(57)【要約】【課題】全閉位置決め用ストッパを無くしてコストダウンしたスロットル装置であって、全閉位置で、バルブの外周面がボア内周面に食込むことのないスロットル装置を提供すること。【解決手段】全閉位置が、スロットルバルブ５の外周面とボア１１の内周面とが接触することにより決められること、スロットルバルブ５の、スロットルシャフト４から最も遠い位置にある一方の外周面５ｃとスロットルバルブ５の上流側端面５ｂとのなす角度が、８２度以下であること、スロットルバルブ５の、スロットルシャフト４から最も遠い位置にある他方の外周面５ｆとスロットルバルブ５の下流側端面５ｄとのなす角度が、８２度以下であること、制御手段が、全閉位置にバルブを位置させるときに、スロットルバルブ５にかかる負荷トルクＴＦを、０．６Ｎ・ｍ以下に制御すること、を特徴とする。【選択図】        図１９
2013104388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周に円形状断面のボアが形成されたボディと、両端がボディに回転可能に支持された回転軸と、前記回転軸に取付けられ、前記ボアの開口面積を変化させる円板状のバルブと、前記バルブの回転角度を制御する制御手段とを有し、前記制御手段が、前記ボアの開口面積を最小とする全閉位置に前記バルブを位置させる制御を行うスロットル装置において、
前記全閉位置が、前記バルブの外周面と前記ボアの内周面とが接触することにより決められること、
前記バルブの、前記回転軸から最も遠い位置にある一方の外周面と前記バルブの上流側端面とのなす角度が、８２度以下であること、
前記バルブの、前記回転軸から最も遠い位置にある他方の外周面と前記バルブの下流側端面とのなす角度が、８２度以下であること、
前記制御手段が、前記全閉位置に前記バルブを位置させるときに、前記バルブにかかるトルクを、０．６Ｎ・ｍ以下に制御すること、
を特徴とするスロットル装置。
【請求項２】
請求項１に記載するスロットル装置において、
前記全閉位置における、前記ボアの垂直切断面と前記バルブのなす全閉角度が、８度以上であること、
を特徴とするスロットル装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載するスロットル装置において、
前記全閉位置では、前記バルブが、前記ボアの内周面に押されて弾性変形していないこと、
を特徴とするスロットル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内周に円形状断面のボアが形成されたボディと、両端がボディに回転可能に支持された回転軸と、回転軸に取付けられ、ボアの開口面積を変化させる円板状のバルブと、バルブの回転角度を制御する制御手段とを有し、制御手段が、ボアの開口面積を最小とする全閉位置にバルブを位置させる制御を行うスロットル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に示すように、内周に円形状断面のボアが形成されたボディと、両端がボディに回転可能に支持された回転軸と、回転軸に取付けられ、ボアの開口面積を変化させる円板状のバルブと、バルブの回転角度を制御する制御手段とを有し、制御手段が、ボアの開口面積を最小とする全閉位置に前記バルブを位置させる制御を行うスロットル装置が知られていた。
ここで、バルブの全閉位置は、特許文献１では、調整ネジ１１を当接片７ｂに当接させることにより、決められている。したがって、バルブの外周面がボアの内周面に食込む前の位置でバルブが停止されているため、バルブ外周面がボアの内周面に食込むことがなく、次にバルブを開方向に駆動したときに、余分なトルクを必要とすることがない利点がある。
一方、特許文献１の技術では、バルブを全閉位置から最小開度位置まで回転させるのに、モータではなく、オープナバネ（特許文献１では、リリーフスプリング１０）を使用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許2807033号公報
【発明の概要】
【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の技術には、次のような問題があった。
（１）中国、インド等の新興国において必要とされる自動車は、低価格帯の自動車であり、走ることを主目的としている。そして、余分な機能を排除してでも、低価格とすることが強く望まれている。
その需要を受けて、スロットル装置においても、高級な機能を排除した低価格品が強く望まれており、本発明者らは鋭意、低価格のスロットル装置の開発を行っている。
そのときに、バルブの全閉位置を調整ネジ（ストッパ）で位置決めしていることが問題となった。すなわち、調整ネジを無くすことにより、部品点数を減らしてコストダウンできると共に、製造工程における調整を必要としないため、製造のコストダウンも実現できるのである。
【０００５】
しかしながら、単純に調整ネジ（ストッパ）を無くしただけでは、全閉状態（全閉位置）の実現が、バルブの外周面がボアの内周面に食込んで行われるため、次にバルブを開くときに大きなトルクを必要とし、問題がある。
本発明者らは、バルブの外周面と、バルブの上流側端面とのなす角度を９０度−６度＝８４度としてスロット装置を製品化し販売しているが、そのスロットル装置で、全閉位置決め用のストッパを無くすと、全閉位置でバルブ外周面がボア内周面に食込むため問題がある。
一方、例えば、特許文献１の技術のオープナバネは、０．１Ｎ・ｍ程度のトルクしか出すことができないため、バルブ外周面がボア内周面に食込むと、オープナバネでは、次にバルブを開方向に回転することができない問題が発生する。
ここで、オープナバネのトルクを大きくできない理由は、オープナバネのトルクを大きくすると、バックスプリングのトルクも大きくする必要があり、さらに、モータのトルクを大きくする必要がでて、モータを大型化する必要があり、スロットル装置の低コスト化の要求と相反するからである。
【０００６】
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、全閉位置決め用ストッパを無くしてコストダウンしたスロットル装置であって、全閉位置で、バルブの外周面がボア内周面に食込むことのない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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明のスロットル装置は、次の構成を有する。
（１）内周に円形状断面のボアが形成されたボディと、両端がボディに回転可能に支持された回転軸と、回転軸に取付けられ、ボアの開口面積を変化させる円板状のバルブと、バルブの回転角度を制御する制御手段とを有し、制御手段が、ボアの開口面積を最小とする全閉位置にバルブを位置させる制御を行うスロットル装置において、全閉位置が、バルブの外周面とボアの内周面とが接触することにより決められること、バルブの、回転軸から最も遠い位置にある一方の外周面とバルブの上流側端面とのなす角度が、８２度以下であること、バルブの、回転軸から最も遠い位置にある他方の外周面とバルブの下流側端面とのなす角度が、８２度以下であること、制御手段が、全閉位置にバルブを位置させるときに、バルブにかかるトルクを、０．６Ｎ・ｍ以下に制御すること、を特徴とする。
【０００８】
（２）（１）に記載するスロットル装置において、前記全閉位置における、前記ボアの垂直切断面と前記バルブのなす全閉角度が、８度以上であること、を特徴とする。
（３）（１）または（２）に記載するスロットル装置において、前記全閉位置では、前記バルブが、前記ボアの内周面に押されて弾性変形していないこと、を特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のスロットル装置は、上記構成を有することにより、次のような作用、効果を奏する。
（１）内周に円形状断面のボアが形成されたボディと、両端がボディに回転可能に支持された回転軸と、回転軸に取付けられ、ボアの開口面積を変化させる円板状のバルブと、バルブの回転角度を制御する制御手段とを有し、制御手段が、ボアの開口面積を最小とする全閉位置にバルブを位置させる制御を行うスロットル装置において、全閉位置が、バルブの外周面とボアの内周面とが接触することにより決められること、バルブの、回転軸から最も遠い位置にある一方の外周面とバルブの上流側端面とのなす角度が、８２度以下であること、バルブの、回転軸から最も遠い位置にある他方の外周面とバルブの下流側端面とのなす角度が、８２度以下であること、制御手段が、全閉位置にバルブを位置させるときに、バルブにかかるトルクを、０．６Ｎ・ｍ以下に制御すること、を特徴とするので、全閉位置においてバルブを位置決めするためのストッパを無くしても、バルブの外周面がボア内周面に食込むことがないため、次にバルブを開方向に回転駆動させるときに、大きなトルクを必要とせず、コストダウンを実現することができる。
【００１０】
（２）（１）に記載するスロットル装置において、前記全閉位置における、前記ボアの垂直切断面と前記バルブのなす全閉角度が、８度以上であること、を特徴とする。本発明者の実験によれば、全閉角度を６度とすると、全閉位置にバルブを位置させるときに、バルブにかかるトルクを、０．６Ｎ・ｍとした場合に、次にバルブを開方向に回転駆動するときに、０．２Ｎ・ｍのトルクを必要とする。一方、例えば、特許文献１の技術のオープナバネは、０．１Ｎ・ｍ程度のトルクしか出すことができないため、バルブ外周面がボア内周面に食込むと、オープナバネでは、次にバルブを開方向に回転することができない問題がある。
【００１１】
ここで、オープナバネのトルクを大きくできない理由は、オープナバネのトルクを大きくすると、バックスプリングのトルクも大きくする必要があり、さらに、モータのトルクを大きくする必要がでて、モータを大型化する必要があり、低コスト化の要求と相反するからである。
それに対して、全閉角度を８度以上とすることにより、バルブにかかるトルクを、０．６Ｎ・ｍとした場合に、次にバルブを開方向に回転駆動するときに必要なトルクを、０．０１Ｎ・ｍ以下とすることができ、０．１Ｎ・ｍのトルクを有するオープナバネにより、余裕を持って開くことができる。
【００１２】
（３）（１）または（２）に記載するスロットル装置において、前記全閉位置では、前記バルブが、前記ボアの内周面に押されて弾性変形していないこと、を特徴とする。
ここで、バルブの外周面がボアの内周面に食込む現象は、バルブがボアの内周面に押されて弾性変形し、バルブ外周面とボア内周面との間の応力が大きくなり、摩擦力が増大するため、次にバルブを開くときに、大きなトルクを必要とすると考えられる。
したがって、全閉状態のときに、バルブがボア内周面に押されて弾性変形していなければ、摩擦力が小さくて、次にバルブを開くときのトルクを小さくできるのである。言い換えるならば、バルブがボアの内周面に押されて弾性変形させないために、バルブの、回転軸から最も遠い位置にある一方の外周面とバルブの上流側端面とのなす角度が、８２度以下であること、バルブの、回転軸から最も遠い位置にある他方の外周面とバルブの下流側端面とのなす角度が、８２度以下であること、制御手段が、全閉位置にバルブを位置させるときに、バルブにかかるトルクを、０．６Ｎ・ｍ以下に制御すること、という条件を必要とするのである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態に係り、スロットル装置を示す正面図である。
【図２】同実施形態に係り、スロットル装置を示す図１の底面図である。
【図３】同実施形態に係り、スロットル装置を示す図１の右側面図である。
【図４】同実施形態に係り、スロットル装置を示す図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】同実施形態に係り、スロットル装置につき図４の一部を拡大して示す断面図である。
【図６】同実施形態に係り、スロットル装置からギヤカバーを取り外した状態を示す図１の右側面図である。
【図７】同実施形態に係り、スロットル装置からギヤカバーを取り外した状態を示す図１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図８】同実施形態に係り、スロットルギヤを関連部品と共に示す背面図である。
【図９】同実施形態に係り、スロットルギヤと、スロットルボディ、リターンスプリング及びオープナスプリングとの関係を示すモデル図である。
【図１０】同実施形態に係り、スロットルギヤと、スロットルボディ、リターンスプリング及びオープナスプリングとの関係を示すモデル図である。
【図１１】同実施形態に係り、スロットルパイプ、スロットルシャフト、スロットルバルブ及び両軸受の関係を概略的に示す断面図である。
【図１２】同実施形態に係り、図１１の状態につき、冷間時にスロットルバルブがボアの内壁に氷結した状態を概略的に示す断面図である。
【図１３】バルブとボアとの位置関係に関する実験モデルを示す図である。
【図１４】スロットルバルブ５の上流側の先端部５ａの断面図である。
【図１５】実験手順の説明図である。
【図１６】水準２−１のトルク波形を示す図である。
【図１７】水準２−２のトルク波形を示す図である。
【図１８】水準３−１のトルク波形を示す図である。
【図１９】全体の実験結果を示すデータ図である。
【図２０】スロットルバルブ５とボア１１の位置関係を示す図である。
【図２１】負荷トルクＴＦを加えた状態の説明図である。
【図２２】負荷トルクＴＦを加えた後、スロットルバルブ５が弾性変形した状態の説明図である。
【図２３】再びスロットルバルブ５を開くときに必要な脱出トルクＴＤの算出方法の説明図である。
【図２４】理論的に求めた計算式と図１９の実験値との比較を示すデータ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明のスロットル装置を具体化した一実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。この実施形態のスロットル装置は、自動車用エンジンの吸気通路に設けられて、エンジンの吸気量を調節するために使用される。
図１に、この実施形態のスロットル装置１を正面図により示す。図２に、同じくスロットル装置１を図１の底面図により示す。図３に、同じくスロットル装置１を図１の右側面図により示す。図１、図２に示すように、スロットル装置１は、金属製のスロットルボディ２と、樹脂製のギヤカバー３とを備える。
【００１５】
スロットルボディ２は、エンジンの吸気通路に連通するボア１１を有する円筒状のスロットルパイプ１２と、内部にギヤ機構９（図４参照）等を収容するギヤハウジング１３と、内部に電動モータ８（図４参照）を収容するモータハウジング１４とを含む。ギヤハウジング１３は、図１において上下方向に伸びる。モータハウジング１４は、その中心軸線Ｌ１が、ギヤハウジング１３に対して垂直に交わるように配置される。スロットルパイプ１２は、ギヤハウジング１３からもモータハウジング１４からも離間して配置される。スロットルパイプ１２の一端部（空気の流れの下流側端部）には、フランジ１５が形成される。このフランジ１５には、合計３つのボルト挿通孔１５ａが形成される。フランジ１５には、吸気マニホールドのマニホールドパイプが接続される。図１に示すように、スロットルパイプ１２には、ボア１１を径方向に横切るようにスロットルシャフト４が設けられる。スロットルボディ２には、このスロットルシャフト４の両端部を収容する一対の第１ボス部１６Ａ及び第２ボス部１６Ｂが形成される。ボア１１の中には、スロットルシャフト４に固定されたスロットルバルブ５が配置される。
【００１６】
ここで、図１に示すように、モータハウジング１４は、スロットルパイプ１２に対して隙間を隔てて配置される。また、モータハウジング１４の中心軸線Ｌ１とスロットルシャフト４とが平行をなすように配置される。図２において、スロットルパイプ１２は、図面上側が空気の流れに対する上流側端１２ａであり、図面下側が空気の流れに対する下流側端１２ｂである。図２において、スロットルパイプ１２の上流側端１２ａは、ギヤハウジング１３の前後方向（幅方向）の前端縁１３ａとほぼ同じ位置に配置される。図２において、スロットルパイプ１２の下流側端１２ｂは、ギヤハウジング１３の前後方向（幅方向）の後端縁１３ｂよりも前端縁１３ａ寄り位置に配置される。図２に示すように、モータハウジング１４の外周面の一部（後側部）１４ａは、スロットルパイプ１２の下流側端１２ｂよりも更に下流側に配置される。
【００１７】
図１〜図３に示すように、ギヤカバー３は、ギヤハウジング１３の開口部を閉鎖するように、ネジ６とナット７によりギヤハウジング１３に締め付けられて固定される。ギヤカバー３は、外部配線用のコネクタ３ａを含む。
図４に、スロットル装置１を図２のＡ−Ａ線断面図により示す。図５に、スロットル装置１につき、図４の一部を拡大して断面図により示す。図６に、スロットル装置１からギヤカバー３を取り外した状態を図１の右側面図により示す。図７に、スロットル装置１からギヤカバー３を取り外した状態を図１のＢ−Ｂ線断面図により示す。
【００１８】
図４において、スロットルパイプ１２の左右両側部に形成された一対のボス部１６Ａ，１６Ｂには、ボア１１ａを横切るスロットルシャフト４が、それぞれ一対をなす第１軸受２１Ａ及び第２軸受２１Ｂを介して回転可能に支持される。この実施形態で、両軸受２１Ａ，２１Ｂは、比較的薄い板材により形成された滑り軸受より構成される。このため、両軸受２１Ａ，２１Ｂの外径は、従来例のボールベアリングよりなる軸受と比べて外径が比較的小さい。スロットルシャフト４に固定されたスロットルバルブ５は、ボア１１の形状に合わせて円板状をなし、スロットルシャフト４と一体的に回動する。これにより、ボア１１を開閉してボア１１を流れる吸気量を調節するようになっている。
【００１９】
図４、図７に示すように、スロットルシャフト４は、第１端部４ａと第２端部４ｂを含む。スロットルシャフト４の第１端部４ａ（図４、図７の左端部）は、第１ボス部１６Ａにて第１軸受２１Ａを介して回転可能に支持される。第１ボス部１６Ａには、その開口部を閉鎖するプラグ２２が取り付けられる。スロットルシャフト４の第２端部４ｂ（図４、図７の右端部）の近傍は、第２ボス部１６Ｂにて第２軸受２１Ｂを介して回転可能に支持される。第２軸受２１Ｂに隣接して、第２ボス部１６Ｂの端部には、スロットルシャフト４との間で気密性を保つためのシール材２３が設けられる。第２端部４ｂは、ギヤハウジング１３の中へ突出する。第２端部４ｂには、扇形ギヤを有するスロットルギヤ３１が固定される。
【００２０】
図４に示すように、モータハウジング１４の一端は、ギヤハウジング１３に開口する。モータハウジング１４には、例えば、ＤＣモータ等の電動モータ８が収容される。電動モータ８の出力軸８ａには、駆動ギヤ３２が取り付けられる。
図４に示すように、スロットルシャフト４と電動モータ８との間には、スロットルボディ２とギヤカバー３との間にてカウンタシャフト２４が設けられる。カウンタシャフト２４には、カウンタギヤ３３が回転可能に支持される。カウンタギヤ３３は、駆動ギヤ３２に噛み合う大径ギヤ部３３ａと、スロットルギヤ３１に噛み合う小径ギヤ部３３ｂとを有する。この実施形態では、これらスロットルギヤ３１、駆動ギヤ３２及びカウンタギヤ３３により、減速ギヤ機構として機能する本発明のギヤ機構９が構成される。
【００２１】
ここで、スロットルギヤ３１及びその関連構成について詳しく説明する。図８に、スロットルギヤ３１を関連部品と共に背面図により示す。ここでは、説明の都合上、図４、図５において、スロットルギヤ３１のスロットルスロットルボディ２に面している側をスロットルギヤ３１の裏側とし、スロットルギヤ３１のギヤカバー３に面している側をスロットルギヤ３１の表側とする。図４〜図８に示すように、スロットルギヤ３１は樹脂より形成され、円板状のギヤ本体３１ａと、ギヤ本体３１ａの外周部に形成された扇形状をなすギヤ部３１ｂとを備える。図４〜図６に示すように、ギヤ部３１ｂは、カウンタギヤ３３の小径ギヤ３３ｂと噛み合う。ギヤ本体３１ａは、その中央部に裏側へ突出する円筒部３１ｃと、円筒部３１ｃの周囲にて同じく裏側へ突出する周壁部３１ｄとを含む。円筒部３１ｃの表側凹部には、スロットルシャフト４の異形の第２端部４ｂが回り止め状態で嵌合され、その第２端部４ｂをかしめることで結合された金属製のかしめプレート２５が同心状に設けられる。
【００２２】
図４、図５に示すように、円筒部３１ｃの表側凹部には、一対の永久磁石４１と、両永久磁石４１の周方向の相互間に介在される円弧状のヨーク４２とが同心状に設けられる。また、図４、図５及び図８に示すように、円筒部３１ｃと周壁部３１ｄとの間には、リターンスプリング４３が設けられる。リターンスプリング４３は、捩りコイルスプリングから構成され、スロットルシャフト４と同心状に配置される。図６に示すように、リターンスプリング４３の第１端部４３ａは、スロットルボディ２に設けられた掛止部２ａに掛け止めされる。また、図６、図８に示すように、リターンスプリング４３の第２端部４３ｂは、スロットルギヤ３１に設けられた掛止部３１ｅに掛け止めされる。これにより、リターンスプリング４３が、スロットルギヤ３１を、スロットルバルブ５がボア１１を閉じる閉方向ヘ常に付勢している。
【００２３】
図４〜図８に示すように、スロットルギヤ３１の周壁部３１ｄの外周には、オープナスプリング４４が設けられる。この実施形態で、オープナスプリング４４は、帯状の板バネを平面視でＣ形状に曲げることで形成される。図６、図８に示すように、オープナスプリング４４の第１端部４４ａ及び第２端部４４ｂは、ギヤ本体３１ａの外周に形成された閉じ側掛止部３１ｆ及び開き側係止部３１ｇにそれぞれ掛け止めされる。このオープナスプリング４４の両端部４４ａ，４４ｂは、それぞれスロットルギヤ３１から半径方向へ突出している。この第１端部４４ａが、スロットルバルブ５のオープナ開度位置及び全閉位置を規制するための閉止位置規制部となっている。また、第２端部４４ｂが、スロットルバルブ５の全開位置を規制するための全開規制部となっている。
【００２４】
図６に示すように、スロットルギヤ３１を表側から見た場合に、オープナスプリング４４の第１端部４４ａは、反時計方向において、ギヤ部３１ｂの一端に対して所定の角度離れて配置される。一方、図６に示すように、オープナスプリング４４の第２端部４４ｂは、反時計方向において、ギヤ部３１ｂの一端に対して所定の角度離れて配置される。
図６に示すように、ギヤハウジング１３の中には、突起状のオープナストッパ１３ｃが設けられる。このオープナストッパ１３ｃには、スロットルバルブ５が閉方向へ回動するときに、スロットルギヤ３１に設けられたオープナスプリング４４の第１端部４４ａが当接可能となっている。そして、図６に示すように、オープナスプリング４４の第１端部４４ａがオープナストッパ１３ｃに掛け止めされることにより、スロットルバルブ５が、全閉状態に近いオープナ開度で保持される。また、図６に示すように、ギヤハウジング１３内には、突起状の全開ストッパ１３ｄが設けられる。この全開ストッパ１３ｄには、スロットルバルブ５が開方向へ回動するときに、スロットルギヤ３１に設けられたオープナスプリング４４の第２端部４４ｂが当接可能となっている。そして、オープナスプリング４４の第２端部４４ｂが、全開ストッパ１３ｄに当接することにより、スロットルバルブ５の最大開度、すなわち全開位置が所定位置に規制される。
【００２５】
図９、図１０に、スロットルギヤ３１と、スロットルボディ２、リターンスプリング４３及びオープナスプリング４４との関係をモデル図により示す。図９は、スロットルバルブ５がオープナ開度に保持された状態に対応する。この状態では、オープナスプリング４４の第１端部４４ａが、スロットルギヤ３１の閉じ側掛止部３１ｆに掛け止めされながら、ギヤハウジング１３のオープナストッパ１３ｃに当接し、オープナスプリング４４の第２端部４４ｂがスロットルギヤ３１の開き側掛止部３１ｇに掛け止めされる。これにより、スロットルギヤ３１が、オープナスプリング４４により、スロットルバルブ５を開く向へ付勢される。また、スロットルギヤ３１が、スロットルボディ２とスロットルギヤ３１との間に設けられたリターンスプリング４３により、スロットルバルブ５を閉じる方向へ付勢される。そして、オープナスプリング４４とリターンスプリング４３との付勢力のバランスにより、スロットルバルブ５が、全閉状態からわずかに開いたオープナ開度に保持される。この実施形態で、上記したオープナ開度状態と全閉状態は、本発明の閉止状態に相当する。
【００２６】
図９に示す状態から、電動モータ８を動作させてギヤ機構９を介してスロットルシャフト４を回転させ、スロットルバルブ５を閉じ方向へ回動させることにより、図９に示すスロットルギヤ３１の全閉掛止部３１ｈが、オープナスプリング４４の第１端部４４ａに当接するまでスロットルギヤ３１が回動され、その状態でスロットルバルブ５が全閉位置に規制される。
【００２７】
一方、図１０は、スロットルバルブ５が全開に保持された状態に対応する。すなわち、電動モータ８を動作させてギヤ機構９を介してスロットルシャフト４を回転させ、スロットルバルブ５を全開まで回動させている状態に対応する。この状態では、オープナスプリング４４の第１端部４４ａが、スロットルギヤ３１の閉じ側掛止部３１ｆに掛け止めされ、オープナスプリング４４の第２端部４４ｂがスロットルギヤ３１の開き側掛止部３１ｇに掛け止めされながら、全開ストッパ１３ｄに当接する。これにより、スロットルギヤ３１が、リターンスプリング４３の付勢力に抗して、電動モータ８の駆動力により回転され、回転トルクが付与され、スロットルバルブ５が全開状態に保持される。
【００２８】
図４、図５に示すように、スロットルギヤ３１に隣接して、スロットルギヤ３１とギヤハウジング１３との間には、スロットルバルブ５によるボア１１の開度（スロットル開度）を検出するためのスロットルセンサ１０が設けられる。スロットルセンサ１０は、ギヤカバー３に設けられたＭＲＥ素子４５と、スロットルギヤ３１の円筒部３１ｃに設けられた一対の永久磁石４１とにより構成される。ＭＲＥ素子４５は、スロットルギヤ３１の円筒部３１ｃの表側凹部に遊嵌されて配置される。ＭＲＥ素子４５は、一対の永久磁石４１の間に発生する磁界の方向を検出する素子として構成される。ＭＲＥ素子４５として、例えば、磁界の方向を検出可能に配置された磁気抵抗素子及びホール素子等の磁気検出素子、あるいは、磁気検出素子を有する検出部に演算部を一体に備え、磁界の方向に応じた信号を出力する素子等を使用することができる。ＭＲＥ素子４５は、一対の永久磁石４１の間に発生する磁界の方向を、スロットルギヤ３１の回転角、すなわちスロットルバルブ５のスロットル開度として検出し、その検出信号を出力するようになっている。
【００２９】
上記構成において、通電による電動モータ８の駆動力が、ギヤ機構９、すなわち駆動ギヤ３２、カウンタギヤ３３及びスロットルギヤ３１を介して、スロットルシャフト４に伝達される。これにより、スロットルバルブ５が回動してボア１１が開閉される。このとき、オープナ開度以上の開度領域では、スロットルギヤ３１が、リターンスプリング４３の付勢力に抗して回転される。また、オープナ開度以下の開度領域では、スロットルギヤ３１がオープナスプリング４４の付勢力に抗して回転され、オープナスプリング４４の第１端部４４ａがリングギヤ３１の全閉掛止部３１ｈに当接することで、全閉規制位置より閉じ側へのスロットルギヤ３１の回転が規制される。一方、電動モータ８の非通電時には、スロットルギヤ３１がリターンスプリング４３の付勢力とオープナスプリング４４の付勢力とのバランスにより、所定のオープナ開度に保持される。
【００３０】
次に、スロットルパイプ１２、スロットルシャフト４、スロットルバルブ５及び両軸受２１Ａ，２１Ｂの関係について説明する。図１１に、スロットルパイプ１２、スロットルシャフト４、スロットルバルブ５及び両軸受２１Ａ，２１Ｂの関係を概略的に断面図により示す。図１２に、図１１の状態につき、冷間時にスロットルバルブ５とボア１１の内壁とが氷結した状態を概略的に断面図により示す。
【００３１】
図４に示すように、スロットルボディ２において、滑り軸受より構成される両軸受２１Ａ，２１Ｂは、スロットルシャフト４の第１端部４ａと第２端部４ｂ近傍に対応して設けられる。図１１に示すように、スロットルパイプ１２のボア１１は、その軸線方向に、空気の流れに対する上流側端１１ａと下流側端１１ｂとを有する。このボア１の上流側端１１ａは、スロットルパイプ１２の上流側端１２ａに対応し、ボア１１の下流側端１１ｂは、スロットルパイプ１２の下流側端１２ｂに対応する。スロットルシャフト４がボア１１の下流側端１１ｂ及びスロットルパイプ１２の下流側端１２ｂに隣接するように両軸受２１Ａ，２１Ｂがスロットルボディ２に配置される。ここで、スロットルシャフト４がスロットルパイプ１２の下流側端１２ｂに隣接するように配置できるのは、両軸受２１Ａ，２１Ｂが薄い板材よりなる滑り軸受により構成されるからである。
【００３２】
そして、図１１に示すように、スロットルバルブ５がボア１１をほぼ閉じる閉止状態（図１１は、スロットルバルブ５のオープナ開度状態を示す。）となるときに、スロットルバルブ５がボア１１の径方向に対して所定の閉止角度（オープナ開度）θ１で配置されると共に、スロットルバルブ５の一端部５ａがボア１１の下流側端１１ｂ（スロットルパイプ１２の下流側端１２ｂ）に隣接するように配置される。また、スロットルバルブ５がボア１１を開き始めるときには、図１１に２点鎖線で示すように、スロットルバルブ５の一端部５ａがボア１１から直ちにはみ出るようになる。図１１に示す閉止状態で、冷間時にスロットルバルブ５の一端部５ａとボア１１の内壁が氷結すると、図１２に示すように、その一端部５ａとボア１１の内壁との間に氷Ｊ１ができる。
【００３３】
次に、全閉位置における、バルブとボアとの位置関係に関する実験モデル、実験条件を、図１３に示す。
図１３に示すように、内周に円形状断面のボア１１が形成されたスロットルボディ２と、両端がスロットルボディ２に回転可能に支持されたスロットルシャフト４と、スロットルシャフト４に取付けられ、ボア１１の開口面積を変化させる円板状のスロットルバルブ５と、が配置されている。
ボア１１の内径は、４５．０３ｍｍである。スロットルバルブ５の外形直径は、後述する水準１では、４４．９９８ｍｍであり、水準２では、４５．０１ｍｍであり、水準３では、４４．９９ｍｍである。スロットルバルブ５の板厚は、１．５９ｍｍである。
【００３４】
スロットルバルブ５の上流側（図面で上側）の先端部５ａの断面を図１４（ａ）に示す。スロットルバルブ５の上流側端面５ｂと、バルブの、スロットルシャフト４から一番遠い位置にある一方の外周面５ｃのなす先端角度をαとしている。
また、図１３に示すように、スロットルバルブ５の下流側（図面で下側）の先端部５ｅは、スロットルバルブ５の下流側端面５ｄと、バルブの、スロットルシャフト４から一番遠い位置にある他方の外周面５ｆのなす先端角度をαとしている。
【００３５】
弁閉位置におけるスロットルバルブ５とボア１１の垂直切断面Ｋのなすセット角度θと、先端角度αとの関係は、先端角度α＝９０度−セット角度θである。すなわち、セット角度θは、スロットルバルブ５の外周面５ｃ、及び外周面５ｆが、ボア１１の内周面に当接した状態なので、上記関係が成立するのである。
先端角度αの条件としては、水準１として、８６±０．２５度（以下、８６度という）、水準２として、８４±０．２５度（以下、８４度という）、及び水準３として、８２±０．２５度（以下、８２度という）の３つの水準である。ここで、±０．２５は、公差である。
また、別な条件として、図１４（ｂ）に示すように、先端部５ａ、５ｅの先端にＲ＝０．２８〜０．３７ｍｍを形成した場合についても実験している。
【００３６】
次に、図１３、図１５に基づいて、実験手順を説明する。
（１）スロットルバルブ５の外周面５ｃ、５ｆをボア１１の内周面に接触させる（Ｓ１）。これがボアタッチＢ（バルブタッチ）の状態である。
（２）ボアタッチＢ（バルブタッチ）から更に閉じる方向に、スロットルバルブ５に一定トルクＴＦを負荷する（Ｓ２）。この負荷は、スロットルバルブ５の作動速度を考慮しない静的負荷である。静的負荷をかけた後の状態が、図１３に示す全閉位置（全閉状態）である（Ｓ３）。
（３）スロットルバルブ５に対して開く方向にトルクを与える。このとき、始めは、スロットルバルブ５は回転しない（Ｓ４）。トルクが大きくなると、スロットルバルブ５の外周面５ｃ、５ｆがボア１１の内周面から離脱する（Ｓ６）。このとき、スロットルバルブ５の外周面５ｃ、５ｆがボア１１の内周面に対して食込んでいると、瞬間的に大きなトルクがかかる（Ｓ５）。この大きなトルクが脱出トルクＴＤである。
（４）Ｓ１〜Ｓ６のトルク波形を測定し、最大値（負荷トルクＴＦ）と最小値（脱出トルクＴＤ）を算出する。
（５）スロットルバルブ５の条件（水準）を変えて、（１）から（４）を繰り返す。
【００３７】
いくつかの実験事例を説明する。
図１６に、水準２−１のトルク波形を示す。水準２−１は、先端角度α＝８４度、Ｒなしである。負荷トルクＴＦとして、０．６Ｎ・ｍを与えている。このときの脱出トルクＴＤは、０．２Ｎ・ｍである。
図１７に、水準２−２のトルク波形を示す。水準２−２は、先端角度α＝８４度、Ｒ有りである。負荷トルクＴＦとして、０．６Ｎ・ｍを与えている。このときの脱出トルクＴＤは、０．１Ｎ・ｍである。
図１８に、水準３−１のトルク波形を示す。水準３−１は、先端角度α＝８２度、Ｒなしである。負荷トルクＴＦとして、０．６Ｎ・ｍを与えている。このときの脱出トルクＴＤは、０．０１Ｎ・ｍ以下（ほぼゼロ）である。
【００３８】
次に、全体の実験結果を図１９に示す。横軸は、負荷トルクＴＦ（単位Ｎ・ｍ）であり、０．２Ｎ・ｍ、０．４Ｎ・ｍ、０．６Ｎ・ｍ、０．８Ｎ・ｍ、１．０Ｎ・ｍの５段階の負荷トルクＴＦで実験している。縦軸は、脱出トルクＴＤ（単位Ｎ・ｍ）であり、実験による計測値を示している。
水準としては、６つの水準で実験している。水準１−１は、先端角度α＝８６度、Ｒなしであり、水準１−２は、先端角度α＝８６度、Ｒ有りである。水準２−１は、先端角度α＝８４度、Ｒなしであり、水準２−２は、先端角度α＝８４度、Ｒ有りである。水準３−１は、先端角度α＝８２度、Ｒなしであり、水準３−２は、先端角度α＝８２度、Ｒ有りである。
【００３９】
図１９に示すように、負荷トルクＴＦ＝０．６Ｎ・ｍで考察したときに、水準１−１では、脱出トルクＴＤ＝０．３５Ｎ・ｍが必要であり、水準１−２では、脱出トルクＴＤ＝０．２５Ｎ・ｍが必要である。同様に、水準２−１では、脱出トルクＴＤ＝０．１７Ｎ・ｍが必要であり、水準２−２では、脱出トルクＴＤ＝０．１Ｎ・ｍが必要である。同様に、水準１−１では、脱出トルクＴＤ＝０．０１Ｎ・ｍが必要であり、水準３−２では、脱出トルクＴＤ＝０．０１Ｎ・ｍが必要である。
【００４０】
水準１では、Ｒ有りの水準１−２の方が、Ｒなしの水準１−１よりも、脱出トルクＴＤが大きく低減されている。同様に、水準２では、Ｒ有りの水準２−２の方が、Ｒなしの水準２−１よりも、脱出トルクＴＤが大きく低減されている。
しかし、水準３では、Ｒ有りの水準３−２と、Ｒなしの水準３−１とで、脱出トルクＴＤがほとんど変化していない。これは、水準３（先端角度α＝８２度、負荷トルクＴＦ＝０．６Ｎ・ｍ）では、スロットルバルブ５の外周面が、ボア１１の内周面に軽く接触しているだけで、ほとんど食込みが発生していないからであると、考えられる。
【００４１】
図１９に示すように、先端角度α＝８２度以下とし、負荷トルクＴＦ＝０．６Ｎ・ｍ以下（０．４Ｎ・ｍ、０．２Ｎ・ｍ）とすれば、脱出トルクＴＤ＝０．０１Ｎ・ｍ以下とすることができ、ストッパを必要とせずに、スロットルバルブ５の外周面５ｃをボア内周面に接触させることにより、全閉位置を決めた場合でも、オープナバネを０．１Ｎ・ｍのバネを使用できるため、小型モータを使用できることがわかった。
言い換えると、先端角度αが８６度以上では、負荷トルクＴＦを０．２Ｎ・ｍとしても、脱出トルクＴＤが０．１Ｎ・ｍ程度有り、ストッパを無くすことができないと考えられる。また、先端角度αが８４度では、負荷トルクＴＦを０．２Ｎ・ｍにすれば、脱出トルクＴＤを０．０４Ｎ・ｍとすることができる。しかし、負荷トルクＴＦを０．２Ｎ・ｍ
まで下げると、全閉位置における漏れ量が大きくなる問題が発生してしまう。
【００４２】
次に、実験結果を検証するための食込みのメカニズムについて検討する。図２０に、スロットルバルブ５とボア１１の位置関係を示す。スロットルシャフト４の中心点を回転中心点４ａとしている。（ａ）は、外周面５ｃがボア１１の内周面と平行な位置にある状態を示し、（ｂ）は、スロットルバルブ５の先端部５ａがボア１１の内周面に軽く接触したボアタッチ状態を示す。
図２０（ａ）に示すように、ボア１１の垂直断面Ｋと、回転中心点４ａと先端部５ａを結ぶ直線のなす角をθ１とする。また、全閉位置における、垂直断面Ｋと、回転中心点４ａと外周面５ｃの中点を結ぶ直線のなす角をθ（セット角度）とする。
また、（ｂ）に示すように、ボアタッチ位置における、垂直断面Ｋと、回転中心点４ａと先端部５ａを結ぶ直線のなす角をθ２とする。回転中心点４ａから先端部５ａまでの距離をＬとする。スロットルバルブ５の厚みをｔとする。外周面５ｃの幅をｔ１とする。ボア中心線から外周面５ｃまでの垂直距離をｄ／２とする。外周面５ｃの中点から、回転中心点４ａを含む垂直断面Ｋまでの距離をｈとする。ボア１１の内半径をＤ／２とする。
【００４３】
始めに、ボアタッチ角度θ２を算出する方法を説明する。
外周面５ｃの幅ｔ１＝ｔ／ｃｏｓθであり、距離ｈ＝（ｄ／２）／ｔａｎθであり、θ１＝ｔａｎ−１｛（ｈ＋ｔ１／２）／（ｄ／２）｝であり、Ｌ＝｛（ｄ／２）２＋（ｈ＋ｔ１／２）２｝１／２であり、θ２＝ｃｏｓ−１｛（Ｄ／２）／Ｌ｝である。
次に、図２１に示すように、負荷トルクＴＦを加えた状態を考える。スロットルバルブ５の先端５ａが、ボアから受ける力をＰとすると、軸心方向の分力Ｆは、Ｆ＝Ｔ／２Ｌ＝Ｐｓｉｎθ２であり、直径方向の分力Ｗは、Ｗ＝Ｐｃｏｓθ２である。
【００４４】
図２２に、負荷トルクＴＦを加えた後、スロットルバルブ５が弾性変形した状態を示す。スロットルバルブ５の長さがＬ１と短くなっている。このときの角度βは、β＝θ２−Δθである。ここで、Δθは、たわみ角である。
次に、たわみ角Δθの算出方法を説明する。スロットルバルブ５は、円形片持ち梁として計算できるから、Δθ＝６ＦＬ（π／２＋１）／Ｅｔ３となる。ここで、Ｅは、縦弾性係数であり、アルミの場合は、７２ＧＰａである。
また、Ｌ１＝（Ｄ／２）／ｃｏｓβとなる。
次に、再びスロットルバルブ５を開くときに必要な脱出トルクＴＤの算出方法を、図２３に基づいて説明する。
【００４５】
スロットルバルブ５が動き出す条件は、作動力である脱出トルクＴＤが、閉じる側に働く摩擦力より大きいことである。これを式で表わすと次式となる。
Ｐ１ｃｏｓβ＋Ｗｓｉｎβ＞μ（Ｗｃｏｓβ−Ｐ１ｓｉｎβ）
ここで、μは、摩擦係数であり、アルミでは、０．１５である。
上式よりＰ２を求めると、次式となる。
Ｐ２＞Ｗ（μｃｏｓβ−ｓｉｎβ）／（ｃｏｓβ+μｓｉｎβ）
したがって、脱出トルクＴＤは、ＴＤ＝２Ｐ１Ｌ１となる。
理論的に求めた計算式と図１９の実験値との比較を図２４に示す。実験値は、水準１のＲなしデータを（１−１）で示し、水準２のＲなしデータを（２−１）で示し、水準３のＲなしデータを（３−１）に示している。横軸は、負荷トルクＴＦ（単位Ｎ・ｍ）であり、０．２Ｎ・ｍ、０．４Ｎ・ｍ、０．６Ｎ・ｍ、０．８Ｎ・ｍ、１．０Ｎ・ｍの５段階の負荷トルクＴＦで実験している。縦軸は、脱出トルクＴＤ（単位Ｎ・ｍ）であり、実験、及び理論計算による値を示している。
水準１のＲなしの理論計算値をＱ１に示し、水準２のＲなしの理論計算値をＱ２に示し、水準３のＲなしの理論計算値をＱ３に示す。図２４に示すように、Ｑ２と（２−１）は、ほとんど一致しており、Ｑ３と（３−１）は、ほとんど一致している。Ｑ１と（１−
１）とは、少し乖離している。
図２４より、水準２，３では、実験データが理論値とほぼ一致しており、信頼性の高い実験データであることが確認された。
【００４６】
以上詳細に説明したように、本実施の形態のスロットル装置１よれば、（１）内周に円形状断面のボア１１が形成されたスロットルボディ２と、両端がスロットルボディ２に回転可能に支持されたスロットルシャフト４と、スロットルシャフト４に取付けられ、ボア１１の開口面積を変化させる円板状のスロットルバルブ５と、スロットルバルブ５の回転角度を制御する制御手段とを有し、制御手段が、ボア１１の開口面積を最小とする全閉位置にスロットルバルブ５を位置させる制御を行うスロットル装置において、全閉位置が、スロットルバルブ５の外周面とボア１１の内周面とが接触することにより決められること、スロットルバルブ５の、スロットルシャフト４から最も遠い位置にある一方の外周面５ｃとスロットルバルブ５の上流側端面５ｂとのなす角度が、８２度以下であること、スロットルバルブ５の、スロットルシャフト４から最も遠い位置にある他方の外周面５ｆとスロットルバルブ５の下流側端面５ｄとのなす角度が、８２度以下であること、制御手段が、全閉位置にバルブを位置させるときに、スロットルバルブ５にかかる負荷トルクＴＦを、０．６Ｎ・ｍ以下に制御すること、を特徴とするので、全閉位置においてスロットルバルブ５を位置決めするためのストッパを無くしても、スロットルバルブ５の外周面５ｃ、５ｆがボア１１の内周面に食込むことがないため、次にスロットルバルブ５を開方向に回転駆動させるときに、大きな脱出トルクＴＤを必要とせず、コストダウンを実現することができる。
【００４７】
（２）（１）に記載するスロットル装置において、全閉位置における、ボア１１の垂直切断面Ｋとスロットルバルブ５のなす全閉角度が、８度以上であること、を特徴とする。本発明者の実験によれば、全閉角度を６度とすると、全閉位置にスロットルバルブ５を位置させるときに、スロットルバルブ５にかかる負荷トルクＴＦを、０．６Ｎ・ｍとした場合に、次にスロットルバルブ５を開方向に回転駆動するときに、０．２Ｎ・ｍの脱出トルクＴＤを必要とする。一方、例えば、特許文献１の技術のオープナバネは、０．１Ｎ・ｍ程度のトルクしか出すことができないため、バルブ外周面５ｃ、５ｆがボア１１の内周面に食込むと、オープナバネでは、次にスロットルバルブ５を開方向に回転することができない。
【００４８】
ここで、オープナバネのトルクを大きくできない理由は、オープナバネのトルクを大きくすると、バックスプリングのトルクも大きくする必要があり、さらに、モータのトルクを大きくする必要がでて、モータを大型化する必要があり、低コスト化の要求と相反するからである。
それに対して、全閉角度を８度以上とすることにより、スロットルバルブ５にかかる負荷トルクＴＦを、０．６Ｎ・ｍとした場合に、次にスロットルバルブ５を開方向に回転駆動するときに必要な脱出トルクＴＤを、０．０１Ｎ・ｍ以下とすることができ、０．１Ｎ・ｍのトルクを有するオープナバネにより、余裕を持って開くことができる。
【００４９】
（３）（１）または（２）に記載するスロットル装置において、全閉位置では、スロットルバルブ５が、ボア１１の内周面に押されて弾性変形していないこと、を特徴とするので、スロットルバルブ５の外周面５ｃ、５ｆが、ボア１１の内周面に食込む現象は、スロットルバルブ５がボア１１の内周面に押されて弾性変形するため、バルブ外周面５ｃ、５ｆとボア１１の内周面との間の応力が大きくなり、摩擦力が増大するため、次にスロットルバルブ５を開くときに、大きな脱出トルクＴＤを必要とすると考えられる。したがって、全閉状態のときに、スロットルバルブ５がボア１１の内周面に押されて弾性変形していなければ、摩擦力が小さくて、次にスロットルバルブ５を開くときの脱出トルクＴＤを小さくできるのである。言い換えるならば、スロットルバルブ５がボア１１の内周面に押
されて弾性変形させないために、スロットルバルブ５の、スロットルシャフト４から最も遠い位置にある一方の外周面５ｃとスロットルバルブ５の上流側端面５ｂとのなす角度が、８２度以下であること、スロットルバルブ５の、スロットルシャフト４から最も遠い位置にある他方の外周面５ｆとスロットルバルブ５の下流側端面５ｄとのなす角度が、８２度以下であること、制御手段が、全閉位置にバルブを位置させるときに、スロットルバルブ５にかかる負荷トルクＴＦを、０．６Ｎ・ｍ以下に制御すること、という条件を必要とするのである。
【００５０】
以上本発明の具体的な実施例について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されることなく、色々な応用が可能である。
例えば、本実施の形態では、負荷トルクＴＦを０．６Ｎ・ｍとしているが、０．６〜０．２Ｎ・ｍでも良い。ただし、負荷トルクＴＦを０．２Ｎ・ｍ以下とすると、弁閉時に漏れ量が多くなる問題がある。
【符号の説明】
【００５１】
１    スロットル装置
２    スロットルボディ
４    スロットルシャフト
５    スロットルバルブ
５ａ、５ｅ  バルブ先端
５ｂ  バルブ上流側端面
５ｃ  バルブの、回転軸から一番遠い位置にある一方の外周面
５ｄ  バルブ下流側端面
５ｆ  バルブの、回転軸から一番遠い位置にある他方の外周面
１１  ボア
α    先端角度
θ    セット角度
ＴＦ  負荷トルク
ＴＤ  脱出トルク
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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