JP2009293581A - スロットルバルブ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スロットルシャフトのスラスト方向の位置決めを確実に行い、かつスロットルバルブを駆動させるアクチュエータの性能に影響を与えないスロットルバルブ装置を提供する。
【解決手段】スロットルシャフト１６を保持する第一ボールベアリング２４では、外輪２４ｂをスロットルボディ１０に固定し、内輪２４ａをスロットルシャフト１６に対して移動自在に嵌合する。スロットルシャフト１６を保持する第二ボールベアリング２６では、外輪２６ｂをスロットルボディ１０に固定し、内輪２６ａをスロットルシャフト１６に固定する。内輪２４ａに一端が接触可能な筒状の受け部材を移動自在に嵌合させ、スロットルレバー１８と受け部材との間に圧縮コイルスプリングを装着する。この圧縮コイルスプリングの一端がスロットルシャフト１６と内輪２６ａとを付勢して、スロットルシャフト１６に固定したスロットルバルブ１４の位置決めを行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンへの吸入空気量を制御するためのスロットルバルブ装置に関するものである。

従来から、エンジンへの吸入空気量を制御するものとして、スロットルバルブ装置が知られている。スロットルバルブ装置には、吸気通路を開閉するスロットルバルブが配置され、スロットルバルブはスロットッルシャフトに固定され、スロットッルシャフトの回転に応じて吸気通路を開閉する。スロットッルシャフトの一端はスロットッルボディの一側外壁に突出し、この一端にはスロットッルレバーが一体的に固定される。スロットッルレバーには、アクセルワイヤーが連結され、アクセルワイヤーの他端はアクセルグリップに接続される。運転者によってアクセルグリップの回転操作が行なわれると、この回転がアクセルワイヤーを介してスロットルレバーに伝達され、スロットルレバーを回転させる。スロットルシャフトは、スロットルレバーの回転に伴い回動し、スロットルバルブにより吸気通路の開閉を行なう。二輪車用エンジン向けスロットルバルブ装置では、アクセルワイヤーで直接スロットルシャフトを回転させるのではなく、スロットルシャフトに連結されるモータによって、アクセル開度信号に応じて吸気通路の開閉を行なう方法も普及している。汎用エンジン向けスロットルバルブ装置では、スロットルレバーがガバナ機構を介して調速レバー（アクセルグリップに相当する）に連動連結しているものがある。また、最近ではガバナ機構を用いることなく、二輪車同様にモータによる電子制御を行なうことが試みられている。

スロットルバルブ装置においてスロットルシャフトにスラスト方向のガタがあると、吸入空気量が安定しないという欠点がある。このため、スロットルバルブ装置においては、吸入吸気量を安定させるために、スロットルシャフトのスラスト方向の位置決めをするよう工夫がなされている。

二輪車用エンジン向けスロットルバルブ装置では、スロットルバルブを吸気通路閉鎖位置に戻すためのリターンスプリング（ねじりコイルスプリング）を備えている。このねじりコイルスプリングが、スロットルシャフトにスラスト方向に押圧する付勢力を与え、このねじりコイルスプリングによってスロットルシャフトのスラスト方向の位置決めを行っている。

ガバナ機構を介して調速レバーに連動連結されるスロットルバルブ装置では、ガバナ機構を介することから、二輪車用スロットルバルブ装置に用いるようなスロットルバルブ戻し用ねじりスプリングを用いることができない。そのため、ガバナ機構を介して調速レバーに連動連結されるスロットルバルブ装置には、スロットルシャフトをスラスト方向に付勢するために、ばね定数の小さい圧縮スプリングを備えている。この圧縮コイルスプリングは、スロットルシャフトを支持するボールベアリングの外輪とその外輪と対向するスロットルボディとの間に介在させることで、スロットルシャフトを一方方向に付勢し、スロットルシャフトのスラスト方向の移動を阻止するようにしている（特許文献１）。

特開平３−８５３３４

特許文献１のように、ばね定数の小さい圧縮スプリングでスロットルシャフトを一方方向に付勢する構成では、弱い付勢力の圧縮コイルスプリングのみによってスロットルシャフトを位置決めしているため、振動等によりスロットルシャフトがスラスト方向に位置ずれを起こし、それによってスロットルバルブとスロットルボアに露出するスロットルボディとの間でせりが生じ、エンジンの作動安定性が確保できないという問題があった。そのため、スラスト方向の位置決めを行うコイルスプリングの押圧力を大きくして付勢力を強めることにより、スロットルシャフトを確実に位置決めする方法が考えられる。しかし、ガバナ機構を介して吸気通路の開閉を行なうスロットルバルブ装置においては、コイルスプリングの押圧力を大きくすると、スロットルシャフトへの一方方向の押圧力が大きくなり、ガバナ力がスロットルバルブに作用しにくくなり、特に低速運転時にはガバナ力がスロットルシャフトに作用しなくなり、スロットルバルブの適正開閉を行なえないという問題があった。また、コイルスプリングの押圧力を大きくし、アクチュエータとしてステッピングモータ等の電動機によりスロットルシャフトを回転させ、スロットルバルブにより吸気通路の開閉を行なう方法も考えられるが、この場合には、大きな出力のモータが必要となり、コスト高、艤装上大型となる等の問題があり、適用し難いという問題があった。

スロットルバルブ装置では、スロットルシャフトは２個のボールベアリングで回転自在に支持されている。各ボールベアリングにおいては、内輪や外輪がボールと接触する接触面の曲率半径は、ボールの半径より大きく設定されている。このため、スロットルシャフトがスラスト方向に位置決めを行った場合でも、内輪と外輪とがボールを介してスラスト方向にズレてしまう（アキシアル隙間のガタが発生する）ことがあり、スロットルシャフトのスラスト方向の位置決めを確実に行えないおそれがあった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、スロットルシャフトのスラスト方向の位置決めを確実に行い、かつスロットルバルブを駆動させるアクチュエータの性能に影響を与えないようにすることができるスロットルバルブ装置を提供することを目的とするものである。

本発明のスロットルバルブ装置は、内部に吸気通路を形成したスロットルボディと、前記吸気通路を通過する空気量を調整するためのスロットルバルブと、前記スロットルルバルブに固定されるものであってアクチュエータによって回転させられるスロットルシャフトと、前記スロットルシャフトを回転自在に保持するものであってそれぞれ内輪と外輪とボールとから成る２個のボールベアリングと、を有するスロットルバルブ装置において、前記２個のボールベアリングのそれぞれの外輪を前記スロットルボディに固定し、前記一方のボールベアリングの内輪を前記スロットルシャフトに対して摺動自在に嵌合し、前記他方のボールベアリングの内輪を前記スロットルシャフトに固定し、前記スロットルシャフトに対して筒状の受け部材を摺動自在に嵌合させ、前記受け部材と前記スロットルシャフト自体またはそのスロットルシャフトに固定された部材との間に圧縮コイルスプリングを装着し、前記圧縮コイルスプリングの一端で前記受け部材を介して前記スロットルシャフトに対して摺動自在な前記内輪を付勢し、前記圧縮コイルスプリングの他端で前記スロットルシャフト自体またはそのスロットルシャフトに固定された部材を前記受け部材と反対方向に付勢することを特徴とするものである。本発明は、前記受け部材の外壁に外部に向けて突出する環状の鍔部を形成し、前記圧縮コイルスプリングの一端が前記環状の鍔部に接触して前記受け部材を付勢することを特徴とするものである。本発明は、前記スロットルシャフトに固定された部材がスロットルレバーであることを特徴とするものである。本発明は、前記スロットルシャフトに対して摺動自在に嵌合した前記内輪が、前記スロットルボディに接触せずに移動できるように、前記スロットルボディに凹み空間を形成したことを特徴とするものである。

本発明のスロットルバルブ装置では、１個の圧縮コイルスプリングで、２箇所に備えた各ボールベアリングの各内輪のみを付勢し、かつ、スロットルシャフトを一方のスラスト方向に付勢する。よって、圧縮コイルスプリングの付勢力はアクチュエータの作動とは無関係となり、スロットルシャフトの位置決めがアクチュエータによるスロットルバルブへの影響を無くすことができる。本発明では更に、２個の各ボールベアリングにおいて、各外輪に対して各内輪を変位させることができる。即ち、各ボールベアリングにおいて、圧縮スプリングの反力により各外輪に対して各内輪を変位させることから、アキシアル隙間のガタを無くすことができる。従来は、スロットルシャフトの位置決めを行った場合でも、ボールベアリングのアキシアル隙間のガタによって、スロットルシャフトのスラスト方向の位置決めを確実に行えないおそれがあったが、本発明ではボールベアリングのアキシアル隙間のガタを完全に解消することができるので、スロットルシャフトのスラスト方向の位置決めを正確かつ確実に行うことができる。

次に、本発明を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係るスロットルバルブ装置の断面図、図２は図１の一方側のベアリング付近の要部拡大断面図、図３は図１の他方側のベアリング付近の要部拡大断面図である。本発明に係るスロットルバルブ装置は、スロットルボディ１０と、スロットルボディ１０内に形成した吸気通路１２と、その吸気通路１２を開閉するスロットルバルブ１４と、スロットルバルブ１４を固定したスロットルシャフト１６等を有している。スロットルシャフト１６の一端にはスロットルレバー１８が固定され、そのスロットルレバー１８をガバナ機構やステップモータ等のアクチュエータ２０で作動させる。スロットルシャフト１６の他端には、回転角度センサ２２が取り付けられている。なお、スロットルシャフト１６を回転させるガバナ機構やステップモータ等のアクチュエータ２０の構造は、既知であるので、ここではその説明を省略する。また、アクチュエータ２０としては、ガバナ機構やステップモータに限るものではない。

スロットルシャフト１６は、スロットルボディ１０に固定される第一ボールベアリング２４と第二ボールベアリング２６とによって回転自在に支持されている。第二ボールベアリング２６との間に、スロットルバルブ１４が配置されている。スロットルシャフト１６は、スラスト方向に若干の距離だけ移動できるように設定されている。

第一ボールベアリング２４は、図２に示すように、内輪２４ａと外輪２４ｂとボール２４ｃとから成る。第一ボールベアリング２４において、内輪２４ａがボール２４ｃと接触する接触面２８の曲率半径は、ボール２４ｃの半径より大きく設定されている。同様に、外輪２４ｂがボール２４ｃと接触する接触面３０の曲率半径は、ボール２４ｃの半径より大きく設定されている。

図２に示すように、スロットルシャフト１６の一端から、スロットルシャフト１６の外壁に第一ボールベアリング２４の内輪２４ａを摺動自在に嵌合させる。スロットルシャフト１６の外壁に嵌合した第一ボールベアリング２４をスロットルシャフト１６の中央部に向けて移動させて、第一ボールベアリング２４の外輪２４ｂがスロットルボディ１０に接触した位置で、第一ボールベアリング２４の外輪２４ｂをスロットルボディ１０に固定する。第一ボールベアリング２４の外輪２４ｂをスロットルボディ１０に固定した状態では、内輪２４ａの挿入先端側（スロットルバルブ１４側）はスロットルボディ１０とは接触していない。即ち、第一ボールベアリング２４の外輪２４ｂをスロットルボディ１０に固定した状態では、内輪２４ａの挿入先端側のスロットルボディ１０に、内輪２４ａがスロットルバルブ１４側に僅かな距離だけ移動可能な凹み空間３２が設けられている。

第一ボールベアリング２４の外輪２４ｂをスロットルボディ１０に固定した状態で、スロットルシャフト１６の一端側から筒状の受け部材３４をスロットルシャフト１６の外壁に回動自在に嵌合させる。その際に、筒状の受け部材３４の外壁の外側にシール部材３５を備える。筒状の受け部材３４をスロットルシャフト１６に嵌合させることによって、受け部材３４の挿入先端側は、第一ボールベアリング２４の内輪２４ａと接触する。筒状の受け部材３４の長さの途中の外壁に外部に向けて突出する環状の鍔部３６を一体に形成する。受け部材３４の鍔部３６と、スロットルシャフト１６に固定するスロットルレバー１８との間に圧縮コイルスプリング３８を装着する（図３）。なお、圧縮コイルスプリング３８の一端はスロットルレバー１８ではなくてスロットルシャフト１６自体に接触させる（スロットルシャフト１６の先端付近をフランジとして、そのフランジに接触させる）ようにしても良い。

図３においては、圧縮コイルスプリング３８は、スロットルレバー１８とそれに固定するスロットルシャフト１６とを上方側に付勢させる力となり、受け部材３４を図１及び図３で下方側（スロットルバルブ１４側）に付勢する力となる。圧縮コイルスプリング３８によって、受け部材３４と接触する第一ボールベアリング２４の内輪２４ａは押されて凹み空間３２内に移動する。即ち、第一ボールベアリング２４の内輪２４ａが外輪２４ｂに対して限界までズレた位置で、内輪２４ａと外輪２４ｂとのアキシアル隙間のガタを無くすことができる。

第二ボールベアリング２６は、図４に示すように、内輪２６ａと外輪２６ｂとボール２６ｃとから成る。第二ボールベアリング２６において、内輪２６ａがボール２６ｃと接触する接触面４０の曲率半径は、ボール２６ｃの半径より大きく設定されている。同様に、外輪２６ｂがボール２６ｃと接触する接触面４２の曲率半径は、ボール２６ｃの半径より大きく設定されている。

スロットルシャフト１６の他端（回転角度センサ２２…図１参照）側には径小部４４が形成され、その径小部４４の外側に第二ボールベアリング２６の内輪２６ａを嵌合する。スロットルシャフト１６における径小部４４と径大部（スロットルシャフト１６の直径の大きい箇所）との境界は段部となっており、内輪２６ａは径小部４４の境界の段部に当接する。内輪２６ａが径小部４４の境界の段部に当接した位置で、第二ボールベアリング２６の外輪２６ｂをスロットルボディ１０に固定する。スロットルシャフト１６の径小部４４に第二ボールベアリング２６の内輪２６ａを嵌合した後、その径小部４４に筒状のスペーサ４６を嵌合させ、その後ナット４８をスロットルシャフト１６の端付近に螺合させる。これによって、第二ボールベアリング２６の内輪２６ａをスロットルシャフト１６に固定する。スロットルシャフト１６の外壁に、吸気通路１２と外部との空気の連絡を阻止するためのシール部材５０を備える。

圧縮コイルスプリング３８によって、スロットルシャフト１６を図１及び図３で上方側に付勢させる力は、図４の状態からスロットルシャフト１６を上方に付勢させる力となる。第二ボールベアリング２６の内輪２６ａはスロットルシャフト１６にナット４８で固定されており、かつ外輪２６ｂはスロットルボディ１０に固定されているので、図１及び図３でスロットルシャフト１６に上方に付勢させる力が働いた時に、図４の状態から図５の状態に変化する。ここで、図５に示すように、スロットルボディ１０に対して、スロットルシャフト１６と共に第二ボールベアリング２６の内輪２６ａが上方に移動する。第二ボールベアリング２６の内輪２６ａが外輪２６ｂに対して限界までズレた位置で、内輪２６ａと外輪２６ｂとのアキシアル隙間のガタを無くすことができる。スロットルボディ１０に対して、スロットルシャフト１６の上方への移動は、スロットルバルブ１４の位置決めとなる。

一方の第一ボールベアリング２４の内輪２４ａはスロットルシャフト１６に固定されておらず、他方の第二ボールベアリング２６の内輪２６ａはスロットルシャフト１６に固定されているので、圧縮コイルスプリング３８による付勢力は、スロットルシャフト１６（スロットルバルブ１４）を一方方向に付勢することになり、圧縮コイルスプリング３８の付勢力によってスロットルシャフト１６の位置決めとなる。このスロットルシャフト１６の位置決めの際に、１個の圧縮コイルスプリング３８による付勢力は、図３及び図５に示すように、第一ボールベアリング２４において外輪２４ｂ（スロットルボディ１０に固定されている）に対して内輪２４ａを変位させると共に、第二ボールベアリング２６において外輪２６ｂ（スロットルボディ１０に固定されている）に対して内輪２６ａを変位させる。これによって、スロットルバルブ１４の位置決めの際における２個のボールベアリングのアキシアル隙間のガタを無くすことができる。

圧縮コイルスプリング３８によるスロットルバルブ１４の位置決めのための付勢力は、第一ボールベアリング２４と第二ボールベアリング２６とのみで受けるので、圧縮コイルスプリング３８による付勢力はスロットルシャフト１６に及ぶことが無い。よって、アクチュエータ２０へのスロットルシャフト１６の位置決めの悪影響が及ぶことは無い。

次に、本発明のスロットルバルブ装置における摺動抵抗について、図６の特性図に基づいて説明する。図６の特性図は、横軸がスロットル開度、縦軸がシャフト回転トルク（摺動抵抗、ヒステリシス）を示す。圧縮コイルスプリングの設計値を中央の傾斜直線Ｓとした場合、本発明のスロットルバルブ装置のシャフト回転トルクは、直線Ｓを内部に含む斜めの実線の平行四辺形（実線Ａ）となる。先行技術の場合のトルクは斜めの点線の平行四辺形四角形（点線Ｂ）となる。この図６から、本発明の実線Ａの摺動抵抗（ヒステリシス）ａは、従来の点線Ｂの摺動抵抗（ヒステリシス）ｂと比べて小さくなる。この図６に示す特性図から分るように、本発明のスロットルバルブ装置では、圧縮コイルスプリング３８によるスロットルシャフト１６の位置決めを行っても、ガバナ機構等のアクチュエータ２０の性能への影響を抑えることができる。

なお、前述の説明で、アクチュエータ２０側の第二ボールベアリング２６の内輪２６ａをスロットルシャフト１６に固定し、第一ボールベアリング２４は内輪２４ａをスロットルシャフト１６に固定しないと説明したが、その反対に、アクチュエータ２０側の第二ボールベアリング２６の内輪２６ａをスロットルシャフト１６に固定せず、第一ボールベアリング２４は内輪２４ａをスロットルシャフト１６に固定するようにしても良い。

本発明に係るスロットルバルブ装置の断面図である。 図１における第一ボールベアリング付近の要部拡大断面図である。 図２に圧縮コイルスプリングとスロットルレバーとを取り付けた状態を示す要部断面図である。 図１における第二ボールベアリング付近の要部拡大断面図である。 図４においてスラスト力を受けて第二ボールベアリングが変形した状態を示す要部断面図である。 スロットル開度とシャフト回転トルクとの関係を示す特性図である。

符号の説明

１０ スロットルボディ
１１ 吸気通路
１４ スロットルバルブ
１６ スロットルシャフト
１８ スロットルレバー
２０ アクチュエータ
２４ 第一ボールベアリング
２４ａ 内輪
２４ｂ 外輪
２４ｃ ボール
２６ 第二ボールベアリング
２６ａ 内輪
２６ｂ 外輪
２６ｃ ボール
３２ 凹み空間
３４ 受け部材
３６ 鍔部
３８ 圧縮コイルスプリング
４４ 径小部

Claims (4)

1. 内部に吸気通路を形成したスロットルボディと、前記吸気通路を通過する空気量を調整するためのスロットルバルブと、前記スロットルルバルブに固定されるものであってアクチュエータによって回転させられるスロットルシャフトと、前記スロットルシャフトを回転自在に保持するものであってそれぞれ内輪と外輪とボールとから成る２個のボールベアリングと、を有するスロットルバルブ装置において、前記２個のボールベアリングのそれぞれの外輪を前記スロットルボディに固定し、前記一方のボールベアリングの内輪を前記スロットルシャフトに対して摺動自在に嵌合し、前記他方のボールベアリングの内輪を前記スロットルシャフトに固定し、前記スロットルシャフトに対して筒状の受け部材を摺動自在に嵌合させ、前記受け部材と前記スロットルシャフト自体またはそのスロットルシャフトに固定された部材との間に圧縮コイルスプリングを装着し、前記圧縮コイルスプリングの一端で前記受け部材を介して前記スロットルシャフトに対して摺動自在な前記内輪を付勢し、前記圧縮コイルスプリングの他端で前記スロットルシャフト自体またはそのスロットルシャフトに固定された部材を前記受け部材と反対方向に付勢することを特徴とするスロットルバルブ装置。
2. 前記受け部材の外壁に外部に向けて突出する環状の鍔部を形成し、前記圧縮コイルスプリングの一端が前記環状の鍔部に接触して前記受け部材を付勢することを特徴とする請求項１記載のスロットルバルブ装置。
3. 前記スロットルシャフトに固定された部材がスロットルレバーであることを特徴とする請求項１記載のスロットルバルブ装置。
4. 前記スロットルシャフトに対して摺動自在に嵌合した前記内輪が、前記スロットルボディに接触せずに移動できるように、前記スロットルボディに凹み空間を形成したことを特徴とする請求項１記載のスロットルバルブ装置。

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