JPH10121919A - 回転体に対する被回転体の位相調整方法及びその調整機構並びに内燃機関のバルブタイミング調整方法及びその調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構成が単純かつ小型で、応答性のよい回転体
に対する被回転体の位相調整方法及びその調整機構並び
に内燃機関のバルブタイミング調整方法及びその調整装
置を提供すること。 【解決手段】 超音波モータ５のステータ７とロータ８
はタイミングプーリ４とカムシャフト１とを連結する。
タイミングプーリ４は該超音波モータ５を介してカムシ
ャフト１を回転させる。又、超音波モータ５を駆動させ
るとステータ７に対してロータ８が回転することから前
記タイミングプーリ４に対する前記カムシャフト１の位
相は変化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転体に対する被
回転体の位相調整方法及びその調整機構並びに内燃機関
のバルブタイミング調整方法及びその調整装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の内燃機関においては、クランクシ
ャフトにタイミングベルトを介して駆動連結されたタイ
ミングプーリに対するカムシャフトの回転位相を変化さ
せるための可変バルブタイミング調整装置を装備したも
のがある。この装置は、前記回転位相を変化させること
により吸気バルブ及び排気バルブの作動タイミング（バ
ルブタイミング）を変化させ、内燃機関の出力を向上さ
せ、アイドリング時の運転状態を安定させることができ
るようになっている。

【０００３】可変バルブタイミング調整装置としては、
タイミングプーリとカムシャフトの間にヘリカル歯を有
するリングギヤを介在させたものがある。この装置では
タイミングプーリの回転がリングギヤを介してカムシャ
フトに伝達される。又、リングギヤはタイミングプーリ
の軸線方向に移動可能に保持されており、油圧室内に供
給される作動油の圧力に応じてタイミングプーリの軸線
方向に移動させられる。リングギヤがタイミングプーリ
の軸線方向に移動すると、ヘリカル歯によりタイミング
プーリ及びリングギヤに捩じり力が付与され、カムシャ
フトがタイミングプーリに対して相対的に回動し、回転
位相が変化する。つまり、この可変バルブタイミング調
整装置は供給する作動油の油圧を制御し、その油圧によ
りリングギヤを軸線方向に制御し、そのリングギヤにヘ
リカル歯から付与される捩じり力により回転位相を変化
させバルブタイミングを変化させることができる。

【０００４】また、他の可変バルブタイミング調整装置
としては、タイミングプーリカバーに直流モータを固定
して設けたものがある（特公平５−１３６１号公報）。
この可変バルブタイミング調整装置は直流モータを制御
し、その回転力によりタイミングプーリに対してカムシ
ャフトの回転位相を変化させバルブタイミングを変化さ
せることができるようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記油
圧で制御する可変バルブタイミング調整装置は、前述し
たようにリングギヤ等のギヤ、油圧を制御する装置及び
その運動部分にオイルシール等を必要とし、内燃機関の
構成が複雑になるとともに、大型化してしまう。また、
この装置は、油圧を使用し多くのギヤを介して連動させ
るため、応答性が悪いという問題がある。

【０００６】前記直流モータで制御する可変バルブタイ
ミング調整装置は、直流モータのトルクが弱いため、多
くのギヤ及びその運動部分にオイルシール等を必要と
し、内燃機関の構成が複雑になるとともに、大型化して
しまい、多くのギヤを介して連動させるため応答性が悪
いという問題がある。

【０００７】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであって、その目的は、構成が単純かつ小型
で、応答性のよい回転体に対する被回転体の位相調整方
法及びその調整機構並びに内燃機関のバルブタイミング
調整方法及びその調整装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、回転体と被回転体とを超音波モータのステータとロ
ータとで連結して該超音波モータを介して回転体にて被
回転体を回転させるとともに、該超音波モータを回転制
御することにより前記回転体に対する前記被回転体の位
相を調整するようにした回転体に対する被回転体の位相
調整方法を趣旨としている。

【０００９】請求項２に記載の発明は、回転体と被回転
体との間に設けられ、回転体の回転を被回転体に伝達さ
せるとともに回転体に対する被回転体の位相を調整する
回転体に対する被回転体の位相調整機構において、前記
回転体に対して超音波モータのステータ又はロータのい
ずれか一方を周方向に回転不能に連結し、前記被回転体
に対して超音波モータのステータ又はロータの他方を周
方向に回転不能に連結し、ステータ及びロータの少なく
とも一方を軸線方向に移動可能に連結し、前記ステータ
と前記ロータを押圧部材にて圧接させた回転体に対する
被回転体の位相調整機構を趣旨としている。

【００１０】請求項３に記載の発明は、タイミングプー
リとカムシャフトとを超音波モータのステータとロータ
とで連結して超音波モータ本体を介してタイミングプー
リの回転をカムシャフトに伝達させるとともに、超音波
モータを回転制御することにより前記タイミングプーリ
に対する前記カムシャフトの位相を調整するようにした
内燃機関のバルブタイミング調整方法を趣旨としてい
る。

【００１１】請求項４に記載の発明は、タイミングプー
リとカムシャフトとの間に設けられ、タイミングプーリ
の回転をカムシャフトに伝達させるとともにタイミング
プーリに対するカムシャフトの位相を調整する内燃機関
のバルブタイミング調整装置において、前記タイミング
プーリに対して超音波モータのステータ又はロータのい
ずれか一方を周方向に回転不能に連結し、前記カムシャ
フトに対して超音波モータのステータ又はロータの他方
を周方向に回転不能に連結し、ステータ及びロータの少
なくとも一方を軸線方向に移動可能に連結し、前記ステ
ータと前記ロータを押圧部材にて圧接させた内燃機関の
バルブタイミング調整装置を趣旨としている。

【００１２】請求項５に記載の発明は、請求項４に記載
の内燃機関のバルブタイミング調整装置において、前記
タイミングプーリに対して回転不能に連結された前記ス
テータに対し、その軸線上に固着された円筒状の絶縁筒
と、前記絶縁筒の外周面又は底面に環状に形成された帯
状導体と、前記ステータに形成された圧電体と前記帯状
導体とを電気的に接続する配線と、前記帯状導体と摺動
可能にシリンダヘッド上に固定設置されたブラシと、前
記ブラシに前記圧電体を駆動させるための電源を供給す
る電源供給制御手段とを備えた内燃機関のバルブタイミ
ング調整装置を趣旨としている。

【００１３】請求項６に記載の発明は、請求項４に記載
の内燃機関のバルブタイミング調整装置において、シリ
ンダヘッドに回動不能に支持された絶縁物と、前記タイ
ミングプーリに対して回転不能に連結された前記ステー
タと前記絶縁物とを回転可能に連結する導電性のボール
ベアリングと、前記ステータに形成された圧電体と前記
ボールベアリングのアウタレースとを電気的に接続する
配線と、前記シリンダヘッドの外部から前記圧電体に電
源を供給するための電源供給制御手段と、前記絶縁物内
を介して前記ボールベアリングのインナレースと前記電
源供給制御手段とを電気的に接続する配線とを備えた内
燃機関のバルブタイミング調整装置を趣旨としている。

【００１４】請求項７に記載の発明は、請求項４に記載
の内燃機関のバルブタイミング調整装置において、前記
カムシャフトには、前記超音波モータを駆動するための
発電機が設けられるとともに、前記発電機からの起電力
を前記超音波モータを駆動制御するための電源に変換す
る電源供給装置を設けた内燃機関のバルブタイミング調
整装置を趣旨としている。

【００１５】請求項１に記載の発明によれば、超音波モ
ータのステータとロータは回転体と被回転体とを連結し
ているため、回転体は該超音波モータを介して被回転体
を回転させることができる。又、超音波モータを駆動さ
せるとステータに対してロータが回転することから前記
回転体に対する前記被回転体の位相は変化する。その結
果、単純な構成で、応答性良く回転体に対する被回転体
の位相を調整することができる。

【００１６】請求項２に記載の発明によれば、回転体の
回転力は超音波モータのロータ及びステータを介して被
回転体に伝達され、被回転体は回転体と一体回転する。
又、超音波モータを駆動させると、ステータに対してロ
ータが回転することから、回転体に対する被回転体の位
相は変化する。その結果、超音波モータを駆動制御する
だけで、回転体に対する被回転体の位相は調整され、し
かも構成を単純かつ小型化することができる。

【００１７】請求項３に記載の発明によれば、超音波モ
ータのステータとロータはタイミングプーリとカムシャ
フトとを連結しているため、タイミングプーリは該超音
波モータを介してカムシャフトを回転させることができ
る。又、超音波モータを駆動させるとステータに対して
ロータが回転することから前記タイミングプーリに対す
る前記カムシャフトの位相は変化する。その結果、単純
な構成で、応答性良く内燃機関のバルブタイミングを調
整することができる。

【００１８】請求項４に記載の発明によれば、タイミン
グプーリの回転力は超音波モータのロータ及びステータ
を介してカムシャフトに伝達され、カムシャフトはタイ
ミングプーリと一体回転する。又、超音波モータを駆動
させると、ステータに対してロータが回転することか
ら、タイミングプーリに対するカムシャフトの位相は変
化する。その結果、超音波モータを駆動制御するだけ
で、タイミングプーリに対するカムシャフトの位相は調
整され、しかも構成を単純かつ小型化することができ
る。

【００１９】請求項５に記載の発明によれば、タイミン
グプーリの回転力はステータを介して絶縁筒に伝達さ
れ、絶縁筒はタイミングプーリと一体回転する。絶縁筒
に形成された導体は環状であるため、絶縁筒が回転中も
常にブラシが摺接することができる。従って、電源供給
制御手段は、ブラシ、帯状導体及び配線を介して、圧電
体に電圧を供給できる。その結果、ステータが回転中も
超音波モータを駆動制御でき、タイミングプーリに対す
るカムシャフトの位相を調整できる。

【００２０】請求項６に記載の発明によれば、タイミン
グプーリとステータは一体回転する。ステータはボール
ベアリングを介して絶縁物に回転可能に支持されてい
る。絶縁物を介して前記ボールベアリングのインナレー
スに供給される電源は該ボールベアリングのアウタレー
ス及びステータに形成した配線を介して圧電体に供給さ
れる。その結果、ステータが回転中も超音波モータを駆
動制御でき、タイミングプーリに対するカムシャフトの
位相を調整できる。

【００２１】請求項７に記載の発明によれば、カムシャ
フトに発電機及び電源供給装置を設けたことにより、外
部から超音波モータを駆動させるための電源は不用とな
る。その結果、外部から電源を供給するための各種部材
がいらないため、保守管理が容易となる。

【００２２】

【発明の実施の形態】

（第１の実施の形態）以下、本発明をエンジンの吸気バ
ルブのためのバルブタイミングを調整する可変バルブタ
イミング調整装置に具体化した実施の形態を図１に従っ
て説明する。

【００２３】図１において、被回転体としてのカムシャ
フト１は図示しないカムを取着した吸気バルブ用のカム
シャフトであって、シリンダヘッド２に対して回転可能
に支持されている。カムシャフト１の基端部にはボール
ベアリング３を介して回転体としてのタイミングプーリ
４が連結されていて、該タイミングプーリ４はカムシャ
フト１に対して回転可能に支持されている。タイミング
プーリ４は図示しないタイミングベルトを介してクラン
クシャフトに連結されている。従って、クランクシャフ
トの回転とともにタイミングプーリ４は回転する。

【００２４】カムシャフト１とタイミングプーリ４は、
超音波モータ５を介して駆動連結されている。超音波モ
ータ５は、大きく分けてケース６、そのケース６内に収
容されたステータ７及びロータ８とから構成されてい
る。ケース６は、有底状の筒体であってその開口端６ａ
が前記タイミングプーリ４に固着されている。ケース６
の底部６ｂ内側には、円盤状のステータ７が固着されて
いる。従って、ステータ７はケース６を介してタイミン
グプーリ４と一体回転を行う。ステータ７のタイミング
プーリ４側の側面外周には環状の凸部７ａが形成され、
その凸部７ａの表面にはＡ相電源用の圧電体９とＢ相電
源用の圧電体９が所定の間隔に交互に配置形成されてい
る。尚、図示しないが、圧電体９の表面には弾性体が形
成されている。

【００２５】前記ケース６の底部６ｂはその中央部が開
口し、その開口部を開通し前記ステータ７に対して円筒
状の絶縁筒１０が固着されている。従って、該絶縁筒１
０もステータ７と同様にタイミングプーリ４と一体回転
する。絶縁筒１０の外周面には３本の銅よりなる第１、
第２及び第３帯状導体１１，１２，１３がそれぞれ環状
（エンドレス）に形成されている。各帯状導体１１〜１
３にはそれぞれ第１、第２及び第３ブラシ１４，１５，
１６が摺接している。各ブラシ１４〜１６はブラシホル
ダ１７に装着され、そのブラシホルダ１７はシリンダヘ
ッド２に取着された防水グロメット１８に支持されてい
る。そして、各ブラシ１４〜１６はブラシホルダ１７内
に収容されたスプリング１９にて常に対応する帯状導体
１１〜１３に対して摺動可能に圧接するようになってい
る。

【００２６】第１ブラシ１４はＡ相電源用リード線２０
に接続され、第２ブラシ１５はＢ相電源用リード線２１
に接続され、さらに第３ブラシ１６はアース用リード線
２２に接続されている。各リード線２０〜２２は超音波
モータ５を駆動制御するための超音波モータ駆動制御装
置２３に接続されている。各帯状導体１１〜１３は前記
絶縁筒１０の内周面に形成された銅よりなる第１〜第３
配線プレート２４，２５，２６の基端と電気的に接続さ
れている。つまり、各プレート２４〜２６の基端部はそ
れぞれ絶縁筒１０に形成した孔を通って対応する帯状導
体１１〜１３に接続されている。従って、第１配線プレ
ート２４は第１帯状導体１１及び第１ブラシ１４を介し
てＡ相電源を供給するリード線２０に接続されている。
第２配線プレート２５は第２帯状導体１２及び第２ブラ
シ１５を介してＢ相電源を供給するリード線２１に接続
されている。第３配線プレート２６は第３帯状導体１３
及び第３ブラシ１６を介してアースのためのリード線２
２に接続されている。

【００２７】そして、第１配線プレート２４は、前記ス
テータ７に形成されたＡ相電源が印加される複数の圧電
体９に電気的に接続されている。第２配線プレート２５
は、前記ステータ７に形成されたＢ相電源が印加される
複数の圧電体９に電気的に接続されている。第３配線プ
レート２６は、前記ステータ７の本体に電気的に接続さ
れている。

【００２８】超音波モータ５のロータ８は、カムシャフ
ト１に対して周方向に回転不能かつ軸線方向に移動可能
に支持されている。ロータ８のステータ７側の側面外周
には環状の凸部８ａが形成され、その凸部８ａの表面に
はライニング材２７が形成されている。ロータ８のタイ
ミングプーリ４側のカムシャフト１には、該シャフト１
に対して押圧部材としての円盤状の板バネ２８が取着さ
れ、ロータ８に形成したライニング材２７がステータ７
の圧電体９に圧接するように該ロータ８をステータ７に
向かって押圧する。

【００２９】つまり、ステータ７とロータ８は板バネ２
８にて圧接され、ロータ８はタイミングプーリ４ととも
に一体回転するステータ７と一体回転することになる。
即ち、タイミングプーリ４とカムシャフト１は、超音波
モータ５のケース６、ステータ７及びロータ８を介して
駆動連結され、カムシャフト１は超音波モータ５を介し
てタイミングプーリ４とともに一体回転する。

【００３０】又、ロータ８は、前記超音波モータ駆動制
御装置２３から各圧電体９に供給するＡ相及びＢ相の電
源を供給制御することにより、ステータ７に対して正逆
方向に相対回転をする。つまり、ロータ８はステータ７
に対する回転位相が変化する。言い換えれば、タイミン
グプーリ４に対するカムシャフト１の回転位相は超音波
モータ５を駆動制御することにより変化する。従って、
超音波モータ５を制御することにより、吸気バルブのタ
イミングは調整されることになる。

【００３１】次に、上記のように構成された可変バルブ
タイミング調整装置の作用について説明する。今，エン
ジンが駆動してタイミングプーリ４が回転している。
又、超音波モータ５は超音波モータ駆動制御装置２３か
ら各圧電体９に駆動電源が供給されていない。このと
き、超音波モータ５のステータ７とロータ８は、相対回
転することなく圧接固定されている。従って、カムシャ
フト１とタイミングプーリ４は共にその時の回転位相の
ままで一体回転する。

【００３２】この状態から、カムシャフト１をタイミン
グプーリ４に対して回転位相を予め定めた目的の角度進
める場合、超音波モータ駆動制御装置２３は、超音波モ
ータ５を正転駆動させるために、リード線２０〜２２を
介して正転のためのＡ相及びＢ相電源を対応するステー
タ７の圧電体９に供給する。この電源供給に基づいてロ
ータ８はステータ７に対して正転する。この正転はタイ
ミングプーリ４によってステータ７及びロータ８が共に
回転している状態で行われる。従って、カムシャフト１
のタイミングプーリ４に対する回転位相は、ロータ８の
ステータ７に対する正転に比例して進むことになる。そ
して、ロータ８がステータ７に対して目的の相対回動位
置まで正回転した時、超音波モータ駆動制御装置２３か
ら正転のためのＡ相及びＢ相電源の供給が停止されて超
音波モータ５は駆動停止する。従って、カムシャフト１
はタイミングプーリ４に対して目的の回転位相だけ進ん
だ回転位相に調整される。

【００３３】一方、カムシャフト１をタイミングプーリ
４に対して回転位相を予め定めた目的の角度遅らせる場
合、超音波モータ駆動制御装置２３は、超音波モータ３
を逆転駆動させるために、リード線２０〜２２を介して
逆転のためのＡ相及びＢ相電源を対応するステータ７の
圧電体９に供給する。この電源供給に基づいてロータ８
はステータ７に対して逆転する。この逆転は前記と同様
にタイミングプーリ４によってステータ７及びロータ８
が共に回転している状態で行われる。従って、カムシャ
フト１のタイミングプーリ４に対する回転位相は、ロー
タ８のステータ７に対する逆転に比例して遅れることに
なる。そして、ロータ８がステータ７に対して目的の相
対回動位置まで逆回転した時、超音波モータ駆動制御装
置２３から逆転のためのＡ相及びＢ相電源の供給が停止
されて超音波モータ５は駆動停止する。従って、カムシ
ャフト１はタイミングプーリ４に対して目的の回転位相
だけ遅れた回転位相に調整される。

【００３４】尚、本実施の形態では、目的の回動位置ま
で回動させるための超音波モータ５の回動制御は、超音
波モータ駆動制御装置２３にて行っている。そして、そ
の電源の供給又は停止のタイミングは従来行われている
カム角センサとクランク角センサの検出結果とその時の
エンジンの運転状態に基づいて公知の方法で決定するよ
うにしているので、その詳細は省略する。

【００３５】次に、上記のように構成された本実施の形
態の特徴を以下に述べる。 （１）本実施の形態では、カムシャフト１とタイミング
プーリ４とを超音波モータ５のロータ８とステータ７と
で連結したため、超音波モータ５を駆動させることによ
り、タイミングプーリ４に対するカムシャフト１の回転
位相を調整することができる。つまり、バルブタイミン
グを変化させることができる。

【００３６】（２）本実施の形態では、タイミングプー
リ４に対するカムシャフト１の回転位相を変化させるの
に、トルクが強いという特性を持つ超音波モータ５を使
用したため、ギヤ及びオイルシール等を必要とせず、装
置の構成を単純かつ小型化することができる。

【００３７】（３）本実施の形態では、タイミングプー
リ４に対するカムシャフト１の回転位相は、ギヤ等を介
さず直接超音波モータ５で制御するため、応答性良く制
御することができる。

【００３８】（４）本実施の形態では、タイミングプー
リ４に対するカムシャフト１の回転位相を変化させるの
に、電圧を印加していないときは強い保持力を有すると
いう特性を持つ超音波モータ５を使用したため、電圧を
印加しなければタイミングプーリ４とカムシャフト１は
回転位相一定のままで共に回転する。

【００３９】（５）本実施の形態では、ステータ７に固
定した絶縁筒１０の外周面に帯状の導体１１〜１３を形
成し、ブラシ１４〜１６を介して電源を供給するように
したので、ステータ７が回転していても、常に電源を供
給することができる。

【００４０】（第２の実施の形態）次に、本発明を具体
化したエンジンの可変バルブタイミング調整装置の第２
の実施の形態について図２に従って説明する。

【００４１】図２は可変バルブタイミング調整装置の要
部断面図である。図２において、被回転体としてのカム
シャフト３１は図示しないカムを取着した吸気バルブ用
のカムシャフトであって、シリンダヘッド３２に対して
回転可能に支持されている。カムシャフト３１の基端部
にはボールベアリング３３を介して回転体としてのタイ
ミングプーリ３４が連結されていて、該タイミングプー
リ３４はカムシャフト３１に対して回転可能に支持され
ている。タイミングプーリ３４は図示しないタイミング
ベルトを介してクランクシャフトに連結されている。従
って、クランクシャフトの回転とともにタイミングプー
リ３４は回転する。

【００４２】カムシャフト３１とタイミングプーリ３４
は、超音波モータ３５を介して駆動連結されている。超
音波モータ３５は、大きく分けてケース３６、そのケー
ス３６内に収容されたステータ３７及びロータ３８とか
ら構成されている。ケース３６は、有底状の筒体であっ
てその開口端３６ａが前記タイミングプーリ３４に固着
されている。ケース３６の底部３６ｂ内側には、円盤状
のステータ３７が固着されている。従って、ステータ３
７はケース３６を介してタイミングプーリ３４と一体回
転を行う。ステータ３７のタイミングプーリ３４側の側
面外周には環状の凸部３７ａが形成されその凸部３７ａ
の表面にはＡ相電源用の圧電体３９とＢ相電源用の圧電
体３９が所定の間隔に交互に配置形成されている。尚、
図示しないが、圧電体３９の表面には弾性体が形成され
ている。

【００４３】前記ケース３６の底部３６ｂはその中央部
が開口し、その開口部と対応した前記ステータ３７の側
面には、凹部３７ｂが凹設されている。前記ステータ３
７の凹部３７ｂには、前記シリンダヘッド３２に対して
回転不能で且つ軸線方向に移動可能に支持された樹脂モ
ールド材よりなる絶縁軸４０の先端部が嵌挿されてい
る。絶縁軸４０は、その先端部に取着した金属よりなる
導電性の第１及び第２のボールベアリング４１，４２を
介してステータ３７及びケース３６を回転可能に支持し
ている。

【００４４】絶縁軸４０の中心軸には、その軸線方向に
貫通孔４０ａが貫通されている。該貫通孔４０ａには先
端球形状のアース電極棒４３が該孔４０ａから突出する
ように装着されていて、その球形状の先端は前記ステー
タ３７に対して導電性のネジ４４に固着された導電性の
電極受４５に当接されている。該電極受４５は椀状に形
成されアース電極棒４３の球形状の先端部と摺動可能に
当接する接触面積を大きくしている。絶縁軸４０とシリ
ンダヘッド３２との間には板バネ４６が配設されてい
て、常にアース電極棒４３が電極受４５と圧接するよう
にしている。

【００４５】又、絶縁軸４０には、Ａ相電源用リード線
４７、Ｂ相電源用リード線４８、さらにアース用リード
線４９が配設されている。各リード線４７〜４９の基端
は前記第１の実施形態で説明した超音波モータ駆動制御
装置２３に接続されている。Ａ相電源用リード線４７の
先端は、前記第２のボールベアリング４２のインナレー
スに電気的に接続されている。Ｂ相電源用リード線４８
の先端は、前記第１のボールベアリング４１のインナレ
ースに電気的に接続されている。さらにアース用リード
線４９の先端は、前記アース電極棒４３に電気的に接続
されている。

【００４６】前記第２のボールベアリング４２のアウタ
レースと前記複数のＡ相用圧電体３９は、ステータ３７
に形成した配線５０を介して電気的に接続されている。
又、第１のボールベアリング４１のアウタレースと前記
複数のＢ相用圧電体３９は、ステータ３７に形成した配
線５１を介して電気的に接続されている。

【００４７】従って、Ａ相電源用リード線４７から供給
されるＡ相電源は第２のボールベアリング４２及び配線
５０を介してＡ相用圧電体３９に印加される。又、Ｂ相
電源用リード線４８から供給されるＢ相電源は第１のボ
ールベアリング４１及び配線５１を介してＢ相用圧電体
３９に印加される。さらに、アース用リード線４９は、
電極棒４３及び電極受４５を介してステータ３７に接続
され、該ステータ３７本体をアースしている。

【００４８】超音波モータ３５のロータ３８は、カムシ
ャフト３１に対して周方向に回転不能かつ軸線方向に移
動可能に支持されている。ロータ３８のステータ３７側
の側面外周には環状の凸部３８ａが形成されその凸部３
８ａの表面にはライニング材５２が形成されている。ロ
ータ３８のタイミングプーリ３４側のカムシャフト３１
には、該シャフト３１に対して押圧部材としての円盤状
の板バネ５３が取着され、ロータ３８に形成したライニ
ング材５２がステータ３７の圧電体３９に圧接するよう
に該ロータ３８をステータ３７に向かって押圧する。

【００４９】つまり、ステータ３７とロータ３８は板バ
ネ５３にて圧接され、ロータ３８はタイミングプーリ３
４とともに一体回転するステータ３７と一体回転するこ
とになる。その結果、タイミングプーリ３４とカムシャ
フト３１は超音波モータ３５のケース３６、ステータ３
７及びロータ３８を介して駆動連結され、カムシャフト
３１は超音波モータ３５を介してタイミングプーリ３４
とともに一体回転する。

【００５０】又、ロータ３８は、前記超音波モータ駆動
制御装置２３から各圧電体３９に供給するＡ相及びＢ相
の電源を供給制御することにより、ステータ３７に対し
て正逆方向に相対回転をする。つまり、ロータ３８はス
テータ３７に対する回転位相が変化する。言い換えれ
ば、タイミングプーリ３１に対するカムシャフト３１の
回転位相は超音波モータ３５を駆動制御することにより
変化する。従って、超音波モータ３５を制御することに
より、吸気バルブのタイミングは調整されることにな
る。

【００５１】次に、上記のように構成された可変バルブ
タイミング調整装置の作用について説明する。今，エン
ジンが駆動してタイミングプーリ３４が回転している。
又、超音波モータ３５は超音波モータ駆動制御装置２３
から各圧電体３９に駆動電源が供給されていない。この
とき、超音波モータ３５のステータ３７とロータ３８
は、相対回転することなく圧接固定されている。従っ
て、カムシャフト３１とタイミングプーリ３４は共にそ
の時の回転位相のままで一体回転する。

【００５２】この状態から、カムシャフト３１をタイミ
ングプーリ３４に対して回転位相を予め定めた目的の角
度進めたり遅らせたりする場合、前記実施の形態と同様
に、超音波モータ３５を正転又は逆転駆動させるための
Ａ相及びＢ相電源を対応するステータ３７の圧電体３９
に供給する。この電源供給に基づいてロータ３８はステ
ータ３７に対して正転又は逆転する。この正転又は逆転
はタイミングプーリ３４によってステータ３７及びロー
タ３８が共に回転している状態で行われる。従って、カ
ムシャフト３１のタイミングプーリ３４に対する回転位
相は、ロータ３８のステータ３７に対する正転又は逆転
に比例して進む又は遅れることになる。そして、ロータ
３８がステータ３７に対して目的の相対回動位置まで正
回転又は逆転した時、Ａ相及びＢ相電源の供給を停止す
ると超音波モータ３５は駆動停止する。従って、カムシ
ャフト３１はタイミングプーリ３４に対して目的の回転
位相に調整される。

【００５３】次に、上記のように構成された本実施の形
態の特徴を以下に述べる。 （１）本実施の形態では、カムシャフト３１とタイミン
グプーリ３４とを超音波モータ３５のロータ３８とステ
ータ３７とで連結したため、超音波モータ３５を駆動さ
せることにより、タイミングプーリ３４に対するカムシ
ャフト３１の位相を調整することができる。つまり、バ
ルブタイミングを変化させることができる。

【００５４】（２）本実施の形態では、タイミングプー
リ３４に対するカムシャフト３１の回転位相を変化させ
るのに、トルクが強いという特性を持つ超音波モータ３
５を使用したため、ギヤ及びオイルシール等を必要とせ
ず、装置の構成を単純かつ小型化することができる。

【００５５】（３）本実施の形態では、タイミングプー
リ３４に対するカムシャフト３１の回転位相は、ギヤ等
を介さず直接超音波モータで制御するため、応答性良く
制御することができる。

【００５６】（４）本実施の形態では、タイミングプー
リ３４に対するカムシャフト３１の位相を変化させるの
に、電圧を印加していないときは強い保持力を有すると
いう特性を持つ超音波モータを使用したため、電圧を印
加しなければタイミングプーリ３４とカムシャフト３１
は回転位相一定で共に回転する。

【００５７】（５）本実施の形態では、電源供給用のリ
ード線４７，４８はボールベアリング４１，４２を介し
てステータ３７の圧電体３９のＡ相側とＢ相側にそれぞ
れ接続され、リード線４９は金属からなる先端が球形状
のアース電極棒４３を介して、ステータ３７に備えられ
た金属からなるグランド用電極受４５に接続されている
ため、ステータ３７が回転中においても常に電源を供給
することができる。しかも、摺接する部分がボールベア
リング４１，４２なので第１の実施の形態のようにブラ
シが磨耗することがない。その結果、磨耗粉の発生がな
く、保守管理が容易となる。

【００５８】（第３の実施の形態）次に、本発明を具体
化したエンジンの可変バルブタイミング装置の第３の実
施の形態について図３に従って説明する。

【００５９】図３は可変バルブタイミング調整装置の要
部断面図である。図３において、被回転体としてのカム
シャフト６１は図示しないカムを取着した吸気バルブ用
のカムシャフトであって、シリンダヘッド６２に対して
回転可能に支持されている。カムシャフト６１の基端部
にはボールベアリング６３を介して回転体としてのタイ
ミングプーリ６４が連結されていて、該タイミングプー
リ６４はカムシャフト６１に対して回転可能に支持され
ている。タイミングプーリ６４は図示しないタイミング
ベルトを介してクランクシャフトに連結されている。従
って、クランクシャフトの回転とともにタイミングプー
リ６４は回転する。

【００６０】カムシャフト６１とタイミングプーリ６４
は、超音波モータ６５を介して駆動連結されている。超
音波モータ６５は、大きく分けてケース６６、そのケー
ス６６内に収容されたステータ６７及びロータ６８とか
ら構成されている。ケース６６は、有底状の筒体であっ
て、その開口端６６ａが前記タイミングプーリ６４に固
着されている。又、ケース６６の底部６６ｂはその中央
部が開口し、カムシャフト６１の基端部を外側に貫通さ
せるようになっている。ケース６６の底部６６ｂ内側に
は、円盤状のロータ６８が固着されている。従って、ロ
ータ６８はケース６６を介してタイミングプーリ６４と
一体回転を行う。ロータ６８はカムシャフト６１に固着
されたボールベアリング６９を介して該シャフト６１に
対して回転可能に支持されている。ロータ６８のタイミ
ングプーリ６４側の側面外周には環状の凸部６８ａが形
成されその凸部６８ａの表面にはライニング材７０が形
成されている。

【００６１】超音波モータ６５のステータ６７は、カム
シャフト６１に対して周方向に回転不能かつ軸線方向に
移動可能に支持されている。ステータ６７のロータ６８
側の側面外周には環状の凸部６７ａが形成され、その凸
部６７ａの表面にはＡ相電源用の圧電体７１とＢ相電源
用の圧電体７１が所定の間隔に交互に配置形成されてい
る。尚、図示しないが、圧電体３９の表面には弾性体が
形成されている。

【００６２】ステータ６７のタイミングプーリ６４側の
カムシャフト６１には、該シャフト６１に対して押圧部
材としての円盤状の板バネ７２が取着され、ステータ６
７に形成した各圧電体７１がロータ６８のライニング材
７０に圧接するように該ステータ６７をロータ６８に向
かって押圧する。つまり、ステータ６７とロータ６８は
板バネ７２にて圧接され、ステータ６７はタイミングプ
ーリ６４とともに一体回転するロータ６８と一体回転す
ることになる。その結果、タイミングプーリ６４とカム
シャフト６１は超音波モータ６５のケース６６、ロータ
６８及びステータ６７を介して駆動連結され、カムシャ
フト６１は超音波モータ６５を介してタイミングプーリ
６４とともに一体回転する。

【００６３】前記カムシャフト６１の基端部には発電機
７３が設けられている。発電機７３は、ロータ部がカム
シャフト６１に形成され、ステータ部がシリンダヘッド
６２に形成されている。ロータ部は、カムシャフト６１
に固着された複数個の突極７４と該突極７４に巻装した
コイル７５とから構成される。ステータ部は、前記複数
個の永久磁石７６が前記ロータ部の外周を囲むようにシ
リンダヘッド６２の内周面の対して等間隔にかつ磁極が
交互に異なるように配置固定されている。そして、カム
シャフト６１の回転によって回転するロータ部がステー
タ部の永久磁石７６の磁束を切ることにより、ロータ部
のコイル７５の両出力端子７５ａ間に交流起電力が発生
する。そして、このコイル７５の出力端子７５ａは、後
記するカムシャフト６１に形成した収容孔６１ａを通っ
て同収容孔６１ａに内装された電源供給装置７７に接続
されている。つまり、コイル７５の両出力端子７５ａ間
に発生する交流起電力は電源供給装置７７に供給され
る。

【００６４】前記カムシャフト６１の基端面には中心軸
線に沿って収容孔６１ａが形成されている。この収容孔
６１ａ内には収納ケースに収まった電源供給装置７７が
内装されている。電源供給装置７７は整流回路、昇圧回
路及び電源供給制御回路等から構成されている。又、電
源供給装置７７はＡ相電源が印加される前記圧電体７１
とＡ相電源用リード線７８にて接続され、Ｂ相電源が印
加される前記圧電体７１とＢ相電源用リード線７９にて
接続されている。さらに、電源供給装置７７は、光通信
のための入出力インタフェースを備え、収容孔６１ａ及
びシリンダヘッド６２に形成した貫通孔６２ａを介して
図示しない外部制御装置と光通信にて交信するようにな
っている。そして、電源供給装置７７は外部制御装置か
らの制御信号に基づいて前記発電機７３の交流起電力か
らＡ相及びＢ相の電源を生成し該電源を前記リード線７
８，７９を介してステータ６７の各圧電体７１に供給制
御する。

【００６５】次に、上記のように構成された可変バルブ
タイミング調整装置の作用について説明する。今，エン
ジンが駆動してタイミングプーリ６４が回転している。
又、超音波モータ６５は電源供給装置７７から各圧電体
７１に駆動電源が供給されていない。このとき、超音波
モータ６５のステータ６７とロータ６８は、相対回転す
ることなく圧接固定されている。従って、カムシャフト
６１とタイミングプーリ６４は共にその時の回転位相の
ままで一体回転する。又、このとき、カムシャフト６１
が回転していることにより、発電機７３から交流起電力
が出力されている。

【００６６】この状態から、カムシャフト６１をタイミ
ングプーリ６４に対して回転位相を予め定めた目的の角
度進めたり遅らせたりする場合、外部装置から電源供給
装置７７に対して光通信にて超音波モータ６５を正転又
は逆転駆動させるため制御信号が出力される。電源供給
装置７７は該制御信号に応答してＡ相及びＢ相電源を対
応するステータ６７の圧電体７１に供給する。この電源
供給に基づいてロータ６８はステータ６７に対して正転
又は逆転する。この正転又は逆転はタイミングプーリ６
４によってステータ６７及びロータ６８が共に回転して
いる状態で行われる。従って、カムシャフト６１のタイ
ミングプーリ６４に対する回転位相は、ロータ６８のス
テータ６７に対する正転又は逆転に比例して進む又は遅
れることになる。そして、ロータ６８がステータ６７に
対して目的の相対回動位置まで正回転又は逆転した時、
外部装置から電源供給装置７７に対して光通信にて超音
波モータ６５を停止させるため制御信号が出力される。
電源供給装置７７が該制御信号に応答してＡ相及びＢ相
電源の供給を停止させると、超音波モータ６５は駆動停
止する。従って、カムシャフト６１はタイミングプーリ
６４に対して目的の回転位相に調整される。

【００６７】次に、上記のように構成された本実施の形
態の特徴を以下に述べる。 （１）本実施の形態では、カムシャフト６１とタイミン
グプーリ６４とを超音波モータ６５のステータ６７とロ
ータ６８とで連結したため、超音波モータ６５を駆動さ
せることにより、タイミングプーリ６４に対するカムシ
ャフト６１の位相を調整することができる。つまり、バ
ルブタイミングを変化させることができる。

【００６８】（２）本実施の形態では、タイミングプー
リ６４に対するカムシャフト６１の位相を変化させるの
に、トルクが強いという特性を持つ超音波モータ６５を
使用したため、ギヤ及びオイルシール等を必要とせず、
装置の構成を単純かつ小型化することができる。

【００６９】（３）本実施の形態では、タイミングプー
リ６４に対するカムシャフト６１の位相は、ギヤ等を介
さず直接超音波モータ６５で制御するため、応答性良く
制御することができる。

【００７０】（４）本実施の形態では、タイミングプー
リ６４に対するカムシャフト６１の位相を変化させるの
に、電圧を印加していないときは強い保持力を有すると
いう特性を持つ超音波モータ６５を使用したため、電圧
を印加しなければタイミングプーリ６４とカムシャフト
６１は回転位相一定のままで共に回転する。

【００７１】（５）本実施の形態では、カムシャフト６
１にロータ部を設け、それに対応してシリンダヘッドの
内周面にステータ部の永久磁石７６を設けたため、特に
装置の外部から電圧を供給しなくてもカムシャフト６１
が回転しているときは常に電圧を超音波モータ６５に供
給することができる。

【００７２】（６）本実施の形態では、外部から電圧を
供給しなくてもカムシャフト６１が回転しているときは
自身の発電機７３により常に電圧を供給することがで
き、外部制御装置７７は光通信にて制御されるため、電
源供給及びその制御方法において摩擦する部分がない。
その結果、磨耗粉の発生がなく、保守管理が容易とな
る。しかも、超音波モータ６５を駆動するための電源を
外部から供給する必要がない。

【００７３】尚、本発明は、上記各実施の形態に限定さ
れるものではなく以下のように実施してもよい。 （１）前記第１の実施の形態で説明した円筒状の絶縁筒
１０を、図４及び図５に示す様に有底筒状の絶縁筒８０
にする。そして、その絶縁筒８０の底面８０ａを図５に
示すように、中心位置に第１の実施の形態で説明した第
３帯状導体１３に相当する円形の第３導体８３を形成す
る。又、第１、第２帯状導体１１，１２に相当する環状
の第１及び第２の導体８１，８２を第３導体８３の外周
に形成する。そして、この第１から第３導体に対して第
１から第３ブラシ１４〜１６を摺接させるようにして実
施してもよい。この場合、絶縁筒８０の軸線方向の長さ
を短くできるため、可変バルブタイミング調整装置を全
体として小型化できる。

【００７４】（２）前記各実施の形態では、エンジンの
可変バルブタイミング装置に具体化したがこれに限定さ
れるものではない。例えば、図６に示すように回転体と
しての出力軸９０と被回転体としての従動軸９１との間
に、出力軸９０にステータ９２を取着し従動軸９１にロ
ータ９３を取着した超音波モータ９４を設ける。そし
て、出力軸９０に対する従動軸９１の回転位相の調整が
必要な各種の機構に具体化してもよい。

【００７５】（３）前記各実施の形態において、ロータ
とステータの取付を逆にして実施してもよい。 （４）前記各実施の形態では、吸気バルブ用の可変バル
ブタイミング調整装置に具体化したが、排気バルブ、又
は、吸気と排気の両バルブの可変バルブタイミング調整
装置に具体化してもよい。

【００７６】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、構
成が単純化かつ小型化でき、位相調整時の応答が速いと
いう優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態における可変バルブタイミン
グ装置を示す要部断面図。

【図２】第２の実施の形態における可変バルブタイミン
グ装置を示す要部断面図。

【図３】第３の実施の形態における可変バルブタイミン
グ装置を示す要部断面図。

【図４】第１の実施の形態における電源供給方法の別例
を示す要部断面図。

【図５】電源供給方法の別例の側面を示す平面図。

【図６】別例を示す要部断面図。

【符号の説明】

１，３１，６１…カムシャフト、２，３２…シリンダヘ
ッド、４，３４，６４…タイミングプーリ、５，３５，
６５…超音波モータ、７，３７，６７…ステータ、８，
３８，６８…ロータ、９，３９…圧電体、１０，８０…
絶縁筒、１１〜１３，８１〜８３…帯状導体、１４〜１
６…ブラシ、２３…超音波モータ駆動制御装置、２４〜
２６…配線プレート、２８，５３，７２…板バネ、４０
…絶縁軸、４１，４２…ボールベアリング、４７〜４９
…リード線、５０，５１…配線、７３…発電機、７７…
電源供給装置、８０ａ…底面。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転体（４，３４，６４）と被回転体
   （１，３１，６１）とを超音波モータ（５，３５，６
   ５）のステータ（７，３７，６７）とロータ（８，３
   ８，６８）とで連結して該超音波モータ（５，３５，６
   ５）を介して回転体（４，３４，６４）にて被回転体
   （１，３１，６１）を回転させるとともに、該超音波モ
   ータ（５，３５，６５）を回転制御することにより前記
   回転体（４，３４，６４）に対する前記被回転体（１，
   ３１，６１）の位相を調整するようにしたことを特徴と
   する回転体に対する被回転体の位相調整方法。
2. 【請求項２】 回転体（４，３４，６４）と被回転体
   （１，３１，６１）との間に設けられ、回転体（４，３
   ４，６４）の回転を被回転体（１，３１，６１）に伝達
   させるとともに回転体（４，３４，６４）に対する被回
   転体（１，３１，６１）の位相を調整する回転体に対す
   る被回転体の位相調整機構において、前記回転体（４，
   ３４，６４）に対して超音波モータ（５，３５，６５）
   のステータ（７，３７，６７）又はロータ（８，３８，
   ６８）のいずれか一方を周方向に回転不能に連結し、前
   記被回転体（１，３１，６１）に対して超音波モータ
   （５，３５、６５）のロータ（８，３８，６８）又はス
   テータ（７，３７，６７）の他方を周方向に回転不能に
   連結し、ステータ（７，３７，６７）及びロータ（８，
   ３８，６８）の少なくとも一方を軸線方向に移動可能に
   連結し、前記ステータ（７，３７，６７）と前記ロータ
   （８，３８，６８）を押圧部材（２８，５３，７２）に
   て圧接させたことを特徴とする回転体に対する被回転体
   の位相調整機構。
3. 【請求項３】 タイミングプーリ（４，３４，６４）と
   カムシャフト（１，３１，６１）とを超音波モータ
   （５，３５，６５）のステータ（７，３７，６７）とロ
   ータ（８，３８，６８）とで連結して超音波モータ本体
   を介してタイミングプーリ（４，３４，６４）の回転を
   カムシャフト（１，３１，６１）に伝達させるととも
   に、超音波モータ（５，３５，６５）を回転制御するこ
   とにより前記タイミングプーリ（４，３４，６４）に対
   する前記カムシャフト（１，３１，６１）の位相を調整
   するようにしたことを特徴とする内燃機関のバルブタイ
   ミング調整方法。
4. 【請求項４】 タイミングプーリ（４，３４，６４）と
   カムシャフト（１，３１，６１）との間に設けられ、タ
   イミングプーリ（４，３４，６４）の回転をカムシャフ
   ト（１，３１，６１）に伝達させるとともにタイミング
   プーリ（４，３４，６４）に対するカムシャフト（１，
   ３１，６１）の位相を調整する内燃機関のバルブタイミ
   ング調整装置において、 前記タイミングプーリ（４，３４，６４）に対して超音
   波モータ（５，３５，６５）のステータ（７，３７，６
   ７）又はロータ（８，３８，６８）のいずれか一方を周
   方向に回転不能に連結し、前記カムシャフト（１，３
   １，６１）に対して超音波モータ（５，３５，６５）の
   ステータ（７，３７，６７）又はロータ（８，３８，６
   ８）の他方を周方向に回転不能に連結し、ステータ
   （７，３７，６７）及びロータ（８，３８，６８）の少
   なくとも一方を軸線方向に移動可能に連結し、前記ステ
   ータ（７，３７，６７）と前記ロータ（８，３８，６
   ８）を押圧部材（２８，５３，７２）にて圧接させたこ
   とを特徴とする内燃機関のバルブタイミング調整装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の内燃機関のバルブタイ
   ミング調整装置において、 前記タイミングプーリ（４）に対して回転不能に連結さ
   れた前記ステータ（７）に対し、その軸線上に固着され
   た円筒状の絶縁筒（１０，８０）と、 前記絶縁筒（１０，８０）の外周面又は底面（８０ａ）
   に環状に形成された帯状導体（１１〜１３，８１〜８
   ３）と、 前記ステータ（７）に形成された圧電体（９）と前記帯
   状導体（１１〜１３，８１〜８３）とを電気的に接続す
   る配線（２４〜２６）と、 前記帯状導体（１１〜１３，８１〜８３）と摺動可能に
   シリンダヘッド（２）上に固定設置されたブラシ（１４
   〜１６）と、 前記ブラシ（１４〜１６）に前記圧電体（９）を駆動さ
   せるための電源を供給する電源供給制御手段（２３）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
   調整装置。
6. 【請求項６】 請求項４に記載の内燃機関のバルブタイ
   ミング調整装置において、 シリンダヘッド（３２）に回動不能に支持された絶縁物
   （４０）と、 前記タイミングプーリ（３４）に対して回転不能に連結
   された前記ステータ（３７）と前記絶縁物（４０）とを
   回転可能に連結する導電性のボールベアリング（４１，
   ４２）と、 前記ステータ（３７）に形成された圧電体（３９）と前
   記ボールベアリング（４１，４２）のアウタレースとを
   電気的に接続する配線（５０，５１）と、 前記シリンダヘッド（３２）の外部から前記圧電体（３
   ９）に電源を供給するための電源供給制御手段（２３）
   と、 前記絶縁物（４０）内を介して前記ボールベアリング
   （４１，４２）のインナレースと前記電源供給制御手段
   （２３）とを電気的に接続する配線（４７〜４９）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調
   整装置。
7. 【請求項７】 請求項４に記載の内燃機関のバルブタイ
   ミング調整装置において、 前記カムシャフト（６１）には、前記超音波モータ（６
   ５）を駆動するための発電機（７３）が設けられるとと
   もに、前記発電機（７３）からの起電力を前記超音波モ
   ータ（６５）を駆動制御するための電源に変換する電源
   供給装置（７７）を設けたことを特徴とする内燃機関の
   バルブタイミング調整装置。