JP2004218651A - Ball screw mechanism and valve system - Google Patents

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JP2004218651A
JP2004218651A JP2003002973A JP2003002973A JP2004218651A JP 2004218651 A JP2004218651 A JP 2004218651A JP 2003002973 A JP2003002973 A JP 2003002973A JP 2003002973 A JP2003002973 A JP 2003002973A JP 2004218651 A JP2004218651 A JP 2004218651A
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JP
Japan
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nut
ball screw
valve
screw mechanism
bearing
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Withdrawn
Application number
JP2003002973A
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Japanese (ja)
Inventor
Ryoichi Otaki
亮一 大滝
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NSK Ltd
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NSK Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compact ball screw mechanism of an excellent assembly property, and a valve system mechanism capable of obtaining variable valve timing or the like using an electric motor while saving energy. <P>SOLUTION: A roller bearing 11 having a plurality of rollers 11b is disposed between a housing 10 and a nut 5. The outer circumferential surface of the nut 5 forms the rolling surface of the roller bearing 11, and the nut 5 is assembled so as to be relatively movable in the axial direction to the roller bearing 11. After the bearing is assembled with the housing, the nut can be assembled therewith, and the assembly property becomes excellent while achieving a compact configuration by omitting an inner ring of the roller bearing 11. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボールねじ機構及び動弁機構に関し、特に、バルブの開閉タイミング等を変更できる動弁機構及びそれに用いられると好適なボールねじ機構に関する。
【0002】
【従来の技術】
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動弁機構が、例えば以下の非特許文献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。
【非特許文献1】
自動車技術会誌Vol.56,No.2,2002,P44〜49
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記非特許文献1に開示された動弁機構においては、電動モータの駆動力を、ネジ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。ここで内燃機関に、かかる動弁機構を組み込むためには、各部品をよりコンパクトに組み込む必要がある。しかるに、例えばチューブ循環式ボールねじ機構におけるナットは、ネジ軸とナットとの間の転動路に沿って移動するボールを戻すためのチューブを、その外周に設けているために、一般的にナット外周が非円形となっているため、周囲の空間の有効利用を図れないという問題がある。そこで、以下の特許文献1においては、エンドキャップ循環式ボールねじ機構を用いることで、ナット外形を円形とし、更にナット外周面に軸受の内輪軌道面を直接形成して、ナット半径方向の寸法を抑えたコンパクトな構成を提供している。
【特許文献1】
特開2000−310310号公報
【0006】
ところが、上記特許文献1に記載のエンドキャップ式ボールねじ機構を、上述の動弁機構に用いる場合には、ナット及び軸受のハウジングに対する組み込み上の問題がある。より具体的には、ナットに軸受を組み付けた後、ハウジング内に挿入するが、軸受の内輪を兼ねるナットは、軸線方向に長く且つ完全な円筒形でないため、ボールと外輪とを、通常の軸受の内輪に組み付ける場合に比べると組み込みに手間がかかる。又、軸受と組み合わされてアッセンブリとなったナットをハウジングに挿入するときに、外輪とハウジングとの間がしまり嵌めであるならば、治具を用いて挿入しなくてはならず手間がかかりコストが増大する。尚、例えば外輪を軸線方向に二分し、ナットの内輪軌道面に整列させたボールを、二分した外輪でナットの軸線方向両側から挟むようにすれば、ナット外周への玉軸受の組付をより容易に行えるようになるが、かかるナットと玉軸受のアッセンブリを、ハウジングに組み込む際の困難性は依然として残存する。
【0007】
本発明は、かかる従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、コンパクトながら組み付け性に優れるボールねじ機構、及び省エネを図りながらも、電動モータを用いて可変バルブタイミング等を可能とすることができる動弁機構を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明のボールねじ機構は、外周面にネジ溝を形成したネジ軸と、前記ネジ軸を包囲するように配置され且つ内周面にネジ溝を形成したナットと、対向する両ネジ溝間に転動自在に配置された複数のボールとを有するボールねじ機構において、
ハウジングと、前記ナットとの間に、複数の転動体を有する軸受を配置しており、前記ナットの外周面は、円筒状又はテーパ状である前記軸受の転動体の転動面を有しており、前記ナットは前記軸受に対して軸線方向に相対移動させることで組み付けられることを特徴とする。
【0009】
【作用】
本発明のボールねじ機構において、ハウジングと、前記ナットとの間に、複数の転動体を有する軸受を配置しており、前記ナットの外周面は、円筒状又はテーパ状である前記軸受の転動体の転動面を有しており、前記ナットは前記軸受に対して軸線方向に相対移動させることで組み付けられるようになっているので、前記ハウジングに前記軸受を組み付けた後に、前記ナットを組み付けることが可能となり、前記軸受の内輪を省略することでコンパクトな構成を達成しながらも、組み付け性が良好となっている。尚、前記ナットを前記軸受に対して軸線方向に相対移動させることで組み付けるために、前記軸受はころ軸受であると、前記ナット外周を精度の良い円筒状面とするだけで足り、コストが低減して好ましいが、アンギュラ玉軸受でも良い。
【0010】
更に、前記ナットの外周面には、駆動力伝達用のギヤが取り付けられていると好ましい。
【0011】
又、前記ギヤはウォームホイールであると好ましい。
【0012】
更に、前記ボールねじ機構は、エンドキャップ循環式ボールねじ機構であると好ましい。
【0013】
又、バルブの開閉状態を変更可能な動弁機構が、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動力伝達機構とを備え、前記動力伝達機構は、ウォームギヤ機構と、上述したボールねじ機構とを有するので、前記ウォームギヤ機構のウォームのリードを適切に設定することにより、前記コントロールシャフトより強い力が伝達された場合でも、かかる力が前記電動モータに伝達されることが抑制され、それにより電動モータに常時通電しなくても、前記コントロールシャフトの回転位置を維持できるため、省エネが図れる。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。
【0014】
【発明の実施の形態】
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ねじ機構を含む、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、ネジ軸4に連結されている。ナット5とネジ軸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、更にネジ軸4と電動モータ1とは、ウォームギヤ機構(2,3)を介して所定の減速比を与えるように連結されている。ECU111は、ポジションセンサ109からの信号を受信し、それに応じて電動モータ1を駆動制御するようになっている。
【0017】
図2は、図1の動弁機構における駆動部を示す部分断面図である。図3は、図2の駆動部を矢印III方向から見た図である。図3において、ハウジング10に固定された電動モータ1の回転軸1aの先端には、ウォーム2が形成されている。ウォーム2は、ウォームホイール3に噛合している。尚、ウォーム2とウォームホイール3とで、ウォームギヤ機構を構成する。
【0018】
図2に示すように、駆動力伝達用のギヤであるウォームホイール3は、円筒上面であるナット5の第1外周面5fに圧入嵌合されて、一体的に回転するようになっている。ナット5は、第1外周面5fより大径の円筒状面である第2外周面5gにより、ハウジング10の開口10aに対し、ころ軸受11を介在させた状態で回転自在に支持されている。ころ軸受11は、開口10aに嵌め込まれた外輪11aと、複数の転動体であるころ11bと、不図示の保持器とを有するが、ころ軸受11の内輪軌道面(転動面ともいう)は、ナット5の第2外周面5gとなっている。従って、内輪が存在しない分、ころ軸受11の外径は小さくなっており、本実施の形態のコンパクト化に貢献する。
【0019】
ナット5を貫通するネジ軸4の端部に連結された第3のリンク110は、コントロールシャフト102の中心以外の位置にピン結合されている。ネジ軸4の外周面には4条の外ネジ溝4aが形成され(簡略化して図示)、ネジ軸4を包囲するナット5の内周面には4条の内ネジ溝5aが形成され、外ネジ溝4aと内ネジ溝5aとで形成される空間(転動路)内を、多数のボール6が転動自在に配置されている。尚、ナット5は、両端にキャップ5bを有し、キャップ5b内の通路5c及びナット5の内部に形成された通路5dとを介して、ボール6は、ネジ溝4a、5aの一端側から他端側へと循環されるようになっている。
【0020】
ネジ軸4が相対回転するナット5に応じて図2で左方に移動するものとすると、第1条目と第2条目のネジ溝4a、5aに沿ってナット5の約1/2周(0.5巻き)分転動してきたボール6は、ナット5の一端側の位置でエンドキャップ5bの通路によりすくい上げられ、ナット5内を軸線方向に伸びる通路を通って、ナット5の他端側の位置で第3条目と第4条目のネジ溝4a、5aに、それぞれ戻されるようになっている。
【0021】
すなわち、本実施の形態の場合、ナット5内における第1条目のネジ溝から構成される転動路と、第3条目のネジ溝から構成される転動路とは、それぞれ両端が連結されて閉回路となっており、ナット5内における第2条目のネジ溝から構成される転動路と、第4条目のネジ溝から構成される転動路とは、それぞれ両端が連結されて閉回路となっているが、閉回路のパターンは以上に限られない。ネジ軸4と、ナット5と、ボール6とで、エンドキャップ循環式ボールねじ機構を構成する。又、エンドキャップ循環式ボールねじ機構と、上述したウォームギヤ機構とで動力伝達機構を構成する。
【0022】
かかる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。
【0023】
上述したように、ECU111の駆動制御により、電動モータ1が駆動され、回転軸1aが回転すると、噛合しているウォーム2とウォームホイール3とが回転し、ネジ軸4に回転力が伝達される。ネジ軸4の回転は、ナット5の軸線方向移動に変換され、第3のリンク110が軸線に沿って移動することで、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。
【0024】
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。
【0025】
本実施の形態によれば、例えばコントロールシャフト102を任意の回転位置に設定した後は、ロッカーアーム104に大きな力が付与されても、ウォーム機構の特性により、ネジ軸4から電動モータ1側に力が伝達されることが阻止されるので、電動モータ1に常時通電する必要はなく、省エネが図れる。更に、本実施の形態において、ネジ軸4及びナット5のネジ溝4a、5aが4条であり、且つ1条のネジ溝に沿ってナット5の一端側から他端側へと転動したボール6が、別のネジ溝に戻されるようになっているので、ナット5の軸線方向長を短くすることができ、コンパクトな動弁機構を提供できる。
【0026】
ナット5をハウジング10に組み付ける際には、まずころ軸受11をハウジング10の開口10a内に装着し(不図示の保持器でころ11bは等間隔に保持されている状態)、次に、ころ軸受11の内部にナット5を軸線方向に相対移動させて組み付ける。本実施の形態によれば、ころ11bの転動面である第2外周面5gが円筒状であるから、ハウジング10にころ軸受11を組み付けた状態でも、その内側へのナット5の軸線方向の円滑な挿入が許容されるため、容易にナット5の組付けを行えるようになっている。
【0027】
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、ナット5の第2外周面5gは円筒状でなく、一方向に傾斜したテーパ状であっても良い。この場合、ころ軸受11は、円筒ころ軸受でなく、テーパころ軸受となる。又、ネジ溝の条数や巻き数は、以上に限らず種々の組み合わせが考えられる。更に、本発明はチューブ循環式ボールねじ機構にも適用できるが、エンドキャップ循環式ボールねじ機構がより効果を発揮する。加えて、バルブタイミング、バルブリフト量、位相等を変更する機構は、図1のタイプにこだわらず、あらゆるタイプを用いることができる。
【0028】
【発明の効果】
本発明のボールねじ機構において、ハウジングと、前記ナットとの間に、複数の転動体を有する軸受を配置しており、前記ナットの外周面は、円筒状又はテーパ状である前記軸受の転動体の転動面を有しており、前記ナットは前記軸受に対して軸線方向に相対移動させることで組み付けられるようになっているので、前記ハウジングに前記軸受を組み付けた後に、前記ナットを組み付けることが可能となり、前記軸受の内輪を省略することでコンパクトな構成を達成しながらも、組み付け性が良好となっている。
【0029】
又、バルブの開閉状態を変更可能な動弁機構が、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動力伝達機構とを備え、前記動力伝達機構は、ウォームギヤ機構と、上述したボールねじ機構とを有するので、前記ウォームギヤ機構の特性により、前記コントロールシャフトより強い力が伝達された場合でも、かかる力が前記電動モータに伝達されることが抑制され、それにより電動モータに常時通電しなくても、前記コントロールシャフトの回転位置を維持できるため、省エネが図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施の形態であるバルブタイミング及びバルブリフトを変更できる動弁機構の斜視図である。
【図2】図1の動弁機構における駆動部(動力伝達機構を含む)を示す部分断面図である。
【図3】図2の駆動部を矢印方向から見た図である。
【図4】ロッカーアーム104位置と、バルブ108のリフト量の変化を示す図である。
【符号の説明】
1 電動モータ
2 ウォーム
3 ウォームホイール
4 ネジ軸
5 ナット
6 ボール
10 ハウジング
11 ころ軸受
101 ドライブシャフト
102 コントロールシャフト
104 ロッカーアーム
106 アウトプットカム
108 バルブ
111 ECU
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a ball screw mechanism and a valve operating mechanism, and more particularly to a valve operating mechanism capable of changing the opening / closing timing of a valve and a ball screw mechanism suitable for use in the valve operating mechanism.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, an internal combustion engine mounted on a vehicle often uses a variable valve timing type valve operating mechanism that changes a valve opening / closing timing according to an engine speed or a load. In such a valve operating mechanism, for example, by applying a hydraulic pressure, the phase between the sprocket and the camshaft synchronized with the crankshaft can be changed, thereby making the valve timing variable.
[0003]
However, in the above-described conventional valve operating mechanism, a hydraulic pressure is required to make the valve timing and the like variable, and therefore, it is necessary to provide a hydraulic pump. In an internal combustion engine, a hydraulic pump for lubricating various parts is generally installed.However, if hydraulic pressure is used to achieve variable valve timing or the like, a larger capacity hydraulic pump is required, and Since the motive power is taken out from the crankshaft, there is a problem that fuel consumption is deteriorated accordingly.
[0004]
On the other hand, a valve operating mechanism that changes valve timing or the like using the power of an electric motor is known as disclosed in, for example, Non-Patent Document 1 below. According to this technique, by changing the valve timing and the like using the power of the electric motor, it is not necessary to directly take out the power from the crankshaft, and the fuel efficiency can be improved.
[Non-patent document 1]
Journal of the Society of Automotive Engineers of Japan, Vol. 56, no. 2, 2002, P44-49
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the valve train disclosed in Non-Patent Document 1, the driving force of the electric motor is transmitted to a control shaft that changes valve timing and the like via a ball screw mechanism including a screw shaft and a nut. ing. Here, in order to incorporate such a valve train into an internal combustion engine, it is necessary to incorporate each component more compactly. However, for example, a nut in a tube circulation type ball screw mechanism generally has a nut for returning a ball moving along a rolling path between the screw shaft and the nut on its outer periphery. Since the outer circumference is non-circular, there is a problem that the surrounding space cannot be effectively used. Therefore, in Patent Document 1 below, by using an end cap circulation type ball screw mechanism, the outer shape of the nut is made circular, and further, the inner raceway surface of the bearing is formed directly on the outer peripheral surface of the nut to reduce the dimension in the nut radial direction. It offers a compact configuration that is kept low.
[Patent Document 1]
JP 2000-310310 A
However, when the end cap type ball screw mechanism described in Patent Document 1 is used for the above-described valve mechanism, there is a problem in assembling the nut and the bearing into the housing. More specifically, after the bearing is assembled to the nut, the bearing is inserted into the housing. However, since the nut also serving as the inner ring of the bearing is long in the axial direction and is not completely cylindrical, the ball and the outer ring are connected to a normal bearing. It takes more time to assemble than when assembling to the inner ring. Also, when inserting the nut assembled into the housing with the bearing into the housing, if the outer ring and the housing are tightly fitted, they must be inserted using a jig, which is troublesome and costly. Increase. For example, if the outer ring is bisected in the axial direction, and the ball aligned with the inner ring raceway surface of the nut is sandwiched between the two axially opposite sides of the nut by the bisected outer ring, it is possible to further assemble the ball bearing around the outer periphery of the nut. Although easier to do, the difficulties of incorporating such nut and ball bearing assemblies into the housing still remain.
[0007]
The present invention has been made in view of the problems of the related art, and it is possible to achieve a variable valve timing and the like using an electric motor while achieving a compact ball screw mechanism with excellent assemblability and energy saving. It is an object of the present invention to provide a valve operating mechanism that can be used.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The ball screw mechanism of the present invention includes a screw shaft having a thread groove formed on an outer peripheral surface, a nut disposed to surround the screw shaft and having a thread groove formed on an inner peripheral surface, and a ball screw mechanism formed between the opposed screw grooves. In a ball screw mechanism having a plurality of balls arranged rotatably,
A bearing having a plurality of rolling elements is arranged between the housing and the nut, and an outer peripheral surface of the nut has a rolling surface of a rolling element of the bearing having a cylindrical or tapered shape. The nut is attached by moving the bearing relative to the bearing in the axial direction.
[0009]
[Action]
In the ball screw mechanism of the present invention, a bearing having a plurality of rolling elements is arranged between the housing and the nut, and an outer peripheral surface of the nut is a cylindrical or tapered rolling element of the bearing. Since the nut is assembled by moving the nut relative to the bearing in the axial direction, the nut is assembled after the bearing is assembled to the housing. This makes it possible to achieve a compact structure by omitting the inner ring of the bearing, while improving the ease of assembly. In order to assemble the nut by moving the nut relative to the bearing in the axial direction, if the bearing is a roller bearing, it is sufficient to simply provide the nut outer periphery with a highly accurate cylindrical surface, thereby reducing costs. However, an angular ball bearing may be used.
[0010]
Further, it is preferable that a gear for transmitting driving force is attached to an outer peripheral surface of the nut.
[0011]
Preferably, the gear is a worm wheel.
[0012]
Further, it is preferable that the ball screw mechanism is an end cap circulation type ball screw mechanism.
[0013]
Further, a valve mechanism capable of changing the open / close state of the valve is rotationally displaced, whereby a control shaft for changing the open / close state of the valve, an electric motor, and power for transmitting the power of the electric motor to the control shaft. Since the power transmission mechanism includes a worm gear mechanism and the above-described ball screw mechanism, by appropriately setting the worm lead of the worm gear mechanism, a stronger force is transmitted than the control shaft. Even in such a case, the transmission of the force to the electric motor is suppressed, whereby the rotational position of the control shaft can be maintained without constantly energizing the electric motor, thereby saving energy. The “open / closed state of the valve” refers to a valve timing, a valve lift amount, a phase, and the like, but is not limited thereto.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of a valve operating mechanism including a ball screw mechanism according to the present embodiment and capable of changing valve timing and valve lift. In FIG. 1, two valves on the intake side of one cylinder of the internal combustion engine are illustrated for easy understanding.
[0015]
In FIG. 1, a drive shaft 101 rotatably attached to a cylinder head (not shown) and a control shaft 102 extend in parallel. A disc-shaped eccentric cam 101a is formed on the drive shaft 101, and a disc-shaped eccentric cam 102a is also formed on the control shaft 102. A locker having an upper portion of a first link 103 having a hole 103a for engaging with the eccentric cam 101a of the drive shaft 101, extending toward the control shaft 102, and having a hole 104a for engaging with the eccentric cam 102a of the control shaft 102. The arm 104 is pivotally attached to one end. An upper end of a second link 105 is pivotally attached to the other end of the rocker arm 104, and a lower end of the second link 105 is connected to an output cam 106 that is swingably attached to the drive shaft 101. It is arranged to abut. The output cam 106 is in contact with the upper surfaces of a pair of cylindrical valve lifters 107, and each valve lifter 107 is in contact with the stem upper end of the valve 108.
[0016]
At one end of the control shaft 102, a position sensor 109 for detecting its rotational position is attached, and is connected to the screw shaft 4 via a third link 110. The nut 5 and the screw shaft 4 are connected so as to be able to convert between rotational movement and axial movement, and the screw shaft 4 and the electric motor 1 have a predetermined reduction ratio via the worm gear mechanism (2, 3). Linked to give. The ECU 111 receives a signal from the position sensor 109 and drives and controls the electric motor 1 in accordance with the signal.
[0017]
FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing a drive unit in the valve train of FIG. FIG. 3 is a diagram of the driving unit of FIG. 2 as viewed from the direction of arrow III. In FIG. 3, a worm 2 is formed at the tip of the rotating shaft 1a of the electric motor 1 fixed to the housing 10. The worm 2 meshes with the worm wheel 3. Note that the worm 2 and the worm wheel 3 constitute a worm gear mechanism.
[0018]
As shown in FIG. 2, the worm wheel 3, which is a gear for transmitting driving force, is press-fitted to a first outer peripheral surface 5f of a nut 5, which is a cylindrical upper surface, so as to rotate integrally. The nut 5 is rotatably supported by the second outer peripheral surface 5g, which is a cylindrical surface having a diameter larger than that of the first outer peripheral surface 5f, with the roller bearing 11 interposed in the opening 10a of the housing 10. The roller bearing 11 includes an outer ring 11a fitted into the opening 10a, a plurality of rollers 11b as rolling elements, and a retainer (not shown). The inner ring raceway surface (also referred to as a rolling surface) of the roller bearing 11 is provided. , 5 g of the second outer peripheral surface of the nut 5. Therefore, the outer diameter of the roller bearing 11 is reduced by the absence of the inner ring, which contributes to downsizing of the present embodiment.
[0019]
A third link 110 connected to the end of the screw shaft 4 passing through the nut 5 is pin-connected to a position other than the center of the control shaft 102. Four outer thread grooves 4a are formed on the outer peripheral surface of the screw shaft 4 (simplified and shown), and four inner thread grooves 5a are formed on the inner peripheral surface of the nut 5 surrounding the screw shaft 4. A large number of balls 6 are rotatably arranged in a space (rolling path) formed by the outer screw groove 4a and the inner screw groove 5a. The nut 5 has caps 5b at both ends, and the ball 6 is connected to one end of the thread grooves 4a, 5a via a passage 5c in the cap 5b and a passage 5d formed inside the nut 5. It is circulated to the end side.
[0020]
Assuming that the screw shaft 4 moves to the left in FIG. 2 in accordance with the nut 5 that rotates relatively, the screw shaft 4 moves about half the circumference (0) of the nut 5 along the first and second thread grooves 4a, 5a. The ball 6 which has been rolled for 0.5 times is scooped up by the passage of the end cap 5b at the position of one end of the nut 5, passes through the passage extending in the nut 5 in the axial direction, and passes through the other end of the nut 5. At the position, the screws are returned to the third and fourth thread grooves 4a and 5a, respectively.
[0021]
That is, in the case of the present embodiment, both ends of the rolling path formed of the first thread groove and the rolling path formed of the third screw groove in the nut 5 are connected to each other. Both ends of the rolling path formed of the second threaded groove and the rolling path formed of the fourth threaded groove in the nut 5 are connected to form a closed circuit. However, the pattern of the closed circuit is not limited to the above. The screw shaft 4, the nut 5, and the ball 6 constitute an end cap circulation type ball screw mechanism. Further, a power transmission mechanism is constituted by the end cap circulation type ball screw mechanism and the worm gear mechanism described above.
[0022]
The operation of the valve train will be described. When the drive shaft 101 rotates in synchronization with a crankshaft (not shown), the eccentric cam 101a moves eccentrically and reciprocates the first link 103 up and down. When the first link 103 reciprocates up and down, the rocker arm 104 swings accordingly. Due to the rocking movement of the rocker arm 104, the second link 105 reciprocates up and down, and rocks the output cam 106. The swing of the output cam 106 causes the valve 108 to reciprocate via the valve lifter 107 abutting on the output cam 106.
[0023]
As described above, when the electric motor 1 is driven by the drive control of the ECU 111 and the rotating shaft 1 a rotates, the meshed worm 2 and the worm wheel 3 rotate, and the torque is transmitted to the screw shaft 4. . The rotation of the screw shaft 4 is converted into the axial movement of the nut 5, and the control shaft 102 is rotationally displaced by moving the third link 110 along the axis. Since the eccentric cam 102a is rotationally displaced in accordance with the rotational position of the control shaft 102, and thereby the rocker arm 104 is displaced, a desired valve timing or the like can be set accordingly.
[0024]
FIG. 4 is a diagram showing the position of the rocker arm 104 and the change in the lift amount of the valve 108. For example, Δ1 (FIG. 4 (b)), which is the difference between the top dead center (a) and the bottom dead center (b) when the control shaft 102 is set at the positions shown in FIGS. When the control shaft 102 is set at the positions shown in FIGS. 4C and 4D, it is larger than Δ2 (FIG. 4D), which is the difference between the top dead center (c) and the bottom dead center (d). can do. Further, by rotating the control shaft 102 in synchronization with the drive shaft 101, the valve timing and the phase can be changed.
[0025]
According to the present embodiment, for example, after the control shaft 102 is set at an arbitrary rotation position, even if a large force is applied to the rocker arm 104, the characteristic of the worm mechanism causes the screw shaft 4 to move from the screw shaft 4 to the electric motor 1 side. Since the transmission of the force is prevented, it is not necessary to always energize the electric motor 1, and energy can be saved. Further, in the present embodiment, the screw shaft 4 and the nut 5 have four thread grooves 4a, 5a, and the ball rolled from one end of the nut 5 to the other end along one thread groove. Since the nut 6 is returned to another thread groove, the axial length of the nut 5 can be shortened, and a compact valve mechanism can be provided.
[0026]
When assembling the nut 5 to the housing 10, the roller bearing 11 is first mounted in the opening 10a of the housing 10 (the rollers 11b are held at equal intervals by a retainer (not shown)), and then the roller bearing is mounted. The nut 5 is assembled by being moved relative to the inside of the nut 11 in the axial direction. According to the present embodiment, since the second outer peripheral surface 5g, which is the rolling surface of the roller 11b, is cylindrical, even if the roller bearing 11 is assembled to the housing 10, the nut 5 inwardly extends in the axial direction. Since smooth insertion is allowed, the nut 5 can be easily assembled.
[0027]
As described above, the present invention has been described with reference to the embodiments. However, the present invention should not be construed as being limited to the above embodiments, and it is needless to say that modifications and improvements can be made as appropriate. For example, the second outer peripheral surface 5g of the nut 5 may not be cylindrical but may be tapered in one direction. In this case, the roller bearing 11 is not a cylindrical roller bearing but a tapered roller bearing. Further, the number of threads and the number of turns of the screw groove are not limited to the above, and various combinations can be considered. Further, the present invention can be applied to a tube circulation type ball screw mechanism, but an end cap circulation type ball screw mechanism is more effective. In addition, any type of mechanism for changing the valve timing, the valve lift, the phase, and the like can be used regardless of the type shown in FIG.
[0028]
【The invention's effect】
In the ball screw mechanism of the present invention, a bearing having a plurality of rolling elements is arranged between the housing and the nut, and an outer peripheral surface of the nut is a rolling element of the bearing having a cylindrical or tapered shape. Since the nut is assembled by moving the nut relative to the bearing in the axial direction, the nut is assembled after the bearing is assembled to the housing. This makes it possible to achieve a compact structure by omitting the inner ring of the bearing, and to improve the assemblability.
[0029]
Further, a valve mechanism capable of changing the open / close state of the valve is rotationally displaced, whereby a control shaft for changing the open / close state of the valve, an electric motor, and power for transmitting the power of the electric motor to the control shaft. Transmission mechanism, the power transmission mechanism includes a worm gear mechanism and the above-described ball screw mechanism, so that even when a stronger force is transmitted than the control shaft due to the characteristics of the worm gear mechanism, the force is reduced to Transmission to the electric motor is suppressed, whereby the rotational position of the control shaft can be maintained without constantly energizing the electric motor, thereby saving energy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a valve operating mechanism that can change a valve timing and a valve lift according to the present embodiment.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing a drive unit (including a power transmission mechanism) in the valve train of FIG.
FIG. 3 is a view of the driving unit of FIG. 2 as viewed from a direction of an arrow.
FIG. 4 is a diagram showing a change in the position of the rocker arm 104 and a lift amount of a valve 108.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electric motor 2 Worm 3 Worm wheel 4 Screw shaft 5 Nut 6 Ball 10 Housing 11 Roller bearing 101 Drive shaft 102 Control shaft 104 Rocker arm 106 Output cam 108 Valve 111 ECU

Claims (5)

外周面にネジ溝を形成したネジ軸と、前記ネジ軸を包囲するように配置され且つ内周面にネジ溝を形成したナットと、対向する両ネジ溝間に転動自在に配置された複数のボールとを有するボールねじ機構において、
ハウジングと、前記ナットとの間に、複数の転動体を有する軸受を配置しており、前記ナットの外周面は、円筒状又はテーパ状である前記軸受の転動体の転動面を有しており、前記ナットは前記軸受に対して軸線方向に相対移動させることで組み付けられることを特徴とするボールねじ機構。
A screw shaft having a thread groove formed on the outer peripheral surface, a nut arranged to surround the screw shaft and having a thread groove formed on the inner peripheral surface, and a plurality of rollers arranged to be rotatable between the opposed screw grooves. And a ball screw mechanism having
A bearing having a plurality of rolling elements is arranged between the housing and the nut, and an outer peripheral surface of the nut has a rolling surface of a rolling element of the bearing having a cylindrical or tapered shape. The ball screw mechanism is characterized in that the nut is assembled by moving the nut relative to the bearing in the axial direction.
前記ナットの外周面には、駆動力伝達用のギヤが取り付けられていることを特徴とする請求項1に記載のボールねじ機構。The ball screw mechanism according to claim 1, wherein a gear for transmitting driving force is attached to an outer peripheral surface of the nut. 前記ギヤはウォームホイールであることを特徴とする請求項2に記載のボールねじ機構。The ball screw mechanism according to claim 2, wherein the gear is a worm wheel. エンドキャップ循環式ボールねじ機構であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のボールねじ機構。The ball screw mechanism according to any one of claims 1 to 3, wherein the ball screw mechanism is an end cap circulation type ball screw mechanism. 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動力伝達機構とを備え、
前記動力伝達機構は、ウォームギヤ機構と、請求項1乃至4のいずれかに記載のボールねじ機構とを有することを特徴とする動弁機構。
In a valve operating mechanism that can change the open / close state of the valve,
A control shaft that changes the open / close state of the valve by rotating and displacing,
An electric motor,
A power transmission mechanism for transmitting the power of the electric motor to the control shaft,
5. The valve train according to claim 1, wherein the power transmission mechanism includes a worm gear mechanism and the ball screw mechanism according to claim 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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