等分割された一対の構成部材（１４ａ，１４ｂ）から構成される。また、ロックプレートブッシュ１３の平面（２３，２４）は、それぞれ保持溝１５の長面（１５ｃ，１５ｄ）に接触して保持される。

ロックプレート１４は、保持溝１５の長面（１５ｃ，１５ｄ）がロックプレートブッシュ１３の平面（２３，２４）を挟持した状態で、その外周面（１４ｃ，１４ｄ）が駆動円筒５の円筒部２０の内周面２０ａに内接する。その際、偏心円カム１２の外周は、カム中心Ｌ１において直線Ｌ２と直交する直線Ｌ３（以下同じ、以降は単に直線Ｌ３とする）よりも更に偏心側（Ｌ０からＬ１を超えて更に偏心した方向）に配置された部分が、ロックプレートブッシュ１３を介してロックプレート１４の保持溝１５に保持される。

また、連結機構１６は、一対の連結ピン（２７，２７）と、第１制御回転体３の底部３ｃに設けられた一対の第１ピン孔（２８、２８）と、ロックプレート１４の構成部材（１４ａ，１４ｂ）にそれぞれ構成された第２ピン孔（２９，２９）によって構成される。ロックプレートブッシュ１３を挟持しつつ、駆動円筒５の円筒部２０に内接したロックプレート１４は、連結ピン２７が第１及び第２ピン孔（２８，２９）に挿入されることによって、第１制御回転体３に相対回動不能に一体化される。その結果、センターシャフト７（カムシャフト１７）は、第１制御回転体３に相対回動不能に一体化される。

一方、相対位相角を維持しつつ駆動回転体２と共に回転するカムシャフト１７とロックプレート１４は、エンジンバルブの開閉時の衝撃に伴い、エンジンバルブからカムトルク、即ち、駆動回転体２に対する相対回動トルクを受ける。ロックプレート１４は、カムトルクを利用した後述するセルフロック機構１１により、外周面（１４ｃ、１４ｄ）のうち一方を駆動回転体２の円筒部２０の内周面２０ａに局所的に押しつけられ、円筒部２０に対して相対回動不能にロックされる。その結果、駆動回転体２に対するカムシャフト１７の相対位相角は、カムトルクによってズレることなく保持される。

ここで、回動操作力付与手段９について説明すると、第１電磁クラッチ２１は、図示しないエンジンの内部に固定されて第１制御回転体３の前方に配置される。第１制御回転体３は、フランジ部３ａの前面３ｅを第１電磁クラッチ２１の摩擦材２１ａに吸着されることによって、Ｄ１方向に回転する駆動回転体２に対して回転遅れを生じる。

また、逆回転機構２２は、第１制御回転体３の円周方向溝３０と縮径ガイド溝３１、第２制御回転体３２、円盤状のピンガイドプレート３３、第２制御回転体３２を制動する第２電磁クラッチ３８、第１及び第２リンクピン（３４，３５）、リング部材３６によって構成される。

第２制御回転体３２は、第１制御回転体３の円筒部３ｂの内側に配置され、回転中心軸線Ｌ０を中心として設けられた貫通円孔３２ａを介してセンターシャフト７の第３円筒部７ｄに回動可能に支持される。また第２制御回転体３２は、中心Ｏ１がカムシャフト１７の回転中心軸線Ｌ０から偏心した段差状の偏心円孔３２ｂを後方に有し、偏心円孔３２ｂには、リング部材３６が摺動回動可能に内接する。

円盤状のピンガイドプレート３３は、第１制御回転体３の円筒部３ｂの内側において底部３ｃと第２制御回転体３２との間に配置され、中心部の貫通円孔３３ａを介してセンターシャフト７の第３円筒部７ｄに回動可能に支持される。またピンガイドプレート３３は、貫通円孔３３ａに接続しない位置から略径方向に延びる略径方向溝３３ｂと略径方向ガイド溝３３ｃを有する。略径方向溝３３ｂと略径方向ガイド溝３３ｃは、長円状に形成され、かつ前後に貫通する。

また、第１リンクピン３４は、細丸軸３４ａと細丸軸３４ａの前端に係合一体化した中空太丸軸３４ｂから形成される。中空太丸軸は３４ｂは、略径方向溝３３ｂによって両側から挟持され、細丸軸３４ａの後端は、円周方向溝３０及び保持溝１５に挿通されて、駆動円筒５の取付孔５ｂに固定される。また、細丸軸３４ａは、溝方向にそって円周方向溝３０の両端を移動する。

第２リンクピン３５は、細丸軸３５ａの後端に太丸軸３５ｂが一体形成されてなる第１部材３５ｃ、中空第１軸３５ｄ、中空第２軸３５ｅ及び中空第３軸３５ｆによって形成される。中空第１軸から中空第３軸（３５ｄ〜３５ｆ）は、順番に細丸軸３５ａに挿着される。太丸軸３５ｂは、保持溝１５に挿入される。また、中空第１軸３５ｄは、外周形状が縮径ガイド溝３１に沿った円弧形状を有し、縮径ガイド溝３１に上下を保持されると共に縮径ガイド溝３１に沿って移動する。中空第２軸３５ｅは、円筒形状を有し、略径方向ガイド溝３３ｃに両側を保持されると共に略径方向ガイド溝３３ｃに沿って移動する。中空第３軸３５ｆは、円筒形状を有し、リング部材３６の円孔３６ａに回動可能に連結される。

尚、センターシャフト７の第３円筒部７ｄの先端には、中央に円孔（３９ａ，４０ａ）を有するホルダー３９とワッシャ４０が前方から配置され、ホルダー３９、ワッシャ４０及びセンターシャフト７は、円孔（３９ａ，４０ａ）と円孔７ｅに挿入したボルト３７を雌ねじ孔６ａに取り付けることで、カムシャフト１７に相対回動不能に固定される。その結果、センターシャフト７の外周に配置された図４の駆動回転体２から第２制御回転体３２に至る部品は、カムシャフト本体部６のフランジ部６ｂとホルダー３９との間に抜け止め固定され、ワッシャ４０の厚さを調整する事で、これら部品の軸方向のクリアランスが適正化される。また、ボルトと第１及び第２電磁クラッチ（２１，３８）の前方には、カバー７０が配置される。

ここで、回動操作力付与手段９による駆動回転体２（図示しないクランクシャフト）に対するカムシャフト１７の相対位相角の変更動作について説明する。通常、第１制御回転体３は、駆動回転体２と一体になってＤ１方向に回転している（図６（ｃ）を参照）。第１制御回転体３が第１電磁クラッチ２１に吸着されて制動された場合、センターシャフト７（カムシャフト１７）は、一体化された第１制御回転体３と共にＤ１方向に回転する駆動回転体２に対してＤ２方向に回転遅れを生じる。その結果、駆動回転体２（図示しないクランクシャフト）に対するカムシャフト１７の相対位相角は、遅角側Ｄ２方向に変更されて図示しないバルブの開閉タイミングが変化する。

その際、図６（ｃ）に示す第２リンクピン３５の中空第１軸３５ｄは、縮径ガイド溝３１内を略時計回りとなるＤ３方向に移動し、図６（ｂ）の中空第２軸３５ｅは、略径方向ガイド溝３３ｃを回転中心軸線Ｌ０に向かってＤ４方向に移動し、図６（ａ）の中空第３軸３５ｆは、リング部材３６に偏心円孔３２ｂ内における摺動回動トルクを付与する。また、第１リンクピン３４の細丸軸３４ａは、円周方向溝３０内を時計回りＤ１方向に移動する。また、円周方向溝３０の両端（３０ａ，３０ｂ）は、移動した細丸軸３４ａが当接するストッパとして作用する。

一方、第２制御回転体３２は、通常、駆動回転体２と共にＤ１方向に回転している（図６（ａ））。第２電磁クラッチ３８を作動させると、第２制御回転体３２は、前面３２ｃが摩擦材３８ａに吸着され、第１制御回転体３に対してＤ２方向に回転遅れを生じる。図６（ａ）のリング部材３６は、内接する偏心円孔３２ｂがＤ２方向に偏心回動することにより、偏心円孔３２ｂ内を摺動回動する。図６（ｂ）の中空第２軸３５ｅは、リング部材３６の動作により、中空第３軸３５ｆ及び中空第１軸３５ｄと共に略径方向ガイド溝３３ｃに沿って外周方向Ｄ５方向に移動する。その際、図６（ｃ）の第１制御回転体３は、第１電磁クラッチ２１の作動時とは逆に、縮径ガイド溝３１内を略半時計回り方向Ｄ６方向に移動する中空第１軸３５ｄから縮径ガイド溝３１を介して進角側Ｄ１方向の相対回動トルクを受け、Ｄ１方向に回転する駆動回転体２に対して更に進角側Ｄ１方向に相対回動する。その結果、駆動回転体２（図示しないクランクシャフト）に対するカムシャフト１７の相対位相角は、進角側Ｄ１方向に戻されて、図示しないバルブの開閉タイミングが変化する。

尚、駆動回転体２においては、スプロケット４が、伝達部材１９から軸線Ｌ０１に沿った方向、つまり図５（ａ）（ｂ）の符号Ｄ０１方向に張力を受けると、スプロケット４のみが、相対変位機構４１によって駆動円筒５に対してＤ０１方向に相対変位するため、駆動円筒５は、伝達部材１９によるＤ０１方向の張力による影響を受けない。その結果、円筒部２０の内周面と、これに内接するロックプレート１４の外周面（１４ｃ、１４ｄ）との間、及び駆動円筒５の円孔５ａと、第２円筒部７ｃとの間には、伝達部材１９の張力がスプロケット４に作用しても、偏った摩擦力が作用しない。従って、その結果、回動操作力付与手段９の作動時において、駆動回転体２に対するセンターシャフト７（つまりカムシャフト１７）の相対位相角は、伝達部材１９の張力の影響を受けること無く正確に変更される。

次にセルフロック機構１１の動作について説明する。駆動回転体２（図示しないクランクシャフト）に対するセンターシャフト７（カムシャフト１７）の相対位相角は、上述したとおり、回動操作力付与手段９で第１制御回転体３を駆動回転体２に対して進角側Ｄ１方向または遅角側Ｄ２方向のいずれかに相対回動させることで決定される。しかし、カムシャフト１７には、図示しないバルブスプリングから反動による外乱トルクが入力されるため、外乱トルクにより、カムシャフト１７と駆動回転体２の間に相対位相角のズレが発生した場合には、バルブの開閉タイミングに予期せぬ狂いが生じてしまう。本実施例のセルフロック機構１１は、その外乱トルクの発生を逆用して、前記相対位相角のズレを防止する。

図７は、カムシャフト１７（センターシャフト７）に時計回りＤ１方向または反時計回りＤ２方向のいずれかに外乱トルクが発生した際にロックプレート１４の外周面（１４ｃ、１４ｄ）と駆動円筒５の円筒部２０の内周面との間に働く力とセルフロック作用を表す。

カムシャフト１７とセンターシャフト７が外乱トルクを遅角側Ｄ２方向または進角側Ｄ１方向に受けると、偏心円カム１２は、カム中心Ｌ１がカムシャフト１７の回転中心軸線Ｌ０周りに偏心回動しようとする偏心回動トルクをＤ２またはＤ１方向に受ける。カム中心Ｌ１は、カムシャフト１７の回転中心軸線Ｌ０から距離ｓだけ偏心するものとし、Ｌ０とＬ１を結ぶ直線をＬ２とし、Ｌ１を通りＬ２に直交する直線をＬ３とすると、ロックプレートブッシュ１３は、偏心円カム１２がＤ２方向の外乱トルクを受けると、直線Ｌ３と偏心円カム１２との交点Ｐ１において、偏心円カム１２から直線Ｌ３に沿ってＬ１からＰ１方向の力Ｆ１を受ける。また、ロックプレートブッシュ１３は、偏心円カム１２がＤ１方向の外乱トルクを受けると、直線Ｌ３と偏心円カム１２との交点Ｐ２において、偏心円カム１２から直線Ｌ３に沿ってＬ１からＰ２方向の力Ｆ２を受ける。

また、力（Ｆ１，Ｆ２）は、直線Ｌ３上において、互いに面接触する平面（２３，２４）と保持溝１５の長面（１５ｃ、１５ｄ）を介してロックプレートブッシュ１３からロックプレート１４に伝達される。また、力（Ｆ１，Ｆ２）は、直線Ｌ３とロックプレート構成部材（１４ａ，１４ｂ）の外周面（１４ｃ、１４ｄ）との交点（Ｐ３，Ｐ４）において、ロックプレート１４から駆動円筒５の円筒部２０の内周面２０ａに伝達される。

駆動円筒５の円筒部２０の内周面２０ａとロックプレート１４の外周面（１４ｃ、１４ｄ）との間には、力（Ｆ１，Ｆ２）を原因として、駆動円筒５とロックプレート１４の相対回動を妨げる局所的な摩擦力が交点Ｐ３及びＰ４に発生する。前記局所的な摩擦力は、以下のように表される。まず、交点Ｐ３及びＰ４を通り、ロックプレート構成部材外周面（１４ｃ、１４ｄ）の接線方向に延びる直線をそれぞれＬ４、Ｌ３に直交する直線をＬ５、直線Ｌ４に直交する直線をＬ６とし、直線Ｌ４とＬ５の傾き及び直線Ｌ３とＬ６の傾きを交点Ｐ３においてθ１とし、交点Ｐ４においてθ２（このθ１とθ２を以降は、摩擦角という。）とし、摩擦面の摩擦係数をμとすると、駆動回転体２とカムシャフト１７との間で相対位相角のズレを引き起こす力は、交点Ｐ３とＰ４における接線方向の力Ｆ１・sinθ１及びＦ２・sinθ２によってそれぞれ表される。また、円筒部２０の内周面２０ａとロックプレート１４の外周面（１４ｃ、１４ｄ）との摺動を妨げる逆方向の局所的な摩擦力は、μ・Ｆ１・cosθ１及びμ・Ｆ２・cosθ２によってそれぞれ表される。

前記摩擦力が相対位相角のずれを引き起こす力よりも大きい場合、駆動円筒５とロックプレート１４の間は、互いに相対回動不能に保持される。その場合、ロックプレートブッシュ１３と偏心円カム１２（センターシャフト７）もまた、駆動円筒５に対して相対回動不能に保持される。その結果、駆動回転体２とカムシャフト１７は、外乱トルクの発生により、相対回動不能にロックされ、カムシャフト１７と駆動回転体２（クランクシャフト）との間には、相対位相角のずれが発生しない。

Ｆ１・sinθ１＜μ・Ｆ１・cosθ１及びＦ２・sinθ２＜μ・Ｆ２・cosθ２の条件を満たす場合には、ロックプレート１４と駆動円筒５の摺動を妨げる局所的な摩擦力が相対位相角のずれを生じる力より大きくなるため、両者の間には、セルフロック作用が発生する。従って、θ１＜tan^-1μ、θ２＜tan^-1μを満たすように摩擦角θ１とθ２を設定した場合、駆動回転体２（図示しないクランクシャフト）とカムシャフト１７との間には、外乱発生時にセルフロック機能が働くため、外乱による相対位相角のずれが発生することなく防止される。

尚、本実施例のセルフロック機構１１においては、ロックプレートブッシュ１３を省略して偏心円カム１２を直接保持溝１５に保持させてもよい。

１ エンジンの位相可変装置
２ 駆動回転体
２ａ 軸状部材
２ｂ 雄ねじ部（請求項２の相対変位機構の先端部）
２ｃ 頭部（請求項２の相対変位機構の基端部）
３ 第１制御回転体（請求項１の制御回転体）
４ スプロケット
４ｃ 長孔（請求項２の段差挿通孔の大孔）
４ｄ 孔（請求項２の段差挿通孔の小孔）
４ｅ 段差挿通孔
５ 駆動円筒
５ｄ 固定孔
６ カムシャフト本体部
７ センターシャフト
９ 回動操作力付与手段
１０ 相対位相角変更機構
１１ セルフロック機構
１２ 偏心円カム
１４ ロックプレート
１４ａ、１４ｂ ロックプレート構成部材
１４ｃ，１４ｄ ロックプレート構成部材の外周面（請求項１の円面部）
１７ カムシャフト
１８ 押付機構
１９ 伝達部材
２０ 円筒部
２０ａ 円筒部の内周面
４１ 相対変位機構
Ｃ１ 第１の微小クリアランス
Ｃ２ 第２の微小クリアランス
Ｃ３ 第３の微小クリアランス
Ｃ４ 第４の微小クリアランス
Ｃ５ 第５の微小クリアランス
Ｌ０ カムシャフトの回転中心軸線

Claims (3)

1. 外周の少なくとも一部に巻き付けられた伝達部材を介し、クランクシャフトによって回転するスプロケットと、前記スプロケットに取り付けられた駆動円筒と、を有する駆動回転体と、
   前記駆動回転体を同軸かつ相対回動可能に支持するカムシャフトと、
   前記駆動円筒の円筒部の内周面に内接する円面部を一体に有し、かつ前記駆動回転体に対して同軸かつ相対回動可能な状態でカムシャフトに支持される制御回転体と、
   前記駆動回転体に対する相対回動トルクを前記制御回転体に付与する回動操作力付与手段と、
   前記駆動回転体に対する制御回転体の相対回動に応じて、駆動回転体に対するカムシャフトの相対位相角を変更する相対位相角変更機構と、
   カムシャフトに発生するカムトルクによって前記円筒部の内周面に前記制御回転体の円面部を押しつけて、カムトルクによる駆動回転体に対するカムシャフトの相対位相角のズレを防止するセルフロック機構と、
   を有する自動車用エンジンの位相可変装置において、
   前記スプロケットを前記円筒部に対し、駆動回転体の回転中心軸線に対して垂直方向に相対変位可能に保持する相対変位機構を設けたことを特徴とする、自動車用エンジンの位相可変装置。
2. 前記相対変位機構は、
   小孔と小孔より幅広の大孔により形成され、前記駆動回転体の駆動円筒またはスプロケットのうち一方において、複数設けられた段差挿通孔と、
   前記駆動回転体の駆動円筒またはスプロケットの他方において、前記段差挿通孔と対応する位置に設けられた軸固定孔と、
   前記段差挿通孔の小孔に挿通され、かつ前記小孔に固定される先端部と、少なくとも一部が前記小孔より幅広に形成されると共に前記大孔の内側に配置されて、前記固定孔を設けた円筒部またはスプロケットのいずれか一方を軸方向に位置決めし、かつ前記スプロケットを前記円筒部に対し、駆動回転体の回転中心軸線の延びる方向に対して垂直方向に変位可能に保持する基端部と、を有する軸状部材と、
   前記軸状部材と前記段差挿通孔との間に設けられた第１の微小クリアランスと、
   前記スプロケットとカムシャフトとの間の少なくとも一部に設けられた、前記第１の微小クリアランスよりも小さな第２の微小クリアランスと、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの位相可変装置。
3. 前記第１の微小クリアランスは、前記軸状部材の先端部と前記段差挿通孔の小孔との間に設けられた第３の微小クリアランスと、前記軸状部材の基端部と前記段差挿通孔の大孔との間に設けられた第４の微小クリアランスによって形成され、
   前記第４の微小クリアランスは、前記第３の微小クリアランスよりも小さく形成されたことを特徴とする、請求項２に記載のエンジンの位相可変装置。

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