(57)【要約】【課題】弾性変形可能な弾性チューブを使用して精密で応答性の良い流量調節を可能とすること。【解決手段】スロットル装置１は、中空部５ａを流体の流路とする弾性変形可能な弾性チューブ５と、弾性チューブ５を押し潰すための一対の挟み押圧部材６，７と、挟み部材６，７を駆動するための駆動機構８とを備える。駆動機構８は、シャフト１２，１３、被動ギア１４，１５、モータ１６、駆動ギア１７及び中間ギア１９，２０，２１等により構成される。駆動機構８により挟み部材６，７を駆動して弾性チューブ５の押し潰しを調節することにより、弾性チューブ５の流路を開閉する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空部を流体の流路とする弾性変形可能な弾性チューブと、
前記弾性チューブを押し潰すための押圧部材と、
前記押圧部材を駆動するための駆動機構と
を備え、前記駆動機構により前記押圧部材を駆動して前記弾性チューブの押し潰しを調節することにより前記流路を開閉することを特徴とするスロットル装置。
【請求項２】
中空部を流体の流路とする弾性変形可能な弾性チューブと、
前記弾性チューブを押し潰すために伸縮可能に設けられた導電性高分子アクチュエータと
を備え、前記導電性高分子アクチュエータを伸縮させて前記弾性チューブの押し潰しを調節することにより前記流路を開閉することを特徴とするスロットル装置。
【請求項３】
前記弾性チューブの膜壁内部に、前記押し潰しが行われない全開状態に前記弾性チューブを復元するための復元補助材を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のスロットル装置。
【請求項４】
前記弾性チューブの前記中空部に、前記押し潰しが行われない全開状態に前記弾性チューブを復元するためのビードを設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のスロットル装置。
【請求項５】
前記弾性チューブの前記中空部に、前記押し潰しが行われない全開状態に前記弾性チューブを復元するためのビードが設けられ、前記ビードは、前記弾性チューブが全閉状態に押し潰されたときに互いに重なり合う一組のビード片を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のスロットル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、エンジンの吸気量などの流体流量を調節するために使用されるスロットル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、エンジンの吸気量を調節するために使用されるスロットル装置は、空気が流れるボアを含むスロットルボディと、スロットルボディに回転可能に設けられたシャフトと、シャフトに設けられてシャフトとともに回転することによりボアを開閉する円板状のスロットルバルブとを備える。そして、このスロットルバルブが開閉されることにより、ボアを流れる空気量（エンジンの吸気量）が調節されるようになっている。ところが、この種のスロットル装置は、ボア内にシャフトやスロットルバルブが位置することから、それらの部品が吸気抵抗となり、エンジンのポンピングロスとなっていた。
【０００３】
そこで、吸気抵抗を極力少なくするために、スロットルバルブとシャフトに代わり、弾性変形可能な弾性チューブを使用して空気の流路面積を可変とした装置が、下記の特許文献１に記載されている。この装置は、吸気マニホールドに設けられ、弾性チューブの周囲に、ポンプを使用して流体圧力をかけることにより、弾性チューブを収縮させるようになっている。
【特許文献１】米国特許第５,２１６,９８５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１に記載の装置は、弾性チューブを流体圧力により収縮させていたので、ポンプによる流体圧力の制御が難しく、弾性チューブの開閉応答性が良くなく、精密な流量調節が容易ではなかった。また、流体圧力により弾性チューブの全周を完全に収縮させることは難しく、装置を全閉状態にすることはできなかった。
【０００５】
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、弾性変形可能な弾性チューブを使用して精密で応答性の良い流量調節を可能としたスロットル装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明のスロットル装置は、中空部を流体の流路とする弾性変形可能な弾性チューブと、弾性チューブを押し潰すための押圧部材と、押圧部材を駆動するための駆動機構とを備え、駆動機構により押圧部材を駆動して弾性チューブの押し潰しを調節することにより流路を開閉することを趣旨とする。
【０００７】
上記発明の構成によれば、駆動機構により押圧部材を駆動して弾性チューブが機械的に押し潰されることになり、精密かつ確実な押し潰しが可能となる。また、駆動機構の制御も比較的容易であり、その制御が弾性チューブの押し潰しに反映される。
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明のスロットル装置は、中空部を流体の流路とする弾性変形可能な弾性チューブと、弾性チューブを押し潰すために伸縮可能に設けられた導電性高分子アクチュエータとを備え、導電性高分子アクチュエータを伸縮させて弾性チューブの押し潰しを調節することにより流路を開閉することを趣旨とする。
ここで、導電性高分子アクチュエータは、導電性高分子に電気をかけると伸長する特性を有するアクチュエータである。
【０００９】
上記発明の構成によれば、導電性高分子アクチュエータを伸縮させて弾性チューブが機械的に押し潰されることになり、精密かつ確実な押し潰しが可能となる。また、導電性高分子アクチュエータの制御も比較的容易であり、その制御が弾性チューブの押し潰しに反映される。
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明のスロットル装置は、請求項１又は２に記載の発明の構成において、弾性チューブの膜壁内部に、押し潰しが行われない全開状態に弾性チューブを復元するための復元補助材を設けたことを趣旨とする。
【００１１】
上記発明の構成によれば、請求項１又は２に記載の発明の作用に加え、弾性チューブの全開状態への復元が復元補助材により補助されるので、流路の開きが良くなる。
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明のスロットル装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の構成において、弾性チューブの中空部に、押し潰しが行われない全開状態に弾性チューブを復元するためのビードを設けたことを趣旨とする。
【００１３】
上記発明の構成によれば、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の作用に加え、弾性チューブの全開状態への復元がビードにより補助されるので、流路の開きが良くなる。
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項５に記載の発明のスロットル装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の構成において、弾性チューブの中空部に、押し潰しが行われない全開状態に弾性チューブを復元するためのビードが設けられ、ビードは、弾性チューブが全閉状態に押し潰されたときに互いに重なり合う一組のビード片を含むことを趣旨とする。
【００１５】
上記発明の構成によれば、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の作用に加え、弾性チューブの全開状態への復元がビードにより補助されるので、流路の開きが良くなる。また、弾性チューブが全閉状態に押し潰されたときに一組のビード片が互いに重なり合うので、そのビード片の重なり合いにより流路がより確実に閉鎖される。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に記載の発明によれば、弾性変形可能な弾性チューブを使用して精密で応答性の良い流量調節を行うことができる。
【００１７】
請求項２に記載の発明によれば、弾性変形可能な弾性チューブを使用して精密で応答性の良い流量調節を行うことができる。
【００１８】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の発明の効果に比べ、復元補助材を設けたことで弾性チューブの開閉応答性が一層良好となり、精密で一層応答性の良い流量調節を容易に行うことができる。
【００１９】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の効果に比べ、ビードを設けたことで弾性チューブの開閉応答性が一層良好となり、精密で一層応答性の良い流量調節を容易に行うことができる。
【００２０】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の効果に比べ、ビードを設けたことで弾性チューブの開閉応答性が一層良好となり、精密で一層応答性の良い流量調節を容易に行うことができる。また、ビード片の重なり合いにより全閉時に空気の流れをより確実に遮断することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
［第１実施形態］
以下、本発明のスロットル装置を具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】
図１にこの実施形態におけるスロットル装置１の正面図を一部破断して示す。図２にスロットル装置１の平面図を一部破断して示す。図３に図２のＡ−Ａ線に沿った断面図を示す。図４に図２のＢ−Ｂ線に沿った断面図を示す。
【００２３】
スロットル装置１は、エンジンの吸気系に設けられるものであり、エアダクト２と吸気マニホールド３との間に設けられる。スロットル装置１は、ハウジング４と、ハウジング４の中に設けられる弾性チューブ５と、弾性チューブ５を押し潰すための本発明の押圧部材としての上下一対の挟み部材６，７と、それら挟み部材６，７を駆動するための駆動機構８とを備える。ハウジング４は略筒状をなし、その両端が入口９と出口１０になっている。これら入口９と出口１０が、エアダクト２と吸気マニホールド３にそれぞれ接続される。
【００２４】
弾性チューブ５は、ハウジング４の入口９から出口１０にかけて配置される。弾性チューブ５は、その滑らかな中空部５ａを流体である空気の流路１１とするものであり、弾性変形可能な材料により形成される。弾性チューブ５の一部には、全周を膨らませた膨出部５ｂが形成される。この膨出部５ｂは、弾性チューブ５の膜壁５ｃに磁性粉を混入して形成される。この膨出部５ｂにより弾性チューブ５に緩みが付与され、同チューブ５の変形を容易にしている。この実施形態で、弾性チューブ５は、例えば、ニトリル系ゴムにより形成される。
【００２５】
各挟み部材６，７は、鉄（Ｆｅ）を主材料として略蒲鉾形の外形に形成される。各挟み部材６，７の一端部は、ハウジング４に回動可能に支持されたシャフト１２，１３に固定される。各シャフト１２，１３の一端部には、略扇形の被動ギア１４，１５が固定される。これらの被動ギア１４，１５は互いに噛み合う。また、ハウジング４には、モータ１６が固定され、その出力軸１６ａに駆動ギア１７が固定される。更に、ハウジング４には、駆動ギア１７に噛み合う中間ギア１８がシャフト１９を介して回動可能に支持される。このシャフト１９には、別の中間ギア２０が固定される。そして、この中間ギア２０に対し、下側のシャフト１３の一端部に固定された扇形をなす別の中間ギア２１が噛み合う。これら上下のシャフト１２，１３、被動ギア１４，１５、モータ１６、駆動ギア１７、シャフト１９及び各中間ギア１８，２０，２１により駆動機構８が構成される。
【００２６】
上記のように構成したスロットル装置１は、駆動機構８により挟み部材６，７を駆動して弾性チューブ５の押し潰しを調節することにより流路１１を開閉するようになっている。すなわち、モータ１６を動作させてその出力軸１６ａを正方向または逆方向へ回転させることにより、駆動ギア１７、中間ギア１８，２０，２１が回転して下側のシャフト１３とともに下側の被動ギア１５が回動し、これに伴い上側の被動ギア１４が回動して上側のシャフト１２が回動する。これにより、上下の挟み部材６，７が、互いに近づく方向または離れる方向へ回動する。図１〜４は、二つの挟み部材６，７が互いに最大限離れた状態を示すものであり、この状態では、図３，４に示すように、弾性チューブ５の流路１１が全開状態に開かれる。図５には、全開状態における挟み部材６，７と弾性チューブ５との関係を概念図により示す。一方、図６は、二つの挟み部材６，７が互いに最大限近付いた状態を示すものであり、この状態では、弾性チューブ５の流路１１が全閉状態に押し潰される。図７に、全閉状態における挟み部材６，７と弾性チューブ５との関係を概念図により示す。このように全開状態と全閉状態との間で、挟み部材６，７の動きを、モータ１６を制御することにより調節することで、弾性チューブ５の流路１１が開閉される。ここでは、弾性チューブ５の押し潰しにより開閉される流路１１の断面積につき、全開状態の断面積に対する割合（％）が、スロットル装置１の開度を意味する。
【００２７】
以上説明したこの実施形態のスロットル装置１によれば、駆動機構８により挟み部材６，７が駆動されて弾性チューブ５が機械的に押し潰されるので、弾性チューブ５を精密かつ確実に押し潰すことが可能となる。また、駆動機構８の制御も、モータ１６の回転量や回転方向を制御することで容易かつ迅速に達成することが可能であり、その制御が弾性チューブ５の押し潰しの調節に反映されることになる。この結果、弾性チューブ５の開閉応答性が良好となり、精密で応答性の良い流量調節を容易に行うことができる。また、図６，７に示すように、挟み部材６，７を最大限に近付けることで、弾性チューブ５を最大限に押し潰して流路１１を全閉状態にすることができる。このため、全開状態から全閉状態までの広範囲にわたり流路１１における空気流量を調節することができる。
【００２８】
また、この実施形態では、スロットル装置１の流路１１が、弾性チューブ５の滑らかな中空部５ａにより構成されるので、流路１１の中に吸気抵抗となるものがない。このため、このスロットル装置１をエンジンの吸気系に装着して使用した場合に、エンジンのポンピングロスを増大させることがない。
【００２９】
［第２実施形態］
次に、本発明のスロットル装置を具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００３０】
尚、以下に説明する各実施形態において、第１実施形態と同等の構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、以下には異なった点を中心に説明する。
【００３１】
図８にこの実施形態における弾性チューブ５を一部破断して斜視図により示す。図９に全開状態のスロットル装置３１を断面図により示す。図１０に全開状態の弾性チューブ５を断面図により示す。図１１に全閉状態のスロットル装置３１を断面図により示す。図１２に全閉状態の弾性チューブ５を断面図により示す。図１３に図１２の円の中を拡大して示す。
【００３２】
この実施形態のスロットル装置３１は、弾性チューブ５の構成において第１実施形態のそれと異なる。すなわち、図８に示すように、この弾性チューブ５の膜壁５ｃの内部には、繊維２が織り込まれて設けられる。この繊維２２は、押し潰しが行われない全開状態に弾性チューブ５を復元するための本発明における復元補助材に相当する。また、弾性チューブ５の中空部５ａの中間には、同じく押し潰しが行われない全開状態に弾性チューブを復元するためのビード２３が設けられる。この実施形態で、ビード２３は、弾性チューブ５が全閉状態に押し潰されたときに互いに重なり合う一組のビード片２３ａ，２３ｂ，２３ｃを含む。すなわち、中空部５ａの上半周部分には、一重の天側ビード片２３ａが形成される。また、中空部５ａの下半周部分には、二重の地側ビード片２３ｂ，２３ｃが形成される。弾性チューブ５が全閉状態に押し潰されたときには、二重の地側ビード片２３ｂ，２３ｃの間に天側ビード片２３ａが進入する。また、各ビード片２３ａ〜２３ｃは、その高さが部分ごとに異なるように形成される。この実施形態では、各ビード片２３ａ〜２３ｃの高さは、中央部分で低く、両端に近付くほど高くなるように設定される。更に、図９〜１２に示すように、上記したビード２３の位置に対応して弾性チューブ５の膜壁５ｃの中には、板ばね２４が埋設される。この板ばね２４も、本発明における復元補助材に相当する。
【００３３】
従って、上記したスロットル装置３１の構成によれば、弾性チューブ５の全閉状態から全開状態への復元が、膜壁５ｃに織り込まれた繊維２２、ビード２３及び板ばね２４により補助されるので、流路１１の開きが良くなる。このため、第１実施形態の構成に比べ、弾性チューブ５の開閉応答性が一層良好となり、精密で一層応答性の良い流量調節を容易に行うことができる。
【００３４】
この実施形態では、図１１，１２に示すように、弾性チューブ５が全閉状態に押し潰されたときには、二重の地側ビード片２３ｂ，２３ｃの間に天側ビード片２３ａが進入して各ビード片２３ａ〜２３ｃが互いに重なり合うことになる。このため、各ビード片２３ａ〜２３ｃが空気の圧力を受けても互いに外れず、流路１１がより確実に閉鎖される。このため、スロットル装置３１の全閉時における空気の流れをより確実に遮断することができる。
【００３５】
特に、この実施形態では、各ビード片２３ａ〜２３ｃの高さが、両端に近付くほど高くなるので、図１２に示すように、押し潰されたときの弾性チューブ５の両側部分が各ビード片２３ａ〜２３ｃにより確実に締め切られる。このことからも、全閉時の流路１１がより確実に閉鎖され、スロットル装置３１の全閉時における空気の流れをより確実に遮断することができる。
【００３６】
また、この実施形態では、各ビード片２３ａ〜２３ｃの高さが、中央部分で低く、両端に近付くほど高くなるので、弾性チューブ５が全閉状態へ向かって押し潰されるとき、あるいは全閉状態から復元するときに、流路１１の断面積が徐々に変わることになる。従って、流路１１が全閉状態から開くときには、図１２，１３に示すように、流路１１がその中央部分から徐々に開くことになる。このため、スロットル装置３１の低開度における流量調節に係る分解能を向上させることができる。図１４には、第１実施形態におけるスロットル装置１と第２実施形態におけるスロットル装置３１の流量特性の違いをグラフに示す。このグラフから明らかなように、第２実施形態のスロットル装置３１では、破線楕円で囲む低開度域で流量が極めて緩やかに変化することが分かる。このことから、このスロットル装置３１を、エンジンのアイドル運転時に吸気量の微調節に使用することができる。この実施形態におけるそれ以外の作用効果は、第１実施形態のそれと基本的に同じである。
【００３７】
［第３実施形態］
次に、本発明のスロットル装置を具体化した第３実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００３８】
図１５にこの実施形態におけるスロットル装置４１の全開状態を断面図により示す。図１６に図１５のＣ−Ｃ線に沿った断面図を示す。図１７にこのスロットル装置４１の全閉状態を断面図により示す。図１８に図１７のＤ−Ｄ線に沿った断面図を示す。
【００３９】
このスロットル装置４１は、弾性チューブ４２を押し潰すための構成において前記各実施形態のそれと異なる。すなわち、スロットル装置４１は、ハウジング４３と、ハウジング４３の中に設けられる弾性変形可能な弾性チューブ４２と、弾性チューブ４２を押し潰すために上下一対設けられた導電性高分子アクチュエータ（以下、単に「高分子アクチュエータ」と言う。）４４，４５とを備える。
【００４０】
ハウジング４３は略筒状をなし、その両端がエアダクト２と吸気マニホールド３に接続される入口４６と出口４７になっている。弾性チューブ５は、ハウジング４３の入口４６から出口４７にかけて配置される。ハウジング４３の中央部分は、上下に突出した収容部４３ａ，４３ｂとなっており、その収容部４３ａ，４３ｂに各高分子アクチュエータ４４，４５が収容される。上側の高分子アクチュエータ４４の基端は収容部４３ａの内壁に接着され、その先端は弾性チューブ４２に接着される。下側の高分子アクチュエータ４５の基端は収容部４３ｂの内壁に接着され、その先端は弾性チューブ４２に接着される。各高分子アクチュエータ４４，４５は、概略帯状をなし、複数本の支持ロッド４８を介して各収容部４３ａ，４３ｂに上下動可能に支持される。
【００４１】
弾性変形可能な弾性チューブ４２は、その中空部４２ａが空気の流路４９となっている。ここで、高分子アクチュエータ４４，４５は、導電性高分子に電気をかけると伸長する特性を有するアクチュエータである。これら高分子アクチュエータ４４，４５に電気をかけない状態では、図１５，１６に示すように、各高分子アクチュエータ４４，４５は収縮した状態となる。これら高分子アクチュエータ４４，４５に電気をかけた状態では、図１７，１８に示すように、各高分子アクチュエータ４４，４５は、伸長した状態となる。この実施形態では、各高分子アクチュエータ４４，４５を伸縮させて弾性チューブ４２の押し潰しを調節することにより、弾性チューブ４２の流路４９を開閉するようになっている。この実施形態でも、弾性チューブ４２の押し潰しにより開閉される流路４９の断面積につき、全開状態の断面積に対する割合（％）が、スロットル装置４１の開度を意味する。
【００４２】
従って、この実施形態のスロットル装置４１の構成によれば、各高分子アクチュエータ４４，４５を伸縮させて弾性チューブ４２が機械的に押し潰されるので、精密かつ確実な押し潰しが可能となる。また、図１７，１８に示すように、全閉時にも弾性チューブ４２を扁平状態に押し潰して流路４９を確実に閉鎖することができる。また、各高分子アクチュエータ４４，４５の制御も、それらに対する通電を制御することで比較的容易に達成され、その制御が弾性チューブ４２の押し潰しに反映されることになる。このため、弾性チューブ４２を使用して精密で応答性の良い流量調節を行うことができる。
【００４３】
また、この実施形態では、各高分子アクチュエータ４４，４５を使用していることから、第１及び第２の実施形態における駆動機構８を使用したスロットル装置１，３１とは異なり、作動音の発生がほとんどなく、軽量でコンパクトなスロットル装置４１を得ることができる。
【００４４】
尚、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で、構成の一部を適宜に変更して以下のように実施することができる。
【００４５】
例えば、前記各実施形態では、弾性チューブ５，４２を、その上下両側から一対の挟み部材６，７または一対の高分子アクチュエータ４４，４５により挟み込んで押し潰すように構成した。これに対し、弾性チューブを、その左右両側から一対の挟み部材や一対の高分子アクチュエータにより挟み込んで押し潰すようにしてもよい。あるいは、弾性チューブの上下片側、あるいは、左右片側から押圧部材または高分子アクチュエータにより押圧して押し潰すようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】第１実施形態のスロットル装置を一部破断して示す正面図。
【図２】スロットル装置を一部破断して示す平面図。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図４】図２のＢ−Ｂ線に沿った断面図。
【図５】全開状態での挟み部材と弾性チューブの関係を示す概念図。
【図６】上下の挟み部材が最大限近付いた状態を示す断面図。
【図７】全閉状態での挟み部材と弾性チューブの関係を示す概念図。
【図８】第２実施形態の弾性チューブを一部破断して示す斜視図。
【図９】全開状態のスロットル装置を示す断面図。
【図１０】全開状態の弾性チューブを示す断面図。
【図１１】全閉状態のスロットル装置を示す断面図。
【図１２】全閉状態の弾性チューブを示す断面図。
【図１３】図１２の円中を示す拡大断面図。
【図１４】スロットル装置の流量特性を示すグラフ。
【図１５】第３実施形態における全開状態のスロットル装置を示す断面図。
【図１６】図１５のＣ−Ｃ線に沿った断面図。
【図１７】全閉状態のスロットル装置を示す断面図。
【図１８】図１７のＤ−Ｄ線に沿った断面図。
【符号の説明】
【００４７】
１    スロットル装置
５    弾性チューブ
５ａ    中空部
５ｃ    膜壁
６    挟み部材（押圧部材）
７    挟み部材（押圧部材）
８    駆動機構
１１    流路
２２    繊維（復元補助材）
２３    ビード
２３ａ    天側ビード片
２３ｂ    地側ビード片
２３ｃ    地側ビード片
２４    板ばね（復元補助材）
３１    スロットル装置
４１    スロットル装置
４２    弾性チューブ
４２ａ    中空部
４４    高分子アクチュエータ
４５    高分子アクチュエータ
４９    流路
【図１】
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【図２】
2005320879.tif 000004
【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】
2005320879.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2005320879.tif 000012
【図１１】
2005320879.tif 000013
【図１２】
2005320879.tif 000014
【図１３】
2005320879.tif 000015
【図１４】
2005320879.tif 000016
【図１５】
2005320879.tif 000017
【図１６】
2005320879.tif 000018
【図１７】
2005320879.tif 000019
【図１８】
2005320879.tif 000020