JP2017133437A - 回転部品の製造方法、バルブ装置の製造方法およびバルブ装置 - Google Patents

回転部品の製造方法、バルブ装置の製造方法およびバルブ装置 Download PDF

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Abstract

【課題】金属シャフトとプレートの固定のために金属シャフトの先端を潰しても、潰されて拡径する箇所にクラックが生じるのを防止できる製造方法を提供する。【解決手段】金属シャフトにおいて潰されて拡径する箇所の外周面に、内径方向へ窪む複数のシャフト凹部γを周方向へ等間隔に設けて、金属シャフト4が潰される前の外周長を予め長くしておく。これにより、金属シャフト4において潰されて拡径する箇所の外周面の伸び率を小さくできる。このため、金属シャフト4の先端が潰される際、潰されて拡径する箇所の外周面の伸び率が割れに達するのを防ぐことができ、金属シャフト4の先端部にクラックが生じるのを防止できる。この結果、金属シャフト4と金属プレート21の固定力を高めつつ、クラックによって金属シャフト4の一部が欠落する不具合を回避できる。【選択図】 図2

Description

本発明は、金属シャフトにプレートを固定してなる回転部品の製造方法、バルブ装置の製造方法およびバルブ装置に関する。
(従来技術)
金属シャフトを樹脂部品に固定するにあたり、貫通穴を設けた金属製の補助部品を樹脂部品に固定し、この補助部品と金属シャフトを固定することにより、金属シャフトと樹脂部品を固定する技術が知られている。
金属シャフトに補助部品を固定する技術として、補助部品の貫通穴に金属シャフトを圧入したり、補助部品の孔に金属シャフトの先端を隙間嵌めした後に補助部品をかしめる技術が知られている。
これは、樹脂部品に金属シャフトを直接固定すると、樹脂部品と金属シャフトの熱膨張率の違いにより、高温環境下で適用されると固定された箇所にクラックが生じる可能性があることに起因する。これに対して補助部品を設けることで、各部品間の熱膨張率の差を少なくすることができ、クラックの発生を抑制できる。
このような製造方法として、例えば特許文献1に開示される技術が知られている。
特許文献1には、金属シャフトと、金属製の補助部品であるプレートとの固定技術が開示されている。
特許文献1に開示される製造方法は、先ず、金属シャフトの端部をプレートに設けた貫通穴に挿入する。続いて、貫通穴の外部に露出する金属シャフトの先端部を潰して、金属シャフトの先端部を塑性変形により拡径させる。以上により、金属シャフトとプレートが固定される。
(問題点)
金属シャフトにおいて潰される箇所の外周は、潰される際に塑性変形しつつ外径方向へ広がる。
潰されて拡径する外周面には、外径方向へ広がる引張応力が加わる。そして、潰されて拡径する箇所の外周面の伸び率が、割れが生じる伸び率を超えると、割れを起点として金属シャフトにクラックが生じる。このクラックにより、金属シャフトの一部が欠落する可能性がある。
生じたクラックによって金属シャフトの一部が欠落すると、欠落した金属体が周辺の部品に噛み込む懸念がある。
具体的な一例として、特許文献1の技術にて金属シャフトの一部が欠落すると、欠落した金属体が、電動モータの駆動力を金属シャフトに減速して伝える歯車式の減速装置に噛み込む懸念がある。
なお、上記ではプレートが金属によって設けられる例を示したが、プレートが金属とは異なる他の材料(例えば、カーボン素材や複合材料等)によって設けられる場合であっても上記と同様な不具合が生じる可能性がある。
また、上記では問題点の具体例としてクラックによって金属シャフトの一部が欠落する例を示したが、他の問題点としてクラックによって、かしめによる固定力が低下する懸念がある。クラックにより金属シャフトとプレートの固定力が低下すると、固定箇所に加わる回転トルクに固定力が負ける等により金属シャフトに対してプレートが空回りする懸念がある。
特開2006−046318号公報
本発明の目的は、金属シャフトとプレートの固定のために金属シャフトの先端が潰されて拡径させても、潰された箇所にクラックが生じない回転部品の製造方法、バルブ装置の製造方法およびバルブ装置の提供にある。
請求項1に記載の発明である回転部品の製造方法では、金属シャフト(4)が潰される前の外周長(L1)が、金属シャフトとプレート(21)の接触点(P)を滑らかに繋いだ外周線(A)の周長(L2)より長く設けられる。
塑性変形により金属シャフトの先端を拡径する際、拡径する箇所の表面が伸びて広がる。このため、潰される前の外周長に対し、潰されて拡径した後の外周長の割合が大きいと、拡径した箇所の表面に割れが生じて金属シャフトにクラックが発生する可能性がある。逆に、潰される前の外周長に対して潰されて拡径した後の外周長の割合が小さい場合は、拡径した箇所の表面に割れが生じるのを防ぐことができ、金属シャフトにクラックが発生しない。
なお、潰される前の外周長に対する潰された後の外周長の割合が、伸び率として定義される。即ち、潰される前の外周長に対して潰された後の外周長の割合が大きい場合を、伸び率が大きいと称する。逆に、潰される前の外周長に対して潰された後の外周長の割合が小さい場合を、伸び率が小さいと称する。
請求項1に記載の発明では、上述したように、外周長(L1)を周長(L2)より長く設けることで、潰されて拡径する箇所の伸び率を小さくできる。このため、金属シャフトの先端が潰される際、潰されて拡径する箇所の外周面が割れに達するのを防ぐことができ、金属シャフトの先端部にクラックが生じるのを防止できる。
また、金属シャフトのクラックを防ぐことができるため、金属シャフトとプレートの固定力を高めることが可能になる。
請求項9に記載の発明であるバルブ装置の製造方法では、金属シャフトにおいて潰されて拡径する箇所の外周面に、内径方向へ窪む1つまたは複数のシャフト凹部(γ)を設けている。
このシャフト凹部により、金属シャフトにおいて潰されて拡径する箇所の外周長が長く設けられるため、潰されて拡径する箇所の外周面の伸び率を小さくできる。このため、金属シャフトの先端が潰される際、潰されて拡径する箇所の外周面が割れに達するのを防ぐことができ、金属シャフトの先端部にクラックが生じるのを防止できる。これにより、高い信頼性のバルブ装置を製造できる。
また、金属シャフトのクラックを防ぐことができるため、金属シャフトとプレートの固定力の高いバルブ装置を提供できる。
請求項13に記載の発明であるバルブ装置では、金属シャフトにおいて潰されて拡径した箇所の外周面に、内径方向へ窪む1つまたは複数のシャフト凹部が設けられる。
このシャフト凹部により、金属シャフトにおいて潰されて拡径する箇所の外周長が長く設けられるため、潰されて拡径する箇所の外周面の伸び率を小さくできる。このため、金属シャフトの先端が潰されていても、潰されて拡径する箇所の外周面が割れに達せず、金属シャフトの先端部にクラックが生じない。これにより、高い信頼性のバルブ装置を提供できる。
また、金属シャフトのクラックを防ぐことができるため、金属シャフトとプレートの固定力の高いバルブ装置を提供できる。
電子スロットルの断面図である。 (a)かしめ前の金属シャフトとプレートを軸方向から見た図、(b)かしめ前の金属シャフトとプレートの軸方向に沿う断面図である。 (a)金属シャフトが潰される前の外周長の説明図、(b)金属シャフトとプレートの接触点Pを滑らかに繋いだ外周線の周長の説明図である。 (a)かしめ後の金属シャフトとプレートを軸方向から見た図、(b)かしめ後の金属シャフトとプレートの軸方向に沿う断面図である。 図3のV−V線に沿う断面図である。 (a)かしめ前の金属シャフトとプレートを軸方向から見た図、(b)かしめ前の金属シャフトとプレートの軸方向に沿う断面図である。 (a)金属シャフトが潰される前の外周長の説明図、(b)金属シャフトとプレートの接触点Pを滑らかに繋いだ外周線の周長の説明図である。 (a)かしめ後の金属シャフトとプレートを軸方向から見た図、(b)かしめ後の金属シャフトとプレートの軸方向に沿う断面図である。 (a)かしめ前の金属シャフトとプレートを軸方向から見た図、(b)かしめ前の金属シャフトとプレートの軸方向に沿う断面図である。 (a)かしめ後の金属シャフトとプレートを軸方向から見た図、(b)かしめ後の金属シャフトとプレートの軸方向に沿う断面図である。
以下では、図面に基づいて発明を実施するための形態を説明する。なお、以下で開示する実施形態は、一例を開示するものであって、本発明が実施形態に限定されないことは言うまでもない。
[実施形態1]
図1〜図5基づいて実施形態1を説明する。
自動車には、車両走行用のエンジンに供給される吸気量の調整を行う電子スロットル1が搭載される。
この電子スロットル1は、回転部品を搭載する装置の具体的な一例であり、バルブ装置の一例でもある。
電子スロットル1は、内部に吸気通路2の一部が形成されるハウジング3を備える。
電子スロットル1は、ハウジング3に挿入され、ハウジング3に対して回転自在に支持される金属シャフト4を備える。
電子スロットル1は、吸気通路2内において金属シャフト4に固定されて、吸気通路2の開度調整を行う弁体5を備える。
電子スロットル1は、金属シャフト4を回転操作する駆動ユニット6を備える。
次に、上記の各構成部品を説明する。なお、以下では、説明の便宜上、図1の右側を右、図1の左側を左として説明するが、もちろんこの左右方向は車両搭載時の方向等を限定するものではない。
ハウジング3は、アルミニウムまたはアルミニウム合金によって設けられる。このハウジング3の右側には、駆動ユニット6を組付けるための収容空間Rが設けられる。具体的な収容空間Rは、後述する電動モータ11を収容するモータ室R1と、後述する減速装置12を収容するギヤ室R2とからなる。
そして、収容空間Rは、ハウジング3に装着されるカバー15によって外部空間と遮断される。なお、カバー15は、ネジ類によってハウジング3に対して着脱可能なものであっても良いし、接着剤等で固定されるものであっても良い。
ハウジング3の右側には、上述したモータ室R1の他に、後述する中間ギヤ17の支持軸19を支持するための孔、後述するボールベアリング8等を保持するためにギヤ室R2内に突出した筒状の突起等が形成されている。このようにしてハウジング3の右側は凹凸形状に設けられている。
ハウジング3には、金属シャフト4が挿入されるシャフト挿通穴が設けられる。金属シャフト4は、吸気通路2を貫通し、吸気通路2の流線方向に対して直交する方向に組付けられる。なお、流線方向は、吸気の流れ方向に沿う吸気通路2の中心軸が延びる方向である。
シャフト挿通穴の左側には、金属シャフト4の左端を回転自在に支持するベアリングが配置される。具体的な一例として滑りベアリング7が用いられる。
同様に、シャフト挿通穴の右側には、金属シャフト4の右側を回転自在に支持するベアリングが配置される。具体的な一例としてボールベアリング8が用いられる。
金属シャフト4は、鉄やステンレス等によって設けられる。金属シャフト4は、円柱形状を呈する棒であり、弁体5と一体に回転する。
弁体5は、アルミニウムまたはアルミニウム合金によって設けられる。弁体5は、円板形状を呈するバタフライバルブであり、吸気通路2内において金属シャフト4に固定される。
金属シャフト4に弁体5を固定する手段として固定具9が用いられる。固定具9は、限定するものではなく、ネジであっても良いし、リベットであっても良い。
続いて、駆動ユニット6を説明する。
駆動ユニット6は、電力を回転動力に変換する電動モータ11を備える。
駆動ユニット6は、電動モータ11の発生する回転トルクを増幅して金属シャフト4に付与する減速装置12を備える。
駆動ユニット6は、金属シャフト4を介して弁体5を所定の角度位置へ戻すバネ力発生手段13を備える。
駆動ユニット6は、金属シャフト4の回転角度を検出する回転角センサ14を備える。
電動モータ11は、通電方向が切り替わることで回転方向が切り替わるとともに、通電量に応じた回転トルクを発生する周知の直流モータであり、モータ収容室に挿入された後、ネジ等によってハウジング3に固定される。
減速装置12は、電動モータ11の発生回転を減速させて駆動トルクを増大させて金属シャフト4に伝達する。減速装置12の一例は、歯車式の減速機であり、電動モータ11と一体に回転するモータギヤ16と、このモータギヤ16によって回転駆動される中間ギヤ17と、この中間ギヤ17によって回転駆動される樹脂ギヤ18とを備える。この樹脂ギヤ18は、減速装置12のファイナルギヤであり、後述するプレート21に設けられてプレート21と一体に回転する樹脂部品の一例である。
モータギヤ16は、電動モータ11のモータ軸に固定された小径のピニオンギヤである。
中間ギヤ17は、大径ギヤ17aと小径ギヤ17bが同芯に設けられた二重歯車であり、ハウジング3に支持される支持軸19によって回転自在に支持される。そして、大径ギヤ17aがモータギヤ16と常に噛合し、小径ギヤ17bが樹脂ギヤ18と常に噛合する。
樹脂ギヤ18は、金属シャフト4と一体に回転する大径の外歯歯車であり、小径ギヤ17bと噛合する外歯が弁体5の回転に伴う範囲のみに設けられる。
バネ力発生手段13は、電動モータ11への電流供給が遮断された際に、弁体5の開度を全閉位置と全開位置との中間位置に保持して、車両の退避走行を可能とする。具体的に、バネ力発生手段13は、弁体5を閉じる方向へ付勢するリターンスプリングと、弁体5を開く方向へ付勢力するデフォルトスプリングとを組み合わせて構成される。
回転角センサ14は、金属シャフト4の回転角度を検出することで弁体5の開度を検出するスロットルポジションセンサである。具体的な回転角センサ14は、2つの部材の相対回転を非接触で検出する磁気型センサであり、樹脂ギヤ18と一体に回転する磁気回路部14aと、カバー15に取り付けられて磁気回路部14aに対して非接触に配置される磁気検出部14bとで構成される。
磁気検出部14bの発生する金属シャフト4の角度に応じた開度信号は、ECU(エンジン・コントロール・ユニットの略)に与えられる。ECUは、マイクロコンピュータを搭載した周知の電子制御装置であり、回転角センサ14によって検出される実際の弁体5の開度が、アクセルペダルの開度に基づいて設定された目標開度となるように電動モータ11をフィードバック制御する。
上述した樹脂ギヤ18は、金属シャフト4の端部と固定される金属製のプレート21および上述した磁気回路部14aをモールドする樹脂成形品であり、樹脂ギヤ18はプレート21および磁気回路部14aと一体に回転する。
次に、樹脂ギヤ18と金属シャフト4の固定技術を説明する。
電子スロットル1は、金属シャフト4とプレート21よりなる回転部品を備える。プレート21の中心部には、金属シャフト4の右端部が貫通する貫通穴αが設けられる。
回転部品の製造方法は、金属シャフト4の右端部(具体的には後述する固定軸β)を貫通穴αに挿入し、貫通穴αの外部に露出する金属シャフト4の端(具体的には後述する固定軸βの先端部)を軸方向へ潰し、金属シャフト4の端を拡径させる工程を用いる。このように、金属シャフト4の端を潰して金属シャフト4の端を拡径させることで、金属シャフト4とプレート21の位置関係が固定される。
上記を具体的に説明する。
金属シャフト4は、上述したように、鉄やステンレス等によって設けられる円柱形状の棒である。この金属シャフト4の右端部には、軸方向に対して垂直な段差面4aを介して小径の固定軸βが形成されている。この固定軸βは、貫通穴αに挿入された後に、先端部が軸方向に潰されて外径方向へ拡径するものであり、金属シャフト4の回転中心と同芯の円柱形状を呈する。
段差面4aは、プレート21に当接して、金属シャフト4に対する軸方向の位置決めを行う。また、段差面4aは、後述する軸鍔部β2との間でプレート21を挟み付ける機能を果たす。
なお、固定軸βにプレート21を組付ける際、貫通穴αに固定軸βを隙間嵌めするべく、固定軸βの直径は、貫通穴αの最小径より僅かに小径に設けられている。
固定軸βは、製造工程で潰されて塑性変形した後は、プレート21に形成された後述するプレート凹部α1に入り込んで、金属シャフト4とプレート21が相対回転するのを防止する。即ち、金属シャフト4において潰された箇所の一部が、図5に示すように、プレート凹部α1の内側に食い込むことで、金属シャフト4とプレート21の相対回転が防止される。
ここで、塑性変形により外径方向へ拡径した固定軸βのうちで、プレート凹部α1の内側に入り込む箇所を軸凸部β1とする。
一方、塑性変形により外径方向へ拡径した固定軸βのうちで、図4(a)に示すように、段差面4aとの間でプレート21を軸方向に挟み付ける箇所を軸鍔部β2とする。
軸鍔部β2の外径寸法は、貫通穴αの最小径より大きいものである。そして、軸鍔部β2と段差面4aの間でプレート21を挟み付けることで金属シャフト4に対する金属プレート21の軸方向の移動が阻止される。
プレート21は、鉄やステンレス等によって設けられる平板であり、板面に対して垂直方向から見た外形形状は円形であっても良いし、他の形状であっても良い。なお、固定軸βの軸方向の長さは、プレート21の厚み寸法より少量長く設けられている。
プレート21の中心部には、固定軸βが挿入される貫通穴αが設けられる。この貫通穴αには、外径方向に窪む複数の凹部が設けられる。この凹部をプレート凹部α1とする。ここで、貫通穴αのうち、金属シャフト4の回転方向を周方向とする。複数のプレート凹部α1は、図2(a)に示すように、プレート21の周方向において等間隔に配置される。
隣接するプレート凹部α1の間をプレート凸部α2とする。各プレート凸部α2の内径端は、少なくとも金属シャフト4の先端が潰された状態において固定軸βに接して後述する接触点Pを成す。
プレート凹部α1およびプレート凸部α2の形状は限定するものではなく、種々の形状を採用可能なものである。一例を開示すると、プレート凹部α1の形状は、図2(a)に示すように、外径方向へ窪む円弧形状に設けられる。また、プレート凸部α2の形状は、図2(a)に示すように、内径方向に膨出する円弧形状に設けられる。
1つのプレート21に設けられるプレート凹部α1およびプレート凸部α2の数は限定するものではない。一例としてこの実施形態では、図面に示すように、プレート凹部α1およびプレート凸部α2を4つずつ設けている。なお、この実施形態とは異なり、プレート凹部α1およびプレート凸部α2を5つずつ設けたり、6つずつ設けるなど、プレート凹部α1およびプレート凸部α2の数を適宜変更しても良い。
この実施形態では、金属シャフト4が潰される前の外周長L1が、金属シャフト4と金属プレート21の接触点Pを滑らかに繋いだ外周線Aの周長L2より長く設けられる。なお、金属シャフト4が潰される前の外周長L1は、潰された後に最も拡径する箇所になる固定軸βの外周の長さである。具体的にこの実施形態の固定軸βは、一定径の円柱形状であるため、外周長L1は潰される前の固定軸βのどの軸方向の位置で測定しても良い。
接触点Pは、貫通穴αにおける内径方向に向く面のうち、金属シャフト4の外周面(具体的には、固定軸βの外周面)と接触可能な箇所である。この実施形態1において接触点Pを滑らかに繋いだ外周線Aの形状は、図3(b)に示すように円形を呈する。
この実施形態では、外周長L1を周長L2より長く設ける技術として、金属シャフト4において潰されて拡径する箇所の外周面に凹部を設けている。この凹部をシャフト凹部γとする。シャフト凹部γは、金属シャフト4の内径方向へ窪む形状を呈する。
電子スロットル1は、金属シャフト4において潰されて拡径する箇所の外周長を長くする目的で用いられる周長延長部を備える。この周長延長部の具体例は、金属シャフト4において潰されて拡径する箇所の外周面に形成された内径方向へ窪む1つまたは複数のシャフト凹部γである。
このシャフト凹部γは、潰されて拡径する箇所の外周長を長くする目的のみに用いられるものであり、例えば回り止めに用いられるキー溝や二面幅とは区分して用いられる。もちろん、破損や傷跡による損傷部とも区分されるものである。
具体的な一例としてこの実施形態では、図2(b)に示すように、固定軸βのうち、貫通穴αから軸方向に膨出する部位のみにシャフト凹部γを設けている。
また、金属シャフト4のうち、貫通穴αに挿入される部位は、円柱形状を呈する。即ち、固定軸βのうちでプレート21と接触可能な箇所が円柱形状に設けられており、金属シャフト4の先端部が潰される前の状態において金属シャフト4とプレート21の相対角度を自由に変更できるようになっている。
シャフト凹部γの形状は限定するものではないが、一例としてこの実施形態では金属シャフト4を軸方向から見てV字の切欠形状に設けられる。
シャフト凹部γの形成技術は限定するものではなく、転造によって設けるものであっても良いし、切削技術により設けるものであっても良い。
また、1つの金属シャフト4に設けられるシャフト凹部γの数は限定するものではないが、この実施形態では上述したプレート凹部α1と同数が設けられる。即ち、金属シャフト4において潰されて拡径する箇所の外周面には、シャフト凹部γが複数設けられる。この複数のシャフト凹部γは、金属シャフト4の周方向において等間隔に設けられる。そして、複数設けられるシャフト凹部γのそれぞれは、図2(a)に示すように、隣接するプレート凸部α2の間に配置される。
次に、金属シャフト4にプレート21を固定する製造工程を説明する。
先ず、ハウジング3のシャフト挿入穴に滑りベアリング7を圧入しておく。同様に、金属シャフト4における軸方向の所定位置にボールベアリング8を圧入しておく。次に、ハウジング3に金属シャフト4を挿入する。ボールベアリング8がハウジング3に設けられた軸受面に係止することで、ハウジング3に対する金属シャフト4の軸方向の位置決めが成される。なお、軸受面は、ハウジング3に挿入された金属シャフト4の軸方向に対して垂直な面である。これにより、金属シャフト4の先端に設けられた固定軸βがギヤ室R2の内部に配置された状態で組み付けられる。
次に、金属シャフト4に形成された弁体5の組付孔に弁体5を差し入れ、固定具9により弁体5を金属シャフト4に固定する。また、バネ力発生手段13の組み付けを実施する。
次に、樹脂ギヤ18の内側にモールドされたプレート21を、ギヤ室R2内に露出している金属シャフト4の固定軸βに組付ける。即ち、貫通穴αに固定軸βを挿入する。
この状態では、貫通穴αと固定軸βの間に円環状の微小隙間が形成されているため、金属シャフト4とプレート21の相対回転が可能である。即ち、後述する全閉クリアランスの調整時に、樹脂ギヤ18を固定した状態で、弁体5を任意の角度に調整することが可能になっている。
次に、樹脂ギヤ18の外周部に設けられた外径方向に突出する全閉ストッパ部を、ギヤ室R2の壁面にメカニカルタッチさせる。このメカニカルタッチを保ったままの状態で金属シャフト4を回転させて弁体5の全閉位置を調整する。即ち、全閉クリアランスの調整を実施する。この全閉クリアランスの調整作業は、弁体5の外周縁がハウジング3に直接接触しないように調整される。この調整作業は、工作機械により自動で実施されるものであっても良いし、人が手動で実施するものであっても良い。
次に、プレート21の端面より軸方向の外側に突き出した固定軸βを加圧装置を用いて軸方向に加圧して潰し、固定軸βの先端部を外径方向へ塑性変形させる。即ち、固定軸βの先端部を塑性変形させるかしめを実施する。
このかしめ工程により、固定軸βの一部が軸凸部β1になって各プレート凹部α1の内側に食い込むとともに、固定軸βの一部が軸鍔部β2になって段差面4aとの間でプレート21を強固に挟み付ける。これにより、金属シャフト4とプレート21の固定箇所がキヤ室R2に配置される。
以上により、弁体5が取り付けられる金属シャフト4と、樹脂ギヤ18にモールドされたプレート21が強固に固定される。
(実施形態1の効果1)
この実施形態1では、上述したように、外周長L1が周長L2より長く設けられる。即ち、この実施形態1では、金属シャフト4において潰されて拡径する箇所の外周長が予め長く設けられる。
このように、外周長L1より周長L2を長く設けることにより、金属シャフト4において潰されて拡径する箇所の外周面の伸び率を従来技術に比較して小さくできる。このため、金属シャフト4の先端が潰される際、潰されて拡径する箇所の外周面の伸び率が割れに達するのを抑制でき、金属シャフト4の先端部にクラックが生じるのを防止できる。
ここで、仮にクラック等によって金属シャフト4の一部が欠落した場合には、ギヤ室R2が外部空間と遮断されているため、欠落した金属体が減速装置12のギヤ間、即ち中間ギヤ17や樹脂ギヤ18の間などに噛み込む可能性がある。
これに対し、この実施形態も、従来技術と同様、金属シャフト4とプレート21の固定箇所がギヤ室R2に配置され、そのギヤ室R2がハウジング3に装着されたカバー15によって外部空間と遮断されるものであるが、次の効果が得られる。
この実施形態では、上述したように金属シャフト4の先端にクラックが発生することが抑制されるため、欠落した金属体が発生せず、欠落した金属体がギヤ室R2に封じ込められる不具合がない。このため、欠落した金属体が減速装置12に噛み込むことがなく、バルブ装置(この実施形態では電子スロットル1)の信頼性を高めることができる。
また、金属シャフト4にクラックが生じるのを防ぐことができるため、金属シャフト4に対するプレート21の固定力を従来技術に比較して高めることが可能になる。
このことを具体的に説明する。従来技術では、金属シャフト4の一部に欠落が生じないように、クラックが生じない程度の潰しにとどめられていた。即ち、従来技術では、クラックの発生を防ぐ対策として、かしめによる拡大径を抑えていた。その結果、従来技術では、かしめによる固定力が犠牲になる可能性があった。
このこと言葉を換えて説明する。なお、ここで用いる周長の数値は理解補助を目的とした一例としての数値であり、もちろん限定されるものでない。
ここで、潰される前の外周長100に対して潰された後の外周長が120で表面に割れが生じるものとして説明する。この場合、潰される前の外周長100に対して潰された後の外周長が110に達しても表面に割れが生じない。
そこで、従来技術では、クラックの発生を防ぐべく、潰される前の外周長100に対して潰された後の外周長を110に抑えていた。このため、従来技術では、金属シャフト4とプレート21の固定力が犠牲になる不具合があった。
これに対し、潰される前の外周長を予め110に増やしておくと、潰された後の外周長が120に達しても表面に割れが生じない。
そこで、この実施形態では、潰される前の外周長を予め110に増やしておく技術として、複数のシャフト凹部γを設けることで外周長L1を延長している。これにより、直径が従来技術と同じであっても、クラックの発生を伴うことなく潰された後の外周長を120に増加できる。
このようにして、潰された後の外周長を従来技術より長くできるため、金属シャフト4とプレート21の固定力を従来技術より大きくできる。
次に、電子スロットル1に本発明を適用した場合の特有な効果を説明する。
上述したように、従来技術では、金属シャフト4から欠落した金属体がギヤ室R2の減速装置12に噛み込む可能性があった。
この課題に対して従来技術では、クラックが生じない程度の潰しにとどめ、かしめによる拡大径を抑えていた。その結果、従来技術では、かしめによる固定力が犠牲になってしまう可能性があった。
これに対し、本実施形態1の電子スロットル1は、上述したように、クラックの発生を防ぐべく、潰される前の外周長L1を従来技術より長く設けている。これにより、クラックの発生を伴うことなく塑性変形による拡大径を従来技術より大きくすることができる。このため、従来技術に比較して、金属シャフト4とプレート21の固定力を高めることができる。
このようにして本実施形態1の電子スロットル1は、金属シャフト4の一部が欠落することにより生じる不具合を回避しつつ、金属シャフト4とプレート21の固定力を高めることができる。即ち、従来技術に比較して電子スロットル1の信頼性を高めることができる。
(実施形態1の効果2)
この実施形態では、シャフト凹部γにより、金属シャフト4において潰されて拡径する箇所の外周長L1を長くしている。これにより、潰されて拡径する箇所の外周面の伸び率を小さくできる。このため、金属シャフト4の先端が潰される際、潰されて拡径する箇所の外周面が割れに達するのを防ぐことができ、金属シャフト4の先端部にクラックが生じるのを防止できる。
(実施形態1の効果3)
この実施形態では、金属シャフト4において潰されて拡径する箇所の外周面にシャフト凹部γを複数設けている。
このように、シャフト凹部γを複数設けることで、シャフト凹部γを1つ設ける場合に比較して外周長L1を長くできる。即ち、この実施形態1では、金属シャフト4において潰されて拡径する箇所の外周面をより広くできる。
このため、金属シャフト4において潰されて拡径する箇所の外周面の伸び率をより小さくできる。その結果、金属シャフト4の先端部にクラックが生じる不具合をより効果的に抑えることができる。
(実施形態1の効果4)
この実施形態では、金属シャフト4において潰されて拡径する箇所の外周面に、複数のシャフト凹部γが円周方向へ等間隔に配置される。
このように、複数のシャフト凹部γを等間隔に配置することにより、金属シャフト4において塑性変形する箇所の伸び率を金属シャフト4の円周方向において均等化できる。このため、金属シャフト4の先端部にクラックが生じる不具合をより効果的に抑えることができる。
(実施形態1の効果5)
この実施形態では、金属シャフト4において潰された箇所の一部がプレート凹部α1の内側に食い込む。具体的に、この実施形態では、金属シャフト4の先端部が潰されると、塑性変形により生じた軸凸部β1が各プレート凹部α1に入り込む。
この軸凸部β1が各プレート凹部α1に入り込むことにより、金属シャフト4とプレート21の相対角度を強固に固定できる。
(実施形態1の効果6)
この実施形態では、金属シャフト4に設けられるそれぞれのシャフト凹部γが、隣接するプレート凸部α2の間に配置される。具体的に、この実施形態では、上述した全閉クリアランスの調整を行う際に金属シャフト4が最大に回転する角度範囲が、隣接するプレート凸部α2の間隔である90度より小さい。そして、全閉クリアランスの調整を行う際に金属シャフト4を最大に右回転しても、逆に最大に左回転しても、シャフト凹部γがプレート凸部α2に接しないように設けられる。
このように、シャフト凹部γとプレート凸部α2が合致しない。このため、金属シャフト4の先端部が潰された後に、各プレート凸部α2が、固定軸βにおける円柱面と確実に接触する。その結果、確実に金属シャフト4とプレート21を強固に固定できる。
(実施形態1の効果7)
この実施形態では、金属シャフト4のうち、貫通穴αに挿入される部位が円柱形状を呈する。このため、金属シャフト4の先端部を潰す前の状態において、金属シャフト4と金属プレート21の相対角度を自由に設定できる。その結果、金属シャフト4に対してプレート21を任意の相対角度で固定することが可能になる。
言葉を換えて説明すると、樹脂ギヤ18と弁体5の相対角度を制約なく自由に設定することができる。これにより、樹脂ギヤ18の回転角に対する弁体5の固定角を自由に調整できる。
この結果、全閉位置の調整機構を不要にできる。このため、回転部品を搭載する装置の製造工程数を少なくできる。具体的にはバルブ装置の製造工程数を少なくできる。さらに具体的なこの実施形態では、電子スロットル1の製造工程数を少なくできる。
同様に、調整機構の廃止によって回転部品を搭載する装置の製造コストを抑えることができる。具体的にはバルブ装置の製造コストを抑えることができる。さらに具体的なこの実施形態では、電子スロットル1の製造コストを抑えることができる。
[実施形態2]
図6〜図8に基づいて実施形態2を説明する。
なお、以下の各実施形態において上記実施形態1と同一符合は同一機能物を示すものである。また、以下の各実施形態では、先に説明した実施形態に対する変更箇所のみを開示するものであり、説明していない箇所については先行して説明した形態を採用するものである。
上記実施形態1では、固定軸βのうち、貫通穴αに挿入される部位が円柱形状を呈し、金属シャフト4とプレート21の相対角度を自由に設定できる回転部品を示した。
これに対し、この実施形態2の固定軸βとプレート21には、金属シャフト4の先端部を潰す前の状態において金属シャフト4とプレート21の相対回転を規制する二面幅δが設けられるものである。
なお、固定軸βと貫通穴αにそれぞれ設けられる二面幅δは、周知なものであり、説明は割愛する。
この実施形態2では、上述した実施形態1と同様、外周長L1を周長L2より長く設けるものであり、外周長L1を周長L2より長く設ける技術として、上述した実施形態1と同様にシャフト凹部γを用いる。なお、この実施形態2において接触点Pを滑らかに繋いだ外周線Aの形状は、図7(b)に示すように、二面幅δが設けられた貫通穴αの形状に合致するものである。
シャフト凹部γの形状は、限定されるものではないが、一例として実施形態1と同様、軸方向から見てV字の切欠形状に設けられる。
また、シャフト凹部γの数は限定されるものではないが、この実施形態2ではシャフト凹部γが2つ設けられる。
潰されて拡径する箇所のうちでシャフト凹部γが形成される位置も限定するものではないが、この実施形態2では、図6(a)に示すように、固定軸βのうち、二面幅δが形成されない2つの円筒面の端にシャフト凹部γが1つずつ設けられる。
このようにシャフト凹部γによって外周長L1を周長L2より長く設けることにより、二面幅δを用いて固定される金属シャフト4とプレート21であっても、上述した「実施形態1の効果1〜効果4」と同様の効果を得ることができる。
[実施形態3]
図9、図10に基づいて実施形態3を説明する。
上記実施形態1では、固定軸βの先端のみにシャフト凹部γを設けた。
これに対し、この実施形態3では、金属シャフト4の軸芯が伸びる方向を軸方向とした場合、各シャフト凹部γが軸方向へ溝状に伸びて設けられる。これにより、金属シャフト4にプレート21が組み付けられた状態において各シャフト凹部γが貫通穴αと軸方向にオーバーラップする。具体的な一例として、この実施形態3では、固定軸βの先端から段差面4aに至るまでシャフト凹部γが溝状に設けられている。
このように設けることで、固定軸βの軸方向の全範囲において外周面の伸び率を小さくできる。その結果、固定軸βのうちで潰されて塑性変形する全ての箇所の外周面の伸び率を小さくできる。これにより、固定軸βに生じる応力を緩和することができる。
もちろん、上述した「実施形態1の効果1〜効果7」と同様の効果を得ることができる。
[他の実施形態]
上記の実施形態では、本発明を電子スロットル1に適用する例を示したが、用途を限定するものではない。即ち、本発明は、金属シャフト4の端部にかしめ技術によりプレート21を固定する技術に広く適用可能なものであり、バルブ装置とは異なる装置に用いても良いし、バルブ装置に用いても良い。
もちろん、電動の装置であっても良いし、電動でない装置であっても良い。
電動のバルブ装置に本発明を適用する複数の具体例を以下に説明する。電動のEGRバルブや低圧EGR装置に用いられる電動の吸気絞りバルブに本発明を適用しても良い。また、エンジンの気筒内に渦流を生じさせる電動のスワール流コントロールバルブや電動のタンブル流コントロールバルブに本発明を適用しても良い。あるいは、ターボチャージャに搭載される電動のウエストゲートバルブや電動の容量可変バルブに本発明を適用しても良い。もしくは、車両用空調装置において空調通路の開度調整を行うドアを操作する電動のドア駆動ユニットに本発明を適用しても良い。なお、ドアは弁体の一例である。さらに、エンジン冷却水の切替えや流量制御を行う電動の冷却水制御バルブに本発明を適用しても良い。
続いて、電動でない装置に本発明を適用する複数の具体例を以下に説明する。電動の駆動ユニット6を用いない装置の金属シャフト4とプレート21の固定技術に本発明を適用しても良い。即ち、油圧や負圧等を駆動源とする装置の金属シャフト4とプレート21の固定技術に本発明を適用しても良い。あるいは、手動によって操作される装置の金属シャフト4とプレート21の固定技術に本発明を適用しても良い。
ここで、電動のEGRバルブに本発明を適用した場合の特有な効果を説明する。
仮に金属シャフト4の一部が欠落し、欠落した金属体が減速装置12に噛み込んだ場合には、EGRバルブが大きい開度でロックして、エンジン始動時に始動不良が発生する可能性がある。
これに対し、電動のEGRバルブに本発明を適用することによって、クラックの発生を伴うことなく塑性変形による拡大径を従来技術より大きくすることができる。これにより、金属シャフト4の一部が欠落することを抑制しながら、金属シャフト4とプレート21の固定力を高めることができ、EGRバルブの信頼性を高めることができる。
続いて、低圧EGR装置に用いられる電動の吸気絞りバルブに本発明を適用した場合の特有な効果を説明する。
仮に金属シャフト4の一部が欠落し、欠落した金属体が減速装置12に噛み込んだ場合には、吸気絞りバルブが吸気通路2を絞った状態でロックして、エンジン回転数が上がらなくなる可能性がある。
これに対し、電動の吸気絞りバルブに本発明を適用することによって、クラックの発生を伴うことなく塑性変形による拡大径を従来技術より大きくすることができる。これにより、金属シャフト4の一部が欠落することを抑制しながら、金属シャフト4とプレート21の固定力を高めることができ、吸気絞りバルブの信頼性を高めることができる。
電動のスワール流コントロールバルブや電動のタンブル流コントロールバルブなどの渦流コントロールバルブに本発明を適用した場合の特有な効果を説明する。
仮に金属シャフト4の一部が欠落し、欠落した金属体が減速装置12に噛み込んだ場合には、渦流コントロールバルブが吸気ポートを絞った状態でロックして、エンジン回転数が上がらなくなる懸念がある。
これに対し、電動の渦流コントロールバルブに本発明を適用することによって、クラックの発生を伴うことなく塑性変形による拡大径を従来技術より大きくすることができる。これにより、金属シャフト4の一部が欠落することを抑制しながら、金属シャフト4とプレート21の固定力を高めることができ、渦流コントロールバルブの信頼性を高めることができる。
ターボチャージャに搭載される電動のウエストゲートバルブに本発明を適用した場合の特有な効果を説明する。
仮に金属シャフト4の一部が欠落し、欠落した金属体が減速装置12に噛み込んだ場合には、ウエストゲートバルブが開いた状態でロックして、過給圧が上がらなくなる可能性がある。あるいは、ウエストゲートバルブが閉じた状態でロックして、エンジンの高負荷時にターボチャージャの負荷が過大になる可能性がある。
これに対し、電動のウエストゲートバルブに本発明を適用することによって、クラックの発生を伴うことなく塑性変形による拡大径を従来技術より大きくすることができる。これにより、金属シャフト4の一部が欠落することを抑制しながら、金属シャフト4とプレート21の固定力を高めることができ、ウエストゲートバルブの信頼性を高めることができる。
ターボチャージャに用いられる電動の容量可変バルブに本発明を適用した場合の特有な効果を説明する。容量可変バルブは可変ベーンタイプを含むものである。
仮に金属シャフト4の一部が欠落し、欠落した金属体が減速装置12に噛み込んだ場合には、容量可変バルブが開いた状態でロックして、低回転時に過給圧が上がらなくなる可能性がある。あるいは、容量可変バルブが閉じた状態でロックして、エンジンの高負荷時にターボチャージャの負荷が過大になる可能性がある。
これに対し、電動の容量可変バルブに本発明を適用することによって、クラックの発生を伴うことなく塑性変形による拡大径を従来技術より大きくすることができる。これにより、金属シャフト4の一部が欠落することを抑制しながら、金属シャフト4とプレート21の固定力を高めることができ、容量可変バルブの信頼性を高めることができる。
車両用空調装置に用いられる電動のドア駆動ユニットに本発明を適用した場合の特有な効果を説明する。
仮に金属シャフト4の一部が欠落し、欠落した金属体が減速装置12に噛み込んだ場合には、ドア駆動ユニットがロックして、車室内へ吹き出す空調風の温度や、吹出モード等をコントロールできなくなる可能性がある。
これに対し、電動のドア駆動ユニットに本発明を適用することによって、クラックの発生を伴うことなく塑性変形による拡大径を従来技術より大きくすることができる。これにより、金属シャフト4の一部が欠落することを抑制しながら、金属シャフト4とプレート21の固定力を高めることができ、ドア駆動ユニットの信頼性を高めることができる。
電動の冷却水制御バルブに本発明を適用した場合の特有な効果を説明する。
仮に金属シャフト4の一部が欠落し、欠落した金属体が減速装置12に噛み込んだ場合には、冷却水制御バルブがロックして、車両を循環する冷却水の温度をコントロールできなくなる可能性がある。
これに対し、電動の冷却水制御バルブに本発明を適用することによって、クラックの発生を伴うことなく塑性変形による拡大径を従来技術より大きくすることができる。これにより、金属シャフト4の一部が欠落することを抑制しながら、金属シャフト4とプレート21の固定力を高めることができ、冷却水制御バルブの信頼性を高めることができる。
上記の実施形態では、弁体5の一例として平な円板を用いたが、限定するものではない。具体的な一例として、断面が略L字形やZ字形を呈する弁体5であっても良い。
上記の実施形態では、弁体5の一例としてバタフライバルブを例に示したが、限定するものではない。具体的には、弁体5の全体あるいは一部が球面形状を呈するボールバルブ等であっても良い。
上記の実施形態では、プレート21に設ける樹脂部品の一例として樹脂ギヤ18を例示したが、限定するものではなく、用途に応じてプレート21に設ける樹脂部品を変更しても良い。
具体的な一例として、実施形態で示した樹脂ギヤ18に代えてベルト等により回転駆動される樹脂プーリ等であっても良い。
上記の実施形態では、具体的な一例としてプレート21に樹脂部品(実施形態では樹脂ギヤ18)を設ける例を示したが、限定するものではなく、プレート21に樹脂部品を設けないものであっても良い。
具体的な一例として、ギヤの機能を果たす多数の歯を直接プレート21に形成するものであっても良い。その一例として、プレート21が、ハウジング3の外部に露出するものであっても良い。さらにその具体的な一例として、プレート21は、カム溝が設けられるリンクプレートであっても良いし、所定の角度範囲内で回転操作されるアーム形状を呈するレバープレート等であっても良い。
もちろん、上述したリンクプレートやレバープレート等に適用する場合、貫通穴αは、プレート21の中心とは異なる箇所に設けられるものであり、貫通穴αはプレート21の中心に設けるものに限定されない。
上記の実施形態では、プレート21を金属で設ける例を示したが、限定するものではなく、プレート21を金属以外の材料によって設けても良い。具体的な一例として、プレート21を硬質樹脂で設けたり、カーボン素材で設けても良い。あるいは、樹脂で硬化した複合材料等を用いても良い。
2・・・吸気通路 3・・・ハウジング
4・・・金属シャフト 9・・・弁体
11・・・電動モータ 12・・・減速装置
18・・・樹脂ギヤ 21・・・プレート
α・・・貫通穴 γ・・・シャフト凹部(周長延長部)
A・・・外周線 P・・・シャフトとプレートの接触点
L1・・シャフトが潰される前の外周長
L2・・接触点を滑らかに繋いだ外周線の周長

Claims (14)

  1. 回転可能に支持される金属シャフト(4)と、
    前記金属シャフトに固定されるプレート(21)とを備え、
    前記プレートには、前記金属シャフトの端部が貫通する貫通穴(α)が設けられ、
    前記金属シャフトの端部を前記貫通穴に挿入し、前記貫通穴の外部に露出する前記金属シャフトの端部を潰すことで、前記金属シャフトと前記プレートの位置関係が固定される回転部品の製造方法において、
    前記金属シャフトの端部における、前記金属シャフトが潰される前の外周長(L1)は、前記金属シャフトと前記プレートの接触点(P)を滑らかに繋いだ外周線(A)の周長(L2)より長く設けられることを特徴とする回転部品の製造方法。
  2. 請求項1に記載の回転部品の製造方法において、
    前記金属シャフトにおいて潰されて拡径する部位の外周面には、前記金属シャフトの内径方向へ窪むシャフト凹部(γ)が設けられることを特徴とする回転部品の製造方法。
  3. 請求項2に記載の回転部品の製造方法において、
    前記金属シャフトの軸芯が伸びる方向を軸方向とした場合、
    前記シャフト凹部は、前記金属シャフトに前記プレートが組み付けられた状態において前記貫通穴と軸方向にオーバーラップすることを特徴とする回転部品の製造方法。
  4. 請求項2または請求項3に記載の回転部品の製造方法において、
    前記金属シャフトにおいて潰されて拡径する箇所の外周面には、前記シャフト凹部が複数設けられることを特徴とする回転部品の製造方法。
  5. 請求項4に記載の回転部品の製造方法において、
    前記金属シャフトにおいて潰されて拡径する箇所の外周面には、複数の前記シャフト凹部が円周方向において等間隔に配置されることを特徴とする回転部品の製造方法。
  6. 請求項1〜請求項5のいずれか1つに記載の回転部品の製造方法において、
    前記貫通穴の内周面には、外径方向に窪む複数のプレート凹部(α1)が設けられ、
    前記金属シャフトにおいて潰された箇所の一部は、前記プレート凹部の内側に食い込むことを特徴とする回転部品の製造方法。
  7. 請求項1〜請求項6のいずれか1つに記載の回転部品の製造方法において、
    前記金属シャフトにおいて潰されて拡径する箇所の外周面には、前記金属シャフトの内径方向へ窪む複数のシャフト凹部が設けられ、
    前記貫通穴の内周面には、外径方向に窪む複数のプレート凹部が設けられ、
    前記貫通穴の内周面のうち、隣接する前記プレート凹部の間をプレート凸部(α2)とした場合、
    それぞれの前記シャフト凹部は、隣接する前記プレート凸部の間に配置されることを特徴とする回転部品の製造方法。
  8. 請求項1〜請求項7のいずれか1つに記載の回転部品の製造方法において、
    前記金属シャフトのうち、前記貫通穴に挿入される部位(β)は、円柱形状を呈することを特徴とする回転部品の製造方法。
  9. 内部に通路(2)が形成されるハウジング(3)と、
    前記ハウジングに挿入され、前記ハウジングに対して回転自在に支持される金属シャフトと、
    前記金属シャフトに固定されるプレートと、
    前記金属シャフトと一体に回転して前記通路の開閉または開度調整を行う弁体(9)と、
    電力を回転動力に変換する電動モータ(11)と、
    前記電動モータの発生する回転トルクを増幅して前記金属シャフトに付与する歯車式の減速装置(12)とを備え、
    前記プレートには、前記減速装置のギヤ(18)が設けられるとともに、前記金属シャフトの端部が貫通する貫通穴が設けられ、
    前記金属シャフトの端部を前記貫通穴に挿入し、前記貫通穴の外部に露出する前記金属シャフトの端部を潰すことで、前記金属シャフトと前記プレートの位置関係が固定されるバルブ装置の製造方法において、
    前記金属シャフトにおいて潰されて拡径する箇所の外周面には、当該外周面の外周長を長くするための周長延長部が設けられ、
    前記周長延長部は、内径方向へ窪む1つまたは複数のシャフト凹部であることを特徴とするバルブ装置の製造方法。
  10. 請求項9に記載のバルブ装置の製造方法において、
    前記ハウジングには、前記減速装置を収容するギヤ室(R2)が設けられ、
    前記ギヤ室は、前記ハウジングに装着されるカバーによって外部空間と遮断されるものであり、
    前記金属シャフトと前記プレートの固定箇所は、前記ギヤ室に配置されることを特徴とするバルブ装置の製造方法。
  11. 請求項9または請求項10に記載のバルブ装置の製造方法において、
    前記金属シャフトと前記プレートは、前記金属シャフトが前記ハウジングに組付けられた状態で固定されることを特徴とするバルブ装置の製造方法。
  12. 請求項9〜11のいずれか1つに記載のバルブ装置の製造方法において、
    前記バルブ装置は、車両走行用のエンジンに供給される吸気量の調整を行う電子スロットルであることを特徴とするバルブ装置の製造方法。
  13. 内部に通路が形成されるハウジングと、
    前記ハウジングに挿入され、前記ハウジングに対して回転自在に支持される金属シャフトと、
    前記金属シャフトに固定されたプレートと、
    前記金属シャフトと一体に回転して前記通路の開閉または開度調整を行う弁体と、
    電力を回転動力に変換する電動モータと、
    前記電動モータの発生する回転トルクを増幅して前記金属シャフトに付与する歯車式の減速装置とを備え、
    前記プレートには、前記減速装置の最終段のギヤが設けられるとともに、前記金属シャフトの端部が貫通した貫通穴が設けられ、
    前記貫通穴の外部に露出した前記金属シャフトの端部が潰されて、前記金属シャフトと前記プレートの位置関係が固定されているバルブ装置において、
    前記金属シャフトにおいて潰されて拡径した箇所の外周面には、内径方向へ窪む1つまたは複数のシャフト凹部が設けられていることを特徴とするバルブ装置。
  14. 請求項13に記載のバルブ装置において、
    前記貫通穴の内周面には、外径方向に窪む複数のプレート凹部が設けられており、
    複数の前記プレート凹部は、前記貫通穴の円周方向へ等間隔に配置されており、
    前記金属シャフトにおいて潰された箇所の一部が前記プレート凹部の内側に食い込んでいることを特徴とするバルブ装置。
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