JP2008291949A - 遊星差動ネジ型回転−直動変換機構 - Google Patents

Abstract

【課題】キャリアによるプラネタリシャフト間の連結に頼らずにプラネタリシャフトにおけるネジ歯先がナットやサンシャフト側のネジ底あるいはネジ底付近にて強く接触することを防止できる遊星差動ネジ型回転−直動変換機構。
【解決手段】プラネタリシャフト８に設けられたネジ部８ｃの歯先形状を、ネジ有効径位置Ｓ１，Ｓ２を除いてネジ有効径位置Ｓ１，Ｓ２よりも先端側の同一径位置にて歯先を削除した形状としている。このことによりキャリアによるプラネタリシャフト８間の連結に頼らずにプラネタリシャフト８におけるネジ歯先がナット４やサンシャフト６側のネジ底あるいはネジ底付近にて強く接触することを防止することができる。この結果、ネジ有効径以外での摺動が抑制されて回転−直動の変換効率の低下が防止される。
【選択図】図３

Description

本発明は、ナット、サンシャフト及びプラネタリシャフト間に形成されている各ネジ部同士を噛み合わせたネジ噛合部により回転−直動変換を行う遊星差動ネジ型回転−直動変換機構に関する。

各種のアクチュエータに用いられる回転−直動変換機構として、サンシャフト、プラネタリシャフト及びナットを組み合わせた遊星差動ネジ型回転−直動変換機構が知られている（例えば特許文献１参照）。
再公表特許ＷＯ２００４／０９４８７０号公報（第１５，１６，２６−２７頁、図１，１５）

このような遊星差動ネジ型回転−直動変換機構では、例えばナットを電動モータなどで回転させ、この回転をサンシャフトの軸方向移動に変換する場合、サンシャフト側は外部からの負荷を受ける側となり、サンシャフトに軸力が生じることになる。このサンシャフトを取り囲んで配置されたプラネタリシャフト配列は、その配列の中心側にてサンシャフト側からネジ部を介して軸力を与えられることになる。更にプラネタリシャフトは、その配列の外周側ではネジ部を介してナット側に噛合しているため、このナットにて軸方向移動を阻止される。

このように配列の中心側にてサンシャフトから軸力が与えられ、配列の外側にてナットにより軸方向移動が阻止されるため、プラネタリシャフトは軸力方向の一端側ではサンシャフトから離れてナットに押しつけられる力が作用し、反対端では逆にナットから離れてサンシャフトに押しつけられる力が作用する。

したがって個々のプラネタリシャフトとナットとの関係では、噛合しているネジ部においてネジ歯同士の傾きが生じる。このことにより特にプラネタリシャフトの軸力方向の端部におけるネジ歯先がナット側のネジ底あるいはネジ底付近にて強く接触する。このことは個々のプラネタリシャフトとサンシャフトとの関係でも同じであり、噛合しているネジ部においてネジ歯同士の傾きが生じて、プラネタリシャフトの端部におけるネジ歯先がサンシャフト側のネジ底あるいはネジ底付近にて強く接触する。

特許文献１と異なり、ナット側の回転が規制されて軸方向に移動されるタイプの遊星差動ネジ型回転−直動変換機構であっても、ナット側から軸力が与えられることにより、プラネタリシャフトのネジ歯先がナットやサンシャフト側のネジ底あるいはネジ底付近にて強く接触する現象は同様に生じる。

このように遊星差動ネジ型回転−直動変換機構において、ナット及びサンシャフトのネジ底あるいはネジ底付近に対するプラネタリシャフトのネジ歯先の接触が生じると、ネジ有効径以外の摺動部が増加することにより回転−直動の変換効率が低下する問題が生じる。

前記特許文献１ではプラネタリシャフトに相当する複数の遊星ネジローラはキャリアにて両端が回転可能に連結されている。このためサンシャフトに相当するネジ軸に軸力が作用しても、プラネタリシャフトにおけるネジ歯先がナットやサンシャフト側のネジ底あるいはネジ底付近にて強く接触することを防止できる。

しかしプラネタリシャフトの両端をキャリアにて連結していることにより、プラネタリシャフトの自転による摩擦、キャリア自体がナットとサンシャフトとの間で回転する際の摩擦が生じることにより、回転−直動の変換効率の向上には不十分であった。

本発明は、キャリアによるプラネタリシャフト間の連結に頼らずにプラネタリシャフトにおけるネジ歯先がナットやサンシャフト側のネジ底あるいはネジ底付近にて強く接触することを防止することを目的とするものである。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の遊星差動ネジ型回転−直動変換機構は、ナットとサンシャフトとの間にプラネタリシャフトを配置し、ナット、サンシャフト及びプラネタリシャフト間に形成されている各ネジ部同士を噛み合わせたネジ噛合部により、回転−直動変換を行う遊星差動ネジ型回転−直動変換機構であって、前記プラネタリシャフトに設けられたネジ部を、ネジ有効径位置を除いて該ネジ有効径位置よりも先端側の同一径位置にて歯先を削除した形状としたことを特徴とする。

このようにプラネタリシャフトに設けられたネジ部の歯先形状を上述したごとくの形状としたことにより、キャリアによるプラネタリシャフト間の連結に頼らずにプラネタリシャフトにおけるネジ歯先がナットやサンシャフト側のネジ底あるいはネジ底付近にて強く接触することを防止することができる。この結果、ネジ有効径以外での摺動が抑制されて回転−直動の変換効率の低下が防止される。

請求項２に記載の遊星差動ネジ型回転−直動変換機構では、請求項１において、前記プラネタリシャフトに設けられたネジ部は、転造加工により形成されたネジ山の先端部を、切削加工により前記同一径位置まで削除して形成されたことを特徴とする。

転造加工では同一径位置での高精度な歯先の削除形状の形成は困難であることから、このようにネジ山の転造と先端部の切削加工とを組み合わせることにより、容易に前述した形状のプラネタリシャフトを高精度に形成することができる。

請求項３に記載の遊星差動ネジ型回転−直動変換機構では、請求項１又は２において、前記遊星差動ネジ型回転−直動変換機構は、前記サンシャフト、前記プラネタリシャフト及び前記ナットに各々ギヤ部を設け、該ギヤ部同士を噛み合わせていることを特徴とする。

このようにネジ部と共にギヤ部が形成されていることによりサンシャフト、プラネタリシャフト及びナット間の回転が所定のギヤ比に完全に固定された場合は、ネジ有効径以外での摺動による変換効率の低下は大きくなる傾向にある。しかしネジ有効径以外での摺動が抑制されることにより回転−直動の変換効率の低下防止は顕著なものとなる。

請求項４に記載の遊星差動ネジ型回転−直動変換機構では、請求項１〜３のいずれかにおいて、前記サンシャフト又は前記ナットには、被駆動側から常時又は繰り返し一方向に軸力が付与されていることを特徴とする。

このような遊星差動ネジ型回転−直動変換機構では、特にナット及びサンシャフトに対するプラネタリシャフトの強い接触が継続的に生じている。したがってプラネタリシャフトに設けられたネジ部の歯先形状を前述したごとくの形状としたことにより、ネジ有効径以外での摺動を効果的に抑制して回転−直動の変換効率の低下を効果的に防止できる。

請求項５に記載の遊星差動ネジ型回転−直動変換機構では、請求項１〜４のいずれかにおいて、コントロールシャフトを軸方向での位置調節を行うことにより内燃機関のバルブ特性を可変とする内燃機関の可変動弁機構における前記コントロールシャフトの軸方向移動位置を調節するものであることを特徴とする。

このような内燃機関の可変動弁機構に用いられる遊星差動ネジ型回転−直動変換機構にて、ネジ有効径以外での摺動が効果的に抑制されて回転−直動の変換効率の低下が効果的に防止される。したがって内燃機関の燃費の向上を図ることができる。

請求項６に記載の遊星差動ネジ型回転−直動変換機構では、請求項５において、前記サンシャフトが前記コントロールシャフトに接続されると共に内燃機関に対して軸方向移動可能にかつ回転不能に配置されて、回転駆動力出力装置により前記ナットが回転駆動されることにより前記サンシャフトが軸方向に移動することで、前記コントロールシャフトの軸方向移動位置を調節するものであることを特徴とする。

サンシャフトにはコントロールシャフトから軸力が伝達されるが、この軸力によりナットとサンシャフトとの間でプラネタリシャフトの傾きが生じても、ネジ有効径以外での摺動が効果的に抑制されて回転−直動の変換効率の低下が効果的に防止される。したがって内燃機関の燃費の向上を図ることができる。

［実施の形態１］
図１は上述した発明が適用された内燃機関の可変動弁機構に用いられる遊星差動ネジ型回転−直動変換機構２の内部構成を示す破断斜視図、図２はその縦断面図である。遊星差動ネジ型回転−直動変換機構２は、ナット４、サンシャフト６及びナット４とサンシャフト６との間に配置された複数のプラネタリシャフト８を主体として構成されている。尚、実際に可変動弁機構に用いる場合には、ナット４の外側にアンギュラベアリングと電動モータ（回転駆動力出力装置に相当）のロータを取り付ける。

ナット４は内周面にギヤ部（ここでは平歯ギヤ）４ａ，４ｂ及びネジ部４ｃを備えている。ネジ部４ｃは、ここでは５条からなる左ネジである。
サンシャフト６は、ギヤ部（ここでは平歯ギヤ）６ａ，６ｂ、ネジ部６ｃ及びストレートスプライン部６ｄを備えている。更にサンシャフト６の基端側、すなわちギヤ部６ａ側の端部にはサンシャフト６の軸方向移動量（ストローク量）を検出するためのコア６ｅが形成されており、ナット４を一方側で閉塞しているキャップ１０内に形成されたコイル１２と共に変位センサを構成している。ネジ部６ｃは、ここでは４条からなる右ネジである。

プラネタリシャフト８は、複数本、例えば９本が、ナット４及びサンシャフト６と軸方向を同一にして、ナット４とサンシャフト６との間に等位相間隔に配置されている。各プラネタリシャフト８は、ギヤ部（ここでは平歯ギヤ）８ａ，８ｂ及びネジ部８ｃを備えている。

プラネタリシャフト８とナット４との噛合状態は、プラネタリシャフト８のギヤ部８ａ，８ｂはナット４側のギヤ部４ａ，４ｂに、プラネタリシャフト８のネジ部８ｃはナット４側のネジ部４ｃに噛み合わされている。

噛み合っているナット４のネジ部４ｃとプラネタリシャフト８のネジ部８ｃとは、ピッチ円径の比とネジ条数の比とが同じく「５：１」である。したがってプラネタリシャフト８がナット４の内周面にて転動してもナット４とプラネタリシャフト８との間で軸方向での相対的移動は生じない。

プラネタリシャフト８とサンシャフト６との噛合状態は、プラネタリシャフト８のギヤ部８ａ，８ｂはサンシャフト６側のギヤ部６ａ，６ｂに、プラネタリシャフト８のネジ部８ｃはサンシャフト６のネジ部６ｃに噛み合わされている。尚、サンシャフト６のストレートスプライン部６ｄは、遊星差動ネジ型回転−直動変換機構２が用いられる内燃機関にケーシングを介して固定される際に、そのケーシングの開口部分に形成されているストレートスプライン部に噛み合わされる。したがってサンシャフト６は、ストレートスプライン部６ｄにてケーシングのストレートスプライン部に対して摺動することで軸方向移動は許されるが、軸回転は阻止されることになる。

噛み合っているプラネタリシャフト８のネジ部８ｃとサンシャフト６のネジ部６ｃとは、ピッチ円径の比とネジ条数の比とが異なる。すなわちピッチ円径の比は「１：３」であるが、プラネタリシャフト８のネジ部８ｃのネジ条数は１条であり、サンシャフト６のネジ部６ｃのネジ条数は４条であるので、ネジ条数の比は「１：４」である。このためプラネタリシャフト８が、ナット４の回転により、サンシャフト６の周囲に転動すると、軸回転が規制されているサンシャフト６は、ナット４とプラネタリシャフト８とに対して軸方向での相対的移動を生じる。すなわち差動を生じる。

このように遊星差動ネジ型回転−直動変換機構２が構成されているため、ナット４の外側に電動モータのロータを取り付けて、外部の制御回路にて、この電動モータによりナット４を回転させることができる。この時、ネジ部４ｃ，８ｃ，６ｃ同士を噛み合わせたネジ噛合部の機能により上述したごとくの差動が生じてサンシャフト６が軸方向に移動する。この遊星差動ネジ型回転−直動変換機構２は内燃機関の可変動弁機構に適用しているので、制御回路にて、変位センサのコイル１２により検出されるサンシャフト６の変位が目標位置（目標ストローク量）を示すようにナット４の回転量を調節することになる。

サンシャフト６の接続端部６ｆには可変動弁機構側のコントロールシャフトが接続されるので、前記制御回路によりコントロールシャフトの軸方向位置が調節できる。このことにより、バルブ作用角、例えば吸気バルブのバルブ作用角を調節できるので、内燃機関の出力を調節できる。

上記コントロールシャフトには、吸気バルブなどのバルブスプリングの反力により軸力が生じている。したがって可変動弁機構側のコントロールシャフトからサンシャフト６には軸力が伝達される。可変動弁機構が、コントロールシャフトを可変動弁機構側から遊星差動ネジ型回転−直動変換機構２側へ引き出すことによりバルブ作用角を大きくする構成である場合には、軸力はサンシャフト６を図示矢印のごとく遊星差動ネジ型回転−直動変換機構２から引き出す方向に常時あるいは繰り返し作用する。

この場合、各プラネタリシャフト８においては、遊星差動ネジ型回転−直動変換機構２の中心側にてサンシャフト６により図示方向の軸力を受け、遊星差動ネジ型回転−直動変換機構２の外側にてナット４により抵抗力を受ける。このことから図２に矢印にて示すごとく、遊星差動ネジ型回転−直動変換機構２内に円筒状に並んだ９本のプラネタリシャフト８の配列は、軸力方向側が開き、軸両方向とは反対側が閉じる方向に力を受ける。

したがって図３に拡大して示すごとくプラネタリシャフト８の軸方向はナット４及びサンシャフト６に対して傾き角α分傾く。このことにより各プラネタリシャフト８のネジ部８ｃにおいては、ナット４のネジ部４ｃに噛合しているネジ歯の内で最も軸力方向側に存在するネジ歯部分１４がナット４のネジ部４ｃの谷部１６に最も強く噛み込むことになる。そしてサンシャフト６のネジ部６ｃに噛合しているネジ歯の内で最も軸力方向とは反対側に存在するネジ歯部分１８がサンシャフト６のネジ部６ｃの谷部２０に最も強く噛み込むことになる。

上記ネジ歯部分１４，１８を含めてプラネタリシャフト８のネジ歯は、ネジ有効径位置Ｓ１，Ｓ２を除いてこのネジ有効径位置Ｓ１，Ｓ２よりも先端側の同一径位置（図示半径ｒの位置）にて歯先を削除した形状とされ、この歯先の切除部分２２は全体として円筒面を形成している。

もし、このような形状にプラネタリシャフト８のネジ部８ｃの歯先を削除していなければ、ナット４のネジ部４ｃにおいては接触部Ｐ１にて示す位置、あるいはサンシャフト６のネジ部６ｃにおいては接触部Ｐ２にて示す位置のように、ネジ噛合部の相手側のネジ底あるいはネジ底付近にて強く接触する。

しかし本実施の形態ではプラネタリシャフト８のネジ部８ｃの歯先が上述したごとくに削除されていることにより、プラネタリシャフト８のネジ部８ｃはネジ噛合部の相手側のネジ底あるいはネジ底付近にて強く接触することはない。

尚、本実施の形態において、切除部分２２の形成は、転造により通常のネジ歯を形成して、その後、切削加工により、転造加工により形成されたネジ山の先端部を同一径位置（半径ｒ）まで削除して形成されている。

以上説明した本実施の形態１によれば、以下の効果が得られる。
（イ）．プラネタリシャフト８に設けられたネジ部８ｃの歯先形状を、ネジ有効径位置Ｓ１，Ｓ２を除いてネジ有効径位置Ｓ１，Ｓ２よりも先端側の同一径位置にて歯先を削除した形状としている。このことによりキャリア（特許文献１など）によるプラネタリシャフト８間の連結に頼らずにプラネタリシャフト８におけるネジ歯先がナット４やサンシャフト６側のネジ底あるいはネジ底付近にて強く接触することを防止することができる。この結果、ネジ有効径以外での摺動が抑制されて回転−直動の変換効率の低下が防止される。

このことからナット４の外側に配置する電動モータの大型化を招くことなく遊星差動ネジ型回転−直動変換機構２の作動円滑化を可能とすることができる。
（ロ）．ネジ部４ｃ，６ｃ，８ｃによる噛合部と共に、ギヤ部４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂ，８ａ，８ｂ同士の噛合部も存在する。このことにより、サンシャフト６、プラネタリシャフト８及びナット４間の回転は該当するギヤ比に完全に固定されるので、ネジ有効径以外での摺動による変換効率の低下は大きくなる傾向にある。しかし上述したごとくネジ有効径以外での摺動が抑制されることにより回転−直動の変換効率の低下防止は顕著なものとなる。

（ハ）．プラネタリシャフト８のネジ部８ｃは、転造加工により形成されたネジ山の先端部を、切削加工により同一径位置まで削除して形成されている。転造加工では同一径位置での高精度な歯先の削除形状の形成は困難であることから、このようにネジ山の転造と先端部の切削加工とを組み合わせることにより、容易に上記形状のプラネタリシャフト８を高精度に形成することができる。

（ニ）．サンシャフト６には内燃機関のバルブ特性調節のために可変動弁機構に備えられたコントロールシャフトから常時又は繰り返し一方向の軸力が伝達されている。この軸力によりナット４とサンシャフト６との間でプラネタリシャフト８の傾きが生じても、ネジ有効径以外での摺動が効果的に抑制されるので、回転−直動の変換効率の低下が効果的に防止される。したがって内燃機関の燃費の向上を図ることができる。

［その他の実施の形態］
（ａ）．前記実施の形態において、サンシャフト６に与えられる軸力は遊星差動ネジ型回転−直動変換機構２からサンシャフト６を引き出す方向の軸力であったが、逆方向の軸力が生じることで図３に示す傾き角αが逆になる構成でも同様な効果を生じる。又、軸力方向が逆転を繰り返しても同様な効果を生じる。

（ｂ）．前記実施の形態においては、切除部分２２の形成は、転造後の切削処理によったが、プラネタリシャフト８のネジ部８ｃの全体形状を、切削により形成しても良く、他の加工方法により形成しても良い。

実施の形態１として内燃機関の可変動弁機構に用いられる遊星差動ネジ型回転−直動変換機構の内部構成を示す破断斜視図。 同じく縦断面図。 同じくプラネタリシャフトとサンシャフト及びナットとのネジ部噛合状態を示す縦断面図。

符号の説明

２…遊星差動ネジ型回転−直動変換機構、４…ナット、４ａ，４ｂ…ギヤ部、４ｃ…ネジ部、６…サンシャフト、６ａ，６ｂ…ギヤ部、６ｃ…ネジ部、６ｄ…ストレートスプライン部、６ｅ…コア、６ｆ…接続端部、８…プラネタリシャフト、８ａ，８ｂ…ギヤ部、８ｃ…ネジ部、１０…キャップ、１２…コイル、１４…ネジ歯部分、１６…谷部、１８…ネジ歯部分、２０…谷部、２２…切除部分、Ｐ１…接触部、Ｐ２…接触部、Ｓ１，Ｓ２…ネジ有効径位置。

Claims (6)

1. ナットとサンシャフトとの間にプラネタリシャフトを配置し、ナット、サンシャフト及びプラネタリシャフト間に形成されている各ネジ部同士を噛み合わせたネジ噛合部により、回転−直動変換を行う遊星差動ネジ型回転−直動変換機構であって、
   前記プラネタリシャフトに設けられたネジ部を、ネジ有効径位置を除いて該ネジ有効径位置よりも先端側の同一径位置にて歯先を削除した形状としたことを特徴とする遊星差動ネジ型回転−直動変換機構。
2. 請求項１において、前記プラネタリシャフトに設けられたネジ部は、転造加工により形成されたネジ山の先端部を、切削加工により前記同一径位置まで削除して形成されたことを特徴とする遊星差動ネジ型回転−直動変換機構。
3. 請求項１又は２において、前記遊星差動ネジ型回転−直動変換機構は、前記サンシャフト、前記プラネタリシャフト及び前記ナットに各々ギヤ部を設け、該ギヤ部同士を噛み合わせていることを特徴とする遊星差動ネジ型回転−直動変換機構。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、前記サンシャフト又は前記ナットには、被駆動側から常時又は繰り返し一方向に軸力が付与されていることを特徴とする遊星差動ネジ型回転−直動変換機構。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、コントロールシャフトを軸方向での位置調節を行うことにより内燃機関のバルブ特性を可変とする内燃機関の可変動弁機構における前記コントロールシャフトの軸方向移動位置を調節するものであることを特徴とする遊星差動ネジ型回転−直動変換機構。
6. 請求項５において、前記サンシャフトが前記コントロールシャフトに接続されると共に内燃機関に対して軸方向移動可能にかつ回転不能に配置されて、回転駆動力出力装置により前記ナットが回転駆動されることにより前記サンシャフトが軸方向に移動することで、前記コントロールシャフトの軸方向移動位置を調節するものであることを特徴とする遊星差動ネジ型回転−直動変換機構。

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