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JP2005214088A - Ball screw actuator mechanism for variable compression ratio engine - Google Patents

Ball screw actuator mechanism for variable compression ratio engine Download PDF

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JP2005214088A
JP2005214088A JP2004022533A JP2004022533A JP2005214088A JP 2005214088 A JP2005214088 A JP 2005214088A JP 2004022533 A JP2004022533 A JP 2004022533A JP 2004022533 A JP2004022533 A JP 2004022533A JP 2005214088 A JP2005214088 A JP 2005214088A
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Yasushi Tateishi
康司 立石
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NTN Corp
Nissan Motor Co Ltd
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NTN Corp
Nissan Motor Co Ltd
NTN Toyo Bearing Co Ltd
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Abstract

【課題】 滑りねじを用いたアクチュエータ機構に対して応答速度を上げ、また駆動時の消費電力を低減すると共に、ボールねじの高効率により反力で動き易いという欠点を補うことができる可変圧縮比エンジン用ボールねじアクチュエータ機構を提供する。
【解決手段】 可変圧縮比エンジンの往復操作子を進退動作させるボールねじアクチュエータ機構1でありる。この機構1は、ボールねじ2と、モータ34の回転をボールねじ2のナット5に伝達する回転伝達系30と、この回転伝達系30に介在させたクラッチ3とを備える。ボールねじ2は、ハウジング7に対してナット5が回転自在に設置され、ねじ軸4が進退のみ自在とされる。上記クラッチ3は、モータ34の駆動が入力される入力部材16からナット5への回転を伝達するが、ナット5から入力部材16への回転伝達は遮断する逆入力制限型のものとする。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a variable compression ratio capable of increasing the response speed with respect to an actuator mechanism using a slide screw, reducing power consumption during driving, and compensating for the drawback of being easy to move with reaction force due to the high efficiency of a ball screw. A ball screw actuator mechanism for an engine is provided.
A ball screw actuator mechanism 1 for moving a reciprocating operation element of a variable compression ratio engine forward and backward. The mechanism 1 includes a ball screw 2, a rotation transmission system 30 that transmits the rotation of the motor 34 to the nut 5 of the ball screw 2, and a clutch 3 interposed in the rotation transmission system 30. In the ball screw 2, a nut 5 is rotatably installed with respect to the housing 7, and the screw shaft 4 can only move forward and backward. The clutch 3 is a reverse input limiting type that transmits rotation from the input member 16 to which the drive of the motor 34 is input to the nut 5, but blocks transmission of rotation from the nut 5 to the input member 16.
[Selection] Figure 1

Description

この発明は、ピストンの上死点位置を変更し圧縮比を変えるようした可変圧縮比エンジンに用いられ、その圧縮比の変更動作を行う可変圧縮比エンジン用ボールねじアクチュエータ機構に関する。   The present invention relates to a ball screw actuator mechanism for a variable compression ratio engine that is used in a variable compression ratio engine that changes the compression ratio by changing the top dead center position of a piston.

自動車において、モータを利用したアクチュエータの適用が進んでおり、エンジンのコントロールにもこれらの技術を応用し、高出力化、低燃費の開発が進められている。例えば、特許文献1等では、圧縮比を可変にし、その運転条件、あるいは出力に応じた圧縮比にエンジンをコントロールすることで、高出力、低燃費を実現するエンジンが提案されている。この提案例では、送りねじ機構を使ったアクチュエータがそのコントロールを行う機構になっている。   In automobiles, actuators using motors are being applied, and these technologies are also applied to engine control to develop high output and low fuel consumption. For example, Patent Document 1 proposes an engine that realizes high output and low fuel consumption by making the compression ratio variable and controlling the engine to the compression ratio according to the operating condition or output. In this proposed example, an actuator using a feed screw mechanism is a mechanism for controlling the actuator.

送りねじ機構としては、角ねじ等の滑りねじが使用されている。滑りねじが使用されるには2つの理由がある。その一つは、比較的、低コストで製造が可能であることであり、他の一つはモータの出力である回転運動を直線運動に変換し、適切なリードで減速比も変化させることができることである。
なお、車輪操舵装置において、ボールねじと逆入力制限型のクラッチとを組み合わせたものとしては、特許文献2に示されるものがある。
特開2002−138867号公報 特開2003−81106号公報
As the feed screw mechanism, a slide screw such as a square screw is used. There are two reasons why a sliding screw is used. One is that it can be manufactured at a relatively low cost, and the other is that the rotational output, which is the output of the motor, can be converted into linear motion, and the reduction ratio can be changed with an appropriate lead. It can be done.
In the wheel steering device, a combination of a ball screw and a reverse input limiting type clutch is disclosed in Patent Document 2.
JP 2002-138867 A JP 2003-81106 A

しかし、可変圧縮比エンジン用のボールねじアクチュエータに滑りねじを用いた場合、起動トルクと回転トルクとの差が大きく、差動時に非常に大きなモータトルクが必要になる。そのため応答速度が低い。また、作動時も摩擦損失が大きく、発熱、あるいはモータへの負荷が大きいため、消費電力が大きいという問題がある。   However, when a slide screw is used as a ball screw actuator for a variable compression ratio engine, the difference between the starting torque and the rotational torque is large, and a very large motor torque is required at the time of differential. Therefore, the response speed is low. Further, there is a problem that the power consumption is large because the friction loss is large during operation and the heat generation or the load on the motor is large.

これらを解決する送りねじ機構としては、ボールねじがあるが、ボールねじは、従来、工作機械等の精密位置決めの用途で使用されてきたため、非常に高価であり、自動車で用いられることはなかった。しかしながら、近年、電動パワーステアリング用で多く用いられるようになったため、低コスト化の加工開発、設備開発が進み、自動車用としても使用できるコスト範疇に入ってきた。
しかし、ボールねじを使用する場合、滑りねじに対して解決すべき課題がある。それはボールねじの伝動効率が高効率なため、アクチュエータが作用点より受ける軸方向の反力に対してナットが容易に回ってしまい、位置が保持できないことである。
As a feed screw mechanism for solving these problems, there is a ball screw. However, since the ball screw has been conventionally used for precision positioning applications such as machine tools, it is very expensive and has not been used in automobiles. . However, in recent years, since it has been widely used for electric power steering, the development of low-cost processing and equipment has advanced, and it has entered a cost category that can be used for automobiles.
However, when using a ball screw, there is a problem to be solved with respect to the sliding screw. This is because the ball screw has high transmission efficiency, so that the nut easily turns against the axial reaction force that the actuator receives from the operating point, and the position cannot be maintained.

この発明の目的は、滑りねじを用いたアクチュエータ機構に対して応答速度を上げ、また駆動時の消費電力を低減すると共に、ボールねじの高効率のために反力で動き易いという欠点を補うことができる可変圧縮比エンジン用ボールねじアクチュエータ機構を提供することである。   An object of the present invention is to increase the response speed to an actuator mechanism using a slide screw, reduce power consumption during driving, and compensate for the disadvantage of being easy to move with reaction force due to the high efficiency of the ball screw. It is an object of the present invention to provide a ball screw actuator mechanism for a variable compression ratio engine.

この発明の可変圧縮比エンジン用ボールねじアクチュエータ機構は、往復操作子の進退位置によってピストンの上死点位置を変更し圧縮比を変えるようした可変圧縮比エンジンに用いられ、上記往復操作子を進退動作させる可変圧縮比エンジン用ボールねじアクチュエータ機構であって、次の構成を備える。
このボールねじアクチュエータ機構は、ねじ軸とナットのねじ溝間に複数のボールを介在させてなり、ハウジングに対して前記ナットが回転自在に設置され前記ねじ軸が進退のみ自在とされたボールねじと、モータの回転を前記ボールねじのナットに伝達する回転伝達系と、この回転伝達系に介在させたクラッチとを備え、このクラッチは、前記モータの駆動が入力される入力部材からナットへの回転を伝達するが、ナットから前記入力部材への回転伝達は遮断する逆入力制限型のクラッチとする。
The ball screw actuator mechanism for a variable compression ratio engine according to the present invention is used in a variable compression ratio engine that changes the compression ratio by changing the top dead center position of the piston according to the reciprocating position of the reciprocating element. The ball screw actuator mechanism for a variable compression ratio engine to be operated has the following configuration.
The ball screw actuator mechanism includes a ball screw in which a plurality of balls are interposed between a screw shaft and a screw groove of the nut, the nut is rotatably installed with respect to a housing, and the screw shaft is only movable forward and backward. A rotation transmission system for transmitting the rotation of the motor to the nut of the ball screw, and a clutch interposed in the rotation transmission system, the clutch rotating from the input member to which the drive of the motor is input to the nut However, a reverse input limiting type clutch that cuts off rotation transmission from the nut to the input member is used.

この構成によると、モータの回転がクラッチを介してボールねじのナットに伝えられ、ボールねじによってねじ軸の直線運動に変換されてエンジンの往復操作子に伝えられる。ボールねじを回転と直線動作の運動変換機構として用いるため、伝達効率が高く、滑りねじ機構に比べて応答速度が高められ、消費電力も少なくて済む。ボールねじは伝達効率が高いために、往復操作子からねじ軸に与えられる軸方向力によってナットが回転しようとするが、クラッチに逆入力制限型のものを用いたため、ナットからモータ側への回転が阻止され、ナットの回転が阻止されることになる。また、ナットからモータ側への回転が阻止されるため、モータに大きな電流を流してモータによる制動力で位置を保持する必要がなく、これによっても省電力が図られる。また、モータの焼損等が防止される。   According to this configuration, the rotation of the motor is transmitted to the nut of the ball screw through the clutch, converted into a linear motion of the screw shaft by the ball screw, and transmitted to the reciprocating operation element of the engine. Since the ball screw is used as a motion conversion mechanism for rotation and linear motion, the transmission efficiency is high, the response speed is increased as compared with the sliding screw mechanism, and the power consumption can be reduced. Since the ball screw has high transmission efficiency, the nut tries to rotate by the axial force applied to the screw shaft from the reciprocating operator. However, since the reverse input limit type is used for the clutch, the nut rotates from the motor side. Is prevented and the rotation of the nut is prevented. Further, since the rotation from the nut to the motor side is prevented, it is not necessary to pass a large current to the motor to hold the position with the braking force by the motor, and this also saves power. In addition, motor burnout and the like are prevented.

前記逆入力制限型のクラッチは、例えば、前記ハウジングに固定されるクラッチ外輪と、このクラッチ外輪の内周に位置する回転自在なクラッチ内輪と、これらクラッチ外輪およびクラッチ内輪間に介在した複数の係合子と、これら複数の係合子を保持する保持器とを有し、この保持器が入力部材となるものであっても良い。
この場合に、前記係合子がローラからなり、クラッチ内輪とクラッチ外輪との間に前記係合子を噛み込む楔状空間を形成するカム面がクラッチ内輪の外径面に設けられ、前記保持器とクラッチ内輪とを、回転方向に所定の遊びを介して連結する連結手段を有するものとしても良い。
The reverse input limiting type clutch includes, for example, a clutch outer ring fixed to the housing, a rotatable clutch inner ring positioned on the inner periphery of the clutch outer ring, and a plurality of engagements interposed between the clutch outer ring and the clutch inner ring. It may have a combination and a retainer for holding the plurality of engagement elements, and the retainer may be an input member.
In this case, the engagement element comprises a roller, and a cam surface that forms a wedge-shaped space for engaging the engagement element between the clutch inner ring and the clutch outer ring is provided on the outer diameter surface of the clutch inner ring. It is good also as what has a connection means which connects an inner ring | wheel via a predetermined play in a rotation direction.

この発明における前記各構成の場合に、前記クラッチはツーウェイクラッチであっても良い。このツーウェイクラッチは、正逆いずれの回転方向に対しても、入力部材からナットへの回転を伝達するが、ナットから入力部材への回転伝達は遮断する逆入力制限型のものである。
また、前記クラッチは逆入力制限型のものであれば良く、スプラグ式のもの、つまり前記係合子にスプラグを用いたものであっても良い。
In the case of each configuration according to the present invention, the clutch may be a two-way clutch. This two-way clutch is a reverse input limiting type that transmits rotation from the input member to the nut in any of the forward and reverse rotation directions, but blocks transmission of rotation from the nut to the input member.
The clutch may be of a reverse input limiting type, and may be a sprag type, that is, a sprag that uses a sprag as the engagement element.

この発明の可変圧縮比エンジン用ボールねじアクチュエータ機構は、往復操作子の進退位置によってピストンの上死点位置を変更し圧縮比を変えるようした可変圧縮比エンジンに用いられ、上記往復操作子を進退動作させるボールねじアクチュエータ機構であって、ハウジングに対してナットが回転自在に設置されねじ軸が進退のみ自在とされたボールねじと、モータの回転を前記ボールねじのナットに伝達する回転伝達系に介在させたクラッチとを備え、このクラッチは、前記モータの駆動が入力される入力部材からナットへの回転を伝達するが、ナットから前記入力部材への回転伝達は遮断する逆入力制限型のクラッチとしたため、滑りねじを用いたアクチュエータ機構に対して応答速度を上げ、また駆動時の消費電力を低減すると共に、ボールねじの高効率により反力で動き易いという欠点を補うことができる。   The ball screw actuator mechanism for a variable compression ratio engine according to the present invention is used in a variable compression ratio engine that changes the compression ratio by changing the top dead center position of the piston according to the reciprocating position of the reciprocating element. A ball screw actuator mechanism to be operated, which includes a ball screw in which a nut is rotatably installed with respect to a housing and a screw shaft can only move forward and backward, and a rotation transmission system that transmits the rotation of a motor to the nut of the ball screw. A reverse input limiting clutch that transmits rotation from the input member to which the motor drive is input to the nut, but blocks transmission of rotation from the nut to the input member. As a result, the response speed of the actuator mechanism using a sliding screw is increased, and power consumption during driving is reduced. It can compensate for the disadvantage move easily by the reaction force due to the high efficiency of the ball screw.

この発明の第1の実施形態を図1ないし図5と共に説明する。図1において、この可変圧縮比エンジン用ボールねじアクチュエータ機構1は、ねじ軸4およびナット5を有するボールねじ2と、モータ34の回転をボールねじ2のナット5に伝達する回転伝達系30と、この回転伝達系30に介在させたクラッチ3と、ハウジング7とを備える。モータ34はハウジング7に設置される。ねじ軸4は、エンジンの可変圧縮比機構70における進退操作子72に連結され、または進退操作72と一体のものとされる。   A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In FIG. 1, the variable compression ratio engine ball screw actuator mechanism 1 includes a ball screw 2 having a screw shaft 4 and a nut 5, a rotation transmission system 30 for transmitting the rotation of a motor 34 to the nut 5 of the ball screw 2, and The clutch 3 interposed in the rotation transmission system 30 and the housing 7 are provided. The motor 34 is installed in the housing 7. The screw shaft 4 is connected to an advance / retreat operation element 72 in the variable compression ratio mechanism 70 of the engine or is integrated with the advance / retreat operation 72.

ボールねじ2は、ねじ軸4とナット5のねじ溝間に複数のボール(図示せず)を介在させたものであり、ナット5には上記ねじ溝間に介在させたボールを拾い上げて循環させる循環路(図示せず)を有している。上記循環路は駒部材またはリターンチューブ等によって構成される。
ボールねじ2のナット5は、ハウジング7に対してナット両端の軸受8によって回転自在に設置されている。ねじ軸4は、ハウジング7に対してスプラインまたはキー等の回転阻止手段(図示せず)を介して係合しており、軸方向への進退のみ自在で回転不能とされている。
The ball screw 2 has a plurality of balls (not shown) interposed between the screw shaft 4 and the thread groove of the nut 5. The ball 5 is picked up and circulated through the nut 5. A circulation path (not shown) is provided. The circulation path is constituted by a piece member or a return tube.
The nut 5 of the ball screw 2 is rotatably installed with respect to the housing 7 by bearings 8 at both ends of the nut. The screw shaft 4 is engaged with the housing 7 via a rotation prevention means (not shown) such as a spline or a key, and can only advance and retreat in the axial direction but cannot rotate.

回転伝達系30は、モータ34のモータ出力軸34aに設けられたモータ出力ギヤ36の駆動を、ナット5の外周に固定状態に設けられたナット外周ギヤ37に伝達するものである。このモータ出力ギヤ36とナット外周ギヤ37との間に、上記クラッチ3が設けられている。   The rotation transmission system 30 transmits the drive of the motor output gear 36 provided on the motor output shaft 34 a of the motor 34 to a nut outer peripheral gear 37 provided in a fixed state on the outer periphery of the nut 5. The clutch 3 is provided between the motor output gear 36 and the nut outer peripheral gear 37.

クラッチ3は、逆入力制限型の2ウェイクラッチであり、入力部材16からナット5への回転は伝達するが、ナット5から入力部材16への回転伝達は遮断する形式のものが使用される。このクラッチ3は、クラッチ内輪13、クラッチ外輪14、複数の係合子15、および保持器19を有する。このクラッチ3はローラクラッチとされ、上記複数の係合子15はローラからなる。図示したものはローラが1個のものであるが、ローラを2個配置し、その中間にばねを配置したものでも良い。   The clutch 3 is a reverse input restriction type two-way clutch, and a type that transmits rotation from the input member 16 to the nut 5 but blocks transmission of rotation from the nut 5 to the input member 16 is used. The clutch 3 includes a clutch inner ring 13, a clutch outer ring 14, a plurality of engagement elements 15, and a cage 19. The clutch 3 is a roller clutch, and the plurality of engaging elements 15 are rollers. The illustrated one has one roller, but two rollers may be arranged, and a spring may be arranged between them.

クラッチ外輪14は、ボールねじ2のねじ軸4と平行に、ハウジング7内に固定設置されている。
図2に拡大して示すように、クラッチ内輪13は、クラッチ外輪14内に上記ローラからなる複数の係合子15を介して同心位置に回転自在に設けられている。クラッチ内輪13は、両側に突出した軸部13a,13bを有し、これら軸部13a,13bの外周に設けられた軸受41,42を介して、ハウジング7および保持器19に対し回転自在に支持されている。クラッチ内輪13の片方の軸部13aの外周にはクラッチ出力ギヤ38が一体または回り止め状態に設けられ、クラッチ出力ギヤ38はナット外周ギヤ37に噛み合っている。これらクラッチ内輪13とクラッチ出力ギヤ38とでクラッチ出力部材39が構成される。
The clutch outer ring 14 is fixedly installed in the housing 7 in parallel with the screw shaft 4 of the ball screw 2.
As shown in an enlarged view in FIG. 2, the clutch inner ring 13 is rotatably provided in a concentric position in the clutch outer ring 14 via a plurality of engagement elements 15 made of the roller. The clutch inner ring 13 has shaft portions 13a and 13b protruding on both sides, and is rotatably supported by the housing 7 and the cage 19 through bearings 41 and 42 provided on the outer periphery of the shaft portions 13a and 13b. Has been. A clutch output gear 38 is integrally or non-rotatably provided on the outer periphery of one shaft portion 13 a of the clutch inner ring 13, and the clutch output gear 38 meshes with a nut outer peripheral gear 37. The clutch inner ring 13 and the clutch output gear 38 constitute a clutch output member 39.

保持器19は、これら複数の係合子15を保持する部材であり、底付きの円筒状部19aと、この円筒状部19aの外底面の中心に軸方向に突出した軸部19bとを有し、円筒状部19aの外周でクラッチ外輪14の内周に軸受17を介して回転自在に支持されている。保持器19の軸部19bにはクラッチ入力ギヤ44が回り止め状態に設けられ、クラッチ入力ギヤ44はモータ出力ギヤ36に噛み合っている。これら保持器19とクラッチ入力ギヤ44とで、クラッチ3の入力部材16が構成される。   The retainer 19 is a member that holds the plurality of engagement elements 15, and includes a bottomed cylindrical portion 19a and a shaft portion 19b that protrudes in the axial direction at the center of the outer bottom surface of the cylindrical portion 19a. The outer periphery of the cylindrical portion 19 a is rotatably supported on the inner periphery of the clutch outer ring 14 via a bearing 17. A clutch input gear 44 is provided on the shaft portion 19 b of the cage 19 in a non-rotating state, and the clutch input gear 44 is engaged with the motor output gear 36. The cage 19 and the clutch input gear 44 constitute the input member 16 of the clutch 3.

図3に示すように、クラッチ外輪14の内径面におけるクラッチ内輪13との対向面は円筒面23からなる。クラッチ内輪13は、外径面における円周方向の複数箇所にカム面24が形成され、これら各カム面24とクラッチ外輪14の円筒面23との間に係合子15が配置される。カム面24は、クラッチ外輪14の円筒面23との間に、係合子15を噛み込む楔空間を形成する面である。カム面24は平坦面とされ、上記楔空間として正逆両方向の楔空間を形成する。両側の楔空間は例えば対称形状とされる。   As shown in FIG. 3, the inner surface of the clutch outer ring 14 that faces the clutch inner ring 13 is a cylindrical surface 23. The clutch inner ring 13 is formed with cam surfaces 24 at a plurality of locations in the circumferential direction on the outer diameter surface, and the engagement elements 15 are disposed between the cam surfaces 24 and the cylindrical surface 23 of the clutch outer ring 14. The cam surface 24 is a surface that forms a wedge space for engaging the engagement element 15 between the cam surface 24 and the cylindrical surface 23 of the clutch outer ring 14. The cam surface 24 is a flat surface, and forms a wedge space in both forward and reverse directions as the wedge space. The wedge spaces on both sides are, for example, symmetrical.

保持器19は、各係合子15を保持するポケット25を、円筒部19aの周方向複数箇所に有する。このポケット25は、係合子15が遊びを持って嵌まる保持器円周方向幅に形成されている。ポケット25内には、係合子15をポケット25の中央側へ付勢する弾性体25が係合子15の両側に配置されている。弾性体26は、例えば板ばねからなり、保持器19に取付けられている。なお、図図では、構成を理解し易くするために、クラッチ内輪13,保持器19等の径方向寸法の相互関係を図1の場合と異ならせている。   The retainer 19 has pockets 25 for retaining the engagement elements 15 at a plurality of locations in the circumferential direction of the cylindrical portion 19a. The pocket 25 is formed in a circumferential width of the cage in which the engagement element 15 fits with play. In the pocket 25, elastic bodies 25 that urge the engaging element 15 toward the center of the pocket 25 are disposed on both sides of the engaging element 15. The elastic body 26 is made of, for example, a leaf spring and is attached to the cage 19. In the drawing, in order to make the configuration easy to understand, the mutual relations of the radial dimensions of the clutch inner ring 13, the cage 19 and the like are different from those in FIG.

保持器19とクラッチ内輪13とは、連結手段20により回転方向の遊びを持たせて連結される。この連結手段20は、保持器19のクラッチ内輪13の側面と対向する側面から軸方向に突出させたスイッチングピン21を、クラッチ内輪13の前記側面に設けられた遊嵌凹部22に挿入したものである。   The cage 19 and the clutch inner ring 13 are connected by a connecting means 20 with play in the rotational direction. The connecting means 20 is formed by inserting a switching pin 21 that protrudes in the axial direction from a side surface of the cage 19 that faces the side surface of the clutch inner ring 13 into a loose fitting recess 22 provided on the side surface of the clutch inner ring 13. is there.

係合子15は、クラッチ内輪13に対して、このクラッチ内輪13に係合しない中立位置(図3に図示された位置)であるカム面24の中央位置から、カム面24とクラッチ外輪14の円筒面23との間に形成される上記楔空間への最進入位置となる係合作動位置P2(図4)まで移動可能である。この移動は正逆両方向に可能であり、中立位置と係合作動位置P2間の2倍の距離だけ、係合子15はクラッチ内輪13に対して移動可能である。保持器19とクラッチ内輪13との回転方向の遊びの大きさ、つまり上記スイッチングピン21と遊嵌凹部22とで許された遊びの大きさX(片側の遊びの大きさ)は、係合子15が中立位置から係合作動位置P2まで移動する移動量とほぼ同じに設定される。   The engagement element 15 is formed in a cylindrical shape of the cam surface 24 and the clutch outer ring 14 from a central position of the cam surface 24 that is a neutral position (position shown in FIG. 3) where the clutch inner ring 13 is not engaged with the clutch inner ring 13. It can move to the engagement operation position P2 (FIG. 4) which is the most approach position to the wedge space formed with the surface 23. This movement is possible in both forward and reverse directions, and the engagement element 15 is movable relative to the clutch inner ring 13 by a distance twice as long as the neutral position and the engagement operation position P2. The amount of play in the rotational direction between the cage 19 and the clutch inner ring 13, that is, the amount of play X allowed by the switching pin 21 and the loose fitting recess 22 (the amount of play on one side) is determined by the engagement element 15. Is set to be substantially the same as the amount of movement from the neutral position to the engagement operation position P2.

上記構成の作用を説明する。モータ34の駆動により、クラッチ入力ギヤ44および保持器19からなる入力部材16が、図3の状態から図4(A)のように、図中の時計方向に回転すると、同図のように保持器19が連結手段20における回転方向の遊び分だけクラッチ内輪13に対して相対回転する。その保持器19の回転により、係合子15が係合作動位置P2に移動する。この状態から保持器19が引き続き回転すると、保持器19とクラッチ内輪13がスイッチングピン21を介して連結した状態になるため、クラッチ内輪13が保持器19と共に回転し、ボールねじ2のナット5に回転が伝えられる。入力部材16が反時計方向に回転した場合にも、上記と同様の作用により、その回転が入力部材16からクラッチ内輪13を介してナット5に伝達される。ナット5の回転は、ねじ軸4の進退動作に変換される。   The operation of the above configuration will be described. When the input member 16 comprising the clutch input gear 44 and the retainer 19 is rotated from the state shown in FIG. 3 in the clockwise direction as shown in FIG. 4A by driving the motor 34, the input member 16 is held as shown in FIG. The device 19 rotates relative to the clutch inner ring 13 by the amount of play in the rotational direction of the connecting means 20. Due to the rotation of the retainer 19, the engagement element 15 moves to the engagement operation position P2. When the retainer 19 continues to rotate from this state, the retainer 19 and the clutch inner ring 13 are connected via the switching pin 21, so that the clutch inner ring 13 rotates together with the retainer 19, and the nut 5 of the ball screw 2 is rotated. Rotation is transmitted. Even when the input member 16 rotates counterclockwise, the rotation is transmitted from the input member 16 to the nut 5 via the clutch inner ring 13 by the same action as described above. The rotation of the nut 5 is converted into an advance / retreat operation of the screw shaft 4.

上記とは逆に、外部からボールねじ2のねじ軸4にこれを進退移動させる逆入力が加わった場合は、その進退移動がナット5の回転に変換されるが、クラッチ3によってその回転が阻止され、ねじ軸4の進退動作が阻止される。すなわち、図3の状態から、上記逆入力により例えばナット5が反時計方向に回転すると、図4(B)のように入力部材16の保持器19に対してクラッチ内輪13が反時計方向に回転し、相対的に係合子15が係合作動位置P2に移動する。この位置P2に来た係合子15は楔空間の狭まり側に移動しようとすることになってロック状態となり、係合子15を介してクラッチ内輪13が固定設置のクラッチ外輪14にロックされる。これにより、クラッチ内輪13にギヤ37,38で噛み合ったナット5はそれ以上回らなくなり、入力部材16にナット5の回転が伝わらない。すなわち、ナット5からの逆入力が入力部材16に伝達されることが防止される。逆入力によるナット5の回転が時計方向の場合にも、同様の作用により入力部材16への伝達が防止される。   Contrary to the above, when a reverse input is applied to the screw shaft 4 of the ball screw 2 from the outside, the forward / backward movement is converted into the rotation of the nut 5, but the rotation is blocked by the clutch 3. Thus, the forward / backward movement of the screw shaft 4 is prevented. That is, when the nut 5 is rotated counterclockwise by the reverse input from the state of FIG. 3, the clutch inner ring 13 is rotated counterclockwise with respect to the cage 19 of the input member 16 as shown in FIG. Then, the engagement element 15 relatively moves to the engagement operation position P2. The engagement element 15 that has come to this position P2 is about to move toward the narrower side of the wedge space and is locked, and the clutch inner ring 13 is locked to the fixed clutch outer ring 14 via the engagement element 15. As a result, the nut 5 meshed with the clutch inner ring 13 by the gears 37 and 38 does not rotate any more, and the rotation of the nut 5 is not transmitted to the input member 16. That is, the reverse input from the nut 5 is prevented from being transmitted to the input member 16. Even when the rotation of the nut 5 by the reverse input is clockwise, transmission to the input member 16 is prevented by the same action.

この構成の可変圧縮比エンジン用ボールねじアクチュエータ機構1によると、モータ34の回転がクラッチ3を介してボールねじ2のナット5に伝えられ、ボールねじ2によって直線運動に変換されてエンジンの往復操作子72に伝えられる。ボールねじ2を回転と直線動作の運動変換機構として用いるため、伝達効率が高く、滑りねじ機構に比べて応答速度が高められ、消費電力も少なくて済む。例えば、滑りねじ機構に対して1/3程度の消費電力で済むことが期待できる。ボールねじ2は伝達効率が高いために、往復操作子72からねじ軸4に与えられる軸方向力によってナット5が回転しようとするが、クラッチ3に逆入力制限型のものを用いたため、ナット5からモータ34側への回転が阻止され、ナット5の回転が阻止されることになる。また、ナット5からモータ34側への回転が阻止されるため、モータ34に大きな電流を流してモータ34による制動力でエンジンの往復操作子72の位置を保持する必要がなく、これによっても省電力が図られる。また、モータの焼損等が防止される。   According to the ball screw actuator mechanism 1 for a variable compression ratio engine of this configuration, the rotation of the motor 34 is transmitted to the nut 5 of the ball screw 2 through the clutch 3 and converted into a linear motion by the ball screw 2 to reciprocate the engine. It is transmitted to the child 72. Since the ball screw 2 is used as a motion conversion mechanism for rotation and linear motion, the transmission efficiency is high, the response speed is increased as compared with the sliding screw mechanism, and the power consumption can be reduced. For example, it can be expected that power consumption of about 1/3 of the sliding screw mechanism is sufficient. Since the ball screw 2 has high transmission efficiency, the nut 5 tries to rotate by the axial force applied to the screw shaft 4 from the reciprocating operation element 72. However, since the reverse input limiting type is used for the clutch 3, the nut 5 Therefore, the rotation of the nut 5 is prevented, and the rotation of the nut 5 is prevented. Further, since the rotation from the nut 5 to the motor 34 side is prevented, it is not necessary to pass a large current to the motor 34 to hold the position of the reciprocating operation element 72 of the engine by the braking force by the motor 34. Electric power is planned. In addition, motor burnout and the like are prevented.

図5は、この実施形態のボールねじアクチュエータ機構1を用いた可変圧縮比エンジン一例を示す。シリンダブロック51の気筒毎のシリンダ52内に、ピストン53が昇降自在に配設されており、各ピストン53のピストンピン55とクランクシャフト56のクランクピン57とが、複リンク式の可変圧縮比機構70を介して機械的に連結されている。クランクシャフト56にはカウンターウエイト58が設けられている。   FIG. 5 shows an example of a variable compression ratio engine using the ball screw actuator mechanism 1 of this embodiment. In each cylinder 52 of the cylinder block 51, a piston 53 is disposed so as to be movable up and down, and a piston pin 55 of each piston 53 and a crank pin 57 of a crankshaft 56 are a variable link ratio mechanism of a multi-link type. 70 are mechanically connected to each other. A counterweight 58 is provided on the crankshaft 56.

可変圧縮比機構70は、一端がクランクピン57に相対回転自在に外嵌する下側リンク61と、この下側リンク61とピストンピン55とを連結した上側リンク62と、クランクシャフト16と平行に延びる制御軸63とを有する。この制御軸63に、偏心カム64が偏心して設けられ、この偏心カム64と下側リンク62とが制御リンク65で連結されている。制御軸63には制御板56が設けられ、この制御本体56に設けられたスリット67に、往復操作子72の先端に設けられたピン73がスライド可能に係合している。   The variable compression ratio mechanism 70 has a lower link 61 whose one end is fitted to the crank pin 57 so as to be relatively rotatable, an upper link 62 that connects the lower link 61 and the piston pin 55, and the crankshaft 16. And a control shaft 63 extending. An eccentric cam 64 is eccentrically provided on the control shaft 63, and the eccentric cam 64 and the lower link 62 are connected by a control link 65. A control plate 56 is provided on the control shaft 63, and a pin 73 provided at the tip of the reciprocating operation element 72 is slidably engaged with a slit 67 provided in the control main body 56.

上記往復操作子72を進退させるアクチュエータとして、図1の実施形態にかかるボールねじアクチュエータ機構1が設けられている。往復操作子72は、ボールねじアクチュエータ機構1におけるねじ軸4に連結されたものであっても、またねじ軸4からなるものであっても良い。   A ball screw actuator mechanism 1 according to the embodiment of FIG. 1 is provided as an actuator for moving the reciprocating operation element 72 back and forth. The reciprocating operation element 72 may be connected to the screw shaft 4 in the ball screw actuator mechanism 1 or may be composed of the screw shaft 4.

上記構成の可変圧縮比機構は、ボールねじアクチュエータ機構1により往復操作子72を進退させると、これにピン73で連結された制御板56が回動させられる。制御板56の回動により、制御リンク65の揺動支点となる偏心カム64の位置が変化し、下側リンク61および上側リンク62の姿勢が変化し、ピストン53の往復動作による上死点位置が変化する。このため、シリンダ52内のピストン53で仕切られた燃焼室の圧縮比が変わる。このように、往復操作子72を進退させることにより、圧縮比が可変となる。   In the variable compression ratio mechanism configured as described above, when the reciprocating operation element 72 is advanced and retracted by the ball screw actuator mechanism 1, the control plate 56 connected thereto by the pin 73 is rotated. By the rotation of the control plate 56, the position of the eccentric cam 64 serving as the swing fulcrum of the control link 65 changes, the posture of the lower link 61 and the upper link 62 changes, and the top dead center position due to the reciprocating motion of the piston 53. Changes. For this reason, the compression ratio of the combustion chamber partitioned by the piston 53 in the cylinder 52 changes. Thus, the compression ratio is variable by moving the reciprocating operation element 72 back and forth.

図6は、この発明の他の実施形態にかかる可変圧縮比エンジン用ボールねじアクチュエータ機構1Aを示す。この実施形態は、第1の実施形態において、クラッチ3をボールねじ2のねじ軸4と平行に設けた構成に代えて、クラッチ3をボールねじ2のナット5の外周に設けたものである。この実施形態において、第1の実施形態と機能的に対応する部分は同一符号を付して説明を一部省略する。   FIG. 6 shows a ball screw actuator mechanism 1A for a variable compression ratio engine according to another embodiment of the present invention. In this embodiment, the clutch 3 is provided on the outer periphery of the nut 5 of the ball screw 2 in place of the configuration in which the clutch 3 is provided in parallel with the screw shaft 4 of the ball screw 2 in the first embodiment. In this embodiment, the parts functionally corresponding to those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is partially omitted.

ボールねじ2のナット5は、ハウジング7の本体7a内の一端部(図6中の左側)に軸受8を介して回転自在に支持されている。前記軸受8は、複列のアンギュラ玉軸受とされ、その内輪9は分割型とされている。ナット5の外周に嵌合する前記軸受8の内輪9は、その一端の幅面をナット5の外周に一体形成されたフランジ5bに押し当てると共に、他端の幅面をナット5の一端部外径面に螺合する内輪固定ナット11で締め付けることにより、軸方向に締め付け固定されている。また、ハウジング本体7aの内周に嵌合する前記軸受8の外輪10は、その一端の幅面をハウジング本体7aの内周に形成された段部7cに押し当てると共に、他端の幅面をハウジング本体7aの内径面に螺合する外輪固定ナット12で締め付けることにより、軸方向に締め付け固定されている。   The nut 5 of the ball screw 2 is rotatably supported at one end (the left side in FIG. 6) in the main body 7 a of the housing 7 via a bearing 8. The bearing 8 is a double-row angular ball bearing, and its inner ring 9 is a split type. The inner ring 9 of the bearing 8 fitted to the outer periphery of the nut 5 presses the width surface of one end against the flange 5b integrally formed on the outer periphery of the nut 5, and the other end width surface is the outer diameter surface of one end portion of the nut 5. It is fastened and fixed in the axial direction by tightening with an inner ring fixing nut 11 that is screwed onto the inner ring. Further, the outer ring 10 of the bearing 8 fitted to the inner periphery of the housing body 7a presses the width surface at one end against the stepped portion 7c formed at the inner periphery of the housing body 7a, and the width surface at the other end of the housing main body 7a. It is fastened and fixed in the axial direction by tightening with an outer ring fixing nut 12 screwed into the inner diameter surface of 7a.

クラッチ3は、逆入力制限型の2ウェイクラッチであり、入力部材16からナット5への回転は伝達するが、ナット5から入力部材16への回転伝達は遮断する構成のものが使用される。このクラッチ3は、クラッチ内輪13、クラッチ外輪14、複数の係合子15、および保持器19を有する。   The clutch 3 is a reverse input restriction type two-way clutch. A clutch 3 that transmits rotation from the input member 16 to the nut 5 but blocks transmission of rotation from the nut 5 to the input member 16 is used. The clutch 3 includes a clutch inner ring 13, a clutch outer ring 14, a plurality of engagement elements 15, and a cage 19.

クラッチ内輪13は、ナット5の軸方向の他端部に設けられた円筒部5c(図1中の右側)の外周に、ナット5に対して回り止め状態に嵌合されている。クラッチ外輪14は、クラッチ内輪13の外周にクラッチ内輪13と同心状に位置する。このクラッチ外輪14はハウジング本体7aの内周に固定されて固定側の部材となるものである。複数の係合子15はローラからなり、クラッチ内輪13とクラッチ外輪14間に介在する。保持器19は、これら複数の係合子15を保持する部材である。   The clutch inner ring 13 is fitted to the outer periphery of a cylindrical portion 5 c (on the right side in FIG. 1) provided at the other axial end of the nut 5 in a non-rotating state with respect to the nut 5. The clutch outer ring 14 is positioned concentrically with the clutch inner ring 13 on the outer periphery of the clutch inner ring 13. The clutch outer ring 14 is fixed to the inner periphery of the housing body 7a and becomes a member on the fixed side. The plurality of engagement elements 15 are composed of rollers and are interposed between the clutch inner ring 13 and the clutch outer ring 14. The retainer 19 is a member that retains the plurality of engagement elements 15.

前記入力部材16は中空軸とされ、その内部に前記ねじ軸4の他端部(図6中の右側)が進退自在に挿入されている。この入力部材16は、軸受17,18によってハウジング本体7a内の前記ナット5と軸方向に対向する位置に回転自在に支持されている。この入力部材16の一端部(図1中の左側)には、前記クラッチ内輪13とクラッチ外輪14の間に挿通されて前記係合子15を保持するリング状の保持器19が一体に形成されている。すなわち、保持器19は入力部材16の一部となる部材である。入力部材16とクラッチ内輪13とは、連結手段20により回転方向の遊びを持たせて連結される。この連結手段20は、入力軸16のナット5と対向する端面から軸方向に突出させたスイッチングピン21を、クラッチ内輪13の入力軸15と対向する端面に設けられた円周方向の長孔等からなる遊嵌凹部22に挿入したものである。   The input member 16 is a hollow shaft, and the other end (the right side in FIG. 6) of the screw shaft 4 is inserted into the input member 16 so as to freely advance and retract. The input member 16 is rotatably supported by bearings 17 and 18 at a position facing the nut 5 in the housing body 7a in the axial direction. A ring-shaped cage 19 that is inserted between the clutch inner ring 13 and the clutch outer ring 14 and holds the engagement element 15 is integrally formed at one end portion (left side in FIG. 1) of the input member 16. Yes. That is, the cage 19 is a member that becomes a part of the input member 16. The input member 16 and the clutch inner ring 13 are connected by the connecting means 20 with play in the rotational direction. The connecting means 20 includes a circumferential pin provided on the end surface of the clutch inner ring 13 facing the input shaft 15, such as a switching pin 21 protruding in the axial direction from the end surface facing the nut 5 of the input shaft 16. It is inserted into the loose fitting recess 22 made of.

クラッチ外輪14の内径面におけるクラッチ内輪13との対向面は、円筒面23からなる。クラッチ内輪13は、第1の実施形態を示す図3におけると同様に、外径面における円周方向の複数箇所にカム面24が形成され、これら各カム面24とクラッチ外輪14の円筒面23との間に係合子15が配置される。カム面24は、クラッチ外輪14の円筒面23との間に、係合子15が噛み込む楔空間を形成する面である。カム面24は平坦面とされ、上記楔空間として正逆両方向の楔空間を形成する。両側の楔空間は対称形状となる。保持器19は、各係合子15を保持するポケット25を有する。このポケット25は、係合子15が遊びを持って嵌まる保持器円周方向幅に形成されている。ポケット25内には、係合子15をポケット25の中央側へ付勢する弾性体25が係合子15の両側に配置されている。弾性体26は、例えば板ばねからなり、保持器19に取付けられている。   The surface facing the clutch inner ring 13 on the inner diameter surface of the clutch outer ring 14 is a cylindrical surface 23. In the clutch inner ring 13, as in FIG. 3 showing the first embodiment, cam surfaces 24 are formed at a plurality of positions in the circumferential direction on the outer diameter surface, and each of these cam surfaces 24 and the cylindrical surface 23 of the clutch outer ring 14. The engagement element 15 is disposed between the two. The cam surface 24 is a surface that forms a wedge space in which the engagement element 15 is engaged with the cylindrical surface 23 of the clutch outer ring 14. The cam surface 24 is a flat surface, and forms a wedge space in both forward and reverse directions as the wedge space. The wedge spaces on both sides are symmetrical. The retainer 19 has a pocket 25 for retaining each engagement element 15. The pocket 25 is formed in a circumferential width of the cage in which the engagement element 15 fits with play. In the pocket 25, elastic bodies 25 that urge the engaging element 15 toward the center of the pocket 25 are disposed on both sides of the engaging element 15. The elastic body 26 is made of, for example, a leaf spring and is attached to the cage 19.

係合子15は、クラッチ内輪13に対して、このクラッチ内輪13に係合しない中立位置(図3に図示された位置)であるカム面24の中央位置から、カム面24とクラッチ外輪14の円筒面23との間に形成される上記楔空間への最進入位置となる係合作動位置P2(図4)まで移動可能である。この移動は正逆両方向に可能であり、中立位置と係合作動位置P2間の2倍の距離だけ、係合子15はクラッチ内輪13に対して移動可能である。保持器19とクラッチ内輪13との回転方向の遊びの大きさ、つまり上記スイッチングピン21と遊嵌凹部22とで許された遊びの大きさX(片側の遊びの大きさ)は、係合子15が中立位置から係合作動位置P2まで移動する移動量とほぼ同じに設定される。   The engagement element 15 is formed in a cylindrical shape of the cam surface 24 and the clutch outer ring 14 from a central position of the cam surface 24 that is a neutral position (position shown in FIG. 3) where the clutch inner ring 13 is not engaged with the clutch inner ring 13. It can move to the engagement operation position P2 (FIG. 4) which is the most approach position to the wedge space formed with the surface 23. This movement is possible in both forward and reverse directions, and the engagement element 15 is movable relative to the clutch inner ring 13 by a distance twice as long as the neutral position and the engagement operation position P2. The amount of play in the rotational direction between the cage 19 and the clutch inner ring 13, that is, the amount of play X allowed by the switching pin 21 and the loose fitting recess 22 (the amount of play on one side) is determined by the engagement element 15. Is set to be substantially the same as the amount of movement from the neutral position to the engagement operation position P2.

入力部材16の外周にはギヤ27が設けられ、モータ(図示せず)の回転出力を減速する減速機のギヤ28が、ハウジング本体7aの一部に形成された開口部7dから進入して入力部材16のギヤ27に噛み合っている。これにより、モータの回転出力が減速機で減速されて入力軸16に伝達される。   A gear 27 is provided on the outer periphery of the input member 16, and a gear 28 of a speed reducer that reduces the rotational output of a motor (not shown) enters through an opening 7d formed in a part of the housing body 7a and inputs. It is engaged with the gear 27 of the member 16. Thereby, the rotational output of the motor is decelerated by the reduction gear and transmitted to the input shaft 16.

この実施形態のボールねじアクチュエータ機構1Aの動作は、第1の実施形態と同様であるので説明を省略する。   Since the operation of the ball screw actuator mechanism 1A of this embodiment is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted.

図7ないし図13は、逆入力制限手段として用いられるクラッチのさらに他の変形例を示す。この例のクラッチ3Bは、スプラグからなる係合子15Bを用いたものである。外輪14Bは静止系であるハウジング(図1)に固定される。外輪14Bの内径面は、円周面89で形成されている。外輪14Bの内部には、その両側から軸芯上に沿って入力部材16Bとクラッチ内輪13Bが挿入され、入力部材16Bの外径面に、円筒形の外側保持器19Baが圧入固定されている。クラッチ内輪13Bはクラッチ出力部材となる。クラッチ内輪13Bの外径面は、外輪14Bの円筒面89と同軸の円筒面88に形成され、その円筒面88に、円筒形をした内側保持器19Bbがスイッチピン21Bによりノックピン固定されている。外側保持器19Baと内側保持器19Bbには、それぞれ円周方向に等間隔で複数のポケット25Ba,25Bbが形成され、その対向する各ポケット25Ba,25Bbに、スプラグからなる係合子15Bと、係合子15Bを保持する弾性体26Bとが組込まれている。弾性体26Bは、板ばね等のばねからなる。   7 to 13 show still another modification of the clutch used as the reverse input limiting means. The clutch 3B in this example uses an engaging element 15B made of sprags. The outer ring 14B is fixed to a stationary housing (FIG. 1). An inner diameter surface of the outer ring 14 </ b> B is formed by a circumferential surface 89. Inside the outer ring 14B, an input member 16B and a clutch inner ring 13B are inserted from both sides along the axis, and a cylindrical outer cage 19Ba is press-fitted and fixed to the outer diameter surface of the input member 16B. The clutch inner ring 13B serves as a clutch output member. The outer diameter surface of the clutch inner ring 13B is formed on a cylindrical surface 88 coaxial with the cylindrical surface 89 of the outer ring 14B, and a cylindrical inner cage 19Bb is fixed to the cylindrical surface 88 by a switch pin 21B. A plurality of pockets 25Ba and 25Bb are formed at equal intervals in the circumferential direction in the outer retainer 19Ba and the inner retainer 19Bb, respectively, and the opposing pockets 25Ba and 25Bb have an engaging element 15B made of sprags and an engaging element. An elastic body 26B that holds 15B is incorporated. The elastic body 26B is made of a spring such as a leaf spring.

スプラグからなる係合子15Bは、図9に示すように、外径側にO1 を中心とする曲率半径R1 の2つのカム面92,93を有し、内径側にO2 を中心とする曲率半径R2 のカム面94を有しており、円周方向に傾動した時、カム面92と94(反対側に傾動した場合はカム面93と94)が外輪14Bの円筒面89とクラッチ内輪13Bの円筒面88に接触し、係合作動状態(クラッチの噛合い可能状態)となるようになっている。弾性体26Bは、入力部材16Bがクラッチ内輪13Bと円周方向に中立状態にある場合は、スプラグからなる係合子15Bを両側から押圧して起立させ、各円筒面88,89と係合子15とを係合しない中立位置に保持している。   As shown in FIG. 9, the engaging member 15B made of sprags has two cam surfaces 92 and 93 having a radius of curvature R1 centered on O1 on the outer diameter side and a radius of curvature R2 centered on O2 on the inner diameter side. When the cam surface 94 is tilted in the circumferential direction, the cam surfaces 92 and 94 (the cam surfaces 93 and 94 when tilted in the opposite direction) are the cylindrical surface 89 of the outer ring 14B and the cylinder of the clutch inner ring 13B. It comes into contact with the surface 88 and enters an engaged operation state (a state in which the clutch can be engaged). When the input member 16B is in a state of being neutral with the clutch inner ring 13B in the circumferential direction, the elastic body 26B presses and raises the engaging member 15B made of sprags from both sides, and the cylindrical surfaces 88 and 89 and the engaging member 15 Are held in a neutral position where they are not engaged.

一方、クラッチ内輪13Bの表面には、図8に示すように半径方向に延びるスイッチピン21Bが固定され、そのスイッチピン21Bの先端が、外側保持器19Baの周面に設けた角孔等からなる遊嵌凹部22Bに嵌入されている。これらスイッチピン21Bと遊嵌凹部22Bとで連結手段20Bが構成される。上記遊嵌凹部25Bの円周方向の両側壁とスイッチピン21Bとの間には、外側保持器19Ba(入力部材16B)とクラッチ内輪13Bの相対回転を許容する回転方向遊びXが形成されている。この回転方向遊びXの大きさは、図8において、スプラグからなる係合子15Bが係合しない中立位置から係合作動位置まで移動するのに必要な回転量とほぼ同じ大きさに設定されている。   On the other hand, as shown in FIG. 8, a switch pin 21B extending in the radial direction is fixed to the surface of the clutch inner ring 13B, and the tip of the switch pin 21B is formed by a square hole or the like provided in the peripheral surface of the outer cage 19Ba. It is inserted in the loose fitting recess 22B. These switch pins 21B and loose fitting recesses 22B constitute a connecting means 20B. A rotational play X that allows the outer cage 19Ba (input member 16B) and the clutch inner ring 13B to rotate relative to each other is formed between the circumferential side walls of the loose fitting recess 25B and the switch pin 21B. . In FIG. 8, the size of the play X in the rotational direction is set to be approximately the same as the amount of rotation required to move from the neutral position where the engagement element 15B made of sprags is not engaged to the engagement operation position. .

この構成のクラッチ6Bの動作を説明する。入力部材16Bがクラッチ内輪13Bと円周方向に中立状態にある場合は、図10に示すように係合子15Bは弾性体26Bの付勢により円筒面88,89間に係合しない中立状態に保たれる。いま、図11のように、入力部材16Bが矢印方向に回転した場合、入力部材16Bに固定された外側保持器19Baも回転を始める。この外側保持器19Baの回転により、弾性体26Bがスプラグの係合子15Bを傾動させ、係合子15Bのカム面92と94(又は93と94)のそれぞれが外輪14Aの円筒面89とクラッチ内輪13Bの円筒面88に係合し、係合作動状態となる。しかし、このとき、外側保持器19Baの回転により、遊嵌凹部22Bの内壁面とクラッチ内輪13Bに固定されたスイッチピン21Bが接触点Aで接触するため、入力部材16B(外側保持器19Ba)とクラッチ内輪13B(内側保持器19Bb)および係合子15Bは一体となって回転を始める。この時、係合子15Bは、係合作動状態になっているもののクラッチ内輪13Bが回転を始めるため、外輪14Bの円筒面89との接触点での摩擦により起立する側に荷重を受け、クランプすることなく入力部材16Bの回転がクラッチ内輪13Bに伝達される。   The operation of the clutch 6B having this configuration will be described. When the input member 16B is in a circumferentially neutral state with the clutch inner ring 13B, the engaging element 15B is kept in a neutral state in which it is not engaged between the cylindrical surfaces 88 and 89 by the urging of the elastic body 26B as shown in FIG. Be drunk. Now, as shown in FIG. 11, when the input member 16B rotates in the direction of the arrow, the outer cage 19Ba fixed to the input member 16B also starts to rotate. Due to the rotation of the outer cage 19Ba, the elastic body 26B tilts the sprag engagement element 15B, and the cam surfaces 92 and 94 (or 93 and 94) of the engagement element 15B are respectively the cylindrical surface 89 of the outer ring 14A and the clutch inner ring 13B. The cylinder surface 88 is engaged, and the engagement operation state is obtained. However, at this time, the rotation of the outer cage 19Ba causes the switch pin 21B fixed to the inner wall surface of the loose fitting recess 22B and the clutch inner ring 13B to contact at the contact point A, so that the input member 16B (outer cage 19Ba) and The clutch inner ring 13B (inner retainer 19Bb) and the engagement element 15B start to rotate together. At this time, the engagement element 15B is engaged and activated, but the clutch inner ring 13B begins to rotate, so that it receives and clamps a load on the side where the outer ring 14B stands by friction at the contact point with the cylindrical surface 89. Without rotation, the rotation of the input member 16B is transmitted to the clutch inner ring 13B.

一方、クラッチ内輪13B側で反力が発生し、クラッチ内輪13Bが図12の矢印方向に回転をしようとした場合、スプラグの係合子15Bは所定の楔角αを持って内外の円筒面88と89間に係合するため、クラッチ内輪13Bの回転は止まり、入力部材16Bには伝達されない。このとき、係合子15Bが図のように係合した状態から入力部材16Bを回転させる状態を考えると、先ず、図12で入力部材16Bを時計回りに回転させた場合は、外側保持器19Baの遊嵌凹部22Bの壁面とスイッチピン21Bが接触するため、クラッチ内輪13Bも時計回りに回転し、係合子15Bは外輪14Bの円筒面89との接触により起立する方向に摩擦力を受けて空転し、クラッチ内輪13Bは入力部材16Bにより回転させられる。一方、図13で入力部材16Bを反時計回りに回転させた場合は、外側保持器19Baのポケット25Baの側面が係合子15Bと接触点Bで接触し、内外の円筒面88,89間に係合していた係合子15Bが起立させられ、係合が解除されるため、逆回転が可能になる。   On the other hand, when a reaction force is generated on the clutch inner ring 13B side and the clutch inner ring 13B attempts to rotate in the direction of the arrow in FIG. 12, the sprag engagement member 15B has a predetermined wedge angle α with the inner and outer cylindrical surfaces 88. Since it is engaged between the clutches 89, the rotation of the clutch inner ring 13B stops and is not transmitted to the input member 16B. At this time, considering the state in which the input member 16B is rotated from the state in which the engagement element 15B is engaged as shown in the figure, first, when the input member 16B is rotated clockwise in FIG. 12, the outer cage 19Ba Since the wall surface of the loose fitting recess 22B and the switch pin 21B are in contact with each other, the clutch inner ring 13B is also rotated clockwise, and the engagement element 15B is idled by receiving frictional force in a direction to stand by contact with the cylindrical surface 89 of the outer ring 14B. The clutch inner ring 13B is rotated by the input member 16B. On the other hand, when the input member 16B is rotated counterclockwise in FIG. 13, the side surface of the pocket 25Ba of the outer cage 19Ba comes into contact with the engaging element 15B at the contact point B, and is engaged between the inner and outer cylindrical surfaces 88 and 89. Since the engaged engagement element 15B is raised and the engagement is released, reverse rotation is possible.

なお、上記各実施形態では、クラッチ3として2ウェイクラッチを用いた場合を例示して説明したが、逆入力制限型のワンウェイクラッチを用いても良い。ワンウェイクラッチとする場合、例えば、入力部材からナットへの回転は総方向とも伝達するが、ナットから前記入力部材への回転伝達は、正逆いずれかの方向のみ遮断するものとされる。このようなワンウェイクラッチは、図2に示す2ウェイクラッチ型のクラッチ3において、内輪13と外輪14の間に双方向の楔空間を形成した構成に代えて、一方向の楔空間を形成することで得られる。   In each of the above-described embodiments, the case where a two-way clutch is used as the clutch 3 is described as an example. However, a reverse input restriction type one-way clutch may be used. In the case of a one-way clutch, for example, rotation from the input member to the nut is transmitted in all directions, but rotation transmission from the nut to the input member is interrupted only in either the forward or reverse direction. Such a one-way clutch forms a wedge space in one direction instead of a configuration in which a bidirectional wedge space is formed between the inner ring 13 and the outer ring 14 in the two-way clutch type clutch 3 shown in FIG. It is obtained by.

なお、上記各実施形態において、クラッチ3,3Bはローラ式またはスプラグ式のものとしたが、クラッチ3は逆入力制限型のものであれば良く、例えばスプリングクラッチ形式のものであってもよい   In each of the above embodiments, the clutches 3 and 3B are of a roller type or a sprag type. However, the clutch 3 may be of a reverse input limiting type, for example, a spring clutch type.

この発明の第1の実施形態にかかる可変圧縮比エンジン用ボールねじアクチュエータ機構の縦断面図である。1 is a longitudinal sectional view of a ball screw actuator mechanism for a variable compression ratio engine according to a first embodiment of the present invention. 同ボールねじアクチュエータ機構のクラッチ部分の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the clutch part of the ball screw actuator mechanism. 同クラッチの横断面図である。It is a cross-sectional view of the clutch. 同クラッチの動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of the clutch. 同ボールねじアクチュエータ機構を用いた可変圧縮比エンジンの一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the variable compression ratio engine using the ball screw actuator mechanism. この発明の他の実施形態にかかる可変圧縮比エンジン用ボールねじアクチュエータ機構の断面図である。It is sectional drawing of the ball screw actuator mechanism for variable compression ratio engines concerning other embodiment of this invention. この発明のさらに他の実施形態にかかる可変圧縮比エンジン用ボールねじアクチュエータ機構におけるクラッチの縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the clutch in the ball screw actuator mechanism for variable compression ratio engines concerning further another embodiment of this invention. 同クラッチの横断面図である。It is a cross-sectional view of the clutch. 同クラッチのスプラグからなる係合子の説明図である。It is explanatory drawing of the engaging element which consists of a sprag of the clutch. 同クラッチの動作状態の説明図である。It is explanatory drawing of the operation state of the clutch. 同クラッチの他の動作状態の説明図である。It is explanatory drawing of the other operation state of the clutch. 同クラッチのさらに他の動作状態の説明図である。It is explanatory drawing of the other operation state of the clutch. 同クラッチのさらに他の動作状態の説明図である。It is explanatory drawing of the other operation state of the clutch.

符号の説明Explanation of symbols

1…可変圧縮比エンジン用ボールねじアクチュエータ機構
2…ボールねじ
3,3A…クラッチ
4…ねじ軸
5…ナット
13…クラッチ内輪
14…クラッチ外輪
15,15A,15B…係合子
16…入力部材
19,19B…保持器
20,20B…連結機構
21,21B…スイッチングピン
22,22B…遊嵌凹部
24…カム面
70…可変圧縮比機構
72…往復操作子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Variable screw ratio engine ball screw actuator mechanism 2 ... Ball screw 3, 3A ... Clutch 4 ... Screw shaft 5 ... Nut 13 ... Clutch inner ring 14 ... Clutch outer ring 15, 15A, 15B ... Encoder 16 ... Input members 19, 19B ... Retainer 20, 20B ... Connection mechanism 21, 21B ... Switching pin 22,22B ... Free fitting recess 24 ... Cam surface 70 ... Variable compression ratio mechanism 72 ... Reciprocating operator

Claims (4)

往復操作子の進退位置によってピストンの上死点位置を変更し圧縮比を変えるようした可変圧縮比エンジンに用いられ、上記往復操作子を進退動作させる可変圧縮比エンジン用ボールねじアクチュエータ機構であって、
ねじ軸とナットのねじ溝間に複数のボールを介在させてなり、ハウジングに対して前記ナットが回転自在に設置され前記ねじ軸が進退のみ自在とされたボールねじと、モータの回転を前記ボールねじのナットに伝達する回転伝達系と、この回転伝達系に介在させたクラッチとを備え、このクラッチは、前記モータの駆動が入力される入力部材からナットへの回転を伝達するが、ナットから前記入力部材への回転伝達は遮断する逆入力制限型のクラッチとしたことを特徴とする可変圧縮比エンジン用ボールねじアクチュエータ機構。
A ball screw actuator mechanism for a variable compression ratio engine that is used in a variable compression ratio engine that changes the compression ratio by changing the top dead center position of the piston according to the reciprocating position of the reciprocating element. ,
A ball screw in which a plurality of balls are interposed between a screw shaft and a screw groove of the nut, the nut is rotatably installed with respect to the housing, and the screw shaft is allowed to advance and retreat, and the motor rotates the ball. A rotation transmission system for transmitting to the nut of the screw, and a clutch interposed in the rotation transmission system, the clutch transmits the rotation from the input member to which the drive of the motor is input to the nut; A ball screw actuator mechanism for a variable compression ratio engine, characterized in that it is a reverse input limiting clutch that blocks transmission of rotation to the input member.
請求項1において、前記クラッチは、前記ハウジングに固定されるクラッチ外輪と、このクラッチ外輪の内周に位置する回転自在なクラッチ内輪と、これらクラッチ外輪およびクラッチ内輪間に介在した複数の係合子と、これら複数の係合子を保持する保持器とを有し、この保持器が入力部材となるものとした可変圧縮比エンジン用ボールねじアクチュエータ機構。   2. The clutch according to claim 1, wherein the clutch includes a clutch outer ring fixed to the housing, a rotatable clutch inner ring positioned on an inner periphery of the clutch outer ring, and a plurality of engagement elements interposed between the clutch outer ring and the clutch inner ring. And a ball screw actuator mechanism for a variable compression ratio engine having a retainer for holding the plurality of engagement elements, and the retainer serves as an input member. 請求項2において、前記係合子がローラからなり、前記クラッチ内輪とクラッチ外輪との間に前記係合子を噛み込む楔状空間を形成するカム面がクラッチ内輪の外径面に設けられ、前記保持器とクラッチ内輪とを、回転方向に所定の遊びを介して連結する連結手段を有するものとしたクラッチ付きボールねじ。   3. The retainer according to claim 2, wherein the engagement element comprises a roller, and a cam surface that forms a wedge-shaped space for engaging the engagement element between the clutch inner ring and the clutch outer ring is provided on an outer diameter surface of the clutch inner ring. And a clutch-equipped ball screw having coupling means for coupling the inner ring and the clutch inner ring in a rotational direction via a predetermined play. 請求項1ないし請求項3のいずれか1項において、前記クラッチ部がツーウェイクラッチであるクラッチ付きボールねじ。
The ball screw with a clutch according to any one of claims 1 to 3, wherein the clutch portion is a two-way clutch.
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