(57)【要約】【課題】揺動部材と下側電磁石との間のギャップの発生を抑制することが可能な電磁駆動弁を提供する。【解決手段】電磁駆動弁は、バルブステム１２を有し、バルブステム１２が延びる方向に沿って往復運動をする駆動弁と、バルブステム１２と連動する一方端３２から他方端３３へ延び、他方端３３で中心軸を中心に揺動するディスク３０と、ディスク３０を挟むように設けられる１対の上側電磁石、下側電磁石とを備える。ディスク３０のうちステムを押圧する面近傍に補強部１３０が設けられている。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁力により作動する電磁駆動弁であって、
ステムを有し、前記ステムが延びる方向に沿って往復運動する駆動弁と、
前記ステムと連動する一方端から他方端へ延び、前記他方端で延びる中心軸を中心に揺動する揺動部材と、
前記揺動部材を挟むように設けられる１対の電磁石と、
前記揺動部材の変形を抑制する変形抑制部とを備え、
前記ステムは弾性体により前記揺動部材に向かって付勢されている、電磁駆動弁。
【請求項２】
前記変形抑制部は、前記揺動部材において前記ステムから押圧される部分近傍に設けられ、前記変形抑制部の剛性は前記揺動部材の他の部分の剛性よりも大きい、請求項１に記載の電磁駆動弁。
【請求項３】
前記変形抑制部は、前記付勢力と反対方向に前記揺動部材を吸引する複数の電磁鋼板を有する電磁石に設けられ、前記変形抑制部は他の電磁鋼板に比べて透磁率が大きい電磁鋼板を有する、請求項１に記載の電磁駆動弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般的には電磁駆動弁に関し、より特定的には、内燃機関に用いられる、弾性力と電磁力とにより駆動する回転式の電磁駆動弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電磁駆動弁は、たとえば特開平１１−１１１５２１号公報（特許文献１）、特開２００７−６４４７４号公報（特許文献２）および米国特許第６４６７４４１号明細書（特許文献３）に開示されている。
【特許文献１】特開平１１−１１１５２１号公報
【特許文献２】特開２００７−６４４７４号公報
【特許文献３】米国特許第６４６７４４１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の電磁駆動弁では、揺動部材の撓みにより、大きな電流を流さないとコアと揺動部材（可動子）が密着しないという問題があった。
【０００４】
そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、揺動部材と電磁石とが容易に密着することが可能な電磁駆動弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明に従った電磁駆動弁は、電磁力により作動する電磁駆動弁であって、ステムを有し、ステムが延びる方向に沿って往復運動する駆動弁と、ステムと連動する一方端から他方端へ延び、他方端で延びる中心軸を中心に揺動する揺動部材と、揺動部材を挟むように設けられる１対の電磁石と、揺動部材の変形を抑制する変形抑制部とを備え、ステムは弾性体により揺動部材に向かって付勢されている。
【０００６】
このように構成された電磁駆動弁では、揺動部材の変形を抑制する変形抑制部が設けられているため、揺動部材の変形を抑制し、揺動部材と電磁石とが密着しやすくなる。
【０００７】
好ましくは、変形抑制部は、揺動部材においてステムから押圧される部分近傍に設けられ、変形抑制部の剛性は揺動部材の他の部分の剛性よりも大きい。
【０００８】
好ましくは、変形抑制部は、付勢力と反対方向に揺動部材を吸引する複数の電磁鋼板を有する電磁石に設けられ、変形抑制部は他の電磁鋼板に比べて透磁率が大きい電磁鋼板を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。また、各実施の形態を組合せることも可能である。
【００１０】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に従った電磁駆動弁の断面図である。図１を参照して、この発明の実施の形態１に従った電磁駆動弁１は、本体５１と、本体５１に取付けられた上側電磁石６０および下側電磁石１６０と、上側電磁石６０および下側電磁石１６０に挟まれた位置に設けられるディスク３０と、ディスク３０により駆動される駆動弁１４とを有する。
【００１１】
本体５１はベース部材であり、本体５１にさまざまな機器が取付けられる。上側電磁石６０および下側電磁石１６０の各々は、磁性体からなるコア６１，１６１と、そのコア６１，１６１に巻付けられたコイル６２，１６２とを有する。コイル６２，１６２に通電されることで磁界が発生し、この磁界によりディスク３０を駆動させる。ディスク３０は上側電磁石６０および下側電磁石１６０の間に配置されていて、上側電磁石６０および下側電磁石１６０の吸引力により、いずれか一方に吸引される。これにより、上側電磁石６０および下側電磁石１６０間でディスク３０が往復運動する。ディスク３０の往復運動はバルブステム１２に伝えられる。
【００１２】
電磁駆動弁１は、電磁力により駆動する電磁駆動弁であって、弁軸としてのバルブステム１２を有し、バルブステム１２が延びる方向（矢印１０）に沿って往復運動する駆動弁１４と、バルブステム１２と連動する一方端３２から他方端３３へ延び、中心軸３５を中心に揺動する揺動部材としてのディスク３０とを有する。
【００１３】
本実施の形態における電磁駆動弁１は、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の吸排気バルブ（吸気弁または排気弁）を構成している。この実施の形態では、吸気ポート１８に設けられる吸気弁としての駆動弁１４を示しているが、排気弁としての駆動弁に本発明を適用してもよい。
【００１４】
電磁駆動弁１は、回転駆動式の電磁駆動弁であり、その運動機構としてディスク３０を用いている。本体５１はシリンダヘッド４１上に取付けられる。本体５１では、下側に下側電磁石１６０が設けられ、上側に上側電磁石６０が設けられる。下側電磁石１６０は鉄製のコア１６１と、コア１６１に巻かれたコイル１６２とを有する。コイル１６２に電流を流すことによってコイル１６２で取囲まれた領域に磁界が発生し、この磁界によりディスク３０を引付けることが可能である。上側電磁石６０は鉄製のコア６１と、コア６１に巻付けられたコイル６２とを有する。コイル６２に電流を流すことによってコイル６２で取囲まれた領域に磁界が発生し、この磁界によりディスク３０を引付けることが可能である。
【００１５】
上側電磁石６０のコイル６２と下側電磁石１６０のコイル１６２とは接続されていてもよく、また分離されていてもよい。コア６１，１６１に巻付けられるコイル６２，１６２のターン数は、特に制限されるものではない。
【００１６】
ディスク３０はアーム部３１と軸受部３８とを有し、アーム部３１が一方端３２から他方端３３へ延びている。アーム部３１は上側電磁石６０および下側電磁石１６０により吸引されて矢印３０ａで示す方向に揺動（回動）する部材である。アーム部３１の端部に軸受部３８が取付けられている。アーム部３１は軸受部３８を中心として回動する。アーム部３１の上側表面１３１は上側電磁石６０と当接可能であり、下側表面２３１は下側電磁石１６０と当接可能である。また、下側表面２３１は撓み曲線形状を有する。
【００１７】
軸受部３８は円筒形状であり、その内部にトーションバー３６が収納されている。トーションバー３６の第一の端部は本体５１にスプライン嵌合で嵌め合わされ、他方の端部は軸受部３８に嵌め合わせられている。これにより、軸受部３８が回動しようとすると、この回動に逆らう力がトーションバー３６から軸受部３８へ加えられる。そのため、軸受部３８は常に中立位置で位置決めされている。
【００１８】
一方端３２に連なる押圧面２３２がバルブステム１２を押圧している。バルブステム１２はステムガイド４３により案内されている。
【００１９】
シリンダヘッド４１に本体５１が固着されている。シリンダヘッド４１の下部には吸気ポート１８が設けられ、吸気ポート１８は吸気を燃焼室内へ導入するための経路であり、吸気ポート１８内を混合気または空気が通過する。吸気ポート１８と燃焼室との間にはバルブシート４２が設けられており、バルブシート４２により駆動弁１４の気密性を高めることができる。
【００２０】
シリンダヘッド４１には、吸気バルブとしての駆動弁１４が取付けられている。駆動弁１４は長手方向に延びるバルブステム１２と、バルブステム１２の端部に取付けられた傘部１３とを有する。駆動弁１４は、矢印１０で示す方向に往復運動することが可能である。
【００２１】
図２は、図１中のディスクを拡大して示す図である。図２を参照して、ディスク３０は、ある方向に延びるアーム部３１と、アーム部３１の端部に設けられる軸受部３８とを有する。アーム部３１の上側表面１３１は平面形状であるのに対し、下側表面２３１は曲面形状である。下側表面２３１は撓み曲線形状であり、そのＹ座標は下記の式で表わされる。
【００２２】
Ｙ＝Ｗ・Ｘ2・（３Ｌ−Ｘ）／（６・Ｅ・ＩZ）
ここで、Ｅはヤング率、ＩZ＝ｂＨ3／１２、ｂはディスク３０の各部分での幅、Ｈはディスク３０の各部分での厚み、Ｗは図３で示す荷重、Ｌはアーム部３１の長さである。バルブステム１２と当接する押圧面２３２には、撓み曲線が設けられていない。
【００２３】
図３は、この発明の実施の形態１に従った電磁駆動弁のディスクに加わる力を説明するための図である。図３を参照して、電磁駆動弁のディスク３０がバルブステムを下降させるときには、バルブステムからディスク３０の押圧面２３２に向かって矢印Ｗで示す方向の力が加えられる。この力は、図１中のバルブスプリング１７がスプリングリテーナ１９を介してバルブステム１２へ伝えるものである。このとき、バルブステムに押圧されるため、下側表面２３１は上方向に変形する。しかしながら、このとき下側表面２３１には予め撓み曲線に応じて厚みを変化させているため、押圧された場合に下側表面２３１が平坦となる。この平坦な下側表面２３１が下側電磁石１６０のコア１６１と当接して密着する。これにより下側電磁石１６０と下側表面２３１との距離が小さくなり大きな電磁力を発生させることができる。
【００２４】
なお、図１では、ディスク３０がバルブステム１２を押圧しているもののその押圧力は小さく、バルブステム１２から大きな反力を受けていない状態を示しているため、下側表面２３１の撓み曲線は変形せずに残っている。
【００２５】
図４は、比較例に従った電磁駆動弁の駆動状態を示す図である。図４を参照して、比較例に従った電磁駆動弁では、ディスク３０がバルブステムを押し下げるときに、バルブステムから矢印Ｗで示す方向の力が加えられる。この力により一方端３２側が上方向へ反り上がり、この部分で最大の大きさがＧのエアギャップが発生する。
【００２６】
図５は、ディスクと電磁石との間の隙間（エアギャップ）の大きさと、それらの間で発生する電磁力との関係を示す図である。図５で示すように、エアギャップが大きくなればなるほど発生する電磁力は小さくなる。これにより、図４で示す構成では、エアギャップが発生するので発生する電磁力が小さくなる。
【００２７】
これに対し、本発明では、エアギャップの発生を防止しているため、電磁力の発生を大きくすることができる。
【００２８】
実施の形態１に従った電磁駆動弁は、電磁力により作動する電磁駆動弁であって、バルブステム１２を有し、バルブステム１２が延びる方向に沿って往復運動する駆動弁１４と、バルブステム１２と連動する一方端３２から他方端３３へ延び、他方端３３で延びる中心軸３５を中心に揺動する揺動部材としてのディスク３０と、ディスク３０を挟むように設けられる１対の上側電磁石６０および下側電磁石１６０とを備える。ディスク３０のうち、バルブステム１２を押圧する面側に撓み曲線形状が設けられている。
【００２９】
このように構成された電磁駆動弁１では、ディスク３０の下側表面２３１（開弁側の電磁力発生面）を弁ばね力（開弁保持時）が上方からかかる際の撓み曲線形状とし、実際の開弁保持時には弁ばね力が下方からかかって撓みをキャンセルできる。これにより、下側電磁石１６０との密着度を向上させて低電力化を図ることができる。
【００３０】
（実施の形態２）
図６は、この発明の実施の形態２に従った電磁駆動弁のディスクに撓み局面形状を形成するための加工方法を示す図である。図６を参照して、この発明の実施の形態２では、ディスク３０を加工する方法として、ディスク３０に下方から弁ばね力相当の力（矢印Ｗ）をかけて撓ませた状態で切削および研削加工する。かつ、この際の反力を受けるために、ディスク３０の軸受部３８に軸受部３８と同心の、回転位置決めできる六面幅部２３８を設ける。なお、六面幅部２３８は二面幅部で置換えられてもよい。
【００３１】
このように構成された実施の形態２に従った電磁駆動弁でも、実施の形態１に従った電磁駆動弁と同様の効果がある。
【００３２】
（実施の形態３）
図７は、この発明の実施の形態３に従った電磁駆動弁で用いられる下側電磁石の断面図である。図７を参照して、この発明の実施の形態３に従った電磁駆動弁の下側電磁石１６０では、コア１６１の表面に撓み曲線形状１６５を設ける。なお、この撓み曲線形状１６５を設けた場合には、ディスクの下側表面は平面形状となる。すなわち、実施の形態３では、実施の形態１の撓み形状をコア１６１側に設けている。このようなコアの形状は、積層鋼板の打抜き時に形成する。具体的には、コア１６１は、電磁鋼板を積層してこれを重ねて形成する。このときの電磁鋼板の打抜き形状を図７で示す形状とする。
【００３３】
実施の形態３に従った電磁駆動弁１は、電磁力により作動する電磁駆動弁１であって、バルブステム１２を有し、バルブステム１２が延びる方向に沿って往復運動する駆動弁１４と、バルブステム１２と連動する一方端３２から他方端３３へ延び、他方端３３で延びる中心軸３５を中心に揺動するディスク３０と、ディスク３０を挟むように設けられる１対の上側電磁石６０および下側電磁石１６０とを備え、バルブステム１２はバルブスプリング１７によりディスク３０に向かって付勢されており、１対の上側電磁石６０および下側電磁石１６０のうち、ディスク３０と対向する面側は撓み曲線形状１６５を有する。
【００３４】
これにより、開弁固定時には、ディスク３０は図４で示すような形状に撓むが、この撓みに沿った撓み曲線形状１６５が下側電磁石１６０に設けられているため、エアギャップの発生を抑制することができる。
【００３５】
（実施の形態４）
図８は、この発明の実施の形態４に従った電磁駆動弁で用いられるディスクの斜視図である。図８を参照して、実施の形態４では、ディスク３０のアーム部３１に補強部１３０を設けている。補強部１３０は上側表面１３１に設けられる。補強部１３０の下には、アーム部３１とバルブステム１２とが当接する部分が位置する。すなわち、バルブステム１２から力を受ける部分の上に補強部１３０を設け、この部分の強度を高くすることにより、図４で示すようなアーム部３１の反りを防止している。
【００３６】
なお、補強部１３０の製造方法として、異種材のリブを接合することができる。このときの補強部１３０は非磁性で、高強度のステンレス鋼などを用いることができる。
【００３７】
また、この補強部１３０は、ディスク３０に弁ばね力が加わる点の近傍を高剛性とし、この点から遠ざかるにつれて剛性が連続的に低くなるような形状とする。
【００３８】
この発明に従った電磁駆動弁１は、電磁力により作動する電磁駆動弁１であって、バルブステム１２を有し、バルブステム１２が延びる方向に沿って往復運動する駆動弁１４と、バルブステム１２と連動する一方端３２から他方端３３へ延び、他方端３３で延びる中心軸３５を中心に揺動するディスク３０と、ディスク３０を挟むように設けられる１対の上側電磁石６０および下側電磁石１６０と、ディスク３０の変形を抑制する変形抑制部としての補強部１３０とを備え、バルブステム１２は弾性体としてのバルブスプリング１７によりディスク３０に向かって付勢されている。
【００３９】
補強部１３０は、ディスク３０においてバルブステム１２から押圧される部分近傍に設けられ、補強部１３０の剛性はディスク３０の他の部分の剛性よりも大きい。
【００４０】
このように構成された実施の形態４に従った電磁駆動弁でも、実施の形態１に従った電磁駆動弁と同様の効果がある。
【００４１】
（実施の形態５）
図９は、この発明の実施の形態５に従った電磁駆動弁で用いられる下側電磁石の斜視図である。図９を参照して、この発明の実施の形態５に従った電磁駆動弁では、ディスクの前面に加わる電磁力の分布を一様とせず、弁ばね力が加わる点近傍を電磁力が高い領域とし、この点から遠ざかるにつれて電磁力が連続的に低くなる電磁力分布とする。これを、コア１６１の電磁鋼板（積層鋼板）の透磁率を変える（高透磁率の積層鋼板を高電磁力領域に用い、遠ざかるにつれて透磁率を下げる）か、または磁路面積を変える（高電磁力領域の磁路面積を多くし、遠ざかるにつれて磁路面積を少なくする）により実現する。図９では、中央部において透磁率の高い電磁鋼板１６１１を用い、外周部で透磁率の低い電磁鋼板１６１２を用いている。
【００４２】
変形抑制部としての電磁鋼板１６１１は、付勢力と反対方向にディスク３０を吸引する複数の電磁鋼板を有する電磁石１６０に設けられ、変形抑制部は他の電磁鋼板１６１２に比べて透磁率が大きい電磁鋼板１６１１を有する。
【００４３】
このように構成された実施の形態５に従った電磁駆動弁でも、実施の形態１に従った電磁駆動弁と同様の効果がある。
【００４４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】この発明の実施の形態１に従った電磁駆動弁の断面図である。
【図２】図１中のディスクを拡大して示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１に従った電磁駆動弁のディスクに加わる力を説明するための図である。
【図４】比較例に従った電磁駆動弁の駆動状態を示す図である。
【図５】ディスクと電磁石との間の隙間（エアギャップ）の大きさと、それらの間で発生する電磁力との関係を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態２に従った電磁駆動弁のディスクに撓み局面形状を形成するための加工方法を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態３に従った電磁駆動弁で用いられる下側電磁石の断面図である。
【図８】この発明の実施の形態４に従った電磁駆動弁で用いられるディスクの斜視図である。
【図９】この発明の実施の形態５に従った電磁駆動弁で用いられる下側電磁石の斜視図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  電磁駆動弁、１２  バルブステム、１３  傘部、１４  駆動弁、１７  バルブスプリング、１８  吸気ポート、１９  スプリングリテーナ、３０  ディスク、３１  アーム部、３２  一方端、３３  他方端、３５  中心軸、３６  トーションバー、３８  軸受部、４１  シリンダヘッド、４２  バルブシート、４３  ステムガイド、５１  本体、６０  上側電磁石、６１，１６１  コア、６２，１６２  コイル、１３０  補強部、１３１  上側表面、１６０  下側電磁石、１６５  曲線形状、２３１  下側表面、２３８  六面幅部、１６１１，１６１２  電磁鋼板。
【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】
2009250398.tif 000009
【図８】
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【図９】
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