JP6060832B2 - バルブタイミング調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの吸気弁又は排気弁の開閉タイミングを調整するバルブタイミング調整装置に関する。

従来、エンジンの駆動軸及び従動軸とそれぞれ連動して回転する回転体同士の相対位相を変化させることにより吸気弁又は排気弁の開閉タイミングを調整するバルブタイミング調整装置が知られている。この相対位相を変化させる駆動力として、油圧を用いるものや電動モータのトルクを用いるものがある。

一般に電動バルブタイミング調整装置では、モータトルクによって歯車機構を駆動し、駆動軸に対する従動軸の位相を調整する。最遅角位置及び最進角位置では、従動軸に連動する突き当て部を駆動軸に連動するストッパ部に当接させることで位相可変限界を機械的に制限している。そのため、位相を最遅角位置又は最進角位置へ急激に変化させたとき、突き当てによる衝撃トルクにより突き当て部やストッパ部が破損したり、歯車同士が噛み込んでロック状態になったりするおそれがある。
そこで、特許文献１には、バルブタイミング調整装置の位相を最遅角位置及び最進角位置に変化させるとき、突き当て部がストッパ部に突き当たる手前でブレーキをかけ、位相変化速度を所定速度以下に制限する「速度制限制御」の技術が開示されている。

特開２００４−１５６４６１号公報

環境保護や燃費向上を目的としたアイドリングストップシステム（以下、「ＩＳＳ」という）では、車両が信号待ち等で停車するとき、停止要求信号を受信してからエンジン停止までの時間をできるだけ短縮することが求められる。したがって、バルブタイミング調整装置では、走行時に最遅角と最進角との中間にあったカム軸位相を、停止要求後、速やかに最遅角位置に移行させることが求められる。
しかし、特許文献１による制御を実行すると、最遅角位置の手前で位相変化の速度が制限され、停止要求後エンジン停止までの時間が長くなる。その結果、燃費やＩＳＳ商品性を十分に向上させることができないという問題が生ずる。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、最遅角位置での突き当て時の衝撃トルクによる破損を防止しつつ、ＩＳＳ停止要求からエンジン停止までの時間を短縮するバルブタイミング調整装置を提供することにある。

本発明のバルブタイミング調整装置は、エンジンの駆動軸と従動軸との位相を変化させることによって従動軸が開閉駆動する吸気弁又は排気弁の開閉タイミングを調整し、駆動軸に対する従動軸の最遅角位置及び最進角位置で、従動軸に連動する突き当て部が駆動軸に連動するストッパ部に突き当たるように構成されている。
このバルブタイミング調整装置は、シャフト、第１カバー、第２カバー、第１プラネタリ及び第２プラネタリを備える。
シャフトは、モータの出力軸と共に回転する。第１カバーは、シャフトの径外方向にシャフトと同軸に設けられ、駆動軸と連動して回転する。第２カバーは、シャフトの径外方向に第１カバーと軸方向にずれて設けられ、シャフトの回転が減速されて従動軸と連動して回転する。

第１プラネタリは、シャフトと第１カバーとの間に与圧力を与え、トラクションドライブによってトルクを伝達する。第２プラネタリは、シャフトと第２カバーとの間に与圧力を与え、トラクションドライブによってトルクを伝達する。
「トラクションドライブ」とは、与圧によって高粘度となった油の薄膜内に発生するせん断力を介したトルク伝達方法である。第１プラネタリ及び第２プラネタリは、周方向に配置された複数の円筒状のローラ、又は複数のボールによって構成される。

また、シャフトにおける第１プラネタリと当接する外径を第１シャフト外径Ａ、シャフトにおける第２プラネタリと当接する外径を第２シャフト外径Ａ’、第１カバーにおける第１プラネタリと当接する内径を第１カバー内径Ｃ、第２カバーにおける第２プラネタリと当接する内径を第２カバー内径Ｃ’とすると、
ＡＣ’−Ａ’Ｃ＞０
の関係を満たすように各寸法が設定されている。これは、駆動側から従動側へ同方向に減速するための前提条件である。

本発明のバルブタイミング調整装置は、圧接された回転体間に介在する油膜に発生するせん断力を介したトラクションドライブによってトルクを伝達する。そこで、突き当て部をストッパ部に突き当てた時に許容値以上の衝撃トルクがかかった場合、第２プラネタリと第２カバーとの間が滑るように与圧力を調整することが好ましい。これにより、最遅角位置及び最進角位置での突き当て時に第２プラネタリと第２カバーとの当接部が滑り、突き当て部及びストッパ部に許容値以上の衝撃トルクがかかることを防止する。

したがって、駆動軸に対する従動軸の位相を最遅角位置に変化させるとき、歯車機構を用いる従来技術のように、最遅角位置の手前で速度制限制御を実行する必要がない。よって、ＩＳＳ停止要求からエンジンが停止するまでの時間を短縮することができる。その結果、燃費やＩＳＳ商品性を向上させることができる。

また、本発明では、トラクションドライブのためのトラクションオイルが回転部分の潤滑用としても機能するため、従来技術に対して、潤滑用のオイル供給量を低減することができる。その結果、エンジンのオイルポンプ容量を小さくすることができ、燃費を向上させることができる。

さらに、シャフト、第１カバー及び第２カバーにおける第１プラネタリ又は第２プラネタリと当接する部分のうちいずれか２つ以上の材質について、当該バルブタイミング調整装置が使用される所定温度範囲において温度に対して所望の減速比特性が得られるように、線膨張係数が互いに異なる材質が用いられることが好ましい。この場合、具体的には、第１カバーを構成する材質の線膨張係数をαｒ、第２カバーを構成する材質の線膨張係数をαｒ’とすると、当該バルブタイミング調整装置が使用される所定温度範囲において、
αｒ＞αｒ’
となるように材質を選定することが好ましい。これにより、低温時には減速比を相対的に小さくして応答性を向上させ、高温時には減速比を相対的に大きくして作動停止後の位相保持性を確保することができる。

本発明の第１実施形態によるバルブタイミング調整装置の軸方向断面図である。 バルブタイミング調整装置が適用されたエンジンの概略構成図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 図１のＩＶ−ＩＶ線断面図であり、カムシャフトの最遅角位置を示す。 （ａ）第１実施形態によるローラキャリアの周方向展開図である。（ｂ）与圧によってローラキャリアに発生する応力を説明する説明図である。 トラクションドライブの原理を説明する説明図である。 （ａ）従来技術、（ｂ）本発明のバルブタイミング調整装置のアイドリングストップ時の作用を示すタイムチャートである。 第１カバー及び第２カバーの熱膨張特性図である。 本発明の第２実施形態によるバルブタイミング調整装置の軸方向断面図である。 ボルトの締付力による与圧の調整を説明する説明図である。 （ａ）第２実施形態によるボールキャリアの周方向展開図である。（ｂ）第２実施形態の変形例によるボールキャリアの周方向展開図である。 従来技術のバルブタイミング調整装置の軸方向断面図である。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態によるバルブタイミング調整装置について図１〜図８を参照して説明する。このバルブタイミング調整装置は、モータにより駆動され、車両のエンジンにおいて吸気弁の開閉タイミングを調整する装置として適用される。

まず、エンジン９０のシステム全体の概略構成について図２を参照して説明する。クランク軸９１の動力は、タイミングチェーン９２によって、吸気側についてはスプロケット３４を介してカム軸９３に伝達され、排気側についてはスプロケット９７を介してカム軸９５に伝達される。吸気側のカム軸９３は吸気弁９４を開閉駆動し、排気側のカム軸９５は排気弁９６を開閉駆動する。クランク軸９１は特許請求の範囲に記載の「駆動軸」に相当し、カム軸９３、９５は同じく「従動軸」に相当する。
吸気側のカム軸９３には、モータ駆動式のバルブタイミング調整装置１０１が設けられている。このバルブタイミング調整装置１０１によって、クランク軸９１に対する吸気側カム軸９３の回転位相を変更することで、吸気弁９４の開閉タイミングを調整する。

クランク軸９１の径外側には、所定のクランク角毎にクランク角信号を出力するクランク角センサ９８が取り付けられている。また、吸気側カム軸９３の径外側には、所定のカム角毎にカム角信号を出力するカム角センサ９９が取り付けられている。クランク角センサ９８からのクランク角信号、及び、カム角センサ９９からのカム角信号は、制御部８５に入力される。
制御部８５は、マイクロコンピュータを主体として構成され各種のエンジン制御プログラムを実行するＥＣＵ、及び、ＥＣＵが指令した目標回転に応じた駆動電流をモータ８０（図１参照）に通電するＥＤＵ等から構成されている。

次に、バルブタイミング調整装置１０１の構成について、図１、図３〜図５を参照して説明する。バルブタイミング調整装置１０１は、シャフト１１、第１カバー２１、スプロケット３４、リアプレート３８、第２カバー４１、複数の第１ローラプラネタリ５１及び第２ローラプラネタリ５２、ローラキャリア５３等を備えている。

シャフト１１は、主筒部１３、外筒部１２、及び主筒部１３と外筒部１２とを径方向に連結する連結部１４を含む。主筒部１３の内壁１６には係合溝１６１が形成されている。モータ８０の出力軸８１に固定されたジョイント８２が係合溝１６１に係合することで、モータ８０の出力軸８１の回転がシャフト１１に伝達される。
主筒部１３、外筒部１２及び連結部１４によって区画された環状溝部１５にはオイルシール１９が収容されている。

第１カバー２１は、バルブタイミング調整装置１０１のモータ８０側において、シャフト１１の径方向外側の外郭を構成する。スプロケット３４は、クランク軸９１の回転がタイミングチェーン９２を介して伝達されるギア３５が外周壁に設けられている。また、スプロケット３４は、径内側に収容室３６が形成されている。リアプレート３８は、バルブタイミング調整装置１０１のカム軸９３側の外郭を構成する。
第１カバー２１、スペーサ３３、スプロケット３４及びリアプレート３８は、ノックピン３２で位置決めされつつ、ボルト３１で一体に締結されており、「駆動軸」であるクランク軸９１と連動して回転する。

第２カバー４１は、底部４３を有する筒状に形成され、スプロケット３４の収容室３６に収容されている。第２カバー４１は、底部４３に形成されたボルト穴４４を通してカム軸９３に螺着されるボルト８９によって、カム軸９３の先端部に同軸に締結されており、「従動軸」であるカム軸９３と共に回転する。回転時にリアプレート３８と摺動する底部４３の端面にはシールリング４９が装着されている。

図４に示すように、第２カバー４１の周内壁４２には、複数の第２ローラプラネタリ５２が当接している。また、第２カバー４１の外周に、径外方向へ吐出する凸部４５が形成されている。凸部４５は、特許請求の範囲に記載の「従動軸に連動する突き当て部」に相当する。本実施形態では、凸部４５は周方向に４箇所形成されている。

スプロケット３４の収容室３６の内壁には、第２カバー４１の凸部４５に対応する凹部３７が周方向に複数形成されている。凹部３７は、第２カバー４１の凸部４５の回動範囲を規制する。第２カバー４１がスプロケット３４に対して遅角方向に相対回転したとき、凸部４５の遅角側端面４５１が凹部３７のストッパ部３７１に突き当たる位置、すなわち図４に示す位置が最遅角位置となる。一方、第２カバー４１がスプロケット３４に対して進角方向に相対回転したとき、凸部４５の進角側端面４５２が凹部３７のストッパ部３７２に突き当たる位置が最進角位置となる。ストッパ部３７１、３７２は、特許請求の範囲に記載の「駆動軸に連動するストッパ部」に相当する。

第１ローラプラネタリ５１及び第２ローラプラネタリ５２は、本発明の特徴的構成であるトラクションドライブ機構の「プラネタリ」を構成する部材である。第１実施形態では、円筒状のローラによって構成されたローラプラネタリ５１、５２が周方向に等間隔に複数配置されている。図３、図４には、ローラプラネタリ５１、５２を周方向に８個ずつ配置した例を示している。

第１ローラプラネタリ５１は、シャフト１１の外筒部１２の周外壁１２１と第１カバー２１の周内壁２２との間に圧入されており、第２ローラプラネタリ５２は、シャフト１１の外筒部１２の周外壁１２２と第２カバー４１の周内壁４２との間に圧入されている。
ローラプラネタリ５１、５２とシャフト１１及びカバー２１、４１との間には、後述するようにトラクションオイルの油膜が存在する。ローラプラネタリ５１、５２がシャフト１１とカバー２１、４１との間に圧入され互いに当接することで、当該当接部において径方向の押付力が与圧として作用し、この与圧によってトラクション力が発生する。

そして、第１ローラプラネタリ５１は、シャフト１１と第１カバー２１との間に与圧力Ｎを与え、トラクションドライブによってトルクを伝達する。第２ローラプラネタリ５２は、シャフト１１と第２カバー４１との間に与圧力Ｎを与え、トラクションドライブによってトルクを伝達する。以下の説明では、トルク伝達に関与するシャフト１１、第１カバー２１、第２カバー４１、第１ローラプラネタリ５１及び第２ローラプラネタリ５２を総括して「トルク伝達部材」という。

図５（ａ）に示すように、ローラプラネタリ５１、５２は、ローラキャリア５３の枝部５６、５７にそれぞれ回転可能に軸支されている。ローラキャリア５３は、環状の幹部５５、及び、幹部５５から軸方向の一方側に突出する枝部５６、及び、軸方向の他方側に突出する枝部５７が一体に形成されている。これにより、複数の第１ローラプラネタリ５１及び第２ローラプラネタリ５２は、互いに連動しつつ回転する。
本実施形態では、枝部５６の軸Ｂ１と枝部５７の軸Ｂ２とは同一直線上に形成されているが、軸Ｂ１と軸Ｂ２とを径方向又は周方向にずらして形成してもよい。

図５（ｂ）では、第２カバー４１側について、トルク伝達部材の構成を簡略化し、且つ第２ローラプラネタリ５２の数を４つに省略して示す。径方向の与圧力Ｎによって、ローラキャリア５３の枝部５７には与圧力Ｎの方向と直交する周方向に曲げ応力σが発生する。したがって、枝部５７の強度は、この曲げ応力σに耐えるように設定されている。

また、図１、図３、図４にて、シャフト１１の外筒部１２の周外壁１２１の外径Ａ、周外壁１２２の外径Ａ’、第１カバー２１の周内壁２２の内径Ｃ、及び、第２カバー４１の周内壁４２の内径Ｃ’を図示している。ここで結論を先に述べると、駆動側から従動側へ同方向に減速するため、次式（１）の関係を成立するように４箇所の寸法を設定することが必須要件となる。
ＡＣ’−Ａ’Ｃ＞０ ・・・（１）
式（１）の根拠については、後で詳しく述べる。

以上の構成によるバルブタイミング調整装置１０１の作動を説明する。
制御部８５は、基本的に、吸気側カム軸９３をクランク軸９１の回転速度の半分の回転速度で回転駆動する。そして、クランク軸９１に対する吸気側カム軸９３の位相（以下、「カム軸位相」という。）を調整する場合には、クランク軸９１と連動して回転する第１カバー２１の回転速度に対してモータ８０の回転速度を変化させる。すると、モータ８０の出力軸８１に連結されたシャフト１１の回転速度が変化する。

シャフト１１の回転は、第２ローラプラネタリ５２を介して第２カバー４１に減速して伝達される。すると、第１カバー２１、スプロケット３４及びリアプレート３８に対する第２カバー４１の位相が進角又は遅角する。これにより、第２カバー４１に連結された吸気側カム軸９３のクランク軸９１に対する位相が進角又は遅角する。よって、吸気側カム軸９３に開閉駆動される吸気弁９４の開閉タイミングが調整される。

次に、トラクションドライブの原理について図６を参照して説明する。図６は、第２ローラプラネタリ５２と第２カバー４１との当接部分を拡大して示した模式図である。
トラクションドライブでは、互いに押付力（与圧力）Ｎで圧接された回転体間に介在するトラクションオイルＯｔの油膜によって、駆動側回転体から従動側回転体へトルクが伝達される。回転体間には微小な相対速度差が存在し、油膜をせん断するためのトラクション力Ｆが発生する。トラクション力Ｆは、トラクション係数をμｔとすると、式（２）のとおり、押付力（与圧力）Ｎにトラクション係数μｔを乗じた値となる。
Ｆ＝μｔ×Ｎ ・・・（２）

つまり、トラクションドライブとは、与圧によって高粘度となった油の薄膜内に発生するせん断力を介したトルク伝達方法である。なお、トラクションオイルにかかるせん断力によるトルク伝達時には必ず「微小滑り」が発生する。
一般に、歯車やベアリングを用いる動力伝達方法に対し、トラクションドライブでは、歯車やベアリングを使用せず、形状が単純なローラやボールを伝達部材として使用する。また、バックラッシが無いという点が特長である。

例えば特許第４８５９８２７号公報等にはトラクションドライブ式の減速機が開示されている。このようなトラクションドライブ式の減速機では、歯車式の減速機に比べ、歯車やベアリングを用いずバックラッシが無いことから、ノイズを低減し、ロック現象を回避することができる。また、粘性抵抗の小さいオイルを使用することができるため、低温での応答性が向上する。

本実施形態では、トラクションドライブを車両のバルブタイミング調整装置に応用することにより、特にＩＳＳ停止要求からエンジン停止までの時間を短縮するという作用効果が得られる。この点について、従来技術の遊星歯車式のバルブタイミング調整装置と対比しつつ、図７を参照して説明する。

図７は、エンジン回転中にＩＳＳ停止要求があったときのエンジン回転数、及び、バルブタイミング調整装置１０１によるカム軸位相の経時変化を示すタイムチャートであり、特許文献１に記載された従来技術（ａ）と本実施形態（ｂ）との挙動を対比して示す。
図７のカム軸位相の単位［°ＣＡ］は、回転数がクランク軸９１の半分の値となるカム軸９３の回転角度を表す。また、カム軸位相は最遅角位置で最小であり、進角側ほど大きくなる。

ここで、従来技術のバルブタイミング調整装置について、図１２を参照して本実施形態との相違点のみを簡単に説明する。本実施形態の構成（図１）と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
従来技術のバルブタイミング調整装置１０９のトルク伝達機構は、主に、偏心シャフト７１、駆動側回転体７２、スプロケット７３、従動側回転体７４、遊星回転体７５、及び、２つのベアリング７７、７８から構成されている。

偏心シャフト７１は、ベアリング７７を介してカバー部材７２１と同軸に回転可能に軸支されており、モータ８０の出力軸８１の回転がジョイント８２によって伝達されて回転する。遊星回転体７５は、偏心シャフト７１の軸に対し偏心して取り付けられたベアリング７８を介して偏心して回転する。

駆動側回転体７２のカバー部材７２１、内歯車部材７２３、及びスプロケット７３は、ボルトにより一体に固定され。クランク軸９１２と共に回転する。従動側回転体７４は、カム軸９３と共に回転する。遊星回転体７５は、内歯車部材７２３及び従動側回転体７４の径内側に設けられ、大径部７５３の駆動側外歯車部７５４が内歯車部材７２３の駆動側内歯車部７２４と噛み合い、小径部７５５の従動側外歯車部７５６が従動側回転体７４の従動側内歯車部７４６と噛み合う。これにより、差動歯車減速機構が構成される。モータ８０の回転速度を駆動側回転体７２の回転速度に対して変化させることで、カム軸９３の位相を調整する。

このような歯車機構を用いたバルブタイミング調整装置では、最遅角位置及び最進角位置において従動側回転体７４が衝突するときのストッパ部の破損や、歯車の噛み込みによるロック状態を防止するため、特許文献１に記載のように、最遅角位置又は最進角位置の突き当て手前でブレーキをかけることで、位相の変化速度を所定速度以下に制限する速度制限制御を行う必要がある。
以下では、特にエンジンを停止する場面を想定し、「最進角位置」についての言及を省略し、「最遅角位置」側についてのみ説明することとする。

図７（ａ）に示すように、従来技術において、エンジン回転数Ｎｅ０、カム軸位相θ０でエンジン回転中の時刻ｔ０にＩＳＳ停止要求があると、カム軸位相は、θ０から最遅角位相θｒに向かって変化する。ところが、カム軸位相が最進角位相θｒの手前のブレーキ位相θｂまで変化した時刻ｔｂで速度制限制御が働き、位相変化速度が６０°ＣＡ／ｓ以下に制限されるため、位相変化の傾きが緩やかになる。
時刻ｔｒ’でカム軸位相が最遅角位相θｒに達すると、エンジン回転数がＮｅ０から低下し始め、時刻ｔｅ’で０となり、エンジン停止する。したがって、ＩＳＳ停止要求からエンジンが停止するまでに時間Ｔｓ’を要することとなる。

一方、トラクションドライブ機構を用いた本実施形態は、最遅角位置の突き当て時に第２カバー４１の凸部４５がスプロケット３４のストッパ部３７１に衝突し許容値以上の衝撃トルクがかかった場合には、第２ローラプラネタリ５２と第２カバー４１との当接部が滑り、それ以上のトルクがかからないようになっている。このときの「滑り」は、トルク伝達時に必ず発生する「微小滑り」とは異なり、伝達可能なトルク容量の限界をオーバーしたときに生じる滑りである。
言い換えれば、凸部４５又はストッパ部３７１の破損を防止するための許容値以上の衝撃トルクがかかったとき、第２ローラプラネタリ５２と第２カバー４１との当接部が確実に滑るように、適正な圧入代が設定されている。

このように、最遅角位置の突き当て時に第２ローラプラネタリ５２と第２カバー４１との当接部が滑り、許容値以上の衝撃トルクがかかるおそれがないため、歯車機構を用いる従来技術のように、凸部４５又はストッパ部３７１の破損を防止する目的で速度制限制御を実行する必要がない。
なお、最遅角位置及び最進角位置以外の中間位置において目標位相手前でブレーキをかける通常の位相制御については、本発明の解決課題とは関係ない。

そのため、図７（ｂ）に示すように、ＩＳＳ停止要求があると、カム軸位相は、θ０から最遅角位相θｒに向かって変化し、時刻ｔｒでカム軸位相が最遅角位相θｒに達する。時刻ｔｒの後、エンジン回転数がＮｅ０から０まで低下し、時刻ｔｅでエンジン停止するまでの時間は、従来技術と同等とする。本実施形態では、ＩＳＳ停止要求からエンジンが停止するまでの時間はＴｓで示される。
つまり、本実施形態では、従来技術に対し、最遅角位置の突き当て時におけるブレーキを不要とした分、ＩＳＳ停止要求からエンジンが停止するまでの時間をＴｓ’からＴｓに短縮することができる。その結果、燃費やＩＳＳ商品性を向上させることができる。

また本実施形態では、トラクションドライブのためのトラクションオイルが回転部分の潤滑用としても機能するため、従来技術に対して、潤滑用のオイル供給量を低減することができる。その結果、エンジンのオイルポンプ容量を小さくすることができ、燃費を向上させることができる。なお、トラクションオイルに代えてグリスを用いてもよい。

次に、トラクションドライブ機構による減速比の計算式について説明した上で、本実施形態を構成する部材の材質を線膨張特性に着目して最適に選定した場合にさらに得られる作用効果について説明する。
本実施形態では、ローラプラネタリ５１、５２を介するトルク伝達機構の減速比について、遊星歯車機構の２Ｋ−Ｈ複合型の計算式を適用する。すなわち、シャフト１１がサンギア、第１カバー２１及び第２カバー４１がリングギア、第１ローラプラネタリ５１及び第２ローラプラネタリ５２がプラネタリギアに相当するとみなす。なお、後述するカバーの線膨張係数について記号αｒの添え字として用いた「ｒ」は、「リング」を意味するものである。

前にも述べたとおり、図１、図３、図４に示すように、シャフト１１、第１カバー２１及び第２カバー４１の寸法について以下のように用語及び記号を定義する。
第１シャフト外径Ａ：シャフト１１における第１ローラプラネタリ５１と当接する外筒部１２の周外壁１２１の外径
第２シャフト外径Ａ’：シャフト１１における第２ローラプラネタリ５２と当接する外筒部１２の周外壁１２２の外径
第１カバー内径Ｃ：第１カバー２１における第１ローラプラネタリ５１と当接する周内壁２２の内径
第２カバー内径Ｃ’：第２カバー４１における第２ローラプラネタリ５２と当接する周内壁４２の内径

減速比εは、次式（３）のように表される。

ここで、Ａ、Ａ’、Ｃ、Ｃ’は当然に正の値であるから、同方向減速の条件として減速比εを正とするためには、上記の式（１）（ＡＣ’−Ａ’Ｃ＞０）を満たすことが必須である。なお、本実施形態では、Ａ＞Ａ’且つＣ＜Ｃ’となっている。

また、式（３）のＡを変数とみなし、εをＡで偏微分すると、次式（４）が得られる。式（４）の「偏微分した値＜０」の部分は、２乗値である分母が正であり、分子が負であることから、偏微分した値が負であると判定している。

式（４）は、変数Ａ以外のＡ’、Ｃ、Ｃ’を定数とみなしたとき、Ａとεとが負の相関を有することを意味する。このように、Ａ、Ａ’、Ｃ、Ｃ’のいずれかを変数として変化させたとき、減速比εの変化に与える影響は以下のようになる。
（ａ）第１シャフト外径Ａを小さくすると減速比εが大きくなる。
（ｂ）第２シャフト外径Ａ’ を大きくすると減速比εが大きくなる。
（ｃ）第１カバー内径Ｃ、を大きくすると減速比εが大きくなる。
（ｄ）第２カバー内径Ｃ’ 小さくすると減速比εが大きくなる。

また、上記の（ａ）、（ｂ）から（ｅ）が、（ｃ）、（ｄ）から（ｆ）が導かれる。
（ｅ）第１シャフト外径から第２シャフト外径を引いた差（Ａ−Ａ’）を小さくすると減速比εが大きくなる。
（ｆ）第２カバー内径から第１カバー内径を引いた差（Ｃ’−Ｃ）を小さくすると減速比εが大きくなる。

続いて、線膨張係数から検討した、第１カバー２１及び第２カバー４１の好ましい材質特性について図８を参照して説明する。本実施形態のバルブタイミング調整装置１０１が使用される温度範囲は、−４０℃〜１４０℃である。この温度範囲において、高温時には作動停止後の位相保持性確保のため、減速比εをできるだけ大きくすることが好ましい。一方、低温時には応答性を向上するため減速比εを比較的小さくすることが好ましい。

そこで、各部材を構成する材質の線膨張係数をどのように設定すればよいか検討する。
ただし、シャフト１１を単一の材質で製作する前提では、第１シャフト外径Ａの部分の線膨張係数αｓと第２シャフト外径Ａ’の部分の線膨張係数αｓ’とは当然に等しい。そのため、高温になる程シャフト外径の差（Ａ−Ａ’）が小さくなるという（ｅ）の関係は成り立たない。したがって、第１カバー２１及び第２カバー４１の内径についての（ｆ）に着目することとする。

第１カバー２１を構成する材質の線膨張係数をαｒ、第２カバー４１を構成する材質の線膨張係数をαｒ’とする。−４０℃から１４０℃までの範囲でαｒ及びαｒ’は、温度に対し正の相関を持つ一定値であると仮定すると、第１カバー内径Ｃ及び第２カバー内径Ｃ’は、それぞれ傾きをαｒ及びαｒ’とする右上がりの直線で示される。そこで、線膨張係数の好ましい条件は、式（５）で示される。
αｒ＞αｒ’ ・・・（５）
式（５）を満足する材質を選定すれば、カバー内径の差（Ｃ’−Ｃ）は、温度が低いほど大きく、温度が高いほど小さくなる。

したがって、（ｆ）の関係により、減速比εは低温時に相対的に小さくなり、高温時に相対的に大きくなる。よって、バルブタイミング調整装置１０１は、低温時には応答性を向上させ、高温時には作動停止後の位相保持性を確保するという好ましい特性を実現することができる。
なお、図８における減速比εの特性については、温度が高いほど大きくなることを示しているに過ぎず、直線的に変化するかどうかは不明である。

（効果）
以上説明した本実施形態のバルブタイミング調整装置１０１の効果についてまとめる。
（１）本実施形態は、トラクションドライブ機構を用いてトルク伝達を行うため、最遅角位置での突き当て時に第２ローラプラネタリ５２と第２カバー４１との当接部が滑り、凸部４５及びストッパ部３７１に許容値以上の衝撃トルクがかかることを防止する。
したがって、カム軸位相を最遅角位置に変化させるとき、歯車機構を用いる従来技術のように、最遅角位置の手前で速度制限制御を実行する必要がない。よって、ＩＳＳ停止要求からエンジンが停止するまでの時間を短縮することができる。その結果、燃費やＩＳＳ商品性を向上させることができる。

（２）本実施形態では、トラクションドライブのためのトラクションオイルが回転部分の潤滑用としても機能するため、従来技術に対して、潤滑用のオイル供給量を低減することができる。その結果、エンジンのオイルポンプ容量を小さくすることができ、燃費を向上させることができる。

（３）第１カバー２１の材質の線膨張係数αｒ、及び、第２カバー４１の材質の線膨張係数αｒ’について、−４０℃から１４０℃までの範囲でαｒ＞αｒ’となるように材質を選定することで、低温時には減速比εを相対的に小さくして応答性を向上させ、高温時には減速比εを相対的に大きくして作動停止後の位相保持性を確保することができる。

（４）本実施形態では、トラクションドライブ機構を構成する「プラネタリ」としてローラを用いるため、シャフト１１の外径、及び、カバー２１、４１の内径と線接触する。したがって、ボールを用いる形態と比べて与圧力を受ける面圧（単位面積当たりの応力）が小さくなるため、体格が同等の場合にはトルク容量を大きくすることができる。

（第２実施形態）
第２実施形態のバルブタイミング調整装置について図９〜図１１を参照して説明する。第２実施形態は、トラクションドライブ機構を構成する「プラネタリ」として、複数のローラでなく、複数のボールを用いる点が第１実施形態と異なる。第２実施形態において第１実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。

図９に示すように、第２実施形態のバルブタイミング調整装置１０２の構成は基本的に第１実施形態と類似している。第１実施形態との相違点は、複数のボールによって、第１ボールプラネタリ６１及び第２ボールプラネタリ６２が構成されている点、並びに、シャフト１７、第１カバー２７及び第２カバー４７におけるボールプラネタリ６１、６２と当接する部分の形状が異なる点である。

図１０に拡大して示すように、第１カバー２７の第１周内壁２８及び第２カバー４７の第２周内壁４８は、軸方向において互いに接近する側に拡径するテーパ状に形成されている。また、シャフト１７の外筒部１８の第１周外壁１８１及び第２周外壁１８２は、ボールプラネタリ６１、６２に外接する凹曲面状に形成されている。
第１ボールプラネタリ６１及び第２ボールプラネタリ６２は、図１１（ａ）の周方向展開図に示すように、帯状のボールキャリア６３の軸方向両側にそれぞれ回転可能に保持されている。

図１０を参照し、第１カバー２７とリアプレート３８との間にボルト３１を締め付けたときにボールプラネタリ６１、６２を介して作用する力について説明する。
ボルト３１の締付軸力Ｆｚによって、第１カバー２７の軸方向位置が移動する距離を締付けストローク量ｚとする。このとき第１カバー２７には軸方向の力Ｆｒ１が作用し、これにより、第１ボールプラネタリ６１の中心を通る第１周内壁２８の法線方向（Ｄ１）に力Ｆｐ１が伝達される。そして、第１周外壁１８１におけるシャフト１７と第１ボールプラネタリ６１との接点において、軸方向の力Ｆｓ１が作用する。

これと対称に、第２周外壁１８２におけるシャフト１７と第２ボールプラネタリ６２との接点において、力Ｆｓ１と反対向きの反力Ｆｓ２が作用する。この反力Ｆｓ２に対応し、第２ボールプラネタリ６２の中心を通る第２周内壁４８の法線方向（Ｄ２）に力Ｆｐ２が伝達される。第２カバー４７には、第１カバー２７に作用する力Ｆｒ１と同等の軸方向の力Ｆｒ２が作用し、リアプレート３８がこの力Ｆｒ２を受ける。
シャフト１７において、第１ボールプラネタリ６１からの力Ｆｓ１と第２ボールプラネタリ６２からの反力Ｆｓ２とが釣り合うと、シャフト１７の軸方向位置が安定する。

第２実施形態では、第１実施形態の効果（１）〜（３）を共有することに加え、ボールによってプラネタリを構成したことにより、以下の効果（５）〜（７）を奏する。
（５）ボルト３１の締付けストローク量によって、ボールプラネタリ６１、６２の当接点に作用する与圧力、すなわちトラクションドライブ機構におけるトルク容量を調整することができる。したがって、ローラプラネタリ５１、５２をシャフト１１とカバー２１、４１との間に圧入する第１実施形態に比べ、部材の外径、内径等の寸法精度を緩和することができる。

（６）与圧を付与することによるプラネタリのスラスト方向への抜け力をボルト３１で抑えることができるため、スラスト軸受けが不要となり、小型化が可能となる。
（７）第１実施形態のような、ローラプラネタリ５１、５２を軸支するためのローラキャリア５３の枝部５６、５７の構成が不要である。したがって、与圧力Ｎにより生じる曲げ応力σに対して枝部５６、５７の強度を確保する（図５（ｂ）参照）必要がなくなる。

（第２実施形態の変形例）
図１１（ｂ）に示すように、変形例では、上記のボールキャリア６３とは異なる形状のボールキャリア６４が用いられる。第１ボールプラネタリ６１及び第２ボールプラネタリ６２は、少なくとも一部が軸方向に重複するように周方向に交互に配置された状態でボールキャリア６４に保持されている。これにより、バルブタイミング調整装置の軸方向の寸法を縮小することができる。

（他の実施形態）
（ア）ローラプラネタリ又はボールプラネタリの数は、上記実施形態で例示した数に限らない。
（イ）第１プラネタリ及び第２プラネタリの回転軸は、同一直線上に配置されなくてもよい。

（ウ）上記実施形態では、最遅角位置及び最進角位置でストッパ部に突き当たる「突き当て部」としての凸部４５を第２カバー４１、４７の径方向に突出するように設けているが、凸部を軸方向に突出するように設けてもよい。また、第２カバー側に「突き当て部」としての凹部を設け、スプロケット又はリアプレート側に「ストッパ部」としての凸部を設けてもよい。周方向の凸部及び凹部の数は、上記実施形態で例示した数に限らない。

（エ）第１実施形態では、第１シャフト外径Ａ、第２シャフト外径Ａ’、第１カバー内径Ｃ、及び第２カバー内径Ｃ’について、Ａ＞Ａ’且つＣ＜Ｃ’となるように設定した上で式（１）（ＡＣ’−Ａ’Ｃ＞０）を満たしている。しかし他の実施形態では、式（１）を満たす限り、Ａ≦Ａ’又はＣ≧Ｃ’としてもよい。

（オ）第１実施形態では、トルク伝達部材の材質の検討にあたり、シャフトは単一の材質で製作するという前提の下、第１シャフト外径Ａの部分の線膨張係数αｓと第２シャフト外径Ａ’の部分の線膨張係数αｓ’とは等しいと仮定した。しかし、異材質を接合してシャフトを製作する可能性を考慮すれば、第１カバーと第２カバーとの内径差に関する上記の式（５）と同様に、シャフトの外径差に関する次式（６）が得られる。
αｓ＜αｓ’・・・（６）
式（６）を満足する材質を組み合わせてシャフトを製作すれば、上述の説明のとおり、減速比εを、低温時に相対的に小さくし、高温時に相対的に大きくすることができる。

（カ）さらに他の実施形態では、減速比特性について、例えば、低温時に減速比εを相対的に大きくし、高温時に相対的に小さくするように、線膨張係数の大小関係を第１実施形態と逆にしてもよい。このように、本発明のバルブタイミング調整装置は、シャフト、第１カバー及び第２カバーにおける第１プラネタリ又は第２プラネタリと当接する部分のうちいずれか２つ以上の材質について、使用される所定温度範囲において温度に対して所望の減速比特性が得られるように、線膨張係数が互いに異なる材質が用いられることを特徴とするのであって、「所望の減速比特性」はどのような特性でもよい。

（キ）クランク軸とカム軸との動力を伝達する部材は、タイミングチェーン９２のほかタイミングベルト等であってもよい。
（ク）バルブタイミング調整装置は、吸気弁９４に限らず、排気弁９６の開閉タイミングを調整するものであってもよい。
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１０１、１０２・・・バルブタイミング調整装置、
１１、１７・・・シャフト、
２１、２７・・・第１カバー、
３７１、３７２・・・ストッパ部、
４１、４７・・・第２カバー、
４５ ・・・凸部（突き当て部）、
５１ ・・・第１ローラプラネタリ（第１プラネタリ）、
５２ ・・・第２ローラプラネタリ（第２プラネタリ）、
６１ ・・・第１ボールプラネタリ（第１プラネタリ）、
６２ ・・・第２ボールプラネタリ（第２プラネタリ）。

Claims (8)

1. エンジン（９０）の駆動軸（９１）と従動軸（９３、９５）との位相を変化させることによって前記従動軸が開閉駆動する吸気弁（９４）又は排気弁（９６）の開閉タイミングを調整し、前記駆動軸に対する前記従動軸の最遅角位置及び最進角位置で、前記従動軸に連動する突き当て部（４５）が前記駆動軸に連動するストッパ部（３７１、３７２）に突き当たるように構成されたバルブタイミング調整装置（１０１、１０２）であって、
   モータ（８０）の出力軸（８１）と共に回転するシャフト（１１、１７）と、
   前記シャフトの径外方向に前記シャフトと同軸に設けられ、前記駆動軸と連動して回転する第１カバー（２１、２７）と、
   前記シャフトの径外方向に前記第１カバーと軸方向にずれて設けられ、前記シャフトの回転が減速されて前記従動軸と連動して回転する第２カバー（４１、４７）と、
   前記シャフトと前記第１カバーとの間に与圧力を与え、トラクションドライブによってトルクを伝達する第１プラネタリ（５１、６１）と、
   前記シャフトと前記第２カバーとの間に与圧力を与え、トラクションドライブによってトルクを伝達する第２プラネタリ（５２、６２）と、を備え、
   前記シャフトにおける前記第１プラネタリと当接する外径を第１シャフト外径Ａ、
   前記シャフトにおける前記第２プラネタリと当接する外径を第２シャフト外径Ａ’、
   前記第１カバーにおける前記第１プラネタリと当接する内径を第１カバー内径Ｃ、
   前記第２カバーにおける前記第２プラネタリと当接する内径を第２カバー内径Ｃ’とすると、
   ＡＣ’−Ａ’Ｃ＞０
   の関係を満たし、
   前記シャフト、前記第１カバー及び前記第２カバーにおける前記第１プラネタリ又は前記第２プラネタリと当接する部分のうちいずれか２つ以上の材質について、
   当該バルブタイミング調整装置が使用される所定温度範囲において温度に対して所望の減速比特性が得られるように、線膨張係数が互いに異なる材質が用いられることを特徴とするバルブタイミング調整装置。
2. 前記第１カバーを構成する材質の線膨張係数をαｒ、
   前記第２カバーを構成する材質の線膨張係数をαｒ’とすると、
   当該バルブタイミング調整装置が使用される所定温度範囲において、
   αｒ＞αｒ’
   となっていることを特徴とする請求項１に記載のバルブタイミング調整装置。
3. 前記突き当て部を前記ストッパ部に突き当てた時に許容値以上の衝撃トルクがかかった場合、前記第２プラネタリと前記第２カバーとの間が滑るように与圧力を調整することを特徴とする請求項１または２に記載のバルブタイミング調整装置。
4. 前記第１プラネタリ（５１）及び前記第２プラネタリ（５２）は、周方向に配置された複数の円筒状のローラによって構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置（１０１）。
5. 前記第１プラネタリ（６１）及び前記第２プラネタリ（６２）は、周方向に配置された複数のボールによって構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置（１０２）。
6. エンジン（９０）の駆動軸（９１）と従動軸（９３、９５）との位相を変化させることによって前記従動軸が開閉駆動する吸気弁（９４）又は排気弁（９６）の開閉タイミングを調整し、前記駆動軸に対する前記従動軸の最遅角位置及び最進角位置で、前記従動軸に連動する突き当て部（４５）が前記駆動軸に連動するストッパ部（３７１、３７２）に突き当たるように構成されたバルブタイミング調整装置（１０２）であって、
   モータ（８０）の出力軸（８１）と共に回転するシャフト（１７）と、
   前記シャフトの径外方向に前記シャフトと同軸に設けられ、前記駆動軸と連動して回転する第１カバー（２７）と、
   前記シャフトの径外方向に前記第１カバーと軸方向にずれて設けられ、前記シャフトの回転が減速されて前記従動軸と連動して回転する第２カバー（４７）と、
   前記シャフトと前記第１カバーとの間に与圧力を与え、トラクションドライブによってトルクを伝達する第１プラネタリ（６１）と、
   前記シャフトと前記第２カバーとの間に与圧力を与え、トラクションドライブによってトルクを伝達する第２プラネタリ（６２）と、を備え、
   前記シャフトにおける前記第１プラネタリと当接する外径を第１シャフト外径Ａ、
   前記シャフトにおける前記第２プラネタリと当接する外径を第２シャフト外径Ａ’、
   前記第１カバーにおける前記第１プラネタリと当接する内径を第１カバー内径Ｃ、
   前記第２カバーにおける前記第２プラネタリと当接する内径を第２カバー内径Ｃ’とすると、
   ＡＣ’−Ａ’Ｃ＞０
   の関係を満たし、
   前記第１プラネタリ及び前記第２プラネタリは、周方向に配置された複数のボールによって構成されており、
   前記第１プラネタリが当接する前記第１カバーの第１周内壁（２８）、及び、前記第２プラネタリが当接する前記第２カバーの第２周内壁（４８）は、軸方向において互いに接近する側に拡径するテーパ状に形成されており、
   前記第１カバーと第２カバーとを軸方向に締結するボルト（３１）の締付けストローク量によって、前記第１プラネタリ及び前記第２プラネタリに作用する与圧力を調整可能であることを特徴とするバルブタイミング調整装置。
7. 前記第１プラネタリ及び前記第２プラネタリを回転可能に保持するボールキャリア（６４）を備え、
   前記第１プラネタリ及び前記第２プラネタリは、少なくとも一部が軸方向に重複するように周方向に交互に配置された状態で前記ボールキャリアに保持されていることを特徴とする請求項６に記載のバルブタイミング調整装置。
8. 前記突き当て部を前記ストッパ部に突き当てた時に許容値以上の衝撃トルクがかかった場合、前記第２プラネタリと前記第２カバーとの間が滑るように与圧力を調整することを特徴とする請求項６または７に記載のバルブタイミング調整装置。

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