(57)【要約】【課題】センサのシャフト位置検出精度を向上させる。【解決手段】センサ磁石２１が固定されたセンサシャフト２０には、凹状球面部２３が形成される。モータシャフト２には凸状球面部２４が形成される。凸状球面部２４が凹状球面部２３内で保持されることにより、モータシャフト２とセンサシャフト２０とが連結される。このシャフト連結構造により、モータシャフト２が傾動した場合でも、センサシャフト２０の傾動は抑制される。【選択図】図２
2018124136.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの回転運動を直動運動に変換してモータシャフトをその軸方向に往復移動させるアクチュエータであって、
センサ磁石が固定されたセンサシャフトと、
前記モータシャフトまたは前記センサシャフトのいずれか一方が有する凹状の球面部と、
前記モータシャフトまたは前記センサシャフトのもう一方が有する、前記凹状の球面部内に保持される凸状の球面部と、
前記凹状の球面部および前記凸状の球面部により連結された前記モータシャフトおよび前記センサシャフトの往復移動に伴って変化する前記センサ磁石の磁束密度を検出する磁気センサとを備えることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記凸状の球面部と前記凹状の球面部とが点接触する点接触部を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。
【請求項３】
前記凸状の球面部と前記凹状の球面部の曲率半径が異なることにより、前記凸状の球面部と前記凹状の球面部との間に空隙部があることを特徴とする請求項２記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記凸状の球面部の輪郭は、第２の曲率半径を有する円弧を含み、
前記凹状の球面部の輪郭は、前記第２の曲率半径より小さい第１の曲率半径を有し前記点接触部になる円弧と、前記第２の曲率半径および前記第１の曲率半径より小さい第３の曲率半径を有し前記空隙部になる円弧とを含むことを特徴とする請求項３記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記凸状の球面部と前記凹状の球面部の中心がずれていることにより、前記凸状の球面部と前記凹状の球面部との間に空隙部があることを特徴とする請求項２記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記凸状の球面部の輪郭は、第２の曲率半径を有する円弧を含み、
前記凹状の球面部の輪郭は、前記第２の曲率半径より小さい第１の曲率半径を有し前記点接触部になる円弧を含み、
前記第２の曲率半径を有する円弧の中心と、前記第１の曲率半径を有する円弧の中心とがずれていることを特徴とする請求項５記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記凸状の球面部の輪郭は、円形であり、
前記凹状の球面部の輪郭は、楕円形であることを特徴とする請求項３記載のアクチュエータ。
【請求項８】
前記センサシャフトは樹脂で構成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】
前記センサシャフトは、前記センサ磁石をインサート成形した樹脂の一体成形品であることを特徴とする請求項８記載のアクチュエータ。
【請求項１０】
前記凹状の球面部は、その内部に前記凸状の球面部が圧入されたことにより生じる応力で前記凸状の球面部を保持す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。
【請求項１１】
モータの回転運動を直動運動に変換してモータシャフトをその軸方向に往復移動させるアクチュエータのシャフト連結構造であって、
センサ磁石が固定されたセンサシャフトと、
前記モータシャフトまたは前記センサシャフトのいずれか一方が有する凹状の球面部と、
前記モータシャフトまたは前記センサシャフトのもう一方が有する、前記凹状の球面部内に保持される凸状の球面部と、
前記凹状の球面部および前記凸状の球面部により連結された前記モータシャフトおよび前記センサシャフトの往復移動に伴って変化する前記センサ磁石の磁束密度を検出する磁気センサとを備えることを特徴とするシャフト連結構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、モータシャフトと当該モータシャフトの位置を検出するために用いられるセンサシャフトとを連結するシャフト連結構造、およびシャフト連結構造を備えたアクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車排出ガス規制は年々厳しくなり、将来は更に規制が進むと予想される。排出ガス規制対策として、自動車の電動化が進み、制御駆動部にアクチュエータが用いられることが多い。
【０００３】
アクチュエータの駆動方式は直動式と回転式に分類される。直動式のアクチュエータは、ロータの回転方向に対して垂直な方向にシャフトがストロークする（例えば、特許文献１参照）。回転式のアクチュエータは、ロータの回転方向にシャフトが回転する。
【０００４】
特許文献１に記載された直動式のアクチュエータは、シャフトをストロークさせることにより、ターボチャージャのウェイストゲートバルブを開閉させる。シャフトは、ストローク方向とは異なる方向への傾動が可能なように支持されている。このシャフトのストローク位置は、ホール素子等の、非接触センサにより検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】欧州特許出願公開第２０１００１７２６２９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載された直動式のアクチュエータのようにシャフトが傾動する構成の場合、ストローク中のシャフトが傾動してセンサに近づいたり離れたりしてシャフトとセンサとの間の距離が安定しないため、センサのシャフト位置検出精度が悪化するという課題があった。位置検出精度の悪化は、シャフトの目標位置と実際の位置との差異を生じさせ、車両に大きな影響を与える。
【０００７】
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、センサのシャフト位置検出精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係るアクチュエータは、センサ磁石が固定されたセンサシャフトと、モータシャフトまたはセンサシャフトのいずれか一方が有する凹状の球面部と、モータシャフトまたはセンサシャフトのもう一方が有する、凹状の球面部内に保持される凸状の球面部と、凹状の球面部および凸状の球面部により連結されたモータシャフトおよびセンサシャフトの往復移動に伴って変化するセンサ磁石の磁束密度を検出する磁気センサとを備えるものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、凹状の球面部が凸状の球面部を保持することにより、モータシャフトとセンサシャフトとが連結されるようにしたので、モータシャフトが傾動した場合でもセンサシャフトの傾動は抑制される。これにより、磁気センサとセンサシャフトに固定されたセンサ磁石との間の距離が安定し、磁気センサはモータシャフトの位置を精度よく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係るアクチュエータの構成例を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るアクチュエータのシャフト連結構造を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係るアクチュエータにおけるリニアリティ誤差を説明するグラフである。
【図４】この発明の実施の形態１に係るアクチュエータにおけるモータシャフトの傾動を説明する図である。
【図５】図５Ａおよび図５Ｂは、この発明の実施の形態１におけるシャフト連結構造の理解を助けるための参考例である。
【図６】この発明の実施の形態１に係るアクチュエータにおけるセンサ磁石に対する温度の影響を説明するグラフである。
【図７】この発明の実施の形態１におけるシャフト連結構造の寸法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態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。アクチュエータ１は、直動式であって、モータシャフト２をその軸方向に往復移動させる。以下では、直動式のアクチュエータ１を、ターボチャージャのウェイストゲートバルブを開閉する用途に用いるものとして説明する。なお、アクチュエータ１の用途は、ウェイストゲートに限定されるものではなく、どのような用途に用いてもよい。
【００１２】
モータ３は、モータシャフト２を往復移動させる駆動力を発生させる。このモータ３は、回転子８、コイル９、磁石１１、バックヨーク１２、整流子１０およびブラシ１６を含むブラシ付きモータである。なお、モータ３は、ブラシ付きモータに限定されるものではなく、モータシャフト２をその軸方向に往復移動させる駆動力を発生させるものであればよい。アクチュエータ１の内部には２つの軸受部５，６が設置され、パイプ７が回転自在に支持される。パイプ７の外周面には、回転子８およびコイル９が固定される。また、パイプ７の一端側には整流子１０が固定され、整流子１０にはコイル９が接続される。モータハウジング４の内部には、回転子８およびコイル９を取り囲むように、磁石１１およびバックヨーク１２が設置される。
【００１３】
モータ３は、樹脂製のモータハウジング４に被覆される。モータハウジング４の一端側には、センサハウジング１７が固定され、他端側には、ブッシュ１８が固定される。センサハウジング１７には、コネクタ端子１５が一体に形成される。また、センサハウジング１７の内部には、モータシャフト２の位置を検出するためのセンサシャフト２０、センサ磁石２１および磁気センサ２２等が設置される。ブッシュ１８は、モータシャフト２の回転を防止すると共に、モータシャフト２の軸方向の移動をガイドする。
【００１４】
パイプ７の中にはモータシャフト２が配置される。パイプ７の内周面には雌ねじ状のねじ機構１３が形成される。一方、モータシャフト２の外周面には雄ねじ状のねじ機構１４が形成される。ねじ機構１４はねじ機構１３にねじ込まれて結合される。モータシャフト２の一端側は、ブッシュ１８を貫通して、不図示のウェイストゲートバルブに連結される。モータシャフト２の他端側は、センサシャフト２０に連結される。
【００１５】
コネクタ端子１５のターミナル１５ａに電圧が印加されると、電流がターミナル１５ａ、ブラシ１６、整流子１０およびコイル９へ流れる。コイル９に電流が流れると、回転子８は磁化されて磁石１１に引き付けられる。これにより回転子８が回転し、この回転子８に一体化されたパイプ７等も回転する。回転子８の回転運動は、パイプ７のねじ機構１３とモータシャフト２のねじ機構１４との結合によって直動運動に変換され、モータシャフト２がブッシュ１８の外へ押し出される。コイル９に流れる電流が逆転すると、回転子８が逆向きに回転し、モータシャフト２がブッシュ１８の内へ引き込まれる。モータシャフト２の往復移動に伴い、不図示のウェイストゲートバルブが開閉する。
【００１６】
図２は、この発明の実施の形態１に係るアクチュエータ１のシャフト連結構造を示す図である。センサシャフト２０は、凹状の球面である凹状球面部２３を有する。モータシャフト２は、凸状の球面である凸状球面部２４を有する。凹状球面部２３内に凸状球面部２４がはまり込むことで、凹状球面部２３内に凸状球面部２４が保持される。凸状球面部２４は凹状球面部２３内で可動する。これらの凹状球面部２３および凸状球面部２４は、モータシャフト２とセンサシャフト２０とを連結するシャフト連結構造である。点接触部２５は、凹状球面部２３と凸状球面部２４とが点接触している部位である。線接触部２６は、凹状球面部２３と凸状球面部２４とが線接触している部位である。空隙部２７は、凹状球面部２３と凸状球面部２４とが接触していない部位であり、空気層である。なお、図示例は、センサシャフト２０に凹状球面部２３が形成され、モータシャフト２に凸状球面部２４が形成されているが、反対に、センサシャフト２０に凸状球面部２４が形成され、モータシャフト２に凹状球面部２３が形成されてもよい。
【００１７】
センサシャフト２０には、センサ磁石２１が固定される。このセンサシャフト２０は、例えば、樹脂により構成される。図示例では、センサシャフト２０、センサ磁石２１および凹状球面部２３は、センサ磁石２１をインサート成形した樹脂の一体成形品である。
【００１８】
シャフト連結構造によりモータシャフト２とセンサシャフト２０とが連結されているため、モータシャフト２の往復移動に伴ってセンサシャフト２０も往復移動する。モータシャフト２の往復移動に伴って、センサシャフト２０に固定されたセンサ磁石２１も往復移動する。そのため、モータシャフト２の往復移動に伴って、磁気センサ２２を流れるセンサ磁石２１の磁束密度が変化する。磁気センサ２２は、ホール素子または磁気抵抗素子等であり、磁束密度および磁束の方向を検出し、検出値をコネクタ端子１５のターミナル１５ｂから外部装置へ出力する。ＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）等の外部装置は、磁気センサ２２の検出値に基づいてモータシャフト２の位置を求め、そのモータシャフト２の位置に基づいてアクチュエータ１を制御することによってウェイストゲートバルブの開度を制御する。
【００１９】
図３は、この発明の実施の形態１に係るアクチュエータ１におけるリニアリティ誤差を説明するグラフである。グラフの横軸はモータシャフト２の位置［ｍｍ］を示し、縦軸は磁気センサ２２の検出値［Ｖ］を示す。なお、磁気センサ２２は、検出値を、電圧等のアナログ信号で出力してもよいし、ＳＥＮＴ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｅｄｇｅ  Ｎｉｂｂｌｅ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）値等のデジタル信号で出力してもよい。
モータシャフト２の位置と磁気センサ２２の検出値との対応関係は、理想線として示すような直線であることが理想とされる。しかし、実際には、（１）モータシャフト２の傾動、および（２）センサ磁石２１に対する温度の影響等により、磁気センサ２２の検出値に誤差が生じ、モータシャフト２の位置とモータシャフト２の検出値との対応関係は実測線のようになる。理想線に対する実測線の乖離の度合いを、リニアリティ誤差と呼ぶ。リニアリティ誤差Ｌ［％］は、式（１）のように、磁気センサ２２が検出する最大値Ｙと最小値−Ｙとの差２Ｙに対する、実測線と理想線との差ΔＹの割合で表される。
Ｌ＝ΔＹ／２Ｙ×１００      （１）
【００２０】
ウェイストゲートバルブの開閉制御に用いられるアクチュエータ１は、排出ガス削減のために高精度な動作が求められる。アクチュエータ１は、ＥＣＵからの指令開度に従ってウェイストゲートバルブを開閉する必要があるため、ＥＣＵからの指令開度に従ったモータシャフト２の動き方と実際の動き方とが同一であることが理想とされる。しかし、リニアリティ誤差が発生した場合、ＥＣＵからの指令開度とはずれた、意図しない位置にモータシャフト２が移動する。例えば、ウェイストゲートバルブの開度がＥＣＵからの指令開度より開方向にずれると、ターボチャージャのブースト圧が低下し、必要な性能を得られない。また、ウェイストゲートバルブの開度がＥＣＵからの指令開度より閉方向にずれると、ブースト圧が上昇するため、ターボ内圧も上昇する。ターボ内圧が上昇すると、タービンブレードに対する負荷が高くなるため、タービンブレードが破損する。そのため、アクチュエータ１の仕様として、リニアリティ誤差を如何に小さくするか、つまり高精度な位置検出が求められている。
【００２１】
図４は、この発明の実施の形態１に係るアクチュエータ１におけるモータシャフト２の傾動を説明する図である。前述のとおり、リニアリティ誤差が生じる原因として、（１）モータシャフト２の傾動がある。図４のように、パイプ７のねじ機構１３とモータシャフト２のねじ機構１４との間にはガタ１００がある。そのため、パイプ７の両端が軸受部５，６で支持されていても、モータシャフト２は、軸方向へ移動する際に、矢印で示すような傾動方向１０１へ傾動する。モータシャフト２の傾動は、凹状球面部２３および凸状球面部２４のシャフト連結構造により吸収される。よって、モータシャフト２が傾動した場合でも、センサシャフト２０の傾動は抑制される。センサシャフト２０の傾動が抑制されるため、センサシャフト２０がその軸方向に往復移動する際に、センサ磁石２１は、傾動方向１０１において磁気センサ２２に近づいたり離れたりすることがない。そのため、磁気センサ２２は、モータシャフト２の位置を精度よく検出することができ、リニアリティ誤差は抑制される。
【００２２】
図５Ａおよび図５Ｂは、この発明の実施の形態１に係るシャフト連結構造の理解を助けるための参考例である。図５Ａの参考例では、ばね２８がセンサシャフト２０をモータシャフト２へ押しつけることにより、モータシャフト２とセンサシャフト２０とが当接している。そのため、モータシャフト２が傾動するとセンサシャフト２０が共倒れする。モータシャフト２が軸方向に往復移動する際に、センサ磁石２１は、傾動方向１０１において磁気センサ２２に近づいたり離れたりする。磁気センサ２２は、軸方向において同じ位置にあるセンサ磁石２１であっても、傾動方向１０１において磁気センサ２２に近づいた場合に高い磁束密度を検出し、傾動方向１０１において磁気センサ２２から離れた場合に低い磁束密度を検出する。したがって、図５Ａの参考例における磁気センサ２２の位置検出精度は、実施の形態１におけるそれより低い。
【００２３】
図５Ｂの参考例では、センサ磁石２１とモータシャフト２とが、樹脂製のセンサシャフト２９により固定される。センサ磁石２１、モータシャフト２およびセンサシャフト２９は、センサ磁石２１およびモータシャフト２をインサート成形した樹脂の一体成形品である。あるいは、図示は省略するが、モータシャフト２とセンサシャフト２０とは、かしめられることにより固定されてもよい。図５Ｂの参考例では、モータシャフト２とセンサシャフト２９とが固く連結されているため、モータシャフト２が傾動するとセンサシャフト２９が共倒れする。モータシャフト２の傾動に伴い共倒れしたセンサシャフト２９がセンサハウジング１７に当たると、センサシャフト２９に応力が集中して破損する可能性がある。破損を防ぐために、図５Ｂの参考例におけるセンサハウジング１７とセンサシャフト２９との間のクリアランスは、実施の形態１および図５Ａの参考例におけるセンサハウジング１７とセンサシャフト２０との間のクリアランスよりも大きくする必要がある。これにより、図５Ｂの参考例のモータシャフト２とセンサシャフト２９は大きく傾動できるようになるため、磁気センサ２２の位置検出精度は、実施の形態１におけるそれより低い。
【００２４】
図６は、この発明の実施の形態１に係るアクチュエータ１におけるセンサ磁石２１に対する温度の影響を説明するグラフである。グラフの横軸はセンサ磁石２１の温度［℃］を示し、縦軸はセンサ磁石２１の残留磁束密度Ｂｒ［ｍＴ］を示す。図６のグラフは、センサ磁石２１が希土類磁石である場合の、希土類磁石の温度と残留磁束密度との関係性を示す。前述のとおり、リニアリティ誤差が生じる原因として、（２）センサ磁石２１に対する温度の影響がある。図６のように、センサ磁石２１の温度が上昇すると、センサ磁石２１の残留磁束密度は線形的に減少していく。そのため、磁気センサ２２は、同じ位置にあるセンサ磁石２１であっても、温度が低い場合に高い残留磁束密度Ｂｒ１を検出し、温度が高い場合に低い残留磁束密度Ｂｒ２を検出する。従って、磁気センサ２２の位置検出精度を向上させるためには、センサ磁石２１の温度上昇を抑制することによってセンサ磁石２１の熱減磁を抑制する必要がある。
【００２５】
ここで、センサ磁石２１の温度が上昇する原因を説明する。モータ３は駆動時に自己発熱するため、この熱がセンサ磁石２１へ伝わり、センサ磁石２１の温度が上昇する。また、モータシャフト２の一端側がウェイストゲートバルブに連結しているため、排出ガスの熱がモータシャフト２およびセンサシャフト２０を経由してセンサ磁石２１へ伝わり、センサ磁石２１の温度が上昇する。このモータシャフト２は、強度を高めるために、鉄またはステンレス鋼の金属部材で構成される。鉄またはステンレス鋼は、熱伝導率が高いので、センサ磁石２１の温度を容易に上昇させる原因となる。
【００２６】
実施の形態１に係るシャフト連結構造は、センサ磁石２１の温度上昇を抑制するために、凹状球面部２３と凸状球面部２４とが点接触部２５で点接触する構造である。これにより、モータシャフト２からセンサシャフト２０への熱伝導が抑制され、センサ磁石２１の熱減磁が抑制される。よって、磁気センサ２２の位置検出精度が向上する。
【００２７】
これに対し、図５Ａおよび図５Ｂの参考例に示したシャフト連結構造は、モータシャフト２とセンサシャフト２０とが面接触する構造である。そのため、モータシャフト２からセンサシャフト２０への熱伝導を抑制することが困難である。なお、図５Ａの参考例に示したシャフト連結構造では、センサシャフト２０の先端を尖らせることにより、モータシャフト２との点接触が可能になる。しかし、ばね２８の荷重を受けたセンサシャフト２０の先端がモータシャフト２に当接するため、当接面圧が上昇し、当接面の摩耗が促進する。摩耗により、センサ磁石２１と磁気センサ２２との位置関係がずれ、磁気センサ２２の位置検出精度が低下する。
【００２８】
実施の形態１に係るシャフト連結構造は、センサ磁石２１の温度上昇を抑制するために、凹状球面部２３と凸状球面部２４との間に空隙部２７が設けられた構造である。空隙部２７は、凹状球面部２３と凸状球面部２４の曲率半径が異なることにより、設けられる。または、空隙部２７は、凹状球面部２３と凸状球面部２４の中心がずれることにより、設けられる。または、空隙部２７は、凹状球面部２３と凸状球面部２４の曲率半径が異なることおよび凹状球面部２３と凸状球面部２４の中心がずれることにより、設けられる。空隙部２７の空気層の断熱機能により、モータシャフト２からセンサシャフト２０への熱伝導が抑制される。よって、センサ磁石２１の熱減磁が抑制され、磁気センサ２２の位置検出精度が向上する。
【００２９】
まず、凹状球面部２３と凸状球面部２４の曲率半径が異なることにより、空隙部２７が設けられる例を説明する。
図７は、この発明の実施の形態１におけるシャフト連結構造の寸法を示す図である。図７では、モータシャフト２の凸状球面部２４およびセンサシャフト２０の凹状球面部２３の球の輪郭が示されている。凸状球面部２４の輪郭は、第２の曲率半径Ｒ２を有する円弧１１２を含む。凹状球面部２３の輪郭は、第２の曲率半径Ｒ２より小さい第１の曲率半径Ｒ１を有する円弧１１１を含む。円弧１１１の曲率半径より円弧１１２の曲率半径のほうが大きいので、点接触部２５において円弧１１１は円弧１１２に点接触する。また、凹状球面部２３の輪郭は、第２の曲率半径Ｒ２および第１の曲率半径Ｒ１より小さい第３の曲率半径Ｒ３を有する円弧１１３を含む。円弧１１３のモータシャフト２側の端部は、円弧１１１と線接触する線接触部２６である。円弧１１１の曲率半径より円弧１１３の曲率半径のほうが小さいので、円弧１１１と円弧１１３との間に空隙ができる。以上のように、凹状球面部２３の２つの曲率半径Ｒ１，Ｒ３と凸状球面部２４の曲率半径Ｒ２は、Ｒ２＞Ｒ１＞Ｒ３の関係にある。これらの曲率半径により、凹状球面部２３と凸状球面部２４との間に空隙部２７が設けられる。
【００３０】
なお、円弧１１１および円弧１１３は滑らかに接続されており、凹状球面部２３の球面も滑らかである。また、第１の曲率半径Ｒ１の中心Ｏ１と第３の曲率半径Ｒ３の中心Ｏ３とは、モータシャフト２の軸方向においてオフセット量Ｂだけずれていると共に、モータシャフト２の径方向においてオフセット量Ｃだけずれている。オフセット量Ｃは、「０．５×Ｒ１」より大きい。モータシャフト２の軸方向における点接触部２５から線接触部２６までの距離Ｄは、第１の曲率半径Ｒ１より大きい。凹状球面部２３に形成された、凸状球面部２４を圧入するための開口部の径方向の距離Ｅは、「２×Ｒ１」より小さい。なお、この距離Ｅは、凹状球面部２３内に凸状球面部２４が圧入された後の開口部の径方向の距離であり、凹状球面部２３内に凸状球面部２４が圧入される前の開口部の径方向の距離は距離Ｅより小さい。
【００３１】
続いて、凹状球面部２３と凸状球面部２４の中心がずれることにより、空隙部２７が設けられる例を説明する。
図７において、凸状球面部２４における第２の曲率半径Ｒ２を有する円弧１１２の中心Ｏ２と、凹状球面部２３における第１の曲率半径Ｒ１を有する円弧１１１の中心Ｏ１とは、モータシャフト２の軸方向においてオフセット量Ａだけずれている。なお、オフセット量Ａは、第１の曲率半径Ｒ１より小さいものとする。また、オフセット量Ａは、上述したオフセット量Ｂより大きいものとする。このオフセット量Ａにより、凹状球面部２３と凸状球面部２４との間に空隙部２７が設けられる。
【００３２】
なお、図７の例では、凹状球面部２３および凸状球面部２４の輪郭の形状が略円形であるが、輪郭の形状は円形に限定されるものではない。例えば、凹状球面部２３の輪郭がモータシャフト２の径方向に長い楕円形であり、凸状球面部２４の輪郭が円形である場合にも、楕円形と円形との間に空隙部２７が設けられる。
【００３３】
実施の形態１に係るシャフト連結構造では、センサ磁石２１の温度上昇を抑制するために、センサシャフト２０は樹脂により構成される。樹脂は、モータシャフト２の鉄またはステンレス鋼に比べて熱伝導率が低い。そのため、モータシャフト２からセンサシャフト２０への熱伝導が抑制され、センサ磁石２１の熱減磁が抑制される。よって、磁気センサ２２の位置検出精度が向上する。
【００３４】
なお、センサシャフト２０を樹脂で成形する場合、上述したように、センサシャフト２０、凹状球面部２３およびセンサ磁石２１は一体成形品であってもよい。一体成形により部品点数および組み付け行程を削減できるため、コストを低減できる。また、金型により、センサシャフト２０とセンサ磁石２１との位置決めがされるため、結果として磁気センサ２２の位置検出精度が向上する。
【００３５】
実施の形態１に係るシャフト連結構造では、凸状球面部２４は、凹状球面部２３に圧入される。実施の形態１に係るシャフト連結構造は、図７に示した寸法関係であるため、凸状球面部２４は、凹状球面部２３の開口部を押し広げながら凹状球面部２３内部へ圧入される。そのため、凹状球面部２３の線接触部２６には、図７に矢印で示す方向の応力Ｆが発生する。凸状球面部２４は、凹状球面部２３に生じる応力Ｆで保持される。凸状球面部２４が凹状球面部２３に面接触して保持される構成に比べ、図７のように凸状球面部２４が凹状球面部２３に線接触して保持される構成のほうが、モータシャフト２からセンサシャフト２０への熱伝導が抑制される。よって、センサ磁石２１の熱減磁が抑制され、磁気センサ２２の位置検出精度が向上する。
【００３６】
以上のように、実施の形態１に係るアクチュエータ１は、センサ磁石２１が固定されたセンサシャフト２０と、モータシャフト２またはセンサシャフト２０のいずれか一方が有する凹状球面部２３と、モータシャフト２またはセンサシャフト２０のもう一方が有する、凹状球面部２３内に保持される凸状球面部２４と、凹状球面部２３および凸状球面部２４により連結されたモータシャフト２およびセンサシャフト２０の往復移動に伴って変化するセンサ磁石２１の磁束密度を検出する磁気センサ２２とを備える構成である。この構成により、モータシャフト２が傾動した場合でもセンサシャフト２０の傾動は抑制される。これにより、センサシャフト２０に固定されたセンサ磁石２１と磁気センサ２２との間の距離が安定し、磁気センサ２２はモータシャフト２の位置を精度よく検出することができる。
【００３７】
また、実施の形態１に係るアクチュエータ１は、凸状球面部２４と凹状球面部２３とが点接触する点接触部２５を備える構成である。凸状球面部２４と凹状球面部２３との接触面積が小さいため、モータシャフト２からセンサシャフト２０への熱伝導が抑制され、センサ磁石２１の熱減磁が抑制される。したがって、磁気センサ２２の位置検出精度が向上する。
【００３８】
また、実施の形態１に係るアクチュエータ１は、凸状球面部２４と凹状球面部２３の曲率半径が異なることにより、凸状球面部２４と凹状球面部２３との間に空隙部２７がある。あるいは、実施の形態１に係るアクチュエータ１は、凸状球面部２４と凹状球面部２３の中心がずれていることにより、凸状球面部２４と凹状球面部２３との間に空隙部２７がある。凸状球面部２４と凹状球面部２３との間に空気層があるため、モータシャフト２からセンサシャフト２０への熱伝導が抑制され、センサ磁石２１の熱減磁が抑制される。したがって、磁気センサ２２の位置検出精度が向上する。
【００３９】
また、実施の形態１において、凸状球面部２４の輪郭は円形であり、凹状球面部２３の輪郭は楕円形であってもよい。この構成によっても、凸状球面部２４と凹状球面部２３との間に空隙部２７が設けられる。
【００４０】
また、実施の形態１のセンサシャフト２０は、樹脂で構成されている。センサシャフト２０が熱伝導率の低い樹脂で構成されることにより、モータシャフト２からセンサシャフト２０への熱伝導が抑制され、センサ磁石２１の熱減磁が抑制される。したがって、磁気センサ２２の位置検出精度が向上する。
【００４１】
以上のように、実施の形態１に係るアクチュエータ１は、センサ磁石２１の熱減磁を抑制して磁気センサ２２の位置検出精度を向上させることができる。したがって、ウェイストゲートバルブおよび排出ガス再循環（ＥＧＲ）バルブ用のアクチュエータ等の、高温環境で使用されるアクチュエータに適用できる。
【００４２】
また、実施の形態１において、センサシャフト２０は、センサ磁石２１をインサート成形した樹脂の一体成形品であってもよい。この構成の場合、部品点数削減および組み付け行程削減によるコスト低減が可能である。また、組み付け行程でのセンサシャフト２０、センサ磁石２１、および凹状球面部２３の位置ずれが抑制されるため、磁気センサ２２の位置検出精度が向上する。
【００４３】
また、実施の形態１の凹状球面部２３は、その内部に凸状球面部２４が圧入されたことにより生じる応力で凸状球面部２４を保持する構成である。この構成により、凹状球面部２３と凸状球面部２４との連結が簡易かつ容易である。
【００４４】
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。
【符号の説明】
【００４５】
１  アクチュエータ、２  モータシャフト、３  モータ、４  モータハウジング、５，６  軸受部、７  パイプ、８  回転子、９  コイル、１０  整流子、１１  磁石、１２  バックヨーク、１３，１４  ねじ機構、１５  コネクタ端子、１５ａ，１５ｂ  ターミナル、１６  ブラシ、１７  センサハウジング、１８  ブッシュ、２０，２９  センサシャフト、２１  センサ磁石、２２  磁気センサ、２３  凹状球面部、２４  凸状球面部、２５  点接触部、２６  線接触部、２７  空隙部、２８  ばね、１００  ガタ、１０１  傾動方向、１１１，１１２，１１３  円弧、Ａ，Ｂ，Ｃ  オフセット量、Ｄ  点接触部から線接触部までの距離、Ｅ  凹状球面部の開口部の距離、Ｆ  応力、Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３  円弧の中心、Ｒ１  第１の曲率半径、Ｒ２  第２の曲率半径、Ｒ３  第３の曲率半径。
【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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【図７】
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