(57)【要約】【課題】  モータの振動耐久性が高い駆動装置、およびそれを用いた内燃機関の吸気制御用弁装置を提供する。【解決手段】  軸線４１ａ方向の先端面４２ａが球面である出力シャフト４２を有するモータと、出力シャフト４２の軸線４１ａ上に先端面４２ａとの間に遊びを持たせて設けられる規制部４４とを備える。出力シャフト４２の先端面４２ａが球面なので、出力シャフト４２が傾斜しても出力シャフト４２と規制部４４との最短距離は概ね一定に保たれる。すなわち、出力シャフト４２の傾斜による遊びのばらつきを低減できる。よって、モータの振動耐久性が高い。      【選択図】      図１
2006211870.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向の端部が凸曲面である出力シャフトを有するモータと、
前記出力シャフトの軸線上に前記端部との間に遊びを持たせて設けられ、前記出力シャフトの前記軸線方向の移動を規制する規制部と、
を備えることを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
前記出力シャフトは前記端部に固定され前記出力シャフトとともに回動する回動部材を有し、
前記回動部材は前記規制部に向かって突出する軸部を有し、
前記出力シャフトは、前記軸部の端部に前記凸曲面を有することを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記モータは、前記軸線方向に離間して前記出力シャフトを軸支する２つの軸受け部を有し、
前記凸曲面は球面であり、前記球面の半径は２つの前記軸受け部の中間点から前記端部の先端までの距離に相当することを特徴とする請求項１又は２に記載の駆動装置。
【請求項４】
前記出力シャフトは、軸線方向の両端部が凸曲面であることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の駆動装置。
【請求項５】
前記モータは、前記軸線方向に離間して前記出力シャフトを軸支する２つの軸受け部を有し、
前記出力シャフトは、軸線方向の両端部が凸曲面であり、
前記軸線方向から見たときの前記出力シャフトの一端部の半径をｒ１、前記軸線方向から見たときの前記出力シャフトの他端部の半径をｒ２、２つの前記軸受け部の中間点から前記一端部の先端までの距離をｈ１、前記中間点から前記他端部の先端までの距離をｈ２とするとき、前記出力シャフトの傾斜角度を、数１により決定される角度θ１または数２により決定される角度θ２のいずれか小さい方の角度内に規制する傾斜規制部を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の駆動装置。
【数１】
2006211870.tif 000005
【数２】
2006211870.tif 000006
【請求項６】
前記規制部は軸受け穴を有し、
前記一端部又は前記他端部は前記軸受け穴に収容され、
前記傾斜規制部は前記規制部の前記軸受け穴を形成する内周壁であることを特徴とする請求項５に記載の駆動装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の駆動装置と、
回動可能に軸支されている弁体を有し、前記駆動装置の回動駆動力によって前記弁体を回動することにより吸気通路を流れる吸気流量を制御する弁部と、
を備えることを特徴とする内燃機関の吸気制御用弁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータを有する駆動装置、およびそれを用いた内燃機関の吸気制御用弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
弁軸に固定された弁体を回動させて吸気通路を開閉することにより、内燃機関の燃焼室に送り込む吸気量を制御する吸気制御用弁装置が知られている（例えば特許文献１参照。）。特許文献１に記載の内燃機関用吸気渦流発生装置は、弁体を回動させるためのモータと、モータの出力シャフトの一端部に固定されたウォームギヤ（回動部材）とを備えている。回動部材は、ハウジングに形成されている軸受け穴に向かって突出する軸部を有しており、出力シャフトは軸部が軸受け穴の底壁に当接することで軸線方向の移動が規制されている。
【０００３】
一般にモータの組付けでは、モータの振動耐久性の向上、出力シャフトの長さのばらつきの吸収、温度変化による出力シャフトのロック防止などの目的で、出力シャフトの軸線方向（スラスト方向）の遊び、所謂スラストガタや、軸線方向に垂直な方向（ラジアル方向）の遊び、所謂ラジアルガタを持たせておく必要がある。
【特許文献１】特開２００２−２５６８７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の内燃機関用吸気渦流発生装置によると、軸部の端部が平面に形成されているのでスラストガタがばらつき、モータの振動耐久性が低下するという問題がある。
図９は、端部が平面に形成されている軸部を示す模式図である。図９において軸部８１は軸線方向の移動を規制する規制部８２との間にスラストガタを持たせてある。また、軸部８１はラジアルガタも持たせてある。ラジアルガタを持たせると出力シャフトが傾斜する。このため、軸部８１の先端面８１ａが平面であると、出力シャフトが傾斜したとき破線８３に示すように先端面８１ａの端８１ｂが距離αだけ規制部８２に近づいてしまい、軸部８１と規制部８２との最短距離が短くなる、すなわちスラストガタが小さくなる。出力シャフトの傾斜によってスラストガタが小さくなると、傾斜した姿勢で出力シャフトがスラスト方向に振動したとき、設計通りのスラストガタであれば出力シャフトが規制部８２に衝突しない程度の振動であっても、スラストガタが小さいことによって衝突が起こる可能性があり、この衝突による衝撃によってモータの振動耐久性が低下する。
【０００５】
本発明は、かかる事情に鑑みて創作されたものであって、モータの振動耐久性が高い駆動装置、およびそれを用いた内燃機関の吸気制御用弁装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１〜６に記載の発明によると、出力シャフトの端部が凸曲面なので、出力シャフトが傾斜しても出力シャフトと規制部との最短距離は概ね一定に保たれる。すなわち、出力シャフトの傾斜による遊びのばらつきを低減できる。よって、モータの振動耐久性が高い。
請求項３に記載の発明によると、出力シャフトは２つの軸受け部の中間点を中心点にして傾斜する。従って、端部を球面とし、その半径を中間点から当該端部の先端までの距離に相当する長さにすると、出力シャフトが傾斜しても出力シャフトと規制部との最短距離はより一定に保たれる。よって、出力シャフトの傾斜による遊びのばらつきをより低減できる。
【０００７】
請求項５に記載の発明によると、出力シャフトの傾斜角度を角度θ１または角度θ２のうちいずれか小さい方の角度内に規制するので、出力シャフトが中間点を中心として傾斜しても出力シャフトの軸線は一端部の先端面からも他端部の先端面からもはみ出さない。このため、軸線が先端面からはみ出して最短距離が広がることを防止できる。よって、両端部の遊びをそれぞれ概ね一定に保つことができる。
【０００８】
請求項７に記載の発明によると、駆動装置が備えるモータは振動耐久性が高いので、吸気制御用弁装置の信頼性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図２は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の吸気制御用弁装置１を示す模式図である。吸気制御用弁装置１は、アクセル開度、エンジン回転数、エンジン負荷、水温などの内燃機関の運転条件に応じて吸気通路１０を流れる吸気流量を調整するものである。
【００１０】
吸気制御用弁装置１は、内燃機関への吸気通路１０を形成するスロットルボディ１１に回動可能に軸支されている弁軸１２、吸気通路１０を開閉する弁体１３、出力ギヤ１９、駆動モータ２０、回動部材としてのウォームギヤ２２、減速機構部２１、駆動モータ２０や減速機構部２１を収容するハウジング１５（図４参照）などを備えている。ウォームギヤ２２は特許請求の範囲に記載の回動部材に相当する。
【００１１】
図３は、スロットルボディ１１の断面の模式図である。スロットルボディ１１は、吸入空気（以下「吸気」という）を導入する吸気通路１０を有している。図３において矢印Ａは吸気の流れ方向を示している。吸気通路１０の吸気の流れ方向Ａに垂直な断面は、図２に示すようにほぼ円形である。
図２に示すように、弁軸１２の一端部は吸気通路１０を流れる吸気の流れ方向Ａに垂直な姿勢で吸気通路１０に収容されている。
【００１２】
弁体１３は、弁軸１２の一端部に相対回転不能に固定されている。弁体１３は弁軸１２によって回動されることにより吸気通路１０を流れる吸気流量を制御し、開度が最小になる最小位置では内燃機関の吸気ポート付近に吸気偏流を生じさせ、燃焼室内にスワール流やタンブル流などの吸気下流を発生させる。図２および図３は開度が最小になる最小位置にある弁体１３を示している。
弁体１３は、弁軸１２を挟んで一方の側１３ａが半円形状であり、他方の側１３ｂが弁軸１２を長軸とする楕円形状である。弁体１３の一方の側１３ａは、弁軸１２の軸線に垂直な方向の長さが他方の側１３ｂより長い。すなわち弁体１３は、弁軸１２の軸線に垂直な方向の長さが弁軸１２を挟んで非対称である。以降の説明では長さが長い一方の側１３ａの先端ことを一端５０といい、長さが短い他方の側１３ｂの先端ことを他端５１というものとする。図３に示すように、一端５０と吸気通路１０の壁面との距離は、他端５１と吸気通路１０の壁面との距離より短い。他端５１と吸気通路１０の壁面までの距離は、内燃機関の始動時の吸気流量を確保するため、最小位置において吸気通路１０の断面の概ね１／４〜１／２程度が開放される程度に離間している。
【００１３】
図２に示す駆動モータ２０は、ＤＣモータ等の正転／逆転駆動が可能なモータであり、アクセルセンサ、回転数センサ等の信号によりコンピュータで制御された駆動電流によって回動する。
減速機構部２１は、ヘリカルギヤ２３およびピニオンギヤ２４、シャフト２６（図４参照）、ヘリカルギヤ２３とピニオンギヤ２４との間に配置される衝撃吸収部材２５とで構成されており、駆動モータ２０からの動力を減速する。
【００１４】
回動部材としてのウォームギヤ２２は、駆動モータ２０の出力シャフト４１（図４参照の一端部に固定されており、駆動モータ２０の回動駆動力をヘリカルギヤ２３に伝達する。
出力ギヤ１９は、弁軸１２の吸気通路１０に収容されていない他端部に弁軸１２に対して相対回転不能に固定されており、ピニオンギヤ２４と噛み合っている。
【００１５】
次に、駆動モータ２０周辺の構成について説明する。
図４は、駆動モータ２０周辺の断面図である。
駆動モータ２０は、出力シャフト４１、ベアリング部６１および６２を有している。軸受け部としてのベアリング部６１および６２は出力シャフト４１の軸線方向の両端に設けられており、出力シャフト４１を軸支している。
【００１６】
出力シャフト４１は駆動モータ２０を貫通している。出力シャフト４１は一端部に前述したウォームギヤ２２が圧入によって相対回転不能に固定されている。すなわち、出力シャフト４１はウォームギヤ２２を有している。出力シャフト４１およびウォームギヤ２２は特許請求の範囲に記載の出力シャフトに相当する。
ヘリカルギヤ２３とピニオンギヤ２４とは、ウォームギヤ２２の軸に垂直に配置されたシャフト２６に回動自在に支持されている。衝撃吸収部材２５は、ヘリカルギヤ２３とピニオンギヤ２４との間に、ヘリカルギヤ２３およびピニオンギヤ２４と一体となって回動可能に配置されている。衝撃吸収部材２５は略円筒状である。トルクの伝達が衝撃的に作用してしまう場合、例えば全閉位置に弁体１３が固定される瞬間において、衝撃吸収部材２５が変形する捩れ作用により、ウォームギヤ２２に伝達される衝撃荷重を緩和させて、ウォームギヤ２２のねじ締め状態が発生することを防止する。弁体１３の開閉動作中は、駆動モータ２０の回転トルクが衝撃吸収部材２５を捩れ作用により撓ませているため、その反力によりギヤのバックラッシュを詰めた状態とすることができる。
【００１７】
出力ギヤ１９は部分歯車であり、回動中心に有底の軸穴２７が形成されている。出力ギヤ１９は軸穴２７に弁軸１２の他端部が圧入されることによって弁軸１２に固定されており、ハウジング１５により弁軸１２の軸線方向の移動が規制されている。出力ギヤ１９には、弁軸１２の軸線から離間した位置に、軸線に平行に凹む穴３０および３１が形成されている。穴３０および３１は弁軸１２の軸線の周方向に長い穴である。
【００１８】
ストッパ３３は、一端がハウジング１５に固定されており、他端側が出力ギヤ１９の穴３０に収容されている。前述したように穴３０は軸線の周方向に長く、ストッパ３３は弁体１３の全閉位置で穴３０の閉方向後端側の内壁に当接して出力ギヤ１９の閉方向の回動を規制する。同様にストッパ３４は他端側が穴３１に収容されている。ストッパ３４は弁体１３の全開位置で穴３１の開方向後端側の内壁に当接して出力ギヤ１９の開方向の回動を規制する。
【００１９】
次に、ウォームギヤ２２について説明する。
図５は、ウォームギヤ２２周辺を示す模式図である。ハウジング１５には出力シャフト４１の軸線上に有底の軸受け穴４３が形成されている。ウォームギヤ２２には、反駆動モータ２０側に、軸受け穴４３の底壁に向かって突出する軸部４２が一体形成されている。軸部４２は軸受け穴４３に収容されており、軸受け穴４３の底壁は軸部４２に当接して出力シャフト４１が軸線方向に移動することを規制している。軸受け穴４３の底には円盤状のワッシャ４４が挿入されている。軸受け穴４３及びワッシャ４４は特許請求の範囲に記載の規制部に相当する。軸部４２とワッシャ４４との間には、駆動モータ２０の振動耐久性の向上、出力シャフト４１の長さのばらつきの吸収、温度変化による出力シャフト４１のロック防止などの目的で、所定の遊び、所謂スラストガタｄ１を持たせてある。また、軸部４２とハウジング１５の軸受け穴４３を形成する内周壁との間にはラジアルガタを持たせてある。
【００２０】
図１は、軸部４２を示す模式図である。図１において実線で示す軸部４５は傾斜していないときの軸部４２を示している。軸部４２の先端面４２ａは球面である。すなわち軸部４２の端部は凸曲面である。先端面４２ａを凸曲面にすると、出力シャフト４１が傾斜しても平面のときのように端が上がってしまうことがないので、軸部４２とワッシャ４４との最短距離を概ね一定に保つことができる。すなわち、スラストガタのばらつきを低減できる。なお、凸曲面は球面に限られるものではない。
【００２１】
図５に示すように、軸部４２の先端面４２ａ（図１参照）の半径ｈ１は、シャフト４１の軸線４１ａ上において、２つのベアリング部６１および６２の中間点ｐから先端面４２ａまでの距離に相当する長さである。先端面４２ａの半径ｈ１を中間点ｐから先端面４２ａまでの距離に相当する長さにすると、出力シャフト４１が中間点ｐを中心点にして傾斜したとき、軸部４２とワッシャ４４との最短距離は、軸部４２の傾斜角度がある一定の範囲内であれば理論上変化しないので、スラストガタのばらつきをより低減できる。
【００２２】
次に、出力シャフト４１の他端部について説明する。
図６は、出力シャフト４１の他端部周辺を示す断面図である。出力シャフト４１の他端部４６は、スプリング４７に押圧されているリテーナ４８に固定されているワッシャ４９によって軸線４１ａ方向の移動が規制される。ワッシャ４９は特許請求の範囲に記載の規制部に相当する。出力シャフト４１の他端部４６とワッシャ４９との間にはスラストガタｄ２を持たせてある。
【００２３】
図７は、出力シャフト４１の他端部４６を拡大して示す模式図である。図７において実線で示す他端部５０は傾斜していないときの他端部４６を示している。破線で示す他端部６１は傾斜可能な最大角度まで傾斜しているときの他端部４６を示している。他端部４６の先端面４６ａは凸曲面であり、具体的には球面である。他端部４６の先端面４６ａを凸曲面にすると、他端部４６とワッシャ４９との最短距離を概ね一定に保つことができる。すなわち、スラストガタのばらつきを低減できる。
【００２４】
図６に示すように、他端部４６の先端面４６ａ（図７参照）の半径ｈ２は、２つのベアリング部６１および６２の中間点ｐから先端面４６ａまでの距離に相当する長さである。先端面４６ａの半径ｈ２を中間点ｐから先端面４６ａまでの距離に相当する長さにすると、出力シャフト４１が中間点ｐを中心点にして傾斜したとき、他端部４６とワッシャ４９との最短距離は、軸部４２の傾斜角度がある一定の範囲内であれば理論上変化しないので、スラストガタのばらつきをより低減できる。
【００２５】
ハウジング１５、駆動モータ２０、ワッシャ４４、ワッシャ４９、軸受け穴４３、リテーナ４８、およびスプリング４７は、特許請求の範囲に記載の駆動装置に相当する。
次に、出力シャフト４１の傾斜角度について図５に基づいて説明する。
出力シャフト４１は、ハウジング１５において軸受け穴４３を形成している内周壁に軸部４２が当接することによって傾斜が規制される。出力シャフト４１の傾斜角度は、式（１）によって求められる角度θ１、または式（２）によって求められる角度θ２のうち、いずれか小さい方の角度内に規制される。すなわち、出力シャフト４１の傾斜角度がいずれか小さい方の角度内に規制されるよう軸部４２と軸受け穴４３との間のラジアルガタが調整されている。なお、小さい方の角度より小さければよく、必ずしも小さい方の角度と同じである必要はない。
【００２６】
【数１】
2006211870.tif 000003
【００２７】
【数２】
2006211870.tif 000004
【００２８】
ここで、ｔａｎ-1はアークタンジェントを意味し、ｒ１は軸線４１ａ方向から見たときの軸部４２の半径であり、ｈ１は前述したように先端面４２ａの半径である。また、ｒ２は軸線４１ａ方向から見たときの他端部４６の半径であり、ｈ２は前述したように先端面４６ａの半径である。
【００２９】
次に、スラストガタが一定に保たれる作動について説明する。ここでは角度θ１の方が角度θ２より小さいとして説明する。
図８は、軸線４１ａ方向から見たときの軸部４２の移動範囲を示す模式図である。出力シャフト４１の傾斜角度を角度θ１内に規制すると、駆動モータ２０の回動時に出力シャフト４１が傾斜しても、出力シャフト４１の軸線４１ａは図示するように軸部４２の先端面４２ａからはみ出さない。角度θ１は角度θ２より小さいので、軸線４１ａは他端部４６の先端面４６ａからもはみ出さない。
【００３０】
図１において軸部５１は出力シャフト４１が角度θ１まで傾斜したときの軸部４２を示しており、軸部５２は出力シャフト４１が角度θ１を越えて傾いたと仮定したときの軸部４２を示している。実線で示す軸部４５は前述したように傾斜していないときの軸部４２を示している。出力シャフト４１の傾斜角度が角度θ１内にあるとき、軸部４５や軸部５１に示すように軸部４２においてワッシャ４４に最も近い点は先端面４２ａと軸線４１ａとの交点ｋである。交点ｋは、出力シャフト４１の傾斜角度が角度θ１内であれば位置が変動しないので、軸部４２とワッシャ４４との最短距離は一定に保たれる。しかしながら、軸部５２のように出力シャフト４１が角度θ１を越えることによって軸線４１ａが先端面４２ａからはみ出すと、ワッシャ４４に最も近い点は点ｍになる。点ｍは点ｋよりワッシャ４４から距離ｅだけ遠ざかっている。このように、出力シャフト４１が角度θ１を越えると、軸部４２とワッシャ４４との最短距離が長くなり始める。すなわち、スラストガタが大きくなるばらつきが生じる。逆にいうと、出力シャフト４１の傾斜角度を角度θ１内に規制すると、出力シャフト４１の傾斜によるスラストガタのばらつきを低減することができる。他端部４６についても同様である。
【００３１】
以上説明した本発明の一実施形態に係る駆動装置によると、出力シャフト４１に固定されているウォームギヤ２２は軸部４２の先端面４２ａが球面なので、出力シャフト４１が傾斜しても、軸部４２とワッシャ４４とのスラストガタを一定に保つことができる。同様に他端部４６は先端面４６ａが球面なので、出力シャフト４１が傾斜しても他端部４６とワッシャ４９とのスラストガタを一定に保つことができる。すなわち、出力シャフト４１の傾斜によるスラストガタのばらつきを低減できる。よって、駆動モータ２０の振動耐久性が高い。
【００３２】
また、本発明の一実施形態に係る駆動装置によると、出力シャフト４１の軸線４１ａ方向の移動は、軸線４１ａ上に設けたワッシャ４４やワッシャ４９で規制される。ワッシャ４４やワッシャ４９で規制するようにすると、モータの内部に収容されているアーマチャとモータケースとの間にウェーブワッシャなどを設けることによって規制する場合に比べ、部品点数や組み付け工数の増加によるコストの増大を低減できる。
【００３３】
また、本発明の一実施形態に係る駆動装置によると、スラストガタが小さくなるばらつきのみでなく、スラストガタが大きくなるばらつきも防止できる。スラストガタが大きくなると、出力シャフトがワッシャに当接してスラスト方向の移動が規制されるはずが、スラストガタが大きいことによって規制されなくなってしまい、それによりモータ内でアーマチャがモータのブラシやブラシホルダに衝突してそれらを損傷させてしまう可能性がある。あるいはアーマチャ自体が損傷する可能性がある。スラストガタが大きくなるばらつきを防止すると、そうしたブラシ、ブラシホルダ、アーマチャなどの損傷を防止できる。従って、駆動モータ２０の振動耐久性がより高くなる。
【００３４】
また、本発明の一実施形態に係る吸気制御用弁装置１によると、駆動装置が備える駆動モータ２０は振動耐久性が高いので、吸気制御用弁装置１の信頼性が向上する。
なお、本実施形態では出力シャフト４１がウォームギヤ２２を有しており、ウォームギヤ２２から突出する軸部４２の先端面４２ａが球面の場合を説明したが、出力シャフト４１がウォームギヤ２２を貫通し、貫通した出力シャフト４１の先端面を球面にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態に係る軸部の模式図。
【図２】本発明の一実施形態に係る内燃機関の吸気制御用弁装置の模式図。
【図３】本発明の一実施形態に係る吸気通路の断面の模式図。
【図４】本発明の一実施形態に係るモータ周辺の断面図。
【図５】本発明の一実施形態に係る回動部材周辺の模式図。
【図６】本発明の一実施形態に係る出力シャフトの他端部周辺の模式図。
【図７】本発明の一実施形態に係る出力シャフトの他端部の模式図。
【図８】本発明の一実施形態に係る軸部の移動範囲を示す模式図。
【図９】従来の吸気制御用弁装置の軸部を示す模式図。
【符号の説明】
【００３６】
１  吸気制御用弁装置、１０  吸気通路、１２  弁軸（弁部）、１３  弁体、１５  ハウジング（弁部）、１９  出力ギヤ（弁部）、２０  駆動モータ（モータ）、２１  減速機構部（弁部）、２２  ウォームギヤ（回動部材、出力シャフト）、３３  ストッパ（弁部）、３４  ストッパ（弁部）、４１  出力シャフト、４２  軸部、４３  軸受け穴、４４  ワッシャ（規制部）、４９  ワッシャ（規制部）、６１  ベアリング部（軸受け部）
【図１】
2006211870.tif 000007
【図２】
2006211870.tif 000008
【図３】
2006211870.tif 000009
【図４】
2006211870.tif 000010
【図５】
2006211870.tif 000011
【図６】
2006211870.tif 000012
【図７】
2006211870.tif 000013
【図８】
2006211870.tif 000014
【図９】
2006211870.tif 000015