(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動部に位置検出用の永久磁石を備えた電磁式吸排気弁駆動システムにおいて、
前記吸排気弁の駆動軸の当該吸排気弁が取付けてある端部とは反対側の端部に筒状部を形成し、
前記筒状部の中に接着剤を注入してから前記永久磁石を挿入し、前記接着剤を硬化させることにより、
前記駆動軸に対する前記永久磁石の取付けが、前記駆動軸の材質よりも硬度が低い材料を介して行われるようにしたことを特徴とする位置測定装置の磁石固定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の発明において、
前記筒状部が、前記駆動軸とは別の部材として作られていることを特徴とする位置測定装置の磁石固定方法。
【請求項３】
請求項２に記載の発明において、
前記筒状部に対する前記永久磁石の挿入側の端部と、前記前記吸排気弁の駆動軸の当該吸排気弁が取付けてある端部とは反対側の端部の間に磁気遮蔽部が設けられていることを特徴とする位置測定装置の磁石固定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気変化により物体の位置を測定する装置に係り、特に、電磁駆動方式の内燃機関用吸排気弁の変位を測定するための位置測定装置における永久磁石の固定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子制御方式のエンジンは、近年、自動車用として広く採用されているが、その吸排気弁(吸気弁と排気弁)の開閉駆動には、当初からのカム軸駆動方式が、いまだ主流を占めている。
【０００３】
しかし、電子制御方式のエンジンが一般化されるにつれ、燃費性能や排ガス浄化性能などの更なる向上の見地から、吸排気弁の開閉駆動制御にも電子制御方式の適用が強く望まれるようになり、このため、例えば米国特許第５,７６９,０４３号明細書では、電磁石駆動方式のアクチュエータを用いて吸排気弁を開閉駆動する装置、いわゆる電磁式吸排気弁駆動システムについて提案している。
【０００４】
この電磁式吸排気弁駆動システムの場合、運転中での開弁タイミングと閉弁タイミングの独立した制御と、さらには弁のリフト量の制御が可能になる点が特徴的であり、エンジンの様々な運転状況下において最適な吸排気タイミングに制御することができるが、このためには、高速で往復移動するアクチュエータの可動部の位置を正しく検出し、吸排気弁の変位量を知る必要がある。
【０００５】
この場合、一般的にかなり長いストロークにわたり、極めて高い精度で、且つ非接触で位置を計測する必要があり、このため、例えば上記した電磁式吸排気弁駆動システムでは、磁気を利用した位置検出装置が用いられているが、このような位置検出装置の一種に、永久磁石とホール素子などの磁気検出素子を用いた装置がある。
【０００６】
例えば特開平６−１８０２４２号公報では、このような位置検出装置を流量計測装置に適用した例について開示しているが、この場合、永久磁石と磁気検出素子の一方、例えば永久磁石を可動部に取付け、これによる磁界の強度を、固定されている磁気検出素子で測定することにより、可動部の位置を計測するようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、弁駆動用アクチュエータの可動部に対する位置検出用永久磁石の取付けについて配慮がされておらず、信頼性と計測精度の保持に問題があった。
【０００８】
電磁式吸排気弁駆動システムでは、アクチュエータの可動部がストロークの始点と終点の近傍ではかなり大きな速度をもち、従って、ここで固定部に衝突したとすると、数千Ｇにも達する加速度による大きな衝撃力を受けてしまう虞れがある。
【０００９】
そこで、このような衝突の発生を回避し、或いは衝突が発生したときでも衝突速度が抑えられ、騒音やショックが少なくて済み、高寿命化が得られるようにするため、可動部の位置を計測して、ストロークの始点と終点の近傍で速度を遅くする制御、すなわちストローク中での速度可変制御が適用されている。
【００１０】
しかし、このようにして速度可変制御が適用された場合でも、定常時はともかく、装置の初期調整時や制御装置に異常が発生したときなどでは、衝突の発生が避けられない。
【００１１】
このとき、従来技術では、上記したように、弁駆動用アクチュエータの可動部に対する位置検出用永久磁石の取付けについて配慮がされていないため、永久磁石に欠けや割れなどの損傷が発生し、信頼性が低下してしまうのである。
【００１２】
また、このとき、アクチュエータの可動部は、電磁石の可動子(アマチュア)と一体に鋼などの強磁性材料で作られるのが一般的であり、この場合、従来技術では、上記したように、弁駆動用アクチュエータの可動部に対する位置検出用永久磁石の取付けについて配慮がされていないため、永久磁石による磁界に乱れが生じてしまい、このため計測精度が低下してしまうのである。
【００１３】
本発明の目的は、簡単な構成で、アクチュエータの可動部に永久磁石を取付けたことによる信頼性の低下が充分に抑えられるようにした位置測定装置の磁石固定方法を提供することにある。
【００１４】
また、本発明の他の目的は、簡単な構成で、アクチュエータの可動部に永久磁石を取付けたことによる位置計測精度の低下が充分に抑えられるようにした位置測定装置の磁石固定方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、可動部に位置検出用の永久磁石を備えた電磁式吸排気弁駆動システムにおいて、前記吸排気弁の駆動軸の当該吸排気弁が取付けてある端部とは反対側の端部に筒状部を形成し、前記筒状部の中に接着剤を注入してから前記永久磁石を挿入し、前記接着剤を硬化させることにより、前記駆動軸に対する前記永久磁石の取付けが、前記駆動軸の材質よりも硬度が低い材料を介して行われるようにして達成される。
【００１６】
同じく上記目的は、前記筒状部が、前記駆動軸とは別の部材として作られているようにしても達成され、前記筒状部に対する前記永久磁石の挿入側の端部と、前記前記吸排気弁の駆動軸の当該吸排気弁が取付けてある端部とは反対側の端部の間に磁気遮蔽部が設けられているようにしても達成される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による位置測定装置の磁石固定方法について、図示の実施の形態により詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態が適用された電磁式吸排気弁駆動システムの一例で、図示のように、２個の電磁石２、３と磁性材料で作られている可動子(アマチュア)１、それにスプリング４からなる電磁アクチュエータを用い、可動子１の駆動軸５に吸排気弁６を取付けてある。
【００１８】
そして、吸排気弁６を図の上方に動かすとき、つまり閉弁させるときは電磁石２に通電して可動子１を吸引し、下方に動かすとき、つまり開弁させるときは電磁石３に通電して可動子１を吸引するのであり、このとき、スプリング４は、図示してない他のスプリングと共に、電磁石２、３に通電されていないとき、可動子１を中立位置に保持する働きをするものである。
【００１９】
この場合、上記したように、運転中での開弁タイミングと閉弁タイミングの独立した制御と、さらにはリフト量の制御が可能になる点が特徴的であるが、このためには、可動子１の駆動位置を正確に制御する必要があり、このためには、吸排気弁６の位置を正しく検出する必要がある。
【００２０】
そこで、図示のように、棒状の永久磁石７とホール素子８が設けてあり、ここで永久磁石７は、駆動軸５の吸排気弁６が取付けてある方とは反対側の、図では上側の端部に取付けられており、ホール素子８は、永久磁石７に対峙するようにして本体に取付けてある。
【００２１】
従って、駆動軸５の変位に応じてホール素子８に対する永久磁石７の位置が変化し、ホール素子８に検知される磁界の強さが変化するので、この磁界の強さに応じて永久磁石７の位置、すなわち吸排気弁６の位置を検出することができることになる。
【００２２】
このとき、ホール素子８は可動子１の移動方向と平行に設置されると共に、可動子１が中立位置にあるとき、上下端を磁極とする永久磁石７の長さ方向の中心とホール素子８の中心が一致するように、位置が調整されており、これにより、ホール素子８は永久磁石７から半径方向に発生する磁界強度が測定でき、可動子１の位置が計測できることになる。
【００２３】
ここで、この図１において、９は接着剤層で、これにより永久磁石７が駆動軸５の上端に取付けられているようになっている。
図２は、この接着剤層９による永久磁石７の、駆動軸５に対する取付部分の拡大図で、図示のように、駆動軸５の上端部は筒状部５Ａが形成してあり、この中に、所定のクリアランスをもって永久磁石７が挿入できるように作られている。
【００２４】
従って、この筒状部５Ａの中にエポキシ樹脂系の接着剤を所定量、注入した上で永久磁石７を筒状部５Ａ内に挿入し、接着剤を硬化させてやれば、永久磁石７を駆動軸５に取付けることができる。
このとき、接着剤層９がほぼ均等な厚さで形成されるようにして硬化を行う。
【００２５】
ここで、接着剤層９としてエポキシ樹脂系の接着剤を用いた理由について説明すると、エポキシ樹脂系の接着剤には、その組成によって硬化後も或る程度の弾性を保ちながら所定の強度を持たせることができるからである。
【００２６】
この結果、永久磁石７は、駆動軸５に対して充分な強度を持った状態で、弾性的に保持されることになり、可動子１に強い衝撃力が与えられたときでも、破損から容易に保護することができ、充分に高い信頼性を保つことができる。
【００２７】
このような電磁式吸排気弁駆動システムの位置検出用の永久磁石７としては、熱安定性や耐腐食性、それに高保磁力性の見地から、サマリウム−コバルト系の永久磁石材が用いられる場合が多いが、この永久磁石材はかなり脆いため、可動子１が受けるような強い衝撃力では破損が避けられず、このため、上記したように、従来技術では信頼性が保てない。
【００２８】
しかし、この実施形態によれば、接着剤層９により衝撃力が吸収され、永久磁石７に与えられる衝撃力が充分に緩和されてしまうので、破損の虞れは全く無くなり、従って、充分に信頼性を保つことができる。
【００２９】
ここで、以上のことから、接着剤層９としては、駆動軸５から与えられる衝撃力が、永久磁石７には緩和されて与えられるのに必要な機能をもつ材料、つまり駆動軸５の材質よりも硬度が低い材料なら、材質を問わない。
【００３０】
従って、上記したエポキシ系の接着剤に限らず、他の合成樹脂系の接着剤でも良く、更には、接着剤に限らず、アルミニウム、銅などの金属を筒状部５Ａ内に充填して永久磁石７が保持されるようにしても良い。
【００３１】
次に、本発明の他の実施形態について、図３により説明する。
この図３も、図１における駆動軸５の上端部の拡大図であり、従って、この実施形態でも、図３に示す部分以外の構成は、図１に示した通りになっている。
そして、この図３において、１０は円筒部材(スリーブ)で、アルミニウムなどの非磁性材料で作られている。
【００３２】
一方、この実施形態では、駆動軸５の上端に、他の部分より細くされた小径部５Ｂが形成してあり、この小径部５Ｂに円筒部材１０の下端部を挿入することにより、駆動軸５の上端に円筒部材１０が取付けられている。
【００３３】
そして、永久磁石７は、この円筒部材１０の上端から内部に挿入され、接着剤層９により固着されており、更にこのとき、この実施形態では、永久磁石７の下端部と、小径部５Ｂの上端部の間に空間を残し、空隙部Ｇが形成されるように構成してある。
【００３４】
従って、この図３の実施形態でも、永久磁石７は接着剤層９を介して駆動軸５に取付けられ、且つ、駆動軸５よりも硬度が低い材質の円筒部材１０を介して駆動軸５に取付けられており、この結果、可動子１に強い衝撃力が与えられたときでも、接着剤層９により衝撃力が吸収され、永久磁石７に与えられる衝撃力が充分に緩和されてしまうので、破損の虞れは全く無くなり、従って、充分に信頼性を保つことができる。
【００３５】
また、この実施形態では、永久磁石７は非磁性材であるアルミニウムの円筒部材１０により保持されているので、永久磁石７による磁界が近傍に存在する磁性体により乱される虞れが無く、かつ、このとき、磁気遮蔽材となる空隙部Ｇが設けてあるので、永久磁石７による磁界が磁性体である駆動軸５の存在により乱される虞れもない。
このとき、空隙部Ｇにより磁界が乱されなくなる理由については、以下に説明する通りである。
【００３６】
ここで、本発明が対象とする位置測定装置では、永久磁石７による磁界を検出して、その位置を検出するものであり、従って、永久磁石７の近傍に磁性体である駆動軸５が存在すると、不必要な磁路が形成されてしまうことから、永久磁石７による磁界分布の磁極に対する対称性に狂いが生じる。
【００３７】
そして、この対称性の狂いは、磁性体(この場合は駆動軸５)に近い磁極近傍の磁界強度の低下として現れるため、位置の測定に際して感度の低下をもたらす。
このとき磁気遮蔽材となる空隙部Ｇがあると、ここで磁気が遮蔽されるので、磁性体である駆動軸５が存在していても、永久磁石７による磁界分布の磁極に対する対称性に狂いが生じる虞れがなくなるのである。
図４は、空隙部Ｇの長さと測定誤差の関係を測定した結果で、この結果から、０．８ｍｍ以上の空隙を設けてやれば、実用上問題ないことが判る。
なお、空隙部Ｇにパーマロイのような磁気遮蔽材を挿入又は充填することにより空隙長は短くできる。
【００３８】
従って、この図３の実施形態によれば、高精度の位置計測に必要な永久磁石７による正しい磁界の形成を確実に、しかも容易に得ることができ、充分な計測感度のもとで高精度の位置計測を容易に得ることができる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、数千Ｇに及ぶ衝撃力からも容易に永久磁石を保護することができると共に、不用意な磁路の形成も容易に防止できるので、高精度の位置検出を長時間にわたって容易に維持させることができる。
そして、この結果、電磁式吸排気弁駆動システムなどに適用して、エンジンを高精度で制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による位置測定装置の磁石固定方法の一実施形態が適用された電磁式吸排気弁駆動システムの一例を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態を示す要部拡大図である。
【図３】本発明の他の一実施形態を示す要部拡大図である。
【図４】本発明の一実施形態における空隙長と計測誤差の関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１  可動子
２、３  電磁石
４  スプリング
５  駆動軸
５Ａ  筒状部
５Ｂ  小径部
６  吸排気弁
７  棒状の永久磁石
８  ホール素子
９  接着剤層
１０  円筒部材(スリーブ)
Ｇ  空隙部
【図１】
0003689614.tif 000002
【図２】
0003689614.tif 000003
【図３】
0003689614.tif 000004
【図４】
0003689614.tif 000005