JP2003318025A - 電磁アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】アーマチャの鉄損を低減しつつ衝撃破壊強度の
低下を抑え、信頼性及び耐久性の向上を図ることのでき
る電磁アクチュエータを提供する。 【解決手段】電磁駆動バルブ１６は、鋼板が積層されて
構成されたアッパコア２６およびロアコア２７を有し、
そのいずれか一方とともに磁気回路を構成して動作する
アーマチャ２５を備える。アーマチャ２５は、セラミッ
クシート３５が埋設されたバルク材からなり、コア２
６、２７にそれぞれ巻回されたアッパコイル２８および
ロアコイル２９への通電に応じて、アーマチャ２５とと
もに鋳造により一体に成型されたアーマチャステム２１
をともなってバルブガイド１７に沿って往復運動する。
これにより、バルブ１５が開閉されて燃焼室１３とポー
ト１２との連通の切替が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コイルへの通電に
ともない発生する電磁力によってアーマチャをステータ
コアに向けて変位させる電磁アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、内燃機関の吸気バルブ又は排
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、その弁体を電磁力によって開閉
駆動する電磁アクチュエータを備えるバルブ（電磁駆動
バルブ）を採用することが検討されている。こうした電
磁アクチュエータは通常、吸気バルブ又は排気バルブと
して機能する弁体と一体に変位するアーマチャ、このア
ーマチャを中立位置に付勢する一対のスプリング、及び
同アーマチャをそれぞれ弁体の開閉方向に変位させる
（引き付ける）一対の電磁石を備えて構成されている。
ここで、電磁石は電磁コイル及びステータコアを有して
いる。そして、この電磁アクチュエータが採用された電
磁駆動バルブでは、上記一対の電磁石に交互に励磁電流
が流されることにより、アーマチャに対しそれら各電磁
石に向かう電磁力が作用して弁体が開閉駆動される。

【０００３】ところで、このような電磁アクチュエータ
にあっては、磁気回路の一部を構成する上記アーマチャ
は通常、磁性材料からなるバルク（塊）材が切削、鍛造
されるなどして形成されている。ただし、このようにし
て形成されたアーマチャは、電磁コイルへの通電制御に
ともない発生する磁束の量が変化することから、この磁
束の変化を打ち消すように渦電流が流れ、その渦電流に
起因してエネルギー損失（鉄損）が生ずることとなる。
そしてこの場合、電流も意図したように流れないため、
電磁アクチュエータとしての応答性も低下してしまう。

【０００４】そこで従来は、たとえば特開平１０−２０
８９３１号公報や特開２０００−１７９５８３号公報に
記載されているように、電磁鋼板の積層体によってアー
マチャを構成したり、磁性粉末からなる圧粉体によって
アーマチャを構成したりすることなども提案されてい
る。このようにアーマチャを構成することで、上記渦電
流に起因する損失を低減することが可能となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した内
燃機関の吸排気バルブの駆動に用いられる電磁アクチュ
エータでは、電磁コイルへの通電によりアーマチャがス
テータコア側に引き付けられ、そのコアに設けられたス
トッパに当接（衝突）する。しかも、アーマチャは、こ
のような衝突による衝撃（荷重）を、その往復動にとも
なって繰返し受けることとなる。このため、このアーマ
チャには、こうした衝撃に耐え得る高い強度が要求され
ている。しかし、上記従来の電磁アクチュエータのよう
に、積層体のみ、または圧粉体のみによってアーマチャ
を構成した場合には、バルク材によって同アーマチャを
構成した場合に比べて衝撃に対する強度が低く、信頼性
や耐久性に欠けるという問題がある。

【０００６】本発明は、こうした実情に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、アーマチャの鉄損を低減しつ
つ、その衝撃に対する強度をも高く維持することのでき
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】以下、上記目的を達成す
るための手段およびその作用効果について記載する。請
求項１に記載の発明は、コイルへの通電にともない発生
する電磁力により、アーマチャをステータコアに向けて
変位させる電磁アクチュエータとして、前記アーマチャ
は、内部に形成される磁路に直交する方向への電流の流
れを制限する電流制限手段を備えるバルク材によって構
成されてなることをその要旨とする。

【０００８】上記構成によれば、上記電磁アクチュエー
タのアーマチャがバルク構造を有しながらも、その内部
に形成される磁路における磁束の変化にともなって同ア
ーマチャに発生する渦電流が制限される。これにより、
上記アーマチャにおいて発生する鉄損を低減しつつも、
同アーマチャがステータコアに当接する場合であれその
衝撃に対する強度を高く維持することができるようにな
る。

【０００９】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の電磁アクチュエータにおいて、前記電流制限手
段は、前記バルク材に埋設された１ないし複数のシート
状の絶縁性材料からなることをその要旨とする。

【００１０】上記構成によれば、磁束の変化にともなっ
てバルク材に発生する渦電流の導電路が、上記１ないし
複数のシート状の絶縁性材料により遮断されて分断され
る。このため、アーマチャにおいて発生する渦電流が確
実に制限されるようになる。

【００１１】また、請求項３に記載の発明は、請求項２
に記載の電磁アクチュエータにおいて、前記ステータコ
アは磁性体からなる板状部材が積層されて形成されてな
り、前記シート状の絶縁性材料は、前記アーマチャを構
成するバルク材に対して前記板状部材の積層方向と平行
に埋設されてなることをその要旨とする。

【００１２】上記構成によれば、上記アーマチャととも
に磁路を形成するステータコアにおいても渦電流が低減
されるようになる。また、同アーマチャ内において、渦
電流の導通路がより効果的に分断されるとともに磁路の
磁気抵抗の増加が最小限にとどめられるようになる。

【００１３】また、請求項４に記載の発明は、請求項２
または３に記載の電磁アクチュエータにおいて、前記ア
ーマチャを構成するバルク材が鋳鉄からなり、これに埋
設される前記シート状の絶縁性材料がセラミックシート
からなることをその要旨とする。

【００１４】上記構成によれは、上記請求項２または３
に記載の電磁アクチュエータのアーマチャが容易かつ確
実に形成されるようになる。また、請求項５に記載の発
明は、請求項４に記載の電磁アクチュエータにおいて、
前記アーマチャは、その支軸である前記アーマチャステ
ムとともに一体に成型されてなることをその要旨とす
る。

【００１５】上記構成によれば、上記アーマチャステム
への接合強度の高いアーマチャが形成されるようにな
る。また、請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の
電磁アクチュエータにおいて、前記アーマチャは、複数
のバルク材が接合されて構成され、前記電流制限手段
は、それら複数のバルク材の接合面の互いの導電部に形
成された間隙からなることをその要旨とする。

【００１６】上記構成によれば、上記電磁アクチュエー
タのアーマチャが複数のバルク材により互いに間隙を有
して接合される。このため、上記磁路での磁束の変化に
ともなってアーマチャに発生する渦電流の導電路が、そ
の接合面に形成された間隙に遮断されて分断される。こ
れにより、上記アーマチャにおいて発生する渦電流が好
適に制限されるようになる。

【００１７】また、請求項７に記載の発明は、請求項６
に記載の電磁アクチュエータにおいて、前記電流制限手
段を構成する間隙には絶縁性の材料が被覆もしくは充填
されてなることをその要旨とする。

【００１８】上記構成によれば、上記アーマチャに形成
された間隙におけるバルク材相互の絶縁性の確保がより
確実に行われるようになる。また、請求項８に記載の発
明は、請求項６または７に記載の電磁アクチュエータに
おいて、前記アーマチャを構成する複数のバルク材は、
その各接合面に段差部を有し、それら段差部が前記アー
マチャの変位方向に重なり合う態様で接合されてなるこ
とをその要旨とする。

【００１９】上記構成によれば、上記アーマチャを構成
する複数のバルク材相互の接合が、より容易にかつより
確実に行われるとともに、その接合強度もより高いもの
となる。

【００２０】また、請求項９に記載の発明は、請求項８
に記載の電磁アクチュエータにおいて、前記アーマチャ
は、前記複数のバルク材がその接合面の側端部の溶接に
より一体に形成されてなることをその要旨とする。

【００２１】上記構成によれば、上記複数のバルク材相
互の接合部に設けられた段差とともに接合面の側端部が
溶接されて一体に形成されるため、接合強度の高いアー
マチャが容易に得られるようになる。

【００２２】また、請求項１０に記載の発明は、請求項
６〜９のいずれかに記載の電磁アクチュエータにおい
て、前記ステータコアは磁性体からなる板状部材が積層
されて形成されてなり、前記アーマチャの前記電流制限
手段を構成する間隙は、前記板状部材の積層方向と平行
に延設されてなることをその要旨とする。

【００２３】上記構成によれば、上記アーマチャととも
に磁路を形成するステータコアにおいても渦電流が低減
されるようになる。また、同アーマチャ内において、渦
電流の導通路がより効果的に分断されるとともに磁路の
磁気抵抗の増加が最小限にとどめられるようになる。

【００２４】また、請求項１１に記載の発明は、請求項
１に記載の電磁アクチュエータにおいて、前記電流制限
手段は、前記アーマチャを構成するバルク材の表面に形
成された１ないし複数の線状の溝からなることをその要
旨とする。

【００２５】上記構成によれば、上記電磁アクチュエー
タのアーマチャが１ないし複数の線状の溝により離隔せ
しめられた部分を有する。このため、上記磁路での磁束
の変化にともなってアーマチャに発生する渦電流の導電
路が、その溝に遮断されて分断される。これにより、上
記アーマチャにおいて発生する渦電流が好適に制限され
るようになる。

【００２６】そして、請求項１２に記載の発明は、請求
項１１に記載の電磁アクチュエータにおいて、前記ステ
ータコアは磁性体からなる板状部材が積層されて形成さ
れてなり、前記電流制限手段を構成する線状の溝は、前
記板状部材の積層方向と平行に延設されてなることをそ
の要旨とする。

【００２７】上記構成によれば、上記アーマチャととも
に磁路を形成するステータコアにおいても渦電流が低減
されるようになる。また、同アーマチャ内において、渦
電流の導通路がより効果的に分断されるとともに磁路の
磁気抵抗の増加が最小限にとどめられるようになる。

【００２８】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下、本発
明の電磁アクチュエータを、内燃機関の吸気バルブまた
は排気バルブを電磁力により開閉駆動する電磁駆動バル
ブに適用した第１の実施の形態について、図１〜図１０
を参照しつつ説明する。

【００２９】図１に示すように、内燃機関のシリンダヘ
ッド１１には、吸気通路の一部または排気通路の一部を
なし、かつ燃焼室１３に連通するポート１２が形成され
ている。ポート１２の燃焼室１３側の端部には弁座（バ
ルブシート）１４が設けられている。シリンダヘッド１
１にはバルブガイド１７が取付けられ、このバルブガイ
ド１７によってバルブステム１５ａがシリンダヘッド１
１に対し軸方向（図１の上下方向）へ摺動可能に支持さ
れている。バルブステム１５ａの燃焼室１３側の端部に
は弁体１５ｂが設けられている。そして、これらバルブ
ステム１５ａおよび弁体１５ｂにより、吸気バルブ又は
排気バルブとして機能するバルブ１５が構成されてい
る。ポート１２は、バルブ１５の下方への移動にともな
い弁体１５ｂが弁座１４から離座することにより、燃焼
室１３と導通（開弁）状態となる。また、ポート１２
は、バルブ１５の上方への移動にともない弁体１５ｂが
弁座１４に着座することにより、燃焼室１３と遮断（閉
弁）状態となる。

【００３０】バルブステム１５ａにおいて、燃焼室１３
とは反対側の端部近傍にはロアリテーナ１８が取付けら
れている。シリンダヘッド１１とロアリテーナ１８との
間であってバルブステム１５ａの周りには、ロアスプリ
ング１９が圧縮状態で配置されており、このロアスプリ
ング１９によって、バルブ１５が閉弁方向（図１の上
方）へ常に付勢されている。

【００３１】バルブステム１５ａと同軸線上にはアーマ
チャステム２１が配置されている。アーマチャステム２
１のバルブステム１５ａと反対側の端部にはアッパリテ
ーナ２２が取付けられている。シリンダヘッド１１に
は、ケーシング（図示略）を介してアッパキャップ２３
が固定されている。アッパキャップ２３とアッパリテー
ナ２２との間には、アッパスプリング２４が圧縮状態で
配置されている。このアッパスプリング２４によってア
ッパリテーナ２２が常にバルブステム１５ａ側へ付勢さ
れている。アッパスプリング２４によるアッパリテーナ
２２の付勢方向は、バルブ１５の開弁方向（図１の下
方）と同じである。

【００３２】アーマチャステム２１の軸方向における略
中央部には、アーマチャ２５が固定されている。前記ケ
ーシング（図示略）内において、アーマチャ２５とアッ
パリテーナ２２との間にはアッパコア２６が固定されて
いる。同じく、ケーシング内において、アーマチャ２５
とロアリテーナ１８との間にはロアコア２７が固定され
ている。前記アーマチャステム２１はこれらのアッパコ
ア２６およびロアコア２７に挿通され、滑り軸受３０に
よって同コア２６、２７に対し往復動可能に支持されて
いる。

【００３３】アッパコア２６において、アーマチャ２５
と対向する面（図１の下面）には、アーマチャステム２
１を間に挟んだ状態で２本の溝２６ａが形成され、略矩
形状に巻かれたアッパコイル２８がこれらの溝２６ａ内
に収容および保持されている。そして、これらのアッパ
コア２６及びアッパコイル２８により、バルブ１５を閉
弁方向に駆動するための電磁石（閉駆動用電磁石）３１
が構成されている。

【００３４】同様に、ロアコア２７においてアーマチャ
２５と対向する面（図１の上面）には、アーマチャステ
ム２１を間に挟んだ状態で２本の溝２７ａが形成され、
略矩形状に巻かれたロアコイル２９がこれらの溝２７ａ
内に収容および保持されている。そして、これらのロア
コア２７及びロアコイル２９により、バルブ１５を開弁
方向に駆動するための電磁石（開駆動用電磁石）３２が
構成されている。

【００３５】ところで、図１および図２に示すように、
渦電流損失の低減を目的として、電磁石３１および３２
ではアッパコア２６およびロアコア２７（図２では図示
略）が、板状部材としての鋼板３３の積層体３４によっ
て構成されている。本実施の形態では、多数の鋼板３３
が、アーマチャステム２１の径方向に重ね合わされてい
る。そして、これらの鋼板３３が溶接、接着等の方法に
より相互に連結されることによって積層体３４が形成さ
れている。各鋼板３３において、アーマチャ２５に対向
する面には切欠き３３ａが形成されており、全鋼板３３
が積層されると、これらの切欠き３３ａによって前述し
たコイル収容用の溝２６ａ、２７ａが形成される。

【００３６】ここで、鋼板３３としては、例えば一般に
電気機器の鉄芯材料として用いられている電磁鋼板（ケ
イ素鋼板とも呼ばれる）が適している。電磁鋼板は、ケ
イ素を数％含有した不純物の少ない鋼板であり、ケイ素
を含有することにより極軟鋼板と比較して抵抗率が高
く、渦電流損が少ないという特徴を有している。電磁鋼
板としては、無方向性電磁鋼板、方向性電磁鋼板、冷間
圧延鋼板、熱間圧延鋼板等を用いることができる。方向
性電磁鋼板は、冷間圧延と高温焼きなましにより圧延方
向に結晶の磁化容易方向を揃え、高い磁性を持たせたも
のである。これらのうちでも、無方向性電磁鋼板及び方
向性電磁鋼板は絶縁皮膜が形成されている点で比較的望
ましい。また、冷間圧延鋼板及び熱間圧延鋼板の場合に
は、無方向性電磁鋼板及び方向性電磁鋼板とは異なり絶
縁皮膜が形成されていないため、別途、絶縁皮膜を形成
することが好ましい。

【００３７】ところで、アーマチャ２５は、図１、図
２、および図３にそれぞれ断面図、斜視図、および平面
図として示すように、セラミックシート３５を埋設した
鋳鉄により形成されたバルク（塊）材からなる。ここ
で、図２に示したＡ−Ａ線、および図３に示したＢ−Ｂ
線に沿った断面が図１の断面図に対応している。そし
て、本実施の形態においては、図２に示したように、鋳
鉄に埋設されたセラミックシート３５は、ステータコア
であるアッパコア２６およびロアコア２７を構成してい
る積層体３４の積層方向と平行に配置されている。これ
は以下のような理由による。

【００３８】図４は、アッパコア２６とアーマチャ２５
とに着目して示した断面図である。図４に示されるよう
に、アッパコイル２８に電流が流されると、たとえば矢
印Ｘにて図示した磁路が形成されて、アッパコア２６と
アーマチャ２５とを通る磁束が発生する。ここで、上述
のように積層体３４の積層方向と平行にセラミックシー
ト３５が配置されている場合には、それに起因するアー
マチャ２５内での磁路（矢印Ｙにて図示）に沿った磁気
抵抗の増加が最小限にとどめられて、磁束の発生に対す
る影響が抑制される。さらに、アーマチャ２５内では、
矢印Ｙにて示される磁路の方向に直交する面内において
磁束の変化を打ち消す方向（矢印Ｚにて図示）に渦電流
が発生するが、その導通路はセラミックシート３５によ
り遮断されて分断される。このため、磁束の変化にとも
なう渦電流の発生規模が大幅に制限されるようになる。

【００３９】こうして、磁路を形成しているアーマチャ
２５およびアッパコア２６における渦電流の発生が効果
的に抑制される。しかも、このときの磁路に沿った磁気
抵抗の増加は最小限にとどめられる。すなわち、積層体
３４の積層方向と平行なセラミックシート３５の配置
が、アーマチャ２５内において発生する磁束の確保と鉄
損の低減との両面において好適であるためである。な
お、アーマチャ２５とのこうした相対的な配置により上
記効果が好適に得られるのは、ロアコア２７についても
同様である。

【００４０】上記のように構成された電磁駆動バルブ１
６では、図１において両電磁石３１、３２のコイル２
８、２９に通電されない場合には、アーマチャ２５は、
アッパスプリング２４及びロアスプリング１９間の中立
位置に、すなわち、両電磁石３１、３２間の略中央に維
持される。アッパコイル２８への通電にともなってアッ
パコア２６およびアーマチャ２５からなる磁気回路が形
成され、図４に矢印Ｘにて示したアッパコイル２８の磁
路に沿って磁束が発生し、アーマチャ２５に対して閉駆
動用電磁石３１に向かう電磁力が作用する。この電磁力
により、アーマチャ２５が閉駆動用電磁石３１に向けて
変位する。アーマチャ２５がアッパコア２６に当接する
位置まで変位すると、弁体１５ｂが弁座１４に着座し閉
弁状態となる。

【００４１】アッパコイル２８への通電が停止される
と、アーマチャ２５は、アッパスプリング２４の付勢力
により開弁方向、すなわち、開駆動用電磁石３２に向け
て変位し始める。アーマチャ２５が開弁方向に所定量変
位した時点で、ロアコイル２９に通電されると、ロアコ
ア２７およびアーマチャ２５からなる磁気回路が形成さ
れ、ロアコイル２９の磁路に沿って磁束が発生し、アー
マチャ２５に対し開駆動用電磁石３２に向かう電磁力が
発生する。アーマチャ２５がロアコア２７に当接する位
置まで変位すると、バルブ１５は全開状態となる。バル
ブ１５がこの全開状態に保持された後、ロアコイル２９
への通電が停止されると、アーマチャ２５を全開状態に
保持するための磁気吸引力が消滅する。このため、アー
マチャ２５は、ロアスプリング１９の付勢力により閉弁
方向、すなわち、閉駆動用電磁石３１に向けて変位し始
める。

【００４２】こうして、両電磁石３１および３２のコイ
ル２８および２９にそれぞれ交互に励磁電流が流される
ように通電を制御することにより、バルブ１５が開閉駆
動される。そして、このように構成された電磁駆動バル
ブ１６にあっては、アッパコア２６およびロアコア２７
における鉄損の低減に加えて、アーマチャ２５における
鉄損の低減が図られる。

【００４３】図５は、上記セラミックシート埋設構造の
アーマチャ２５を備えた電磁駆動バルブ１６と従来構造
のアーマチャを備えた電磁駆動バルブとについて、動作
時の鉄損の大きさを示すグラフである。図５に示される
ように、セラミックシート埋設構造のアーマチャ２５を
備えた電磁駆動バルブ１６では、従来構造のアーマチャ
を備えた電磁駆動バルブと比較して、発生する鉄損の大
きさが三分の一程度に低減されることが、発明者らの実
験により確認されている。なお、図５は、アーマチャス
テム２１を挟んだ両側にセラミックシート３５を各４
枚、計８枚埋設した構造のアーマチャにより電磁駆動バ
ルブを構成した場合の評価結果を示している。また、図
５に示した鉄損は、本実施の形態によるセラミックシー
ト埋設構造および従来構造とも、アッパコア２６および
ロアコア２７ともに積層体を用いた構造にて測定したも
ので、ステータコアおよびアーマチャ双方の鉄損を包含
するものである。ここで、従来構造とは、セラミックシ
ートの埋設されていないバルク状の鋳鉄からなる構造の
アーマチャを指している。

【００４４】つづいて、図６（ａ）および（ｂ）に、上
記セラミックシート埋設構造の電磁駆動バルブにおい
て、セラミックシート３５の枚数と鉄損との関係、およ
び同セラミックシート３５の枚数と電磁石３１または３
２のアーマチャ２５に及ぼす吸引力との関係を示す。こ
こで、図６（ａ）および（ｂ）において、横軸として示
されているシート枚数は、アーマチャステム２１を挟ん
でアーマチャ２５の片側に埋設されるセラミックシート
３５の枚数である。

【００４５】図６（ａ）に示されるように、アーマチャ
２５に埋設するセラミックシート３５の枚数が増加する
につれて、鉄損は徐々に低減される。しかしながら、セ
ラミックシート３５の枚数が４枚以上になると電磁石３
１または３２のアーマチャ２５に及ぼす吸引力もしだい
に低下する傾向にある。これは、非磁性材料であるセラ
ミックシート３５の枚数の増加にともなってアーマチャ
２５内に占めるセラミックシート３５の体積の割合が増
加して磁路に沿った磁気抵抗の増加の影響が無視できな
くなってくるためである。その結果、アーマチャ２５内
に形成される磁束が減少して電磁力に基づく吸引力が低
下するのである。したがって、セラミックシート３５に
代えて磁性を有する絶縁性シートが用いられれば、シー
ト枚数の増加により鉄損が低減される一方で、アーマチ
ャ２５とステータコア間に作用する吸引力が低下するこ
とのない、より特性の良好なアーマチャとすることがで
きる。

【００４６】つぎに、上記セラミックシート埋設構造の
アーマチャ２５の製造方法について例示する。ここで例
示する製造方法においては、アーマチャ２５とともにア
ーマチャステム２１およびバルブ１５が鋳造により一体
に成型される。

【００４７】図７（ａ）〜（ｃ）は、その鋳造の過程を
鋳型の側面からみた断面図を用いて示している。図７
（ａ）に示されるように、上型５１および下型５２は互
いに組み合わされてアーマチャ２５とアーマチャステム
２１とバルブ１５とを形成する鋳型を構成している。こ
のうち、下型５２はさらに２つに分割されて、成型され
たアーマチャ２５が同下型５２から容易に取り外せるよ
うにしている。そして、上型５１および下型５２におい
てアーマチャ２５の上下面を成型する部分には、それぞ
れシート状の部材を立てた状態にて固定する溝５３が設
けられている。

【００４８】そしてまず、図７（ａ）に示されるよう
に、上型５１と下型５２を分離して、溝５３にセラミッ
クシート３５を下型５２にセットする。そののち、図７
（ｂ）に示されるように、矢印方向に上型５１を移動し
て上型５１と下型５２とを密着させる。このとき、下型
５２セットされたセラミックシート３５は上型５１に設
けられた溝５３に嵌挿されて固定される。ひきつづき、
図７（ｃ）に示されるように、上記セラミックシート３
５のセットされた鋳型の上面から鋳湯を注入する。これ
により、セラミックシート３５がアーマチャ２５に埋設
されるとともに、バルク材としてのアーマチャ２５が成
型される。

【００４９】そして、注入した鋳湯が冷えて固まったの
ち、図８（ａ）にその断面図を示すように、上型５１を
矢印方向に移動させて外す。さらに、図８（ｂ）にその
平面図を示すように、下型５２を分割して一体に成型さ
れた部品５４を鋳型から取り出す。

【００５０】図９（ａ）は鋳型から取り出された部品５
４の断面図であり、取り出した直後においてはセラミッ
クシート３５がアーマチャ２５から突出した形状である
ことを示している。このため、部品５４のアーマチャ２
５の部分の上下面を図９（ｂ）に示すように研磨するこ
とによって、部品５４を所定の形状に仕上げる。

【００５１】こうして得られた部品５４は、アーマチャ
２５とともにアーマチャステム２１およびバルブ１５が
一体形成されているため、その機械的強度が高い。図１
０は、バルク構造、電磁鋼板の積層構造、本実施の形態
による構造（鋳造一体成型構造）の３者について、バル
ク構造を基準とする機械的強度（衝撃に対する強度）を
発明者らが評価した結果を示している。図１０（ａ）は
アーマチャの機械的強度の、そして図１０（ｂ）はアー
マチャとアーマチャステムとの接合強度のグラフであ
る。ここで、バルク構造と電磁鋼板積層構造とにおける
アーマチャとアーマチャステムとの接合は、溶接によっ
て行われたものである。

【００５２】図１０（ａ）に示されるように、アーマチ
ャの機械的強度については、電磁鋼板積層構造がバルク
構造に対して約半分程度に低下してしまうのに対して、
鋳造一体成型構造では同じくバルク構造に対してわずか
な低下にとどまっている。また、アーマチャとアーマチ
ャステムとの接合強度については、図１０（ｂ）に示さ
れるように、電磁鋼板積層構造がバルク構造に対して４
割前後の顕著な低下がみられるのに対して、鋳造一体成
型構造では増強されていることがわかる。

【００５３】以上説明したように、この第１の実施の形
態にかかる電磁駆動バルブによれば、以下のような効果
を得ることができるようになる。 （１）アーマチャ２５の内部に形成される磁路に直交す
る方向への電流の流れを制限するように、アーマチャ２
５に対してセラミックシート３５を埋設している。この
ため、アッパコイル２８やロアコイル２９への通電に対
応して磁路に発生する磁束の変化による渦電流の発生
を、同セラミックシート３５にて分断される各領域内に
制限することができるようになる。これにより、アーマ
チャ２５にて発生する鉄損が低減されるとともに、電磁
駆動バルブ１６として発生する鉄損も低減される。

【００５４】（２）積層構造を有するアッパコア２６お
よびロアコア２７の積層方向と平行にセラミックシート
３５を埋設している。このため、アッパコイル２８やロ
アコイル２９への通電に対応して磁路に発生する磁束が
変化したときに発生する渦電流の抑制効果を高くするこ
とができる。

【００５５】（３）アーマチャ２５が、セラミックシー
ト３５を固定した鋳型に鋳湯を流し込むことにより成型
される。そのため、アーマチャ２５の機械的強度をバル
ク構造のアーマチャと同程度に維持することができる。

【００５６】（４）アーマチャ２５がアーマチャステム
２１等とともに一体形成される。そのため、アーマチャ
２５とアーマチャステム２１との接合強度を、従来の溶
接による接合強度と比較して高くすることができる。

【００５７】（５）アーマチャ２５が、セラミックシー
ト３５を固定した鋳型に鋳湯を流し込み、これを取り出
してその上下面を研磨することによって製作される。そ
のため、鉄損を低減することのできるアーマチャが容易
にかつ経済的に得られるようになる。

【００５８】（第２の実施の形態）つぎに、本発明の電
磁アクチュエータを、内燃機関の吸気バルブまたは排気
バルブを電磁力により開閉駆動する電磁駆動バルブに適
用した第２の実施の形態について、先の第１の実施の形
態との相違点を中心に図１１および図１２を参照しつつ
説明する。

【００５９】図１１（ａ）〜（ｃ）は、この第２の実施
の形態の電磁駆動バルブに採用するアーマチャ２５ａに
ついて、その斜視図、拡大斜視図、および部分平面図を
それぞれ示している。

【００６０】図１１（ａ）に示されるように、このアー
マチャ２５ａは磁性を有する複数のバルク材２５ａ１〜
２５ａ３が接合されて形成されている。各バルク材２５
ａ１〜２５ａ３の接合面には各々段差部が設けられて、
互いに容易に接合できるようにしている。

【００６１】また、その接合面は、図１１（ｂ）に拡大
して示されるように、バルク材２５ａ２のバルク材２５
ａ３との接合面において、アーマチャ２５ａとしての上
下面と平行な段差面６１のみが接触するように、段差の
側壁面６２および側壁面６３にはテーパ状の加工がなさ
れている。このため、バルク材２５ａ２とバルク材２５
ａ３との接合面では、アーマチャ２５ａとしてその上下
面の表面から内部に互いの導電部を離隔する間隙６４が
形成される。そして、これらバルク材２５ａ２およびバ
ルク材２５ａ３を一体化するために、両者の接合面の側
端部６５（斜線を施した楕円にて図示）が溶接加工され
ている。こうしたテーパ加工および溶接加工は、バルク
材２５ａ２とバルク材２５ａ３との接合と同様、バルク
材２５ａ１のバルク材２５ａ２との接合面においてもな
されており、両者はその接合面に間隙６４を有して接合
されている。

【００６２】なお、２つのバルク材の接合面に間隙６４
を形成する際には、該接合面において対向する側壁面６
２および６３のうちのいずれの側に対してテーパ加工し
てもよい。また、そのテーパ加工は、上記対向する側壁
面の一方に施してもよいし、双方に施してもよい。

【００６３】こうして、磁性を有する複数のバルク材が
その接合面に間隙６４を有して一体化され、これが１つ
のアーマチャ２５ａとして構成される。そして、このア
ーマチャ２５ａに対して、先に図１に示したアーマチャ
ステム２１を溶接により接合するとともに、同図１に示
した各部材を組み合わせて電磁駆動バルブが構成され
る。この場合も、積層構造を有するアッパコア２６およ
びロアコア２７の積層方向と間隙６４の延設方向とが平
行になるように、これらコア２６および２７とアーマチ
ャ２５ａとを組み合わせる。これは、先の第１の実施の
形態において説明した理由と同じである。

【００６４】図１２は、上記のような間隙６４を有した
接合構造をもつアーマチャを用いて構成された電磁駆動
バルブについて、その間隙本数と鉄損低下率を評価した
結果を示している。図１２では、間隙本数０本のアーマ
チャ、すなわち従来の１つのバルク材によるアーマチャ
を用いて構成された電磁駆動バルブの鉄損を「１」とし
て、間隙本数を徐々に増加させたときの同電磁駆動バル
ブの鉄損を規格化して表している。図１２に示されるよ
うに、間隙本数の増加につれて鉄損は「０．２」程度ま
で急激に減少する。そして、間隙本数が２０本を超える
とその減少の度合いはしだいに緩やかとなり、間隙本数
が１２０本程度に到ると鉄損は「０．１」程度まで減少
する。

【００６５】以上説明したように、この第２の実施の形
態にかかる電磁駆動バルブによれば、先の第１の実施の
形態に準じて以下のような効果を得ることができるよう
になる。

【００６６】（１ａ）アーマチャ２５ａの内部に形成さ
れる磁路に直交する方向への電流の流れを制限するよう
に、アーマチャ２５ａにおけるアッパコア２６およびロ
アコア２７との対向部に間隙６４が形成されている。こ
のため、アッパコイル２８やロアコイル２９への通電に
対応して磁路に発生する磁束の変化による渦電流の発生
を、同間隙６４にて分断される各領域内に制限すること
ができるようになる。これにより、アーマチャ２５ａに
て発生する鉄損が低減されるとともに、電磁駆動バルブ
として発生する鉄損も低減される。

【００６７】（２ａ）積層構造を有するアッパコア２６
およびロアコア２７の積層方向と平行に間隙６４の延設
方向を設定している。このため、アッパコイル２８やロ
アコイル２９への通電に対応して磁路に発生する磁束が
変化したときに発生する渦電流の抑制効果を高くするこ
とができる。

【００６８】（６）アーマチャ２５ａが、段差の設けら
れた複数のバルク材２５ａ１〜２５ａ３の接合により一
体に形成される。そのため、それらバルク材相互の位置
合わせが容易に行われるとともに、その接合強度が高く
維持されるようになる。

【００６９】（７）バルク材２５ａ１〜２５ａ３相互の
接合が、接合面端部６５の溶接により行われる。そのた
め、鉄損を低減することのできるアーマチャ２５ａが容
易にかつ経済的に得られるようになる。

【００７０】（第３の実施の形態）つぎに、本発明の電
磁アクチュエータを、内燃機関の吸気バルブまたは排気
バルブを電磁力により開閉駆動する電磁駆動バルブに適
用した第３の実施の形態について、先の第１および第２
の実施の形態との相違点を中心に図１３および図１４を
参照しつつ説明する。

【００７１】図１３は、この第３の実施の形態の電磁ア
クチュエータに採用するアーマチャ２５ｂは、図１３に
その斜視図を示すように、１つのバルク材の表面に線状
の溝７１が形成されてなる。

【００７２】こうしたアーマチャ２５ｂによっても、先
の第２の実施の形態において説明したアーマチャ２５ａ
と同様の鉄損低減効果が得られる。すなわち、このアー
マチャ２５ｂを用いて構成された電磁駆動バルブにおい
ても、線状の溝７１によって渦電流の導電路が分断され
てアーマチャ２５ｂにおいて発生する鉄損が低減され
る。なお、このときの線状の溝７１の本数と鉄損との関
係は図１２に示した特性と同様のものとなる。

【００７３】上記線状の溝７１を有するアーマチャ２５
ｂは、たとえば図１４（ａ）〜（ｃ）に示した各方法に
より形成される。すなわち、図１４（ａ）は、回転カッ
タ７３の設けられた加工台７２にバルク材を通すことに
より、線上の溝７１を有するアーマチャ２５ｂを得る方
法を概略的に示している。また、図１４（ｂ）は、平面
的な位置決めの可能なＸＹテーブル上に固定されたバル
ク材に対し、レーザ光源７４により得られるレーザ光を
レーザビーム装置７５から照射することにより、同アー
マチャ２５ｂを得る方法を概略的に示している。また、
図１４（ｃ）は、プレス台７６上に固定されたバルク材
に対して上方からプレス型７７をプレス加工することに
より、同アーマチャ２５ｂを得る方法を概略的に示して
いる。

【００７４】こうして形成されたアーマチャ２５ｂに対
して先に図１に示したアーマチャステム２１を溶接によ
り接合するとともに、同図１に示した各部材を組み合わ
せて電磁駆動バルブが構成される。この場合、積層構造
を有するアッパコア２６およびロアコア２７の積層方向
と線状の溝７１の延設方向とが平行になるように、これ
らコア２６および２７とアーマチャ２５ａとを組み合わ
せる。これも、第１の実施の形態において説明した理由
と同じである。

【００７５】以上説明したように、この第３の実施の形
態にかかる電磁駆動バルブによれば、先の第１および第
２の実施の形態に準じて以下のような効果を得ることが
できるようになる。

【００７６】（１ｂ）アーマチャ２５ｂの内部に形成さ
れる磁路に直交する方向への電流の流れを制限するよう
に、アーマチャ２５ｂにおけるアッパコア２６およびロ
アコア２７との対向部に線状の溝７１を設けている。こ
のため、アッパコイル２８やロアコイル２９への通電に
対応して磁路に発生する磁束の変化による渦電流の発生
を、同線状の溝７１にて分断される各領域内に制限する
ことができるようになる。これにより、アーマチャ２５
ｂにて発生する鉄損が低減されるとともに、電磁駆動バ
ルブとして発生する鉄損も低減される。

【００７７】（２ｂ）積層構造を有するアッパコア２６
およびロアコア２７の積層方向と平行に線状の溝７１の
延設方向を設定している。このため、アッパコイル２８
やロアコイル２９への通電に対応して磁路に発生する磁
束が変化したときに発生する渦電流の抑制効果を高くす
ることができる。

【００７８】（８）１つのバルク材に対して線状の溝７
１を設ける簡素な構造のため、鉄損を低減することので
きるアーマチャ２５ｂが容易にかつ経済的に得られるよ
うになる。

【００７９】（９）１つのバルク材によりアーマチャ２
５ｂを形成するため、アーマチャとしての機械的強度を
高くすることができる。 （その他の実施の形態）なお、上記各実施の形態は以下
のように変更して実施してもよい。

【００８０】・上記第１の実施の形態においては、電磁
駆動バルブのアーマチャ２５を構成するバルク材に埋設
するシート状の絶縁性材料として、セラミックシート３
５を用いる場合について説明したが、必ずしもこの構造
に限定されるものではない。たとえば、セラミックシー
トに代えて絶縁紙等を用いてもよい。この場合、上記シ
ート状の絶縁性材料が非磁性体である必要は必ずしもな
く、絶縁性さえあれば磁性体である方がアーマチャ内で
の磁束の通りの妨げとならないことからむしろ好まし
い。

【００８１】・上記第１の実施の形態においては、電磁
駆動バルブ１６のアーマチャ２５がアーマチャステム２
１とともに一体形成されている場合について例示した
が、両者が一体形成されている必要は必ずしもない。

【００８２】・上記第１の実施の形態においては、鋳湯
を鋳型に注入することによりアーマチャ２５をアーマチ
ャステム２１とともに一体に成型する方法について説明
したが、必ずしもこの方法に限定されるものではない。
バルク材の材料として鋳鉄を用いる必要は必ずしもな
く、たとえば鋳鋼等、磁性を有するその他の金属または
合金等を用いてもよい。さらに、アーマチャ２５を鋳造
により形成する必要は必ずしもなく、たとえば磁性を有
する粉体の焼結等、他の方法によりこれを形成してもよ
い。

【００８３】・上記第２の実施の形態においては、バル
ク材２５ａ１〜２５ａ３の接合面のうち側壁面６２およ
び６３をテーパ状に加工することによってそれらバルク
材相互の接合面に間隙６４を形成する場合について説明
したが、例示した構造には必ずしも限定されない。たと
えば、図１１（ｃ）にその平面図を示すように、アーマ
チャ２５ａの間隙６４に絶縁性の材料からなる皮膜６６
を被覆もしくは充填することにより、それら間隙６４に
おける絶縁性をより確実にする構造としてもよい。

【００８４】・上記第２の実施の形態においては、バル
ク材２５ａ１〜２５ａ３相互の接合面を段差状に形成す
る場合について例示したが、必ずしもこの構造に限定さ
れるものではない。たとえば、図１１（ｄ）にその断面
図を例示するように、バルク材２５ｂ１とバルク材２５
ｂ２とが、アーマチャの上下面となる面と斜め方向の角
度をなして形成された接合面６１ｂにおいて接合される
構造であってもよい。また、こうした接合面が曲面を有
して構成されていてもよい。

【００８５】・上記第３の実施の形態においては、電磁
駆動バルブを構成するアーマチャ２５ｂの形成方法とし
て、カッタによるカッティング加工、レーザ加工、およ
びプレス加工を用いる場合について例示したが、必ずし
もこれらの方法に限定されるものではない。要は、アー
マチャ内部に形成される磁路に直交する方向への電流の
流れを制限するように、アッパコア２６およびロアコア
２７との対向部に線状の溝７１が形成されさえすればよ
い。

【００８６】・上記第２および第３の実施の形態のおい
て、アーマチャ２５ａまたは２５ｂに形成する間隙６４
または線状の溝７１の深さはそれぞれ任意である。要
は、電磁駆動バルブとして発生する鉄損を十分に低減で
きる効果が得られさえすればよい。

【００８７】・上記各実施の形態においては、ステータ
コアとしてのアッパコア２６およびロアコア２７が積層
構造にて形成されている場合について説明したが、必ず
しもこの構造とする必要はない。上記積層構造以外にて
ステータコアが構成される場合において、そのステータ
コアがその磁気抵抗について方向性をもたないときに
は、ステータコアに対向して配置するアーマチャの方向
は、そのシート状の絶縁性材料、間隙、または線状の溝
等の向きを特に意識する必要はない。

【００８８】・上記各実施の形態においては、それぞれ
例示した各アーマチャとステータコアとが直接当接する
場合について説明したが、必ずしもこの構造に限定され
るものではない。たとえば、両者の対向面の少なくとも
一方に、当接に際しての衝撃を緩和する衝撃吸収手段が
設けられた構造であってもよい。

【００８９】・上記各実施の形態においては、アーマチ
ャ内部に形成される磁路に直交する方向の電流制限手段
として、バルク材に埋設されたシート状の絶縁性材料
や、複数のバルク材の接合面に構成された間隙、あるい
は１つのバルク材に設けられた線状の溝を利用するもの
について例示した。本発明は、これらの構造を利用した
電流制限手段に限定されない。たとえば、バルク材内部
に形成した酸化層を有するアーマチャ等、アーマチャ内
部に形成される磁路に直交する方向への電流の流れを制
限する任意の電流制限手段により構成される電磁駆動バ
ルブにおいても、上記各実施の形態に準じて本発明を広
く適用することができる。

【００９０】・上記各実施の形態においては、電磁アク
チュエータを吸排気バルブの開閉駆動に利用する電磁駆
動バルブに適用した場合について例示したが、必ずしも
この構成に限定されるものではない。ステータコアに巻
回されたコイルへの通電にともなって発生する電磁力に
基づきアーマチャが変位する任意の構成の電磁アクチュ
エータにおいても、上記各実施の形態に準じて本発明を
広く適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる電磁駆動バルブの第１の実施の
形態について、その構成を例示する断面図。

【図２】上記第１の実施の形態について、アーマチャを
その周辺主要部品とともに例示した斜視図。

【図３】上記アーマチャの平面図。

【図４】同アーマチャとアッパコアとにより形成される
磁路について例示する説明図。

【図５】上記電磁駆動バルブにて発生する鉄損について
例示する説明図。

【図６】同電磁駆動バルブの鉄損および吸引力とセラミ
ックシートの枚数との関係を例示する図。

【図７】上記アーマチャを製造する工程を例示する説明
図。

【図８】同アーマチャを製造する工程を例示する説明
図。

【図９】同アーマチャを製造する工程を例示する説明
図。

【図１０】同アーマチャの機械的強度について例示する
説明図。

【図１１】本発明にかかる電磁駆動バルブの第２の実施
の形態について、アーマチャの構造とその変形例とを例
示する断面図。

【図１２】上記第２の実施の形態について、間隙本数と
鉄損低下率との関係を例示する説明図。

【図１３】本発明にかかる電磁駆動バルブの第３の実施
の形態について、アーマチャの構造を例示する断面図。

【図１４】上記第３の実施の形態のアーマチャを製造す
る工程を例示する説明図。

【符号の説明】 １１…シリンダヘッド、１２…ポート、１３…燃焼室、
１４…弁座、１５…バルブ、１５ａ…バルブステム、１
５ｂ…弁体、１６…電磁駆動バルブ、１７…バルブガイ
ド、１８…ロアリテーナ、１９…ロアスプリング、２１
…アーマチャステム、２２…アッパリテーナ、２３…ア
ッパキャップ、２４…アッパスプリング、２５、２５
ａ、２５ｂ…アーマチャ、２５ａ１〜２５ａ３、２５ｂ
１、２５ｂ２…バルク材、２６…アッパコア、２７…ロ
アコア、２８…アッパコイル、２９…ロアコイル、３０
…軸受、３１…閉駆動用電磁石、３２…開駆動用電磁
石、３４…積層体、３５…セラミックシート、５１…上
型、５２…下型、６４…間隙、６６…皮膜、７１…線状
の溝。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 歳田 寿充 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 高野 雅幸 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 中村 喜代治 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） 5E048 AA04 AD02 BA07 CA01

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コイルへの通電にともない発生する電磁力
   により、アーマチャをステータコアに向けて変位させる
   電磁アクチュエータにおいて、 前記アーマチャは、内部に形成される磁路に直交する方
   向への電流の流れを制限する電流制限手段を備えるバル
   ク材によって構成されてなることを特徴とする電磁アク
   チュエータ。
2. 【請求項２】前記電流制限手段は、前記バルク材に埋設
   された１ないし複数のシート状の絶縁性材料からなる請
   求項１に記載の電磁アクチュエータ。
3. 【請求項３】前記ステータコアは磁性体からなる板状部
   材が積層されて形成されてなり、前記シート状の絶縁性
   材料は、前記アーマチャを構成するバルク材に対して前
   記板状部材の積層方向と平行に埋設されてなる請求項２
   に記載の電磁アクチュエータ。
4. 【請求項４】前記アーマチャを構成するバルク材が鋳鉄
   からなり、これに埋設される前記シート状の絶縁性材料
   がセラミックシートからなる請求項２または３に記載の
   電磁アクチュエータ。
5. 【請求項５】前記アーマチャは、その支軸であるアーマ
   チャステムとともに一体に成型されてなる請求項４に記
   載の電磁アクチュエータ。
6. 【請求項６】前記アーマチャは、複数のバルク材が接合
   されて構成され、前記電流制限手段は、それら複数のバ
   ルク材の接合面の互いの導電部に形成された間隙からな
   る請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
7. 【請求項７】前記電流制限手段を構成する間隙には絶縁
   性の材料が被覆もしくは充填されてなる請求項６に記載
   の電磁アクチュエータ。
8. 【請求項８】前記アーマチャを構成する複数のバルク材
   は、その各接合面に段差部を有し、それら段差部が前記
   アーマチャの変位方向に重なり合う態様で接合されてな
   る請求項６または７に記載の電磁アクチュエータ。
9. 【請求項９】前記アーマチャは、前記複数のバルク材が
   その接合面の側端部の溶接により一体に形成されてなる
   請求項８に記載の電磁アクチュエータ。
10. 【請求項１０】前記ステータコアは磁性体からなる板状
    部材が積層されて形成されてなり、前記アーマチャの前
    記電流制限手段を構成する間隙は、前記板状部材の積層
    方向と平行に延設されてなる請求項６〜９のいずれかに
    記載の電磁アクチュエータ。
11. 【請求項１１】前記電流制限手段は、前記アーマチャを
    構成するバルク材の表面に形成された１ないし複数の線
    状の溝からなる請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
12. 【請求項１２】前記ステータコアは磁性体からなる板状
    部材が積層されて形成されてなり、前記電流制限手段を
    構成する線状の溝は、前記板状部材の積層方向と平行に
    延設されてなる請求項１１に記載の電磁アクチュエー
    タ。