JP2011163353A - Waterproof boot structure - Google Patents

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義典 伊藤
Kenta Hatano
健太 波多野
Toshihiko Miyake
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a boot with airtight structure and not susceptible to deformation, covering a rectilinearly moving shaft. <P>SOLUTION: In waterproof boot structure, a bellows-like boot 31 made of a rubber-like elastic material and covering the rectilinearly moving shaft 13 is mounted between the front end of the shaft 13 and a boss member 14 located on the actuator side and supporting the shaft 13. The structure seals a space between the boot 31 and the shaft 13, and crests 34 of the boot 31 have a thickness greater than the thickness of the remaining portions of the boot. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

この発明は、アクチュエータにおける直線駆動するシャフト（駆動軸）を防水するブーツ構造に関する。   The present invention relates to a boot structure that waterproofs a shaft (drive shaft) that drives linearly in an actuator.

シャフトが直線移動する直動式アクチュエータは、例えばモータ部分における回転軸の回転をシャフトの直線移動に変換する構造になっている。このような直動式アクチュエータにおいては、シャフトにほこりが付着してモータ内に侵入するのを防止するため、シャフトの回りにはゴム状弾性材製で蛇腹状のブーツが設けられている。シャフトの直線移動に伴って蛇腹状のブーツは伸縮する。   A direct acting actuator in which a shaft moves linearly has a structure that converts rotation of a rotating shaft in a motor portion into linear movement of the shaft, for example. In such a direct acting actuator, in order to prevent dust from adhering to the shaft and entering the motor, a bellows-like boot made of a rubber-like elastic material is provided around the shaft. As the shaft moves linearly, the bellows-shaped boot expands and contracts.

図４には、このようなアクチュエータのブーツ部分の構造を示す。この図に示すように、直線駆動するシャフト１０１の回りにゴム状弾性材製のブーツ１０２が設けられる。ブーツ１０２の先端部１０２ａは、シャフト１０１の先端部分に留められている。図示はされていないが、ブーツ１０２の後端部分は、シャフト１０１を直線運動可能に支持するアクチュエータ側に留められている。   FIG. 4 shows the structure of the boot portion of such an actuator. As shown in this figure, a boot 102 made of a rubber-like elastic material is provided around a shaft 101 that is linearly driven. A front end portion 102 a of the boot 102 is fastened to a front end portion of the shaft 101. Although not shown, the rear end portion of the boot 102 is fastened to the actuator side that supports the shaft 101 so as to be linearly movable.

このようなブーツ構造においては、ブーツ１０２の伸縮時にブーツ１０２内の体積が変化し、それに伴ってブーツ１０２が大きく変形するのを防止するために、ブーツ１０２内と外気とを連通させるための呼吸穴が設けられている。呼吸穴は、例えばシャフト１０１におけるブーツ先端部分の取付部に溝１０３（以下、呼吸穴）を設けることにより形成される。呼吸穴１０３を設けることによりブーツ１０２の大きな変形は抑制され、伸縮により繰り返し変形されるブーツ１０２の劣化等は抑制される。なお、ゴム弾性材製の膜の一例は特許文献１に記載され、ゴム弾性材製のブーツの一例は特許文献２に記載されている。   In such a boot structure, in order to prevent the volume in the boot 102 from changing when the boot 102 is expanded and contracted, and the boot 102 being greatly deformed accordingly, breathing for communicating the inside of the boot 102 and the outside air is prevented. A hole is provided. The breathing hole is formed, for example, by providing a groove 103 (hereinafter referred to as a breathing hole) in the attachment portion of the boot tip portion of the shaft 101. By providing the breathing hole 103, large deformation of the boot 102 is suppressed, and deterioration of the boot 102 that is repeatedly deformed by expansion and contraction is suppressed. An example of a rubber elastic material film is described in Patent Document 1, and an example of a rubber elastic material boot is described in Patent Document 2.

特開昭６２−２９２９６５号公報Japanese Patent Laid-Open No. 62-292965 特開２００４−９０８２１号公報JP 2004-90821 A

このような直動式のアクチュエータは、例えば自動車における排気ガス量の調整バルブの駆動手段として使われるように、水中以外の場所で使用される。しかし、直動式のアクチュエータは水中で使用することも求められる。しかし、図４に示すようなブーツ構造のアクチュエータを水中で使用すると、ブーツ１０２の伸縮により呼吸穴１０３から水が浸入し、水は更にモータに浸入し、モータを動作不能としてしまう。   Such a direct acting actuator is used in places other than underwater so as to be used, for example, as a driving means for an exhaust gas amount adjusting valve in an automobile. However, direct acting actuators are also required to be used in water. However, when an actuator having a boot structure as shown in FIG. 4 is used in water, water intrudes from the breathing hole 103 due to expansion and contraction of the boot 102, and water further enters the motor, making the motor inoperable.

このようなブーツ構造を水中で適用できるようにするためには、ブーツ１０２を完全密封する必要がある。しかし、完全密封にするとブーツ１０２の伸縮によりブーツ１０２に負圧がかかって図４中Ｆで示す力が発生し、ブーツ１０２が内側のシャフト１０１に張り付く現象が発生する。負圧に耐えられるように膜厚を厚くするとブーツ１０２の形状が大きくなり、アクチュエータ全体が大型化してしまう。また、ブーツ１０２が大きくなると、ブーツ１０２自体がフリクションとなりシャフト１０１のスムーズな動作に影響を与えてしまう。   In order to be able to apply such a boot structure underwater, it is necessary to completely seal the boot 102. However, if the seal is completely sealed, the boot 102 is stretched and negative pressure is applied to the boot 102 to generate a force indicated by F in FIG. 4, and the boot 102 sticks to the inner shaft 101. If the film thickness is increased to withstand negative pressure, the shape of the boot 102 increases, and the entire actuator becomes larger. Further, when the boot 102 becomes large, the boot 102 itself becomes friction and affects the smooth operation of the shaft 101.

この発明は、直動式のアクチュエータにおけるシャフトのブーツ構造の上述のような問題を解決し、ブーツ構造を密封構造とし、しかも形状の大型化を抑えることができ、シャフトの動作にも支障を来たすことのない構造を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described problems of the shaft boot structure in the direct acting actuator, makes the boot structure a sealing structure, and can suppress an increase in shape, which also hinders the operation of the shaft. An object is to provide a structure that does not occur.

この発明は、直線駆動するシャフトを覆い、このシャフトの先端部とシャフトを支持するアクチュエータ側の固定部との間にゴム状弾性材からなる蛇腹状のブーツを設けてなるブーツ構造において、前記ブーツと前記シャフトとの間を密閉し、かつ前記ブーツの山部又は谷部の少なくとも一方の先端部の厚さを他の部分より厚くしたものである。   The present invention relates to a boot structure in which a linearly driven shaft is covered, and a bellows-like boot made of a rubber-like elastic material is provided between a tip portion of the shaft and an actuator-side fixing portion that supports the shaft. And the shaft are sealed, and the thickness of at least one tip of the crest or trough of the boot is made thicker than the other parts.

この発明に係る防水ブーツ構造によれば、ブーツのアクチュエータ側固定部及びシャフト側への取付部を密封構造としたので、ブーツ内ひいてはモータ内に水が浸入することはない。また、シャフトの伸縮によってもブーツが大きく変形することはなく、ブーツの変形による劣化等を抑制することができる。更に、ブーツの形状の大型化を抑えることができ、ブーツがシャフトの動作に支障を来たすこともない。   According to the waterproof boot structure according to the present invention, the actuator-side fixing portion and the shaft-side attachment portion of the boot are sealed, so that water does not enter the boot and thus the motor. Further, the boot is not greatly deformed by the expansion and contraction of the shaft, and deterioration due to the deformation of the boot can be suppressed. Furthermore, an increase in the size of the boot can be suppressed, and the boot does not hinder the operation of the shaft.

実施の形態１．
以下、この発明に係る防水ブーツ構造の実施の形態１を、図面を参照して詳細に説明する。図１は、実施の形態１に係るブーツ構造を備えたアクチュエータの断面図であり、図２は、その部分拡大図である防水ブーツ構造の断面図あり、図３は、そのＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図である。 Embodiment 1 FIG.
Hereinafter, a waterproof boot structure according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of an actuator having a boot structure according to Embodiment 1, FIG. 2 is a cross-sectional view of a waterproof boot structure that is a partially enlarged view, and FIG. It is sectional drawing.

アクチュエータ１は、モータ部２と制御部（回路部）３とから構成される。モータ部２は、筒状の枠体４内にステータ（固定子）５とロータ（回転子）６とを組み付けてなる。ステータ５は、枠体４の内面に固定的に設けられており、コア７とコイル８とからなる。枠体４の内側の中央部には、固定子５と対面するように周面にマグネット９を備えたロータ６が軸受１０を介して回転自在に支持されている。ロータ６の内側にはねじ機構（めねじとおねじ）１１を介して、ねじ軸１２が支持されている。ねじ軸１２の先端部には、直線駆動される駆動軸であるシャフト１３が後端部で結合されている。シャフト１３は、その横断面が図１に表れているように平坦な平行面１３ａを有する形状となっている。   The actuator 1 includes a motor unit 2 and a control unit (circuit unit) 3. The motor unit 2 is formed by assembling a stator (stator) 5 and a rotor (rotor) 6 in a cylindrical frame 4. The stator 5 is fixedly provided on the inner surface of the frame body 4 and includes a core 7 and a coil 8. A rotor 6 having a magnet 9 on its peripheral surface so as to face the stator 5 is rotatably supported via a bearing 10 at a central portion inside the frame body 4. A screw shaft 12 is supported inside the rotor 6 via a screw mechanism (female screw and male screw) 11. A shaft 13, which is a drive shaft that is linearly driven, is coupled to the distal end portion of the screw shaft 12 at the rear end portion. The shaft 13 has a shape having a flat parallel surface 13a as shown in FIG.

枠体４の端部には、アクチュエータ側の固定部としてボス部材１４が設けられており、前記シャフト１３はボス部材１４を貫通して延びている。ボス部材１４の先端部内側には、軸受１５が設けられており、シャフト１３の直線運動をガイドするようになっている。シャフト１３の先端にはジョイント１６が結合されている。このジョイント１６を介して駆動の対象物、例えば弁の作動軸が連結される。なお、ボス部材１４の端部には、外側に凸状となっているフック部１４ａが形成されている。   A boss member 14 is provided at the end of the frame body 4 as a fixed portion on the actuator side, and the shaft 13 extends through the boss member 14. A bearing 15 is provided inside the tip of the boss member 14 so as to guide the linear motion of the shaft 13. A joint 16 is coupled to the tip of the shaft 13. An object to be driven, for example, an operating shaft of a valve is connected through the joint 16. A hook portion 14 a that is convex outward is formed at the end of the boss member 14.

制御部３は、ケース２１の内側に回路基板２２を保持してなる。ケース２１は、モータ部２の枠体４の端部に一体的に結合される。モータ部２のコイル８と回路基板２２側とは、ケース２１と枠体４が結合されることによりモータ端子線２３により接続される。ケース２１には、外部接続コネクタ２４が形成されており、外部接続コネクタ２４内の端子線２５は回路基板２２に接続されている。端子線２５に外部ケーブルを接続することにより、回路基板２２に電流が供給され、回路基板２２に対し信号の送受信がなされる。電流は、モータ端子線２３を経てモータ部２のコイル８にも供給される。   The control unit 3 holds the circuit board 22 inside the case 21. The case 21 is integrally coupled to the end of the frame 4 of the motor unit 2. The coil 8 and the circuit board 22 side of the motor unit 2 are connected by a motor terminal line 23 by connecting the case 21 and the frame body 4. An external connection connector 24 is formed in the case 21, and terminal wires 25 in the external connection connector 24 are connected to the circuit board 22. By connecting an external cable to the terminal line 25, current is supplied to the circuit board 22, and signals are transmitted to and received from the circuit board 22. The current is also supplied to the coil 8 of the motor unit 2 via the motor terminal line 23.

シャフト１３の回りにはゴム状弾性材製で蛇腹状のブーツ３１が設けられている。ブーツ３１の基端部（図中の上端部）３２は、ボス部材１４の端部のフック部１４ａに気密に留められる。ブーツ３１の円筒状の先端部（図中の下端部）３３は、シャフト１３に嵌めこまれて機密に留められる。シャフト１３の先端側には段部１３ｂが形成されており、ここにブーツ３１の先端部３３が押し当てられて留められる。   A bellows-like boot 31 made of a rubber-like elastic material is provided around the shaft 13. The base end portion (upper end portion in the figure) 32 of the boot 31 is airtightly secured to the hook portion 14 a at the end portion of the boss member 14. A cylindrical tip portion (lower end portion in the figure) 33 of the boot 31 is fitted into the shaft 13 and kept secret. A step portion 13b is formed on the distal end side of the shaft 13, and the distal end portion 33 of the boot 31 is pressed and fastened thereto.

ブーツ３１は蛇腹状、つまり山部及び谷部を繰り返す形状となっているが、その山部３４の厚さｔ１は、他の部分である谷部３５、及び山部３４と谷部３５とをつなぐ斜面部３６との厚さｔ２、ｔ３より厚くしてある。つまり、ブーツ３１は、山部３４の強度が高められている。例えば、山部３４の厚さｔ１は、例えば谷部３５、斜面部３６の厚さｔ２、ｔ３の１．５〜２．０倍の厚さとなっている。山部３４の厚さが他の部分の１．５倍あれば所望の強度が得られる。山部の厚さが他の部分の２．０倍より大きいと、重量の増加の割りに強度は増大せず、シャフト１３のスムーズな作動に悪影響を与えるおそれもある。なお、山部３４の厚さが、他の部分の１．５〜２．０倍あれば、たとえ製造上寸法のばらつきがあったとしても確実に山部３４の強度を高めることができる。ブーツ３５を厚くする場合には、局所的に厚くする必要はなく、例えば山部３４を厚くする場合には、山部３４を厚くし、斜面部３６にかけてなだらかに厚さが薄くなるようにしてもよい。   The boot 31 has an accordion shape, that is, a shape that repeats a peak and a valley, but the thickness t1 of the peak 34 includes a valley 35 that is another part, and a peak 34 and a valley 35. It is thicker than the thickness t2 and t3 with the slope portion 36 to be connected. That is, the boot 31 has a raised portion 34 with increased strength. For example, the thickness t1 of the peak portion 34 is 1.5 to 2.0 times the thickness t2 and t3 of the valley portion 35 and the slope portion 36, for example. If the thickness of the crest 34 is 1.5 times that of other portions, a desired strength can be obtained. When the thickness of the peak portion is larger than 2.0 times that of the other portions, the strength does not increase for the increase in weight, and the smooth operation of the shaft 13 may be adversely affected. In addition, if the thickness of the peak part 34 is 1.5 to 2.0 times that of the other part, the strength of the peak part 34 can be reliably increased even if there is a variation in manufacturing dimensions. When the boot 35 is thickened, it is not necessary to locally thicken. For example, when the mountain portion 34 is thickened, the mountain portion 34 is thickened so that the thickness gradually decreases toward the slope portion 36. Also good.

ブーツ３１における内径Ｄは、図４に示した従来のブーツの内径ｄより小さくなっている。つまり、ブーツ３１内の体積は、より小さくなるようにしてある。内径Ｄを小さくするのは、ブーツ３１内の体積を小さくするためであるので、その寸法は、ブーツ３１が伸縮したときにシャフト１３の周面にほぼ接触、つまり、近接、更には接触するほどとしてもよい。この実施の形態１では、谷部３５の先端（最内側部分）は、ブーツ３１の伸縮によりシャフト１３の周面に接触する。
なお、ブーツ３１は、シャフト１３に取り付けたカップ状のカバー４１で覆われる。 The inner diameter D of the boot 31 is smaller than the inner diameter d of the conventional boot shown in FIG. That is, the volume in the boot 31 is made smaller. The reason why the inner diameter D is reduced is to reduce the volume in the boot 31. Therefore, the size of the inner diameter D is substantially in contact with the peripheral surface of the shaft 13 when the boot 31 expands and contracts, that is, close to and further in contact. It is good. In the first embodiment, the tip (innermost part) of the valley portion 35 comes into contact with the peripheral surface of the shaft 13 due to expansion and contraction of the boot 31.
The boot 31 is covered with a cup-shaped cover 41 attached to the shaft 13.

なお、ブーツ３１の組み付けは、ブーツ３１をシャフト１３に通し、先ず基端部３２をボス部材１４のフック部１４ａに引っ掛け、次いで、先端部３３をシャフト１３の段部１３ｂに押し当てることによりなされる。この後、シャフト１３の先端部のねじ部にカバー４１、ジョイント１５などが取り付けられる。   The boot 31 is assembled by passing the boot 31 through the shaft 13, first hooking the base end portion 32 on the hook portion 14 a of the boss member 14, and then pressing the tip end portion 33 against the step portion 13 b of the shaft 13. The Thereafter, the cover 41, the joint 15 and the like are attached to the threaded portion at the tip of the shaft 13.

このアクチュエータ１においては、モータ部２のコイル８に電流が供給されることによりステータ５に対しロータ６が回転され、ロータ６の回転によりねじ機構１１を介してシャフト１３が直線駆動される。シャフト１３が突き出されるとそれに伴って蛇腹状のブーツ３１は伸び、シャフト１３が戻されることによりブーツ３１は縮む。ブーツ３１の伸縮による体積変化により圧力差が生じ、ブーツ３１には、図２に示すように力Ｆが作用する。ブーツ３１の山部３４の厚さを厚くして強度を高めてあるので、このような力Ｆに対して耐力を示し、ブーツ３１の変形は抑制される。また、ブーツ３１の内径Ｄをできるだけ小さくし、ブーツ３１の伸縮による体積変化がより小さくなるようにしてあるので、力Ｆも小さくなり、ブーツ３１の変形は抑制される。   In the actuator 1, the rotor 6 is rotated with respect to the stator 5 by supplying current to the coil 8 of the motor unit 2, and the shaft 13 is linearly driven via the screw mechanism 11 by the rotation of the rotor 6. When the shaft 13 is protruded, the bellows-like boot 31 is extended accordingly, and when the shaft 13 is returned, the boot 31 is contracted. A pressure difference is generated by the volume change due to the expansion and contraction of the boot 31, and a force F acts on the boot 31 as shown in FIG. 2. Since the strength of the ridge portion 34 of the boot 31 is increased to increase the strength, the proof strength is exhibited against such a force F, and deformation of the boot 31 is suppressed. In addition, since the inner diameter D of the boot 31 is made as small as possible and the volume change due to the expansion and contraction of the boot 31 is made smaller, the force F is also reduced and the deformation of the boot 31 is suppressed.

この実施の形態１に係る防水ブーツ構造によれば、ブーツ３１の基端部３２及び先端部３３を気密にアクチュエータ側及びシャフト１３に留めてあるので、このアクチュエータ１を水中で用いたとしても水の浸入は生じない。しかも、ブーツ３１の山部３４の厚さを他の部分より厚くして強度を高めてあるので、ブーツ３１の伸縮によっても変形は抑制され、ブーツ３１が繰り返しの変形により傷んでその寿命が縮まることはない。更に、ブーツ３１の内径Ｄを小さくしてブーツ３１内の体積を極力小さくなるようにしてあるので、ブーツ３１の変形は抑えられ、この面でもブーツ３１の短縮を抑えることができる。   According to the waterproof boot structure according to the first embodiment, since the base end portion 32 and the tip end portion 33 of the boot 31 are airtightly fastened to the actuator side and the shaft 13, even if the actuator 1 is used in water, Infiltration does not occur. In addition, since the strength of the boot 31 is increased by increasing the thickness of the peak portion 34 from the other portions, the deformation is also suppressed by the expansion and contraction of the boot 31, and the boot 31 is damaged by repeated deformation and its life is shortened. There is nothing. Furthermore, since the inner diameter D of the boot 31 is reduced to reduce the volume in the boot 31 as much as possible, deformation of the boot 31 can be suppressed, and shortening of the boot 31 can also be suppressed in this respect.

上記実施の形態１では、ブーツ３１の山部３４の厚さだけを厚くしているが、谷部３５のみを厚くして強度を高めるようにしてもよい。また、山部３４及び谷部３５の双方の厚さを厚くしてもよい。   In Embodiment 1 described above, only the thickness of the peak portion 34 of the boot 31 is increased, but only the valley portion 35 may be increased to increase the strength. Moreover, you may make the thickness of both the peak part 34 and the trough part 35 thick.

本発明に係る防水ブーツ構造は、シャフトが直線運動する電気制御式アクチュエータ、圧力式アクチュエータなど種々のアクチュエータに適用できる。   The waterproof boot structure according to the present invention can be applied to various actuators such as an electrically controlled actuator and a pressure actuator in which a shaft linearly moves.

本発明の実施の形態１に係る防水ブーツ構造を備えたアクチュエータの断面図である。It is sectional drawing of the actuator provided with the waterproof boot structure which concerns on Embodiment 1 of this invention. 図１における防水ブーツ構造部分の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the waterproof boot structure part in FIG. 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG. 2. 従来のブーツ構造の一例の断面図である。It is sectional drawing of an example of the conventional boot structure.

符号の説明Explanation of symbols

１ アクチュエータ、２ モータ部、３ 制御部、５ ステータ（固定子）、６ ロータ（回転子）、７ コア、８ コイル、１１ ねじ機構、１３ シャフト、２１ ケース、２２ 回路基板、３１ ブーツ、３２ ブーツの基端部、３３ ブーツの先端部、３４ ブーツの山部、３５ ブーツの谷部、ｔ１ 山部の厚さ、Ｄ ブーツの内径。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Actuator, 2 Motor part, 3 Control part, 5 Stator (stator), 6 Rotor (rotor), 7 Core, 8 Coil, 11 Screw mechanism, 13 Shaft, 21 Case, 22 Circuit board, 31 Boot, 32 Boot Base end portion, 33 tip end portion of boot, 34 peak portion of boot, 35 valley portion of boot, thickness of t1 peak portion, D inner diameter of boot.

Claims (3)

直線駆動されるシャフトを覆うゴム状弾性材からなる蛇腹状のブーツを、シャフトの先端部とシャフトを支持するアクチュエータ側の固定部との間に設けてなる防水ブーツ構造において、前記ブーツと前記シャフトとの間を密閉し、かつ前記ブーツの山部又は谷部の少なくとも一方の先端部の厚さを他の部分より厚くしたことを特徴とする防水ブーツ構造。 In a waterproof boot structure in which a bellows-like boot made of a rubber-like elastic material covering a linearly driven shaft is provided between a tip portion of the shaft and a fixed portion on the actuator side that supports the shaft, the boot and the shaft The waterproof boot structure is characterized in that the space between the top and the bottom of the boot is thicker than the other portion. 前記ブーツの山部又は谷部の少なくとも一方の厚さは他の部分より１．５〜２．０倍の厚さとなっていることを特徴とする請求項１に記載の防水ブーツ構造。 2. The waterproof boot structure according to claim 1, wherein a thickness of at least one of a peak portion or a valley portion of the boot is 1.5 to 2.0 times that of the other portion. 前記谷部の先端部が前記シャフトにほぼ接触することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の防水ブーツ構造。 The waterproof boot structure according to claim 1 or 2, wherein a tip portion of the valley portion substantially contacts the shaft.
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