JP2003269120A - 電磁駆動弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 矩形形状のアーマチャを有する電磁駆動バル
ブのアーマチャの回転防止構造において、アーマチャ及
びハウジングの摩擦および摩耗を低減することを目的と
する。 【解決手段】 エンジンの吸気および排気バルブと連動
するアーマチャと、アーマチャを収容するハウジング
と、アーマチャを電磁力により上下方向に駆動させるよ
うに変位方向に配置された電磁石と、電磁石の電磁力に
対抗してアーマチャにアーマチャの変位方向に付勢力を
与えるコイルスプリングを有し、アーマチャの形状が長
方形である電磁駆動バルブおいて、永久磁石の磁力によ
りアーマチャとハウジングを非接触にてアーマチャの垂
直軸中心の回転を規制する手段を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の弁（以下
バルブと記載）駆動装置に関し、電磁力によりバルブの
開閉を行う電磁式のバルブ駆動装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】。内燃機関（以下エンジンと記す）の吸
排気行程において、吸気バルブ及び排気バルブ（以下で
はバルブ４と記す）の開閉を行う電磁式バルブ駆動装置
がについて説明する。この電磁式バルブ駆動装置は、バ
ルブ４と連動するアーマチャ１４と、アーマチャ１４を
吸引するための電磁石と、アーマチャ１４を付勢するス
プリングとを構成要素としている。そして、アーマチャ
１４の移動方向両側にスプリングと電磁石１７の組が配
置され、スプリング付勢力及び電磁石１７の吸引力によ
ってアーマチャ１４を移動させることによって、アーマ
チャ１４と連動しているバルブ４の開閉を行う。このよ
うな電磁式バルブ駆動装置を用いると、カム機構をはじ
めとする機械的構成が簡素化されるとともに、低コスト
化、小型化、燃費特性向上に有利である。さらに、電磁
石の吸引力を調整することよって、バルブ４のリフト量
を可変にできるため、エンジンへの吸気量を調節するこ
とも可能となり、吸入空気量制御装置（スロットルボデ
ー）を省略することも可能である。また、吸気バルブ及
び排気バルブの開閉タイミングの変更が容易であるの
で、エンジンの運転状態に応じた理想的なタイミングを
設定可能となり、出力特性や燃費特性の改善に寄与する
ことができる。

【０００３】 電磁駆動バルブは一般に、吸気ポートあ
るいは排気ポートを開閉する弁体、そのバルブとともに
変位するアーマチャと電磁コイル及びコアからなり、ア
ーマチャを吸引する電磁石、アーマチャを電磁石から離
間させるように付勢するコイルスプリング等を備えてい
る。そして、電磁石の通電制御を通じてアーマチャが所
定のタイミングで変位させられることにより、弁体が開
閉駆動される。

【０００４】 こうした電磁駆動バルブは、内燃機関の
気筒数に対応してシリンダヘッドに複数配置されること
となるが、複数の電磁駆動バルブを配設するに際して、
それらのバルブの軸間距離が制約される。そこで、特開
平９‐２５６８２６号公報や特開平１１−８１９４１号
公報に示されるように、アーマチャ及び一対のコアを細
長のほぼ矩形形状とし、アーマチャの面積を確保しつつ
弁軸間距離を満たすことができるようにした電磁駆動バ
ルブが提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
電磁駆動バルブにおいて、アーマチャはアーマチャ変位
過程におけるコイルスプリングの伸縮に伴い、コイルス
プリングから回転力を受けるため、アーマチャは回転し
てしまう。この時、矩形状のアーマチャはハウジング内
面に接触して摩擦が生じ、作動性が低下する。また、隣
接するアーマチャとの間にハウジング等の仕切りがない
構成のものにおいては、隣接するアーマチャどうしが干
渉し、動作に悪影響を及ぼしたり、これらの接触により
アーマチャ及びハウジング等が損傷する恐れがある。

【０００６】 このようなコイルスプリングの伸縮に伴
う回転力が矩形アーマチャに作用する場合に、アーマチ
ャのハウジングの内壁にアーマチャの往復運動方向にア
ーマチャガイドを設け、このアーマチャガイドとアーマ
チャの点接触によってアーマチャの回転を規制し、装置
の円滑駆動及び耐久性を向上させる技術が特開２００１
−１２６９１８号公報に開示されている。

【０００７】 上記構造によると、アーマチャとアーマ
チャガイドの点接触によってアーマチャの回転を規制す
るため、接触部に摩耗が生じてしまう。また、この摩擦
による摩耗量を考慮し大きなアーマチャガイドを設ける
ことによって、装置が大型化する恐れがある。

【０００８】 本発明は、こうした実状に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、アーマチャの回転を確実に
抑制して、装置部材の摩耗をなくし、作動性及び耐久性
を確保することができる電磁駆動バルブを提供すること
にある。

【０００９】

【問題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の手段及び作用効果について以下に記載する。請求項１
に記載の発明は、開閉弁と連動する可動子と、可動子を
収容するハイジングと、可動子を電磁力により駆動する
ように変位方向に配置された固定子と、固定子の電磁力
に対抗して可動子に可動子の変位方向に付勢力を与える
コイルスプリングを有し、可動子の垂直軸から最も遠い
縁部までの最長距離が、可動子の垂直軸から最も近いハ
ウジングの内周面までの最短距離よりも長い形状の可動
子において、可動子と前記ハウジングを非接触にて可動
子の垂直軸中心の回転を規制する手段を設けたことを特
徴とする

【００１０】 請求項１の構成によれば、可動子とこの
可動子の回転によるのハウジングとの干渉を非接触にて
防止することができるため、摩擦による損失や部材の摩
耗などをなくすことができる。

【００１１】 請求項２に記載の発明は、請求項１の電
磁駆動バルブにおいて、可動子としての内燃機関の吸気
または排気のバルブに連動する矩形形状に形成されたア
ーマチャと、固定子がアーマチャを電磁力により駆動す
るように変位方向に配置された電磁石を有する電磁駆動
バルブにおいて、アーマチャとハウジングとの間の磁力
による反発力によってアーマチャの回転を規制すること
を特徴とする。

【００１２】 請求項２の構成によれば、アーマチャと
ハウジングとの間の磁力による反発力により、これによ
り、アーマチャは他の部材に接触することなく回転を規
制することができるため、アーマチャの作動性に悪影響
を与えないことに加え、容易に摩擦による損失をなくす
ことができる。

【００１３】 請求項３に記載の発明は、請求項２の電
磁駆動バルブにおいて、永久磁石をアーマチャ及びハウ
ジング内壁にお互い反発する極が対向するように配置す
ることを特徴とする。

【００１４】 請求項３の構成によれば、アーマチャと
アーマチャの周囲を覆うハウジング（以下ミドルスペー
サと記載）に設置された磁石によって、アーマチャとミ
ドルスペーサの内壁を離間するように磁力が働く。アー
マチャが回転した場合、アーマチャとハウジングに設け
た磁石が接近するほど、回転力に抗する反発力が大きく
なるため、アーマチャの回転を規制することに関して有
効である。

【００１５】 請求項４に記載の発明は、請求項２乃至
３の電磁駆動バルブにおいて、矩形状のアーマチャを有
し、アーマチャの辺の端部に反発力を作用させることを
特徴とする。

【００１６】 請求項４の構成によれば、アーマチャの
回転中心であるアーマチャ軸からもっとも離れた位置に
ある矩形状のアーマチャの辺の端部に反発力が作用する
ため、小さい力でアーマチャ回転を規制することができ
る。

【００１７】 請求項５に記載の発明は、永久磁石をア
ーマチャの辺及び前記ハウジング内壁の両端部に対向す
るように設置することを特徴とする請求項２乃至３の電
磁駆動バルブ。

【００１８】 請求項５の構成によれば、永久磁石をア
ーマチャの辺及び前記ハウジング内壁の両端部に作用す
る磁力は常に反対の回転力をもたらす方向に作用し、片
側の磁石が接近するほど、回転力に抗する反発力が大き
くなり、またもう片側の磁石が離間することにより回転
力に順ずる方向に作用する反発力が小さくなるため、ア
ーマチャの回転を規制することに関して有効である。

【００１９】 請求項６に記載の発明は、弁体とともに
変位するアーマチャと、アーマチャの周囲を覆うハウジ
ングと、アーマチャの変位方向に配置された電磁石と、
アーマチャの変位方向に配置されアーマチャに付勢力を
与えるコイルスプリングとを有し、アーマチャはアーマ
チャの垂直軸に対し非軸対称の形状に形成された電磁駆
動バルブにおいて、磁性流体をハウジングの内側に設
け、磁性流体を拘束する磁石をハウジングに設置し、磁
性流体がアーマチャとハウジングの間の隙間に配置する
ことにより、アーマチャの回転を規制することを特徴と
する。

【００２０】 請求項６の構成によれば、アーマチャ規
制手段として、磁性流体を用いることにより、アーマチ
ャとの接触部が磁性流体であるため、アーマチャの回転
を規制する部材の摩耗がなく、耐久性に優れている。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図を用いて本発明の電磁駆
動バルブの実施例を詳細に説明する。最初に、電磁駆動
バルブ１の機能及び搭載について説明する。

【００２２】 図１は、直列４気筒で１気筒毎に吸排気
バルブがそれぞれ２つずつ設けられたエンジンのシリン
ダヘッド３に電磁駆動バルブ１を搭載した図である。シ
リンダヘッド３には各気筒に対し吸気ポートと排気ポー
トがそれぞれ２個ずつあるため、電磁駆動バルブ１は、
各気筒毎の２つのアーマチャ及び電磁石を１つのケース
に納めた状態で吸気側と排気側にそれぞれ搭載される。
（図１には、吸気側のポート２のみ示す。）

【００２３】 まず、バルブ及び吸排気システムについ
て説明する。図２に示すように、電磁駆動バルブ１は、
バルブ４を備えている。バルブ４は、内燃機関の吸気バ
ルブまたは排気バルブを構成する部材である。バルブ４
は、内燃機関の燃焼室内に露出するようにシリンダヘッ
ド３に配設される。内燃機関のシリンダヘッド３には、
吸気ポートおよび排気ポートが形成されている。（図２
は、吸気ポートが示されている。）ポート２には、バル
ブ４に対する弁座が形成され、バルブ４が弁座から離座
することにより開弁状態となり、また、バルブ４が弁座
に着座することにより閉弁状態となる。

【００２４】 次に、バルブ、アーマチャステムについ
て説明する。図２に示すように、バルブ４には、弁軸５
が固定されている。弁軸５は、バルブガイド６により軸
方向に摺動可能に保持されている。バルブガイド６は、
シリンダヘッド３に支持されている。弁軸５の上部に
は、アーマチャステム８が固定され、アーマチャステム
８は、アーマチャステムガイド７により弁軸５に連動し
同軸方向に動き、摺動可能になっている。アーマチャス
テム８は、例えばステンレス鋼やチタン合金等の如く、
硬度の高い非磁性或いは磁気特性の低い材料で構成され
ている。

【００２５】 次に、ロアリテーナとスプリングについ
て説明する。弁軸５には、ロアリテーナ１６が固定され
ている。ロアリテーナ１６とシリンダヘッド３との間に
は、両者を離間させる方向の付勢力を発生するロアスプ
リング９Bが配設されている。ロアスプリング９Bは、ロ
アリテーナ１６すなわち弁軸5およびバルブ４を、図２
における上方へ向けて付勢している。

【００２６】 次に、キャップとアッパーリテーナとス
プリングについて説明する。図２に示すように、アーマ
チャステム８の上端部には、アッパーリテーナ１５が固
定され、このアッパーリテーナ１５の上部には、アッパ
スプリング９Aの下端部が当接している。さらに、アッ
パスプリング９Aの上部にはアッパーケースによって固
定されたキャップ１０が配設されることにより、アッパ
スプリング９Aはアッパーリテーナ１５とキャップ１０
を離間させる方向に付勢力を生じさせる。すなわち、ア
ッパスプリング９Aは、アッパーリテーナ１５及びアー
マチャステム８を、図２における下方へ向けて付勢して
いる。

【００２７】 次に、図３を用いて、アーマチャについ
て説明する。アーマチャ１４は、矩形の板状の部材であ
り、アーマチャステム８をアーマチャ１４の中心に直行
するように貫通させた状態で接合されている。アーマチ
ャ１４は、電子ビーム溶接、レーザ溶接、ろう付け、カ
シメ、接着等の手法でアーマチャステム８に接合されて
いる。

【００２８】 アーマチャ本体は、Ｆｅをベース材料と
して用い、高磁束密度と高体積固有抵抗を持つように調
整されたバルク材か、電磁鋼板を積層して構成されてい
る。

【００２９】 次に、図４及び５を用いて、電磁石１７
およびコイル、コアについて説明する。アーマチャ１４
を吸引する電磁石１７は、コア１８とコイル１９によっ
て構成される。図４に示すように、アッパーコア１８A
は、E型プレート２０を積層することによって形成さ
れ、アーマチャステム８が貫通する貫通孔として、E型
断面のコアの中央突起によって形成される捲き芯１２の
中央部を貫く貫通孔１１Aを備えている。また、図２に
示すロアコア１８Bは、アッパーコア１８Aと同一の形状
であり、貫通孔１１Bを有する。

【００３０】 アッパーコイル１９Aまたはロアコイル
１９Bは、樹脂でコーティングされたエナメル線（電
線）であり、図５に示すようにE型断面のコアの中央突
起を捲き芯１２としてコイルを捲きつけ、E型断面のコ
アの凹部をコイルによってほぼ満たし、図示しない端子
をコイルに設けることにより、電磁石１７を構成する。

【００３１】 次に、図６及び７を用いて、アッパ・ロ
アケースについて説明する。電磁駆動バルブ１の上部
は、電磁石１７の上面及び相対する一対の側面を覆う壁
面と円筒部２１を一体化したアッパーケース２２Aが設
けられる。円筒部２１は、中空の円筒であり電磁石１７
の上壁の上部に位置する。また、電磁駆動バルブ１の下
部には電磁石１７の下面及び相対する一対の側面を覆う
壁面によって形成されたロアケース２２Bが設けられ
る。

【００３２】 アッパーケース２２A及びロアケース２
２Bの内側には、空間を２等分し、側壁と平行な隔壁２
６が設られ、この２等分された空間にそれぞれ電磁石１
７が、図６及び７には図示しない捲き芯１２の開放端が
対向するように搭載される。このような構造により、ア
ッパーケース２２A及びロアケース２２Bの電磁石搭載部
分の横断面形状は略四角形となる。また、アッパーケー
ス２２A及びロアケース２２Bには、図２に示すように、
貫通孔１１Ｃ、１１Ｄが電磁石１７に設けられた貫通孔
１１Ａ及び１１Ｂに連通するように設けられている。ま
た、図６及び７には図示しないアッパーケース２２Ａに
設けた貫通孔１１Ｃは、さらに円筒部２１に連通してい
る。

【００３３】 次に、図６乃至８を用いて、ミドルスペ
ーサについて説明する。ミドルスペーサは、図８に示す
ように、側面をすべて側壁により覆い、側壁に平行で、
内部空間を２等分割する隔壁２３Mを有する。そして、
図６及び７に示すように、アッパーケース２２Ａとロア
ケース２２Bの間に設けられる。この隔壁２３Mの上部及
び下部の断面が、組み付け時にケースの隔壁２６断面と
相対することにより、隔壁によってケース内の空間は仕
切られるとともに、２つのコアを押さえつけている。こ
のミドルスペーサ２３もアッパーケース２２A及びロア
ケース２２Bと同様に横断面形状は略四角形となる。

【００３４】 次に、ケース・ミドルスペーサの固定に
ついて説明する。アッパーケース２２Ａ、ロアケース２
２B及びミドルスペーサ２３の横断面の略四角形の四隅
２４にはボルト締結用の穴を有し、ボルト２５によって
アッパーケース２２Ａ、ミドルスペーサ２３、ロアケー
ス２２Bを一体化するとともに、シリンダヘッドに３に
締結される。

【００３５】 次に、ケース、電磁石、アーマチャ、ア
ーマチャステムの関係について説明する。電磁駆動バル
ブ１の組み立て時には、図２に示すようにアッパーケー
ス２２Ａと電磁石１７の連通する貫通孔１１Ａ及び１１
Ｃと、ロアケース２２Bと電磁石１７の連通する貫通孔
１１Ｂ及び１１Ｄは、同軸上に位置する。それぞれのケ
ース及び電磁石１７の貫通孔１１Ａ、１１Ｂにはアーマ
チャステムガイド７を挿入し、アーマチャステムガイド
７内部においてアーマチャステム８が摺動するととも
に、ミドルスペーサ内側の空間にはそれぞれアーマチャ
１４が配置される。このように、ミドルスペーサ２３に
アーマチャ１４の可動空間を有することによって、アッ
パーケース２２Ａおよびロアケース２２Bに設けた電磁
石１７はそれぞれアーマチャステム８方向に隣接し、ア
ーマチャ１４を挟み込むように配置される。

【００３６】 すなわち、ミドルスペーサ２３は電磁石
１７が内側に設置されたアッパーケース２２Aとロアケ
ース２２Bに挟まれ、両ケース内の電磁石１７がアーマ
チャ１４の上下に位置するため、アーマチャ１４の移動
量は上下に位置する電磁石１７の間、すなわち、ほぼミ
ドルスペーサ２３の厚さ分だけ可能である。

【００３７】 次に、磁石部とスプリング部の関係につ
いて説明する。アッパースプリング９Ａ、キャップ１
０、アッパーリテーナ１５は、アッパーケース２２Ａの
円筒部２１に収納され、ロアスプリング９Ｂとロアリテ
ーナ１６は図示しないシリンダヘッド３の窪み部分に配
置され、アーマチャ１４及び電磁石１７はアッパースプ
リング９Ａとロアスプリング９Ｂの間に配置される。こ
の構造によって、両スプリングの付勢力は、アーマチャ
１４方向に常時付勢するため、アーマチャ１４は中立点
に保たれる。

【００３８】 以下、電磁駆動バルブ１の動作について
説明する。アッパーコイル１９Aおよびロアコイル１９B
に励磁電流が供給されていない場合は、スプリングの付
勢力によりアーマチャ１４がその中立位置、すなわち、
アッパーコア１８Aとロアコア１８Bとの中間に維持され
る。アーマチャ１４が中立位置に維持された状態で、ア
ッパーコイル１９Aへの励磁電流の供給が開始される
と、アッパーコイル１９Aは、その内外周を還流する磁
界を発生する。

【００３９】 アッパーコア１８A、アーマチャ１４、
および、アッパーコア１８Aとアーマチャ１４との間に
形成されるエアギャップは、アッパーコイル１９Aと錯
交する磁気回路を形成している。アッパーコイル１９A
が発生する磁界は、この磁気回路を還流する磁束、すな
わち、アッパーコア１８Aの内周側→エアギャップ→ア
ーマチャ１４の内周側→アーマチャ１４の外周側→エア
ギャップ→アッパーコア１８Aの外周側→アッパーコア
１８Aの内周側で表される流通経路、または、この逆の
流通経路を辿って還流する磁束を発生させる。

【００４０】 上記の流通経路を辿って還流する磁束が
発生すると、アッパーコア１８Ａには、アーマチャ１４
をアッパーコア１８A側へ付勢する電磁力が作用する。
アーマチャ１４に対して上記の電磁力が作用すると、ア
ーマチャ１４、アーマチャステム８、アッパーリテーナ
１５、ロアリテーナ１６、弁軸５およびバルブ４（以
下、これらを総称して可動部２７と称す）は、アッパス
プリング９Aの付勢力に抗って図２における上方へ向け
て変位する。そして、その変位は、アーマチャ１４がア
ッパーコア１８Aと当接するまで継続される。以下、ア
ーマチャ１４がアッパーコア１８Aと当接する位置をバ
ルブ４の閉弁側変位端と称す。

【００４１】 アーマチャ１４が閉弁側変位端に保持さ
れている場合に、アッパーコイル１９Aへの励磁電流の
供給が停止されると、その後アーマチャ１４を閉弁側変
位端に維持するために必要な電磁力が消滅する。そし
て、その電磁力が消滅すると、可動部２７は、アッパス
プリング９Aに付勢されることにより、図２に於ける下
方へ向けて変位し始める。可動部２７の変位量が所定値
に達した時点で、ロアコイル１９Bに適当な励磁電流を
流通させると、今度はアーマチャ１４をロアコア１８B
側へ付勢する電磁力、すなわち、バルブ４を図２におい
て下方へ変位させる電磁力が発生する。

【００４２】 アーマチャ１４に対して上記の電磁力が
作用すると、可動部２７はロアスプリング９Bの付勢力
に抗ってアーマチャ１４がロアコア１８Bと当接する付
近までまで変位するため、この時に、ロアコイル１９Ｂ
に通電するとアーマチャ１４はロアコア１８Ｂに当接す
る。以下、アーマチャ１４がロアコア１８Bと当接する
位置を、アーマチャ１４、可動部２７またはバルブ４の
開弁側変位端と称す。従って、本実施例の電磁駆動バル
ブ１によれば、アッパーコイル１９Aとロアコイル１９B
とに、適当なタイミングで、交互に適当な大きさの励磁
電流を供給することにより、バルブ４を開弁側変位端と
閉弁側変位端との間で繰り返し往復運動させることがで
きる。

【００４３】 以上のように本実施例では、上下にバネ
（スプリング）があるバネー質量系の固有振動を利用し
て作動させる形式の電磁駆動バルブである。

【００４４】 次に、電磁駆動バルブ１のアーマチャ１
４が回転する過程について説明する。

【００４５】 図２に示すように、アーマチャ１４と連
動しアーマチャ１４の上下方向に配置されたアッパーリ
テーナ１５及びロアリテーナ１６に、巻方向が同一であ
るアッパースプリング９Ａ、ロアスプリング９Ｂが当接
し、それぞれアーマチャ14方向に押し付け力が作用す
る。

【００４６】 このアッパースプリング９Ａ及びロアス
プリング９Ｂは、中心軸の周囲を螺旋状に捲かれたもの
であり、スプリングが伸びた場合はスプリングの両端の
位置関係が巻き方向にずれ、スプリングが縮んだ場合は
スプリングの両端の位置関係が巻き方向とは逆にずれ
る。

【００４７】 これにより、図２のように移動しないキ
ャップ１０及びシリンダヘッド３に片方の端が当接した
本発明のアッパースプリング９Ａ、ロアスプリング９Ｂ
は、もう片側の端部に当接したそれぞれのアッパーリテ
ーナ１５及びロアリテーナ１６に回転力を生じる。

【００４８】 電磁駆動バルブ１が作動すると、アーマ
チャ１４の移動により、アッパースプリング９Ａ、ロア
スプリング９Ｂは、片方が伸び、もう片方は縮み、それ
ぞれアッパーリテーナ１５及びロアリテーナ１６にお互
い異なる方向の回転力を生じるが、伸びたスプリングの
回転力に対し縮んだスプリングの回転力が勝るため、こ
れらの回転力の差の分だけ、アーマチャ１４に回転力が
生じることとなる。

【００４９】 本発明のアーマチャ１４は矩形状であ
り、アーマチャ１４の垂直軸であり回転中心のアーマチ
ャステム８からアーマチャ１４の隅までの距離は、アー
マチャステム８からケースの近い側の内周面のまでの距
離に比べて長いため、このスプリングによる回転力によ
り、矩形状のアーマチャ１４及びミドルスペーサ２３の
内部空間は干渉する。

【００５０】 次に、第１実施例として、電磁駆動バル
ブ１のアーマチャ１４の磁石による回転防止構造につい
て説明する。

【００５１】 図８は、アーマチャステム８に垂直な平
面に平行なミドルスペーサ部の横断面図であり、ミドル
スペーサ２３の内側空間は、１枚の隔壁２３Mによって
２つに分割され、アーマチャ１４を２つ収容する。アー
マチャ１４及びミドルスペーサ２３は、この隔壁２３M
に対し左右対称な構造であるため、以下右側のアーマチ
ャにおける回転防止構造について説明する。

【００５２】 矩形のアーマチャ１４の長辺２９の端部
に磁石３１Ａおよび３１Ｃを設け、また、アーマチャ１
４の長辺２９に対向するミドルスペーサー２３の内壁２
３Ａの両端部にミドルスペーサの２３のアーマチャステ
ム８の軸方向の高さと同等の高さの磁石３１Ｂおよび３
１Ｄを設ける。さらに、図９に示すように、アーマチャ
１４の長辺２９と内壁２３Ａに設けた磁石は対向する面
にＳ極が位置するようにを設ける。

【００５３】 対向するアーマチャ１４及びミドルスペ
ーサ２３の内壁２３Ａに設けた磁石３１Ａと磁石３１Ｂ
および３１Ｃと３１Ｄはそれぞれの対向する面の極性が
一致し、お互いの磁石は反発し合うため、アーマチャ１
４とミドルスペーサ２３の内壁２３Ａに反発力が作用
し、アーマチャ１４の回転は規制される。そして、アー
マチャ１４はミドルスペーサ２３の内側で上下方向に変
位するため、アーマチャ１４は常にミドルスペーサ２３
から反発力を受け、アーマチャ１４の位置に関わらずア
ーマチャ１４の回転は規制される。

【００５４】 また、ガイドとアーマチャ１４を接触さ
せてアーマチャ１４の回転を規制するものに比べて、本
実施例のように、磁石の反発力により非接触でアーマチ
ャ１４の回転を規制することにより、接触による摩擦損
失や部材の損傷などがなくなり、電磁駆動バルブ１の性
能の維持及び長寿命化が可能となる。

【００５５】 また、矩形形状であるアーマチャ１４の
長辺２９の端部にミドルスペーサ２３の隔壁２３M方向
の反発力が作用するため、これらの反発力によるアーマ
チャ１４に作用する回転力は逆方向になり、アーマチャ
１４が回転していない場合は、磁力による回転力はお互
い相殺される。

【００５６】 図９に示すように、本実施例の磁石の配
置により、アーマチャ１４の回転により、対向する対の
磁石３１Ａと３１Ｂおよび３１Ｃと３１Ｄの距離は、片
方が短くなるとともに片方は長くなり、これにより磁石
の反発力はつり合わなくなり、その差分の力により回転
力を生じる。この回転力がアーマチャ１４の回転方向と
逆方向に作用することにより、アーマチャ１４の回転を
規制する。

【００５７】 図９に示す本実施例のように対向するア
ーマチャ１４及びミドルスペーサ２３に設けた磁石を同
じ極性として、反発力によってアーマチャ１４の回転を
規制する場合は、アーマチャ１４の右回り（時計回り）
の回転によって磁石３１Ａと磁石３１Ｂの距離は短くな
り、これに従い磁石３１Ａ、３１Ｂによる反発力Ｆａは
大きくなる。この反発力Ｆａによってアーマチャ１４の
回転方向と逆方向の回転力が大きくなり、アーマチャ１
４の回転を規制する。

【００５８】 一方、アーマチャ１４の右回り（時計回
り）の回転により、磁石３１Ｃと磁石３１Ｄの距離は長
くなるため、磁石３１Ｃ、３１Ｄによる反発力Ｆｂは小
さくなり、反発力Ｆｂによるアーマチャ１４の回転方向
の回転力は小さくなる。

【００５９】 以上のことより、回転力を規制する反発
力Ｆａは回転を促進する反発力Ｆｂに比べ大きくなり全
体的にアーマチャ１４の回転を規制する。また、回転方
向が逆になったっ場合は、反発力Ｆａ，Ｆｂの大きさは
逆転し、同様の効果をもたらす。

【００６０】 本実施例との比較として図１０に示すよ
うに、対向するアーマチャ１４の長辺２９及びミドルス
ペーサ２３に設けた磁石の極性が異ならせて設置した場
合は、アーマチャ１４の右回り（時計回り）の回転によ
って、磁石３１Ａと磁石３１Ｂのとの距離が短くなるに
従いアーマチャ１４の回転力を促進する方向の吸引力ｆ
ａは大きくなり、また、磁石３１Ｃと磁石３１Ｄの距離
は長くなるに従いアーマチャ１４の回転力を規制する方
向の吸引力ｆｂは小さくなるため、全体的にはアーマチ
ャ１４の回転を促進してしまい、引いては永久磁石どう
しが摺動し、摩耗してしまう。

【００６１】 よって、アーマチャ１４が回転する場
合、異極の磁石の吸引力より同極の磁石の反発力によっ
てアーマチャ１４の回転の規制を行う方が効果的であ
る。

【００６２】 矩形形状であるアーマチャ１４の長辺２
９の端部に反発力を作用させることにより、反発力の作
用点からアーマチャ１４の回転軸であるアーマチャステ
ム８までの距離を長くすることができ、小さな反発力で
大きな回転力（モーメント）を得ることができる。これ
により、効率良くアーマチャ１４の回転の規制を行うこ
とができ、ひいては磁石の大きさを小さくすることがで
きるため、装置の小型化を可能にする。

【００６３】 本発明の効果を得るためには、磁石の極
は、同極であれば良く、対向する面の極性はＮ極かＳ極
かは問わない。

【００６４】 また、磁石の配置場所として本実施例で
は、矩形のアーマチャ１４の長辺２９の端部に磁石を設
けたが、少なくとも、磁力による反発力がそれぞれ逆の
回転方向に作用する位置に設ければ良い。

【００６５】 また、ミドルスペーサ２３の内壁２３Ａ
に設けた磁石の高さは、少なくともアーマチャ１４の移
動量分だけの高さがあれば良い。

【００６６】 次に、第２実施例として、電磁駆動バル
ブのアーマチャ１４の磁性流体３２による回転防止構造
について説明する。

【００６７】 図１１は、アーマチャステム８に垂直な
平面に平行な断面図であり、実施例１と同様に、以下右
側のアーマチャ回転防止構造について説明する。

【００６８】 矩形アーマチャ１４の長辺２９の端部と
これに対向するミドルスペーサ内壁２３Aに磁石３１Eを
設ける。なお、磁石３１Eの高さは、ミドルスペーサ２
３の厚さと同等であるため、矩形アーマチャ１４の長辺
端部２９Ａ，２９Ｂと磁石３１Eはアーマチャ１４の位
置に関わらずアーマチャ１４の長辺端部２９Ａ，２９Ｂ
の側方に、常に磁石３１が位置する。

【００６９】 そして、矩形アーマチャ１４の長辺２９
の端部と磁石３１Eの間に磁性流体３２を設け、磁性流
体３２は、ミドルスペーサ２３に配置された磁石３１E
の磁力によって引き付けられ、アーマチャ１４とミドル
スペーサ内壁２３Ａの磁石の間に常に拘束される。

【００７０】 このため、アーマチャ１４とミドルスペ
ーサ２３の間には常に磁性流体があるため、アーマチャ
１４の位置に関わらず、アーマチャ１４の回転は常に規
制される。

【００７１】 この構造により、アーマチャ１４の変位
に伴うコイルスプリングの収縮によってアーマチャ１４
の回転力が作用した場合、アーマチャ１４とミドルスペ
ーサ内壁の磁石の間に磁性流体３２が配置されることに
より、磁性流体３２の抗力によってアーマチャ１４の回
転を防止するとともに、磁性流体３２が変形することに
よりアーマチャ１４と磁性流体の接触部をミドルスペー
サ内壁２３Ａよりに変えるため作用力が低減し、アーマ
チャ１４とミドルスペーサ内壁３２Ａとの摩擦力を低減
することができる。

【００７２】 磁石及び磁性流体３２の設置場所は、前
述の磁石の反発力による回転防止する際の磁石の設置場
所と同一である。

【００７３】 本発明のような回転力を生じるスプリン
グとして、本実施例では圧縮コイルスプリングを用いた
が、コイル状で軸方向に圧縮可能なスプリング（例えば
円錐コイルスプリング）であれば良い。

【００７４】 また、本発明のアーマチャは矩形形状に
限らず、アーマチャの回転によりアーマチャとアーマチ
ャを覆うハウジングが干渉する形状のアーマチャ（可動
子）に適用できるものである。

【００７５】 また、本発明の電磁駆動バルブは、内燃
機関の吸排気のバルブに限られものではなく、磁力とコ
イルスプリングの付勢力により駆動する電磁駆動バルブ
に適用できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】電磁駆動バルブ搭載図

【図２】電磁駆動バルブをシリンダヘッドに搭載した状
態の断面図

【図３】アーマチャステムに接合したアーマチャ図

【図４】積層コア図

【図５】電磁石図

【図６】電磁駆動バルブ分解図

【図７】電磁駆動バルブ組み付け図

【図８】磁石によるアーマチャ回転防止構造の横断面図

【図９】反発力によるアーマチャ回転防止構造の拡大図

【図１０】同極磁石配置のミドルスペーサ断面の拡大図

【図１１】第２実施例の磁性流体によるアーマチャ回転
防止構造の横断面図

【符号の説明】

１…電磁駆動バルブ、４…バルブ、８…アーマチャステ
ム、１４…アーマチャ、１５…アッパーリテーナ、１６
…ロアリテーナ、１７…電磁石、１８…コア、１９…コ
イル、２２A…アッパーケース、２２B…ロアケース、２
３…ミドルスペーサ、２３Ａ…ミドルスペーサ内壁、２
３Ｍ…ミドルスペーサ隔壁、２９A・２９B…長辺端部、
３０…ミドルスペーサ内壁、３１…磁石、３２…磁性流
体、ｆa・fb…吸引力、Fa・Fb…反発力

フロントページの続き (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 AB09 BA38 DA35 DA36 DA40 DA41 DA43 DA85 DA86 GA14 GA23 3H106 DA07 DA25 DB03 DB12 DB22 DB32 DC02 DC17 DD04 EE23 EE30 GA15 GA17 GA22 KK17

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】開閉弁と連動する可動子と、前記可動子を
   収容するハウジングと、前記可動子を電磁力により駆動
   するように変位方向に配置された固定子と、前記固定子
   の電磁力に対抗して前記可動子に前記可動子の変位方向
   の付勢力を与えるコイルスプリングを有し、前記可動子
   の垂直軸から最も遠い前記可動子の縁部までの最長距離
   が、前記可動子の垂直軸から最も近い前記ハウジングの
   内周面までの最短距離よりも長い形状の前記可動子にお
   いて、前記可動子と前記ハウジングを非接触にて前記可
   動子の垂直軸中心の回転を規制する手段を設けたことを
   特徴とする電磁駆動バルブ。
2. 【請求項２】前記可動子としての内燃機関の吸気または
   排気のバルブに連動するアーマチャと、前記固定子とし
   ての前記アーマチャを電磁力により駆動するように変位
   方向に配置された電磁石と、矩形形状に形成された前記
   アーマチャは有する電磁駆動バルブにおいて、前記アー
   マチャと前記ハウジングとの間の磁力による反発力によ
   って前記アーマチャの回転を規制することを特徴とする
   請求項１の電磁駆動バルブ。
3. 【請求項３】永久磁石を前記アーマチャ及び前記ハウジ
   ング内壁に同じ極が対向するように配置することを特徴
   とする請求項２の電磁駆動バルブ。
4. 【請求項４】矩形状の前記アーマチャを有し、前記アー
   マチャの辺の端部に前記反発力を作用させることを特徴
   とする請求項２乃至３の電磁駆動バルブ。
5. 【請求項５】前記永久磁石を前記アーマチャの辺及び前
   記ハウジング内壁の両端部に対向するように設置するこ
   とを特徴とする請求項３乃至４の電磁駆動バルブ。
6. 【請求項６】内燃機関の吸気または排気のバルブに連動
   するアーマチャと、前記アーマチャの周囲を覆うハウジ
   ングと、前記アーマチャの変位方向に配置された電磁石
   と、前記アーマチャの変位方向に配置され前記アーマチ
   ャに付勢力を与えるコイルスプリングとを有し、前記ア
   ーマチャはアーマチャの垂直軸に対し非軸対称の形状に
   形成された電磁駆動バルブにおいて、磁性流体を前記ハ
   ウジングの内側に設け、前記磁性流体を拘束する磁石部
   材を前記ハウジングに設置し、前記磁性流体を前記アー
   マチャと前記ハウジングの間の隙間に配置することによ
   り、前記アーマチャの回転を規制することを特徴とする
   電磁駆動バルブ。