JP2002343632A - 電磁駆動バルブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】積層コアを正しい寸法に形成するのが困難にな
ること、及び渦電流損の増大を招くことを回避すること
のできる電磁駆動バルブを提供する。 【解決手段】電磁駆動バルブの弁体を開閉するアーマチ
ャシャフト１０にはアーマチャ１１が固定され、このア
ーマチャ１１を挟むように配置された一対のコアアッシ
ィ１２ａ，１２ｂがアーマチャ１１を電磁力により往復
移動させるための電磁石として機能する。コアアッシィ
１２ａ，１２ｂは、高透磁率材料からなる薄板１８ａ，
１８ｂを厚さ方向に積層したコア１８を備えている。こ
れら薄板１８ａ，１８ｂについては、コア１８にアーマ
チャシャフト１０を貫通させるためのスペースが形成さ
れるよう、曲げられた状態で積層されることとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁駆動バルブに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば内燃機関の吸排気バル
ブとして、カムシャフトの回転に基づいて開閉駆動され
るバルブに代えて、電磁力によって開閉駆動される電磁
駆動バルブを採用することが考えられている。こうした
電磁駆動バルブとしては、例えば特開平１１−２７３９
４５号公報に記載されたものが知られている。

【０００３】同公報に記載された電磁駆動バルブは、磁
性材の薄板を積層した積層コアからなる電磁石と、この
電磁石の電磁吸引力により往復移動するアーマチャと、
上記積層コアを貫通するとともにアーマチャと一体移動
して弁体を開閉させるシャフトとを備えている。

【０００４】積層コアの薄板は上記シャフトの径方向に
積層されるものであって、電磁石のコアとして上記のよ
うな積層コアを採用することにより、電磁石の電磁吸引
力でアーマチャを移動させるときの渦電流損が最小限に
抑制される。そのため、弁体を開閉させる際の効率が上
記渦電流損によって低下するのを抑制することができる
ようになる。

【０００５】ただし、上記シャフトが積層コアを貫通で
きるよう、ドリル等によって積層コアに孔あけ加工を施
すと、その加工の際に積層された薄板同士が拡開したり
バリが形成されたりして積層コアの寸法に狂いが生じ、
当該積層コアを正しい寸法にすることが困難になる。そ
こで上記公報では、積層コアにおいて孔あけ加工が施さ
れる部分に、シャフトの径方向の厚さが上記孔の径より
も大きい値となるコア部材を配設し、そのコア部材に孔
を形成することで上記不具合を回避するようにしてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、積層コ
アに上記のようなコア部材を設けると、電磁石の電磁吸
引力でアーマチャを移動させるときの渦電流損が増大
し、これにより弁体を開閉させる際の効率が低下するこ
とは避けられない。

【０００７】本発明はこのような実情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、積層コアを正しい寸法に形
成するのが困難になること、及び渦電流損の増大を招く
ことを回避することのできる電磁駆動バルブを提供する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】以下、上記目的を達成す
るための手段及びその作用効果について記載する。上記
目的を達成するため、請求項１記載の発明では、磁性材
の薄板を厚さ方向に積層した積層コアからなる電磁石
と、前記積層コアを貫通するとともに前記電磁石の電磁
力により往復移動して弁体を開閉させるシャフトとを備
える電磁駆動バルブにおいて、前記各薄板は、それらを
積層した前記積層コアに前記シャフトを貫通させるため
のスペースが形成されるよう曲げられていること要旨と
している。

【０００９】上記構成によれば、積層コアには、孔あけ
加工を施すことなくシャフトを貫通させるためのスペー
スが形成されるため、その孔あけ加工に伴い積層コアの
寸法に狂いが生じ、当該積層コアを正しい寸法にできな
くなるのを回避することができる。また、積層コアに孔
形成用のコア部材等を設けなくてもよいため、そのコア
部材を設けることに伴う渦電流損の増大を抑制すること
もできる。

【００１０】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
発明において、前記各薄板は、前記シャフトの径方向に
積層されるとともに、少なくとも前記シャフトに対応す
る部分が同シャフトから離れる方向に膨らむよう曲げら
れていることを要旨としている。

【００１１】上記構成によれば、薄板を積層した積層コ
アにおけるシャフトが貫通する部分に、その貫通のため
のスペースを的確に形成することができる。請求項３記
載の発明では、請求項２記載の発明において、前記シャ
フトの径方向両側に位置する各薄板のうち、一方の側の
薄板と他方の側の薄板とは、同シャフトの軸線を中心と
する線対称となるように曲げられていることを要旨とし
ている。

【００１２】上記構成によれば、シャフトの径方向両側
に位置する各薄板のうち、一方の側の薄板と他方の側の
薄板の間に、上記シャフトが積層コアを貫通するための
スペースを的確に形成することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の電磁駆動バルブを
内燃機関の吸気バルブ及び排気バルブとして具体化した
一実施形態を図１及び図２に基づき説明する。

【００１４】図１に示すように、電磁駆動バルブ１は、
燃焼室２に通じるポート３を開閉する弁体４から突出し
てシリンダヘッド５にて往復移動可能に支持される弁軸
６と、この弁軸６を往復駆動する電磁アクチュエータ７
とを備えている。そして、弁軸６の往復移動に伴って弁
体４がポート３の弁座３ａに離着座することにより同ポ
ート３が開閉される。

【００１５】弁軸６において、弁体４側の端部と反対側
の端部には、ロアリテーナ８が設けられている。このロ
アリテーナ８とシリンダヘッド５との間には、ロアスプ
リング９が圧縮状態で配設されている。弁体４及び弁軸
６は、このロアスプリング９によって閉弁方向（図１の
上方向）に付勢されている。

【００１６】電磁アクチュエータ７は、弁軸６と同軸上
に配設されたアーマチャシャフト１０と、アーマチャシ
ャフト１０の略中央部分に固定された高透磁率材料から
なる板状のアーマチャ１１と、アーマチャ１１の厚さ方
向両側に配置された一対のコアアッシィ１２ａ，１２ｂ
とを備えている。また、一方のコアアッシィ１２ａの上
側にはアッパキャップ１４が配設されている。このアッ
パキャップ１４にはアーマチャ１１の中立位置を調整す
るためのアジャストボルト３８が取り付けられている。
そして、アッパキャップ１４及び一対のコアアッシィ１
２ａ，１２ｂは、アーマチャシャフト１０と平行に延び
るピン１５により同シャフト１０と直交する方向につい
ての位置決めがなされた状態で、ボルト１６によって固
定されている。

【００１７】上記アーマチャシャフト１０は一対のコア
アッシィ１２ａ，１２ｂを貫通しており、同シャフト１
０の一端（図中下端）には弁軸６のロアリテーナ８側の
端部が当接している。また、アーマチャシャフト１０の
他端にはアッパリテーナ１３が固定されている。このア
ッパリテーナ１３とアッパキャップ１４との間には、ア
ッパスプリング１７が圧縮状態で配設されている。そし
て、アーマチャシャフト１０はアッパスプリング１７に
より弁軸６側に付勢され、このアーマチャシャフト１０
の付勢力によって弁軸６及び弁体４が開弁方向（図中下
方向）に付勢されている。

【００１８】一対のコアアッシィ１２ａ，１２ｂの内部
には、珪素鋼板など高透磁率材料の薄板１８ａ，１８ｂ
を厚さ方向に積層して形成されたコア１８と、同コア１
８に保持されたコイルユニット１９とが設けられてい
る。このコイルユニット１９の内部にはコイル２０が埋
め込まれており、同コイル２０への通電に基づきコアア
ッシィ１２ａ，１２ｂが電磁石として機能し、アーマチ
ャ１１に対し電磁吸引力を作用させるようになってい
る。そして、コアアッシィ１２ａ側のコイル２０、及び
コアアッシィ１２ｂ側のコイル２０への通電を制御し、
コアアッシィ１２ａ，１２ｂによる電磁吸引力をアーマ
チャ１１に対して交互に作用させることで、アーマチャ
１１及びアーマチャシャフト１０が弁軸６の軸線方向に
往復移動し、それに伴い弁体４が開閉駆動される。

【００１９】次に、電磁アクチュエータ７の内部構造に
ついて図２を参照して説明する。電磁アクチュエータ７
においてコアアッシィ１２ａ，１２ｂは、図２に示され
るようにアーマチャ１１を中心として対称に配置されて
いる。そして、これらコアアッシィ１２ａ，１２ｂは、
上述したコア１８及びコイルユニット１９のほかに、コ
ア１８が当接するとともに非磁性材からなるコアプレー
ト２１と、コア１８を挟むように設けられて同じくコア
プレート２１に当接する一対のコアブロック２２とを備
えている。

【００２０】上記コアプレート２１において、コア１８
及びコアブロック２２側の面にはアーマチャシャフト１
０の径方向に延びる一対のリブ２１ａが形成され、この
リブ２１ａによりコアプレート２１の曲げ方向について
の剛性が高められている。アーマチャ１１がその往復移
動に伴いコアアッシィ１２ａ，１２ｂに接触するときに
は、コアプレート２１に曲げ方向についての力が働くこ
とになるが、その力を受けるのに必要な上記曲げ方向に
ついてのコアプレート２１の剛性は上記リブ２１ａによ
り確保される。

【００２１】図１に示されるように、各コアアッシィ１
２ａ，１２ｂのコアプレート２１の中央部分には、アー
マチャシャフト１０をその軸線方向に移動可能に支持す
る軸受３１，３２が取り付けられている。コアアッシィ
１２ｂの軸受３２とアーマチャシャフト１０との間への
潤滑油の供給は、例えば潤滑油を噴射するオイルジェッ
ト（図示せず）によって行うことが考えられる。また、
コアアッシィ１２ａの軸受３１とアーマチャシャフト１
０との間への潤滑油の供給は、シリンダヘッド５側の油
通路から後述する電磁アクチュエータ７側の油通路を通
じて行われるようになる。

【００２２】上記コイルユニット１９は、図２に示され
るように、環状をなすとともにコイル２０（図２には図
示せず）が埋め込まれるコイル部２３と、コイル部２３
における図中上面の外縁に一体形成された一対のスペー
サ２４とからなる。上記コイル部２３はコイル２０を熱
可塑性樹脂でモールド成形したものであり、上記スペー
サ２４もコイル２０と一体に熱可塑性樹脂でモールド成
形されている。

【００２３】一方、コア１８及びコアブロック２２に
は、コイル部２３が収容される環状の保持溝２６が形成
されている。そして、保持溝２６にコイル部２３を嵌め
込むことにより、コイルユニット１９がコア１８及びコ
アブロック２２に保持されるようになっている。この状
態にあっては、スペーサ２４はコアブロック２２の図中
上側に位置することとなる。

【００２４】スペーサ２４、コアブロック２２、及びコ
アプレート２１には、ピン１５（図１）が貫通するピン
穴２７及びボルト１６（図１）がねじ込まれるボルト穴
２８が形成されるとともに、それらピン穴２７及びボル
ト穴２８と平行に油通路３３，３４が形成されている。
一方の油通路３３はコアアッシィ１２ａの軸受３１に潤
滑油を供給するためのものであって、他方の油通路３４
は軸受３１に供給された潤滑油の余剰分を外部に排出す
るためのものである。

【００２５】コアアッシィ１２ａに設けられたコアプレ
ート２１のアッパキャップ１４側の面（図２では上面）
において、軸受３１と一方の油通路３３との間には供給
溝３５が形成され、軸受３１と他方の油通路３４との間
にはドレン溝３６が形成されている。そして、上記コア
プレート２１の上面にアッパキャップ１４を取り付ける
と、軸受３１と一方の油通路３３との間で供給溝３５を
通じた潤滑油の流通が可能になるとともに、軸受３１と
他方の油通路３４との間でドレン溝３６を通じた潤滑油
の流通も可能になる。

【００２６】一対のコアアッシィ１２ａ，１２ｂ及びア
ッパキャップ１４は、ピン１５及びボルト１６（図１）
によって固定される。即ち、コアアッシィ１２ａ，１２
ｂの間にアーマチャ１１を配置するとともに、アーマチ
ャシャフト１０がコアアッシィ１２ａ，１２ｂを貫通す
るようにし、各コアアッシィ１２ａ，１２ｂ側のスペー
サ２４を重ね合わせる。更に、コアアッシィ１２ａにお
けるコアプレート２１の上面にアッパキャップ１４を配
置し、この状態でコアアッシィ１２ａ，１２ｂ及びアッ
パキャップ１４の固定が行われる。この固定は、ピン穴
２７にピン１５を挿入した状態でボルト穴２８にねじ込
まれたボルト１６を締め付けることにより行われる。

【００２７】このようにコアアッシィ１２ａ，１２ｂ及
びアッパキャップ１４が固定された電磁駆動バルブ１
は、内燃機関の吸気バルブ及び排気バルブとしてシリン
ダヘッド５に組み付けられることになる。この状態にあ
っては、シリンダヘッド５側の油通路から上記一方の油
通路３３及び供給溝３５を通じて軸受３１に潤滑油が供
給されることとなる。また、軸受３１に供給された潤滑
油のうちの余剰分は、ドレン溝３６及び他方の油通路３
４を通じてシリンダヘッド５側に排出されるようにな
る。

【００２８】次に、コアアッシィ１２ａ，１２ｂのコア
１８について詳しく説明する。このコア１８は、薄板１
８ａ，１８ｂをその厚さ方向に交互に積層し、それらの
縁部を溶接することで積層コアとして形成されている。
このような積層コアをアーマチャ１１に電磁吸引力を作
用させる電磁石のコアとして採用することにより、上記
電磁吸引力でアーマチャ１１を往復移動させるときの渦
電流損が最小限に抑制されるようになる。

【００２９】コア１８を構成する薄板１８ａ，１８ｂに
ついては、アーマチャシャフト１０に対応する部分が同
シャフト１０から離れる方向に膨らむような円弧状に曲
げられている。更に、アーマチャシャフト１０の両側に
位置する各薄板１８ａ，１８ｂのうち、一方の側の薄板
１８ａ，１８ｂと他方の側の薄板１８ａ，１８ｂとは、
アーマチャシャフト１０の軸線を中心とする線対称とな
るように曲げられている。従って、それら一方の側の薄
板１８ａ，１８ｂと他方の側の薄板１８ａ，１８ｂとの
間には、アーマチャシャフト１０を貫通させるためのス
ペースが形成される。

【００３０】また、薄板１８ａと薄板１８ｂとはアーマ
チャシャフト１０の軸線方向についての長さが互いに異
なるものとされ、これにより薄板１８ａ，１８ｂを積層
したときにコア１８におけるアーマチャ１１と対向する
面に複数の溝３７を形成するようにしている。このよう
に溝３７を形成することで、コア１８（コアアッシィ１
２ａ，１２ｂ）にアーマチャ１１が吸引されていると
き、両者の間に溝３７を介して外気を導入することが可
能になる。従って、コア１８へのアーマチャ１１の吸引
を解除することに伴い、アーマチャ１１がコア１８から
離れようとするとき、両者の間に溝３７を介して外気が
導入されるため、アーマチャ１１がコア１８から離れ易
くなる。

【００３１】以上詳述した本実施形態によれば、以下に
示す効果が得られるようになる。 （１）コア１８に孔あけ加工を施すことなくアーマチャ
シャフト１０を貫通させるためのスペースが形成される
ため、その孔あけ加工に伴いコア１８の寸法に狂いが生
じ、同コア１８を正しい寸法に形成することが困難にな
るのを回避することができる。また、コア１８に孔形成
用のコア部材など薄板１８ａ，１８ｂよりも厚みのある
部材を設けなくてもよいため、その部材を設けることに
伴う渦電流損の増大を抑制することもできる。

【００３２】（２）薄板１８ａ，１８ｂについては、そ
のアーマチャシャフト１０に対応する部分が同シャフト
１０から離れる方向に膨らむように曲げられるととも
に、アーマチャシャフト１０の径方向両側に位置する薄
板１８ａ，１８ｂのうち、一方の側のものと他方の側の
ものとが同シャフト１０の軸線を中心とする線対称とな
るように曲げられる。従って、上記一方の側の薄板１８
ａ，１８ｂと他方の側の薄板１８ａ，１８ｂとの間に、
アーマチャシャフト１０を貫通させるためのスペースを
的確に形成することができる。

【００３３】（３）電磁吸引力によってアーマチャ１１
がコアアッシィ１２ａ，１２ｂに吸引されているとき両
者の間に例えば潤滑油が介在する場合には、それによっ
て上記吸引を解除したときにアーマチャ１１がコアアッ
シィ１２ａ，１２ｂから離れにくくなる。しかし、上記
吸引解除に伴いアーマチャ１１がコアアッシィ１２ａ，
１２ｂから離れようとするときには、両者の間にコア１
８の溝３７を介して外気が導入されることから、両者の
間に介在する潤滑油によってアーマチャ１１がコアアッ
シィ１２ａ，１２ｂ（コア１８）から離れにくくなるの
を抑制することができる。

【００３４】なお、本実施形態は、例えば以下のように
変更することもできる。 ・コア１８に上記溝３７を必ずしも形成する必要はな
い。 ・上記溝３７を単に省略するのではなく、同溝３７の代
わりにアーマチャ１１のコア１８と対向する面に溝を設
け、アーマチャ１１がコア１８に吸引されているとき上
記溝を介して両者の間に空気が導入されるようにしても
よい。

【００３５】・薄板１８ａ，１８ｂの曲げ態様を適宜変
更してもよい。こうした曲げ態様の変更例として、薄板
１８ａ，１８ｂを例えば図３及び図４に示されるように
曲げることが考えられる。

【００３６】・アーマチャシャフト１０の径方向両側に
位置する薄板１８ａ，１８ｂのうち、一方の側の薄板１
８ａ，１８ｂと他方の側の薄板１８ａ，１８ｂとを、必
ずしも同シャフト１０の軸線を中心とする線対称となる
ように曲げる必要はない。

【００３７】次に、以上の実施形態から把握することの
できる技術的思想を、その効果とともに以下に記載す
る。 （１）請求項１〜３のいずれかに記載の電磁駆動バルブ
において、前記電磁石は、前記シャフトに固定されたア
ーマチャに電磁吸引力を作用させるものであって、前記
電磁石に前記アーマチャが吸引されているとき両者の間
に外気を導入するための溝を備える電磁駆動バルブ。

【００３８】電磁石へのアーマチャの吸引時に両者の間
に例えば潤滑油が介在する場合、その潤滑油の介在によ
って上記吸引を解除したときにアーマチャが電磁石から
離れにくくなる。しかし、上記構成によれば、吸引の解
除に伴いアーマチャが電磁石から離れようとするときに
は両者の間に外気が導入されることから、両者の間に介
在する潤滑油によってアーマチャが電磁石から離れにく
くなるのを抑制することができる。

【００３９】（２）上記（１）に記載の電磁駆動バルブ
において、前記溝は、前記積層コアにおける前記アーマ
チャとの対向面に形成されるものであって、同積層コア
の各薄板のうちの幾つかにおける前記シャフトの軸線方
向長さを他のものとは異なる長さにすることで形成され
ている電磁駆動バルブ。

【００４０】上記構成によれば、薄板をその厚さ方向に
積層して積層コアを形成するだけで、積層コアのアーマ
チャとの対向面に簡単に溝を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の電磁駆動バルブを示す断面図。

【図２】上記電磁駆動バルブにおける電磁アクチュエー
タの内部構造を示す分解斜視図。

【図３】コアを構成する薄板の曲げ態様の変更例を示す
コアの平面図。

【図４】コアを構成する薄板の曲げ態様の変更例を示す
コアの平面図。

【符号の説明】

１…電磁駆動バルブ、７…電磁アクチュエータ、１０…
アーマチャシャフト、１１…アーマチャ、１２ａ，１２
ｂ…コアアッシィ、１８…コア、１８ａ，１８ｂ…薄
板、１９…コイルユニット、２０…コイル、２１…コア
プレート、２１ａ…リブ、２２…コアブロック。３１，
３２…軸受、３３，３４…油通路、３５…供給溝、３６
…ドレン溝、３７…溝。

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｈ０１Ｆ 7/16 Ｒ (72)発明者 飯田 達雄 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車 株式会社内 (72)発明者 服部 宏之 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車 株式会社内 (72)発明者 櫻木 武 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車 株式会社内 Ｆターム(参考） 3G018 CA12 DA34 DA38 GA17 GA18 3H106 DA07 DA25 DB02 DB13 DB26 DB32 DC02 DC17 EE44 EE48 GA13 KK17 5E048 AA08 AB01 AD07 CA01

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁性材の薄板を厚さ方向に積層した積層コ
   アからなる電磁石と、前記積層コアを貫通するとともに
   前記電磁石の電磁力により往復移動して弁体を開閉させ
   るシャフトとを備える電磁駆動バルブにおいて、 前記各薄板は、それらを積層した前記積層コアに前記シ
   ャフトを貫通させるためのスペースが形成されるよう曲
   げられていることを特徴とする電磁駆動バルブ。
2. 【請求項２】前記各薄板は、前記シャフトの径方向に積
   層されるとともに、少なくとも前記シャフトに対応する
   部分が同シャフトから離れる方向に膨らむよう曲げられ
   ている請求項１記載の電磁駆動バルブ。
3. 【請求項３】前記シャフトの径方向両側に位置する各薄
   板のうち、一方の側の薄板と他方の側の薄板とは、同シ
   ャフトの軸線を中心とする線対称となるように曲げられ
   ている請求項２記載の電磁駆動バルブ。