JP4429787B2 - スロットルバルブの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、スロットルバルブの製造方法に関する。特に、内燃機関（エンジン）の吸入空気量制御装置に配設されて吸入空気量を制御するスロットルバルブの製造方法に関する。

従来より自動車等の内燃機関においては、軽量化を目的として周辺部品の樹脂化が図られている。その一環として、吸入空気量制御装置の吸気通路内に回動可能に配設されて該吸気通路を開閉するスロットルバルブの樹脂化も図られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１には、棒状のシャフト部材（以下「スロットルシャフト」という。）の円周回りに樹脂を充填してスロットルシャフト及びスロットルバルブを成形する工程が開示されている。

図６から図８に従来工程によるスロットルバルブの製造方法を示す。図６は従来工程で製造されるスロットルバルブの成形の様子を示す概念図、図７は前記工程で製造されたスロットルバルブの底面図、図８は従来工程において樹脂射出方向を斜めとした場合のスロットルバルブの成形の様子を示す概念図である。
図６は、射出成形金型によって画定された所定のキャビティ（空間）５０の頂上部に、下向きに開口する樹脂射出ゲート３０を設け、キャビティ５０内に樹脂を射出充填させてスロットルバルブ１０（図７参照）を成形している様子を示している。樹脂射出ゲート３０から射出された溶融状態の樹脂は、先ず矢印３１方向から流れて棒状の金属製スロットルシャフト２０に当った後分岐され、一方で、矢印３１ａ方向に流れてキャビティ５０の端部にまで行き渡りバルブ体１１の半円板部１１ｂ（図７参照）を形成し、他方で、スロットルシャフト２０の下半分の円周回りに矢印３１ｂ方向に回り込んでバルブ体１１のシャフト被覆部１１ａを形成する。最終的にはバルブ体１１を形成している樹脂は硬化し、図７に示す底面を有するバルブ体１１とスロットルシャフト２０とが一体化したスロットルバルブ１０が製造される。

ここで留意すべきなのは、バルブ体１１のシャフト被覆部１１ａの表面に発生したウェルドライン（ウェルドマーク）３２の存在である（図７参照）。ウェルドライン３２とは樹脂表面上の細い線状の成形欠陥をいい、溶融樹脂の二つ以上の流れが会合する部分に発生する。例えば、図６に示すように、溶融樹脂は矢印３１ｂ方向に流れてスロットルシャフト２０の下部表面の軸線上の部位３２で会合するため、前記部位にウェルドライン３２が発生する。このウェルドライン３２は、バルブ体１１の底面において、図７に示すようにシャフト被覆部１１ａの軸線上の部位に略直線状の形状で現れる。

ウェルドライン３２が樹脂製品の表面上に発生すると、そのウェルドライン３２が切り欠きを構成して応力の集中を招くため、一般に当該箇所の強度が低下する。そのため、特に、シャフト被覆部１１ａの軸線上の部位にウェルドライン３２が発生することは好ましくない。スロットルシャフト２０を挟んで両側に半円板部１１ｂが延設されているスロットルバルブ１０の構造上、半円板部１１ｂにかかる吸入空気の圧力等による曲げ応力がスロットルシャフト２０を支点として前記軸線上の部位に集中するからである。
なお、図６に示す樹脂射出ゲート３０は、スロットルシャフト２０の円周回りに設けられたキャビティ５０の頂上部において、当該軸線上に所定の間隔をもって２点以上設けられることもあるし、１点のみ設けられることもある。いずれの場合においても、ウェルドライン３２は、図６及び図７に示すように樹脂射出ゲート３０から射出された溶融樹脂がスロットルシャフト２０によって分岐された後に再び会合する部分３２に発生する。

ウェルドライン３２の発生は従来より知られているが、樹脂射出成形においてウェルドライン３２を完全になくすことは困難であるため、キャビティ５０上の樹脂射出ゲート３０を設ける位置又は樹脂射出方向を変更すること等によりウェルドライン３２の発生部位を制御する試みがなされている（例えば特許文献２又は３参照。）。特許文献２には、樹脂成形されるスロットルバルブ１０の真円度の向上を目的としてウェルドライン３２の発生部位の肉厚を変更する方法が開示されており、また、特許文献３には、シート状の製品を樹脂成形するにあたり溶融樹脂の射出方向を斜め方向としてウェルドライン３２が直線状に発生することを抑える方法が開示されている。
特開平１１−２９４２０３号公報（請求項９、第２の実施例、図６（ｂ）参照。） 特開２０００−８８８８号公報（請求項１参照。） 特開２００３−３４０８８９号公報（請求項１、図１参照。）

しかし、特許文献２及び３に開示されている発明は、樹脂成形する製品自体の形状が異なるため、本発明が目的とするスロットルシャフト２０の周りに樹脂を充填形成して製造されるスロットルバルブ１０に対してはそのまま応用できない。また、特許文献３に開示されている溶融樹脂の射出方向を斜めとする方法を図６に示す樹脂成形工程に適用しても、図８に示すように、ウェルドライン３２の位置がスロットルシャフト２０の中心軸に関して樹脂射出ゲート３０との対称位置にずれるだけで、強度上問題となるバルブ体１１のシャフト被覆部１１ａ表面にウェルドライン３２が直線状に発生することには変わりがない。さらに、樹脂射出ゲート３０のキャビティ５０に対する位置を変更することによって、ウェルドライン３２の発生部位を、例えばバルブ体１１の半円板部１１ｂの近傍部位のような強度上問題のない部位に変更しようとしても、樹脂射出ゲート３０の位置を変更できる自由度はそれ程大きなものではない。また、バルブ体１１の形状は対称形であることが望ましいため、樹脂射出ゲート３０をバルブ体１１の対称軸線上に配置したいという要請もある。

本発明は上述した従来の問題点を解決するために創案されたものであって、本発明が解決しようとする課題は、スロットルシャフトの周りに樹脂を充填形成してスロットルバルブを製造する方法において、樹脂射出ゲートの位置あるいは樹脂射出方向に特段の工夫を凝らすことなく、スロットルバルブの軸線上表面にウェルドラインが発生することを抑えることにある。

上記課題を解決するための手段として、本発明の第１の発明に係るスロットルバルブの製造方法は次の手段をとる。すなわち、樹脂射出ゲートから樹脂を射出充填して、棒状のシャフト部材の円周回りに樹脂を充填形成すると共に、該シャフト部材を挟んで両側に半円板形状のバルブ体を一体的に充填形成することにより、前記シャフト部材の円周周りを鋳ぐるんだシャフト被覆部及び前記シャフト部材を挟んで両側に延設された両半円板部を有するバルブ体を、前記シャフト部材に樹脂成形するスロットルバルブの製造方法であって、前記樹脂を充填するための樹脂射出ゲートの配置数及び配置間隔に対応して前記シャフト部材にその径方向に貫く貫通孔を設け、該貫通孔と前記樹脂射出ゲートとを対向した位置としてシャフト部材を配置し、樹脂射出ゲートから樹脂を射出して充填形成し、前記シャフト部材の貫通孔に、樹脂成形時において前記バルブ体の表裏両面を貫くように樹脂が充填されることにより、前記シャフト被覆部及び前記両半円板部を有する前記バルブ体に、前記シャフト部材を貫通するシャフト貫通部が形成される構成となっていることを特徴とする。
この第１の発明によれば、樹脂射出ゲートから射出されてシャフト部材の円周方向に回り込む溶融樹脂の流れに加えて、シャフト部材の径方向において樹脂射出ゲートから貫通孔に流入した後その貫通孔を樹脂出口としてシャフト部材の円周方向に回り込む溶融樹脂の流れを作ることができる。

本発明は上述した手段をとることにより、次の効果を得ることができる。
第１の発明によれば、樹脂射出ゲートの位置がシャフト部材の軸線上にあっても、射出された溶融樹脂がシャフト部材によって分岐されてシャフト部材の円周回りの左右両回り方向から回り込みシャフト部材表面の軸線上で会合することがなくなるため、ウェルドラインがシャフト部材表面の軸線上で直線状に発生することが抑えられる。これにより、スロットルバルブにおいて、応力の集中し易い前記軸線上に沿って強度が低下することがなくなる。

以下に本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて説明する。

本実施例は図１から図５に示されている。図１は本実施例に係るスロットルバルブの平面図、図２は図１のII-II線断面図及び前記スロットルバルブが配設された吸入空気量制御装置の縦断面図、図３は前記スロットルバルブの側面図、図４は前記スロットルバルブの製造方法を成形金型との関係で示す図２相当の縦断面図、図５は前記スロットルバルブの製造方法を溶融樹脂の流れとの関係で示す図４の拡大図である。本実施例において、上述した図６から図８に示す従来のスロットルバルブの製造方法に係る部品に対応する部品には同一符号を示している。

先ず、図１から図３に基づいて本実施例に係るスロットルバルブの構造を説明する。
スロットルバルブ１０は、円板形状の樹脂製のバルブ体１１の対称軸方向、すなわち円板平面内の直径方向に棒状の金属製のスロットルシャフト２０が貫通した構造を有している。バルブ体１１はスロットルシャフト２０の円周回りを鋳ぐるんだ樹脂製のシャフト被覆部１１ａを有している。シャフト被覆部１１ａにおいて、スロットルシャフト２０を挟んで両側に相対する方向には、半円板形状の樹脂製の半円板部１１ｂが一体的に形成されている。また、バルブ体１１の表裏両面においては、スロットルシャフト２０の軸方向と直交する方向に、複数の補強用のリブ１３が、所定の間隔をもってバルブ体１１と一体的に形成されている。リブ１３は、シャフト被覆部１１ａから半円板部１１ｂの端部に向かって高さがスロープ状に低くなり半円板部１１ｂ表面に合流するよう延設されている。

また、シャフト被覆部１１ａの軸方向の両端部にはそれぞれ、吸入空気量制御装置のボア部１５（図２参照）に設けられてスロットルシャフト２０を支承する周知の軸受部（図示省略）と当接する軸受当接部１１ｃが設けられている。一方、スロットルシャフト２０を挟んで相対する位置にあるそれぞれの半円板部１１ｂの半円周縁部には、吸入空気量制御装置の吸気通路を構成する円筒状のボア部１５の内壁面と当接するボア部当接面１４が形成されている。
図２に示すように、スロットルバルブ１０はスロットルシャフト２０を中心軸として開方向（反時計回り方向）に回動し、吸気通路を開く構成となっている。スロットルバルブ１０のボア部当接面１４及びボア部１５の対向部位には、スロットルバルブ１０が全閉位置（水平位置）で円筒状のボア部１５と当接係止されるように、スロットルバルブ１０の開方向に拡径するテーパがつけられている。
なお、吸入空気の流入方向は、図２において上から下に向かう方向である。

ここで、図１及び図３に基づいて、スロットルシャフト２０について説明する。
スロットルシャフト２０は棒状の金属であり、その軸方向両端部には軸受係合部２２が設けられている。両軸受係合部２２は、ボア部１５（図２参照）に配設されている一対の軸受（図示省略）に支承されて、ボア部１５を貫通する構成となっている。また、スロットルシャフト上のバルブ体１１が形成される部位において、スロットルシャフト２０の軸方向の略中心にあたる部位には、スロットルシャフト２０を径方向に貫く貫通孔２１が設けられている。樹脂成形時において、貫通孔２１にはバルブ体１１の表裏両面を貫くように樹脂が充填され、バルブ体１１のシャフト貫通部１２を形成する構成となっている。この構成により、スロットルバルブ１０においてスロットルシャフト２０とバルブ体１１とが結合されるため、バルブ体１１がスロットルシャフト２０の表面上に固着されない場合であっても、バルブ体１１はスロットルシャフト２０の回動に対して追従できる。
なお、バルブ体１１において、シャフト被覆部１１ａ、半円板部１１ｂ、軸受当接部１１ｃ、シャフト貫通部１２、及びリブ１３は、樹脂成形の際に成形金型内に溶融樹脂を充填して、一度に一体的に形成される。

次に、図４及び図５に基づいて、本実施例に係るスロットルバルブ１０の製造方法について説明する。
図４に示すように、バルブ成形金型４０内にスロットルシャフト２０をインサートしてバルブ体１１を樹脂射出成形する。バルブ成形金型４０は、バルブ体１１を成形するキャビティ５０を形成するように、上型４１、下型４２、複数の側面型４３、上補助型４４、及び下補助型４５から構成される。上補助型４４には、その下部に設けられているキャビティ５０に連通する樹脂射出ゲート３０が開口している。樹脂射出ゲート３０は上から見ると、略円形状をなすバルブ体１１の中心部に位置しており、スロットルシャフト２０の貫通孔２１と対向した位置となるように設けられる（図１参照）。

具体的な樹脂成形工程は次のようになる。
第１に、スロットルシャフト２０をバルブ成形金型４０内にインサートしてキャビティ５０の所定の位置に配置されるよう固定し、各型４１〜４５を型閉じしてキャビティ５０を画定し、そのキャビティ５０内に樹脂射出ゲート３０から溶融樹脂を射出充填してバルブ体１１を樹脂成形する。
第２に、バルブ体１１が硬化した後に各型４１〜４５を型開きして、製品、すなわちスロットルバルブ１０を取り出す。

ここで、図５に基づいて、上述した工程で溶融樹脂が樹脂射出ゲート３０から射出されてからキャビティ５０内に流入充填される様子について説明する。
先ず、樹脂射出ゲート３０から矢印３１方向に所定の圧力で射出された溶融樹脂は、スロットルシャフト２０の樹脂射出ゲート３０直下に設けられている貫通孔２１内を矢印３１ｃ方向に流入する。その流入により、瞬時に貫通孔２１から溢れ出す溶融樹脂の流れ（矢印３１ａ方向の流れ）と、矢印３１ｃ方向にそのまま流れた後に下補助型４５によって分岐される溶融樹脂の流れ（矢印３１ｄ方向の流れ）とが生じる。
次に、矢印３１ａ方向の流れは、図５に示す断面図から見るとスロットルシャフト２０の上半分の円周沿い（キャビティ５０上面から見ると樹脂射出ゲート３０を中心とした平面放射方向）に流れる。一方、矢印３１ｄ方向の流れは、図５に示す断面図から見るとスロットルシャフト２０の下半分の円周沿い（キャビティ５０下面から見ると貫通孔２１を中心とした底面放射方向）に流れる。
次に、矢印３１a方向の流れと矢印３１ｄ方向の流れが、キャビティ５０内で会合する。その会合部位は、バルブ体１１の半円板部１１ｂの付け根近傍の部位（図２参照）となる。その後、溶融樹脂はキャビティ５０の周辺部まで到達し、バルブ体１１の形状が形成される。

上述の溶融樹脂が会合する部位について定量的に説明すると次のようになる。
先ず、前記会合部位は両方向に流れる溶融樹脂流量の比に依存する。例えば、矢印３１ａ方向の溶融樹脂流量の方が矢印３１ｄ方向の溶融樹脂流量よりも多ければ、前記会合部位は図５に示す断面図において、スロットルシャフト２０の下半分側にずれ込むことになる。次に、前記両方向に流れる溶融樹脂流量の比は、溶融樹脂の温度、樹脂射出ゲート３０の口径や射出圧力、樹脂の流動特性、スロットルシャフト２０の貫通孔２１の大きさ等の諸条件に依存する。なお、本実施例においては、使用樹脂はガラス繊維強化が施されたＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、溶融樹脂温度は２８５℃、口径１ｍｍの樹脂射出ゲート３０からの射出圧力は７０ＭＰａ、直径７ｍｍのスロットルシャフト２０に設けられている貫通孔２１の直径は３ｍｍ、という条件である。

上記条件から明らかなように、スロットルシャフト２０の貫通孔２１の直径は樹脂射出ゲート３０の口径の３倍であり、樹脂射出ゲート３０から射出された溶融樹脂は全て貫通孔２１内に導かれる。そのため、キャビティ５０内に流入する溶融樹脂には、一方で、貫通孔２１内の中心部を樹脂射出ゲート３０内からの射出圧力に従って矢印３１ｃ方向に流れた後に矢印３１ｄ方向から流入するものと、他方で、下補助型４５で跳ね返されて貫通孔２１内を周囲伝いに上方に流れて貫通孔２１から溢れ出した後に矢印３１ａ方向に流入するものとが生じる。
このため、矢印３１ａ方向の溶融樹脂の流量は射出圧力を直接受けていないが貫通孔２１上部の周囲部全体から流入したものである一方、矢印３１ｄ方向の溶融樹脂の流量は射出圧力を直接受けているが貫通孔２１下部の中心部のみから流入したものとなる。すなわち、射出圧力の効果と流入経路の効果とが相殺し合う。結果的には、矢印３１ａ方向の溶融樹脂の流量と比べると、矢印３１ｄ方向の溶融樹脂の流量の方が僅かに多いか、あるいはほぼ等しい程度となり、矢印３１ａ方向に流れる樹脂と矢印３１ｃ方向に流れる樹脂とは、キャビティ５０内においてバルブ体１１の半円板部１１ｂの付け根近傍の部位で会合する。

したがって、本実施例においては図７に示すようなウェルドライン３２がバルブ体１１のシャフト被覆部１１ａの表面上に発生することがなくなる。なお、溶融樹脂がバルブ体１１の半円板部１１ｂの付け根近傍部位で会合することに起因して、ウェルドライン３２のような細い線状の成形欠陥が発生しているとしても、その発生部位はバルブ体１１の内部となるため、そのウェルドライン３２がバルブ体１１の表面上の切り欠きとなって応力集中を招くおそれはない。また、仮にバルブ体１１の表面上に発生したとしても、前記付け根近傍部位には複数設けられている補強用のリブ１３があるため、強度上問題とはならない。
なお、本実施例においては、バルブ体１１のシャフト被覆部１１ａ及び半円板部１１ｂのいずれの表面上にもウェルドライン３２は認められなかった。

以上本発明に係るスロットルバルブの製造方法の実施例について説明したが、本発明はその他各種の形態で実施できるものである。
例えば、前記実施例においては、スロットルシャフト２０に設けられた貫通孔２１は一つのみであったが、スロットルシャフト２０の径方向に二つないしは三つ設けることも可能である。このとき、樹脂射出ゲート３０はそれぞれの貫通孔２１に対向した位置に設けられることになる。複数の樹脂射出ゲート３０は、キャビティ５０の容積が大きい場合に有効である。
なお、この場合は、複数の樹脂射出ゲート３０それぞれからキャビティ５０内に流入する溶融樹脂が会合する部位においてウェルドライン３２が発生することが懸念されるが、ウェルドライン３２はスロットルシャフト２０の軸線方向と直交する方向において発生するため、強度上問題となるスロットルシャフト２０表面上の軸線方向に発生することは回避できる。

本発明の実施例に係るスロットルバルブの平面図である。 図１のII-II線断面図及び本発明の実施例に係るスロットルバルブが配設された吸入空気量制御装置の縦断面図である。 本発明の実施例に係るスロットルバルブの側面図である。 本発明の実施例に係るスロットルバルブの製造方法を成形金型との関係で示す図２相当の縦断面図である。 本発明の実施例に係るスロットルバルブの製造方法を溶融樹脂の流れとの関係で示す図４の拡大図である。 従来工程で製造されるスロットルバルブの成形の様子を示す概念図である。 従来工程で製造されたスロットルバルブの底面図である。 従来工程において樹脂射出方向を斜めとした場合のスロットルバルブの成形の様子を示す概念図である。

符号の説明

１０ スロットルバルブ
１１ バルブ体
１１ａ シャフト被覆部
１１ｂ 半円板部
１１ｃ 軸受当接部
１２ シャフト貫通部
１３ リブ
１４ ボア部当接面
１５ ボア部
２０ スロットルシャフト（シャフト部材）
２１ 貫通孔
２２ 軸受係合部
３０ 樹脂射出ゲート
３１ 樹脂流入方向
３２ ウェルドライン（溶融樹脂会合部位）
４０ バルブ成形金型
４１ 上型
４２ 下型
４３ 側面型
４４ 上補助型
４５ 下補助型
５０ キャビティ（空間）

Claims (1)

1. 樹脂射出ゲートから樹脂を射出充填して、棒状のシャフト部材の円周回りに樹脂を充填形成すると共に、該シャフト部材を挟んで両側に半円板形状のバルブ体を一体的に充填形成することにより、前記シャフト部材の円周周りを鋳ぐるんだシャフト被覆部及び前記シャフト部材を挟んで両側に延設された両半円板部を有するバルブ体を、前記シャフト部材に樹脂成形するスロットルバルブの製造方法であって、
   前記樹脂を充填するための樹脂射出ゲートの配置数及び配置間隔に対応して前記シャフト部材にその径方向に貫く貫通孔を設け、該貫通孔と前記樹脂射出ゲートとを対向した位置としてシャフト部材を配置し、樹脂射出ゲートから樹脂を射出して充填形成し、
   前記シャフト部材の貫通孔に、樹脂成形時において前記バルブ体の表裏両面を貫くように樹脂が充填されることにより、前記シャフト被覆部及び前記両半円板部を有する前記バルブ体に、前記シャフト部材を貫通するシャフト貫通部が形成される構成となっている
   ことを特徴とするスロットルバルブの製造方法。

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