JP2012041887A - 電子スロットル - Google Patents

Abstract

【課題】オープナースプリングのコイル姿勢の悪化を防ぎ、オープナースプリングのトルク特性の信頼性を高める。
【解決手段】オープナースプリング９は、一端にバルブ開度が中間位置よりも閉弁側へ回動すると中間開度調整部材に当接するＵ字フック１３が設けられ、他端にバネ座フック１２に開弁力を付与する折返フック１６が設けられる。「折返フック１６とコイル部１７の境界部」と「ギヤ壁面１５」の接点をＡ、折返フック１６とバネ座フック１２の接点をＢ、バネ座フック１２とギヤ壁面１５の交点をＣとした場合、Ａ−Ｂ線とＡ−Ｃ線の角度θが、９０°未満を成すように設けられる。これにより、折返フック１６とコイル部１７の境界部の荷重を、接点Ａのギヤ壁面１５で受けるため、オープナースプリング９のコイル姿勢が安定し、Ｕ字フック１３とコイル部１７とが干渉する不具合を回避して、電子スロットルの信頼性を高めることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、捩じりコイルバネの復元力によりスロットルバルブを全閉位置よりも中間開度へ戻すオープナースプリング（デフォルトスプリング）を備えた電子スロットルに関する。

電子スロットルは、万が一に故障が発生した際に退避走行（リンプホーム）を可能とすべく、スロットルバルブを全閉位置よりも中間開度へ戻すオープナースプリングを搭載している（例えば、特許文献１参照）。
オープナースプリングの組付け状態を、図６（ａ）を参照して説明する。なお、後述する［発明を実施するための形態］および［実施例］と同一機能物には同一符号を付すものである。
電子スロットルは、スプリングの復元力によりスロットルバルブの停止位置を中間開度に戻すバネ力発生手段（リターンスプリング８＋オープナースプリング９）を備える。

リターンスプリング８とオープナースプリング９は、巻き方向の異なる捩じりコイルバネである。ここで、図６（ａ）は、リターンスプリング８とオープナースプリング９を１本の線材で設けたものであり、リターンスプリング８とオープナースプリング９の区分境界には、Ｕ字フック１３が形成されている。このＵ字フック１３は、スロットルバルブと一体に回転するバルブギヤ１１（減速装置の最終ギヤ）に設けられたバネ座フック（コの字フック）１２の図示下面の凹部に係止し、リターンスプリング８の復元力（閉弁力）をバルブギヤ１１に付与する。

オープナースプリング９のコイル姿勢（コイル部１７の姿勢）は、「バネ座フック１２に係止するＳ字フック１６’とオープナースプリング９のコイル部１７の境界部」と「バルブギヤ１１のギヤ壁面１５」との接点Ａの位置によって決まる。
しかしながら、従来技術では、接点Ａの位置の自由度が大きかったため、オープナースプリング９のコイル姿勢が安定しない。
このため、図６（ｂ）に示すように、オープナースプリング９のコイル姿勢が悪いと、オープナースプリング９のコイル部１７の途中箇所がＵ字フック１３に強く干渉（図中、矢印αで示す位置参照）する不具合が発生し、オープナースプリング９のトルク特性（バネ特性）を悪化させてしまう。その結果、オープナースプリング９が設計性能を発揮できなくなる懸念がある。

特開２００８−１９８２５号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、オープナースプリングのコイル姿勢の悪化を防ぎ、オープナースプリングのトルク特性（バネ特性）の信頼性を高めることのできる電子スロットルの提供にある。

〔請求項１の手段〕
請求項１の電子スロットルのオープナースプリングは、開弁方向の復元力をバネ座フックに与える折返フックを備え、
この折返フックとオープナースプリングのコイル部の境界部と、ギヤ壁面との接点をＡ、
折返フックとバネ座フックとの接点をＢ、
バネ座フックとギヤ壁面との交点をＣとした場合、
接点Ａと接点Ｂを通る直線と、接点Ａと交点Ｃを通る直線との角度θが、９０°未満を成すように設けられている。

オープナースプリングにおけるコイル端（折返フックとコイル部との境界部）の荷重を、接点Ａ（角度θが９０°未満）のギヤ壁面で受けるため、オープナースプリングのコイル姿勢が安定する。
このように、オープナースプリングのコイル姿勢の悪化を防ぐことができるため、オープナースプリングのトルク特性（バネ特性）の信頼性を高めることができ、結果的に電子スロットルの信頼性を高めることができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２のコイル部における折返フック側の端部には、直線化され、且つ延長化されたストレート延長部｛図１（ｂ）の符号１７ａ参照｝が設けられる。このストレート延長部を設けることで、９０°未満を成す角度θの設定を行なうものである。

〔請求項３の手段〕
請求項３の電子スロットルの折返フックは、Ｓ字形状を呈したＳ字フックである（図４参照）。

〔請求項４の手段〕
請求項４は、折返フックを成すＳ字フックにおいて、Ｓ字を成す２つの曲部のうち、ギヤ壁面に近い側の曲部の一部をストレート化して、ギヤ壁面に対して略垂直方向に伸びるストレート部を設けたものである（図５参照）。

（ａ）バルブギヤのスプリング支持構造を示した側面図、（ｂ）Ａ視図である（実施例１）。 電子スロットルの全体構造を示す断面図である（実施例１）。 ギヤカバーを外した電子スロットルの内部構造を示す説明図である（実施例１）。 バルブギヤのスプリング支持構造を示した側面図である（実施例２）。 バルブギヤのスプリング支持構造を示した側面図である（実施例３）。 （ａ）オープナースプリングのコイル姿勢が良好な状態を示すバルブギヤのスプリング支持構造を示した側面図、（ｂ）オープナースプリングのコイル姿勢が悪化した状態を示すバルブギヤのスプリング支持構造を示した側面図である（従来例）。

図面を参照して［発明を実施するための形態］を説明する。
電子スロットルは、エンジンに吸い込まれる吸気量の調整を行なうものであり、
・内部に吸気通路１を形成するスロットルボディ２に回転自在に支持されるシャフト３と、
・吸気通路１内においてシャフト３に固定され、回動位置に応じて吸気通路１の開度調整を行なうスロットルバルブ４と、
・通電により回転トルクを発生する電動モータ５を備えるとともに、この電動モータ５の回転トルクを増幅してシャフト３を駆動する減速装置６を備える電動アクチュエータ７と、
・スプリングの復元力によりスロットルバルブ４の停止位置を中間開度に戻すバネ力発生手段（リターンスプリング８＋オープナースプリング９）と、
を具備する。

リターンスプリング８とオープナースプリング９は、巻き方向の異なる捩じりコイルバネである。なお、各図では、リターンスプリング８とオープナースプリング９を１本の線材で設けたものを示すが、限定されるものではない。
リターンスプリング８とオープナースプリング９の区分境界には、バルブギヤ１１（減速装置６の最終ギヤ）に設けられたバネ座フック１２の図示下面に係止するＵ字フック１３が形成されている。なお、各図では、バネ座フック１２の図示下面にＵ字フック１３が係合する凹部を設けて、バネ座フック１２をコの字フックとしているが、限定されるものではない。

バルブギヤ１１は、シャフト３と一体に回動するものであり、
・リターンスプリング８の一部およびオープナースプリング９の内側に挿入配置されるコイル保持筒１４と、
・コイル保持筒１４の一端（図示右端）において拡径した形状のギヤ壁面１５とを備えるものであり、
バネ座フック１２は、オープナースプリング９の外周側のギヤ壁面１５に設けられるものである。

オープナースプリング９は、開弁方向の復元力をバネ座フック１２に与える折返フック１６を備える。
この折返フック１６とオープナースプリング９のコイル部１７の境界部と、ギヤ壁面１５との接点をＡ、
折返フック１６とバネ座フック１２との接点をＢ、
バネ座フック１２とギヤ壁面１５との交点をＣとした場合、
接点Ａと接点Ｂを通る直線と、接点Ａと交点Ｃを通る直線との角度θが、９０°未満を成すように設けられている。

以下において本発明が適用された具体的な一例（実施例）を図面を参照して説明する。実施例は、具体的な一例を開示するものであって、本発明が実施例に限定されないことは言うまでもない。なお、実施例において、上記［発明を実施するための形態］と同一機能物には同一符号を付して説明するものである。

［実施例１］
電子スロットルは、エンジン（車両走行用の内燃機関）へ吸気を導く吸気管の途中部位に介在するように取り付けられて、エンジンに吸い込まれる吸気量を制御するものであり、
・内部に吸気通路１が形成されるスロットルボディ２と、
・このスロットルボディ２に回転自在に支持されるシャフト３に設けられて吸気通路１の開度を調整するスロットルバルブ４（弁体）と、
・シャフト３を介してスロットルバルブ４を駆動する電動アクチュエータ７と、
・シャフト３の回転角度（スロットルバルブ４の回転角度と同じ）を検出する回転角センサ２１とを備えるものである。

電動アクチュエータ７は、シャフト３を介してスロットルバルブ４を回動操作する手段であり、
・通電により回転動力を発生する電動モータ５と、
・この電動モータ５の回転トルクを増幅する減速装置６と、
・スロットルバルブ４を所定の中間開度へ戻すバネ力発生手段とを備える。
そして、電動モータ５がＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニットの略）によって通電制御されることで、スロットルバルブ４の開度、即ちエンジンに吸い込まれる吸気量の調整が行なわれる。
以下において、上記の各構成部品を個別に説明する。

スロットルボディ２は、金属材料または樹脂材料によって製造されるものであり、スロットルボディ２に形成される略円筒状の通路部材（ボア）の内部に吸気通路１が形成される。
また、スロットルボディ２の外壁面には、ネジ等の締結手段によって着脱可能なギヤカバー２２が取り付けられている。
そして、スロットルボディ２に形成されたモータ収容室の内部に電動モータ５が収容され、スロットルボディ２とギヤカバー２２との間に形成される空間に減速装置６、バネ力発生手段等が収容される。

シャフト３は、金属材料によって形成された円柱棒状を呈し、シャフト３の回動中心軸が吸気通路１の流路中心（ボア軸：吸気の流れ方向に沿う吸気通路１の中心軸）に直交する方向に配置され、軸受２３（転がりベアリングまたは滑りベアリング）を介してスロットルボディ２に対して回転自在に支持される。

スロットルバルブ４は、金属材料または樹脂材料によって形成された略円板形状を呈するバタフライ型の回動弁である。
このスロットルバルブ４は、シャフト３をスロットルボディ２に組み付けた後に、吸気通路１の内部に組入れられて、ネジやカシメ等の結合手段２４によってシャフト３に固定される。これにより、スロットルバルブ４は、シャフト３と一体に回動して、スロットルボディ２に形成された吸気通路１の開度を可変し、エンジンに吸い込まれる吸気量を調整する。

電動モータ５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、スロットルボディ２に形成されたモータ収容室の内部に組付けられている。

減速装置６は、複数のギヤの組み合わせにより電動モータ５の発生する回転トルクを減速してスロットルバルブ４に伝達する歯車式減速機であり、電動モータ５と一体に回転するモータギヤ２５（ピニオンギヤ）と、このモータギヤ２５によって回転駆動される中間ギヤ２６と、この中間ギヤ２６によって回転駆動されるバルブギヤ１１（最終ギヤ）とからなり、バルブギヤ１１はシャフト３と一体に回転する。

モータギヤ２５は、電動モータ５の出力軸に固定された小径の外歯歯車である。
中間ギヤ２６は、大径ギヤ２６ａと小径ギヤ２６ｂが同芯で設けられた２重歯車であり、スロットルボディ２とギヤカバー２２とにより支持される支持軸２７によって回転自在に支持される。そして、大径ギヤ２６ａがモータギヤ２５と常に噛合し、小径ギヤ２６ｂがバルブギヤ１１と常に噛合する。

バルブギヤ１１は、シャフト３の端部のカシメ部１１ａによってシャフト３に固定された大径の外歯歯車であり、噛合歯はスロットルバルブ４の回動に伴う範囲のみに設けられている。具体的にバルブギヤ１１は、例えば樹脂材料によって設けられるものであり、バルブギヤ１１の内部には、シャフト３に対してカシメにより結合される結合金具２８の他に、回転角センサ２１における磁束発生部３１がインサート成形されている。

バネ力発生手段は、電動モータ５への電流供給が遮断された際に、スロットルバルブ４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もので、スロットルバルブ４を閉じる方向へ付勢力（閉弁力）を与えるリターンスプリング８と、スロットルバルブ４を開く方向へ付勢力（開弁力）を与えるオープナースプリング９とを組み合わせたものである。
なお、リターンスプリング８およびオープナースプリング９の詳細は後述する。

回転角センサ２１は、シャフト３の回転角度を検出することでスロットルバルブ４の開度を検出するスロットルポジションセンサであり、シャフト３の角度（スロットルバルブ４の開度）に応じた開度信号をＥＣＵに出力する。
具体的に、回転角センサ２１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、シャフト３と一体に回転する略筒状を呈する磁束発生部３１と、ギヤカバー２２（固定部材）に取り付けられて磁束発生部３１に対して非接触に配置される磁気検出部３２とで構成され、磁気検出部３２の発生する電圧信号（ホールＩＣの出力信号）がＥＣＵに与えられる。
なお、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２１によって検出される実際のスロットルバルブ４の開度が、アクセルペダル開度等によって設定された目標開度となるように電動モータ５を制御するように設けられている。

次に、リターンスプリング８およびオープナースプリング９について説明する。
電子スロットルは、上述したように、スプリングの復元力によりスロットルバルブ４の停止位置を中間開度に戻すリターンスプリング８およびオープナースプリング９を備える。
リターンスプリング８とオープナースプリング９は、巻き方向の異なる捩じりコイルバネである。なお、実施例では、リターンスプリング８とオープナースプリング９を１本の線材で設けるものを示す。

リターンスプリング８とオープナースプリング９の区分境界には、径方向に突出したＵ字フック１３が形成されている。
このＵ字フック１３は、スロットルボディ２に設けられた中間開度調整部材３３によって、所定位置（中間開度を設定する位置）より閉弁側へ回動しないように設けられている。即ち、Ｕ字フック１３は、中間開度調整部材３３の当接位置よりも開弁側のみに回動するように設けられている。

ここで、リターンスプリング８およびオープナースプリング９に関連したバルブギヤ１１の構成を説明する。
バルブギヤ１１には、リターンスプリング８の図１（ａ）の右側と、オープナースプリング９との内側に挿入配置されるコイル保持筒１４が一体に設けられている。
そして、バルブギヤ１１の噛合歯は、コイル保持筒１４の図１（ａ）の右端において拡径したギヤ壁面１５の外周縁（上述したように、噛合歯はスロットルバルブ４の回動に伴う範囲のみに設けられる）に形成されている。

さらに、バルブギヤ１１には、リターンスプリング８およびオープナースプリング９の復元力を受けるバネ座フック１２が設けられている。
このバネ座フック１２は、オープナースプリング９の外周側のギヤ壁面１５に設けられている。具体的に、バネ座フック１２は、ギヤ壁面１５から図１（ａ）の左側へ垂直に伸びる突起であり、バルブギヤ１１と一体に設けられている。なお、この実施例のバネ座フック１２は、図示下面にＵ字フック１３が係合する凹部が形成されたコの字フックを採用している。

次に、リターンスプリング８の組付け状態を説明する。
リターンスプリング８における図１（ａ）の左端には、スロットルボディ２に係止するＩ字フック３４が設けられている。
また、リターンスプリング８における図１（ａ）の右端には、バネ座フック１２の図示下面の凹部に係止して、復元力（閉弁方向の回動力）をバネ座フック１２に付与するＵ字フック１３が設けられている。
そして、スロットルバルブ４の開度が中間位置（中間開度調整部材３３によって設定される開度）よりも開弁側へ回動すると、Ｕ字フック１３が中間開度調整部材３３から離座するため、リターンスプリング８の復元力によってＵ字フック１３がバネ座フック１２を閉弁方向へ押圧してスロットルバルブ４を中間開度へ戻す。

次に、オープナースプリング９の組付け状態を説明する。
オープナースプリング９の図１（ａ）の左端には、上述したようにバネ座フック１２の図示下面の凹部に係止するＵ字フック１３が設けられている。
また、オープナースプリング９の図１（ａ）の右端には、バネ座フック１２の図示上面に係止して、オープナースプリング９の復元力（開弁方向の回動力）をバネ座フック１２に付与する折返フック１６が設けられている。
そして、スロットルバルブ４の開度が中間位置よりも閉弁側へ回動すると、Ｕ字フック１３が中間開度調整部材３３に当接した状態になり、オープナースプリング９の復元力によって折返フック１６がバネ座フック１２を開弁方向へ押圧してスロットルバルブ４を中間開度へ戻す。

折返フック１６は、オープナースプリング９におけるコイル部１７と折返フック１６との境界部においてバルブギヤ１１のギヤ壁面１５に当接する。この接点（オープナースプリング９とギヤ壁面１５との接点）をＡとする。
また、折返フック１６は、バネ座フック１２の図示上面に当接する。この接点（折返フック１６とバネ座フック１２との接点）をＢとする。
さらに、バネ座フック１２とギヤ壁面１５との交点（バネ座フック１２の付け根部）をＣとする。

そして、この実施例の電子スロットルは、図１（ａ）に示すように、接点Ａと接点Ｂを通る直線と、接点Ａと交点Ｃを通る直線との角度θが、９０°未満を成すように設けられている。
具体的に、この実施例のコイル部１７における折返フック１６側の端部には、図１（ｂ）に示すように、直線化され、且つ延長化されたストレート延長部１７ａが設けられており、このストレート延長部１７ａをコイル部１７の端部に設けることで、９０°未満を成す角度θの設定を行なっている。

この実施例の電子スロットルは、上述した構成を採用することにより、折返フック１６とコイル部１７の境界部の荷重を、接点Ａ（角度θが９０°未満）のギヤ壁面１５で受けるため、オープナースプリング９のコイル姿勢が安定する。
これにより、コイル姿勢の悪化によって発生するＵ字フック１３とコイル部１７とが強く干渉する不具合を回避することができ、オープナースプリング９のトルク特性（バネ特性）の信頼性を高め、結果的に電子スロットルの信頼性を高めることができる。

なお、この実施例１の折返フック１６は、図１（ａ）に示すように、オープナースプリング９を側面方向から見て略コ字形を呈するものであり、バネ座フック１２と折返フック１６との接触部が、オープナースプリング９の切断部となっているが、後述する実施例２、３に示すように限定されるものではない。

［実施例２］
実施例２を図４を参照して説明する。なお、以下の実施例において上記実施例１と同一符号は同一機能物を示すものである。
上記実施例１は、オープナースプリング９を側面方向から見て折返フック１６が略コ字形を呈する例を示した。
これに対し、この実施例２は、オープナースプリング９を側面方向から見て折返フック１６がＳ字形状を呈したＳ字フックとして設けられるものである。

この実施例２のように、折返フック１６をＳ字フックとして形成しても、角度θが９０°未満を成すように接点Ａと接点Ｂを設定することで、実施例１と同様の効果を得ることができる。
また、この実施例２では、バネ座フック１２と折返フック１６との接触部が、Ｓ字フックにおける曲折部分になる。このため、オープナースプリング９の切断部がバネ座フック１２にダメージを与えることなく、オープナースプリング９による開弁力を折返フック１６からバネ座フック１２に与えることができる。

［実施例３］
実施例３を図５を参照して説明する。
この実施例３は、実施例２と同様、折返フック１６をＳ字フックで設けるものであるが、そのＳ字フックの一部に、ストレート部３５を設けたものである。
具体的に折返フック（Ｓ字フック）１６は、図５に示すように、Ｓ字を成す２つの曲部のうち、ギヤ壁面１５に近い側（図示右側）の曲部の一部をストレート化して、ギヤ壁面１５に対して略垂直方向に伸びるストレート部３５を設けたものである。
このように設けても、実施例２と同様の効果を得ることができる。

また、図５とは異なるが、従来技術におけるＳ字フックにこの実施例３と同様のストレート部３５を設けることで、折返フック１６の体格をアップさせずに、オープナースプリング９のコイル姿勢を安定化させることができる。

上記の実施例では、リターンスプリング８とオープナースプリング９を１本の線材で設ける例を示したが、リターンスプリング８とオープナースプリング９を異なる線材で設けても良い。なお、リターンスプリング８とオープナースプリング９を異なる線材で設ける場合、両者を結合しても良いし、結合せずに用いても良い。

上記の実施例では、バネ座フック１２の一例としてコの字フックを用いる例を示したが、Ｌ字フックを用いるなどバネ座フック１２の形状は限定されるものでは無い。

オープナースプリング９の一例として、自由状態（無負荷状態）でコイルの中心が偏芯して設けられ、組付時にコイルの中心が略同芯になるオープナースプリング９を用いても良い。

４ スロットルバルブ
９ オープナースプリング
１１ バルブギヤ
１２ バネ座フック
１５ ギヤ壁面
１６ 折返フック
１７ オープナースプリングのコイル部
１７ａ ストレート延長部
３５ ストレート部

Claims (4)

1. スロットルバルブ（４）を駆動するバルブギヤ（１１）に設けられたバネ座フック（１２）に捩じりコイルバネの復元力を与えて前記スロットルバルブ（４）を全閉位置よりも所定の中間開度へ戻すオープナースプリング（９）を備えた電子スロットルにおいて、
   前記オープナースプリング（９）は、開弁方向の復元力を前記バネ座フック（１２）に与える折返フック（１６）を備え、
   この折返フック（１６）と前記オープナースプリング（９）のコイル部（１７）の境界部と、ギヤ壁面（１５）との接点をＡ、
   前記折返フック（１６）と前記バネ座フック（１２）との接点をＢ、
   前記バネ座フック（１２）と前記ギヤ壁面（１５）との交点をＣとした場合、
   前記接点Ａと前記接点Ｂを通る直線と、前記接点Ａと前記交点Ｃを通る直線との角度θが、９０°未満を成すことを特徴とする電子スロットル。
2. 請求項１に記載の電子スロットルにおいて、
   前記コイル部（１７）における前記折返フック（１６）側の端部には、直線化され、且つ延長化されたストレート延長部（１７ａ）が設けられ、このストレート延長部（１７ａ）を設けることで、９０°未満を成す前記角度θの設定を行なうことを特徴とする電子スロットル。
3. 請求項２に記載の電子スロットルにおいて、
   前記折返フック（１６）は、Ｓ字形状を呈したＳ字フックであることを特徴とする電子スロットル。
4. 請求項３に記載の電子スロットルにおいて、
   前記折返フック（１６）を成すＳ字フックでＳ字を成す２つの曲部のうち、前記ギヤ壁面（１５）に近い側の曲部の一部をストレート化して、前記ギヤ壁面（１５）に対して略垂直方向に伸びるストレート部（３５）を設けたことを特徴とする電子スロットル。

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