(57)【要約】  本発明の課題は、気体通路へのデポジットの付着を抑制し、組立性に優れたバルブ装置の提供することである。  バルブ装置は、バルブボディ（５）と、バルブボディ（５）に装着され、フッ素系樹脂により覆われた気体通路が形成された筒状の通路構成部材（３０）と、気体通路を流れる気体の流量を制御するスロットル弁（２）と、通路構成部材（３０）を貫通して気体通路にスロットル弁（２）を支持するスロットルシャフト（３）と、スロットルシャフト（３）を軸支する軸受（８，９）と、を備え、通路構成部材（３０）は軸受（８，９）と嵌り合う嵌合部としてのボス部（３０Ａ，３０Ｂ）を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブボディと、  前記バルブボディに装着され、フッ素系樹脂により覆われた気体通路が形成された筒状の通路構成部材と、  前記気体通路を流れる気体の流量を制御する弁体と、  前記通路構成部材を貫通して前記気体通路に前記弁体を支持する弁駆動軸と、  前記弁駆動軸を軸支する軸受と、を備え、  前記通路構成部材は前記軸受と嵌り合う嵌合部を有する、バルブ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のバルブ装置において、  前記通路構成部材は、前記嵌合部が形成された筒状の金属部と、前記金属部の少なくとも内周面に形成されフッ素系樹脂層とを備える、バルブ装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のバルブ装置において、  前記軸受の一部は前記バルブボディに固定される、バルブ装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載のバルブ装置において、  前記弁駆動軸はモータにより駆動され、  前記通路構成部材の上流側端部位置は、モータオフ時のデフォルト開度における前記弁体の上流側端部よりも上流側に配置され、  前記通路構成部材の下流側端部位置は、前記デフォルト開度における前記弁体の下流側端部よりも下流側に配置される、バルブ装置。
【請求項５】
請求項４に記載のバルブ装置において、  前記通路構成部材が装着される前記バルブボディの下流側端面はシール面を構成し、  前記通路構成部材は前記シール面の位置まで配置されている、バルブ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、バルブ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  内燃機関用のモータ駆動方式の絞り弁制御装置として、特許文献１に記載したものが知られている。このような構造をとる絞り弁制御装置では、従来から、大気中の浮遊粒子状物質やブローバイガス、ＥＧＲ装置により排気管から吸気通路に還流されてくる排気ガス、吸気弁を通り燃焼室から吸気通路に戻されてくる吹き返し等の影響により、空気通路壁面にデポジットが堆積するという問題があった。吸気通路壁面にデポジットが付着すると、所定の開度における空気流量の低下が起こり、アイドリングが不安定になるなどのエンジン性能低下が発生してしまう。【０００３】  このようなデポジットの付着を防止する対策として、特許文献２に記載されているように、空気通路の表面に汚損防止のコーティングを施すことが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２４７３２３号公報
【特許文献２】特開２００６−３２２４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  しかしながら、従来のコーティングによる方法では、コーティングの焼付け工程における熱影響で、空気通路を構成するスロットルボディの変形や寸法変化が発生してしまい、絞り弁装置としての性能が低下してしまうという問題があった。また、コーティング処理を実施する為の洗浄により、スロットルボディの表面の油分がすべて洗い流されてしまい、圧入作業により部品を組付ける際に、圧入荷重が高くなってしまい、正常な組付け作業が困難であり、大量生産がしづらいという問題もあった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  本発明の一態様によれば、バルブ装置は、バルブボディと、前記バルブボディに装着され、フッ素系樹脂により覆われた気体通路が形成された筒状の通路構成部材と、前記気体通路を流れる気体の流量を制御する弁体と、前記通路構成部材を貫通して前記気体通路に前記弁体を支持する弁駆動軸と、前記弁駆動軸を軸支する軸受と、を備え、前記通路構成部材は前記軸受と嵌り合う嵌合部を有する。
【発明の効果】
【０００７】  本発明によれば、気体通路へのデポジットの付着を抑制し、組立性に優れたバルブ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、スロットルバルブ装置の外観斜視図である。
【図２】図２は、スロットルバルブ装置の分解斜視図である。
【図３】図３は、スロットルバルブ装置の軸方向断面を示す図である。
【図４】図４は、スロットルバルブ装置を軸方向に垂直な面で断面した断面図である。
【図５】図５は、ギアカバーを外したスロットルバルブ装置の側面図である。
【図６】図６は、デフォルト開度におけるスロットル弁の位置を説明する図である。
【図７】図７は、通路構成部材の変形例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】  以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。以下では、バルブ装置の例としてモータ駆動式スロットルバルブを例に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。例えば、内燃機関の吸気通路に取り付けられ、吸気通路の通路断面積を可変制御することで、ガソリンエンジン車においては気筒内に吸入される空気量を調整したり、ディーゼル機関においては吸気管内の圧力を制御したりするバルブ装置に用いられる。尚、ガソリンエンジン車においては、燃料を気筒内に直接噴射するいわゆる筒内直接燃料噴射型のエンジンでも吸気管内に燃料を噴射するいわゆるポート噴射型のエンジンのどちらにも用いられる。
【００１０】  図１は、ガソリンエンジン車に用いるモータ駆動式のスロットルバルブ装置１の外観斜視図である。アルミダイキャスト製のバルブボディ５には気体通路であるボア部１Ａが形成されると共に、バルブ駆動用のモータが収納されるモータハウジング２０Ａが一体に形成されている。バルブボディ５およびモータハウジング２０Ａの側面には、ギアカバー２６が複数のクリップ２７を用いて固定されている。
【００１１】  図２〜５は、スロットルバルブ装置１の内部構造を説明する図である。図２は、図１に示したスロットルバルブ装置１の分解斜視図である。図３は、スロットルバルブ装置１をボア部１Ａの軸方向に断面した断面図であり、図４はボア部１Ａの軸方向に垂直な面で断面した断面図である。図５は、ギアカバー２６を外して減速歯車機構等の構成を示したものである。
【００１２】  バルブボディ５には、ボア部１Ａが形成されている。図３において、図示上側の開口が吸気口になる。バルブボディ５のボア部１Ａの図示下側には、気体通路であるボア部１Ｂが形成された通路構成部材３０が配置されている。通路構成部材３０は、撥水性と撥油性を有するフッ素系樹脂部材によって形成されている。通路構成部材３０に用いられるフッ素系樹脂部材としては、ガラス強化されたＰＴＦＥやＰＦＡが好ましい。
【００１３】  このように、フッ素系樹脂部材によって形成された通路構成部材３０を配置したので、フッ素系樹脂部材の撥水性と撥油性によってボア部１Ｂへのデポジットの付着を抑制でき、耐汚損性の優れたバルブ装置を得ることができる。すなわち、デポジットの付着による流量低下を防止できる。
【００１４】  金属の円板で構成されるスロットル弁２は、スロットルシャフト３に設けられたスリットに差し込まれ、ねじ４でスロットルシャフト３に固定されている。スロットルシャフト３は、バルブボディ５に設けられた軸受８，９によって回動可能に支持されている。スロットルシャフト３を回動することで、ボア部１Ｂの通路中に配置されたスロットル弁２の開度が変化し、結果的に気体通路の断面積が変化してエンジンへの吸入気体流量が制御される。
【００１５】  軸受８は、バルブボディ５に形成された軸受ボス部６に圧入されている。軸受８の図示右端部はバルブボディ５の内周面から突出しており、通路構成部材３０の外周面に形成されたボス部３０Ａに嵌合している。同様に、軸受９は、バルブボディ５に形成された軸受ボス部７に圧入されている。軸受９の図示左端部はバルブボディ５の内周面から突出しており、通路構成部材３０の外周面に形成されたボス部３０Ｂに嵌合している。その結果、通路構成部材３０は、軸受８および軸受９によりバルブボディ５に固定されている。なお、ボス部３０Ａおよび３０Ｂと軸受８および軸受９との嵌め合いは、圧入またはクリアランスの小さいすきま嵌めとなっている。
【００１６】  このように、フッ素系樹脂製の通路構成部材３０はスロットルシャフト３を支持する軸受８，９により位置が規制されるので、スロットルシャフト３が貫通する軸穴部３０１および軸穴部３０２を、スロットルシャフト３に対して精度よく位置決めすることができる。
【００１７】  ところで、軸穴部３０１および軸穴部３０２とスロットルシャフト３との位置精度が悪いと、軸穴部３０１，３０２とスロットルシャフト３とが干渉しやすくフリクションが大きくなる。そのようなことを避けるためには、軸穴部３０１，３０２の穴径を大きくする必要があり、軸穴部３０１，３０２に入り込むように通り抜ける気体の流量が大きくなり、スロットルバルブの最少制御気体流量が大きくなってしまうという問題が生じる。しかし、上述したような軸受８，９による位置決め構成を採用することにより、最少制御気体流量を大きくすることなく、バルブボディ５に通路構成部材３０を固定することができる。
【００１８】  なお、通路構成部材３０の軸方向位置は軸受８，９によって位置決めされるので、通路構成部材３０の嵌合面（上流側端面）３０３とバルブボディ５の嵌合面５Ｓとの間には僅かな隙間が生じることになる。
【００１９】  ところで、電子制御式のスロットルバルブの場合、異常時に所定の開度（後述するデフォルト開度）に戻るように設計されている。図６は、デフォルト開度におけるスロットル弁２の位置を示す図である。この開度はフェールセーフポジションとも呼ばれ、フェールセーフポジション以下の開度における流量精度が特に重要である。そのため、本実施の形態では、フェールセーフポジションにおけるスロットル弁２の位置に対して、通路構成部材３０の上流側端面３０３の位置をスロットル弁２の上流側端部２ａよりも上流側に配置し、下流側端面３０４の位置をスロットル弁２の下流側端部２ｂよりも下流側に配置した。
【００２０】  その結果、少なくともフェールセーフポジションまでの開度においては、スロットル弁２が対向する気体通路面はフッ素系樹脂で構成されるので、気体通路面へのデポジットの堆積が抑制され、流量制御の精度劣化を抑えることができる。
【００２１】  図４に示すように、スロットルシャフト３は、ボア部１Ｂの一つの直径線に沿って配置され、一端が軸受８により支持され他端が軸受９によって支持されている。なお、軸受８にはボールベアリングが用いられ、軸受９にはニードルベアリングが用いられているが、軸受８，９の両方をニードルベアリングとしても良い。軸受９はスロットルシャフト３に圧入後にバルブボディ５に圧入され、その後、バルブボディ５に圧入されるキャップ１０により押さえつけられる。これにより、スロットルシャフト３の軸方向の可動量が規制される。
【００２２】  ブラシ式直流モータで構成されるモータ２０は、モータ軸がスロットルシャフト３とほぼ平行となるようにモータハウジング２０Ａ内に配置されている。モータ２０の底部とモータハウジング２０Ａとの間にはウェーブワッシャ２５が配設され、図２に示すように、モータ２０のブラケット２０Ｂのフランジ部２０Ｆ（後述する図５参照）をねじ２１でバルブボディ５の側壁にねじ止めすることで、モータ２０がモータハウジング２０Ａに固定される。
【００２３】  軸受ボス部６の開口は軸受８により封止され、軸受ボス部７の開口はキャップ１０により封止される。軸受８およびキャップ１０はシャフトシール部を構成し、気密を保つよう構成されている。また、キャップ１０は、スロットルシャフト３の端部および軸受９が露出するのを防止する機能も有している。このような構成により、軸受８，９からの空気の漏れ、あるいは軸受の潤滑用のグリースが外気中や、後述するセンサ室に漏れ出すのを防止している。
【００２４】  図４，５に示すように、モータ２０の回転軸端部には歯数の最も少ない金属製のギア２２が固定されている。このギア２２が設けられた側のスロットルボディ側面部にはスロットルシャフト３を回転駆動するための減速歯車機構やばね機構が纏めて配置されている。そして、これら機構部は、バルブボディ５の側面部に固定される樹脂材製のギアカバー２６で覆われている。
【００２５】  ギアカバー２６側のスロットルシャフト３の端部にはスロットルギア１１が固定されている。スロットルギア１１は、金属プレート１２と、金属プレート１２に樹脂成形された樹脂材製ギア部１３とから構成されている。金属プレート１２の中心部にはスロットルシャフト３と嵌合する穴部が備えられ、金属プレート１２の外周部にはギア成型用のフランジ部が設けられている。このフランジ部に樹脂成形によって樹脂材製ギア部１３がモールド成型されている。
【００２６】  スロットルシャフト３の先端部の周囲にはねじ溝が刻まれている。金属プレート１２の中心部の穴部にスロットルシャフト３の先端を差込み、ねじ部にナット１７を螺合することでスロットルシャフト３に金属プレート１２が固定される。その結果、スロットルギア１１は、スロットルシャフト３と一体に回転する。
【００２７】  スロットルギア１１の背面とデフォルトレバー１６との間には、弦巻ばねで形成されたデフォルトスプリング１５が挟持されている。また、デフォルトレバー１６の背面とバルブボディ５の側面との間に弦巻ばねで形成されたリターンスプリング１４が挟持されている。これらは、スロットル弁２のデフォルト機構を構成しており、リターンスプリング１４とデフォルトスプリング１５とが開き方向と閉じ方向に引き合うことにより、モータ２０の通電がＯＦＦになった際に、スロットル弁２の開度を所定の開度(以下デフォルト開度と呼ぶ)に規定する。
【００２８】  本実施の形態はガソリンに関するスロットルバルブ装置なので、モータ２０の電源が切断されているときのスロットル弁２の初期位置として与えられている開度位置は、デフォルト開度である。スロットル弁２がデフォルト開度よりも開いている場合には、リターンスプリング１４によりデフォルト開度に向かう閉じ方向の荷重が働く。逆に、スロットル弁２がデフォルト開度よりも閉じている場合には、デフォルトスプリング１５によりデフォルト開度に向かう開き方向の荷重が働く。
【００２９】  モータ２０の回転軸に取付けられたギア２２とスロットルシャフト３に固定されたスロットルギア１１との間には、中間ギア２３が噛み合っている。中間ギア２３は、バルブボディ５の側面に圧入固定された金属材製のギアシャフト２４に回転可能に支持されている。中間ギア２３は、ギア２２と噛み合う大径ギア２３Ａとスロットルギア１１と噛み合う小径ギア２３Ｂとから構成されている。ギア２３Ａ，２３Ｂは樹脂成形により一体に成型される。これらギア２２，２３Ａ，２３Ｂ，１１は２段の減速歯車機構を構成している。このような減速歯車機構を介して、モータ２０の回転はスロットルシャフト３に伝達される。
【００３０】  図４に示すように、これら減速機構やばね機構は樹脂材製のギアカバー２６によって覆われている。ギアカバー２６の開口端側周縁には、シール部材３１を挿入する溝が形成されている。この溝にシール部材３１を装着してギアカバー２６をバルブボディ５に被せると、シール部材３１がバルブボディ５の側面に形成されているギア収納室の周囲のフレームの端面に密着してギア収納室内を外気から遮蔽する。図１に示したように、ギアカバー２６は、６個のクリップ２７によってバルブボディ５に固定される。
【００３１】  このように構成された減速歯車機構とこれを覆うギアカバー２６との間に形成された回転角度検出装置すなわちスロットルセンサについて、以下具体的に説明する。図３に示すように、スロットルシャフト３のギアカバー側の端部には、樹脂ホルダ１９が固定される。樹脂ホルダ１９にはインサータ２９が一体成形されており、このインサータ２９をスロットルシャフト３の端部に圧入することにより、樹脂ホルダ１９がスロットルシャフト３に固定される。図５に示すように、樹脂ホルダ１９の先端の平面部には、プレス加工により形成された導電体１８が一体成形により取り付けられる。したがって、モータ２０が回転してスロットル弁２が回転すると、導電体１８も一体に回転する。
【００３２】  図３，４に示すように、ギアカバー２６にはＴＰＳ基板２８が導電体１８に対面する位置に固定されている。ＴＰＳ基板２８に配設されたＡＳＩＣが導電体１８の角度を検出することにより、スロットル弁２の開度を検出し、センサ出力としてＥＣＵへ供給している。図５のように、バルブボディ５には、ギアカバー位置決め用の壁５Ｐ１，５Ｐ２，５Ｐ３が設けられている。これらの壁５Ｐ１，５Ｐ２，５Ｐ３にギアカバー２６の位置決め突起が係止されることで、ＴＰＳ基板２８と回転側の導電体１８が位置決めされる。その結果、許容範囲の精度でセンサ信号を出力することができる。
【００３３】  全開ストッパ１１Ａはスロットルギア１１の全開位置を機械的に決めるもので、バルブボディ５の側壁に一体に形成された突起で構成されている。全開ストッパ１１Ａにスロットルギア１１の切欠き終端部が当接することで、スロットルシャフト３は全開位置を越えて回転できない。全閉ストッパ１１Ｂは、スロットルシャフト３の全閉位置を規制するストッパである。スロットルギア１１の反対側の終端が全閉位置において全閉ストッパ１１Ｂに当接することで、全閉位置以上にスロットルシャフト３が回転するのが阻止される。
【００３４】（変形例）  図７は、通路構成部材３０の変形例を説明する図である。変形例における通路構成部材３０は、筒状の金属部３１１と、金属部３１１の内周面に形成されたフッ素系樹脂部３１２とで構成される。フッ素系樹脂部３１２には、図３に示した通路構成部材３０と同様のフッ素系樹脂が用いられ、フッ素系樹脂部３１２の内周面が気体通路であるボス部１Ｂを構成している。図７に示す構成では、金属部３１１に、軸受８との嵌合部であるボス部３０Ａ、および軸受９との嵌合部であるボス部３０Ｂを形成した。
【００３５】  このように、変形例では、通路構成部材３０を金属部３１１とフッ素系樹脂部３１２とで構成することにより、図３の場合のように通路構成部材３０の全体をフッ素系樹脂部材で形成する場合に比べて、機械的強度を高めることができる。また、軸受８，９との嵌合部（ボス部３０Ａ，３０Ｂ）を金属部３１１に形成しているので、嵌め合いに圧入が用いられた場合でも、嵌合部に十分な強度を担保することができる。
【００３６】  上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。（Ｃ１）前記バルブボディに装着される筒状の通路構成部材３０は、気体通路であるボア部１Ｂがフッ素系樹脂により覆われているので、ボア部１Ｂにオイル成分や凝縮水が付着するのを抑制することができる。その結果、ボア部１Ｂへのデポジットの堆積が抑制され、耐汚損性に優れたバルブ装置を提供することができる。
【００３７】  さらに、通路構成部材３０は、スロットルシャフト３を軸支する軸受８，９と嵌り合う嵌合部であるボス部３０Ａおよび３０Ｂを有し、その嵌合部が軸受８，９と嵌合することによって通路構成部材３０が位置決めされる。そのため、従来のようにバルブボディ５の気体通路面にコーティングを施す場合のように、コーティング時の熱影響によるバルブボディ５の変形や寸法変化が生じることはない。また、洗浄による組み付け作業の悪化という問題も避けられる。
【００３８】  また、スロットルシャフト３を軸支する軸受８，９により通路構成部材３０が位置決めされるので、通路構成部材３０を貫通するスロットルシャフト３との隙間寸法を精度良く規定することができる。その結果、この隙間による気体の流れの乱れを抑えることができ、流量制御の制御を高めることができる。
【００３９】（Ｃ２）また、図７の変形例に示すように、通路構成部材３０を、嵌合部であるボス部３０Ａ，３０Ｂが形成された筒状の金属部３１１と、金属部３１１の少なくとも内周面に形成されフッ素系樹脂層であるフッ素系樹脂部３１２とを備える構成としても良い。通路構成部材３０を金属部３１１とフッ素系樹脂部３１２とで構成することにより、通路構成部材３０の強度向上を図ることができる。さらに、嵌合部を金属部３１１に設けるようにしたので、嵌合部の強度向上を図れる。
【００４０】  （Ｃ３）さらに、軸受８，９の一部がバルブボディ５に固定されるようにしても良い。その結果、通路構成部材３０は軸受８，９を介してバルブボディ５に固定され、組立性に優れている。
【００４１】（Ｃ４）また、スロットルシャフト３はモータ２０により駆動され、通路構成部材３０の上流側端部位置（３０３）は、モータオフ時のデフォルト開度におけるスロットル弁２の上流側端部２ａよりも上流側に配置され、通路構成部材３０の下流側端部位置（３０４）は、デフォルト開度におけるスロットル弁２の下流側端部２ｂよりも下流側に配置されるようにするのが好ましい。その結果、少なくともフェールセーフポジションまでの開度においては、スロットル弁２が対向する気体通路面はフッ素系樹脂で構成されるので、気体通路面へのデポジットの堆積が抑制され、その開度範囲における流量制御の精度劣化を抑えることができる。
【００４２】（Ｃ５）また、図３に示すように通路構成部材３０が装着されるバルブボディ５の下流側端面はシール面Ｓを構成し、シール部材を介して下流側装置に連結される。そのため、通路構成部材３０をシール面Ｓの位置まで配置することで、通路構成部材３０の端面とバルブボディ５の端面とでシール面Ｓを構成することができ、スロットルバルブ装置１が大型化するのを抑制できる。
【００４３】  上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。例えば、上記実施の形態ではガソリンエンジン車用モータ駆動式の絞り弁制御装置（モータ駆動式の絞り弁制御装置）に冷却水通路部を搭載したものについて説明したが、ディーゼルエンジン車用のモータ駆動式の絞り弁制御装置にも適用できる。また、機械式のエンジン用絞り弁制御装置にも適用できる。さらに、ＥＧＲガス制御用の絞り弁制御装置や負圧発生用の絞り弁制御装置にも適用できる。
【符号の説明】
【００４４】  １…スロットルバルブ装置、１Ａ，１Ｂ…ボア部、２…スロットル弁、２ａ…上流側端部、２ｂ…下流側端部、３…スロットルシャフト、５…バルブボディ、６，７…軸受ボス部、８，９…軸受、２０…モータ、３０…通路構成部材、３０Ａ，３０Ｂ…ボス部、３０１，３０２…軸穴部、３０３…上流側端面、３０４…下流側端面、３１１…金属部、３１２…フッ素系樹脂部、Ｓ…シール面
【図１】
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【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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【国際調査報告】
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2018150821.tif 000011
2018150821.tif 000012