(57)【要約】【課題】異物除去用のフィルタを有するアクチュエータにおいて、シャフトとフィルタ間の摺動抵抗の低減を図る。【解決手段】アクチュエータ１００は、ターボチャージャ用のアクチュエータ１００であって、ボス１１により直動自在に支持されているシャフト２と、ボス１１が収容されており、かつ、シャフト２が底面部３１を貫通している有底筒状の遮熱カバー３と、遮熱カバー３内にてボス１１と底面部３１間に配置されており、かつ、シャフト２が挿通されている筒状のフィルタ５と、を備え、フィルタ５がシャフト２に対して偏心配置されている。【選択図】図２
2020067030.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボチャージャ用のアクチュエータであって、
ボスにより直動自在に支持されているシャフトと、
前記ボスが収容されており、かつ、前記シャフトが底面部を貫通している有底筒状の遮熱カバーと、
前記遮熱カバー内にて前記ボスと前記底面部間に配置されており、かつ、前記シャフトが挿通されている筒状のフィルタと、を備え、
前記フィルタが前記シャフトに対して偏心配置されている
ことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記フィルタがステンレス鋼製のメッシュにより構成されていることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記フィルタが鉄製のメッシュにより構成されており、かつ、前記メッシュが防錆用のメッキ層を有することを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記シャフトに対する前記フィルタの偏心量は、緊迫力発生用径差に対する１００パーセント以上の値に設定されており、かつ、前記緊迫力発生用径差に対する２００パーセント以下の値に設定されていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記シャフトに対する前記フィルタの偏心量は、前記シャフトの軸径に対する０パーセントよりも大きい値に設定されており、かつ、前記シャフトの軸径に対する３０パーセント未満の値に設定されていることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記ボス内に設けられており、かつ、前記シャフトが挿通されている環状のシール部材を備えることを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記フィルタの内径が前記シャフトの軸径以上の値に設定されていることを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載のアクチュエータ。
【請求項８】
前記フィルタは、前記ボスと前記底面部間にて回動自在に保持されていることを特徴とする請求項１から請求項７のうちのいずれか１項記載のアクチュエータ。
【請求項９】
前記フィルタが弾性を有し、前記シャフトの挿通により前記フィルタが弾性変形していることにより、前記フィルタの内周部のうちの一部が前記シャフトの外周部に圧接していることを特徴とする請求項１から請求項８のうちのいずれか１項記載のアクチュエータ。
【請求項１０】
前記ターボチャージャにおけるウェイストゲートバルブの開閉に用いられるものであることを特徴とする請求項１から請求項９のうちのいずれか１項記載のアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ウェイストゲートバルブと一体型のターボチャージャが開発されている。ウェイストゲートバルブの開閉には、直動式の電動アクチュエータ、いわゆる「ウェイストゲートアクチュエータ」が用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−５９４９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ウェイストゲートアクチュエータにおけるシャフトの表面部には、塵、泥及び各種塩化物などが付着する。これらの異物がアクチュエータ本体の内部に侵入することにより、アクチュエータの動作不良又は故障が発生する。したがって、シャフトの表面部に付着した異物を除去することにより、これらの異物がアクチュエータ本体の内部に侵入するのを抑制するための部材を設けるのが好適である。この部材には、例えば、金属メッシュ製のフィルタを用いることができる。
【０００５】
ここで、フィルタによる異物除去機能を向上する観点から、例えばフィルタの内径をシャフトの軸径に比して小さい値に設定することにより、シャフトとフィルタ間に緊迫力を発生させるのが好適である。しかしながら、この場合、緊迫力によりシャフトとフィルタ間の摺動抵抗が増加して、アクチュエータの推力が低下する問題があった。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、異物除去用のフィルタを有するアクチュエータにおいて、シャフトとフィルタ間の摺動抵抗の低減を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のアクチュエータは、ターボチャージャ用のアクチュエータであって、ボスにより直動自在に支持されているシャフトと、ボスが収容されており、かつ、シャフトが底面部を貫通している有底筒状の遮熱カバーと、遮熱カバー内にてボスと底面部間に配置されており、かつ、シャフトが挿通されている筒状のフィルタと、を備え、フィルタがシャフトに対して偏心配置されているものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、上記のように構成したので、異物除去用のフィルタを有するアクチュエータにおいて、シャフトとフィルタ間の摺動抵抗の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係るアクチュエータの斜視図である。
【図２】図２Ａは、実施の形態１に係るアクチュエータの要部を示す説明図である。図２Ｂは、図２Ａに示すＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図３】図３Ａは、実施の形態１に係るアクチュエータに対する比較用のアクチュエータにおける、シャフトがフィルタに挿通される前の状態を示す説明図である。図３Ｂは、図３Ａに示すＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図４】図４Ａは、実施の形態１に係るアクチュエータに対する比較用のアクチュエータにおける、シャフトがフィルタに挿通された後の状態を示す説明図である。図４Ｂは、図４Ａに示すＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図５】図５Ａは、実施の形態１に係るアクチュエータにおける、シャフトがフィルタに挿通される前の状態を示す説明図である。図５Ｂは、図５Ａに示すＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図６】図６Ａは、実施の形態１に係るアクチュエータにおける、シャフトがフィルタに挿通された後の状態を示す説明図である。図６Ｂは、図６Ａに示すＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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の斜視図である。図２Ａは、実施の形態１に係るアクチュエータの要部を示す説明図である。図２Ｂは、図２Ａに示すＡ−Ａ’線に沿う断面図である。図１及び図２を参照して、実施の形態１のアクチュエータ１００について説明する。
【００１１】
アクチュエータ１００は、直動式の電動アクチュエータにより構成されている。すなわち、アクチュエータ１００の本体部１内にモータ（不図示）が設けられている。当該モータの回動により、シャフト２が直動するようになっている。シャフト２は、本体部１のボス１１により直動自在に支持されている。
【００１２】
ボス１１は、遮熱カバー３により覆われている。遮熱カバー３は、略有底筒状の形状を有している。遮熱カバー３の底面部３１に貫通孔３２が穿たれており、この貫通孔３２にシャフト２が通されている。すなわち、ボス１１は遮熱カバー３内に収容されており、シャフト２は遮熱カバー３の底面部３１を貫通している。遮熱カバー３を用いることにより、いわゆる「熱害」に対応することができる。
【００１３】
ボス１１内に略環状のシール部材４が設けられており、このシール部材４にシャフト２が挿通されている。また、遮熱カバー３内にてボス１１と底面部３１間に略筒状のフィルタ５が配置されており、このフィルタ５にシャフト２が挿通されている。シール部材４及びフィルタ５は、シャフト２の表面部に付着した塵、泥及び各種塩化物などをシャフト２が直動するときに除去することにより、これらの異物が本体部１内に侵入するのを抑制するための部材である。また、シール部材４は、本体部１の気密性及び水密性を保持するための部材である。
【００１４】
フィルタ５は、例えば、金属製のメッシュにより構成されている。より具体的には、フィルタ５は、ステンレス鋼製のメッシュ又は鉄製のメッシュにより構成されている。すなわち、フィルタ５は弾性を有するものである。なお、当該鉄製のメッシュは防錆用のメッキ層を有するものである。ステンレス鋼製のメッシュを用いることにより、又は防錆用のメッキ加工を施すことにより、錆による異物除去機能の低下を抑制することができる。
【００１５】
以下、シャフト２が挿通される前の状態におけるフィルタ５の内径φを単に「内径」という。また、この状態におけるフィルタ５の内半径ｒを単に「内半径」という。また、シャフト２のうちのフィルタ５内に配置される部位の軸径Φを単に「軸径」という。また、当該部位の軸半径Ｒを単に「軸半径」という。フィルタ５の内径φは、例えば、シャフト２の軸径Φと同等の値に設定されている。すなわち、フィルタ５の内半径ｒは、例えば、シャフト２の軸半径Ｒと同等の値に設定されている。
【００１６】
ここで、フィルタ５はシャフト２に対して偏心配置されている。すなわち、フィルタ５の軸心Ａ１は、シャフト２の軸心Ａ２に対してずらして配置されている。フィルタ５の偏心配置は、例えば、遮熱カバー３の形状により実現されるものである。図２Ａに示す例においては、遮熱カバー３が軸心Ａ２に対して左右非対称な形状を有していることにより、フィルタ５の偏心配置が実現されている。
【００１７】
シャフト２の挿通により、フィルタ５が弾性変形している。この結果、シャフト２の外周部とフィルタ５の内周部とが互いに対向配置されている部位において（以下「対向部」という。）、フィルタ５の内周部のうちの一部がシャフト２の外周部に圧接しており（以下「圧接部」という。）、かつ、フィルタ５の内周部のうちの残余の部位とシャフト２の外周部との間に間隙６が形成されている。
【００１８】
シャフト２に対するフィルタ５の偏心方向（以下単に「偏心方向」という。）は、アクチュエータ１００の搭載方向に応じた方向に設定されている。例えば、アクチュエータ１００がウェイストゲートバルブの開閉に用いられるものであるとする。この場合において、アクチュエータ１００は、軸心Ａ１，Ａ２が水平方向に沿う向きにて自動車に搭載されるものであるとする。また、当該搭載された状態にて、シャフト２の外周部のうちの上方に配置される部位に異物が付着しやすいものであるとする。この場合、偏心方向は、対向部のうちの当該上方に配置される部位を含む部位が圧接部となり、かつ、対向部のうちの残余の部位に間隙６が形成される方向に設定されている。
【００１９】
このようにして、アクチュエータ１００が構成されている。アクチュエータ１００は、例えば、ウェイストゲートバルブの開閉に用いられるものである。このウェイストゲートバルブは、自動車用のターボチャージャと一体に構成されている。
【００２０】
次に、図３〜図６を参照して、シャフト２に対するフィルタ５の偏心量Ｅについて説明する。
【００２１】
図３は、実施の形態１のアクチュエータ１００に対する比較用のアクチュエータ１００’（不図示）における、シャフト２’がフィルタ５’に挿通される前の状態を示している。また、図４は、このアクチュエータ１００’における、シャフト２’がフィルタ５’に挿通された後の状態を示している。これに対して、図５は、実施の形態１のアクチュエータ１００における、シャフト２がフィルタ５に挿通される前の状態を示している。また、図６は、このアクチュエータ１００における、シャフト２がフィルタ５に挿通された後の状態を示している。
【００２２】
図３及び図４に示す如く、アクチュエータ１００’は、フィルタ５’がシャフト２’に対して同軸配置されたものである。図中、Ａ１’はフィルタ５’の軸心を示しており、Ａ２’はシャフト２’の軸心を示している。また、アクチュエータ１００’は、シャフト２’の軸半径Ｒ’がシャフト２の軸半径Ｒと同等の値に設定されているものである。さらに、アクチュエータ１００’は、フィルタ５’の内半径ｒ’がシャフト２’の軸半径Ｒ’よりも小さい値、すなわちシャフト２の軸半径Ｒよりも小さい値に設定されているものである。図中、Φ’はシャフト２’の軸径を示しており、φ’はフィルタ５’の内径を示している。
【００２３】
アクチュエータ１００’は、フィルタ５’にシャフト２’が挿通された後の状態にて、フィルタ５’が弾性変形している。より具体的には、フィルタ５’が拡径されている。これにより、シャフト２’とフィルタ５’間の対向部が全周に亘り圧接部となる。このため、当該対向部の全周に亘り、軸半径Ｒ’に対する内半径ｒ’の差分値Δｔに応じた緊迫力が発生するものである。以下、この差分値Δｔを「緊迫力発生用径差」という。
【００２４】
ここで、シャフト２’とフィルタ５’間の摺動抵抗Ｆ’は、シャフト２’とフィルタ５’間の摩擦係数μ’及びシャフト２’とフィルタ５’間の緊迫力Ｐｒ’に基づき、以下の式（１）により表されるものである。なお、Ｆ’の単位はニュートン（Ｎ）であり、Ｐｒ’の単位もニュートン（Ｎ）である。
【００２５】
Ｆ’＝μ’×Ｐｒ’  （１）
【００２６】
これと同様に、アクチュエータ１００におけるシャフト２とフィルタ５間の摺動抵抗Ｆは、シャフト２とフィルタ５間の摩擦抵抗μ及びシャフト２とフィルタ５間の緊迫力Ｐｒに基づき、以下の式（２）により表されるものである。なお、Ｆの単位はニュートン（Ｎ）であり、Ｐｒの単位もニュートン（Ｎ）である。
【００２７】
Ｆ＝μ×Ｐｒ  （２）
【００２８】
上記のとおり、アクチュエータ１００は、フィルタ５がシャフト２に対して偏心配置されたものである。また、アクチュエータ１００は、シャフト２の軸半径Ｒがシャフト２’の軸半径Ｒ’と同等の値に設定されているものである。さらに、アクチュエータ１００は、フィルタ５の内半径ｒがシャフト２の軸半径Ｒと同等の値、すなわち「ｒ’＋Δｔ」と同等の値に設定されているものである。
【００２９】
このため、偏心量Ｅを緊迫力発生用径差Δｔ以上の値に設定することにより、シャフト２とフィルタ５間の対向部のうちの圧接部の面積、すなわち緊迫力の発生に寄与する部位の面積をアクチュエータ１００’における当該面積に対して略半分にすることができる。したがって、偏心量Ｅが緊迫力発生用径差Δｔと同等の値に設定されている場合、当該略半分の面積に亘りΔｔと略同等の値に応じた緊迫力が発生するため、緊迫力Ｐｒを緊迫力Ｐｒ’に対して略２分の１に低減することができる。この結果、上記式（１）及び上記式（２）により、摺動抵抗Ｆを摺動抵抗Ｆ’に対して略２分の１に低減することができる。
【００３０】
しかしながら、偏心量Ｅが緊迫力発生用径差Δｔに対する２倍よりも大きい値に設定されている場合、上記のとおり緊迫力の発生に寄与する部位の面積が略半分であるものの、当該略半分の面積に亘りΔｔに対する２倍よりも大きい値に応じた緊迫力が発生する。このため、緊迫力Ｐｒが緊迫力Ｐｒ’よりも大きくなる。
【００３１】
したがって、摺動抵抗Ｆを摺動抵抗Ｆ’以下に低減する観点から、偏心量Ｅは、以下の式（３）に示す範囲内の値に設定するのが好適である。すなわち、偏心量Ｅは、緊迫力発生用径差Δｔに対する１００％以上の値であって、緊迫力発生用径差Δｔに対する２００％以下の値に設定するのが好適である。これにより、摺動抵抗Ｆを以下の式（４）に示す範囲内の値に低減することができる。
【００３２】
２×Δｔ≧Ｅ≧Δｔ  （３）
【００３３】
Ｆ’≧Ｆ≧Ｆ’×１／２  （４）
【００３４】
ここで、緊迫力発生用径差Δｔは、アクチュエータ１００’の用途及び仕様などに応じて異なる値に設定されるものである。例えば、ウェイストゲートバルブの開閉に用いられるアクチュエータ１００’において、緊迫力発生用径差Δｔは、シャフト２’の軸径Φ’に対する０％よりも大きい値であって、シャフト２’の軸径Φ’に対する１５％未満の値の設定されるものであるとする。また、上記のとおりＲ＝Ｒ’であることにより、Φ＝Φ’であるものとする。これらの値を上記式（３）に代入することにより、以下の式（５）が得られる。
【００３５】
０．３×Φ＞Ｅ＞０  （５）
【００３６】
したがって、この場合、偏心量Ｅは、上記式（５）に示す範囲内の値に設定するのが好適である。すなわち、偏心量Ｅは、シャフト２の軸径Φに対する０％よりも大きい値であって、シャフト２の軸径Φに対する３０％未満の値に設定するのが好適である。これにより、摺動抵抗Ｆを上記式（４）に示す範囲内の値に低減することができる。
【００３７】
なお、フィルタ５は、ボス１１と底面部３１間にて回動自在に保持されているものであっても良い。これにより、アクチュエータ１００の使用環境（例えば自動車のエンジンルーム内の環境）における振動などに応じて、遮熱カバー３内にてフィルタ５が徐々に回転する。フィルタ５の回転により、フィルタ５の内周部のうちのシャフト２の外周部に圧接する部位が徐々に変化する（すなわち、当該部位が徐々に移動する。）。この結果、フィルタ５の内周部のうちの特定の部位に異物が堆積するのを抑制することができる。また、フィルタ５の内周部のうちの特定の部位が摩耗するのを抑制することができる。したがって、フィルタ５を長寿命にすることができる。
【００３８】
また、フィルタ５の内半径ｒは、シャフト２の軸半径Ｒと同等の値に限定されるものではない。例えば、フィルタ５の内半径ｒは、シャフト２の軸半径Ｒよりも大きい値に設定されているものであっても良い。
【００３９】
ただし、軸半径Ｒに対する内半径ｒの差分値に応じて、摺動抵抗Ｆを摺動抵抗Ｆ’以下に低減可能な偏心量Ｅの値の範囲が異なり得る。したがって、偏心量Ｅは、上記式（３）に示す範囲内の値に限定されるものではない。また、偏心量Ｅは、上記（５）に示す範囲内の値に限定されるものではない。偏心量Ｅは、軸半径Ｒに対する内半径ｒの差分値などに応じて、摺動抵抗Ｆを摺動抵抗Ｆ’以下に低減可能な値に設定されているものであれば良い。
【００４０】
また、遮熱カバー３の形状は略有底筒状であれば良く、完全な有底筒状でなくとも良い。本願の特許請求の範囲に記載された「有底筒状」の用語の意義は、略有底筒状を包含するものである。
【００４１】
また、シール部材４の形状は略環状であれば良く、完全な環状でなくとも良い。本願の特許請求の範囲に記載された「環状」の用語の意義は、略環状を包含するものである。
【００４２】
また、フィルタ５の形状は略筒状であれば良く、完全な筒状でなくとも良い。本願の特許請求の範囲に記載された「筒状」の用語の意義は、略筒状を包含するものである。
【００４３】
以上のように、実施の形態１のアクチュエータ１００は、ターボチャージャ用のアクチュエータ１００であって、ボス１１により直動自在に支持されているシャフト２と、ボス１１が収容されており、かつ、シャフト２が底面部３１を貫通している有底筒状の遮熱カバー３と、遮熱カバー３内にてボス１１と底面部３１間に配置されており、かつ、シャフト２が挿通されている筒状のフィルタ５と、を備え、フィルタ５がシャフト２に対して偏心配置されている。これにより、異物除去用のフィルタ５を有するアクチュエータ１００において、シャフト２とフィルタ５間の摺動抵抗Ｆの低減を図ることができる。この結果、摺動抵抗Ｆによるアクチュエータ１００の推力の低下を抑制することができる。
【００４４】
また、フィルタ５がステンレス鋼製のメッシュにより構成されている。これにより、弾性を有するフィルタ５を実現することができ、かつ、防錆性を有するフィルタ５を実現することができる。
【００４５】
または、フィルタ５が鉄製のメッシュにより構成されており、かつ、メッシュが防錆用のメッキ層を有する。これにより、弾性を有するフィルタ５を実現することができ、かつ、防錆性を有するフィルタ５を実現することができる。
【００４６】
また、シャフト２に対するフィルタ５の偏心量Ｅは、緊迫力発生用径差Δｔに対する１００パーセント以上の値に設定されており、かつ、緊迫力発生用径差Δｔに対する２００パーセント以下の値に設定されている。すなわち、偏心量Ｅが上記式（３）に示す範囲内の値に設定されている。これにより、摺動抵抗Ｆを上記式（４）に示す範囲内の値に低減することができる。
【００４７】
また、シャフト２に対するフィルタ５の偏心量Ｅは、シャフト２の軸径Φに対する０パーセントよりも大きい値に設定されており、かつ、シャフト２の軸径Φに対する３０パーセント未満の値に設定されている。すなわち、偏心量Ｅが上記式（５）に示す範囲内の値に設定されている。これにより、摺動抵抗Ｆを上記式（４）に示す範囲内の値に低減することができる。
【００４８】
また、アクチュエータ１００は、ボス１１内に設けられており、かつ、シャフト２が挿通されている環状のシール部材４を備える。シール部材４に加えてフィルタ５が設けられていることにより、異物除去機能を向上することができる。また、塵、泥及び各種塩化物などの異物によるシール部材４の損傷が発生するのを抑制することができる。この結果、シール部材４の寿命を長くすることができ、本体部１の気密性及び水密性の低下を抑制することができる。
【００４９】
また、フィルタ５は、ボス１１と底面部３１間にて回動自在に保持されている。これにより、フィルタ５の内周部のうちの特定の部位に異物が堆積するのを抑制することができる。また、フィルタ５の内周部のうちの特定の部位が摩耗するのを抑制することができる。この結果、フィルタ５を長寿命にすることができる。
【００５０】
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。
【符号の説明】
【００５１】
１  本体部、２  シャフト、３  遮熱カバー、４  シール部材、５  フィルタ、６  間隙、１１  ボス、３１  底面部、３２  貫通孔、１００  アクチュエータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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