JP5952400B2 - 内燃機関の可変動弁装置及びその製造方法 - 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特性を制御する内燃機関の可変動弁装置に関する。

近時、電動モータの回転力を、減速機構を介して出力軸であるカムシャフトに伝達することにより、クランクシャフトから回転力が伝達されるスプロケットに対するカムシャフトの相対回転位相を変換して吸気弁や排気弁のバルブタイミングを制御する可変動弁装置が提供されている。

例えば、以下の特許文献１に記載された可変動弁装置にあっては、電動モータの回転力が入力される偏心軸と、前記スプロケットの内周側に形成されて内周に複数の内歯が形成された内歯構成部と、前記偏心軸と内歯との間に配置されて、該内歯より少ない数の複数のローラと、を備え、これらローラの周方向移動を規制する保持器から回転力を出力する減速機構が用いられている。

特開２０１１−２３１７００号公報

しかしながら、前記公報記載の可変動弁装置は、前記減速機構の保持器に、バルブスプリングのばね力に起因してカムシャフトに発生する交番トルクが伝達されている。この交番トルクによって前記保持器に保持されている複数のローラが周方向へ移動しようとして前記各内歯を乗り上げてようとする比較的大きな荷重が発生する。

このため、前記内歯構成部の各内歯の歯先や両歯面（両歯側面）が摩耗して前記各ローラとの間にガタ（隙間）が生じて異音が発生するといった問題がある。

そこで、前記各内歯の歯先や両歯面のみの硬度を高くして摩耗を減少させることも考えられているが、これらの部位が硬すぎると、逆に前記各ローラが摩耗してしまうおそれがある。

本発明の目的は、保持器に交番トルクが作用したとしても内歯構成部の内歯とローラとの間の摩耗の発生を抑制することができる内燃機関の可変動弁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、クランクシャフトから回転力が伝達され、内周に複数の内歯が形成された環状の内歯構成部を有する駆動回転体と、要求に応じて前記駆動回転体に対して相対回転するモータ出力軸を有する電動モータと、前記モータ出力軸に設けられ、外周面が回転中心に対して偏心した円筒状の偏心軸部と、前記各内歯と前記偏心軸部との間に複数配置され、前記内歯の歯数よりも少ない数のローラと、カムシャフトと一体に回転するように設けられ、それぞれの前記ローラの前記偏心軸部に対する径方向移動を許容し、周方向の移動を規制する従動回転体と、を備え、前記内歯構成部は、前記内歯の歯先から歯面までの硬度よりも歯底の部位の硬度が小さく設定されていることを特徴としている。

この発明によれば、たとえ、保持器に交番トルクが作用したとしても内歯構成部の各内歯と各ローラとの間の摩耗の発生を十分に抑制することが可能になる。

本発明に係る可変動弁装置の一実施形態に供される内歯構成部の内歯とロータを示す要部拡大断面図である。 本発明に係る可変動弁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。 本実施形態のギア部と内歯に対するレーザ焼き付けによる表面深さと硬さの関係を示すグラフである。

以下、本発明に係る内燃機関の可変動弁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。

この可変動弁装置は、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内歯構成部１９と、から構成されている。

前記ギア部１ｂは、外面がレーザ焼き付けによって表面処理されて、その有効硬化深さが約０．３〜１．５ｍｍの範囲内に設定されている。

ここで、前記有効硬化深さを約０．３〜１．５ｍｍに設定したのは、図７のグラフに示すように、内歯１９ａの歯先１９ｂと両歯面１９ｃ、１９ｃの硬度（ビッカース硬度）を約８００ＨＶ〜５００ＨＶ程度に設定するためである。

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、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、段差径状に形成されて、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、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。

前記内歯構成部１９は、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、波形状の複数の内歯１９ａが形成されている。

この各内歯１９ａは、図１及び図４に示すように、円周方向に等間隔で連続的に複数形成されて、山形状の歯先１９ｂと該歯先１９ｂから両側に連なる両歯面１９ｃ、１９ｃと、該両歯面１９ｃ、１９ｃ間の歯底面１９ｄとから構成されている。

また、前記内歯構成部１９は、前記ギア部１ｂと同様に、前記各内歯１９ａの歯先１９ｂと両歯面１９ｃ、１９ｃにレーザ焼き入れ処理が施されて、これらの部位が各歯底面１９ｄ側の部位よりも硬度が高く形成されている。

すなわち、前記各歯先１９ｂと両歯面１９ｃ、１９ｃとは、レーザ焼き入れによる表面処理によってその有効硬化深さが約０．３〜１．５ｍｍの範囲に設定されており、これらの部位以外の歯底面１９ｄや後述する薄肉部位１９ｅを含む内歯構成部１９の外周部側は焼き入れ表面処理がなされていない。したがって、各歯先１９ｂや両歯面１９ｃ、１９ｃの硬度（ビッカース硬度）は、約８００ＨＶ〜４９０ＨＶになっているのに対して、前記各歯底面１９ｄや内歯構成部１９の外周部側では、通常の鉄系金属の硬さになっていて、比較的柔軟性のある硬度になっている。なお、前記ギア部１ｂと同じく、有効硬化深さを約０．３〜１．５ｍｍに設定したのは、図７のグラフに示すように、内歯１９ａの歯先１９ｂと両歯面１９ｃ、１９ｃの硬度を約８００ＨＶ〜５００ＨＶ程度に設定するためである。

また、前記内歯構成部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が対向配置されている。

さらに、スプロケット本体１ａの内歯構成部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３及び図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（内歯構成部１９）及び保持プレート６１のそれぞれの外周部には、孔であるボルト挿通孔１ｃ及びボルト挿通孔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によって前記タイミングスプロケット１と保持プレート６１及びハウジング５が軸方向から共締め固定されている。

なお、前記スプロケット本体１ａと内歯構成部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と前記内歯構成部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合成樹脂の非磁性材からなる封止プレート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２〜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内歯構成部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、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が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出力軸１３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。

前記モータ出力軸１３は、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れるようになっている。一方、前記小径部１３ｂの外周には、円環部材２０が圧入固定されていると共に、該円環部材２０の外周面にコミュテータ２１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なされている。前記円環部材２０は、その外径が前記大径部１３ａの外径とほぼ同一に設定されていると共に、軸方向の長さが小径部１３ｂよりも僅かに短く設定されている。

そして、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２１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、外周側が電磁コイル１８のコイル線を巻回させるスロットを有するボビンとして構成されている。

一方、前記コミュテータ２１は、導電材によって円環状に形成されて、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の引き出されたコイル線の端末１８ｃが電気的に接続されている。つまり、内周側に形成された折り返し部に、コイル線の端末１８ｃ先端を挟み込んで電気的に接続されるようになっている。

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２１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２１の外周面に径方向から弾接する切換ブラシ（整流子）である一対の第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２１、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、モータ出力軸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に示すように、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に形成された図外の一対の雌ねじ孔に螺着する各ボルト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。

前記モータ出力軸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、外輪がモータ出力軸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、前記モータ出力軸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、電動モータ１２と減速機構８とを隔成するものであって、内周部が前記モータ出力軸１３の外周面に弾接していることによって、該モータ出力軸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に通電してモータ出力軸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が前述したモータ出力軸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がモータ出力軸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、鉄系金属によって形成され、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内歯構成部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、前記モータ出力軸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、その回転力が内歯構成部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、前記内歯構成部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、モータ出力軸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、前記モータ出力軸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がモータ出力軸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内歯構成部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出力軸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。

具体的には、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、前述したように、タイミングスプロケット１全体を焼き入れして硬度を確保するのではなく、ギア部１ｂの表面と、内歯１９ａの各歯先１９ｂと両歯面１９ｃ、１９ｃに個別的にレーザ焼き入れを施こしたことによって、特に、図１及び図４に示すように、前記内歯構成部１９の前記各ボルト挿通孔１ｃと各内歯１９ａとの間の薄肉部位１９ｅにおける熱的変形を抑制できるので、各内歯１９ａ全体での均一な歯形精度を確保できる。

すなわち、従来では、前記各ローラ４８が噛み合う内歯１９ａとタイミングチェーンが巻装されるギア部１ｂの耐摩耗性の確保と、前記内歯１９ａ全体の均一な歯形精度の確保のために、タイミングスプロケット１全体を例えば浸炭焼き入れなど熱処理によって表面硬度を確保するようになっていた。このため、熱処理時の高熱によって前記各内歯１９ａと前記ボルト挿通孔１ｃとの間の薄肉部位１９ｅが熱的影響を受けて部分的に変形してしまい、これによって各内歯１９ａの全周での均一な歯形精度を確保することができなかった。

つまり、前記薄肉部位１９ｅの部分的な変形によって、各内歯１９ａの歯形精度を確保することができなかったことから、各ローラ４８と各内歯１９ａとの間のガタの拡大を抑制できないと共に、初期のガタのばらつきを抑制することができなかった。この結果、作動中に比較的大きな異音の発生が余儀なくされていた。

したがって、従来では、前記薄肉部位１９ｅの熱的変形による各内歯１９ａの歯形変形を小さくするために、前記各ボルト挿通孔１ｃを内歯構成部１９の外周側に移動させて薄肉部位を厚肉に形成しなければならず、結果的にユニットを大型化せざるを得なかったのである。

そこで、本実施形態では、前記各内歯１９ａとギア部１ｂとをレーザ焼き入れによって個別的に熱処理を行うことによって、特に、各内歯１９ａと各ボルト挿通孔１ｃとの間の薄肉部位１９ｅの熱的影響を十分に抑制することができたのである。とりわけ、前記レーザ焼き入れを、内歯１９ａ全体に施すのではなく、ローラ４８の乗り越えによって大きな負荷の作用する歯先１９ｂと両歯面１９ｃ、１９ｃとに施して、歯底面１９ｄには施さないようにしたことから、前記薄肉部位１９ｅの熱的影響をさらに回避することが可能になる。

この結果、各内歯１９ａの摩耗の発生を抑制できると共に、各ボルト挿通孔１ｃの形成位置を外周側に移動させることなく、内歯１９ａ全体で均一な歯形精度を確保することができる。

また、熱処理時には、前記薄肉部位１９ｅが若干の縮径方向へ変形した場合でも、有効硬化深さを約０．３〜１．５ｍｍの範囲内に規定してあることにより、前記薄肉部位１９ｅにおいて靭性が確保されているため、割れや破損などの発生がなく、前記各ローラ４８からの荷重負荷が作用すると、前記歯底面１９ｄを含む薄肉部位１９ｅが弾性変形して縮径分を吸収する。これによって、各ローラ４８の各内歯１９ａの歯先１９ｂを乗り越え作用を円滑に行うことができる。

したがって、前記カムシャフト２に発生した交番トルクが保持器４１を介して各ローラ４８に伝達されて各内歯１９ａを乗り越える際の加重負荷による摩耗の発生と歯形精度の悪化を抑制できることから、内歯１９ａとローラ４８との間のガタによる異音の発生を十分に抑制することができる。

また、本実施形態では、前述したように、電磁コイル１８の一方のコイル巻線１８ａをコミュテータ２１側（軸方向）へ近接配置し、他方のコイル巻線１８ｂ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、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。これによって、装置の内燃機関への搭載性が向上する。

さらに、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、前方（図２の左方向）に吸引されて、該鉄心ロータ１７とモータ出力軸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。

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２１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。

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、前記ギア部１ｂや内歯１９ａの表面処理としては、レーザ焼き入れの他に、高周波焼き入れなどを用いることも可能である。

また、前記偏心軸部としては、前記中径ボールベアリング４７の内輪４７ａの肉厚を周方向で変化させて、ボールベアリング４７の軸心に対して偏心するように形成することも可能である。この場合、前記偏心軸部３９を廃止してモータ出力軸１３を延長形成するか、同心状の円筒部として構成することも可能である。

１…タイミングスプロケット（駆動回転体）
１ａ…スプロケット本体
１ｂ…ギア部
１ｃ…ボルト挿通孔（孔）
２…カムシャフト
３…カバー部材
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（従動回転体）
１２…電動モータ
１３…モータ出力軸
１４、１５…永久磁石
１９…内歯構成部（内周噛み合い部）
１９ａ…内歯
１９ｂ…歯先
１９ｃ…歯面
１９ｄ…歯底面
１９ｅ…薄肉部位
３９…偏心軸部
４８…ローラ

Claims (14)

1. クランクシャフトから回転力が伝達され、内周に複数の内歯が形成された環状の内歯構成部を有する駆動回転体と、
   要求に応じて前記駆動回転体に対して相対回転するモータ出力軸を有する電動モータと、
   前記モータ出力軸に設けられ、外周面が回転中心に対して偏心した円筒状の偏心軸部と、
   前記各内歯と前記偏心軸部との間に複数配置され、前記内歯の歯数よりも少ない数のローラと、
   カムシャフトと一体に回転するように設けられ、それぞれの前記ローラの前記偏心軸部に対する径方向移動を許容し、周方向の移動を規制する従動回転体と、
   を備え、
   前記内歯構成部は、前記内歯の歯先から歯面までの硬度よりも歯底の部位の硬度が小さく設定されていることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
2. クランクシャフトから回転力が伝達され、内周に複数の内歯が形成された環状の内歯構成部を有する駆動回転体と、
   要求に応じて前記駆動回転体に対して相対回転するモータ出力軸を有する電動モータと、
   前記モータ出力軸に設けられ、外周面が回転中心に対して偏心した円筒状の偏心軸部と、
   前記各内歯と前記偏心軸部との間に複数配置され、前記内歯の歯数よりも少ない数のローラと、
   カムシャフトと一体に回転するように設けられ、それぞれの前記ローラの前記偏心軸部に対する径方向移動を許容し、周方向の移動を規制する従動回転体と、
   を備えた内燃機関の可変動弁装置の製造方法であって、
   前記駆動回転体の内歯の歯先から歯面までを硬化処理によって所定硬度まで硬化させると共に、前記内歯の歯底の外周部位が柔軟性を有することを特徴とする内燃機関の可変動弁装置の製造方法。
3. 制御軸を回転させることによって機関弁の作動特性が変更される内燃機関の可変動弁装置であって、
   内周に複数の内歯が形成された円環状の内歯構成部と、
   要求に応じて前記内歯構成部に対して相対回転するモータ出力軸を有する電動モータと、
   前記モータ出力軸に設けられて、外周面が回転中心に対して偏心した円筒状の偏心軸部と、
   前記内歯と偏心軸部との間に複数配置され、前記内歯の歯数よりも少ない数のローラと、
   前記制御軸に回転力を伝達するように設けられ、前記それぞれのローラの偏心軸部に対する径方向の移動を許容し、周方向の移動を規制する出力部材と、
   を備え、
   前記内歯構成部は、前記内歯の歯先から歯面までの硬度よりも歯底の部位の硬度が小さく設定されていることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
4. 請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
   前記内歯構成部には、軸方向の延びる孔が周方向に複数設けられていることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
5. 請求項４に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
   前記孔は、前記内歯構成部の周方向に等間隔に設けられていることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
6. 請求項４に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
   前記孔は、前記駆動回転体を軸方向から貫通していることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
7. 請求項６に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
   前記電動モータは、前記駆動回転体に固定されたステータと、該ステータに対して回転自在に設けられたロータとを備え、非回転部からブラシとスリップリングを介して前記電動モータに電流が供給されるように構成され、
   前記孔には、前記駆動回転体に前記ステータを固定するためのボルトが挿通されることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
8. 請求項７に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
   前記電動モータのロータにはコイルが巻回され、前記ステータには永久磁石が設けられていると共に、前記電動モータ側の筒軸に設けられたコミュテータによってコイルに通電する電流が切り換えられて磁束が形成されることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
9. 請求項４に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
   前記孔の周囲は、前記内歯の歯先から歯面までの表面硬度に対して硬度が小さくなっていることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
10. 請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
    前記偏心軸部は、外周面が回転中心に対して偏心した偏心部と、該偏心部に固定される内輪と、該内輪に対して複数の転動体を介して相対回転自在に設けられた外輪とから構成されていることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
11. 請求項１０に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
    前記偏心部は、前記モータ出力軸と一体に形成されていることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
12. 請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
    前記内歯の表面全体の硬度に対して、その外周側の硬度が小さくなっていることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
13. 請求項２に記載の内燃機関の可変動弁装置の製造方法において、
    前記硬化処理を、有効硬化深さが約０．３〜１．５ｍｍの範囲に設定したことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置の製造方法。
14. 請求項２に記載の内燃機関の可変動弁装置の製造方法において、
    前記硬化処理は、高周波焼き入れかまたはレーザ焼き入れであることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置の製造方法。

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