(57)【要約】【課題】  ネジなどの締付具やフランジを用いることなく一体的に構成された回転軸装置または該装置を含むＶＣＴシステムを提供する。【解決手段】  ＶＣＴシステムであって、ハウジング４４およびロータ１ｂを有する位相器と、回転軸装置とを備えている。回転軸装置は、ハウジング４４に対して回転するように設けられ、中央に開孔１９が形成されたロータ１ｂを有する第１の端部と、ロータ１ｂと一体に設けられ、第２の端部を終端とする複数のローブ２２を有するとともに、ロータ１ｂと同一の材料から形成された回転軸９ａとから構成されている。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸装置であって、
ハウジング４４に対して回転するように配置されるとともに開孔１９を中央に有するロータ１ｂを備えた第１の端部と、
ロータ１ｂと一体に形成され、第２の端部を終端とする複数のローブ２２を有するとともに、ロータ１ｂと同一の材料から構成された回転軸９ａと、
を備えた回転軸装置。
【請求項２】
請求項１において、
ロータ１ｂの外周のノッチ２６に固定される少なくとも一つのベーン４０をさらに備えた回転軸装置。
【請求項３】
請求項１において、
ロータ１ｂの背面側に装着されるように配置され、複数のローブ２２を容易に通過するためのローブ状開孔５７を有するバックプレート５６をさらに備えた回転軸装置。
【請求項４】
請求項１において、
当該装置が単一の部材から機械加工されており、ロータ１ｂ、回転軸９ａおよび複数のローブ２２を有している、
ことを特徴とする回転軸装置。
【請求項５】
請求項１において、
装置が位相器である、
ことを特徴とする回転軸装置。
【請求項６】
請求項１において、
回転軸９ａがカムシャフトである、
ことを特徴とする回転軸装置。
【請求項７】
請求項１において、
ロータ１ｂおよび回転軸９ａが単一の部材３８から機械加工されている、
ことを特徴とする回転軸装置。
【請求項８】
請求項１において、
開孔１９が、制御流体の流れを制御するための制御バルブを有するように配置されている、
ことを特徴とする回転軸装置。
【請求項９】
請求項１において、
回転軸９ａ内の中空スペース７２の開孔における第２の端部においてロータ１ｂの開孔１９内で制御バルブ６２と係合するように、アクチュエータ７０が配置されている、
ことを特徴とする回転軸装置。
【請求項１０】
請求項１において、
アクチュエータ７０が、第１の端部においてロータ１ｂの開孔１９の制御バルブと係合するように配置されている、
ことを特徴とする回転軸装置。
【請求項１１】
請求項１において、
複数のローブ２２が回転軸９ａと同一の材料から構成されている、
ことを特徴とする回転軸装置。
【請求項１２】
ＶＣＴシステムであって、
ハウジング４４およびロータ１ａ，１ｂを有する位相器と、
回転軸装置とを備え、
前記回転軸装置が、
ハウジング４４に対して回転するように設けられるとともに、中央に配置された開孔１９を有するロータ１ｂを備えた第１の端部と、
ロータ１ｂと一体に設けられ、第２の端部を終端とする複数のローブ２２を有するとともに、ロータ１ｂと同一の材料から形成された回転軸９ａとから構成されている、
ことを特徴とするＶＣＴシステム。
【請求項１３】
請求項１２において、
ロータ１ｂの外周に形成されたノッチ２６に固定される少なくとも一つのベーン４０をさらに備えた、
ことを特徴とするＶＣＴシステム。
【請求項１４】
請求項１２において、
ロータ１ｂの背面側に装着されるように配置されるとともに、複数のローブ２２を通過し得るようにローブ状の開孔５７を有するバックプレート５６をさらに備えた、
ことを特徴とするＶＣＴシステム。
【請求項１５】
請求項１２において、
ロータ１ｂ、回転軸９ａおよび複数のローブ２２が、単一の部材３８に機械加工されることにより該単一の部材３８の上に設けられている、
ことを特徴とするＶＣＴシステム。
【請求項１６】
請求項１２において、
ロータ１ｂおよび回転軸９ａが、単一の部材から機械加工されている、
ことを特徴とするＶＣＴシステム。
【請求項１７】
請求項１２において、
開孔１９が、制御流体の流れを制御するための制御バルブを有するように配置されている、
ことを特徴とするＶＣＴシステム。
【請求項１８】
請求項１２において、
回転軸９ａ内の中空スペース７２の開孔における第２の端部においてロータ１ｂの開孔１９内で制御バルブ６２と係合するように、アクチュエータ７０が配置されている、
ことを特徴とするＶＣＴシステム。
【請求項１９】
請求項１２において、
アクチュエータ７０が、第１の端部においてロータ１ｂの開孔１９の制御バルブと係合するように配置されている、
ことを特徴とするＶＣＴシステム。
【請求項２０】
請求項１２において、
複数のローブ２２が回転軸９ａと同一の材料から構成されている、
ことを特徴とするＶＣＴシステム。
【請求項２１】
ドライブシャフトまたはドリブンシャフトである回転軸９，９ａに連結された位相器を有するＶＣＴシステムにおいて、
位相器が、回転軸９の一端に取り外し不能に連結されたロータ１ａを有しており、該ロータ１ａが、別個の取付部材１４を収容するための開孔１４ａを含む任意の領域１８を有しておらず、これにより、位相器全体の軸方向寸法および半径方向寸法が減少されている、
ことを特徴とするＶＣＴシステム。
【請求項２２】
請求項２１において、
別個の取付部材１４がネジである、
ことを特徴とするＶＣＴシステム。
【請求項２３】
請求項２１において、
ロータ１ａが、ロータ１ａをハブ３０に圧入することによって、回転軸９の一端に取り外し不能に連結されており、この圧入工程においては、ロータ１ａの内側面におけるすくばスプライン３２（またはヘリカルスプライン３０ａ）および回転軸の対応する面におけるヘリカルスプライン３０ａ（またはすくばスプライン３２）を用いて、ロータ１ａをハブに圧入し、次に、ロータ１ａを回転軸９にろう付けし、さらに、回転軸上のロータに対してスエージ加工を施すことによって、または中空の回転軸上のロータに対してボーライジング加工を施すことによって、ロータ１ａのハブ３０に対する取付けが行われている、
ことを特徴とするＶＣＴシステム。
【請求項２４】
請求項２１において、
ロータ１ａが回転軸９の一部として機械加工されている、
ことを特徴とするＶＣＴシステム。
【請求項２５】
ドライブシャフトまたはドリブンシャフトである回転軸に連結された位相器を有するＶＣＴシステムにおいて、
位相器のロータを回転軸の一端に取り外し不能に連結するための手段を備え、該手段が、別個の取付部材を収容するための開孔を含む任意の領域１８を有しておらず、これにより、位相器全体の軸方向寸法および半径方向寸法が減少されている、
ことを特徴とするＶＣＴシステム。
【請求項２６】
ＶＣＴ装置の部品を回転軸９に連結するための方法であって、
当該方法が、
位相器の逆側部品に関連して回転するロータ１ａを有するとともに、その少なくとも一部の領域１８をなくすことによって軸方向寸法が減少している位相器を提供する工程と、
ロータ１ａを回転軸９に取り外し不能に連結する工程と、
を備えた方法。
【請求項２７】
請求項２６において、
ロータ１ａをハブ３０に圧入することによって、ロータ１ａが回転軸９の一端に取り外し不能に連結されており、この圧入工程においては、ロータ１ａの内側面におけるすくばスプライン３２（またはヘリカルスプライン３０ａ）および回転軸の対応する面におけるヘリカルスプライン３０ａ（またはすくばスプライン３０）を用いて、ロータ１ａをハブ３０に圧入し、次に、ロータ１ａを回転軸９にろう付けし、さらに、回転軸上のロータに対してスエージ加工を施し、または中空の回転軸上のロータに対してボーライジング加工を施すことによって、ロータ１ａのハブ３０に対する取付けが行われている、
こと特徴とする方法。
【請求項２８】
請求項２６において、
ロータ１ａが、回転軸９の一部として機械加工されている、
こと特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関においてカムシャフトの配置の分野に関する。より詳細には、本発明は、可変カムシャフトタイミング（ＶＣＴ： Variable Camshaft Timing）位相器ロータを備えたカムシャフトに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の性能は、エンジンの種々のシリンダのインテークバルブを駆動するカムシャフトと、エグゾーストバルブを駆動するカムシャフトという２本のカムシャフトを使用することによって改良することが可能である。
【０００３】
典型的には、このようなカムシャフトの一方は、第１のスプロケットおよびチェーン駆動装置または第１のベルト駆動装置を介してエンジンのクランクシャフトによって駆動され、他方のカムシャフトは、第２のスプロケットおよびチェーン駆動装置または第２のベルト駆動装置を介して、前記一方のカムシャフトによって駆動される。あるいは、双方のカムシャフトが、単一のクランクシャフトにより駆動されるチェーン駆動装置またはベルト駆動装置により運転される。
【０００４】
２本のカムシャフトを備えたエンジンの性能は、エグゾーストバルブに対するインテークバルブの運転の点からまたはクランクシャフトの位置に対する各バルブの位置の点からエンジンタイミングを変更するために、一方のカムシャフト（通常はインテークバルブ駆動用のカムシャフト）の他方のカムシャフトおよびクランクシャフトに対する位置関係を変えることによって、アイドル運転の質、燃費、低減排気ガスおよび上昇トルクの観点からさらに改良を加えることが可能である。
【０００５】
引用することによってすべて本明細書の中に含まれる以下の米国特許により開示された情報を考慮することは、本発明の背景を探るのに有用である。
米国特許第 5,002,023号は、本発明の分野におけるＶＣＴシステムについて記述している。このシステムの液圧装置は、適切な作動流体要素を備えるとともに逆方向に作用する一対の液圧シリンダを有している。
【０００６】
作動流体要素は、作動流体を一方のシリンダから他方のシリンダにまたはその逆方向に選択的に移送しており、これにより、クランクシャフトに対するカムシャフトの周方向位置をアドバンスさせまたはリタードさせている。
【０００７】
制御システムは、一方または他方のシリンダからの作動流体の排出がバルブ内のスプールを中央位置つまり零位置から一方向または他の方向に移動させることによって行われる制御バルブを使用している。
【０００８】
スプールの移動は、スプールの一端に作用する制御液圧Ｐc の増加または減少に応じて、さらにスプリングの一端に作用する液圧と他端に作用する圧縮スプリングによる機械的な押付力との間の関係に応じて、生じる。
【０００９】
米国特許第 5,107,804号は、本発明の分野における他のタイプのＶＣＴシステムについて記述しており、このシステムの液圧装置は、囲繞されたハウジング内にローブを備えたベーンを有している。このベーンは、上述の米国特許第 5,002,023号により開示された逆方向作用のシリンダに取って代わっている。
【００１０】
ベーンは、ハウジング内でローブの一方の側から他方の側にまたはその逆方向に作動流体を移動させることによりハウジングに対してベーンを一方の側から他方の側に振動させる適切な作動流体要素を有しており、ベーンはハウジングに対して振動可能つまり周方向に移動可能に構成されている。
【００１１】
このようなベーンの振動は、クランクシャフトに対するカムシャフトの位置をアドバンスまたはリタードさせるのに効果的なものである。このＶＣＴシステムの制御システムは、米国特許第 5,002,023号に開示されたものと同一であって、スプールバルブに作用する同種の力に反応する同一タイプのスプールバルブを使用している。
【００１２】
米国特許第 5,172,659号および米国特許第 5,184,578号はいずれも、スプールの一端に作用する液圧による力とスプールの他端に作用する機械的な力とを釣り合わせようとする試みによって発生する、上述したタイプのＶＣＴシステムの問題に取り組んでいる。米国特許第 5,172,659号および米国特許第 5,184,578号の双方に開示された改良制御システムは、スプールの両端に作用する液圧による力を利用している。
【００１３】
スプールの一端に作用する液圧による力は、最大液圧Ｐs でエンジンオイルギャラリから直接供給される作動流体に起因している。スプールの他端に作用する液圧による力は、減圧Ｐc 下でＰＷＭソレノイドからの作動流体に反応して作用する液圧シリンダまたはその他の倍力装置に起因している。
【００１４】
スプールの対向端の各々に作用する力が元々同じ作動流体に基づいた液圧であるため、作動流体の圧力または粘性の変化は自己否定的なものであって、スプールの中央位置または零位置には影響を与えない。
【００１５】
米国特許第 5,289,805号は、改良されたＶＣＴ方法を提供している。この方法は、所定の設定値を追跡する挙動を生じさせる液圧ＰＷＭスプール位置制御および進んだ制御アルゴリズムを利用している。
【００１６】
米国特許第 5,361,735号においては、カムシャフトが、非振動の回転のために一端に固定されたベーンを有している。カムシャフトはまた、カムシャフトとともに回転しかつカムシャフトに対して振動可能なタイミングベルト駆動のプーリを有している。ベーンは、プーリの対向凹部内にそれぞれ受け入れられた対向配置のローブを有している。カムシャフトは、通常の運転中に発生するトルクパルスに反応して変化する傾向がある。
【００１７】
カムシャフトは、エンジン制御ユニットからの信号に反応して制御バルブのバルブ本体内でのスプールの位置を制御することによって、凹部からのエンジンオイルの流れを選択的に許容しまたは阻止することにより、アドバンスしまたはリタードするようになっている。スプールは、好ましくはステッピングモータ型の電気モータによって回転させられるロータリー・リニア運動移動手段によって一定の方向に付勢されている。
【００１８】
米国特許第 5,497,738号は、ＶＣＴシステムの実施態様で利用された最大液圧Ｐs においてエンジンオイルギャラリから直接供給された作動流体に起因してスプールの一端に作用する液圧による力を除去する制御システムについて開示している。
【００１９】
ベントスプールの他端に作用する力は、好ましくは可変力ソレノイド型の電気機械的アクチュエータによるものであり、この力は、種々のエンジンパラメータを監視するエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）から出力された電気信号に反応してベントスプールに直接作用している。
【００２０】
ＥＣＵは、カムシャフト位置およびクランクシャフト位置に対応するセンサ信号を受け取り、この位置情報を利用して相対位相角を計算する。好ましくは、位相角誤差を補償するクローズドループフィードバックシステムが採用されている。可変力ソレノイドの使用が、緩慢な動的応答性の問題を解決する。
【００２１】
このような装置は、スプールバルブの機械的応答性と同程度に速くなるように設計でき、確かに従来の完全液圧差圧制御システムよりもずっと速くなっている。応答性が速くなることにより、増加したクローズドループゲインを使用することができ、これにより、構成要素の許容誤差および運転環境に対してシステムがそれほど敏感でないようにすることが可能である。
【００２２】
米国特許第 5,657,725号は、駆動のためにエンジンオイル圧を利用する制御システムを示している。このシステムは、ベーンが一端に固定されたカムシャフトを有しており、ベーンはカムシャフトとともに回転可能でカムシャフトに対して振動しないようになっている。カムシャフトはまた、カムシャフトとともに回転しかつカムシャフトとともに振動するハウジングを有している。
【００２３】
ベーンは、ハウジングの対向凹部内に受け入れられた対向ローブを有している。ベーンおよびハウジングが相対的に振動でき、これにより、カムシャフトの位相がクランクシャフトの位相に対して変化するように、凹部はローブよりも周方向長さが長くなっている。カムシャフトは、通常の運転中に受けるエンジンオイル圧および（または）カムシャフトトルクパルスに反応して方向を変える。
【００２４】
エンジン運転状態を示すエンジン制御ユニットからの信号に反応してスプールバルブ本体内のスプールの位置を制御することによって、カムシャフトは、凹部からリターンラインを通るエンジンオイルの流れを選択的に許容しまたは阻止することにより、アドバンスまたはリタードすることができる。
【００２５】
スプールは、エンジン制御ユニットからの信号に反応してその対向端に作用する液圧による力を制御することによって、選択的に配置される。ベーンは、回転中にカムシャフトが受ける一方向の摩擦トルクに対して反作用の力を作用させるように、最も端の位置に付勢されている。
【００２６】
米国特許第 6,247,434号は、エンジンオイルによって駆動される多数位置可変カムシャフトタイミングシステムを示している。このシステム内には、カムシャフトに同期して回転するようにハブがカムシャフトに固定されている。また、ハウジングがハブを囲繞しており、ハウジングは、ハブおよびカムシャフトとともに回転可能であり、所定の回転角の範囲内でハブおよびカムシャフトに対して振動可能になっている。
【００２７】
ドライブベーンは、ハウジング内において半径方向に配置されており、ハブの外面と協働する。ドリブンベーンは、ハウジング内において半径方向に配置されており、ハブの内面と協働する。ロック装置は、油圧に反応して、ハウジングおよびハブ間の相対運動を防止している。また制御装置が、ハブに対するハウジングの振動を制御している。
【００２８】
米国特許第 6,250,265号は、内燃機関のためのアクチュエータロック機構を備えた可変バルブタイミングシステムを示している。この可変バルブタイミングシステムは、ベーンが固定されたカムシャフトを有しており、ベーンは、カムシャフトとともに回転しかつカムシャフトに対して振動しないようになっている。
【００２９】
ベーンは、周方向に延びかつ半径方向外方に延びる複数のローブを有している。ベーンは、各ローブに対応する複数の凹部を有する環状ハウジングによって囲繞されており、各ローブは、対応する各凹部に受け入れられている。ハウジングがカムシャフトおよびベーンとともに回転しているときにベーンおよびカムシャフトに対するハウジングの振動を許容するように、各凹部は、ローブの周方向長さよりも長い周方向長さを有している。
【００３０】
ベーンおよびカムシャフトに対するハウジングの振動は、ローブの対向側の各凹部内の加圧エンジンオイルによって励起される。好ましくは、凹部内の油圧は、運転中のカムシャフトの回転時に、カムシャフトのトルクパルスから一部引き出されている。環状ロックプレートは、カムシャフトおよび環状ハウジングと同芯に配置されている。
【００３１】
また、環状ロックプレートは、ロックプレートが環状ハウジングと係合してベーンに対する周方向の動きを防止する第１の位置と、ベーンに対する環状ハウジングの周方向の動きを許容する第２の位置との間で、カムシャフトの長手方向の中心軸に沿って環状ハウジングに対して移動可能になっている。ロックプレートは、第１の位置に向かってスプリングにより付勢されるとともに、エンジンオイル圧により、第１の位置から離れて第２の位置に向かって押圧される。
【００３２】
ロックプレートは、エンジンオイル圧がスプリングの付勢力に打ち勝つほど十分に高いときに、これは環状ハウジングおよびベーンの相対位置を変化させるように要求される唯一のときであるが、カムシャフトを挿通する流路によって第２の位置にさらされる。ロックプレートの移動は、クローズドループ制御システムまたはオープンループ制御システムを介して、エンジン電子制御ユニットにより制御されている。
【００３３】
米国特許第 6,263,846号は、ベーン型可変カムシャフトタイミングシステムのための制御バルブを示している。この装置は、カムシャフトおよびこれに固定されてカムシャフトとともに回転するハブを有する内燃機関を含んでいる。また、ハウジングがハブを囲繞しており、ハウジングは、ハブおよびカムシャフトとともに回転可能であり、ハブおよびカムシャフトに対して振動可能になっている。
【００３４】
ドライブベーンは、ハウジング内において半径方向内方に配置されており、ハブと協働する。ドリブンベーンは、ハウジングと協働するようにハブ内において半径方向外方に配置されている。また、ドリブンベーンは、アドバンスチャンバおよびリタードチャンバを周方向に交互に限定するように、ドライブベーンと周方向に交互に配置されている。
【００３５】
ハブに対するハウジングの振動を制御するための構成は、電子エンジン制御ユニットと、電子エンジン制御ユニットに反応してアドバンスチャンバに対するエンジンオイル圧を調整するアドバンス制御バルブとを有している。
【００３６】
電子エンジン制御ユニットに反応するリタード制御バルブは、リタードチャンバに対してエンジンオイル圧を調整する。アドバンス通路は、アドバンス制御バルブおよびアドバンスチャンバ間でエンジンオイル圧を伝達する。リタード通路は、リタード制御バルブおよびリタードチャンバ間でエンジンオイル圧を伝達する。
【００３７】
米国特許第 6,311,655号は、ベーン取付けのロックピストン装置を有する多数位置可変カムタイミングシステムを示している。カムシャフトおよび可変カムシャフトタイミングシステムを有する内燃機関において、ロータはカムシャフトに固定されるとともに、カムシャフトに対して回転可能で振動しないように構成されている。
【００３８】
ハウジングは、ロータを囲繞するとともに、ロータおよびカムシャフトの双方に対して回転可能になっており、さらに、最リタード位置および最アドバンス位置間においてロータおよびカムシャフトの双方に対して振動可能になっている。
【００３９】
ロック装置は、ロータまたはハウジングのいずれか一方の内部に設けられるとともに、最リタード位置、最アドバンス位置およびこれらの間の位置において、ロータまたはハウジングのいずれか他方に係脱可能に係合しており、ロータおよびハウジング間の相対運動を防止している。
【００４０】
ロック装置は、ロータをハウジングに固定するために、キーとその逆側に設けられたセレーションとを備えたロックピストンを有している。制御装置は、ハウジングに対するロータの振動を制御する。
【００４１】
米国特許第 6,374,787号は、エンジンオイル圧によって駆動される多数位置可変カムシャフトタイミングシステムを示している。ハブがカムシャフトに同期して回転するようにカムシャフトに固定されている。ハウジングは、ハブを囲繞しており、ハブおよびカムシャフトとともに回転するとともに、所定の回転角の範囲内でハブおよびカムシャフトに対して振動するようになっている。
【００４２】
ドライブベーンは、ハウジング内において半径方向に配置されており、ハブの外面と協働している。ドリブンベーンは、ハブ内において半径方向に配置されており、ハウジングの内面と協働している。油圧に反応するロック装置は、ハウジングおよびハブ間の相対運動を防止している。制御装置は、ハブに対するハウジングの振動を制御している。
【００４３】
米国特許第 6,477,999号は、非振動の回転のために、その一端にベーンが固定されたカムシャフトを示している。カムシャフトはまた、カムシャフトとともに回転しかつカムシャフトに対して振動可能なスプロケットを有している。ベーンは、スプロケットの対向凹部内にそれぞれ受け入れられた対向配置のローブを有している。
【００４４】
凹部は、ベーンおよびスプロケットが互いに振動するのを許容するように、ローブよりも大きな周方向長さを有している。カムシャフトの位相は、通常の運転中に受けるパルスに反応して変化する傾向がある。
【００４５】
カムシャフトの位相は、制御バルブのバルブ本体内におけるスプールの位置を制御して、凹部からの加圧作動流体（好ましくはエンジンオイル）の流れを選択的に阻止しまたは許容することにより、アドバンスまたはリタード方向という一定の方向にのみ変化するように許容されている。スプロケットは、カムシャフトの回転軸から離れて該回転軸に平行に延びる貫通通路を有している。
【００４６】
ピンは、通路内にスライド可能に設けられており、ピンの自由端が通路を越えて突出する位置までスプリングによって弾性的に付勢されている。ベーンは、ポケットを有するプレートを備えており、該ポケットは所定のスプロケットの通路と整列している。ポケットは作動流体を受け入れており、流体圧が通常の運転レベルにあるとき、ポケット内には、ピンの自由端がポケットに入らないようにするのに十分な圧力がある。
【００４７】
その一方、液圧レベルが低いときには、ピンの自由端がポケット内に入り、カムシャフトおよびスプロケットと所定の向きに係合する。
いくつかのＶＣＴシステムにおいては、ロータを有する位相器が、カムシャフトに固定されるとともに位相器の他の部分に関して角度調整可能になっている必要がある。
【００４８】
図１には、従来のＶＣＴ装置または位相器の分解組立図が示されている。ロータ１は、ロータフロントプレート４がネジ１４によって固定される取付フランジ８によって、カムシャフト９に固定されている。ロータ１は、半径方向外方に延びかつ互いに対向する一対のベーン１６を有している。ベーン１６は、ハウジングボディ２の凹部１７内に嵌まり込んでいる。
【００４９】
インナープレート５、ハウジングボディ２およびアウタープレート３は、ネジ１３によって取付フランジ８、ロータ１およびロータフロントプレート４の周りに一体に固定されている。これにより、ベーン１６を保持する凹部１７が、アウタープレート３、インナープレート５によって囲繞されて、流体の密封されたチャンバを構成している。
【００５０】
タイミングギヤ１１は、ネジ１２によってインナープレート５に連結されている。インナープレート５、ハウジングボディ２、アウタープレート３およびタイミングギヤ１１は、ここでは「ハウジング」と総称される。
【００５１】
「エンジンのバルブシステム」という名称の特開平４−２０９９１２号公報は、可変バルブタイミング機構のハブを円筒状軸部材によってカムシャフトの端部部品に保持させるとともに、軸部材をシリンダヘッドにベアリング支持させることによって、支持剛性が向上した、簡単な構造の改良された装置について教示している。
【００５２】
ハブをカムシャフトに固定するのに、可変バルブタイミング機構のハブを使用することが知られている。特開平４−２０９９１２号公報に記述された装置の構造は、以下のとおりである。ＤＯＨＣバルブシステムが採用されたＶ型エンジン１においては、カム間に配置されたギヤ７，８が、カム間に設けられた駆動ホイールとして互いに係合するように、インテーク側カムシャフト２およびエグゾースト側カムシャフト３の各一端に取り付けられている。
【００５３】
可変バルブタイミング機構２０は、インテーク側カムシャフトの間に設けられたギヤ７のボス部７ａの内側に配置されている。可変バルブタイミング機構２０のハブ２１を保持するための円筒状軸部材１７が、インテーク側のカムシャフトの間に配置されたギヤ７の中央部に設けられており、軸部材１７は、カムシャフト２に連結された連結部材１８によって据え付けられている。軸部材１７のジャーナル部分１７ａは、シリンダヘッド４のギヤシリンダ９の前方に設けられた前端側ベアリング部５ａに支持されている。
【００５４】
カムシャフトの形成においてろう付けを用いることが知られている。特開昭６０−２１１９５号公報は、カムシャフトの軸部分を鋼製材料から構成するとともに、鋳鉄からなるカム部材やジャーナル部材などの部材を炉内の銅ろう付けで取り付けることによって、母材金属の強度に匹敵する強度に結合された軸部材と連結部材とからなる連結カムシャフトを有する装置について教示している。
【００５５】
当該装置は、中空または中実の構成材料からなる軸部分２を含んでおり、カム部材４やジャーナル部材５などのような、別個に製作された鋳鉄製取付部材が所定の位置に配置されており、以下の条件下で連結されている。すなわち、軸部分２および上記取付部分は、１，０９０Ｗ１，１５０℃の温度範囲の非酸化雰囲気の炉内で１５分間ろう付けされている。
【００５６】
この場合には、鋳鉄製取付部材の硬度を１３０Ｗ３２０Ｈｖの範囲に維持する必要がある。これにより、取付部材および軸部材の結合強度は、母材金属の強度に匹敵するかまたはこれによりも高くなっている。なお、ＶＣＴ位相器のロータはここには含まれていない。
【００５７】
スエージ加工によってカムローブを成形することが知られている。欧州特許第０３１３９８５号明細書は、カム形状を有するブランク材からカムシャフトを製作する方法について教示している。カムおよびベアリング付のカムシャフトの形状は、ブランク材の外周の少なくとも一部に配置されるとともにブランク材に対して半径方向の圧縮力を作用させてブランク材の外形形状および断面形状を変えるツールによる圧搾加工およびスエージ加工によって、ブランク材に形成される。
【００５８】
第１の工程において、カムシャフトのベアリング領域に鍛造を施すことによって、カム状のブランク材にほぼ円周形状が与えられており、続いて、第２の工程において、ブランク材の外周の少なくとも一部に配置されるとともにブランク材に対して半径方向の圧縮力を作用させてカムシャフトのベアリング領域および残りの領域の双方の外形形状および断面形状を変えるツールによる圧搾加工およびスエージ加工によって、カムおよびベアリング付のカムシャフトの形状が形成されている。なお、ＶＣＴ位相器のロータはここには含まれていない。
【００５９】
しかしながら、実質的にすべてのＶＣＴ技術のアプリケーションにおいては、位相器のようなＶＣＴ装置が、組立スペース要件を減らすために小型化される必要がある。ＶＣＴの軸方向および半径方向の組立スペースを制限する形態上の要因は、適切に減らされなければならない。さらに、位相器のロータをカムシャフトに取り付けるためのより永久的な手段の使用が、半径方向の組立スペース要件を減少させることを許容している。
【００６０】
ＶＣＴ組立体においては、典型的には、ＶＣＴシステムを位置決めするのにパイロットが必要である。組立体には、追加の締付具が必要になる。すなわち、ロータやカムシャフトには、精巧な液圧シールが必要である。
【００６１】
また、カムローブは、別個の部材に分割されている。理解されるように、組立体の別個独立した性質は、必然的にその取付けおよびそれに付随する調節をともなう。したがって、単一部材のロータ・カムシャフト・カムローブ組立体を有することは望ましいことである。
【特許文献１】米国特許第5,002,023号明細書
【特許文献２】米国特許第5,107,804号明細書
【特許文献３】米国特許第 5,172,659号明細書
【特許文献４】米国特許第 5,184,578号明細書
【特許文献５】米国特許第 5,289,805号明細書
【特許文献６】米国特許第 5,361,735号明細書
【特許文献７】米国特許第 5,497,738号明細書
【特許文献８】米国特許第 5,657,725号明細書
【特許文献９】米国特許第 6,247,434号明細書
【特許文献１０】米国特許第 6,250,265号明細書
【特許文献１１】米国特許第 6,263,846号明細書
【特許文献１２】米国特許第 6,311,655号明細書
【特許文献１３】米国特許第 6,374,787号明細書
【特許文献１４】米国特許第 6,477,999号明細書
【特許文献１５】特開平４−２０９９１２号公報
【特許文献１６】特開昭６０−２１１９５号公報
【特許文献１７】欧州特許第０３１３９８５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００６２】
このように本発明は、ネジなどの締付具やフランジを用いることなく一体的に構成された回転軸装置または該装置を含むＶＣＴシステムを提供しようとしている。
【課題を解決するための手段】
【００６３】
請求項１の発明に係る回転軸装置は、ハウジングに対して回転するように配置されるとともに中空スペースを中央に有するロータを備えた第１の端部と、ロータと一体に形成され、第２の端部を終端とする複数のローブを有するとともに、ロータと同一の材料から構成された回転軸とを備えている。
【００６４】
請求項２の発明では、ロータの外周のノッチに固定される少なくとも一つのベーンをさらに備えている。
【００６５】
請求項３の発明では、ロータの背面側に装着されるように配置され、複数のローブを容易に通過するためのローブ状開孔を有するバックプレートをさらに備えている。
【００６６】
請求項４の発明では、装置が単一の部材から機械加工されており、ロータ、回転軸および複数のローブを有している。
【００６７】
請求項５の発明では、装置が位相器である。
【００６８】
請求項６の発明では、回転軸がカムシャフトである。
【００６９】
請求項７の発明では、ロータおよび回転軸が単一の部材から機械加工されている。
【００７０】
請求項８の発明では、開孔が、制御流体の流れを制御するための制御バルブを有するように配置されている。
【００７１】
請求項９の発明では、回転軸内の中空スペースの開孔における第２の端部においてロータの開孔内で制御バルブと係合するように、アクチュエータが配置されている。
【００７２】
請求項１０の発明では、アクチュエータが、第１の端部においてロータの開孔の制御バルブと係合するように配置されている。
【００７３】
請求項１１の発明では、複数のローブが回転軸と同一の材料から構成されている。
【００７４】
請求項１２の発明に係るＶＣＴシステムは、ハウジングおよびロータを有する位相器と、回転軸装置とを備えている。回転軸装置が、ハウジングに対して回転するように設けられるとともに、中央に配置された開孔を有するロータを備えた第１の端部と、ロータと一体に設けられ、第２の端部を終端とする複数のローブを有するとともに、ロータと同一の材料から形成された回転軸とから構成されている。
【００７５】
請求項１３の発明では、ロータの外周に形成されたノッチに固定される少なくとも一つのベーンをさらに備えている。
【００７６】
請求項１４の発明では、ロータの背面側に装着されるように配置されるとともに、複数のローブを通過し得るようにローブ状の開孔を有するバックプレートをさらに備えている。
【００７７】
請求項１５の発明では、ロータ、回転軸および複数のローブが、単一の部材に機械加工されることにより該単一の部材の上に設けられている。
【００７８】
請求項１６の発明では、ロータおよび回転軸が、単一の部材から機械加工されている。
【００７９】
請求項１７の発明では、開孔が、制御流体の流れを制御するための制御バルブを有するように配置されている。
【００８０】
請求項１８の発明では、回転軸内の中空スペースの開孔における第２の端部においてロータの開孔内で制御バルブと係合するように、アクチュエータが配置されている。
【００８１】
請求項１９の発明では、アクチュエータが、第１の端部においてロータの開孔の制御バルブと係合するように配置されている。
【００８２】
請求項２０の発明では、複数のローブが回転軸と同一の材料から構成されている。
【００８３】
請求項２１の発明は、ドライブシャフトまたはドリブンシャフトである回転軸に連結された位相器を有するＶＣＴシステムにおいて、位相器が、回転軸の一端に取り外し不能に連結されたロータを有しており、該ロータが、別個の取付部材を収容するための開孔を含む任意の領域を有しておらず、これにより、位相器全体の軸方向寸法および半径方向寸法が減少されている。
【００８４】
請求項２２の発明では、別個の取付部材がネジである。
【００８５】
請求項２３の発明では、ロータをハブに圧入することによって、ロータが、回転軸の一端に取り外し不能に連結されている。この圧入工程においては、ロータの内側面におけるすくばスプライン（またはヘリカルスプライン）および回転軸の対応する面におけるヘリカルスプライン（またはすくばスプライン）を用いて、ロータをハブに圧入し、次に、ロータを回転軸にろう付けし、さらに、回転軸上のロータに対してスエージ加工を施すことによって、または中空の回転軸上のロータに対してボーライジング加工を施すことによって、ロータのハブに対する取付けが行われている。
【００８６】
請求項２４の発明では、ロータが回転軸の一部として機械加工されている。
【００８７】
請求項２５の発明は、ドライブシャフトまたはドリブンシャフトである回転軸に連結された位相器を有するＶＣＴシステムにおいて、位相器のロータを回転軸の一端に取り外し不能に連結するための手段を備えている。当該手段は、別個の取付部材を収容するための開孔を含む任意の領域を有しておらず、これにより、位相器全体の軸方向寸法および半径方向寸法が減少されている。
【００８８】
請求項２６の発明は、ＶＣＴ装置の部品を回転軸９に連結するための方法であって、当該方法は、位相器の逆側部品に関連して回転するロータを有するとともに、その少なくとも一部の領域をなくすことによって軸方向寸法が減少している位相器を提供する工程と、ロータを回転軸に取り外し不能に連結する工程とを備えている。
【００８９】
請求項２７の発明では、ロータをハブに圧入することによって、ロータが回転軸の一端に取り外し不能に連結されており、この圧入工程においては、ロータの内側面におけるすくばスプライン（またはヘリカルスプライン）および回転軸の対応する面におけるヘリカルスプライン（またはすくばスプライン）を用いて、ロータをハブに圧入し、次に、ロータを回転軸にろう付けし、さらに、回転軸上のロータに対してスエージ加工を施し、または中空の回転軸上のロータに対してボーライジング加工を施すことによって、ロータのハブに対する取付けが行われている。
【００９０】
請求項２８の発明では、ロータが、回転軸の一部として機械加工されている。
【００９１】
本発明によれば、ＶＣＴ装置において、単一部材からなるロータ・カムシャフト・カムローブ組立体が提供されている。
ＶＣＴ装置において、アクチュエータが、単一部材からなるロータ・カムシャフト・カムローブ組立体のロータ端部に配置されるかわりに、その逆側端に配置されている。
【００９２】
ＶＣＴ装置が、カムシャフトおよびカムローブについてもその上に形成される単一部材の材料から機械加工されるロータを提供している。
ＶＣＴ装置において、本発明による単一部材からなるロータ・カムシャフト・カムローブ部材に対してベアリング面における内部部材のアライメントが何ら含まれていないことにより、ベアリング面のアライメントが改良されている。
【００９３】
自動二輪車用のＶＣＴ装置において、アクチュエータが占めていた余分なスペースが、アクチュエータをカムシャフトの逆側端に配置することによって、解消されている。
ＶＣＴ装置において、その取付けを容易にするために、カム状の内側開孔を有するバックプレートが提供されている。
【００９４】
ＶＣＴ装置において、ＶＣＴ装置の一部を軸に取り付けるための永久固定手段が提供されている。
ＶＣＴ装置において、ＶＣＴ装置の一部を軸に取り付けるための一組の取外し不可(non-reversible)の手段が提供されている。
【００９５】
ＶＣＴ装置において、位相器のロータが、カムシャフトに対して取外し不可(non-reversible)の状態で永久に固定されている。
形態要因が減少したＶＣＴ装置が提供されている。減少した形態要因は、軸方向の減少および半径方向の減少を含んでいる。  ボルトやネジのような連結部材を受け入れるための前面領域がないＶＣＴ装置が提供されている。
【００９６】
したがって、以下の要素を備えた装置が提供されている。すなわち、中央に配置された中空スペースを有し、ハウジングに対して回転するように配置されたロータを備えた第１の端部。ロータと同じ材料からロータと一体に構成されるとともに、第２の端部に到るまで複数のローブを有する回転軸。
【００９７】
したがって、以下の要素を備えたＶＣＴシステムが提供されている。すなわち、ハウジングおよびロータを有する位相器ならびに装置。装置は、以下の要素から構成されている。すなわち、中央に配置された中空スペースを有し、ハウジングに対して回転するように配置されたロータを備えた第１の端部。ロータと同じ材料からロータと一体に構成されるとともに、第２の端部に到るまで複数のローブを有する回転軸。
【００９８】
本発明およびその目的をさらに理解するためには、図面、図面の簡単な説明、本発明の好ましい実施態様の詳細な説明および特許請求の範囲に注意が向けられるべきである。
【発明の効果】
【００９９】
本発明によれば、ネジなどの締付具を用いることなく、一体的に構成された回転軸装置または該装置を含むＶＣＴシステムを提供できる。これにより、別個の締付具が不要となるばかりでなく、取付けや調整などの作業が不要となって、コスト低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１００】
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
図１に示したカムシャフト９のような軸に取り付けられる取付フランジ８をなくすことにより、位相器のようなＶＣＴ装置の軸方向長さ適切に短くするのは望ましいことである。理解されるように、フランジ８をなくすことにより、フランジ８の軸方向の長さ寸法の分だけＶＣＴ装置の軸方向長さは短くなる。
【０１０１】
フランジ８は、ロータ１のような位相器の部品をカムシャフト９に取り付けるためのネジ１４のような締結部材を受け入れる開孔または穴を有している。ロータ１のような位相器の部品をカムシャフト９に取り付けるための新規な手段が以下に開示されている。
【０１０２】
さらに、ネジ１４のような締付具をなくすことによって、ＶＣＴ装置の半径方向長さを減少させることは望ましい。これにより、領域１８（図２参照）をなくすことができる。領域１８をなくすことによって、ＶＣＴ装置の半径方向寸法を減少できる。
【０１０３】
図２には、従来のロータ１の正面図１０が示されている。この図では、３つのローブ１６が示されているが、残りの部分は、図１のものと実質的に同様である。ネジ４を収容するための領域１８が設けられている。領域１８は、破線で示された二つの同心円によって限定されている。
【０１０４】
領域１８内には、ネジ１４を締結目的で挿通させるための開孔１４ａが配置されている。たとえば、図１に示すように、ネジ１４は、ロータ１を挿通して、ロータ１をフランジ８に締付固定している。
【０１０５】
図２Ａには、本発明によるロータ１ａの正面図１０ａが示されている。この正面図１０ａは、領域１８が除去されている点を除いて、図２の正面図１０と実質的に同一である。理解されるように、領域１８の除去は、ロータ１ａの表面積が図１および図２のロータ１の表面積に比べて小さくなることにより、ロータ１ａの半径方向寸法を減少させている。
【０１０６】
図２と同様のまたは異なる大きさを有するベーン１６が提供されている。また、ロータ１ａについてのベーン１６の個数は、任意の自然数つまり正の整数でよい。なお、図１のカムシャフト９のような軸にロータ１ａを連結するための開孔１９が提供されている。
【０１０７】
図３および図４は、本発明による実施例の全体斜視図を示している。図３には、ＶＣＴ装置の第１の斜視図が示されている。ＶＣＴ装置は、位相器の一部を構成するロータ１ａを備えている。ロータ１ａは、ロータ１ａの実質的に中央に形成された開孔１９を有している。ロータ１ａは、カムシャフト９の第１の端部に連結されている。
【０１０８】
カムシャフト９は、第１の端部から離れた位置にカムローブ２２を有している。ロータ１ａは、従来の位相器におけるネジ１４（図１）やフランジ８（図１）を用いることなく、カムシャフト９に固定されている。
【０１０９】
ロータ１ａおよびカムシャフト９は、後述する取外し不可(non-reversible)の手段によって互いに連結されている。理解されるように、図１のフランジ８として示された機能的部分は、図３および図４におけるカムシャフト/位相器要素に組み込まれている。
【０１１０】
図４には、図３のＶＣＴ装置の第２の斜視図が示されている。図１のフランジ８または従来におけるその他の介在要素が取り除かれている点に注目してほしい。したがって、カムシャフト９の長さ方向に沿って装置の軸方向長さが短縮されている。
【０１１１】
図５には、本発明の他の実施例が示されている。カムシャフト９ａおよびロータ１ｂが一体に連結されている。好ましくは鋼製のベーン（図示せず）を受け入れるように配置されたロータ１ｂは、溝２６を有している。言い換えれば、ベーンは、ロータの延長部として形成されるのではなく、つまりロータと一体に形成されるのではなく、ロータ１ｂの溝２６内に挿入されて固定される別個の部品である。
【０１１２】
図６ないし図９は、本発明による単一部材からなるロータ・カムシャフト・カムローブ組立体の詳細が示されている。
図６には、単一部材からなるロータ・カムシャフト・カムローブ部材３８のより詳細な分解組立図が示されている。この単一部材からなるロータ・カムシャフト・カムローブ部材３８においては、カムローブ２２、カムシャフト９ａおよびロータ１ｂが単一の部材から形成されている。
【０１１３】
たとえば、単一部材からなるロータ・カムシャフト・カムローブ部材３８は、単一の金属または合金に機械加工される。ロータ１ｂの外周には、ベーンスプリング４２を介してベーン４０を収容するための溝２６が配置されている。ベーン４０は、スプロケットハウジング４４に形成されたキャビティ４３内で振動するように配置されている。
【０１１４】
ロータ１ｂ内には、ロータ・カムシャフト・カムローブ部材３８内にその一部が形成された通路内で一方向に制御流体を流すためのチェックバルブ４６が設けられている。また、スプロケットハウジング４４およびロータ１ｂを一定の角度関係でロックするためのロックピン４８が設けられている。
【０１１５】
スプリングピン４９およびロックピンスプリング５０が、ロックピン４８に結合するために設けられている。スリーブ溝５４を有するスリーブ５２が、開孔１９に係合するように設けられている。
【０１１６】
ＶＣＴシステム内に制御流体を含むようにロータ１ｂおよびスプロケットハウジング４４の背面をカバーするためのバックプレート５６が設けられている。バックプレート５６は、最終組立品の所望位置に到達するまでカムローブ２２を通って移動し得るカム状の内側開孔５７を有している。
【０１１７】
図７には、ＶＣＴ組立体の全体斜視図が示されている。カムシャフト９ａ、ロータ１ｂおよびカムローブ２２を含む単一部材からなるロータ・カムシャフト・カムローブ部材３８が示されている。単一部材からなるロータ・カムシャフト・カムローブ部材３８のロータ１ｂ側端部には、角度関係を調整するためにロータ・カムシャフト・カムローブ部材３８と係合可能なスプロケットハウジング４４が配置されている。
【０１１８】
位相器組立体の角度関係を固定するために、ロックピン４８がロックピンスプリング５０とともにスプロケットハウジング４４内に配置されるように設けられている。スプロケットハウジング４４に連結されるように、パルスホイール５８が設けられている。
【０１１９】
パルスホイール５８は、パルスホイール５８の回転時にパルスを発生させる歯５９を有している。パルスホイール５８の中心周りには、スリーブ５２のスリーブ溝５４に取り付けるための保持部材６０が配置されている。
【０１２０】
図８には、ＶＣＴ組立体の断面図が示されている。ロータ１ｂ、カムシャフト９ａおよびカムローブ２２を含む単一部材からなるロータ・カムシャフト・カムローブ部材３８が単一部材の材料から形成されている点に注目してほしい。単一部材からなるロータ・カムシャフト・カムローブ部材３８は、たとえば、機械加工された単一部材の合金材料から製作される。
【０１２１】
スプールバルブ６２は、単一部材からなるロータ・カムシャフト・カムローブ部材３８において、実質的にロータ１ｂ側の部分の内部に配置されており、スリーブ５２の内側端部に配置されたスプールスプリング６４を有している。
【０１２２】
ロータ・カムシャフト・カムローブ部材３８の内部には、制御流体の制御された流体の流れを容易にするための制御流路６６が形成されている。スプロケットハウジング４４およびバックプレート５６は、ＶＣＴ組立体の上に設けられている。
【０１２３】
図９には、本発明の変形例が示されている。この変形例においては、アクチュエータ７０が、ロータ・カムシャフト・カムローブ部材３８のロータ１ｂ側端部に配置されるのではなく、その逆側端に配置されている。
【０１２４】
ロータ・カムシャフト・カムローブ部材３８の内部には、アクチュエータ７０からスプールバルブ６２に、さらには、シートに係止されたスプールスプリング６４への押付力の伝達のための一組の押付力伝達部材を収容するための中空スペース７２が配置されている。このことは、角度関係が調整されまたは維持されるように制御流体が制御されるスプールバルブ６２の移動を生じさせる。
【０１２５】
押付力伝達部材の組は、第１のボールジョイント７４ａと、第２のボールジョイント７４ｂと、第１の押付力伝達部７６ａと、第２の押付力伝達部７６ｂと、第３の押付力伝達部７６ｃとをから構成されている。スプールバルブ６２およびスプールスプリング６４は、スリーブ５２内に配置されている。制御流体圧は、中空スペース７２内で維持されている。
【０１２６】
中空スペース７２には、制御流体圧によって押付力と釣り合わせる力が存在している。また、中空スペース７２は、その中空性により、必然的にロータ・カムシャフト・カムローブ部材３８の質量を減少させている。さらに、中空スペース７２の中空性のために、ロータ・カムシャフト・カムローブ部材３８は、非中空部材よりも高剛性の材料から構成されていてもよい。
【０１２７】
なお、アクチュエータ７０は、可変力ソレノイド（ＶＦＳ）のようなタイプのソレノイドでもよい。ここで示されたように、逆側にアクチュエータ７０を配置することの利点の一つは、２つのシリンダからなる自動二輪車の場合、アクチュエータ７０によって占められていた余分なスペースがドライバーの運転および快適さを阻害していたことである。
【０１２８】
理解されるように、本発明は、カムシャフトおよびカムローブが形成された単一部材の材料から機械加工されたロータを提供する。このようにして、本発明による単一部材からなるロータ・カムシャフト・カムローブ部材３８には、ベアリング面の内部部材による調整が何ら含まれないことによって、ベアリング面の調整が改良される。
【０１２９】
さらに、ベアリングの荷重能力も改良される。たとえば、フランジが必要とされない点で、ロータ１ｂのスプロケットハウジング４４のベアリング面が改良される。なお、チェックバルブ４６は、カムシャフト９ａを含みかつ単一部材からなるロータ・カムシャフト・カムローブ部材３８の組立体の内部に配置されている。
【０１３０】
また、バックプレート５６が最終取付けされるまでバックプレート５６がカムローブ２２に対して移動する必要があるため、バックプレート５６のカム状内側開孔５７がその取付けに容易な独特の形状を有していることに注目してほしい。
【０１３１】
なお、チェックバルブシートなどのようないくつかの特徴部分は、ロータ１ｂの面またはロータ・カムシャフト・カムローブ部材３８の他の位置に一体に機械加工されていてもよい。さらに、カムローブの数は２個には限定されない。
【０１３２】
例として、本発明は、位相器の部品をカムシャフトの第１の端部に連結するというような所望のアプリケーションにＶＣＴ技術を適用するための方法および装置について教示している。ロータ１ａの大きさのような装置全体に関連する大きさは、組立スペース上の小型化要求を満足するために小型化されなければならない。
【０１３３】
従来の製品の軸方向および半径方向における組立スペースを制約する一つの要因は、位相器ロータをカムシャフト端部に取り付けるためのボルトの取付円である。言い換えれば、図２の領域１８は、位相器およびカムシャフト装置の寸法に影響を与えて寸法を増大させる。さらに、半径方向の組立スペースの制約を低減させることができる点で、ロータをカムシャフトに取り付けるためのより永久的な手段の使用が望ましい。
【０１３４】
ロータ１ａまたは１ｂおよびカムシャフト９の二つの部品を一旦固定すれば、これらを引き離そうとすることは装置全体を使用不能の状態にするため、最終製品は一般に固定化されたものであるという点で、永久的な固定手段は、ロータ１ａをカムシャフト９に固定するための取外し不能の方法であり得る。
【０１３５】
反例を挙げれば、従来装置は、ロータ１をカムシャフト９に非永久的に固定するのにネジ１４を使用しているが（図１参照）、この場合には、ネジ１４を取り付けるための領域１８およびフランジ８が要求される点で望ましくない。領域１８およびフランジ８は、位相器のような最終製品の寸法を増大させるので、望ましくない。
【０１３６】
このような寸法の増加は、フランジ８の導入による軸方向寸法の増加、および領域１８の導入による半径方向寸法の増加の双方を含んでいる。本発明は、フランジ８および領域１８の双方を除去することによって、ＶＣＴ装置の軸方向寸法および半径方向寸法の双方を減少させることを教示している。
【０１３７】
半径方向の組立スペースが減少すれば、軸方向の要求組立スペースを減少させるスプロケットの下で、位相器の各構成要素を引き寄せることができる。スプロケットのベアリング面もまたカムシャフトの端部に組み込まれるだろう。
【０１３８】
ロータおよびベアリング面は、多くの手法によりカムシャフトの端部に取り付けることが可能である。ロータをカムシャフト端部に取り付ける方法としては、以下の５つのシナリオがあるが、これらには限定されない。
【０１３９】
＜Ａ．ハブの直線状部分にロータを圧入する方法＞
カムシャフトの一端においてハブの直線状部分にロータを圧入することによって、ロータ１ａまたは１ｂのようなロータがカムシャフト９に永久固定される。理解されるように、ネジ１４やフランジ８のような余分な連結部材はここでは何ら必要とされない。
【０１４０】
例示では、図１０に示すように、カムシャフト９が、ロータ１ａの開孔１９に取り付けられるように配置された一端３０を有している。
ハブは、位相器の内径部分に圧入されるカムシャフト端部における円筒状突出部として用いられている。図１０に示すように、端部３０の領域がハブである。
【０１４１】
＜Ｂ．第１の構成要素における直線状スプラインおよび第２の構成要素におけるヘリカルスプラインを用いてハブにロータを圧入する方法＞
取外し不能のこの第２の方法は、ロータがカムシャフトのハブに圧入される点において第１の方法に類似している。第１の方法と異なる点は、ロータのような一つの構成要素が、内周にすぐば(straight)スプラインが形成された開孔１９を有している点である。
【０１４２】
カムシャフト９のような第２の構成要素は、ヘリカルスプラインのようなすぐば(straight)でない一端部３０ａを有している。例示では、図１１に示すように、すくばスプライン３２およびヘリカルスプライン３０ａを用いて、ロータ１ａがハブに圧入される。
【０１４３】
＜Ｃ．ロータをカムシャフトにろう付けする方法＞
ロータをカムシャフトにろう付けすることは、ロータ１ａのようなロータをカムシャフト９に取外し不能に固定するためのもう一つの手段である。本発明においては、任意の既知のろう付け手段が採用され得る。
【０１４４】
＜Ｄ．スエージ加工によってロータをカムシャフトに取り付ける方法＞
ロータはまた、カムシャフトに対してスエージ加工(swaging)によって取り付けられていてもよい。たとえば図１２には、カムシャフト９の第１の端部３０ｂに対してロータ１ａをスエージ加工により取り付けることにより、ロータおよびカムシャフトの取付け不能の結合が達成されている。内側開孔１９ａを有しているまたは有していない第１の端部３０ｂは、ロータ１ａの開孔１９内に挿入されている。
【０１４５】
理解されるように、スエージングは、カムシャフトのようなチューブまたはロッドの径を減少させまたは増大させるのに用いられる方法である。スエージングは、半径方向から槌で打つことにより圧縮力を作用させる金型の内部にカムシャフト９を配置することによって行われる。
【０１４６】
また、スエージングは、内側開孔１９の内部にマンドレルを配置して、半径方向の圧縮力を作用させることによって実行される。理解されるように、内径は、異なる形状を有していてよい。たとえば、内側開孔１９は六角形でもよく、スエージ加工後に生じる外径が実質的に円形でもよい。
【０１４７】
スエージ加工を施すには、内側開孔１９の存在が役に立つが、必ずしも必要なものではない。最終結果は、ロータおよびカムシャフトを永久的に取り外し不能に取り付けることである。
【０１４８】
＜Ｅ．カムシャフトが中空部材である場合にカムシャフトに対してボーライジングすることによりロータをカムシャフトに固定する方法＞
図１３には、開孔１９ａがカムシャフト構造を通じて形成されるように、カムシャフトが形成されており、ボーライジング(ballizing)は、ロータ１ａをカムシャフト９に永久的にまたは取り外し不能に取り付けるための方法である。
【０１４９】
この方法においては、まず、カムシャフト９の第１の端部３０ｃがロータ１ａの開孔１９内に位置するように、カムシャフト９がロータ１ａ内に配置される。次に、タングステンカーバイドのような材料からなるボール３２が、カムシャフト９の開孔１９ａ内を矢印３４で示すような方向に沿って所望の速度で移動する。
【０１５０】
ボール３２の移動方向は、方向３４の逆方向でもよい。言い換えれば、移動方向は、方向３４と１８０度をなす方向でもよい。このように、中空部材であるカムシャフトおよびロータに対してボーライジングすることにより、最終結果は、ロータおよびカムシャフトが永久的にまたは取り外し不能に取り付けられることになる。
【０１５１】
あるいは、ロータおよびベアリング面は、カムシャフト自体の一部として機械加工されていてもよい。言い換えれば、単一の部材が、ロータ、ベアリング面およびカムシャフトを有していてよい。場合によっては、カムシャフトが位相器の延長部とみなされ得るということが注目される。
【０１５２】
または、カムシャフトがロータの延長部としてみなされてもよい。このことは、カムローブが少ない場合にとくに言えることである。したがって、単一の材料からロータおよびカムシャフトを機械加工するのはより好都合である。カムローブが単一の材料から機械加工されないということがさらに注目される。
【０１５３】
好ましい実施例においては、ロータがカムシャフトに連結されているということが注目される。しかしながら、本発明は、位相器のロータを任意のドライブシャフトまたはドリブンシャフトに連結することを意図している。たとえば、ロータは、クランクシャフト、あるいは、カムシャフトがドライブシャフトまたはドリブンシャフトであろうと、任意のカムシャフトに連結されていてよい。
【０１５４】
以下の事項は、本発明に関連する用語および概念である。
上記流体が作動流体であるということが注目されるべきである。作動流体は、ベーン位相器内でベーンを移動させる流体のことである。典型的には、作動流体はエンジンオイルを含んでいるが、その他の作動流体であってもよい。
【０１５５】
本発明のＶＣＴシステムは、カムトルク駆動（ＣＴＡ）ＶＣＴシステムである。このＶＣＴシステムは、ベーンを移動させるのにエンジンバルブを開閉させる力によって生じるカムシャフト内のトルク逆転現象を使用している。
【０１５６】
ＣＴＡシステム内の制御バルブは、アドバンスチャンバからリタードチャンバへの流体の流れを許容しており、これにより、ベーンの移動を許容しまたは流体の流れを停止させて、ベーンを所定位置にロックしている。
【０１５７】
ＣＴＡ位相器は内向き歯また、漏れによるオイル損失を補填するためにオイル入力を有していてもよい。ベーンは、チャンバ内に収容され、作動流体が作用する半径方向部材である。ベーン位相器は、チャンバ内で移動するベーンによって駆動される位相器である。
【０１５８】
エンジンには、一つまたはそれ以上のカムシャフトがある。カムシャフトは、ベルト、チェーン、ギヤまたは他のカムシャフトにより駆動される。カムシャフト上には、バルブを押圧するローブが設けられている。
【０１５９】
多数本のカムシャフトを有するエンジンにおいては、大抵の場合、エグゾーストバルブ用に１本のシャフトが設けられ、インテークバルブ用に一本のシャフトが設けられている。Ｖ型エンジンは、通常、各バンクに１本ずつ２本のカムシャフトを有しているか、または各バンクにインテークバルブ用およびエグゾーストバルブ用の４本のカムシャフトを有している。
【０１６０】
チャンバは、ベーンが回転する空間領域として定義されている。チャンバは、クランクシャフトに対してバルブを先に開放させるアドバンスチャンバと、クランクシャフトに対してバルブを後で開放させるリタードチャンバとに分割されている。チェックバルブは、ただ一つの方向のみの流体の流れを許容するバルブとして定義されている。
【０１６１】
クローズドループは、一つの特性を他の特性に反応させて変化させるとともに、その変化が正しくなされたかどうかチェックして、所望の結果が得られるように作用を調整する制御システムとして定義されている。たとえば、ＥＣＵからの命令に反応して位相器位置を変化させるバルブを移動させ、実際の位相器位置をチェックして、バルブを再度正規の位置に移動させる。
【０１６２】
制御バルブは、位相器への流体の流れを制御するバルブである。制御バルブは、ＣＴＡシステムの位相器の内部に設けられている。制御バルブは、油圧またはソレノイドによって駆動される。クランクシャフトは、ピストンからの動力により、トランスミッションおよびカムシャフトを駆動する。
【０１６３】
スプールバルブは、スプール型の制御バルブとして定義されている。典型的には、スプールは穴内に配置されて、一方の通路を他方の通路に連絡している。スプールは、大抵の場合、位相器のロータの中心軸に配置されている。
【０１６４】
差圧制御システム（ＤＰＣＳ： differential pressure control system)は、スプールの各端部への作動流体圧を使用して、スプールバルブを移動させるシステムである。スプールの一端は他端よりも大きくなっており、一端に作用する流体は通常は油圧制御のＰＷＭバルブによって制御され、全供給圧はスプールの他端に供給されており、これにより、差圧が生じている。バルブ制御ユニット（ＶＣＵ： valve control unit)は、ＶＣＴシステムを制御するための制御回路である。典型的には、ＶＣＵは、ＥＣＵからの命令に反応して作動する。
【０１６５】
ドリブンシャフトは、ＶＣＴ内において動力を受ける任意のシャフトであり、大抵の場合、カムシャフトである。ドライブシャフトは、ＶＣＴ内において動力を供給する任意のシャフトであり、大抵の場合はクランクシャフトであるが、一方のカムシャフトに対する他方の駆動カムシャフトの場合もある。
【０１６６】
ＥＣＵは、車載コンピュータであるエンジン制御ユニットである。エンジンオイルは、エンジンを潤滑するのに使用されるオイルであり、制御バルブを介して位相器を駆動するのに油圧を作用させている。
【０１６７】
ハウジングは、チャンバを備えた位相器の外側部分として定義されている。ハウジングの外側部分は、タイミングベルト用のプーリ、タイミングチェーン用のスプロケットまたはタイミングギヤ用のギヤである。
【０１６８】
作動流体は、ブレーキオイルやパワーステアリングオイルと同様に、液圧シリンダに使用される任意のオイルである。作動流体は、必ずしもエンジンオイルと同じでなくてもよい。ロックピンは、位相器を所定位置にロックするように配置されている。ロックピンは、エンジン始動時や停止時のように、油圧が低すぎて位相器を保持できない場合に通常用いられる。
【０１６９】
ＯＰＡ型のＶＣＴシステムは、ベーンを移動させるのにエンジンオイル圧をベーンの一方の側または他方の側に作用させる一般的な位相器を使用している。
オープンループは、作用を確認するフィードバックを行うことなく、一つの特性を他方の特性に反応して変化させる（たとえば、ＥＣＵからの命令信号に反応してバルブを移動させる）制御システム内で用いられている。
【０１７０】
位相は、カムシャフトおよびクランクシャフト間（または、位相器が他方のカムによって駆動される場合にはカムシャフト間）の相対的角度位置として定義されている。位相器は、カムに据え付けられる全体の部分として定義されている。
【０１７１】
位相器は、典型的には、ロータおよびハウジング、さらにはスプールバルブおよびチェックバルブから構成されている。ピストン位相器は、内燃機関のシリンダ内のピストンによって駆動される位相器である。ロータは、カムシャフトに装着された、位相器の内側部分である。
【０１７２】
ＰＷＭ（Pulse-width Modulation）は、電圧または流体圧のオン・オフパルスのタイミングを変化させることによって、変化する力または圧力を提供している。ソレノイドは、機械的アームを移動させるのにコイル内を流れる電流を使用する電気式アクチュエータである。
【０１７３】
可変力ソレノイド（ＶＦＳ： variable force solenoid）は、通常は供給電流のＰＷＭによってその駆動力が変化し得るソレノイドである。ＶＦＳは、オン・オフソレノイドに対向している。
【０１７４】
スプロケットは、エンジンタイミングチェーンのようなチェーンとともに使用される部材である。タイミングとは、ピストンが或る限定位置（通常は上死点（ＴＤＣ））に達する時間と他の事象が起こる時間との間の関係として定義される。たとえば、ＶＣＴまたはＶＶＴシステムにおいては、タイミングは通常、バルブが開くまたは閉じるときに関係している。点火タイミングは、点火プラグが点火するときに関係している。
【０１７５】
トーション・アシスト（ＴＡ）位相器またはトルク・アシスト位相器は、ＯＰＡ位相器の変形例であって、オイル供給ラインにチェックバルブを付加しており（つまり、単一のチェックバルブの実施態様）、または各チャンバへの供給ラインにチェックバルブを付加している（つまり、二つのチェックバルブの実施態様）。
【０１７６】
チェックバルブは、トルク逆転による油圧パルスが油圧システム内に伝搬するのを阻止するとともに、ベーンがトルク逆転により後退するのを停止させる。ＴＡシステムにおいては、前方へのトルク効果によるベーンの動きが許容されている。このため、トーション・アシストという表現が用いられている。ベーンの動きのグラフは、階段状である。
【０１７７】
ＶＣＴシステムは、位相器、制御バルブ、制御バルブアクチュエータおよび制御回路を有している。可変カムタイミング（ＶＣＴ）は、エンジンのインテークバルブおよび（または）エグゾーストバルブを駆動する一つまたはそれ以上のカムシャフト間の角度関係（位相）を制御しまたは変化させるための方法であって物ではない。角度関係はまた、クランクシャフトがピストンに連結されているところのカムおよびクランクシャフト間の位相関係を含んでいる。
【０１７８】
可変バルブタイミング（ＶＶＴ： variable valve timing）は、バルブタイミングを変化させる任意の方法である。ＶＶＴはＶＣＴに関連している。ＶＶＴは、カムの形状を変えることによって、あるいは、カムに対するカムローブの関係、カムまたはバルブに対するバルブアクチュエータの関係を変えることによって、達成される。
【０１７９】
またＶＶＴは、電気式または液圧式アクチュエータを使用してバルブを個々に制御することによって、達成される。言い換えれば、すべてのＶＣＴはＶＶＴであるが、ＶＶＴがすべてＶＣＴであるというわけではない。
【０１８０】
本発明が関連する分野の当業者は、上述の教示内容を考慮するとき、本発明の精神および本質的な特徴部分から外れることなく、本発明の原理を採用する種々の変形例やその他の実施態様を構築し得る。上述の実施態様はあらゆる点で単なる例示としてのみみなされるべきものであり、限定的なものではない。
【０１８１】
したがって、本発明が個々の実施態様に関連して説明されてきたものの、構造、順序、材料その他の変更は、本発明の範囲内においてではあるが、当該技術分野の当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【０１８２】
【図１】従来のＶＣＴ装置の分解組立図である。
【図２】従来のロータの正面図である。
【図２Ａ】本発明によるロータの正面図である。
【図３】本発明の好ましい実施例による第１の全体斜視図である。
【図４】本発明の好ましい実施例による第２の全体斜視図である。
【図５】本発明による他の実施例を示している。
【図６】図５における単一部材からなるロータ・カムシャフト・カムローブ部材のより詳細な分解組立図である。
【図７】図５における単一部材からなるロータ・カムシャフト・カムローブ部材の全体斜視図である。
【図８】図５における単一部材からなるロータ・カムシャフト・カムローブ部材の断面図である。
【図９】図５における単一部材からなるロータ・カムシャフト・カムローブ部材の変形例を示している。
【図１０】本発明による第１の連結手段を示している。
【図１１】本発明による第２の連結手段を示している。
【図１２】本発明による第３の連結手段を示している。
【図１３】本発明による第４の連結手段を示している。
【符号の説明】
【０１８３】
１ｂ：  ロータ
９ａ：  回転軸
１９：  開孔
２２：  ローブ
３０ａ：  ヘリカルスプライン
３２：  すくばスプライン
４０：  ベーン
４４：  ハウジング
５６：  バックプレート
【図１】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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