JP3885734B2 - 流体圧アクチュエータ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
従来、吸気制御弁における弁の駆動や、その他の装置における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。
【０００３】
この種の流体圧アクチュエータとしては、たとえば、図１１〜図１４に示したものがある。図１１は従来技術に係る流体圧アクチュエータの正面図である。図１２は従来技術に係る流体アクチュエータの一部破断断面図である。図１３は従来技術に係るアクチュエータの作動時の様子を示す一部破断断面図である。図１４は従来技術に係るアクチュエータの作動時の様子を示す正面図である。
【０００４】
図示のように、流体圧アクチュエータ２００は、流体（例えば空気）が流れ込む室を形成するケース１１及びカバー１２と、これらケース１１及びカバー１２内に配設されて、圧力室１０の一部を形成するダイアフラム１３と、ダイアフラム１３に一端が固定されたロッド２０と、流体圧アクチュエータ２００を所望の箇所に取り付けるための支持部材３０と、を備えている。
【０００５】
ここで、支持部材（ブラケット）３０は、ケース１１に固定されるものであり、ロッド２０が挿通される挿通孔３１を有している。
【０００６】
カバー１２には、外気を吸入あるいは排出するための開口部１２ａが備えられている。そして、この開口部１２ａを通じて、外気が吸入あるいは排出されることによって、圧力室１０内部の流体圧力が変動する。
【０００７】
圧力室１０内部の流体圧力が変動すると、この変動に応じて、ダイアフラム１３が変形する。そして、このダイアフラム１３の変形にしたがって、ダイアフラム１３に一端が固定されたロッド２０は移動する。
【０００８】
従って、ダイアフラム１３の変形による変位量を制御することによって、ロッド２０に対して往復運動を行わせることができる。
【０００９】
また、ロッド２０の他端側には、運動を伝える対象部材に対して固定するための固定部２２が設けられている。ここでは、当該対象部材は回転軸３０１を有する回転体３００であり、ロッド２０の固定部２２は、回転軸３０１の一端に設けられた板状部材３０２に固定される。
【００１０】
図１４に示すように、ロッド２０の他端に設けられた固定部２２は、回転体３００の回転中心（回転軸３０１の軸心に一致）に対して偏心した位置に固定される。なお、回転体３００の回転中心は、不図示の軸受等によって、ずれないように構成されている。
【００１１】
以上のように構成したことにより、ロッド２０に往復運動を行わせると、回転体３００の回転中心に対して偏心された位置に固定された固定部２２の位置関係によって、ロッド２０は直線的な往復運動を行うことはできない。
【００１２】
すなわち、ロッド２０が往復運動を行うことで、ロッド２０の他端側の固定部２２によって、回転体３００に対して回転軸３０１を回転中心として回転させるように、板状部材３０２を回転させることになる。
【００１３】
これにより、ロッド２０自体は、往復運動を行いつつ、揺動することになる。ここで、ロッド２０の揺動する方向は、図１３に示すように、回転体３００の回転中心に対して垂直に横切る方向である。
【００１４】
このように、特に、ロッド２０の往復運動を回転体３００の回転運動に変換する構造の場合には、ロッド２０が揺動するため、ロッド２０の動きを規制するためのベアリング（軸受）を設けないのが通常である。
【００１５】
しかし、ロッド２０が、上記の通り回転体３００の回転中心に対して垂直に横切る方向に揺動する際に、この方向にのみモーメントが作用していれば問題は生じない。何故ならば、この場合、図１３に示すように、ダイアフラム１３に固定された部分を揺動中心としてロッド２０は揺動するため、ダイアフラム１３への負担は少ないからである。
【００１６】
これに対して、これとは異なる方向にモーメントが作用するとダイアフラム１３への負担が大きくなることがあり、問題が生ずることがある。
【００１７】
例えば、図示の従来技術に係る流体圧アクチュエータ２００のように、ロッド２０がクランク形状の場合には、ロッド２０の往復運動の最中において、フルストローク時及びストローク前の状態に至る時に、軸方向（往復移動方向）の衝撃を受ける。これにより、ロッド２０は、その形状により曲げ方向に撓みが生じる。従って、ロッド２０には、その揺動方向に対して垂直な方向（回転体３００の回転軸方向）にモーメントが作用する（図１４参照）。
【００１８】
このように、ロッド２０に対して、その揺動方向と垂直な方向にモーメントが作用すると、ロッド２０の一端側に固定されたダイアフラム１３への負担が大きくなる。何故ならば、この場合には、ロッド２０は固定部２２を中心として振れるため、ダイアフラム１３側の振れが大きくなってしまうからである。
【００１９】
また、ロッド２０がクランク形状の場合には、ストレート形状に比べて曲げの分だけ重量が重く、振動しやすくなり、更に、ダイアフラム１３への負担が大きくなってしまうという欠点もある。なお、ロッド２０をクランク形状とするのは、位置合せを行うためである。
【００２０】
以上のように、往復運動を行いつつ揺動するロッドを備えた流体圧アクチュエータにおいては、ロッドに対して、その揺動方向とは異なる方向にモーメントが作用したり、ロッドが振動したりすると、ダイアフラムへの負担が大きくなってしまう。場合によっては、ダイアフラムが破損してしまうこともあった。
【００２１】
【特許文献１】
特開平１０−２７４２０８号公報
【特許文献２】
特開平７−２０８４０７号公報
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ロッドに対して、一定方向にモーメントが作用することを防止することにある。これにより、ダイアフラム等への負担が低減される。
【００２３】
また、本発明の目的は、ロッドの振動を抑制することにある。これにより、ダイアフラム等への負担が低減される。
【００２４】
また、本発明の目的は、ダイアフラムの負担を低減することで、ダイアフラムの耐久性を高めることにある。
【００２５】
また、本発明の目的は、ダイアフラムの品質を維持することにある。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
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。
【００２７】
すなわち、本発明の流体圧アクチュエータにあっては、ダイアフラムに連動して往復運動を行いつつ揺動するロッドの移動方向を規制するためのベアリングを設ける構成とした。
【００２８】
このようにベアリングを設けることによって、ロッドに対して一定方向にモーメントが作用することを抑制できる。
【００２９】
ただし、ロッドが揺動する方向に対して、ロッドの移動を規制すると、エネルギーの伝達に支障が生じるため、ベアリングは、ロッドの揺動方向への移動に対しては許容するようにした。
【００３０】
そして、本発明の流体圧アクチュエータの更に具体的な構成は、
圧力室の一部を形成するダイアフラムと、
前記圧力室内の流体圧の変化に応じて変形するダイアフラムに連動して、往復運動を行いつつ揺動するロッドと、
該ロッドが挿通される長孔を有するベアリングと、
を備え、
前記圧力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、
前記ベアリングは、
リング形状の基部と軸受本体部により構成されており、
前記軸受本体部は、前記基部から軸方向に延設され、かつそれぞれ分離された複数の軸受部によって、分割された円筒形状をなしており、
前記軸受部は、
前記長孔の長手方向である前記ロッドの揺動方向に対してそれぞれ対向して設けられる第１軸受部及び第２軸受部と、
前記長孔の短手方向である、前記ロッドの揺動方向に垂直な方向に対してそれぞれ対向して設けられる第３軸受部及び第４軸受部と、からなり、
前記ロッドは、前記長孔内において、前記揺動方向への移動が許容されつつ、第３軸受部及び第４軸受部によって該揺動方向に対して垂直な方向への移動が規制されると共に、前記揺動方向に対して垂直な方向に振動すると、第３軸受部及び第４軸受部の撓み変形によって振動が緩衝されることを特徴とする。
【００３１】
このような構成により、ロッドに対して、ロッドの揺動方向に対して垂直な方向にモーメントが作用することが抑制される。
【００３２】
ここで、上記のように構成された長孔により、ロッドは揺動方向には位置規制されず、揺動方向に垂直な方向には位置規制されることになる。そして、このような長孔を適用した場合には、長孔がロッドによって完全に閉じられることはなく、ダイアフラム側の内部が開放された状態が維持されるため、放熱効果があるという利点もある。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態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。
【００４０】
ここで、本発明の実施の形態に係る流体圧アクチュエータにおける基本的な構成に関しては、上記従来技術で説明した構成と同一である。すなわち、上記の従来技術で説明した構成は、ベアリングを備えていないのに対して、本実施の形態に係る流体圧アクチュエータではベアリングを備えている。そして、ベアリングに関する点以外については、両者に相違する点はない。
【００４１】
そこで、説明を容易にするために、本実施の形態における構成と上記従来技術における構成において同一の構成部分については、上記従来技術で説明したものと同一の符号を付して、適宜、その説明を省略あるいは簡略する。
【００４２】
まず、図１〜図３を参照して、本発明の実施の形態に係る流体圧アクチュエータの全体構成について説明する。図１は本発明の実施の形態に係る流体圧アクチュエータの上面図である。図２は本発明の実施の形態に係る流体圧アクチュエータの一部破断断面図である。図３は本発明の実施の形態に係る流体圧アクチュエータの正面図である。なお、図３は図１におけるＶ方向から見た図に相当する。
【００４３】
図示のように、流体圧アクチュエータ１００は、流体（例えば空気）が流れ込む室を形成するケース１１及びカバー１２と、これらケース１１及びカバー１２内に配設されて、圧力室１０の一部を形成するダイアフラム１３と、ダイアフラム１３に一端が固定されたロッド２０と、流体圧アクチュエータ１００を所望の箇所に取り付けるための支持部材３０と、を備えている。
【００４４】
ここで、カバー１２には、外気を吸入あるいは排出するための開口部１２ａが備えられている。そして、この開口部１２ａを通じて、外気が吸入あるいは排出されることによって、圧力室１０内部の流体圧力が変動する。
【００４５】
また、ダイアフラム１３はゴムや樹脂材などの柔軟性の高い材料によって構成されている。このダイアフラム１３はケース１１及びカバー１２によって形成された室を分割している。従って、ケース１１及びカバー１２によって形成された室内においては、ダイアフラム１３によって隔てられた室間を流体が行き来することはない。
【００４６】
そして、ダイアフラム１３を挟むように、第１リテーナ１５及び第２リテーナ１６が備えられている。これらのリテーナはダイアフラム１３の形状をある程度維持するために設けられている。具体的には、カップ形状のダイアフラム１３における底の部分の形状を維持するために、この底部分を挟むようにして、それぞれ第１リテーナ１５及び第２リテーナ１６が配設されている。また、これらのリテーナは、形状が容易に変化しないように金属等の剛性の高い材料で構成されている。
【００４７】
また、圧力室１０の内部には、ダイアフラム１３を押圧するための押圧手段としてのスプリング１４が設けられている。より具体的には、スプリング１４は、その一端がカバー１２の天井面に設置され、他端が第１リテーナ１５の上面に設置されるように配設されている。
【００４８】
そして、ダイアフラム１３，第１リテーナ１５及び第２リテーナ１６の中央部には、それぞれネジを通すための孔が設けられており、この中央部において、ロッド２０の一端がネジ２１によって固定されている。
【００４９】
また、ケース１１には、貫通孔１１ａが設けられている。この貫通孔１１ａと、ケース１１に設けられたロッド２０を挿通させるための挿通孔によって、ダイアフラム１３によって分割された室のうちの圧力室１０側ではない側の室内は、常に大気圧に維持されるように構成されている。
【００５０】
以上のような構成により、圧力室１０の内部が負圧になると、その圧力に応じて、ダイアフラム１３は変形して、その底面部分は、スプリング１４による押圧力に抗して、第１リテーナ１５及び第２リテーナ１６と共に、図２中上方向に変位する。
【００５１】
そして、圧力室１０の内部の負圧が弱まり、あるいは、負圧がなくなると、スプリング１４による押圧力によって、ダイアフラム１３の底面部分は、第１リテーナ１５及び第２リテーナ１６と共に、図２中下方向に変位する。
【００５２】
このように、圧力室１０の内部の流体圧力を変動させて、ダイアフラム１３の変形による変位量を制御することによって、ロッド２０に対して往復運動を行わせることができる。
【００５３】
ここで、ロッド２０の他端側には運動を伝えるための対称部材が固定される点や、対象部材が回転体の場合には、ロッド２０が回転体の回転中心に対して偏心される位置に固定される点、また、そのような場合にはロッド２０は往復運動を行いつつ、揺動することになる点等については上記従来技術の中で説明した通りであるので、その説明は省略する。
【００５４】
また、本実施の形態におけるロッド２０に関しては、位置合せを行うためや、揺動しやすいように柔軟性を持たせるために、図３に示すようにクランク形状としている。
【００５５】
そして、本実施の形態においては、ロッド２０の軸受となるベアリング４０を設ける構成とした。
【００５６】
このベアリング４０について、特に、図４〜図９を参照して説明する。図４は本発明の実施の形態に係るベアリングの斜視図である。図５は本発明の実施の形態に係るベアリングの使用状態における斜視図である。図６は本発明の実施の形態に係るベアリングの上面図及び側面図である。図７は本発明の実施の形態に係るベアリングの断面図である。なお、図７は図６に示すＡＡ断面図に相当する図である。図８は本発明の実施の形態に係るベアリングの断面図である。なお、図８は図６に示すＢＢ断面図に相当する図である。図９は本発明の実施の形態に係るベアリングの断面図である。なお、図９は図７に示すＣＣ位置での断面に相当する図である。
【００５７】
本実施の形態におけるベアリング４０は、概略、リング形状の基部４６と、略円筒形状の軸受本体部によって構成されており、この軸受本体部は、基部４６から軸方向に延設され、それぞれ分離された複数の軸受部によって、分割された円筒形状をなしている。そして、軸受部は、ロッド２０の揺動する方向に対してそれぞれ対向して設けられた、第１軸受部４１及び第２軸受部４２と、該揺動する方向に垂直な方向に対してそれぞれ対向して設けられた、第３軸受部４３及び第４軸受部４４とから構成される。
【００５８】
このように、軸受本体部を単純な円筒形状とせず、リング状の基部４６から軸方向に延設され、それぞれ分離された複数の軸受部（第１軸受部４１，第２軸受部４２，第３軸受部４３及び第４軸受部４４）によって、分割された円筒形状をなすようにしたのは、各軸受部が撓み変形し易いようにしたためである。
【００５９】
また、各軸受部の先端には、基部４６に向かうにつれて拡径するテーパ面を有する係止突起４１ａ，４２ａ，４３ａ，４４ａが設けられている。
【００６０】
このような構成により、ケース１１及び支持部材３０に設けられたロッド２０用の挿通孔に、係止突起４１ａ，４２ａ，４３ａ，４４ａの先端側から、ベアリング４０を差し込んでいくと、各係止突起４１ａ，４２ａ，４３ａ，４４ａは内側に撓みながら差し込まれていく。更にベアリング４０を差し込んでいくと、突起の下端部分まで差し込まれたときに各係止突起４１ａ，４２ａ，４３ａ，４４ａは元の状態に戻って、ケース１１及び支持部材３０を挟み込み、ベアリング４０は係止される（図２参照）。
【００６１】
その後、ロッド２０がベアリング４０内に挿通されると、係止突起４１ａ，４２ａ，４３ａ，４４ａは内側に撓むことができなくなるため、ベアリング４０が抜け落ちることは防止される。
【００６２】
そして、ベアリング４０は、ロッド２０が挿通される長孔４５を備えている。この長孔４５に関しては、ロッド２０が揺動する方向の幅ｍは、ロッド２０の揺動を妨げない寸法に設定されている。
【００６３】
一方、長孔４５における、ロッド２０の揺動方向に対して垂直方向の幅ｌは、ロッド２０の径と同一あるいはやや大きめに設定されている。従って、ロッド２０が往復動しつつ揺動する場合には、ロッド２０は、第３軸受部４３及び第４軸受部４４の内壁面に対して摺動するか、あるいは摺動しないとしても、ロッド２０は、その揺動方向に対して垂直な方向に対しては第３軸受部４３及び第４軸受部４４の内壁面により位置規制されることになる。
【００６４】
このように、ロッド２０はその揺動方向に対しては、ベアリング４０によって位置規制されることはないため、エネルギー伝達に弊害が生じることはない。一方、ロッド２０が往復移動しつつ揺動する場合に、揺動方向に対して垂直な方向についてはベアリング４０によって位置規制される。従って、ロッド２０に対して、その揺動方向と垂直な方向に作用するモーメントは抑制され、ロッド２０の一端に固定されたダイアフラム１３に対しての負荷を抑制することができる。従って、ダイアフラム１３の耐久性を高めることができ、ダイアフラム１３、ひいては、流体圧アクチュエータ１００の品質を長期にわたって維持することができる。
【００６５】
なお、本実施の形態では、長孔４５の形状寸法は、ロッド２０の固定部２２付近のつぶし部分についても挿通可能に設定されている。これにより、ロッド２０に関係するサブアッセンブリ工程を容易にしている。
【００６６】
また、本実施の形態では、長孔４５においては、ロッド２０の揺動方向の幅寸法がロッド２０の径よりも大きいために、長孔４５がロッド２０によって完全に閉じられることはない。従って、ケース１１内は外部に開放されるため、ダイアフラム１３側からの熱を外部に放熱する効果もある。
【００６７】
また、本実施の形態においては、上記の通り、第３軸受部４３及び第４軸受部４４を撓み変形可能（弾性的に変形可能）に構成している。これにより、ロッド２０が、その振動方向に対して垂直に振動したとすると、第３軸受部４３及び第４軸受部４４はロッド２０に追随する。従って、ロッド２０の振動は緩衝されることになる。
【００６８】
このようにロッド２０の振動が緩衝されることからも、ロッド２０の一端に固定されたダイアフラム１３に対しての負荷を相乗的に抑制することができるため、ダイアフラム１３の耐久性を更に高めることができ、ダイアフラム１３、ひいては、流体圧アクチュエータ１００の品質を更に長期にわたって維持することができる。
【００６９】
また、本実施の形態においては、ベアリング４０を樹脂材によって構成した。従って、樹脂材の低摩擦性により、ロッド２０の摩耗を抑制し、耐久性を向上させることができ、また、ヒステリシスの増加を抑制することも可能である。
【００７０】
また、本実施の形態においては、ベアリング４０は、その回転方向（ロッド２０の往復動方向を軸とする回転方向）に対して位置決めされる必要がある。これは、上記の通り、ベアリング４０は、ロッド２０に対して、その揺動方向に対してはその運動を許容しつつ、揺動方向に垂直な方向に対しては位置規制する必要から、その位置関係が重要になるからである。
【００７１】
そこで、本実施の形態では、支持部材（ブラケット）３０に設けるベアリング４０を装着させるための装着孔３１ａの形状を、図１０に示すように、円の一部をカットした形状とした。そして、ベアリング４０における第３軸受部４３及び第４軸受部４４の形状を、図６や図９に示すように、装着孔３１ａに対応する形状とした。
【００７２】
これにより、ベアリング４０を装着孔３１ａに装着させる際の回転方向の位置は規定されることになり、ベアリング４０は、その回転方向に対して位置決めされることになる。
【００７３】
なお、これまで説明した流体圧アクチュエータは、例えば、内燃機関におけるインテークマニホールドの吸気路内に配設される吸気制御弁を駆動させるための装置として好適に利用することができる。この場合、通常、圧力室に導入される流体としては、排気が利用される。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明により、ロッドによるダイアフラムへの負担を低減させることができる。従って、ダイアフラムの耐久性を高めることができ、ダイアフラムの品質を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る流体圧アクチュエータの上面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る流体圧アクチュエータの一部破断断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る流体圧アクチュエータの正面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るベアリングの斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態に係るベアリングの使用状態における斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態に係るベアリングの上面図及び側面図である。
【図７】本発明の実施の形態に係るベアリングの断面図である。
【図８】本発明の実施の形態に係るベアリングの断面図である。
【図９】本発明の実施の形態に係るベアリングの断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る支持部材の上面図である。
【図１１】従来技術に係る流体圧アクチュエータの正面図である。
【図１２】従来技術に係る流体アクチュエータの一部破断断面図である。
【図１３】従来技術に係るアクチュエータの作動時の様子を示す一部破断断面図である。
【図１４】従来技術に係るアクチュエータの作動時の様子を示す正面図である。
【符号の説明】
１０ 圧力室
１１ ケース
１１ａ 貫通孔
１２ カバー
１２ａ 開口部
１３ ダイアフラム
１４ スプリング
１５ 第１リテーナ
１６ 第２リテーナ
２０ ロッド
２１ ネジ
２２ 固定部
３０ 支持部材
３１ 挿通孔
３１ａ 装着孔
４０ ベアリング
４１ 第１軸受部
４２ 第２軸受部
４３ 第３軸受部
４４ 第４軸受部
４１ａ，４２ａ，４３ａ，４４ａ 係止突起
４５ 長孔
４６ 基部
１００ 流体圧アクチュエータ
２００ 流体圧アクチュエータ
３００ 回転体
３０１ 回転軸
３０２ 板状部材
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
従来、吸気制御弁における弁の駆動や、その他の装置における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。
【０００３】
この種の流体圧アクチュエータとしては、たとえば、図１１〜図１４に示したものがある。図１１は従来技術に係る流体圧アクチュエータの正面図である。図１２は従来技術に係る流体アクチュエータの一部破断断面図である。図１３は従来技術に係るアクチュエータの作動時の様子を示す一部破断断面図である。図１４は従来技術に係るアクチュエータの作動時の様子を示す正面図である。
【０００４】
図示のように、流体圧アクチュエータ２００は、流体（例えば空気）が流れ込む室を形成するケース１１及びカバー１２と、これらケース１１及びカバー１２内に配設されて、圧力室１０の一部を形成するダイアフラム１３と、ダイアフラム１３に一端が固定されたロッド２０と、流体圧アクチュエータ２００を所望の箇所に取り付けるための支持部材３０と、を備えている。
【０００５】
ここで、支持部材（ブラケット）３０は、ケース１１に固定されるものであり、ロッド２０が挿通される挿通孔３１を有している。
【０００６】
カバー１２には、外気を吸入あるいは排出するための開口部１２ａが備えられている。そして、この開口部１２ａを通じて、外気が吸入あるいは排出されることによって、圧力室１０内部の流体圧力が変動する。
【０００７】
圧力室１０内部の流体圧力が変動すると、この変動に応じて、ダイアフラム１３が変形する。そして、このダイアフラム１３の変形にしたがって、ダイアフラム１３に一端が固定されたロッド２０は移動する。
【０００８】
従って、ダイアフラム１３の変形による変位量を制御することによって、ロッド２０に対して往復運動を行わせることができる。
【０００９】
また、ロッド２０の他端側には、運動を伝える対象部材に対して固定するための固定部２２が設けられている。ここでは、当該対象部材は回転軸３０１を有する回転体３００であり、ロッド２０の固定部２２は、回転軸３０１の一端に設けられた板状部材３０２に固定される。
【００１０】
図１４に示すように、ロッド２０の他端に設けられた固定部２２は、回転体３００の回転中心（回転軸３０１の軸心に一致）に対して偏心した位置に固定される。なお、回転体３００の回転中心は、不図示の軸受等によって、ずれないように構成されている。
【００１１】
以上のように構成したことにより、ロッド２０に往復運動を行わせると、回転体３００の回転中心に対して偏心された位置に固定された固定部２２の位置関係によって、ロッド２０は直線的な往復運動を行うことはできない。
【００１２】
すなわち、ロッド２０が往復運動を行うことで、ロッド２０の他端側の固定部２２によって、回転体３００に対して回転軸３０１を回転中心として回転させるように、板状部材３０２を回転させることになる。
【００１３】
これにより、ロッド２０自体は、往復運動を行いつつ、揺動することになる。ここで、ロッド２０の揺動する方向は、図１３に示すように、回転体３００の回転中心に対して垂直に横切る方向である。
【００１４】
このように、特に、ロッド２０の往復運動を回転体３００の回転運動に変換する構造の場合には、ロッド２０が揺動するため、ロッド２０の動きを規制するためのベアリング（軸受）を設けないのが通常である。
【００１５】
しかし、ロッド２０が、上記の通り回転体３００の回転中心に対して垂直に横切る方向に揺動する際に、この方向にのみモーメントが作用していれば問題は生じない。何故ならば、この場合、図１３に示すように、ダイアフラム１３に固定された部分を揺動中心としてロッド２０は揺動するため、ダイアフラム１３への負担は少ないからである。
【００１６】
これに対して、これとは異なる方向にモーメントが作用するとダイアフラム１３への負担が大きくなることがあり、問題が生ずることがある。
【００１７】
例えば、図示の従来技術に係る流体圧アクチュエータ２００のように、ロッド２０がクランク形状の場合には、ロッド２０の往復運動の最中において、フルストローク時及びストローク前の状態に至る時に、軸方向（往復移動方向）の衝撃を受ける。これにより、ロッド２０は、その形状により曲げ方向に撓みが生じる。従って、ロッド２０には、その揺動方向に対して垂直な方向（回転体３００の回転軸方向）にモーメントが作用する（図１４参照）。
【００１８】
このように、ロッド２０に対して、その揺動方向と垂直な方向にモーメントが作用すると、ロッド２０の一端側に固定されたダイアフラム１３への負担が大きくなる。何故ならば、この場合には、ロッド２０は固定部２２を中心として振れるため、ダイアフラム１３側の振れが大きくなってしまうからである。
【００１９】
また、ロッド２０がクランク形状の場合には、ストレート形状に比べて曲げの分だけ重量が重く、振動しやすくなり、更に、ダイアフラム１３への負担が大きくなってしまうという欠点もある。なお、ロッド２０をクランク形状とするのは、位置合せを行うためである。
【００２０】
以上のように、往復運動を行いつつ揺動するロッドを備えた流体圧アクチュエータにおいては、ロッドに対して、その揺動方向とは異なる方向にモーメントが作用したり、ロッドが振動したりすると、ダイアフラムへの負担が大きくなってしまう。場合によっては、ダイアフラムが破損してしまうこともあった。
【００２１】
【特許文献１】
特開平１０−２７４２０８号公報
【特許文献２】
特開平７−２０８４０７号公報
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ロッドに対して、一定方向にモーメントが作用することを防止することにある。これにより、ダイアフラム等への負担が低減される。
【００２３】
また、本発明の目的は、ロッドの振動を抑制することにある。これにより、ダイアフラム等への負担が低減される。
【００２４】
また、本発明の目的は、ダイアフラムの負担を低減することで、ダイアフラムの耐久性を高めることにある。
【００２５】
また、本発明の目的は、ダイアフラムの品質を維持することにある。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
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。
【００２７】
すなわち、本発明の流体圧アクチュエータにあっては、ダイアフラムに連動して往復運動を行いつつ揺動するロッドの移動方向を規制するためのベアリングを設ける構成とした。
【００２８】
このようにベアリングを設けることによって、ロッドに対して一定方向にモーメントが作用することを抑制できる。
【００２９】
ただし、ロッドが揺動する方向に対して、ロッドの移動を規制すると、エネルギーの伝達に支障が生じるため、ベアリングは、ロッドの揺動方向への移動に対しては許容するようにした。
【００３０】
そして、本発明の流体圧アクチュエータの更に具体的な構成は、
圧力室の一部を形成するダイアフラムと、
前記圧力室内の流体圧の変化に応じて変形するダイアフラムに連動して、往復運動を行いつつ揺動するロッドと、
該ロッドが挿通される長孔を有するベアリングと、
を備え、
前記圧力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、
前記ベアリングは、
リング形状の基部と軸受本体部により構成されており、
前記軸受本体部は、前記基部から軸方向に延設され、かつそれぞれ分離された複数の軸受部によって、分割された円筒形状をなしており、
前記軸受部は、
前記長孔の長手方向である前記ロッドの揺動方向に対してそれぞれ対向して設けられる第１軸受部及び第２軸受部と、
前記長孔の短手方向である、前記ロッドの揺動方向に垂直な方向に対してそれぞれ対向して設けられる第３軸受部及び第４軸受部と、からなり、
前記ロッドは、前記長孔内において、前記揺動方向への移動が許容されつつ、第３軸受部及び第４軸受部によって該揺動方向に対して垂直な方向への移動が規制されると共に、前記揺動方向に対して垂直な方向に振動すると、第３軸受部及び第４軸受部の撓み変形によって振動が緩衝されることを特徴とする。
【００３１】
このような構成により、ロッドに対して、ロッドの揺動方向に対して垂直な方向にモーメントが作用することが抑制される。
【００３２】
ここで、上記のように構成された長孔により、ロッドは揺動方向には位置規制されず、揺動方向に垂直な方向には位置規制されることになる。そして、このような長孔を適用した場合には、長孔がロッドによって完全に閉じられることはなく、ダイアフラム側の内部が開放された状態が維持されるため、放熱効果があるという利点もある。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態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。
【００４０】
ここで、本発明の実施の形態に係る流体圧アクチュエータにおける基本的な構成に関しては、上記従来技術で説明した構成と同一である。すなわち、上記の従来技術で説明した構成は、ベアリングを備えていないのに対して、本実施の形態に係る流体圧アクチュエータではベアリングを備えている。そして、ベアリングに関する点以外については、両者に相違する点はない。
【００４１】
そこで、説明を容易にするために、本実施の形態における構成と上記従来技術における構成において同一の構成部分については、上記従来技術で説明したものと同一の符号を付して、適宜、その説明を省略あるいは簡略する。
【００４２】
まず、図１〜図３を参照して、本発明の実施の形態に係る流体圧アクチュエータの全体構成について説明する。図１は本発明の実施の形態に係る流体圧アクチュエータの上面図である。図２は本発明の実施の形態に係る流体圧アクチュエータの一部破断断面図である。図３は本発明の実施の形態に係る流体圧アクチュエータの正面図である。なお、図３は図１におけるＶ方向から見た図に相当する。
【００４３】
図示のように、流体圧アクチュエータ１００は、流体（例えば空気）が流れ込む室を形成するケース１１及びカバー１２と、これらケース１１及びカバー１２内に配設されて、圧力室１０の一部を形成するダイアフラム１３と、ダイアフラム１３に一端が固定されたロッド２０と、流体圧アクチュエータ１００を所望の箇所に取り付けるための支持部材３０と、を備えている。
【００４４】
ここで、カバー１２には、外気を吸入あるいは排出するための開口部１２ａが備えられている。そして、この開口部１２ａを通じて、外気が吸入あるいは排出されることによって、圧力室１０内部の流体圧力が変動する。
【００４５】
また、ダイアフラム１３はゴムや樹脂材などの柔軟性の高い材料によって構成されている。このダイアフラム１３はケース１１及びカバー１２によって形成された室を分割している。従って、ケース１１及びカバー１２によって形成された室内においては、ダイアフラム１３によって隔てられた室間を流体が行き来することはない。
【００４６】
そして、ダイアフラム１３を挟むように、第１リテーナ１５及び第２リテーナ１６が備えられている。これらのリテーナはダイアフラム１３の形状をある程度維持するために設けられている。具体的には、カップ形状のダイアフラム１３における底の部分の形状を維持するために、この底部分を挟むようにして、それぞれ第１リテーナ１５及び第２リテーナ１６が配設されている。また、これらのリテーナは、形状が容易に変化しないように金属等の剛性の高い材料で構成されている。
【００４７】
また、圧力室１０の内部には、ダイアフラム１３を押圧するための押圧手段としてのスプリング１４が設けられている。より具体的には、スプリング１４は、その一端がカバー１２の天井面に設置され、他端が第１リテーナ１５の上面に設置されるように配設されている。
【００４８】
そして、ダイアフラム１３，第１リテーナ１５及び第２リテーナ１６の中央部には、それぞれネジを通すための孔が設けられており、この中央部において、ロッド２０の一端がネジ２１によって固定されている。
【００４９】
また、ケース１１には、貫通孔１１ａが設けられている。この貫通孔１１ａと、ケース１１に設けられたロッド２０を挿通させるための挿通孔によって、ダイアフラム１３によって分割された室のうちの圧力室１０側ではない側の室内は、常に大気圧に維持されるように構成されている。
【００５０】
以上のような構成により、圧力室１０の内部が負圧になると、その圧力に応じて、ダイアフラム１３は変形して、その底面部分は、スプリング１４による押圧力に抗して、第１リテーナ１５及び第２リテーナ１６と共に、図２中上方向に変位する。
【００５１】
そして、圧力室１０の内部の負圧が弱まり、あるいは、負圧がなくなると、スプリング１４による押圧力によって、ダイアフラム１３の底面部分は、第１リテーナ１５及び第２リテーナ１６と共に、図２中下方向に変位する。
【００５２】
このように、圧力室１０の内部の流体圧力を変動させて、ダイアフラム１３の変形による変位量を制御することによって、ロッド２０に対して往復運動を行わせることができる。
【００５３】
ここで、ロッド２０の他端側には運動を伝えるための対称部材が固定される点や、対象部材が回転体の場合には、ロッド２０が回転体の回転中心に対して偏心される位置に固定される点、また、そのような場合にはロッド２０は往復運動を行いつつ、揺動することになる点等については上記従来技術の中で説明した通りであるので、その説明は省略する。
【００５４】
また、本実施の形態におけるロッド２０に関しては、位置合せを行うためや、揺動しやすいように柔軟性を持たせるために、図３に示すようにクランク形状としている。
【００５５】
そして、本実施の形態においては、ロッド２０の軸受となるベアリング４０を設ける構成とした。
【００５６】
このベアリング４０について、特に、図４〜図９を参照して説明する。図４は本発明の実施の形態に係るベアリングの斜視図である。図５は本発明の実施の形態に係るベアリングの使用状態における斜視図である。図６は本発明の実施の形態に係るベアリングの上面図及び側面図である。図７は本発明の実施の形態に係るベアリングの断面図である。なお、図７は図６に示すＡＡ断面図に相当する図である。図８は本発明の実施の形態に係るベアリングの断面図である。なお、図８は図６に示すＢＢ断面図に相当する図である。図９は本発明の実施の形態に係るベアリングの断面図である。なお、図９は図７に示すＣＣ位置での断面に相当する図である。
【００５７】
本実施の形態におけるベアリング４０は、概略、リング形状の基部４６と、略円筒形状の軸受本体部によって構成されており、この軸受本体部は、基部４６から軸方向に延設され、それぞれ分離された複数の軸受部によって、分割された円筒形状をなしている。そして、軸受部は、ロッド２０の揺動する方向に対してそれぞれ対向して設けられた、第１軸受部４１及び第２軸受部４２と、該揺動する方向に垂直な方向に対してそれぞれ対向して設けられた、第３軸受部４３及び第４軸受部４４とから構成される。
【００５８】
このように、軸受本体部を単純な円筒形状とせず、リング状の基部４６から軸方向に延設され、それぞれ分離された複数の軸受部（第１軸受部４１，第２軸受部４２，第３軸受部４３及び第４軸受部４４）によって、分割された円筒形状をなすようにしたのは、各軸受部が撓み変形し易いようにしたためである。
【００５９】
また、各軸受部の先端には、基部４６に向かうにつれて拡径するテーパ面を有する係止突起４１ａ，４２ａ，４３ａ，４４ａが設けられている。
【００６０】
このような構成により、ケース１１及び支持部材３０に設けられたロッド２０用の挿通孔に、係止突起４１ａ，４２ａ，４３ａ，４４ａの先端側から、ベアリング４０を差し込んでいくと、各係止突起４１ａ，４２ａ，４３ａ，４４ａは内側に撓みながら差し込まれていく。更にベアリング４０を差し込んでいくと、突起の下端部分まで差し込まれたときに各係止突起４１ａ，４２ａ，４３ａ，４４ａは元の状態に戻って、ケース１１及び支持部材３０を挟み込み、ベアリング４０は係止される（図２参照）。
【００６１】
その後、ロッド２０がベアリング４０内に挿通されると、係止突起４１ａ，４２ａ，４３ａ，４４ａは内側に撓むことができなくなるため、ベアリング４０が抜け落ちることは防止される。
【００６２】
そして、ベアリング４０は、ロッド２０が挿通される長孔４５を備えている。この長孔４５に関しては、ロッド２０が揺動する方向の幅ｍは、ロッド２０の揺動を妨げない寸法に設定されている。
【００６３】
一方、長孔４５における、ロッド２０の揺動方向に対して垂直方向の幅ｌは、ロッド２０の径と同一あるいはやや大きめに設定されている。従って、ロッド２０が往復動しつつ揺動する場合には、ロッド２０は、第３軸受部４３及び第４軸受部４４の内壁面に対して摺動するか、あるいは摺動しないとしても、ロッド２０は、その揺動方向に対して垂直な方向に対しては第３軸受部４３及び第４軸受部４４の内壁面により位置規制されることになる。
【００６４】
このように、ロッド２０はその揺動方向に対しては、ベアリング４０によって位置規制されることはないため、エネルギー伝達に弊害が生じることはない。一方、ロッド２０が往復移動しつつ揺動する場合に、揺動方向に対して垂直な方向についてはベアリング４０によって位置規制される。従って、ロッド２０に対して、その揺動方向と垂直な方向に作用するモーメントは抑制され、ロッド２０の一端に固定されたダイアフラム１３に対しての負荷を抑制することができる。従って、ダイアフラム１３の耐久性を高めることができ、ダイアフラム１３、ひいては、流体圧アクチュエータ１００の品質を長期にわたって維持することができる。
【００６５】
なお、本実施の形態では、長孔４５の形状寸法は、ロッド２０の固定部２２付近のつぶし部分についても挿通可能に設定されている。これにより、ロッド２０に関係するサブアッセンブリ工程を容易にしている。
【００６６】
また、本実施の形態では、長孔４５においては、ロッド２０の揺動方向の幅寸法がロッド２０の径よりも大きいために、長孔４５がロッド２０によって完全に閉じられることはない。従って、ケース１１内は外部に開放されるため、ダイアフラム１３側からの熱を外部に放熱する効果もある。
【００６７】
また、本実施の形態においては、上記の通り、第３軸受部４３及び第４軸受部４４を撓み変形可能（弾性的に変形可能）に構成している。これにより、ロッド２０が、その振動方向に対して垂直に振動したとすると、第３軸受部４３及び第４軸受部４４はロッド２０に追随する。従って、ロッド２０の振動は緩衝されることになる。
【００６８】
このようにロッド２０の振動が緩衝されることからも、ロッド２０の一端に固定されたダイアフラム１３に対しての負荷を相乗的に抑制することができるため、ダイアフラム１３の耐久性を更に高めることができ、ダイアフラム１３、ひいては、流体圧アクチュエータ１００の品質を更に長期にわたって維持することができる。
【００６９】
また、本実施の形態においては、ベアリング４０を樹脂材によって構成した。従って、樹脂材の低摩擦性により、ロッド２０の摩耗を抑制し、耐久性を向上させることができ、また、ヒステリシスの増加を抑制することも可能である。
【００７０】
また、本実施の形態においては、ベアリング４０は、その回転方向（ロッド２０の往復動方向を軸とする回転方向）に対して位置決めされる必要がある。これは、上記の通り、ベアリング４０は、ロッド２０に対して、その揺動方向に対してはその運動を許容しつつ、揺動方向に垂直な方向に対しては位置規制する必要から、その位置関係が重要になるからである。
【００７１】
そこで、本実施の形態では、支持部材（ブラケット）３０に設けるベアリング４０を装着させるための装着孔３１ａの形状を、図１０に示すように、円の一部をカットした形状とした。そして、ベアリング４０における第３軸受部４３及び第４軸受部４４の形状を、図６や図９に示すように、装着孔３１ａに対応する形状とした。
【００７２】
これにより、ベアリング４０を装着孔３１ａに装着させる際の回転方向の位置は規定されることになり、ベアリング４０は、その回転方向に対して位置決めされることになる。
【００７３】
なお、これまで説明した流体圧アクチュエータは、例えば、内燃機関におけるインテークマニホールドの吸気路内に配設される吸気制御弁を駆動させるための装置として好適に利用することができる。この場合、通常、圧力室に導入される流体としては、排気が利用される。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明により、ロッドによるダイアフラムへの負担を低減させることができる。従って、ダイアフラムの耐久性を高めることができ、ダイアフラムの品質を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る流体圧アクチュエータの上面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る流体圧アクチュエータの一部破断断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る流体圧アクチュエータの正面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るベアリングの斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態に係るベアリングの使用状態における斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態に係るベアリングの上面図及び側面図である。
【図７】本発明の実施の形態に係るベアリングの断面図である。
【図８】本発明の実施の形態に係るベアリングの断面図である。
【図９】本発明の実施の形態に係るベアリングの断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る支持部材の上面図である。
【図１１】従来技術に係る流体圧アクチュエータの正面図である。
【図１２】従来技術に係る流体アクチュエータの一部破断断面図である。
【図１３】従来技術に係るアクチュエータの作動時の様子を示す一部破断断面図である。
【図１４】従来技術に係るアクチュエータの作動時の様子を示す正面図である。
【符号の説明】
１０ 圧力室
１１ ケース
１１ａ 貫通孔
１２ カバー
１２ａ 開口部
１３ ダイアフラム
１４ スプリング
１５ 第１リテーナ
１６ 第２リテーナ
２０ ロッド
２１ ネジ
２２ 固定部
３０ 支持部材
３１ 挿通孔
３１ａ 装着孔
４０ ベアリング
４１ 第１軸受部
４２ 第２軸受部
４３ 第３軸受部
４４ 第４軸受部
４１ａ，４２ａ，４３ａ，４４ａ 係止突起
４５ 長孔
４６ 基部
１００ 流体圧アクチュエータ
２００ 流体圧アクチュエータ
３００ 回転体
３０１ 回転軸
３０２ 板状部材
Claims (1)
- 圧力室の一部を形成するダイアフラムと、
前記圧力室内の流体圧の変化に応じて変形するダイアフラムに連動して、往復運動を行いつつ揺動するロッドと、
該ロッドが挿通される長孔を有するベアリングと、
を備え、
前記圧力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、
前記ベアリングは、
リング形状の基部と軸受本体部により構成されており、
前記軸受本体部は、前記基部から軸方向に延設され、かつそれぞれ分離された複数の軸受部によって、分割された円筒形状をなしており、
前記軸受部は、
前記長孔の長手方向である前記ロッドの揺動方向に対してそれぞれ対向して設けられる第１軸受部及び第２軸受部と、
前記長孔の短手方向である、前記ロッドの揺動方向に垂直な方向に対してそれぞれ対向して設けられる第３軸受部及び第４軸受部と、からなり、
前記ロッドは、前記長孔内において、前記揺動方向への移動が許容されつつ、第３軸受部及び第４軸受部によって該揺動方向に対して垂直な方向への移動が規制されると共に、前記揺動方向に対して垂直な方向に振動すると、第３軸受部及び第４軸受部の撓み変形によって振動が緩衝されることを特徴とする流体圧アクチュエータ。
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