JP2012251660A

JP2012251660A - クラッチ軸、サーボモータ、カム軸調整伝動装置及びカム軸制御装置

Info

Publication number: JP2012251660A
Application number: JP2012137287A
Authority: JP
Inventors: Michael Schober; ミヒアエル・シヨーベル; Felix Kuffner; フエリツクス・クフネル
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Priority date: 2011-06-03
Filing date: 2012-06-01
Publication date: 2012-12-20
Anticipated expiration: 2032-06-01
Also published as: US8919308B2; JP5419050B2; US20120309571A1; EP2530260B1; EP2530260A1; DE102011103495A1

Abstract

【課題】カム軸及びその支持部へ作用する慣性力を減少するカム軸制御装置用クラッチ軸を提供する。
【解決手段】カム軸制御装置用のクラッチ軸が、その両方の端部の各々に、軸線のなす角を等しくする回転クラッチ用のクラッチ部品を持っている
【選択図】図３

Description

本発明はカム軸制御装置用クラッチ軸に関する。

本発明は更にカム軸調整伝動装置を操作するサーボモータに関する。

更に本発明は以下調整伝動装置とも称されるカム軸調整伝動装置に関する。

更に本発明は内燃機関用カム軸制御装置に関する。

ドイツ連邦共和国の特許出願公開第１０２００４０４１７５１号、第１０２００７０４９０７２号及び第１０２４８３５１号明細書から、サーボモータの操作軸の軸線と調整伝動装置の軸線との間の偏心距離（軸線ずれ）を補償する種々のクラッチが公知である。これらのクラッチは、適当な軸の適当な半径方向軸線ずれにおいて、慣性力をこれらの軸及びその支持部へ及ぼす。オルダムクラッチでは、大きい軸線方向の所要構造空間も不利である。

本発明の課題は、これらの軸及びその支持部へ作用する慣性力を減少できるクラッチ軸制御装置用クラッチ軸を提供することである。

この課題は請求項１の特徴を含むクラッチ軸によって解決される。本発明による思想の有利な展開が従属請求項の対象である。

本発明によれば、カム軸制御装置用クラッチ軸は、クラッチ軸が、その両方の端部の各々に、軸線のなす角を等しくする回転クラッチ用のクラッチ部品を持っていることによって、改良されている。本発明によるクラッチ軸がその両方の端部の各々にクラッチ部品を持っていることによって、この方策によりサーボモータと調整伝動装置との間の軸線角の形成又は増大を甘受する必要なく、軸線ずれを補償することが可能である。軸線ずれ適合を２つのクラッチに分割することにより、開発者は、サーボモータ又は調整伝動装置への力導入用軸線角を減少するために利用することができる。サーボモータ又は調整伝動装置への力導入用軸線角の減少により、力伝達の回転対称性が改善され、不利な慣性力の強さが減少される。クラッチ軸は、一体でなくてもよいが、一体であってもよい。

クラッチ軸の軸線方向長さが、大きい方のクラッチ部品の最大直径のｗ％より大きく、ここでｗ％が少なくとも１３０％特に少なくとも１５０％である。

クラッチ軸が、その両方の端部の間で、軸線方向長さのｗ％以上にわたって先細にされ、ここでｗ％が少なくとも３０％特に少なくとも６０％である。

クラッチ軸が、その両方の端面の少なくとも１つに、クラッチ軸の主縦軸に対して同心的に設けられる中心対称で凸な成形部を含んでいる。

クラッチ軸が軸受用フランジを持っている。

軸線のなす角を等しくする第１の回転クラッチが、保持ピン、又は歯付きクラッチ、爪クラッチ、差込みクラッチ、係合クラッチ、平歯車クラッチ、傘歯車クラッチ、可撓板クラッチ、ベロークラッチ、エラストマクラッチ、らせんクラッチ、ばねクラッチ、ばね板クラッチ、橋絡片クラッチ、補償クラッチ、カルダン伝動装置又は同期継手を含む。それには関係なく、軸線のなす角を等しくする第２の回転クラッチが、保持ピン又は歯クラッチの部品、爪クラッチ、差込みクラッチ、連行体クラッチ、平歯車クラッチ、継手板、ベロークラッチ、エラストマクラッチ、らせんクラッチ、ばねクラッチ、ばね板クラッチ、橋絡片クラッチ、補償クラッチ、カルダン伝動装置又は同期継手を含んでいる。歯付きクラッチ部品は弧状歯クラッチを含むことができる。歯付きクラッチ部品は、上に歯付きクラッチ部品を設けられる球状又は球部分状の基本形状態を持っている。

本発明によれば、カム軸調整伝動装置を操作するクラッチ軸が、軸線のなす角を等しくする回転クラッチにより調整伝動装置から遠い方にあるサーボモータに連結されていることによって、サーボモータが発展される。これにより、サーボモータとカム軸調整伝動装置との間隔が変化しない場合、回転子に角をなして結合される場所とカム軸調整伝動装置との間隔を増大することができ、それにより調整伝動装置への力導入用軸線角の減少が行われ、力伝達の回転対称性が改善され、不利な慣性力の強さが減少される。

クラッチ軸が、サーボモータの回転子の軸線方向長さの５０％以上にわたって延びている。

サーボモータ内のクラッチ軸が、各円周角でピッチング方向に回転可能に設けられ、クラッチ軸のピッチング角が、サーボモータの軸線に対して少なくとも１°まで、特に少なくとも２°まで、特になるべく少なくとも３°までの値を持つことができる。

回転子内のクラッチ軸の軸線方向に移動可能に設けられている。

サーボモータが、クラッチ軸の主縦軸線の方向にクラッチ軸に予荷重を与えるための軸線方向支持部品を含んでいる。

回転子に連結するため軸線のなす角を等しくする第１の回転クラッチが、保持ピン、又は歯付きクラッチ、爪クラッチ、差込みクラッチ、連行体クラッチ、平歯車クラッチ、傘歯車クラッチ、継手円板、ベロークラッチ、エラストマクラッチ、らせんクラッチ、ばねクラッチ、ばね板クラッチ、橋絡片クラッチ、補償クラッチ、カルダン伝動装置又は同期継手の部品を含んでいる。

サーボモータが本発明によるクラッチ軸を含んでいる。

カム軸調整伝動装置の伝動装置駆動歯車の内歯又は外歯が、本発明によるクラッチ軸の歯付きクラッチ部品の係合のために構成されるか又はこれに適しており、又はカム軸調整伝動装置が本発明によるクラッチ軸を含んでいる。

クラッチ軸の歯付きクラッチ部品が、カム軸調整伝動装置の浮動伝動装置駆動歯車を形成している。

本発明によれば、カム軸調整伝動装置が本発明によるサーボモータ及び／又は本発明によるカム軸制御装置を含んでいることによって、発展される。

概略的な図面に示されている実施例により、本発明が以下に説明される。

図面において、対応する部品には同じ符号が使用される。

本発明によるカム軸制御装置の第１実施例の一部を切欠いた側面図を示す。本発明によるカム軸制御装置の第１実施例の断面の斜視図を示す。本発明の第１実施例による軸線ずれ補償の基本構想を側面図で概略的に示す。本発明の第２実施例による軸線ずれ補償の基本構想を側面図で概略的に示す。本発明によるクラッチ軸の第３実施例を持つカム軸制御装置の一部を切欠いた側面図を示す。本発明によるカム軸制御装置の第３実施例の詳細な側断面図を示す浮動伝動装置駆動歯車を持つカム軸調整伝動装置の斜視図を示す。

図１及び２に示すカム軸制御装置１０は、サーボモータ１２と調整伝動装置３２を含んでいる。サーボモータ１２は例えば電動機、液圧駆動装置又は空気圧駆動装置であってもよい。サーボモータ１２は、２つの回転子軸受１６に支持される回転子１４を含んでいる。回転子１４は中空軸１８を含んでいる。中空軸１８は、油を充填されたカム軸空間２２をサーボモータ１２の部分に対して密封するのに役立つ半径方向軸密封片２０により包囲されている。カム軸制御装置１０のカム軸側にある部分２６，３２は、モータ油２４の下に位置している。クラッチ軸２６は中空軸１８に通されて、調整伝動装置３２から遠い方にある回転子１４の側で、回転子１４に取付けられている。クラッチ軸２６は、回転子１４の軸線方向全長の５０％以下にわたって延びていてもよい。

サーボモータ側にある端部３０でクラッチ軸２６が、調整伝動装置３２へのトルク伝達用保持ピン３４により、回転子１４に関節結合されている。クラッチ軸２６は、そのサーボモータ側の端部３０に保持ピン３４用の貫通孔２５を持っている。保持ピン３４は、中空軸１８の壁にある対向穴３６内に保持されている。保持ピン３６用貫通孔２５の範囲に、クラッチ軸２６は紡錘状又は球面状肥大部３８を持ち、この肥大部の外径は中空軸１８の内径４０より少しだけ小さい。その結果、クラッチ軸２６がそのジャイロ運動に関係なく中空軸１８内に保持されて、保持ピン３８の所で、クラッチ軸２６の主縦軸線２７が中空軸１８の主縦軸線１９との共通な交差点４２を持つようにすることができる。

保持ピン３４は、その主縦軸３５の周りに回転可能に、中空軸１８内に支持されている。このような回転は、保持ピン３４のローリング運動４４である（図２参照）。更に保持ピン３４は、それが穴３６の軸線３７に対して傾斜できるような遊びで、中空軸１８内に支持されている。このような傾斜４８は、保持ピン３４のピッチング運動である。保持ピン３４が中空軸１８内でローリング運動４４及びピッチング運動４８を行うことができることによって、クラッチ軸２６は、主縦軸線１９，２７の交差点４２に対して、いかなる半径方向にも傾斜すること即ちジャイロ運動することができる。クラッチ軸２６を軸線方向に支持するか又は調整伝動装置３２へ向かって予荷重をかけるため、クラッチ軸２６は、２つの端部３０，３１の少なくとも１つに、クラッチ軸２６の主縦軸線２７に対して同心的に設けられる凸な成形部２８を持っている。

図３に示すように、円板状の保持フランジ５０は、回転子側５４に同心的に設けられるエラストマ円板５２の間に締付けることができる。このためクラッチ軸２６は、回転子１４の回転中に、ジャイロ運動も行うことができる。保持フランジ５０の代わりに、複数の突起をクラッチ軸２６に固定又は形成することもでき、これらの突起は例えば３つ又は４つ又は５つの周方向に向いている。クラッチ軸２６の他方の側３１で、クラッチ軸２６の傘歯車６０が調整伝動装置３２の傘歯車７２にかみ合う。傘歯車６０，７２の相互心合わせばねで支持される傘歯車支持体６２の押圧力により、両方の傘歯車６０，７２の歯は、クラッチ軸２６と調整伝動装置３２との間の軸線角６４にもかかわらず、離れない係合状態に留まる。破線は傘歯車６０，７２の互いにかみ合う歯の稜を示す。図は、クラッチ軸２６と中空軸１８との間に適当な遊隙６６を設けることができるので、必要なジャイロ運動のためクラッチ軸２６に十分な自由空間が残されていることを示している。この目的のためクラッチ軸２６を、その両端部３０，３１の間で、その軸線方向長さ３９のｗ％以上にわたって先細にすることができ、ここでｗ％は少なくとも３０％特に少なくとも６０％である。適当な軸線ずれ７９の場合、図示した角の配置は、側面図において明らかなだけでなく、回転子１４の主縦軸線の異なる円周角から見ても明らかである。

図４に示すように、クラッチ軸２６が十分なねじり強度に加えて、十分な可撓性を持っている場合、クラッチ軸２６を回転子１４に固定的に取付けることができる。クラッチ軸２６が円形又は環状の断面である場合、可撓性の増大は、ねじり強度の増大を伴う。しかし使用に応じて、例えば減速切換えのため可撓クラッチ軸２６のねじれが乱れない場合がある。適当なポアソン比を持つ材料の選択により、又は異方性材料を選択することにより、又はクラッチ軸の異方性構造により、曲げ強さとねじり強さとの比を具体的な適用の要求に合わせる試みを行うことができる。適当な軸線ずれ７９の場合、図示した角度配置は側面図において与えられるだけでなく、回転子１４の主縦軸線の他のいかなる円周角の見方からも与えられる。

図５及び６に示されているクラッチ軸２６は、サーボモータ側に弧状歯クラッチ部品５８を持っている。弧状歯は、回転子１４及び中空軸１８の主縦軸線１５に対してクラッチ軸２６が角度をなすのを可能にする。これとは無関係に、中空軸１８の内歯５９は、中空軸１８の主縦軸線１９に沿うクラッチ軸２６の軸線方向位置調節を可能にする。図５及び６のクラッチ軸２６は、調整伝動装置３２の側に、調整伝動装置３２の駆動歯車７２の内側環状歯車に係合する弧状歯クラッチ部品６０を含んでいる。弧状歯クラッチ部品６０はここでは比較的大きい直径６９を持っている。なぜならば、伝動装置駆動歯車７２は、組立ての際鎖車７４を持つ調整伝動装置３２用の取付けねじがカム軸７６の所で通される個所に、位置しているからである。

図３に関連して既に説明したように、第３実施例の場合、クラッチ軸２６を、ばね力により調整伝動装置３２の方へ押付けることができる。カム軸７６の方へ向くクラッチ軸２６の端部３１は、心合わせ軸受により、調整伝動装置３２内に（例えば中間歯車上に）又はその代わりにカム軸７６に対して支持される。クラッチ軸２６の端部３１は、球面状外レース８０を持つ玉軸受７８に支持可能であり、それにより調整伝動装置３２の主軸線３３に対して軸線ずれ７９がある場合、クラッチ軸２６に少し角度をとらせることができる。クラッチ軸２６は、玉軸受７８が取付けられるフランジ８１を持つことができる。玉軸受７８が環状歯車７２内にあるようにすることができる。玉軸受７８はカム軸７６のピン上に支持することができる。

図７は変速機駆動歯車７２を持つ調整伝動装置３２の斜視図を示す。伝動装置駆動歯車７２は浮動歯車として構成され、内歯及び外歯を持っている。伝動装置駆動歯車７２は、複数の中間歯車８４を持つ図示しない減速断を介して調整伝動装置３２の調製軸を駆動するのに用いられる。伝動装置駆動歯車７２及び中間歯車８４にあるフランジ８２は、中間歯車８４の間の軸線位置に伝動装置駆動歯車７２を保持する。中間歯車８４の軸線を結合する線に対して直角な方向に関して、伝動装置駆動歯車７２が案内歯車８６により保持される。それには関係なく、伝動装置駆動歯車７２は、軸線方向にも十分固定されるか又は支持されるようにする。これは例えば滑り軸受面によるか又は図示しない玉軸受により行われる。

要約すれば、本発明によりクラッチ軸２６、操作装置１２、カム軸調整伝動装置３２及びカム軸制御装置１０が提供され、それによりクラッチと伝動装置入力軸との間の半径方向力を減少することができる。これは特に浮動支持される伝動装置入力軸（伝動装置駆動歯車７２）との組合わせにおいて有効である。それとは無関係に、場所を節約する構造は、カム軸制御装置１０の軸線方向所要構造空間の減少を可能にする。サーボモータ１２と調整伝動装置３２との連結のために節約できる構造空間は、一層安価な調整伝動装置３２又は一層安価なサーボモータ１２の使用を可能にする。

１０カム軸制御装置
１２サーボモータ
１４回転子
１５回転子１４の主縦軸線
１６回転子軸受
１８中空軸
１９中空軸１８の主縦軸線
２０半径方向軸密封片
２２カム軸空間
２３回転子１４の軸線方向長さ
２４モータ油
２５取付けボルト用貫通孔
２６クラッチ軸
２７クラッチ軸２６の主縦軸線
２８クラッチ軸２６の凸な成形部
３０クラッチ軸２６のサーボモータ側端部
３１クラッチ軸２６の調整伝動装置側端部
３２調整伝動装置
３３調整伝動装置３２の主軸線
３４保持ピン
３５ピン３４の主縦軸線
３６中空軸１８の壁にある穴
３７穴３６の軸線
３８クラッチ軸２６の紡錘状又は球面状肥大部
３９クラッチ軸２６の軸線方向長さ
４０中空軸１８の内径
４２主縦軸線１９及び２７の交差点
４４取付けピン３４のローリング運動
４８取付けピン３４のピッチング運動
５０保持フランジ
５２エラストマ円板
５４回転子側
５６保持フランジ
５８クラッチ軸２６のサーボモータ側弧状歯クラッチ部品
５９中空軸１８の内歯
６０クラッチ軸２６の調整伝動装置側の弧状歯クラッチ部品
６２ばねにより支持される玉支持体
６４軸線角（軸線のなす角）
６６クラッチ軸２６と中空軸１８の壁との間の遊隙
６９弧状歯クラッチ部品６０の直径
７２調整伝動装置３２の伝動装置駆動歯車
７４鎖車
７６カム軸
７８玉軸受
７９軸線ずれ
８０玉軸受７８の外レース
８１クラッチ軸２６のフランジ
８２伝動装置駆動歯車７２にあるフランジ
８４中間歯車
８６案内歯車

Claims

カム軸制御装置（１０）用クラッチ軸（２６）であって、クラッチ軸（２６）が、その両方の端部（３０，３１）の各々に、軸線のなす角を等しくする回転クラッチ（１８，５８，６０，７２）用のクラッチ部品（５８，６０）を持っていることを特徴とする、クラッチ軸。
クラッチ軸（２６）の軸線方向長さ（３９）が、大きい方のクラッチ部品（５８，６０）の最大直径（６９）のｗ％より大きく、ここでｗ％が少なくとも１３０％特に少なくとも１５０％であることを特徴とする、請求項１に記載のクラッチ軸．
クラッチ軸（２６）が、その両方の端部（３０，３１）の間で、軸線方向長さ（３９）のｗ％以上にわたって先細にされ、ここでｗ％が少なくとも３０％特に少なくとも６０％であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のクラッチ軸。
クラッチ軸（２６）が、その両方の端面の少なくとも１つに、クラッチ軸（２６）の主縦軸線（２７）に対して同心的に設けられる中心対称で凸な成形部（２８）を含んでいることを特徴とする、請求項１〜３の１つに記載のクラッチ軸。
クラッチ軸（２６）が軸受（７８）用フランジを持っていることを特徴とする、請求項１〜４の１つに記載のクラッチ軸。
軸線のなす角を等しくする第１の回転クラッチ（１８，５８）が、保持ピン（３４）、又は歯付きクラッチ、爪クラッチ、差込みクラッチ、係合クラッチ、平歯車クラッチ、傘歯車クラッチ、可撓板クラッチ、ベロークラッチ、エラストマクラッチ、らせんクラッチ、ばねクラッチ、ばね板クラッチ、橋絡片クラッチ、補償クラッチ、カルダン伝動装置又は同期継手を含み、かつ／又は軸線のなす角を等しくする第２の回転クラッチが、保持ピン又は歯クラッチの部品、爪クラッチ、差込みクラッチ、連行体クラッチ、平歯車クラッチ、継手板、ベロークラッチ、エラストマクラッチ、らせんクラッチ、ばねクラッチ、ばね板クラッチ、橋絡片クラッチ、補償クラッチ、カルダン伝動装置又は同期継手を含んでいることを特徴とする、請求項１〜５の１つに記載のクラッチ軸。
カム軸調整伝動装置（３２）を操作するサーボモータ（１２）であって、カム軸調整伝動装置（３２）を操作するクラッチ軸（２６）が、軸線のなす角を等しくする回転クラッチ（１８，５８）により調整伝動装置（３２）から遠い方にあるサーボモータ（１２）に連結されていることを特徴とする、サーボモータ。
クラッチ軸（２６）が、サーボモータ（１２）の回転子（１４）の軸線方向長さ（２３）の５０％以上にわたって延びていることを特徴とする請求項７に記載のサーボモータ。
サーボモータ（１２）内のクラッチ軸（２６）が、各円周角でピッチング方向に回転可能に設けられ、クラッチ軸（２６）のピッチング角（４４）が、サーボモータ（１２）の軸線（１９）に対して少なくとも１°まで、特に少なくとも２°まで、特になるべく少なくとも３°までの値を持つことができることを特徴とする、請求項７又は８に記載のサーボモータ。
回転子（１４）内のクラッチ軸（２６）が軸線方向に移動可能に設けられていることを特徴とする、請求項７〜９の１つに記載のサーボモータ。
サーボモータ（１２）が、クラッチ軸（２６）の主縦軸線（２７）の方向にクラッチ軸（２６）に予荷重を与えるための軸線方向支持部品（６２）を含んでいることを特徴とする、請求項７〜１０の１つに記載のサーボモータ。
回転子（１４）に連結するため軸線のなす角を等しくする第１の回転クラッチ（１８，５８）が、保持ピン（２６）、又は歯付きクラッチ（５８，１８）、爪クラッチ、差込みクラッチ、連行体クラッチ、平歯車クラッチ、傘歯車クラッチ、継手円板、ベロークラッチ、エラストマクラッチ、らせんクラッチ、ばねクラッチ、ばね板クラッチ、橋絡片クラッチ、補償クラッチ、カルダン伝動装置又は同期継手の部品（５８）を含んでいることを特徴とする、請求項７〜１１の１つに記載のサーボモータ。
サーボモータ（１２）が請求項１〜６の１つに記載のクラッチ軸（２６）を含んでいることを特徴とする、請求項７〜１２の１つに記載のサーボモータ。
カム軸調整伝動装置（３２）の伝動装置駆動歯車（７２）の内歯又は外歯が、請求項１〜６の１つに記載のクラッチ軸（２６）の歯付きクラッチ部品（６０）の係合のために構成されるか又はこれに適しており、又はカム軸調整伝動装置（３２）が請求項１〜６の１つに記載のクラッチ軸（２６）を含んでいることを特徴とする、カム軸調整伝動装置。
クラッチ軸（２６）の歯付きクラッチ部品（６０）が、カム軸調整伝動装置（３２）の浮動伝動装置駆動歯車（７２）を形成していることを特徴とする、請求項１４に記載のカム軸調整伝動装置。
請求項８〜１３の１つに記載のサーボモータ（１２）及び／又は内燃機関用カム軸制御装置。