JP6125094B2 - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、吸気弁や排気弁の開閉タイミングを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。

電動モータの回転力を利用して、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制御するバルブタイミング制御装置としては、本出願人が先に出願した以下の特許文献１に記載されたものがある。

このバルブタイミング制御装置は、モータハウジングがクランクシャフトと同期回転する電動モータと、該電動モータの回転速度を減速してカムシャフトに伝達する減速機構と、を備えている。

この減速機構は、モータ出力軸から回転力が伝達される偏心軸部と、前記スプロケットに一体に設けられ、内周に波形状の内歯を有する内歯構成部と、該内歯構成部の各内歯とボールベアリングの外輪との間に設けられた複数のローラと、カムシャフト側に設けられ、複数の保持孔内で前記各ローラの間を隔成しつつローラ全体の径方向の移動を許容する保持器と、を有している。

そして、前記外径の異なるローラを予め複数用意しておき、該ローラの外周面と内歯の内面の間のバックラッシ隙間であるクリアランス（ラジアルクリアランス）の大きさに応じていずれかのローラを選択的に組み付けてバックラッシを調整するようになっている。これにより、作動中における前記各ローラと内歯との間などの打音の発生を抑制するようになっている。

特開２０１１−２３１７００号公報

しかしながら、前記従来のバルブタイミング制御装置にあっては、前述のように、外径の異なるローラを選択的に組み付けて、該ローラの外周面と内歯の内面との間の径方向のラジアルクリアランスは調整できるようになっているが、各ローラの外周面と前記保持器の保持孔内側面との間のクリアランス、つまり、ローラの周方向のケージクリアランスについては何ら考慮されていなかった。

このため、前記周方向のクリアランスに大小のばらつきが発生すると、駆動中に、前記ローラの外周面と保持孔の内側面との間での衝突打音が発生し易くなると共に、減速機構の変換作動初期の作動応答性が低下するおそれがある。

本発明は、転動体と内歯との間の径方向のラジアルクリアランスの他に、内歯と保持孔との間のケージクリアランスを最適に調整して、打音の発生を効果的に抑制すると共に、作動応答性の低下を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、とりわけ、機関運転状態に応じて出力された制御信号によって回転状態が制御される電動モータと、該電動モータから出力された回転速度を減速して前記従動回転体に伝達する減速機構と、を備え、前記減速機構は、前記電動モータのモータ出力軸に設けられた偏心回転体と、前記駆動回転体に設けられ、内周に複数の内歯を有する内歯構成部と、前記偏心回転体の外周に回転自在に複数個設けられ、前記偏心回転体の偏心回転によって前記内歯との噛み合い箇所が周方向へ移動する複数の転動体と、前記従動回転体に設けられ、前記各転動体の周方向の移動を規制しつつ径方向の移動を許容する保持孔を有する保持部材と、を備え、
前記偏心回転体と内歯構成部及び前記保持孔によって構成される空間において、前記転動体の周方向の移動が可能なバックラッシを、前記駆動回転体の回転軸心を中心として０．０１°〜０．４°の角度範囲内に形成したことを特徴としている。

この発明によれば、駆動中における転動体や保持孔との間などの打音の発生を効果的に抑制すると共に、作動応答性の低下を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１のＡ−Ａ線断面図である。 図１のＢ−Ｂ線断面図である。 本実施形態に供される給電プレートの背面図である。 図３のＣ部拡大図である。 騒音レベルと応答速度をパラメータとしたバックラッシの最小角度から最大角度範囲を示す特性図である。 バックラッシ等高線に対するラジアルクリアランスとケージクリアランスとの関係を示す特性図である。

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、吸気弁側に適用したものである。

このバルブタイミング制御装置は、図１及び図２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０１上に軸受０２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チェーンカバー４９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前記両者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。

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、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、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の前方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。

また、前記内歯構成部１９の前端側には、後述するモータハウジング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１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の外輪４３ａの内径よりも小径に形成されている。

前記保持プレート６１の内周部６１ａは、前記外輪４３ａの軸方向の外端面に当接配置されている。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１及び図４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。

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の各外周部には、それぞれボルト挿通孔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。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及びモータハウジング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は、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。

前記チェーンカバー４９は、図１に示すように、機関本体であるシリンダヘッド０１と図外のシリンダブロックの前端側に前記タイミングスプロケット１に巻回された図外のチェーンを覆うよう上下方向に沿って配置固定されている。また、前記位相変更機構４に対応した位置に形成された開口部を構成する環状壁４９ａの円周方向の４箇所に、ボス部４９ｂが一体に形成されていると共に、環状壁４９ａから各ボス部４９ｂの内部に亘って雌ねじ孔４９ｃがそれぞれ形成されている。

前記カバー部材３は、図１、図２に示すように、アルミニウム合金材よってカップ状に一体に形成されて、前記モータハウジング５の前端部を覆うように配置され、膨出状のカバー本体３ａと、該カバー本体３ａの開口側の外周縁に一体に形成された円環状の取付フランジ３ｂと、を備えている。また、このカバー部材３の内面３ｆとモータハウジング５の前端部外面との間には、カップ状の空間部３２が画成されている。

前記カバー本体３ａは、外周部側に円筒壁３ｃが軸方向に沿って一体に突設されており、この円筒壁３ｃは、内部軸方向に保持用孔３ｄが貫通形成されている。

また、カバー本体３ａの前記円筒壁３ｃの下部側には、円筒部３４が前記円筒壁３ｃと平行かつ軸方向に沿って突設されている。この円筒部３４は、上端部が前記円筒壁３ｃの下端部と一体に結合されて、内部軸方向に前記カバー本体３ａの外側と前記空間部３２との間を連通する連通孔３５が貫通形成されていると共に、外端側内部に通気用栓体５６が圧入固定されている。

前記連通孔３５（円筒部３４）は、前記カバー部材３をチェーンカバー４９に組み付けた後に、前記従動部材９をカムシャフト２に固定するためのカムボルト１０をモータ出力軸１３の内部を介して挿通するための作業用孔として機能するものである。

前記通気用栓体５６は、有底円環状の本体５７と、該本体５７の凹溝内に嵌着圧入された円盤状の支持部５８と、前記凹溝の底面に配置収容されて、該底面と前記支持部５８に挟持状態に保持された円形状のフィルタ５９と、を備えている。

前記本体５７は、合成樹脂材によって一体に形成され、底面の中央から内部軸方向に沿って貫通された第１通気孔５７ａが形成されている。この第１通気孔５７ｄは、軸方向のカバー部材３側の内端部は大径に形成されているが、外端側の通気部５７ｂは小径状に形成されて、外部からの水や塵芥などの内部への浸入を抑制するようになっている。

前記支持部５８は、弾性変形可能な合成樹脂材によって一体に形成され、中央に前記第１通気孔５７ｂと連通する第２通気孔５８ａが軸方向に沿って貫通形成されている。

前記フィルタ５９は、自由に撓み変形可能な薄い布状の円盤形状に形成され、外径が前記本体底面５７ｃの内径よりも小さく形成されて、全体が前記凹溝の底面上に密着するようになっている。また、このフィルタ５９は、支持部５８側の表面から本体底面側の裏面側に掛けて空気を透過可能になっていると共に、裏面から表面に掛けては液体や塵芥などを透過しない材質の基材が用いられている。

前記取付フランジ３ｂは、円周方向のほぼ等間隔位置に４つのボス部３ｅが周方向のほぼ等間隔位置（約９０°位置）に設けられている。この各ボス部３ｅには、図１に示すように、前記チェーンカバー４９に形成された各雌ねじ孔４９ｄに螺着するボルト５４が挿通するボルト挿通孔３ｇがそれぞれ貫通形成されて、前記各ボルト５４によってカバー部材３がチェーンカバー４９に固定されている。

また、前記カバー本体３ａの外周側の段差部内周面と前記モータハウジング５の外周面との間には、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。この大径オイルシール５０は、前記空間部３２を液密的に封止して、主として前記タイミングスプロケット１の回転駆動に伴って飛散した潤滑油の前記空間部３２内への浸入を阻止するようになっている。

前記モータハウジング５は、図１に示すように、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給電プレート１１と、を備えている。

前記ハウジング本体５ａは、後端側に円板状の隔壁５ｂを有し、該隔壁５ｂのほぼ中央に後述する偏心軸部３９が挿通される大径な軸挿通孔５ｃが形成されていると共に、該軸挿通孔５ｃの孔縁にカムシャフト２の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、前記隔壁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、フランジ部２ａの前端面が、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４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とは軸方向で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。

前記カムボルト１０は、図１に示すように、頭部１０ａの端面が小径ボールベアリング３７の内輪を軸方向から支持していると共に、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に螺着する雄ねじ１０ｃ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１に示すように、後端側（カムシャフト２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、複数の転動体であるローラ４８を保持する保持部材である円筒状の保持器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１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、外周側には軸受部材である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に示すように、前記固定端部９ａの外周部前端から前方へ断面ほぼ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凹状の収容空間４４を介してモータハウジング５の隔壁５ｂ方向へ延出している。また、前記筒状先端部４１ａの周方向のほぼ等間隔位置には、図１及び図２に示すように、前記複数のローラ４８をそれぞれ転動自在に保持するほぼ長方形状に切り欠かれた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少なくなっている。これによって、減速比を得るようになっている。

前記位相変更機構４は、前記従動部材９の円筒部９ｂの前端側に配置された前記電動モータ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に伝達する減速機構８と、から主として構成されている。

前記電動モータ１２は、図１及び図２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モータハウジング５と、該モータハウジング５の内部に回転自在に設けられたモータ出力軸１３と、モータハウジング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、前記給電プレート１１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、その反対側の小径部１３ｂと、から構成されている。前記大径部１３ａは、外周に鉄心ロータ１７が固定されていると共に、後端側に減速機構８の一部を構成する偏心軸部３９が一体に形成されている。

一方、前記小径部１３ｂは、外周に円環部材２０が圧入固定されていると共に、該円環部材２０の外周面に後述するコミュテータ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。

前記小径部１３ｂの内周面には、モータ出力軸１３や偏心軸部３９内に供給されて前記各ベアリング３７，３８を潤滑するための潤滑油の外部への漏洩を抑制する栓体５５が圧入固定されている。

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コイル１８の引き出されたコイル線の端末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の軸方向の中心に対して前記給電プレート１１側にオフセット配置されている。これによって、前記永久磁石１４，１５の前端部が、径方向で前記コミュテータ２１や給電プレート１１に設けられた後述する切換用ブラシ２５ａ、２５ｂなどとオーバーラップするように配置されている。

前記給電プレート１１は、図１、図５に示すように、鉄系金属材からなる円盤状の剛性プレート部１６（固定プレート）と、該剛性プレート部１６の前後両側面にモールドされた円板状の樹脂部２２と、から構成されている。なお、前記給電プレート１１は、電動モータ１２への給電機構の一部として構成されている。

前記剛性プレート１６は、前記樹脂部２２に覆われていないで露出した外周部１６ａが前記モータハウジング５の前端部内周に形成された円環状の段差状の凹溝５ｅにかしめによって位置決め固定されていると共に、中央部にはモータ出力軸１３の一端部などが挿通される軸挿通孔１６ｂが貫通形成されている。また、剛性プレート１６は、図５に示すように、前記軸挿通孔１６ｂの内周縁に連続した所定の位置に異形状の２つの保持孔１６ｃ、１６ｄが打ち抜きにより形成されており、この各保持孔１６ｃ、１６ｄには、後述するブラシホルダ２３ａ、２３ｂが嵌入保持されるようになっている。

なお、前記外周部１６ａの周方向の所定位置には、前記ハウジング本体５ａに対して円周方向の位置決めを、図外の治具を介して行う３つのＵ字溝１６ｅが形成されている。

また、前記給電プレート１１には、図１、図５に示すように、前記剛性プレート１６の各保持孔１６ｃ、１６ｄの内側に配置されて、前記樹脂部２２に複数のリベット４０により固定された銅製の一対のブラシホルダ２３ａ、２３ｂと、該各ブラシホルダ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のばね力で円弧状の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整流子である一対の切換用ブラシ２５ａ、２５ｂと、前記樹脂部２２の前端部に、それぞれの前端面を露出した状態でモールド固定された内外二重の給電用スリップリング２６ａ，２６ｂと、前記各切換用ブラシ２５ａ、２５ｂと各スリップリング２６ａ，２６ｂを電気的に接続する導線である一対のピグテールハーネス２７ａ、２７ｂと、が設けられている。なお、前記これらの各構成部品と前記給電プレート１１によって給電機構が構成されている。

前記内周側の小径なスリップリング２６ａと、外周側の大径なスリップリング２６ｂは、銅材からなる薄板をプレスによって円環状に打ち抜き形成されていると共に、図５及び図７に示すように、モータハウジング５の内部に臨む後端面の一部２６ｃ、２６ｄが樹脂部２２から露出している。

前記カバー部材３のカバー本体３ａには、合成樹脂材によって一体的にモールドされた保持体２８が固定されている。この保持体２８は、図１、図２に示すように、側面視ほぼクランク形状に形成され、前記カバー部材３の保持用孔３ｄに挿入されるほぼ有底円筒状のブラシ保持部２８ａと、該ブラシ保持部２８ａと反対側に有するコネクタ部２８ｂと、前記ブラシ保持部２８ａの一側面に一体に突設されて、前記カバー本体３ａにボルト固定されるボス部２８ｃと、内部に一部が埋設された一対の給電用端子片３１、３１と、から主として構成されている。

前記ブラシ保持部２８ａは、図１及び図２に示すように、ほぼ水平方向（軸方向）に延設されて、内部の上下位置（モータハウジング５の軸心に対して内外周側）に平行に形成された一対の角柱状の固定用孔内に一対の角筒状のブラシホルダ２９ａ、２９ｂがそれぞれ圧入固定されている。この各ブラシホルダ２９ａ、２９ｂの内部に給電用ブラシ３０ａ、３０ｂが軸方向へそれぞれ摺動自在に保持されている。

また、このブラシ保持部２８ａは、図１に示すように、基部側外周に形成された円環状の嵌着溝内に前記保持用孔３ｄの内周面に弾接する前記環状シール部材３３が嵌着保持されている。この環状シール部材３３によって、前記空間部３２とカバー部材３の外部との間を液密的に封止するようになっている。

前記各ブラシホルダ２９ａ、２９ｂは、前後端に開口部が形成されて、前端側の開口部から前記各給電用ブラシ３０ａ、３０ｂの先端部が進退自在になっていると共に、各後端側の開口部を介して図外のピグテールハーネスの一端部が前記各給電用ブラシ３０ａ、３０ｂの後端に半田付けによって接続されている。

前記各給電用ブラシ３０ａ、３０ｂは、角柱状に形成されて所定の軸方向長さに設定されていると共に、平坦な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ようになっている。

また、前記ブラシ保持部２８の各ブラシホルダ２９ａ、２９ｂの内部後端側には、前記各給電用ブラシ３０ａ、３０ｂを各スリップリング２６ａ，２６ｂの方向へ付勢する一対のコイルばね４２ａ，４２ｂが設けられている。

前記一対の給電用端子片３１，３１は、図１に示すように、上下方向に沿って平行かつほぼクランク状に形成されて、一方側（下端側）の各端子３１ａ、３１ａが露出状態に配置され、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。

前記一方側の各端子３１ａ、３１ａは、それぞれが底壁２８ｆの上面に当接配置されていると共に、図外の一対のピグテールハーネスの他端部が半田付けによって接続されている。

前記各ピグテールハーネスは、その長さが前述したように、前記給電用ブラシ３０ａ、３０ｂが前記コイルばね４２ａ、４２ｂのばね力によって押し出されてもブラシホルダ２９ａ、２９ｂから脱落しないような長さに設定されている。

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の嵌合溝２８ｄに臨む前記他方側端子３１ｂ、３１ｂが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。

前記モータ出力軸１３と偏心軸部３９は、前記カムボルト１０の軸部１０ｂ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。

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の頭部１０ａとの間に挟持状態に固定されている一方、外輪が前記偏心軸部３９の段差拡径状の内周面に圧入固定されていると共に、前記内周面に形成された段差縁に当接して軸方向の位置決めがなされている。

また、前記モータ出力軸１３（偏心軸部３９）の外周面と前記モータハウジング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とをシール機能をもって隔成するものである。

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、これに基づいて機関制御を行うと共に、前記給電用ブラシ３０ａ、３０ｂや各スリップリング２６ａ，２６ｂ、切換用ブラシ２５ａ、２５ｂ、コミュテータ２１などを介してコイル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によってカムシャフト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１〜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。なお、前記偏心軸部３９と中径ボールベアリング４７によって偏心回転体が構成されている。

前記偏心軸部３９は、外周面に形成されたカム面３９ａの回転中心Ｙがモータ出力軸１３の回転軸心Ｘから径方向へ僅かに偏心している。

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及び該両輪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、鉄系金属によって中実円柱状に形成され、外径の大きさが全て均一に形成されている。また、この各ローラ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。

また、前記各ローラ４８を、前記保持器４１のローラ保持孔４１ｂ内に収容した状態で前記内歯構成部１９の各内歯１９ａと中径ボールベアリング４７の外輪４７ｂとの間にセットした場合には、図６に示すように、ローラ４８の外面と内歯１９ａの内面との間に、微小なラジアルクリアランスＣ２（バックラッシ）が形成されると共に、ローラ４８の外面４８ａとローラ保持孔４１ｂの対向する一方の内側面４１ｃとの間に、微小なケージクリアランスＣ３（バックラッシ）が形成されている。これらのクリアランスＣ２、Ｃ３は、後述するように、減速機構８の変換作動時おいて前記ローラ４８の転動初期の作動応答性を確保するために必要なものである。

そして、前記ローラ保持孔４１ｂ内での一つのローラ４８の周方向へ移動可能なクリアランス（バックラッシＢ）は、図６に示すように、前記タイミングスプロケット１の回転中心、つまりモータ出力軸１３の回転軸心Ｘから垂直に延びた（半径方向に延びた）中心線Ｐを基準線として周方向へ０．０１°〜０．４°の角度範囲内に形成されている。このローラ保持孔４１ｂ内でのローラ４８の周方向へ移動可能なバックラッシＢは、前記ラジアルクリアランスＣ２とケージクリアランスＣ３との相対的な大きさによって決定される。

すなわち、前述したローラ保持孔４１ｂの一方の内側面４１ｃと一つのローラ４８の外面４８ａとの間の前記ケージクリアランスＣ３は、０．０３〜０．１１０ｍｍの範囲内に設定されている。

一方、前記ローラ４８の外面と内歯１９ａの内面との間のラジアルクリアランスＣ２は、０．００３〜０．０６ｍｍの範囲内に設定されている。

このラジアルクリアランスＣ２とケージクリアランスＣ３は、前記中径ボールベアリング４７の外輪４７ｂの外径を変えること、あるいは前記内歯１９ａの内面の内径を変えることによって調整することが可能である。

つまり、例えば、前記外輪４７ｂの外径の異なるボールベアリング４７を予め複数用意しておき、該中径ボールベアリング４７等の構成部品を組み付ける際に、前記各クリアランスＣ２、Ｃ３が前記範囲内となるものを選択して前記最適なクリアランスに設定するようになっている。

あるいは、前記各内歯１９ａの円弧状内面の内径が異なる内歯構成部１９（タイミングスプロケット１）を複数用意しておき、各構成部品を組み付ける際に、前記各クリアランスＣ２，Ｃ３が請求項範囲内となるものを選択して最適なクリアランスにするようになっている。

本実施形態では、前者の外輪４７ｂの外径の異なるボールベアリング４７を複数用意したものでクリアランス調整を行った。

以下では、本願発明者が、前記ローラ保持孔４１ｂ内でのローラ４８の周方向へ移動可能な角度を、ローラ前記モータ出力軸１３の回転軸心Ｘから垂直に延びた基準線Ｐから０．０１°〜０．４°の角度範囲内としたことの理由について、数多くの実験データに基づいて導き出したことについて説明する。

すなわち、実験では図７に示すように、前記バックラッシＢの角度θを求めるに当たって、装置駆動時の騒音レベルＮ（破線）と、位相変換初期の応答速度Ｖ（実線）との相対的な特性をパラメータとし、予め応答速度Ｖが所定の許容速度となる点Ｖ１を決めて、これを満足する最小角度θｍｉｎを設定する。一方、予め騒音レベルＮが所定の許容レベルとなる点Ｎ１を決めて、これを満足する最大角度θｍａｘを設定する。

したがって、ローラ保持孔４１ｂ内でのローラ４８の周方向の移動が、前記最小角度θｍｉｎと最大角度θｍａｘとの間の角度範囲内であれば、所望の応答速度Ｖと騒音レベルＮが得られることが解ったのである。この角度範囲は、モータ出力軸１３の回転軸心Ｘから垂直に延びた中心線Ｐを基準線として周方向へ０．０１°〜０．４°であることが実験で求められたことから前記角度範囲内に設定したのである。

そして、前記０．０１°〜０．４°の角度範囲内とするには、前述した、ラジアルクリアランスＣ２とケージクリアランスＣ３の相対的なクリアランスを設定することによって求められる。

つまり、図８に示すように、バックラッシＢの最小角度θｍｉｎと最大角度θｍａｘの等高線の範囲内とするためには、前記ラジアルクリアランスＣ２を、最小角度θｍｉｎとするＡ点である０．００３ｍｍとし、最大θｍａｘとするＢ点である０．０６ｍｍの範囲内に設定する一方、ケージクリアランスＣ３を、最小角度θｍｉｎとするＡ点である０．００３ｍｍとし、最大θｍａｘとするＣ点である０．１１０ｍｍの範囲内に設定したものである。

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０１の軸受０２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、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５１ｂ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、前記収容空間４４内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を潤滑すると共に、さらには偏心軸部３９とモータ出力軸１３の内部に流入してニードルベアリング３８や小径ボールベアリング３７などの可動部の潤滑に供されるようになっている。なお、前記収容空間４４内に滞留した潤滑油は、前記小径オイルシール４６によってモータハウジング５内へのリークが抑制されている。
〔本実施形態の作動〕
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の回転駆動に伴ってタイミングチェーン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を介してモータハウジング５に伝達されて、該モータハウジング５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、各ピグテールハーネス及び給電用ブラシ３０ａ、３０ｂや各スリップリング２６ａ，２６ｂなどを介して電動モータ１２のコイル１８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の一つの内歯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、前記内歯１９ａの数とローラ４８の数の差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。

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。

したがって、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、前記ローラ４８の周方向の移動許容範囲を、ラジアルクリアランスＣ２とケージクリアランスＣ３との相対的なクリアランスによって決定される最小θｍｉｎの０．０１°最大θｍａｘの０．４°の角度範囲内に設定したことから、装置の駆動中におけるローラ４８とローラ保持孔４１ｂ内面との間やローラ４８と内歯１９ａとの間の打音の発生を効果的に抑制すると共に、作動応答性の低下を抑制することが可能になる。換言すれば、本実施形態では装置の作動応答性の低下抑制と騒音レベルの抑制の２つの要請を満足させることが可能になる。

また、本実施形態では、ケージクリアランスＣ３を、加工難度の高いローラ保持孔４１ｂの対向両側面の幅を調整するのではなく、前記外輪４７ｂの異なる外径を選択して径方向のクリアランスを調整することによって、バックラッシＢのガタ角θを０．０１°〜０．４°の角度範囲とすることができるので、製造や加工作業が容易である。この結果、ローラ保持孔４１ｂの加工公差を径方向の公差よりも大きく取ることができるので、この点でも加工の容易性が図れる。すなわち、ローラ４８の周方向へ移動可能なバックラッシＢは、内歯構成部１９には波形状の複数の内歯１９ａが形成されていることから、前記外輪４７ｂの異なる外径を選択して径方向のクリアランスを調整することによって調整が図れる。

また、本実施形態では、前述のように、外輪４７ａの外径の異なるボールベアリング４７を組み替えるだけであるから、内歯構成部１９（タイミングスプロケット１）を組み替える場合に比較して組み替え作業が容易である。

また、ローラ４８は、全部の外径が均一に形成されて単一グレードになっていることから、製造が簡単である。

また、本実施形態では、前記大径オイルシール５０や環状シール部材３３によって前記空間部３２内が密閉状態となるが、前記カバー部材３の円筒部３４に通気用栓体５６を設けたことから、前記装置の作動中に、前記各スリップリング２６ａ、２６ｂに各給電用ブラシ３０ａ、３０ｂが摺動してこの摩擦熱などにより前記空間部３２内の温度が上昇しても、この空間部３２内の空気を、前記フィルタ５９を通して速やかに排出することができる。これにより、前記空間部３２の内圧の上昇を効果的に抑制することが可能になる。

この結果、例えば、前記大径オイルシール５０や環状シール部材３３などの部品の変形や脱落を十分に抑制することができる。

本発明は、前記各実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば、このバルブタイミング制御装置を吸気側の他に、排気側に設けることも可能である。

また、ローラ保持孔としては、本実施形態にように矩形状に切り欠かれたものの他、先端部が開口したコ字形のものであってもよい。

また、前記実施形態では、前記タイミングスプロケット１に対して前記電動モータ１２を一体化したものを示しているが、前記タイミングスプロケット１に対して前記電動モータ１２を別体に設けることも可能である。

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、
前記クリアランスは、前記転動体の外径に応じて前記偏心回転体と前記内歯のいずれか一方または両方をそれぞれ選択的に組み付けて調整され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ａ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、
前記偏心回転体は、回転中心が前記モータ出力軸の回転軸心と偏心した偏心軸部と、該偏心軸部の外周面に内輪が固定されたボールベアリングと、から構成され、
前記偏心回転体の選択的組み付けは、外輪の外径が異なる複数の前記ボールベアリングを選択的に組み付け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ａ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、
前記各転動体は、それぞれの外径が均一に形成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ｄ〕
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、
前記各転動体は、中実円柱状のローラによって構成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。

Claims (13)

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、
   カムシャフトに固定された従動回転体と、
   前記駆動回転体に対する従動回転体の相対回転位置を変更することによって、機関弁の作動特性を可変にする内燃機関のバルブタイミング制御装置であって、
   制御信号によって回転状態が制御される電動モータと、
   該電動モータの出力軸の回転速度を減速して前記駆動回転体と前記従動回転体の相対回転位相を変更する減速機構と、
   を備え、
   前記減速機構は、前記電動モータのモータ出力軸に設けられた偏心回転体と、
   前記駆動回転体に設けられ、内周に複数の内歯を有する内歯構成部と、
   前記偏心回転体の外周に回転自在に複数個設けられ、前記偏心回転体の偏心回転によって前記内歯との噛み合い箇所が周方向へ移動する複数の転動体と、
   前記従動回転体に設けられ、前記各転動体の周方向の移動を規制しつつ径方向の移動を許容する保持孔を有する保持部材と、を備え、
   前記偏心回転体と内歯構成部及び前記保持孔によって構成される空間において、前記転動体の周方向のクリアランスを、前記駆動回転体の回転軸心から半径方向に延びた基準線から周方向へ０．０１°〜０．４°の角度範囲内に形成した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. 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、
   前記保持孔の一方側の内側面と転動体の外周面との間のケージクリアランスを、０．００３〜０．１１０ｍｍに設定した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２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、
   前記転動体の外周面と偏心回転体の外周面との間の径方向のラジアルクリアランスを０．００３〜０．０６ｍｍに設定した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。
4. 請求項２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、
   前記転動体の外周面と内歯の内面との間の径方向のラジアルクリアランスを、０．００３〜０．０６ｍｍに設定した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。
5. 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、
   カムシャフトに固定された従動回転体と、
   前記駆動回転体に設けられた電動モータと、
   該電動モータのモータ出力軸に設けられ、回転中心に対して偏心回転する偏心回転体と、
   前記駆動回転体に設けられ、内周に複数の内歯を有する内歯構成部と、
   前記偏心回転体の外周側に周方向のほぼ等間隔位置に回転自在に設けられ、前記偏心回転体の偏心回転によって前記内歯との噛み合い箇所が周方向へ移動する複数の転動体と、
   前記従動回転体に設けられ、前記各転動体の周方向の移動を規制しつつ径方向の移動を許容する保持孔を有する保持部材と、を備え、
   前記偏心回転体と内歯構成部及び前記保持孔とによって構成される前記各転動体の収容空間内において、前記転動体の可動範囲を、前記駆動回転体の回転軸心から半径方向に延びる中心線から周方向へ０．０１°〜０．４°の角度範囲内に設定した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。
6. 請求項５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、
   前記保持孔内での前記転動体の周方向の可動範囲を、０．００３〜０．１１０ｍｍに設定した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。
7. 請求項６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、
   前記偏心回転体の外周と内歯構成部の内歯の内周との間における前記転動体の径方向の可動範囲を、０．００３〜０．０６ｍｍに設定した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。
8. 請求項５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、
   前記偏心回転体は、回転中心が前記モータ出力軸の回転軸心と偏心した偏心軸部と、該偏心軸部の外周に内輪が支持されたボールベアリングと、から構成され、
   前記電動モータは、前記モータ出力軸に偏心軸部が軸方向から一体的に設けら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。
9. 請求項５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、
   前記電動モータは、
   ハウジングの内周面に設けられた永久磁石と、
   前記ハウジングの内部に回転自在に支持され、外周にロータを有する前記モータ出力軸と、
   前記ロータに設けられたコイルと、
   を備えた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。
10. 請求項９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、
    前記電動モータの前端部を覆うカバー部材と、
    カバー部材に設けられた給電用ブラシと、
    を有し、
    前記電動モータは、前記モータ出力軸の軸方向の端部側にスリップリングを有し、該スリップリングに前記給電用ブラシが電気的に当接することによって前記コイルに通電され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。
11. 請求項５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、前記転動体は、中実円柱状のローラによって構成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。
12. 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、
    カムシャフトに固定された従動回転体と、
    前記駆動回転体に対する従動回転体の相対回転位置を変更することによって、機関弁の作動特性を可変にする内燃機関のバルブタイミング制御装置の組み立て方法であって、
    電動モータと、
    該電動モータの出力軸の回転速度を減速して前記駆動回転体と前記従動回転体の相対回転位相を変更する減速機構と、
    を備え、
    前記減速機構は、前記電動モータのモータ出力軸に設けられた偏心回転体と、
    前記駆動回転体に設けられ、内周に複数の内歯を有する内歯構成部と、
    前記偏心回転体の外周側に、周方向に回転自在に設けられ、前記偏心回転体の偏心回転によって前記内歯との噛み合い箇所が周方向へ移動する複数の転動体と、
    前記従動回転体に設けられ、前記各転動体の周方向の移動を規制しつつ径方向の移動を許容する保持孔を有する保持部材と、を備え、
    前記転動体の周方向の移動が可能なクリアランスを、前記駆動回転体の回転軸心から半径方向に延びた基準線から周方向へ０．０１°〜０．４°の角度範囲内になるように、前記転動体の外径に応じて前記偏心回転体と内歯構成部の一方または両方をそれぞれ選択的に組み付け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の組み立て方法。
13. 請求項１２に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置組み立て方法において、
    前記偏心回転体は、回転中心が前記モータ出力軸の回転軸心と偏心した偏心軸部と、該偏心軸部の外周面に内輪が固定されたボールベアリングと、から構成され、
    前記偏心回転体の選択的組み付けは、外輪の外径が異なる複数の前記ボールベアリングを選択的に組み付け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の組み立て方法。

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