JP6443279B2

JP6443279B2 - バルブタイミング調整装置

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Publication number: JP6443279B2
Application number: JP2015180002A
Authority: JP
Inventors: 祐樹松永
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-09-11
Filing date: 2015-09-11
Publication date: 2018-12-26
Anticipated expiration: 2035-09-11
Also published as: US20170074126A1; JP2017053329A; DE102016114587B4; US9932866B2; DE102016114587A1

Description

本発明は、内燃機関においてクランク軸からのトルク伝達によりカム軸が開閉する動弁のバルブ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、クランク軸及びカム軸とそれぞれ連動して回転軸線まわりに回転するアウタロータ及びインナロータにより、バルブタイミングを調整するバルブタイミング調整装置は、広く知られている。この装置では、アウタロータの内部においてインナロータを相対回転させることで、それら両ロータ間の回転位相に応じてバルブタイミングを調整することが可能となる。

さて、こうした装置の一種として特許文献１の開示装置は、回転軸線まわりにコイル状に巻回されたねじりコイルばねを、備えている。このねじりコイルばねでは、固定端がインナロータと連繋している一方、自由端がアウタロータと連繋している。故にねじりコイルばねは、アウタロータに対するインナロータの相対回転に応じてねじり変形することで、アウタロータとの連繋を維持してインナロータを付勢する。これにより、例えば内燃機関の停止時には、ねじりコイルばねの付勢力が利用されることで、両ロータ間の回転位相が始動に適した位相等に強制される。その結果、所期のバルブタイミングが実現されることになる。

また、特許文献１の開示装置は、インナロータから同軸上に突出するブッシュロータを、備えている。このブッシュロータは、ねじりコイルばねを径方向に支持して、当該ねじりコイルばねの付勢力特性を安定させている。ここでブッシュロータは、回転軸線に対して中心軸線の心合わせされる円筒状に、形成されている。それと共にねじりコイルばねは、回転軸線に対して中心軸線の心合わせされるコイル状に、巻回されている。こうした構成下では、ブッシュロータによるねじりコイルばねの支持姿勢が変動し難くなるため、付勢力特性の乱れによって所期のバルブタイミング実現が妨げられる事態につき、抑制することが可能となる。

特許第４４８７９５７号公報

しかし、特許文献１の開示装置では、ねじりコイルばねのうち自由端側の一巻目には、回転軸線に対するズレがねじり変形に伴って現出する。このようなズレが現出すると、自由端側の一巻目がブッシュロータに押し付けられる。その結果、押し付け箇所での応力集中がねじりコイルばねに発生するため、当該応力集中の繰り返しによりねじりコイルばねの疲労破壊を招くおそれがあった。

本発明は、以上説明した問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、耐久性の高いバルブタイミング調整装置を提供することにある。

以下、課題を達成するための発明の技術的手段について、説明する。尚、発明の技術的手段を開示する特許請求の範囲及び本欄に記載された括弧内の符号は、後に詳述する実施形態に記載された具体的手段との対応関係を示すものであり、発明の技術的範囲を限定するものではない。

上述の課題を解決するために開示された第一発明は、
内燃機関においてクランク軸からのトルク伝達によりカム軸（２）が開閉する動弁のバルブタイミングを調整するバルブタイミング調整装置（１）であって、
クランク軸と連動して回転軸線（Ｏ）まわりに回転するアウタロータ（１０）と、
カム軸と連動して回転軸線まわりに回転し、アウタロータの内部において相対回転するインナロータ（２０）と、
回転軸線まわりのコイル状に巻回され、固定端（５０１）がインナロータと連繋し、自由端（５００）がアウタロータと連繋し、アウタロータに対するインナロータの相対回転に応じてねじり変形することにより、アウタロータとの連繋を維持してインナロータを付勢するねじりコイルばね（５０）と、
アウタロータ又はインナロータから同軸上に突出し、ねじりコイルばねを径方向に支持することにより、ねじりコイルばねのうち自由端側の一巻目（５０２）から作用する荷重（Ｆａ）が、ねじりコイルばねのうち自由端側の一巻目よりも固定端側の巻回部（５０４）から作用する荷重（Ｆｂ）に比して、小さくなる筒状のブッシュロータ（４０，２０４０）とを、備え、
ブッシュロータは、内周側のねじりコイルばねを支持し、
自由端とは回転軸線を挟んで反対側の周方向位置を、特定位置（Ｐｓ）と定義すると、
特定位置において、自由端側の一巻目からブッシュロータに作用する荷重は、自由端側の一巻目よりも固定端側の巻回部から作用する荷重に比して、小さくなるバルブタイミング調整装置である。
また、上述の課題を解決するために開示された第二発明は、
内燃機関においてクランク軸からのトルク伝達によりカム軸（２）が開閉する動弁のバルブタイミングを調整するバルブタイミング調整装置（１）であって、
クランク軸と連動して回転軸線（Ｏ）まわりに回転するアウタロータ（１０）と、
カム軸と連動して回転軸線まわりに回転し、アウタロータの内部において相対回転するインナロータ（２０）と、
回転軸線まわりのコイル状に巻回され、固定端（５０１）がインナロータと連繋し、自由端（５００）がアウタロータと連繋し、アウタロータに対するインナロータの相対回転に応じてねじり変形することにより、アウタロータとの連繋を維持してインナロータを付勢するねじりコイルばね（５０）と、
アウタロータ又はインナロータから同軸上に突出し、ねじりコイルばねを径方向に支持することにより、ねじりコイルばねのうち自由端側の一巻目（５０２）から作用する荷重（Ｆａ）が、ねじりコイルばねのうち自由端側の一巻目よりも固定端側の巻回部（５０４）から作用する荷重（Ｆｂ）に比して、小さくなる筒状のブッシュロータ（３０４０）とを、備え、
ブッシュロータは、外周側のねじりコイルばねを支持し、
自由端のセットされる周方向位置を、特定位置（Ｐｓ）と定義すると、
特定位置において、自由端側の一巻目からブッシュロータに作用する荷重は、自由端側の一巻目よりも固定端側の巻回部から作用する荷重に比して、小さくなるバルブタイミング調整装置である。

このような第一及び第二発明のねじりコイルばねによると、自由端側の一巻目には、ねじり変形に伴って回転軸線に対するズレが現出することで、ブッシュロータへの押し付けが生じる。このときねじりコイルばねでは、自由端側の一巻目からブッシュロータに作用する荷重が、自由端側の一巻目よりも固定端側の巻回部から同ロータに作用する荷重に比して、小さくなる。これによりねじりコイルばねでは、ブッシュロータへの押し付け箇所における応力集中が緩和され得る。故に、そうした応力集中の繰り返しによりねじりコイルばねの疲労破壊を招く事態を抑制して、耐久性を高めることが可能となる。

また、第一発明によると、ブッシュロータの内周側におけるねじりコイルばねのねじり変形に伴って、自由端側の一巻目には、自由端とは回転軸線を挟んで反対側へのズレが現出し易い。その結果として自由端側の一巻目には、自由端とは回転軸線を挟んで反対側の周方向位置に定義された特定位置において、ブッシュロータへの押し付けが生じ易くなる。このときねじりコイルばねの特定位置では、自由端側の一巻目からブッシュロータに作用する荷重が、自由端側の一巻目よりも固定端側の巻回部から同ロータに作用する荷重に比して、小さくなる。これによれば、ねじりコイルばねにおいて応力集中を緩和したい押し付け箇所を狙って、当該応力集中の緩和を達成し得る。故に、応力集中の緩和不足よりねじりコイルばねに疲労破壊を招く事態を抑制して、高い耐久性を確保することが可能となる。

一方、第二発明によると、ブッシュロータの外周側におけるねじりコイルばねのねじり変形に伴って、自由端側の一巻目には、自由端とは回転軸線を挟んで反対側へのズレが現出し易い。その結果として自由端側の一巻目には、自由端のセットされる周方向位置に定義された特定位置において、ブッシュロータへの押し付けが生じ易くなる。このときねじりコイルばねの特定位置では、自由端側の一巻目からブッシュロータに作用する荷重が、自由端側の一巻目よりも固定端側の巻回部から同ロータに作用する荷重に比して、小さくなる。これによれば、ねじりコイルばねにおいて応力集中を緩和したい押し付け箇所を狙って、当該応力集中の緩和を達成し得る。故に、応力集中の緩和不足よりねじりコイルばねに疲労破壊を招く事態を抑制して、高い耐久性を確保することが可能となる。

第一実施形態によるバルブタイミング調整装置を示す断面図であって、図２のI−I線断面図である。図１のII−II線断面図である。図１のIII−III線矢視図である。図１のバルブタイミング調整装置を示す外観斜視図である。図１のねじりコイルばねを拡大して示す断面図である。図１のねじりコイルばねの作動状態を説明するための摸式図である。第二実施形態によるバルブタイミング調整装置を示す断面図であって、図１に対応する断面図である。第三実施形態によるバルブタイミング調整装置を示す断面図であって、図１に対応する断面図である。図５の変形例を示す断面図である。図５の変形例を示す断面図である。図５の変形例を示す断面図である。図５の変形例を示す断面図である。図５の変形例を示す断面図である。

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。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合せることができる。

（第一実施形態）
図１に示すように、本発明の第一実施形態によるバルブタイミング調整装置１は、作動油の圧力を利用する油圧式である。装置１は、内燃機関においてクランク軸から出力のクランクトルクがカム軸２へと伝達される伝達系に、設置されている。ここでカム軸２は、クランク軸からのクランクトルクの伝達により、「動弁」としての排気弁を開閉駆動する。そこで装置１は、排気弁のバルブタイミングを調整する。

図１〜４に示すように装置１は、アウタロータ１０、インナロータ２０、ブッシュロータ４０及びねじりコイルばね５０を備えている。装置１は、アウタロータ１０の内部においてインナロータ２０を作動油により相対回転させることで、それらロータ１０，２０間の回転位相に応じてバルブタイミングを調整する。

金属製のアウタロータ１０は、シューハウジング１２の軸方向両側に、それぞれスプロケットプレート１３及びカバープレート１４を螺子止めしてなる、所謂ハウジングロータである。図１，２に示すようにシューハウジング１２は、収容筒１２０及び複数のシュー１２２を有している。各シュー１２２は、円筒状の収容筒１２０において周方向に所定間隔ずつあけた箇所から、径方向内側へ略扇形状に突出している。周方向に隣り合うシュー１２２の間には、それぞれ収容室１２３が形成されている。

図１〜４に示すようにスプロケットプレート１３は、複数のスプロケット歯１３３を有している。各スプロケット歯１３３は、スプロケットプレート１３において周方向に等間隔ずつあけた箇所から、径方向外側へ略扇形状に突出している。スプロケットプレート１３は、それらスプロケット歯１３３とクランク軸の複数の歯との間にタイミングチェーンを掛け渡されることで、当該クランク軸と連繋する。これにより、内燃機関の運転時にスプロケットプレート１３は、タイミングチェーンを通じてクランク軸からのクランクトルクを受ける。このとき、クランク軸と連動してアウタロータ１０は、回転軸線Ｏまわりとなる周方向の片側（図２，３の時計方向）へと回転する。

図１に示すようにスプロケットプレート１３は、軸方向に貫通する中心孔１３０を、有している。スプロケットプレート１３は、中心孔１３０に同軸上に嵌合したカム軸２により、軸受されている。

図１，３，４に示すようにカバープレート１４は、連繋ストッパ１４０を有している。連繋ストッパ１４０は、回転軸線Ｏとは偏心して配置される円柱ピン状に、形成されている。連繋ストッパ１４０は、カバープレート１４においてシューハウジング１２とは軸方向反対側の端面から、アウタロータ１０の外部へ突出している。

図１〜４に示すように金属製のインナロータ２０は、アウタロータ１０の内部に収容される、所謂ベーンロータである。

インナロータ２０は、回転軸２００及び複数のベーン２０２を有している。円筒状の回転軸２００は、アウタロータ１０の内部に同軸上に配置されている。回転軸２００には、環状凹部２０１及び連繋溝部２０３が設けられている。環状凹部２０１は、軸方向のカバープレート１４側へと向かって開口する円環溝状に、形成されている。連繋溝部２０３は、環状凹部２０１の内面に開口する矩形溝状に、形成されている。

図１に示すように回転軸２００は、中心孔１３０を通してアウタロータ１０の外部から内部へと挿入されたカム軸２に、同軸上に連結される。これにより、内燃機関の運転時にカム軸２と連動することでインナロータ２０は、回転軸線Ｏまわりとなる周方向の片側（図２，３の時計方向）へと回転する。このときインナロータ２０は、アウタロータ１０に対しては周方向の両側に相対回転可能となる。ここで、ロータ１０，２０間での相対回転時に回転軸２００は、軸方向における一端面及び他端面を、それぞれスプロケットプレート１３及びカバープレート１４に対して摺動させる。それと共に回転軸２００は、径方向において外周面を各シュー１２２の突出先端面に対して摺動させる。

図２に示すように各ベーン２０２は、回転軸２００において周方向に所定間隔ずつあけた箇所から、径方向外側へ略扇形状に突出している。各ベーン２０２は、それぞれ対応する収容室１２３に突入している。ロータ１０，２０間での相対回転時に各ベーン２０２は、軸方向における一端面及び他端面を、それぞれスプロケットプレート１３及びカバープレート１４に対して摺動させる。それと共に各ベーン２０２は、径方向における突出先端面を収容筒１２０の内周面に対して摺動させる。

アウタロータ１０の内部において各ベーン２０２は、それぞれ対応する収容室１２３を周方向に仕切ることで、進角作動室３４及び遅角作動室３５を複数ずつ形成している。これにより内燃機関では、ポンプから吐出の作動油が油圧制御弁の作動により各進角作動室３４へと導入されると、周方向のうちアウタロータ１０に対する進角側Ｄａにインナロータ２０を相対回転させる回転トルクが、発生する。このとき内燃機関では、油圧制御弁の作動により作動油が各遅角作動室３５からドレンへと排出されることで、アウタロータ１０に対するインナロータ２０の回転位相が進角して、バルブタイミングも進角する。

一方で内燃機関では、ポンプから吐出の作動油が油圧制御弁の作動により各遅角作動室３５へと導入されると、周方向のうちアウタロータ１０に対する遅角側Ｄｒにインナロータ２０を相対回転させる回転トルクが、発生する。このとき内燃機関では、油圧制御弁の作動により作動油が各進角作動室３４からドレンへと排出されることで、回転位相が遅角して、バルブタイミングも遅角する。

複数のベーン２０２のうち特定の一つであるストッパベーン２０２ｓは、複数のシュー１２２のうち特定の二つであるストッパシュー１２２ａ，１２２ｒ間の収容室１２３に、突入している。進角ストッパシュー１２２ａは、アウタロータ１０に対して周方向の進角側Ｄａへと相対回転するストッパベーン２０２ｓと図２の実線の如く当接することで、インナロータ２０の同側Ｄａへの動きを止める。これにより回転位相は、最進角位相において進角側Ｄａへの変化を規制される。

一方で遅角ストッパシュー１２２ｒは、アウタロータ１０に対して周方向の遅角側Ｄｒへと相対回転するストッパベーン２０２ｓと図２の二点鎖線の如く当接することで、インナロータ２０の同側Ｄｒへの動きを止める。これにより回転位相は、最遅角位相において遅角側Ｄｒへの変化を規制される。以上のことから、アウタロータ１０に対するインナロータ２０の相対回転可能範囲は、最進角位相から最遅角位相までの範囲に設定されることになる。

図１，３〜５に示すように金属製のブッシュロータ４０は、回転軸線Ｏに対して中心軸線Ｃｂの心合わせされた円筒状に、形成されている。ブッシュロータ４０は、カバープレート１４においてシューハウジング１２とは軸方向反対側の端面から、アウタロータ１０の外部へと同軸上に突出している。これにより、内燃機関の運転時にブッシュロータ４０は、回転軸線Ｏまわりとなる周方向の片側（図２の時計方向）へ、アウタロータ１０と一体に回転する。ここで本実施形態のブッシュロータ４０は、カバープレート１４と一体形成されているが、別体形成されたカバープレート１４に対して一体回転可能に固定されていてもよい。

図１，３，４に示すようにブッシュロータ４０は、カバープレート１４とは軸方向の反対側に、引出窓４００を有している。引出窓４００は、ブッシュロータ４０において軸方向の突出側と径方向の内側及び外側とに向かって開口する円弧溝状に、形成されている。これにより引出窓４００は、ブッシュロータ４０における回転軸線Ｏまわりの周方向位置のうち、後に詳述するように特定位置Ｐｓとは同線Ｏを挟んで反対側にてねじりコイルばね５０の自由端５００がセットされる位置に、配置されている。

図１〜５に示すように金属製のねじりコイルばね５０は、回転軸線Ｏまわりのコイル状に素線を巻回してなる、所謂トーションスプリングの一種である。ねじりコイルばね５０は、アウタロータ１０の内部から外部に跨って配置されている。ねじりコイルばね５０は、素線の両端をそれぞれ、自由端５００及び固定端５０１として有している。本実施形態のねじりコイルばね５０は、自由端５００及び固定端５０１等を除いて部分的に、ブッシュロータ４０の内周側に収容されている。これによりブッシュロータ４０は、内周側のねじりコイルばね５０を径方向に支持している。

図１，３，４に示すように自由端５００は、アウタロータ１０の外部に配置されている。自由端５００は、同端５００側の一巻目５０２から外周側に向かって屈曲されることで、引出窓４００を通してブッシュロータ４０の外周側へと延出している。自由端５００は、連繋ストッパ１４０により遅角側Ｄｒから係止されることで、アウタロータ１０と連繋している。これにより自由端５００は、アウタロータ１０に対して遅角側Ｄｒへの動きは止められるが、進角側Ｄａへの動きは自由な状態にセットされている。ここで、回転軸線Ｏまわりの周方向位置のうち、かかる自由端５００のセット位置とは同線Ｏを挟んで反対側の位置に、特定位置Ｐｓが定義されている。

図１〜３に示すように固定端５０１は、アウタロータ１０の内部に配置されている。固定端５０１は、同端５０１側の一巻目５０３から内周側に向かって屈曲されることで、当該一巻目５０３の収容される環状凹部２０１から内周側へと延出している。固定端５０１は、連繋溝部２０３に嵌合することで、インナロータ２０と連繋している。これにより固定端５０１は、インナロータ２０に対して進角側Ｄａへの動きも、遅角側Ｄｒへの動きも常に止められた固定状態となっている。

このような構成下、アウタロータ１０に対してインナロータ２０が遅角側Ｄｒへと相対回転すると、それに応じてねじりコイルばね５０がねじり変形する。このとき、ねじりコイルばね５０の発生する復原力は、アウタロータ１０に対しては遅角側Ｄｒへ作用する一方、インナロータ２０に対しては進角側Ｄａに作用する。これにより、相対回転可能範囲の全域においてねじりコイルばね５０は、アウタロータ１０との連繋を維持しつつ、インナロータ２０をアウタロータ１０に対する進角側Ｄａへと付勢する。

以上のことから、アウタロータ１０及びインナロータ２０との連繋下にてねじりコイルばね５０は、それら両ロータ１０，２０間の回転位相が最進角位相に到達することで、最大に復原した図１〜５，６（ａ）の最大復原状態Ｓｒとなる。一方でねじりコイルばね５０は、連繋した両ロータ１０，２０間の回転位相が最遅角位相に到達することで、最大にねじり変形した図６（ｃ）の最大変形状態Ｓｔとなる。

（ねじりコイルばねの詳細構成）
次に、第一実施形態によるねじりコイルばね５０の詳細構成を、説明する。

図５に示すようにねじりコイルばね５０は、両ロータ１０，２０の回転軸線Ｏに対して自由端５００側にコイル軸線Ｃｃの傾斜する異形コイル状に、巻回されている。特に本実施形態では、自由端５００及び固定端５０１の間において実質一定径のコイル径を保って傾斜する異形コイル状に、ねじりコイルばね５０が巻回されている。ここで、コイル軸線Ｃｃの回転軸線Ｏに対する傾斜角度θｃは、図５，６（ａ）に示す最大復原状態Ｓｒでの特定位置Ｐｓにおいて、ねじりコイルばね５０に外接する接線Ｌｏの同線Ｏに対する傾斜角度θｏに、実質一致している。

このような巻回形態により、両ロータ１０，２０との連繋下にてねじりコイルばね５０は、図１，３，５，６（ａ）に示すように最大復原状態Ｓｒでの特定位置Ｐｓでは、自由端５００側の一巻目５０２とブッシュロータ４０との間に隙間６０をあける。このとき、最大復原状態Ｓｒでの特定位置Ｐｓにおいては、ねじりコイルばね５０のうち自由端５００側の一巻目５０２よりも固定端５０１側の巻回部５０４として、固定端５０１側の二巻目がブッシュロータ４０と接触する。こうした最大復原状態Ｓｒでの特定位置Ｐｓでは、自由端５００側の一巻目５０２からブッシュロータ４０に作用する荷重Ｆａが、自由端５００側の一巻目５０２よりも固定端５０１側の巻回部５０４から同ロータ４０に作用する荷重Ｆｂに比して、小さくなる。即ち、Ｆａ＜Ｆｂの荷重関係が成立する。

ここで特に、最大復原状態Ｓｒでの特定位置Ｐｓにおいて一巻目５０２からブッシュロータ４０に作用する荷重Ｆａは、隙間６０の存在により実質０乃至は微小となる。そこで、図６（ａ）では荷重Ｆａを、仮想線（即ち、二点鎖線）の矢印により模式的に示している。

さらに図６（ａ）の最大復原状態Ｓｒから、図６（ｂ），（ｃ）に順に示すようにねじり変形が進む過程のねじりコイルばね５０では、特定位置Ｐｓにおいて自由端５００側の一巻目５０２に、ブッシュロータ４０に接近する側へのズレが現出する。このねじり変形過程におけるブッシュロータ４０の特定位置Ｐｓにあっても、一巻目５０２から作用する荷重Ｆａは、巻回部５０４から作用する荷重Ｆｂに比して、小さくなる。

ここで特に、図６（ｂ）に示す如くねじり変形過程が進むと、回転軸線Ｏに対する接線Ｌｏの傾斜角度θｏが減少することで、一巻目５０２とブッシュロータ４０との間の隙間６０も減少する。但し、このときにも特定位置Ｐｓでは、荷重Ｆａが荷重Ｆｂよりも小さな実質０乃至は微小の荷重となる。そこで、図６（ｂ）においても荷重Ｆａを、仮想線（即ち、二点鎖線）の矢印により模式的に示している。また、ねじり変形過程が図６（ｂ）の変形途中状態から最大変形状態Ｓｔまで進む間にて、図６（ｃ）に示す如く特定位置Ｐｓでは、一巻目５０２がブッシュロータ４０と接触する。このように一巻目５０２がブッシュロータ４０と接触したとしても、本実施形態では、Ｆａ＜Ｆｂの荷重関係が維持されることになる。

（作用効果）
以上説明した第一実施形態の作用効果を、以下に説明する。

第一実施形態のねじりコイルばね５０によると、自由端５００側の一巻目５０２には、ねじり変形に伴って回転軸線Ｏに対するズレが現出することで、ブッシュロータ４０への押し付けが生じる。このときねじりコイルばね５０では、自由端５００側の一巻目５０２からブッシュロータ４０に作用する荷重Ｆａが、自由端５００側の一巻目５０２よりも固定端５０１側の巻回部５０４から同ロータ４０に作用する荷重Ｆｂに比して、小さくなる。これによりねじりコイルばね５０では、ブッシュロータ４０への押し付け箇所における応力集中が緩和され得る。故に、そうした応力集中の繰り返しによりねじりコイルばね５０の疲労破壊を招く事態を抑制して、耐久性を高めることが可能となる。

また、ブッシュロータ４０の外周側におけるねじりコイルばね５０のねじり変形に伴って一巻目５０２には、自由端５００とは回転軸線Ｏを挟んで反対側へのズレが現出し易い。その結果として一巻目５０２には、自由端５００とは回転軸線Ｏを挟んで反対側の周方向位置に定義された特定位置Ｐｓにおいて、ブッシュロータ４０への押し付けが生じ易くなる。このときねじりコイルばね５０の特定位置Ｐｓでは、一巻目５０２からブッシュロータ４０に作用する荷重Ｆａが、巻回部５０４から同ロータ４０に作用する荷重Ｆｂに比して、小さくなる。これによれば、ねじりコイルばね５０において応力集中を緩和したい押し付け箇所を狙って、当該応力集中の緩和を達成し得る。故に、応力集中の緩和不足よりねじりコイルばね５０に疲労破壊を招く事態を抑制して、高い耐久性を確保することが可能となる。

さらに、両ロータ１０，２０との連繋下にて最大復原状態Ｓｒとなったねじりコイルばね５０の特定位置Ｐｓでは、一巻目５０２からブッシュロータ４０に作用する荷重Ｆａが、巻回部５０４から同ロータ４０に作用する荷重Ｆｂに比して、小さくなる。これにより、最大復原状態Ｓｒのねじりコイルばね５０においてだけでなく、同状態Ｓｒからねじり変形の進む過程のねじりコイルばね５０においても、ブッシュロータ４０への押し付け箇所を狙って応力集中の緩和作用が発揮され得る。故に、ねじりコイルばね５０の疲労破壊を両ロータ１０，２０間の回転位相に拘らずに抑制して、高い耐久性の確保に貢献することが可能となる。

またさらに、両ロータ１０，２０との連繋下にて最大復原状態Ｓｒとなったねじりコイルばね５０の特定位置Ｐｓでは、巻回部５０４がブッシュロータ４０と接触する一方、一巻目５０２が同ロータ４０との間に隙間６０をあける。その結果、特定位置Ｐｓにおいて一巻目５０２からブッシュロータ４０に作用する荷重Ｆａは、巻回部５０４から同ロータ４０に作用する荷重Ｆｂに比して、小荷重に確保され得る。これによれば、最大復原状態Ｓｒ及び同状態Ｓｒからねじり変形の進む過程のねじりコイルばね５０において、ブッシュロータ４０への押し付け箇所を狙った応力集中の緩和作用を確実に発揮できる。故に、ねじりコイルばね５０の疲労破壊を抑制する効果を確固たるものとして、高い耐久性についての信頼度を確保することが可能となる。

加えて、回転軸線Ｏに対して中心軸線Ｃｂが心合わせされる円筒状のブッシュロータ４０は、同線Ｏに対してコイル軸線Ｃｃが自由端５００側に傾斜する異形コイル状のねじりコイルばね５０を、径方向に支持する。これにより、両ロータ１０，２０との連繋下にて最大復原状態Ｓｒとなったねじりコイルばね５０の特定位置Ｐｓにおいて、巻回部５０４がブッシュロータ４０と接触する一方、一巻目５０２が同ロータ４０との間に隙間６０をあける構成を、構築し易くなる。故に、特定位置Ｐｓにおいて一巻目５０２からブッシュロータ４０に作用する荷重Ｆａを、巻回部５０４から同ロータ４０に作用する荷重Ｆｂに比して、小荷重に容易に確保し得る。したがって、円筒状のブッシュロータ４０及び傾斜する異形コイル状のねじりコイルばね５０の採用は、高い耐久性についての信頼度を確保する上で特に有効となる。

（第二実施形態）
図７に示すように本発明の第二実施形態は、第一実施形態の変形例である。

第二実施形態のブッシュロータ２０４０は、アウタロータ１０の内部から外部に跨って配置されている。ブッシュロータ２０４０は、カバープレート１４の内周側を通して、インナロータ２０からアウタロータ１０の外部へと同軸上に突出している。これにより、内燃機関の運転時にブッシュロータ４０は、回転軸線Ｏまわりとなる周方向の片側へ、インナロータ２０と一体に回転する。ここでブッシュロータ２０４０は、別体形成された回転軸２００に対して一体回転可能に固定されているが、回転軸２００と一体形成されていてもよい。尚、ブッシュロータ２０４０は、一体に回転対象が異なる以外は、第一実施形態のブッシュロータ４０と実質同一の構成を備えている。

このような第二実施形態にあっても、両ロータ１０，２０との連繋下にてねじりコイルばね５０は、最大復原状態Ｓｒでの特定位置Ｐｓにおいて、自由端５００側の一巻目５０２とブッシュロータ２０４０との間に隙間６０をあけることになる。したがって、第一実施形態と同様の作用効果を発揮可能である。

（第三実施形態）
図８に示すように本発明の第三実施形態は、第二実施形態の変形例である。

第三実施形態では、インナロータ２０から突出したブッシュロータ３０４０の外周側に、ねじりコイルばね５０が配置されている。これによりブッシュロータ３０４０は、外周側のねじりコイルばね５０を径方向に支持している。また、第三実施形態のブッシュロータ３０４０には、引出窓４００が設けられていない。そこで自由端５００は、同端５００側の一巻目５０２から外周側に向かって屈曲されることで、当該外周側の連繋ストッパ１４０へと向かって延伸している。また、回転軸線Ｏまわりの周方向位置のうち、かかる自由端５００のセットされる位置に、特定位置Ｐｓが定義されている。尚、第三実施形態において固定端５０１は、同端５０１側の一巻目５０３から外周側に向かって屈曲され、連繋溝部２０３に嵌合している。

このような第三実施形態にあっても、両ロータ１０，２０との連繋下にてねじりコイルばね５０は、最大復原状態Ｓｒでの特定位置Ｐｓにおいて、自由端５００側の一巻目５０２とブッシュロータ３０４０との間に隙間６０をあけることになる。故に、ブッシュロータ３０４０の内周側におけるねじりコイルばね５０のねじり変形に伴って、一巻目５０２には、自由端５００とは回転軸線Ｏを挟んで反対側へのズレが現出し易い。その結果として一巻目５０２には、自由端５００のセットさる周方向位置に定義された特定位置Ｐｓにおいて、ブッシュロータ４０への押し付けが生じ易くなる。したがって、第一実施形態と同様の作用効果を発揮可能である。

（他の実施形態）
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は、それらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。

第一〜第三実施形態に関する変形例１では、図９に示すように回転軸線Ｏに対してコイル軸線Ｃｃが自由端５００側へ傾斜し、且つ固定端５０１側から自由端５００側へ向かうほどコイル径が縮径する異形コイル状に、ねじりコイルばね５０を巻回してもよい。この場合、最大復原状態Ｓｒでの特定位置Ｐｓにおいて回転軸線Ｏに対する接線Ｌｏの傾斜角度θｏは、同線Ｏに対するコイル軸線Ｃｃの傾斜角度θｃに比して大きくなる。尚、図９は、第一実施形態の変形例１を示している。

第一〜第三実施形態に関する変形例２では、図１０に示すように回転軸線Ｏに対してコイル軸線Ｃｃが心合わせされ、且つ固定端５０１側から自由端５００側へ向かうほどコイル径が縮径する異形コイル状に、ねじりコイルばね５０を巻回してもよい。尚、図１０は、第一実施形態の変形例２を示している。

第一〜第三実施形態に関する変形例３では、図１１に示すように回転軸線Ｏに対してコイル軸線Ｃｃが心合わせされ、且つ巻回部５０４よりも自由端５００側においてコイル径が縮径する異形コイル状に、ねじりコイルばね５０を巻回してもよい。尚、図１１は、第一実施形態の変形例３として、自由端５００側の一巻目５０２を巻回部５０４等の残部よりも縮径させた例を、示している。

第一〜第三実施形態に関する変形例４では、図１２，１３に示すように、回転軸線Ｏに対して中心軸線Ｃｂが自由端５００とは反対側へ傾斜する傾斜円筒状に、ブッシュロータ４０，２０４０，３０４０を形成してもよい。この場合にはねじりコイルばね５０を、例えば図１２に示すように、第一〜第三実施形態と同様な異形コイル状に巻回してもよいし、図示はしないが、上述の変形例１〜３のうちいずれかの異形コイル状に巻回してもよい。あるいは、図１３に示すようにねじりコイルばね５０を、回転軸線Ｏに対してコイル軸線Ｃｃが心合わせされ、且つコイル径が実質一定径となるストレートな円筒コイル状に、巻回してもよい。

第一〜第三実施形態に関する変形例５では、最大復原状態Ｓｒでの特定位置Ｐｓにおいて自由端５００側の一巻目５０２がブッシュロータ４０と接触して隙間６０を形成しない構成を、Ｆａ＜Ｆｂの荷重関係が成立する限りにて採用してもよい。この場合、両ロータ１０，２０との連繋を解除された自然長状態のねじりコイルばね５０につき、例えばＦａ＜Ｆｂの荷重関係に必要な角度分、コイル軸線Ｃｃを傾斜させておくことで、かかる荷重関係の成立が可能となる。

第一〜第三実施形態に関する変形例６では、アウタロータ１０との連繋を維持しつつ、インナロータ２０をアウタロータ１０に対する遅角側Ｄｒへと付勢するように、ねじりコイルばね５０を配置してもよい。この場合、連繋ストッパ１４０により自由端５００を、進角側Ｄａから係止させることになる。

第一〜第三実施形態に関する変形例７では、相対回転可能範囲の一部においてねじりコイルばね５０を、アウタロータ１０と連繋させたままインナロータ２０を付勢するように、変形させてもよい。この場合、相対回転可能範囲の残部では、ねじりコイルばね５０がアウタロータ１０との連繋を解除されてインナロータ２０の付勢を中止することになる。

以上の他に変形例８では、「動弁」としての吸気弁のバルブタイミングを調整するバルブタイミング調整装置に、本発明を適用してもよい。

１バルブタイミング調整装置、２カム軸、１０アウタロータ、２０インナロータ、４０，２０４０，３０４０ブッシュロータ、５０ねじりコイルばね、６０隙間、１４０連繋ストッパ、２０３連繋溝部、５００自由端、５０１固定端、５０２一巻目、５０４巻回部、Ｃｂ中心軸線、Ｃｃコイル軸線、Ｏ回転軸線、Ｐｓ特定位置、Ｓｒ最大復原状態

Claims

内燃機関においてクランク軸からのトルク伝達によりカム軸（２）が開閉する動弁のバルブタイミングを調整するバルブタイミング調整装置（１）であって、
前記クランク軸と連動して回転軸線（Ｏ）まわりに回転するアウタロータ（１０）と、
前記カム軸と連動して前記回転軸線まわりに回転し、前記アウタロータの内部において相対回転するインナロータ（２０）と、
前記回転軸線まわりのコイル状に巻回され、固定端（５０１）が前記インナロータと連繋し、自由端（５００）が前記アウタロータと連繋し、前記アウタロータに対する前記インナロータの相対回転に応じてねじり変形することにより、前記アウタロータとの連繋を維持して前記インナロータを付勢するねじりコイルばね（５０）と、
前記アウタロータ又は前記インナロータから同軸上に突出し、前記ねじりコイルばねを径方向に支持することにより、前記ねじりコイルばねのうち前記自由端側の一巻目（５０２）から作用する荷重（Ｆａ）が、前記ねじりコイルばねのうち前記自由端側の一巻目よりも前記固定端側の巻回部（５０４）から作用する荷重（Ｆｂ）に比して、小さくなる筒状のブッシュロータ（４０，２０４０）とを、備え、
前記ブッシュロータは、内周側の前記ねじりコイルばねを支持し、
前記自由端とは前記回転軸線を挟んで反対側の周方向位置を、特定位置（Ｐｓ）と定義すると、
前記特定位置において、前記自由端側の前記一巻目から前記ブッシュロータに作用する荷重は、前記自由端側の前記一巻目よりも前記固定端側の前記巻回部から作用する荷重に比して、小さくなるバルブタイミング調整装置。
内燃機関においてクランク軸からのトルク伝達によりカム軸（２）が開閉する動弁のバルブタイミングを調整するバルブタイミング調整装置（１）であって、
前記クランク軸と連動して回転軸線（Ｏ）まわりに回転するアウタロータ（１０）と、
前記カム軸と連動して前記回転軸線まわりに回転し、前記アウタロータの内部において相対回転するインナロータ（２０）と、
前記回転軸線まわりのコイル状に巻回され、固定端（５０１）が前記インナロータと連繋し、自由端（５００）が前記アウタロータと連繋し、前記アウタロータに対する前記インナロータの相対回転に応じてねじり変形することにより、前記アウタロータとの連繋を維持して前記インナロータを付勢するねじりコイルばね（５０）と、
前記アウタロータ又は前記インナロータから同軸上に突出し、前記ねじりコイルばねを径方向に支持することにより、前記ねじりコイルばねのうち前記自由端側の一巻目（５０２）から作用する荷重（Ｆａ）が、前記ねじりコイルばねのうち前記自由端側の一巻目よりも前記固定端側の巻回部（５０４）から作用する荷重（Ｆｂ）に比して、小さくなる筒状のブッシュロータ（３０４０）とを、備え、
前記ブッシュロータは、外周側の前記ねじりコイルばねを支持し、
前記自由端のセットされる周方向位置を、特定位置（Ｐｓ）と定義すると、
前記特定位置において、前記自由端側の前記一巻目から前記ブッシュロータに作用する荷重は、前記自由端側の前記一巻目よりも前記固定端側の前記巻回部から作用する荷重に比して、小さくなるバルブタイミング調整装置。
前記ねじりコイルばねが前記アウタロータ及び前記インナロータとの連繋下にて最大に復原した最大復原状態（Ｓｒ）での前記特定位置において、前記自由端側の前記一巻目から前記ブッシュロータ（４０，２０４０，３０４０）に作用する荷重は、前記自由端側の前記一巻目よりも前記固定端側の前記巻回部から前記ブッシュロータに作用する荷重に比して、小さくなる請求項１又は２に記載のバルブタイミング調整装置。
前記最大復原状態での前記特定位置において、前記自由端側の前記一巻目が前記ブッシュロータとの間に隙間（６０）をあける一方、前記自由端側の前記一巻目よりも前記固定端側の前記巻回部が前記ブッシュロータと接触する請求項３に記載のバルブタイミング調整装置。
前記ブッシュロータは、前記回転軸線に対して中心軸線（Ｃｂ）が心合わせされる円筒状に、形成され、
前記ねじりコイルばねは、前記回転軸線に対して前記自由端側にコイル軸線（Ｃｃ）が傾斜する異形コイル状に、巻回される請求項４に記載のバルブタイミング調整装置。