内燃机用连杆机构的促动器以及波动齿轮减速机的制作方法

本发明涉及内燃机用连杆机构的促动器以及波动齿轮减速机。

背景技术

以往，作为内燃机用连杆机构的促动器，已知有例如专利文献1所记载的内燃机用连杆机构的促动器。该内燃机用连杆机构的促动器具有可变压缩比机构的控制轴和变更该控制轴的旋转位置的促动器，在促动器搭载有将电动马达的转速减速而向上述控制轴传递的波动齿轮减速机。另外，作为波动齿轮减速机，已知有专利文献2的技术。该波动齿轮减速机由c.w.musser先生发明，使被分类为k-h-v型行星齿轮的行星齿轮挠曲成椭圆形状并使长轴端啮合，以长轴旋转作为装置的1个系统。

波动齿轮减速机由配置在同轴上的薄壁圆筒状的挠性外齿轮、和比挠性外齿轮多偶数倍齿数的刚性内齿轮构成，利用嵌入到挠性外齿轮内的波动发生器挠曲成椭圆形状。椭圆长轴与向波动发生器输入的旋转运动同步地旋转，但由于挠性外齿轮以被赋予了向周向的旋转自由度的状态保持变形，因此挠性外齿轮一边改变刚性内齿轮与椭圆长轴上的啮合位置一边进行变形运动。在该变形运动时，由于挠性外齿轮与刚性内齿轮的齿数差，刚性内齿轮与挠性外齿轮间的周向相对位置产生差分变化，将该差分作为减速旋转而输出。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2012－251446号公报

专利文献2:美国专利第2906143号

技术实现要素：

发明将要解决的课题

这里，波动齿轮减速机由于以齿彼此接触的状态向齿轮径向相对运动而改变啮合位置，因此重要的是研究考虑到齿的相对运动的挠性外齿轮以及刚性内齿轮的齿形状。关于专利文献2所记载的波动齿轮减速机，出于始终在长轴两端具有啮合、同时能够进行旋转传递这一点，迄今为止研究了增加啮合区域而使高负荷扭矩性能提高，并求出高定位精度的齿形。因此，即使齿的接触点通过相对运动而变化，也通过设为接触点上的挠性外齿轮以及刚性内齿轮的齿剖面曲率相等的齿形状等增加齿接触面积，并使啮合区域增大。然而，在负荷状态进行旋转运动的情况下，因齿接触面积的增大使得输入效率相对较变小，但尚未对考虑了驱动效率的齿形有研究。

本发明的一实施方式鉴于上述课题而完成，目的在于提供能够提高输入效率以及驱动效率这两方的内燃机用连杆机构的促动器以及波动齿轮减速机。

用于解决课题的手段

为了实现上述目的，在本发明的一实施方式中，在利用通过输入轴旋转的波动发生器使挠性外齿轮挠曲成椭圆形、使挠性外齿轮的外齿局部啮合于内齿轮部的内齿、并且使挠性外齿轮与内齿轮部的啮合位置旋转的波动齿轮减速机中，使内齿与外齿的接触部分的外齿的曲率比内齿大。

由此，在本发明的一实施方式中，能够使内齿与外齿的接触面积降低，并且能够性提高波动齿轮减速机的输入效率，驱动效率以及耐扭转性。

附图说明

图1是具备实施例1的内燃机用连杆机构的促动器的内燃机的概略图。

图2是实施例1的内燃机用连杆机构的促动器的剖面图。

图3是实施例1的波动齿轮减速机的分解等角图。

图4是表示实施例1的挠性外齿轮与刚性内齿轮的啮合状态的概略图。

图5是表示实施例1的齿顶高以及齿根高的关系的图。

图6是表示实施例1的刚性内齿轮与挠性外齿轮的啮合位置的移动的图。

图7是刚性内齿齿轮与挠性外齿轮的接触面积、和刚性内齿轮齿面以及挠性外齿轮齿面的曲率比的相关图。

图8是表示实施例1的波动齿轮减速机的啮合代表齿宽度位置中的轴直角剖面的各基准节圆的图。

具体实施方式

〔实施例1〕图1是具备实施例1的内燃机用连杆机构的促动器的内燃机的概略图。基本结构与日本特开2011－169152号公报的图1所记载的结构相同，因此简单进行说明。在内燃机的缸体的缸内往复运动的活塞1经由活塞销2旋转自如地连结有上连杆3的上端。在上连杆3的下端，经由连结销6旋转自如地连结有下连杆5。在下连杆5经由曲柄销4a旋转自如地连结有曲轴4。另外，在下连杆5经由连结销8旋转自如地连结有第一控制连杆7的上端部。第一控制连杆7的下端部与具有多个连杆部件的连结机构9连结。连结机构9具有第一控制轴10、第二控制轴11、将第一控制轴10以及第二控制轴11连结的第二控制连杆12。

第一控制轴10与在内燃机内部的气缸列方向上延伸的曲轴4平行地延伸。第一控制轴10具有：旋转自如地支承于内燃机主体的第一轴颈部10a、旋转自如地连结有第一控制连杆7的下端部的控制偏心轴部10b、以及旋转自如地连结有第二控制连杆12的一端部12a的偏心轴部10c。第一臂部10d的一端与第一轴颈部10a连结，另一端与第一控制连杆7的下端部连结。控制偏心轴部10b设置于相对于第一轴颈部10a偏心了规定量的位置。第二臂部10e的一端与第一轴颈部10a连结，另一端与第二控制连杆12的一端部12a连结。偏心轴部10c设置在相对于第一轴颈部10a偏心了规定量的位置。第二控制连杆12的另一端部12b旋转自如地连结有臂连杆13的一端。在臂连杆13的另一端连结有第二控制轴11。臂连杆13与第二控制轴11不相对移动。第二控制轴11经由多个轴颈部，旋转自如支承在后述壳体20内。

第二控制连杆12为手柄形状，与偏心轴部10c连结到的一端部12a大致直线性地形成。另一方面，连结有臂连杆13的另一端部12b弯曲形成。在一端部12a的前端部贯通形成供偏心轴部10c转动自如地贯穿的贯穿孔。臂连杆13独立于第二控制轴11地形成。第二控制轴11利用经由内燃机用连杆机构的促动器的一部分即波动齿轮减速机21从驱动马达22传递的扭矩，而变更旋转位置。若第二控制轴11的旋转位置变更，则经由第二控制连杆12而第一控制轴10旋转，变更第一控制连杆7的下端部的位置。由此，下连杆5的姿势变化，使活塞1的缸内的行程位置及行程量变化，随之变更内燃机压缩比。

(内燃机用连杆机构的促动器的结构)

图2是实施例1的内燃机用连杆机构的促动器的剖面图，图3是实施例1的波动齿轮装置3的分解等角图。内燃机用连杆机构的促动器具有驱动马达22、安装于驱动马达22的前端侧的波动齿轮减速机21、将波动齿轮减速机21收容于内部的壳体20、以及旋转自如地支承于壳体20的第二控制轴11。

驱动马达22为无刷马达，具有有底圆筒状的马达外壳45、固定于马达外壳45的内周面的筒状的线圈46、旋转自如地设置于线圈46的内侧的转子47、以及一端部48a固定于转子47的中心的马达驱动轴48。马达驱动轴48被设于马达外壳45的底部的滚珠轴承52支承为能够旋转。

第二控制轴11具有沿轴向延伸的轴部主体23、和从轴部主体23扩径的固定用凸缘24。第二控制轴11利用铁类金属材料一体形成有轴部主体23以及固定用凸缘24。固定用凸缘24在外周部的圆周方向等间隔地形成有多个螺栓贯穿孔。在该螺栓贯穿孔中贯穿有螺栓，与波动齿轮减速机21的挠性外齿轮36的凸缘部36b结合。

(波动齿轮减速机的结构)

波动齿轮减速机21收容于壳体20的开口槽部20a内。在开口槽部20a内、并且是波动齿轮减速机21的重力方向上方，开设有从图外的油压源等供给润滑油的供给孔20b。若从供给孔20b供给润滑油，则润滑油滴落到下方的波动齿轮减速机21，将各旋转构件间润滑。波动齿轮减速机21具有：圆环状的刚性内齿轮27，其以螺栓固定于壳体20的开口槽部20a内，在内周形成有多个内齿27a；挠性外齿轮36，其配置于刚性内齿轮27的内径侧，能够挠曲变形，并在外周面具有与内齿27a啮合的外齿36a；以及波动发生器37，形成在椭圆形上，外周面沿挠性外齿轮36的内周面滑动。

挠性外齿轮36是由金属材料形成、具有底部且能够挠曲变形的薄壁圆筒状部件。挠性外齿轮36的外齿36a的齿数比刚性内齿轮27的内齿27a的齿数少2个齿。在形成于挠性外齿轮36的底部的凸缘部36b内周形成有供第二控制轴11贯通的贯穿孔36c。由此，从挠性外齿轮36的薄壁圆筒状部件侧向贯穿孔36c插入第二控制轴11，用螺栓将第二控制轴11的固定用凸缘24与凸缘部36b结合，因此能够以第二控制轴11支承贯穿孔36c内周，能够确保挠性外齿轮36的底部的刚性。

波动发生器37具有椭圆形状的波动生成插头371、以及允许波动生成插头371的外周与挠性外齿轮36的内周之间的相对旋转的具有挠性的薄壁内外轮的深沟球轴承372。在波动生成插头371的中央压入并结合有马达驱动轴48。

图4是表示实施例1的挠性外齿轮与刚性内齿轮的啮合状态的概略图。由于外形为椭圆形状的波动生成插头371向深沟球轴承372的内轮嵌合而仿形为椭圆形状，因此波动发生器37的外形也成为椭圆。另外，通过向挠性外齿轮36的内径嵌合波动发生器37，使得初始状态为圆形的挠性外齿轮36也向椭圆形状变形。向椭圆挠曲后的挠性外齿轮36由于齿数比刚性内齿轮27少2个齿，因此在椭圆长轴上通过齿距错开而啮合，在椭圆短轴上齿距一致，但由于挠性外齿轮36向轴向挠曲，因此齿不会重叠而不会干涉。因此，具有偶数倍的齿数差的挠性外齿轮36与刚性内齿轮27能够以如图4中所示的啮合状态那样啮合。

虽然挠性外齿轮36的齿部为挠性，但凸缘部36b为了取得输出而不能从圆形状变形，而是与第二控制轴11直接紧固，因此成为以凸缘部36b为起点朝向薄壁圆筒开口端部扩展成椭圆形状的形状。即，能够将从开口端部附近的变形运动取得的挠性外齿轮36的旋转运动从凸缘部36b向第二控制轴11传递。

向波动齿轮装置的旋转输入利用波动发生器37转换成向与旋转输入轴正交的方向的往复位移运动。虽然具有旋转传递机构的波动生成插头371被连接的输入轴驱动，但作为嵌合对象的深沟球轴承372的内轮也随之从动。虽然深沟球轴承372的外轮利用夹在内外轮间的滚珠将内轮的形状向外轮传递，但由于滚珠具有平移以及旋转的六自由度，因此内轮与外轮分别具有独立的周向自由度。通过旋转输入而被驱动的波动生成插头371为椭圆体，因此具有根据椭圆周上的各位置而不同的半径。利用该椭圆的性质，波动生成插头371的旋转带来的半径的增减经由滚珠向波动生成插头371的外轮传递。此时，由于是挠性薄壁构造的内外轮，因此在限制了深沟球轴承372的外轮的周向自由度的情况下，外轮进行与半径的增减同步的变形运动。

另外，由于深沟球轴承372的外轮与挠性外齿轮36嵌合，因此挠性外齿轮36也跟随于外轮的变形运动而进行变形运动。该变形运动使刚性内齿轮27与挠性外齿轮36之间的长轴上啮合位置变化。图6是表示实施例1的刚性内齿轮与挠性外齿轮的啮合位置的移动的图。在从刚性内齿轮27上的定点放大观测齿部的情况下，成为图6所示的齿彼此的向轴正交方向的相对运动。而且，挠性外齿轮36相对于刚性内齿轮27使基于差分的周向位置变化，从而使得向周向的运动重合，进而挠性外齿轮36的齿进行向图6所示的箭头(4－a)方向的运动。具体而言，沿内齿27a的齿面向内径侧移动。

挠性外齿轮36由于与第二控制轴11紧固，因此若第二控制轴11从外部的系统接收扭矩，则经由凸缘部36b向挠性外齿轮36传递扭矩，进而挠性外齿轮36的齿按压刚性内齿轮27的齿，使得刚性内齿轮27接收扭矩。这里，将内齿27a的曲率定义为γs，将外齿36a的曲率定义为γe。此时，若齿的接触点处的挠性外齿轮36与刚性内齿轮27的齿剖面曲率是作为以往的波动齿轮装置的齿形的γs≒γe，则根据弹性接触理论，接触面增大，齿面滑动阻力增大，从而波动齿轮减速机21负载时的输入效率减少。

对于该问题，将挠性外齿轮36与刚性内齿轮27的齿接触点处的齿剖面曲率设为γs<<γe，并且采用能够进行挠性外齿轮36的变形运动带来的啮合位置的变化运动的齿形状。由此，能够减少齿接触点处的接触面积，减少齿面滑动阻力，提高输入效率。图7是接触面积与刚性内齿轮齿面以及挠性外齿轮齿面的曲率比的相关图。图7是对数曲线图，虚线所示的特性表示曲线彼此的接触，实线所示的特性表示直线与曲线的接触。在以往的曲线彼此的齿形接触面积(curve-curvecontact)与实施例1的齿形接触面积(line-curvecontact)中，即使从第二控制轴11接收相同的扭矩而曲线朝向y轴铅垂上方偏移，在实施例1的齿形中也是接触面积减少，由此，齿接触面切线方向的阻力也减少。

在实施例1的波动齿轮减速机21中，以如下作为特征：在齿形设计中，根据刚性内齿轮27的基准节圆ds以及减速比id、基准压力角α的基本要素，求出低齿直线齿形的挠性外齿轮36以及刚性内齿轮27的啮合状态，在各啮合位置，为了避免啮合干涉而将挠性外齿轮36的直线齿面校正为与齿根r以及齿顶r相接的曲率γe的单圆弧。

图8是表示实施例1的波动齿轮减速机的啮合代表齿宽度位置处的轴直角剖面的各基准节圆的图。各基准节圆是刚性内齿轮27以及挠性外齿轮36的各基准节圆ds、de。挠性外齿轮36的基准节圆de利用波动发生器37变形，始终在长轴两端与刚性内齿轮27的基准节圆ds内切。由此，例如波动生成插头371旋转π/2时，挠性外齿轮36的基准节圆如de'那样变形。据此，根据刚性内齿轮27的基准节圆半径rds和由设定出的减速比id确定的齿数z，求出波动齿轮减速机21的模数m(节圆直径除以齿数而得的值)。由此，确定来自作为实施例1的波动齿轮减速机21的椭圆变形前的中性圆的基准节圆半径rdn的齿顶高长度ha与齿根高长度hf。图5是表示齿顶高以及齿根高的关系的图。如图5所示，外齿36a的前端为直线的齿形(以下记载为低齿直线齿型。)的齿顶高ha与齿根高hf使用模数m由下述式(1)以及式(2)表示。〔式(1)〕ha＝0.8*m〔式(2)〕hf＝1.0*m

根据通过上述式(1)得到的齿顶高ha，能够求出挠性外齿轮36在短轴上不与刚性内齿轮27干涉、并且在长轴上能够在基准节圆ds、de所接触的位置使齿啮合的波动齿轮减速机21的径向移动量。该径向移动量是图8所示的全振幅s，长轴半径a、短轴半径b由下述式(3)以及式(4)示出。〔式(3)〕a＝rds〔式(4)〕b＝rds-s这里，通过上述移动量的必要条件选择满足ha＜s的适当的s。通过确定作为挠性外齿轮36的椭圆变形状态的基准节圆半径rd，使得作为椭圆变形前的中性圆的基准节圆半径rdn成为(a+b)/2，能够求出与刚性内齿轮27相同模数、并且齿数为(z-2)的挠性外齿轮36的低齿直线齿形。

接着，以使齿搭在中性圆状态的挠性外齿轮36上的状态进行椭圆变形，由此求出与刚性内齿轮27的啮合状态，但圆周上的等间隔点通过椭圆变形而变化。在图8所示的波动齿轮减速机21的轴直角剖面上，着眼于定义了以轴线为原点、分别以水平面以及铅垂面为x轴、y轴的平面的状态下的变形。将中性圆状态的圆周上间隔点与原点连结的线段与x轴所成的角θ、和椭圆变形后的椭圆周上间隔点的所成的角φ(偏角)的关系由下述式(5)表示。式(5)是表示本发明的模型式，通过符合实际的变形的系数的调整，能够获得变形后的间隔点偏角。〔式(5)〕argφ＝arcsin[{(rdn-(s*cos³θ))/p}*cosθ]另外，p表示所成的角θ处的椭圆的半径与中性圆的半径之差，为p＝(a²sin²θ+b²cos²θ)^1/2-rdn。

使通过上述式(5)获得的挠性外齿轮轴直角剖面形状与刚性内齿轮轴直角剖面形状重合而设定无干涉的齿厚以及齿槽，从而获得使用了低齿直线齿形的波动齿轮减速机21。作为本发明的特征，通过将直线齿形的齿面设成成为曲率γe的单圆弧形状，使齿面滑动阻力减少。这里，如图5所示，作为获得校正齿面的方法，设定为处于分别与低齿直线齿的齿顶r以及齿底r内切以及外切的关系，并且在上述啮合状态下与刚性内齿轮的低齿直线齿无干涉。这样，完成了减少滑动阻力、并且确保了啮合的波动齿轮装置的各齿形。

[实施例1的效果]

如以上说明那样，在实施例1中，可获得下述列举的效果。

(1)一种内燃机用连杆机构的促动器，具备：

一端部连结于内燃机的连杆机构的第一以及第二控制连杆7、12(控制连杆)；

第二控制轴11(控制轴)，其通过旋转，使第一以及第二控制连杆7、12的姿势变化；

壳体20，其将第二控制轴11支承为旋转自如；

波动齿轮减速机21，其将驱动马达22的马达驱动轴48(输出轴)的转速减速而传递到第二控制轴11，

波动齿轮减速机21具有：

刚性内齿轮27(内齿轮部)，其设于壳体20，具有内齿27a；

挠性外齿轮36，其配置于刚性内齿轮27的内侧，并且在外周形成有外齿36a，向第二控制轴11传递旋转；

波动发生器37，其通过驱动马达22的马达驱动轴48旋转，使挠性外齿轮36挠曲成椭圆形，使挠性外齿轮36的外齿36a局部啮合于刚性内齿轮27的内齿27a，并且使挠性外齿轮36与刚性内齿轮27的啮合位置旋转，

内齿27a与外齿36a的接触部分的外齿36a的曲率比内齿27a的曲率大。

由此，能够使内齿27a与外齿36a的接触面积降低，能够使内燃机用连杆机构的促动器的驱动效率以及耐扭矩性提高。

(2)如上述(1)所记载的内燃机用连杆机构的促动器，挠性外齿轮36的外齿36a以在利用波动发生器37使挠性外齿轮36在径向上最大程度挠曲的状态下不与内齿27a接触的直线齿形作为基本，相对于该直线齿形，将齿厚加厚地形成为，在利用波动发生器37使挠性外齿轮36在径向上最大程度挠曲的状态下能够接触。这里，齿厚特别指的是挠性外齿轮36的椭圆变形状态下的基准节圆半径rd上的齿厚。

由此，能够确保外齿36a的刚性。

(3)如上述(1)所记载的内燃机用连杆机构的促动器，内齿27a由直线齿形形成。

由此，能够减少外齿36a沿内齿27a向径向内侧移动时的接触阻力。

(4)如上述(3)所记载的内燃机用连杆机构的促动器，外齿36a由曲线齿形形成。由此，能够减少内齿27a与外齿36a的接触面积。

(5)如上述(1)所记载的内燃机用连杆机构的促动器，壳体20具有向波动齿轮减速机21供给润滑油的供给孔20b。

由此，能够将波动齿轮减速机21润滑。

(6)如上述(5)所记载的内燃机用连杆机构的促动器，供给孔20b设于比第二控制轴11的轴心靠重力方向上侧。由此，无需另外配备用于供给润滑油的机构等，能够通过滴落来供给从供给孔20b供给的润滑油。

(7)如上述(1)所记载的内燃机用连杆机构的促动器，刚性内齿轮27是安装于壳体20的圆环状部件，挠性外齿轮36设为有底圆筒状，且在圆筒部的外周形成外齿36a，并且在作为底部的凸缘部36b安装第二控制轴11。

由此，能够确保挠性外齿轮36的刚性。

(8)如上述(7)所记载的内燃机用连杆机构的促动器，

作为挠性外齿轮36的底部的凸缘部36b具有供第二控制轴11贯穿的贯穿孔36c。由此，能够用第二控制轴11支承作为底部的凸缘部36b，能够确保挠性外齿轮36的刚性。

(9)一种内燃机用连杆机构的促动器，具有：

刚性内齿轮27(内齿轮部)，其设于壳体20，具有内齿27a；

挠性外齿轮36，其配置于刚性内齿轮27的内侧，并且在外周形成外齿36a，向第二控制轴11(输出轴)传递旋转；

波动发生器37，其利用马达驱动轴48(输入轴)旋转，使挠性外齿轮36挠曲成椭圆形而使挠性外齿轮36的外齿36a局部啮合于刚性内齿轮27的内齿27a，并且使挠性外齿轮36与刚性内齿轮27的啮合位置旋转，

内齿27a与外齿36a的接触部分的外齿36a的曲率比内齿27a的曲率大。

由此，能够提高波动齿轮减速机21的驱动效率以及耐扭转性。

(10)如上述(9)所记载的波动齿轮减速机21，

挠性外齿轮36的外齿36a以在利用波动发生器37使挠性外齿轮36在径向上最大程度挠曲的状态下不与内齿27a接触的直线齿形作为基本，相对于该直线齿形，将齿厚加厚地形成为在利用波动发生器37使挠性外齿轮36在径向上最大程度挠曲的状态下能够接触。

由此，能够确保外齿36a的刚性。

(11)如上述(9)所记载的波动齿轮减速机21，内齿27a由直线齿形形成。

由此，能够减少外齿36a沿内齿27a向径向内侧移动时的接触阻力。

(12)如上述(11)所记载的波动齿轮减速机21，外齿36a由曲线齿形形成。

由此，能够减少内齿27a与外齿36a的接触面积。

(13)如上述(9)所记载的波动齿轮减速机21，在挠性外齿轮36的与旋转轴正交的剖面上，以旋转轴作为原点定义由正交的x轴与y轴构成的平面，将连结挠性外齿轮36为中性圆状态的圆周上间隔点与原点的线段和x轴所成的角设为θ，将连结挠性外齿轮36为椭圆变形后的椭圆周上间隔点与原点的线段和x轴所成的角设为φ，将成为外齿36a以及内齿27a的基本的基准节圆半径rdn、挠性外齿轮36在短轴上不与刚性内齿轮27干涉并且在长轴上在与基准节圆dn接触的位置能够使齿啮合的径向移动量即整个振幅设为s时，满足argφ＝arcsin[{(rdn-(s*cos³θ))/((a²sin²θ+b²cos²θ)^1/2-rdn)}*cosθ]的关系。

由此，能够减少齿面滑动阻力，并且可获得确保了啮合的波动齿轮装置的各齿形。

〔其他实施例〕

以上，基于各实施例进行了说明，但上述实施例并不局限于此，也可以采用其他的结构。例如，在实施例1中，对使内燃机的压缩比可变的压缩比可变机构采用了本发明，但也可以在特开2015-1190及特开2011-231700等记载的内燃机的气门定时控制装置、能够变更相对于转向角度的转动角度的可变舵角机构中采用本发明。

以上，只说明了本发明的几种实施方式，但在实际上不脱离本发明新的教导及优点的例示的实施方式中可以进行多种变更或改良，这一点本领域的技术人员是应该能够容易理解的。因此，意味着进行了各种变更或改良的方式也包含在本发明的技术范围内。也可以将上述实施方式任意组合。

本申请主张基于2016年3月18日提出申请的日本专利申请第2016－054589号的优先权。2016年3月18日提出申请的日本专利申请第2016－054589号的包含说明书、权利要求书、附图，以及说明书摘要在内的所有公开内容通过参照而作为整体包含在本申请中。

附图标记说明

1活塞

7第一控制连杆

10第一控制轴

11第二控制轴

12第二控制连杆

20壳体

20b供给孔

21波动齿轮减速机

22驱动马达

24固定用凸缘

27刚性内齿轮

27a内齿

36挠性外齿轮

36a外齿

36b凸缘部

36c贯穿孔

37波动发生器

48马达驱动轴

371波动生成插头

372深沟球轴承