JP2023000181A - スロットル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スロットルボディへの部品組立時の荷重によるスロットルボディの変形が防止され、ボアをほぼ加工後と同等な、高精度な真円形状に保つことができ、バルブ全閉時の空気流量を低減可能なスロットル装置を実現する。【解決手段】本発明のスロットル装置は、内燃機関のスロットル装置であって、スロットルシャフト４と、スロットルシャフト４をアルミニウム製のスロットルボディ１に形成された開口１ａ内で回転自在に支持する回転軸受３と、開口１ａを塞ぐアルミニウム製のシール部材６と、を備える。シール部材６は、スロットルボディ１に摩擦攪拌接合ＦＳＷにより固定されている。【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関のスロットル装置に関する。

内燃機関のスロットル装置としては、特許文献１に記載された技術がある。

特許文献１に記載の技術にあっては、円筒形機械部品の回転軸保持の機能を提供する回転軸受への外部からのダストの侵入を防止するため、外側から開口部端部に封止キャップを圧入してシール構造を設けている。

特開２０１１－１４９５２９号公報

内燃機関のスロットル装置におけるスロットルボディの流体通路を流れる流体の量を制御するバタフライ弁では、バタフライ弁のシャフトを固定する軸受は、スロットルボディに設けられた開口に圧入される。

スロットルボディはアルミニウム製であり、軸受の開口への圧入の際、開口は外側に押し広げられる。

さらに、この開口を塞ぐように 特許文献１に記載された技術と同様なシール構造が設けられるが、このシール構造を開口に圧入すると、これも軸受の開口への圧入と同様に、開口は外側に押し広げられる。

スロットルボディに設けられた開口を押し広げるように作用するこれらの力によって、スロットルボディは変形し、結果としてスロットルボディに設けられたボア部の形状も変形する。

したがって、従来技術においては、軸受の圧入によるボア部の変形及びシール構造の圧入によるボア部の変形の影響により、真円度が要求されるボア部の形状精度が低下してしまい、結果として、バタフライ弁とスロットルボディとの間の隙間が大となり、全閉空気流量が増加してしまい、空気流量制御精度が低下するという問題があった。

本発明の目的は、スロットルボディへの部品組立時の荷重によるスロットルボディの変形が防止され、ボアをほぼ加工後と同等な、高精度な真円形状に保つことができ、バルブ全閉時の空気流量を低減可能なスロットル装置を実現することである。

本発明は、上記目的を達成するため、次のように構成される。

内燃機関のスロットル装置であって、スロットルシャフトと、前記スロットルシャフトをアルミニウム製のスロットルボディに形成された開口内で回転自在に支持する回転軸受と、前記開口を塞ぐアルミニウム製のシール部材と、を備え、前記シール部材は、前記スロットルボディに摩擦攪拌接合により固定されている。

本発明によれば、スロットルボディへの部品組立時の荷重によるスロットルボディの変形が防止され、ボアをほぼ加工後と同等な、高精度な真円形状に保つことができ、バルブ全閉時の空気流量を低減可能なスロットル装置を実現することができる。

本発明の実施例１における内燃機関の電子制御スロットル装置の主要部断面図である。 図１に示した電子制御スロットル装置の主要部における構成部品の部分組立品であるスロットルシャフトの平面図である。 図１に示した例の部分拡大詳細図である。 本発明の実施例１における電子制御スロットル装置の正面図である。 本発明の実施例２における電子制御スロットル装置の正面図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。本発明が適用される例として、内燃機関の電子制御スロットル装置を例に挙げて詳しく説明する。

具体的な実施例の説明に先立って、本発明の原理等について説明する。

スロットルボディの流体通路を流れる流体の量を制御するバタフライ弁は、回転軸に固定され、スロットルボディには回転軸を回転支持する軸受孔部が形成されている。両者の間には回転軸をスムースに回転させるために、転がり軸受（例えばボールベアリング）や滑り軸受（例えばメタル軸受）等の軸受が固定されている。

対象とする軸受けは流体の漏れを防止する機能を持たせてある。また、軸受に塵などが付着した場合、回転軸の回転抵抗が大きくなり、バタフライ弁を常に適切な位置に回転支持出来なくなるという問題があるため、軸受とは別のシール構造が使用される。

軸受をスロットルボディの軸受孔部に固定する方法としては、圧入による固定が一般的であるが、本発明の実施例においては、軸受の圧入による軸受孔部及びスロットルボディの変形、ならびに圧入時の圧入荷重によるスロットルボディの変形を防止するため、軸受を軸受孔部には圧入せず、軸受外径と圧入孔部の隙間がほぼ０に近い状態での挿入とし、挿入時にスロットルボディに荷重が加わらないようにする。

また、軸受外径≒軸受孔部内径であるため、軸受孔部を外側に押し広げるように作用する変形力も０となる。

したがって、軸受を挿入した段階でスロットルボディ及びスロットルボディのボア部は、スロットルボディ加工後と同等な高精度な真円形状を保つことができる。

次に、軸受のボア部と反対側の端面側から、アルミニウム製のシール構造（シール部材）を同様にスロットルボディに設けられた、シール部材挿入用の孔部（開口）に挿入する。この際、シール構造の一部は、軸受の外輪と接し、スロットルボディのボア側との間に隙間無く挟持されるように配置する。

そして、その状態のまま、挿入したシール部材とスロットルボディとの界面に沿ってＦＳＷ（摩擦攪拌接合）を実施し、スロットルボディとシール部材を固定する。

かくして、軸受はスロットルボディのボア側とシール部材との間に、軸方向に固定される。

一方で、スロットルシャフトは、アルミニウム製のシール構造をスロットルボディに設けられた孔部へ挿入する前に、軸受内輪に圧入され、ボア部を貫通するように配置される。組立の都合上、予めスロットルシャフトの端部に軸受内輪を圧入した部分組立品を作り、この部分組立品のシャフト部をスロットルボディに設けられた孔部挿入すると同時に、軸受部外輪をスロットルボディに設けられた軸受孔部に挿入する方法が、スロットルシャフトと軸受内輪の圧入距離が短く済むので作業性が良い。

かくして、スロットルシャフトはスロットルボディのボア部を貫通して、回転可能にスロットルボディに取付けられる。スロットルシャフトにはバタフライ弁を挿入するためのスリットが設けられており、このスリットにバタフライ弁を挿入し、ねじにてスロットルシャフトに固定する。

かくして、バタフライ弁は、スロットルボディボア内部で、スロットルシャフトの軸を中心に回転可能に取り付けられる。

（実施例１）
図１は、本発明の実施例１における内燃機関の電子制御スロットル装置の主要部断面図である。また、図２は、図１に示した電子制御スロットル装置の主要部における構成部品の部分組立品であるスロットルシャフト４の平面図である。また、図３は図１に示した例の部分拡大詳細図である。

図１、図２及び図３において、アルミニウム製のスロットルボディ１には、回転軸受２及び３が固定されており、それらによりスロットルシャフト４が回転自在に保持されている。

スロットルシャフト４に固定されたバタフライ弁（バルブ）５は、スロットルボディ１内部の空気通路であるボア９内で回転し、空気通路の開口面積を変える事ができる。

アルミニウム製のシール構造（シール部材）６は、スロットルボディ１にＦＳＷ（摩擦攪拌接合）により接合部１０が形成され、固定される。

軸受３は、ボールベアリングであり、図１乃至図３に示すように、予めスロットルシャフト４を、回転軸受３の内輪３ａに圧入してある。回転軸受３は、スロットルボディ１に形成された軸受孔部１１内に配置される。

スロットルシャフト４の回転軸受３の外径は、スロットルボディ１に設けられた軸受孔部１１の内径以下である。

前述のスロットルシャフト４を、スロットルボディ１に設けられた貫通孔１ｂに挿入し、同時に回転軸受３をボディ１の開口１ａに挿入している。

そして、この開口１ａを塞ぐようにシール構造６が設けられるが、このシール構造６を開口１ａに挿入し、スロットルボディ１とシール構造６との界面８をＦＳＷにより固定する。

この固定方法により、スロットルボディ１の開口１ａには、回転軸受３やシール構造６などを圧入した場合に発生する開口１ａを外側に押し広げられる力は作用しない。

また、回転軸受３はスロットルボディ１とシール構造６により、軸方向に隙間無く挟持され、スロットルシャフト４の軸方向に固定される。スロットルシャフト４にはバタフライ弁５が、ねじ７によって固定される。

かくして、バタフライ弁５はスロットルボディ１のボア９内において、回転可能に保持される。また、スロットルボディ１は、回転軸受３及びシール構造６の挿入の際には、変形を生じるような力を受けないため、回転軸受３、スロットルシャフト４およびシール構造６を組付ける際に変形しない。

したがって、スロットルボディ１のボア９はスロットルボディ１の単品での切削加工後の高精度な円筒形状を保つことができ、結果としてバタフライ弁５の組付け後の全閉空気流量を低減できる。

また、使用環境による温度変化を受けた時も、スロットルボディ１とシール構造６が同じアルミニウム製であるため、線膨張係数差による、隙間の発生あるいは応力の発生を生じず、耐熱性も兼ね備えている。

図４は、実施例１における電子制御スロットル装置の正面図である。本実施例１では、図４に示すように、スロットルボディ１とシール構造６の界面８を円状に全周ＦＳＷにより接合して接合部１０を形成している。

スロットルボディ１とシール構造６との界面８の全周をＦＳＷ接合することにより、シール構造６の固定だけでなく、スロットルボディ１のボア９側、つまりシール構造６の回転軸受３側から加圧、あるいは吸引した際も、漏れを生じず、気密性も保つことができる。

以上のように、本発明の実施例１によれば、回転軸受３及びシール部材６を圧入固定せず、スロットルボディ１の開口１ａへの挿入とし、シール部材６をスロットルボディ１と同じアルミニウム製とし、スロットルボディ１とシール部材６の界面をＦＳＷ（摩擦攪拌接合）により固定することで、回転軸受３及びシール部材６の圧入によるスロットルボディ１及びボア９の変形を防止する。

これにより、回転軸受３等の部品組立後も、ボア９は高精度な真円形状を保つことができ、全閉空気流量を低減できる。回転軸受３は、回転軸受３の外側から挿入されＦＳＷにより固定されるシール部材６とスロットルボディ１との間に挟持され、スロットルシャフト４の回転軸方向に固定される。

また、スロットルボディ１と同じアルミニウム製のシール部材６を用いることで、高温あるいは低温環境下におかれた際も、スロットルボディ１とシール部材６の界面及び接合部には、線膨張係数差による隙間あるいは応力が発生しない。

つまり、スロットルボディ１への部品組立時の荷重によるスロットルボディ１の変形が防止され、ボア９をほぼ加工後と同等な、高精度な真円形状に保つことができ、バルブ全閉時の空気流量を低減可能な電子制御スロットル装置を実現することができる。

実施例１は、電子制御スロットル装置の例であるが、本発明は、電子制御スロットル装置に限られず、他のスロットル装置にも適用可能である。

（実施例２）
次に、本発明の実施例２について説明する。

図５は、実施例２における電子制御スロットル装置の正面図である。上述した実施例１では、スロットルボディ１とシール構造６の界面８を円状に全周ＦＳＷにより接合したが、実施例２においては、図５に示すように、スロットルシャフト４の回転軸を中心として、点対称な複数の部分にて前述の界面８の一部分をＦＳＷにより接合してもよい。図５に示した例は、スロットルシャフト４の軸を中心に点対称な２つの部分でＦＳＷにより接合している。

実施例２は、実施例１に対し、気密性能は低下する可能性があるが、軸受３の固定及び塵等の侵入からの保護という目的においては、図５に示すような部分的な接合でもシール構造６の機能は確保される。

また、スロットルシャフト４の回転軸を中心に点対称な複数の部分でＦＳＷにより接合した場合、回転軸受３の側からシール構造６に向う外向きの力を受けた場合も、シール構造６がバランス良く力を受け止めることができる。

実施例２においても、実施例１と同様な効果を得ることができる。

なお、実施例２においても、電子制御スロットル装置に限られず、他のスロットル装置にも適用可能である。

また、実施例２においては、スロットルシャフト４の回転軸を中心に点対称な複数の部分でＦＳＷにより接合した場合の例を説明したが、軸受３の固定及び塵等の侵入からの保護という目的を達成することが可能であれば、必ずしも、点対称な部分でなく、非対称な部分をＦＳＷで接合し、固定してもよい。

また、実施例２においては、スロットルシャフト４の回転軸を中心に点対称な複数の部分でＦＳＷにより接合した場合の例を説明したが、軸受３の固定及び塵等の侵入からの保護という目的を達成することが可能であれば、複数の部分ではなく、アルミニウム製のシール部材６とアルミ製のスロットルボディ１との界面の一部分をＦＳＷで接合し、接合してもよい。

さらに、実施例２におけるＦＳＷの接合部１０は、円状となっているが、軸受３の固定及び塵等の侵入からの保護という目的を達成することが可能であれば、複数の半円形状としてもよいし、互いに対向する円弧状のとしてもよい（括弧形状となっている接合部分）。

１・・・スロットルボディ、１ａ・・・開口、１ｂ・・・貫通孔、２・・・軸受、３・・・回転軸受、３ａ・・・内輪、４・・・スロットルシャフト、５・・・バタフライ弁、６・・・シール構造（シール部材）、７・・・ねじ、８・・・界面、９・・・ボア、１０・・・接合部、１１・・・軸受孔部

Claims (5)

1. 内燃機関のスロットル装置であって、
   スロットルシャフトと、
   前記スロットルシャフトをアルミニウム製のスロットルボディに形成された開口内で回転自在に支持する回転軸受と、
   前記開口を塞ぐアルミニウム製のシール部材と、
   を備え、
   前記シール部材は、前記スロットルボディに摩擦攪拌接合により固定されてい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において、
   前記スロットルシャフトを回転自在に支持する前記回転軸受の外径は、前記スロットルボディに設けられた軸受孔部の内径以下であ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において、
   前記アルミニウム製の前記シール部材と前記アルミ製の前記スロットルボディとの界面の全周を前記摩擦攪拌接合により固定されていることを特徴とするスロットル装置。
4. 請求項２に記載のスロットル装置において、
   前記アルミニウム製の前記シール部材と前記アルミ製の前記スロットルボディとの界面を、前記スロットルシャフトの回転軸を中心として、点対称な複数の部分にて前記摩擦攪拌接合により固定されていることを特徴とするスロットル装置。
5. 請求項２に記載のスロットル装置において、
   アルミニウム製の前記シール部材と前記アルミ製の前記スロットルボディとの界面の一部分にて前記摩擦攪拌接合により固定されていることを特徴とするスロットル装置。

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