JP2011252482A - スロットル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スロットル装置の出力伝達機構において、中間ギヤ１４をスラスト方向に付勢する際に、中間ギヤ１４と面接触して摺接する本体側の座面Ｑの偏摩耗を抑制して出力伝達機構の伝達効率の低下を阻止する。
【解決手段】中間ギヤ１４を軸方向に荷重Ｆ３で押し付けると、中間ギヤ１４が受ける２つの荷重Ｆ１、Ｆ２との合力は、中間ギヤ１４の軸方向に対して傾きを有して作用し、ボス部１９の座面Ｑに対して不均一な荷重分布を生じさせる。この結果、座面Ｑにおける面圧分布も不均一となり、偏摩耗が生じる可能性がある。そこで、座面Ｑの形状は、偏荷重により生じる面圧が均一となるように荷重分布に合わせて受圧面積が変わるように設定する。即ち、荷重の高い領域Ｑ１は面積を広く、低い領域Ｑ２は面積を狭く形成する。よって、座面Ｑにおける偏摩耗の発生を抑制でき、中間ギヤ１４は傾くことなく回転できるので、高い伝達効率を維持できる。
【選択図】図４

Description

本発明は、スロットル装置に関する。

〔従来の技術〕
内燃機関への吸入空気量を、駆動モータによって弁開度を変えて制御するスロットル装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に開示されるスロットル装置１００は、図６（ａ）に示すように、内燃機関に通じる吸気路を内部に形成するボディ本体１０２と、吸気路の開度を可変するバルブ１０３と、バルブ１０３を駆動するための出力を発生するモータ１０４と、モータ１０４の出力軸からバルブ１０３の回転軸１０５に出力を伝達する出力伝達機構１０６とを備えている。

出力伝達機構１０６は、モータ１０４の出力軸に固定されるモータギヤ１１２と、バルブ１０３の回転軸１０５に固定されるバルブギヤ１１３と、モータ１０４の出力を減速してモータギヤ１１２からバルブギヤ１１３に伝達する中間ギヤ１１４とからなる。中間ギヤ１１４は、モータギヤ１１２と噛み合う大径ギヤ１１６とバルブギヤ１１３と噛み合う小径ギヤ１１７の２段の平歯車から構成されている。そして、中間ギヤ１１４は、一端側がボディ本体１０２のボス部１１９に圧入され、他端側がカバー１０８に設けられたボス部１２０に嵌入して支持された軸ピン１１８に回転自在に挿着される。なお、カバー１０８は、軸ピン１１８の他端側での軸振れを防止するとともに、出力伝達機構１０６へのダスト等の侵入を防止する。

よって、中間ギヤ１１４は、図示するように、ボディ本体１０２のボス部１１９とカバー１０８のボス部１２０とに挟み込まれて軸ピン１１８を中心に回転するが、中間ギヤ１１４の軸方向にはスラストがたが存在する。このスラストがたが大きいと、大径ギヤ１１６とモータギヤ１１２との噛み合い、小径ギヤ１１７とバルブギヤ１１３との噛み合いがずれて伝達ロスが生じる。スラストがたをなくすためにボス部１１９とボス部１２０との間を詰めれば各ボス部１１９、１２０と中間ギヤ１１４の摺動抵抗が増加して伝達効率が低下する。

従って、適度な摺動抵抗に抑えつつスラストがたをなくすために、中間ギヤ１１４とボス部１２０との間、または中間ギヤ１１４とボス部１１９との間に弾性部材を介在させて、中間ギヤ１１４を一端側または他端側に付勢する技術が考えられている（例えば、特許文献２参照）。弾性部材による付勢力は、中間ギヤ１１４を一端側または他端側に押すスラスト方向の荷重であり、中間ギヤ１１４はこのスラスト方向の荷重により、ボス部１１９、またはボス部１２０に押し付けられた状態で回転する。このため、ボス部１１９、またはボス部１２０と中間ギヤ１１４との摺動抵抗が適度であってもボス部１１９、またはボス部１２０の座面は摩耗する恐れがある。

そして、図６（ｂ）、（ｃ）に示すように、作動時には、中間ギヤ１１４は、モータギヤ１１２から受ける荷重Ｆ１、バルブギヤ１１３から受ける荷重Ｆ２、および弾性部材によるスラスト方向の荷重Ｆ３の３つの荷重を受けて回転しており、この３つの荷重の合力によって、ボス部１１９、またはボス部１２０の座面に不均一な荷重分布を生じさせている。このため、ボス部１１９、またはボス部１２０の座面は偏摩耗する恐れがあり、座面に偏摩耗が発生すると中間ギヤ１１４は、傾いた状態で回転する。この結果、モータギヤ１１２、バルブギヤ１１３と中間ギヤ１１４との伝達効率が低下する恐れがある。

特開２００９−１８５６７９号公報 特開平１０−２５９８５８号公報

本発明の目的は、上記事情に鑑みてなされたもので、スロットル装置の出力伝達機構において、中間ギヤをスラスト方向に付勢する際に、中間ギヤと面接触して摺接する本体側の座面の偏摩耗を抑制して出力伝達機構の伝達効率の低下を阻止することにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１の手段によれば、内燃機関に通じる吸気路を内部に形成するボディと、吸気路の開度を可変するバルブと、バルブを駆動するための出力を発生するモータと、モータの出力軸からバルブの回転軸に出力を伝達する出力伝達機構を備え、出力伝達機構は、モータの出力軸に固定されるモータ側回転体と、バルブの回転軸に固定されるバルブ側回転体と、モータの出力を減速してモータ側回転体からバルブ側回転体に伝達する中間回転体と、中間回転体の軸方向に中間回転体を付勢してボディに当接させる付勢手段とを有する。

中間回転体およびボディには、それぞれ、軸方向に垂直であって、付勢手段の付勢力により互いに面接触して摺接し合う座面が設けられ、ボディ側の座面は、中間回転体側の座面と摺接して中間回転体から軸方向に荷重を受け、ボディ側の座面の周縁形状は、中間回転体から受ける荷重により生じる面圧が均一となるように設定されている。

これにより、ボディ側の座面では、中間回転体から受ける荷重により生じる面圧が均一となるので、ボディ側の座面における偏摩耗の発生を抑制できる。このため、中間回転体は傾くことなく回転作動されるため、高い伝達効率を維持できる。

スロットル装置の全体構造を示した正面断面図である（実施例１）。 スロットル装置のカバーを除いた状態の側面図である（実施例１）。 スロットル装置の出力伝達機構に作用する荷重の方向を示し、（ａ）は出力伝達機構の正面図であり、（ｂ）は中間ギヤの横断面図であり、（ｃ）は中間ギヤの座面形状である（実施例１）。 （ａ）は中間ギヤの横断面図であり、（ｂ）は中間ギヤと摺接する座面の周縁形状の一例を示す平面図である（実施例１）。 スロットル装置の全体構造を示した正面断面図である（変形例２）。 スロットル装置の構成を示し、（ａ）は正面断面図であり、（ｂ）はカバーを除いた状態の側面図であり、（ｃ）は中間ギヤに作用する荷重の方向を示した説明図である（従来例）。

本発明の実施の形態について、図に示す実施例とともに詳細に説明する。

〔実施例１の構成〕
本実施例のスロットル装置１は、内燃機関（エンジン）に通じる吸気路を内部に形成するボディ２と、吸気路の開度を可変するバルブ３と、バルブ３を駆動するための出力を発生するモータ４と、モータ４の出力軸からバルブ３の回転軸５に出力を伝達する出力伝達機構（ギヤ減速装置）６とを備えている。

ボディ２は、ボディ本体７とカバー８とを含み、ボディ本体７には、略円形断面の吸気路が形成されるとともに、ギヤ減速装置６を収容するケース部分と、モータ４を収容するケース部分を有している。また、カバー８には、スロットル開度センサ９が具備されて、ボディ本体７のケース部分に嵌め合わされてスロットル装置１のハウジングを構成している。なお、スロットル開度センサ９は、バルブ３の回転位置を検出し、開度信号をＥＣＵ（図示せず）に出力している。

バルブ３は、金属材料または樹脂材料により略円盤形状に形成されており、回転軸５に一体的に固定され、回転軸５の回転により吸気路の開度を可変するバタフライ弁である。そして、回転軸５は、両端部がそれぞれすべり軸受１０ところがり軸受１１とを介して回転自在に支持されている。
モータ４は、周知の回転電動機であり、ＥＣＵにより正逆に回転可能に制御される。

ギヤ減速装置６は、モータ４の出力軸に固定されるモータ側回転体（以下、モータギヤという）１２と、バルブ３の回転軸５に固定されるバルブ側回転体（以下、バルブギヤという）１３と、モータ４の出力を減速してモータギヤ１２からバルブギヤ１３に伝達する中間回転体（以下、中間ギヤという）１４と、この中間ギヤ１４の軸方向に中間ギヤ１４を付勢してボディ２に当接させる付勢手段の弾性部材１５とを有している。

モータギヤ１２は、例えば、焼結金属材料などにより成形され、モータ４のモータ軸に嵌入される。
中間ギヤ１４は、樹脂材料（例えば、ＰＢＴ樹脂など）により成形され、モータギヤ１２に噛み合う大径ギヤ１６、およびバルブギヤ１３に噛み合う小径ギヤ１７の２段の平歯車構造に一体成形されている。そして、中間シャフト１８に所定のクリアランスを有して正逆転自在に挿着される。

また、中間シャフト１８は、軸方向の一端部がボディ本体７に設けられたボス部１９に圧入固定され、軸方向の他端部がカバー８に設けられたボス部２０に嵌入して支持されている。

そして、弾性部材１５が、中間ギヤ１４とボス部２０との間に介装され、中間ギヤ１４を軸方向に付勢している。従って、中間ギヤ１４はこの付勢力によってボス部１９側に押し付けられて、スラストがたの発生が抑制される。なお、弾性部材１５とは、例えば、板ばね、コイルばね、ウェーブワッシャなどである。

バルブギヤ１３は、図２に示すように、樹脂材料により略円盤形状に成形され、そのバルブギヤ１３の図示下部側の外周部には、中間ギヤ１４の小径ギヤ１７と噛み合うギヤ部２１が形成されている。ここで、ギヤ部２１は、バルブ３の開度が９０度を越えないことから、この角度範囲の外周部に部分的に形成されるものである。

また、ギヤ部２１の周方向の一端側に全閉ストッパ部２３と、他端側に全開ストッパ部２４とが一体的に形成され、全閉ストッパ部２３はバルブ３の全閉時にボディ２に設けられた全閉位置ストッパ３３に係止され、バルブ３が過回転するのを制限する。また、全開ストッパ部２４は、バルブ３の全開時にボディ２に設けられた全開位置ストッパ３４に係止され、バルブ３が過回転するのを制限する。

そして、ギヤ部２１の周方向の一端側近傍には、バルブギヤ１３の軸方向に突出したオープナ部２５が一体的に形成されて、後述するオープナ機構２７のＵ字状のフック部３０と係合する。そして、図１に示すように、バルブギヤ１３と回転軸５とは、バルブギヤ１３に一体的にインサートされたプレート２６を介して、かしめ、または締結によって結合されている。

さらに、本実施例のスロットル装置１では、バルブ３の全開位置と全閉位置との間の中間開度位置にバルブ３を機械的に保持するオープナ機構２７が設けられている。オープナ機構２７は、中間開度位置より開側の開度位置ではバルブ３を閉側に付勢する第１スプリング２８と、中間開度位置より閉側の開度位置ではバルブ３を開側に付勢する第２スプリング２９とを有している。第１スプリング２８の他端部と第２スプリング２９の一端部は同軸的に結合されて、結合部にＵ字状のフック部３０が形成され、第１スプリング２８の一端部はボディ本体７に、第２スプリング２９の他端部はバルブギヤ１３に係止されている。

そして、中間開度位置より開側に回転するときには、Ｕ字状のフック部３０がオープナ部２５に係合されて第１スプリング２８が捩られて付勢力を蓄え、中間開度位置より閉側に回転するときには、Ｕ字状のフック部３０が中間開度ストッパ３１に係止されて第２スプリング２９が捩られて付勢力を蓄える（図２参照）。

オープナ機構２７は、何らかの要因によってモータ４への電流の供給が遮断された場合に、バルブ３を所定の中間開度位置に保持して、車両の退避走行を可能とするものである。車両の退避走行時の車両の速度は、通常、高速道路の最低制限速度以上の速度に設定される。従って、一般道路での実際の車両の運転では、スロットル装置１の作動は、もっぱら中間開度位置以下での作動頻度が高くなる。

本実施例のスロットル装置１では、作動頻度が高い中間開度位置以下において、図３（ａ）に示すように、中間ギヤ１４は、モータギヤ１２から受ける荷重Ｆ１と、バルブギヤ１３から受ける荷重Ｆ２とを同時に、かつ同一方向に受けて回転する。さらに、中間ギヤ１４は、弾性部材１５の付勢力であるスラスト方向（軸方向）の荷重Ｆ３によってボス部１９側に押し付けられて回転する（図３（ｂ）参照）。

ここで、中間ギヤ１４およびボス部１９には、それぞれ軸方向に垂直であって、荷重Ｆ３により互いに面接触して摺接し合う座面Ｐ、Ｑが設けられている。
中間ギヤ１４の座面Ｐは、図３（ｃ）に示すように、中間ギヤ１４の一端側の小径ギヤ１７の軸方向の投影面形状に相当し、小径ギヤ１７のボス部である円環状の平面Ｐ１の外周側に、周方向に等角度間隔に、かつ放射状に配列される複数の歯形形状面Ｐ２を有する平坦な平面である。

そして、座面Ｑに座面Ｐが押し付けられた状態で回転すると、摺動抵抗により座面Ｑは経年的に摩耗する。
以下に、本実施例の特徴である座面Ｑの形状について説明する。

図４（ａ）に示すように、２つの荷重Ｆ１、Ｆ２が作用する方向であって、軸方向に直交する方向をＸ方向と定義すると、荷重Ｆ３と荷重Ｆ１、Ｆ２とが同時に作用することにより、３つの荷重Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の合力は、中間ギヤ１４の軸方向に対し傾きを有して作用し、座面Ｑに対してＸ方向に不均一な荷重分布（偏荷重）を生じさせる。この偏荷重は、Ｘ方向の図示左方が高く、図示右方が低い荷重であって不均一である。

この結果、座面ＱにおけるＸ方向の面圧分布も不均一となり、面圧が高い部分は摩耗が大きく、面圧の低い部分は摩耗が小さいいわゆる偏摩耗となる可能性がある。そして、偏摩耗が生じた場合、中間ギヤ１４は傾いた状態で回転し、伝達効率が低下する。

そこで、座面Ｑの形状は、偏荷重により生じる面圧が均一となるように荷重分布に合わせて受圧面積が変わるように設定されている。図４（ｂ）に、一例として、座面Ｑの形状をハッチングにて、また座面Ｑの周縁形状を実線によって示している。即ち、荷重の高い領域Ｑ１は面積を広く、低い領域Ｑ２は面積を狭く形成している。これにより、領域Ｑ１、Ｑ２の間の面積比により、領域Ｑ１、Ｑ２のそれぞれに作用する面圧は、略同一となる。

なお、中間開度以上の開度では、モータ４が逆転することで、中間開度位置以下の場合と荷重Ｆ１、Ｆ２の作用方向が逆方向となり、この結果、偏荷重や偏磨耗の挙動も逆向きとなる。しかし、中間開度位置以上の作動頻度は低く、偏摩耗が生じる可能性は少ない。

〔実施例１の効果〕
本実施例のスロットル装置１によれば、座面Ｑの周縁形状は、中間ギヤ１４から受ける不均一な荷重に対して生じる面圧が均一となるように設定されている。
これにより、座面Ｑでは、中間ギヤ１４から受ける荷重により生じる面圧が均一となるので、座面Ｑにおける偏摩耗の発生を抑制できる。このため、中間ギヤ１４は傾くことなく回転でき、高い伝達効率を維持できる。

〔変形例１〕
実施例１のスロットル装置１では、座面Ｐは、円環状の平面Ｐ１の外周側に、歯形形状面Ｐ２が形成されるものであったが、座面Ｐを円環状の平面Ｐ１のみにより構成してもよい。この場合も、座面Ｑの周縁形状は、面圧が均一となるように設定できる。

〔変形例２〕
実施例１のスロットル装置１では、弾性部材１５を中間ギヤ１４とボス部２０との間に介装させ、弾性部材１５の付勢力によって中間ギヤ１４をボス部１９側に押し付けて、スラストがたの発生を防止していたが、図５に示すように、弾性部材１５を中間ギヤ１４とボス部１９との間に介装してスラストがたの発生を防止するようにしてもよい。
この場合、スラスト方向の荷重Ｆ３はボス部２０側に作用する。従って、ボス部２０側の座面の周縁形状を、面圧が均一となるように設定すればよい。

〔変形例３〕
実施例１のスロットル装置１では、座面Ｑは、荷重の高い領域Ｑ１と低い領域Ｑ２との２領域に区分して、荷重の高い領域Ｑ１は面積を広く、低い領域Ｑ２は面積を狭く形成したが、Ｘ方向に不均一な荷重分布に応じて、３つ以上の領域に区分してそれぞれの領域の面積を変えることで、面圧が均一となるように座面Ｑの形状を設定してもよい。

１ スロットル装置
２ ボディ
３ バルブ
４ モータ
５ 回転軸
６ ギヤ減速装置（出力伝達機構）
１２ モータギヤ（モータ側回転体）
１３ バルブギヤ（バルブ側回転体）
１４ 中間ギヤ（中間回転体）
１５ 弾性部材（付勢手段）
Ｐ 座面（中間回転体側の座面）
Ｑ 座面（ボディ側の座面）

Claims (1)

1. 内燃機関に通じる吸気路を内部に形成するボディと、
   前記吸気路の開度を可変するバルブと、
   該バルブを駆動するための出力を発生するモータと、
   該モータの出力軸から前記バルブの回転軸に出力を伝達する出力伝達機構を備え、
   前記出力伝達機構は、
   前記モータの出力軸に固定されるモータ側回転体と、
   前記バルブの回転軸に固定されるバルブ側回転体と、
   前記モータの出力を減速して前記モータ側回転体から前記バルブ側回転体に伝達する中間回転体と、
   前記中間回転体の軸方向に前記中間回転体を付勢して前記ボディに当接させる付勢手段とを有し、
   前記中間回転体および前記ボディには、それぞれ、前記軸方向に垂直であって、前記付勢手段の付勢力により互いに面接触して摺接し合う座面が設けられ、
   前記ボディ側の座面は、前記中間回転体側の座面と摺接して前記中間回転体から前記軸方向に荷重を受け、
   前記ボディ側の座面の周縁形状は、前記中間回転体から受ける荷重により生じる面圧が均一となるように設定されていることを特徴とするスロットル装置。

Images