特開 2024-55760 バルブ装置

(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】P2024055760

(43)【公開日】2024-04-18

(54)【発明の名称】バルブ装置

(51)【国際特許分類】

   F16K 31/53 20060101AFI20240411BHJP

   F02D 9/00 20060101ALI20240411BHJP

   G01D 5/20 20060101ALI20240411BHJP

   G01B 7/30 20060101ALI20240411BHJP

   F16K 1/22 20060101ALI20240411BHJP

【ＦＩ】

F16K31/53

F02D9/00 A

G01D5/20 K

G01B7/30 M

F16K1/22 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023125690

(22)【出願日】2023-08-01

(31)【優先権主張番号】P 2022161430

(32)【優先日】2022-10-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(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】110002664

【氏名又は名称】弁理士法人相原国際知財事務所

(72)【発明者】

【氏名】實方 雄平

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 啓悟

【テーマコード（参考）】

2F063

2F077

3G065

3H052

3H063

【Ｆターム（参考）】

2F063AA35

2F063BA06

2F063DA01

2F063DA05

2F063GA03

2F077AA46

2F077FF14

2F077VV02

2F077VV31

2F077VV33

3G065CA23

3G065CA24

3G065CA33

3G065CA35

3G065HA12

3H052AA02

3H052BA26

3H052CD01

3H052EA01

3H063AA02

3H063BB33

3H063DA14

3H063DB31

3H063DB39

3H063EE01

3H063GG03

3H063GG19

(57)【要約】

【課題】バルブシャフトに備えられる部品の取り扱いを容易にし、製造を容易にするバルブ装置を提供する。
【解決手段】金属製のバルブシャフト１０の端部に板状の駆動ギヤ１５を備えるとともに、駆動ギヤ１５にバルブシャフト１０の回転角を検出するインダクティブセンサの被検出体２１を備えたバルブ装置であって、駆動ギヤ１５は、内側面において一部が露出した状態でインサート成形加工によって一体化された金属製のレバー部材３３を有し、被検出体２１は、駆動ギヤ１５の外側面側にインサート成形加工によってレバー部材３３とともに一体化され、レバー部材３３及び被検出体２１を含む駆動ギヤ１５ギヤにおけるレバー部材３３の露出部３８とバルブシャフト１０の端部と、を当接させて外穴３９側から当接部の裏側をレーザ溶接して固定し、シャフトユニットが構成されている。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

弁体を駆動する金属製のシャフトの端部に樹脂製で板状のギヤを備えるとともに、前記ギヤに前記シャフトの回転角を検出する非接触センサの被検出体を備えたバルブ装置であって、
前記ギヤは、一側面において少なくとも一部が露出した状態でインサート成形加工によって一体化された金属製の支持部材を有し、
前記被検出体は、前記ギヤの他側面側に前記インサート成形加工によって前記支持部材とともに前記ギヤと一体化され、
前記インサート成形加工後の前記ギヤにおける前記支持部材の露出部と、前記シャフトの端部と、を溶接してシャフトユニットが構成されている
ことを特徴とするバルブ装置。

【請求項2】

前記ギヤは、前記支持部材の前記他側面側の少なくとも一部を露出させる露出穴を有し、
前記支持部材の前記露出部と前記シャフトの端部とを当接させて、前記ギヤの前記他側面側から前記露出穴を通過させて前記支持部材の前記シャフトとの当接部分の裏側にレーザ光を照射して、前記支持部材と前記シャフトとが溶接されている
ことを特徴とする請求項１に記載のバルブ装置。

【請求項3】

前記被検出体は、前記露出穴の周囲を囲むように中空状に形成されている
ことを特徴とする請求項２に記載のバルブ装置。

【請求項4】

前記ギヤには、前記シャフトの端部が軸線回りの任意の相対回転位置で挿入可能な挿入穴が備えられている
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のバルブ装置。

【請求項5】

前記バルブ装置は、内燃機関の吸気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１から３のいずれか１項に記載のバルブ装置。

【請求項6】

前記バルブ装置は、内燃機関の吸気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に記載のバルブ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、インダクティブセンサにより回転角を検出するバルブ装置の回転角検出構造に関する。

【背景技術】

【0002】

スロットルバルブ等のバルブの多くには、開度を検出する開度センサが備えられている。開度センサとしては、例えばバルブシャフトの回転角（回転位置）を検出するインダクティブセンサ（非接触センサ）が使用されている。
インダクティブセンサは、例えばバルブシャフトに金属等の導電体からなる被検出体を備えるとともに、当該導電体に近接してセンサコイルを備え、センサコイルに電流を流して高周波磁界を生成し、当該磁界中を被検出体が移動することによって変化するセンサコイルのインダクタンスを検出して、バルブシャフトの回転角を検出する。
例えば特許文献１に記載されたバルブ装置では、インダクティブセンサの被検出体が金属の薄板で形成され、バルブシャフトに固定されるロータユニットに被検出体が組み付けられる構成になっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７-１７３０８９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のように、インダクティブセンサの被検出体は、薄板で形成された比較的小さな部品である場合が多い。したがって、被検出体をロータユニットに組付ける際に、被検出体が曲がったり破損したりしないように取り扱いに注意が必要であり、組み立ての手間がかかるといった問題点がある。また、部品として被検出体を保管する際にも破損しないように注意が必要であるといった問題点もある。

【0005】

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、バルブシャフトに非接触センサの被検出体を備えたバルブ装置において、バルブシャフトに備えられる部品の取り扱いを容易にし、製造を容易にするバルブ装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するため、本発明のバルブ装置は、弁体を駆動する金属製のシャフトの端部に樹脂製で板状のギヤを備えるとともに、前記ギヤに前記シャフトの回転角を検出する非接触センサの被検出体を備えたバルブ装置であって、前記ギヤは、一側面において少なくとも一部が露出した状態でインサート成形加工によって一体化された金属製の支持部材を有し、前記被検出体は、前記ギヤの他側面側にインサート成形加工前記支持部材とともに前記ギヤと一体化され、前記インサート成形加工後の前記ギヤにおける前記支持部材の露出部と、前記シャフトの端部と、を溶接してシャフトユニットが構成されていることを特徴とする。

【0007】

好ましくは、前記ギヤは、前記支持部材の前記他側面側の少なくとも一部を露出させる露出穴を有し、前記支持部材の前記露出部と前記シャフトの端部とを当接させて、前記ギヤの前記他側面側から前記露出穴を通過させて前記支持部材の前記シャフトとの当接部分の裏側にレーザ光を照射して、前記支持部材と前記シャフトとが溶接されているとよい。

【0008】

好ましくは、前記被検出体は、前記露出穴の周囲を囲むように中空状に形成されているとよい。

【0009】

好ましくは、前記ギヤには、前記シャフトの端部が軸線回りの任意の相対回転位置で挿入可能な挿入穴が備えられているとよい。

【0010】

好ましくは、前記バルブ装置は、内燃機関の吸気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】

【0011】

本発明のバルブ装置によれば、弁体を駆動するシャフトに備えられるギヤは、金属製の支持部材と非接触センサの被検出体を含むようにインサート成形加工される。そして、支持部材及び被検出体を含むギヤにおける支持部材の露出部と、シャフトの端部と、を溶接してシャフトユニットが構成されている。したがって、溶接前のギヤに非接触センサの被検出体がインサート成形加工によりあらかじめ含まれた部品になっているので、被検出体が小さいものであっても取扱いが容易になる。

【0012】

また、ギヤにおける支持部材の露出部と、シャフトの端部とを溶接することで、容易にシャフトユニットを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施形態のバルブ装置の斜視図である。

【図2】本実施形態のバルブ装置の縦断面図である。

【図3】バルブシャフトユニットの斜視図である。

【図4】バルブシャフトユニットにおける駆動ギヤの部品を示す図である。

【図5】バルブシャフトユニットにおける駆動ギヤの斜視図である。

【図6】バルブシャフトユニットにおける駆動ギヤとバルブシャフトの斜視図である。

【図7】駆動ギヤとバルブシャフトの固定方法を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

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。

【0015】

図１は、本発明の一実施形態のバルブ装置１の斜視図である。図２は、本実施形態のバルブ装置１の縦断面図である。なお、図２は図１中に記載したＡ－Ａ部の断面図である。

【0016】

本発明の一実施形態のバルブ装置１は、例えばスロットルバルブであって、内燃機関の吸気通路に介装されて吸気量を制御する。

【0017】

図１、２に示すように、バルブ装置１は、吸気通路の一部となる流体通路２が形成されたケーシング３に、電動モータ４と減速機５が備えられている。また、バルブ装置１には、流体通路２を開閉する弁体６と、ケーシング３に回転可能に支持され流体通路２を横断するように配置されたバルブシャフト１０（シャフト）が備えられている。バルブシャフト１０には弁体６が固定されている。

【0018】

減速機５は、電動モータ４の出力軸に固定されたモータギヤ１１と、ケーシング３に回転可能に支持された中間ギヤ１２と、バルブシャフト１０の一端部に固定された駆動ギヤ１５（ギヤ）とによって構成され、電動モータ４からモータギヤ１１、中間ギヤ１２、駆動ギヤ１５の順番に動力が伝達し、バルブシャフト１０を回転駆動する。

【0019】

バルブシャフト１０の一端部近傍には、駆動ギヤ１５に隣接してリターンスプリング１６が備えられている。リターンスプリング１６はバルブシャフト１０の周囲を巻き回したねじりコイルばねであり、その一端部が駆動ギヤ１５に係止され、他端部がケーシング３に係止されている。リターンスプリング１６は、バルブシャフト１０を一方の回転方向に付勢する。

【0020】

ケーシング３には、駆動ギヤ１５に当接する図示しない２個のストッパが備えられている。ストッパによってバルブシャフト１０の回転角は、所定角度（例えば９０度）の範囲内に制限される。

【0021】

電動モータ４への非通電時には、バルブシャフト１０はリターンスプリング１６の付勢力によって回転して、弁体６により流体通路２が全閉（または全開）になる。電動モータ４へ通電することで、バルブシャフト１０はリターンスプリング１６の付勢力に抗して回転し、弁体６が回転することによって流体通路２を流れる吸気量を調整する。

【0022】

バルブシャフト１０の駆動ギヤ１５側の一端部には、バルブシャフト１０の回転角（回転位置）を検出するインダクティブセンサ２０（非接触センサ）が備えられている。

【0023】

インダクティブセンサ２０は、駆動ギヤ１５に備えられた金属製の被検出体２１と、ケーシング３に固定され被検出体２１に近接して向かいあうように配置されたセンサ本体部２２を備えている。

【0024】

インダクティブセンサ２０のセンサ本体部２２は、例えばセンサコイルを備え、当該センサコイルに電流を流して高周波磁界を生成し、当該磁界中を被検出体が移動することによって変化するセンサコイルのインダクタンスを検出して、バルブシャフト１０の回転角を検出する。

【0025】

図３は、バルブシャフトユニット３０の斜視図である。図４は、バルブシャフトユニット３０における駆動ギヤ１５の部品を示す図である。図５は、バルブシャフトユニット３０における駆動ギヤ１５の斜視図である。図６は、バルブシャフトユニット３０における駆動ギヤ１５とバルブシャフト１０の斜視図である。図７は、駆動ギヤ１５とバルブシャフト１０との固定方法を示す説明図である。なお、図７は、駆動ギヤ１５とバルブシャフト１０との固定部分の縦断面図である。

【0026】

図３、４に示すように、バルブシャフトユニット３０は、金属製であるバルブシャフト１０と駆動ギヤ１５とにより構成されている。また、駆動ギヤ１５は、樹脂製のギヤ部３１と、インダクティブセンサ２０の被検出体２１と、金属製のレバー部材３３（支持部材）によって構成されている。

【0027】

ギヤ部３１は、樹脂で形成された略円板状の部品あって、外周端の略半分（略１８０度）に亘って歯車３５（例えば平歯車）が形成されている。歯車３５が形成された外周部の周方向両端には、ケーシング３に備えられた図示しないストッパに当接して回転を規制するストッパ当接面３６が夫々備えられている。ギヤ部３１の内側面（センサ本体部２２と対向する面の反対側の面：本発明における一側面）の中心には、バルブシャフト１０が挿入される円形のシャフト取付穴３７（挿入穴）が備えられている（図２、６、７参照）。なお、シャフト取付穴３７は、バルブシャフト１０の外径よりも若干大径である。シャフト取付穴３７の内部には、レバー部材３３の中心部が露出している（図７に示す露出部３８）。

【0028】

ギヤ部３１の外側面（センサ本体部２２と対向する面：本発明における他側面）の中心には、シャフト取付穴３７よりも小径かつバルブシャフト１０よりも大径の外穴３９（露出穴）が備えられている。外穴３９及びシャフト取付穴３７によってギヤ部３１の中心が貫通されている。

【0029】

被検出体２１は、中央部を刳り貫いた薄板の略円板の形状であって、径方向に延びる６個の径方向部材４０と、周方向に延びて径方向部材４０の中心側の端部を連結する３本の内側周方向部材４１と、周方向に延びて径方向部材４０の外側の端部を連結する３本の外側周方向部材４２と、を有している。径方向部材４０、内側周方向部材４１及び外側周方向部材４２は、いずれも幅及び厚さが数ｍｍ程度である。径方向部材４０は、周方向に等間隔で配置されており、１個おきに内側周方向部材４１によって中心側の端部が連結されるとともに、内側周方向部材４１とは周方向にずらして１個おきに外側周方向部材４２によって外側の端部が連結されている。

【0030】

被検出体２１は、ギヤ部３１の外穴３９側の外側面に、ギヤ部３１の中心と同軸に配置されている。また、被検出体２１の内側周方向部材４１の径方向外側端面と、ギヤ部３１の外穴３９の縁部とは、径方向位置が略同一になっている。

【0031】

ギヤ部３１の外側面には、外側周方向部材４２及び径方向部材４０を収納する溝４５が形成されている。

【0032】

レバー部材３３は、金属製の平板形状であって、ギヤ部３１の内部に埋没されている。レバー部材３３は、中心にバルブシャフト１０の外径よりも小さい円形の中心穴５０が開いている。なお、バルブシャフト１０の一端には、軸方向に突出する円柱状の凸部５１が備えられており、この凸部５１がレバー部材３３の中心穴５０に挿入される。レバー部材３３の中心穴５０は、被検出体２１の内側周方向部材４１の径方向内側端面よりも小径である。

【0033】

また、レバー部材３３には、中心穴５０の周囲に円弧状に延びる円弧穴５２が３個開いている。３個の円弧穴５２は、被検出体２１の内側周方向部材４１と略同一の形状及び大きさであり、内側周方向部材４１と略同一の径方向位置及び周方向位置に位置するように配置されている。

【0034】

図５に示すように、ギヤ部３１、レバー部材３３及び被検出体２１はインサート成形加工によって一体化されて１個の部品である駆動ギヤ１５になっている。金属製のレバー部材３３及び被検出体２１をインサート品として、樹脂によってギヤ部３１が形成されている。即ち、ギヤ部３１の樹脂成型が完了した時点でレバー部材３３及び被検出体２１が組み合わされている。

【0035】

図６に示すように、レバー部材３３及び被検出体２１を含む駆動ギヤ１５に対し、バルブシャフト１０を固定して、バルブシャフトユニット３０が製造される。

【0036】

詳しくは、図７に示すように、駆動ギヤ１５のギヤ部３１のシャフト取付穴３７にバルブシャフト１０の一端部を挿入し、シャフト取付穴３７から露出するレバー部材３３の露出部３８にバルブシャフト１０の一端部を当接させるとともに、レバー部材３３の中心穴５０にバルブシャフト１０の凸部５１を挿入する。

【0037】

そして、図７中の矢印に示すように、駆動ギヤ１５の外側面側から外穴３９内に露出するレバー部材３３にレーザ光を照射して、レバー部材３３とバルブシャフト１０とを溶接する。なお、レーザ光の照射位置は、バルブシャフト１０の一端部とレバー部材３３との当接面の裏側であり、このレーザ溶接によって凸部５１の周囲を全周に亘って溶接してもよいし、円弧穴の内側の３か所を溶接してもよい。

【0038】

これにより、レバー部材３３及び被検出体２１を含む駆動ギヤ１５とバルブシャフト１０とを有するバルブシャフトユニット３０が製造される。

【0039】

以上のように、本実施形態のバルブ装置１は、弁体６が固定されたバルブシャフト１０の端部に電動モータ４から動力を伝達するために駆動ギヤ１５が固定されている。

【0040】

本実施形態では、駆動ギヤ１５における樹脂製のギヤ部３１の内部に、インサート成形加工により金属製のレバー部材３３を有している。また、ギヤ部３１には、インダクティブセンサ２０の被検出体２１が備えられている。被検出体２１についても、ギヤ部３１を製造する際にレバー部材３３とともに内蔵される。したがって、レバー部材３３及び被検出体２１と一体となった駆動ギヤ１５が部品として製造される。

【0041】

そして、レバー部材３３及び被検出体２１を有する駆動ギヤ１５におけるレバー部材３３と、バルブシャフト１０の端部とをレーザ溶接によって固定することで、バルブシャフト１０に駆動ギヤ１５が固定されている。

【0042】

これにより、被検出体２１を含んだ駆動ギヤ１５を部品として製造してあらかじめ用意しておくことができる。被検出体２１自体は小さな部品であるが、駆動ギヤ１５にあらかじめ含んだ部品にすることで、取扱いが容易になる。そして、例えばバルブ装置１の組み立てにおいて、この被検出体２１を含む駆動ギヤ１５をレーザ溶接によって固定することでバルブシャフトユニット３０を容易に製造することができる。

【0043】

インサート成形加工後の駆動ギヤ１５については、一側面（内側面）側にレバー部材３３の中心部が露出しているシャフト取付穴３７が設けられているとともに、他側面（外側面）側にレバー部材３３の露出部３８の裏側を露出させる外穴３９が設けられている。そして、バルブ装置１の組み立てにおいて、シャフト取付穴３７から見えるレバー部材３３の露出部３８にバルブシャフト１０の端部を当接させて、駆動ギヤ１５の外側面側から外穴３９を通過させてレバー部材３３のバルブシャフト１０との当接部分の裏側にレーザ光を照射して、レバー部材３３とバルブシャフト１０とを溶接する。これにより、駆動ギヤ１５とバルブシャフト１０とを容易に固定することができる。

【0044】

更に、被検出体２１は、外穴３９の周囲を囲むように中空状になっているので、駆動ギヤ１５の外穴３９側からレバー部材３３とバルブシャフト１０との当接部分の裏側にレーザ光を照射する際に、被検出体２１の中空部と外穴３９を通過させてレーザ光を照射することができる。

【0045】

また、バルブシャフト１０の端部は円形断面であり、駆動ギヤ１５のバルブシャフト１０が挿入されるシャフト取付穴３７もバルブシャフト１０よりも大きな円形であって、バ駆動ギヤ１５に対してバルブシャフト１０の端部が任意の相対回転位置（回転角度）で挿入可能である。したがって、バルブシャフト１０に対する弁体６の回転位置に対して、任意の回転位置で駆動ギヤ１５を固定することができる。これにより、１種類の駆動ギヤ１５及びバルブシャフト１０によって、駆動ギヤ１５の取付角度の異なるバルブシャフトユニット３０を製造することができる。

【0046】

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。例えば、駆動ギヤ１５のギヤ部３１の形状等、各種部品の詳細な形状は適宜変更してもよい。

【0047】

また上記実施形態では、スロットルバルブに本発明を適用したが、スロットルバルブ以外の各種バルブ装置に本発明を適用することができる。

【符号の説明】

【0048】

１ バルブ装置
６ 弁体
１０ バルブシャフト（シャフト）
１５ 駆動ギヤ（ギヤ）
２０ インダクティブセンサ（非接触センサ）
２１ 被検出体
３０ バルブシャフトユニット
３３ レバー部材（支持部材）
３７ シャフト取付穴（挿入穴）
３８ 露出部
３９ 外穴（露出穴）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】