JPH10318103A - ロータリーソレノイド式アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 バルブシャフトのバルブ部とハウジングとの
摺動面間におけるデポジットの堆積を低減し、バルブシ
ャフトの作動性を長期にわたって維持する。 【解決手段】 流体が流れる流体通路２を形成しかつそ
の流体通路２の通路壁１ａにバルブシート面１ｃを設け
たハウジング１と、ハウジング１にロータリーソレノイ
ド２５のコイル２８への通電制御によって回転可能に支
持されかつその回転によりバルブシート面１ｃを摺動す
るバルブシール面１７を設けたバルブシャフト９とを備
える。バルブシャフト９のバルブシール面１７を軸方向
断面が凹凸状をなす凹凸面で形成し、かつバルブシール
面１７の軸方向断面の表面あらさを十点平均あらさで５
〜３０μｍＲｚの範囲内に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば自動車用エ
ンジンのアイドル回転数制御装置として使用されるロー
タリーソレノイド式アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用エンジンにおけるアイドル回転
数制御装置として使用されるロータリーソレノイド式ア
クチュエータの一例について図７の説明図を参照して述
べる。図７（ａ）は正断面図、同（ｂ）は（ａ）のＢ−
Ｂ線断面図である。図７（ａ）において、アルミダイカ
スト製あるいは樹脂製のハウジング１には流体通路２が
形成されている。流体通路２は、図７（ｂ）に示すよう
に、ハウジング１の下面に開口する流入口３及び第１流
出口４と、上面に開口する第２流出口５を有している。
なお第２流出口５には連通パイプ６が接続されている。

【０００３】ハウジング１の流体通路２の通路壁１ａに
は、第１流出口４の上流近くにおいて突出するバルブシ
ート部１ｂが形成されている。バルブシート部１ｂの上
流側の面に環状のバルブシート面１ｃが設けられてい
る。なお図示はしないが、ハウジング１は周知のように
エンジンのスロットルボデーの側壁（図７（ｂ）中、二
点鎖線３０参照）に取り付けられ、流体通路２は流入口
３と第１流出口４を通じてスロットルボデーの吸気通路
を迂回するバイパス通路を形成し、また第２流出口５の
連通パイプ６はバキュームスイッチングバルブの負圧導
入口と連通される。

【０００４】図７（ａ）に示すように、ハウジング１内
にはステンレス製バルブシャフト９が左右のベアリング
７，８を介して回転可能に支持されている。バルブシャ
フト９は、左右のベアリング７，８を嵌合するベアリン
グ取付面１１，１２を有するシャフト部１０と、バルブ
シール面１７を有するバルブ部１６とを一体に備えてい
る。バルブシール面１７は、バルブシャフト９の回転と
ともに前記ハウジング１のバルブシート面１ｃを摺動し
て流体通路２を開閉するすなわちバルブシート部１ｂの
通路面積を増減するもので、径方向断面が円弧状をなし
ている（図７（ｂ）参照）。

【０００５】図７（ａ）に示すように、シャフト部１０
は、その右端部に二面幅の係合凸部１３を有しまたその
左端部に小径軸部１４を有している。シャフト部１０の
係合凸部１３には、ハウジング１内に回転可能に収容し
たバイメタルホルダー２０が係合されている。ハウジン
グ１のバイメタルホルダー２０を収容した部分の開口端
面にはバイメタル支持プレート２１が取り付けられてい
る。そのバイメタル支持プレート２１と前記バイメタル
ホルダー２０との間にはコイル状のバイメタル２２が介
装されている。またハウジング１には、前記バイメタル
２２に隣接しかつ温水用接続パイプ２３を有する温水通
路（図示省略）が設けられている。温水用接続パイプ２
３は、エンジンのウオータジャケットに連通されるもの
で、往路用と復路用の２本あるが、図７（ａ）ではその
うちの１本が示されている。前記バイメタル２２は、前
記温水通路を循環するエンジン冷却水の温度に感応し、
その温度に応じてバルブシャフト９の基準位置を調整す
る。

【０００６】前記ハウジング１の左端面にはロータリー
ソレノイド２５のソレノイドハウジング２６が取り付け
られている。ソレノイドハウジング２６内には、ステー
タ２７及びソレノイドコイル２８が樹脂によってモール
ドされた状態で収納されている。また、前記バルブシャ
フト９の小径軸部１４にはマグネット２９が取り付けら
れている。

【０００７】前記ロータリーソレノイド式アクチュエー
タにおいて、エンジンコントロールコンピュータによっ
てロータリーソレノイド２５のソレノイドコイル２８へ
の通電がデューティ制御されることにより、マグネット
２９を取り付けたバルブシャフト９が正逆回転させられ
る。これにより、流体通路２を流れる空気の流量が制御
される。なおロータリーソレノイド式アクチュエータ
は、例えば実開平４−９１２６８号公報に開示されたも
のがある。

【０００８】次に、前記ロータリーソレノイド式アクチ
ュエータに用いられているバルブシャフト９の従来品に
ついて図８〜図１１を参照して説明する。図８にバルブ
シャフト９の説明図が示されている。図８中、（ａ）は
正面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線
断面図である。図８において、バルブシャフト９は、シ
ャフト部１０を構成するシャフト部材（シャフト部と同
一符号を記す）１０と、バルブ部１６を構成するバルブ
部材（バルブ部と同一符号を記す）１６との二部品から
なる。シャフト部材１０は、前記マグネット２９を取り
付けることから磁性材では磁気が漏れるため非磁性材で
ある必要があり、オーステナイト系ステンレス材（例え
ばＳＵＳ３０３）からなる。なおバルブ部材１６はシャ
フト部材１０と同質のステンレス材からなる。

【０００９】前記バルブシャフト９の製造工程について
述べる。シャフト部材１０は、ステンレス製軸状材を切
削加工することによって形成されている。シャフト部材
１０の単品が、図９（ａ）に正面図でまた（ｂ）に右側
面図で示されている。またバルブ部材１６は、ステンレ
ス製板材をプレス成形することによって形成されてい
る。バルブ部材１６の単品が、図１０（ａ）に正面図で
また（ｂ）に右側面図で示されている。なおバルブ部材
１６は、主板部１６ａの両端に取付片１６ｂを有するほ
ぼＵ字状をなしかつその取付片１６ｂに取付孔１８を有
している。

【００１０】次に、前記シャフト部材１０とバルブ部材
１６とを図１１に示すように一体化し半完成品のバルブ
シャフト９とする。図１１中、（ａ）は正面図、（ｂ）
は右側面図である。詳しくは、図１１（ａ）に示すよう
に、シャフト部材１０をバルブ部材１６の両取付片１６
ｂの取付孔１８に嵌入し、さらにシャフト部材１０に対
する両取付片１６ｂの取付孔１８の嵌合部分を溶接す
る。この溶接に際し、図１１（ｂ）に示すようにシャフ
ト部材１０の係合凸部１３の二面幅面（符号、１３ａを
付す。）を基準としてその二面幅面１３ａとバルブ部材
１６の主板部１６ａの中心線Ｌのなす角度θが９０°に
なるように位置決めする。

【００１１】次に、前記半完成品のバルブシャフト９に
砥石を使用して研摩加工いわゆる研削加工を施し、図８
に示されるシャフト部１０のベアリング取付面１１，１
２及びバルブ部１６のバルブシール面１７を同時に仕上
げることで、バルブシャフト９が完成する。ところで、
ベアリング取付面１１，１２は、通常、表面あらさが十
点平均あらさ（面粗度ともいう。）で３．２μｍＲｚ程
度に仕上げられている。その理由は、ベアリング７，８
の圧入時に切粉を出さないためである。また、ベアリン
グ取付面１１，１２と同じ砥石を使用してバルブシール
面１７が研摩されていることから、バルブシール面１７
も３．２μｍＲｚ程度の面粗度で仕上げられている。

【００１２】なお、バイトによる切削加工でベアリング
取付面１１，１２及びバルブシール面１７を仕上げよう
とした場合、シャフト部材１０及びバルブ部材１６がス
テンレス製で硬いこと、及び、シャフト部材１０にバル
ブ部材１６を溶接で固定しているためシャフト部材１０
とバルブ部材１６との芯ずれが大きいこと等の理由から
バイトの刃先が欠けてしまうことになる。このように、
切削加工による仕上げでは無理があるため、研摩加工に
よりベアリング取付面１１，１２及びバルブシール面１
７が仕上げられている。

【００１３】なお、バルブシャフト９のバルブシール面
１７が摺動するハウジング１のバルブシート面１ｃ（図
７（ｂ）参照）は、バイトあるいはドリルによる切削加
工によって５μｍＲｚ程度の面粗度に仕上げられてい
る。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】前記ロータリーソレノ
イド式アクチュエータによると、デポジット（エンジン
からの吹き返し空気に含まれる燃焼生成物とくにカーボ
ンが相当する。）がバルブシャフト９のバルブシール面
１７とハウジング１のバルブシート面１ｃとの間（バル
ブシャフト９のバルブ部１６とハウジング１との摺動面
間ともいう。）に堆積しやすく、そのデポジットがバル
ブシャフト９の作動抵抗となってバルブシャフト９の作
動性が悪化するという問題があった。

【００１５】また、バルブシャフト９をアルミ鋳造によ
る一体成形品で成形するものが提案されている。アルミ
製バルブシャフト９によると、アルミ製であるためステ
ンレス製よりも軟らかいこと、及びシャフト部１０とバ
ルブ部１６とが一体成形されるためシャフト部１０とバ
ルブ部１６との芯ずれがないことにより、旋盤を使用す
るバイトによる切削加工が行え、これにより軽量化及び
製造工程の削減が図れる。しかし、アルミ製バルブシャ
フト９においても、ベアリング取付面１１，１２及びバ
ルブシール面１７は、従来の面粗度の大きさを踏襲し、
バルブシール面１７の軸方向断面を３．２μｍＲｚ程度
の面粗度で仕上げられているため、前記ステンレス製の
バルブシャフト９の場合と同様の問題があった。

【００１６】本発明は上記した問題点を解決するために
なされたものであって、本発明が解決しようとする課題
は、バルブシャフトのバルブ部とハウジングとの摺動面
間におけるデポジットの堆積を低減し、バルブシャフト
の作動性を長期にわたって維持することのできるロータ
リーソレノイド式アクチュエータを提供することにあ
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決する請求
項１の発明は、流体が流れる流体通路を形成しかつその
流体通路の通路壁にバルブシート面を設けたハウジング
と、前記ハウジングにロータリーソレノイドのコイルへ
の通電制御によって回転可能に支持されかつその回転に
より前記バルブシート面を摺動するバルブシール面を設
けたバルブシャフトとを備えたロータリーソレノイド式
アクチュエータであって、前記バルブシャフトのバルブ
シール面を軸方向断面が凹凸状をなす凹凸面で形成し、
かつ前記バルブシール面の軸方向断面の表面あらさを十
点平均あらさで５〜３０μｍＲｚの範囲内に設定したこ
とを特徴とするロータリーソレノイド式アクチュエータ
である。前記請求項１記載のロータリーソレノイド式ア
クチュエータによると、全閉時における流体の洩れ流量
の増加といった不具合を招くことなく、バルブシャフト
のバルブ部とハウジングとの摺動面間におけるデポジッ
トの堆積を低減し、バルブシャフトの作動性を長期にわ
たって維持することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態について図
面を参照して説明する。本実施の形態１は従来例のロー
タリーソレノイド式アクチュエータにおけるバルブシャ
フト９に変更を加えたものであるからその変更部分につ
いて詳述し、従来例と同一もしくは均等構成と考えられ
る部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
図１にロータリーソレノイド式アクチュエータの説明図
が示されている。図１におけるバルブシャフトの説明図
が図２に示されている。図２（ａ）は正面図、同（ｂ）
は右側面図、同（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図であ
る。

【００１９】図２において、バルブシャフト９は、アル
ミ鋳造本形態ではアルミダイカストによるアルミ製一体
成形品で形成されており非磁性材である。バルブシャフ
ト９のベアリング取付面１１，１２及びバルブシール面
１７並びに小径軸部１４の先端の面取り面１４ａは、周
知の旋盤を使用するバイトによる切削加工によって仕上
げ加工されている。なおアルミダイカストにより成形さ
れた直後のバルブシャフト（これを未完成品のバルブシ
ャフトという。））が図３（ａ）に正面図でまた（ｂ）
に右側面図で示されている。

【００２０】またバルブシャフト９は、アルミ製である
ためステンレス製よりも軟らかいこと、及びシャフト部
１０とバルブ部１６とが一体成形されるためシャフト部
１０とバルブ部１６との芯ずれがないことにより、旋盤
を使用するバイトによる切削加工が行える。バルブシャ
フト９のバルブ部１６の説明図が図４に示されている。
図４において、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）の底面
図、（ｃ）はバルブシール面１７の軸方向断面図の部分
拡大図である。図４（ｃ）に示すように、バルブ部１６
のバルブシール面１７はバイトの切削加工により軸方向
断面が凹凸状をなす凹凸面で形成されており、図４
（ｂ）に示すようにバルブシール面１７には前記凹凸面
の山部と谷部（条溝部）の各稜線がバルブシャフト９の
回転方向にほぼ平行する直線状の筋で表れている。なお
図４（ａ），（ｂ）において、全閉時におけるバルブシ
ート面１ｃの位置を二点鎖線で示すように、全閉時にお
けるバルブシール面１７とバルブシート面１ｃとの重合
部分の幅Ｗは、通常、１ｍｍ程度に設定される。また、
図４（ｃ）に示すように、バルブシール面１７の山部の
稜線は、バルブシート面１ｃに対し摺動可能に密接され
る。

【００２１】ところで出願人は、バルブシール面１７の
軸方向断面の面粗度（表面あらさの十点平均あらさ）を
種々変化させた製品（バルブシャフト９）を用意し、こ
れを使用したロータリーソレノイド式アクチュエータの
各バルブシャフト９の耐久試験において、バルブシャフ
ト９の作動性が悪化するまでの時間（作動性悪化時間と
もいう。）を測定したところ図５に示す特性線図が得ら
れた。横軸は面粗度を示し、縦軸が作動性悪化時間を示
している。またバルブシール面１７の軸方向断面の面粗
度（単に、面粗度ともいう。）は、旋盤のバイト送り速
度を早くすれば大きくでき、逆に遅くすれば小さくでき
るため、バイト送り速度の選定によって容易に変化させ
ることが可能である。なおベアリング取付面１１，１２
は、従来と同様に３．２μｍＲｚの面粗度にしている。

【００２２】図５から明らかなように、バルブシール面
１７は面粗度が小さいものより、大きいものほど、バル
ブシート面１ｃとバルブシール面１７との間にデポジッ
トが堆積しにくいために作動性悪化時間が長くなり、面
粗度が５μｍＲｚ以上になると、作動性悪化時間がほと
んど変化しなくなるという結果がでた。

【００２３】また、前記バルブシール面１７の軸方向断
面の面粗度を種々変化させた製品を使用したロータリー
ソレノイド式アクチュエータによる全閉時における流体
（エアー）の洩れ流量（全閉洩れ流量ともいう。）を測
定したところ図６に示す特性線図が得られた。横軸は面
粗度を示し、縦軸が全閉洩れ流量を示している。図６か
ら明らかなようにバルブシール面１７の面粗度が３０μ
ｍＲｚ以上になると全閉洩れ流量が急に増加するため、
バルブシール面１７の面粗度は３０μｍＲｚ以下がよい
ことが確認された。

【００２４】従って、上記したバルブシャフト９の作動
性悪化時間と全閉洩れ流量との兼ね合いから、バルブシ
ール面１７の軸方向断面の面粗度を５〜３０μｍＲｚの
範囲内に設定することにより、全閉洩れ流量の増加とい
った不具合を招くことなく、バルブシャフト９のバルブ
部１６とハウジング１との摺動面（１７，１ａ）間にお
けるデポジットの堆積を低減することができる。

【００２５】なお、バルシャフト９のバルブシール面１
７の軸方向断面の面粗度が例えば３０μｍＲｚに設定さ
れるとすると、図４（ｃ）に示されるバルブシール面１
７における凹凸面は、目標値で深さＨが０．０３ｍｍ、
ピッチＰが０．２２ｍｍで形成される。前記深さＨはバ
イトで切削した仕上げ面あらさに相当し、ピッチＰは旋
盤によるバイト送り量（ｍｍ／ｒｅｖ）に相当する。

【００２６】上記したロータリーソレノイド式アクチュ
エータによると、バルブシャフト９のバルブシール面１
７を軸方向断面が凹凸状をなす凹凸面で形成し、かつ前
記バルブシール面１７の軸方向断面の表面あらさを十点
平均あらさで５〜３０μｍＲｚの範囲内に設定したもの
であるから、全閉時における流体の洩れ流量の増加とい
った不具合を招くことなく、バルブシャフト９のバルブ
部１６とハウジング１との摺動面（１７，１ａ）間にお
けるデポジットの堆積を低減し、バルブシャフト９の作
動性を長期にわたって維持することができる。

【００２７】本発明は前記実施の形態に限定されるもの
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、バルブシャフト９のバルブシー
ル面１７は、軸方向断面が凹凸状をなす凹凸面に形成す
ればよく、バルブシャフト９の材質及び凹凸面の形成方
法は限定されない。

【００２８】

【発明の効果】本発明のロータリーソレノイド式アクチ
ュエータによれば、バルブシャフトのバルブ部とハウジ
ングとの摺動面間におけるデポジットの堆積を低減し、
バルブシャフトの作動性を長期にわたって維持すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施の形態を示す説明図である。

【図２】バルブシャフトの説明図である。

【図３】半完成品のバルブシャフトの説明図である。

【図４】バルブシャフトのバルブ部の説明図である。

【図５】面粗度と作動性悪化時間との関係を示す特性線
図である。

【図６】面粗度と全閉洩れ流量との関係を示す特性線図
である。

【図７】従来例を示す説明図である。

【図８】バルブシャフトの説明図である。

【図９】シャフト部材の説明図である。

【図１０】バルブ部材の説明図である。

【図１１】半完成品のバルブシャフトの説明図である。

【符号の説明】

１ ハウジング １ａ 通路壁 １ｃ バルブシート面 ２流体通路 ９ バルブシャフト １７ バルブシール面 ２５ ロータリーソレノイド

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体が流れる流体通路を形成しかつその
   流体通路の通路壁にバルブシート面を設けたハウジング
   と、前記ハウジングにロータリーソレノイドのコイルへ
   の通電制御によって回転可能に支持されかつその回転に
   より前記バルブシート面を摺動するバルブシール面を設
   けたバルブシャフトとを備えたロータリーソレノイド式
   アクチュエータであって、前記バルブシャフトのバルブ
   シール面を軸方向断面が凹凸状をなす凹凸面で形成し、
   かつ前記バルブシール面の軸方向断面の表面あらさを十
   点平均あらさで５〜３０μｍＲｚの範囲内に設定したこ
   とを特徴とするロータリーソレノイド式アクチュエー
   タ。