JP5846614B1 - 内燃機関のカム軸位相連続可変駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクト化を図り易いカム軸位相連続可変駆動装置を提供する。【解決手段】カム軸駆動ギア４とカム軸５との間に配置された一対のベベルギア１１，１２と、ベベルギア１１，１２の中央円孔１１ａ，１２ａを貫通し、カム軸駆動ギア４とカム軸５とをヘリカルスプライン結合により連結させる連結軸３と、ベベルギア１１，１２の間に噛合されるベベルピニオン１３と、ベベルギア１１，１２の回転を減速させるベベルギア用電磁ブレーキ１６，１７と、を備え、中央円孔１１ａ内には右雌ねじ１１ｂを形成し、中央円孔１２ａ内には左雌ねじ１２ｂを形成し、連結軸３の外周には、第１ベベルギア１１の右雌ねじ１１ｂに螺合する右雄ねじ２３と、第２ベベルギア１２の左雌ねじ１２ｂに螺合する左雄ねじ２４とを形成し、連結軸３のうちベベルギア１１，１２同士の間に位置し得る箇所には、右雄ねじ２３と左雄ねじ２４とを重畳して形成した。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関のカム軸位相連続可変駆動装置に関する。

従来、内燃機関においては、カム軸位相連続可変駆動装置を用いてカム軸の回転位相を進角ないしは遅角方向に変更し、これにより吸気バルブおよび排気バルブの開閉タイミングを調整して、燃費並びにエミッションの向上、トルク−回転特性の向上を図ることが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−２７９６３２号公報

ところで、自動車のエンジンルーム等のように、内燃機関の配置空間の広さは限られている場合が多く、このためカム軸位相連続可変駆動装置のコンパクト化が望まれる。しかしながら、特許文献１に記載のカム軸位相連続可変駆動装置においては、内燃機関のクランク軸と連動するカム軸駆動ギアを一対のベベルギアの間に配置しているため、カム軸位相連続可変駆動装置がカム軸駆動ギアよりも外方へ突出してしまう。この結果、カム軸位相連続可変駆動装置のコンパクト化を図り難い。

そこで、カム軸駆動ギアをベベルギアの間から外れた位置に配置してベベルギア同士の離間距離を狭めようとすることが考えられるが、連結軸のうち一方のベベルギアに噛合する箇所が他方のベベルギアには噛合できないため、連結軸の軸方向の移動範囲が制限されてしまい、カム軸の回転位相の変更を十分に行うことができない。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、コンパクト化を図り易いカム軸位相連続可変駆動装置を提供しようとするものである。

本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１に記載のものは、内燃機関のクランク軸側から伝動車に受けた回転力によりカム軸を回転し、該カム軸の回転位相を変更するカム軸位相連続可変駆動装置において、
前記伝動車とカム軸との間に配置され、ギア面が対向する状態で回転自在に支承された一対のベベルギアと、
前記ベベルギア毎にそれぞれ開設された中央円孔を貫通し、伝動車とカム軸とをヘリカルスプライン結合により連結させる連結軸と、
前記ベベルギアの対向するギア面同士の間に噛合されるベベルピニオンと、
前記ベベルギア毎にそれぞれ付設され、ベベルギアの回転を減速させるベベルギア用ブレーキ手段と、
を備え、
一方のベベルギアの中央円孔内には右雌ねじを形成し、他方のベベルギアの中央円孔内には左雌ねじを形成し、
前記連結軸の外周には、一方のベベルギアの右雌ねじに螺合する右雄ねじと、他方のベベルギアの左雌ねじに螺合する左雄ねじとを形成し、
前記連結軸の外周のうち少なくともベベルギア同士の間に位置し得る箇所には、前記右雄ねじと前記左雄ねじとを重畳して形成したことを特徴とする内燃機関のカム軸位相連続可変駆動装置である。

請求項２に記載のものは、前記ベベルギア用ブレーキ手段は、電磁ブレーキからなることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のカム軸位相連続可変駆動装置である。

請求項３に記載のものは、前記各ベベルギアには、歯数が互いに異なる一対のリングギアにプラネタリギアを噛合して構成される不思議遊星歯車機構をそれぞれ備え、
該不思議遊星歯車機構は、前記一対のリングギアの一方をベベルギアへ共回りする状態で接続し、他方のリングギアにはリングギア用ブレーキ手段を付設したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関のカム軸位相連続可変駆動装置である。

請求項４に記載のものは、前記ベベルギア用ブレーキ手段の動作を実行して回転状態のベベルギア同士の位相をずらすことにより、カム軸の回転位相を変更する粗位相決め動作と、
該粗位相決め動作の後にリングギア用ブレーキ手段の動作を実行して回転状態のベベルギア同士の位相をずらすことにより、カム軸の回転位相を粗位相決め動作よりも遅い速度で変更する精密位相決め動作と、
を実行することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関のカム軸位相連続可変駆動装置である。

請求項５に記載のものは、前記リングギア用ブレーキ手段は、電磁ブレーキからなることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の内燃機関のカム軸位相連続可変駆動装置である。

本発明によれば、以下のような優れた効果を奏する。
請求項１に記載の発明によれば、前記伝動車とカム軸との間に配置され、ギア面が対向する状態で回転自在に支承された一対のベベルギアと、前記ベベルギア毎にそれぞれ開設された中央円孔を貫通し、伝動車とカム軸とをヘリカルスプライン結合により連結させる連結軸と、前記ベベルギアの対向するギア面同士の間に噛合されるベベルピニオンと、前記ベベルギア毎にそれぞれ付設され、ベベルギアの回転を減速させるベベルギア用ブレーキ手段と、を備え、一方のベベルギアの中央円孔内には右雌ねじを形成し、他方のベベルギアの中央円孔内には左雌ねじを形成し、前記連結軸の外周には、一方のベベルギアの右雌ねじに螺合する右雄ねじと、他方のベベルギアの左雌ねじに螺合する左雄ねじとを形成し、前記連結軸の外周のうち少なくともベベルギア同士の間に位置し得る箇所には、前記右雄ねじと前記左雄ねじとを重畳して形成したので、連結軸の軸方向の移動範囲を制限せずにベベルギア同士の離間距離を狭めることができる。したがって、カム軸位相連続可変駆動装置のコンパクト化を図り易い。

請求項２に記載の発明によれば、前記ベベルギア用ブレーキ手段が電磁ブレーキからなるので、ベベルギア用ブレーキ手段を簡単な構成で実現することができる。また、通電することによりベベルギアの減速を滞りなく実行することができる。

請求項３に記載の発明によれば、前記各ベベルギアには、歯数が互いに異なる一対のリングギアにプラネタリギアを噛合して構成される不思議遊星歯車機構をそれぞれ備え、該不思議遊星歯車機構は、前記一対のリングギアの一方をベベルギアへ共回りする状態で接続し、他方のリングギアにはリングギア用ブレーキ手段を付設したので、前記リングギア用ブレーキ手段の動作により他方のリングギアの回転を減速すると、一方のリングギアと共回りするベベルギアの回転がベベルギア用ブレーキ手段の動作時に比較して緩やかに減速する。このため、カム軸の回転位相の変更において、ベベルギア用ブレーキ手段による減速では難しい微調整が実行可能となり、これにより、回転位相の変更の精度向上を図ることができる。

請求項４に記載の発明によれば、前記ベベルギア用ブレーキ手段の動作を実行して回転状態のベベルギア同士の位相をずらすことにより、カム軸の回転位相を変更する粗位相決め動作と、該粗位相決め動作の後にリングギア用ブレーキ手段の動作を実行して回転状態のベベルギア同士の位相をずらすことにより、カム軸の回転位相を粗位相決め動作よりも遅い速度で変更する精密位相決め動作と、を実行するので、カム軸の回転位相の変更を迅速かつ正確に行うことができる。

請求項５に記載の発明によれば、前記リングギア用ブレーキ手段が電磁ブレーキからなるので、リングギア用ブレーキ手段を簡単な構成で実現することができる。また、通電することによりリングギアの減速、ひいてはベベルギアの減速を滞りなく実行することができる。

カム軸位相連続可変駆動装置の概略断面図である。 不思議遊星歯車機構を備えたカム軸位相連続可変駆動装置の概略断面図である。 不思議遊星歯車機構を備えたカム軸位相連続可変駆動装置の部分拡大断面図である。 不思議遊星歯車機構を備えたカム軸位相連続可変駆動装置の動作のタイミングチャートである。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
内燃機関に設けられるカム軸位相連続可変駆動装置１は、図１に示すように、差動歯車部２に連結軸３を貫通して構成された装置であり、クランク軸からチェーンを介して（いずれも図示せず）回転力を受けるカム軸駆動ギア４（本発明における伝動車に相当）と、吸気バルブまたは排気バルブ（いずれも図示せず）の開閉タイミングを制御するカム５ａが設けられたカム軸５との間に配置されている。そして、連結軸３によりカム軸駆動ギア４とカム軸５とを連結し、カム軸駆動ギア４に受けた回転力によりカム軸５を回転したり、カム軸５の回転位相を変更したりするように構成されている。なお、カム軸駆動ギア４およびカム軸５は、内燃機関のシリンダヘッド側に回転可能に支持されている。また、内燃機関には、カム軸５の回転位相を検出する回転位相検出センサ（図示せず）を備えている。

差動歯車部２は、内燃機関のシリンダヘッド（図示せず）に配置されたギアケース１０と、該ギアケース１０内に収納された一対のベベルギア（第１ベベルギア１１および第２ベベルギア１２）と、該ベベルギア１１，１２同士の間に配置されたベベルピニオン１３とを備えて構成されている。具体的に説明すると、ギアケース１０内に一対のベベルギア１１，１２をギア面が対向する状態でベアリング１４ａ，１４ｂにより回転自在に支承し、該ベベルギア１１，１２の対向するギア面同士の間に複数のベベルピニオン１３（例えば、ベベルギア１１，１２の回転軸線を中心にして１２０度ずつ位相をずらして配置された３つのベベルピニオン１３）を噛合している。なお、図１に示す概略断面図では、便宜上ベベルピニオン１３が連結軸３の上方および下方に現れるように描画されている。また、ベベルギア１１，１２の外周よりもひと回り大きな円環状のピニオン支持具１５を、一対のベベルギア１１，１２同士の間隙を外方から覆う状態で配置し、該ピニオン支持具１５に各ベベルピニオン１３を回転可能な状態で支持している。そして、各ベベルギア１１，１２の回転中心には中央円孔１１ａ，１２ａをそれぞれ開設し、カム軸駆動ギア４側（図１中、左側）に位置する第１ベベルギア１１の中央円孔１１ａ内には右雌ねじ１１ｂを形成し、カム軸５側（図１中、右側）に位置する第２ベベルギア１２の中央円孔１２ａ内には左雌ねじ１２ｂを形成している。

さらに、各ベベルギア１１，１２とギアケース１０との間には、ベベルギア用ブレーキ手段として機能する電磁ブレーキ（第１ベベルギア用電磁ブレーキ１６，第２ベベルギア用電磁ブレーキ１７）をベベルギア１１，１２毎にそれぞれ付設している。そして、内燃機関の運転時にベベルギア１１，１２が回転している状態で、カム軸位相連続可変駆動装置１の動作を制御する制御装置（図示せず）からの制御信号に基づいて第１ベベルギア用電磁ブレーキ１６へ通電すると、第１ベベルギア用電磁ブレーキ１６のブレーキパッド（図示せず）が電磁力により移動する等して第１ベベルギア１１の外側面に圧接されて第１ベベルギア１１の回転が減速するように構成されている。また、第２ベベルギア用電磁ブレーキ１７へ通電すると、第２ベベルギア用電磁ブレーキ１７のブレーキパッド（図示せず）が電磁力により移動する等して第２ベベルギア１２の外側面に圧接されて第２ベベルギア１２の回転が減速するように構成されている。さらに、ギアケース１０のうち第１ベベルギア用電磁ブレーキ１６の近傍には、第１ベベルギア１１の回転位相のずれを検出可能な回転パルスセンサ等の位相ずれ検出センサ（図示せず）を備え、位相ずれ検出センサの検出信号を制御装置へ送信可能としている。

連結軸３は、両ベベルギア１１，１２の中央円孔１１ａ，１２ａを貫通した状態でカム軸駆動ギア４とカム軸５とを連結している。また、カム軸駆動ギア４に接続されるギア側端部（図１中、左端部）の外周面には左ねじ状態のギア側ヘリカルスプライン突条２１を刻設し、カム軸駆動ギア４内に左ねじ状態で形成されたヘリカルスプライン溝４ａにギア側ヘリカルスプライン突条２１を噛合することで、当該連結軸３とカム軸駆動ギア４とを結合（左ねじ状態でヘリカルスプライン結合）している。さらに、カム軸５に接続されるカム軸側端部（図１中、右端部）の外周面には、右ねじ状態のカム軸側ヘリカルスプライン突条２２を刻設し、カム軸５内に右ねじ状態で形成されたヘリカルスプライン溝５ｂへカム軸側ヘリカルスプライン突条２２を噛合することで、当該連結軸３とカム軸５とを結合（右ねじ状態でヘリカルスプライン結合）している。したがって、連結軸３がカム軸５側に移動したりカム軸駆動ギア４側に移動したりすることで、カム軸駆動ギア４に対するカム軸５の回転位相がずれるように構成されている。

詳しくは、カム軸５、連結軸３、カム軸駆動ギア４からなる結合体をカム軸５側（図１中、右側）から見た場合に、連結軸３をカム軸５側へ移動すると、左ねじ状態のヘリカルスプライン結合により連結軸３がカム軸駆動ギア４に対して時計方向へ回転位相をずらす。さらに、カム軸５と連結軸３とが右ねじ状態でヘリカルスプライン結合していることにより、カム軸５がカム軸駆動ギア４に対して連結軸３よりもさらに時計方向へ回転位相をずらす。一方、連結軸３をカム軸駆動ギア４側へ移動すると、左ねじ状態のヘリカルスプライン結合により連結軸３がカム軸駆動ギア４に対して反時計方向に回転位相をずらす。さらに、カム軸５と連結軸３とが右ねじ状態でヘリカルスプライン結合していることにより、カム軸５がカム軸駆動ギア４に対して連結軸３よりもさらに反時計方向へ回転位相をずらす。このようにして、連結軸３が軸方向に沿って移動すると、カム軸５は、２つのヘリカルスプライン結合による回転量の和の分だけ回転位相がずれるように構成されている。

そして、連結軸３の外周のうちヘリカルスプライン突条２１，２２同士の間に位置する箇所には、第１ベベルギア１１の右雌ねじ１１ｂに螺合する右雄ねじ２３と、第２ベベルギア１２の左雌ねじ１２ｂに螺合する左雄ねじ２４とを形成している。具体的に説明すると、前記外周箇所のうち第１ベベルギア１１側（図１中、左側）には右雄ねじ２３を形成し、第２ベベルギア１２側（図１中、右側）には左雄ねじ２４を形成している。さらに、前記外周箇所のうちベベルギア１１，１２同士の間に位置し得る箇所には、右雄ねじ２３と左雄ねじ２４とを重畳して形成している。この重畳形成部においては、右雄ねじ２３の隣り合う谷（螺旋溝）と左雄ねじ２４の隣り合う谷（螺旋溝）とで囲むことで、連結軸３の半径方向から見て平行四辺形状の突起（右雄ねじ２３のピッチと左雄ねじ２４のピッチとが等しい場合には菱形状の突起）を複数形成し、各突起を右雄ねじ２３の螺旋方向および左雄ねじ２４の螺旋方向に沿って配列している。

次に、このような構成を備えたカム軸位相連続可変駆動装置１の作用について説明する。なお、内燃機関の運転時においてクランク軸から回転力を受けたカム軸駆動ギア４は、図１中に矢印で示すように、カム軸５側（図１中、右側）から見て時計方向へ回転するものとする。また、説明の便宜上、カム軸位相連続可変駆動装置１の構成要素、カム軸５、カム軸駆動ギア４について、カム軸５側から見た回転方向を表記する場合には、単に「時計方向」、「反時計方向」と表記する。

いずれのベベルギア用電磁ブレーキ１６，１７も動作していない常態で内燃機関のクランク軸が回転すると、カム軸駆動ギア４が回転力を受け、カム軸駆動ギア４にヘリカルスプライン結合された連結軸３、該連結軸３にヘリカルスプライン結合されたカム軸５、連結軸３に噛合する各ベベルギア１１，１２、該ベベルギア１１，１２同士を噛合するベベルピニオン１３が時計方向へ共回りし、カム軸５に設けられたカム５ａの回転に基づいて排気バルブまたは吸気バルブが開閉する。

この共回り状態で制御装置が第１ベベルギア用電磁ブレーキ１６のみを通電により動作させると、第１ベベルギア１１が第１ベベルギア用電磁ブレーキ１６から制動力を受け、第１ベベルギア１１の回転がカム軸５やカム軸駆動ギア４よりも減速する。さらに、第１ベベルギア１１の回転の減速によりベベルピニオン１３が自転し、ベベルピニオン１３に噛合する第２ベベルギア１２の回転が第１ベベルギア１１の回転の減速分だけ増速する。したがって、回転中の連結軸３に対して第１ベベルギア１１が反時計方向へ回転位相をずらす一方、第２ベベルギア１２が時計方向へ回転位相をずらして、第１ベベルギア１１と第２ベベルギア１２とが差動する。

すると、連結軸３の右雄ねじ２３と第１ベベルギア１１の右雌ねじ１１ｂとの噛合、および連結軸３の左雄ねじ２４と第２ベベルギア１２の左雌ねじ１２ｂとの噛合により、連結軸３がカム軸駆動ギア４側（図１中、左側）へ移動する。この結果、カム軸５は、カム軸駆動ギア４に対して反時計方向（言い換えるとカム軸５の回転方向（時計方向）とは反対の方向）へ回転位相をずらして遅角状態に変換し、カム５ａによるバルブの動作タイミングを第１ベベルギア用電磁ブレーキ１６の動作前の状態よりも遅らせる。そして、位相ずれ検出センサにより検出された第１ベベルギア１１の位相のずれが所定の目標値（詳しくは、目標とするカム軸５の遅角状態を実現するために必要な第１ベベルギア１１の位相のずれ）に到達すると、制御装置が位相ずれ検出センサからの信号に基づいて第１ベベルギア用電磁ブレーキ１６への通電を遮断し、第１ベベルギア１１の制動操作が解除されてカム軸駆動ギア４、連結軸３、カム軸５、各ベベルギア１１，１２、各ベベルピニオン１３が上記遅角状態で共回りする。

一方、上記共回り状態で制御装置が第２ベベルギア用電磁ブレーキ１７のみを通電により動作させると、第２ベベルギア１２が第２ベベルギア用電磁ブレーキ１７から制動力を受け、第２ベベルギア１２の回転がカム軸５やカム軸駆動ギア４よりも減速する。さらに、第２ベベルギア１２の回転の減速によりベベルピニオン１３が自転し、ベベルピニオン１３に噛合する第１ベベルギア１１の回転が第２ベベルギア１２の回転の減速分だけ増速する。したがって、回転中の連結軸３に対して第２ベベルギア１２が反時計方向へ回転位相をずらす一方、第１ベベルギア１１が時計方向へ回転位相をずらして、第１ベベルギア１１と第２ベベルギア１２とが差動する。

すると、連結軸３の右雄ねじ２３と第１ベベルギア１１の右雌ねじ１１ｂとの噛合、および連結軸３の左雄ねじ２４と第２ベベルギア１２の左雌ねじ１２ｂとの噛合により、連結軸３がカム軸５側（図１中、右側）へ移動する。この結果、カム軸５は、カム軸駆動ギア４に対して時計方向（言い換えるとカム軸５の回転方向（時計方向）と同じ方向）へ回転位相をずらして進角状態に変換し、カム５ａによるバルブの動作タイミングを第２ベベルギア用電磁ブレーキ１７の動作前の状態よりも進める。そして、位相ずれ検出センサにより検出された第１ベベルギア１１の位相のずれが所定の目標値（詳しくは、目標とするカム軸５の進角状態を実現するために必要な第１ベベルギア１１の位相のずれ）に到達すると、制御装置が位相ずれ検出センサからの信号に基づいて第２ベベルギア用電磁ブレーキ１７への通電を遮断し、第２ベベルギア１２の制動操作が解除されてカム軸駆動ギア４、連結軸３、カム軸５、各ベベルギア１１，１２、各ベベルピニオン１３が上記進角状態で共回りする。

このような動作を実行可能なカム軸位相連続可変駆動装置１においては、連結軸３の外周のうちベベルギア１１，１２同士の間に位置し得る箇所に右雄ねじ２３と左雄ねじ２４とを重畳して形成しているので、連結軸３のうち一方のベベルギアに螺合していた箇所を、連結軸３の移動時には他方のベベルギアへ螺合させることができる。このことから、連結軸３の軸方向の移動範囲を制限せずにベベルギア１１，１２同士の離間距離を従来の非重畳ねじよりも狭めることができる。したがって、カム軸位相連続可変駆動装置１のコンパクト化を図り易い。また、ベベルギア用ブレーキ手段として電磁ブレーキ（ベベルギア用電磁ブレーキ１６，１７）を採用しているので、ベベルギア用ブレーキ手段を簡単な構成で実現することができる。さらに、ベベルギア用電磁ブレーキ１６，１７への通電からベベルギア１１，１２の制動開始までの時間遅れを短くすることができる。したがって、通電することによりベベルギア１１，１２の減速を滞りなく実行することができる。

ところで、上記第１実施形態においては、ベベルギア１１，１２の回転をベベルギア用電磁ブレーキ１６，１７のみで減速させたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図２および図３に示す第２実施形態のカム軸位相連続可変駆動装置１′においては、基本的な構成は第１実施形態と同じであるが、ベベルギア用電磁ブレーキ１６，１７の他に不思議遊星歯車機構によってベベルギア１１′，１２′の回転を減速させることができる点で異なる。

具体的に説明すると、第２実施形態における差動歯車部２′の各ベベルギア１１′，１２′には、図２および図３に示すように、変速遊星歯車機構である不思議遊星歯車機構（第１不思議遊星歯車機構３１，第２不思議遊星歯車機構３２）をそれぞれ備え、該不思議遊星歯車機構３１，３２の中心軸をベベルギア１１′，１２′の回転中心および連結軸３の回転中心に揃えて配置している。なお、第１ベベルギア１１′においては、カム軸駆動ギア４側（図２中、左側）を円環状に凹ませて第１歯車機構配置空間部３３を形成し、該第１歯車機構配置空間部３３内に第１不思議遊星歯車機構３１を配置している。さらに、円環状の第１歯車機構配置空間部３３に囲まれた中心部には、中央円孔１１ａが開設されて連結軸３が内周面の右雌ねじ１１ｂに噛合する円筒状の第１軸噛合部３４を形成している。また、第２ベベルギア１２′においては、カム軸５側（図２中、右側）を円環状に凹ませて第２歯車機構配置空間部３７を形成し、該第２歯車機構配置空間部３７内に第２不思議遊星歯車機構３２を配置している。さらに、円環状の第２歯車機構配置空間部３７に囲まれた中心部には、中央円孔１２ａが開設されて連結軸３が内周面の左雌ねじ１２ｂに噛合する円筒状の第２軸噛合部３８を形成している。

第１不思議遊星歯車機構３１は、歯数が互いに異なる一対のリングギア（第１内側リングギア４１，第１外側リングギア４２）を連結軸３の軸方向に沿って重なる状態に配置し、この一対のリングギア４１，４２の内歯に複数のプラネタリギア（例えば、リングギア４１，４２の回転軸線を中心にして１２０度ずつ位相をずらして配置された３つの第１プラネタリギア４３）を共通に噛合し、この噛合状態で各第１プラネタリギア４３を、リングギア４１，４２の回転軸線を中心にして円環状に形成された第１キャリア４４へ回転自在な状態で軸着し、該第１プラネタリギア４３同士の相対位置を一定に保持している。なお、図２に示す概略断面図では、便宜上第１プラネタリギア４３が連結軸３の上方および下方に現れるように描画されている。また、第１不思議遊星歯車機構３１の中心部には、第１軸噛合部３４を内側に遊嵌する第１サンギア４５を配置して各第１プラネタリギア４３を外周に噛合し、第１サンギア４５の外周に沿って第１プラネタリギア４３が公転するように構成されている。なお、第１サンギア４５においては、第１プラネタリギア４３以外の構成要素との間で力の伝達を行なわないため、第１プラネタリギア４３を第１キャリア４４で十分に保持することができれば、第１サンギア４５を設けることなく第１不思議遊星歯車機構３１を構成してもよい。

さらに、一対のリングギア４１，４２のうち、カム軸５側（図２中、右側）に位置する第１内側リングギア４１を第１ベベルギア１１′へ共回りする状態で接続（例えば、ボルト等で止着）し、カム軸駆動ギア４側（図２中、左側）に位置する第１外側リングギア４２を第１歯車機構配置空間部３３の外周縁と第１軸噛合部３４との間に第１ベアリング４６，４７を介して回転自在な状態で支承している。そして、第１内側リングギア４１の歯数を第１外側リングギア４２の歯数よりも多く（例えば、３枚多く）設定している。したがって、共通の第１プラネタリギア４３に第１内側リングギア４１と第１外側リングギア４２とを噛合した状態で第１プラネタリギア４３が回転（自転）して両方のリングギア４１，４２を回転（自転）させると、第１外側リングギア４２が１回転したときには、第１内側リングギア４１が歯数の多い分だけ１回転よりも少なく回転する。これにより、第１内側リングギア４１の回転が第１外側リングギア４２の回転よりも遅くなるように構成されている。

第２不思議遊星歯車機構３２は、歯数が互いに異なる一対のリングギア（第２内側リングギア５１，第２外側リングギア５２）を連結軸３の軸方向に沿って重なる状態に配置し、この一対のリングギア５１，５２の内歯に複数のプラネタリギア（例えば、リングギア５１，５２の回転軸線を中心にして１２０度ずつ位相をずらして配置された３つの第２プラネタリギア５３）を共通に噛合し、この噛合状態で各第２プラネタリギア５３を、リングギア５１，５２の回転軸線を中心にして円環状に形成された第２キャリア５４へ回転自在な状態で軸着し、該第２プラネタリギア５３同士の相対位置を一定に保持している。なお、図２に示す概略断面図では、便宜上第２プラネタリギア５３が連結軸３の上方および下方に現れるように描画されている。また、第２不思議遊星歯車機構３２の中心部には、第２軸噛合部３８を内側に遊嵌する第２サンギア５５を配置して各第２プラネタリギア５３を外周に噛合し、第２サンギア５５の外周に沿って第２プラネタリギア５３が公転するように構成されている。なお、第２サンギア５５においては、第２プラネタリギア５３以外の構成要素との間で力の伝達を行なわないため、第２プラネタリギア５３を第２キャリア５４で十分に保持することができれば、第２サンギア５５を設けることなく第２不思議遊星歯車機構３２を構成してもよい。

さらに、一対のリングギア５１，５２のうち、カム軸駆動ギア４側（図２中、左側）に位置する第２内側リングギア５１を第２ベベルギア１２′へ共回りする状態で接続（例えば、ボルト等で止着）し、カム軸５側（図２中、右側）に位置する第２外側リングギア５２を第２歯車機構配置空間部３７の外周縁と第２軸噛合部３８との間に第２ベアリング５６，５７を介して回転自在な状態で支承している。そして、第２内側リングギア５１の歯数を第２外側リングギア５２の歯数よりも多く（例えば、３枚多く）設定している。したがって、共通の第２プラネタリギア５３に第２内側リングギア５１と第２外側リングギア５２とを噛合した状態で第２プラネタリギア５３が回転（自転）して両方のリングギア５１，５２を回転（自転）させると、第２外側リングギア５２が１回転したときには、第２内側リングギア５１が歯数の多い分だけ１回転よりも少なく回転する。これにより、第２内側リングギア５１の回転が第２外側リングギア５２の回転よりも遅くなるように構成されている。

また、各外側リングギア４２，５２とギアケース１０との間には、リングギア用ブレーキ手段として機能する電磁ブレーキ（第１リングギア用電磁ブレーキ６１，第２リングギア用電磁ブレーキ６２）を外側リングギア４２，５２毎にそれぞれ付設している。そして、内燃機関の運転時に外側リングギア４２，５２が回転している状態で制御装置からの制御信号に基づいて第１リングギア用電磁ブレーキ６１へ通電すると、第１リングギア用電磁ブレーキ６１のブレーキパッドが電磁力により移動する等して第１外側リングギア４２の外側面に圧接されて第１外側リングギア４２の回転が減速するように構成されている。また、第２リングギア用電磁ブレーキ６２へ通電すると、第２リングギア用電磁ブレーキ６２のブレーキパッドが電磁力により移動する等して第２外側リングギア５２の外側面に圧接されて第２外側リングギア５２の回転が減速するように構成されている。

このような構成の不思議遊星歯車機構３１，３２を備えたカム軸位相連続可変駆動装置１′においては、いずれの電磁ブレーキ１６，１７，６１，６２も動作していない常態で内燃機関のクランク軸が回転すると、カム軸駆動ギア４、連結軸３、カム軸５、各ベベルギア１１′，１２′、各ベベルピニオン１３、各不思議遊星歯車機構３１，３２が時計方向（図２中、矢印で示す方向）へ共回りする。この共回り状態で制御装置が第１リングギア用電磁ブレーキ６１のみを通電により動作させると、第１不思議遊星歯車機構３１の第１外側リングギア４２が第１リングギア用電磁ブレーキ６１から制動力を受け、該第１外側リングギア４２の回転がカム軸５やカム軸駆動ギア４よりも減速し、さらには第１ベベルギア１１′がカム軸駆動ギア４よりも減速して連結軸３を移動させる。

詳しくは、減速状態の第１外側リングギア４２が第１プラネタリギア４３を回転（自転および公転）させ、これにより第１内側リングギア４１および第１ベベルギア１１′の回転が連結軸３の回転よりも遅い状態に移行される。このとき、第１リングギア用電磁ブレーキ６１の制動力の設定や第１不思議遊星歯車機構３１の減速比の設定に基づき、第１ベベルギア１１′の回転は、カム軸５やカム軸駆動ギア４の回転よりも遅く、尚且つ第１ベベルギア用電磁ブレーキ１６の動作時よりも緩やかに減速するように設定される。このような設定で第１ベベルギア１１′の回転が減速すると、第１実施形態と同様に、ベベルピニオン１３の自転、一対のベベルギア１１′，１２′の差動、連結軸３のカム軸駆動ギア４側（図２中、左側）への移動が行われ、カム軸５が第１ベベルギア用電磁ブレーキ１６の動作時よりも緩やかに（言い換えると、遅い速度で）遅角状態に移行される。そして、回転位相検出センサによりカム軸５が目標とする遅角の回転位相に到達したことを検出すると、制御装置が回転位相検出センサからの信号に基づいて第１リングギア用電磁ブレーキ６１への通電を遮断し、第１外側リングギア４２への制動操作が解除されてカム軸駆動ギア４、連結軸３、カム軸５、各ベベルギア１１′，１２′、各ベベルピニオン１３、非動作状態の各不思議遊星歯車機構３１，３２が上記遅角状態で共回りする。

一方、上記共回り状態で制御装置が第２リングギア用電磁ブレーキ６２のみを通電により動作させると、第２不思議遊星歯車機構３２の第２外側リングギア５２が第２リングギア用電磁ブレーキ６２から制動力を受け、該第２外側リングギア５２の回転がカム軸５やカム軸駆動ギア４よりも減速し、さらには第２ベベルギア１２′がカム軸駆動ギア４よりも減速して連結軸３を移動させる。

詳しくは、減速状態の第２外側リングギア５２が第２プラネタリギア５３を回転（自転および公転）させ、これにより第２内側リングギア５１および第２ベベルギア１２′の回転が連結軸３の回転よりも遅い状態に移行される。このとき、第２リングギア用電磁ブレーキ６２の制動力の設定や第２不思議遊星歯車機構３２の減速比の設定に基づき、第２ベベルギア１２′の回転は、カム軸５やカム軸駆動ギア４の回転よりも遅く、尚且つ第２ベベルギア用電磁ブレーキ１７の動作時よりも緩やかに減速するように設定される。このような設定で第２ベベルギア１２′の回転が減速すると、第１実施形態と同様に、ベベルピニオン１３の自転、一対のベベルギア１１′，１２′の差動、連結軸３のカム軸５側（図２中、右側）への移動が行われ、カム軸５が第２ベベルギア用電磁ブレーキ１７の動作時よりも緩やかに（言い換えると、遅い速度で）進角状態に移行される。そして、回転位相検出センサによりカム軸５が目標とする進角の回転位相に到達したことを検出すると、制御装置が回転位相検出センサからの信号に基づいて第２リングギア用電磁ブレーキ６２への通電を遮断し、第２外側リングギア５２への制動操作が解除されてカム軸駆動ギア４、連結軸３、カム軸５、各ベベルギア１１′，１２′、各ベベルピニオン１３、非動作状態の各不思議遊星歯車機構３１，３２が上記進角状態で共回りする。

このようにして不思議遊星歯車機構３１，３２の動作によりカム軸５の回転位相を変更すれば、ベベルギア用電磁ブレーキ１６，１７による減速では難しい微調整が実行可能となる。したがって、カム軸５の回転位相の変更において精度の向上を図ることができる。例えば、内側リングギア４１，５１の歯数をＺｓ＝６５とし、標準歯車である外側リングギア４２，５２の歯数をＺｎ＝６２とすれば、不思議遊星歯車機構３１，３２の減速比ｉは、ｉ＝Ｚｓ／（Ｚｎ−Ｚｓ）＝６５／（６２−６５）＝−２１．６６となる。リングギア用電磁ブレーキ６１，６２の動作前に上記共回り状態のカム軸が２５００ｒｐｍで回転していたとすると、リングギア用電磁ブレーキ６１，６２の動作時には、内側リングギア４１，５１および該内側リングギア４１，５１に接続されたベベルギア１１′，１２′を２５００／２１.６６＝１１５．４ｒｐｍだけ減速させることができる。そして、不思議遊星歯車機構３１，３２を用いれば、リングギア用電磁ブレーキ６１，６２の非動作時にベベルギア１１′，１２′が不用意に回転位相をずらす不都合を阻止することができる。言い換えると、不思議遊星歯車機構３１，３２をベベルギア１１′，１２′のロック機構として機能させることができる。なお、ベベルギア１１′，１２′自体も差動装置であるため、逆方向からの力では動かないロック構造を本質的に備えている。

また、リングギア用ブレーキ手段として電磁ブレーキ（リングギア用電磁ブレーキ６１，６２）を採用しているので、リングギア用ブレーキ手段を簡単な構成で実現することができる。さらに、リングギア用電磁ブレーキ６１，６２への通電からリングギア４２，５２の制動開始までの時間遅れ、さらにはベベルギア１１′，１２′の制動開始までの時間遅れを短くすることができる。したがって、通電することによりリングギア４２，５２の減速、ひいてはベベルギア１１′，１２′の減速を滞りなく実行することができる。

そして、第２実施形態のカム軸位相連続可変駆動装置１′においては、ベベルギア用電磁ブレーキ１６，１７の動作を実行して回転状態のベベルギア１１′，１２′同士の位相をずらすことにより、カム軸５の回転位相を変更する粗位相決め動作と、粗位相決め動作の後にリングギア用電磁ブレーキ６１，６２の動作を実行して回転状態のベベルギア１１′，１２′同士の位相をずらすことにより、カム軸５の回転位相を粗位相決め動作よりも遅い速度で変更する精密位相決め動作とを実行して、カム軸５を目標の回転位相に変更することができる。このとき、カム軸５を変更実行前から遅角状態に設定する場合には、第１ベベルギア用電磁ブレーキ１６と第１リングギア用電磁ブレーキ６１とを動作させる制御を制御装置により実行し、進角状態に設定する場合には、第２ベベルギア用電磁ブレーキ１７と第２リングギア用電磁ブレーキ６２とを動作させる制御を制御装置により実行する。

詳しく説明すると、図４に示すように、回転位相の変更の実行開始時には、制御装置が粗位相決め動作を実行する制御を行ってベベルギア用電磁ブレーキ（第１ベベルギア用電磁ブレーキ１６、または第２ベベルギア用電磁ブレーキ１７）に通電してカム軸５の回転位相を変更する。そして、位相ずれ検出センサからの信号に基づき制御装置がカム軸５の回転位相の変更の進捗を判定し、カム軸５の回転位相が変更目標に到達する前の所定の値Δθ１（例えば、変更実行開始前における目標までの位相差の１０％に相当する値Δθ１）となった場合には、制御装置が粗位相決め動作を終了する制御を行ってベベルギア用電磁ブレーキ（第１ベベルギア用電磁ブレーキ１６、または第２ベベルギア用電磁ブレーキ１７）への通電を遮断する。さらに、精密位相決め動作を実行する制御を行ってリングギア用電磁ブレーキ（第１リングギア用電磁ブレーキ６１、または第２リングギア用電磁ブレーキ６２）へ通電してカム軸５の回転位相の変更を引き続き行う。このとき、不思議遊星歯車機構３１，３２を介して制動力を受けるベベルギア１１′，１２′の回転が粗位相決め動作時よりも緩やかに減速する。そして、回転位相検出センサからの信号に基づき制御装置がカム軸５の回転位相の変更の進捗を判定し、カム軸５の回転位相が変更目標に到達した場合には、制御装置が精密位相決め動作を終了する制御を行ってリングギア用電磁ブレーキ（第１リングギア用電磁ブレーキ６１、または第２リングギア用電磁ブレーキ６２）への通電を遮断する。

このようにして粗位相決め動作と精密位相決め動作とを実行してカム軸５の回転位相を変更すれば、カム軸５の回転位相の変更を迅速かつ正確に行うことができる。また、粗位相決め動作と、その後に行われる精密位相決め動作においては、ベベルギア１１′，１２′や不思議遊星歯車機構３１，３２を構成するギアを一定方向（押し勝手）にのみ回転させてカム軸５の回転位相の変更を行うため、連結軸３上を移動するベベルギア１１′，１２′のねじ部のガタ、ギア構造のバックラッシュに起因するカム軸５の回転位相の誤差や騒音（ギア同士の衝突に伴う騒音）が発生し難い。さらに、不思議遊星歯車機構３１，３２をベベルギア１１′，１２′に形成された歯車機構配置空間部３３，３７内に収納したので、カム軸位相連続可変駆動装置１′のコンパクト化を図り易い。

なお、第２実施形態におけるカム軸位相連続可変駆動装置１′においては、不思議遊星歯車機構３１，３２を用いて行われる回転位相の変更の動作を装置始動操作として粗位相決め動作の前に実行してもよい。例えば、ベベルギア用電磁ブレーキ１６，１７による制動力のみでは一対のベベルギア１１′，１２′を差動歯車部２の静止摩擦力（具体的には連結軸３やベベルピニオン１３との間に生じる静止摩擦力）や慣性モーメントに抗してスムーズに差動を開始し難いが、リングギア用電磁ブレーキ６１，６２から不思議遊星歯車機構３１，３２を介して伝達される制動力であればスムーズに差動を開始し易い場合には、粗位相決め動作の前に不思議遊星歯車機構３１，３２による装置始動操作を実行することが好適である。要は、差動がスムーズに開始可能となるトルクをベベルギア１１′，１２′に付与することができれば、ベベルギア用電磁ブレーキ１６，１７のみまたはリングギア用電磁ブレーキ６１，６２のみを使用してベベルギア１１′，１２′の差動を開始させてもよいし、あるいは第１ベベルギア用電磁ブレーキ１６と第１リングギア用電磁ブレーキ６１とを併用したり、第２ベベルギア用電磁ブレーキ１７と第２リングギア用電磁ブレーキ６２とを併用したりしてベベルギア１１′，１２′の差動を開始させてもよい。

また、粗位相決め動作の後に精密位相決め動作を連続して実行したが、本発明はこれに限定されない。例えば、粗位相決め動作と精密位相決め動作との間にインターバルを設けてもよい。

ところで、上記各実施形態では、連結軸３の外周のうちベベルギア１１，１２同士の間に位置し得る箇所にのみ右雄ねじ２３と左雄ねじ２４とを重畳（重複）して形成したが、本発明はこれに限定されない。例えば、連結軸３の外周のうちギア側ヘリカルスプライン突条２１とカム軸側ヘリカルスプライン突条２２との間に亘って右雄ねじ２３と左雄ねじ２４とを重複して形成してもよい。要は、少なくともベベルギア１１，１２同士の間に位置し得る箇所に右雄ねじ２３と左雄ねじ２４とを重複して形成すればよい。

また、上記各実施形態では、第１ベベルギア１１に右雌ねじ１１ｂを形成し、第２ベベルギア１２に左雌ねじ１２ｂを形成したが、本発明はこれに限定されない。要は、一方のベベルギアの中央円孔内には右雌ねじを形成し、他方のベベルギアには左雌ねじを形成すればよく、例えば、第１ベベルギア１１に左雌ねじを形成し、第２ベベルギア１２に右雌ねじを形成してもよい。

さらに、上記各実施形態では、連結軸３とカム軸駆動ギア４との間、連結軸３とカム軸５との間をそれぞれヘリカルスプライン結合で連結したが、本発明はこれに限定されない。要は、連結軸を介してカム軸駆動ギアとカム軸とを連結し、連結軸の移動によりカム軸の回転位相を変更することができればよく、例えば、連結軸とカム軸駆動ギアとの結合、または連結軸とカム軸との結合のいずれか一方をヘリカルスプライン結合とし、他方を通常のスプライン結合（突条および溝が連結軸の軸方向に沿って延在するスプライン結合）としてもよい。しかしながら、上記各実施形態のように、２つの異なるヘリカルスプライン結合によりカム軸駆動ギアと連結軸とカム軸とを連結すれば、単一のヘリカルスプライン結合により連結する場合と比較して、同じ連結軸の移動量でもカム軸の回転位相の変化が大きくなる。したがって、カム軸の回転位相の変更を短時間で実行し易くなって好適である。

そして、上記各実施形態では、本発明における伝動車の一例としてカム軸駆動ギア４を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、内燃機関のクランク軸からタイミングベルト（段付ベルト）を介して回転力を受ける段付プーリを伝動車として採用してもよい。要は、クランク軸側から回転力を受ける伝動車であればどのような構成であってもよい。また、本発明における各構成要素の回転方向や移動方向は、上記各実施形態で例示した設定に限らない。要は、ベベルギア同士の位相をずらすことにより連結軸が移動し、この移動に基づいてカム軸の回転位相の変更を実現することができれば、各構成要素の回転方向、移動方向をどのように設定してもよい。

さらに、上記各実施形態では、ベベルギア用電磁ブレーキ１６，１７の動作によるカム軸５の回転位相の変更の進捗を、位相ずれ検出センサによる第１ベベルギア１１の回転位相のずれの検出により把握し、リングギア用電磁ブレーキ６１，６２の動作によるカム軸５の回転位相の変更の進捗を、回転位相検出センサによるカム軸５の回転位相の検出により把握したが、本発明はこれに限定されない。要は、カム軸の回転位相の変更の進捗に応じてベベルギア用ブレーキ手段またはリングギア用ブレーキ手段の動作の制御を実行することができれば、どのような手段でカム軸の回転位相の変更の進捗を把握してもよい。

また、本発明におけるベベルギア用ブレーキ手段およびリングギア用ブレーキ手段の例示として、制動力を与える対象に直接圧接される摩擦式電磁ブレーキを挙げたが、本発明はこれに限定されない。例えば、通電により磁界を発生させ、この磁界を横切る抵抗により制動力を与える非接触タイプの電磁ブレーキを本発明におけるベベルギア用ブレーキ手段およびリングギア用ブレーキ手段に採用してもよい。あるいは、電磁力の利用に限らず、トグル構造のような機械的ブレーキ手段や油圧的ブレーキ手段を採用してもよい。

そして、前記した実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明は、上記した説明に限らず特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれるものである。

１，１′ カム軸位相連続可変駆動装置
２，２′ 差動歯車部
３ 連結軸
４ カム軸駆動ギア
４ａ ヘリカルスプライン溝
５ カム軸
５ａ カム
５ｂ ヘリカルスプライン溝
１０ ギアケース
１１，１１′ 第１ベベルギア
１１ａ 中央円孔
１１ｂ 右雌ねじ
１２，１２′ 第２ベベルギア
１２ａ 中央円孔
１２ｂ 左雌ねじ
１３ ベベルピニオン
１４ａ，１４ｂ ベアリング
１５ ピニオン支持具
１６ 第１ベベルギア用電磁ブレーキ
１７ 第２ベベルギア用電磁ブレーキ
２１ ギア側ヘリカルスプライン突条
２２ カム軸側ヘリカルスプライン突条
２３ 右雄ねじ
２４ 左雄ねじ
３１ 第１不思議遊星歯車機構
３２ 第２不思議遊星歯車機構
３３ 第１歯車機構配置空間部
３４ 第１軸噛合部
３７ 第２歯車機構配置空間部
３８ 第２軸噛合部
４１ 第１内側リングギア
４２ 第１外側リングギア
４３ 第１プラネタリギア
４４ 第１キャリア
４５ 第１サンギア
４６，４７ 第１ベアリング
５１ 第２内側リングギア
５２ 第２外側リングギア
５３ 第２プラネタリギア
５４ 第２キャリア
５５ 第２サンギア
５６，５７ 第２ベアリング
６１ 第１リングギア用電磁ブレーキ
６２ 第２リングギア用電磁ブレーキ

Claims (5)

1. 内燃機関のクランク軸側から伝動車に受けた回転力によりカム軸を回転し、該カム軸の回転位相を変更するカム軸位相連続可変駆動装置において、
   前記伝動車とカム軸との間に配置され、ギア面が対向する状態で回転自在に支承された一対のベベルギアと、
   前記ベベルギア毎にそれぞれ開設された中央円孔を貫通し、伝動車とカム軸とをヘリカルスプライン結合により連結させる連結軸と、
   前記ベベルギアの対向するギア面同士の間に噛合されるベベルピニオンと、
   前記ベベルギア毎にそれぞれ付設され、ベベルギアの回転を減速させるベベルギア用ブレーキ手段と、
   を備え、
   一方のベベルギアの中央円孔内には右雌ねじを形成し、他方のベベルギアの中央円孔内には左雌ねじを形成し、
   前記連結軸の外周には、一方のベベルギアの右雌ねじに螺合する右雄ねじと、他方のベベルギアの左雌ねじに螺合する左雄ねじとを形成し、
   前記連結軸の外周のうち少なくともベベルギア同士の間に位置し得る箇所には、前記右雄ねじと前記左雄ねじとを重畳して形成したことを特徴とする内燃機関のカム軸位相連続可変駆動装置。
2. 前記ベベルギア用ブレーキ手段は、電磁ブレーキからなることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のカム軸位相連続可変駆動装置。
3. 前記各ベベルギアには、歯数が互いに異なる一対のリングギアにプラネタリギアを噛合して構成される不思議遊星歯車機構をそれぞれ備え、
   該不思議遊星歯車機構は、前記一対のリングギアの一方をベベルギアへ共回りする状態で接続し、他方のリングギアにはリングギア用ブレーキ手段を付設したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関のカム軸位相連続可変駆動装置。
4. 前記ベベルギア用ブレーキ手段の動作を実行して回転状態のベベルギア同士の位相をずらすことにより、カム軸の回転位相を変更する粗位相決め動作と、
   該粗位相決め動作の後にリングギア用ブレーキ手段の動作を実行して回転状態のベベルギア同士の位相をずらすことにより、カム軸の回転位相を粗位相決め動作よりも遅い速度で変更する精密位相決め動作と、
   を実行することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関のカム軸位相連続可変駆動装置。
5. 前記リングギア用ブレーキ手段は、電磁ブレーキからなることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の内燃機関のカム軸位相連続可変駆動装置。

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