JP2005030323A - 弁駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 弁の開閉動作を安定して行うことができる弁駆動装置を提供する。
【解決手段】 電磁コイル２１が巻装されたコア２２とこれらの外側にあるヨーク２３と３つの磁極片２４，２５，２６をほぼ同一線上に有する固定子２０と、上記磁極片を結ぶ線と平行に進退し、かつ、互いに異なる極性の２つの着磁面を有する着磁部材とを備えた可動子３０と、該可動子に接続される弁１１と、前記可動子の側面に摺接して可動子の進退をガイドする案内部材４３，４５，５３と、相互に摺接する可動子の側面と案内部材の案内面との少なくとも一方に、滑り部材４６を設けた。
【選択図】 図３

Description

本発明は、内燃機関の吸気弁や排気弁などの弁を開閉駆動する弁駆動装置に関し、特に、弁の開閉を安定して行うことができる弁駆動装置に関する。

ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関では、シリンダーへの給排気のための弁が設けられている。この弁の駆動装置としては、クランク軸の回転を利用したものが主流であったが、最近になって、電磁力により開閉するものが使用されるようになってきた。

このような弁駆動装置として特許文献１（特開２０００−１９９４１１号）がある。これは、固定子と可動子とを備えたリニアアクチュエータを用いるものである。固定子は、電磁コイルが巻装されて磁束を生成する磁束生成部と、ほぼ同一線上に配置された３つの磁極片とを有し、電磁コイルへの通電方向によって変化する２つの磁場領域を形成する。可動子は、互いに異なる極性の２つの着磁面を有する着磁部材と、磁路部材とを備えたもので、電磁コイルへの通電方向に対応して上記磁極片を結ぶ線と平行に進退する。

吸気弁又は排気弁などの弁は、弁体とこれに一体的に設けられた弁棒とからなり、前記可動子に形成された係止空間内で可動子と接続されている。

特開２０００−１９９４１１号 図１、図５、図１１

しかしながら、上記リニアアクチュエータにおいて、可動子は周辺の部材と接触して進退するので、接触抵抗が大きくなり易く、進退移動の安定性に欠ける。これに対し、上記特許文献１では、コロやボールを使用して接触抵抗を低下させ、スムーズな動きができるようにしている。

しかし、コロやボールが接触する相手側の面は、通常、非磁性体であるアルミやアルミ系合金を用いており、柔らかいので摩耗し易く、摩耗すると進退移動のスムーズさや安定性に欠けるようになる。

本発明は、このような事実から考えられたもので、弁の開閉動作を安定して行うことができる弁駆動装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために本願の第１の発明による弁駆動装置は、電磁コイルが巻装されて磁束を生成する磁束生成部と、３つの磁極片をほぼ同一線上に有し、上記磁束を分布させて２つの磁場領域を形成する磁場形成部と、からなる固定子と、上記磁場領域に対応して上記磁極片を結ぶ線と平行に進退し、かつ、互いに異なる極性の２つの着磁面を有する着磁部材とを備えた可動子と、該可動子に接続される弁と、前記可動子の側面に摺接して可動子の進退をガイドする案内部材と、を有し、相互に摺接する可動子の側面と案内部材の案内面との少なくとも一方に、滑り部材を設けたことを特徴としている。

上記の目的を達成するために本願の第２の発明による弁駆動装置は、電磁コイルが巻装されて磁束を生成する磁束生成部と、３つの磁極片をほぼ同一線上に有し、上記磁束を分布させて２つの磁場領域を形成する磁場形成部と、からなる固定子と、上記磁場領域に対応して上記磁極片を結ぶ線と平行に進退し、かつ、互いに異なる極性の２つの着磁面を有する着磁部材とを備えた可動子と、該可動子に接続される弁と、前記可動子の側面に摺接して可動子の進退をガイドする案内部材と、を有し、相互に摺接する可動子の側面と案内部材の案内面との少なくとも一方に、突状部を形成したことを特徴としている。

上記の目的を達成するために本願の第３の発明による弁駆動装置は、前記突状部が、可動子の前記側面を中央が高くなるように曲線状に膨出させたものであることを特徴としている。

上記の目的を達成するために本願の第４の発明による弁駆動装置は、前記突条部が、相互に摺接する可動子の側面と案内部材の案内面との少なくとも一方に形成された突起であることを特徴としている。

上記の目的を達成するために本願の第５の発明による弁駆動装置は、前記突起が、前記可動子又は案内部材とは別の滑り部材からなり、可動子の側面又は案内部材の案内面に固定したことを特徴としている。

上記の目的を達成するために本願の第６の発明による弁駆動装置は、電磁コイルが巻装されて磁束を生成する磁束生成部と、３つの磁極片をほぼ同一線上に有し、上記磁束を分布させて２つの磁場領域を形成する磁場形成部と、からなる固定子と、上記磁場領域に対応して上記磁極片を結ぶ線と平行に進退し、かつ、互いに異なる極性の２つの着磁面を有する着磁部材とを備えた可動子と、該可動子に接続される弁と、前記可動子の進退をガイドする案内部材と、該案内部材の案内面と可動子の側面との間に設けられた転動部材と、を有し、該転動部材と接触する前記案内面と可動子の側面との表面に硬質膜を形成したことを特徴としている。

上記の目的を達成するために本願の第７の発明による弁駆動装置は、前記硬質膜が硬質メッキ層であることを特徴としている。

本願の第１の発明では、相互に摺接する可動子の側面と案内部材の案内面との少なくとも一方に、滑り部材を設けたので、可動子の進退をスムーズにすることができる。その結果、耐久性（耐摩耗性）、制御性の向上、騒音の低減が期待できる。

本願の第２から第４の発明では、相互に摺接する可動子の側面と案内部材の案内面との少なくとも一方に、突状部を形成した。突状部は、可動子の前記側面を中央が高くなるように曲線状に膨出させたものや、相互に摺接する可動子の側面と案内部材の案内面との少なくとも一方に形成された突起としたので、接触面積を小さくすることができ、可動子の進退をスムーズにすることができる。突起は、第５の発明のように別の滑り部材から形成して貼付してもよい。

本願の第６の発明によれば、案内部材の案内面と可動子の側面との間に転動部材を設けた場合、該転動部材と接触する前記案内面と可動子の側面との表面に硬質膜を形成することで、案内面の摩耗を防止して可動子の進退をスムーズにすることができる。本願の第７の発明によれば、硬質膜を硬質メッキ層としたので、所望の硬度を確保することができる。

以下に本発明の実施例を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の弁駆動装置の要部を示す斜視図、図２は、図１のII−II拡大断面図、図３は可動子とその周辺部を示す平面図である。

弁１１は内燃機関のシリンダーにおいて、吸気ポート又は排気ポートを開閉するものである。弁１１は、弁体１１ａに弁棒１１ｂを一体的に取り付けたもので、弁棒１１ｂの先端には拡大部１１ｃが設けられている。

固定子２０は、電磁コイル２１と、この中心にあるコア２２と、電磁コイル２１を外側から覆うように断面がＣ字型をしたヨーク２３とから構成されている。コア２２とヨーク２３との間には、磁気ギャップｓが設けられている。コア２２はその下端に磁極片２４を有し、ヨーク２３はその両端に磁極片２５，２６を有する。これら３つの磁極片２４，２５，２６は、ほぼ一直線上に列んでいる。

可動子３０は、前記の３つの磁極片２４，２５，２６と対向するように配置される。可動子３０の端部に形成された係止空間３１は、溝３１ａによって外部とつながっている。弁棒１１ｂを溝３１ａ内に入れ、弁１１の拡大部１１ｃを係止空間３１内に収容することで弁１１と可動子３０とが係合して一体となる。

可動子３０は板状で、２つの貫通孔に可動子３０の厚さと略同じ厚さを有する２つの着磁部材３２及び３３を嵌合している。着磁部材３２，３３はこの実施例では永久磁石を用いている。永久磁石に代えて電磁石としてもよいが、永久磁石の方が小型化できる等の利点がある。この２つの着磁部材３２及び３３の固定子２０に面する側は、互いに異なる極性、例えば一方がＳ極なら他方がＮ極になるように配置されている。可動子３０の下部には、磁路部材３８が設けられている。

固定子２０と可動子３０とは、所定の位置関係を保つように、両側をフレーム５０で支持されている。フレーム５０は、前後の柱５１と上端の梁５２と中間の梁５３とを有し、これらを直角に組んだ形状である。

図４は、可動子３０の一側端を示す拡大斜視図で、図５（ａ）は図３のＶ−Ｖ拡大断面図、（ｂ）は１つの転動部材４０周辺の拡大断面図である。

これらの図から明かなように、可動子３０の両側には段部３４があり、ここに上下から片側２個ずつ、合計８個の転動部材４０が接触している。上の転動部材４０の上方は中間の梁５３の凹部５４の底面と接触し、下の転動部材４０の下方は、磁路部材３８の両側にある支持部材４３に形成された凹部４４の底面と接触している。転動部材４０の径を適当に設定することによって、可動子３０と固定子２０との間隔及び可動子３０と磁路部材３８との間隔を所望の大きさに保持できることになる。転動部材４０として実施例ではローラを使用したが、ボールに代えてもよい。

可動子３０の段部３４の両側には、図１には図示していない別の案内部材４５があり可動子３０の左右方向のガイドをしている。この部分は、面接触となっている。

以上の構成から分かるように、可動子３０は、中間の梁５３、支持部材４３、案内部材４５によって段部３４の部分で上下と左右両側とが案内される構成となって、その進退動が確保されていることになる。すなわち、中間の梁５３、支持部材４３の双方も案内部材として機能していることになる。

次に、前記した弁駆動装置の動作を説明するが、その前に、着磁部材３２，３３の極性を次のように決めておく。着磁部材３２のヨーク２３側はＮ極に着磁され磁路部材３８側はＳ極に着磁され、着磁部材３３のヨーク２３側はＳ極に着磁され磁路部材３８側はＮ極に着磁されているものとする。

電磁コイル２１に電流が供給されていない場合においては、磁気ギャップｓによる磁気抵抗は、着磁部材３２及び３３の磁力に対して大きいので、着磁部材３２のＮ極→磁極片２５→ヨーク２３→磁極片２６→着磁部材３３のＳ極→着磁部材３３のＮ極→磁路部材３８→着磁部材３２のＳ極と周回する磁路と、着磁部材３２のＮ極→磁極片２４→着磁部材３３のＳ極→着磁部材３３のＮ極→磁路部材３８→着磁部材３２のＳ極と周回する磁路と、が形成されるように、着磁部材３２及び３３は弁１１と共に図２に示す位置（これが基準位置となる）に位置づけられる。

一方、電磁コイル２１に電流を供給した場合においては、コア２２の内部に磁束が生成され、この磁束はヨーク２３内に分布して磁極片２５，２６の表面に磁極を生じさせ、上述した磁場領域に磁場が形成される。磁極片２５及び２６に生ずる磁極の極性は同じ極性の磁極であり、磁極片２４に生ずる磁極の極性は磁極片２５及び２６に生じる磁極の極性とは異なる極性である。例えば、所定の方向に流れる直流電流を電磁コイル２１に供給した場合には、磁極片２５，２６にはＳ極が生じ、磁極片２４にはＮ極が生じる。また、所定の方向と反対方向の直流電流を電磁コイル２１に供給した場合には、磁極片２５，２６にはＮ極が生じ、磁極片２４にはＳ極が生じることにする。

磁極片２５，２６にＳ極が生じ、磁極片２４にＮ極が生じた場合においては、着磁部材３２のＮ極→磁極片２５→ヨーク２３→磁気ギャップｓ→コア２２→磁極片２４→着磁部材３３のＳ極→着磁部材３３のＮ極→磁路部材３８→着磁部材３２のＳ極の如く周回する磁路が新たに形成されるように、着磁部材３２及び２２は、コア２２内に生成された磁束密度の大きさに応じて可動子３０と共に図２に示す矢印Ａの方向に移動する。

一方、磁極片２５，２６にＮ極が生じ、磁極片２４にＳ極が生じた場合においては、着磁部材３２のＮ極→磁極片２４→コア２２→磁気ギャップｓ→ヨーク２３→磁極片２６→着磁部材３３のＳ極→着磁部材３３のＮ極→磁路部材３８→着磁部材３２のＳ極と周回する磁路が新たに形成されるように、着磁部材３２及び３３はコア２２内に生成された磁束密度の大きさに応じて可動子３０と共に矢印Ｂの方向に移動する。

上述した如く、電磁コイル２１に電流が供給されていない場合には、可動子３０を基準位置に位置づけることができ、電磁コイル２１へ供給する電流の向きを変更することにより可動子３０を方向Ａ又は方向Ｂに移動させることができ、弁１１を閉弁位置若しくは開弁位置に位置づけることができる。

以上の動作を繰り返すと、転動部材４０と接触する面が摩耗し、可動子３０の動きが悪くなる。そこで、本発明では、図５（ｂ）に示すように、転動部材４０と接触する中間の梁５３の凹部５４の底面と、可動子３０の段部３４の接触面とに硬質膜５４ａ，３４ａを形成した。硬質膜５４ａ，３４ａとしては、たとえば、ニッケル−リン電気メッキなどの硬質メッキ層や、超硬材の溶射などを使用することができる。また、図示は省略するが、支持部材４３の凹部４４の底面にも同様の硬質のメッキ層を形成する。硬質膜５４ａ，３４ａの厚さは厚い方がよいが、あまり厚くするのはメッキ処理に要する時間が掛かり過ぎるので、１００μｍ程度とする。また、凹部５４や４４の底面だけにメッキ層を形成すれば良いのであるが、技術的に困難等の理由があれば、周辺部分もメッキしてよく、支持部材４３及びフレーム５０全体をメッキしてもよい。このように転動部材４０の接触する面を硬化させることによって摩耗を防止し、可動子３０のスムーズな動きを確保することができる。

また、案内部材４５と可動子３０の側面とは面接触となっているので、摩擦抵抗が大きくなり、可動子３０の動きに悪影響を与える。そこで、本発明では、案内部材４５の表面に滑り部材４６を貼付した。これによって、摩擦係数を低下させ、可動子３０を軽く動かすことができる。滑り部材４６としては、テフロン（登録商標）系の樹脂や、ＮＴＮ社製の「滑るゴム」として知られているゴム（商品名ベアリー）を使用することができる。また、図３の実施例では、滑り部材４６を案内部材４５に貼付したが、可動子３０側に貼付してもよく、勿論両方に貼付してもよい。

図６は本発明の別の実施例を示す図で、図３と同様に可動子３０とその周辺部を示す平面図である。図３の実施例と共通する部分には同じ符号を付している。可動子３０は左右両側に段部３５を有するが、この段部３５の側面が、中央が高くなる突状部３５ａとなっている。突状部３５ａの形状は、この実施例では円弧形状である。これによって、可動子３０の両側の突状部３５ａと案内部材４５の側面との接触が線接触に近づき、摩擦抵抗を減少させ、可動子３０の動きをスムーズに保つことができる。突状部３５ａの形状は円弧形状に限定されず、摩擦抵抗が減少すればどのような曲線でもよい。

図７は、本発明のさらに別の実施例を示す図で、可動子３０とその周辺部を示す平面図である。この実施例では、可動子３０の両側に形成した段部３６に、突状部として片側２個の突起３６ａを形成した。この場合、突起３６ａの先端も円弧形状のように接触面積が減少するような構成が望ましい。突起３６ａを前記の滑るゴム等の滑り部材で形成して貼付することにしてもよい。

本発明の弁駆動装置の要部を示す斜視図である。 図１のII−II拡大断面図である。 可動子とその周辺部を示す平面図である。 可動子の一側端を示す拡大斜視図である。 （ａ）は図３のＶ−Ｖ拡大断面図、（ｂ）は１つの転動部材周辺の拡大断面図である。 本発明の別の実施例を示す図で、図３と同様に可動子とその周辺部を示す平面図である。 本発明のさらに別の実施例を示す図で、可動子とその周辺部を示す平面図である。

符号の説明

１１ 弁
２０ 固定子
２１ 電磁コイル
２４，２５，２６ 磁極片
３０ 可動子
３４ａ 硬質膜
３５ａ 突状部
３６ａ 突起
４３ 支持部材（案内部材）
４５ 案内部材
４６ 滑り部材
５３ 中間の梁（案内部材）
５４ａ 硬質膜

Claims (7)

1. 電磁コイルが巻装されて磁束を生成する磁束生成部と、３つの磁極片をほぼ同一線上に有し、上記磁束を分布させて２つの磁場領域を形成する磁場形成部と、からなる固定子と、
   上記磁場領域に対応して上記磁極片を結ぶ線と平行に進退し、かつ、互いに異なる極性の２つの着磁面を有する着磁部材とを備えた可動子と、
   該可動子に接続される弁と、
   前記可動子の側面に摺接して可動子の進退をガイドする案内部材と、を有し、
   相互に摺接する可動子の側面と案内部材の案内面との少なくとも一方に、滑り部材を設けたことを特徴とする弁駆動装置。
2. 電磁コイルが巻装されて磁束を生成する磁束生成部と、３つの磁極片をほぼ同一線上に有し、上記磁束を分布させて２つの磁場領域を形成する磁場形成部と、からなる固定子と、
   上記磁場領域に対応して上記磁極片を結ぶ線と平行に進退し、かつ、互いに異なる極性の２つの着磁面を有する着磁部材とを備えた可動子と、
   該可動子に接続される弁と、
   前記可動子の側面に摺接して可動子の進退をガイドする案内部材と、を有し、
   相互に摺接する可動子の側面と案内部材の案内面との少なくとも一方に、突状部を形成したことを特徴とする弁駆動装置。
3. 前記突状部が、可動子の前記側面を中央が高くなるように曲線状に膨出させたものであることを特徴とする請求項２記載の弁駆動装置。
4. 前記突条部が、相互に摺接する可動子の側面と案内部材の案内面との少なくとも一方に形成された突起であることを特徴とする請求項２記載の弁駆動装置。
5. 前記突起が、前記可動子又は案内部材とは別の滑り部材からなり、可動子の側面又は案内部材の案内面に固定したことを特徴とする請求項４記載の弁駆動装置。
6. 電磁コイルが巻装されて磁束を生成する磁束生成部と、３つの磁極片をほぼ同一線上に有し、上記磁束を分布させて２つの磁場領域を形成する磁場形成部と、からなる固定子と、
   上記磁場領域に対応して上記磁極片を結ぶ線と平行に進退し、かつ、互いに異なる極性の２つの着磁面を有する着磁部材とを備えた可動子と、
   該可動子に接続される弁と、
   前記可動子の進退をガイドする案内部材と、
   該案内部材の案内面と可動子の側面との間に設けられた転動部材と、を有し、
   該転動部材と接触する前記案内面と可動子の側面との表面に硬質膜を形成したことを特徴とする弁駆動装置。
7. 前記硬質膜が硬質メッキ層であることを特徴とする請求項６記載の弁駆動装置。
   

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