(57)【要約】【課題】  現在の可動子と弁との接合部を利用して簡単な構成で、安価に衝撃力を低減することができる弁駆動装置を提供する。【解決手段】  電磁コイル２１と、３つの磁極片２４，２５，２６をほぼ同一線上に有し、磁束を分布させて２つの磁場領域を形成する磁場形成部と、からなる固定子２０と、上記磁場領域に対応して上記磁極片を結ぶ線と平行に進退し、かつ、互いに異なる極性の２つの着磁面を有する着磁部材とを備えた可動子３０と、該可動子に形成された係止空間３１と、該係止空間と外部とを連通する挿通部３１ａと、該挿通部を通過して先端が前記係止空間内に進入する弁棒１１ｂと、該弁棒の他端に設けられた弁体１１ａと、前記係止空間内にあって前記挿通部を通過できない大きさを有し係止空間内で前記弁棒の先端部と係止する弾性体６１と、を有する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁コイルが巻装されて磁束を生成する磁束生成部と、３つの磁極片をほぼ同一線上に有し、上記磁束を分布させて２つの磁場領域を形成する磁場形成部と、からなる固定子と、
上記磁場領域に対応して上記磁極片を結ぶ線と平行に進退し、かつ、互いに異なる極性の２つの着磁面を有する着磁部材とを備えた可動子と、
該可動子に形成された係止空間と、
該係止空間と外部とを連通する挿通部と、
該挿通部を通過して先端が前記係止空間内に進入する弁棒と、
該弁棒の他端に設けられた弁体と、
前記係止空間内にあって前記挿通部を通過できない大きさを有し係止空間内で前記弁棒の先端部と係止する弾性体と、を有することを特徴とする弁駆動装置。
【請求項２】
前記弁棒が、弁棒の先端側が太径部となる段部を有し、該段部の細径部に、該細径部より大きく前記太径部より小さな幅の挿通溝を有する金属環を嵌装し、該金属環の外側に前記弾性体を設けたことを特徴とする請求項１記載の弁駆動装置。
【請求項３】
前記弁棒の先端面に接する金属板を有し、該金属板の外側に前記弾性体が設けられていることを特徴とする請求項２記載の弁駆動装置。
【請求項４】
前記弾性体がゴムで、前記係止空間の周壁に密着していることを特徴とする請求項２又は３記載の弁駆動装置。
【請求項５】
電磁コイルが巻装されて磁束を生成する磁束生成部と、３つの磁極片をほぼ同一線上に有し、上記磁束を分布させて２つの磁場領域を形成する磁場形成部と、からなる固定子と、
上記磁場領域に対応して上記磁極片を結ぶ線と平行に進退し、かつ、互いに異なる極性の２つの着磁面を有する着磁部材とを備えた可動子と、
該可動子に接続される弁と、
前記可動子を進退自在な状態に支持するフレームと、該フレームに設けられ前記可動子の進退上の死点を決めるストッパ部材と、を有し、該ストッパ部材と前記可動子が弾性体を介して当接することを特徴とする弁駆動装置。
【請求項６】
前記弾性体が、前記ストッパ部材と前記可動子の双方に同磁極が対向するように固定された永久磁石であることを特徴とする請求項５記載の弁駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気弁や排気弁などの弁を開閉駆動する弁駆動装置で、特に、リニアアクチュエータの可動子と弁を結合して弁の開閉を行う弁駆動装置において、接続部及びストッパ部における衝撃、摩耗を緩和することができる弁駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関では、シリンダーへの給排気のための弁が設けられている。この弁の駆動装置としては、クランク軸の回転を利用したものが主流であったが、最近になって、電磁力により開閉するものが使用されるようになってきた。
【０００３】
このような弁駆動装置として特許文献１（特開２０００−１９９４１１号）がある。これは、固定子と可動子とを備えたリニアアクチュエータを用いるものである。固定子は、電磁コイルが巻装されて磁束を生成する磁束生成部と、ほぼ同一線上に配置された３つの磁極片とを有し、電磁コイルへの通電方向によって、前記磁束を分布させる２つの磁場領域を形成する。また、可動子は、上記磁場領域に対応して上記磁極片を結ぶ線と平行に進退し、かつ、互いに異なる極性の２つの着磁面を有する着磁部材と、磁路部材とを備えたものである。
【０００４】
吸気弁又は排気弁などの弁は、弁体とこれに一体的に設けられた弁棒とからなり、前記可動子に形成された係止空間内で可動子と接続されている。
【０００５】
しかしながら、上記の弁駆動装置は、係止空間内における弁棒と可動子との結合部にガタがあり、弁の開閉を繰り返す度に可動子は衝撃を受け、劣化し易い。
【０００６】
このような問題に対し、特許文献２（特開平１１−１３４３５号）及び特許文献３（特開２０００−３１４３０５号）では、電磁力とスプリングの付勢力とで進退するアーマチュア軸と弁軸とを、緩衝材を介して接続した弁駆動装置が提案されている。
【０００７】
また、特許文献４（特開２００１−３９７１号）では、往復移動するシャフトにダンパを取り付け、弁の開閉の際の衝撃を吸収する構成が提案されている。
【０００８】
また、特許文献５（特開２０００−１９９４１０号）では、電磁力とスプリングの付勢力とで進退するアーマチュア軸と弁軸との間にコ字形のフォロア部材と揺動カムとを設けて、弁が弁座に当たる際の衝撃を緩和する技術が提案されている。
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−１９９４１１号
【特許文献２】特開平１１−１３４３５号
【特許文献３】特開２０００−３１４３０５号
【特許文献４】特開２００１−３９７１号
【特許文献５】特開２０００−１９９４１０号
【００１０】
しかしながら、上記特許文献２から５に記載のものは、すべて、アーマチュア軸と弁軸との接合部に別個の部品を取り付ける必要があるので、コストアップとなり、機構も複雑になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、現在の可動子と弁との接合部を利用して簡単な構成で、安価に衝撃力を低減することができる弁駆動装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するために本願の第１の発明による弁駆動装置は、電磁コイルが巻装されて磁束を生成する磁束生成部と、３つの磁極片をほぼ同一線上に有し、上記磁束を分布させて２つの磁場領域を形成する磁場形成部と、からなる固定子と、上記磁場領域に対応して上記磁極片を結ぶ線と平行に進退し、かつ、互いに異なる極性の２つの着磁面を有する着磁部材とを備えた可動子と、該可動子に形成された係止空間と、該係止空間と外部とを連通する挿通部と、該挿通部を通過して先端が前記係止空間内に進入する弁棒と、該弁棒の他端に設けられた弁体と、前記係止空間内にあって前記挿通部を通過できない大きさを有し係止空間内で前記弁棒の先端部と係止する弾性体と、を有することを特徴としている。
【００１３】
上記の目的を達成するために本願の第２の発明による弁駆動装置は、前記弁棒が、弁棒の先端側が太径部となる段部を有し、該段部の細径部に、該細径部より大きく前記太径部より小さな幅の挿通溝を有する金属環を嵌装し、該金属環の外側に前記弾性体を設けたことを特徴としている。
【００１４】
上記の目的を達成するために本願の第３の発明による弁駆動装置は、前記弁棒の先端面に接する金属板を有し、該金属板の外側に前記弾性体が設けられていることを特徴としている。
【００１５】
上記の目的を達成するために本願の第４の発明による弁駆動装置は、前記弾性体がゴムで、前記係止空間の周壁に密着していることを特徴としている。
【００１６】
上記の目的を達成するために本願の第５の発明による弁駆動装置は、電磁コイルが巻装されて磁束を生成する磁束生成部と、３つの磁極片をほぼ同一線上に有し、上記磁束を分布させて２つの磁場領域を形成する磁場形成部と、からなる固定子と、上記磁場領域に対応して上記磁極片を結ぶ線と平行に進退し、かつ、互いに異なる極性の２つの着磁面を有する着磁部材とを備えた可動子と、該可動子に接続される弁と、前記可動子を進退自在な状態に支持するフレームと、該フレームに設けられ前記可動子の進退上の死点を決めるストッパ部材と、を有し、該ストッパ部材と前記可動子が弾性体を介して当接することを特徴としている。
【００１７】
上記の目的を達成するために本願の第６の発明による弁駆動装置は、前記弾性体が、前記ストッパ部材と前記可動子の双方に同磁極が対向するように固定された永久磁石であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本願の第１の発明による弁駆動装置は、可動子に形成された係止空間と、係止空間と外部とを連通する挿通部と、該挿通部を通過して先端が前記係止空間内に進入する弁棒と、該弁棒の他端に設けられた弁体と、前記係止空間内にあって前記挿通部を通過できない大きさを有し係止空間内で前記弁棒の先端部と係止する弾性体と、を有する構成なので、従来の係止空間内に弾性体を挿入するだけで可動子と弁との接合部における衝撃力を低減し、弁や可動子の破損や摩耗を防止することができ、また、弁作動の騒音も低減することができる。
【００１９】
本願の第２の発明による弁駆動装置は、前記弁棒が、弁棒の先端側が太径部となる段部を有し、該段部の細径部に、該細径部より大きく前記太径部より小さな幅の挿通溝を有する金属環を嵌装し、該金属環の外側に前記弾性体を設けたので、弁棒が弾性体から抜け出ることを確実に防止することができる。
【００２０】
本願の第３の発明による弁駆動装置は、前記弁棒の先端面に接する金属板を有し、該金属板の外側に前記弾性体が設けらた構成なので、弁棒の先端面で弾性体が摩耗されるのを防止することができる。
【００２１】
本願の第４の発明による弁駆動装置は、前記弾性体がゴムで、前記係止空間の周壁に密着している構成なので、弁と可動子とがガタツキなく接続でき、しかも、弾性力により衝撃力を吸収することができる。
【００２２】
本願の第５の発明による弁駆動装置は、固定子と、可動子と、該可動子に接続される弁と、前記可動子を進退自在な状態に支持するフレームと、該フレームに設けられ前記可動子の進退上の死点を決めるストッパ部材と、を有し、該ストッパ部材と前記可動子が弾性体を介して当接する構成としたので、弁の開閉に伴い可動子に加わる衝撃を吸収し、可動子及びフレームの損傷を防止し、騒音を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に本発明の実施例を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の弁駆動装置の要部を示す斜視図、図２は、図１のII−II拡大断面図、図３は可動子とその周辺部を示す平面図である。
【００２４】
弁１１は内燃機関のシリンダーにおいて、吸気ポート又は排気ポートを開閉するものである。弁１１は、弁体１１ａに弁棒１１ｂを一体的に取り付けたもので、弁棒１１ｂの先端には拡大部１１ｃが設けられている。
【００２５】
固定子２０は、電磁コイル２１と、この中心にあるコア２２と、電磁コイル２１を外側から覆うように断面がＣ字型をしたヨーク２３とから構成されている。コア２２とヨーク２３との間には、磁気ギャップｓが設けられている。コア２２はその下端に磁極片２４を有し、ヨーク２３はその両端に磁極片２５，２６を有する。これら３つの磁極片２４，２５，２６は、ほぼ一直線上に列んでいる。
【００２６】
可動子３０は、前記の３つの磁極片２４，２５，２６と対向するように配置される。可動子３０の端部に形成された係止空間３１は、溝状の挿通部３１ａによって外部とつながっている。弁棒１１ｂを挿通部３１ａ内に入れ、弁１１の拡大部１１ｃを係止空間３１内に収容することで弁１１と可動子３０とが係合する。拡大部１１ｃは、係止空間３１内に若干のガタツキを持って収容されている。
【００２７】
可動子３０は板状で、２つの貫通孔に可動子３０の厚さと略同じ厚さを有する２つの着磁部材３２及び３３を嵌合している。着磁部材３２，３３はこの実施例では永久磁石を用いている。永久磁石に代えて電磁石としてもよいが、永久磁石の方が小型化できる等の利点がある。この２つの着磁部材３２及び３３の固定子２０に面する側は、互いに異なる極性、例えば一方がＳ極なら他方がＮ極になるように配置されている。可動子３０の下部には、磁路部材３８が設けられている。
【００２８】
固定子２０と可動子３０とは、所定の位置関係を保つように、両側をフレーム５０で支持されている。フレーム５０は、前後の柱５１と上端の梁５２と中間の梁５３とを有し、これらを直角に組んだ形状である。
【００２９】
次に、前記した弁駆動装置の動作を説明するが、その前に、着磁部材３２，３３の極性を次のように決めておく。着磁部材３２のヨーク２３側はＮ極に着磁され磁路部材３８側はＳ極に着磁され、着磁部材３３のヨーク２３側はＳ極に着磁され磁路部材３８側はＮ極に着磁されているものとする。
【００３０】
電磁コイル２１に電流が供給されていない場合においては、磁気ギャップｓによる磁気抵抗は、着磁部材３２及び３３の磁力に対して大きいので、着磁部材３２のＮ極→磁極片２５→ヨーク２３→磁極片２６→着磁部材３３のＳ極→着磁部材３３のＮ極→磁路部材３８→着磁部材３２のＳ極と周回する磁路と、着磁部材３２のＮ極→磁極片２４→着磁部材３３のＳ極→着磁部材３３のＮ極→磁路部材３８→着磁部材３２のＳ極と周回する磁路と、が形成されるように、着磁部材３２及び３３は弁１１と共に図２に示す位置（これが基準位置となる）に位置づけられる。
【００３１】
一方、電磁コイル２１に電流を供給した場合においては、コア２２の内部に磁束が生成され、この磁束はヨーク２３内に分布して磁極片２５，２６の表面に磁極を生じさせ、上述した磁場領域に磁場が形成される。磁極片２５及び２６に生ずる磁極の極性は同じ極性の磁極であり、磁極片２４に生ずる磁極の極性は磁極片２５及び２６に生じる磁極の極性とは異なる極性である。例えば、所定の方向に流れる直流電流を電磁コイル２１に供給した場合には、磁極片２５，２６にはＳ極が生じ、磁極片２４にはＮ極が生じる。また、所定の方向と反対方向の直流電流を電磁コイル２１に供給した場合には、磁極片２５，２６にはＮ極が生じ、磁極片２４にはＳ極が生じることにする。
【００３２】
磁極片２５，２６にＳ極が生じ、磁極片２４にＮ極が生じた場合においては、着磁部材３２のＮ極→磁極片２５→ヨーク２３→磁気ギャップｓ→コア２２→磁極片２４→着磁部材３３のＳ極→着磁部材３３のＮ極→磁路部材３８→着磁部材３２のＳ極の如く周回する磁路が新たに形成されるように、着磁部材３２及び３３は、コア２２内に生成された磁束密度の大きさに応じて可動子３０と共に図２に示す矢印Ａの方向に移動する。
【００３３】
一方、磁極片２５，２６にＮ極が生じ、磁極片２４にＳ極が生じた場合においては、着磁部材３２のＮ極→磁極片２４→コア２２→磁気ギャップｓ→ヨーク２３→磁極片２６→着磁部材３３のＳ極→着磁部材３３のＮ極→磁路部材３８→着磁部材３２のＳ極と周回する磁路が新たに形成されるように、着磁部材３２及び３３はコア２２内に生成された磁束密度の大きさに応じて可動子３０と共に矢印Ｂの方向に移動する。
【００３４】
上述した如く、電磁コイル２１に電流が供給されていない場合には、可動子３０を基準位置に位置づけることができ、電磁コイル２１へ供給する電流の向きを変更することにより可動子３０を方向Ａ又は方向Ｂに移動させることができ、弁１１を閉弁位置若しくは開弁位置に位置づけることができる。
【００３５】
可動子３０のＡ方向の死点は、フレーム５０の前後の柱５１に設けられたストッパ部材５１ａに可動子３０が当たることによって決められる。また、可動子３０のＢ方向の死点は、弁体１１ａが図示しないシリンダーの弁座に当たることによって決められる。一方、拡大部１１ｃは係止空間３１内をガタツキの分だけ移動する。そして、可動子３０がストッパ部材５１ａに当たるとき拡大部１１ｃは係止空間３１の図３における上端面に当たる。また、弁体１１ａが図示しないシリンダーの弁座に当たるとき拡大部１１ｃは係止空間３１の図３における下端面に当たる。
【００３６】
すなわち、以上の進退動作を繰り返すと、弁１１の拡大部１１ｃは、可動子３０の係止空間３１の上下で衝突を繰り返すことになり、係止空間３１の形状を摩耗や変形させたり、騒音が発生したり、拡大部１１ｃが損傷を受けたりしやすくなる。そこで、本発明の実施例では、図３に示すように、フレーム５０の柱５１に形成されたストッパ部材５１ａ先端に弾性体６０を設けている。
【００３７】
この弾性体６０によって、可動子３０がＡ方向移動し、開弁したとき、フレーム５０の柱５１と、可動子３０との衝撃を吸収し、騒音や摩耗を低減することができる。また、弁１１に加わる衝撃力も吸収することができる。
【００３８】
弾性体６０としては、ゴムやスプリングの他に、可動子３０とストッパ部材５１ａの双方に永久磁石を固定し、相互に対向する磁極を同極性としたものを使用することができる。この構成によって、磁石の反発力で衝撃力を吸収するのである。
【００３９】
この実施例では、フレーム５０の柱５１にストッパ部材５１ａを設けたが、可動子３０のストッパ部材として機能するならば、フレーム５０のどこに設けてもよい。弾性体６０としては、各種のゴムやスプリング、ダンパーなどを用いることができる。この実施例では、従来からあるストッパ部材５１ａに弾性体６０を設けるだけの簡単な構成で衝撃力の吸収を図ることができる。
【００４０】
図４は、本発明の第２実施例の要部を示す平面図である。図３に示す実施例では、可動子３０及び弁１１の破損をある程度防止することは可能であるが、係止空間３１内における、弁１１の拡大部１１ｃの上下への衝突を防止することはできない。
【００４１】
そこで、この実施例では、係止空間３１内にゴム等の弾性体６１を充填している。弁棒１１ｂの先端には、太径部１１ｄと細径部１１ｅとからなる段部があり、弾性体６１がこの細径部１１ｅ内に入り込んでいる。そのため、弁棒１１ｂは挿通部３１ａから抜け出ることができないようになっている。
【００４２】
この弾性体６１の製造方法は、次のようにする。可動子３０の係止空間３１の部分に弁棒１１ｂの先端を進入させた状態で、金型内にセットする。その後、空間に溶融したゴムを流し込み、冷却して固化する。弾性体６１は係止空間３１の係止空間３１の空間部分を埋め、周壁に密着した状態となる。弁棒１１ｂの代わりに中子を用い、弁棒１１ｂの先端の段部が挿入できる空間を形成しておくこともできる。弾性体６１が固化してから弁棒１１ｂの先端の段部を挿入することになる。この場合、弁棒１１ｂは着脱自在となる。この実施例の場合、太径部１１ｄの径を挿通部３１ａの径より大きくしておくと、弁棒１１ｂが挿通部３１ａから抜け出るのを確実に防止することができる。
【００４３】
図５（ａ）は、第３の実施例の要部を示す平面図で、図４の実施例を改良したものである。この実施例では、段部の細径部１１ｅに金属環７０をはめている。金属環７０は、図５（ｂ）に示すように、円形の金属板に挿通溝７１を形成したものである。ただし、円形に限定するものではなく、矩形の板であってもよく任意の形状でよい。挿通溝７１の幅は、細径部１１ｅより大きく、太径部１１ｄより小さいものとし、太径部１１ｄが通過しないようにしている。
【００４４】
なお、Ｅリングのように、挿通溝７１の入口を細径部１１ｅより若干小さくし、金属環７０の中心部で入口より径の大きい円形となるようにしてもよい。弾性により拡げた状態にして細径部１１ｅを入口に通すことになる。
【００４５】
金型内に可動子３０の係止空間３１周辺部をセットし、中子に金属環７０をはめたものをセットして、ゴム等の弾性体６２を流し込み、固化することで弾性体６２を形成することができる。この実施例では、弾性体６２が金属環７０を覆うので、弁棒１１ｂが弾性体６２から抜けるのを確実に防止することができる。図３の実施例と同様に、成形時に中子を使用する場合、弁棒１１ｂが可動子３０に着脱自在になる。
【００４６】
図６は、図５の実施例をさらに改良したものである。この実施例では、段部の細径部１１ｅに金属環７０をはめ、さらに太径部１１ｄの先端面に金属板８０を設けている。金属板８０は、円板でも四角の板でもよく形状は問わないが、挿通溝７１や孔は無いものとする。
【００４７】
金型内に可動子３０の係止空間３１周辺部をセットし、中子、金属板８０及び金属環７０をはめたものをセットして、ゴム等を流し込み空間を充填し、固化して弾性体６３としたものである。この実施例では、金属板８０があるので、弾性体６３の損傷を防止することができる。
【００４８】
図４、図５及び図６の実施例において、弾性体６１，６２，６３を溶融したゴムを流し込む方法で製造したが、本発明は、この方法に限定されない。予め成形されたゴムを係止空間３１にはめ込んでもよい。また、弾性体６１，６２，６３と係止空間３１の内壁との間や、弁棒１１ｂとの間に隙間を設けた構成としてもよい。勿論、ゴム以外の弾性体を用いてもよい。
【００４９】
また、図３の実施例と、図４、図５及び図６のいずれかの実施例とを組み合わせて使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の弁駆動装置の要部を示す斜視図である。
【図２】図１のII−II拡大断面図である。
【図３】可動子とその周辺部を示す平面図である。
【図４】本発明の第２実施例の要部を示す平面図である。
【図５】（ａ）は、第３の実施例の要部を示す平面図で、（ｂ）は金属環の正面図である。
【図６】第４の実施例の要部を示す平面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１１      弁
１１ａ    弁体
１１ｂ    弁棒
１１ｄ    太径部
１１ｅ    細径部
２０      固定子
２１      電磁コイル
２４，２５，２６      磁極片
３０      可動子
３１      係止空間
３１ａ    挿通部
５０      フレーム
５１ａ    ストッパ部材
６０，６１，６２，６３    弾性体
７０      金属環
７１      挿通溝
８０      金属板
【図１】
2005033935.tif 000003
【図２】
2005033935.tif 000004
【図３】
2005033935.tif 000005
【図４】
2005033935.tif 000006
【図５】
2005033935.tif 000007
【図６】
2005033935.tif 000008