JP4345569B2 - 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１〜５参照）。この種の流体アクチュエータとしては、例えば、図６に示すものがある。図６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 実開平２−４６１０３号公報 特開平１０−２７４２０８号公報 登録実用新案第２５６９７２９号公報 実公平４−３４２４３号公報

本発明の目的の１つとして、ロッドの往復移動を妨げることなく、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、
ロアーカップとアッパーカップとからなるケースの内部を、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において、
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、断面が樽形状で構成される軸受けと、
第２室内に設けられると共に、ロッドに当接して、該ロッドの振動を吸収する、外周に２つの凸部及びこれら２つの凸部の間に形成された溝部が形成された環状の防振部材と、
前記軸受けと前記防振部材の外周に嵌め込まれて前記軸受けと前記防振部材を支持する筒状の支持部材と、を備えると共に、
前記ロアーカップにはケース外部と第２室の内部とを連通する連通孔が設けられる流体圧アクチュエータであって、
前記支持部材は、一端が外側に折り曲げられて前記ロアーカップの底側に固定され、他端が内側に折り曲げられて前記防振部材の外周に形成された前記溝部に嵌め込まれて、前記防振部材が軸方向に位置決めされ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、ケースに連通孔を設けているので、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。

以上説明したように、本発明によれば、ロッドの往復移動を妨げることなく、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。

（実施例１）
図１〜図３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。また、ロアーカップ１０には、カップの内部と外部
とを連通する連通孔１２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の底側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＞
図１〜図３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は本発明の実施例１に係る防振部材の平面図である。図３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と、ロッド４０の振動を吸収する防振部材５３と、これらを支持する支持部材５１が設けられている。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。

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の内周側には、ロッド４０の外周に当接する凸部５３ａ，５３ｂが設けられている。また、防振部材５３の外周側にも２つの凸部５３ｃ，５３ｄが設けられている。そして、これらの凸部５３ｃ，５３ｄの間に、支持部材５１の先端部が嵌め込まれる溝５３ｅが設けられている。

凸部５３ａ，５３ｂ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５３ａ，５３ｂ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５３ａ，５３ｂの形状や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、凸部５３ａ，５３ｂを介して防振部材５３に吸収される。

なお、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５３ｅに嵌め込まれる。この支持部材５１により、防振部材５３の軸方向の位置決めが行われ、同時に軸受け５２の軸方向の位置決めも行われる。

＜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。更に、ロアーカップ１０に設けられた連通孔１２により、第２室Ｒ２内は大気圧の状態が常時保たれる。そのため、第２室Ｒ２内の気圧が、第１室Ｒ１内の流体圧力の変動に伴うダイアフラム３０の変形を妨げることはない。従って、ロッド４０は円滑に往復動を行うことができ、第１室Ｒ１内の流体圧力の変動に対する応答性が損なわれることはない。

（参考例１）
図４には、参考例１が示されている。本参考例は、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４は参考例１に係る流体圧アクチュエータの模式的断面図の一部である。

上記実施例１における防振部材５３は、その外周側に２つの凸部５３ｃ，５３ｄを備える構成であった。これに対して、本参考例に係る流体圧アクチュエータ１ａに設けられる防振部材５４は、その外周側には、軸受け５２側にのみ凸部を設けた構成となっている。これにより、防振部材５４の形状は、上記実施例１における防振部材５３よりも簡素な形状になっている。この防振部材５４においても、その外周側の凸部に支持部材５１の先端の折り曲げられた部分が嵌め込まれることで、軸方向に位置決めされる。

以上のように構成された防振部材５４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。

（参考例２）
図５には、本参考例２が示されている。本参考例では、軸受け、及び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は参考例２に係る流体圧アクチュエータの模式的断面図の一部である。

本参考例に係る流体圧アクチュエータ１ｂには、支持部材５１は設けられていない。そして、本参考例に係る軸受け５５は、ロアーカップ１０の底に嵌め込まれる大径部５５ａと、嵌合突起部５５ｂとを備えている。また、本参考例に係る防振部材５６にも嵌合突起部５６ａが設けられている。そして、軸受け５５に設けられた嵌合突起部５５ｂと防振部材５６に設けられた嵌合突起部５６ａが嵌合されることにより、軸受け５５の端部と防振部材５６の端部は、図示のように嵌合される。

以上のように、本参考例の場合には、軸受け５５の大径部５５ａがロアーカップ１０の底に嵌め込まれ、かつ、軸受け５５と防振部材５６が嵌合されることにより、軸受け５５と防振部材５６は軸方向に位置決めされる。

以上のように構成された軸受け５５及び防振部材５６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。また、本参考例の場合には、支持部材５１が不要となる分だけ、上記実施例１，参考例１に比べて部品点数を削減できる。

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は本発明の実施例１に係る防振部材の平面図である。 図３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４は参考例１に係る流体圧アクチュエータの模式的断面図の一部である。 図５は参考例２に係る流体圧アクチュエータの模式的断面図の一部である。 図６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。

１，１ａ，１ｂ 流体圧アクチュエータ
１０ ロアーカップ
１１ 挿通孔
１２ 連通孔
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 防振部材
５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄ 凸部
５３ｅ 溝
５４ 防振部材
５５ 軸受け
５５ａ 大径部
５５ｂ 嵌合突起部
５６ 防振部材
５６ａ 嵌合突起部
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 (1)

1. ロアーカップとアッパーカップとからなるケースの内部を、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において、
   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、断面が樽形状で構成される軸受けと、
   第２室内に設けられると共に、ロッドに当接して、該ロッドの振動を吸収する、外周に２つの凸部及びこれら２つの凸部の間に形成された溝部が形成された環状の防振部材と、
   前記軸受けと前記防振部材の外周に嵌め込まれて前記軸受けと前記防振部材を支持する筒状の支持部材と、を備えると共に、
   前記ロアーカップにはケース外部と第２室の内部とを連通する連通孔が設けられる流体圧アクチュエータであって、
   前記支持部材は、一端が外側に折り曲げられて前記ロアーカップの底側に固定され、他端が内側に折り曲げられて前記防振部材の外周に形成された前記溝部に嵌め込まれて、前記防振部材が軸方向に位置決め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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