JP5971276B2 - アクチュエータおよびその組付方法 - Google Patents
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Description
従来より、アクチュエータとして、モータの駆動トルクをスロットルバルブの回転軸(スロットルシャフト)に伝える電動アクチュエータが公知である(例えば、特許文献1参照)。この電動アクチュエータは、図11に示したように、モータの駆動トルクをスロットルバルブのスロットルシャフト101に伝えてスロットルシャフト101を回転させるスロットルギヤ102と、このスロットルギヤ102に対して、スロットルシャフト101の回転位置を元の位置に戻す方向(バルブ閉じ側)に付勢する弾性力を発生するリターンスプリング103と、スロットルギヤ102との間にリターンスプリング103が組み付けられる取付部材104とを備えている。
スロットルギヤ102には、リターンスプリング103のコイル内径を支持する円筒状のスプリングガイド106、およびリターンスプリング103の第1端末部111を係止する可動フック107が設けられている。
取付部材104には、リターンスプリング103のコイル内径を支持する円筒状のスプリングガイド108、リターンスプリング103の第2端末部112を係止する固定フック109が設けられている。
ところが、従来の電動アクチュエータにおいては、スロットルシャフト101に対して、スロットルギヤ102、リターンスプリング103を組み付ける場合、先ず、リターンスプリング103の第1端末部111をスロットルギヤ102の可動フック107に組み付けて、スプリングガイド106の周囲を取り囲むようにリターンスプリング103のコイルを巻き付けることで、スロットルギヤ102に対してリターンスプリング103をセットする。
次に、スロットルギヤ102をスロットルシャフト101の嵌合部110に固定するために、図11(b)に示したように、スロットルシャフト101の嵌合部110とスロットルギヤ102とをかしめまたは圧入嵌合等により固定することで、取付部材104に対してギヤアッセンブリを組み付けている。
また、リターンスプリング103のコイル内径をガイドするスプリングガイド106、108にスロットルギヤ102と取付部材104との境界(隙間S)が必ず発生するため、摩耗やガタでリターンスプリング103のコイル素線がその隙間Sに嵌まり込む可能性がある。
また、スプリングが隙間に嵌まり込むことを防止することのできるアクチュエータおよびその組付方法を提供することにある。
また、スプリングのコイル内径側をガイドする部分を、2部品に分割することなく、1部品(一体部品)のみで、つまりギヤの内径ガイドのみで構成しているので、スプリングのコイル内径側をガイドする部分に隙間が形成されず、スプリングのコイル内径側をガイドする部分に隙間が発生しない。このため、スプリングのコイル素線が隙間に嵌まり込むことがなく、スプリングの付勢トルク(セットトルク)が変化する不具合の発生を防止することができる。
この第1工程では、ギヤの内径ガイドと外径ガイドとの間に形成される筒状の収容孔にスプリングのコイルをに挿入し、ギヤの外径ガイド内にスプリングのコイルを内蔵しておく。
そして、スプリングの一端側の端末をねじって第1スリットに引っ掛けると共に、スプリングの他端側の端末をギヤの外側に突出させる。このとき、必要なスプリングのセット角度(θ)よりも少し小さい所定の角度(α)分だけスプリングのコイルがねじられる。
この第2工程では、スプリングの他端側の端末がスリット傾斜部の直上または直前に位置するように、取付部材に対するギヤの位置合わせを行った後に、取付部材に対してギヤアッセンブリを組み付ける目的で、取付部材の被覆壁側にギヤアッセンブリを近づける。そして、ギヤアッセンブリが取付部材の被覆壁に近づくに従って、スプリングの他端側の端末がスリット傾斜部の表面に沿ってギヤの回転方向の一方側へ移動しながら第2スリット孔の軸方向スリットの開口側から奥側へ送り込まれる。このとき、スプリングの他端側の端末がスリット傾斜部によってねじられるため、スプリングのコイルが所定のセット角度(θ)になる。
これによって、取付部材に対してスプリングの他端側の端末およびギヤアッセンブリを組み付けるだけで、特に取付部材の所定位置に組み付けるためにギヤアッセンブリを移動させるだけで、スプリングのコイルが所定のセット角度(θ)分だけねじることができるので、電動アクチュエータの組付作業の簡素化を図ることができる。
図1ないし図6は、本発明を適用した電動アクチュエータ(実施例1)を示したものである。
この電動アクチュエータは、タンブル制御弁(タンブルバルブおよびバルブシャフト3)を回転駆動する駆動トルクを発生する電動モータ(以下モータM)と、このモータMのモータシャフト4の回転(駆動トルク)をバルブシャフト3に伝えるギヤトレーン(ウォームギヤ5、中間ギヤ6、出力ギヤ7)とを備えている。
ここで、出力ギヤ7およびリターンスプリング8は、インテークマニホールド1の支持部2に組み付ける前に、予め組み立てられて出力ギヤサブアッセンブリ(以下出力ギヤアッシー)9の状態で、インテークマニホールド1の支持部2に組み付けられる。
エンジンの各気筒の吸気ポートには、合成樹脂製のインテークマニホールド1を介して、エアクリーナを通過した吸入空気(新気)またはEGRガスが流れる吸気通路を形成する吸気ダクト(吸気管)が接続されている。また、エンジンの各気筒の排気ポートには、エキゾーストマニホールド(図示せず)を介して、エンジンの各気筒に形成された燃焼室から排出された排出ガス(排気)が流れる排気通路を形成する排気ダクト(排気管)が接続されている。
インテークマニホールド1の支持部(スプリング取付部材)2の結合端面には、電動アクチュエータの各機能部品を収容するハウジングを結合する結合端面が形成されている。この結合端面は、ハウジングの結合端面との間に微小隙間を隔てて対向するように平坦面(平面)が形成されている。また、インテークマニホールド1の支持部2には、インテークマニホールド1の内部と外部とを連通する円形状のギヤ取付孔(以下内外連通孔)10が形成されている。
なお、小径孔13は、オイルシール、ガスケットやパッキン等のシール部材14を介して、ギヤトレーンの出力ギヤ7の突出軸部15を回転可能に軸支する第1軸受孔としての機能を有している。このため、小径孔13の周囲を円周方向に取り囲む円筒部は、シール部材14を保持する第1軸受支持部16としての機能を有している。
複数の吸気分岐管には、エンジンの各気筒の燃焼室および吸気ポートに連通する複数の吸気分岐流路が形成されている。これらの吸気分岐流路は、インテークマニホールド1の上流端に設けられる吸気分岐部(サージタンク)で各気筒毎に分岐している。
各吸気分岐管の内部には、各吸気分岐流路を、2つの第1、第2吸気分岐流路(図示せず)に区画形成する隔壁等の区画部(図示せず)が設けられている。
なお、インテークマニホールド1の支持部2の詳細は、後述する。
複数のタンブルバルブは、特許請求の範囲における「駆動対象」に相当する。これらのタンブルバルブは、1本のバルブシャフト3に串刺し状態となるように結合(支持固定)された回転型のバタフライバルブ(プレートバルブ)である。
タンブル制御弁の全閉時には、第1吸気分岐流路が閉塞される。このとき、エンジンの各気筒の燃焼室に供給される吸気は、開放されている第2吸気分岐流路のみを通ることで複数の吸気分岐管の各吸気分岐流路の上部に偏流し、エンジンの各気筒の燃焼室内において縦方向の旋回流(タンブル流)が生成される。
タンブル制御弁の全開時には、複数の吸気分岐管の各吸気分岐流路を全開する。
なお、タンブル制御弁の各タンブルバルブを中間位置にて半開きした中間開度となるように設定しても良い。
バルブシャフト3は、複数のタンブルバルブを串刺し状態となるように結合することで、全てのタンブルバルブを連動可能に連結する1本の駆動軸である。
第1突出軸部は、バルブ保持部よりも回転軸方向の一端側に突出した部分で、インテークマニホールド1の内外連通孔10、特に中径孔12および小径孔13内に回転可能に収容されている。この第1突出軸部の先端側の嵌合軸部17は、断面多角形状に形成されて、中径孔12および小径孔13内で出力ギヤ7の突出軸部15と一体回転可能に連結されている。
第2突出軸部は、バルブ保持部よりも回転軸方向の他端側に突出した部分で、断面円形状に形成されて、インテークマニホールド1の第2軸受支持部の第2軸受孔(図示せず)内に回転可能に収容されている。
ハウジングは、モータM、ギヤトレーンおよびリターンスプリング8等を収容する有底筒状のアクチュエータケース(以下ケース)21と、中間ギヤシャフト(後述する)を圧入嵌合によって固定するギヤカバー22と、インテークマニホールド1の支持部2の結合端面(取付座面)とケース21の結合端面(取付座面)との間の微小隙間を気密シールする環帯状のガスケット23とを備えている。
ケース21は、電動アクチュエータの機能部品を取り囲む角筒状の外側壁24、およびこの外側壁24の図示下端側(支持部側)で開口し、組み付け時にモータM、ギヤトレーン、リターンスプリング8等をアクチュエータ収容室25内に挿入するためのケース開口部26、27、およびこれらのケース開口部26、27の周囲を取り囲む環帯状の開口周縁部28を有している。
また、ケース21には、ハウジング、特にケース21をインテークマニホールド1の支持部2に締結固定するための複数の取付ボス(図示せず)、およびモータMと外部回路との接続を行う外部接続用コネクタ29等が設けられている。
なお、ケース21の開口周縁部28および複数の取付ボスの端面(平面)は、インテークマニホールド1の支持部2の結合端面に複数のスクリューを用いて螺子締結により結合される結合部(ケース21の取付面)を構成する。また、ケース21の底壁(天壁)30には、出力ギヤガイド31が設けられている。
また、ギヤカバー22には、プレート32からケース21の底壁(天壁)側へ向かって突出し、ケース21の外側壁24の内面にスナップフィット係合する係合部(図示せず)を有する係合壁34等が設けられている。
なお、ケース21とギヤカバー22との間に形成されるアクチュエータ収容室25、特にモータMを収容するモータ収容室(図示せず)内には、モータMの振動を抑制する薄板状の防振スプリング(図示せず)が装着されている。
モータMの電機子は、ステータの半径方向内側に所定の径方向ギャップを介して配置されている。この電機子は、モータケースの各軸受支持部(ベアリングホルダ)に軸受(ベアリング)を介して、回転自在に支持されたモータシャフト4と、このモータシャフト4の回転軸方向に磁性鋼板を複数積層して形成された電機子鉄心(電機子コア)と、この電機子コアに巻装されるモータ巻線部である電機子巻線(電機子コイル)と、一対の第1、第2ブラシに押圧接触される整流子(コンミテータ)とを有している。
ここで、電動アクチュエータの動力源であるモータMは、エンジン制御ユニット(電子制御装置:以下ECU)によって電子制御されるモータ駆動回路を介して、外部電源(バッテリ)に電気的に接続されている。
ECUは、イグニッションスイッチがオン(IG・ON)されると、マイクロコンピュータのメモリ(ROM等)に格納された制御プログラムに基づいて、タンブル制御弁のモータMを通電制御するように構成されている。
ECUは、エアフロメータ、クランク角度センサ、アクセル開度センサ、スロットル開度センサ、吸気温度センサ、冷却水温度センサおよび排気ガスセンサ(空燃比センサ、酸素濃度センサ)等の各種センサからのセンサ出力信号が、A/D変換回路によってA/D変換された後に、マイクロコンピュータに入力されるように構成されている。
ギヤトレーンは、モータMのモータシャフト4の外周に固定された円筒状のウォームギヤ5、このウォームギヤ5と噛み合って回転する円筒状の中間ギヤ6、およびこの中間ギヤ6と噛み合って回転する円筒状の出力ギヤ7等を備え、モータMのモータシャフト4の回転を減速する減速ギヤ機構として使用される。これらのウォームギヤ5、中間ギヤ6および出力ギヤ7は、ケース21のアクチュエータ収容室25内に収容保持されている。
ウォームギヤ5は、合成樹脂または金属によって一体的に形成されている。このウォームギヤ5は、モータMの駆動トルクを受けて回転する入力ギヤであって、モータシャフト4と一体回転可能に連結している。また、ウォームギヤ5は、モータシャフト4の先端外周に圧入嵌合等により固定される円筒ボス部を有している。この円筒ボス部の外周には、中間ギヤ6との噛み合いが可能なウォームギヤ歯39が螺旋状に形成されている。
ヘリカルギヤ41は、合成樹脂または金属によって一体的に形成されている。このヘリカルギヤ41は、中間ギヤシャフト43の周囲を円周方向に取り囲む円筒ボス部(大径部)を有し、中間ギヤシャフト43の外周に回転自在に支持されている。円筒ボス部の外周には、ウォームギヤ5のウォームギヤ歯39との噛み合いが可能な大径ギヤ歯(ヘリカルギヤ歯)44が周方向全体に形成(列設)されている。
なお、出力ギヤ7の詳細は、後述する。
リターンスプリング8は、出力ギヤ7の第1スプリングフック(可動フック、第1スリット51)と、インテークマニホールド1の支持部2の第2スプリングフック(固定フック、第2スリット52)との間に設置されている。
リターンスプリング8は、1本の金属素線(断面円形状の金属線材、コイル素線)を所定の形状に成形することで製造される。
リターンスプリング8のコイル56は、断面円形状のコイル素線を螺旋状(コイル状)に成形したもので、出力ギヤ7の内径ガイド53の周囲を螺旋状に取り囲むように設置されている。また、コイル56は、出力ギヤ7の外径ガイド54に内蔵されている。
出力ギヤ7は、特許請求の範囲における「ギヤ」に相当し、合成樹脂によって一体的に形成されている。この出力ギヤ7は、バルブシャフト3と一体回転可能に連結した円筒状の突出軸部15と、出力ギヤ7の回転軸線(中心軸線)周りに設けられる円筒状の突出軸部(以下内径ガイド)53と、この内径ガイド53の半径方向外側に円筒状のコイル収容室55を介して設けられる部分円筒状の外周壁(以下外径ガイド)54と、突出軸部15が図示下方(流路側)へ向けて突出した円板形状のベースプレート61とを備えている。
突出軸部15は、先端側に設けられる円筒状の径小軸部、およびこの径小軸部よりも外径が大きく、ベースプレート61よりも外径が小さく、ベースプレート61側(基端側)に設けられる円筒状の径大軸部を有している。突出軸部15の径小軸部の外周には、シール部材14が装着されている。
また、突出軸部15は、インテークマニホールド1の内外連通孔10の小径孔13内に配置されている。また、内径ガイド53、外径ガイド54およびベースプレート61は、内外連通孔10の大径孔11および中径孔12内に配置されている。
内径ガイド53は、リターンスプリング8のコイル内径側を所定の半径方向ギャップを介してガイド(支持)する出力ギヤ内側円筒部である。この内径ガイド53は、ベースプレート61の上面から図示上方(突出軸部15側に対して反対側)へ向けて突出するように設けられている。また、内径ガイド53は、出力ギヤ7を元の位置(全開位置)へ戻す(開く)方向に回転させてリターンスプリング8のコイル56の内径が最小となった時に、リターンスプリング8のコイル56の内径との間に半径方向隙間が形成される外径寸法を有している。
また、内径ガイド53の内部には、内径ガイド53の先端面で開口し、この開口側から奥側まで中心軸線方向に真っ直ぐに延びる軸方向孔64が形成されている。
なお、軸方向孔64の開口側には、リターンスプリング8のセットトルクを検査する検査用治具(図示せず)が挿入可能な円形孔が形成され、また、軸方向孔64の奥側には、検査用治具(図示せず)の六角部が係合可能な六角孔65が形成されている。
また、外径ガイド54の外周面には、部分円弧状のギヤ歯形成部66が形成されている。ギヤ歯形成部66の外周には、ピニオンギヤ42のピニオンギヤ歯45と噛み合う出力ギヤ歯67が所定の角度範囲に形成されている。
ここで、リターンスプリング8のコイル56を収容するコイル収容室55は、外径ガイド54の回転軸方向端面で開口し、この開口側から奥側の底面68まで回転軸方向に真っ直ぐに延びるコイル収容孔(スプリング収容孔、円筒空間)である。また、コイル収容室55は、リターンスプリング8のコイル56の回転軸方向の両端(第1、第2コイル端部、第1、第2コイル座巻部)が納まる深さを有している。
無歯部72には、コイル収容室55の開口側近傍で、且つ外径ガイド54の一部を切り欠く、つまり外径ガイド54の内外が貫通させることで設けられて、リターンスプリング8の端末57を係止または保持する第1スリット51が設けられている。
無歯部73は、その外周面から半径方向外側へ向かって突出する複数の突出壁を有している。なお、複数の突出壁のうちの一方の突出壁の円周方向(出力ギヤ7の回転方向の開き側)の側面を、凸状の全開当接部として使用しても良い。また、複数の突出壁のうちの他方の突出壁の円周方向(出力ギヤ7の回転方向の閉じ側)の側面を、凸状の全閉当接部として使用しても良い。
全開当接部は、タンブルバルブおよびバルブシャフト3が全開位置まで開いた際に、支持部3の内外連通孔10内に突出する突出部(全開ストッパ)の段差面(図示せず)に当接して係止される。これにより、出力ギヤ7の全開当接部が全開ストッパに当接した際に、タンブルバルブ、バルブシャフト3および出力ギヤ7のこれ以上の開弁方向への回転動作が規制される。
全閉当接部は、タンブルバルブおよびバルブシャフト3が全閉位置まで閉じた際に、支持部3の内外連通孔10内に突出する突出部(全閉ストッパ)の段差面(図示せず)に当接して係止される。これにより、出力ギヤ7の全閉当接部が全閉ストッパに当接した際に、タンブルバルブ、バルブシャフト3および出力ギヤ7のこれ以上の閉弁方向への回転動作が規制される。
インテークマニホールド1の支持部2は、出力ギヤアッシー9を組み付けた時点で、出力ギヤ7のコイル収容室55の開口側に対して反対側近傍に設置される部分円筒状の被覆壁81、およびこの被覆壁81の一部を切り欠くことで設置されて、リターンスプリング8の端末58を係止または保持する第2スリット52を有している。
被覆壁81は、内外連通孔10の中径孔12の内周方向の一部に設けられている。この被覆壁81は、出力ギヤアッシー9を組み付けた時点で、出力ギヤ7の外径ガイド54の半径方向外側に所定の径方向ギャップを介して部分的にオーバーラップするように設置されている。また、被覆壁81は、外径ガイド54と回転軸方向および回転(円周)方向にオーバーラップするように設けられている。
軸方向スリット82およびスリット傾斜部83は、出力ギヤ7の外径ガイド54と回転軸方向および回転(円周)方向にオーバーラップするように設けられている。
次に、本実施例のインテークマニホールド1の支持部2に対する電動アクチュエータの組付方法、特に支持部2に形成される内外連通孔10に対する出力ギヤアッシー9の組み付け手順を図1ないし図10に基づいて簡単に説明する。
この第1工程では、リターンスプリング8のコイル56の軸線方向の他端(コイル端)および端末58側を先頭にして、外径ガイド54の回転軸方向端面側、つまり出力ギヤ7の内径ガイド53と外径ガイド54との間に形成されるコイル収容室55の開口側からコイル収容室55の奥側へ向けてリターンスプリング8を挿入する。このとき、リターンスプリング8のコイル端および端末58がコイル収容室55の奥側の底面68に接触(到達)するまでリターンスプリング8のコイル56を挿入する。
ここで、リターンスプリング8のコイル56がコイル収容室55内に収容された時点で、リターンスプリング8の端末57の先端部分が、コイル収容室55の内部から開口部74を通り抜けて外径ガイド54の半径方向外側へ突出するように配される。また、リターンスプリング8の端末58は、コイル収容室55の内部から開口部74を通り抜けて外径ガイド54の半径方向外側へ突出するように配される。
これにより、リターンスプリング8の端末57が、第1スリット51の周方向スリット孔75の間口を狭くする返し部59に引っ掛けられて第1スリット51の周方向スリット孔75内に係止または保持される。このとき、図6に示したように、必要なリターンスプリング8の所定のギヤセット角(初期セット角度:θ)よりも少し小さい所定の角度(α)分だけリターンスプリング8のコイル56がねじられる。
この第2工程では、バルブシャフト3の嵌合軸部17を出力ギヤ7の突出軸部15の嵌合孔62の開口部に合わせる。つまりインテークマニホールド1の支持部2の被覆壁81に対する出力ギヤアッシー9の出力ギヤ7の位置合わせを行う。すなわち、リターンスプリング8の端末58がスリット傾斜部83の直上、つまり支持部2の被覆壁81に形成された第2スリット52の軸方向スリット82の開口側に位置するように、支持部2の被覆壁81に対する出力ギヤ7の回転位置(取付位置)を合わせた後に、支持部2の内外連通孔10へ出力ギヤアッシー9を挿入する(近づける)ことで、被覆壁81の第2スリット52の軸方向スリット82に対してリターンスプリング8の端末58を組み付ける。
あるいは出力ギヤ7の材質が合成樹脂の場合には、バルブシャフト3の嵌合軸部17が出力ギヤ7の突出軸部15にインサート成形されていても構わない。
以上のように、本実施例の電動アクチュエータにおいては、先ず、出力ギヤ7の内径ガイド53と外径ガイド54との間に形成される筒状のコイル収容室55にリターンスプリング8のコイル56を内蔵し、外径ガイド54に設けられる第1スリット51の周方向スリット孔75にリターンスプリング8の端末57を挿入し、リターンスプリング8の端末57を周方向スリット孔75の開口側に位置する返し部59に引っ掛けることで、必要な所定のギヤセット角(初期セット角度:θ)よりも少し小さい所定の角度(α)分だけリターンスプリング8のコイル56がねじられる。
また、リターンスプリング8のコイル内径側をガイドする部分を、2部品に分割することなく、1部品(一体部品)のみで、つまり出力ギヤ7の内径ガイド53のみで構成しているので、リターンスプリング8のコイル内径側をガイドする部分に隙間が形成されず、リターンスプリング8のコイル内径側をガイドする部分に隙間が発生しない。このため、リターンスプリング8のコイル素線が隙間に嵌まり込むことがなく、リターンスプリング8の付勢トルク(セットトルク)が変化する不具合の発生を防止することができる。
図7および図8は、本発明を適用した電動アクチュエータ(実施例2)を示したものである。
ここで、実施例1と同じ符号は、同一の構成または機能を示すものであって、説明を省略する。
また、リターンスプリング8の端末58は、コイル56の軸線方向の他端から回転軸方向外側へ直線状に突出し、且つ第2スリット52に引っ掛けることが可能な長さの第2直線部を有している。
また、リターンスプリング8の端末57が引っ掛けられる第1スリット51は、外径ガイド54の回転軸方向端面で開口し、この開口側から回転(周)方向の奥側まで途中でL字状に屈曲して延びるスリット孔91、92を有している。これらのスリット孔91、92間には、屈曲部93が設けられている。
スリット孔92は、リターンスプリング8の端末57を屈曲部93から第1スリット51の奥側へ向けて挿入可能な周方向スリット孔である。
以上のように、本実施例の電動アクチュエータにおいては、実施例1と同様な効果を奏する。
図9および図10は、本発明を適用した電動アクチュエータ(実施例3)を示したものである。
ここで、実施例1と同じ符号は、同一の構成または機能を示すものであって、説明を省略する。
軸方向スリット孔96の開口側およびブロック97の開口側には、出力ギヤ7の回転軸方向の一方側(図示上側)からリターンスプリング8のコイル55をコイル収容室55内に挿入する際に、リターンスプリング8の端末57、58が軸方向スリット孔96に嵌まり易いように誘導するテーパガイド面が形成されている。テーパガイド面は、軸方向スリット孔96の開口面積を徐々に狭くするような傾斜面である。
また、リターンスプリング8の端末57が引っ掛けられる第1スリット51は、外径ガイド54の回転(周)方向端面で開口し、この開口側から回転(周)方向の奥側まで真っ直ぐに延びると共に、リターンスプリング8の端末57を第1スリット51の開口側から奥側へ向けて挿入可能な周方向スリット孔75を有している。
以上のように、本実施例の電動アクチュエータにおいては、実施例1及び2と同様な効果を奏する。
本実施例では、本発明のアクチュエータを、モータMの駆動トルクをタンブルバルブのバルブシャフト3へ伝えるギヤトレーンを備えた電動アクチュエータに適用しているが、本発明のアクチュエータを、モータMの回転動力を、流路を開閉するバルブ(駆動対象)のシャフトへ伝えるギヤトレーンを備えた電動アクチュエータに適用しても良い。
また、タンブル制御弁や吸気絞り弁等の吸気制御弁の弁体であるバルブ、あるいはEGR制御弁や排気絞り弁等の排気制御弁の弁体であるバルブ等は、多連一体型のバルブに限定されず、内燃機関の気筒に連通する流路に設置されるバルブであれば、1個のバルブでも良い。
また、流路を開閉するバルブ(駆動対象)としては、ロータリバルブ、バタフライバルブ、シャッター状バルブ、ボールバルブ等が考えられる。
また、スワール制御弁は、内燃機関(エンジン)の吸気ポートの高さ方向(ピストンの摺動方向を上下方向とした場合は水平方向)の一方側に片寄った直進的な吸気の流れ(偏流)を発生させることで、エンジンの燃焼室内において横方向の吸気渦流(旋回流、スワール流)を発生させるバルブおよびこのバルブを支持するシャフトを備えている。
また、本発明のアクチュエータを、内燃機関(エンジン)の燃焼室に供給する吸気の流量を調整する電子スロットル(吸気システム)に使用される吸気流量制御弁のシャフトを回転駆動する電動アクチュエータに適用しても良い。
また、駆動対象のシャフトとしては、ウェイストゲート弁、スクロール切替弁、排気流量制御弁、排気圧力制御弁、流路切替弁、排気絞り弁等の排気制御弁のバルブのシャフトが考えられる。
また、駆動対象のシャフトとしては、上記のバルブのシャフトの他に、圧縮機、送風機、ポンプ、カム、ロータ、車輪等の回転移動体(回転体)のシャフトが考えられる。また、駆動対象のシャフトの代わりに、ピストンやバルブ等の直線移動体のシャフトやロッドが考えられる。
また、スプリングの一端側の端末が取り付けられるギヤとしては、駆動対象のシャフトに一体回転可能に連結した出力ギヤ7だけでなく、中間ギヤやモータ側ギヤ等のギヤが考えられる。つまり駆動対象のシャフトとスプリングの一端側の端末が取り付けられるギヤとが直結されていなくても構わない。
なお、初期セット角度(θ)は、タンブルバルブや出力ギヤ7の作動角で決められる。また、所定の角度(α)は、リターンスプリング8のセットトルクまたはタンブルバルブや出力ギヤ7の作動角によって決められる。また、リターンスプリング8の線径やコイル径はリターンスプリング8のセットトルクによって決められる。また、スプリングとして、俵形のコイルスプリングや非線形スプリングを使用しても良い。また、コイルが楕円形状のコイルでも良い。
1 インテークマニホールド(取付部材)
2 支持部
3 タンブルバルブ(駆動対象)のバルブシャフト
5 ウォームギヤ
6 中間ギヤ
7 出力ギヤ
8 リターンスプリング
9 出力ギヤアッシー(出力ギヤサブアッセンブリ)
Claims (12)
- (a)モータ(M)の駆動トルクを駆動対象のシャフト(3)へ伝達して前記シャフト(3)を回転させるギヤ(7)と、
(b)一端側の端末(57)が前記ギヤ(7)に取り付けられて、前記シャフト(3)の回転位置を所定の位置に回転させる方向に付勢する付勢トルクを発生するスプリング(8)と、
(c)このスプリング(8)の他端側の端末(58)を取り付ける取付部材(1、2)と
を備えたアクチュエータにおいて、
前記ギヤ(7)は、その回転軸線周りに設けられる内径ガイド(53)、この内径ガイド(53)の径方向外側に筒状の収容孔(55)を介して設けられる筒状の外径ガイド(54)、および前記収容孔(55)の開口側近傍で、且つ前記外径ガイド(54)の一部を切り欠くことで設けられて、前記スプリング(8)の一端側の端末(57)を係止または保持する第1スリット(51)を有し、
前記スプリング(8)は、前記スプリング(8)の一端側の端末(57)と前記スプリング(8)の他端側の端末(58)との間に設けられて、前記収容孔(55)の内部に弾性変形可能に収容される渦巻き状のコイル(56)を有し、
前記取付部材(1、2)は、前記収容孔(55)の開口側に対して反対側近傍で、且つ前記外径ガイド(54)の径方向外側に所定の径方向ギャップを介して部分的にオーバーラップするように設置される被覆壁(81)、およびこの被覆壁(81)の一部を切り欠くことで設置されて、前記スプリング(8)の他端側の端末(58)を係止または保持する第2スリット(52)を有し、
前記第2スリット(52)は、前記被覆壁(81)の回転軸方向端面で開口し、この開口側から前記ギヤ(7)の回転軸方向の奥側まで真っ直ぐにまたは屈曲して延びると共に、前記スプリング(8)の他端側の端末(58)を前記第2スリット(52)の開口側から奥側へ向けて挿入可能な第2スリット孔(82)、およびこの第2スリット孔(82)の開口側に設けられて、前記第2スリット(52)に対して前記スプリング(8)の他端側の端末(58)を組み付ける時に、前記コイル(56)を所定のセット角度までねじるためのスリット傾斜部(83)を有していることを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項1に記載のアクチュエータにおいて、
前記スリット傾斜部(83)は、前記取付部材(1、2)に対する前記ギヤの組付方向または前記ギヤ(7)の回転軸方向に対して所定の角度分だけ傾斜した傾斜面を有していることを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項1または請求項2に記載のアクチュエータにおいて、
前記収容孔(55)は、前記内径ガイド(53)と前記外径ガイド(54)との間に形成されて、前記外径ガイド(54)の回転軸方向端面で開口し、この開口側から奥側まで前記ギヤの回転軸方向に延びると共に、前記スプリング(8)のコイル(56)を内蔵する筒状のコイル収容室のことであることを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項1ないし請求項3のうちのいずれか1つに記載のアクチュエータにおいて、
前記スプリング(8)の一端側の端末(57)は、前記スプリング(8)のコイル(56)の軸線方向の一端から径方向外側または接線方向へ直線状に突出し、且つ前記第1スリット(51)に引っ掛けることが可能な長さの第1直線部を有していることを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項1ないし請求項4のうちのいずれか1つに記載のアクチュエータにおいて、
前記スプリング(8)の他端側の端末(58)は、前記コイル(56)の軸線方向の他端から径方向外側または接線方向または回転軸方向へ直線状に突出し、且つ前記第2スリット(52)に引っ掛けることが可能な長さの第2直線部を有していることを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項1ないし請求項5のうちのいずれか1つに記載のアクチュエータにおいて、
前記ギヤ(7)は、前記収容孔(55)の内部と外部とを連通する内外連通部(74、95、96)を有していることを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項6に記載のアクチュエータにおいて、
前記スプリング(8)の他端側の端末(58)は、前記スプリング(8)のコイル(56)が前記収容孔(55)内に組み込まれた時点で、前記収容孔(55)の内部から前記内外連通部(74、95、96)を通り抜けて前記収容孔(55)の外部へ突出するように配されることを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項1ないし請求項7のうちのいずれか1つに記載のアクチュエータにおいて、
前記第1スリット(51)は、前記外径ガイド(54)の回転方向端面で開口し、この開口側から回転方向の奥側まで真っ直ぐに延びると共に、前記スプリング(8)の一端側の端末(57)を前記第1スリット(51)の開口側から奥側へ向けて挿入可能な第1スリット孔(75)を有していることを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項1ないし請求項8のうちのいずれか1つに記載のアクチュエータにおいて、
前記第1スリット(51)は、前記外径ガイド(54)の回転軸方向端面で開口し、この開口側から回転方向の奥側まで途中で屈曲して延びると共に、前記スプリング(8)の一端側の端末(57)を前記第1スリット(51)の開口側から奥側へ向けて挿入可能な第1スリット孔(91、92)を有していることを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項1ないし請求項9のうちのいずれか1つに記載のアクチュエータの組付方法において、
先ず、前記ギヤ(7)に前記スプリング(8)を組み付けてギヤアッセンブリ(9)を形成する第1工程と、
次に、前記スプリング(8)の他端側の端末(58)および前記ギヤアッセンブリ(9)を前記取付部材(1、2)に組み付ける第2工程と
を備えたことを特徴とするアクチュエータの組付方法。 - 請求項10に記載のアクチュエータの組付方法において、
前記第1工程では、前記スプリング(8)のコイル(56)を前記収容孔(55)に挿入し、前記スプリング(8)の一端側の端末(57)をねじって前記第1スリット(51)に引っ掛けると共に、
前記スプリング(8)の他端側の端末(58)を前記ギヤ(7)の外側に突出させることを特徴とするアクチュエータの組付方法。 - 請求項10または請求項11に記載のアクチュエータの組付方法において、
前記第2工程では、前記スプリング(8)の他端側の端末(58)が前記スリット傾斜部(83)の直上または直前に位置するように、前記取付部材(1、2、81)に対する前記ギヤ(7)の位置合わせを行った後に、
前記取付部材(1、2)の被覆壁側に前記ギヤアッセンブリ(9)を近づけることで、前記スプリング(8)の他端側の端末(58)が前記スリット傾斜部(83)の表面に沿って前記ギヤの回転方向の一方側へ移動しながら前記第2スリット孔(82)の開口側から奥側へ送り込むことを特徴とするアクチュエータの組付方法。
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