JP2008255946A - バルブ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バルブ装置１において、第１捩りばね３と第２捩りばね４との結合部１１に発生する振幅応力を低減し、耐疲労性を向上することにある。
【解決手段】バルブ装置１によれば、結合部１１に対する中間部材１９の当接領域である閉側当接領域３０が、結合部１１に対するオープナ部材１７の当接領域である開側当接領域２４、２５に径方向において含まれる。これにより、中間部材１９から受ける反力の作用点（つまり、閉側当接領域３０に含まれる点）とオープナ部材１７から受ける反力の作用点（つまり、開側当接領域２４、２５に含まれる点）とが径方向に重なる。このため、弁体が中間位置をまたぐ際の、結合部１１の径方向の根元３３に負荷されるモーメントの非連続性が緩和されるので、振幅応力を低減し、耐疲労性を向上することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、流路の開度を操作するバルブ装置に関する。

従来より、バルブ装置は、弁体を開側に回転させる駆動力を発生する電動アクチュエータと、弁体を閉側に付勢する捩りばねとを備え、捩りばねの付勢力に抗して弁体を回転させることで流路の開度を操作するものであり、例えば、内燃機関への吸入空気量を可変するスロットル装置に適用されている。

ところで、バルブ装置をスロットル装置に適用する場合、何らかの障害により電動アクチュエータが作動しなくなっても、流路の開度を所定の大きさに維持して内燃機関の停止を回避し退避走行を可能にする必要がある。そこで、弁体に閉側付勢力を及ぼす第１捩りばねと、弁体に開側付勢力を及ぼす第２捩りばねとを備え、閉側付勢力と開側付勢力とが拮抗する回転位置（以下、中間位置とする）に弁体を留めることができるようにしたバルブ装置が考えられている（例えば、特許文献１参照）。

そして、特許文献１には、図８及び図９に示すように、第１捩りばねの端部と第２捩りばねの端部とを結合し、第１捩りばねと第２捩りばねとを１つの部品とするバルブ装置１００が記載されている。このバルブ装置１００によれば、第１捩りばね１０１と第２捩りばね１０２とが一体化されているため、少ない部品点数でかつ簡単な構成で弁体１０４を中間位置に留めることができる。

ところで、バルブ装置１００は、弁体１０４を中間位置に保持するため、第１捩りばね１０１と第２捩りばね１０２との結合部１０５に係合する中間部材１０８を備える。このため、弁体１０４が中間位置に留まっているとき、結合部１０５は中間部材１０８から反力を受けている。

そして、弁体１０４が中間位置よりも閉側にあるとき、中間部材１０８は結合部１０５との係合を維持し、結合部１０５は中間部材１０８から反力を受ける。また、弁体１０４が中間位置よりも開側にあるとき、結合部１０５と中間部材１０８との係合は解除され、電動アクチュエータにより駆動されるオープナ部材１０９が結合部１０５を押圧するので、結合部１０５はオープナ部材１０９から反力を受ける。

すなわち、バルブ装置１００によれば、結合部１０５は、弁体１０４が中間位置よりも開側にあるとき、オープナ部材１０９から反力を受け、弁体１０４が中間位置よりも閉側にあるとき、中間部材１０８から反力を受ける。

しかし、結合部１０５において、中間部材１０８から受ける反力の作用点は、オープナ部材１０９から受ける反力の作用点よりも外周側に大きく離れている。このため、これらの作用点に対する支点をなす結合部１０５の根元１１０では、弁体１０４が中間位置をまたいで開閉する際に、負荷されるモーメントが中間位置で非連続的に変化する。従って、バルブ装置１００の根元１１０は、振幅応力が大きく、振幅疲労が著しいため、根元１１０が特に劣化する恐れがある（なお、振幅応力とは、弁体１０４が全開位置にあるときの根元１１０に生じる応力と中間位置にあるときの根元１１０に生じる応力との差の１／２として定義され、負荷されるモーメントの非連続性のレベルを示すパラメータである）。
特開２００２−２５６８９４号公報

本発明は上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、結合部に発生する振幅応力を低減し、耐疲労性を向上することにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載のバルブ装置は、弁体を閉側に付勢する第１捩りばねと、一端部が第１捩りばねの他端部と結合して結合部を形成し、弁体を開側に付勢する第２捩りばねと、弁体が全開位置と全閉位置との間の所定の中間位置よりも閉側にあるときに結合部に係合して結合部を所定位置に保持する中間部材と、弁体と一体的に回転し、弁体が中間位置よりも開側にあるときに、結合部を第１捩りばねの付勢力に抗して押圧するオープナ部材とを備え、結合部に対する中間部材の当接領域と、結合部に対するオープナ部材の当接領域とが径方向に重なる。

これにより、中間部材から受ける反力の作用点（つまり、結合部に対する中間部材の当接領域に含まれる点）とオープナ部材から受ける反力の作用点（つまり、結合部に対するオープナ部材の当接領域に含まれる点）とが径方向に重なる。このため、結合部の根元に負荷されるモーメントの非連続性が緩和されるので、振幅応力を低減し、耐疲労性を向上することができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載のバルブ装置によれば、中間部材の当接領域またはオープナ部材の当接領域のいずれか一方の領域は、径方向において他方の領域に含まれる。
これにより、請求項１と同様の効果を得ることができる。

〔請求項３の手段〕
請求項３に記載のバルブ装置によれば、中間部材の当接領域とオープナ部材の当接領域とが軸方向に離れている。
これにより、中間部材とオープナ部材との立体的干渉を避けて、中間部材の当接領域とオープナ部材の当接領域とを径方向に重ねることができる。

最良の形態１のバルブ装置は、弁体を閉側に付勢する第１捩りばねと、一端部が第１捩りばねの他端部と結合して結合部を形成し、弁体を開側に付勢する第２捩りばねと、弁体が全開位置と全閉位置との間の所定の中間位置よりも閉側にあるときに結合部に係合して結合部を所定位置に保持する中間部材と、弁体と一体的に回転し、弁体が中間位置よりも開側にあるときに、結合部を第１捩りばねの付勢力に抗して押圧するオープナ部材とを備え、結合部に対する中間部材の当接領域と、結合部に対するオープナ部材の当接領域とが径方向に重なっており、前記中間部材の当接領域または前記オープナ部材の当接領域のいずれか一方の領域が、径方向において他方の領域に含まれる。
また、中間部材の当接領域とオープナ部材の当接領域とが軸方向に離れている。

〔実施例１の構成〕
実施例１のバルブ装置１の構成を、図１ないし図３を用いて説明する。
バルブ装置１は、図１に示すように、弁体２を開側に回転させる駆動力を発生する電動アクチュエータ（図示せず）と、弁体２を閉側に付勢する第１捩りばね３とを備え、第１捩りばね３の付勢力に抗して弁体２を回転させることで流路の開度を操作するものであり、例えば、内燃機関への吸入空気量を可変するものである。

また、バルブ装置１は、弁体２に開側付勢力を及ぼす第２捩りばね４を備え、全開位置と全閉位置との間で第１捩りばね３の閉側付勢力と第２捩りばね４の開側付勢力とが拮抗する回転位置（以下、中間位置とする）に弁体２を留めることができるように設けられ、何らかの障害により電動アクチュエータが作動しなくなっても、弁体２を中間位置に保持して内燃機関の停止を回避し退避走行を可能にするものである。

なお、弁体２は、シャフト５の一端部に取り付けられており、シャフト５の他端側には電動アクチュエータにより駆動されるバルブギヤ８が設けられている。そして、バルブギヤ８が電動アクチュエータから駆動力を受けて回転することにより、バルブギヤ８、シャフト５及び弁体２が一体となって回転する。

第１、第２捩りばね３、４は一体に形成されており、第１捩りばね３の他端部９と第２捩りばね４の一端部１０とが結合してＵ字状の結合部１１を形成しており、結合部１１は、外周側に曲げられて径方向外側に突出している。

また、第１、第２捩りばね３、４は、シャフト５の外周側にシャフト５と同軸的に配されており、第１捩りばね３の一端部１２がバルブボディ（図示せず）に延設された係止部１５に係止されて固定され、第２捩りばね４の他端部１６が後述するオープナ部材１７に係合し、バルブギヤ８とともに回転する。なお、バルブギヤ８の一端側には、第２捩りばね４の内周ガイド１８が設けられている。

さらに、バルブ装置１は、弁体２が中間位置よりも閉側にあるときに結合部１１に係合する中間部材１９と、弁体２と一体的に回転し、弁体２が中間位置よりも開側にあるときに、結合部１１を第１捩りばね３の開側付勢力に抗して押圧するオープナ部材１７とを備える。
このため、結合部１１は、弁体２が中間位置よりも閉側にあるときに、中間部材１９から反力を受け、弁体２が中間位置よりも開側にあるときに、中間部材１９との係合が解除され、オープナ部材１７から反力を受ける。

中間部材１９は、電動アクチュエータが作動しなくなったときに、弁体２が中間位置に留まるように結合部１１に係合して、結合部１１を位置決めするものである。なお、中間部材１９は、バルブボディに設けられた所定の螺合穴（図示せず）に螺合されて、径方向に直交するように配されている。このため、中間部材１９を、螺合穴から出し入れすることにより、結合部１１と係合する位置を自在に調節することができる。

オープナ部材１７は、バルブギヤ８と一体的に設けられ、第２捩りばね４の外周側に配されており、バルブギヤ８、シャフト５及び弁体２とともに一体的に回転する。また、オープナ部材１７は、弁体２が中間位置よりも開側にあるときに、結合部１１に当接する当接面２２と、第２捩りばね４の他端部１６が係合する係合面２３とを有する。なお、第２捩りばね４の他端部１６は、弁体２が中間位置よりも開側、閉側のいずれにあるかにかかわらず、係合面２３に係合する。

〔実施例１の特徴〕
実施例１のバルブ装置１の特徴を図２及び図３を用いて説明する。
実施例１のバルブ装置１によれば、結合部１１は、上記のように第１捩りばね３の他端部９と第２捩りばね４の一端部１０とがＵ字状に結合して形成されている。そして、オープナ部材１７の当接面２２が、各々、他端部９及び一端部１０に線状に当接することで、結合部１１に対するオープナ部材１７の当接領域２４、２５（以下、開側当接領域２４、２５とする）が形成される。

また、結合部１１は、他端部９と一端部１０とを架橋するとともに中間部材１９の当接を受ける架橋部２６を有する。つまり、中間部材１９の先端面２９が架橋部２６に線状に当接することで、結合部１１に対する中間部材１９の当接領域３０（以下、閉側当接領域３０とする）が形成される。さらに、オープナ部材１７の外周面には、弁体２が中間位置の近傍にあるときに中間部材１９の先端部３１が相対的に通過できる溝３２が設けられている。そして、弁体２が中間位置の近傍にあるときには、溝３２に嵌まった先端部３１が架橋部２６に当接して閉側当接領域３０が形成される。なお、溝３２は、当接面２２において開側当接領域２４、２５を避けるように設けられている。

そして、中間部材１９、オープナ部材１７及び結合部１１は、閉側当接領域３０が、径方向において開側当接領域２４、２５に含まれるように位置設定される。つまり、径方向座標軸を想定した場合、開側当接領域２４、２５の上限値と下限値との間に、閉側当接領域３０の上限値と下限値とが収まるように位置設定される。

そして、実施例１のバルブ装置１によれば、図３に示すように、径方向座標軸において、閉側当接領域３０は上限値と下限値とが一致する１点値で示され、この閉側当接領域３０の１点値が開側当接領域２４、２５の上限値と一致している。つまり、実施例１のバルブ装置１によれば、径方向座標軸において閉側当接領域３０の１点値が開側当接領域２４、２５の上限値と一致することで、閉側当接領域３０が径方向において開側当接領域２４、２５に含まれている。

また、中間部材１９、オープナ部材１７及び結合部１１は、閉側当接領域３０と開側当接領域２４、２５とが軸方向において離れるように位置設定される。つまり、軸方向座標軸を想定した場合、開側当接領域２４、２５のそれぞれの数値範囲が、閉側当接領域３０の数値範囲に重ならないように位置設定される。

そして、実施例１のバルブ装置１によれば、図３に示すように、軸方向座標軸において、開側当接領域２４、２５はそれぞれ上限値と下限値とが一致する１点値で示され、開側当接領域２４の１点値が閉側当接領域３０の上限値よりも上側に位置し、開側当接領域２５の１点値が閉側当接領域３０の下限値よりも下側に位置する。つまり、実施例１のバルブ装置１によれば、軸方向座標軸において開側当接領域２４の１点値を閉側当接領域３０の数値範囲よりも大きく、開側当接領域２５の１点値を閉側当接領域３０の数値範囲よりも小さくすることで、閉側当接領域３０と開側当接領域２４、２５とが軸方向において離れている。

〔実施例１の効果〕
実施例１のバルブ装置１によれば、径方向座標軸において閉側当接領域３０の１点値が開側当接領域２４、２５の上限値と一致することで、閉側当接領域３０が径方向において開側当接領域２４、２５に含まれている。これにより、中間部材１９から受ける反力の作用点（つまり、閉側当接領域３０に含まれる点）とオープナ部材１７から受ける反力の作用点（つまり、開側当接領域２４、２５に含まれる点）とが径方向に重なる。このため、弁体２が中間位置をまたぐ際の、結合部１１の径方向の根元３３（図２（ａ）参照）に負荷されるモーメントの非連続性が緩和されるので、振幅応力を低減し、耐疲労性を向上することができる。

また、実施例１のバルブ装置１によれば、軸方向座標軸において開側当接領域２４の１点値を閉側当接領域３０の数値範囲よりも大きく、開側当接領域２５の１点値を閉側当接領域３０の数値範囲よりも小さくすることで、閉側当接領域３０と開側当接領域２４、２５とが軸方向において離れている。これにより、中間部材１９とオープナ部材１７との立体的干渉を確実に避けて、閉側当接領域３０と開側当接領域２４、２５とを径方向に重ねることができる。

実施例２のバルブ装置１によれば、図４のように、結合部１１は、他端部９から一端部１０に向かって垂直に突出する突出部３６を有し、中間部材１９は突出部３６に当接する。この場合、当接面２２が他端部９及び一端部１０に線状に当接することで、開側当接領域３７、３８が形成され、先端面２９が突出部３６に線状に当接することで、閉側当接領域３９が形成される。

そして、中間部材１９、オープナ部材１７及び結合部１１は、実施例１と同様に、閉側当接領域３９が径方向において開側当接領域３７、３８に含まれ、閉側当接領域３９と開側当接領域３７、３８とが軸方向において離れるように位置設定されている。

実施例３のバルブ装置１によれば、図５のように、結合部１１はＸ字状の架橋部２６を有し、中間部材１９及びオープナ部材１７の両方が架橋部２６に当接する。この場合、当接面２２が他端部９と架橋部２６の一部とに線状に当接することで開側当接領域４０が形成され、当接面２２が一端部１０と架橋部２６の一部とに線状に当接することで開側当接領域４１が形成される。また、先端面２９が架橋部２６の中心部に線状に当接することで、閉側当接領域４２が形成される。

そして、中間部材１９、オープナ部材１７及び結合部１１は、閉側当接領域４２と開側当接領域４０、４１とが径方向において重なり、閉側当接領域４２と開側当接領域４０、４１とが軸方向において離れるように位置設定される。つまり、中間部材１９、オープナ部材１７及び結合部１１は、径方向座標軸において、開側当接領域４０、４１の上限値と下限値との間に閉側当接領域４２の下限値が収まり、且つ、軸方向座標軸において、開側当接領域４０、４１のそれぞれの数値範囲が、閉側当接領域４２の数値範囲に重ならないように位置設定されている。

実施例４のバルブ装置１によれば、図６のように、架橋部２６は、他端部９及び一端部１０を外周側で包囲する筒体として設けられ、筒体の外表面４５に中間部材１９及びオープナ部材１７の両方が当接する。この場合、当接面２２が外表面４５に面状に当接することで、開側当接領域４６が形成され、先端面２９が外表面４５の中心部に面状に当接することで、閉側当接領域４７が形成される。

そして、中間部材１９、オープナ部材１７及び結合部１１は、閉側当接領域４７と開側当接領域４６とが径方向において重なるように位置設定される。つまり、中間部材１９、オープナ部材１７及び結合部１１は、径方向座標軸において、開側当接領域４６の上限値と下限値との間に閉側当接領域４７の下限値が収まるように位置設定される。なお、実施例４では、中間部材１９、オープナ部材１７及び結合部１１が、軸方向座標軸において、開側当接領域４６の上限値と下限値との間に閉側当接領域４７の上限値と下限値とが収まることで、軸方向において閉側当接領域４７が開側当接領域４６に含まれるように位置設定される。

実施例５のバルブ装置１によれば、図７のように、他端部９と一端部１０との距離が中間部材１９の径よりも小さく、架橋部２６、他端部９及び一端部１０に中間部材１９が当接する。この場合、当接面２２が他端部９及び一端部１０に線状に当接することで、開側当接領域４８、４９が形成され、先端面２９が架橋部２６、他端部９及び一端部１０と線状に当接することで、閉側当接領域５０が形成される。

そして、中間部材１９、オープナ部材１７及び結合部１１は、実施例１と同様に、閉側当接領域５０が径方向において開側当接領域４８、４９に含まれ、閉側当接領域５０と開側当接領域４８、４９とが軸方向において離れるように位置設定されている。

〔変形例〕
径方向座標軸上の開側当接領域は、実施例１〜５において一つの連続した数値範囲により形成されていたが、複数の分離した数値範囲により形成してもよく、単一の１点値により形成してもよく、さらに複数の１点値等により形成してもよい。
また、軸方向座標軸上の開側当接領域は、実施例１、２、５において２つの一点値で形成され、実施例３において２つに分離した数値範囲で形成され、実施例４において一つの連続した数値範囲により形成されていたが、これらの形態にのみ限定されない。すなわち、軸方向座標軸上の開側当接領域を、一つの連続した数値範囲、複数の分離した数値範囲、単一の１点値、ないし複数の１点値等の中のいずれか１つの形態を任意に選択して形成してもよい。

また、径方向座標軸上の閉側当接領域は、実施例１、２、５において１点値で形成され、実施例３及び実施例４において一つの連続した数値範囲で形成されていたが、これらの形態にのみ限定されず、一つの連続した数値範囲、複数の分離した数値範囲、単一の１点値、ないし複数の１点値等の中のいずれか１つの形態を任意に選択して形成してもよい。
また、軸方向座標軸上の閉側当接領域は、実施例１〜５において一つの連続した数値範囲で形成されていたが、複数の分離した数値範囲により形成してもよく、単一の１点値により形成してもよく、さらに複数の１点値等により形成してもよい。

また、実施例１、２、５では、閉側当接領域が径方向において開側当接領域に含まれるように中間部材１９、オープナ部材１７及び結合部１１が位置設定され、実施例３、４では、閉側当接領域と開側当接領域とが径方向において重なるように中間部材１９、オープナ部材１７及び結合部１１が位置設定されていたが、開側当接領域が径方向において閉側当接領域に含まれるように中間部材１９、オープナ部材１７及び結合部１１の位置を設定してもよい。

バルブ装置の斜視図である（実施例１）。 （ａ）はバルブ装置の弁体側から見た結合部と中間部材とオープナ部材の位置関係を示す説明図であり、（ｂ）は結合部に対する中間部材とオープナ部材の当接位置を示す説明図であり、（ｃ）はバルブ装置の側面から見た結合部と中間部材とオープナ部材の位置関係を示す説明図である（実施例１）。 開側当接領域及び閉側当接領域を示す結合部の平面図である（実施例１）。 開側当接領域及び閉側当接領域を示す結合部の平面図である（実施例２）。 開側当接領域及び閉側当接領域を示す結合部の平面図である（実施例３）。 （ａ）は、開側当接領域及び閉側当接領域を示す結合部の平面図であり、(ｂ)は、結合部のＡ−Ａ断面図である。（実施例４）。 開側当接領域及び閉側当接領域を示す結合部の平面図である（実施例５）。 バルブ装置の斜視図である（従来技術）。 （ａ）はバルブ装置の弁体側から見た結合部と中間部材とオープナ部材の位置関係を示す説明図であり、（ｂ）は結合部に対する中間部材とオープナ部材の当接位置を示す説明図であり、（ｃ）はバルブ装置の側面から見た結合部と中間部材とオープナ部材の位置関係を示す説明図である（従来技術）。

符号の説明

１ バルブ装置
２ 弁体
３ 第１捩りばね
４ 第２捩りばね
９ （第１捩りばねの）他端部
１０ （第２捩りばねの）一端部
１１ 結合部
１７ オープナ部材
１９ 中間部材
２４、２５ 開側当接領域（結合部に対するオープナ部材の当接領域）
３０ 閉側当接領域（結合部に対する中間部材の当接領域）
３７、３８ 開側当接領域（結合部に対するオープナ部材の当接領域）
３９ 閉側当接領域（結合部に対する中間部材の当接領域）
４０、４１ 開側当接領域（結合部に対するオープナ部材の当接領域）
４２ 閉側当接領域（結合部に対する中間部材の当接領域）
４６ 開側当接領域（結合部に対するオープナ部材の当接領域）
４７ 閉側当接領域（結合部に対する中間部材の当接領域）
４８、４９ 開側当接領域（結合部に対するオープナ部材の当接領域）
５０ 閉側当接領域（結合部に対する中間部材の当接領域）

Claims (3)

1. 弁体を閉側に付勢する第１捩りばねと、
   一端部が前記第１捩りばねの他端部と結合して結合部を形成し、前記弁体を開側に付勢する第２捩りばねと、
   前記弁体が全開位置と全閉位置との間の所定の中間位置よりも閉側にあるときに前記結合部に係合して前記結合部を所定位置に保持する中間部材と、
   前記弁体と一体的に回転し、前記弁体が前記中間位置よりも開側にあるときに、前記結合部を前記第１捩りばねの付勢力に抗して押圧するオープナ部材とを備え、
   前記結合部に対する前記中間部材の当接領域と、前記結合部に対する前記オープナ部材の当接領域とが径方向に重なることを特徴とするバルブ装置。
2. 請求項１に記載のバルブ装置において、
   前記中間部材の当接領域または前記オープナ部材の当接領域のいずれか一方の領域は、径方向において他方の領域に含まれることを特徴とするバルブ装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のバルブ装置において、
   前記中間部材の当接領域と前記オープナ部材の当接領域とが軸方向に離れていることを特徴とするバルブ装置。

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