JP2018129878A - アクチュエータ及びバルブ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シャフトの動きを規制する機構の構成部材同士が当接して発生する衝撃力そのものを緩和できるアクチュエータを得る。【解決手段】雌ねじ部３４の下側の先端と第１当接部４１とで、シャフト４の閉弁方向への移動を規制する閉側規制機構が構成されている。ボス５の底部５０と第２当接部４２とで、シャフト４の開弁方向への移動を規制する開側規制機構が構成されている。平坦面５１ａ，５１ｂを有するボス５の部位と平坦面４３ａ，４３ｂを有するシャフト４の部位とで、シャフト４の軸周りの回転を規制する回転規制機構が構成されている。各規制機構において、当接し合う２つの構成部材のうちの少なくとも一方は、弾性体となっている。【選択図】図２

Description

この発明は、シャフトの動きを規制する機構が設けられたアクチュエータに関するものである。

ロータの回転運動をシャフトの直線運動に変換するアクチュエータが知られている。また例えば特許文献１には、そのようなアクチュエータにおいて、シャフトの動きを規制する機構を設けることが記載されている。具体的には、シャフトの回転運動を規制する機構、シャフトの開弁方向への移動を規制する機構、及び、シャフトの閉弁方向への移動を規制する機構が記載されている。

特開２０１６−１９７９７８号公報

上記のようなシャフトの動きを規制する機構が設けられたアクチュエータでは、当該機構の構成部材同士が当接すると、その当接による衝撃力が発生する。上記特許文献１には、リンク機構又はブラケットを弾性を有する部材で構成すること、雌ねじ部を樹脂材で構成すること、及び、軸受部とハウジング部との間にばね部材を設置することが記載されており、このようにしてウエストゲートバルブから伝わる衝撃を吸収するとしている。このように、上記特許文献１では、発生した衝撃をその後の段階で吸収するための構成が記載されている。しかしながら、当該構成は、衝撃発生時に大きな衝撃ではなく小さな衝撃が発生するようにして、発生するそもそもの衝撃自体を小さくしようとするものではない。言い換えれば、当該構成は、衝撃力そのものを緩和しようとするものではない。つまり、上記特許文献１では、発生する衝撃力、例えばシャフトの動きを規制する機構の構成部材同士が当接して発生する衝撃力そのものを緩和することについて、考慮がされていなかった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、シャフトの動きを規制する機構の構成部材同士が当接して発生する衝撃力そのものを緩和できるアクチュエータを得ることを目的とする。

この発明に係るアクチュエータは、内側に雌ねじ部を有し回転運動するロータと、雌ねじ部と噛み合う雄ねじ部を有し、ロータの回転運動を軸方向に沿った直線運動に変換して出力するシャフトと、閉側ストッパと当該閉側ストッパに当接するシャフトの第１当接部とを有しシャフトの閉弁方向への移動を規制する閉側規制機構、開側ストッパと当該開側ストッパに当接するシャフトの第２当接部とを有しシャフトの開弁方向への移動を規制する開側規制機構、又は、平坦面を有する回転ストッパと当該平坦面に平坦面が当接するシャフトの第３当接部とを有しシャフトの軸周りの回転を規制する回転規制機構とを備え、閉側規制機構、開側規制機構、又は、回転規制機構は、当接し合う２つの構成部材のうちの少なくとも一方が弾性体であることを特徴とするものである。

この発明によれば、シャフトの動きを規制する機構である閉側規制機構、開側規制機構又は回転規制機構は、当接し合う２つの構成部材のうちの少なくとも一方が弾性体であるので、シャフトの動きを規制する機構の構成部材同士が当接して発生する衝撃力そのものを緩和することができる。

この発明の実施の形態１に係るアクチュエータの断面図である。 図１における部分Ａを拡大した図である。 図２におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 この発明の実施の形態１に係るアクチュエータの閉弁速度を示すグラフである。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るアクチュエータ１の断面図である。図１は、車両に搭載されたターボチャージャのウエストゲート（以下、ＷＧと称す）バルブ１０２を駆動するＷＧアクチュエータとして、アクチュエータ１を用いた場合を示している。

アクチュエータ１は、ケース２で囲われた空間に、ロータ３を有する。ロータ３は、多数枚の磁性鋼板が積層一体化されたロータコア３０、ロータコア３０に巻かれたコイル３１、ロータコア３０の内側に設けられた円筒状のパイプ３２、及び、パイプ３２の内側に円筒状に設けられた樹脂部材３３を有する。樹脂部材３３の内周面は雌ねじ状となっており、これによりロータ３の内側に雌ねじ部３４が形成されている。パイプ３２は、その両端部がロータコア３０から突出しており、紙面における上端部は軸受３ａに回転可能に支持され、紙面における下端部は軸受３ｂに回転可能に支持されている。ロータコア３０とパイプ３２と樹脂部材３３とは、互いに固定されており、ロータ３として一体的に回転する。

シャフト４は、ロータ３を貫通している。シャフト４の外周面は一部が雄ねじ状となっており、これによりシャフト４は、雌ねじ部３４と噛み合う雄ねじ部４０を有する。シャフト４は、紙面におけるその下端部がケース２から突出している。シャフト４は、例えばステンレス製である。

ロータ３から見て紙面における下側には、ボス５が設けられている。ボス５は、ケース２に固定されている。ボス５は、シャフト４に貫通されている。ボス５は、その大部分が樹脂製である。
ロータ３から見て紙面における上側には、整流子６が設けられている。整流子６は、ロータ３に固定されている。
ロータ３から見て外周側では、マグネット７及びヨーク８がケース２に固定されている。

上記のように構成されたアクチュエータ１において、外部端子９に電圧が印加されると、外部端子９に接続しているブラシを介して整流子６次いでコイル３１に電流が流れ、整流子６とロータ３とが一体的に回転する。なお、このように、ブラシ付き直流モータがアクチュエータ１に搭載された場合を図１では示しているが、それ以外のモータでアクチュエータ１が構成されてもよい。
ロータ３が回転すると、ロータ３の雌ねじ部３４と噛み合う雄ねじ部４０を有するシャフト４は、シャフト４の軸方向に沿って移動する。このようにして、シャフト４は、ロータ３の回転運動を自身の軸方向に沿った直線運動に変換して出力する。アクチュエータ１において、シャフト４が突出している側、図１では下側が、出力側となる。

図１に示すように、アクチュエータ１がターボチャージャのＷＧバルブ１０２を駆動する場合を例に以下説明する。ターボチャージャは、エンジンからの排気ガスによってタービンを回転させ、このタービンと同軸で接続されたコンプレッサを駆動して吸気を圧縮しエンジンに供給するものである。排気通路１００のタービン上流側には、排気ガスを排気通路１００からバイパス通路１０１へ逃がすＷＧバルブ１０２が設置されており、アクチュエータ１がＷＧバルブ１０２を開閉して排気通路１００からバイパス通路１０１への排気ガス流入量を調整することにより、タービンの回転数が制御される。

アクチュエータ１は、リンク機構１０３を介してＷＧバルブ１０２を駆動する。リンク機構１０３は、２枚のプレート１０３ａ，１０３ｂを有する。プレート１０３ａの一端側にシャフト４が取り付けられ、プレート１０３ａの他端側にプレート１０３ｂが回動可能に取り付けられている。ロータ３が一方向に回転してシャフト４が紙面における下方向に移動すると、プレート１０３ａも下方向に移動する。すると、プレート１０３ｂ及びＷＧバルブ１０２が回動し、ＷＧバルブ１０２が開く。一方、ロータ３が逆方向に回転してシャフト４が紙面における上方向に移動すると、プレート１０３ａも上方向に移動する。すると、プレート１０３ｂ及びＷＧバルブ１０２が回動し、ＷＧバルブ１０２が閉じる。このように、アクチュエータ１とＷＧバルブ１０２とで、バルブ駆動装置が構成される。
なお、図１は、ＷＧバルブ１０２の全閉状態を実線で示し、ＷＧバルブ１０２の全開状態を二点鎖線で示している。つまり、図１では、紙面における下方向がシャフト４にとっての開弁方向となり、紙面における上方向がシャフト４にとっての閉弁方向となる。

ここで、図２に、図１における部分Ａを抜き出して拡大した断面図を示す。
図１及び図２に示すシャフト４の位置は、全閉状態での位置である。このとき、図２に示すように、雌ねじ部３４の下側の先端にシャフト４の第１当接部４１が当接して、シャフト４がそれ以上閉弁方向に移動することが規制されている。つまり、雌ねじ部３４の下側の先端は、閉側ストッパとして機能する。このように、当該閉側ストッパと第１当接部４１とで、シャフト４の閉弁方向への移動を規制する閉側規制機構が構成されている。

また、図１及び図２に示す状態からシャフト４が開弁方向に移動すると、シャフト４は、やがて、ボス５の内側にある底部５０に第２当接部４２が当接する。これにより、シャフト４がそれ以上開弁方向に移動することが規制される。つまり、ボス５の底部５０は、開側ストッパとして機能する。このように、当該開側ストッパと第２当接部４２とで、シャフト４の開弁方向への移動を規制する開側規制機構が構成されている。

また図３に、図２におけるＢ−Ｂ線に沿ってシャフト４を切断した断面図を示す。シャフト４は、その外周面に２つの平坦面４３ａ，４３ｂを有する。また、ボス５は、その内周面に２つの平坦面５１ａ，５１ｂを有する。シャフト４が移動する際に、平坦面４３ａ，４３ｂが平坦面５１ａ，５１ｂに当接することで、ロータ３の回転に釣られてシャフト４が軸周りに回転することが規制され、シャフト４は軸方向に沿ってスムーズに移動しやすくなる。つまり、平坦面５１ａ，５１ｂを有するボス５の内側の部位は、回転ストッパとして機能する。また、平坦面４３ａ，４３ｂを有し、平坦面５１ａ，５１ｂに平坦面４３ａ，４３ｂが当接するシャフト４の部位は、シャフト４の第３当接部となる。このように、当該回転ストッパと第３当接部とで、シャフト４の軸周りの回転を規制する回転規制機構が構成されている。なお、図３では、シャフト４の外周面とボス５の内周面とが密着して描かれているが、シャフト４が軸方向に沿って移動可能なように、実際にはわずかな隙間が設けられている。

閉側規制機構、開側規制機構及び回転規制機構は、一方の構成部材が他方の構成部材に当接することで、それぞれの機構として機能する。例えば閉側規制機構では、一方の構成部材であるシャフト４の第１当接部４１が、他方の構成部材である雌ねじ部３４の先端に当接することで、閉弁方向へのシャフト４の移動が規制される。このため、２つの構成部材の当接時、その当接による衝撃力が発生する。

そこで、実施の形態１では、第１当接部４１が当接する雌ねじ部３４の先端、第２当接部４２が当接するボス５の底部５０、及び、第３当接部が当接する平坦面５１ａ，５１ｂを有するボス５の部位が、例えばゴム等の弾性体で構成されている。当該弾性体は、接着又はインサート成形等により、樹脂部材３３の一部又はボス５の一部として固定されている。このように、樹脂部材３３及びボス５において、第１当接部４１、第２当接部４２又は第３当接部が当接する部位を部分的に弾性体とすることで、閉側規制機構、開側規制機構及び回転規制機構が機能する際に発生する衝撃力は小さくなる。つまり言い換えれば、発生する衝撃力そのものを緩和することができる。

これにより、例えば閉弁時、シャフト４の移動速度を遅くすることによって閉側規制機構により発生する衝撃力そのものを緩和するような制御は不要となる。したがって、閉弁速度が速くなる。図４は、アクチュエータ１による閉弁速度の高速化について示したグラフである。当該グラフの縦軸は、シャフト４のケース２からの突出量を示す。図４は、第１当接部４１が当接する雌ねじ部３４の先端を弾性体としたときの様子を実線で示し、当該先端を樹脂部材３３の他の部位と同じ樹脂のままとしたときの様子を破線で示す。第１当接部４１が雌ねじ部３４の先端に当接して発生する衝撃力の大きさの違いにより、任意の開弁位置から全閉位置に至るまでの時間は、実線のときの方が短くすることができている。

なお、開弁時も同様に、シャフト４の移動速度を遅くすることによって開側規制機構により発生する衝撃力そのものを緩和するような制御は不要となる。したがって、開弁速度が速くなる。また、回転規制機構が機能する際に発生する衝撃力そのものが緩和されることも、閉弁速度及び開弁速度を速めることに寄与する。つまり、実施の形態１に係るアクチュエータ１によれば、応答性を向上させることができる。

また、第１当接部４１が当接する雌ねじ部３４の先端が弾性体で構成されることにより、当該先端が樹脂部材３３の他の部位と同じ樹脂で構成される場合に比べ、第１当接部４１が当接することによる雌ねじ部３４の先端ひいては樹脂部材３３の破損の可能性を抑えることができる。このことは、第２当接部４２が当接するボス５の底部５０、及び、第３当接部が当接するボス５の内周面についても同様に言える。

なお、上記では、アクチュエータ１をＷＧバルブ１０２を駆動するＷＧアクチュエータとして用いる場合を示した。しかしながら、アクチュエータ１は、ＷＧバルブ１０２以外のバルブを駆動するために用いられてもよい。例えば、アクチュエータ１は、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）バルブを駆動するものであってもよい。また、アクチュエータ１は、ツインターボのような複数のターボチャージャを用いる場合に、排気ガスを供給するターボチャージャを切り替えるためのバルブを駆動するものであってもよい。

また、上記では、弾性体としてゴムを例に挙げたが、ゴム以外の弾性体を用いてもよい。要は、樹脂部材３３及びボス５の大部分を構成している樹脂よりも弾性のあるものであれば、発生する衝撃力そのものを緩和することに寄与する。

また、上記では、シャフト４の第１当接部４１、第２当接部４２又は第３当接部が当接する側の雌ねじ部３４の先端、ボス５の底部５０、及び、平坦面５１ａ，５１ｂの部位を、弾性体にするとした。しかしながら、シャフト４の第１当接部４１、第２当接部４２及び第３当接部を弾性体としてもよい。つまり、例えばステンレス製のシャフト４に、部分的に弾性体が配置される。要は、閉側規制機構、開側規制機構及び回転規制機構の各規制機構で、当接し合う２つの構成部材のうちの少なくとも一方が弾性体であればよい。

また、上記では、アクチュエータ１が閉側規制機構、開側規制機構及び回転規制機構を備える場合を示した。しかしながら、アクチュエータ１は、アクチュエータ１の使用条件等に応じてこれら３つの機構のうち任意の２つ又は１つの機構のみを備えるようにしてもよい。

また、上記では、アクチュエータ１が図１における部分Ａに閉側規制機構、開側規制機構及び回転規制機構を備える場合を示した。しかしながら、アクチュエータ１の構造次第では、アクチュエータ１は、例えば図１における部分Ｃに閉側規制機構、開側規制機構及び回転規制機構を備えるようにしてもよい。この場合、アクチュエータ１は、部分Ｃ内のシャフト４の任意の部位に、第１当接部４１、第２当接部４２及び第３当接部に相当する当接部を備え、部分Ｃ内の例えばパイプ３２の任意の部位に、雌ねじ部３４の先端、ボス５の底部５０及び平坦面５１ａ，５１ｂに相当して各当接部が当接する構成を備える。

以上のように、この発明の実施の形態１によれば、閉側規制機構、開側規制機構及び回転規制機構等のシャフト４の動きを規制する機構は、当接し合う２つの構成部材のうちの少なくとも一方が弾性体となっている。したがって、シャフト４の閉弁方向への移動、シャフト４の開弁方向への移動、及び、シャフト４の軸周りの回転等を規制する際に、各機構の構成部材同士が当接して発生する衝撃力は小さくなり、衝撃力そのものを緩和することができることとなる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

１ アクチュエータ、２ ケース、３ ロータ、３ａ，３ｂ 軸受、４ シャフト、５ ボス、６ 整流子、７ マグネット、８ ヨーク、９ 外部端子、３０ ロータコア、３２ パイプ、３３ 樹脂部材、３４ 雌ねじ部、４０ 雄ねじ部、４１ 第１当接部、４２ 第２当接部、４３ａ，４３ｂ 平坦面、５０ 底部、５１ａ，５１ｂ 平坦面、１００ 排気通路、１０１ バイパス通路、１０２ ＷＧバルブ、１０３ リンク機構、１０３ａ，１０３ｂ プレート。

Claims (4)

1. 内側に雌ねじ部を有し回転運動するロータと、
   前記雌ねじ部と噛み合う雄ねじ部を有し、前記ロータの回転運動を軸方向に沿った直線運動に変換して出力するシャフトと、
   閉側ストッパと当該閉側ストッパに当接する前記シャフトの第１当接部とを有し前記シャフトの閉弁方向への移動を規制する閉側規制機構、開側ストッパと当該開側ストッパに当接する前記シャフトの第２当接部とを有し前記シャフトの開弁方向への移動を規制する開側規制機構、又は、平坦面を有する回転ストッパと当該平坦面に平坦面が当接する前記シャフトの第３当接部とを有し前記シャフトの軸周りの回転を規制する回転規制機構とを備え、
   前記閉側規制機構、前記開側規制機構、又は、前記回転規制機構は、当接し合う２つの構成部材のうちの少なくとも一方が弾性体であることを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記閉側規制機構を備える場合、前記閉側ストッパは、前記雌ねじ部の出力側の先端に備えられ、
   前記開側規制機構を備える場合、前記開側ストッパは、前記ロータよりも出力側に位置して前記シャフトが貫通するボスの内側に備えられ、
   前記回転規制機構を備える場合、前記回転ストッパは、前記ロータよりも出力側に位置して前記シャフトが貫通するボスの内側に備えられ、
   前記当接し合う２つの構成部材のうち、前記シャフトが当接する側の構成部材が弾性体であることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。
3. 前記弾性体は、ゴムであることを特徴とする請求項１または請求項２記載のアクチュエータ。
4. 請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のアクチュエータと、
   前記アクチュエータによって駆動されるバルブとを備えることを特徴とするバルブ駆動装置。

Images