JP2008057630A - 歯車の固定構造および回転−直動変換機構 - Google Patents

Abstract

【課題】歯車の形状精度が損なわれることなく、歯車がシャフトに固定される歯車の固定構造および回転−直動変換機構を提供する。
【解決手段】歯車の固定構造は、サンシャフト３１と、サンシャフト３１に嵌め合わされるサンギヤ７０とを備える。サンギヤ７０は、歯車が形成される歯車部７１と、歯車部７１からサンシャフト３１の軸線方向に延出する軸部７２ｐ，７２ｑとを含む。歯車部７１および軸部７２ｐ，７２ｑのうち軸部７２ｐ，７２ｑが、サンシャフト３１と締り嵌めになる。
【選択図】図６

Description

この発明は、一般的には、歯車の固定構造および回転−直動変換機構に関し、より特定的には、歯車をシャフトに嵌め合わせる構造に適用される歯車の固定構造と、その歯車の固定構造が用いられ、入力された回転運動を直線運動に変換して出力する遊星差動ねじ型の回転−直動変換機構とに関する。

従来の歯車の固定構造に関して、たとえば、特開平１０−１９６７５７号公報には、効率を向上させるとともに、１回転当たりの直動量を小さくすることを目的とした回転−直動変換機構が開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示された回転−直動変換機構は、シャフト、ローラおよびナットを備えるローラねじ機構から構成されている。シャフト、ローラおよびナットには、ねじが形成されている。各ねじ間の螺合を通じてナットの回転運動がローラおよびシャフトへと順に伝わり、シャフトが直線運動する。ローラおよびナットには、歯車が設けられている。ローラは、自らに設けられた歯車をナットに設けられた歯車に噛み合わせた状態で、自転しながらシャフトの周りを公転する。
特開平１０−１９６７５７号公報

上述の特許文献１では、自転しながらシャフトの周りを公転するローラの姿勢を保持するため、ローラおよびナットに歯車が設けられている。このような歯車の固定手段として、代表的に圧入や焼き嵌め等による締り嵌めが挙げられる。

しかしながら、締り嵌めの締め代が大きい場合、ローラ等に嵌め合わされた歯車が変形し、歯車の形状精度が低下する。これにより、回転−直動間の運動の変換効率が低下するおそれが生じる。また、締め代が小さい場合、歯車の固定強度が十分に確保されず、回転−直動変換機構の作動中に歯車がローラ等に対して空回りするおそれが生じる。このような問題を解決するため、設計上で設定される締め代の範囲を狭くすることが考えられる。しかしながら、この場合、各部品を高精度に加工する必要があり、製造コストが増大する。

そこでこの発明は、上記の課題を解決することであり、歯車の形状精度が損なわれることなく、歯車がシャフトに固定される歯車の固定構造および回転−直動変換機構を提供することである。

この発明に従った歯車の固定構造は、シャフトと、シャフトに嵌め合わされる歯車部品とを備える。歯車部品は、歯車が形成される歯車部と、歯車部からシャフトの軸線方向に延出する軸部とを含む。歯車部および軸部のうち軸部が、シャフトと締り嵌めになる。

このように構成された歯車の固定構造によれば、歯車部および軸部のうち軸部が、シャフトと締り嵌めとなるため、締り嵌めによる歯車部の変形を防ぐことができる。これにより、歯車部に形成された歯車の形状精度を損なうことなく、歯車部品をシャフトに固定することができる。

また好ましくは、軸部は、シャフトの軸線方向における歯車部の前後に設けられている。このように構成された歯車の固定構造によれば、歯車部の前後に設けられた軸部により、歯車部品をシャフトにより確実に固定することができる。

また好ましくは、歯車の固定構造は、シャフトに対する軸部の固定を助勢する助勢部材をさらに備える。このように構成された歯車の固定構造によれば、助勢部材により、歯車部品をシャフトにより確実に固定することができる。

また好ましくは、助勢部材は、シャフトおよび軸部のいずれか一方をシャフトおよび軸部のいずれか他方に対して外周側から締め付ける締め付け部材を含む。このように構成された歯車の固定構造によれば、締め付け部材により、歯車部品をシャフトにより確実に固定することができる。

また好ましくは、締め付け部材は、シャフトおよび軸部のいずれか一方を形成する材料よりも大きい強度を有する材料から形成されている。このように構成された歯車の固定構造によれば、締り嵌めにより外周側に広がろうとするシャフトおよび軸のいずれか一方の変形を、締め付け部材により効果的に抑えることができる。

また好ましくは、助勢部材は、シャフトと軸部とを連結する連結部材を含む。このように構成された歯車の固定構造によれば、連結部材により、歯車部品をシャフトにより確実に固定することができる。

この発明に従った回転−直動変換機構は、上述のいずれかに記載の歯車の固定構造が用いられた回転−直動変換機構である。回転−直動変換機構は、ねじ軸と、サンギヤと、ナットと、遊星ねじローラとを備える。ねじ軸は、軸線に沿って延び、軸線方向に直線運動する。ねじ軸は、シャフトである。サンギヤは、ねじ軸に嵌め合わされる。サンギヤは、歯車部品である。ナットは、軸線を中心に回転運動する。遊星ねじローラは、歯車が形成され、ねじ軸およびナットに螺合する。遊星ねじローラおよびサンギヤに形成された歯車が噛み合いながら、遊星ねじローラが自転しつつ軸線を中心に公転する。ねじ軸、遊星ねじローラおよびナット間の螺合により、シャフトの直線運動とナットの回転運動とが相互に変換される。

このように構成された回転−直動変換機構によれば、サンギヤに形成された歯車の形状精度を損なうことなく、サンギヤをねじ軸に固定することができる。これにより、回転−直動間の運動の変換効率を向上させることができる。

以上説明したように、この発明に従えば、歯車の形状精度が損なわれることなく、歯車がシャフトに固定される歯車の固定構造および回転−直動変換機構を提供することができる。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

（実施の形態１）
図１は、内燃機関のバルブリフト可変機構を示す正面図である。図２は、図１中のバルブリフト可変機構を部分的に示す斜視図である。図２中では、内部構造が明確に把握できるように一部が破断されて表わされている。

図１および図２を参照して、バルブリフト可変機構１００は、内燃機関のバルブ（本実施の形態では、吸気バルブ）のバルブリフト量を可変とする機構である。内燃機関は、ガソリンエンジンであっても良いし、ディーゼルエンジンであっても良い。参照する図には示されていないが、図中の駆動軸２０の先端には、駆動軸２０を直線運動させるための回転−直動変換機構が接続されている。

バルブリフト可変機構１００は、内燃機関のシリンダヘッド内に設けられている。そのシリンダヘッド内には、カム１０３が形成されたカムシャフト１０２、揺動可能に軸支されたロッカアーム１０６およびロッカアーム１０６の揺動に応じて開閉駆動される吸気バルブ１０１が配設されている。バルブリフト可変機構１００は、一方向に延びる駆動軸２０と、駆動軸２０の外周面を覆う支持パイプ１０８と、支持パイプ１０８の外周面上で駆動軸２０の軸方向に並んで配置された入力アーム１０４および揺動カム１０５とを備える。

なお、この内燃機関では、各気筒にそれぞれ一対の吸気バルブ１０１およびロッカアーム１０６が設けられており、一対の吸気バルブ１０１が、１つのカム１０３によって開閉駆動される。バルブリフト可変機構１００には、各気筒に設けられた１つのカム１０３に対応して、１つの入力アーム１０４が設けられている。入力アーム１０４の両側には、各気筒に設けられた一対の吸気バルブ１０１のそれぞれに対応して、２つの揺動カム１０５が設けられている。

支持パイプ１０８は、中空円筒状に形成されており、カムシャフト１０２に対して平行に配置されている。支持パイプ１０８は、軸方向へ移動したり、回転したりしないようにシリンダヘッドに固定されている。支持パイプ１０８の内部には、その軸方向に摺動可能なように駆動軸２０が挿入されている。支持パイプ１０８の外周面上には、駆動軸２０の軸芯を中心として揺動可能で、かつ、その軸方向には移動しないように、入力アーム１０４および２つの揺動カム１０５が設けられている。

入力アーム１０４は、支持パイプ１０８の外周面から離れる方向に突出するアーム部１０４ａと、アーム部１０４ａの先端に回転可能に接続されたローラ部１０４ｂとを有する。入力アーム１０４は、ローラ部１０４ｂがカム１０３に当接可能な位置に配置されるように設けられている。

揺動カム１０５は、支持パイプ１０８の外周面から離れる方向に突出する略三角形状のノーズ部１０５ａを有する。ノーズ部１０５ａの一辺（図１中の下方側の辺）には、凹状に湾曲したカム面１０５ｂが形成されている。吸気バルブ１０１には、バルブスプリングが設けられている。その付勢力によって、カム面１０５ｂには、ロッカアーム１０６に回転可能に取り付けられたローラ１０６ａが押し付けられる。

入力アーム１０４および揺動カム１０５は、一体となって駆動軸２０の軸芯を中心として揺動する。このため、カムシャフト１０２が回転すると、カム１０３に当接された入力アーム１０４が揺動し、この入力アーム１０４の動きに連動して揺動カム１０５も揺動する。この揺動カム１０５の動きが、ロッカアーム１０６を介して吸気バルブ１０１に伝わり、これによって吸気バルブ１０１が開閉駆動される。

バルブリフト可変機構１００は、さらに、支持パイプ１０８の軸芯周りにおいて、入力アーム１０４と揺動カム１０５との相対位相差を変更する機構を備えており、この機構によって、吸気バルブ１０１のバルブリフト量を適宜変更する。つまり、両者の相対位相差を拡大すれば、入力アーム１０４および揺動カム１０５の揺動角に対するロッカアーム１０６の揺動角が拡大され、吸気バルブ１０１のバルブリフト量が増大される。また、両者の相対位相差を縮小すれば、入力アーム１０４および揺動カム１０５の揺動角に対するロッカアーム１０６の揺動角が縮小され、吸気バルブ１０１のバルブリフト量が低減される。

次に、上記の相対位相差を変更する機構について、より詳細な説明を行なう。図２に示されるように、入力アーム１０４および２つの揺動カム１０５と、支持パイプ１０８の外周面との間に規定された空間には、支持パイプ１０８に対して、回転可能で、かつ軸方向に摺動可能に支持されたスライダギア１０７が収容されている。

スライダギア１０７には、その軸方向の中央部に位置して、右ねじ螺旋状のヘリカルス
プラインが形成されたヘリカルギア１０７ｂが設けられている。また、スライダギア１０７には、ヘリカルギア１０７ｂの両側に位置して、ヘリカルギア１０７ｂとは逆に左ねじ螺旋状のヘリカルスプラインが形成されたヘリカルギア１０７ｃがそれぞれ設けられている。

一方、スライダギア１０７を収容する空間を規定する入力アーム１０４および２つの揺動カム１０５の表面には、ヘリカルギア１０７ｂおよび１０７ｃに対応したヘリカルスプラインがそれぞれ形成されている。つまり、入力アーム１０４には、右ねじ螺旋状のヘリカルスプラインが形成されており、そのヘリカルスプラインがヘリカルギア１０７ｂに噛み合っている。また、揺動カム１０５には、左ねじ螺旋状のヘリカルスプラインが形成されており、そのヘリカルスプラインがヘリカルギア１０７ｃに噛み合っている。

スライダギア１０７には、一方のヘリカルギア１０７ｃとヘリカルギア１０７ｂとの間に位置して、周方向に延びる長穴１０７ａが形成されている。また、支持パイプ１０８には、長穴１０７ａの一部と重なるように、軸方向に延びる長穴１０８ａが形成されている。支持パイプ１０８の内部に挿通された駆動軸２０には、これら２つの長穴１０７ａおよび１０８ａの重なった部分を通じて突出する係止ピン２０ａが一体に設けられている。

駆動軸２０がその軸方向に移動すると、スライダギア１０７が係止ピン２０ａにより押されるため、ヘリカルギア１０７ｂおよび１０７ｃが同時に駆動軸２０の軸方向に移動する。このようなヘリカルギア１０７ｂおよび１０７ｃの移動に対して、これらにスプライン係合された入力アーム１０４および揺動カム１０５は、軸方向に移動しないため、ヘリカルスプラインの噛み合いを通じて駆動軸２０の軸芯周りに回動する。このとき、入力アーム１０４と揺動カム１０５とでは、形成されたヘリカルスプラインの向きが逆であるため、回動方向が互いに逆方向となる。これにより、入力アーム１０４と揺動カム１０５との相対位相差が変化し、既に説明したように吸気バルブ１０１のバルブリフト量が変更される。

図３は、図１中のバルブリフト可変機構に接続された回転−直動変換機構を示す断面図である。続いて、本実施の形態における歯車の固定構造と、その歯車の固定構造が用いられた回転−直動変換機構とについて説明を行なう。

図３を参照して、回転−直動変換機構１０は、仮想軸である中心軸２０１上に延びるサンシャフト３１と、サンシャフト３１に嵌め合わされたサンギヤ７０と、サンシャフト３１の外周上に配置され、中心軸２０１を中心にその周方向に並ぶ複数のプラネタリシャフト４１と、複数のプラネタリシャフト４１を取り囲むように設けられたナット５１とを備える。回転−直動変換機構１０は、ハウジング６６に収容されている。

サンシャフト３１は、中心軸２０１上で図２中の駆動軸２０と並ぶように配置されている。サンシャフト３１は、図示しないカップリング機構等の連結機構により駆動軸２０に接続されている。サンシャフト３１は、中心軸２０１の軸方向に駆動軸２０を押し引きする。

サンシャフト３１は、ねじ部３３とギヤ部３４とを含む。ねじ部３３は、サンシャフト３１の外周面に形成された雄ねじによって構成されている。ギヤ部３４は、サンシャフト３１の外周面に形成され、中心軸２０１を中心にその周方向に歯が並ぶ平歯ギヤによって構成されている。ねじ部３３とギヤ部３４とは、中心軸２０１の軸方向に並ぶ。サンシャフト３１は、先端部３６を含む。中心軸２０１の軸方向において、先端部３６とギヤ部３４との間にねじ部３３が形成されている。

サンシャフト３１は、スプライン部３２を含む。スプライン部３２は、サンシャフト３１の外周面に形成されたスプラインによって構成されている。ハウジング６６には、周り止めカラー５８が設けられている。周り止めカラー５８の内周面には、スプラインが形成されている。周り止めカラー５８およびスプライン部３２に形成されたスプラインが互いに係合することにより、中心軸２０１を中心とするサンシャフト３１の回転運動が規制されている。

サンシャフト３１およびサンギヤ７０は、金属から形成されている。サンギヤ７０は、先端部３６に嵌め合わされている。サンギヤ７０の外周面には、中心軸２０１を中心に周方向に歯が並ぶ平歯ギヤが形成されている。ギヤ部３４およびサンギヤ７０は、ほぼ等しいピッチ円直径を有する。

ナット５１は、中心軸２０１を中心とする筒形状を有する。ナット５１は、軸受け５９により、中心軸２０１を中心に回転自在に支持されている。ナット５１は、サンシャフト３１との間に隙間を設けて配置されている。ナット５１は、ねじ部５２を含む。ねじ部５２は、ナット５１の内周面に形成された雌ねじによって構成されている。ねじ部５２は、サンシャフト３１のねじ部３３の外周上に設けられている。ねじ部５２を構成する雌ねじは、ねじ部３３を構成する雄ねじとは逆向きである。

ナット５１には、リングギヤ５０が固定されている。リングギヤ５０は、中心軸２０１の軸方向に沿ったねじ部５２の両側にそれぞれ設けられている。リングギヤ５０は、ギヤ部３４およびサンギヤ７０の外周上に設けられている。リングギヤ５０の内周面には、中心軸２０１を中心に周方向に歯が並ぶ平歯ギヤが形成されている。

回転−直動変換機構１０は、ナット５１に対して回転運動を入力するモータ６１を備える。モータ６１は、ナット５１に固定されたロータ６２と、ロータ６２の外周上に配設され、コイル６５が巻回されたステータ６３とを含む。コイル６５に通電することにより、ロータ６２とともにナット５１が中心軸２０１を中心に回転する。

図４は、図３中のＩＶ−ＩＶ線上に沿った回転−直動変換機構の断面図である。図５は、図３中のＶ−Ｖ線上に沿った回転−直動変換機構の断面図である。図３から図５を参照して、プラネタリシャフト４１は、仮想軸である中心軸２１１上に延びる。中心軸２１１は、中心軸２０１に平行な軸である。

プラネタリシャフト４１は、サンシャフト３１とナット５１との間の隙間に配設されている。プラネタリシャフト４１は、ねじ部４２とギヤ部４３とを含む。ねじ部４２とギヤ部４３とは、中心軸２１１の軸方向に並ぶ。ねじ部４２は、プラネタリシャフト４１の外周面に形成された雄ねじによって構成されている。ねじ部４２は、サンシャフト３１のねじ部３３と、ナット５１のねじ部５２とに螺合する。ねじ部４２を構成する雄ねじは、ねじ部３３を構成する雄ねじとは同じ向きであり、ねじ部５２を構成する雌ねじとは逆向きである。

サンシャフト３１のねじ部３３を構成する雄ねじ、プラネタリシャフト４１のねじ部４２を構成する雄ねじおよびナット５１のねじ部５２を構成する雌ねじは、いずれも同一のピッチを有する多条ねじである。これら各ねじのピッチ円直径を、それぞれ、Ｄｓ、ＤｐおよびＤｎとし、各ねじの条数を、それぞれ、Ｎｓ、ＮｐおよびＮｎとする。本実施の形態では、サンシャフト３１を中心軸２０１の軸方向にストロークさせるため、たとえば、Ｎｓ：Ｎｐ：Ｎｎ＝（Ｄｓ＋１）：Ｄｐ：Ｄｎの関係を満たすように各ねじの条数が決定されている。なお、各ねじのピッチ円直径と条数とは、これ以外の関係も採り得る。

ギヤ部４３は、プラネタリシャフト４１の外周面に形成された平歯ギヤから構成されている。ギヤ部４３は、サンシャフト３１のギヤ部３４とリングギヤ５０とに噛み合う。

プラネタリシャフト４１は、先端部４４を含む。中心軸２１１の軸方向において、先端部４４とギヤ部４３との間にねじ部４２が形成されている。先端部４４には遊星歯車４５が挿入されている。遊星歯車４５は、先端部４４に隙間嵌めされている。遊星歯車４５の外周面には、中心軸２１１を中心に周方向に歯が並ぶ平歯ギヤが形成されている。遊星歯車４５およびギヤ部４３は、ほぼ等しいピッチ円直径を有する。遊星歯車４５は、サンギヤ７０とリングギヤ５０とに噛み合う。

遊星歯車４５がプラネタリシャフト４１に一体に成形されている場合、遊星歯車４５およびギヤ部４３の回転間に位相のずれが生じると、プラネタリシャフト４１に過大な負荷が掛かるおそれがある。本実施の形態では、遊星歯車４５がガタを持ってプラネタリシャフト４１に設けられているため、このようなずれを吸収することができる。

ナット５１が回転すると、その回転運動は、ナット５１およびプラネタリシャフト４１間のねじ部の噛み合いにより、プラネタリシャフト４１に伝わる。この際、プラネタリシャフト４１のギヤ部４３と、リングギヤ５０およびサンシャフト３１のギヤ部３４とがそれぞれ噛み合い、遊星歯車４５と、リングギヤ５０およびサンギヤ７０とがそれぞれ噛み合う。プラネタリシャフト４１は、中心軸２０１の軸方向に静止したまま、自転しながら中心軸２０１を中心に公転する。このとき、プラネタリシャフト４１は、平歯ギヤの噛み合いによって、中心軸２０１の軸方向に平行な一定の姿勢に保持される。

プラネタリシャフト４１の回転運動は、プラネタリシャフト４１およびサンシャフト３１間のねじ部の噛み合いにより、サンシャフト３１に伝わる。結果、サンシャフト３１は、中心軸２０１の軸方向に直線運動する。

図６は、図３中の回転−直動変換機構に用いられた歯車の固定構造を示す断面図である。図６中には、図３中の２点鎖線ＶＩで示す範囲が示されている。図７は、図６中の歯車の固定構造の分解組み立て図である。

図６および図７を参照して、サンギヤ７０は、中心軸２０１の軸方向に沿ってサンシャフト３１に嵌め合わされている。サンギヤ７０は、サンシャフト３１の外周上に嵌め合わされている。サンギヤ７０は、締り嵌めによりサンシャフト３１に固定されている。サンギヤ７０は、サンシャフト３１の先端部３６に嵌め合わされている。先端部３６は、直径Ｄ１を有する。先端部３６は、中心軸２０１の軸方向に沿って一定の直径を有する。

サンギヤ７０は、歯車部７１と、軸部７２ｐおよび７２ｑとを含む。歯車部７１と、軸部７２ｐおよび７２ｑとは、一体に成形されている。歯車部７１には、歯車が形成されている。軸部７２ｐおよび７２ｑには、歯車が形成されていない。

歯車部７１は、端面７１ａおよび７１ｂを含む。端面７１ａおよび端面７１ｂは、中心軸２０１の軸方向に沿った歯車部７１の両端に形成されている。軸部７２ｐおよび７２ｑは、歯車部７１から中心軸２０１の軸方向に延出する。軸部７２ｐおよび軸部７２ｑは、端面７１ａおよび端面７１ｂからそれぞれ延出する。軸部７２ｐおよび軸部７２ｑは、中心軸２０１の軸方向において、歯車部７１の前後にそれぞれ形成されている。軸部７２ｐおよび７２ｑは、直径Ｄ２を有する。直径Ｄ２は、歯車部７１が有する直径よりも小さい。軸部７２ｐおよび７２ｑを設けることによって、旋盤によるサンギヤ７０の加工時、加工位置に合わせて軸部７２ｐおよび軸部７２ｑのいずれかを選択的にチャッキングすることができる。これにより、サンギヤ７０の加工精度や加工のし易さを向上させることができる。

サンギヤ７０には、サンシャフト３１が嵌め合わされる孔７４が形成されている。孔７４は、中心軸２０１の軸方向に延びる。孔７４は、軸部７２ｐ、歯車部７１および軸部７２ｑを貫通する。孔７４は、小径部７４ｍおよび大径部７４ｎを含む。小径部７４ｍは、相対的に小さい直径ｄ１を有し、大径部７４ｎは、相対的に大きい直径ｄ２を有する。小径部７４ｍは、軸部７２ｐおよび７２ｑに形成されている。大径部７４ｎは、歯車部７１に形成されている。

先端部３６の直径Ｄ１は、小径部７４ｍの直径ｄ１よりも大きく、大径部７４ｎの直径ｄ２よりも小さい（Ｄ１＞ｄ１、Ｄ１＜ｄ２）。すなわち、先端部３６が孔７４に挿入された状態で、先端部３６と軸部７２ｐおよび７２ｑとが、締り嵌めとなり、先端部３６と歯車部７１とが隙間嵌めとなる。サンギヤ７０は、焼き嵌めによりサンシャフト３１に嵌め合わされる。サンギヤ７０は、圧入によりサンシャフト３１に嵌め合わされても良い。本実施の形態では、サンギヤ７０に軸部７２ｐおよび軸部７２ｑを設けることによって、孔７４の締り嵌め部分の長さを大きく設定することができる。これにより、サンギヤ７０の組み付け時、サンギヤ７０をこじらせることなくサンシャフト３１に容易に嵌め合わせることができる。

回転−直動変換機構１０は、リング形状を有するリング部材８０を備える。リング部材８０には、軸部７２ｐおよび軸部７２ｑが嵌め合わされる孔８１が形成されている。リング部材８０は、軸部７２ｐおよび軸部７２ｑの外周上にそれぞれ嵌め合わされている。リング部材８０は、サンギヤ７０を形成する材料よりも大きい強度を有する材料から形成されている。リング部材８０は、金属から形成されている。

孔８１は、直径ｄ３を有する。軸部７２ｐおよび７２ｑの直径Ｄ２は、孔８１の直径ｄ３よりも大きい（Ｄ２＞ｄ３）。すなわち、リング部材８０が軸部７２ｐおよび軸部７２ｑに嵌め合わされた状態で、リング部材８０と軸部７２ｐおよび７２ｑとは、締り嵌めとなる。リング部材８０は、焼き嵌めにより軸部７２ｐおよび７２ｑに嵌め合わされる。リング部材８０は、圧入により軸部７２ｐおよび７２ｑに嵌め合わされても良い。

本実施の形態では、軸部７２ｐおよび７２ｑと歯車部７１とのうち軸部７２ｐおよび７２ｑのみを締り嵌めとする。これにより、先端部３６が孔７４に挿入された状態で歯車部７１が変形することを防ぎ、歯車形状の精度が低下することを防止する。

また、リング部材８０は、軸部７２ｐおよび７２ｑを先端部３６に対して外周側から締め付ける。本実施の形態では、リング部材８０がサンギヤ７０を形成する材料よりも大きい強度を有する材料から形成されているため、締り嵌めによって外周側に広がろうとする軸部７２ｐおよび７２ｑの変形をより効果的に抑制することができる。これにより、サンギヤ７０をより強固にサンシャフト３１に固定することができる。

図６中に示す構成では、サンシャフト３１に対するサンギヤ７０の固定がリング部材８０によって補強されるため、先端部３６と軸部７２ｐおよび７２ｑとの締め代を予め小さく設定しておくことが可能となる。これにより、サンギヤ７０を先端部３６に嵌め合わせる際の組み付け性を向上させることができる。

サンギヤ７０の組み付け時、サンギヤ７０を先端部３６に嵌め合わせた後に、リング部材８０を軸部７２ｐおよび７２ｑに嵌め合わせても良いし、焼き嵌めによりリング部材８０を軸部７２ｐおよび７２ｑに嵌め合わせた後、リング部材８０が収縮する前にサンギヤ７０を先端部３６に嵌め合わせても良い。

本実施の形態では、本発明における歯車の固定構造が、回転−直動変換機構１０に適用されている。回転−直動変換機構１０では、サンギヤ７０と遊星歯車４５とがスライドしながらサンシャフト３１が直線運動する構成上、サンギヤ７０の前後に軸部７２ｐおよび７２ｑを設けるスペースを確保し易い。また、ナット５１およびサンシャフト３１間の運動の伝達は、基本的にねじ部によって行なわれるため、サンギヤ７０に掛かる負荷は比較的小さい。このため、歯車部７１が隙間嵌めとされる本実施の形態における歯車の固定構造によっても、要求されるサンギヤ７０の固定強度を容易に確保することができる。

この発明の実施の形態１における歯車の固定構造は、シャフトとしてのサンシャフト３１と、サンシャフト３１に嵌め合わされる歯車部品としてのサンギヤ７０とを備える。サンギヤ７０は、歯車が形成される歯車部７１と、歯車部７１からサンシャフト３１の軸線方向に延出する軸部７２ｐ，７２ｑとを含む。歯車部７１および軸部７２ｐ，７２ｑのうち軸部７２ｐ，７２ｑが、サンシャフト３１と締り嵌めになる。

回転−直動変換機構１０は、ねじ軸としてのサンシャフト３１と、サンギヤ７０と、ナット５１と、遊星ねじローラとしてのプラネタリシャフト４１とを備える。サンシャフト３１は、軸線としての中心軸２０１に沿って延び、中心軸２０１の軸方向に直線運動する。サンギヤ７０は、サンシャフト３１に嵌め合わされる。ナット５１は、中心軸２０１を中心に回転運動する。プラネタリシャフト４１には、歯車が形成されている。プラネタリシャフト４１は、サンシャフト３１およびナット５１に螺合する。プラネタリシャフト４１およびサンギヤ７０に形成された歯車が噛み合いながら、プラネタリシャフト４１が自転しつつ中心軸２０１を中心に公転する。サンシャフト３１、プラネタリシャフト４１およびナット５１間の螺合により、サンシャフト３１の直線運動とナット５１の回転運動とが相互に変換される。

このように構成された、この発明の実施の形態１における歯車の固定構造によれば、サンギヤ７０に形成された歯車の形状精度を維持することにより、回転−直動変換機構１０による回転運動および直線運動間の変換効率を向上させることができる。また、リング部材８０を設けることによって、サンシャフト３１に対するサンギヤ７０の固定強度を向上させることができる。これにより、回転−直動変換機構１０の作動中にサンギヤ７０が空回りすることを防止できる。また、サンシャフト３１の外周面およびサンギヤ７０の内周面に研磨等の高精度な加工が不要となるため、回転−直動変換機構１０の製造コストを低減させることができる。

なお、本実施の形態では、サンギヤ７０がサンシャフト３１に固定される場合について説明したが、これに限られず、たとえばサンギヤ７０が、ハウジング６６の開口を塞ぐ蓋体６７から延出するシャフトに固定されても良い。また、本発明における歯車部品は、回転するシャフトに固定されても良い。また、本発明におけるシャフトは、棒形状に限られず、筒形状を有しても良い。たとえば、図３中のナット５１にリングギヤ５０を固定する構造に、本発明を適用することもできる。

また、本実施の形態では、本発明による回転−直動変換機構を内燃機関のバルブリフト可変機構に接続したが、これに限定されず、直線駆動が必要となる各種機構に接続することができる。また本発明を、入力された直線運動を回転運動に変換して出力する回転−直動変換機構に適用することもできる。また、本発明における歯車の固定構造を、回転−直動変換機構以外の機構に適用することもできる。たとえば、内燃機関に搭載される、バランスシャフト駆動用のギヤ付きクランクシャフトやカム軸に固定されるギヤ等にも適用することができる。

続いて、図６中に示す歯車の固定構造によって得られる効果を確認する実施例について説明を行なう。図８は、図６中の歯車の固定構造において、サンシャフトおよびサンギヤ間の締め代と、サンギヤのオーバーピン径（ＯＰＤ：Over Pin Diameter）との関係を示すグラフである。

図８を参照して、軸部７２ｐおよび７２ｑと先端部３６との締め代を変化させ、歯車部７１のオーバーピン径を測定した。また比較のため、歯車部７１のみからなるサンギヤを準備し、そのサンギヤを先端部３６に嵌め合わせた場合についても同様にオーバーピン径を測定した。図８を参照して分かるように、軸部７２ｐおよび７２ｑを締り嵌めとすることにより、締め代を増大させても歯車の変形が抑制されることを確認できた。

図９は、図６中の歯車の固定構造において、サンシャフトおよびサンギヤ間の締め代と、サンギヤの回りトルクとの関係を示すグラフである。図９を参照して、軸部７２ｐおよび７２ｑと先端部３６との締め代を変化させ、サンギヤ７０に回転力を与えた場合にサンシャフト３１に対してサンギヤ７０が回り始める時のトルク（回りトルク）を測定した。測定は、リング部材８０が設けられたサンギヤ７０と、リング部材８０が設けられないサンギヤ７０とについて行なった。図９を参照して分かるように、リング部材８０を設けることによって、締め代の増大とともに回りトルクを増加させることができた。一方、リング部材８０を設けない場合、軸部７２ｐおよび７２ｑの変形に起因して、締め代を増大させても回りトルクが微減するにとどまった。

（実施の形態２）
本実施の形態では、図６中の歯車の固定構造の各種変形例について説明を行なう。

図１０は、図６中の歯車の固定構造の第１の変形例を示す断面図である。図１０を参照して、本変形例では、サンギヤ７０に形成される孔７４が、直径ｄ４を有する。孔７４は、中心軸２０１の軸方向に沿って一定な直径を有する。先端部３６は、大径部３６ｍおよび小径部３６ｎを含む。大径部３６ｍは、相対的に大きい直径Ｄ３を有する。小径部３６ｎは、相対的に小さい直径Ｄ４を有する。大径部３６ｍは、軸部７２ｐおよび７２ｑが嵌め合わされる位置に形成されている。小径部３６ｎは、歯車部７１が嵌め合わされる位置に形成されている。

大径部３６ｍの直径Ｄ３は、孔７４の直径ｄ４よりも大きい（Ｄ３＞ｄ４）。小径部３６ｎの直径Ｄ４は、孔７４の直径ｄ４よりも小さい（Ｄ４＜ｄ４）。すなわち、先端部３６が孔７４に挿入された状態で、先端部３６と軸部７２ｐおよび７２ｑとが、締り嵌めとなり、先端部３６と歯車部７１とが隙間嵌めとなる。

本変形例では、図６中の歯車の固定構造と比較して、サンギヤ７０の内径ではなくサンシャフト３１の外径に段差が形成されるため、旋盤による加工を容易に行なうことができる。

図１１は、図６中の歯車の固定構造の第２の変形例を示す断面図である。図１２は、図１１中の歯車の固定構造に用いられたＣリングを示す斜視図である。

図１１および図１２を参照して、本変形例では、図６中のリング部材８０に替えてＣリング８４が設けられている。軸部７２ｐおよび７２ｑの外周面には、溝８５が形成されている。溝８５は、中心軸２０１を中心にその周方向に延びる。溝８５には、Ｃリング８４が嵌め合わされている。Ｃリング８４は、溝８５に嵌め合わされた状態で内周側に収縮しようとする弾性力を有する。Ｃリング８４は、軸部７２ｐおよび７２ｑを先端部３６に対して外周側から締め付ける。

本変形例では、Ｃリング８４を弾性変形させて溝８５に嵌め合わせる。このため、締め付け部材としてのＣリング８４を軸部７２ｐおよび７２ｑに組み付ける際の作業性を向上させることができる。

図１３は、図６中の歯車の固定構造の第３の変形例を示す断面図である。図１３を参照して、本変形例では、図６中のリング部材８０に替えて、分割リング部材８７および８８が設けられている。分割リング部材８７および８８は、リング部材８０を中心軸２０１を中心に１８０°ごとに２つに分割した形状を有する。分割リング部材８７と分割リング部材８８とは、ボルト８９により互いに締結されている。分割リング部材８７および８８は、軸部７２ｐおよび７２ｑを先端部３６に対して外周側から締め付ける。なお、本実施の形態では、分割リング部材を、リング部材８０を２分割した形状としたが、３以上の複数に分割した形状としても良い。

図１４は、図６中の歯車の固定構造の第４の変形例を示す断面図である。図１４を参照して、本変形例では、図６中のリング部材８０が設けられていない。先端部３６と軸部７２ｐおよび７２ｑとが、溶接ビード９１により連結されている。溶接ビード９１は、軸部７２ｐおよび７２ｑの外周面から先端部３６にまで達するように形成されている。溶接ビード９１は、レーザー溶接、電子ビーム溶接、プラズマアーク溶接等により形成されている。

図１５は、図６中の歯車の固定構造の第５の変形例を示す断面図である。図１５を参照して、本変形例では、図１４中の歯車の固定構造と比較して、溶接ビード９１が設けられる位置が異なる。サンシャフト３１は、相対的に小さい直径を有する先端部３６に加えて、相対的に大きい直径を有する基部３７をさらに含む。基部３７は、中心軸２０１の軸方向において軸部７２ｑと対向する。溶接ビード９１は、先端部３６と軸部７２ｐとの境界面および基部３７と軸部７２ｑとの境界面に形成されている。

なお、図１４および図１５中に示す溶接ビード９１は、中心軸２０１を中心とする周方向に連続して延びても良いし、所定の間隔ごとに複数箇所に設けられても良い。

図１６は、図６中の歯車の固定構造の第６の変形例を示す断面図である。図１６を参照して、本変形例では、図６中のリング部材８０が設けられていない。先端部３６と軸部７２ｐおよび７２ｑとが、カシメ部９３により連結されている。カシメ部９３は、軸部７２ｐおよび７２ｑを先端部３６の外周面に対して窪ませることによって形成されている。

このように構成された、この発明の実施の形態２における歯車の固定構造によれば、実施の形態１に記載の効果と同様の効果を得ることができる。

（実施の形態３）
図１７は、この発明の実施の形態３における歯車の固定構造を示す断面図である。図１８は、図１７中の歯車の固定構造の分解組み立て図である。本実施の形態における歯車の固定構造は、実施の形態１における歯車の固定構造と比較して、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造については説明を繰り替えさない。

図１７および図１８を参照して、本実施の形態では、サンギヤ７０が、サンシャフト３１の内周に嵌め合わされている。サンギヤ７０は、歯車部７１と、軸部７６ｐおよび７６ｑとを含む。軸部７６ｐおよび７６ｑは、歯車部７１から中心軸２０１の軸方向に延出する。軸部７６ｑは、直径Ｄ５を有する。

先端部３６には、軸部７６ｑが嵌め合わされる孔３８が形成されている。孔３８は、直径ｄ５を有する。軸部７６ｑの直径Ｄ５は、孔３８の直径ｄ５よりも大きい（Ｄ５＞ｄ５）。すなわち、軸部７６ｑと先端部３６とが、締り嵌めになる。軸部７６ｑと先端部３６とは、溶接ビード９６により互いに連結されている。

図１９は、図１７中の歯車の固定構造の変形例を示す断面図である。図１９を参照して、本変形例では、図１７中の溶接ビード９６に替えてカシメ部９８により、軸部７６ｑと先端部３６とが互いに連結されている。

本実施の形態では、軸部７６ｐおよび７６ｑのうち軸部７６ｑのみが、先端部３６と締り嵌めとなるのに対して、実施の形態１および２では、軸部７２ｐおよび７２ｑの双方が先端部３６と締り嵌めとなる構成が得られる。このため、実施の形態１および２における歯車の固定構造によれば、実施の形態３における歯車の固定構造と比較して、サンギヤ７０とサンシャフト３１とをより強固に固定することができる。

このように構成された、この発明の実施の形態３における歯車の固定構造によれば、実施の形態１に記載の効果と同様の効果を得ることができる。

なお、以上の実施の形態で説明した歯車の固定構造を適宜、組み合わせることによって、新たな歯車の固定構造を構成しても良い。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

内燃機関のバルブリフト可変機構を示す正面図である。 図１中のバルブリフト可変機構を部分的に示す斜視図である。 図１中のバルブリフト可変機構に接続された回転−直動変換機構を示す断面図である。 図３中のＩＶ−ＩＶ線上に沿った回転−直動変換機構の断面図である。 図３中のＶ−Ｖ線上に沿った回転−直動変換機構の断面図である。 図３中の回転−直動変換機構に用いられた歯車の固定構造を示す断面図である。 図６中の歯車の固定構造の分解組み立て図である。 図６中の歯車の固定構造において、サンシャフトおよびサンギヤ間の締め代と、サンギヤのオーバーピン径との関係を示すグラフである。 図６中の歯車の固定構造において、サンシャフトおよびサンギヤ間の締め代と、サンギヤの回りトルクとの関係を示すグラフである。 図６中の歯車の固定構造の第１の変形例を示す断面図である。 図６中の歯車の固定構造の第２の変形例を示す断面図である。 図１１中の歯車の固定構造に用いられたＣリングを示す斜視図である。 図６中の歯車の固定構造の第３の変形例を示す断面図である。 図６中の歯車の固定構造の第４の変形例を示す断面図である。 図６中の歯車の固定構造の第５の変形例を示す断面図である。 図６中の歯車の固定構造の第６の変形例を示す断面図である。 この発明の実施の形態３における歯車の固定構造を示す断面図である。 図１７中の歯車の固定構造の分解組み立て図である。 図１７中の歯車の固定構造の変形例を示す断面図である。

符号の説明

１０ 回転−直動変換機構、３１ サンシャフト、４１ プラネタリシャフト、５１ ナット、７０ サンギヤ、７１ 歯車部、７２ｐ，７２ｑ 軸部、８０ リング部材、８４ Ｃリング、８７，８８ 分割リング部材、９１，９６ 溶接ビード、９３，９８ カシメ部、２０１ 中心軸。

Claims (7)

1. シャフトと、
   前記シャフトに嵌め合わされる歯車部品とを備え、
   前記歯車部品は、歯車が形成される歯車部と、前記歯車部から前記シャフトの軸線方向に延出する軸部とを含み、
   前記歯車部および前記軸部のうち前記軸部が、前記シャフトと締り嵌めになる、歯車の固定構造。
2. 前記軸部は、前記シャフトの軸線方向における前記歯車部の前後に設けられている、請求項１に記載の歯車の固定構造。
3. 前記シャフトに対する前記軸部の固定を助勢する助勢部材をさらに備える、請求項１または２に記載の歯車の固定構造。
4. 前記助勢部材は、前記シャフトおよび前記軸部のいずれか一方を前記シャフトおよび前記軸部のいずれか他方に対して外周側から締め付ける締め付け部材を含む、請求項３に記載の歯車の固定構造。
5. 前記締め付け部材は、前記シャフトおよび前記軸部のいずれか一方を形成する材料よりも大きい強度を有する材料から形成されている、請求項４に記載の歯車の固定構造。
6. 前記助勢部材は、前記シャフトと前記軸部とを連結する連結部材を含む、請求項３から５のいずれか１項に記載の歯車の固定構造。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の歯車の固定構造が用いられる回転−直動変換機構であって、
   軸線に沿って延び、前記軸線方向に直線運動し、前記シャフトであるねじ軸と、
   前記ねじ軸に嵌め合わされ、前記歯車部品であるサンギヤと、
   前記軸線を中心に回転運動するナットと、
   歯車が形成され、前記ねじ軸および前記ナットに螺合する遊星ねじローラとを備え、
   前記遊星ねじローラおよび前記サンギヤに形成された歯車が噛み合いながら、前記遊星ねじローラが自転しつつ前記軸線を中心に公転し、
   前記ねじ軸、前記遊星ねじローラおよび前記ナット間の螺合により、前記シャフトの直線運動と前記ナットの回転運動とが相互に変換される、回転−直動変換機構。

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