JP2016211593A - 駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ギア及びロータの共振を防止し、動力源の耐振性を向上させる駆動装置を提供する。
【解決手段】駆動装置１０は、モータ２０、カム軸部材２８、駆動カム３０、制御軸部材６０、ローラ５４及び支持枠５１に加え、第１入力側ギア２３、第１出力側ギア２４、板バネ４１、４５を備える。第１入力側ギア２３は、ロータ軸２１に結合されたロータギア２２と噛み合い、駆動トルクが伝達される。第１出力側ギア２４は、第１入力側ギア２３と同軸に設けられ、出力トルクが中間ギア２５、２６を介してカム軸部材２８に伝達される。板バネ４１、４５は、抗力トルクを発生しつつ、第１入力側ギア２３からの駆動トルクを第１出力側ギア２４に伝達可能である。制御軸部材６０が機械的に保持された状態で板バネ４１、４５の抗力トルクがロータ２１０に作用するため、第１入力側ギア２３及びロータ２１０は振動により共振しにくくなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、駆動カムにより回転運動を往復直線運動に変換する駆動装置に関する。

従来、駆動カムにより、回転運動を往復直線運動に変換する駆動装置が知られている。例えば特許文献１に開示された駆動装置では、モータ（動力源）の駆動トルクが複数のギアを介してカム軸部材に伝達され、駆動カムが回転する。駆動カムの回転に伴い、カム面によってローラが押されると、支持枠に結合された制御軸部材が軸方向に移動する。駆動カムの保持領域がローラに接触する回転位置では、制御軸部材の軸方向位置が機械的に保持される。

特開２０１４−１２２５５２号公報

制御軸部材が機械的に保持された状態では、駆動カム側からのトルクがモータ側のギアやモータに作用しなくなる。そのため、モータ側のギアとモータのロータとが振動により共振しやすくなる。ギアが共振すると異音が発生しやすくなる。また、モータのロータが共振すると巻線の断線等が発生し、モータの耐振性が低下するという問題がある。
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、ギア及びロータの共振を防止し、動力源の耐振性を向上させる駆動装置を提供することにある。

本発明の駆動装置は、駆動トルクを発生する動力源と、動力源の駆動トルクが伝達され回転するカム軸部材と、回転軸からの距離が周方向で不均一であるカム面を有し、カム軸部材と共に回転する駆動カムと、カム軸部材と直交する方向に往復直線運動する制御軸部材と、駆動カム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可能な伝達部とを備える。

また、本発明の駆動装置は、入力側ギアと、出力側ギアと、板バネとを備える。
入力側ギアは、動力源のロータの軸に結合されたロータギアと噛み合い、駆動トルクが伝達される。
出力側ギアは、入力側ギアと同軸に設けられ、出力トルクが直接に、又は、一つ以上の中間ギアを介してカム軸部材に伝達される。
板バネは、入力側ギアからの駆動トルクに抗する抗力トルクを発生しつつ、入力側ギアからの駆動トルクを出力側ギアに伝達可能である。

本発明の駆動装置は、制御軸部材が機械的に保持された状態でも、板バネの抗力トルクが入力側ギアを介して動力源のロータに作用する。したがって、ギア及びロータは、振動により共振しにくくなる。その結果、ギアの異音が発生しにくくなる。
また、動力源としてモータを用いる場合、モータのロータが共振しにくくなるため、巻線の断線等の発生が抑制され、モータの耐振性が向上する。

具体的形態として、入力側ギア、出力側ギア、及び板バネは、次のように構成される。
入力側ギアは、周方向の一部が欠落したＣ字状の押圧部を有する。出力側ギアは、押圧部に相対回動可能に嵌合し、周方向の一部が欠落したＣ字状の被押圧部を有する。
板バネは、被押圧部の内側に収容される円弧部、及び、円弧部の周方向両端において径外方向に延出し、押圧部及び被押圧部の周方向端面同士の間に嵌入される複数の腕部を有する。
動力源の動作時、板バネの抗力トルクにより、押圧部の回転方向前方の端面が板バネの回転方向後方の腕部に当接し、板バネの回転方向前方の腕部が被押圧部の回転方向後方の端面に当接する。

好ましくは、動力源の駆動トルクが所定値以上のとき、板バネの腕部同士が当接する。これにより、板バネの抗力トルクの上限を規制し、板バネが弾性限界を超えることを防止することができる。
また、好ましくは、動力源の停止時における板バネの抗力トルクは、当該抗力トルクの作用方向に動力源を回転させる最小トルク以下に設定されている。これにより、動力源の動作停止後、抗力トルクによる逆方向の回転により、作動音が発生したり摺動部が摩耗したりすることを防止することができる。

本発明の一実施形態による駆動装置の模式図である。 図１のＩＩ方向部分矢視図である。 モータの停止時における第１ギアの平面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。 モータの動作時における第１ギアの平面図である。 （ａ）モータトルクＴｍ−開き角θの特性図、（ｂ）モータトルクＴｍ−バネトルクＳの特性図である。

以下、本発明の実施形態による駆動装置を図面に基づいて説明する。この駆動装置は、特許文献１（特開２０１４−１２２５５２号公報）に開示されたとおり、例えば４気筒エンジンの吸気弁のリフト量を調整するバルブリフト調整装置の駆動装置として用いられ、制御軸部材の軸方向位置により、被制御部であるヘリカルスプラインの軸のストロークを制御する。バルブリフト調整装置の構成や作動に関しては特許文献１（図３、図４等）の通りであるので、ここでは説明を省略する。

（一実施形態）
本発明の一実施形態の駆動装置１０について、図１〜図６を参照して説明する。
図１に示すように、駆動装置１０は、モータ２０、カム軸部材２８、駆動カム３０、支持枠５１、ローラ５４、制御軸部材６０、第１入力側ギア２３、第１出力側ギア２４、板バネ４１、４５等を有している。制御軸部材６０、及びＥＣＵ８０、ＥＤＵ８２等を除く部材は、ハウジング１１内に収容されている。

「動力源」としてのモータ２０は、例えば、ロータ２１０と永久磁石とを有するＤＣモータである。モータ２０は、ＥＣＵ（電子制御装置）８０、及びＥＤＵ（駆動回路）８２の指令に基づき、ロータ２１０の軸２１に駆動トルクを発生させる。ロータ軸２１は、回転軸Ｍを中心として回転する。また、ロータ軸２１の端部には、ロータギア２２が設けられている。

カム軸部材２８は、ロータ軸２１の駆動トルクが伝達され、回転軸Ｐを中心として回転する。カム軸部材２８の回転角度は、回転角センサ７０により検出される。
ＥＣＵ８０は、回転角センサ７０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。
制御軸部材６０は、カム軸部材２８と直交する方向に往復直線運動する。本実施形態の制御軸部材６０は、バルブリフト調整装置から引張方向の荷重Ｆａ（図２参照）が作用している。

駆動カム３０は、カム軸部材２８と共に回転軸Ｐを中心として回転する。図２に示すように、駆動カム３０は、回転軸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るカム面３１を有しており、カム面３１は、接触点Ｃでローラ５４に接している。図２において駆動カム３０が反時計回り方向に回転すると、ローラ５４に当接する部分の輪郭径Ｒが徐々に増加する。すると、ローラ５４が図２の左方向に押され、支持枠５１を介して、制御軸部材６０が引張荷重Ｆａに抗して駆動される。
このように、本実施形態の駆動装置１０は、駆動カム３０の回転により、外部から引張荷重Ｆａが作用している制御軸部材６０を引っ張る方向に駆動する「プル式」の駆動装置である。

また、カム面３１には、特許文献１に記載されたように、モータ２０の駆動力を停止したときローラ５４に接触する部分として、保持領域３１１、３１２、３１３が形成されている。駆動カム３０の保持領域３１１、３１２、３１３がローラ５４に接触する回転位置では、制御軸部材６０の軸方向位置が機械的に保持される。

四角形状の支持枠５１は、駆動カム３０の回転軸Ｐに対し径方向の一方側であって制御軸部材６０と反対側に設けられている。円筒状のローラ５４は、支持枠５１に固定されたピンによって、軸Ｑを中心として回転可能に軸支されている。支持枠５１及びローラ５４は、駆動カム３０の回転運動を往復直線運動に変換して制御軸部材６０に伝達可能な伝達部５０を構成する。

ロータ軸２１とカム軸部材２８との間には、動力伝達機構として第１ギア２３０及び第２ギア２５０が設けられている。第１ギア２３０は、大径の第１入力側ギア２３と小径の第１出力側ギア２４とが同軸に設けられ、軸Ｇ１を中心に回転する。第２ギア２５０は、大径の第２入力側ギア２５と小径の第２出力側ギア２６とが同軸に設けられ、軸Ｇ２を中心に回転する。

ロータギア２２は第１入力側ギア２３と噛み合い、第１出力側ギア２４は第２入力側ギア２５と噛み合う。第２出力側ギア２６は、カム軸部材２８に結合されたカムギア２７と噛み合う。これにより、本実施形態では、ロータ軸２１の回転が減速されるとともに、トルクが増大されてカム軸部材２８に伝達される。なお、他の実施形態では、ロータ軸２１の回転を減速する形態に限らず、ロータ軸２１の回転を等速で、又は増速してカム軸部材２８に伝達するようにしてもよい。

第２ギア２５０の第２入力側ギア２５と第２出力側ギア２６とは、一体に形成されており、特許請求の範囲に記載の「中間ギア」に相当する。このように、本実施形態では二つの中間ギアを備えている。なお、他の実施形態では、中間ギアの数はいくつでもよい。また、中間ギアを備えず、第２出力側ギア２６の出力トルクがカム軸部材２８に直接伝達されるようにしてもよい。

第１ギア２３０の第１入力側ギア２３と第１出力側ギア２４とは、間に二枚の板バネ４１、４５を介して別体に形成されており、所定の範囲で相対回動可能である。第１入力側ギア２３及び第１出力側ギア２４は、それぞれ、特許請求の範囲に記載の「入力側ギア」及び「出力側ギア」に相当する。
つまり、ロータギア２２と噛み合いモータ２０の駆動トルクが直接伝達される第１入力側ギア２３が、本発明の特徴部である「入力側ギア」を構成する。また、第１入力側ギア２３の径方向内側に設けられ、第１入力側ギア２３から駆動トルクが伝達される第１出力側ギア２４が、本発明の特徴部である「出力側ギア」を構成する。

続いて、第１ギア２３０の構成、特に、第１入力側ギア２３、第１出力側ギア２４、及び板バネ４１、４５の相互の位置関係について、図３〜図６を参照して詳しく説明する。
まず、モータ２０の停止時における各部材の位置関係について、図３の実線表示部分、及び図４を参照する。
第１入力側ギア２３は全体として環状を呈し、外周に大歯部２３１が形成された外輪２３２と、外輪２３２の内側に設けられた押圧部２３３とを有している。押圧部２３３は、周方向の一部が欠落したＣ字状を呈している。

第１出力側ギア２４は、外周に小歯部２４１が形成された軸部２４２、軸部２４２から径外方向に広がる底板部２４３、底板部２４３に対し軸方向の小歯部２４１とは反対側で軸部２４２の周囲に設けられる内輪２４４、内輪２４４の外周壁に対向するように底板部２４３から突設される被押圧部２４５等を有している。被押圧部２４５は、第１入力側ギア２３の押圧部２３３と同様に周方向の一部が欠落したＣ字状を呈しており、第１入力側ギア２３の押圧部２３３の内壁２３５に相対回動可能に嵌合する。

本実施形態では、寸法やバネトルク等の設計上の理由により二枚の板バネ４１、４５を径方向に重ねて用いる形態を例示する。内板バネ４１及び外板バネ４５の材質や形状は、径方向の寸法以外は同様とする。なお、他の実施形態では、一枚、又は三枚以上の板バネを使用してもよい。

内板バネ４１は、円弧部４３と、円弧部４３の周方向両端において径外方向に延出するように曲げられた二つの腕部４２、４４とを有し、外板バネ４５は、円弧部４７と、円弧部４７の周方向両端において径外方向に延出するように曲げられた二つの腕部４６、４８とを有する。
内板バネ４１の腕部４２、４４又は外板バネ４５の腕部４６、４８のなす角度を「開き角θ」という。モータ２０停止時の開き角θの初期値を「θ₀」と記す。

板バネ４１、４５の円弧部４３、４７は、第１出力側ギア２４の被押圧部２４５の内側に収容される。また、第１入力側ギア２３及び第１出力側ギア２４は、押圧部２３３及び被押圧部２４５の周方向欠落方向が同じ向きとなるように組み付けられる。本実施形態では、押圧部２３３の欠落部分の中心角は、被押圧部２４５の欠落部分の中心角よりもわずかに大きく設定されており、押圧部２３３の両端面２３６、２３８が被押圧部２４５の両端面２４６、２４８に対し周方向外側に逃げるようになっている。
そして、板バネ４１、４５の複数の腕部４２、４４、４６、４８は、押圧部２３３及び被押圧部２４５の周方向端面同士の間に嵌入される。

このとき、板バネ４１、４５は、バネ弾性により開き角θを広げようとする方向にバネトルク（抗力トルク）を発生する。直接的には外板バネ４５の腕部４６、４８が押圧部２３３及び被押圧部２４５に作用する。また、内板バネ４１の腕部４２、４４は、外板バネ４５の腕部４６、４８をバックアップする。以下、内板バネ４１及び外板バネ４５の単体バネトルクの合計を板バネ４１、４５の「バネトルクＳ」という。
モータ２０の停止時、板バネ４１、４５のバネトルクＳ₀（図６（ｂ）参照）により、外板バネ４５の両腕部４６、４８は、それぞれ、被押圧部２４５の端面２４６、２４８に当接する。

この状態からモータ２０が回転動作を開始すると、ロータギア２２から第１入力側ギア２３に伝達されたモータトルクＴｍ（駆動トルク）が図３の時計回り方向に作用する。これにより、破線で示すように、押圧部２３３の回転方向前方の端面２３６が外板バネ４５の回転方向後方の腕部４６に当接し、外板バネ４５の腕部４６及び内板バネ４１の腕部４２を押圧する。一方、外板バネ４５の回転方向前方の腕部４８は、被押圧部２４５の回転方向後方の端面２４８に当接している。

図６に示すように、このとき、板バネ４１、４５が撓むことにより、開き角θが初期値θ₀から徐々に減少する。また、それに伴い、撓み分を元に戻そうとして逆転方向に作用するバネトルクＳが増加する。そして、モータトルクＴｍから板バネ４１、４５の撓み分によるバネトルクＳや摩擦等の損失を差し引いたトルクが被押圧部２４５に伝達される。

さらにモータトルクＴｍが増加し、図６（ａ）に示す所定値Ｘに達すると、図５に示すように、押圧部２３３の回転方向前方の端面２３６と被押圧部２４５の回転方向後方の端面２４８との間に挟まれた状態で内板バネ４１の腕部４２、４４同士が当接し、開き角θが０となる。

この状態では、板バネ４１、４５の撓みが限界となり、バネトルクＳは最大値Ｓ_MAXで飽和する。つまり、モータトルクＴｍがそれ以上増加してもバネトルクＳは変化しない。
また、図６（ｂ）に示すように、モータ２０の停止時におけるバネトルクＳ₀は、バネトルクＳの作用方向にモータ２０を回転させる最小トルクＴｍ＿ｒｅｖ以下に設定されている。

次に、駆動装置１０の作用効果について説明する。
従来技術の構成では、ロータギア２２と噛み合う第１入力側ギアと、第１入力側ギアに入力された駆動トルクを次の中間ギアに伝達し又は直接カム軸ギアに伝達する第１出力側ギアとが一体に形成されている。このような第１ギアの構成の場合、駆動カム３０の保持領域３１１、３１２、３１３がローラ５４に接触する回転位置で制御軸部材６０の軸方向位置が機械的に保持されると、駆動カム３０側からのトルクが第１ギアやモータ２０に作用しなくなる。
そのため、第１ギアとモータ２０のロータ２１０とが振動により共振しやすくなる。ギアが共振すると異音が発生しやすくなる。また、モータ２０のロータ２１０が共振すると巻線の断線等が発生し、モータ２０の耐振性が低下するという問題がある。

それに対し本実施形態の駆動装置１０は、駆動カム３０の保持領域３１１、３１２、３１３がローラ５４に接触し制御軸部材６０が機械的に保持された状態でも、板バネ４１、４５のバネトルクＳが第１入力側ギア２３を介してモータ２０に作用する。したがって、第１入力側ギア２３及びロータ２１０は、振動により共振しにくくなる。その結果、ギアの異音が発生しにくくなる。また、モータ２０のロータ２１０が共振しにくくなるため、巻線の断線等の発生が抑制され、モータ２０の耐振性が向上する。

また、モータトルクＴｍが所定値Ｘ以上のとき、内板バネ４１の腕部４２、４４同士が当接する。これにより、板バネ４１、４５のバネトルクＳの上限を規制し、板バネ４１、４５が弾性限界を超えることを防止することができる。

また、モータ２０の停止時における板バネ４１、４５のバネトルクＳ₀は、バネトルクＳの作用方向にモータ２０を回転させる最小トルクＴｍ＿ｒｅｖ以下に設定されている。これにより、モータ２０の動作停止後、バネトルクＳによる逆方向の回転により、作動音が発生したり摺動部が摩耗したりすることを防止することができる。

（その他の実施形態）
（ア）上記実施形態の図１、図２に示す駆動装置は、駆動カム３０の回転により、外部から引張荷重Ｆａが作用している制御軸部材６０を引っ張る方向に駆動する「プル式」の駆動装置である。これに対し、特許文献１の図１４に記載されているように、駆動カムの回転により、外部から押付荷重が作用している制御軸部材を押す方向に駆動する「プッシュ式」の駆動装置に本発明を適用してもよい。

（イ）「動力源」は、ＤＣモータ２０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回転式アクチュエータ等を用いてもよい。
（ウ）「駆動カム」の具体的なカムプロファイルは問わない。
（エ）「伝達部」の形態は、円柱状のローラ５４に限らず、特許文献１の図１２に記載されたような略球状のローラやボール等を用いてもよい。

（オ）「板バネ」の具体的な形状は、上記実施形態にて図示した形状に限らず、「入力側ギアからの駆動トルクに抗する抗力トルクを発生しつつ、入力側ギアからの駆動トルクを出力側ギアに伝達可能である」という機能を有するものであればよい。
（カ）本発明の駆動装置は、バルブリフト調整装置に限らず、駆動カムにより回転運動を往復直線運動に変換するあらゆる駆動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）、 ２１０・・・ロータ、
２１・・・ロータ軸、 ２２・・・ロータギア、
２３・・・第１入力側ギア（入力側ギア）、
２４・・・第１出力側ギア（出力側ギア）、
２５・・・第２入力側ギア（中間ギア）、
２６・・・第２出力側ギア（中間ギア）、
２８・・・カム軸部材、
３０・・・駆動カム、 ３１・・・カム面、
４１・・・（内）板バネ、 ４５・・・（外）板バネ、
５４・・・ローラ（伝達部）、 ６０・・・制御軸部材。

Claims (4)

1. 駆動トルクを発生する動力源（２０）と、
   前記動力源の駆動トルクが伝達され回転するカム軸部材（２８）と、
   回転軸からの距離が周方向で不均一であるカム面（３１）を有し、前記カム軸部材と共に回転する駆動カム（３０）と、
   前記カム軸部材と直交する方向に往復直線運動する制御軸部材（６０）と、
   前記駆動カムの回転運動を往復直線運動に変換して前記制御軸部材に伝達可能な伝達部（５０）と、
   前記動力源のロータ（２１０）の軸（２１）に結合されたロータギア（２２）と噛み合い、駆動トルクが伝達される入力側ギア（２３）と、
   前記入力側ギアと同軸に設けられ、出力トルクが直接に、又は、一つ以上の中間ギア（２５、２６）を介して前記カム軸部材に伝達される出力側ギア（２４）と、
   前記入力側ギアからの駆動トルクに抗する抗力トルクを発生しつつ、前記入力側ギアからの駆動トルクを前記出力側ギアに伝達可能な板バネ（４１、４５）と、
   を備えることを特徴とする駆動装置。
2. 前記入力側ギアは、周方向の一部が欠落したＣ字状の押圧部（２３３）を有し、
   前記出力側ギアは、前記押圧部に相対回動可能に嵌合し周方向の一部が欠落したＣ字状の被押圧部（２４５）を有し、
   前記板バネは、前記被押圧部の内側に収容される円弧部（４３、４７）、及び、前記円弧部の周方向両端において径外方向に延出し、前記押圧部及び前記被押圧部の周方向端面同士の間に嵌入される複数の腕部（４２、４４、４６、４８）を有し、
   前記動力源の動作時、前記板バネの抗力トルクにより、前記押圧部の回転方向前方の端面（２３６）が前記板バネの回転方向後方の前記腕部（４６）に当接し、前記板バネの回転方向前方の前記腕部（４８）が前記被押圧部の回転方向後方の端面（２４８）に当接することを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記動力源の駆動トルクが所定値以上のとき、
   前記板バネの前記腕部同士が当接することを特徴とする請求項２に記載の駆動装置。
4. 前記動力源の停止時における前記板バネの抗力トルクは、当該抗力トルクの作用方向に前記動力源を回転させる最小トルク以下に設定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。

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