WO2019043884A1 - アクチュエータ - Google Patents

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ring
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Inventor
邦宏 山岡
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三菱電機株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K1/00—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces
    • F16K1/32—Details

Definitions

  • the present invention relates to an actuator mounted on a vehicle.
  • the exhaust flow path valve according to Patent Document 1 includes a main seal that prevents the exhaust gas from leaking to the atmosphere, and a dust seal that is provided on the atmosphere side of the main seal to protect the main seal from external dust.
  • the main seal and the dust seal are provided with a seal lip that elastically contacts the valve stem.
  • the conventional seal member is constituted by the seal lip in linear contact with the valve stem, the seal lip is worn away, a gap is easily generated between the seal lip and the valve stem, and there is a problem that the airtightness is lowered.
  • the air tightness is reduced, the liquid is likely to infiltrate into the inside, causing rusting in the internal parts, leading to a decrease in function.
  • the present invention has been made to solve the problems as described above, and its object is to improve the robustness of airtightness.
  • the actuator according to the present invention is installed on the shaft, the motor for linearly moving the shaft, the first seal member installed on the outer peripheral surface of the shaft near the motor, and the outer peripheral surface of the shaft on the side far from the motor And a second seal member, the first seal member being disposed on an outer peripheral side of a first inner ring for ensuring airtightness in contact with the outer peripheral surface of the shaft, and holding the first inner ring
  • a second inner ring having a first outer ring, a second seal member being in contact with the outer peripheral surface of the shaft and having a brush portion formed thereon for removing and capturing foreign matter adhering to the shaft, and the outer peripheral side of the second inner ring And a second outer ring that holds the second inner ring.
  • the first seal member is in contact with the outer peripheral surface of the shaft to ensure airtightness, and the first seal member is installed on the outer peripheral side of the first inner ring to hold the first inner ring.
  • a second inner ring having an outer ring, the second seal member being in contact with the outer peripheral surface of the shaft and provided on the outer peripheral side of the second inner ring and the second inner ring formed with a brush portion for removing and capturing foreign matter attached to the shaft Since the second outer ring is held to hold the second inner ring, air tightness can be improved.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration example of an actuator according to Embodiment 1.
  • 5 is a cross-sectional view showing a seal structure in the actuator according to Embodiment 1.
  • FIG. 7 is a view showing a configuration example of a brush portion of a second seal member in Embodiment 1.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration example of the actuator 1 according to the first embodiment.
  • the actuator 1 will be described, for example, as a WG actuator for operating a wastegate (hereinafter referred to as WG) valve of a turbocharged engine mounted on a vehicle.
  • WG wastegate
  • the actuator 1 mainly includes a motor 2 as a driving source, a shaft 3 for opening and closing a WG valve (not shown), and a seal structure 4 of the shaft 3.
  • a WG valve (not shown) is connected to the tip of the shaft 3 and the WG valve is actuated by linear movement of the shaft 3 in the axial direction.
  • the motor 2 is a brushed DC motor including a connector 5, a commutator 6, a brush 7, a rotor 8, a magnet 9, a yoke 10, a screw mechanism 11, and bearings 12 and 13, and is covered by a motor housing 14.
  • a motor housing 14 Inside the motor housing 14, two bearings 12 and 13 are installed at both axial ends of the shaft 3.
  • the bearings 12 and 13 rotatably support the rotor 8 including the coil and the commutator 6.
  • the brush 7 is installed on the outer peripheral side of the commutator 6 in the motor housing 14.
  • the magnet 9 and the yoke 10 are fixed to the outer peripheral side of the rotor 8 in the motor housing 14.
  • the rotor 8 is formed with a through hole through which the shaft 3 passes, and an internal thread is formed on the inner peripheral surface of the through hole.
  • an external thread which is fitted to the internal thread by a screw action.
  • the screw mechanism 11 is configured by the female screw and the male screw. The screw mechanism 11 converts the rotational motion of the rotor 8 into the linear motion of the shaft 3.
  • the motor 2 is not limited to the brushed DC motor having the structure shown in FIG. 1 as long as the shaft 3 is linearly moved.
  • the shaft 3 is formed with two parallel flat surfaces (hereinafter referred to as two flat surfaces) and the like.
  • the two planes etc. function as the rotation restricting portion 3a.
  • the tip of the shaft 3 penetrates the shaft housing 15.
  • the shaft housing 15 houses a shaft guide 16 which guides the linear motion of the shaft 3.
  • a guide portion 16 a such as a two-plane is formed in accordance with the shape of the rotation restricting portion 3 a of the shaft 3.
  • the rotation restricting portion 3a and the guide portion 16a slide to restrict rotation of the shaft 3 in accordance with the rotation of the rotor 8, and guide the shaft 3 to linearly move. Be done.
  • a recess 16 b is formed on the inner peripheral surface of the through hole of the shaft guide 16.
  • the first seal member 20 and the second seal member 30 are installed in the recess 16 b.
  • a seal structure 4 is constituted by the first seal member 20 and the second seal member 30.
  • a cap 17 for preventing the first seal member 20 and the second seal member 30 from falling off is attached to the tip end of the shaft guide 16.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the seal structure 4 in the actuator 1 according to the first embodiment.
  • the seal structure 4 shown in FIG. 2 includes a first seal member 20, a second seal member 30, and a plate 40 sandwiched between the first seal member 20 and the second seal member 30.
  • the plate 40 can be omitted.
  • the first seal member 20 is installed on the side closer to the motor 2 in the recess 16 b.
  • the first seal member 20 includes a first inner ring 21 installed on the outer peripheral surface of the shaft 3 and a first outer ring 22 installed on the outer peripheral side of the first inner ring 21.
  • the first inner ring 21 is for ensuring air tightness, and prevents the liquid from entering the inside of the motor 2 when the shaft 3 slides. Since the first inner ring 21 is a ring shaped to be in surface contact with the shaft 3, it is less likely to be worn as compared with a seal lip shaped to be in line contact, and the air tightness robustness is improved.
  • the first outer ring 22 holds the first inner ring 21 by its own stress.
  • the second seal member 30 is installed on the WG valve side far from the motor 2 in the recess 16 b.
  • the second seal member 30 includes a second inner ring 31 installed on the outer peripheral surface of the shaft 3 and a second outer ring 32 installed on the outer peripheral side of the second inner ring 31.
  • the second outer ring 32 holds the second inner ring 31 by its own stress.
  • the structural example of the brush part 33 is shown in FIG.
  • the brush portion 33 prevents foreign matter from entering the motor 2 by removing and capturing foreign matter on the shaft 3 and prevents damage and deformation of the first seal member 20 due to the foreign matter, thereby making the air tightness robust. Improve.
  • the first inner ring 21 and the second inner ring 31 are made of, for example, a resin material having a low coefficient of friction, such as polytetrafluoroethylene (PTFE).
  • the first outer ring 22 and the second outer ring 32 are made of, for example, an elastic body such as rubber.
  • the plate 40 is made of, for example, a rigid body such as stainless steel.
  • the tension force of the first outer ring 22 and the tension force of the second outer ring 32 may be the same or different.
  • the tension force of the second outer ring 32 is larger than the tension force of the first outer ring 22.
  • the actuator 1 includes the shaft 3, the motor 2 for linearly moving the shaft 3, and the first seal member 20 installed on the outer peripheral surface of the shaft 3 closer to the motor 2. And a second seal member 30 disposed on the outer peripheral surface of the shaft 3 on the side far from the motor 2.
  • the first seal member 20 is in contact with the outer peripheral surface of the shaft 3 to ensure air tightness, and a first outer side installed on the outer peripheral side of the first inner ring 21 to hold the first inner ring 21 It has a ring 22.
  • the second seal member 30 is disposed on the outer peripheral side of the second inner ring 31 and the second inner ring 31 on which the brush portion 33 is formed in contact with the outer peripheral surface of the shaft 3 for removing and capturing foreign matter attached to the shaft 3 And a second outer ring 32 that holds the second inner ring 31. With this configuration, air tightness of the first seal member 20 and the second seal member 30 is improved.
  • the tension force of the second outer ring 32 is larger than the tension force of the first outer ring 22.
  • the functions of the first seal member 20 and the second seal member 30 can be divided.
  • the actuator according to the present invention is improved in air tightness robustness, it is suitable for use as a WG actuator for operating a WG valve.

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Abstract

第１シール部材（２０）は、シャフト（３）の外周面に接して気密性を確保する第１内側リング（２１）、および第１内側リング（２１）の外周側に設置されて第１内側リング（２１）を保持する第１外側リング（２２）を有する。第２シール部材（３０）は、シャフト（３）の外周面に接してシャフト（３）に付着した異物を除去および捕捉するブラシ部（３３）が形成された第２内側リング（３１）、および第２内側リング（３１）の外周側に設置されて第２内側リング（３１）を保持する第２外側リング（３２）を有する。

Description

アクチュエータ
　この発明は、車両に搭載されるアクチュエータに関するものである。
　特許文献１に係る排気流路バルブは、排気ガスの大気側への漏れを防止するメインシールと、メインシールよりも大気側に設けられてメインシールを外部ダストから保護するダストシールとを備える。メインシールおよびダストシールは、弁軸に弾性的に接触するシールリップを備える。
特許第５２９６０１２号公報
　従来のシール部材は弁軸に線接触するシールリップで構成されているので、シールリップが摩耗して弁軸との間に隙間が生じやすく、気密性が低下するという課題があった。気密性が低下すると、内部に液体が浸入しやすくなることで内部部品に錆が発生し機能低下に繋がる。
　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、気密のロバスト性を向上させることを目的とする。
　この発明に係るアクチュエータは、シャフトと、シャフトを直線運動させるモータと、シャフトの外周面においてモータに近い側に設置される第１シール部材と、シャフトの外周面においてモータから遠い側に設置される第２シール部材とを備え、第１シール部材は、シャフトの外周面に接して気密性を確保する第１内側リング、および第１内側リングの外周側に設置されて第１内側リングを保持する第１外側リングを有し、第２シール部材は、シャフトの外周面に接してシャフトに付着した異物を除去および捕捉するブラシ部が形成された第２内側リング、および第２内側リングの外周側に設置されて第２内側リングを保持する第２外側リングを有するものである。
　この発明によれば、第１シール部材は、シャフトの外周面に接して気密性を確保する第１内側リング、および第１内側リングの外周側に設置されて第１内側リングを保持する第１外側リングを有し、第２シール部材は、シャフトの外周面に接してシャフトに付着した異物を除去および捕捉するブラシ部が形成された第２内側リング、および第２内側リングの外周側に設置されて第２内側リングを保持する第２外側リングを有するようにしたので、気密のロバスト性を向上させることができる。
実施の形態１に係るアクチュエータの構成例を示す断面図である。 実施の形態１に係るアクチュエータにおけるシール構造を示す断面図である。 実施の形態１における第２シール部材のブラシ部の構成例を示す図である。
　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、実施の形態１に係るアクチュエータ１の構成例を示す断面図である。このアクチュエータ１は、例えば、車両に搭載されたターボチャージャ付きエンジンのウェイストゲート（以下、ＷＧと称す）バルブを作動させるＷＧアクチュエータとして用いる場合を例にして説明する。
　アクチュエータ１は、主に、駆動源となるモータ２と、図示しないＷＧバルブを開閉するシャフト３と、シャフト３のシール構造４とを含む。シャフト３の先端部には、図示しないＷＧバルブが接続されており、シャフト３がその軸方向に直線運動することによりＷＧバルブが作動する。
　モータ２は、コネクタ５、整流子６、ブラシ７、ロータ８、マグネット９、ヨーク１０、ねじ機構１１、軸受１２，１３を含むブラシ付きＤＣモータであり、モータハウジング１４に被覆される。モータハウジング１４の内部には、シャフト３の軸方向の両端部に２つの軸受１２，１３が設置される。軸受１２，１３は、コイルを含むロータ８および整流子６を回転自在に支持する。モータハウジング１４における整流子６の外周側には、ブラシ７が設置される。モータハウジング１４におけるロータ８の外周側には、マグネット９およびヨーク１０が固定される。
　ロータ８には、シャフト３を貫通させる貫通穴が形成されており、貫通穴の内周面には雌ねじが形成されている。一方、シャフト３の外周面には、上記雌ねじに対してねじ作用により嵌まり合う雄ねじが形成されている。雌ねじと雄ねじとによりねじ機構１１が構成される。このねじ機構１１は、ロータ８の回転運動をシャフト３の直線運動に変換する。
　コネクタ５に電圧が印加されると、このコネクタ５と電気的に接続されているブラシ７を介して、整流子６およびコイルへ電流が流れ、コイルを含むロータ８が回転する。ロータ８の回転運動は、ねじ機構１１によって直線運動に変換されてシャフト３が軸方向へ移動する。
　なお、モータ２は、図１に示される構造のブラシ付きＤＣモータに限定されるものでなく、シャフト３を直線運動させるものであればよい。
　シャフト３には、平行な２つの平面（以下、二平面と呼ぶ）等が形成される。二平面等は回転規制部３ａとして機能する。また、シャフト３の先端部は、シャフトハウジング１５を貫通する。このシャフトハウジング１５には、シャフト３の直線運動をガイドするシャフトガイド１６が収容される。シャフトガイド１６の貫通穴の内周面には、シャフト３の回転規制部３ａの形状に合わせた、二平面等のガイド部１６ａが形成される。シャフト３が直線運動する際、回転規制部３ａとガイド部１６ａとが摺動することにより、ロータ８の回転に合わせてシャフト３が回転運動することが規制され、シャフト３が直線運動するようガイドされる。
　シャフトガイド１６の貫通穴の内周面には、凹部１６ｂが形成される。凹部１６ｂには第１シール部材２０および第２シール部材３０が設置される。第１シール部材２０と第２シール部材３０とによりシール構造４が構成される。また、シャフトガイド１６の先端部には、第１シール部材２０と第２シール部材３０の脱落を防止するためのキャップ１７が取り付けられる。
　次に、シール構造４の詳細を説明する。
　図２は、実施の形態１に係るアクチュエータ１におけるシール構造４を示す断面図である。図２に示されるシール構造４は、第１シール部材２０、第２シール部材３０、および第１シール部材２０と第２シール部材３０との間に挟まれるプレート４０を含む。なお、プレート４０は省略可能である。
　第１シール部材２０は、凹部１６ｂ内においてモータ２に近い側に設置される。この第１シール部材２０は、シャフト３の外周面に設置される第１内側リング２１と、第１内側リング２１の外周側に設置される第１外側リング２２とを備える。第１内側リング２１は、気密性を確保するためのものであり、シャフト３が摺動することによるモータ２内部への液体の浸入を防止する。この第１内側リング２１は、シャフト３に面接触する形状のリングであるため、線接触する形状のシールリップに比べて摩耗しにくく、気密のロバスト性が向上する。第１外側リング２２は、自身の緊迫力によって第１内側リング２１を保持する。
　第２シール部材３０は、凹部１６ｂ内においてモータ２から遠いＷＧバルブ側に設置される。この第２シール部材３０は、シャフト３の外周面に設置される第２内側リング３１と、第２内側リング３１の外周側に設置される第２外側リング３２とを備える。第２外側リング３２は、自身の緊迫力によって第２内側リング３１を保持する。第２内側リング３１の内周側には、シャフト３に付着した異物の除去および捕捉するためのブラシ部３３が形成される。図３に、ブラシ部３３の構成例を示す。ブラシ部３３は、シャフト３の異物を除去および捕捉することにより、モータ２内部への異物の侵入を防止すると共に、異物による第１シール部材２０の損傷および変形を防止して気密のロバスト性を向上させる。
　第１内側リング２１および第２内側リング３１は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の摩擦係数が低い樹脂材により構成される。第１外側リング２２および第２外側リング３２は、例えば、ゴム等の弾性体により構成される。プレート４０は、例えば、ステンレス鋼等の剛体により構成される。
　なお、第１外側リング２２の緊迫力と第２外側リング３２の緊迫力は同じでもよいし、異なってもよい。図２の例では、第１外側リング２２の緊迫力より、第２外側リング３２の緊迫力が大きい。緊迫力に差を設けることで、第１シール部材２０と第２シール部材３０の機能を分割する。つまり、第１シール部材２０には気密性を確保する機能が与えられ、第２シール部材３０には異物を除去および捕捉する機能が与えられる。
　以上のように、実施の形態１に係るアクチュエータ１は、シャフト３と、シャフト３を直線運動させるモータ２と、シャフト３の外周面においてモータ２に近い側に設置される第１シール部材２０と、シャフト３の外周面においてモータ２から遠い側に設置される第２シール部材３０とを備える。第１シール部材２０は、シャフト３の外周面に接して気密性を確保する第１内側リング２１、および第１内側リング２１の外周側に設置されて第１内側リング２１を保持する第１外側リング２２を有する。第２シール部材３０は、シャフト３の外周面に接してシャフト３に付着した異物を除去および捕捉するブラシ部３３が形成された第２内側リング３１、および第２内側リング３１の外周側に設置されて第２内側リング３１を保持する第２外側リング３２を有する。この構成により、第１シール部材２０および第２シール部材３０による気密のロバスト性が向上する。
　また、実施の形態１に係るアクチュエータ１は、第１外側リング２２の緊迫力より、第２外側リング３２の緊迫力が大きい。これにより、第１シール部材２０と第２シール部材３０の機能を分割できる。
　なお、本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、または実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
　この発明に係るアクチュエータは、気密のロバスト性を向上させるようにしたので、ＷＧバルブを作動させるＷＧアクチュエータなどに用いるのに適している。
　１　アクチュエータ、２　モータ、３　シャフト、３ａ　回転規制部、４　シール構造、５　コネクタ、６　整流子、７　ブラシ、８　ロータ、９　マグネット、１０　ヨーク、１１　ねじ機構、１２，１３　軸受、１４　モータハウジング、１５　シャフトハウジング、１６　シャフトガイド、１６ａ　ガイド部、１６ｂ　凹部、１７　キャップ、２０　第１シール部材、２１　第１内側リング、２２　第１外側リング、３０　第２シール部材、３１　第２内側リング、３２　第２外側リング、３３　ブラシ部、４０　プレート。

Claims (3)

  1. 　シャフトと、
    　前記シャフトを直線運動させるモータと、
    　前記シャフトの外周面において前記モータに近い側に設置される第１シール部材と、
    　前記シャフトの外周面において前記モータから遠い側に設置される第２シール部材とを備え、
    　前記第１シール部材は、前記シャフトの外周面に接して気密性を確保する第１内側リング、および前記第１内側リングの外周側に設置されて前記第１内側リングを保持する第１外側リングを有し、
    　前記第２シール部材は、前記シャフトの外周面に接して前記シャフトに付着した異物を除去および捕捉するブラシ部が形成された第２内側リング、および前記第２内側リングの外周側に設置されて前記第２内側リングを保持する第２外側リングを有することを特徴とするアクチュエータ。
  2. 　前記第１外側リングの緊迫力より、前記第２外側リングの緊迫力が大きいことを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。
  3. 　ターボチャージャのウェイストゲートバルブを作動させることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。
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