JP6087322B2 - アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、ダイアフラムの変形に応じて軸心方向に変位可能な作動軸を具備するアクチュエータの技術に関する。

従来、ケーシング内を負圧室と大気圧室とに分割するダイアフラムと、前記負圧室内に設けられて前記ダイアフラムと接触するプレートと、前記ダイアフラムの変形に応じて軸心方向に変位可能な作動軸と、を具備するアクチュエータの技術は公知となっている。例えば、特許文献１に記載の如くである。

特許文献１に記載のアクチュエータは、ケーシング（第一ケース及び第二ケース）内を負圧室と大気圧室とに分割するダイアフラムと、前記負圧室内に設けられて前記ダイアフラムと接触するプレート（ダイアフラム受けプレート）と、前記ダイアフラムの変形に応じて軸心方向に変位可能な作動軸（出力部材）と、を具備する。

このような構成により、特許文献１に記載のアクチュエータは、負圧室内の圧力を変化させることによりダイアフラムを変形（可動）させ、作動軸を軸心方向に変位させることができる。また、特許文献１に記載のアクチュエータは、プレートにより所定の形状（具体的には、中央の平面形状）を保ったままダイアフラムを変形させることができる。

しかしながら、特許文献１に記載のアクチュエータは、プレートの一部がダイアフラムに形成された貫通孔を介して負圧室から大気圧室内に突出するように形成される。そのため、特許文献１に記載のアクチュエータにおいては、プレートが大気と接触することになり、加水分解により当該プレートの強度が低下するおそれがある。

特開２０１３−１６７２７４号公報

本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、加水分解によりプレートの強度が低下するのを防止することができるアクチュエータを提供することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、ケーシング内を負圧室と大気圧室とに分割するダイアフラムと、前記負圧室内に設けられて前記ダイアフラムと接触する樹脂製のプレートと、一側が前記プレート及び前記ダイアフラムに連結されると共に他側が前記大気圧室を通って前記ケーシング外へと延出され、前記ダイアフラムの変形に応じて軸心方向に変位可能な作動軸と、を具備し、前記作動軸が前記ダイアフラムを貫通して前記負圧室内で前記プレートに連結されることにより、当該プレートが前記大気圧室から遮断され、前記プレートと前記作動軸とは、当該プレートの前記ダイアフラムとの接触面に型割り線が形成されないインサート成形によって連結されるものである。

請求項２においては、前記ダイアフラムには、前記作動軸が貫通する貫通孔が設けられ、前記作動軸には、前記一側に周囲よりも径が小さい縮径部が設けられ、前記貫通孔に前記縮径部を嵌め合わせることにより、前記ダイアフラムと前記作動軸とが連結されるものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、プレートが大気圧室から遮断されるため、加水分解により当該プレートの強度が低下するのを防止することができる。
また、プレートの型割り線によりダイアフラムが破断するのを防止することができる。

請求項２においては、ダイアフラムと作動軸とを直接連結すると共に、負圧室と大気圧室とが連通するのを防止することができる。

本発明の一実施形態に係るアクチュエータが用いられるターボチャージャーの動作の概要を示した模式図。 同じく、アクチュエータの初期状態及び可動状態を示した断面図。 同じく、プレート及びダイアフラムと作動軸との連結の構成を示した断面図。 同じく、プレート及びダイアフラムと作動軸との組み付けの様子を示した断面図。

以下の図２から図４までにおいては、図中に記した矢印に従って、上下方向及び左右方向を定義する。

まず、図１を用いて、本発明の一実施形態に係るアクチュエータ１０が用いられるターボチャージャー５の動作の概要について説明する。

ターボチャージャー５は、エンジンのシリンダ２に圧縮空気を送り込むものである。空気は吸気通路１を通ってシリンダ２へと供給される。当該空気は、吸気通路１の途中に配置されたエアクリーナ４、ターボチャージャー５、インタークーラ６、及びスロットルバルブ７を順に通過してシリンダ２へと供給される。この際、ターボチャージャー５のコンプレッサ５ａによって当該空気が圧縮されるため、より多くの空気をシリンダ２内へと送り込むことができる。

シリンダ２内で燃焼した後の高温の空気（排気）は、排気通路３を通って排出される。この際、当該排気がターボチャージャー５のタービン５ｂを回転させ、この回転がコンプレッサ５ａに伝達されることで、吸気通路１内の空気を圧縮することができる。

また、タービン５ｂの上流側においては、排気通路３が分流され、当該タービン５ｂを通過しない通路が別途形成される。当該通路はウェイストゲートバルブ８によって開閉可能とされる。また、当該ウェイストゲートバルブ８は、アクチュエータ１０によって開閉駆動される。さらに、アクチュエータ１０の動作は、バキュームポンプ等の負圧発生装置１１により発生された負圧を、電磁バルブ等から構成される負圧調整機構９によって調整することにより制御される。アクチュエータ１０によってウェイストゲートバルブ８を開閉することで、タービン５ｂへと送られる排気の流量を調節することができる。

次に、図２を用いて、アクチュエータ１０の構成について説明する。

アクチュエータ１０は、ダイアフラム３０の変形に応じて作動軸６０を軸心方向に変位させ、当該作動軸６０の変位によりウェイストゲートバルブ８を開閉駆動させるものである。アクチュエータ１０は、前記エンジンに適宜配設された取付ベース１００に固定される。アクチュエータ１０は、主としてケーシング２０、ダイアフラム３０、プレート４０、スプリング５０、作動軸６０、軸ガイド７０及び収容部８０を具備する。

ケーシング２０は、アクチュエータ１０の主たる構造体である。ケーシング２０は、主としてアッパーケーシング２１及びロワケーシング２２により構成される。

アッパーケーシング２１は、ケーシング２０の上部を構成する部材である。アッパーケーシング２１は、下側が開放された略碗型に形成される。アッパーケーシング２１の上側板は、中央が凹状に形成され、負圧流路２３の一端が連通接続される。なお、負圧流路２３の他端は、前述の負圧調整機構９に接続される。

ロワケーシング２２は、ケーシング２０の下部を構成する部材である。ロワケーシング２２は、上側が開放された略碗型に形成される。ロワケーシング２２は取付ベース１００に固定され、ひいてはケーシング２０が取付ベース１００に固定される。ロワケーシング２２の上側縁部はアッパーケーシング２１の下側縁部に連結され、ケーシング２０が形成される。

ダイアフラム３０は、ケーシング２０内を負圧室２１ａと大気圧室２２ａとに分割するものである。より詳細には、ダイアフラム３０は、アッパーケーシング２１との間に負圧室２１ａを形成すると共に、ロワケーシング２２との間に大気圧室２２ａと形成するものである。ダイアフラム３０は、ゴム等の可撓性を有する材料により形成され、変形（可動）可能に構成される。ダイアフラム３０は（後述する初期状態において）上側が開放された略碗型に形成される。ダイアフラム３０の中央には、当該ダイアフラム３０を上下に貫通する貫通孔３１が形成される。ダイアフラム３０の外周縁部は、アッパーケーシング２１の下側縁部とロワケーシング２２の上側縁部との間に挟着される。

このような構成により、ダイアフラム３０とアッパーケーシング２１との間に上側の気室（負圧室２１ａ）が形成され、ダイアフラム３０とロワケーシング２２との間に下側の気室（大気圧室２２ａ）が形成される。負圧室２１ａは、負圧発生装置１１により発生された負圧（大気圧よりも低い気圧）が、負圧流路２３を介して供給可能に構成される。また、大気圧室２２ａは、ロワケーシング２２に形成された図示せぬ連通孔を介してケーシング２０外と連通し、大気圧に保たれる。負圧室２１ａと大気圧室２２ａとは、相互に連通不能に構成される。

プレート４０は、負圧室２１ａ内に設けられてダイアフラム３０と接触するものである。プレート４０は、樹脂材料により形成される。プレート４０は、ダイアフラム３０の内側（上側）面に沿うような略碗型に形成される。プレート４０の中央の下側面は、平面形状に形成され、ダイアフラム３０の中央の上側面と常に接触するように構成される。これにより、ダイアフラム３０が変形する際に、プレート４０により中央の形状を平面形状に保ったまま、周壁の形状を変形させることができる。プレート４０の中央の上側面には、平面視で略円環状のスプリング受け部４１が形成される。

スプリング５０は、プレート４０を下方向へと付勢するものである。スプリング５０は、負圧室２１ａ内に設けられる。スプリング５０の上端部は、アッパーケーシング２１の上側板の下側面に当接される。スプリング５０の下端部は、プレート４０のスプリング受け部４１に嵌装される。このように、スプリング５０の付勢力により、プレート４０はダイアフラム３０を常に下方（大気圧室２２ａ側）へ向けて押圧している。

作動軸６０は、ダイアフラム３０の変形に応じて軸心方向に変位するものである。作動軸６０は、耐熱性の高い金属材料により形成される。作動軸６０は、長手方向を上下方向に向けて配置される。作動軸６０は、軸ガイド７０により変位する方向（軸心方向）が案内される。作動軸６０は、一側（上側）がプレート４０及びダイアフラム３０に連結されると共に他側（下側）が大気圧室２２ａを通ってケーシング２０外（さらには、取付ベース１００に形成された取付ベース貫通孔１０１を介して当該取付ベース１００の下方）へと延出される。作動軸６０の他側（下側）は、図示せぬリンク機構等を介してウェイストゲートバルブ８に連結される。作動軸６０の一側（上側）には、プレート４０及びダイアフラム３０と連結するための連結部６１が設けられる。

軸ガイド７０は、作動軸６０を摺動自在に案内するものである。軸ガイド７０は、樹脂材料により形成される。軸ガイド７０は、後述する収容部８０に収容される。軸ガイド７０は、大気圧室２２ａの下側板の下方に配置される。なお、軸ガイド７０は、大気圧室２２ａの下側板の上方に配置されるものであってもよい。

収容部８０は、軸ガイド７０を内側に収容するものである。収容部８０は、大気圧室２２ａの下端部に配置される。本実施形態において収容部８０は、ロワケーシング２２の下側板の一部として（一体的に）形成されるが、別体で形成されてもよい。収容部８０は、金属製の部材により形成される。収容部８０は、下側が開放れた略円筒状に形成される。

このように構成されたアクチュエータ１０において、以下の説明では、負圧室２１ａに負圧が供給されていない状態を「初期状態」と、負圧室２１ａに負圧が供給されている状態を「可動状態」と、それぞれ称する。

初期状態においては、図２の右半分に示すように、スプリング５０の付勢力により、プレート４０及びダイアフラム３０が下方（大気圧室２２ａ側）へと押圧され、当該ダイアフラム３０と連結された作動軸６０の連結部６１が軸ガイド７０と接触する。この初期状態においては、プレート４０及びダイアフラム３０が最も下方（大気圧室２２ａ側）に配置され、当該ダイアフラム３０に連結された作動軸６０も大気圧室２２ａ側に最も変位した状態となる。

そして、初期状態から可動状態へと変化した場合、すなわち負圧発生装置１１で負圧が発生された場合に、当該負圧が負圧調整機構９により調整された後、負圧流路２３を介して負圧室２１ａに供給される。この負圧によって、ダイアフラム３０が変形し、プレート４０及びダイアフラム３０の中央部がスプリング５０の付勢力に抗って上方（負圧室２１ａ側）へと変位する。そして、ダイアフラム３０に連結された作動軸６０も上方（負圧室２１ａ側）へと変位する。このように、可動状態においては、負圧室２１ａに供給する負圧を制御することによって、作動軸６０の変位量を調整することができ、ひいてはウェイストゲートバルブ８（図１参照）を開閉駆動させることができる。

以下では、プレート４０及びダイアフラム３０と作動軸６０との連結の構成について、図２から図４を用いて詳細に説明する。

まず、図２及び図３を用いて、作動軸６０の連結部６１の構成について詳細に説明する。
連結部６１は、作動軸６０をプレート４０及びダイアフラム３０と連結するためのものである。連結部６１は、作動軸６０の一側（上側）の端部に配置される。連結部６１は、軸心方向を上下方向へ向けた略円柱形状に形成される。連結部６１は、作動軸６０のうち当該連結部６１以外の部分よりも外径方向に拡がるように形成される。

連結部６１の上下方向中途には、周囲（より詳細には、後述する拡径部６３及びフランジ部６５）よりも径が小さい縮径部６４が形成される。縮径部６４は、前述したダイアフラム３０の貫通孔３１よりも径が若干大きく形成される。なお、以下では、連結部６１において縮径部６４よりも上方を「拡径部６３」と、縮径部６４よりも下方を「フランジ部６５」と、それぞれ称する。

拡径部６３は、フランジ部６５よりも径が大きく形成される。また、拡径部６３の上側面には、円板状の円板部６２が設けられる。円板部６２は、拡径部６３よりも径が大きく形成される。

このように構成された連結部６１は、インサート成形によってプレート４０と連結される。より詳細には、連結部６１のうち拡径部６３及び円板部６２が、プレート４０とインサート成形により一体に構成される。このような構成により、作動軸６０とプレート４０とが相対的に動かないため、当該作動軸６０とプレート４０との連結部６１における摩耗や破損等を防止することができる。また、インサート成形により作動軸６０とプレート４０とが一体となるので、当該作動軸６０とプレート４０とを連結させる製造工程を削減することができる。

また、連結部６１とプレート４０とのインサート成形においては、プレート４０にアンダーカットが無いため、型割りを上下方向に行うことができる。より詳細には、連結部６１とプレート４０とのインサート成形における型割面は、作動軸６０の軸心方向と直交する面（例えば、プレート４０の下側面）と一致するように設定される。

このような構成により、型割り線がプレート４０に形成されるのを防止することができる。すなわち、ダイアフラム３０と接触する部材であるプレート４０に型割り線が形成されないため（プレート４０のダイアフラム３０との接触面に型割り線が形成されないため）、当該ダイアフラム３０が型割り線により破断するのを防止することができる。

また、連結部６１とプレート４０が連結されると、連結部６１のうち縮径部６４及びフランジ部６５は、プレート４０の下方に露出した状態となる。そして、ダイアフラム３０の貫通孔３１に、当該露出した状態の縮径部６４を嵌め合わせることにより、当該ダイアフラム３０と作動軸６０とが連結される。

具体的には、図４に示すように、ダイアフラム３０と作動軸６０とを連結する（組み付ける）際には、ダイアフラム３０の貫通孔３１に、作動軸６０を挿通させる。この際、ダイアフラム３０の貫通孔３１が広がるように弾性変形させながら連結部６１のフランジ部６５を挿通させ、当該貫通孔３１と連結部６１の縮径部６４とを係合させる（図３参照）。

このような構成により、ダイアフラム３０の貫通孔３１に連結部６１の縮径部６４を嵌め合わせることで、当該ダイアフラム３０と作動軸６０とを容易に連結させることができる。また、当該ダイアフラム３０の貫通孔３１を介して負圧室２１ａと大気圧室２２ａとが連通するのを防止することができる。

また、図２及び図３に示すように、プレート４０及びダイアフラム３０と作動軸６０とが連結されると、連結部６１のうち拡径部６３及び円板部６２はダイアフラム３０よりも上方に配置される。すなわち、連結部６１のうち拡径部６３及び円板部６２は、ダイアフラム３０を貫通して負圧室２１ａ内に配置される。連結部６１の拡径部６３及び円板部６２は、負圧室２１ａ内でプレート４０に連結される。このように、プレート４０は、その全部が負圧室２１ａに配置された状態で作動軸６０と連結される。

このような構成により、プレート４０はその全部が負圧室２１ａ内に配置された状態で作動軸６０と連結され、且つ負圧室２１ａと大気圧室２２ａとは相互に連通不能に構成されるため、当該プレート４０は大気圧室２２ａから遮断されることとなる。その結果、プレート４０が大気に触れることを防止し、ひいては当該プレート４０が加水分解により強度が低下するのを防止することができる。

以上のように、本発明の一実施形態に係るアクチュエータ１０は、
ケーシング２０内を負圧室２１ａと大気圧室２２ａとに分割するダイアフラム３０と、
前記負圧室２１ａ内に設けられて前記ダイアフラム３０と接触する樹脂製のプレート４０と、
一側が前記プレート４０及び前記ダイアフラム３０に連結されると共に他側が前記大気圧室２２ａを通って前記ケーシング２０外へと延出され、前記ダイアフラム３０の変形に応じて軸心方向に変位可能な作動軸６０と、
を具備し、
前記作動軸６０が前記ダイアフラム３０を貫通して前記負圧室２１ａ内で前記プレート４０に連結されることにより、当該プレート４０が前記大気圧室２２ａから遮断されるものである。

このような構成により、アクチュエータ１０においては、プレート４０が大気圧室２２ａから遮断されるため、加水分解により当該プレート４０の強度が低下するのを防止することができる。

また、アクチュエータ１０において、
前記ダイアフラム３０には、前記作動軸６０が貫通する貫通孔３１が設けられ、
前記作動軸６０には、前記一側に周囲よりも径が小さい縮径部６４が設けられ、
前記貫通孔３１に前記縮径部６４を嵌め合わせることにより、前記ダイアフラム３０と前記作動軸６０とが連結されるものである。

このような構成により、アクチュエータ１０においては、ダイアフラム３０と作動軸６０とを直接連結すると共に、負圧室２１ａと大気圧室２２ａとが連通するのを防止することができる。

また、アクチュエータ１０において、
前記プレート４０と前記作動軸６０とは、当該プレート４０の前記ダイアフラム３０との接触面に型割り線が形成されないインサート成形によって連結されるものである。

このような構成により、アクチュエータ１０においては、プレート４０の型割り線によりダイアフラム３０が破断するのを防止することができる。

なお、本実施形態においては、アクチュエータ１０をターボチャージャー５に用いるものとしたが、本発明はこれに限定するものでなく、どのような用途に用いてもよい。

１０ アクチュエータ
２０ ケーシング
２１ａ 負圧室
２２ａ 大気圧室
３０ ダイアフラム
４０ プレート
６０ 作動軸

Claims (2)

1. ケーシング内を負圧室と大気圧室とに分割するダイアフラムと、
   前記負圧室内に設けられて前記ダイアフラムと接触する樹脂製のプレートと、
   一側が前記プレート及び前記ダイアフラムに連結されると共に他側が前記大気圧室を通って前記ケーシング外へと延出され、前記ダイアフラムの変形に応じて軸心方向に変位可能な作動軸と、
   を具備し、
   前記作動軸が前記ダイアフラムを貫通して前記負圧室内で前記プレートに連結されることにより、当該プレートが前記大気圧室から遮断され、
   前記プレートと前記作動軸とは、当該プレートの前記ダイアフラムとの接触面に型割り線が形成されないインサート成形によって連結される、
   ことを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記ダイアフラムには、前記作動軸が貫通する貫通孔が設けられ、
   前記作動軸には、前記一側に周囲よりも径が小さい縮径部が設けられ、
   前記貫通孔に前記縮径部を嵌め合わせることにより、前記ダイアフラムと前記作動軸とが連結される、
   ことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。

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