(57)【要約】【課題】摺動抵抗が小さく、ガイド部やシャフトが摩耗しにくいアクチュエータを提供することを目的とする。【解決手段】アクチュエータ１は、部分裏球面状の揺動ガイド面２２を有する揺動ガイド部２と、揺動ガイド面２２に内側から摺接する部分球面状の揺動被ガイド面３０と、直管状のシャフト挿通孔３１と、を有し、揺動ガイド部２に対して揺動可能な直動ガイド部３と、シャフト挿通孔３１に挿通され、直動ガイド部３に対して往復直動可能なシャフト４と、を備えることを特徴とする。【選択図】図２
2018105245.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
部分裏球面状の揺動ガイド面を有する揺動ガイド部と、
前記揺動ガイド面に内側から摺接する部分球面状の揺動被ガイド面と、直管状のシャフト挿通孔と、を有し、前記揺動ガイド部に対して揺動可能な直動ガイド部と、
前記シャフト挿通孔に挿通され、前記直動ガイド部に対して往復直動可能なシャフトと、
を備えるアクチュエータ。
【請求項２】
底壁部を有するケーシングと、
前記ケーシングの内部を、前記底壁部側の第一圧力室と、第二圧力室と、に仕切り、前記第一圧力室と前記第二圧力室との圧力差により弾性変形可能なダイヤフラムと、
を備え、
前記揺動ガイド部および前記直動ガイド部のうち、少なくとも一部は、前記底壁部に配置され、
前記シャフトは、前記シャフト挿通孔、前記第一圧力室を介して、前記ダイヤフラムに連結される請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
底壁部を有するケーシングと、
前記底壁部の外側に積層されるインシュレータと、
を備え、
前記揺動ガイド部は、前記インシュレータに配置される第一ガイド部と、前記底壁部に配置され前記シャフトの軸力を支持する支持面を有し前記第一ガイド部よりも剛性が高い第二ガイド部と、を有する請求項１または請求項２に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、例えば車両の排気通路に配置されるウェイストゲートバルブを駆動するために用いられるアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に示すように、ターボチャージャ付き車両の排気通路には、タービンインペラを経由しない、バイパス通路が配置されている。バイパス通路には、通路面積調整のために、ウェイストゲートバルブが配置されている。アクチュエータは、当該ウェイストゲートバルブを駆動している。
【０００３】
図４に、従来のアクチュエータの軸方向断面図を示す。図４に示すように、アクチュエータ１００のケーシング１０１の底壁部１０２のボス部１０３には、円筒状のガイド部１０４が配置されている。ガイド部１０４の外周面と、ボス部１０３の内周面と、の間には、Ｏリング１０５が配置されている。ガイド部１０４の径方向内側には、シャフト１０６が挿通されている。シャフト１０６は、ガイド部１０４の内周面に沿って、直線方向に往復動可能である。アクチュエータ１００は、当該シャフト１０６により、ウェイストゲートバルブを駆動している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１７６１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、シャフト１０６が、直線方向に往復動しながら、揺動する場合がある。ガイド部１０４は、ケーシング１０１のボス部１０３に固定されている。このため、シャフト１０６の揺動に追従して揺動することができない。したがって、ガイド部１０４やシャフト１０６が摩耗しやすい。そこで、本発明は、摺動抵抗が小さく、ガイド部やシャフトが摩耗しにくいアクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明のアクチュエータは、部分裏球面状の揺動ガイド面を有する揺動ガイド部と、前記揺動ガイド面に内側から摺接する部分球面状の揺動被ガイド面と、直管状のシャフト挿通孔と、を有し、前記揺動ガイド部に対して揺動可能な直動ガイド部と、前記シャフト挿通孔に挿通され、前記直動ガイド部に対して往復直動可能なシャフトと、を備えることを特徴とする。ここで、「裏球面状」とは、球面を裏側（球の中心側）から見た形状、すなわち球面と型対称な面形状をいう。
【発明の効果】
【０００７】
直動ガイド部に対して、シャフトは、往復直動、つまり直線方向に往復動することができる。並びに、揺動ガイド部に対して、直動ガイド部は、揺動することができる。このため、本発明のアクチュエータによると、揺動ガイド部に対して、シャフトを、直動かつ揺動させることができる。したがって、摺動抵抗を小さくすることができ、ガイド部（揺動ガイド部、直動ガイド部）やシャフトの摩耗（揺動ガイド部、直動ガイド部およびシャフトのうち、少なくとも一つの摩耗）を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態のアクチュエータの配置図である。
【図２】同アクチュエータの軸方向断面図である。
【図３】図２の円ＩＩＩ内の拡大図である。
【図４】従来のアクチュエータの軸方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明のアクチュエータの実施の形態について説明する。
【００１０】
＜アクチュエータの配置と構成＞
まず、本実施形態のアクチュエータの配置と構成について説明する。図１に、本発明の一実施形態のアクチュエータの配置図を示す。図１に示すように、吸気系９０と排気系９１との間には、ターボチャージャ９２が配置されている。バイパス通路９１０は、ターボチャージャ９２を迂回している。バイパス通路９１０には、ウェイストゲートバルブ９１１が配置されている。アクチュエータ１は、当該ウェイストゲートバルブ９１１を駆動している。
【００１１】
図２に、同アクチュエータの軸方向（上下方向）断面図を示す。図３に、図２の円ＩＩＩ内の拡大図を示す。図２に示すように、アクチュエータ１は、揺動ガイド部２と、直動ガイド部３と、シャフト４と、ケーシング５と、ダイヤフラム６と、配管７０と、インシュレータ（断熱材）７１と、プレート７２と、スプリング７３と、を備えている。
【００１２】
ケーシング５は、第一ケーシング部５０と、第二ケーシング部５１と、を備えている。第一ケーシング部５０は、上側に開口する有底筒状を呈している。第一ケーシング部５０は、周壁部５００と、底壁部５０１と、第一圧力室５０２と、を備えている。周壁部５００は、上下方向に延在する筒状を呈している。底壁部５０１は、周壁部５００の下端開口を封止している。底壁部５０１の径方向中心には、貫通孔５０１ａが開設されている。第一圧力室５０２は、第一ケーシング部５０の内側に配置されている。第一圧力室５０２には、第一ケーシング部５０に開設された通気孔（図略）を介して、大気圧が導入されている。
【００１３】
第二ケーシング部５１は、下側に開口する有底筒状を呈している。第二ケーシング部５１は、第一ケーシング部５０の上端開口に伏設されている。第二ケーシング部５１は、周壁部５１０と、底壁部５１１と、第二圧力室５１２と、を備えている。周壁部５１０は、上下方向に延在する筒状を呈している。底壁部５１１は、周壁部５１０の上端開口を封止している。底壁部５１１の径方向中心には、貫通孔５１１ａが開設されている。第二圧力室５１２は、第二ケーシング部５１の内側に配置されている。第二圧力室５１２には、後述する配管７０を介して、負圧（大気圧未満の圧力）が導入されている。
【００１４】
インシュレータ７１は、第一ケーシング部５０の底壁部５０１の下側（外側）に配置されている。インシュレータ７１は、ブラケット９３に固定されている。インシュレータ７１には、貫通孔７１０が開設されている。貫通孔５０１ａと貫通孔７１０とは、上下方向に連なっている。
【００１５】
ダイヤフラム６は、例えばゴム製であり、可撓性を有している。ダイヤフラム６は、第一ケーシング部５０と第二ケーシング部５１との間に配置されている。ダイヤフラム６は、大気圧の第一圧力室５０２と、負圧の第二圧力室５１２と、を気密的に仕切っている。ダイヤフラム６は、第一圧力室５０２と第二圧力室５１２との圧力差により、弾性変形可能である。ダイヤフラム６の外周縁は、第一ケーシング部５０の周壁部５００の開口縁と、第二ケーシング部５１の周壁部５１０の開口縁と、の間に挟持固定されている。ダイヤフラム６の径方向中心には、貫通孔６０が開設されている。
【００１６】
図３に示すように、揺動ガイド部２は、第一ガイド部２０と、第二ガイド部２１と、揺動ガイド面２２と、を備えている。第一ガイド部２０は、上下方向に延在する筒状を呈している。第一ガイド部２０は、貫通孔７１０に配置されている。第二ガイド部２１は、第一ガイド部２０の上側に配置されている。第二ガイド部２１は、上下方向に延在する筒状を呈している。第二ガイド部２１は、貫通孔５０１ａに配置されている。第二ガイド部２１の上面には、支持面２１０が配置されている。揺動ガイド面２２は、中心Ａを中心とする、部分裏球面状を呈している。揺動ガイド面２２は、第一ガイド部２０および第二ガイド部２１の内周面に配置されている。具体的には、揺動ガイド面２２の下半分は、第一ガイド部２０に配置されている。また、揺動ガイド面２２の上半分は、第二ガイド部２１に配置されている。
【００１７】
図３に示すように、直動ガイド部３は、揺動ガイド部２の内部に収容されている。直動ガイド部３は、揺動ガイド部２に対して、中心Ａを中心に、揺動可能である。直動ガイド部３は、円筒状を呈している。直動ガイド部３は、揺動被ガイド面３０と、シャフト挿通孔３１と、を備えている。揺動被ガイド面３０は、中心Ａを中心とする部分球面状を呈している。 揺動被ガイド面３０の曲率半径と、揺動ガイド面２２の曲率半径と、は一致している。揺動被ガイド面３０は、揺動ガイド面２２に内側から摺接している。シャフト挿通孔３１は、直動ガイド部３を上下方向に貫通している。シャフト挿通孔３１は、直管状を呈している。
【００１８】
シャフト４は、直動ガイド部３に対して往復直動可能である。シャフト４は、軸部４０と、第一フランジ部４１と、第二フランジ部４２と、を備えている。軸部４０は、上下方向に延在する丸棒状を呈している。軸部４０は、シャフト挿通孔３１に挿通されている。図１に示すように、軸部４０の下端は、ウェイストゲートバルブ９１１のアーム部９１１ａに、連結されている。図２に示すように、第一フランジ部４１は、軸部４０の上端に配置されている。第二フランジ部４２は、第一フランジ部４１の下側に配置されている。ダイヤフラム６の貫通孔６０の孔縁は、第一フランジ部４１と、第二フランジ部４２と、の間に挟持固定されている。このように、シャフト４の上端（軸方向一端）はダイヤフラム６に、シャフト４の下端（軸方向他端）はアーム部９１１ａに、各々取り付けられている。
【００１９】
配管７０は、貫通孔５１１ａに接続されている。配管７０は、第二圧力室５１２に、負圧を供給している。プレート７２は、第二圧力室５１２に配置されている。プレート７２は、上側に開口する有底筒状を呈している。プレート７２は、周壁部７２０と、底壁部７２１と、を備えている。プレート７２は、ダイヤフラム６の上側に配置されている。スプリング（付勢部材）７３は、コイルスプリングである。スプリング７３は、第二ケーシング部５１の底壁部５１１と、プレート７２の底壁部７２１と、の間に介装されている。スプリング７３は、プレート７２つまりダイヤフラム６を、下側に付勢している。
【００２０】
＜アクチュエータの動き＞
次に、本実施形態のアクチュエータの動きについて説明する。第二圧力室５１２に負圧が供給されていない状態を「停止状態」と、第二圧力室５１２に負圧が供給されている状態を「起動状態」と、する。
【００２１】
図１、図２に点線で示すように、停止状態においては、スプリング７３の付勢力により、プレート７２、ダイヤフラム６、シャフト４が、下側に押し下げられている。第二フランジ部４２は、揺動ガイド部２の支持面２１０に着座している。支持面２１０は、シャフト４の軸力つまりスプリング７３の付勢力を支持している。ウェイストゲートバルブ９１１は、バイパス通路９１０を閉じている。停止状態において、シャフト４は、下死点（シャフト４のストロークの下端位置）に配置されている。
【００２２】
図１、図２に実線で示すように、起動状態においては、配管７０から、第二圧力室５１２に負圧が供給されている。このため、大気圧の第一圧力室５０２と、負圧の第二圧力室５１２と、の圧力差により、プレート７２、ダイヤフラム６、シャフト４が、スプリング７３の付勢力に抗して、上側に移動する。周壁部７２０が底壁部５１１に当接する位置が、シャフト４の上死点（シャフト４のストロークの上端位置）である。
【００２３】
起動状態においては、配管７０から供給される負圧を制御することにより、シャフト４の上下方向位置、すなわちウェイストゲートバルブ９１１の開度（バイパス通路９１０における排気ガスの流量）を調整することができる。
【００２４】
＜作用効果＞
次に、本実施形態のアクチュエータの作用効果について説明する。図２に示すように、シャフト４の上端（第一フランジ部４１、第二フランジ部４２）は、可撓性のあるダイヤフラム６に取り付けられている。また、シャフト４の下端は、アーム部９１１ａに取り付けられている。アーム部９１１ａは、上下方向（シャフト４のストローク方向）に対して交差する方向に、揺動する。また、図１に実線で示す上死点において、シャフト４におけるケーシング５に収容されている部分よりも、シャフト４におけるケーシング５から下側に突出している部分は、上下方向長さが長い。このような理由から、シャフト４は、例えば、図３に二種類の点線で示すように、上下方向に対して交差する方向に、揺動しやすい。
【００２５】
ここで、図４に示す従来のアクチュエータ１００において、シャフト１０６が揺動する場合を想定する。アクチュエータ１００のガイド部１０４は、ボス部１０３に固定されている。このため、シャフト１０６が揺動しても、ガイド部１０４が当該揺動に追従して揺動することができない。また、Ｏリング１０５だけでは、当該揺動を吸収することができない。したがって、ガイド部１０４やシャフト１０６が摩耗しやすい。また、シャフト１０６の揺動を吸収するためには、ガイド部１０４とシャフト１０６との間のクリアランス１０７を大きくする必要がある。しかしながら、クリアランス１０７を大きくすると、その分だけ、シャフト１０６ががたつきやすくなる。
【００２６】
この点、本実施形態のアクチュエータ１によると、図３に示すように、直動ガイド部３に対して、シャフト４は、往復直動、つまり直線方向（上下方向）に往復動することができる。並びに、揺動ガイド部２に対して、直動ガイド部３は、揺動することができる。このため、本実施形態のアクチュエータ１によると、揺動ガイド部２に対して、シャフト４を、直動かつ揺動させることができる。したがって、摺動抵抗を小さくすることができ、揺動ガイド部２や直動ガイド部３やシャフト４の摩耗を抑制することができる。また、揺動ガイド部２と貫通孔５０１ａ、７１０との間に、揺動吸収用のＯリングが不要である（勿論、Ｏリングを配置する形態も、本発明の権利範囲に含まれる）。また、直動ガイド部３が揺動することにより、シャフト４の揺動を吸収可能であるため、シャフト挿通孔３１と軸部４０との間のクリアランスＣを小さくすることができる（勿論、クリアランスＣが大きい形態も、本発明の権利範囲に含まれる）。このため、シャフト４ががたつきにくい。
【００２７】
また、図３に示すように、本実施形態のアクチュエータ１によると、揺動ガイド部２が、第一ガイド部２０と、第二ガイド部２１と、を備えている。このため、簡単に、直動ガイド部３を、揺動ガイド部２の内側に配置することができる。また、底壁部５０１の下側にはインシュレータ７１が積層されている。このため、ブラケット９３から底壁部５０１への伝熱を抑制することができる。また、第一ガイド部２０の径方向の肉厚は、一定である。これに対して、第二ガイド部２１の径方向の肉厚は、下側から上側に向かって、大きくなっている。このため、第二ガイド部２１は、第一ガイド部２０よりも剛性（特に上下方向の剛性）が高い。したがって、図２に点線で示す停止状態において、シャフト４の軸力つまりスプリング７３の付勢力を、支持面２１０が、確実に支持することができる。
【００２８】
＜その他＞
以上、本発明のアクチュエータの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
【００２９】
図３に示す第一ガイド部２０とインシュレータ７１とは一体であってもよい。同様に、第二ガイド部２１と底壁部５０１とは一体であってもよい。また、揺動ガイド部２とインシュレータ７１とは一体であってもよい。また、揺動ガイド部２と底壁部５０１とは一体であってもよい。また、インシュレータ７１は、配置しなくてもよい。揺動ガイド部２の外面形状は特に限定しない。内側に揺動ガイド面２２を有していればよい。
【００３０】
揺動ガイド部２、直動ガイド部３、シャフト４、ケーシング５の材質は特に限定しない。金属、樹脂、セラミックなどであってもよい。第二ガイド部２１および第二フランジ部４２が金属製の場合、支持面２１０の上側に樹脂製のスペーサを配置してもよい。こうすると、図２に点線で示す下死点において、第二フランジ部４２が支持面２１０に当接するのを、抑制することができる。すなわち、メタルタッチの発生を抑制することができる。
【００３１】
アクチュエータ１のシャフト４の駆動機構は特に限定しない。モータやソレノイドなどにより、シャフト４を動かしてもよい。特に、ダイヤフラム６を備えるアクチュエータ１は、ダイヤフラム６が外周縁のみを介してケーシング５に固定されていることや、ダイヤフラム６自体が柔軟であることなどの理由により、本質的にシャフト４が揺動しやすい。このため、本発明のアクチュエータは、ダイヤフラム６を備えるアクチュエータ１として具現化するのに、好適である。
【００３２】
アクチュエータ１の駆動対象物は、ウェイストゲートバルブ９１１でなくてもよい。例えば、スロットルバルブなどであってもよい。また、バルブの種類は特に限定しない。ポペットバルブ、バタフライバルブなどであってもよい。シャフト４の延在方向（軸方向）は特に限定しない。例えば、垂直方向、水平方向、垂直方向および水平方向に対して交差する方向などであってもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１：アクチュエータ、２：揺動ガイド部、３：直動ガイド部、４：シャフト、５：ケーシング、６：ダイヤフラム、２０：第一ガイド部、２１：第二ガイド部、２２：揺動ガイド面、３０：揺動被ガイド面、３１：シャフト挿通孔、４０：軸部、４１：第一フランジ部、４２：第二フランジ部、５０：第一ケーシング部、５１：第二ケーシング部、６０：貫通孔、７０：配管、７１：インシュレータ、７２：プレート、７３：スプリング、９０：吸気系、９１：排気系、９２：ターボチャージャ、９３：ブラケット、２１０：支持面、５００：周壁部、５０１：底壁部、５０１ａ：貫通孔、５０２：第一圧力室、５１０：周壁部、５１１：底壁部、５１１ａ：貫通孔、５１２：第二圧力室、７１０：貫通孔、７２０：周壁部、７２１：底壁部、９１０：バイパス通路、９１１：ウェイストゲートバルブ、９１１ａ：アーム部、Ａ：中心、Ｃ：クリアランス
【図１】
2018105245.tif 000003
【図２】
2018105245.tif 000004
【図３】
2018105245.tif 000005
【図４】
2018105245.tif 000006