JP7161917B2 - 位相変更ユニット及びバルブタイミング変更装置 - Google Patents

Description

本発明は、二つの回転体の回転位相を変更する位相変更ユニットに関し、特に、内燃エンジンの吸気バルブ又は排気バルブの開閉時期（バルブタイミング）を変更する際に適用される位相変更ユニット及びそれを用いたバルブタイミング変更装置に関する。

従来のバルブタイミング変更装置としては、クランクシャフトの回転に連動する駆動回転体、カムシャフトと一体的に回転する従動回転体、遊星キャリア、遊星歯車、モータ軸を有する電動モータ、電動モータのモータ軸と遊星キャリアとを連結する可動軸継手機構等を備えたものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。

ここで、可動軸継手機構は、金属製の二つの継手部材により構成されており、電動モータの回転駆動力を遊星キャリアに伝達する役割をなすと共に、過トルクが生じた際に継手部材に設けた低強度部を破損させる構造となっている。

しかしながら、上記の可動軸継手機構及び遊星キャリアの構造では、構造が複雑であり、継手部材に対して低強度部等を設けるための機械加工を必要とし、高コスト化を招く。
また、モータ軸、二つの継手部材、遊星キャリア等が金属製であるため、全体として重量物であり、それ故に慣性モーメントが大きく、電動モータとしては大きい出力トルクが要求される。
さらに、トルク変動等の際に、金属製の部品同士が衝突して衝突音を生じる虞がある。

特許第６３１４８１６号公報

本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、上記従来技術の問題点を解消して、構造の簡素化、軽量化、低騒音化、低コスト化等を図りつつ、過負荷が生じた際にも電動モータの破損等を防止できる、位相変更ユニット及びそれを用いたバルブタイミング変更装置を提供することにある。

本発明の第１の観点に係る位相変更ユニットは、所定の軸線回りに回転する第１回転体及び第２回転体の相対的な回転位相を変更する位相変更ユニットであって、外部の駆動軸が連結されて回転駆動力が及ぼされる回転部材と、駆動軸の回転駆動力により回転部材が回転することで、第１回転体と第２回転体との間に相対的な回転を生じさせる相対回転機構とを備え、回転部材は、相対回転機構に作用する金属製の作用部と、駆動軸が連結される樹脂製の連結部と、過大負荷が生じた際に駆動軸との間の回転力の伝達を断つように機能する樹脂製の脆弱部を含み、相対回転機構は、第１回転体と一体的に回転する第１内歯車と、第２回転体と一体的に又は同位相で回転すると共に第１内歯車と異なる歯数を有しかつ作用部が作用して第１内歯車と部分的に噛合するように弾性変形可能な環状の外歯車を含み、第２回転体と一体的に回転すると共に外歯車が部分的に噛合する第２内歯車と、第１回転体に接合されるスペーサ部材をさらに備え、第２回転体は、相対回転機構及び回転部材を収容するハウジングロータを含み、第２内歯車は、ハウジングロータと一体的に回転するように取り付けられ、第１内歯車は、スペーサ部材を介して第１回転体に固定され、スペーサ部材は、ハウジングロータに対して相対的な回転範囲が規制されるように形成されている、構成となっている。
また、本発明の第２の観点に係る位相変更ユニットは、所定の軸線回りに回転する第１回転体及び第２回転体の相対的な回転位相を変更する位相変更ユニットであって、外部の駆動軸が連結されて回転駆動力が及ぼされる回転部材と、駆動軸の回転駆動力により回転部材が回転することで、第１回転体と第２回転体との間に相対的な回転を生じさせる相対回転機構とを備え、回転部材は、相対回転機構に作用する金属製の作用部と、駆動軸が連結される樹脂製の連結部と、過大負荷が生じた際に駆動軸との間の回転力の伝達を断つように機能する樹脂製の脆弱部を含み、相対回転機構は、第１回転体と一体的に回転する第１内歯車と、第２回転体と一体的に又は同位相で回転すると共に第１内歯車と異なる歯数を有しかつ作用部が作用して第１内歯車と部分的に噛合するように弾性変形可能な環状の外歯車を含み、第２回転体と一体的に回転すると共に外歯車が部分的に噛合する第２内歯車をさらに備え、第２回転体は、相対回転機構及び回転部材を収容するハウジングロータを含み、第２内歯車は、ハウジングロータと一体的に回転するように取り付けられ、ハウジングロータは、外周においてスプロケットを有する円筒状の第１ハウジングと、第１ハウジングに結合されると共に回転部材の連結部を露出させる開口部を有する円板状の第２ハウジングを含む、構成となっている。

上記位相変更ユニットにおいて、回転部材は、作用部を含む金属部材と連結部及び脆弱部を含む樹脂部材とが一体的に結合されている、構成を採用してもよい。

上記位相変更ユニットにおいて、回転部材は、金属部材と樹脂部材とがインサート成形により一体成形された成形品である、構成を採用してもよい。

上記位相変更ユニットにおいて、回転部材の作用部は、外歯車に対して楕円変形を生じさせるカム作用を及ぼすカム面を含む、構成を採用してもよい。

上記位相変更ユニットにおいて、外歯車には、楕円変形可能なベアリングを介して回転部材の作用部が嵌め込まれている、構成を採用してもよい。

上記位相変更ユニットにおいて、ベアリングは、回転部材の作用部が嵌め込まれる弾性変形可能な環状の内輪と、外歯車の内側に嵌め込まれる弾性変形可能な環状の外輪と、内輪と外輪の間に配置された複数の転動体を含む、構成を採用してもよい。

上記位相変更ユニットにおいて、第２回転体の歯数は、外歯車の歯数と同一である、構成を採用してもよい。

上記位相変更ユニットにおいて、ハウジングロータは、第１内歯車を介して上記軸線回りに回転可能に支持されている、構成を採用してもよい。

上記第１の観点に係る位相変更ユニットにおいて、ハウジングロータは、外周においてスプロケットを有する円筒状の第１ハウジングと、第１ハウジングに結合されると共に回転部材の連結部を露出させる開口部を有する円板状の第２ハウジングを含む、構成を採用してもよい。

本発明のバルブタイミング変更装置は、カムシャフトとクランクシャフトに連動するハウジングロータとの相対的な回転位相を変更する位相変更ユニットを備え、カムシャフトにより駆動される吸気用又は排気用のバルブの開閉時期を進角側又は遅角側に変更するエンジンのバルブタイミング変更装置であって、位相変更ユニットは、上記構成をなすいずれかの位相変更ユニットであり、位相変更ユニットにおける第１回転体は、カムシャフトであり、位相変更ユニットにおける第２回転体は、ハウジングロータである、構成となっている。

上記バルブタイミング変更装置において、位相変更ユニットに含まれる回転部材に回転駆動力を及ぼす電動モータを含む、構成を採用してもよい。

上記バルブタイミング変更装置において、位相変更ユニットに含まれる回転部材は、カムシャフトの回転速度よりも速い回転速度でカムシャフトの回転方向と同一方向に回転駆動力が及ぼされるとき、進角動作を行うように設定されている、構成を採用してもよい。

上記構成をなす位相変更ユニットによれば、構造の簡素化、軽量化、低騒音化、低コスト化等を達成しつつ、過負荷が生じた際にも電動モータの破損等を防止できる。

本発明の一実施形態に係る位相変更ユニットを採用したバルブタイミング変更装置を前方斜めから視た外観斜視図である。 図１に示すバルブタイミング変更装置において、電動モータを位相変更ユニとから離して後方斜めから視た分解斜視図である。 図１に示すバルブタイミング変更装置の断面図である。 本発明の位相変更ユニットが第１回転体としてのカムシャフトに組み付けられた状態における斜視断面図である。 本発明の位相変更ユニットと第１回転体としてのカムシャフトの関係を示すものであり、前方斜めから視た分解斜視図である。 本発明の位相変更ユニットと第１回転体としてのカムシャフトの関係を示すものであり、後方斜めから視た分解斜視図である。 本発明の位相変更ユニットを前方斜めから視た分解斜視図である。 本発明の位相変更ユニットを後方斜めから視た分解斜視図である。 本発明の位相変更ユニットに含まれる回転部材、ベアリング、外歯車、電動モータの駆動軸の相互関係を示す斜視図である。 本発明の位相変更ユニットに含まれる回転部材、ベアリング、外歯車、電動モータの駆動軸の相互関係を示す断面図である。 本発明の位相変更ユニットに含まれる回転部材の樹脂部材と金属部材を分離した状態を示す分解斜視図である。 図１１に示す回転部材の斜視断面図である。 本発明位相変更ユニットに含まれる回転部材の他の実施形態を示す分解斜視図である。 図１３に示す回転部材の斜視断面図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
一実施形態に係るバルブタイミング変更装置は、図１に示すように、カムシャフトＣＳとスプロケット１１ａの相対的な回転位相を変更する位相変更ユニットＵを備えている。
ここで、カムシャフトＣＳは、軸線Ｓ回りの一方向（図１中のＲ方向）に回転する第１回転体として機能するものであり、図５に示すように、鍔状の嵌合部ＣＳ１、ネジ孔ＣＳ２、油通路ＣＳ３、位置決めピンＰの嵌合穴ＣＳ４を備えている。
スプロケット１１ａは、軸線Ｓ回りの一方向（Ｒ方向）に回転する第２回転体の一部を形成し、チェーンを介してクランクシャフトの回転に連動する。

そして、位相変更ユニットＵが、電動モータＤにより適宜駆動制御されることにより、カムシャフトＣＳにより駆動される吸気バルブ又は排気バルブの開閉時期（バルブタイミング）が変更されるようになっている。
ここで、電動モータＤは、エンジンの一部、例えば、チェーンカバー部材に固定されるものであり、図２及び図３に示すように、軸線Ｓ回りに回転駆動力を生じる駆動軸Ｄ１を備えている。
そして、駆動軸Ｄ１の一部をなす連結コマＤ２が、位相変更ユニットＵに含まれる回転部材８０の連結部８２に連結されて回転駆動力を及ぼすようになっている。

位相変更ユニットＵは、図３、図７、図８に示すように、第２回転体としてのハウジングロータ１０、第１内歯車２０、スペーサ部材としてのロータ３０、外歯車４０、スペーサ部材５０、第２内歯車６０、ベアリング７０、回転部材８０を備えている。
ここでは、第１内歯車２０及び外歯車４０により、回転部材８０が回転することで、第１回転体としてカムシャフトＣＳと第２回転体としてのハウジングロータ１０との間に相対的な回転を生じさせる相対回転機構が構成されている。

ハウジングロータ１０は、軸線Ｓ回りに回転自在に支持される第１ハウジング１１、第１ハウジング１１に対してネジｂ１により結合される第２ハウジング１２を備えている。

第１ハウジング１１は、金属材料を用いて略円筒状に形成され、スプロケット１１ａ、円筒部１１ｂ、内周面１１ｃ、油通路１１ｄ，１１ｅ、進角側ストッパ１１ｆ、遅角側ストッパ１１ｇ、ネジｂ１を捩じ込む複数のネジ孔１１ｈを備えている。

内周面１１ｃは、第１内歯車２０の外周面２１ａに摺動自在に密接し、軸線Ｓ回りに回転自在に支持される。
油通路１１ｄは、内周面１１ｃにおいて軸線Ｓと平行に伸長する溝として形成されている。そして、油通路１１ｄは、カムシャフトＣＳの油通路ＣＳ３及びロータ３０の油通路３５を経て第１内歯車２０の内部に導かれた潤滑油を、第１内歯車２０の外周面２１ａと内周面１１ｃの摺動領域に導く。
油通路１１ｅは、円筒部１１ｂの前端面において、径方向外向きに伸長する溝として形成されている。そして、油通路１１ｅは、ハウジングロータ１０内に導かれた潤滑油を、ハウジングロータ１０の外部に導く。

進角側ストッパ１１ｆは、ロータ３０の進角側当接部３６を当接させて、カムシャフトＣＳを最大進角位置に位置決めする。
遅角側ストッパ１１ｇは、ロータ３０の遅角側当接部３７を当接させて、カムシャフトＣＳを最大遅角位置に位置決めする。

第２ハウジング１２は、金属材料を用いて円板状に形成され、軸線Ｓを中心とする円形の開口部１２ａ、ネジｂ１を通す複数の円孔１２ｂを備えている。
開口部１２ａは、径方向において回転部材８０の周りに隙間をおいて、回転部材８０の連結部８２を露出させるように形成されている。

そして、第１ハウジング１１に対して、ロータ３０を嵌合させた第１内歯車２０、スペーサ部材５０、第２内歯車６０、外歯車４０及びベアリング７０を嵌合させた回転部材８０が組み付けられ後に、第２ハウジング１２が第１ハウジング１１にネジｂ１で結合されることにより、軸線Ｓ回りに回転する第２回転体としてのハウジングロータ１０が形成される。

ここで、ハウジングロータ１０は、第１内歯車２０を介して軸線Ｓ回りに回転可能に支持されているため、カムシャフトＣＳに固定される第１内歯車２０を基準として、ハウジングロータ１０、外歯車４０、第２内歯車６０の位置決めを行うことができる。
また、ハウジングロータ１０として、第１ハウジング１１及び第２ハウジング１２を含む構成を採用し、第１ハウジング１１に対して、上記種々の部品を収容して第２ハウジング１２を結合することにより、位相変更ユニットＵを容易に組み付けることができる。

第１内歯車２０は、金属材料を用いて、図７及び図８に示すように、例えば鍛造により有底円筒状に形成され、円筒部２１、歯列２２、底壁面２３、接合面２４、嵌合孔２５、油通路２６，２７、内周隅Ｒ部２８を備えている。

円筒部２１は、第１ハウジング１１の内周面１１ｃと摺動自在に接触するべく、軸線Ｓを中心とする外周面２１ａを画定している。
歯列２２は、歯数Ｚ１からなり、円筒部２１の内周面において、軸線Ｓを中心とする円環状に配列して形成されている。

底壁面２３は、軸線Ｓに垂直な平坦面として形成され、スペーサ部材５０が当接して配置されると共に締結ボルトｂ２の座面として機能する。
接合面２４は、ロータ３０が接合されるべく、底壁面２３と平行な平坦面として形成されている。
嵌合孔２５は、軸線Ｓを中心とする円形状に形成され、ロータ３０の筒状嵌合部３２が嵌合されるように形成されている。

油通路２６は、底壁面２３において、径方向に伸長する溝として形成されている。そして、油通路２６は、ロータ３０の油通路３５及び筒状嵌合部３２の内側を経た潤滑油を、第１内歯車２０の内部に導く。
油通路２７は、円筒部２１の前端面において径方向に伸長する溝として形成されている。そして、油通路２７は、第１内歯車２０内の潤滑油を、第１ハウジング１１の油通路１１ｄ，１１ｅに導く。
内周隅Ｒ部２８は、底壁面２３の周縁から円筒部２１の内周面に繋がる領域において湾曲して形成された領域であり、軸線Ｓ方向において歯列２２が存在しない領域である。

ロータ３０は、金属材料を用いて略平板状に形成され、図７及び図８に示すように、貫通孔３１、筒状嵌合部３２、嵌合凹部３３、位置決め孔３４、油通路３５、進角側当接部３６、遅角側当接部３７を備えている。

貫通孔３１は、潤滑油が流れる隙間をおいて締結ボルトｂ２を通すように、軸線Ｓを中心とする円形状に形成されている。
筒状嵌合部３２は、貫通孔３１の一部を画定すると共に、第１内歯車２０の嵌合孔２５に嵌合され、又、嵌合状態で油通路２６を閉塞しないように、軸線Ｓを中心とする円筒状に形成されている。
嵌合凹部３３は、カムシャフトＣＳの嵌合部ＣＳ１を嵌合させるべく、軸線Ｓを中心とする円形状に形成されている。

位置決め孔３４は、軸線Ｓ回りの角度位置を位置決めするべく、カムシャフトＣＳの嵌合穴ＣＳ４に固定された位置決めピンＰが嵌合されるように形成されている。
油通路３５は、嵌合凹部３３の底壁面において、径方向に伸長して貫通孔３１に連通すると共にカムシャフトＣＳの油通路ＣＳ３に連通する溝として形成されている。
そして、油通路３５は、カムシャフトＣＳの油通路ＣＳ３から供給される潤滑油を、貫通孔３１を経て第１内歯車２０内に導く。

進角側当接部３６は、第１ハウジング１１の進角側ストッパ１１ｆに対して離脱可能に当接するように形成されている。
遅角側当接部３７は、第１ハウジング１１の遅角側ストッパ１１ｇに対して離脱可能に当接するように形成されている。

そして、ロータ３０は、筒状嵌合部３２が嵌合孔２５に嵌合されることで、予め第１内歯車２０に一体的に組み付けられる。
続いて、第１ハウジング１１が第１内歯車２０に回転自在に取り付けられた状態で、ロータ３０がカムシャフトＣＳに近づけられ、位置決め孔３４に位置決めピンＰが嵌合され、嵌合凹部３３に嵌合部ＣＳ１が嵌合される。これにより、ロータ３０がカムシャフトＣＳに接合される。
その後、締結ボルトｂ２が、貫通孔３１に通されてネジ穴ＣＳ２に捩じ込まれることで、第１内歯車２０がロータ３０を介してカムシャフトＣＳに固定される。

また、ロータ３０は、進角側当接部３６が進角側ストッパ１１ｆに当接することで最大進角位置に位置付けられ、遅角側当接部３７が遅角側ストッパ１１ｇに当接することで最大遅角位置に位置付けられる。
すなわち、カムシャフトＣＳは、ロータ３０を介して、ハウジングロータ１０に対する相対的な回転範囲が規制されるようになっている。
これにより、バルブタイミングを変更可能な回転位相の範囲、すなわち、最大遅角位置から最大進角位置までの調整可能な角度範囲を所望の範囲に規制することができる。

このように、スペーサ部材としてのロータ３０を採用することにより、カムシャフトＣＳの嵌合部ＣＳ１の形状がエンジンの仕様に応じて異なる場合、ロータ３０を種々のカムシャフトＣＳに対応させて設定するだけで、位相変更ユニットＵを種々のエンジンのバルブタイミング変更装置に適用することができる。

外歯車４０は、金属材料を用いて、図７及び図８に示すように、弾性変形可能な薄い肉厚の円筒状に形成され、その外周面において歯列４１を備えている。
歯列４１は、第１内歯車２０の歯数Ｚ１と異なる歯数Ｚ２からなり、軸線Ｓ方向における略半分の奥側領域が第１内歯車２０の歯列２２と噛合し、軸線Ｓ方向における略半分の前側領域が第２内歯車６０の歯列６２と噛合する。
ここで、「前側」とは、図３において軸線Ｓ方向の左側であり、「奥側」とは、図３において軸線Ｓ方向の右側である。

そして、外歯車４０は、ベアリング７０を介して回転部材８０の作用部８４のカム作用を受けることにより楕円状に変形させられて、第１内歯車２０と二箇所で部分的に噛合すると共に、第２内歯車６０と二箇所で部分的に噛合するようになっている。

スペーサ部材５０は、金属材料を用いて、図７及び図８に示すように、平板をなす円環状に形成されると共に、第１内歯車２０の内周隅Ｒ部２８の軸線Ｓ方向における長さ寸法以上の厚さをなすように形成されている。
そして、スペーサ部材５０は、第１内歯車２０の底壁面２３に接触するように組み付けられて、軸線Ｓ方向において外歯車４０の端面を受けると共に外歯車４０が内周隅Ｒ部２８側に入り込むのを規制する役割をなす。

このように、スペーサ部材５０を採用することにより、第１内歯車２０において追加の切削作業等が不要になり、全体として低コスト化を達成できる。
尚、第１内歯車２０において、内周隅Ｒ部２８が無く、内周隅領域に環状溝が形成される場合又は軸線Ｓ方向の全域において歯列２３が形成される場合は、スペーサ部材５０を廃止してもよい。

第２内歯車６０は、金属材料を用いて、図７及び図８に示すように、例えば鍛造により略円環状に形成され、軸線Ｓを中心とする円筒部６１、歯列６２、鍔部６３、ネジｂ１を通す複数の円孔６４を備えている。
円筒部６１は、第１ハウジング１１の内周面１１ｃに嵌め込まれる外径寸法に形成されている。
歯列６２は、歯数Ｚ３からなり、円筒部６１の内周面において、軸線Ｓを中心とする円環状に配列して形成されている。
そして、歯列６２は、外歯車４０の歯列４１の軸線Ｓ方向における略半分の前側領域と噛合するように配置される。

ここで、歯列６２の歯数Ｚ３は、外歯車４０の歯列４１の歯数Ｚ２と同一に設定されている。このように、歯数Ｚ３，Ｚ２を同一（Ｚ３＝Ｚ２）とすることにより、第１内歯車２０の歯数Ｚ１と外歯車４０の歯数Ｚ２だけで、回転位相を変更する際の変速比（例えば、減速比）を容易に設定することができる。

鍔部６３は、軸線Ｓに垂直な平板状に形成され、第１ハウジング１１と第２ハウジング１２の間に挟み込まれて組み付けられる。
すなわち、第２内歯車６０は、ネジｂ１により、ハウジングロータ１０と一体的に回転するように固定されて、外歯車４０と噛合するようになっている。

このように、ハウジングロータ１０と一体的に回転するように連結されると共に外歯車４０が部分的に噛合する第２内歯車６０を採用することにより、外歯車４０をハウジングロータ１０に直接固定する場合に比べて、外歯車４０を環状の簡単な形態に形成でき、外歯車４０の製造コストを低減できる。
また、第２内歯車６０は、ハウジングロータ１０とは別個に形成して、ハウジングロータ０に後付けされるため、第２内歯車６０をハウジングロータ１０に一体形成する場合に比べて、製造が容易になり、生産性を向上させることができる。

ベアリング７０は、図３及び図１０に示すように、環状の内輪７１、環状の外輪７２、内輪７１と外輪７２の間に転動自在に配置された複数の転動体７３、複数の転動体７３を保持するリテーナ７４を備えている。

内輪７１は、金属材料を用いて弾性変形可能な無端ベルト状に形成され、回転部材８０の作用部８４が嵌め込まれる。
外輪７２は、金属材料を用いて弾性変形可能な無端ベルト状に形成され、外歯車４０の内側に嵌め込まれる。
複数の転動体７３は、金属材料を用いて球体に形成されており、内輪７１と外輪７２の間に挟み込まれると共に、リテーナ７４により軸線Ｓ回りに等間隔に保持される。
リテーナ７４は、金属材料を用いて弾性変形可能な無端ベルト状に形成され、かつ、複数の転動体７３を等間隔で転動自在に保持するように形成されている。

そして、ベアリング７０の外輪７２は、回転部材８０の作用部８４のカム作用に応じて楕円状に変形するようになっている。
このように、ベアリング７０が、楕円変形させられた状態で回転部材８０の作用部８４と外歯車４０の間に介在するため、回転部材８０の回転に伴って、外歯車４０を円滑に楕円変形させることができる。

回転部材８０は、図９、図１１及び図１２に示すように、樹脂材料を用いて形成された樹脂部材Ａ、金属材料を用いて形成された金属部材Ｂを備えている。
そして、回転部材８０は、外部の駆動軸Ｄ１の一部をなす連結コマＤ２が連結されて回転駆動力が及ぼされるものであり、又、回転部材８０が回転することで、作用部８４がカム作用を及ぼし、第１内歯車２０及び第２内歯車６０と噛合した状態にある外歯車４０が、楕円変形しつつその噛合位置が軸線Ｓ回りに連続的に変化するようになっている。

樹脂部材Ａは、例えば、樹脂を射出成形する金型により形成され、環状部８１、連結部８２、金属部材Ｂの環状リブ８５が埋設される環状溝８３を備えている。
金属部材Ｂは、例えば、焼結により形成され、作用部８４、作用部８４の前端面において軸線Ｓ方向に突出する環状リブ８５を備えている。

環状部８１は、軸線Ｓを中心とする円形状に形成されている。
連結部８２は、環状部８１の内側において軸線Ｓに垂直な径方向中心に向けて開口するＵ字状のリブとして形成されている。
そして、連結部８２には、駆動軸Ｄ１の一部をなす連結コマＤ２が挿入されて連結されるようになっている。
また、連結部８２は、過大負荷が生じた際に駆動軸Ｄ１との間の回転力の伝達を断つように機能し、具体的には破断する脆弱部としても機能する。

作用部８４は、楕円環状に形成され、その外周面が軸線Ｓに垂直な直線Ｌ方向において長軸をもつ楕円形のカム面８４ａを画定する。
カム面８４ａは、外歯車４０に対して楕円変形を生じさせるカム作用を及ぼす。
環状リブ８５は、樹脂部材Ａの環状溝８３に埋設されるように形成され、樹脂部材Ａと金属部材Ｂとの結合力を高める役割をなす。

ここで、作用部８４の長軸方向における外径は、円形状をなす環状部８１の外径よりも小さく形成されている。したがって、樹脂部材Ａと金属部材Ｂの境界領域において、環状端面８１ａが画定される。
環状端面８１ａは、ベアリング７０を嵌め込む際に、内輪７１を軸線Ｓ方向において位置決めする役割をなす。

上記樹脂部材Ａと金属部材Ｂとから構成される回転部材８０は、以下のようにして形成される。
先ず、金属部材Ｂが焼結等により予め形成される。
続いて、金属部材Ｂが樹脂成形の金型内に配置された状態で、金型内に樹脂材料が射出される、インサート成形が行われる。
これにより、樹脂部材Ａと金属部材Ｂが一体的に成形された成形品としての回転部材８０が形成される。

このように、回転部材８０は、樹脂部材Ａと金属部材Ｂとが一体的に結合されたものであり、回転部材８０の樹脂製の連結部８２に対して、駆動軸Ｄ１の一部をなす連結コマＤ２が連結されて回転駆動力を伝達するため、金属部品同士が衝突する際に生じ得る衝突音等の発生を抑制又は防止できる。
また、位相変更ユニットＵにおいて、過大負荷が生じた場合には、回転部材８０の樹脂製の脆弱部としての連結部８２が駆動軸Ｄ１との間の回転力の伝達を断つように機能するため、駆動軸Ｄ１を含む電動モータＤ等の破損を防止できる。

また、回転部材８０の一部が樹脂部材Ａとして形成されているため、回転部材８０の機械加工の工数を低減でき、それ故に低コスト化を達成できる。
また、回転部材８０を軽量化でき、又、慣性モーメントを低減できるため、電動モータＤの省力化を達成できる。
さらに、樹脂部材Ａと金属部材Ｂとがインサート成形により一体成形されているため、結合のためのネジや結合剤等が不要であり、又、種々の駆動軸Ｄ１に対応して、連結部の形状を容易に樹脂成形することができる。

上記相対回転機構を構成する第１内歯車２０及び外歯車４０と、第２内歯車６０との関係について説明する。
第１内歯車２０の歯数Ｚ１と外歯車４０の歯数Ｚ２の関係は、相対回転を生じさせるため、第１内歯車２０と外歯車４０の噛合箇所の個数をＮ、正の整数をｎとするとき、Ｚ２＝Ｚ１±ｎ・Ｎの関係が成立するように設定される。この実施形態においては、Ｎ＝２であるため、例えば、Ｚ１＝１６２、Ｚ２＝１６０に設定される。
また、第２内歯車６０の歯数Ｚ３と外歯車４０の歯数Ｚ２の関係は、前述したように相対回転を生じないで同位相で回転するように、同一の値が選定される。この実施形態においては、例えば、Ｚ３＝１６０、Ｚ２＝１６０に設定される。
これによれば、第１内歯車２０の歯数Ｚ１と外歯車４０の歯数Ｚ２だけで減速比を決定できるため、減速比の設定が容易である。
尚、第２内歯車６０の歯数Ｚ３は、外歯車４０の歯数Ｚ２と同一ではなく、異なる値でもよい。

次に、上記構成をなす位相変更ユニットＵの組み付け作業について説明する。
組付け作業に際して、第１ハウジング１１、第２ハウジング１２、ネジｂ１、第１内歯車２０、ロータ３０、外歯車４０、スペーサ部材５０、第２内歯車６０、ベアリング７０、回転部材８０が準備される。

先ず、回転部材８０に対して、ベアリング７０及び外歯車４０が組み付けられる。
続いて、第１内歯車２０に対してロータ３０が接合されて一体的に組み付けられる。
続いて、第１ハウジング１１に対して、第１内歯車２０が嵌め込まれ、その外側前方からスペーサ部材５０が嵌め込まれる。

続いて、外歯車４０の歯列４１の奥側部分を第１内歯車２０の歯列２２に噛合させるようにして、回転部材８０が嵌め込まれる。
続いて、外歯車４０の歯列４１の前側部分に歯列６２を噛合させるようにして、第２内歯車６０が嵌め込まれ、その外側前方から第２ハウジング１２が配置される。

そして、ネジｂ１が、円孔１２ｂ，６４を通して、ネジ穴１１ｈに捩じ込まれることにより、第２内歯車６０を挟み込んだ状態で、第２ハウジング１２が第１ハウジング１１に結合される。
これにより、位相変更ユニットＵの組付けが完了する。また、この組付け状態において、ハウジングロータ１０の開口部１２ａを通して、回転部材８０の連結部８２が露出した状態となる。
尚、組付け作業は、上記の手順に限るものではなく、その他の手順を採用してもよい。

上記構成をなす位相変更ユニットＵによれば、構造の簡素化、軽量化、低騒音化、低コスト化、組付け作業の容易化等を達成でき、又、過負荷が生じた際にも電動モータＤの破損等を防止することができる。

次に、上記の位相変更ユニットＵがエンジンのバルブタイミング変更装置として適用される場合の動作を説明する。
先ず、位相の変更を行わない、すなわち、バルブタイミングを変更しない場合は、電動モータＤは、回転部材８０に対して、カムシャフトＣＳの回転速度と同一の回転速度でカムシャフトＣＳと同一方向に回転駆動力を及ぼすように駆動制御される。
したがって、第１内歯車２０と外歯車４０は、互いに噛合った位置でロックされる。
また、外歯車４０と第２内歯車６０とは、互いに噛合った位置でロックされる。
これにより、カムシャフトＣＳとハウジングロータ１０は、軸線Ｓ回りにおいて一方向（図１中のＲ方向）に一体的に回転する。

一方、位相を変更する、すなわち、バルブタイミングを変更する場合は、電動モータＤは、回転部材８０に対して、カムシャフトＣＳの回転速度と異なる回転速度でカムシャフトＣＳと同一方向に回転駆動力を及ぼすように駆動制御される。
例えば、電動モータＤが、回転部材８０に対して、カムシャフトＣＳの回転速度よりも速い回転速度でカムシャフトＣＳと同一方向に回転駆動力を及ぼすように駆動制御されると、回転部材８０が軸線Ｓ回りの一方向（図１中のＣＷ方向）に相対的に回転させられることになり、回転部材８０の作用部８４は、一方向に回転しつつ外歯車４０に対してカム作用を及ぼす。
そして、回転部材８０が一方向に一回転すると、外歯車４０は、第１内歯車２０に対して、歯数差（１６２－１６０）分だけ回転差を生じ、他方向に（図１中のＣＣＷ方向）にずれる。
一方、回転部材８０が一方向に回転しても、外歯車４０の歯数Ｚ２と第２内歯車６０の歯数Ｚ３は同一であるため、同位相を保持する。

すなわち、回転部材８０が一方向（ＣＷ方向）に連続して複数回に亘って回転させられることにより、ハウジングロータ１０に対してカムシャフトＣＳの回転位相が進められて、吸気バルブ又は排気バルブの開閉時期が進角側に変更される。

一方、電動モータＤが、回転部材８０に対して、カムシャフトＣＳの回転速度よりも遅い回転速度でカムシャフトＣＳと同一方向に回転駆動力を及ぼすように駆動制御されると、回転部材８０が軸線Ｓ回りの他方向（図１中のＣＣＷ方向）に相対的に回転させられることになり、回転部材８０の作用部８４は、他方向に回転しつつ外歯車４０に対してカム作用を及ぼす。
そして、回転部材８０が他方向に一回転すると、外歯車４０は、第１内歯車２０に対して、歯数差（１６２－１６０）分だけ回転差を生じ、一方向に（図１中のＣＷ方向）にずれる。
一方、回転部材８０が他方向に回転しても、外歯車４０の歯数Ｚ２と第２内歯車６０の歯数Ｚ３は同一であるため、同位相を保持する。

すなわち、回転部材８０が他方向（ＣＣＷ方向）に連続して複数回に亘って回転させられることにより、ハウジングロータ１０に対してカムシャフトＣＳの回転位相が遅らせられて、吸気バルブ又は排気バルブの開閉時期が遅角側に変更される。

この変更動作に際して、駆動軸Ｄ１の連結コマＤ２は、回転部材８０の樹脂製の連結部８２に連結されて回転駆動力を伝達するため、金属部品同士が衝突する際に生じ得る衝突音等の発生が抑制又は防止される。
また、位相変更ユニットＵにおいて、過大負荷が生じた場合には、回転部材８０の樹脂製の脆弱部としての連結部８２が破断する。
これにより、位相変更ユニットＵと駆動軸Ｄ１との間の回転力の伝達が断たれるため、駆動軸Ｄ１を含む電動モータＤの破損等が防止される。

ここでは、回転部材８０は、電動モータＤにより、カムシャフトＣＳの回転速度よりも速い回転速度でカムシャフトＣＳの回転方向（Ｒ方向）と同一方向（ＣＷ方向）に回転駆動力が及ぼされるとき、進角動作を行うように設定されている。
したがって、位相変更ユニットＵが吸気バルブに対応して設けられる場合は、仮に電動モータＤが不作動になった場合、回転位相は遅角側に自動的に変更されるため、エンジンの始動性を維持することができる。

次に、上記位相変更ユニットＵにおける潤滑作用について説明する。
エンジンのオイルパンに貯留された潤滑油は、オイルポンプ等によりカムシャフトＣＳの油通路ＣＳ３に導かれる。
油通路ＣＳ３に導かれた潤滑油は、ロータ３０の油通路３５及び貫通孔３１、第１内歯車２０の油通路２６を経て、第１内歯車２０の内部に導かれる。

第１内歯車２０の内部に導かれた潤滑油は、ベアリング７０に供給されると共に、外歯車４０と第１内歯車２０の噛合領域及び外歯車４０と第２内歯車６０の噛合領域に供給される。
その後、潤滑油は、第２ハウジング１２の開口部１２ａから位相変更ユニットＵの外部に導かれ、チェーンカバー部材の内部を流れて、オイルパンに戻される。
また、開口部１２ａから流れ出る潤滑油は、回転部材８０の連結部８２と駆動軸Ｄ１の連結コマＤ２の連結領域の潤滑作用にも寄与するため、連結領域における摩耗や衝突音等が抑制される。

一方、第１内歯車２０内の潤滑油は、遠心力により、第１内歯車２０の油通路２７及び第１ハウジング１１の油通路１１ｄを経て、第１ハウジング１１の内周面１１ｃと第１内歯車２０の外周面２１ａの摺動面に供給される。
その後、潤滑油は、遠心力により、第１ハウジング１１の油通路１１ｅを経て、位相変更ユニットＵの外部に導かれ、チェーンカバー部材の内部を流れて、オイルパンに戻される。
このように、本発明の位相変更ユニットＵによれば、潤滑作用も確実に行われるため、円滑な位相の変更動作を達成でき、摺動領域の摩耗や劣化を抑制できる。

図１３及び図１４は、本発明の位相変更ユニットに含まれる回転部材の他の実施形態を示すものであり、前述の実施形態と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
この実施形態に係る回転部材１８０は、樹脂材料を用いて形成された樹脂部材Ａ２、金属材料を用いて形成された金属部材Ｂ２を備えている。

樹脂部材Ａ２は、例えば、樹脂を射出成形する金型により形成され、環状部８１、連結部１８２、脆弱部１８３を備えている。
金属部材Ｂ２は、例えば、焼結により形成され、作用部８４、作用部８４の端面に開口すると共に軸線Ｓ方向に伸長する結合穴１８５を備えている。

連結部１８２は、環状部８１の内側において軸線Ｓに垂直な径方向中心に向けて開口するＵ字溝として形成され、Ｕ字溝の周りは肉盛りされて機械的強度が高められている。
そして、連結部１８２には、駆動軸Ｄ１の一部をなす連結コマＤ２が挿入されて連結されるようになっている。
脆弱部１８３は、環状部８１の後端面から軸線Ｓ方向に突出するロッド状に形成されて、金属部材Ｂ２の結合穴１８５に配置されている。
そして、脆弱部１８３は、過大負荷が生じた際に駆動軸Ｄ１との間の回転力の伝達を断つように機能する、具体的には端面８１ａの位置にて破断するように機能する。
ここで、脆弱部１８３及び結合穴１８５の個数は、要求される機械的強度に応じて、適宜選定される。

上記樹脂部材Ａ２と金属部材Ｂ２とから構成される回転部材１８０は、以下のようにして形成される。
先ず、金属部材Ｂ２が焼結等により予め形成される。
続いて、金属部材Ｂ２が樹脂成形の金型内に配置された状態で、金型内に樹脂材料が射出される、インサート成形が行わる。
これにより、樹脂部材Ａ２と金属部材Ｂ２が一体的に成形された成形品としての回転部材１８０が形成される。

このように、回転部材１８０は、樹脂部材Ａ２と金属部材Ｂ２とが一体的に結合されたものであり、回転部材１８０の樹脂製の連結部１８２に対して、駆動軸Ｄ１の一部をなす連結コマＤ２が連結されて回転駆動力を伝達するため、金属部品同士が衝突する際に生じ得る衝突音等の発生を抑制又は防止できる。
また、位相変更ユニットＵにおいて、過大負荷が生じた場合には、回転部材１８０の樹脂製の脆弱部１８３が駆動軸Ｄ１との間の回転力の伝達を断つように機能するため、駆動軸Ｄ１を含む電動モータＤ等の破損を防止できる。
ここでは、脆弱部１８３が破断しても、金属部材Ｂ２の結合穴１８５内に留まるため、破断片が発生しない。それ故に、位相変更ユニットＵ内において破断片の噛み込み等を防止できる。

また、前述同様に、回転部材１８０の一部が樹脂部材Ａ２として形成されているため、回転部材１８０の機械加工の工数を低減でき、それ故に低コスト化を達成できる。
また、回転部材１８０を軽量化でき、又、慣性モーメントを低減できるため、電動モータＤの省力化を達成できる。
さらに、樹脂部材Ａ２と金属部材Ｂ２とがインサート成形により一体成形されているため、結合のためのネジや結合剤等が不要であり、又、種々の駆動軸Ｄ１に対応して、連結部の形状を容易に樹脂成形することができる。

上記実施形態においては、位相変更ユニットＵに含まれる回転部材として、樹脂部材Ａ，Ａ２と金属部材Ｂ，Ｂ２とがインサート成形により一体成形された成形品としての回転部材８０，１８０を示したが、これに限定されるものではない。
例えば、樹脂製の連結部を含む樹脂部材と金属製の作用部を含む金属部材とを別々に形成し、両者を樹脂製のネジで締結して一体的に結合して回転部材を形成し、樹脂製のネジを脆弱部として機能させてもよい。
また、樹脂製の連結部を含む樹脂部材と金属製の作用部を含む金属部材とを別々に形成し、両者を樹脂製の接着剤で一体的に結合して回転部材を形成し、接着剤を樹脂製の脆弱部として機能させてもよい。
さらに、樹脂製の脆弱部としては、回転力の伝達を断つように機能するものであれば、破断しなくても、弾性的に変形して駆動軸Ｄ１の空転を許容するものであってもよい。

上記実施形態においては、第１回転体と第２回転体との間に相対的な回転を生じさせる相対回転機構として、第１内歯車２０及び外歯車４０を含む波動歯車機構を示したが、これに限定されるものではなく、相対回転を生じる機構であれば、遊星歯車機構、その他の減速機構等を採用することができる。

上記実施形態においては、第２内歯車６０を採用して、位相変更の際に外歯車４０と同位相で回転させる構造を示したが、これに限定されるものではなく、外歯車として、歯列を有する筒状部と鍔状の取付け部を一体的に備える外歯車を採用し、外歯車が第２回転体と一体的に回転する構成を採用してもよい。

上記実施形態においては、第１回転体としてエンジンのカムシャフトＣＳ、第２回転体としてクランクシャフトに連動するスプロケット１１ａを有するハウジングロータ１０を採用した場合を示したが、これに限定されるものではなく、第１回転体としてハウジングロータ及び第２回転体としてカムシャフトＣＳを適用した構成において、本発明の回転部材を採用してもよい。

上記実施形態においては、外歯車４０と回転部材８０，１８０の間に、ベアリング７０を介在させた構成を示したが、これに限定されるものではなく、回転部材８０，１８０の作用部８４が外歯車４０にカム作用を及ぼすことができれば、作用部８４に外歯車４０を直接嵌め込む構成を採用してもよい。
また、ベアリングとして、内輪７１、転動体７３、外輪７２を備えたベアリング７０を示したが、これに限定されるものではなく、製造が可能でかつ機械的強度が確保されれば、ベアリングを内輪と転動体により構成し、外輪の代わりに外歯車４０を適用する構成を採用してもよい。

以上述べたように、本発明の位相変更ユニットは、構造の簡素化、軽量化、低騒音化、低コスト化等を達成でき、過負荷が生じた際にも電動モータの破損等を防止できるため、エンジンにおけるバルブタイミング変更装置の位相変更ユニットとして適用できるのは勿論のこと、その他の減速機、増速機、あるいは変速機等としても適用することができる。

ＣＳ カムシャフト（第１回転体）
Ｓ 軸線
Ｄ 電動モータ
Ｄ１ 駆動軸
Ｄ２ 連結コマ（駆動軸）
Ｕ 位相変更ユニット
１０ ハウジングロータ（第２回転体）
１１ 第１ハウジング
１１ａ スプロケット
１２ 第２ハウジング
１２ａ 開口部
２０ 第１内歯車（相対回転機構）
Ｚ１ 第１内歯車の歯数
３０ ロータ（スペーサ部材）
４０ 外歯車（相対回転機構）
Ｚ２ 外歯車の歯数
６０ 第２内歯車
Ｚ３ 第２内歯車の歯数
７０ ベアリング
７１ 内輪
７２ 外輪
７３ 転動体
８０，１８０ 回転部材
Ａ，Ａ２ 樹脂部材
Ｂ，Ｂ２ 金属部材
８２ 連結部（脆弱部）
８４ 作用部
８４ａ カム面
１８２ 連結部
１８３ 脆弱部

Claims (13)

1. 所定の軸線回りに回転する第１回転体及び第２回転体の相対的な回転位相を変更する位相変更ユニットであって、
   外部の駆動軸が連結されて回転駆動力が及ぼされる回転部材と、
   前記駆動軸の回転駆動力により前記回転部材が回転することで、前記第１回転体と前記第２回転体との間に相対的な回転を生じさせる相対回転機構と、を備え、
   前記回転部材は、前記相対回転機構に作用する金属製の作用部と、前記駆動軸が連結される樹脂製の連結部と、過大負荷が生じた際に前記駆動軸との間の回転力の伝達を断つように機能する樹脂製の脆弱部を含み、
   前記相対回転機構は、前記第１回転体と一体的に回転する第１内歯車と、前記第２回転体と一体的に又は同位相で回転すると共に、前記第１内歯車と異なる歯数を有しかつ前記作用部が作用して前記第１内歯車と部分的に噛合するように弾性変形可能な環状の外歯車を含み、
   前記第２回転体と一体的に回転すると共に前記外歯車が部分的に噛合する第２内歯車と、前記第１回転体に接合されるスペーサ部材をさらに備え、
   前記第２回転体は、前記相対回転機構及び前記回転部材を収容するハウジングロータを含み、
   前記第２内歯車は、前記ハウジングロータと一体的に回転するように取り付けられ、
   前記第１内歯車は、前記スペーサ部材を介して前記第１回転体に固定され、
   前記スペーサ部材は、前記ハウジングロータに対して相対的な回転範囲が規制されるように形成されている、
   ことを特徴とする位相変更ユニット。
2. 所定の軸線回りに回転する第１回転体及び第２回転体の相対的な回転位相を変更する位相変更ユニットであって、
   外部の駆動軸が連結されて回転駆動力が及ぼされる回転部材と、
   前記駆動軸の回転駆動力により前記回転部材が回転することで、前記第１回転体と前記第２回転体との間に相対的な回転を生じさせる相対回転機構と、を備え、
   前記回転部材は、前記相対回転機構に作用する金属製の作用部と、前記駆動軸が連結される樹脂製の連結部と、過大負荷が生じた際に前記駆動軸との間の回転力の伝達を断つように機能する樹脂製の脆弱部を含み、
   前記相対回転機構は、前記第１回転体と一体的に回転する第１内歯車と、前記第２回転体と一体的に又は同位相で回転すると共に、前記第１内歯車と異なる歯数を有しかつ前記作用部が作用して前記第１内歯車と部分的に噛合するように弾性変形可能な環状の外歯車を含み、
   前記第２回転体と一体的に回転すると共に前記外歯車が部分的に噛合する第２内歯車をさらに備え、
   前記第２回転体は、前記相対回転機構及び前記回転部材を収容するハウジングロータを含み、
   前記第２内歯車は、前記ハウジングロータと一体的に回転するように取り付けられ、
   前記ハウジングロータは、外周においてスプロケットを有する円筒状の第１ハウジングと、前記第１ハウジングに結合されると共に前記回転部材の連結部を露出させる開口部を有する円板状の第２ハウジングを含む、
   ことを特徴とする位相変更ユニット。
3. 前記回転部材は、前記作用部を含む金属部材と前記連結部及び前記脆弱部を含む樹脂部材とが一体的に結合されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の位相変更ユニット。
4. 前記回転部材は、前記金属部材と前記樹脂部材とがインサート成形により一体成形された成形品である、
   ことを特徴とする請求項３に記載の位相変更ユニット。
5. 前記作用部は、前記外歯車に対して楕円変形を生じさせるカム作用を及ぼすカム面を含む、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の位相変更ユニット。
6. 前記外歯車には、楕円変形可能なベアリングを介して前記作用部が嵌め込まれている、
   ことを特徴とする請求項５に記載の位相変更ユニット。
7. 前記ベアリングは、前記作用部が嵌め込まれる弾性変形可能な環状の内輪と、前記外歯車の内側に嵌め込まれる弾性変形可能な環状の外輪と、前記内輪と前記外輪の間に介在する複数の転動体を含む、
   ことを特徴とする請求項６に記載の位相変更ユニット。
8. 前記第２回転体の歯数は、前記外歯車の歯数と同一である、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の位相変更ユニット。
9. 前記ハウジングロータは、前記第１内歯車を介して前記軸線回りに回転可能に支持されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の位相変更ユニット。
10. 前記ハウジングロータは、外周においてスプロケットを有する円筒状の第１ハウジングと、前記第１ハウジングに結合されると共に前記回転部材の連結部を露出させる開口部を有する円板状の第２ハウジングを含む、
    ことを特徴とする請求項１に記載の位相変更ユニット。
11. カムシャフトとクランクシャフトに連動するハウジングロータとの相対的な回転位相を変更する位相変更ユニットを備え、前記カムシャフトにより駆動される吸気用又は排気用のバルブの開閉時期を進角側又は遅角側に変更するエンジンのバルブタイミング変更装置であって、
    前記位相変更ユニットは、請求項１ないし１０いずれか一つに記載の位相変更ユニットであり、
    前記位相変更ユニットに含まれる第１回転体は、前記カムシャフトであり、
    前記位相変更ユニットに含まれる第２回転体は、前記ハウジングロータである、
    ことを特徴とするバルブタイミング変更装置。
12. 前記位相変更ユニットに含まれる回転部材に回転駆動力を及ぼす電動モータを含む、
    ことを特徴とする請求項１１に記載のバルブタイミング変更装置。
13. 前記位相変更ユニットに含まれる回転部材は、前記カムシャフトの回転速度よりも速い回転速度で前記カムシャフトの回転方向と同一方向に回転駆動力が及ぼされるとき、進角動作を行うように設定されている、
    ことを特徴とする請求項１１又は１２に記載のバルブタイミング変更装置。

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