(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リニアアクチュエータであって、
該アクチュエータを組み付けるための統合されたフランジを有するプラスチック製ケーシングと、
前記プラスチック製ケーシング内に配置され、巻線を有するステータアセンブリと、
永久磁石を有するロータアセンブリであって、前記巻線に電流が供給された場合に、前記ロータアセンブリの回転を引き起こす磁界が形成されるように、前記ステータアセンブリに対して回転するように組み付けられたロータアセンブリと、
回転を制限されたシャフトであって、前記ロータアセンブリの回転がシャフトの直線運動を引き起こすように、前記ロータアセンブリに関連しているシャフトと、
前記巻線へ給電するリード線を収容するコネクタ構造体と
を備えたリニアアクチュエータであって、
前記プラスチック製ケーシングは、ステータアセンブリの径方向に延びる第１の面を支持する、径方向に延びる第２の面と、該第２の面から軸方向に遠位の且つ径方向内側に突き出す環状の端部であって、前記コネクタ構造体の径方向に延びる環状面を前記コネクタ構造体の前記遠位の方向への移動を阻止するように係止して保持する環状の端部と、を有し、プラスチック製ケーシングをコネクタ構造体に連結させることを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項２】
前記フランジは、該フランジを貫通するボルト穴を有し、金属製の圧縮制限器が各ボルト穴を画定する面に摩擦により係合している、請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記ステータアセンブリの周囲に配置され、概して前記巻線に隣接する、鉄を含む材料から成る磁束リング構造体をさらに備える、請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記プラスチック製ケーシングおよび前記ステータアセンブリは、前記プラスチック製ケーシングに対する前記ステータアセンブリの回転を阻止するためにインターロックするように構成され配置された非回転構造を有している、請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記非回転構造は、プラスチック製ケーシング内に設けられた複数のタブを備え、各タブは、前記ステータアセンブリ内に画定された関連するポケット内に係合する、請求項４記載のアクチュエータ。
【請求項６】
アクチュエータを組み付けるための統合されたフランジを有するプラスチック製ケーシングと、
前記プラスチック製ケーシング内に配置され、巻線を有するステータアセンブリと、
永久磁石を有するロータアセンブリであって、前記巻線に電流が供給された場合に前記ロータアセンブリの回転を引き起こす磁界が形成されるように、前記ステータアセンブリに対して回転するように組み付けられたロータアセンブリと、
回転を制限されたシャフトであって、ロータアセンブリの回転がシャフトの直線運動を引き起こすように前記ロータアセンブリに関連したシャフトと、
シャフトの遠位の端部に、該シャフトと共に直線運動するように関連したピントルと、
前記巻線に給電するリード線を収容するコネクタ構造体と、
を備えた、車両に用いられるアイドルエアコントロールバルブにおいて、
前記プラスチック製ケーシングは、ステータアセンブリの径方向に延びる第１の面を支持する、径方向に延びる第２の面と、該第２の面から軸方向に遠位の且つ径方向内側に突き出す環状の端部であって、前記コネクタ構造体の径方向に延びる環状面を前記コネクタ構造体の前記遠位の方向への移動を阻止するように係止して保持する環状の端部と、を有し、プラスチック製ケーシングをコネクタ構造体に連結させることを特徴とする、車両に用いられるアイドルエアコントロールバルブ。
【請求項７】
前記フランジは、該フランジを貫通するボルト穴を有し、金属製の圧縮制限器が各ボルト穴を画定する面に摩擦により係合している、請求項６記載のアイドルエアコントロールバルブ。
【請求項８】
前記ステータアセンブリの周囲に配置され、概して前記巻線に隣接する、鉄を含む材料から成る磁束リング構造体をさらに備える、請求項６記載のアイドルエアコントロールバルブ。
【請求項９】
前記プラスチック製ケーシングおよび前記ステータアセンブリは、前記プラスチック製ケーシングに対する前記ステータアセンブリの回転を阻止するためにインターロックするように構成され配置された非回転構造を有している、請求項６記載のアイドルエアコントロールバルブ。
【請求項１０】
前記非回転構造は、プラスチック製ケーシング内に設けられた複数のタブを有し、各タブは前記ステータアセンブリ内に画定された関連するポケットに係合する、請求項９記載のアイドルエアコントロールバルブ。
【請求項１１】
コネクタ構造体に連結されたステータアセンブリと、前記ステータアセンブリに対して回転するように構成されかつ配置されたロータアセンブリとを備えたアクチュエータに用いられるプラスチック製ケーシングを提供する方法において、該方法は、
前記ステータアセンブリの、径方向に延びる第１の面が前記プラスチック製ケーシングの、径方向に延びる第２の面に係合し、前記プラスチック製ケーシングの、前記第２の面から軸方向に遠位の環状の端部が前記コネクタ構造体の径方向に延びる環状面を超えて延びるまで、前記ステータアセンブリを、該ステータアセンブリに接続された前記コネクタ構造体と共に、前記プラスチック製ケーシングの内部に挿入するステップと、
前記コネクタ構造体の前記環状面を係止して保持することで前記コネクタ構造体の前記遠位の方向への移動を阻止するように、前記プラスチック製ケーシングの前記環状の端部を加熱しかつ径方向内側に突き出すように変形し、これによって前記プラスチック製ケーシングを前記コネクタ構造体に連結するステップと
を有する、アクチュエータに用いられるプラスチック製ケーシングを提供する方法。
【請求項１２】
前記変形ステップは、前記プラスチック製ケーシングの加熱された前記環状の端部をローラ成形することを含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記プラスチック製ケーシングの内部に複数のタブを設け、前記ステータアセンブリ内に関連するポケットを設け、これにより挿入ステップ中に、前記タブが関連する前記ポケットとインターロックし、これにより前記プラスチック製ケーシングに対する前記ステータアセンブリの回転を阻止する、請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
プラスチック製ケーシングは統合されたフランジを有し、前記フランジは該フランジを貫通するボルト穴を有し、前記方法は、金属製の圧縮制限器を各ボルト穴内に挿入することをさらに含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１５】
前記挿入ステップの前に、前記方法は、前記ステータアセンブリの周囲に鉄を含む磁束リング構造体を設けることをさらに含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１６】
前記変形ステップの前に、前記方法は、前記コネクタ構造体を、前記プラスチック製ケーシングの環状壁に対して３６０°の位置のうち１つの位置に方向付けることをさらに含む、請求項１１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１０年４月２２日に先に出願された米国仮特許出願第６１／３２６７５７号明細書の利益を主張し、該仮特許出願は、引用したことにより本明細書に組み込まれたものとする。
【０００２】
本発明は、車両のアイドルエアコントロールバルブ（ＩＡＣＶ）のようなリニアアクチュエータに関し、特にプラスチック製ケーシングと保持機構とを備えた改良されたＩＡＣＶに関する。
【背景技術】
【０００３】
アイドルエアコントロールバルブ（ＩＡＣＶ）は、自動車エンジンのインテークマニホールドに外部から組付けられたデジタル式リニアアクチュエータ（ＤＬＡ）であり、エンジンシステムにおけるスロットル空気流を正確に制御する。ＩＡＣＶの軸方向のアライメントもしくは位置調整は、ＩＡＣＶのピントル／キャップナットがスロットルボディまたはマニホールドバルブシートとの適切な位置調整を維持することを確実にする。ＩＡＣＶは、自動車公害規制が一層精密な空燃費、ひいては一層清浄な排出ガスを要求しているので必要である。
【０００４】
従来のＩＡＣＶは、自動車用の缶積層型ステッピングモータであり、１０年〜１５年来製造されている。従来のＩＡＣＶは、六価（六価クロム（Ｃｒ６）の）めっきを三価（三価クロム（Ｃｒ３）の）めっきに置き換えることを要求する厳しい環境基準に対応する金属製ケーシングを有している。金属製ケーシングは、環境基準に適合しているが、腐食防止の十分な持続時間を提供しておらず、このことは末端消費者にとって外観を損なう結果となり得る。
【０００５】
したがって、保証要求に適合し、耐腐食性の材料を使用することによって外見をアピールする手段を提供することができる、プラスチック製ケーシングを備えた改良されたＩＡＣＶを提供する必要がある。
【０００６】
発明の概要
本発明の課題は、上記要求を満たすことである。本発明の原理に関連して、上記の課題は、リニアアクチュエータであって、当該アクチュエータを組み付けるための統合されたフランジを有するプラスチック製ケーシングを備えたリニアアクチュエータを提供することにより解決される。ステータアセンブリは、プラスチック製ケーシング内に配置されていて、ステータアセンブリは巻線を有している。永久磁石を有するロータアセンブリは、ステータアセンブリに関して回転するように組み付けられていて、この場合、巻線に電力が供給されると、ロータアセンブリの回転を引き起こす磁界が形成される。シャフトは、回転を制限されていて、ロータアセンブリの回転がシャフトの直線運動を生ぜしめるように、ロータアセンブリに関連している。コネクタ構造体は、巻線に電力を供給するリード線を収容している。プラスチック製ケーシングは、環状の端部を有しており、該環状の端部は、コネクタ構造体の環状面を捕捉して、プラスチック製ケーシングをコネクタ構造体に連結させる。
【０００７】
本発明の別の態様によれば、車両に用いられるアイドルエアコントロールバルブは、アクチュエータを組み付けるための統合されたフランジを有するプラスチック製ケーシングを備えている。ステータアセンブリは、プラスチック製ケーシング内に配置されていて、ステータアセンブリは巻線を有している。永久磁石を有するロータアセンブリは、ステータアセンブリに対して回転するように組み付けられていて、この場合、巻線に電流が供給されると、ロータアセンブリの回転を引き起こす磁界が形成される。シャフトは、回転を制限されており、ロータアセンブリの回転がシャフトの直線運動を生ぜしめるように、ロータアセンブリに関連している。ピントルが、シャフトの遠位の端部に、該シャフトと共に直線運動するように関連している。コネクタ構造体は、巻線に電力を供給するリード線を収容している。プラスチック製ケーシングは、環状の端部を有しており、該環状の端部は、コネクタ構造体の環状面を捕捉して、プラスチック製ケーシングをコネクタ構造体に連結させる。
【０００８】
本発明のさらに別の態様により、ある方法により、アクチュエータに用いられるプラスチック製ケーシングが提供される。アクチュエータは、コネクタ構造体に連結されたステータアセンブリと、当該ステータアセンブリに対して回転するように構成されかつ配置されたロータアセンブリとを有している。この方法は、ステータアセンブリの面がプラスチック製ケーシングの面に係合し、プラスチック製ケーシングの環状の端部がコネクタ構造体の、隣接する環状面を超えて延びるまで、ステータアセンブリを、当該ステータアセンブリに接続されたコネクタ構造体と共にプラスチック製ケーシングの内部に挿入することを含む。次いでプラスチック製ケーシングの環状の端部は、コネクタ構造体の環状面を捕捉するように変形されて、これにより、コネクタ構造体にプラスチック製ケーシングを連結する。
【０００９】
本発明の別の課題、構成および特徴、構造体に設けられた関連した構成要素を運転方法および機能、部材の組合せならびに製造の経済性は、本明細書の一部を構成する以下の詳細な説明および添付の特許請求の範囲に基づいて添付の図面を参照することで一層明確になる。
【００１０】
本発明は、同様の部分には同様の参照符号が付与された添付の図面に関連して、本発明の有利な実施形態の詳細な説明からより良好に理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に関連したアイドルエアコントロールバルブ（ＩＡＣＶ）の形のデジタル式リニアアクチュエータの形態を示す軸方向の断面図である。
【図２】ＩＡＣＶのプラスチック製ケーシングの端部を熱成形前に示す部分図である。
【図３】図２に示したプラスチック製ケーシングの端部をコネクタ構造体の部分を捕捉する熱間ローラ成形後に示す部分図である。
【図４】プラスチック製ケーシングの端部を、当該プラスチック製ケーシングの端部の熱間ローラ成形前に示す部分的な断面図である。
【図５】プラスチック製ケーシングの端部の部分的な断面図であり、熱間ローラ成形後に、コネクタ構造体の部分の捕捉部分を示す図である。
【図６】ＩＡＣＶのプラスチック製ケーシングの非回転構造のタブを示す図である。
【図７】ＩＡＣＶのステータアセンブリの、ポケット内に係合したタブを有する非回転構造を示す図である。
【００１２】
例示的な実施の形態の詳細な説明
例示を目的として、以下の説明を通して本発明は、特定の製品アセンブリにおいて使用される特殊な磁石装置内に組み込まれたものとして、つまりステッピングモータの形態の、概して符号「１０」により示された電動モータとして説明される。ステッピングモータは、車両に用いられるアイドルエアコントロールバルブアセンブリ１１のための直線作動を提供する。しかし、本発明は、厳しい環境で使用される別のリニアアクチュエータにも使用することができる。
【００１３】
図１を参照すると、車両において使用するためのアイドルエアコントロールバルブ（ＩＡＣＶ）の、概して符号「１０」で示されたモータが、本発明の実施の形態に関連して示されている。モータ１０は、統合されたフランジ１４を有するプラスチック製ケーシング１２を備えている。フランジ１４は、ケーシング１２の外側に延びている。概して符号「１６」で示されたステータアセンブリ１６は、ケーシング１２内に配置されている。ステータアセンブリ１６は、従来の巻線１８、界磁カップリング、磁極プレートおよびボビンを有している。
【００１４】
図１に示されているように、概して符号「２０」で示されたロータアセンブリは、ステータアセンブリ１６に関連している。ロータアセンブリ２０は、概して巻線１８に隣接する従来の永久磁石２２を有している。シールされた後側の玉軸受け２４と、正面のアイレット軸受け２６とを有する軸受け構造体は、ロータアセンブリ２０を支持し、ステータアセンブリ１６に対して相対的なロータアセンブリ２０の回転を可能にする。ステッピングモータとしてのモータ１０の実施の形態では、ステータアセンブリ１６のコイル巻線１８への給電によってロータアセンブリ２０の回転運動が生じる。ロータアセンブリ２０は、当該ロータアセンブリ２０を貫通する通路２８を有していて、この通路２８は、シャフト３２に設けられたねじ山付き部分に係合するねじ山付き部分３０を有している。シャフト３２の遠位の端部は、フロント側軸受け３３に関連していて、シャフトの回転を阻止している。したがって、ロータアセンブリ２０の回転運動は、シャフト３２の直線運動に変換され、このステッピングモータをリニアアクチュエータとしている。
【００１５】
アイドルエアコントロールバルブで使用されるモータ１０の実施の形態では、シャフト３２が、遠位の端部に統合されたピントル３４を有している。ばね３６は、ピントル３４を、伸張した位置に付勢するようになっている。ピントル３４は、モータ１０の汚染を防止する円筒形の煤シールド３８を収容している。図１に示したアイドルエアコントロールバルブの実施の形態では、モータ１０はインテークマニホールドまたはスロットルボディの孔内に嵌合されていてよく、これによりマニホールド内への空気流量を制御することができる。
【００１６】
ケーシングが金属ではなくプラスチックから形成されているので、磁束経路が分断されないことを保証するために、付加的に補償磁束リング構造体４０がステータアセンブリ１６の周辺部に設けられている。本実施の形態では、磁束リング構造体４０は、ステータアセンブリ１６の周囲に、概して巻線１８に隣接して配置された鉄材料の磁束リング対を有している。
【００１７】
フランジ１４は、マニホールドに器材（hardware）を組み付けるための、当該フランジ１４を貫通するボルト穴３２を提供する。フランジ１４の材料が（金属ではなく）プラスチックなので、Ｍ４およびＭ５型組付けボルトは、所定の据付けトルクまで回転されると、プラスチック製のフランジ１４を損傷するおそれがある。それゆえに、フランジ１４の損傷を阻止するために、金属、有利には分割リング製の圧縮制限器４４が、ボルト穴４２内に設けられている。圧縮制限器４４は、ボルト穴４２を画定している面に摩擦によって係合している。
【００１８】
モータ１０の重要な保持機構は、モータ１０のコネクタ構造体４６を捕捉し、ひいては該コネクタ構造体４６に連結されたステータアセンブリ１６およびロータアセンブリ２０を捕捉するように、プラスチック製ケーシング１２を熱間ローラ成形（ローリング加工）することである。コネクタ構造体４６は、従来の形式で巻線１８に給電するリード線４７（図４）を収容している。プラスチック製ケーシング１２とコネクタ構造体４６とを接続するための幾つかの択一的な方法が試みられた。たとえば、ケーシング１２の内面にスナップ止めフィンガを成形することは不可能であった。さらに、プラスチック製ケーシング１２へのモータ１０のコアの超音波溶着は、不安定な結果となる。熱サイクルのあとに、超音波溶着の保持荷重は、低下する。第２に、超音波溶着表面の汚染は、予想することができない。したがって、下記で説明する熱間ローラ成形プロセスが開発された。
【００１９】
本実施の形態および図２〜図４に関連して、コネクタ構造体４６は、ステータアセンブリ１６の平坦な面５１がプラスチック製ケーシング１２の平坦な面５３（図４参照）に接触するまで、プラスチック製ケーシング１２の内部４９に軸方向に挿入されている。図２および図４から判るように、このような挿入後に、ケーシング１２の遠位の環状の端部４８は、コネクタ構造体４６の環状面５０を超えて延びている。その後に、熱間ローラ成形プロセスによって、コネクタ構造体４６の環状面５０（図１，図３および図５）を捕捉するように、端部４８が加熱され、変形させられる。これによって、プラスチック製ケーシング１２はコネクタ構造体４６に連結される。プラスチック製ケーシング１２の加熱変形プロセスは、かしめられた金属製ケーシングを機能的に再現する。したがって、本実施の形態では、端部４８が、約１．９ｍｍの曲率半径Ｒを有するように変形されている。
【００２０】
プラスチックの熱間ローラ成形は、従来の金属かしめよりも困難である。熱間ローラ成形接続部に対する機能的な要求は、９０Ｎの軸方向での静荷重試験であり、熱寿命サイクルおよび熱振動のあとに構造的な完全性を保つことである。プラスチック製ケーシング１２は、十分なたわみ（flexure）を提供し、このたわみは、熱暴露範囲（たとえば−４０℃〜＋１２５℃のマニホールド周辺温度）全体を通して、位置調整を保証する。このたわみは、軸方向の支持に対して付加的に、マニホールド振動に対する付加的な公差を提供する。なぜならば、過度の振動はＩＡＣＶの設けられた内燃機関を損傷し得るからである。ケーシング１２とコネクタ構造体４６との熱間ローラ成形接続部は、エンジンマニホールドのＩＡＣＶによって確認されるように空気漏れ試験されていてよい。
【００２１】
モータ１０の別の重要な保持機構は、プラスチック製ケーシング１２とステータアセンブリ１６との間に形成された非回転構造である。図６から判るように、有利にはケーシング１２内に成形された複数のタブ５２は、プラスチック製ケーシング１２の内面５４を巡って互いに間隔を置いて延びている。図７から判るように、ステータアセンブリ１６は、複数のポケット５６を有している。１つのポケット５６は１つのタブ５２に関連している。したがって、ケーシング１２とステータアセンブリ１６との組み立て中に、各タブ５２は、関連するポケット５６に係合する。この構造によって、タブ５２のプラスチックと、ポケット５６を画定する面のプラスチックとが、キー溝式の非回転インターロック構造を形成するように屈曲するかまたは変形するために、ポケット５６と、タブ５２との間の干渉が十分であるようにされる。この非回転構造のための機能的な要求は、コネクタ構造体４６の電気コネクタの、要求される角度位置を損なうことのない、モータのコアの回転に対する５．５Ｎ−ｍの抵抗である。
【００２２】
ケーシングに使用されるプラスチックは、アイドリングエアコントロールバルブの環境に対して適当なあらゆるプラスチック材料であってよい。プラスチック製ケーシング１２の特徴は以下に記載の項目を含む。
・コアモータを保持する組付け後の、プラスチック製ケーシングの端部４８の独自の外側加熱成形。
・外側加熱成形が、ケーシング１２に関しては３６０°のコネクタ方向を可能にするのに対して、従来の内部スナップ保持構造は場所依存である。
・加熱成形法は、接合の問題を有する超音波溶着に比べ、廉価な解決手段である。
・成形された内側の非回転式のインターロック構造。
・フランジ／ケーシングの統合（一体化）は、存在する接合部の問題をなくす。
・フランジ圧縮制限器は、存在するハードウェア（マニホールド）の使用を可能にする。
・重量の削減。
・プラスチック製ケーシングの外観は、腐食されためっきおよび関連する外観の不備をなくす。
・モータ効率は、磁束リング構造体を設けることによって一層高くなる。
・存在するコアモータ製品を最小の改良で使用することができる。
【００２３】
上述の有利な形態は、本発明の構造的および機能的な原理を例示し、かつ有利な実施の形態のために使用される方法を例示する目的のために示されかつ説明されており、これらの原理から外れることなしに変更され得る。したがって、本発明は、以下の特許請求の範囲の範囲内に含まれるあらゆる変化形を含む。
【図１】
0005575329.tif 000002
【図２】
0005575329.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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