JP6771400B2 - Valve drive actuator and valve drive device - Google Patents
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Description
この発明は、シャフトの動きを規制する機構が設けられたアクチュエータに関するものである。 The present invention relates to an actuator provided with a mechanism for regulating the movement of the shaft.
ロータの回転運動をシャフトの直線運動に変換するアクチュエータが知られている。また例えば特許文献1には、そのようなアクチュエータにおいて、シャフトの動きを規制する機構を設けることが記載されている。具体的には、シャフトの回転運動を規制する機構、シャフトの開弁方向への移動を規制する機構、及び、シャフトの閉弁方向への移動を規制する機構が記載されている。
Actuators that convert the rotary motion of the rotor into the linear motion of the shaft are known. Further, for example,
上記のようなシャフトの動きを規制する機構が設けられたアクチュエータでは、当該機構の構成部材同士が当接すると、その当接による衝撃力が発生する。上記特許文献1には、リンク機構又はブラケットを弾性を有する部材で構成すること、雌ねじ部を樹脂材で構成すること、及び、軸受部とハウジング部との間にばね部材を設置することが記載されており、このようにしてウエストゲートバルブから伝わる衝撃を吸収するとしている。このように、上記特許文献1では、発生した衝撃をその後の段階で吸収するための構成が記載されている。しかしながら、当該構成は、衝撃発生時に大きな衝撃ではなく小さな衝撃が発生するようにして、発生するそもそもの衝撃自体を小さくしようとするものではない。言い換えれば、当該構成は、衝撃力そのものを緩和しようとするものではない。つまり、上記特許文献1では、発生する衝撃力、例えばシャフトの動きを規制する機構の構成部材同士が当接して発生する衝撃力そのものを緩和することについて、考慮がされていなかった。
In an actuator provided with a mechanism for regulating the movement of the shaft as described above, when the constituent members of the mechanism come into contact with each other, an impact force is generated due to the contact.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、シャフトの動きを規制する機構の構成部材同士が当接して発生する衝撃力そのものを緩和できるアクチュエータを得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to obtain an actuator capable of alleviating the impact force itself generated by abutting the constituent members of a mechanism for regulating the movement of the shaft. ..
この発明に係るバルブ駆動アクチュエータは、内側に雌ねじ部を有し回転運動するロータと、雌ねじ部と噛み合う雄ねじ部を有し、ロータの回転運動を軸方向に沿った直線運動に変換して出力するシャフトと、閉側ストッパと当該閉側ストッパに当接するシャフトの第1 当接部とを有しシャフトの閉弁方向への移動を規制する閉側規制機構、開側ストッパと当該開側ストッパに当接するシャフトの第2 当接部とを有しシャフトの開弁方向への移動を規制する開側規制機構、又は、平坦面を有する回転ストッパと当該平坦面に平坦面が当接するシャフトの第3 当接部とを有しシャフトの軸周りの回転を規制する回転規制機構とを備え、閉側規制機構、開側規制機構、又は、回転規制機構は、当接し合う2つの構成部材のうち、前記シャフトが当接する側の構成部材が接着又はインサート成形により固定されている弾性体であることを特徴とするものである。 The valve drive actuator according to the present invention has a rotor having a female screw portion inside and rotating, and a male screw portion that meshes with the female screw portion, and converts the rotational movement of the rotor into a linear motion along the axial direction and outputs the rotor. A closed-side regulating mechanism having a shaft, a closed-side stopper, and a first contact portion of the shaft that contacts the closed-side stopper and restricting the movement of the shaft in the valve closing direction, an open-side stopper and the open-side stopper. An open side regulating mechanism that has a second contact portion of the shaft that comes into contact and regulates the movement of the shaft in the valve opening direction, or a rotary stopper that has a flat surface and a shaft that has a flat surface in contact with the flat surface. 3 It has a contact portion and a rotation regulation mechanism that regulates the rotation of the shaft around the axis, and the closed side regulation mechanism, the open side regulation mechanism, or the rotation regulation mechanism is one of the two constituent members that abut each other. , The constituent member on the side with which the shaft comes into contact is an elastic body fixed by adhesion or insert molding .
この発明によれば、シャフトの動きを規制する機構である閉側規制機構、開側規制機構又は回転規制機構は、当接し合う2つの構成部材のうちの少なくとも一方が弾性体であるので、シャフトの動きを規制する機構の構成部材同士が当接して発生する衝撃力そのものを緩和することができる。 According to the present invention, the closed-side regulating mechanism, the open-side regulating mechanism, or the rotation-regulating mechanism, which is a mechanism for regulating the movement of the shaft, has an elastic body at least one of two abutting constituent members. It is possible to alleviate the impact force itself generated by the contact between the constituent members of the mechanism that regulates the movement of the.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係るアクチュエータ1の断面図である。図1は、車両に搭載されたターボチャージャのウエストゲート(以下、WGと称す)バルブ102を駆動するWGアクチュエータとして、アクチュエータ1を用いた場合を示している。
FIG. 1 is a cross-sectional view of the
アクチュエータ1は、ケース2で囲われた空間に、ロータ3を有する。ロータ3は、多数枚の磁性鋼板が積層一体化されたロータコア30、ロータコア30に巻かれたコイル31、ロータコア30の内側に設けられた円筒状のパイプ32、及び、パイプ32の内側に円筒状に設けられた樹脂部材33を有する。樹脂部材33の内周面は雌ねじ状となっており、これによりロータ3の内側に雌ねじ部34が形成されている。パイプ32は、その両端部がロータコア30から突出しており、紙面における上端部は軸受3aに回転可能に支持され、紙面における下端部は軸受3bに回転可能に支持されている。ロータコア30とパイプ32と樹脂部材33とは、互いに固定されており、ロータ3として一体的に回転する。
The
シャフト4は、ロータ3を貫通している。シャフト4の外周面は一部が雄ねじ状となっており、これによりシャフト4は、雌ねじ部34と噛み合う雄ねじ部40を有する。シャフト4は、紙面におけるその下端部がケース2から突出している。シャフト4は、例えばステンレス製である。
The
ロータ3から見て紙面における下側には、ボス5が設けられている。ボス5は、ケース2に固定されている。ボス5は、シャフト4に貫通されている。ボス5は、その大部分が樹脂製である。
ロータ3から見て紙面における上側には、整流子6が設けられている。整流子6は、ロータ3に固定されている。
ロータ3から見て外周側では、マグネット7及びヨーク8がケース2に固定されている。
A
A
On the outer peripheral side when viewed from the
上記のように構成されたアクチュエータ1において、外部端子9に電圧が印加されると、外部端子9に接続しているブラシを介して整流子6次いでコイル31に電流が流れ、整流子6とロータ3とが一体的に回転する。なお、このように、ブラシ付き直流モータがアクチュエータ1に搭載された場合を図1では示しているが、それ以外のモータでアクチュエータ1が構成されてもよい。
ロータ3が回転すると、ロータ3の雌ねじ部34と噛み合う雄ねじ部40を有するシャフト4は、シャフト4の軸方向に沿って移動する。このようにして、シャフト4は、ロータ3の回転運動を自身の軸方向に沿った直線運動に変換して出力する。アクチュエータ1において、シャフト4が突出している側、図1では下側が、出力側となる。
In the
When the
図1に示すように、アクチュエータ1がターボチャージャのWGバルブ102を駆動する場合を例に以下説明する。ターボチャージャは、エンジンからの排気ガスによってタービンを回転させ、このタービンと同軸で接続されたコンプレッサを駆動して吸気を圧縮しエンジンに供給するものである。排気通路100のタービン上流側には、排気ガスを排気通路100からバイパス通路101へ逃がすWGバルブ102が設置されており、アクチュエータ1がWGバルブ102を開閉して排気通路100からバイパス通路101への排気ガス流入量を調整することにより、タービンの回転数が制御される。
As shown in FIG. 1, a case where the
アクチュエータ1は、リンク機構103を介してWGバルブ102を駆動する。リンク機構103は、2枚のプレート103a,103bを有する。プレート103aの一端側にシャフト4が取り付けられ、プレート103aの他端側にプレート103bが回動可能に取り付けられている。ロータ3が一方向に回転してシャフト4が紙面における下方向に移動すると、プレート103aも下方向に移動する。すると、プレート103b及びWGバルブ102が回動し、WGバルブ102が開く。一方、ロータ3が逆方向に回転してシャフト4が紙面における上方向に移動すると、プレート103aも上方向に移動する。すると、プレート103b及びWGバルブ102が回動し、WGバルブ102が閉じる。このように、アクチュエータ1とWGバルブ102とで、バルブ駆動装置が構成される。
なお、図1は、WGバルブ102の全閉状態を実線で示し、WGバルブ102の全開状態を二点鎖線で示している。つまり、図1では、紙面における下方向がシャフト4にとっての開弁方向となり、紙面における上方向がシャフト4にとっての閉弁方向となる。
The
In FIG. 1, the fully closed state of the
ここで、図2に、図1における部分Aを抜き出して拡大した断面図を示す。
図1及び図2に示すシャフト4の位置は、全閉状態での位置である。このとき、図2に示すように、雌ねじ部34の下側の先端にシャフト4の第1当接部41が当接して、シャフト4がそれ以上閉弁方向に移動することが規制されている。つまり、雌ねじ部34の下側の先端は、閉側ストッパとして機能する。このように、当該閉側ストッパと第1当接部41とで、シャフト4の閉弁方向への移動を規制する閉側規制機構が構成されている。
Here, FIG. 2 shows an enlarged cross-sectional view of the portion A in FIG. 1.
The position of the
また、図1及び図2に示す状態からシャフト4が開弁方向に移動すると、シャフト4は、やがて、ボス5の内側にある底部50に第2当接部42が当接する。これにより、シャフト4がそれ以上開弁方向に移動することが規制される。つまり、ボス5の底部50は、開側ストッパとして機能する。このように、当該開側ストッパと第2当接部42とで、シャフト4の開弁方向への移動を規制する開側規制機構が構成されている。
Further, when the
また図3に、図2におけるB−B線に沿ってシャフト4を切断した断面図を示す。シャフト4は、その外周面に2つの平坦面43a,43bを有する。また、ボス5は、その内周面に2つの平坦面51a,51bを有する。シャフト4が移動する際に、平坦面43a,43bが平坦面51a,51bに当接することで、ロータ3の回転に釣られてシャフト4が軸周りに回転することが規制され、シャフト4は軸方向に沿ってスムーズに移動しやすくなる。つまり、平坦面51a,51bを有するボス5の内側の部位は、回転ストッパとして機能する。また、平坦面43a,43bを有し、平坦面51a,51bに平坦面43a,43bが当接するシャフト4の部位は、シャフト4の第3当接部となる。このように、当該回転ストッパと第3当接部とで、シャフト4の軸周りの回転を規制する回転規制機構が構成されている。なお、図3では、シャフト4の外周面とボス5の内周面とが密着して描かれているが、シャフト4が軸方向に沿って移動可能なように、実際にはわずかな隙間が設けられている。
Further, FIG. 3 shows a cross-sectional view of the
閉側規制機構、開側規制機構及び回転規制機構は、一方の構成部材が他方の構成部材に当接することで、それぞれの機構として機能する。例えば閉側規制機構では、一方の構成部材であるシャフト4の第1当接部41が、他方の構成部材である雌ねじ部34の先端に当接することで、閉弁方向へのシャフト4の移動が規制される。このため、2つの構成部材の当接時、その当接による衝撃力が発生する。
The closed-side regulation mechanism, the open-side regulation mechanism, and the rotation regulation mechanism function as their respective mechanisms when one component abuts on the other component. For example, in the closing side regulation mechanism, the
そこで、実施の形態1では、第1当接部41が当接する雌ねじ部34の先端、第2当接部42が当接するボス5の底部50、及び、第3当接部が当接する平坦面51a,51bを有するボス5の部位が、例えばゴム等の弾性体で構成されている。当該弾性体は、接着又はインサート成形等により、樹脂部材33の一部又はボス5の一部として固定されている。このように、樹脂部材33及びボス5において、第1当接部41、第2当接部42又は第3当接部が当接する部位を部分的に弾性体とすることで、閉側規制機構、開側規制機構及び回転規制機構が機能する際に発生する衝撃力は小さくなる。つまり言い換えれば、発生する衝撃力そのものを緩和することができる。
Therefore, in the first embodiment, the tip of the
これにより、例えば閉弁時、シャフト4の移動速度を遅くすることによって閉側規制機構により発生する衝撃力そのものを緩和するような制御は不要となる。したがって、閉弁速度が速くなる。図4は、アクチュエータ1による閉弁速度の高速化について示したグラフである。当該グラフの縦軸は、シャフト4のケース2からの突出量を示す。図4は、第1当接部41が当接する雌ねじ部34の先端を弾性体としたときの様子を実線で示し、当該先端を樹脂部材33の他の部位と同じ樹脂のままとしたときの様子を破線で示す。第1当接部41が雌ねじ部34の先端に当接して発生する衝撃力の大きさの違いにより、任意の開弁位置から全閉位置に至るまでの時間は、実線のときの方が短くすることができている。
This eliminates the need for control that alleviates the impact force itself generated by the closing side regulating mechanism by slowing down the moving speed of the
なお、開弁時も同様に、シャフト4の移動速度を遅くすることによって開側規制機構により発生する衝撃力そのものを緩和するような制御は不要となる。したがって、開弁速度が速くなる。また、回転規制機構が機能する際に発生する衝撃力そのものが緩和されることも、閉弁速度及び開弁速度を速めることに寄与する。つまり、実施の形態1に係るアクチュエータ1によれば、応答性を向上させることができる。
Similarly, when the valve is opened, it is not necessary to control the
また、第1当接部41が当接する雌ねじ部34の先端が弾性体で構成されることにより、当該先端が樹脂部材33の他の部位と同じ樹脂で構成される場合に比べ、第1当接部41が当接することによる雌ねじ部34の先端ひいては樹脂部材33の破損の可能性を抑えることができる。このことは、第2当接部42が当接するボス5の底部50、及び、第3当接部が当接するボス5の内周面についても同様に言える。
Further, since the tip of the female threaded
なお、上記では、アクチュエータ1をWGバルブ102を駆動するWGアクチュエータとして用いる場合を示した。しかしながら、アクチュエータ1は、WGバルブ102以外のバルブを駆動するために用いられてもよい。例えば、アクチュエータ1は、EGR(Exhaust Gas Recirculation)バルブを駆動するものであってもよい。また、アクチュエータ1は、ツインターボのような複数のターボチャージャを用いる場合に、排気ガスを供給するターボチャージャを切り替えるためのバルブを駆動するものであってもよい。
In the above, the case where the
また、上記では、弾性体としてゴムを例に挙げたが、ゴム以外の弾性体を用いてもよい。要は、樹脂部材33及びボス5の大部分を構成している樹脂よりも弾性のあるものであれば、発生する衝撃力そのものを緩和することに寄与する。
Further, in the above, rubber has been mentioned as an example of the elastic body, but an elastic body other than rubber may be used. In short, if it is more elastic than the resin constituting most of the
また、上記では、シャフト4の第1当接部41、第2当接部42又は第3当接部が当接する側の雌ねじ部34の先端、ボス5の底部50、及び、平坦面51a,51bの部位を、弾性体にするとした。しかしながら、シャフト4の第1当接部41、第2当接部42及び第3当接部を弾性体としてもよい。つまり、例えばステンレス製のシャフト4に、部分的に弾性体が配置される。要は、閉側規制機構、開側規制機構及び回転規制機構の各規制機構で、当接し合う2つの構成部材のうちの少なくとも一方が弾性体であればよい。
Further, in the above, the tip of the
また、上記では、アクチュエータ1が閉側規制機構、開側規制機構及び回転規制機構を備える場合を示した。しかしながら、アクチュエータ1は、アクチュエータ1の使用条件等に応じてこれら3つの機構のうち任意の2つ又は1つの機構のみを備えるようにしてもよい。
Further, in the above, the case where the
また、上記では、アクチュエータ1が図1における部分Aに閉側規制機構、開側規制機構及び回転規制機構を備える場合を示した。しかしながら、アクチュエータ1の構造次第では、アクチュエータ1は、例えば図1における部分Cに閉側規制機構、開側規制機構及び回転規制機構を備えるようにしてもよい。この場合、アクチュエータ1は、部分C内のシャフト4の任意の部位に、第1当接部41、第2当接部42及び第3当接部に相当する当接部を備え、部分C内の例えばパイプ32の任意の部位に、雌ねじ部34の先端、ボス5の底部50及び平坦面51a,51bに相当して各当接部が当接する構成を備える。
Further, in the above, the case where the
以上のように、この発明の実施の形態1によれば、閉側規制機構、開側規制機構及び回転規制機構等のシャフト4の動きを規制する機構は、当接し合う2つの構成部材のうちの少なくとも一方が弾性体となっている。したがって、シャフト4の閉弁方向への移動、シャフト4の開弁方向への移動、及び、シャフト4の軸周りの回転等を規制する際に、各機構の構成部材同士が当接して発生する衝撃力は小さくなり、衝撃力そのものを緩和することができることとなる。
As described above, according to the first embodiment of the present invention, the mechanisms that regulate the movement of the
なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。 In the present invention, within the scope of the invention, it is possible to modify any component of the embodiment or omit any component of the embodiment.
1 アクチュエータ、2 ケース、3 ロータ、3a,3b 軸受、4 シャフト、5 ボス、6 整流子、7 マグネット、8 ヨーク、9 外部端子、30 ロータコア、32 パイプ、33 樹脂部材、34 雌ねじ部、40 雄ねじ部、41 第1当接部、42 第2当接部、43a,43b 平坦面、50 底部、51a,51b 平坦面、100 排気通路、101 バイパス通路、102 WGバルブ、103 リンク機構、103a,103b プレート。 1 Actuator, 2 Case, 3 Rotor, 3a, 3b Bearing, 4 Shaft, 5 Boss, 6 Commutator, 7 Magnet, 8 Yoke, 9 External Terminal, 30 Rotor Core, 32 Pipe, 33 Resin Member, 34 Female Thread, 40 Male Thread Part, 41 1st contact part, 42 2nd contact part, 43a, 43b flat surface, 50 bottom, 51a, 51b flat surface, 100 exhaust passage, 101 bypass passage, 102 WG valve, 103 link mechanism, 103a, 103b plate.
Claims (4)
前記雌ねじ部と噛み合う雄ねじ部を有し、前記ロータの回転運動を軸方向に沿った直線運動に変換して出力するシャフトと、
閉側ストッパと当該閉側ストッパに当接する前記シャフトの第1当接部とを有し前記シャフトの閉弁方向への移動を規制する閉側規制機構、開側ストッパと当該開側ストッパに当接する前記シャフトの第2当接部とを有し前記シャフトの開弁方向への移動を規制する開側規制機構、又は、平坦面を有する回転ストッパと当該平坦面に平坦面が当接する前記シャフトの第3当接部とを有し前記シャフトの軸周りの回転を規制する回転規制機構とを備え、
前記閉側規制機構、前記開側規制機構、又は、前記回転規制機構は、当接し合う2つの構成部材のうち、前記シャフトが当接する側の構成部材が接着又はインサート成形により固定されている弾性体であることを特徴とするバルブ駆動アクチュエータ。 A rotor that has a female thread inside and rotates,
A shaft having a male threaded portion that meshes with the female threaded portion and converting the rotational motion of the rotor into a linear motion along the axial direction and outputting the shaft.
A closed-side regulating mechanism having a closed-side stopper and a first contact portion of the shaft that abuts on the closed-side stopper and restricting the movement of the shaft in the valve-closing direction, hitting the open-side stopper and the open-side stopper. An opening side regulating mechanism having a second contact portion of the shaft in contact and restricting the movement of the shaft in the valve opening direction, or a rotation stopper having a flat surface and the shaft in which the flat surface comes into contact with the flat surface. With a third contact portion of the shaft and a rotation regulating mechanism for regulating the rotation of the shaft around the axis.
The closed-side regulating mechanism, the open-side regulating mechanism, or the rotation-regulating mechanism is elastic in which , of the two components that abut each other, the component on the side that the shaft abuts is fixed by adhesion or insert molding. A valve-driven actuator characterized by being a body .
前記開側規制機構を備える場合、前記開側ストッパは、前記ロータよりも出力側に位置して前記シャフトが貫通するボスの内側に備えられ、
前記回転規制機構を備える場合、前記回転ストッパは、前記ロータよりも出力側に位置して前記シャフトが貫通するボスの内側に備えられることを特徴とする請求項1記載のバルブ駆動アクチュエータ。 When the closed side regulating mechanism is provided, the closed side stopper is provided at the output side tip of the female thread portion.
When the open side regulating mechanism is provided, the open side stopper is provided inside a boss located on the output side of the rotor and through which the shaft penetrates.
When provided with the rotation regulating mechanism, the rotating stopper valve drive actuator according to claim 1, wherein said shaft located on the output side of the rotor, characterized in that the Ru provided inside the boss penetrates.
前記バルブ駆動アクチュエータによって駆動されるバルブとを備えることを特徴とするバルブ駆動装置。 The valve drive actuator according to any one of claims 1 to 3.
A valve drive device including a valve driven by the valve drive actuator.
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