IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ ジェコー株式会社の特許一覧 ▶ トヨタ自動車株式会社の特許一覧

<>
  • 特許-アクチュエータ及び排気バルブ駆動装置 図1
  • 特許-アクチュエータ及び排気バルブ駆動装置 図2
  • 特許-アクチュエータ及び排気バルブ駆動装置 図3
  • 特許-アクチュエータ及び排気バルブ駆動装置 図4
  • 特許-アクチュエータ及び排気バルブ駆動装置 図5
  • 特許-アクチュエータ及び排気バルブ駆動装置 図6
< >
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-02-01
(45)【発行日】2022-02-09
(54)【発明の名称】アクチュエータ及び排気バルブ駆動装置
(51)【国際特許分類】
   G01D 5/245 20060101AFI20220202BHJP
   G01B 7/30 20060101ALI20220202BHJP
【FI】
G01D5/245 110C
G01D5/245 H
G01B7/30 H
【請求項の数】 5
(21)【出願番号】P 2019163096
(22)【出願日】2019-09-06
(65)【公開番号】P2021042984
(43)【公開日】2021-03-18
【審査請求日】2021-01-25
(73)【特許権者】
【識別番号】000107295
【氏名又は名称】ジェコー株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】000003207
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】泉 彦志
(72)【発明者】
【氏名】有木 芳幸
(72)【発明者】
【氏名】三代川 太気
(72)【発明者】
【氏名】宗吉 裕大
(72)【発明者】
【氏名】馬渕 知樹
【審査官】細見 斉子
(56)【参考文献】
【文献】特開2017-180681(JP,A)
【文献】特開2019-113344(JP,A)
【文献】特開2005-160277(JP,A)
【文献】特開2011-027719(JP,A)
【文献】特開2009-097866(JP,A)
【文献】国際公開第2018/206631(WO,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G01D 5/00- 5/252
G01D 5/39- 5/62
G01B 7/00- 7/34
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
筐体と、
前記筐体の内部から外部へ突出して設けられる出力軸と、
前記筐体内に設けられる駆動源と、
前記駆動源と前記出力軸との間を連結する減速機構と、
前記筐体内にて前記出力軸と一体回転するよう設けられる磁石と、
前記磁石の回転軌道の外側にて前記磁石と対向配置されるホール素子と、
前記筐体の内壁から立設され、前記磁石と前記ホール素子との間に介在する周壁と、
を備えるアクチュエータ。
【請求項2】
前記周壁は、前記磁石の回転軌道と同心円状の円筒壁である、
請求項1に記載のアクチュエータ。
【請求項3】
前記周壁の外周面から前記磁石の回転中心側へ凹んで設けられ、前記ホール素子を収容する収容部を備える、
請求項1または2に記載のアクチュエータ。
【請求項4】
前記周壁の径方向外側の前記収容部と対向する位置にて前記筐体の内壁から立設される2つの柱部を備え、
前記ホール素子は、本体部と、前記本体部から同方向に延在する3本の足部とを有し、
前記収容部に前記ホール素子の前記本体部が収容され、前記2つの柱部の間とその両側に前記ホール素子の前記3本の足部のそれぞれが通される、
請求項3に記載のアクチュエータ。
【請求項5】
請求項1~4のいずれか1項に記載のアクチュエータと、
前記出力軸に連結され、内燃機関の排気通路に設けられる排気バルブと、
を備える排気バルブ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、アクチュエータ及び排気バルブ駆動装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、回転軸の回転量を検出する構造として、軸と一体回転するよう取り付けられる磁石の磁束密度を、回路基板に取り付けられたホールICで検出して、検出した磁束密度の変動に基づき回転量を算出する手法が知られている(例えば特許文献1)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開2019-82358号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、ホールICと磁石との間には空間があり、この空間に鉄系異物が入り込むとホールICからの出力電圧が異常な値になってしまう。
【0005】
本開示は、異物混入を好適に防止でき、高精度な回転量の検出を維持できるアクチュエータ及び排気バルブ駆動装置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】
本発明の実施形態の一観点に係るアクチュエータは、筐体と、前記筐体の内部から外部へ突出して設けられる出力軸と、前記筐体内に設けられる駆動源と、前記駆動源と前記出力軸との間を連結する減速機構と、前記筐体内にて前記出力軸と一体回転するよう設けられる磁石と、前記磁石の回転軌道の外側にて前記磁石と対向配置されるホール素子と、前記筐体の内壁から立設され、前記磁石と前記ホール素子との間に介在する周壁と、を備える。
【0007】
同様に、本発明の実施形態の一観点に係る排気バルブ駆動装置は、上記のアクチュエータと、前記出力軸に連結され、内燃機関の排気通路に設けられる排気バルブと、を備える。
【発明の効果】
【0008】
本開示によれば、高精度な回転量の検出を維持できるアクチュエータ及び排気バルブ駆動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1】排気バルブ駆動装置の斜視図である。
図2図1中のアクチュエータの分解斜視図である。
図3図1中の回転計側部の近傍を拡大視した斜視図である。
図4】出力軸の軸受の構成を示す斜視図である。
図5】軸受と回転計側部の近傍を拡大視した部分断面図であり、基板が無い状態の図である。
図6】軸受と回転計側部の近傍を拡大視した部分断面図であり、基板を設置した状態の図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、添付図面を参照しながら実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【0011】
なお、以下の説明において、x方向、y方向、z方向は互いに垂直な方向である。x方向及びy方向は典型的には水平方向であり、z方向は典型的には鉛直方向である。また、以下では説明の便宜上、z正方向側を上側、z負方向側を下側とも表現する場合がある。
【0012】
まず図1を参照して、本実施形態に係るアクチュエータ1が適用される排気バルブ駆動装置100について説明する。図1は、排気バルブ駆動装置100の斜視図である。図1では、排気バルブ駆動装置100の内部構造を見やすくするため、紙面手前側の筐体の一部を除外し、除外部分との境界を断面で示している。
【0013】
排気バルブ駆動装置100は、エンジン(内燃機関)の排気通路110に設けられている排気バルブ101を開閉することで、複数ある排気管を切り替えたり、集合管の場合には集合方式を切り替える等の排気経路の切り替えを行う装置である。これにより、例えば自動車の排気効率や新気の充填効率を向上することや、マフラーの排気音を調整することができる。
【0014】
図1に示すように、排気バルブ駆動装置100は、排気バルブ101と、排気バルブ101に接続される回転軸102と、回転軸102を回動させるアクチュエータ1と、を備える。排気バルブ101の回転軸102と、アクチュエータ1の出力軸3とは、例えば図1に示すような一対の連結部材103によって連結されており、これによりアクチュエータ1の出力軸3の回転が排気バルブ101に伝達されるよう構成されている。
【0015】
なお、図1では排気バルブ駆動装置100がエンジンの排気通路110の上側(z正方向側)に配置され、回転軸102と出力軸3とがz方向を軸線方向とする構成が例示されているが、排気バルブ駆動装置100の配置はこれに限られない。
【0016】
図1に加えて図2を参照して、アクチュエータ1の構成を説明する。図2は、図1中のアクチュエータ1の分解斜視図である。図2図1と同様に、アクチュエータ1の内部構造を見やすくするため、紙面手前側の筐体の一部を除外し、除外部分との境界を断面で示している。
【0017】
アクチュエータ1は、モータ4の駆動力を、減速機構5を介して出力軸3に伝達して出力軸3を回転させることによって、出力軸3から駆動力を被駆動部(本実施形態では排気バルブ101)に出力する。図1図2に示すように、アクチュエータ1は、筐体2と、出力軸3と、モータ4(駆動源)と、減速機構5と、回転計側部6とを備える。
【0018】
筐体2は、出力軸3の軸線方向(z方向)に対向配置される上ケース21と下ケース22とで構成される。図1図2の例では、上ケース21がz正方向側に配置され、下ケース22がz負方向側に配置されている。上ケース21及び下ケース22は、例えば樹脂材料で形成される。上ケース21と下ケース22とは、防水のためにガスケットなどを介して接合され、モータ4や減速機構5、出力軸3の一部などを内部に収納する。
【0019】
減速機構5は、モータ4と出力軸3との間を連結して動力伝達を行う。本実施形態では、減速機構5は、モータ4の駆動軸に設けられるウォーム51(ねじ歯車)と、出力軸3に一体的に設けられるウォームホイール52(はす歯歯車)と、がそれぞれの回転軸の方向が直交するよう噛み合って構成されるウォームギヤである。図1図2の例では、モータ4は駆動軸がx方向に延在するよう配置され、これによりウォーム51はx方向を回転軸として回転する。
【0020】
ウォームホイール52は、回転中心が出力軸3の軸心であり、出力軸3の径方向外側に同心円状に形成されている。つまりウォームホイール52はz方向を回転軸として回転する。ウォームホイール52と出力軸3とは、例えば、金属材料で形成されるウォームホイール52が、樹脂材料で形成される出力軸3とインサート成形により一体に形成されている。
【0021】
このような減速機構5によって、モータ4が回転駆動すると、ウォーム51からウォームホイール52へモータ4の駆動力が伝達され、出力軸3が回転する。
【0022】
上ケース21の内壁には軸受23が設けられ、出力軸3のz正方向側の一端31が支持されている。一方、下ケース22には開口24が設けられ、この開口24から出力軸3のz負方向側の他端32が筐体2の外部へ露出されている。この出力軸3の他端32には、上述の連結部材103が接続されている。
【0023】
モータ4は、上ケース21と下ケース22との間に設けられ、上ケース21と下ケース22とで挟持されている。モータ4の駆動軸の端部には、ウォームホイール52と噛み合うウォーム51が設けられている。モータ4は、外部に設けられているコントローラ(例えば車両のECUなど)により制御されて回転駆動し、ウォーム51に噛み合うウォームホイール52と出力軸3とを回転させる。
【0024】
回転計側部6は、出力軸3の回転量を計測する。回転量とは、回転数、回転角度、及び回転速度の少なくとも1つが含まれる。回転計側部6は、出力軸3と一体回転するよう設けられる磁石61と、磁石61の回転軌道の外側にて磁石61と対向配置されるホールIC(ホール素子)62とを有する。磁石61は出力軸3の回転方向に沿ってN極とS極とが交互に配置されて構成される。ホールIC62は、磁束密度(磁石61によりICに印加された磁界)の極性変化を検知し、出力電圧が変化する交番検知型のホールICである。回転計側部6は、ホールIC62の検出値に基づき出力軸3の回転量を計測することができる。なお、ホールIC62の数は図2に示す1個の構成に限らず、2個以上でもよい。この場合、各ICは円筒状の周壁25に沿って配置される。
【0025】
図3図6も参照して、回転計側部6の構成について説明する。図3は、図1中の回転計側部6の近傍を拡大視した斜視図である。図4は、出力軸3の軸受23の構成を示す斜視図である。図5は、軸受23と回転計側部6の近傍を拡大視した部分断面図であり、基板が無い状態の図である。図6は、軸受23と回転計側部6の近傍を拡大視した部分断面図であり、基板を設置した状態の図である。
【0026】
図2などに示すように、磁石61は出力軸3の外周に沿って設けられる略円筒状の形状である。磁石61の内径は出力軸3の径と略同一であり、出力軸3を貫通可能に形成される。磁石61の外径はウォームホイール52の径より小さく、径方向の出力軸3とウォームホイール52との間の位置に配置される。磁石61は、出力軸3が貫通された状態で、ウォームホイール52の出力軸3への支持部に、図2図3などに示すように、例えばネジ締結などの手法によって固定される。
【0027】
磁石61は、出力軸3のウォームホイール52の支持部より軸受23側に取り付けられる。軸受23は、上ケース21の内壁から軸方向に立設されるが、図2図6に示すように、この軸受23の外周側に軸受23からさらに筐体2の内部側に円周上の周壁25が立設されている。この周壁25は、内径が磁石61の外径と略同一であり、磁石61を嵌合可能に形成されている。
【0028】
図4図6に示すように、周壁25の外周面には、ホールIC62が嵌合される収容部26が設けられる。収容部26は、周壁25の外周面から径方向中心側に凹んで形成される。
【0029】
また、周壁25より径方向外側の収容部26と対向する位置には、筐体2の上ケース21の内壁から立設される2つの柱部27、28が設けられている。ホールIC62は、本体部62Aと、本体部62Aから同方向に延在する3本の足部62Bとを有する。収容部26にホールIC62の本体部62Aが収容され、2つの柱部27、28の間とその両側にホールIC62の3本の足部62Bのそれぞれが通される。
【0030】
図5に示すように、ホールIC62は、足部62Bが筐体2の内壁側を向くように収容部26に設置される。足部62Bは内壁に沿って略直角に屈曲し、さらに、内壁から軸方向に沿って略直角に屈曲される。図6に示すように、このように屈曲された足部62Bが内壁側(z負方向側)から基板63に取り付けられる。従来ホールIC62を磁石61の周囲に設置する際には、組立容易性を考慮すると、図5図6の配置とは逆に、本体部62Aが足部62Bより内壁側を向くようにして、本体部62Aから筐体2の内部空間側に直線状に延びる足部62Bに基板63を取り付けるのが一般的と考えらえる。これに対して本実施形態のホールIC62の設置態様では、足部62Bが本体部62Aより内壁側に配置されるので、筐体2の内部側への足部62Bの突出量を抑えることができ、また、計測関連の要素(基板63など)を壁面近くに寄せて配置できるので、筐体2の内部空間をより広くできる。
【0031】
ホールIC62の足部62Bは、図2に示すように、同じく基板63に接続されている端子64と電気的に接続されている。これらの3本の端子64は、筐体2から外部に突出して設置されている。これらの端子64に車載のECUなどの制御装置が電気的に接続することで、ホールIC62の計測値を取得して、出力軸3の回転量を導出できる。また、この制御装置は、出力軸3の回転量に基づき、排気バルブ101を所望の開度にすべくモータ4の駆動を制御することができる。
【0032】
以下、本実施形態の作用効果を説明する。回転計側部6は、所謂交番検知型のホールIC62を用いたものであり、磁石61の磁束密度の変化に応じて変動するホールIC62の出力値に基づき、ホールIC62に対する磁石61の相対的な位置、すなわち出力軸3の回転量を計測する。このため、ホールIC62と磁石61との間に鉄系異物が入り込むと、ホールIC62からの出力電圧が異常な値になってしまい、計測精度が悪化する虞がある。
【0033】
このような問題に対して本実施形態では、磁石61とホールIC62との間に介在する周壁25が設けられている。この構成により、磁石61とホールIC62との間の空間を周壁25で埋めて異物が混入するのを防止できるので、計測精度の悪化も防止できる。この結果、本実施形態のアクチュエータ1は、高精度な回転量の検出を維持できる。
【0034】
また、この周壁25は、筐体2の上ケース21の内壁から立設して形成されるので、上ケース21の一部として製造することができる。このため、部品点数が増えることなく、組み立て容易性も維持できる。
【0035】
なお、周壁25の径方向の厚さは、例えば0.8~1.5mmであり、好ましくは1.2~1.5mmである。これにより磁石61とホールIC62との距離を一定にでき、計測精度を安定化できる。
【0036】
さらに、本実施形態では、回転計側部6を構成する磁石61とホールIC62とが、筐体2の上ケース21の内壁から立設する周壁25を挟んで配置され、つまり、回転計側部6が筐体2の内部に設けられる。このため、回転計側部6をアクチュエータ1の外部に設置する必要がなく、アクチュエータ1の体格の小型化を図ることができる。図1を参照して説明したように、本実施形態のアクチュエータ1は、主に排気バルブ駆動装置100において排気バルブ101を駆動するために用いられる。アクチュエータ1は、エンジンの排気通路110の周囲に設置されるため、エンジンルームのスペースの都合上できるだけ小型化するのが好ましい。したがって、本実施形態の構造によりアクチュエータ1を小型化できるため、排気バルブ駆動装置100への適用時には配置の自由度や容易性を向上できる。
【0037】
また、本実施形態では、周壁25は、出力軸3や、磁石61の回転軌道と同心円状の円筒壁であるので、筐体2の上ケース21の内壁と一体的に形成しやすく、製造容易性を向上できる。
【0038】
また、本実施形態では、ホールIC62の本体部62Aを、周壁25の外周面から磁石61の回転中心側へ凹んで設けられる収容部26に収容するので、収容部26の周方向両側の側面26bによってホールIC62の周方向の移動を規制でき、かつ、収容部26の径方向の底面26aによってホールIC62の径方向内側への移動を規制できる。これにより、ホールIC62による磁界の計測精度をさらに向上でき、また、ホールIC62の位置決めを容易にできる。
【0039】
また、本実施形態では、ホールIC62の3本の足部62Bを、周壁25の径方向外側の収容部26と対向する位置にて筐体2の内壁から立設される2つの柱部27、28の間に通して設置するので、足部62Bの位置決めを容易にでき、ホールICの組み付けをさらに容易にできる。また、2つの柱部27、28の中心側の面27a、28aと、収容部26の径方向底面26aとの間の距離は、ホールIC62の本体部62Aの厚みと略同等であるのが好ましい。このように2つの柱部27、28を配置することによって、ホールIC62の径方向外側への移動をさらに規制でき、ホールIC62による計測精度をさらに向上できる。
【0040】
以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。
【0041】
上記実施形態では、周壁25は磁石61の回転軌道と同心円状の円筒壁としたが、周壁25の形状は、磁石61とホールIC62との間に介在できれば円筒以外の形状でもよい。例えば円筒の一部を削った形状でもよい。楕円形状や平板状でもよいが、磁石61の回転中心と同心円状の曲面であるのが特に好ましい。磁石61の回転によらず磁石61とホールIC62との距離を一定に維持でき計測精度を安定化できるためである。
【0042】
また、ホールIC62を設置するための収容部26や柱部27、28を設けない構成でもよい。ホールIC62以外のホール素子を用いてもよい。
【0043】
上記実施形態では、減速機構5の構成としてウォーム51とウォームホイール52を有する構成を例示したが、モータ4と出力軸3との間を連結して動力伝達を行うことができれば他の構成でもよい。
【符号の説明】
【0044】
1 アクチュエータ
2 筐体
3 出力軸
4 モータ(駆動源)
5 減速機構
6 回転計側部
61 磁石
62 ホールIC(ホール素子)
25 周壁
26 収容部
27、28 柱部
100 排気バルブ駆動装置
101 排気バルブ
図1
図2
図3
図4
図5
図6