JP2007068378A - モータアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 車両振動やエンジン振動による吸気流制御バルブのばたつきを抑制することを課題とする。
【解決手段】 電動モータ６のヨークハウジング４１の前端面とウォームギヤ５１のモータ側端面との間に、ウォームギヤ５１に対して、車両振動やエンジン振動を要因とする反力に打ち勝つ与圧力を印加するコイルスプリング１０を配置している。また、電動モータ６のモータシャフト７のハウジング側端面とハウジング９の底壁面との間に、ウォームギヤ５１に対して、車両振動やエンジン振動を要因とする反力に打ち勝つ与圧力を印加するコイルスプリング１０を配置している。これにより、車両振動やエンジン振動が電動モータ６に伝達されても、ウォームギヤ５１とこのウォームギヤ５１と噛み合うヘリカルギヤとの歯面間の隙間内でウォームギヤ５１がスラスト方向にガタ付き難くなる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、モータに駆動される第１ギヤとこの第１ギヤと噛み合う第２ギヤとの歯面間に形成される隙間を狭くして振動による第１、第２ギヤのガタ付きを抑制するようにしたモータアクチュエータを備えた内燃機関用吸気渦流発生装置に関するものである。

［従来の技術］
従来より、内燃機関の吸気系において、スロットルバルブよりも吸入空気の流れ方向の下流側の吸気管内に吸気流制御バルブを配設し、内燃機関の始動時またはアイドル運転時、あるいは車両走行中に、吸気流制御バルブをモータ駆動して、吸気管内に形成される吸気通路のメイン通路を閉塞し、吸気通路の一部（通路壁面寄りの部分）のみを開放することにより、内燃機関の吸気ポート付近に吸気偏流を生起させて、内燃機関の吸気ポートから燃焼室内に流入する吸入空気に渦流を生起させ、内燃機関の燃焼室内において混合気の燃焼を促進させ、エミッションの改善や燃費の向上を図るようにした内燃機関用吸気渦流発生装置が公知である（例えば、特許文献１及び２参照）。

この種の内燃機関用吸気渦流発生装置は、図８および図９に示したように、吸気流制御バルブ１０１を閉弁駆動（または開弁駆動）するバルブ駆動装置（モータアクチュエータ）１０２を備えている。このバルブ駆動装置１０２は、吸気流制御バルブ１０１を保持固定する駆動軸１０３を駆動する駆動力を発生する電動モータ１０４と、この電動モータ１０４のモータシャフト１０５に固定されたウォームギヤ１０６、このウォームギヤ１０６と噛み合うヘリカルギヤ１０７等を有する歯車減速機構とによって構成されている。なお、歯車減速機構は、電動モータ１０４のモータシャフト１０５の回転速度を所定の減速比に減速する減速機能と、電動モータ１０４の駆動力を吸気流制御バルブ１０１の駆動軸１０３に伝達する動力伝達機能とを兼ね備えている。また、バルブ駆動装置１０２は、歯車減速機構の一部にウォームギヤ１０６とヘリカルギヤ１０７とを利用しているので、吸気流制御バルブ１０１の動作停止時（例えばバルブ全開時またはバルブ全閉時）に、吸気流制御バルブ１０１を所定の動作停止位置で保持するセルフロック効果を得ることができる。

［従来の技術の不具合］
ところが、従来の内燃機関用吸気渦流発生装置においては、車両振動やエンジン振動が、内部にモータ収容孔およびギヤ室を形成するハウジングに伝わり、その振動が電動モータ１０４およびウォームギヤ１０６のスラスト方向に作用すると、電動モータ１０４の端面部とハウジングの内壁面との間にガタがあるため、ウォームギヤ１０６とヘリカルギヤ１０７との歯面間の隙間（バックラッシュ）内でウォームギヤ１０６がスラスト方向にガタ付いてしまい、セルフロック効果を失い、ヘリカルギヤ１０７および吸気流制御バルブ１０１が吸気管１０９内に形成される吸気通路１１０の内部でばたついてしまうという問題があった。

また、従来の内燃機関用吸気渦流発生装置においては、車両振動やエンジン振動によってウォームギヤ１０６とヘリカルギヤ１０７との歯面間の隙間内でウォームギヤ１０６がスラスト方向にガタ付くと、ウォームギヤ１０６の歯面とヘリカルギヤ１０７の歯面とが衝突または摩擦を繰り返すため、ウォームギヤ１０６の歯面またはヘリカルギヤ１０７の歯面が異常摩耗する可能性がある。この場合には、吸気流制御バルブ１０１を閉弁駆動（または開弁駆動）する際に、電動モータ１０４によりウォームギヤ１０６が回転駆動されても、ウォームギヤ１０６とヘリカルギヤ１０７との噛み合い不良によってウォームギヤ１０６がヘリカルギヤ１０７に対して空回りしたり、あるいはウォームギヤ１０６とヘリカルギヤ１０７とが噛み込んだりして、歯車減速機構の動力伝達機能を失い、バルブ駆動装置１０２としての性能が損なわれてしまうという問題が生じる。

また、吸気流制御バルブ１０１の動作停止時に、吸気流制御バルブ１０１を所定の動作停止位置（例えば全閉位置または全開位置）で保持するセルフロック効果が失われて、吸気流制御バルブ１０１が吸気通路１１０内でばたついた場合には、吸気管１０９内に形成される吸気通路１１０のメイン通路の開口面積が増減するため、内燃機関の燃焼室内に吸入される吸入空気量が変化してしまう。そして、この吸入空気量の変化を要因としてエンジン回転速度が変動するため、車両の運転性（ドライバビリティ）が悪化するという問題が生じる。
特開２００１−２４８４４９号公報（第１−７頁、図１−図８） 特開２００２−２５６８７４号公報（第１−６頁、図１−図９）

本発明の目的は、移動体の動作停止時における、振動による移動体のばたつきを抑制することのできるモータアクチュエータを提供することにある。また、移動体および第２ギヤのセルフロック効果を維持することのできるモータアクチュエータを提供することにある。

請求項１に記載の発明によれば、モータにより駆動される第１ギヤ、あるいはこの第１ギヤと噛み合う第２ギヤに対して、第１ギヤの歯面と第２ギヤの歯面とを押し付ける方向に、振動を要因とする反力に打ち勝つ与圧力を印加する与圧力印加手段を設けたことにより、振動がモータ、第１ギヤまたは第２ギヤのいずれかに伝達されても、第１ギヤと第２ギヤとの歯面間の隙間内で第１ギヤまたは第２ギヤがガタ付き難くなる。これにより、第１ギヤに対して、移動体側に設置される第２ギヤが振れ難くなるので、移動体の動作停止時における、振動による移動体のばたつきを抑制することが可能となる。これによって、移動体および第２ギヤのセルフロック効果を維持できるので、第１ギヤの歯面と第２ギヤの歯面との異常摩耗を防止することができる。また、第１ギヤおよび第２ギヤを含む動力伝達機構の性能の低下を抑制できるので、モータアクチュエータとしての性能が損なわれることがない。

ここで、上記の与圧力印加手段として、第１ギヤに対して、第１ギヤのスラスト方向に、振動を要因とする反力に打ち勝つ与圧力（与圧荷重、予荷重）を印加するスプリング、板バネ、ワッシャまたはゴム材料等の弾性変形部材を用いても良い。また、上記の与圧力印加手段として、第２ギヤに対して、第２ギヤの回転方向に、振動を要因とする反力に打ち勝つ与圧力（与圧荷重、予荷重）を印加するスプリング、板バネ、ワッシャまたはゴム材料等の弾性変形部材を用いても良い。

請求項２に記載の発明によれば、モータの出力軸に固定されたウォームギヤ、あるいはこのウォームギヤと噛み合って回転するヘリカルギヤに対して、ウォームギヤの歯面とヘリカルギヤの歯面とを押し付ける方向に、振動を要因とする反力に打ち勝つ与圧力を印加する与圧力印加手段を設けたことにより、振動がモータまたはウォームギヤのいずれかに伝達されても、ウォームギヤとヘリカルギヤとの歯面間の隙間内でウォームギヤが、モータの出力軸の軸線方向（スラスト方向）にガタ付き難くなる。これにより、モータ側に設置されるウォームギヤに対して、移動体側に設置されるヘリカルギヤが振れ難くなるので、移動体の動作停止時における、振動による移動体のばたつきを抑制することが可能となる。これによって、請求項１に記載の発明の効果を得ることができる。

請求項３に記載の発明によれば、モータの出力軸に固定されたヘリカルギヤ、あるいはこのヘリカルギヤと噛み合って回転するウォームギヤに対して、ヘリカルギヤの歯面とウォームギヤの歯面とを押し付ける方向に、振動を要因とする反力に打ち勝つ与圧力を印加する与圧力印加手段を設けたことにより、振動がモータまたはヘリカルギヤのいずれかに伝達されても、ヘリカルギヤとウォームギヤとの歯面間の隙間内でヘリカルギヤが、モータの出力軸の軸線方向（スラスト方向）にガタ付き難くなる。これにより、モータ側に設置されるヘリカルギヤに対して、移動体側に設置されるウォームギヤが振れ難くなるので、移動体の動作停止時における、振動による移動体のばたつきを抑制することが可能となる。これによって、請求項１に記載の発明の効果を得ることができる。

請求項４に記載の発明によれば、モータは、ハウジングのモータ収容孔の内部で収容されている。そして、モータの出力軸を、モータの出力軸のラジアル方向に弾性変形が可能な弾性部材を介して、ハウジングの軸受部に回転自在に支持するようにしても良い。この場合には、振動がモータに伝達されても、モータの出力軸の振動が弾性部材によって減衰されるため、第１ギヤまたは第２ギヤが、モータの出力軸の半径方向（ラジアル方向）にガタ付き難くなる。これにより、モータ側に設置される第１ギヤがラジアル方向に振れ難くなる。

請求項５に記載の発明によれば、移動体は、動力伝達機構に駆動連結されたバルブ軸を有し、このバルブ軸と一体的に回転運動を行うバルブであることを特徴としている。なお、このバルブを、ハウジングの空気通路内を流れる空気の流量を制御する流量制御弁として用いても良い。そして、この流量制御弁を、内燃機関の燃焼室内に吸入される吸入空気量を調節するスロットルバルブ、アイドル回転速度制御弁、吸気制御弁等に用いても良い。また、流量制御弁を、内燃機関の燃焼室より排出される排気ガスの流量を調節する排気制御弁等に用いても良い。また、流量制御弁を、内燃機関の排気ガスの一部を吸気側に再循環させる排気ガス還流量を調節する排気ガス還流量制御弁等に用いても良い。

請求項６に記載の発明によれば、移動体を、ハウジング内に形成される吸気通路の一部を開閉することで、吸気通路から内燃機関の燃焼室内に流入する空気に渦流を生起させる吸気流制御弁として用いても良い。そして、この吸気流制御弁を、吸気通路から燃焼室内に流入する空気に横方向の渦流を生起させるスワール流制御弁として用いても良い。また、吸気流制御弁を、吸気通路から燃焼室内に流入する空気に縦方向の渦流を生起させるタンブル流制御弁として用いても良い。

請求項７に記載の発明によれば、移動体を、内燃機関の運転状態（例えばエンジン回転速度等）に対応してハウジング内に形成される吸気通路の通路長または開口面積を可変して、内燃機関の出力を向上させる可変吸気装置に適用されて、ハウジング内に形成される吸気通路を開閉することで、吸気通路の通路長または開口面積を変更する可変吸気弁として用いても良い。また、移動体を、動力伝達機構に駆動連結された駆動軸を有し、この駆動軸と一体的に回転運動を行う回転体としても良い。また、動力伝達機構と移動体との間に、減速機構の回転運動を直線運動に変換する運動方向変換機構を介装し、移動体を、運動方向変換機構に駆動連結された駆動軸を有し、この駆動軸と一体的に直線運動を行うバルブ等の移動体としても良い。

本発明を実施するための最良の形態は、例えば移動体（バルブ等の回転体）の動作停止時における、車両振動やエンジン振動による移動体のばたつきを抑制するという目的を、モータにより駆動される第１ギヤ、あるいはこの第１ギヤと噛み合う第２ギヤに対して、第１ギヤの歯面と第２ギヤの歯面とを押し付ける方向に、振動を要因とする反力に打ち勝つ与圧力を印加する与圧力印加手段（スプリング、板バネ、ワッシャまたはゴム材料等の弾性変形部材）を設けることで実現した。

［実施例１の構成］
図１ないし図３は本発明の実施例１を示したもので、図１は内燃機関用吸気システムの概略構成を示した図で、図２は内燃機関用吸気渦流発生装置の概略構成を示した図で、図３はモータアクチュエータの全体構造を示した図である。

本実施例の内燃機関用吸気システム（内燃機関の吸気装置）は、自動車等の車両に搭載された内燃機関（以下エンジンと言う）１の吸気系統に設けられている。このエンジン１には、エンジン吸気管１１およびエンジン排気管（図示せず）が接続されている。ここで、エンジン１のシリンダ１２には、図示上下方向に往復運動を行うピストン１３が摺動自在に支持されている。ピストン１３の図示上方には、シリンダ１２とシリンダヘッドとによって区画された燃焼室１４が形成されている。この燃焼室１４の上部のシリンダヘッドには、燃料噴射弁（インジェクタ）１５が設置されている。また、シリンダヘッドには、吸気バルブ１６により開閉される吸気ポート１７、および排気バルブ１８により開閉される排気ポート１９が形成されている。

エンジン吸気管１１は、エアクリーナ２１、スロットルボデー２２およびインテークマニホールド２３等によって構成され、内部にエンジン１の吸気ポート１７に連通する吸気通路を形成している。このエンジン吸気管１１には、レゾネータ（消音器）２４、スロットバルブ２５および吸気可変バルブ２６が設けられている。そして、スロットルバルブ２５は、スロットルボデー２２に回転自在に軸支されたバルブ軸を有し、このバルブ軸と一体的に回転運動を行う空気流量制御弁である。このスロットルバルブ２５を備えた内燃機関用スロットル開度制御装置は、運転者（ドライバー）の踏み込み量（ドライバーのアクセル操作量）に対応して電動モータを駆動して、スロットルバルブ２５の回転角度に相当するスロットル開度を変更することで、エンジン１の燃焼室１４内に吸入される吸入空気量を制御して、エンジン１の出力（エンジン回転速度またはエンジン出力軸トルク）をコントロールするシステムである。

吸気可変バルブ２６は、インテークマニホールド２３に回転自在に軸支されたバルブ軸を有し、このバルブ軸と一体的に回転運動を行うことで、インテークマニホールド２３の吸気通路長（または吸気通路断面積）を２段階に切り替える空気流路開閉制御弁である。この吸気可変バルブ２６を備えた内燃機関用可変吸気制御装置は、エンジン回転速度およびエンジン負荷等に対応して電動モータを駆動して、吸気可変バルブ２６を開閉制御することで、吸入空気に慣性過給効果または共鳴過給効果を与えて、エンジン１の出力（エンジン出力軸トルク）を向上させるシステムである。なお、インテークマニホールド２３内に形成される吸気通路のうちで、エンジン回転速度が低中速回転領域の時に使用する吸気通路２７は、エンジン回転速度が高速回転領域の時に使用する吸気通路２８よりも吸気通路長が長くなるように形成されている。

ここで、本実施例の内燃機関用吸気システムは、エンジン１の燃焼室１４内において燃料または混合気の燃焼を促進させるための横方向の吸気渦流（スワール流）を生成することが可能な内燃機関用吸気渦流発生装置を備えている。これは、エンジン１のシリンダヘッドに一体的に設けられた筒状のハウジング２と、このハウジング２の内部（つまりエンジン１の吸気ポート１７の内部）において開閉自在に収容された吸気流制御バルブ３と、この吸気流制御バルブ３を全開方向（または全閉方向）に付勢するコイルスプリング（バルブ付勢手段）４とを備えている。また、吸気流制御バルブ３を閉弁駆動（または開弁駆動）するモータアクチュエータ（バルブ駆動装置）５は、電力によって運転される電動モータ６、およびこの電動モータ６のモータシャフト（出力軸）７の回転運動を吸気流制御バルブ３に伝達する動力伝達機構等によって構成されている。また、内燃機関用吸気システムは、エンジン１の運転状態に基づいて吸気流制御バルブ３の動力源である電動モータ６を電子制御するエンジン制御ユニット（以下ＥＣＵと呼ぶ：図示せず）を備えている。

ここで、ＥＣＵには、制御処理、演算処理を行うＣＰＵ、各種プログラム、データを保存する記憶装置（ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリ）等の機能を含んで構成される周知の構造のマイクロコンピュータが設けられている。このＥＣＵは、イグニッションスイッチがオン（ＩＧ・ＯＮ）すると、メモリ内に格納されている制御プログラムに基づいて、電動モータ６に供給する供給電力を調整して電動モータ６の回転運動を制御するモータ制御ユニットである。そして、ＥＣＵは、エンジン始動時またはアイドル運転時に、図示しないクランク角度センサ等のセンサ信号によってエンジン回転速度を検出し、このエンジン回転速度に応じて電動モータ６に電力を供給して吸気流制御バルブ３が全閉状態となるように吸気流制御バルブ３を閉弁駆動する。また、ＥＣＵは、エンジン１の定常運転時に、エンジン回転速度を検出し、このエンジン回転速度に応じて電動モータ６に電力を供給して吸気流制御バルブ３の回転角度（バルブ開度）を制御する。例えば吸気流制御バルブ３が半開状態となるように吸気流制御バルブ３を開弁駆動する。あるいは吸気流制御バルブ３が全開状態となるように吸気流制御バルブ３を開弁駆動しても良い。

ハウジング２の内部、つまりエンジン１の吸気ポート１７は、隔壁部２９によって第１空気流路（スワールポート）３１と第２空気流路（メインポート）３２とに気密的に区画されている。スワールポート３１は、エンジン１の吸気ポート１７の中で一方側に設けられて、エンジン１の燃焼室１４内に吸気渦流を発生させる。また、メインポート３２は、エンジン１の吸気ポート１７の中でスワールポート３１よりも図示下方側に設けられている。なお、ハウジング２は、エンジン１のシリンダヘッドに一体的に形成されていても構わないし、エンジン１のシリンダヘッドと別体で製造した後に、エンジン１のシリンダヘッドに結合しても構わない。

吸気流制御バルブ３は、メインポート３２の開度を制御してスワールポート３１内に積極的に空気流を流すことで燃焼室１４内に吸気渦流（スワール流）を発生させるスワール流コントロールバルブである。なお、吸気流制御バルブ３は、エンジン始動時またはアイドル運転時に、電動モータ６の駆動力（モータ出力軸トルク）によって全閉状態となる。また、吸気流制御バルブ３は、エンジン１の低速回転域（エンジン回転速度が例えば２０００ｒｐｍ程度）の時に、電動モータ６の駆動力（モータ出力軸トルク）によって半開状態となる。さらに、吸気流制御バルブ３は、エンジン１の中速・高速回転域（エンジン回転速度が例えば２５００ｒｐｍ以上）の時に、コイルスプリング４の付勢力（スプリング力、捩じり弾性力）によって全開状態となる。そして、吸気流制御バルブ３は、動力伝達機構の出力部に駆動連結されたバルブ軸（駆動軸）３３を有し、このバルブ軸３３と一体的に回転運動を行う移動体（回転体）である。なお、バルブ軸３３の軸方向の両端部は、ボールベアリング３４を介して、ハウジング２のバルブ軸受部３５に回転自在に軸支されている。

電動モータ６は、ＥＣＵによって通電制御される直流（ＤＣ）モータが採用されている。この電動モータ６は、円筒部を有するヨークハウジング４１の前端面より回転軸方向（モータシャフト７の回転中心軸線方向：以下軸方向またはスラスト方向と呼ぶ）の一方側に突出するように設けられたモータシャフト７に一体化されたロータ（アーマチャ）、このロータの外周側に対向配置されたステータ（フィールド）等によって構成されたブラシ付きのＤＣモータである。ロータには、アーマチャコイル（電機子巻線）が巻回されたロータコア（アーマチャコア）、およびアーマチャコイルに電気的に接続されたコンミテータ等が設けられている。また、ステータには、ヨークハウジング４１、およびこのヨークハウジング４１の内周面に保持された永久磁石等が設けられている。また、コンミテータの外周面には、アーマチャコイルに給電を行うためのブラシが摺接している。なお、ブラシ付きの直流（ＤＣ）モータの代わりに、ブラシレスＤＣモータや、三相誘導電動機等の交流（ＡＣ）モータを用いても良い。

そして、電動モータ６は、ヨークハウジング４１がハウジング９に締結ネジ等を用いて締め付け固定されている。そして、電動モータ６は、ヨークハウジング４１の円筒部の外周面が、ハウジング２の側壁面に結合するハウジング（モータケース）９の内周面に密着した状態で、ハウジング９のモータ収容孔４２の内部に収容保持されている。また、ハウジング９の後端面より軸方向の他方側に突出するように設けられたモータコネクタ４３には、ブラシおよびコンミテータを介して、アーマチャコイルに電気的に接続されるターミナル（外部接続端子、モータ給電用端子）４４が保持されている。そして、電動モータ６のターミナル４４は、ＥＣＵにより電子制御されるモータ駆動回路を介して車両に搭載されたバッテリに電気的に接続されている。

モータシャフト７の軸方向の両端部は、ロータコアの両端面より突出するように設けられている。このモータシャフト７の軸方向のフロント側端部は、ヨークハウジング４１の前端面より軸方向の一方側に突出するように設けられており、電動モータ６のヨークハウジング４１の円筒軸受部に円環状のゴム系弾性体（弾性部材、ゴム部材）４５を介して回転自在に軸支されている。また、モータシャフト７の軸方向のリヤ側端部は、電動モータ６のヨークハウジング４１に結合されるエンドフレーム（モータハウジング、端面部）４６の円筒軸受部に円環状のゴム系弾性体（弾性部材、ゴム部材）４７を介して回転自在に軸支されている。

動力伝達機構は、電動モータ６のモータシャフト７の回転速度を所定の減速比となるように減速する歯車減速機構によって構成されている。この歯車減速機構は、電動モータ６のモータシャフト７に固定されたウォームギヤ（第１ギヤ）５１と、このウォームギヤ５１に噛み合うヘリカルギヤ（第２ギヤ）５２と、このヘリカルギヤ５２と同一軸心上に配置された出力用スパーギヤ５３とから構成されている。ヘリカルギヤ５２と出力用スパーギヤ５３との間には、両ギヤ５２、５３と一体的に回転動作を行う衝撃吸収部材（後述する）が配置されている。

また、ヘリカルギヤ５２および出力用スパーギヤ５３は、ウォームギヤ軸を構成するモータシャフト７の軸線方向に垂直に配置されたシャフト５４の外周に回転自在に支持されている。シャフト５４の両端部は、内部に歯車減速機構を収容するギヤ室５５を形成するハウジング９に圧入固定されている。衝撃吸収部材は、第１、第２プレート５６、５７および弾性部材（ゴム材料）５９等を有している。この衝撃吸収部材は、トルクの伝達が衝撃的に作用してしまう場合、例えば全閉位置に吸気流制御バルブ３が固定される瞬間において、弾性部材５９が変形する捩じり作用により、ウォームギヤ５１に伝達される衝撃荷重を緩和させて、ウォームギヤ５１のネジ締め状態が発生することを防止する機能を有している。

次に、出力用スパーギヤ５３と吸気流制御バルブ３のバルブ軸３３との間には、動力伝達機構（本実施例では歯車減速機構）の出力部が配置されている。この出力部は、出力用スパーギヤ５３に噛み合う入力用スパーギヤ６１、この入力用スパーギヤ６１に収容されたクッション（ゴム材料）と当接する第３プレート６２、コイルスプリング４の一端と係合する第４プレート６３等を有している。なお、第３プレート６２は、クッションを介して、入力用スパーギヤ６１と吸気流制御バルブ３のバルブ軸３３とを駆動連結するものである。この第３プレート６２には、吸気流制御バルブ３のバルブ軸３３の軸方向の端部に嵌合孔が形成されている。また、吸気流制御バルブ３のバルブ軸３３の軸方向の端部には、第３プレート６２の嵌合孔に嵌合する二面幅部が形成されている。この二面幅部は、バルブ軸３３と第３プレート６２との相対回転を防止する部位である。

ここで、歯車減速機構の出力部は、吸気流制御バルブ３のバルブ軸３３に駆動連結する入力用スパーギヤ６１を、吸気流制御バルブ３のバルブ軸３３に固定し、バルブ軸３３と共に回転自在な第３プレート６２とをコイルスプリング４によって繋ぐことで、例えばバックファイヤ等の異常燃焼を要因とする異常圧力が発生した時に、吸気流制御バルブ３に加わる異常圧力による衝撃荷重に抗して、コイルスプリング４を撓ませることにより、入力用スパーギヤ６１とモータ側歯車減速機構とを切り離すことができる。これにより、全閉状態で受ける異常荷重、すなわち、異常圧力の衝撃荷重に応じて、バルブ軸３３と一体の吸気流制御バルブ３を全閉状態から全開側へ回転させることができる。このため、全閉状態で受ける異常荷重は、異常圧力を逃がすことで緩和される。

ここで、本実施例の内燃機関用吸気渦流発生装置は、吸気流制御バルブ３の回転角度（バルブ開度）を電気信号（バルブ開度信号）に変換し、吸気流制御バルブ３が全閉位置に固定されているか、吸気流制御バルブ３が全開位置に固定されているか、吸気流制御バルブ３がどれだけ開いているかをＥＣＵへ出力する非接触式のバルブ開度検出装置を備えている。このバルブ開度検出装置は、図２に示したように、吸気流制御バルブ３のバルブ軸３３に固定された入力用スパーギヤ６１に設けられた永久磁石（マグネット）６４、およびこのマグネット６４と共に磁気回路を形成するバルブ開度センサ等によって構成されている。

バルブ開度センサは、マグネット６４に対向配置されて、マグネット６４により磁化される一対のヨーク（磁性体）、およびこれらのヨーク間に形成される磁気検出ギャップに配置されたホールＩＣ６５等によって構成されている。なお、ホールＩＣ６５は、ホール素子（非接触式の磁気検出素子）と増幅回路とを一体化したＩＣ（集積回路）であり、磁気検出ギャップを通過する磁束密度（ホールＩＣ６５に鎖交する磁束密度）に対応した電圧信号を出力する。また、図２中の符号６６は、吸気流制御バルブ３を全開位置にて規制する全開ストッパである。

ここで、本実施例のモータアクチュエータ５は、図３に示したように、車両振動やエンジン振動が、エンジン１のシリンダヘッドからハウジング９に伝わり、その振動がハウジング９のモータ収容孔４２の内部に保持固定された電動モータ６のスラスト方向に作用すると、電動モータ６のエンドフレーム４６とハウジング９の底壁面との間に隙間が形成されているため、電動モータ６のモータシャフト７に固定されているウォームギヤ５１とヘリカルギヤ５２との歯面間の隙間（バックラッシュ）内でウォームギヤ５１がスラスト方向にガタ付いてしまい、セルフロック効果を失い、ヘリカルギヤ５２および吸気流制御バルブ３がメインポート３２内でばたついてしまうという問題があった。

そこで、本実施例の内燃機関用吸気渦流発生装置のモータアクチュエータ５においては、電動モータ６のモータシャフト７およびウォームギヤ５１のスラスト方向のガタの発生を防ぎ、吸気流制御バルブ３のばたつきを抑制する目的で、電動モータ６のエンドフレーム４６とハウジング９の底壁面との間にコイルスプリング（テンションスプリング）１０を配置している。このコイルスプリング１０は、電動モータ６のエンドフレーム４６を、電動モータ６のモータシャフト７のスラスト方向の一方側（図示上側）に押圧することで、ウォームギヤ５１に対して、ウォームギヤ５１の歯面をヘリカルギヤ５２の歯面に押し付ける方向（ウォームギヤ５１のスラスト方向の一方側（図示上側））に、車両振動やエンジン振動を要因とする反力に打ち勝つ与圧力を印加する与圧力印加手段として機能する。

［実施例１の作用］
次に、本実施例の内燃機関用吸気渦流発生装置の作用を図１ないし図３に基づいて簡単に説明する。

ＥＣＵは、エンジン始動時またはアイドル運転時に、吸気流制御バルブ３が全閉状態となるように、電動モータ６に内蔵されたアーマチャコイルを通電する。電動モータ６のアーマチャコイルが通電されると、モータシャフト７が回転を開始する。この電動モータ６の回転出力は、モータシャフト７に固定されたウォームギヤ５１からヘリカルギヤ５２へ、更に、ヘリカルギヤ５２から衝撃吸収部材（弾性部材５９等）を経て出力用スパーギヤ５３へ、更に、出力用スパーギヤ５３から入力用スパーギヤ６１へと順に伝達される。そして、入力用スパーギヤ６１からモータアクチュエータ５の外部に取り出された電動モータ６の回転出力は、吸気流制御バルブ３のバルブ軸３３に伝達される。これにより、コイルスプリング４の付勢力に抗して、吸気流制御バルブ３がバルブ軸３３の回転中心軸線を中心にして回転して、メインポート３２が全閉（閉鎖）される。

これによって、エアクリーナ２１で濾過された吸入空気は、エンジン吸気管１１の吸気通路を経由して、エンジン１の吸気ポート１７内に流入する。このとき、吸気流制御バルブ３によってメインポート３２が閉鎖されているため、スワールポート３１だけの片側通気状態が形成される。これにより、エンジン１のシリンダ１２内の吸入空気に横方向の渦流（スワール流）が発生する。この吸気渦流の発生によりシリンダ１２内の燃焼速度が促進され、燃焼効率が向上して、アイドル運転時の燃費やエミッションが改善される。ここで、本実施例では、エンジン始動時またはアイドル運転時に、電動モータ６のアーマチャコイルを通電制御して、吸気流制御バルブ３のバルブ開度（バルブ位置）を全閉状態（全閉位置）となるようにしている。すなわち、モータアクチュエータ５によって常開型の吸気流制御バルブ３を閉弁駆動している。これとは逆に、エンジン始動時またはアイドル運転時に、電動モータ６のアーマチャコイルへの通電を停止してコイルスプリング４の付勢力によって、吸気流制御バルブ３のバルブ開度（バルブ位置）を全閉状態（全閉位置）となるようにしても良い。この場合には、常閉型の吸気流制御バルブとなる。

［実施例１の効果］
以上のように、本実施例の内燃機関用吸気渦流発生装置のモータアクチュエータ５においては、電動モータ６のモータシャフト７およびウォームギヤ５１のスラスト方向のガタの発生を防ぎ、吸気流制御バルブ３のばたつきを抑制する目的で、電動モータ６のエンドフレーム４６とハウジング９の底壁面との間に、ウォームギヤ５１に対して、車両振動やエンジン振動を要因とする反力に打ち勝つ与圧力を印加するコイルスプリング１０を配置したことにより、車両振動やエンジン振動が電動モータ６に伝達されても、ウォームギヤ５１とこのウォームギヤ５１と噛み合うヘリカルギヤ５２との歯面間の隙間（バックラッシュ）内でウォームギヤ５１がスラスト方向にガタ付き難くなる。

これによって、電動モータ６のモータシャフト７に固定されるウォームギヤ５１よりもバルブ側に設置されるヘリカルギヤ５２がハウジング９に圧入固定されたシャフト５４の軸心を中心にして所定のガタ量に対応した所定の回転角度分だけ振れ難くなるので、吸気流制御バルブ３の動作停止時（例えば全開位置固定時または全閉位置固定時）における、車両振動やエンジン振動による吸気流制御バルブ３のばたつきを抑制することが可能となる。これにより、吸気流制御バルブ３およびヘリカルギヤ５２のセルフロック効果を維持できるので、吸気流制御バルブ３の動作停止時に、ウォームギヤ５１の歯面とヘリカルギヤ５２の歯面とが衝突したり、摩擦したりすることを防止できる。

これにより、ウォームギヤ５１の歯面とヘリカルギヤ５２の歯面との異常摩耗を防止することができる。この結果、吸気流制御バルブ３を閉弁駆動（または開弁駆動）する際に、電動モータ６によりウォームギヤ５１が回転駆動されても、ウォームギヤ５１とヘリカルギヤ５２との噛み合い不良によってウォームギヤ５１がヘリカルギヤ５２に対して空回りしたり、あるいはウォームギヤ５１とヘリカルギヤ５２とが噛み込んだりする不具合を解消できるので、ウォームギヤ５１およびヘリカルギヤ５２を含む歯車伝達機構の動力伝達機能が失われることはない。したがって、モータアクチュエータ５としての性能が損なわれることがない。

また、吸気流制御バルブ３の動作停止時（例えば全開位置固定時または全閉位置固定時）に、吸気流制御バルブ３を所定の動作停止位置（例えば全閉位置または全開位置）で保持するセルフロック効果が失われて、吸気流制御バルブ３がハウジング２のメインポート３２内でばたつくことを抑制できるので、吸気流制御バルブ３の動作停止時に、ハウジング２のメインポート３２の開口面積が増減することはなく、エンジン１の燃焼室１４内に吸入される吸入空気量が変化することはない。したがって、エンジン回転速度の変動を防止できるので、自動車等の車両の運転性（ドライバビリティ）を向上することができる。

また、本実施例の内燃機関用吸気渦流発生装置のモータアクチュエータ５においては、電動モータ６のモータシャフト７のラジアル方向のガタ付きを抑制する目的で、上述したように、電動モータ６のモータシャフト７と電動モータ６のヨークハウジング４１の円筒軸受部および電動モータ６のエンドフレーム４６の円筒軸受部との間にゴム系弾性体４５、４７を介装している。これらのゴム系弾性体４５、４７は、モータシャフト７の半径方向（ラジアル方向）に弾性変形が可能な弾性部材であって、ハウジング９を介して電動モータ６に伝達される車両振動やエンジン振動を減衰するものである。なお、ばたつき抑制力は、コイルスプリング１０のスプリング力（付勢力）の大きさ、ゴム系弾性体４５、４７のゴム硬度を調整することで決められる。また、ゴム系弾性体４５、４７の代わりに、ボールベアリング等の軸受部材を設置しても良い。

図４および図５は本発明の実施例２を示したもので、図４はモータアクチュエータの主要構造を示した図で、図５（ａ）、（ｂ）は電動モータおよびモータ周辺部品を示した図である。

本実施例では、図４および図５（ａ）に示したように、電動モータ６のモータシャフト７およびウォームギヤ５１のスラスト方向のガタの発生を防ぎ、吸気流制御バルブ３のばたつきを抑制する目的で、電動モータ６のヨークハウジング４１の前端面（ギヤ側端面）とウォームギヤ５１のモータ側端部に一体的に形成されたフランジ板７１のモータ側端面との間に、ウォームギヤ５１に対して、車両振動やエンジン振動を要因とする反力に打ち勝つ与圧力を印加するコイルスプリング１０を配置している。このコイルスプリング１０は、電動モータ６のモータシャフト７の外周に配設されている。なお、フランジ板７１の代わりに、円環状のワッシャを設置しても良い。

また、本実施例では、図５（ａ）に示したように、電動モータ６のモータシャフト７のラジアル方向のガタ付きを抑制する目的で、電動モータ６のモータシャフト７の外周とハウジング９のシャフト軸受部７２の貫通孔の内周との間にゴム系弾性体（弾性部材、ゴム部材）７３を介装している。このゴム系弾性体７３は、電動モータ６のモータシャフト７のラジアル方向に弾性変形が可能な弾性部材であって、ハウジング９のシャフト軸受部７２を介して電動モータ６に伝達される車両振動やエンジン振動を減衰することが可能である。なお、ばたつき抑制力は、コイルスプリング１０のスプリング力（付勢力）の大きさ、ゴム系弾性体７３のゴム硬度を調整することで決められる。

また、本実施例では、図５（ｂ）に示したように、電動モータ６のモータシャフト７およびウォームギヤ５１のスラスト方向のガタの発生を防ぎ、吸気流制御バルブ３のばたつきを抑制する目的で、電動モータ６のエンドフレーム４６の後端面より回転軸方向（モータシャフト７の回転中心軸線方向：以下軸方向またはスラスト方向と呼ぶ）の他方側（図示右側）に突出するように設けられたモータシャフト７の後端部に一体的に形成されたフランジ板７４のハウジング側端面とハウジング９の底壁面との間に、ウォームギヤ５１に対して、車両振動やエンジン振動を要因とする反力に打ち勝つ与圧力を印加するコイルスプリング１０を配置している。このコイルスプリング１０は、電動モータ６のモータシャフト７の外周に配設されている。なお、フランジ板７４の代わりに、円環状のワッシャを設置しても良い。

また、本実施例では、図５（ｂ）に示したように、電動モータ６のモータシャフト７のラジアル方向のガタ付きを抑制する目的で、電動モータ６のモータシャフト７の外周とハウジング９のシャフト軸受部７５の貫通孔の内周との間にゴム系弾性体（弾性部材、ゴム部材）７６を介装している。このゴム系弾性体７６は、電動モータ６のモータシャフト７のラジアル方向に弾性変形が可能な弾性部材であって、ハウジング９のシャフト軸受部７５を介して電動モータ６に伝達される車両振動やエンジン振動を減衰することが可能である。なお、ばたつき抑制力は、コイルスプリング１０のスプリング力（付勢力）の大きさ、ゴム系弾性体７６のゴム硬度を調整することで決められる。

図６および図７は本発明の実施例３を示したもので、図６はエンジンの燃焼室内にスワール流を生起させた状態を示した図で、図７はエンジンの燃焼室内にタンブル流を生起させた状態を示した図である。

本実施例では、エンジン１の燃焼室１４の上部のシリンダヘッドに、点火プラグ（スパークプラグ）２０が設置されている。ここで、図６および図７では、１気筒の燃焼室１４に対して２連式の吸気バルブ１６、２連式の排気バルブ１８を設けているが、１気筒の燃焼室１４に対して１個のみ、あるいは３連以上の吸気バルブ１６、１個のみ、あるいは３連以上の排気バルブ１８を設けても良い。また、本実施例の場合には、燃料噴射弁（インジェクタ）を、エンジン１の吸気バルブ１６の背壁面（バルブフェース）に向けて燃料が噴射されるようにシリンダヘッドに設けることが望ましい。

本実施例では、移動体（例えば回転型のバルブ）として、図６に示したように、エンジン１の吸気ポートからエンジン１のシリンダの燃焼室内に流入する吸入空気（混合気）に横方向の渦流（スワール流）を生起させる吸気流制御バルブ（スワール流制御弁）を採用しているが、移動体（例えば回転型のバルブ）として、図７に示したように、エンジン１の吸気ポートからエンジン１のシリンダの燃焼室内に流入する吸入空気（混合気）に縦方向の渦流（タンブル流）を生起させる吸気流制御バルブ（タンブル流制御弁）を採用しても良い。

［変形例］
本実施例では、本発明のモータアクチュエータを、吸気流制御バルブ３を閉弁駆動（または開弁駆動）するモータアクチュエータ５に適用しているが、内燃機関用可変吸気装置に使用される吸気可変バルブ２６を開弁駆動（または閉弁駆動）するモータアクチュエータに適用しても良い。なお、内燃機関用可変吸気装置は、例えばエンジン回転速度が低中速回転領域の時にはインテークマニホールド２３の吸気通路の通路長が伸長するように吸気可変バルブ２６によって吸気通路を切り替え、また、エンジン回転速度が高速回転領域の時にはインテークマニホールド２３の吸気通路の通路長が短縮するように吸気可変バルブ２６によって吸気通路を切り替えることで、エンジン回転速度に拘らず、エンジン出力軸トルク（エンジントルク）を向上できるシステムである。

また、本発明のモータアクチュエータを、ドライバーのアクセルペダルの踏み込み量に対応して電動モータを駆動して、エンジン１の燃焼室１４内に吸入される吸入空気量を制御する内燃機関用スロットル開度制御装置に使用されるスロットルバルブ２５の回転角度に相当するスロットル開度を制御するモータアクチュエータに適用しても良い。なお、図２の構成をそのまま内燃機関用スロットル開度制御装置に適用しても良い。この場合には、非接触式のバルブ開度検出装置が非接触式のスロットル開度検出装置となる。

また、本発明の移動体（回転体等のバルブ）を、エンジンの燃焼室内に吸入される吸入空気量を制御する吸気制御弁、エンジンの燃焼室内より排出される排気ガス量を制御する排気制御弁、スロットルバルブをバイパスする吸入空気量を制御するアイドル回転速度制御弁、エンジンの燃焼室内より排出される排気ガスの一部を排気通路から吸気通路に再循環させる排気ガス還流量を制御する排気ガス還流量制御弁（ＥＧＲ制御弁）に適用しても良い。また、本発明の移動体（回転体等のバルブ）を、これらのようなバタフライバルブ方式の回転型バルブの他に、片開き式の回転型バルブ、ロータリー型のバルブ、ポペット型のバルブ、シャッター式のバルブ、一辺のみ支持されたドア型のバルブに適用しても良い。また、本発明のモータアクチュエータを、車両用空調装置の通路切替ドアや開閉ドア等の移動体を駆動するモータアクチュエータに適用しても良い。また、気体や液体等の流体を加圧して圧送する流体圧送機械（例えば送風機、圧縮機、ポンプ等）の回転体（ロータ）等の移動体を駆動するモータアクチュエータに適用しても良い。

本実施例では、吸気流制御バルブ３の動作停止時、つまり吸気流制御バルブ３の全開位置固定時に、電動モータ６のアーマチャコイルへの電力の供給が停止されるため、コイルスプリング４の付勢力によって入力用スパーギヤ６１が動かされて入力用スパーギヤ６１が全開ストッパ６６に接触することで、吸気流制御バルブ３が全開位置に固定されるように構成されているが、吸気流制御バルブ３の動作停止時、つまり吸気流制御バルブ３の全開位置固定時に、セルフロック効果によって、吸気流制御バルブ３が全開位置に固定されるように構成しても良い。また、吸気流制御バルブ３の動作停止時、つまり吸気流制御バルブ３の全閉位置固定時に、電動モータ６のアーマチャコイルへの電力の供給を停止してもセルフロック効果によって、吸気流制御バルブ３が全閉位置に固定されるように構成しても良い。

内燃機関用吸気システムの概略構成を示した模式図である（実施例１）。 内燃機関用吸気渦流発生装置の概略構成を示した模式図である（実施例１）。 モータアクチュエータの全体構造を示した断面図である（実施例１）。 モータアクチュエータの主要構造を示した平面図である（実施例２）。 （ａ）、（ｂ）は電動モータおよびモータ周辺部品を示した断面図である（実施例２）。 エンジンの燃焼室内にスワール流を生起させた状態を示した模式図である（実施例３）。 エンジンの燃焼室内にタンブル流を生起させた状態を示した模式図である（実施例３）。 内燃機関用吸気渦流発生装置の全体構造を示した断面図である（従来の技術）。 バルブ駆動装置の主要構造を示した平面図である（従来の技術）。

符号の説明

１ エンジン（内燃機関）
２ ハウジング
３ 吸気流制御バルブ（吸気流制御弁）
５ モータアクチュエータ
６ 電動モータ
７ モータシャフト（出力軸）
９ ハウジング
１０ コイルスプリング（与圧力印加手段）
１４ 燃焼室
２６ 吸気可変バルブ（可変吸気弁）
２７ 吸気通路
２８ 吸気通路
３３ バルブ軸
４２ ハウジングのモータ収容孔
４５ ゴム系弾性体（弾性部材）
４７ ゴム系弾性体（弾性部材）
５１ ウォームギヤ（第１ギヤ）
５２ ヘリカルギヤ（第２ギヤ）
７２ ハウジングのシャフト軸受部
７３ ゴム系弾性体（弾性部材）
７５ ハウジングのシャフト軸受部
７６ ゴム系弾性体（弾性部材）

Claims (7)

1. （ａ）移動体を駆動する駆動力を発生するモータと、
   （ｂ）このモータにより駆動される第１ギヤ、およびこの第１ギヤと噛み合う第２ギヤを有し、前記モータの駆動力を前記移動体に伝達する動力伝達機構と、
   （ｃ）前記第１ギヤまたは前記第２ギヤに対して、前記第１ギヤの歯面と前記第２ギヤの歯面とを押し付ける方向に、振動を要因とする反力に打ち勝つ与圧力を印加する与圧力印加手段と
   を備えたモータアクチュエータ。
2. 請求項１に記載のモータアクチュエータにおいて、
   前記モータは、スラスト方向に延ばされた出力軸を有し、
   前記第１ギヤは、前記モータの出力軸に固定されたウォームギヤであって、
   前記第２ギヤは、前記ウォームギヤと噛み合って回転するヘリカルギヤであることを特徴とするモータアクチュエータ。
3. 請求項１に記載のモータアクチュエータにおいて、
   前記モータは、スラスト方向に延ばされた出力軸を有し、
   前記第１ギヤは、前記モータの出力軸に固定されたヘリカルギヤであって、
   前記第２ギヤは、前記ヘリカルギヤと噛み合って回転するウォームギヤであることを特徴とするモータアクチュエータ。
4. 請求項２または請求項３に記載のモータアクチュエータにおいて、
   内部に前記モータを収容するモータ収容孔が形成されたハウジングを備え、
   前記ハウジングは、前記出力軸のラジアル方向に弾性変形が可能な弾性部材を介して、前記出力軸を回転自在に支持する軸受部を有していることを特徴とするモータアクチュエータ。
5. 請求項１ないし請求項４のうちのいずれか１つに記載のモータアクチュエータにおいて、
   前記移動体は、前記動力伝達機構に駆動連結されたバルブ軸を有し、このバルブ軸と一体的に回転運動を行うバルブであることを特徴とするモータアクチュエータ。
6. 請求項１ないし請求項５のうちのいずれか１つに記載のモータアクチュエータにおいて、
   内燃機関の燃焼室に連通する吸気通路を形成するハウジングを備え、
   前記移動体は、前記吸気通路の一部を開閉することで、前記吸気通路から前記燃焼室内に流入する空気に渦流を生起させる吸気流制御弁であることを特徴とするモータアクチュエータ。
7. 請求項１ないし請求項５のうちのいずれか１つに記載のモータアクチュエータにおいて、
   内燃機関の燃焼室に連通する吸気通路を形成するハウジングを備え、
   前記移動体は、前記吸気通路を開閉することで、前記吸気通路の通路長または開口面積を変更する可変吸気弁であることを特徴とするモータアクチュエータ。
   

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