(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動体と固定体と第１の弾性部材及び第２の弾性部材を備え、
前記可動体は、アーマチュアからなる可動子と、その可動子に連結された作動部材とを有し、
前記固定体は、前記可動子を中立位置よりプラス側において移動させる第１のソレノイドと、同じくマイナス側において移動させる第２のソレノイドとを有し、
前記第１の弾性部材は、プラス側における前記可動体と前記固定体との対向端面間に対し、前記可動子のプラス側への移動時において弾性変形を利用して圧縮可能に設けられ、
前記第２の弾性部材は、マイナス側における前記可動体と前記固定体との間に対し、前記可動子のマイナス側への移動時において弾性変形を利用して圧縮可能に設けられている
電磁アクチュエータであって、
前記第１の弾性部材及び前記第２の弾性部材は、それぞればね板材で、前記可動子を間にして対称状をなすように形成され、
前記第１の弾性部材は、プラス側において中立位置の可動子の端面に対し所定のクリアランスを形成する状態で前記固定体に配置され、
前記第２の弾性部材は、マイナス側において中立位置の可動子の端面に対し所定のクリアランスを形成する状態で前記固定体に配置されている
ことを特徴とする電磁アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載の電磁アクチュエータであって、
前記固定体には、プラス側の前記可動子のストロークエンドにおいて、前記第１の弾性部材を収容することにより固定体に対する可動子の面接触を可能となす凹所が形成され、かつ、マイナス側の前記可動子のストロークエンドにおいて、前記第２の弾性部材を収容することにより固定体に対する可動子の面接触を可能となす凹所が形成されていることを特徴とする電磁アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンバルブ等の作動部材を駆動する電磁アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来には、例えば図１０に断面図で示すように、エンジンバルブ１２２を駆動するエンジンバルブ駆動装置に用いた電磁アクチュエータ１０１が知られている。電磁アクチュエータ１０１は、可動体１０２と固定体１０３とコイルばね（第１のコイルばねという）１０４を備えている。可動体１０２は、可動子１２０とロッド１２１とを有している。また、固定体１０３は、可動子１２０を中立位置よりプラス側（図１０において上側）において移動させる第１のソレノイド１３１と、同じくマイナス側（図１０において下側）において移動させる第２のソレノイド１３２とを有している。また、コイルばね１０４は、前記可動子１２０とその上方に対向するプレート１３５との間に設けられ、可動体１０２を図１０において下方へ付勢する。
【０００３】
前記両ソレノイド１３１，１３２のコイル１３１ａ，１３２ａの間に永久磁石１３３が設けられているとともに、両ソレノイド１３１，１３２のコア１３１ｂ，１３２ｂの間に中間コア１３４が設けられている。第２のソレノイド１３２のコア１３２ｂには、前記ロッド１２１を案内する案内部材１３６が設けられている。また、エンジンのシリンダヘッド１０７に設けたバルブガイド１０８には、ポート１０７ａ（図１０中、二点鎖線参照）を開閉するエンジンバルブ１２２が図１０において上下方向に移動可能に支持されている。エンジンバルブ１２２に設けたばね受け部材１２３とそれに対向するシリンダヘッド１０７の部分１０７ｂとの間には、エンジンバルブ１２２を閉じる方向（図１０において上方）へ付勢するコイルばね（第２のコイルばねという）１０５が設けられている。
【０００４】
上記した電磁アクチュエータ１０１によると、各ソレノイド１３１，１３２に対する通電の制御によって、可動子１２０が中立位置よりプラス側又はマイナス側において移動される。また、可動子１２０のプラス側又はマイナス側への移動時には、第１のコイルばね１０４又は第２のコイルばね１０５が弾性変形を利用して圧縮され、可動子１２０の移動速度が減速されることにより、可動子１２０のストロークエンドでの衝撃が緩和される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第１のコイルばね１０４は、可動子１２０とプレート１３５との間に対し、可動子１２０の中立位置においてクリアランスをもたせずに配置されている。したがって、可動子１２０が中立位置からプラス側に移動すると同時に、可動子１２０の移動速度が減速される。このため、応答性の向上に限界があった。なお、図５に可動子のリフト量とコイルばねの弾性力との関係を示す特性線図の一例が示されており、従来例の第１のコイルばね１０４（図１０参照）の特性線が線ａで表わされ、第２のコイルばね１０５（図１０参照）の特性線が線ｂで表わされている。
【０００６】
本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、可動子を減速する時期を遅らせることによって、応答性を向上することのできる電磁アクチュエータを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する請求項１に記載された発明は、特許請求の範囲の請求項１に記載された構成を要旨とする電磁アクチュエータである。このように構成すると、第１又は第２のソレノイドに対する通電を制御することによって、可動子が中立位置よりプラス側又はマイナス側において移動される。また、可動子のプラス側とマイナス側のうち少なくとも一方への移動時には、第１又は第２の弾性部材が弾性変形を利用して圧縮されることにより、可動子が減速される。しかして、第１の弾性部材及び第２の弾性部材が可動体と固定体との間にそれぞれ所定のクリアランスをもって配置されているので、それぞれのクリアランスがゼロ（０）になるまでは、可動子が減速されない。したがって、可動子を減速する時期が遅れ、その可動子の移動速度が速まることにより、応答性を向上することができる。
また、各弾性部材をそれぞればね板材により容易に形成することができる。
また、各弾性部材を固定体に配置したことにより、各弾性部材により可動体の重量が増加することを回避し、応答性を悪化を防止することができる。
【０００８】
請求項２に記載された発明は、特許請求の範囲の請求項２に記載された構成を要旨とする電磁アクチュエータである。このように構成すると、可動子のプラス側及びマイナス側のストロークエンドにおいて、固定体に対し可動子を面接触させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
本発明の実施の形態１を説明する。本実施の形態では、図１に断面図で示すように、エンジンバルブを駆動するエンジンバルブ駆動装置に用いた電磁アクチュエータを例示する。図１に示される電磁アクチュエータ１は、可動体（アーマチュアともいう）２と固定体３と第１の弾性部材４及び第２の弾性部材５を備えている。
【００１１】
前記可動体２は、可動子２０とエンジンバルブ２２とを有している。可動子２０は、ほぼ四角柱状に形成されている。可動子２０は、固定体３の後述する空間部３ａに対し、軸方向（図１において上下方向）に関し移動可能に設けられている。
また、エンジンのエンジンバルブ２２のステム２２ａの上端部は、可動子２０の下部に連結されている。エンジンバルブ２２は、可動子２０とともに移動し、エンジンのシリンダヘッド７における吸気又は排気に係るポート７ａ（図１中、二点鎖線参照）を開閉する。なお、エンジンバルブ２２は本明細書でいう作動部材に相当する。
【００１２】
前記固定体３は、第１のソレノイド３１と第２のソレノイド３２と永久磁石３３と中間コア３４とを有している。第１のソレノイド３１は、第１のコイル３１ａが第１のコア３１ｂに巻回されてなる。また、第２のソレノイド３２は、第２のコイル３２ａが第２のコア３２ｂに巻回されてなる。なお、第１のソレノイド３１と第２のソレノイド３２とは、それぞれほぼ四角形ブロック状に形成されており、上下対称状に構成されている。また、第１のコイル３１ａ及び第２のコイル３２ａは、それぞれほぼ四角筒状に形成されている。
【００１３】
前記永久磁石３３は、ほぼ四角形枠状に形成されており、両ソレノイド３１，３２のコイル３１ａ，３２ａの間に設けられている。
前記中間コア３４は、ほぼ四角形枠状に形成されており、永久磁石３３の外側において、両ソレノイド３１，３２のコア３１ｂ，３２ｂの間に設けられている。
【００１４】
前記両ソレノイド３１，３２及び前記永久磁石３３により、固定体３内に空間部３ａが形成されている。図２に、図１における可動子２０の周辺部分の要部拡大図が示されている。なお図２に示すように、両ソレノイド３１，３２のコア３１ｂ，３２ｂには、各コイル３１ａ，３２ａの内側に位置し、前記空間部３ａに面する内側コア部３１ｃ，３２ｃがそれぞれ設けられている。各内側コア部３１ｃ，３２ｃの空間部３ａに面する端面の中央部には、凹所３１ｅ，３２ｅが形成されている。
また、前記第２のコア３２ｂは、前記シリンダヘッド７上に設置されている。第２のコア３２ｂの中央部には、軸方向（図１において上下方向）に貫通する孔３２ｄが設けられている。その孔３２ｄに、前記エンジンバルブ２２のステム２２ａが摺動可能に挿入されている。
【００１５】
図２に示すように、第１の弾性部材４は、ばね板材で形成された皿ばねからなるもので、中央板部４ａと弾性変形部４ｂとを有している。中央板部４ａは、前記第１のコア３１ｂの内側コア部３１ｃ（図１参照）の凹所３１ｅに対してリベット、ねじ等の留め具４Ａにより固定されている。
第１の弾性部材４は、前記可動子２０と前記第１のコア３１ｂとの間において、前記可動子２０の中立位置において所定のクリアランスＣ１をもって配置されている。すなわち、第１の弾性部材４の自由状態にある弾性変形部４ｂの先端面と、中立位置における可動子２０の上面との間に、所定のクリアランスＣ１が形成される。
【００１６】
また、第２の弾性部材５は、第１の弾性部材４と同様に、ばね板材で形成された皿ばねからなるもので、中央板部５ａと弾性変形部５ｂとを有している。中央板部５ａは、前記第２のコア３２ｂの内側コア部３２ｃの凹所３２ｅに対してリベット、ねじ等の留め具５Ａにより固定されている。その留め具５Ａは中空部を有しており、その中空部に前記エンジンバルブ２２のステム２２ａが摺動可能に貫通されている。
第２の弾性部材５は、前記可動子２０と前記第２のコア３２ｂとの間において、前記可動子２０の中立位置において所定のクリアランスＣ２をもって配置されている。すなわち、第２の弾性部材５の自由状態にある弾性変形部５ｂの先端面と、中立位置における可動子２０の下面との間に、所定のクリアランスＣ２が形成される。なお、クリアランスＣ１，Ｃ２は、例えば同一寸法に設定されている。
【００１７】
次に、上記した電磁アクチュエータ１の作動を説明する。エンジンのエンジンキー（図示省略）がオフのときには、永久磁石３３の磁力によって可動子２０が中立位置に保持されている（図１参照）。
【００１８】
この状態（図１参照）から、エンジンキーがオンされると、第１のソレノイド３１のコイル３１ａが通電される。これによって、第１のソレノイド３１に発生した吸引力によって、永久磁石３３の磁力が打ち消されるとともに、可動子２０がプラス側（図１において上方）へ移動される。この移動時において、第１の弾性部材４と可動体２とのクリアランスＣ１（図２参照）がゼロ（０）になるまでは、可動子２０が減速されることなく移動する。
【００１９】
そして、可動子２０が第１の弾性部材４（詳しくは弾性変形部４ｂ、図２参照）に当接した後は、その弾性変形部４ｂが弾性変形を利用して圧縮され、可動子２０の移動速度が減速されることにより、可動子２０のプラス側のストロークエンドでの第１のコア３１ｂの内側コア部３１ｃに対する可動子２０の衝突による衝撃が緩和される。図３に示すように、可動子２０がプラス側のストロークエンドに達すると、エンジンバルブ２２が閉じ終えるため、第１のソレノイド３１のコイル３１ａに対する通電が停止される。なお、可動子２０のプラス側のストロークエンドにおいて、第１の弾性部材４は、第１のコア３１ｂの内側コア部３１ｃの凹所３１ｅ（図２参照）内に納まるため、内側コア部３１ｃに対し可動子２０が面接触する。
【００２０】
この状態からエンジンバルブ２２を開くには、閉じるときと逆方向に第１のソレノイド３１のコイル３１ａに通電する。これによって、第１のソレノイド３１に発生した吸引力、第１の弾性部材４の弾性復元力及び永久磁石３３の磁力によって、可動子２０が中立位置へ移動される（図１参照）。
さらに、第１のソレノイド３１のコイル３１ａに対する通電が停止され、第２のソレノイド３２のコイル３２ａが通電される。これによって、第２のソレノイド３２に発生した吸引力によって、永久磁石３３の磁力が打ち消されるとともに、可動子２０がマイナス側（図１において下方）へ移動される。この移動時において、第２の弾性部材５と可動体２とのクリアランスＣ２（図２参照）がゼロ（０）になるまでは、可動子２０が減速されることなく移動する。
【００２１】
そして、可動子２０が第２の弾性部材５（詳しくは弾性変形部５ｂ、図２参照）に当接した後は、その弾性変形部５ｂが弾性変形を利用して圧縮され、可動子２０の移動速度が減速されることにより、可動子２０のマイナス側のストロークエンドでの第２のコア３２ｂの内側コア部３２ｃに対する可動子２０の衝突による衝撃が緩和される。図４に示すように、可動子２０がマイナス側のストロークエンドに達すると、エンジンバルブ２２が開き終えるため、第２のソレノイド３２のコイル３２ａに対する通電が停止される。なお、可動子２０のマイナス側のストロークエンドにおいて、第２の弾性部材５は、第２のコア３２ｂの内側コア部３２ｃの凹所３２ｅ（図２参照）内に納まるため、内側コア部３２ｃに対し可動子２０が面接触する。
【００２２】
この状態から再びエンジンバルブ２２を閉じるには、開くときと逆方向に第２のソレノイド３２のコイル３２ａに通電する。これによって、第２のソレノイド３２に発生した吸引力、第２の弾性部材５の弾性復元力及び永久磁石３３の磁力によって、可動子２０が中立位置へ移動される（図１参照）。
さらに、第２のソレノイド３２のコイル３２ａに対する通電が停止され、第１のソレノイド３１のコイル３１ａが通電されることによって、前にも述べたように、エンジンバルブ２２が閉じられる。この繰り返しによって、エンジンバルブ２２が開閉される。
【００２３】
上記したように、第１のソレノイド３１のコイル３１ａ及び第２のソレノイド３２のコイル３２ａに対する通電を制御することによって、可動子２０が中立位置よりプラス側又はマイナス側において移動され、ひいてはエンジンバルブ２２の開閉が制御される。
【００２４】
上記した電磁アクチュエータ１によると、第１の弾性部材４が可動体２と第１のコア３１ｂの内側コア部３１ｃとの間に所定のクリアランスＣ１（図２参照）をもって配置されている。これにより、前にも述べたように、前記クリアランスＣ１がゼロ（０）になるまでは、可動子２０が減速されない。したがって、エンジンバルブ２２を閉じる際の可動子２０を減速する時期が遅れ、その可動子２０の移動速度が速まることにより、応答性を向上することができる。
【００２５】
また、第２の弾性部材５が可動体２と第２のコア３２ｂの内側コア部３２ｃとの間に所定のクリアランスＣ２（図２参照）をもって配置されている。これにより、前にも述べたように、前記クリアランスＣ２がゼロ（０）になるまでは、可動子２０が減速されない。したがって、エンジンバルブ２２を開く際の可動子２０を減速する時期が遅れ、その可動子２０の移動速度が速まることにより、応答性を向上することができる。
【００２６】
なお、図５に可動子のリフト量と両弾性部材の弾性力との関係を示す特性線図の一例が示されている。図５において、横軸はリフト量（ｍｍ）を示し、縦軸は弾性部材の弾性力（ｋｇｆ）を示している。本実施の形態の第１の弾性部材４（図１参照）の特性線が線Ａで表わされ、第２の弾性部材５（図１参照）の特性線が線Ｂで表わされている。特性線Ａ，Ｂからも明らかなように、本実施の形態によれば、エンジンバルブ２２の開閉にともなう移動時における可動子２０を減速する時期が遅れることにより、応答性を向上することができる。
【００２７】
また、第１の弾性部材４が第１のコア３１ｂに固定されているとともに、第２の弾性部材５が第１のコア３１ｂに固定されている（図１参照）。これにより、第１の弾性部材４及び第２の弾性部材５により可動体２の重量が増加することを回避し、応答性を悪化を防止することができる。
【００２８】
また、第１の弾性部材４及び第２の弾性部材５（図２参照）がそれぞればね板材で形成されていることにより、各弾性部材４，５を容易に形成することができる。
【００２９】
また、第１の弾性部材４（図１参照）の容積が、従来例のコイルばね（図１０中、符号１０４参照）に比べて小さくなるため、その容積の小さくなる分、磁路面積を拡大することができる。
【００３０】
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２を説明する。図６は電磁アクチュエータ１の断面図、図７は図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図、図８は電磁アクチュエータ１のエンジンバルブ２２を閉じた状態の図７に準ずる断面図、図９は同じくエンジンバルブ２２を開いた状態の図７に準ずる断面図である。実施の形態２は、実施の形態１の第１の弾性部材４及び第２の弾性部材５を第１の弾性部材（符号、４１を付す）及び第２の弾性部材（符号、５１を付す）に変更したものであるからその変更部分について詳述し、重複する説明は省略する。
【００３１】
図６及び図７に示すように、第１の弾性部材４１は、長細状のばね板材で形成された湾曲した板ばねからなる。第１の弾性部材４１の中央部は、第１のコア３１ｂの内側コア部３１ｃの凹所３１ｅに対して留め具４Ａにより固定されている。なお、可動子２０がプラス側（図６において上方）のストロークエンドに移動した状態、すなわちエンジンバルブ２２（図６参照）を閉じた状態（図８参照）では、第１の弾性部材４１は弾性変形を利用して圧縮される。
【００３２】
また、図６及び図７に示すように、第２の弾性部材５１は、前記第１の弾性部材４１と同様の板ばねからなる。第２の弾性部材５１の中央部は、第２のコア３２ｂの内側コア部３２ｃの凹所３２ｅに対して留め具５Ａにより固定されている。なお、可動子２０がマイナス側（図６において下方）のストロークエンドに移動した状態、すなわちエンジンバルブ２２（図６参照）を開いた状態（図９参照）では、第２の弾性部材５１は弾性変形を利用して圧縮される。
【００３３】
上記した電磁アクチュエータ１（図６参照）によっても、実施の形態１と同等の作用効果が得られる。
【００３４】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更が可能である。例えば、上記実施の形態１，２では、エンジンバルブ駆動装置に用いた電磁アクチュエータ１を説明したが、本発明の電磁アクチュエータ１は、エンジンバルブ２２以外の種々の部品の駆動源として用いることができる。また、第１の弾性部材４及び／又は第２の弾性部材５にかかるクリアランスＣ１，Ｃ２（図２参照）は、同一寸法としたが、異なる寸法に設定してもよい。また、各弾性部材４、５には、その取付けにかかる部品や可動子２０に対する当接にかかる部品等の付属品を備えることができる。また、永久磁石３３を用いた電磁アクチュエータ１について説明したが、永久磁石３３を省略することもできる。
【００３５】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の電磁アクチュエータによれば、可動子を減速する時期が遅れ、その可動子の移動速度が速まることにより、応答性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１のエンジンバルブ駆動装置に用いた電磁アクチュエータを示す断面図である。
【図２】図１における要部拡大図である。
【図３】電磁アクチュエータのエンジンバルブを閉じた状態を示す断面図である。
【図４】電磁アクチュエータのエンジンバルブを開いた状態を示す断面図である。
【図５】可動子のリフト量と弾性部材の弾性力との関係を示す特性線図である。
【図６】本発明の実施の形態２のエンジンバルブ駆動装置に用いた電磁アクチュエータを示す断面図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【図８】電磁アクチュエータの作動状態を示す図７に準ずる断面図である。
【図９】電磁アクチュエータの作動状態を示す図７に準ずる断面図である。
【図１０】従来例の電磁アクチュエータを示す断面図である。
【符号の説明】
１  電磁アクチュエータ
２  可動体
３  固定体
４，４１  第１の弾性部材
５，５１  第２の弾性部材
２０  可動子
２２  エンジンバルブ（作動部材）
３１  第１のソレノイド
３２  第２のソレノイド
Ｃ１，Ｃ２  クリアランス
【図１】
0003751520.tif 000002
【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】
0003751520.tif 000009
【図９】
0003751520.tif 000010
【図１０】
0003751520.tif 000011