特開 2024-55761 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】P2024055761

(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】

   F02D 9/10 20060101AFI20240411BHJP

   G01B 7/30 20060101ALI20240411BHJP

   G01D 5/20 20060101ALI20240411BHJP

【ＦＩ】

F02D9/10 G

F02D9/10 C

G01B7/30 M

G01D5/20 A

G01D5/20 K

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023125691

(22)【出願日】2023-08-01

(31)【優先権主張番号】P 2022161431

(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

【Ｆターム（参考）】

2F063AA35

2F063BA06

2F063DA01

2F063DA05

2F063GA03

2F077AA46

2F077FF14

2F077VV02

2F077VV31

2F077VV33

3G065CA23

3G065CA24

3G065CA33

3G065CA35

3G065HA12

(57)【要約】

【課題】駆動用のギヤとバルブシャフトとを溶接によって固定する際に、ギヤへの熱影響を抑制させる構造のバルブ装置を提供する。
【解決手段】バルブシャフトの一端部に樹脂製の駆動ギヤ１５を備えるとともに、駆動ギヤ１５に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、一側面において中心部が露出した状態でインサート成形加工によって被検出体２１とともに一体化された金属製のレバー部材３３を有し、駆動ギヤ１５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から当接部の裏側をレーザ溶接によって固定して、バルブシャフトユニット３０が構成され、レバー部材３３は、バルブシャフトの端部との溶接位置の径方向外側に周方向に延びる円弧穴５２が設けられている。
【選択図】図１０

【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一端部に樹脂製で板状のギヤ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、
前記支持部材には、前記シャフトの端部との溶接位置の径方向外側に周方向に延びる穴部が設けられている
ことを特徴とするバルブ装置。

【請求項2】

前記穴部は、
前記インサート成形加工時に前記支持部材が保持されるように前記ギヤの成形型の突出部が挿入される穴である
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】

前記突出部は、前記インサート成形加工時に前記穴部に挿入された際に、前記支持部材を貫通して挿入方向先方側に突出して、当概突出部における径方向外側と内側とを仕切る
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】

前記ギヤの他側面側には、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が、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て備えられている
ことを特徴とする請求項３に記載のバルブ装置。

【請求項5】

前記インサート成形加工時に、前記支持部材を貫通した前記成形型の前記突出部が前記被検出体を支持する
ことを特徴とする請求項４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１から５のいずれか１項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、バルブ装置におけるバルブシャフトとギヤとの固定構造に関する。

【背景技術】

【0002】

スロットルバルブ等のバルブの多くは、筐体に流路が形成され、流路を開閉する弁体がバルブシャフトに固定されており、当該バルブシャフトを電動モータ等の回転アクチユエータによって駆動する構成になっている。回転アクチュエータとバルブシャフトとの間には、減速機が備えられ、減速機の一部としてバルブシャフトに駆動用ギヤが備えられている。

【0003】

例えば特許文献１に記載されたバルブ装置は、駆動用ギヤに設けられた穴部にバルブシャフトが挿入されて固定されているが、バルブシャフトと駆動用ギヤとの取り付け部において、バルブシャフトの断面及び駆動用ギヤの穴部を例えば矩形状にして、ナットによって締め付けることで、バルブシャフトと駆動用ギヤとを固定し、バルブシャフトと駆動用ギヤとの間で回転駆動力が伝達可能な構成にしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１４-１０５６９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ここで、バルブシャフトと駆動用ギヤとの取り付け構造を簡素化するために、例えばバルブシャフトと駆動用ギヤとを溶接によって固定することが考えられる。

【0006】

駆動用ギヤが樹脂製である場合には、駆動用ギヤと金属製のバルブシャフとは溶接不能である。そこで例えば、駆動用ギヤ内に金属製の支持体をインサート成形加工等によってあらかじめ内蔵した構造にし、当該支持体と金属製のバルブシャフトとをレーザ等の溶接によって固定することが考えられる。

【0007】

しかしながら、金属製の支持体をインサート成形によって含んだ駆動用ギヤにおいて、支持体とバルブシャフトとを溶接した際に、駆動用ギヤにおける溶接部の周囲の部分が熱によって変形する虞がある。

【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、駆動用のギヤとバルブシャフトとを溶接によって固定する際に、ギヤへの熱影響を抑制させる構造の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】

【0009】

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一端部に樹脂製で板状のギヤ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、前記支持部材には、前記シャフトの端部との溶接位置の径方向外側に周方向に延びる穴部が設けられていることを特徴とする。

【0010】

好ましくは、前記穴部は、前記インサート成形加工時に前記支持部材が保持されるように前記ギヤの成形型の突出部が挿入される穴であるとよい。

【0011】

好ましくは、前記突出部は、前記インサート成形加工時に前記穴部に挿入された際に、前記支持部材を貫通して挿入方向先方側に突出し、当概突出部において径方向外側と内側とを仕切るとよい。

【0012】

好ましくは、前記ギヤの他側面側には、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が、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て備えられているとよい。

【0013】

好ましくは、前記インサート成形加工時に、前記支持部材を貫通した前記成形型の前記突出部が前記被検出体を支持するとよい。

【0014】

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】

【0015】

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固定されるギヤは、金属製の支持部材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。
更に、支持部材には、シャフトの端部との溶接位置の径方向外側に周方向に延びる穴部が設けられているので、支持部材とシャフトとを溶接する際に、穴部の径方向内側の溶接位置から径方向外側に溶接熱が伝わり難くなる。したがって、支持部材とシャフトとの溶接時に穴部よりも径方向外側のギヤの部位に熱が伝わり難くなり、樹脂製のギヤの熱変形を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【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。

【図8】レバー部材と被検出体との位置関係を示す説明図である。

【図9】レバー部材の形状を示す正面図である。

【図10】駆動ギヤの製造方法の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。図８は、レバー部材に対する被検出体との位置関係を示す説明図である。図９は、レバー部材の形状を示す正面図である。図１０は、駆動ギヤ１５の製造方法の説明図である。なお、図１０は、レバー部材の中心穴を通る縦断面図である。

【0029】

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。

【0030】

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）。

【0031】

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。

【0032】

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。被検出体２１の内側周方向部材４１には、被検出体２１の位置決め用の爪部４３が備えられている。爪部４３は、夫々の内側周方向部材４１の外周側端部の周方向中間位置に設けられており、１～２mm程度の幅及び突出長さであって、内側周方向部材４１に対して垂直に屈曲している。

【0033】

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の径方向外側の面と、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。

【0034】

ギヤ部３１の外側の面には、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。

【0035】

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。

【0036】

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（穴部）が３個開いている。図８、９に示すように、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一致するように配置されている。

【0037】

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の成形加工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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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、この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、レバー部材３３の円弧穴５２と中心穴５０との間の３か所の部位を溶接することが望ましい。

【0041】

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。

【0042】

図１０に示すように、インサート成形加工により駆動ギヤ１５を形成する際には、ギヤ成形型６０、６１によってレバー部材３３及び被検出体２１が支持される。

【0043】

ギヤ成形型６０、６１は、バルブシャフト１０の一端部と略同一形状である円柱状の下部成形型６０と、下面が被検出体２１の内側周方向部材４１の外形より大径の円形である円柱状の上部成形型６１とを有している。

【0044】

下部成形型６０はシャフト取付穴３７に挿入可能なシャフト取付穴３７と略同一径の円柱状であって、その上面には、バルブシャフト１０の凸部５１と同一形状の凸部６２が形成されている。更に、下部成形型６０の上面６０ａには、横断面がレバー部材３３の円弧穴５２と略同一形状であって上方に突出する突出部６３が備えられている。突出部６３は、凸部６２に対して、バルブシャフト１０の凸部５１に対する円弧穴５２の径方向位置に合わせて３個備えられている。突出部６３の上面６３ａは、下部成形型６０の上面６０ａと平行である。

【0045】

インサート成形加工により駆動ギヤ１５を形成する際には、下部成形型６０の上面６０ａにレバー部材３３を載せる。このとき、レバー部材３３の中心穴５０に下部成形型６０の凸部６２を挿入するとともに、レバー部材３３の円弧穴５２に下部成形型６０の突出部６３を挿入する。更に、下部成形型６０の突出部６３の上面６３ａに被検出体２１の内側周方向部材４１を載せる。このとき、被検出体２１の３個の爪部４３によって、３個の突出部６３の外側面を挟むように設置される。

【0046】

そして、上部成形型６１と下部成形型６０を覆うように設置された図示しない金型の内部空間に樹脂を充填して、レバー部材３３及び被検出体２１を含む駆動ギヤ１５が形成される。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

更に、レバー部材３３には、バルブシャフト１０の端部との溶接位置の径方向外側に周方向に延びる円弧穴５２が設けられている。これにより、レバー部材３３とバルブシャフト１０とをレーザ溶接する際に、円弧穴５２の径方向内側の溶接部から径方向外側に溶接熱が伝わり難くなる。したがって、レバー部材３３とバルブシャフト１０とのレーザ溶接時に円弧穴５２よりも径方向外側のギヤ部３１に熱が伝わり難くなり、ギヤ部３１の熱変形を抑制することができる。

【0051】

また、駆動ギヤ１５のインサート成形加工時に、レバー部材３３の円弧穴５２に下部成形型６０の突出部６３が挿入されるので、下部成形型６０に対してレバー部材３３の位置決めがされる。これにより、駆動ギヤ１５におけるレバー部材３３の位置決めが正確な駆動ギヤ１５を成形することができる。

【0052】

また、インサート成形加工時に円弧穴５２に下方から挿入された下部成形型６０の突出部６３は、レバー部材３３を貫通して上方に突出し、レバー部材３３の上方において径方向外側と内側とを仕切る壁状の部材となる。したがって、インサート成形加工によってギヤ部３１を成形した際に、突出部６３によってその径方向内側への樹脂の回り込みを抑制することができる。

【0053】

これにより、インサート成形加工された駆動ギヤ１５において、レバー部材３３の円弧穴５２の内側に近接して樹脂が存在しないようにして、レバー部材３３とバルブシャフト１０とをレーザ溶接する際に樹脂部への熱影響を抑制して、駆動ギヤ１５の部品品質を安定させることができる。

【0054】

また、インサート成形加工時において、円弧穴５２に挿入された下部成形型６０の突出部６３の先端は被検出体を保持するように構成されている。したがって、下部成形型６０に対してレバー部材３３とともに被検出体２１の位置決めもされる。これにより、ギヤ部３１及びレバー部材３３に対して被検出体２１が正確に位置決めされた品質の高い駆動ギヤ１５を製造することができる。

【0055】

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。

【0056】

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】

【0057】

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）
５２ 円弧穴（穴部）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】