JP2005248987A - 軸受支持装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 比較的成形精度の低い樹脂材料よりなる部品同士の軸受け構造であっても、第1バタフライバルブ4のバルブ軸31と第1バルブ軸受け部材11のバルブ軸受け穴51との間の摺動性と信頼性とを両立させることを課題とする。
【解決手段】 軸受け保持部材17の嵌込み穴61の複数個の嵌合凹部63内に、第1バルブ軸受け部材11の複数個の嵌合凸部53を締まり嵌めする嵌め合い部を、バルブ軸受け穴51に対して、第1バルブ軸受け部材11のバルブ軸受け穴51の内径寸法に影響を与えない方向に締まり嵌めによる嵌合力が作用することが可能な位置関係となるように設けている。軸受け保持部材17の嵌込み穴61の複数個の嵌合凹部63内への、第1バルブ軸受け部材11の複数個の嵌合凸部53の嵌め込みと同時に、第1バルブ軸受け部材11の嵌込み穴61およびバルブ軸受け部52のセンタリングが可能となる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、回転体を回転自在に支持する軸受支持装置に関するもので、例えば自動車等の車両に搭載されるエンジンの樹脂製インテークマニホールド内に形成される吸入空気通路の通路長または断面積を変更する多連一体型のバタフライバルブを回転自在に支持するバルブ軸受支持装置に係わる。
[従来の技術]
従来より、エンジン回転速度やエンジン負荷等に応じて多気筒エンジンの吸気管長や断面積を2段階に切り替え、吸入空気に慣性過給効果あるいは共鳴過給効果を与えて、多気筒エンジンの出力を向上させる技術、所謂、可変吸気システムがエンジンの吸気系に組み込まれている(例えば、特許文献1〜3参照)。このような可変吸気システムにおいては、図7(a)および図8に示したように、多気筒エンジンの各気筒それぞれに連通する吸入空気通路101の通路長や断面積を切り替えるために、インテークマニホールド102のバルブ軸受け部103に、多連一体型のバタフライバルブ104を回転自在に支持するバタフライバルブ軸受支持構造(従来例1)を備えている。
ここで、上記のバタフライバルブ104は、吸入空気通路101の中心軸線方向に直交する方向に回転中心軸線を有する1本のバルブシャフト105に支持されている。そして、そのバルブシャフト105は、アクチュエータ110で回転駆動することにより、バタフライバルブ104が開閉制御されるようになっている。なお、バタフライバルブ104の回転中心軸線方向の両端部には、バルブシャフト105の外周を被覆するバルブ軸(略軸受け部)106が一体的に形成されている。また、バルブシャフト105のアクチュエータ110側の端部は、例えばベアリング107等により軸支されている。
近年、軽量化、断熱性および設計自由度の向上の観点から、例えばインテークマニホールド102およびバタフライバルブ104を樹脂化しようとする試みや提案がなされている。しかし、エンジンの吸気系の部品を樹脂化する場合、金属材料と比較して成形精度が低下する。そのため、樹脂製インテークマニホールド102のバルブ軸受け部103の内周面と樹脂製バタフライバルブ104のバルブ軸106の外周面との間の軸受クリアランスを小さくすると、バルブ軸受け部103とバルブ軸106との摺動抵抗が増大する。この摺動抵抗の増大を抑制するため、バルブ軸受け部103とバルブ軸106との間には大きな軸受クリアランスを確保する必要がある。この結果、バルブシャフト105およびバルブ軸106の反アクチュエータ側の端部(図示左端部)は、バルブ軸受け部103により回転中心軸線方向に対して直交する半径方向の移動が拘束されない自由端となっている。
[従来の技術の不具合]
ところで、複数の吸入空気通路101を流れる吸入空気は、エンジンの回転による脈動を伴う。そのため、複数の吸入空気通路101に設置されている各バタフライバルブ104は、脈動によって振動する。特に自由端となっている反アクチュエータ側のバタフライバルブ104に脈動に伴う吸気圧力が作用した場合、バルブシャフト105の反アクチュエータ側の端部は大きく振動する。その結果、樹脂製インテークマニホールド102のバルブ軸受け部103と樹脂製バタフライバルブ104のバルブ軸106との衝突速度は増大する。また、バルブシャフト105の外周は、樹脂製バタフライバルブ104のバルブ軸106によって被覆されている。そのため、バルブシャフト105の反アクチュエータ側の端部では、樹脂製インテークマニホールド102のバルブ軸受け部103と樹脂製バタフライバルブ104のバルブ軸106とが接触する。
ここで、樹脂材料よりなる部品同士が接触する部位では、滑り易さを示す限界PV値は小さい。そのため、樹脂製インテークマニホールド102のバルブ軸受け部103と樹脂製バタフライバルブ104のバルブ軸106との間の摺動性が悪化し、摩耗量が非常に多くなる(図5参照)。樹脂製インテークマニホールド102のバルブ軸受け部103と樹脂製バタフライバルブ104のバルブ軸106との摩耗が進行すると、樹脂製インテークマニホールド102のバルブ軸受け部103と樹脂製バタフライバルブ104のバルブ軸106との間の軸受クリアランスは拡大する。その結果、振動に伴うバルブシャフト105の揺れは拡大し、バルブ軸受け部103とバルブ軸106との衝突速度は更に増大するため、異音の発生を招くという問題がある。
[先行の技術の不具合]
そこで、樹脂製インテークマニホールド102のバルブ軸受け部103と樹脂製バタフライバルブ104のバルブ軸106との耐摩耗性を向上させるという目的で、既に特願2002−219765号(平成14年7月29日出願)を出願したが、この出願では、図7(b)および図9に示したように、樹脂製インテークマニホールド102のバルブ軸受け部103の軸受け穴111側を金属スリーブ112に変更している。つまり、金属材料よりなる部品と樹脂材料よりなる部品との軸受け構造となるので、樹脂材料よりなる部品同士の軸受け構造よりも、金属スリーブ112の内周面と樹脂製バタフライバルブ104のバルブ軸106の外周面との間の軸受クリアランスで発生する打音のレベルが上がってしまい、軸受クリアランスを実質的に小さくする必要がある。
そこで、金属スリーブ112の内周面と樹脂製バタフライバルブ104のバルブ軸106の外周面との間の軸受クリアランスを実質的に小さくすると、実質的に金属スリーブ112と樹脂製バタフライバルブ104のバルブ軸106との間の摺動性および耐摩耗性が悪化してしまう。この対応として、金属スリーブ112を、弾性体(焼付けゴム等)113を介してバルブ軸受け部103に接着するようにしている。しかし、このようなバタフライバルブ軸受支持構造(従来例2)では、部品点数や組付工数が増加するので、生産性が悪く、コストを上昇させてしまうという問題があった。
特開平07−166877号公報(第1−5頁、図1−図7) 特開平08−277717号公報(第1−9頁、図1−図9) 特開2002−317718号公報(第1−4頁、図1−図7)
本発明の目的は、比較的成形精度の低い樹脂材料よりなる部品同士の軸受け構造であっても、軸受け保持部材の嵌込み穴内に軸受け部材を嵌め込むだけで、軸受け部材の軸受け穴の真円度と同軸度とを良好に維持することが可能となるので、回転体と軸受け部材との間の摺動性と信頼性とを両立させることのできる軸受支持装置を提供することにある。また、軸受け保持部材の嵌込み穴内への軸受け部材の嵌め込みと同時に、軸受け部材の軸受け穴のセンタリングが可能となるので、組付作業が容易となり、生産性を向上することのできる軸受支持装置を提供することにある。
請求項1に記載の発明によれば、回転体および軸受け部材は共に樹脂化されており、比較的成形精度の低い樹脂材料よりなる部品同士の軸受け構造としている。そして、軸受け保持部材の嵌込み穴内に、軸受け穴を有する軸受け部材を締まり嵌めする嵌め合い部を、軸受け穴に対して、軸受け部材の軸受け穴の内径寸法に影響を与えない方向に締まり嵌めによる嵌合力が作用することが可能な位置関係となるように設けたことにより、比較的成形精度の低い樹脂材料よりなる部品同士の軸受け構造であっても、軸受け保持部材の嵌込み穴内に軸受け部材を嵌め込むだけで、軸受け部材の軸受け穴の真円度と同軸度とを良好に維持することが可能となるので、回転体と軸受け部材との間の摺動性と信頼性とを両立させることができる。また、軸受け保持部材の嵌込み穴内に軸受け部材を嵌め込むだけで、軸受け保持部材の嵌込み穴内に軸受け部材を締まり嵌めによる嵌合力を用いて保持固定できるので、組付作業が容易となると共に、部品点数が少なくて済み、生産性の向上とコストダウンとを実現することができる。
請求項2に記載の発明によれば、軸受け保持部材の嵌込み穴内に、軸受け穴を有する軸受け部材を締まり嵌めする嵌め合い部を、軸受け穴に対して、軸受け保持部材の嵌込み穴内に軸受け部材を締まり嵌めした際に軸受け部材に生じる嵌合応力の向きが、軸受け部材の略円周方向で、且つ軸受け部材の半径方向の内径側から外れることが可能な位置関係となるように設けても良い。この場合でも、軸受け保持部材の嵌込み穴内に軸受け部材を締まり嵌めした際に軸受け部材に生じる嵌合応力によって軸受け部材の軸受け穴の真円度が悪化することを防止できる。これによって、比較的成形精度の低い樹脂材料よりなる部品同士の軸受け構造であっても、軸受け部材の内径面と回転体の外径面との間の軸受クリアランスを実質的に小さくすることができ、且つ軸受け部材と回転体との間の摺動性および耐摩耗性の悪化を防止することができる。
請求項3に記載の発明によれば、軸受け部材に、内部に軸受け穴が形成された軸受け部、およびこの軸受け部の外壁面から外方側に突出するように形成された嵌合凸部を設けても良い。また、軸受け保持部材の嵌込み穴に、軸受け部を隙間嵌めするための嵌合穴部、および嵌合凸部を締まり嵌めするための嵌合凹部を設けても良い。この場合でも、嵌合凹部内に嵌合凸部を締まり嵌めする嵌め合い部を、軸受け部材の軸受け穴の内径寸法に影響を与えない方向に締まり嵌めによる嵌合力が作用することが可能な位置関係となるように設けることで、軸受け穴の真円度および軸受け部の同軸度が悪化することを防止できる。
請求項4に記載の発明によれば、軸受け保持部材の嵌込み穴の嵌合凹部内に、軸受け部材の嵌合凸部を締まり嵌めする嵌め合い部を、嵌合凸部と嵌合凹部とが面接触または線接触または点接触することが可能な位置関係となるように設けても良い。なお、嵌合凸部と嵌合凹部との相対的な運動、つまり嵌合凹部内からの嵌合凸部の抜けを防止する目的で、嵌合凸部または嵌合凹部に、嵌合凹部内に嵌合凸部を嵌め込む際に弾性変形して嵌め込みを容易化し、嵌合凹部内への嵌合凸部を嵌め込みが終了した時点で嵌合凹部または嵌合凸部を係止または拘止する弾性フック部を一体的に形成しても良い。この弾性フック部は、樹脂一体成形により比較的安価にできる。
請求項5に記載の発明によれば、軸受け部材の軸受け部の断面形状を略円筒形状に形成し、また、軸受け保持部材の嵌込み穴の嵌合穴部の穴形状を軸受け部の断面形状に対応した略円形状に形成している。そして、軸受け部材の軸受け部の外径面から半径方向の外径側に突出するように形成される嵌合凸部の外形形状を、軸受け部の外径面より半径方向の外径側に向けて先細りとなるテーパ形状に形成しても良い。また、軸受け保持部材の嵌合穴部の内径面から半径方向の外径側に突出するように形成される嵌合凹部の形状を、嵌合穴部の内径面に位置する開口部から奥側に向けて先細りとなるテーパ形状に形成しても良い。この場合には、軸受け保持部材の嵌込み穴の嵌合凹部内に軸受け部材の嵌合凸部を締まり嵌めにより嵌め込むだけで、軸受け部材の軸受け部に形成される軸受け穴の内径寸法に影響を与えることなく、軸受け保持部材の嵌込み穴内に軸受け部材を強固に保持固定できる。
請求項6に記載の発明によれば、上記の嵌合凸部を、軸受け部材の軸受け保持部材への挿入方向に向けて先細りとなるテーパ形状に形成しても良い。また、上記の嵌合凹部を、軸受け保持部材の一端面に位置する開口部から軸受け保持部材の他端面に位置する開口部に向けて先細りとなるテーパ形状に形成しても良い。この場合には、軸受け保持部材の嵌込み穴の嵌合凹部内への軸受け部材の嵌合凸部の嵌め込み度合が大きい程、軸受け部材の軸受け部に形成される軸受け穴の内径寸法に影響を与えることなく、軸受け保持部材の嵌込み穴内に軸受け部材をより強固に保持固定できる。
請求項7に記載の発明によれば、軸受け部材の軸受け穴の穴形状を、回転体の断面形状に対応した円形状に形成している。そして、上記の嵌合凸部および上記の嵌合凹部を、軸受け部材の軸受け部に形成される軸受け穴よりも軸受け穴の半径方向の外方側の位置で、且つ軸受け穴を取り囲むように円周方向に所定の間隔で2個以上設けている。これにより、軸受け保持部材の嵌込み穴の嵌合凹部内に軸受け部材の嵌合凸部を締まり嵌めした際に、軸受け部材の軸受け部に形成される軸受け穴の中心軸線を回転体の回転中心軸線上に略一致させることが可能となる。すなわち、軸受け保持部材の嵌込み穴の嵌合凹部内への軸受け部材の嵌合凸部の嵌め込みと同時に、軸受け部材の軸受け部および軸受け穴のセンタリングが可能となるので、組付作業が容易となり、生産性を向上することができる。
請求項8に記載の発明によれば、回転体の回転中心軸線方向の一端側に、軸受け部材に形成される軸受け穴の内径面に当接する軸受当接部を設けることにより、多角シャフトによって回転体を駆動させる方式を用いた場合でも、軸受け部材に形成される軸受け穴の内径面に回転体の軸受当接部を接触させることで、軸受け部材に形成される軸受け穴内において回転体を円滑に回転させることができる。この場合には、回転体の軸受当接部の断面形状を、軸受け穴の穴形状に対応した円筒形状に形成することが望ましい。また、回転体に、回転中心軸線方向に多角シャフトが貫通するシャフト貫通孔を形成し、このシャフト貫通孔を、多角シャフトの断面形状と略同一の孔形状に形成することで、回転体と多角シャフトとの相対的な回転を規制できる。
請求項9に記載の発明によれば、軸受け部材を樹脂一体成形する材料として、加熱されて溶融状態の樹脂材料(例えば熱可塑性樹脂よりなる溶融樹脂等)に、回転体と軸受け部材との相対運動における摺動抵抗を低下させることが可能な低摺動抵抗材料を混合または添加した樹脂系の複合材料を用いても良い。そして、その樹脂系の複合材料の射出成形によって樹脂製軸受け部材を製造しても良い。この場合には、回転体と軸受け部材との間の摺動性を更に向上でき、回転体または軸受け部材の耐摩耗性を向上できる。また、請求項10に記載の発明によれば、比較的に高価な低摺動抵抗材料を、軸受け部材に形成される軸受け穴の内径面周辺にのみに使用することにより、コストの上昇を抑えることができる。
請求項11に記載の発明によれば、回転体の外径面と軸受け部材に形成される軸受け穴の内径面との間に、回転体と軸受け部材との相対運動における摺動抵抗を低下させるための低摺動抵抗材料を用いることにより、回転体と軸受け部材との間の摺動性を更に向上でき、回転体または軸受け部材の耐摩耗性を向上できる。また、比較的に高価な低摺動抵抗材料を、回転体の外径面と軸受け穴の内径面との間のみに塗布することにより、コストの上昇を抑えることができる。
請求項12に記載の発明によれば、軸受け保持部材を、熱可塑性樹脂によって一体的に形成し、また、軸受け部材を、軸受け保持部材と同一の樹脂材料によって一体的に形成しても良い。なお、軸受け部材を樹脂一体成形する材料として、加熱されて溶融状態の樹脂材料(例えば熱可塑性樹脂よりなる溶融樹脂等)に、回転体と軸受け部材との相対運動における摺動抵抗を低下させることが可能な低摺動抵抗材料を混合または添加した樹脂系の複合材料を用いることが望ましい。
請求項13に記載の発明によれば、軸受け保持部材を、熱可塑性樹脂によって一体的に形成し、樹脂製インテークマニホールドまたは樹脂製スロットルボデーまたは樹脂製エンジン吸気管または樹脂製ハウジングに一体的に設けても良い。また、この軸受け保持部材を、樹脂製インテークマニホールドまたは樹脂製スロットルボデーまたは樹脂製エンジン吸気管または樹脂製ハウジングと別体で設けても、樹脂製インテークマニホールドまたは樹脂製スロットルボデーまたは樹脂製エンジン吸気管または樹脂製ハウジングと一体、すなわち、樹脂製インテークマニホールドまたは樹脂製スロットルボデーまたは樹脂製エンジン吸気管または樹脂製ハウジング自体で構成してもどちらでも構わない。
請求項14に記載の発明によれば、軸受け部材を介して軸受け保持部材に回転自在に支持される回転体を、多気筒エンジンの各気筒それぞれに連通する吸入空気通路の通路長または断面積を変更するための多連一体型のバタフライバルブ等によって構成しても良い。また、請求項15に記載の発明によれば、軸受け部材を介して軸受け保持部材に回転自在に支持される回転体を、エンジンの気筒に吸入される吸入空気量を変更するためのバタフライバルブ等によって構成しても良い。また、請求項16に記載の発明によれば、軸受け部材を介して軸受け保持部材に回転自在に支持される回転体を、エンジンの吸気ポートから燃焼室内に吸入される吸入空気にスワール流またはタンブル流を発生させるためのバタフライバルブ等によって構成しても良い。
本発明を実施するための最良の形態は、比較的成形精度の低い樹脂材料よりなる部品同士の軸受け構造であっても、軸受け部材の軸受け穴の真円度と同軸度とを良好に維持するという目的を、軸受け保持部材の嵌込み穴内に、軸受け穴を有する軸受け部材を締まり嵌めする嵌め合い部を、軸受け穴に対して、軸受け部材の軸受け穴の内径寸法に影響を与えない方向に締まり嵌めによる嵌合力が作用することが可能な位置関係となるように設けることで実現した。
[実施例1の構成]
図1ないし図5は本発明の実施例1を示したもので、図1はバタフライバルブ軸受支持構造を示した図で、図2は可変吸気システムを示した図で、図3はインテークマニホールドを示した図である。
本実施例の可変吸気システムは、自動車等の車両に搭載される多気筒(本例では4気筒)ガソリンエンジン等の内燃機関(以下エンジンと言う)1の吸気系に設けられ、樹脂製インテークマニホールド2に、後記する第1〜第5バルブ軸受け部材(11〜15)を介して回転体(バタフライバルブアッセンブリ)3を回転自在に支持するバタフライバルブ軸受支持装置を備えている。ここで、本実施例のエンジン1のインテークマニホールド2は、内部に流入した吸入空気を、エンジン1の各気筒に設けられる吸気ポート(図示せず)に分配供給する。このインテークマニホールド2は、軽量化および低コスト化を目的として樹脂化されており、樹脂材料(例えばガラス繊維強化の熱可塑性樹脂)によって樹脂一体成形されている。なお、インテークマニホールド2に用いられる熱可塑性樹脂としては、耐熱性や強度上の観点から、ポリアミド樹脂(PA)、不飽和ポリエステル樹脂(UP)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)等が好ましい。
エンジン1の各気筒に吸入される吸入空気は、図示しないエアクリーナおよび図示しないスロットルボデーを経由して、インテークマニホールド2のエアコネクタ21内に流入し、サージタンク22を経由して複数の吸入空気通路に分配される。これらの吸入空気通路を形成するインテークマニホールド2は、エアコネクタ21の出口側のサージタンク22からエンジン1の気筒数に対応して分岐している吸気多岐管(分岐管)を構成する。なお、本実施例では、インテークマニホールド2を2つの吸気多岐管(分岐管)によって構成しているが、1つの吸気多岐管(分岐管)によって構成しても良い。そして、複数の吸入空気通路のうちで、エンジン回転速度が低中速回転領域の時に使用する第1〜第4吸入空気通路23は、エンジン1の各気筒の吸気ポートまでの通路長が、エンジン回転速度が高速回転領域の時に使用する第1〜第4吸入空気通路24よりも長くなるように形成されている。そして、途中で分岐した第1〜第4吸入空気通路24と第1〜第4吸入空気通路23とは、吸入空気の流れ方向の下流側、すなわち、エンジン1の各気筒側の第1〜第4吸入空気通路25で再び合流してエンジン1の各気筒の吸気ポートに連通する。ここで、インテークマニホールド2には、後記する第1〜第5バルブ軸受け部材(11〜15)を介して回転体(バタフライバルブアッセンブリ)3を回転自在に支持するための回転体軸受け部26が一体的に設けられている。この回転体軸受け部26には、後記する第1〜第5バルブ軸受け部材(11〜15)を嵌合する断面形状が円形状の軸受け嵌合孔27が形成されている。
本実施例の回転体3は、インテークマニホールド2内に形成される第1〜第4吸入空気通路24を開閉し断面積を変更する多連一体型のバタフライバルブ(以下第1〜第4バタフライバルブと言う)4、およびこれらの第1〜第4バタフライバルブ4と一体的に回転する1本のバルブシャフト5等によって構成されている。第1〜第4バタフライバルブ4は、全て樹脂化されており、樹脂材料(例えばガラス繊維強化の熱可塑性樹脂)によって樹脂一体成形されている。なお、第1〜第4バタフライバルブ4に用いられる熱可塑性樹脂としては、インテークマニホールド2と同様に、ポリアミド樹脂(PA)、不飽和ポリエステル樹脂(UP)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)等が好ましい。
そして、第1〜第4バタフライバルブ4は、1本のバルブシャフト5の外周にそれぞれ保持固定されて、バルブシャフト5の回転中心軸線を中心にして全閉位置から全開位置に至るまでの回転角度範囲内で回転する。なお、バルブシャフト5は、例えば鉄系の金属材料によって回転中心軸線に垂直な断面が多角形状(例えば四角形状)に形成された多角断面シャフトである。また、第1〜第4バタフライバルブ4の回転中心軸線方向の両端部には、バルブシャフト5の外周を被覆する円筒状のバルブ軸(本発明の軸受当接部に相当する)31、32が樹脂一体成形されている。
また、第1〜第4バタフライバルブ4には、バルブシャフト5が回転中心軸線方向(軸方向)に貫通するシャフト貫通孔33が形成されている。このシャフト貫通孔33は、バルブシャフト5の断面形状と略同一の孔形状に形成され、第1〜第4バタフライバルブ4とバルブシャフト5との相対的な回転が規制されている。ここで、断面が多角形状のバルブシャフト5を直接インテークマニホールド2の回転体軸受け部26に支持しても、バルブシャフト5を円滑に回転させることはできない。そのため、バルブシャフト5は、各第1〜第4バタフライバルブ4の各バルブ軸31、32により被覆され、外周側がバルブ軸31、32を介してインテークマニホールド2の回転体軸受け部26に回転自在に支持されている。
ここで、本実施例の可変吸気システムは、第1〜第4バタフライバルブ4を開弁方向(または閉弁方向)に回転駆動するアクチュエータとしての動力ユニット6と、第1〜第4バタフライバルブ4を閉弁方向(または開弁方向)に付勢するスプリング等のバルブ付勢手段(図示せず)と、エンジン1の運転状態に対応して動力ユニット6を制御するエンジン制御装置(以下ECUと呼ぶ:図示せず)とを備えている。動力ユニット6は、樹脂製のアクチュエータケース7内に収容されており、駆動モータ8と、この駆動モータ8の回転動力をバルブシャフト5を介して第1〜第4バタフライバルブ4に伝達する動力伝達機構(歯車減速機構)とを含んで構成されている。その駆動モータ8は、ECUに内蔵されたマイクロコンピュータに電気的に接続されており、ECUが駆動モータ8への通電を断続することにより、第1〜第4バタフライバルブ4が開閉制御される。この駆動モータ8のモータ出力軸トルクは、バルブ側ギヤ9を介してバルブシャフト5に伝達される。
バルブ側ギヤ9は、駆動モータ8の回転速度を所定の減速比に減速する歯車減速機構の構成要素の1つを成すもので、熱可塑性樹脂等の樹脂材料によって樹脂一体成形されている。このバルブ側ギヤ9は、駆動モータ8のモータシャフト(出力軸)に取り付けられているモータ側ギヤ(ピニオン:図示せず)と噛み合うギヤ部41、およびこのギヤ部41から図示左側へ突出するように形成されたシャフト嵌合部42を有している。そのシャフト嵌合部42には、バルブシャフト5の図示右端部(動力ユニット側端部)が差し込まれるシャフト挿入孔43が形成されている。このシャフト挿入孔43は、バルブシャフト5の断面形状と略同一の孔形状に形成され、バルブ側ギヤ9とバルブシャフト5との相対的な回転が規制されている。
次に、本実施例の可変吸気システムに使用されるバタフライバルブ軸受支持装置を図1、図2および図4に基づいて説明する。ここで、図4(a)、(b)は軸受け保持部材の嵌込み穴の嵌合凹部内に第1バルブ軸受け部材の嵌合凸部を締まり嵌めする嵌め合い部の詳細を示した図である。
本実施例のバタフライバルブ軸受支持装置は、樹脂材料によって一体的に形成された第1〜第5バルブ軸受け部材11〜15と、金属材料によって一体的に形成されたギヤ軸受け部材16と、第1バルブ軸受け部材11を締まり嵌めによる嵌合力で保持固定する軸受け保持部材17とから構成されている。これらのうちで、第2〜第4バルブ軸受け部材12〜14は、断面が円形状のバルブ軸受け穴を有し、インテークマニホールド2の回転体軸受け部26と別体で設けられている。なお、第2〜第4バルブ軸受け部材12〜14は、インテークマニホールド2と一体成形、すなわち、インテークマニホールド2自体で構成しても良い。
第2〜第4バルブ軸受け部材12〜14は、回転体3の中間部を回転自在に軸支する円筒形状の中間軸受け部材(円筒形状の軸受け部材)であって、インテークマニホールド2の回転体軸受け部26の軸受け嵌合孔27の内周に締まり嵌め等により嵌合保持されている。なお、回転体3の中間部は、回転体3の反動力ユニット側(第1吸入空気通路24側)の端部と比較して吸入空気の脈動に伴う揺れが小さい。そのため、第1バタフライバルブ4のバルブ軸31、第2、第3バタフライバルブ4のバルブ軸31、32、第4バタフライバルブ4のバルブ軸32の外周面(外径面)と第2〜第4バルブ軸受け部材12〜14のバルブ軸受け穴の内周面(内径面)との間の軸受クリアランスを高精度に小さくする必要はない。これによって、第2〜第4バルブ軸受け部材12〜14を、金属材料と比較して成形精度の低い樹脂材料によって樹脂一体成形することができるので、軽量化および低コスト化を図ることができる。
また、第1バルブ軸受け部材11は、回転体3の反動力ユニット側(第1吸入空気通路24側)の端部を回転自在に軸支する非円筒形状の第1端部軸受け部材(非円筒形状の軸受け部材)であって、軸受け保持部材17を介してインテークマニホールド2の回転体軸受け部26の軸受け嵌合孔27の内周に締まり嵌め等により嵌合保持されている。さらに、第5バルブ軸受け部材15は、回転体3の動力ユニット側(第4吸入空気通路24側)の端部を回転自在に軸支する円筒形状の第2端部軸受け部材(円筒形状の軸受け部材)であって、インテークマニホールド2の回転体軸受け部26の軸受け嵌合孔27の内周に締まり嵌め等により嵌合保持されている。なお、第1〜第5バルブ軸受け部材11〜15は、全て樹脂化されており、摺動性に優れ、耐摩耗性に優れる樹脂材料(例えばポリアミド樹脂(PA)等よりなる熱可塑性樹脂)が好ましい。
さらに、ギヤ軸受け部材16は、バルブ側ギヤ9のシャフト嵌合部42の外周とインテークマニホールド2の回転体軸受け部26の内周との間に装着された円筒形状の金属製ベアリングである。なお、第5バルブ軸受け部材15は、インテークマニホールド2の回転体軸受け部26と別体で設けられているが、インテークマニホールド2と一体、すなわち、インテークマニホールド2自体で構成しても良い。ここで、第2〜第5バルブ軸受け部材12〜15およびギヤ軸受け部材16は、回転体3の回転軸線方向に貫通するバルブ軸受け穴を有している。なお、回転体3の第1〜第4バタフライバルブ4のバルブ軸31、32の外径面(外周面)と第1〜第5バルブ軸受け部材11〜15のバルブ軸受け穴(51)の内径面(内周面)との間に、回転体3の第1〜第4バタフライバルブ4のバルブ軸31、32と第1〜第5バルブ軸受け部材11〜15との相対運動における摺動抵抗を低下させるための低摺動抵抗材料(例えば四フッ化エチレン樹脂(PTFE)等のフッ素系樹脂塗料または二硫化モリブデン等の潤滑剤)を塗布しても良い。
これらのうちで、回転体3の反動力ユニット側(第1吸入空気通路24側)の端部に設けられる第1バルブ軸受け部材11は、回転体3の回転軸線方向に貫通するバルブ軸受け穴51を有している。そして、第1バルブ軸受け部材11は、円筒状のバルブ軸受け部(円筒状部)52、およびこのバルブ軸受け部52の外周面(外径面)よりバルブ軸受け部52の放射方向(半径方向)の外側に向けて突出するように設けられた複数個の嵌合凸部(突起部、突条部)53を有している。バルブ軸受け部52は、略円筒状の断面を有している。このバルブ軸受け部52の内部には、上記のバルブ軸受け穴51が形成されている。そのバルブ軸受け穴51は、第1バタフライバルブ4のバルブ軸31の断面形状と略同一の孔形状に形成され、第1〜第4バタフライバルブ4と第1バルブ軸受け部材11との円滑な回転が可能とされている。
そして、本実施例のバタフライバルブ軸受支持装置は、回転体3の回転中心軸線方向に貫通する嵌込み穴61内に、第1バルブ軸受け部材11を保持する軸受け保持部材17を備えている。この軸受け保持部材17は、インテークマニホールド2の回転体軸受け部26と別体で設けられているが、インテークマニホールド2と一体、すなわち、インテークマニホールド2自体で構成しても良い。そして、第1バルブ軸受け部材11のバルブ軸受け部52は、軸受け保持部材17の嵌込み穴61内に隙間嵌めされる。また、複数個の嵌合凸部53は、軸受け保持部材17の嵌込み穴61内に締まり嵌め(圧入嵌合)による嵌合力を用いて固定される。これらの嵌合凸部53は、バルブ軸受け部52の外径面よりもバルブ軸受け部52の半径方向の外径側に突出するように、しかもバルブ軸受け部52の円周方向に所定の間隔(例えば120°毎の等間隔)で3個以上設けられている。また、複数個の嵌合凸部53は、バルブ軸受け部52の外形面より外側(バルブ軸受け部52の半径方向の外径側)に向けて先細り、つまり円周方向の肉厚が漸減する略円錐台形状(テーパ形状)に形成されている。
また、軸受け保持部材17の嵌込み穴61には、第1バルブ軸受け部材11のバルブ軸受け部52の外周を隙間嵌めするための略円形状の嵌合穴部(円形状穴部)62、およびこの嵌合穴部62の内径面よりも嵌合穴部62の放射方向(半径方向)の外側に設けられる複数個の嵌合凹部63が形成されている。嵌合穴部62は、第1バルブ軸受け部材11のバルブ軸受け部52の断面形状に対応した略円形状の穴形状を有している。また、複数個の嵌合凹部63は、第1バルブ軸受け部材11の複数個の嵌合凸部53を面接触または線接触等の締まり嵌め(圧入嵌合)により保持固定する。これらの嵌合凹部63は、嵌合穴部62の内径面よりも嵌合穴部62の半径方向の外側で、且つ嵌合穴部62の円周方向に所定の間隔(例えば120°毎の等間隔)で3個以上設けられている。また、複数個の嵌合凹部63は、複数個の嵌合凸部53の外形形状と略同一の穴形状に形成されている。また、複数個の嵌合凹部63は、嵌合穴部62の内径面と同一円周上に位置する開口部から奥側(嵌合穴部62の半径方向の外径側)に向けて先細り、つまり円周方向の肉厚が漸減する略円錐台形状(テーパ形状)に形成されている。
ここで、本実施例の軸受け保持部材17の嵌込み穴61の複数個の嵌合凹部63内に、第1バルブ軸受け部材11の複数個の嵌合凸部53を締まり嵌めによる嵌合力で保持固定(嵌合固定、圧入固定)する嵌め合い部は、第1バルブ軸受け部材11のバルブ軸受け部52内部に形成されるバルブ軸受け穴51に対して、バルブ軸受け穴51の内径寸法に影響を与えない方向に、上記の締まり嵌めによる嵌合力が作用することが可能な位置関係となるように設けられている。また、上記の嵌め合い部は、第1バルブ軸受け部材11のバルブ軸受け部52内部に形成されるバルブ軸受け穴51に対して、複数個の嵌合凹部63内に複数個の嵌合凸部53を締まり嵌めした際に複数個の嵌合凸部53に生じる嵌合応力の向きが、第1バルブ軸受け部材11のバルブ軸受け部52の略円周方向で、且つバルブ軸受け部52の半径方向の内径側から外れることが可能な位置関係となるように設けられている。
具体的には、複数個の嵌合凸部53と複数個の嵌合凹部63との嵌め合い部を、第1バルブ軸受け部材11のバルブ軸受け部52の外径面よりも半径方向の外側に位置するように、しかも複数個の嵌合凹部63内に複数個の嵌合凸部53を締まり嵌めした際に複数個の嵌合凸部53に生じる嵌合応力の向きが、第1バルブ軸受け部材11のバルブ軸受け部52を通らないように、すなわち、上記の締まり嵌めによる嵌合力がバルブ軸受け穴51の内径寸法に影響を与えない方向に作用するように設けている。なお、本実施例では、複数個の嵌合凸部53および複数個の嵌合凹部63を、第1バルブ軸受け部材11のバルブ軸受け部52の半径方向の外径側に向かって先細りとなるテーパ状に形成している。つまり、バルブ軸受け穴51および嵌込み穴61の中心軸線に対して直交する基準線より、複数個の嵌合凸部53の円周方向の両側壁面および複数個の嵌合凹部63の円周方向の両内壁面が所定のテーパ角度だけ傾斜するように設けられている。このため、複数個の嵌合凸部53の円周方向の両側壁面および複数個の嵌合凹部63の円周方向の両内壁面に直交する垂直線が、第1バルブ軸受け部材11のバルブ軸受け部52の接線に対して略平行となるようにテーパ角度を設定することで、複数個の嵌合凸部53と複数個の嵌合凹部63との嵌め合い部を上記の位置関係に設定することができる。
[実施例1の組付方法]
次に、本実施例の軸受け保持部材17の嵌込み穴61内への第1バルブ軸受け部材11の組付方法を図1、図2および図4に基づいて簡単に説明する。
本実施例の第1バルブ軸受け部材11を、第1〜第4バタフライバルブ4およびバルブシャフト5等によって構成される回転体(バタフライバルブアッセンブリ)3の回転中心軸線方向から軸受け保持部材17の嵌込み穴61内に差し込む。このとき、第1バルブ軸受け部材11のバルブ軸受け部52が、軸受け保持部材17の嵌合穴部62内に隙間嵌めされる。第1バルブ軸受け部材11の複数個の嵌合凸部53が、軸受け保持部材17の複数個の嵌合凹部63内に締まり嵌め(圧入嵌合)される。これにより、第1バルブ軸受け部材11が、バルブ軸受け部52のバルブ軸受け穴51の内径寸法に影響を受けることなく、軸受け保持部材17の嵌込み穴61内に保持固定されると同時に、第1バルブ軸受け部材11のバルブ軸受け部52のバルブ軸受け穴51の中心軸線がセンタリングされる。すなわち、第1バルブ軸受け部材11のバルブ軸受け部52のバルブ軸受け穴51の中心軸線が、軸受け保持部材17の嵌込み穴61の中心軸線上に位置決めされ、且つ第1〜第4バタフライバルブ4およびバルブシャフト5等によって構成されるバタフライバルブアッセンブリの回転中心軸線上に位置決めされる。
ここで、軸受け保持部材17は、第1バルブ軸受け部材11を嵌合保持してからインテークマニホールド2の回転体軸受け部26に熱溶着やスクリュー等を用いて固定しても、あるいはインテークマニホールド2の回転体軸受け部26に熱溶着やスクリュー等を用いて固定してから第1バルブ軸受け部材11を嵌合保持してもどちらでも構わない。また、第1〜第4バタフライバルブ4のバルブ軸31を第1バルブ軸受け部材11のバルブ軸受け部52のバルブ軸受け穴51内に差し込んでから、第1バルブ軸受け部材11を軸受け保持部材17に嵌合保持しても、あるいは第1バルブ軸受け部材11を軸受け保持部材17に嵌合保持してから、第1〜第4バタフライバルブ4のバルブ軸31を第1バルブ軸受け部材11のバルブ軸受け部52のバルブ軸受け穴51内に差し込んでもどちらでも構わない。
また、バタフライバルブアッセンブリは、第1〜第4バタフライバルブ4の各シャフト貫通孔33内にバルブシャフト5を差し込んでから第1〜第4バタフライバルブ4のバルブ軸31、32を第1〜第5バルブ軸受け部材11〜15のバルブ軸受け穴(51)内に差し込んで、バタフライバルブアッセンブリをバタフライバルブ軸受支持装置、特にインテークマニホールド2の回転体軸受け部26に組み付けても、あるいは第1〜第4バタフライバルブ4のバルブ軸31、32を第1〜第5バルブ軸受け部材11〜15のバルブ軸受け穴51〜15a内に差し込んでから、第1〜第4バタフライバルブ4の各シャフト貫通孔33内にバルブシャフト5を差し込んで、バタフライバルブアッセンブリをバタフライバルブ軸受支持装置、特にインテークマニホールド2の回転体軸受け部26に組み付けてもどちらでも構わない。
[実施例1の作用]
次に、本実施例の可変吸気システムの作用を図1ないし図3に基づいて簡単に説明する。
本実施例の可変吸気システムによれば、エンジン回転速度が低中速回転領域の場合、動力ユニット6によってバルブシャフト5が正転方向(閉弁方向)に回転駆動される。バルブシャフト5が正転方向に駆動されると、第1〜第4バタフライバルブ4のバルブ軸31、32が第1〜第5バルブ軸受け部材11〜15およびギヤ軸受け部材16のバルブ軸受け穴(51)の内周で摺動しつつ正転方向(閉弁方向)に回転し、第1〜第4吸入空気通路24が閉じられる。これによって、エアクリーナからスロットルボデーを経由して、インテークマニホールド2のエアコネクタ21内に流入した吸入空気は、サージタンク22を経由し実質的吸気管長(通路長)が長い第1〜第4吸入空気通路23のみに分配された後に、第1〜第4吸入空気通路25を経由してエンジン1の各気筒の吸気ポートから各気筒の燃焼室内に導入される。
また、エンジン回転速度が高速回転領域になった場合、動力ユニット6によってバルブシャフト5が逆転方向(開弁方向)に回転駆動される。バルブシャフト5が逆転方向に駆動されると、第1〜第4バタフライバルブ4のバルブ軸31、32が第1〜第5バルブ軸受け部材11〜15およびギヤ軸受け部材16のバルブ軸受け穴(51)の内周で摺動しつつ逆転方向(開弁方向)に回転し、第1〜第4吸入空気通路24が開かれる。これによって、エアクリーナからスロットルボデーを経由して、インテークマニホールド2のエアコネクタ21内に流入した吸入空気は、サージタンク22を経由し第1〜第4吸入空気通路24および第1〜第4吸入空気通路23の両方を使用し、第1〜第4吸入空気通路25で合流して、エンジン1の各気筒の吸気ポートから各気筒の燃焼室内に導入される。したがって、エンジン回転速度に対応して実質的な吸気管長(通路長さ)が慣性過給効果を得る長さに切り替えられ、充填効率が高められる。
[実施例1の効果]
以上のように、本実施例の可変吸気システムに使用されるバタフライバルブ軸受支持装置においては、回転体3の第1〜第4バタフライバルブ4、第1バルブ軸受け部材11および軸受け保持部材17が全て樹脂化されており、比較的成形精度の低い樹脂材料よりなる部品同士の軸受け構造としている。そして、軸受け保持部材17の嵌込み穴61の複数個の嵌合凹部63内に、第1バルブ軸受け部材11の複数個の嵌合凸部53を締まり嵌めする嵌め合い部を、バルブ軸受け穴51に対して、第1バルブ軸受け部材11のバルブ軸受け穴51の内径寸法に影響を与えない方向に締まり嵌めによる嵌合力が作用することが可能な位置関係となるように設けている。
また、軸受け保持部材17の嵌込み穴61の複数個の嵌合凹部63内に、第1バルブ軸受け部材11の複数個の嵌合凸部53を締まり嵌めする嵌め合い部を、バルブ軸受け穴51に対して、軸受け保持部材17の嵌込み穴61の複数個の嵌合凹部63内に第1バルブ軸受け部材11の複数個の嵌合凸部53を締まり嵌めした際に第1バルブ軸受け部材11の複数個の嵌合凸部53に生じる嵌合応力の向きが、第1バルブ軸受け部材11のバルブ軸受け部52の略円周方向で、且つ第1バルブ軸受け部材11のバルブ軸受け部52の半径方向の内径側から外れることが可能な位置関係となるように設けている。
これによって、軸受け保持部材17の嵌込み穴61の複数個の嵌合凹部63内に第1バルブ軸受け部材11の複数個の嵌合凸部53を締まり嵌めして、軸受け保持部材17の嵌込み穴61内に第1バルブ軸受け部材11を保持固定しても、第1バルブ軸受け部材11のバルブ軸受け穴51の内径寸法に影響を与えない方向に締まり嵌めによる嵌合力が作用するので、第1バルブ軸受け部材11のバルブ軸受け穴51の内径面と回転体3の第1バタフライバルブ4のバルブ軸31の外径面との間の軸受クリアランスを実質的に小さくすることができ、且つバルブ軸受け穴51の真円度および軸受け部の同軸度が悪化することを防止できる。また、軸受け保持部材17の嵌込み穴61内に第1バルブ軸受け部材11を嵌め込むだけで、軸受け保持部材17の嵌込み穴61内に第1バルブ軸受け部材11を締まり嵌めによる嵌合力を用いて保持固定できるので、組付作業が容易となると共に、部品点数が少なくて済み、生産性の向上とコストダウンとを実現することができる。
したがって、軸受け保持部材17の嵌込み穴61の複数個の嵌合凹部63内に、第1バルブ軸受け部材11の複数個の嵌合凸部53を締まり嵌めする嵌め合い部を、第1バルブ軸受け部材11のバルブ軸受け穴51の内径寸法に影響を与えず、且つ軸受け保持部材17の嵌込み穴61の複数個の嵌合凹部63内に第1バルブ軸受け部材11の複数個の嵌合凸部53を締まり嵌めした際に、第1バルブ軸受け部材11のバルブ軸受け部52に形成されるバルブ軸受け穴51の中心軸線を、回転体3の第1バタフライバルブ4のバルブ軸31の回転中心軸線上に略一致させることが可能となる。すなわち、軸受け保持部材17の嵌込み穴61の複数個の嵌合凹部63内への、第1バルブ軸受け部材11の複数個の嵌合凸部53の嵌め込みと同時に、第1バルブ軸受け部材11の嵌込み穴61およびバルブ軸受け部52のセンタリングが可能となる。
この結果、比較的成形精度の低い樹脂材料よりなる部品同士の軸受け構造であっても、軸受け保持部材17の嵌込み穴61内に第1バルブ軸受け部材11を嵌め込むだけで、第1バルブ軸受け部材11のバルブ軸受け穴51の真円度と同軸度とを良好に維持することが可能となるので、回転体3の第1バタフライバルブ4のバルブ軸31と第1バルブ軸受け部材11のバルブ軸受け穴51との間の摺動性と信頼性とを両立させることができる。すなわち、実施例1のバタフライバルブ軸受支持構造においては、図5(a)のグラフに示したように、従来例1のバタフライバルブ軸受支持構造と比較して、回転体3の第1バタフライバルブ4のバルブ軸31の外周と第1バルブ軸受け部材11のバルブ軸受け穴51の内周との間の軸受け摺動部の摩耗量を飛躍的に減少させることができ、且つ図5(b)のグラフに示したように、従来例2のバタフライバルブ軸受支持構造と比較して、組付作業および部品点数の減少による生産性の向上によってコストを飛躍的に削減することができる。
また、第1〜第5バルブ軸受け部材11〜15を樹脂一体成形する材料として、加熱されて溶融状態の樹脂材料(例えばポリアミド樹脂(PA)系の熱可塑性樹脂よりなる溶融樹脂等)に、回転体3の第1〜第4バタフライバルブ4のバルブ軸31、32と第1〜第5バルブ軸受け部材11〜15との相対運動における摺動抵抗を低下させることが可能な低摺動抵抗材料(例えば四フッ化エチレン樹脂(PTFE)等のフッ素系樹脂粉末)を混合または添加した樹脂系の複合材料(耐摩耗性樹脂材料)を使用しても良い。そして、その耐摩耗性樹脂材料の射出成形によって樹脂製の第1〜第5バルブ軸受け部材11〜15を製造しても良い。この場合には、回転体3の第1〜第4バタフライバルブ4のバルブ軸31、32と第1〜第5バルブ軸受け部材11〜15のバルブ軸受け穴(51)との間の摺動性を更に向上でき、第1〜第4バタフライバルブ4のバルブ軸31、32および第1〜第5バルブ軸受け部材11〜15の耐摩耗性を向上できる。また、インテークマニホールド2の回転体軸受け部26のうちで、比較的に高価な耐摩耗性樹脂材料を第1〜第5バルブ軸受け部材11〜15のみに適用することで、可変吸気システムに使用されるバタフライバルブ軸受支持装置としてのコストの上昇を抑えることができる。
図6は本発明の実施例2を示したもので、図6(a)〜図6(c)は軸受け保持部材の嵌込み穴の嵌合凹部内に第1バルブ軸受け部材の嵌合凸部を締まり嵌めする嵌め合い部の詳細を示した図である。
本実施例の可変吸気システムに使用されるバタフライバルブ軸受支持構造は、図6(a)に示したように、第1バルブ軸受け部材11のバルブ軸受け部52の外径面より半径方向の外径側に突出するように形成される複数の嵌合凸部53を、半球面状部と円柱形状部とで構成している。また、軸受け保持部材17の嵌込み穴61の嵌合穴部62の内径面より半径方向の外径側に突出するように形成される複数の嵌合凹部63の内壁面に、複数の嵌合凸部53の円柱形状部を線接触または点接触により締まり嵌めで嵌合保持する半球面状の突起部64を2個ずつ設けている。この場合でも、軸受け保持部材17の嵌込み穴61の突起部64間に、第1バルブ軸受け部材11の複数個の嵌合凸部53を締まり嵌めする嵌め合い部を、第1バルブ軸受け部材11のバルブ軸受け部52内部に形成されるバルブ軸受け穴51に対して、バルブ軸受け穴51の内径寸法に影響を与えない方向に締まり嵌めによる嵌合力が作用することが可能な位置関係となるように設けることができる。これにより、実施例1のバタフライバルブ軸受支持構造と同様な効果を実現することが可能となる。
また、本実施例の可変吸気システムに使用されるバタフライバルブ軸受支持構造は、図6(b)、(c)に示したように、第1バルブ軸受け部材11のバルブ軸受け部52の外径面より半径方向の外径側に突出するように形成される複数の嵌合凸部53を、第1バルブ軸受け部材11の軸受け保持部材17の嵌込み穴61内への挿入方向に向けて先細りとなる略円錐台形状(テーパ形状)に形成している。また、軸受け保持部材17の嵌込み穴61の嵌合穴部62の内径面より半径方向の外径側に突出するように形成される複数の嵌合凹部63を、軸受け保持部材17の一端面(図1において図示左端面)に位置する開口部から軸受け保持部材17の他端面(図1において図示右端面)に位置する開口部に向けて先細りとなる略円錐台形状(テーパ形状)に形成している。この場合には、軸受け保持部材17の嵌込み穴61の複数個の嵌合凹部63内への第1バルブ軸受け部材11の複数の嵌合凸部53の嵌め込み度合が大きい程、第1バルブ軸受け部材11のバルブ軸受け部52内部に形成されるバルブ軸受け穴51の内径寸法に影響を与えることなく、軸受け保持部材17の嵌込み穴61の複数個の嵌合凹部63内に第1バルブ軸受け部材11の複数の嵌合凸部53をより強固に保持固定できる。
[変形例]
また、回転体3の反動力ユニット側(第1吸入空気通路24側)の端部に設けられる第1バルブ軸受け部材(非円筒形状の軸受け部材)11のバルブ軸受け部52のバルブ軸受け穴51周縁部のみを、第1〜第4バタフライバルブ4と第1バルブ軸受け部材11との相対運動における摺動抵抗を低下させるための充填材(例えば四フッ化エチレン樹脂(PTFE)等のフッ素系樹脂粉末)または添加材を混合または添加した耐摩耗性樹脂材料によって成形しても良い。
また、第1バルブ軸受け部材(非円筒形状の軸受け部材)11のバルブ軸受け部52のバルブ軸受け穴51の内周のみに、第1〜第4バタフライバルブ4と第1バルブ軸受け部材11との相対運動における摺動抵抗を低下させるための低摺動抵抗材料(例えば四フッ化エチレン樹脂(PTFE)等のフッ素系樹脂塗料または二硫化モリブデン等の潤滑剤)を塗布しても良い。また、第1〜第4バタフライバルブ4のバルブ軸31、32の外周に、第1〜第4バタフライバルブ4と第1〜第5バルブ軸受け部材11〜15との相対運動における摺動抵抗を低下させるための低摺動抵抗材料(例えば四フッ化エチレン樹脂(PTFE)等のフッ素系樹脂塗料または二硫化モリブデン等の潤滑剤)を塗布しても良い。
本実施例では、回転体軸受支持構造として、可変吸気システムに使用される第1〜第4バタフライバルブ4を、樹脂製インテークマニホールド2の回転体軸受け部26に回転自在に支持するバタフライバルブ軸受支持構造に適用したが、アイドル回転速度制御弁(ISCV)やスロットルバルブ等の吸入空気量制御弁として使用されるバタフライバルブを樹脂製エンジン吸気管や樹脂製スロットルボデーのバルブ軸受部に回転自在に支持するバタフライバルブ軸受支持構造に適用しても良い。
また、回転体軸受支持構造として、エンジン1の吸気ポートからエンジン1の気筒の燃焼室内に流入する空気に横方向の渦流を生起させるスワール制御弁、所謂スワール流制御弁等の吸入空気流制御弁として使用されるバタフライバルブを樹脂製インテークマニホールドや樹脂製エンジン吸気管のバルブ軸受部に回転自在に支持するバタフライバルブ軸受支持構造に適用しても良い。また、回転体軸受支持構造として、エンジン1の吸気ポートからエンジン1の気筒の燃焼室内に流入する空気に縦方向の渦流を生起させるタンブル制御弁、所謂タンブル流制御弁等の吸入空気流制御弁として使用されるバタフライバルブを樹脂製インテークマニホールドや樹脂製エンジン吸気管のバルブ軸受部に回転自在に支持するバタフライバルブ軸受支持構造に適用しても良い。
本実施例では、軸受け保持部材17の嵌込み穴61の複数個の嵌合凹部63を、回転体3の第1バタフライバルブ4のバルブ軸31およびバルブシャフト5の回転中心軸線方向に貫通する貫通孔としているが、軸受け保持部材17の嵌込み穴61の複数個の嵌合凹部63を、第1バルブ軸受け部材11の挿入方向の奥側を閉塞する係止壁を設けて、第1バルブ軸受け部材11の複数の嵌合凸部53を係止するようにしても良い。また、第1バルブ軸受け部材11のバルブ軸受け部52または軸受け保持部材17の嵌合穴部62を、多角筒形状または多角穴形状としても良い。また、バルブ軸受け部52を多角筒形状(非円筒形状)に形成し、嵌合穴部62を円形状に形成しても良く、また、バルブ軸受け部52を円筒形状に形成し、嵌合穴部62を多角形状(非円形状)に形成しても良い。
本実施例では、本発明の軸受支持構造を、第1端部軸受け部材にのみ適用しているが、本発明の軸受支持構造を、第2端部軸受け部材または中間軸受け部材に適用しても良い。この場合には、回転体の回転中心軸線方向に貫通する嵌込み穴内に、第2端部軸受け部材または中間軸受け部材を締まり嵌めによる嵌合力で保持固定する軸受け保持部材を設ける。そして、嵌込み穴内に第2端部軸受け部材または中間軸受け部材を締まり嵌めする嵌め合い部を、第2端部軸受け部材または中間軸受け部材の回転体軸受け穴に対して、回転体軸受け穴の内径寸法に影響を与えない方向に締まり嵌めによる嵌合力が作用することが可能な位置関係となるように設ける。また、軸受け部材を介して軸受け保持部材に回転自在に支持される回転体として、バルブシャフト、モータシャフト等の回転軸を用いても良い。
バタフライバルブ軸受支持構造を示した分解図である(実施例1)。 可変吸気システムを示した模式図である(実施例1)。 インテークマニホールドを示した断面図である(実施例1)。 (a)、(b)は軸受け保持部材の嵌込み穴の嵌合凹部内に第1バルブ軸受け部材の嵌合凸部を締まり嵌めする嵌め合い部の詳細を示した説明図である(実施例1)。 (a)は従来例1及び2に対する軸受け部材の摩耗量の低減効果を示したグラフで、(b)は従来例1及び2に対するコストの低減効果を示したグラフである(実施例1)。 (a)〜(c)は軸受け保持部材の嵌込み穴の嵌合凹部内に第1バルブ軸受け部材の嵌合凸部を締まり嵌めする嵌め合い部の詳細を示した説明図である(実施例2)。 (a)、(b)はバタフライバルブ軸受支持構造を示した分解図である(従来例1、2)。 可変吸気システムを示した模式図である(従来例1)。 可変吸気システムを示した模式図である(従来例2)。
符号の説明
1 エンジン
2 インテークマニホールド
3 回転体
4 第1〜第4バタフライバルブ
5 バルブシャフト
6 動力ユニット
7 アクチュエータケース
8 駆動モータ
11 第1バルブ軸受け部材
17 軸受け保持部材
26 インテークマニホールドの回転体軸受け部
27 回転体軸受け部の軸受け嵌合孔
51 第1バルブ軸受け部材のバルブ軸受け穴
52 第1バルブ軸受け部材のバルブ軸受け部(円筒状部)
53 第1バルブ軸受け部材の嵌合凸部(突起部、突条部)
61 軸受け保持部材の嵌込み穴
62 軸受け保持部材の嵌合穴部(円形状穴部)
63 軸受け保持部材の嵌合凹部
64 突起部

Claims (16)

  1. (a)回転中心軸線を中心にして回転する回転体と、
    (b)この回転体の回転中心軸線方向に貫通する軸受け穴内に、前記回転体を回転自在に軸支する軸受け部材と、
    (c)前記回転体の回転中心軸線方向に貫通する嵌込み穴内に、前記軸受け部材を締まり嵌めによる嵌合力で保持固定する軸受け保持部材と
    を備えた軸受支持装置において、
    前記回転体および前記軸受け部材は、樹脂化されており、
    前記嵌込み穴内に前記軸受け部材を締まり嵌めする嵌め合い部は、前記軸受け穴に対して、前記軸受け穴の内径寸法に影響を与えない方向に前記締まり嵌めによる嵌合力が作用することが可能な位置関係となるように設けられていることを特徴とする軸受支持装置。
  2. 請求項1に記載の軸受支持装置において、
    前記嵌込み穴内に前記軸受け部材を締まり嵌めする嵌め合い部は、前記軸受け穴に対して、前記嵌込み穴内に前記軸受け部材を締まり嵌めした際に前記軸受け部材に生じる嵌合応力の向きが、前記軸受け部材の略円周方向で、且つ前記軸受け部材の半径方向の内径側から外れることが可能な位置関係となるように設けられていることを特徴とする軸受支持装置。
  3. 請求項1または請求項2に記載の軸受支持装置において、
    前記軸受け部材は、内部に前記軸受け穴が形成された軸受け部、およびこの軸受け部の外壁面から外方側に突出するように形成された嵌合凸部を有し、
    前記嵌込み穴は、前記軸受け部を隙間嵌めするための嵌合穴部、および前記嵌合凸部を締まり嵌めするための嵌合凹部を有し、
    前記嵌込み穴内に前記軸受け部材を締まり嵌めする嵌め合い部とは、前記嵌合凹部内に前記嵌合凸部を締まり嵌めする嵌め合い部であることを特徴とする軸受支持装置。
  4. 請求項3に記載の軸受支持装置において、
    前記嵌合凹部内に前記嵌合凸部を締まり嵌めする嵌め合い部は、前記嵌合凸部と前記嵌合凹部とが面接触または線接触または点接触することが可能な位置関係となるように設けられていることを特徴とする軸受支持装置。
  5. 請求項3または請求項4に記載の軸受支持装置において、
    前記軸受け部は、略円筒状の断面を有し、
    前記嵌合穴部は、前記軸受け部の断面形状に対応した略円形状の穴形状を有し、
    前記嵌合凸部は、前記軸受け部の外径面より半径方向の外径側に向けて先細りとなるテーパ形状に形成され、
    前記嵌合凹部は、前記嵌合穴部の内径面に位置する開口部から奥側に向けて先細りとなるテーパ形状に形成されていることを特徴とする軸受支持装置。
  6. 請求項3または請求項4に記載の軸受支持装置において、
    前記嵌合凸部は、前記軸受け部材の前記軸受け保持部材への挿入方向に向けて先細りとなるテーパ形状に形成され、
    前記嵌合凹部は、前記軸受け保持部材の一端面に位置する開口部から前記軸受け保持部材の他端面に位置する開口部に向けて先細りとなるテーパ形状に形成されていることを特徴とする軸受支持装置。
  7. 請求項5または請求項6に記載の軸受支持装置において、
    前記軸受け穴は、前記回転体の断面形状に対応した円形状の穴形状を有し、
    前記嵌合凸部および前記嵌合凹部は、前記軸受け穴よりも前記軸受け穴の半径方向の外方側の位置で、且つ前記軸受け穴を取り囲むように円周方向に所定の間隔で2個以上設けられており、
    前記嵌合凹部内に前記嵌合凸部を締まり嵌めした際に、前記軸受け穴の中心軸線を前記回転体の回転中心軸線上に略一致させることが可能であることを特徴とする軸受支持装置。
  8. 請求項1ないし請求項7のうちのいずれか1つに記載の軸受支持装置において、
    前記回転体は、その回転中心軸線方向の一端側に、前記軸受け穴の内径面に当接する軸受当接部を有していることを特徴とする軸受支持装置。
  9. 請求項1ないし請求項8のうちのいずれか1つに記載の軸受支持装置において、
    前記軸受け部材は、加熱されて溶融状態の樹脂材料に、前記回転体と前記軸受け部材との相対運動における摺動抵抗を低下させることが可能な低摺動抵抗材料を混合または添加した樹脂系の複合材料の射出成形によって一体的に形成されていることを特徴とする軸受支持装置。
  10. 請求項9に記載の軸受支持装置において、
    前記低摺動抵抗材料は、前記軸受け穴の内径面周辺にのみ設けられていることを特徴とする軸受支持装置。
  11. 請求項1ないし請求項10のうちのいずれか1つに記載の軸受支持装置において、
    前記回転体の外径面と前記軸受け穴の内径面との間には、前記回転体と前記軸受け部材との相対運動における摺動抵抗を低下させるための低摺動抵抗材料が用いられていることを特徴とする軸受支持装置。
  12. 請求項1ないし請求項7のうちのいずれか1つに記載の軸受支持装置において、
    前記軸受け保持部材は、熱可塑性樹脂によって一体的に形成されており、
    前記軸受け部材は、前記軸受け保持部材と同一の樹脂材料によって一体的に形成されていることを特徴とする軸受支持装置。
  13. 請求項12に記載の軸受支持装置において、
    前記軸受け保持部材は、樹脂製インテークマニホールドまたは樹脂製スロットルボデーまたは樹脂製エンジン吸気管または樹脂製ハウジングに一体的に設けられていることを特徴とする軸受支持装置。
  14. 請求項1ないし請求項13のうちのいずれか1つに記載の軸受支持装置において、
    前記回転体は、多気筒エンジンの各気筒それぞれに連通する吸入空気通路の通路長または断面積を変更するための多連一体型のバタフライバルブを有していることを特徴とする軸受支持装置。
  15. 請求項1ないし請求項13のうちのいずれか1つに記載の軸受支持装置において、
    前記回転体は、エンジンの気筒に吸入される吸入空気量を変更するためのバタフライバルブを有していることを特徴とする軸受支持装置。
  16. 請求項1ないし請求項13のうちのいずれか1つに記載の軸受支持装置において、
    前記回転体は、エンジンの吸気ポートから燃焼室内に吸入される吸入空気にスワール流またはタンブル流を発生させるためのバタフライバルブを有していることを特徴とする軸受支持装置。
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