JP2021095895A - スロットル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化されたスロットル装置を提供する。【解決手段】スロットル装置は、スロットル弁２と、スロットルシャフト３と、スロットルギア１１と、樹脂ホルダ１９と、を備える。スロットルシャフト３にスロットル弁２が固定される。樹脂製のスロットルギア１１は、スロットルシャフト３の一端に摩擦攪拌接合される金属プレート１２を有する。樹脂ホルダ１９は、スロットルギア１１に溶着され、かつスロットルシャフト３と金属プレート１２とをつなぐ摩擦攪拌接合部を覆う。【選択図】図４

Description

本発明は、スロットル装置に関する。

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、特開２００８−９６２３１号に記載したものが知られている。

上記の回転角度検出装置は、被回転検出体の先端にカップ状のホルダが取付けられており、ホルダの先端面には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。

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が提案されている。

特開2008-96231号公報

しかしながら、従来の構造では、シャフトとギアをナットで止め、その外側にカップ状のホルダを配置することから、中間ギアとカップ状のホルダの干渉を避けるために、中間ギアの外径を大きくできず、ギア比を大きくできなく、小型化しにくいという問題があった。

本発明は上記のような問題を解決し、小型化されたスロットル装置を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、スロットル弁と、前記スロットル弁が固定されるスロットルシャフトと、前記スロットルシャフトの一端に摩擦攪拌接合される金属プレートを有する樹脂製のスロットルギアと、前記スロットルギアに溶着され、かつ前記スロットルシャフトと前記金属プレートとをつなぐ摩擦攪拌接合部を覆う樹脂製のホルダと、を備える。

本発明によれば、小型化されたスロットル装置を提供することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

ガソリンエンジン車に用いるモータ駆動式の絞り弁制御装置の分解斜視図である。 インダクタンス式の非接触型回転角度検出装置の樹脂ホルダ締結部の断面図である。 インダクタンス式の非接触型回転角度検出装置のスロットルギア、樹脂ホルダの分解斜視図である。 ガソリンエンジン車に用いるモータ駆動式の絞り弁制御装置の断面図である。 ガソリンエンジン車に用いるモータ駆動式の絞り弁制御装置のギアカバーをはずした平面図である。 ガソリンエンジン車に用いるモータ駆動式の絞り弁制御装置の外観斜視図である。

以下図面に基づいて本発明の実施例を説明する。

はじめに図２および図３に基づき本発明の一実施例の絞り弁装置に用いる回転角度検出装置の概要を説明する。なお、その詳細については、図４を用いて後述する。

図２および図３に示されるように、スロットルギア１１には金属プレート１２が一体成形されている。この金属プレート１２はスロットルシャフト３と嵌め合わされ、その嵌め合いの端部は摩擦攪拌接合により接合される。本構造を取ることによりナットを廃止することができ、接合に必要な空間を小型化することが可能になる。

換言すれば、樹脂製のスロットルギア１１は、スロットルシャフト３の一端に摩擦攪拌接合される金属プレート１２を有する。スロットルシャフト３を金属プレート１２に固定するときにナットを使用しないため、樹脂ホルダ１９を小型化することができる。その結果、絞り弁装置（スロットル装置）を小型化することができる。摩擦攪拌接合部は、摩擦熱で軟化した母材を工具の回転力によって塑性流動させて形成される。摩擦攪拌接合部は、母材の融点以下の温度で合着される固相接合部分である。

このとき、スロットルギア１１には樹脂で形成された溝部１１Ｇが設置されており、この溝部１１Ｇに樹脂ホルダ１９の端部が嵌め合わせされ、溶着により結合される。ここで、溝部１１Ｇと樹脂ホルダ１９の端部の間には導体１７が配置されており、導体１７に電流を流すことにより導体１７が発熱し、スロットルギア１１の溝部１１Ｇと樹脂ホルダ１９の端部を溶け合わせることにより両者は結合される。

換言すれば、樹脂ホルダ１９とスロットルギア１１との間に環状の導体１７を備える。導体１７に電流を印加することで導体１７が発熱し、樹脂ホルダ１９とスロットルギア１１とを容易に溶着することができる。スロットルギア１１は、導体１７が嵌合する溝部１１Ｇを有する。これにより、スロットルギア１１に対して導体１７を容易に位置決めすることができる。

本実施例では、スロットルシャフト３と金属プレート１２は、アルミニウム製である。アルミニウムは、比較的低い温度で軟化するため、摩擦攪拌接合部を容易に生成することができる。樹脂ホルダ１９は、カップ状であり、その開口側の端部が導体１７に接する。これにより、印加される電流により導体１７が発熱したときに樹脂ホルダ１９の開口端が溶融する。その結果、樹脂ホルダ１９の内部が密閉される。

スロットルギア１１には２つの窓部１１Ｗ（図３参照）が設置されており、ここに導体１７の突起部１７Ｐが嵌め合わされる。このとき、窓部１１Ｗにより空間が解放されていることにより、電極（不図示）が突起部１７Ｐへ接触可能となり、電流を印加することが可能となる。

換言すれば、導体１７は、径方向外側に突き出る突起部１７Ｐを有する。スロットルギア１１は、樹脂ホルダ１９を導体１７へガイドするガイド部１１Ｐを有する。ガイド部１１Ｐに、突起部１７Ｐが嵌合する窓部１１Ｗ（切り欠き）が設けられる。ガイド部１１Ｐに設けられる窓部１１Ｗ（切り欠き）から導体１７の突起部１７Ｐが露出するため導体１７へ電流を容易に印加することができる。また、ガイド部１１Ｐが樹脂ホルダ１９を導体１７へガイドするため、導体１７に対して樹脂ホルダ１９を容易に位置決めすることができる。

このとき、樹脂ホルダ１９とスロットルギア１１が溶着で結合されることにより、スロットルシャフト３と金属プレート１２の接合部を密閉空間とすることが可能となり、摩擦攪拌接合時に発生したバリが外れ落ちて摺動部（ギアとギアの間、シャフトとベアリングの間等）に噛みこむことを防止することが可能となる。

換言すれば、樹脂ホルダ１９（樹脂製のホルダ）は、スロットルギア１１に溶着され、かつスロットルシャフト３と金属プレート１２とをつなぐ摩擦攪拌接合部を覆う。摩擦攪拌接合部に発生したバリがはずれても樹脂ホルダ１９の内側に閉じ込められるため、摩擦攪拌接合部に発生したバリによってスロットル弁２の駆動が妨げられない。

次に上記の回転角度検出装置をガソリンエンジン用のモータ駆動式絞り弁（スロットル弁）制御装置に適用した例を図1〜図6を参照して具体的に説明する。以下モータ駆動式の絞り弁制御装置の構成について説明する。

図１に示されるように、アルミダイキャスト製の絞り弁組体（以下、スロットルボディ５と呼ぶ）には吸気通路（以下、ボア部１と呼ぶ）とモータ２０を収納するためのモータハウジング２０Ａが一緒に成型されている。

スロットルボディ5にはボア部１の一つの直径線に沿って金属製の回転軸（以下、スロットルシャフト３と呼ぶ）が配置されている。スロットルシャフト３の両端は、軸受８及び９として、ニードルベアリングにより回転支持されている。軸受８及び９はスロットルボディ５に設けた軸受ボス部６及び７（図４参照）に圧入固定されている。

また、軸受９はスロットルシャフト３に圧入後にスロットルボディ５に圧入される。その後、スロットルボディ５に圧入されるキャップ１０により押さえつけられることにより、スロットルシャフト３の軸方向の可動量を規制している。かくしてスロットルシャフト３はスロットルボディ５に対して回転可能に支持されている。

スロットルシャフト３には金属材製の円板で構成される絞り弁（以下、スロットル弁２と呼ぶ）がスロットルシャフト３に設けたスリットに差し込まれ、ねじ４でスロットルシャフト３に固定されている。すなわち、スロットルシャフト３にスロットル弁２が固定される。かくして、スロットルシャフト３が回転するとスロットル弁２が回転し、結果的に吸気通路（ボア部１）の断面積が変化してエンジンへの吸入空気流量が制御される。

図4及び図5に示されるように、モータハウジング２０Ａはスロットルシャフト３とほぼ並行に形成されている。ブラシ式直流モータで構成されるモータ２０がモータハウジング２０Ａ内に差込まれ、スロットルボディ５の側壁にモータ２０のブラケット２０Ｂ（図５参照）のフランジ部をねじ２１でねじ止めすることで固定されている。また図４に示されるように、モータ２０の端部にはウェーブワッシャ２５が配設されモータ２０を保持する。

図4に示されるように、軸受ボス部６及び７の開口は軸受８およびキャップ１０で封止されており、シャフトシール部を構成し、気密を保つよう構成されている。また、軸受ボス部７側のキャップ１０は、スロットルシャフト３の端部および軸受９が露出することを防止している。これにより、軸受８及び９からの空気の漏れ、あるいは軸受の潤滑用のグリースが外気中や、センサ室（ＴＰＳ基板２８が配置される空間）に漏れ出すのを防止している。

モータ２０の回転軸端部には歯数の最も少ない金属製のギア２２が固定されている。このギア２２が設けられた側のスロットルボディ側面部にはスロットルシャフト３を回転駆動するための減速歯車機構やばね機構が纏めて配置されている。そして、これら機構部は、スロットルボディ５の側面部に固定される樹脂材製のカバー（以下、ギアカバー２６と呼ぶ）で覆われている。

図4に示されるように、ギアカバー２６側のスロットルシャフト３の端部にはスロットルギア１１が固定されている。スロットルギア１１は金属プレート１２と、この金属プレート１２に樹脂成形された樹脂材製ギア部１３とから構成されている。金属プレート１２は、ギア成型用のフランジ部を有する。このフランジ部に樹脂成形によって樹脂材製ギア部１３がモールド成型されている。

金属プレート１２は孔を有する。金属プレート１２の孔にスロットルシャフト３の先端を差込み、嵌め合い部を摩擦攪拌接合により接合することでスロットルシャフト３に金属プレート１２を固定する。かくして、金属プレート１２及び、そこに成形された樹脂材製ギア部１３はスロットルシャフト３と一体に回転する。

スロットルギア１１の背面とデフォルトレバー１６との間に弦巻ばねで形成されたデフォルトスプリング１５が挟持されている。また、デフォルトレバー１６の背面とスロットルボディ５の側面との間に弦巻ばねで形成されたリターンスプリング１４が挟持されている。この２本のばねが開き方向と閉じ方向に引き合うことにより、モータの通電がOFFになった際にスロットル弁の開度を所定の開度(以下、デフォルト開度と呼ぶ)に規定するデフォルト機構を形成している。

本実施例はガソリンの絞り弁制御装置に関するため、スロットル弁２のイニシャル位置、つまりモータ２０の電源が切断されているときにスロットル弁２が初期位置として、与えられている開度位置はデフォルト開度である。このため、スロットル弁２がデフォルト開度よりも開いている場合はリターンスプリング１４によりデフォルト開度に向かう閉じ方向の荷重が、スロットル弁２がデフォルト開度よりも閉じている場合はデフォルトスプリング１５によりデフォルト開度に向かう開き方向の荷重が働く。

モータ２０の回転軸に取付けられたギア２２とスロットルシャフト３に固定されたスロットルギア１１との間にはスロットルボディ５の側面に圧入固定された金属材製のギアシャフト２４に回転可能に支持された中間ギア２３が噛み合っている。中間ギア２３はギア２２と噛み合う大径ギア２３Ａとスロットルギア１１と噛み合う小径ギア２３Ｂとから構成されている。両ギアは樹脂成形により一体に成型される。これらギア２２、２３Ａ、２３Ｂ、１１は２段の減速歯車機構を構成している。かくして、モータ２０の回転はこの減速歯車機構を介してスロットルシャフト３に伝達される。

これら減速機構やばね機構は樹脂材製のギアカバー２６によって覆われている。ギアカバー２６の開口端側周縁にはシール部材３０を挿入する溝が形成されており、シール部材３０がこの溝に装着された状態で、ギアカバー２６をスロットルボディ５に被せると、シール部材３０がスロットルボディ５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。図６に示されるように、この状態でギアカバー２６をスロットルボディ５に６個のクリップ２７で固定する。

このように構成された減速歯車機構とこれを覆うギアカバー２６との間に形成された回転角度検出装置すなわちスロットルセンサについて以下具体的に説明する。

図４に示されるように、スロットルシャフト３のギアカバー２６側の端部に樹脂ホルダ１９がスロットルギア１１に導体１７を介して熱溶着により固定される。樹脂ホルダ１９の先端の平面部にはプレス加工により形成された導電体１８（図３参照）が一体成形により取り付けられる。したがって、モータ２０が回転してスロットル弁２が回転すると、導電体１８も一体に回転する。

換言すれば、絞り弁装置（スロットル装置）は、樹脂ホルダ１９の底部の外面に取り付けられ、回転角度検出装置によって回転角度が検出される導電体１８を備える。これにより、非接触で回転角度を検出することができる。

ギアカバー２６にはＴＰＳ基板２８が導電体１８に対面する位置に固定されている。ＴＰＳ基板上に配設されたＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）が導電体１８の角度を検出することにより、スロットル弁２の開度を検出し、センサ出力としてＥＣＵ（Electronic Control Unit）へ供給している。

スロットルボディ５に配設される５Ｐ１ないし５Ｐ３（図５参照）はギアカバー２６の位置決め用の壁で、この３箇所の壁にギアカバー２６の位置決め突起が係止することでＴＰＳ基板２８と回転側の導電体１８が位置決めされ要求される許容範囲内の信号を出力することができる。全開ストッパ１１Ａはスロットルギア１１の全開位置を機械的に決めるもので、スロットルボディの側壁に一体に形成された突起で構成されている。

この突起にスロットルギア１１の切欠き終端部が当接することで、スロットルシャフト３は全開位置を越えて回転できない。

全閉ストッパ１１Ｂはスロットルシャフト３の全閉位置を規制するもので、スロットルギア１１の反対側の終端が全閉位置において、全閉ストッパ１１Ｂに衝突し、全閉位置以上にスロットルシャフト３が回転するのを阻止する。

このようにして形成された絞り弁制御装置のボア部１に対して汚損防止構造を適用してもよい。これにより、絞り弁の空気流量制御性能を維持しつつ、耐汚損性に優れた絞り弁制御装置を得ることができる。このような絞り弁制御装置に付着するデポジットは、オイル成分や凝縮水が表面に付着することにより浮立粒子状物質などを取り込みながら形成されるため、撥水性と撥油性を有するボア部を有することにより、ボア表面へのオイル成分や凝縮水の付着を抑制でき、耐汚損性の優れた絞り弁制御装置を得ることができる。

実施例は、ガソリンエンジン車用モータ駆動式の絞り弁制御装置（モータ駆動式の絞り弁制御装置）について説明したが、ディーゼルエンジン車用のモータ駆動式の絞り弁制御装置にも適用できる。また、機械式のエンジン用絞り弁制御装置にも適用できる。さらに、ＥＧＲガス制御用の絞り弁制御装置や負圧発生用の絞り弁制御装置にも適用できる。

以上説明したように、本実施例によれば、小型化されたスロットル装置を提供することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

なお、本発明の実施例は、以下の態様であってもよい。

その目的は、小型軽量化された内燃機関用の空気絞り弁装置を提供することにある。例えば、空気絞り弁装置は内燃機関の吸気通路に取り付けられ、吸気通路の通路断面積を可変制御することで、ガソリンエンジン車においては気筒内に吸入される空気量を調整したり、ディーゼル機関においては吸気管内の圧力を制御したりするのに用いられる。尚、ガソリンエンジン車においては、燃料を気筒内に直接噴射するいわゆる筒内直接燃料噴射型のエンジンでも吸気管内に燃料を噴射するいわゆるポート噴射型のエンジンのどちらにも用いられる。

（１）．被回転検出体を覆うケース部材、前記ケース部材に環状に配設されると共に、電流の印加によって磁界を発生する励磁導体部、前記被回転検出体に固定されると共に、前記励磁コイル部と間隔を保って非接触状態に配置され、電磁作用によって前記被回転検出体の回転位置に応じた電流を発生する励起導体部、前記ケース部材に配設されると共に、前記励起導体に流れる電流に応じた電流が発生する受信導体部を備えた回転検出装置であって、前記励起導体部は樹脂製のホルダに配設され前記樹脂ホルダは回転体の回転軸に固定される樹脂ギアに溶着により接合された回転検出装置であって、前記樹脂ホルダと前記樹脂ギアの間には導体が配置された回転検出装置。

（２）．（１）に記載された回転検出装置であって、前記回転軸と前記樹脂ギアは前記樹脂ギアに一体成形される金属プレートと前記回転軸が、摩擦攪拌接合により接合された回転検出装置。

（３）．（１）または（２）に記載された回転検出装置であって、前記回転軸と、前記金属プレートがアルミニウムで製作された回転検出装置。

（４）．被回転検出体を覆うケース部材、前記ケース部材に環状に配設されると共に、電流の印加によって磁界を発生する励磁導体部、前記被回転検出体に固定されると共に、前記励磁コイル部と間隔を保って非接触状態に配置され、電磁作用によって前記被回転検出体の回転位置に応じた電流を発生する励起導体部、前記ケース部材に配設されると共に、前記励起導体に流れる電流に応じた電流が発生する受信導体部を備えた回転検出装置であって、前記励起導体部は樹脂製のホルダに配設され前記樹脂ホルダは回転体の回転軸に固定される樹脂ギアに一体成形される金属プレートに、溶着により接合された回転検出装置。

（１）−（４）では、シャフトとギアを摩擦拡販接合で固定することによりナットを廃止し、小径化したカップ状のホルダをギアに溶着することにより結合させる。

以上のように構成された（１）−（４）によれば、カップ状のホルダを小径化することにより中間ギアの外径を大きくでき、ギア比を大きくすることができるため、より小型のモータを採用することにより小型軽量化された内燃機関用の絞り弁装置を提供することが可能となる。

1…ボア部、2…スロットル弁、3…スロットルシャフト、4…ねじ、5…スロットルボディ、５Ｐ１…壁、５Ｐ２…壁、５Ｐ３…壁、５S…嵌合部、6…軸受ボス部、7…軸受ボス部、8…軸受、9…軸受、10…キャップ、11…スロットルギア、１１Ｇ…溝部、１１Ｗ…窓部、１１Ｂ…全閉ストッパ、12…金属プレート、13…樹脂材製ギア部、14…リターンスプリング、15…デフォルトスプリング、16…デフォルトレバー、17…導体、１７Ｐ…突起部、18…導電体、19…樹脂ホルダ、20…モータ、２０Ａ…モータハウジング、２０Ｂ…ブラケット、21…ねじ、22…ギア、23…中間ギア、２３Ａ…大径ギア、２３Ｂ…小径ギア、24…ギアシャフト、25…ウェーブワッシャ、26…ギアカバー、27…クリップ、28…TPS基板、29…インサータ、30…シール部材

Claims (7)

1. スロットル弁と、
   前記スロットル弁が固定されるスロットルシャフトと、
   前記スロットルシャフトの一端に摩擦攪拌接合される金属プレートを有する樹脂製のスロットルギアと、
   前記スロットルギアに溶着され、かつ前記スロットルシャフトと前記金属プレートとをつなぐ摩擦攪拌接合部を覆う樹脂製のホルダと、
   を備えることを特徴とするスロットル装置。
2. 請求項１に記載のスロットル装置であって、
   前記ホルダと前記スロットルギアとの間に環状の導体を備える
   ことを特徴とするスロットル装置。
3. 請求項２に記載のスロットル装置であって、
   前記スロットルギアは、
   前記導体が嵌合する溝部を有する
   ことを特徴とするスロットル装置。
4. 請求項３に記載のスロットル装置であって、
   前記導体は、
   径方向外側に突き出る突起部を有し、
   前記スロットルギアは、
   前記ホルダを前記導体へガイドするガイド部を有し、
   前記ガイド部に、前記突起部が嵌合する切り欠きが設けられる
   ことを特徴とするスロットル装置。
5. 請求項１に記載のスロットル装置であって、
   前記スロットルシャフトと前記金属プレートは、
   アルミニウム製である
   ことを特徴とするスロットル装置。
6. 請求項２に記載のスロットル装置であって、
   前記ホルダは、
   カップ状であり、その開口側の端部が前記導体に接する
   ことを特徴とするスロットル装置。
7. 請求項６に記載のスロットル装置であって、
   前記ホルダの底部の外面に取り付けられ、回転角度検出装置によって回転角度が検出される導電体を備える
   ことを特徴とするスロットル装置。

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