JP4207825B2 - 内燃機関用スロットル装置の成形方法 - Google Patents
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Description
従来より、自動車等の車両に搭載される内燃機関用スロットル制御装置は、車両乗員(ドライバー)のアクセルペダルの踏み込み量(アクセル操作量)に応じて駆動モータを駆動して、スロットルボデーに回転自在に収容されたスロットルバルブの弁開度を制御するように構成されている。また、近年、燃費向上、軽量化や低コスト化等の目的から、スロットルボデーおよびスロットルバルブを樹脂化、すなわち、スロットルボデーおよびスロットルバルブを樹脂材料によって製作した内燃機関用スロットル制御装置も提案されている。ここで、スロットルボデーおよびスロットルバルブを樹脂化した内燃機関用スロットル制御装置を、図19を用いて説明する。これは、内燃機関の各気筒に連通する吸気通路を形成するスロットルボデー101と、吸気通路を開閉するスロットルバルブ102と、このスロットルバルブ102を保持するスロットルシャフト103と、スロットルバルブ102を開弁方向に駆動する動力ユニットと、スロットルバルブ102を閉弁方向に付勢するコイルスプリング105と、車両乗員(ドライバー)のアクセルペダルの踏み込み量に応じて動力ユニットを駆動してスロットルバルブ102の弁開度を所定のスロットル開度に制御することでエンジン回転速度をコントロールするエンジン制御装置とを備えている。
このため、従来より、予めスロットルボデー101とスロットルバルブ102とを別工程にて製作し、スロットルボデー101のボア内径寸法の出来栄えにスロットルバルブ102の外径側端部形状を合わせ込むか、あるいはスロットルバルブ102の外径側端部の出来栄えにスロットルボデー101のボア内径寸法を合わせ込み、それぞれを後工程にて組み付けることで、スロットルボデー101のボア内径面とスロットルバルブ102の外径側端部との間に所望の隙間寸法を形成していた。また、スロットルバルブ102と一体的に回転するスロットルシャフト103の回転中心軸線方向(軸方向)の両端部は、スロットルボデー101の円筒形状のバルブ軸受部104に回転自在に支持されている。
ところが、上記の特許文献1、2に記載のスロットルボデー101内部におけるスロットルバルブ102の成形方法においては、実際にはスロットルボデー101の内部の半径方向、および略円周方向を成形金型によって拘束された状態で、スロットルバルブ102の樹脂成形を行うため、成形金型から取り出された後の徐冷時に、スロットルボデー101およびスロットルバルブ102は自由変形を来たし、上記の隙間を所望の隙間寸法に維持することは困難であった。
また、実使用時の冷熱サイクルによって、スロットルボデー101、スロットルバルブ102は個別に内部応力緩和や、スロットルボデー101、スロットルバルブ102の材料(材質、素材)として例えば結晶性樹脂を用いた場合には、結晶化に伴う収縮変形を来すことから、前述の場合と同様に上記の隙間を所望の隙間寸法に維持することは困難であり、更にこれを解消するために、アニーリングやエージング等の高温放置工程を付加した場合にも、この工程にてスロットルボデー101、スロットルバルブ102は個別に変形を来すため、前述の場合と同様に上記の隙間を所望の値に維持することは困難となる。
そこで、スロットルボデーのボア内径面とスロットルバルブの外径側端部との間に所望の隙間寸法を形成するという目的を達成するために、スロットルボデーとスロットルバルブとの隙間が最小となる位置を全閉位置とし、全閉位置よりも所定の角度だけ全開方向に回転した位置にて、スロットルボデー内部にスロットルバルブが組み付けられた状態となるように、スロットルボデーとスロットルバルブとを同一の成形金型内で略同時に樹脂成形する成形方法を、既に特願2003−285434号(平成15年8月1日出願)によって出願した。
しかし、上記の出願では、スロットルバルブの回転軸として略丸棒軸状の金属シャフトを、スロットルボデー内部で樹脂成形されるスロットルバルブの略円筒状の樹脂シャフトにインサート成形する構造を採用し、且つ金属シャフトの両端部を回転自在に保持するための略円筒状の第1、第2カラーを、スロットルボデーのボア壁部内部にインサート成形する構造を採用した場合に、金属シャフトの両端部の外周面と第1、第2カラーの内周面との間に、つまり第1、第2カラーの第1、第2シャフト貫通穴内に樹脂材料が侵入すると、スロットルバルブと一体的に回転する金属シャフトがスムーズに回転せず、スロットルバルブ内部でスロットルバルブおよび金属シャフトが動作不良を起こす可能性がある。
また、スロットルバルブの回転中心軸線方向の外径側端面に、インサート部品のバルブ側端面に接近する側に突出し、且つスロットルバルブのバルブ角度が全閉位置に相当するバルブ角度近傍の時に部品側シール部に摺接する凸状のバルブ側シール部を2箇所設けている。また、スロットルバルブの回転中心軸線方向のバルブ側シール部間に、これらのバルブ側シール部よりもインサート部品のバルブ側端面から遠ざかる側に凹んだ凹状部を設けている。
また、スロットルバルブのバルブ角度が全閉位置よりも所定の角度だけ全開方向に回転したバルブ角度の時には、バルブ側シール部とインサート部品の凹状部との間、および部品側シール部とスロットルバルブの凹状部との間に成形金型が入り込む隙間が形成される。これによって、スロットルボデーのボア壁部内部にスロットルバルブが回転自在に組み込まれた製品形状の成形品となるように、成形金型の費用や製造コストを上昇させることなく、スロットルボデーと同一の成形金型内で、スロットルバルブをスロットルボデーと略同時に成形することが可能となる。
また、スロットルバルブのバルブ角度が全閉位置に相当するバルブ角度近傍の時にのみ、スロットルバルブの回転中心軸線方向の外径側端面に設けられる凸状のバルブ側シール部が、インサート部品のバルブ側端面に設けられる凸状の部品側シール部に摺接することにより、スロットルバルブのバルブ全閉時に、スロットルボデーのボア壁部のボア内径面とスロットルバルブの回転中心軸線方向の外径側端面との間の隙間が最小となるので、スロットルバルブのバルブ全閉時の気密性能を確実に確保することができる。これにより、アイドル運転時の吸入空気の漏れ量の減少を期待できる。
また、スロットルバルブの回転中心軸線方向に対して略直交する半径方向の外径側端部とスロットルボデーのボア内径面との隙間が最小となる位置を全閉位置とし、スロットルバルブの回転中心軸線方向に対して略直交する半径方向の外径側端部とスロットルボデーのボア内径面との隙間が最大となる位置を全開位置とする。この場合、上記のスロットルバルブの回転中心軸線に対して略直交する半径方向の一方側の外径側端面が、スロットルボデーのボア壁部の中心軸線方向の一端側と略同一方向に指向するバルブ角度を、スロットルバルブの全開位置に相当するバルブ角度としても良い。
ここで、本発明において、スロットルボデーと同一の成形金型内で、スロットルバルブをスロットルボデーと略同時に成形する際の、成形金型のボデーキャビティおよびバルブキャビティ内への、加熱されて溶融状態の溶融材料の射出は、成形金型を型締めしてから型開きするまでの間に、同時でも、また、時間差があっても良い。また、射出・充填工程中または保圧工程中に複数回の射出を随時行っても構わない。なお、加熱されて溶融状態の溶融材料とは、加熱されて溶融状態の樹脂材料(例えば熱可塑性樹脂よりなる溶融樹脂)、あるいは加熱されて溶融状態の金属材料の溶湯(例えばアルミニウム合金またはマグネシウム合金等の溶融合金材料の溶湯)である。
図1ないし図8は本発明の実施例1を示したもので、図1は樹脂成形品を示した図で、図2は内燃機関用スロットル制御装置の全体構造を示した図で、図3はスロットルバルブを開弁駆動する動力ユニットを示した図で、図4はスロットルボデーの二重管構造のボア壁部を示した図で、図5(a)はスロットルバルブのバルブ側シール部とバルブ側凹状部を示した図で、図5(b)は第1、第2カラーのカラー側シール部とカラー側凹状部を示した図である。
次に、本実施例の内燃機関用スロットル制御装置の射出成形方法を図1ないし図8に基づいて簡単に説明する。ここで、図6は樹脂成形金型の概略構造を示した図で、図7(a)および図7(b)は樹脂成形金型の第1、第2シャフト保持部を示した図で、図8は樹脂成形金型の第1、第2シャフト保持部を示した図である。
次に、本実施例の内燃機関用スロットル制御装置の作用を図2ないし図4に基づいて簡単に説明する。
以上のように、本実施例の内燃機関用スロットル制御装置においては、スロットルバルブ3の回転中心軸線に対して略直交する半径方向の一方側に位置する樹脂ディスク52の外径側端面が、スロットルボデー2のボア壁部21の中心軸線方向の一端側(吸入空気の流れ方向の下流側)と略同一方向に指向するバルブ角度(θ=90°:例えばスロットルバルブ3の全開位置に相当するバルブ角度)にて、スロットルボデー2のボア壁部21のボア内管31内部にスロットルバルブ3が回転自在に組み込まれた製品形状の樹脂成形品(図1参照)となるように、スロットルボデー2と同一の樹脂成形金型内で、スロットルバルブ3をスロットルボデー2と略同時に樹脂成形している。
[数1]
α<θ<β
本実施例では、本発明を、駆動モータ(アクチュエータ)1の回転動力を、歯車減速装置等の動力伝達装置を経て金属シャフト5に伝達して、スロットルバルブ3の回転角度(バルブ開度)を運転者(ドライバー)のアクセル操作量に応じて制御する内燃機関用スロットル制御装置に適用した例を説明したが、本発明を、駆動モータ1を有しない内燃機関用スロットル装置に採用しても良い。この場合には、金属シャフト5の他端部に設けたバルブギヤ8の代わりに、アクセルペダルにワイヤーケーブルを介して機械的に連結されるレバー部を設ける。このようにしても、運転者(ドライバー)のアクセル操作量をスロットルバルブ3に伝えることができる。
なお、ボア外管32の外周部に、スロットルバルブ3を迂回するバイパス通路を設け、更に、そのバイパス通路内を流れる空気量を調整してエンジンのアイドル回転速度を制御するためのアイドル回転速度制御弁(ISCバルブ)を装着しても良い。また、スロットルボデー2のボア壁部21よりも吸入空気の流れ方向の上流側の吸気管に、ブローバイガス還元装置(PCV)の出口孔または蒸散防止装置のパージ用チューブが取り付けられていても良い。この場合には、吸気管内に、ブローバイガスに含まれるエンジンオイルが吸気管の内壁面に堆積してデポジットとなっている可能性がある。このため、上記の塞き止め凹部34に、吸気管の内壁面より伝ってくるオイルミストやデポジット等の異物を塞き止めることで、スロットルバルブ3および金属シャフト5の動作不良を防止できる。
なお、スロットルボデー2のボア壁部21、ギヤボックス部22およびモータハウジング部23を樹脂一体成形する樹脂材料として、加熱されて溶融状態の樹脂材料(例えば熱可塑性樹脂よりなる溶融樹脂)に充填材(例えば低コストなガラス繊維、または炭素繊維、アラミド繊維、ボロン繊維等)を混合した樹脂系の複合材料(例えばガラス繊維30%入りのポリブチレンテレフタレート:PBTG30)を用いても良い。また、スロットルバルブ3の樹脂ディスク51、52および樹脂シャフト53を樹脂一体成形する樹脂材料として、加熱されて溶融状態の樹脂材料(例えば熱可塑性樹脂よりなる溶融樹脂)に充填材(例えば低コストなガラス繊維、または炭素繊維、アラミド繊維、ボロン繊維等)を混合した樹脂系の複合材料(例えばガラス繊維30%入りのポリブチレンテレフタレート:PBTG30)を用いても良い。
2 スロットルボデー
3 スロットルバルブ(バタフライバルブ、樹脂バルブ)
5 金属シャフト(スロットルシャフト、回転軸)
6 回転速度センサ(スロットル開度センサ)のマグネット(磁界発生源)
8 バルブギヤ(回転駆動体)
21 ボア壁部
22 ギヤボックス部
23 モータハウジング部(アクチュエータのハウジング)
31 ボア内管
32 ボア外管
41 第1カラー(インサート成形品)
42 第2カラー(インサート成形品)
44 カラー側シール部
45 カラー側シール部
46 カラー側凹状部
47 カラー側凹状部
51 樹脂ディスク(第1板状部、円板状部)
52 樹脂ディスク(第2板状部、円板状部)
53 樹脂シャフト(円筒状部、軸状部)
54 バルブ側シール部
55 バルブ側シール部
56 バルブ側凹状部
57 バルブ側凹状部
61 固定金型
62 可動金型
63 固定型入れ子
64 可動型入れ子
71 第1シャフト保持部
72 第2シャフト保持部
91 第1スライド金型
92 第2スライド金型
93 シャフト嵌合部
5a 凹凸嵌合部
5b 凹凸嵌合部
5c 凹凸嵌合部
Claims (13)
- 操作者のアクセル操作量に応じて、円管状のボア壁部を有するスロットルボデー内に回転自在に支持された略円板状のスロットルバルブの開度を調節する内燃機関用スロットル装置であって、
前記スロットルバルブの回転中心軸線方向に対して略直交する半径方向の外径側端部と前記スロットルボデーのボア壁部のボア内径面との隙間が最小となる位置を全閉位置とし、且つ前記スロットルバルブの回転中心軸線方向に対して略直交する半径方向の外径側端部と前記スロットルボデーのボア壁部のボア内径面との隙間が最大となる位置を全開位置とし、前記スロットルバルブの全閉位置よりも所定の角度だけ全開方向に回転した位置にて、前記スロットルボデーのボア壁部内部に前記スロットルバルブが回転自在に組み込まれた製品形状の成形品となるように、
前記スロットルボデーと前記スロットルバルブとを、同一の成形金型内で略同時に成形する内燃機関用スロットル装置の成形方法において、
前記スロットルバルブ内部には、前記スロットルバルブと一体的に回転するシャフトがインサート成形されており、
前記スロットルボデー内部には、前記シャフトの回転中心軸線方向の一端部を回転自在に保持する略円筒状のインサート部品がインサート成形されており、
前記成形金型は、前記スロットルバルブの回転中心軸線方向の外径側端部と前記インサート部品のバルブ側端面との間に、前記シャフトの外周面を連続的に一周するように前記シャフトの外周面に密着して前記シャフトを保持する略円筒状のシャフト保持部を有し、 前記インサート部品のバルブ側端面には、前記スロットルバルブの回転中心軸線方向の外径側端面に接近する側に突出した凸状の部品側シール部、およびこの部品側シール部よりも前記スロットルバルブの回転中心軸線方向の外径側端面から遠ざかる側に凹んだ凹状部が設けられており、
前記スロットルバルブの回転中心軸線方向の外径側端面には、前記インサート部品のバルブ側端面に接近する側に突出し、且つ前記スロットルバルブのバルブ角度が前記全閉位置に相当するバルブ角度近傍の時に前記部品側シール部に摺接する凸状のバルブ側シール部が2箇所設けられており、
前記スロットルバルブの回転中心軸線方向の前記バルブ側シール部間には、これらのバルブ側シール部よりも前記インサート部品のバルブ側端面から遠ざかる側に凹んだ凹状部が設けられており、
前記スロットルバルブのバルブ角度が前記全閉位置よりも所定の角度だけ全開方向に回転したバルブ角度の時に、前記バルブ側シール部と前記インサート部品の凹状部との間、および前記部品側シール部と前記スロットルバルブの凹状部との間に前記成形金型が入り込む隙間が形成されることを特徴とする内燃機関用スロットル装置の成形方法。 - 請求項1に記載の内燃機関用スロットル装置の成形方法において、
前記スロットルバルブの全閉位置よりも所定の角度だけ全開方向に回転した位置とは、前記スロットルバルブの回転中心軸線に対して略直交する半径方向の一方側の外径側端面が、前記スロットルボデーのボア壁部の中心軸線方向の一端側と略同一方向に指向するバルブ角度であることを特徴とする内燃機関用スロットル装置の成形方法。 - 請求項1または請求項2に記載の内燃機関用スロットル装置の成形方法において、
前記シャフトまたは前記インサート部品は、前記スロットルボデーまたは前記スロットルバルブを形成する材料と相溶性または接着性を有しない素材よりなることを特徴とする内燃機関用スロットル装置の成形方法。 - 請求項1ないし請求項3のうちのいずれか1つに記載の内燃機関用スロットル装置の成形方法において、
前記インサート部品のバルブ側端面は、前記スロットルボデーのボア壁部のボア内径面より吸気通路側に露出しており、
前記シャフトの回転中心軸線方向の一端部は、前記スロットルバルブの回転中心軸線方向の外径側端面より突出しており、しかも前記インサート部品内において回転自在に摺動する軸受摺動部として機能することを特徴とする内燃機関用スロットル装置の成形方法。 - 請求項1ないし請求項4のうちのいずれか1つに記載の内燃機関用スロットル装置の成形方法において、
前記インサート部品は、前記スロットルバルブの回転中心軸線方向の外径側端部と対向する略円環状のバルブ側端面を有する略円筒状のカラーであって、
前記成形金型は、前記カラーのバルブ側端面を連続的に一周するように、前記カラーのバルブ側端面に密着して前記カラーを保持する略円環状のカラー保持部を有していることを特徴とする内燃機関用スロットル装置の成形方法。 - 請求項5に記載の内燃機関用スロットル装置の成形方法において、
前記成形金型は、前記カラーのバルブ側端面に対して逆側の反バルブ側端面を連続的に周方向に一周するように、前記カラーの反バルブ側端面に密着して前記カラーを保持する略円環状のカラー保持部を有していることを特徴とする内燃機関用スロットル装置の成形方法。 - 請求項1ないし請求項6のうちのいずれか1つに記載の内燃機関用スロットル装置の成形方法において、
前記成形金型は、前記スロットルボデーの製品形状に対応した形状のボデーキャビティ、および前記スロットルバルブの製品形状に対応した形状のバルブキャビティを形成すると共に、前記ボデーキャビティおよび前記バルブキャビティ内に溶融材料を射出するための溶融材料注入口を有していることを特徴とする内燃機関用スロットル装置の成形方法。 - 請求項7に記載の内燃機関用スロットル装置の成形方法において、
前記溶融材料は、加熱されて溶融状態の樹脂材料または金属材料の溶湯であって、
前記溶融材料注入口は、前記ボデーキャビティおよび前記バルブキャビティ内に前記樹脂材料または金属材料の溶湯を射出するための樹脂注入口または溶湯注入口であることを特徴とする内燃機関用スロットル装置の成形方法。 - 請求項7に記載の内燃機関用スロットル装置の成形方法において、
前記溶融材料は、加熱されて溶融状態の樹脂材料であって、
前記スロットルバルブは、前記樹脂材料に充填材を混合した樹脂系の複合材料の成形によって一体的に形成される樹脂バルブであって、
前記樹脂バルブは、略円板状の樹脂ディスクおよび略円筒状の樹脂シャフトを有し、
前記シャフトは、両端部が前記樹脂シャフトの回転中心軸線方向の両側の環状端面から突出した状態で、前記樹脂シャフト内部に保持固定される棒軸状の金属シャフトであることを特徴とする内燃機関用スロットル装置の成形方法。 - 請求項1ないし請求項9のうちのいずれか1つに記載の内燃機関用スロットル装置の成形方法において、
前記スロットルバルブは、操作者のアクセル操作量に応じて、内燃機関の気筒に吸入される吸入空気量を最小とする全閉位置から、前記内燃機関の気筒に吸入される吸入空気量を最大とする全開位置まで回転角度が変更されるバタフライバルブであって、
前記バタフライバルブは、前記スロットルボデーのボア壁部の中心軸線方向に対して略直交する方向に中心軸線を有する円筒状部を備え、
前記シャフトは、この回転中心軸線方向の両端部が前記円筒状部の中心軸線方向の両端面より突出するように、前記円筒状部内部にインサート成形されることを特徴とする内燃機関用スロットル装置の成形方法。 - 請求項1ないし請求項10のうちのいずれか1つに記載の内燃機関用スロットル装置の成形方法において、
前記成形金型は、前記シャフトの回転中心軸線方向の一端部を凹凸嵌合することで、前記スロットルバルブと前記シャフトとが一定の相対角度となるように規定するためのシャフト嵌合部を有していることを特徴とする内燃機関用スロットル装置の成形方法。 - 請求項11に記載の内燃機関用スロットル装置の成形方法において、
操作者のアクセル操作量に応じて、前記スロットルバルブの回転角度を変更する回転駆動体を備え、
前記シャフトの回転中心軸線方向の一端部は、前記スロットルボデーのシャフト貫通穴を貫通して、前記スロットルボデーのボア壁部の外壁面から突き出すように設置されており、
前記回転駆動体は、前記シャフトを前記スロットルバルブにインサート成形した後に、前記シャフトの回転中心軸線方向の一端部に組み付けられることを特徴とする内燃機関用スロットル装置の成形方法。 - 請求項11または請求項12に記載の内燃機関用スロットル装置の成形方法において、 前記シャフトの回転中心軸線方向の一端部に一体的に取り付けられた磁界発生源、この磁界発生源によって磁化される磁性体、およびこの磁性体の内周面に対向して配置されて、前記磁界発生源より発生する磁界に感応して起電力を発生する非接触式の磁気検出素子を有し、前記スロットルバルブの回転角度を検出するスロットル開度センサを備え、
前記回転駆動体は、アクチュエータの回転動力を前記シャフトを介して前記スロットルバルブに伝達する動力伝達装置の構成要素の1つであるバルブギヤであって、
前記バルブギヤには、前記磁界発生源が一体的に組み付けられていることを特徴とする内燃機関用スロットル装置の成形方法。
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