JP5640798B2 - 弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車のごとき車両に搭載され、内燃機関に吸入される吸気量を制御するスロットルバルブ装置のごとき弁装置に関する。

(従来の技術）
従来より、この種の弁装置としては、種々な構成のものが実用に供されてきたが、その代表例であるスロットルバルブ装置の場合、ハウジングに収納され、吸気通路の開度調整を司る弁構成体は、図７に示すごとき基本的構造を有しているのが一般的である（例えば、特許文献１参照）。
図７に基づき概説すれば、弁構成体６０は、吸気通路を形成するハウジング（図示せず）に回動可能に支承されるバルブシャフト４０と、このシャフト４０に保持される平板状バルブ５０とからなり、バルブシャフト４０には径方向に貫通するスリット孔８０が形成されていて、このスリット孔８０に平板状バルブ５０を挿入した状態でスクリュ７０を締め付けることにより、平板状バルブ５０をバルブシャフト４０に固定するものである。

（従来技術の問題点）
このような弁装置は、金属棒にスリット孔加工を施すことによりバルブシャフト４０が得られ、金属板を円形に打ち抜くことにより平板状バルブ５０が得られるため、構造が簡単で組付けが簡便であるという利点を有する反面、各構成部品には高精度が要求され、厳しい工程管理を伴うなどの欠点がある。つまり、バルブ５０のシャフト４０への固定を、スクリュ７０の締付けによる軸力での保持に依存しているが、締付けトルクのばらつきや部品の出来ばえ等によってこの保持力が低下若しくは不安定な状態となり、運転中にバルブ５０がシャフト４０に対してずれるという重大事を惹起する懸念がある。そのため、構成部品個々の精度の保証（加工精度の管理）、厳しい組付け面での管理（工程管理）等を要し、結局これらの管理コストが製品全体のコスト増大要因となっている。
近年、車両に搭載する各種部品・装置に対し、コスト低減要求が一段と厳しくなってきており、この種の弁装置においても、例外なくコスト低減が必須の課題であり、安価な弁装置が切望されている。

なお、上述の問題点は、弁装置の代表例であるスロットルバルブ装置の事例について詳述したが、最近のエンジンには、吸気マニホールドから各気筒の吸気ポートへの吸気流を、より好適な混合気や流れに変更するためのタンブルバルブ装置やスワールバルブ装置が設置されるものがあり、これらの弁装置にも構成部品の単純化や組付けの簡便化を図るべく、スリット孔付きバルブシャフトと平板状バルブとからなる弁構成体が採用される傾向にあるが、部品精度の保証、厳しい工程管理等については全く同様の問題を抱えている。

本発明者は、かかる問題を究明すべく、種々の実験・研究を重ねたところ、スリット孔付きバルブシャフトおよび平板状バルブには素材として金属を用いているため、金属の特質を活用して、平板状バルブのずれ防止を図ることを見出した。

特開２００５−２６４７９２号公報

本発明は、上記の究明結果に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、バルブシャフトと平板状バルブとの重畳部分に、締付けられることで相手方に食い込む凹凸手段を形成することにより、構造簡単、組付け簡便で、構成部品個々に高精度が要求されず、厳しい工程管理も要しない安価な弁装置を提供することにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１の手段を採用する弁装置では、バルブシャフトおよび平板状バルブが、共に金属製であって、バルブシャフトには、スリット孔が平板状バルブの板厚より大きく形成されていて平板状バルブを遊嵌状態で挿入できるようになっており、平板状バルブをスリット孔に所定位置（固定位置）まで挿入したときバルブシャフトおよび平板状バルブが相互に対面する重畳区域に、スクリュのごとき締付手段によって締付けられることで相手方に食い込む凹凸手段を形成したことを特徴としている。

これにより、平板状バルブをバルブシャフトに固定するにあたり、スクリュのごとき締付手段によって締付けていくと、バルブシャフトと平板状バルブとが凹凸手段の食い込み作用により機械的に結合されるため、シャフトに対するバルブ保持力が向上し、平板状バルブがバルブシャフトに対してずれるのを防止することができる。
しかも、バルブシャフトおよび平板状バルブは実質的に従前のままであり、簡単かつ廉価な構成でもって、ずれ防止構造を実現することができる。
さらに、実質的にスリット孔に相当する重畳区域に凹凸手段を設けるだけであるため、バルブシャフトの外周面や平板状バルブの露出表面などの流路を形成する面には何ら凹凸を設けないため、凹凸が圧損となり流量に影響を及ぼすようなこともない。

また、請求項１の手段を採用する弁装置では、バルブシャフトのスリット孔が開口する軸方向の面が平面に形成されており、この平面を形成する切削加工によりスリット孔の開口部に形成される突片が、締付手段によって締付けられることにより平板状バルブに食い込むことで、凹凸手段を構成することを特徴としている。
このような構成にすることにより、切削加工の際に生じる突片（所謂バリ）を凹凸手段として有効活用することができ、凹凸手段を設けるための特別な加工を要しない。

〔請求項２の手段〕
請求項２の手段を採用する弁装置によれば、平板状バルブには、バルブシャフトとの重畳区域を区分するように凹みが形成されており、締付手段によって締付けられることによりこの凹みにバルブシャフトが食い込むことで、凹凸手段を構成することを特徴としている。
かかる構成によれば、平板状バルブには金属板からバルブ自体を打ち抜く工程を利用して凹みを設けることができるため、請求項２の手段と同様に、凹凸手段を設けるための特別な加工を要しない。

本発明の実施例１の弁装置を示す模式的平面図である。 本発明の実施例１の弁装置を示す模式的縦断面図である。 弁装置におけるバルブシャフトおよび平板状バルブの外観説明に供する部分斜視図である（実施例１）。 弁装置における弁構成体の組付け説明に供するもので、（ａ）は組付け前の状態を示す模式的縦断面図、（ｂ）は組付け後の状態を示す模式的縦断面図である（実施例１）。 （ａ）は本発明の実施例２として、弁装置の主要部である平板状バルブを示す平面図、（ｂ）、（ｃ）は平板状バルブのＸ−Ｘ線に沿う縦断面図である。 本発明の実施例３として、弁装置の主要部である平板状バルブを示す平面図である。 従来の弁装置における弁構成体の組付け説明に供する斜視図である。

本発明を実施するための最良の形態は、スクリュ（締付手段の一例）の締付けによる保
持力の低下に起因する、平板状バルブがバルブシャフトに対してずれるのを防止するとい
う課題を、バルブシャフトと平板状バルブとの重畳部分に、締付けられることで相手方に
食い込む凹凸手段を形成し、バルブシャフトと平板状バルブとの結合を補強することで実
現した。
以下、本発明を図面に示す実施例について詳説する。ただし、実施例１、２は、本発明が適用された具体例を示すものであるのに対し、実施例３は、本発明が適用されていない参考例を示すものである。

［実施例１］
図１ないし図４は、本発明の実施例１を説明するためのもので、まず、図１および図２に基づいて弁装置の代表的な適用例としてのスロットルバルブ装置を概説したのち、図３および図４に基づいて本発明の弁装置における要の構造（弁構成体）について詳しく説明する。

（スロットルバルブ装置の説明）
スロットルボデーとも総称されるスロットルバルブ装置１は、自動車のごとき車両に搭載されるものであり、エンジンの燃焼室に向けての吸入空気（流体に相当）を導く吸気通路（流路に相当）２を形成するハウジング３と、このハウジング３に回動可能に支承されたバルブシャフト４と、このバルブシャフト４に保持され、バルブシャフト４の回動により吸気通路２の開度調整を行なうバタフライバルブ５とを主構成要素としている。このスロットルバルブ装置１は、エンジンの運転条件に応じて図示しない制御装置によりバルブシャフト４が回動操作され、バタフライバルブ５の開度に応じて、吸気通路２を流れる吸気の流量（エンジンの吸気量）を制御するものである。

（弁構成体の説明）
スロットルバルブ装置１の主要部をなす弁構成体６は、断面円形状を呈するバルブシャフト４と、平板状バルブをなす、特に円板状を呈するバタフライバルブ５と、スクリュ７とから構成されており、バルブシャフト４にバタフライバルブ５がスクリュ７によって締付固定されている。このスクリュ７は、図７に示すスクリュ７０と同様、頭部７ａおよび雄ネジ部７ｂを有し頭付ネジと総称されるもので、締付手段を構成している。
上記弁構成体６の各構成部品について、その特徴事項を以下に説明する。

バルブシャフト４は、全体として金属（例えばＳＵＳ３０４等のステンレス鋼）製の丸棒を切断して形成されているもので、バタフライバルブ５を嵌挿するためのスリット孔８を有している。このスリット孔８はバルブシャフト４を径方向に貫通して形成されている。また、このスリット孔８は、矩形状をなしていて、長辺をなす軸方向の幅がバタフライバルブ５の直径より若干大きく、短辺をなす径方向の幅がバタフライバルブ５の板厚より若干大きくなっている。よって、バルブシャフト４に対し、バタフライバルブ５を遊嵌することができる。
ちなみに、スリット孔８は、例えば、プレスによる穴あけ加工、ブローチによる切削加工、レーザ加工、放電加工、研削加工等の適宜な加工方法により形成することができる。

また、バルブシャフト４には、スリット孔８と直交するように、スクリュ取付孔９が形成されている。このスクリュ取付孔９は、スリット孔８の一方側（図３において上側）の壁部に形成されたネジ挿通孔部９ａと、スリット孔８の他方側（図３において下側）の壁部に形成された雌ネジ孔部９ｂとを同一軸線上に備えている。よって、スクリュ７は、雄ネジ部７ｂをスクリュ取付孔９の雌ネジ孔部９ｂに螺着させることにより、バタフライバルブ５をバルブシャフト４に締付固定することになる。

バタフライバルブ５は、金属（例えばＳＵＳ３０４等のステンレス鋼）製の板状素材をプレス機により打ち抜き加工することによって作製されるものであり、基本的には真円形状を呈している。このバタフライバルブ５には、バルブシャフト４のスクリュ取付孔９に対応させて、とりわけネジ挿通孔部９ａとほぼ同一径を有するネジ挿通孔１０が形成されている。これらのネジ挿通孔部９ａおよびネジ挿通孔１０は、スクリュ７の雄ネジ部７ｂの軸径に比して大なる孔径を有しており、スクリュ７の頭部７ａより下の部分（雄ネジ部７ｂ）を遊嵌状態で挿通することができる。

さらに、バルブシャフト４は、図４（ａ）に示すごとく、スリット孔８が開口する軸方向の両面が、平面４ａ、４ｂになっていて、スリット孔８の両開口部のところには長辺をなす部分に、それぞれ一対の突片８ａ、８ｂが対向して突出している。各対の突片８ａ、８ｂは、先端が尖ったトゲ状を呈しており、先端間の隙間Ａをバタフライバルブ５の板厚Ｂより若干大きくしてあるため、バタフライバルブ５をスリット孔８に円滑に嵌挿することができる。
なお、各突片８ａ、８ｂは、わざわざ設けるのではなく、バルブシャフト４に平面４ａ、４ｂを形成すべく例えば切削加工を施すことによって生じるバリを活用することができる。また、各対の突片８ａ、８ｂは、バルブシャフト４とバタフライバルブ５が相互に対面する重畳区域の境界線上に位置しており、バタフライバルブ５に食い込む凹凸手段をなしている。

（実施例１の効果）
上記構成による弁構成体６は、バルブシャフト４のスリット孔８にバタフライバルブ５を組み付けるにあたり、ネジ挿通孔部９ａとネジ挿通孔１０とが一致する位置（固定位置）まで、バタフライバルブ５を嵌挿する。このとき、図４（ａ）のごとく、各対の突片８ａ、８ｂは、先端間の隙間Ａがバタフライバルブ５の板厚Ｂより若干大きくなっており、バタフライバルブ５をスリット孔８に円滑に嵌挿することができる。
この状態で、スクリュ７をバルブシャフト４のスクリュ取付孔９に締め付ける。スクリュ７は、ネジ挿通孔部９ａおよびネジ挿通孔１０とは遊嵌状態にあるが、雄ネジ部７ｂが雌ネジ孔部９ｂに螺着されていくことにより、頭部７ａとの間で、バルブシャフト４に対し、図４（ａ）の矢印のごとき径方向の上下から締付け力を付与していく。スクリュ７の締付け量に伴ってその締付け力が次第に増大していくことにより、スリット孔８の幅（隙間Ａ）が次第に狭まり、最終的には図４（ｂ）のごとく、各対の突片８ａ、８ｂがバタフライバルブ５に食い込んでいく。
かくして、各対の突片８ａ、８ｂがバタフライバルブ５に食い込むことにより、バルブシャフト４とバタフライバルブ５とを機械的にかつ強固に結合することができ、併せてバルブシャフト４とバタフライバルブ５との位置決めを行うことができる。

これにより、スクリュ７の締付けによる保持力が、仮にスクリュ７の締付けトルクのばらつきや部品の出来ばえ等によって低下若しくは不安定な状態となっても、バタフライバルブ５がスリット孔８に沿ってバルブシャフト４の径方向へ動く（ずれる）のを抑止することができる。よって、弁構成体６を構成するバルブシャフト４、バタフライバルブ５およびスクリュ７の各部品には、雄ネジ部７ｂ、スリット孔８、ネジ挿通孔部９ａ、雌ネジ孔部９ｂ、ネジ挿通孔１０等の各部個々の寸法、ならびに組み合わされる各部相互間の公差等に高精度を要することなく、スクリュ７の締付けによる軸力でバタフライバルブ５を充分保持することができる。当然、組付け面での工程管理も緩和される。
しかも、バルブシャフト４およびバタフライバルブ５は実質的に従前のままであり、簡単かつ廉価な基本構成を維持して、ずれ防止構造を実現することができる。
さらに、突片８ａ、８ｂは実質的にバルブシャフト４とバタフライバルブ５との重畳区域に位置しているため、バルブシャフト４の外周面やバタフライバルブ５の露出表面などの流路を形成する面を何ら阻害することがなく、突片８ａ、８ｂが圧損となり流量に影響を及ぼすようなこともない。

［実施例２］
図５は、本発明の実施例２として、弁装置の主要部をなす平板状バルブ（バタフライバルブ５）を示すものである。
上記実施例１においてはバルブシャフト４側に凹凸手段として突片８ａ、８ｂを設けたのに対し、本実施例２は、バタフライバルブ５側にも突片８ａ、８ｂを積極的に食い込ませるための凹凸手段を形成したものである。以下の実施例２の説明に際しては、図５に示されていない構成要素については実施例１の構成要素名および符号を準用することとする。

この実施例２は、図５（ａ）に示す通りで、バタフライバルブ５をスリット孔８に所定位置（固定位置）まで挿入したときバルブシャフト４およびバタフライバルブ５が相互に対面する重畳区域を区分するように、バルブシャフト４の径方向の幅（平面４ａ、４ｂ間の幅）に相当する間隔Ｃを隔てて、一対の凹み１１を形成したことに特徴がある。
この各凹み１１が、突片８ａ、８ｂを積極的に食い込ませる凹凸手段をなすものであって、図５（ｂ）、（ｃ）に示す二つの形態で具現することができる。
図５（ｂ）のものは、罫書き線のごとき線状の凹み１１ａで構成されており、図５（ｃ）のものは、断面Ｖ字状の切り欠き１１ｂで構成されている。
かかる構成によれば、スクリュ７を締め付けていくと、バルブシャフト４の突片８ａ、８ｂがバタフライバルブ５の各凹み１１（１１ａ、１１ｂ）に積極的に食い込むため、上記実施例１に比し、バルブシャフト４とバタフライバルブ５とをより強固に結合（位置決め）することができる。
なお、各凹み１１（１１ａ、１１ｂ）は、バタフライバルブ５をプレス打ち抜き加工する際に、作製することができる。

［実施例３］
図６は、本発明の実施例３として、弁装置の主要部をなす平板状バルブ（バタフライバルブ５）を示すものである。
上記の実施例１および２においてはバルブシャフト４側に凹凸手段を設けたのに対し、本実施例３は、バタフライバルブ５側に凹凸手段を設け、バルブシャフトとしては図７に示すスリット孔８０付きバルブシャフト４０と同様な構造のバルブシャフトを用いる点で異なっているものの、かかる相違点以外は実施例１と同様な構成を採用している。よって、以下の実施例３の説明に際しては、図６に示されていない構成要素については実施例１の構成要素名および符号を準用することとする。
図６において、バタフライバルブ５には、バタフライバルブ５をスリット孔８に所定位置（固定位置）まで挿入したときバルブシャフト４およびバタフライバルブ５が相互に対面する重畳区域の全領域に、梨地状の凹凸面１２が形成してある。この凹凸面１２が、バルブシャフト４に食い込む凹凸手段をなしている。

かかる構成によれば、スクリュ７を締め付けていくと、バルブシャフト４のスリット孔８の壁面にバタフライバルブ５の凹凸面１２が食い込むため、バルブシャフト４とバタフライバルブ５とを強固に結合することができる。
特に、梨地状の凹凸面１２は、多数の凹凸で構成され、バルブシャフト４との接触面積も大きくとることができるため、大きな結合力を確保できる。また、この凹凸面１２は、上述のごとく重畳区域内に形成され、バルブシャフト４の外に露出することがないため、上記実施例１と同様に、圧損等を招く心配がない。
なお、凹凸面１２は、バタフライバルブ５をプレス打ち抜き加工する際に、作製することができる。

［変形例］
以上実施例１〜３について詳述したが、凹凸手段の配置や形状・大きさ・個数は、本発明の精神を逸脱しない範囲で種々変更することができるものであり、その変形例の一部について説明する。
実施例１、２においては、突片８ａ、８ｂを、バルブシャフト４の平面４ａ、４ｂにそれぞれ上下に対向させて一対設けたが、平面４ａ、４ｂを形成する切削加工を例えば一方向のみから行ないバリを一方向のみに生じさせる場合には、このバリを活用して、突片８ａ、８ｂを上側もしくは下側のみの片側だけに設けても良く、また、バルブシャフト４に形成するスリット孔８を打ち抜き加工する際にスリット孔８の両開口部のまわりにバリを生じさせて、このバリを凹凸手段として直接活用しても良い。この場合、平面４ａ、４ｂを形成するための切削加工を省略することができる。
また、実施例３の凹凸面１２も、梨地状に限らず、網目状や鑢目状などの種々な凹凸形状を採用することができる。
また、締付手段としては、スクリュ７の代わりにリベットを用いることもできる。

なお、上述の実施例では、スロットルバルブ装置への適用例について詳述したが、吸気マニホールドの各分岐管から各気筒の吸気ポートへの吸気流を、より好適な流れに変更するために設置されるタンブルバルブ装置やスワールバルブ装置などの弁装置にも適用できることは勿論であり、平板状バルブの構造も、バルブシャフト４を中央に備える所謂バタフライバルブ５に限られるものではなく、バルブシャフト４を片側に備えて団扇のごとく開閉させる片持ち形式のものにも適用することができる。

１ スロットルバルブ装置（弁装置）
２ 吸気通路（流路）
３ ハウジング
４ バルブシャフト
４ａ、４ｂ 平面
５ バタフライバルブ（平板状バルブ）
７ スクリュ（締付手段）
８ スリット孔
８ａ、８ｂ 突片（凹凸手段）
１１（１１ａ、１１ｂ） 凹み（凹凸手段）
１２ 凹凸面（凹凸手段）

Claims (2)

1. 流路を形成するハウジングと、
   前記ハウジングに回動可能に支承され、径方向に貫通するスリット孔が形成されたバルブシャフトと、
   前記バルブシャフトには前記スリット孔に固定位置まで挿入した状態で締付手段によって固定され、前記バルブシャフトの回動により前記流路の開度調整を行なう平板状バルブと、
   を具備した弁装置において、
   前記バルブシャフトおよび前記平板状バルブは、共に金属製であり、
   前記バルブシャフトは、前記スリット孔が前記平板状バルブの板厚より大きく形成されていて前記平板状バルブを遊嵌状態で挿入できるとともに、
   前記平板状バルブを前記スリット孔に前記固定位置まで挿入したとき前記バルブシャフトおよび前記平板状バルブが相互に対面する重畳区域に、前記締付手段によって締付けられることで相手方に食い込む凹凸手段を有するものであって、
   前記バルブシャフトの前記スリット孔が開口する軸方向の面は平面に形成されており、
   この平面を形成する切削加工により前記スリット孔の開口部に形成された突片が前記平板状バルブに食い込むことで、前記凹凸手段が構成されていることを特徴とする弁装置。
2. 請求項１に記載の弁装置において、
   前記平板状バルブには前記重畳区域を区分するように凹みが形成されており、
   この凹みに前記バルブシャフトが食い込むことで、前記凹凸手段が構成されていることを特徴とする弁装置。

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