(57)【要約】【課題】  応答性および耐久性の高い電磁駆動装置を提供する。【解決手段】  磁性部３２は、磁性体金属粉末を樹脂で固めた圧粉材料からなる。そのため、磁性部３２は、電気抵抗が大きく、コイルへ通電または通電が停止されても内部で渦電流が生じにくい。これにより、コイルへの通電または非通電に対する可動コア１５の応答性が向上する。一方、磁性部３２は圧粉材料からなるため、機械的強度が低く脆い。そこで、磁性部３２は、電磁ステンレスからなる骨格部３１に収容されている。そのため、固定コア３０と可動コア１５とが衝突を繰り返しても、可動コア１５と衝突するのは骨格部３１である。これにより、固定コア３０の損傷は防止される。したがって、応答性の向上と耐久性の向上とを両立することができる。【選択図】    図１
2005030336.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定コアと、コイルに通電することで前記固定コアとの間に発生する磁気吸引力により前記固定コアに吸引され前記固定コアに当接可能な可動コアとを備える電磁駆動装置であって、
前記固定コアまたは前記可動コアの少なくともいずれか一方は、
骨格部と、
前記骨格部に収容され、前記骨格部よりも機械的強度が低く電気抵抗の大きな磁性材料から形成されている磁性部と、
を有することを特徴とする電磁駆動装置。
【請求項２】
前記骨格部は、前記固定コアまたは前記可動コアと対向する端部が前記磁性部よりも軸方向へ突出していることを特徴とする請求項１記載の電磁駆動装置。
【請求項３】
前記骨格部は、前記固定コアまたは前記可動コアと対向する側に放射状の当接面を有することを特徴とする請求項２記載の電磁駆動装置。
【請求項４】
前記骨格部は、前記固定コアまたは前記可動コアと対向する側に格子状の当接面を有することを特徴とする請求項２記載の電磁駆動装置。
【請求項５】
前記骨格部は、磁性材料から形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の電磁駆動装置。
【請求項６】
前記磁性部の電気抵抗は、前記骨格部の１０倍以上であることを特徴とする請求項５記載の電磁駆動装置。
【請求項７】
前記磁性部は磁性体の粉末を樹脂で固めた圧粉材料から形成されていることを特徴とする請求項６記載の電磁駆動装置。
【請求項８】
噴孔を有するノズルボディと、
請求項１から７のいずれか一項記載の電磁駆動装置と、
前記可動コアと一体に移動可能であって、前記噴孔を開閉する弁部材と、
を備えることを特徴とする燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイルに通電することにより駆動される電磁駆動装置およびそれを用いた燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
コイルに通電することにより、固定コアに可動コアが吸引される電磁駆動装置が公知である。電磁駆動装置は、例えば高速で開閉を繰り返す燃料噴射弁、ＡＢＳアクチュエータあるいは圧力制御弁などの弁装置に適用される（燃料噴射弁について例えば特許文献１参照）。このような電磁駆動装置では、固定コアと可動コアとが当接および離間を繰り返される。そのため、固定コアおよび可動コアには、例えば電磁ステンレスなど機械的強度の高い磁性材料が用いられている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３１００２９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、例えば電磁ステンレスなどの磁性材料は、比較的電気抵抗が小さい。そのため、コイルへの通電時または通電の停止時、固定コアの内部には渦電流が発生する。これにより、コイルへの通電または通電の停止に対する応答性が悪化するという問題がある。
【０００５】
一方、固定コアの内部に発生する渦電流を低減するために、比較的電気抵抗の大きな磁性材料を用いることが考えられる。電気抵抗の大きな磁性材料として、例えば純鉄粉末を樹脂で固めた圧粉材料が考えられる。しかしながら、例えば純鉄粉末から形成されている圧粉材料は、機械的強度が低く、耐久性が低いという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、応答性および耐久性の高い電磁駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明では、固定コアまたは可動コアの少なくとも一方は骨格部と磁性部とを有している。磁性部を機械的強度が高い骨格部に収容することにより、磁性部は骨格部により補強される。また、磁性部は骨格部よりも電気抵抗が大きい。そのため、磁性部における渦電流の発生が低減される。したがって、応答性および耐久性の向上を両立することができる。
【０００８】
請求項２記載の発明では、骨格部は固定コアまたは可動コアと対向する端部が磁性部よりも軸方向へ突出している。そのため、固定コアと可動コアとは骨格部において当接する。これにより、機械的強度の低い磁性部同士の当接が防止される。したがって、耐久性を向上することができる。
【０００９】
請求項３または４記載の発明では、骨格部は固定コアまたは可動コアと対向する側に放射状または格子状の当接面を有している。これにより、骨格部の固定コアまたは可動コアと対向する側は面積が拡大する。そのため、固定コアと可動コアとの当接による力は放射状または格子状の当接面に分散して作用する。したがって、耐久性を向上することができる。
【００１０】
請求項５記載の発明では、骨格部を磁性材料で形成してもよい。磁性部は骨格部に比較して電気抵抗が大きいため、骨格部を磁性材料で形成する場合でも、磁性部には渦電流が発生しにくい。したがって、応答性を向上することができる。
請求項６記載の発明では、磁性部の電気抵抗は骨格部の１０倍以上である。そのため、磁性部には渦電流が発生しにくい。したがって、応答性を向上することができる。
請求項７記載の発明では、磁性部は圧粉材料から形成されている。そのため、電気抵抗が大きく、機械的強度は低い。一方、磁性部は、骨格部に収容されることにより、補強されている。したがって、応答性および耐久性の向上を両立することができる。
【００１１】
請求項８記載の発明では、燃料噴射弁は請求項１から７のいずれか一項記載の電磁駆動装置を備えている。そのため、電磁駆動装置の応答性が高くなり、コイルへの通電に対する開弁または閉弁遅れが低減される。これにより、短期間の燃料噴射、ならびに燃料噴射量の低減が可能となる。したがって、燃料噴射の自由度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の電磁駆動装置を燃料噴射弁（以下、燃料噴射弁を「インジェクタ」という。）に適用した第１実施形態を図２に示す。第１実施形態によるインジェクタ１０は、例えば直噴式のガソリンエンジンに適用される。なお、インジェクタ１０は、直噴式のガソリンエンジンに限らず、予混合式のガソリンエンジン、またはディーゼルエンジンなどに適用してもよい。直噴式のガソリンエンジンに第１実施形態によるインジェクタ１０を適用する場合、インジェクタ１０は図示しないエンジンヘッドに搭載される。
【００１３】
インジェクタ１０のハウジング１１は筒状に形成されている。ハウジング１１は、第一磁性部１２、非磁性部１３および第二磁性部１４を有している。非磁性部１３は、第一磁性部１２と第二磁性部１４との磁気的な短絡を防止している。
ハウジング１１の外周側には、スプール２０が装着されている。スプール２０にはコイル２１が巻回されている。スプール２０およびコイル２１の外周側は樹脂モールド２２により覆われている。コイル２１は、樹脂モールド２２により形成されているコネクタ２３に埋設されているターミナル２４と接続されている。ターミナル２４を経由してコイル２１に通電されると、固定コア３０と可動コア１５との間には磁気吸引力が発生する。固定コア３０、可動コア１５およびコイル２１は、電磁駆動装置を構成している。固定コア３０および可動コア１５は、いずれも筒状に形成されている。固定コア３０は、ハウジング１１の内周側に圧入されている。また、可動コア１５は、ハウジング１１の内周側を軸方向へ往復移動可能である。可動コア１５は、磁性材料である電磁ステンレスにより一体に形成されている。
【００１４】
アジャスティングパイプ１６は、固定コア３０の内周側に圧入されている。アジャスティングパイプ１６の内周側は、燃料通路４１を形成している。アジャスティングパイプ１６は、可動コア１５側の端部がスプリング１７に当接している。スプリング１７は、一方の端部がアジャスティングパイプ１６に当接し、他方の端部が可動コア１５に当接している。これにより、スプリング１７は可動コア１５を反固定コア方向へ付勢する。アジャスティングパイプ１６の圧入量を調整することにより、可動コア１５を付勢するスプリング１７の荷重が調整される。
【００１５】
ハウジング１１は、燃料入口１８を有している。燃料入口１８には、図示しない燃料ポンプから燃料が供給される。燃料入口１８から流入した燃料は、フィルタ１９を経由してハウジング１１の内周側に流入する。フィルタ１９は、燃料に含まれる異物を除去する。
ノズルホルダ５０は、筒状に形成され、ハウジング１１の端部に接続されている。ノズルホルダ５０の内周側には、ノズルボディ６０が固定されている。ノズルボディ６０は、筒状に形成され、例えば圧入あるいは溶接などによりノズルホルダ５０に固定されている。ノズルボディ６０は、先端に近くづくにつれて内径が小さくなる円錐状の内壁面に弁座６１を有している。ノズルボディ６０の反ハウジング側の端部とノズルホルダ５０との間には、噴孔プレート６２が設置されている。噴孔プレート６２は、単数または複数の噴孔６３を有している。コイル２１の外周側には、磁性体からなるプレートハウジング２５が設置されている。プレートハウジング２５はノズルホルダ５０と磁気的に接続されている。
【００１６】
弁部材としてのニードル５１は、ハウジング１１、ノズルホルダ５０およびノズルボディ６０の内周側に軸方向へ往復移動可能に収容されている。ニードル５１は、ノズルボディ６０と同軸上に配置されている。ニードル５１は、一方の端部が可動コア１５に接続されている。これにより、ニードル５１は可動コア１５と一体に軸方向へ往復移動可能である。ニードル５１は、反可動コア側の端部にノズルボディ６０の弁座６１に着座可能な当接部５２を有している。ニードル５１とノズルボディ６０との間には、燃料が流れる燃料通路４２が形成される。
【００１７】
燃料入口１８からハウジング１１の内周側に流入した燃料は、フィルタ１９、アジャスティングパイプ１６の内周側に形成される燃料通路４１、ならびに固定コア３０の内周側を経由して、可動コア１５の内周側に流入する。可動コア１５の内周側に流入した燃料は、可動コア１５の内側と外側とを連通する燃料孔４３を経由してハウジング１１とニードル５１との間へ流れる。そして、燃料は、ノズルホルダ５０とニードル５１との間を経由して、ノズルボディ６０とニードル５１との間に形成される燃料通路４２へ流入する。
【００１８】
コイル２１への通電が停止されているとき、ニードル５１はスプリング１７の付勢力により可動コア１５とともに図２の下方へ移動している。そのため、当接部５２は弁座６１に着座し、燃料通路４２と噴孔プレート６２に形成される噴孔６３との間の燃料の流れは遮断されている。したがって、燃料は噴孔６３から噴射されない。
【００１９】
コイル２１に通電されると、コイル２１に発生する磁束によりノズルホルダ５０、ハウジング１１の第一磁性部１２、可動コア１５、固定コア３０、ハウジング１１の第二磁性部１４、ならびにプレートハウジング２５には磁気回路が形成される。これにより、離間している固定コア３０と可動コア１５との間には磁気吸引力が発生する。そのため、可動コア１５ならびに可動コア１５と一体のニードル５１は、スプリング１７の付勢力に抗して図２の上方すなわち固定コア３０方向へ移動する。可動コア１５は、固定コア３０と当接するまで移動する。その結果、当接部５２は弁座６１から離座し、燃料通路４２と噴孔６３とは連通する。したがって、燃料は噴孔６３から噴射される。
【００２０】
コイル２１への通電が停止されると、固定コア３０と可動コア１５との間の磁気吸引力が消滅する。これにより、可動コア１５ならびに可動コア１５と一体のニードル５１は、スプリング１７の付勢力により図２の下方へ移動する。そのため、当接部５２は再び弁座６１に着座し、燃料通路４２と噴孔６３との間の燃料の流れは遮断される。したがって、燃料の噴射は終了する。
【００２１】
次に、固定コア３０について詳細に説明する。
固定コア３０は、図１に示すように略円筒形状に成形され、骨格部３１および磁性部３２を有している。固定コア３０は、例えばハウジング１１の内周側に圧入されることにより固定されている。骨格部３１は、磁性部３２よりも機械的強度が高く電気抵抗の小さな磁性体から形成されている。骨格部３１は、例えば電磁ステンレスなどの磁性体金属から形成されている。骨格部３１は、図１および図３に示すように内筒３３および外筒３４を有している。外筒３４は、内筒３３と略同心円状であり内筒３３の径方向外側に配置されている。すなわち、骨格部３１は二重環状に形成されている。
【００２２】
内筒３３と外筒３４とは、径方向へ伸びるスポーク３５により接続されている。スポーク３５は、内筒３３から外筒３４へ放射状に形成されている。骨格部３１を構成する内筒３３、外筒３４およびスポーク３５は、それぞれ磁性体金属の薄板から形成されている。外筒３４の外周面とハウジング１１の内周面とが接触することにより、固定コア３０はハウジング１１に保持される。
【００２３】
磁性部３２は、骨格部３１よりも機械的強度が低く電気抵抗の大きな磁性体から形成されている。本実施例の場合、磁性部３２は、磁性体粉末をバインダー樹脂で固めた圧粉材料から形成されている。磁性体粉末は、金属粉末からなる。金属粉末としては、例えば鉄あるいはコバルトなどの磁性金属粉末が用いられる。磁性部３２は、鉄あるいはコバルトなどの磁性金属粉末を単独または混合して形成されている。
【００２４】
磁性部３２は、金属粉末をバインダー樹脂で固めているため、機械的強度が低く脆い。一方、磁性部３２は、金属粉末をバインダー樹脂で固めることにより、十分な磁束が流れるものの、電気抵抗が大きくなる。磁性部３２の電気抵抗は骨格部３１の電気抵抗の１０倍以上となる。例えば磁性部３２として純鉄粉末を用いる場合、磁性部３２の比抵抗は約１０００μΩ・ｍである。また、骨格部３１として電磁ステンレスを用いる場合、骨格部３１の比抵抗は約６０μΩ・ｍである。したがって、本実施例の場合、磁性部３２の電気抵抗は、骨格部３１の電気抵抗の約１７倍である。
【００２５】
圧粉材料から形成されている磁性部３２は、所定の形状に成形された後、骨格部３１に収容される。骨格部３１は、図４に示すように内筒３３、外筒３４およびスポーク３５により略扇形柱状に周方向へ複数の収容室３６に区画されている。磁性部３２は、区画された骨格部３１の収容室３６に対応する形状に成形され、収容室３６に収容される。磁性部３２の軸方向の長さは、骨格部３１よりも短い。これにより、図１に示すように骨格部３１の可動コア１５側の端部は磁性部３２よりも可動コア１５側へ突出している。
【００２６】
上述のように、骨格部３１は内筒３３、外筒３４およびスポーク３５を有している。そのため、骨格部３１が磁性部３２よりも可動コア１５側へ突出することにより、骨格部３１の可動コア１５と対向する側には図３（Ｂ）に示すように放射状の当接面３７が形成される。当接面３７は、可動コア１５の固定コア３０側の端面１５ａと当接する。
【００２７】
以上説明した第１実施形態では、固定コア３０は骨格部３１および磁性部３２を有している。磁性部３２は骨格部３１に比較して電気抵抗の大きな圧粉磁性材料から形成されている。そのため、磁性部３２の電気抵抗は大きくなり、コイル２１への通電の開始時または通電の停止時に、磁性部３２の内部には渦電流が発生しにくい。したがって、コイル２１への通電の開始または停止に対する可動コア１５の作動応答性を高めることができる。また、可動コア１５の作動応答性が高まることにより、コイル２１への通電に対するニードル５１の作動応答性、ならびに噴孔６３からの燃料噴射の応答性が高くなる。これにより、短期間の燃料噴射が可能となり、かつ一回の噴射あたりの燃料噴射量が低減される。したがって、インジェクタ１０では燃料噴射の自由度を高めることができる。
【００２８】
第１実施形態では、骨格部３１に磁性部３２が収容されている。骨格部３１は磁性部３２よりも可動コア１５側に突出しており、突出している骨格部３１と可動コア１５とが当接する。骨格部３１は磁性部３２よりも機械的強度が高い。そのため、固定コア３０と可動コア１５との衝突が繰り返されても、骨格部３１に収容されている磁性部３２には損傷が生じない。そのため、電気抵抗が大きくかつ機械的強度が低い圧粉材料からなる磁性部３２を用いる場合でも、磁性部３２の損傷は防止される。したがって、応答性の向上と耐久性の向上とを両立することができる。
また、骨格部３１に磁性部３２を収容することにより、固定コア３０と可動コア１５との当接面積を拡大しても、磁性部３２は可動コア１５と直接当接することはない。したがって、可動コア１５の固定コア３０側の端面１５ａの形状を自由に変更することができ、設計自由度を高めることができる。
【００２９】
第１実施形態では、内筒３３と外筒３４とをスポーク３５で接続することにより、骨格部３１の可動コア１５の側には放射状の当接面３７が形成される。可動コア１５の往復移動にともなって、可動コア１５の固定コア３０側の端面は骨格部３１の当接面３７との当接を繰り返す。したがって、固定コア３０と可動コア１５との衝突の衝撃は当接面３７に分散され、固定コア３０および可動コア１５の耐久性を向上することができる。
【００３０】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態によるインジェクタを図５に示す。第１実施形態と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
上述した第１実施形態では、骨格部３１に磁性部３２を収容することにより、固定コア３０と対向する可動コア１５の設計自由度が向上される。そのため、第２実施形態では、図５に示すように可動コア１５の固定コア３０側の端面１５ａを径方向外側へ拡大することができる。
【００３１】
第２実施形態では、可動コア１５の端面１５ａを径方向外側へ拡大する場合でも、固定コア３０の磁性部３２は可動コア１５と直接当接することはない。したがって、固定コア３０の耐久性の向上と、可動コア１５の設計自由度の向上とを両立することができる。
【００３２】
（第３、第４実施形態）
本発明の第３実施形態および第４実施形態によるインジェクタの固定コアを図６または図７に示す。第１実施形態と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
図６に示すように第３実施形態による固定コア３０の骨格部３８は、内筒３３およびスポーク３５のみを有している。すなわち、骨格部３８は外筒を有していない。固定コア３０はハウジング１１の内周側に圧入されている。そのため、スポーク３５の径方向外側の端部がハウジング１１の内周面と接触している。
第３実施形態では、第１実施形態と同様に固定コア３０の磁性部３２は骨格部３１に収容される。したがって、磁性部３２の損傷が防止され、応答性の向上と耐久性の向上とを両立することができる。
【００３３】
図７に示すように第４実施形態による固定コア７０の骨格部７１は、内筒７３、外筒７４およびスポーク７５に加え、中筒７６を有している。中筒７６は、径方向において内筒７３と外筒７４との間に配置されている。中筒７６を加えることにより、内筒７３、外筒７４、スポーク７５および中筒７６から形成される収容室７７は格子状に形成される。そのため、収容室７７ならびに収容室７７に収容される磁性部７２は、第１実施形態と比較して細分化される。
第４実施形態では、第１実施形態と同様の効果に加え、骨格部７１の構造的な強度が高められる。したがって、固定コア７０のさらなる強度の向上を図ることができる。
【００３４】
（その他の実施形態）
上述した各実施形態では、固定コアを骨格部および磁性部から構成する例について説明した。しかし、固定コアだけでなく、可動コアを骨格部および磁性部から構成してもよい。また、固定コアおよび可動コアの両方を骨格部および磁性部から構成してもよい。
また、上述した各実施形態では、本発明の電磁駆動装置をガソリンエンジンのインジェクタに適用する例について説明した。しかし、本発明の電磁駆動装置は、例えば圧力制御弁、ＡＢＳアクチュエータあるいはエンジンの吸気バルブもしくは排気バルブなど高速で開閉し高い応答性が必要な弁を駆動する駆動装置として適用することができる。
さらに、上述した各実施形態では、骨格部を一重環、二重環または三重環状に形成する例について説明した。しかし、骨格部を四重環以上に形成してもよく、またスポークの数を任意に変更してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明による電磁駆動装置を適用した第１実施形態によるインジェクタの要部を示す断面図である。
【図２】本発明による電磁駆動装置を適用した第１実施形態によるインジェクタを示す断面図である。
【図３】本発明による電磁駆動装置を適用した第１実施形態によるインジェクタの固定コアを示す図であって、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の矢印Ｂ方向から見た矢視図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線における断面図である。
【図５】本発明による電磁駆動装置を適用した第２実施形態によるインジェクタの要部を示す断面図である。
【図６】本発明による電磁駆動装置を適用した第３実施形態によるインジェクタの固定コアを示す図であって、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の矢印Ｂ方向から見た矢視図である。
【図７】本発明による電磁駆動装置を適用した第４実施形態によるインジェクタの固定コアを示す図であって、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の矢印Ｂ方向から見た矢視図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０  インジェクタ（燃料噴射弁）、１５  可動コア、２１  コイル、３０、７０  固定コア、３１、３８、７１  骨格部、３２、７２  磁性部、３７  当接面、５１  ニードル（弁部材）、６０  ノズルボディ、６３  噴孔
【図１】
2005030336.tif 000003
【図２】
2005030336.tif 000004
【図３】
2005030336.tif 000005
【図４】
2005030336.tif 000006
【図５】
2005030336.tif 000007
【図６】
2005030336.tif 000008
【図７】
2005030336.tif 000009