CN106907461A - 与轴一体的齿轮和排气阀驱动装置 - Google Patents

与轴一体的齿轮和排气阀驱动装置 Download PDF

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Abstract

一种与轴一体的齿轮，其特征在于具有：旋转轴，其由树脂材料形成；及圆筒状齿轮，其由金属材料形成，并外嵌在所述旋转轴的齿轮支撑部上。

Description

与轴一体的齿轮和排气阀驱动装置
技术领域
本发明涉及一种与轴一体的齿轮和排气阀驱动装置。
背景技术
为了提高汽车的排气效率和消音性，例如现有技术中使用了一种通过使设置在消音器上的排气阀开闭(打开/关闭)，进而对排气通道进行切换等的排气阀驱动装置。作为排气阀驱动装置，周知的例如存在一种包括与排气阀连接的旋转轴、使旋转轴旋转的马达、及对旋转轴的旋转位置进行检测的位置传感器的结构。
这里，由于汽车的排气通道内要流入高温(例如200℃以上)废气，从排气阀经由旋转轴所传递的热量可能会导致马达和/或位置传感器产生故障。为此，周知的还存在一种使排气阀与马达和位置传感器分离，并在排气阀与马达等之间设置了隔热板的排气阀驱动装置(例如，参照专利文献1)。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1](日本)特开2001－289071号公报
发明内容
[发明所要解决的课题]
然而，在上述专利文献1记载的排气阀驱动装置中，为了使排气阀与马达等分离，装置结构可能会大型化。另外，还需要在排气阀和马达等之间设置隔热板，这不仅会导致部件数增加，而且还有可能使结构复杂化。
这里，为了对从排气阀传导至马达的热量进行抑制，一般来说，可考虑采用热传导率较低的树脂材料来形成旋转轴和/会齿轮等。但是，由于树脂材料所形成的齿轮的强度较低，排气阀开闭时的冲击等可能会导致其产生破损，所以存在着无法对马达的驱动力进行传递，并且不能对排气阀进行开闭的可能性。
本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种与轴一体的齿轮，其不仅具有小型且简单的结构，还能从驱动源向被驱动体传递驱动力，并且还具有可对从被驱动体传导至驱动源的热量进行绝热的良好的绝热性。
[用于解决课题的手段]
根据本发明的一方面，提供一种与轴一体的齿轮，具有：旋转轴，其由树脂材料形成；及圆筒状齿轮，其由金属材料形成，并外嵌在所述旋转轴的齿轮支撑部上。
[发明的效果]
根据本发明的实施方式，可提供一种与轴一体的齿轮，其不仅具有小型且简单的结构，还能从驱动源向被驱动体传递驱动力，并且还具有能对从被驱动体传导至驱动源的热量进行绝热的良好的绝热性。
附图概述
图1是对实施方式的排气阀驱动装置进行例示的图。
图2是实施方式的排气阀驱动装置的分解图。
图3是沿图1(B)的A－A线的截面图。
图4是沿图1(B)的B－B线的截面图。
图5是例示包括实施方式的与轴一体的齿轮的主要部分的图。
图6是包括实施方式的与轴一体的齿轮的主要部分的分解图。
图7是包括实施方式的与轴一体的齿轮的主要部分的截面图。
图8是实施方式的转子的俯视图。
图9是实施方式的齿轮的斜视图。
图10是实施方式的齿轮的俯视图。
图11是图10的沿C－C线的截面图。
图12是对实施方式的基于齿轮支撑部的齿轮的支撑结构进行说明的图。
[符号说明]
10 位置传感器
20 转子(rotor)
30 与轴一体的齿轮
32 旋转轴
33 齿轮支撑部
34 齿轮(gear)
36 环状突部
37 固定沟
38 环状沟
39 侧壁
40 马达(驱动源)
50 接合部(joint)(连接机构)
100 排气阀驱动装置
本发明的实施方式
以下参照附图对本发明的实施方式进行说明。需要说明的是，各图中对相同结构的部分赋予了相同的符号，并根据情况对重复的说明进行了省略。
首先，根据附图对实施方式的排气阀驱动装置100进行说明。排气阀驱动装置100例如可与设置在汽车消音器上的排气阀连接，并可使该排气阀开闭，进而可对从内燃机排出的废气的排气通道进行变更。
图1是对实施方式的排气阀驱动装置100进行例示的图。图1(A)是排气阀驱动装置100的侧面图，图1(B)是排气阀驱动装置100的俯视图。另外，图2是实施方式的排气阀驱动装置100的分解斜视图。图3是沿图1(B)的A－A线的截面图，具体为经过了与轴一体的齿轮30的旋转轴的截面图。图4是沿图1(B)的B－B线的截面图，具体为经过了马达40的驱动轴的截面图。
如图1至图4所示，排气阀驱动装置100具有：位置传感器10；转子20；与轴一体的齿轮30；作为驱动源的马达40；作为连接机构的接合部50；上箱体101；及下箱体103。
位置传感器10通过两个螺丝12被固定在上箱体101的上面。在位置传感器10和上箱体101之间设置了用于防水的衬垫11。位置传感器10具有霍尔(Hall)元件等的磁传感器，用于对与轴一体的齿轮30的旋转位置进行检测。
转子20通过螺丝21被固定在与轴一体的齿轮30的旋转轴的上端。转子20形成为圆筒状，并且，内周面上设置了永久磁铁和轭(yoke)板。位置传感器10通过由磁传感器对和与轴一体的齿轮30一起旋转的转子20的磁通密度的变化进行检测，可对与轴一体的齿轮30的旋转位置进行检测。
与轴一体的齿轮30是由金属材料所形成的齿轮，并且是通过嵌件成型(insertmolding)的方式与由树脂材料所形成的旋转轴一体形成的。与轴一体的齿轮30介由O型圈31被支撑在下箱体103上。与轴一体的齿轮30的上端固定了转子20，下端固定了接合部50。
与轴一体的齿轮30如图3和图4所示与马达40的蜗轮(worm gear)41啮合，借助从马达40传递过来的驱动力可进行旋转。具体而言，马达40进行旋转驱动后，蜗轮41对驱动力进行传递，据此，与轴一体的齿轮30可与转子20和接合部50一起旋转。
马达40设置在上箱体101和下箱体103之间，并由板状支撑部42和O型圈45、46支撑。支撑部42如图2所示通过两个螺丝43被固定在上箱体101上。
马达40如图4所示在驱动轴47的端部设置了同与轴一体的齿轮30进行啮合的蜗轮41。设置在外部的控制器可控制马达40进行旋转驱动，据此，可使与蜗轮41啮合的与轴一体的齿轮30进行旋转。
接合部50通过销51被固定在与轴一体的齿轮30的旋转轴的下端部分，并可同与轴一体的齿轮30一起旋转。接合部50与可使排气阀的阀体进行旋转的阀轴卡合。接合部50通过同与轴一体的齿轮30一起旋转，可使排气阀的阀轴旋转，并可使排气通道开闭。
上箱体101和下箱体103例如由树脂材料形成。上箱体101和下箱体103介由用于防水的衬垫102进行接合，与轴一体的齿轮30的齿轮部分和马达40等收藏在其内部。上箱体101的下面周缘部上安装了丝网(wire mesh)104。
接下来，根据附图对包括实施方式的与轴一体的齿轮30的主要部分的结构进行详细说明。
图5是对包括实施方式的与轴一体的齿轮30的主要部分进行例示的图。图5(A)和图5(B)分别是从不同角度进行观察时的侧面图。图6是包括实施方式的与轴一体的齿轮30的主要部分的分解斜视图。另外，图7是包括实施方式的与轴一体的齿轮30的主要部分的截面图。
位置传感器10如图5至图7所示具有连接器13、外筒部14及传感器部15，并被固定在排气阀驱动装置100的上箱体101上。连接器13上连接了用于将检测信号发送至外部控制器的缆线。外筒部14形成为圆筒状，并覆盖(环绕)传感器部15的周围。传感器部15形成为圆柱状，并且，其内部设置了磁传感器。
转子20通过螺丝21被固定在与轴一体的齿轮30的上端，并可同与轴一体的齿轮30一起旋转。转子20形成为圆筒状，并对固定在上箱体101上的位置传感器10的传感器部15进行环围。
图8是实施方式的转子20的俯视图。转子20如图8所示沿圆筒部22的内周面设置了永久磁铁23A、23B和轭板24A、24B。永久磁铁23A、23B分别形成为棒状，并相对配置。轭板24A、24B分别形成为半圆筒状，并在永久磁铁23A、23B之间相对配置。转子20通过具有这样的结构可在轭板24A和轭板24B之间形成磁场。
接合部50如图5至图7所示具有连接部52和两个卡合爪54。连接部52由树脂材料形成，并具有供与轴一体的齿轮30的连接轴55插入的连接孔53。连接部52通过销51被固定在插入了连接孔53的与轴一体的齿轮30的连接轴55上。
卡合爪54由金属材料形成，并在与轴一体的齿轮30的相反侧被形成为，从连接部52开始沿同与轴一体的齿轮30的旋转轴的轴方向平行地进行延伸。卡合爪54可与设置在排气通道上的排气阀的阀轴进行卡合。
排气阀驱动装置100的马达40进行旋转驱动后，与轴一体的齿轮30与转子20和接合部50一起旋转。接合部50同与轴一体的齿轮30一起旋转后，与卡合爪54卡合的排气阀的阀轴进行旋转，这样，与阀轴连接的阀体就可进行旋转，进而可对排气通道进行开闭。
另外，转子20同与轴一体的齿轮30一起旋转后，被固定了的位置传感器10的传感器部15周围的磁场方向随着转子20的旋转而进行变化。设置在传感器部15上的磁传感器可将基于藉由转子20的旋转而与磁场方向一起变化的磁通密度的信号进行输出。
与位置传感器10连接的控制器根据从磁传感器所输出的信号可对与轴一体的齿轮30的旋转位置进行检测。另外，控制器通过对与轴一体的齿轮30的旋转位置进行检测，还可对通过接合部50同与轴一体的齿轮30连接的排气阀的开闭状态进行把握。
与轴一体的齿轮30如图5至图7所示具有旋转轴32和齿轮34。旋转轴32由树脂材料形成。另外，齿轮34可为圆筒状并可由金属材料形成。齿轮34例如可为金属制的烧结齿轮。旋转轴32和齿轮34通过嵌件成型的方式一体形成。
旋转轴32具有齿轮支撑部33和连接轴55。齿轮支撑部33形成为圆筒状，并被外嵌了齿轮34。连接轴55形成为多边柱状，并被设置在旋转轴32的下端部分。连接轴55可插入设置在接合部50的连接部52上的连接孔53内，并可通过销51与接合部50进行连接。
齿轮34形成为圆筒状，并外嵌在旋转轴32的齿轮支撑部33上。齿轮34的外周面形成有可与马达40的蜗轮41进行啮合的齿，并可介由蜗轮41对马达40的驱动力进行传递。
马达40进行旋转驱动后，来自马达40的驱动力被传递至齿轮34，据此，与齿轮34一体形成的旋转轴32就会与转子20和接合部50一起旋转。这样，通过马达40进行旋转驱动以使旋转轴32和接合部50一起旋转，与接合部50连接的排气阀就可进行开闭。另外，通过旋转轴32和转子20一起进行旋转，根据来自位置传感器10的磁传感器的输出，还可对旋转轴32的旋转位置和排气阀的开闭状态进行检测。
接下来，根据附图对与轴一体的齿轮30的齿轮34的结构和基于旋转轴32的齿轮支撑部33的齿轮34的支撑结构进行说明。
图9是实施方式的齿轮34的斜视图。另外，图10是实施方式的齿轮34的俯视图。图11是沿图10的C－C线的截面图。
齿轮34如图9至图11所示形成为圆筒状，其外周面上设置了可与蜗轮41进行啮合的齿35。另外，齿轮34具有从内周面开始向半径方向的内侧进行突出的环状突部36。环状突部36形成在齿轮34的全体内周面上，并等间隔地设置了多个(本文中，多个指两个以上)的固定沟37。
齿轮34与旋转轴32采用嵌件成型的方式一体形成，并外嵌在齿轮支撑部33上。在进行旋转轴32和齿轮34的嵌件成型时，可使形成为齿轮支撑部33的树脂流入齿轮34的内周面侧，并以环状突部36深入齿轮支撑部33的外周面的方式，使齿轮34和齿轮支撑部33一体形成。
这样，通过使具有多个固定沟37的环状突部36形成为深入齿轮支撑部33的外周面的方式，齿轮34就会与齿轮支撑部33啮合并不会发生空转地与旋转轴32一起进行旋转。
图12是对实施方式的基于齿轮支撑部33的齿轮34的支撑结构进行说明的图。
如图12所示，齿轮34外嵌在设置于齿轮支撑部33的整周上的环状沟38内，并以在环状沟38的侧壁39之间被夹持的方式与齿轮支撑部33一体形成。
通过这样的结构，例如，如图12(A)所示，当温度上升时，由树脂材料所形成的齿轮支撑部33会发生膨胀，并会对齿轮34的内周面进行按压。这样，当温度上升时，齿轮34会以其内周面向半径方向的外侧被按压的方式而被齿轮支撑部33固定支撑。
另外，例如，如图12(B)所示，当温度下降时，由树脂材料所形成的齿轮支撑部33会发生收缩，侧壁39会对齿轮34的侧面进行按压。这样，当温度下降时，齿轮34会以在侧壁39之间被夹持的方式而被齿轮支撑部33固定支撑。
所以，即使在温度变化导致由树脂材料所形成的齿轮支撑部33发生了膨胀或收缩的情况下，齿轮34也会被齿轮支撑部33进行牢固地固定支撑。这样，齿轮34就会与温度变化无关地而被齿轮支撑部33固定支撑，并且，藉由内周面上所形成的环状突部36与齿轮支撑部33进行啮合，还可不会发生空转地与旋转轴32一起进行旋转。
如上所述，在本实施方式的与轴一体的齿轮30中，由热传导率比金属还低的树脂材料形成了旋转轴32。这样，可提高旋转轴32的绝热性，进而可减少从设置在流入高温废气的排气通道上的排气阀传递至位置传感器10和/或马达40的热量。所以，不需要将位置传感器10和/或马达40等与排气阀和/或与轴一体的齿轮30进行分开设置，据此，可实现排气阀驱动装置100的小型化及结构的简单化。
另外，在与轴一体的齿轮30中，齿轮34由金属材料所形成。所以，即使在高温环境下也可维持齿轮34的强度，可防止例如排气阀开闭时的冲击等对齿轮34造成破坏。另外，就齿轮34而言，其是以环状突部36深入齿轮支撑部33的外周面，并以该齿轮34嵌入齿轮支撑部33的环状沟38的方式，采用嵌件成型与旋转轴32一体形成的。所以，通过这样的结构，齿轮34可与温度变化无关地被齿轮支撑部33进行固定支撑，并可不会发生空转地与旋转轴32一起进行旋转。
这样，通过本实施方式的与轴一体的齿轮30，能以小型且简单的结构，将来自作为驱动源的马达40的驱动力传递至作为被驱动体的排气阀，并且，还可提高排气阀和马达40等之间的绝热性。另外，就具有与轴一体的齿轮30的排气阀驱动装置100而言，也可使其小型化和结构简单化。
以上尽管对实施方式的与轴一体的齿轮和排气阀驱动装置进行了说明，但是本发明并不限定于上述实施方式，在本发明的技术范围内还可进行各种各样的变更、变形及改良。
例如，在上述实施方式中，尽管例示了作为位置传感器10使用了霍尔元件等的磁传感器的结构，但是也可以采用其他不同的方式对与轴一体的齿轮30的旋转位置进行检测。另外，就齿轮34的内周面上所形成的环状突部36的形状及固定沟37的数量和位置等的结构而言，只要能够防止齿轮34的空转，并不限定于上述实施方式中所例示的结构。另外，接合部50的卡合爪54等尽管也是根据所要连接的排气阀的结构进行设计的，同样也不限定于上述实施方式中所例示的结构。再有，作为实施方式尽管例示了具有与轴一体的齿轮30的排气阀驱动装置100，但是与轴一体的齿轮30还可应用于其他各种各样的装置。
因此，基于上述，本发明的实施方式提供了一种与轴一体的齿轮，其特征在于具有：旋转轴，其由树脂材料形成；及圆筒状齿轮，其由金属材料形成，并外嵌在所述旋转轴的齿轮支撑部上。
其中，所述齿轮支撑部具有供所述圆筒状齿轮进行外嵌的环状沟，并在所述环状沟的侧壁之间对所述圆筒状齿轮进行夹持。
其中，所述圆筒状齿轮具有从内周面向半径方向的内侧进行突出并形成有固定于所述齿轮支撑部的固定沟的环状突部。
其中，所述圆筒状齿轮通过嵌件成型与所述旋转轴一体成形。
另外，本发明的实施方式还提供了一种排气阀驱动装置，其特征在于具有：上述与轴一体的齿轮；驱动源，其与所述圆筒状齿轮连接，并对所述与轴一体的齿轮进行旋转驱动；位置传感器，其对所述与轴一体的齿轮的旋转位置进行检测；及连接机构，其对所述与轴一体的齿轮和设置在内燃机排气通道上的排气阀进行连接。

Claims (6)

1.一种与轴一体的齿轮，其特征在于，具有：
旋转轴，其由树脂材料形成；及
圆筒状齿轮，其由金属材料形成，并外嵌在所述旋转轴的齿轮支撑部上。
2.根据权利要求1所述的与轴一体的齿轮，其特征在于：
所述齿轮支撑部具有供所述圆筒状齿轮进行外嵌的环状沟，并在所述环状沟的侧壁之间对所述圆筒状齿轮进行夹持。
3.根据权利要求1或2所述的与轴一体的齿轮，其特征在于：
所述圆筒状齿轮具有从内周面向半径方向的内侧进行突出并形成有固定于所述齿轮支撑部的固定沟的环状突部。
4.根据权利要求1或2所述的与轴一体的齿轮，其特征在于：
所述圆筒状齿轮通过嵌件成型与所述旋转轴一体成形。
5.根据权利要求3所述的与轴一体的齿轮，其特征在于：
所述圆筒状齿轮通过嵌件成型与所述旋转轴一体成形。
6.一种排气阀驱动装置，其特征在于，具有：
根据权利要求1至5的任意一项所述的与轴一体的齿轮；
驱动源，其与所述圆筒状齿轮连接，并对所述与轴一体的齿轮进行旋转驱动；
位置传感器，其对所述与轴一体的齿轮的旋转位置进行检测；及
连接机构，其对所述与轴一体的齿轮和设置在内燃机排气通道上的排气阀进行连接。
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