JP7628444B2 - 流体制御弁 - Google Patents

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Description

本発明は、減速機構を内蔵した流体制御弁の構造に関する。
例えば自動車に搭載された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。
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、ボディの一面が開口し、この開口部の開口方向と略平行に電動モータの駆動軸やバルブの駆動軸が配置されている。また、電動モータの駆動軸の回転を変速してバルブの駆動軸に伝達する減速機構が、ボディの開口部から臨むように配置されている。そして、ボディの開口部はカバーで覆われて密閉された構造になっている。
更に、カバーには、電動モータ等の内部機器に接続した配線を外部と接続するコネクタが備えられている。特許文献１においては、コネクタは電動モータの駆動軸に固定されるモータギヤに近接した位置に配置されている。また、コネクタは電動モータの駆動軸に対して垂直方向に配線が延びるように、カバーの外側でボディの側方に向けて配置されている。これにより、電動スロットルバルブ全体の駆動軸方向の寸法を抑制することができる。
特開２０１９-７８３３３号公報
上記特許文献１の電動スロットルバルブのような流体制御弁において、密閉性の向上や重量低減を図るために、ボディとカバーとをレーザ光によって溶着する技術が知られている。例えばボディの開口部の周囲の縁部と、カバーの外周部とを合わせてレーザを照射し、開口部の周囲にカバーを溶着させてボディ内を密封することが考えられる。
しかしながら、特許文献１のようにカバーにコネクタを備え、コネクタを側方に向けて配置した構造の流体制御弁では、コネクタの突出方向端部がボディの外周部よりも外側方に突出する可能性がある。
このように、コネクタがボディの外周部よりも外方に突出した構造であると、コネクタが邪魔になりカバーとボディの開口部の縁部とが溶接できない箇所が発生してしまう虞がある。
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、コネクタを含むカバーとボディとをレーザ溶着して密閉する構造の流体制御弁において、全体をコンパクトに構成可能にした流体制御弁を提供することにある。
上記の目的を達成するため、本発明の流体制御弁は、流体通路を有するバルブボディと、前記流体通路の流路断面積を調整する弁体と、電動モータと、前記バルブボディに固定され前記バルブボディとの間に収容空間が形成されるカバーと、前記収容空間に配置され前記電動モータの駆動軸であるモータシャフトの回転を減速し駆動トルクを増加して前記弁体を駆動するバルブシャフトに伝達する変速機と、を有し、前記モータシャフトと前記バルブシャフトとは平行に配置され、前記バルブボディと前記カバーとはレーザ溶着されて前記収容空間が密閉される流体制御弁であって、前記変速機は、前記モータシャフトの端部に固定された入力ギヤと、前記バルブシャフトに固定された出力ギヤと、前記入力ギヤと噛み合う第１中間ギヤと、前記第１中間ギヤに固定され前記出力ギヤと噛み合う第２中間ギヤと、前記モータシャフト及び前記バルブシャフトと平行に配置され前記第１中間ギヤ及び前記第２中間ギヤを支持する中間シャフトと、を備え、前記第１中間ギヤ及び前記第２中間ギヤは、前記中間シャフトの軸線方向に並んで配置され、前記第１中間ギヤは前記第２中間ギヤよりも前記電動モータ側に配置され、前記第２の中間ギヤおよび前記出力ギヤは、前記カバー内に配置され、前記カバーに、前記電動モータの駆動軸の端部に近接するとともに前記第２中間ギヤの側方に、外部から前記電動モータへの電力供給線を接続するコネクタが配置され、前記コネクタは、前記カバーの外周側端部に位置する縁部よりも内方に位置するとともに、前記電動モータの駆動軸の軸線方向において前記第２の中間ギヤと同じ位置に配置されることを特徴とする。
好ましくは、前記バルブボディはレーザ光の吸収材で形成され、前記カバーはレーザ光の透過材で形成されているとよい。
好ましくは、前記コネクタは、前記電動モータの駆動軸の延長方向に位置し、当該駆動軸の軸線に対して垂直方向に向けて配置されるとよい。
好ましくは、前記バルブボディは、前記モータシャフトの端部の延長方向に向けて開口した開口部を有し、前記開口部内に前記収容空間が形成され、前記バルブボディの前記開口部の縁部に外側方に向けて突出したボディ側縁部を有し、前記カバーの外周縁に外側方に向けて突出したカバー側縁部を有し、前記ボディ側縁部と前記カバー側縁部とがレーザ溶着されるとよい。
好ましくは、前記流体制御弁は、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とよい。
本発明の流体制御弁によれば、カバー内の収容空間に減速機が収容され、減速機の第１中間ギヤが第２中間ギヤよりも電動モータ側に配置されることで、電動モータの駆動軸に端部に固定される入力ギヤが電動モータ側に配置される。したがって、カバー内の第２中間ギヤの側方にコネクタを電動モータの駆動軸に近接して配置することが可能になる。
これにより、コネクタを含むカバーとボディによる流体制御弁の外形寸法を抑え、流体制御弁全体をコンパクトな構成にすることが可能になる。
また、コネクタを含むカバーをコンパクトに構成し、コネクタがカバーの外周側端部の縁部よりも外方へ突出することを抑えることができる。これにより、カバーの外周部とボディとをレーザ溶着する場合には、コネクタが邪魔になることを防止することができる。
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。 本実施形態の電動スロットルバルブの上面図である。 カバーを外した電動スロットルバルブの上面図である。 電動スロットルバルブの上部の縦断面図である。 ボディとカバーとの接続要領を示す説明図である。
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。
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、本実施形態の電動スロットルバルブ１０の上面図である。図３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４は、電動スロットルバルブ１０の上部の縦断面図である。なお、図４は、電動スロットルバルブ１０の上部を縦方向に、詳しくは後述する電動モータ１２の駆動軸であるモータシャフト１３の軸線方向と平行に切断した断面図である。なお、以降では、モータシャフト１３の軸線方向を上下方向として説明する。
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量を制御する流体制御弁である。
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。
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。
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。
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、バルブボディ１６の側方に向けて、即ちモータシャフト１３の軸線方向に対して垂直に向けて配置される。
図４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。
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。
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が備えられている。
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。
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、即ち中間シャフト３６の軸線方向に並んで互いに固定されている。
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。
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になり、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。
本実施形態の電動スロットルバルブ１０は、中間ギヤ３８のうち、第１中間ギヤ４１を電動モータ１２側に近づけて配置し、第２中間ギヤ４２をカバー１１側に配置する。したがって、モータギヤ３７は第１中間ギヤ４１と軸方向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と軸方向位置を合わせてバルブ１７から遠い位置に配置される。
コネクタ３０は、図４の紙面上下方向において、モータギヤ３７の上方のスペースに配置される。即ち、コネクタ３０は、モータシャフト１３の延長方向に位置し、モータシャフト１３の端部に近接するとともに、第２中間ギヤ４２の側方に配置される。
図５は、電動スロットルバルブ１０におけるカバー１１の取り付け要領を示す説明図である。
本実施形態の電動スロットルバルブ１０の組み立てを行う際には、ロアボディ２２を固定したアッパボディ２１内に電動モータ１２及び減速機構２０等を設置した後に、アッパボディ２１の上部の開口部２５をカバー１１によって覆い、レーザ装置によってアッパボディ２１とカバー１１とを溶着して固定する。
アッパボディ２１はレーザ光を吸収する材質で形成され、カバー１１はレーザ光を透過する材質で形成されている。
図４、５に示すように、アッパボディ２１の外周部には開口部２５の縁部に全周に亘って外側方に突出したボディ側縁部５０が設けられている。また、カバー１１の外周部にはボディ側縁部５０に全周に亘って重なるようにカバー側縁部５１が設けられている。
図５に示すように、アッパボディ２１とカバー１１とをレーザ溶着する際には、カバー１１側からカバー側縁部５１にレーザ光ＬＢを全周に亘って照射する。これにより、カバー側縁部５１とボディ側縁部５０とをレーザ溶着させて固定し、アッパボディ２１とカバー１１との間の収容空間１９を密閉する。
以上のように、本実施形態の電動スロットルバルブ１０は、アッパボディ２１の収容空間１９に減速機構２０が収容され、カバー１１によって収容空間１９が密閉される構造になっている。アッパボディ２１とカバー１１とは外周部の縁部５０、５１がレーザ溶着されて固定されるので、例えばボルトによってアッパボディ２１とカバー１１とを固定するものよりも小型かつ軽量化することができる。
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と、バルブシャフト３５に固定されたバルブギヤ３９と、モータギヤ３７と噛み合う第１中間ギヤ４１と、第１中間ギヤ４１に固定されるとともにバルブギヤ３９にかみ合う第２中間ギヤ４２と、第１中間ギヤ４１及び第２中間ギヤ４２を支持する中間シャフト３６とにより構成され、第１中間ギヤ４１と第２中間ギヤ４２とが中間シャフト３６の軸線方向に並んで配置されている。
本実施形態では、第１中間ギヤ４１が第２中間ギヤ４２よりも電動モータ１２側に配置されるので、モータシャフト１３の上端部の上方かつ第２中間ギヤ４２の側方にスペースを設けることができ、このスペースに外部から電動モータ１２への電力供給線を接続するコネクタ３０を配置することができる。コネクタ３０は、例えば図１、２に示すように、モータシャフト１３の軸線に対して垂直方向、即ちカバー１１の側方に向けて配置すればよい。
これにより、コネクタ３０をカバー１１の上方に突出することを抑制できる。また、カバー１１の幅（図２の紙面上下方向幅）を大きく利用してコネクタ３０を配置できるので、コネクタ３０がカバー１１及びアッパボディ２１よりも側方に突出することを抑制できる。したがって、コネクタ３０を含むカバー１１とバルブボディ１６による電動スロットルバルブ１０の外形寸法を抑えてコンパクトにすることが可能になり、例えば内燃機関の吸気流量を調節するスロットルバルブとして使用する場合に、設置性を向上させることができる。
アッパボディ２１はレーザ光の吸収材で形成され、カバー１１はレーザ光の透過材で形成されているので、カバー１１側からレーザ光を照射することでアッパボディ２１とカバー１１とを溶着させることができる。本実施形態では、上記のようにモータシャフト１３の上端部の上方に近接するとともに第２中間ギヤ４２の側方にコネクタ３０を配置することで、コネクタ３０をアッパボディ２１やカバー１１の外周端部にある縁部５０、５１より内側に配置させることができる。これにより、カバー１１側から外周部のカバー側縁部５１にレーザ光を照射して溶着させる際に、コネクタ３０が照射の妨げになることを回避することができ、電動スロットルバルブ１０の製造を容易にすることができる。
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、上記実施形態における電動スロットルバルブ１０の各部の詳細な形状については適宜異なるものでもよい。例えば上記実施形態におけるコネクタの向きについては、いずれの方向に向いて配置されたものでもよい。
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について本願発明を広く適用することができる。
１０ 電動スロットルバルブ（流体制御弁）
１１ カバー
１２ 電動モータ
１３ モータシャフト
１５ 吸気通路（流体通路）
１６ バルブボディ
１７ バルブ（弁体）
１９ 収容空間
２０ 減速機構（変速機）
２１ アッパボディ
２５ 開口部
３０ コネクタ
３５ バルブシャフト
３６ 中間シャフト
３７ モータギヤ（入力ギヤ）
３９ バルブギヤ（出力ギヤ）
４１ 第１中間ギヤ
４２ 第２中間ギヤ
５０ ボディ側縁部
５１ カバー側縁部

Claims (5)

  1. 流体通路を有するバルブボディと、前記流体通路の流路断面積を調整する弁体と、電動モータと、前記バルブボディに固定され前記バルブボディとの間に収容空間が形成されるカバーと、前記収容空間に配置され前記電動モータの駆動軸であるモータシャフトの回転を減速し駆動トルクを増加して前記弁体を駆動するバルブシャフトに伝達する変速機と、を有し、
    前記モータシャフトと前記バルブシャフトとは平行に配置され、
    前記バルブボディと前記カバーとはレーザ溶着されて前記収容空間が密閉される流体制御弁であって、
    前記変速機は、前記モータシャフトの端部に固定された入力ギヤと、前記バルブシャフトに固定された出力ギヤと、前記入力ギヤと噛み合う第１中間ギヤと、前記第１中間ギヤに固定され前記出力ギヤと噛み合う第２中間ギヤと、前記モータシャフト及び前記バルブシャフトと平行に配置され前記第１中間ギヤ及び前記第２中間ギヤを支持する中間シャフトと、を備え、
    前記第１中間ギヤ及び前記第２中間ギヤは、前記中間シャフトの軸線方向に並んで配置され、前記第１中間ギヤは前記第２中間ギヤよりも前記電動モータ側に配置され、
    前記第２の中間ギヤおよび前記出力ギヤは、前記カバー内に配置され、
    前記カバーに、前記電動モータの駆動軸の端部に近接するとともに前記第２中間ギヤの側方に、外部から前記電動モータへの電力供給線を接続するコネクタが配置され、
    前記コネクタは、前記カバーの外周側端部に位置する縁部よりも内方に位置するとともに、前記電動モータの駆動軸の軸線方向において前記第２の中間ギヤと同じ位置に配置される
    ことを特徴とする流体制御弁。
  2. 前記バルブボディはレーザ光の吸収材で形成され、前記カバーはレーザ光の透過材で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の流体制御弁。
  3. 前記コネクタは、前記電動モータの駆動軸の延長方向に位置し、当該駆動軸の軸線に対して垂直方向に向けて配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の流体制御弁。
  4. 前記バルブボディは、前記モータシャフトの端部の延長方向に向けて開口した開口部を有し、前記開口部内に前記収容空間が形成され、
    前記バルブボディの前記開口部の縁部に外側方に向けて突出したボディ側縁部を有し、
    前記カバーの外周縁に外側方に向けて突出したカバー側縁部を有し、
    前記ボディ側縁部と前記カバー側縁部とがレーザ溶着されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の流体制御弁。
  5. 前記流体制御弁は、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ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の流体制御弁。
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