JP2014134194A - 駆動装置、及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 動力源の駆動力を停止したとき、駆動カムを一定の位置に保持可能な駆動装置を提供する。
【解決手段】 バルブリフト調整装置の駆動装置１０は、動力源であるモータの駆動力によりカム軸部材５１を中心として回転する駆動カム５０１、駆動カム５０１の輪郭に接するローラ４４、ローラ４４を支持する支持枠４１、支持枠４１に結合され往復直線運動する制御軸部材３０を含む。駆動カム５０１は、回転中心Ｐから輪郭までの距離である輪郭径Ｒが、正転方向及び逆転方向のいずれにも増加するポケット部５３が形成されている。ポケット部５３がローラ４４に接した状態でモータの駆動力が停止したとき、ポケット部５３にて輪郭径Ｒが極小となる回転位置で駆動カム５０１に作用する回転力がゼロとなり、駆動カム５０１の回転がロックされる。これにより、駆動カム５０１の回転位置、及び制御軸部材３０の軸方向位置を一定の位置に保持することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、動力源の回転運動を制御軸部材の往復直線運動に変換し、制御軸部材の軸方向位置に応じて被制御部の制御量を調整する駆動装置、及びその制御方法に関する。

従来、動力源の回転運動を駆動カムによって制御軸部材の往復直線運動に変換し、制御軸部材の軸方向位置に応じて被制御部の制御量を調整する駆動装置が知られている。こうした駆動装置では、動力源の駆動力を停止したとき、被制御部側から制御軸部材に作用する荷重に対し、駆動カム及び制御軸部材を一定の位置に保持することが求められる。

例えば特許文献１に開示された駆動装置では、駆動カムの外周面に、回転中心からの距離が一定である円周面部が形成されている。この円周面部が接触部に接している状態で動力源の駆動力を停止することにより、特別なロック機構等を設けることなく、駆動カム及び制御軸部材を一定の位置に保持することができる。

特開２００５−１４６８６５号公報

特許文献１の駆動装置は、「制御軸部材の中心軸、駆動カムの回転中心、及び駆動カムの円周面部と接触部（ローラ）との接触点が同一直線上に位置する」構成を前提として、「駆動カムに周方向への回転力が加わらず、駆動カムは周方向への回転がロックされた状態となる」という作用を生じるものである。

ところが現実の製品では、各部品に製造上の寸法ばらつきが含まれ、また作動部分には多少の「あそび」が必要であるため、「制御軸部材の中心軸、駆動カムの回転中心、及び駆動カムと接触部との接触点」を常に同一直線上に位置させることは困難である。そのため、動力源の駆動力を停止したとき、軸ずれによって駆動カムに対して周方向への回転力が発生し、その結果、制御軸部材の軸方向位置が移動するおそれがある。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、現実の製品における寸法ばらつき等をふまえつつ、動力源の駆動力を停止したとき、駆動カムを一定の位置に保持可能な駆動装置を提供することにある。

本発明は、制御軸部材の軸方向位置に応じて被制御部の制御量を調整する駆動装置に係る。この駆動装置は、動力源と、動力源の駆動力によりカム軸部材を中心として回転する駆動カムと、駆動カムの輪郭に接するように被制御部から付勢された接触部と、駆動カムの回転運動に伴いカム軸部材と直交する方向に往復直線運動する支持部材と、支持部材と共に往復直線運動する制御軸部材とを備えており、駆動カムは「ポケット部」が形成されていることを特徴とする。このポケット部では、回転中心から輪郭までの距離である輪郭径が、正転方向及び逆転方向のいずれにも増加する。
ここで、動力源は、例えばモータ等で構成される。また、接触部は、例えば支持部材に回転可能に支持された円筒状のローラで構成される。さらに、支持部材及び制御軸部材が往復直線移動する方向は、カム軸部材と概ね垂直な方向であって、厳密に直交していなくてもよい。

これにより、駆動カムのポケット部が接触部に接している状態で動力源の駆動力を停止したとき、駆動カムは、ポケット部における輪郭径が極小となる回転位置で周方向の回転力がゼロとなる。これは、現実の製品において寸法ばらつき等により、制御軸部材の中心軸、駆動カムの回転中心、及び駆動カムと接触部との接触点が同一直線上からずれた場合であっても成立する。したがって、駆動カムは、周方向への回転がロックされた状態となり、その結果、駆動カムの回転位置、及び制御軸部材の軸方向位置を一定の位置に保持することができる。

この場合、ポケット部を平面で構成すれば駆動カムの加工が容易となる。また、例えば円筒状の接触部と平面のポケット部とが接する場合、円筒同士が接する構成に比べ、ヘルツ応力が低下し、接触面圧を低減することが可能となる。
さらに、駆動カムが複数のポケット部を有することにより、駆動カムが複数の回転位置で停止可能となり、制御軸部材を複数の軸方向位置において多段階に停止させることができる。
本発明の駆動装置は、例えば、「被制御部の制御量」として、エンジンの吸気弁または排気弁のリフト量を調整するバルブリフト調整装置に有効に適用される。

本発明は、また、上記ポケット部が形成された駆動カムを備える駆動装置において、動力源の駆動力を制御する制御方法として提供される。
上記構成による駆動装置では、動力源の駆動力を停止している間、駆動カムが常にポケット部の極小輪郭径に対応する接触点で接触部と接触する。このことは、本発明の課題解決の点から、駆動カムの回転位置を一定の位置に保持することができるという好ましい作用効果をもたらす反面、駆動カムと接触部とが接触する特定の箇所が集中的に摩耗するという別の問題を発生させることとなる。

そこで、本発明の駆動装置において、制御手段は、制御軸部材の軸方向位置を積極的に動かすための通常駆動を停止している間、ポケット部における、駆動カムの接触点に対応する「接触点角度」を経時的に変化させるように駆動カムの微小回転制御を実行する。
これにより、接触箇所を分散させ、駆動カム及び接触部の特定の箇所が集中的に摩耗することを防止することができる。

微小回転制御において、制御手段は、接触点角度を、輪郭径が極小となる極小カム角度から減少又は増加させるとき、動力源の駆動力を発生させる。一方、接触点角度を、極小カム角度に近づける方向に変化させるとき、動力源の駆動力をゼロとする。

接触部は駆動カムの輪郭に接するように被制御部から付勢されているため、この付勢力に逆らって、接触点角度を極小カム角度から減少又は増加させるときには、制御手段は、動力源の駆動力を発生させる必要がある。一方、接触点角度を極小カム角度に近づける方向に変化させるときには、被制御部からの付勢力を利用することで、動力源の駆動力を用いることなく接触点角度を変化させることができる。
したがって、被制御部からの付勢力に逆らう方向の回転時のみ、制御手段が動力源の駆動力を発生させるように制御することで、消費エネルギーを低減することができる。例えば動力源がモータの場合、モータの通電に要する消費電力を低減することができる。

本発明の第１実施形態による駆動装置の要部を示す模式図である。 本発明の第１実施形態による駆動装置を示す部分断面斜視図である。 本発明の第１実施形態による駆動装置が適用されるバルブリフト調整装置の模式図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。 本発明の第１実施形態による駆動カムの模式図である。 比較例の駆動カムに作用する力を示す模式図である。 本発明の第１実施形態による駆動カムに作用する力を示す模式図である。 ポケット部における微小回転制御を説明する説明図である。 ポケット部における微小回転制御での駆動電流のタイムチャートである。 本発明の第２実施形態による駆動カムの模式図である。 本発明の第３実施形態による駆動カムの模式図である。 本発明の第４実施形態による駆動カムの模式図である。 本発明の第５実施形態による駆動カムの模式図である。 本発明の第６、第７実施形態による駆動装置の要部を示す模式図である 本発明の第８、第９実施形態による駆動装置の要部を示す模式図である。 本発明の他の実施形態による駆動装置の要部を示す模式図である。

以下、本発明の複数の実施形態による駆動装置を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による駆動装置について、図１〜図７を参照して説明する。
図３、図４に示すように、本実施形態の駆動装置は、制御軸部材３０の軸方向位置に基づいて、例えば４気筒エンジン９０の吸気弁９１のリフト量Ｌを調整するバルブリフト調整装置１００の駆動装置１０として用いられる。

バルブリフト調整装置１００は、往復直線運動可能な制御軸部材３０を備えた駆動装置１０、制御軸部材３０に連結された延長軸３５、及び、エンジン９０の気筒数に応じた数のヘリカルスプライン３４、ローラ３６、揺動カム３８のセット等から構成されている。
ヘリカルスプライン３４は、例えば内壁が延長軸３５の外壁とはす歯で係合しており、制御軸部材３０及び延長軸３５の往復直線運動に応じて回転する。これにより、延長軸３５の中心とローラ３６とを結ぶ仮想線ｓ１と、延長軸３５の中心と揺動カム３８のノーズ３８１とを結ぶ仮想線ｓ２とがなす開き角ψが変化する。

ローラ３６は、吸気弁用カムシャフト９３のカム部に当接している。吸気弁用カムシャフト９３の回転に伴ってローラ３６の位置が変化すると、それに連動して揺動カム３８が揺動する。揺動カム３８のノーズ３８１は吸気弁９１の基端に当接しており、揺動カム３８の揺動に応じて吸気弁９１がリフトする。したがって、制御軸部材３０及び延長軸３５の軸方向位置を調整し、開き角ψを変化させることにより、吸気弁９１のリフト量Ｌを調整することができる。
なお、本実施形態のバルブリフト調整装置１００は、排気弁用カムシャフト９４の回転に伴う排気弁９２のリフト量については調整しない。

ここで、吸気弁９１は、鍔部９１１に当接するバルブスプリング９５の付勢力Ｆｓにより、図４の上向きである閉弁方向に付勢されている。この付勢力Ｆｓは、揺動カム３８のノーズ３８１を押し上げ、ヘリカルスプライン３４に対し、図４の反時計回り方向の回転力Ｆｒを生成する。本実施形態では、ヘリカルスプライン３４の回転力Ｆｒは、延長軸３５及び制御軸部材３０を引っ張る方向（図３の上向き）の荷重Ｆａに変換される。
このように本実施形態では、「被制御部」であるヘリカルスプライン３４側から制御軸部材３０に対し、制御軸部材３０を駆動カム５０１から離す方向に荷重Ｆａが加わっている。

次に、駆動装置１０の全体構成について、図１、図２を参照して説明する。
図２に示すように、駆動装置１０は、「動力源」としてのモータ２０、制御軸部材３０、支持枠４１、ローラ４４、駆動カム５０１（図１参照）、角度センサ６０等を有している。駆動装置１０は、ＥＣＵ（電子制御装置）８０及びＥＤＵ（駆動回路）８２の指令に基づき、モータ２０が回転駆動力を発生する。
モータ２０は、例えばＤＣモータであり、コイルが巻回された回転子２２、及び、回転子２２の径外側に設けられる永久磁石２４を有している。回転子２２と共に回転するモータ２０のシャフト２６の端部に、モータギア２８が取り付けられている。

制御軸部材３０は、モータ２０のシャフト２６と略直交している。制御軸部材３０の一方の端部３２は、支持枠４１の結合部４２と、クリップ４３によって結合している。
四角形状の支持枠４１は、駆動カム５０１の回転中心Ｐに対し径方向の一方側であって制御軸部材３０と反対側に設けられている。図１（ｂ）に示すように、円筒状のローラ４４は、支持枠４１に固定されたピン４１１によって、回転可能に軸支されている。ローラ４４の中心Ｑは、制御軸部材３０の中心軸である第１軸Ｊｒ上に配置されている。
支持枠４１及びローラ４４は、特許請求の範囲に記載の「支持部材」及び「接触部」に相当する。支持枠４１及びローラ４４は、駆動カム５０１の回転運動を往復直線運動に変換して制御軸部材に伝達する伝達部４０を構成する。

駆動カム５０１は、回転中心Ｐから輪郭までの距離である輪郭径Ｒが周方向で不均一であり、支持枠４１の内側に、回転中心Ｐを中心としてカム軸部材５１と共に回転可能に設けられている。また、上述の荷重Ｆａにより、制御軸部材３０と支持枠４１を介して連結されたローラ４４は、駆動カム５０１の輪郭に接触点Ｃで接するように付勢されている。
駆動カム５０１の回転運動に伴い、接触点Ｃにおける輪郭径Ｒが変化することで、ローラ４４、支持枠４１及び制御軸部材３０は、図１の左右方向に往復直線運動する。

なお、ローラ４４と駆動カム５０１との「接触点Ｃ」は、三次元的には図１の紙面奥行き方向に延びる線分であり、正しくは「接触線」である。しかし、ここでは、図１等に表された二次元的な解釈に基づき、「接触点Ｃ」ということにする。
ここで、回転中心Ｐを通り、第１軸Ｊｒと平行な軸を第２軸Ｊｃとする。駆動装置１０は、基本的に第２軸Ｊｃが第１軸Ｊｒに重なるように組み付けられる。このとき、制御軸部材３０の中心軸、駆動カム５０１の回転中心Ｐ、接触点Ｃ、及びローラ４４の中心Ｑは同一直線上に位置する。

しかし現実の製品では、製造上の寸法ばらつきや「あそび」等により、第１軸Ｊｒと第２軸Ｊｃとの間に軸ずれが生じ得る。つまり、制御軸部材３０の中心軸、駆動カム５０１の回転中心Ｐ、接触点Ｃ、及びローラ４４の中心Ｑが同一直線上に位置しない状態が生じ得る。
本実施形態の駆動装置１０は、この軸ずれが生じることを前提とし、モータ２０の駆動力を停止したとき、駆動カム５０１を一定の位置に保持可能とするという課題を解決するものである。駆動カム５０１の詳細な構成、及び、軸ずれに対する作用については後述する。

カム軸部材５１は、モータ２０のシャフト２６と略平行に配置されている。カム軸部材５１のモータ２０側の端部にはカムギア６４が取り付けられており、モータ２０と反対側の端部には、カムギア６６が取り付けられている。カムギア６４は、モータギア２８と噛み合っている。

角度センサ６０は、カムギア６６と噛み合うセンサギア６２を有している。角度センサ６０は、センサギア６２の回転角度をホール素子等の磁気検出素子により検出する。
「制御手段」としてのＥＣＵ８０は、角度センサ６０の検出信号、及びアクセル開度等の他のセンサ検出信号が入力され、入力されたセンサ検出信号に基づいて、ＥＤＵ８２に制御信号を出力する。
ＥＤＵ８２は、ＥＣＵ８０からの制御信号に基づいて、モータ２０を駆動する。

続いて、本発明の特徴的部分である駆動カム５０１の詳細な構成について、図５を参照して説明する。
図５（ａ）に示すように、駆動カム５０１は、カム軸部材５１を中心として、外周に曲面部と平面部とが形成されている。曲面部は、ベース部５２、徐変部５６１、５６２、隣接部５７１、５７２からなり、平面部はポケット部５３からなっている。なお、以下で隣接部５７１、５７２を総括して説明するとき、「隣接部５７」と記す。
この駆動カム５０１において、回転中心Ｐに対し図の上方向をカム角度θの基準軸ｘとする。カム角度θは、基準軸ｘ（θ＝０）から反時計回り方向を正とする。駆動カム５０１は、図５（ａ）の時計回り方向である正転方向に回転する。

ベース部５２は、基準軸ｘを跨いで設定され、輪郭径Ｒの最小値であるベース径Ｒｏを含む。ポケット部５３は、ベース部５２と反対側であるカム角度１８０ｄｅｇの前後に設定されている。ポケット部５３では、輪郭径Ｒが、正転方向及び逆転方向のいずれにも増加する。
基準軸ｘに対し図の左側において、ベース部５２からポケット部５３までの間には、徐変部５６１及び隣接部５７１が形成されている。徐変部５６１は、駆動カム５０１の正転に伴って輪郭径Ｒが漸増する。隣接部５７１は、ポケット部５３に周方向で隣接する部分であり、本実施形態では同心円状に形成されている。ここで、「同心円状」とは、輪郭径Ｒが一定であることをいう。隣接部５７１の輪郭径Ｒｎは、輪郭径Ｒの最大値である。

また本実施形態では、基準軸ｘに対し徐変部５６１及び隣接部５７１と対称に、徐変部５６２及び隣接部５７２が形成されている。徐変部５６２は、駆動カム５０１の回転に伴って輪郭径Ｒが漸減する。
徐変部５６１と隣接部５７１との境界、隣接部５７１とポケット部５３との境界、ポケット部５３と隣接部５７２との境界、隣接部５７２と徐変部５６２との境界のカム角度をそれぞれα１、β１、β２、α２とする。また、ポケット部５３内で輪郭径Ｒが極小となる極小カム角度をγとし、極小カム角度γにおける輪郭径を極小輪郭径Ｒｐとする。
すると、カム角度θと輪郭径Ｒとの関係は、図５（ｂ）のように表される。

次に、駆動装置１０の作動について説明する。
ＥＤＵ８２の指令によりモータ２０が駆動されると、モータ２０のトルクは、モータギア２８及びカムギア６４を経由して、カム軸部材５１及び駆動カム５０１に伝達される。駆動カム５０１が回転すると、駆動カム５０１と接するローラ４４を支持している支持枠４１が、接触点Ｃにおける輪郭径Ｒの変化に応じて、カム軸部材５１と直交する方向に往復直線運動する。そして、支持枠４１と結合された制御軸部材３０が往復直線運動し、これに伴い、バルブリフト調整装置１００の延長軸３５が往復直線運動する。
制御軸部材３０及び延長軸３５の軸方向位置に応じて、バルブリフト調整装置１００のヘリカルスプライン３４が回転し、ローラ３６と揺動カム３８との位置に基づく開き角ψ（図４参照）が変化し、吸気弁９１のリフト量Ｌが変化する。

エンジン９０が停止されると、ＥＤＵ８２は、駆動カム５０１のポケット部５３がローラ４４に接する位置までモータ２０を駆動した後、モータ２０への通電を停止する。こうしてモータ２０の駆動力が停止したとき、ポケット部５３の極小輪郭径Ｒｐに対応する極小カム角度γで駆動カム５０１に作用する回転力がゼロとなり、駆動カム５０１は周方向への回転がロックされた状態となる。
駆動カム５０１の回転がロックされることにより、駆動カム５０１の回転位置、及び制御軸部材３０の軸方向位置が一定の位置で保持される。

次に、本実施形態の駆動装置１０の効果について、図６、図７を参照し、比較例と対比しつつ説明する。図６に示す比較例の駆動カム５０９はポケット部を設けておらず、同心円部５７０がローラ４４と接する。一方、図７に示す本実施形態の駆動カム５０１は、平面のポケット部５３を設けており、このポケット部５３がローラ４４と接する。
なお、図６、図７で力の記号として用いるｆａ、ｆｒ（小文字のｆ）は、図３、図４で用いたＦａ、Ｆｒと区別するものである。
図６、図７は、制御軸部材３０の中心軸の延長線上でローラ４４の中心Ｑを通る第１軸Ｊｒと、駆動カム５０９、５０１の回転中心Ｐを通り第１軸Ｊｒに平行な第２軸Ｊｃとがずれたとき、駆動カム５０９、５０１に作用する回転力ｆｃを表している。
なお、図７では、ポケット部５３を誇張し、隣接部５７を同心円状に示す他、カム軸部材５１、ベース部５２及び徐変部５６１、５６２の図示を省略している。

図６に示すように、第１軸Ｊｒは、第２軸Ｊｃに対して図の右側にずれている。また、比較例の駆動カム５０９の同心円部５７０とローラ４４との接触点Ｃは、共通中心線Ｋ上にある。したがって、接触点Ｃは、第２軸Ｊｃに対し第１軸Ｊｒと同じ側、すなわちこの例では第２軸Ｊｃの右側にずれている。
ここで、ローラ４４によるローラ押付力ｆｒは、接触点Ｃに対し第１軸Ｊｒと平行な方向に作用するため、接触点Ｃでは、共通接線Ｔ上に沿って右向きの作用力ｆａが生じる。この作用力ｆａにより、駆動カム５０９に対し、反時計回り方向の回転力ｆｃが生じる。

また、図６とは逆に、第１軸Ｊｒが第２軸Ｊｃに対して図の左側にずれた場合は、接触点Ｃも第２軸Ｊｃに対して左側にずれる。その結果、駆動カム５０９に対し、時計回り方向の回転力ｆｃが生じることとなる。
すなわち、比較例では、第２軸Ｊｃと第１軸Ｊｒとが一致したときのみ回転力ｆｃがゼロとなり、第２軸Ｊｃと第１軸Ｊｒとがずれたときは、第２軸Ｊｃに対する接触点Ｃの位置に応じた方向の回転力ｆｃが常に発生する。したがって、モータ２０の駆動力を停止したとき、駆動カム５０９の回転位置を維持することができなくなる。

次に、図７において、「ポケット部中心線Ｍ」は、本実施形態の駆動カム５０１の回転中心Ｐを通りポケット部５３の対称軸となる直線である。本実施形態のようにポケット部５３が平面の場合には、ポケット部中心線Ｍは、ポケット部５３に直交する。
図７（ａ）は、隣接部５７とポケット部５３との境界に接触点Ｃが一致する場合を示している。このとき、接触点Ｃはポケット部中心線Ｍに対し図の左側に位置しており、ローラ押付力ｆｒに基づく左向きの作用力ｆａが接触点Ｃに作用する。この作用力ｆａにより、駆動カム５０１に対し、時計回り方向の回転力ｆｃが生じる。

駆動カム５０１が図７（ａ）の位置から時計回り方向に回転し、図７（ｂ）の位置に達すると、ポケット部中心線Ｍと共通中心線Ｋとが一致する。このとき、接触点Ｃは、ポケット部５３の平面上を移動し、共通中心線Ｋ上、且つポケット部中心線Ｍ上の位置に達する。この位置は、図５の極小カム角度γの位置に相当する。この位置で、駆動カム５０１に作用する回転力ｆｃはゼロとなる。

駆動カム５０１が図７（ｂ）の位置を通り越して時計回り方向にオーバーシュートし、図７（ｃ）の位置に達したと仮定する。すると、接触点Ｃはポケット部中心線Ｍに対し図の右側に位置するため、右向きの作用力ｆａが接触点Ｃに作用する。この作用力ｆａにより、駆動カム５０１に対し反時計回り方向の回転力ｆｃが生じ、図７（ｂ）の位置に向かって回転する。そして、駆動カム５０１は、周方向の回転力ｆｃがゼロとなる図７（ｂ）の位置で安定する。これを「ポケット効果」という。

したがって、本実施形態の駆動装置１０は、製造上の寸法ばらつき等により第１軸Ｊｒと第２軸Ｊｃとの間に軸ずれが生じた場合においてモータ２０の駆動力を停止したとき、ポケット部５３がローラ４４に接した状態で駆動カム５０１の回転がロックされる。その結果、駆動カム５０１の回転位置、及び制御軸部材３０の軸方向位置を一定の位置に保持することができる。
そのため、この駆動装置１０が適用されたバルブリフト調整装置１００では、エンジン９０の運転時に、吸気弁９１のバルブリフト量を所定量で保持することができる。したがって、エンジンの始動性を確保しつつ、運転中の燃費を向上することができる。

また、本実施形態では、ポケット部５３が平面で構成されているため、駆動カム５０１の加工が容易である。
また、円筒のローラ４４と平面のポケット部５３とが接触するため、比較例の駆動カム５０９のように円筒同士であるローラ４４と同心円部５７０とが接する構成に比べ、ヘルツ応力が低下し、接触面圧を低減することが可能となる。

さらに、ローラ４４の回転軸と駆動カム５０１の回転軸とがねじれた場合、比較例の駆動カム５０９のように円筒同士が接する場合、点接触となり、ヘルツ応力が増大することとなる。それに対し、円筒のローラ４４と平面のポケット部５３とが接する本実施形態では、回転軸同士がねじれても、接触面圧を維持することが可能となる。
したがって、例えば比較例の構成において、ローラとカムとの接触部に熱処理等による硬度確保のための処理を要していた場合、本実施形態の構成を採用することで処理を廃止することができる。

加えて、本実施形態では、隣接部５７が回転中心Ｐに対し同心円状に形成されている。すなわち、隣接部５７では輪郭径Ｒｎが一定であるため、制御軸部材３０の軸方向位置が維持される。これにより、振動等の外力によって駆動カム５０１がポケット部５３の範囲を超えて回転したとき、隣接部５７が緩衝域として機能し、制御軸部材３０の軸方向位置が急激に変化することを防止することができる。

次に、本実施形態の駆動装置１０においてＥＣＵ８０がモータ２０の駆動力を制御する制御方法について、図８、図９を参照して説明する。図８は、ポケット部５３における接触点Ｃの位置の変化を模式的に説明するための図である。ローラ４４を示す実線又は破線の円は、ポケット部５３との現実の大きさの比に関係なく相対的に小さく図示している。図９は、ＥＣＵ８０がＥＤＵ８２に指令してモータ２０に通電させる駆動電流を表すタイムチャートである。

本実施形態では、モータ２０の駆動力を停止したとき、ポケット効果によって駆動カム５０１の回転位置が一定の位置に保持される。詳しく言うと、ポケット部５３における、駆動カム５０の接触点Ｃに対応する接触点角度θｃは、過渡状態での振動が収束した定常状態では、常に極小カム角度γに一致する。このことは、本発明の課題解決の点から好ましいことである反面、駆動カム５０とローラ４４とが接触する特定の箇所が集中的に摩耗するという別の問題を発生させる。

そこで本実施形態の駆動装置１０では、ＥＣＵ８０は、制御軸部材３０の軸方向位置を積極的に動かすための「通常駆動」を停止している間、接触点角度θｃをポケット部５３内で経時的に変化させるため、以下のように「微小回転制御」を実行する。
図９の時刻ｔｓにて通常駆動を停止すると、過渡状態において慣性による振動が次第に減衰する。そこで、過渡状態での振動が収束し定常状態に移行する程度の時間を待機時間Ｔｗとして設定する。

通常駆動を停止した時刻ｔｓから待機時間Ｔｗが経過した時刻ｔｖ１では、図８（ａ）に示すように、接触点角度θｃが極小カム角度γに一致している。時刻ｔｖ１にてＥＣＵ８０が正の駆動電流＋Ｉｖをモータ２０に通電すると、図８（ａ）に実線矢印で示す駆動力ｆｖ＋が発生し駆動カム５０１がわずかに回転することにより、接触点角度θｃは極小カム角度γから増加する。この駆動電流＋Ｉｖは、通常駆動電流Ｉｎに比べて格段に小さく、また、通電時間Ｔｅが経過するとすぐに切断されるため、接触点Ｃは、隣接部５７２との境界を超えることなくポケット部５３内に留まる。つまり、図８（ｂ）に示すように、微小回転による最大の接触点角度θｃ_MAXは、隣接部５７２との境界に対応するカム角度β２より小さい。

続いて、接触点角度θｃを最大角度θｃ_MAXから極小カム角度γに向かって減少させるときは、駆動電流を供給せず、モータ２０の駆動力をゼロとする。すると、ヘリカルスプライン３４側から制御軸部材３０を経由してローラ４４に作用している荷重Ｆａによって、駆動カム５０１は、接触点角度θｃが極小カム角度γに向かって減少する方向へ回転する。

正の駆動電流＋Ｉｖを切断後、インターバルＴｉが経過した時刻ｔｖ２では、接触点角度θｃは再び極小カム角度γに一致している。時刻ｔｖ２にてＥＣＵ８０が負の駆動電流−Ｉｖをモータ２０に通電すると、今度は、図８（ａ）に破線矢印で示す駆動力ｆｖ−が発生し、接触点角度θｃは極小カム角度γから減少する。駆動電流−Ｉｖは、上記の駆動電流＋Ｉｖと絶対値及び通電時間Ｔｅが同等である。そして、接触点Ｃは、隣接部５７１との境界を超えることなくポケット部５３内に留まる。つまり、微小回転による最小の接触点角度θｃ_MINは、隣接部５７１との境界に対応するカム角度β１より大きい。
続いて接触点角度θｃを最小角度θｃ_MINから極小カム角度γに向かって増加させるときは、駆動電流を供給せず、モータ２０の駆動力をゼロとする。すると、駆動カム５０１は、荷重Ｆａによって、接触点角度θｃが極小カム角度γに向かって増加する方向へ回転する。

その後、駆動電流を切断した後インターバルＴｉが経過するごとに、時刻ｔｖ３にて正の駆動電流＋Ｉｖ、時刻ｔｖ４にて負の駆動電流−Ｉｖというように交互にモータ２０に通電することで、次の通常駆動を開始する時刻ｔｄまでの間、微小回転を継続する。
すなわち、ＥＣＵ８０は、荷重Ｆａに逆らって接触点角度θｃを極小カム角度γから増加又は減少させるときには、モータ２０の駆動力を発生させるように通電し、一方、荷重Ｆａを利用して接触点角度θｃを極小カム角度γに近づけるときには、モータ２０の駆動力をゼロとするように制御する。

このように、本実施形態による駆動装置の制御方法では、通常駆動を停止している間、ＥＣＵ８０が微小回転制御を実行することにより、駆動カム５０１とローラ４４との接触箇所を分散させ、特定の箇所が集中的に摩耗することを防止することができる。
また、接触点角度θｃを極小カム角度γから増加又は減少させるときのみ、モータ２０の駆動力を発生させるように制御することで、消費電力を低減することができる。特に、慣性での振動が継続する時間を最大限利用するように待機時間Ｔｗ及びインターバルＴｉを設定することで、より消費電力を低減することができる。

次に、本発明の第２〜第５実施形態による駆動装置について、図１０〜図１３を参照して説明する。第２〜第５実施形態の駆動装置は、第１実施形態に対し、駆動カムの形状が異なる。また、いずれの実施形態も上記の「ポケット効果」を奏し、ＥＣＵ８０は、通常駆動を停止している間、上記と同様の微小回転制御を実行することが可能である。以下、第１実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

（第２実施形態）
図１０に示すように、第２実施形態の駆動カム５０２は、ポケット部５３と隣接部５７１、５７２との境界の、二点鎖線で囲んだ部分に、曲率が連続的に変化する丸め部５７３、５７４が形成されている。これにより、ポケット部５３と隣接部５７１、５７２とを跨ぐ部分、すなわちカム角度β１、β２前後で輪郭径Ｒが滑らかに変化するため、駆動カム５０２の回転がスムーズになる。

（第３実施形態）
図１１に示すように、第３実施形態の駆動カム５０３は、ポケット部５４１が平面でなく凹曲面で構成されている。これにより、極小カム角度γでの極小輪郭径Ｒｐ^-は、第１実施形態の極小輪郭径Ｒｐよりもさらに小さく設定される。したがって、ポケット部５４の端部から輪郭径の極小部へ向かう回転力が大きくなり、ポケット効果がより大きくなる。

（第４実施形態）
図１２に示すように、第４実施形態の駆動カム５０４は、ポケット部５４２が平面でなく凸曲面で構成されている。この凸曲面は、極小カム角度γでの極小輪郭径Ｒｐ⁺が第１実施形態の極小輪郭径Ｒｐよりも大きく、且つ隣接部５７１、５７２の輪郭径Ｒｎよりも小さくなるように設定されている。この実施形態でも、正転方向及び逆転方向のいずれにも輪郭径Ｒが増加するため、ポケット効果が得られる。

（第５実施形態）
図１３に示すように、第５実施形態の駆動カム５０５は、複数の平面のポケット部５５１、５５２、５５３が形成されている。駆動カム５０５において、回転中心Ｐに対し図の右方向をカム角度θの基準軸ｘとする。カム角度θは、基準軸ｘ（θ＝０）から反時計回り方向を正とする。駆動カム５０５は、図１３の時計回り方向である正転方向に回転する。

第１ポケット部５５１は、カム角度β７とカム角度β０との間に基準軸ｘを跨いで設定され、ベース径Ｒｏを輪郭径に含んでいる。第２ポケット部５５２は、カム角度β３とカム角度β４との間に設定され、輪郭径Ｒ２を有している。第３ポケット部５５３は、カム角度β５とカム角度β６との間に設定され、輪郭径Ｒ３を有していている。

第２ポケット部５５２の輪郭径Ｒ２、及び、第３ポケット部５５３の輪郭径Ｒ３とベース径Ｒｏとの関係は、「Ｒ３＞Ｒ２＞Ｒｏ」となっている。
第１ポケット部５５１から第２ポケット部５５２までの間、及び、第２ポケット部５５２から第３ポケット部５５３までの間には、それぞれ、駆動カム５０５の回転に伴って輪郭径Ｒが漸増する徐変部５８１、５８２が形成されている。また、第３ポケット部５５３から第１ポケット部５５１までの間は、輪郭径Ｒが直線的に急減するつなぎ部５９が形成されている。

第５実施形態では、モータ２０の駆動力を停止したとき、３つのポケット部５５１、５５２、５５３のいずれかに対応するカム角度で駆動カム５０５の回転位置を維持することができる。それに伴い、制御軸部材３０の軸方向位置を、最後退位置、中間位置、最前進位置のいずれか選択した位置に維持することができる。
なお、第５実施形態において図９に対応する駆動電流のタイムチャートを描くと、例えば最後退位置から中間位置へ正転移行するときと、逆に中間位置から最後退位置へ逆転移行するときとでは、通常駆動電流Ｉｎの極性が反対になる。

次に、本発明の第６〜第９実施形態による駆動装置について、図１４、図１５を参照して説明する。第６〜第９実施形態の駆動装置は、第１実施形態に対し、支持枠及びローラの構成が異なる。
（第６、第７実施形態）
第６、第７実施形態について、図１４（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。図１４（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態の図１（ｂ）と対応する、ローラ部の軸方向断面図である。

第１実施形態のローラ４４が円柱状であるのに対し、図１４（ａ）に示す第６実施形態のローラ４４Ａは略球状であり、支持枠４１Ａに固定されたピン４１１によって、ピン４１１を軸とする周方向に回転可能に軸支されている。ローラ４４Ａと駆動カム５０１とは、接触点Ｃで点接触する。円柱状のローラ４４が、駆動カム５０１との二次元の軸ずれを吸収することができるのに対し、略球状のローラ４４Ａは、駆動カム５０１との三次元の軸ずれを吸収することができる。また、回転することで摩擦抵抗が減少し、摩耗量を低減することができる。球状であるため、接触点Ｃが移動しても、駆動カム５０１との距離を一定に保つことができ、好ましい。
第６実施形態の変形例として、ローラは、完全な球状に限らず、駆動カム５０１に接触する帯状部分のみが凸曲面状に形成されていてもよい。また、ローラ側にピンを固定し、支持枠側に軸受穴を形成してもよい。

他方、図１４（ｂ）に示す第７実施形態では、ローラに代え、「接触部」としてボール４４Ｂが用いられる。また、支持枠４１Ｂは、互いに対向する凹球面の間に、ボール４４Ｂを全方向に回転自在に支持している。ボール４４Ｂは、第６実施形態のローラ４４Ａと同様に、駆動カム５０１との三次元の軸ずれを吸収することができることに加え、全方向自在に回転することで摩擦抵抗が減少し、摩耗量を低減することができる。
なお、第６、第７実施形態では、第１実施形態の駆動カム５０１に代えて、第２〜第４実施形態の駆動カム５０２〜５０４を用いてもよい。

（第８、第９実施形態）
第８、第９実施形態について、図１５（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。図１５は、第１実施形態の図１（ａ）と対応し、カム軸部材５１の軸方向から支持枠を見た図である。ただし、駆動カム５０１については、１つの平面のポケット部（例として５３示す。）を誇張して示すため、外郭形状を簡略化する。

第８、第９実施形態では、ローラ４４が無く、支持枠４５、４６の端部が直接ポケット部５３と接触する。よって、部品点数を低減することができる。
図１５（ａ）に示す第８実施形態では、支持枠４５に形成された球面又は凸曲面の端面４５１がポケット部５３と点接触する。これにより、駆動カム５０１との三次元の軸ずれを吸収することができる。

図１５（ｂ）に示す第９実施形態では、支持枠４６に形成された平面端部４６１がポケット部５３と面接触する。すなわち「接触点Ｃ」が「接触面」として形成される。これにより、接触面の面圧を低減することができる。また、モータ２０の駆動力を停止したとき、ポケット部５３が平面端部４６１と当接するように回転力が発生するため、ポケット効果が最大となる。さらに、支持枠４６の加工が容易となるため、製造コストを低減することができる。
第８、第９実施形態の支持枠４５、４６は、特許請求の範囲に記載の「接触部」と「支持部材」とが一体に形成されたものである。また、第８、第９実施形態の変形例として、端部を形成する別部材が、支持枠本体に固定されてもよい。

（その他の実施形態）
（ア）駆動カムの具体的な輪郭形状は上記実施形態に例示したものに限らない。また、第５実施形態に対し、複数のポケット部の数は、３つに限らず、いくつであってもよい。
（イ）ローラ４４が駆動カム５０１に接するように付勢するための構成として、上記実施形態では、被制御部側から制御軸部材３０を引っ張る方向へ荷重Ｆａが加わる例について説明した。この他、本発明の駆動装置は、特許文献１の図６、図７に記載されているように、「制御軸部材３０が直接、または他の部材を介して間接的に駆動カム５０１を押す方向へ荷重が加わる」場合にも適用することができる。

例えば、図１６に示す形態では、紙面の右方向から制御軸部材４７、４８、４９を押す方向への荷重Ｆｂが加わる。制御軸部材４７、４８、４９は、駆動カム５０１の回転に伴って、紙面の左右方向に往復移動する。ここで、駆動カム５０１については、図１５と同様、１つのポケット部５３を誇張し、外郭形状を簡略化する。

図１６（ａ）に示すように平面の先端面４７１を有する制御軸部材４７を用いる形態では、先端面４７１とポケット部５３とが平面同士で直接面接触する。したがって、第９実施形態と同様の効果が得られる。
図１６（ｂ）に示すように、球面又は凸曲面の先端面４８１を有する制御軸部材４８を用いる形態では、先端面４８１とポケット部５３とが接触点Ｃで点接触する。したがって、第８実施形態と同様の効果が得られる。

また、図１６（ａ）、（ｂ）の形態では、制御軸部材４７、４８が駆動カム５０１と直接接触するため、他の部材を介在して運動を伝達する構成に比べ、位置のバラツキを低減することができる。
これらの形態の制御軸部材４７、４８は、特許請求の範囲に記載の「接触部」、「支持部材」、及び「制御軸部材」の３つが一体に形成されたものである。

一方、図１６（ｃ）に示すように、先端の凹部４９１に別体のボール４９２を全方向に回転自在に収容した制御軸部材４９を用いる形態では、ボール４９２とポケット部５３とが接触点Ｃで点接触する。したがって、第６、第７実施形態と同様の効果が得られる。また、制御軸部材４９とボール４９２とを部品毎に最適な材質で形成することができる。
この形態の制御軸部材４９は、特許請求の範囲に記載の「支持部材」と「制御軸部材」とが一体に形成されたものである。また、ボール４９２は「接触部」に相当する。

（ウ）動力源は、上記実施形態のＤＣモータに限らず、ＡＣモータその他の電動モータ、或いは、油圧、圧縮空気、電磁力等で作動するアクチュエータ等を用いてもよい。
（エ）微小回転制御は、図９に示すように通電方向を１回ずつ交互に繰り返す方法に限らず、例えば数回ずつで通電方向を交替してもよく、待機時間ＴｗやインターバルＴｉは適宜設定してよい。結果的に一定期間での平均で評価したとき、ポケット部５３における接触箇所を広範囲に分散させることができれば、どのような方法で実施してもよい。

（オ）バルブリフト調整装置においてリフト量を調整する機構は、上記実施形態の構成に限らない。また、バルブリフト調整装置は、吸気弁に限らず、排気弁のリフト量を調整するものであってもよい。
（カ）本発明の駆動装置は、バルブリフト調整装置に限らず、制御軸部材の軸方向位置に応じて被制御部の制御量を調整可能なあらゆる装置に適用することができる。
以上、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施することができる。

１０ ・・・駆動装置、
２０ ・・・モータ（動力源）、
３０ ・・・制御軸部材、
４１、４１Ａ、４１Ｂ ・・・支持枠（支持部材）、
４４、４４Ａ ・・・ローラ（接触部）、 ４４Ｂ ・・・ボール（接触部）、
４５、４６ ・・・支持枠（支持部材、接触部）、
５０１〜５０５・・・駆動カム、
５１ ・・・カム軸部材、
５３、５４１、５４２、５５１〜５５３・・・ポケット部
１００ ・・・バルブリフト調整装置。

Claims (7)

1. 制御軸部材の軸方向位置に応じて被制御部の制御量を調整する駆動装置であって、
   動力源（２０）と、
   回転中心（Ｐ）から輪郭までの距離である輪郭径（Ｒ）が周方向で不均一であり、前記動力源の駆動力によりカム軸部材（５１）を中心として回転する駆動カム（５０１〜５０５）と、
   前記駆動カムの回転中心に対し径方向の一方側に設けられ、前記駆動カムの輪郭に接触点（Ｃ）で接するように前記被制御部から付勢された接触部（４４、４４Ａ、４４Ｂ、４５、４６）と、
   前記接触部を支持し、前記駆動カムの回転運動に伴う前記接触点における前記輪郭径の変化に応じて、前記カム軸部材と直交する方向に往復直線運動する支持部材（４１、４１Ａ、４１Ｂ、４５、４６）と、
   前記支持部材に結合され、前記支持部材と共に軸方向に往復直線運動する制御軸部材（３０）と、
   を備え、
   前記駆動カムは、正転方向及び逆転方向のいずれにも前記輪郭径が増加するポケット部（５３、５４１、５４２、５５１〜５５３）が形成されていることを特徴とする駆動装置（１０）。
2. 前記ポケット部（５３、５５１〜５５３）は、平面で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記駆動カムは、複数の前記ポケット部を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の駆動装置。
4. 前記駆動カムは、少なくとも一つの前記ポケット部に周方向で隣接する隣接部（５７１、５７２）において前記輪郭径が一定に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の駆動装置。
5. 前記ポケット部は、周方向で隣接する隣接部との境界で、曲率が連続的に変化することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の駆動装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の駆動装置において、前記動力源の駆動力を制御手段（８０）が制御する制御方法であって、
   前記制御軸部材の軸方向位置を動かすための通常駆動を停止している間、
   前記制御手段は、前記ポケット部における、前記駆動カムの前記接触点に対応する回転角度である接触点角度（θｃ）について、当該接触点角度を経時的に変化させるように、前記動力源の駆動力を制御することを特徴とする駆動装置の制御方法。
7. 前記制御手段は、
   前記接触点角度を、前記輪郭径が極小となる極小カム角度（γ）から増加又は減少させるとき、前記動力源の駆動力を発生させ、
   前記接触点角度を、前記極小カム角度に近づける方向に変化させるとき、前記動力源の駆動力をゼロとすることを特徴とする請求項６に記載の駆動装置の制御方法。

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