(57)【要約】【課題】可変バルブタイミング装置で油圧のアクチュエータを用いた場合に生じる問題を解決する。【解決手段】タイミングベルト等を介してクラクションシャフトに同期して回転するスプロケット１とカムシャフト２との間に遊星式トラクションドライブ１０を介して回転を伝達する。遊星式トラクションドライブ１０は、スプロケット１と一体に回転するリングローラ５と、リングローラ５の内側に配置される太陽ローラ１４と、リングローラ５の内周面と太陽ローラ１４の外周面との間で転動する遊星ローラ１１とを備える。さらに、遊星ローラ１１を自転および公転自在に支持するとともにカムシャフト２と一体に回転するキャリア１２を備える。太陽ローラ１４を回転駆動することでリングローラ５の回転に対するキャリア１２の回転の位相をずらす電動モータ２７を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの回転に同期して回転する第１の回転体と、エンジンのカムシャフトと一体に回転する第２の回転体とを備え、前記第１の回転体の回転を第２の回転体に伝動するに際し、第１の回転体の回転に対する第２の回転体の回転の位相をずらすことでカムシャフトにより駆動されるエンジンのバルブの開閉タイミングを変更する可変バルブタイミング装置であって、
前記第１の回転体と前記第２の回転体との間に遊星式トラクションドライブを介して前記第１の回転体から前記第２の回転体に回転を伝達し、
前記遊星式トラクションドライブは、前記第１の回転体と一体に回転するリングローラと、当該リングローラの内側に配置される太陽ローラと、前記リングローラの内周面と前記太陽ローラの外周面との間で転動する遊星ローラと、当該遊星ローラを自転および公転自在に支持するとともに遊星ローラの公転に対応して当該遊星ローラと一体に回転し、かつ、第２の回転体と一体に回転するキャリアとを備え、
前記太陽ローラを回転駆動することで前記リングローラの回転に対する前記キャリアの回転の位相をずらす太陽回転駆動手段を備えることを特徴とする可変バルブタイミング装置。
【請求項２】
前記太陽ローラと同軸で回転する太陽歯車と、前記遊星ローラのキャリアと一体に公転する遊星歯車を備え、前記太陽歯車に回転可能に前記遊星歯車が噛み合っていることを特徴とする請求項１に記載の可変バルブタイミング装置。
【請求項３】
前記太陽歯車の回転角度を検知する太陽角検知手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の可変バルブタイミング装置。
【請求項４】
前記リングローラ、前記太陽ローラ、前記遊星ローラをテーパーローラとし、かつ、これらリングローラ、太陽ローラ、遊星ローラを軸方向に押圧することにより、これらリングローラ、太陽ローラ、遊星ローラを互いに径方向に押圧する押圧手段を備え、
前記押圧手段が、ベルビルスプリングを備えていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の可変バルブタイミング装置。
【請求項５】
前記押圧手段がローディングカム機構を備えることを特徴とする請求項４に記載の可変バルブタイミング装置。
【請求項６】
前記カムシャフトと一体に回転する前記第２の回転体のカムシャフトの反対となる端部が、前記トラクションドライブおよび前記太陽回転駆動手段を貫通して配置され、当該第２の回転体の端部の回転角度を測定することにより、カムシャフトの回転角度を測定するカム角検知手段を備えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の可変バルブタイミング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの吸排気バルブの開閉タイミングを状況に応じて変更する可変バルブタイミング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンの高出力化を図りつつ低燃費化、低エミッション化を図るためにエンジンの吸気バルブおよび排気バルブの開閉タイミングを状況に応じて変更する可変バルブタイミング装置が用いられている。
ここで、吸排気バルブの開閉は、エンジンのクランクシャフトに設けられたスプロケットからタイミングベルトやタイミングチェーンを介してカムシャフトのスプロケットを回転し、エンジンのピストンの動作に同期したクランクシャフトの回転に同期してカムシャフトを回転し、カムシャフトのカムによりピストンの動作に同期して吸気バルブと排気バルブを開閉する。
【０００３】
この際に、カムシャフトのスプロケットと、当該カムシャフトとの間にアクチュエータを介在させ、アクチュエータによりスプロケットの回転角に対してカムシャフトの回転角を進めたり（進角）、カムシャフトの回転角を遅らせたり（遅角）するように位相をずらすことで、開閉タイミングを変更するようになっていた。例えば、スプロケットは、外周に当該スプロケットとしての外歯が形成され、その内側にアクチュエータが配置され、当該アクチュエータにカムシャフトが接続されており、アクチュエータを動作させることにより、スプロケットの回転に対するカムシャフトの回転の位相を変更可能としている。
【０００４】
また、アクチュエータとしては、例えば、油圧のものが用いられ、カムシャフトのスプロケットに対して当該スプロケットの回転軸を中心に所定範囲内で回転可能でカムシャフトと一体に回転する回転部材を備えたアクチュエータに油圧室を設け、当該油圧室内が回転部材により進角部と遅角部とに区切られるとともに、進角部側に油圧を供給すると回転部材がスプロケットの回転角度より回転角度を進めるように位相をずらし、遅角部側に油圧を供給すると回転部材がスプロケットの回転角度より回転角度を遅らせるように位相をずらすようになっている。そして、回転部材と一体に回転するカムシャフトの回転角度がスプロケットの回転角度に対して進んだり、遅れたりすることなる。これによりバルブの開閉タイミングが変更可能となっている。なお、例えば、進角部と遅角部とに均等に油圧をかけた状態で、アクチュエータが中立位置となる。
なお、油圧室は、スプロケットの外歯の内側に円周方向に沿って複数並んで形成されている。
【０００５】
ここで、油圧はエンジンの回転に基いて供給されるので、エンジン停止時にはアクチュエータを動かすことができない。また、エンジンが低速回転（たとえば、アイドリング時）となっている際には、油圧が低い状態となっており、アクチュエータを作動することが難しくなる。この場合に、油圧室の数を増やすことで、油圧が低くても回転部材を回転させてアクチュエータを作動させられる。しかし、スプロケットの外歯の内側に多くの油圧室を周方向に並べた場合に、アクチュエータが動作可能な角度、すなわち、作動角が一つの油圧室の遅角部と進角部との範囲内に限られるため、円周方向に多くの油圧室を並べて設けると、スプロケットの内側で各油圧室が占める角度範囲が狭くなり、アクチュエータの作動角を広く確保することが困難になるなどの問題がある。
【０００６】
また、上述のようにエンジンの停止時に油圧がなくなるので、例えば、エンジンの停止時にアクチュエータを中立位置等の所定位置とすることが困難である。すなわち、エンジン停止時にアクチュエータを中立位置として、アクチュエータが中立位置の状態でエンジンを始動可能とすることが困難である。
また、アクチュエータの作動は、進角部と遅角部とにおける油の移動を伴なうのでこの油の移動速度に制限されて作動速度を早くすることが難しいといった問題があるとともに、アクチュエータでは、回転部材の角度が油圧により変更されるとともに保持されるので精度の高い角度調整も難しい。
【０００７】
そこで、アクチュエータとして油圧式のものを用いずに電動モータを用いたものも開発されており、上述の油圧特有の問題を回避している。
その一つとして、スプロケットとカムシャフトとの間に遊星歯車機構を介在させたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
例えば、遊星歯車機構のリング歯車（内歯車）の外周にスプロケットが一体に設けられ、リング歯車の内側に太陽歯車が設けられ、リング歯車と太陽歯車との間にこれら歯車の両方に噛み合う複数の遊星歯車が設けられ、遊星歯車を自転自在かつ公転自在に支持するキャリアが設けられている。そして、当該キャリアにキャリアと一体に回転可能にカムシャフトを接続している。また、太陽歯車には、当該太陽歯車を回転駆動する電動モータが接続されている。
【０００９】
このような構成により、リング歯車にクランクシャフトの回転トルクが入力され、キャリアからカムシャフトに回転トルクが出力される。また、太陽歯車には制御用の回転トルクが入力され、太陽歯車の回転により、リング歯車の回転の位相に対してキャリアの回転の位相を変更することが可能となる。
このような遊星歯車機構を用いた可変バルブタイミング装置によれば、広い回転角範囲に渡って高い精度でカムシャフトの回転位相を決定することが可能となる。また、電動モータで制御するので、上述の油圧制御に基く問題が発生しない。
【００１０】
【特許文献１】特開平１０−２７４０１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述の遊星歯車機構を用いたものでは、歯車である遊星歯車機構を用いていることから、エンジンからの入力トルクが大きく変動した場合に、歯車のバックラッシュにより衝撃が生じ、騒音の発生や耐久性の悪化を招くことになり、実用化が困難であった。
【００１２】
本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、遊星歯車機構の長所をそのまま取り入れることが可能でかつ短所を克服することができる可変バルブタイミング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の可変バルブタイミング装置は、エンジンの回転に同期して回転する第１の回転体と、エンジンのカムシャフトと一体に回転する第２の回転体とを備え、前記第１の回転体の回転を第２の回転体に伝動するに際し、第１の回転体の回転に対する第２の回転体の回転の位相をずらすことでカムシャフトにより駆動されるエンジンのバルブの開閉タイミングを変更する可変バルブタイミング装置であって、
前記第１の回転体と前記第２の回転体との間に遊星式トラクションドライブを介して前記第１の回転体から前記第２の回転体に回転を伝達し、
前記遊星式トラクションドライブは、前記第１の回転体と一体に回転するリングローラと、当該リングローラの内側に配置される太陽ローラと、前記リングローラの内周面と前記太陽ローラの外周面との間で転動する遊星ローラと、当該遊星ローラを自転および公転自在に支持するとともに遊星ローラの公転に対応して当該遊星ローラと一体に回転し、かつ、第２の回転体と一体に回転するキャリアとを備え、
前記太陽ローラを回転駆動することで前記リングローラの回転に対する前記キャリアの回転の位相をずらす太陽回転駆動手段を備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項１に記載の本発明においては、遊星歯車機構ではなく、遊星式トラクションドライブを介在させてエンジンの回転をカムシャフトに伝達するとともに回転の位相を変更可能としているので、回転トルクの伝動に遊星歯車機構が用いられておらず、遊星歯車機構のバックラッシュによる騒音の発生や耐久性の悪化といった問題が発生することがないので、容易に実用化可能となる。
【００１５】
また、太陽ローラの回転角によって、カムシャフトの進角や遅角等の位相のずれとなる角度が決定されるので、太陽ローラの回転角をエンジン停止時に設定すれば、設定されたカムシャフトの第１の回転体に対する角度のずれをエンジン停止後も保持することができる。例えば、カムシャフトを中立位置に保持してエンジンを停止することができる。なお、太陽ローラの回転角は、太陽回転駆動手段により回転駆動可能であり、この太陽回転駆動手段を例えば電動モータとした場合に当該電動モータに電力を供給可能ならば、エンジン停止後にカムシャフトの第１の回転体に対する角度のずれを変更することも可能であり、エンジン始動時にカムシャフトの第１の回転体に対する角度のずれを設定することも可能である。
【００１６】
また、太陽回転駆動手段を電動モータとすることで、従来の油圧式のアクチュエータに比較して作動速度を早くすることが可能である。
また、太陽ローラの回転により第１の回転体に対するカムシャフトの角度をいくらでも変更可能であり、実質的に制御が必要な第１回転体に対するカムシャフトの角度の変更範囲をカバーすることができる。すなわち、従来より広い範囲に渡って第１の回転体に対するカムシャフトの角度を変更することが可能となる。また、太陽ローラの回転角度を高精度で制御することで、無段階にカムシャフトの位相のずれとなる角度を設定可能である。
したがって、広い範囲に渡って高い精度でかつ迅速にエンジンのバルブの開閉タイミングを変更することが可能となる。
【００１７】
また、油圧式の場合に、スプロケット内側に上述の油圧室を配置するため、特に複数の油圧質を周方向に並べて配置するため、スプロケットの周方向の距離を小さくすることができず、広い範囲に渡って位相のずれとなる角度を変更可能とすると、スプロケットの径が大きくなる虞があるが、それに対して、本発明では、スプロケットの内部側にカムシャフトもしくはカムシャフトの延長軸となる部分がスプロケットに対して回転自在に配置されれば、その他の構成（遊星ローラ、太陽ローラ、リングローラ等）を軸方向に沿ってスプロケットの外側に配置することも可能なので、スプロケットの軸方向沿った長さがある程度必要となる虞はあるが、スプロケットの径は小さくすることが可能となる。
また、スプロケットおよびカムシャフトは、吸気バルブ用と排気バルブ用とが必要であり、吸気用バルブと排気用バルブとは、互いに逆に斜めに配置されている。したがって、２本のカムシャフト間の距離が長くなると、吸気用バルブと排気用バルブとがなす挟角が広くなり、２本のカムシャフト間の距離が短くなると吸気用バルブと排気用バルブとがなす挟角を狭くすることが可能となる。ここで、各カムシャフトと一体に回転するスプロケットの径を小さくできれば、吸気用と排気用のカムシャフトを近づけることが可能となる。そして、本発明では、従来よりスプロケットの径を小さくしてカムシャフト間の距離を短くすることで、吸気バルブと排気バルブとの挟角を狭くすることができる。そして、吸気用のカムシャフトと排気用のカムシャフトとの距離を狭くし、かつ、吸気バルブと排気バルブとの挟角を狭くすれば、エンジンの小型化を図ることができる。
【００１８】
請求項２に記載の可変バルブタイミング装置は、前記太陽ローラと同軸で回転する太陽歯車と、前記遊星ローラのキャリアと一体に公転する遊星歯車を備え、前記太陽歯車に回転可能に前記遊星歯車が噛み合っていることを特徴とする。
【００１９】
請求項２に記載の発明においては、リングローラから遊星ローラによりキャリアに回転が伝動されることになるが、この際に、遊星ローラのキャリアと一体に公転する遊星歯車が、太陽ローラと一体に回転する太陽歯車に噛み合っており、この歯車同士の噛み合いにより、遊星式トラクションドライブにおけるクリープによる制御角の検知ズレを防止することができる。
なお、この際にトルクの伝達は、リングローラと遊星ローラとの間で行われているので、リング歯車が無い本発明では、太陽歯車と遊星歯車との間には、トルクが入力することがなくバックラッシュに基いて大きな衝撃は発生しない。したがって、バックラッシュに起因する衝撃に基く騒音等の問題は生じない。
【００２０】
請求項３に記載の可変バルブタイミング装置は、請求項２に記載の発明において、前記太陽歯車の回転角度を検知する太陽角検知手段を備えることを特徴とする。
【００２１】
請求項３に記載の発明によれば、太陽歯車の回転角度が第１の回転体に対するカムシャフトの回転角のずれに対応することになり、太陽歯車の回転角度からカムシャフトの回転角のずれを算出することが可能となる。すなわち、太陽歯車の回転角度により第１の回転体に対するカムシャフトの進角もしくは遅角等の位相のずれとなる角度が決まることになる。
したがって、太陽角検知手段で検知された太陽歯車の回転角度に基いてバルブの開閉タイミングの制御が可能となる。
【００２２】
請求項４に記載の可変バルブタイミング装置は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の発明において、前記リングローラ、前記太陽ローラ、前記遊星ローラをテーパーローラとし、かつ、これらリングローラ、太陽ローラ、遊星ローラを軸方向に押圧することにより、これらリングローラ、太陽ローラ、遊星ローラを互いに径方向に押圧する押圧手段を備え、前記押圧手段が、ベルビルスプリングを備えていることを特徴とする。
【００２３】
請求項４に記載の発明においては、ベルビルスプリングにより、リングローラと遊星ローラと太陽ローラとを押し付けてトラクション伝動を可能とすることができる。すなわち、テーパーローラであるリングローラ、太陽ローラ、遊星ローラにおいて、軸方向に付加されるベルビルスプリングの付勢力がこれらローラの接触面間の押圧力となり、トラクション伝動が可能となる。なお、エンジンから入力されるトルクの変動が大きい場合には、入力トルクによって押圧力を変更可能とすることが好ましく、ベルビルスプリングに加えて押圧力を制御可能な押圧手段を備えることが好ましい。
【００２４】
請求項５に記載の可変バルブタイミング装置は、請求項４に記載の発明において、前記押圧手段がローディングカム機構を備えることを特徴とする。
【００２５】
請求項５に記載の発明においては、入力トルクが大きくなるとローディングカム機構から入力トルクに応じて大きくなる軸方向に沿った押圧力が生じることになる。これにより、入力トルクが大きい場合には、各ローラ間にかかる力を大きくしてトラクション力を高めることができ、入力トルクが少ない場合には、各ローラ間にかかる力を低減して発熱等を低減することができる。また、入力トルクが少ない場合にはベルビルスプリングの付勢力によって各ローラが押し付けられることになり、入力トルクがほとんどないエンジンの回転開始時などにおいても、十分に各ローラ間で回転力を伝達することができる。
【００２６】
請求項６に記載の可変バルブタイミング装置は、請求項１から請求項５に記載の発明において、前記カムシャフトと一体に回転する前記第２の回転体のカムシャフトの反対となる端部が、前記トラクションドライブおよび前記太陽回転駆動手段を貫通して配置され、当該第２の回転体の端部の回転角度を測定することにより、カムシャフトの回転角度を測定するカム角検知手段を備えることを特徴とする。
【００２７】
請求項６に記載の発明においては、太陽ローラを回転駆動して、キャリアと一体に回転するカムシャフトのリングローラの回転に対する位相差を調整する際に、太陽ローラと遊星ローラとにクリープが生じることにより、太陽ローラの回転角度に対してカムシャフトのリングローラに対する位相差となる角度にずれが生じる。すなわち、カムシャフトの位相差となる角度が設定角度となるように当該設定角度にギヤによる減速分も含めて対応した角度だけ太陽ローラを回転しても、クリープによりずれが生じるが、カムシャフトの回転角度を測定することで、ずれを補正することが可能となる。また、カムシャフトと一体に回転する第２の回転体をトラクションドライブおよび太陽回転駆動手段を貫通させることで、太陽回転駆動手段の設置部分もしくはその近傍にカム角検知手段を配置可能となる。
すなわち、カムシャフト側から軸方向に離れた部分にカム角検知手段を配置することで、カムシャフトの径方向に場所取ることなく、カム角検知手段を配置することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、可変バルブタイミング装置において遊星式トラクションドライブを用いることにより、遊星歯車におけるバックラッシュによる問題を生じることなく、広い角度範囲に渡って高い精度でカムシャフトの回転角度を制御可能となるとともに、油圧式のアクチュエータを用いた場合の問題が生じることながく、エンジン停止時でもカムシャフトの回転角度の設定が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態に係る可変バルブタイミング装置の基本構成レイアウト図であり、図２は可変バルブタイミング装置の断面図であり、図３は可変タイミング装置の正面図である。
【００３０】
図１〜図３に示すように、可変バルブタイミング装置は、図示しないエンジンのクランクシャフトに設けられたスプロケットとタイミングベルトもしくはタイミングチェーンで回転を伝動されるスプロケット（第１の回転体）１と、後述の遊星式トラクションドライブ１０を介してスプロケット１の回転が伝動されるカムシャフト２（基端部のみを図示）とを備える。
【００３１】
また、カムシャフト２には、延長軸３（第２の回転体）が当該カムシャフト２に対して同軸上で基端側からさらにカムシャフト２を延長するように接続されている。また、延長軸３は、カムシャフト２と一体に回転するように当該カムシャフト２に固定されている。
なお、クランクシャフトはエンジンのピストンの上下動を回転運動に変換するものであり、クランクシャフトのスプロケットからタイミングベルトやタイミングチェーンで回転が伝動されるスプロケット１は、エンジンの回転に同期して回転する第１の回転体となる。また、延長軸３はカムシャフト２と一体に回転する第２の回転体となるが、カムシャフト２自体が第２の回転体となっていてもよい。すなわち、カムシャフト２と延長軸３を一体としてもよい。
【００３２】
そして、カムシャフト２の基端部より僅かに後の延長軸３の先端部の周囲にカムシャフト２側の環状のスプロケット１が配置されている。すなわち、環状のスプロケット１の内側の開口を貫通するように延長軸３の先端部が配置され、当該先端部にカムシャフト２の基端部が接続されている。また、環状のスプロケット１の内周面と延長軸３の先端部との間には間隔があけられている。
【００３３】
そして、スプロケット１のカムシャフト２側となる側面の反対側となる側面すなわちエンジンのシリンダが配置される側と反対側となる側面には、後述のリングローラ５等を備える筒状回転体６がスプロケット１と一体に回転可能に固定されている。
筒状回転体６は、スプロケット１と同軸上に配置されるとともに、スプロケット１の前記側面に接続される先部６ａの外径がスプロケット１の歯より内側となるようにスプロケット１より小さくされ、先部６ａより後の後部６ｂの外径がスプロケット１の外径より僅かに小さいがスプロケット１の歯の基端部の外径より大きくなっており、筒状回転体６の後部の外周面がスプロケット１の歯の基端と先端との間で先端側に近い位置となっている。
【００３４】
また、スプロケット１の前記側面と筒状回転体６の先部６ａとは、複数のボルト６ｃにより固定されている。
また、筒状回転体６の先部６ａの内周面と延長軸３の先端部３ａの外周面との間には、シール材７が配置されている。
また、筒状回転体６の先部６ａの内周面と延長軸３の先端部３ａの外周面との間で上記シール材７より基端側のほぼ隣接する位置にラジアル軸受（ラジアル玉軸受）８が配置されており、延長軸３に対して筒状回転体６が回転自在となっている。これにより、筒状回転体６に一体に回転可能に固定されたスプロケット１に対して延長軸３に一体に回転可能に固定されたカムシャフト２が相対的に回転自在となっている。
【００３５】
また、延長軸３は、上述のシール材７およびラジアル軸受８が配置される先端部３ａにおいて最も外径が広くされており、ラジアル軸受８の後端部側の部分より後側に先端側の外径が狭く、後端側の外径が広い円錐台部３ｂが形成されている。そして、この円錐台部３ｂに遊星式トラクションドライブ１０の複数（例えば、４つ）の遊星ローラ１１を回転自在（自転自在）に支持するキャリア１２が延長軸３と一体に回転可能に延長軸３に固定されている。また、キャリア１２は遊星ローラ１１と一体に公転するようになっており、カムシャフト２が遊星ローラ１１の公転と一体に同期して回転するように構成されている。
【００３６】
また、延長軸３の円錐台部３ｂより後側は先端部３ａおよび円錐台部３ｂよりも小径とされた小径部３ｃがこの可変バルブタイミング装置の最後部まで後方に延出した状態に配置されている。なお、延長軸３の後端部には当該延長軸３の軸方向に沿った平面で延長軸３の後端部を細くするように切り欠いた状態の切欠部が形成されている。
【００３７】
また、筒状回転体６の後部６ｂの内周には上述の遊星式トラクションドライブ１０の環状のリングローラ５が筒状回転体６、すなわち、スプロケット１と一体に回転可能に固定されている。そして、このリングローラ５の内側には、上述のキャリア１２により自転自在で公転自在とされた複数の遊星ローラ１１が配置され、当該遊星ローラ１１の内側に太陽ローラ１４が配置されている。また、太陽ローラ１４は、延長軸３の小径部３ｃの先端部の周囲に配置されるように筒状に形成され、小径部３ｃの外周面と太陽ローラ１４の内周面との間に僅かな隙間が形成されている。
【００３８】
そして、太陽ローラ１４の後方側にはローディングカム機構１５を介して太陽ローラ１４と一体に回転可能な太陽回転部１６が設けられている。太陽回転部１６は、延長軸３の小径部３ｃの太陽ローラ１４およびローディングカム機構１５より後ろ側で延長軸３の周囲に配置されるとともに、延長軸３との間にラジアル軸受（二列のラジアルニードル軸受）１７を介在させて配置されている。すなわち、太陽回転部１６は、内部に小径部３ｃを貫通させた状態の筒状に形成され、ラジアル軸受１７により延長軸３に対して回転自在となっている。
【００３９】
また、太陽回転部１６の先端部の外周には、太陽回転部１６に一体に回転可能に固定されたフランジ部材１８が配置されている。当該フランジ部材１８は、円筒状の円筒部１８ａと、円筒部１８ａの先端部から外周に拡がるフランジ状のフランジ部１８ｂとを備えている。そして、円筒部１８ａと、筒状回転体６の後部６ｂのリングローラ５より後の当該筒状回転体６の内周面との間にはリングローラ５を筒状回転体６の小径の先部６ａと先部６ａより径の大きな後部６ｂとの内周側の段差との間に挟んで固定するための押さえ部材１９が設けられている。また、押さえ部材１９は、筒状回転体６の内周面後端部の周方向に沿った溝に固定された止め輪部材１９ａにより後方への移動が規制され、上述のように筒状回転体６の段差と押さえ部材１９との間にリングローラ５を挟んで固定した状態となっている。
【００４０】
筒状回転体６の後部６ｂの内周に設けられた押さえ部材１９と、太陽回転部１６の外周に設けられたフランジ部材１８のフランジ部１８ｂとの間には、アンギュラ軸受（アンギュラ玉軸受）２０が設けられるとともに、押さえ部材１９とフランジ部１８ｂとの間にベルビルスプリング（皿バネ）２１が配置されている。これにより筒状回転体６に固定された押え部材１９に対して太陽ローラ１４と一体に回転する太陽回転部１６が互いに回転自在とされるとともに、太陽ローラ１４をベルビルスプリング２１とローディングカム機構１５とで軸方向に沿って前側に押すようになっている。
【００４１】
これにより、アンギュラ軸受２０にはラジアル方向とスラスト方向（アキシャル方向）の荷重が作用し、アンギュラ軸受２０がこれらの荷重に対応するようになっている。
また、筒状回転体６およびスプロケット１の部分は、エンジンのカムシャフト２の軸方向に沿った一端部側を構成し、エンジンのカバー２２に覆われた状態となっている。
【００４２】
そして、カバー２２の後端面側には、延長軸３の小径部３ｃが貫通する開口部が形成され、当該開口部の内周に押さえ部材１９の後端部が入り込んだ状態となっている。
また、太陽回転部１６は、小径部３ｃの周囲に配置された状態でカバー２２の開口部を貫通した状態となっている。そして、カバー２２の開口部の外周側に押さえ部材１９の後端部が配置され、その内側に太陽回転部１６が配置され、さらにその内側に延長軸３の小径部３ｃが配置された状態で、押さえ部材１９と太陽回転部１６との間の間隔がシール材２４により塞がれた状態となっており、カバー２２の開口部はほぼ塞がれた状態となっている。
【００４３】
そして、カバー２２の外側に延出した太陽回転部１６には、その後端部に太陽回転部１６と同軸上で一体に回転するウォームホイール２５が設けられている。また、ウォームホイール２５には、ウォーム２６が噛み合っており、当該ウォーム２６には電動モータ２７がダイレクトに接続されている。また、ウォーム２６の電動モータ２７が接続された端部の反対側の端部は軸受２６ａで回転自在に支持されている。この電動モータ２７としては、例えば、回転角度を制御可能なサーボモータやステッピングモータが用いられるが、ＤＣモータを用いるものとしてもよい。
【００４４】
また、延長軸３の小径部３ｃの基端部は、ウォームホイール２５より後方に延出し、この延出部分に前記切欠部が設けられ、前記切欠部の部分の側方に非接触で延長軸３の回転角度、すなわち、カムシャフト２の回転角度を検知するカム角センサ２８が設けられている。なお、カム角センサ２８としては、非接触で回転角度を検知可能な周知のセンサ（各種エンコーダー等）が用いられる。
【００４５】
また、カバー２２の開口部より後方に延出するウォームホイール２５および延長軸３の後端部およびカム角センサ２８の部分は、カバー２２の開口部の周囲に固定された後部カバー３０に覆われている。
そして、遊星式トラクションドライブ１０は、上述の筒状回転体６を介してスプロケット１に固定されたリングローラ５と、リングローラ５の内側に配置される太陽ローラ１４と、これらリングローラ５の内周面と、太陽ローラ１４の外周面との間で転動する複数の遊星ローラ１１とを有するものとなっている。
【００４６】
そして、リングローラ５は、上述のように筒状回転体６の内周面に固定され、スプロケット１と一体に回転するようになっている、また、リングローラ５は、その内周面がテーパーとなった環状のテーパーローラであり、カムシャフト２の軸方向に沿って先端側（カムシャフト２側）に向かうにつれて内径が小さくっており、リングローラ５の内側の空間が円錐台状となっている。
【００４７】
なお、リングローラ５は、カムシャフト２の軸方向に沿った位置が固定で、回転だけが可能となっている。
また、太陽ローラ１４は、その外周面がテーパーとなったテーパーローラであり、カムシャフト２の軸方向に沿って先端側（カムシャフト２側）に向かうにつれてその外径が小さくなる円錐台状に形成されている。但し、太陽ローラ１４は、その内部に当該太陽ローラ１４と同軸上に配置された延長軸３の小径部３ｃが貫通するようになっている。
【００４８】
そして、リングローラ５の内周面の傾斜角に対して、太陽ローラ１４の外周面の傾斜角の方が小さくなっており、リングローラ５の内周面と太陽ローラ１４の外周面との間の距離は、先端側に向かうほど狭くなるようになっている。
そして、遊星ローラ１１は、その外周面がテーパーとなったテーパーローラであり、先端側に向かうにつれて外径が小さくなる円錐台状となっている。
【００４９】
遊星ローラ１１は、上述の傾斜したリングローラ５の内周面と、傾斜した太陽ローラ１４の外周面との間に配置され、かつ、リングローラ５の内周面の傾斜角の方が、太陽ローラ１４の外周面との傾斜角より大きくされていることで、遊星ローラ１１の回転軸のカムシャフト２の軸方向に対する傾斜角は、リングローラ５の内周面のカムシャフト２の軸方向に対する傾斜角と、太陽ローラの外周面のカムシャフト２の軸方向に対する傾斜角との中間となる傾斜角となっている。したがって、太陽ローラ１４およびリングローラ５の回転軸がカムシャフト２の回転中心軸と一致していることから、カムシャフト２の軸方向に沿っているのに対して遊星ローラ１１の回転中心は、カムシャフト２の軸方向に対して斜めとなっている。
【００５０】
また、遊星ローラ１１の外周面の傾斜角は、遊星ローラ１１の軸方向に対して、上述のカムシャフト２の軸方向に対するリングローラ５の内周面の傾斜角からカムシャフト２の軸方向に対する太陽ローラ１４の外周面の傾斜角を減算した値の１／２の角度となっている。
また、遊星ローラ１１は、キャリア１２に固定された遊星軸１２ａにラジアル軸受（ラジアルニードル軸受）１２ｂを介して回転自在に取り付けられている。
【００５１】
また、キャリア１２は、カムシャフト２に固定された延長軸３の円錐台部３ｂに固定されている。そして、キャリア１２は、延長軸３と一体に回転するとともに、太陽ローラ１４とリングローラ５との間で転動して公転する遊星ローラ１１と一体に回転（公転）するようになっている。キャリア１２がその外周面が円錐台状とされるとともにその内部側の空間が円錐台状となっており、先側に向かうにつれて径が狭くなる筒状となっている。
【００５２】
そして、太陽ローラ１４は、フランジ部材１８および太陽回転部１６およびローディングカム機構１５を介してベルビルスプリング２１によりカムシャフト２の軸方向に沿ってカムシャフト２側に押圧されている。また、ベルビルスプリング２１は、ばねであり圧縮された状態で配置されていることから、エンジンの停止や始動に係りなく常時、太陽ローラ１４を軸方向に沿ってカムシャフト２側に押圧している。
【００５３】
これにより、上述のようにリングローラ５がカムシャフト２の軸方向に沿って移動不可となっているとともに、リングローラ５、遊星ローラ１１、太陽ローラ１４がテーパーローラとなっていることからくさび効果により、ベルビルスプリング２１の付勢力により太陽ローラ１４の外周面が遊星ローラ１１の外周面に押し付けられ、遊星ローラ１１の外周面がリングローラ５の内周面に押し付けられた状態となっている。
【００５４】
これにより、リングローラ５の回転が遊星ローラ１１に伝達されて遊星ローラ１１が太陽ローラ１４の外周面を転動した状態となり、遊星ローラ１１が公転することによりキャリア１２が回転する。
また、入力トルクに応じて軸方向に沿った押圧力を生じるローディングカム機構１５が機能することにより、さらに太陽ローラ１４に軸方向に沿った力が作用し、太陽ローラ１４と遊星ローラ１１とが接触する圧力と、遊星ローラ１１とリングローラ５とが接触する圧力とが高くなる。なお、ローディングカム機構１５は周知のものを使用することができる。
これにより、キャリア１２に一体に回転可能となったカムシャフト２が回転する。
【００５５】
ここで、太陽ローラ１４をカムシャフト２の回転方向と同じ方向に回転すると、太陽ローラ１４の回転に伴なって遊星ローラ１１の公転角度が進むことになり、スプロケット１の回転に対してカムシャフト２の回転角度が進んだ状態となり、進角してバルブの開閉タイミングが早くなる。
また、逆に太陽ローラ１４をカムシャフト２の回転方向と逆方向に回転すると、太陽ローラ１４の回転に伴なって遊星ローラ１１の公転角度が遅れることになり、スプロケット１の回転に対してカムシャフト２の回転角度が遅れた状態となり、遅角してバブルの開閉タイミングが遅くなる。
【００５６】
すなわち、上述の電動モータ２７でウォーム２６を回転駆動することで、ウォームホイール２５が回転し、この回転により太陽回転部１６が回転し、太陽ローラ１４が回転することになり、上述のようにカムシャフト２の回転角度をエンジンの回転に対して進角もしくは遅角させるように位相をずらすことができる。
【００５７】
ここで、太陽ローラ１４の外径をＡとし、リングローラ５の内径をＣとした場合に、トルクの入力がスプロケット１を介してリングローラ５から行われ、出力がキャリア１２から行われる今回の場合に、キャリア１２における減速比ａは、a=1/(A/C+1)となる。
ここで、太陽ローラ１４を回転することでキャリア１２の回転角度をずらす場合に、太陽ローラ１４への制御入力をキャリア１２から出力する状態となるので、減速比ａは、a=1/(C/A+1)となる。したがって、キャリア１２と一体に回転するカムシャフト２の回転角度をスプロケット１の回転角度に対してずらす際の角度にa=1/(C/A+1)を乗算して、太陽ローラ１４の回転角度を求めることができる。
【００５８】
以上のような可変バルブタイミング装置によれば、遊星式歯車機構のように歯車を用いていないので、歯車のバックラッシュによりトルク変動があった場合に歯車に衝撃が作用し、衝撃音の発生や耐久性の低下等を招くようなことがなく、容易に実用化することができる。
【００５９】
また、遊星式トラクションドライブ１０を用いることで遊星式歯車機構を用いた場合と同様に広い範囲に渡って高精度でスプロケット１の回転角度に対するカムシャフトの回転角度を変更することが可能となるとともに、電動モータ２７を動作させることで、カムシャフト２のスプロケット１に対する回転角度のずれをいつでも変更することが可能であり、電源を切っていなければ、エンジンが停止した状態でもカムシャフト２のスプロケット１に対する回転角度のずれを変更することができる。
【００６０】
したがって、油圧を用いた場合のように、エンジンを停止した際や、エンジンがアイドリング状態でトルクが低い場合などに、カムシャフト２のスプロケット１に対する回転角度のずれを変更できなくなったり、設定できななくなったりすることがない。また、エンジン停止時に電動モータ２７を作動させなければ、太陽ローラ１４の角度がそのまま維持されるので、エンジン停止時からエンジン始動時まで、カムシャフト２のスプロケット１に対する回転角度のずれを維持することができる。
【００６１】
しかし、遊星式トラクションドライブ１０では、ローラ同士で回転を伝達するために、クリープ（滑り）が生じ、長時間連続使用した場合に、クリープによる誤差が大きくなり、精度の高いカムシャフト２の回転角度の制御が困難となってしまう。
そこで、この例では、カムシャフト２の回転角度を上述のカム角センサ２８で計測し、クリープよる誤差を修正しながら制御を行うか、カム角センサ２８から出力されるカムシャフト２の回転角度を示す信号に基づいてフィードバック制御を行うようになっており、クリープによる精度の低下を防止するようになっている。
【００６２】
図４は、前記第１の実施例の可変バルブタイミング装置の変形例を示す断面図であり、ローディングカム機構１５を取り除いた構造となっている。そして、ローディングカム機構１５が間に配置されていた太陽回転部１６と太陽ローラ１４とが一体に形成され、かつ、アンギュラ軸受２０が押さえ部材１９とフランジ部材１８との間ではなく、押え部材１９と太陽ローラ１４の後端部とに配置されており、フランジ部材１８を設けない構造となっている。
【００６３】
そして、フランジ部材１８に代えて太陽回転部１６に設けられ、太陽回転部１６の他の部分より径が広くされて外周側にフランジ状に突出した拡径部１６ａが設けられ、当該拡径部１６ａとアンギュラ軸受２０との間にベルビルスプリング２１が配置されており、これにより、太陽回転部１６および太陽ローラ１４がカムシャフト２の軸方向に沿って先端部側（リングローラ５側）に押圧されている。
【００６４】
この図４に示す変形例の可変バルブタイミング装置においても、第１の実施の形態の可変バルブタイミング装置と同様の作用効果を得ることができるが、太陽ローラ１４に軸方向に沿ってかけられる押圧力がベルビルスプリング２１の付勢力だけとなるので、トルクの大きな大型のエンジンで使用することが困難であり、可変バルブタイミング装置への入力トルクが小さな小型のエンジンで好適に用いることができる。そして、小型のエンジンでは、ローディングカム機構１５が設けられないことにより、可変バルブタイミング装置の構成の簡素化とコストの低減を図ることができる。
【００６５】
図５〜図７は、本発明の第２の実施の形態に係る可変バルブタイミング装置を示すものである。
図５は本発明の第２の実施の形態に係る可変バルブタイミング装置の基本構成レイアウト図であり、図６は可変バルブタイミング装置の断面図であり、図７は可変タイミング装置の正面図である。
【００６６】
第２の実施の形態に係る可変バルブタイミング装置は、第１の実施の形態に係る可変バルブタイミング装置に太陽歯車４１と遊星歯車４２を加え、カム角センサ２８に代えて太陽角センサ４４を設けたものとなっており、それ以外の点については、第１の実施の形態と同様の構成を有するものとなっており、図５〜図７に図１〜図３と同様の符号を付してその説明を省略する。
【００６７】
太陽歯車４１は、第１の実施の形態のフランジ部材１８の位置に、フランジ部材１８に代えて設けられている。そして、太陽歯車４１は、太陽回転部１６の先端部周囲に太陽回転部１６と一体に回転可能に固定されている。すなわち、太陽歯車４１は、環状に形成され、太陽歯車４１の内側に太陽回転部１６が挿入（嵌入）されて固定されている。
したがって、太陽歯車４１は、太陽ローラ１４と一体に回転可能となっている。そして、太陽歯車４１の外周には、遊星歯車４２と噛み合う歯が形成されている。
【００６８】
なお、第１の実施の形態では、アンギュラ軸受２０が筒状回転体６の内周に固定された押さえ部材１９と、フランジ部材１８との間に配置されていたが、第２の実施の形態では、アンギュラ軸受２０が押さえ部材１９と太陽回転部１６との間に配置されている。
また、第１の実施の形態では、アンギュラ軸受２０が遊星ローラ１１の直ぐ後ろに配置されていたのに対して第２の実施の形態では、太陽歯車４１の周囲に配置される遊星歯車４２の後に配置されている。
【００６９】
また、第１の実施の形態ではベルビルスプリング２１がフランジ部材１８のフランジ部１８ｂを先側に付勢する構成となっていたが、第２の実施の形態では、ベルビルスプリング２１が太陽回転部１６に固定されている太陽歯車４１を付勢するようになっている。
したがって、第２の実施の形態においては、太陽歯車４１より後側にアンギュラ軸受２０およびベルビルスプリング２１が配置されることにより、太陽歯車４１の周囲に遊星歯車４２を配置するための空間が確保されている。
【００７０】
また、太陽歯車４１は、第１の実施の形態のフランジ部材１８より小径とされており、遊星歯車４２の配置空間を確保している。
また、遊星歯車４２は、太陽歯車４１の周囲に複数配置されて、太陽歯車４１に噛み合った状態で太陽歯車４１の周囲を転動可能となっている。
また、この例においては、遊星歯車４２を自転自在かつ公転自在に支持し、かつ、遊星歯車の公転と一体に回転する歯車キャリア４３を備えている。そして、この例では、歯車キャリア４３が、遊星ローラ１１を自転自在に支持するとともに公転自在に支持し、遊星ローラ１１の公転と一体となって回転するキャリア１２と一体に回転するようになっている。
【００７１】
また、遊星歯車４２と遊星ローラ１１の数が同じとされている。
そして、歯車キャリア４３は、キャリア１２に支持された遊星ローラ１１の後側に配置され、キャリア１２に設けられ遊星ローラ１１を回転自在に支持する遊星軸１２ａの後端部に固定され、キャリア１２と当該歯車キャリア４３が一体に回転するようになっている。
【００７２】
また、歯車キャリア４３には、遊星歯車４２を回転自在に支持する歯車軸４２ａが設けられ、当該歯車軸４２ａに設けられたラジアル軸受（ラジアルニードル軸受）４２ｂを介して前記遊星歯車４２が当該歯車軸４２ａに回転自在（自転自在）に取り付けられている。また、歯車軸４２ａ、すなわち遊星歯車４２の回転軸方向は、カムシャフト２と平行となっている。
【００７３】
したがって、歯車キャリア４３もキャリア１２と同様に延長軸３およびキャリア１２を介してカムシャフト２と一体に回転する。
これにより、太陽ローラ１４と太陽回転部１６と一体に太陽歯車４１が回転し、かつ、カムシャフト２とキャリア１２と歯車キャリア４３とが一体に回転する。そして、歯車キャリア４３と一体に公転する遊星歯車４２が太陽ローラ１４と一体に回転する太陽歯車４１に噛み合っていることになる。
【００７４】
したがって、太陽回転部１６を回転させて、カムシャフト２の回転をスプロケット１の回転に対して設定角度だけ早めたり、設定角度だけ遅らせたりする際に、太陽歯車４１を回転することで、遊星歯車４２がクリープすることなく回転し、これにより遊星キャリア４３が回転するとともに、遊星キャリア４３と一体にカムシャフト２に接続されたキャリア１２が回転する。また、キャリア１２は、エンジンの回転に対応して回転するリングローラ５の回転が遊星ローラ１１に伝動されることにより、遊星ローラ１１の公転に対応して回転している。
したがって、太陽歯車４１を回転させると、太陽歯車４１の回転した分だけ、確実にキャリア１２の回転位相が早められたり、遅くされたりすることになる。すなわち、太陽ローラ１４を回転させることにより、遊星ローラ１１を介してキャリア１２の回転位相を早めたり、遅らせたりする際に、太陽歯車４１と遊星歯車４２および遊星キャリア４３が介在することにより、ローラ同士のクリープによる誤差が発生しない。
【００７５】
言い換えれば、太陽歯車４１の回転は、クリープによる誤差なしに、キャリア１２に接続されたカムシャフトに伝達され、エンジンの回転（リングローラ５の回転）に対する位相差が決定される。
ここで、上述のように太陽ローラ１４と遊星ローラ１１との間ですべりが生じ、遊星ローラ１１の自転と公転との関係にずれが生じても、カムシャフト２のスプロケット１に対する位相差となる角度は太陽歯車４１の角度を検知することで検知できることから、回転する遊星ローラ１１が太陽ローラ１４やリングローラ５に対して滑ってクリープした状態でも、太陽歯車４１の角度を検知しながら制御することで、正確なカムシャフト２の位相差となる角度の制御が可能となる。
【００７６】
また、基本的にトルクは、リングローラ５と遊星ローラ１１との間で伝達され、たとえば、クリープが生じた際に、この例ではリング歯車がないことから太陽歯車４１と遊星歯車４２との間でトルクが生じることはないので、バックラッシュにより大きな衝撃が発生することがなく、騒音や耐久性の問題が生じることがない。
また、第２の実施の形態では、クリープが防止されるので、カムシャフト２の回転角度を測定するカム角センサ２８が備えられておらず、その代わりに太陽歯車４１および太陽ローラ１４の回転角度を検知する太陽角センサ（太陽角検知手段）４４が設けられている。太陽角センサ４４としては、たとえば、非接触式の各種エンコーダを使用することができる。また、カムシャフト２の位相をスプロケット１に対して適正な範囲内で早めたり遅くしたりする際に、各ローラの径の比（各歯車のギヤ比）にもよるが、太陽歯車の回転角度の範囲を例えば１２０度以内とすることが可能なので（少なくとも太陽歯車を複数回転させる必要がないので）、接触式センサでも十分に対応可能である。
【００７７】
すなわち、この例ではクリープを考慮しなくていいことから、太陽角センサ４４により測定される太陽歯車４１および太陽ローラ１４の回転角度により、カムシャフト２のスプロケット１に対する上述の進角および遅角を直接制御することになる。
例えば、第１の実施の形態においては、フィードバック制御とした場合に、カムシャフト２の進角および遅角をカム角センサ２８で計測しながら太陽ローラ１４を回転させることになるが、第２の実施の形態では、太陽ローラ１４および太陽歯車４１の回転角度だけでカムシャフト２の進角および遅角を制御する。
【００７８】
なお、太陽ローラ１４および太陽歯車４１の回転角度とカムシャフト２の回転角度との関係は第１の実施の形態の場合と同様である。
そして、第１の実施の形態の可変バルブタイミング装置では、遊星式トラクションドライブのクリープによりカムシャフト２の位相の制御角がずれるため、カムシャフト２の回転角度を測定するカム角センサ２８が必要であったが、第２の実施の形態では上述のように太陽歯車４１の回転角度を制御することによりカムシャフト２の位相の制御角を正確に制御できるので不用となる。
カム角センサ２８の場合には、カムシャフト２と一体に回転するため、正確なカム角（位相差となる角度）の検知が難しい。すなわち、カムシャフト２が回転した状態で、スプロケット１の回転に対する位相差となる角度を求めなければならない。それに対して太陽角センサ４４では、太陽ローラ１４（太陽歯車４１）の回転角度を計測することにより、ギアによる減速分が含まれるが、カムシャフト２の回転の位相差となる角度をそのまま求めることができる。
なお、第２の実施の形態においても、カムシャフト２の回転角度を測定するカム角センサ２８を設けるものとしてもよい。
【００７９】
また、第２の実施の形態においても、トルクの小さい小型のエンジンに適用する場合には、ローディングカム機構１５を設けずにベルビルスプリング２１だけで、太陽ローラ１４等をカムシャフト２の軸方向に押圧するものとしてもよい。また、遊星歯車４２と遊星ローラ１１の回転角度を同期させる手段を設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る可変バルブタイミング装置の基本構成レイアウト図である。
【図２】前記可変バルブタイミング装置の断面図である。
【図３】前記可変バルブタイミング装置の正面図である。
【図４】前記第１の実施の形態に係る可変バルブタイミング装置の変形例を示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態係る可変バルブタイミング装置の基本構成レイアウト図である。
【図６】前記可変バルブタイミング装置の断面図である。
【図７】前記可変バルブタイミング装置の正面図である。
【符号の説明】
【００８１】
１      スプロケット（第１の回転体）
２      カムシャフト
３      延長軸（第２の回転体）
１０    遊星式トラクションドライブ
１１    遊星ローラ
１２    キャリア
１３    リングローラ
１４    太陽ローラ
１５    ローディングカム機構（押圧手段）
２１    ベルビルスプリング（押圧手段）
２７    電動モータ
４１    太陽歯車
４２    遊星歯車
４４    太陽角センサ（太陽角検知手段）
【図１】
2010077814.tif 000003
【図２】
2010077814.tif 000004
【図３】
2010077814.tif 000005
【図４】
2010077814.tif 000006
【図５】
2010077814.tif 000007
【図６】
2010077814.tif 000008
【図７】
2010077814.tif 000009