JP7040913B2 - 吸気制御装置用捩りばね - Google Patents

Description

本発明は、吸気制御装置においてスロットルバルブに閉方向又は開方向の付勢力を付与する捩りばねに関する。

従来、吸気通路に設けられたスロットルバルブと、スロットルバルブと一体的に回転するレバー部材と、レバー部材を回転させてスロットルバルブを開閉駆動する駆動機構とを備える吸気制御装置が知られている。このような吸気制御装置において、スロットルバルブの開閉駆動に応じてレバー部材に対し、スロットルバルブが閉じる閉方向又は開く開方向の付勢力を付与する捩りばねが用いられる場合がある（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１の吸気制御装置の捩りばねは、第１のばね部及び第２のばね部と、これらを接続するフック部と備える。第１のばね部は、吸気制御装置の本体に一端が固定される。そして、第１のばね部は、スロットルバルブが該本体に設けられた系止部で規定されるデフォルト開位置よりも全開位置側に駆動される場合にレバー部材に閉方向の付勢力を付与する。

第２のばね部は、第１のばね部とは逆巻きで、レバー部材に一端が固定される。そして、第２のばね部材は、スロットルバルブがデフォルト開位置よりも全閉位置側に駆動される場合にレバー部材に開方向の付勢力を付与する。第１のばね部及び第２のばね部の各他端を接続するフック部は、スロットルバルブがデフォルト開位置よりも閉方向側に位置するとき、上記の系止部に当接する。

駆動機構が動作不能となった場合には、スロットルバルブは、第１のばね部及び第２のばね部の付勢力によってデフォルト開位置に位置付けられる。これにより、吸気制御装置を有する内燃機関へのある程度の吸気が確保され、内燃機関が直ちに停止することはないので、内燃機関を有する車両を退避させることができる。

特開２００２－２５６８９４号公報

しかしながら、上記特許文献１の吸気制御装置によれば、スロットルバルブの開閉駆動に伴ってフック部が繰り返し系止部に当接するので、系止部は、これに耐え得る強度を有する必要がある。このため、系止部を樹脂製のケースの一部として樹脂で形成するには強度確保のための高強度材の選定や係止部の補強を行う必要が発生し、吸気制御装置のコストダウンを図ることは困難である。

本発明の目的は、かかる従来技術の課題に鑑み、吸気制御装置の上記系止部としてのストッパを、樹脂で容易に形成することを可能にする吸気制御装置用捩りばねを提供することにある。

第１発明に係る吸気制御装置用捩りばねは、
吸気通路に設けられたスロットルバルブと、該スロットルバルブと一体的に回転するレバー部材と、該レバー部材を回転させて該スロットルバルブを開閉駆動する駆動機構とを備える吸気制御装置に設けられ、該スロットルバルブの開閉駆動に応じて該レバー部材に対し、該スロットルバルブが閉じる閉方向又は開く開方向の付勢力を付与する捩りばねであって、
前記吸気制御装置の本体に一端が固定され、前記スロットルバルブが該本体に設けられたストッパで規定されるデフォルト開位置よりも全開位置側に駆動される場合に前記レバー部材に閉方向の付勢力を付与する第１ばね部と、
前記第１ばね部とは逆巻きで、前記レバー部材に一端が固定され、前記スロットルバルブが前記デフォルト開位置よりも全閉位置側に駆動される場合に前記レバー部材に開方向の付勢力を付与する第２ばね部と、
前記第１ばね部及び前記第２ばね部の他端同士を連結するばね連結部とを備え、
前記ばね連結部は、
前記スロットルバルブが前記デフォルト開位置よりも閉方向に駆動される場合に前記ストッパに当接する第１当接部を備え、
前記第１当接部は、前記ストッパに当接する際に該ストッパの内部に発生する応力を緩和する表面形状を有する応力緩和面を備え、
前記応力緩和面は、平均曲率が比較的大きい曲面で形成された周縁部と、該周縁部の内側の該周縁部よりも平均曲率が小さい曲面で形成された主当接部とで構成され、
前記第１ばね部、前記第２ばね部及び前記ばね連結部は、１本の鋼線材で形成され、
前記ばね連結部は、両端が該第１ばね部及び該第２ばね部に接続したＵ字状の形状を有し、
前記Ｕ字状の形状は、そのＵ字を含む面が、前記第１当接部と前記ストッパとが当接する方向に垂直であり、
前記応力緩和面は、該ばね連結部のＵ字状の形状を有する部分を、前記第１当接部と前記ストッパとが当接する方向にプレスする潰し加工により形成されることを特徴とする。

第１発明によれば、吸気制御装置の本体のストッパが樹脂で構成されている場合であっても、ばね連結部の第１当接部が、ストッパに対して応力緩和面を介して当接するので、ストッパを損壊させることなく、ストッパの機能を維持することができる。これにより、本体の該ストッパを有する部分を、支障なく樹脂で構成し、吸気制御装置のコストダウンと設計自由度の向上を図ることができる。

また、ばね連結部の第１当接部がストッパに当接する際にストッパの内部に生じる応力を、第１当接部の応力緩和面における周縁部の曲率の大きい曲面と主当接部の曲率の小さい曲面とで、確実に緩和することができる。

また、上記の潰し加工を行うだけで、上述の周縁部と主当接部とで構成される応力緩和面を形成することができる。

第２発明に係る吸気制御装置は、第１発明において、
前記ばね連結部は、前記スロットルバルブが前記デフォルト開位置よりも開方向に駆動される場合に前記レバー部材に固定されたオープナアームに当接する第２当接部を備え、
前記第２当接部は、前記第１当接部の応力緩和面と同様の表面形状を有する応力緩和面を有することを特徴とする。

第２発明によれば、ばね連結部材の第２当接部がレバー部材のオープナアームに当接する際の応力も同様に緩和することができる。

本発明の一実施形態に係る捩りばねを有する吸気制御装置の主要部を示す斜視図である。 図１の吸気制御装置の駆動機構及び捩りばねがケースに収容されている様子を示す図である。 図１の吸気制御装置の捩りばねを示す斜視図である。 捩りばねが樹脂製のストッパに当接する様子を示す断面図であり、図４Ａは従来の捩りばねについて示しており、図４Ｂは本発明の一実施形態に係る捩りばねについて示しており、図４Ｃはより好ましい実施形態に係る捩りばねについて示している。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る捩りばねを有する吸気制御装置の主要部を示す。図１に示すように、この吸気制御装置１は、吸気通路２に設けられたスロットルバルブ３と、弁軸３ａを介してスロットルバルブ３と一体的に回転するレバー部材４と、レバー部材４を回転させてスロットルバルブ３を開閉駆動する駆動機構５とを備える。

捩りばね６は、スロットルバルブ３の開閉駆動に応じてレバー部材４に対し、スロットルバルブ３が閉じる閉方向又は開く開方向の付勢力を付与する。吸気制御装置１の本体は、吸気通路２が設けられた金属製のボディ７と、レバー部材４や捩りばね６を収容するケース８（図２参照）とで構成される。

駆動機構５は、電動モータ９と、その駆動力をレバー部材４に伝達するギア機構１０とを備える。本実施形態においては、電動モータ９はケース８により保持され、ギア機構１０はケース８に収容される。なお、図１では、ボディ７、レバー部材４、駆動機構５、捩りばね６などの関係を分かり易く示すために、ケース８は表示していない。

図２は、ギア機構１０及び捩りばね６がケース８に収容されている様子を示す。なお、図２では、当該様子が、ケース８の蓋部を外した状態で示されている。

図２に示すように、ギア機構１０は、電動モータ９の出力軸１１に取り付けられたピニオンギア１２、ピニオンギア１２と噛み合う大径ギア１３、大径ギア１３に固定された小径ギア１４、レバー部材４に固定されて小径ギア１４と噛み合うバルブギア１５とを備える。したがって、電動モータ９の駆動力は、駆動機構５により減速されてレバー部材４に伝達される。

ケース８には、外側からケース８に螺合されてケース８の内側に突出する回転規制ピン１６が設けられる。回転規制ピン１６はレバー部材４の突当て部１７に当接してレバー部材４の回転を阻止することにより、スロットルバルブ３の全閉位置を規定する。

捩りばね６は、本体を構成するケース８に一端１８が固定された第１ばね部１９と、第１ばね部１９とは逆巻きで、レバー部材４に一端２０が固定された第２ばね部２１と、第１ばね部１９及び第２ばね部２１の他端同士を連結するばね連結部２２とを備える。第１ばね部１９、第２ばね部２１及びばね連結部２２は、１本の鋼線材で形成される。

第１ばね部１９は、スロットルバルブ３が本体を構成するケース８に設けられたストッパ２３で規定されるデフォルト開位置よりも全開位置側に駆動される場合にレバー部材４に閉方向の付勢力を付与する。第２ばね部２１は、スロットルバルブ３がデフォルト開位置よりも全閉位置側に駆動される場合にレバー部材４に開方向の付勢力を付与する。

なお、デフォルト開位置とは、電動モータ９が制御不能となったときに、スロットルバルブ３がとるべき回転位置である。スロットルバルブ３がデフォルト開位置に位置するときには、その開度に応じたある程度の吸気量が、吸気制御装置１を有する内燃機関に供給される。これにより、該内燃機関を搭載した車両について、電動モータ９が制御不能となった場合でも緩やかな駆動が確保され、退避などの措置をとることができる。

図３に示すように、ばね連結部２２は、スロットルバルブ３がデフォルト開位置よりも閉方向に駆動される場合にストッパ２３に当接する第１当接部２４を備える。第１当接部２４は、ストッパ２３に当接する際にストッパ２３の内部に発生する応力を緩和する表面形状を有する第１応力緩和面２５を備える。

ばね連結部２２は、両端が第１ばね部１９及び第２ばね部２１に接続したＵ字状の形状を有する。Ｕ字状の形状は、そのＵ字を含む面が、第１当接部２４とストッパ２３とが当接する方向に垂直である。

図４Ｂ及び図４Ｃは、捩りばね６の第１当接部２４が樹脂製のストッパ２３に当接する様子を、第１当接部２４を構成する鋼線材の一部分の長さ方向に垂直な断面で示す。第１当接部２４は、第１応力緩和面２５として、図４Ｂのように、平面状の第１応力緩和面２５ａを有し、あるいは図４Ｃのように、曲面状の第１応力緩和面２５ｂを有する。

曲面状の第１応力緩和面２５ｂを有する場合は、後述するように、ストッパ２３の内部に発生する応力をより確実に緩和できるので、平面状の第１応力緩和面２５ａを有する場合よりも好ましい。

曲面状の第１応力緩和面２５ｂは、平均曲率が比較的大きい曲面で形成された周縁部２６と、周縁部２６の内側の周縁部２６よりも平均曲率が小さい曲面で形成された主当接部２７とで構成される。このような第１応力緩和面２５ｂは、ばね連結部２２のＵ字状の形状を有する第１当接部２４を、第１当接部２４とストッパ２３とが当接する方向にプレスする潰し加工を行うだけで容易に形成することができる。

すなわち、潰し加工のプレス時に、第１当接部２４を構成する鋼線材の金属が流れて周縁部２６の曲率の大きい曲面が形成される。その後、該プレスの圧力が開放されたときに、圧力方向に弾性変形していた鋼線材の弾性反発力が開放され、変形が回復することによって、主当接部２７の曲率の小さい曲面が形成される。

また、ばね連結部２２は、スロットルバルブ３がデフォルト開位置よりも開方向に駆動される場合に、レバー部材４に固定されたオープナアーム２８に当接する第２当接部２９を備える。第２当接部２９は、第１当接部２４の第１応力緩和面２５と同様の表面形状を有する第２応力緩和面３０を有する。

第２応力緩和面３０は、第１応力緩和面２５ａの場合と同様の平面状のものであってもよいが、第１応力緩和面２５ｂの場合と同様に、周縁部２６及び主当接部２７とを有するものであるほうが、同様の理由で好ましい。

第１当接部２４と第２当接部２９とが連続し、第２応力緩和面３０を第１応力緩和面２５ｂと同様のものとして形成する場合には、第２応力緩和面３０及び第１応力緩和面２５ｂを同時に形成することができる。すなわち、第１当接部２４及び第２当接部２９に対して同時に、第２当接部２９とオープナアーム２８とが当接する方向（第１当接部２４とストッパ２３とが当接する方向）にプレスする潰し加工を行えばよい。

図１及び図２では、スロットルバルブ３が全閉位置に位置しており、ばね連結部２２がケース８のストッパ２３（図２参照）に当接し、かつレバー部材４の突当て部１７が回転規制ピン１６に当接している。

この状態では、第２ばね部２１は、ストッパ２３とレバー部材４によって捩られ、レバー部材４に対してスロットルバルブ３が開く開方向の付勢力を付与している。第１ばね部１９は、ケース８とストッパ２３との間に挟まれており、レバー部材４に何ら力を付与していない。

すなわち、図１、図２は、電動モータ９により、ギア機構１０及びレバー部材４を介し、第２ばね部２１の付勢力に抗して、スロットルバルブ３を、デフォルト開位置から全閉位置まで回転させた状態を示している。

この状態から、スロットルバルブ３をデフォルト開位置よりも全開位置側の所定位置まで回転させる場合には、該回転を実現すべく電動モータ９が制御される。すなわち、まず、第２ばね部２１の付勢力及び電動モータ９の制御により、レバー部材４の突当て部１７が回転規制ピン１６から離れてレバー部材４が開方向に回転する。

この回転が進行すると、レバー部材４のオープナアーム２８がばね連結部２２の第２当接部２９に当接する。このとき、この当接によりオープナアーム２８の内部に発生する応力が第２当接部２９の第２応力緩和面３０によって緩和される。また、この当接により、レバー部材４に対する第２ばね部２１の付勢力が働かなくなる。

さらに電動モータ９でレバー部材４を開方向に回転させると、レバー部材４のオープナアーム２８がばね連結部２２を該回転の方向に押すので、ばね連結部２２の第１当接部２４がストッパ２３から離れる。また、これとともに、レバー部材４に対して、第１ばね部１９によりオープナアーム２８を介して、閉方向の付勢力が働くようになる。

この付勢力に抗して電動モータ９をさらに回転させることにより、スロットルバルブ３をデフォルト開位置よりも全開位置側の所定位置まで回転させることができる。

逆に、該所定位置からスロットルバルブ３をデフォルト開位置よりも全閉位置側の所定位置まで回転させる場合には、電動モータ９の駆動力と第１ばね部１９の付勢力によってレバー部材４が閉方向に回転するように電動モータ９を制御する。すなわち、ばね連結部２２の第２当接部２９がレバー部材４のオープナアーム２８を押す力と、レバー部材４に伝達される電動モータ９からの駆動力に基づいて、レバー部材４が閉方向に回転する。

この回転が進行すると、ばね連結部２２の第１当接部２４がストッパ２３に当接する。このとき、この当接によりストッパ２３の内部に発生する応力が、第１当接部２４の第１応力緩和面２５により緩和される。また、この当接により、第１ばね部１９の付勢力がレバー部材４に付与されなくなる。

さらに電動モータ９がレバー部材４を回転させると、レバー部材４のオープナアーム２８がばね連結部２２から離れるととともに、第２ばね部２１の開方向の付勢力がレバー部材４に働くようになる。この付勢力に抗して電動モータ９をさらに回転させることにより、スロットルバルブ３をデフォルト開位置よりも全閉位置側の所定位置に位置付けることができる。

この間、スロットルバルブ３がデフォルト開位置よりも全閉位置側に位置するときに電動モータ９が制御不能になった場合には、第１ばね部１９の付勢力によりレバー部材４が閉方向に回転する。そして、ばね連結部２２の第１当接部２４がストッパ２３に当接すると、該付勢力がレバー部材４に負荷されなくなるので、スロットルバルブ３がデフォルト開位置に位置付けられる。

一方、スロットルバルブ３がデフォルト開位置よりも全閉位置側に位置するときに電動モータ９が制御不能になった場合には、第２ばね部２１の付勢力によりレバー部材４が開方向に回転する。そして、レバー部材４のオープナアーム２８がばね連結部２２の第２当接部２９に当接すると、該付勢力がレバー部材４に負荷されなくなるので、スロットルバルブ３がデフォルト開位置に位置付けられる。

したがって、スロットルバルブ３がどのような開閉位置にあるときでも、電動モータ９がその故障や制御装置の故障などによって制御不能となった場合には、スロットルバルブ３はデフォルト開位置に位置付けられる。これにより、電動モータ９が制御不能となった場合でも、吸気制御装置１を有する内燃機関が直ちに停止することはないので、該内燃機関を有する車両を退避させる程度の走行が確保される。

以上のように、本実施形態によれば、ばね連結部２２の第１当接部２４が本体のケース８のストッパ２３に当接するとき、第１応力緩和面２５を介して当接するので、その際にストッパ２３の内部に発生する応力を緩和することができる。

すなわち、捩りばねが応力緩和面を有しない従来のものである場合には、図４Ａに示すように、ストッパ２３と当接するばね連結部の第１当接部２４ｂは、円筒形状を有する。このため、第１当接部２４ｂが樹脂製のストッパ２３に当接するとき、ストッパ２３において、その内部に曲げ応力Ｍが生じ、かつ当接する側と反対側の面に沿って引張応力Ｔが生じる。

このため、これらの応力の発生が、スロットルバルブ３の開閉駆動に応じて繰り返されると、ストッパ２３が損壊するおそれがある。したがって、ストッパを強度の高い樹脂によって形成するか、又はストッパの厚みを増やすことで引張応力Ｔを低減するなどの対策の必要があるが、レイアウト性や廉価の観点から何れの策も困難を伴う。

この点、第１応力緩和面２５が平面状の第１応力緩和面２５ａである場合には、図４Ｂに示すように、上記の曲げ応力Ｍや引張応力Ｔが緩和される。このため、ストッパ２３が樹脂で形成されている場合でもストッパ２３を損壊させることなく、ストッパ２３の機能を維持することができる。これにより、本体のストッパ２３を有する部分を、支障なく樹脂で構成し、吸気制御装置のコストダウン及び設計自由度の向上を図ることができる。

なお、この場合には、第１当接部２４との当接による面圧を受ける第１応力緩和面２５ａと、この面圧を受けない第１応力緩和面２５ａの外側部分とにそれぞれ対応するストッパ２３の部分の間に、せん断応力Ｓが生じ易い。

第１応力緩和面２５が、図４Ｃに示すように、平均曲率が大きい周縁部２６及び平均曲率が小さい主当接部２７を有する曲面状の第１応力緩和面２５ｂである場合には、第１当接部２４との当接により受ける面圧は、主当接部２７では、周縁部２６に近いほど小さい。このため、面圧を受ける主当接部２７の周縁部２６から遠い部分と主当接部２７の周縁部２６に近い側の面圧を受けない部分とにそれぞれ対応するストッパ２３の各部分間に働くせん断力は上記の図４Ｂのせん断応力Ｓに比べてかなり小さい。

また、衝撃荷重を伴う当接の瞬間や、ストッパ２３の当接面の樹脂にクリープが生じた場合には、第１当接部２４はストッパ２３に沈み込むように当接する。このとき、かかる当接により周縁部２６がストッパ２３に当接しても、周縁部２６は曲面形状であるため、ストッパ２３の周縁部２６に当接する箇所の内部に働く応力を低減することができる。

したがって、樹脂で形成されているストッパ２３の損壊をより確実に防止し、ストッパ２３の機能をより確実に維持することができる。

また、第１応力緩和面２５が、図４Ｃに示すような周縁部２６及び主当接部２７を有する第１応力緩和面２５ｂである場合には、第１当接部２４とストッパ２３とが当接する方向にプレスする潰し加工によって、容易に第１応力緩和面２５ｂを形成することができる。

また、ばね連結部２２の第２当接部２９が、第１当接部２４の第１応力緩和面２５と同様の表面形状を有する第２応力緩和面３０を有することにより、第２当接部２９がレバー部材４のオープナアーム２８に当接する際の応力も同様に緩和することができる。この場合、第１当接部２４と第２当接部２９とが連続しており、第２応力緩和面３０が図４Ｃの第１応力緩和面２５ｂと同様のものである場合には、潰し加工によって第１応力緩和面２５及び第２応力緩和面３０を同時に形成することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、電動モータ９を樹脂製のケース８で保持する代わりに、金属製のボディ７で保持するようにしてもよい。

１…吸気制御装置、２…吸気通路、３…スロットルバルブ、４…レバー部材、５…駆動機構、６…捩りばね、７…ボディ、８…ケース、９…電動モータ、１０…ギア機構、１１…出力軸、１２…ピニオンギア、１３…大径ギア、１４…小径ギア、１５…バルブギア、１６…回転規制ピン、１７…突当て部、１８…一端、１９…第１ばね部、２０…一端、２１…第２ばね部、２２…ばね連結部、２３…ストッパ、２４…第１当接部、２５、２５ａ、２５ｂ…第１応力緩和面、２６…周縁部、２７…主当接部、２８…オープナアーム、２９…第２当接部、３０…第２応力緩和面。

Claims (2)

1. 吸気通路に設けられたスロットルバルブと、該スロットルバルブと一体的に回転するレバー部材と、該レバー部材を回転させて該スロットルバルブを開閉駆動する駆動機構とを備える吸気制御装置に設けられ、該スロットルバルブの開閉駆動に応じて該レバー部材に対し、該スロットルバルブが閉じる閉方向又は開く開方向の付勢力を付与する捩りばねであって、
   前記吸気制御装置の本体に一端が固定され、前記スロットルバルブが該本体に設けられたストッパで規定されるデフォルト開位置よりも全開位置側に駆動される場合に前記レバー部材に閉方向の付勢力を付与する第１ばね部と、
   前記第１ばね部とは逆巻きで、前記レバー部材に一端が固定され、前記スロットルバルブが前記デフォルト開位置よりも全閉位置側に駆動される場合に前記レバー部材に開方向の付勢力を付与する第２ばね部と、
   前記第１ばね部及び前記第２ばね部の他端同士を連結するばね連結部とを備え、
   前記ばね連結部は、
   前記スロットルバルブが前記デフォルト開位置よりも閉方向に駆動される場合に前記ストッパに当接する第１当接部を備え、
   前記第１当接部は、前記ストッパに当接する際に該ストッパの内部に発生する応力を緩和する表面形状を有する応力緩和面を備え、
   前記応力緩和面は、平均曲率が比較的大きい曲面で形成された周縁部と、該周縁部の内側の該周縁部よりも平均曲率が小さい曲面で形成された主当接部とで構成され、
   前記第１ばね部、前記第２ばね部及び前記ばね連結部は、１本の鋼線材で形成され、
   前記ばね連結部は、両端が該第１ばね部及び該第２ばね部に接続したＵ字状の形状を有し、
   前記Ｕ字状の形状は、そのＵ字を含む面が、前記第１当接部と前記ストッパとが当接する方向に垂直であり、
   前記応力緩和面は、該ばね連結部のＵ字状の形状を有する部分を、前記第１当接部と前記ストッパとが当接する方向にプレスする潰し加工により形成されることを特徴とする吸気制御装置用捩りばね。
2. 前記ばね連結部は、前記スロットルバルブが前記デフォルト開位置よりも開方向に駆動される場合に前記レバー部材に固定されたオープナアームに当接する第２当接部を備え、
   前記第２当接部は、前記第１当接部の応力緩和面と同様の表面形状を有する応力緩和面を有することを特徴とする請求項１に記載の吸気制御装置用捩りばね。

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