(57)【要約】  【課題】  低コスト且つコンパクトでありながら、異音等の問題を回避できる動弁機構を提供する。  【解決手段】  ナット５の対向斜面５ｃに溝Ｇの斜面が当接しその半径方向の変位を抑制するので、それによりナット５における高周波振動を低減し、ねじ軸４、ナット５、ボールの相対隙間が比較的大きい場合でも、それらの衝突を緩和し、従って異音や騒音の発生を抑制することができる。又、一対の対向斜面５ｃが溝Ｇの斜面に当接することで、ナット５の回り止めが図れる。すなわち、ナット５の回り止め及び半径方向の変位の抑制を同時に達成できる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブの開閉状態を変更可能な動弁機構において、
回転変位することで、バルブの開閉状態を変更するコントロールシャフトと、
電動モータと、
前記電動モータの動力を、前記コントロールシャフトに伝達するボールねじ機構とを備え、
前記ボールねじ機構は、前記電動モータにより回転駆動され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転動自在に配置された複数のボールと、前記ナットに係合することにより前記ナットの回転防止と半径方向の変位の抑制とを行う抑制手段とを有することを特徴とする動弁機構。
【請求項２】
前記抑制手段は、ハウジングに設けられ、前記ナットに係合し軸線方向に延在する溝を含むことを特徴とする請求項１に記載の動弁機構。
【請求項３】
前記抑制手段は、ハウジングに設けられ、前記ナットに係合し軸線方向に延在するガイドシャフトを含むことを特徴とする請求項１に記載の動弁機構。
【請求項４】
前記抑制手段は、前記ナットとハウジングとの間に配置され、軸線直交方向断面をとったとき、少なくとも一部が非円形である外周面と内周面とを有するカラーを含むことを特徴とする請求項１に記載の動弁機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動弁機構に関し、特に、バルブの開閉タイミング等を変更できる動弁機構に関する。
【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直接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
【特許文献２】特公平６−７３７９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、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含むボールねじ機構を介して、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している。ここで、内燃機関の動作時にカムシャフト回転により発生した正逆二方向に繰り返される高周波の力が、動弁機構側からコントロールシャフトへ伝達され、更にコントロールシャフトを介して、ボールねじ機構にも伝達される。
【０００６】
しかるに、例えば大量生産されるボールねじ機構は、一般的にはその精度誤差範囲が大きくても、むしろコストを下げることに主眼がおかれる傾向がある。そのため、ボールねじ機構の円滑な動作を確保すべく、ねじ軸、ナット、ボールの相対隙間を比較的大きく取らざるを得ないという実情がある。ところが、上述したように、高周波の力が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場合、ねじ軸、ナット、ボールの相対隙間が比較的大きいと、ねじ軸とナットとの微少な高周波振動に従って、常にねじ軸、ナット、ボールによる衝突が繰り返され、それにより異音や騒音を発生するという問題が生じる。
【０００７】
一方、特許文献２には、ねじ軸に取り付けた制振部材により、ねじ軸の径方向の振動を抑制する構成が記載されている。このような制振部材をナットに設けることも考えられるが、ナットの回り止めとの関係をどのようにするかという問題がある。
【０００８】
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、低コスト且つコンパクトでありながら、異音等の問題を回避できる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】
【０００９】
本発明の動弁機構は、バルブの開閉状態を変更可能な動弁機構において、
回転変位することで、バルブの開閉状態を変更するコントロールシャフトと、
電動モータと、
前記電動モータの動力を、前記コントロールシャフトに伝達するボールねじ機構とを備え、
前記ボールねじ機構は、前記電動モータにより回転駆動され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転動自在に配置された複数のボールと、前記ナットに係合することにより前記ナットの回転防止と半径方向の変位の抑制とを行う抑制手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の動弁機構によれば、前記ボールねじ機構が、前記電動モータにより回転駆動され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転動自在に配置された複数のボールと、前記ナットに係合することにより前記ナットの回転防止と半径方向の変位の抑制とを行う抑制手段とを有するので、前記ナットの回り止めを達成しつつ、前記抑制手段が前記ナットにおける高周波振動を低減し、それにより前記ねじ軸、前記ナット、前記ボールの相対隙間が比較的大きい場合でも、それらの衝突を緩和し、それによりコンパクトな構成ながら異音や騒音の発生を抑制することができる。尚、「バルブの開閉状態」とは、バルブタイミング、バルブリフト量、位相等をいうが、これに限られない。
【００１１】
前記抑制手段は、ハウジングに設けられ、前記ナットに係合し軸線方向に延在する溝を含むと、前記ナットの回転防止と半径方向の変位の抑制とを実現できるので好ましい。尚、前記ナットの外周全てもしくは一部と、前記ハウジングとを接触もしくは微少スキマを介在させて配置すると、前記ナットに生じるコジリ変位を、前記ハウジングに対して前記ナットを拘束することで抑制し、或いは騒音を生じさせる振動を抑制できる。即ち、「係合」とは接触状態のみならず、微少スキマを介在させつつ配置された状態を含む。
【００１２】
前記抑制手段は、ハウジングに設けられ、前記ナットに係合し軸線方向に延在するガイドシャフトを含むと、前記ナットの回転防止と半径方向の変位の抑制とを実現できるので好ましい。かかる場合、前記ガイドシャフトは、前記ナットに形成された溝や孔に係合すると良く、前記ナットの溝や孔と、前記ガイドシャフトとを接触もしくは微少スキマを介在させて配置すると、前記ナットに生じるコジリ変位を、前記ガイドシャフトに対して前記ナットを拘束することで抑制し、或いは騒音を生じさせる振動を抑制できる。
【００１３】
前記抑制手段は、前記ナットとハウジングとの間に配置され、軸線直交方向断面をとったとき、少なくとも一部が非円形である外周面と内周面とを有するカラーを含むと、前記ナットの回転防止と半径方向の変位の抑制とを実現できるので好ましい。前記ナットの外周全てもしくは一部と、前記カラーとを接触もしくは微少スキマを介在させて配置すると、前記ナットに生じるコジリ変位を、前記カラーに対して前記ナットを拘束することで抑制し、或いは騒音を生じさせる振動を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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を含む、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。
【００１５】
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。
【００１６】
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に連結されている。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、更にねじ軸４と電動モータ１の回転軸と連結されている。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。
【００１７】
図２は、図１のボールねじ機構の側面図であり、図３は、図２のボールねじ機構をIII-III線で切断して矢印方向に見た図である。尚、図２，３においては、電動モータ１と第３のリンク１１０は省略して示している。
【００１８】
図３において、左端を不図示の電動モータに連結されるねじ軸４は、その両端に形成された円筒部４ａ、４ａにおいて、ハウジングＨに対して、軸受６，７により回転自在に且つ軸線方向移動不能に支持されている。ねじ軸４の中央外周面には、雄ねじ溝４ｂ（一部のみ図示）が形成されている。略円筒状のナット５は、ねじ軸４を包囲するように配置され且つ内周面に雌ねじ溝（不図示）を形成している。不図示のボールが対向する両ねじ溝間に転動自在に配置されている。ねじ軸４と，ナット５と、不図示のボールとでボールねじ機構を構成する。
【００１９】
ナット５の上部には、第３のリンク１１０（図１）に連結するための連結部５ａが形成されている。ナット５の下部中央の切り欠かれた部位には、ボールを循環させるためのチューブ５ｂが設けられている。
【００２０】
ハウジングＨには、一対の斜面からなるテーパ形状の溝Ｇが設けられており、ここにナット５が対向斜面５ｃを当接させて配置されている。溝Ｇの長手方向の長さは、ナット５の全長より長く、従って溝Ｇに沿って、ナット５は軸線方向に移動可能となっている。尚、チューブ５ｂはナット５の外周面における軸線寄りの切欠部内にあるので、溝Ｇに接触することはない。本実施の形態においては、ナット５の対向斜面５ｃ及びハウジングＨの溝Ｇが抑制手段を構成する。
【００２１】
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。
【００２２】
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、その回転軸と共にねじ軸４が回転するので、その回転は、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が移動することで、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。
【００２３】
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。
【００２４】
ここで、内燃機関の動作時にドライブシャフト１０１の回転により発生した正逆二方向に繰り返される高周波の力が、動弁機構側からコントロールシャフト１０２へ伝達され、更にコントロールシャフト１０２を介して、ボールねじ機構にも伝達される。本実施の形態によれば、ナット５の対向斜面５ｃに溝Ｇの斜面が当接しその半径方向の変位を抑制するので、それによりナット５における高周波振動を低減し、ねじ軸４、ナット５、ボールの相対隙間が比較的大きい場合でも、それらの衝突を緩和し、従って異音や騒音の発生を抑制することができる。又、一対の対向斜面５ｃが溝Ｇの斜面に当接することで、ナット５の回り止めが図れる。すなわち、ナット５の回り止め及び半径方向の変位の抑制を同時に達成できる。
【００２５】
図５は、図１に示す動弁機構に用いることができる第２の実施の形態にかかるボールねじ機構の側面図であり、図６は、図５のボールねじ機構をVI-VI線で切断して矢印方向に見た図である。尚、図５，６においては、電動モータ１と第３のリンク１１０及び軸受６，７は省略して示している。
【００２６】
本実施の形態のボールねじ機構は、図２，３の実施の形態に対して抑制手段の構成が異なっている。より具体的には、ハウジングＨに形成された一対の柱部Ｐ、Ｐの間に、ガイドシャフトＧＳが掛け渡されている。又、ナット５’の外周面には、半径方向に盛り上がった隆起部５ｄ’が形成され、隆起部５ｄ’の貫通孔５ｅ’にガイドシャフトＧＳが挿通されている。従って、ナット５’はガイドシャフトＧＳに沿って軸線方向に移動可能となっている。本実施の形態においては、ナット５’の貫通孔５ｅ’とガイドシャフトＧＳが抑制手段を構成する。又、貫通孔５ｅ’とガイドシャフトＧＳとの係合によっても、ナット５’の回り止めを行えるようになっている。それ以外の構成については、図２，３に示す実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【００２７】
本実施の形態によれば、ナット５’の貫通孔５ｄ’にガイドシャフトＧＳが挿通されその半径方向の変位を抑制するので、それによりナット５’における高周波振動を低減し、ねじ軸４、ナット５’、ボールの相対隙間が比較的大きい場合でも、それらの衝突を緩和し、従って異音や騒音の発生を抑制することができる。又、貫通孔５ｅ’がガイドシャフトＧＳに係合することで、ナット５’の回り止めが図れる。すなわち、ナット５’の回り止め及び半径方向の変位の抑制を同時に達成できる。
【００２８】
図７は、図１に示す動弁機構に用いることができる第３の実施の形態にかかるボールねじ機構の側面図である。図８は、図７の構成をVIII-VIII線で切断して矢印方向に見た図である。尚、図７においては、電動モータ１と第３のリンク１１０は省略して示している。
【００２９】
本実施の形態のボールねじ機構は、図２，３の実施の形態に対して抑制手段の構成が異なっている。より具体的に説明する。ナット５”には、その外周面を軸線に平行な平面で切り取って形成された一対のナット面５ｆ”が形成されている。ナット面５ｆ”に接続するそれ以外の周方向の面は円筒面の一部となっている。一方、樹脂製のカラー８の内形状は、ナット５”の外形状に一致し、即ちナット面５ｆ”に対応した一対の内周平面８ａが形成されている。更にカラー８の外周面には、ハウジングＨに形成された矩形断面の溝Ｇの側面に対応した一対の外周平面８ｂが形成されており、少なくとも３カ所でカラー８の外周面は、溝Ｇの側面及び底面と接触している。カラー８の内周平面８ａと外周平面８ｂとの位相は９０度ずれているが、これに限られない。カラー８は、ナット５”の止め輪溝５ｇ”に取り付けられた止め輪９により、ナット５”からの脱落が阻止されるようになっている。それ以外の構成については、図２，３に示す実施の形態と同様であるので説明を省略する。ナット５”のナット面５ｆ”、カラー８，ハウジングＨの溝Ｇが抑制手段を構成する。
【００３０】
本実施の形態によれば、ナット５”の外周とハウジングＨの溝Ｇとの間にカラー８が介在し、ナット５”の半径方向の変位を抑制するので、それによりナット５”における高周波振動を低減し、ねじ軸４、ナット５”、ボールの相対隙間が比較的大きい場合でも、それらの衝突を緩和し、従って異音や騒音の発生を抑制することができる。又、カラー８が軸線直交方向断面をとったとき、少なくとも一部が非円形である外周面８ｂと内周面８ａとを有するため、これらがナット５”とハウジングＨの溝Ｇにおける対応する面にそれぞれ係合することで回り止めが図れる。すなわち、ナット５”の回り止め及び半径方向の変位の抑制を同時に達成できる。
【００３１】
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。例えば、抑制手段とナットとの係合とは、実際に当接する他、微少スキマを隔てて対峙する場合を含む。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本実施の形態にかか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】第１の実施の形態にかかるボールねじ機構の側面図である。
【図３】図２のボールねじ機構をIII-III線で切断して矢印方向に見た図である。
【図４】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。
【図５】第２の実施の形態にかかるボールねじ機構の側面図である。
【図６】図５のボールねじ機構をVI-VI線で切断して矢印方向に見た図である。
【図７】第３の実施の形態にかかるボールねじ機構の側面図である。
【図８】図７の構成をVIII-VIII線で切断して矢印方向に見た図である。
【符号の説明】
【００３３】
１ 電動モータ
４ ねじ軸
５、５’、５” ナット
６，７ 軸受
８ カラー
９ 止め輪
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
１０４ ロッカーアーム
１０５ 第２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 第３リンク  
Ｃ 円筒部
Ｇ 溝
ＧＳ ガイドシャフト
Ｈ ハウジング
Ｐ 柱部
【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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