JP2013199938A - Speed reduction mechanism with electric motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主にエンジンの吸気バルブや排気バルブの開閉タイミングを変更する可変バルブタイミング装置に使用される電動モータ付き減速機構に関するものである。 The present invention relates to a reduction mechanism with an electric motor that is mainly used in a variable valve timing device that changes opening and closing timings of an intake valve and an exhaust valve of an engine.
自動車の運転状況に応じて、エンジンの吸気バルブと排気バルブの一方または両方のバルブの開閉タイミングを変更する可変バルブタイミング装置は、油圧を駆動源として、エンジンの回転とバルブを駆動するカムシャフトの回転との位相を変更する油圧式のものが多いが、油圧式のものは、寒冷時やエンジン始動時に油圧が不足したり、油圧制御の応答性が低下したりして、可変バルブタイミング制御精度が低下することから、アクチュエータとして電動モータを用いた電動式のものが提案されている。 A variable valve timing device that changes the opening / closing timing of one or both of the intake valve and exhaust valve of an engine according to the driving situation of an automobile uses an oil pressure as a drive source of the rotation of the engine and the camshaft that drives the valve. There are many hydraulic types that change the phase with rotation, but the hydraulic type has variable valve timing control accuracy due to lack of hydraulic pressure at cold or engine start, or reduced responsiveness of hydraulic control Therefore, an electric type using an electric motor as an actuator has been proposed.
このような電動式の可変バルブタイミング装置としては、図16(a)、(b)に示すように、エンジンのバルブを駆動するカムシャフト51と、エンジンから回転を伝達され、カムシャフト51を回転駆動するスプロケット52とを、相対回転可能に同軸上に配置して、カムシャフト51と同軸上に配置した電動モータ53の出力軸54の回転を減速機構55とリンク機構56を介してカムシャフト51に伝達し、カムシャフト51をスプロケット52に対して相対回転させて、両者の回転位相差を変化させ、バルブの開閉タイミングを変更するようにしたものがある(例えば、特許文献1参照)。
As such an electric variable valve timing device, as shown in FIGS. 16A and 16B, the
前記減速機構55は、電動モータ53の出力軸54の偏心軸部54aに軸受で回転自在に支持された内歯車57の歯の一部が、スプロケット52と一体化したハウジング58に設けた外歯車59と噛み合うようにして、出力軸54をスプロケット52に対して相対回転させたときに、内歯車57が偏心軸部54aの回りに回転するようにしたものであり、この内歯車57の回転をガイドプレート60に伝達し、さらに、ガイドプレート60の回転を、アーム56a、56bで構成されるリンク機構56を介して、カムシャフト51と一体回転するカムプレート51aに伝達し、カムシャフト51をスプロケット52に対して相対回転させるようにしている。
The
特許文献1に記載された電動式の可変バルブタイミング装置は、電動モータの回転をカムシャフトに伝達する機構が、減速機構とリンク機構を組み合わせた複雑な構造となり、装置をコンパクトに設計できない問題がある。
The electric variable valve timing apparatus described in
この問題に対して、本発明者らは、電動モータの出力軸の回転をカムシャフトに伝達する減速機構を、電動モータの出力軸に円形断面の偏心軸部を設け、スプロケットと一体化したハウジングの円筒部の内径面に複数のカム山を形成した内歯車を偏心軸部と対向させて設け、これらの対向する偏心軸部の外径面と内歯車とに転接する複数のローラを保持するポケットを設けた環状の保持器部を有する中間軸をカムシャフトと同軸上に配置して、電動モータの出力軸を回転させたときに、ポケットに保持されたローラが偏心軸部の外径面に沿って公転するようにし、これらのローラの公転を中間軸を介してカムシャフトに伝達する可変バルブタイミング装置を先に出願している(特願2008−215547)。 In response to this problem, the present inventors have provided a speed reduction mechanism for transmitting the rotation of the output shaft of the electric motor to the camshaft, a housing in which the eccentric shaft portion having a circular cross section is provided on the output shaft of the electric motor and integrated with the sprocket. An inner gear having a plurality of cam ridges formed on the inner diameter surface of the cylindrical portion is provided to face the eccentric shaft portion, and a plurality of rollers that are in rolling contact with the outer diameter surface of the opposed eccentric shaft portion and the inner gear are held. When the output shaft of the electric motor is rotated with the intermediate shaft having an annular cage portion provided with a pocket arranged coaxially with the camshaft, the roller held in the pocket is the outer diameter surface of the eccentric shaft portion. The variable valve timing device for transmitting the revolution of these rollers to the camshaft via the intermediate shaft has been filed earlier (Japanese Patent Application No. 2008-215547).
この先に出願した可変バルブタイミング装置は、電動モータの回転を減速機構のみでカムシャフトに伝達することができ、コンパクトな設計が可能であるが、保持器部に保持されたローラは、高面圧下でスリップを伴って偏心軸部の外径面や内歯車に転接するので、ローラにエッジロードが発生したり、ローラの転接面で焼付きや摩耗が生じる恐れがあり、伝達効率が低下したり、耐久寿命が短くなる問題がある。 The previously applied variable valve timing device can transmit the rotation of the electric motor to the camshaft only by the speed reduction mechanism, and can be designed in a compact manner. However, the roller held in the cage section has a high surface pressure reduction. As a result of slipping, the roller contacts the outer diameter surface and the internal gear of the eccentric shaft, which may cause edge load on the roller and seizure and wear on the roller's rolling contact surface. There is a problem that the durability life is shortened.
そこで、本発明の課題は、電動モータの回転を、偏心軸部の外径面と内歯車とにローラを転接させる減速機構のみでカムシャフトに伝達する可変バルブタイミング装置で、ローラのエッジロードの発生と、ローラの転接面での焼付きと摩耗を防止することである。 Accordingly, an object of the present invention is a variable valve timing device that transmits the rotation of an electric motor to a camshaft only by a reduction mechanism that rolls the roller in contact with an outer diameter surface of an eccentric shaft portion and an internal gear. Generation, and seizure and wear on the rolling contact surface of the roller.
上記の課題を解決するために、本発明は、エンジンの吸気バルブおよび排気バルブの少なくとも一方のバルブを駆動するカムシャフトと、エンジンから回転を伝達され、前記カムシャフトを回転駆動するスプロケットとを、相対回転可能に同軸上に配置して、前記カムシャフトと同軸上に配置した電動モータの出力軸の回転を減速機構を介して前記カムシャフトに伝達し、前記カムシャフトの前記スプロケットに対する回転位相差を変化させて、前記バルブの開閉タイミングを変更するようにした可変バルブタイミング装置において、前記減速機構を、前記電動モータの出力軸に円形断面の偏心軸部を設け、前記スプロケットと一体化したハウジングの円筒部の内径面に、複数のカム山を円周方向に等ピッチで形成した内歯車を前記偏心軸部と対向させて設け、これらの対向する偏心軸部の外径面と内歯車とに転接する複数のローラを保持するポケットを設けた環状の保持器部を有する中間軸を前記カムシャフトと同軸上に配置して、前記環状の保持器部を円周方向に等ピッチで分割したときの分割点の数が、前記カム山の数と1つだけ異なる分割点の全ての位置または一部の間引いた位置に、前記ローラを保持するポケットを設けて、前記カム山の1ピッチ分の形状を、前記電動モータの出力軸を回転させたときに、前記ポケットに保持されたローラが前記偏心軸部の外径面に沿って公転する軌跡の外径側包絡線と合致させて、これらのローラの公転を前記中間軸を介して前記カムシャフトに伝達するものとし、前記ローラの胴部の少なくとも両端部にクラウニングを設けた構成を採用した。 In order to solve the above problems, the present invention provides a camshaft that drives at least one of an intake valve and an exhaust valve of an engine, and a sprocket that receives rotation from the engine and drives the camshaft to rotate. A rotation phase difference of the camshaft with respect to the sprocket is transmitted to the camshaft through a speed reduction mechanism by rotating the output shaft of the electric motor arranged coaxially with the camshaft so as to be relatively rotatable. In the variable valve timing apparatus that changes the opening / closing timing of the valve by changing the valve, the speed reduction mechanism is provided with an eccentric shaft portion having a circular cross section on the output shaft of the electric motor, and a housing integrated with the sprocket An internal gear having a plurality of cam ridges formed at equal pitches in the circumferential direction on the inner diameter surface of the cylindrical portion of the cylindrical portion An intermediate shaft having an annular retainer portion provided with a pocket for holding a plurality of rollers that are in rolling contact with the outer diameter surfaces of the opposed eccentric shaft portions and the internal gear is coaxial with the camshaft. The number of dividing points when the annular retainer portion is divided at equal pitches in the circumferential direction is thinned out at all positions or a part of the dividing points that differ from the number of the cam crests by one. A pocket for holding the roller is provided at a position, and when the output shaft of the electric motor is rotated with the shape corresponding to one pitch of the cam crest, the roller held in the pocket is Matching with the outer diameter side envelope of the trajectory revolving along the outer diameter surface, the revolutions of these rollers are transmitted to the camshaft through the intermediate shaft, and at least both ends of the body of the roller With crowning It was adopted.
すなわち、電動モータの出力軸の回転をカムシャフトに伝達する減速機構を、電動モータの出力軸に円形断面の偏心軸部を設け、スプロケットと一体化したハウジングの円筒部の内径面に、複数のカム山を円周方向に等ピッチで形成した内歯車を偏心軸部と対向させて設け、これらの対向する偏心軸部の外径面と内歯車とに転接する複数のローラを保持するポケットを設けた環状の保持器部を有する中間軸をカムシャフトと同軸上に配置して、環状の保持器部を円周方向に等ピッチで分割したときの分割点の数が、カム山の数と1つだけ異なる分割点の全ての位置または一部の間引いた位置に、ローラを保持するポケットを設けて、カム山の1ピッチ分の形状を、電動モータの出力軸を回転させたときに、ポケットに保持されたローラが偏心軸部の外径面に沿って公転する軌跡の外径側包絡線と合致させて、これらのローラの公転を中間軸を介してカムシャフトに伝達するものとし、ローラの胴部の少なくとも両端部にクラウニングを設けることにより、減速機構のみで電動モータの回転をカムシャフトに伝達でき、減速機構の偏心軸部の外径面と内歯車とに転接するローラにエッジロードが発生しないようにした。 That is, a speed reduction mechanism for transmitting the rotation of the output shaft of the electric motor to the camshaft is provided with an eccentric shaft portion having a circular cross section on the output shaft of the electric motor, and a plurality of inner diameter surfaces of the cylindrical portion of the housing integrated with the sprocket An internal gear having cam ridges formed at equal pitches in the circumferential direction is provided to face the eccentric shaft portion, and a pocket for holding a plurality of rollers that are in rolling contact with the outer diameter surface of the opposed eccentric shaft portion and the internal gear. The number of dividing points when the intermediate shaft having the annular retainer portion provided is coaxially arranged with the cam shaft and the annular retainer portion is divided at an equal pitch in the circumferential direction is the number of cam peaks. When a pocket for holding a roller is provided at all or a part of a part where only one different dividing point is thinned out, and the shape of one pitch of the cam crest is rotated when the output shaft of the electric motor is rotated, Roller held in pocket is eccentric The revolving of these rollers is transmitted to the camshaft via the intermediate shaft in accordance with the outer diameter side envelope of the trajectory revolving along the outer diameter surface of the part, and at least at both ends of the body of the roller By providing the crowning, the rotation of the electric motor can be transmitted to the camshaft only by the speed reduction mechanism, and the edge load is prevented from occurring on the roller that is in rolling contact with the outer diameter surface of the eccentric shaft portion of the speed reduction mechanism and the internal gear.
また、本発明は、エンジンの吸気バルブおよび排気バルブの少なくとも一方のバルブを駆動するカムシャフトと、エンジンから回転を伝達され、前記カムシャフトを回転駆動するスプロケットとを、相対回転可能に同軸上に配置して、前記カムシャフトと同軸上に配置した電動モータの出力軸の回転を減速機構を介して前記カムシャフトに伝達し、前記カムシャフトの前記スプロケットに対する回転位相差を変化させて、前記バルブの開閉タイミングを変更するようにした可変バルブタイミング装置において、前記減速機構を、前記電動モータの出力軸に円形断面の偏心軸部を設け、前記スプロケットと一体化したハウジングの円筒部の内径面に、複数のカム山を円周方向に等ピッチで形成した内歯車を前記偏心軸部と対向させて設け、これらの対向する偏心軸部の外径面と内歯車とに転接する複数のローラを保持するポケットを設けた環状の保持器部を有する中間軸を前記カムシャフトと同軸上に配置して、前記環状の保持器部を円周方向に等ピッチで分割したときの分割点の数が、前記カム山の数と1つだけ異なる分割点の全ての位置または一部の間引いた位置に、前記ローラを保持するポケットを設けて、前記カム山の1ピッチ分の形状を、前記電動モータの出力軸を回転させたときに、前記ポケットに保持されたローラが前記偏心軸部の外径面に沿って公転する軌跡の外径側包絡線と合致させて、これらのローラの公転を前記中間軸を介して前記カムシャフトに伝達するものとし、前記ローラの少なくとも胴部の表面に、微小な凹部を無数にランダムに形成し、その表面粗さのパラメータSK値を−1.6以下とした構成も採用した。 Further, the present invention provides a camshaft that drives at least one of an intake valve and an exhaust valve of an engine and a sprocket that receives rotation from the engine and drives the camshaft to rotate relative to each other on a coaxial basis. And the rotation of the output shaft of the electric motor arranged coaxially with the camshaft is transmitted to the camshaft through a speed reduction mechanism, and the rotational phase difference of the camshaft with respect to the sprocket is changed, and the valve In the variable valve timing apparatus configured to change the opening / closing timing of the motor, the speed reduction mechanism is provided with an eccentric shaft portion having a circular cross section on the output shaft of the electric motor, and on the inner diameter surface of the cylindrical portion of the housing integrated with the sprocket. An internal gear having a plurality of cam ridges formed at equal pitches in the circumferential direction is provided to face the eccentric shaft portion. An intermediate shaft having an annular cage portion provided with a pocket for holding a plurality of rollers that are in rolling contact with the outer diameter surface of the eccentric shaft portion and the internal gear is arranged coaxially with the camshaft, and the annular The number of division points when the cage portion of the cage is divided at equal pitches in the circumferential direction is set at a position where all or some of the division points differ from the number of the cam crests by thinning out the rollers. A pocket to be held is provided, and when the output shaft of the electric motor is rotated so that the shape of one pitch of the cam crest is rotated, the roller held in the pocket extends along the outer diameter surface of the eccentric shaft portion. Matching the outer diameter side envelope of the trajectory of revolution, the revolution of these rollers is transmitted to the camshaft via the intermediate shaft, and an infinite number of minute recesses are formed on the surface of at least the body of the roller. Randomly formed on the surface roughness Configuration in which the parameter SK value -1.6 or less were also adopted.
すなわち、前記可変バルブタイミング装置と同様に、電動モータの回転を、偏心軸部の外径面と内歯車とにローラを転接させる減速機構のみでカムシャフトに伝達する可変バルブタイミング装置で、ローラの少なくとも胴部の表面に、微小な凹部を無数にランダムに形成し、その表面粗さのパラメータSK値を−1.6以下とすることにより、偏心軸部の外径面と内歯車とのローラの転接面に十分な油膜が形成されるようにして、ローラの転接面での焼付きと摩耗を防止できるようにした。 That is, similar to the variable valve timing device, the rotation of the electric motor is transmitted to the camshaft only by a speed reduction mechanism for rolling the roller to the outer diameter surface of the eccentric shaft portion and the internal gear. By forming innumerable minute recesses at least on the surface of the body portion and setting the parameter SK value of the surface roughness to −1.6 or less, the outer diameter surface of the eccentric shaft portion and the internal gear A sufficient oil film was formed on the rolling contact surface of the roller to prevent seizure and wear on the rolling contact surface of the roller.
前記表面粗さのパラメータSK値は、図5に示すように、表面粗さの平均線に対しての振幅分布曲線の相対性を表す値であり、以下の式(1)で定義されている。
SK = ∫(x−x0)3・P(x)dx/σ3 (1)
ここに、x:粗さの高さ、x0:粗さの平均高さ、P(x):粗さの振幅の確率密度関数、σ:自乗平均粗さである。
As shown in FIG. 5, the surface roughness parameter SK value is a value representing the relativity of the amplitude distribution curve with respect to the average line of the surface roughness, and is defined by the following equation (1). .
SK = ∫ (x−x 0 ) 3 · P (x) dx / σ 3 (1)
Here, x: height of roughness, x 0 : average height of roughness, P (x): probability density function of amplitude of roughness, and σ: mean square roughness.
前記パラメータSK値は、図5の(A)に示すように、表面粗さの平均線に対して振幅分布曲線の山が多いときは正、(B)に示すように、山と谷が等しいときは零、(C)に示すように、谷が多いときは負の値となる。したがって、パラメータSK値を負の−1.6以下とすることにより、ローラの転接面に十分な油膜を形成することができる。 The parameter SK value is positive when there are many peaks in the amplitude distribution curve with respect to the average surface roughness line as shown in FIG. 5A, and the peaks and valleys are equal as shown in FIG. 5B. When the number of valleys is large as shown in FIG. Therefore, by setting the parameter SK value to negative −1.6 or less, a sufficient oil film can be formed on the rolling contact surface of the roller.
前記ローラに、浸炭窒化処理後に1次焼入れしてA1変態点未満の温度に冷却したのち、前記1次焼入れよりも低温で2次焼入れする熱処理を施すことにより、ローラのオーステナイト結晶粒を微細化して、ローラの転動疲労強度を高めることができる。したがって、ローラを短くして、よりコンパクト化できるとともに、摩擦トルクを低減して伝達効率を向上させることができる。 The roller is first quenched after carbonitriding and cooled to a temperature below the A1 transformation point, and then subjected to a heat treatment that is second-quenched at a lower temperature than the first quenching to refine the austenite crystal grains of the roller. Thus, the rolling fatigue strength of the roller can be increased. Therefore, the roller can be shortened to be more compact, and the friction torque can be reduced to improve the transmission efficiency.
前記ローラの潤滑に、極圧性を有するグリースまたはオイルを用いることにより、ローラの転接面での焼付きや摩耗をより確実に防止することができる。 By using grease or oil having extreme pressure properties for lubricating the roller, seizure and wear on the rolling contact surface of the roller can be more reliably prevented.
前記保持器部の少なくとも前記ポケットの内面に、低摩擦係数の皮膜を設けることにより、ローラのポケット内面との摺接によるトルクロスを低減することができる。低摩擦係数の皮膜としては、リン酸塩被膜や樹脂被膜等を採用することができる。 By providing a coating with a low coefficient of friction on at least the inner surface of the pocket of the cage portion, it is possible to reduce torcross due to sliding contact with the inner surface of the pocket of the roller. As the film having a low coefficient of friction, a phosphate film, a resin film, or the like can be employed.
また、電動モータの出力軸としては、これを前記カムシャフトと同軸上に支持する出力軸支持軸受を備え、前記出力軸支持軸受の軸方向中央を、前記偏心軸部に外嵌した転がり軸受の軸受幅の範囲内、または前記中間軸の外周部に設けた中間軸支持軸受の軸受幅の範囲内に位置するようにした構成を採用することができる。 The output shaft of the electric motor includes an output shaft support bearing that coaxially supports the cam shaft, and a rolling bearing in which an axial center of the output shaft support bearing is externally fitted to the eccentric shaft portion. It is possible to adopt a configuration that is positioned within the range of the bearing width or within the range of the bearing width of the intermediate shaft support bearing provided on the outer peripheral portion of the intermediate shaft.
この構成によると、電動モータの出力軸が、出力軸支持軸受によって、転がり軸受の軸受幅の範囲内、または中間軸支持軸受の軸受幅の範囲内で支持される。このため、ハウジング内での電動モータの出力軸および中間軸を合わせた軸幅寸法を短くすることが可能となり、可変バルブタイミング装置が薄型化される。 According to this configuration, the output shaft of the electric motor is supported by the output shaft support bearing within the range of the bearing width of the rolling bearing or within the range of the bearing width of the intermediate shaft support bearing. For this reason, the shaft width dimension of the output shaft and the intermediate shaft of the electric motor in the housing can be shortened, and the variable valve timing device can be thinned.
前記出力軸支持軸受の軸方向中央を偏心軸部に外嵌した転がり軸受の軸受幅の範囲内に位置させるために、前記電動モータの出力軸が出力軸円筒部を備え、前記出力軸円筒部の外周部に前記偏心軸部を形成し、前記出力軸円筒部と前記カムシャフトの間に前記出力軸支持軸受を嵌合した構成を採用することができる。 The output shaft of the electric motor includes an output shaft cylindrical portion in order to position the axial center of the output shaft support bearing within a bearing width range of a rolling bearing that is externally fitted to an eccentric shaft portion, and the output shaft cylindrical portion It is possible to adopt a configuration in which the eccentric shaft portion is formed on the outer periphery of the output shaft and the output shaft support bearing is fitted between the output shaft cylindrical portion and the cam shaft.
この構成により、出力軸支持軸受は、出力軸の偏心軸部の軸幅寸法の範囲内に位置するものとなる。このため、ハウジング内における電動モータの出力軸の軸幅寸法が短くなり、可変バルブタイミング装置を薄型化することができる。 With this configuration, the output shaft support bearing is positioned within the range of the shaft width dimension of the eccentric shaft portion of the output shaft. For this reason, the shaft width dimension of the output shaft of the electric motor in the housing is shortened, and the variable valve timing device can be thinned.
一方、前記出力軸支持軸受の軸方向中央を中間軸支持軸受の軸受幅の範囲内に位置させるために、前記電動モータの出力軸が出力軸円筒部を備え、前記出力軸円筒部と前記中間軸が有する中間軸円筒部との間に前記出力軸支持軸受を嵌合した構成を採用することができる。 On the other hand, in order to position the center in the axial direction of the output shaft support bearing within the range of the bearing width of the intermediate shaft support bearing, the output shaft of the electric motor includes an output shaft cylindrical portion, and the output shaft cylindrical portion and the intermediate shaft A configuration in which the output shaft support bearing is fitted between the intermediate shaft cylindrical portion of the shaft can be employed.
このようにすると、出力軸支持軸受は、中間軸の中間軸円筒部の幅寸法の範囲内に位置するものとなる。このため、ハウジング内における電動モータの出力軸および中間軸を合わせた軸寸法が短くなり、可変バルブタイミング装置を薄型化することができる。 If it does in this way, an output-shaft support bearing will be located in the range of the width dimension of the intermediate shaft cylindrical part of an intermediate shaft. For this reason, the shaft dimension including the output shaft and the intermediate shaft of the electric motor in the housing is shortened, and the variable valve timing device can be thinned.
また、前記ローラが転接する偏心軸部の外径面を、偏心軸部に外嵌した転がり軸受の外輪の外径面で形成することにより、ローラと偏心軸部の外径面とのスリップを抑制することができる。 Further, by forming the outer diameter surface of the eccentric shaft portion with which the roller is in rolling contact with the outer diameter surface of the outer ring of the rolling bearing fitted on the eccentric shaft portion, the slip between the roller and the outer diameter surface of the eccentric shaft portion is prevented. Can be suppressed.
また、前記偏心軸部に外嵌した転がり軸受が、保持器の無いころ軸受とされ、前記ころ軸受の内輪が前記偏心軸部の外周部で形成された構成を採用すると、ころの数を増加させ、ラジアル方向の負荷容量を大きくすることが可能となる。また、ころの数が多いほど、ころ端面とつばとの間の接触面圧を下げることができるため、アキシアル方向の負荷容量も向上するとともに、これらの間の摩耗低減を図ることができる。 In addition, if the rolling bearing externally fitted to the eccentric shaft portion is a roller bearing without a cage, and the inner ring of the roller bearing is formed by the outer peripheral portion of the eccentric shaft portion, the number of rollers is increased. Thus, the load capacity in the radial direction can be increased. Further, as the number of rollers increases, the contact surface pressure between the roller end surface and the collar can be lowered, so that the load capacity in the axial direction can be improved and the wear between them can be reduced.
前記転がり軸受が、保持器の無いころ軸受とされた構成を採用した場合、前記偏心軸部が、前記電動モータの出力軸に外嵌した偏心リングとされ、前記ころ軸受の内輪が前記偏心リングで形成された構成とすることができる。電動モータの出力軸に偏心リングを外嵌すれば、出力軸は、外周部を偏心させる必要がなく、容易に偏心軸部を設けることができる。 When the rolling bearing adopts a configuration in which it is a roller bearing without a cage, the eccentric shaft portion is an eccentric ring externally fitted to the output shaft of the electric motor, and the inner ring of the roller bearing is the eccentric ring. It can be set as the structure formed by. If the eccentric ring is externally fitted to the output shaft of the electric motor, the output shaft does not need to be eccentric in the outer peripheral portion, and the eccentric shaft portion can be easily provided.
また、円筒ころの外径端部にクラウニングを施し、エッジロードの発生を防止することができる。さらに、強度や耐摩耗性の向上を目的として、前記ころ軸受の軌道面に高周波焼き入れを施すことも可能である。 In addition, the outer diameter end of the cylindrical roller can be crowned to prevent edge load. Furthermore, for the purpose of improving strength and wear resistance, it is possible to subject the raceway surface of the roller bearing to induction hardening.
本発明の可変バルブタイミング装置は、電動モータの出力軸の回転をカムシャフトに伝達する減速機構を、電動モータの出力軸に円形断面の偏心軸部を設け、スプロケットと一体化したハウジングの円筒部の内径面に、複数のカム山を円周方向に等ピッチで形成した内歯車を偏心軸部と対向させて設け、これらの対向する偏心軸部の外径面と内歯車とに転接する複数のローラを保持するポケットを設けた環状の保持器部を有する中間軸をカムシャフトと同軸上に配置して、環状の保持器部を円周方向に等ピッチで分割したときの分割点の数が、カム山の数と1つだけ異なる分割点の全ての位置または一部の間引いた位置に、ローラを保持するポケットを設けて、カム山の1ピッチ分の形状を、電動モータの出力軸を回転させたときに、ポケットに保持されたローラが偏心軸部の外径面に沿って公転する軌跡の外径側包絡線と合致させて、これらのローラの公転を中間軸を介してカムシャフトに伝達するものとし、ローラの胴部の少なくとも両端部にクラウニングを設けたので、減速機構のみで電動モータの回転をカムシャフトに伝達でき、減速機構の偏心軸部の外径面と内歯車とに転接するローラにエッジロードが発生しないようにすることができる。 The variable valve timing device of the present invention is a cylindrical portion of a housing in which a speed reduction mechanism for transmitting rotation of an output shaft of an electric motor to a camshaft is provided, an eccentric shaft portion having a circular cross section is provided on the output shaft of the electric motor, and integrated with a sprocket. An inner gear having a plurality of cam ridges formed at equal pitches in the circumferential direction is provided opposite to the eccentric shaft portion on the inner diameter surface of the inner surface, and a plurality of rollers that are in rolling contact with the outer diameter surface of the opposed eccentric shaft portion and the inner gear. The number of dividing points when an intermediate shaft having an annular cage portion provided with a pocket for holding the roller is coaxially arranged with the camshaft and the annular cage portion is divided at equal pitches in the circumferential direction. However, a pocket for holding the roller is provided at all or a part of the dividing points that differ by one from the number of cam peaks, and the shape of one pitch of the cam peaks is set to the output shaft of the electric motor. When you rotate the The rollers held in the shaft are matched with the outer envelope of the locus revolving along the outer diameter surface of the eccentric shaft portion, and the revolution of these rollers is transmitted to the camshaft via the intermediate shaft. Since the crowning is provided on at least both ends of the body of the motor, the rotation of the electric motor can be transmitted to the camshaft only with the speed reduction mechanism, and the edge load is applied to the roller that is in rolling contact with the outer diameter surface of the eccentric shaft portion of the speed reduction mechanism Can be prevented from occurring.
また、本発明の可変バルブタイミング装置は、前記可変バルブタイミング装置と同様に、電動モータの回転を、偏心軸部の外径面と内歯車とにローラを転接させる減速機構のみでカムシャフトに伝達する可変バルブタイミング装置で、ローラの少なくとも胴部の表面に、微小な凹部を無数にランダムに形成し、その表面粗さのパラメータSK値を−1.6以下としたので、ローラの転接面での焼付きと摩耗を防止することができる。 Also, the variable valve timing device of the present invention, similar to the variable valve timing device, can rotate the electric motor to the camshaft only by a speed reduction mechanism that rolls the roller on the outer diameter surface of the eccentric shaft portion and the internal gear. With the variable valve timing device that transmits, since the surface ruggedness of the surface roughness parameter SK value is set to -1.6 or less, innumerable minute recesses are randomly formed on the surface of at least the body of the roller. Surface seizure and wear can be prevented.
以下、図面に基づき、本発明の第1実施形態を説明する。この可変バルブタイミング装置は、図1に示すように、エンジンの吸気バルブ(図示省略)を駆動するカムシャフト1と、エンジンから回転を伝達され、カムシャフト1を回転駆動するスプロケット2とを、相対回転可能に同軸上に配置し、カムシャフト1と同軸上に配置した電動モータ3の出力軸4の回転を減速機構5を介してカムシャフト1に伝達し、カムシャフト1のスプロケット2に対する回転位相差を変化させて、吸気バルブの開閉タイミングを変更するものである。
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the variable valve timing device is configured to relatively connect a
図1および図2に示すように、前記減速機構5は、電動モータ3の出力軸4に円形断面の偏心軸部4aを設けて、この偏心軸部4aに玉軸受6を外嵌固定し、スプロケット2と一体化したハウジング7の円筒部の内径面に、複数のカム山8aを形成した別体の内歯車8を、玉軸受6の外輪6aの外径面と対向するように内嵌固定して、これらの対向する外輪6aの外径面と内歯車8とに転接する複数のローラ9を保持するポケット10aを設けた環状の保持器部10bを有する中間軸10をカムシャフト1と同軸上に配置し、その中間軸10をスプライン11によってカムシャフト1に連結したものであり、後述するメカニズムによって、電動モータ3の出力軸4の回転を中間軸10を介してカムシャフト1に伝達する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
前記偏心軸部4aの偏心側には、出力軸4の軸心の回りの重量バランスを調整するバランス調整部としての貫通孔4bが設けられている。また、電動モータ3の出力軸4は玉軸受12によってハウジング7に支持され、中間軸10は玉軸受13によって内歯車8の延長円筒部を介してハウジング7に支持されている。
On the eccentric side of the
図2に示すように、前記内歯車8のカム山8aは円周方向に等ピッチで29個形成され、ローラ9を保持するポケット10aは、環状の保持器部10bを円周方向に等ピッチで30分割したときの分割点に対して1つおきに間引いた15箇所の位置に設けられており、分割点の数がカム山8aよりも1つだけ多くなっている。また、カム山8aの1ピッチ分の形状は、出力軸4を回転させたときに、ポケット10aに保持されたローラ9が偏心軸部4aに外嵌された玉軸受6の外輪6aの外径面に沿って公転する軌跡の外径側包絡線と合致している。
As shown in FIG. 2, 29
図3(a)に示すように、前記ローラ9は胴部の両端部にクラウニング9aを設けられている。したがって、外輪6aの外径面と内歯車8とに転接するローラ9のエッジロードを防止することができる。クラウニング9aは胴部の全長に設けてもよい。
As shown in FIG. 3A, the
図3(b)に拡大して示すように、前記ローラ9の胴部の表面には、微小な凹部9bが無数にランダムに形成され、その表面粗さのパラメータSK値が−1.6以下とされている。また、ローラ9の潤滑には、極圧性を有するオイルが用いられている。したがって、外輪6aの外径面と内歯車8とのローラ9の転接面に十分な油膜が形成され、ローラ9の転接面での焼付きと摩耗が防止される。
As shown in an enlarged view in FIG. 3B, the surface of the body of the
前記ローラ9は、高炭素クロム軸受鋼SUJ2を素材として、図4に示すような、浸炭窒化処理後に温度T1で1次焼入れしてA1変態点未満の温度に冷却したのち、1次焼入れよりも低い温度T2で油中に2次焼入れし、焼戻しする熱処理を施されており、ミクロ組織のオーステナイト結晶粒が微細化されている。
The
また、図示は省略するが、前記保持器部10bは、ローラ9を保持するポケット10aの内面を含めて、低摩擦係数の皮膜としてのリン酸塩被膜処理を施されている。
Although not shown, the
以下に、前記減速機構5の減速メカニズムを説明する。図2に矢印で示したように、出力軸4が時計回りに回転し、偏心した外輪6aの外径面とカム山8aが形成された内歯車8との環状空間の極小部Aが時計回りに0°の位置、極大部Bが180°の位置にあるとすると、出力軸4の回転に伴って、極小部Aと極大部Bは時計回りに移動し、環状空間の右半分は狭くなる傾向、環状空間の左半分は広くなる傾向となる。このため、環状空間の右半分に存在するローラ9は内歯車8のカム山8aを下る外径方向へ、環状空間の左半分に存在するローラ9はカム山8aを上る内径方向へ移動し、図中に矢印で示すように、ローラ9を保持する中間軸10の保持器部10bは、出力軸4と同じ時計回りに回転する。
Below, the deceleration mechanism of the said
この実施形態では、保持器部10bの分割点の数Nがカム山8aの数よりも1つだけ多いので、出力軸4が1回転すると各ローラ9はカム山8aの1ピッチ分だけ時計回りに公転し、出力軸4と中間軸10の減速比は、分割点の数Nと等しくなる。なお、分割点の数Nがカム山8aの数よりも1つだけ少ない場合は、各ローラ9は反時計回りに公転し、中間軸10は出力軸4と逆方向に回転する。
In this embodiment, since the number N of the dividing points of the
この第1実施形態において、電動モータ3の出力軸4の偏心軸部4aに外嵌された転がり軸受6は、玉軸受が適用されているが、例えば、転がり軸受6の変形例1として、図6、7に示すように、保持器の無い針状ころ軸受を適用することができる。
In the first embodiment, a ball bearing is applied to the rolling
この針状ころ軸受は、内輪が偏心軸部4aの外周部で形成され、その偏心軸部4aの外周部に軌道面4dが形成されている。円筒ころ6cの外径端部には、エッジロードの発生を防止するために、クラウニングが施されている。
In this needle roller bearing, the inner ring is formed by the outer peripheral portion of the
また、円筒ころ6cは、転走時の潤滑性を向上させるため、その表面(特に転走面)に無数の微小凹形状のくぼみを設ける加工(HL加工)が施されている。加工方法としては、特殊なバレル研磨によって所望の面粗さとなる仕上げ面を得ることができるが、ショットピーニングやショットブラスト等を用いてもよい。さらに、円筒ころ6cに浸炭窒化処理(AS処理)を施して硬度を高め、耐摩耗性を向上させるようにしてもよい。
Moreover, in order to improve the lubricity at the time of rolling, the
偏心軸部4aの外周部の軌道面4dの軸方向両側には、円筒ころ6cの軸方向への移動を規制する一対のつば部が形成されている。一対のつば部のうち、軌道面4dに対して中間軸10と反対側のつば部が偏心軸部4aに沿う環状のつば輪14によって形成される。
On both axial sides of the
また、外輪6aの軌道面および、偏心軸部4aの軌道面4dに、高周波焼き入れを施すことができる。この場合、焼き入れ部分が硬化し、強度や耐摩耗性が向上する。
Moreover, induction hardening can be performed on the raceway surface of the
この変形例1では、転がり軸受6を保持器の無い針状ころ軸受とすることで、円筒ころ6cの数を増加させ、ラジアル方向の負荷容量を大きくすることが可能となる。また、円筒ころ6cが多い程、ころ端面とつばとの間の接触面圧を下げることができるため、アキシアル方向の負荷容量も向上するとともに、これらの間の摩耗低減を図ることができる。
In the first modification, by using the
また、転がり軸受6の変形例2としては、転がり軸受6に針状ころ軸受を適用し、その針状ころ軸受の内輪を偏心軸部4aの外周部で形成する代わりに、電動モータ3の出力軸4に外嵌された偏心リング6bで形成することができる(図8、図9参照)。
As a
偏心リング6bは、金属製であり、その外周部には軌道面4dが形成され、軌道面4dの軸方向両側部には、円筒ころ6cの軸方向への移動を規制する一対のつば部が形成されている。一対のつば部のうち、軌道面4dに対して中間軸10と反対側のつば部が偏心リング6bに沿う環状のつば輪14によって形成されている。偏心リング6bは、これにのみ熱処理が施されている。このため、電動モータ3の出力軸4に熱処理を施す必要がなく、出力軸4の熱処理による寸法精度の影響を抑えることができる。
The
また、各円筒ころ6cの外径端部には、エッジロードの発生を防止するために、クラウニングが施され、転がり軸受6の外輪6aの軌道面および、偏心リング6bの軌道面4dに、高周波焼き入れが施される。この場合、焼き入れ部分が硬化し、強度や耐摩耗性が向上する。
In addition, the outer diameter end portion of each
この変形例2では、電動モータ3の出力軸4に偏心リング6bを外嵌すれば、出力軸4は、外周部を偏心させる必要がなく、容易に偏心軸部4aを設けることができる。また、予め偏心リング6bを内輪とした針状ころ軸受を組み立て、その針状ころ軸受を電動モータ3の出力軸4の外側に嵌合固定することができる。このため、組み立て性を向上させることが可能となる。
In the second modification, if the
前記電動モータ3の出力軸4の支持構造は、ハウジング7に玉軸受12によって支持されるものであるが、その電動モータ3の出力軸4の回転を減速機構5を介してカムシャフト1に伝達し、カムシャフト1のスプロケット2に対する回転位相差を変化させることが可能である限り、適宜に変更することができる。一例として、この発明の第2実施形態を図10に示す。なお、以下においては、上記第1実施形態との相違点を中心に述べ、同一に考えられる構成に同符号を用いて説明を省略する。
The support structure of the
この第2実施形態では、電動モータ3の出力軸4をカムシャフトと同軸上に支持する玉軸受12(出力軸支持軸受)の軸方向中央を、偏心軸部4aに外嵌した玉軸受6(転がり軸受)の軸受幅の範囲内に位置するようにしたのである。
In the second embodiment, a ball bearing 6 (externally fitted to the
より具体的には、電動モータ3の出力軸4に出力軸円筒部4cを備え、その出力軸円筒部4cの外周部に偏心軸部4aが形成され、その出力軸円筒部4cとカムシャフト1の間に玉軸受12が嵌合されたものである。玉軸受12の嵌合によって、その玉軸受12の軸方向中央を、偏心軸部4aに外嵌している玉軸受6の軸受幅の範囲内に位置させることができる。
More specifically, the
これにより、玉軸受12は、軸方向の中央が電動モータ3の出力軸4の偏心軸部4aの軸幅寸法の範囲内に位置するものとなる。このため、ハウジング7内における電動モータ3の出力軸4の軸方向長さを、前述の第1実施形態の場合と比較して短くすることが可能となり、可変バルブタイミング装置を薄型化することができる。
As a result, the
また、中間軸10は玉軸受13によってハウジング7に支持されており、スプロケット2はその軸方向幅が、前述の第1実施形態のものと比較して小さく形成されている。このスプロケット2の形状によっても、可変バルブタイミング装置の薄型化が図られている。
Further, the
この第2実施形態において、電動モータ3の出力軸4に備えた出力軸円筒部4cの偏心軸部4aに外嵌された転がり軸受6は、玉軸受が適用されているが、前述の第1実施形態の転がり軸受6と同様、適宜変形することができる。
In the second embodiment, a ball bearing is applied to the rolling
転がり軸受6の変形例1としては、例えば、図11に示すように、保持器の無い針状ころ軸受を適用可能である。
As
この変形例1では、第1実施形態での変形例1の転がり軸受6と同様の構成が適用されている。すなわち、前記針状ころ軸受は、内輪が偏心軸部4aの外周部で形成され、その偏心軸部4aの外周部に軌道面4dが形成される。軌道面4dの軸方向両側には、円筒ころ6cの軸方向への移動を規制する一対のつば部が形成されている。一対のつば部のうち、軌道面4dに対して中間軸10と反対側のつば部が偏心軸部4aに沿う環状のつば輪14によって形成される。
In the first modification, the same configuration as that of the rolling
また、円筒ころ6cの外径端部には、エッジロードの発生を防止するために、クラウニングが施され、外輪6aの軌道面および、偏心軸部4aの軌道面4dに、高周波焼き入れが施されている。
In addition, the outer diameter end portion of the
転がり軸受6の変形例2としては、保持器の無い針状ころ軸受を適用し、第1実施形態での変形例2の転がり軸受6と同様の構成を適用することができる。すなわち、図12に示すように、針状ころ軸受の内輪を、電動モータ3の出力軸4に外嵌された偏心リング6bで形成している。
As the second modification of the rolling
偏心リング6bの外周部に軌道面4dが形成され、軌道面4dの軸方向両側部には、円筒ころ6cの軸方向への移動を規制する一対のつば部が形成されている。一対のつば部のうち、軌道面4dに対して中間軸10と反対側のつば部が偏心リング6bに沿う環状のつば輪14によって形成されている。
A
また、各円筒ころ6cの外径端部には、エッジロードの発生を防止するために、クラウニングが施され、転がり軸受6の外輪6aの軌道面および、偏心リング6bの軌道面4dに、高周波焼き入れが施される。
In addition, the outer diameter end portion of each
この発明の第3実施形態を図13に基づいて説明する。
この実施形態では、電動モータ3の出力軸4をカムシャフトと同軸上に支持する玉軸受12(出力軸支持軸受)の軸方向中央を、中間軸10の外周部に設けられた玉軸受13(中間軸支持軸受)の軸受幅の範囲内に位置するようにしたものである。
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In this embodiment, the ball bearing 13 (output shaft support bearing) that supports the
すなわち、電動モータ3の出力軸4に出力軸円筒部4cを備え、中間軸10が保持器部10bを有する中間軸円筒部10cと、中間軸円筒部10cのスプロケット2側端部に一体に形成された中間軸円環部10dとからなる。
That is, the
中間軸円筒部10cの外周部に玉軸受13が設けられ、中間軸円筒部10cの内周部には、玉軸受12が出力軸4の出力軸円筒部4cの外周部との間に嵌合される。また、中間軸円環部10dの内周部がカムシャフト1に対して一体回転可能に設けられる。玉軸受12の嵌合によって、玉軸受12の軸方向中央が中間軸10に外嵌している玉軸受13の軸受幅の範囲内に位置した状態となる。
A
これにより、玉軸受12は、軸方向中央が中間軸10(中間軸円筒部10cおよび中間軸円環部10d)の軸幅寸法の範囲内に位置するものとなり、電動モータ3の出力軸4および中間軸10の軸幅寸法が、前述の第1実施形態のものと比較して小さくなり、可変バルブタイミング装置を薄型化することができる。
Thereby, the
また、この実施形態では、前述の実施形態2の場合と同様、スプロケット2の軸方向幅が、前述の第1実施形態のものと比較して小さく形成されている。このため、スプロケット2の形状によっても、可変バルブタイミング装置の薄型化が図られている。
In this embodiment, the axial width of the
この第3実施形態において、電動モータ3の出力軸4に備えた偏心軸部4aに外嵌された転がり軸受6は、玉軸受が適用されているが、前述の第1実施形態の転がり軸受6と同様、適宜変形することができる。転がり軸受6の変形例1としては、例えば、図14に示すように、保持器の無い針状ころ軸受を適用可能である。
In the third embodiment, a ball bearing is applied to the rolling
この変形例1では、第1実施形態での変形例1の転がり軸受6と同様の構成が適用されている。すなわち、前記針状ころ軸受は、内輪が偏心軸部4aの外周部で形成され、その偏心軸部4aの外周部に軌道面4dが形成される。軌道面4dの軸方向両側には、円筒ころ6cの軸方向への移動を規制する一対のつば部が形成されている。一対のつば部のうち、軌道面4dに対して中間軸10と反対側のつば部が偏心軸部4aに沿う環状のつば輪14によって形成される。
In the first modification, the same configuration as that of the rolling
また、円筒ころ6cの外径端部には、エッジロードの発生を防止するために、クラウニングが施され、外輪6aの軌道面および、偏心軸部4aの軌道面4dに、高周波焼き入れが施されている。
In addition, the outer diameter end portion of the
転がり軸受6の変形例2としては、保持器の無い針状ころ軸受を適用し、第1実施形態での変形例2の転がり軸受6と同様の構成を適用することができる。すなわち、図15に示すように、針状ころ軸受の内輪を、電動モータ3の出力軸4に外嵌された偏心リング6bで形成している。
As the second modification of the rolling
偏心リング6bの外周部には軌道面4dが形成され、軌道面4dの軸方向両側部には、円筒ころ6cの軸方向への移動を規制する一対のつば部が形成されている。一対のつば部のうち、軌道面4dに対して中間軸10と反対側のつば部が偏心リング6bに沿う環状のつば輪14によって形成されている。
A
また、各円筒ころ6cの外径端部には、エッジロードの発生を防止するために、クラウニングが施され、転がり軸受6の外輪6aの軌道面および、偏心リング6bの軌道面4dに、高周波焼き入れが施される。
In addition, the outer diameter end portion of each
1 カムシャフト
2 スプロケット
3 電動モータ
4 出力軸
4a 偏心軸部(内輪)
4b 貫通孔
4c 出力軸円筒部
4d 軌道面
5 減速機構
6 玉軸受(転がり軸受)
6a 外輪
6b 偏心リング(内輪)
6c 円筒ころ
7 ハウジング
8 内歯車
8a カム山
9 ローラ
9a クラウニング
9b 凹部
10 中間軸
10a ポケット
10b 保持器部
10c 中間軸円筒部
10d 中間軸円環部
11 スプライン
12 玉軸受(出力軸支持軸受)
13 玉軸受(中間軸支持軸受)
14 つば輪
1
4b Through-
6c
13 Ball bearing (intermediate shaft support bearing)
14 collar
Claims (13)
その電動モータの出力軸に設けられた円形断面の偏心軸部と、
その偏心軸部に外嵌した転がり軸受と、
その転がり軸受の外輪の外径面と対向させて設けられ、複数のカム山を円周方向に等ピッチで形成した内歯車と、
前記転がり軸受の外輪の外径面と前記内歯車とに転接する複数のローラと、
これらのローラを保持するポケットが設けられた環状の保持器部を有する中間軸とからなり、
前記ポケットは、前記環状の保持器部を円周方向に等ピッチで分割したときの分割点の数が、前記カム山の数と1つだけ異なる分割点の全ての位置または一部の間引いた位置に設けられ、
前記カム山の1ピッチ分の形状を、前記電動モータの出力軸を回転させたときに、前記ポケットに保持されたローラが前記転がり軸受の外輪の外径面に沿って公転する軌跡の外径側包絡線と合致させて、これらのローラの公転を前記中間軸に伝達するものとし、
前記偏心軸部が、前記電動モータの出力軸に1つだけ設けられている、
電動モータ付き減速機構。 An electric motor;
An eccentric shaft portion having a circular cross section provided on the output shaft of the electric motor;
A rolling bearing externally fitted to the eccentric shaft portion;
An internal gear provided facing the outer diameter surface of the outer ring of the rolling bearing and having a plurality of cam ridges formed at equal pitches in the circumferential direction;
A plurality of rollers in rolling contact with the outer diameter surface of the outer ring of the rolling bearing and the internal gear;
It consists of an intermediate shaft having an annular cage part provided with a pocket for holding these rollers,
In the pocket, the number of dividing points when the annular cage part is divided at a constant pitch in the circumferential direction is thinned out at all positions or a part of the dividing points which differ from the number of the cam crests by one. In place,
The outer diameter of the locus in which the roller held in the pocket revolves along the outer diameter surface of the outer ring of the rolling bearing when the output shaft of the electric motor is rotated in the shape of one pitch of the cam crest. In accordance with the side envelope, the revolution of these rollers shall be transmitted to the intermediate shaft,
Only one eccentric shaft portion is provided on the output shaft of the electric motor,
Reduction mechanism with electric motor.
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