JP3997377B2 - ダイアフラムアクチュエータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体圧アクチュエータの一種であるダイアフラムアクチュエータに係り、このダイアフラムアクチュエータは、車両の内燃機関におけるウェイストゲートアクチュエータ等として用いられるものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ウェイストゲートアクチュエータに要求される作動特性は、そのストローク開始点における圧力（基準圧力）の数値と、ストローク終了点における圧力の数値とをもって表わされるのが通常であり、近年、その作動特性は基準圧力を高く、かつ両圧力の差（圧力勾配）を低くする傾向にある。
【０００３】
そして、このように基準圧力を高くかつ圧力勾配を低くするには、アクチュエータの構成部品であるスプリングのセット荷重を高く、かつそのばね定数を低く設定する必要があり、ばね定数を低くするには、（１）線径を細くする、（２）巻数を増やす、（３）コイル平均径を大きくする等の方法があるが、求めるセット荷重およびばね定数によっては、上記（１）には、応力が過大となって耐久性が低下する、上記（２）には、使用範囲内でスプリングが密着してしまう等の問題があり、上記（３）のコイル平均径を大きくする以外に対応策が無い場合がある。
【０００４】
しかしながら、図３に示す従来のアクチュエータ５１においては、スプリング５２がスプリングリテーナ５３の内径側に配置されているために、スプリング５２のコイル平均径を大きくすることができず、よって予め決められたカップ径では、要求される特性を満足することができないことがある。
【０００５】
そこで、より大きなコイル平均径のスプリング５２を使用可能とするために、例えば図４に示すように、スプリングリテーナ５３の軸方向端部を外径側に折り曲げて鍔部５３ａを一体成形し、この鍔部５３ａをスプリング５２の一端部を着座させるスプリング座面として利用することが考えられる。
【０００６】
しかしながら、スプリング座面は、単にスプリング５２の一端部を当接させるだけでなく、スプリング５２が径方向にずれたり外れたりすることがないようにスプリング５２を保持する機能を有するものでなければならず、その一方で、スプリングリテーナ５３は、ロッド５４のスピンカシメ等による変形を抑制するために、或る程度の板厚を必要とされる部品である。
【０００７】
したがって、スプリングリテーナ５３の端部を折り曲げてスプリング座面となる鍔部５３ａを形成しようとしても、或る程度の板厚を有する板のプレス等による加工の際の曲げアール等の影響により、スプリングリテーナ５３を旨く折り曲げることができず、よってスプリングリテーナ５３に一体成形したスプリング座面では、スプリング５２を正確に保持することができないことがある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上の点に鑑みて、アクチュエータの基準圧力を高くかつ圧力勾配を低く設定する際に、スプリングのばね定数を低く設定すべくスプリングのコイル平均径を大きくするときに、スプリングを正確にかつ確実に保持することが可能なスプリング座面を備えたアクチュエータを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のアクチュエータは、カップの内部に架設されて前記カップと共に圧力室を形成するダイアフラムと、前記ダイアフラムをダイアフラムリテーナと共に挟み込むスプリングリテーナと、前記ダイアフラムに連結されて前記ダイアフラムの動きを外部に伝えるロッドと、前記カップの内部に配置されて前記ダイアフラムを復帰動させるスプリングと、同じく前記カップの内部に配置されて前記ロッドを摺動自在に支持する軸受とを有し、前記圧力室に所定の大きさの圧力が供給されたときに前記スプリングの弾性に抗して前記ダイアフラムが作動するダイアフラムアクチュエータにおいて、前記スプリングリテーナと別体の第二スプリングリテーナを前記スプリングリテーナに組み合わせるとともに、前記スプリングリテーナよりも外径寸法の大きなスプリング座面を前記第二スプリングリテーナに設け、前記スプリングリテーナは、平面部の外周側に筒状部を一体に有し、前記第二スプリングリテーナは、前記スプリングリテーナの筒状部の内周側に圧入もしくは挿入される筒状部と、前記筒状部の下端部に径方向外方へ向けて一体成形された断面円弧形を呈する環状の係合部と、前記係合部の外周側に径方向外方に向けて一体成形された平板状を呈する環状のスプリング座面とを一体に有し、前記第二スプリングリテーナにおける係合部の下端部がスプリング座面の下面よりも下方に変位して配置されることにより、スプリング座面に着座したスプリングはその一端部が係合部と径方向に係合する構造を有し、前記スプリングは、前記軸受に設けた平面部と前記第二スプリングリテーナのスプリング座面との間に架設されていることを特徴とするものである。
【００１０】
上記構成を備えた本発明のアクチュエータにおいては、ダイアフラムリテーナと共にダイアフラムを挟み込むスプリングリテーナよりも外径寸法の大きなスプリング座面が設けられているために、上記図３に示した従来技術の場合よりもコイル平均径の大きなスプリングを用いることが可能となる。
【００１１】
また、このスプリングリテーナよりも外径寸法の大きなスプリング座面をスプリングリテーナとは別体の第二スプリングリテーナに設けるようにしたために、本発明では、或る程度の板厚を必要とされるスプリングリテーナではなく、同等の板厚を必要とされない第二スプリングリテーナにスプリング座面が設けられることになる。したがって、第二スプリングリテーナの板厚をスプリングリテーナよりも薄く設定して、この板厚の薄い第二スプリングリテーナにスプリング座面を設けることにより、スプリング座面をスプリング保持機能を十分に発揮するような所望の形状に容易に加工することが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。
【００１３】
図１は、当該実施例に係るダイアフラムアクチュエータ１の要部断面を示している。また、図２（Ａ）は当該ダイアフラムアクチュエータ１の構成部品であるスプリングリテーナ７の断面、（Ｂ）は第二スプリングリテーナ１０の断面、（Ｃ）はこのスプリングリテーナ７と第二スプリングリテーナ１０とを組み合わせた状態の断面をそれぞれ示している。
【００１４】
当該ダイアフラムアクチュエータ１は、車両の内燃機関等においてウェイストゲートアクチュエータ等として用いられるものであり、以下のように構成されている。
【００１５】
すなわち先ず、金属等剛材製のブラケット２を介して内燃機関等に固定される剛材製の中空のカップ３が設けられており、このカップ３がロアーカップ４とアッパーカップ５との組み合わせにより形成されて、その内部にゴム状弾性材製のダイアフラム６が架設されている。
【００１６】
また、ダイアフラム６の平面中央部の下側に剛材製のスプリングリテーナ（第一スプリングリテーナとも称する）７が配置されるとともに、同じく上側に剛材製のダイアフラムリテーナ８が配置されて、このダイアフラム６、スプリングリテーナ７およびダイアフラムリテーナ８により三層構造の積層部が設けられており、この三層の積層部の平面中央部に剛材製のロッド（出力軸とも称する）９の上端部が連結固定されている。
【００１７】
また、スプリングリテーナ７に第二スプリングリテーナ（ガイドまたはスプリングガイドとも称する）１０が組み合わされており、この第二スプリングリテーナ１０に、スプリングリテーナ７よりも外径寸法の大きなスプリング座面（ガイド部またはスプリングガイド部とも称する）１０ｆが設けられている。その詳細は後述する。
【００１８】
ダイアフラム６とアッパーカップ５とに囲まれた気密空間は圧力室１１とされており、この圧力室１１にターボチャージャー（図示せず）の過給圧（正圧）を導入するよう、アッパーカップ５の側面部に圧力ポート１２が設けられている。
【００１９】
また、ダイアフラム６とロアーカップ４とに囲まれた空間は大気圧室１３とされており、この大気圧室１３に大気圧を導入するよう、ロアーカップ４の側面部に通気孔（図示せず）が設けられている。また、このロアーカップ４の底面部の平面中央には、ロッド９を差し通すための軸孔４ａが設けられており、この軸孔４ａの周縁部が、ブラケット２の孔部２ａに対してこの軸孔４ａを位置合わせすることができるように、下向きに屈曲せしめられている。上端部をダイアフラム６等よりなる上記積層部に連結されたロッド９は、この軸孔４ａおよび孔部２ａに差し通されて下方に向けて長く延び、その先端部（下端部、図示せず）にリンク状の作動部等を備えている。
【００２０】
カップ３の内側であって大気圧室１３の内部に、ロッド９を摺動自在に支持する樹脂製の軸受１４が設けられており、この軸受１４は、ロアーカップ４の側面部まで径方向外方に向けて延長されて、ロアーカップ４の側面部の内周面に接触している。すなわちこの軸受１４には、環状ないし蛇の目状を呈する平面部１４ａと、この平面部１４ａの内周側に一体成形された環状の軸受部１４ｂと、平面部１４ａの外周側に一体成形された環状を呈する圧入もしくは挿入用のガイド部１４ｃとが一体に設けられており、軸受部１４ｂおよびガイド部１４ｃと比較して薄肉に成形された平面部１４ａと第二スプリングリテーナ１０のスプリング座面１０ｆとの間にコイル状のスプリング１５が架設されている。このスプリング１５は、第二スプリングリテーナ１０およびスプリングリテーナ７を介してダイアフラム６を圧力室１１方向に弾性付勢し、ダイアフラム６の作動開始圧力（基準圧力）を特定して当該アクチュエータ１の作動特性を定めるとともに、圧力室１１に供給される圧力の大きさが基準圧力を下回ったときにダイアフラム６を初動位置に復帰動させるものである。
【００２１】
また、上記ダイアフラム６の中央部は、ロッド９の小径部９ａを差し通すための孔部６ｃの周縁部がここだけ比較的厚肉に成形されており、これに対応してスプリングリテーナ７およびダイアフラムリテーナ８もそれぞれ段付き形状とされている。すなわち、ダイアフラム６、スプリングリテーナ７およびダイアフラムリテーナ８の積層構造が以下のように構成されており、また、これらによる積層部とロッド９との連結構造が以下のように構成されている。
【００２２】
すなわち先ず、ゴム状弾性材製のダイアフラム６は、作動時に弾性変形する環状ないし蛇の目状の作動膜部（可撓部とも称する）６ａを備えており、この作動膜部６ａの内周側に、スプリングリテーナ７とダイアフラムリテーナ８との間に挟まれる円板状の被挟持部６ｂが一体成形されており、この被挟持部６ｂの平面中央に、ロッド９の小径部９ａを差し通すための孔部６ｃが設けられている。また作動膜部６ａの外周側には、ロアーカップ４とアッパーカップ５との間にカシメ固定される環状の比較的厚肉の被カシメ部６ｄが一体成形されている。作動膜部６ａと被挟持部６ｂとは同じ厚さに形成されているが、上記したように被挟持部６ｂは孔部６ｃの周縁部（ロッド貫通部とも称する）に限ってここだけ比較的厚肉に成形されている。このダイアフラム６は所定のゴムにより成形されているが、特に、耐熱性に優れたフロロシリコンゴムまたはヒドリンゴム等により成形されるのが好適である。
【００２３】
金属等剛材製のスプリングリテーナ７は、図２に拡大して示すように先ず、円板状の平面部７ａを備えており、この平面部７ａの平面中央に、ロッド９の小径部９ａを差し通すための孔部７ｂが設けられるとともに、この孔部７ｂの周りにダイアフラム６のロッド貫通部に対応して外高環状の段差部７ｃが設けられている。また平面部７ａの外周側には、円筒状の筒状部７ｄが大気圧室１３に向けて一体成形されている。
【００２４】
金属等剛材製のダイアフラムリテーナ８は先ず、円板状の平面部８ａを備えており、この平面部８ａの平面中央に、ロッド９の小径部９ａを差し通すための孔部８ｂが設けられるとともに、この孔部８ｂの周りにダイアフラム６のロッド貫通部に対応して内高環状の段差部８ｃが設けられている。また平面部８ａの外周側には、円筒状の筒状部８ｄが圧力室１１に向けて一体成形されており、この筒状部８ｄが、当該アクチュエータ１の作動時にアッパーカップ５の上面部に当接してダイアフラム６の作動上端限（ロッド９のストローク上端限）を特定するストッパとして機能する。
【００２５】
そして、上記構成のダイアフラム６、スプリングリテーナ７およびダイアフラムリテーナ８が重ねられて上記したような三層の積層部が形成されており、各孔部６ｃ，７ｂ，８ｂにロッド９の上端部に一体成形された小径部９ａが差し通されてスピンカシメにより連結固定されている。スピンカシメは、このような積層構造に対する締結手段として有効であるが、これに代えて、ねじ締め等による他の締結手段であっても良い。
【００２６】
スプリングリテーナ７に組み合わされる第二スプリングリテーナ１０は、図２に拡大して示すように先ず、スプリングリテーナ７の平面部７ａの下面に当接するように配置される環状ないし蛇の目状の平面部１０ａを備えており、組立て時にこの平面部１０ａがスプリングリテーナ７の平面部７ａに下方から当接することにより、この第二スプリングリテーナ１０がスプリングリテーナ７に対して軸方向に位置決めされる。平面部１０ａの内径寸法は、スプリングリテーナ７の段差部７ｃの径寸法よりも大きく設定されている。
【００２７】
また、この第二スプリングリテーナ１０は、スプリングリテーナ７の筒状部７ｄの内周側に圧入もしくは挿入される円筒状の筒状部１０ｂを備えており、この筒状部１０ｂがスプリングリテーナ７の筒状部７ｄの内周側に圧入もしくは挿入されることにより、この第二スプリングリテーナ１０がスプリングリテーナ７に対して径方向に位置決めされ、もしくは固定される。平面部１０ａと筒状部１０ｂとは、両者１０ａ，１０ｂの間に設けられた斜面状ないしテーパ状を呈する環状の斜面部１０ｃを介して互いに一体成形されている。
【００２８】
また、筒状部１０ｂの下端部に径方向外方へ向けて、下向き凸の断面円弧形ないし略円弧形を呈する環状の係合部１０ｄが一体成形されており、更にこの係合部１０ｄの外周側に上向き凸の曲げアール１０ｅを介して径方向外方に向けて、平板状ないし平面状を呈する環状ないし蛇の目状のスプリング座面１０ｆが一体成形されている。
【００２９】
断面円弧形ないし略円弧形に形成された係合部１０ｄは、スプリングリテーナ７の筒状部７ｄの下側に配置されて、その内径寸法を筒状部７ｄの内径寸法よりも小さく設定されるとともに、その外径寸法を筒状部７ｄの外径寸法よりも大きく設定されている。したがって、この係合部１０ｄの更に外周側に配置されたスプリング座面１０ｆは、その内外径とも筒状部７ｄの外径寸法より大きく設定されており、よってこのスプリング座面１０ｆには、筒状部７ｄの外径寸法よりも大きなコイル平均径を備えたスプリング１５が着座可能とされており、実際、図１に示したように、筒状部７ｄの外径寸法よりも大きなコイル平均径を備えたスプリング１５が着座している。
【００３０】
また、同じく図示したように、断面円弧形ないし略円弧形の係合部１０ｄは、その下端部（下向き円弧の頂部）がスプリング座面１０ｆの下面よりも下方に変位して配置されている。したがって、スプリング座面１０ｆに着座したスプリング１５はその一端部がこの係合部１０ｄと径方向に係合することになり、よってスプリング１５がスプリング座面１０ｆから径方向にずれたり外れたりするのが防止される。
【００３１】
この第二スプリングリテーナ１０は、スプリングリテーナ７よりも薄い板材によって成形されており、例えばスプリングリテーナ７の板厚が０．８ｍｍである場合、これよりも薄い０．５ｍｍ程度の板材により成形されている。したがってこのように板厚が薄い分、その屈曲加工が容易であって、正確な形にプレス加工することができ、上記したような断面円弧形ないし略円弧形の係合部１０ｄと、これに続く平板状ないし平面状のスプリング座面１０ｆとに正確な形状を賦形することができる。尚、このように第二スプリングリテーナ１０の板厚が０．５ｍｍである場合には、係合部１０ｄの円弧の半径寸法Ｒ_１ および曲げアール１０ｅの半径寸法Ｒ_２ もそれぞれ、０．５ｍｍ程度とするのが好適である。
【００３２】
上記構成を備えたダイアフラムアクチュエータ１は、その初動姿勢において各部が図１に示す位置にあり、この初動姿勢においてターボチャージャーの過給圧が圧力ポート１２から圧力室１１に導入されて圧力室１１内の圧力が所定値を上回ると、ダイアフラム６、ダイアフラムリテーナ８、スプリングリテーナ７、第二スプリングリテーナ１０およびロッド９よりなるアッセンブリがスプリング１５を押し縮めながら下方にストロークする。また、圧力室１１内の圧力が所定値を下回るように変化すると、スプリング１５の弾性により上記アッセンブリが上方に復帰動する。したがって、このように圧力の変化をロッド９のストローク変位に変換する作用をなすものである。
【００３３】
上記ダイアフラムアクチュエータ１は、上記構成により以下の作用効果を奏する点に特徴を有している。
【００３４】
すなわち先ず、上記したようにダイアフラムリテーナ８と共にダイアフラム６を挟み込むスプリングリテーナ７よりも外径寸法の大きなスプリング座面１０ｆが第二スプリングリテーナ１０に設けられているために、上記図３に示した従来技術の場合よりもコイル平均径の大きなスプリング１５を用いることが可能となる。したがって、予め決められたカップ３のサイズ内でスプリング１５の選択幅を拡大することができ、より幅広い作動特性をアクチュエータ１に持たせることができる。また、上記図３に示した従来技術に係るアクチュエータに第二スプリングリテーナ１０を付加するだけの構造で、多仕様のスプリング１５に対応することができる。
【００３５】
また、スプリングリテーナ７よりも外径寸法の大きなスプリング座面１０ｆをスプリングリテーナ７とは別体の、スプリングリテーナ７よりも板厚の薄い第二スプリングリテーナ１０に設けるようにしたために、スプリング座面１０ｆをスプリング保持機能を十分に発揮するような所望の形状に容易に加工することが可能となる。したがって、このようにスプリング保持機能を十分に発揮可能なスプリング座面１０ｆにより、スプリング１５を正確にかつ確実に保持することができる。
【００３６】
また、スプリングリテーナ７と第二スプリングリテーナ１０とを別体とすることにより、それぞれの板厚を機能上必要な任意の板厚に設定することが可能であるため、スプリングリテーナ７としては上記したように機能上或る程度の板厚が必要とされるが、第二スプリングリテーナ１０としてはスプリング１５の荷重により変形しない程度の板厚で問題がないため、薄肉化が可能となる。そして、このように第二スプリングリテーナ１０の薄肉化が可能なことにより、プレス等による加工の際の曲げアールを縮小することができる等、形状に自由度が増し、スプリング保持部として必要なスプリング座面１０ｆの確保およびスプリングガイドとして最適の形状を設定することが可能となる。したがって以上のことから、基準圧力が高く圧力勾配が低い特性においても、スプリング１５のコイル平均径を大きくして対応することが可能となり、予め決められたカップ径において要求特性を満足することが可能となる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明は、以下の効果を奏する。
【００３８】
すなわち、上記構成を備えた本発明のダイアフラムアクチュエータにおいては先ず、ダイアフラムリテーナと共にダイアフラムを挟み込むスプリングリテーナよりも外径寸法の大きなスプリング座面が設けられているために、従来よりもコイル平均径の大きなスプリングを用いることが可能となる。したがって、予め決められたカップのサイズ内でスプリングの選択幅を拡大することができ、より幅広い作動特性をアクチュエータに持たせることができる。また、従来技術に係るアクチュエータに第二スプリングリテーナを付加するだけの構造で、多仕様のスプリングに対応することができる。
【００３９】
また、スプリングリテーナよりも外径寸法の大きなスプリング座面をスプリングリテーナとは別体の、スプリングリテーナよりも薄肉化が可能な第二スプリングリテーナに設けるようにしたために、スプリング座面をスプリング保持機能を十分に発揮するような所望の形状に容易に加工することが可能となる。したがって、このようにスプリング保持機能を十分に発揮可能なスプリング座面によりスプリングを正確にかつ確実に保持する構造であるために、スプリングの保持不良を原因とするアクチュエータの作動不良や故障の発生を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係るダイアフラムアクチュエータの要部断面図
【図２】（Ａ）は同ダイアフラムアクチュエータの構成部品であるスプリングリテーナの断面図、（Ｂ）は同構成部品である第二スプリングリテーナの断面図、（Ｃ）はこのスプリングリテーナと第二スプリングリテーナとを組み合わせた状態の断面図
【図３】従来例に係るダイアフラムアクチュエータの断面図
【図４】スプリングリテーナに鍔部を一体成形してスプリング座面とした場合のダイアフラムアクチュエータの要部断面図
【符号の説明】
１ ダイアフラムアクチュエータ
２ ブラケット
２ａ，６ｃ，７ｂ，８ｂ 孔部
３ カップ
４ ロアーカップ
４ａ 軸孔
５ アッパーカップ
６ ダイアフラム
６ａ 作動膜部
６ｂ 被挟持部
６ｄ 被カシメ部
７ スプリングリテーナ
７ａ，８ａ，１０ａ，１４ａ 平面部
７ｃ，８ｃ 段差部
７ｄ，８ｄ，１０ｂ 筒状部
８ ダイアフラムリテーナ
９ ロッド
９ａ 小径部
１０ 第二スプリングリテーナ
１０ｃ 斜面部
１０ｄ 係合部
１０ｅ 曲げアール
１０ｆ スプリング座面
１１ 圧力室
１２ 圧力ポート
１３ 大気圧室
１４ 軸受
１４ｂ 軸受部
１４ｃ ガイド部
１５ スプリング

Claims (1)

1. カップ（３）の内部に架設されて前記カップ（３）と共に圧力室（１１）を形成するダイアフラム（６）と、前記ダイアフラム（６）をダイアフラムリテーナ（８）と共に挟み込むスプリングリテーナ（７）と、前記ダイアフラム（６）に連結されて前記ダイアフラム（６）の動きを外部に伝えるロッド（９）と、前記カップ（３）の内部に配置されて前記ダイアフラム（６）を復帰動させるスプリング（１５）と、同じく前記カップ（３）の内部に配置されて前記ロッド（９）を摺動自在に支持する軸受（１４）とを有し、前記圧力室（１１）に所定の大きさの圧力が供給されたときに前記スプリング（１５）の弾性に抗して前記ダイアフラム（６）が作動するダイアフラムアクチュエータ（１）において、
   前記スプリングリテーナ（７）と別体の第二スプリングリテーナ（１０）を前記スプリングリテーナ（７）に組み合わせるとともに、前記スプリングリテーナ（７）よりも外径寸法の大きなスプリング座面（１０ｆ）を前記第二スプリングリテーナ（１０）に設け、
   前記スプリングリテーナ（７）は、平面部（７ａ）の外周側に筒状部（７ｄ）を一体に有し、
   前記第二スプリングリテーナ（１０）は、前記スプリングリテーナ（７）の筒状部（７ｄ）の内周側に圧入もしくは挿入される筒状部（１０ｂ）と、前記筒状部（１０ｂ）の下端部に径方向外方へ向けて一体成形された断面円弧形を呈する環状の係合部（１０ｄ）と、前記係合部（１０ｄ）の外周側に径方向外方に向けて一体成形された平板状を呈する環状のスプリング座面（１０ｆ）とを一体に有し、
   前記第二スプリングリテーナ（１０）における係合部（１０ｄ）の下端部がスプリング座面（１０ｆ）の下面よりも下方に変位して配置されることにより、スプリング座面（１０ｆ）に着座したスプリング（１５）はその一端部が係合部（１０ｄ）と径方向に係合する構造を有し、
   前記スプリング（１５）は、前記軸受（１４）に設けた平面部（１４ａ）と前記第二スプリングリテーナ（１０）のスプリング座面（１０ｆ）との間に架設されていることを特徴とするダイアフラムアクチュエータ。

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