(57)【要約】【課題】簡易な構成で、耐衝撃性が向上し、小型化可能な電磁アクチュエータを提供する。【解決手段】電磁アクチュエータ１０１の可動部１４と静止部１３とで構成されている。可動部１４では、出力ピン６０および電機子７０がともに前進後退可能に設けられている。可動部１４に対し静止部１３は静止しており、静止部１３では、出力ピン６０とは反対側に位置するヨーク３５に固定されるフロントプレート４５に永久磁石４０がストッパ４６によって接合され固定されている。ストッパ４６により、可動部１４に対し静止する静止部１３に永久磁石４０が含まれているため、可動部１４が移動するときに生じる衝撃力によって永久磁石４０が割れることを防ぎ、耐衝撃性が向上する。また、永久磁石４０の周囲に衝撃吸収材を設ける必要がなくなるため、部品点数を削減でき、電磁アクチュエータ１０１を小型または低コストにできる。【選択図】図３
2018023180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に前進後退可能に設けられている出力ピン（６０、１６０、２６０、３６０、４６０）と、
前記出力ピンの基端部（６１）に接合されている接合部（７１）を有し、前記出力ピンとともに前進後退可能に設けられている電機子（７０、１７０、２７０、３７０、４７０）と、
前記電機子に対し前記接合部とは反対側に設けられているリアプレート（４５、１４５、２４５、３４５、４４５）と、
前記リアプレートに対し前記接合部側で接合され、軸方向の両端が互いに異なる極性となるように着磁された板状の永久磁石（４０、１４０）と、
前記電機子と前記永久磁石との間であって、前記永久磁石に接合されており、フロント挿入穴（４４１）を有するフロントプレート（４４）と、
前記電機子と対向する端面（４６１）が露出するように、前記フロント挿入穴に挿入され、前記出力ピンおよび前記電機子に対し前記永久磁石が静止するように、前記リアプレート、前記永久磁石および前記フロントプレートを固定する固定部材（４６、１４６）と、
通電時、前記永久磁石の磁界と逆方向の磁界を生成し、前記電機子と前記永久磁石との間に反発力が発生するコイル（３１）と、
コイルに対し前記接合部側に設けられ、前記電機子が挿入される電機子挿入穴（４８１）を有するエンドプレート（４８、１４８、２４８）と、
筒状に形成されており、前記リアプレートの外壁（４５３）または前記エンドプレートの外壁（４８２）に対向する内壁（３５１）を有し、前記電機子、前記リアプレートおよび前記エンドプレートを経由する磁気回路を形成するヨーク（３５、１３５、２３５、３３５、４３５）と、
を備える電磁アクチュエータ。
【請求項２】
前記電機子、前記フロントプレート、前記リアプレート、前記エンドプレートまたは前記ヨークは、磁性体で形成されている請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項３】
前記出力ピンまたは前記固定部材は、非磁性体で形成されている請求項１または２に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項４】
前記エンドプレートの厚み（ＴE）は前記フロントプレートの厚み（ＴF）よりも大きい請求項１から３のいずれか一項に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項５】
前記リアプレートの径（ＤR）は前記フロントプレートの径（ＤF）よりも大きい請求項１から４のいずれか一項に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項６】
前記リアプレートの径（ＤR）は前記電機子の径（ＤA）よりも大きい請求項１から５のいずれか一項に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項７】
前記電機子（１７０）に対向する位置に設けられる電機子保持磁石（４１）をさらに備え、
前記電機子保持磁石は、前記電機子および前記出力ピンが前進したとき、前記電機子に接触し前記電機子および前記出力ピンが前進した状態を保持する請求項１から６のいずれか一項に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項８】
前記出力ピンの外側面（６１２）に接触し、前記出力ピンの径方向外側から径方向内側に向かって付勢する付勢部材（３６）をさらに備え、
前記出力ピンは、前記出力ピンの径方向外側から径方向内側に凹む溝であるピン溝（１６１）を前記外側面に有し、
前記出力ピンが軸方向に前進したとき、前記付勢部材は前記ピン溝に係合し、前記出力ピンが前進した状態を保持する請求項１から７のいずれか一項に記載の電磁アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁力により出力ピンを駆動する電磁アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１、２に記載されているように、コイルが発生する電磁力により永久磁石を含む可動部が移動して、出力ピンを駆動する電磁アクチュエータが知られている。この電磁アクチュエータは、コイルに通電時、電磁力により永久磁石とともに出力ピンが軸方向に前進する。また、この電磁アクチュエータは、コイルに非通電時、コイル側に永久磁石とともに出力ピンは後退するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国６９６７５５０Ｂ２明細書
【特許文献２】欧州１４２１５９１Ｂ１明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、永久磁石は、結晶粒から形成されており、結晶の滑りが少ないため脆性材料である。このため、特許文献１、２のような構成の場合、永久磁石を含む可動部が移動したときの衝撃力によって永久磁石が割れる虞がある。永久磁石が割れるのを防ぐために、永久磁石の周囲に衝撃吸収材としてゴムまたは金属を設けることが考えられる。しかし、この場合、部品点数が多くなり、電磁アクチュエータの体格の大型化や高コスト化を招く虞がある。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、簡易な構成で、耐衝撃性が向上し、小型化可能な電磁アクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の電磁アクチュエータは、出力ピン（６０、１６０、２６０、３６０、４６０）、電機子（７０、１７０、２７０、３７０、４７０）、リアプレート（４５、１４５、２４５、３４５、４４５）、永久磁石（４０、１４０）を備える。
また、本発明の電磁アクチュエータは、フロントプレート（４４）、固定部材（４６、１４６）、コイル（３１）、エンドプレート（４８、１４８、２４８）およびヨーク（３５、１３５、２３５、３３５、４３５）を備える。
【０００７】
出力ピンは、軸方向に前進後退可能に設けられている。
電機子は、出力ピンの基端部（６１）に接合されている接合部（７１）を有し、出力ピンとともに前進後退可能に設けられている。
リアプレートは、電機子に対し接合部とは反対側に設けられている。
永久磁石は、板状で、リアプレートに対し接合部側で接合され、軸方向の両端が互いに異なる極性となるように着磁されている。
【０００８】
フロントプレートは、電機子と永久磁石との間であって、永久磁石に接合されており、フロント挿入穴（４４１）を有する。
固定部材は、電機子と対向する端面（４６１）が露出するように、リア挿入穴に挿入され、出力ピンおよび電機子に対し永久磁石が静止するように、リアプレート、永久磁石およびフロントプレートを固定する。
コイルは、通電時、永久磁石の磁界と逆方向の磁界を生成し、電機子と永久磁石との間に反発力が発生する。
【０００９】
エンドプレートは、コイルに対し接合部側に設けられ、電機子が挿入される電機子挿入穴（４８１）を有する。
ヨークは、筒状に形成されており、リアプレートの外壁（４５３）またはエンドプレートの外壁（４８２）に対向する内壁（３５１）を有し、電機子、リアプレートおよびエンドプレートを経由する磁気回路を形成する。
【００１０】
可動部が出力ピンおよび電機子のみで構成されており、可動部に対し静止して固定されている静止部に永久磁石が含まれている。永久磁石は移動することがないため、可動部が移動するときに生じる衝撃力によって永久磁石が割れることを防ぎ、耐衝撃性が向上する。また、永久磁石の周囲に衝撃吸収材を設ける必要がなくなるため、簡易な構成で部品点数を削減でき、電磁アクチュエータを小型または低コストにできる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の本実施形態による電磁アクチュエータが用いられるバルブリフト調整装置において小リフト状態から大リフト状態へ移行し始めるときの図。
【図２】本発明の本実施形態による電磁アクチュエータが用いられるバルブリフト調整装置において小リフト状態から大リフト状態へ移行したときの図。
【図３】本発明の第１実施形態による電磁アクチュエータの非通電時（出力ピンおよび電機子後退時）の断面図。
【図４】本発明の第１実施形態による電磁アクチュエータの通電時（出力ピンおよび電機子前進時）の断面図。
【図５】図３のＶ部拡大図。
【図６】本発明の第１実施形態による電磁アクチュエータの可動部のストロークと吸引力との関係を示す特性図。
【図７】本発明の第２実施形態による電磁アクチュエータの非通電時（出力ピンおよび電機子後退時）の断面図。
【図８】本発明の第２実施形態による電磁アクチュエータの通電時（出力ピンおよび電機子前進時）の断面図。
【図９】本発明の第２実施形態による電磁アクチュエータの可動部のストロークと吸引力との関係を示す特性図。
【図１０】本発明の第３実施形態による電磁アクチュエータの非通電時（出力ピンおよび電機子後退時）の断面図。
【図１１】本発明の第３実施形態による電磁アクチュエータの通電時（出力ピンおよび電機子前進時）の断面図。
【図１２】本発明の第４実施形態による電磁アクチュエータの非通電時（出力ピンおよび電機子後退時）の断面図。
【図１３】その他の実施形態による電磁アクチュエータの非通電時（出力ピンおよび電機子後退時）の断面図。
【図１４】その他の実施形態による電磁アクチュエータの非通電時（出力ピンおよび電機子後退時）の断面図。
【図１５】その他の実施形態による電磁アクチュエータの非通電時（出力ピンおよび電機子後退時）の断面図。
【図１６】その他の実施形態による電磁アクチュエータの非通電時（出力ピンおよび電機子後退時）の断面図。
【図１７】その他の実施形態による電磁アクチュエータの非通電時（出力ピンおよび電機子後退時）の断面図。
【図１８】その他の実施形態による電磁アクチュエータの非通電時（出力ピンおよび電機子後退時）の断面図。
【図１９】その他の実施形態による電磁アクチュエータの非通電時（出力ピンおよび電機子後退時）の断面図。
【図２０】その他の実施形態による電磁アクチュエータの非通電時（出力ピンおよび電機子後退時）の断面図。
【図２１】その他の実施形態による電磁アクチュエータの非通電時（出力ピンおよび電機子後退時）の断面図。
【図２２】その他の実施形態による電磁アクチュエータの非通電時（出力ピンおよび電機子後退時）の断面図。
【図２３】その他の実施形態による電磁アクチュエータの非通電時（出力ピンおよび電機子後退時）の断面図。
【図２４】その他の実施形態による電磁アクチュエータの非通電時（出力ピンおよび電機子後退時）の断面図。
【図２５】その他の実施形態による電磁アクチュエータの非通電時（出力ピンおよび電機子後退時）の断面図。
【図２６】比較例の電磁アクチュエータの非通電時（出力ピンおよび電機子後退時）の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態による電磁アクチュエータを図面に基づいて説明する。複数の実施形態の説明において、第１実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。この電磁アクチュエータは、例えば、バルブリフト調整装置に用いられる。バルブリフト調整装置は、特開２０１３−２１７２６５号公報に開示されているように、カムシャフトとともに回転するスライダに一体に設けられたカムによって、内燃機関の吸気バルブまたは排気バルブのリフト量を調整する。
【００１３】
本実施形態で用いられるバルブリフト調整装置の構成および作用について、図１および図２を参照して説明する。
図１および図２に示すように、バルブリフト調整装置５０は、スライダ５１、カムシャフト９４、吸気バルブリフト５２、電磁アクチュエータ１０１を備える。
【００１４】
スライダ５１は、カムシャフト９４、小リフトカム５８、大リフトカム５９とともに回転方向５５に回転する。またスライダ５１は、カムシャフト９４の軸方向に相対移動可能に一体に設けられており、回転角度に応じて紙面の奥行き方向位置が徐変する係合溝５１１が外周に形成されている。
【００１５】
小リフトカム５８と大リフトカム５９とは、スライダ５１の軸方向中央よりに、互いに隣接して設けられ、回転方向の一方で基準円に対し、外側に偏心している。また大リフトカム５９の形状は、小リフトカム５８よりも基準円からの偏心量が大きくなるように形成されている。
【００１６】
吸気バルブリフト５２は、小リフトカム５８と大リフトカム５９とに接触し、シリンダヘッド５３に収容された吸気バルブ９１を有する。
電磁アクチュエータ１０１は、一体となったスライダ５１とカムシャフト９４と当接されており、電磁アクチュエータ１０１の出力ピン６０が、係合溝５１１の直上に位置している。
【００１７】
バルブリフト調整装置５０の作用について説明する。
吸気バルブリフト５２に接触する小リフトカム５８または大リフトカム５９のトルクによって、吸気バルブリフト５２を押し下げる。これにより、シリンダヘッド５３の吸気バルブ９１がリフト量Ｌ１またはリフト量Ｌ２だけ開弁する。
【００１８】
電磁アクチュエータ１０１の出力ピン６０が、制御手段から指令されたタイミングに前進し、カムシャフト９４側に位置する出力ピン６０の先端部６４が係合溝５１１に係合する。このとき、スライダ５１の回転に伴って、図１および図２における紙面の奥行き方向にスライダ５１は移動する。
【００１９】
紙面の奥行き方向にスライダ５１が移動することによって、小リフトカム５８から大リフトカム５９、または、大リフトカム５９から小リフトカム５８へ移行する。小リフトカム５８または大リフトカム５９が移行することにより、吸気バルブリフト５２のリフト量Ｌ１またはリフト量Ｌ２を調整する。また、出力ピン６０の先端部６４が係合溝５１１から離間するとき、カムシャフト９４のトルクによって出力ピン６０が押し戻される。
【００２０】
（第１実施形態）
電磁アクチュエータ１０１の構成について、図３から図６を参照して説明する。
図３および図４に示すように、電磁アクチュエータ１０１は、軸方向に往復移動する可動部１４とエンジンヘッド９０に固定される静止部１３とで構成されている。可動部１４および静止部１３は、中心軸Ｏに対して同軸に設けられている。
【００２１】
可動部１４は、出力ピン６０および電機子７０を有する。
出力ピン６０は、非磁性体で形成され、スリーブ８０のスリーブ穴８５内を出力ピン６０の摺動部６５が摺動可能に設けられており、基端部６１から先端部６４に向かう軸方向に前進後退可能に設けられている。出力ピン６０に用いられる非磁性体は、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼である。
【００２２】
電機子７０は、磁性体で形成され、接合部７１を有し、出力ピン６０とともに前進後退可能に設けられている。
接合部７１は、軸方向に延びる有底穴７１１を含む。有底穴７１１に基端部６１が挿入されて、接合部７１と基端部６１とが嵌合され接合されている。磁性体は、例えば、高炭素クロム軸受が用いられる。高炭素クロム軸受鋼等を用いることで、熱処理により高い強度が得られる。
電機子７０の大部分は、コイル３１の径方向内側に位置している。接合部７１とは反対側における電機子７０の端部に、外径が比較的大きく、可動部１４のフロントプレート４４と広い面積で対向する対向部７２が形成されている。
【００２３】
静止部１３は、コイル３１、ヨーク３５、永久磁石４０、フロントプレート４４、リアプレート４５、「固定部材」としてのストッパ４６およびエンドプレート４８を有する。
コイル３１は、ボビン３０の外周に巻線が巻回されており、図示しない外部電源から通電されることによって、磁界を生成可能である。
ボビン３０は、電機子７０に外挿され、樹脂で形成されており、コイル３１の巻線と電機子７０とを絶縁する。
【００２４】
ヨーク３５は、磁性体で、可動部１４と同軸の筒状に形成されており、可動部１４、コイル３１、永久磁石４０、フロントプレート４４、リアプレート４５、ストッパ４６およびエンドプレート４８を収容している。
ヨーク３５は、電機子７０と接触または近接する部位において、相互に磁気が伝達され、電機子７０、リアプレート４５およびエンドプレート４８を経由する磁気回路を形成する。
【００２５】
ヨーク３５は、鍔部３９およびスリーブ８０を有し、スリーブ８０および鍔部３９は、ヨーク３５と一体となって形成されている。
鍔部３９は、電磁アクチュエータ１０１の径方向内側から径方向外側に向かって突出しており、エンジンヘッド９０への取り付けに用いられる
【００２６】
スリーブ８０は、基部８１および筒部８４を含む。
基部８１は、エンジンヘッド９０の取り付穴９２に挿入されている。取り付穴９２の内周との間のシールを確保するシールリング８３が基部８１の外周に設けられている。
筒部８４は、カムシャフト９４と対向するように基部８１から先端面が突出しており、筒部８４の軸に沿って、出力ピン６０が挿通されるスリーブ穴８５が形成されている。
筒部８４は、軸受部８４４を含み、出力ピン６０が前進するとき、出力ピン６０をカムシャフト９４に案内する。
軸受部８４４は、基端部６１側および先端部６４側に１つずつ形成されており、出力ピン６０に接触し、基端部６１側および先端部６４側で出力ピン６０を保持する。
【００２７】
永久磁石４０は、板状で径方向の断面が円環形状に形成されており、軸方向の両端が互いに異なる極性となるように着磁されている。
永久磁石４０は、永久磁石４０における軸方向に対し、フロントプレート４４側がＮ極に着磁され、リアプレート４５側がＳ極に着磁されている。なお、Ｎ極およびＳ極の配置は逆であってもよい。また、永久磁石４０は、中心軸Ｏに沿って、ストッパ４６が挿入される磁石挿入穴４０１を有する。
【００２８】
永久磁石４０は、例えば、ネオジウム磁石が用いられる。ネオジウム磁石は、ネオジウム（Ｎｄ）、鉄（Ｆｅ）およびボロン（Ｂ）を主成分とした成形焼結品である。ネオジウム磁石は焼結品であり、結晶粒から形成されており、結晶の滑りが少ないため脆性材料である。
【００２９】
フロントプレート４４は、磁性体で、径方向の断面が円環形状に形成され、永久磁石４０に対し基端部６１側で永久磁石４０に接合されている。また、フロントプレート４４は、ストッパ４６が挿入されるフロント挿入穴４４１を有する。
リアプレート４５は、磁性体で、径方向の断面が円環形状に形成され、永久磁石４０に対し先端部６４側で永久磁石４０に接合されている。リアプレート４５の外壁４５３は、ヨーク３５の内側壁３５１と対向して接触しており、圧入または溶接によってリアプレート４５はヨーク３５と嵌合され固定されている。
また、リアプレート４５は、ストッパ４６が挿入されるリア挿入穴４５１を有する。
【００３０】
フロントプレート４４のコイル３１側の端面をフロント前端面４４３とし、リアプレート４５の外側に露出している端面をリア後端面４５７とする。フロント前端面４４３は、対向部７２の対向部端面７２１に対向している。
【００３１】
ストッパ４６は、非磁性体で、棒状に形成されており、磁石挿入穴４０１、フロント挿入穴４４１およびリア挿入穴４５１に挿入されている。
また、ストッパ４６は、可動部１４に対し永久磁石４０、フロントプレート４４およびリアプレート４５が静止するように、永久磁石４０、フロントプレート４４およびリアプレート４５を固定する。なお、ストッパ４６が挿入されるときに永久磁石が破損しないように、ストッパ４６と永久磁石４０との間に隙間が設けられていてもよい。
ストッパ４６の端面４６１は対向部端面７２１に対向しており、端面４６１が露出するようにストッパ４６は設けられている。ストッパ４６に用いられる非磁性体は、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼等の金属、樹脂またはゴムである。
【００３２】
エンドプレート４８は、磁性体で形成され、径方向の断面が円環形状に形成されており、電機子７０が挿入される電機子挿入穴４８１を有する。
また、エンドプレート４８は、コイル３１に対し接合部７１側に設けられており、接合部７１側のボビン３０に接合されている。
さらに、エンドプレート４８の外面４８２が基部８１側のヨーク３５の内面３５２と対向して接触しており、エンドプレート４８はヨーク３５と嵌合され固定されている。
ヨーク３５、フロントプレート４４、リアプレート４５およびエンドプレート４８に用いられる磁性体は、電機子７０と同様に、高炭素クロム軸受が用いられる。
【００３３】
フロントプレート４４の厚みをフロント厚みＴFとし、エンドプレート４８の厚みをエンド厚みＴEとする。
フロントプレート４４およびエンドプレート４８は、エンド厚みＴEがフロント厚みＴFよりも大きくなるように、すなわち、ＴE＞ＴF  となるように形成されている。
【００３４】
電機子７０の対向部７２の外径をアーマチャ径ＤAとし、フロントプレート４４の外径をリア径ＤRとし、リアプレート４５の外径をリア径ＤRとする。アーマチャ径ＤAは、電機子７０の最大径と一致する。
フロントプレート４４およびリアプレート４５は、リア径ＤRがフロント径ＤFよりも大きくなるように、すなわち、ＤR＞ＤF  となるように形成されている。
また、電機子７０およびリアプレート４５は、リア径ＤRがアーマチャ径ＤAよりも大きくなるように、すなわち、ＤR＞ＤA  となるように形成されている。
【００３５】
電磁アクチュエータ１０１の作用について説明する。
電磁アクチュエータ１０１は、エンジンヘッド９０の取り付穴９２に取り付けられ、バルブリフト調整装置５０のカムシャフト９４に対して出力ピン６０が作動する。以下、出力ピン６０がカムシャフト９４に近づく方向に作動することを「前進する」といい、出力ピン６０がカムシャフト９４から離れる方向に作動することを「後退する」という。
【００３６】
図４に示すように、回転軸をＣとするカムシャフト９４の回転に伴って出力ピン６０が短径Ｒａ側に対向しているとき、コイル３１に通電して発生する電磁力により出力ピン６０が前進する。このとき、出力ピン６０の先端部６４が係合溝５１１に係合し、スライダ５１の回転に伴って、バルブリフト調整装置５０が吸気バルブリフト５２のリフト量Ｌ１またはリフト量Ｌ２を調整する。
【００３７】
一方、図３に示すように、出力ピン６０の先端部６４がカムシャフト９４に接触した状態で、長径Ｒｂ側が出力ピン６０に向くようにカムシャフト９４が回転するとき、出力ピン６０は、カムシャフト９４のトルクにより後退方向に押し戻される。ここで、後退限からのストロークがＬｕとなる位置を「引込み位置」という。引込み位置から後退限までは、電磁アクチュエータ１０１自体の永久磁石４０の磁力によって、出力ピン６０が後退する。
【００３８】
コイル３１の作用について説明する。
コイル３１が非通電状態のとき、フロント前端面４４３と対向部端面７２１との間における永久磁石４０の磁気吸引力により、可動部１４は後退限に保持される。この磁気吸引力は、少なくとも、引込みストロークＬｕに対応する引込み位置から後退限まで可動部１４を吸引可能となるように設定されている。
【００３９】
図５に示すように、磁気吸引力によって可動部１４が後退限に保持されたとき、破線矢印で示すような磁気回路ΦＭが生成される。
磁気回路ΦＭは、「永久磁石４０のＮ極→フロントプレート４４→電機子７０→エンドプレート４８→ヨーク３５→リアプレート４５→永久磁石４０のＳ極」というルートで生成される。
【００４０】
コイル３１が通電状態のとき、永久磁石４０の磁界と逆方向の磁界をコイル３１は生成する。例えば、電機子７０において、接合部７１側がＳ極、対向部７２側がＮ極となる磁界をコイル３１が生成する。このような磁界が生成されるように、コイル３１の巻線方向または電流の通電方向が設定されている。
永久磁石４０の磁界と逆方向の磁界が生成されるとき、フロントプレート４４と対向部７２とが同極になる。このため、フロント前端面４４３と対向部端面７２１との間に電磁力としての反発力が発生する。この反発力によって、可動部１４は後退限から前進する。
【００４１】
図２６に示すように、比較例としての従来の電磁アクチュエータ９００は、ボビン９０７に収容されているコイル９０１が発生する電磁力により永久磁石９０２を含む可動部９０３が移動し、ステータ９０６に接触している出力ピン９０４を駆動する。
一般に、永久磁石は結晶粒から形成されており、結晶の滑りが少ないため脆性材料である。このため、従来の電磁アクチュエータ９００では、永久磁石９０２を含む可動部９０３が移動したときの衝撃力によって永久磁石９０２が割れる虞がある。
【００４２】
永久磁石９０２が割れるのを防ぐため、永久磁石９０２の周囲に衝撃吸収材９０５を設けることがある。衝撃吸収材９０５にゴムまたは金属が用いられているけれども、部品点数が多くなり、電磁アクチュエータ９００の体格の大型化や高コストを招く虞がある。
そこで、本実施形態の電磁アクチュエータは、簡易な構成で、耐衝撃性が向上し、小型化可能にする。
【００４３】
（効果）
［１］電磁アクチュエータ１０１は、可動部１４が出力ピン６０および電機子７０のみで構成されており、可動部１４に対し静止している静止部１３に永久磁石４０が含まれている。永久磁石４０は移動することがないため、可動部１４が移動するときに生じる衝撃力によって永久磁石４０が割れることを防ぎ、耐衝撃性が向上する。また、衝撃吸収材を設ける必要がなくなるため、部品点数を削減でき、電磁アクチュエータ１０１を小型または低コストにできる。
【００４４】
可動部１４と静止部１３とが従来と比較して大きく異なる電磁アクチュエータ１０１が、従来の電磁アクチュエータ９００と遜色ない特性を示すかどうかを、図６を参照し説明する。
図６において、横軸のストロークＬ０［ｍｍ］は後退限を示し、ストロークＬｍａｘは前進限を示す。縦軸は、吸引力［Ｎ］がゼロの線を基準として、正方向に大きいほど後退方向への吸引力が大きく、負方向に大きいほど前進方向への吸引力が大きいことを意味する。
【００４５】
非通電状態では、Ｌ０の位置での吸引力は、電機子７０とフロントプレート４４との保持力であり、吸引力が大きいほど保持力が大きいことを意味する。吸引力が大きいと、エンジン内の振動または可動部１４の自重によって、電機子７０とフロントプレート４４とが外れることなく保持され、電磁アクチュエータの駆動の安定性が増す。
【００４６】
電磁アクチュエータ１０１の非通電時の特性ＡOFFを実線で示し、電磁アクチュエータ１０１の通電時の特性ＡONを破線で示し、従来の電磁アクチュエータ９００の参照特性ＡREFを二点鎖線で示す。
特性ＡOFFと参照特性ＡREFとを比較すると、Ｌ０の位置での吸引力（保持力）は同等である。ここで、「同等」は、常識的な誤差範囲を含む。以下、「同等」は拡大解釈するものとして記載する。
【００４７】
参照特性ＡREFでは、ストロークがＬ３以上の位置で、前進限に近づくに伴い、負方向の吸引力が増加する。すなわち、ストロークがＬ３よりも永久磁石４０から離れるについて、磁気吸引力が低下する。従来の電磁アクチュエータ９００の磁気回路とは異なるため、特性ＡOFFでは、ストロークがＬ３以上の位置で吸引力が０付近で一定になる。これにより、非通電時において、カムシャフト側から出力ピン６０を後退側に押し上げる際に、磁気による抵抗力を低減させることができる。一方で、出力ピン６０を前進側に保持する場合には、コイル３１に通電し、特性ＡONに示すように、ストロークがＬ３以上の位置で、負方向の吸引力が増加し、参照特性ＡREFと同等の吸引力が得させることができる。
このように、電磁アクチュエータ１０１は、コイル３１への通電または非通電によって、参照特性ＡREFと同等の特性を得ることができる。
【００４８】
［２］出力ピン６０が非磁性体で形成されていることによって、出力ピン６０での磁気短絡が抑制される。
エンド厚みＴEがリア厚みＴRよりも大きくなっているため、フロントプレート４４での磁気短絡が抑制される。
リアプレート４５の外壁４５３がヨーク３５の内側壁３５１と接触しているため、リアプレート４５とヨーク３５との間の磁気抵抗が低下し、磁気回路ΦＭが通りやすくなる。
【００４９】
リア径ＤRがフロント径ＤFよりも大きくなっているため、フロントプレート４４とヨーク３５との間の磁気短絡が抑制される。また、リア径ＤRがアーマチャ径ＤAよりも大きくなっているため、電機子７０とヨーク３５との間の磁気短絡が抑制される。
ストッパ４６が非磁性体で形成されていることによって、ストッパ４６およびフロントプレート４４内での磁気短絡が抑制される。
このような構成により、磁気回路ΦＭの短絡が抑制され、電磁アクチュエータ１０１の磁気特性が向上する。
【００５０】
［３］ストッパ４６に非磁性体が樹脂またはゴムが用いられている。樹脂やゴムは、エネルギー吸収能が大きいため、音エネルギーまたは振動エネルギーを吸収しやすくする。このため、永久磁石４０への耐衝撃性が向上し、電磁アクチュエータ１０１の防音または防振対策につながる。
【００５１】
［４］スリーブ８０によって、出力ピン６０が前進後退するときの軸ズレが生じにくくなる。また、鍔部３９によって、エンジンヘッド９０等への取り付けが容易になる。さらに、ヨーク３５、スリーブ８０および鍔部３９が一体となって形成されているため、部品点数が削減される。
【００５２】
（第２実施形態）
第２実施形態では、電機子保持磁石がヨークの内面に追加して設けられている点を除き、第１実施形態と同様である。
図７に示すように、第２実施形態の電磁アクチュエータ１０２は、電機子１７０の接合部７１に対向するヨーク３５の内面３５２に電機子保持磁石４１が設けられている。
電機子保持磁石４１は、軸方向の両端が互いに異なる極性となるように着磁されている。なお、Ｎ極およびＳ極の配置は逆であってもよい。電機子保持磁石４１は、永久磁石４０と同様に、ネオジウム磁石が用いられている。
電機子保持磁石４１は、径方向の断面が円環状に形成されている。
【００５３】
電機子１７０は、有底穴７１１と接合部７１の外縁部７１２との間に、電機子溝７１３が形成されている。
電機子溝７１３は、電機子保持磁石４１と同形状に形成される溝である。
図８に示すように、電機子１７０および出力ピン６０が前進したとき、電機子保持磁石４１と電機子溝７１３とが係合される。双方が係合し、コイル３１が非通電状態になったとき、電機子１７０および出力ピン６０が前進した状態が電機子保持磁石４１の吸引力によって保持される。
【００５４】
第２実施形態において、第１実施形態と同様の効果を奏する。さらに、第２実施形態では、電機子１７０および出力ピン６０が前進した状態が電機子保持磁石４１によって保持されやすくなる。
図９に示すように、非通電時における第２実施形態の電磁アクチュエータ１０２の特性ＡOFFでは、ストロークがＬ３以上の位置で負方向の吸引力が増加するため、負方向の吸引力により、コイル３１へ通電する電力量を削減できる。
【００５５】
（第３実施形態）
図１０に示すように、第３実施形態では、ヨークの筒部に付勢部材が追加して設けられている点を除き、第１実施形態と同様である。
第３実施形態の電磁アクチュエータ１０３は、ヨーク１３５の筒部８４の内側面８４１に筒部溝８４２が形成されており、筒部溝８４２の位置に付勢部材３６が設けられている。
【００５６】
付勢部材３６は、接触部３７とスプリング３８とを有し、出力ピン１６０の径方向外側から径方向内側に向かって出力ピン１６０を付勢する。
接触部３７は、出力ピン１６０の軸方向の断面が円形形状で湾曲して形成されている。
スプリング３８は、一端が筒部８４に接続され、他端が接触部３７に接続されている。
【００５７】
出力ピン１６０は、接触部３７と同等の形状のピン溝１６１が外側面６１２に形成されている。
ピン溝１６１は、出力ピン１６０の軸方向の断面が長方形形状であり、付勢部材３６が収まる大きさで凹むように形成されている。
付勢部材３６は、電機子７０および出力ピン１６０が前進限まで前進したときピン溝１６１に係合する。
【００５８】
図１１に示すように、付勢部材３６とピン溝１６１とが係合したとき、付勢部材３６の付勢力によって電機子７０および出力ピン１６０が前進した状態が保持される。
第３実施形態において、第１実施形態と同様の効果を奏する。また、第３実施形態では、付勢部材３６によって、電機子７０および出力ピン１６０が前進した状態が保持されやすくなり、第２実施形態と同様の効果を奏する。
【００５９】
（第４実施形態）
第４実施形態では、可動部１４および静止部１３を２組備えており、電機子と出力ピンとの接合位置が異なる点を除き、第１実施形態と同様である。
図１２に示すように、第４実施形態の電磁アクチュエータ１０４は、第１実施形態の電磁アクチュエータ１０１を２組並べて一体化されている。２つの永久磁石４０は、軸方向に対し、フロントプレート４４側がＮ極に着磁され、リアプレート４５側がＳ極に着磁されており、互いに同一に着磁されている。
【００６０】
電機子２７０の中心軸をＯ１、Ｏ２とし、出力ピン２６０の中心軸をＰ１、Ｐ２とすると、中心軸Ｏ１、Ｏ２は、中心軸Ｐ１、Ｐ２と異なる位置に設けられている。
中心軸Ｏ１と中心軸Ｏ２との距離を第１軸間距離Ｄ１とし、中心軸Ｐ１と中心軸Ｐ２との距離を第２軸間距離Ｄ２とする。
第２軸間距離Ｄ２が第１軸間距離Ｄ１よりも小さくなるように、電機子２７０および出力ピン２６０は接合されている。
【００６１】
出力ピン２６０は、径方向に延びる接合穴６１３が基端部６１に形成されている。
電機子２７０は、突起７１４が接合部７１に形成されている。
突起７１４は、電機子２７０と別部材で形成されており、有底穴７１１に接合されて、接合穴６１３と係合するように径方向外側から径方向内側に延びる。突起７１４と接合穴６１３とが係合することによって、電機子２７０および出力ピン２６０の軸ズレを抑制する。
スリーブ８０の筒部１８４は、ヨーク３５と別部材で形成されており、可動部１４を組付け後、ヨーク３５に挿入される。
【００６２】
可動部１４および静止部１３を２組以上備える電磁アクチュエータ１０４は第１実施形態と同様の効果を奏する。また、第４実施形態では、中心軸Ｏ１、Ｏ２は、中心軸Ｐ１、Ｐ２と異なる位置に設けられているため、第２軸間距離Ｄ２を小さくすることができ、電磁アクチュエータ１０４を小型化可能になる。
【００６３】
（その他の実施形態）
（ｉ）本実施形態の電磁アクチュエータに用いられる永久磁石は、ネオジウム磁石に限らず、アルニコ磁石、フェライト磁石、柔軟磁石、サマコバ磁石、鉄クロムコバルト磁石等が永久磁石に用いられてもよい。
【００６４】
（ｉｉ）第１実施形態の思想を共有する他の実施形態を以下に示す。
図１３に示すように、電磁アクチュエータ１０５の出力ピン３６０と電機子３７０とが一体に形成されていてもよい。第１実施形態と同様の効果を奏する。さらに、出力ピン３６０と電機子３７０とが一体に形成されているため、接合する工数および部品点数が削減され、電磁アクチュエータ１０５への組付け性が向上する。
【００６５】
図１４に示すように、電磁アクチュエータ１０６のヨーク２３５とエンドプレート１４８とが一体に形成されていてもよい。
図１５に示すように、電磁アクチュエータ１０７のヨーク３３５とリアプレート１４５とが一体に形成されていてもよい。この場合、ヨーク３３５の内径がリア径ＤRに相当する。また、スリーブ８０はヨーク３５と別部材で形成されており、組立時に挿入される。
【００６６】
図１６に示すように、電磁アクチュエータ１０８のヨーク４３５とエンドプレート２４８とリアプレート２４５とが一体に形成されていてもよい。この場合、スリーブ８０はヨーク３５と別部材で形成されており、電機子７０は、アーマチャ径ＤAがコイル３１およびエンドプレート４８に挿入可能な大きさになっている。
このような構成において、第１実施形態と同様の効果を奏する。
【００６７】
図１７に示すように、電磁アクチュエータ１０９のストッパ１４６は、リアプレート３４５には挿入されないで、フロントプレート４４および永久磁石４０のみに挿入されていてもよい。この構成において、リアプレート３４５は、リア挿入穴を設ける必要がなく、径方向の断面が円形形状に形成される。
図１８に示すように、電磁アクチュエータ１１０のリアプレート４５を保護するために、リアプレート４５およびヨーク３５を覆うようにヨーク３５を樹脂モールドして保護体４９を形成してもよい。
【００６８】
図１９に示すように、電磁アクチュエータ１１１の筒部８４の軸受部８４４は基端側および先端側に設けることに限らず、先端側のみに設ける場合であってもよい。エンドプレート４８が軸受部８４４を兼ねてもよい。
図２０に示すように、本実施形態の電磁アクチュエータ１１２は、筒部および鍔部に相当するものがなくてもよい。この構成において、第１実施形態の効果［１］、［２］、［３］を奏する。
【００６９】
図２１に示すように、本実施形態の電磁アクチュエータ１１３の対向部７２に対向部溝７２２が形成されていてもよい。対向部溝７２２は、径方向の断面が環状で、軸方向の断面が台形形状である。
対向部溝７２２が形成されていることによって、フロントプレート４４と電機子７０とが対向する面積が小さくなる。このため、オイル等が用いられる場合、電機子７０の動きだし時にオイルによるフロントプレート４４と電機子７０との張り付き力が低減され、電機子７０の始動が滑らかになる。
また、電機子７０に、軸方向に延びる穴７１５を設けてもよい。穴７１５によって、電機子７０が前進後退するときの空気抵抗が減少し、電機子７０の前進後退が滑らかになる。対向部溝７２２は、径方向または軸方向の断面が円形形状もしくは多角形形状であってもよい。対向部溝７２２の形状を問わず、上記の効果を奏する。
【００７０】
（ｉｉｉ）第２実施形態の思想を共有する他の実施形態を以下に示す。
図２２に示すように、電磁アクチュエータ１１４は、エンドプレート４８とは反対側のボビン３０の外表面３０１に電機子保持磁石１４１が設けられてもよい。
電機子保持磁石１４１は、ヨーク３５の内側壁３５１と接触している。図２１において、電機子７０が前進したときの対向部７２が２点鎖線で示されている。
このような構成において、第２実施形態と同様の効果を奏する。この場合、電機子溝７１３を設ける必要がなくなる。
【００７１】
（ｉｖ）第４実施形態の思想と共有する他の実施形態を以下に示す。
図２３に示すように、電磁アクチュエータ１１５では、第１実施形態の電磁アクチュエータ１０１を２組並べて、第２軸間距離Ｄ２を広くして一体化してもよい。この場合、電磁アクチュエータ１１４の電機子４７０の中心軸Ｐ１、Ｐ２と出力ピン４６０の中心軸Ｏ１、Ｏ２とは同軸である。
【００７２】
図２４に示すように、電磁アクチュエータ１１６の永久磁石１４０は、第１実施形態の電磁アクチュエータ１０１における２つの永久磁石４０が一体となるように形成されていてもよい。また、リアプレート３４５は、永久磁石１４０と同様に、第１実施形態の電磁アクチュエータ１０１の２つのリアプレート４４５が一体なるように形成されてもよい。
【００７３】
２つの静止部を備える電磁アクチュエータにおいて、一方の永久磁石は、軸方向に対し、フロントプレート側がＮ極に着磁され、リアプレート側がＳ極に着磁されている。また、他方の永久磁石は、軸方向に対し、フロントプレート側がＳ極に着磁され、リアプレート側がＮ極に着磁されており、互いに反対となるように着磁されていてもよい。
【００７４】
第４実施形態の構成に、第２実施形態の思想を組み合わせてもよい。
図２５に示すように、電磁アクチュエータ１１７の電機子保持磁石２４１および電機子溝７１３は円柱形状であってもよい。電機子保持磁石２４１および電機子溝７１３は、多角柱形状であってもよく、形状を問わず、第２実施形態と同様の効果を奏する。また、電機子溝７１３に連通する穴７１５を電機子２７０および突起部７１４に設けてもよい。
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。
【符号の説明】
【００７５】
３１  ・・・コイル、
３５、１３５、２３５、３３５、４３５  ・・・ヨーク、
３５１  ・・・内壁（内側壁）、
４０、１４０  ・・・永久磁石、
４４  ・・・フロントプレート  、
４４１  ・・・リア挿入穴
４５、１４５、２４５、３４５、４４５  ・・・リアプレート、
４５３  ・・・外壁、
４６、１４６  ・・・固定部材、
４６１  ・・・端面、
４８、１４８、２４８  ・・・エンドプレート、
４８１  ・・・電機子挿入穴、
６０、１６０、２６０、３６０、４６０  ・・・出力ピン、
６１  ・・・基端部、
７０、１７０、２７０、３７０、４７０  ・・・電機子、
７１  ・・・接合部。
【図１】
2018023180.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2018023180.tif 000007
【図６】
2018023180.tif 000008
【図７】
2018023180.tif 000009
【図８】
2018023180.tif 000010
【図９】
2018023180.tif 000011
【図１０】
2018023180.tif 000012
【図１１】
2018023180.tif 000013
【図１２】
2018023180.tif 000014
【図１３】
2018023180.tif 000015
【図１４】
2018023180.tif 000016
【図１５】
2018023180.tif 000017
【図１６】
2018023180.tif 000018
【図１７】
2018023180.tif 000019
【図１８】
2018023180.tif 000020
【図１９】
2018023180.tif 000021
【図２０】
2018023180.tif 000022
【図２１】
2018023180.tif 000023
【図２２】
2018023180.tif 000024
【図２３】
2018023180.tif 000025
【図２４】
2018023180.tif 000026
【図２５】
2018023180.tif 000027
【図２６】
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