JP2002083712A - 電磁アクチュエータ及び内燃機関用弁開閉機構 - Google Patents

電磁アクチュエータ及び内燃機関用弁開閉機構

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JP2002083712A
JP2002083712A JP2000320722A JP2000320722A JP2002083712A JP 2002083712 A JP2002083712 A JP 2002083712A JP 2000320722 A JP2000320722 A JP 2000320722A JP 2000320722 A JP2000320722 A JP 2000320722A JP 2002083712 A JP2002083712 A JP 2002083712A
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sliding
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Hitoshi Oyama
仁 尾山
Takao Nishioka
隆夫 西岡
Kenji Matsunuma
健二 松沼
Hisanori Ohara
久典 大原
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 弁開閉機構を構成する各部品の摺動摩擦を低
減させる。 【解決手段】 一対の電磁石６、７の隙間Ｓに配するア
ーマチャ３及びこのアーマチャ３の移動を外部に伝達す
る第１ステム１５から構成される電磁アクチュエータ４
により吸排気ポート２５、２６を開閉するバルブ９を動
かす内燃機関用弁開閉機構において、バルブ９にリテイ
ナー１３及び第１戻しバネ２を取り付け、第２ステム１
４を第１ステム１５を設けたアーマチャ３の面と反対側
の面に設けると共に、リテイナー１３’及び第２戻しバ
ネ１を取り付け、バルブ９のステム部１６の表面若しく
は端面、第２戻しバネ１若しくは第１戻しバネ２の端
面、リテイナー１３若しくは１３’のバネ受け端面、第
１ステム１５の表面若しくは端面、第２ステム１４の表
面若しくは端面、又はアーマチャ３の表面のうち１つ又
は２つ以上に摺動膜を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は主に自動車用内燃機
関に用いられる電磁アクチュエータ及び弁開閉機構に関
する。
【０００２】
【従来の技術】自動車用内燃機関に検討されている従来
の電磁アクチュエータ作動の弁開閉機構は、例えば特開
平１１−９３６２９号公報に示され、本発明の一実施例
を示す図１を参照して説明すると、電磁アクチュエータ
４は、ステータ５とコイル１８から構成される一対の電
磁石６、７を隙間Ｓを設けて対向させ、この隙間Ｓにア
ーマチャ３を配設し、上記両電磁石６、７によって、前
記アーマチャ３を、一方の電磁石７と他方の電磁石６の
間で往復動自在とし、前記アーマチャ３の他方の電磁石
６から一方の電磁石７への移動を外部に伝達するための
第１ステム１５を前記アーマチャ３の移動側の面に設け
たものである。
【０００３】その電磁アクチュエータ４を内燃機関本体
１９に固定のハウジング８に収納し、上記アーマチャ３
を一方の電磁石７の方に移動させることにより、上記第
１ステム１５が上記バルブ９を押して開弁操作を行うよ
うに、前記電磁アクチュエータ４の第１ステム１５先端
部と前記バルブ９の先端部とを突き合わせ、さらに、閉
弁操作を行うための付勢力を前記バルブ９に与えるた
め、前記バルブ９にリテイナー１３を設けると共に、こ
のリテイナー１３と内燃機関本体１９との間に第１戻し
バネ２を取り付け、第２ステム１４を前記第１ステム１
５を設けた前記アーマチャ３の面と反対側の面に設ける
と共に、この第２ステム１４にリテイナー１３’を設
け、そのリテイナー１３’と前記ハウジング８との間
に、前記第２ステム１４が前記アーマチャ３を押す方向
の付勢力を与える第２戻しバネ１を取り付けている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、この弁開閉
機構において、その作動時に直接駆動する部品の重量
は、作動時の慣性重量として電磁アクチュエータ４の駆
動電力消費に直接影響を与える。また、上記の各部品は
作動時に摺動を生じるが、この摺動の際に生じる摩擦
は、駆動電力消費に直接影響を与える。通常、その駆動
電力は搭載バッテリーから供給しているため、電力消費
量が増加傾向にある今日ではその電力消費量の増大は好
ましくない。
【０００５】このため、電力消費量を低減させるには、
各部品の軽量化はさることながら、摺動摩擦の減少も必
要となる。
【０００６】そこで、この発明は、弁開閉機構を構成す
る各部品の摺動摩擦を低減させることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この電磁アクチュエータ
にかかる発明は、ステータ５及びコイル１８からなる電
磁石６、７と、アーマチャ３及びこのアーマチャ３に働
く力を外部の負荷に伝達する第１ステム１５からなる可
動子を有し、上記第１ステム１５の表面若しくは端面に
摺動膜を設けたことを特徴とする。そして、このアクチ
ュエータ４を用い内燃機関用弁開閉機構を構成すること
ができる。これにより、摺動摩擦を低減させ、内燃機関
用弁開閉機構の駆動電力消費量を低減させ、これを自動
車に用いた場合、燃料消費を低減させることができる。
【０００８】また、電磁アクチュエータ４により吸排気
ポート２５、２６を開閉するバルブ９を動かす内燃機関
用弁開閉機構において、上記電磁アクチュエータ４は、
ステータ５とコイル１８から構成される一対の電磁石
６、７を隙間Ｓを設けて対向させ、この隙間Ｓにアーマ
チャ３を配設し、上記両電磁石６、７によって、上記ア
ーマチャ３を、一方の電磁石７と他方の電磁石６の間で
往復動自在とし、上記アーマチャ３の他方の電磁石６か
ら一方の電磁石７への移動を外部に伝達するための第１
ステム１５を上記アーマチャ３の移動側の面に設けたも
のであり、この電磁アクチュエータ４を内燃機関本体１
９に固定のハウジング８に収納して、上記アーマチャ３
を一方の電磁石７の方に移動させることにより、上記第
１ステム１５が上記バルブ９を動かして開弁操作を行う
ようにするとともに、そのバルブ９にリテイナー１３を
設けて、このリテイナー１３と内燃機関本体１９との間
にバルブ９を閉弁方向に付勢する第１戻しバネ２を取り
付け、第２ステム１４を、上記第１ステム１５を設けた
上記アーマチャ３の面と反対側の面に設けると共に、こ
の第２ステム１４にリテイナー１３’を設け、そのリテ
イナー１３’と上記ハウジング８との間に、上記第２ス
テム１４が上記アーマチャ３を押す方向の付勢力を与え
る第２戻しバネ１を取り付け、上記バルブ９のステム部
１６の表面若しくは端面、上記第２戻しバネ１若しくは
第１戻しバネ２の端面、上記リテイナー１３若しくは１
３’のバネ受け端面、上記第２ステム１４の表面若しく
は端面、又は、上記アーマチャ３の表面のうち１つ又は
２つ以上に摺動膜を設けたことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】この発明にかかる電磁アクチュエ
ータ４は、図１に示すように、一対の電磁石６、７、並
びにアーマチャ３及び第１ステム１５からなる可動子か
ら形成される。
【００１０】上記アーマチャ３は、磁性材料から構成さ
れるものである。また、上記電磁石６、７は、ステータ
５とコイル１８から構成され、コイル１８に電流を通す
ことにより磁場を発生させることができる。この一対の
電磁石６、７を隙間Ｓを設けて対向させ、この隙間Ｓに
アーマチャ３を配設するので、電磁石６、７によって発
生する磁場によって、アーマチャ３は、２つの電磁石
６、７を往復動自在となる。このとき、アーマチャ３
が、後述するように、上記第１ステム１５若しくは第２
ステム１４の少なくとも１つと接合若しくは機械的に締
結される場合は、その接合若しくは機械的に締結された
第１ステム１５若しくは第２ステム１４によって、又
は、電磁石間ハウジング８ｃを、アーマチャ３の外周面
ぎりぎりに設ける場合は、この電磁石間ハウジング８ｃ
によって、アーマチャ３を２つの電磁石６、７の間でス
ムーズに往復動させることができる。
【００１１】また、アーマチャ３は、回転しながら電磁
石６又は７と接触する場合がある。このとき、このアー
マチャ３の表面には、図１の点模様で示すように、セラ
ミックス摺動膜、炭素系摺動膜、又は複合材摺動膜等の
摺動膜を設けることができる。これにより、電磁石６又
は７との接触時の摩擦係数を低減することが可能とな
る。
【００１２】上記摺動膜を構成する材料としては、元素
周期律表のＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族金属あるいはアルミ
ニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）の窒
化物、炭化物、炭窒化物、酸窒化物、酸炭化物、炭酸窒
化物、硫化物等のセラミックス膜、ダイヤモンドライク
カーボン膜（以下、「ＤＬＣ膜」と略する。）、ダイヤ
膜、窒化炭素膜、固定潤滑材としての金属化合物の粉末
粒子をポリマーに分散させた複合材膜等があげられる。
【００１３】上記複合材膜に使用される金属化合物は、
固体潤滑材としての性質を有することが必要であり、具
体的には、ＭｏＳ2 、ＢＮ、ＣａＦ2 、Ｃｒ2 Ｏ3 、Ｍ
ｏＯ 3 、及びＢ2 Ｏ3 の少なくとも１種が好ましい。
【００１４】また、上記複合材膜に使用されるポリマー
は、金属間化合物の粉末粒子を保持するバインダーとし
ての役割を果たすことが必要であり、具体的には、ポリ
アミドイミド、ポリイミド、ポリ四フッ化エチレン、ポ
リフェニレンサルファイド、及びジアリルフタレート樹
脂の少なくとも１種が好ましい。ただし、上記以外のポ
リマーの種類によっては、金属化合物粉末粒子を含む複
合材被膜が軟質となり、耐摩耗性を低下させる場合があ
るので、このポリマーの選択には注意を要する。
【００１５】上記摺動膜の構成としては、上記の材料の
うち、いずれか一種の材料を用いた摺動膜、あるいは２
種以上の混合摺動膜、及び、上記一種の材料からなる摺
動膜や混合摺動膜の積層摺動膜があげられる。
【００１６】上記第１ステム１５は、アーマチャ３の他
方の電磁石６から一方の電磁石７への移動を外部に伝達
するために、アーマチャ３の移動側の面に開口した上記
一方の電磁石７のステータ５に設けられた案内孔２２に
挿入して設けられる。この第１ステム１５により、アー
マチャ３が電磁石６側の位置から電磁石７側の位置への
移動が、第１ステム１５の先端部と突き合わされている
バルブ９の押し出しに作用し、内燃機関の開弁につなが
る。
【００１７】上記第１ステム１５を構成する材料として
は、鉄系材料でもよいが、軽量化を図る為には、窒化ケ
イ素若しくはサイアロンを主成分とするセラミックス、
粉末成形法を用いてアルミニウム合金粉末等を成形し、
次いで焼結したアルミニウム合金焼結材（以下、「アル
ミニウム合金固化材」と称する。）、チタン合金等を用
いることができる。
【００１８】上記の窒化ケイ素若しくはサイアロンを主
成分とするセラミックスに関しては、破損に対する信頼
性の確保から窒化ケイ素若しくはサイアロンが８０重量
％以上含まれ、相対密度が９５重量％以上の焼結体の使
用が好ましい。
【００１９】また、上記セラミックスには、繊維やウィ
スカで強化された繊維強化セラミックスやウィスカ強化
セラミックスが含まれる。
【００２０】上記の粉末成形法とは、所定の組成を有す
るアルミニウム合金の溶湯を高圧のガス吹きつけにより
急冷凝固粉末を作成し、これを圧粉のうえ、５００℃程
度で加熱したのち、熱間鍛造し緻密化と同時に部品化す
るために形状付与する方法である。このようにして得ら
れた所定形状のアルミニウム合金固化材は、１００〜１
０００ｎｍ程度の微細なアルミ基結晶粒で構成されその
ベースにアルミと他元素金属との硬質な複合金属間結合
化合物が微細析出して強化されている。この緻密化の程
度は９５％以上が好ましい。さらに、アルミニウム合金
固化材としては、摺動状況下において、耐熱強度を有す
る高温摺動部材であることが必要である。
【００２１】また、上記第１ステム１５と後述する第２
ステム１４とは、同じ材質で構成してもよく、異なる材
質で構成してもよい。
【００２２】さらに、上記第１ステム１５の表面や端面
には、図１の点模様で示すように、セラミックス摺動
膜、炭素系摺動膜、又は複合材摺動膜等の摺動膜を設け
ることができる。上記第１ステム１５の表面に上記摺動
膜を設けることにより、上記第１ステム１５がステータ
５の案内孔２２で駆動する際の摺動面での動摩擦係数や
焼き付き性の低減が図れ、摺動によるエネルギーロスを
軽減させることが可能となる。また、上記第１ステム１
５の端面に上記摺動膜を設けると、アーマチャ３やバル
ブ９のステム部１６端面と回転しながら接触する際、生
じる摩擦係数を低減することができ、エネルギーロスを
軽減することが可能となる。
【００２３】上記摺動膜を構成する材料としては、元素
周期律表のＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族金属あるいはアルミ
ニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）の窒
化物、炭化物、炭窒化物、酸窒化物、酸炭化物、炭酸窒
化物、硫化物等のセラミックス膜、ダイヤモンドライク
カーボン膜（以下、「ＤＬＣ膜」と略する。）、ダイヤ
膜、窒化炭素膜、固定潤滑材としての金属化合物の粉末
粒子をポリマーに分散させた複合材膜等があげられる。
【００２４】上記複合材膜に使用される金属化合物は、
固体潤滑材としての性質を有することが必要であり、具
体的には、ＭｏＳ2 、ＢＮ、ＣａＦ2 、Ｃｒ2 Ｏ3 、Ｍ
ｏＯ 3 、及びＢ2 Ｏ3 の少なくとも１種が好ましい。
【００２５】また、上記複合材膜に使用されるポリマー
は、金属間化合物の粉末粒子を保持するバインダーとし
ての役割を果たすことが必要であり、具体的には、ポリ
アミドイミド、ポリイミド、ポリ四フッ化エチレン、ポ
リフェニレンサルファイド、及びジアリルフタレート樹
脂の少なくとも１種が好ましい。ただし、上記以外のポ
リマーの種類によっては、金属化合物粉末粒子を含む複
合材被膜が軟質となり、耐摩耗性を低下させる場合があ
るので、このポリマーの選択には注意を要する。
【００２６】上記摺動膜の構成としては、上記の材料の
うち、いずれか一種の材料を用いた摺動膜、あるいは２
種以上の混合摺動膜、及び、上記一種の材料からなる摺
動膜や混合摺動膜の積層摺動膜があげられる。これらの
摺動膜を設けることにより、上記第１ステム１５がステ
ータ５の案内孔２２で駆動する際の摺動面への潤滑オイ
ルの強制的な供給が不要となりアクチュエータの故障を
抑制することが可能となる。
【００２７】上記のアーマチャ３は、必要に応じて、上
記第１ステム１５又は後述する第２ステム１４の一方又
は両方と接合又は機械的に締結してもよい。このように
すれば、アーマチャ３の電磁石６、７間の往復動を案内
することができる。
【００２８】上記アーマチャ３と接合又は機械的締結を
する上記第１ステム１５又は後述する第２ステム１４と
して、アーマチャ３より比重の小さい材料を用いたステ
ムを選択すると、アーマチャ３と同種材料を用いたステ
ムを用いて一体の駆動用部材を構成するよりも軽量化が
図れる。
【００２９】上記接合又は機械的締結としては、接着剤
による接着や所定の加熱接合、圧接等の化学的接合、カ
シメや焼きバメ、冷やしバメ等の機械的締結等があげら
れる。また、脱着に対する信頼性を確保するため、ステ
ム円周方向に凹溝部を設け、ここにアーマチャ３を挟み
込んだリテーナー部品を用いた接合手段を採用すること
ができる。ここで、アーマチャ３よりも比重の小さい材
料としては、上記の窒化ケイ素若しくはサイアロンを主
成分とするセラミックス、粉末成形法によるアルミニウ
ム焼結材、或いはチタン合金があげられる。
【００３０】上記ステータ５は、鉄系材料を機械加工し
て製造してもよいが、鉄系粉末を粉末成形法によって成
形することにより製造してもよい。具体的には、上記鉄
系粉末を冷間金型プレス成形法、温間金型プレス成形法
又は射出成形法のいずれかの方法で成形することによ
り、製造することができる。
【００３１】これに対し、従来の電磁石は、図５に示す
ように、電磁銅板３１等を入れた凹部３２や、案内孔３
３等を機械加工により形成されたステータ３４にコイル
を巻き付けた構造を取るので、電磁石としては、体積の
大きいものとなり、切削等の機械加工が必要となる。
【００３２】このため、上記の粉末成形法によって成形
する方法を採用することにより、図４に示すように、凹
部２１や案内孔２２を精度よく成形でき、成形後の機械
加工を省略できる利点がある。また、従来のステータ３
４に比べて、格段に体積を小さく構成することが可能と
なり、また予め形成したコイルを当該凹部に装着するこ
とが可能となり、極めて工数の少ない量産性に喜んだ製
造が可能となる。
【００３３】特に、得られる成形体の密度を上げ、従来
の電磁石と同じ磁束密度を得、かつ、よりコンパクトに
ステータ５を成形するためには、温間でのプレス成形や
射出成形がより有利である。
【００３４】上記粉末成形に使用される鉄系粉末は、通
常の鉄系粉末でもよいが、鉄酸化皮膜又は被覆樹脂膜を
有する鉄系粉末が好ましい。これらの鉄系粉末を用いて
粉末成形すると、得られたステータ５の構成成分とし
て、上記鉄酸化被膜又は被覆樹脂膜の一部又は全部が残
留する。このため、無垢の金属では生じやすい渦電流の
発生が抑制され、低鉄損のステータが得られる。このた
め、ステータ５をよりコンパクトに構成できることとな
る。上記鉄酸化皮膜とは、鉄系粉末の表面を酸化させる
ことにより形成される被膜をいう。また、上記被覆樹脂
膜とは、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を鉄系粉末の表面
に塗布、浸漬、蒸着等を行い、鉄系粉末の表面に形成さ
せた樹脂被膜をいう。
【００３５】このため、このステータ５を用いた電磁石
は、上記の体積減少の効果により、後述するハウジング
８を含めた構成部品の体積減少にもつながり重量軽減が
図れることになる。
【００３６】また、従来はステータ３４の案内孔３３に
ステムを通す場合、所定のすべり軸受を装着する必要が
あったのに対し、上記ステータ５を用いると、成形体表
面の平滑性や寸法精度が確保されるので、すべり軸受を
設ける必要がなく、案内孔２２に第１ステム１５又は第
２ステム１４を挿入し、そして、これらを直接摺動させ
ることが可能となり、部品点数の軽減が重量低減および
量産性につながる。
【００３７】上記コイル１８は、鉄系材料から形成して
もよいが、アルミニウム金属やアルミニウム合金等のア
ルミニウムを主成分とする材料から形成するのが好まし
い。これにより、コイル１８の軽量化が図ることができ
る。このコイル１８としては、ＪＩＳ Ｈ ４０００に
規定されている、１０００系や６０００系のアルミニウ
ム合金を用いることができる。またコイル１８の被覆材
としては、必要な耐熱性により異なるが、１８０℃以上
の耐熱性が好ましく、エステルイミドやポリイミド、ポ
リアミドイミドがあげられる。
【００３８】次に、この発明にかかる内燃機関用弁開閉
機構は、上記電磁アクチュエータ４と、この電磁アクチ
ュエータ４により吸排気ポートを開閉するバルブ９、ハ
ウジング８、及び第２ステム１４から構成される。
【００３９】上記の電磁アクチュエータ４は、ハウジン
グ８に収納され、このハウジング８を固定部材２０によ
って内燃機関本体１９に取り付けられる。
【００４０】このハウジング８は、図１に示すように、
電磁石６、７の外周面を覆うハウジング８ａ、電磁石
６、７の上端部を覆うハウジング８ｂ、２つの電磁石
６、７の隙間を保持するための電磁石間ハウジング８ｃ
の組合せから構成されるが、ハウジング８としては、上
記３つの部材から構成されることに限定されるものでは
なく、この発明にかかる内燃機関用弁開閉機構の組立て
条件等に応じて任意の部材から構成することができる。
【００４１】上記ハウジング８を形成する材料として
は、鉄系材料でもよいが、金属多孔体よりなる骨材に金
属材料を含浸させた含浸複合材料が好ましい。この材料
を用いることにより、強度の高いハウジング８が得ら
れ、また、ハウジング８の薄肉化、コンパクト化が可能
となる。このため、重量軽減につなげることができる。
【００４２】上記金属多孔体は、発泡樹脂に黒鉛等で導
電処理をした後に電気メッキし、熱処理して発泡樹脂を
除去して得る方法、発泡樹脂に金属・樹脂スラリーを含
浸させて乾燥し、次いで熱処理して発泡樹脂を除去して
得る方法等によって製造することができる。
【００４３】上記金属多孔体としてはＦｅ，Ｃｒ，Ｎｉ
等を含む高強度な合金材料が好ましく、またその体積率
は、必要とされる強度や重量等により変わるが、３％〜
２０％の範囲内であることが好ましい。
【００４４】上記の金属多孔体よりなる骨材に含浸させ
る金属材料としては、アルミニウム金属やアルミニウム
合金等のアルミニウムを主成分とする材料、マグネシウ
ム金属やマグネシウム合金等のマグネシウムを主成分と
する材料、又は発泡アルミニウムから選ばれるいずれか
１つ又は２つ以上があげられる。
【００４５】上記の金属多孔体よりなる骨材に金属材料
を含浸させて含浸複合化する方法としては、ダイキャス
ト、溶湯鍛造等の高圧鋳造法や、数ＭＰａ以下の低圧で
の含浸鋳造法も用いることができる。これは金属多孔体
のセル孔径が０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度と比較的大きなサ
イズであることと、全てのセルが連通したオープンセル
構造を有するためである。
【００４６】上記発泡アルミニウムとは、アルミニウム
金属やアルミニウム−カルシウム合金等のアルニミウム
合金を溶融させ、これに水素化チタニウムや水素化ジル
コニウム等の発泡剤を加え、この発泡剤の分解によって
発泡を生じさせて得られた発泡状態のアルミニウム金属
又はアルミニウム合金をいう。
【００４７】このようにして得られた含浸複合材料は、
上記金属材料として、アルミニウム系材料やマグネシウ
ム系材料を用いると、全体として重量を軽減することが
でき、ハウジング８自体の重量軽減を図ることができ
る。
【００４８】上記固定部材２０は、図１に示すように、
一般にボルトが使用される。この固定部材２０の材料と
しては、鉄系材料を用いることができるが、アルミニウ
ム金属やアルミニウム合金等のアルミニウムを主成分と
する材料を用いるのが好ましい。
【００４９】固定部材２０として上記のアルミニウムを
主成分とする材料を用いることにより、軽量化が図れ
る。また、固定部材２０として上記のアルミニウムを主
成分とする材料を用いることは、このハウジング８を取
り付ける内燃機関本体１９、例えばエンジンヘッド等
は、アルミニウム系材料でできているため、組み付け時
及び動作時に温度変化が生じたときの熱膨張係数の差異
により余分な応力発生が抑制できるために好ましい。上
記固定部材２０を構成する材料の具体例としては、ＪＩ
Ｓ Ｈ ４０００に規定の材料がよく、引張強度の点で
は４０００、５０００、６０００、７０００系が好まし
い。
【００５０】上記内燃機関本体１９には、この内燃機関
の吸気ポート２５又は排気ポート２６と燃焼室２７とを
導通又は遮断するためのバルブ９が設けられる。
【００５１】このバルブ９は、弁を構成するマージン部
１７と、軸を構成するステム部１６とから形成される。
このバルブ９を構成する材料は、鉄系材料でもよいが、
少なくとも、マージン部１７が耐熱性を有する材料であ
ればよい。その構成としては、図１に示すように、ステ
ム部１６とマージン部１７とを同一材質で構成するも
の、例えば、両者共、窒化ケイ素若しくはサイアロンを
主成分とするセラミックスを用いたものや、図３に示す
ように、ステム部１６とマージン部１７とを異なる材質
で構成するもの、例えば、ステム部１６として、上記ア
ルミニウム合金固化材を用い、マージン部１７として耐
熱鋼合金を用いたものがあげられる。これらの材料を用
いることにより、弁を構成するマージン部１７の耐熱性
を維持するとともに、軽量化に寄与することができる。
【００５２】上記耐熱鋼合金としては、ＪＩＳ ＳＵＨ
３（Ｆｅ−１１重量％Ｃｒ−２重量％Ｓｉ−１重量％Ｍ
ｏ−０．６重量％Ｍｎ−０．４重量％Ｃ）等を例として
あげられる。
【００５３】上記窒化ケイ素若しくはサイアロンを主成
分とするセラミックスに関しては、破損に対する信頼性
の確保から窒化ケイ素若しくはサイアロンが８０重量％
以上含まれ、相対密度が９５重量％以上の焼結体の使用
が好ましい。
【００５４】上記セラミックスには、繊維やウィスカで
強化された繊維強化セラミックスやウィスカ強化セラミ
ックスが含まれる。
【００５５】また、アルミニウム合金固化材は、摺動状
況下における耐熱強度を有するので、微細なアルミ基結
晶粒内に、同程度に微細な金属間化合物が析出して耐熱
強化した合金設計を有し、かつ緻密体であることが望ま
しい。このような例としては、Ａｌ−１７重量％Ｓｉ−
１．５重量％Ｚｒ−１．５％Ｎｉ−２％Ｆｅ−５％Ｍｍ
があげられる。ここで、「Ｍｍ」とは、ミッシュメタ
ル、すなわち、ランタンやセリウム等の希土類元素で主
に構成された複合金属をいう。
【００５６】ステム部１６として、上記アルミニウム合
金固化材を用い、マージン部１７として、耐熱鋼合金を
用いる場合、これらは熱圧着等によって接合できる。
【００５７】このように、ステム部１６とマージン部１
７とを異なる材料で製造して接合する方法により、バル
ブの大部分をアルミニウム合金化して軽量化を図ること
ができ、燃焼にさらされ、高温となる部位を選択的に強
化することが可能となる。
【００５８】また、上記バルブ９、特にステム部１６の
表面又は端面には、図１や図３の点模様で示すように、
セラミックス摺動膜、炭素系摺動膜、又は複合材摺動膜
等の摺動膜を設けることができる。上記バルブ９、特に
ステム部１６の表面に上記摺動膜を設けることにより、
バルブ９の駆動する際の後述するバルブガイド１１との
摺動面での動摩擦係数や焼き付き性の低減が図れ、摺動
によるエネルギーロスを軽減させることが可能となる。
さらに、上記バルブ９のステム部１６の端面に上記摺動
膜を設けると、第１ステム１５の端面と回転しながら接
触する際、生じる摩擦係数を低減することができ、エネ
ルギーロスを軽減することが可能となる。
【００５９】上記摺動膜を構成する材料としては、元素
周期律表のＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族金属あるいはアルミ
ニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）の窒
化物、炭化物、炭窒化物、酸窒化物、酸炭化物、炭酸窒
化物、硫化物等のセラミックス膜、ダイヤモンドライク
カーボン膜（以下、「ＤＬＣ膜」と略する。）、ダイヤ
膜、窒化炭素膜、固定潤滑材としての金属化合物の粉末
粒子をポリマーに分散させた複合材膜等があげられる。
【００６０】上記複合材膜に使用される金属化合物は、
固体潤滑材としての性質を有することが必要であり、具
体的には、ＭｏＳ2 、ＢＮ、ＣａＦ2 、Ｃｒ2 Ｏ3 、Ｍ
ｏＯ 3 、及びＢ2 Ｏ3 の少なくとも１種が好ましい。
【００６１】また、上記複合材膜に使用されるポリマー
は、金属間化合物の粉末粒子を保持するバインダーとし
ての役割を果たすことが必要であり、具体的には、ポリ
アミドイミド、ポリイミド、ポリ四フッ化エチレン、ポ
リフェニレンサルファイド、及びジアリルフタレート樹
脂の少なくとも１種が好ましい。ただし、上記以外のポ
リマーの種類によっては、金属化合物粉末粒子を含む複
合材被膜が軟質となり、耐摩耗性を低下させる場合があ
るので、このポリマーの選択には注意を要する。
【００６２】上記摺動膜の構成としては、上記の材料の
うち、いずれか一種の材料を用いた摺動膜、あるいは２
種以上の混合摺動膜、及び、上記一種の材料からなる摺
動膜や混合摺動膜の積層摺動膜があげられる。これらの
摺動膜を設けることにより、上記バルブ９、特にステム
部１６の表面が後述するバルブガイド１１で駆動する際
の摺動面への潤滑オイルの強制的な供給が不要となりア
クチュエータの故障を抑制することが可能となる。
【００６３】上記バルブ９は、アーマチャ３を一方の電
磁石７の方に移動させることにより、第１ステム１５を
バルブ９のステム部１６を押して開弁操作を行うよう
に、電磁アクチュエータ４の第１ステム１５の先端部と
バルブ９のステム部１６の先端部とを突き合わせるよう
に設けられる。
【００６４】また、閉弁操作を行うための付勢力をバル
ブ９に与えるため、バルブ９のステム部１６に、リテイ
ナー１３を設けると共に、このリテイナー１３と内燃機
関本体１９との間に第１戻しバネ２を取り付ける。
【００６５】さらに、バルブ９の開弁及び閉弁を案内す
るためのバルブガイド１１を内燃機関本体１９に設け
る。
【００６６】具体的には、バルブ９のマージン部１７が
吸気ポート２５又は排気ポート２６と燃焼室２７との境
界に設けられ、その境界部にバルブシート１２が取り付
けられる。バルブ９は、上記の第１戻しバネ２によって
閉鎖され、吸気ポート２５又は排気ポート２６と燃焼室
２７とは遮断される。そして、アーマチャ３の移動によ
って第１ステム１５がバルブ９のステム部１６の先端を
押すと、マージン部１７が燃焼室２７内に押し出され、
吸気ポート２５又は排気ポート２６と燃焼室２７が導通
される。その後、再び第１戻しバネ２の付勢力により、
マージン部１７がバルブシート１２に押しつけられ、そ
の経路は遮断される。ここで、バルブシート１２は、マ
ージン部１７を受ける部材であり、これにより、マージ
ン部１７が内燃機関本体１９に直接衝突するのを防止で
きる。
【００６７】また、第１戻しバネ２は、内燃機関本体１
９に設けられた凹部に収納されており、また、バルブガ
イド１１は、上記凹部と吸気ポート２５又は排気ポート
２６との間を貫通するバルブ９のステム部１６をガイド
するように設けられる。
【００６８】上記リテイナー１３、１３’を構成する材
料としては、鉄系材料であってもよいが、高速でのバル
ブ９の開閉特性を向上する慣性重量低減および内燃機関
総重量低減の観点から、上記のアルミニウム合金固化材
が好ましい。これは、圧縮バネの繰り返し応力を受ける
ため、高い疲労特性を要求されるため、サブミクロンの
微細な結晶粒を形成する合金設計と急冷凝固プロセスを
行う必要があるからである。これを用いることにより、
リテイナー１３、１３’自体を軽量化することができ
る。
【００６９】上記アルミニウム合金固化材としては、上
記のバルブ９や第１ステム１５、第２ステム１４等で使
用されるアルミニウム合金固化材を使用することができ
るが、バルブ高速運動時に第１戻しバネ２や第２戻しバ
ネ１との摺動が生じるため、アルミニウム合金だけでは
対処が困難となる場合がある。この場合は、平均粒径１
〜５μｍ程度、最大径１５μｍ程度の硬質粒子を１０重
量％配合した上記のアルミニウム合金粉末を使用するこ
とにより、摩耗を抑制することができる。上記硬質粒子
としては、窒化セラミック、酸化セラミック、炭化セラ
ミック等が好ましい。この例としては、窒化珪素、アル
ミナ、炭化珪素等があげられる。
【００７０】また、上記リテイナー１３、１３’が第１
戻しバネ２や第２戻しバネ１と接触する部分、すなわ
ち、バネ受け端面２８、２８’に、図１の点模様で示す
ように、セラミックス摺動膜、炭素系摺動膜、又は複合
材摺動膜等の摺動膜を設けることができる。上記リテイ
ナー１３、１３’のバネ受け端面２８、２８’に上記摺
動膜を設けることにより、上記リテイナー１３、１３’
が第１戻しバネ２や第２戻しバネ１と摺動する際の摩擦
係数や焼き付き性の低減が図れ、摺動によるエネルギー
ロスを軽減させることが可能となる。
【００７１】上記摺動膜を構成する材料としては、元素
周期律表のＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族金属あるいはアルミ
ニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）の窒
化物、炭化物、炭窒化物、酸窒化物、酸炭化物、炭酸窒
化物、硫化物等のセラミックス膜、ダイヤモンドライク
カーボン膜（以下、「ＤＬＣ膜」と略する。）、ダイヤ
膜、窒化炭素膜、固定潤滑材としての金属化合物の粉末
粒子をポリマーに分散させた複合材膜等があげられる。
【００７２】上記複合材膜に使用される金属化合物は、
固体潤滑材としての性質を有することが必要であり、具
体的には、ＭｏＳ2 、ＢＮ、ＣａＦ2 、Ｃｒ2 Ｏ3 、Ｍ
ｏＯ 3 、及びＢ2 Ｏ3 の少なくとも１種が好ましい。
【００７３】また、上記複合材膜に使用されるポリマー
は、金属間化合物の粉末粒子を保持するバインダーとし
ての役割を果たすことが必要であり、具体的には、ポリ
アミドイミド、ポリイミド、ポリ四フッ化エチレン、ポ
リフェニレンサルファイド、及びジアリルフタレート樹
脂の少なくとも１種が好ましい。ただし、上記以外のポ
リマーの種類によっては、金属化合物粉末粒子を含む複
合材被膜が軟質となり、耐摩耗性を低下させる場合があ
るので、このポリマーの選択には注意を要する。
【００７４】上記摺動膜の構成としては、上記の材料の
うち、いずれか一種の材料を用いた摺動膜、あるいは２
種以上の混合摺動膜、及び、上記一種の材料からなる摺
動膜や混合摺動膜の積層摺動膜があげられる。
【００７５】上記のアーマチャ３の面のうち、第１ステ
ム１５を設けた面と反対側の面に第２ステム１４が設け
られる。そして、この第２ステム１４に上記と同様のリ
テイナー１３’が設けられ、このリテイナー１３’とハ
ウジング８との間に、上記第２ステム１４がアーマチャ
３を押す方向の付勢力を与える第２戻しバネ１が取り付
けられる。
【００７６】この第２戻しバネ１により、アーマチャ３
にかかる第１戻しバネ２の付勢力に対抗することがで
き、アーマチャ３が第１戻しバネ２の付勢力によって、
他方の電磁石６の方に押しつけられるのを防止できる。
【００７７】上記第２ステム１４を構成する材料として
は、鉄系材料でもよいが、軽量化を図る為には、窒化ケ
イ素若しくはサイアロンを主成分とするセラミックス、
アルミニウム合金固化材、チタン合金等を用いることが
できる。
【００７８】上記窒化ケイ素若しくはサイアロンを主成
分とするセラミックスに関しては、破損に対する信頼性
の確保から窒化ケイ素若しくはサイアロンが８０重量％
以上含まれ、相対密度が９５重量％以上の焼結体の使用
が好ましい。
【００７９】さらに、上記セラミックスには、繊維やウ
ィスカで強化された繊維強化セラミックスやウィスカ強
化セラミックスが含まれる。
【００８０】また、アルミニウム合金固化材としては、
摺動状況下において、耐熱強度を有する高温摺動部材で
ある必要があるので、上記のバルブ９で用いたアルミニ
ウム合金固化材を用いることができる。
【００８１】また、上記第１ステム１５と第２ステム１
４とは、同じ材質で構成してもよく、異なる材質で構成
してもよい。
【００８２】さらに、上記第２ステム１４の表面や端面
には、図１の点模様で示すように、セラミックス摺動
膜、炭素系摺動膜、又は複合材摺動膜等の摺動膜を設け
ることができる。上記第２ステム１４の表面に上記摺動
膜を設けることにより、上記第２ステム１４がステータ
５の案内孔２２’で駆動する際の摺動面での動摩擦係数
や焼き付き性の低減が図れ、摺動によるエネルギーロス
を軽減させることが可能となる。また、上記第２ステム
１４の端面に上記摺動膜を設けると、アーマチャ３と回
転しながら接触する際、生じる摩擦係数を低減すること
ができ、エネルギーロスを軽減することが可能となる。
【００８３】上記摺動膜を構成する材料としては、元素
周期律表のＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族金属あるいはアルミ
ニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）の窒
化物、炭化物、炭窒化物、酸窒化物、酸炭化物、炭酸窒
化物、硫化物等のセラミックス膜、ダイヤモンドライク
カーボン膜（以下、「ＤＬＣ膜」と略する。）、ダイヤ
膜、窒化炭素膜、固定潤滑材としての金属化合物の粉末
粒子をポリマーに分散させた複合材膜等があげられる。
【００８４】上記複合材膜に使用される金属化合物は、
固体潤滑材としての性質を有することが必要であり、具
体的には、ＭｏＳ2 、ＢＮ、ＣａＦ2 、Ｃｒ2 Ｏ3 、Ｍ
ｏＯ 3 、及びＢ2 Ｏ3 の少なくとも１種が好ましい。
【００８５】また、上記複合材膜に使用されるポリマー
は、金属間化合物の粉末粒子を保持するバインダーとし
ての役割を果たすことが必要であり、具体的には、ポリ
アミドイミド、ポリイミド、ポリ四フッ化エチレン、ポ
リフェニレンサルファイド、及びジアリルフタレート樹
脂の少なくとも１種が好ましい。ただし、上記以外のポ
リマーの種類によっては、金属化合物粉末粒子を含む複
合材被膜が軟質となり、耐摩耗性を低下させる場合があ
るので、このポリマーの選択には注意を要する。
【００８６】上記摺動膜の構成としては、上記の材料の
うち、いずれか一種の材料を用いた摺動膜、あるいは２
種以上の混合摺動膜、及び、上記一種の材料からなる摺
動膜や混合摺動膜の積層摺動膜があげられる。これらの
摺動膜を設けることにより、上記第２ステム１４がステ
ータ５の案内孔２２’で駆動する際の摺動面への潤滑オ
イルの強制的な供給が不要となりアクチュエータの故障
を抑制することが可能となる。
【００８７】上記第１戻しバネ２又は第２戻しバネ１を
構成する材料としては、鉄系材料でもよいが、下記の材
料、すなわち、Ｃ量０．５５〜０．７０重量％、Ｓｉ量
１．０〜２．２重量％、Ｃｒ量１重量％以下、Ｍｎ量１
重量％以下、Ｖ量０．２重量％以下、必要に応じてＭｏ
及びＮｂを含有し、引張強度１９６０Ｎ／ｍｍ2 以上、
ＳｉＯ2 やＡｌ2 Ｏ3 等の介在物が２５μｍ以下、焼戻
しマルテンサイト組織を有した合金鋼を用いることによ
り、所望のバネ特性を得ることができると共に、バネ重
量が軽減できる。こうした高強度鋼の場合、溶解鋳造、
熱間圧延後、シェービング、伸線、パテンティングを組
み合わせて目的の線径まで加工し、その後焼入れ焼戻し
を行い鋼線を得る。その後コイリング加工、歪取り焼き
なまし、ショットピーニング、さらに必要に応じて窒化
処理、ショットピーニング、歪取り焼きなましが行われ
るのが一般的である。
【００８８】さらに、第１戻しバネ２又は第２戻しバネ
１の構成材料として、ＡｌとＶの合計が１３重量％以上
からなり、引張り強さが１５００Ｎ／ｍｍ2 以上で表面
に耐磨耗性の良好な表面被覆のされているチタン合金を
用いると、所望のバネ特性を得ることができ、バネ重量
が軽減できる。高強度チタン合金は、真空中で溶解し、
成分偏析が十分低減するまで溶解鋳造を繰り返し、鋳造
後熱間圧延し、その後溶体化処理と伸線加工を繰り返
し、目的の線径まで加工後、時効処理を施す。コイリン
グ加工後は上記の工程と基本的に同様である。
【００８９】さらにまた、第１戻しバネ２又は第２戻し
バネ１の構成材料として、Ｃｕ、Ｍｇ及びＺｎが合計で
５重量％以上で結晶粒径のアスペクト比が３以上の長い
結晶粒を有し、引張強さが６００Ｎ／ｍｍ2 以上のアル
ミニウム合金を用いると、所望のバネ特性を得ることが
できると共に、バネ重量が軽減できる。高強度アルミニ
ウム合金は、目的成分の粉末を作成し、その紛末をイン
ゴットに固化したのち、鍛造、圧延の両方もしくはどち
らかの加工を行い、さらに伸線加工、溶体化を繰り返
し、目的の線経とし、最終的に時効処理を施す。コイリ
ング以降の工程は高強度鋼と基本的に同じであるが、窒
化処理は施さない。
【００９０】また、上記のチタン合金やアルミニウム合
金を第１戻しバネ２又は第２戻しバネ１に用いるため
に、表面に耐摩耗性を向上させることを目的とした摺動
膜を設けることも、必要に応じて施すことができる。
【００９１】さらに、上記第２戻しバネ１又は第１戻し
バネ２が、リテイナー１３、１３’や、ハウジング８
ｂ、内燃機関本体１９等と接する一方又は両方の端面に
は、図１の点模様で示すように、セラミックス摺動膜、
炭素系摺動膜、又は複合材摺動膜等の摺動膜を設けるこ
とができる。上記第２戻しバネ１又は第１戻しバネ２の
一方又は両方の端面に上記摺動膜を設けることにより、
上記第２戻しバネ１又は第１戻しバネ２が、リテイナー
１３、１３’、ハウジング８ｂ、内燃機関本体１９等と
摺動しながら接触する際の摩擦係数や焼き付き性の低減
が図れ、摺動によるエネルギーロスを軽減させることが
可能となる。
【００９２】上記摺動膜を構成する材料としては、元素
周期律表のＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族金属あるいはアルミ
ニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）の窒
化物、炭化物、炭窒化物、酸窒化物、酸炭化物、炭酸窒
化物、硫化物等のセラミックス膜、ダイヤモンドライク
カーボン膜（以下、「ＤＬＣ膜」と略する。）、ダイヤ
膜、窒化炭素膜、固定潤滑材としての金属化合物の粉末
粒子をポリマーに分散させた複合材膜等があげられる。
【００９３】上記複合材膜に使用される金属化合物は、
固体潤滑材としての性質を有することが必要であり、具
体的には、ＭｏＳ2 、ＢＮ、ＣａＦ2 、Ｃｒ2 Ｏ3 、Ｍ
ｏＯ 3 、及びＢ2 Ｏ3 の少なくとも１種が好ましい。
【００９４】また、上記複合材膜に使用されるポリマー
は、金属間化合物の粉末粒子を保持するバインダーとし
ての役割を果たすことが必要であり、具体的には、ポリ
アミドイミド、ポリイミド、ポリ四フッ化エチレン、ポ
リフェニレンサルファイド、及びジアリルフタレート樹
脂の少なくとも１種が好ましい。ただし、上記以外のポ
リマーの種類によっては、金属化合物粉末粒子を含む複
合材被膜が軟質となり、耐摩耗性を低下させる場合があ
るので、このポリマーの選択には注意を要する。
【００９５】上記摺動膜の構成としては、上記の材料の
うち、いずれか一種の材料を用いた摺動膜、あるいは２
種以上の混合摺動膜、及び、上記一種の材料からなる摺
動膜や混合摺動膜の積層摺動膜があげられる。
【００９６】ところで、この発明において、ステータ５
を鉄系粉末を粉末成形法によって成形した場合、この弁
開閉機構の作動時又は作動中に、アーマチャ３とステー
タ５が直接接触し、衝撃等を生じたとき、ステータ５が
摩耗や欠損等の問題を生じる場合がある。したがって、
アーマチャ３をステータ５と直接接触しないように往復
動させることが好ましい。この方法としては、アーマチ
ャ３の往復動を電気回路で制御する方法や、図２に示す
ように、ステータ５とアーマチャ３との間に、ストッパ
ー２３を設ける方法があげられる。
【００９７】また、上記の弁開閉機構は、吸気系又は排
気系のいずれであっても用いることができる。このと
き、バルブ９のマージン部１７として耐熱鋼合金を用い
た場合は、吸気系に用いるのが好ましく、バルブ９のマ
ージン部１７として窒化ケイ素或いはサイアロン系セラ
ミックを用いた場合は、排気系に用いることが好まし
い。
【００９８】上記の第１ステム１５、第２ステム１４、
ハウジング８、バルブ９、第１戻しバネ２、第２戻しバ
ネ１、リテイナー１３、１３’、又は固定部材２０は、
その全てを上記の鉄より比重の小さな金属若しくはその
合金、骨材により強化された鉄より比重の小さな合金、
セラミックス、繊維若しくはウイスカー強化セラミック
ス等で製造する必要はなく、それらのうち少なくとも１
つを、鉄より比重の小さな金属若しくはその合金、骨材
により強化された鉄より比重の小さな合金、セラミック
ス、繊維若しくはウイスカー強化セラミックスで形成
し、残りを、鉄系材料で形成しても、得られる内燃機関
用電磁アクチュエータや内燃機関用弁開閉機構の軽量化
を図ることができる。
【００９９】
【実施例】本発明の実施例を以下に示す。
【０１００】〔実施例１〕図１に示す弁開閉機構を構成
する各部品を下記の材料を用いて製造した。そして、バ
ルブ９のステム部１６の表面若しくは端面、第１戻しバ
ネ２若しくは第２戻しバネ１の両端面、リテイナー１
３、１３’のバネ受け端面２８、２８’、第１ステム１
５の表面若しくは端面、第２ステム１４の表面若しくは
端面、又はアーマチャ３の表面のうちいずれか１つに下
記の方法にしたがって摺動膜を形成した。そして、それ
らの部品を用いて弁開閉機構を構成した。次いで、この
弁開閉機構を作動させ、全く摺動膜を設けなかった場合
に比べて、駆動時の消費電力がどの程度低減したかを測
定した。その結果を表１に示す。
【０１０１】摺動膜の形成 対象部品の表面（又は端面）にＤＬＣ膜を形成する方法
を下記に示す。
【０１０２】公知の容量結合型プラズマＣＶＤ法によ
り、高周波電源（発生周波数１３．５６ＭＨｚ）を接続
した電極に、予め溶剤や洗剤で洗浄・乾燥した対象部品
を取付け、１×１０-4Ｐａの真空度で排気した後に、ア
ルゴンガスを１×１０-1Ｐａの圧力で維持されるように
なるまでガスを導入した。この状態で高周波電源から出
力４００Ｗの高周波を電極に供給し、上記対象部品を取
付けた電極がプラズマで覆われるように１５分間維持
し、対象部品表面の自然酸化膜をイオンクリーニングし
て除去した後、アルゴンガスの供給を止め、メタンガス
を１×１０-1Ｐａの圧力で維持されるようになるまでガ
スを導入し、高周波電源から出力６００Ｗの高周波を電
極に供給することでＤＬＣ膜形成を行った。膜厚は約１
μｍとした。
【０１０３】各部品の製造 （アーマチャ）アーマチャ３として、既存の磁性の鋼材
料を用いた。なお、後述する第１ステム１５を圧接接合
した。
【０１０４】（ステータ）図４に示す形態のステータ５
を粉末圧縮成形体で作製した。使用した鉄粉末は、純鉄
粉であり、溶湯に高圧の水を吹きつけることにより急冷
凝固された粉末を得、その後、乾燥、所定大きさのメッ
シュを通すことによる粉末粒度分布調整等の基本工程を
経て製造される。この一連の工程は、通常の焼結機械部
品用の出発原料粉末の製造方法と同様である。その後、
純鉄粉末間の絶縁性を得るために、熱処理によって酸化
被膜形成工程を行った。
【０１０５】酸化被膜形成前の主な不純物成分は、酸素
が０．１重量％前後、Ｓｉ，Ｍｎは０．０５重量％前
後、炭素、燐、硫黄が０．００５重量％前後である。粉
末粒度は、金型へのスムーズで均一な流れ充填性を有
し、かつなるべく高い見かけ密度が得られるように、上
記急冷凝固工程及び粒度分布調整工程で制御される。そ
のようにして得られた粒度分布は、２００μｍ未満１５
０μｍ以上が５〜１０重量％、１５０μｍ未満７５μｍ
以上が４０〜５０重量％、７５μｍ未満３０μｍ以上が
４０〜５０重量％であった。この粒度分布を有する粉末
の、流れ充填性の指標であるＪＳＰＭ標準規格の流れ性
評価によれば、径２．５ｍｍの出口を有する漏斗容器に
納めた５０ｇ粉末がその出口を通り終わるのに要する時
間は２０〜３０秒である。また、同標準規格による見か
け密度は２．９〜３．５ｇ／ｃｍ3 であった。
【０１０６】上記粉末を成形してステータを製造するた
め、上記粉末を金型内に充填し、一軸圧縮する際に、金
型と鉄粉末との焼き付き防止を行うため、熱硬化性樹脂
を主成分とする有機樹脂を０．５〜０．７重量％を配合
した。
【０１０７】上記粉末を冷間圧縮成形して得られる粉末
圧縮成形体は、密度７．１ｇ／ｃｍ 3 であり、温間圧縮
成形して得られる粉末圧縮成形体は、密度７．４ｇ／ｃ
ｍ3であった。温間圧縮成形は、金型及び圧縮前粉末を
１３０〜１５０℃で制御した。この場合の密度が高いの
は、主に鉄粉末の降伏応力が減少、軟化により変形能が
増して、圧密性が上昇した結果による。
【０１０８】これらの成形体は、大気中２００℃で樹脂
を焼成して、ステータを得た。
【０１０９】一般に交流磁場においては、高周波になる
程渦電流を生じ、磁力の損失が生じるが、このような粉
末の集合体とすると、渦電流の発生が粉末単位内に抑制
され、損失を低下させることができる。このステータ
は、構造の特徴上、透磁率の異方性はほとんどない。成
形焼成後の寸法ばらつきは小さく、追加工の必要はなか
った。このため、ステムを通すための軸受をセットする
必要がなかった。
【０１１０】得られた粉末圧縮成形によるステータの直
流時の最大磁束密度は、冷間成形体１．３Ｔ、温間成形
体１．５Ｔであった。
【０１１１】（コイル）コイル１８としては、ＪＩＳ
Ｈ ４０００に規定の導電率５０％ＩＡＣＳの６０００
系材料を従来の銅系材料に対して用いた。またこのコイ
ル材の被覆材はポリイミドとした。
【０１１２】（ステム）第１ステム１５及び第２ステム
１４として、市販の窒化ケイ素粉末（α結晶相率９０％
以上、平均投径０．８μｍ）に５重量％の酸化イットリ
ウム、２重量％の酸化アルミニウムをエタノール中で湿
式混合した紛末を乾燥し所定の成形用有機バインダーを
加えた後、所定の成形を行い、１８００度、４気圧窒素
ガス雰囲気、１０時間焼結を行い、更にダイヤモンド砥
石で所定の形状に加工したものを用いた。この焼結体と
同時に作製した焼結体の強度をＪＩＳ Ｒ １６０１に
準拠して３点曲げ強度を測定した結果、平均強度は１０
５０ＭＰａであった。
【０１１３】（ハウジング）ハウジング８は、下記の方
法で製造した。平均粒径２．５μｍのＦｅ１８％、Ｃｒ
８％のＮｉ粉末６５重量部、分散剤２重量部、水１１重
量部にフェノール樹脂１２重量部の配合比率で混合しス
ラリーを作製した。このスラリーを厚さ８ｍｍ、１イン
チあたりのセル数が２９個のポリウレタンフォームに含
浸した後、金属ロールで過剰に付着したスラリーを除去
し１２０℃で１０分乾燥した。このシートを１２００℃
真空中で１時間熱処理することで密度＝０．９１ｇ／ｃ
ｍ3 の金属多孔体を作製した。この金属多孔体を円筒形
状に加工した後金型にセットし、７６０℃に加熱したア
ルミニウム合金（２重量％Ｃｕ含有Ａｌ）溶湯を１．２
ＭＰａで加圧注入することにより金属多孔体／アルミニ
ウム合金複合材よりなるハウジングを作製した。比較部
材として金属多孔体を複合化せずにアルミニウム合金の
みでハウジングも形成し、それぞれについて引張強度を
測定した結果、複合材：２３１ＭＰａ、アルミニウム合
金：１４２ＭＰａであった。
【０１１４】（戻しバネ）戻しバネは下記の方法で製造
した。Ｃ＝０．６５重量％、Ｓｉ＝１．９８重量％、Ｍ
ｎ＝０．７８重量％、Ｃｒ＝０．７５重量％、Ｖ＝０．
１１重量％、残部は実質Ｆｅである成分の鋼を、溶解鋳
造、圧延、シェービング、伸線加工、熱処理を繰り返し
３．０ｍｍのワイヤを得た。非金属介在物は最大２０μ
ｍであった。このワイヤを、コイリング、歪取り焼きな
まし、ショットピーニング、窒化を組み合わせて高強度
コイルバネを製造した。
【０１１５】（リテイナー）リテイナー１３、１３’
は、コッタ（リテイナーロック）と呼ばれる保持部品を
介してバルブを保持し、バルブ９と一体となって高速の
往復運動をするため、耐熱疲労強さ、衝撃強さが要求さ
れる。また、バルブ９の回転に伴い第１戻しバネ２や第
２戻しバネ１と摺動するため、耐摩耗性も要求される。
耐熱疲労強さ、衝撃強さ確保のため、アルミニウム合金
では、サブミクロンの微細な結晶粒を形成する合金設計
と、急冷凝固プロセスを行う必要がある。このようなア
ルミニウム合金として、Ａｌ−１７重量％Ｓｉ−１．５
２重量％Ｚｒ−１．５重量％Ｎｉ−２重量％Ｆｅ−５重
量％Ｍｍを使用し、平均粒径５０μｍのアルミニウム粉
末をガス冷却凝固プロセスにて作製し、出発原料とし
た。また、耐摩耗特性の必要性の観点からは、アルミニ
ウム合金だけでは対処が困難であり、硬質粒子として平
均粒径２μｍ、最大１２μｍ径のアルミナ粒子を９重量
％配合した。
【０１１６】一軸粉末圧縮成形した後、５００℃で加熱
し、熱間鍛造にて緻密化と最終形状付与を同時に行い、
その後、バリとり及び表層部の粉末結合が弱い層を除去
するためにバレル処理を行った。機械加工は行わなかっ
た。密度は、３．２ｇ／ｃｍ 3 であった。
【０１１７】従来のリテイナーは、ＪＩＳ １７Ｃ等の
機械構造用鋼、場合によっては、ＪＩＳ １７Ｃ ＳＣ
ｒ４１５などの合金鋼が用いられることが多い。この比
較部材としてのリテイナーは、後者を用いて製造した。
後者の合金鋼を熱間鍛造で形状付与した後、粗加工を
し、浸炭焼入れ焼き戻しを行い、その後仕上げ加工を行
った。密度は、７．８ｇ／ｃｍ3 であった。
【０１１８】（ボルト）内燃機関本体１９へのハウジン
グ８の取り付けに用いられるボルトとして、ＪＩＳＨ
４０００に規定の４０００系材料を従来の鋼材料に対し
て用いた。
【０１１９】（バルブ）バルブ９として、市販の窒化ケ
イ素粉末（α結晶相率９０％以上、平均投径０．８μ
ｍ）に５重量％の酸化イットリウム、２重量％の酸化ア
ルミニウムをエタノール中で湿式混合した紛末を乾燥し
所定の成形用有機バインダーを加えた後、所定の成形を
行い、１８００度、４気圧窒素ガス雰囲気、１０時間焼
結を行い、更にダイヤモンド砥石で所定の形状に加工し
たものを用いた。この焼結体と同時に作製した焼結体の
強度をＪＩＳ Ｒ １６０１に準拠して３点曲げ強度を
測定した結果、平均強度は１０５０ＭＰａであった。
【０１２０】〔実施例２〕バルブ９のステム部１６の表
面若しくは端面、第１戻しバネ２若しくは第２戻しバネ
１の両端面、リテイナー１３、１３’のバネ受け端面２
８、２８’、第１ステム１５の表面若しくは端面、第２
ステム１４の表面若しくは端面、又はアーマチャ３の表
面の全てに上記の方法にしたがって摺動膜を形成した。
そして、それらの部品を用いて弁開閉機構を構成した。
次いで、この弁開閉機構を作動させ、全く摺動膜を設け
なかった場合に比べて、駆動時の消費電力がどの程度低
減したかを測定した。その結果を表１に示す。
【０１２１】
【表１】
【０１２２】〔結果〕実施例１、２で得られた弁開閉機
構は、摺動膜を形成していない部品から構成された弁開
閉機構と比べて、消費電力量を低減させることができる
ことが明らかとなった。
【０１２３】〔実施例３〕摺動膜としてＤＬＣ膜のかわ
りにダイヤモンド膜、窒化クロム膜、及び窒化チタン膜
を使用した以外は、実施例１及び２と同様にして実験を
行った。その結果を表２に示す。なお、このときの膜厚
はいずれも約１μｍとして実験を行った。
【０１２４】
【表２】
【０１２５】〔結果〕ダイヤモンド膜、窒化クロム膜、
及び窒化チタン膜を用いても、ＤＬＣ膜を用いた場合と
同様に、摺動膜を形成していない部品から構成された弁
開閉機構と比べて、消費電力量を低減させることができ
ることが明らかとなった。
【０１２６】〔実施例４〕摺動膜としてＤＬＣ膜のかわ
りに、表３に示す金属化合物の粉末粒子を表３に示すポ
リマーに分散させた複合材膜を使用した以外は、実施例
２と同様にして実験を行った。その結果を表３に示す。
なお、このときの膜厚はいずれも約５μｍとして実験を
行った。
【０１２７】
【表３】
【０１２８】〔結果〕複合材膜を用いても、ＤＬＣ膜を
用いた場合と同様に、摺動膜を形成していない部品から
構成された弁開閉機構と比べて、消費電力量を低減させ
ることができることが明らかとなった。
【０１２９】
【発明の効果】部品の少なくとも１つに摺動膜を設ける
ので、製造される弁開閉機構の摺動抵抗を低減させ、消
費電力を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の弁開閉機構の例を示す断面図
【図２】他の弁開閉機構の例を示す部分拡大断面図
【図３】バルブの例を示す正面図
【図４】（ａ）ステータの例を示す平面図 （ｂ）（ａ）の正面断面図
【図５】（ａ）従来のステータの例を示す平面図 （ｂ）（ａ）の正面断面図
【符号の説明】
１ 第２戻しバネ ２ 第１戻しバネ ３ アーマチャ ４ 電磁アクチュエータ ５ ステータ ６ 電磁石 ７ 電磁石 ８、８ａ、８ｂ、８ｃ ハウジング ９ バルブ １１ バルブガイド １２ バルブシート １３、１３’ リテイナー １４ 第２ステム １５ 第１ステム １６ ステム部 １７ マージン部 １８ コイル １９ 内燃機関本体 ２０ ボルト ２１ 凹部 ２２、２２’ 案内孔 ２３ ストッパ ２５ 吸気ポート ２６ 排気ポート ２７ 燃焼室 ２８、２８’ バネ受け端面 ３１ 電磁鋼板 ３２ 凹部 ３３ 案内孔 ３４ ステータ Ｓ 隙間
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ１６Ｋ 31/06 ３０５ Ｆ１６Ｋ 31/06 ３８５Ａ ３８５ Ｈ０２Ｋ 33/12 Ｈ０２Ｋ 33/12 Ｈ０１Ｆ 7/16 Ｒ (72)発明者 松沼 健二 伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友電気工 業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 大原 久典 伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友電気工 業株式会社伊丹製作所内 Ｆターム(参考） 3G018 AB08 AB16 BA38 CA12 DA34 DA68 DA81 FA01 FA06 FA07 GA07 GA23 3H106 DA07 DA25 DB02 DB12 DB26 DB32 DC02 DD03 EE24 FA08 GA18 GA23 GA25 GA28 GB06 KK17 5E048 AB01 AD07 CA09 5H633 BB07 BB10 GG02 GG04 GG09 GG13 HH15 HH16 JA08 JA10

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ステータ５及びコイル１８と、アーマチ
    ャ３及びこのアーマチャ３に働く力を外部の負荷に伝達
    する第１ステム１５からなる可動子を有し、上記第１ス
    テム１５の表面若しくは端面に摺動膜を設けたことを特
    徴とする電磁アクチュエータ。
  2. 【請求項２】 請求項１にかかるアクチュエータ４と、
    この電磁アクチュエータ４により吸排気ポート２５、２
    ６を開閉するバルブ９を有する内燃機関用弁開閉機構。
  3. 【請求項３】 上記電磁アクチュエータ４は、ステータ
    ５とコイル１８から構成される一対の電磁石６、７を隙
    間Ｓを設けて対向させ、この隙間Ｓにアーマチャ３を配
    設し、上記両電磁石６、７によって、上記アーマチャ３
    を、一方の電磁石７と他方の電磁石６の間で往復動自在
    とし、上記アーマチャ３の他方の電磁石６から一方の電
    磁石７への移動を外部に伝達するための第１ステム１５
    を上記アーマチャ３の移動側の面に設けたものであり、 この電磁アクチュエータ４を内燃機関本体１９に固定の
    ハウジング８に収納して、上記アーマチャ３を一方の電
    磁石７の方に移動させることにより、上記第１ステム１
    ５が上記バルブ９を動かして開弁操作を行うようにする
    とともに、そのバルブ９にリテイナー１３を設けて、こ
    のリテイナー１３と内燃機関本体１９との間にバルブ９
    を閉弁方向に付勢する第１戻しバネ２を取り付け、 第２ステム１４を、上記第１ステム１５を設けた上記ア
    ーマチャ３の面と反対側の面に設けると共に、この第２
    ステム１４にリテイナー１３’を設け、そのリテイナー
    １３’と上記ハウジング８との間に、上記第２ステム１
    ４が上記アーマチャ３を押す方向の付勢力を与える第２
    戻しバネ１を取り付け、 上記バルブ９のステム部１６の表面若しくは端面、上記
    第２戻しバネ１若しくは第１戻しバネ２の端面、上記リ
    テイナー１３若しくは１３’のバネ受け端面、上記第２
    ステム１４の表面若しくは端面、又は、上記アーマチャ
    ３の表面のうち１つ又は２つ以上に摺動膜を設けたこと
    を特徴とする請求項２に記載の内燃機関用弁開閉機構。
  4. 【請求項４】 上記摺動膜は、炭素系摺動膜、セラミッ
    クス摺動膜、又は複合材摺動膜のいずれかである請求項
    ２又は３に記載の内燃機関用弁開閉機構。
  5. 【請求項５】 上記炭素系被覆膜は、ダイヤモンドライ
    クカーボン膜、ダイヤモンド膜又は複合材摺動膜のいず
    れかである請求項４に記載の内燃機関用弁開閉機構。
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