JPWO2016135825A1

JPWO2016135825A1 - シャフト支持部の耐熱構造及びアクチュエータ

Info

Publication number: JPWO2016135825A1
Application number: JP2017501576A
Authority: JP
Inventors: 宣宏清間
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-02-23
Filing date: 2015-02-23
Publication date: 2017-04-27
Anticipated expiration: 2035-02-23
Also published as: US10233969B2; JP6351823B2; US20170363145A1; CN107250579A; WO2016135825A1; CN107250579B; DE112015006207T5

Abstract

シャフト（９）に貫通され、内部をシャフト（９）がその軸方向に移動するブッシュ（１１）の外周に、ブッシュ（１１）及びブッシュ（１１）内を移動するシャフト（９）を支持しブッシュ（１１）よりも熱伝導率の高いボス（１２）が設けられる。さらに、ブッシュ（１１）とボス（１２）との間には、空気層（１３）が設けられる。

Description

この発明は、シャフトをその軸方向に移動可能に支持するシャフト支持部及び当該シャフト支持部を備えるアクチュエータに関するものである。

シャフトをその軸方向に移動可能に支持する機械的構成としては様々なものが知られており、直動式のアクチュエータ等のシャフト支持部が例に挙げられる。このようなアクチュエータ等のシャフト支持部が、比較的温度の高い環境下で使用される場合に、当該シャフト支持部を通じてアクチュエータ等の内部に外部から熱が伝わると、例えばモータ等の駆動部の動作に支障が出たり、耐熱性能の低い材料で構成された部材の機能が失われてしまったりする。このため、従来より、アクチュエータ等の外部から内部への伝熱を防ぐために種々の工夫がなされてきた。
例えば、特許文献１には、アクチュエータ内部への水、粉塵等の侵入防止のためにシャフトとボスの隙間を塞ぐゴム製のブーツを、有底円筒状の遮熱用カバーで保護する技術が開示されている。このカバーがあることで、アクチュエータ内部への伝熱はある程度緩和される。

国際公開第２０１０／１３４１２５号

しかしながら、上記特許文献１のように構成した場合、カバーを取り付ける分アクチュエータが大きくなっていた。また、有底円筒状であるカバーの開口からカバー内部に熱が回り込むために、結局はこの回り込んだ熱が、ボス等のシャフト支持部から内部へと伝わってしまっていた。
このように、従来は、シャフト支持部からの伝熱を抑えるための構成を、コンパクトに設けることは難しかった。また、そもそも上記のような従来の構成では、シャフト支持部からの伝熱を抑えることは難しかった。

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、コンパクトであり、耐熱性能を高めたシャフト支持部の耐熱構造及びアクチュエータを得ることを目的とする。

この発明に係るシャフト支持部の耐熱構造は、シャフトに貫通され、内部をシャフトがその軸方向に移動するブッシュと、ブッシュの外周に位置し、ブッシュを支持するブッシュよりも熱伝導率の高いボスと、ブッシュとボスとの間に設けられた断熱層とを備えることを特徴とするものである。

この発明によれば、ブッシュよりも熱伝導率の高いボスをブッシュの外周に設け、ブッシュとボスとの間に断熱層を設けたので、コンパクトな構成で、シャフト支持部の耐熱性能を高めることができる。

この発明の実施の形態１におけるアクチュエータの断面図である。この発明の実施の形態１におけるアクチュエータの分解斜視図である。図１の一部を拡大した図である。図３に示す耐熱構造の理解を助けるための参考例を示す断面図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明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．
図１は、この発明の実施の形態１に係るシャフト支持部の耐熱構造を備えたアクチュエータ１の断面図である。そして図２は、アクチュエータ１の分解斜視図である。以下では、電制式モータを用いたアクチュエータとして説明するが、圧力式等、他の駆動方式のものであってもよい。
アクチュエータ１は、外部入出力コネクタ２に設けられたターミナル３に電圧が印加されると、固定子４に巻回されたコイル５に電流が流れ、複数の極に分極された固定子４がＮＳ磁化する。そして、ＮＳ着磁されたマグネット６を有し、上端をブッシュ７ａ、下端をベアリング７ｂで保持された略円筒状の回転子８は、固定子４のＮＳ磁化を受けて回転する。

回転子８の内部には、回転を直動に変換するためのねじ機構８ａとして雌ねじが形成されており、このねじ機構８ａが、シャフト９側に形成されたねじ機構９ａとしての雄ねじと噛み合う。さらにシャフト９には、シャフト９の回転を規制するための回り止め機構９ｂが形成されている。そして、回り止め機構９ｂは、ブッシュ１１の内周面に形成された平坦部と平面同士で接する。これにより、回転子８の回転運動が、シャフト９の往復運動に変換される。
外部入出力コネクタ２、ターミナル３、固定子４、コイル５、マグネット６、ブッシュ７ａ、ベアリング７ｂ、回転子８と、それらを納めたモータハウジング１０等が、図２におけるモータ部１００を構成する。

ブッシュ１１は、モータ部１００の下部かつシャフト９の外周に設けられた略円筒状の部材であり、シャフト９に貫通されている。シャフト９は、ブッシュ１１の内周面に接触しながら軸方向に移動する。なお、シャフト９のよりスムーズな軸方向の移動を考慮して、シャフト９がブッシュ１１の内周面と接触せずに移動するよう構成されてもよい。いずれにせよ、ブッシュ１１は、シャフト９の移動軸が許容範囲以上ぶれずにシャフト９が移動できるように、シャフト９を支持する。
ブッシュ１１は、円筒部１１ａとフランジ１１ｂとから成り、フランジ１１ｂは、円筒部１１ａのモータ部１００側の端部から延設されている。ブッシュ１１は、内周面に接触するシャフト９の削れを抑えるために、例えば樹脂で構成される。

ブッシュ１１の外周には、ブッシュ１１を支持する略円筒状のボス１２が設けられる。ボス１２は、円筒部１２ａとフランジ１２ｂとから成り、フランジ１２ｂは、円筒部１２ａのモータ部１００側の端部から延設される。円筒部１２ａの底面からは、シャフト９の端部が外部へと突出している。ボス１２は、小型に形成されても、ブッシュ１１及びブッシュ１１内を軸方向に移動するシャフト９を支持できる程度の強度を確保できるような高強度な材料として金属、例えばアルミで構成される。
ブッシュ１１の円筒部１１ａの外径は、ボス１２の円筒部１２ａの内径よりほとんどの部分で小さく、円筒部１２ａと円筒部１１ａとの間には、空気層１３が形成されている。

モータハウジング１０とブッシュ１１のフランジ１１ｂとに、シール部材１４が挟まれている。また、シャフト９の外周面とブッシュ１１の内周面とに、シール部材１５が挟まれている。このシール部材１５は、ブッシュ１１の下端部に設けられ、シャフト９とブッシュ１１との隙間からアクチュエータ１の内部への水、粉塵等の侵入を防止する密閉機能を有する。シール部材１４，１５は、例えばゴム製のＯリングで構成される。
シール部材１４，１５を取り付けたブッシュ１１が内部に圧入されたボス１２は、ねじ１６を用いるなどしてモータハウジング１０に取り付けられる。なお、シール部材１４を省略して、ブッシュ１１をモータハウジング１０に超音波溶着してもよい。
ブッシュ１１、ボス１２、空気層１３、シール部材１５が、シャフト支持部を構成する。

上記のように構成されたアクチュエータ１は、アクチュエータ１を固定するためのハウジング１７に、ねじ止め等によって取り付けられ、例えば不図示のターボチャージャへ流入する排気ガスを分流させるための不図示のウェイストゲートバルブを開閉するために使用される。このとき、モータ部１００側が低温の不図示のターボコンプレッサ側に配置され、ブッシュ１１とボス１２等は高温の不図示のターボタービン側に配置される。つまり、図１の紙面下方ほど周囲の温度は高くなっている。ハウジング１７は、アクチュエータ１との取付部の強度を維持できる程度の厚みを持っており、そのぶん熱容量が大きい部材である。

ここで、図３に、アクチュエータ１のブッシュ１１及びボス１２付近の拡大断面図を示す。ブッシュ１１は、既に述べたように樹脂製であり、熱伝導率が低い部材として構成されている。一方、ブッシュ１１の外周に位置するボス１２は、例えばアルミ製であり、ブッシュ１１よりも熱伝導率が高い部材として構成されている。これにより、不図示のターボタービン側からアクチュエータ１が受ける熱は、図３の流れＦに示すように円筒部１２ａの下端部からフランジ１２ｂの方へとボス１２を伝い、フランジ１２ｂが接触するハウジング１７へと放熱される。さらに、ブッシュ１１とボス１２との間に設けられた空気層１３により、ボス１２からブッシュ１１への伝熱が抑制される。

このように、ボス１２による放熱効果と空気層１３による断熱効果により、外部の熱がアクチュエータ１の内部へ伝わるのを抑えることができ、また、熱に弱い樹脂製のブッシュ１１及びゴム製のシール部材１５を保護することもできる。従って、例えば実施の形態１ではモータ部１００の動作を安定させることができるとともに、高温環境下でもシャフト９の支持、シール部材１５による密閉機能を保持することができるなどシャフト支持部の耐熱性能が向上する。
また、従来のようにボス等のシャフト支持部を覆うカバーを設ける必要は無く、コンパクトに耐熱構造を構成できる。

上記の効果に加え、耐熱性能が向上することで、アクチュエータ１をターボタービン等の高熱源により近づけて配置することが可能になるため、アクチュエータ１のレイアウト性が向上し、配置スペースが節約できる。また、従来のようにボス等のシャフト支持部を覆うカバーを設ける構成の場合、カバーがシャフトと共に動くために、カバーがスムーズに動ける程度のスペースを確保する必要があったが、図１から図３に示した実施の形態１のように構成すれば、そのようなスペースを確保する必要も無い。

さらに、実施の形態１との比較対象として、図４にこの発明の理解を助けるための参考例を示す。図４においては、図３と同一又は相当の部分については同一の符号を付す。なお、後述するボス２０は、モータハウジング１０に超音波溶着されている。また、図４に示す参考例では、図１及び図２を用いて説明したモータ部１００と同じ動作原理で、シャフト９が往復運動をする。

図４では、シャフト９の外周に略円筒状のボス２０が設けられ、その下部にはシャフト９を通す貫通孔が設けられたプレート２１が取り付けられている。ボス２０はシャフト９を軸方向に移動可能に支持し、ゴム製のシール部材２２はシャフト９とボス２０とに挟まれて、密閉機能を有している。ボス２０及びプレート２１には、任意の形状設定が可能で低コストな樹脂材料が用いられている。ボス２０、プレート２１、シール部材２２は熱に弱いため、図４に示す構成は、まず、ターボタービン等の高熱源から離して配置しなければならず、十分な配置スペースを確保する必要が生じる。また、樹脂は高温環境下での強度が低いため、高温環境下でもシャフト９を支持できる程度の強度を確保するためには、樹脂製のボス２０及びプレート２１を大きく形成する必要があり、ボス２０及びプレート２１が巨大化する。

一方、図４に示す参考例に対して、実施の形態１で示した構成によれば、ブッシュ１１は樹脂製であっても高温になりにくいため、ボス２０ほどに大きく形成する必要は無く、また、ボス１２を強度の高い金属製としているため、ボス１２を大型化させる必要もない。従って、ボス１２及びブッシュ１１全体でみても、ボス２０及びプレート２１よりも縮小化することができる。これにより、例えば図３及び図４で示したように、同様の環境下で実施の形態１及び参考例の構成を使用する場合は、実施の形態１のシャフト支持部の方が縮小化でき、ボス１２の下端ラインＬがプレート２１の下端よりも上方に位置していることが分かる。

なお、上記実施の形態１では、ブッシュ１１を単に樹脂製としたが、具体的には例えばポリフェニレンスルフィド、ガラス繊維を混合させたポリフェニレンスルフィド、カーボンを混合させたポリフェニレンスルフィド等を用いることが考えられる。また、ブッシュ１１をカーボン製としてもよい。
また、ボス１２は金属製、一例としてアルミ製としたが、マグネシウム、銅等で構成してもよく、要はブッシュ１１よりも熱伝導率の高い材料で構成されていればよい。

また、上記実施の形態１では、ブッシュ１１とボス１２との間に空気層１３を設けたが、ブッシュ１１とボス１２との間に断熱材を充填してもよい。断熱材としては、例えば各種の発泡材、グラスウール、ゴム等を用いることが考えられる。あるいは、ブッシュ１１とボス１２との間に設けられた空間の気密性を確保した上で当該空間を真空にし、空気層１３に替えて真空層としてもよい。要はブッシュ１１とボス１２との間を断熱層とできればよい。

また、上記実施の形態１では、アクチュエータ１の一部としてシャフト支持部の耐熱構造が備えられている場合を示した。しかしながら、このシャフト支持部の耐熱構造は、シャフトをその軸方向に移動可能に支持するシャフト支持部を有するとともに、耐熱性を要するあらゆる装置に適用することができ、適用対象の装置とは別体のものとして構成されてもよい。

以上のように、この実施の形態１に係るシャフト支持部の耐熱構造によれば、シャフト９に貫通され、内部をシャフト９がその軸方向に移動するブッシュ１１の外周に、空気層１３を挟んでブッシュ１１及びブッシュ１１内を移動するシャフト９を支持しブッシュ１１よりも熱伝導率の高いボス１２を設けることとした。これにより、コンパクトな構成で、シャフト支持部の耐熱性能を高めることができる。また、このようなシャフト支持部の耐熱構造をアクチュエータに適用すれば、コンパクトで耐熱性能の高いアクチュエータとすることができる。

また、ボス１２は、放熱部材であるハウジング１７に接触することとした。従って、ボス１２による放熱が促進される。

また、ボス１２は、金属製であることとした。従って、十分な強度を確保することができる。

また、ブッシュ１１は、樹脂製であることとした。従って、ブッシュ１１の内周面にシャフト９が接触した際のシャフト９の削れが抑えられる。また、ブッシュ１１を任意の形状に容易に成形でき、低コスト化も図れる。また、シャフト支持部に耐熱性があるので、高温環境下であってもブッシュ１１の機能は維持される。

また、断熱層を空気層１３とした。従って、簡易に断熱性能の高い断熱層を設けることができる。

また、シャフト９の外周面とブッシュ１１の内周面とに挟まれたシール部材１５を備えることとした。従って、シャフト９とブッシュ１１の隙間から水、粉塵等が侵入するのを防ぐことができる。また、シャフト支持部に耐熱性があるので、高温環境下であってもシール部材１５の機能は維持される。

さらに、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。

以上のように、この発明に係るシャフト支持部の耐熱構造は、高温環境下でもシャフトを適切に支持できるとともにシャフト支持部の内部への伝熱を抑制できるので、例えば高温環境下に置かれるアクチュエータのシャフトを、その軸方向に移動可能に支持するものとして用いるのに適している。

１アクチュエータ、２外部入出力コネクタ、３ターミナル、４固定子、５コイル、６マグネット、７ａブッシュ、７ｂベアリング、８回転子、８ａねじ機構、９シャフト、９ａねじ機構、９ｂ回り止め機構、１０モータハウジング、１１ブッシュ、１１ａ円筒部、１１ｂフランジ、１２ボス、１２ａ円筒部、１２ｂフランジ、１３空気層、１４，１５シール部材、１６ねじ、１７ハウジング、２０ボス、２１プレート、２２シール部材、１００モータ部。

Claims

シャフトに貫通され、内部を前記シャフトがその軸方向に移動するブッシュと、
前記ブッシュの外周に位置し、前記ブッシュを支持する前記ブッシュよりも熱伝導率の高いボスと、
前記ブッシュと前記ボスとの間に設けられた断熱層とを備えることを特徴とするシャフト支持部の耐熱構造。
前記ボスは、放熱部材に接触することを特徴とする請求項１記載のシャフト支持部の耐熱構造。
前記ボスは、金属製であることを特徴とする請求項１記載のシャフト支持部の耐熱構造。
前記ブッシュは、樹脂製であることを特徴とする請求項１記載のシャフト支持部の耐熱構造。
前記断熱層は、空気層であることを特徴とする請求項１記載のシャフト支持部の耐熱構造。
前記シャフトの外周面と前記ブッシュの内周面とに挟まれたシール部材を備えることを特徴とする請求項１記載のシャフト支持部の耐熱構造。
シャフトに貫通され、内部を前記シャフトがその軸方向に移動するブッシュと、
前記ブッシュの外周に位置し、前記ブッシュを支持する前記ブッシュよりも熱伝導率の高いボスと、
前記ブッシュと前記ボスとの間に設けられた断熱層とを有するシャフト支持部の耐熱構造を備えることを特徴とするアクチュエータ。