(57)【要約】【課題】熱処理されている回転軸に遅れ破壊を引き起こすことなく回転ロータを固定できるアクチュエータを提供する。【解決手段】送りねじ機構は、モータにより回転駆動される回転軸４４の回転運動をねじ軸の直線運動に変換する。ねじ軸４２は、例えば吸気バルブのリフト量を制御する制御軸を直線駆動する。回転軸４４の外周から径方向に張り出す鍔４５を設け、その鍔４５を間に挟んでナット４６と回転ロータ５２が結合されることによって、回転軸４４の軸方向に相対移動不能に且つ回転軸４４の周方向に相対回転不能に、回転ロータ５２が回転軸４４に固定される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじ軸と、前記ねじ軸と同軸に配置されて回転運動する回転軸とを有し、前記回転軸の回転運動を前記ねじ軸の直線運動に変換する送りねじ機構と、
前記回転軸の外周に固定され前記外周から径方向に張り出す張り出し部と、
前記回転軸の外周に前記回転軸と同軸に嵌合している回転ロータを有し、通電により前記回転軸を回転駆動するモータ部と、
前記回転ロータとの間に前記張り出し部を挟んで前記回転ロータに結合され、前記回転ロータを前記張り出し部に固定する固定部材と、
を備えるアクチュエータ。
【請求項２】
前記固定部材は前記回転ロータに結合して前記張り出し部に圧接するとともに前記回転ロータを前記張り出し部に圧接させ、前記固定部材が前記張り出し部に圧接する摩擦力と前記回転ロータが前記張り出し部に圧接する摩擦力とにより前記回転ロータを相対回転不能に前記張り出し部に固定する請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記張り出し部は前記回転軸の外周から環状に張り出している請求項１又は２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記張り出し部は前記回転軸に一体形成されている請求項１、２又は３に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記固定部材はナットであり、前記回転軸の外周に前記回転軸と同軸に嵌合され、前記回転ロータにねじ結合されている請求項１〜４のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ部により回転駆動される回転軸の回転運動をねじ軸の直線運動に変換し、ねじ軸により駆動対象を直線駆動するアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば制御対象である吸気バルブまたは排気バルブのリフト量を制御軸の軸方向位置に応じて変化させるバルブリフト制御装置のアクチュエータとして、制御軸を直線駆動する各種のアクチュエータが用いられている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
また、本願発明者らは、減速機構およびカム機構の代わりに、回転軸の回転運動をねじ軸の直線運動に変換する送りねじ機構を用いたアクチュエータの構造について、鋭意研究を行ってきた。一般に送りねじ機構は、互いに同軸の回転軸とねじ軸とを直接的、または間接的に連動させた比較的簡素な構成によって大きな直線駆動力を得ることができるので、減速機構およびカム機構を組み合わせる場合に比べて、アクチュエータの体格を小さくすることができる。
【０００４】
送りねじ機構の回転軸に当該回転軸を回転駆動するための回転ロータを固定する方法としては、回転軸の外周に回転ロータをねじ結合する方法が考えられる。ところで、送りねじ機構の回転軸には高い信頼性が求められるので、熱処理を施こして回転軸の表面硬度を高くすることが望ましい。しかしながら、熱処理を施して表面硬度を高くした場合、回転ロータを回転軸の外周に大きなトルクでねじ締めすると遅れ破壊を引き起こす畏れがある。そのため、回転ロータを大きなトルクでねじ締めできず、回転ロータのゆるみが課題であった。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１５０３３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、熱処理されている回転軸に遅れ破壊を引き起こすことなく回転ロータを固定できるアクチュエータ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】
【０００７】
請求項１から５に記載の発明によると、回転軸の外周に張り出し部を設け、張り出し部を挟んで固定部材を回転ロータに結合することによって回転ロータを張り出し部に固定する。これにより回転ロータを軸方向に相対移動不能に且つ周方向に相対回転不能に回転軸に固定できる。従って、熱処理が施されている回転軸に回転ロータをねじ締めする必要がない。よって本発明によると、熱処理されている回転軸に遅れ破壊を引き起こすことなく回転ロータを固定できる。
【０００８】
請求項２に記載の発明によると、固定部材が張り出し部に圧接する摩擦力と回転ロータが張り出し部に圧接する摩擦力とによって回転ロータを相対回転不能に張り出し部に固定するので、簡素な構成で相対回転を防止できる。
【０００９】
請求項４に記載の発明によると、張り出し部は回転軸に一体形成されているので、張り出し部を回転軸に低コストで設けることができる。
【００１０】
請求項５に記載の発明によると、固定部材は回転ロータにねじ結合によって結合されるので、固定部材を簡素な構成で回転ロータに結合できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の複数の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態によるバルブリフト制御装置を図３に示す。バルブリフト制御装置１０は、車両に搭載され、内燃機関の吸気バルブ２のリフト量を制御する。尚、本実施形態の構成では、吸気バルブ２のリフト量とともに作用角も増加する。バルブリフト制御装置１０は、制御軸１２と、変化機構２０と、アクチュエータ３０とから構成されている。
制御軸１２は、アクチュエータ３０のねじ軸４２と連結されており、ねじ軸４２により直線方向に往復駆動される。
【００１２】
変化機構２０は、制御軸１２の軸方向に制御軸１２とともに直線運動するスライダギア２２、２４を、ローラ２７を有する入力部２６および揺動カム２８にヘリカルスプライン結合させて構成されている。このヘリカルスプライン結合により、制御軸１２の軸方向位置に応じて入力部２６と揺動カム２８との相対位相差が変化する。入力部２６のローラ２７はカム軸６の吸気カム７に接触し、また揺動カム２８は吸気バルブ２のロッカーアーム４に接触可能に設けられている。揺動カム２８は、ロッカーアーム４を介し、スプリング３の荷重に抗して吸気バルブ２を開閉駆動する。そして、入力部２６と揺動カム２８との相対位相差に応じてロッカーアーム４の揺動角度が変化する。したがって、変化機構２０では、制御軸１２の軸方向位置が変化するのに応じて吸気バルブ２のリフト量（以下、単にバルブリフト量という）が変化し、それによって吸気バルブ２の作用角や最大バルブリフト量などといったバルブ特性が制御される。尚、本実施形態において吸気バルブ２を開閉駆動するときに、制御軸１２およびねじ軸４２が受ける反力は、アクチュエータ３０とは反対側の矢印Ｂ方向へ向かう軸力として制御軸１２に作用する。
【００１３】
図２に示すように、アクチュエータ３０は、ハウジング本体３２、２個の環状部材３６、およびカバー３７を有するハウジング内に、送りねじ機構４０、モータ５０などを収容している。ハウジング本体３２と環状部材３６とはボルト３８で結合されている。アクチュエータ３０は、送りねじ機構４０によりモータ５０の回転駆動力をねじ軸４２の矢印Ａ、Ｂ方向への直線運動に変換し、ねじ軸４２と連結している制御軸１２を直線駆動する。アクチュエータ３０は、図２の矢印Ａ、Ｂ方向が略水平方向となるようにして車両に搭載されている。
【００１４】
ハウジング本体３２は、有底筒状に形成され、底部３３がエンジンヘッド８などに嵌合した状態で内燃機関にボルト固定されている。ハウジング本体３２内には、内燃機関のオイルポンプから潤滑油が供給される。
【００１５】
送りねじ機構４０は、互いに同軸のねじ軸４２と円筒状の回転軸４４とを組み合わせてなる台形ねじ機構である。ねじ軸４２は、ハウジング本体３２の底部３３に形成された貫通孔３４を通して回転軸４４内に挿入されている。ねじ軸４２の外周には、回転軸４４の雌ねじと噛み合う雄ねじが形成されている。このようなねじ軸４２と回転軸４４との噛み合いにより、回転軸４４が回転することによってねじ軸４２は軸方向に移動する。すなわち、送りねじ機構４０は、回転軸４４の回転運動をねじ軸４２の直線運動に変換する機構である。ねじ軸４２と制御軸１２とは継ぎ手により連結されている。このようにねじ軸４２と制御軸１２とが連結されているので、ねじ軸４２は制御軸１２とともに直線運動するとともに、制御軸１２から吸気バルブ２の反力を受ける。ねじ軸４２は、ねじ軸４２自体または制御軸１２の回転を規制する図示しない回転規制構造により、回転を規制されている。
【００１６】
回転軸４４は信頼性向上の目的で熱処理が施されている。回転軸４４の内周側には、歯断面が台形の雌ねじが内周壁に形成されている。回転軸４４は、回転軸４４の外周中央部に径方向外側に刀の鍔状に張り出している鍔４５を一体に形成している。本実施形態では鍔４５が回転軸４４に一体形成されているので、鍔４５を回転軸４４に低コストで設けることができる。鍔４５は、特許請求の範囲に記載した張り出し部に相当する。
ナット４６は、鍔４５を間に挟んで回転ロータ５２の軸方向端部５２ａとねじ結合している。ナット４６は特許請求の範囲に記載した固定部材に相当する。固定部材をナット４６で構成すると固定部材と回転ロータ５２とを結合するための部品点数を低減できるので、固定部材と回転ロータ５２とを簡素な構成で結合できる。
【００１７】
モータ５０は、回転ロータ５２、永久磁石５４、ステータコア６０、ボビン６２、コイル６４などから構成されているブラシレスモータである。
回転ロータ５２は円筒状に形成され、前述したように軸方向端部５２ａがナット４６とねじ結合している。図１に示すように、回転ロータ５２の面５２ｂは回転ロータ５２とナット４６とがねじ結合する軸力によって鍔４５の面４５ａに圧接しており、同様にナット４６の面４６ａは鍔４５の面４５ｂに圧接している。この圧接によって生じる面５２ｂと面４５ａとの摩擦力、および面４６ａと面４５ｂとの摩擦力によって、回転ロータ５２は回転軸４４との相対回転が規制されている。本実施形態では回転ロータ５２を鍔４５に圧接させた摩擦力によって回転ロータ５２と鍔４５との相対回転を防止するので、回転ロータ５２と鍔４５との相対回転を簡素な構成で防止できる。
また、回転ロータ５２とナット４６とで鍔４５を挟んでいることにより、回転ロータ５２は回転軸４４との軸方向の相対移動が規制されている。これにより、回転ロータ５２は回転軸４４の軸方向に相対移動不能に且つ回転軸４４の周方向に相対回転不能に鍔４５に固定されている。
【００１８】
永久磁石５４は回転ロータ５２の外周に周方向に交互に異なる磁極を形成するように複数設定されている。回転ロータ５２及び永久磁石５４は、回転軸４４とともに正逆方向に回転する。
ステータコア６０は、ねじ軸４２の軸方向に積層された磁性鋼板により構成されており、ボルト６６によりハウジング本体３２に固定されている。ステータコア６０は、永久磁石５４の外周を囲むように環状に形成されており、内側の永久磁石５４に向けて突出するティース６１を周方向に複数設けている。ボビン６２は各ティース６１の外周に嵌合しており、ボビン６２にコイル６４が巻回されている。
【００１９】
支持部材７０は、回転軸４４の制御軸１２と反対側の端部に取り付けられており、環状の永久磁石７２を支持している。支持部材７０および永久磁石７２は、回転軸４４とともに回転する。永久磁石７２は、環状溝を挟んで内周側および外周側にそれぞれ環状部７３を有している。各環状部７３は、回転方向に交互に異なる磁極を形成するように着磁されており、環状部７３同士の磁極数は異なっている。環状部７３の一方は回転軸４４の回転位置を検出するために使用され、環状部７３の他方は、回転軸４４の回転量をカウントするために使用される。ホール素子７４は永久磁石７２の内周側および外周側の環状部７３とそれぞれ向き合うように環状部材３６に設置されている。ホール素子７４は、回転軸４４とともに永久磁石７２が回転することによる磁束密度の変化を検出する。
【００２０】
軸受８０は、回転軸４４と同軸に設置されており、正逆方向に回転自在に回転軸４４を支持している。環状の支持部材８２は、ボルト８４がハウジング本体３２にねじ結合することにより、ハウジング本体３２に向けて軸受８０を押し付けている。皿ばね８６は、環状部材８２に向けて軸受８０に荷重を加えている。
【００２１】
リング９０はねじ軸４２の外周に取り付けられている。リング９０がハウジング本体３２の底部３３に当接することにより、ねじ軸４２が最も矢印Ｂ方向に移動する位置（Ｌｏｗ端）が規定される。
【００２２】
電子制御装置（以下、ＥＣＵという）１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどから構成されており、モータ５０への通電を制御する。ＥＣＵ１００のＲＯＭには、ＣＰＵが実行する制御プログラムが記憶されている。具体的には、ＥＣＵ１００は、ホール素子７４の検出信号をパルスとしてカウントする。そして、ＥＣＵ１００は、例えばリング９０が底部３３に当接するＬｏｗ端を基準位置とし、この基準位置におけるパルス数を０とし、回転軸４４の回転方向に応じてパルス数を加算または減算することにより、基準位置からの回転軸４４の回転量に応じた現在のねじ軸４２の軸方向の駆動位置、つまり吸気バルブ２のリフト量を算出する。そして、ＥＣＵ１００は、各種センサの検出信号から内燃機関の運転状態を判定し、内燃機関の運転状態に最適な吸気バルブ２のリフト量を算出する。そして、算出したリフト量になるようにコイル６４への通電を制御し、ねじ軸４２の直線移動量、すなわち回転軸４４の正逆方向への回転量を制御する。
【００２３】
以上説明したように、本実施形態によると、回転軸４４の外周に鍔４５を設け、鍔４５を挟んでナット４６を回転ロータ５２に結合することによって回転ロータ５２を鍔４５に固定する。これにより回転ロータ５２を軸方向に相対移動不能に且つ周方向に相対回転不能に回転軸４４に固定できる。従って、熱処理が施されている回転軸４４に回転ロータ５２をねじ締めする必要がない。よって本実施形態によると、熱処理されている回転軸４４に遅れ破壊を引き起こすことなく回転ロータ５２を固定できる。
【００２４】
（他の実施形態）
上記実施形態では、回転軸４４の外周に周方向外側に張り出す張り出し部が環状に形成されている鍔４５について説明したが、張り出し部は回転軸４４の外周に環状に形成されるものに限定されず、例えば回転軸４４の外周の同一周上に互いに離間して形成される複数個の張り出し部で構成されてもよい。また、本実施形態では張り出し部を回転軸４４に一体形成する場合を例に説明したが、張り出し部を回転軸４４とは別体に形成して回転軸４４の外周壁に固定してもよい。
【００２５】
また、上記実施形態では、ナット４６の内周と回転ロータ５２の外周とがねじ結合する構成を説明したが、例えばナット４６の外周と回転ロータ５２の内周とがねじ結合する構成でもよい。また、ナット４６と回転ロータとはねじ結合ではなくボルトで締結される構成であってもよい。
【００２６】
上記実施形態では、送りねじ機構４０としてねじ軸４２と回転軸４４とが直接に噛み合っている台形ねじ機構を用いた場合を例に説明したが、遊星ねじ機構やボールねじ機構を用いてもよい。
【００２７】
なお、本発明は上記複数の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】第１実施形態によるアクチュエータの張り出し部の固定構造を示す断面図。
【図２】アクチュエータ全体を示す断面図。
【図３】（Ａ）はバルブリフト制御装置の変化機構を示す説明図、（Ｂ）は変化機構とカム軸との関係を示す説明図。
【符号の説明】
【００２９】
２：吸気バルブ、１０：バルブリフト制御装置、１２：制御軸、２０：変化機構、３０：アクチュエータ、３２：ハウジング本体、４０：送りねじ機構、４２：ねじ軸、４４：回転軸、４５：鍔（張り出し部）、４６：ナット（固定部材）、５０：モータ、５２：回転ロータ、６０：ステータコア、８０：軸受
【図１】
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【図２】
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【図３】
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