JP5138650B2 - バルブ開閉装置 - Google Patents

Description

本発明は、バルブ開閉装置に係わる。

従来例に係るバルブ開閉装置について説明する。図１３はバルブ開閉装置を示す断面図である。
図１３に示すように、バルブ開閉装置は、流体流路１０７が形成された樹脂製のハウジング１０３と、流体流路１０７を開閉するとともにシャフト挿通孔１１０が形成された樹脂製のバルブ１０４と、シャフト挿通孔１１０内に挿着されるシャフト１０６とを備えている。バルブ１０４のシャフト挿通孔１１０の壁面にシャフト１０６を圧入する圧入部１５３が形成されている。なお、このようなバルブ開閉装置は、例えば特許文献１に記載されている。

特開２００７−８５１９１号公報

従来例のバルブ開閉装置（図１３参照）によると、バルブ１０４のシャフト挿通孔１１０の圧入部１５３にシャフト１０６を圧入する構成であって、シャフト挿通孔１１０の圧入部１５３を含む筒状孔壁１３３が剛性をもって形成されていた。また、樹脂製のバルブ１０４では、高い成形精度の確保が困難であるため、樹脂成形により圧入部１５３の圧入代がばらつきやすい。したがって、圧入部１５３の圧入代が大きいと、バルブ１０４に対するシャフト１０６の圧入荷重の増大により、孔壁１３３に割れが発生することになる。また、逆に圧入部１５３の圧入代が小さいと、バルブ１０４に対するシャフト１０６の圧入荷重の減少によりバルブ１０４にがたつきを生じることになる。このため、バルブ１０４のシャフト挿通孔１１０に高い成形精度を確保する必要があり、そのための金型の製作に多大な時間と費用がかかるという問題があった。
本発明が解決しようとする課題は、バルブのシャフト挿通孔の成形において高い成形精度を必要とせず、そのシャフト挿通孔にシャフトを適正に圧入することのできるバルブ開閉装置を提供することにある。

前記課題は、特許請求の範囲に記載された構成を要旨とするバルブ開閉装置により解決することができる。
すなわち、請求項１に記載されたバルブ開閉装置によると、バルブのシャフト挿通孔の圧入部の周辺部に、その周辺部の剛性を低下させる剛性低下部を形成している。これにより、バルブのシャフト挿通孔内にシャフトを挿入する際に、圧入部の周辺部が撓み変形する。このため、圧入部の圧入代の増大にともなう圧入荷重の増大の割合を低下することができる。したがって、バルブの樹脂成形にともなう圧入部の圧入代のばらつきに起因する孔壁の割れ及びバルブのがたつきの発生が防止されるため、バルブのシャフト挿通孔の成形において高い成形精度を必要とせず、そのシャフト挿通孔にシャフトを適正に圧入することができる。

また、請求項２に記載されたバルブ開閉装置によると、バルブのシャフト挿通孔の孔壁を貫通する開口部によって剛性低下部を形成することができる。

また、請求項３に記載されたバルブ開閉装置によると、バルブのシャフト挿通孔の孔壁を薄肉化した薄肉部によって剛性低下部を形成することができる。

また、請求項４に記載されたバルブ開閉装置によると、バルブに作用する流体圧の低い側に剛性低下部が配置される。したがって、閉弁時において、バルブに流体圧が加わることによる圧入部の周辺部の撓み変形に起因する疲労破損の発生を防止することができる。

一実施例に係るバルブ開閉装置を示す断面図である。 図１のII−II線矢視断面図である。 図１のIII−III線矢視断面図である。 図２の要部を示す拡大図である。 図４のV−V線矢視断面図である。 シャフトを分解したバルブ開閉装置を示す断面図である。 図６のVII−VII線矢視断面図である。 図６のVIII−VIII線矢視断面図である。 図７の要部を示す拡大図である。 図９のX−X線矢視断面図である。 変更例１を示す断面図である。 変更例２を示す断面図である。 従来例に係るバルブ開閉装置を示す断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。

本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。本実施例は、自動車等の車両に搭載された多気筒内燃機関の各気筒の燃焼室内に吸入される吸入空気の流量を制御する吸気制御装置に用いられるバルブ開閉装置である。なお、図１はバルブ開閉装置を示す断面図、図２は図１のII−II線矢視断面図、図３は図１のIII−III線矢視断面図、図４は図２の要部を示す拡大図、図５は図４のV−V線矢視断面図である。
図１〜図３に示すように、バルブ開閉装置１０は、ハウジング１２とバルブ１４とシャフト１６とを備えている。なお、図６はシャフトを分解したバルブ開閉装置を示す断面図、図７は図６のVII−VII線矢視断面図、図８は図６のVIII−VIII線矢視断面図、図９は図７の要部を示す拡大図、図１０は図９のX−X線矢視断面図である。

図６〜図８に示すように、前記ハウジング１２は、樹脂製の一体成形品で、長円筒状に形成されており、その中空部が吸気流路１８となっている。吸気流路１８には、内燃機関の気筒毎に吸入される吸入空気が流れる。ハウジング１２の短手方向（図８において左右方向）の両側壁には、外側に突出する円筒状の軸受筒部２０が同一軸線２０Ｌ上に一体に形成されている。軸受筒部２０の軸線２０Ｌは、吸気流路１８の軸線１８Ｌに対して直交している。なお、吸気流路１８は本明細書でいう「流体流路」に相当する。

前記バルブ１４は、樹脂製の一体成形品で、円筒状のバルブ軸部２３と、バルブ軸部２３から径方向外方（図７において上下方向）へ線対称状に張り出す一対の半長円板状のバルブ板部２５とが一体に形成されたバタフライ型バルブである。両バルブ板部２５は、バルブ軸部２３の軸線２３Ｌに直交する中心線２５Ｌを含む一平面上に形成されている。また、バルブ軸部２３内の中空部は軸方向に貫通するシャフト挿通孔２８となっている（図図８参照）。また、バルブ軸部２３の両端部は、両バルブ板部２５の側端面より突出されている。バルブ軸部２３の両端部は、前記ハウジング１２の両軸受筒部２０内に対して隙間嵌めによって回転可能に支持されている（図６参照）。このように、ハウジング１２内にバルブ１４が回転可能に設けられており、そのバルブ１４の回転によって吸気流路１８が開閉されるようになっている。

図６に示すように、前記シャフト１６は、金属製で、前記バルブ１４のバルブ軸部２３のシャフト挿通孔２８（図７及び図８参照）内に挿着されている（図１〜図３参照）。したがって、バルブ１４は、シャフト１６と一体的に回転される。また、シャフト１６は、図示しないバルブ駆動装置により正逆回転されるようになっている。また、バルブ駆動装置は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）によって通電制御される電動モータと、電動モータの出力軸の回転運動をシャフト１６に伝達する動力伝達機構（例えば歯車減速機構）とにより構成されている。なお、バルブ駆動装置には負圧式のダイアフラムアクチュエータを用いてもよい。

なお、前記ハウジング１２及び前記バルブ１４は、ペレット状の樹脂素材を加熱して溶融し、この溶融樹脂に圧力を加えて射出成形用金型のキャビティ内に射出注入し、冷却して固化（硬化）した後に射出成形用金型の中から取り出す射出成形方法を用いて製造（樹脂一体成形）される熱可塑性樹脂製品（樹脂成形品）である。また、ハウジング１２及びバルブ１４に用いられる熱可塑性樹脂としては、耐熱性や強度上の観点から、ポリアミド樹脂（ＰＡ）、不飽和ポリエステル樹脂（ＵＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等が好ましい。特にハウジング１２及びバルブ１４の樹脂材料としてガラス繊維強化の熱可塑性樹脂を用いる場合には、ポリアミド樹脂（ＰＡ）等よりなる熱可塑性樹脂に、ガラス繊維等の樹脂補強材を混合または添加した樹脂系の複合材料（例えばＰＡＧ３０またはＰＡＧ４０）によって一体的に形成しても良い。また、シャフト１６は、例えば鉄鋼系の金属材料からなる。

次に、前記バルブ１４のバルブ軸部２３と前記シャフト１６との組付関係について詳述する。
図６に示すように、シャフト１６は、軸方向に亘って一定断面をなす角棒材からなり、その断面が正六角形状をなしている。なお、シャフト１６の両端部（図６では一端部を示す）は先細りテーパ状に形成されている。

図９に示すように、前記バルブ軸部２３のシャフト挿通孔２８の基本的形状は、断面正六角孔形状に形成されている。シャフト挿通孔２８の断面における１つの対角線は、前記両バルブ板部２５の中心線２５Ｌと整合している。また、シャフト挿通孔２８の対向する二面幅２８Ｗ（図１０参照）は、前記シャフト１６の二面幅１６Ｗ（図６参照）よりも所定量大きい寸法に設定されている。したがって、シャフト挿通孔２８は、前記シャフト１６を遊挿可能いわゆる隙間嵌め可能となっている。また、バルブ軸部２３の軸方向の中央部においてシャフト挿通孔２８の対向する壁面すなわち前記両バルブ板部２５の中心線２５Ｌと整合する対角線に対して平行する両壁面には、対向状をなしかつ四角形板状に突出する圧入部３３，３４が形成されている（図１０参照）。

図１０に示すように、前記両圧入部３３，３４の両端部すなわちシャフト挿通孔２８の軸方向に関する両端部には、各圧入部３３，３４の先端面とその圧入部３３，３４が形成された壁面とをそれぞれなだらかにつなぐ傾斜面３６が形成されている。傾斜面３６は、シャフト１６（図６参照）を両圧入部３３，３４の間に圧入する際のガイド面をなしている。両圧入部３３，３４の先端面（対向面）の間の間隔Ｓ（図１０参照）は、シャフト１６の二面幅１６Ｗ（図６参照）よりも小さい寸法に設定されている。したがって、両圧入部３３，３４の先端面の相互間にシャフト１６の両外側面が圧入関係いわゆる締まり嵌め関係をもって挿着されるようになっている。また、本実施例では、圧入部３３の突出高さ３３ｈと圧入部３４の突出高さ３４ｈとは、３３ｈ＜３４ｈの関係に設定されている（図１０参照）。

図９に示すように、前記バルブ軸部２３には、前記第２の圧入部３４に対して周方向の両側（図９において上下両側）に位置する両開口溝３８が対称状に形成されている。両開口溝３８は、シャフト挿通孔２８の孔壁（バルブ軸部２３が相当する）を貫通している。また、両開口溝３８は、バルブ軸部２３の軸方向（図９において紙面表裏方向、図１０において左右方向）に沿って延びる長細溝状に形成されている。両開口溝３８の長手方向の両端は、バルブ軸部２３の中央部とハウジング１２の短手方向（図８において左右方向）の両側壁との間の中央部付近に設定されている。

図９に示すように、前記両開口溝３８の短手方向の一方側すなわち第２の圧入部３４側の溝壁面３８ａは、両バルブ板部２５の中心線２５Ｌに直交する平面で形成されている。また、両開口溝３８の短手方向の他方側の溝壁面３８ｂは、両バルブ板部２５の第２の圧入部３４側の板面（図９において左側面）と同一平面で形成されている。また、第２の圧入部３４の周辺部すなわち両開口溝３８の相互間の帯板状の部分に、撓み変形部４０が形成されている（図１０参照）。撓み変形部４０は、バルブ軸部２３に対する両開口溝３８の形成によって、剛性が低下されることにより撓み変形可能（図１０における二点鎖線４０参照）となっている。また、撓み変形部４０における第２の圧入部３４を含む中央部分は、剛性が高く、撓み変形はしない又はしにくい領域と考えられる。なお、開口溝３８は本明細書でいう「剛性低下部」、「開口部」に相当する。また、撓み変形部４０は本明細書でいう「圧入部の周辺部」に相当する。

前記シャフト１６（図６参照）は、前記バルブ軸部２３のシャフト挿通孔２８内に挿入される（図１〜図３参照）。このとき、シャフト１６は、第１の圧入部３３と第２の圧入部３４との対向面間に圧入（締まり嵌め）される。これにともない、撓み変形部４０が撓み変形する（図４及び図５参照）。バルブ軸部２３のシャフト挿通孔２８内に対するシャフト１６の挿着により、バルブ１４とシャフト１６とが一体的にかつ同心状に連結される。また、バルブ軸部２３のシャフト挿通孔２８において、シャフト１６に対する圧入（締まり嵌め）部分以外の部分は、シャフト１６に対して遊挿（隙間嵌め）されている。また、バルブ軸部２３の撓み変形部４０は、バルブ１４に作用する吸気圧（流体圧）の低い側すなわち吸気流路１８の下流側に指向する状態で配置されている（図２参照）。

前記バルブ開閉装置１０によると、バルブ１４のバルブ軸部２３におけるシャフト挿通孔２８の第２の圧入部３４の周辺部に、その周辺部の剛性を低下させる開口溝３８を形成している。これにより、バルブ１４のシャフト挿通孔２８内にシャフト１６を挿入する際、詳しくは第１の圧入部３３と第２の圧入部３４との対向面間にシャフト１６を圧入する際、第２の圧入部３４の周辺部すなわち撓み変形部４０が撓み変形する（図５参照）。このため、両圧入部３３，３４による圧入代の増大にともなう圧入荷重の増大の割合を低下することができる。したがって、バルブ１４の樹脂成形にともなう両圧入部３３，３４による圧入代のばらつきに起因するバルブ軸部２３の割れ及びバルブ１４のがたつきの発生が防止されるため、バルブ１４のシャフト挿通孔２８の成形において高い成形精度を必要とせず、そのシャフト挿通孔２８にシャフト１６を適正に圧入することができる。

また、バルブ１４（詳しくはバルブ軸部２３のシャフト挿通孔２８）に高い成形精度を要求しなくてもよいため、金型の造り込みに係る費用と時間を削減することができる。また、バルブ１４のシャフト挿通孔２８の両圧入部３３，３４間に対するシャフト１６の圧入荷重が低減されるため、シャフト１６に対するバルブ１４の軸方向の移動が固定的な圧入に比べて容易となる。このため、ハウジング１２の吸気流路１８の壁面に対してバルブ１４のバルブ板部２５がかしりを発生しようとする場合には、シャフト１６に対してバルブ１４が軸方向へ移動することで、吸気流路１８の壁面に対するバルブ板部２５のかしりを防止することができる。このため、吸気流路１８の壁面に対するバルブ板部２５のシール位置の位置ずれを防止し、その位置ずれに起因する吸気洩れの発生も防止することができる。また、樹脂製のハウジング１２及びバルブ１４と金属製のシャフト１６との間の熱膨張差を、シャフト１６に対するバルブ１４の軸方向への移動により容易に吸収することができる。

また、バルブ１４のシャフト挿通孔２８の孔壁であるバルブ軸部２３を貫通する開口溝３８によって剛性低下部としての撓み変形部４０を形成することができる。

また、バルブ１４に作用する流体圧の低い側すなわち吸気流路１８の下流側に撓み変形部４０が配置される（図２参照）。したがって、閉弁時において、バルブ１４に流体圧が加わることによる撓み変形部４０の撓み変形に起因する疲労破損の発生を防止することができる。なお、バルブ１４に作用する流体圧の高い側すなわち吸気流路１８の上流側に開口溝３８が配置されると、閉弁時において、バルブ１４に流体圧が加わることにより撓み変形部４０の撓み変形量が変化し、疲労破損を招くという問題が予測されるが、バルブ１４に作用する流体圧の低い側に開口溝３８が配置されることで、そのような問題を解消することができる。

また、図１１は変更例１を示す断面図である。図１１に示すように、前記実施例におけるバルブ１４のバルブ軸部２３のシャフト挿通孔２８（符号、Ａを付す）を断面正四角孔形状に形成し、シャフト１６（符号、Ａを付す）を断面正四角形状に形成することもできる。

また、図１２は変更例２を示す断面図である。図１２に示すように、前記実施例におけるバルブ１４のバルブ軸部２３に、開口溝３８（図９参照）に代えて、凹状溝４２を形成することにより薄肉化した薄肉部４３を形成することもできる。この構成によると、バルブ１４のシャフト挿通孔２８の孔壁すなわちバルブ軸部２３を薄肉化した薄肉部４３によって剛性低下部を形成することができる。この場合、凹状溝４２を剛性低下部として考えることもできる。また、撓み変形部４０の撓み変形時には薄肉部４３も撓み変形する。

本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更が可能である。例えば、本発明は、内燃機関用吸気制御装置の他、内燃機関の各気筒内において混合気の燃焼を促進させるための縦方向の吸気渦流（タンブル流）を生成することが可能な吸気流制御装置、エンジンの排気ガスの一部を吸気流路に再循環させる排気ガス還流量を制御する排気ガス再循環装置、エンジン回転速度に対応してインテークマニホールドの吸気流路の通路長また通路断面積を可変する可変吸気装置等にも適用することができる。また、流体としては、吸入空気や排気ガス等の気体だけでなく、水、オイル、燃料等の液体を用いることも可能である。また、前記実施例では、バルブ１４として、バタフライ型バルブを適用した例を説明したが、プレート型バルブ、ロータリー型バルブ等の他を適用してもよい。また、前記実施例では、シャフト１６を金属材料によって形成しているが、シャフト１６を樹脂材料によって形成してもよい。また、シャフト１６及びバルブ１４のシャフト挿通孔２８は、前記実施例の他、断面三角形、八角形、長四角形等の多角形、あるいは、長円形、Ｄ字形等のように、少なくとも相互に圧入関係をなす一平面を有する形状であればよい。また、バルブ軸部２３の開口部（開口溝３８）及び凹状溝４２は、圧入部の周辺部の剛性を低下させる形状であればよく、適宜の形状に変更することができる。また、バルブ軸部２３のシャフト挿通孔２８におけるシャフト１６に対する隙間嵌めの部分は、シャフト１６を隙間嵌め可能であれば、その孔形状は適宜変更することができる。また、第１の圧入部３３の突出高さ３３ｈと第２の圧入部３４の突出高さ３４ｈは、前記実施例の他、３３ｈ＞３４ｈあるいは３３ｈ＝３４ｈの関係に設定してもよい。また、前記実施例において第１の圧入部３４は省略することもできる。また、第１の圧入部３４の周辺部に剛性低下部（開口溝３８、薄肉部４３）を形成してもよい。また、バルブ１４に作用する流体圧の高い側すなわち吸気流路１８の上流側に開口溝３８を配置してもよい。

１０…バルブ開閉装置
１２…ハウジング
１４…バルブ
１６，１６Ａ…シャフト
１８…吸気流路（流体流路）
２３…バルブ軸部
２８，２８Ａ…シャフト挿通孔
３３…第１の圧入部
３４…第２の圧入部
３８…開口溝（剛性低下部、開口部）
４０…撓み変形部
４３…薄肉部（剛性低下部）

Claims (4)

1. 流体流路が形成された樹脂製のハウジングと、
   前記流体流路を開閉するとともにシャフト挿通孔が形成された樹脂製のバルブと、
   前記バルブのシャフト挿通孔内に挿着されるシャフトと
   を備え、
   前記バルブのシャフト挿通孔の壁面に前記シャフトを圧入する圧入部が形成されているバルブ開閉装置であって、
   前記バルブのシャフト挿通孔の圧入部の周辺部に、その周辺部の剛性を低下させる剛性低下部を形成したことを特徴とするバルブ開閉装置。
2. 請求項１に記載のバルブ開閉装置において、
   前記剛性低下部が、前記バルブのシャフト挿通孔の孔壁を貫通する開口部であることを特徴とするバルブ開閉装置。
3. 請求項１に記載のバルブ開閉装置において、
   前記剛性低下部が、前記バルブのシャフト挿通孔の孔壁を薄肉化した薄肉部であることを特徴とすることを特徴とするバルブ開閉装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載のバルブ開閉装置において、
   前記剛性低下部が、前記バルブに作用する流体圧の低い側に配置されていることを特徴とするバルブ開閉装置。
   

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