(57)【要約】  軸方向の長さが短く、きめ細かな位相可変調整可能な、応答性に優れた位相可変装置を提供。同軸状に配置した駆動側の外筒部と従動側の内筒部間の位相を変える装置で、内・外筒部とヘリカルスプライン係合する中間部材(30)と、内筒部に支承され、かつ中間部材(30)とねじ係合する回転ドラム(44)を初期位置に戻す復帰ばねと、回転ドラム(44)に制動力を作用させる電磁クラッチ(40)を備えた電磁ブレーキ駆動方式、または内筒部に一体化したベーンロータ(210)を初期位置に戻す復帰ばねと、ベーンロータ(210)で区画される油圧室(116a,116b)に作動油を供給するポンプ(P)を備えた油圧駆動方式の位相可変装置で、復帰ばねは、渦巻きばね部(81,85)を軸方向に並設一体化した渦巻きコイルばね(80)で構成される。
2017183149.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフトの駆動力が伝達されるスプロケットを備えた駆動側の円環状外筒部と、前記外筒部に対し同軸状に回動可能に組み付けられ、動弁機構を構成するカムシャフトに延びる従動側の内筒部と、前記外筒部と内筒部にそれぞれヘリカルスプライン係合して外筒部と内筒部間に配設され、軸方向に移動して外筒部に対する内筒部の位相を変える中間部材と、前記内筒部に回転可能に支承された回転ドラムと、前記回転ドラムと軸方向に正対する位置に設けられ、前記回転ドラムに制動力を作用させる円環状の電磁クラッチと、前記回転ドラムと前記外筒部間に介装された復帰ばねと、を備え、
前記制動力によって、前記回転ドラムに生じる前記外筒部に対する回転遅れに連係して、前記外筒部と前記内筒部間の位相が変わる自動車用エンジンにおける位相可変装置において、
前記復帰ばねは、ばね線材が同一平面上を渦巻状に旋回する複数の渦巻きばね部が軸方向に接近するように並設一体化された渦巻きコイルばねで構成されたことを特徴とする自動車用エンジンにおける位相可変装置。
【請求項２】
軸方向に互いに接近する前記渦巻きばね部は、各渦巻きばね部をそれぞれ構成する線材コイル同士が線材コイル延在方向に対し僅かに軸方向に傾斜するばね線材の共有旋回領域を介して一体化されたことを特徴とする請求項１に記載の自動車用エンジンにおける位相可変装置。
【請求項３】
前記内筒部の外周には、前記中間部材とヘリカルスプライン係合する前記回転ドラムの円筒軸が配設され、前記円筒軸の外周に、円環状に形成された前記電磁クラッチが配設されたことを特徴とする請求項１または２に記載の自動車用エンジンにおける位相可変装置。
【請求項４】
前記渦巻きコイルばねは、外筒部側固定端が設けられ前記外筒部の回転方向と逆方向に旋回する最小径コイルの周りに渦巻状にばね線材が旋回する第１の渦巻きばね部と、回転ドラム側固定端が設けられ前記外筒部の回転方向に旋回する最小径コイルの周りに渦巻状にばね線材が旋回する第２の渦巻きばね部とが、軸方向に微小距離離間する形態に配置されるとともに、前記第１，第２の渦巻きばね部の最大径コイル同士がばね線材の共有旋回領域を介して連続することを特徴とする請求項２に記載の自動車用エンジンにおける位相可変装置。
【請求項５】
前記渦巻きコイルばねは、外筒部側固定端が設けられ前記外筒部の回転方向と逆方向に旋回する最大径コイルの内側に渦巻状にばね線材が旋回する第１の渦巻きばね部と、回転ドラム側固定端が設けられ前記外筒部の回転方向に旋回する最大径コイルの内側に渦巻状にばね線材が旋回する第２の渦巻きばね部とが、軸方向に微小距離離間する形態に配置されるとともに、前記第１，第２の渦巻きばね部の最小径コイル同士がばね線材の共有旋回領域を介して連続することを特徴とする請求項２に記載の自動車用エンジンにおける位相可変装置。
【請求項６】
前記渦巻きコイルばねは、外筒部側固定端が設けられ前記外筒部の回転方向と逆方向に旋回する最小径コイルの周りに渦巻状にばね線材が旋回する第１の渦巻きばね部と、前記外筒部の回転方向に旋回する最小径コイルの周りに渦巻状にばね線材が旋回する第２の渦巻きばね部と、回転ドラム側固定端が設けられ前記外筒部の回転方向に旋回する最大径コイルの内側に渦巻状にばね線材が旋回する第３の渦巻きばね部とが、軸方向に微小距離ずつ離間する形態に配置されるとともに、前記第１，第２の渦巻きばね部の最大径コイル同士がばね線材の共有旋回領域を介して連続し、前記第２，第３の渦巻きばね部の最小径コイル同士がばね線材の共有旋回領域を介して連続することを特徴とする請求項２に記載の自動車用エンジンにおける位相可変装置。
【請求項７】
前記渦巻きコイルばねは、外筒部側固定端が設けられ前記外筒部の回転方向と逆方向に旋回する最大径コイルの内側に渦巻状にばね線材が旋回する第１の渦巻きばね部と、前記外筒部の回転方向に旋回する最大径コイルの内側に渦巻状にばね線材が旋回する第２の渦巻きばね部と、回転ドラム側固定端が設けられ前記外筒部の回転方向に旋回する最小径コイルの周りに渦巻状にばね線材が旋回する第３の渦巻きばね部とが、軸方向に微小距離ずつ離間する形態に配置されるとともに、前記第１，第２の渦巻きばね部の最小径コイル同士がばね線材の共有旋回領域を介して連続し、前記第２，第３の渦巻きばね部の最大径コイル同士がばね線材の共有旋回領域を介して連続することを特徴とする請求項２に記載の自動車用エンジンにおける位相可変装置。
【請求項８】
クランクシャフトの駆動力が伝達されるスプロケットを備えた駆動側の円環状外筒部と、前記外筒部に対し同軸状に回動可能に組み付けられ、動弁機構を構成するカムシャフトに延びる従動側の内筒部と、前記外筒部の内側に形成された凹部と、前記内筒部に一体化されて前記凹部を周方向に遅角油圧室と進角油圧室に区画するとともに、周方向に回動して外筒部に対する内筒部の位相を変えるベーンロータと、前記油圧室に作動油を供給する油圧ポンプと、前記ベーンロータと前記外筒部間に介装された復帰ばねと、を備え、
前記遅角油圧室と進角油圧室の圧力差によって、前記ベーンロータに生じる前記外筒部に対する回転遅れに連係して、前記外筒部と前記内筒部間の位相が変わる自動車用エンジンにおける位相可変装置において、
前記復帰ばねは、ばね線材が同一平面上を渦巻状に旋回する複数の渦巻きばね部が軸方向に接近するように並設一体化された渦巻きコイルばねで構成されたことを特徴とする自動車用エンジンにおける位相可変装置。
【請求項９】
互いに接近する前記渦巻きばね部は、各渦巻きばね部をそれぞれ構成する線材コイル同士が線材コイル延在方向に対し僅かに軸方向に傾斜するばね線材の共有旋回領域を介して一体化されたことを特徴とする請求項８に記載の自動車用エンジンにおける位相可変装置。
【請求項１０】
前記渦巻きコイルばねは、ベーンロータ側固定端が設けられ前記外筒部の回転方向と逆方向に旋回する最小径コイルの周りに渦巻状にばね線材が旋回する第１の渦巻きばね部と、外筒部側固定端が設けられ前記外筒部の回転方向に旋回する最小径コイルの周りに渦巻状にばね線材が旋回する第２の渦巻きばね部とが、軸方向に微小距離離間する形態に配置されるとともに、前記第１，第２の渦巻きばね部の最大径コイル同士がばね線材の共有旋回領域を介して連続することを特徴とする請求項９に記載の自動車用エンジンにおける位相可変装置。
【請求項１１】
前記渦巻きコイルばねは、ベーンロータ側固定端が設けられ前記外筒部の回転方向と逆方向に旋回する最大径コイルの内側に渦巻状にばね線材が旋回する第１の渦巻きばね部と、外筒部側固定端が設けられ前記外筒部の回転方向に旋回する最大径コイルの内側に渦巻状にばね線材が旋回する第２の渦巻きばね部とが、軸方向に微小距離離間する形態に配置されるとともに、前記第１，第２の渦巻きばね部の最小径コイル同士がばね線材の共有旋回領域を介して連続することを特徴とする請求項９に記載の自動車用エンジンにおける位相可変装置。
【請求項１２】
前記渦巻きコイルばねは、ベーンロータ側固定端が設けられ前記外筒部の回転方向と逆方向に旋回する最小径コイルの周りに渦巻状にばね線材が旋回する第１の渦巻きばね部と、前記外筒部の回転方向に旋回する最小径コイルの周りに渦巻状にばね線材が旋回する第２の渦巻きばね部と、外筒部側固定端が設けられ前記外筒部の回転方向に旋回する最大径コイルの内側に渦巻状にばね線材が旋回する第３の渦巻きばね部とが、軸方向に微小距離ずつ離間する形態に配置されるとともに、前記第１，第２の渦巻きばね部の最大径コイル同士がばね線材の共有旋回領域を介して連続し、前記第２，第３の渦巻きばね部の最小径コイル同士がばね線材の共有旋回領域を介して連続することを特徴とする請求項９に記載の自動車用エンジンにおける位相可変装置。
【請求項１３】
前記渦巻きコイルばねは、ベーンロータ側固定端が設けられ前記外筒部の回転方向と逆方向に旋回する最大径コイルの内側に渦巻状にばね線材が旋回する第１の渦巻きばね部と、前記外筒部の回転方向に旋回する最大径コイルの内側に渦巻状にばね線材が旋回する第２の渦巻きばね部と、外筒部側固定端が設けられ前記外筒部の回転方向に旋回する最小径コイルの周りに渦巻状にばね線材が旋回する第３の渦巻きばね部とが、軸方向に微小距離ずつ離間する形態に配置されるとともに、前記第１，第２の渦巻きばね部の最小径コイル同士がばね線材の共有旋回領域を介して連続し、前記第２，第３の渦巻きばね部の最大径コイル同士がばね線材の共有旋回領域を介して連続することを特徴とする請求項９に記載の自動車用エンジンにおける位相可変装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クランクシャフトの駆動力が伝達されるスプロケットを備えた駆動側の円環状外筒部に対し、カムシャフトに延びる従動側の円環状内筒部が同軸状に回動可能に組み付けられ、内筒部に支承された回転ドラムと外筒部間に復帰ばねを介装し、回転ドラムを電磁クラッチで制動する電磁ブレーキ駆動方式、または内筒部に一体化したベーンロータと外筒部間に復帰ばねを介装し、ベーンロータを油圧で回動させる油圧駆動方式によって、外筒部と内筒部間の位相を変えるように構成された、自動車用エンジンにおける位相可変装置に関する。【０００２】
詳しくは、内筒部および外筒部にそれぞれヘリカルスプライン係合する中間部材を軸方向に移動させることで、外筒部（クランクシャフト）に対する内筒部（カムシャフト）の位相が変わる構造で、内筒部に回転可能に支承され、かつ中間部材に螺合して外筒部と同軸状に配置された回転ドラムと、前記外筒部との間に、復帰ばねが介装されるとともに、電磁クラッチを介して前記回転ドラムに電磁ブレーキ（制動力）が作用するように構成された、電磁ブレーキ駆動方式の位相可変装置、
または、内筒部に一体化したベーンロータを外筒部に対し周方向に回動させることで、外筒部（クランクシャフト）に対する内筒部（カムシャフト）の位相が変わる構造で、外筒部の内側に形成された凹部を周方向に遅角油圧室と進角油圧室に区画するベーンロータと、前記外筒部との間に、復帰ばねが介装されるとともに、油圧ポンプを介して前記遅角油圧室と進角油圧室に作動油が供給されるように構成された、油圧駆動方式の位相可変装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
この種の位相可変装置としては、例えば、下記特許文献１が知られている。これは、電磁ブレーキ駆動方式の位相可変装置で、図１５に示すように、エンジンのクランクシャフトの駆動力が伝達されるスプロケット１２を一体化した外筒部１０の内周に、カムシャフト２に延びる従動側の内筒部２０が同軸状に回動可能に組み付けられ、外筒部１０と内筒部２０間には、両者１０，２０にそれぞれヘリカルスプライン係合し、軸方向に移動して両者１０，２０間、即ちクランクシャフトとカムシャフト２間の位相を変える中間部材３０が介装されている。外筒部１０におけるスプロケット１２と反対側には、雌角ねじ部４５を介して中間部材３０に螺合しかつ軸受け２２を介して内筒部２０に回転可能に支承された回転ドラム４４が、外筒部１０と対向して設けられている。回転ドラム４４と外筒部１０間には、「捩りコイルばね」で構成された復帰ばね４６が介装され、回転ドラム４４には、エンジンケース８に支持された電磁クラッチ４０によって制動力が作用するように構成されている。符号３２，３３は、内外のヘリカルスプライン係合部、符号３１は、中間部材３０に設けた雄角ねじ部である。【０００４】
そして、電磁クラッチ４０のＯＮ／ＯＦＦ制御により、電磁クラッチ４０の制動力が回転ドラム５に作用し、復帰ばね(捩りコイルばね)４６が巻き上げられ、中間部材３０が角ねじ部３１，４５によって回動しながら前進（図１５右方向に移動）し、ヘリカルスプライン係合部３２、３３によって外筒部１０（スプロケット１２）と内筒部２０（カムシャフト２）間の位相が変わるようになっている。特に、外筒部１０と内筒部２０間に介装する中間部材３０の内外周面には、逆ヘリカルスプライン係合部３２，３３を設けたので、中間部材３０の軸方向への移動量に対し、外筒部１０と内筒部２０間の位相、即ちクランクシャフトとカムシャフト２間の位相を大きく変えることができる。【０００５】
また、復帰ばね４６は、線材コイルが軸方向に連続する「捩りコイルばね」で構成されて、断面円形のばね線材の全長が長い分、ばね定数が比較的小さい。したがって、線材コイルは変形し易いが、電磁クラッチ４０の制動力が回転ドラム４４に作用して、コイルばね４６が巻き上げられる際、各線材コイルが均等に縮径するため、各線材コイルが互いに接触することはない。即ち、ヒステリシス（コイルばねに発生する、巻上げと巻き戻しの際の捩りトルクの差）が小さい。【０００６】
そして、回転ドラム４４に作用する制動トルク（捩りコイルばね４６に作用する捩じりトルク）の大きさを縦軸、外筒部１０に対する回転ドラム４４の回動角度（捩りコイルばね４６の捩じり角度）を横軸として、復帰ばね（捩りコイルばね）４６の捩りトルク特性を図で示すと、図１６に示すように、右肩上がりの比較的緩やかな傾斜の直線Ａとなる。この図から、捩りコイルばね４６に作用する捩じりトルクは、「ばね」が巻上げられる際は右肩上がりに上昇し、巻き戻される際はほぼ同じように左肩上がりに下降し、ヒステリシスが小さいことがわかる。【０００７】
さらに、この図からわかるように、直線Ａの傾斜、即ち、外筒部１０に対する回転ドラム４４の所定回動角度（捩りコイルばね４６の所定捩じり角度）に対する捩りトルク (以下、これを単位捩りトルクという) ΔＴ/Δθが比較的小さいので、それだけきめ細かい位相可変調整ができる。【０００８】
また、電磁クラッチ４０により回転ドラム４４の回転が制動されて、「復帰ばね」が巻上げを開始する際の、復帰ばねに作用する捩りトルクを「復帰ばね」の設定トルクというが、回転ドラム４４と外筒部１０間に介装された復帰ばね４６は、予め僅かに巻き上げられて所定の設定トルクが作用する形態にセットされている。即ち、電磁クラッチ４０をＯＮさせない状態では、復帰ばね４６の設定トルク（捩りトルク）相当、例えば、中間部材３０が回転ドラム４４に当接する軸方向所定位置（初期位置）に付勢保持（図１５左方向に付勢保持）されて、外筒部１０，中間部材３０，内筒部２０およびカムシャフト２が一体となって回転し、即ち、外筒部１０と内筒部２０は位相差なく一体に回転できる。【０００９】
そして、位相可変制御では、設定トルク以上の制動トルクを回転ドラム４４に作用させる、即ち、復帰ばね（捩りコイルばね）４６に設定トルク以上の捩りトルクを作用させるが、ばね定数がもともと小さい「捩りコイルばね」では、図１６の符号Ｔ１で示すように、それほど高くはない比較的低い値が設定トルクとして設定される。【００１０】
一方、特許文献２の実施例には、特許文献１と同様の電磁ブレーキ駆動方式の位相可変装置であるが、図１７に示すように、回転ドラム５と外筒部（スプロケット１）間に介装する復帰ばね６として、「渦巻きばね」を用いた構造が記載されている。【００１１】
「渦巻きばね」は、断面矩形状の帯状のばね線材が同一平面上を渦巻き状に旋回する形態の「ばね」であり、ばね線材が渦巻き状に旋回する回数、即ち線材コイルの巻き数が制限されて、ばね線材の全長が「捩りコイルばね」に比べて短い。したがって、「捩りコイルばね」に比べて、ばね定数が大きく、線材コイルはそれだけ変形しにくい。なお、ばね線材が旋回するにつれ中心から遠ざかるか、または中心に近づく曲線を「渦巻き」と定義する。【００１２】
そして、「渦巻きばね」６の捩じりトルク特性は、図１８に示すように、右肩上がりの急傾斜の直線Ｂとなり、直線Ｂの傾斜、即ち、単位捩りトルクΔＴ/Δθが大きいので、それだけ粗い位相可変調整しかできない。【００１３】
また、電磁クラッチ４の制動力が回転ドラム５に作用すると、「渦巻きばね」を構成する各線材コイルが均一には変形（縮径）せず、特に、外側の線材コイルほど変形量（縮径量）が大きく、線材コイル同士が接触しやすい。即ち、ヒステリシス（渦巻きばねに発生する、巻上げと巻き戻しの際の捩りトルクの差）が大きくなり易い。【００１４】
また、復帰ばね６として、ヒステリシスの大きい「渦巻きばね」を用いた位相可変装置（図１７参照）において、正確な位相可変調整を行うには、できるだけヒステリシスの影響を受けない範囲での使用に限られることから、図１８の符号Ｔ２で示されるように、「捩りコイルばね」の設定トルクＴ１よりも低い値が設定トルクとして設定される。【００１５】
また、下記特許文献３には、クランクシャフトの駆動力が伝達されるスプロケット１２を備えた駆動側の外筒部であるハウジング１１に対し、カムシャフト２０に延びる従動側の内筒部であるベーンロータ２１が同軸状に回動可能に組み付けられ、ベーンロータ２１を外筒部（ハウジング１１）に対し周方向に回動させることで、外筒部（クランクシャフト）に対する内筒部（カムシャフト）の位相が変わる、油圧駆動方式の位相可変装置が記載されている。【００１６】
詳しくは、外筒部（ハウジング１１）の内側に形成された周方向四箇所の凹部それぞれを、周方向に遅角油圧室４１，４２，４３，４４と進角油圧室５１，５２，５３，５４に区画するベーンロータ２１と、ハウジング１１（のフロントプレート１５）との間に、復帰ばね（捩りコイルばね）１８が介装されるとともに、遅角油圧室と進角油圧室には、油圧ポンプ１を介して作動油がそれぞれ供給される。【００１７】
そして、遅角油圧室４１，４２，４３，４４と進角油圧室５１，５２，５３，５４への作動油の給排制御により生じる、遅角油圧室と進角油圧室間の圧力差によって、ベーンロータ２１に生じる外筒部１１に対する回転遅れに連係して、外筒部（ハウジング１１）と内筒部（カムシャフト）間の位相が変わるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開2002-364314号
【特許文献２】特開平7-26917号
【特許文献３】特開2007-138730号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
特許文献１では、回転ドラム４４と外筒部１０（スプロケット１２）間に介装された復帰ばね４６が、軸方向の寸法が大きい「捩りコイルばね」で構成されているため、回転ドラム４４と外筒部１０（スプロケット１２）間がそれだけ大きく離間し、位相可変装置が軸方向に長くなる、という第１の問題がある。【００２０】
また、「捩りコイルばね」の捩りトルク特性は、図１６に示すように、その傾斜が緩やかな直線Ａで示され、きめ細かい位相可変調整ができるが、ばね定数が小さいという「捩りコイルばね」の特性上、設定トルクＴ１はある程度低めとならざるを得ず、電磁クラッチ４０をＯＦＦにした後の位相可変の高い応答性を求めるメーカーの最新のニーズに応えることが難しい、という第２の問題もある。【００２１】
なお、「コイルばね」の線材コイル数を少なくすれば、軸方向の長さが短くなるとともに、ばね定数も上がり、捩りトルク特性Ａの傾斜も急となるため、設定トルクＴ１の値を上げることができるが、ばねの耐久性が著しく低下し、復帰ばねとしては利用できない。【００２２】
一方、特許文献２に記載されている「渦巻きばね」は、確かに、「捩りコイルばね」と比べて、軸方向の寸法が小さい分、回転ドラム５と外筒部（スプロケット１）を接近させて配置でき、この結果、位相可変装置を軸方向に短縮できる。【００２３】
しかし、「渦巻きばね」の捩じりトルク特性は、前記したように、急傾斜の右肩上がりで、しかもヒステリシスの大きな直線Ｂ(図１８参照）で、設定トルクＴ２は、「捩りコイルばね」の設定トルクＴ１よりもさらに低いことから、前記した第２の問題には対応できない。【００２４】
なお、「渦巻きばね」を構成する線材コイルの間隔を大きくすれば、線材コイル同士は接触しにくくなって、ヒステリシスは低下する。しかし、「渦巻きばね」全体の外径が大きくなって、位相可変装置が径方向に拡大してしまう。このため、復帰ばね４６として、「渦巻きばね」をそのまま採用することは、到底考えられない。【００２５】
また、特許文献１，２（電磁ブレーキ駆動方式の位相可変装置）において提示した前記第１，第２の問題は、特許文献３（油圧駆動方式の位相可変装置）においても、同様にいえることである。【００２６】
そこで、発明者は、電磁ブレーキ駆動方式では、回転ドラムと外筒部との間（油圧駆動方式では、ベーンロータと外筒部との間）に介装する復帰ばねの形態として、軸方向の寸法が小さい「渦巻きばね」の形態を前程として、「捩りコイルばね」のようにヒステリシスが小さく、かつ「捩りコイルばね」よりも大きな設定トルクを確保できる新たな形態について検討した。【００２７】
まず、ばね定数の大きな「渦巻きばね」に発生するヒステリシスの要因である線材コイル同士の接触に注目した。「渦巻きばね」では、捩り角度（図１８の横軸）が増えると、線材コイルが径方向に大きく縮もうとして、内外の線材コイル同士が接触することで、ヒステリシスが発生するが、「渦巻きばね」の線材コイル同士の接触を回避できる形態であれば、大きな設定トルクを設定できる、と考えた。【００２８】
そして、発明者は、「渦巻きばね」について捩りトルク試験を何度も行い、そのデータを詳細に検討することで、渦巻状に１回以上旋回する線材コイルの平均直径Dm、同線材コイルの巻き数N、同線材コイルの捩り角度θ、同線材コイルの径方向の収縮量ΔDmには、
ΔDm=Dm×［1-N/(N＋θ/360)］という相関関係があることを見出した。【００２９】
そして、この相関関係によれば、ヒステリシスの発生を抑制するには、線材コイルの径方向の収縮量ΔDmを小さくすればよく、そのためには、線材コイルの平均直径Dmを小さくするか、または線材コイルの巻き数Nを増やせばよい。【００３０】
しかし、線材コイルの平均直径Dmを小さくすると、内外の線材コイル間の隙間が狭くなって、線材コイル同士が接触し易くなるため、採用できない。一方、線材コイルの巻き数Nを増やすと、「渦巻きばね」の外径が大きくなり、限界がある。【００３１】
そこで、発明者は、「渦巻きばね」の外径を大きくすることなく、線材コイルの巻き数Nを増やすには、「渦巻きばね」を軸方向に並設一体化する、即ち、ばね線材が渦巻状に旋回する渦巻きばね部を「捩りコイルばね」のように軸方向に並設一体化した形態とすればよい、と考えた。【００３２】
詳しくは、ばね線材の全長が短いため、ばね定数が比較的大きく、かつヒステリシスが大きいが、軸方向の寸法の短い「渦巻きばね」の形態と、ばね線材の全長が長いため、ばね定数が小さく、かつヒステリシスが小さいが、軸方向の寸法の長い「捩りコイルばね」の形態との双方を備えた、従来にはない全く新たな「渦巻きコイルばね」の形態を考えた。【００３３】
そして、この新たな「渦巻きコイルばね」を実際に試作し、軸方向の寸法，ばね定数，耐久性，ヒステリシス，単位捩りトルクΔＴ/Δθ，設定トルクなどの「復帰ばね」としての特性を検証した結果、「捩りコイルばね」よりも、軸方向の寸法が小さく、ばね定数が大きく、大きな設定トルクを設定できるという点で、従来の「捩りコイルばね」よりも優れ、一方、渦巻きばねよりも、ばね定数が小さく、耐久性に優れ、ヒステリシスも小さく、単位捩りトルクΔＴ/Δθが小さく、きめ細かな位相可変調整ができ、しかも大きな設定トルクを設定できるという点で、従来の「渦巻きばね」よりも優れていることが確認されたことを受けて、今回の特許出願に至ったものである。【００３４】
本発明は、前記した従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、電磁ブレーキ駆動方式では、回転ドラムと外筒部間に介装する「復帰ばね」として、油圧駆動方式では、ベーンロータと外筒部間に介装する「復帰ばね」として、それぞれ「渦巻きコイルばね」を用いることで、装置の軸方向の長さを短縮できるとともに、きめ細かな位相可変調整ができる、応答性に優れた自動車用エンジンにおける位相可変装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３５】
前記目的を達成するために、本発明の第１の実施形態は、
クランクシャフトの駆動力が伝達されるスプロケットを備えた円環状外筒部と、前記外筒部に対し同軸状に回動可能に組み付けられ、動弁機構を構成するカムシャフトに延びる従動側の内筒部と、前記外筒部と内筒部にそれぞれヘリカルスプライン係合して外筒部と内筒部間に配設され、軸方向に移動して外筒部に対する内筒部の位相を変える中間部材と、前記内筒部に回転可能に支承された回転ドラムと、前記回転ドラムと軸方向に正対する位置に設けられ、前記回転ドラムに制動力を作用させる円環状の電磁クラッチと、前記回転ドラムと前記外筒部間に介装された復帰ばねと、を備え、
前記制動力によって、前記回転ドラムに生じる前記外筒部に対する回転遅れに連係して、前記外筒部と前記内筒部間の位相が変わる自動車用エンジンにおける位相可変装置において、
前記復帰ばねは、ばね線材が同一平面上を渦巻状に旋回する複数の渦巻きばね部が軸方向に接近するように並設一体化された渦巻きコイルばねで構成されたことを特徴とする。【００３６】
（作用）回転ドラムと外筒部間に介装される「渦巻きコイルばね」は、ばね線材が同一平面上を渦巻状に旋回する複数の渦巻きばね部を軸方向に接近するように並設一体化した形態で、多数の線材コイルが軸方向に連続する形態である「捩りコイルばね」と比べて、軸方向の寸法が短くなる分、回転ドラムと外筒部を接近させて配置することで、位相可変装置の軸方向の長さが短くなる。【００３７】
また、「渦巻きばね」は、ばね線材が同一平面上に渦巻状に旋回する形態で、線材コイルの巻き数には制約があり、ばね線材の全長が「捩りコイルばね」に比べて短い。このため、「渦巻きばね」は、ばね定数が大きく、捩り荷重に対し内外の線材コイルが均一に変形せず、線材コイル同士の接触によるヒステリシスが大きい。【００３８】
一方、「渦巻きコイルばね」は、ばね線材が同一平面上に渦巻状に旋回する渦巻きばね部が複数、軸方向に接近するように並設された形態で、ばね線材が同一平面上に渦巻状に旋回するだけの形態である「渦巻きばね」よりも線材コイルの巻き数が多く、ばね線材の全長がそれだけ長い。このため、「渦巻きばね」と比較し、ばね定数が小さく、長期の使用に対しての耐久性に優れる。さらに、「捩りコイルばね」の特性「捩り荷重に対し各線材コイルが半径方向にそれぞれ均等に縮径する」と同じように、軸方向に並設された複数の渦巻きばね部が捩り荷重に対しそれぞれ縮径する分、各渦巻きばね部を構成する線材コイルにおける縮径量がそれぞれ減少し、それだけ線材コイル同士が接触しにくく、ヒステリシスが小さい。【００３９】
この結果、「渦巻きコイルばね」の捩じりトルク特性は、図５の符号Ｃに示すように、「捩りコイルばね」の捩じりトルク特性を示す直線Ａ（図１６参照）よりも急傾斜で、一方、「渦巻きばね」の捩じりトルク特性を示す直線Ｂ（図１８参照）よりも緩傾斜で、「捩りコイルばね」や「渦巻きばね」よりもヒステリシスが小さく、かつ高い設定トルクＴ３の設定が可能な、右肩上がりの直線Ｃとなる。【００４０】
特に、「渦巻きコイルばね」の捩じりトルク特性を示す直線Ｃは、単位捩りトルクΔＴ/Δθが小さいという点で、「捩りコイルばね」の捩じりトルク特性Ａ(図１６)に近く、したがって、「捩りコイルばね」を復帰ばねとして採用する特許文献１ほどではないが、比較的きめ細かな位相可変調整ができる。【００４１】
また、図５に示すように、従来の「捩りコイルばね」や「渦巻きばね」で得られる設定トルクＴ１，Ｔ２（図１６，１８参照）よりも高い設定トルクＴ３を設定できることから、電磁クラッチＯＦＦ後、復帰ばねが元の初期状態に戻るまでの位相可変がスピーディとなる分、位相可変調整の際の応答性が良好となる。【００４２】
本発明の第２の実施形態は、本発明の第１の実施形態において、
軸方向に互いに接近する前記渦巻きばね部は、各渦巻きばね部をそれぞれ構成する線材コイル同士が線材コイル延在方向に対し僅かに軸方向に傾斜するばね線材の共有旋回領域を介して一体化されたことを特徴とする。【００４３】
(作用)  渦巻きコイルばねが巻き上げられる際、ばね線材の共有旋回領域を介して渦巻きばね部の線材コイルに捩りトルクが伝達されるが、互いに接近する渦巻きばね部の線材コイル同士は、線材コイル延在方向に対し大きく屈曲する共有旋回領域を介して連続するのではなく、線材コイル延在方向に対し僅かに軸方向に傾斜して滑らかに連続するばね線材の共有旋回領域を介して連続するので、渦巻きばね部同士を接続するばね線材の共有旋回領域に不測の応力が発生したり、応力が集中したりすることもなく、複数の渦巻きばね部に捩りトルクが等しく伝達される。【００４４】
本発明の第３の実施形態は、本発明の第１または第２の実施形態において、
前記内筒部の外周には、前記中間部材とヘリカルスプライン係合する前記回転ドラムの円筒軸が配設され、前記円筒軸の外周に、円環状に形成された前記電磁クラッチが配設されたことを特徴とする。【００４５】
（作用）内筒部の前端部外周の軸方向後方に回転ドラムおよび電磁クラッチが同軸状に配置（図１参照）されることで、内筒部前端部の軸方向前方に電磁クラッチを配置する従来構造（図１５参照)と比べて、内筒部前端部の軸方向前方に電磁クラッチが突出しない分、位相可変装置の軸方向の長さを短くできる。【００４６】
なお、「渦巻きコイルばね」の具体的な形態としては、例えば、第４，第５の実施形態に示すように、渦巻きばね部を軸方向に２段並設（第１，第２の渦巻きばね部を軸方向に並設）した形態、第６，第７の実施形態に示すように、渦巻きばね部を軸方向に３段並設（第１，第２，第３の渦巻きばね部を軸方向に並設）した形態が考えられる。【００４７】
即ち、本発明の第４の実施形態(図３，４参照）は、本発明の第２の実施形態において、
前記渦巻きコイルばね８０は、外筒部側固定端８２ａが設けられ前記外筒部１０の回転方向と逆方向に旋回する最小径コイル８２の周りに渦巻状にばね線材ｗが旋回する第１の渦巻きばね部８１と、回転ドラム側固定端８６ｃが設けられ前記外筒部１０の回転方向に旋回する最小径コイル８６の周りに渦巻状にばね線材ｗが旋回する第２の渦巻きばね部８５とが、軸方向に微小距離離間する形態に配置されるとともに、前記第１，第２の渦巻きばね部８１，８５の最大径コイル８３，８７同士がばね線材ｗの共有旋回領域８８を介して連続することを特徴とする。【００４８】
本発明の第５の実施形態(図６，７参照)は、本発明の第２の実施形態において、
前記渦巻きコイルばね８０Ａは、外筒部側固定端８３ａが設けられ前記外筒部１０の回転方向と逆方向に旋回する最大径コイル８３の内側に渦巻状にばね線材ｗが旋回する第１の渦巻きばね部８１Ａと、回転ドラム側固定端８７ｂが設けられ前記外筒部１０の回転方向に旋回する最大径コイル８７の内側に渦巻状にばね線材ｗが旋回する第２の渦巻きばね部８５Ａとが、軸方向に微小距離離間する形態に配置されるとともに、前記第１，第２の渦巻きばね部８１Ａ，８５Ａの最小径コイル８２，８６同士がばね線材ｗの共有旋回領域８９を介して連続することを特徴とする。【００４９】
本発明の第６の実施形態は、本発明の第２の実施形態において、
前記渦巻きコイルばね８０Ｂ（図８，９参照）は、外筒部側固定端８２ａが設けられ前記外筒部１０の回転方向と逆方向に旋回する最小径コイル８２の周りに渦巻状にばね線材ｗが旋回する第１の渦巻きばね部８１Ｂと、前記外筒部１０の回転方向に旋回する最小径コイル８６の周りに渦巻状にばね線材ｗが旋回する第２の渦巻きばね部８５Ｂと、回転ドラム側固定端１８３ｂが設けられ前記外筒部１０の回転方向に旋回する最大径コイル１８３の内側に渦巻状にばね線材ｗが旋回する第３の渦巻きばね部１８１とが、軸方向に微小距離ずつ離間する形態に配置されるとともに、前記第１，第２の渦巻きばね部８１Ｂ，８５Ｂの最大径コイル８３，８７同士がばね線材ｗの共有旋回領域８８Ａを介して連続し、前記第２，第３の渦巻きばね部８５Ｂ，１８１の最小径コイル８６，１８２同士がばね線材ｗの共有旋回領域８９Ａを介して連続することを特徴とする。【００５０】
本発明の第７の実施形態(図１０，１１参照）は、本発明の第２の実施形態において、
前記渦巻きコイルばね８０Ｃは、外筒部側固定端８３ａが設けられ前記外筒部１０の回転方向と逆方向に旋回する最大径コイル８３の内側に渦巻状にばね線材ｗが旋回する第１の渦巻きばね部８１Ａと、前記外筒部１０の回転方向に旋回する最大径コイル８７の内側に渦巻状にばね線材ｗが旋回する第２の渦巻きばね部８５Ｃと、回転ドラム側固定端１８２ｂが設けられ前記外筒部１０の回転方向に旋回する最小径コイル１８２の周りに渦巻状にばね線材ｗが旋回する第３の渦巻きばね部１８１Ａとが、軸方向に微小距離ずつ離間する形態に配置されるとともに、前記第１，第２の渦巻きばね部８１Ａ，８５Ｃの最小径コイル８２，８６同士がばね線材ｗの共有旋回領域８９Ａを介して連続し、前記第２，第３の渦巻きばね部８５Ｃ，１８１Ａの最大径コイル８７，１８３同士がばね線材ｗの共有旋回領域８８Ｂを介して連続することを特徴とする。【００５１】
（作用）第４，第５の実施形態における「渦巻きコイルばね」は、第１，第２の渦巻きばね部が軸方向に並設された形態であり、第６，第７の実施形態における「渦巻きコイルばね」は、第１，第２，第３の渦巻きばね部が軸方向に並設された形態であり、いずれの実施形態における「渦巻きコイルばね」も、軸方向に連続して配置された線材コイルの数が「捩りコイルばね」と比べて少ないため、「捩りコイルばね」よりも軸方向の寸法が短い。【００５２】
また、第６，第７の実施形態における「渦巻きコイルばね」は、第１，第２の渦巻きばね部に加えて第３の渦巻きばね部が軸方向に並設されている分、第４，第５の実施形態における「渦巻きコイルばね」よりも、軸方向の寸法が僅かに長いため、位相可変装置を軸方向に短縮するという作用については、第４，第５の実施形態における「渦巻きコイルばね」よりも僅かに劣る。【００５３】
然るに、並設された渦巻きばね部の数が多い分、線材コイルの数が増え、ばね線材の全長が長くなる分、第４，第５の実施形態における「渦巻きコイルばね」よりもばね定数が小さくなって、第４，第５の実施形態における「渦巻きコイルばね」において設定できる設定トルクよりも低い設定トルクを設定できる。【００５４】
さらに、捩り荷重に対し第１，第２，第３の渦巻きばね部がそれぞれ径方向に縮径する分、各渦巻きばね部を構成する線材コイルにおける縮径量がいっそう減少し、それだけ線材コイル同士がさらに接触しにくくなって、ヒステリシスがいっそう小さくなる。【００５５】
前記目的を達成するために、本発明の第８の実施形態は、
クランクシャフトの駆動力が伝達されるスプロケットを備えた駆動側の円環状外筒部と、前記外筒部に対し同軸状に回動可能に組み付けられ、動弁機構を構成するカムシャフトに延びる従動側の内筒部と、前記外筒部の内側に形成された凹部と、前記内筒部に一体化されて前記凹部を周方向に遅角油圧室と進角油圧室に区画するとともに、周方向に回動して外筒部に対する内筒部の位相を変えるベーンロータと、前記油圧室に作動油を供給する油圧ポンプと、前記ベーンロータと前記外筒部間に介装された復帰ばねと、を備え、
前記遅角油圧室と進角油圧室の圧力差によって、前記ベーンロータに生じる前記外筒部に対する回転遅れに連係して、前記外筒部と前記内筒部間の位相が変わる自動車用エンジンにおける位相可変装置において、
前記復帰ばねは、ばね線材が同一平面上を渦巻状に旋回する複数の渦巻きばね部が軸方向に接近するように並設一体化された渦巻きコイルばねで構成されたことを特徴とする。【００５６】
（作用）ベーンロータと外筒部間に介装される「渦巻きコイルばね」は、ばね線材が同一平面上を渦巻状に旋回する複数の渦巻きばね部を軸方向に接近するように並設一体化した形態で、多数の線材コイルが軸方向に連続する形態である「捩りコイルばね」と比べて、軸方向の寸法が短くなる分、外筒部側の復帰ばね取付面と内筒部側の復帰ばね取付面とを接近させて配置することで、位相可変装置の軸方向の長さが短くなる。【００５７】
また、本発明の第８の実施形態（油圧駆動方式の位相可変装置）においても、本発明の第１の実施の形態（電磁ブレーキ駆動方式の位相可変装置）と同様の作用が奏される。【００５８】
即ち、「渦巻きコイルばね」の捩じりトルク特性を示す直線Ｃは、単位捩りトルクΔＴ/Δθが小さいという点で、「捩りコイルばね」の捩じりトルク特性ＡＢ(図１６)に近く、したがって、「捩りコイルばね」を復帰ばねとして採用する特許文献３ほどではないが、比較的きめ細かな位相可変調整ができる。【００５９】
また、図５に示すように、従来の「捩りコイルばね」や「渦巻きばね」で得られる設定トルクＴ１，Ｔ２（図１６，１８参照）よりも高い設定トルクＴ３を設定できることから、油圧室への作動油の供給を停止後、復帰ばねが元の初期状態に戻るまでの位相可変がスピーディとなる分、位相可変調整の際の応答性が良好となる。【００６０】
本発明の第９の実施形態は、本発明の第８の実施形態において、
軸方向に互いに接近する前記渦巻きばね部は、各渦巻きばね部をそれぞれ構成する線材コイル同士が線材コイル延在方向に対し僅かに軸方向に傾斜するばね線材の共有旋回領域を介して一体化されたことを特徴とする。【００６１】
本発明の第９の実施形態の作用は、本発明の第２の実施形態における「渦巻きコイルばね」の前記した作用と同一であるので、その説明は省略する。【００６２】
本発明の第１０の実施形態（図３，４参照）は、本発明の第９の実施形態において、
前記渦巻きコイルばね８０は、ベーンロータ側固定端８２ａが設けられ前記外筒部１１０の回転方向と逆方向に旋回する最小径コイルの周りに渦巻状にばね線材ｗが旋回する第１の渦巻きばね部８１と、外筒部側固定端８６ｃが設けられ前記外筒部１１０の回転方向に旋回する最小径コイル８６の周りに渦巻状にばね線材ｗが旋回する第２の渦巻きばね部８５とが、軸方向に微小距離離間する形態に配置されるとともに、前記第１，第２の渦巻きばね部８１，８５の最大径コイル８３，８７同士がばね線材ｗの共有旋回領域８８を介して連続することを特徴とする。【００６３】
本発明の第１１の実施形態（図６，７参照）は、本発明の第９の実施形態において、
前記渦巻きコイルばね８０Ａは、ベーンロータ側固定端８３ａが設けられ前記外筒部１１０の回転方向と逆方向に旋回する最大径コイル８３の内側に渦巻状にばね線材ｗが旋回する第１の渦巻きばね部８１Ａと、外筒部側固定端８７ｂが設けられ前記外筒部１１０の回転方向に旋回する最大径コイル８７の内側に渦巻状にばね線材ｗが旋回する第２の渦巻きばね部８５Ａとが、軸方向に微小距離離間する形態に配置されるとともに、前記第１，第２の渦巻きばね部８１Ａ，８５Ａの最小径コイル８２，８６同士がばね線材ｗの共有旋回領域８９を介して連続することを特徴とする。【００６４】
本発明の第１２の実施形態（図８，９参照）は、本発明の第９の実施形態において、
前記渦巻きコイルばね８０Ｂは、ベーンロータ側固定端８２ａが設けられ前記外筒部１１０の回転方向と逆方向に旋回する最小径コイル８２の周りに渦巻状にばね線材ｗが旋回する第１の渦巻きばね部８１Ｂと、前記外筒部１１０の回転方向に旋回する最小径コイル８６の周りに渦巻状にばね線材ｗが旋回する第２の渦巻きばね部８５Ｂと、外筒部側固定端１８３ｂが設けられ前記外筒部１１０の回転方向に旋回する最大径コイル１８３の内側に渦巻状にばね線材ｗが旋回する第３の渦巻きばね部１８１とが、軸方向に微小距離ずつ離間する形態に配置されるとともに、前記第１，第２の渦巻きばね部８１Ｂ，８５Ｂの最大径コイル８３，８７同士がばね線材ｗの共有旋回領域８８Ａを介して連続し、前記第２，第３の渦巻きばね部８５Ｂ，１８１の最小径コイル８６，１８２同士がばね線材ｗの共有旋回領域８９Ａを介して連続することを特徴とする。【００６５】
本発明の第１３の実施形態（図１０，１１参照）は、本発明の第９の実施形態において、
前記渦巻きコイルばねは、ベーンロータ側固定端８３ａが設けられ前記外筒部１１０の回転方向と逆方向に旋回する最大径コイル８３の内側に渦巻状にばね線材ｗが旋回する第１の渦巻きばね部８１Ａと、前記外筒部１１０の回転方向に旋回する最大径コイル８７の内側に渦巻状にばね線材ｗが旋回する第２の渦巻きばね部８５Ｃと、外筒部側固定端１８２ｂが設けられ前記外筒部１１０の回転方向に旋回する最小径コイル１８２の周りに渦巻状にばね線材ｗが旋回する第３の渦巻きばね部１８１Ａとが、軸方向に微小距離ずつ離間する形態に配置されるとともに、前記第１，第２の渦巻きばね部８１Ａ，８５Ｃの最小径コイル８２，８６同士がばね線材ｗの共有旋回領域８９Ａを介して連続し、前記第２，第３の渦巻きばね部８５Ｃ，１８１Ａの最大径コイル８７，１８３同士がばね線材ｗの共有旋回領域８８Ｂを介して連続することを特徴とする。【００６６】
（作用）第１０，第１１の実施形態における「渦巻きコイルばね」は、いずれも第１，第２の渦巻きばね部が軸方向に並設された形態であり、第１２，第１３の実施形態における「渦巻きコイルばね」は、いずれも第１，第２，第３の渦巻きばね部が軸方向に並設された形態である。そして、第１０〜第１３のいずれの実施形態における「渦巻きコイルばね」も、軸方向に連続して配置された線材コイルの数が「捩りコイルばね」と比べて少ないため、「捩りコイルばね」よりも軸方向の寸法が短い。【００６７】
また、第１２，第１３の実施形態における「渦巻きコイルばね」は、第１，第２の渦巻きばね部に加えて第３の渦巻きばね部が軸方向に並設されている分、第１０，第１１の実施形態における「渦巻きコイルばね」よりも、軸方向の寸法が僅かに長いため、位相可変装置を軸方向に短縮するという作用については、第１０，第１１の実施形態における「渦巻きコイルばね」よりも僅かに劣る。【００６８】
然るに、並設された渦巻きばね部の数が多い分、線材コイルの数が増え、ばね線材の全長が長くなる分、第１０，第１１の実施形態における「渦巻きコイルばね」よりもばね定数が小さくなって、第１０，第１１の実施形態における「渦巻きコイルばね」において設定できる設定トルクよりも低い設定トルクを設定できる。【００６９】
さらに、捩り荷重に対し第１，第２，第３の渦巻きばね部がそれぞれ径方向に縮径する分、各渦巻きばね部を構成する線材コイルにおける縮径量がいっそう減少し、それだけ線材コイル同士がさらに接触しにくくなって、ヒステリシスがいっそう小さくなる。
【発明の効果】
【００７０】
以上の説明から明らかなように、本発明の第１の実施形態によれば、回転ドラムと外筒部間に介装する復帰ばねとして、「渦巻きコイルばね」を採用することで、第１には、回転ドラムと外筒部間に介装する復帰ばねの軸方向の寸法が短くなる分、位相可変装置を軸方向に短縮できる。【００７１】
第２には、「渦巻きコイルばね」の捩じりトルク特性は、単位捩りトルクΔＴ/Δθが小さいという点で、「コイルばね」の捩じりトルク特性に近いので、それだけきめ細かな位相可変調整ができる。【００７２】
第３には、回転ドラムと外筒部間に介装する復帰ばねの設定トルクを従来よりも大きくすることで、位相可変の際の応答性に優れた位相可変装置を提供できる。【００７３】
本発明の第８の実施形態によれば、ベーンロータと外筒部間に介装する復帰ばねとして、「渦巻きコイルばね」を採用することで、第１には、ベーンロータと外筒部間に介装する復帰ばねの軸方向の寸法が短くなる分、位相可変装置を軸方向に短縮できる。【００７４】
第２には、「渦巻きコイルばね」の捩じりトルク特性は、単位捩りトルクΔＴ/Δθが小さいという点で、「捩りコイルばね」の捩じりトルク特性に近いので、それだけきめ細かな位相可変調整ができる。【００７５】
第３には、ベーンロータと外筒部間に介装する復帰ばねの設定トルクを従来よりも大きくすることで、位相可変の際の応答性に優れた位相可変装置を提供できる。【００７６】
本発明の第２の実施形態または第９の実施形態によれば、ばね線材の共有旋回領域に不測の応力が発生したり、応力が集中することもなく、隣接する複数の渦巻きばね部に捩りトルクが等しく伝達されるので、渦巻きコイルばねの耐久性が保証されて、長期間にわたり、バルブの開閉タイミングをきめ細かく的確に制御できる位相可変装置を提供できる。【００７７】
本発明の第３の実施形態によれば、内筒部前端部の軸方向前方に電磁クラッチが突出しないので、位相可変装置を軸方向にいっそう短縮できる。【００７８】
本発明の第４，第５，第６，第７の実施形態または第１０，第１１，第１２，第１３の実施形態によれば、並設する渦巻きばね部の数や渦巻きばね部を構成する線材コイル数によって復帰ばね（渦巻きコイルばね）の設定トルクが変化することを利用し、並設する渦巻きばね部の数や渦巻きばね部を構成する線材コイル数を適宜調整することで、復帰ばね（渦巻きコイルばね）の設定トルクを従来よりも大きめの所定値に設定することで、バルブの開閉タイミングをきめ細かく的確に制御できる、応答性に優れた位相可変装置を提供できる。
【発明を実施するための形態】
【００７９】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【００８０】
図１〜図５は、本発明に係る位相可変装置の第１の実施例を示し、図１は本発明の第１の実施例である自動車用エンジンにおける位相可変装置の縦断面図、図２は同装置の内部構造を示す分解斜視図、図３は同装置の要部である渦巻きコイルばねの拡大斜視図、図４は同渦巻きコイルばねの具体的形態を示す図で、（ａ）は渦巻きコイルばねの平面図、（ｂ）は渦巻きコイルばねの正面図、（ｃ）は渦巻きコイルばねの右側面図、（ｄ）は渦巻きコイルばねの縦断面図（図４（ｂ）の線IV-IVに沿う断面図）、（ｅ）は渦巻きコイルばねの具体的形態を説明する斜視図、図５は同渦巻きコイルばねの捩りトルク特性を示す図である。
【００８１】
この第１の実施例に示す位相可変装置は、エンジンに組み付け一体化された形態で用いられ、クランクシャフトの回転に同期して吸・排気弁が開閉するようにクランクシャフトの回転をカムシャフトに伝達するとともに、エンジンの負荷や回転数などの運転状態によってエンジンの吸・排気弁の開閉のタイミングを変化させるための装置である。
【００８２】
同装置は、電磁ブレーキ駆動方式の位相可変装置で、図１，２に示すように、エンジンのクランクシャフト（図示せず）の駆動力が伝達される円環状外筒部１０と、外筒部１０と同軸状に配置されて外筒部１０に対し相対回動可能で、カムシャフト２を連結一体化した従動側の円環状内筒部２０と、外筒部１０と内筒部２０にそれぞれヘリカルスプライン係合して外筒部１０と内筒部２０間に介装され、軸方向に移動して外筒部１０に対する内筒部２０の位相を変える中間部材３０と、内筒部２０前端部外周のカムシャフト２非配設側に設けられた回転ドラム４４と、回転ドラム４４に制動力を作用させて、中間部材３０を軸方向に移動させるブレーキ手段である電磁クラッチ４０と、回転ドラム４４と外筒部１０（のスプラインケース１６）間に介装された復帰ばね（渦巻きコイルばね）８０とを備えて構成されている。
【００８３】
外筒部１０は、内周縁にリング状の凸部１２ａが設けられたスプロケット１２と、スプロケット１２の側面に密着するように固定され、凸部１２ａと協働してフランジ係合溝１３を画成するとともに、内周側が中間部材３０とスプライン係合するスプラインケース１６とから構成されている。スプロケット１２には、エンジンのクランクシャフトの回転がチェーンＣを介して伝達される。符号１１は、スプロケット１２とスプラインケース１６を固定一体化する締結ねじで、スプロケット１２とスプラインケース１６で外筒部１０を構成することで、フランジ係合溝１３の形成が容易で、外筒部１０（スプラインケース１６）内周面における雌ヘリカルスプライン１７の形成も容易となっている。
【００８４】
また、符号３２，３３は、中間部材３０の内外周面に設けられた雌雄ヘリカルスプライン、符号２３は、内筒部２０の外周面に設けられている雄ヘリカルスプラインである。そして、中間部材３０の内外のスプライン３２，３３は逆方向ヘリカルスプラインで、中間部材３０の軸方向への僅かな移動で、外筒部１０に対し内筒部２０の位相を大きく変化させることができる。符号３１は、中間部材３０の外周面に形成された雄角ねじ部、符号４５は、回転ドラム４４の円筒軸４４ａの内周面に設けられた雌角ねじ部である。
【００８５】
また、外筒部１０を構成するスプロケット１２の内周縁に形成されたリング状の凸部１２ａには、内筒部２０のフランジ２１が係合するとともに、外筒部１０を構成するスプラインケース１６の段差部１６ａと内筒部２０のフランジ２１間には、皿ばね積層体５０が収容されている。皿ばね積層体５０の反発力によって、内筒部２０と外筒部１０間の相対摺動部における摩擦トルクが上がり、中間部材３０と内外筒部２０，１０間のヘリカルスプライン係合部３２，２３；３３，１７に発生する歯打ち音（歯同士がぶつかる打音）を低減できるようになっている。
【００８６】
回転ドラム４４は、軸受け２２を介して内筒部２０前端部に回転可能に支承されるとともに、回転ドラム４４の円筒軸４４ａが中間部材３０の雄角ねじ部３１に螺合するとともに、回転ドラム４４と外筒部１０（のスプラインケース１６）間には、渦巻きコイルばね８０が介装されている。回転ドラム４４と中間部材３０は、角ねじ部４５，３１に沿って周方向に相対回動できる。即ち、中間部材３０は、角ねじ部４５，３１に沿って回動しながら軸方向に移動する。
【００８７】
また、渦巻きコイルばね８０は、図１，２に示すように、軸方向両端部に設けた回転ドラム側固定端（フック）８６ｃと外筒部側固定端（Ｌ字突起）８２ａを、回転ドラム４４から突出する係止ピン４４ｂと外筒部１０（のスプラインケース１６）に設けたスリット１６ｂにそれぞれ係止させることで、回転ドラム４４と外筒部１０（のスプラインケース１６）間に介装されている。また、渦巻きコイルばね８０は、予め僅かに巻き上げられて所定の設定トルク（例えば、2000Nmm）が作用する形態にセットされている。即ち、電磁クラッチ４０をＯＮさせない状態では、渦巻きコイルばね８０の設定トルク（捩りトルク）相当、例えば、中間部材３０が回転ドラム４４に当接する所定位置に付勢保持されて、外筒部１０，中間部材３０，内筒部２０およびカムシャフト２が一体となって回転、即ち、外筒部１０と内筒部２０は位相差なく一体に回転する。
【００８８】
そして、渦巻きコイルばね８０の具体的な形態は、後で詳しく説明するが、軸方向にその長さが短く、回転ドラム４４と外筒部１０間が接近して配置されている分、位相可変装置が軸方向にコンパクトとなっている。
【００８９】
また、内筒部２０の前端部外周には、中間部材３０と係合する回転ドラム４４の円筒軸４４ａが配設され、円筒軸４４ａの外周に円環状の電磁クラッチ４０が配設されることで、内筒部２０前端部外周の軸方向後方に回転ドラム４４および電磁クラッチ４０が同軸状に配置された構造で、内筒部２０前端部の軸方向外方に電磁クラッチを配置する従来構造(図１２）と比べて、内筒部２０前端部の軸方向前方に電磁クラッチ４０が突出しない分、位相可変装置の軸方向の長さを短くできる。即ち、シリンダヘッドに取り付け固定するエンジンケース８内(図１左方向)への突出量が小さく、それだけエンジンの位相可変装置配設方向における長さをコンパクトにできる。
【００９０】
回転ドラム４４に制動力を作用させるブレーキ手段である電磁クラッチ４０は、図１,２に示すように、回転ドラム４４のディスク面に向けて開口する横断面コ字型円環状で周方向に回り止めされたクラッチケース４１と、クラッチケース４１内に収容された電磁コイル４２と、クラッチケース４１の開口部内側に固定された金属製（非磁性金属であるステンレス製）の摩擦材保持プレート４３ａと、摩擦材保持プレート４３ａに接着により接合されて、その表面がクラッチケース４１の内外周壁４１ａ，４１ｂの前縁部より僅かに突出する偏平な摩擦材４３とを備えて構成されている。符号４１ｃは、クラッチケース４１の背面側周方向複数個所に突設されたピンで、このピン４１ｃがエンジンケース８裏面に設けた孔８ａに係合して、電磁クラッチ４０（クラッチケース４１）は、軸方向にスライドできるが、周方向には移動できないように拘束されている。
【００９１】
また、電磁クラッチ４０の摩擦材４３と回転ドラム４４間の相対摺動面には、エンジンオイルが常に供給されて、両者４３，４４の摺動面温度の上昇が抑制されている。
【００９２】
即ち、図１の符号２ｂは、カムシャフト締結ボルトで、カムシャフト２の一部を構成する内筒部２０をカムシャフト本体２ａに一体化する。カムシャフト２（カムシャフト本体２ａ）内の締結ボルト２ｂの周りには、内筒部２０およびカムシャフト本体２ａの内周面との隙間によって、オイル通路７０が構成されている。
【００９３】
カムシャフト締結ボルト２ｂの頭部２ｂ１の周りには、カムシャフト２内のオイル通路７０に連通し、かつクラッチケース４１と回転ドラム４４間の相対摺動部の内周側に連通するオイル溜り７４が、エンジンケース８によって画成されている。カムシャフト２内のオイル通路７０には、カムシャフト２のジャーナル軸受７３のオイルポートおよびカムシャフト２の側孔７３ａを介して、エンジンオイルがポンプＰによって圧送されている。符号７３ｂは、軸受け２２を内筒部２０前端部に固定保持する保持部材２２ａの前面に設けたオイル通路（溝）、符号２０ａは、内筒部２０前端面とボルト頭部２ｂ１の座面間に形成されたオイル通路（隙間）で、オイル通路７０は、これらのオイル通路２０ａ，７３ｂを介してオイル溜り７４に連通する。
【００９４】
また、図示しないが、クラッチケース４１の内周壁４１ａ前縁部には、クラッチケース４１側の摩擦材４３と回転ドラム４４間の相対摺動面にエンジンオイルを導入するオイル導入用の切り欠きが設けられ、一方、クラッチケースの外周壁４１ｂ前縁部には、クラッチケース４１側の摩擦材４３と回転ドラム４４間の相対摺動面のエンジンオイルを外方に導出するオイル導出用の切り欠き(図示せず)が設けられている。
【００９５】
そして、クラッチケース４１側の摩擦材４３と回転ドラム４４間の相対摺動面には、図１矢印Ｘに示すように、カムシャフト２内に設けたオイル通路７０，オイル通路２０ａ，７３ｂ，オイル溜まり７４を介してエンジンオイルが積極的に導かれて、摩擦材４３と回転ドラム４４の相対摺動面を冷却するように構成されている。
【００９６】
そして、電磁クラッチ４０のＯＮ・ＯＦＦおよび電磁クラッチ４０への通電量を制御することによって、渦巻きコイルばね８０が巻き上げられるとともに、中間部材３０が角ねじ部４５，３１に沿って回動しながら軸方向に移動し、これによって外筒部１０と内筒部２０間の位相が変化して、カムシャフト２のカムによるバルブの開閉のタイミングが調整される。
【００９７】
詳しくは、電磁クラッチ４０をＯＮにする前は、電磁クラッチ４０は、図１仮想線に示す位置にあって、回転ドラム４４と電磁クラッチ４０間には隙間が形成されており、回転ドラム４４は、外筒部１０，中間部材３０，内筒部２０およびカムシャフト２と一体となって回転する。即ち、外筒部１０と内筒部２０は位相差なく一体に回転している。そして、電磁クラッチ４０をＯＮにすると、電磁クラッチ４０が回転ドラム４４に吸引され、図１右方向にスライドし、回転ドラム４４には電磁クラッチ４０を介して制動力が作用する。このため渦巻きコイルばね８０が巻き上げられるとともに、中間部材３０が角ねじ部３１，４５によって前進（図１右方向に移動）し、中間部材３０の内外ヘリカルスプライン３２，３３によって、内筒部２０（カムシャフト２）が外筒部１０（スプロケット１２）に対し回動し、両者２０，１０間の位相が変わる。そして、回転ドラム４４は、電磁クラッチ４０から受ける制動力と渦巻きコイルばね８０の捩りトルクとがバランスする位置（内筒部２０が外筒部１０に対し所定の位相差をもつ位置）に保持された状態で、外筒部１０，中間部材３０，内筒部２０およびカムシャフト２と一体となって回転を継続する。
【００９８】
一方、電磁クラッチ４０をＯＦＦにすると、回転ドラム４４には、電磁クラッチ４０による制動力が作用しないため、渦巻きコイルばね８０の復元力（巻き戻す力）が作用する中間部材３０は、角ねじ部３１，４５によって後退（図１左方向に移動）して、元の位置となり、この間に、内筒部２０（カムシャフト２）が外筒部１０（スプロケット１２）に対し電磁クラッチＯＮ時と逆方向に回動して、内筒部２０と外筒部１０間の位相差がなくなる。
【００９９】
次に、回転ドラム４４と外筒部１０（のスプラインケース１６）間に介装されている渦巻きコイルばね８０について説明する。
【０１００】
渦巻きコイルばね８０は、図３，４に示すように、外筒部側固定端（Ｌ字突起）８２ａが設けられて外筒部１０の回転方向と逆方向（図では、左回り）に旋回する最小径コイル８２の周りに渦巻状にばね線材ｗが旋回する第１の渦巻きばね部８１と、回転ドラム側固定端（フック）８６ｃが設けられて外筒部１０の回転方向（図では、右回り）に旋回する最小径コイル８６の周りに渦巻状にばね線材ｗが旋回する第２の渦巻きばね部８５とが、軸方向に微小所定距離（例えば、0.5mm）離間する形態に配置されている。そして、第１，第２の渦巻きばね部８１，８５の最大径コイル８３，８７同士が、線材コイル延在方向に対し軸方向に僅かに傾斜するばね線材ｗの共有旋回領域８８を介して連続する形態に一体化されている。
【０１０１】
即ち、大中小の三重の線材コイルで構成された第１渦巻きばね部８１の最大径コイル８３と、大中の二重の線材コイルで構成された第２渦巻きばね部８５の最大径コイル８７とが、線材コイル延在方向に対し軸方向に僅かに傾斜する共有旋回領域８８を介して連続する形態に一体化されている。
【０１０２】
渦巻きコイルばね８０は、図１に示すように、回転ドラム４４の外径を超えない大きさに形成されており、渦巻きコイルばね８０のばね線材ｗは、例えば、縦横2.3×3.2mmの矩形状断面を有し、第１渦巻きばね部８１と第２の渦巻きばね部８５間に跨る共有旋回領域８８は、図４（ａ）に示すように、最大径コイル８３，８７に対し平面視θ１（例えば、約２５度）傾斜して延在する。
【０１０３】
渦巻きコイルばね８０が巻き上げられる際の捩りトルクは、共有旋回領域８８を介して渦巻きばね部８１，８５間で伝達されるが、共有旋回領域８８は、線材コイル延在方向に対し大きく屈曲することなく軸方向に僅かに傾斜して、渦巻きばね部８１，８５を構成する線材コイルに連続しているので、共有旋回領域８８に不測の応力が発生したり、応力が集中することもなく、渦巻きばね部８１，８５に捩りトルクが等しく伝達される。
【０１０４】
そして、渦巻きコイルばね８０の作用・効果は、以下のように説明できる。
【０１０５】
渦巻きコイルばね８０は、ばね線材ｗが同一平面上を渦巻状に旋回する渦巻きばね部８１，８５を軸方向に並設一体化した形態で、多数の線材コイルが軸方向に連続する形態の「捩りコイルばね」に比べて軸方向の寸法が短い分、回転ドラム４４と内筒部２０を接近させて配置することで、位相可変装置の軸方向の長さが短くなる。
【０１０６】
一方、「渦巻きばね」は、断面矩形状のばね線材が同一平面上に渦巻状に旋回する形態で、渦巻状の線材コイルの巻き数には制約があり、ばね線材の全長が「捩りコイルばね」に比べて短い。このため、「渦巻きばね」は、ばね定数が大きく、捩り荷重に対し内外の線材コイルが均一に変形せず、線材コイル同士が接触しやすく、それだけヒステリシスが大きい（図１８参照）。
【０１０７】
これに対し、ばね線材ｗが同一平面上に渦巻状に旋回する形態の渦巻きばね部８１，８５を軸方向に並設一体化した形態の渦巻きコイルばね８０は、ばね線材が同一平面上に渦巻状に旋回するだけの形態である「渦巻きばね」よりも線材コイルの巻き数が多く、ばね線材の全長がそれだけ長い。このため、「渦巻きばね」と比較し、ばね定数が小さく、長期の使用に対しての耐久性に優れる。さらに、「捩りコイルばね」の特性「捩り荷重に対し各線材コイルが半径方向にそれぞれ均等に縮径する」と同じように、軸方向に並設された複数の渦巻きばね部８１，８５が捩り荷重に対しそれぞれ縮径する分、各渦巻きばね部８１，８５を構成する線材コイルにおける縮径量がそれぞれ減少し、それだけ線材コイル同士が接触しにくく、ヒステリシスが小さい（図５参照）。
【０１０８】
この結果、渦巻きコイルばね８０の捩じりトルク特性は、図５に示すように、「捩りコイルばね」の捩じりトルク特性を示す直線Ａ（図１６参照）よりも急傾斜で、一方、「渦巻きばね」の捩じりトルク特性を示す直線Ｂ（図１８参照）よりも緩傾斜で、「捩りコイルばね」や「渦巻きばね」よりもヒステリシスが小さく、かつ高い設定トルク（例えば、2000Nmm）Ｔ３を設定できる、右肩上がりの直線Ｃとなる。
【０１０９】
特に、渦巻きコイルばね８０の捩じりトルク特性を示す直線Ｃは、単位捩りトルクΔＴ/Δθが小さいという点で、「捩りコイルばね」の捩じりトルク特性Ａ(図１６)に近く、したがって、「捩りコイルばね」を復帰ばねとして採用する特許文献１ほどではないが、比較的きめ細かい位相可変調整ができる。
【０１１０】
また、図５に示すように、従来の「捩りコイルばね」や「渦巻きばね」で得られる設定トルクＴ１，Ｔ２（図１６，１８参照）よりも高い所定の設定トルクＴ３を設定することで、位相可変調整の際の応答性が改善されている。
【０１１１】
詳しくは、渦巻きコイルばね８０を予め僅かに巻き上げて、回転ドラム４４と内筒部１０（のスプラインケース１７）間にセットすることで、渦巻きコイルばね８０には、所定の大きな設定トルク（例えば、2000Nmm）Ｔ３が設定されている。
【０１１２】
電磁クラッチ４０をＯＮすると、回転ドラム４４には電磁クラッチ４０を介して制動力が作用し、回転が抑制される。このため渦巻きコイルばね８０が巻き上げられ、前進（図１右方向に移動）する中間部材３０を介して、内筒部２０（カムシャフト２）が外筒部１０（スプロケット１２）に対し回動して、内筒部２０の外筒部１０に対する位相が変化する。一方、電磁クラッチ４０をＯＦＦにすると、渦巻きコイルばね８０が巻き戻され、後退（図１左方向に移動）する中間部材３３を介して、内筒部２０が外筒部１０に対し逆方向に回動して、内筒部２０の外筒部１０に対する位相差がなくなるが、渦巻きコイルばね８０には、大きい値（例えば、2000Nmm）の設定トルクＴ３が設定されているので、電磁クラッチＯＦＦ後、渦巻きコイルばね８０が元の初期状態に戻るまでの位相可変がスピーディとなる分、位相可変調整の際の応答性が良好となり、より速い応答性を求めるメーカーのニーズに対応できる。
【０１１３】
なお、回転ドラム４４と外筒部１０（のスプラインケース１６）間に介装する復帰ばね（渦巻きコイルばね）８０としては、本実施例に示す形態(図３，４）の他に、図６〜図１１に示すように、種々の変形例８０Ａ〜８０Ｃが考えられる。
【０１１４】
変形例１の渦巻きコイルばね８０Ａは、図６，７に示すように、外筒部側固定端８３ａが設けられて外筒部１０の回転方向と逆方向（図では、左回り）に旋回する最大径コイル８３の内側に渦巻状にばね線材ｗが旋回する第１の渦巻きばね部８１Ａと、回転ドラム側固定端(Ｌ字状突起)８７ｂが設けられて外筒部１０の回転方向（図では、右回り）に旋回する最大径コイル８７の内側に渦巻状にばね線材ｗが旋回する第２の渦巻きばね部８５Ａとが、軸方向に微小所定距離（例えば、0.5mm）離間する形態に配置されている。そして、第１，第２の渦巻きばね部８１Ａ，８５Ａの最小径コイル８２，８６同士が、線材コイル延在方向に対し軸方向に僅かに傾斜するばね線材ｗの共有旋回領域８８を介して連続する形態に一体化されている。
【０１１５】
即ち、大中小の三重の線材コイルで構成された第１の渦巻きばね部８１Ａの最小径コイル８２と、大中小の三重の線材コイルで構成された第２の渦巻きばね部８５Ａの最小径コイル８６とが共有旋回領域８９を介して連続する形態に一体化されている。
【０１１６】
渦巻きコイルばね８０Ａを構成するばね線材ｗの断面形状は、渦巻きコイルばね８０を構成するばね線材ｗと同じ矩形状で、共有旋回領域８９は、図７に示すように、最小径コイル８２，８６に対し、平面視θ２（約３０度）傾斜するように形成されている。
【０１１７】
前記した実施例の渦巻きコイルばね８０では、第２の渦巻きばね部８５が大中の二重の線材コイルで構成されているのに対し、変形例１の渦巻きコイルばね８０Ａでは、第２の渦巻きばね部８５Ａが大中小の三重の線材コイルで構成されている。即ち、渦巻きコイルばね８０Ａでは、渦巻きコイルばね８０よりも線材コイルの数が１本多い分、ばね線材の全長がそれだけ長く、ばね定数が小さくなるので、設定できる設定トルクは、渦巻きコイルばね８０で設定できる設定トルクよりも幾分低くなる。
【０１１８】
しかし、渦巻きコイルばね８０Ａを予め所定角度巻き上げた状態で回転ドラム４４と外筒部１０間にセットする、即ち、所定のセット荷重(捩りトルク)が予め作用するようにセットすることで、渦巻きコイルばね８０で設定できると同程度の大きさの所定の設定トルクＴ３を設定できる。
【０１１９】
変形例２の渦巻きコイルばね８０Ｂは、図８，９に示すように、外筒部側固定端（Ｌ字突起）８２ａが設けられて外筒部１０の回転方向と逆方向に旋回する最小径コイル８２の周りに、渦巻状にばね線材ｗが旋回する第１の渦巻きばね部８１Ｂと、外筒部１０の回転方向に旋回する最小径コイル８６の周りに渦巻状にばね線材ｗが旋回する第２の渦巻きばね部８５Ｂと、回転ドラム側固定端（Ｌ字突起）１８３ｂが設けられて外筒部１０の回転方向に旋回する最大径コイル１８３の内側に、渦巻状にばね線材ｗが旋回する第３の渦巻きばね部１８１とが、軸方向に微小所定距離（例えば、0.5mm）ずつ離間する形態に配置されている。そして、第１，第２の渦巻きばね部８１Ｂ，８５Ｂの最大径コイル８３，８７同士が、線材コイル延在方向に対し軸方向に僅かに傾斜するばね線材ｗの共有旋回領域８８Ａを介して連続し、第２，第３の渦巻きばね部８５Ｂ，１８１の最小径コイル８６，１８２同士が、線材コイル延在方向に対し軸方向に僅かに傾斜するばね線材ｗの共有旋回領域８９Ａを介して連続する形態に一体化されている。
【０１２０】
即ち、大中小の線材コイルが渦巻状に三重に連続する第１渦巻きばね部８１Ｂの最大径コイル８３と、大中小の線材コイルが渦巻状に三重に連続する第２渦巻きばね部８５Ｂの最大径コイル８７とが、ばね線材ｗの共有旋回領域８８Ａを介して連続する形態に一体化されるとともに、第２渦巻きばね部８５Ｂの最小径コイル８６と第３の渦巻きばね部１８１の最小径コイル１８２とが、ばね線材ｗの共有旋回領域８９Ａを介して連続する形態に一体化されている。
【０１２１】
渦巻きコイルばね８０Ｂを構成するばね線材ｗの断面形状は、渦巻きコイルばね８０を構成するばね線材ｗと同じ矩形状で、ばね線材ｗの共有旋回領域８８Ａは、図９に示すように、最大径コイル８３，８７に対し、平面視θ３（約２０度）だけ傾斜するように形成され、共有旋回領域８９Ａは、最小径コイル８６，１８２に対し、平面視θ４（約３０度）度傾斜するように形成されている。
【０１２２】
前記した実施例や変形例１の渦巻きコイルばね８０，８０Ａは、第１，第２の渦巻きばね部８１，８５；８１Ａ，８５Ａが軸方向に並設一体化されているのに対し、変形例２の渦巻きコイルばね８０Ｂは、第１，第２，第３の渦巻きばね部８１Ｂ，８５Ｂ，１８１が軸方向に並設一体化されており、捩り荷重に対し渦巻きばね部８１Ｂ，８５Ｂ，１８１がそれぞれ縮径する分、各渦巻きばね部８１Ｂ，８５Ｂ，１８１を構成する線材コイルにおける縮径量が減少し、それだけ線材コイル同士が接触しにくくなって、ヒステリシスが小さく、変形例２の渦巻きコイルばね８０Ｂを用いた方が高精度の位相可変調整が可能となる。
【０１２３】
また、変形例２の渦巻きコイルばね８０Ｂの線材コイル数の総数は９で、渦巻きコイルばね８０の線材コイル数の総数５よりも多く、ばね線材ｗの全長が長くなる分、ばね定数が小さくなるため、渦巻きコイルばね８０Ｂで設定できる設定トルクは、渦巻きコイルばね８０で設定できる設定トルクよりも低くなる。
【０１２４】
しかし、渦巻きコイルばね８０Ｂを予め所定角度巻き上げた状態で回転ドラム４４と外筒部１０間にセットする、即ち、所定のセット荷重(捩りトルク)が予め作用するようにセットすることで、渦巻きコイルばね８０で設定できると同程度の大きさの所定の設定トルクＴ３を設定できる。
【０１２５】
変形例３の渦巻きコイルばね８０Ｃは、図１０，１１に示すように、外筒部側固定端（Ｌ字突起）８３ａが設けられて外筒部１０の回転方向と逆方向に旋回する最大径コイル８３の内側に渦巻状にばね線材ｗが旋回する第１の渦巻きばね部８１Ａと、外筒部１０の回転方向に旋回する最大径コイル８７の内側に渦巻状にばね線材ｗが旋回する第２の渦巻きばね部８５Ｃと、回転ドラム側固定端（Ｌ字突起）１８２ｂが設けられ外筒部１０の回転方向に旋回する最小径コイル１８２の周りに渦巻状にばね線材ｗが旋回する第３の渦巻きばね部１８１Ａとが、軸方向に微小所定距離（例えば、0.5mm）ずつ離間する形態に配置されている。
【０１２６】
そして、第１，第２の渦巻きばね部８１Ａ，８５Ｃの最小径コイル８２，８６同士が、線材コイル延在方向に対し軸方向に僅かに傾斜するばね線材ｗの共有旋回領域８９Ａを介して連続し、第２，第３の渦巻きばね部８５Ｃ，１８１Ａの最大径コイル８７，１８３同士が、線材コイル延在方向に対し軸方向に僅かに傾斜するばね線材ｗの共有旋回領域８８Ｂを介して連続する形態に一体化されている。
【０１２７】
即ち、大中小の線材コイルが渦巻状に三重に連続する第１渦巻きばね部８１Ａの最小径コイル８２と、大中小の線材コイルが渦巻状に三重に連続する第２渦巻きばね部８５Ｃの最小径コイル８６とが、ばね線材ｗの共有旋回領域８９Ａを介して連続する形態に一体化されるとともに、第２渦巻きばね部８５Ｃの最大径コイル８７と、大中の線材コイルが渦巻状に二重に連続する第３の渦巻きばね部１８１の最大径コイル１８３とが、ばね線材ｗの共有旋回領域８８Ｂを介して連続する形態に一体化されている。
【０１２８】
渦巻きコイルばね８０Ｃを構成するばね線材ｗの断面形状は、渦巻きコイルばね８０を構成するばね線材ｗと同じ矩形状で、共有旋回領域８８Ｂは、図１１に示すように、最大径コイル１８３，８７に対し、平面視θ５（約２０度）傾斜するように形成され、共有旋回領域８９Ａは、最小径コイル８２，８６に対し、平面視θ６（約３０度）傾斜するように形成されている。
また、変形例３の渦巻きコイルばね８０Ｃの線材コイルの総数は８で、渦巻きコイルばね８０の線材コイルの総数５よりも多く、ばね線材ｗの全長が長くなる分、ばね定数が小さくなるため、渦巻きコイルばね８０Ｃで設定できる設定トルクは、渦巻きコイルばね８０で設定できる設定トルクよりも低くなる。
【０１２９】
しかし、渦巻きコイルばね８０Ｃを予め所定角度巻き上げた状態で回転ドラム４４と外筒部１０間にセットする、即ち、所定のセット荷重(捩りトルク)が予め作用するようにセットすることで、渦巻きコイルばね８０で設定できると同程度の大きさの所定の設定トルクＴ３を設定できる。
【０１３０】
前記した実施例や変形例１〜３では、回転ドラム４４と内筒部２０間に介装される「渦巻きコイルばね」の種々の形態について説明したが、並設する渦巻きばね部の数や渦巻きばね部を構成する線材コイルの数によって「渦巻きコイルばね」のばね定数が変わり、したがって、設定できる設定トルクも変化することから、並設する渦巻きばね部の数や線材コイルの数を適宜選択し、さらには、所定の捩りトルクが予め作用するように渦巻きコイルばねをセットすることで、復帰ばね（渦巻きコイルばね）の設定トルクを位相可変調整の応答性を改善できる所定値とすることで、バルブの開閉タイミングをきめ細かく的確に制御できる、応答性に優れた位相可変装置を提供することができる。
【０１３１】
なお、前記した実施例では、軸方向に互いに接近する渦巻きばね部の線材コイル同士を接続する共有旋回領域は、軸方向に直交する平面上を渦巻状に旋回する線材コイルに対し所定角度(例えば、２０度、２５度、３０度)傾斜するように形成されているが、この傾斜は小さい方が望ましいが、共有旋回領域が１周旋回するまでの間に渦巻きばね部同士を一体化できる傾斜であれば、何度でもかまわない。
【０１３２】
また、前記した実施例では、軸方向に隣接する渦巻きコイルばね部間の微小距離は、ばねの製造上の誤差を考慮して、ばねの巻き上げ・巻き戻しの際に、軸方向に隣接する線材コイル同士が干渉しない、例えば0.5ｍｍに設定されているが、この値に限るものではなく、それ以下でも、それ以上であってもよい。
【０１３３】
また、前記した実施例では、渦巻きコイルばね８０を構成するばね線材ｗの断面を、例えば、縦横2.3×3.2mmの矩形状と説明したが、矩形状であれは、縦横2.3×3.2mmの寸法に限るものではない。
【０１３４】
図１２，１３，１４は、本発明に係る位相可変装置の第２の実施例を示し、図１２は、本発明の第２の実施例である位相可変装置の縦断面図、図１３は、同装置の内部構造を示す正面図（図１２に示す線XIII-XIIIに沿う正面図）、図１４は、同装置の油圧回路の構成を示す概略図である。
【０１３５】
これらの図において、この第２の実施例に係る位相可変装置は、油圧駆動方式の位相可変装置で、エンジンのクランクシャフト（図示せず）の駆動力が伝達される円環状外筒部１１０と、外筒部１１０と同軸に配置されて外筒部１１０に対し相対回動可能で、カムシャフト２に延びる従動側の円環状内筒部１２０を備えている。
【０１３６】
外筒部１１０は、円盤状のスプロケット１１２と、スプロケット１１２の側面に密着するように固定一体化された円筒形状のシューハウジング１１３と、シューハウジング１１３の開口側を覆うフロントプレート１１４で構成されている。  シューハウジング１１３の周壁１１３ａ内側には、図１３に示すように、仕切り部材としての略台形状のシュー１１５が周方向略等分４箇所に形成され、周方向に隣接するシュー１１５，１１５間には、後述するベーン２１２が収容される凹部１１６が形成されている。即ち、スプロケット１１２，シューハウジング１１３およびフロントプレート１１４によって、ベーン２１２を覆うベーンハウジングが構成されている。
【０１３７】
一方、円環状内筒部１２０は、周方向略等分４箇所にベーン２１２を有するベーンロータ２１０で構成されており、カムシャフト締結ボルト２ｂによって、ベーンロータ２１０の肉厚に形成されたボス部２１１がカムシャフト２（カムシャフト本体２ａ）に固定一体化されている。シューハウジング１１３内側の凹部１１６には、ベーンロータ２１０のベーン２１２がそれぞれ収容されて、各凹部１１６が周方向に遅角油圧室１１６ａと進角油圧室１１６ｂに区画されている。
【０１３８】
シューハウジング１１３の周壁１１３ａとベーン２１２との間、およびシュー１１５とベーンロータ２１０のボス部２１１外周との間には、シール部材１３０がそれぞれ介装されて、遅角油圧室１１６ａと進角油圧室１１６ｂ間の液密性が確保されている。
【０１３９】
また、ベーンロータ２１０のボス部２１１前端面には、ばね収容室２１４が形成され、該ばね収容室２１４には、復帰ばねである渦巻きコイルばね８０（図３，４参照）が収容されて、ベーンロータ２１０の４個のベーン２１２の一つ２１２ａ（図１３参照）が対応するシュー１１５ａの進角油圧室１１６ｂに臨む側面１１５ａに付勢当接する形態に保持されている。
【０１４０】
詳しくは、渦巻きコイルばね８０は、一方の固定端（フック）８６ｃがフロントプレート１１４裏面に突設された係止ピン１１４ａに係止されるとともに、他方の固定端（Ｌ字突起）８２ａがベーンロータ２１０のばね収容室２１４に設けた係止孔２１２ａに係止されている。渦巻きコイルばね８０は、所定（例えば、2000Nmm）の設定トルクＴ３が作用するように予め僅かに巻き上げた形態（遅角側に設定トルクＴ３相当の付勢力が作用する形態）にして、外筒部１１０（のフロントプレート１１４）とベーンロータ２１０間に介装されて、ベーンロータ２１０は常に遅角側（反時計回り）に付勢された形態に保持されている。
【０１４１】
即ち、この第２の実施例の位相可変装置に採用されている渦巻きコイルばね８０は、第１の実施例で採用されている渦巻きコイルばね８０と同一構造であるが、第２の実施例では、外筒部側固定端（Ｌ字突起）８２ａをベーンロータ側固定端として、回転ドラム側固定端（フック）８６ｃを外筒部（フロントプレート）側固定端として、外筒部１１０（のフロントプレート１１４）とベーンロータ２１０間に介装されている点が相違する。
【０１４２】
この渦巻きコイルばね８０の構成については、前記した第１の実施例において詳しく説明しているので、その重複する説明は省略する。
【０１４３】
また、カムシャフト２，内筒部１２０（ベーンロータ２１０）および外筒部１１０には、図１２，１４に示すように、遅角油圧室１１６ａに連通する遅角通路１１７ａ〜１１７ｄ、進角油圧室１１６ｂに連通する進角通路１１８ａ〜１１８ｄが設けられている。そして、油圧ポンプＰは、オイルタンクＴのエンジンオイル（作動油）を、遅角通路１１７，１１７ａ〜１１７ｄを介して遅角油圧室１１６ａに供給し、進角通路１１８，１１８ａ〜１１８ｄを介して進角油圧室１１６ｂに供給する。符号２００は、遅角通路１１７と進角通路１１８間でオイル通路を切り替える切替弁である。
【０１４４】
そして、オイルタンクＴのエンジンオイルが進角通路１１８，１１８ａ〜１１８ｄを介して進角油圧室１１６ｂに供給される場合は、遅角油圧室１１６ａのエンジンオイルが遅角通路１１７ａ〜１１７ｄ，１１７を介してオイルタンクＴに戻り、ベーンロータ２１０が進角側（時計回り）に回動して、位相が進角側にずれる。
【０１４５】
逆に、オイルタンクＴのエンジンオイルが遅角通路１１７，１１７ａ〜１１７ｄを介して遅角油圧室１１６ａに供給される場合は、進角油圧室１１６ｂのエンジンオイルが進角通路１１８ａ〜１１８ｄ，１１８を介してオイルタンクＴに戻り、ベーンロータ２１０が遅角側（反時計回り）に回動して、位相が遅角側にずれる。
【０１４６】
そして、ベーンロータ２１０が目標位置に到達すると、ＥＣＵ２２０は、切替弁２００を動作させて、進角通路１１８および遅角通路１１７と、油圧ポンプＰおよびオイルタンクＴとの接続を遮断し、遅角油圧室１１６ａおよび進角油圧室１１６ｂからオイルタンクＴにエンジンオイルが排出されることを防止することで、ベーンロータ２１０が目標位置に保持される。
【０１４７】
特に、本実施例では、ベーンロータ２１０が遅角側（反時計回り）に回動する際、復帰ばねである渦巻きコイルばね８０の設定トルク（例えば、2000Nmm）相当の付勢力もベーンロータ２１０を遅角側（反時計回り）に回動させる力として作用するため、位相が遅角側にずれる速度が速い。
【０１４８】
このように、遅角油圧室１１６ａと進角油圧室１１６ｂへのエンジンオイルの給排制御により、遅角油圧室１１６ａと進角油圧室１１６ｂの圧力差によって、ベーンロータ２１０（内筒部１２０）に生じる外筒部１１０に対する回転遅れに連係して、外筒部１１０と内筒部１２０間の位相、即ちクランクシャフトに対するカムシャフト２の位相が変化するように構成されている。
【０１４９】
この第２の実施例において、渦巻きコイルばね８０を用いたことによる効果は、前記した第１の実施例（電磁ブレーキ駆動式の位相可変装置）で用いた渦巻きコイルばね８０を用いたことによる作用・効果と同じであるため、簡単に説明し、その重複した説明は省略する。
【０１５０】
第１に、渦巻きコイルばね８０は、捩りコイルばねに比べて軸方向の寸法が短い分、外筒部１１０（フロントプレート１１４）側のばね取付面と内筒部１２０（ベーンロータ２１０）側のばね取付面を接近させて配置することで、位相可変装置１０の軸方向の長さが短くなる。
【０１５１】
特に、第２の実施例では、ベーンロータ２１０のボス部２１１前端面に設けたばね収容室２１４に、復帰ばねである渦巻きコイルばね８０を収容するとともに、渦巻きコイルばね８０やカムシャフト締結ボルト２ｂ（の頭部２ｂ１）がフロントプレート１１４外方に突出しないように配置したので、それだけ位相可変装置の軸方向の長さがいっそう短くなる。
【０１５２】
第２に、渦巻きコイルばね８０は、図５に示すように、ヒステリシスが小さく、単位捩りトルクΔＴ/Δθが小さいという点で、第２の実施例の位相可変装置では、きめ細かい位相可変調整ができる。
【０１５３】
第３に、従来の「捩りコイルばね」や「渦巻きばね」で得られる設定トルクＴ１，Ｔ２（図１６，１８参照）よりも高い所定（例えば、2000Nmm）の設定トルクＴ３を設定する（図５参照）ことで、特に、遅角側の位相可変調整の応答性を上げることができる。
【０１５４】
また、ベーンロータ２１０（のボス部２１１）と外筒部１１０（のフロントプレート１１４）間に介装する復帰ばね（渦巻きコイルばね）８０としては、図３，４に示す形態の他に、図６〜図１１に示すように、種々の変形例８０Ａ〜８０Ｃが考えられる。
【０１５５】
即ち、渦巻きコイルばね８０Ａは、一方の固定端８３ａをベーンロータ側固定端とし、他方の固定端８７ｂを外筒部側固定端として、外筒部１１０（のフロントプレート１１４）とベーンロータ２１０間に介装される。
【０１５６】
また、渦巻きコイルばね８０Ｂは、一方の固定端８２ａをベーンロータ側固定端とし、他方の固定端１８３ｂを外筒部側固定端として、外筒部１１０（のフロントプレート１１４）とベーンロータ２１０間に介装される。
【０１５７】
また、渦巻きコイルばね８０Ｃは、一方の固定端８３ａをベーンロータ側固定端とし、他方の固定端１８２ｂを外筒部側固定端として、外筒部１１０（のフロントプレート１１４）とベーンロータ２１０間に介装される。
【０１５８】
なお、前記した本発明の第２の実施例（図１２，１３，１４参照）では、外筒部１１０を構成するフロントプレート１１６と、ベーンロータ２１０間に介装された渦巻きコイルばね８０，８０Ａ〜８０Ｃ（図３，４，６〜１１参照）によって、ベーンロータ２１０が常に遅角側（反時計回り）に付勢されているが、渦巻きコイルばね８０，８０Ａ〜８０Ｃを構成するばね線材ｗの旋回方向（線材コイルの旋回方向）を逆向きに構成した渦巻きコイルばねを用いることで、ベーンロータ２１０が常に進角方向（時計回り）に付勢されるように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１５９】
【図１】本発明の第１の実施例である自動車用エンジンにおける位相可変装置の縦断面図である。
【図２】同装置の内部構造を示す分解斜視図である。
【図３】同装置の要部である渦巻きコイルばねの拡大斜視図である。
【図４】同渦巻きコイルばねの具体的形態を示す図で、（ａ）は渦巻きコイルばねの平面図、（ｂ）は渦巻きコイルばねの正面図、（ｃ）は渦巻きコイルばねの右側面図、（ｄ）は渦巻きコイルばねの縦断面図（図４（ｂ）の線IV-IVに沿う断面図）、（ｅ）は渦巻きコイルばねの具体的形態を説明する斜視図である。
【図５】同渦巻きコイルばねの捩りトルク特性を示す図である。
【図６】変形例１の渦巻きコイルばねの具体的形態を説明する斜視図である。
【図７】同渦巻きコイルばねの平面図である。
【図８】変形例２の渦巻きコイルばねの具体的形態を説明する斜視図である。
【図９】同渦巻きコイルばねの平面図である。
【図１０】変形例３の渦巻きコイルばねの具体的形態を説明する斜視図である。
【図１１】同渦巻きコイルばねの平面図である。
【図１２】本発明の第２の実施例である自動車用エンジンにおける位相可変装置の縦断面図である。
【図１３】同装置の内部構造を示す正面図（図１２に示す線XIII-XIIIに沿う正面図）である。
【図１４】同装置の油圧回路の構成を示す概略図である。
【図１５】従来の自動車用エンジンにおける位相可変装置（特許文献１）の縦断面図である。
【図１６】コイルばねの捩りトルク特性を示す図である。
【図１７】従来の自動車用エンジンにおける位相可変装置（特許文献２）の縦断面図である。
【図１８】渦巻きばねの捩りトルク特性を示す図である。
【符号の説明】
【０１６０】
２  カムシャフト
２ｂ  カムシャフト締結ボルト
８  エンジンケース
１０  円環状外筒部
１１  締結ねじ
１２  スプロケット
１６  スプラインケース
１７，３３；２３，３２  ヘリカルスプライン係合部
２０  円環状内筒部
３０  中間部材
３１，４５  角ねじ部
４０  ブレーキ手段である電磁クラッチ
４１  クラッチケース
４２  電磁コイル
４３  摩擦材
４３ａ  摩擦材保持プレート
４４  回転ドラム
４４ａ  回転ドラムの円筒軸
７０  オイル通路
７４  オイル溜まり
ｗ  ばね線材
８０，８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃ  渦巻きコイルばね
８１，８１Ａ，８１Ｂ，８５，８５Ａ，８５Ｂ，８５Ｃ，１８１，１８１Ａ  渦巻きばね部
８３，８７，１８３  最大径コイル
８２，８６，１８２  最小径コイル
８８，８８Ａ，８８Ｂ，８９，８９Ａ  共有旋回領域
８２ａ，８３ａ  外筒部側固定端（ベーンロータ側固定端）
８６ｃ，８７ｂ，１８２ｂ，１８３ｂ  回転ドラム側固定端（外筒部側固定端）
１１０  円環状外筒部
１１２  スプロケット
１１３  外筒部を構成するシューハウジング
１１４  外筒部を構成するフロントプレート
１１５  シュー
１２０  円環状内筒部
１１６  シューハウジングの凹部
１１６ａ  遅角油圧室
１１６ｂ  進角油圧室
１１７，１１７ａ〜１１７ｄ  遅角通路
１１８，１１８ａ〜１１８ｄ  進角通路
Ｐ  油圧ポンプ
Ｔ  オイルタンク
２００  通路切替弁
２１０  ベーンロータ
２１１  ベーンロータのボス部
２１２  ベーン
２１４  ばね収容室
【図１】
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【図２】
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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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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