(57)【要約】  【課題】  比較的悪い潤滑条件下でも、転がり疲れ寿命を長く維持できるボールネジ機構及びアクチュエータを提供する。  【解決手段】  ズレΔにより、一方の転走路を形成する雌ねじ溝５ｂと雄ねじ溝４ａとの間においてボール６を押圧する力Ｆと、他の転走路を形成する雌ねじ溝５ａと雄ねじ溝４ａとの間においてボール６を押圧する力Ｆとがそれぞれ生じ、この力Ｆは軸線方向に対向する成分を有するため、ナット５とねじ軸４との間に、方向が正逆２方向に変わりうる高周波の力が生じた場合でも、騒音や異音の発生を抑制することができる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に雄ねじ溝を形成したねじ軸と、
前記ねじ軸を包囲するように配置され且つ内周面に雌ねじ溝を形成したナットと、
対向する両ねじ溝間に形成された複数の転走路に沿って、それぞれ転動自在に配置された複数のボールと、
前記ナットに取り付けられ、前記転走路の一端から他端へとボールを戻す複数の循環部材と、を有し、
１つの転走路を形成する前記雌ねじ溝を、そのリードに沿って延長した場合、他の転走路を形成する前記雌ねじ溝とズレが生じるようになっていることを特徴とするボールねじ機構。
【請求項２】
前記ねじ軸の軸線方向断面において、１つの転走路を形成する前記雌ねじ溝における前記ボールが接触する点の法線と、他の転走路を形成する前記雌ねじ溝に前記ボールが接触する点の法線とは、少なくとも軸線方向外向きに対向していることを特徴とする請求項１に記載のボールねじ機構。
【請求項３】
１つの転走路を形成する前記雌ねじ溝と、他の転走路を形成する前記雌ねじ溝とは不連続であることを特徴とする請求項１又は２に記載のボールねじ機構。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のボールネジ機構を有することを特徴とする動弁機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボールネジ機構及び動弁機構に関し、例えば、自動車のエンジン内に設置されアクチュエータで駆動される可変バルブタイミング式の動弁機構及びそれに用いると好適なボールねじ機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年における車両に搭載される内燃機関においては、エンジン回転数や負荷に応じて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式の動弁機構を用いることが多くなった。かかる動弁機構においては、例えば油圧を付与することで、クランクシャフトに同期するスプロケットとカムシャフトとの位相を変更することができ、それによりバルブタイミング等を可変とすることができる。
【０００３】
しかるに、上記従来技術の動弁機構においては、バルブタイミング等を可変とするために油圧が必要となり、従って油圧ポンプを備える必要がある。内燃機関においては、一般的には各部潤滑のための油圧ポンプが設置されているが、可変バルブタイミング等を達成するために油圧を用いるとすると、より大容量の油圧ポンプが必要となり、しかも、その動力はクランクシャフトより取り出されるようになっているので、その分燃費が悪化するという問題がある。
【０００４】
これに対し、電動モータの動力を用いてバルブタイミング等を変更する機構が、例えば以下の特許文献１に開示されているように公知となっている。かかる技術によれば、電動モータの動力を用いてバルブタイミング等を変更することにより、クランクシャフトより動力を取り出す必要がなくなり、燃費の向上が図れることとなる。
【特許文献１】特開２００２−２５６８３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかるに、上記特許文献１に開示された機構においては、電動モータの駆動力を、ねじ軸とナットとを介して、バルブタイミング等を可変とするコントロールシャフトに伝達されている。ここで、ねじ軸とナットとを介して動力伝達を行う場合、その間に生じる摩擦により、省電力が図れないといった問題がある。そこで、外周面にネジ溝を備えたねじ軸と、内周面にネジ溝を備えたナットとを組み合わせ、更に対向する両ネジ溝で形成される転送路に複数のボールを転動させて、小さな摩擦力で回転運動と直線運動とを変換できるボールねじ機構を用いることが考えられる。
【０００６】
しかるに、かかるボールねじ機構を用いた場合において、内燃機関の可変動弁機構のコントロールシャフトには、カムシャフト駆動により発生した、方向が正逆２方向に変わりうる高周波の力が生じ、かかる力が、コントロールシャフトに係合されたボールねじ機構にも伝達されることとなる。このコントロールシャフトからボールねじ機構に伝達された力は、ナットとねじ軸との間に相対移動を生じさせることとなるが、方向が一方向でないことから、転走路内で、ねじ軸、ナット、ボールによる衝突が繰り返され、それにより異音、騒音を発生するという問題があった。
【０００７】
本発明は、かかる従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、騒音や異音を抑えることができるボールネジ機構及び動弁機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のボールねじ機構は、
外周面に雄ねじ溝を形成したねじ軸と、
前記ねじ軸を包囲するように配置され且つ内周面に雌ねじ溝を形成したナットと、
対向する両ねじ溝間に形成された複数の転走路に沿って、それぞれ転動自在に配置された複数のボールと、
前記ナットに取り付けられ、前記転走路の一端から他端へとボールを戻す複数の循環部材と、を有し、
１つの転走路を形成する前記雌ねじ溝を、そのリードに沿って延長した場合、他の転走路を形成する前記雌ねじ溝とズレが生じるようになっていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のボールねじ機構において、１つの転走路を形成する前記雌ねじ溝を、そのリードに沿って延長した場合、他の転走路を形成する前記雌ねじ溝とズレが生じるようになっているので、かかるズレにより、１つの転走路を形成する前記雌ねじ溝と前記雄ねじ溝との間において前記ボールを押圧する力と、他の転走路を形成する前記雌ねじ溝と前記雄ねじ溝との間において前記ボールを押圧する力とがそれぞれ生じるため、前記ナットと前記ねじ軸との間に、方向が正逆２方向に変わりうる高周波の力が生じた場合でも、騒音や異音の発生を抑制することができる。
【００１０】
更に、前記ねじ軸の軸線方向断面において、１つの転走路を形成する前記雌ねじ溝における前記ボールが接触する点の法線と、他の転走路を形成する前記雌ねじ溝に前記ボールが接触する点の法線とは、少なくとも軸線方向外向きに対向していると好ましい。かかる場合、１つの転走路におけるナット、ボール、ねじ軸の接触する作用線（法線に一致する）と、別の転走路におけるナット、ボール、ねじ軸の接触する作用線（法線に一致する）とは、互いに離れた位置で前記ねじ軸の軸線と交差する。かかる交差点を作用点という。この２つの作用点距離は、リードに沿って延長したときに雌ねじ溝にズレのない従来のボールねじ機構の持つ作用点距離よりも大きくなり、より大きなモーメント荷重を受けることができる。
【００１１】
更に、１つの転走路を形成する前記雌ねじ溝と、他の転走路を形成する前記雌ねじ溝とは不連続であると好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態であるボールネジ機構及びアクチュエータを用いて、バルブタイミング及びバルブリフトを変更できる動弁機構の斜視図である。尚、図１においては、理解しやすいように、内燃機関１気筒の吸気側の２本のバルブについて図示している。
【００１３】
図１において、不図示のシリンダヘッドに回転自在に取り付けられたドライブシャフト１０１と、コントロールシャフト１０２とが並行に延在している。ドライブシャフト１０１には円盤状の偏心カム１０１ａが形成されており、コントロールシャフト１０２にも、円盤状の偏心カム１０２ａが形成されている。ドライブシャフト１０１の偏心カム１０１ａに係合する孔１０３ａを備えた第１リンク１０３の上部が、コントロールシャフト１０２側に延在し、コントロールシャフト１０２の偏心カム１０２ａに係合する孔１０４ａを備えたロッカーアーム１０４の一端に枢動可能に取り付けられている。ロッカーアーム１０４の他端には、第２リンク１０５の上端が枢動可能に取り付けられており、第２リンク１０５の下端は、ドライブシャフト１０１に対して揺動自在に取り付けられたアウトプットカム１０６に当接するように配置されている。アウトプットカム１０６は、一対の円筒状のバルブリフタ１０７の上面に当接しており、各バルブリフタ１０７は、バルブ１０８のステム上端に当接している。
【００１４】
被駆動部材であるコントロールシャフト１０２の一端には、その回転位置を検出するポジションセンサ１０９が取り付けられ、又、第３のリンク１１０を介して、ナット５が取り付けられている。ナット５とねじ軸４とは、回転運動と軸線運動とを変換可能に連結されており、ねじ軸４と電動モータ１とは、ウォームギヤ機構（２，３）を介して所定の減速比を与えるように連結されている。ＥＣＵ１１１は、ポジションセンサ１０９からの信号を受信し、それに応じて電動モータ１を駆動制御するようになっている。
【００１５】
不図示のハウジングに固定された電動モータ１の回転軸１ａの先端には、ウォーム２が形成されている。ウォーム２は、ウォームホイール３に噛合している。ウォームホイール３は、ねじ軸４に連結されており、ねじ軸４の周囲には、ナット５が配置されている。ナット５の外周に、第３のリンク１１０（ナット５の回り止めを兼ねる）の下端が連結され、その上端は、コントロールシャフト１０２と一体的に回転するように連結されている。尚、ウォーム２とウォームホイール３とで、ウォームギヤ機構を構成する。
【００１６】
図２は、図１の動弁機構に用いるボールねじ機構の部分断面斜視図である。図２において、ボールねじ機構は、外周面に雄ねじ溝４ａを形成したねじ軸４と、ねじ軸４を包囲するように配置され且つ内周面に不連続で２本の雌ねじ溝５ａ、５ｂを形成したナット５と、対向する両ねじ溝４ａ、５ａ及び５ｂ間に形成された２つの転走路に沿って、それぞれ転動自在に配置された複数のボール６と、ナット５に取り付けられ、転走路の一端から他端へとボール６を戻す２つの循環部材（コマ）７，７とからなる。
【００１７】
図３は、本実施の形態にかかるボールねじ機構の軸線方向断面を拡大して示す図である。図３において、右方の雌ねじ溝５ｂをリードに沿って（リード角一定で）延長していったとき、図の断面では点線で示す位置に仮想雌ねじ溝（５Ｂとする）が形成されることとなるが、本実施の形態では、仮想雌ねじ溝５Ｂに対して距離Δだけずれた位置に、別の雌ねじ溝５ａを形成している。かかるズレ量Δが大きすぎると、いずれかの転走路内にボール６が入らなくなるので、２つの転走路にボール６を装填したときにガタが生じない程度のズレ量Δを設定することが望ましい。雄ねじ溝４ａ、雌ねじ溝５ａ、５ｂは、全てピッチは等しく３ｍｍである。なお、このような雌ねじ溝５ａ、５ｂは、ナット５内において３次元に移動可能な工具を用いることで、形成することができる。
【００１８】
本実施の形態の動弁機構の動作について説明する。ドライブシャフト１０１が、不図示のクランクシャフトに同期して回転すると、偏心カム１０１ａが偏心運動をして第１のリンク１０３を上下に往復動させる。第１のリンク１０３が上下に往復動すると、それに応じてロッカーアーム１０４が揺動運動をする。ロッカーアーム１０４の揺動運動により、第２のリンク１０５が上下に往復動し、アウトプットカム１０６を揺動させる。アウトプットカム１０６の揺動により、それに当接するバルブリフタ１０７を介して、バルブ１０８が往復動するようになっている。
【００１９】
上述したように、ＥＣＵ１１１の駆動制御により、電動モータ１が駆動され、回転軸１ａが回転すると、噛合しているウォーム２とウォームホイール３とが回転し、ねじ軸４に回転力が伝達される。ねじ軸４の回転は、ボール６を介してナット５の軸線方向移動に円滑に変換され、第３のリンク１１０の下端が揺動することで、コントロールシャフト１０２が回転変位する。コントロールシャフト１０２の回転位置に応じて偏心カム１０２ａが回転変位し、それによりロッカーアーム１０４が変位するので、それに応じて所望のバルブタイミング等を設定できる。
【００２０】
図４は、ロッカーアーム１０４の位置と、バルブ１０８のリフト量の変化を示す図である。例えば、コントロールシャフト１０２を図４（ａ）、（ｂ）の位置に設定した場合における上死点（ａ）と下死点（ｂ）との差であるΔ１（図４（ｂ））は、コントロールシャフト１０２を図４（ｃ）、（ｄ）の位置に設定した場合における上死点（ｃ）と下死点（ｄ）との差であるΔ２（図４（ｄ））に比べ、大きくすることができる。更に、コントロールシャフト１０２をドライブシャフト１０１と同期させて回転させることで、バルブタイミングや位相の変更も可能となる。
【００２１】
図３に示すように、ズレΔにより、一方の転走路を形成する雌ねじ溝５ｂと雄ねじ溝４ａとの間においてボール６を押圧する力Ｆと、他の転走路を形成する雌ねじ溝５ａと雄ねじ溝４ａとの間においてボール６を押圧する力Ｆとがそれぞれ生じ、この力Ｆは軸線方向に対向する成分を有するため、ナット５とねじ軸４との間に、方向が正逆２方向に変わりうる高周波の力が生じた場合でも、騒音や異音の発生を抑制することができる。
【００２２】
図５は、比較例として示すボールねじ機構の軸線方向断面図である。かかる比較例においては、右方の雌ねじ溝５ｂ’をリードに沿って延長していったとき、それに対してずれた位置に別の雌ねじ溝５ａを形成しているが、雌ねじ溝５ｂ’にボール６が接触する面（図５で右側面）は、雌ねじ溝５ａ’にボール６が接触する面（図５で左側面）と軸線方向外向きに対向している。
【００２３】
図６は、本実施の形態にかかるボールねじ機構の軸線方向断面図である。本実施の形態においては、図３に示すものと同様であるが、雌ねじ溝５ｂにボール６が接触する面（図６で左側面）は、雌ねじ溝５ａにボール６が接触する面（図６で右側面）と軸線方向外向きに対向している。
【００２４】
ここで、ねじ軸とナットとの間に軸線方向の力が生じたとき、雌ねじ溝とボールとの接点と、雄ねじ溝とボールとの接点とを結ぶ作用線（接点における法線に一致）を延長し、ねじ軸の軸線と交差する点を作用点と定義する。図３に示すように本実施の形態では、２つの転走路において力の方向が異なり、左右２通りあるので作用点は２つ生じることとなる。
【００２５】
図５に示す比較例に対し図６に示す実施の形態においては、作用線の方向が逆になり、従って、比較例の作用点Ｐ１，Ｐ１の間隔Ａより、本実施の形態の作用点Ｐ２，Ｐ２の間隔Ｂの方が大きくなる。これは、ねじ軸４に対してナット５がモーメント力Ｍ（図２参照）を受けた場合に、比較例よりも本実施の形態の方が剛性が高いことを意味する。即ち、本実施の形態によれば、図１の第３のリンク１１０を介して、ナット５がモーメント力を受けた場合でも、これに十分抗することができる。
【００２６】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施の形態であるバルブタイミング及びバルブリフトを変更できる動弁機構の斜視図である。
【図２】図１の動弁機構に用いるボールねじ機構の部分断面斜視図である。
【図３】本実施の形態にかかるボールねじ機構の軸線方向断面を拡大して示す図である。
【図４】ロッカーアーム１０４位置と、バルブ１０８のリフト量の変化を示す図である。
【図５】比較例として示すボールねじ機構の軸線方向断面図である。
【図６】図５の構成の矢印VI部を拡大して示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１ 電動モータ
１ａ 回転軸
２ ウォーム
３ ウォームホイール
４ ねじ軸
４ａ 雄ねじ溝
５ ナット
５Ｂ 仮想雌ねじ溝
５ａ 雌ねじ溝
５ｂ 雌ねじ溝
６ ボール
７  循環部材
１０１ ドライブシャフト
１０１ａ 偏心カム
１０２ コントロールシャフト
１０２ａ 偏心カム
１０３ リンク
１０３ａ 孔
１０４ ロッカーアーム
１０４ａ 孔
１０５ リンク
１０６ アウトプットカム
１０７ バルブリフタ
１０８ バルブ
１０９ ポジションセンサ
１１０ リンク
【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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