(57)【要約】【課題】高負荷時に導入される作動流体の高圧力下において、軸方向クリアランスを詰めて作動流体の漏れを抑制し、高圧時の応答性を向上させたロータリーアクチュエータを提供する。【解決手段】油圧アクチュエータ１には、油圧室４０にオイルを導入するオイル導入路６０と、このオイル導入路６０に対応するオイル導入口７０ａを有しかつ油圧室４０の軸方向開口部４０ａを構成するケース２０およびベーンロータ３０の軸方向端面とカバー５０との間に配設されたプレート７０が設けられている。プレート７０のオイル導入口７０ａの口径はオイル導入路６０の口径よりも小さく設定されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御軸を回動可能に支持するハウジングと、該ハウジングと同期回動するケースと、該ケースの内側に配設されかつ前記制御軸と同期回動するベーンロータと、該ベーンロータと前記ケースとの間に形成されかつ作動流体の導入による容積変動により前記ベーンロータを回動させる作動流体室と、該作動流体室を塞ぐカバーと、該カバーおよび前記ハウジングのいずれか一方に設けられかつ前記作動流体室に作動流体を導入する作動流体導入路と、該作動流体導入路に対応する開口を有しかつ前記作動流体導入路から前記作動流体室へ導入される作動流体による付勢力で前記作動流体室の軸方向開口部へ押圧されるプレートとを備えたロータリーアクチュエータ。
【請求項２】
プレートの開口の口径は作動流体導入路の口径より小さく設定されたことを特徴とする請求項１記載のロータリーアクチュエータ。
【請求項３】
プレートは作動流体による付勢力で弾性変形可能な厚さを有することを特徴とする請求項２記載のロータリーアクチュエータ。
【請求項４】
プレートは作動流体導入路に対して露出する露出部を有し、該露出部が作動流体による付勢力を受けることでプレートが作動流体室の軸方向開口部へ押圧されて作動流体室の気密性を高めることを特徴とする請求項１記載のロータリーアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エンジン等の内燃機関（以下、エンジンという）の可変圧縮比機構やその他の駆動負荷の高い用途に適用可能なロータリーアクチュエータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ロータリーアクチュエータとしては、例えば制御軸を回動可能に支持するハウジングと、このハウジングと同期回動するケースと、このケースの内側に配設されかつ制御軸に連結されて制御軸と同期回動するベーンロータと、このベーンロータとケースとの間に形成されかつ作動流体の導入による容積変動によりベーンロータを回動させる作動流体室と、この作動流体室の軸方向側面を塞ぐカバーとを備えた構成が知られている。（例えば、特許文献１参照）
【０００３】
このようなロータリーアクチュエータでは、径方向への作動流体の漏れを抑制するため、ベーンロータとケースとの間にシール部材を配設している。また、軸方向への作動流体の漏れについては、ロータリーアクチュエータの構造上、ベーンロータをケース内に回動可能に保持するために必要な軸方向クリアランスにより抑制されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−１１２２２３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のロータリーアクチュエータは上述のような構成を有しているので、次のような課題があった。
即ち、制御軸を回動させるための駆動負荷が過大であるとき、あるいは制御軸の回動位置を保持するための負荷が過大であるときには、いずれも作動流体室内に作動流体を導入することによって発生する作動流体圧力を上記負荷に対応させる必要がある。このように大きな作動流体圧力を作動流体室内に作用させると、軸方向クリアランスを通じて軸方向へ作動流体の漏れ量が大きくなる。一般に、油圧等の作動流体圧力により回転駆動するロータリーアクチュエータの仕事量は作動流体圧力と作動流体流量との積で表すことができるが、高負荷時には漏れ量が増大する分だけ効率が悪化してしまい、高圧時の応答性が低下するという課題があった。
【０００６】
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、高負荷時に導入される作動流体の高圧力下において、軸方向クリアランスを詰めて作動流体の漏れを抑制し、高圧時の応答性を向上させたロータリーアクチュエータを得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るロータリーアクチュエータは、制御軸を回動可能に支持するハウジングと、該ハウジングと同期回動するケースと、該ケースの内側に配設されかつ前記制御軸と同期回動するベーンロータと、該ベーンロータと前記ケースとの間に形成されかつ作動流体の導入による容積変動により前記ベーンロータを回動させる作動流体室と、該作動流体室を塞ぐカバーと、該カバーおよび前記ハウジングのいずれか一方に設けられかつ前記作動流体室に作動流体を導入する作動流体導入路と、該作動流体導入路に対応する開口を有しかつ前記作動流体導入路から前記作動流体室へ導入される作動流体による付勢力で前記作動流体室の軸方向開口部へ押圧されるプレートとを備えるように構成したものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるロータリーアクチュエータの外部構造を制御軸の軸方向前方から見た正面図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面図であり、図３は図２に示したプレートの構成を示す平面図である。なお、この明細書において単に軸方向とはロータリアクチュエータまたは制御軸の軸方向をいい、単に径方向とは同ロータリアクチュエータまたは制御軸の径方向をいうものとする。
【０００９】
図において１は油圧（作動流体圧力）により回転駆動するロータリーアクチュエータ（以下、油圧アクチュエータという）である。油圧アクチュエータ１は、例えばエンジン（図示せず）の圧縮比可変機構（図示せず）の制御軸Ａを回動可能に支持するハウジング１０と、このハウジング１０と同期回転するケース２０と、このケース２０の内側に配設されかつ制御軸Ａと同期回動するベーンロータ３０と、このベーンロータ３０とケース２０との間に形成されかつオイルの導入による容積変動によりベーンロータ３０を回動させる複数の油圧室（作動流体室）４０と、この油圧室４０を塞ぐカバー５０と、このカバー５０に設けられかつ油圧室４０にオイルを導入するオイル導入路（作動流体導入路）６０と、このオイル導入路６０に対応するオイル導入口（開口）７０ａを有しかつ油圧室４０の軸方向開口部４０ａを構成するケース２０およびベーンロータ３０の軸方向端面とカバー５０との間に配設されたプレート７０とから概略構成されている。
【００１０】
ハウジング１０は制御軸Ａの挿入を許す中心孔１０ａを有する略ドーナツ状の部材であり、その中心孔１０ａの内周部には制御軸Ａの径方向への振れに対する軸受けとしてのジャーナル１１が配設されている。また、ハウジング１０の外周部には径方向外方に突出する３つの突起部１０ｂが形成されており、各突起部１０ｂにはハウジング１０を例えばエンジン（図示せず）のマウント部（図示せず）に固定するための固定ねじ（図示せず）を挿通するためのねじ孔１２が設けられている。
【００１１】
ケース２０はハウジング１０に軸方向に隣接して配設された略円筒状の部材であり、その内周部には径方向内方へ突出して複数の空間を形成する複数のシュー（図示せず）が形成されている。
【００１２】
ベーンロータ３０は制御軸Ａに一体に固定されたボス部３０ａとこのボス部３０ａの外周部から径方向外方へ突出して上記ケース２０内の複数の空間を複数の油圧室４０に区画する複数のベーン（図示せず）とから概略構成されている。油圧室４０内には油圧室４０内に導入されるオイルの流れ方向（矢印Ｂ方向）を軸方向から径方向へ変更するための小室４１が形成されている。
【００１３】
また、ケース２０のシュー（図示せず）およびベーンロータ３０のベーン（図示せず）の各先端部には、互いに隣接する油圧室４０間のオイルの流動を防止するシール部材８０が形成されている。シール部材８０は、図２に示すように油圧室４０を構成するケース２０の内周面（被摺接面）またはベーンロータ３０のボス部３０ａの外周面（被摺接面）に摺接するシール８０ａと、このシール８０ａを当該被摺接面に常に付勢する板ばね８０ｂとから概略構成されている。
【００１４】
この実施の形態１におけるカバー５０は、ケース２０の外径と等しい外径を有する略円盤状の部材である。このカバー５０と上記ケース２０とハウジング１０とは複数のボルト８１で一体に締結固定されているため、カバー５０およびケース２０は、ハウジング１０と共に、例えばエンジン（図示せず）のマウント部（図示せず）に固定されている。また、カバー５０のうち、オイルの導入による容積変動に際し扇状に変形して回動する複数の油圧室４０の回動範囲に対応する位置には、軸方向に貫通しかつ内側に螺子が転造された複数（この実施の形態１では４つであるが、１つのみを示す）の貫通孔５０ａが形成されている。各貫通孔５０ａには、上記オイル導入路６０を内部に形成したオイル導入用コネクタ８２が接続されている。オイル導入用コネクタ８２の先端部外周面には貫通孔５０ａの螺子に螺合する螺子部８２ａが転造されている。また、オイル導入用コネクタ８２内のオイル導入路６０はオイルコントロールバルブ等の油圧制御バルブ（図示せず）を介してオイルポンプ（図示せず）およびオイルパン（図示せず）に接続されている。
【００１５】
プレート７０はケース２０およびカバー５０の各外径と等しい外径を有する円盤状の薄肉部材である。プレート７０に形成されたオイル導入口７０ａの口径は、図２および図３に示すように、油圧室４０へ導入されるオイルの作用を確実に受けるため、オイル導入用コネクタ８２内のオイル導入路６０の口径よりも小さく設定されている。このため、プレート７０のオイル導入口７０ａの外周縁領域にはオイル導入路６０の先端部が当接し、このオイル導入路６０の先端部外側であってオイル導入口７０ａの外周縁領域内側にはオイル導入路６０から導入されるオイルが当たる油圧印加領域（図３における斜線領域）８３が設けられている。この油圧印加領域８３の大きさはオイル導入路６０から導入されるオイルの作用により動作するベーンロータ３０の要求応答速度に支障がない程度で決められる。従って、プレート７０はその油圧印加領域８３においてオイル導入路６０から導入されるオイルに対して露出しており、油圧印加領域８３で受ける油圧による付勢力で油圧室４０の軸方向開口部４０ａへ押圧されている。また、プレート７０は、上記油圧による付勢力で弾性変形可能な厚さ（軸方向）を有することが好ましく、その材料としては作動流体としてのオイルに対する相溶性がなく、上記油圧による付勢力で破損しない程度の機械的強度を備えたものであれば、如何なる材料も使用可能であり、特に限定されるものではない。
【００１６】
なお、プレート７０の中心領域には、プレート７０と制御軸Ａの円形端面との摺接を回避する中央孔７０ｂが形成されており、プレート７０の周縁領域にはハウジング１０、ケース２０およびカバー５０を一体に締結するための上記ボルト８１の挿通を受け入れる複数のボルト孔７０ｃが形成されている。
【００１７】
次に動作について説明する。
まず、制御軸Ａを高い負荷に抗して所定角度回動させる際には、油圧供給側の油圧室４０内にオイル導入用コネクタ８２内のオイル導入路６０を通じてオイルポンプ（図示せず）からの油圧を供給する。このとき、オイル導入路６０からの油圧はプレート７０のオイル導入口７０ａ、小室４１を経て油圧室４０内に供給されるが、プレート７０の油圧印加領域８３にも油圧が作用する。これにより、プレート７０は当該油圧による付勢力で油圧室４０の軸方向開口部４０ａに押圧されるため、軸方向クリアランスを詰めることができ、油圧室４０の軸方向のオイル漏れが確実に防止される。また、プレート７０を上記付勢力で弾性変形可能な厚さとしているので、プレート７０を油圧室４０の軸方向開口部４０ａに対して一層密着させることができることから軸方向クリアランスが効果的に詰められる。なお、油圧排出側の油圧室４０からはドレン（図示せず）を通じて上記油圧供給側の油圧室４０へ供給されたオイル量と略等しい量のオイルが排出される。
【００１８】
なお、プレート７０の油圧印加領域８３に作用する油圧による付勢力は、次の数式１で示される。
Ｆ＝１／８・π（Ｄ２−ｄ２）ρＶ２ＣＤ      ・・・（数式１）
【００１９】
ここで、プレート付勢力をＦ（図２において矢印Ｆで示す）とし、オイル密度をρとし、オイル流速をＶとし、抵抗係数をＣＤとし、図３に示すようにオイル導入路６０の口径をＤとし、プレート７０のオイル導入口７０ａの口径をｄとする。
【００２０】
上記数式１から明らかなように、上記付勢力Ｆはオイル流速Ｖに比例するため、オイル流速Ｖが増せば付勢力Ｆも増大する。このことから、制御軸Ａに作用する高い負荷に対応するため、油圧室４０内へオイルを導入したときに流速Ｖにより、軸方向クリアランスを詰めることができ、油圧室４０の軸方向のオイル漏れを確実に防止することが可能である。
【００２１】
次に、制御軸Ａに作用する高い負荷に対応するために回動位置を保持する際には、油圧室４０内にオイル導入路６０を通じてオイルポンプ（図示せず）からの油圧を供給する。この場合においても、オイルポンプはロータリーアクチュエータよりの漏れを保填すべく油量を送るため、プレート７０は油圧室４０の軸方向開口部４０ａに押圧されるため、油圧室４０の軸方向のオイル漏れが確実に防止される。
【００２２】
以上のように、この実施の形態１によれば、オイル導入路６０に対応するオイル導入口７０ａを有しかつオイル導入路６０から油圧室４０へ導入される油圧による付勢力で油圧室４０の軸方向開口部４０ａへ押圧されるプレート７０を備えるように構成したので、油圧室４０の軸方向開口部４０ａのカバー５０側でプレート７０により軸方向クリアランスを詰めることができ、油圧室４０から軸方向へのオイル漏れを確実に防止することができ、効率の向上を図り、また高圧時の応答性を向上させることができるという効果がある。ここで、ハウジングとケースとは別体に成形するものを示したが、一体に成形し同期回動するようにしてもよい。
【００２３】
この実施の形態１によれば、プレート７０に形成されたオイル導入口７０ａの口径をオイル導入用コネクタ８２内のオイル導入路６０の口径よりも小さく設定するように構成したので、オイル導入口７０ａの外周縁部分で油圧室４０へ導入されるオイルの作用を確実に受けることができ、プレート７０により軸方向クリアランスを詰めることができ、油圧室４０から軸方向へのオイル漏れを確実に防止することができるという効果がある。
【００２４】
この実施の形態１によれば、プレート７０を上記付勢力で弾性変形可能な厚さにするように構成したので、プレート７０を油圧室４０の軸方向開口部４０ａに対して一層密着させることで軸方向クリアランスを効果的に詰めることができ、油圧室４０から軸方向へのオイル漏れを確実に防止することができるという効果がある。
【００２５】
この実施の形態１によれば、プレート７０に、オイル導入路６０から導入されるオイルに対して露出する油圧印加領域８３を設けるように構成したので、油圧印加領域８３で受ける油圧による付勢力で油圧室４０の軸方向開口部４０ａへプレート７０を押圧することができ、油圧室４０の気密性を高めることができるという効果がある。
【００２６】
なお、この実施の形態１では、オイル導入路６０から導入されるオイルに対して露出する部分をプレート７０のオイル導入口７０ａの外周縁領域に設けたが、プレート７０の他の領域にオイルに対する露出部分を設けるように構成してもよい。例えば、カバー５０にプレート７０側に開口する円環状の溝を設け、この溝とオイル導入路６０の途中とを連絡するように構成すれば、オイル導入路６０から導入されるオイルを上記溝に導くことでプレート７０の全体を油圧室４０の軸方向開口部４０ａに押圧させて油圧室４０の気密性を高めることができるという効果がある。
【００２７】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２によるロータリーアクチュエータの外部構造を制御軸の軸方向前方から見た正面図であり、図５は図４のＶ−Ｖ線断面図である。なお、この実施の形態２の構成要素のうち、実施の形態１の構成要素と共通する部分については同一符号を付し、その部分の説明を省略する。
【００２８】
この実施の形態２の特徴は、プレート７０を、油圧室４０の軸方向開口部４０ａを構成するケース２０およびベーンロータ３０の軸方向端面とハウジング１０との間に配設した点にある。このため、ハウジング１０には、図５に示すように軸方向に貫通するオイル導入孔１０ｃが形成されており、油圧室４０内にはオイル導入孔１０ｃに対応する位置に油圧室４０内に導入されるオイルの流れる方向（矢印Ｂ方向）を軸方向から径方向へ変更するための小室４１が形成されている。ここで、ケースとカバーとは別体に成形されるものを示したが、一体に成形し同期回動するようにしてもよい。
【００２９】
以上のように、この実施の形態２によれば、オイル導入孔１０ｃに対応するオイル導入口７０ａを有しかつオイル導入孔１０ｃから油圧室４０へ導入される油圧による付勢力で油圧室４０の軸方向開口部４０ａへ押圧されるプレート７０を備えるように構成したので、油圧室４０の軸方向開口部４０ａのハウジング１０側でプレート７０により軸方向クリアランスを詰めることができ、油圧室４０から軸方向へのオイル漏れを確実に防止することができ、高圧時の応答性を向上させることができるという効果がある。
【００３０】
実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３によるロータリーアクチュエータの内部構造に対応するプレートの構成を示す平面図であり、図７は図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。なお、この実施の形態３の構成要素のうち、実施の形態１等の構成要素と共通する部分については同一符号を付し、その部分の説明を省略する。
【００３１】
この実施の形態３の特徴は、実施の形態１の構成と同様に、オイル導入路６０を有するコネクタ８２をケース２０のうちベーンロータ３０のボス部３０ａから離れた位置であって、実施の形態１の構成と異なり、シール部材８０の近傍位置に配設した点にある。
【００３２】
以上のように、この実施の形態３によれば、実施の形態１と同様に、オイル導入路６０に対応するオイル導入口７０ａを有しかつオイル導入路６０から油圧室４０へ導入される油圧による付勢力で油圧室４０の軸方向開口部４０ａへ押圧されるプレート７０を備えるように構成したので、油圧室４０の軸方向開口部４０ａのカバー５０側でプレート７０により軸方向クリアランスを詰めることができ、油圧室４０から軸方向へのオイル漏れを確実に防止することができ、高圧時の応答性を向上させることができるという効果がある。
【００３３】
実施の形態４．
図８はこの発明の実施の形態４によるロータリーアクチュエータの構造を示す部分断面図である。なお、この実施の形態４の構成要素のうち、実施の形態１等の構成要素と共通する部分については同一符号を付し、その部分の説明を省略する。
【００３４】
この実施の形態４の特徴は、実施の形態３の構成に加え、カバー５０にプレート７０の外周縁より径方向外方へ張り出しかつプレート７０の外周縁を巻き込んでケース２０の外周面に当接する巻込み部５０ｂを備え、この巻込み部５０ｂの内側にプレート７０の外周縁を囲むＯリング８４を配設した点にある。
【００３５】
以上のように、この実施の形態４によれば、プレート７０の外周縁を囲むＯリング８４を配設するように構成したので、上記プレート７０を配設した構成による効果に加え、油圧室４０の気密性を一層高めることができ、油圧室４０から軸方向へのオイル漏れを確実に防止することができ、高圧時の応答性を向上させることができるという効果がある。
【００３６】
実施の形態５．
図９はこの発明の実施の形態５によるロータリーアクチュエータの内部構造に対応するプレートの構成を示す平面図であり、図１０は図９のＸ−Ｘ線断面図である。なお、この実施の形態５の構成要素のうち、実施の形態１等の構成要素と共通する部分については同一符号を付し、その部分の説明を省略する。
【００３７】
この実施の形態５の特徴は、実施の形態３の構成と同様に、オイル導入路６０を有するコネクタ８２をシール部材８０の近傍位置であって、実施の形態１の構成と異なり、ケース２０のうちベーンロータ３０のボス部３０ａに近い位置に配設した点にある。
【００３８】
以上のように、この実施の形態５によれば、実施の形態３と同様に、オイル導入路６０に対応するオイル導入口７０ａを有しかつオイル導入路６０から油圧室４０へ導入される油圧による付勢力で油圧室４０の軸方向開口部４０ａへ押圧されるプレート７０を備えるように構成したので、油圧室４０の軸方向開口部４０ａのカバー５０側でプレート７０により軸方向クリアランスを詰めることができ、油圧室４０から軸方向へのオイル漏れを確実に防止することができ、高圧時の応答性を向上させることができるという効果がある。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、制御軸を回動可能に支持するハウジングと、該ハウジングと同期回動するケースと、該ケースの内側に配設されかつ前記制御軸と同期回動するベーンロータと、該ベーンロータと前記ケースとの間に形成されかつ作動流体の導入による容積変動により前記ベーンロータを回動させる作動流体室と、該作動流体室を塞ぐカバーと、該カバーおよび前記ハウジングのいずれか一方に設けられかつ前記作動流体室に作動流体を導入する作動流体導入路と、該作動流体導入路に対応する開口を有しかつ前記作動流体導入路から前記作動流体室へ導入される作動流体による付勢力で前記作動流体室の軸方向開口部へ押圧されるプレートとを備えるように構成したので、当該プレートにより軸方向クリアランスを詰めて作動流体室から軸方向への作動流体の漏れを最小限に抑制することができ、高圧時の応答性を向上させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１によるロータリーアクチュエータの外部構造を制御軸の軸方向前方から見た正面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】図２に示したプレートの構成を示す平面図である。
【図４】この発明の実施の形態２によるロータリーアクチュエータの外部構造を制御軸の軸方向前方から見た正面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】この発明の実施の形態３によるロータリーアクチュエータの内部構造に対応するプレートの構成を示す平面図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【図８】この発明の実施の形態４によるロータリーアクチュエータの構造を示す部分断面図である。
【図９】この発明の実施の形態５によるロータリーアクチュエータの内部構造に対応するプレートの構成を示す平面図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線断面図である。
【符号の説明】
１  油圧アクチュエータ（ロータリーアクチュエータ）、１０  ハウジング、１０ａ  中心孔、１０ｂ  突起部、１１  ジャーナル、１２  ねじ孔、２０  ケース、３０  ベーンロータ、３０ａ  ボス部、４０  油圧室、４０ａ  軸方向開口部、４１  小室、５０  カバー、５０ａ  貫通孔、５０ｂ  巻込み部、６０  オイル導入路（作動流体導入路）、７０  プレート、７０ａ  オイル導入口（開口）、７０ｂ  中央孔、７０ｃ  ボルト孔、８０  シール部材、８１  ボルト、８２  コネクタ、８３  油圧印加領域、８４  Ｏリング。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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