JP2002039421A - 電磁駆動弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 静粛性に優れた高性能な電磁駆動弁を提供す
る。 【解決手段】 密封空間１９に磁気粘性流体２０が充填
されており、アッパコイル１４に励磁電流が供給された
場合には磁気粘性流体２０に磁力が作用し、アッパコア
１２側に近づく程に磁力により磁気粘性流体２０の粘度
が増大して粘性抵抗が高くなり、アーマチャ１１の移動
を阻害する。この磁気粘性流体２０の粘性抵抗は高く、
アーマチャ１１の移動速度は、磁力の増加によって加速
しようとしても、逆に、粘性抵抗によって減速されてし
まう。この効果は、アッパコア１２側に近づく程に大き
くなるので、アーマチャ１１の移動速度はアッパコア１
２側に近づく程に減速され、最終的にアッパコア１２に
到着する時のアーマチャ１１の移動速度はかなり減速さ
れているために衝突音（着座音）の発生が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁力によって弁体
を開閉制御する電磁駆動弁に関するもので、内燃機関の
吸気弁又は排気弁を構成する装置として適用されるもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、内燃機関の吸気弁又は排気弁を構
成し、磁力によって弁体を開閉制御する電磁駆動弁が知
られている。

【０００３】従来の電磁駆動弁は、開閉動作される弁体
を備えている。弁体には上へ延びたアーマチャ軸が取り
付けられており、アーマチャ軸に磁性材製のアーマチャ
が設けられている。

【０００４】アーマチャの上下には、アーマチャを上下
方向に移動可能とする空間を隔てて電源から励磁電流が
供給可能なコイルが配設されたコアが２つ配置されてい
る。

【０００５】そして、電源からコイルに励磁電流が供給
されると、磁力が発生する。この磁力はアーマチャに作
用し、励磁電流が供給されたコイル側へアーマチャを磁
気吸引する。

【０００６】このアーマチャが磁気吸引される動作を用
い、アーマチャの上下に配設されたコイルに交互に励磁
電流を供給することで、アーマチャを上下移動させ、ア
ーマチャ軸を介してこのアーマチャの移動を弁体に伝え
ることにより、弁体の開閉制御を行っていた。

【０００７】このような電磁駆動弁でコイルに対して一
定の励磁電流を供給した場合には、アーマチャに作用す
る磁力は、アーマチャとコイル間の距離が小さくなる程
大きくなる。このため、励磁電流が供給されたコイル側
へアーマチャが移動するに従い、アーマチャの移動速度
が加速する。そして、高速で移動するアーマチャがコア
に到達すると、大きな衝突音（着座音）が発生してしま
う。

【０００８】そこで、従来の電磁駆動弁では、以下の構
成として、衝突音の抑制を図り、電磁駆動弁の静粛性を
確保しようとしていた。

【０００９】（１）磁性粉末のパウダをコア内部に収納
し、磁性粉末のパウダがコアの受ける衝撃を吸収して衝
突音を緩衝する。

【００１０】（２）アーマチャの表面に高導電率層を備
え、高誘電率層がアーマチャを流れる磁束密度が変化し
た場合に渦電流を発生し、作用する磁力を低下する。

【００１１】（３）アーマチャ又はアーマチャ軸とゲル
状物質を衝突させ、衝突を緩衝する。

【００１２】（４）外部にダンパ機構を設け、衝突時の
アーマチャの移動速度を減速する。

【００１３】（５）アーマチャ軸に対して摺動抵抗を付
与するブレーキ機構を設け、衝突時のアーマチャの移動
速度を減速する。

【００１４】（６）コイルへの励磁電流の供給を制御し
（例えば、磁気吸引するコイルと反対側のコイルにも励
磁電流を供給する）、衝突時のアーマチャの移動速度を
減速する。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
衝突音を抑制する技術では、以下のような問題があっ
た。

【００１６】（１）では、磁性粉末のパウダはアーマチ
ャに何度も圧縮されることと、磁性粉末のパウダ自体に
復元力がないことから、圧縮の繰り返しによる耐久性に
欠ける。

【００１７】（２）では、磁力の低下によってアーマチ
ャの移動が阻害され、応答性が悪化してアーマチャの移
動を制御することが困難となる。また、磁力が低下する
だけであり、アーマチャの移動速度を衝突音の発生を完
全に防止する程減速することはできない。

【００１８】（３）では、（１）と同様にゲル状物質が
繰り返し圧縮されることと、ゲル状物質が一度損傷する
と復旧できないことから、耐久性に欠ける。

【００１９】（４）及び（５）では、ダンパ機構又はブ
レーキ機構を設置するスペースが必要となり、電磁駆動
弁が大型化してしまう。また、部品点数が増加してコス
トが上昇する。

【００２０】（６）では、コイルへの励磁電流の供給に
おけるタイミングや励磁電流量等を制御するため、演算
処理回路やアーマチャの位置検知センサ等の部品から構
成されるシステムが必要となり、（４）及び（５）と同
様に装置が大型化し、コストが上昇する。

【００２１】このように、従来の衝突音を抑制する技術
では、電磁駆動弁の静粛性を確保するために、何らかの
問題があり、このような弊害を伴わない高い静粛性の電
磁駆動弁が望まれていた。

【００２２】本発明は上記の従来技術の課題を解決する
ためになされたもので、その目的とするところは、静粛
性に優れた高性能な電磁駆動弁を提供することにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明にあっては、往復運動可能な弁体と、該弁体を
連動させるアーマチャと、該アーマチャを磁気吸引する
磁力発生手段を有し、前記アーマチャが移動可能な空間
を隔てて対向する１対のコアと、を備えた電磁駆動弁に
おいて、前記アーマチャが移動可能な空間に磁気粘性流
体を充填したことを特徴とする。

【００２４】したがって、磁力発生手段によって磁気吸
引されたアーマチャがコア側に移動する場合には、発生
する磁力はコア側に近づくにつれて増大しているので、
磁気吸引されるアーマチャがコア側に移動するに従い、
アーマチャに作用する磁力が大きくなり、アーマチャを
磁気吸引する力が強まり、アーマチャの移動速度を加速
させようとする。

【００２５】一方、アーマチャが移動可能な空間に充填
された磁気粘性流体にも磁力は作用しており、コア側に
近づく程に磁気粘性流体の粘度が増大して粘性抵抗が高
くなり、アーマチャの移動を阻害する。この時の磁気粘
性流体の粘性抵抗は高く、アーマチャの移動速度は、磁
力の増加によって増加しようとしても、逆に、粘性抵抗
によって減速されてしまう。

【００２６】この効果は、コア側に近づく程に大きくな
るので、アーマチャの移動速度はコア側に近づく程に減
速され、最終的に、磁気吸引されたアーマチャがコアに
到着した時の衝突音（着座音）の発生が防止され、優れ
た静粛性を実現できる。

【００２７】そして、本発明の電磁駆動弁は、磁気粘性
流体の粘性抵抗でアーマチャの移動速度を減速するの
で、磁気粘性流体は圧縮されることもなく、繰り返し耐
久性が良好である。

【００２８】また、磁気粘性流体は固体ではないので、
アーマチャの移動を妨げることもない。このため、応答
性が悪化することはなく、アーマチャの移動を容易に制
御することができる。

【００２９】さらに、アーマチャが移動可能な空間に磁
気粘性流体を充填しただけの簡単な構成であり、また、
磁力を変化させる必要もないので、電磁駆動弁が大型化
してしまうことはなく、部品点数の増加を最小に抑え、
生産性も良く、静粛性を実現するためのコストを低く抑
えることができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して、この発明
の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただ
し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、
材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載が
ない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣
旨のものではない。

【００３１】図１を参照して、実施の形態について説明
する。図１は、本発明の実施の形態に係る電磁駆動弁１
の断面図を示す。電磁駆動弁１は、内燃機関の吸気弁又
は排気弁として用いられる。

【００３２】内燃機関には、ポート２及び燃焼室３を備
えたシリンダヘッド４が設けられており、このシリンダ
ヘッド４に電磁駆動弁１が装着されている。

【００３３】電磁駆動弁１は、ポート２と燃焼室３とを
導通又は遮断する（開閉弁する）弁体５を備えている。

【００３４】弁体５には図示上方に延びる弁軸６が一体
に設けられている。この弁軸６は、シリンダヘッド４の
内部に設けられた弁軸ガイド７により摺動可能に保持さ
れている。

【００３５】そして、弁軸６の上端部に円盤状のロアリ
テーナ８が固定されている。ロアリテーナ８と弁軸ガイ
ド７周りのシリンダヘッド４との間には、ロアスプリン
グ９が配設されている。ロアスプリング９は、ロアリテ
ーナ８を図示上方に向けて付勢している。

【００３６】ロアリテーナ８が固定された弁軸６の上端
部は、アーマチャ軸１０の下端部に当接している。アー
マチャ軸１０は、非磁性材製であり、弁軸６と同方向に
延びており、上下方向に移動可能である。

【００３７】このアーマチャ軸１０の軸中央部には、磁
性材製で環状のアーマチャ１１が設けられている。

【００３８】アーマチャ１１の上下には、アーマチャ１
１を上下方向に移動可能とする空間を隔てて、アーマチ
ャ軸１０が挿通された磁性材製で環状のアッパコア１２
及びロアコア１３が設けられている。

【００３９】アッパコア１２及びロアコア１３には、そ
れぞれ励磁電流が供給される磁力発生手段としてのアッ
パコイル１４及びロアコイル１５がアーマチャ１１側に
露出するように収納されている。

【００４０】また、アッパコア１２及びロアコア１３
は、挿通されたアーマチャ軸１０の周りにアーマチャ軸
１０を摺動可能に保持する軸受１６，１７を備えてい
る。

【００４１】アッパコア１２及びロアコア１３をつなぐ
外周には、アーマチャ１１を上下方向に移動可能とする
空間の外周側を覆うコアガイド１８が設けられている。
コアガイド１８は、アッパコア１２とロアコア１３との
相対位置を適正に保持している。

【００４２】そして、アッパコア１２とロアコア１３間
のアーマチャ１１が上下方向に移動可能な空間が、アッ
パコア１２及びロアコア１３と、軸受１６，１７及びコ
アガイド１８と、によって囲まれた密封空間１９となっ
ている。

【００４３】この密封空間１９には、磁気粘性流体２０
が充填されている。磁気粘性流体２０は、磁力の影響を
受けると、増大する磁力に応じてその粘度が液体状態か
ら大幅に増大する性質を有する流体である。この磁気粘
性流体２０としては、例えば、ＬＯＲＤ社製「Ｒｈｅｏ
ｎｅｔｉｃ」（Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａ
ｌ Ｆｌｕｉｄ ＭＲＦ−２４０ＢＳ）等が挙げられ
る。

【００４４】一方、アーマチャ軸１０のアッパコア１２
上方には、円盤状のアッパリテーナ２１がアーマチャ軸
１０と連動するように配置されている。アッパリテーナ
２１とその上方でハウジング２２に固定されたスプリン
グガイド２３との間には、アッパスプリング２４が配設
されている。アッパスプリング２４は、アッパリテーナ
２１を図示下方に向けて付勢している。

【００４５】このため、アーマチャ軸１０は、ロアスプ
リング９による上方に移動する力と、アッパスプリング
２４による下方に移動する力と、を受けており、この２
つの力がつりあった中立時に、アーマチャ１１の中立位
置がアッパコア１２とロアコア１３間距離の中央位置と
なるように調整されている。

【００４６】次に、電磁駆動弁１の動作について説明す
る。アッパコイル１４及びロアコイル１５に励磁電流が
供給されていない場合には、アーマチャ１１は中立位置
（アッパコア１２とロアコア１３間距離の中央位置）に
保持される。

【００４７】アッパコイル１４に励磁電流が供給された
場合には、アッパコイル１４にアーマチャ１１をアッパ
コア１２側へ磁気吸引する磁力が発生する。

【００４８】このため、磁気吸引されたアーマチャ１１
がアッパコア１２側の上方へ移動し、アーマチャ１１が
固定されたアーマチャ軸１０も上方へ移動する。この
時、弁軸６はアーマチャ軸１０の下端部に当接すること
でロアスプリング９の上方への付勢に抗しているので、
アーマチャ軸１０の上方への移動に伴い弁軸６も上方へ
移動する。そして、弁軸６の上方移動が弁軸６の下端に
一体に設けられた弁体５に伝達されて弁体５を開動作さ
せることができる。

【００４９】また、ロアコイル１５に励磁電流が供給さ
れた場合には、ロアコイル１５にアーマチャ１１をロア
コア１３側へ磁気吸引する磁力が発生する。

【００５０】このため、磁気吸引されたアーマチャ１１
がロアコア１３側の下方へ移動し、アーマチャ１１が固
定されたアーマチャ軸１０も下方へ移動する。この時、
アーマチャ軸１０の下端部がロアスプリング９の上方へ
の付勢に抗して弁軸６を下方へ押し下げるので、アーマ
チャ軸１０の下方への移動に伴い弁軸６も下方へ移動す
る。そして、弁軸６の下方移動が弁軸６の下端に一体に
設けられた弁体５に伝達されて弁体５を閉動作させるこ
とができる。

【００５１】また、このように弁体５が全開状態又は全
閉状態に維持されている状況下でアッパコイル１４又は
ロアコイル１５への励磁電流の供給が停止されると、以
後、アーマチャ軸１０がアッパスプリング２４及びロア
スプリング９に付勢されることになるので、アーマチャ
１１が中立位置に保持されるように移動する。そして、
その後に適当なタイミングで先程とは逆のアッパコイル
１４又はロアコイル１５へ励磁電流を供給することで、
先程と逆の全開状態又は全閉状態とすることができる。

【００５２】ここで、本実施の形態では、アッパコイル
１４又はロアコイル１５に励磁電流が供給された時に、
磁気吸引されたアーマチャ１１が移動する過程で、アー
マチャ１１が上下方向に移動可能な密封空間１９に充填
された磁気粘性流体２０によって、次の現象が生じる。

【００５３】なお、以下では、説明を明瞭にするために
アッパコイル１４に励磁電流が供給された場合について
説明する。ロアコイル１５に励磁電流が供給された場合
も同様の原理である。

【００５４】アッパコイル１４に励磁電流が供給されて
発生する磁力はアッパコア１２側に近づくにつれて増大
している。このため、磁気吸引されるアーマチャ１１が
アッパコイル１４を備えるアッパコア１２側に移動する
に従い、アーマチャ１１に作用する磁力が大きくなるの
で、アーマチャ１１を磁気吸引する力が強まり、アーマ
チャ１１の移動速度を加速させようとする。

【００５５】一方、密封空間１９に充填された磁気粘性
流体２０にも磁力は作用しており、アッパコア１２側に
近づく程に磁気粘性流体２０の粘度が増大して粘性抵抗
が高くなり、アーマチャ１１の移動を阻害する。

【００５６】磁気粘性流体２０の粘性抵抗は高く、アー
マチャ１１の移動速度は、磁力の増加によって加速しよ
うとしても、逆に、粘性抵抗によって減速されてしま
う。

【００５７】この効果は、アッパコア１２側に近づく程
に大きくなるので、アーマチャ１１の移動速度はアッパ
コア１２側に近づく程に減速される。

【００５８】そして、最終的に、磁気吸引されたアーマ
チャ１１はアッパコア１２に到着するが、この時のアー
マチャ１１の移動速度はかなり減速されているために衝
突音（着座音）の発生が防止される。

【００５９】なお、上記したように、ロアコイル１５に
励磁電流が供給された場合にも、磁気吸引されたアーマ
チャ１１の移動速度はかなり減速されているために衝突
音（着座音）の発生が防止される。

【００６０】したがって、電磁駆動弁１は、アーマチャ
１１がアッパコア１２側及びロアコア１３側に移動する
際、優れた静粛性を実現できる。

【００６１】そして、本実施の形態に係る電磁駆動弁１
は、磁気粘性流体２０の粘性抵抗でアーマチャ１１の移
動速度を減速するので、磁気粘性流体２０は圧縮される
こともなく、繰り返し耐久性が良好である。

【００６２】また、磁気粘性流体２０は固体ではないの
で、アーマチャ１１やアーマチャ軸１０の移動を妨げる
こともない。このため、応答性が悪化することはなく、
アーマチャ１１の移動を容易に制御することができる。

【００６３】さらに、上記したようにアーマチャ１１が
上下方向に移動可能な密封空間１９に磁気粘性流体２０
を充填しただけの簡単な構成であり、また、励磁電流の
供給におけるタイミングや励磁電流量等を制御して磁力
を変化させる必要もないので、電磁駆動弁１が大型化し
てしまうことはなく、部品点数の増加を最小に抑え、生
産性も良く、静粛性を実現するためのコストを低く抑え
ることができる。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、アーマ
チャが移動可能な空間に磁気粘性流体を充填したこと
で、磁力発生手段によって磁気吸引されたアーマチャが
コア側に移動する場合には、発生する磁力はコア側に近
づくにつれて増大しているので、磁気吸引されるアーマ
チャがコア側に移動するに従い、アーマチャに作用する
磁力が大きくなり、アーマチャを磁気吸引する力が強ま
り、アーマチャの移動速度を加速させようとする。

【００６５】一方、アーマチャが移動可能な空間に充填
された磁気粘性流体にも磁力は作用しており、コア側に
近づく程に磁気粘性流体の粘度が増大して粘性抵抗が高
くなり、アーマチャの移動を阻害する。この時の磁気粘
性流体の粘性抵抗は高く、アーマチャの移動速度は、磁
力の増加によって増加しようとしても、逆に、粘性抵抗
によって減速されてしまう。

【００６６】この効果は、コア側に近づく程に大きくな
るので、アーマチャの移動速度はコア側に近づく程に減
速され、最終的に、磁気吸引されたアーマチャがコアに
到着した時の衝突音（着座音）の発生が防止され、優れ
た静粛性を実現できる。

【００６７】そして、本発明の電磁駆動弁は、磁気粘性
流体の粘性抵抗でアーマチャの移動速度を減速するの
で、磁気粘性流体は圧縮されることもなく、繰り返し耐
久性が良好である。

【００６８】また、磁気粘性流体は固体ではないので、
アーマチャの移動を妨げることもない。このため、応答
性が悪化することはなく、アーマチャの移動を容易に制
御することができる。

【００６９】さらに、アーマチャが移動可能な空間に磁
気粘性流体を充填しただけの簡単な構成であり、また、
磁力を変化させる必要もないので、電磁駆動弁が大型化
してしまうことはなく、部品点数の増加を最小に抑え、
生産性も良く、静粛性を実現するためのコストを低く抑
えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態に係る電磁駆動弁を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 電磁駆動弁 ２ ポート ３ 燃焼室 ４ シリンダヘッド ５ 弁体 ６ 弁軸 ７ 弁軸ガイド ８ ロアリテーナ ９ ロアスプリング １０ アーマチャ軸 １１ アーマチャ １２ アッパコア １３ ロアコア １４ アッパコイル １５ ロアコイル １６，１７ 軸受 １８ コアガイド １９ 密封空間 ２０ 磁気粘性流体 ２１ アッパリテーナ ２２ ハウジング ２３ スプリングガイド ２４ アッパスプリング

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】往復運動可能な弁体と、 該弁体を連動させるアーマチャと、 該アーマチャを磁気吸引する磁力発生手段を有し、前記
   アーマチャが移動可能な空間を隔てて対向する１対のコ
   アと、を備えた電磁駆動弁において、 前記アーマチャが移動可能な空間に磁気粘性流体を充填
   したことを特徴とする電磁駆動弁。