JP4309778B2 - 可変圧縮比エンジン用ボールねじアクチュエータ機構 - Google Patents

Description

この発明は、ピストンの上死点位置を変更し圧縮比を変えるようした可変圧縮比エンジンに用いられ、その圧縮比の変更動作を行う可変圧縮比エンジン用ボールねじアクチュエータ機構に関する。

自動車において、モータを利用したアクチュエータの適用が進んでおり、エンジンのコントロールにもこれらの技術を応用し、高出力化、低燃費の開発が進められている。例えば、特許文献１等では、圧縮比を可変にし、その運転条件、あるいは出力に応じた圧縮比にエンジンをコントロールすることで、高出力、低燃費を実現するエンジンが提案されている。この提案例では、送りねじ機構を使ったアクチュエータがそのコントロールを行う機構になっている。

送りねじ機構としては、角ねじ等の滑りねじが使用されている。滑りねじが使用されるには２つの理由がある。その一つは、比較的、低コストで製造が可能であることであり、他の一つはモータの出力である回転運動を直線運動に変換し、適切なリードで減速比も変化させることができることである。
なお、車輪操舵装置において、ボールねじと逆入力制限型のクラッチとを組み合わせたものとしては、特許文献２に示されるものがある。
特開２００２−１３８８６７号公報 特開２００３−８１１０６号公報

しかし、可変圧縮比エンジン用のボールねじアクチュエータに滑りねじを用いた場合、起動トルクと回転トルクとの差が大きく、差動時に非常に大きなモータトルクが必要になる。そのため応答速度が低い。また、作動時も摩擦損失が大きく、発熱、あるいはモータへの負荷が大きいため、消費電力が大きいという問題がある。

これらを解決する送りねじ機構としては、ボールねじがあるが、ボールねじは、従来、工作機械等の精密位置決めの用途で使用されてきたため、非常に高価であり、自動車で用いられることはなかった。しかしながら、近年、電動パワーステアリング用で多く用いられるようになったため、低コスト化の加工開発、設備開発が進み、自動車用としても使用できるコスト範疇に入ってきた。
しかし、ボールねじを使用する場合、滑りねじに対して解決すべき課題がある。それはボールねじの伝動効率が高効率なため、アクチュエータが作用点より受ける軸方向の反力に対してナットが容易に回ってしまい、位置が保持できないことである。

この発明の目的は、滑りねじを用いたアクチュエータ機構に対して応答速度を上げ、また駆動時の消費電力を低減すると共に、ボールねじの高効率のために反力で動き易いという欠点を補うことができる可変圧縮比エンジン用ボールねじアクチュエータ機構を提供することである。

この発明の可変圧縮比エンジン用ボールねじアクチュエータ機構は、往復操作子の進退位置によってピストンの上死点位置を変更し圧縮比を変えるようした可変圧縮比エンジンに用いられ、上記往復操作子を進退動作させる可変圧縮比エンジン用ボールねじアクチュエータ機構であって、次の構成を備える。
このボールねじアクチュエータ機構は、ねじ軸とナットのねじ溝間に複数のボールを介在させてなり、ハウジングに対して前記ナットが回転自在に設置され前記ねじ軸が進退のみ自在とされたボールねじと、モータの回転を前記ボールねじのナットに伝達する回転伝達系と、この回転伝達系に介在させたクラッチとを備え、このクラッチは、前記モータの駆動が入力される入力部材からナットへの回転を伝達するが、ナットから前記入力部材への回転伝達は遮断する逆入力制限型のクラッチとする。前記ボールねじ、クラッチ、およびモータの出力軸を３列に平行に設け、前記回転伝達系は、モータの出力軸とクラッチとの間を回転伝達する歯車と、クラッチとボールねじとの間を回転伝達する歯車とを有する歯車列である。

この構成によると、モータの回転がクラッチを介してボールねじのナットに伝えられ、ボールねじによってねじ軸の直線運動に変換されてエンジンの往復操作子に伝えられる。ボールねじを回転と直線動作の運動変換機構として用いるため、伝達効率が高く、滑りねじ機構に比べて応答速度が高められ、消費電力も少なくて済む。ボールねじは伝達効率が高いために、往復操作子からねじ軸に与えられる軸方向力によってナットが回転しようとするが、クラッチに逆入力制限型のものを用いたため、ナットからモータ側への回転が阻止され、ナットの回転が阻止されることになる。また、ナットからモータ側への回転が阻止されるため、モータに大きな電流を流してモータによる制動力で位置を保持する必要がなく、これによっても省電力が図られる。また、モータの焼損等が防止される。

前記逆入力制限型のクラッチは、例えば、前記ハウジングに固定されるクラッチ外輪と、このクラッチ外輪の内周に位置する回転自在なクラッチ内輪と、これらクラッチ外輪およびクラッチ内輪間に介在した複数の係合子と、これら複数の係合子を保持する保持器とを有し、この保持器が入力部材となるものであっても良い。
この場合に、前記係合子がローラからなり、クラッチ内輪とクラッチ外輪との間に前記係合子を噛み込む楔状空間を形成するカム面がクラッチ内輪の外径面に設けられ、前記保持器とクラッチ内輪とを、回転方向に所定の遊びを介して連結する連結手段を有するものとしても良い。

この発明における前記各構成の場合に、前記クラッチはツーウェイクラッチであっても良い。このツーウェイクラッチは、正逆いずれの回転方向に対しても、入力部材からナットへの回転を伝達するが、ナットから入力部材への回転伝達は遮断する逆入力制限型のものである。
また、前記クラッチは逆入力制限型のものであれば良く、スプラグ式のもの、つまり前記係合子にスプラグを用いたものであっても良い。

この発明の可変圧縮比エンジン用ボールねじアクチュエータ機構は、往復操作子の進退位置によってピストンの上死点位置を変更し圧縮比を変えるようした可変圧縮比エンジンに用いられ、上記往復操作子を進退動作させるボールねじアクチュエータ機構であって、ハウジングに対してナットが回転自在に設置されねじ軸が進退のみ自在とされたボールねじと、モータの回転を前記ボールねじのナットに伝達する回転伝達系に介在させたクラッチとを備え、このクラッチは、前記モータの駆動が入力される入力部材からナットへの回転を伝達するが、ナットから前記入力部材への回転伝達は遮断する逆入力制限型のクラッチとし、前記ボールねじ、クラッチ、およびモータの出力軸を３列に平行に設け、前記回転伝達系は、モータの出力軸とクラッチとの間を回転伝達する歯車と、クラッチとボールねじとの間を回転伝達する歯車とを有する歯車列であるため、滑りねじを用いたアクチュエータ機構に対して応答速度を上げ、また駆動時の消費電力を低減すると共に、ボールねじの高効率により反力で動き易いという欠点を補うことができる。

この発明の第１の実施形態を図１ないし図５と共に説明する。図１において、この可変圧縮比エンジン用ボールねじアクチュエータ機構１は、ねじ軸４およびナット５を有するボールねじ２と、モータ３４の回転をボールねじ２のナット５に伝達する回転伝達系３０と、この回転伝達系３０に介在させたクラッチ３と、ハウジング７とを備える。モータ３４はハウジング７に設置される。ねじ軸４は、エンジンの可変圧縮比機構７０における進退操作子７２に連結され、または進退操作７２と一体のものとされる。

ボールねじ２は、ねじ軸４とナット５のねじ溝間に複数のボール（図示せず）を介在させたものであり、ナット５には上記ねじ溝間に介在させたボールを拾い上げて循環させる循環路（図示せず）を有している。上記循環路は駒部材またはリターンチューブ等によって構成される。
ボールねじ２のナット５は、ハウジング７に対してナット両端の軸受８によって回転自在に設置されている。ねじ軸４は、ハウジング７に対してスプラインまたはキー等の回転阻止手段（図示せず）を介して係合しており、軸方向への進退のみ自在で回転不能とされている。

回転伝達系３０は、モータ３４のモータ出力軸３４ａに設けられたモータ出力ギヤ３６の駆動を、ナット５の外周に固定状態に設けられたナット外周ギヤ３７に伝達するものである。このモータ出力ギヤ３６とナット外周ギヤ３７との間に、上記クラッチ３が設けられている。

クラッチ３は、逆入力制限型の２ウェイクラッチであり、入力部材１６からナット５への回転は伝達するが、ナット５から入力部材１６への回転伝達は遮断する形式のものが使用される。このクラッチ３は、クラッチ内輪１３、クラッチ外輪１４、複数の係合子１５、および保持器１９を有する。このクラッチ３はローラクラッチとされ、上記複数の係合子１５はローラからなる。図示したものはローラが１個のものであるが、ローラを２個配置し、その中間にばねを配置したものでも良い。

クラッチ外輪１４は、ボールねじ２のねじ軸４と平行に、ハウジング７内に固定設置されている。
図２に拡大して示すように、クラッチ内輪１３は、クラッチ外輪１４内に上記ローラからなる複数の係合子１５を介して同心位置に回転自在に設けられている。クラッチ内輪１３は、両側に突出した軸部１３ａ，１３ｂを有し、これら軸部１３ａ，１３ｂの外周に設けられた軸受４１，４２を介して、ハウジング７および保持器１９に対し回転自在に支持されている。クラッチ内輪１３の片方の軸部１３ａの外周にはクラッチ出力ギヤ３８が一体または回り止め状態に設けられ、クラッチ出力ギヤ３８はナット外周ギヤ３７に噛み合っている。これらクラッチ内輪１３とクラッチ出力ギヤ３８とでクラッチ出力部材３９が構成される。

保持器１９は、これら複数の係合子１５を保持する部材であり、底付きの円筒状部１９ａと、この円筒状部１９ａの外底面の中心に軸方向に突出した軸部１９ｂとを有し、円筒状部１９ａの外周でクラッチ外輪１４の内周に軸受１７を介して回転自在に支持されている。保持器１９の軸部１９ｂにはクラッチ入力ギヤ４４が回り止め状態に設けられ、クラッチ入力ギヤ４４はモータ出力ギヤ３６に噛み合っている。これら保持器１９とクラッチ入力ギヤ４４とで、クラッチ３の入力部材１６が構成される。

図３に示すように、クラッチ外輪１４の内径面におけるクラッチ内輪１３との対向面は円筒面２３からなる。クラッチ内輪１３は、外径面における円周方向の複数箇所にカム面２４が形成され、これら各カム面２４とクラッチ外輪１４の円筒面２３との間に係合子１５が配置される。カム面２４は、クラッチ外輪１４の円筒面２３との間に、係合子１５を噛み込む楔空間を形成する面である。カム面２４は平坦面とされ、上記楔空間として正逆両方向の楔空間を形成する。両側の楔空間は例えば対称形状とされる。

保持器１９は、各係合子１５を保持するポケット２５を、円筒部１９ａの周方向複数箇所に有する。このポケット２５は、係合子１５が遊びを持って嵌まる保持器円周方向幅に形成されている。ポケット２５内には、係合子１５をポケット２５の中央側へ付勢する弾性体２５が係合子１５の両側に配置されている。弾性体２６は、例えば板ばねからなり、保持器１９に取付けられている。なお、図図では、構成を理解し易くするために、クラッチ内輪１３，保持器１９等の径方向寸法の相互関係を図１の場合と異ならせている。

保持器１９とクラッチ内輪１３とは、連結手段２０により回転方向の遊びを持たせて連結される。この連結手段２０は、保持器１９のクラッチ内輪１３の側面と対向する側面から軸方向に突出させたスイッチングピン２１を、クラッチ内輪１３の前記側面に設けられた遊嵌凹部２２に挿入したものである。

係合子１５は、クラッチ内輪１３に対して、このクラッチ内輪１３に係合しない中立位置（図３に図示された位置）であるカム面２４の中央位置から、カム面２４とクラッチ外輪１４の円筒面２３との間に形成される上記楔空間への最進入位置となる係合作動位置Ｐ２（図４）まで移動可能である。この移動は正逆両方向に可能であり、中立位置と係合作動位置Ｐ２間の２倍の距離だけ、係合子１５はクラッチ内輪１３に対して移動可能である。保持器１９とクラッチ内輪１３との回転方向の遊びの大きさ、つまり上記スイッチングピン２１と遊嵌凹部２２とで許された遊びの大きさＸ（片側の遊びの大きさ）は、係合子１５が中立位置から係合作動位置Ｐ２まで移動する移動量とほぼ同じに設定される。

上記構成の作用を説明する。モータ３４の駆動により、クラッチ入力ギヤ４４および保持器１９からなる入力部材１６が、図３の状態から図４（Ａ）のように、図中の時計方向に回転すると、同図のように保持器１９が連結手段２０における回転方向の遊び分だけクラッチ内輪１３に対して相対回転する。その保持器１９の回転により、係合子１５が係合作動位置Ｐ２に移動する。この状態から保持器１９が引き続き回転すると、保持器１９とクラッチ内輪１３がスイッチングピン２１を介して連結した状態になるため、クラッチ内輪１３が保持器１９と共に回転し、ボールねじ２のナット５に回転が伝えられる。入力部材１６が反時計方向に回転した場合にも、上記と同様の作用により、その回転が入力部材１６からクラッチ内輪１３を介してナット５に伝達される。ナット５の回転は、ねじ軸４の進退動作に変換される。

上記とは逆に、外部からボールねじ２のねじ軸４にこれを進退移動させる逆入力が加わった場合は、その進退移動がナット５の回転に変換されるが、クラッチ３によってその回転が阻止され、ねじ軸４の進退動作が阻止される。すなわち、図３の状態から、上記逆入力により例えばナット５が反時計方向に回転すると、図４（Ｂ）のように入力部材１６の保持器１９に対してクラッチ内輪１３が反時計方向に回転し、相対的に係合子１５が係合作動位置Ｐ２に移動する。この位置Ｐ２に来た係合子１５は楔空間の狭まり側に移動しようとすることになってロック状態となり、係合子１５を介してクラッチ内輪１３が固定設置のクラッチ外輪１４にロックされる。これにより、クラッチ内輪１３にギヤ３７，３８で噛み合ったナット５はそれ以上回らなくなり、入力部材１６にナット５の回転が伝わらない。すなわち、ナット５からの逆入力が入力部材１６に伝達されることが防止される。逆入力によるナット５の回転が時計方向の場合にも、同様の作用により入力部材１６への伝達が防止される。

この構成の可変圧縮比エンジン用ボールねじアクチュエータ機構１によると、モータ３４の回転がクラッチ３を介してボールねじ２のナット５に伝えられ、ボールねじ２によって直線運動に変換されてエンジンの往復操作子７２に伝えられる。ボールねじ２を回転と直線動作の運動変換機構として用いるため、伝達効率が高く、滑りねじ機構に比べて応答速度が高められ、消費電力も少なくて済む。例えば、滑りねじ機構に対して１／３程度の消費電力で済むことが期待できる。ボールねじ２は伝達効率が高いために、往復操作子７２からねじ軸４に与えられる軸方向力によってナット５が回転しようとするが、クラッチ３に逆入力制限型のものを用いたため、ナット５からモータ３４側への回転が阻止され、ナット５の回転が阻止されることになる。また、ナット５からモータ３４側への回転が阻止されるため、モータ３４に大きな電流を流してモータ３４による制動力でエンジンの往復操作子７２の位置を保持する必要がなく、これによっても省電力が図られる。また、モータの焼損等が防止される。

図５は、この実施形態のボールねじアクチュエータ機構１を用いた可変圧縮比エンジン一例を示す。シリンダブロック５１の気筒毎のシリンダ５２内に、ピストン５３が昇降自在に配設されており、各ピストン５３のピストンピン５５とクランクシャフト５６のクランクピン５７とが、複リンク式の可変圧縮比機構７０を介して機械的に連結されている。クランクシャフト５６にはカウンターウエイト５８が設けられている。

可変圧縮比機構７０は、一端がクランクピン５７に相対回転自在に外嵌する下側リンク６１と、この下側リンク６１とピストンピン５５とを連結した上側リンク６２と、クランクシャフト１６と平行に延びる制御軸６３とを有する。この制御軸６３に、偏心カム６４が偏心して設けられ、この偏心カム６４と下側リンク６２とが制御リンク６５で連結されている。制御軸６３には制御板５６が設けられ、この制御本体５６に設けられたスリット６７に、往復操作子７２の先端に設けられたピン７３がスライド可能に係合している。

上記往復操作子７２を進退させるアクチュエータとして、図１の実施形態にかかるボールねじアクチュエータ機構１が設けられている。往復操作子７２は、ボールねじアクチュエータ機構１におけるねじ軸４に連結されたものであっても、またねじ軸４からなるものであっても良い。

上記構成の可変圧縮比機構は、ボールねじアクチュエータ機構１により往復操作子７２を進退させると、これにピン７３で連結された制御板５６が回動させられる。制御板５６の回動により、制御リンク６５の揺動支点となる偏心カム６４の位置が変化し、下側リンク６１および上側リンク６２の姿勢が変化し、ピストン５３の往復動作による上死点位置が変化する。このため、シリンダ５２内のピストン５３で仕切られた燃焼室の圧縮比が変わる。このように、往復操作子７２を進退させることにより、圧縮比が可変となる。

図６は、この発明の参考提案例にかかる可変圧縮比エンジン用ボールねじアクチュエータ機構１Ａを示す。この参考提案例は、第１の実施形態において、クラッチ３をボールねじ２のねじ軸４と平行に設けた構成に代えて、クラッチ３をボールねじ２のナット５の外周に設けたものである。この参考提案例において、第１の実施形態と機能的に対応する部分は同一符号を付して説明を一部省略する。

ボールねじ２のナット５は、ハウジング７の本体７ａ内の一端部（図６中の左側）に軸受８を介して回転自在に支持されている。前記軸受８は、複列のアンギュラ玉軸受とされ、その内輪９は分割型とされている。ナット５の外周に嵌合する前記軸受８の内輪９は、その一端の幅面をナット５の外周に一体形成されたフランジ５ｂに押し当てると共に、他端の幅面をナット５の一端部外径面に螺合する内輪固定ナット１１で締め付けることにより、軸方向に締め付け固定されている。また、ハウジング本体７ａの内周に嵌合する前記軸受８の外輪１０は、その一端の幅面をハウジング本体７ａの内周に形成された段部７ｃに押し当てると共に、他端の幅面をハウジング本体７ａの内径面に螺合する外輪固定ナット１２で締め付けることにより、軸方向に締め付け固定されている。

クラッチ３は、逆入力制限型の２ウェイクラッチであり、入力部材１６からナット５への回転は伝達するが、ナット５から入力部材１６への回転伝達は遮断する構成のものが使用される。このクラッチ３は、クラッチ内輪１３、クラッチ外輪１４、複数の係合子１５、および保持器１９を有する。

クラッチ内輪１３は、ナット５の軸方向の他端部に設けられた円筒部５ｃ（図１中の右側）の外周に、ナット５に対して回り止め状態に嵌合されている。クラッチ外輪１４は、クラッチ内輪１３の外周にクラッチ内輪１３と同心状に位置する。このクラッチ外輪１４はハウジング本体７ａの内周に固定されて固定側の部材となるものである。複数の係合子１５はローラからなり、クラッチ内輪１３とクラッチ外輪１４間に介在する。保持器１９は、これら複数の係合子１５を保持する部材である。

前記入力部材１６は中空軸とされ、その内部に前記ねじ軸４の他端部（図６中の右側）が進退自在に挿入されている。この入力部材１６は、軸受１７，１８によってハウジング本体７ａ内の前記ナット５と軸方向に対向する位置に回転自在に支持されている。この入力部材１６の一端部（図１中の左側）には、前記クラッチ内輪１３とクラッチ外輪１４の間に挿通されて前記係合子１５を保持するリング状の保持器１９が一体に形成されている。すなわち、保持器１９は入力部材１６の一部となる部材である。入力部材１６とクラッチ内輪１３とは、連結手段２０により回転方向の遊びを持たせて連結される。この連結手段２０は、入力軸１６のナット５と対向する端面から軸方向に突出させたスイッチングピン２１を、クラッチ内輪１３の入力軸１５と対向する端面に設けられた円周方向の長孔等からなる遊嵌凹部２２に挿入したものである。

クラッチ外輪１４の内径面におけるクラッチ内輪１３との対向面は、円筒面２３からなる。クラッチ内輪１３は、第１の実施形態を示す図３におけると同様に、外径面における円周方向の複数箇所にカム面２４が形成され、これら各カム面２４とクラッチ外輪１４の円筒面２３との間に係合子１５が配置される。カム面２４は、クラッチ外輪１４の円筒面２３との間に、係合子１５が噛み込む楔空間を形成する面である。カム面２４は平坦面とされ、上記楔空間として正逆両方向の楔空間を形成する。両側の楔空間は対称形状となる。保持器１９は、各係合子１５を保持するポケット２５を有する。このポケット２５は、係合子１５が遊びを持って嵌まる保持器円周方向幅に形成されている。ポケット２５内には、係合子１５をポケット２５の中央側へ付勢する弾性体２５が係合子１５の両側に配置されている。弾性体２６は、例えば板ばねからなり、保持器１９に取付けられている。

係合子１５は、クラッチ内輪１３に対して、このクラッチ内輪１３に係合しない中立位置（図３に図示された位置）であるカム面２４の中央位置から、カム面２４とクラッチ外輪１４の円筒面２３との間に形成される上記楔空間への最進入位置となる係合作動位置Ｐ２（図４）まで移動可能である。この移動は正逆両方向に可能であり、中立位置と係合作動位置Ｐ２間の２倍の距離だけ、係合子１５はクラッチ内輪１３に対して移動可能である。保持器１９とクラッチ内輪１３との回転方向の遊びの大きさ、つまり上記スイッチングピン２１と遊嵌凹部２２とで許された遊びの大きさＸ（片側の遊びの大きさ）は、係合子１５が中立位置から係合作動位置Ｐ２まで移動する移動量とほぼ同じに設定される。

入力部材１６の外周にはギヤ２７が設けられ、モータ（図示せず）の回転出力を減速する減速機のギヤ２８が、ハウジング本体７ａの一部に形成された開口部７ｄから進入して入力部材１６のギヤ２７に噛み合っている。これにより、モータの回転出力が減速機で減速されて入力軸１６に伝達される。

この参考提案例のボールねじアクチュエータ機構１Ａの動作は、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。

図７ないし図１３は、逆入力制限手段として用いられるクラッチのさらに他の変形例を示す。この例のクラッチ３Ｂは、スプラグからなる係合子１５Ｂを用いたものである。外輪１４Ｂは静止系であるハウジング（図１）に固定される。外輪１４Ｂの内径面は、円周面８９で形成されている。外輪１４Ｂの内部には、その両側から軸芯上に沿って入力部材１６Ｂとクラッチ内輪１３Ｂが挿入され、入力部材１６Ｂの外径面に、円筒形の外側保持器１９Ｂａが圧入固定されている。クラッチ内輪１３Ｂはクラッチ出力部材となる。クラッチ内輪１３Ｂの外径面は、外輪１４Ｂの円筒面８９と同軸の円筒面８８に形成され、その円筒面８８に、円筒形をした内側保持器１９Ｂｂがスイッチピン２１Ｂによりノックピン固定されている。外側保持器１９Ｂａと内側保持器１９Ｂｂには、それぞれ円周方向に等間隔で複数のポケット２５Ｂａ，２５Ｂｂが形成され、その対向する各ポケット２５Ｂａ，２５Ｂｂに、スプラグからなる係合子１５Ｂと、係合子１５Ｂを保持する弾性体２６Ｂとが組込まれている。弾性体２６Ｂは、板ばね等のばねからなる。

スプラグからなる係合子１５Ｂは、図９に示すように、外径側にＯ1 を中心とする曲率半径Ｒ1 の２つのカム面９２，９３を有し、内径側にＯ2 を中心とする曲率半径Ｒ2 のカム面９４を有しており、円周方向に傾動した時、カム面９２と９４（反対側に傾動した場合はカム面９３と９４）が外輪１４Ｂの円筒面８９とクラッチ内輪１３Ｂの円筒面８８に接触し、係合作動状態（クラッチの噛合い可能状態）となるようになっている。弾性体２６Ｂは、入力部材１６Ｂがクラッチ内輪１３Ｂと円周方向に中立状態にある場合は、スプラグからなる係合子１５Ｂを両側から押圧して起立させ、各円筒面８８，８９と係合子１５とを係合しない中立位置に保持している。

一方、クラッチ内輪１３Ｂの表面には、図８に示すように半径方向に延びるスイッチピン２１Ｂが固定され、そのスイッチピン２１Ｂの先端が、外側保持器１９Ｂａの周面に設けた角孔等からなる遊嵌凹部２２Ｂに嵌入されている。これらスイッチピン２１Ｂと遊嵌凹部２２Ｂとで連結手段２０Ｂが構成される。上記遊嵌凹部２５Ｂの円周方向の両側壁とスイッチピン２１Ｂとの間には、外側保持器１９Ｂａ（入力部材１６Ｂ）とクラッチ内輪１３Ｂの相対回転を許容する回転方向遊びＸが形成されている。この回転方向遊びＸの大きさは、図８において、スプラグからなる係合子１５Ｂが係合しない中立位置から係合作動位置まで移動するのに必要な回転量とほぼ同じ大きさに設定されている。

この構成のクラッチ６Ｂの動作を説明する。入力部材１６Ｂがクラッチ内輪１３Ｂと円周方向に中立状態にある場合は、図１０に示すように係合子１５Ｂは弾性体２６Ｂの付勢により円筒面８８，８９間に係合しない中立状態に保たれる。いま、図１１のように、入力部材１６Ｂが矢印方向に回転した場合、入力部材１６Ｂに固定された外側保持器１９Ｂａも回転を始める。この外側保持器１９Ｂａの回転により、弾性体２６Ｂがスプラグの係合子１５Ｂを傾動させ、係合子１５Ｂのカム面９２と９４（又は９３と９４）のそれぞれが外輪１４Ａの円筒面８９とクラッチ内輪１３Ｂの円筒面８８に係合し、係合作動状態となる。しかし、このとき、外側保持器１９Ｂａの回転により、遊嵌凹部２２Ｂの内壁面とクラッチ内輪１３Ｂに固定されたスイッチピン２１Ｂが接触点Ａで接触するため、入力部材１６Ｂ（外側保持器１９Ｂａ）とクラッチ内輪１３Ｂ（内側保持器１９Ｂｂ）および係合子１５Ｂは一体となって回転を始める。この時、係合子１５Ｂは、係合作動状態になっているもののクラッチ内輪１３Ｂが回転を始めるため、外輪１４Ｂの円筒面８９との接触点での摩擦により起立する側に荷重を受け、クランプすることなく入力部材１６Ｂの回転がクラッチ内輪１３Ｂに伝達される。

一方、クラッチ内輪１３Ｂ側で反力が発生し、クラッチ内輪１３Ｂが図１２の矢印方向に回転をしようとした場合、スプラグの係合子１５Ｂは所定の楔角αを持って内外の円筒面８８と８９間に係合するため、クラッチ内輪１３Ｂの回転は止まり、入力部材１６Ｂには伝達されない。このとき、係合子１５Ｂが図のように係合した状態から入力部材１６Ｂを回転させる状態を考えると、先ず、図１２で入力部材１６Ｂを時計回りに回転させた場合は、外側保持器１９Ｂａの遊嵌凹部２２Ｂの壁面とスイッチピン２１Ｂが接触するため、クラッチ内輪１３Ｂも時計回りに回転し、係合子１５Ｂは外輪１４Ｂの円筒面８９との接触により起立する方向に摩擦力を受けて空転し、クラッチ内輪１３Ｂは入力部材１６Ｂにより回転させられる。一方、図１３で入力部材１６Ｂを反時計回りに回転させた場合は、外側保持器１９Ｂａのポケット２５Ｂａの側面が係合子１５Ｂと接触点Ｂで接触し、内外の円筒面８８，８９間に係合していた係合子１５Ｂが起立させられ、係合が解除されるため、逆回転が可能になる。

なお、上記各実施形態では、クラッチ３として２ウェイクラッチを用いた場合を例示して説明したが、逆入力制限型のワンウェイクラッチを用いても良い。ワンウェイクラッチとする場合、例えば、入力部材からナットへの回転は総方向とも伝達するが、ナットから前記入力部材への回転伝達は、正逆いずれかの方向のみ遮断するものとされる。このようなワンウェイクラッチは、図２に示す２ウェイクラッチ型のクラッチ３において、内輪１３と外輪１４の間に双方向の楔空間を形成した構成に代えて、一方向の楔空間を形成することで得られる。

なお、上記各実施形態において、クラッチ３，３Ｂはローラ式またはスプラグ式のものとしたが、クラッチ３は逆入力制限型のものであれば良く、例えばスプリングクラッチ形式のものであってもよい

この発明の第１の実施形態にかかる可変圧縮比エンジン用ボールねじアクチュエータ機構の縦断面図である。 同ボールねじアクチュエータ機構のクラッチ部分の拡大断面図である。 同クラッチの横断面図である。 同クラッチの動作説明図である。 同ボールねじアクチュエータ機構を用いた可変圧縮比エンジンの一例を示す断面図である。 この発明の参考提案例にかかる可変圧縮比エンジン用ボールねじアクチュエータ機構の断面図である。 この発明の他の実施形態にかかる可変圧縮比エンジン用ボールねじアクチュエータ機構におけるクラッチの縦断面図である。 同クラッチの横断面図である。 同クラッチのスプラグからなる係合子の説明図である。 同クラッチの動作状態の説明図である。 同クラッチの他の動作状態の説明図である。 同クラッチのさらに他の動作状態の説明図である。 同クラッチのさらに他の動作状態の説明図である。

符号の説明

１…可変圧縮比エンジン用ボールねじアクチュエータ機構
２…ボールねじ
３，３Ｂ…クラッチ
４…ねじ軸
５…ナット
１３…クラッチ内輪
１４…クラッチ外輪
１５，１５Ａ，１５Ｂ…係合子
１６…入力部材
１９，１９Ｂ…保持器
２０，２０Ｂ…連結機構
２１，２１Ｂ…スイッチングピン
２２，２２Ｂ…遊嵌凹部
２４…カム面
７０…可変圧縮比機構
７２…往復操作子

Claims (4)

1. 往復操作子の進退位置によってピストンの上死点位置を変更し圧縮比を変えるようした可変圧縮比エンジンに用いられ、上記往復操作子を進退動作させる可変圧縮比エンジン用ボールねじアクチュエータ機構であって、
   ねじ軸とナットのねじ溝間に複数のボールを介在させてなり、ハウジングに対して前記ナットが回転自在に設置され前記ねじ軸が進退のみ自在とされたボールねじと、モータの回転を前記ボールねじのナットに伝達する回転伝達系と、この回転伝達系に介在させたクラッチとを備え、このクラッチは、前記モータの駆動が入力される入力部材からナットへの回転を伝達するが、ナットから前記入力部材への回転伝達は遮断する逆入力制限型のクラッチとし、前記ボールねじ、クラッチ、およびモータの出力軸を３列に平行に設け、前記回転伝達系は、モータの出力軸とクラッチとの間を回転伝達する歯車と、クラッチとボールねじとの間を回転伝達する歯車とを有する歯車列であることを特徴とする可変圧縮比エンジン用ボールねじアクチュエータ機構。
2. 請求項１において、前記クラッチは、前記ハウジングに固定されるクラッチ外輪と、このクラッチ外輪の内周に位置する回転自在なクラッチ内輪と、これらクラッチ外輪およびクラッチ内輪間に介在した複数の係合子と、これら複数の係合子を保持する保持器とを有し、この保持器が入力部材となるものとした可変圧縮比エンジン用ボールねじアクチュエータ機構。
3. 請求項２において、前記係合子がローラからなり、前記クラッチ内輪とクラッチ外輪との間に前記係合子を噛み込む楔状空間を形成するカム面がクラッチ内輪の外径面に設けられ、前記保持器とクラッチ内輪とを、回転方向に所定の遊びを介して連結する連結手段を有するものとしたクラッチ付きボールねじ。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記クラッチ部がツーウェイクラッチであるクラッチ付きボールねじ。

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