JP2007239648A - 吸気流制御バルブユニットの成型方法 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気管内の圧力変動に対して並びに高温時、低温時に破損をしない、信頼性の高く、かつ、シール隙間を極力小さく形成可能で、ハウジング側ベアリングと被摺動部孔との同軸度を確保可能な吸気流制御バルブユニットの成型方法を提供する。
【解決手段】吸気流制御バルブユニット６０の成型方法は、金属製の吸気流制御バルブ６２を成形型Ａ，Ｂ内にインサートとして配置し、前記吸気流制御バルブを囲繞するハウジング６１と、前記吸気流制御バルブの回動中心部６２ａに固定され、多角形の孔６３ａを有する樹脂製部材６３と、を一組の成形型を使用して同時に樹脂成型することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの吸気管に配置され、燃焼室内に形成される気流（タンブル流）を制御するための吸気流制御バルブユニットの成型方法に関する。

近年、特許文献１〜４に示すように、タンブル流を制御して燃焼を改善するための吸気流制御バルブ装置が提案され、一部のエンジンにおいて実用化されている。図８に、吸気流制御バルブ（バタフライ）２２を装着したエンジン９０の断面図を示す。９１はピストン、９２は吸気弁、１２はインテークマニホールド（吸気管）、９４は燃焼室、９５は燃料噴射弁である。Ｔはタンブル流を示す。

特開２００３−２９３７７５号公報 独国特許公開ＤＥ１９５０４２５６Ａ１号公報 特表２００２−５４３３２４号公報 特開平５−１４１５４０号公報

図９に、４気筒エンジン用の従来の吸気流制御バルブ装置の一例を示す。これは、特願２００５−２２８２７８号の明細書にも記載されており、極めてシンプルな構造となっている。吸気流制御バルブ装置１０は、インテークマニホールド１２、バルブユニット２０およびバルブシャフト１４を備えている。インテークマニホールド１２は樹脂製であり、四つの吸気通路２３が隔壁１２ｂにより形成されている。また、バルブシャフト１４は金属製である。

バルブユニット２０は、ハウジング２１および弁部材としてのバタフライ（吸気流制御バルブ）２２を有している。樹脂製のバタフライ２２は、ハウジング２１の内部においてバルブシャフト１４とともに回動可能であり、吸気通路２３を開閉する。図７に従来例の吸気流制御バルブの断面図を示す。図７に示すように、バタフライ２２は、バルブシャフト１４が貫通する断面が長方形の孔２５を有したボス部（回動中心部）２４を有している。また、ボス部２４は、ハウジング２１の支持孔２６（図６参照）にベアリング２９を介して回動自在に支持されている。なお、本明細書において、「長方形」は正方形を含むものとする。

図９に示すように、バルブシャフト１４は、断面が長方形であり、インテークマニホールド１２の全ての隔壁貫通孔１２ａと、全てのバタフライ２２のボス部２４の長方形孔２５と、を、摺動自在に貫いている。これにより、バルブシャフト１４の回動にともなって、バタフライ２２は同期して回動する。

また、バルブシャフト１４の長方形断面と、バタフライ２２のボス部２４の長方形孔２５との間には、わずかな隙間がある。この隙間の存在とバタフライ２２が樹脂製であることとが相まって、バタフライ２２に対して金属製バルブシャフト１４がスムースに摺動することが可能となる。ちなみに、樹脂は、柔軟性があり、相手側の金属と干渉しても金属を損傷しにくい性質を持つ。

この摺動が必要であることは、次のような理由による。すなわち、インテークマニホールド１２は樹脂製であり、バルブシャフト１４は強度を確保するために金属製であるため、線膨張係数が異なる。このため、高温時や低温時に両者の線膨張差が発生する。このとき、バタフライ２２に対して金属製バルブシャフト１４が固定されている場合（摺動不能時）には、バタフライ２２の側面がハウジング２１の側壁と干渉して、両者が損傷する、いわゆる「かじり」が生じることとなる。この「かじり」を防止する目的で、バタフライ２２に対して金属製バルブシャフト１４がスムースに摺動することが要求されている。

一方、バタフライ２２は、吸気脈動やバックファイヤなどによる圧力変動を受けることがある。この時、バタフライ２２が樹脂製であると、強度が足りないため破損する可能性が生じる。このため、米国では、バタフライ弁が破損しない設計とするか、破損してもその破損を検出可能にすることを法律で義務づけることが予定されている。

この対策として、バタフライ２２を強度上余裕のあるアルミニウム等の金属製にすることが考えられる。しかし、単にバタフライ２２を金属にしても、相手側のバルブシャフト１４が金属であるため、特に圧力変動を受けた時などに、その回動中心部の長方形孔が、バルブシャフト１４の長方形断面の外周面と干渉し（こすり）、バルブシャフト１４の摺動を阻害する恐れがある。さらには、金属同士のこの「こすり」により各外表面が傷つく恐れもある。

一方、従来からの問題点として、ハウジング２１の隔壁とバタフライ２２との側面の間の隙間（以下「シール隙間」と言う）を極力小さくして吸気流をシールしなければならないが、個々の製品の製造バラツキにより、この隙間を小さくすることに限界があった。また、ボス部２４の孔２５が長方形であるため、ハウジング２１に固定されているベアリング２９と被摺動部孔２５との同軸度を確保しにくく、上記製造バラツキがこの問題を助長していた。この製造バラツキによる同軸度の悪さにより、ベアリング２９に偏荷重がかかり、磨耗がし易くなる、バタフライの回動抵抗が大きくなる等の問題も誘発されていた。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、吸気管内の圧力変動に対して並びに高温時、低温時に破損をしない、信頼性の高く、かつ、シール隙間を極力小さく形成可能で、ハウジング側ベアリングと被摺動部孔との同軸度を確保可能な吸気流制御バルブユニットの成型方法を提供することである。

本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載の吸気流制御バルブユニットの成型方法を提供する。
請求項１に記載の発明によれば、吸気流制御バルブユニットの成型方法は、金属製の吸気流制御バルブを成形型内にインサートとして配置し、前記吸気流制御バルブを囲繞するハウジングと、前記吸気流制御バルブの回動中心部に固定され、多角形の孔を有する樹脂製部材と、を一組の成形型を使用して同時に樹脂成型することを特徴とする。

これにより、樹脂製の被摺動部材が介在しているため、摺動部材でもある金属製のバルブシャフトは、同じく金属製の吸気流制御バルブの孔と直接接触して摺動することは無い。すなわち、金属製のバルブシャフトは、樹脂製の被摺動部材と接触して摺動する。樹脂は、柔軟性があり、相手側の金属と干渉しても金属を損傷しにくい性質を持つので、金属製のバルブシャフトに「かじり」を発生させることが無い。

さらに、吸気流制御バルブを成形型内にインサートとして配置して、ハウジングと一緒に一組の成形型内で同時に成型するので、吸気流制御バルブとハウジングとの間のシール隙間の精度を向上させることができる。そして、ハウジング側ベアリングと被摺動部孔との同軸度も確保できる。言い換えれば、一組の成形型内で同時に成型した二つの部品を組で使用するので、二つの部品の関連で形成されるシール隙間および前記同軸度の製品バラツキは抑制される。すなわち、個々のシール隙間を極力小さく形成することが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、吸気流制御バルブユニットの成型方法は、樹脂製部材の長さを規定する独立した型を使用することを特徴とする。簡単な方法により、樹脂製部材の長さを規定することが可能となり、後述するバルブシャフトの摺動抵抗を適切な値とすることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本発明に係る方法により製作された吸気流制御バルブユニットを含む装置５０は、エンジンの燃焼室の入口側に設置される。これにより、図示しないエアクリーナおよびサージタンクを通過した空気は、吸気流制御バルブ装置５０を経由してエンジンの燃焼室に流入する。吸気流制御バルブ装置５０は、燃焼室に流入する吸気の流れ方向、すなわちタンブル流Ｔの方向を制御する。

図４、５に本発明に係る方法により製作された吸気流制御バルブ装置を示す。本発明に係る吸気流制御バルブユニットを含む装置５０は、図４に示すようにインテークマニホールド１２、バルブユニット６０およびバルブシャフト６４を備えている。インテークマニホールド１２は、樹脂により製作され、図５に示すように四つの収容室１６を形成している。この場合、バルブ装置５０は４気筒のエンジンに適用される。そのため、インテークマニホールド１２は、四つの吸気通路２３に対応する四つの収容室１６を整列状に有している。インテークマニホールド１２の収容室１６は、サージタンクとエンジンの燃焼室とを接続する吸気通路２３の一部を構成している。また、バルブシャフト６４は金属製である。

図５に示すように、バルブユニット６０は、インテークマニホールド１２の各収容室１６にそれぞれ収容されている。バルブユニット６０は、図６に示すように樹脂製ハウジング６１および弁部材としてのバタフライ６２および金属製薄肉ベアリング２９を有している。金属製ベアリング２９は、ハウジング６１に固定されている。ハウジング６１は、枠状に形成され、内部に吸気通路２３を形成している。そして、インテークマニホールド１２の収容室１６は略長方体となっている。そのため、ハウジング６１は、通路２３が収容室１６に対応する略長方体に形成されている。すなわち、ハウジング６１は、断面が略長方形の四角枠状に形成されている。ハウジング６１が形成する通路２３は、サージタンクからエンジンの燃焼室へ流入する吸気が流れる。そのため、通路２３は、吸気通路を構成している。ハウジング６１は、インテークマニホールド１２の収容室１６よりもやや小さく形成されている。

ハウジング６１の内側にはバタフライ６２が配置される。バタフライ６２は、ハウジング６１の内部においてバルブシャフト６４とともに回動可能である。バタフライ６２は、バルブシャフト６４とともに回動することにより、ハウジング６１が形成する通路２３を開閉する。後述するように、バタフライ６２は、バルブシャフト６４が貫通する断面が長方形の孔を有した被摺動部材を有している。バルブシャフト１４は、断面が長方形であり、インテークマニホールド１２の全ての隔壁貫通孔１２ａと、全てのバタフライ２２のボス部２４の長方形孔２５と、を、摺動自在に貫いている。これにより、バルブシャフト１４は、複数の前記バルブを整列状に連結し、バルブシャフト１４の回動にともなって、バタフライ６２は同期して回動する。

図５に、インテークマニホールド１２とバルブユニット６０とバルブシャフト６４の組立方法が示されている。まず、インテークマニホールド１２の四つの収容室１６に各バルブユニット６０を組付ける。その後、バルブシャフト６４を、インテークマニホールド１２の最も外側に位置する隔壁貫通孔１２ａから挿入する。これにより、全てのバタフライ６２を整列して連結させることとなる。

図１に、本発明に係る方法により製作された吸気流制御バルブ（バタフライ）を示す。図１（ａ）は吸気流制御バルブの正面図であり、図１（ｂ）はその側面図である。
バタフライ６２は、複数のリブ６２ｃを備えた剛性の高い構造をしており、アルミニウムから製作されている。吸気の圧力変動やバックファイヤによる破損を防止するためである。そして、バタフライ６２は、ボス部（回動中心部）６２ａを有している。ボス部６２ａは、断面が略長方形の貫通孔６２ｂを有している。略長方形の孔６２ｂには、樹脂製部材６３がバタフライ６２と一体成型されている。樹脂製部材６３に用いられる樹脂は、例えばナイロンである。樹脂製部材６３は、被摺動部２６３ａおよびベアリング部２６３ｂを備えている。被摺動部２６３ａは、略長方形の孔６２ｂより小さい長方形の孔６３ａを備える四角枠形状を有する。長方形の孔６３ａの内部には、バルブシャフト６４が貫通して挿入されている。そして、バルブシャフト６４の断面も略長方形である。

また、ボス部６２ａの両端には、ベアリング部２６３ｂがそれぞれ一体成型されている。このベアリング部２６３ｂを介して、バタフライ６２は、ハウジング２１の支持孔２６（図６参照）に固定された金属製ベアリング２９により回動自在に支持されている。金属製ベアリング２９をハウジング２１に配置している理由は、金属は耐磨耗性と強度の点で優れていることによる。バタフライ６２に固定されたベアリング部２６３ｂを無くして、金属製のボス部６２ａの端部を直接、金属製ベアリング２９に対して支持させることも考えられる。しかし金属同士の接触回動は、「かじり」の恐れがあるため、好ましいものではない。

図４および図５に示すように、バルブシャフト６４は、インテークマニホールド１２の全ての隔壁貫通孔１２ａを貫いていると同時に、全てのバタフライ６２のボス部６２ａに一体成型された被摺動部２６３ａの長方形断面孔６３ａを貫いている。これにより、バルブシャフト６４の回動にともなって、各バルブユニット６０のバタフライ６２は同期して回動する。

また、バルブシャフト６４の長方形断面と、被摺動部２６３ａの長方形孔６３ａとの間には、わずかな隙間Ｓがある。この隙間の存在と被摺動部２６３ａが樹脂製であることとが相まって、バタフライ６２に対して金属製バルブシャフト６４がスムースに摺動することが可能となる。ちなみに、樹脂は、柔軟性があり、相手側の金属と干渉しても金属を損傷しにくい性質を持つ。

一方、バタフライ６２に対するバルブシャフト６４の摺動抵抗Ｒは、大きすぎても小さすぎても良くない。摺動抵抗Ｒが大きすぎると、前述したように、高温時または低温時に、インテークマニホールド１２とバルブシャフト６４の材質相違による熱膨張差によるハウジング６１とバタフライ６２との「かじり」が発生する。また摺動抵抗Ｒが小さすぎると、エンジンの振動によりバルブシャフト６４が軸方向に振動して、バタフライ６２の被摺動部２６３ａの長方形孔の内面を損傷させたり、バルブシャフト６４のスラスト軸受（図示せず）を損傷させたりする。

すなわち、摺動抵抗Ｒは、適切な範囲に設定する必要がある。これは、隙間Ｓと被摺動部材６３の長さＬを適切に選択することにより可能となる。

本発明に係る方法により製作された吸気流制御バルブは、従来例の樹脂製被摺動部材と樹脂製ベアリング部材とが一体化され、部材２６３となっている。すなわち、部材２６３の被摺動部材機能部は２６３ａであり、ベアリング部材機能部は２６３ｂである。二つの部材が一つとなっているため、コスト低減が図れる。すなわち、バタフライ６２をインサートとして樹脂成型して、バタフライ６２と部材６３を一体化している（一体成型）。さらに、部材６３は、部材６３のバタフライ６２からの抜け止め機能部２６３ｃを備えることが好ましい。

次に本発明に係る成型方法を、図２、３を参照しながら説明する。図２は、本発明に係る吸気流制御バルブユニットの成形型を表しており、図３におけるＹＹ断面を示すものである。図３は、図２の吸気流制御バルブユニット成形型のＺＺ断面を示すものである。

Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、型割りを考慮した分割成形型である。そして、Ａ、Ｂは母型であり、Ｃ、Ｄは母型とは独立した、小形の成形型である。ｋ１およびｋ２は、溶融された樹脂が流入するキャビティ（空洞部）である。詳細に言えば、ｋ１はハウジング６１が成型されるキャビティであり、ｋ２は一体化された被摺動部２６３ａおよびベアリング部２６３ｂ（以下「樹脂製部材６３」と言う）が成型されるキャビティである。ｋ９は、ハウジング用樹脂が流入するゲート口である。なお、一体化された樹脂製部材６３用樹脂のゲート口ｋ８は、ここでは図示していない。６２はインサートとしての金属製バタフライである。

ハウジング６１および樹脂製部材６３は、同一熱可塑製樹脂で製造されても、別の樹脂で製造されても良い。そして、型Ｃを挿入し組合せるため、バタフライ６２のボス部６２ａの真下側には開口部６２ｄ（図１参照）が明いている。また、Ｄ１部は、成型後に金属製薄肉ベアリング２９を組付けるためのスペースである。

そして、これより本題の成型方法を説明する。まず、金属製バタフライ６２をインサートとして、型Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを型合せする。次にゲート口ｋ８、ｋ９より溶融した熱可塑性樹脂が型内に流入する。ちなみにこの時の樹脂温度は１５０〜１８０℃である。型内に流入した樹脂は、キャビティｋ１、ｋ２に充填され、冷却されることにより固化し、それぞれハウジング６１、樹脂製部材６３となる。

樹脂が固化すると、型Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは分解されて、製品となったハウジング６１および樹脂製部材６３が付着されたバタフライ６２が取出される。なお、バタフライ６２は、樹脂製部材６３が抜け止め部２６３ｃ（図１参照）の設置により固定されている。

型Ｃを母型Ａ、Ｂから独立させることにより、その長さＬｘを変更した種種の型Ｃを製作することが容易になる。この長さＬｘを変更させることにより、被摺動部材６３の長さＬを適切に選択することが可能となる。そして、バルブシャフト６４の摺動抵抗Ｒを適切に選択することが可能となるのである。

以上のように、樹脂製の被摺動部材が介在しているため、摺動部材でもある金属製のバルブシャフトは、同じく金属製の吸気流制御バルブの孔と直接接触して摺動することは無い。すなわち、金属製のバルブシャフトは、樹脂製の被摺動部材と接触して摺動する。樹脂は、柔軟性があり、相手側の金属と干渉しても金属を損傷しにくい性質を持つので、金属製のバルブシャフトに「かじり」を発生させることが無い。

さらに、吸気流制御バルブを成形型内にインサートとして配置して、ハウジングと一緒に一組の成形型内で同時に成型するので、吸気流制御バルブとハウジングとの間のシール隙間の精度を向上させることができる。そして、ハウジング側ベアリングと被摺動部孔との同軸度も確保できる。言い換えれば、一組の成形型内で同時に成型した二つの部品を組で使用するので、二つの部品の関連で形成されるシール隙間および前記同軸度の製品バラツキは抑制される。すなわち、個々のシール隙間を極力小さく形成することが可能となる。

そして、本発明に係る成型方法は、樹脂製部材の長さを規定する独立した型を使用することを特徴としているので、簡単な方法により、樹脂製部材の長さを規定することが可能となり、バルブシャフトの摺動抵抗を適切な値とすることができる。

また、本明細書においては、吸気流制御バルブに関して論述しているが、本発明に係る構成をエンジン用スロットルバルブに利用することは勿論可能である。さらに「長方形」に替えて「多角形」とした変形例も、本願発明の思想の範囲内である。

本発明に係る方法により製作された吸気流制御バルブである。 本発明に係る方法を説明する図である。 本発明に係る方法を説明する図である。 本発明に係る方法により製作された吸気流制御バルブ装置である。 本発明に係る方法により製作された吸気流制御バルブ装置である。 本発明に係る方法により製作された吸気流制御バルブユニットである。 従来の方法により製作された吸気流制御バルブの断面図である。 従来の方法により製作された吸気流制御バルブを備えたエンジンの断面図である。 従来の方法により製作された吸気流制御バルブ装置である。

符号の説明

１０ 従来例の吸気流制御バルブ装置
５０ 本発明に係る吸気流制御バルブ装置

Claims (2)

1. 金属製の吸気流制御バルブ（６２）を成形型（Ａ，Ｂ）内にインサートとして配置し、
   前記吸気流制御バルブを囲繞するハウジング（６１）と、
   前記吸気流制御バルブの回動中心部（６２ａ）に固定され、多角形の孔（６３ａ）を有する樹脂製部材（６３）と、を一組の成形型を使用して同時に樹脂成型することを特徴とする吸気流制御バルブユニット（６０）の成型方法。
2. 前記樹脂製部材の長さ（Ｌ）を規定する独立した成形型を使用することを特徴とする、請求項１に記載の吸気流制御バルブユニット（６０）の成型方法。

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