JP2005273508A - 可変動弁装置のアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 ボール螺子軸とボールナットとの間のバックラッシを吸収して交番トルクによる振動や振動異音を防止し得るアクチュエータを提供する。
【解決手段】 電動モータ３６の回転駆動によってボール螺子軸４５を回転させて、複数のボール５４を介して軸方向へ直線移動するボールナット４６を有すると共に、該ボールナットと制御軸３２との間を連係する連係アーム４７及びリンク部材４８とを備えている。前記ボールナット４６の端縁と第２ボールベアリング５１の外輪５１ａに第１、第２スプリングリテーナ６１，６２を設けると共に、該両スプリングリテーナ間に弾持されたコイルスプリング６０のばね力によってボールナットを一方向へ押圧してバックラッシを吸収するようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、内燃機関の吸気弁や排気弁のバルブリフト量や作動角等を機関運転状態に応じて可変制御する可変動弁装置のアクチュエータに関する。

従来の内燃機関における可変動弁装置のアクチュエータとしては、種々提供されており、その１つとして例えば以下の特許文献１に記載されているものが知られている。

概略を説明すれば、このアクチュエータは、電動モータによって回転制御される出力軸と、該出力軸の外周面に形成された雄ねじに内周の雌ねじが螺合して、軸方向へ移動可能な移動ナットと、二股状の一端部が移動ナットの両側部にピンを介して揺動自在に連係されたリンク部材と、一端部がリンク部材の他端部に連係され、他端部が制御軸にピンを介して回転自在に連係されたレバー部材とを備えており、前記制御軸には、調整カムが固定されている。

そして、前記電動モータの正逆回転駆動に伴って出力軸が正逆回転することにより、移動ナットが軸方向へ移動すると、リンク部材とレバー部材とを介して制御軸の回転位置を制御するようになっている。
米国特許第６６１５７７７号明細書

しかしながら、この従来のアクチュエータにあっては、機関作動中に、制御軸に機関の吸気弁や排気弁を閉方向に付勢しているバルブスプリングのばね力に起因して、制御軸に正負の交番トルクが伝達されると、この交番トルクがレバー部材やリンク部材を介して移動ナットに伝達される。

このため、前記移動ナットと出力軸との雌雄ねじ間のバックラッシによって移動ナットが軸方向へ振動してしまう。

この結果、振動異音が発生すると共に、経時的に雌雄ねじ間に摩耗が発生して制御軸の回転位置の制御精度が低下するおそれがある。

本発明は、前記従来のアクチュエータの実状に鑑みて案出されたもので、請求項１記載の発明にあっては、とりわけ、外周にねじ部が形成された出力軸を機関の運転状態に応じて回転駆動制御する回転付与機構と、前記出力軸の外周に設けられて、該出力軸の回転に伴い前記ねじ部を介して軸方向へ移動する移動ナットと、前記制御軸と移動ナットとの間に揺動自在に連結されて、前記移動ナットの軸方向の移動を回転運動に変換して前記制御軸に伝達する伝達機構と、前記機関弁の作動変化の少なくとも所定の制御範囲において、前記移動ナットと出力軸のいずれか一方を、他方の部材に対して軸方向へ付勢する付勢手段とを備えたことを特徴としている。

この発明によれば、付勢手段の付勢力によって移動ナットが出力軸の軸方向に押圧されていることから、該移動ナットと出力軸との間のバックラッシが吸収される。

このため、移動ナットに交番トルクが伝達されても、該移動ナットの軸方向の振動が抑制されて、振動異音や両者間の摩耗の発生を防止できる。

請求項２に記載の発明は、前記付勢手段をコイルスプリングによって構成すると共に、該コイルスプリングばねの両端部を軸方向から弾持する一対のスプリングリテーナを設け、該両スプリングリテーナの内周側に、前記各コイルスプリングの内周側に配置された円筒状の突起部を一体に設け、該両突起部の軸方向の長さを、前記コイルスプリングが所定範囲まで圧縮変形した際に、該両突起部の対向する両先端縁が軸方向から互いに突き当たる長さに設定したことを特徴としている。

この発明によれば、前記各スプリングリテーナの突起部が、伸縮変形するコイルスプリングの内周面をガイドすることから、該コイルスプリングの径方向の位置ずれを規制することができる。この結果、コイルスプリングの傾き変形を防止することができる。

また、コイルスプリングのほぼ最大圧縮時には、両突起部の先端縁が突き当たって、それ以上のコイルスプリングの圧縮変形を規制するストッパとしての機能する。

このため、コイルスプリングのほぼ最大に近い範囲まで圧縮変形した場合でも、該コイルスプリングの線間に微小隙間を形成することができる。この結果、コイルスプリングの線間接触による塑性変形が防止されて、ばね力の低下を抑制することができる。

請求項３に記載の発明にあっては、前記可変機構は、機関運転状態に応じて前記機関弁のバルブリフト特性を変化させる構成とする一方、前記付勢手段は、前記バルブリフト量が少なくとも所定以上に大きく制御された時点から付勢力を付与するように構成したことを特徴としている。

前記可変機構によって機関弁のバルブリフト量を可変制御する動弁装置にあっては、バルブスプリングのばね力に起因して発生する正負の交番トルクは、一般にバルブリフト量が増加するほど大きくなる傾向にある。

したがって、本発明では、前記付勢手段による付勢力をバルブリフト量が大きくなった時点から付与することによって出力軸に対する移動ナットの押付け力を強化したことから、振動の発生を効果的に防止することが可能になる。一方、バルブリフト量が小さいときは、付勢手段の付勢力を減少させるようにしたので、例えば機関始動時などの時点での移動ナットの移動応答性が良好になる。

以下、本発明に係る可変動弁装置のアクチュエータの各実施形態を図面に基づいて詳述する。この実施形態では、内燃機関の可変動弁装置を、１気筒当たり２つの吸気弁を備えた吸気側に適用したものである。

すなわち、可変動弁装置は、図５〜図１０に示すように、シリンダヘッド１に図外のバルブガイドを介して摺動自在に設けられて、バルブスプリング３，３によって閉方向に付勢された一対の吸気弁２，２と、該各吸気弁２，２のバルブリフト量を可変制御する可変機構４と、該可変機構４の作動位置を制御する制御機構５と、該制御機構５を回転駆動するアクチュエータである駆動機構６とを備えている。

前記可変機構４は、シリンダヘッド１の上部に有する軸受１４に回転自在に支持された中空状の駆動軸１３と、該駆動軸１３に圧入等により固設された偏心回転カムである駆動カム１５と、駆動軸１３の外周面に揺動自在に支持されて、各吸気弁２，２の上端部に配設されたバルブリフター１６，１６の上面に摺接して各吸気弁２，２を開作動させる２つの揺動カム１７，１７と、駆動カム１５と揺動カム１７，１７との間に連係されて、駆動カム１５の回転力を揺動カム１７，１７の揺動力として伝達する伝達手段とを備えている。

前記駆動軸１３は、図７にも示すように、機関前後方向に沿って配置されていると共に、一端部に設けられた図外の従動スプロケットや、該従動スプロケットに巻装されたタイミングチェーン等を介して機関のクランク軸から回転力が伝達されており、この回転方向は図中、時計方向（矢印方向）に設定されている。

前記軸受１４は、図９Ａに示すように、シリンダヘッド１の上端部に設けられて駆動軸１３の上部を支持するメインブラケット１４ａと、該メインブラケット１４ａの上端部に設けられて後述する制御軸３２を回転自在に支持するサブブラケット１４ｂとを有し、両ブラケット１４ａ、１４ｂが一対のボルト１４ｃ、１４ｃによって上方から共締め固定されている。

前記駆動カム１５は、図８にも示すように、ほぼリング状を呈し、円環状のカム本体と、該カム本体の外端面に一体に設けられた筒状部とからなり、内部軸方向に駆動軸挿通孔が貫通形成されていると共に、カム本体の軸心Ｙが駆動軸１３の軸心Ｘから径方向へ所定量だけオフセットしている。また、この駆動カム１５は、駆動軸１３に対し前記両バルブリフター１６，１６に干渉しない一方の外側に駆動軸挿通孔を介して圧入固定されていると共に、カム本体の外周面が偏心円のカムプロフィールに形成されている。

前記両揺動カム１７は、同一形状のほぼ雨滴状を呈し、円環状のカムシャフト２０の両端部に一体的に設けられていると共に、該カムシャフト２０が内周面を介して駆動軸１３に回転自在に支持されている。また、先端部のカムノーズ部２１側にピン孔が貫通形成されていると共に、下面には、カム面２２が形成され、カムシャフト２０側の基円面と、該基円面からカムノーズ部２１側に円弧状に延びるランプ面と、該ランプ面からカムノーズ部２１の先端側に有する最大リフトの頂面に連なるリフト面が形成されており、該基円面とランプ面及びリフト面が、揺動カム１７の揺動位置に応じて各バルブリフター１６の上面の所定位置に当接するようになっている。

前記伝達手段は、駆動軸１３の上方に配置されたロッカアーム２３と、該ロッカアーム２３の一端部２３ａと駆動カム１５とを連係するリンクアーム２４と、ロッカアーム２３の他端部２３ｂと揺動カム１７とを連係するリンクロッド２５とを備えている。

前記ロッカアーム２３は、中央に有する筒状の基部が支持孔を介して後述する制御カム３３に回転自在に支持されている。また、筒状基部の外端部に突設された前記一端部２３ａには、ピン２６が嵌入するピン孔が貫通形成されている一方、基部の内端部に突設された前記他端部２３ｂには、リンクロッド２５の一端部と連結するピン２７が嵌入するピン孔が形成されている。

前記リンクアーム２４は、比較的大径な円環状の基部２４ａと、該基部２４ａの外周面所定位置に突設された突出端２４ｂとを備え、基部２４ａの中央位置には、前記駆動カム１５のカム本体が回転自在に嵌合する嵌合孔２４ｃが形成されている一方、突出端２４ｂには、前記ピン２６が回転自在に挿通するピン孔が貫通形成されている。

前記リンクロッド２５は、ロッカアーム２３側が凹状のほぼく字形状に形成され、両端部２５ａ，２５ｂには前記ロッカアーム２３の他端部２３ｂと揺動カム１７のカムノーズ部２１の各ピン孔に挿入した各ピン２７，２８の端部が回転自在に挿通するピン挿通孔が貫通形成されている。

なお、各ピン２６，２７，２８の一端部には、リンクアーム２４やリンクロッド２５の軸方向の移動を規制するスナップリングがそれぞれが設けられている。

前記制御機構１９は、駆動軸１３の上方位置に同じ軸受１４に回転自在に支持された制御軸３２と、該制御軸３２の外周に固定されてロッカアーム２３の支持孔に摺動自在に嵌入されて、ロッカアーム２３の揺動支点となる制御カム３３とを備えている。

前記制御軸３２は、図５に示すように、駆動軸１３と並行に機関前後方向に配設されていると共に、所定位置のジャーナル部が前記軸受１４のメインブラケット１４ａ、とサブブラケット１４ｂとの間に回転自在に軸受されている。 前記制御カム３３は、円筒状を呈し、軸心Ｐ２位置が制御軸３２の軸心Ｐ１から所定分だけ偏倚している。

前記駆動機構６は、図１、図２及び図５に示すように、シリンダヘッド１の後端部に固定されたハウジング３５と、該ハウジング３５の一端部に固定された回転力付与機構である電動モータ３６と、ハウジング３５の内部に設けられて電動モータ３６の回転駆動力を前記制御軸３２に伝達するボール螺子伝達機構３７とから構成されている。

前記ハウジング３５は、図１及び図２に示すように、アルミ合金材などによって一体に形成され、内部に前記制御軸３２の軸方向とほぼ直角方向に沿って配置されて、ボール螺子伝達機構３７が収容配置される細長い収容部３５ａと、該収容部３５ａの上端部中央に上方へ突出して、内部に前記制御軸３２の一端部３２ａが臨む膨出室３５ｂが形成されて、この両室３５ａ、３５ｂによって作動室が構成されている。

また、この作動室３５ａ、３５ｂは、一端開口（図中手前側開口）がシール部材を介して図外のカバーによって閉塞されるようになっている。さらに、前記収容室３５ａは、軸方向の一端部に円形状の開口部３５ｃが形成されていると共に、他端部側が壁部３５ｄによって閉塞されている。

前記電動モ−タ３６は、比例型のＤＣモータによって構成され、ほぼ円筒状のモータケーシング３８の矩形状先端部３８ａが前記収容室３５ａの一端開口部３５ｃを封止する状態で固定されている。また、電動モ−タ３６は、一端開口部３５ｃの内周面に圧入された円筒状のリテーナ３９の内周側に設けられたメカニカルシール３９ａによって駆動シャフト３６ａを介してシールされている。また、電動モータ３６は、図５に示すように、機関の運転状態を検出するコントロールユニット４０からの制御信号によって駆動するようになっている。

このコントロールユニット４０は、クランク角センサ４１やエアーフローメータ４２、水温センサ４３や、制御軸３２の回転位置を検出するポテンショメータ４４等の各種のセンサからの検出信号をフィードバックして現在の機関運転状態を演算などにより検出して、前記電動モータ３６に制御信号を出力している。

前記ボール螺子伝達機構３７は、前記ハウジング３５の収容室３５ａ内に電動モータ３６の駆動シャフト３６ａとほぼ同軸上に配置されたボール螺子軸４５と、該ボール螺子軸４５の外周に螺合する移動ナットであるボールナット４６と、膨出室３５ｂ内で前記制御軸３２の一端部に直径方向に沿って連結された連係アーム４７と、該連係アーム４７と前記ボールナット４６とを連係するリンク部材４８とから主として構成されており、前記連係アーム４７とリンク部材４８によって伝達機構が構成されている。

前記ボール螺子軸４５は、両端部を除く外周面全体に所定幅のねじ部であるボール循環溝４９が螺旋状に連続して形成されていると共に、収容室３５ａの一端開口部３５ｃと他端部の小径部内にそれぞれ臨んだ両端部４５ａ、４５ｂが第１、第２ボールベアリング５０、５１によって回転自在に軸受けされている。

また、前記各ボールベアリング５０，５１は、その外輪５０ａ、５１ａがそれぞれ収容室３５ａの両端部に形成された小径段差部に圧入によって固定されていると共に、各内輪５０ｂ、５１ｂが各ボール５０ｃ、５１ｃとの間のクリアランスを介して軸方向へ僅かに移動可能になっている。

さらに、ボール螺子軸４５は、一端部４５ａの先端の六角軸と電動モータ３６の駆動シャフト３６ａの先端部が円筒状の連結部材５２によって同軸上で軸方向移動可能に結合され、かかる結合によって電動モータ３６の回転駆動力を前記ボール螺子軸４５に伝達すると共に、ボール螺子軸４５の軸方向の僅かな移動を許容している。

前記ボールナット４６は、ほぼ円筒状に形成され、内周面に前記ボール循環溝４９と共同して複数のボール５４を転動自在に保持するガイド溝５３が螺旋状に連続して形成されていると共に、複数のボール５４の循環列をボールナット４６の軸方向の前後２個所に設定する２つのディフレクタが取り付けられている。このディフレクタは、前記ボール循環溝４９とガイド溝５３との間を転動する前記複数のボール５４を同一溝内に循環させるために、同循環列内に再び戻すようにボール５４を案内するものであり、この循環列を軸方向の前後２個所に設けたものである。

そして、ボールナット４６は、各ボール５４を介してボール螺子軸４５の回転運動をボールナット４６に直線運動に変換しつつ軸方向の移動力が付与されるようになっている。

また、ボールナット４６は、図１及び図２に示すように、前記制御軸３２側の外端部に、前記リンク部材４８の他端部が回転自在に連結される枢支部５５が設けられていると共に、該枢支部５５の下部近傍にリンク部材４８の傾倒と揺動を許容する左右一対の切欠溝５６が形成されている（図５、図６参照）。

前記枢支部５５は、ボールナット４６の軸方向の電動モータ３６側の端縁にほぼ円筒状に一体に形成されて、内部に枢支ピン５７が貫通固定されていると共に、上端部がボールナット４６の上部外面より僅かに突出している。

一方、切欠溝５６は、前記枢支部５５の基端側からボールナット４６の上端部をほぼ半Ｕ字形状に切り欠いて形成され、リンク部材４８の他端部外周面との間に隙間Ｃが形成されている。

前記連係アーム４７は、図１〜図５に示すように、ほぼ雨滴状に形成され、大径基部４７ａが制御軸３２の一端部３２ａに軸方向から一体的に固定されていると共に、先細り状の先端部４７ｂに制御軸３２方向に沿って連続して貫通したピン孔が貫通形成されている。

前記リンク部材４８は、板材をプレス成型によって横断面ほぼコ字形状に折曲形成してなり、平行な一対の板状リンク部と、該両リンク部をほぼ中央で結合する結合部とから構成されている。

また、リンク部材４８は、一端部が両リンク部によって前記連係アーム４７のアーム部４７ａを挟持状態に嵌合していると共に、該一端部に穿設されたピン孔と前記アーム部先端部のピン孔にそれぞれ挿通されたピン５９を介して前記アーム部４７ｂの先端部に揺動自在に連結されている。一方、他端部は、両リンク部が枢支部５５を挟んだ状態で配置されていると共に、ここにそれぞれ形成されたピン孔に前記ピン５７が挿通して枢支部５５に対して回転自在に連結されている。

したがって、このリンク部材４８は、図１及び図２にも示すように、枢支部５５を介してボール螺子軸４５の軸心とほぼ平行でかつボールナット４６の外面軸方向にほぼ沿って傾倒かつ揺動可能に設けられており、完全に傾倒した姿勢では上端部がボールナット４６の外面から上方へ僅かに突出した形になっている。

前記ポテンショメータ４４は、一般的なものであって、前記連係アーム４７の前方に配置されて、制御軸３２と同期回転する該連係アーム４７の回転に伴い図外の検出ピンが回転し、この回転位置をセンサ部４４ａによって検出して、この検出信号を前記コントロールユニット４０に出力するようになっている。

また、この実施形態では、前記ボールナット４６のハウジング端壁３５ｄ側端縁と前記第２ボールベアリング５１との間に、ボールナット４６を第１ボールベアリング５０方向へ付勢する付勢手段であるコイルスプリング６０が弾装されている。

このコイルスプリング６０は、そのコイル長Ｌがボールナット４６が最大左方向（小バルブリフト時）に移動してもボールナット４６の端縁と第２ボールベアリング５１とを押圧する長さに設定されていると共に、両端部６０ａ、６０ｂがそれぞれ第１、第２スプリングリテーナ６１，６２によって支持されている。

前記両スプリングリテーナ６１、６２は、図３及び図４に示すように、金属板をプレス成形によってほぼ段差径の円筒状に形成され、ボールナット４６の端縁と第２ボールベアリング５１の外輪５１ａの一端縁にそれぞれ軸方向から嵌着する深皿状の基部６１ａ、６２ａと、該基部６１ａ、６２ａの円盤状側端壁６１ｂ、６２ｂのほぼ中央に対向して突設された小径円筒状の突起部である保持部６１ｃ、６２ｃとから構成されている。

前記第１スプリングリテーナ６１は、基部６１ａの内径が前記ボールナット４６の外径よりも若干大きく設定されていると共に、前記側端壁６１ｂの外面にコイルスプリング６０の一端部が弾持されている。

また、前記保持部６１ｃは、外周面が先端先細り状のテーパ面に形成されている共に、外径がコイルスプリング６０の内径よりも若干小さく設定されて、該コイルスプリング６０の一端部６０ａに所定隙間をもって挿通している。さらに、この保持部６１ｃの軸方向の長さは、比較的長く形成されて、第２スプリングリテーナ６１の保持部６１ｃよりも長く設定されている。

一方、前記第２スプリングリテーナ６２は、基部６２ａの内径が前記第２ボールベアリング５１の外輪５１ａの外径よりも若干大きく設定されていると共に、側端壁６２ｂの外面にコイルスプリング６０の他端部が弾持されている。

また、前記保持部６２ｃは、外周面が先端先細り状のテーパ面に形成されていると共に、外径がコイルスプリング６０の内径よりも若干小さく設定されて、該コイルスプリング６０の他端部６０ｂに所定隙間をもって挿通している。さらに、この保持部６２ｃの軸方向の長さは、比較的短く形成されているが、図４に示すように、ボールナット４６が最大右方向（最大バルブリフト位置）に移動した際に、先端縁が前記第１スプリングリテーナ６１の保持部６１ｃの先端縁と突き合わせ状態に当接した場合における両保持部６１ｃ、６２ｃの全体の長さは、圧縮変形したコイルスプリング６０の各線間が非接触状態になって、各線間に微小隙間が形成されるような長さに設定されている。

以下、本実施形態の作用を説明すれば、まず、例えば、機関のアイドリング運転時を含む低回転運転領域には、コントロールユニット４０からの制御信号によって電動モータ３６に伝達された回転トルクは、ボール螺子軸４５に伝達されて回転すると、この回転に伴って各ボール５４がボール循環溝４９とガイド溝５３との間を転動しながらボールナット４６を図１に示すように、最大左方向へ直線状に移動させる。

これによって制御軸３２は、図９に示すように、リンク部材４８と連係アーム４７とによって時計方向に回転駆動される。

これによって、制御カム３３は、軸心Ｐ２が図９Ａ、Ｂに示すように、制御軸３２の軸心Ｐ１の回りを同一半径で回転して、肉厚部が駆動軸１３から上方向に離間移動する。これにより、ロッカアーム２３の他端部２３ｂとリンクロッド２５の枢支点は、駆動軸１３に対して上方向へ移動し、このため、各揺動カム１７は、リンクロッド２５を介してカムノーズ部２１側が強制的に引き上げられて全体が時計方向へ回動する。

よって、駆動カム１５が回転してリンクアーム２４を介してロッカアーム２３の一端部２３ａを押し上げると、そのバルブリフト量がリンクロッド２５を介して揺動カム１７及びバルブリフター１６に伝達されるが、そのリフト量は充分小さくなる。

したがって、かかる機関の低回転領域では、バルブリフト量が、図１１のＬ１に示すように、最も小さくなることにより、各吸気弁２の開時期が遅くなり、排気弁とのバルブオーバラップが小さくなる。このため、燃費の向上と機関の安定した回転が得られる。

また、この時点における制御軸３２に作用する正負の交番トルクは、十分小さく、したがって連係アーム４７やリンク部材４８を介してボールナット４６に伝達される荷重も小さいことから、ボール螺子軸４５及びボールナット４６のねじ部に対する大きな集中荷重の発生はない。したがって、各ボール５４によるボール螺子軸４５とボールナット４６との間の摩耗などの発生が防止される。

また、機関高回転領域に移行した場合は、コントロールユニット４０からの制御信号によって電動モータ３６が逆回転し、この回転トルクがボール螺子軸４５に伝達されて回転すると、この回転に伴ってボールナット４６が各ボール５４を介して図１に示す位置から図２に示す右方向へ直線移動する。

これによって、制御軸３２は、制御カム３３を図９に示す位置から時計方向へ回転させて、図１０Ａ、Ｂに示すように軸心Ｐ２を下方向へ回動させる。このため、ロッカアーム２３は、今度は全体が駆動軸１３方向寄りに移動して他端部２３ｂが揺動カム１７のカムノーズ部２１をリンクロッド２５を介して下方へ押圧して該揺動カム１７全体を所定量だけ反時計方向へ回動させる。

よって、駆動カム１５が回転してリンクアーム２４を介してロッカアーム２３の一端部２３ａを押し上げると、そのバルブリフト量がリンクロッド２５を介して揺動カム１７及びバルブリフター１６に伝達されるが、そのリフト量は大きくなる。

よって、かかる高回転領域では、各吸気弁２のバルブリフト量が、図１１のＬ２に示すように、最大に大きくなり、該各吸気弁２の開時期が早くなると共に、閉時期が遅くなる。この結果、吸気充填効率が向上して十分な出力が確保できる。

そして、この最大バルブリフトの場合における正負の交番トルクは、最小リフト時の場合よりも大きくなる。ところが、ボール螺子軸４５とリンク部材４８との間のなす角度が、最小リフト時よりは小さくなるため、ラジアル荷重は十分抑制され、前述のように、制御軸３２から連係アーム４７及びリンク部材４８を介して伝達された大きな交番荷重を、各ボール５４を介してボールナット４６のガイド溝５３とボール螺子軸４５のボール循環溝４９の円周方向の全域で受けることになるから、かかる入力荷重が円周方向に分散されて集中荷重の発生を十分に回避することができる。

したがって、ガイド溝５３とボール循環溝４９間での摩耗などの発生を効果的に防止できることから、装置の耐久性の向上が図れる。

しかも、前述のように、ボール螺子軸４５の回転力をボール循環溝４９とガイド溝５３間で各ボール５４がほぼ転がり接触状態で転動することによりボールナット４６に伝達するようになっており、各部間の摩擦抵抗が極めて小さくなることから、ボールナット４６の移動が円滑になると共に、移動応答性が向上する。この結果、機関運転状態変化に応じて制御軸３２による吸気弁２，２のバルブリフト制御応答性も良好になる。

また、この実施形態によれば、コイルスプリング６０のばね力によってボールナット４６が出力軸４５の軸方向に押圧されていることから、該ボールナット４６と出力軸４５との間のバックラッシが吸収される。

このため、ボールナット４６に、前述した交番トルクが伝達されても、該ボールナット４６の軸方向の振動が抑制されて、振動異音の発生や両者間の摩耗の発生を防止できる。

しかも、前記各スプリングリテーナ６１，６２の各保持部６１ｂ、６２ｂが、伸縮変形するコイルスプリング６０の内周面をガイドすることから、該コイルスプリング６０の径方向の位置ずれを規制することができる。この結果、コイルスプリングの傾き変形を防止できる。

また、コイルスプリング６０のほぼ最大圧縮時には、両保持部６１ｂ、６２ｂの各先端縁が突き合わさって、それ以上のコイルスプリング６０の圧縮変形を規制するストッパとしての機能するため、該コイルスプリング６０のほぼ最大に近い範囲まで圧縮変形した場合でも、該コイルスプリング６０の線間に微小隙間を形成することができる。

この結果、コイルスプリング６０の線間接触による塑性変形が抑制されて、ばね力の低下を防止できる。

さらに、前記コイルスプリング６０のボールナット４６に対するばね力をバルブリフト量が漸次大きくなるにしたがって大きく作用させるため、大きな交番トルクが掛かる最大バルブリフト時での振動の発生を効果的に防止することが可能になる。一方、バルブリフト量が小さいときは、コイルスプリング６０のばね力を最も減少させるようにしたので、例えば機関始動時などの時点でのボールナット４６の移動応答性が良好になる。

また、コイルスプリング６０のばね力は、第２スプリングリテーナ６２を介して第２ボールベアリング５１の固定された外輪５１ａに作用させる一方、ボールナット４６とボール螺子軸４５を介して内輪５１ｂを外輪５１ａの押圧力と軸方向の反対方向（矢印方向）へ押圧することから、該内外輪５１ａ、５１ｂ及びこの間に配置されたボール５１ｃとの間のクリアランスが吸収されて、該各内、外輪５１ａ、５１ｂやボール５１ｃ間のガタ付きを防止することが可能になる。

また、第１ボールベアリング５０は、内輪５０ｂ側がボール螺子軸４５を介してコイルスプリング６０のばね力によって図中左方向へ付勢されていることから、該内輪５０ｂとボール５０ｃ及び外輪５０ａとの間のクリアランスも吸収されて、該第１ボールベアリング５０のガタの発生も防止できる。

さらに、各スプリングリテーナ６１，６２の各保持部６１ｃ、６２ｃの外周面が先端先細り状のテーパ面になっていることから、組付時におけるコイルスプリング６０の各端部６０ａ、６０ｂを該保持部６１ｃ、６２ｃに挿通し易くなって、組付作業性が良好になる。

また、ボールナット４６の最大左方向の位置では、コイルスプリング６０により制御軸３２などを介して予め機関始動可能なバルブリフト位置（小リフト）に保持していることから、機関の始動性に影響がなくなり、該始動性が良好になる。

しかも、ボールナット４６が軸方向のいずれの位置にあってもコイルスプリング６０のばね力が作用していることから、該ボールナット４６と出力軸４５との間のクリアランスが常に吸収されて、両者４５，４６間のガタ付きの発生を常時防止することが可能になる。

さらに、前記リンク部材４８を、板材をプレス成形によって折曲変形して形成するだけであるから、その成形作業が容易になると共に、中実の場合に比較して軽量化が図れる。このため、慣性質量が小さくなって、ボールナット４６の移動負荷を小さくすることが可能になる。

また、この実施形態では、前記リンク部材４８の傾倒や揺動を許容する枢支部５５を切欠溝５６の内部に設けたことから、枢支部５５をボール螺子軸４５に十分に近づけることが可能になり、したがって、リンク部材４８を傾倒した際におけるユニット体全体のコンパクト化をさらに促進することができる。

つまり、枢支部５５の一部を切欠溝５６の内部に配置した状態になっていることから、リンク部材４８も、その分、ボールナット４６内に収容された形になる。

また、リンク部材４８の枢支部５５がボールナット４６の外端部に形成されているので、ボールナット４６の肉厚を大きくすることが可能になり、これによって十分な強度とスペースを確保することができる。

図１２及び図１３は第２の実施形態を示し、第１スプリングリテーナ６３をボールナット４６の端縁に一体に形成したものである。

すなわち、この第１スプリングリテーナ６３は、ボールナット４６の端部外周縁に、コイルスプリング６０の一端部６０ａを弾持する円環フランジ状の基部６３ａが一体に形成されていると共に、ボールナット４６の端面外周部にコイルスプリング６０の一端部６０ａの内側に配置される保持部６３ｂが一体に形成されている。

したがって、この実施形態によれば、第１スプリングリテーナ６３をボールナット４６と一体化することによって、部品点数の削減による製造コストの低減化が図れる共に、コイルスプリング６０などの組付作業性も良好になる。なお、他の構成は第１の実施形態と同様であるから、第１の実施形態と同様な作用効果が得られる。

図１４及び図１５は第３の実施形態を示し、コイルスプリング６０の形状が第２ボールベアリング５１側が拡開状になるほぼ円錐状に形成されており、該コイルスプリング６０は、一端部６０ａが第１の実施形態と同じ第１スプリングリテーナ６１に弾持されている一方、他端部６０ｂが前記第２ボールベアリング５１ではなく、前記壁部３５ｄの内面に弾持されている。

したがって、この実施形態では、コイルスプリング６０のばね力が、ボールナット４６を介してボール螺子軸４５の軸心方向に作用することから、該ボールナット４６とボール螺子軸４５との間のバックラッシ隙間を効果的に吸収できる。また、第１ボールベアリング５０の内輪５０ｂも左方向に押圧されることから、ガタの発生を防止できる。

図１６及び図１７は第４の実施形態を示し、この実施形態は基本構成が第１の実施形態と同様であるが、相違するところは、コイルスプリング６０のコイル長Ｌを短くしたものである。

すなわち、コイルスプリング６０は、ボールナット４６が最大左方向に位置している場合、つまり最小バルブリフト制御時には、一端部６０ａ第１スプリングリテーナ６１の基部６１ａの側端面６１ｂから離間するような長さＺに設定されており、その離間幅は機関始動時の最小バルブリフト域から車両の発進直後までのリフト高になるまでの長さに設定されている。

また、ボールナット４６が最大右方向へ移動した際には、両保持部６１ｃ、６２ｃの対向先端縁が突き当たってコイルスプリング６０の線間に微小隙間を保持するなどの構成は第１の実施形態と同様である。

したがって、この実施形態によれば、機関始動時の最小バルブリフト域からから所定のバルブリフト域まではコイルスプリング６０によるばね力がボールナット４６に作用しないことから、この領域でのボールナット４６の移動応答性が向上する。

また、前記所定のバルブリフト域を通過した後は、コイルスプリング６０のばね力がボールナット４６に作用して、該ボールナット４６とボール螺子軸４５との間のバックラッシを吸収するので、交番トルクによるボールナット４６の振動や異音の発生を十分に抑制することができる。

前記実施形態から把握される前記請求項に記載した発明以外の技術的思想について以下に説明する。

請求項（１） 前記伝達機構は、前記制御軸と一体に揺動する連係アームと、該連係アームと前記移動ナットを揺動自在に連結するリンク部材とによって構成したことを特徴とする請求項１に記載の可変動弁装置のアクチュエータ。

請求項（２） 前記出力軸をボールベアリングによって回転自在に支持すると共に、該ボールベアリングの内輪と外輪のうち、いずれか一方を固定あるいは前記出力軸に対して固定する一方、他方を軸方向へ移動可能に設け、該他方側に前記スプリングリテーナを取り付けたことを特徴とする請求項２または３に記載の可変動弁装置のアクチュエータ。

この発明によれば、コイルスプリングのばね力がスプリングリテーナを介して前記ボールベアリングの軸方向へ移動可能な内輪あるいは外輪を軸方向へ押圧するため、該内輪や外輪及びこの間に配置されたボールとの間のクリアランスが吸収されて、該各内、外輪やボール間のガタ付きを防止することが可能になる。

請求項（３） 前記各スプリングリテーナの突起部の外周面を先端先細り状のテーパ面に形成したことを特徴とする請求項２または３に記載の可変動弁装置のアクチュエータ。

この発明によれば、突起部の先端部が小径になっていることから、コイルスプリングの各端部を該突起部に挿通し易くなって、組付作業性が良好になる。

請求項（４） 前記移動ナットが前記付勢手段によって最大一方向へ付勢された位置において、前記制御軸を介して可変機構により制御される機関弁のバルブリフト量を機関始動可能な小リフトとなるように設定したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の可変動弁装置のアクチュエータ。

この発明によれば、移動ナットの最大一方向の位置では、付勢手段により制御軸などを介して予め機関始動可能なバルブリフト位置（小リフト）に保持していることから、機関の始動性に影響がなくなり、該始動性が良好になる。

請求項（５） 前記付勢手段は、前記移動ナットに対して該移動ナットの軸方向への移動全範囲において付勢力を付与することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の可変動弁装置のアクチュエータ。

この発明によれば、移動ナットが軸方向のいずれの位置にあっても付勢手段の付勢力が作用していることから、該移動ナットと出力軸との間のクリアランスが常に吸収されて、両者間のガタ付きの発生を常時防止することが可能になる。

請求項（６） 前記コイルスプリングの一端部を、前記移動ナットの端縁にスプリングリテーナを介して常時弾接させたことを特徴とする請求項２または３に記載の可変動弁装置のアクチュエータ。

この発明によれば、前記請求項（５）と同様な作用効果が得られる。

請求項（７） 前記機関弁の作動状態を制御軸を介して可変にする可変機構は、機関のクランク軸に同期して回転し、外周に駆動カムが設けられた駆動軸と、支軸に揺動自在に支持されて、カム面がバルブリフター上面を摺接して機関弁を開閉作動させる揺動カムと、一端部が前記駆動カムに機械的に連係し、他端部がリンクロッドを介して揺動カムに連係したロッカアームとを備え、
機関運転状態に応じて前記ロッカアームの揺動支点を変化させることにより、揺動カムのカム面のバルブリフター上面に対する当接位置を変化させて機関弁のバルブリフトを可変にするように構成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の可変動弁装置のアクチュエータ。

本発明は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば電動モータ３６の配置はエンジンルームのレイアウトによって自由に変更でき、図３、図４に示す左側ではなく反対の右側にしてもよい。また、回転付与機構としては電動モータの他に、油圧モータなどであってもよい。

さらに、ボール螺子の循環列を形成する例として、ディフレクタを示したが、チューブなどを用いて循環列を形成する方式であってもよい。また、螺子軸と移動ナットとは、ボール５４を用いずにボルト、ナットの関係で直接噛合させることも可能である。

また、本発明は、吸気弁側の他に排気弁側あるいは両方の弁側に適用することが可能である。

本発明の第１の実施形態に供されるアクチュエータの部分断面図である。 同アクチュエータの最大バルブリフト制御状態を示す部分断面図である。 本実施形態に供される第１スプリングリテーナを示す斜視図である。 本実施形態に供される第２スプリングリテーナを示す斜視図である。 本実施形態が適用される可変機構及び駆動機構の斜視図ある。 本実施形態が適用される可変機構及び駆動機構の他方からみた斜視図ある。 本実施形態が適用される可変機構及び駆動機構の平面図ある。 本実施形態に供される可変機構の及び制御機構の斜視図である。 Ａは可変動弁装置における最小リフト制御時の閉弁作用を示す図８のＣ矢視図、Ｂは同最小リフト制御時の開弁作用を示す図８のＣ矢視図である。 Ａは可変動弁装置における最大リフト制御時の閉弁作用を示す図８のＣ矢視図、Ｂは同最大リフト制御時の開弁作用を示す図８のＣ矢視図である。 本実施形態の可変動弁装置による各吸気弁のバルブリフト特性図である。 第２の実施形態を示すアクチュエータの部分断面図である。 同アクチュエータの最大バルブリフト制御状態を示す部分断面図である。 第３の実施形態を示すアクチュエータの部分断面図である。 同アクチュエータの最大バルブリフト制御状態を示す部分断面図である。 第４の実施形態を示すアーマチュアの部分断面図である。 同アクチュエータの最大バルブリフト制御状態を示す部分断面図である。

符号の説明

２…吸気弁（機関弁）
４…可変機構
６…駆動機構（アクチュエータ）
３２…制御軸
３７…螺子伝達手段
４４…検出センサ
４５…ボール螺子軸
４６…ボールナット（移動ナット）
４７…連係リンク（伝達機構）
４８…リンク部材（伝達機構）
４９…ボール循環溝（ねじ部）
５８…ボルト
６０…コイルスプリング
６０ａ…一端部
６０ｂ…他端部
６１・６２…第１、第２スプリングリテーナ

Claims (3)

1. 機関運転状態に応じて制御軸の回転位置を制御することによって、バルブスプリングにより閉方向に付勢された機関弁の作動状態を変化させる可変機構を備えた可変動弁装置のアクチュエータであって、
   外周にねじ部が形成された出力軸を機関の運転状態に応じて回転駆動制御する回転付与機構と、
   前記出力軸の外周に設けられて、該出力軸の回転に伴い前記ねじ部を介して軸方向へ移動する移動ナットと、
   前記制御軸と移動ナットとの間に揺動自在に連結されて、前記移動ナットの軸方向の移動を回転運動に変換して前記制御軸に伝達する伝達機構と、
   前記機関弁の作動変化の少なくとも所定の制御範囲において、前記移動ナットと出力軸のいずれか一方を、他方の部材に対して軸方向へ付勢する付勢手段とを備えたことを特徴とする可変動弁装置のアクチュエータ。
2. 前記付勢手段をコイルスプリングによって構成すると共に、該コイルスプリングばねの両端部を軸方向から弾持する一対のスプリングリテーナを設け、該両スプリングリテーナの内周側に、前記各コイルスプリングの内周側に配置された円筒状の突起部を一体に設け、該両突起部の軸方向の長さを、前記コイルスプリングが所定範囲まで圧縮変形した際に、該両突起部の対向する両先端縁が軸方向から互いに突き当たる長さに設定したことを特徴とする請求項１に記載の可変動弁装置のアクチュエータ。
3. 前記可変機構は、機関運転状態に応じて前記機関弁のバルブリフト特性を変化させる構成とする一方、前記付勢手段は、前記バルブリフト量が少なくとも所定以上に大きく制御された時点から付勢力を付与するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の可変動弁装置のアクチュエータ。
   

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