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発明の名称 ダイアフラムアクチュエータ
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−90708(P2001−90708A)
公開日 平成13年4月3日(2001.4.3)
出願番号 特願平11−270011
出願日 平成11年9月24日(1999.9.24)
代理人 【識別番号】100071205
【弁理士】
【氏名又は名称】野本 陽一
【テーマコード(参考)】
3H081
【Fターム(参考)】
3H081 AA15 BB01 CC20 DD39 
発明者 水町 昭二
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 カップ(3)の内部に架設されて前記カップ(3)と共に圧力室(11)を形成するダイアフラム(6)と、前記ダイアフラム(6)をダイアフラムリテーナ(8)と共に挟み込むスプリングリテーナ(7)と、前記ダイアフラム(6)に連結されて前記ダイアフラム(6)の動きを外部に伝えるロッド(9)と、前記カップ(3)の内部に配置されて前記ダイアフラム(6)を復帰動させるスプリング(15)とを有し、前記圧力室(11)に所定の大きさの圧力が供給されたときに前記スプリング(15)の弾性に抗して前記ダイアフラム(6)が作動するダイアフラムアクチュエータ(1)において、前記スプリングリテーナ(7)と別体の第二スプリングリテーナ(10)を前記スプリングリテーナ(7)に組み合わせるとともに、前記スプリングリテーナ(7)よりも外径寸法の大きなスプリング座面(10f)を前記第二スプリングリテーナ(10)に設けたことを特徴とするダイアフラムアクチュエータ。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、流体圧アクチュエータの一種であるダイアフラムアクチュエータに係り、このダイアフラムアクチュエータは、車両の内燃機関におけるウェイストゲートアクチュエータ等として用いられるものである。
【0002】
【従来の技術】例えば、ウェイストゲートアクチュエータに要求される作動特性は、そのストローク開始点における圧力(基準圧力)の数値と、ストローク終了点における圧力の数値とをもって表わされるのが通常であり、近年、その作動特性は基準圧力を高く、かつ両圧力の差(圧力勾配)を低くする傾向にある。
【0003】そして、このように基準圧力を高くかつ圧力勾配を低くするには、アクチュエータの構成部品であるスプリングのセット荷重を高く、かつそのばね定数を低く設定する必要があり、ばね定数を低くするには、■線径を細くする、■巻数を増やす、■コイル平均径を大きくする等の方法があるが、求めるセット荷重およびばね定数によっては、上記■には、応力が過大となって耐久性が低下する、上記■には、使用範囲内でスプリングが密着してしまう等の問題があり、上記■のコイル平均径を大きくする以外に対応策が無い場合がある。
【0004】しかしながら、図3に示す従来のアクチュエータ51においては、スプリング52がスプリングリテーナ53の内径側に配置されているために、スプリング52のコイル平均径を大きくすることができず、よって予め決められたカップ径では、要求される特性を満足することができないことがある。
【0005】そこで、より大きなコイル平均径のスプリング52を使用可能とするために、例えば図4に示すように、スプリングリテーナ53の軸方向端部を外径側に折り曲げて鍔部53aを一体成形し、この鍔部53aをスプリング52の一端部を着座させるスプリング座面として利用することが考えられる。
【0006】しかしながら、スプリング座面は、単にスプリング52の一端部を当接させるだけでなく、スプリング52が径方向にずれたり外れたりすることがないようにスプリング52を保持する機能を有するものでなければならず、その一方で、スプリングリテーナ53は、ロッド54のスピンカシメ等による変形を抑制するために、或る程度の板厚を必要とされる部品である。
【0007】したがって、スプリングリテーナ53の端部を折り曲げてスプリング座面となる鍔部53aを形成しようとしても、或る程度の板厚を有する板のプレス等による加工の際の曲げアール等の影響により、スプリングリテーナ53を旨く折り曲げることができず、よってスプリングリテーナ53に一体成形したスプリング座面では、スプリング52を正確に保持することができないことがある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は以上の点に鑑みて、アクチュエータの基準圧力を高くかつ圧力勾配を低く設定する際に、スプリングのばね定数を低く設定すべくスプリングのコイル平均径を大きくするときに、スプリングを正確にかつ確実に保持することが可能なスプリング座面を備えたアクチュエータを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、本発明のアクチュエータは、カップの内部に架設されて前記カップと共に圧力室を形成するダイアフラムと、前記ダイアフラムをダイアフラムリテーナと共に挟み込むスプリングリテーナと、前記ダイアフラムに連結されて前記ダイアフラムの動きを外部に伝えるロッドと、前記カップの内部に配置されて前記ダイアフラムを復帰動させるスプリングとを有し、前記圧力室に所定の大きさの圧力が供給されたときに前記スプリングの弾性に抗して前記ダイアフラムが作動するダイアフラムアクチュエータにおいて、前記スプリングリテーナと別体の第二スプリングリテーナを前記スプリングリテーナに組み合わせるとともに、前記スプリングリテーナよりも外径寸法の大きなスプリング座面を前記第二スプリングリテーナに設けたことを特徴とするものである。
【0010】上記構成を備えた本発明のアクチュエータにおいては、ダイアフラムリテーナと共にダイアフラムを挟み込むスプリングリテーナよりも外径寸法の大きなスプリング座面が設けられているために、上記図3に示した従来技術の場合よりもコイル平均径の大きなスプリングを用いることが可能となる。
【0011】また、このスプリングリテーナよりも外径寸法の大きなスプリング座面をスプリングリテーナとは別体の第二スプリングリテーナに設けるようにしたために、本発明では、或る程度の板厚を必要とされるスプリングリテーナではなく、同等の板厚を必要とされない第二スプリングリテーナにスプリング座面が設けられることになる。したがって、第二スプリングリテーナの板厚をスプリングリテーナよりも薄く設定して、この板厚の薄い第二スプリングリテーナにスプリング座面を設けることにより、スプリング座面をスプリング保持機能を十分に発揮するような所望の形状に容易に加工することが可能となる。
【0012】
【発明の実施の形態】つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。
【0013】図1は、当該実施例に係るダイアフラムアクチュエータ1の要部断面を示している。また、図2(A)は当該ダイアフラムアクチュエータ1の構成部品であるスプリングリテーナ7の断面、(B)は第二スプリングリテーナ10の断面、(C)はこのスプリングリテーナ7と第二スプリングリテーナ10とを組み合わせた状態の断面をそれぞれ示している。
【0014】当該ダイアフラムアクチュエータ1は、車両の内燃機関等においてウェイストゲートアクチュエータ等として用いられるものであり、以下のように構成されている。
【0015】すなわち先ず、金属等剛材製のブラケット2を介して内燃機関等に固定される剛材製の中空のカップ3が設けられており、このカップ3がロアーカップ4とアッパーカップ5との組み合わせにより形成されて、その内部にゴム状弾性材製のダイアフラム6が架設されている。
【0016】また、ダイアフラム6の平面中央部の下側に剛材製のスプリングリテーナ(第一スプリングリテーナとも称する)7が配置されるとともに、同じく上側に剛材製のダイアフラムリテーナ8が配置されて、このダイアフラム6、スプリングリテーナ7およびダイアフラムリテーナ8により三層構造の積層部が設けられており、この三層の積層部の平面中央部に剛材製のロッド(出力軸とも称する)9の上端部が連結固定されている。
【0017】また、スプリングリテーナ7に第二スプリングリテーナ(ガイドまたはスプリングガイドとも称する)10が組み合わされており、この第二スプリングリテーナ10に、スプリングリテーナ7よりも外径寸法の大きなスプリング座面(ガイド部またはスプリングガイド部とも称する)10fが設けられている。その詳細は後述する。
【0018】ダイアフラム6とアッパーカップ5とに囲まれた気密空間は圧力室11とされており、この圧力室11にターボチャージャー(図示せず)の過給圧(正圧)を導入するよう、アッパーカップ5の側面部に圧力ポート12が設けられている。
【0019】また、ダイアフラム6とロアーカップ4とに囲まれた空間は大気圧室13とされており、この大気圧室13に大気圧を導入するよう、ロアーカップ4の側面部に通気孔(図示せず)が設けられている。また、このロアーカップ4の底面部の平面中央には、ロッド9を差し通すための軸孔4aが設けられており、この軸孔4aの周縁部が、ブラケット2の孔部2aに対してこの軸孔4aを位置合わせすることができるように、下向きに屈曲せしめられている。上端部をダイアフラム6等よりなる上記積層部に連結されたロッド9は、この軸孔4aおよび孔部2aに差し通されて下方に向けて長く延び、その先端部(下端部、図示せず)にリンク状の作動部等を備えている。
【0020】カップ3の内側であって大気圧室13の内部に、ロッド9を摺動自在に支持する樹脂製の軸受14が設けられており、この軸受14は、ロアーカップ4の側面部まで径方向外方に向けて延長されて、ロアーカップ4の側面部の内周面に接触している。すなわちこの軸受14には、環状ないし蛇の目状を呈する平面部14aと、この平面部14aの内周側に一体成形された環状の軸受部14bと、平面部14aの外周側に一体成形された環状を呈する圧入もしくは挿入用のガイド部14cとが一体に設けられており、軸受部14bおよびガイド部14cと比較して薄肉に成形された平面部14aと第二スプリングリテーナ10のスプリング座面10fとの間にコイル状のスプリング15が架設されている。このスプリング15は、第二スプリングリテーナ10およびスプリングリテーナ7を介してダイアフラム6を圧力室11方向に弾性付勢し、ダイアフラム6の作動開始圧力(基準圧力)を特定して当該アクチュエータ1の作動特性を定めるとともに、圧力室11に供給される圧力の大きさが基準圧力を下回ったときにダイアフラム6を初動位置に復帰動させるものである。
【0021】また、上記ダイアフラム6の中央部は、ロッド9の小径部9aを差し通すための孔部6cの周縁部がここだけ比較的厚肉に成形されており、これに対応してスプリングリテーナ7およびダイアフラムリテーナ8もそれぞれ段付き形状とされている。すなわち、ダイアフラム6、スプリングリテーナ7およびダイアフラムリテーナ8の積層構造が以下のように構成されており、また、これらによる積層部とロッド9との連結構造が以下のように構成されている。
【0022】すなわち先ず、ゴム状弾性材製のダイアフラム6は、作動時に弾性変形する環状ないし蛇の目状の作動膜部(可撓部とも称する)6aを備えており、この作動膜部6aの内周側に、スプリングリテーナ7とダイアフラムリテーナ8との間に挟まれる円板状の被挟持部6bが一体成形されており、この被挟持部6bの平面中央に、ロッド9の小径部9aを差し通すための孔部6cが設けられている。また作動膜部6aの外周側には、ロアーカップ4とアッパーカップ5との間にカシメ固定される環状の比較的厚肉の被カシメ部6dが一体成形されている。作動膜部6aと被挟持部6bとは同じ厚さに形成されているが、上記したように被挟持部6bは孔部6cの周縁部(ロッド貫通部とも称する)に限ってここだけ比較的厚肉に成形されている。このダイアフラム6は所定のゴムにより成形されているが、特に、耐熱性に優れたフロロシリコンゴムまたはヒドリンゴム等により成形されるのが好適である。
【0023】金属等剛材製のスプリングリテーナ7は、図2に拡大して示すように先ず、円板状の平面部7aを備えており、この平面部7aの平面中央に、ロッド9の小径部9aを差し通すための孔部7bが設けられるとともに、この孔部7bの周りにダイアフラム6のロッド貫通部に対応して外高環状の段差部7cが設けられている。また平面部7aの外周側には、円筒状の筒状部7dが大気圧室13に向けて一体成形されている。
【0024】金属等剛材製のダイアフラムリテーナ8は先ず、円板状の平面部8aを備えており、この平面部8aの平面中央に、ロッド9の小径部9aを差し通すための孔部8bが設けられるとともに、この孔部8bの周りにダイアフラム6のロッド貫通部に対応して内高環状の段差部8cが設けられている。また平面部8aの外周側には、円筒状の筒状部8dが圧力室11に向けて一体成形されており、この筒状部8dが、当該アクチュエータ1の作動時にアッパーカップ5の上面部に当接してダイアフラム6の作動上端限(ロッド9のストローク上端限)を特定するストッパとして機能する。
【0025】そして、上記構成のダイアフラム6、スプリングリテーナ7およびダイアフラムリテーナ8が重ねられて上記したような三層の積層部が形成されており、各孔部6c,7b,8bにロッド9の上端部に一体成形された小径部9aが差し通されてスピンカシメにより連結固定されている。スピンカシメは、このような積層構造に対する締結手段として有効であるが、これに代えて、ねじ締め等による他の締結手段であっても良い。
【0026】スプリングリテーナ7に組み合わされる第二スプリングリテーナ10は、図2に拡大して示すように先ず、スプリングリテーナ7の平面部7aの下面に当接するように配置される環状ないし蛇の目状の平面部10aを備えており、組立て時にこの平面部10aがスプリングリテーナ7の平面部7aに下方から当接することにより、この第二スプリングリテーナ10がスプリングリテーナ7に対して軸方向に位置決めされる。平面部10aの内径寸法は、スプリングリテーナ7の段差部7cの径寸法よりも大きく設定されている。
【0027】また、この第二スプリングリテーナ10は、スプリングリテーナ7の筒状部7dの内周側に圧入もしくは挿入される円筒状の筒状部10bを備えており、この筒状部10bがスプリングリテーナ7の筒状部7dの内周側に圧入もしくは挿入されることにより、この第二スプリングリテーナ10がスプリングリテーナ7に対して径方向に位置決めされ、もしくは固定される。平面部10aと筒状部10bとは、両者10a,10bの間に設けられた斜面状ないしテーパ状を呈する環状の斜面部10cを介して互いに一体成形されている。
【0028】また、筒状部10bの下端部に径方向外方へ向けて、下向き凸の断面円弧形ないし略円弧形を呈する環状の係合部10dが一体成形されており、更にこの係合部10dの外周側に上向き凸の曲げアール10eを介して径方向外方に向けて、平板状ないし平面状を呈する環状ないし蛇の目状のスプリング座面10fが一体成形されている。
【0029】断面円弧形ないし略円弧形に形成された係合部10dは、スプリングリテーナ7の筒状部7dの下側に配置されて、その内径寸法を筒状部7dの内径寸法よりも小さく設定されるとともに、その外径寸法を筒状部7dの外径寸法よりも大きく設定されている。したがって、この係合部10dの更に外周側に配置されたスプリング座面10fは、その内外径とも筒状部7dの外径寸法より大きく設定されており、よってこのスプリング座面10fには、筒状部7dの外径寸法よりも大きなコイル平均径を備えたスプリング15が着座可能とされており、実際、図1に示したように、筒状部7dの外径寸法よりも大きなコイル平均径を備えたスプリング15が着座している。
【0030】また、同じく図示したように、断面円弧形ないし略円弧形の係合部10dは、その下端部(下向き円弧の頂部)がスプリング座面10fの下面よりも下方に変位して配置されている。したがって、スプリング座面10fに着座したスプリング15はその一端部がこの係合部10dと径方向に係合することになり、よってスプリング15がスプリング座面10fから径方向にずれたり外れたりするのが防止される。
【0031】この第二スプリングリテーナ10は、スプリングリテーナ7よりも薄い板材によって成形されており、例えばスプリングリテーナ7の板厚が0.8mmである場合、これよりも薄い0.5mm程度の板材により成形されている。したがってこのように板厚が薄い分、その屈曲加工が容易であって、正確な形にプレス加工することができ、上記したような断面円弧形ないし略円弧形の係合部10dと、これに続く平板状ないし平面状のスプリング座面10fとに正確な形状を賦形することができる。尚、このように第二スプリングリテーナ10の板厚が0.5mmである場合には、係合部10dの円弧の半径寸法R および曲げアール10eの半径寸法R もそれぞれ、0.5mm程度とするのが好適である。
【0032】上記構成を備えたダイアフラムアクチュエータ1は、その初動姿勢において各部が図1に示す位置にあり、この初動姿勢においてターボチャージャーの過給圧が圧力ポート12から圧力室11に導入されて圧力室11内の圧力が所定値を上回ると、ダイアフラム6、ダイアフラムリテーナ8、スプリングリテーナ7、第二スプリングリテーナ10およびロッド9よりなるアッセンブリがスプリング15を押し縮めながら下方にストロークする。また、圧力室11内の圧力が所定値を下回るように変化すると、スプリング15の弾性により上記アッセンブリが上方に復帰動する。したがって、このように圧力の変化をロッド9のストローク変位に変換する作用をなすものである。
【0033】上記ダイアフラムアクチュエータ1は、上記構成により以下の作用効果を奏する点に特徴を有している。
【0034】すなわち先ず、上記したようにダイアフラムリテーナ8と共にダイアフラム6を挟み込むスプリングリテーナ7よりも外径寸法の大きなスプリング座面10fが第二スプリングリテーナ10に設けられているために、上記図3に示した従来技術の場合よりもコイル平均径の大きなスプリング15を用いることが可能となる。したがって、予め決められたカップ3のサイズ内でスプリング15の選択幅を拡大することができ、より幅広い作動特性をアクチュエータ1に持たせることができる。また、上記図3に示した従来技術に係るアクチュエータに第二スプリングリテーナ10を付加するだけの構造で、多仕様のスプリング15に対応することができる。
【0035】また、スプリングリテーナ7よりも外径寸法の大きなスプリング座面10fをスプリングリテーナ7とは別体の、スプリングリテーナ7よりも板厚の薄い第二スプリングリテーナ10に設けるようにしたために、スプリング座面10fをスプリング保持機能を十分に発揮するような所望の形状に容易に加工することが可能となる。したがって、このようにスプリング保持機能を十分に発揮可能なスプリング座面10fにより、スプリング15を正確にかつ確実に保持することができる。
【0036】また、スプリングリテーナ7と第二スプリングリテーナ10とを別体とすることにより、それぞれの板厚を機能上必要な任意の板厚に設定することが可能であるため、スプリングリテーナ7としては上記したように機能上或る程度の板厚が必要とされるが、第二スプリングリテーナ10としてはスプリング15の荷重により変形しない程度の板厚で問題がないため、薄肉化が可能となる。そして、このように第二スプリングリテーナ10の薄肉化が可能なことにより、プレス等による加工の際の曲げアールを縮小することができる等、形状に自由度が増し、スプリング保持部として必要なスプリング座面10fの確保およびスプリングガイドとして最適の形状を設定することが可能となる。したがって以上のことから、基準圧力が高く圧力勾配が低い特性においても、スプリング15のコイル平均径を大きくして対応することが可能となり、予め決められたカップ径において要求特性を満足することが可能となる。
【0037】
【発明の効果】本発明は、以下の効果を奏する。
【0038】すなわち、上記構成を備えた本発明のダイアフラムアクチュエータにおいては先ず、ダイアフラムリテーナと共にダイアフラムを挟み込むスプリングリテーナよりも外径寸法の大きなスプリング座面が設けられているために、従来よりもコイル平均径の大きなスプリングを用いることが可能となる。したがって、予め決められたカップのサイズ内でスプリングの選択幅を拡大することができ、より幅広い作動特性をアクチュエータに持たせることができる。また、従来技術に係るアクチュエータに第二スプリングリテーナを付加するだけの構造で、多仕様のスプリングに対応することができる。
【0039】また、スプリングリテーナよりも外径寸法の大きなスプリング座面をスプリングリテーナとは別体の、スプリングリテーナよりも薄肉化が可能な第二スプリングリテーナに設けるようにしたために、スプリング座面をスプリング保持機能を十分に発揮するような所望の形状に容易に加工することが可能となる。したがって、このようにスプリング保持機能を十分に発揮可能なスプリング座面によりスプリングを正確にかつ確実に保持する構造であるために、スプリングの保持不良を原因とするアクチュエータの作動不良や故障の発生を未然に防止することができる。




 

 


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