特開 2022-143239 変速機構及び流体制御弁

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022143239

(43)【公開日】2022-10-03

(54)【発明の名称】変速機構及び流体制御弁

(51)【国際特許分類】

   F16K 31/53 20060101AFI20220926BHJP

   F16K 31/04 20060101ALI20220926BHJP

   F02D 9/02 20060101ALI20220926BHJP

【ＦＩ】

F16K31/53

F16K31/04 A

F02D9/02 351P

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021043660

(22)【出願日】2021-03-17

(71)【出願人】

【識別番号】000177612

【氏名又は名称】株式会社ミクニ

(74)【代理人】

【識別番号】100090022

【弁理士】

【氏名又は名称】長門 侃二

(72)【発明者】

【氏名】實方 雄平

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 啓悟

(72)【発明者】

【氏名】井出 祐策

【テーマコード（参考）】

3G065

3H062

3H063

【Ｆターム（参考）】

3G065CA34

3G065DA05

3G065KA12

3H062AA03

3H062AA15

3H062BB10

3H062BB33

3H062CC01

3H062DD01

3H062EE01

3H062EE07

3H062GG01

3H062HH02

3H062HH10

3H063AA02

3H063BB02

3H063BB36

3H063DA14

3H063DB31

3H063FF02

3H063GG03

3H063GG19

(57)【要約】

【課題】フリクションを抑えた変速機構及び流体制御弁を提供する。
【解決手段】電動スロットルバルブのバルブボディに設けられた支持部５６に固定され、モータシャフト及びバルブシャフトと平行に配置された中間シャフト３６と、中間シャフト３６に回転可能に支持された中間ギヤ３８と、を備え、中間ギヤ３８は、モータシャフトに固定されたモータギヤ３７と噛み合う第１中間ギヤ４１と、バルブシャフトに固定されたバルブギヤ３９と噛み合う第２中間ギヤ４２とを有し、第１中間ギヤ４１と第２中間ギヤ４２とは中間シャフト３６の軸線方向に並んで一体的に構成され、中間ギヤ３８の内部に軸心を中心として下方に向いて凹んだ半球状の凹部５２が形成され、中間シャフト３６に軸心を中心として球状に形成され上方を向いて突出した凸部５１が形成され、凸部５１に凹部５２が載置されて中間ギヤ３８が支持された。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

支持部材に互いに平行に配置された入力軸から出力軸に回転駆動力を伝達する変速機構であって、
前記支持部材に固定され、前記入力軸及び前記出力軸と平行に配置された中間軸と、
前記入力軸に固定された入力ギヤと、
前記出力軸に固定された出力ギヤと、
前記中間軸に回転可能に支持された中間ギヤを備え、
前記中間ギヤは、前記入力ギヤと噛み合う第１中間ギヤと、前記出力ギヤと噛み合う第２中間ギヤとを有し、前記第１中間ギヤと前記第２中間ギヤとは前記中間軸の軸線方向において互いに異なる位置に位置し、
前記中間ギヤに、前記中間軸の軸心を中心とした半球状の凹部が形成され、
前記中間軸に、当該中間軸の軸心を中心として少なくとも半球状に形成され前記凹部に挿入されて配置される凸部が形成されていることを特徴とする変速機構。

【請求項2】

前記凹部は、前記中間ギヤの内部に備えられ、
前記凸部に前記凹部が載置されて、前記中間軸が前記中間軸に支持されることを特徴とする請求項１に記載の変速機構。

【請求項3】

前記凹部の曲率は、前記凸部の曲率より小さいことを特徴とする請求項２に記載の変速機構。

【請求項4】

前記入力軸は、モータの駆動軸であり、
前記出力軸は、弁体を駆動するバルブシャフトであり、
前記支持部材は、前記モータ及び前記バルブシャフトを支持するケースに備えられ、
前記変速機構は、前記モータの駆動軸の回転を減速し駆動トルクを増加して前記バルブシャフトに伝達する減速機構である
請求項１から３のいずれか１項に記載の変速機構を備えたことを特徴とする流体制御弁。

【請求項5】

前記流体制御弁は、内燃機関の吸気流量を制御するスロットルバルブであることを特徴とする請求項４に記載の流体制御弁。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、変速機構、及び変速機構を備えた流体制御弁の構造に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば内燃機関の吸気量を制御するスロットルバルブにおいて、近年では電動スロットルバルブが多く採用されている。電動スロットルバルブの多くは、ボディ内に電動モータ、減速機構、スロットルバルブが内蔵されている。

【0003】

特許文献１には、電動スロットルバルブの一例が開示されている。特許文献１に開示された電動スロットルバルブは、ボディ内に、弁体を駆動するスロットルシャフトと電動モータの駆動軸（モータ出力軸）とが平行に配置され、モータ出力軸とスロットルシャフトとの間に減速機構が配置されている。減速機構は、モータ出力軸に固定されたモータギヤ、ボディに固定されモータ出力軸及びスロットルシャフトと平行に配置された中間シャフト、中間シャフトに回転可能に支持された中間ギヤ、バルブシャフトに固定されたスロットルギヤ（バルブギヤ）により構成されている。中間ギヤには、モータギヤにかみ合う第１中間ギヤと、スロットルギヤと噛み合う第２中間ギヤが形成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第６４１９３４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記特許文献１の電動スロットルバルブでは、中間ギヤにおいて第１中間ギヤと第２中間ギヤとが軸方向（特許文献１の図１、２の紙面上における上下方向）において互いに異なる位置にオフセットして配置されている。

【0006】

したがって、駆動時に中間ギヤは、モータギヤから受けるラジアル力と、スロットルギヤから受けるラジアル力と、が軸方向に異なる位置で互いに反対方向に力を受けて傾いてしまう。

【0007】

このように中間ギヤが傾くと、中間ギヤの軸方向端部における外周端部が、ボディの対向する部位、即ち中間シャフトの支持部に接触する可能性があり、中間シャフトの回転にフリクションを与えてしまい、減速機構及びモータの寿命を低下させる可能性があるといった問題点があった。

【0008】

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、中間ギヤの傾きによるフリクションの増加を抑制する変速機構及び当該変速機構を備えた流体制御弁を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するため、本発明の変速機構は、支持部材に互いに平行に配置された入力軸から出力軸に回転駆動力を伝達する変速機構であって、前記支持部材に固定され、前記入力軸及び前記出力軸と平行に配置された中間軸と、前記入力軸に固定された入力ギヤと、前記出力軸に固定された出力ギヤと、前記中間軸に回転可能に支持された中間ギヤを備え、前記中間ギヤは、前記入力ギヤと噛み合う第１中間ギヤと、前記出力ギヤと噛み合う第２中間ギヤとを有し、前記第１中間ギヤと前記第２中間ギヤとは前記中間軸の軸線方向において互いに異なる位置に位置し、前記中間ギヤに、前記中間軸の軸心を中心とした半球状の凹部が形成され、前記中間軸に、当該中間軸の軸心を中心として少なくとも半球状に形成され前記凹部に挿入されて配置される凸部が形成されていることを特徴とする。

【0010】

好ましくは、前記凹部は、前記中間ギヤの内部に備えられ、前記凸部に前記凹部が載置されて、前記中間軸が前記中間軸に支持されるいるとよい。

【0011】

また、好ましくは、前記凹部の曲率は、前記凸部の曲率より小さいとよい。

【0012】

また、本発明の流体制御弁は、前記入力軸は、モータの駆動軸であり、前記出力軸は、弁体を駆動するバルブシャフトであり、前記支持部材は、前記モータ及び前記バルブシャフトを支持するケースに備えられ、前記モータの駆動軸の回転を減速し駆動トルクを増加して前記バルブシャフトに伝達する減速機構である変速機構を備えることを特徴とする。

【0013】

また、好ましくは、前記流体制御弁は、内燃機関の吸気流量を制御するスロットルバルブであるとよい。

【発明の効果】

【0014】

本発明の減速機構によれば、半球状の凹部に半球状の凸部が挿入されて中間ギヤが中間軸に回転可能に支持される構成であるので、入力軸の回転により中間ギヤが回転した際に中間ギヤが例え傾いたとしても、凸部と凹部とが滑らかに摺動し、凹部と凸部とのフリクションを低減させることができる。また、この減速機構を介してモータの駆動力をバルブシャフトに伝達することで、応答性の優れたかつ高寿命化した流体制御弁にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一実施形態の電動スロットルバルブの側面図である。

【図2】カバーを外した電動スロットルバルブの上面図である。

【図3】電動スロットルバルブの上部の縦断面図である。

【図4】電動スロットルバルブの中間シャフト付近の拡大縦断面図である。

【図5】モータ駆動時において中間ギヤが受ける力の方向の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、図面に基づき本発明の一実施形態について説明する。

【0017】

図１は、本発明の一実施形態の電動スロットルバルブ１０（流体制御弁）の側面図である。図２は、カバー１１を外した電動スロットルバルブ１０の上面図である。図３は、電動スロットルバルブ１０の上部の縦断面図である。図４は、電動スロットルバルブ１０の中間シャフト３６付近の拡大断面図である。

【0018】

なお、図３は、電動スロットルバルブ１０の上部を、縦方向に切断した、詳しくは後述するモータシャフト１３（入力軸）、バルブシャフト３５（出力軸）及び中間シャフト３６（中間軸）の夫々の軸線を含む平面で切断した断面図である。また、以下に説明する本実施形態の電動スロットルバルブ１０は、モータシャフト１３が上下方向に延び、後述する減速機構２０が上方に位置するように配置される。

【0019】

本発明の一実施形態である電動スロットルバルブ１０は、例えば自動車に搭載された内燃機関の吸気流量を制御する流体制御弁である。

【0020】

図１～３に示すように、電動スロットルバルブ１０は、吸気通路１５（流体通路）が形成されたバルブボディ１６（ケース）と、吸気通路１５を開閉して流路断面積を調整するバルブ１７(弁体)と、バルブ１７を駆動する電動モータ１２を備えている。

【0021】

バルブボディ１６は、電動モータ１２を内蔵する収容空間１９が形成されたアッパボディ２１と、吸気通路１５が形成されるとともにバルブ１７が備えられたロアボディ２２を有し、アッパボディ２１とロアボディ２２とをボルト２３によって互いに固定して構成されている。

【0022】

アッパボディ２１の上部には収容空間１９に面して開口部２５が設けられており、当該開口部２５はカバー１１によって覆われている。

【0023】

また、カバー１１には電動モータ１２への電力供給用配線と、図示しない回転角度センサ等に接続する配線を外部に接続するためのコネクタ３０が備えられている。コネクタ３０は、電動モータ１２の上部に配置されている。

【0024】

図３に示すように、アッパボディ２１とカバー１１との間の収容空間１９には、減速機構２０（減速機構）及び電動モータ１２が収容されている。

【0025】

電動モータ１２の駆動軸であるモータシャフト１３とバルブ１７を駆動するバルブシャフト３５（出力軸）は上下方向に延び、互いに平行に配置されている。モータシャフト１３及びバルブシャフト３５の上端部は、アッパボディ２１の開口部２５から臨むように配置される。言い換えると、アッパボディ２１の開口部２５は、モータシャフト１３の上端部の延長方向に向けて開口している。

【0026】

モータシャフト１３とバルブシャフト３５との間には、アッパボディ２１及びカバー１１に固定されるとともにモータシャフト１３及びバルブシャフト３５と平行に上下方向に延びる中間シャフト３６（中間軸）が備えられている。

【0027】

減速機構２０は、モータシャフト１３の上端部に固定されたモータギヤ３７（入力ギヤ）、中間シャフト３６、中間シャフト３６に回転可能に支持された中間ギヤ３８、バルブシャフト３５の上端部に固定されたバルブギヤ３９（出力ギヤ）により構成されている。

【0028】

中間ギヤ３８は、モータギヤ３７と噛み合う第１中間ギヤ４１と、バルブギヤ３９と噛み合う第２中間ギヤ４２と、を有し、第１中間ギヤ４１と第２中間ギヤ４２とは上下方向に並んで、即ち中間シャフト３６の軸方向に連なって一体的に構成されている。

【0029】

減速機構２０は、電動モータ１２による回転駆動力をモータシャフト１３から、モータギヤ３７、第１中間ギヤ４１、第２中間ギヤ４２、バルブギヤ３９を介してバルブシャフト３５に減速しつつ伝達して回転駆動し、バルブ１７を開閉作動させる。

【0030】

なお、アッパボディ２１内には図示しないリターンスプリングが備えられている。リターンスプリングは、アッパボディ２１に対しバルブシャフト３５を回転させて、バルブ１７を例えば所定の中間開度状態になるように付勢する。したがって、電動スロットルバルブ１０は、電動モータ１２の作動停止時にはバルブ１７が所定の中間開度状態となり、電動モータ１２を作動させることでバルブ１７を所定の中間開度から開閉作動させる。

【0031】

中間ギヤ３８のうち、第１中間ギヤ４１が電動モータ１２側に近づけて配置され、第２中間ギヤ４２がカバー１１側に配置されている。したがって、モータギヤ３７は第１中間ギヤ４１と軸方向上下位置を合わせて電動モータ１２に近い位置に配置され、バルブギヤ３９は第２中間ギヤ４２と軸方向上下位置を合わせてバルブ１７から遠い位置に配置されている。

【0032】

図４に示すように、中間ギヤ３８の軸心には、中間シャフト３６が挿入される穴部４０が備えられている。更に、中間シャフト３６の軸方向中間部の位置に、中間ギヤ３８を回転可能に支持する凸部５１が備えられている。

【0033】

凸部５１は、中間ギヤ３８が中間シャフト３６に支持された状態で中間ギヤ３８の内部に位置し、中間シャフト３６の外周面より径方向外方に球状に突出している。

【0034】

一方、中間ギヤ３８の内部には、凸部５１に接する凹部５２が備えられている。凹部５２は、上方側に凹むように形成されている。即ち、中間ギヤの穴部４０が、凹部５２より下方で拡径し、凹部５２において滑らかな段差になっている。そして、凸部５１の上半分の部位に凹部５２が載置して中間ギヤ３８が中間シャフト３６の軸方向である下方への移動が規制され、中間ギヤ３８が中間シャフト３６に回転可能に支持される。

【0035】

また、凹部５２の曲率は、凸部５１の曲率よりわずかに小さく、即ち凸部５１よりも凹部５２が緩やかなカーブになっている。したがって、中間ギヤ３８は、凹部５２と凸部５１とが略円形帯状に面接触、少なくとも円形状に線接触するように支持されている。

【0036】

また、中間ギヤ３８の下端部には、穴部４０の外周縁部が例えば上方に凹むように円弧状に面取りした中間ギヤ面取り部５５が設けられている。一方、アッパボディ２１には、円柱状の支持部５６（支持部材）が設けられている。また、支持部５６の上端部の外周端部には、例えば円弧状に面取りした支持部面取り部５７が形成されている。中間ギヤ面取り部５５と支持部面取り部５７とは、略同一の形状で対向するように形成されている。凹部５２と凸部５１とが接触して中間ギヤ３８が中間シャフト３６に支持され、中間ギヤ３８と中間シャフト３６とが同軸上に位置している場合、あるいは中間ギヤ３８が傾いた場合であっても、中間ギヤ面取り部５５と支持部面取り部５７とが離間するように設定されている。

【0037】

図５は、モータ駆動時において中間ギヤ３８が受ける力の方向の説明図である。

【0038】

以上のような構成により、本実施形態の電動スロットルバルブ１０における減速機構２０では、電動モータ１２を駆動しモータシャフト１３を回転させることで、中間ギヤ３８に対してはモータギヤ３７から回転力を受けるとともに、バルブギヤ３９から回転力の反力を受ける。このとき、図５に示すように、中間ギヤ３８が受けるラジアル力（径方向の力）Ｆ1、Ｆ2は、中間シャフト３６の軸方向において互いに異なる位置で軸心に向かって互いに反対方向に作用する。詳しくは、モータギヤと中間ギヤ３８との噛み合い位置と、バルブギヤ３９と中間ギヤ３８との噛み合い位置とは、中間ギヤ３８の凹部５５と支持部５６の凸部５７との接触面を基準として、中間シャフト３６の軸方向の距離（図５の紙面上での上下高さ）が異なり、中間ギヤ３８に対して互いに反対方向にラジアル力Ｆ1，Ｆ2が作用するので、これらのラジアル力Ｆ1、Ｆ2によって中間ギヤ３８の回転時に、中間ギヤ３８が軸線を通る平面上で僅かに傾く。

【0039】

本実施形態では、中間シャフト３６に形成された球状の凸部５１の上側の部位に、中間ギヤ３８の内部に形成された半球状の凹部５２が接して、中間ギヤ３８が中間シャフト３６に回転可能に支持されているので、中間ギヤ３８が例え傾いたとしても凸部５１と凹部５２とが滑らかに摺動し、凹部５２と凸部５１とのフリクション（摩擦力）を低減させる。したがって、電動モータ１２の回転駆動時において減速機構２０でのフリクションを低減するので、電動スロットルバルブ１０におけるバルブ１７の開閉駆動の応答性を向上させることができるとともに、電動モータ１２及び減速機構２０の高寿命化を図ることができる。

【0040】

また、中間ギヤ３８の凹部５２が上方に凹んだ形状になっているとともに、中間シャフト３６の凸部５１の上面が径方向外方に向かって下方に傾斜している。したがって、凹部５２と凸部５１との間に異物等が入り込んだとしても、凸部５１の上面から径方向外方に滑り落ちて、凹部５２と凸部５１との間から容易に排出される。これにより、凹部５２と凸部５１との間に異物等が堆積することを抑制して、凹部５２と凸部５１とにおける摺動性能を維持することができる。

【0041】

更に、凸部５１の曲率に対して凹部５２の曲率が小さく形成されているので、凹部５２と凸部５１との間の隙間の寸法が径方向外方に向けて大きくなる。これにより、凹部５２と凸部５１との間に入り込んだ異物等を径方向外方に更に排出し易くすることができる。

【0042】

また、中間ギヤ３８の下端部における穴部４０の外周縁端部に中間ギヤ面取り部５５が形成され、支持部５６の上端部の外周部が中間ギヤ面取り部５５に対向して略同一の形状の支持部面取り部５７が形成されているので、例え中間ギヤ３８に想定を超えたラジアル力が作用して大きく傾き中間ギヤ面取り部５５と支持部面取り部５７が接触したとしても、中間ギヤ面取り部５５と支持部面取り部５７が滑らかに摺動可能にすることができる。したがって、中間ギヤ３８の回転フリクションを抑えつつ、中間ギヤ３８の更なる傾きを抑えることができる。

【0043】

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様は上記実施形態に限定されるものではない。

【0044】

例えば、上記実施形態では、中間シャフト３６に球状の凸部５１が設けられているが、凸部５１の少なくとも上部が球状、即ち凸部５１が半球状であってもよい。

【0045】

また、上記実施形態では、中間ギヤ３８において第１中間ギヤ４１の上側に第２中間ギヤ４２が配置されているが、第２中間ギヤ４２の上側に第１中間ギヤ４１が配置されている減速機構に本発明を適用してもよい。

【0046】

また、上記実施形態のように中間シャフト３６が上下方向に延びるように配置される変速機構だけでなく、例えば中間シャフト３６が横方向に延びるように配置される変速機構に本発明を適用してもよい。

【0047】

また、上記実施形態の電動スロットルバルブ１０は、内燃機関の吸気量を制御する電動スロットルバルブであるが、その他の流体制御弁であってもよく、また流体制御弁以外の他の用途に使用した減速機構に本発明を適用してもよい。

【符号の説明】

【0048】

１０ 電動スロットルバルブ（流体制御弁）
１２ 電動モータ
１３ モータシャフト（入力軸）
１６ バルブボディ
１７ バルブ（弁体）
２０ 減速機構（変速機）
２１ アッパボディ
３５ バルブシャフト（出力軸）
３６ 中間シャフト（中間軸）
３７ モータギヤ（入力ギヤ）
３８ 中間ギヤ
３９ バルブギヤ（出力ギヤ）
４１ 第１中間ギヤ
４２ 第２中間ギヤ
５２ 凹部
５１ 凸部
５６ 支持部（支持部材）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】