JP2005214088A - Ball screw actuator mechanism for variable compression ratio engine - Google Patents
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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1PROBLEM 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,
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。
In the wheel steering device, a combination of a ball screw and a reverse input limiting type clutch is disclosed in
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
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
The
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
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
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
As shown in an enlarged view in FIG. 2, the clutch
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Claims (4)
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.
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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