JP2018048595A - 内燃機関用リンク機構のアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 制御軸の倒れ等に伴い波動歯車型減速機に作用する応力を緩和できる内燃機関用リンク機構のアクチュエータを提供する。【解決手段】 波動歯車型減速機21は、可撓性外歯車23における第２制御軸11との連結部27およびモータ出力軸20a間を相対回転可能に連結する調心ベアリング26を有する。【選択図】 図３

Description

本発明は、内燃機関用リンク機構のアクチュエータに関する。

従来、内燃機関用リンク機構と連結する制御リンクを駆動する制御軸を有し、電動モータのモータ出力軸の回転速度を波動歯車型減速機により減速して制御軸に伝達する内燃機関用リンク機構のアクチュエータが知られている（例えば、特許文献１）。

特開2015-145647号公報

しかしながら、従来の内燃機関用リンク機構のアクチュエータにあっては、内燃機関側から入力されるトルク等によって制御軸が傾き、可撓性外歯車の耐久性が低下する恐れがあった。
本発明は、制御軸の倒れ等に伴い波動歯車型減速機に作用する応力を緩和できる内燃機関用リンク機構のアクチュエータの提供を目的の一つとする。

本発明の一実施形態における内燃機関用リンク機構のアクチュエータでは、波動歯車型減速機は、可撓性外歯車における制御軸との連結部およびモータ出力軸間を相対回転可能に連結する軸受を有する。

よって、本発明にあっては、制御軸の倒れ等に伴い波動歯車型減速機に作用する応力を緩和できる。

実施形態１の内燃機関用リンク機構のアクチュエータを備えた内燃機関の概略図である。 実施形態１の波動歯車型減速機21の分解斜視図である。 実施形態１の波動歯車型減速機21の要部断面図である。 実施形態２の波動歯車型減速機21の要部断面図である。

〔実施形態１〕
図１は、実施形態１の内燃機関用リンク機構のアクチュエータを備えた内燃機関の概略図である。基本的な構成は、特開2011-169251号公報の図１に記載されたものと同じであるため、簡単に説明する。
ピストン1は、内燃機関（ガソリンエンジン）におけるシリンダブロックのシリンダ内を往復運動する。ピストン1には、ピストンピン2を介してアッパリンク3の上端が回転可能に連結する。アッパリンク3の下端には、連結ピン6を介してロアリンク5が回転可能に連結する。ロアリンク5には、クランクピン4aを介してクランクシャフト4が回転可能に連結する。ロアリンク5には、連結ピン8を介して第１制御リンク7の上端部が回転可能に連結する。第１制御リンク7の下端部は、複数のリンクを有する連結機構9と連結する。連結機構9は、第１制御軸10、第２制御軸11、第２制御リンク12およびアームリンク13を有する。第１制御軸10は、内燃機関内部の気筒列方向に延在するクランクシャフト4と平行に延在する。第１制御軸10は、第１ジャーナル部10a、制御偏心軸部10b、偏心軸部10c、第１アーム部10dおよび第２アーム部10eを有する。第１ジャーナル部10aは、内燃機関本体に回転可能に支持されている。制御偏心軸部10bは、第１制御リンク7の下端部と回転可能に連結する。偏心軸部10cは、第２制御リンク12の一端部12aと回転可能に連結する。第１アーム部10dの一端は、第１ジャーナル部10aと連結する。第１アーム部10dの他端は、制御偏心軸部10bと連結する。制御偏心軸部10bは、第１ジャーナル部10aに対して所定量偏心した位置にある。第２アーム部10eの一端は、第１ジャーナル部10aと連結する。第２アーム部10eの他端は、偏心軸部10cと連結する。偏心軸部10cは、第１ジャーナル部10aに対して所定量偏心した位置にある。第２制御リンク12の他端部12bは、アームリンク13の一端が回転可能に連結する。アームリンク13の他端は、第２制御軸11と連結する。アームリンク13と第２制御軸11は相対移動しない。第２制御リンク12はレバー状の部品である。偏心軸部10cと連結する一端部12aは、略直線状の部品である。一方、アームリンク13と連結する他端部12bは、湾曲状の部品である。第２制御軸11は、内燃機関用リンク機構のアクチュエータの一部である波動歯車型減速機21を介して電動モータ20（図３参照）から伝達されたトルクによって回転位置を変更する。第２制御軸11の回転位置が変わると、第２制御リンク12の姿勢が変化して第１制御軸10が回転し、第１制御リンク7の下端部の位置を変更する。これにより、ロアリンク5の姿勢が変化し、ピストン１のシリンダ内部におけるストローク位置やストローク量が変化する。つまり、実施形態１の内燃機関用リンク機構は、姿勢を変更することでピストン1のストローク量を可変とする可変圧縮比機構である。

図２は実施形態１の波動歯車型減速機21の分解斜視図、図３は実施形態１の波動歯車型減速機21の要部断面図である。内燃機関用リンク機構のアクチュエータは、電動モータ20および波動歯車型減速機21を有する。以下、第２制御軸11の軸方向にx軸を設定し、波動歯車型減速機21の側から電動モータ20の側へ向かう方向をx軸正方向とする。また、x軸の放射方向を径方向、x軸周りの方向を周方向という。
電動モータ20は、一般的なブラシレスモータである。電動モータ20は、モータ出力軸20aおよびモータケーシング20bを有する。モータ出力軸20aは、第２制御軸11と同軸である。モータケーシング20bは、モータ出力軸20a等を覆う。モータケーシング20bは、複数の雌ねじ部20cおよび複数のボルト穴20dを有する。雌ねじ部20cは、図外の内歯車固定用ボルトとのねじ結合により波動歯車型減速機21の内歯車24をモータケーシング20bに固定する。ボルト穴20dには、図外のモータケーシング固定用ボルトが貫通する。モータケーシング固定用ボルトは、内燃機関の雌ねじ部（不図示）とのねじ結合によりモータケーシング20bを内燃機関に固定する。
波動歯車型減速機21は、ハーモニックドライブ（登録商標）型の減速機である。波動歯車型減速機21は、可撓性外歯車23、内歯車24、波動発生器25および調心ベアリング（軸受）26を有する。

可撓性外歯車23は、撓み変形可能な薄肉カップ状の金属弾性体の部品である。可撓性外歯車23は、連結部27および円筒状外歯部28を有する。連結部27は、円筒状の部品である。連結部27は、第２制御軸11と同軸である。連結部27は、内周面に雌スプライン27aおよび軸受支持部27bを有する。雌スプライン27aは軸受支持部27bよりもx軸負方向側に位置する。雌スプライン27aは、第２制御軸11のx軸正方向端にある雄スプライン11aとスプライン結合している。軸受支持部27bは、調心ベアリング26の外輪26aを支持する。円筒状外歯部28は、底部28aおよび筒部28bを有する。底部28aは、連結部27のx軸負方向端付近から径方向外側に立ち上がる。筒部28bは、底部28aの径方向外側端からx軸正方向側へ延びる。筒部28bは外歯28cを有する。外歯28cは、筒部28bの外周であって、x軸正方向側の部分にある。
内歯車24は、剛体リング状の部品である。内歯車24は、複数のボルト29によりモータケーシング20bに固定されている。内歯車24は、内周に外歯28cと噛み合う内歯24aを有する。内歯車24は、複数のボルト穴24bを有する。複数のボルト穴24bは、内歯24aよりも径方向外側で周方向に等間隔で並ぶ。ボルト穴24bは、内歯車固定用ボルトが貫通する。

波動発生器25は、楕円状カムの外周に薄肉のボールベアリングを嵌めた部品である。波動発生器25の外周面は、可撓性外歯車23の内周面に沿って摺動する。波動発生器25は、電動モータ20のモータ出力軸20aと一体に回転する。
内歯車24の内歯24aの歯数は、可撓性外歯車23の外歯部23aの歯数よりも２歯だけ多い。波動歯車型減速機21は、この歯数差によって減速比が決定され、極めて大きな減速比が得られる。
調心ベアリング26は、調心機能付き転がり玉軸受（自動調心玉軸受）である。調心ベアリング26は、円筒状外歯部28の径方向内側に位置する。また、調心ベアリング26は、x軸方向において、第２制御軸11および波動発生器25間に位置する。調心ベアリング26は、第２制御軸11およびモータ出力軸20aと同軸である。調心ベアリング26は、可撓性外歯車23の連結部27およびモータ出力軸20a間を相対回転可能に連結する。調心ベアリング26は、外輪26a、内輪26bおよび複数のボール26cを有する。外輪26aは、連結部27の軸受支持部27bに圧入されている。内輪26bには、モータ出力軸20aのx軸負方向端30が圧入されている。各ボール26cは、図外の保持器により保持されている。

次に、実施形態１の作用効果を説明する。
内燃機関の作動時、第２制御軸11は内燃機関側から入力されるトルクによって撓む。第２制御軸11が撓むと、波動歯車型減速機21の回転軸に対して軸の倒れや軸ずれ（以下、軸の倒れ等）が生じる。なお、上記軸の倒れ等は、各部位の公差ばらつきの積み上げに起因して内燃機関が非作動状態のときにも幾らかは生じている。従来の内燃機関用リンク機構のアクチュエータでは、上記軸の倒れ等を可撓性外歯車における円筒状外歯部の弾性変形によって吸収している。このため、可撓性外歯車に作用する応力が大きくなると、可撓性外歯車の耐久性低下や破損を招くおそれがある。これに対し、実施形態１の波動歯車型減速機21は、可撓性外歯車23における第２制御軸11との連結部27およびモータ出力軸20a間を相対回転可能に連結する調心ベアリング26を有する。これにより、第２制御軸11から連結部27に入力される応力の一部を、モータ出力軸20aに支持された調心ベアリング26によって吸収できる。この結果、連結部27から円筒状外歯部28に入力される応力を緩和でき、可撓性外歯車23の耐久性低下や破損を抑制できる。
ここで、上記従来技術において、可撓性外歯車の円筒状外歯部の軸長（x軸方向の長さ）を長くすれば、円筒状外歯部に入力される応力を緩和できるが、アクチュエータのコンパクト化（軸方向寸法の抑制）とのトレードオフとなる。実施形態１では、上記軸の倒れ等を調心ベアリング26が吸収することにより、アクチュエータのコンパクト化を図りつつ、円筒状外歯部28に入力される応力を緩和できる。

調心ベアリング26は、調心機能付き転がり玉軸受である。調心機能付き転がり玉軸受は自動調心機能を持つため、第２制御軸11および波動歯車型減速機21間の軸の倒れ等を吸収でき、アクチュエータの動作を安定化できる。また、波動歯車型減速機21の回転軸に対するモータ出力軸20aの倒れや軸ずれを吸収できる。
調心ベアリング26は、円筒状外歯部28の径方向内側に位置する。つまり、調心ベアリング26はx軸方向で円筒状外歯部28とオーバーラップする。これにより、調心ベアリング26と円筒状外歯部28とがオーバーラップしない場合と比べて、アクチュエータのx軸方向の寸法を短くでき、アクチュエータをコンパクト化できる。
連結部27は、円筒状外歯部28と一体の円筒状であり、内周に第２制御軸11の雄スプライン11aと連結する雌スプライン27aを有する。これにより、上記軸の倒れ等に起因する連結部27と第２制御軸11との相対移動をスプラインで吸収でき、円筒状外歯部28に入力される応力を緩和できる。更に、連結部27は雌スプライン27aよりもx軸正方向の電動モータ20側に調心ベアリング26を支持する軸受支持部27bを有する。
電動モータ20と波動歯車型減速機21を組み立ててアクチュエータとして構成した状態で第２制御軸11の雄スプライン11aを連結部27の雌スプライン27aとスプライン結合させることが可能であり、内燃機関への取り付けが容易である。

〔実施形態２〕
実施形態２の基本的な構成は実施形態１と同じであるため、実施形態１と異なる部分のみ説明する。図４は、実施形態２の波動歯車型減速機21の要部断面図である。
可撓性外歯車23の連結部31は、軸受支持部31aを有する。軸受支持部31aは、調心ベアリング26の内輪26bを支持する。連結部31および第２制御軸11間は、カービングカップリング32により結合する。
内歯車24は、モータケーシング20bと一体である。
モータケーシング20bは、波動歯車型減速機21を覆う。モータケーシング20bは、軸受支持部20eを有する。軸受支持部20eは、モータケーシング20bのx軸負方向端に位置する。軸受支持部20eは、調心ベアリング26の外輪26aを支持する。
調心ベアリング26は、第２制御軸11およびモータケーシング20bを相対回転可能に連結する。調心ベアリング26の外輪26aは、モータケーシング20bの軸受支持部20eに圧入されている。調心ベアリング26の内輪26bには、連結部31の軸受支持部31aが圧入されている。
次に、実施形態２の作用効果を説明する。
実施形態２の波動歯車型減速機21は、可撓性外歯車23における第２制御軸11との連結部31を、モータケーシング20bに対して相対回転可能に軸支する調心ベアリング26を有する。これにより、第２制御軸11から連結部31に入力される応力の一部を、モータケーシング20bによって吸収できる。この結果、連結部31から円筒状外歯部28に入力される応力を緩和でき、可撓性外歯車23の耐久性低下や破損を抑制できる。

〔他の実施形態〕
以上、本発明を実施するための実施形態を説明したが、本発明の具体的な構成は実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
例えば、実施形態１において、連結部27の内周に調心ベアリング26の外輪26aを一体形成したり、モータ出力軸20aの外周に調心ベアリング26の内輪26bを一体形成したりしてもよい。
実施形態２において、モータケーシング20bの内周に調心ベアリング26の外輪26aを一体形成したり、連結部31の外周に調心ベアリング26の内輪26bを一体形成したりしてもよい。
実施形態２の連結部31および第２制御軸11をスプラインで結合してもよい。

11 第２制御軸（制御軸）
20 電動モータ
20a モータ出力軸
20b モータケーシング
21 波動歯車型減速機
23 可撓性外歯車
24 内歯車
24a 内歯
25 波動発生器
26 調心ベアリング（軸受）
27 連結部
28 円筒状外歯部
28c 外歯
31 連結部

Claims (8)

1. 内燃機関用リンク機構の姿勢を変化させる制御軸を回転させる内燃機関用リンク機構のアクチュエータであって、
   モータ出力軸を回転駆動する電動モータと、
   前記モータ出力軸の回転速度を減速して前記制御軸に伝達する波動歯車型減速機と、
   を備え、
   前記波動歯車型減速機は、
   前記モータ出力軸の回転力が伝達する断面楕円形状の波動発生器と、
   前記制御軸に連結する連結部と、外周に外歯を有し前記波動発生器の外周側に挿通する円筒状外歯部とを有する可撓性外歯車と、
   前記電動モータに固定され、前記外歯と噛み合う内歯を有する内歯車と、
   前記連結部および前記モータ出力軸間を相対回転可能に連結する軸受と、
   を有する内燃機関用リンク機構のアクチュエータ。
2. 請求項１に記載の内燃機関用リンク機構のアクチュエータであって、
   前記軸受は、転がり玉軸受である内燃機関用リンク機構のアクチュエータ。
3. 請求項２に記載の内燃機関用リンク機構のアクチュエータであって、
   前記転がり玉軸受は、調心機能付きである内燃機関用リンク機構のアクチュエータ。
4. 請求項３に記載の内燃機関用リンク機構のアクチュエータであって、
   前記転がり玉軸受は、前記円筒状外歯部の径方向内側に位置する内燃機関用リンク機構のアクチュエータ。
5. 請求項１に記載の内燃機関用リンク機構のアクチュエータであって、
   前記連結部は、前記円筒状外歯部と一体の円筒状であり、内周に前記制御軸と連結するためのスプラインを有する内燃機関用リンク機構のアクチュエータ。
6. 請求項５に記載の内燃機関用リンク機構のアクチュエータであって、
   前記連結部は、前記スプラインよりも軸方向の前記電動モータ側に前記軸受を支持する軸受支持部を有することを特徴とする内燃機関用リンク機構のアクチュエータ。
7. 内燃機関用リンク機構の姿勢を変化させる制御軸を回転させる内燃機関用リンク機構のアクチュエータであって、
   モータ出力軸と、前記モータ出力軸を覆うモータケーシングと、を有し、前記モータ出力軸を回転駆動する電動モータと、
   前記モータ出力軸の回転速度を減速して前記制御軸に伝達する波動歯車型減速機と、
   を備え、
   前記波動歯車型減速機は、
   前記モータ出力軸の回転力が伝達する断面楕円形状の波動発生器と、
   前記制御軸に連結する連結部と、外周に外歯を有し前記波動発生器の外周側に挿通する円筒状外歯部とを有する可撓性外歯車と、
   前記モータケーシングに固定され、前記外歯と噛み合う内歯を有する内歯車と、
   前記連結部を前記モータケーシングに対して相対回転可能に軸支する軸受と、
   を有する内燃機関用リンク機構のアクチュエータ。
8. 請求項７に記載の内燃機関用リンク機構のアクチュエータであって、
   前記軸受は、調心機能付き転がり玉軸受である内燃機関用リンク機構のアクチュエータ。

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