JP6036282B2 - アクチュエータ - Google Patents

Description

この発明は、回動部の回動に連動して出力軸を往復動させる回動直動変換式のアクチュエータに関する。

回動直動変換式のアクチュエータでは、アクチュエータのハウジングに外輪が固定されるとともに内輪が回動部に固定されるベアリングによって同回動部が回動可能に支持されている。また、構造の簡素化を図るべく、こうしたベアリングとして、特許文献１に記載されるように、出力軸の周方向に複数のボールを一列に配したシングルボール式のベアリングを採用することがある。

特開２０１２−１４５０８４号公報

ところで、こうしたシングルボール式のベアリングでは、出力軸の周方向に複数のボールを二列に配したダブルボール式のベアリングと比較して、回動部の位置ずれを吸収しにくい。このため、シングルボール式のベアリングでは、回動部の重心位置によっては同回動部の振れ回りが生じることがある。このように回動部が振れ回ると、アクチュエータ各部の摩耗量が増大したり、ベアリングの円滑な回動が妨げられたりすることによりアクチュエータの応答性が低下するおそれがある。

この発明は、こうした従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は回動部が振れ回ることに起因するアクチュエータの応答性の低下を抑制することにある。

上記課題を解決するためのアクチュエータは以下の構成を備える。すなわち、このアクチュエータは、円筒状のナット、同ナットの中心に設けられてナットの回動に連動して往復動するサンシャフト、及びナットとサンシャフトとの間に配置された複数のプラネタリシャフトを備える回動直動変換機構と、ハウジングに外輪が固定されるとともにナットに内輪が固定され、同ナットを回動可能に支持するシングルボール式のベアリングとを備える。そして、こうしたアクチュエータにおいて、ボールと内輪との接触点と、回動直動変換機構と同回動直動変換機構に固定された部材とを合わせた全体の重心とをサンシャフトの軸方向において一致させている。

上記構成によれば、回動部が振れ回ることに起因してアクチュエータ各部の摩耗量が増大したり、ベアリングの円滑な回動が妨げられたりすることを抑制することができ、アクチュエータの応答性の低下を抑制することができる。

また、サンシャフトに引張力が作用する場合には、サンシャフトの軸方向において、ベアリングのボールと内輪との接触点がその引張力の作用方向と反対側にずれるようになる。そしてこのように接触点がずれると、その接触点近傍の面圧が上昇するため、ベアリングに偏摩耗が生じやすくなる。こうした場合において、ボールと内輪との接触点と、回動直動変換機構と同回動直動変換機構に固定された部材とを合わせた全体の重心とをサンシャフトの軸方向において一致させることにより、ベアリングの偏摩耗を抑制することができる。

アクチュエータの一実施形態について、その構造を示す部分断面図。 同実施形態のベアリング近傍の拡大断面図。

以下、回動直動変換式のアクチュエータの一実施形態について説明する。このアクチュエータは内燃機関の可変動弁機構を駆動する際の駆動源として用いられる。
図１に示すように、アクチュエータ１０は、ハウジング１１と、このハウジング１１に組み付けられた制御部１２とを主要な外郭構成としている。ハウジング１１の内部には、円筒状のナット１４と、同ナット１４の中心に設けられた出力軸としてのサンシャフト１５と、ナット１４とサンシャフト１５との間に配置された複数のプラネタリシャフト１６とを備える回動直動変換機構１３が設けられている。

サンシャフト１５には、その全周にわたり軸方向に沿って伸びるスプライン１５ａが形成されるとともに、サンシャフト１５よりも外径が大きいストッパ１７が固定されている。ハウジング１１の端部には、凹部１１ａが形成されており、この凹部１１ａにベアリング２１が挿入され固定されている。そして、ベアリング２１にはスプライン２１ａが形成されている。このスプライン２１ａにサンシャフト１５のスプライン１５ａが噛み合うことにより、同サンシャフト１５がベアリング２１に挿通支持されている。また、サンシャフト１５は、ベアリング２１にストッパ１７が当接することで、その往復動が規制される。これにより、サンシャフト１５は、所定の範囲内でその軸方向に往復動する。サンシャフト１５の先端部には、接続部４０を介して可変動弁機構の制御軸４１が連結されている。

ハウジング１１の内部には、ナット１４に固定されたロータ２２と、ナット１４の径方向外側においてロータ２２と対向して配置されるステータ２３とが設けられている。こうしたロータ２２とステータ２３とにより電動モータが構成される。また、ハウジング１１の内部にはオイルが供給されており、このオイルによって回動直動変換機構１３内の潤滑がなされている。また、ナット１４はその周方向に複数のボール３３を一列に配したシングルボール式のベアリング３０により回動可能に支持されている。尚、こうした回動直動変換機構１３において、ナット１４、プラネタリシャフト１６、ロータ２２、及びベアリング３０の内輪３１が回動部２４として機能する。

図２に示すように、ナット１４には、外周面１４ａに周方向に延びる段差部１４ｂが形成されるとともに、同じく外周面１４ａに環状のプレート２６が取り付けられている。そして、段差部１４ｂとプレート２６との間にベアリング３０の内輪３１が嵌め込まれることにより、同内輪３１がナット１４の外周面１４ａに固定されている。また、ハウジング１１には、ナット１４の径方向外側において、環状のプレート２５が取り付けられるとともに、内面１１ｂに周方向に延びる段差部１１ｃが形成されている。そして、このプレート２５と段差部１１ｃとの間にベアリング３０の外輪３２が嵌め込まれることにより、同外輪３２がハウジング１１の内面１１ｂに固定されている。

アクチュエータ１０では、制御部１２によってステータ２３の電磁力が制御されることにより、ロータ２２に回転駆動力が生じる。これにより、ナット１４が回転し、この回転に伴ってプラネタリシャフト１６が自転しながらサンシャフト１５の周りを公転する。サンシャフト１５は、同サンシャフト１５のスプライン１５ａとベアリング２１のスプライン２１ａとにより、その軸周りの回転が係止されている。このため、プラネタリシャフト１６の自転及び公転によって生じる同プラネタリシャフト１６とサンシャフト１５との差動により、同サンシャフト１５がその軸方向に往復動する。

サンシャフト１５が往復動すると、その移動に連動して可変動弁機構の制御軸４１が軸方向に移動する。この移動により可変動弁機構が動作して、内燃機関の動弁系、例えば各気筒に設けられた吸気バルブのバルブ作用角やバルブリフト量が連続的に調節される。

ここで、サンシャフト１５には、可変動弁機構の制御軸４１を介して引張力が作用する。この引張力は、プラネタリシャフト１６及びナット１４を介してベアリング３０の内輪３１にも作用する。このため、図１に示すように、サンシャフト１５の軸方向において、ベアリング３０におけるボール３３と内輪３１との接触点Ｐがその引張力の作用方向と反対側（図１の左側）にずれることとなる。

また、ベアリング３０におけるボール３３と内輪３１との接触点Ｐと重心位置Ｃとがサンシャフト１５の軸方向において一致している。こうして接触点Ｐと重心位置Ｃとがサンシャフト１５の軸方向において一致していると、そうした回動部２４の位置ずれをベアリング３０によって十分に吸収することができ、回動部２４の振れ回りを抑制することができる。尚、上記接触点Ｐと上記重心位置Ｃとはサンシャフト１５の軸方向において完全に一致していることが望ましいが、回動部２４の振れ回り量を無視できる範囲に抑えることができれば、これら接触点Ｐと重心位置Ｃとのサンシャフト１５の軸方向における位置が僅かに異なっていてもよい。

上述したアクチュエータ１０によれば以下の効果を奏することができる。
（１）回動部２４が振れ回ることに起因してアクチュエータ１０各部の摩耗量が増大したり、ベアリング３０の円滑な回動が妨げられたりすることを抑制することができ、アクチュエータ１０の応答性の低下を抑制することができる。

（２）サンシャフト１５に作用する引張力によってベアリング３０のボール３３と内輪３１との接触点Ｐが変化すると、その接触点Ｐ近傍の面圧が上昇するため、ベアリング３０に偏摩耗が生じやすくなる。上記実施形態によれば、回動部２４の振れ回りを抑制することができるため、こうしたベアリング３０の偏摩耗を抑制することができる。

尚、上述の実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・サンシャフト１５は可変動弁機構の制御軸４１に連結されるものに限らない。すなわち、可変動弁機構以外の駆動機構の駆動源としてアクチュエータ１０を用いるようにしてもよい。

・アクチュエータ１０は、サンシャフト１５に引張力が作用しない構成であってもよい。こうした変形例においても、上記実施形態で得られる効果（１）と同様の効果を奏することができる。

Ｃ…重心位置、Ｐ…接触点、１０…アクチュエータ、１１…ハウジング、１４…ナット、１５…サンシャフト、１６…プラネタリシャフト、２２…ロータ、２３…ステータ、２４…回動部、３０…ベアリング、３１…内輪、３２…外輪、３３…ボール。

Claims (2)

1. 円筒状のナット、同ナットの中心に設けられて前記ナットの回動に連動して往復動するサンシャフト、及び前記ナットと前記サンシャフトとの間に配置された複数のプラネタリシャフトを備える回動直動変換機構と、
   ハウジングに外輪が固定されるとともに前記ナットに内輪が固定され、同ナットを回動可能に支持するシングルボール式のベアリングとを備え、
   前記ボールと前記内輪との接触点と、前記回動直動変換機構と同回動直動変換機構に固定された部材とを合わせた全体の重心とが前記サンシャフトの軸方向において一致する
   アクチュエータ。
2. 前記サンシャフトには引張力が作用する
   請求項１に記載のアクチュエータ。