JP7333890B2 - アクチュエータ - Google Patents

Description

本開示は、アクチュエータに関する。

特許文献１には、アクチュエータが開示されている。この特許文献１に開示されたアクチュエータは、固定子に対して回転子を回転させることで、シャフトを軸方向に往復移動させるものである。当該アクチュエータにおいては、ハウジングに形成された貫通孔に、Ｏリングを介して、支持部材（キャップ）が取り付けられている。シャフトは、その支持部材内において軸方向に移動可能に支持されている。

特開２０１８－５９４９４号公報

特許文献１に開示されたアクチュエータには、回転子の回転又はシャフトの移動に伴って、振動が発生する場合がある。このように、振動が発生すると、その振動が貫通孔に伝わる。この結果、支持部材が貫通孔から外れてしまうおそれがある。

また、特許文献１に開示されたアクチュエータを、外気の温度が大きく変化する環境下で、使用する場合、貫通孔は、その外気の温度変化に伴って、熱変形（例えば、熱膨張又は熱収縮）することがある。このように、貫通孔が熱変形すると、支持部材が貫通孔から外れてしまうおそれがある。

本開示は、上記のような課題を解決するためになされたもので、シャフトを軸方向に移動可能に支持する支持部材がＯリングを介して取り付けられる貫通孔に、振動又は熱変形が発生しても、支持部材の貫通孔からの脱落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を目的とする。

本開示に係るアクチュエータは、シャフトの軸方向に延びる貫通孔と、貫通孔にＯリングを介して取り付けられ、シャフトを軸方向に移動可能に支持し、弾性樹脂材料で形成される円筒状の支持部材と、貫通孔から径方向内側に向けて突出する段差部と、支持部材に形成され、径方向外側に向けて突出するフック形状を有し、段差部に係止するフック部とを備え、シャフトは、外径が、支持部材の貫通孔への差し込み方向側に向かうに従って、徐々に小さくなる円錐部を有し、円錐部は、段差部に載り上がったときのフック部の弾性変形を受けるものである。

本開示によれば、シャフトを軸方向に移動可能に支持する支持部材がＯリングを介して取り付けられる貫通孔に、振動又は熱変形が発生しても、支持部材の貫通孔からの脱落を防止することができる。

実施の形態１に係るアクチュエータの構成を示す縦断面図である。 支持部材の構成を示す外観斜視図である。 支持部材の貫通孔への取り付け時において、支持部材のフック部が段差部に載り上がって円錐部の外周面に倣う状態を示す図である。 支持部材の貫通孔への取り付け時において、支持部材のフック部が段差部に係止した状態を示す図である。

以下、本開示をより詳細に説明するために、本開示を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。

実施の形態１．
実施の形態１に係るアクチュエータ１０について、図１から図４を用いて説明する。

図１は、実施の形態１に係るアクチュエータ１０の構成を示す縦断面図である。図２は、支持部材４４の構成を示す外観斜視図である。図３は、支持部材４４の貫通孔４２ｂへの取り付け時において、支持部材４４のフック部４４ｃが段差部４２ｃに載り上がって円錐部１１ｃの外周面に倣う状態を示す図である。図４は、支持部材４４の貫通孔４２ｂへの取り付け時において、支持部材４４のフック部４４ｃが段差部４２ｃに係止した状態を示す図である。

図１に示すアクチュエータ１０は、例えば、車両に搭載された車載用アクチュエータである。このアクチュエータ１０は、内蔵したモータ１２の回転運動からシャフト１１の直線運動を生み出すものである。例えば、シャフト１１の下端は、車両に搭載される、ターボチャージャ付きエンジンにおけるウェイストゲートバルブと機械的に接続されている。アクチュエータ１０は、モータ１２を回転させることで、シャフト１１をその軸方向に往復移動させる。この結果、アクチュエータ１０は、ウェイストゲートバルブを開閉させることができる。

図１に示すように、アクチュエータ１０は、シャフト１１、モータ１２、シャフト支持部材１３、及び、外装部材１４を備えている。

モータ１２は、固定子２０及び回転子３０を有している。このモータ１２の中心部には、シャフト１１が貫通して支持されている。なお、モータ１２は、ブラシ付ＤＣモータを想定しているが、シャフト１１を軸方向に移動させるものであれば、どのようなモータであっても良い。

固定子２０は、全体として、円筒状をなしている。この固定子２０は、モータハウジング２１、マグネット２２、ヨーク２３、ブラシ２４，及び、軸受け２５，２６を有している。

モータハウジング２１は、円筒状をなしている。このモータハウジング２１は、例えば、樹脂材料で形成されている。マグネット２２、ヨーク２３、ブラシ２４、及び、軸受け２５，２６は、そのモータハウジング２１の内部に支持されている。マグネット２２及びヨーク２３は、共に円弧状をなしている。ヨーク２３は、マグネット２２よりも固定子２０の径方向外側に配置されている。ブラシ２４は、固定子２０の上部に設けられている。このブラシ２４は、マグネット２２及びヨーク２３よりも上方に配置されている。

軸受け２５は、固定子２０の上部に設けられている。この軸受け２５は、マグネット２２及びヨーク２３よりも上方に配置されている。軸受け２６は、固定子２０の下部に設けられている。この軸受け２６は、マグネット２２及びヨーク２３よりも下方に配置されている。軸受け２５，２６は、後述するロータシャフト３４を回転可能に支持している。

回転子３０は、固定子２０の径方向内側に配置されており、当該固定子２０に対して回転可能に支持されている。また、回転子３０の中心部には、シャフト１１が貫通している。この回転子３０は、複数のロータコア３１、複数のコイル３２、整流子３３、及び、ロータシャフト３４を有している。

複数のロータコア３１は、回転子３０の周方向において、略等間隔で配置されている。各ロータコア３１は、マグネット２２及びヨーク２３の径方向内側に設けられている。

複数のコイル３２は、各ロータコア３１にそれぞれ巻回されている。整流子３３は、複数の電極を有している。これらの電極は、回転子３０の周方向において、略等間隔で配置されている。各電極は、各コイル３２にそれぞれ対応している。各コイル３２の一端は、対応する電極と電気的に接続されている。

これに対して、上記ブラシ２４は、整流子３３の径方向外側に配置されており、当該整流子３３の各電極に接触可能となっている。

ロータシャフト３４は、円筒状に形成されている。このロータシャフト３４は、複数のロータコア３１によって形成された中心孔に挿入されて、固定されている。また、ロータシャフト３４は、上記軸受け２５，２６に回転可能に支持されている。

ロータシャフト３４は、雌ねじ部３４ａを有している。この雌ねじ部３４ａは、ロータシャフト３４の内周面に形成されている。

これに対して、シャフト１１は、ロータシャフト３４の内部に配置されている。このシャフト１１は、雄ねじ部１１ａを有している。雄ねじ部１１ａは、シャフト１１の外周面に形成されている。雄ねじ部１１ａと雌ねじ部３４ａとは、噛み合っている。

このように、複数のロータコア３１、複数のコイル３２、整流子３３、及び、ロータシャフト３４は、例えば、樹脂材料等によって、一体的に形成されている。このため、ロータシャフト３４が回転した場合、複数のロータコア３１、複数のコイル３２、及び、整流子３３は、当該ロータシャフト３４と共に回転する。

シャフト支持部材１３は、モータ１２の下部に設けられている。このシャフト支持部材１３は、モータ１２の回転子３０から下方に向けて突出したシャフト１１の一端側（下端側）を支持するものである。シャフト１１の一端側は、シャフト支持部材１３の中心部を貫通している。

また、シャフト支持部材１３は、シャフトハウジング４１、シャフトガイド部材４２、Ｏリング４３、及び、支持部材４４を有している。シャフトガイド部材４２、Ｏリング４３、及び、支持部材４４は、シャフトハウジング４１の内部に設けられている。

シャフトハウジング４１は、シャフト支持部材１３の外郭を構成している。また、シャフトハウジング４１は、下端側が先細りとなるような円筒状をなしている。このシャフトハウジング４１の上部は、モータハウジング２１の下部に対して、ボルト等によって固定されている。更に、シャフトハウジング４１は、モータ１２の回転子３０から下方に向けて突出したシャフト１１の一端側を覆うように配置されている。これに対して、シャフト１１の下端は、シャフトハウジング４１を貫通している。このような、シャフトハウジング４１は、例えば、樹脂材料で形成されている。

シャフトガイド部材４２は、円筒状をなしており、シャフトハウジング４１の径方向内側に設けられている。このシャフトガイド部材４２の上部は、固定子２０の下部に固定されている。このような、シャフトガイド部材４２は、例えば、樹脂材料で形成されている。また、シャフトガイド部材４２は、ガイド孔４２ａ、貫通孔４２ｂ、段差部４２ｃを有している。

ガイド孔４２ａは、略四角形の孔である。これに対して、シャフト１１は、回転規制部１１ｂを有している。この回転規制部１１ｂは、シャフト１１の一端側に形成されており、その外形は、略四角形となっている。そして、回転規制部１１ｂは、ガイド孔４２ａに収納され、当該ガイド孔４２ａの軸方向に沿って移動可能となっている。このように、シャフト１１は、全体が円形の軸状となっており、その一端側の一部分に、外形が略四角形となる回転規制部１１ｂを有している。このため、シャフト１１は、軸心周りの回転が規制されることで、回転子３０からの回転を自身の軸方向の移動に変換することができる。

貫通孔４２ｂは、円形の孔であり、シャフトガイド部材４２の下端に開口している。この貫通孔４２ｂは、シャフト１１の一端側を回転可能に支持している。

段差部４２ｃは、貫通孔４２ｂの上部に配置されており、当該貫通孔４２ｂに連続して形成されている。この段差部４２ｃは、貫通孔４２ｂから径方向内側に向けて突出するように、環状に形成されている。

Ｏリング４３は、貫通孔４２ｂの内周面と支持部材４４の外周面との間において、圧縮された状態で設けられている。このため、Ｏリング４３は、それらの間を密閉している。また、Ｏリング４３は、貫通孔４２ｂと支持部材４４との間で圧縮されているため、支持部材４４は、そのＯリング４３の圧縮反力によって、シャフト１１側に押し付けられる。このため、シャフト１１と支持部材４４との間は、気密性が維持される。

支持部材４４は、貫通孔４２ｂに対して、その下側開口部側から嵌め込まれて取り付けられている。また、支持部材４４は、シャフト１１を軸方向において移動可能に支持している。このとき、支持部材４４は、段差部４２ｃに引っ掛けられることで、Ｏリング４３の貫通孔４２ｂからの脱落を防止している。従って、シャフト１１は、貫通孔４２ｂに嵌め込まれた支持部材４４によって、軸方向に支持されている。なお、支持部材４４の詳細については、後述する。

外装部材１４は、アクチュエータ１０の上部に設けられており、固定子２０の上部に固定されている。この外装部材１４は、全体として、中空の円錐状に形成されている。外装部材１４は、例えば、樹脂材料で形成されている。また、外装部材１４は、位置センサ５１、センサ用マグネット５２、センサシャフト５３、及び、コネクタ５４を有している。

位置センサ５１は、センサ用マグネット５２の磁界の強さを計測し、この計測した磁界の強さに基づいて、シャフト１１の軸方向位置を検出する。センサ用マグネット５２は、センサシャフト５３の上端に内蔵されている。

センサシャフト５３の下端は、シャフト１１の上端に当接可能となっている。また、センサシャフト５３は、ばね（図示省略）によって、常に下方に向けて不勢された状態となっている。このため、センサシャフト５３は、シャフト１１を、常に下方に向けて押圧した状態となっている。この結果、センサ用マグネット５２は、シャフト１１が軸方向において往復移動すると、そのシャフト１１の往復移動に連動して移動する。

これに対して、位置センサ５１は、シャフト１１の往復移動に連動するセンサ用マグネット５２の磁界の強さを計測する。また、位置センサ５１は、その計測した磁界の強さに基づいて、シャフト１１の軸方向位置を検出する。

コネクタ５４は、外装部材１４の表面から外側に向けて開口している。このコネクタ５４は、外部電源と接続可能となっており、その外部電源から電力が供給される。また、コネクタ５４は、ブラシ２４と電気的に接続されている。

従って、アクチュエータ１０においては、電力がコネクタ５４に供給されると、電流が、固定子２０のブラシ２４から回転子３０の整流子３３を経由して、各ロータコア３１に巻回されるコイル３２に流れる。このため、各ロータコア３１は、Ｎ極とＳ極とに分極して磁化する。そして、回転子３０の各ロータコア３１は、固定子２０のマグネット２２の磁力に引き付けられる。このとき、固定子２０においては、マグネット２２とヨーク２３とが磁気回路を構成する。この結果、回転子３０は、固定子２０対して回転する。

これに対応して、シャフト１１は、その軸方向において往復移動する。このとき、ウェイストゲートバルブがシャフト１１に対して機械的に接続される場合、当該ウェイストゲートバルブは、そのシャフト１１の往復移動に伴って、開動作又は閉動作する。このように、アクチュエータ１０は、電気エネルギーの入力に伴う回転子３０の回転を、シャフト１１の軸方向への移動に変換することにより、ウェイストゲートバルブを開閉可能としている。また、アクチュエータ１０は、位置センサ５１が検出したシャフト１１の軸方向位置に基づいて、バルブ開度を検出する。

次に、支持部材４４について、図２から図４を用いて説明する。

支持部材４４は、高い摺動性を有する弾性樹脂材料で形成されている。支持部材４４は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）材で形成されている。図２に示すように、支持部材４４は、台座４４ａ、円筒部４４ｂ、フック部４４ｃ、及び、切り欠き４４ｄを有している。

台座４４ａは、円板状をなしており、支持部材４４の下部に設けられている。円筒部４４ｂは、台座４４ａの上面に設けられている。この円筒部４４ｂの先端には、複数の切り欠き４４ｄを形成することで、複数のフック部４４ｃが形成されている。図２は、円筒部４４ｂの先端に、６つの切り欠き４４ｄをその周方向に略等間隔で形成することにより、６つのフック部４４ｃを有する例を示している。

フック部４４ｃは、円筒部４４ｂの径方向外側又は内側に向けて、弾性変形が可能となっている。また、フック部４４ｃの先端は、径方向外側に向けて突出するフック形状に形成されている。このため、フック部４４ｃは、支持部材４４が貫通孔４２ｂに挿入されたときに、段差部４２ｃに対して、係止可能となっている。

切り欠き４４ｄは、フック部４４ｃが円錐部１１ｃの傾斜に合わせて変形するために十分な幅を有している。各切り欠き４４ｄの幅の総和は、支持部材４４の内周の３分の１を占めている。

これに対して、シャフト１１は、円錐部１１ｃ及びストッパ面１１ｄを有している。円錐部１１ｃとストッパ面１１ｄとは、連続して形成されている。

円錐部１１ｃは、回転規制部１１ｂの下端側に形成されている。この円錐部１１ｃの外周面は、外径が、支持部材４４の貫通孔４２ｂへの差し込み方向側に向かうに従って、徐々に小さくなる、傾斜面となっている。その円錐部１１ｃにおける外周面の傾斜角度は、シャフト１１の軸心に対して、２０度以上２５度以下となっている。この傾斜角度は、支持部材４４を貫通孔４２ｂに挿入するときに必要な、フック部４４ｃの変形量に応じて設定される。また、円錐部１１ｃの軸方向長さは、段差部４２ｃの設置位置とＯリング４３の設置位置との間の長さよりも短い。

ストッパ面１１ｄは、回転規制部１１ｂの下面を構成している。このストッパ面１１ｄは、シャフト１１の軸心に対して直交する面となっている。シャフト１１が下方に向けて移動する際、ストッパ面１１ｄは、貫通孔４２ｂに挿入されている支持部材４４のフック部４４ｃの先端と当接する。即ち、ストッパ面１１ｄは、シャフト１１のその一端側への移動を規制するストッパとして機能するものである。

従って、支持部材４４を貫通孔４２ｂに取り付ける場合には、先ず、シャフトハウジング４１をモータハウジング２１に固定する前に、シャフト１１の回転規制部１１ｂがガイド孔４２ａの下端に配置されるように、当該シャフト１１を移動させる。なお、シャフト１１の一端側には、予め、Ｏリング４３が嵌合された支持部材４４が取り付けられている。

次に、Ｏリング４３と支持部材４４とが、貫通孔４２ｂに挿入される。このとき、支持部材４４のフック部４４ｃは、貫通孔４２ｂの奥側において、段差部４２ｃに当接する。続いて、図３に示すように、フック部４４ｃは、弾性変形を利用して段差部４２ｃに載り上がったときに、円錐部１１ｃ側に倒れ込み、その外周面に沿って移動する。そして、図４に示すように、フック部４４ｃは、段差部４２ｃを乗り越えた後、ストッパ面１１ｄに当接する。このため、支持部材４４の挿入が規制される。また、フック部４４ｃは、段差部４２ｃを乗り越えると、元の位置に戻り、その段差部４２ｃに引っ掛かる。

よって、支持部材４４は、貫通孔４２ｂとの間で、Ｏリング４３を保持しつつ、弾性変形を利用して、フック部４４ｃを段差部４２ｃに引っ掛けることができる。

以上、実施の形態１に係るアクチュエータ１０は、シャフト１１の軸方向に延びる貫通孔４２ｂと、貫通孔４２ｂにＯリング４３を介して取り付けられ、シャフト１１を軸方向に移動可能に支持し、弾性樹脂材料で形成される円筒状の支持部材４４と、貫通孔４２ｂから径方向内側に向けて突出する段差部４２ｃと、支持部材４４に形成され、径方向外側に向けて突出するフック形状を有し、段差部４２ｃに係止するフック部４４ｃとを備える。このため、アクチュエータ１０は、シャフト１１を軸方向に移動可能に支持する支持部材４４がＯリング４３を介して取り付けられる貫通孔４２ｂに、振動又は熱変形が発生しても、支持部材４４の貫通孔４２ｂからの脱落を防止することができる。

アクチュエータ１０においては、シャフト１１は、外径が、支持部材４４の貫通孔４２ｂへの差し込み方向側に向かうに従って、徐々に小さくなる円錐部１１ｃを有する。この円錐部１１ｃは、段差部４２ｃに載り上がったときのフック部４４ｃの弾性変形を受ける。このため、アクチュエータ１０においては、各フック部４４ｃの弾性変形が一様となり、支持部材４４の取り付けが容易に行われる。

アクチュエータ１０においては、円錐部１１ｃの軸方向長さは、段差部４２ｃの設置位置とＯリング４３の設置位置との間の長さよりも短い。このため、アクチュエータ１０においては、シャフト１１と支持部材４４とは、シャフト１１の移動域で、常に互いに密着することができる。

アクチュエータ１０においては、円錐部１１ｃの外周面の傾斜角度は、シャフト１１の軸心に対して、２０度以上２５度以下である。このため、フック部４４ｃは、適切な変形量で弾性変形することができる。

アクチュエータ１０においては、支持部材４４は、周方向において、フック部４４ｃと切り欠き４４ｄとを交互に複数備える。このため、周方向において隣接するフック部４４ｃ同士は、弾性変形しても、接触することは無い。

アクチュエータ１０においては、各切り欠き４４ｄの幅の総和は、支持部材４４の内周の３分の１を占める。このため、フック部４４ｃは、弾性変形及び係止するための剛性を保持することができる。

アクチュエータ１０においては、支持部材４４を形成する弾性樹脂材料は、ポリテトラフルオロエチレンである。このため、支持部材４４は、高い摺動性を有することができる。

なお、本開示はその開示の範囲内において、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。

本開示に係るアクチュエータは、振動又は熱変形が発生しても、支持部材の貫通孔からの脱落を防止することができ、アクチュエータ等に用いるのに適している。

１０ アクチュエータ、１１ シャフト、１１ａ 雄ねじ部、１１ｂ 回転規制部、１１ｃ 円錐部、１１ｄ ストッパ面、１２ モータ、１３ シャフト支持部材、１４ 外装部材、２０ 固定子、２１ モータハウジング、２２ マグネット、２３ ヨーク、２４ ブラシ、２５，２６ 軸受け、３０ 回転子、３１ ロータコア、３２ コイル、３３ 整流子、３４ ロータシャフト、３４ａ 雌ねじ部、４１ シャフトハウジング、４２ シャフトガイド部材、４２ａ ガイド孔、４２ｂ 貫通孔、４２ｃ 段差部、４３ Ｏリング、４４ 支持部材、４４ａ 台座、４４ｂ 円筒部、４４ｃ フック部、４４ｄ 切り欠き、５１ 位置センサ、５２ センサ用マグネット、５３ センサシャフト、５４ コネクタ。

Claims (6)

1. シャフトの軸方向に延びる貫通孔と、
   前記貫通孔にＯリングを介して取り付けられ、前記シャフトを軸方向に移動可能に支持し、弾性樹脂材料で形成される円筒状の支持部材と、
   前記貫通孔から径方向内側に向けて突出する段差部と、
   前記支持部材に形成され、径方向外側に向けて突出するフック形状を有し、前記段差部に係止するフック部とを備え、
   前記シャフトは、外径が、前記支持部材の前記貫通孔への差し込み方向側に向かうに従って、徐々に小さくなる円錐部を有し、
   前記円錐部は、前記段差部に載り上がったときの前記フック部の弾性変形を受ける
   ことを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記円錐部の軸方向長さは、前記段差部の設置位置と前記Ｏリングの設置位置との間の長さよりも短い
   ことを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。
3. 前記円錐部の外周面の傾斜角度は、前記シャフトの軸心に対して、２０度以上２５度以下である
   ことを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。
4. 前記支持部材は、周方向において、前記フック部と切り欠きとを交互に複数備える
   ことを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。
5. 各切り欠きの幅の総和は、前記支持部材の内周の３分の１を占める
   ことを特徴とする請求項４記載のアクチュエータ。
6. 前記支持部材を形成する弾性樹脂材料は、ポリテトラフルオロエチレンである
   ことを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。

Images