WO2022269784A1 - アクチュエータ - Google Patents
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
- H02K7/06—Means for converting reciprocating motion into rotary motion or vice versa
Definitions
- the present disclosure relates to actuators.
- Patent Document 1 discloses an actuator.
- the actuator disclosed in Patent Document 1 reciprocates the shaft in the axial direction by rotating the rotor with respect to the stator.
- a support member (cap) is attached via an O-ring to a through hole formed in the housing.
- the shaft is axially movably supported within the support member.
- vibration may occur as the rotor rotates or the shaft moves.
- the vibration is transmitted to the through hole.
- the present disclosure has been made to solve the above-described problems, and the vibration or thermal deformation occurs in a through hole in which a support member for axially movably supporting a shaft is attached via an O-ring. It is an object of the present invention to provide an actuator capable of preventing a support member from falling out of a through-hole.
- the actuator according to the present disclosure includes a through hole extending in the axial direction of the shaft, and a cylindrical support that is attached to the through hole via an O-ring, supports the shaft movably in the axial direction, and is formed of an elastic resin material. a member, a stepped portion protruding radially inward from the through hole, and a hook portion formed in the support member, having a hook shape protruding radially outwardly, and engaged with the stepped portion. is.
- the support member is prevented from falling off from the through hole. can do.
- FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the configuration of the actuator according to Embodiment 1;
- FIG. 4 is an external perspective view showing the structure of a support member;
- FIG. 10 is a diagram showing a state in which the hook portion of the support member is placed on the stepped portion and follows the outer peripheral surface of the conical portion when the support member is attached to the through hole.
- FIG. 10 is a view showing a state in which the hook portion of the support member is locked to the stepped portion when the support member is attached to the through hole;
- Embodiment 1 An actuator 10 according to Embodiment 1 will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
- FIG. 1 An actuator 10 according to Embodiment 1 will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
- FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing the configuration of the actuator 10 according to Embodiment 1.
- FIG. FIG. 2 is an external perspective view showing the structure of the support member 44.
- FIG. 3 shows a state in which the hook portion 44c of the support member 44 is mounted on the stepped portion 42c and follows the outer peripheral surface of the conical portion 11c when the support member 44 is attached to the through hole 42b.
- FIG. 4 is a diagram showing a state in which the hook portion 44c of the support member 44 is engaged with the stepped portion 42c when the support member 44 is attached to the through hole 42b.
- the actuator 10 shown in FIG. 1 is, for example, an in-vehicle actuator mounted on a vehicle.
- This actuator 10 produces linear motion of a shaft 11 from rotational motion of a motor 12 incorporated therein.
- the lower end of shaft 11 is mechanically connected to a wastegate valve in a turbocharged engine mounted on a vehicle.
- the actuator 10 rotates the motor 12 to reciprocate the shaft 11 in its axial direction. As a result, the actuator 10 can open and close the wastegate valve.
- the actuator 10 includes a shaft 11, a motor 12, a shaft support member 13, and an exterior member 14.
- the motor 12 has a stator 20 and a rotor 30.
- a shaft 11 is supported through the center of the motor 12 . It is assumed that the motor 12 is a brushed DC motor, but any motor may be used as long as it moves the shaft 11 in the axial direction.
- the stator 20 has a cylindrical shape as a whole.
- the stator 20 has a motor housing 21, magnets 22, yokes 23, brushes 24, and bearings 25,26.
- the motor housing 21 has a cylindrical shape. This motor housing 21 is made of, for example, a resin material.
- the magnet 22 , yoke 23 , brush 24 and bearings 25 and 26 are supported inside the motor housing 21 . Both the magnet 22 and the yoke 23 are arc-shaped.
- the yoke 23 is arranged radially outside the stator 20 relative to the magnet 22 .
- the brushes 24 are provided above the stator 20 . This brush 24 is arranged above the magnet 22 and the yoke 23 .
- the bearing 25 is provided above the stator 20 .
- This bearing 25 is arranged above the magnet 22 and the yoke 23 .
- the bearing 26 is provided below the stator 20 .
- This bearing 26 is arranged below the magnet 22 and the yoke 23 .
- the bearings 25, 26 rotatably support a rotor shaft 34, which will be described later.
- the rotor 30 is arranged radially inside the stator 20 and is rotatably supported with respect to the stator 20 .
- a shaft 11 passes through the center of the rotor 30 .
- This rotor 30 has a plurality of rotor cores 31 , a plurality of coils 32 , a commutator 33 and a rotor shaft 34 .
- the plurality of rotor cores 31 are arranged at substantially equal intervals in the circumferential direction of the rotor 30 .
- Each rotor core 31 is provided radially inside the magnet 22 and the yoke 23 .
- a plurality of coils 32 are wound around each rotor core 31 .
- the commutator 33 has a plurality of electrodes. These electrodes are arranged at approximately equal intervals in the circumferential direction of the rotor 30 . Each electrode corresponds to each coil 32, respectively. One end of each coil 32 is electrically connected to the corresponding electrode.
- the brushes 24 are arranged radially outside the commutator 33 and can come into contact with the electrodes of the commutator 33 .
- the rotor shaft 34 is formed in a cylindrical shape.
- the rotor shaft 34 is inserted into a center hole formed by the plurality of rotor cores 31 and fixed. Also, the rotor shaft 34 is rotatably supported by the bearings 25 and 26 .
- the rotor shaft 34 has a female threaded portion 34a.
- the female threaded portion 34 a is formed on the inner peripheral surface of the rotor shaft 34 .
- the shaft 11 is arranged inside the rotor shaft 34 .
- This shaft 11 has a male threaded portion 11a.
- the male threaded portion 11 a is formed on the outer peripheral surface of the shaft 11 .
- the male threaded portion 11a and the female threaded portion 34a are engaged with each other.
- the plurality of rotor cores 31, the plurality of coils 32, the commutator 33, and the rotor shaft 34 are integrally formed of, for example, a resin material. Therefore, when the rotor shaft 34 rotates, the multiple rotor cores 31 , the multiple coils 32 , and the commutator 33 rotate together with the rotor shaft 34 .
- the shaft support member 13 is provided below the motor 12 .
- the shaft support member 13 supports one end side (lower end side) of the shaft 11 projecting downward from the rotor 30 of the motor 12 .
- One end side of the shaft 11 passes through the central portion of the shaft support member 13 .
- the shaft support member 13 has a shaft housing 41 , a shaft guide member 42 , an O-ring 43 and a support member 44 .
- the shaft guide member 42 , O-ring 43 and support member 44 are provided inside the shaft housing 41 .
- the shaft housing 41 constitutes the outer shell of the shaft support member 13 . Further, the shaft housing 41 has a cylindrical shape tapered at the lower end side. The upper portion of the shaft housing 41 is fixed to the lower portion of the motor housing 21 with bolts or the like. Further, the shaft housing 41 is arranged to cover one end side of the shaft 11 projecting downward from the rotor 30 of the motor 12 . On the other hand, the lower end of shaft 11 passes through shaft housing 41 .
- Such a shaft housing 41 is made of, for example, a resin material.
- the shaft guide member 42 has a cylindrical shape and is provided radially inside the shaft housing 41 .
- the upper portion of this shaft guide member 42 is fixed to the lower portion of the stator 20 .
- Such a shaft guide member 42 is made of, for example, a resin material.
- the shaft guide member 42 has a guide hole 42a, a through hole 42b, and a step portion 42c.
- the guide hole 42a is a substantially rectangular hole.
- the shaft 11 has a rotation restricting portion 11b.
- the rotation restricting portion 11b is formed on one end side of the shaft 11 and has a substantially rectangular outer shape.
- the rotation restricting portion 11b is accommodated in the guide hole 42a and is movable along the axial direction of the guide hole 42a.
- the shaft 11 has a circular shaft shape as a whole, and has a rotation restricting portion 11b having a substantially rectangular outer shape at a part of one end side thereof. Therefore, the rotation of the shaft 11 around the axis is restricted, so that the rotation from the rotor 30 can be converted into axial movement of the shaft 11 itself.
- the through hole 42b is a circular hole and opens at the lower end of the shaft guide member 42.
- the through hole 42b rotatably supports one end of the shaft 11. As shown in FIG.
- the stepped portion 42c is arranged above the through hole 42b and formed continuously with the through hole 42b.
- the stepped portion 42c is formed in an annular shape so as to protrude radially inward from the through hole 42b.
- the O-ring 43 is provided in a compressed state between the inner peripheral surface of the through hole 42b and the outer peripheral surface of the support member 44. Therefore, the O-ring 43 seals between them. Also, since the O-ring 43 is compressed between the through-hole 42b and the support member 44, the support member 44 is pressed against the shaft 11 by the compression reaction force of the O-ring 43. As shown in FIG. Therefore, airtightness is maintained between the shaft 11 and the support member 44 .
- the support member 44 is fitted and attached to the through hole 42b from the lower opening side thereof. Further, the support member 44 supports the shaft 11 so as to be movable in the axial direction. At this time, the support member 44 is hooked on the stepped portion 42c, thereby preventing the O-ring 43 from falling off from the through hole 42b. Therefore, the shaft 11 is axially supported by the support member 44 fitted in the through hole 42b. Details of the support member 44 will be described later.
- the exterior member 14 is provided above the actuator 10 and fixed above the stator 20 .
- This exterior member 14 is formed in a hollow conical shape as a whole.
- the exterior member 14 is made of, for example, a resin material.
- the exterior member 14 also has a position sensor 51 , a sensor magnet 52 , a sensor shaft 53 and a connector 54 .
- the position sensor 51 measures the intensity of the magnetic field of the sensor magnet 52 and detects the axial position of the shaft 11 based on the measured intensity of the magnetic field.
- the sensor magnet 52 is built into the upper end of the sensor shaft 53 .
- the lower end of the sensor shaft 53 can come into contact with the upper end of the shaft 11.
- the sensor shaft 53 is always biased downward by a spring (not shown). Therefore, the sensor shaft 53 always presses the shaft 11 downward. As a result, when the shaft 11 reciprocates in the axial direction, the sensor magnet 52 moves in conjunction with the reciprocation of the shaft 11 .
- the position sensor 51 measures the strength of the magnetic field of the sensor magnet 52 that interlocks with the reciprocating movement of the shaft 11 . Also, the position sensor 51 detects the axial position of the shaft 11 based on the measured strength of the magnetic field.
- the connector 54 opens outward from the surface of the exterior member 14 .
- This connector 54 can be connected to an external power source, and power is supplied from the external power source. Also, the connector 54 is electrically connected to the brush 24 .
- each rotor core 31 is polarized and magnetized into an N pole and an S pole.
- Each rotor core 31 of the rotor 30 is attracted by the magnetic force of the magnet 22 of the stator 20 .
- the magnet 22 and the yoke 23 form a magnetic circuit.
- rotor 30 rotates with respect to stator 20 .
- the shaft 11 reciprocates in its axial direction.
- the wastegate valve is mechanically connected to the shaft 11 , the wastegate valve opens or closes as the shaft 11 reciprocates.
- the actuator 10 converts the rotation of the rotor 30 accompanying the input of electrical energy into axial movement of the shaft 11, thereby opening and closing the wastegate valve.
- the actuator 10 also detects the valve opening based on the axial position of the shaft 11 detected by the position sensor 51 .
- FIG. 1 the support member 44 will be explained using FIGS. 2 to 4.
- FIG. 2 the support member 44 will be explained using FIGS. 2 to 4.
- the support member 44 is made of an elastic resin material with high slidability.
- the support member 44 is made of, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE) material.
- PTFE polytetrafluoroethylene
- the support member 44 has a pedestal 44a, a cylindrical portion 44b, a hook portion 44c, and a notch 44d.
- the pedestal 44 a has a disk shape and is provided below the support member 44 .
- the cylindrical portion 44b is provided on the upper surface of the pedestal 44a.
- a plurality of hook portions 44c are formed by forming a plurality of notches 44d at the tip of the cylindrical portion 44b.
- FIG. 2 shows an example in which six hook portions 44c are provided by forming six notches 44d at the tip of the cylindrical portion 44b at approximately equal intervals in the circumferential direction.
- the hook portion 44c can be elastically deformed radially outward or inward of the cylindrical portion 44b. Further, the tip of the hook portion 44c is formed in a hook shape protruding radially outward. Therefore, the hook portion 44c can be engaged with the stepped portion 42c when the support member 44 is inserted into the through hole 42b.
- the notch 44d has a width sufficient for the hook portion 44c to deform according to the inclination of the conical portion 11c.
- the total width of each notch 44 d occupies one third of the inner circumference of the support member 44 .
- the shaft 11 has a conical portion 11c and a stopper surface 11d.
- the conical portion 11c and the stopper surface 11d are formed continuously.
- the conical portion 11c is formed on the lower end side of the rotation restricting portion 11b.
- the outer peripheral surface of the conical portion 11c is an inclined surface in which the outer diameter gradually decreases toward the inserting direction side of the support member 44 into the through hole 42b.
- the inclination angle of the outer peripheral surface of the conical portion 11 c is 20 degrees or more and 25 degrees or less with respect to the axis of the shaft 11 . This inclination angle is set according to the amount of deformation of the hook portion 44c required when inserting the support member 44 into the through hole 42b.
- the axial length of the conical portion 11c is shorter than the length between the installation position of the stepped portion 42c and the installation position of the O-ring 43 .
- the stopper surface 11d constitutes the lower surface of the rotation restricting portion 11b.
- This stopper surface 11 d is a surface perpendicular to the axis of the shaft 11 .
- the stopper surface 11d comes into contact with the tip of the hook portion 44c of the support member 44 inserted into the through hole 42b. That is, the stopper surface 11d functions as a stopper that restricts the movement of the shaft 11 toward its one end.
- the rotation restricting portion 11b of the shaft 11 is arranged at the lower end of the guide hole 42a.
- the shaft 11 is moved.
- a supporting member 44 with an O-ring 43 fitted thereto is attached in advance to one end of the shaft 11 .
- the O-ring 43 and the support member 44 are inserted into the through hole 42b.
- the hook portion 44c of the support member 44 contacts the stepped portion 42c on the far side of the through hole 42b.
- the hook portion 44c rides on the stepped portion 42c by utilizing elastic deformation, it falls toward the conical portion 11c and moves along its outer peripheral surface.
- the hook portion 44c contacts the stopper surface 11d after getting over the stepped portion 42c. Therefore, insertion of the support member 44 is restricted. Further, when the hook portion 44c climbs over the stepped portion 42c, it returns to its original position and is hooked on the stepped portion 42c.
- the support member 44 can hold the O-ring 43 between itself and the through hole 42b, and utilize elastic deformation to hook the hook portion 44c to the stepped portion 42c.
- the actuator 10 according to Embodiment 1 is attached to the through-hole 42b extending in the axial direction of the shaft 11 and the through-hole 42b via the O-ring 43, supports the shaft 11 so as to be axially movable, and is elastic.
- a cylindrical support member 44 made of a resin material, a stepped portion 42c protruding radially inward from the through hole 42b, and a hook shape formed in the support member 44 and protruding radially outward. and a hook portion 44c that engages with the stepped portion 42c.
- the actuator 10 does not allow the support member 44 to pass through. It is possible to prevent it from coming off from the hole 42b.
- the shaft 11 has a conical portion 11c whose outer diameter gradually decreases toward the inserting direction side of the support member 44 into the through hole 42b.
- the conical portion 11c receives elastic deformation of the hook portion 44c when it is placed on the stepped portion 42c. Therefore, in the actuator 10, the elastic deformation of each hook portion 44c is uniform, and the mounting of the support member 44 is facilitated.
- the axial length of the conical portion 11c is shorter than the length between the installation position of the stepped portion 42c and the installation position of the O-ring 43. Therefore, in the actuator 10 , the shaft 11 and the support member 44 can always be in close contact with each other in the movement range of the shaft 11 .
- the inclination angle of the outer peripheral surface of the conical portion 11 c is 20 degrees or more and 25 degrees or less with respect to the axis of the shaft 11 . Therefore, the hook portion 44c can be elastically deformed with an appropriate amount of deformation.
- the support member 44 has a plurality of hook portions 44c and notches 44d alternately arranged in the circumferential direction. Therefore, even if the hook portions 44c that are adjacent in the circumferential direction are elastically deformed, they do not come into contact with each other.
- the sum of the widths of the notches 44d occupies one third of the inner circumference of the support member 44. Therefore, the hook portion 44c can retain rigidity for elastic deformation and locking.
- the elastic resin material forming the support member 44 is polytetrafluoroethylene. Therefore, the support member 44 can have high slidability.
- any component of the embodiment can be modified or any component of the embodiment can be omitted.
- the actuator according to the present disclosure can prevent the support member from falling out of the through-hole even when vibration or thermal deformation occurs, and is suitable for use as an actuator or the like.
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Abstract
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。
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。
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。
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 (7)
- 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る
ことを特徴とするアクチュエータ。 - 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
ことを特徴とする請求項1記載のアクチュエータ。 - 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2記載のアクチュエータ。 - 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2記載のアクチュエータ。 - 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。 - 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5記載のアクチュエータ。 - 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。
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