JP6188596B2 - バルブタイミング調整装置および製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、積層プレス化されたロータとケースを有するバルブタイミング調整装置および製造方法に関するものである。

バルブタイミング調整装置のロータは、一般的に焼結冶金またはアルミダイキャストにて素材成形後に機械加工にて仕上げている。このような従来の製造方法では、焼結冶金、アルミダイキャスト共に軸方向へ金型を分割して成形しているため、ロータ内部を径方向に走る油圧通路のほとんどが機械加工（一部では溝の成形）にて形成されていた。

エンジン等に応じて異なるインタフェース（例えば、カムシャフト勘合溝の径と深さ、油圧通路の本数と位置、位置決めピンの勘合形状と位置、センタボルトの座面外径とネジ部外径等）、および要求仕様（例えば、出力トルク、動作角度等）に対応する際、機械加工を最小限に留めようとすると多数の金型が必要となり、金型を最大限共通化しようとすると機械加工が増えるという相反する問題が生じていた。

他方、油圧通路の機械加工を削減する方策として、ロータ内部の油圧通路を金型成形にて構成する積層プレス化が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。この方法では、それぞれ所定の形状に金型成形した複数の金属板を軸方向に積層してロータを構成しており、複数枚の金属板にそれぞれ加工された開口部が積層されて油圧通路となる。また、出力トルクを変更する場合には、ロータとケースを積層する高さ（即ち、積層する枚数）を変更することで対応可能である。

特開２００５−３５１１８２号公報 特開２００３−２６２１０９号公報

バルブタイミング調整装置のインタフェースおよび要求仕様は、出力トルクの違いのみならず、動作角度、カムシャフト勘合溝の形状など多岐に渡るが、上記特許文献１，２では最小限の金型投資（＝最大限の金型共通化）にてそれらに対応する方策については述べられていない。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、バルブタイミング調整装置の取り付けインタフェースおよび要求仕様の変更に対して、容易に対応することを目的とする。

この発明に係るバルブタイミング調整装置の製造方法は、プレス金型に交換可能に設置された金型構成部品で複数枚の金属板を打ち抜き、当該複数枚の金属板を積層して、ロータを構成する積層体またはケースを構成する積層体を製作する場合に、バルブタイミング調整装置の仕様の種類ごとに設けられた金型構成部品の一部を交換して打ち抜く形状を変更することにより当該積層体の一部形状を変更するものである。

この発明に係るバルブタイミング調整装置は、ケースおよびロータが、プレス金型に交換可能に設置された金型構成部品で打ち抜いた複数枚の金属板を軸方向に積層した積層体であって、バルブタイミング調整装置の仕様の種類ごとに設けられた金型構成部品の一部を交換して打ち抜く形状を変更することにより当該積層体の一部形状が変更されているものである。

この発明によれば、プレス金型の金型構成部品の一部を交換して打ち抜く形状を変更することにより、ロータまたはケースを構成する積層体の一部形状を変更するようにしたので、バルブタイミング調整装置の取り付けインタフェースおよび要求仕様の変更に対して、機械加工を増やすことなく最小限の金型投資（＝最大限の金型共通化）にて容易に対応することができる。

この発明の実施の形態１に係るバルブタイミング調整装置の構成を示す平面図である。 実施の形態１に係るバルブタイミング調整装置の構成を示す断面図である。 実施の形態１のロータを成す積層鋼板の断面図と各鋼板の分解図である。 実施の形態１のロータを製作するプレス金型の概略図である。 実施の形態１に係るバルブタイミング調整装置の変形例を示す平面図である。 実施の形態１に係るバルブタイミング調整装置の変形例を示す断面図である。 実施の形態１に係るバルブタイミング調整装置の変形例を示す平面図である。 図８（ａ）は、図１のロータに固定するカムシャフトの端面、図８（ｂ）は、図７のロータに固定するカムシャフトの端面を示す図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る吸気側のバルブタイミング調整装置１００の構成を示す平面図であり、カバー４を取り外した状態である。図２は、吸気側のバルブタイミング調整装置１００の断面図である。この吸気側のバルブタイミング調整装置１００は、主に、ロータ１、ケース２、ハウジング３、カバー４から構成されており、エンジンの吸気側のカムシャフト１０にセンタボルト１１にて締結されている。

ハウジング３には、図示しないエンジンのクランクシャフトからの駆動力を吸気側のカムシャフト１０に伝達するためのチェーンスプロケット部が形成されている。このチェーンスプロケット部を介してエンジンの回転駆動力をバルブタイミング調整装置１００とセンタボルト１１にて締結されたカムシャフト１０に伝達することで、クランクシャフトとカムシャフト１０が同期して回転可能となっている。

ケース２は、内周に突出し複数の油圧室を形成するための複数のシュー１０１を有する。ロータ１は、中央部から外周に突出しケース２により形成された複数の油圧室をそれぞれ進角油圧室１０３と遅角油圧室１０４に区画する複数のベーン１０２を有する。ケース２とロータ１は積層プレス化にて製作されている。

ハウジング３およびカバー４は、ロータ１とケース２を間に挟んだ状態で複数のボルト５をボルト締結穴１１４に締結して固定されており、進角油圧室１０３および遅角油圧室１０４のオイルを封止している。
また、ロータ１の各ベーン１０２の先端部には、凹形状が形成されており、それぞれの凹形状に、油圧室間のオイル漏れを防止するシール８が板バネ９によって付勢された状態で装着されている。

また、ロータ１の一方の端面には、吸気側のカムシャフト１０が当接するカムシャフト取付座面１１２が形成されており、ロータ１とカムシャフト１０の各位置決めピン勘合穴１１１，１２３に位置決めピン１２を勘合して、回転方向の位置決めがされている。ロータ１の他方の端面には、センタボルト取付座面１１３とセンタボルト穴１１５が凹設され、センタボルト１１を使用してロータ１とカムシャフト１０が締結されている。

ロータ１の内部には軸方向および径方向に延びる穴が複数形成されており、進角油圧室１０３へオイルを供給／排出するための進角油圧通路１０５と、遅角油圧室１０４へオイルを供給／排出するための遅角油圧通路１０６として使用される。さらに、進角油圧通路１０５の一部が分岐してロックピン解除通路１０７を成し、ハウジング３のロックピン先端勘合穴１１０へオイルを供給するために使用される。

進角油圧通路１０５および遅角油圧通路１０６の各一端は、カムシャフト取付座面１１２に開口しており、カムシャフト１０の端面に開口した進角油路１２１および遅角油路１２２に連通している。カムシャフト１０の外周面には吸気側のカムジャーナル１３が取り付けられており、不図示のオイルコントロールバルブ（以下、ＯＣＶ）が供給するオイルが、カムジャーナル１３を経由して進角油路１２１、進角油圧通路１０５、進角油圧室１０３へ流れ、また、その逆の経路を辿って排出される。また、ＯＣＶが供給するオイルが、カムジャーナル１３を経由して遅角油路１２２、遅角油圧通路１０６、遅角油圧室１０４へ流れ、また、その逆を辿って排出される。さらに、進角油圧通路１０５に供給されたオイルの一部は、ロックピン解除通路１０７からロックピン先端勘合穴１１０へ流れる。

ロータ１に形成された複数のベーン１０２のうちのいずれか１つには、軸方向に貫通して一端がロックピン先端勘合穴１１０に相対するロックピン本体摺動穴１０９と、このロックピン本体摺動穴１０９の他端から径方向内側へ向かうロックピン後端ドレン通路１０８とが形成されている。ロックピン本体摺動穴１０９には、ロックピン６と、ロックピン６をロックピン先端勘合穴１１０の方向へ付勢するスプリング７が挿入されている。

ロックピン６は、ロックピン本体摺動穴１０９を軸方向に摺動可能で、スプリング７の付勢力でロックピン先端勘合穴１１０に突出して勘合可能になっている。エンジン始動時など油圧供給のない状態においてロータ１を基準位置、例えば最遅角位置（図１）に固定してばたつきを抑制するために、ロックピン６がハウジング３のロックピン先端勘合穴１１０と勘合することで、機械的にロータ１を規制することができる。一方、ロックピン解除通路１０７の油圧がロックピン６の先端部に作用することで、ロックピン６がスプリング７に抗してロックピン先端勘合穴１１０からロックピン本体摺動穴１０９へ退避し、ロータ１の規制が解除される。

また、ロックピン６を収容したベーン１０２が、隣り合った２つのシュー１０１に当接することにより、進角側、遅角側の回転が規制され、ケース２に対するロータ１の動作角度２０１が規定される。図１では、ベーン１０２の時計回り方向側（進角方向）に進角側ストッパ面１３１が構成され、反時計回り方向側（遅角方向）に遅角側ストッパ面１３２が構成されている。

次に、吸気側のバルブタイミング調整装置１００の動作を説明する。
エンジン始動時は、予めロックピン６がロックピン先端勘合穴１１０に勘合して、吸気側のロータ１を最遅角位置でロックしている（図１）。このときＯＣＶは無通電状態であり、オイルは、吸気側のカムジャーナル１３を介して遅角油路１２２、遅角油圧通路１０６、遅角油圧室１０４に供給される。

エンジン作動時、通電状態になったＯＣＶがオイルの供給を遅角側から進角側に切り替えると、オイルは、吸気側のカムジャーナル１３を介して進角油路１２１、進角油圧通路１０５、進角油圧室１０３に供給される。また、進角油圧室１０３から分岐したロックピン解除通路１０７へもオイルが供給され、ロックピン６の勘合が解除されて、吸気側のロータ１の自由な回転が可能になる。

ロックピン６の勘合を解除した後、ＯＣＶがエンジン負荷に応じてオイルの供給／排出を切り替えることにより、進角油圧室１０３と遅角油圧室１０４の油圧を制御する。
進角油圧室１０３の油圧を高めると、吸気側のロータ１は図１に示す位置から時計回り方向（進角方向）に回転して、吸気側のカムシャフト１０のクランクシャフトに対する位相を進角側にずらし、吸気バルブの開閉タイミングを進角側にする。一方、遅角油圧室１０４の油圧を高めると、吸気側のロータ１は反時計回り方向（遅角方向）に回転して、吸気側のカムシャフト１０のクランクシャフトに対する位相を遅角側にずらし、吸気バルブの開閉タイミングを遅角側にする。

次に、ロータ１とケース２の製造方法を説明する。
図３は、ロータ１を成す積層鋼板の断面図と、各鋼板の分解図を示す。ロータ１の機能は、軸方向に、出力調整部２１０（鋼板Ａ）、センタボルト座面部２１１（鋼板Ｂ）、油圧通路構成部２１２（鋼板Ｃ〜Ｇ）の３つに分けられ、油圧通路構成部２１２側の鋼板Ｇを最下層として、鋼板Ｇの上に、鋼板Ｆ、Ｅ、Ｄ、Ｃ、Ｂ、Ａの順序で積み上げて構成される。これにより、鋼板Ａ〜Ｇに形成された開口部が積層して、ロータ１の進角油圧通路１０５、遅角油圧通路１０６、ロックピン解除通路１０７、ロックピン後端ドレン通路１０８、ロックピン本体摺動穴１０９、位置決めピン勘合穴１１１、センタボルト取付座面１１３等を成す。よって、ロータ１の内部を径方向に走る進角油圧通路１０５および遅角油圧通路１０６等を、機械加工にて形成する必要がない。なお、図示例では１枚の鋼板を用いて鋼板Ａを構成しているが、実際は、同一形状の鋼板を複数枚重ねて鋼板Ａを構成することが多い。同様に、鋼板Ｂ〜Ｇのそれぞれも、同一形状の鋼板を複数枚重ねて構成することが多い。

図４に、プレス金型の概略図を示す。プレス金型は、パンチ側の母型３０１と、ダイ側の母型３０２と、母型３０１に交換可能に設置されたパンチ３１１〜３１４と、母型３０２に交換可能に設置されてパンチ３１１〜３１４と対になるダイ３２１〜３２４を備える。例えば、パンチ３１１とダイ３２１とでプレス材３３１を打ち抜いて、鋼板Ａのセンタボルト取付座面１１３およびロックピン後端ドレン通路１０８となる開口部とを形成する。開口部は廃材３３２として排出される。また例えば、パンチ３１２とダイ３２２とでプレス材３３１を打ち抜いて、鋼板Ｅ〜Ｇの進角油圧通路１０５となる開口部を形成する。パンチ３１３とダイ３２３でプレス材３３１を打ち抜いて、鋼板Ａ〜Ｇの外形を形成する。鋼板Ａ〜Ｇはダイ３２３の内部に積層され、ロータ１の完成品が排出される。残りのプレス材３３１は廃材３３２〜３３４として排出される。
なお、図示したパンチ３１１〜３１４とダイ３２１〜３２４は代表例であり、実際には、鋼板Ａ〜Ｇの所定形状を形成するための多数のパンチとダイ（金型構成部品）が母型３０１，３０２にセットされている。

ケース２も、ロータ１と同様に、所定形状に形成された複数枚の鋼板を積層して構成される。

このプレス金型においては、金型構成部品を交換することでロータ１の一部形状を変更したり、打ち数を変更することでロータ１の一部形状の軸方向の深さを変更することが可能である。
以下に具体例を示す。

（１）動作角度の変更
図１で説明したように、動作角度２０１は、ロータ１とケース２の最進角と最遅角のそれぞれの当接面（即ち、進角側ストッパ面１３１、遅角側ストッパ面１３２）の位置によって定まる。ここで、図１のロータ１とケース２の形状により最大限の動作角度２０１を確保していると考えると、ロータ１またはケース２の少なくとも一方の進角側ストッパ面１３１、または、ロータ１とケース２の少なくとも一方の遅角側ストッパ面１３２に肉盛りすることで、動作角度２０１が縮小される。図５（ａ）は、ロータ１側の進角側ストッパ面１３１に肉盛り部１３３を設ける例、図５（ｂ）は、ケース２側の進角側ストッパ面１３１に肉盛り部１３３を設ける例である。

よって、新たな動作角度２０１を要求される度に、動作角度２０１を規制するストッパ面１３１，１３２を打ち抜く金型構成部品のみ製作して、母型３０１，３０２へ入れ替えることによって、異なる動作角度２０１を実現できるロータ１またはケース２が容易に製作できる。

（２）カムシャフト勘合溝の径と深さの変更
図６は、図１に示したバルブタイミング調整装置１００の変形例を示す断面図である。
図１では、ロータ１のカムシャフト取付座面１１２に対してカムシャフト１０の端面が当接しているが、図６では、カムシャフト取付座面１１２にカムシャフト勘合溝１１６が凹設され、カムシャフト１０の端部が勘合している。このような取り付けインタフェースの変更に対しては、カムシャフト勘合溝１１６を打ち抜く金型構成部品を母型３０１，３０２にセットすることで対応できる。

また、カムシャフト勘合溝１１６の径の変更に対しては、カムシャフト勘合溝１１６を打ち抜く金型構成部品の入れ替えによって対応可能である。さらに、カムシャフト勘合溝１１６の軸方向の深さの変更に対しては、カムシャフト勘合溝１１６を打ち抜く回数の変更、つまりカムシャフト勘合溝１１６を成す積層枚数の変更によって対応可能である。

（３）油圧通路の本数と位置の変更
図７は、図１に示したバルブタイミング調整装置１００の変形例を示す平面図である。また、図８（ａ）は、図１に示したロータ１に固定するカムシャフト１０の端面、図８（ｂ）は、図７に示したロータ１に固定するカムシャフト１０の端面を示す。図１および図８（ａ）と、図７および図８（ｂ）とを比べると、ロータ１の進角油圧通路１０５および遅角油圧通路１０６の配置が異なっている。なお、ロータ１の進角油圧通路１０５および遅角油圧通路１０６は、それぞれ、カムシャフト１０の進角油路１２１および遅角油路１２２に連通する。
このような、油圧通路の配置位置、本数等の変更に対しては、進角油圧通路１０５および遅角油圧通路１０６を打ち抜く金型構成部品の入れ替えによって対応可能である。

（４）位置決めピンの勘合形状と位置の変更
図１および図８（ａ）と、図７および図８（ｂ）とを比べると、位置決めピン１２を勘合する、ロータ１側の位置決めピン勘合穴１１１と、カムシャフト１０側の位置決めピン勘合穴１２３の配置が異なっている。
このような、位置決めピン１２の配置位置、嵌合形状等の変更に対しては、位置決めピン勘合穴１１１を打ち抜く金型構成部品の入れ替えによって対応可能である。

（５）センタボルトの座面外径とボルト穴径の変更
図２と図６とを比べると、図６のセンタボルト１１のほうが細い径のものを使用しているので、センタボルト１１に合せてセンタボルト取付座面１１３とセンタボルト穴１１５の径も小さくなっている。
このような取り付けインタフェースの変更に対しては、センタボルト取付座面１１３とセンタボルト穴１１５を打ち抜く金型構成部品の取り替えによって対応可能である。また、センタボルト取付座面１１３の軸方向の深さの変更に対しては、センタボルト取付座面１１３を打ち抜く回数の変更によって対応可能である。

このように、要求された仕様の数だけ金型構成部品を揃えておけば、金型構成部品を入れ替えることによって、それぞれ異なる要求仕様を実現できるロータ１またはケース２が容易に製作できる。従って、要求仕様の異なるロータ１またはケース２を、機械加工を増やすことなく最小限の金型投資（＝最大限の金型共通化）で、容易に製作できる。また、大掛かりな金型本体の段取り替えの抑制も可能となる。

以上より、実施の形態１によれば、プレス金型に交換可能に設置された金型構成部品（ダイとパンチ）で打ち抜いた複数枚の鋼板Ａ〜Ｇを軸方向に積層して、ロータ１またはケース２を製作する場合に、金型構成部品の一部を交換して打ち抜く形状を変更することにより、ロータ１またはケース２の一部形状を変更するようにした。このため、バルブタイミング調整装置１００の取り付けインタフェースおよび要求仕様の変更に対して、機械加工を増やすことなく最小限の金型投資（＝最大限の金型共通化）にて容易に対応することができる。

上記以外にも、本発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

１ ロータ、２ ケース、３ ハウジング、４ カバー、５ ボルト、６ ロックピン、７ スプリング、８ シール、９ 板バネ、１０ カムシャフト、１１ センタボルト、１２ 位置決めピン、１３ カムジャーナル、１００ バルブタイミング調整装置、１０１ シュー、１０２ ベーン、１０３ 進角油圧室、１０４ 遅角油圧室、１０５ 進角油圧通路、１０６ 遅角油圧通路、１０７ ロックピン解除通路、１０８ ロックピン後端ドレン通路、１０９ ロックピン本体摺動穴、１１０ ロックピン先端勘合穴、１１１ 位置決めピン勘合穴、１１２ カムシャフト取付座面、１１３ センタボルト取付座面、１１４ ボルト締結穴、１１５ センタボルト穴、１１６ カムシャフト勘合溝、１２１ 進角油路、１２２ 遅角油路、１２３ 位置決めピン勘合穴、１３１ 進角側ストッパ面、１３２ 遅角側ストッパ面、１３３ 肉盛り部、２０１ 動作角度、２１０ 出力調整部、２１１ センタボルト座面部、２１２ 油圧通路構成部、３０１，３０２ 母型、３１１〜３１４ パンチ、３２１〜３２４ ダイ、３３１ プレス材、３３２〜３３４ 廃材。

Claims (8)

1. 内燃機関のクランクシャフトにより回転駆動されるケースと、
   前記内燃機関の吸気バルブまたは排気バルブを開閉するカムシャフトに固定されて、前記ケースとの間に形成された油圧室の油圧により前記ケースに対して相対回転駆動されるロータとを備え、前記吸気バルブまたは前記排気バルブの開閉タイミングを変更可能なバルブタイミング調整装置の製造方法において、
   プレス金型に交換可能に設置された金型構成部品で複数枚の金属板を打ち抜き、当該複数枚の金属板を積層して、前記ロータを構成する積層体または前記ケースを構成する積層体を製作する場合に、前記バルブタイミング調整装置の仕様の種類ごとに設けられた前記金型構成部品の一部を交換して打ち抜く形状を変更することにより当該積層体の一部形状を変更することを特徴とするバルブタイミング調整装置の製造方法。
2. 前記金型構成部品を交換して、前記相対回転時に前記ロータと前記ケースが当接して動作角度を規制する当接面に形成する肉盛り形状を変更し、当該動作角度を変更することを特徴とする請求項１記載のバルブタイミング調整装置の製造方法。
3. 前記金型構成部品を交換して、前記カムシャフトを勘合する前記ロータの勘合溝の径を変更することを特徴とする請求項１記載のバルブタイミング調整装置の製造方法。
4. 前記金型構成部品による前記金属板の打ち数を変更して、前記ロータの勘合溝の深さを変更することを特徴とする請求項３記載のバルブタイミング調整装置の製造方法。
5. 前記金型構成部品を交換して、前記ロータ内に形成されて前記油圧室に連通する油圧通路の本数および配置位置を変更することを特徴とする請求項１記載のバルブタイミング調整装置の製造方法。
6. 前記金型構成部品を交換して、前記ロータと前記カムシャフトの位置決めピンを勘合する勘合穴の径と配置位置を変更することを特徴とする請求項１記載のバルブタイミング調整装置の製造方法。
7. 前記金型構成部品を交換して、前記ロータと前記カムシャフトを固定するセンタボルトの座面外径とボルト穴径を変更することを特徴とする請求項１記載のバルブタイミング調整装置の製造方法。
8. 内燃機関のクランクシャフトにより回転駆動されるケースと、
   前記内燃機関の吸気バルブまたは排気バルブを開閉するカムシャフトに固定されて、前記ケースとの間に形成された油圧室の油圧により前記ケースに対して相対回転駆動されるロータとを備え、前記吸気バルブまたは前記排気バルブの開閉タイミングを変更可能なバルブタイミング調整装置において、
   前記ケースおよび前記ロータは、プレス金型に交換可能に設置された金型構成部品で打ち抜いた複数枚の金属板を軸方向に積層した積層体であって、
   前記バルブタイミング調整装置の仕様の種類ごとに設けられた前記金型構成部品の一部を交換して打ち抜く形状を変更することにより当該積層体の一部形状が変更されていることを特徴とするバルブタイミング調整装置。

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