JP2009257418A - 遊星差動式運動変換機構及びその組み立て方法、並びに同遊星差動式運動変換機構を具備する動力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】組み立て作業の煩雑化を極力抑制しつつ、プラネタリシャフトに形成されるギアやこれと噛合するギアの耐久性の低下を好適に抑制することのできる遊星差動式運動変換機構を提供する。
【解決手段】遊星差動式運動変換機構１００にあっては、荷重Ｆが作用することに起因してプラネタリシャフト３０が傾くときにフロント側プラネタリギア３２ａの歯面の方向とこれに噛合するフロント側リングギア１２ａ及びフロント側サンギア２２ａの歯面の方向とが平行に近づくように、フロント側リングギア１２ａ及びフロント側サンギア２２ａと、フロント側プラネタリギア３２ａとのうち一方をハス歯ギアするとともに、これと噛合する他方を平歯ギアにしている。一方で、螺子螺合部を挟んで反対側に位置するリア側ギア噛合部にあっては、互いに噛合するリア側プラネタリギア３２ｂと、リア側リングギア１２ｂ並びにリア側サンギア２２ｂの双方を平歯ギアにしている。
【選択図】図１

Description

この発明は、円環状のロータと、このロータに内挿されるサンシャフトと、これらロータ及びサンシャフトの間に介装されるプラネタリシャフトとを備え、これらの各部材に形成されて互いに螺合する螺子の作用を利用してロータの回転運動をサンシャフトの直線運動に変換する遊星差動式運動変換機構及びその組み立て方法、並びに同遊星差動式運動変換機構を具備する動力装置に関する。

モータの回転力を利用して制御軸をその軸方向に変位させる動力装置には、モータの回転運動を制御軸の直線運動に変換する運動変換機構が搭載されている。例えば、こうした運動変換機構として、特許文献１には、モータによって回転駆動される円環状のロータにサンシャフトを内挿し、ロータとサンシャフトとの間に複数のプラネタリシャフトを介装させるとともに、各部材にそれぞれ設けられた螺子同士を互いに螺合させた遊星差動式運動変換機構が記載されている。

この遊星差動式運動変換機構は、いわゆる差動ねじを有しており、プラネタリシャフトに形成された螺子とサンシャフトに形成された螺子とのリード角が異なっている。これにより、ロータの回転運動に伴ってプラネタリシャフトがサンシャフトの外周面上を転動すると、このリード角の違いの分だけサンシャフトが軸方向に変位する。

また、こうした遊星差動式運動変換機構にあっては、プラネタリシャフトの両端部に同プラネタリシャフトに形成された螺子を挟むように一対のプラネタリギアを配設し、サンシャフトの外周面に形成されたサンギア及びロータの内周面に設けられたリングギアにこのプラネタリギアを噛合させるようにしている。こうした構成によれば、これらのギアを介してロータの回転力が確実に伝達されるようになるため、螺子の滑りを抑制してロータの回転運動をサンシャフトの直線運動に変換する効率を向上させることができる。

ところで、上述したようにプラネタリシャフトに形成される螺子のリード角とサンシャフトに形成される螺子のリード角は僅かに異なっている。そのため、サンシャフトに形成された螺子と、プラネタリシャフトに形成された螺子とが螺合している部分にあっては、互いの螺子の螺子山の方向が僅かにずれている。制御軸を軸方向に往復動させる動力装置に搭載される遊星差動式運動変換機構にあっては、制御軸側から入力される荷重や、駆動時の制御軸の駆動抵抗に起因する反力等、サンシャフトに軸方向の荷重が作用する。

図１２に矢印で示されるように、サンシャフト１２０に軸方向の荷重Ｆが作用しているときには、サンシャフト１２０に形成された螺子１２１とプラネタリシャフト１３０に形成された螺子１３１とを平行に近づけるようにプラネタリシャフト１３０を傾けるトルクＴが発生する。そして、このトルクＴの作用によって図１２に示されるようにプラネタリシャフト１３０が傾くと、プラネタリシャフト１３０の両端部に形成されたプラネタリギア１３２ａ，１３２ｂとこれと噛合するサンギア１２２ａ，１２２ｂとの噛合部分においてこれらの歯面が互いに傾いた状態で接触することになる。また、プラネタリギア１３２ａ，１３２ｂにはロータの内周面に設けられるリングギアも噛合しているため、このリングギアとプラネタリギア１３２ａ，１３２ｂとの噛合部分にあっても、同様に互いの歯面が傾いた状態で接触するようになる。その結果、これらの噛合部分における歯面の偏磨耗や欠損等が生じやすくなり、プラネタリギア１３２ａ，１３２ｂやこれと噛合するサンギア１２２ａ，１２２ｂ及びリングギアの耐久性が低下するおそれがある。

これに対して、特許文献１にはサンギア１２２ａ，１２２ｂ及びリングギアと、プラネタリギア１３２ａ，１３２ｂとのうち、いずれか一方をプラネタリシャフト１３０が傾く角度に合わせて傾斜したハス歯ギアにする構成が記載されている。例えば、サンギア１２２ａ，１２２ｂと図示しないリングギアとをハス歯ギアにする構成を採用した場合には、螺子１２１と螺子１３１とのリード角の差によってプラネタリシャフト１３０が傾いた場合であっても、図１３に示されるようにサンギア１２２ａ，１２２ｂとプラネタリギア１３２ａ，１３２ｂとの噛合部分において歯面同士が平行な状態で接触しやすくなる。また同様にリングギアとプラネタリギア１３２ａ，１３２ｂとの噛合部分においても歯面同士が平行な状態で接触しやすくなる。これにより、歯面の偏磨耗や欠損の発生を抑制し、プラネタリギア１３２ａ，１３２ｂやこれと噛合するサンギア１２２ａ，１２２ｂ及びリングギアの耐久性の低下を抑制することができるようになる。
特開２００７‐１９２３８８号公報

ところで、上記のように互いに噛合するギアの一方をハス歯ギアにした場合には、遊星差動式運動変換機構を組み立てる際に、ハス歯ギアと平歯ギアとを噛合させるためにこれらのギアが形成された部材を傾けて互いの歯面の向きを揃えながらこれらを組み立てる必要がある。そのため、上記のように螺子螺合部を挟むように軸方向に離間して配設される一対のギア噛合部を有する遊星差動式運動変換機構にあっては、双方のギア噛合部に対して互いの歯面の向きを揃えながらギア同士を噛合させる作業を行わなければならない。その結果、これらを組み立てる作業が困難且つ煩雑なものとなり、その製造コストが増大することとなる。

本願発明はこうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は組み立て作業の煩雑化を極力抑制しつつ、プラネタリシャフトに形成されるギアやこれと噛合するギアの耐久性の低下を好適に抑制することのできる遊星差動式運動変換機構、並びに同遊星差動式運動変換機構を具備する動力装置を提供するとともに、こうした遊星差動式運動変換機構の容易な組み立て方法を提供することにある。

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に記載の発明は、円環状のロータと同ロータに内挿されるサンシャフトとの間に複数のプラネタリシャフトを介装し、これら各部材のそれぞれに形成された螺子が互いに螺合する螺子螺合部と、これら各部材の軸方向において前記螺子螺合部を挟むように配設された一対のギア噛合部とにおいてこれら各部材を噛合させ、前記サンシャフトに形成された螺子のリード角と前記プラネタリシャフトに形成された螺子のリード角との差を利用して前記ロータの回転運動を前記サンシャフトの直線運動に変換する遊星差動式運動変換機構において、同遊星差動式運動変換機構は前記サンシャフトにその軸方向の一方に向かう荷重が常に作用する状況下で使用されるものであり、前記ギア噛合部のうち前記荷重の作用方向側に位置するギア噛合部にあっては、前記荷重が作用することに起因して前記プラネタリシャフトが傾斜するときに同プラネタリシャフトに形成されたギアの歯面の方向とこれに噛合するギアの歯面の方向とが平行に近づくように同ギア噛合部において互いに噛合する前記ギアのうち一方のギアをハス歯ギアにするとともに、これと噛合する他方のギアを平歯ギアにする一方、前記螺子螺合部を挟んで反対側に位置するギア噛合部にあっては、互いに噛合する前記ギアの双方を平歯ギアにすることをその要旨とする。

例えば、図１４に矢印で示されるようにサンシャフト１２０に図１４における右側に向かって荷重Ｆが作用している場合には、プラネタリシャフト１３０の螺子１３１におけるサンシャフト１２０の螺子１２１と噛合する部分には図１４の右側に向かう方向の荷重ｆ１が作用する。一方で、プラネタリシャフト１３０の螺子１３１におけるロータ１１０の螺子１１１と噛合する部分にはロータ１１０から受ける抵抗力によって図１４の左側に向かう方向の荷重ｆ２が作用する。その結果、プラネタリシャフト１３０には、図１４の中央に矢印で示されるように同プラネタリシャフト１３０を左周りに回転させるモーメントＭが作用するようになる。これにより、荷重Ｆの作用方向側に位置するギア噛合部におけるプラネタリギア１３２ａとリングギア１１２ａとが噛合する部分Ａ（図１４において破線で囲んだ部分）にあっては、矢印で示されるようにプラネタリギア１３２ａをリングギア１１２ａに押し付ける荷重Ｆｔが作用する。また、ロータ１１０の回転に伴ってプラネタリシャフト１３０がサンシャフト１２０の外周面上を転動しているときには同プラネタリシャフト１３０には、図１４に破線矢印で示されるように遠心力Ｆｃが作用する。そのため、部分Ａにあっては、この遠心力Ｆｃと上記のモーメントＭが作用することに起因する荷重Ｆｔとの合力により、プラネタリギア１３２ａをリングギア１１２ａに押し付ける方向に大きな荷重が作用するようになり、その接触面圧が特に高くなる。

尚、荷重Ｆの作用方向とは反対側に位置する噛合部分におけるプラネタリギア１３２ｂとサンギア１２２ｂとが噛合する部分にあってもモーメントＭが作用することに起因して図１４の左側に矢印で示されるようにプラネタリギア１３２ｂをサンギア１２２ｂに押し付ける荷重Ｆｔが作用する。そのため、この部分にあっても接触面圧が高くなるが、遠心力Ｆｃの作用により荷重Ｆｔの一部が相殺されるため、この部分における接触面圧は上記部分Ａにおける接触面圧よりも低くなる。

このように、軸方向の荷重Ｆがサンシャフト１２０に作用することに起因して荷重Ｆの作用方向側に位置するリングギア１１２ａとプラネタリギア１３２ａとが噛合する部分Ａにあっては、その接触面圧が特に高くなる。そのため、荷重Ｆがサンシャフト１２０に作用することに起因してサンシャフト１２０に形成された螺子１２１とプラネタリシャフト１３０に形成された螺子１３１との歯面の方向が平行になるように同プラネタリシャフト１３０が傾斜してプラネタリギア１３２ａ，１３２ｂの歯面と、リングギア１１２ａ，１１２ｂ及びサンギア１２２ａ，１２２ｂの歯面とが傾いた状態で接触するときには、この部分Ａにおける歯面の偏磨耗や欠損の発生が特に顕著になる。

この点、上記請求項１に記載の構成では、このようにモーメントＭの作用に起因してギア噛合部の接触面圧が特に高くなる荷重Ｆの作用方向側のギア噛合部のみにおいて、互いに噛合するギア、すなわちロータの内周面及びサンシャフトの外周面にそれぞれ形成されたギア並びにプラネタリシャフトに形成されたギアのうち一方のギアをハス歯ギアにするとともに、他方のギアについてはこれを平歯ギアにする構成を採用するようにしている。そのため、螺子螺合部を挟むように配設される一対のギア噛合部のうち、ハス歯ギアと平歯ギアとが噛合されるのは一方のみとなり、他方のギア噛合部にあっては平歯ギア同士が噛み合わされる。そして、この部分にあっては各部材を傾けて歯面の方向を揃えるといった作業を行わずに互いのギアを容易に噛合させることができるため、一対のギア噛合部の双方において平歯ギアとハス歯ギアとを噛合させる構成を採用した場合と比較して組み立て作業の煩雑化を抑制することができる。また、上記のようにプラネタリシャフトが傾くことに起因してギア歯面の偏磨耗や欠損の発生が特に顕著になる荷重Ｆの作用方向側のギア噛合部においてハス歯ギアと平歯ギアを噛合させる構成を採用するようにしているため、ギア歯面の接触面積を増大させて同ギア歯面における偏磨耗や欠損の発生による耐久性の低下を好適に抑制することができる。すなわち上記請求項１に記載の構成によれば組み立て作業の煩雑化を極力抑制しつつ、プラネタリシャフトに形成されるギアやこれと噛合するギアの耐久性の低下を好適に抑制することができるようになる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の遊星差動式運動変換機構において、前記荷重の作用方向側に位置するギア噛合部にあっては、前記ロータの内周面に固定されるリングギアと、前記サンシャフトの外周面に形成されるサンギアとをハス歯ギアにする一方、プラネタリシャフトの外周面に形成されて前記リングギア及び前記サンギアと噛合するプラネタリギアを平歯ギアにすることをその要旨とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の遊星差動式運動変換機構において、前記荷重の作用方向側に位置するギア噛合部にあっては、前記ロータの内周面に固定されるリングギアと、前記サンシャフトの外周面に形成されるサンギアとを平歯ギアにする一方、プラネタリシャフトの外周面に形成されて前記リングギア及び前記サンギアと噛合するプラネタリギアをハス歯ギアにすることをその要旨とする。

具体的には、上記請求項２に記載の発明のように、荷重の作用方向側に位置するギア噛合部において、ロータの内周面に固定されるリングギアと、サンシャフトの外周面に形成されるサンギアとをハス歯ギアにする一方、プラネタリシャフトの外周面に形成されてリングギア及びサンギアと噛合するプラネタリギアを平歯ギアにすることにより上記請求項１に記載の構成を具体化することができる。

また、上記請求項３に記載の発明のようにロータの内周面に固定されるリングギアと、サンシャフトの外周面に形成されるサンギアとを平歯ギアにする一方、プラネタリシャフトの外周面に形成されてリングギア及びサンギアと噛合するプラネタリギアをハス歯ギアにすることにより上記請求項１に記載の構成を具体化することもできる。

請求項４に記載の発明は、請求項２又は請求項３に記載の遊星差動式運動変換機構において、前記プラネタリシャフトは、前記螺子を挟むように配設される一対の前記プラネタリギアのうち前記荷重の作用方向側に位置する第１プラネタリギアが、他方の第２プラネタリギア及び前記螺子を含むシャフト本体に対して着脱可能に形成されてなることをその要旨とする。

上述のように荷重の作用方向側に位置するギア噛合部にあっては、ハス歯ギアと平歯ギアとが噛合されるようになる。そこで、上記請求項４に記載の発明では、荷重の作用方向側に位置するギア噛合部に配設される第１プラネタリギアをシャフト本体に対して着脱可能に形成するようにしている。これにより、組み立てに際してこれと噛合するリングギア及びサンギアと同第１プラネタリギアとを噛合させるときに、シャフト本体から取り外した状態の同第１プラネタリギアを傾けることによってリングギア及びサンギアの歯面の方向と同第１プラネタリギアの歯面の方向とを容易に揃えることができるようになる。そのため、ハス歯ギアと平歯ギアとを噛合させる場合であっても互いの歯面の方向を揃えながら容易に組み立てを行うことができるようになる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の遊星差動式運動変換機構の組み立て方法であって、前記第１プラネタリギアを取り外した状態の複数の前記シャフト本体を前記サンシャフトの外周面上に配設し、これに前記シャフト本体の前記第１プラネタリギアが取り外されている方向から前記リングギアが取り付けられる前の前記ロータを被せて前記シャフト本体の螺子に対し同ロータの内周面に形成された螺子を螺合させ、その後に前記ロータの内周面に前記リングギアを固定してから同リングギアと前記サンギアとの双方に噛合させつつ前記第１プラネタリギアを前記シャフト本体に連結することをその要旨とする。

上記請求項５に記載の組み立て方法によれば、シャフト本体から取り外した第１プラネタリギアを１つずつリングギア及びサンギアの双方に噛合させながら組み立てることができる。これにより、製造誤差や組み立て時に生じる僅かなずれに起因してリングギアの歯面とサンギアの歯面との方向やその位相に僅かなずれが生じていた場合であっても、各第１プラネタリギアをそのずれに応じて適宜傾斜、回転させてこれを容易に組み立てることができるようになる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の遊星差動式運動変換機構を具備し、モータの駆動力によって前記ロータを回転させることにより前記サンシャフトを軸方向に変位させる動力装置である。

具体的には、上記構成のように請求項１〜４に記載の遊星差動式運動変換機構は、ロータを回転させるモータと組み合わされ、モータの回転力を利用してサンシャフトを軸方向に変位させる動力装置に適用される。

請求項７に記載の発明は、制御軸の軸方向の変位に伴って機関バルブの最大リフト量及びリフト期間を変更する内燃機関のバルブ特性変更機構と組み合わされ、前記制御軸を軸方向に変位させる動力装置として適用される請求項６に記載の動力装置である。

機関バルブの最大リフト量及びリフト期間を変更する内燃機関のバルブ特性変更機構の制御軸には、バルブスプリングの反力によって機関バルブの最大リフト量及びリフト期間を小さくする方向に制御軸を変位させる一方向の荷重が常に作用する。そのため、請求項７に記載の発明のように、こうしたバルブ特性変更機構の制御軸を駆動する動力装置として上記請求項６に記載の動力装置を適用することが望ましい。

以下、この発明にかかる遊星差動式運動変換機構を、内燃機関の吸気バルブの最大リフト量及びリフト期間を変更するバルブ特性変更機構を駆動する動力装置に搭載される遊星差動式運動変換機構として具体化した一実施形態について、図１〜９を参照して説明する。

図１は本実施形態にかかる遊星差動式運動変換機構１００を具備する動力装置２００の断面図である。図１に示されるように本実施形態の動力装置２００は、内燃機関のシリンダヘッド３００に取り付けられ、吸気バルブの最大リフト量及びリフト期間を変更するバルブ特性変更機構を駆動する。バルブ特性変更機構は、制御軸３１０を軸方向に変位させることにより同制御軸３１０の位置に対応して吸気バルブの最大リフト量及びリフト期間を変更するものであり、図１の右方向に制御軸３１０を変位させるほど吸気バルブの最大リフト量及びリフト期間が小さくなる。

動力装置２００にあっては、モータが回転することによってハウジング２１０から突出したサンシャフト２０がその軸方向に変位する。図１の右側に示されるようにサンシャフト２０は、その先端部が留め具３２０によってバルブ特性変更機構の制御軸３１０と連結されている。これにより、動力装置２００を制御してサンシャフト２０の軸方向の変位量を制御することにより、バルブ特性変更機構の制御軸３１０を軸方向に変位させ、吸気バルブの最大リフト量及びリフト期間を変更することができる。

動力装置２００は、その内部にモータの回転運動をサンシャフト２０の軸方向の直線運動に変換する遊星差動式運動変換機構１００を有している。図１に示されるように遊星差動式運動変換機構１００は、円筒状のロータ１０にサンシャフト２０を内挿するとともに、サンシャフト２０とロータ１０との間に複数のプラネタリシャフト３０を介装させることにより構成されている。尚、本実施形態の遊星差動式運動変換機構１００にあっては、サンシャフト２０を取り囲むように９本のプラネタリシャフト３０を等角度間隔で配設している。

以下、この遊星差動式運動変換機構１００の構成を詳しく説明する。尚、以下の説明では図１における右側、すなわちサンシャフト２０が突出している方向を遊星差動式運動変換機構１００のフロント側、図１における左側を遊星差動式運動変換機構１００のリア側として説明を行う。

図１に示されるようにロータ１０の外側には、外周面上に永久磁石が取り付けられたカバー１５が固定されている。カバー１５は、図１に示されるようにベアリング２２０を介して動力装置２００のハウジング２１０に回動可能に固定されている。尚、ハウジング２１０の内周面におけるカバー１５に固定された永久磁石と対向可能な位置には、ステータ２３０が取り付けられており、このステータ２３０を励磁することによりカバー１５とともにロータ１０が回転するようになっている。すなわち、このステータ２３０とカバー１５に固定された永久磁石とによりロータ１０を回転させるモータが構成されている。

また、ロータ１０の内周面には、その中央部分にフロント側からリア側に向かって左回りに進行する５条の左螺子からなる螺子部１１が形成されている。そして、ロータ１０の内周面にはこの螺子部１１を挟むようにフロント側リングギア１２ａとリア側リングギア１２ｂとが固定されている。

このロータ１０に内挿されたサンシャフト２０の外周面には、ロータ１０に形成された螺子部１１と対向する位置にフロント側からリア側に向かって右回りに進行する４条の右螺子からなる螺子部２１が形成されている。また、サンシャフト２０の外周面にはこの螺子部２１を挟むようにフロント側サンギア２２ａとリア側サンギア２２ｂとが形成されている。

尚、図１の右側に示されるようにサンシャフト２０の外周面にはストレートスプライン２３が形成されている。このストレートスプライン２３は、ハウジング２１０の開口部分に形成されているストレートスプライン２１５に噛み合わされる。これにより、サンシャフト２０は、これらストレートスプライン２３，２１５の噛み合いの作用によってハウジング２１０に対して軸方向の移動は許されるが、回転は規制されている。

ロータ１０とサンシャフト２０との間に介装された各プラネタリシャフト３０の外周面には、図１に示されるようにロータ１０の内周面に形成された螺子部１１とサンシャフト２０の外周面に形成された螺子部２１との双方に螺合する螺子部３１が形成されている。この螺子部３１に形成される螺子はフロント側からリア側に向かって左回りに進行する１条の左螺子である。

また、図１に示されるように各プラネタリシャフト３０には、この螺子部３１を挟むように、そのフロント側の端部にフロント側プラネタリギア３２ａが、リア側の端部にリア側プラネタリギア３２ｂがそれぞれ形成されている。そして、フロント側プラネタリギア３２ａがロータ１０に形成されたフロント側リングギア１２ａとサンシャフト２０に形成されたフロント側サンギア２２ａとの双方に噛合しており、リア側プラネタリギア３２ｂがロータ１０に形成されたリア側リングギア１２ｂとサンシャフト２０に形成されたリア側サンギア２２ｂとの双方に噛合している。

このように本実施形態の遊星差動式運動変換機構１００にあっては、ロータ１０、サンシャフト２０及びプラネタリシャフト３０のそれぞれが各部材に形成された螺子及びギアを介して互いに噛合している。

ここで、ロータ１０の螺子部１１とプラネタリシャフト３０の螺子部３１とは、そのピッチ円径の比と螺子条数の比とがどちらも「５：１」に設定されている。そのため、ロータ１０の螺子部１１に形成されている螺子とプラネタリシャフト３０の螺子部３１に形成されている螺子とは、そのリード角がともに等しくなっている。これにより、プラネタリシャフト３０がロータ１０の内周面に沿って転動した場合にはロータ１０とプラネタリシャフト３０との間では軸方向の相対的な変位は生じない。

一方、プラネタリシャフト３０の螺子部３１とサンシャフト２０の螺子部２１とは、ピッチ円径の比と螺子条数の比とが異なっている。具体的にはピッチ円径の比が「１：３」に設定されているのに対して、上述したようにプラネタリシャフト３０の螺子部３１の螺子条数が１条であり、サンシャフト２０の螺子部２１の螺子条数は４条であるため、螺子条数の比は「１：４」に設定されている。そのため、サンシャフト２０の螺子部２１に形成されている螺子とプラネタリシャフト３０の螺子部３１に形成されている螺子は、そのリード角が異なっている。これにより、プラネタリシャフト３０が、サンシャフト２０の外周面に沿って転動した場合にはこのリード角の差の分だけサンシャフト２０とプラネタリシャフト３０とが軸方向にずれて、その相対的な位置が変化するようになる。

上記のように遊星差動式運動変換機構１００にあっては、螺子及びギアを介してロータ１０、サンシャフト２０及びプラネタリシャフト３０が互いに噛合されている。そのため、モータの駆動力によってロータ１０をサンシャフト２０に対して相対回動させることにより、ロータ１０の回転力が螺子及びギアを介してプラネタリシャフト３０に伝達され、プラネタリシャフト３０がサンシャフト２０の外周面上で転動するようになる。そして、プラネタリシャフト３０がサンシャフト２０の外周面上で転動すると、上述したリード角の違いの分だけサンシャフト２０が軸方向に変位するようになる。すなわち遊星差動式運動変換機構１００を通じてロータ１０に入力される回転運動をサンシャフト２０の直線運動に変換して出力することができる。

ところで、バルブ特性変更機構の制御軸３１０には、バルブスプリングの反力によって吸気バルブの最大リフト量及びリフト期間を小さくする方向に同制御軸３１０を変位させる荷重Ｆが常に作用する。そのため、遊星差動式運動変換機構１００のサンシャフト２０には、図１に矢印で示されるように一方向の荷重Ｆが常に作用することになる。

上述したようにプラネタリシャフト３０の螺子部３１に形成された螺子のリード角とサンシャフト２０の螺子部２１に形成された螺子のリード角は僅かに異なっている。そのため、このようにサンシャフト２０に一方向の荷重Ｆが作用しているときには、螺子部２１に形成された螺子と螺子部３１に形成された螺子とを平行に近づけるようにプラネタリシャフト３０を傾けるトルクが発生する。そして、このトルクの作用によってプラネタリシャフト３０が傾くと、プラネタリシャフト３０の両端部に形成された各プラネタリギア３２ａ，３２ｂとこれに噛合している各リングギア１２ａ，１２ｂ並びに各サンギア２２ａ，２２ｂとの噛合部分においてこれらの歯面が互いに傾いた状態で接触することになる。その結果、これらの噛合部分における歯面の偏磨耗や欠損等が生じやすくなり、プラネタリギア３２ａ，３２ｂや、これと噛合するサンギア２２ａ，２２ｂ及びリングギア１２ａ，１２ｂの耐久性が低下するおそれがある。

また、サンシャフト２０に荷重Ｆが作用しているときには、プラネタリシャフト３０のフロント側をサンシャフト２０から離間させるとともに、リア側をサンシャフト２０に押し付けるようなモーメントがプラネタリシャフト３０に作用する。また、プラネタリシャフト３０がサンシャフト２０の外周面上を転動しているときには、プラネタリシャフト３０に遠心力が作用する。この遠心力と上記のモーメントとの合力により、特にフロント側プラネタリギア３２ａには、これをフロント側リングギア１２ａに押し付ける荷重が作用するようになり、遊星差動式運動変換機構１００にあっては、この部分におけるギアの歯面同士の接触面圧が他の部分における接触面圧よりも大きくなる。

そのため、荷重Ｆがサンシャフト２０に作用することに起因してサンシャフト２０の螺子部２１に形成された螺子とプラネタリシャフト３０の螺子部３１に形成された螺子との歯面の方向が平行になるように同プラネタリシャフト３０が傾斜してプラネタリギア３２ａ，３２ｂの歯面と、リングギア１２ａ，１２ｂ及びサンギア２２ａ，２２ｂの歯面とが傾いた状態で接触するときには、この部分における歯面の偏磨耗や欠損の発生が特に顕著になる。

そこで、本実施形態の遊星差動式運動変換機構１００にあっては、フロント側のギア噛合部におけるフロント側プラネタリギア３２ａを平歯ギアにする一方で、フロント側リングギア１２ａ及びフロント側サンギア２２ａをプラネタリシャフト３０が傾く角度に合わせて傾斜したハス歯ギアにしている。

以下、図２〜４を参照して本実施形態にかかる遊星差動式運動変換機構１００を構成する各部材の構成を詳しく説明する。
図２は、ロータ１０の斜視図である。図２に示されるようにロータ１０は、円筒状をなし、その内周面には上述したように螺子部１１が形成されている。また、ロータ１０の内周面には、この螺子部１１を挟むようにフロント側リングギア１２ａとリア側リングギア１２ｂとが固定される。図２の右側に示されるようにフロント側リングギア１２ａはその歯面がフロント側からリア側に向かって右回りに進行するようにロータ１０の中心軸延伸方向に対して僅かに傾斜したハス歯ギアになっている。この傾斜の向き及び角度は、上述したようにプラネタリシャフト３０が傾いたときにこれと一緒に傾くフロント側プラネタリギア３２ａの歯面と、このフロント側リングギア１２ａの歯面とが平行になるように螺子部２１と螺子部３１のリード角の差に基づいて設定されている。一方で、図２の左側に示されるようにリア側リングギア１２ｂはその歯面がロータ１０の中心軸延伸方向に沿って延びる平歯ギアになっている。

図３は、サンシャフト２０の斜視図である。図３の左側に示されるようにロータ１０に内挿されるリア側の部分には、螺子部２１を挟んでフロント側サンギア２２ａとリア側サンギア２２ｂとが形成されている。一方、サンシャフト２０のフロント側の部分には、ハウジング２１０のストレートスプライン２１５と噛合されるストレートスプライン２３が形成されている。また、サンシャフト２０のフロント側先端部には図３の右側に示されるように留め具３２０が嵌合される溝２４が形成されている。

フロント側サンギア２２ａは、上記フロント側リングギア１２ａと同様にその歯面がフロント側からリア側に向かって右回りに進行するようにサンシャフト２０の中心軸延伸方向に対して僅かに傾斜したハス歯ギアになっている。この傾斜の向き及び角度は、フロント側リングギア１２ａと同様にプラネタリシャフト３０が傾いたときにフロント側プラネタリギア３２ａの歯面と、このフロント側サンギア２２ａの歯面とが平行になるように螺子部２１と螺子部３１のリード角の差に基づいて設定されている。一方で、リア側サンギア２２ｂはその歯面がサンシャフト２０の中心軸延伸方向に沿って延びる平歯ギアになっている。

図４は、プラネタリシャフト３０を分解して示す分解図である。図４に示されるように、プラネタリシャフト３０は、螺子部３１及びリア側プラネタリギア３２ｂが一体に形成されたシャフト本体３５と、同シャフト本体３５と別体に形成されたフロント側プラネタリギア３２ａとによって構成されている。

フロント側プラネタリギア３２ａには、その中心軸に沿って延びる軸受孔３４が形成されている。一方、これに対してシャフト本体３５には螺子部３１側の先端部にこの軸受孔３４に挿入される軸部３３が設けられている。これにより、シャフト本体３５に形成された軸部３３をフロント側プラネタリギア３２ａの軸受孔３４に挿入することによってフロント側プラネタリギア３２ａとシャフト本体３５とを連結することができる。また、フロント側プラネタリギア３２ａ及びリア側プラネタリギア３２ｂはともにその歯面がプラネタリシャフト３０の中心軸延伸方向に沿って延びる平歯ギアになっている。

以下、図５〜８を参照してこれらロータ１０、サンシャフト２０及びプラネタリシャフト３０を組み合わせ、遊星差動式運動変換機構１００を組み立てる方法を説明する。
まず、図５に示されるようにフロント側プラネタリギア３２ａを取り外した状態のシャフト本体３５をサンシャフト２０の周囲に配設し、リア側サンギア２２ｂとリア側プラネタリギア３２ｂとを噛合させるとともに、サンシャフト２０の螺子部２１に螺子部３１を噛合させる。そして、図５に示されるようにこの状態でサンシャフト２０及びシャフト本体３５にフロント側からロータ１０を被せ、これを回転させながらその螺子部１１をシャフト本体３５の螺子部３１に螺合させる。

こうしてサンシャフト２０、シャフト本体３５及びロータ１０をそれぞれ噛合させて一体に組み付けた後、図６に示されるようにロータ１０の内周面にフロント側リングギア１２ａとリア側リングギア１２ｂとをそれぞれ固定する。このとき、リア側リングギア１２ｂ及びこれと噛合するリア側プラネタリギア３２ｂはともに平歯ギアになっている。そのため、リア側リングギア１２ｂを取り付ける際には、これらを容易に噛合させながら、同リア側リングギア１２ｂをロータ１０の内周面に固定することができる。一方、フロント側リングギア１２ａにあっては、これと噛合するフロント側プラネタリギア３２ａが取り付けられていないため、同フロント側リングギア１２ａをロータ１０の内周面に取り付けることにより、フロント側サンギア２２ａとフロント側リングギア１２ａとが対向するようになる。

こうしてリングギア１２ａ，１２ｂを取り付けた後、図７に示されるようにフロント側プラネタリギア３２ａを１つずつシャフト本体３５に取り付ける。ここでは、フロント側リングギア１２ａとフロント側サンギア２２ａがともに歯面の傾斜したハス歯ギアとなっている。そのため、この平歯ギアとなっているフロント側プラネタリギア３２ａを傾けるとともに、これを僅かに回転させる等して、これらの歯面の方向及び位相を揃えながら同フロント側プラネタリギア３２ａをフロント側リングギア１２ａ及びフロント側サンギア２２ａの双方に噛合させつつ、シャフト本体３５に組み付ける。

こうしてフロント側プラネタリギア３２ａを組み付け、ロータ１０、サンシャフト２０及びプラネタリシャフト３０をそれぞれギア及び螺子によって噛合させた状態に組み立てた後、図８に示されるようにロータ１０の外側にカバー１５を固定することにより、遊星差動式運動変換機構１００の組み立てが完了する。

こうして組み立てられた遊星差動式運動変換機構１００は、動力装置２００のハウジング２１０に納められ、モータの駆動力によるロータ１０の回転運動をサンシャフト２０の直線運動に変換する。

上記のように組み立てられた本実施形態の遊星差動式運動変換機構１００の作用について図９を参照して説明する。尚、図９はプラネタリシャフト３０とサンシャフト２０との噛合状態、特にフロント側の噛合状態を示す模式図であり、図９にあっては、サンシャフト２０を実線で示すとともに、これと噛合しているプラネタリシャフト３０を一点鎖線で示している。

上述したように本実施形態の遊星差動式運動変換機構１００にあっては、フロント側サンギア２２ａとフロント側リングギア１２ａとをハス歯ギアにするとともに、これと噛合するフロント側プラネタリギア３２ａを平歯ギアにしている。そのため、図９に示されるように荷重Ｆの作用によってサンシャフト２０の螺子部２１に形成された螺子とプラネタリシャフト３０の螺子部３１に形成された螺子とが平行になるようにプラネタリシャフト３０が傾いたときには、フロント側プラネタリギア３２ａの歯面とフロント側サンギア２２ａの歯面とが平行になる。尚、図示しないフロント側リングギア１２ａとフロント側プラネタリギア３２ａとの噛合部分にあっても同様にこれらの歯面が互いに平行になる。

これによりフロント側のギア噛合部にあっては、プラネタリシャフト３０が傾いたときに、互いに噛合するギアの歯面が平行な状態で接触するようになる。
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）フロント側のギア噛合部にあっては、リングギア１２ａ及びサンギア２２ａをハス歯ギアにするとともに、プラネタリギア３２ａを平歯ギアにしている一方、リア側のギア噛合部にあっては、リングギア１２ｂ、サンギア２２ｂ及びプラネタリギア３２ｂを全て平歯ギアにしている。すなわち、ギア噛合部の接触面圧が特に高くなる荷重Ｆの作用方向側であるフロント側のギア噛合部のみにおいて、互いに噛合するギア、すなわちロータ１０の内周面及びサンシャフト２０の外周面にそれぞれ形成されたギア並びにプラネタリシャフト３０に形成されたギアのうち一方のギアをハス歯ギアにするとともに、他方のギアについてはこれを平歯ギアにする構成を採用するようにしている。そのため、螺子螺合部を挟むように配設されるフロント側とリア側のギア噛合部のうち、ハス歯ギアと平歯ギアとが噛合されるのはフロント側のみとなり、リア側のギア噛合部にあっては平歯ギア同士が噛み合わされる。そして、この部分にあっては各部材を傾けて歯面の方向を揃えるといった作業を行わずに互いのギアを容易に噛合させることができるため、フロント側とリア側のギア噛合部の双方において平歯ギアとハス歯ギアとを噛合させる構成を採用した場合と比較して組み立て作業の煩雑化を抑制することができる。また、上記のようにプラネタリシャフト３０が傾くことに起因してギア歯面の偏磨耗や欠損の発生が特に顕著になるフロント側のギア噛合部においてハス歯ギアと平歯ギアを噛合させる構成を採用するようにしているため、ギア歯面の接触面積を増大させて同ギア歯面における偏磨耗や欠損の発生による耐久性の低下を好適に抑制することができる。すなわち組み立て作業の煩雑化を極力抑制しつつ、プラネタリシャフト３０に形成されるプラネタリギア３２ａやこれと噛合するリングギア１２ａ及びサンギア２２ａの耐久性の低下を好適に抑制することができる。

（２）荷重Ｆの作用方向側に位置するギア噛合部に配設されるフロント側プラネタリギア３２ａをシャフト本体３５に対して着脱可能に形成するようにしている。そのため、組み立てに際してフロント側リングギア１２ａ及びフロント側サンギア２２ａと同フロント側プラネタリギア３２ａとを噛合させるときに、シャフト本体３５から取り外した状態の同フロント側プラネタリギア３２ａを傾けることによって、同フロント側プラネタリギア３２ａの歯面の方向とフロント側リングギア１２ａ及びフロント側サンギア２２ａの歯面の方向とを容易に揃えることができる。すなわち、ハス歯ギアと平歯ギアとを噛合させる場合であっても互いの歯面の方向を揃えながら容易に組み立てを行うことができるようになる。

（３）図５〜８を参照して説明した組み立て方法によれば、シャフト本体３５から取り外したフロント側プラネタリギア３２ａを１つずつフロント側リングギア１２ａ及びフロント側サンギア２２ａの双方に噛合させながら組み立てることができる。これにより、製造誤差や組み立て時に生じる僅かなずれに起因してフロント側リングギア１２ａの歯面とフロント側サンギア２２ａの歯面との方向やその位相に僅かなずれが生じていた場合であっても、各フロント側プラネタリギア３２ａをそのずれに応じて適宜傾斜、回転させてこれを容易に組み立てることができるようになる。

尚、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態ではフロント側のギア噛合部におけるフロント側リングギア１２ａとフロント側サンギア２２ａとをハス歯ギアにする一方、これらと噛合するフロント側プラネタリギア３２ａを平歯ギアにする構成を示した。これに対して、フロント側リングギア１２ａと、フロント側サンギア２２ａとを平歯ギアにする一方、図１０に示されるようにフロント側プラネタリギア３２ａをハス歯ギアにする構成を採用することもできる。

こうした構成を採用した場合にも図１１に示されるように荷重Ｆの作用によってサンシャフト２０の螺子部２１に形成された螺子とプラネタリシャフト３０の螺子部３１に形成された螺子とが平行になるようにプラネタリシャフト３０が傾いたときには、フロント側プラネタリギア３２ａの歯面とフロント側サンギア２２ａの歯面とが平行になる。尚、図示しないフロント側リングギア１２ａとフロント側プラネタリギア３２ａとの噛合部分にあっても同様にこれらの歯面が互いに平行になる。そのため、こうした構成を採用した場合であっても、上記実施形態の（１）〜（３）の効果と同様の効果を得ることができる。

・また、上記実施形態では、シャフト本体３５に軸部３３を設ける一方、フロント側プラネタリギア３２ａにこの軸部３３が挿入される軸受孔３４を形成する構成を示したが、これとは逆にシャフト本体３５に軸受孔を形成し、フロント側プラネタリギア３２ａに軸部を設ける構成を採用することもできる。

・上記実施形態では、ロータ１０の螺子部１１に形成される螺子を左螺子、サンシャフト２０の螺子部２１に形成される螺子を右螺子、プラネタリシャフト３０の螺子部３１に形成される螺子を左螺子にした構成を示したが、これらの螺子は互いに噛合する螺子の関係が同じであれば、その向きが反対であってもよい。すなわち、螺子部１１に５条の右螺子を形成し、螺子部２１に４条の左螺子を形成し、螺子部３１に１条の右螺子を形成することもできる。こうした構成を採用した場合であっても、ロータ１０を回転させることによりサンシャフト２０を軸方向に変位させることができる。

尚、このように螺子の向きを反対にした場合には、荷重Ｆの作用によって螺子部２１に形成された螺子と螺子部３１に形成された螺子とが平行になるようにプラネタリシャフト３０が傾くときの傾斜方向も上記実施形態とは反対向きになるため、これに合わせてハス歯ギアの傾斜方向も反対にする必要がある。

・また、上記実施形態において示した螺子部１１，２１，３１にそれぞれ形成される螺子の条数は、螺子部２１に形成された螺子のリード角と螺子部３１に形成された螺子のリード角との差を利用してロータ１０の回転運動をサンシャフト２０の直線運動に変換することのできる螺子条数の設定態様のほんの一例である。すなわち、本願発明はここで示した螺子条数で形成された各螺子部１１，２１，３１を有する遊星差動式運動変換機構１００に限定して適用されるものではない。

・遊星差動式運動変換機構１００のロータ１０に永久磁石が取り付けられたカバー１５を固定し、ロータ１０自体をモータのロータとして構成する動力装置２００を例示したが、本願発明にかかる遊星差動式運動変換機構１００は、こうした構成の動力装置に限定して適用されるものではない。例えば、電動モータの駆動力をギアやベルト、チェーン等を介してロータ１０に伝達する動力装置であっても本願発明の遊星差動式運動変換機構１００を適用することができる。

・また上記実施形態では、バルブスプリングの反力によってサンシャフト２０に図１における右向きの荷重Ｆが作用することを説明したが、バルブ特性変更機構の構成によってはバルブスプリングの反力によって図１における左向きの荷重が作用する場合もある。尚、この場合には、プラネタリシャフト３０に作用するモーメントの方向が上記実施形態におけるモーメントの方向とは反対になるため、リア側のギア噛合部におけるリア側プラネタリギア３２ｂとリア側リングギア１２ｂとの噛合部分における接触面圧が特に大きくなる。そのため、こうした場合にあっては、リア側のギア噛合部において平歯ギアとハス歯ギアとを噛合させる一方、フロント側のギア噛合部にあっては平歯ギア同士を噛合させる構成を採用すればよい。すなわち、いずれにせよ一対のギア噛合部のうち、荷重の作用方向側に位置するギア噛合部において平歯ギアとハス歯ギアとを噛合させる一方、他方のギア噛合部にあっては平歯ギア同士を噛合させる構成を採用すればよい。

・吸気バルブの最大リフト量及びリフト期間を変更するバルブ特性変更機構を駆動するに本願発明にかかる遊星差動式運動変換機構１００を具備する動力装置２００を適用する構成を例示した。これに対して本願発明の遊星差動式運動変換機構１００を具備する動力装置２００を排気バルブの最大リフト量及びリフト期間を変更するバルブ特性変更機構のアクチュエータとして適用することもできる。

・尚、本願発明は、上記のようなバルブ特性変更機構の動力装置に搭載される遊星差動式運動変換機構１００に限らず、制御軸から一方向の荷重を受ける動力装置に搭載される遊星差動式運動変換機構全般に適用することができる。

この発明の一実施形態にかかる遊星差動式運動変換機構を具備する動力装置の断面図。 同実施形態にかかる遊星差動式運動変換機構のロータの分解斜視図。 同実施形態にかかる遊星差動式運動変換機構のサンシャフトの斜視図。 同実施形態にかかる遊星差動式運動変換機構のプラネタリシャフトの分解図。 サンシャフト、プラネタリシャフトのシャフト本体及びロータの組み立て態様を示す斜視図。 リングギアの取り付け態様を示す斜視図。 フロント側プラネタリギアの取り付け態様を示す斜視図。 カバーの取り付け態様を示す斜視図。 プラネタリシャフトとサンシャフトとの噛合状態を示す模式図。 変更例としての遊星差動式運動変換機構にかかるプラネタリシャフトの分解図。 同変更例にかかるプラネタリシャフトとサンシャフトとの噛合状態を示す模式図。 従来の遊星差動式運動変換機構においてプラネタリシャフトが傾いたときのサンシャフトとプラネタリシャフトとの噛合状態を示す模式図。 サンギアをハス歯ギアにした場合のサンシャフトとプラネタリシャフトとの噛合状態を示す模式図。 軸方向の荷重の作用方向側に位置するリングギアとプラネタリギアとの噛合部分における各ギアの接触面圧が特に大きくなることを説明する模式図。

符号の説明

１０…ロータ、１１…螺子部、１２ａ…フロント側リングギア、１２ｂ…リア側リングギア、１５…カバー、２０…サンシャフト、２１…螺子部、２２ａ…フロント側サンギア、２２ｂ…リア側サンギア、２３…ストレートスプライン、２４…溝、３０…プラネタリシャフト、３１…螺子部、３２ａ…フロント側プラネタリギア、３２ｂ…リア側プラネタリギア、３３…軸部、３４…軸受孔、３５…シャフト本体、１００…遊星差動式運動変換機構、２００…動力装置、２１０…ハウジング、２１５…ストレートスプライン、２２０…ベアリング、２３０…ステータ、３００…シリンダヘッド、３１０…制御軸、３２０…留め具。

Claims (7)

1. 円環状のロータと同ロータに内挿されるサンシャフトとの間に複数のプラネタリシャフトを介装し、これら各部材のそれぞれに形成された螺子が互いに螺合する螺子螺合部と、これら各部材の軸方向において前記螺子螺合部を挟むように配設された一対のギア噛合部とにおいてこれら各部材を噛合させ、前記サンシャフトに形成された螺子のリード角と前記プラネタリシャフトに形成された螺子のリード角との差を利用して前記ロータの回転運動を前記サンシャフトの直線運動に変換する遊星差動式運動変換機構において、
   同遊星差動式運動変換機構は前記サンシャフトにその軸方向の一方に向かう荷重が常に作用する状況下で使用されるものであり、前記ギア噛合部のうち前記荷重の作用方向側に位置するギア噛合部にあっては、前記荷重が作用することに起因して前記プラネタリシャフトが傾斜するときに同プラネタリシャフトに形成されたギアの歯面の方向とこれに噛合するギアの歯面の方向とが平行に近づくように同ギア噛合部において互いに噛合する前記ギアのうち一方のギアをハス歯ギアにするとともに、これと噛合する他方のギアを平歯ギアにする一方、前記螺子螺合部を挟んで反対側に位置するギア噛合部にあっては、互いに噛合する前記ギアの双方を平歯ギアにする
   ことを特徴とする遊星差動式運動変換機構。
2. 前記荷重の作用方向側に位置するギア噛合部にあっては、前記ロータの内周面に固定されるリングギアと、前記サンシャフトの外周面に形成されるサンギアとをハス歯ギアにする一方、
   プラネタリシャフトの外周面に形成されて前記リングギア及び前記サンギアと噛合するプラネタリギアを平歯ギアにする
   請求項１に記載の遊星差動式運動変換機構。
3. 前記荷重の作用方向側に位置するギア噛合部にあっては、前記ロータの内周面に固定されるリングギアと、前記サンシャフトの外周面に形成されるサンギアとを平歯ギアにする一方、
   プラネタリシャフトの外周面に形成されて前記リングギア及び前記サンギアと噛合するプラネタリギアをハス歯ギアにする
   請求項１に記載の遊星差動式運動変換機構。
4. 請求項２又は請求項３に記載の遊星差動式運動変換機構において、
   前記プラネタリシャフトは、前記螺子を挟むように配設される一対の前記プラネタリギアのうち前記荷重の作用方向側に位置する第１プラネタリギアが、他方の第２プラネタリギア及び前記螺子を含むシャフト本体に対して着脱可能に形成されてなる
   ことを特徴とする遊星差動式運動変換機構。
5. 請求項４に記載の遊星差動式運動変換機構の組み立て方法であって、
   前記第１プラネタリギアを取り外した状態の複数の前記シャフト本体を前記サンシャフトの外周面上に配設し、これに前記シャフト本体の前記第１プラネタリギアが取り外されている方向から前記リングギアが取り付けられる前の前記ロータを被せて前記シャフト本体の螺子に対し同ロータの内周面に形成された螺子を螺合させ、その後に前記ロータの内周面に前記リングギアを固定してから同リングギアと前記サンギアとの双方に噛合させつつ前記第１プラネタリギアを前記シャフト本体に連結する
   ことを特徴とする遊星差動式運動変換機構の組み立て方法。
6. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の遊星差動式運動変換機構を具備し、モータの駆動力によって前記ロータを回転させることにより前記サンシャフトを軸方向に変位させる動力装置。
7. 制御軸の軸方向の変位に伴って機関バルブの最大リフト量及びリフト期間を変更する内燃機関のバルブ特性変更機構と組み合わされ、前記制御軸を軸方向に変位させる動力装置として適用される
   請求項６に記載の動力装置。

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