JP2014105691A - インダクティブ型スロットルセンサ付きモータ駆動型スロットルバルブ装置、およびモータ駆動型スロットルバルブ装置のスロットルシャフトの回転角度を検出するためのインダクティブ型スロットルセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】
電子制御スロットル装置のインダクティブ型回転角検出装置において、樹脂成形体であるカップ状のホルダ（ロータ）に励起導体及び金属製のインサータを一体成形し、このインサータを回転体である金属製のスロットルシャフト先端に圧入する。また、励起導体の内側部に樹脂欠落部を設けインサータ上面を露出させ、押え面を形成することで、圧入工具形状の簡素化、圧入行程の安定化が可能となる。
【解決手段】
樹脂成形体であるカップ状のホルダに金属製の励起導体及び金属製のインサータを一体成形し、このインサータを回転体である金属製のシャフト先端に圧入する。また、励起導体の内側部に樹脂欠落部を設け、当該樹脂欠落部にインサータの上面を露出させ、インサータには中心に貫通孔を設け、この孔の周囲に押え面を形成する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、モータ駆動型スロットルバルブ装置のスロットルシャフトに取付けられた励起導体とこれに対面するカバーに取付けた受信コイルとの間のインダクタンスが、スロットルシャフトの回転位置に応じて変化することを利用して、スロットルシャフトの回転角度を検出するインダクティブ型スロットルセンサ、およびそのようなセンサを備えたモータ駆動型スロットルバルブ装置に関する。

インダクタンスの変化によって回転体の位置あるいは回転角度を検出するいわゆる非接触式の回転角度検出装置としては、特許文献１に記載したものが知られている。
また、モータ駆動式の絞り弁制御装置の回転角度検出装置としてこの種の回転角度検出装置を用いることは、特許文献２で知られている。

特開２００３−２５４７８２号公報 特開２００８−９６２３１号公報

従来技術においては、回転軸の先端に樹脂成形体で構成されるカップ状のホルダを取付け、ホルダの先端面に絶縁材製の円板が固定され、円板の表面に励起導体が印刷されているが、ホルダが樹脂成形体であるため、回転体への圧入のみによる固定では保持力及びその耐久性が低く、そのためホルダを回転体に接着などにより固定する必要があった。またホルダ中心部には孔があるためホルダの回転体への圧入時には、ホルダ先端面に固定された絶縁材製の円板上の励起導体が印刷されていない部分を押す必要があり、中心一箇所を押してホルダを圧入することができなかった。

本発明は上記課題を解決する為に、樹脂成形体であるカップ状のホルダに金属製の励起導体及び金属製のインサータを一体成形し、このインサータを回転体である金属製のシャフト先端に圧入する。また、励起導体の内側部に樹脂欠落部を設け、当該樹脂欠落部にインサータの上面を露出させ、インサータには中心に貫通孔を設け、この孔の周囲に押え面を形成することが好ましい。押え面は孔の周囲に形成された環状部をもって形成されている。

本発明により、励起導体及び金属製のインサータが樹脂で一体成形されたカップ状のホルダ（ロータとも呼ぶ）を、押え面となるロータの中心に設けられたインサータの露出面上から円柱状等の圧入工具などによりインサータ上面一箇所を押すことで回転体である金属製のスロットルシャフト先端に圧入することが可能となり、励起導体を上面に有するロータの回転体への取付け工程が容易かつ安定して行えるようになる。励起導体とスロットルシャフトとの間は樹脂により絶縁されており、またインサータ上面の露出面は励起導体が露出するホルダ上面に対し凹状の樹脂欠落部の底面にあり、したがって励起導体とインサータ間には距離があるため、耐静電気放電性も維持することができる。また、圧入面となるインサータの内径を貫通孔とすることで、有効圧入長さを大きくすることが可能であり、ロータのシャフトに対する保持力を大きくすることができる。

モータ駆動式スロットルバルブ装置の全体断面図 モータ駆動式スロットルバルブ装置の分解正面図 インダクティブ型回転角検出装置のロータの一部断面図 インダクティブ型回転角検出装置のロータ部の分解斜視図 インダクティブ型回転角検出装置のロータの平面拡大図 インダクティブ型回転角検出装置のロータ圧入方法の断面模式図 モータ駆動式スロットルバルブ装置のギアカバーの平面図（ＴＰＳ基板の搭載図） モータ駆動式スロットルバルブ装置の分解斜視図 実施例２のロータ取付け部の分解斜視図 実施例２のロータ部の一部断面図 実施例３のロータの分解状態を模擬した図

まず、本実施例に関わる内燃機関のモータ駆動式スロットルバルブ装置の構成について、図１，図２を用いて説明する。

図１はモータ駆動式スロットルバルブ装置の全体断面図、図２は分解正面図である。
モータ駆動式スロットルバルブ装置はアルミダイカスト製のスロットルボディ３を有し、スロットルボディ３にはエアクリーナー（図示しない）から吸い込んだ空気を各気筒（シリンダ；図示しない）まで送る筒状の吸入通路（以下ボア１と呼ぶ）とモータ２を収納するための円筒内周面を有するモータハウジング２Ａが一緒に成型されている。
スロットルボディ３にはボア１の一つの直線径に沿って金属製の回転軸（以下スロットルシャフト４と呼ぶ）がボア１を貫通して設けられている。スロットルシャフト４の両端は、スロットルボディ３に設けた軸受としてニードルベアリング５，６で回転可能に支持されている。ニードルベアリング５，６はスロットルボディ３に圧入固定されている。
スロットルシャフト４上に設けた環状のスリット部にＣ型ワッシャ（以下スラストリテーナ７と呼ぶ）を挿入後、ニードルベアリング５を圧入することで、スロットルシャフト４が軸方向に移動する際の移動量を規制している。
ニードルベアリング５、６は内径にゴム製の環状のシール部材を備えておりこれがスロットルシャフト４の外径と密着してシール部を形成する。かくしてニードルベアリング５はボア１と後述する減速歯車機構が収納されるギア収納室との間を封止している。

また、スロットルシャフト４には軸方向に延びるスリットが形成されており、このスリットに金属材製の円板で構成されるスロットルバルブ８を差し込んで、ネジ９で固定している。

かくして、スロットルシャフト４が回転するとスロットルバルブ８が回転し、結果的に吸気通路の開口面積が変化して内燃機関の吸入空気量が調節可能となる。

スロットルシャフト４の一端部にはスロットルギア１０がナット１１で締め付けられ、固定されている。スロットルギア１０は金属プレート１０Ａと、この金属プレート１０Ａに樹脂成形されたスロットルギアのギア部１０Ｂから構成されている。

モータハウジング２Ａはスロットルシャフト４と平行に形成されており、ブラシ式直流モータ２がモータハウジング２Ａ内に差し込まれ、ネジ１２で固定されている。モータ２の回転軸端部には出力ギアとしての金属材製ギア（以下モータギア１３と呼ぶ）が固定されている。

モータギア１３とスロットルギア１０の間にはスロットルボディ３に圧入固定された金属材製の固定軸（以下中間ギアシャフト１４と呼ぶ）に回転可能に支持されたギア（以下中間ギア１５と呼ぶ）が噛合っている。中間ギア１５はモータギア１３と噛合う大径ギア１５Ａとスロットルギア１０と噛合う小径ギア１５Ｂから構成されている。両ギアは樹脂成形により一体に成形される。

これら複数のギア１３，１５Ａ，１５Ｂ，１０は２段の減速歯車機構を構成しており、かくしてモータ２の回転が減速機構を介して、スロットルシャフト４に伝達される。

スロットルギア１０の背面とデフォルトレバー１６の間にコイルばねで形成されたデフォルトスプリング１７が挟持されている。デフォルトレバー１６とボディ３の側面との間にコイルばねで形成されたリターンスプリング１８が挟持されている。

リターンスプリング１８は、その先端がボディ３に形成された切欠きに係止され、端部は回転できないように構成されている。他端はデフォルトレバー１６の円筒形樹脂部を取巻き、その先端がデフォルトレバー１６に形成された孔に係止され、この端部はデフォルトレバー１６と一体となって回転するように構成されている。

またデフォルトレバー１６の外周部には、樹脂で形成された回転止めの突起があり、この突起がボディ３に形成されたもう１つの切欠部との当接により、回転方向片側への回転を制限されており、同時にリターンスプリング１８により回転が制限された方向へ荷重を与えられている。

スロットルギア１０の背面とデフォルトレバー１６のスロットルギア側の面は、それぞれが持つ突起形状により制限された範囲で回転可能に勘合している。

デフォルトスプリング１７は端部をデフォルトレバー１６に形成された孔に係止され、もう一方の端部はスロットルギア１０の背面に形成された突起形状に係止されており、デフォルトスプリング１７によりスロットルギア１０はデフォルトレバー１６に対し回転方向片側へ荷重を与えられている。

かくして、デフォルトスプリング１７及びリターンスプリング１８の予荷重により、モータ２が通電されていないとき、スロットルバルブ８がデフォルト位置を維持するように構成されている。

本実施例はディーゼルエンジンの電子制御スロットル装置に関するため、スロットルバルブ８のデフォルト位置、つまりモータ２の電源が切断されているときにスロットルバルブ８が初期位置として与えられている開度位置は全閉位置から約９０°開いた全開位置である。

次に、本実施例となるスロットルポジションセンサ（ＴＰＳと略す）としてのインダクタンス式回転検出装置の構成について、図３，図４，を用いて説明する。

図３はインダクタンス式回転角度検出装置を構成する励起導体１９Ａを有するロータ１９の一部断面図であり、図４は同分解斜視図である。

インダクタンス式回転角度検出装置は、回転体（スロットルバルブ８）の回転軸（スロットルシャフト４）に取付けられたロータ１９に樹脂で一体成形された励起導体１９Ａとこれに対面する固定子（ギアカバー２１に固定した回路基板としてのＴＰＳ(スロットルポジションセンサ)基板２０）に設けたコイル（励磁コイル２０Ａ１と受信コイル２０Ａ２）で構成される。

図３，図４に示すようにロータ１９は上面に励起導体１９Ａを上面に有し、中心部にスロットルシャフト４との圧入による結合を成立させる筒状の内径を持つ金属製のインサータ１９Ｂを有しており樹脂にて一体成形されている。励起導体の中心軸及び、インサータ１９Ｂの中心軸とロータの中心軸は全て一致するように配置され一体成形されている。

ロータ１９のインサータ１９Ｂの筒状の内径はスロットルシャフト４の先端外周に圧入される。かくして、ロータ１９がスロットルシャフト４に固定されて、励起導体１９Ａはスロットルシャフト４と一体に回転することになる。

ロータ１９の励起導体１９Ａが配設されている上面中心部には樹脂欠落部が設けられ、インサータ１９Ｂの上面が露出しておりインサータ１９Ｂの筒状の貫通孔の周囲に押え面を形成している。

図５はロータ１９の平面拡大図である。ロータ１９の樹脂欠落部は励起導体１９Ａの内側領域に破線で示す直径ΦＤの押え面を形成している。

図６はロータ１９をスロットルシャフト４に圧入し固定する際の、圧入方法の一例を図示した圧入部の断面模式図である。ロータ圧入工具Ｔとして押え面の直径ΦＤよりも直径の小さな直径ΦＤｔの円柱状の圧入工具Ｔを用い、直径ΦＤの押え面内でインサータ１９Ｂの上面に矢印で図示の方向に荷重を加え、スロットルシャフト４先端外周にインサータ１９Ｂを圧入する。

図６に示したように、ロータ１９に樹脂欠落部を設け、インサータ１９Ｂの上面露出部にΦＤの（つまり円形状の）押え面を形成することにより、ロータ１９のスロットルシャフト４への圧入工具Ｔの形状を簡素化でき、またロータ１９の中心部１箇所のみに荷重を加えて圧入することが可能となるので圧入工程を安定化することができる。また、圧入面となるインサータ１９Ｂの内径を貫通孔とすることで、有効圧入長さを大きくすることが可能であり、ロータ１９のインサータ１９Ｂのスロットルシャフト４に対する保持力を大きくすることができる。

ここで、励起導体１９Ａがスロットルシャフト４と電気的に接合する構造をとっている場合、ギアカバーのコネクタ端子に静電気が加わった場合、励磁導体２０Ａ１と励起導体１９Ａとの間または受信導体２０Ａ２と励起導体の間で放電が起こり、ＴＰＳ基板２０のマイクロコンピュータ２０Ｂが破壊されるおそれがある。
そこで本実施例では励起導体１９Ａとインサータ１９Ｂは直接接触しておらず、樹脂にて絶縁されており、またインサータ１９Ｂはその上部に樹脂欠落部があり、励起導体１９Ａと距離Ｘ（本実施例では約１．２ｍｍ）だけ離れているため耐静電気放電性も有している。

図７はギアカバー２１の平面図（ＴＰＳ基板の搭載図）である。

ＴＰＳ基板２０には、環状の励磁導体２０Ａ１と放射状に伸びる受信導体２０Ａ２が印刷されており、これらがロータ１９の励起導体１９Ａと対面することで、スロットルシャフト４の回転位置の検出部を構成する。

また、ＴＰＳ基板２０上にはマイクロコンピュータ２０Ｂを含む電子回路を有しており、本回路により、励磁導体２０Ａ１による励起導体１９Ａの励磁制御および受信導体２０Ａ２によって受信した信号処理と、検出信号の出力制御を行う。

ギアカバー２１の周縁に設けられた溝部にはゴム製のシール部材２２が挿入される。

図８は電子制御スロットル装置の分解斜視図である。

ギアカバー２１にシール部材２２が挿入されたた状態で、ギアカバー２１をボディ３に被せると、シール部材２２がボディ３の側面に形成されているギア収納室の周囲のフレームの端面に密着してギア収納室内を外気から遮蔽する。この状態でギアカバー２１をボディ３に６個のクリップ２３で固定する。

かくして減速歯車機構とこれを覆うギアカバー２１との間に構成されたＴＰＳはギアカバー２１とシール部材２２によりボディ３の側面部に、外気から遮蔽された状態で配設される。

図９、１０は実施例１に対し、スロットルシャフト４の先端形状およびインサータ１９Ｂの内径形状を変更したものの分解図および部分断面図である。

本実施例では、スロットルシャフト４先端の円柱形部分である先端円柱部４Ａの根本部にスロットルシャフト４の軸方向と平行な直線状の凸部４Ｂを複数個形成している。

本実施例のスロットルシャフト４では、切削加工によるスロットルシャフト４の成形後、冷間でのプレスによる圧印痕として直線状の凸部形状を複数個成形している。

インサータ１９Ｂは複数の内径φＤ１とφＤ２を持っており、上面に近い側の内径φＤ１より下面に近い側の内径φＤ２を大きく設定している。

スロットルシャフト４先端の円柱形部分４Ａにインサータ１９Ｂの上面に近い側の内径Ｄ１部を圧入すると同時に、スロットルシャフト４に形成された直線状の凸部４Ｂがインサータ１９Ｂの下面に近い側の内径φＤ２に食込むことによりロータ１９がスロットルシャフト４と一体に固定される。

本構造にすることにより、インサータ１９Ｂの下面に近い側の内径φＤ２に食込んだスロットルシャフト４の直線状の凸部４Ｂがインサータ１９Ｂのスロットルシャフト４に対する回転を防止する。したがってロータ１９及び励起導体１９Ａのスロットルシャフト４に対する回転が防止される。

インサータ１９Ｂはインサータ１９Ｂの上面に近い側の内径φＤ１でスロットルシャフト４先端の円柱部４Ａに圧入固定されているため、本実施例の構造にすることでロータ１９はスロットルシャフト４に対し２重の回転防止構造を持つことになる。

図１１にロータ１９の分解状態を模擬した図を示す。（実際には樹脂で一体成形されているため分解できない。）
本実施例では、実施例１または２で説明したものにおいて、ロータ１９の励起導体１９Ａが金属板のプレス成形品であり、その金属板の一部が突出して直角方向に曲げられており、樹脂成形体の内部方向に伸び、また水平方向に鈎状の突起を持ち、樹脂成形体からの脱落防止の係止部１９ＡＫ（本実施例では６箇所）を形成している。

本構造により、励起導体１９Ａはロータ１９から脱落しない構造となっている。

本実施例では励起導体１９Ａの外縁部の一部が突出して直角方向に曲げられ係止部を形成しているが、励起導体の他の部位において一部を突出させて係止部を形成することもできる。
実施例は、ディーゼルエンジン車用電子制御スロットル装置について説明したが、ガソリンエンジン車用のモータ駆動式の絞り弁制御装置あるいは、燃料電池の水素濃度を制御するための負圧制御スロットルバルブとして用いられる電子制御スロットル装置にも本発明を適用できる。

1…ボア、2…モータ、2A−モータハウジング、2S−モータシャフト、3…ボディ、4…スロットルシャフト、5，6…ニードルベアリング、7…スラストリテーナ、8…スロットルバルブ、9…ネジ、10…スロットルギア、10A…金属プレート、10B…ギア部、11…ナット、12…ネジ、13…モータギア、14…中間ギアシャフト、15…中間ギア、15A…中間ギアの大径ギア、15B…中間ギアの小径ギア、16…デフォルトレバー、17…デフォルトスプリング、18…リターンスプリング、19…ロータ、19A…励起導体、19B…インサータ、20…TPS基板、20A1…励磁導体、20A2…受信導体、20B…マイクロコンピュータ、21…ギアカバー、22…シール部材、23…クリップ、φD…押え面の直径、T…圧入工具、φDt…圧入工具の直径、X…励起導体とインサータ間の距離、4A…先端円柱部、4B…凸部、φD1…インサータの上面に近い側の内径、φD2…インサータの下面に近い側の内径、19AK…励起導体の係止部

Claims (6)

1. スロットルバルブのシャフトに取付けられた励起導体と、
   前記励起導体を覆うカバーに取り付けられた回路基板に備えられる受信コイルとの間のインダクタンスの変化を検出して前記シャフトの回転角度を検出するインダクティブ型スロットルセンサを有するスロットルバルブ装置において、
   前記励起導体は内径に圧入用の孔を持つ金属製のインサータと共に樹脂により一体成形された樹脂成形体に供えられ、
   前記樹脂成形体は前記励起導体を前記カバー側に持ち、
   前記励起導体の内側部に樹脂欠落部を有し、
   前記樹脂欠落部に前記インサータの上面の露出し、
   前記インサータの貫通孔の周囲に押え面を形成し、
   前記スロットルシャフトの先端に前記樹脂成形体の金属製のインサータ部を圧入により固定したスロットルバルブ装置。
2. 請求項１に記載したものにおいて、
   前記樹脂成形体の金属製のインサータの孔は複数の内径を持っており、
   前記インサータの前記カバーに近い側の内径はその逆側の内径よりも小さく設定されており、
   スロットルシャフト先端に円柱形の部分があり、
   その根元部にスロットルシャフトの軸方向と平行な直線状の凸部を複数個形成されており、
   前記スロットルシャフトの先端に樹脂成形体の金属製のインサータの上面に近い側の内径部を圧入すると同時に、インサータの下面に近い側の内径にスロットルシャフトに形成された直線状の凸部が食込むことにより樹脂成形体がスロットルシャフトと一体に固定されたスロットルバルブ装置。
3. 請求項１及び２に記載したものにおいて、
   前記励起導体は金属板のプレス成形品であり、
   前記励起導体部の金属板の一部が突出して直角方向に曲げられており、樹脂成形体の内部方向に伸び、樹脂成形体からの脱落防止及び回転防止のための係止部を形成しているスロットルバルブ装置。
4. スロットルバルブのシャフトに取付けられた励起導体と、
   前記励起導体を覆うカバーに取り付けられた回路基板に備えられる受信コイルとの間のインダクタンスの変化を検出して前記シャフトの回転角度を検出するインダクティブ型スロットルセンサにおいて、
   前記励起導体は内径に圧入用の孔を持つ金属製のインサータと共に樹脂により一体成形された樹脂成形体に供えられ、
   前記樹脂成形体は前記励起導体を前記カバー側に持ち、
   前記励起導体の内側部に樹脂欠落部を有し、
   前記樹脂欠落部に前記インサータの上面の露出し、
   前記インサータの貫通孔の周囲に押え面を形成し、
   前記スロットルシャフトの先端に前記樹脂成形体の金属製のインサータ部を圧入により固定したインダクティブ型スロットセンサ。
5. 請求項４に記載したものにおいて、
   前記樹脂成形体の金属製の前記インサータの孔は複数の内径を持っており、
   前記インサータの前記カバーに近い側の内径はその逆側の内径よりも小さく設定されており、
   スロットルシャフト先端に円柱形の部分があり、
   その根元部にスロットルシャフトの軸方向と平行な直線状の凸部を複数個形成されており、
   前記スロットルシャフトの先端に樹脂成形体の金属製のインサータの上面に近い側の内径部を圧入すると同時に、インサータの下面に近い側の内径にスロットルシャフトに形成された直線状の凸部が食込むことにより樹脂成形体がスロットルシャフトと一体に固定された、
   モータ駆動型スロットルバルブ装置のスロットルシャフトの回転角度を検出するためのスロットルセンサ。
6. 請求項４及び５に記載したものにおいて、
   励起導体部は金属板のプレス成形品であり、
   前記励起導体部の金属板の一部が突出して直角方向に曲げられており、樹脂成形体の内部方向に伸び、樹脂成形体からの脱落防止及び回転防止のための係止部を形成しているモータ駆動型スロットルバルブ装置のスロットルシャフトの回転角度を検出するためのスロットルセンサ。