JP4207830B2 - 流体圧アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、流体圧によるエネルギーを機械的エネルギーに変換する流体圧アクチュエータに関するものである。

従来、吸気制御弁，バタフライバルブ，ターボチャージャの過給圧を制御するウェイストゲートバルブなどの各種制御弁の駆動や、その他の駆動部品の駆動を行うために用いられる流体圧アクチュエータが知られている（例えば、特許文献１参照）。この種の流体アクチュエータとしては、例えば、図９に示すものがある。図９は従来例に係る流体圧アクチュエータの模式的断面図である。

図示のように、流体圧アクチュエータ１００は、ロアーカップ１０１とアッパーカップ１０２からなるケース内にダイアフラム１０３が設けられる。このダイアフラム１０３によって、ケース内が、２つの室に区画される。そして、ロアーカップ１０１側の室の内部は大気圧に保たれる。一方、アッパーカップ１０２側の室の内部に外気が導入され、または当該室内から空気が排出されることによって、室内の流体圧力は変動する。この流体圧力の変動に応じてダイアフラム１０３は変形する。このダイアフラム１０３の変形にしたがって、ダイアフラム１０３に固定されたロッド１０４は移動する。

このように、アッパーカップ１０２側の室内の流体圧力を変えて、ダイアフラム１０３の変形による変位量を制御することで、ロッド１０４を往復移動させることが可能となる。また、ロッド１０４のダイアフラム１０３への固定側とは反対側の端部には、機械的な運動を行わせるための機構が設けられている。例えば、回転軸に固定された回転体の回転中心と偏心する位置に、ロッド１０４の端部が固定されることで、ロッド１０４の往復運動を回転軸の回転運動に変換させることができる。この場合、ロッド１０４は往復移動を行いつつ、揺動することになる。従って、ロッド１０４の軸受け１０５は、ロッド１０４の揺動を許容しつつ、往復移動するロッド１０４を支持するように構成されている。図示の例では、軸受け１０５は、断面が樽形状で構成されることにより、ロッド１０４の揺動を許容しつつ、往復移動するロッド１０４を支持することができる。

以上のように構成される流体圧アクチュエータ１００においては、使用環境等によっては、ロッド１０４やロッド１０４が固定されたダイアフラム１０３が激しく振動してしまうことがある。例えば、自動車内の各種制御弁を駆動するために、流体圧アクチュエータ１００を用いた場合、吸気や排気の脈動によって、ロッド１０４が細かく、かつ激しく振動することがある。かかる振動は、ロッド１０４及びダイアフラム１０３や、ロッド１０４に連結された各部部品の磨耗を促進してしまったり、騒音を発生させたりする原因となる。
実公平７−３８７２２号公報

本発明の目的の１つとして、ロッドの振動を抑制することが挙げられる。

本発明の目的の１つとして、耐久性の向上を図ることが挙げられる。

本発明の目的の１つとして、騒音の発生を抑制することが挙げられる。

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

本発明の流体圧アクチュエータは、
ケースの内部を、室内の流体圧力が制御される第１室と室内が大気圧に保たれる第２室に区画するダイアフラムと、
第１室内の流体圧力の変化に応じて変形するダイアフラムに連動して、揺動しつつ往復運動を行うロッドと、を備え、
第１室内の流体圧力によるエネルギーを、前記ダイアフラム及びロッドを利用して機械的エネルギーに変換する流体圧アクチュエータであって、
第２室内に設けられると共に、ロッドの揺動を許容しつつ、往復移動するロッドを支持する軸受けと、
第２室内に設けられると共に、周方向に複数設けられた凸部がロッドに当接して、該ロッドの振動を吸収する環状の防振部材と、を備えることを特徴とする。

本発明の構成によれば、防振部材によって、ロッドの振動が吸収される。また、本発明においては、周方向に複数設けられた凸部がロッドに当接することで、ロッドの振動を吸収する。そのため、ロッドの全周に防振部材が当接する訳ではないので、ロッドに対する摺動抵抗が高くなり過ぎることもない。また、第２室内を密封してしまうこともなく、第２室内は大気圧状態が好適に維持される。以上のことから、ロッドの滑らかな移動を維持できる。

また、前記防振部材の外周に、複数の凸部のロッドに対する押圧力を増加させる締め付け部材が設けられるとよい。

このように締め付け部材を設ければ、ロッドが停止した際に、ロッドに残る振動を素早く停止させることができる。また、防振部材の凸部が経時劣化により磨耗した場合にあっても、凸部をロッドに対して当接させた状態を維持できる。従って、経時的な防振効果の低下を抑制できる。

以上説明したように、本発明によれば、ロッドの振動を抑制できる。また、これに伴い、各部品の磨耗を抑制することができ、耐久性の向上を図ることができる。更に、ロッドの振動を起因とする騒音の発生を抑制できる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１〜図４を参照して、本発明の実施例１に係る流体圧アクチュエータについて説明する。

＜流体圧アクチュエータの全体説明＞
図１を参照して、本発明の実施例１に係る流体圧アクチュエータ全体の構成について説明する。図１は本発明の実施例１に係る流体圧アクチュエータの模式的断面図である。

図示のように、流体圧アクチュエータ１は、ロアーカップ１０とアッパーカップ２０か
らなるケースと、ケース内に設けられるダイアフラム３０と、ダイアフラム３０に一端が固定されるロッド４０とを備える。ロアーカップ１０は、おおよそカップの形状をしており、その底に、ロッド４０が挿通される挿通孔１１が設けられている。アッパーカップ２０も、おおよそカップの形状をしており、その底に、配管７０が接続される貫通孔２１が設けられている。これらのロアーカップ１０とアッパーカップ２０は、その開口端部同士が合わさるように固定される。そして、ダイアフラム３０は、その周囲が、これらのロアーカップ１０とアッパーカップ２０の固定部にて固定されている。これにより、ダイアフラム３０は、ケースの内部を第１室Ｒ１と第２室Ｒ２に区画している。

ロッド４０は、その一端が、ダイアフラム３０に対して、例えばネジ止めにより固定される。ここで、ダイアフラム３０とロッド４０の固定部においては、ダイアフラム３０を挟み込むように、第１リテーナ８１及び第２リテーナ８２が設けられている。これらの第１リテーナ８１及び第２リテーナ８２によって、ダイアフラム３０は、中央付近は変形せず、その周囲のみが変形するように機能する。これにより、ダイアフラム３０は、ある程度規則的に変形する。なお、ロッド４０はダイアフラム３０に対して直接固定させることもできるし、第１リテーナ８１及び第２リテーナ８２を介して間接的に固定させることもできる（例えば、第１リテーナ８１及び第２リテーナ８２をロッド４０の端部にボルトで締結することによって、これらのリテーナによりダイアフラム３０を挟み込んでロッド４０を間接的にダイアフラムに固定できる）。また、ダイアフラム３０は、ゴムや樹脂などの柔軟性の高い材料によって構成される。そして、第１リテーナ８１及び第２リテーナ８２は、金属等の剛性の高い材料によって構成される。

また、ロアーカップ１０の内部には、スプリング６０が設けられる。このスプリング６０は、その一端が、第２リテーナ８２に当接し、他端が、ロアーカップ１０の底に当接するように配設される。また、ロアーカップ１０の底の外側には、流体圧アクチュエータ１を所望の位置に取り付けるための支持部材９０が設けられている。

＜流体圧アクチュエータの動作＞
上述のように構成された流体圧アクチュエータ１において、配管７０を介して、第１室Ｒ１内に気体（例えば空気）が導入され、または第１室Ｒ１内から気体が排出される。このような第１室Ｒ１内の気体の量に応じて、第１室Ｒ１の内部の流体圧力は変動する。一方、第２室Ｒ２内は大気圧に保たれる。また、第１室Ｒ１内部の流体圧力の変動に応じてダイアフラム３０は変形する。このダイアフラム３０の変形は、上記の通りある程度規則性がある。そして、第１室Ｒ１内の流体圧力とスプリング６０のバネ力との釣り合いによって、ダイアフラム３０の変形に伴うロッド４０の変位量が定まる。

以上のことから、第１室Ｒ１内への気体の導入量や排出量を制御することで、第１室Ｒ１の内部の流体圧力が変動し、ロッド４０の変位量を制御することができる。これにより、例えば、ロッド４０を往復運動させることができる。

ロッド４０におけるダイアフラム３０への固定部と反対側の端部には、機械的な運動を行わせるための機構（不図示）への取り付け部４１が設けられている。例えば、回転軸に固定された回転体（回転板）に対して、回転軸と偏心する位置に、この取り付け部４１が固定される。これにより、ロッド４０が往復移動することにより、回転体が回転し回転軸が回転する。これにより、例えば、回転軸に取り付けられた弁体が回転し、弁を開いたり閉じたりする制御を行うことができる。なお、ロッド４０の往復運動を他の部材の回転運動に変換する機構等については、公知技術であるので、その詳細説明は省略する。

以上のように、流体圧アクチュエータ１は、流体圧（気圧）によるエネルギーを機械的エネルギーに変換することができる。

＜軸受け及び防振部材＞
特に、図２〜図４を参照して、本発明の実施例１に係る軸受け及び防振部材について説明する。図２は図１中Ａ部の拡大図である。図３は本発明の実施例１に係る防振部材の平面図である。図４は本発明の実施例１に係る防振部材の模式的断面図（軸心を通るように切断した断面図）である。

ロアーカップ１０の底に設けられた挿通孔１１付近には、ロッド４０の軸受け５２が設けられている。この軸受け５２は環状の部材であり、ロッド４０の外周に嵌め込まれる。この軸受け５２は、金属や樹脂材など、比較的剛性の高い材料により構成される。また、軸受け５２の内周面とロッド４０の外周面との間には適度なクリアランスが設けられている。そして、このクリアランスを介して、気体は、第２室Ｒ２の内外を自由に行き来することができる。

ここで、上記の通り、ロッド４０の往復運動を回転軸の回転運動に変換する場合には、ロッド４０の端部に設けられた取り付け部４１は、回転軸の周囲を回転するように移動する。そのため、ロッド４０は往復移動を行いつつ、揺動することになる。従って、軸受け５２は、ロッド４０の揺動を許容しつつ、往復移動するロッド４０を支持するように構成されている。図示の例では、軸受け５２は、断面が樽形状で構成されることにより、ロッド４０の揺動を許容しつつ、往復移動するロッド４０を支持することができる。

また、軸受け５２に隣接して、防振部材５３が設けられている。この防振部材５３も環状の部材であり、ロッド４０の外周に嵌め込まれる。この防振部材５３は、ゴム（例えば、ＨＮＢＲ，シリコン、フッ素系ゴム）や樹脂材など弾性材料により構成される。

この防振部材５３は、軸受け５２に当接して、軸受け５２の軸方向の位置決めを行う当接部５３ａと、ロッド４０に当接する凸部５３ｂ，５３ｃと、支持部材５１が嵌め込まれる溝５３ｄとを備えている。凸部５３ｂ，５３ｃは、軸方向の一端側（軸受け５２側）と他端側に、それぞれ周方向に等間隔に４個づつ設けられている。これらの凸部５３ｂ，５３ｃは、ある程度の締め代をもってロッド４０に対して当接するように構成されている。また、これらの凸部５３ｂ，５３ｃによるロッド４０に対する摺動抵抗は、ロッド４０の円滑な移動が妨げられないようにする必要がある。この摺動抵抗の調整は、防振部材５３の材質や硬度、あるいは、凸部５３ｂ，５３ｃの形状，個数及び締め代等により行うことができる。

以上のような構成により、ロッド４０の振動は、複数の凸部５３ｂ，５３ｃを介して防振部材５３に吸収されるため、ロッド４０の振動が抑制される。また、防振部材５３は、複数の凸部５３ｂ，５３ｃがロッド４０に対して部分的に当接することから、ロッド４０の外周面と防振部材５３の内周面との間には気体の通り道がある。そのため、気体は、第２室Ｒ２の内外を自由に行き来することができる。従って、第２室Ｒ２内は大気圧状態が保たれる。

支持部材５１は、筒状の部材であり、軸受け５２と防振部材５３の外周に嵌め込まれる。この支持部材５１は、金属など、比較的剛性の高い材料により構成される。また、この支持部材５１は、筒状部分の一端は外側に折り曲げられており、他端は内側に折り曲げられている。そして、外側に折り曲げられた部分がロアーカップ１０の底側に固定され、内側に折り曲げられた部分が防振部材５３の溝５３ｄに嵌め込まれる。この支持部材５１が、防振部材５３の位置決めを行う。

＜本実施例に係る流体圧アクチュエータの効果＞
本実施例に係る流体圧アクチュエータ１によれば、防振部材５３を設けたことにより、ロッド４０の振動を抑制することができる。これにより、各種部品（特に、ロッド４０の移動によって駆動される部品）の磨耗を抑制することができる。従って、各種部品の耐久性の向上を図ることができる。また、ロッド４０の振動を起因とする騒音の発生を抑制できる。なお、上記の通り、防振部材５３を設けても、ロッド４０の円滑な運動を妨げるものでもなく、かつ、第２室Ｒ２内の大気圧状態は良好に保たれる。

図５及び図６には、本発明の実施例２が示されている。本実施例では、防振部材の形状の変更例を説明する。その他の基本的な構成および作用については実施例１と同一なので、同一の構成部分については、その説明は省略する。図５は本発明の実施例２に係る防振部材の平面図である。図６は本発明の実施例２に係る防振部材の模式的断面図（軸心を通るように切断した断面図）である。

本実施例に係る防振部材５３Ａは、周方向に等間隔に４個のスリット５３ｅが設けられている。本実施例に係る防振部材５３Ａにおいては、これらのスリット５３ｅ以外の部分が上記実施例１における防振部材５３の凸部５３ｂに相当する。つまり、これらのスリット５３ｅ以外の部分がロッド４０に当接する。なお、本実施例に係る防振部材５３Ａの内周面側の径は、軸方向で異なっている。すなわち、スリット５３ｅが設けられている領域における径はロッド４０の径よりも僅かに小さく、スリット５３ｅが設けられていない領域における径はロッド４０の径よりも僅かに大きい。従って、径方向におけるスリット５３ｅが設けられている領域においてのみ、スリット５３ｅが設けられていない部分がロッド４０に当接する。

以上のように構成された防振部材５３Ａにおいても、上記実施例１と同様の効果を得ることができることは言うまでもない。

図７及び図８には、本発明の実施例３が示されている。本実施例では、上記実施例１の構成に、締め付け部材を加えた例を説明する。その他の基本的な構成および作用については実施例１と同一なので、同一の構成部分については、同一の符号を付して、その説明は省略する。図７は本発明の実施例３に係る防振部材の模式的断面図（軸心を通るように切断した断面図）である。図８は本発明の実施例３に係る流体圧アクチュエータの模式的断面図の一部拡大図（実施例１における図２に相当する図）である。

本実施例に係る防振部材５３Ｂの基本的な構成は、上記実施例１における防振部材５３とほぼ同一である。ただし、本実施例に係る防振部材５３Ｂにおいては、一方の端部側の外周に、締め付け部材としてのスプリング５４が嵌め込まれる点のみが実施例１における防振部材５３と異なる。このスプリング５４を設けたことにより、防振部材５３Ｂが外周側から締め付けられ、凸部５３ｃのロッド４０に対する押圧力を増加させることができる。これにより、ロッド４０が停止した際に、ロッド４０に残る振動を素早く停止させることができる。また、凸部５３ｃが経時劣化により磨耗した場合にあっても、凸部５３ｃをロッド４０に対して当接させた状態を維持できる。従って、経時的な防振効果の低下を抑制できる。

図１は本発明の実施例１に係る流体圧アクチュエータの模式的断面図である。 図２は図１中Ａ部の拡大図である。 図３は本発明の実施例１に係る防振部材の平面図である。 図４は本発明の実施例１に係る防振部材の模式的断面図である。 図５は本発明の実施例２に係る防振部材の平面図である。 図６は本発明の実施例２に係る防振部材の模式的断面図である。 図７は本発明の実施例３に係る防振部材の模式的断面図である。 図８は本発明の実施例３に係る流体圧アクチュエータの模式的断面図の一部拡大図である。 図９は従来例に係る流体圧アクチュエータの模式的断面図である。

符号の説明

１ 流体圧アクチュエータ
１０ ロアーカップ
１１ 挿通孔
２０ アッパーカップ
２１ 貫通孔
３０ ダイアフラム
４０ ロッド
４１ 取り付け部
５１ 支持部材
５２ 軸受け
５３，５３Ａ，５３Ｂ 防振部材
５３ａ 当接部
５３ｂ，５３ｃ 凸部
５３ｄ 溝
５３ｅ スリット
５４ スプリング
６０ スプリング
７０ 配管
８１ 第１リテーナ
８２ 第２リテーナ
９０ 支持部材
Ｒ１ 第１室
Ｒ２ 第２室

Claims (2)

1. ケースの内部を、室内の流体圧力が制御される第１室と室内が大気圧に保たれる第２室に区画するダイアフラムと、
   第１室内の流体圧力の変化に応じて変形するダイアフラムに連動して、揺動しつつ往復運動を行うロッドと、を備え、
   第１室内の流体圧力によるエネルギーを、前記ダイアフラム及びロッドを利用して機械的エネルギーに変換する流体圧アクチュエータであって、
   第２室内に設けられると共に、ロッドの揺動を許容しつつ、往復移動するロッドを支持する軸受けと、
   第２室内に設けられると共に、周方向に複数設けられた凸部がロッドに当接して、該ロッドの振動を吸収する環状の防振部材と、を備えることを特徴とする流体圧アクチュエータ。
2. 前記防振部材の外周に、複数の凸部のロッドに対する押圧力を増加させる締め付け部材が設けられることを特徴とする請求項１に記載の流体圧アクチュエータ。

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