JPS61218802A - 負圧アクチユエ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、負圧源を用いてピストンを駆動する負圧アク
チュエータに関するもので、例えば、自動車において、
エンジンのスロットル位置制御、空気調和制御装置の温
度制御等に利用される負圧アクチュエータに関するもの
である。

［従来の技術］ 従来のこの種の負圧アクチュエータとして特開昭５１−
１４９６３４号公報の技術を挙げることができる。

上記技術は、ダイアフラムの如き気密性のある薄膜によ
り、負圧室と大気室とが仕切られ、前記負圧室の圧力変
化に伴って前記ダイアフラムと密着応動するピストンを
有する負圧アクチュエータにおいて、前ｉ２！負圧室内
に前記ピストンの位置を連続的に検出して電気的信号を
発生するインダクタンスを内蔵したことを特徴とするも
のであり、前記インダクタンスは負圧室内に静的に固定
されたコイル内を鉄心がストロークする構造をなし、前
記鉄心は少なくとも第一スプリングと第ニスプリングの
力の均衡点に保たれ、第一スプリングは一端を静止部分
に、第ニスプリングは一端を前記ビス１〜ンに各々接す
るように構成されている。

上記のような従来の負圧アクチュエータにおいては、ピ
ストンと連動するインダクタンスの変化を、負圧アクチ
ュエータへの負圧を調整している電気制御装置へフィー
ドバックすることにより、電気制御装置の出力に見合っ
たロッドの作動量が負圧アクチュエータに得られない場
合、電気制御装置の信号を自動的に補正し、負圧室の圧
力を変化させて負圧アクチュエータのロッドの突出位置
を是正することかできる。

［発明が解決しようとする問題点１ しかし、従来のこの種の負圧アクチュエータでは、機械
的不平衡を電気的に検出し、それを電気的に信号処理し
、再びそれを機械的変位に変換してフィードバックして
いたから、補正のための構成、特に、電気制御装置等が
複雑となり、かつ、高価にならざるを得なかった。

そこで、本発明は上記問題点を解決し、電気的制御系を
使用することなく、ヒスプリシス誤差を少なくした負圧
アクチュエータの提供をその目的とするものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明に係る負圧アクチュエータは、ダイアフラムの如
き気密性の薄膜で仕切られた負圧室及び大気室と、前記
負圧室内に配設された第一附勢手段と、前記負圧室の圧
力変化に伴って前記薄膜と密着応動するピストンと、前
記負圧室に負圧を導入する入力ポートとを有する負圧ア
クチュエータ本体部と、前記入力ポートを開閉する弁体
と、前記弁体を移動させるプランジャーと、前記プラン
ジｐ−をその発生する磁力によって駆動するコイルとを
有する電磁式圧力弁と、前記プランジャーと前記ピスト
ンとの間に挟持され、前記弁体を附勢するロッド及び附
勢スプリングからなる第二附勢手段を有する電磁式圧力
制御弁から構成されるものである。

［作用］ 本発明においては、負圧アクチュエータ本体部のピスト
ンと電磁式圧力制御弁のプランジャーとの間に、第二附
勢手段を挾持させたものであるから、ピストン側の負荷
等の影響によって、ピストン位置が本来の停止位置に復
帰しないで止まろうとしたとき、止まろうとしたピスト
ン位置と本来復帰すべきピストン位置との距離差が、前
記ピストンとプランジャー間に挾持された第二附勢手段
の附勢力の変化となって現われ、前記止まろうとしたビ
ス（−ンを本来復帰させるべく負圧室の負圧を変化させ
、前記ピストンを本来復帰すべき位置に戻すものである
。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例の負圧アクチュエータの断面
図を示すものである。

図において、負圧アクチュエータ本体部１はアクチュエ
ータハウジング２、気密性の薄膜等からなるダイアフラ
ム３と一体となって変位するピストン４、前記ピストン
４とアクチュエータハウジング２との間に介在し、前記
ピストン４を附勢する第一附勢手段の負圧室用圧縮スプ
リング５°、前記ダイアフラム３及びピストン４の中央
から、前記ピストン４の変位をスロットルバルブ等の負
荷に導くケーブル６、前記アクチュエータハウジング２
の開口側、即ち、ダイアフラム側に配設されたダイアフ
ラムカバー７から構成されている。

前記ダイアフラム３は、アクチュエータハウジング２と
ダイアフラムカバー７の間に介在されていて、ダイアフ
ラムカバー７をアクチュエータハウジング２にかしめ等
により固着すると共に封止している。また、前記ダイア
フラム３は部分的に歪が生じないように、密着応動する
ピストン４によってガイドされている。

このようにして、前記ダイアフラム３の内面とアクチュ
エータハウジング２によって負圧室Ａが構成され、前記
ダイアフラム３の外面とダイアフラムカバー７及びダイ
アフラムカバー７に設けられた穴部によって大気室８が
構成される。

アクチュエータハウジング２に配設したダイアフラム３
の反対側には、電磁式圧力制御弁１０が前記アクチュエ
ータハウジング２に固着されており、しかも、その間を
Ｏリング等のシール部材によって封止している。

前記電磁式圧力制御弁１０は、′？ｔｉ磁制御部及び弁
体部で構成される。

前記電磁制御部は合成樹脂等からなるボビン１１にコイ
ル１２を巻回してなるソレノイドと、前記ソレノイドの
軸心、即ち、ボビン１１の内側に配設された固定鉄心１
３と、前記ソレノイドの周囲に配設され、コイル１２が
励磁されたとき、前記固定鉄心１３に効率良く磁路を形
成させるヨーク１４によって構成される。

前記電磁制御部の先端部には、第２図の弁体部分の拡大
断面図に示すように、弁体部が設けられている。

前記弁体部は、端部に取付補助部材２１を固着したプラ
ンジャー２０、前記プランジ＜ｐ　−２０内に挟持され
た弁附勢用圧縮スプリング２２によって附勢されたポペ
ット弁２３、前記ポペット弁２３でその端部を開閉され
る入力ポート３１、前記プランジャー２０に穿設した連
通孔２５、取付補助部材２１と弁体ハウジング３０との
間に配設したダイアフラム２４、及び、大気ポート３２
、出力ポート３３によって構成される。

即ち、前記弁体部は端部に取付補助部材２１を固着した
プランジ＊ｙ　−２０内に挾持された弁附勢用圧縮スプ
リング２２によって附勢されたポペット弁２３が配設さ
れている。前記弁附勢用圧縮スプリング２２は入力ポー
ト３１を閉塞する閉弁力を付与するものである。入力ポ
ート３１とポペット弁２３との開閉は、入力ポート３１
からポペット弁２３を取付補助部材２１が引き離すこと
により、その開弁が行われるものであり、また、ボベ弁
２３と入力ポート３１とが当接し、取付補助部材２１と
が離れることにより、その閉弁が行われるから、前記弁
附勢用圧縮スプリング２２は入力ポート３１の開閉には
直接関与しない。前記取付補助部材２１にはダイアフラ
ム２４の内周が焼付固着されていて、その外周が前記ポ
ペット弁２３まで、或いは、その附近まで各ポートを導
く合成樹脂等で形成された弁体ハウジング３０に固着さ
れており、前記弁体ハウジング３０と取付補助部材２１
との間は、前記ダイアフラム２４により封止状態にある
。前記弁体ハウジング３０の入力ポート３１には、図示
しないバキュームポンプ或いは負圧を蓄積したサージタ
ンクが接続され、前記ポペット弁２３によって開閉され
る入力ポート３１、大気圧をプランジｔＦ　−２０及び
ポペット弁２３の入力ポート３１の反対側に導く大気ポ
ート３２、前記入力ポート３１及び大気ポート３２の圧
力をポペット弁２３の制御によって負圧アクチュエータ
本体部１の負圧室Ａに導く出力ポート３３が設けられて
いる。前記大気ポート３２の大気側にはエアーフィルタ
３５を内蔵したエアーフィルタヘッド３４がゴム系等の
シール部材３６を介在させて堅固に取り付けられている
。また、出力ポート３３と負圧室Ａとの間はゴムまたは
合成樹脂等からなる案内管３７によって連通されている
。

前記固定鉄心１３の軸心部には、ピストン４とプランジ
ャー２０との間にロッド４０及び圧縮スプリングからな
る附勢スプリング４１が挿着されており、前記ロッド４
０と附勢スプリング４１はピストン４及びプランジャー
２０の相互に作用力を与える第二附勢手段を構成する。

しかし、附勢スプリング４１に比較して負圧室用圧縮ス
プリング５の弾性力が大に設定されているから、附勢ス
プリング４１の弾性力はプランジャー２０側に現れる。

次に、上記の如く構成された本実施例の負圧アクチュエ
ータの動作を説明する。

まず、ロッド４０が固定鉄心１３に固定されていて、ピ
ストン４を拘束しない場合を前提に基本的動作の説明を
する。

コイル１２が非励磁のとき、附勢スプリング４１によっ
てプランジャー２０が、入力ポート３１側に押圧され、
弁附勢用圧縮スプリング２２の附勢力によってポペット
弁２３が入力ポート３１の端部を閉塞する。したがって
、大気圧がエアーフィルタヘッド３４のエアーフィルタ
３５、大気ポート３２、連通孔２５、出力ポート３３を
介して負圧室Ａに導かれるから、ピストン４は第一附勢
手段である負圧室用圧縮スプリング５の附勢力により移
動し、負荷に接続されたケーブル６は矢印ａ方向に移ａ
づる。

逆に、コイル１２が最も強く励磁されたとき、固定鉄心
１３とプランジ１−−２０との吸引力により、第二附勢
手段の附勢スプリング４１の附勢力に抗して７ランジｔ
７−２０が固定鉄心１３側に移動する。このとき、プラ
ンジャー２０が第１図及び第２図において左側に移動し
、プランジャー２０の端部に配設された取付補助部材２
１はポペット弁２３の外周部と当接し、ボペッ１−弁２
３を図の左方向に移動させるから、弁附勢用圧縮スプリ
ング２２の附勢力によって、ポペット弁２３は取付補助
部材２１の内周面で閉塞され、大気ポート３２は閉塞状
態となる。一方、ポペット弁２３は入力ポート３１の端
部を開口する。したがって、入力ポート３１側の負圧源
によって、出力ポート３３、案内管３７を介して負圧室
Ａ内の負圧を増加させるから、ピストン４は負圧室用圧
縮スプリング５の附勢力に抗して移動し、ケーブル６を
矢印ａとは反対方向に移動させる。

コイル１２に通電される電流値によって弁体部を制御す
るとき、固定鉄心１３とプランジャー２０との間の吸引
力により、第二附勢手段の附勢スプリング４１の附勢力
に抗してプランジｖ−２０が固定鉄心１３側に移動し、
取付補助部材２１とポペット弁２３とが当接封止し、エ
アーフィルタヘッド３４、大気ポート３２、連通孔２５
を経てプランジャー２０内に入り込んだ大気圧が取付補
助部材２１とポペット弁２３との当接封止により出力ポ
ート３３側への大気圧の導入を遮断する。

そして、コイル１２の励磁電流の大きさに応じてプラン
ジャー２０は入力ポート３１とポペット弁２３との距離
を離す。入力ポート３１とポペット弁２３とが離れると
、出力ポート３３を介して負圧室Ａに負圧が導かれ、負
圧室Ａでは第一附勢手段の負圧室用圧縮スプリング５の
附勢力に抗してピストン４を矢印ａの反対方向に移動さ
せる。このとき、ダイアフラム２４には、出力ポート３
３側の負圧及び大気ポート３２側の大気圧によって取付
補助部材２１を図の右方向に移動する力が生じる。

即ち、コイル１２によるプランジャー２０の吸引力と、
前記大気ポート３２と出力ポート３３との圧力差による
ダイアフラム２４の有効径あたりに作用する力及び第二
附勢手段である附勢スプリング４１の附勢力と比較した
とき、ダイアフラム２４の有効径あたりに作用する力が
大きくなると、プランジャー２０が図の右方向に移動し
、それに伴って取付補助部材２１及びポペット弁２３も
右に移動し、入力ポート３１をポペット弁２３で封止す
る。ポペット弁２３は入力ポート３１を封止することで
移動が停止させられるが、プランジャー２０が更に附勢
スプリング４１の附勢力及びダイアフラム２４の有効径
あたりに作用する力によって右方向に移動させられると
、取付補助部材２１とポペット弁２３との封止が解かれ
、大気圧がエアーフィルタ３５、大気ポート３２、連通
孔２５を介して前記取付補助部材２１とポペット弁２、
　３との間を通り、出力ポート３３を介して負圧室Ａに
導かれる。それによって、出力ポート３３側と大気ポー
ト３２側との圧力差が少なくなると、ダイアフラム２４
の有効径あたりに作用する力が小さくなり、コイル１２
によるプランジャー２０その吸引力の方が大となるから
、再び、取付補助部材２１とポペット弁２３とが当接封
止状態となる。そして、出力ポート３３側の負圧が減少
すると、ダイアフラム２４の有効径あたりに作用する圧
力差が減少するから、ポペット弁２３と入力ポート３１
とが開き、出力ポート３３を介して負圧室Ａに再び負圧
を導くことになる。

したがって、この種の負圧アクチュエータはコイル１２
の励！１ｆｆｌ流による固定鉄心１３とプランジャー２
０との吸引力と、前記大気ポート３２と出力ポート３３
との圧力差によるダイアフラム２４の有効径あたりに作
用する力及び第二附勢手段である附勢スプリング４１と
の力関係で負圧室Ａの負圧が決定されることになる。

このときの、前記ダイアフラム３の作用力と、ピストン
４の移！Ｊ＋　ｍ、即ち、ケーブル６のストローク量は
第３図に示す負圧アクチュエータの特性図に示すように
作動する。

今までの本実施例の説明では、ロッド４０と固定鉄心１
３とを固定し、しかも、ロッド４０がピストン４の移動
を拘束することのない条件であったが、この場合には、
第３図の特性図に示すように、負圧アクチュエータ本体
部１の負圧室Ａの負圧が漸次増大し、その作用力がコイ
ル１２の励磁電流に略比例して、ｐａからｐｂに変化す
るとき、その途中の作用力Ｐ２でのケーブル６のストロ
ーク量はＳｌとなる。ところが、作用力Ｐ２より大きい
値のｐｂまで上昇し、その後、負圧室Ａの負圧をＰｂ、
Ｐｃからｐｄと漸次減少させても、作用力Ｐ２ではケー
ブル６のストローク量が８２（ＳｌくＳ２）となり、ス
トローク量を８１とするには、負圧室Ａの負圧を更に減
じてＰｌまで下げなくてはならなくなる。即ち、ケーブ
ル６に接続された負荷、可動部分の接触抵抗、ダイアフ
ラムの弾性度等の影響により、ヒステリシスを有するこ
とになる。

前記ヒステリシスは、第３図からも判るように、例えば
、作用力を減するとぎのみ、負圧室Ａの内圧を作用力ｐ
ｂと作用力Ｐｃに相当する差圧だけ負圧室Ａの負圧を減
じてピストン４に与えれば、本実施例の負圧アクチュエ
ータの特性はＰａ、Ｐｂによって現わされることになる
。同様に、作用力を増加するときのみ、負圧室Ａの内圧
を作用力ｐｂと作用力ｐｃに相当する差圧だけ負圧室Ａ
の負圧を増加して、ピストン４に与えれば、本実施例の
負圧アクチュエータの特性は、Ｐｃ　、Ｐｄによって現
わされることになる。

そこで、本実施例では、プランジャー２０とピストン４
との間に附勢手段として、ロッド４０と附勢スプリング
４１を挾持させることによって、次のように動作させる
ことができる。

第３図の特性図に示すように、一旦、負圧室Ａの負圧を
増加し、ケーブル６により負荷の変位を矢印ａの反対方
向に行った後、ピストン４が本来復帰すべきピストン位
置まで戻らないままに止まつだとすると、ピストン４と
プランジャー２０間に挿着された第二附勢手段は、ロッ
ド４０によって附勢スプリング４１が前記附勢スプリン
グ４１の附勢力に抗して圧縮された状態にある。このと
き、プランジャー２０に加わる作用力は図の右方向の力
となり、本来復帰すべきピストン位置のときの附勢スプ
リング４１の附勢力よりも大となる。

したがって、コイル１２によるプランジャー２０の吸引
力と、前記大気ポート３２と出力ポート３３との圧力差
によるダイアフラム２４の有効径あたりに作用する力及
び第二附勢手段である附勢スプリング４１の附勢力の力
関係は、ピストン４が変位していない分だけ、附勢スプ
リング４１の附勢力が大となり、見掛は上、負圧室Ａの
負圧が大となり、ポペット弁２３が入力ポート３１を閉
塞し、プランジャー２０とポペット弁２３との当接封止
状態が解けて、大気圧が、大気ポート３２から出力ポー
ト３３を介して、負圧室Ａに導かれる。

これによって負圧室Ａの負圧が減じられ、ケーブル６を
矢印ａの方向に、コイル１２によるプランジャー２０の
吸引力と、前記大気ポート３２と出力ポート３３との圧
力差によるダイアフラム２４の有効径あたりに作用する
力及び第二附勢手段である附勢スプリング４１の附勢力
の力の均衡が取れる位置まで移動されることになる。

また。ピストン４を前者とは逆方向に移動させた場合、
即ち、一旦、負圧室Ａの負圧を減少し、ケーブル６によ
り負荷の変位を矢印ａの方向に行った後、ピストン４が
本来復帰すべきピストン位置まで戻らないままに止まっ
たとすると、ピストン４とプランジャー２０間に挿着さ
れた第二附勢手段の附勢スプリング４１は本来圧縮され
ているべき前記附勢スプリング４１の附勢力よりも、膨
張された状態にある。

このようにして、］コイル２によるプランジャー２０の
吸引力と、前記大気ポート３２と出力ポート３３との圧
力差によるダイアフラム２４の有効径あたりに作用する
力及び第二附勢手段である附勢スプリング４１の附勢力
の力関係は、ピストン４が変位していない分だけ、附勢
スプリング４１の附勢力が小となり、見掛は上、負圧室
Ａの負圧が小となり、プランジｐ−２０とポペット弁２
３との当接封止状態となり、更にポペット弁２３が入力
ポート３１を開き、負圧が入力ポート３１から出力ポー
ト３３を介して、負圧室Ａに導かれる。これによって負
圧室Ａの負圧が増加し、ケーｌ　　　　プル６を矢印ａ
の方向と反対方向に、附勢スプリング４１の附勢力が小
となった分だけ移動させることになる。

したがって、コイル１２によるプランジャー２０の吸引
力と、前記大気ポート３２と出力ポート３３との圧力差
によるダイアフラム２４の有効径あたりに作用する力及
び第二附勢手段である附勢スプリング４１の附勢力の力
の均衡が、ヒステリシスによってピストン４の位置が変
位するストローク量に等しくなるように、第二附勢手段
である附勢スプリング４１の附勢力を設定すればよい。

このときの附勢スプリング４１の附勢力を第３図のスト
ローク量の差、即ち、補正すべきヒステリシス幅の作用
力が得られるように設定すれば、附勢スプリング４１に
よって、前記ヒステリシスを補正することができる。

なお、本実施例では、第二附勢手段の附勢力を圧縮スプ
リングを用いて得ているが、本発明を実施する場合には
、圧縮スプリングに限定されるものでなく、伸張スプリ
ング或いは圧縮・伸張スプリングを用いても同様に機能
することができる。

また、本実施例では第二附勢手段として、附勢スプリン
グ４１とロッド４０とを用いたが、ピストン側にスプリ
ングガイド等の附勢スプリングの案内筒を取り付ければ
、附勢スプリングのみで、本発明の前記第二附勢手段の
機能を充足させることができる。勿論、前記実施例で示
したロッド４０をピストン４側に固着しても同様な機能
を有する。

しかし、ロッド４０をピストン４側に固着しない方が組
み立て上有利である。

［発明の効果］ 以上のように本発明は、負圧アクチュエータ本体部と一
体に設けた電流値に応じてその弁体の開度をＩＩＩ　ｍ
する電磁式圧力制御弁とからなり、前記電磁式圧力制御
弁の弁体を移動するプランジャーと前記負圧アクチュエ
ータ本体部のピストンとの間に、第二附勢手段を挾持さ
せ、それによってヒステリシスを補正するものであるか
ら、電気的制御系を使用することなく構成でき、補正の
ための構成を簡単化することができ、かつ、廉価にでき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の負圧アクチュエータの断面
図、第２図は第１図の弁体部分の拡大断面図、第３図は
負圧アクチュエータのヒステリシス特性図を示すもので
ある。 図において、 １・・・負圧アクチュエータ本体部、 ３・・・ダイアフラム、　　　　　４・・・ピストン、
１０・・・電磁式圧力制御弁、 ２０・・・プランジャー、 ２２・・・弁附勢用圧縮スプリング、 Ａ・・・負圧室、　　　　　　　Ｂ・・・大気室、であ
る。 なお、図中、同−符号及び同一記号は、同一または相当
部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）気密性の薄膜で仕切られた負圧室及び大気室と、
   前記負圧室内に配設された第一附勢手段と、前記負圧室
   の圧力変化に伴って前記薄膜と密着応動するピストンと
   、前記負圧室に負圧を導入する入力ポートと、 　前記入力ポートを開閉する弁体と、前記弁体を移動さ
   せるプランジャーと、前記プランジャーをその発生する
   磁力によって駆動するコイルと、　前記プランジャーと
   前記ピストンとの間に挟持され、前記弁体を附勢する第
   二附勢手段からなることを特徴とする負圧アクチュエー
   タ。
2. （２）前記プランジャーと前記ピストンとの間に挾持さ
   せた第二附勢手段を、前記ピストンと連動するロッド及
   び附勢スプリングとしたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載の負圧アクチュエータ。