特許 6427094 軸一体ギヤ及び排気バルブ駆動装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6427094

(24)【登録日】2018年11月2日

(45)【発行日】2018年11月21日

(54)【発明の名称】軸一体ギヤ及び排気バルブ駆動装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 13/08 20100101AFI20181112BHJP

   F02D 9/10 20060101ALI20181112BHJP

   F16H 55/17 20060101ALI20181112BHJP

【ＦＩ】

   F01N13/08 B

   F02D9/10 G

   F16H55/17 A

【請求項の数】4

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2015-249563(P2015-249563)

(22)【出願日】2015年12月22日

(65)【公開番号】特開2017-115617(P2017-115617A)

(43)【公開日】2017年6月29日

【審査請求日】2016年12月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】000107295

【氏名又は名称】ジェコー株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】泉 彦志

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 和也

(72)【発明者】

【氏名】三代川 太気

(72)【発明者】

【氏名】馬渕 知樹

(72)【発明者】

【氏名】尾形 陽一朗

【審査官】 稲村 正義

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−２２２１０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−２０３４７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−２１１１８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１７４５２６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｎ １３／０８

Ｆ０２Ｄ ９／１０

Ｆ１６Ｈ ５５／１７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

樹脂材料で形成されている回転軸と、
金属材料で形成され、前記回転軸のギヤ支持部に外嵌する円筒状のギヤと、
前記ギヤの内周面から半径方向内側に突出する単一の環状突部と、
前記環状突部の軸方向の一方の端面から軸方向に延在する固定溝と、
を有し、
前記環状突部は、前記内周面の一端に設けられ、前記一端の端面に沿った第１側面と、前記第１側面と平行、かつ、前記第１側面より前記内周面の内部側に設けられる第２側面とを有し、
前記固定溝は、前記第２側面から前記軸方向に沿って前記第１側面より手前まで設けられる、
ことを特徴とする軸一体ギヤ。

【請求項2】

前記ギヤ支持部は、前記ギヤが外嵌される環状溝を有し、前記環状溝の側壁の間で前記ギヤを挟持する
ことを特徴とする請求項１に記載の軸一体ギヤ。

【請求項3】

前記ギヤは、インサート成形により前記回転軸と一体に成形されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の軸一体ギヤ。

【請求項4】

請求項１から３の何れか一項に記載の軸一体ギヤと、
前記ギヤに接続されて前記軸一体ギヤを回転駆動させる駆動源と、
前記軸一体ギヤの回転位置を検出する位置センサと、
前記軸一体ギヤと内燃機関の排気通路に設けられている排気バルブとを接続する接続機構と、を有する
ことを特徴とする排気バルブ駆動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、軸一体ギヤ及び排気バルブ駆動装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば自動車の排気効率や静音性を向上するために、マフラーに設けられている排気バルブを開閉して排気通路の切り替え等を行う排気バルブ駆動装置が用いられている。排気バルブ駆動装置としては、例えば、排気バルブに接続される回転軸、回転軸を回動させるモータ、及び回転軸の回転位置を検出する位置センサを含む構成が知られている。

【0003】

ここで、自動車の排気通路には高温（例えば２００℃以上）の排気ガスが流れ込むため、排気バルブから回転軸を通じて伝わる熱によってモータや位置センサが故障する可能性がある。そこで、排気バルブからモータ及び位置センサを離間するように構成し、排気バルブとモータ等との間に遮熱板を設けた排気バルブ駆動装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００１−２８９０７１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、上記した特許文献１に係る排気バルブ駆動装置では、排気バルブとモータ等とを離間させるために装置構成が大型化する可能性がある。また、排気バルブとモータ等との間に遮熱板を設ける必要があり、部品点数が増加すると共に構成が複雑化する虞がある。

【0006】

ここで、排気バルブからモータへの熱の伝わりを抑制するために、回転軸やギヤ等を熱伝導率が低い樹脂材料で形成することが考えられる。しかし、樹脂材料で形成されたギヤは強度が低下し、排気バルブ開閉時の衝撃等により破損してモータの駆動力を伝達できなくなり、排気バルブを開閉できなくなる可能性がある。

【0007】

本発明は上記に鑑みてなされたものであって、小型且つ簡易な構成で、駆動源から被駆動体に駆動力を伝達可能であり、被駆動体から駆動源への断熱性に優れた軸一体ギヤ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】

【0008】

本発明の一態様の軸一体ギヤによれば、樹脂材料で形成されている回転軸と、金属材料で形成され、前記回転軸のギヤ支持部に外嵌する円筒状のギヤと、前記ギヤの内周面から半径方向内側に突出する単一の環状突部と、前記環状突部の軸方向の一方の端面から軸方向に延在する固定溝と、を有し、前記環状突部は、前記内周面の一端に設けられ、前記一端の端面に沿った第１側面と、前記第１側面と平行、かつ、前記第１側面より前記内周面の内部側に設けられる第２側面とを有し、前記固定溝は、前記第２側面から前記軸方向に沿って前記第１側面より手前まで設けられる。

【発明の効果】

【0009】

本発明の実施形態によれば、小型且つ簡易な構成で、駆動源から被駆動体に駆動力を伝達可能であり、被駆動体から駆動源への断熱性に優れた軸一体ギヤが提供される。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態における排気バルブ駆動装置を例示する図である。

【図2】実施形態における排気バルブ駆動装置の分解斜視図である。

【図3】図１（Ｂ）のＡ−Ａ断面図である。

【図4】図１（Ｂ）のＢ−Ｂ断面図である。

【図5】実施形態における軸一体ギヤを含む主要部を例示する図である。

【図6】実施形態における軸一体ギヤを含む主要部の分解斜視図である。

【図7】実施形態における軸一体ギヤを含む主要部の断面図である。

【図8】実施形態におけるロータの上面図である。

【図9】実施形態におけるギヤの斜視図である。

【図10】実施形態におけるギヤの上面図である。

【図11】図１０のＣ−Ｃ断面図である。

【図12】実施形態におけるギヤ支持部によるギヤの支持構造を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

【0012】

まず、実施形態における排気バルブ駆動装置１００について、図面に基づいて説明する。排気バルブ駆動装置１００は、例えば、自動車のマフラーに設けられている排気バルブに接続され、内燃機関から排出される排気ガスの排気通路を変更するように排気バルブを開閉させる。

【0013】

図１は、実施形態における排気バルブ駆動装置１００を例示する図である。図１（Ａ）は排気バルブ駆動装置１００の側面図であり、図１（Ｂ）は排気バルブ駆動装置１００の上面図である。また、図２は、実施形態における排気バルブ駆動装置１００の分解斜視図である。図３は、図１（Ｂ）のＡ−Ａ断面図であり、軸一体ギヤ３０の回転軸を通る断面図である。図４は、図１（Ｂ）のＢ−Ｂ断面図であり、モータ４０の駆動軸を通る断面図である。

【0014】

図１から図４に示されるように、排気バルブ駆動装置１００は、位置センサ１０、ロータ２０、軸一体ギヤ３０、駆動源としてのモータ４０、接続機構としてのジョイント５０、上ケース１０１、下ケース１０３を有する。

【0015】

位置センサ１０は、２つのネジ１２によって上ケース１０１の上面に固定されている。位置センサ１０と上ケース１０１との間には、防水のためにガスケット１１が設けられている。位置センサ１０は、ホール素子等の磁気センサを備え、軸一体ギヤ３０の回転位置を検出する。

【0016】

ロータ２０は、ネジ２１によって軸一体ギヤ３０の回転軸の上端に固定されている。ロータ２０は、円筒状に形成され、内周面に永久磁石及びヨーク板が設けられている。位置センサ１０は、軸一体ギヤ３０と共に回転するロータ２０の磁束密度の変化を磁気センサで検出し、軸一体ギヤ３０の回転位置を検出する。

【0017】

軸一体ギヤ３０は、金属材料で形成されるギヤが、樹脂材料で形成される回転軸とインサート成形により一体に形成されている。軸一体ギヤ３０は、下ケース１０３にＯリング３１を介して支持されている。軸一体ギヤ３０は、上端にロータ２０が固定され、下端にジョイント５０が固定されている。

【0018】

軸一体ギヤ３０は、図３及び図４に示されるように、モータ４０のウォームギヤ４１に噛み合い、モータ４０からの駆動力が伝達されて回転する。モータ４０が回転駆動すると、ウォームギヤ４１から駆動力が伝達され、軸一体ギヤ３０がロータ２０及びジョイント５０と共に回転する。

【0019】

モータ４０は、上ケース１０１と下ケース１０３との間に設けられ、板状のホルダ４２及びＯリング４５，４６に支持されている。ホルダ４２は、図２に示されるように、２つのネジ４３によって上ケース１０１に固定される。

【0020】

モータ４０は、図４に示されるように、駆動軸４７の端部に、軸一体ギヤ３０に噛み合うウォームギヤ４１が設けられている。モータ４０は、外部に設けられているコントローラにより制御されて回転駆動し、ウォームギヤ４１に噛み合う軸一体ギヤ３０を回転させる。

【0021】

ジョイント５０は、軸一体ギヤ３０の回転軸の下端部分にピン５１により固定され、軸一体ギヤ３０と共に回転する。ジョイント５０は、排気バルブの弁体を回転させる弁軸に係合する。ジョイント５０は、軸一体ギヤ３０と共に回転し、排気バルブの弁軸を回転させて排気通路を開閉させる。

【0022】

上ケース１０１及び下ケース１０３は、例えば樹脂材料で形成されている。上ケース１０１と下ケース１０３とは、防水のためにガスケット１０２を介して接合され、軸一体ギヤ３０のギヤ部分、モータ４０等を内部に収納する。上ケース１０１の下面周縁部には、ワイヤメッシュ１０４が取り付けられている。

【0023】

次に、実施形態における軸一体ギヤ３０を含む主要部の構成について、図面に基づいて詳細に説明する。

【0024】

図５は、実施形態における軸一体ギヤ３０を含む主要部を例示する図である。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、異なる角度から見た側面図である。図６は、実施形態における軸一体ギヤ３０を含む主要部の分解斜視図である。また、図７は、実施形態における軸一体ギヤ３０を含む主要部の断面図である。

【0025】

位置センサ１０は、図５から図７に示されるように、コネクタ１３、外筒部１４、センサ部１５を有し、排気バルブ駆動装置１００の上ケース１０１に固定される。コネクタ１３は、外部のコントローラに検出信号を送信するケーブルが接続される。外筒部１４は、円筒状に形成されてセンサ部１５の周囲を覆う。センサ部１５は、円柱状に形成され、内部に磁気センサが設けられている。

【0026】

ロータ２０は、ネジ２１により軸一体ギヤ３０の上端に固定され、軸一体ギヤ３０と共に回転する。ロータ２０は、円筒状に形成され、上ケース１０１に固定されている位置センサ１０のセンサ部１５を環囲する。

【0027】

図８は、実施形態におけるロータ２０の上面図である。ロータ２０は、図８に示されるように、円筒部２２の内周面に沿って、永久磁石２３ａ，２３ｂ及びヨーク板２４ａ，２４ｂが設けられている。永久磁石２３ａ，２３ｂは、それぞれ棒状に形成されて対向配置されている。ヨーク板２４ａ，２４ｂは、それぞれ半円筒状に形成されて永久磁石２３ａ，２３ｂの間に対向配置されている。ロータ２０は、上記した構成を有し、ヨーク板２４ａとヨーク板２４ｂとの間に磁界が形成される。

【0028】

ジョイント５０は、図５から図７に示されるように、連結部５２、２本の係合爪５４を有する。連結部５２は、樹脂材料で形成され、軸一体ギヤ３０の連結軸５５が挿入される連結孔５３を有する。連結部５２は、ピン５１により連結孔５３に挿入される軸一体ギヤ３０の連結軸５５に固定される。

【0029】

係合爪５４は、金属材料により形成され、連結部５２から軸一体ギヤ３０とは反対側に、軸一体ギヤ３０の回転軸の軸方向に平行に延伸するように形成されている。係合爪５４は、排気通路に設けられている排気バルブの弁軸に係合する。

【0030】

排気バルブ駆動装置１００のモータ４０が回転駆動すると、軸一体ギヤ３０がロータ２０及びジョイント５０と共に回転する。ジョイント５０が軸一体ギヤ３０と共に回転すると、係合爪５４が係合する排気バルブの弁軸が回転し、弁軸に連結されている弁体が排気通路を開閉するように回動する。

【0031】

また、ロータ２０が軸一体ギヤ３０と共に回転すると、固定されている位置センサ１０のセンサ部１５周囲の磁界の向きが、ロータ２０の回転に応じて変化することになる。センサ部１５に設けられている磁気センサは、ロータ２０の回転により磁界の向きと共に変化する磁束密度に応じた信号を出力する。

【0032】

位置センサ１０に接続されているコントローラは、磁気センサから出力される信号に基づいて軸一体ギヤ３０の回転位置を検出する。また、コントローラは、軸一体ギヤ３０の回転位置を検出することで、軸一体ギヤ３０とジョイント５０により接続されている排気バルブの開閉状態を把握できる。

【0033】

軸一体ギヤ３０は、図５から図７に示されるように、回転軸３２、ギヤ３４を有する。回転軸３２は、樹脂材料で形成されている。また、ギヤ３４は、金属材料で形成されている。ギヤ３４は、例えば金属製の焼結ギヤである。回転軸３２及びギヤ３４は、インサート成形により一体に形成されている。

【0034】

回転軸３２は、ギヤ支持部３３、連結軸５５を有する。ギヤ支持部３３は、円筒状に形成され、ギヤ３４が外嵌される。連結軸５５は、多角柱状に形成され、回転軸３２の下端部分に設けられている。連結軸５５は、ジョイント５０の連結部５２に設けられている連結孔５３に挿入され、ピン５１によりジョイント５０が連結される。

【0035】

ギヤ３４は、円筒状に形成され、回転軸３２のギヤ支持部３３に外嵌する。ギヤ３４は、外周面にモータ４０のウォームギヤ４１に噛み合う歯が形成され、ウォームギヤ４１を介してモータ４０の駆動力が伝達される。

【0036】

モータ４０が回転駆動すると、ギヤ３４にモータ４０からの駆動力が伝達され、ギヤ３４に一体に形成されている回転軸３２がロータ２０及びジョイント５０と共に回転する。このようにモータ４０が回転駆動して回転軸３２と共にジョイント５０が回転することで、ジョイント５０に接続されている排気バルブが開閉する。また、回転軸３２と共にロータ２０が回転することで、位置センサ１０の磁気センサからの出力に基づいて回転軸３２の回転位置及び排気バルブの開閉状態が検出される。

【0037】

次に、軸一体ギヤ３０のギヤ３４の構成及び回転軸３２のギヤ支持部３３によるギヤ３４の支持構造について、図面に基づいて説明する。

【0038】

図９は、実施形態におけるギヤ３４の斜視図である。また、図１０は、実施形態におけるギヤ３４の上面図である。図１１は、図１０のＣ−Ｃ断面図である。

【0039】

ギヤ３４は、図９から図１１に示されるように、円筒状に形成され、外周面にウォームギヤ４１に噛み合う歯３５が設けられている。また、ギヤ３４は、内周面から半径方向内側に突出する環状突部３６を有する。環状突部３６は、ギヤ３４の内周面の全周に形成され、複数の固定溝３７が等間隔に設けられている。

【0040】

ギヤ３４は、ギヤ支持部３３に外嵌するように回転軸３２とインサート成形により一体に形成される。回転軸３２及びギヤ３４のインサート成形では、ギヤ３４の内周面側にギヤ支持部３３を形成する樹脂が流し込まれ、環状突部３６がギヤ支持部３３の外周面に食い込むようにギヤ３４とギヤ支持部３３とが一体に形成される。

【0041】

このように、複数の固定溝３７を有する環状突部３６がギヤ支持部３３の外周面に食い込むように形成されることで、ギヤ３４はギヤ支持部３３と噛み合って空回りすることなく回転軸３２と共に回転できる。

【0042】

図１２は、実施形態におけるギヤ支持部３３によるギヤ３４の支持構造を説明する図である。

【0043】

図１２に示されるように、ギヤ３４は、ギヤ支持部３３の全周に渡って設けられている環状溝３８に外嵌し、環状溝３８の側壁３９の間で挟持されるように、ギヤ支持部３３と一体に形成される。

【0044】

このような構成により、例えば図１２（Ａ）に示されるように、温度上昇時には、樹脂材料で形成されているギヤ支持部３３が膨張してギヤ３４の内周面を押圧する。このように、温度上昇時において、ギヤ３４は、内周面が半径方向外側に向かって押圧されることでギヤ支持部３３に固定支持される。

【0045】

また、例えば図１２（Ｂ）に示されるように、温度低下時には、樹脂材料で形成されているギヤ支持部３３が収縮して側壁３９がギヤ３４の側面を押圧する。このように、温度低下時において、ギヤ３４は、側壁３９の間に挟み込まれるようにギヤ支持部３３に固定支持される。

【0046】

上記したように、温度変化により樹脂材料で形成されているギヤ支持部３３が膨張又は収縮した場合であっても、ギヤ３４はギヤ支持部３３によって強固に固定支持される。ギヤ３４は、温度変化に関わらずギヤ支持部３３によって固定支持され、さらに内周面に形成されている環状突部３６によってギヤ支持部３３に噛み合うことで、空回りすることなく回転軸３２と共に回転する。

【0047】

以上で説明したように、本実施形態における軸一体ギヤ３０は、熱伝導率が金属よりも低い樹脂材料で回転軸３２が形成されている。したがって、回転軸３２における断熱性が向上し、高温の排気ガスが流れ込む排気通路に設けられている排気バルブから位置センサ１０やモータ４０に伝わる熱量が低減する。このため、位置センサ１０やモータ４０等を排気バルブや軸一体ギヤ３０から離間して設ける必要がなく、排気バルブ駆動装置１００の小型化及び構造を簡易化することが可能となる。

【0048】

また、軸一体ギヤ３０は、ギヤ３４が金属材料で形成されている。したがって、高温環境においてもギヤ３４の強度が維持され、例えば排気バルブ開閉時の衝撃等によるギヤ３４の破損が防止される。また、ギヤ３４は、環状突部３６がギヤ支持部３３の外周面に食い込み、さらにギヤ支持部３３の環状溝３８に嵌るように、インサート成形により回転軸３２と一体に形成されている。このような構成により、ギヤ３４は、温度変化に関わらずギヤ支持部３３に固定支持されて空回りすることなく回転軸３２と共に回転する。

【0049】

このように、本実施形態における軸一体ギヤ３０によれば、小型且つ簡易な構成で、駆動源としてのモータ４０から被駆動体としての排気バルブに駆動力を伝達可能であり、排気バルブからモータ４０等への断熱性が向上する。また、軸一体ギヤ３０を備える排気バルブ駆動装置１００では、小型化及び構成の簡易化が可能となる。

【0050】

以上、実施形態に係る軸一体ギヤ及び排気バルブ駆動装置について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。

【0051】

例えば、上記した実施形態では、位置センサ１０としてホール素子等の磁気センサを用いた構成を例示したが、異なる方式で軸一体ギヤ３０の回転位置を検出してもよい。また、ギヤ３４の内周面に形成される環状突部３６の形状、固定溝３７の数及び位置等の構成は、ギヤ３４の空回りを防止可能であれば、上記した実施形態において例示される構成に限られるものではない。また、ジョイント５０の係合爪５４等は、接続される排気バルブの構成に応じて設計され、本実施形態において例示された構成に限られるものではない。また、実施形態として軸一体ギヤ３０を有する排気バルブ駆動装置１００を例示したが、軸一体ギヤ３０は様々な装置に用いることが可能である。

【符号の説明】

【0052】

１０ 位置センサ
２０ ロータ
３０ 軸一体ギヤ
３２ 回転軸
３３ ギヤ支持部
３４ ギヤ
３６ 環状突部
３７ 固定溝
３８ 環状溝
３９ 側壁
４０ モータ（駆動源）
５０ ジョイント（接続機構）
１００ 排気バルブ駆動装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】