JP5839239B2 - バルブタイミング調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの吸気弁または排気弁の開閉タイミングを調整するバルブタイミング調整装置に関する。

従来、エンジンの駆動軸と従動軸との回転位相を変化させることで吸気弁または排気弁の開閉タイミングを調整するベーン型のバルブタイミング調整装置が知られている。このベーン型のバルブタイミング調整装置は、駆動軸と一体に回転するハウジングと、ハウジング内で従動軸に一体に固定されるベーンロータとを備え、ハウジング内の圧力室に作動油を供給することでベーンロータを相対回動させ、開閉タイミングを調整する。

一般にこの種のバルブタイミング調整装置では、径内側にベーンロータを収容する筒状のシューハウジングを、軸方向の両側からフロントプレート及びリアプレートが挟持する構成が採用される。そして、締結用のボルトが、フロントプレート側から、シューハウジングのシュー部に形成された通し穴を貫通して、リアプレートに形成された雌ねじ穴に締結される。このような構成における締結用ボルトとして、例えば特許文献１に開示されたバルブタイミング調整装置では、皿ボルトが用いられている。

特開２００９−２１５８８１号公報

皿ボルトは、なべ頭ボルトやキャップボルトに比べ、ボルト頭部を含めた軸方向高さを小さくすることができる。その反面、なべ頭ボルトやキャップボルトでは、締結軸力が軸と平行に作用するのに対し、皿ボルトを用いる場合、着座面、及び相手物であるフロントプレートのシート面が約９０°のテーパ状に形成されているため、締結軸力がシート面の法線方向である径外方向に拡散する。そのため、シューハウジングのシュー部の大きさや位置によっては、締結軸力の作用する範囲の一部又は全部がシュー部の外側に外れる場合がある。したがって、締結軸力がシュー部に有効に伝達されず、ベーンロータの作動に伴う衝撃力や振動によって、シューハウジングのがたつきや回転方向の位置ずれが生じるおそれがある。

その対策として単純に締付トルクを大きくすることが考えられる。しかし、締付トルクを適正トルク以上に大きくし過ぎると、皿ボルトが破断するおそれがある。
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、皿ボルトを用いてフロントプレートをシューハウジングに締結する構成において、締結軸力をシューハウジングに効率良く伝達するバルブタイミング調整装置を提供することにある。

本発明は、エンジンの駆動軸と従動軸との回転位相を変化させることにより、従動軸が開閉駆動する吸気弁又は排気弁の開閉タイミングを調整するバルブタイミング調整装置であって、シューハウジング、ベーンロータ、フロントプレート、リアプレート及び皿ボルトを備える。
シューハウジングは、筒部、及び、筒部の内壁から径内方向に突出した複数のシュー部を有し、駆動軸又は従動軸の一方と共に回転する。
ベーンロータは、シューハウジングの筒部と同軸に設けられるボス部、及び、ボス部から放射状に突出した複数のベーン部を有し、ベーン部がシューハウジングのシュー部同士の間でシュー部に対して相対回動可能なようにシューハウジングに収容され、駆動軸又は従動軸の他方と一体に回転する。

フロントプレートは、シューハウジングの一方の軸方向端面であるシューフロント面に当接した状態でシューハウジングに固定され、シュー部に対応する位置に、口元側から奥側に向かって縮径する凹テーパ状のシート面が形成される。
リアプレートは、シューハウジングの他方の軸方向端面であるシューリア面に当接した状態でシューハウジングに固定される。

皿ボルトは、フロントプレートのシート面に着座可能な凸テーパ状の着座面を頭部に有し、シューハウジングのシュー部に形成される通し穴を通してフロントプレートとリアプレートとを締結し、或いは、シュー部に形成された雌ねじ穴に螺合しフロントプレートとシューハウジングとを直接締結する。
そして、軸方向断面において、皿ボルトの着座面とフロントプレートのシート面とが当接し締結軸力が作用する軸力作用点を通りシート面に直交する法線ベクトルと、シューフロント面との交点である軸力到達点の少なくとも一部がシュー部の範囲に含まれることを特徴とする。

ここで、「フロントプレート」及び「リアプレート」という用語は、皿ボルトを締結する作業における視点で、手前側となる頭部側をフロント、向こう側となるねじ側をリアと定義する。エンジンや従動軸等の位置を基準としてフロントプレート及びリアプレートの位置関係を決定するものではない。

本発明の構成によると、軸力作用点を通る法線ベクトルがシュー部に含まれるため、締結軸力の一部又は全部が拡散し、シュー部の外側に外れることを回避することができる。したがって、締付トルクを大きくすることなく、締結軸力をシューハウジングに効率的に伝達することができる。

ところで、皿ボルトを用いる従来の標準的な構成では、皿ボルト頭部の着座面はテーパ角９０°に対しプラス側に公差が設定され、皿ボルトを受けるフロントプレートのシート面はテーパ角９０°に対しマイナス側に公差が設定されるのが一般的である。そのため、軸方向断面において、皿ボルトの頭部端面と着座面との交点が軸力作用点となる。

シューハウジングのシュー部の大きさや位置を変更しない前提では、本発明の構成は、上記の基準構成に対して軸力作用点を径内方向にシフトさせることによって実現される。さらに、フロントプレートの厚さ、及び、皿ボルト頭部端面の位置を変更しないことを前提とし、軸力作用点を径内方向にシフトさせる具体的な態様として、以下の２通りの態様を採用する。

１つ目の態様では、皿ボルトの着座面は、フロントプレートのシート面と当接する軸力作用点を境界として、ねじ部側の外壁と、頭部端面側の外壁とから構成されており、テーパ角の関係について、シート面の凹テーパ角は、頭部端面側の外壁の凸テーパ角より大きく、且つ、ねじ部側の外壁の凸テーパ角より小さく設定されている。すなわち、下記のようになっている。
ねじ部側の外壁の凸テーパ角＞シート面の凹テーパ角＞頭部端面側の外壁の凸テーパ角
２つ目の態様では、フロントプレートのシート面は、皿ボルトの着座面と当接する軸力作用点を境界として、奥側の内壁と、口元側の内壁とから構成されており、テーパ角の関係について、着座面の凸テーパ角は、奥側の内壁の凹テーパ角より大きく、且つ、口元側の内壁の凹テーパ角より小さく設定されている。すなわち、下記のようになっている。
奥側の内壁の凹テーパ角＜着座面の凸テーパ角＜口元側の内壁の凹テーパ角

本発明の第１実施形態によるバルブタイミング調整装置の断面図である。 図１のバルブタイミング調整装置が適用されたエンジンを示す図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 図１のＩＶ−ＩＶ断面図である。 図３のＶ部を拡大したシュー部の図である。 （ａ）：本発明の第１実施形態によるバルブタイミング調整装置の要部模式断面図（図５のＶＩ−ＶＩ線断面図）である。 （ｂ）：（ａ）のｂ方向矢視図である。 比較例のバルブタイミング調整装置の要部模式断面図である。 本発明の第１実施形態の変形例によるバルブタイミング調整装置の要部模式断面図である。 本発明の第２実施形態によるバルブタイミング調整装置の要部模式断面図である。 本発明の第２実施形態の変形例によるバルブタイミング調整装置の要部模式断面図である。 本発明の第３実施形態によるバルブタイミング調整装置の要部模式断面図である。 本発明の第４実施形態によるバルブタイミング調整装置の要部模式断面図である。 本発明の第５実施形態によるバルブタイミング調整装置の要部模式断面図である。 本発明の第６実施形態によるバルブタイミング調整装置の断面図である。 本発明のその他の実施形態によるバルブタイミング調整装置の図５に対応するシュー部の図である。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。なお、第２、第３実施形態は参考形態に相当する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態によるバルブタイミング調整装置１００は、図２に示すエンジン９０の吸気弁９１の開閉タイミングを調整するためのものである。図２に示すように、エンジン９０のクランクシャフト９７の駆動軸ギア９８の回転は、バルブタイミング調整装置１００が構成する吸気弁ギア１９、排気弁ギア９５、及び駆動軸ギア９８に巻き掛けられたチェーン９６を介しカムシャフト９３、９４に伝達される。カムシャフト９３は吸気弁９１を開閉駆動し、カムシャフト９４は排気弁９２を開閉駆動する。
クランクシャフト９７及びカムシャフト９３、９４は、それぞれ、特許請求の範囲に記載の「駆動軸」及び「従動軸」に相当する。

バルブタイミング調整装置１００は、クランクシャフト９７と同期して回転するギア１９に対しカムシャフト９３を回転方向前方に相対回転させることにより吸気弁９１の開閉タイミングを早くする。このように吸気弁９１の開閉タイミングを早くするためカムシャフト９３を相対回転させることを「進角させる」という。

また、バルブタイミング調整装置１００は、クランクシャフト９７と同期して回転するギア１９に対しカムシャフト９３を回転方向後方に相対回転させることにより吸気弁９１の開閉タイミングを遅くする。このように吸気弁９１の開閉タイミングを遅くするためカムシャフト９３を相対回転させることを「遅角させる」という。

以下、バルブタイミング調整装置１００の構成について、図１、図３、図４を参照して説明する。
まず概略構成を説明する。バルブタイミング調整装置１００は、主に、クランクシャフト９７と共に回転するシューハウジング１０、フロントプレート３及びリアプレート４等と、カムシャフト９３と共に回転するベーンロータ２等とから構成されている。バルブタイミング調整装置１００は、外部のオイルポンプ８２から油路切替弁８５を経由して供給される作動油の油圧によって、シューハウジング１０に対するベーンロータ２の回転位相を調整することで、クランクシャフト９７に対するカムシャフト９３の回転位相を調整する。

図１に示すように、バルブタイミング調整装置１００は、外部のオイルポンプ８２、油路切替弁８５、電子制御装置８８等の作用によって駆動される。本実施形態では、油路切替弁８５は、中空筒状に形成されたカムシャフト９３に内挿されている。ただし、図１では、油路切替弁８５の出口ポートとバルブタイミング調整装置１００の進角油路７０及び遅角油路７５とを連通する油路を、模式的に矢印で示している。

油路切替弁８５は、例えば電磁式の、入口２ポート、出口２ポートの３位置切替弁である。入口ポートの一方は、オイルポンプ８２がオイルパン８１から汲み上げた作動油を吐出する供給油路８３に接続されている。入口ポートの他方は、バルブタイミング調整装置１００からオイルパン８１に作動油を戻す排出油路８４に接続されている。出口ポートは、バルブタイミング調整装置１００の進角油路７０及び遅角油路７５に接続されている。

電子制御装置８８は、シューハウジング１０に対するベーンロータ２の現実の位相と目標回転位相との偏差に基づき、ベーンロータ２を所望の位置まで相対回動させるよう油路切替弁８５の位置を切り替えるよう指令する。
油路切替弁８５は、電子制御装置８８からの指令に従い、正方向連通位置、逆方向連通位置、遮断位置の３位置を切り替える。正方向連通位置では供給油路８３と進角油路７０とが連通し、排出油路８４と遅角油路７５とが連通する。逆方向連通位置では供給油路８３と遅角油路７５とが連通し、排出油路８４と進角油路７０とが連通する。遮断位置ではいずれの油路も連通が遮断される。

続いて、バルブタイミング調整装置１００の詳細な構成について説明する。
シューハウジング１０は、筒部１６、シュー部１１、１２、１３、１４、及びギア１９が一体に形成されている。筒部１６は、カムシャフト９３と同軸上に配置される。シュー部１１、１２、１３、１４は、周方向において互いに離間するように筒部１６の内壁から径内方向に突出している。
ギア１９は、筒部１６の外壁に形成され、本実施形態では吸入弁ギアとして、クランクシャフト９７の動力がチェーン９６を介して伝達される。

ベーンロータ２は、シューハウジング１０の筒部１６と同軸に設けられるボス部２０、及び、ボス部２０から径外方向へ放射状に突出したベーン部２１、２２、２３、２４が一体に形成されている。ベーンロータ２は、ボス部２０がシュー部１１、１２、１３、１４の径内側に位置し、ベーン部２１、２２、２３、２４がそれぞれシュー部１１、１２、１３、１４同士の周方向の間に位置するように、シューハウジング１０内に収容される。
ボス部２０は、カムシャフト９３の径外壁に圧入等によって同軸に固定されている。これにより、ベーンロータ２は、カムシャフト９３と一体に回転する。

シューハウジング１０に収容された状態で、ボス部２０は、シュー部１１、１２、１３、１４の径内端部１７１により回転可能に支持される。ベーン部２１、２２、２３、２４は、それぞれシュー部１１、１２、１３、１４同士の周方向の間において所定角度範囲内で相対回動可能である。
なお、本実施形態では、シュー部１１、１２、１３、１４及びベーン部２１、２２、２３、２４は各４つ設けられているが、他の実施形態ではこれに限らない。

ボス部２０及びベーン部２１、２２、２３、２４は、シューハウジング１０の筒部１６及びシュー部１１、１２、１３、１４との間に、進角室７１、７２、７３、７４及び遅角室７６、７７、７８、７９を形成する。軸方向については、進角室７１、７２、７３、７４及び遅角室７６、７７、７８、７９は、フロントプレート３及びリアプレート４によって区画される。

図３において、ベーン部２１、２２、２３、２４の反時計回り方向側におけるシュー部１１、１２、１３、１４との間には進角室７１、７２、７３、７４が形成される。ベーン部２１、２２、２３、２４の時計回り方向側におけるシュー部１２、１３、１４、１１との間には遅角室７６、７７、７８、７９が形成される。
また、進角室７１、７２、７３、７４に連通し作動油を供給する進角油路７０、及び、遅角室７６、７７、７８、７９に連通し作動油を供給する遅角油路７５がベーンロータ２に形成されている。

ベーンロータ２は、進角室７１、７２、７３、７４の作動油の圧力が遅角室７６、７７、７８、７９の作動油の圧力よりも高いとき進角方向に相対回動し、遅角室７６、７７、７８、７９の作動油の圧力が進角室７１、７２、７３、７４の作動油の圧力よりも高いとき遅角方向に相対回動する。本実施形態では、図３に示す最遅角位置は、エンジン始動時のベーンロータ２の位置に相当する。

図４に示すように、４つのうち１つのベーン部２１において、軸方向に貫通する収容孔２６に、ロックピン２７が軸方向に往復移動可能に収容されている。ロックピン２７は、スプリング２８によってフロントプレート３側からリアプレート４側に付勢されている。
リアプレート４には、ベーンロータ２の最遅角位置においてロックピン２７の先端部が対向する位置に、ロックピン２７の先端部が嵌合可能な嵌合凹部４６が形成されている。嵌合凹部４６の底には、作動油が導入される油圧室４７が形成されている。
本実施形態におけるエンジン始動時の位置である最遅角位置において、ロックピン２７が嵌合凹部４６に嵌合することにより、ベーンロータ２の相対回動が規制される。

フロントプレート３は、端面３４がシューハウジング１０の一方の軸方向端面であるシューフロント面Ｓｆに当接し、シューハウジング１０の一方の開口を塞ぐ。リアプレート４は、端面４４がシューハウジング１０の他方の軸方向端面であるシューリア面Ｓｒに当接し、シューハウジング１０の他方の開口を塞ぐ。

フロントプレート３は、シューハウジング１０のシュー部１１、１２、１３、１４に形成される通し穴１８に対応する位置に、皿ボルト５１の頭部５４を受容する締結部３５が形成されている。締結部３５には、口元側から奥側に向かって縮径する凹テーパ状のシート面３６１（図６参照）が形成されている。リアプレート４は、通し穴１８に対応する位置に、皿ボルト５１のねじ部５９が螺合する雌ねじ穴４９が形成されている。
フロントプレート３及びリアプレート４は、間にシューハウジング１０を挟んで皿ボルト５１で締結されることにより、シューハウジング１０と一体に固定される。
また、フロントプレート３及びリアプレート４は、カムシャフト９３を挿通させるための挿通穴３３、４３が中央に形成されている。

次に、バルブタイミング調整装置１００の作動を説明する。
シューハウジング１０に対してベーンロータ２を遅角側から進角方向に相対回動させるとき、油路切替弁８５を、供給油路８３と進角油路７０とが連通し、排出油路８４と遅角油路７５とが連通するように切り替える。オイルポンプ８２は、供給油路８３及び進角油路７０を経由して進角室７１、７２、７３、７４に作動油を供給する。一方、遅角室７６、７７、７８、７９の作動油は、遅角油路７５及び排出油路８４を経由してオイルパン８１に排出される。これにより、ベーンロータ２はシューハウジング１０に対し進角方向に相対回動する。

特にエンジン始動時等にベーンロータ２を最遅角位置から相対回動させるときは、進角油路７０から図示しない油路を経由して、ロックピン２７直下の油圧室４７にも作動油が供給される。油圧室４７に供給された作動油がロックピン２７の先端部を押し上げ、嵌合凹部４６との嵌合を解除することで、ベーンロータ２は回転可能となる。

シューハウジング１０に対してベーンロータ２を進角側から遅角方向に相対回動させるとき、油路切替弁８５を、供給油路８３と遅角油路７５とが連通し、排出油路８４と進角油路７０とが連通するように切り替える。オイルポンプ８２は、供給油路８３及び遅角油路７５を経由して遅角室７６、７７、７８、７９に作動油を供給する。一方、進角室７１、７２、７３、７４の作動油は、進角油路７０及び排出油路８４を経由してオイルパン８１に排出される。これにより、ベーンロータ２はシューハウジング１０に対し遅角方向に相対回動する。

次に、図５、図６を参照して、本実施形態の要部である、皿ボルト５１による締結に関する構成を説明する。以下では、４つのシュー部１１、１２、１３、１４（図３参照）のうち、図３の下側のシュー部１４について例示する。
まず、図５において、シュー部１４の範囲を定義する。シュー部１４の径内端部１７１は、ベーンロータ２のボス部２０の外壁に対向する。周方向端部１７２は、周方向の両側に位置し、最遅角位置及び最進角位置でベーン部２１、２２、２３、２４に対向する。逃し部１７３は、周方向端部１７２の筒部１６側に位置し、周方向端部１７２より内側に凹んでいる。径外端部１７４は、筒部１６の外周部に相当する。

ボルト軸Ｚからの距離は、逃し部１７３において最短となる。特にボルト軸Ｚからの最短距離をＲｓ₀と示す。また、ボルト軸Ｚを中心とし、逃し部１７３及び径外端部１７４を内側に含むように仮想の円弧を描き、この円弧範囲をシュー部１４の範囲Ａｓとする。すなわち、シュー部１４と筒部１６とが接続する実体部分は、シュー部１４の範囲Ａｓに含まれるものとして扱う。

図６（ａ）は、図５のＶＩ−ＶＩ線断面図であり、ボルト軸Ｚの上側の部分は、逃し部１７３の最短距離Ｒｓ₀部分での断面を示している。
ボルト軸Ｚに沿って、フロントプレート３の締結部３５、シューハウジング１０の通し穴１８、リアプレート４の雌ねじ穴４９が同軸に形成されている。フロントプレート３の締結部３５には、凹テーパ角が約９０°である凹テーパ状のシート面３６１が形成されている。

皿ボルト５１は、頭部５４及びねじ部５９を有しており、フロントプレート３側から、シューハウジング１０の通し穴１８を貫通して、リアプレート４の雌ねじ穴４９にねじ部５９が螺合する。言い換えれば、皿ボルト５１を締結する作業における手前側のプレートが「フロントプレート」である。
皿ボルト５１の頭部５４は、端面５４０側に、工具を挿入するビット挿入部５５が形成されている。本実施形態ではビット挿入部５５は、六角ビットに対応する六角穴として形成されているが、他の実施形態では、十字穴、或いは、特殊工具に対応した形状としてもよい。

頭部５４のねじ部５９側には、凸テーパ状の着座面５６１が形成されている。本実施形態では、着座面５６１は、ねじ部５９側の外壁５７と、反ねじ部側である頭部端面５４０側の外壁５８とから構成され、二段形状を呈している。ねじ部５９側の外壁５７は、テーパ角が約９０°の凸テーパ状である。頭部端面５４０側の外壁５８は、ボルト軸Ｚと平行なストレート状であり、頭部端面５４０に接続している。

ここで「着座面」という用語は、「シート面３６１に着座する側の面」の意味で用い、必ずしも着座面の全ての部分がシート面３６１に当接又は近接するという意味ではない。具体的には、図６におけるストレート状の外壁５８は、シート面３６１から離れており、シート面３６１に「着座する」という表現にはそぐわない。しかし、上述の定義により、頭部端面５４０との境界までの外壁５８を、「シート面３６１に着座する側の面」である「着座面５６１」の一部であるとみなす。

また、「着座面５６１が凸テーパ状」であるとは、外壁５７及び外壁５８からなる着座面５６１が全体として凸テーパ状であることを意味し、外壁５７及び外壁５８がそれぞれ凸テーパ状であることを要しない。したがって、外壁５７がテーパ状であって、外壁５８がストレート状であることは、「着座面５６１が凸テーパ状」であることに該当する。

さらに、着座面５６１の外壁５７の凸テーパ角とシート面３６１の凹テーパ角との関係について説明する。外壁５７の凸テーパ角は、シート面３６１の凹テーパ角より大きくなるように設定されている。したがって、図６に示すように、皿ボルト５１を螺合したとき、着座面５６１は、外壁５７と外壁５８との境界でシート面３６１に当接し、ねじ部５９側ではシート面３６１との隙間が生じる。図６（ａ）の如き軸方向断面において、着座面５６１とシート面３６１とが当接する点を「軸力作用点Ｐａ」という。
図６（ａ）ではこのテーパ角の差を誇張して示しているが、一般的には、例えば着座面５６１の凸テーパ角は、９０°に対しプラス側に公差を設定し、シート面３６１の凹テーパ角は、９０°に対しマイナス側に公差を設定するというような僅差に設定される。

皿ボルト５１の着座面５６１とフロントプレート３のシート面３６１との位置関係の詳細について、図７に示す一般的な皿ボルトを用いた比較例と対比しつつ説明する。
図７に示すように、比較例の皿ボルト５３は、断面が直線で表される単純な凸テーパ状の着座面５６３を有している。着座面５６３の凸テーパ角は、シート面３６１の凹テーパ角より大きくなるように設定されている。したがって、比較例の皿ボルト５３は、軸方向断面において、頭部端面５４０と着座面５６３との交点が軸力作用点Ｐａとなる。

このとき、シューフロント面Ｓｆから軸力作用点Ｐａまでの作用点高さｈ₀、ボルト軸Ｚから軸力作用点Ｐａまでの作用点半径Ｒａ₀、及び拡散距離Ｘ₀は、それぞれ図のように示される。「軸力作用点Ｐａを通りシート面３６１に直交する法線ベクトルＶｎがシューフロント面Ｓｆに交差する交点」を軸力到達点Ｐｘとすると、拡散距離Ｘ₀とは、軸力作用点Ｐａと軸力到達点Ｐｘとの径方向距離をいう。すなわち、皿ボルト５１を締結する軸力Ｆａは、軸力作用点Ｐａを起点として、シューフロント面Ｓｆの軸力到達点Ｐｘに到達するまでに拡散距離Ｘ₀だけ径外方向に拡散することとなる。

なお、ここで「拡散」という用語は、物質の粒子が空間に放射されるような場合等に用いられる物理学的な意味ではなく、単に、力のベクトルが起点から径外方向に広がるという機械的な意味で用いている。
そして、図７のボルト軸Ｚより上側に示す逃し部１７３側の断面においては、軸力到達点Ｐｘは、逃し部１７３よりも径外側、すなわちシュー部１４の範囲外に逸脱している。ボルト軸Ｚから逃し部１７３までの最短距離をＲｓ₀とすると、式１．１の関係にある。
Ｒｓ₀＜Ｒａ₀＋Ｘ₀ ・・・（１．１）

ボルト軸Ｚを基準としたシート面３６１の片側角度をシート勾配θ（０°＜θ＜９０°）とすると、拡散距離Ｘ₀は、作用点高さｈ₀及びシート勾配θを用いて式１．２で表される。なお、「シート面の凹テーパ角」は、「２θ」に相当する。
Ｘ₀＝ｈ₀／ｔａｎθ ・・・（１．２）
シート勾配θは通常約４５°に設定される。シート勾配θが４５°のとき、ｈ₀＝Ｘ₀である。また、シート勾配θは、シューフロント面Ｓｆに対する法線ベクトルＶｎの角度でもある。
式１．１、式１．２より、比較例では式１．３が成立している。
（Ｒｓ₀−Ｒａ₀）＜（ｈ₀／ｔａｎθ） ・・・（１．３）

このような比較例では、周方向の逃し部１７３が含まれる部分において、締結軸力Ｆａがシュー部１４に有効に伝達されない。そのため、例えばベーンロータ２の作動に伴う衝撃力や振動によって、シューハウジング１０のがたつきや回転方向の位置ずれが生じるおそれがある。また、締結軸力Ｆａの損失を補おうとして過大な締付トルクを皿ボルト５３にかけることにより、皿ボルト５３の頭部５４の破損や、シート面３６１の座屈を生じるおそれがある。

比較例で用いた記号「Ｒａ₀、Ｘ₀、ｈ₀、Ｒｓ₀」における添え字「０」は、以下の実施形態との対比における基準としての意味合いを有する。以下の実施形態において、上記の量について比較例と同一である場合は同一の記号を用い、比較例と異なる場合には記号の添え字を変更する。

次に、図６に戻り、第１実施形態の特徴について説明する。第１実施形態では、比較例に対し、フロントプレート３のシート面３６１、及びシューハウジング１０の構成は同じであり、皿ボルト５１の頭部５４の構成のみが異なる。
上述のように皿ボルト５１は、着座面５６１が、凸テーパ角が約９０°であるねじ部５９側の外壁５７と、ストレート状すなわち凸テーパ角が約０°である頭部端面５４０側の外壁５８とから構成されている。ねじ部５９側の外壁５７と頭部端面５４０側の外壁５８との境界がシート面３６１と当接する軸力作用点Ｐａとなる。ここで、テーパ角の関係について、下記のようになっている。
ねじ部５９側の外壁５７の凸テーパ角＞シート面３６１の凹テーパ角（＝２θ）
＞頭部端面５４０側の外壁５８の凸テーパ角

これにより、頭部端面５４０の位置が皿ボルト５３と同等である場合、シューフロント面Ｓｆから軸力作用点Ｐａまでの作用点高さｈ₁、及び、ボルト軸Ｚから軸力作用点Ｐａまでの作用点半径Ｒａ₁は、比較例の作用点高さｈ₀及び作用点半径Ｒａ₀よりも小さくなる。シート勾配θは比較例と同じであるので、拡散距離Ｘ₁（＝ｈ₁／ｔａｎθ）も比較例の拡散距離Ｘ₀よりも小さくなる。
その結果、図６のボルト軸Ｚより上側に示す逃し部１７３側の断面において、軸力到達点Ｐｘは、シュー部１４の範囲に含まれる。

すなわち、比較例の式１．１、１．３に対し、第１実施形態では、式１．４、１．５が成立する。
Ｒｓ₀≧Ｒａ₁＋Ｘ₁ ・・・（１．４）
（Ｒｓ₀−Ｒａ₁）≧（ｈ₁／ｔａｎθ） ・・・（１．５）
ここで、図６の図示に基づけば、軸力到達点Ｐｘの位置は明らかに逃し部１７３よりも径内側にあるから、式１．４、１．５の「≧」を「＞」としてもよい。しかし、第１実施形態の技術的思想には軸力到達点Ｐｘの位置が逃し部１７３の位置と一致する場合を含むため、等号を含めた「≧」を、第１実施形態の構成を包括的に示す式として採用する。
第１実施形態の構成は、比較例に対し、軸力作用点Ｐａを径内方向にシフトさせたものであるということができる。

この構成により、第１実施形態では締結軸力Ｆａがシュー部１４に有効に伝達される。よって、ベーンロータ２の作動に伴う衝撃力や振動によって、シューハウジング１０のがたつきや回転方向の位置ずれが生じることを防止することができる。また、過大な締付トルクを皿ボルト５１にかける必要がないため、皿ボルト５１の頭部５４の破損や、シート面３６１の座屈の問題を回避することができる。

また、第１実施形態では、皿ボルト５１の頭部端面５４０の位置が、比較例の皿ボルト５３の頭部端面５４０の位置と同等であるため、ビット挿入部５５の深さを適切に確保することができる。さらに、着座面５６１の頭部端面５４０側の外壁５８はストレート状に形成されるため、加工が容易である。

（第１実施形態の変形例）
上述のように、第１実施形態の皿ボルト５１では、着座面５６１の頭部端面５４０側の外壁５８は、ボルト軸Ｚと平行なストレート状であり、凸テーパ角０°に相当する。
これに対し、図８に示す変形例の皿ボルト５１ｖのように、着座面５６１ｖの頭部端面５４０側の外壁５８ｖは、ストレート状に限らず、シート面３６１の凹テーパ角より小さい鋭角の凸テーパ角を有する形状であってもよい。すなわち、下記の関係が成立する。
ねじ部５９側の外壁５７の凸テーパ角＞シート面３６１の凹テーパ角
＞頭部端面５４０側の外壁５８ｖの凸テーパ角
さらに、頭部端面５４０側の外壁の凸テーパ角は、軸力作用点Ｐａよりも縮径する方向の「負の凸テーパ角」としてもよい。

（第２実施形態）
図９に示す第２実施形態では、比較例の皿ボルト５３（図７）に対し、頭部５４の形状を変えず、頭部５４の大きさのみを小さくした皿ボルト５２を用いる。皿ボルト５２は、軸方向断面において、頭部端面５４０と着座面５６２との交点が軸力作用点Ｐａとなる。
これにより、第２実施形態の作用点半径Ｒａ₂、作用点高さｈ₂及び拡散距離Ｘ₂は、比較例の作用点半径Ｒａ₀、作用点高さｈ₀及び拡散距離Ｘ₀よりも小さくなる。そして、シート面３６１の法線ベクトルＶｎとシューフロント面Ｓｆとの交点である軸力到達点Ｐｘがシュー部１４の範囲に含まれるようになる。

第２実施形態の特徴は、上記式１．４、１．５に準じた式２．１、２．２で表される。
Ｒｓ₀≧Ｒａ₂＋Ｘ₂ ・・・（２．１）
（Ｒｓ₀−Ｒａ₂）≧（ｈ₂／ｔａｎθ） ・・・（２．２）
よって、第２実施形態は、第１実施形態と同様の効果を奏する。

第２実施形態の皿ボルト５２は、第１実施形態の皿ボルト５１（図６）の頭部５４のストレート部分をカットし、軸力作用点Ｐａよりねじ部５９側の部分を残した形状であると考えることもできる。すなわち、第１実施形態の皿ボルト５１に対し、頭部５４の形状が簡素になる。

ただし、第２実施形態の皿ボルト５２において、ビット挿入部５５の深さｄを比較例の皿ボルト５３（図７）と同等に設定すると、ビット挿入部５５の底の角部と着座面５６２との間の最肉薄部の肉厚ｔが薄くなる傾向がある。この肉厚ｔがある限界値を下回ると、工具で皿ボルト５２を締め付けたとき、頭部５４が破断するおそれがある。
そこで、図１０に示す第２実施形態の変形例では、ビット挿入部５５’の深さｄ’を浅くした皿ボルト５２’を用いることで、最肉薄部の肉厚ｔ’を大きくし、頭部５４の強度を確保することができる。この場合、工具とビット挿入部５５’とのかかり長、及び最肉薄部の肉厚ｔ’を共に確保できるように寸法を設定することが好ましい。

（第３実施形態）
図１１に示す第３実施形態は、比較例（図７）に対し、シューハウジング１０ｂのシュー部１４ｂの大きさのみが異なる。すなわち、ボルト軸Ｚから逃し部１７３までの距離Ｒｓ₃が比較例や第１実施形態におけるボルト軸Ｚから逃し部１７３までの距離Ｒｓ₀よりも長く設定されている。したがって、軸力作用点Ｐａ及び法線ベクトルＶｎの位置を比較例と同等としつつ、軸力到達点Ｐｘをシュー部１４ｂの範囲に含ませることができる。

第３実施形態の特徴は、式３．１、３．２で表される。
Ｒｓ₃≧Ｒａ₀＋Ｘ₀ ・・・（３．１）
（Ｒｓ₃−Ｒａ₀）≧（ｈ₀／ｔａｎθ） ・・・（３．２）
よって、第３実施形態は、第１実施形態と同様の効果を奏する。

ボルト軸Ｚから逃し部１７３までの距離Ｒｓ₃を長くすることは、ベーンロータ２の可動角度範囲を狭くし、又はシューハウジング１０の外径を大きくする方向の変更を伴う。しかし、そのような変更が問題とならない場合には、第３実施形態を採用することで、一般的な皿ボルト５３を用いて第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第４実施形態）
図１２に示す第４実施形態は、比較例（図７）に対し、フロントプレート３のシート面３６４が、奥側の内壁３７と、口元側の内壁３８とから構成されている点のみが異なる。奥側の内壁３７と口元側の内壁３８との境界が着座面５６３と当接する軸力作用点Ｐａとなる。ここで、テーパ角の関係について、下記のようになっている。
奥側の内壁３７の凹テーパ角＜着座面５６３の凸テーパ角
＜口元側の内壁３８の凹テーパ角

これにより、比較例と同じ標準の皿ボルト５３を使用したとき、第４実施形態の作用点高さｈ₄、作用点半径Ｒａ₄、及び拡散距離Ｘ₄は、第１実施形態と同様に、比較例の作用点高さｈ₀、作用点半径Ｒａ₀、及び拡散距離Ｘ₀よりも小さくなる。その結果、軸力到達点Ｐｘは、シュー部１４の範囲に含まれることとなる。
第４実施形態の構成もまた、比較例に対し、軸力作用点Ｐａを径内方向にシフトさせたものである。

第４実施形態の特徴は、式４．１、４．２で表される。
Ｒｓ₀≧Ｒａ₄＋Ｘ₄ ・・・（４．１）
（Ｒｓ₀−Ｒａ₄）≧（ｈ₄／ｔａｎθ） ・・・（４．２）
よって、第４実施形態は、第１実施形態と同様の効果を奏する。

（第５実施形態）
図１３に示す第５実施形態は、第１実施形態に対し、シューハウジング１５がリアプレートと一体を成している点のみが異なる。ここで、「一体を成している」とは、部品の一次成形段階から一体に形成される場合に限らず、フロントプレート３とシューハウジング１５との組立工程の前段階で別途接合され、一体となっている場合を含む。
皿ボルト５１ｓは、第１実施形態の皿ボルト５１に対し頭部５４の形態が同等であり、全長が短い。シューハウジング１５は、皿ボルト５１ｓが螺合可能な雌ねじ穴１８５が形成されている。第５実施形態では、皿ボルト５１ｓがシューハウジング１５の雌ねじ穴１８５に螺合することで、フロントプレート３とシューハウジング１５とを直接締結する。
第５実施形態も、第１実施形態と同様の効果を奏する。

（第６実施形態）
図１４に示す第６実施形態は、第１実施形態に対し、カムシャフトに関する構成のみが異なる。第６実施形態のバルブタイミング調整装置１００Ｃでは、カムシャフト９３Ｃは中心に雌ねじ穴９９が形成された中実状である。センターボルト６１は、センターワッシャ６２及びベーンロータ２Ｃを間に挟持しつつ、カムシャフト９３Ｃの雌ねじ穴９９に螺合する。シューハウジング１０、皿ボルト５１等の構成は、第１実施形態と同様である。この形態では、油路切替弁８５（図１参照）は、バルブタイミング調整装置１００の外部に設置され、配管等を介して接続される。
第６実施形態も、第１実施形態と同様の効果を奏する。

（他の実施形態）
（ア）上記実施形態では、ボルト軸Ｚを中心としたシュー部の全方向において、軸力到達点Ｐｘがシュー部の範囲に含まれることが原則として好ましい。
しかし、現実の製品設計においては、機能面、強度面、スペース面等を総合的に考慮して各部の寸法や配置を決定する上で、「全方向において軸力到達点Ｐｘがシュー部の範囲に含まれる」という要件を満たすことが困難な場合がある。そこで現実には、上記要件を必ずしも全方向で満たさなくても、「所定の基準以上」満たせばよいとする方が総合的に都合が良い場合がある。

図１５に示す例では、軸力到達点Ｐｘがなす二点鎖線の仮想円で囲まれる軸力到達領域Ａｘを設定する。すると、逃し部１７３の付近で、軸力到達領域Ａｘのうちシュー部１４の範囲から外れる非有効領域Ａｕが存在する。ここで、例えば非有効領域Ａｕの面積Ｓｕを軸力到達領域Ａｘの面積Ｓｘの１０％以下にする、つまり、非有効領域Ａｕ以外の有効領域の面積を軸力到達領域Ａｘの面積Ｓｘの９０％以上にするという基準を設ける。

こうすることで、本発明の効果が完全ではないにせよ大部分発揮され、且つ、製品設計上の他の制約事項との両立を図ることが容易になる。例えば、全方向において軸力到達点Ｐｘがシュー部の範囲に含まれるように設定した場合よりも、作用点半径Ｒａ₇及び拡散距離Ｘ₇を大きく設定することができるため、より径の大きな皿ボルト５１ｗを使用することで、皿ボルト５１ｗにかかる応力を低減することができる。
よって、図１５に例示する形態は、本発明と均等なものとして、本発明の技術的範囲に属すると解釈されるべきである。

（イ）上記第１〜第５実施形態では、中空のカムシャフト９３の端部側（図１の左側）にフロントプレート３が設けられており、上記第６実施形態では中実のカムシャフト９３Ｃの端部側（図１４の左側）にフロントプレート３が設けられている。しかし、本明細書における「フロントプレート」とは、皿ボルト５１等の頭部５４が着座する側のプレートを意味し、カムシャフトとの関係では限定されない。したがって、カムシャフトの端部と反対側（図１、図１４の右側）にフロントプレートを配置してもよい。

（ウ）本発明の特徴的部分以外のバルブタイミング調整装置の構成は、以下に例示するように、どのように構成されてもよい。
ベーンロータのベーン部、及び、シューハウジングのシュー部の数は、上記実施形態の４つに限らない。
ギアは、シューハウジングでなくフロントプレート又はリアプレートに設けられてもよい。また、クランクシャフトとカムシャフトとの動力を伝達する部材は、ギアとチェーンでなく、プーリとタイミングベルト等であってもよい。
油路切替弁は、電磁式以外の他の駆動方式、例えば、電動シリンダ等により作動させられる直動型、或いはパイロット作動型等であってもよい。

（エ）バルブタイミング調整装置は、吸気弁に限らず、排気弁の開閉タイミングを調整するものであってもよい。
（オ）ベーンロータが共に回転する回転軸は、従動軸であるカムシャフトに限らず、駆動軸であるクランクシャフトであってもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１００・・・バルブタイミング調整装置
１０、１５・・・シューハウジング、 １１、１２、１３、１４・・・シュー部、
１６・・・筒部、 １８・・・通し穴、１８５・・・雌ねじ穴、
２ ・・・ベーンロータ、
２０・・・ボス部、 ２１、２２、２３、２４・・・ベーン部、
３ ・・・フロントプレート、 ３６１、３６４・・・シート面、
４ ・・・リアプレート、
５１、５２、５３・・・皿ボルト、 ５４・・・頭部、
５６１、５６２、５６３・・・着座面、
９０・・・エンジン、 ９１・・・吸気弁、 ９２・・・排気弁、
９３、９４・・・カムシャフト（従動軸）、 ９７・・・クランクシャフト（駆動軸）。

Claims (2)

1. エンジン（９０）の駆動軸（９７）と従動軸（９３、９４）との回転位相を変化させることにより、前記従動軸が開閉駆動する吸気弁（９１）又は排気弁（９２）の開閉タイミングを調整するバルブタイミング調整装置（１００）であって、
   筒部（１６）、及び、当該筒部の内壁から径内方向に突出した複数のシュー部（１１、１２、１３、１４）を有し、前記駆動軸又は前記従動軸の一方と共に回転するシューハウジング（１０、１５）と、
   前記シューハウジングの前記筒部と同軸に設けられるボス部（２０）、及び、前記ボス部から放射状に突出した複数のベーン部（２１、２２、２３、２４）を有し、前記ベーン部が前記シューハウジングの前記シュー部同士の間で前記シュー部に対して相対回動可能なように前記シューハウジングに収容され、前記駆動軸又は前記従動軸の他方と共に回転するベーンロータ（２）と、
   前記シューハウジングの一方の軸方向端面であるシューフロント面（Ｓｆ）に当接した状態で前記シューハウジングに固定され、前記シュー部に対応する位置に、口元側から奥側に向かって縮径する凹テーパ状のシート面（３６１）が形成されるフロントプレート（３）と、
   前記シューハウジングの他方の軸方向端面であるシューリア面（Ｓｒ）に当接した状態で前記シューハウジングに固定されるリアプレート（４）と、
   前記フロントプレートの前記シート面に着座可能な凸テーパ状の着座面（５６１）を頭部（５４）に有し、前記シューハウジングの前記シュー部に形成される通し穴（１８）を通して前記フロントプレートと前記リアプレートとを締結し、或いは、前記シュー部に形成された雌ねじ穴（１８５）に螺合し前記フロントプレートと前記シューハウジングとを直接締結する皿ボルト（５１）と、
   を備え、
   軸方向断面において、前記皿ボルトの前記着座面と前記フロントプレートの前記シート面とが当接し締結軸力（Ｆａ）が作用する軸力作用点（Ｐａ）を通り前記シート面に直交する法線ベクトル（Ｖｎ）と、前記シューフロント面との交点である軸力到達点（Ｐｘ）の少なくとも一部が前記シュー部の範囲に含まれ、
   前記皿ボルトの前記着座面は、前記フロントプレートの前記シート面と当接する前記軸力作用点を境界として、ねじ部（５９）側の外壁（５７）と、頭部端面（５４０）側の外壁（５８）とから構成されており、
   テーパ角の関係について、前記シート面の凹テーパ角は、前記頭部端面側の外壁の凸テーパ角より大きく、且つ、前記ねじ部側の外壁の凸テーパ角より小さく設定されていることを特徴とするバルブタイミング調整装置。
2. エンジン（９０）の駆動軸（９７）と従動軸（９３、９４）との回転位相を変化させることにより、前記従動軸が開閉駆動する吸気弁（９１）又は排気弁（９２）の開閉タイミングを調整するバルブタイミング調整装置（１００）であって、
   筒部（１６）、及び、当該筒部の内壁から径内方向に突出した複数のシュー部（１１、１２、１３、１４）を有し、前記駆動軸又は前記従動軸の一方と共に回転するシューハウジング（１０、１５）と、
   前記シューハウジングの前記筒部と同軸に設けられるボス部（２０）、及び、前記ボス部から放射状に突出した複数のベーン部（２１、２２、２３、２４）を有し、前記ベーン部が前記シューハウジングの前記シュー部同士の間で前記シュー部に対して相対回動可能なように前記シューハウジングに収容され、前記駆動軸又は前記従動軸の他方と共に回転するベーンロータ（２）と、
   前記シューハウジングの一方の軸方向端面であるシューフロント面（Ｓｆ）に当接した状態で前記シューハウジングに固定され、前記シュー部に対応する位置に、口元側から奥側に向かって縮径する凹テーパ状のシート面（３６４）が形成されるフロントプレート（３）と、
   前記シューハウジングの他方の軸方向端面であるシューリア面（Ｓｒ）に当接した状態で前記シューハウジングに固定されるリアプレート（４）と、
   前記フロントプレートの前記シート面に着座可能な凸テーパ状の着座面（５６３）を頭部（５４）に有し、前記シューハウジングの前記シュー部に形成される通し穴（１８）を通して前記フロントプレートと前記リアプレートとを締結し、或いは、前記シュー部に形成された雌ねじ穴（１８５）に螺合し前記フロントプレートと前記シューハウジングとを直接締結する皿ボルト（５３）と、
   を備え、
   軸方向断面において、前記皿ボルトの前記着座面と前記フロントプレートの前記シート面とが当接し締結軸力（Ｆａ）が作用する軸力作用点（Ｐａ）を通り前記シート面に直交する法線ベクトル（Ｖｎ）と、前記シューフロント面との交点である軸力到達点（Ｐｘ）の少なくとも一部が前記シュー部の範囲に含まれ、
   前記フロントプレートの前記シート面は、前記皿ボルトの前記着座面と当接する前記軸力作用点を境界として、奥側の内壁（３７）と、口元側の内壁（３８）とから構成されており、
   テーパ角の関係について、前記着座面の凸テーパ角は、前記奥側の内壁の凹テーパ角より大きく、且つ、前記口元側の内壁の凹テーパ角より小さく設定されていることを特徴とするバルブタイミング調整装置。

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