JP2020125740A - 回転駆動機構 - Google Patents

Abstract

【課題】回転軸線方向の寸法が小さい回転駆動機構を提供する。【解決手段】回転駆動機構５は、被駆動ギア７を有する第１回転体８と、被駆動ギア７と噛み合う小径ギア９を有する第２回転体１０と、第１、第２回転体８、１０を回転可能に支持するボディ１２と、第１回転体８に回転力を付与する弾性部材１４とを備える。弾性部材１４の一端の第１係止部１５は、第２基準平面１８で隔てられた空間１９内でボディ１２に取り付けられており、弾性部材１４は、第３基準平面２０で隔てられた空間２１まで延在している。【選択図】図１

Description

本発明は、回転可能に支持された回転体に対して弾性部材により一方向に回転させる回転力を付与する回転駆動機構に関する。

従来、被駆動ギアとしてのスロットルギアと、このスロットルギアと噛み合う小径ギアと、スロットルギアの一方向への所定角度を超えた回転を阻止するストッパと、スロットルギアに該一方向への付勢力を付与するリターンスプリングとを備える回転駆動機構が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１の回転駆動機構は、内燃機関の吸入空気量を制御するスロットル弁を備えたスロットルボディにおいて、スロットル弁を、同一回転軸上に設けられたスロットルギアを介して開閉駆動するために用いられる。

リターンスプリングは、板ばねにより構成されており、一端が固定端としてスロットルボディに固定され、他端が自由端として、スロットルギアに当接し、スロットルギアに上述の付勢力を付与する。デフォルトストッパは、スロットル弁のデフォルト開度を規定している。

特開２０１１−１８６１号公報

しかしながら、上記特許文献１の回転駆動機構によれば、スロットル弁の開閉動作に際して、リターンスプリングとしての板ばねに対し、その屈曲部や固定端などの局所において比較的大きい応力が付与される。このため、リターンスプリングとして、比較的幅の広い板ばねを使用する必要があるので、回転駆動機構の回転軸方向の寸法が大きくなる。

本発明の目的は、かかる従来技術の課題に鑑み、回転軸方向の寸法が小さい回転駆動機構を提供することにある。

本発明の回転駆動機構は、
第１回転軸線を中心として回転可能な被駆動ギアを有する第１回転体と、
前記第１回転軸線に略平行な第２回転軸線を中心として回転可能で、前記被駆動ギアと噛み合う小径ギアを有する第２回転体と、
前記第１回転体及び前記第２回転体をそれぞれ前記第１回転軸線及び前記第２回転軸線の周りで回転可能に支持するボディと、
前記ボディに取り付けられた第１係止部を一端に有し、前記第１回転体に取り付けられた第２係止部を他端に有し、前記第１回転体に対して一方向の回転力を付与する弾性部材とを備える回転駆動機構において、
前記第１係止部は、前記第１回転軸線及び前記第２回転軸線を含む第１基準平面に直交しかつ前記第２回転軸線を含む第２基準平面で隔てられた前記第１回転軸線と反対側の空間内で前記ボディに取り付けられており、
前記弾性部材は、前記第１基準平面と直交しかつ前記第１回転軸線を含む第３基準平面で隔てられた前記第２回転軸線と反対側の空間まで延在していることを特徴とする。

この構成において、小径ギアが駆動されると、その駆動力が被駆動ギアに伝達されるので、第１回転体は、弾性部材の回転力に抗して回転する。この間、弾性部材は、第１回転体に対して回転方向と反対方向の付勢力を与えながら徐々に変形してゆく。

この変形は、第２基準平面と第３基準平面との間の距離を超える長い区間にわたって行われるので、弾性部材に過度な屈曲が生じることはない。すなわち、弾性部材の各部が分担して弾性変形することにより、第１回転体に対し、それが回転する角度範囲にわたって比較的一定の付勢力が付与される。

すなわち、弾性部材は、回転力を付与するための変形が短い区間に集中して過度な屈曲を生じることはない。したがって、弾性部材の幅を増やす必要なく、所望の回転力を第１回転体に与えることができる。

本発明において、前記第２回転体は、前記小径ギアよりも径が大きく、該小径ギアと一体的に前記第２回転軸線の周りで回転する大径ギアを備え、
前記弾性部材は、前記第１回転軸線に沿った方向に幅を有する帯状の部材であり、
前記大径ギア及び前記弾性部材は、前記第１基準平面と直交する方向に見て、少なくとも一部が重なっていてもよい。

これによれば、大径ギアと弾性部材とが第１基準平面と直交する方向において重複しているので、例えば、弾性部材を大径ギアの幅を含む空間において、該重複を許容しつつ配置することも可能となる。これにより、回転駆動機構の第１回転軸線に沿った方向の寸法を小さくすることができる。

この場合、前記ボディは、前記弾性部材が前記第１基準平面と反対側から当接し、該弾性部材よりも該第１基準平面側に配置され、該第１基準平面に直交する方向に幅を有する当接ブロックを備え、
前記当接ブロックの少なくとも一部は、前記第１基準平面に平行で前記大径ギアの歯先円を通る２つの面のうちの前記第１基準平面よりも前記第１係止部側に位置する面である第４基準平面よりも該第１基準平面側にあってもよい。

この構成において、弾性部材が当接ブロックから第１基準平面に向かう方向に変位するとき、当接ブロックは、弾性部材から該方向の力を受ける。このため、当接ブロックは、受ける力に対抗し得る強度を確保するに足る厚みを、第１基準平面に直交する方向において備える必要がある。

この点、上記構成では、当接ブロックの存在する範囲が、大径ギアの歯先円を通る第４基準平面よりも第１基準平面側の領域にまで及んでいる。これにより、当接ブロックは、必要とされる強度を満たすと同時に、回転駆動機構の第１基準平面に直交する方向における寸法の増加を最小限に抑えることができる。

さらに、この場合、前記被駆動ギアは、前記第１回転軸線に沿った方向において該被駆動ギアよりも前記大径ギア側に設けられて前記第２係止部を取り付けるための回転係止部を備え、
前記回転係止部及び前記第２係止部は、前記第１回転体が回転する範囲において該大径ギアと干渉しない位置に配置されてもよい。

これによれば、第１係止部だけでなく、第２係止部も大径ギアのギア幅を含む空間に配置することができるので、回転駆動機構の第１回転軸線に沿った方向の寸法を確実に小さくすることができる。

本発明の流体制御弁は、
上記の本発明の回転駆動機構と、略円筒形状の内壁面を有する流路と、前記流路内で回転することにより該流路の開口面積を変化させる弁体と、該弁体を該流路内で回転し得るように支持する弁軸とを備える流体制御弁であって、
前記回転駆動機構の第１回転体は、前記弁軸と一体的に回転するように該弁軸に連結され、
前記回転駆動機構のボディは、前記弁軸を支持する軸支持部を備え、
前記軸支持部は、前記流路の内壁面から外方へ前記第１回転体の第１回転軸線に沿った方向に延在しており、
前記回転駆動機構は、前記第１回転体において、前記第１回転軸線に沿った方向に見た場合に該第１回転体の被駆動ギアよりも前記流路が配置される側に設けられた回転係止部を備え、
前記回転駆動機構の第２係止部は、前記第１回転軸線に沿った方向の幅を有する帯状の部材で構成され、
前記第２係止部の少なくとも一部は、前記第１回転軸線に沿った方向において前記軸支持部が延在する範囲内に配置されることを特徴とする。

本発明によれば、第２係止部を、軸支持部を含む空間に配置することができるので、回転駆動機構の第１回転軸線に沿った方向の寸法を小さくすることができる。

本発明の第１実施形態に係る回転駆動機構を有する流体制御弁の要部を示す正面図である。 図１のII−II線断面図である。 本発明の第２実施形態に係る回転駆動機構を有する流体制御弁の要部を示す断面図である。 図４Ａは、図１の状態から第１回転体が４５°程度回転した状態を示す図であり、図４Ｂは、図１の状態から第１回転体が９０°程度回転した状態を示す図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。図１及び図２は、本発明の第１実施形態に係る回転駆動機構を有する流体制御弁の要部を示す。この流体制御弁１は、内燃機関の吸気量を制御するために用いられる。なお、図１及び図２においては、流体制御弁１のカバーを外した状態で示している。

図１及び図２に示すように、流体制御弁１は、略円筒形状の内壁面を有し、内燃機関への吸気が通る流路２と、流路２内で回転することにより流路２の開口面積を変化させる弁体３と、弁体３を流路２内で回転し得るように支持する弁軸４と、弁軸４を回転させる回転駆動機構５とを備える。

回転駆動機構５は、第１回転軸線６を中心として回転可能な被駆動ギア７を有する第１回転体８と、被駆動ギア７と噛み合う小径ギア９を有する第２回転体１０とを備える。第２回転体１０は、第１回転軸線６に略平行な第２回転軸線１１を中心として回転可能である。第１回転体８は、弁軸４と一体的に回転するように弁軸４に連結される。

第１回転体８及び第２回転体１０は、それぞれボディ１２によって、第１回転軸線６及び第２回転軸線１１の周りで回転可能に支持される。ボディ１２には、第１回転体８の回転可能範囲の一方を制限する回転制限部１３が設けられる。

また、回転駆動機構５は、第１回転体８に対して回転制限部１３に向かう方向、すなわち一方向の回転力を付与する弾性部材１４を備える。弾性部材１４は、ボディ１２に取り付けられた第１係止部１５を一端に備え、第１回転体８に取り付けられた第２係止部１６を他端に備える。なお、図２においては、第１回転軸線６及び第２回転軸線１１を含む第１基準平面１７より下側の弾性部材１４の部分の位置を２点鎖線で示している。

第１係止部１５は、第１基準平面１７に直交しかつ第２回転軸線１１を含む第２基準平面１８で隔てられた、第１回転軸線６と反対側の空間１９内でボディ１２に取り付けられる。弾性部材１４は、第１基準平面１７と直交しかつ第１回転軸線６を含む第３基準平面２０で隔てられた、第２回転軸線１１と反対側の空間２１まで延在する。

弾性部材１４は、外力が付与されていない場合には、第２係止部１６側が半円状に曲げられている図１の状態よりもやや直線状に延びた状態にある。したがって、弾性部材１４は、このやや直線状に延びた状態から、図１のように第１係止部１５及び第２係止部１６が取り付けられてボディ１２内に配置された状態になると、第１回転体８に対して矢印Ｙ方向の回転力を付与する状態となる。

第２回転体１０は、小径ギア９よりも径が大きく、小径ギア９と一体的に第２回転軸線１１の周りで回転する大径ギア２２を備える。小径ギア９及び大径ギア２２としては、樹脂成型品のギアを用いてもよいが、本実施形態では、金属製のギア、例えばステンレス鋼材をプレス加工して形成したギアが用いられる。
大径ギア２２には、モータ２３の回転軸に設けられたピニオンギア２４が噛み合っており、モータ２３の回転力が大径ギア２２に伝達されるようになっている。

弾性部材１４は、第１回転軸線６に沿った方向に幅を有する帯状の部材、例えば板ばねを用いて構成される。大径ギア２２及び弾性部材１４は、第１基準平面１７と直交する方向に見た場合、図２に示すように、少なくとも一部が重なっている。弾性部材１４の第２係止部１６は、第１回転軸線６に沿った方向の幅を有する帯状の部材で構成される。

第２係止部１６は、例えば、弾性部材１４の端部を、第１回転軸線６に沿った方向に延びた筒状に丸めることにより形成される。この場合、第２係止部１６は、第１回転体８の中心部近傍から第１回転軸線６に沿った方向に沿って流路２と反対方向に突出した回転係止部２５に嵌合させることにより、第１回転体８に取り付けることができる。

ボディ１２は、弾性部材１４よりも第１基準平面１７側に配置されて第１基準平面１７に直交する方向に幅を有する当接ブロック２６を備える。当接ブロック２６は、弾性部材１４が第１基準平面１７と反対側から当接ブロック２６に当接することにより、弾性部材１４が大径ギア２２の向きに受ける力を当接ブロック２６が受け止めるようになっている。

当接ブロック２６の少なくとも一部は、第１基準平面１７に平行で大径ギア２２の歯先円を通る２つの面のうちの第１基準平面１７よりも第１係止部１５側に位置する面である第４基準平面２７よりも第１基準平面１７側に位置する。

また、ボディ１２は、弁軸４を支持する軸支持部２８を備え、軸支持部２８は、流路２の内壁面から外方へ第１回転体８の第１回転軸線６に沿った方向に延在する。

この構成において、モータ２３が駆動していない状態においては、第１回転体８は、弾性部材１４により付与される回転力によって、矢印Ｙ方向に付勢されて回転制限部１３に当接しており、弁体３は、流路２を閉じている状態にある。

この状態において、モータ２３が、弾性部材１４の付勢力に抗して回転するように駆動されると、その回転力は、ピニオンギア２４、大径ギア２２及び小径ギア９を経て被駆動ギア７に伝達される。これにより、第１回転体８は、矢印Ｙと反対方向に回転され、モータ２３の駆動量に応じた開度で弁体３が開く。

図４Ａに第１回転体８が回転制限部１３に当接した状態から４５°程度回転した状態を、図４Ｂに第１回転体８が回転制限部１３に当接した状態から９０°程度回転した状態をそれぞれ示す。弾性部材１４の当接ブロック２６と当接する箇所よりも第２系止部１６側の部位であって、第１回転体８の回転軸線を取り囲むように配置される部位は、第１回転体８の回転にともない第１回転体８の回転軸に巻き取られるように変形して、第１回転体８を矢印Ｙ方向に付勢する力が増加する。

また、モータ２３を逆方向に回転させると、弾性部材１４によっても付勢されて、第１回転体８は、矢印Ｙ方向に回転し、弁体３の開度が小さくなる。

したがって、モータ２３の駆動を制御することにより、弁体３の開度を調節し、流路２を流れる流体の流量を制御することができる。この間、弾性部材１４は、弁体３の開度に応じて変形するが、弾性部材１４の第１係止部１５側は、第１系止部１５がボディ１２に系止されるとともに弾性部材１４が当接ブロック２６に当接することにより変位が抑制される。

なお、図１、図４Ａ、図４Ｂに示すように、弾性部材１４が変形するのにともなって、弾性部材１４と当接ブロック２６が当接する箇所は第１基準平面１７に沿った方向に変化していくものの、当接ブロック２６の弾性部材１４と当接する部位は弾性部材１４の側に凸となった緩やかな曲線状態となるように形成されており、弾性部材１４が当接ブロック２６のどの箇所に当接しても弾性部材１４に局所的な大きな応力がかからないように配慮されている。

また、弁体３の開度に応じて、弾性部材１４の第２係止部１６側は、その全体にわたって曲率が多少変化するが、局所的な変化は小さい。したがって、弁体３の開閉駆動に応じて弾性部材１４に生じる局所的な応力は、さほど大きくはならない。

以上のように、本実施形態によれば、弾性部材１４は、第２基準平面１８と第３基準平面２０との間の距離を超える範囲にわたって延在している。このため、弾性部材１４を、容易に回転駆動機構５内に過度な屈曲が生じないようにして配置することができる。したがって、弾性部材１４として、第１回転軸線６に沿った方向の幅が小さくても板厚が厚く、少しの変形でも高い反発力を得ることのできる板ばねを使用することができる。

また、大径ギア２２と弾性部材１４とが第１基準平面１７と直交する方向において重複しているので、例えば、弾性部材１４を大径ギア２２の幅を含む空間において、該重複を許容しつつ配置することも可能となる。これにより、回転駆動機構５の第１回転軸線６に沿った方向の寸法を小さくすることができる。

また、当接ブロック２６の存在する範囲が、大径ギア２２と干渉しないように、第４基準平面２７よりも第１基準平面１７側の領域にまで及んでいる。これにより、当接ブロック２６は、必要とされる強度を満たすと同時に、回転駆動機構５の第１基準平面１７に直交する方向における寸法の増加を最小限に抑えることができる。

また、本実施形態では、第２回転体１０を構成する小径ギア９及び大径ギア２２として、金属製のギアを用いているので、樹脂製のギアを用いる場合に比べて、第２回転軸線１１に沿った方向の第２回転体１０の幅を薄くしても十分な強度が得られる。このため、第２回転軸線１１に沿った方向の寸法を小さくすることができる。

図３は、本発明の第２実施形態に係る流体制御弁１ｂを示す。図３に示すように、この流体制御弁１ｂにおいては、回転係止部２５は、第１回転体８ｂにおける第１回転軸線６に沿った方向において被駆動ギア７よりも大径ギア２２側、すなわち被駆動ギア７よりも流路２が配置される側に設けられる。そして、回転係止部２５及び第２係止部１６は、第１回転体８が回転する範囲において大径ギア２２と干渉しない位置に配置される。

このような、大径ギア２２と干渉しない位置は、例えば、第１回転体８が回転する回転角度の範囲が２４０°以下である場合には、図１のように大径ギア２２の径が大きい場合でも、容易に確保することができる。

この場合、第２係止部１６の少なくとも一部が、第１回転軸線６に沿った方向において軸支持部２８が延在する範囲内に配置されてもよい。この場合、弾性部材１４ｂは、第１実施形態の場合（図２参照）に比べて、第１基準平面１７に垂直な方向に見て、ほぼ直線状に延びた形態を有する。他の点については、第１実施形態の場合と同様である。

本実施形態によれば、第１係止部１５だけでなく、第２係止部１６も大径ギア２２のギア幅を含む空間に配置することができるので、回転駆動機構５の第１回転軸線６に沿った方向の寸法を確実に小さくすることができる。
また、第２係止部１６の少なくとも一部が、軸支持部２８が延在する範囲内に配置される場合には、さらに回転駆動機構５の寸法を小さくすることができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、適宜変形して実施することができる。例えば、弾性部材１４は、板ばねによらずに、断面が円形等を有する線状の部材で構成してもよい。また、回転駆動機構は、流体制御弁のみならず、他の用途に適用してもよい。

１、１ｂ…流体制御弁、２…流路、３…弁体、４…弁軸、５…回転駆動機構、６…第１回転軸線、７…被駆動ギア、８、８ｂ…第１回転体、９…小径ギア、１０…第２回転体、１１…第２回転軸線、１２…ボディ、１３…回転制限部、１４、１４ｂ…弾性部材、１５…第１係止部、１６…第２係止部、１７…第１基準平面、１８…第２基準平面、１９…空間、２０…第３基準平面、２１…空間、２２…大径ギア、２３…モータ、２４…ピニオンギア、２５…回転係止部、２６…当接ブロック、２７…第４基準平面、２８…軸支持部、Ｙ…矢印。

Claims (5)

1. 第１回転軸線を中心として回転可能な被駆動ギアを有する第１回転体と、
   前記第１回転軸線に略平行な第２回転軸線を中心として回転可能で、前記被駆動ギアと噛み合う小径ギアを有する第２回転体と、
   前記第１回転体及び前記第２回転体をそれぞれ前記第１回転軸線及び前記第２回転軸線の周りで回転可能に支持するボディと、
   前記ボディに取り付けられた第１係止部を一端に有し、前記第１回転体に取り付けられた第２係止部を他端に有し、前記第１回転体に対して一方向の回転力を付与する弾性部材とを備える回転駆動機構において、
   前記第１係止部は、前記第１回転軸線及び前記第２回転軸線を含む第１基準平面に直交しかつ前記第２回転軸線を含む第２基準平面で隔てられた前記第１回転軸線と反対側の空間内で前記ボディに取り付けられており、
   前記弾性部材は、前記第１基準平面と直交しかつ前記第１回転軸線を含む第３基準平面で隔てられた前記第２回転軸線と反対側の空間まで延在していることを特徴とする回転駆動機構。
2. 前記第２回転体は、前記小径ギアよりも径が大きく、該小径ギアと一体的に前記第２回転軸線の周りで回転する大径ギアを備え、
   前記弾性部材は、前記第１回転軸線に沿った方向に幅を有する帯状の部材であり、
   前記大径ギア及び前記弾性部材は、前記第１基準平面と直交する方向に見て、少なくとも一部が重なっていていることを特徴とする請求項１に記載の回転駆動機構。
3. 前記ボディは、前記弾性部材が前記第１基準平面と反対側から当接し、該弾性部材よりも該第１基準平面側に配置され、該第１基準平面に直交する方向に幅を有する当接ブロックを備え、
   前記当接ブロックの少なくとも一部は、前記第１基準平面に平行で前記大径ギアの歯先円を通る２つの面のうちの前記第１基準平面よりも前記第１係止部側に位置する面である第４基準平面よりも該第１基準平面側にあることを特徴とする請求項２に記載の回転駆動機構。
4. 前記被駆動ギアは、前記第１回転軸線に沿った方向において該被駆動ギアよりも前記大径ギア側に設けられて前記第２係止部を取り付けるための回転係止部を備え、
   前記回転係止部及び前記第２係止部は、前記第１回転体が回転する範囲において該大径ギアと干渉しない位置に配置されることを特徴とする請求項２又は３に記載の回転駆動機構。
5. 請求項１〜４のいずれかの回転駆動機構と、略円筒形状の内壁面を有する流路と、前記流路内で回転することにより該流路の開口面積を変化させる弁体と、該弁体を該流路内で回転し得るように支持する弁軸とを備える流体制御弁であって、
   前記回転駆動機構の第１回転体は、前記弁軸と一体的に回転するように該弁軸に連結され、
   前記回転駆動機構のボディは、前記弁軸を支持する軸支持部を備え、
   前記軸支持部は、前記流路の内壁面から外方へ前記第１回転体の第１回転軸線に沿った方向に延在しており、
   前記回転駆動機構は、前記第１回転体において、前記第１回転軸線に沿った方向に見た場合に該第１回転体の被駆動ギアよりも前記流路が配置される側に設けられた回転係止部を備え、
   前記回転駆動機構の第２係止部は、前記第１回転軸線に沿った方向の幅を有する帯状の部材で構成され、
   前記第２係止部の少なくとも一部は、前記第１回転軸線に沿った方向で前記軸支持部が延在する範囲内に配置されることを特徴とする流体制御弁。