(57)【要約】【課題】ばねの応力及びヒステリシスを小さくするための改良押圧ばねアーバーを提供する。【解決手段】カムシャフトフェーザー用のトルク押圧コイルばねが、フェーザーロータに形成された環状ウェルに配置されており、ばねを支持するための中央アーバーが設けられている。中央アーバーの半径は、従来技術では、ばねが５％乃至１０％の半径方向作動隙間を持つようになっている。しかしながら、改良アーバーは、ばねの最も内側のコイル及び最も外側のコイルを支持するアーバーの両端に大半径領域を備えている。これらの領域は、捩じり運動中にばねが横方向にずれないようにするのに役立ち、ばねの接触点での相対移動を小さくし、ばねに作用する応力を減少し、摩擦ヒステリシスを減少することによってばねの効率を向上する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カムシャフトフェーザーのロータをステータに対して回転方向に押圧するためのばねアッセンブリであって、
ａ）前記ロータに連結された中央ばねアーバーと、
ｂ）前記ばねアーバーを取り囲む捩じりばねでとを備え、
前記捩じりばねは、螺旋状に配置された複数のコイルを有し、前記複数のコイルは、その内端の最も内側のコイルと、その外端の最も外側のコイルと、これらの間の少なくとも一つの中間コイルとを含み、前記ばねは内半径を有しており、
前記最も内側のコイル及び前記最も外側のコイルのうちの一方は、前記ロータに連結されており、前記最も内側のコイル及び前記最も外側のコイルのうちの他方は、前記ステータに連結されており、
前記中間コイルと隣接した前記ばねアーバーの第１半径が、前記ばねの前記内半径よりも小さく、
前記最も内側のコイル及び前記最も外側のコイルと隣接した前記ばねアーバーの、所定の角度領域に亘る第２半径が、前記第１半径よりも大きい、ばねアッセンブリ。
【請求項２】
請求項１に記載のばねアッセンブリにおいて、
前記ばねアーバーの前記第２半径は、前記ばねの前記内半径よりも僅かに小さい、ばねアッセンブリ。
【請求項３】
請求項１に記載のばねアッセンブリにおいて、
前記最も内側のコイルの前記角度領域は、前記最も内側のコイルの端からコイルの１巻回の約１／４に亘る位置に配置される、ばねアッセンブリ。
【請求項４】
請求項１に記載のばねアッセンブリにおいて、
前記最も外側のコイルの前記角度領域は、前記最も外側のコイルの端からコイルの１巻回の約１／４に亘る位置に配置される、ばねアッセンブリ。
【請求項５】
請求項１に記載のばねアッセンブリにおいて、
前記最も外側のコイルは、前記ステータに連結されている、ばねアッセンブリ。
【請求項６】
請求項１に記載のばねアッセンブリにおいて、
前記最も内側のコイルは、前記ステータに連結されている、ばねアッセンブリ。
【請求項７】
カムシャフトフェーザーであって、
ａ）ステータと、
ｂ）前記ステータ内に回転するように配置されたロータと、
ｃ）前記ロータを前記ステータに対して回転方向に押圧するためのばねアッセンブリとを備え、
前記ばねアッセンブリは、
前記ロータに連結された中央ばねアーバーと、
前記ばねアーバーを取り囲む捩じりばねとを有しており、
前記捩じりばねは、螺旋状に配置された複数のコイルを有しており、前記複数のコイルは、その内端の最も内側のコイルと、その外端の最も外側のコイルと、これらの間の少なくとも一つの中間コイルとを含み、前記ばねは内半径を有しており、
前記最も内側のコイルは、前記ロータに連結されており、前記最も外側のコイルは、前記ステータに連結されており、
前記中間コイルと隣接した前記ばねアーバーの第１半径が、前記ばねの前記内半径よりも小さく、
前記最も内側のコイル及び前記最も外側のコイルと隣接した前記ばねアーバーの、所定の角度領域に亘る第２半径が、前記第１半径よりも大きい、カムシャフトフェーザー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃エンジンのカムシャフトとクランクシャフトとの間の位相関係を制御するためのカムシャフトフェーザー（カムシャフト位相制御装置）に関し、更に詳細には、ロータを末端位置に向かって押圧するための捩じりばねを持つベーン型フェーザーに関し、更に詳細には、ばねの応力及びヒステリシスを小さくするための改良押圧ばねを持つアーバーに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃エンジンのピストンとバルブとの間の位相関係を変化するためのカムシャフトフェーザーは周知である。幾つかの従来技術のカムシャフトフェーザーは、ロータを末端回転位置に向かって押圧するための捩じり押圧ばねを含む。代表的には、このようなばねは、ロータハブ内のウェル（穴）内のアーバーに設けられている。その他のものは、アーバーの周囲でステータカバーの外側に設けられていてもよい。
【０００３】
捩じりばねの直径は、ばねが捩じり力で撓むときに変化する。更に、このようなばねに負荷を加えると、ばねにモーメントが本質的に加えられ、末端のコイルの拘束でこれに反作用を加えなければならない。この捩じりモーメントは、更に、ばねの本体を変形し、また、ばねの本体を、ばねの中央軸線及びフェーザーから遠ざかる方向にシフトする。更に、このようなばねは、ばねが自由に動くことができるようにするため、応力が加わっていない状態でのばねの直径の約５％乃至約１０％の半径方向隙間をウェル内に必要とする。
【０００４】
上文中に説明した捩じりコイルばねを使用する従来技術のカムシャフトフェーザーでは、捩じりモーメントにより、ばねが軸線からずれるように変形し、ばねの最も外側のコイル（末端にあるコイル）がアーバーの壁と係合し（適用可能な場合にはウェルの壁と係合し）、これによって捩じりばね負荷の摩擦ヒステリシスが増大し、その結果、過度の磨耗及び早期破損が起こる。結果的に観察されたばね定数は所期のばね定数よりも小さく、結果的に観察された負荷撓み曲線は、大量の摩擦ヒステリシスを含む。
【０００５】
ばね端のコイルがフェーザーの軸線を中心として中央にとどまり、他のコイルとロータウェル及びアーバーの壁との接触がほとんど又は全くない、フェーザー装置が必要とされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の主な目的は、カムシャフトフェーザーの捩じり押圧ばねの摩擦ヒステリシスを低下させ、その捩じり押圧ばねの観察される（実際の）ばね定数を増大することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
簡単に説明すると、カムシャフトフェーザー用のトルク押圧コイルばねが、ばねを支持するための中央アーバーの周囲に配置される。アーバーの半径は、従来技術と同様に、ばねが５％乃至１０％の作動隙間を持つようになっている。しかしながら、アーバーは、ばねの最も内側のコイル及び最も外側のコイルを支持するアーバー両端に、大きな半径の複数の領域を備えている。これらの領域は、捩じり移動中にばねが横方向に変位しないようにし、かくしてばねとの接触点での相対移動を小さくし、ばねに作用する応力を減少し、摩擦ヒステリシスを減少することによってばねの効率を向上するのに役立つ。
【０００８】
次に、本発明を添付図面を参照して以下に例として説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１及び図２を参照すると、従来技術のカムシャフトフェーザー１０は、ボルト１８によって前カバー１６にボルト止めされたスプロケットホイール１４によって駆動されるステータ１２を含む。ここに詳細には説明しないが、当該技術分野で周知のように、関連した内燃エンジン２２のバルブのタイミングを変化するため、エンジンのカムシャフト（図示せず）に取り付けできるように、ロータ２０が、ステータ１２内で回転可能に配置されている。
【００１０】
ロータ２０は、中央アーバー２６を取り囲む環状中央ウェル２４を含む。環状中央ウェル２４と中央アーバー２６との間には、環状のチャンバ２７が形成されている。エンジンの停止及び始動等の所定の作動モードで、ロータ２０を末端回転位置に、代表的にはバルブのオーバーラップが最少になる位置に押圧するため、捩じりコイルばね２８が、チャンバ２７内に配置されている。図１に示す断面図には、捩じりコイルばね２８の最も内側のコイル２８ａだけが示してある。ばねのうち半径方向に突出する突出部（半径方向ばねタング）３０が、ロータ２０のスロット３１と係合しており、これによって、ロータ２０をステータ１２に対して時計廻り方向に押圧又は付勢する。
【００１１】
図２に示す平面図では、捩じりコイルばね２８の最も外側のコイル２８ｘだけが示してある。ばねのうち接線方向に突出する突出部（接線方向ばねタング）３２が、前カバー１６のスロット３３と係合しており、これによって、ステータ１２をロータ２０に対して反時計廻り方向に押圧又は付勢する。
【００１２】
ばね２８は、フェーザー１０の組み立て中、ロータ２０とカバー１６との間に捩じり応力が加わった状態で捕捉される。上述のように、このような捩じり応力により、捩じりコイルばね２８が変形し、ばねコイルと環状ウェルの壁との間に接触点を、また、ばねコイルとアーバーとの間に接触点を形成する。
【００１３】
次に図１を参照すると、白抜き三角形３４は、最も内側のばねコイル２８ａとスロット３１との第１の接触点を示している。また、白抜き菱形３６は、最も内側のばねコイル２８ａとウェル２４との第２の接触点を示している。この接触により、ばねの捩じりモーメントを拘束する。太い矢印３８は、アーバー２６に対するばねの横方向変位を示す。
【００１４】
白抜き三角形３４のところの第１接触点は明らかである。ばね２８の本体は、この方向で矢印３８が示すように、中心からずれるように移動する。白抜き菱形３６のところの第２接触点は、代表的には、図示のように、タング３０から、巻回部の約３／４のところで生じる。接触が作用コイルの巻回部の３／４のところで生じるため、この接触点で相対的移動及びかくして摩擦が生じ、これにより、捩じりばね負荷の摩擦ヒステリシスが増大する。アーバー２６の直径を大きくして、第２接触点を、矢印３８に近い巻回部の１／４のところに変えることもできる。しかし、これは、ばね用の作動隙間を不十分にしてしまい、ばねが撓み中（ばねの直径の減少）にアーバーに締め付けられるとき、ばねを効果的に結着してしまう。これは、摩擦ヒステリシスの追加の増大をもたらす。
【００１５】
図２を参照すると、白抜き三角形４０によって示す第１接触点は、スロット３３内の接線方向ばねタング３２のところで生じる。この力の方向により、最も外側のコイル２８ｘは、太い矢印４２が示す方向に中心からずれるように、シフトする、すなわち、位置が変わる（この領域では、カバー１６がばねコイル２８ｘと重なり、ばねは、軸線方向に拘束される）。この場合も、第２変形接触は、タング３２から巻回部の約１／４のところないしは巻回部の約１／２のところで生じる。これを白抜き菱形４４で示す。ばねの二つの端部３０、３２の位置が半径方向にシフトすることにより、摩擦及び磨耗が生じ、フェーザーの他の部品を所与のフェーザー直径内に収める上で困難が生じる。更に、ばねの本体での二次的接触が、巻回部の約１／４のところないしは巻回部の約１／２のところで生じ、これにより、ばねのそれらの部分の参与を効果的になくし、かくして、ばねは巻回数が少ない場合のような挙動を示す。従って、観察されるばね定数は思ったように低くならず、観察される負荷撓み曲線は大量の摩擦ヒステリシスを含む。
【００１６】
図３及び図４を参照すると、改良フェーザー１１０は、多くの点に関して従来技術のフェーザー１０と同様である。幾つかの重複する部品の参照番号は、図面の明瞭化を図るために省略してあるが、存在するものと仮定されるべきである。
【００１７】
図示の例では、ロータ２０は、改良中央アーバー１２６を取り囲む環状のウェル２４を備えている。捩じりコイルばね２８がウェル２４内に配置されており、従来技術におけるのと同様に、ロータ２０及びカバー１６に連結されている。
【００１８】
改良アーバー１２６は、従来技術におけるのと同様に、ばね２８に対し、ばねの中央コイルに亘って、従来技術のアーバー半径を例示する半径１６４のところで、推奨される５％乃至１０％の作動隙間を提供する。しかしながら、ばね２８の各端の最初の１／４巻回部に亘り、アーバー１２６には、大径の角度領域１６０が設けられている。大径の角度領域１６０は、ばね２８の内径１２９とほぼ等しい（が、ばねのアーバーへの組み立てを可能にするために僅かに小さい）半径１６２を有している。かくして、半径１６２は、最も内側のコイルと最も外側のコイルとの間の中間ばねコイルと隣接したアーバーの中間部分の半径１６４よりも大きい。かくして、角度領域１６０は、ばねが、ロータ２０及びカバー１６とともにアーバーを中心として回転するとき、最も内側のばね端及び最も外側のばね端の夫々のところで、ばね２８に対して事実上の内支承面となる。図１及び図２に矢印３８、４２で示すばねの半径方向変形は、図３及び図４の対応する矢印１３８、１４２及び白抜き菱形１３６、１４４のところで、領域１６０によって本質的になくされる。
【００１９】
本発明は、ばねの両端の最初の１／４巻回部超えた部分での摩擦接触をなくし、これにより摩擦損を小さくし、ほぼ全巻回部をばねに機能的に追加するように、端コイル２８ａ、２８ｘを半径方向で拘束する。更に、コイルは、フェーザーの作動中、撓んだコイルの直径がフェーザー軸線１４６上に中心決めされるように支持され、また、フェーザーとコイルの残りとの接触を最少にするように支持される。
【００２０】
本発明を様々な特定の実施例を参照して説明したが、説明した本発明の精神及び範囲内で多くの変更を行うことができるということは理解されるべきである。従って、本発明は、上文中に説明した実施例に限定されず、特許請求の範囲の文言によって定められた全ての範囲を含む。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、従来技術のフェーザー押圧ばね装置の、フェーザーロータに取り付けられた最も内側のコイルを通る断面図である。
【図２】図２は、図１に示す従来技術のフェーザー押圧ばね装置の、フェーザーの前カバーに取り付けられた最も外側のコイルの平面図である。
【図３】図３は、本発明による改良フェーザー押圧ばね装置の、フェーザーロータに取り付けられた最も内側のコイルを通る断面図である。
【図４】図４は、図３に示す改良フェーザー押圧ばね装置の、フェーザーの前カバーに取り付けられた最も外側のコイルの平面図である。
【符号の説明】
【００２２】
１６  カバー
２０  ロータ
２４  環状ウェル
２８  捩じりコイルばね
１１０  フェーザー
１２６  中央アーバー
１２９  ばねの内径
１６０  大径角度領域
１６２、１６４  半径
【図１】
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【図２】
2008088979.tif 000004
【図３】
2008088979.tif 000005
【図４】
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【外国語明細書】
2008088979000001.pdf