(57)【要約】 【課題】バルブシャフトの径を実質的に犠牲にすることなく全開時におけるバルブシャフトの空気抵抗を軽減することができ、バルブシャフトに充分な剛性を確保すると共に、製作が容易で、組付けが簡便で、安価な弁装置を提供する。【解決手段】金属製のバルブシャフト４に金属製の平板状のバタフライバルブ５を組み付けるタイプのものにおいて、バルブシャフト４には、吸気通路２内の吸入空気に晒される範囲の外周面にわたって、軸方向に延展し、吸入空気に微小乱流を発生させる凹部９を、円周方向に複数条形成している。これにより、バルブ全開時におけるバルブシャフト４の空気抵抗を軽減し、吸気効率を向上することができる。バルブシャフト４の径を実質的に犠牲にしないため、充分な剛性を確保すると共に、製作が容易で、組付けが簡便で、安価な弁構造とすることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流路（２）を形成するハウジング（３）と、
前記流路（２）を横切るとともに前記ハウジング（３）に回動可能に支承され、断面円形状を呈する金属製のバルブシャフト（４）と、
前記バルブシャフト（４）の直径より小なる板厚を有し、前記バルブシャフト（４）に固定されて前記バルブシャフト（４）の回動により前記流路（２）の開度調整を行なう金属製の平板状バルブ（５）と、
を備え、
前記バルブシャフト（４）には、前記流路（２）内の流体に晒される範囲の外周面において、軸方向に延展し、前記流体に微小乱流を発生させる凹部（９、９ａ、９ｂ）を、円周方向に複数条形成していることを特徴とする弁装置。  
【請求項２】
請求項１に記載の弁装置において、
前記凹部（９、９ａ、９ｂ）は、軸方向に筋状に延びる幅狭の浅い溝（９ａ）によって構成されていることを特徴とする弁装置。
【請求項３】
請求項１に記載の弁装置において、
前記凹部（９、９ａ、９ｂ）は、小径穴状のディンプル（９ｂ）を軸方向に筋状に並べて構成されていることを特徴とする弁装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の弁装置において、
前記バルブシャフト（４）は、径方向に貫通するスリット孔（８）を有しており、
前記平板状バルブ（５）は、前記スリット孔（８）に所定位置まで挿入された状態で前記バルブシャフト（４）に固定されていることを特徴とする弁装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の弁装置において、
前記バルブシャフト（４）は、前記ハウジング（３）に対して軸受（４ａ、４ｂ）を介して支承されていることを特徴とする弁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車のごとき車両に搭載され、内燃機関（エンジン）に吸入される吸気量を制御するスロットルバルブ装置のごとき弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
(従来の技術）
従来より、弁装置としては、種々な構成のものが実用に供されてきたが、その代表例であるスロットルバルブ装置の場合、ハウジングに収納され、吸気通路（流路）の開度調整を司る弁構成体は、シャフトおよびバルブを共に金属製にしているのが一般的である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の弁装置によれば、弁構成体は、吸気通路を横切るようにしてハウジングに回動可能に支承される金属製のバルブシャフトと、このバルブシャフトに保持される金属製の平板状バルブとからなり、バルブシャフトには径方向に貫通するスリット孔が形成されていて、このスリット孔に平板状バルブを所定位置まで挿入した状態で締付スクリュを締付けることにより、平板状バルブをバルブシャフトに固定するものである。
【０００４】
（従来技術の問題点）
このような弁装置は、金属棒にスリット孔加工を施すことによりバルブシャフトが得られ、金属板を円形に打ち抜くことにより平板状バルブが得られるため、構造が簡単で組付けが簡便であるという利点を有する反面、吸気効率の低下を惹起するという構造上の欠陥を有している。つまり、バルブ取付上の関係から、平板状バルブの板厚に対し、バルブシャフトの直径を必然的に大きくせざるを得ないため、平板状バルブが全開位置のときに、バルブシャフトが空気抵抗となり、圧損を招くわけである。
【０００５】
そこで、特許文献１の弁装置においては、バルブシャフトの中央部分に外周面を削って平坦部を設け、全開時における吸気の流れに対向するバルブシャフトの直径を見掛け上小さくすることにより、全開時におけるバルブシャフトの空気抵抗を軽減することが提案されている。
【０００６】
しかしながら、バルブシャフトには平板状バルブの保持に必要な最低限の径を確保せねばならず、空気抵抗の軽減効果をさほど期待することができない。しかも、バルブシャフトはシャフト径が実質的に細くなることに変わりがないため、バルブシャフト自体の剛性が弱くなり、バルブシャフトの変形（撓み）を招くという強度面での危惧がある。特に、この変形（撓み）は、ハウジングと平板状バルブとのクリアランスが高精度に管理されていることに反することになり、ハウジングに平板状バルブが食い付いて回動不能になる等の重大事故を招きかねない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１０６６８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一方、近年、エンジンにはますます高性能化が追求されており、最大出力を担うバルブ全開時における吸気効率の低下は致命的である。加えて、車両に搭載する各種部品・装置に対し、高強度・コスト低減の要求が一段と厳しくなってきており、この種の弁装置においても、例外なく高強度の確保とコスト低減が必須の課題であり、高強度で安価な弁装置が切望されている。
【０００９】
なお、上述の問題点は、弁装置の代表例であるスロットルバルブ装置の事例について詳述したが、最近のエンジンには、吸気マニホールドから各気筒の吸気ポートへの吸気流を、より好適な混合気や流れに変更するためのタンブルバルブ装置やスワールバルブ装置が設置されるものがある。これらの弁装置にも構成部品の単純化や組付けの簡便化を図るべく、金属製のバルブシャフトと平板状バルブとからなる弁構成体が採用される傾向にあるが、バルブシャフトの空気抵抗については同様の問題を抱えている。
【００１０】
本発明は、上記のごとき課題に鑑みてなされたもので、バルブシャフトの径を実質的に犠牲にすることなくバルブ全開時におけるバルブシャフトの流体抵抗（空気抵抗）を軽減することができ、バルブシャフトに充分な剛性を確保すると共に、製作が容易で、組付けが簡便で、安価な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】
【００１１】
請求項１に記載の発明（弁装置）によれば、流体の流路を横切ってハウジングに回動可能に支承される金属製のバルブシャフトは、円形の断面形状を呈している。バルブシャフトに固定されてバルブシャフトの回動により流路の開度調整を行なう金属製の平板状バルブは、バルブシャフトの直径より小なる板厚を有している。そして、バルブシャフトには、流路内の流体に晒される範囲の外周面において、軸方向に延展し、流体に微小乱流を発生させる凹部を、円周方向に複数条形成している。  
【００１２】
上記構成によれば、軸方向に延展する複数条の凹部（例えば幅狭の浅い溝もしくは小径穴状のディンプル）が、流体に微小乱流を発生させて表面（バルブシャフトの外周面）から流体の流れの剥離を遅くする所謂ディンプル効果を発揮するため、全開時におけるバルブシャフトの流体抵抗を軽減することができる。
【００１３】
また、軸方向に延展する複数条の凹部は、バルブシャフトの表面を部分的にしかも僅かに凹ませるだけで、バルブシャフトの径を実質的に犠牲にすることがないため、バルブシャフトに充分な剛性を確保することができる。
【００１４】
さらに、軸方向に延展する複数条の凹部は、バルブシャフトの外周面に簡単な後加工を施すだけで形成することができ、しかもバルブシャフトに径方向に貫通するスリット孔を設け、平板状バルブをスリット孔に所定位置まで挿入した状態でバルブシャフトに固定することができるため、製作が容易で、組付けが簡便で、安価な弁装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例１の弁装置の全体構成を模式的に示す部分断面平面図である。
【図２】図１に示す弁装置の縦断面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、実施例１の弁装置における作用説明に供する模式的断面図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、実施例１の弁装置で用いるバルブシャフトの外観説明に供する模式的正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明を実施するための形態は、流体の流路を形成するハウジングと、流路を横切るようにしてハウジングに回動可能に支承され、断面円形状を呈している金属製のバルブシャフトと、バルブシャフトの直径より小なる板厚を有し、バルブシャフトに固定されてバルブシャフトの回動により流路の開度調整を行なう金属製の平板状バルブとを備える弁装置において、バルブシャフトには、流路内の流体に晒される範囲の外周面において、軸方向に延展し、流体に微小乱流を発生させる凹部（例えば幅狭の浅い溝もしくは小径穴状のディンプル）を、円周方向に複数条形成している。  
また、バルブシャフトは、径方向に貫通するスリット孔を有しており、平板状バルブは、スリット孔に所定位置まで挿入された状態でバルブシャフトに固定されている。
また、バルブシャフトは、ハウジングに対して軸受を介して支承されている。
【実施例】
【００１７】
［実施例１］
図１に示す弁装置は、本発明の代表的な適用例としてのスロットルバルブ装置１である。このスロットルバルブ装置１は、スロットルボデーとも総称されており、自動車のごとき車両に搭載され、エンジン（図示せず）に供給される吸気量を制御するものである。
【００１８】
（スロットルバルブ装置１の基本構成）
スロットルバルブ装置１は、エンジンの燃焼室に向けて吸入空気（流体に相当）を導く吸気通路（流路に相当）２を形成するハウジング３と、吸気通路２を横切るようにして、ハウジング３に軸受４ａ、４ｂを介して回動可能に支承されるバルブシャフト４と、このバルブシャフト４に保持され、バルブシャフト４の回動により吸気通路２の開度調整を行なうバタフライバルブ５とを主構成要素としている。
そして、スロットルバルブ装置１は、エンジンの運転条件に応じて図示しない制御装置によりバルブシャフト４が回動操作され、バタフライバルブ５の開度に応じて、吸気通路２を流れる吸入空気の流量（エンジンの吸気量）を制御する。
【００１９】
（弁構成体の説明）
スロットルバルブ装置１の主要部をなす弁構成体６は、断面円形状を呈するバルブシャフト４と、平板状バルブをなす、特に円板状を呈するバタフライバルブ５と、締付スクリュ７とから構成されており、バルブシャフト４にバタフライバルブ５が締付スクリュ７によって締付固定されている。もっとも、締付スクリュ７による固定手段のほかに、リベット、溶接などの固定手段を採用することもできる。
【００２０】
上記弁構成体６の各構成部品について、その特徴事項を以下に説明する。
バルブシャフト４は、全体として金属（例えば鉄系のＳＵＳ３０４等のステンレス鋼や快削鋼）製の丸棒を切断して形成されるもので、バタフライバルブ５を嵌挿するためのスリット孔８を有している。このスリット孔８はバルブシャフト４を径方向に貫通して形成されている。
【００２１】
また、バルブシャフト４には、吸気通路２内の吸入空気に晒される範囲の外周面において、軸方向に延展し、吸入空気に微小乱流を発生させる凹部９が、円周方向に複数条形成されている。
【００２２】
この凹部９は、具体的に図４に示すごとき２つの形態（構造）で構成されている。
まず、第１の形態は、図４（ａ）に示すように、軸方向に筋状に延びる幅狭の浅い溝９ａが、円周方向に等間隔で全周にわたって複数条刻設されている構造である。
第２の形態は、図４（ｂ）に示すように、多数の小径穴状のディンプル９ｂが、軸方向に沿って一列（筋状）に並べて刻設されると共に、この列が条をなし、円周方向に等間隔で全周にわたって複数条有している構造である。
【００２３】
ちなみに、この凹部９は、図４（ａ）に示す溝９ａの場合、例えば、けがき工具で掻き削る所謂けがき加工で設けることができ、図４（ｂ）に示すディンプル９ｂの場合、例えば、転造加工で設けることができる。
【００２４】
バタフライバルブ５は、金属（例えば非鉄系のアルミニウム合金や真ちゅう＜黄銅＞）製の板状素材をプレス機により打ち抜き加工することによって作製されるものであり、基本的には真円形状を呈している。
また、バタフライバルブ５は、バルブシャフト４の直径よりも小さい板厚を有しており、バルブシャフト４のスリット孔８に対しても遊嵌状態で挿通することができるため、スリット孔８に所定位置まで挿入した状態でバルブシャフト４に固定されている。
なお、バタフライバルブ５が吸気通路２を閉じる全閉時に、バタフライバルブ５の外周面（端面）が吸気通路２の内壁面と干渉することがないように、吸気通路２とバタフライバルブ５とのクリアランスが高精度に管理されている。
【００２５】
（実施例１の作用・効果）
上記構成による弁構成体６において、バルブシャフト（以下、単にシャフトと略称する。）４の機能を図２および図３に基づいて説明する。
バタフライバルブ（以下、単にバルブと略称する。）５は、シャフト４によって回動され、吸気通路２の開度調整を行なうが、図２に示すように、吸入空気の流れＡに対して平行な位置を取るとき、つまりバルブ５の全開時においては、バルブ５の板厚に比してシャフト４の直径の方が大きいため、シャフト４が空気抵抗となり圧損を招く（吸気効率が低下する）。
【００２６】
この空気抵抗のメカニズムについて、図３により補足説明する。
シャフト４が単なる断面円形状である場合には、図３（ｂ）に示すごとく、シャフト４を取り巻く空気がシャフト４の外周面に密着してシャフト４付近にとどまり、シャフト４の周りに所定の厚みの空気層（以下、境界層Ｂと呼ぶ。）が形成される。その結果、シャフト４は境界層Ｂの分だけ、実際のシャフト径より太いものとして周りの空気を掻き分けることになる。したがって、シャフト４の周りに形成される境界層Ｂが厚いほど空気抵抗が大きくなって、圧損が大きくなる。
【００２７】
これに対し、本実施例のシャフト４には、吸気通路２内の吸入空気に晒される範囲の外周面において、複数条の凹部９が設けられている。この凹部９は、バルブ全開時において、吸入空気の流れＡに対し直交する方向に位置し、図４（ａ）、（ｂ）に示すいずれの形態（溝９ａまたはディンプル９ｂ）であっても、気流に微小な乱れ（乱流）を発生させる凹みをなしている。したがって、この凹み（凹部９）により発生した微小乱流が、シャフト４の後方への空気の回り込みを助け、図３（ａ）に示すように、吸入空気の流れＡが境界層Ｂから剥離する位置（以下、剥離点Ｃと呼ぶ。）が遅くなる（後方にずれ込む）ことにより、シャフト４の背後に生じる空気圧の減少を防ぐ。換言すれば、凹部９によりシャフト４の外表面上に微小乱流が発生し、この微小乱流が境界層Ｂを乱すので、結果として境界層Ｂが薄くなり、シャフト４による空気抵抗が軽減され、圧損が小さくなる。
かくして、バルブ５の全開時における吸気効率を向上することができる。
【００２８】
また、軸方向に延展する各条の凹部９は、シャフト４の表面を部分的にしかも僅かに凹ませるだけであって、シャフト４の径を実質的に犠牲にすることがないため、シャフト４に充分な剛性を確保することができる。
【００２９】
さらに、軸方向に延展する各条の凹部９は、シャフト４の外周面に簡単な後加工（例えば、けがき加工や転造加工）を施すだけで形成することができる。
しかも、シャフト４に径方向に貫通するスリット孔８を設け、平板状のバルブ５をスリット孔８に所定位置まで挿入した状態でシャフト４に固定することができるため、製作が容易で、組付けが簡便で、安価なスロットルバルブ装置１（弁装置）を提供することができる。
【００３０】
なお、シャフト４の径を実質的に変更しなくてもよい、換言すれば、バルブ５の緒言にかかわらず同一径のシャフト４を採用することができるので、部品の共用化、とりわけハウジング３の標準化などに大きく貢献できる。例えば、シャフト４がハウジング３に対して軸受４ａ、４ｂを介して支承されている場合には、ハウジング３を共通使用できるように、軸受４ａ、４ｂの取付穴の大きさを一義的に定めることが可能となり、併せて軸受４ａ、４ｂの標準化をも図ることができる。
【００３１】
［変形例］
以上実施例１について詳述したが、シャフト４に形成する凹部９の配置や形状・大きさ・個数は、本発明の精神を逸脱しない範囲で種々変更することができるものである。
【００３２】
例えば、
（１）凹部９を、シャフト４の吸気通路２内の吸入空気に晒される範囲の外周面のみに設けたが、製作を容易にするために、軸受４ａ、４ｂで支承される部分を含め、シャフト４の全外周面に設けてもよい。
【００３３】
（２）逆に、吸入空気の流れ方向が一義的に定まっていることから、ディンプル効果を最大限に活用するために、全周ではなく、図３（ａ）の剥離点Ｃ付近までのＣ字状の円弧範囲内（後方を除く）のみに凹部９を形成してもよい。
【００３４】
（３）凹部９は、効果的に微小乱流を発生させるために吸入空気の流れＡに対し直交する方向、つまりシャフト４の軸方向に延展して配置されることが肝要である。特に、図４に示す形態が製作面（加工が容易）において有利であるが、溝９ａやディンプル９ｂを転造加工で形成する場合には、上記配置を基本構成としながら加工性を何ら害することなく形状・配置を種々変更することができる。例えば、溝９ａの場合、軸方向に断続させたり、ねじれを有するようにしてもよく、またディンプル９ｂの場合には、上記基本構成の配置を含む千鳥状の配置としてもよい。
【００３５】
また、上述の例では、スロットルバルブ装置１への適用例について詳述したが、吸気マニホールドの各分岐管から各気筒の吸気ポートへの吸気流を、より好適な流れに変更するために設置されるタンブルバルブ装置やスワールバルブ装置などの弁装置にも適用できることは勿論である。また、平板状バルブの構造も、シャフト４を中央に備える所謂バタフライバルブ５に限られるものではなく、シャフト４を片側に備えて団扇のごとく開閉させる片持ち形式のものにも適用できる。
【符号の説明】
【００３６】
１…スロットルバルブ装置（弁装置）、２…吸気通路（流路）、３…ハウジング、４…バルブシャフト、５…バタフライバルブ（平板状バルブ）、９…凹部、９ａ…溝、９ｂ…ディンプル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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