バルブリフト調節装置のアクチュエータ
【課題】ウォームギヤの負荷を低減し、小型にできるバルブリフト調節装置のアクチュエータを提供する。
【解決手段】モータ２０はモータ軸２１を回転する。ウォーム３０は、モータ軸２１と同軸に設けられ、外周に螺旋状のねじ歯部３２が形成されている。ホイール４０は、ウォーム３０の軸と直交するホイール軸４１、および、外周に形成されねじ歯部３２と噛み合う第１歯部４２を有し、ウォーム３０の回転により回転する。第１歯車５０は、ホイール４０と同軸に設けられ、外周に第２歯部５２を有し、ホイール４０とともに回転する。第２歯車６０は、外周に第２歯部５２と噛み合う第３歯部６２を有し、第１歯車５０の回転により回転する。出力軸７０は、第２歯車６０と同軸に設けられ、吸気バルブおよび排気バルブのうち少なくとも一方のリフト量を調節する。
【解決手段】モータ２０はモータ軸２１を回転する。ウォーム３０は、モータ軸２１と同軸に設けられ、外周に螺旋状のねじ歯部３２が形成されている。ホイール４０は、ウォーム３０の軸と直交するホイール軸４１、および、外周に形成されねじ歯部３２と噛み合う第１歯部４２を有し、ウォーム３０の回転により回転する。第１歯車５０は、ホイール４０と同軸に設けられ、外周に第２歯部５２を有し、ホイール４０とともに回転する。第２歯車６０は、外周に第２歯部５２と噛み合う第３歯部６２を有し、第１歯車５０の回転により回転する。出力軸７０は、第２歯車６０と同軸に設けられ、吸気バルブおよび排気バルブのうち少なくとも一方のリフト量を調節する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気バルブおよび排気バルブのうち少なくとも一方のリフト量を調節するバルブリフト調節装置のアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃費の向上を目的として内燃機関の吸気バルブまたは排気バルブのリフト量を調節するバルブリフト調節装置を備えたバルブリフトシステムが知られている。このような、バルブリフトシステムにおいて、バルブリフト調節装置は、出力軸をアクチュエータにより回動駆動することによってリフト量を調節している。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載のバルブリフト調節装置のアクチュエータは、モータと、モータと同軸に回転する第１歯車と、第１歯車の回転により回転する第２歯車と、第２歯車と同軸に配置され同回転で回転するウォームと、ウォームの回転により回転するホイールと、ホイールの回転とともに回転する出力軸とを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３０７７１４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のバルブリフト調節装置のアクチュエータでは、モータ軸と第２歯車の回転軸とは平行に配置されているため、第２歯車はモータの径方向に延びている。このため、バルブリフト調節装置のアクチュエータのモータの径方向の寸法が増大する。
【０００６】
また、負荷が最も高い出力軸は、ウォームの回転によってホイールを駆動し、ホイールと同軸上に連結されているため、ウォームおよびホイールは高負荷の作用力を受ける。このため、ウォームおよびホイールに対して硬質加工処理等を行う必要が有り、コストが高くなるおそれがある。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ウォームギヤの負荷を低減し、小型にできるバルブリフト調節装置のアクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明によると、バルブリフト調節装置のアクチュエータは、内燃機関の吸気バルブおよび排気バルブのうち少なくとも一方のリフト量を調節する。バルブリフト調節装置のアクチュエータは、モータ、ウォーム、ホイール、第１歯車、第２歯車、および、出力軸を備える。モータはモータ軸を回転する。ウォームは、モータ軸と同軸に設けられ、外周に螺旋状のねじ歯部が形成されている。ホイールは、ウォームの軸と直交するホイール軸、および、外周に形成されたねじ歯部と噛み合う第１歯部を有し、ウォームの回転により回転する。第１歯車は、ホイールと同軸に設けられ、外周に第２歯部を有し、ホイールとともに回転する。第２歯車は、外周に第２歯部と噛み合う第３歯部を有し、第１歯車の回転により回転する。出力軸は、第２歯車と同軸に設けられ、吸気バルブおよび排気バルブのうち少なくとも一方のリフト量を調節する。
【０００９】
ここで、モータ軸とホイール軸とが直交するため、ホイールはモータ軸の軸線を含む平面と重なるよう配置されている。よって、バルブリフト調節装置のアクチュエータのモータの径方向の体格を小さくすることができる。
【００１０】
また、ウォームおよびホイールは、出力軸よりトルクが小さいモータ側に設けられているため、ウォームとホイールとの間の作用力を低減することができる。よって、ウォームおよびホイールに対して硬質加工処理を行う必要がなく、コストを低減することができる。また、ウォームとホイールとの間の作用力が小さくなるため、例えば、樹脂等でウォームおよびホイールを形成することでコストをさらに低減することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明によると、第１歯部ははす歯状に形成されている。
また、請求項３に記載の発明によると、第１歯部はウォームのねじ歯部の形状に対応するよう形成されている。
これにより、第１歯部とねじ歯部との接触面積を増大することで、第１歯部とねじ歯部との接触面の単位面積に作用する作用力を低減することができる。よって、第１歯部およびねじ歯部のギヤの損傷を抑制することができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明によると、第２歯部および第３歯部は、はす歯状に形成されている。また、請求項５に記載の発明によると、第２歯部の捻じれ方向は、第１歯部の捻じれ方向と同じである。
【００１３】
これにより、ホイールに作用するホイール軸方向の分力と、第１歯車に作用するホイール軸方向の分力とは真逆となる。このため、ホイール軸に作用する軸方向の力を低減することができる。よって、当該ベアリングの負荷を低減することができ、ホイール軸を支持するベアリングを小さくすることができる。
【００１４】
請求項６に係る発明によると、第２歯部は、モータの回転時、ねじ歯部と第１歯部との噛み合いによりホイールの軸方向に生じる力と、第２歯部と第３歯部との噛み合いによりホイールの軸方向に生じる力とが相殺されるよう形成されている。
【００１５】
これにより、ホイール軸に作用する軸方向の力をさら低減することができる。ここで、例えば、ねじ歯部と第１歯部との噛み合いによりホイールの軸方向に生じる力の大きさと、第２歯部と第３歯部との噛み合いによりホイールの軸方向に生じる力の大きさとが同じであれば、ホイール軸に作用する軸方向の力は略０となる。このため、ホイール軸を支持するベアリングの負荷をさらに低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態のバルブリフト調節装置のアクチュエータの側面図。
【図２】本発明の第１実施形態のバルブリフト調節装置のアクチュエータを含むバルブリフトシステムを示す図。
【図３】本発明の第１実施形態のバルブリフト調節装置のアクチュエータの作動を示す模式図。
【図４】図３のＩＶ方向から見た模式図。
【図５】図３のＶ方向から見た模式図。
【図６】本発明の第１実施形態と比較例のバルブリフト調節装置のアクチュエータを示す模式図。
【図７】本発明の第２実施形態のバルブリフト調節装置のアクチュエータを示す断面図。
【図８】本発明の第２実施形態のバルブリフト調節装置のアクチュエータの作動を示す模式図。
【図９】本発明の第２実施形態のバルブリフト調節装置のアクチュエータの作動を示す模式図。
【図１０】本発明の第３実施形態のバルブリフト調節装置のアクチュエータを示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の複数の実施形態を図に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
本実施形態のバルブリフト調節装置のアクチュエータは、内燃機関としてのエンジンの燃焼室を閉塞可能なバルブのリフトを調節するバルブリフトシステムに適用され、モータ駆動回路により駆動されるモータの回転を利用してバルブのリフト量を調節するものである。
【００１８】
本実施形態のバルブリフト調節装置のアクチュエータを図１および図２に示す。図１は、バルブリフト調節装置のアクチュエータ１のカバー１１を外した状態を示す側面図である。図２は、バルブリフト調節装置のアクチュエータ１を含むバルブリフトシステム８０を示す説明図である。また、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図を図２に示す。
【００１９】
まず、バルブリフトシステム８０について説明する。バルブリフトシステム８０は、カム８１、バルブリフト可変機構８２、バルブ８３、および、バルブリフト調節装置のアクチュエータ１等を有している（図２参照）。
【００２０】
カム８１は、カムシャフトに設けられ、バルブリフト可変機構８２を介してバルブ８３の開閉を駆動する。バルブ８３の開閉する際のリフト量は、バルブリフト可変機構８２によって調節される。バルブリフト可変機構８２は、バルブリフト調節装置のアクチュエータ１に設けられた出力軸７０により回転駆動されることによって、リフト量を調節する。
【００２１】
次に、本実施形態のバルブリフト調節装置のアクチュエータ１について説明する。
図１に示すように、バルブリフト調節装置のアクチュエータ１は、モータ２０、ウォーム３０、ホイール４０、第１歯車５０、第２歯車６０、および、出力軸７０を備える。ウォーム３０、ホイール４０、第１歯車５０、および、第２歯車６０は、ハウジング１０およびカバー１１によって形成される収容空間に収容されている（図２参照）。
【００２２】
モータ２０は、例えばＤＣブラシモータ、または、ブラシレスモータであり、ハウジング１０に相対運動不能に固定されている。モータ２０は、モータ軸２１を有している。モータ軸２１の端部には、ウォーム３０がモータ軸２１と相対運動不能に装着されている。これにより、モータ２０が回転すると、ウォーム３０はモータ軸２１と一体となって回転する。
【００２３】
ウォーム３０は、略棒状であり、例えば鉄等の金属で形成されている。ウォーム３０の外周には、ウォーム軸３１に沿う螺旋状のねじ歯部３２が形成されている。ウォーム３０は、ウォーム軸３１の軸線とモータ軸２１の軸線とが一致するよう、モータ軸２１に装着されている。
【００２４】
ホイール４０は、円盤状であり、例えば鉄等の金属で形成されている。ホイール４０の径外方向には、複数の第１歯部４２が周方向に沿って形成されている。第１歯部４２は、ホイール４０の径外方向に突出し、ホイール軸４１の中心軸線に対してねじれる方向に沿って延設されている。つまり、第１歯部４２はウォーム３０のねじ歯３２と噛み合うことが可能なはす歯である。本実施形態では、ホイール４０は、第１歯部４２とウォーム３０のねじ歯部３２とが噛み合うようハウジング１０に設けられている。また、ホイール４０は、中心軸線がホイール軸４１の中心軸線と一致するよう、ホイール軸４１に固定されている。ホイール軸４１は、ハウジング１０およびカバー１１に設けられているベアリング４３によって回転可能に支持されている（図２参照）。
【００２５】
第１歯車５０は、ホイール４０より径の小さい円盤状であり、例えば鉄等の金属で形成されている。第１歯車５０の径外方向には、複数の第２歯部５２が周方向に沿って形成されている。本実施形態では、第２歯部５２は、ホイール４０の径外方向に突出し、ホイール軸４１の中心軸線方向に沿って形成されている。第１歯車５０は、中心軸線がホイール軸４１の中心軸線と一致するよう、ホイール軸４１に固定されている。よって、第１歯車５０は、ホイール４０の回転とともに回転する。
【００２６】
第２歯車６０は、円形部６１、扇形部６３、および、扇形部６３の径外方向に形成されている第３歯部６２を有する。第３歯部６２は、扇形部６３の径外方向に突出し、円形部６１の中心軸線方向に沿って形成されている。本実施形態の場合、第３歯部６２と第２歯部５２とは、互いに噛み合うことが可能な平歯である。第２歯車６０は、第３歯部６２と第１歯車５０の第２歯部５２とが噛み合うよう設けられ、円形部６１の中心軸線が出力軸７０の中心軸線と一致するよう、出力軸７０に固定されている。よって、第２歯車６０の扇形部６３は、第１歯車５０の回転とともに揺動する。また、扇形部６３の揺動は、ハウジング１０に設けられているストッパ部１２、１３によって所定範囲内に規制されている。
【００２７】
出力軸７０は、ハウジング１０およびカバー１１に設けられているベアリング６４によって回転可能に支持されている（図２参照）。出力軸７０の一端は、第２歯車６０の円形部６１に固定され、他端はバルブリフト可変機構８２に設けられている。よって、モータ２０に駆動されるホイール４０とともに回転する第１歯車５０により、第２歯車６０が揺動し、出力軸７０が回転される。出力軸７０の回転によってバルブリフト可変機構８２が駆動され、バルブ８３のリフト量が調節される。
【００２８】
次に、バルブリフト調節装置のアクチュエータ１の作動を図３〜図５に基づいて説明する。
以下、Ｘ２方向視時計回り方向を「右回転方向」とし、Ｘ２方向視逆時計回り方向を「左回転方向」とする。また、Ｚ２方向視時計回り方向を「時計回り方向」とし、Ｚ２方向視逆時計回り方向を「逆時計回り方向」とする。説明の便宜のために、図3の場合、紙面の奥から手前に向かう方向をＺ１方向とし、紙面の手前から奥に向かう方向をＺ２方向とする。図４の場合、紙面の奥から手前に向かう方向をＹ１方向とし、紙面の手前から奥に向かう方向をＹ２方向とする。図５の場合、紙面の奥から手前に向かう方向をＸ２方向とし、紙面の手前から奥に向かう方向をＸ１方向とする。
【００２９】
ウォーム３０は、モータ２０に駆動されモータ軸２１とともに回転する。ウォーム３０が右回転方向に回転すると、ホイール４０は逆時計回り方向に回転する。このとき、ホイール４０とウォーム３０との間には、ねじ歯部３２と第１歯部４２との噛み合いにより、ウォーム軸３１の軸方向およびホイール軸４１の軸方向の相互作用力が発生する。
【００３０】
ここで、ウォーム３０に作用するＺ２方向の作用力をＦＺ２とし、ホイール４０に作用するＺ１方向の作用力をＦＺ１とすると、ＦＺ１とＦＺ２とは下記式１を満たす。
ＦＺ１＝ＦＺ２ ・・・式１
【００３１】
また、ウォーム３０に作用するＸ２方向の作用力をＦＸ２とし、ホイール４０に作用するＸ１方向の作用力をＦＸ１とすると、ＦＸ１とＦＸ２とは下記式２を満たす。
ＦＸ１＝ＦＸ２ ・・・式２
【００３２】
ホイール４０が逆時計回り方向に回転すると、第１歯車５０はホイール４０とともに逆時計回り方向に回転する。第１歯車５０が逆時計回り方向に回転することにより、第２歯車６０は時計回り方向に揺動する。つまり、第２歯車６０の扇形部６３は、Ｙ１方向に揺動する。このとき、第１歯車５０と第２歯車６０との間には、第２歯部５２と第３歯部６２との噛み合いにより、ホイール軸４１の軸方向と直交する方向の相互作用力が発生する。ここで、第１歯車５０に作用するＹ２方向の作用力をＦＹ２とし、第２歯車６０に作用するＹ１方向の作用力をＦＹ１とすると、ＦＹ１とＦＹ２とは下記式３を満たす。
ＦＹ１＝ＦＹ２ ・・・式３
【００３３】
本実施形態の場合、第２歯車６０の半径をＲｓとし、出力軸７０の等速回転に必要とするトルクをＮｏｕｔとすると、Ｎｏｕｔは下記式４で表される。
Ｎｏｕｔ＝ＦＹ１×Ｒｓ ・・・式４
【００３４】
また、ホイール４０と第１歯車５０とは等速で同軸回転するため、ホイール４０の半径をＲｈとし、第１歯車５０の半径をＲｐとすると、ホイール４０に作用するＦＸ１と第１歯車５０に作用するＦＹ２とは下記式５の関係を満たす。
ＦＹ２×Ｒｐ＝ＦＸ１×Ｒｈ ・・・式５
上記式３〜５により下記式６が得られる。
Ｎｏｕｔ＝ＦＸ１×Ｒｈ×Ｒｓ／Ｒｐ ・・・式６
【００３５】
本実施形態の場合、第１歯車５０の半径Ｒｐと、第２歯車６０の半径Ｒｓとは下記式５を満たす。
Ｒｐ／Ｒｓ＝１／４ ・・・式７
上記式１、式６、および式７により下記式８が得られる。
ＦＸ２＝Ｎｏｕｔ／（Ｒｈ×４） ・・・式８
式８に示すように、ウォーム３０に作用するＦＸ２は、出力軸７０の回転に必要とするトルクＮｏｕｔより数倍小さいことがわかる。
【００３６】
一方、ウォーム３０が左回転方向に回転すると、ホイール４０および第１歯車５０は時計回り方向に回転し、第２歯車６０は逆時計回り方向に揺動する。このとき、式８に基づいて、ウォーム３０に作用するホイール４０の作用力は、出力軸７０の回転に必要とするトルクより数倍小さいことがわかる。
【００３７】
以上説明したように、本実施形態では、ウォーム３０およびホイール４０は、出力軸７０よりトルクが小さいモータ２０側に設けられている。このため、ウォーム３０とホイール４０との間の作用力を低減することができる。よって、ウォーム３０およびホイール４０に対して硬質加工処理を行う必要なく、コストを低減することができる。また、例えば、樹脂等でウォーム３０およびホイール４０を形成することでコストをさらに低減することができる。
【００３８】
また、ホイール４０の半径Ｒｈを大きくする必要がなく、第１歯車５０の半径Ｒｐと第２歯車６０の半径Ｒｓとの比を調節することでウォーム３０に作用するＦＸ２を小さくすることができる。このため、ホイール４０の半径Ｒｈを小さくすることで、バルブリフト調節装置のアクチュエータ１の体格を小さくすることができる。
【００３９】
本実施形態では、モータ軸２１とホイール軸４１とが直交するため、ホイール４０はモータ軸２１の軸線を含む平面と重なるよう配置されている。よって、ホイール４０をモータ２０の径方向内側の領域に収めることができ、バルブリフト調節装置のアクチュエータ１のモータ２０の径方向の体格を小さくすることができる。
【００４０】
次に、比較例の作動を示すことにより、本実施形態による上述の効果を明らかなものとする。また、本実施形態と比較するために、本実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４１】
比較例の模式的な構成および作動を図６に示す。図６では、紙面の奥から手前に向かう方向をＺ１方向とし、紙面の手前から奥に向かう方向をＺ２方向とする。
図６に示すように、比較例によるバルブリフト調節装置のアクチュエータ１００は、モータ軸２１を有するモータ２０と、モータ軸２１と同軸に回転する第１歯車５０と、第１歯車５０の回転によって回転する円盤状の第２歯車６９と、第２歯車６９と同軸に回転するウォーム３０と、ウォーム３０の回転により回転するホイール４０と、ホイール４０と同軸に回転する出力軸７０とを備える。つまり、この比較例は、「背景技術」の欄に示した従来のバルブリフト調節装置のアクチュエータの構成と類似している。
【００４２】
ここで、ホイール４０はウォーム３０の回転によって出力軸７０にトルクを出力する。ホイール４０に作用するＸ２方向の作用力をｆｘ２とし、ウォーム３０に作用するＸ１方向の作用力をｆｘ１すると、ｆｘ１とｆｘ２とは、以下の式９を満たす。
ｆｘ１＝ｆｘ２ ・・・式９
【００４３】
また、出力軸７０の回転に必要とするトルクをＮｏｕｔとすると、Ｎｏｕｔは以下の式１０を満たす。
Ｎｏｕｔ＝ｆｘ２×Ｒｈ ・・・式１０
式９および式１０により下記式１１が得られる。
ｆｘ１＝Ｎｏｕｔ／Ｒｈ ・・・式１１
【００４４】
式１１により、ウォーム３０に作用するｆｘ１は、出力軸７０の回転に必要とするトルクＮｏｕｔが一定である場合、ホイール４０の半径Ｒｈに反比例することがわかる。つまり、ｆｘ１を小さくするには、ホイール４０の半径Ｒｈを大きくする必要がある。しかしながら、ホイール４０の半径Ｒｈを大きくすると、ホイール４０の体格が大きくなり、バルブリフト調節装置のアクチュエータ１００の体格が大きくなる。
【００４５】
このように、本実施形態では、比較例と異なり、バルブリフト調節装置のアクチュエータ１の体格を小さくすることができるとともに、ウォーム３０とホイール４０との間で生じる作用力を低減することができる。よって、バルブリフト調節装置のアクチュエータ１を小型化にすることができ、ウォーム３０の負荷を低減することができる。
【００４６】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態のバルブリフト調節装置のアクチュエータを図７〜図９に示す。上記第１実施形態と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。図８の場合、紙面の奥から手前に向かう方向をＹ１方向とし、紙面の手前から奥に向かう方向をＹ２方向とする。図９の場合、紙面の奥から手前に向かう方向をＸ２方向とし、紙面の手前から奥に向かう方向をＸ１方向とする。
【００４７】
図７に示すように、第１歯車５５の第２歯部５６は、第１歯車５５の径外方向に突出し、ホイール軸４１の中心軸線に対して傾斜となる方向に沿って形成されている。また、第２歯部５６のねじれ方向は、第１歯部４２のねじれ方向と同じとなるよう形成されている。第２歯車６５の第３歯部６６は、扇形部６３の径外方向に突出し、円形部６１の中心軸線に対して傾斜となる方向に沿って形成されている。つまり、本実施形態の場合、第２歯部５６と第３歯部６６とは、互いに噛み合うはす歯である。
【００４８】
本実施形態の場合、図８に示すように、ホイール軸４１の軸方向に対する第１歯部４２のねじれ角をαとし、ホイール軸４１の軸方向に対する第２歯部５６のねじれ角をβとすると、ねじれ角αおよびねじれ角βは下記式１２を満たす。
ｓｉｎβ／ｓｉｎα＝ｃｏｓβ／ｃｏｓα ・・・式１２
【００４９】
本実施形態では、モータ２０、ウォーム３０、ホイール４０、第１歯車５５、第２歯車６５、および、出力軸７０は、上記第１実施形態と同様に作動するため、本実施形態の作動について説明を省略する。
【００５０】
ここで、ウォーム３０が右回転方向に等速回転することで、ホイール４０および第１歯車５５が逆時計回り方向に等速回転し、第２歯車６５が時計回り方向に等速揺動する。このときのホイール４０および第１歯車５５の受力関係について説明する。
【００５１】
図８に示すように、第１歯部４２の歯面に垂直となる作用力をＦｏとすると、上記ＦＸ１およびＦＺ２は下記式１３および式１４を満たす。
ＦＸ１＝Ｆｏ×ｓｉｎα ・・・式１３
ＦＺ１＝Ｆｏ×ｃｏｓα ・・・式１４
【００５２】
本実施形態の場合、第２歯部５６および第３歯部６６ははす歯であるため、第２歯部５６と第３歯部６６との噛み合いにより生じる、第１歯車５５の基準円接線方向の作用力は、ホイール軸４１の軸方向と直交する方向、および、ホイール軸４１の軸方向の分力に分解される。ここで、図９に示すように、第２歯部５６の歯面に垂直となる作用力をＦｓとする。また、第２歯部５６に作用するＺ２方向の分力をＦＺ４とし、第２歯部５６に作用するＹ２方向の分力をＦＹ４とすると、ＦＺ４およびＦＹ４は下記式１５および式１６を満たす。
ＦＺ４＝Ｆｓ×ｃｏｓβ ・・・式１５
ＦＹ４＝Ｆｓ×ｓｉｎβ ・・・式１６
【００５３】
ホイール４０および第１歯車５５は等速回転しているため、上記ＦＸ１とＦＹ４とは下記式１７を満たす。
ＦＸ１×Ｒｈ＝ＦＹ４×Ｒｐ ・・・式１７
上記式１３、式１６、および式１７により下記式１８が得られる。
Ｆｏ×ｓｉｎα×Ｒｈ＝Ｆｓ×ｓｉｎβ×Ｒｐ ・・・式１８
【００５４】
また、ホイール４０に作用するＺ１方向のトルクをＮＺ１とし、第１歯車５５に作用するＺ２方向のトルクをＮＺ２とすると、ＮＺ１およびＮＺ２は下記式１９および２０を満たす。
ＮＺ１＝ＦＺ１×Ｒｈ ・・・式１９
ＮＺ２＝ＦＺ４×Ｒｐ ・・・式２０
【００５５】
上記式１４、式１８、および式１９により式２１が得られる。
ＮＺ１＝Ｆｓ×Ｒｐ×ｓｉｎβ×ｃｏｓα／ｓｉｎα ・・・式２１
上記式１５および式２０により式２２が得られる。
ＮＺ２＝Ｆｓ×ｃｏｓβ×Ｒｐ ・・・式２２
上記式１２、式２１、および式２２により下記式２３が得られる。
ＮＺ１＝ＮＺ２ ・・・式２３
【００５６】
本実施形態の場合、第１歯部４２および第２歯部５６は、進み角αおよび進み角βが式１２を満たすよう形成されている。これにより、式２３に示すように、ホイール４０に作用するＺ１方向のトルクＮＺ１と、第１歯車５５に作用するＺ２方向のトルクＮＺ２との大きさが同じとなる。すなわち、ホイール軸４１の軸方向の作用力は互いに相殺される。したがって、ホイール軸４１の回転可能に支持するベアリング４３の負荷を低減することができ、ベアリング４３を小さくすることができる。
【００５７】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態のバルブリフト調節装置のアクチュエータを図１０に示す。上記第１実施形態と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
図１０に示すように、本実施形態の場合、ホイール４５の第１歯部４６は、ウォーム３０のねじ歯部３２の形状に対応するよう形成されている。これにより、第１歯部４６とねじ歯部３２との接触面積は増大する。よって、第１歯部４６とねじ歯部３２との間の作用力が一定である場合、第１歯部４６とねじ歯部３２との接触面の単位面積に作用する力を低減することができる。
【００５８】
（他の実施形態）
上記実施形態では、ウォームは金属で形成されている。これに対し、他の実施形態では樹脂でウォームを形成する構成としても良い。
また、上記実施形態では、ホイールは金属で形成されている。これに対し、他の実施形態では樹脂でホイールを形成する構成としても良い。
上記実施形態では、ホイールの第１歯部ははす歯である。これに対し、他の実施形態では、ホイールの第１歯部を平歯にする構成としても良い。
以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１ ・・・バルブリフト調節装置のアクチュエータ
２０ ・・・モータ
２１ ・・・モータ軸
３０ ・・・ウォーム
３２ ・・・ねじ歯部
４０ ・・・ホイール
４１ ・・・ホイール軸
４２ ・・・第１歯部
５０、５５・・・第１歯車
５２、５６・・・第２歯部
６０、６５・・・第２歯車
６２、６６・・・第３歯部
７０ ・・・出力軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気バルブおよび排気バルブのうち少なくとも一方のリフト量を調節するバルブリフト調節装置のアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃費の向上を目的として内燃機関の吸気バルブまたは排気バルブのリフト量を調節するバルブリフト調節装置を備えたバルブリフトシステムが知られている。このような、バルブリフトシステムにおいて、バルブリフト調節装置は、出力軸をアクチュエータにより回動駆動することによってリフト量を調節している。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載のバルブリフト調節装置のアクチュエータは、モータと、モータと同軸に回転する第１歯車と、第１歯車の回転により回転する第２歯車と、第２歯車と同軸に配置され同回転で回転するウォームと、ウォームの回転により回転するホイールと、ホイールの回転とともに回転する出力軸とを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３０７７１４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のバルブリフト調節装置のアクチュエータでは、モータ軸と第２歯車の回転軸とは平行に配置されているため、第２歯車はモータの径方向に延びている。このため、バルブリフト調節装置のアクチュエータのモータの径方向の寸法が増大する。
【０００６】
また、負荷が最も高い出力軸は、ウォームの回転によってホイールを駆動し、ホイールと同軸上に連結されているため、ウォームおよびホイールは高負荷の作用力を受ける。このため、ウォームおよびホイールに対して硬質加工処理等を行う必要が有り、コストが高くなるおそれがある。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ウォームギヤの負荷を低減し、小型にできるバルブリフト調節装置のアクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明によると、バルブリフト調節装置のアクチュエータは、内燃機関の吸気バルブおよび排気バルブのうち少なくとも一方のリフト量を調節する。バルブリフト調節装置のアクチュエータは、モータ、ウォーム、ホイール、第１歯車、第２歯車、および、出力軸を備える。モータはモータ軸を回転する。ウォームは、モータ軸と同軸に設けられ、外周に螺旋状のねじ歯部が形成されている。ホイールは、ウォームの軸と直交するホイール軸、および、外周に形成されたねじ歯部と噛み合う第１歯部を有し、ウォームの回転により回転する。第１歯車は、ホイールと同軸に設けられ、外周に第２歯部を有し、ホイールとともに回転する。第２歯車は、外周に第２歯部と噛み合う第３歯部を有し、第１歯車の回転により回転する。出力軸は、第２歯車と同軸に設けられ、吸気バルブおよび排気バルブのうち少なくとも一方のリフト量を調節する。
【０００９】
ここで、モータ軸とホイール軸とが直交するため、ホイールはモータ軸の軸線を含む平面と重なるよう配置されている。よって、バルブリフト調節装置のアクチュエータのモータの径方向の体格を小さくすることができる。
【００１０】
また、ウォームおよびホイールは、出力軸よりトルクが小さいモータ側に設けられているため、ウォームとホイールとの間の作用力を低減することができる。よって、ウォームおよびホイールに対して硬質加工処理を行う必要がなく、コストを低減することができる。また、ウォームとホイールとの間の作用力が小さくなるため、例えば、樹脂等でウォームおよびホイールを形成することでコストをさらに低減することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明によると、第１歯部ははす歯状に形成されている。
また、請求項３に記載の発明によると、第１歯部はウォームのねじ歯部の形状に対応するよう形成されている。
これにより、第１歯部とねじ歯部との接触面積を増大することで、第１歯部とねじ歯部との接触面の単位面積に作用する作用力を低減することができる。よって、第１歯部およびねじ歯部のギヤの損傷を抑制することができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明によると、第２歯部および第３歯部は、はす歯状に形成されている。また、請求項５に記載の発明によると、第２歯部の捻じれ方向は、第１歯部の捻じれ方向と同じである。
【００１３】
これにより、ホイールに作用するホイール軸方向の分力と、第１歯車に作用するホイール軸方向の分力とは真逆となる。このため、ホイール軸に作用する軸方向の力を低減することができる。よって、当該ベアリングの負荷を低減することができ、ホイール軸を支持するベアリングを小さくすることができる。
【００１４】
請求項６に係る発明によると、第２歯部は、モータの回転時、ねじ歯部と第１歯部との噛み合いによりホイールの軸方向に生じる力と、第２歯部と第３歯部との噛み合いによりホイールの軸方向に生じる力とが相殺されるよう形成されている。
【００１５】
これにより、ホイール軸に作用する軸方向の力をさら低減することができる。ここで、例えば、ねじ歯部と第１歯部との噛み合いによりホイールの軸方向に生じる力の大きさと、第２歯部と第３歯部との噛み合いによりホイールの軸方向に生じる力の大きさとが同じであれば、ホイール軸に作用する軸方向の力は略０となる。このため、ホイール軸を支持するベアリングの負荷をさらに低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態のバルブリフト調節装置のアクチュエータの側面図。
【図２】本発明の第１実施形態のバルブリフト調節装置のアクチュエータを含むバルブリフトシステムを示す図。
【図３】本発明の第１実施形態のバルブリフト調節装置のアクチュエータの作動を示す模式図。
【図４】図３のＩＶ方向から見た模式図。
【図５】図３のＶ方向から見た模式図。
【図６】本発明の第１実施形態と比較例のバルブリフト調節装置のアクチュエータを示す模式図。
【図７】本発明の第２実施形態のバルブリフト調節装置のアクチュエータを示す断面図。
【図８】本発明の第２実施形態のバルブリフト調節装置のアクチュエータの作動を示す模式図。
【図９】本発明の第２実施形態のバルブリフト調節装置のアクチュエータの作動を示す模式図。
【図１０】本発明の第３実施形態のバルブリフト調節装置のアクチュエータを示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の複数の実施形態を図に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
本実施形態のバルブリフト調節装置のアクチュエータは、内燃機関としてのエンジンの燃焼室を閉塞可能なバルブのリフトを調節するバルブリフトシステムに適用され、モータ駆動回路により駆動されるモータの回転を利用してバルブのリフト量を調節するものである。
【００１８】
本実施形態のバルブリフト調節装置のアクチュエータを図１および図２に示す。図１は、バルブリフト調節装置のアクチュエータ１のカバー１１を外した状態を示す側面図である。図２は、バルブリフト調節装置のアクチュエータ１を含むバルブリフトシステム８０を示す説明図である。また、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図を図２に示す。
【００１９】
まず、バルブリフトシステム８０について説明する。バルブリフトシステム８０は、カム８１、バルブリフト可変機構８２、バルブ８３、および、バルブリフト調節装置のアクチュエータ１等を有している（図２参照）。
【００２０】
カム８１は、カムシャフトに設けられ、バルブリフト可変機構８２を介してバルブ８３の開閉を駆動する。バルブ８３の開閉する際のリフト量は、バルブリフト可変機構８２によって調節される。バルブリフト可変機構８２は、バルブリフト調節装置のアクチュエータ１に設けられた出力軸７０により回転駆動されることによって、リフト量を調節する。
【００２１】
次に、本実施形態のバルブリフト調節装置のアクチュエータ１について説明する。
図１に示すように、バルブリフト調節装置のアクチュエータ１は、モータ２０、ウォーム３０、ホイール４０、第１歯車５０、第２歯車６０、および、出力軸７０を備える。ウォーム３０、ホイール４０、第１歯車５０、および、第２歯車６０は、ハウジング１０およびカバー１１によって形成される収容空間に収容されている（図２参照）。
【００２２】
モータ２０は、例えばＤＣブラシモータ、または、ブラシレスモータであり、ハウジング１０に相対運動不能に固定されている。モータ２０は、モータ軸２１を有している。モータ軸２１の端部には、ウォーム３０がモータ軸２１と相対運動不能に装着されている。これにより、モータ２０が回転すると、ウォーム３０はモータ軸２１と一体となって回転する。
【００２３】
ウォーム３０は、略棒状であり、例えば鉄等の金属で形成されている。ウォーム３０の外周には、ウォーム軸３１に沿う螺旋状のねじ歯部３２が形成されている。ウォーム３０は、ウォーム軸３１の軸線とモータ軸２１の軸線とが一致するよう、モータ軸２１に装着されている。
【００２４】
ホイール４０は、円盤状であり、例えば鉄等の金属で形成されている。ホイール４０の径外方向には、複数の第１歯部４２が周方向に沿って形成されている。第１歯部４２は、ホイール４０の径外方向に突出し、ホイール軸４１の中心軸線に対してねじれる方向に沿って延設されている。つまり、第１歯部４２はウォーム３０のねじ歯３２と噛み合うことが可能なはす歯である。本実施形態では、ホイール４０は、第１歯部４２とウォーム３０のねじ歯部３２とが噛み合うようハウジング１０に設けられている。また、ホイール４０は、中心軸線がホイール軸４１の中心軸線と一致するよう、ホイール軸４１に固定されている。ホイール軸４１は、ハウジング１０およびカバー１１に設けられているベアリング４３によって回転可能に支持されている（図２参照）。
【００２５】
第１歯車５０は、ホイール４０より径の小さい円盤状であり、例えば鉄等の金属で形成されている。第１歯車５０の径外方向には、複数の第２歯部５２が周方向に沿って形成されている。本実施形態では、第２歯部５２は、ホイール４０の径外方向に突出し、ホイール軸４１の中心軸線方向に沿って形成されている。第１歯車５０は、中心軸線がホイール軸４１の中心軸線と一致するよう、ホイール軸４１に固定されている。よって、第１歯車５０は、ホイール４０の回転とともに回転する。
【００２６】
第２歯車６０は、円形部６１、扇形部６３、および、扇形部６３の径外方向に形成されている第３歯部６２を有する。第３歯部６２は、扇形部６３の径外方向に突出し、円形部６１の中心軸線方向に沿って形成されている。本実施形態の場合、第３歯部６２と第２歯部５２とは、互いに噛み合うことが可能な平歯である。第２歯車６０は、第３歯部６２と第１歯車５０の第２歯部５２とが噛み合うよう設けられ、円形部６１の中心軸線が出力軸７０の中心軸線と一致するよう、出力軸７０に固定されている。よって、第２歯車６０の扇形部６３は、第１歯車５０の回転とともに揺動する。また、扇形部６３の揺動は、ハウジング１０に設けられているストッパ部１２、１３によって所定範囲内に規制されている。
【００２７】
出力軸７０は、ハウジング１０およびカバー１１に設けられているベアリング６４によって回転可能に支持されている（図２参照）。出力軸７０の一端は、第２歯車６０の円形部６１に固定され、他端はバルブリフト可変機構８２に設けられている。よって、モータ２０に駆動されるホイール４０とともに回転する第１歯車５０により、第２歯車６０が揺動し、出力軸７０が回転される。出力軸７０の回転によってバルブリフト可変機構８２が駆動され、バルブ８３のリフト量が調節される。
【００２８】
次に、バルブリフト調節装置のアクチュエータ１の作動を図３〜図５に基づいて説明する。
以下、Ｘ２方向視時計回り方向を「右回転方向」とし、Ｘ２方向視逆時計回り方向を「左回転方向」とする。また、Ｚ２方向視時計回り方向を「時計回り方向」とし、Ｚ２方向視逆時計回り方向を「逆時計回り方向」とする。説明の便宜のために、図3の場合、紙面の奥から手前に向かう方向をＺ１方向とし、紙面の手前から奥に向かう方向をＺ２方向とする。図４の場合、紙面の奥から手前に向かう方向をＹ１方向とし、紙面の手前から奥に向かう方向をＹ２方向とする。図５の場合、紙面の奥から手前に向かう方向をＸ２方向とし、紙面の手前から奥に向かう方向をＸ１方向とする。
【００２９】
ウォーム３０は、モータ２０に駆動されモータ軸２１とともに回転する。ウォーム３０が右回転方向に回転すると、ホイール４０は逆時計回り方向に回転する。このとき、ホイール４０とウォーム３０との間には、ねじ歯部３２と第１歯部４２との噛み合いにより、ウォーム軸３１の軸方向およびホイール軸４１の軸方向の相互作用力が発生する。
【００３０】
ここで、ウォーム３０に作用するＺ２方向の作用力をＦＺ２とし、ホイール４０に作用するＺ１方向の作用力をＦＺ１とすると、ＦＺ１とＦＺ２とは下記式１を満たす。
ＦＺ１＝ＦＺ２ ・・・式１
【００３１】
また、ウォーム３０に作用するＸ２方向の作用力をＦＸ２とし、ホイール４０に作用するＸ１方向の作用力をＦＸ１とすると、ＦＸ１とＦＸ２とは下記式２を満たす。
ＦＸ１＝ＦＸ２ ・・・式２
【００３２】
ホイール４０が逆時計回り方向に回転すると、第１歯車５０はホイール４０とともに逆時計回り方向に回転する。第１歯車５０が逆時計回り方向に回転することにより、第２歯車６０は時計回り方向に揺動する。つまり、第２歯車６０の扇形部６３は、Ｙ１方向に揺動する。このとき、第１歯車５０と第２歯車６０との間には、第２歯部５２と第３歯部６２との噛み合いにより、ホイール軸４１の軸方向と直交する方向の相互作用力が発生する。ここで、第１歯車５０に作用するＹ２方向の作用力をＦＹ２とし、第２歯車６０に作用するＹ１方向の作用力をＦＹ１とすると、ＦＹ１とＦＹ２とは下記式３を満たす。
ＦＹ１＝ＦＹ２ ・・・式３
【００３３】
本実施形態の場合、第２歯車６０の半径をＲｓとし、出力軸７０の等速回転に必要とするトルクをＮｏｕｔとすると、Ｎｏｕｔは下記式４で表される。
Ｎｏｕｔ＝ＦＹ１×Ｒｓ ・・・式４
【００３４】
また、ホイール４０と第１歯車５０とは等速で同軸回転するため、ホイール４０の半径をＲｈとし、第１歯車５０の半径をＲｐとすると、ホイール４０に作用するＦＸ１と第１歯車５０に作用するＦＹ２とは下記式５の関係を満たす。
ＦＹ２×Ｒｐ＝ＦＸ１×Ｒｈ ・・・式５
上記式３〜５により下記式６が得られる。
Ｎｏｕｔ＝ＦＸ１×Ｒｈ×Ｒｓ／Ｒｐ ・・・式６
【００３５】
本実施形態の場合、第１歯車５０の半径Ｒｐと、第２歯車６０の半径Ｒｓとは下記式５を満たす。
Ｒｐ／Ｒｓ＝１／４ ・・・式７
上記式１、式６、および式７により下記式８が得られる。
ＦＸ２＝Ｎｏｕｔ／（Ｒｈ×４） ・・・式８
式８に示すように、ウォーム３０に作用するＦＸ２は、出力軸７０の回転に必要とするトルクＮｏｕｔより数倍小さいことがわかる。
【００３６】
一方、ウォーム３０が左回転方向に回転すると、ホイール４０および第１歯車５０は時計回り方向に回転し、第２歯車６０は逆時計回り方向に揺動する。このとき、式８に基づいて、ウォーム３０に作用するホイール４０の作用力は、出力軸７０の回転に必要とするトルクより数倍小さいことがわかる。
【００３７】
以上説明したように、本実施形態では、ウォーム３０およびホイール４０は、出力軸７０よりトルクが小さいモータ２０側に設けられている。このため、ウォーム３０とホイール４０との間の作用力を低減することができる。よって、ウォーム３０およびホイール４０に対して硬質加工処理を行う必要なく、コストを低減することができる。また、例えば、樹脂等でウォーム３０およびホイール４０を形成することでコストをさらに低減することができる。
【００３８】
また、ホイール４０の半径Ｒｈを大きくする必要がなく、第１歯車５０の半径Ｒｐと第２歯車６０の半径Ｒｓとの比を調節することでウォーム３０に作用するＦＸ２を小さくすることができる。このため、ホイール４０の半径Ｒｈを小さくすることで、バルブリフト調節装置のアクチュエータ１の体格を小さくすることができる。
【００３９】
本実施形態では、モータ軸２１とホイール軸４１とが直交するため、ホイール４０はモータ軸２１の軸線を含む平面と重なるよう配置されている。よって、ホイール４０をモータ２０の径方向内側の領域に収めることができ、バルブリフト調節装置のアクチュエータ１のモータ２０の径方向の体格を小さくすることができる。
【００４０】
次に、比較例の作動を示すことにより、本実施形態による上述の効果を明らかなものとする。また、本実施形態と比較するために、本実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４１】
比較例の模式的な構成および作動を図６に示す。図６では、紙面の奥から手前に向かう方向をＺ１方向とし、紙面の手前から奥に向かう方向をＺ２方向とする。
図６に示すように、比較例によるバルブリフト調節装置のアクチュエータ１００は、モータ軸２１を有するモータ２０と、モータ軸２１と同軸に回転する第１歯車５０と、第１歯車５０の回転によって回転する円盤状の第２歯車６９と、第２歯車６９と同軸に回転するウォーム３０と、ウォーム３０の回転により回転するホイール４０と、ホイール４０と同軸に回転する出力軸７０とを備える。つまり、この比較例は、「背景技術」の欄に示した従来のバルブリフト調節装置のアクチュエータの構成と類似している。
【００４２】
ここで、ホイール４０はウォーム３０の回転によって出力軸７０にトルクを出力する。ホイール４０に作用するＸ２方向の作用力をｆｘ２とし、ウォーム３０に作用するＸ１方向の作用力をｆｘ１すると、ｆｘ１とｆｘ２とは、以下の式９を満たす。
ｆｘ１＝ｆｘ２ ・・・式９
【００４３】
また、出力軸７０の回転に必要とするトルクをＮｏｕｔとすると、Ｎｏｕｔは以下の式１０を満たす。
Ｎｏｕｔ＝ｆｘ２×Ｒｈ ・・・式１０
式９および式１０により下記式１１が得られる。
ｆｘ１＝Ｎｏｕｔ／Ｒｈ ・・・式１１
【００４４】
式１１により、ウォーム３０に作用するｆｘ１は、出力軸７０の回転に必要とするトルクＮｏｕｔが一定である場合、ホイール４０の半径Ｒｈに反比例することがわかる。つまり、ｆｘ１を小さくするには、ホイール４０の半径Ｒｈを大きくする必要がある。しかしながら、ホイール４０の半径Ｒｈを大きくすると、ホイール４０の体格が大きくなり、バルブリフト調節装置のアクチュエータ１００の体格が大きくなる。
【００４５】
このように、本実施形態では、比較例と異なり、バルブリフト調節装置のアクチュエータ１の体格を小さくすることができるとともに、ウォーム３０とホイール４０との間で生じる作用力を低減することができる。よって、バルブリフト調節装置のアクチュエータ１を小型化にすることができ、ウォーム３０の負荷を低減することができる。
【００４６】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態のバルブリフト調節装置のアクチュエータを図７〜図９に示す。上記第１実施形態と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。図８の場合、紙面の奥から手前に向かう方向をＹ１方向とし、紙面の手前から奥に向かう方向をＹ２方向とする。図９の場合、紙面の奥から手前に向かう方向をＸ２方向とし、紙面の手前から奥に向かう方向をＸ１方向とする。
【００４７】
図７に示すように、第１歯車５５の第２歯部５６は、第１歯車５５の径外方向に突出し、ホイール軸４１の中心軸線に対して傾斜となる方向に沿って形成されている。また、第２歯部５６のねじれ方向は、第１歯部４２のねじれ方向と同じとなるよう形成されている。第２歯車６５の第３歯部６６は、扇形部６３の径外方向に突出し、円形部６１の中心軸線に対して傾斜となる方向に沿って形成されている。つまり、本実施形態の場合、第２歯部５６と第３歯部６６とは、互いに噛み合うはす歯である。
【００４８】
本実施形態の場合、図８に示すように、ホイール軸４１の軸方向に対する第１歯部４２のねじれ角をαとし、ホイール軸４１の軸方向に対する第２歯部５６のねじれ角をβとすると、ねじれ角αおよびねじれ角βは下記式１２を満たす。
ｓｉｎβ／ｓｉｎα＝ｃｏｓβ／ｃｏｓα ・・・式１２
【００４９】
本実施形態では、モータ２０、ウォーム３０、ホイール４０、第１歯車５５、第２歯車６５、および、出力軸７０は、上記第１実施形態と同様に作動するため、本実施形態の作動について説明を省略する。
【００５０】
ここで、ウォーム３０が右回転方向に等速回転することで、ホイール４０および第１歯車５５が逆時計回り方向に等速回転し、第２歯車６５が時計回り方向に等速揺動する。このときのホイール４０および第１歯車５５の受力関係について説明する。
【００５１】
図８に示すように、第１歯部４２の歯面に垂直となる作用力をＦｏとすると、上記ＦＸ１およびＦＺ２は下記式１３および式１４を満たす。
ＦＸ１＝Ｆｏ×ｓｉｎα ・・・式１３
ＦＺ１＝Ｆｏ×ｃｏｓα ・・・式１４
【００５２】
本実施形態の場合、第２歯部５６および第３歯部６６ははす歯であるため、第２歯部５６と第３歯部６６との噛み合いにより生じる、第１歯車５５の基準円接線方向の作用力は、ホイール軸４１の軸方向と直交する方向、および、ホイール軸４１の軸方向の分力に分解される。ここで、図９に示すように、第２歯部５６の歯面に垂直となる作用力をＦｓとする。また、第２歯部５６に作用するＺ２方向の分力をＦＺ４とし、第２歯部５６に作用するＹ２方向の分力をＦＹ４とすると、ＦＺ４およびＦＹ４は下記式１５および式１６を満たす。
ＦＺ４＝Ｆｓ×ｃｏｓβ ・・・式１５
ＦＹ４＝Ｆｓ×ｓｉｎβ ・・・式１６
【００５３】
ホイール４０および第１歯車５５は等速回転しているため、上記ＦＸ１とＦＹ４とは下記式１７を満たす。
ＦＸ１×Ｒｈ＝ＦＹ４×Ｒｐ ・・・式１７
上記式１３、式１６、および式１７により下記式１８が得られる。
Ｆｏ×ｓｉｎα×Ｒｈ＝Ｆｓ×ｓｉｎβ×Ｒｐ ・・・式１８
【００５４】
また、ホイール４０に作用するＺ１方向のトルクをＮＺ１とし、第１歯車５５に作用するＺ２方向のトルクをＮＺ２とすると、ＮＺ１およびＮＺ２は下記式１９および２０を満たす。
ＮＺ１＝ＦＺ１×Ｒｈ ・・・式１９
ＮＺ２＝ＦＺ４×Ｒｐ ・・・式２０
【００５５】
上記式１４、式１８、および式１９により式２１が得られる。
ＮＺ１＝Ｆｓ×Ｒｐ×ｓｉｎβ×ｃｏｓα／ｓｉｎα ・・・式２１
上記式１５および式２０により式２２が得られる。
ＮＺ２＝Ｆｓ×ｃｏｓβ×Ｒｐ ・・・式２２
上記式１２、式２１、および式２２により下記式２３が得られる。
ＮＺ１＝ＮＺ２ ・・・式２３
【００５６】
本実施形態の場合、第１歯部４２および第２歯部５６は、進み角αおよび進み角βが式１２を満たすよう形成されている。これにより、式２３に示すように、ホイール４０に作用するＺ１方向のトルクＮＺ１と、第１歯車５５に作用するＺ２方向のトルクＮＺ２との大きさが同じとなる。すなわち、ホイール軸４１の軸方向の作用力は互いに相殺される。したがって、ホイール軸４１の回転可能に支持するベアリング４３の負荷を低減することができ、ベアリング４３を小さくすることができる。
【００５７】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態のバルブリフト調節装置のアクチュエータを図１０に示す。上記第１実施形態と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
図１０に示すように、本実施形態の場合、ホイール４５の第１歯部４６は、ウォーム３０のねじ歯部３２の形状に対応するよう形成されている。これにより、第１歯部４６とねじ歯部３２との接触面積は増大する。よって、第１歯部４６とねじ歯部３２との間の作用力が一定である場合、第１歯部４６とねじ歯部３２との接触面の単位面積に作用する力を低減することができる。
【００５８】
（他の実施形態）
上記実施形態では、ウォームは金属で形成されている。これに対し、他の実施形態では樹脂でウォームを形成する構成としても良い。
また、上記実施形態では、ホイールは金属で形成されている。これに対し、他の実施形態では樹脂でホイールを形成する構成としても良い。
上記実施形態では、ホイールの第１歯部ははす歯である。これに対し、他の実施形態では、ホイールの第１歯部を平歯にする構成としても良い。
以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１ ・・・バルブリフト調節装置のアクチュエータ
２０ ・・・モータ
２１ ・・・モータ軸
３０ ・・・ウォーム
３２ ・・・ねじ歯部
４０ ・・・ホイール
４１ ・・・ホイール軸
４２ ・・・第１歯部
５０、５５・・・第１歯車
５２、５６・・・第２歯部
６０、６５・・・第２歯車
６２、６６・・・第３歯部
７０ ・・・出力軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気バルブおよび排気バルブのうち少なくとも一方のリフト量を調節するバルブリフト調節装置のアクチュエータであって、
モータ軸を回転するモータと、
前記モータ軸と同軸に設けられ、外周に螺旋状のねじ歯部が形成されているウォームと、
前記ウォームの軸と直交するホイール軸、および、外周に形成され前記ねじ歯部と噛み合う第１歯部を有し、前記ウォームの回転により回転するホイールと、
前記ホイールと同軸に設けられ、外周に第２歯部を有し、前記ホイールとともに回転する第１歯車と、
外周に前記第２歯部と噛み合う第３歯部を有し、前記第１歯車の回転により回転する第２歯車と、
前記第２歯車と同軸に設けられ、前記吸気バルブおよび前記排気バルブのうち少なくとも一方のリフト量を調節する出力軸と、
を備えることを特徴とするバルブリフト調節装置のアクチュエータ。
【請求項２】
前記第１歯部は、はす歯状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のバルブリフト調節装置のアクチュエータ。
【請求項３】
前記第１歯部は、前記ウォームのねじ歯部の形状に対応するよう形成されていることを特徴とする請求項２に記載のバルブリフト調節装置のアクチュエータ。
【請求項４】
前記第２歯部および前記第３歯部は、はす歯状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バルブリフト調節装置のアクチュエータ。
【請求項５】
前記第２歯部の捻じれ方向は、前記第１歯部の捻じれ方向と同じであることを特徴とする請求項４に記載のバルブリフト調節装置のアクチュエータ。
【請求項６】
前記第２歯部は、前記モータの回転時、前記ねじ歯部と前記第１歯部との噛み合いにより前記ホイールの軸方向に生じる力と、前記第２歯部と前記第３歯部との噛み合いにより前記ホイールの軸方向に生じる力とが相殺されるよう形成されていることを特徴とする請求項５に記載のバルブリフト調節装置のアクチュエータ。
【請求項１】
内燃機関の吸気バルブおよび排気バルブのうち少なくとも一方のリフト量を調節するバルブリフト調節装置のアクチュエータであって、
モータ軸を回転するモータと、
前記モータ軸と同軸に設けられ、外周に螺旋状のねじ歯部が形成されているウォームと、
前記ウォームの軸と直交するホイール軸、および、外周に形成され前記ねじ歯部と噛み合う第１歯部を有し、前記ウォームの回転により回転するホイールと、
前記ホイールと同軸に設けられ、外周に第２歯部を有し、前記ホイールとともに回転する第１歯車と、
外周に前記第２歯部と噛み合う第３歯部を有し、前記第１歯車の回転により回転する第２歯車と、
前記第２歯車と同軸に設けられ、前記吸気バルブおよび前記排気バルブのうち少なくとも一方のリフト量を調節する出力軸と、
を備えることを特徴とするバルブリフト調節装置のアクチュエータ。
【請求項２】
前記第１歯部は、はす歯状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のバルブリフト調節装置のアクチュエータ。
【請求項３】
前記第１歯部は、前記ウォームのねじ歯部の形状に対応するよう形成されていることを特徴とする請求項２に記載のバルブリフト調節装置のアクチュエータ。
【請求項４】
前記第２歯部および前記第３歯部は、はす歯状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バルブリフト調節装置のアクチュエータ。
【請求項５】
前記第２歯部の捻じれ方向は、前記第１歯部の捻じれ方向と同じであることを特徴とする請求項４に記載のバルブリフト調節装置のアクチュエータ。
【請求項６】
前記第２歯部は、前記モータの回転時、前記ねじ歯部と前記第１歯部との噛み合いにより前記ホイールの軸方向に生じる力と、前記第２歯部と前記第３歯部との噛み合いにより前記ホイールの軸方向に生じる力とが相殺されるよう形成されていることを特徴とする請求項５に記載のバルブリフト調節装置のアクチュエータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１４９６０９（Ｐ２０１２−１４９６０９Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０２２４（Ｐ２０１１−１０２２４）
【出願日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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