(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路内で排気バルブを回動軸により開閉可能に支持し、該排気バルブの駆動用のアクチュエータを前記排気通路の近傍に配設し、該アクチュエータの出力軸を前記回動軸に対して軸線を一致させて相対向させると共に、該出力軸と前記回動軸とをジョイント部材を介して連結した車両の排気バルブ構造において、
前記ジョイント部材は金属材料からなり、その外側面に前記軸線に対して異なる位相で複数のスリットが前記軸線方向に並設されることにより、前記各スリットの最奧部に残された連結部を介して各スリット間の板状伝導部が互いに連結されて前記軸線方向に連なった形状をなし、
全ての前記スリットは、前記ジョイント部材の軸線に対して略180°位相を対向させた２方向から交互に形成され、
前記板状伝導部を介して隣り合う前記連結部は、前記軸線方向から見て互いに重なることなく配置されている
ことを特徴とする車両の排気バルブ構造。
【請求項２】
前記ジョイント部材は、弾性変形を抑制しつつ前記アクチュエータの出力軸の回転を前記排気バルブの回動軸に伝達可能な剛性を備えた
ことを特徴とする請求項１に記載の車両の排気バルブ構造。
【請求項３】
前記ジョイント部材は、メタルインジェクション法により製作された
ことを特徴とする請求項１または２に記載の車両の排気バルブ構造。
【請求項４】
前記ジョイント部材は、ロストワックス法により製作された
ことを特徴とする請求項１または２に記載の車両の排気バルブ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の排気バルブ構造に係り、詳しくは車両の排気通路に設けられた排気バルブをアクチュエータにより開閉駆動する排気バルブ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
４輪車両や２輪車両の排気通路には排気バルブが設けられる場合があり、排気騒音の低減や排気音質の切換、或いは排気熱を利用したエンジンの早期暖機等のような種々の用途に利用されている。例えば排気騒音を低減する場合には、排気通路に設けた排気バルブを閉側に駆動して排ガスの流通を制限する。また排気音質を切り換える場合には、通常は消音器に案内される排ガスを排気バルブの開閉により消音器を迂回するように導いて音圧を高める。またエンジンを早期暖機する場合には、排気バルブの開閉により排ガスをエンジン側に導いてその熱でエンジンを昇温する。
【０００３】
何れの用途においても、排気バルブをアクチュエータにより開閉駆動する必要があり、そのために、例えば特許文献１に記載のような排気バルブ構造が採られている。当該特許文献１の技術では、排気通路内で排気バルブを開閉可能に支持すると共に、排気通路にブラケットを介してアクチュエータを固定支持し、アクチュエータの出力軸をジョイント部材を介して回動軸に連結している。
【０００４】
排気バルブ構造の組立の際に、アクチュエータの出力軸と排気バルブの回動軸との間に偏芯や偏角が生じる場合があることから、偏芯や偏角を吸収可能な可撓性を付与するために、ジョイント部材はバネ鋼からなる線材をＣ字状に湾曲形成して製作されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＤＥ１０２００９０１３８１５Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、本発明の車両の排気バルブ構造では、高温（例えば800°程度）の排気通路内に配設された排気バルブを開閉するために、その近接位置にアクチュエータが配設されてジョイント部材を介して連結されている。そして、アクチュエータに内蔵されたモータやプラスチック製のギヤ等は熱に弱いことから、ジョイント部材には高い断熱性が要求される。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の排気バルブ構造では、ジョイント部材を介して多量の熱がアクチュエータに伝達され、故障等のトラブルを引き起こしてしまうという問題があった。
【０００８】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、高い断熱性を達成してアクチュエータを保護することができる車両の排気バルブ構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するため、本発明の車両の排気バルブ構造は、排気通路内で排気バルブを回動軸により開閉可能に支持し、該排気バルブの駆動用のアクチュエータを前記排気通路の近傍に配設し、該アクチュエータの出力軸を前記回動軸に対して軸線を一致させて相対向させると共に、該出力軸と前記回動軸とをジョイント部材を介して連結した車両の排気バルブ構造において、前記ジョイント部材は金属材料からなり、その外側面に前記軸線に対して異なる位相で複数のスリットが前記軸線方向に並設されることにより、前記各スリットの最奧部に残された連結部を介して各スリット間の板状伝導部が互いに連結されて前記軸線方向に連なった形状をなし、全ての前記スリットは、前記ジョイント部材の軸線に対して略180°位相を対向させた２方向から交互に形成され、前記板状伝導部を介して隣り合う前記連結部は、前記軸線方向から見て互いに重なることなく配置されていることを特徴とする（請求項１）。
【００１０】
このように構成した車両の排気バルブ構造によれば、各連結部を介して板状伝導部が互いに連結されて軸線方向に連なっているため、排気バルブからの熱がジグザグ状の経路を辿って熱伝導されて熱伝導経路が延長化される。そして、全てのスリットが軸線に対して略180°位相を対向させた２方向から交互に形成されているため、板状伝導部を介して隣り合う連結部が最も離間した位置に配置されて熱伝導経路が延長化される。また、板状伝導部を介して隣り合う連結部が軸線方向から見て互いに重なっていないため、熱伝導経路が延長化される。これと共に熱伝導面積が板状伝導部や連結部の断面積相当に制限されて縮小されることから、ジョイント部材の断熱性が高いものとなる。また、ジョイント部材の表面積の増加により熱の多くが走行風に奪われる。これらの要因により、ジョイント部材を介してアクチュエータに伝達される熱量を減少可能となる。
【００１１】
その他の態様として、前記ジョイント部材が、弾性変形を抑制しつつ前記アクチュエータの出力軸の回転を前記排気バルブの回動軸に伝達可能な剛性を備えることが好ましい（請求項２）。
このように構成した車両の排気バルブ構造によれば、十分な剛性を有するジョイント部材を介してアクチュエータの出力軸の回転が正確に排気バルブの回動軸に伝達されるため、高い制御性を実現可能となる。
【００１４】
その他の態様として、前記ジョイント部材を、メタルインジェクション法により製作することが好ましい（請求項３）。
このように構成した車両の排気バルブ構造によれば、メタルインジェクション法の適用によりジョイント部材を容易且つ安価に製造可能となる。
【００１５】
その他の態様として、前記ジョイント部材を、ロストワックス法により製作することが好ましい（請求項４）。
このように構成した車両の排気バルブ構造によれば、ロストワックス法の適用によりジョイント部材を容易且つ安価に製造可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の車両の排気バルブ構造によれば、高い断熱性を達成してアクチュエータを保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態の排気バルブ構造が適用された４輪車両の排気通路を後方より見た断面図である。
【図２】第１実施形態のジョイント部材を示す正面図である。
【図３】同じくジョイント部材を示す図２のIII−III線断面図である。
【図４】回転伝達時のジョイント部材の捩り方向の変形量を従来技術と比較した試験結果である。
【図５】ジョイント部材を経てアクチュエータに伝達される熱量を従来技術と比較した試験結果である。
【図６】第２実施形態のジョイント部材を示す正面図である。
【図７】同じくジョイント部材を示す図６のVII−VII線断面図である。
【図８】第３実施形態のジョイント部材を示す正面図である。
【図９】同じくジョイント部材を示す縦断面図である。
【図１０】同じくジョイント部材を示す図８のX−X線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
［第１実施形態］
以下、本発明を４輪車両の排気バルブ構造に具体化した第１実施形態を説明する。
図１は本実施形態の排気バルブ構造１が適用された４輪車両の排気通路を後方より見た断面図である。なお、以下の説明の上下に関する記載は、あくまで図面上の方向であり、構造的な限定ではない。
【００１９】
排気通路２は車両の床下で前後方向に延設されており、図示はしないが、その前端はエンジンの排気マニホールドに連結され、後端は消音器に連結されている。排気通路２は円筒断面のパイプ状をなし、図１ではその上側約半分が示されている。排気通路２には上下方向に貫通するように回動軸３が配設され、回動軸３の上下両端は軸受け４（上側のみ示す）に回動可能に支持されている。
【００２０】
排気通路２内において回動軸３には円盤状をなすバタフライ式の排気バルブ５が固定され、回動軸３と共に軸線Ｌ（後述するジョイント部材９の軸線でもある）を中心として回動し得る。本実施形態の排気バルブ５は排気騒音の低減を目的としたものであり、通常時には図に示す排気流通方向に沿った開位置に切り換えられて排ガスの流通を許容している。そして、例えばエンジンの高回転域では排気バルブ５が所定開度まで閉じた閉位置に切り換えられ、排ガスの流通を制限して排気騒音を低減する。但し、本発明の排気バルブ５の機能はこれに限るものではなく、種々の用途に適用可能である。
【００２１】
排気通路２上には鋼板を折曲形成したブラケット６の一対の脚部６ａが溶接され、両脚部６ａの上部を連結する本体面６ｂ上にはベース板７が溶接されている。ベース板７上には排気バルブ５を開閉駆動するためのアクチュエータ８が図示しないビスにより固定され、アクチュエータ８の出力軸８ａは上記軸線Ｌと一致した位置でベース板７及びブラケット６の本体面６ｂを貫通して下方に突出している。結果として出力軸８ａは、排気通路２から上方に突出した排気バルブ５の回動軸３に対して所定の間隔をおいて相対向し、これらの出力軸８ａと回動軸３との間には軸線Ｌ上に位置するようにジョイント部材９が配設されている。
【００２２】
ジョイント部材９の構成については後述するが、このジョイント部材９によりアクチュエータ８の出力軸８ａと排気バルブ５の回動軸３とが連結されている。即ち、ジョイント部材９の上部には板状の係合片１０が突設され、アクチュエータ８の出力軸８ａの先端には係合溝１１が形成され、係合片１０が係合溝１１内に嵌め込まれることにより出力軸８ａの回転がジョイント部材９の伝達されるようになっている。
【００２３】
また、ジョイント部材９の下部には断面四角状の係合孔１２が凹設され、排気バルブ５の回動軸３の上端は同じく断面四角状の係合片１３が形成され、係合片１３が係合孔１２内に嵌め込まれることによりジョイント部材９の回転が回動軸３に伝達されるようになっている。
【００２４】
次いで、ジョイント部材９の構成について説明する。
まず、ジョイント部材９の形状について述べる。
図２は第１実施形態のジョイント部材９を示す正面図、図３は同じくジョイント部材９を示す図２のIII−III線断面図である。
【００２５】
全体としてジョイント部材９は軸線Ｌに沿って上下方向に延びる円筒状をなし、上記したように上部には係合片１０が突設され、下部には係合孔１２が凹設されている。ジョイント部材９の外周面には、軸線Ｌに対して180°位相を対向させた２方向から交互にスリット９ａが形成され、各スリット９ａは軸線Ｌ方向に並設されている。軸線Ｌ方向において隣り合うスリット９ａ間には板状伝導部９ｂが形成され、軸線Ｌと直交する方向では各スリット９ａの深さがジョイント部材９の直径よりも浅いことから、各スリット９ａの最奧部に連結部９ｃが残されている。
【００２６】
結果として、板状伝導部９ｂは各スリット９ａにより軸線Ｌ方向に分断されると共に、各連結部９ｃを介して互いに連結されており、このような複数の板状伝導部９ｂが軸線Ｌ方向に連なることでジョイント部材９が構成されている。
【００２７】
なお本実施形態では、スリット９ａの最奧部側ほど幅狭となるようにスリット９ａがテーパ状断面に形成されているが、スリット９ａの断面形状はこれに限定されるものではない。また本実施形態では、軸線Ｌに対して直交する方向からスリット９ａを形成したが、完全な直交方向である必要はなく、スリット９ａの形成方向を直交方向以外としてもよい。
【００２８】
そして、以下に述べるジョイント部材９の材質を前提として、各スリット９ａの形成後においてもジョイント部材９に十分な剛性が確保されるように、スリット９ａの形状や配置等が設定されている。より具体的には、回転伝達の際のジョイント部材９の軸線Ｌを中心とした捩り方向への弾性変形は、板状伝導部９ｂや連結部９ｃの撓みに起因することから、スリット９ａの形成により板状伝導部９ｂや連結部９ｃの肉厚が必要以上に減少しないように、スリット９ａの形状や配置等が設定されている。但し、以下に述べるように板状伝導部９ｂや連結部９ｃの過剰な肉厚は熱伝達面積の増大による断熱性の低下を引き起こすことから、両者のバランスを考慮した上で設定されている。
【００２９】
次いで、ジョイント部材９の材質及び製造方法について述べる。
ジョイント部材９の材質としては、高温環境での使用を考慮して耐熱性及び耐腐食性に優れたステンレス鋼（ＳＵＳ）や耐熱鋼（ＳＵＨ）等の金属材料、具体的には、ＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４２０、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４３１、ＳＵＳ６３０等が用いられている。
【００３０】
またジョイント部材９の製造方法としては、メタルインジェクション法（金属粉末射出成形法）が適用されている。当該製法は周知技術であるため概略説明にとどめるが、原料となる金属粉末とバインダー（結合剤）とを混合し、その混合物を金型に射出成形した後、成型品を真空炉で脱脂及び高温焼結して完成させる製法である。このメタルインジェクション法の適用により、例えば切削加工による製作等に比較してジョイント部材９を容易且つ安価に製造可能となる。なお、メタルインジェクション法に代えてロストワックス法による精密鋳造を適用してもよく、この場合でもジョイント部材９を容易且つ安価に製造可能となる。
【００３１】
メタルインジェクション法は射出成形の一種であるため、少ない金型数で成形可能な製品形状が望ましく、上記したジョイント部材９の形状は剛性の確保のみならず、この点も考慮した結果である。即ち、図３に示すようにスリット９ａの形成方向に沿った金型のパーティングラインＰＬを設定することで、一対の金型によりジョイント部材９を形成可能としている。
【００３２】
以上のように構成されたジョイント部材９は十分な剛性を有するが故に、軸線Ｌを中心とした捩り方向への弾性変形を抑制しつつ、アクチュエータ８の出力軸８ａの回転を正確に排気バルブ５の回動軸３に伝達可能である。よって、常にアクチュエータ８の制御量に対応して排気バルブ５を開閉駆動でき、これにより高い制御性を実現することができる。
【００３３】
また、排ガスで昇温された排気バルブ５からジョイント部材９に伝達された熱は、ジョイント部材９の最下段の板状伝導部９ｂからこれと連続する連結部９ｃを経て直上の板状伝導部９ｂに伝達され、さらにその板状伝導部９ｂからこれと連続する連結部９ｃを経て直上の板状伝導部９ｂに伝達され、以上を繰り返した後にアクチュエータ８の出力軸８ａに伝達される。
【００３４】
結果として排気バルブ５からの熱は、図２中に矢印で示すように、ジョイント部材９の下部から板状伝導部９ｂ、連結部９ｃ、板状伝導部９ｂ、連結部９ｃの順にジグザグ状の経路を辿って熱伝導されるため、熱伝導経路が大幅に延長化されると共に、熱伝導面積が板状伝導部９ｂや連結部９ｃの断面積相当に制限されて大幅に縮小される。これらの要因によりジョイント部材９の断熱性は非常に高いものとなり、ジョイント部材９を介してアクチュエータ８に伝達される熱量を減少させてアクチュエータ８を保護でき、これにより故障等のトラブルを未然に防止することができる。
【００３５】
特に図３から明らかなように、本実施形態のジョイント部材９では、板状伝導部９ｂを介して隣り合う連結部９ｃが、軸線Ｌ方向から見て互いに重なることなく最も離間した位置（ジョイント部材９の直径方向の反対側）に配置されている。このためジョイント部材９の直径にほぼ相当する長い板状伝導部９ｂが形成され、同一のスリット数において最も熱伝導経路を延長化できることから、断熱性に関して非常に優れたものとなっている。
【００３６】
加えて、スリット９ａの形成によりジョイント部材９の表面積は大幅に増加している。車両の走行中にジョイント部材９は常に走行風に晒されて冷却されており、その冷却作用は走行風との接触面積が広いほど高まる。このため本実施形態ではジョイント部材９の内部を伝達される熱の多くが走行風に奪われ、その分だけアクチュエータ８に伝達される熱量がさらに減少するため、この要因もトラブル未然に貢献する。
【００３７】
図４は回転伝達時のジョイント部材９の捩り方向の変形量を従来技術（特許文献１）と比較した試験結果である。この図に示すように、本実施形態のジョイント部材９によれば捩り方向の変形量が従来技術のものと比較して３％にまで減少しており、この試験結果からも制御性の向上を証明できる。
【００３８】
また、図５はジョイント部材９を経てアクチュエータ８に伝達される熱量を従来技術（特許文献１）と比較した試験結果である。この図に示すように、本実施形態のジョイント部材９によれば伝熱量が従来技術のものよりもさらに減少しており、この試験結果からも断熱性の向上を証明できる。
【００３９】
［第２実施形態］
次に、本発明を別の４輪車両の排気バルブ構造１に具体化した第２実施形態を説明する。
図６は第２実施形態のジョイント部材を示す正面図、図７は同じくジョイント部材を示す図６のVII−VII線断面図である。
【００４０】
本実施形態のジョイント部材２１も、その上部をアクチュエータ８の出力軸８ａに、下部を排気バルブ５の回動軸３に連結するための連結構造が設けられている。連結構造の構成は第１実施形態と同様の連結構造を採用してもよいし、他の連結構造を採用してもよい。この点は、後述する第３実施形態についても同様である。
【００４１】
円筒状をなすジョイント部材２１の外周面には、軸線Ｌに対して90°位相をずらした３方向から交互にスリット２１ａが形成され、各スリット２１ａは軸線Ｌ方向に並設されている。第１実施形態と同じく隣り合うスリット２１ａ間の領域を板状伝導部２１ｂとし、各スリット２１ａの最奧部に残された領域を連結部２１ｃとし、各連結部２１ｃを介して各板状伝導部２１ｂが連結されて軸線Ｌ方向に連なっている。
【００４２】
ジョイント部材２１の材質としては、例えば第１実施形態で例示した金属が適宜選択され、また製造方法については、例えば特許文献２のカップリングと同様に、メタルソーにより各スリットを切削加工して製作されている。但し、金型数が増加するものの、第１実施形態のメタルインジェクション法を適用してもよい。この点も、後述する第３実施形態についても同様である。
【００４３】
そして本実施形態においても、ジョイント部材２１に十分な剛性が確保されるようにスリット２１ａの形状や配置等が設定されている。従って、重複する説明はしないが、捩り方向への弾性変形を抑制しつつアクチュエータ８の出力軸８ａの回転を正確に排気バルブ５の回動軸３に伝達して、その制御性を向上することができる。
【００４４】
また図７に示すように、軸線Ｌ方向で隣り合う連結部２１ｃは僅かな領域が互いに重なるだけで、大部分の領域は重なっていない。よって第１実施形態と同じく、排気バルブ５からの熱がジョイント部材２１の下部から板状伝導部２１ｂ、連結部２１ｃ、板状伝導部２１ｂ、連結部２１ｃの順にジグザグ状の経路を辿って熱伝導されて熱伝導経路が長くなり、且つ熱伝導面積が板状伝導部２１ｂや連結部２１ｃの断面積相当に制限されて縮小され、これにより断熱性が向上している。また、スリット２１ａの形成によりジョイント部材２１の表面積が増加しているため、走行風による冷却も期待できる。結果としてジョイント部材２１を介してアクチュエータ８に伝達される熱量を減少させて、故障等のトラブルを未然に防止することができる。
【００４５】
［第３実施形態］
次に、本発明を別の４輪車両の排気バルブ構造１に具体化した第３実施形態を説明する。
図８は第３実施形態のジョイント部材を示す正面図、図９は同じくジョイント部材を示す縦断面図、図１０は同じくジョイント部材を示す図８のX−X線断面図である。
【００４６】
ジョイント部材３１は円筒状をなし、その中心には軸線Ｌに沿って貫通孔３１ｄが形成されている。ジョイント部材３１の外周面には、軸線Ｌ方向で一致する位置で軸線Ｌに対して180°位相を対向させた２方向から一対のスリット３１ａが形成され、これらのスリット３１ａを１組として、各組のスリット３１ａが軸線Ｌに対して交互に90°位相をずらしながら軸線Ｌ方向に並設されている。第１実施形態と同じく隣り合う各組のスリット３１ａ間の領域を板状伝導部３１ｂとし、各組のスリット３１ａ間に残された一対の領域を連結部３１ｃとし、各連結部３１ｃを介して各板状伝導部３１ｂが連結されて軸線Ｌ方向に連なっている。
【００４７】
そして本実施形態においても、ジョイント部材３１に十分な剛性が確保されるようにスリット３１ａの形状や配置及び貫通孔３１ｄの内径等が設定されているため、捩り方向への弾性変形を抑制しつつアクチュエータ８の出力軸８ａの回転を正確に排気バルブ５の回動軸３に伝達して、その制御性を向上することができる。
【００４８】
また図１０に示すように、軸線Ｌ方向で隣り合う連結部３１ｃが重なっていないため、排気バルブ５からの熱がジョイント部材３１の下部から板状伝導部３１ｂ、一対の連結部３１ｃ、板状伝導部３１ｂ、一対の連結部３１ｃの順にジグザグ状の経路を辿って熱伝導されて熱伝導経路が長くなり、且つ熱伝導面積が板状伝導部３１ｂや連結部３１ｃの断面積相当に制限されて縮小され、これにより断熱性が向上している。また、スリット３１ａの形成によりジョイント部材３１の表面積が増加しているため、走行風による冷却も期待できる。結果としてジョイント部材３１を介してアクチュエータ８に伝達される熱量を減少させて、故障等のトラブルを未然に防止することができる。
【００４９】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、４輪車両用の排気バルブ構造に具体化したが、これらに代えて２輪車両や３輪車両に適用してもよい。またジョイント部材９，２１，３１の材質や形状等についても、上記実施形態に限定されるものではなく任意に変更可能である。
【符号の説明】
【００５０】
２    排気通路
３    回動軸
５    排気バルブ
８    アクチュエータ
８ａ  出力軸
９    ジョイント部材
９ａ  スリット
９ｂ  板状伝導部
９ｃ  連結部
【図１】
0006767174.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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