JP6131863B2 - 動力伝達装置 - Google Patents
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Description
従来より、複数の気筒を有する内燃機関(エンジン)の各気筒の燃焼室内において縦方向の吸気渦流(タンブル流)を発生させることで、燃焼室内での燃焼効率を向上して燃費やエミッション(HC低減効果等)の改善を図るようにした吸気制御弁(以下タンブル制御弁)と、このタンブル制御弁の弁体であるタンブルバルブを駆動するアクチュエータとを備えた内燃機関の吸気装置(吸気システム)が公知である。
タンブル制御弁は、図13に示したように、エンジンの各気筒の燃焼室に連通する流路(後述する)を形成するインテークマニホールド1と、流路を開閉するタンブルバルブ3と、このタンブルバルブ3と一体回転可能に連結したバルブシャフト4と、このバルブシャフト4を回転方向に摺動可能に支持する軸受(オイルシール9、ベアリング10)とを備えている。
複数の吸気分岐管には、各吸気分岐管の内部空間(エンジンの吸気分岐流路)を2つの第1、第2吸気分岐流路11、12に区画形成する隔壁等の区画部(仕切り部)13が設けられている。
なお、複数の吸気分岐管の各第1、第2吸気分岐流路11、12は、上述したエンジンの各気筒の燃焼室に連通する流路を構成する。
減速機構は、モータMのモータシャフト5と一体回転可能に連結したウォームギア14、このウォームギア14に噛み合って回転するヘリカルギア15、このヘリカルギア15と同一軸線上に配置されたピニオンギア16、およびこのピニオンギア16に噛み合って回転する出力ギア17等によって構成されている。また、ヘリカルギア15およびピニオンギア16は、モータシャフト5の回転軸方向に対して直交する垂直方向に延びるギアシャフト20の外周に回転自在に支持されている。
出力ギア17とカップリング18は、回転軸線周りの円周方向に交互に配置される複数の第1、第2突起(以下第1、第2仕切り:図示せず)を備えている。
ゴムクッション19は、隣接する2つの第1、第2仕切り間に挿入配置される第1弾性体、および隣接する2つの第2、第1仕切り間に挿入配置される第2弾性体とを備えている。また、隣接する2つの第1、第2弾性体は、第1ブリッジを介して連結されている。また、隣接する2つの第2、第1弾性体は、第2ブリッジを介して連結されている。
先ず、従来例1の動力伝達装置の出力ギア17には、ピニオンギア16との噛み合いが可能な円筒状のギア歯形成部53、このギア歯形成部53よりも半径方向の内側に設けられて、出力ギア17の軸線方向に延びる円筒状の第1軸部(図示せず)、および第1軸部の内周面(貫通孔の孔壁面)に形成された螺旋状の傾斜溝(図示せず)が設けられている。
また、カップリング18には、貫通孔内に嵌挿される第2軸部、およびこの第2軸部の先端外周面から半径方向の外側へ向かって突出する係合ピンが設けられている。
ここで、第1軸部の内部には、カップリング18の第2軸部を、第1軸部の一端側(挿入側)から他端側へ向かって嵌挿することが可能な貫通孔が貫通形成されている。この貫通孔は、第1軸部の中心軸線上に設けられている。
先ず、出力ギア17内にゴムクッション19を配置した状態で、出力ギア17の貫通孔内にカップリング18の第2軸部を組み付ける際に、カップリング18の係合ピンが傾斜溝の始端から終端まで通り、係合ピンが傾斜溝を通り抜ける。
このとき、ゴムクッション19の各第1、第2弾性体が、カップリング18に対して、出力ギア17を相対回転させることで、動力伝達装置の回転軸線を中心とした捩れ方向に弾性変形する。
次に、係合ピンが傾斜溝を通り抜けると、ゴムクッション19の各第1、第2弾性体の弾性復帰して、ゴムクッション19の各第1、第2弾性体の捩れ方向とが逆方向にカップリング18に対して、出力ギア17が相対回転し、係合ピンの位置が貫通孔の挿入側とは逆側の開口周縁に設けられる被係止部を係止可能な位置まで戻される。
これによって、係合ピンが、カップリング18に対する出力ギア17とゴムクッション19の、動力伝達装置の回転軸線方向への相対的な移動を規制できるので、輸送時または部品組付時、あるいは作動時に動力伝達装置が分解または位置ズレするのを防止できる。
このとき、ゴムクッション19の各第1、第2弾性体の弾性復元力により出力ギア17が貫通孔の挿入側とは逆側に付勢されているので、複数の弾性係合片の各係止部が常時被係止部に接触するため、カップリング18に対する出力ギア17とゴムクッション19の、動力伝達装置の回転軸線方向への相対的な移動を規制できるので、動力伝達装置が分解するのを防止できる。
ところが、従来例1の動力伝達装置においては、アクチュエータ作動後、ゴムクッション19が捩れたままで停止し、エンジン停止後に冷間環境下で放置すると、ゴムクッション19が硬化する。このとき、出力ギア17とカップリング18との嵌合時に使用した出力ギア17の貫通孔の終端に、カップリング18の係合ピンが来ると、エンジン始動時の振動で係合ピンが被係止部から抜けてしまい、係合ピンが貫通孔内に入り込んだ場合、ピニオンギア16と出力ギア17との噛み合い状態が変わってしまう。これにより、出力ギア17に対する応力過大が発生し、出力ギア17の各出力ギア歯の折損や出力ギア17の耐久寿命の低下等の不具合が発生するという問題がある。
例えば出力ギア歯の当たり面積の減少による応力過大、出力ギア歯面への線接触から点接触へ変化することによる応力過大が発生し、出力ギア17の各出力ギア歯の折損や出力ギアの耐久寿命の低下を招くという問題がある。
そして、この弾性突起は、少なくとも貫通孔の軸線方向の他端側を通る際に第2軸部の回転軸方向に対して直交する半径方向の内側に弾性変形すると共に、貫通孔を通り抜けると弾性復帰して貫通孔の軸線方向の他端側の開口端面に係止される。
これによって、第1回転部材の第1軸部からの第2回転部材の第2軸部の抜けと、第2回転部材の第2軸部の剛性不足による第1回転部材の傾きとを解消することができるので、第1回転部材のギア歯形成部に対する応力過大の発生を抑え、コストアップ無しで第1回転部材のギア歯の折損や第1回転部材の耐久寿命の低下を防止することができる。
図1ないし図10は、本発明の動力伝達装置を適用したギアシャフトカップリングユニット(実施例1)を示したものである。
この電動アクチュエータは、タンブル制御弁(タンブルバルブ3およびバルブシャフト4)を回転駆動する回転動力(トルク)を発生する電動モータ(以下モータM)、このモータMのモータシャフト5の回転を減速する減速機構、およびこの減速機構を介して、モータMの回転動力をタンブルバルブ3のバルブシャフト4に伝達するギアシャフトカップリングユニット(以下カップリングユニット)等により構成されている。
また、カップリングユニットは、特許請求の範囲における「動力伝達装置」に相当し、減速機構の出力部である出力ギア6とタンブル制御弁のバルブシャフト4とを連動可能に連結するカップリング機構である。
このカップリングユニットは、減速機構のピニオンギア16と噛み合って回転する二重円筒状の出力ギア6、バルブシャフト4と出力ギア6とを一体回転可能に連結するギアシャフトカップリング(以下カップリング)7、および出力ギア6とカップリング7との間に配置されたゴム状弾性体製の衝撃吸収部材(以下ゴムクッション)8等によって構成されている。
エンジンの各気筒の吸気ポートには、インテークマニホールド1が接続されている。このインテークマニホールド1の上流端には、内部に吸気通路が形成される吸気管が接続されている。
各気筒の排気ポートには、エキゾーストマニホールド(図示せず)が接続されている。このエキゾーストマニホールドの下流端には、内部に排気通路が形成される排気管が接続されている。
インテークマニホールド1の支持部2のアクチュエータ側面には、電動アクチュエータの各機能部品を収容するハウジングを結合する結合端面が形成されている。この結合端面は、ハウジングの結合端面との間に微小隙間を隔てて対向するように平坦面(平面)が形成されている。また、インテークマニホールド1の支持部2には、インテークマニホールド1の内部と外部とを連通する円形状の開口部23が形成されている。
複数の吸気分岐管には、エンジンの各気筒の燃焼室および吸気ポートに連通する複数の吸気分岐流路が形成されている。これらの吸気分岐流路は、インテークマニホールド1の上流端に設けられる吸気分岐部(サージタンク)で各気筒毎に分岐している。
各吸気分岐管の内部には、各吸気分岐流路を、2つの第1、第2吸気分岐流路11、12に区画形成する隔壁等の区画部(仕切り部)13が設けられている(図13参照)。
複数のタンブルバルブ3は、特許請求の範囲における「駆動対象」に相当する。これらのタンブルバルブ3は、1本のバルブシャフト4に串刺し状態となるように結合(支持固定)された回転型のバタフライバルブ(プレートバルブ)である(図13参照)。
タンブル制御弁の全開時には、複数の吸気分岐管の各吸気分岐流路を全開する。
なお、タンブル制御弁の各タンブルバルブ3を中間位置にて半開きした中間開度となるように設定しても良い。
バルブシャフト4は、複数のタンブルバルブ3を串刺し状態となるように結合することで、全てのタンブルバルブ3を連動可能に連結する1本の駆動軸である。
ところで、電動アクチュエータは、バルブシャフト4と減速機構の出力部との間に、減速機構の出力部からバルブシャフト4へモータMのトルクを伝達するトルク伝達機構(カップリングユニット)が介装されている。
第1突出軸部は、バルブ保持部よりも回転軸方向の一端側に突出した部分で、断面円形状に形成されて、インテークマニホールド1の第1軸受支持部の第1軸受孔内に回転可能に収容されている。
第2突出軸部は、バルブ保持部よりも回転軸方向の他端側に突出した部分で、断面円形状に形成されて、インテークマニホールド1の第2軸受支持部の第2軸受孔内に回転可能に収容されている。
第2突出軸部よりも回転軸方向の他端側に延長された部分(バルブシャフト4の嵌合軸部24)は、断面多角形状に形成されて、第2軸受支持部から外部へ突出して電動アクチュエータに駆動連結されている。
ハウジングは、モータM、減速機構、カップリングユニットおよびリターンスプリング等を収容する有底筒状のアクチュエータケース(以下ケース)31と、このケース31の係合凸部(図示せず)にスナップフィット結合する複数のロックアーム32を有するモータカバー(以下カバー)33と、ケース31とカバー33との間でモータMを弾性支持する直方体形状の弾性部材34と、インテークマニホールド1の支持部2とケース31との間の微小隙間を気密シールする環帯状のガスケット35とを備えている。
ケース31は、電動アクチュエータの機能部品を取り囲む筒状の側壁部36、およびこの側壁部36の一端側で開口し、組み付け時にモータM、減速機構、カップリングユニット等を収容室内に挿入するための2つの開口部37、38、およびこれらの開口部37、38の周囲を周方向に取り囲む環帯状の開口周縁部39を有している。
なお、2つの開口部37、38のうちの一方の開口部37は、カバー33により塞がれている。また、他方の開口部38は、インテークマニホールド1の支持部2の結合端面(取付座面)で開口する開口部23と同軸上に設けられている。
なお、ケース31の開口周縁部39および複数の取付ボス41の端面(平面)は、インテークマニホールド1の支持部2の結合端面に複数のスクリュー21を用いて螺子締結により結合される結合部(ケース31の取付面)を構成する。
また、カバー33には、蓋板部43からケース31の底部側へ向かって突出すると共に、板厚方向に弾性変形が可能な弾性係合片である複数のロックアーム32が設けられている。このロックアーム32には、ケース31の側壁部36の内面に設けられた複数の係合凸部にそれぞれスナップフィット係合する複数の係合凸部44等が設けられている。
なお、ケース31とカバー33との間に形成される収容室、特にモータMを収容する収容室内には、モータMの振動を抑制する薄板状の防振スプリング(板バネ)46が装着されている。
ここで、電動アクチュエータの動力源であるモータMは、エンジン制御ユニット(電子制御装置:以下ECU)によって電子制御されるモータ駆動回路を介して、外部電源(バッテリ)に電気的に接続されている。
ECUは、イグニッションスイッチがオン(IG・ON)されると、マイクロコンピュータのメモリ(ROM等)に格納された制御プログラムに基づいて、タンブル制御弁のモータMを通電制御するように構成されている。
ECUは、エアフロメータ、クランク角度センサ、アクセル開度センサ、スロットル開度センサ、吸気温度センサ、冷却水温度センサおよび排気ガスセンサ(空燃比センサ、酸素濃度センサ)等の各種センサからのセンサ出力信号が、A/D変換回路によってA/D変換された後に、マイクロコンピュータに入力されるように構成されている。
減速機構は、モータMのモータシャフト5の外周に固定された円筒状のウォームギア14、このウォームギア14と噛み合って回転する円筒状のヘリカルギア15、このヘリカルギア15に直接連結されたピニオンギア16、およびこのピニオンギア16と噛み合って回転する円筒状の出力ギア6等を備えている。
なお、ヘリカルギア15およびピニオンギア16は、ケース31の第1、第2対向部間に配置されたギアシャフト(減速機構の支持軸)20の外周に回転自在に支持されている。
ウォームギア14は、合成樹脂または金属によって一体的に形成されている。このウォームギア14は、モータMの回転動力(トルク)を受けて回転する入力ギアであって、モータMのモータシャフト5の先端外周に圧入嵌合等により固定される円筒ボス部を有している。この円筒ボス部の外周には、ヘリカルギア15との噛み合いが可能なウォームギア歯が螺旋状に形成されている。
ヘリカルギア15は、合成樹脂または金属によって一体的に形成されている。このヘリカルギア15は、ギアシャフト20の周囲を円周方向に取り囲む円筒ボス部を有し、ギアシャフト20の外周に回転自在に支持されている。円筒ボス部の外周には、ウォームギア14のウォームギア歯との噛み合いが可能なヘリカルギア歯が周方向全体に形成(列設)されている。
ギアシャフト20は、モータシャフト5の軸線方向(回転軸方向)に対して直交する垂直方向に延伸されている。このギアシャフト20の軸線方向の一端部は、ケース31の底部に形成された第1嵌合凹部(図示せず)に圧入固定されている。また、ギアシャフト20の軸線方向の他端部は、カバー33の蓋板部43に形成された第2嵌合凹部(図示せず)に嵌め込まれている。
出力ギア6およびカップリング7は、合成樹脂または金属によって一体的に形成されている。また、出力ギア6およびカップリング7は、ゴムクッション8を内蔵するクッション収納室49を隔てて対向配置される第1、第2対向部51、52をそれぞれ有している。第1、第2対向部51、52は、互いに所定距離(軸方向距離)を隔てて対向する対向面を有している。
第1対向部51の対向面の中央部には、第1対向部51の対向面から第2対向部側に向かって突出する第1回転軸部54が一体的に形成されている。
第1回転軸部54は、カップリング7の第2軸部(後述する)の周囲を周方向に取り囲むように円筒形状に形成されている。また、第1対向部51および第1回転軸部54は、カップリング7の第2軸部の外周に回転自在に嵌め合わされている。また、第1対向部51および第1回転軸部54には、丸孔形状の貫通孔55が形成されている。
貫通孔55は、第1回転軸部54の中心部を、カップリングユニットの回転軸線方向に真っ直ぐに延伸されている。この貫通孔55は、その軸線方向の一端側の開口(カップリング7の第2軸部の挿入側の開口:以下挿入側開口)58と、貫通孔55の軸線方向の他端側の開口(第2軸部の挿入側の開口とは反対側の開口、第2軸部の突出側の開口:以下突出側開口)59とを直線状に結ぶ断面円形状の挿入孔である。
なお、図3に示した出力ギア6においては、上記の突出軸部57の図示が省略されている。
カップリング7は、第1対向部51の対向面との間にクッション収納室49を形成する円板状の第2対向部52、この第2対向部52の中央部から図示上方側(カップリング7の軸線方向の他方側)へ向かって突出するように設けられた中空筒状の第2回転軸部61、第2対向部52の図示下方側(カップリング7の軸線方向の一方側)に設けられるブロック(肉厚部)62、およびこのブロック62の中央部から図示下方側(カップリング7の軸線方向の一方側)へ向かって突出するように設けられて、第2回転軸部61よりも大きい外径を有する中空筒状の円筒軸部63等を備えている。
ブロック62は、その円筒面から半径方向の外側へ向かって突出する複数の突出壁64を有している。
ブロック62および円筒軸部63は、バルブシャフト4の嵌合軸部24を、カップリング7の軸線方向の一方側から奥側へ向かって嵌挿することが可能な多角孔(四角孔)形状の嵌合孔65を有している。この嵌合孔65の一部または全体には、バルブシャフト4の嵌合軸部24を圧入嵌合する圧入孔が設けられている。
なお、図3に示したカップリング7においては、上記のブロック62や複数の突出壁64の図示が省略されている。また、図3に示したように、カップリング7の円筒軸部63の外周に、ブロック62や複数の突出壁64の代わりに複数の突条リブ66を設けても良い。これらの突条リブ66は、第2対向部52の下面から円筒軸部63の一端外周まで延びる三角形状の補強リブである。
複数の第1障壁67は、出力ギア歯形成部53の内周面から第1回転軸部54の外周面へ向けて、つまり半径方向の外側から半径方向の内側へ向かって放射状に突出するように設けられている。これらの第1障壁67は、第1対向部51の対向面から第2対向部側(図示下方)へ向かって突出するように設けられる衝立状の仕切り部である。
複数の第1障壁67の一端側(図示下端側)には、ゴムクッション8のブリッジ(後述する)の凹み(弾性変形)を抑える壁面が設けられている。
複数の第1障壁67は、出力ギア6の円周方向に所定の間隔(等間隔:例えば180°間隔)で形成されている。また、複数の第1障壁67は、複数の第2障壁68のうちの隣接する2つの第2障壁68間にそれぞれ挿入配置されている。
なお、出力ギア6の詳細は後述する。
なお、図3に示したように、複数の第2障壁68を、第2回転軸部61よりも半径方向の外側に所定距離(周方向距離)隔てた位置から半径方向の外側へ向かって放射状に突出するように設けても良い。
複数の第2障壁68は、カップリング7の円周方向に所定間隔(等間隔:例えば180°間隔)で形成されている。また、複数の第2障壁68は、複数の第1障壁67のうちの隣接する2つの第1障壁67間にそれぞれ挿入配置されている。
これにより、複数(2つ)の第1、第2障壁67、68間には、クッション収納室49の一部(複数の第1空間部分)が形成される。また、複数(2つ)の第2、第1障壁68、67間には、クッション収納室49の残部(複数の第2空間部分)が形成される。
なお、カップリング7の詳細は後述する。
ゴムクッション8は、ゴム状弾性体によって一体的に形成されている。このゴムクッション8を構成するゴム状弾性体は、所定の弾性域内で弾性を有するものであれば特に限定されない。例えば水素配合ニトリルゴム(H−NBR)、シリコーンゴム、フッ素ゴム(FPM)等の合成ゴムや、ポロプロピレン(PP)とエチレンプロピレンゴム(EPDM)を混ぜた熱可塑性エラストマー等のゴム状弾性材が使用可能である。
なお、ゴム状弾性材として複数種の合成ゴムや天然ゴムをブレンドしたものを使用しても良い。また、ゴムクッション8の外形形状や断面形状は、出力ギア6の第1対向部51とカップリング7の第2対向部52との間に形成されるクッション収納室49の形状(空間形状)に対応して任意に変更できる。
複数の弾性体71は、カップリングユニットの回転軸線を中心とした捩れ方向への弾性変形(圧縮変形)が可能な第1ゴム状弾性体(厚肉部)である。これらの弾性体71は、出力ギア6の第1対向部51とカップリング7の第2対向部52との間のクッション収納室49の各第1空間部分内で保持されている。
複数の弾性体72は、カップリングユニットの回転軸線を中心とした捩れ方向への弾性変形(圧縮変形)が可能な第2ゴム状弾性体(厚肉部)である。これらの弾性体72は、出力ギア6の第1対向部51とカップリング7の第2対向部52との間のクッション収納室49の各第2空間部分内で保持されている。
ブリッジ74は、弾性体72の図示上端側と弾性体71の図示上端側とを連結すると共に、ゴムクッション8の回転軸方向の肉厚が大きい弾性体71、72よりも薄板状の第2連結部(薄肉部)である。このブリッジ74も弾性体71、72およびブリッジ73と同様に、カップリングユニットの円周方向に圧縮変形可能である。
複数の嵌合凹部75は、弾性体71、72およびブリッジ73によって囲まれた空間で、図示上方側に複数の第1障壁67を嵌合させるための第1開口部が設けられている。
複数の嵌合凹部76は、弾性体72、71およびブリッジ74によって囲まれた空間で、図示下方側に複数の第2障壁68を嵌合させるための第2開口部が設けられている。
なお、ブリッジ73の肉厚(板厚)は、ブリッジ74の肉厚(板厚)と同じか、あるいは異なっていても構わない。また、図3に示したゴムクッション8では、ブリッジ74や嵌合凹部76等の図示が省略されている。
また、突出軸部57を含む第1回転軸部54には、カップリング7の第2回転軸部61を、第1回転軸部54の一端側(挿入側)から他端側(挿入側とは反対側)へ向かって嵌挿することが可能な貫通孔55が貫通形成されている。
貫通孔55は、第1回転軸部54の回転軸方向の一端面(貫通孔55の軸線方向の一端側の開口端面)で開口し、この挿入側開口58側から奥側へ向かって第1回転軸部54の中心軸線方向へ延びる凹溝81を有している。
また、凹溝81は、挿入側開口58側から奥側へ向かって徐々に溝深さが浅くなるテーパ溝底面を有している。この凹溝81は、貫通孔55の挿入側である凹溝81の開口側から奥側まで、つまり貫通孔55の突出側開口59またはその近傍またはその直前まで延伸されている。
また、貫通孔55の突出側開口59側、つまり凹溝81の奥側には、後述する弾性突起91に所定の弾性域内における印加応力を与える、つまり弾性変形を与える応力付与部82が設けられている。この応力付与部82は、凹溝81の開始点Aから所定距離(軸方向距離)だけ離れた中間地点B近傍より始まり、凹溝81の終了点C、つまり突出側開口59またはその近傍で終わる。
貫通孔55の軸線方向の他端側の開口端面、つまり円弧状側壁部86の半径方向の内側の開口周縁には、円弧状の係止部87が設けられている。
また、突出軸部57の内部には、貫通孔55に連通し、且つ貫通孔55の突出側開口59よりも突出軸部57の回転軸方向に延びる貫通孔88が設けられている。
なお、図3に示した出力ギア6においては、上記の規制部83の図示が省略されている。
第2回転軸部61には、その他端側の外周面(先端外周面)から第2回転軸部61の回転軸方向に対して直交する半径方向の外側へ突出するように弾性突起91が設けられている。
そして、弾性突起91は、貫通孔55の凹溝81を通る際に凹溝81の奥側付近で第2回転軸部61の回転軸方向に対して直交する半径方向の内側に弾性変形すると共に、貫通孔55を通り抜けると弾性復帰して係止部87に係止される被係止部である。
第2回転軸部61および弾性突起91は、所定の弾性域内で弾性を有するもの、つまり塑性変形しないものであれば特に合成樹脂材は限定されない。
次に、本実施例のカップリングユニットの製造方法、特に出力ギア6およびカップリング7の製造方法を簡単に説明する。
出力ギア6およびカップリング7の製造工程、つまり出力ギア6およびカップリング7を合成樹脂で一体成形する場合の射出成形の工程は、周知のように、型締め、射出、保圧、型開き、製品の取り出しの工程順に行われる。
次に、熱可塑性樹脂素材を加熱して溶融させ、この溶融樹脂に圧力をかけながら射出ゲートから射出成形金型Xのキャビティの中に溶融樹脂を射出注入し、キャビティ内に溶融樹脂を射出充填する。このとき、射出ゲートからキャビティ内に流れ込んだ溶融樹脂は、キャビティの奥側(溶融樹脂の流動方向の最も下流側)へ順次押し込まれる。
そして、冷却して固化したら射出成形金型Xから製品を取り出す。
このような射出成形法を用いることで、出力ギア歯形成部53、第1回転軸部54および貫通孔55等を有する合成樹脂製の出力ギア6が射出成形される。
次に、熱可塑性樹脂素材を加熱して溶融させ、この溶融樹脂に圧力をかけながら射出ゲートから射出成形金型Yのキャビティの中に溶融樹脂を射出注入し、キャビティ内に溶融樹脂を射出充填する。このとき、射出ゲートからキャビティ内に流れ込んだ溶融樹脂は、キャビティの奥側(溶融樹脂の流動方向の最も下流側)へ順次押し込まれる。
そして、冷却して固化したら射出成形金型Yから製品を取り出す。
このような射出成形法を用いることで、第2回転軸部61、ブロック62、円筒軸部63および弾性突起91を有する合成樹脂製のカップリング7が射出成形される。
次に、本実施例のタンブル制御弁のバルブシャフト4に対するカップリングユニットの組付方法を図1ないし図10に基づいて簡単に説明する。
先ず、カップリング7にゴムクッション8を組み付ける。具体的には、円環状のゴムクッション8は、カップリング7の第2回転軸部61の回転軸方向の先端側からカップリング7の第2対向部52の対向面へ向けて嵌め合わされる。このとき、ゴムクッション8の嵌合凹部76が、カップリング7の第2障壁68に嵌め込まれることにより、カップリング7の第2対向部52上にゴムクッション8が配置される(第1工程)。
その後、カップリング7の第2回転軸部61の先端外周から半径方向の外側へ向かって突出した弾性突起91が、出力ギア6の貫通孔55の挿入側開口58、特に出力ギア6の貫通孔55の凹溝81の開始点Aにカップリング7の第2回転軸部61の回転軸方向の先端面を位置合わせする(第2工程)。
その後、弾性突起91は、中間地点Bから終了点Cまでの間、応力付与部82を通過する。この応力付与部82を通過する際に、弾性突起91は、凹溝81のテーパ溝底面等の応力付与部82と接触(干渉)し、その応力付与部82を乗り越える際に応力付与部82に押圧される。つまり弾性突起91は、応力付与部82を乗り越える際に応力付与部82から所定の弾性域内における印加応力を受けて、第2回転軸部61の回転軸方向に対して直交する半径方向の内側に弾性変形しつつ凹溝81の奥側である貫通孔55の突出側開口59近傍まで挿入される(進む)。
これによって、タンブル制御弁のバルブシャフト4へ組み付ける前に、カップリングユニット(出力ギアアッシー)の構成部品である出力ギア6、カップリング7およびゴムクッション8が組み付けられる(第3工程)。
そして、カップリング7の円筒軸部63をカップリング7の嵌合孔65の奥側へ向かって押し込む。このとき、嵌合孔65の一部または全体には圧入孔が形成されているので、バルブシャフト4の嵌合軸部24をカップリング7の円筒軸部63の嵌合孔65内に圧入嵌合され、カップリング7の嵌合孔65からバルブシャフト4の嵌合軸部24が引き抜き不能に固定される。
これによって、タンブル制御弁のバルブシャフト4とカップリングユニット(出力ギアアッシー)との組み付けが終了する(第4工程)。
以上のように、本実施例の電動アクチュエータにおいては、モータMのトルクをタンブル制御弁のバルブシャフト4へ伝達するカップリングユニットを備えている。
このカップリングユニットは、減速機構のピニオンギア16と噛み合って回転する合成樹脂製の出力ギア6、この出力ギア6と一体回転可能に連結する合成樹脂製のカップリング7、および出力ギア6またはカップリング7に伝わる衝撃(荷重)トルクを吸収するゴム状弾性体製のゴムクッション8等によって構成されている。
そして、出力ギア6には、その第1対向部51の中央部から出力ギア6の回転軸方向の一端側およびこの一端側に対して反対側の他端側へ向かって突出する中空円筒状の第1回転軸部54が設けられている。また、第1回転軸部54は、第1対向部51の中央部から出力ギア6の回転軸方向の他端側へ向かって突出する中空円筒状の突出軸部57を有している。
この突出軸部57を含む第1回転軸部54の内部には、カップリング7の第2回転軸部61を、第1回転軸部54の一端側(挿入側)から他端側へ向かって嵌挿することが可能な貫通孔55が貫通形成されている。この貫通孔55の軸線方向の他端側の開口端面には、弾性突起91の段差92を、貫通孔55に対して第2回転軸部61を引き抜き不能に係止する円弧状の係止部87が設けられている。
この第2回転軸部61には、貫通孔55の凹溝81を通る際に凹溝81の奥側付近で第2回転軸部61の回転軸方向に対して直交する半径方向の内側に弾性変形すると共に、貫通孔55を通り抜けると弾性復帰して出力ギア6の係止部87に係止される弾性突起91が設けられている。
したがって、弾性突起91が貫通孔55内に入り込むのを防止できるので、ピニオンギア16のピニオンギア歯と出力ギア6の出力ギア歯形成部53の出力ギア歯56との噛み合い状態が変わらない(経年変化しない)。この結果、出力ギア6の出力ギア歯形成部53に対する応力過大の発生を抑え、コストアップ無しで出力ギア歯形成部53の出力ギア歯56の折損や出力ギア6の耐久寿命の低下を防止することができる。
また、弾性突起91の突起形状を、実施例1のような半球面形状や実施例3のようなテーパ形状等のように工夫することにより、中子型が必要である射出成形金型Yの金型構造を簡素化することができる。また、カップリング7を射出成形する射出成形性を向上させることができるので、コストダウンが可能となる。また、従来例2の動力伝達装置の場合、入れ子(中子型)を3方向に移動させる必要があるので、このような従来例2の動力伝達装置と比べて本実施例の場合、製造コストが安価になる。
また、出力ギア6の第1回転軸部54とカップリング7の第2回転軸部61との嵌合時、出力ギア6の凹溝81とカップリング7の弾性突起91に発生する応力を低減させることができるので、炭素繊維やガラス繊維を減らしたり、母材を変えたりして安価な低強度材料へ変更でき、製造コストの削減を図ることができる。すなわち、例えば従来例1及び2の出力ギア17やカップリング18の成形樹脂材として使用されていたガラス繊維30%のポリアミド樹脂(PA)を、これよりも安価な成形樹脂材であるポリブチレンフタレート(PBT)に変更することが可能となるので、製造コストの削減を図ることができる。
図11は、本発明の動力伝達装置を適用したカップリングユニット(実施例2)を示したものである。
ここで、実施例1と同じ符号は、同一の構成または機能を示すものであって、説明を省略する。
貫通孔55の軸線方向の他端側の開口端面には、弾性突起91の段差92を、貫通孔55に対して第2回転軸部61を引き抜き不能に係止する円弧状の係止部87が設けられている。
貫通孔55の凹溝81は、第1軸部54の回転軸方向と同一方向に延伸されている。
また、凹溝81は、挿入側開口58側から奥側までの溝深さが同一の溝底面を有している。この凹溝81は、貫通孔55の挿入側である凹溝81の開口側から奥側まで、つまり貫通孔55の突出側開口59またはその近傍またはその直前まで延伸されている。
応力付与部82は、凹溝81の開始点A、つまり挿入側開口58またはその近傍から所定距離(軸方向距離)だけ離れた終了点C、つまり突出側開口59またはその近傍までの区間(A−C)に渡って形成されている。すなわち、カップリング7の弾性突起91は、貫通孔55の凹溝81の区間(A−C)を通る際に、第2回転軸部61の半径方向の内側に弾性変形すると共に、貫通孔55の凹溝81を通り抜けると弾性復帰して係止部87に係止される。
以上のように、本実施例の動力伝達装置においては、実施例1と同様な効果を奏する。
図12は、本発明の動力伝達装置を適用したカップリングユニット(実施例3)を示したものである。
ここで、実施例1及び2と同じ符号は、同一の構成または機能を示すものであって、説明を省略する。
弾性突起91は、第2回転軸部61の回転軸方向の一端側から他端側へ向かって徐々に半径方向の外側への突出量が小さくなるテーパ(傾斜面)形状に形成されている。この弾性突起91の図示下端面には、出力ギア6の係止部87に係止することが可能な段差92が形成されている。
以上のように、本実施例の動力伝達装置においては、実施例1及び2と同様な効果を奏する。
本実施例では、本発明の動力伝達装置を、モータMの回転動力をタンブルバルブ3のバルブシャフト4へ伝達するカップリングユニットに適用しているが、本発明の動力伝達装置を、モータMの回転動力を、流路を開閉するバルブ(駆動対象)のシャフトへ伝達する動力伝達装置に適用しても良い。
また、タンブル制御弁や吸気絞り弁等の吸気制御弁の弁体であるバルブ、あるいはEGR制御弁や排気絞り弁等の排気制御弁の弁体であるバルブ等は、多連一体型のバルブに限定されず、内燃機関の気筒に連通する流路に設置されるバルブであれば、1個のバルブでも良い。
また、流路を開閉するバルブ(駆動対象)としては、ロータリバルブ、バタフライバルブ、シャッター状バルブ、ボールバルブ等が考えられる。
ここで、タンブル制御弁は、内燃機関(エンジン)の吸気ポートの高さ方向(ピストンの摺動方向を上下方向とした場合は上下方向)の一方側に片寄った直進的な吸気の流れ(偏流)を発生させることで、エンジンの燃焼室内において縦方向の吸気渦流(旋回流、タンブル流)を発生させるバルブおよびこのバルブを支持するシャフトを備えている。
また、スワール制御弁は、内燃機関(エンジン)の吸気ポートの高さ方向(ピストンの摺動方向を上下方向とした場合は水平方向)の一方側に片寄った直進的な吸気の流れ(偏流)を発生させることで、エンジンの燃焼室内において横方向の吸気渦流(旋回流、スワール流)を発生させるバルブおよびこのバルブを支持するシャフトを備えている。
また、本発明の動力伝達装置を、内燃機関(エンジン)の燃焼室に供給する吸気の流量を調整する電子スロットル(吸気システム)に使用される吸気流量制御弁のシャフトを回転駆動する電動アクチュエータに組み込まれるカップリングユニット(動力伝達装置)に適用しても良い。
また、駆動対象のシャフトとしては、ウェイストゲート弁、スクロール切替弁、排気流量制御弁、排気圧力制御弁、流路切替弁、排気絞り弁等の排気制御弁のバルブのシャフトが考えられる。
また、駆動対象のシャフトとしては、上記のバルブのシャフトの他に、圧縮機、送風機、ポンプ、カム、ロータ、車輪等の回転移動体(回転体)のシャフトが考えられる。また、駆動対象のシャフトの代わりに、ピストンやバルブ等の直線移動体のシャフトやロッドが考えられる。
また、弾性突起91の弾性変形時に組み付け時の発生応力が弾性域内の印加応力であれば、弾性突起91の突起形状(例えば半球面形状、テーパ形状等)は問わない。
また、貫通孔55の凹溝81は、螺旋状の凹溝であっても構わない。また、貫通孔55の周方向に凹溝を複数設けても構わない。また、貫通孔55に凹溝を設けなくても構わない。
4 バルブシャフト(駆動対象のシャフト)
6 出力ギア(第1回転部材)
7 カップリング(第2回転部材)
8 ゴムクッション(衝撃吸収部材)
54 第1回転軸部(第1軸部)
55 貫通孔
61 第2回転軸部(第2軸部)
87 係止部
91 弾性突起
Claims (12)
- モータ(M)の動力を駆動対象(3)のシャフト(4)に伝達する動力伝達装置において、
前記モータ(M)の動力を受けて回転するモータ側ギア(16)との噛み合いが可能な筒状のギア歯形成部(53)を有する第1回転部材(6)と、
前記シャフト(4)と前記第1回転部材(6)を一体回転可能に連結する第2回転部材(7)と、
前記第1回転部材(6)と前記第2回転部材(7)の間に配置されて、前記第1回転部材(6)と前記第2回転部材(7)の回転軸線を中心とした捩れ方向への弾性変形が可能なゴム状弾性体製の衝撃吸収部材(8)とを備え、
前記第1回転部材(6)は、前記ギア歯形成部(53)よりも半径方向の内側に設けられて、前記第1回転部材(6)の回転軸方向に延びる筒状の第1軸部(54)、およびこの第1軸部(54)の回転軸方向の両端面を連通するように貫通形成された貫通孔(55)を有し、
前記第2回転部材(7)は、前記貫通孔(55)の回転軸方向の一端側から他端側へ向かって前記貫通孔(55)内に嵌挿される第2軸部(61)を有し、
前記第2軸部(61)は、その他端側の外面から前記第2軸部(61)の回転軸方向に対して直交する半径方向の外側へ突出するように設けられて、少なくとも前記貫通孔(55)の回転軸方向の他端側を通る際に前記第2軸部(61)の回転軸方向に対して直交する半径方向の内側に弾性変形すると共に、前記貫通孔(55)を通り抜けると弾性復帰して前記貫通孔(55)の回転軸方向の他端側の開口端面(87)に係止される弾性突起(91)を有し、
この弾性突起(91)は、前記第2軸部(61)の端部から離間し、回転軸を中心として連続して設けられた周壁部から径方向外側に突出していることを特徴とする動力伝達装置。 - 請求項1に記載の動力伝達装置において、
前記弾性突起(91)は、前記第2軸部(61)の回転軸方向の一端側から他端側へ向かって徐々に突出量が小さくなる半球面形状またはテーパ形状を呈することを特徴とする動力伝達装置。 - 請求項1または請求項2に記載の動力伝達装置において、
前記弾性突起(91)は、前記開口端面(87)と、前記第2軸部(61)の回転軸方向において干渉する段差(92)を有していることを特徴とする動力伝達装置。 - 請求項1ないし請求項3のうちのいずれか1つに記載の動力伝達装置において、
前記貫通孔(55)は、前記弾性突起(91)が移動可能に係合する凹溝(81)を有していることを特徴とする動力伝達装置。 - 請求項4に記載の動力伝達装置において、
前記凹溝(81)は、前記第1軸部(54)の回転軸方向に対して傾斜する方向に延伸されていることを特徴とする動力伝達装置。 - 請求項4に記載の動力伝達装置において、
前記凹溝(81)は、前記第1軸部(54)の回転軸方向と同一方向に延伸されていることを特徴とする動力伝達装置。 - 請求項4ないし請求項6のうちのいずれか1つに記載の動力伝達装置において、
前記凹溝(81)は、前記貫通孔(55)の回転軸方向の一端側の開口(58)またはその近傍から、前記貫通孔(55)の回転軸方向の他端側の開口(59)またはその近傍またはその直前まで延伸されていることを特徴とする動力伝達装置。 - 請求項1ないし請求項7のうちのいずれか1つに記載の動力伝達装置において、
前記開口端面(87)は、前記弾性突起(91)が引っ掛かる係止部(87)をなし、
この係止部(87)は、円弧状の内周縁を有し、
前記第1回転部材(6)に対する前記弾性突起(91)の回転可能範囲内において前記係止部(87)の内周縁には、径方向の凹みが存在しないことを特徴とする動力伝達装置。 - 請求項3に記載の動力伝達装置において、
前記段差(92)は前記開口端面(87)に係止する平面を有していることを特徴とする動力伝達装置。 - 請求項1ないし請求項9のうちのいずれか1つに記載の動力伝達装置において、
前記開口端面(87)の円周方向の両端には、円弧状隙間を隔てて円周方向に対向する2つの規制壁(84、85)が存在することを特徴とする動力伝達装置。 - 請求項1ないし請求項10のうちのいずれか1つに記載の動力伝達装置において、
前記弾性突起(91)は、前記第2軸部(61)に1つのみ存在することを特徴とする動力伝達装置。 - 請求項1ないし請求項11のうちのいずれか1つに記載の動力伝達装置において、
前記弾性突起(91)は、前記第2軸部(61)と一体に樹脂成形されていることを特徴とする動力伝達装置。
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