(57)【要約】      （修正有）【課題】内燃機関のバルブリフト調整装置に適用され永久磁石が静止部に固定された構成の、省スペース且つ簡易な構成で規制ピンの動作を検出する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４０１は、プランジャ６５１、６５２を後退方向に吸引する永久磁石５２１、５２２がプランジャ６５１、６５２に対して静止した部位に固定されており、作動側規制ピンに対応するコイル４５１、４５２へ通電し永久磁石５２１、５２２の磁束を打ち消す方向にコイル磁束を発生させることにより、スプリング７６１、７６２の付勢力によって規制ピン６０１、６０２を前進させる。磁気センサ８０１、８０２は、永久磁石５２１、５２２及びコイル４５１、４５２が発生する磁束が流れる磁気回路上に設けられ、磁束密度を検出する。これにより、磁気センサ８０１、８０２の出力に基づいて、規制ピン６０１、６０２の作動状態を判断する。【選択図】図７
2016058437.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気バルブ又は排気バルブのリフト量を調整するバルブリフト調整装置に適用され、前記バルブリフト調整装置のカムシャフトと共に回転しつつ前記カムシャフトに対し軸方向に相対移動可能なスライダに形成された係合溝に規制ピンの先端部（６４１、６４２）を係合させるとき前記規制ピンを前進させ、前記規制ピンの先端部を前記係合溝から離間させるとき前記カムシャフトのトルクによって前記規制ピンが押し戻される電磁アクチュエータ（４０１−４０５）であって、
前記係合溝に対し前進可能に設けられる規制ピン（６０１、６０２）と、
軟磁性体で形成され、前記規制ピンが一方の端部に連結されるプランジャ（６５１、６５２）と、
前記プランジャに対して静止した部位に固定され、前記プランジャを後退方向に吸引する永久磁石（５２１、５２２、５３１、５３２、５４１）と、
前記永久磁石に対して逆方向の磁束を発生させ、前記プランジャを吸引する磁石吸引力を低下させるコイル（４５１、４５２、４５３、４５４）と、
前記規制ピンを前進方向に付勢し、前記コイルへの通電によって前記永久磁石の磁石吸引力が低下したとき、前記規制ピンを付勢力によって前進方向に作動させるスプリング（７６１、７６２）と、
前記永久磁石及び前記コイルが発生する磁束が流れる磁気回路上に設けられ、磁束密度を検出する磁気検出手段（８０１、８０２）と、
を備えることを特徴とする電磁アクチュエータ。
【請求項２】
前記磁気検出手段は、前記永久磁石に対し前記プランジャと反対側の端面に設けられることを特徴とする請求項１に記載の電磁アクチュエータ（４０１−４０４）。
【請求項３】
前記規制ピンは２つ並設され、
前記２つの規制ピンに対応して、前記プランジャ、前記永久磁石、前記スプリング、及び前記磁気検出手段は２組設けられ、
前記コイルに通電したとき、いずれか一方の前記規制ピンに対応する前記永久磁石に対して逆方向の磁束を発生させて磁石吸引力を低下させ、当該規制ピンを作動側規制ピンとして前進させることを特徴とする請求項１または２に記載の電磁アクチュエータ（４０１、４０２、４０３、４０５）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のバルブリフト調整装置に適用され、規制ピンを前進させて係合溝に係合させることでスライダの位置を切り替える電磁アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の吸気バルブ又は排気バルブのリフト量を調整するバルブリフト調整装置において、カムシャフトと共に回転しつつカムシャフトに対し軸方向に相対移動可能に設けられたスライダの位置を切り替えるものが知られている。また、スライダの位置を切り替える手段として、スライダの移動方向に応じて２つの規制ピンのいずれか一方を択一的に作動させ、スライダに形成された係合溝に規制ピンの先端部を嵌合させる電磁アクチュエータが知られている。
【０００３】
例えば特許文献１には、バルブリフト量を切り替えるためのアクチュエータにおいて、コイル内部に配置された固定コアに対し、永久磁石が端部に取り付けられた可動ユニットが近接又は離間する構成が開示されている。また、永久磁石の径外方向に設けられた磁気センサにより、永久磁石の移動に伴う磁場の変化を検出することで、可動ユニットの作動状態を判断している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第８，４４８，６１５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のアクチュエータでは、可動ユニットの近傍に磁気センサの搭載スペース及び配線スペースが必要であり、装置の構成が複雑になる。また、永久磁石が可動ユニットと共に移動することを前提としているため、永久磁石を静止側に設けたアクチュエータには適用できない。
【０００６】
本発明は、上述の問題に鑑みて創作されたものであり、その目的は、永久磁石が静止部に固定された構成の電磁アクチュエータにおいて、省スペース且つ簡易な構成で規制ピンの動作を検出する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】
【０００７】
本発明は、内燃機関のバルブリフト調整装置に適用され、コイルへの通電によって永久磁石による吸引力が低下したプランジャ、及び、プランジャに連結された規制ピンをスプリングの付勢力によって前進方向に作動させる電磁アクチュエータにおいて、プランジャを後退方向に吸引する永久磁石が「プランジャに対して静止した部位（以下、「静止部」という。）に固定されていること」、並びに、永久磁石及びコイルが発生する磁束が流れる磁気回路上に設けられ磁束密度を検出する磁気検出手段を備えることを特徴とする。
そして、永久磁石に対してプランジャが後退した状態と、前進した状態との磁束密度の変化を検出する。これにより、永久磁石が静止部に固定された構成の電磁アクチュエータで、規制ピンの作動状態を好適に判断することができる。
【０００８】
本発明の磁気検出手段は、永久磁石に対しプランジャと反対側の端面に設けられることが好ましい。この配置により、磁気検出手段専用のスペースを必要とせず、磁気検出手段を容易に取付可能とすることができる。したがって、特許文献１の従来技術に比べて省スペース且つ簡易な構成を実現することができる。
【０００９】
本発明は、規制ピンが２つ並設され、２つの規制ピンに対応して、プランジャ、永久磁石、スプリング、及び、磁気検出手段が２組設けられた電磁アクチュエータに適用されると特に有効である。この電磁アクチュエータは、コイルに通電したとき、いずれか一方の規制ピンに対応する永久磁石に対して逆方向の磁束を発生させて磁石吸引力を低下させ、当該規制ピンを「作動側規制ピン」として作動させる。そして、磁気検出手段の出力に基づいて、いずれの規制ピンが前進したかを判別することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】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の断面図である。
【図２】図１のＩＩ方向矢視図（平面図）である。
【図３】図１の電磁アクチュエータの第１コイル通電時の断面図である。
【図４】図３の要部拡大図である。
【図５】図１の電磁アクチュエータにおいて、非通電時（第１プランジャ後退時）に磁気回路に流れる磁束を示す断面図である。
【図６】図５の状態から、第１コイルへの通電を開始した時（第１プランジャ前進開始時）に磁気回路に流れる磁束を示す断面図である。
【図７】図６の状態から、第１コイルへの通電を停止した時（第１プランジャ前進完了時）に磁気回路に流れる磁束を示す断面図である。
【図８】コイル通電時の（ａ）コイル電流、（ｂ）磁気センサ出力、（ｃ）規制ピンストロークを示すタイムチャートである。
【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断面図である。
【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断面図である。
【図１１】本発明の第４実施形態による電磁アクチュエータの断面図である。
【図１２】本発明のその他の実施形態による電磁アクチュエータの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
この電磁アクチュエータは、本件出願と同一出願人による特開２０１３−２５８８８８号公報等に開示されたとおり、カムシャフトと共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又は排気バルブのリフト量を調整するバルブリフト調整装置に適用される。
【００１２】
バルブリフト調整装置のスライダは、カムシャフトと共に回転しつつカムシャフトに対し軸方向に相対移動可能に設けられており、回転角度に応じて軸方向位置が徐変する係合溝が外周に形成されている。電磁アクチュエータは、制御手段からの指令に基づいて、２つの規制ピンのうちいずれか一方の「作動側規制ピン」を前進させ、作動側規制ピンの先端部をスライダの係合溝に係合させることで、スライダを回転に伴って軸方向に移動させる。また、作動側規制ピンの先端部を係合溝から離間させるときには、カムシャフトのトルクによって作動側規制ピンが押し戻される。
バルブリフト調整装置の詳細な構成や作動に関しては特開２０１３−２５８８８８号公報のとおりであるので、ここでは説明を省略する。
【００１３】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による電磁アクチュエータの構成について、図１〜図４を参照して説明する。電磁アクチュエータ４０１は、２つの規制ピン６０１、６０２を並設しており、そのうちいずれか一方を「作動側規制ピン」として択一的に作動させる。図１は、いずれの規制ピン６０１、６０２も作動させない状態、図３、図４は、第１規制ピン６０１を作動させた状態を示す断面図である。なお、第２規制ピン６０２を作動させた状態の断面図は、図３、図４を左右反転したものに相当するので省略する。
図２に示すように、電磁アクチュエータ４０は、本体の外側に張り出した取付部４７５を除き、図の左右方向に対称に形成されている。
【００１４】
電磁アクチュエータ４０１は、２つの規制ピン６０１、６０２に対応してコイル４５１、４５２、フタ５０１、５０２、永久磁石５２１、５２２、アダプタ５５１、５５２、プランジャ６５１、６５２、及びスプリング７６１、７６２等を２組備えている。
ここで、３桁符号の末尾が「１」の部材同士が対応し、３桁符号の末尾が「２」の部材同士が対応する。以下、適宜、３桁符号末尾が「１」の部材の名称の前に「第１」を付け、３桁符号末尾が「２」の部材の名称の前に「第２」を付けて区別する。
【００１５】
規制ピン６０１、６０２及びプランジャ６５１、６５２は「可動部」に相当する。第１規制ピン６０１及び第１プランジャ６５１はピン軸Ｐ１上に一体に結合され、図１に示す最後退位置から図３に示す最前進位置まで往復移動する。また、第２規制ピン６０２及び第２プランジャ６５２はピン軸Ｐ２上に一体に結合され、同様に往復移動する。
【００１６】
ここで、規制ピン６０１、６０２及びプランジャ６５１、６５２の最後退位置からの前進距離をストロークといい、最後退位置を「ゼロストローク」、最前進位置を「フルストローク」という。以下の説明で、「前進方向」または「前方」は、図１、３、４の下方向に対応し、「後退方向」または「後方」は、図１、３、４の上方向に対応する。また、規制ピン６０１、６０２が前進後退する方向を、電磁アクチュエータ４０１の「軸方向」といい、電磁アクチュエータ４０１の軸方向に直交する方向を「径方向」という。
【００１７】
一方、コイル４５１、４５２、フタ５０１、５０２、永久磁石５２１、５２２、アダプタ５５１、５５２の他、後ヨーク４１１、４１２、コイルコア４２１、４２２、前ヨーク４３１、４３２、スリーブ７０、取付板７８等は、「プランジャ６５１、６５２等の可動部に対して静止した部位」である「静止部」を構成する。
以下、静止部の構成について順に説明した後、可動部の構成について説明する。
【００１８】
静止部の後部の外郭は、磁気回路を構成する後ヨーク４１１、４１２、コイルコア４２１、４２２、前ヨーク４３１、４３２等の軟磁性体部材、コイル４５１、４５２、及び、ボビン４６１、４６２等が樹脂モールド部４７にモールドされ、取付板７８の後方に一体に設けられている。樹脂モールド部４７には、後方に開口する２つの磁石収容穴４８１、４８２が形成されており、また、後方に突出するコネクタ４９が設けられている。
【００１９】
後ヨーク４１１、４１２及び前ヨーク４３１、４３２は、ピン軸Ｐ１、Ｐ２に直交し、互いに平行な板状である。コイルコア４２１、４２２は、コイル軸Ｃ１、Ｃ２を軸とする円柱状であり、後ヨーク４１１、４１２と前ヨーク４３１、４３２とを連結する。前ヨーク４３１、４３２に接続するピン軸Ｐ１、Ｐ２の周囲部分には、筒状のプランジャガイド部４４１、４４２が形成されている。両プランジャガイド部４４１、４４２は、ピン軸Ｐ１、Ｐ２の間で接続している。
【００２０】
コイル４５１、４５２は、コイルコア４２１、４２２に外挿されたボビン４６１、４６２の外周に巻線が巻回されることで構成される。ボビン４６１、４６２は、樹脂で形成され、コイルコア４２１、４２２とコイル４５１、４５２の巻線とを絶縁する。外部の電源からコネクタ４９を経由して、作動側規制ピンに対応するいずれか一方のコイルに通電されることにより、コイル４５１、４５２は磁界を生成する。この磁界による磁束が通過する経路、及び、磁束の向きについては後述する。
【００２１】
樹脂モールド部４７の磁石収容穴４８１、４８２は、磁石軸Ｍ１、Ｍ２を軸とする円筒状に形成されている。磁石収容穴４８１、４８２には、奥側から順に、アダプタ５５１、５５２、永久磁石５２１、５２２、及びフタ５０１、５０２が収容されている。
図２、図４に示すように、磁石収容穴４８１、４８２の内壁には、後ヨーク４１１、４１２に形成された雌ねじ部４１３、４１４が露出している。フタ５０１、５０２は、側壁に形成された雄ねじ部５１が雌ねじ部４１３、４１４に螺合することで後ヨーク４１１、４１２に保持され、永久磁石５２１、５２２を覆う。
【００２２】
静止部であるフタ５０１、５０２の上端面には、磁束密度を検出する「磁気検出手段」としての磁気センサ８０１、８０２が設けられている。本実施形態の磁気センサ８０１、８０２はホール素子である。なお、その他の実施形態では、磁気センサとして磁気抵抗素子（ＭＲ）等を用いてもよい。
磁気センサ８０１、８０２は、フタ５０１、５０２に形成された凹部に埋め込まれてもよいし、フタ５０１、５０２の表面に載置されてもよい。このように、本実施形態での磁気センサ８０１、８０２は、永久磁石５２１、５２２に対しプランジャ６５１、６５２と反対側の端面に設けられている。この配置は、専用のスペースを必要とせず、また、フタ５０１、５０２の上部から容易に取付可能な配置である。また、磁気センサ８０１、８０２の電源、アース、信号線等の配線は、図示しない経路を通り、コネクタ４９を経由して外部の制御装置に接続されている。
【００２３】
後述のように、磁気センサ８０１、８０２は、永久磁石５２１、５２２及びコイル４５１、４５２が発生する磁束が流れる磁気回路上に設けられており（図５〜図７参照）、磁気回路上の磁束密度、すなわち磁束の強さを検出する。電磁アクチュエータ４０１は、磁気センサ８０１、８０２の出力に基づいて、規制ピン６０１、６０２の前進又は後退の作動状態を判断し、また、いずれの規制ピン６０１、６０２が前進したかを判別する。
【００２４】
永久磁石５２１、５２２は、径方向の断面形状が円形の板状であり、その直径は、対応するプランジャ６５１、６５２の直径よりも大きく設定されている。
第１実施形態では、第１永久磁石５２１及び第２永久磁石５２２は、磁極の向きが互いに同じとなるように着磁されている。図示の例では、第１永久磁石５２１及び第２永久磁石５２２は、いずれもフタ５０１、５０２側がＮ極であり、プランジャ６５１、６５２側がＳ極である。なお、これと逆に、いずれの磁石もフタ側がＳ極、プランジャ側がＮ極となるようにしてもよい。
【００２５】
アダプタ５５１、５５２は、鉄等の軟磁性体で形成され、永久磁石５２１、５２２のプランジャ６５１、６５２側の端部に設けられている。アダプタ５５１、５５２は、永久磁石５２１、５２２によって磁化され、永久磁石５２１、５２２の磁束を集めてプランジャ６５１、６５２に伝達する「集磁部材」として機能する。
【００２６】
アダプタ５５１、５５２は、永久磁石５２１、５２２と同等の径方向断面積を有する板状の本体部５５０、及び、本体部５５０からプランジャ６５１、６５２側に凸テーパ状に突出する嵌合部５６を有している。なお、「テーパ状」には、「円錐台状」を含む。
嵌合部５６の軸Ｑ１、Ｑ２は、磁石軸Ｍ１、Ｍ２に対してオフセットしており、ばらつきの中心でピン軸Ｐ１、Ｐ２と一致するように配置されている。
【００２７】
静止部の前部の外郭を構成するスリーブ７０は、取付板７８の中央部前方に筒状に設けられている。スリーブ７０には、規制ピン６０１、６０２及びスプリング７６１、７６２を収容する収容穴７２が形成されている。収容穴７２の穴底７４には、規制ピン６０１、６０２が摺動する摺動穴７５１、７５２が形成されている。また、プランジャガイド部４４１、４４２の内側に、ブッシュ７３１、７３２が固定されている。
【００２８】
次に、可動部である規制ピン６０１、６０２及びプランジャ６５１、６５２について、第１規制ピン６０１及び第１プランジャ６５１を例として説明する。
規制ピン６０１は、軸本体６１１、プランジャ６５１に連結される連結部６２１、及びスプリング７６１の座面を構成する鍔部６３１がピン軸Ｐ１上に同軸に形成されている。鍔部６３１は、軸本体６１１に別体のカラーを圧入して形成してもよく、或いは、軸本体６１１と一体で製作してもよい。
【００２９】
軸本体６１１は、先端部６４１を除く大部分がスリーブ７０に収容される。軸本体６１１は、スリーブ７０の後方においてブッシュ７３１の穴に案内され、スリーブ７０の前方において摺動穴７５１に案内されて摺動する。先端部６４１はスリーブ７０から突出し、前進時、バルブリフト調整装置のスライドの係合溝に係合する。
【００３０】
プランジャ６５１は、鉄等の軟磁性体で筒状に形成され、規制ピン６０１の連結部６２１に連結される。プランジャ６５１は、プランジャガイド部４４１に案内され、規制ピン６０１と一体に前進後退する。プランジャ６５１のアダプタ５５１側の端面には、嵌合部５６を受容する凹テーパ状の受容部６６が形成されている。
プランジャ６５１は、永久磁石５２１の磁石吸引力によってアダプタ５５１側、すなわち後退方向に付勢される。プランジャ６５１がアダプタ５５１に吸着されたとき、アダプタ５５１の嵌合部５６は、プランジャ６５１の受容部６６に嵌合する。
以上の構成は、第２規制ピン６０２及び第２プランジャ６５２についても同様である。
【００３１】
スプリング７６１、７６２は、規制ピン６０１、６０２の軸本体６１１、６１２に外挿され、両端がブッシュ７３１、７３２と鍔部６３１、６３２との間に支持される。スプリング７６１、７６２が鍔部６３１、６３２をブッシュ７３１、７３２から遠ざけるように付勢することで、規制ピン６０１、６０２は前進方向に付勢される。
【００３２】
このように、一体に連結された第１プランジャ６５１と第１規制ピン６０１、及び、第２プランジャ６５２と第２規制ピン６０２には、永久磁石５２１、５２２の磁石吸引力、及び、スプリング７６１、７６２のスプリング力が互いに反対方向に作用する。そして、プランジャ６５１、６５２は、磁石吸引力及びスプリング力の変動に伴い、それらのうち大きい方の力が付勢する方向へ移動する。
【００３３】
続いて、以上の構成による電磁アクチュエータ４０１の作用について、図５〜図７を参照して説明する。図５は非通電時、図６は第１コイル４５１への通電を開始した時、図７は第１規制ピン６０１が前進完了し第１コイル４５１への通電を停止した時に、磁気回路に流れる磁束を示している。図５〜図７に示すように、磁気センサ８０１、８０２は、磁気回路上に設けられている。
【００３４】
（非通電時）
図５に示すように、非通電時、第１永久磁石５２１による磁束ΦＭ１、及び、第２永久磁石５２２による磁束ΦＭ２は、それぞれ独立の閉回路を形成する。第１永久磁石５２１による磁束ΦＭ１は、第１永久磁石５２１のＮ極から第１フタ５０１、第１後ヨーク４１１、第１コイルコア４２１、第１前ヨーク４３１、第１プランジャガイド部４４１、第１プランジャ６５１、第１アダプタ５５１を経由して第１永久磁石５２１のＳ極に達する。第２永久磁石５２２による磁束ΦＭ２は、これと対称の経路を流れる。
このとき、磁束ΦＭ１の磁気経路上に設けられた磁気センサ８０１、及び、磁束ΦＭ２の磁気経路上に設けられた磁気センサ８０２は、各磁気経路の磁束密度を検出する。
【００３５】
（第１コイル通電開始時）
図６に示すように、第１コイル４５１に、コイル軸Ｃ１に対し図の左側で紙面奥から手前に向かい、図の右側で紙面手前から奥に向かう電流を流すと、第１コイルコア４２１を図の下から上に向かうコイル磁束ΦＣ（長破線）が発生する。コイル磁束ΦＣは、第１永久磁石５２１による磁束ΦＭ１を打ち消す方向に発生するため、第１プランジャ６５１に作用する磁石吸引力は減少する。
これにより、第１プランジャ６５１を最後退位置に保持する保持力が失われる。そのため、第１規制ピン６０１は、第１スプリング７６１の付勢力によって前進を開始する。
【００３６】
（第１コイル通電停止時）
図７に示すように、第１規制ピン６０１が最前進位置に到達すると、第１コイル４５１への通電は停止される。なお、スプリング力と磁石吸引力とのバランスによっては、規制ピン６０１が前進し始めたらストローク途中で通電を停止してもよい。
第１コイル４５１への通電が停止されるため、コイル磁束ΦＣが消滅し、非通電時（図５参照）と同様に磁石磁束ΦＭ１、ΦＭ２のみが残る。しかし、磁束ΦＭ１の磁束経路における第１プランジャ６５１の位置が非通電時から変化していることにより、磁気センサ８０１が検出する磁束密度は、非通電時とは異なる。
【００３７】
こうして、第１コイル通電時には第１規制ピン６０１が「作動側規制ピン」として作動し、第１規制ピン６０１の先端部６４１がスライダの係合溝に係合する。一方、第２規制ピン６０２を「作動側規制ピン」として前進させる場合、上述の説明とは逆に、第２永久磁石５２２による磁束ΦＭ２を打ち消す方向、すなわち第２コイルコア４２２を図の上から下に向かう方向のコイル磁束ΦＣを発生させるように第２コイル４５２に通電する。
【００３８】
このように、電磁アクチュエータ４０１は、非通電時にはいずれの規制ピン６０１、６０２も作動せず、第１コイル通電時には第１規制ピン６０１のみが作動し、第２コイル通電時には第２規制ピン６０２のみが作動する。こうして、電磁アクチュエータ４０１は、通電するコイル４５１、４５２を切り替えることによって、２つの規制ピン６０１、６０２のいずれか一方を択一的に作動させる。
【００３９】
次に図８のタイムチャートを参照して、コイル通電時における（ａ）コイル電流、（ｂ）磁気センサ出力、（ｃ）規制ピンストローク変化の実験データについて説明する。ここで、磁気センサ出力としては電圧を想定する。また、（ｂ）及び（ｃ）の実線は、第１規制ピン６０１を通常通り作動させたときのデータであり、破線は、第１磁石磁束ΦＭ１を最後退位置に強制的に固定した非作動時のデータである。
【００４０】
図８の時刻ｔ０以前は、図５の「非通電時」に対応する。磁気センサ出力は、規制ピン６０１の最後退位置での磁石磁束ΦＭ１による磁束密度に対応する初期出力Ｖ０となる。
時刻ｔ０〜ｔ１は、図６の「コイル通電開始時」に対応する。詳しくは、時刻ｔ０でコイル４５１への通電が開始され、コイル電流は、０からＩONに向かって増加する。コイル４５１が発生する磁力とスプリング力との和が永久磁石５２１の磁石吸引力を超える時刻ｔ１から規制ピン６０１が前進し始める。また、コイル電流の増加に伴い、コイル磁束ΦＣが磁石磁束ΦＭ１を打ち消す方向に増加するため、磁気センサ出力は低下する。
【００４１】
時刻ｔ１〜ｔ４は、図６と図７との間の状態に対応する。規制ピン６０１は、時刻ｔ１〜ｔ２の間にゼロストロークＬ０からフルストークＬｆまで移動し、時刻ｔ２以後、フルストロークＬｆで維持される。通常作動での磁気センサ出力（実線）は、時刻ｔ１を過ぎてアンダーシュートした後、時刻ｔ２までに出力ＶｆONに収束する。一方、強制的にゼロストロークＬ０に維持されている非作動時の磁気センサ出力（破線）は、時刻ｔ１を過ぎると出力Ｖ０ONに収束する。
時刻ｔ３で通電を停止すると、コイル磁束ΦＣが消滅し、磁気センサ出力は上昇する。
【００４２】
その後、時刻ｔ４でコイル電流がゼロとなる。さらに、図７の「コイル通電停止時」に対応する時刻ｔ５にて、通常作動での磁気センサ出力は、規制ピン６０１の最前進位置での磁石磁束ΦＭ１による磁束密度に対応する作動後出力Ｖｆとなる。
一方、非作動時の磁気センサ出力（破線）は、初期出力Ｖ０に戻る。このように、規制ピン６０１の最後退位置に対応する初期出力Ｖ０と、規制ピン６０１の最後退位置に対応する作動後出力Ｖｆとの間には、ΔＶの出力差が生じる。
【００４３】
こうして、第１コイル通電時には、磁気センサ８０１が検出した作動後出力Ｖｆと初期出力Ｖ０との出力差ΔＶに基づき、規制ピン６０１の作動状態を判断することができる。第２コイル通電時には、磁気センサ８０２が検出した作動後出力Ｖｆと初期出力Ｖ０との出力差ΔＶに基づき、規制ピン６０２の作動状態を判断することができる。また、その結果から、規制ピン６０１、６０２のいずれが作動したかを判別することができる。
【００４４】
（効果）
本実施形態の電磁アクチュエータ４０１の効果について説明する。
（１）本実施形態では、永久磁石５２１、５２２及びコイル４５１、４５２が発生する磁束ΦＭ１、ΦＭ２、ΦＣが流れる磁気回路上に、磁束密度を検出する磁気センサ８０１、８０２が設けられる。そして、永久磁石５２１、５２２に対してプランジャ６５１、６５２が後退した状態と、前進した状態との磁束密度の変化を検出する。これにより、永久磁石が静止部に固定された構成の電磁アクチュエータで、規制ピン６０１、６０２の作動状態を好適に判断することができる。
【００４５】
（２）本実施形態の電磁アクチュエータ４０１は、規制ピン６０１、６０２は２つ並設され、２つの規制ピン６０１、６０２に対応して、プランジャ６５１、６５２、永久磁石５２１、５２２、スプリング７６１、７６２、及び磁気センサ８０１、８０２等は、２組設けられている。そして、コイル４５１、４５２に通電したとき、いずれか一方の規制ピンに対応する永久磁石に対して逆方向の磁束を発生させて磁石吸引力を低下させ、その規制ピンを「作動側規制ピン」として前進させる。このような「２ピン式」の構成の電磁アクチュエータでは、磁気センサ８０１、８０２の出力に基づき、いずれの規制ピンが前進したか判別することができる。
【００４６】
（３）本実施形態では、磁気センサ８０１、８０２は、永久磁石５２１、５２２に対しプランジャ６５１、６５２と反対側であるフタ５０１、５０２の端面に設けられている。この配置により、磁気センサ８０１、８０２専用のスペースを必要とせず、また、配線も含め、磁気センサ８０１、８０２を容易に取付可能とすることができる。したがって、特許文献１の従来技術に比べて省スペース且つ簡易な構成を実現することができる。
【００４７】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態による電磁アクチュエータについて、図９を参照して説明する。以下の実施形態において第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。
図９に示すように、第２実施形態の電磁アクチュエータ４０２は、第１永久磁石５２１及び第２永久磁石５２２の磁極の向きが互いに反対となるように着磁されている。図９の例では、第１永久磁石５２１は、フタ５０１側がＮ極、プランジャ６５１側がＳ極であり、第２永久磁石５２２は、フタ５０２側がＳ極、プランジャ６５２側がＮ極である。
【００４８】
第２実施形態では、２つの永久磁石５２１、５２２による磁束ΦＭＭは、第１永久磁石５２１のＮ極から第１フタ５０１、第１後ヨーク４１１、第１コイルコア４２１、第１前ヨーク４３１、第２前ヨーク４３２、第２コイルコア４２２、第２後ヨーク４１２、第２フタ５０２を経由して第２永久磁石５２２のＳ極に達し、さらに、第２永久磁石５２２のＮ極から第２アダプタ５５２、第２プランジャ６５２、プランジャガイド部４４２、４４１、第１プランジャ６５１、第１アダプタ５５１を経由して第１永久磁石５２１のＳ極に達する、というように磁気回路が形成されている。また、隣接する永久磁石５２１、５２２同士の異極間でわずかに磁気のショートカットΦSCが発生するという点で、第１実施形態とは軽微な差異がある。
【００４９】
ただし上記の差異点を無視すれば、「２つの永久磁石５２１、５２２にそれぞれ対応する２つのコイル４５１、４５２への独立した通電によりコイル磁束ΦＣを発生させ 、通電した側のコイルに対応する永久磁石の吸引力を打ち消し、スプリングの力によってプランジャ及び規制ピンを前進させる」という作用は第１実施形態と同様である。
【００５０】
また、規制ピン６０１の前進完了時の第１磁気センサ８０１の出力は、非通電時に比べΔＶ変化する（図８参照）。したがって、第２実施形態は、第１実施形態と同様に、磁気センサ８０１、８０２の出力に基づいて規制ピン６０１、６０２の作動状態を判断し、いずれの規制ピン６０１、６０２が前進したかを判別することができる。
【００５１】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態による電磁アクチュエータについて、図１０を参照して説明する。上記第１、第２実施形態が２つのコイル４５１、４５２、並びに、２組の永久磁石５２１、５２２、スプリング７６１、７６２、プランジャ６５１、６５２及び規制ピン６０１、６０２等を備える「２コイル２ピン」の構成であるのに対し、第３実施形態の電磁アクチュエータ４０３は、１つのコイル４５３と２組の規制ピン６０１、６０２等を備える「１コイル２ピン」の構成である。この構成は、特開２０１３−２５８８８８号公報の図７等に開示されたものに対応する。
【００５２】
図１０において、電磁アクチュエータ４０３の規制ピン６０１、６０２及びプランジャ６５１、６５２は、第１実施形態の符号を援用する。また、スリーブ７０３内の各部位の符号についても、第１実施形態のスリーブ７０の各部位に対し図示上の寸法比率や形状が多少異なるものの、要部構成は実質的に同一であるため、同一の符号を付す。
【００５３】
一方、図の上部に記されたヨーク３１３等、コイル４５３等の静止部の構成について、第１実施形態との相違点を簡単に説明する。
ヨーク３１３は鉄等の軟磁性体で二重の筒状に形成され、コイル４５３、永久磁石５３１、５３２、及びプランジャ６５１、６５２等の間で磁気回路を構成する。ヨーク３１３の外筒部３２３は、ボビン４６３の外側を覆う。ヨーク３１３の内筒部３３３は、プランジャ６５１、６５２の作動を案内する。
【００５４】
ステータ３４３は、鉄等の軟磁性体で板状に形成され、永久磁石５３１、５３２に対しプランジャ６５１、６５２と反対側を覆っている。すなわち、第３実施形態のステータ３４３は、永久磁石５３１、５３２との関係において、第１実施形態のフタ５０１、５０２に相当する。そして、ステータ３４３の第１永久磁石５３１の直上部の端面には第１磁気センサ８０１が設けられ、ステータ３４３の第２永久磁石５３２の直上部の端面には第２磁気センサ８０２が設けられている。
【００５５】
この磁気センサ８０１、８０２の配置は、磁気回路上であり、専用のスペースを必要とせず、且つステータ３４３の上部から容易に取付可能な配置である。第１実施形態と同様に、磁気センサ８０１、８０２は、ステータ３４３に形成された凹部に埋め込まれてもよいし、また、ステータ３４３の表面に載置されてもよい。また、磁気センサ８０１、８０２の配線は、図示しない経路を通り、コネクタ３８を経由して外部の制御装置に接続されている。
【００５６】
コイル４５３は、外部の電源からコネクタ３８を経由して通電されることにより、コイル磁束ΦＣを生成する。このコイル磁束ΦＣは、軟磁性体であるヨーク３１３、ステータ３４３、プランジャ６５１、６５２等を流れる。また、通電方向を切り替えることにより、コイル４５３は、反対方向のコイル磁束ΦＣ’を生成する。
ボビン４６３は、ヨーク外筒部３２３の内側に樹脂で形成され、コイル４５３の周囲を覆って絶縁する。コネクタ３８は、ボビン４６３と一体に樹脂で形成される。
【００５７】
永久磁石５３１、５３２は、非磁性体のホルダ３５３内に収容され、固定されている。
「１コイル型」の第３実施形態では、コイル磁束ΦＣの向きが一方に決まるため、永久磁石５３１、５３２側で磁石の磁束の向きを区別する必要がある。したがって、永久磁石５３１、５３２の磁極の向きは互いに反対となるように着磁されている。
【００５８】
図１０の例では、第１永久磁石５３１は、ステータ３４３側がＮ極、プランジャ６５１側がＳ極であり、第２永久磁石５３２は、ステータ３４３側がＳ極、プランジャ６５２側がＮ極である。
永久磁石５３１、５３２のプランジャ６５１、６５２側の端部には、アダプタ５７１、５７２が設けられている。
【００５９】
第３実施形態では、コイル４５３の通電方向を切り替えることにより、例えば図１０に示す状態では、第１永久磁石５３１の磁束ΦＭ１を打ち消す方向にコイル磁束ΦＣを生成する。これにより、第１永久磁石５３１が第１プランジャ６５１を吸引する力が減少し、第１スプリング７６１の付勢力によって第１規制ピン６０１が前進する。一方、反対方向に通電すると、第２永久磁石５３２の磁束ΦＭ２を打ち消す方向にコイル磁束ΦＣ’が生成され、第２規制ピン６０２が前進する。
【００６０】
このとき、磁気センサ８０１、８０２が検出する磁束密度は、第１実施形態と同様に、規制ピン６０１、６０２の後退時と前進時とで変化する。したがって、第３実施形態は、第１実施形態と同様に、省スペース且つ簡易な構成の磁気センサ８０１、８０２の出力に基づいて規制ピン６０１、６０２の作動状態を判断し、いずれの規制ピン６０１、６０２が前進したかを判別することができる。
【００６１】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態による電磁アクチュエータについて、図１１を参照して説明する。第４実施形態の電磁アクチュエータ４０４は、第３実施形態の電磁アクチュエータ４０３に対し、第２規制ピン６０２及び対応する部材群を取り除き、第１規制ピン６０１及び対応する部材群のみを残した「１コイル１ピン」の構成である。この構成は、特開２０１３−２５８８８８号公報の図１９等に開示されたものに対応する。
【００６２】
図１１において、電磁アクチュエータ４０４を構成するヨーク３１４の外筒部３２４、内筒部３３４、ステータ３４４、ホルダ３５４、コイル４５４、ボビン４６４、及び、スリーブ７０４は、第３実施形態の電磁アクチュエータ４０３（図１０参照）の符号の末尾「３」を「４」に書き換えたものであり、機能的にほぼ対応する。また、永久磁石５４１及びアダプタ５８１は、第３実施形態の２つの永久磁石５３１、５３２及びアダプタ５７１、５７２を１つにし、ピン軸Ｐ１を中心とする同心形状に変更したものであり、やはり機能的に対応する。
【００６３】
また、ステータ３４４の端面には、永久磁石５４１に対しプランジャ６５１と反対側に上記実施形態と同様の磁気センサ８０１が１つ設けられている。上記実施形態と同様に、この磁気センサ８０１の配置は、磁気回路上であり、専用のスペースを必要とせず、且つステータ３４４の上部から容易に取付可能な配置である。
【００６４】
図１１の例では、永久磁石５４１は、ステータ３４４側がＮ極、プランジャ６５１側がＳ極である。コイル４５４に通電されたとき、永久磁石５４１の磁束ΦＭ１を打ち消す方向にコイル磁束ΦＣが生成されることで、永久磁石５４１がプランジャ６５１を吸引する力が減少し、スプリング７６１の付勢力によって規制ピン６０１が前進する。
このとき、磁気センサ８０１が検出する磁束密度は、規制ピン６０１の後退時と前進時とで変化するため、省スペース且つ簡易な構成で磁気センサ８０１の出力に基づいて規制ピン６０１の作動状態を判断することができる。
【００６５】
（その他の実施形態）
（ア）上記実施形態の磁気センサ８０１、８０２は、磁気回路上であって、永久磁石５２１、５２２に対しプランジャ６５１、６５２と反対側であるフタ５０１、５０２又はステータ３５３、３５４の端面に設けられている。これに対し、図１２に示す電磁アクチュエータ４０５のように、磁気センサ８０１、８０２を、磁気回路上であって、永久磁石５２１、５２２に対しプランジャ６５１、６５２側、例えば前ヨーク４３１、４３２に配置してもよい。このような配置でも、磁気センサ８０１、８０２が検出する磁束密度は、規制ピン６０１、６０２の後退時と前進時とで変化するため、規制ピン６０１、６０２の作動状態を判断することができる。
【００６６】
（イ）上記実施形態では、磁気センサ８０１、８０２の出力に基づき、基本的に、規制ピン６０１、６０２が最後退位置又は最前進位置の「安定した位置」にあることを検出している。一方、規制ピン６０１、６０２の作動中のストロークを動的に検出することは、コイル起磁力、永久磁石の磁力、スプリング力等のばらつきやセンサ出力の応答性の影響により、現実の製品では要求精度を確保することが難しい。
ただし、部品公差を厳しく管理したり、環境温度や作動条件を制限したりすることで、磁気センサが検出した磁束密度の変化に基づいてストロークを推定することは、理論的には可能である。したがって、ストロークを検出する電磁アクチュエータの態様も、本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００６７】
（ウ）磁気回路上に磁気検出手段を備えるという構成以外の電磁アクチュエータの各部の構成、例えば永久磁石や磁気回路の構成要素、形状、位置関係等は、上記実施形態に限定されない。また、アダプタ及びプランジャに嵌合部及び受容部を設けず、平面同士で磁束を伝達するようにしてもよい。さらに、アダプタを備えなくてもよい。
【００６８】
（エ）上記実施形態では、規制ピンを１つ又は２つ備える電磁アクチュエータを例示したが、本発明は、規制ピンを３つ以上備える電磁アクチュエータに適用されてもよい。
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】
【００６９】
４０１、４０２、４０３、４０４、４０５  ・・・電磁アクチュエータ、
４５１、４５２、４５３、４５４  ・・・コイル、
５２１、５２２、５３１、５３２、５４１  ・・・永久磁石、
６０１、６０２  ・・・規制ピン、
６４１、６４２  ・・・先端部、
６５１、６５２  ・・・プランジャ、
７６１、７６２  ・・・スプリング、
８０１、８０２  ・・・磁気センサ（磁気検出手段）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2016058437.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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