JP6110759B2 - 移動検知装置ならびにアクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、ダイヤフラムで移動させられる移動ホルダの動作位置を検知する移動検知装置、ならびに前記移動検知装置とダイヤフラムとがハウジングに収納されたアクチュエータに関する。

特許文献１にリニアポジションセンサとこれを搭載した空気圧アクチュエータが開示されている。

空気圧アクチュエータは、ハウジングの内部がダイヤフラムで仕切られており、ダイヤフラムを挟んで一方の圧力室に、プランジャと磁石を搭載した磁石キャリアが設けられている。この圧力室にはバネが設けられ、このバネによりプランジャが他方の圧力室に向けて付勢されている。磁石キャリアには磁石が保持され、ハウジングに磁気検知素子が設けられて、磁石と磁気検知素子とでリニアポジションセンサが構成されている。ダイヤフラムならびにプランジャが移動すると磁石キャリアが一緒に移動し、その移動位置が磁気検知素子によって検知される。

ハウジング内のダイヤフラムを挟んだ他方の圧力室にシャフトが設けられている。このシャフトの端部はプランジャとダイヤフラムに連結されており、またシャフトはハウジングの外に延び出ている。

この空気圧アクチュエータは、例えばエンジンの排気ガス再循環装置に使用される。この装置では、エンジンの吸気系の圧力が磁石キャリアを有する一方の圧力室に与えられ、吸気系の空気吸入量に基づいてダイヤフラムが移動させられる。ダイヤフラムの移動と共にシャフトが移動し、シャフトによってウエストゲートバルブなどが動作させられる。このときのダイヤフラムの移動量がリニアポジションセンサで検知され、この検知出力に基づいて排気ガスの再循環量がさらに細かく制御される。

特開２０１１−５０５５７４号公報

特許文献１に記載されている発明は、シャフトの端部が、プランジャとダイヤフラムとに連結されて固定されており、磁石を有する磁石キャリアが、シャフトの端部とプランジャとの連結部を覆うように重ねられて固定されている。

この構造では、シャフトの端部とプランジャとを連結させる組立工程の後に、磁石を保持させた磁石キャリアをプランジャに重ねて固定するという作業が必要になり、プランジャとダイヤフラムとシャフトとを連結させるための工程を少なくとも二工程に分けて行わなくてはならない。

また、シャフトの端部をプランジャとダイヤフラムに連結させ、その後で磁石キャリアを組み付けることが必要な構造であるため、プランジャと磁石キャリアとをインサート成形法やアウトサート成形法などで予め一体化させておくことができない。そのため、ダイヤフラムによって移動させられるプランジャの移動すなわちシャフトの移動と、磁石キャリアの移動との間に相対的な位置精度誤差が発生しやくなり、個々の空気圧センサごとに、リニアポジションセンサの検出精度のばらつきが発生しやすくなる。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、駆動軸と移動ホルダとの組立てを最少の工程で行えるようにするとともに、磁石の移動検知をばらつきがなく高精度に行えるようにした移動検知装置およびアクチュエータを提供することを目的としている。

本発明は、ハウジングと、前記ハウジング内でダイヤフラムと共に移動させられる移動ホルダと、前記移動ホルダに固定された磁石と、前記ハウジングに固定されて前記磁石からの磁界を検知する磁気検出器と、が設けられた移動検知装置において、
前記移動ホルダには、前記磁石を保持する保持部と、前記ダイヤフラムから移動力が与えられる受け部と、前記ハウジングの外部に延びる駆動軸が取り付けられる連結部とが形成されており、
前記移動ホルダには、前記保持部の内部を通過して前記連結部に至る空間部が形成されており、
前記磁石は円筒形状であり、前記空間部は、前記磁石の内側を通過していることを特徴とするものである。

本発明の移動検知装置は、移動ホルダに形成された空間部を通じて、駆動軸を移動ホルダに直接に固定することができるため、駆動軸と移動ホルダを連結させる組立工程を最少の工程で行うことができる。また、移動ホルダに駆動軸を直接に連結固定することが可能であるため、駆動軸と磁石との相対位置を高精度に保つことができ、駆動軸の移動を少ないばらつきで検知することができるようになる。

本発明の移動検知装置では、前記連結部は、前記移動ホルダの前記受け部の中央部に形成されている。

次に、本発明のアクチュエータは、前述の移動検知装置を有し、前記ハウジング内は、前記ダイヤフラムで第１の圧力室と第２の圧力室とに区分されて、前記磁石と前記保持部が第１の圧力室に位置し、前記駆動軸は、第２の圧力室からハウジングの外部に延びており、前記駆動軸の端部が、前記連結部に連結されていることを特徴とするものである。

また、前記移動ホルダの前記受け部と金属支持部材との間に前記ダイヤフラムが挟まれ、前記駆動軸の端部が前記金属支持部材と前記ダイヤフラムとを貫通して前記連結部に連結されているものとして構成できる。

本発明のアクチュエータは、前記移動ホルダでは、前記連結部に、前記空間部に通じる連結穴が形成されており、前記連結軸の端部が前記連結穴に挿入され、前記空間部側から前記端部が加圧されて、前記移動ホルダに前記駆動軸がカシメ固定されているものが好ましい。

磁石を保持した保持部の内部に形成された空間部を介して、駆動軸の端部をカシメ固定できるため、駆動軸と移動ホルダとを直接に連結でき、また一度のカシメ固定作業で、駆動軸と移動ホルダとを相対位置を高精度に保ったまま連結させることができる。

本発明のアクチュエータでは、前記移動ホルダは合成樹脂製で、前記連結穴が金属ブッシュで形成されておりされ、前記駆動軸の端部が前記金属ブッシュの内部に挿入されてカシメ固定されている。
上記構成では、合成樹脂製の移動ホルダと駆動軸とを確実に連結させることができる。

または、本発明のアクチュエータは、前記移動ホルダが、金属ホルダと合成樹脂ホルダとが組み合わされて構成されて、前記金属ホルダに前記受け部が形成され、前記合成樹脂ホルダに前記保持部が形成されており、前記駆動軸の端部が前記金属ホルダにカシメ固定されているものであってもよい。

この場合に、前記合成樹脂ホルダと前記金属ホルダは、インサート成形法やアウトサート成形法によって互いに固着されているものが好ましい。

上記のように、移動ホルダが金属ホルダと合成樹脂ホルダとの２つの部材から構成されているものであっても、金属ホルダと合成樹脂ホルダとを予め一体に固着させておくことにより、駆動軸を金属ホルダに直接に連結させることができ、駆動軸と磁石との相対位置を高精度に保つことが可能になる。

本発明の移動検知装置とアクチュエータは、磁石を保持した移動ホルダに駆動軸を直接に固定することができ、固定作業を最少の工程で行うことができる。特に、移動ホルダの磁石を保持している保持部に形成された空間部を利用して、駆動軸の端部を移動ホルダに固定することができるので、組立作業も容易である。

また、前記空間部を利用して、駆動軸の端部をカシメなどで固定できるため、移動ホルダを合成樹脂で一体に成形でき、または金属ホルダと合成樹脂ホルダとをインサート成形法やアウトサート成形法などによって予め一体に形成することが可能である。そのため、組立作業を容易にでき、組立後は、駆動軸と磁石との相対位置精度を高く保つことが可能になる。

本発明の第１の実施の形態の移動検知装置およびアクチュエータを示す半断面斜視図、 本発明の第１の実施の形態の移動検知装置およびアクチュエータを示す断面図、 本発明の第１の実施の形態の移動検知装置およびアクチュエータの動作状態を示す断面図、 駆動軸と移動ホルダとの組立作業を示す分解斜視図、 駆動軸と移動ホルダとの連結部を示す拡大断面図、 本発明の第２の実施の形態の移動検知装置およびアクチュエータを示す拡大断面図、

図１ないし図３に示す第１の実施の形態のアクチュエータ１は、エンジンの排気ガス再循環装置に用いられる。

アクチュエータ１は、ハウジング２を有している。ハウジング２は上部ハウジング３と下部ハウジング４を有している。ハウジング２の内部にダイヤフラム５が収納されている。上部ハウジング３の下部周縁部に接合フランジ３ａが形成され、下部ハウジング４の上部周縁部に接合フランジ４ａが形成されている。ダイヤフラム５の周縁部５ａが、接合フランジ３ａと接合フランジ４ａとの間に挟まれて、上部ハウジング３と下部ハウジング４とが強固に固定されている。

上部ハウジング３は合成樹脂製であり、下部ハウジング４は金属板で形成されている。ダイヤフラム５はそれ自体が気体を透過させない可撓性シートで形成されている。例えばダイヤフラム５は、織布と合成ゴムの複合材などで形成されている。

ハウジング２の内部はダイヤフラム５で上下に二分され、上部ハウジング３側の第１の圧力室６と下部ハウジング４側の第２の圧力室７とに区分されている。上部ハウジング３から接続管８が一体に突出している。図１に示すように、接続管８に第１の圧力室６に連通する接続路８ａが形成されている。第１の圧力室６は、接続路８ａ以外で外部に対して密閉されている。第２の圧力室７は、下部ハウジング４の下部に形成された軸受け部４ｂの貫通穴４ｃを介して外気と連通されており、第２の圧力室７はほぼ大気圧と同じ圧力となっている。

ハウジング２の内部に移動ホルダ１０が設けられている。第１の実施の形態のアクチュエータ１では、移動ホルダ１０の全体が合成樹脂材料で一体に形成されている。移動ホルダ１０は、主にプランジャ部１１と保持部１２とに区分される。

プランジャ部１１は、底面部１１ａと円筒形状の側面部１１ｂ、ならびに底面部１１ａと側面部１１ｂとで囲まれた凹部１１ｃを有している。凹部１１ｃの内面は、第１の圧力室６に向けられた圧力作用面となっている。底面部１１ａの外表面１１ｄと側面部１１ｂの外表面は、ダイヤフラム５が当接する受け部である。図２では移動ホルダ１０が最下部に位置し、図３は移動ホルダ１０が最上部に移動している。この間、底面部１１ａの外表面１１ｄが常にダイヤフラム５に当接し続けて受け部として機能している。

ハウジング２の内部にスプリング１５が収納されている。スプリング１５は圧縮コイルスプリングであり、移動ホルダ１０の底面部１１ａの内表面と、上部ハウジング３の上内面との間に配置されている。このスプリング１５によって、移動ホルダ１０が常に下方へ向けて付勢されている。

保持部１２は、底面部１１ａの中央部から第１の圧力室６の内部に向けて垂直に延びている。保持部１２は円筒形状であり、その上端部１２ａから底面部１１ａの中央まで断面が円形の空間部１３が連続して形成されている。空間部１３の上部は第１の圧力室６に向けて解放されている。

保持部１２の外周に円筒状の磁石１４が装着されている。磁石１４は上端部１４ａ側 と下端部１４ｂ側とが異なる磁極に着磁されている。

上部ハウジング３に、センサ支持体１６が装着されている。センサ支持体１６には、２つの磁気検知器１７ａ，１７ｂが保持されている。センサ支持体１６が上部ハウジング３に固定された状態で、磁気検知器１７ａ，１７ｂが、上部ハウジング３の薄肉部３ｂに対面している。

磁気検知器１７ａ，１７ｂはホール素子または磁気抵抗効果素子などの磁気感知素子を有している。磁石１４の側方には、上端部１４ａ側から下端部１４ｂ側に向かう 磁界が、または下端部１４ｂ側から上端部１４ｂ側に向かう磁界が存在している。移動ホルダ１０がハウジング２の内部で上下に移動するときに、磁石１４が薄肉部３ｂのすぐ内側を移動する。前記磁界は薄肉部３ｂを介して磁気検知器１７ａ，１７ｂに与えられるが、磁気検知器１７ａ，１７ｂに作用する磁束の向きは、磁石１４の上下方向の位置に応じて変化する。この磁束の向きの変化に基づいて、磁気検知器１７ａと磁気検知器１７ｂから、位相が９０度相違する正弦波や余弦波に近似した出力が得られる。この２つの出力から逆正接関数（アークタンジェント）が演算されることで、移動ホルダ１０の上下の位置や移動量を一次関数的な変化として検知することが可能になる。

下部ハウジング４の底部には、下向きに変形させられた前記軸受け部４ｂが一体に形成されており、この軸受け部４ｂの下端面に前記貫通穴４ｃが形成されている。軸受け部４ｂにスラスト軸受２１が保持されており、スラスト軸受２１の外周と、軸受け部４ｂの内周面との間にシールリング２２が装着されている。

アクチュエータ１には駆動軸２０が設けられている。駆動軸２０は金属シャフトである。駆動軸２０は前記スラスト軸受２１に摺動自在に保持されて、第２の圧力室７の内部から、下部ハウジング４よりも下側の外部空間に向けて延び出ている。

第２の圧力室７の内部において、駆動軸２０の上端部が、連結部３０において、移動ホルダ１０の底面部１１ａの中心部に固定されている。

図４に示すように、駆動軸２０の先端部２０ａは、直径が一段小さい細径部となっている。移動ホルダ１０の底面部１１ａの中心部３１に金属ブッシュ３２が装着される。金属ブッシュ３２には、第２の圧力室７側から保持部１２の内部の空間部１３に貫通する連結穴３２ａが形成されている。また金属ブッシュ３２の外周面には周方向に延びる溝部３２ｃが形成されて、外周面が凹凸面となっている。

移動ホルダ１０と駆動軸２０とを連結部３０において固定するための組立方法は以下の通りである。図４は連結部３０の分解斜視図であるが、この図ではダイヤフラム５の図示が省略されている。

金属ブッシュ３２は、移動ホルダ１０の底面部１１ａの中心部３１にインサート成形法などにより一体的に固定される。移動ホルダ１０の底面部１１ａの受け部である外表面１１ｄをダイヤフラム５の一方の側に設置し、ダイヤフラム５の他方の側に円板形状の金属支持部材３３を設置する。移動ホルダ１０と金属支持部材３３でダイヤフラム５を挟んだ状態で、駆動軸２０の先端部２０ａを金属支持部材３３の中心穴３３ａに挿入し、さらにダイヤフラム５の中心部に形成された貫通穴５ｂに挿入し、先端部２０ａを金属ブッシュ３２の連結穴３２ａの内部に挿入する。

このとき、駆動軸２０の先端部２０ａは、移動ホルダ１０において保持部１２の内部を貫通する空間部１３に露出する。駆動軸２０と金属支持部材３３を治具で固定した状態で、空間部１３に加圧工具を挿入し、先端部２０ａを押し潰して変形させることで、図５に示すカシメ部２３が形成される。

図５に示すように、カシメ部２３を加工する際の圧力が、移動ホルダ１０に装着された金属ブッシュ３２で受けられるため、合成樹脂製の移動ホルダ１０が破損することがない。金属 ブッシュ３２の外周面は溝部３２ｃを有する凹凸形状であるため、インサート成形法などで固定される際に、この凹凸部に移動ホルダ２０の一部が食い込んで形成されるようになり、金属ブッシュ３２が移動ホルダ２０に強固に固定されるようになる。

図５に示すように、駆動軸２０には先端部２０ａとの境界部に段差部２０ｂが形成されており、金属支持部材３３が段差部２０ｂに掛止された状態でカシメ部２３が加工される。カシメ加工の圧力を受ける金属ブッシュ３２と、段差部 ２０ｂから力を受ける金属支持部材３３とが互いに接近する方向へ押し付けられ、移動ホルダ１０と金属支持部材３３との間でダイヤフラム５が強固に保持され、さらに駆動軸２０が強固に固定される。

組立作業では、移動ホルダ１０に形成された空間部１３の内部でカシメ部２３を加工することができるため、１回のカシメ工程での固定によって、移動ホルダ１０とダイヤフラム５と金属支持部材３３ならびに駆動軸２０を、互いに位置決めさせて強固に固定することが可能である。また加工後は、保持部１２に保持された磁石１４と駆動軸２０との軸方向の相対位置、ならびに半径方向の相対位置を高精度に決めることができ、この相対位置に製品ごとのばらつきが発生しにくくなる。

アクチュエータ１の組立作業では、カシメ工程によって、移動ホルダ１０とダイヤフラム５と金属支持部材３３ならびに駆動軸２０を固定した後に、駆動軸２０をスラスト軸受２１に挿入し、さらにダイヤフラム５の周縁部５ａを上部ハウジング２の接合フランジ３ａと下部ハウジング４の接合フランジ４ａとの間に挟んで上部ハウジング３と下部ハウジング４とを固定する。

他の組立方法としては、下部ハウジング４に保持されたスラスト軸受２１に駆動軸２０を挿通させた状態で、駆動軸２０の先端部２０ａを、金属支持部材３３とダイヤフラム５に貫通させて、移動ホルダ１０に保持された金属ブッシュ３２に挿通させて、カシメ固定を行ってもよい。

図１ないし図３に示す各構成要素のうち、上部ハウジング３ならびにこれに保持された磁気検知器１７ａ，１７ｂと、移動ホルダ１０ならびにこれに保持された磁石とで、本発明の移動検知装置が構成されている。この移動検知装置はユニットとして流通させることができる。さらに、この移動検知装置を購入し、駆動軸２０をカシメ固定して、図１ないし図３に示すアクチュエータ１が組み立てられる。

アクチュエータ１がエンジンの排気ガス再循環装置に使用されるときは、接続管８がエンジンの吸気マニフォールドに接続され、駆動軸２０がウエストゲートバルブの開閉駆動機構に連結される。

第１の圧力室６の気圧が第２の圧力室７の気圧に対して低下していないときは、図２に示すように、移動ホルダ１０がスプリング１５で下向きに押し付けられ、ダイヤフラム５を下から支えている金属支持部材３３が、下部ハウジング４の底部に固定された金属製のストッパ部材１８に押し付けられている。

吸気マニフォールドから第１の圧力室６に第２の圧力室７の気圧に対して負圧が作用すると、図３に示すように、移動ホルダ１０とダイヤフラム５がスプリング１５の付勢力に対向して上昇する。移動ホルダ１０と共に上昇する駆動軸２０によって、ウエストゲートバルブの開度が調整される。

移動ホルダ１１０の上下の移動位置の変化に応じて、磁気検知器１７ａ，１７ｂに作用する磁石１４からの磁界の向きが変化する。この磁界の向きの変化が検知されることで、移動ホルダ１０の移動位置が検知される。

図６は本発明の第２の実施の形態のアクチュエータ１０１およびこれに使用される移動検知装置の一部を示している。

このアクチュエータ１０１では、移動ホルダ１１０が、金属ホルダ１１１と合成樹脂ホルダ１１２とで構成されている。金属ホルダ１１１と合成樹脂ホルダ１１２とは、インサート成形法やアウトサート成形法によって、互いに高精度に位置決めされて一体に固着されている。

インサート成形法あるいはアウトサート成形法は、金属ホルダ１１１が金型内で固定された状態で、金型内において金属ホルダに接して形成されたキャビティに溶融樹脂が射出される。これにより、合成樹脂ホルダ１１２が射出成型されるとともに、金属ホルダ１１１と合成樹脂ホルダ１１２とが一体に固着される。

移動ホルダ１１０は、金属ホルダ１１１が底面部１１１ａと側面部１１１ｂ
ならびに凹部１１１ｃを有してプランジャ部として機能する。底面部１１１ａの外表面と側面部１１１ｂの外表面が、ダイヤフラム５の受け部となる。また、底面部１１１ａの中心部に連結穴１３１が形成されている。

合成樹脂ホルダ１１２は保持部として機能し、外周部に円筒状の磁石１４が保持される。保持部である合成樹脂ホルダ１１２の中心部には空間部１１３が形成されている。

金属ホルダ１１１と合成樹脂ホルダ１１２とが固着された移動ホルダ１１０は一体の部品として取り扱われる。

図６に示すように、連結部１３０では、移動ホルダ１１０と金属支持部材３３との間にダイヤフラム５が挟まれて、駆動軸２０の先端部２０ａが金属支持部材３３の中心穴３３ａとダイヤフラム５の貫通穴５ｂに挿通され、さらに金属ホルダ１１１の連結穴１３１に挿入される。そして、合成樹脂ホルダ１１０の空間部１１３側から駆動軸２０の先端部２０ａか加圧成形されてカシメ部２３が形成される。

この実施の形態でも、移動ホルダ１１０に、磁石１４の内側を通過する空間部１１３が形成されているため、この空間部１１３の内部でカシメ部２３を加工することができ、最少の工程で、移動ホルダ１１０と駆動軸２０とダイヤフラム５ならびに金属支持部材３３を一体に固定することが可能である。

また、駆動軸２０と磁石１４との相対位置を、軸方向と半径方向とで高精度に決めることができ、移動検知装置による移動ホルダ１１０の移動位置の検知精度を高めることができる。

なお、前記実施の形態では、連結部３０，１３０において、駆動軸２０の先端部２０ａが移動ホルダ１０または１１０にカシメ固定されているが、例えば、空間部１３，１１３の内部に工具を挿入して、駆動軸２０と移動ホルダ１０または１１０とをボルトで固定してもよい。

１ アクチュエータ
２ ハウジング
３ 上部ハウジング
４ 下部ハウジング
５ ダイヤフラム
６ 第１の圧力室
７ 第２の圧力室
１０ 移動ホルダ
１１ａ 底面部
１１ｂ 側面部
１１ｃ 外面部
１１ プランジャ部
１２ 保持部
１３ 空間部
１４ 磁石
１５ スプリング
１７ａ，１７ｂ 磁気検知器
２０ 駆動軸
２１ スラスト軸受
２３ カシメ部
３０ 連結部
３２ 金属ブッシュ
３２ａ 連結穴
３３ 金属支持部材
１０１ アクチュエータ
１１０ 移動ホルダ
１１１ 金属ホルダ
１１２ 合成樹脂ホルダ
１１３ 空間部
１３０ 連結部
１３１ 連結穴

Claims (8)

1. ハウジングと、前記ハウジング内でダイヤフラムと共に移動させられる移動ホルダと、前記移動ホルダに固定された磁石と、前記ハウジングに固定されて前記磁石からの磁界を検知する磁気検出器と、が設けられた移動検知装置において、
   前記移動ホルダには、前記磁石を保持する保持部と、前記ダイヤフラムから移動力が与えられる受け部と、前記ハウジングの外部に延びる駆動軸が取り付けられる連結部とが形成されており、
   前記移動ホルダには、前記保持部の内部を通過して前記連結部に至る空間部が形成されており、
   前記磁石は円筒形状であり、前記空間部は、前記磁石の内側を通過していることを特徴とする移動検知装置。
2. 前記連結部は、前記移動ホルダの前記受け部の中央部に形成されている請求項１記載の移動検知装置。
3. 請求項１または２に記載された移動検知装置を有し、
   前記ハウジング内は、前記ダイヤフラムで第１の圧力室と第２の圧力室とに区分されて、前記磁石と前記保持部が第１の圧力室に位置し、前記駆動軸は、第２の圧力室からハウジングの外部に延びており、
   前記駆動軸の端部が、前記連結部に連結されていることを特徴とするアクチュエータ。
4. 前記移動ホルダの前記受け部と金属支持部材との間に前記ダイヤフラムが挟まれ、前記駆動軸の端部が前記金属支持部材と前記ダイヤフラムとを貫通して前記連結部に連結されている請求項３記載のアクチュエータ。
5. 前記移動ホルダでは、前記連結部に、前記空間部に通じる連結穴が形成されており、前記駆動軸の端部が前記連結穴に挿入され、前記空間部側から前記端部が加圧されて、前記移動ホルダに前記駆動軸がカシメ固定されている請求項３または４記載のアクチュエータ。
6. 前記移動ホルダは合成樹脂製で、前記連結穴が金属ブッシュで形成されており、前記駆動軸の端部が前記金属ブッシュの内部に挿入されてカシメ固定されている請求項５記載のアクチュエータ。
7. 前記移動ホルダは、金属ホルダと合成樹脂ホルダとが組み合わされて構成されて、前記金属ホルダに前記受け部が形成され、前記合成樹脂ホルダに前記保持部が形成されており、前記駆動軸の端部が前記金属ホルダにカシメ固定されている請求項５記載のアクチュエータ。
8. 前記合成樹脂ホルダと前記金属ホルダは互いに固着されている請求項７記載のアクチュエータ。

Images