(57)【要約】      （修正有）【課題】位相調整対象物の位相を調整するために容易に導入することができ、かつ簡素でコンパクトな位相調整装置を提供する。【解決手段】位相調整装置１００は、伝動回転体８、剛性歯車１２、可撓性歯車１３、波動発生器２０、位置決め部材１４,１８を有す。伝動回転体は、定常時に位相調整対象物６と一体回転する。剛性歯車は、伝動回転体に相対回転不能に設けられ、周方向に剛性歯１２ａを有す。可撓性歯車は、位相調整対象物に回転不能に設けられ、複数の剛性歯と部分噛合う可撓性歯１３ｃを周方向に有す。波動発生器は、可撓性歯車の可撓性歯の裏面に設けられ、回転することで、可撓性歯を剛性歯側へ押し剛性歯と噛合う前記可撓性歯を周方向に移動させる。位置決め部材は、波動発生器および可撓性歯車の軸方向の相対位置を制限する。複数の剛性歯の歯数と、複数の可撓性歯の歯数は相違する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸状の位相調整対象物と中心軸を一致させた状態で配置され、定常時には前記位相調整対象物と一体的に回転する伝動回転体と、
中心軸を一致させた状態で、前記伝動回転体に対して相対回転不能に設けられるとともに、周方向に沿って複数の剛性歯を有する剛性歯車と、
中心軸を一致させた状態で、前記位相調整対象物に対して相対回転不能に設けられるとともに、前記複数の剛性歯と部分的に噛み合う複数の可撓性歯を周方向に沿って有する可撓性歯車と、
中心軸を一致させた状態で、前記可撓性歯車の前記複数の可撓性歯の裏面側に設けられるとともに、回転することで、前記可撓性歯を前記剛性歯に近づく側へ押して前記剛性歯と噛み合う前記可撓性歯の位置を周方向に移動させる波動発生器と、
前記波動発生器および前記可撓性歯車の軸方向の相対位置を制限する位置決め部材と、
を備え、
前記複数の剛性歯の歯数と、前記複数の可撓性歯の歯数とが、相違する位相調整装置。
【請求項２】
請求項１に記載の位相調整装置であって、
前記伝動回転体は、すべり軸受を介して前記位相調整対象物の外側に配置される位相調整装置。
【請求項３】
請求項２に記載の位相調整装置であって、
前記剛性歯は、前記剛性歯車の内周面に設けられる内歯であり、
前記可撓性歯は、前記可撓性歯車の外周面に設けられる外歯であり、
前記波動発生器は、前記可撓性歯車の径方向内側に設けられ、外周面が中心軸方向に見たときに非真円状のカムを有する、位相調整装置。
【請求項４】
請求項３に記載の位相調整装置であって、
前記カムの外周面を中心軸方向に見たときの形状が楕円である位相調整装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の位相調整装置であって、
前記位置決め部材は、前記可撓性歯車と前記カムとの軸方向における間隙に設けられるスペーサを含む位相調整装置。
【請求項６】
請求項５に記載の位相調整装置であって、
前記スペーサは、前記可撓性歯車と前記カムとの軸方向における前記間隙を増大させる方向に付勢する弾性体である位相調整装置。
【請求項７】
請求項３から請求項６までのいずれか１項に記載の位相調整装置であって、
前記カムの外周面と、前記可撓性歯車の内周面との間に、すべり軸受が備えられる位相調整装置。
【請求項８】
請求項１に記載の位相調整装置であって、
前記剛性歯は、前記剛性歯車の端面に円環状に並ぶ第１側面歯であり、
前記可撓性歯車は、中心軸に対して垂直または斜めに広がる皿状であり、
前記可撓性歯は、前記可撓性歯車の端面に円環状に並ぶ第２側面歯であり、
前記波動発生器は、
前記可撓性歯車を挟んで前記剛性歯車とは反対側に配置され、中心軸から径方向外側へ向けて延びるとともに、前記中心軸を中心として回転する腕部と、
前記腕部に支持された回転軸を中心として回転するローラと、
を含む位相調整装置。
【請求項９】
請求項８に記載の位相調整装置であって、
前記第２側面歯は、前記第１側面歯よりも多い歯数を有する位相調整装置。
【請求項１０】
請求項８または請求項９に記載の位相調整装置であって、
複数の前記ローラは、中心軸の周囲において、周方向に等間隔に配置されている位相調整装置。
【請求項１１】
請求項８から請求項１０までのいずれか１項に記載の位相調整装置であって、
前記位置決め部材は、転がり玉軸受を含む位相調整装置。
【請求項１２】
請求項１から１１までのいずれか１項に記載の位相調整装置であって、
一端部が閉塞部で閉塞された筒状の形状を有し、その空洞部分に前記位相調整対象物の一端部が嵌め込まれた状態で、当該位相調整対象物に対して固定されるベース部材
をさらに備え、
前記伝動回転体は、軸受を介して前記ベース部材の周壁部に取り付けられ、
前記剛性歯車は、前記伝動回転体に固定され、または前記伝動回転体と一体的に設けられ、
前記可撓性歯車は、前記ベース部材の前記閉塞部に固定される位相調整装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の位相調整装置であって、
前記可撓性歯車を収容するとともに、前記伝動回転体に接続される筐体
を備え、
前記筐体内に、前記波動発生器が収容される位相調整装置。
【請求項１４】
請求項１から請求項１３までのいずれか１項に記載の位相調整装置であって、
前記伝動回転体は、外部の駆動軸と連動して回転する位相調整装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の位相調整装置であって、
前記波動発生器には、電動機からの動力が入力される位相調整装置。
【請求項１６】
請求項１４または請求項１５に記載の位相調整装置であって、
前記駆動軸は、内燃機関のクランクシャフトであり、
前記位相調整対象物は、前記内燃機関のカムシャフトである位相調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、軸状の位相調整対象物に、外部の駆動軸からの動力を、ベルトおよびプーリ等の動力伝達部材を介して伝達することにより、前記駆動軸と連動して位相調整対象物を駆動させる技術が広く知られている。また、上記のような構成により定常時は駆動軸と連動して回転する位相調整対象物を、必要に応じて、前記駆動軸とは連動させずに若干だけ回転させて、当該位相調整対象物の位相を調整する技術も知られている。この種の技術は、例えば特開２００９−６８５００号公報に記載されている。
【０００３】
特開２００９−６８５００号公報には、内燃機関のクランクシャフトと同期して回転するタイミングロータと、このタイミングロータと相対回転運動が可能なカムシャフトとが、開示されている。そして、特開２００９−６８５００号公報に開示される内燃機関用バルブタイミング調整装置は、油圧サーボシステムで作動する可変バルブタイミング機構によって、エンジン始動時に所定のモードである場合に、カムシャフトの位相を進角側に移動する、としている。この構成によれば、カムシャフトを、必要な場合に限り、クランクシャフトとは連動させずに、若干だけ回転させて位相を調整することができると考えられる。
【特許文献１】特開２００９−６８５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特開２００９−６８５００号公報に記載の可変バルブタイミング機構は、油圧を用いた複雑な構成であるため、油圧配管や油圧バルブやスプリング等の、必要となる部品点数が多く、大型化しやすい。そのため、このようなバルブタイミング調整装置を内燃機関に導入するに際しては、多大な手間やコストが掛かっていた。
【０００５】
本発明は以上の事情に鑑みてなされたものであり、その潜在的な目的は、位相調整対象物の位相を調整するために容易に導入することができ、かつ簡素でコンパクトな構成である、位相調整装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
【０００７】
本発明の観点によれば、以下の構成の位相調整装置が提供される。即ち、この位相調整装置は、伝動回転体と、剛性歯車と、可撓性歯車と、波動発生器と、位置決め部材と、を備える。前記伝動回転体は、軸状の位相調整対象物と中心軸を一致させた状態で配置され、定常時には前記位相調整対象物と一体的に回転する。前記剛性歯車は、中心軸を一致させた状態で、前記伝動回転体に対して相対回転不能に設けられるとともに、周方向に沿って複数の剛性歯を有する。前記可撓性歯車は、中心軸を一致させた状態で、前記位相調整対象物に対して相対回転不能に設けられるとともに、前記複数の剛性歯と部分的に噛み合う複数の可撓性歯を周方向に沿って有する。前記波動発生器は、中心軸を一致させた状態で、前記可撓性歯車の前記複数の可撓性歯の裏面側に設けられるとともに、前記可撓性歯を前記剛性歯に近づく側へ押して、前記可撓性歯を前記剛性歯と部分的に噛み合わせる。前記波動発生器は、回転することで、前記剛性歯に対する前記可撓性歯の位置を周方向に移動させる。前記位置決め部材は、前記波動発生器および前記可撓性歯車の軸方向の相対位置を制限する。前記複数の剛性歯の歯数と、前記複数の可撓性歯の歯数とは、相違する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の観点によれば、位相調整対象物の位相を調整するために容易に導入することができ、かつ簡素でコンパクトな構成の、位相調整装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第１実施形態に係る位相調整装置が搭載された内燃機関のシリンダブロックの例を示す図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係る位相調整装置の縦断面図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係る位相調整装置を、図２のＩ−Ｉ方向に見たときの平面図である。
【図４】図４は、第２実施形態に係る位相調整装置の縦断面図である。
【図５】図５は、第２実施形態に係る位相調整装置を、位相調整対象物に取り付けたときの様子を示す縦断面図である。
【図６】図６は、第３実施形態に係る位相調整装置の縦断面図である。
【図７】図７は、第３実施形態に係る位相調整装置を、図６のII−II方向に見たときの様子を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本願の例示的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本願では、軸状の位相調整対象物の中心軸と平行な方向を「軸方向」、位相調整対象物の中心軸に直交する方向を「径方向」、位相調整対象物の中心軸を中心とする円弧に沿う方向を「周方向」と、それぞれ称する場合がある。また、本願において、「平行な方向」とは、略平行な方向も含む。また、本願において「直交する方向」とは略直交する方向も含む。
【００１１】
＜１．第１実施形態＞
＜１−１．位相調整装置が搭載される内燃機関の構成＞
以下では、図１を参照して、位相調整装置１００を適用した内燃機関１の構成について説明する。図１は、第１実施形態に係る位相調整装置１００が搭載された内燃機関１のシリンダブロック２の例を示す図である。
【００１２】
初めに、本実施形態に係る位相調整装置１００が搭載された内燃機関１の概略的な構成について、図１を参照して説明する。
【００１３】
内燃機関１のクランクシャフト（駆動軸）３は、シリンダブロック２に水平に掛け渡される。クランクシャフト３が回転することにより、シリンダブロック２内に形成される気筒内で、ピストンが往復運動する。クランクシャフト３の一端部には、スプロケット４が固定される。スプロケット４は、クランクシャフト３と中心軸を一致させた状態で、クランクシャフト３と一体となって回転する。
【００１４】
クランクシャフト３の上方には、内燃機関１の吸気弁を開閉するためのカムシャフト（位相調整対象物）６、および、内燃機関１の排気弁を開閉するためのカムシャフト（位相調整対象物）７が、設けられる。カムシャフト６およびカムシャフト７は、クランクシャフト３と平行な状態で掛け渡される。カムシャフト６の一端部には、スプロケット（伝動回転体）８が固定される。スプロケット８は、カムシャフト６と中心軸を一致させた状態で、カムシャフト６と一体となって回転する。カムシャフト７の一端部には、スプロケット（伝動回転体）９が固定される。スプロケット９は、カムシャフト７と中心軸を一致させた状態で、カムシャフト７と一体となって回転する。
【００１５】
また、スプロケット４，８，９の外周の歯に噛み合うチェーン１０が、スプロケット４，８，９の外周面に巻き掛けられる。この構成により、クランクシャフト３の回転に連動して、カムシャフト６，７が回転する。
【００１６】
このような構成の内燃機関１において、ピストンが前記気筒内の上死点近傍に到達したときに、気筒内で爆発が生じるように、カムシャフト６，７の回転が、クランクシャフト３の回転と連動されている。より具体的には、ピストンの往復運動と、吸気弁および排気弁の開閉のタイミングとが、同期されている。このように、定常時には、カムシャフト６，７がクランクシャフト３と連動して回転することにより、適時に外部の空気（吸気）が気筒内に取り込まれ、また、適時に燃焼後のガスが排出される。
【００１７】
ただし、一般的に、クランクシャフト３の回転数や、吸気の温度や、燃焼噴射量等の様々な条件に応じて、吸気弁および排気弁を開閉する最適なタイミングは、異なる。そこで、本実施形態では、カムシャフト６，７の一端部に、第１実施形態に係る位相調整装置１００をそれぞれ取り付けている。なお、スプロケット８，９は、位相調整装置１００の一部をなす。
【００１８】
カムシャフト６に取り付けられている位相調整装置１００と、カムシャフト７に取り付けられている位相調整装置１００とは、構成が同じであるため、以下では、カムシャフト６に取り付けられている位相調整装置１００についてのみ説明する。
【００１９】
＜１−２．位相調整装置の構成＞
次に、本発明の第１実施形態に係る位相調整装置１００の構成について、図２および図３を参照して説明する。図２は、本実施形態に係る位相調整装置１００の縦断面図である。図３は、後述するボルト１６および押さえ板１８を取り外した状態で、図２のＩ−Ｉ方向に見たときの、位相調整装置１００の平面図である。
【００２０】
本実施形態の位相調整装置１００は、後述する剛性内歯歯車１２と可撓性外歯歯車１３との差動を利用して、位相調整対象物としてのカムシャフト６の位相を調整する装置である。位相調整装置１００は、カムシャフト６に対して組み付けられ、定常時にはクランクシャフト３と連動して回転駆動するカムシャフト６に対して、必要に応じて位相の調整を行う。
【００２１】
図２および図３に示すように、位相調整装置１００は、上述したスプロケット（伝動回転体）８と、すべり軸受１１と、剛性内歯歯車（剛性歯車）１２と、可撓性外歯歯車（可撓性歯車）１３と、スペーサ１４と、波動発生器２０と、を備えている。
【００２２】
スプロケット８は、カムシャフト６と中心軸Ｃを一致させた状態で、カムシャフト６の一端部に固定される。より詳細には、スプロケット８の内周面と、カムシャフト６の外周面との間に、すべり軸受１１を介在させた状態で、カムシャフト６の径方向外側にスプロケット８が固定される。スプロケット８に第１入力回転数の動力が入力されたとき、カムシャフト６はスプロケット８と一体的に回転する。
【００２３】
なお、後に詳述するが、カムシャフト６に別の伝達経路で回転動力が入力されたとき、当該カムシャフト６はスプロケット８とは連動せずに、スプロケット８に対して相対回転することも可能となっている。すべり軸受１１は、樹脂製であっても、金属製であっても、いずれであってもよい。
【００２４】
剛性内歯歯車１２は、中心軸Ｃを中心とする円環状の部材である。剛性内歯歯車１２の剛性は、後述する可撓性外歯歯車１３の剛性よりも、はるかに高い。したがって、剛性内歯歯車１２は、実質的に剛体とみなすことができる。剛性内歯歯車１２には、周方向に沿って複数の内歯（剛性歯）１２ａが形成される。より具体的には、本実施形態では、剛性内歯歯車１２の内周面に、一定の間隔で複数の内歯１２ａが配列される。剛性内歯歯車１２は、スプロケット８と中心軸Ｃを一致させた状態で、スプロケット８に対して相対回転不能に設けられる。本実施形態では、剛性内歯歯車１２は、スプロケット８の端面に、ボルト１６等の締結具を用いて固定される。ただし、剛性内歯歯車１２は、スプロケット８と一体成形されていてもよい。
【００２５】
可撓性外歯歯車１３は、可撓性薄肉部１３ａと平板部１３ｂとを有するカップ状の部材である。可撓性薄肉部１３ａは、半径方向に撓み可能な円筒状の部分である。平板部１３ｂは、可撓性薄肉部１３ａよりも撓み難い平板状の部分である。図２および図３に示すように、可撓性外歯歯車１３は、剛性内歯歯車１２の径方向内側に配置される。可撓性外歯歯車１３は、前述の複数の内歯１２ａと噛み合う複数の外歯（可撓性歯）１３ｃを周方向に沿って有する。より具体的には、本実施形態の可撓性薄肉部１３ａは、外周面に複数の外歯（可撓性歯）１３ｃを有する。複数の外歯１３ｃは、周方向に沿って、一定の間隔で配列される。上述の剛性内歯歯車１２が有する内歯１２ａの数と、可撓性外歯歯車１３が有する外歯１３ｃの数とは、僅かに相違する。
【００２６】
平板部１３ｂは、カムシャフト６と中心軸を一致させた状態で、カムシャフト６の端面に、ボルト１７等の締結具を用いて固定される。この構成により、可撓性外歯歯車１３が剛性内歯歯車１２に対して相対回転すると、可撓性外歯歯車１３とカムシャフト６とが一体となって、スプロケット８に対して回転する。
【００２７】
スペーサ（位置決め部材）１４は、可撓性外歯歯車１３の平板部１３ｂと、波動発生器２０と、の軸方向における間隙に介在する部材である。スペーサ１４は、円筒部１４ａと底部１４ｂとを含むカップ状の形状を有する。円筒部１４ａを波動発生器２０の側へ向けた状態で、かつ、底部１４ｂが可撓性外歯歯車１３の平板部１３ｂに同軸上で重ね合わされた状態で、底部１４ｂがカムシャフト６に固定される。別の言い方をすれば、スペーサ１４の底部１４ｂと、カムシャフト６の端面と、の間に、可撓性外歯歯車１３の平板部１３ｂが挟まれた状態で、平板部１３ｂと底部１４ｂとがボルト１７によってカムシャフト６の端面に共締めされる。
【００２８】
なお、可撓性外歯歯車１３の平板部１３ｂの中央と、スペーサ１４の底部１４ｂの中央と、にはそれぞれ円孔が開いている。これらの円孔をカムシャフト６の端面の中央に形成された凸部に挿入することにより、カムシャフト６と可撓性外歯歯車１３とスペーサ１４とを容易に同軸上に配置することができる。
【００２９】
図２に示す波動発生器２０は、可撓性外歯歯車１３を撓み変形させるための機構である。波動発生器２０は、楕円カム（カム）２２と、波動すべり軸受（すべり軸受）２３と、を主として備える。波動発生器２０には、電動機２１からの動力が入力される。
【００３０】
電動機２１は、波動発生器２０の駆動源である。電動機２１は、その出力軸２１ａがカムシャフト６の中心軸Ｃと同軸となる状態で、位相調整装置１００に対して取り付けられる。
【００３１】
楕円カム２２は、楕円形のカムプロフィールを有する。図２および図３に示すように、楕円カム２２は、可撓性外歯歯車１３の外歯１３ｃの裏面側に配置される。別の言い方をすれば、楕円カム２２は、可撓性薄肉部１３ａの径方向内側に配置される。楕円カム２２の中央には電動機２１の出力軸２１ａが相対回転不能に固定される。出力軸２１ａの回転に伴って楕円カム２２が第２入力回転数で回転すると、楕円カム２２の外周面に押されて、外歯１３ｃの一部が内歯１２ａへ向けて押される。よって、可撓性外歯歯車１３の外歯１３ｃが剛性内歯歯車１２の内歯１２ａと部分的に噛み合う。
【００３２】
波動すべり軸受２３は、楕円カム２２の外周面と、可撓性外歯歯車１３の可撓性薄肉部１３ａの内周面と、の間に設けられるすべり軸受である。波動すべり軸受は、樹脂製および金属製のいずれであってもよい。波動すべり軸受２３が設けられることにより、可撓性外歯歯車１３の可撓性薄肉部１３ａが、楕円カム２２の外周面に対して周方向に滑るようになっている。
【００３３】
軸方向において楕円カム２２を挟んでスペーサ１４とは反対側には、押さえ板（位置決め部材）１８が備えられる。本実施形態の押さえ板１８は、円板状の部材であり、剛性内歯歯車１２と中心軸Ｃを一致させた状態で、その外周部が当該剛性内歯歯車１２に重ね合わされて、ボルト１６等の締結具により剛性内歯歯車１２の端面に固定される。図２に示すように、スプロケット８と、剛性内歯歯車１２と、押さえ板１８とで取り囲まれる空間に、可撓性外歯歯車１３とスペーサ１４と楕円カム２２とが収容される。
【００３４】
図２に示すように、スペーサ１４と押さえ板１８とで軸方向の両側から挟まれることにより、楕円カム２２の軸方向における位置が固定されている。これにより、外歯１３ｃと内歯１２ａとが安定して噛み合う。
【００３５】
このような構成の位相調整装置１００において、電動機２１が回転駆動することにより当該電動機２１の出力軸２１ａが回転すると、楕円カム２２が出力軸２１ａと一体的に回転する。また、楕円カム２２の回転に伴って、波動すべり軸受２３を介して、可撓性外歯歯車１３の可撓性薄肉部１３ａの内周面が押されることにより、可撓性薄肉部１３ａが楕円状に撓み変形する。これにより、図３のように、可撓性薄肉部１３ａがなす楕円の長軸の両端に相当する２箇所で、外歯１３ｃと内歯１２ａとが噛み合う。このように、外歯１３ｃと内歯１２ａとが、周方向において１８０°回転対称の２箇所で噛み合うので、同時に噛み合う歯の数を多く確保することができる。なお、前記楕円の２箇所以外の位相位置では、外歯１３ｃと内歯１２ａとは噛み合わない。
【００３６】
カムシャフト６の位相を調整するときには、チェーン１０を介してスプロケット８に入力される第１入力回転数に対して、電動機２１から波動発生器２０（楕円カム２２）に入力される第２入力回転数を相違させる。これにより、楕円カム２２は剛性内歯歯車１２に対して相対回転する。剛性内歯歯車１２に対して楕円カム２２が相対回転すると、前記楕円の長軸の位置が周方向に移動するので、外歯１３ｃと内歯１２ａとの噛み合い位置も周方向に移動する。ここで、上述のように、剛性内歯歯車１２の内歯１２ａの数と、可撓性外歯歯車１３の外歯１３ｃの数とは、僅かに相違する。そのため、楕円カム２２が１周するごとに、内歯１２ａと外歯１３ｃとの噛み合い位置が僅かに変化する。よって、この噛み合い位置が変化した分だけ、可撓性外歯歯車１３と一体回転するカムシャフト６を、スプロケット８に対して回転させることができる。その結果、カムシャフト６の位相を、クランクシャフト３とは連動させずに、微調整することができる。
【００３７】
以上に説明したように、本実施形態の位相調整装置１００においては、スプロケット８に入力される第１入力回転数と、波動発生器２０に入力される第２入力回転数とを、相違させることができる。また、剛性内歯歯車１２の内歯１２ａの歯数と、可撓性外歯歯車の外歯１３ｃの歯数とが、相違する。これにより、第１入力回転数と第２入力回転数との差に相当する回転数で、剛性内歯歯車１２と可撓性外歯歯車１３との噛み合い位置が周方向に変移する。この噛み合い位置が一周するごとに、内歯１２ａと外歯１３ｃとの歯数差に相当する回転角だけ、可撓性外歯歯車１３が剛性内歯歯車１２に対して相対回転する。よって、この相対回転の分だけ、位相調整対象物としてのカムシャフト６をスプロケット８に対して回転させることができ、カムシャフト６の位相が調整される。
【００３８】
また、本実施形態の位相調整装置１００では、スプロケット８はすべり軸受１１を介してカムシャフト６の外側に配置される。これにより、転がり玉軸受を採用した場合と比べて、位相調整装置１００の径方向の寸法を小型化することができる。
【００３９】
また、本実施形態の位相調整装置１００では、内歯１２ａは剛性内歯歯車１２の内周面に設けられる。外歯１３ｃは可撓性外歯歯車１３の外周面に設けられる。波動発生器は、可撓性外歯歯車１３の径方向内側に設けられ、中心軸方向にみたときに外周面が非真円状の楕円カム２２を有する。これにより、簡素かつコンパクトな構成で、カムシャフト６の位相を調整することができる。
【００４０】
また、本実施形態の位相調整装置１００では、楕円カム２２のカムプロフィールが楕円状である。これにより、波動発生器２０の楕円カム２２の楕円の長軸に相当する部分で、外歯１３ｃと内歯１２ａとが噛み合う。このように、外歯１３ｃと内歯１２ａとが、周方向において１８０°回転対称の２箇所で噛み合うので、同時に噛み合う歯の数を多く確保することができる。よって、スプロケット８が高速で回転していても、安定して高トルクを伝達することができる。その結果、高精度にカムシャフト６の位相を調整することができる。
【００４１】
また、本実施形態の位相調整装置１００は、楕円カム２２の軸方向の位置を固定するための位置決め部材として、スペーサ１４および押さえ板１８を備える。これにより、楕円カム２２が軸方向に位置決めされ、外歯１３ｃと内歯１２ａとが安定して噛み合う。よって、位相調整装置１００の動作が安定する。
【００４２】
また、本実施形態の位相調整装置１００は、位置決め部材の１つとして、スペーサ１４を含む。これにより、可撓性外歯歯車１３と楕円カム２２との位置関係が安定する。よって、位相調整装置１００の動作の精度が向上する。
【００４３】
また、本実施形態の位相調整装置１００においては、楕円カム２２の外周面と、可撓性外歯歯車１３の可撓性薄肉部１３ａとの間に、すべり軸受としての波動すべり軸受２３を備える。これにより、転がり玉軸受を採用した場合と比べて、省スペースで、可撓性外歯歯車１３の内周面を楕円カム２２の外周面に対して滑らせる機構を実現することができる。よって、位相調整装置１００をより小型化することができる。
【００４４】
また、本実施形態の位相調整装置１００においては、スプロケット８は、外部の駆動軸であるクランクシャフト３と連動して回転する。これにより、定常時にはクランクシャフト３と連動してカムシャフト６を回転駆動させることができる。そして、そのカムシャフト６に対して、必要に応じて適宜の位相の調整を行うことが可能となる。
【００４５】
また、本実施形態においては、波動発生器２０には、電動機２１からの動力が入力される。これにより、電動機２１の回転数を制御することにより、第２入力回転数を増減することができる。よって、容易にカムシャフト６の位相を調整することができる。
【００４６】
また、本実施形態においては、スプロケット８に動力を伝達する駆動軸は、内燃機関１のクランクシャフト３であり、位相調整対象物は、この内燃機関１のカムシャフト６である。このように構成した場合、以下の利点がある。即ち、一般的に、クランクシャフト３の回転数や、吸気の温度や、燃料噴射量等の様々な条件に応じて、内燃機関１の排気弁や吸気弁を開閉する最適なタイミングは異なる。この点、本構成によれば、排気弁や吸気弁を開閉するタイミングをきめ細やかに調整することが可能となり、内燃機関１の燃焼効率を向上させることが可能となる。その結果、省エネに貢献することができる。
【００４７】
また、本実施形態の位相調整装置１００においては、波動発生器２０に第２入力回転数を入力する電動機２１は、内燃機関１の主たる動作を実現させるための動力源とは別に設けた。これにより、例えば電動機２１が何等かの異常によって駆動力をなくして空転した場合にも、内歯１２ａと外歯１３ｃの噛合いは維持されているので、内燃機関１は動作を続ける。別の言い方をすれば、電動機２１が故障等により停止したとしても、吸気弁の開閉のタイミングの微調整が行われなくなるだけで、内燃機関１の通常の運転は継続される。このような構成は、フェイルセーフの観点から好ましい。
【００４８】
＜２．第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る位相調整装置２００の構成について、図４および図５を参照して説明する。図４は、本実施形態に係る位相調整装置２００の縦断面図である。図５は、位相調整装置２００をカムシャフト６、および電動機２１の出力軸２１ａに取り付けたときの様子を示す縦断面図である。なお、以下の説明においては、第１実施形態で既に説明した部材や部位と同様の部材・部位については、第１実施形態で付したのと同一の符号を付し、詳細な説明を省略する場合がある。
【００４９】
図４および図５に示すように、位相調整装置２００は、ベース部材２９を備える点で、第１実施形態に係る位相調整装置１００とは主として異なっている。
【００５０】
ベース部材２９は、位相調整装置２００の各部材を予め組み付けるための部材である。具体的には、ベース部材２９に、スプロケット（伝動回転体）８、すべり軸受１１、剛性内歯歯車１２、可撓性外歯歯車１３、およびスペーサ１４等が組み付けられる。
【００５１】
ベース部材２９は、円筒部２９ａと、閉塞部２９ｂと、を有する円筒状の部材である。円筒部２９ａの一端部が、閉塞部２９ｂにより閉塞されて、カップ状の形状となっている。ベース部材２９の円筒部２９ａの内側に、位相調整対象物としてのカムシャフト６の一端部が嵌め込まれた状態で、ベース部材２９がカムシャフト６の一端部に取り付けられる。ベース部材２９の閉塞部２９ｂの中央には、カムシャフト６の一端部に取り付けるときに用いる取付孔２９ｃが設けられる。
【００５２】
ベース部材２９の円筒部（周壁部）２９ａの径方向外側には、間にすべり軸受１１を介在させて、スプロケット８が設けられる。スプロケット８に第１入力回転数の動力が入力されたとき、ベース部材２９およびカムシャフト６は、スプロケット８と一体的に回転する。
【００５３】
剛性内歯歯車１２は、ベース部材２９と同軸上で、スプロケット８に対して固定的に設けられる。ただし、剛性内歯歯車１２とスプロケット８とは一体成形されていてもよい。
【００５４】
可撓性外歯歯車１３は、ベース部材２９と中心軸Ｃを一致させた状態で、平板部１３ｂが閉塞部２９ｂにボルト２７等の締結具を用いて固定されることにより、ベース部材２９に対して固定的に設けられる。スペーサ１４の底部１４ｂは、軸方向において平板部１３ｂを挟んで閉塞部２９ｂとは反対側に配置された状態で、かつ、中心軸Ｃを一致させた状態で、平板部１３ｂとともに、閉塞部２９ｂにボルト２７で共締めされる。このような構成により、少ない部品点数で各部材を組み付けることができる。
【００５５】
楕円カム２２は、軸方向においてスペーサ１４の底部１４ｂとは反対側の端部に接触して設けられる。楕円カム２２は、可撓性薄肉部１３ａの径方向内側に配置される。楕円カム２２の、軸方向におけるスペーサ１４とは反対側の端部には、押さえ板１８が接触する。このように、スペーサ１４が介在することにより、楕円カム２２が、可撓性薄肉部１３ａの外歯１３ｃの裏面側に対応する位置に、精度よく組み付けられる。
【００５６】
ベース部材２９の閉塞部２９ｂと、スプロケット８の端面と、剛性内歯歯車１２の内周面と、押さえ板１８の端面と、で筐体２５が構成される。別の言い方をすれば、ベース部材２９を軸方向でみたときに、カムシャフト６が嵌め込まれる空洞部とは反対側には、筐体２５で取り囲まれた円柱状の空間が形成される。この空間（筐体２５内）に、可撓性外歯歯車１３、スペーサ１４、波動すべり軸受２３、および楕円カム２２が組み付けられる。
【００５７】
そして、少なくとも、スプロケット８、すべり軸受１１、剛性内歯歯車１２、可撓性外歯歯車１３、およびスペーサ１４を組み付けた状態のベース部材２９が、カムシャフト６と中心軸Ｃを一致させた状態で、カムシャフト６の一端部に取り付けられる。より具合的には、図５に示すように、ベース部材２９の中央の空洞部分に、カムシャフト６の一端部を嵌め込むとともに、カムシャフト６とベース部材２９の径方向の隙間にキー部材２６を挿入する。この状態で、ベース部材２９の閉塞部２９ｂの取付孔２９ｃにボルト２８等の締結具が挿入され、カムシャフト６の端面に締結される。これにより、ベース部材２９、および位相調整装置２００を構成するその他の部材が、カムシャフト６に対して取り付けられる。
【００５８】
以上のように、本実施形態では、ベース部材２９に対して、位相調整装置２００を構成するその他の部材を組み付けたものを、アッセンブリとして、カムシャフト６に容易に取り付けることができる。よって、位相調整装置２００をカムシャフト６に導入する際の組付作業等の煩雑さを軽減することができる。
【００５９】
特に、本実施形態の位相調整装置２００においては、ベース部材２９が備えられる。位相調整装置２００を構成する部材のうち、少なくとも、スプロケット８、剛性内歯歯車１２、および可撓性外歯歯車１３は、ベース部材２９に予め組み付けられる。これにより、予めスプロケット８、剛性内歯歯車１２、および可撓性外歯歯車１３を取り付けたベース部材２９を、カムシャフト６に対して固定することで、位相調整装置２００をカムシャフト６に対して容易に取り付けることができる。別の言い方をすれば、位相調整装置２００の主要な構成をアッセンブリとして取り扱うことが可能となる。よって、位相調整装置２００の取り付けの際の作業の煩雑さを軽減することができる。
【００６０】
また、本実施形態の位相調整装置２００においては、スペーサ１４も、ベース部材２９に予め組み付けられる。これにより、可撓性外歯歯車１３に対して楕円カム２２を容易に位置決めしつつ、当該楕円カム２２を組み付けることができる。
【００６１】
また、本実施形態の位相調整装置２００では、筐体２５内に波動発生器２０の楕円カム２２、および波動すべり軸受２３を収容した状態で、ベース部材２９をカムシャフト６に対して取り付けることもできる。これによれば、位相調整装置２００のほぼ全ての構成をアッセンブリとして取り扱うことが可能となる。よって、カムシャフト６に対する位相調整装置２００の着脱作業が一層容易となる。
【００６２】
＜３．第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る位相調整装置３００の構成について、図６および図７を参照して説明する。図６は、本実施形態に係る位相調整装置３００の縦断面図である。図７は、転がり玉軸受３６、ケース３８、およびボルト３７を取り外した状態で、図６のII−II方向に見たときの位相調整装置３００の平面図である。なお、以下の説明においては、第１実施形態および第２実施形態で既に説明した部材や部位と同様の部材・部位については、第１実施形態で付したのと同一の符号を付し、詳細な説明を省略する場合がある。
【００６３】
第３実施形態に係る位相調整装置３００は、剛性内歯歯車１２に代えて剛性歯車３２を備える点、可撓性外歯歯車１３に代えて可撓性クラウンギア（可撓性歯車）３３を備える点、および、波動発生器２０に代えて波動発生器４０を備える点において、第１実施形態および第２実施形態に係る位相調整装置１００，２００とは主として異なっている。
【００６４】
ベース部材３９は、位相調整装置３００の各部材を予め組み付けるための部材である。具体的には、ベース部材３９に、剛性歯車３２（スプロケット８）、すべり軸受１１、および可撓性クラウンギア３３等が組み付けられる。
【００６５】
ベース部材３９は、円筒部３９ａと、閉塞部３９ｂと、を有する円筒状の部材である。円筒部３９ａの一端部が、閉塞部３９ｂにより閉塞されて、カップ状の形状となっている。ベース部材３９の中央の円筒部３９ａの内側に、カムシャフト６の一端部が嵌め込まれた状態で、ベース部材３９がカムシャフト６の一端部に取り付けられる。ベース部材３９の閉塞部３９ｂの中央には、カムシャフト６の一端部に取り付けるときに用いる取付孔３９ｃが設けられる。また、ベース部材３９の中央部近傍には、可撓性クラウンギア３３を取り付けるときに用いる取付孔３９ｄが設けられる。
【００６６】
ベース部材３９の円筒部３９ａの径方向外側には、間にすべり軸受１１を介在させて、スプロケット８が設けられる。スプロケット８に第１入力回転数の動力が入力されたとき、ベース部材３９およびカムシャフト６は、スプロケット８と一体的に回転する。
【００６７】
本実施形態の円環状の剛性歯車３２は、スプロケット８と一体成形される。剛性歯車３２は、後述の可撓性クラウンギア３３の歯面と対向する端面に、複数の第１側面歯３２ａを有する。複数の第１側面歯３２ａは、剛性歯車３２の端面に円環状に並ぶ。複数の第１側面歯３２ａは、周方向に一定の間隔で配列される。
【００６８】
可撓性クラウンギア３３は、中心軸に対して垂直または斜めに広がる皿状である。可撓性クラウンギア３３は、可撓性を有する材料により構成される。可撓性クラウンギア３３は、第１側面歯３２ａと対向する面に、複数の第２側面歯３３ａを有する。複数の第２側面歯３３ａは、可撓性クラウンギア３３の外周部に沿って円環状に並ぶ。複数の第２側面歯３３ａは、周方向に一定の間隔で配列される。剛性歯車３２が有する第１側面歯３２ａの歯数と、可撓性クラウンギア３３が有する第２側面歯３３ａの歯数とは、僅かに相違する。
【００６９】
可撓性クラウンギア３３の中央部近傍には、複数の取付孔３３ｂが周方向に並んで設けられる。可撓性クラウンギア３３の中央部と、ベース部材３９の閉塞部３９ｂとを、同軸上で接触させた状態で、可撓性クラウンギア３３の取付孔３３ｂと、ベース部材３９の閉塞部３９ｂの取付孔３９ｄとに、ボルト３５等の締結具が挿入されることにより、可撓性クラウンギア３３がベース部材３９に対して固定される。これにより、可撓性クラウンギア３３はベース部材３９およびカムシャフト６に対して相対回転不能となっている。
【００７０】
スプロケット８の外周部には、カップ状のケース３８の鍔部３８ａが、ボルト３７等の締結具により固定される。ケース３８は、中心軸Ｃをベース部材３９と一致させた状態で、設けられる。ケース３８の内側には、円柱状の内部空間が形成される。この内部空間に、可撓性クラウンギア３３が収容される。
【００７１】
ベース部材３９に剛性歯車３２（スプロケット８）および可撓性クラウンギア３３を組み付けたものは、アッセンブリとして、カムシャフト６に取り付けられる。具体的には、カムシャフト６の一端部をベース部材３９の空洞部に嵌め込むとともに、カムシャフト６とベース部材３９の間の径方向の隙間にキー部材２６を挿入する。この状態で、ベース部材３９の閉塞部３９ｂの取付孔３９ｃにボルト２８が挿入され、カムシャフト６の端面にネジ込まれる。これにより、ベース部材３９がカムシャフト６に対して相対回転不能に取り付けられる。
【００７２】
ケース３８は、軸方向における鍔部３８ａとは反対側に、円板状の閉塞部３８ｂを有する。閉塞部３８ｂの中央部には、円形状の貫通孔３８ｃが形成される。貫通孔３８ｃの内周面には、転がり玉軸受（位置決め部材）３６が設けられる。より具体的には、転がり玉軸受３６の外輪は、貫通孔３８ｃの内周面に固定される。
【００７３】
ケース３８の貫通孔３８ｃには、中心軸Ｃを一致させた状態で、かつ、間に転がり玉軸受３６を介在させた状態で、後述する波動発生器４０の円筒状のボス部４１が挿入される。ボス部４１は、転がり玉軸受３６の内輪に対して固定される。
【００７４】
図６に示すように、本実施形態の波動発生器４０は、上述のボス部４１と、腕部４２と、回転軸４３と、ローラ４４とを有する。
【００７５】
腕部４２は、ボス部４１から径方向外側に延びている。本実施形態の腕部４２は、ボス部４１の中心軸Ｃを中心にして回転対称な２つの位置に、設けられている。別の言い方をすれば、本実施形態の腕部４２は、ボス部４１の外周部に２本、周方向に等間隔に備えられる。腕部４２は、軸方向において、可撓性クラウンギア３３を挟んで剛性歯車３２とは反対側に配置される。
【００７６】
腕部４２の先端部には、回転軸４３が備えられている。回転軸４３は、その軸線を、軸方向および径方向に対して傾斜させた状態で設けられる。回転軸４３には、ローラ４４が回転可能に設けられる。ローラ４４は、可撓性クラウンギア３３の第２側面歯３３ａが形成されている側とは反対側の面に、対向する。ローラ４４の外周面は、可撓性クラウンギア３３の歯の裏面側に接触する。
【００７７】
ボス部４１の空洞部に、電動機２１の出力軸２１ａが相対回転不能に挿入される。出力軸２１ａが回転すると、これと一体となってボス部４１が回転する。ボス部４１が回転すると、これと一体的に設けられる腕部４２が、周方向に回転する。ここで、可撓性クラウンギア３３は、ローラ４４が配置されている位相位置において、第２側面歯３３ａの裏面側からローラ４４に押される。これにより、ローラ４４に対応する位相位置において、可撓性クラウンギア３３の外周部が撓んで、第２側面歯３３ａの位置が第１側面歯３２ａの位置に近づく。その結果、剛性歯車３２の第１側面歯３２ａと、可撓性クラウンギア３３の第２側面歯３３ａと、が部分的に噛み合う。このように、第１側面歯３２ａと第２側面歯３３ａとが、周方向において１８０°回転対称の２箇所で噛み合うので、同時に噛み合う歯の数を多く確保することができる。
【００７８】
一方、ローラ４４が配置される位相以外の位置においては、腕部４２のような構造体が存在しない。よって、上記のローラ４４に対応する２箇所以外の位相位置で、第１側面歯３２ａと第２側面歯３３ａとが噛み合ってしまう虞がほとんどない。
【００７９】
カムシャフト６の位相を調整するときには、チェーン１０を介してスプロケット８に入力される第１入力回転数に対して、電動機２１から波動発生器４０（ボス部４１）に入力される第２入力回転数を相違させる。これにより、腕部４２を剛性歯車３２に対して相対回転させる。腕部４２が周方向に相対回転すると、ローラ４４が周方向に相対移動するので、第１側面歯３２ａと第２側面歯３３ａとの噛み合い位置も周方向に移動する。ここで、上述のように、剛性歯車３２の第１側面歯３２ａの数と、可撓性クラウンギア３３の第２側面歯３３ａの数とは、僅かに相違する。そのため、腕部４２が１周するごとに、第１側面歯３２ａと第２側面歯３３ａとの噛み合い位置が僅かに変化する。よって、この噛み合い位置が変化した分だけ、可撓性クラウンギア３３と一体回転するカムシャフト６を、スプロケット８に対して回転させることができる。その結果、カムシャフト６の位相を、クランクシャフト３とは連動させずに、微調整することができる。
【００８０】
なお、より詳細には、第２側面歯３３ａの歯数は、第１側面歯３２ａの歯数よりも多くなるように設計されている。これにより、電動機２１の出力軸２１ａが増減速する方向と、スプロケット８に対してカムシャフト６が進角・遅角する方向と、を一致させることができるため、位相の調整が容易となる。
【００８１】
以上に説明したように、本実施形態の位相調整装置３００においては、可撓性クラウンギア３３の第２側面歯３３ａの裏面にローラ４４が接触することで、第２側面歯３３ａが剛性歯車３２の第１側面歯３２ａと部分的に噛み合う。この構成によれば、波動発生器４０の挙動に連動して可撓性クラウンギア３３の可撓性歯３３ａの裏面を滑らせるために、特殊な軸受（例えば、柔軟性を有する軸受）を介在させる必要がない。よって、位相調整装置３００を簡素かつ安価な構成とすることができる。
【００８２】
また、本実施形態の位相調整装置３００においては、複数のローラ４４は、ボス部４１の中心軸の周囲において、周方向に等間隔に配置されている。これにより、波動発生器４０の複数のローラ４４に対応する部分で、第１側面歯３２ａと第２側面歯３３ａとが、周方向において複数箇所で噛み合うので、同時に噛み合う歯の数を多く確保することができる。よって、スプロケット８が高速で回転していても、安定してトルクを伝達することができる。その結果、高精度にカムシャフト６の位相を調整することができる。
【００８３】
また、本実施形態の位相調整装置３００では、転がり玉軸受３６が設けられることで、可撓性クラウンギア３３とローラ４４と剛性歯車３２との軸方向の相対的な位置関係が安定している。これにより、位相調整装置３００の動作の精度が向上する。
【００８４】
＜４．その他の変形例＞
以上、本発明の例示的な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。
【００８５】
上記の実施形態では、可撓性歯車は剛性歯車に対して、１８０°回転対称な２箇所で部分的に噛み合うものとしたが、必ずしもこれに限るものではない。例えばこれに代えて、１２０°間隔の３箇所で噛み合うものとしてもよい。あるいは、４箇所以上で噛み合うものとしてもよい。
【００８６】
上記の第１実施形態で示したスペーサ１４は、弾性体であってもよい。具体的には、スペーサ１４の底部１４ｂをベローズ状にしてもよい。このように構成した場合、スペーサ１４は、可撓性外歯歯車１３と楕円カム２２との軸方向における間隙を増大させる方向に付勢して、与圧を発生させる。その結果、楕円カム２２の軸方向の位置がより安定し、振動や騒音が生じ難くなる。さらに言えば、スペーサ１４の弾性力により、加工時や組み立て時に生じた誤差が吸収される。
【００８７】
上記の第３実施形態では、波動発生器４０のボス部４１と、ケース３８の貫通孔３８ｃの内周面と、の間に転がり玉軸受３６が介在するものとしたが、必ずしもこれに限るものではない。例えば、転がり玉軸受３６に代えてすべり軸受を介在させてもよい。
【００８８】
あるいは、上記の第３実施形態の転がり玉軸受３６の背面に、軸方向寸法を調整するシムが嵌め込まれてもよい。このような構成とした場合、第１側面歯３２ａと第２側面歯３３ａの隙間を適宜調整することができるので、可撓性クラウンギア３３とローラ４４と剛性歯車３２との軸方向の相対的な位置関係がより安定する。
【００８９】
上記の実施形態では、伝動回転体はスプロケット８であり、スプロケット４およびチェーン１０を介して、クランクシャフト３からの動力が伝達されるものとした。しかしながら、これに代えて、伝動回転体をプーリとし、クランクシャフトに固定されたプーリおよびベルトを介して、動力が伝達されるものとしてもよい。
【００９０】
上記の実施形態では、位相調整対象物は、内燃機関１のカムシャフト６であるものとしたが、これに限るものではなく、軸状の様々な構造物を、位相調整対象物とすることができる。具体的には、例えば、水平な軸を中心として回転する複数のローラを並べて構成される搬送装置の、一部のローラを、位相調整対象物としてもよい。その場合、搬送速度や、搬送時に搬送面に生じる張力を、適宜に調整することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本願は、位相調整装置に利用できる。
【符号の説明】
【００９２】
６        カムシャフト（位相調整対象物）
８        伝動回転体（スプロケット）
１１      すべり軸受
１２      剛性内歯歯車（剛性歯車）
１２ａ    内歯（剛性歯）
１３      可撓性外歯歯車（可撓性歯車）
１３ｃ    外歯（可撓性歯）
１４      スペーサ（位置決め部材）
１８      押さえ板（位置決め部材）
２０      波動発生器
２１      電動機
２１ａ    出力軸
２２      楕円カム（カム）
２３      波動すべり軸受（すべり軸受）
２９      ベース部材
３２      剛性歯車
３２ａ    第１側面歯（剛性歯）
３３      可撓性クラウンギア（可撓性歯車）
３３ａ    第２側面歯（可撓性歯）
３９      ベース部材
４０      波動発生器
４１      ボス部
４２      腕部
４３      回転軸
４４      ローラ
１００    位相調整装置
２００    位相調整装置
３００    位相調整装置
【図１】
2019108915.tif 000003
【図２】
2019108915.tif 000004
【図３】
2019108915.tif 000005
【図４】
2019108915.tif 000006
【図５】
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【図６】
2019108915.tif 000008
【図７】
2019108915.tif 000009