JP2009264504A - 弁駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内部機構を効率的に組み付けて装置が大型化することを避けながら、弁体の開弁量を高精度に制御できる弁駆動装置を提供する。
【解決手段】流体通路７を有するハウジング２に設けられた弁座３に着座・離間することで排気ガスの流量を制御する弁体４と、往復直線運動する弁軸５と、弁軸５の動力源となるモータ６と、モータ６の回転速度を減速しながら弁軸５へ伝達する伝達機構とを有する弁駆動装置であって、モータ６は弁軸５の往復直線運動方向と並列に設けられ、かつ伝達機構に対して弁体４と同じ方向の位置に設けられている。伝達機構は、モータ６の回転軸に設けられる第１歯車１１と、第１歯車１１と噛合い第１歯車１１より大径の第２歯車１２と、第２歯車１２と同軸状に一体化され第２歯車１２より小径の第３歯車１３と、第３歯車１３と噛合って弁軸５を駆動する、第３歯車１３より大径の第４歯車１４とからなることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンから排出される排気ガスの一部を吸気系に戻す排気ガス再循環装置（ＥＧＲ装置）に設置され、流体通路を開閉する弁部材をモータによって駆動する弁駆動装置に関する。

排気ガス再循環系に設置されるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置では、エンジンの燃焼室から排気通路へ排出される排気ガスの一部を、ＥＧＲ通路を通じて吸気通路（吸気マニホールド）へ再循環させる。エンジンでは、この排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路に導入して外気と混合させて燃焼室へ吸入させることにより、燃焼室での可燃混合気の燃焼温度を下げ、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成量を少なくすることができる。ＥＧＲ装置にはＥＧＲ通路を開閉する弁体が設けられており、当該弁体は弁駆動装置によって開閉操作される。弁体によるＥＧＲ通路の開弁量によって、排気ガスの流入量が制御される。一般的にＥＧＲ装置は、内部にＥＧＲ通路としての流体通路を有するハウジングと、該ハウジング内の流体通路に設けられた弁座とを有する。そして、当該ＥＧＲ装置に設置される一般的な弁駆動装置は、弁座に着座（閉弁）・離間（開弁）することで排気ガスの流量を制御する弁体と、一端が弁体に固定されて往復直線運動可能な弁軸と、該弁軸の往復直線運動の動力源となるモータと、該モータの回転運動を弁軸に伝達する伝達機構とを有する。

この種の弁駆動装置として、例えば特許文献１及び特許文献２がある。特許文献１の弁駆動装置では、先端に弁体を有する弁軸の後端に、ステッピングモータが軸方向で直列に設けられている。ここでの伝達機構は、ステッピングモータのロータ及び弁軸に設けられた雌ネジ及び雌ネジからなり、ロータを回転させることで雄ネジと雌ネジの関係により弁軸をその軸線方向へ往復直線運動させることにより、弁体を開閉させている。特許文献２の弁駆動装置では、モータが弁軸の往復直線運動方向に対して直角関係にある。ここでの伝達機構は、モータの回転軸に設けられたピニオン歯車と、モータの回転出力を受けて弁軸を往復直線運動させる変換歯車と、ピニオン歯車と変換歯車との間に介在する中間歯車とからなり、モータの回転数を二段階で減速しながら弁体による開弁量を制御している。
特開２００２−３４２２８号公報 特開２００６−２９２００９号公報

しかし特許文献１では、ステッピングモータのロータに直接雌ネジが設けられ、モータからの回転出力が弁軸にダイレクトに伝達される。これでは、モータ回転数の減速比が十分でないことから、モータ回転数に対する弁体の軸方向移動量が比較的大きくなり、弁体の開度制御の分解能が悪く、排気ガスの流量を高精度に制御することには限界がある。

これに対し特許文献２では、中間歯車を設けてモータの回転数を二段階で減速している。しかし、特許文献３ではモータ軸と弁軸とが直角関係にあるので、弁軸の往復直線運動方向の他にモータの配設方向にも一定の寸法が必要となり、装置が大型となる。また、モータ軸と弁軸とが直角関係にあることで内部構造が複雑化し、中間歯車を設けたことによって形成される空間の有効利用は難しい。

ここで、この種の弁駆動装置には、歯車の回転角度に応じて弁体の開度を検出するセンサが設けられることがある。しかし、特許文献１や特許文献２にはこの種のセンサは設けられていない。例えば特許文献２の弁駆動装置にセンサを配設しようとしても、効率的に配設する具体的機構は不明である。

そこで本発明は上記課題を解決するものであって、その目的とするところは、内部機構を効率的に組み付けることで装置が大型化することを避けながら、弁体の開弁量を高精度に制御できる弁駆動装置を提供する。

本発明の弁駆動装置は、内部に流体通路を有するハウジングに設けられた弁座に着座・離間することで排気ガスの流量を制御する弁体と、一端が前記弁体に固定されて往復直線運動する弁軸と、該弁軸の往復直線運動の動力源となるモータと、前記弁軸の他端側において前記モータの回転速度を減速しながら前記弁軸へ伝達する伝達機構とを有する。すなわち、内部に排気ガス流動用の通路を有するＥＧＲ装置に設置される弁駆動装置である。弁軸が往復直線運度するに伴って弁体が弁座に着座することで閉弁され、弁体が弁座から離間することで開弁される。モータの回転速度を減速しながらその駆動力を弁軸へ伝達する伝達機構（トランスミッション）は、減速機構ということもできる。ここで、前記モータは、前記弁軸の往復直線運動方向（軸方向）と並列に設けられ、かつ前記伝達機構に対して前記弁体と同じ方向の位置に設けられている。すなわち、弁軸はモータの側方においてモータの回転軸（中心軸）方向に往復直線運動することになる。そして、前記伝達機構が、前記モータの回転軸に設けられる第１歯車と、該第１歯車と噛合い第１歯車より大径の第２歯車と、該第２歯車と同軸状に一体化され第２歯車より小径の第３歯車と、該第３歯車と噛合って前記弁軸を駆動する、第３歯車より大径の第４歯車とからなることを特徴とする。すなわち、モータの回転軸に設けられる第１歯車と弁軸を駆動する第４歯車との間に、第２歯車及び第３歯車からなる中間歯車が介在されていることになる。第２歯車と第３歯車とは、接着などによって接合することで一体化されていてもよいし、一体成形することもできる。

このとき、前記第２及び第３歯車の回転軸は、前記第１歯車の回転軸と前記第４歯車の回転軸との間に配しておくことが好ましい。第２及び第３歯車の回転軸が、第１歯車の回転軸と第４歯車の回転軸との間にあれば、必ずしもこれら第１〜第４歯車が一直線に並んでいる必要は無い。

また、前記第１歯車と前記第２歯車とのギア比を、前記第３歯車と前記第４歯車とのギア比より大きくすることが好ましい。換言すれば、前記第３歯車と前記第４歯車とのギア比を、前記第１歯車と前記第２歯車とのギア比より小さくする。ここで、ギア比とは、駆動側の歯車の、受動側の歯車に対する歯数の比であって、（受動歯車の歯数／駆動歯車の歯数）の計算式で求められる。例えば、（第１歯車と第２歯車とのギア比＝第２歯車の歯数／第１歯車の歯数）となる。

この弁駆動装置における弁体の開度を検知制御するためのセンサを設ける場合、さらに前記第４歯車の同軸上方に一体化され第４歯車より小径の第５歯車と、該第５歯車と噛合い前記センサを径方向中央部に収容可能な第６歯車とを設けることができる。このとき、前記第３歯車を前記第２歯車の下方に一体化したうえで、各歯車の回転軸方向において、前記第４歯車と第６歯車との間に、前記第２歯車が位置するように組み付けることが好ましい。

同時に、前記第６歯車を、前記第２及び第３歯車とは別個独立して回転可能に、該第２及び第３歯車と同軸上方に設けることが好ましい。

また、前記第５歯車と前記第６歯車とのギア比を、前記弁体が全閉状態（弁体が弁座に着座した状態）から全開状態（弁体が弁座から最大限離間した状態）に至る間の前記第６歯車の回転角度が、９０度以下となるように設計しておくことが好ましい。これにより、前記第６歯車の歯部を１／４円〜１／３円、すなわち中心軸周りに周方向へ９０〜１２０度の拡がりをもつ扇型形状にすることができる。

一般的に各歯車同士の間には、互いに円滑な噛合回動が可能なように、所定のクリアランス（噛合いガタ）を有する。そのうえで、前記第６歯車を周方向（回動方向）に付勢する弾性体を設けておくことが好ましい。ここでの弾性体によって第６歯車が付勢される方向は特に限定されず、第６歯車の回動方向と同じ方向でも逆方向でもよい。

本発明によれば、モータが弁軸の往復直線運動方向（軸方向）と並列に設けられており、かつ伝達機構に対して弁体と同じ方向の位置に設けられていることで、弁駆動装置における弁軸の軸方向の長さにおいて、モータの長さ分を省くことができ、弁駆動装置が小型となる。また、モータと弁軸とが並列関係にあることから、弁軸の軸方向と直交する方向、すなわち弁駆動装置の平面方向寸法が必要以上に大型化することもない。弁駆動装置が小型化できることで、エンジンへの搭載性も向上する。

そのうえで、モータの回転速度を減速しながらその駆動力を弁軸へ伝達する伝達機構に、モータの回転軸に設けられる第１歯車と弁軸を駆動する第４歯車との間に、第２歯車及び第３歯車からなる中間歯車を介在させていることでモータの回転速度が二段階で減速され、弁体の開度制御の分解能が向上し、排気ガスの流量を高精度に制御することができる。また、中間歯車を新たに設けたことに伴い、中間歯車の下方に新たなスペースが形成される。そこで、例えば冷却水を中間歯車の下方スペースを流動させるなど、当該中間歯車の下方スペースを有効利用することで、ＥＧＲ装置に新たな機能を付加することもできる。

第２歯車等からなる中間歯車の回転軸を第１歯車又は第４歯車の外方に設けると、その分弁駆動装置を平面方向に拡大させることが必要となる。しかし、中間歯車の回転軸を、第１歯車の回転軸と第４歯車の回転軸との間に配しておけば、第２及び第３歯車をそれぞれ効率良く第１及び第４歯車と噛合わせることができ、弁駆動装置が平面方向に大型化することを最小限に留められる。

伝達機構における減速比設計は、先ずモータの回転軸に設けられる第１歯車から弁軸を駆動させる第４歯車までの最終的な減速比を定めたうえで、第１歯車と第２歯車とのギア比と第３歯車と第４歯車とのギア比との関係を決することになる。このとき、第１歯車と第２歯車とのギア比と第３歯車と第４歯車とのギア比との相対関係は、互いに相反関係にある。つまり、最終的な減速比を前提としたうえで、第１歯車と第２歯車とのギア比を相対的に大きくすると、その分第３歯車と第４歯車とのギア比は相対的に小さくする必要がある。逆に、第１歯車と第２歯車とのギア比を相対的に小さくすると、その分第３歯車と第４歯車とのギア比は相対的に大きくする必要がある。そして、第３歯車と第４の歯車とのギア比を大きくすると、必然的に第３歯車の直径が小さくなる反面、平面方向の最外側にある第４歯車の直径が大きくなる。これでは、第４歯車が平面方向に大きく突出することになることで、装置全体の平面方向寸法が大型化してしまう。そこで、第１歯車から第４歯車までの最終的な減速比が定められている中で、第１歯車と第２歯車とのギア比を第３歯車と第４歯車とのギア比より大きくして、第３歯車と第４歯車とのギア比をできるだけ小さくすることで、第４歯車の直径を小さくできる。これにより、装置の平面方向寸法が大幅に拡大することを避けられる。

現在、自動車の排出ガス規制を満たすため、センサよって各種装置の故障を検知する車載式故障診断（オンボードダイアグノーシス、ＯＢＤ）システムを車両に装着することが義務付けられており、故障を確実かつ早期に検出することが必要となってきている。ＯＢＤシステムは、車両自身が排出ガス対策装置の異常（突発的故障）を検知・監視し、異常発生時に警報表示して運転者に知らせるとともに、その故障内容を記憶保持する装置である。そこで、弁体の開度（弁軸の往復直線運動量）を検知制御するセンサが設けられていれば、弁体の作動故障などを検知でき、エミッションのＯＢＤに対応できる。また、センサはモータ使用時のフィードバック制御にも使用できる。すなわち、センサによって弁体の開度を検知することで、モータの回転方向、回転量、停止タイミングなどを制御できる。

そして、第１歯車と第２歯車とのギア比が第３歯車と第４歯車とのギア比より大きいことから、必然的に第２歯車は第４歯車と重なることになる。一方、第５歯車は第４歯車より小径であることから、必然的に当該第５歯車と噛合う第６歯車は比較的大径となる。このような関係において、第３歯車を第２歯車の下方に一体化したうえで、各歯車の回転軸方向において、第４歯車と第６歯車との間に第２歯車を位置させれば、伝達機構をスペース的に効率よく組み付けられるので、装置の長さ方向（歯車の回転軸方向）寸法をできるだけ小さくできる。

このとき、第６歯車を第２及び第３歯車と同軸上方に配しておけば、さらにスペース的に効率が良く、長手方向のみならず平面方向においても装置が大型化することをより的確に避けられる。また、このとき、第６歯車を第２及び第３歯車とは別個独立して回転可能としておけばセンサによる弁体の開度検知が阻害されることはない。

第５歯車と第６歯車とのギア比を、弁体が全閉状態から全開状態に至る間の第６歯車の回転角度が９０度以下となるように設計してあれば、例えば吸気通路の絞り弁など、他の製品の弁開度検出センサとしても共用することができ、コストを削減できる。例えば、ＥＧＲ装置の下流には内燃機関へ空気を導入する吸気通路が設けられている。当該吸気通路の絞り弁には一般的にバタフライ弁が使用され、その作動角は９０度以下である。したがって、弁駆動装置における弁体の開度を検知させる第６歯車の回動角度も９０度以下とすることで、大量に生産されている吸気量制御用のバタフライ弁の開度検出装置を共用できるようになる。

第６歯車の回転角度が９０度以下に設計されていることで、当該第６歯車の歯部は１／４円〜１／３円で足りる。これにより、第６歯車を設置するスペースを狭小化できると共に、回動軌跡も小さくなるので、さらに装置を効率よく小型化できる。

第６歯車が弾性体によって周方向（回動方向）に常時付勢されていれば、第５歯車と第６歯車との間、延いては各歯車同士の噛合いガタが、回動方向の一方向に常時安定して寄せられる。これにより、モータの正転・逆転に伴って弁軸が往動や復動するときに、噛合いガタによる回動タイミングのズレを解消できるので、センサによる弁体の開度検知制度が安定すると共に、精度が向上する。また、付勢方向を選択することで、モータ故障などによる弁駆動装置の作動不良に的確に対応させたりすることもできる。

以下、適宜図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明するが、これに限られず本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。図１は、弁駆動装置の断面図である。図２は、ブラケット２４、ハウジングカバー２６、上部軸受２７、及び捩りコイルバネ３４を取り外した状態の弁駆動装置の平面図である。図３は、第６歯車１６の要部拡大平面図である。図４は、弁軸５の底面図である。

弁駆動装置は、自動車の排気ガス再循環系において、エンジンからの排気ガスの一部を、その流量を制御しながらＥＧＲガスとして吸気通路（吸気マニホールド）へ再循環させる排気ガス再循環装置（ＥＧＲ装置）１に設置される。図１に示されるように、ＥＧＲ装置１は、内部に流体通路７を有するハウジング２と、該ハウジング２内の流体通路７に設けられた弁座３と、ハウジング２の上面開口を塞ぐハウジングカバー２６とを有する。ハウジング２は、アルミニウムダイカストや、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの合成樹脂製とできる。ハウジングカバー２６は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの合成樹脂製である。ハウジング２とハウジングカバー２６とは、これらの周縁においてリベット固定されている。弁駆動装置はハウジング２内に構築され、弁座３に着座・離間することで排気ガスの流量を制御する弁体４と、往復直線運動可能な弁軸５と、該弁軸５を往復直線運動させるモータ６と、該モータ６の回転速度を減速しながら弁軸５へ伝達する伝達機構とを有する。

流体通路７はＥＧＲ通路として設けられており、エンジンの燃焼室において発生した排気ガスが排出されていく排気通路から、エンジンの燃焼室へ空気を導入する吸気通路に至って連通されている。図示していないが、図１における流体通路７の下端が排気通路と連通しており、図１の奥方へ延びる流体通路７の先端が吸気通路の連通している。そして、弁体４が弁座３の下方から着座・離間することで、ＥＧＲ通路７が開閉される。弁体４は略円錐形を呈するポペット弁であり、これにハウジング２内において上下方向に延設された弁軸５の下端（一端）が溶接固定されている。弁軸５は、上下方向に往復直線運動するよう配されている。

伝達機構は、図１及び図２に示されるように、モータ６の回転軸に設けられる第１歯車１１と、弁軸５を駆動させる第４歯車１４との間に、中間歯車１０が介在されている。これにより、モータ６の回転速度が中間歯車１０と第４歯車１４とによって二段階で減速されながら、モータ６の回転出力が弁体４へ伝達される。第１歯車１１は鉄又は黄銅製のピニオン歯車からなり、第４歯車１４は平歯車状を呈する。中間歯車１０は、ポリアミド樹脂（ナイロン４６）にガラス繊維３０重量％、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）１０重量％を混合した繊維強化型プラスチック（ＦＲＰ）製であり、第１歯車１１と噛合う第２歯車１２と、該第２歯車１２の下面に第２歯車１２と同軸状に一体化された第３歯車１３とからなる二段平歯車となっている。なお、第２歯車１２は第１歯車１１より大径であり、第３歯車１３は第２歯車１２より小径である。第４歯車１４は第３歯車１３と噛合い、該第３歯車１３より大径となっている。具体的には、第１歯車１１の歯数は１１歯であり、第２歯車１２の歯数は５７歯であり、第３歯車１３の歯数は２０歯であり、第４歯車１４の歯数は２９歯となっている。すなわち、第１歯車１１と第２歯車１２とのギア比（第２歯車１２の歯数／第１歯車の歯数＝５．１８）は、第３歯車１３と第４歯車１４とのギア比（第４歯車１４の歯数／第３歯車の歯数１３の歯数＝１．４５）より大きい。これにより、第４歯車１４の直径ができるだけ小さく抑えられており、ＥＧＲ装置１の平面方向の拡大が避けられている。

第４歯車１４の径方向中央部には弁軸５が挿通されており、その弁軸挿通孔の内周面に雌ネジ１８が設けられている。一方、弁軸５の上部外周面には、雌ネジ１８と螺合する雄ネジ１７が設けられている。この第４歯車１４の雌ネジ１８と弁軸５の雄ネジ１７との螺合により、弁軸５を中心とした第４歯車１４の回転運動が、弁軸５の往復直線運動に変換される。なお、中間歯車１０の回転中心となる回転軸１９は鉄合金製であり、第１歯車１１の回転軸（モータ６の回転軸）と第４歯車１４の回転軸（弁軸５）との間においてハウジング２に圧入されており、第１歯車１１、中間歯車１０、及び第４歯車１４が、それぞれこれの順で左右方向に略一直線に並んでいる。そして、中間歯車１０を設けたことにより形成される中間歯車１０の下方スペースを有効利用して、当該スペースに冷却水が導通される冷却水通路３５が設けられている。これにより、流体通路７内を流動する高温の排気ガスやモータ６の駆動熱などによるＥＧＲ装置１の温度上昇が抑えられる。また、低温時に駆動部位が氷結する事による作動不良を防止することもできる。

モータ６にはＤＣモータが使用され、弁軸５の往復直線運動方向（各歯車の回転軸方向）と並列に上下方向に向けて設けられており、かつ伝達機構を構成する各歯車１１〜１４に対して弁体４と同じ方向、すなわち各歯車１１〜１４よりも下方位置に設けられている。モータ６は、弁軸５の側方においてハウジング２にボルト２０によって固定されている。符号３２は、モータ６のカシメ固定部である。また、モータ６は、ハウジング２に直接接触しないよう浮上状に固定されている。具体的には、モータ６の底面とハウジング２との間には、円形リング形で中央部が上方へ湾曲する鉄鋼製のウェーブワッシャ２１が介装されており、当該ウェーブワッシャ２１によってモータ６が弾性的に支持されている。これにより、モータ６の駆動振動が、ハウジング２へ直接伝達することが避けられている。弁軸５は、上下方向へ往復直線運動可能になっており、軸受２２の直上に、弁軸５を往復直線運動させるが周回転させない回転防止機構として、回転防止体２３が配されている。

弁軸５は、基本的には下端から上端に亘って円柱形であるが、図１及び図４に示されるように、その一部に、大径の真円の左右側方が切り落され、対向する２つの平面の両端が曲面によって繋がれたような、幅広となった小判型軸部５ａを有する。小判型軸部５ａは、円形プレート２８の下方に所定寸法に亘って形成されている。弁軸５が挿通される回転防止体２３の挿通孔も、弁軸５の小判型軸部５ａと同じ断面形状及び寸法の小判型となっている。すなわち、弁軸５の小判型軸部５ａと回転防止体２３とによって、弁軸５の回転防止機構が構成される。弁軸５の小判型軸部５ａは、弁体４が弁座３に着座した閉弁状態にあるときに、少なくとも回転防止体２３の上端より下方にまで達する上下寸法を有する。第４歯車１４の雌ネジ１８と弁軸５の雄ネジ１７との間には、所定寸法の隙間が設けられている。

図１及び図２に戻って、第４歯車１４の径方向中央部には、下面が開口する円筒部１４ａが一体形成されており、当該円筒部１４ａが、回転防止体２３の外周に設けられたボールベアリングからなる下部軸受２５の外周を囲んでいる。また、円筒部１４ａの上部は、ハウジング２にボルト固定されるアルミニウムダイカスト又は合成樹脂製のブラケット２４に設けられたボールベアリングからなる上部軸受２７によって回転可能に支持されている。弁軸５は、雄ネジ１７の直下に設けられた円形プレート２８と下部軸受２５との間に設けられた第１のスプリング２９によって、常時上方（閉弁方向）へ付勢されている。第４歯車１４も、円筒部１４ａ内の空洞上面と下部軸受２５との間において第１のスプリング２９の外周に設けられた第２のスプリング３０によって、常時上方へ付勢されている。この第２のスプリング３０により、第４歯車１４及び後述の第５歯車１５の上下ガタツキが抑えられている。

ＥＧＲ装置１の内部には、伝達機構の回転数に応じて弁軸５の往復直線運動量を検知する、回転式非接触型の磁気センサ４５が配されている。磁気センサ４５は、演算部を内蔵するセンサ本体４５と、該センサ本体４５から外方へ突出する複数本の検出端子４６とからなり、ハウジングカバー２６の下面に接合されたセンサ室４７内において、中間歯車１０の回転軸１９と同軸かつ不動状に配設されている。

円筒部１４ａの外周面には、第４歯車１４と同軸状に、第４歯車１４より小径の第５歯車１５が一体形成されている。また、該第５歯車１５と噛合い、磁気センサ４５が径方向中央部に配される第６歯車１６が設けられている。第４歯車１４及びこれに一体成形される第５歯車１５はポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）製であり、第６歯車１６はポリアミド樹脂（ナイロン４６）にガラス繊維を３０重量％混合した繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）製である。第６歯車１６は、中間歯車１０の回転軸１９を共用して中間歯車１０の同軸上方に設けられている。一方、第５歯車１５は第４歯車１４から所定寸法隔てた上方位置に形成されている。このとき、第５歯車と噛合う第６歯車と、第４歯車１４との間には所定高さの間隙が形成されている。当該間隙の高さ寸法は、第２歯車１２の厚みより僅かに大きい程度となっており、第４歯車１４と第６歯車１６との間の間隙内に、第２歯車１２が丁度収まっている。これにより、各歯車１１〜１６が効率的に組みつけられることで、ＥＧＲ装置１が各歯車の回転軸方向（弁軸５の軸方向）へ大きく拡大することが避けられている。また、第６歯車１６は中間歯車１０の回転軸１９を共用していることで、第６歯車１６用の回転軸を別個設ける必要がなく、部品点数を削減してコスト低減が図れる。なお、当該第６歯車１６と中間歯車１０との間にはワッシャ３３が介装されていることで、第６歯車１６と中間歯車１０とは別個独立して回転可能となっている。

ブラケット２４は第６歯車１６の上方にまで左右方向に延在しており、磁気センサ４５回りを囲んでいる。そして、第６歯車１６は、これの上面とブラケット２４との間に配されたステンレス製の捩りコイルバネ３４によって、周方向（回転方向）と同時に下方へ常時付勢されている。第６歯車１６が周方向に付勢されていることで、第６歯車１６と第５歯車１５との噛合いガタがなくなる。これにより、全閉状態でのセンサ検出ずれを防ぐことが可能となる。なお、本実施例では第６歯車１６の周方向への付勢は、弁体４が閉弁する方向（逆回転方向）となっている。これにより、モータ６の不具合などによって弁駆動装置が停止しても、第１のスプリング２９と捩りコイルバネ３４の付勢力の相乗効果により、弁体４が自動的に閉弁する。同時に、第６歯車１６が捩りコイルバネ３４によって下方に常時付勢されていることで、中間歯車１０や第６歯車１６の回転軸方向への振動によるガタツキも抑えられている。捩じりコイルバネ３４は、ブラケット２４の下面に一体形成された係合突起３６と、第６歯車１６の上面に設けられた係合部３７とに係止されている。

図１及び図２のほか、図３にも良く示されるように、第６歯車１６の中央部凹部の底部には、回転軸１９を挿通可能な挿通孔が穿設された円形の金属板４０が配設されており、金属板４０は中間歯車１０及び第６歯車１６の回転軸１９の上端に圧入等によって固定されている。また、第６歯車１６の中央部凹部の内周面には、２つの半円状のヨーク４９・４９が対向状に配さており、当該１対のヨーク４９・４９の両端の間に、それぞれマグネット４８・４８が対向状に嵌合されている。これにより、第６歯車１６の回転に伴って、両マグネット４８・４８が検出端子４６を中心として周回する。金属板４０、マグネット４８、及びヨーク４９は、第６歯車１６の型成形時に、一体的にインサート成形される。符号４１は、マグネット４８やヨーク４９を第６歯車１６にインサート形成する際に、当該マグネット４８やヨーク４９を固定するための金型により必然的に形成される溝である。

検出端子４６は、両マグネット４８・４８間に発生する磁界の方向を検出するもので、第６歯車１６の回転に伴う両マグネット４８・４８の回転量を検出することで、第６歯車１６の回転量、延いては弁軸５の直線運動量を検出できるようになっている。詳しくは、１対のマグネット４８・４８によって磁気が印加され、例えば一方のヨーク４９にＮ極が、他方のヨーク４９にＳ極が発生すると、１対の半円状のヨーク４９・４９を合わせた円形内部に配置されたセンサ室４７内の磁気センサ４５には、その磁気センサ４５の両側の磁気検出面を通して、一方のヨーク４９から他方のヨーク４９に流れる磁路が形成される。そして、ヨーク４９・４９間を横断する磁路に流れる磁界の強さは、磁気センサ４５のヨーク４９とマグネット４８に対する角度により変化する。その検出磁界の強さに応じて磁気センサ４５の出力電圧が変化し、第６歯車１６つまり弁体４の開度を示す電圧信号が出力される。磁気センサ４５の出力側は、ハウジング２に設けられたターミナル（図示せず）を通して外部の検出回路及びエンジン制御用コントローラに接続される。ここで、第５歯車１５と第６歯車１６とのギア比は、弁体４が全閉状態から全開状態に至る間の第６歯車１６の回転角度が９０度以下、好ましくは８５〜９０度となるように設計されており、吸気通路に配され大量に生産されている吸気量制御用のバタフライ弁の開度検知装置を共用できる。これに伴い、第６歯車１６の歯部１６ａは、１／３円より若干小さい扇型形状に形成されている。なお、本実施例では、弁体４の全閉状態からの第６歯車１６の回転角度は約８６度となっており、第６歯車１６の歯部１６ａは約１１０度の拡がりを持つ扇型に形成されている。

次に、弁駆動装置の作用について説明する。弁駆動装置の停止状態（初期状態）では、弁体４が弁座３に下方から着座しており、流体通路７が非連通状に閉弁されている。エンジンが駆動されて排出ガスが発生すると、必要に応じて排気ガスの一部をＥＧＲガスとして流体通路７に導入するため、弁駆動装置が作動して流体通路７が開弁される。そして、運転者がアクセルペダルを踏み込むと、アクセル開度センサによりその開度が検出され、その開度信号がエンジン制御用コントローラに送られる。エンジン制御用コントローラは、弁体４の開度がアクセル開度に応じた開度になるように、駆動信号をモータ６に出力し、モータ６が駆動する。具体的には、端子３１を介して通電されたモータ６が正回転すると、第１歯車１４と噛合う第２歯車１２、及び第２歯車１２と一体回動する第３歯車と噛合う第４歯車１４も正回転し、モータ６の回転出力が二段階減速されたうえで雌ネジ１８及び雄ネジ１７へ伝達される。第４歯車１４が正回転すると、雌ネジ１８と雄ネジ１７との関係によって弁軸５が第１のスプリング２９の付勢力に抗して下方へ直線運動する。なお、第４歯車１４が２５０度正回転したときに弁軸５が一往動するよう設計されており、これに伴い第４歯車１４と一体回転する第５歯車１５と第６歯車１６とのギア比により、第６歯車１６が約８６度正回転する。

弁軸５が上下方向に直線運動するとき、弁軸５の小判型軸部５ａが、不動状に固設された回転防止体２３の小判型挿通孔内を上下に摺動することで、弁軸５が周方向に回転することはない。モータ６の回転出力が二段階減速されたうえで弁軸５へ伝達されることで、第１歯車１４へ作用するトルクが増大される。また、ＤＣモータはステッピングモータに比して駆動力が大きい。したがって、大流量のＥＧＲガスの導入にも対応できる。また、大流量でない通常のＥＧＲガス量の場合は、モータ６には比較的小型のモータを使用でき、これによりさらなるＥＧＲ装置１の小型化が可能となっている。なお、第２のスプリング３０の弾性圧（付勢力）は、第１のスプリング２９の弾性力よりも大きい。

弁軸５が下方へ移動するに伴って弁体４も下方に移動することで、当該弁体４が弁座３から離間し開弁される。弁体４が開弁されることで、ＥＧＲ通路７が連通状態となり、排気通路を流動する排気ガスの一部が流入し、ＥＧＲガスとして吸気通路へ再循環される。弁体４の開弁量（上下直線運動量）は、磁気センサ４５によって検知・制御される。すなわち、弁体４の下方移動量を第６歯車１６の回転角度に応じて磁気センサ４５が検知し、モータ６が停止制御される。また、モータ６に通電されているにも関わらず、故障等によって弁軸５が直線運動しない場合も磁気センサ４５によって検知できるので、ＯＢＤシステムにも的確に対応できる。

弁体４を閉弁させる場合は、モータ６を逆回転させる。モータ６を逆回転させることで、各歯車１１〜１６、雌ネジ１８、及び雄ネジ１７もそれぞれ逆回転することで、弁軸５が上方へ直線運動する。弁体４が弁座３に着座して閉弁されたことが、第６歯車１６が初期位置へ戻ることで磁気センサ４５によって検知され、モータ６を停止する。

弁駆動装置の断面図である。 ハウジングカバーなどを除いた弁駆動装置の平面図である。 第６歯車の要部拡大平面図である。 弁軸の底面図である。

符号の説明

１ ＥＧＲ装置
２ ハウジング
３ 弁座
４ 弁体
５ 弁軸
６ モータ
７ 流体通路
１０ 中間歯車
１１ 第１歯車
１２ 第２歯車
１３ 第３歯数
１４ 第４歯車
１５ 第５歯車
１６ 第６歯車
１７ 雄ネジ
１８ 雌ネジ
１９ 回転軸
２２ 軸受
２３ 回転防止体
２４ ブラケット
２５ 下部軸受
２６ ハウジングカバー
２７ 上部軸受
２９ 第１スプリング
３０ 第２スプリング
３４ 捩りコイルバネ
３５ 冷却水通路
４５ 磁気センサ
４７ センサ室
４８ マグネット
４９ ヨーク

Claims (8)

1. 内部に流体通路を有するハウジングに設けられた弁座に着座・離間することで排気ガスの流量を制御する弁体と、一端が前記弁体に固定されて往復直線運動する弁軸と、該弁軸の往復直線運動の動力源となるモータと、前記弁軸の他端側において前記モータの回転速度を減速しながら前記弁軸へ伝達する伝達機構と、を有する弁駆動装置であって、
   前記モータは、前記弁軸の往復直線運動方向と並列に設けられ、かつ前記伝達機構に対して前記弁体と同じ方向の位置に設けられており、
   前記伝達機構が、前記モータの回転軸に設けられる第１歯車と、該第１歯車と噛合い第１歯車より大径の第２歯車と、該第２歯車と同軸状に一体化され第２歯車より小径の第３歯車と、該第３歯車と噛合って前記弁軸を駆動する、第３歯車より大径の第４歯車とからなることを特徴とする、弁駆動装置。
2. 前記第１歯車の回転軸と前記第４歯車の回転軸との間に、前記第２及び第３歯車の回転軸が配されていることを特徴とする、請求項１に記載の弁駆動装置。
3. 前記第１歯車と前記第２歯車とのギア比が、前記第３歯車と前記第４歯車とのギア比より大きいことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の弁駆動装置。
4. 前記第３歯車は、前記第２歯車の下方に一体化されており、
   さらに、前記第４歯車の同軸上方に一体化され第４歯車より小径の第５歯車と、該第５歯車と噛合い、前記弁体の開度を検出するためのセンサが径方向中央部に配される第６歯車とが設けられており、
   各歯車の回転軸方向において、前記第４歯車と第６歯車との間に、前記第２歯車が位置していることを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の弁駆動装置。
5. 前記第６歯車が、前記第２及び第３歯車とは別個独立して回転可能に、該第２及び第３歯車と同軸上方に設けられていることを特徴とする、請求項４に記載の弁駆動装置。
6. 前記第５歯車と前記第６歯車とのギア比が、前記弁体が全閉状態から全開状態に至る間の前記第６歯車の回転角度が９０度以下となるように設計されていることを特徴とする、請求項４または請求項５に記載の弁駆動装置。
7. 前記第６歯車の歯部が１／４円〜１／３円に形成されていることを特徴とする、請求項６に記載の弁駆動装置。
8. 前記第６歯車を周方向に付勢する弾性体を有することを特徴とする、請求項４ないし請求項７のいずれかに記載の弁駆動装置。
   
   
   
   

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