JP2006336737A - 電磁駆動弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易な構成で、初期駆動が容易に行なわれる電磁駆動弁を提供する。
【解決手段】 電磁駆動弁１０は、回転自在に支持された支持部２３および３３を有し、支持部２３および３３を中心に開弁位置と閉弁位置との間で揺動運動する開弁側可動子２１および閉弁側可動子３１と、モノコイルであるコイル４２を有し、開弁側可動子２１と閉弁側可動子３１との間に配置された電磁石４０とを備える。開弁側可動子２１および閉弁側可動子３１は、電磁力が作用されていない状態で、開弁位置と閉弁位置との間の中間位置に保持されている。コイル４２への電流供給により、開弁側可動子２１および閉弁側可動子３１に、開弁位置および閉弁位置に運動させる方向の電磁力がそれぞれ作用する。開弁側可動子２１を形成する材料の透磁率と、閉弁側可動子３１を形成する材料の透磁率とが異なる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、一般的には、電磁駆動弁に関し、より特定的には、モノコイルから構成された電磁石を備える電磁駆動弁に関する。

従来の電磁駆動弁に関して、たとえば、特開平５−１０６４１４号公報には、バルブの初期駆動力を増大させることを目的とした電磁駆動バルブが開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示された電磁駆動バルブは、可動部に設けられた可動線輪と、電磁コアに巻回された電磁コイルとを備える。初期駆動時、可動線輪への通電によって、バルブの推力を発生させるとともに、電磁コイルへの通電によって、その推力を高めるような磁力線を可動線輪に作用させる。
特開平５−１０６４１４号公報

回転駆動式と呼ばれる電磁駆動弁は、回転自在に支持された支持部を支点に、開弁位置と閉弁位置との間で揺動運動する第１および第２の可動子と、第１の可動子と第２の可動子との間に配置された電磁石とを備える。始動前、第１および第２の可動子は、開弁位置と閉弁位置との間の中間位置に保持されており、電磁石で発生する電磁力を第１および第２の可動子に作用させることによって、電磁駆動弁を初期駆動させる。

しかしながら、電磁石が、モノコイル（連続する一続きのコイル）から構成されている場合、モノコイルに電流供給すると、第１の可動子と第２の可動子とに等しい大きさの電磁力が作用する。この場合、第１および第２の可動子が、中間位置に静止したままとなり、電磁駆動弁を初期駆動させることができない。一方、上記の特許文献１に開示された電磁駆動バルブでは、初期駆動力を増大させるため電磁コイルが設けられているが、構造が複雑になったり大型化するおそれが生じる。

そこでこの発明は、上記の課題を解決することであり、簡易な構成で、初期駆動が容易に行なわれる電磁駆動弁を提供することである。

この発明の１つの局面に従った電磁駆動弁は、回転自在に支持された支持部を有し、支持部を中心に開弁位置と閉弁位置との間で揺動運動する第１および第２の可動子と、モノコイルを有し、第１の可動子と第２の可動子との間に配置された電磁石とを備える。第１および第２の可動子は、電磁力が作用されていない状態で、開弁位置と閉弁位置との間の中間位置に保持されている。モノコイルへの電流供給により、第１および第２の可動子に、開弁位置および閉弁位置に運動させる方向の電磁力がそれぞれ作用する。第１の可動子を形成する材料の透磁率と、第２の可動子を形成する材料の透磁率とが異なる。

なお、モノコイルとは、連続する一続きのコイルを指す（以下に続くモノコイルに関しても、同様に理解する）。モノコイルに電流供給すると、第１および第２の可動子のそれぞれに、開弁位置および閉弁位置に運動させる方向の電磁力が同時に作用する。また、開弁位置と閉弁位置との間の中間位置とは、開弁位置からの距離と閉弁位置からの距離とが等しくなる、開弁位置と閉弁位置との中心位置を指す（以下に続く中間位置に関しても、同様に理解する）。この中間位置では、第１の可動子および電磁石の間の隙間と、第２の可動子および電磁石の間の隙間とが、等しい大きさとなる。

このように構成された電磁駆動弁によれば、第１および第２の可動子のいずれか一方で、磁束が流れ易くなり、第１および第２の可動子のいずれか他方で磁束が流れ難くなる。このため、モノコイルへの電流供給により、磁束の流れ易い可動子に対して相対的に大きい電磁力が作用し、磁束の流れ難い可動子に対して相対的に小さい電磁力が作用する。これにより、第１および第２の可動子は、始動前に保持された中間位置から、開弁位置および閉弁位置のいずれか一方の側に揺動し始める。したがって、本発明によれば、簡易な構成で、電磁駆動弁の初期駆動を容易に行なうことができる。

また電磁石は、モノコイルが巻回され、第１および第２の可動子のそれぞれとの間で磁束が流れる第１および第２のコア部をさらに有する。好ましくは、第１の可動子を形成する材料の透磁率が、第２の可動子を形成する材料の透磁率よりも大きい場合、第１のコア部を形成する材料の透磁率は、第２のコア部を形成する材料の透磁率よりも大きい。第１の可動子を形成する材料の透磁率が、第２の可動子を形成する材料の透磁率よりも小さい場合、第１のコア部を形成する材料の透磁率は、第２のコア部を形成する材料の透磁率よりも小さい。

このように構成された電磁駆動弁によれば、第１の可動子に作用する電磁力は、第１の可動子と第１のコア部との間に形成される磁気回路上を、磁束が流れることによって発生し、第２の可動子に作用する電磁力は、第２の可動子と第２のコア部との間に形成される磁気回路上を、磁束が流れることによって発生する。このため、第１および第２の可動子を形成する材料の透磁率の大小関係に合わせて、第１および第２のコア部を形成する材料の透磁率に違いを設けることによって、第１の可動子に作用する電磁力と第２の可動子に作用する電磁力との間に、より確実に差を設けることができる。

また、電磁駆動弁は、内燃機関に搭載され、燃焼室と排気ポートとの間の開閉に用いられている。電磁駆動弁は、第１および第２の可動子に連結され、第１および第２の可動子の閉弁位置から開弁位置への運動に伴って、燃焼室と排気ポートとの間を遮蔽する位置から燃焼室内へと移動する駆動弁をさらに備える。好ましくは、第１の可動子を形成する材料の透磁率は、第２の可動子を形成する材料の透磁率よりも大きい。

このように構成された電磁駆動弁によれば、駆動弁が閉弁位置から開弁位置へと移動する時（以下、単に開弁時とも呼ぶ）、駆動弁には、内燃機関の爆発工程によって発生した燃焼室内のシリンダ内圧が作用する。これに対して、本発明では、電磁駆動弁の始動後においても、第１の可動子に作用する開弁位置に運動させる方向の電磁力が、第２の可動子に作用する閉弁位置に運動させる方向の電磁力よりも大きくなる。このため、開弁時に十分に大きい電磁力を得ることができ、駆動弁をより円滑に運動させることができる。

この発明の別の局面に従った電磁駆動弁は、回転自在に支持された支持部を有し、支持部を中心に開弁位置と閉弁位置との間で揺動運動する第１および第２の可動子と、モノコイルを有し、第１の可動子と第２の可動子との間に配置された電磁石とを備える。第１および第２の可動子は、電磁力が作用されていない状態で、開弁位置と閉弁位置との間の中間位置に保持されている。モノコイルへの電流供給により、第１および第２の可動子に磁束が流れて、第１および第２の可動子に、開弁位置および閉弁位置に運動させる方向の電磁力がそれぞれ作用する。第１の可動子と第２の可動子とは、磁束が通る磁気回路上で互いに異なる形状を有する。

このように構成された電磁駆動弁によれば、第１および第２の可動子を、磁束の通り道となる磁気回路上で互いに異なる形状に形成することによって、可動子内に流れる磁束の大きさに差を設けることができる。この場合、モノコイルへの電流供給により大きい磁束が流れた可動子には、相対的に大きい電磁力が作用し、小さい磁束が流れた可動子には、相対的に小さい電磁力が作用する。これにより、第１および第２の可動子は、始動前に保持された中間位置から、開弁位置および閉弁位置のいずれか一方の側に揺動し始める。したがって、本発明によれば、簡易な構成で、電磁駆動弁の初期駆動を容易に行なうことができる。

また好ましくは、磁束が流れる方向の直交平面で第１および第２の可動子を切断した場合に、磁束が通る磁気回路上の第１の可動子の最小断面積と、磁束が通る磁気回路上の第２の可動子の最小断面積とが異なる。このように構成された電磁駆動弁によれば、最小断面積が大きい方の可動子には、相対的に大きい磁束が流れ、最小断面積が小さい方の可動子には、相対的に小さい磁束が流れる。

また、第１および第２の可動子は、それぞれ、電磁石に向い合って同一平面上で延在し、電磁力が作用する第１および第２の表面をさらに有する。好ましくは、第１の表面の面積と第２の表面の面積とが異なる。このように構成された電磁駆動弁によれば、流れる磁束の大きさの違いに加えて、電磁力が作用する可動子の表面の面積の違いによって、第１の可動子に作用する電磁力と第２の可動子に作用する電磁力との間に差を設けることができる。

また好ましくは、電磁石は、それぞれ、第１および第２の表面に向い合って同一平面上で延在し、第１および第２の可動子を引き寄せる第１および第２の吸着面をさらに有する。第１の表面の面積が第２の表面の面積よりも大きい場合、第１の吸着面の面積は第２の吸着面の面積よりも大きく、第１の表面の面積が第２の表面の面積よりも小さい場合、第１の吸着面の面積は第２の吸着面の面積よりも小さい。このように構成された電磁駆動弁によれば、さらに、可動子に電磁力を作用させる電磁石の吸着面の面積の違いによって、第１の可動子に作用する電磁力と第２の可動子に作用する電磁力との間に差を設けることができる。

また、電磁駆動弁は、内燃機関に搭載され、燃焼室と排気ポートとの間の開閉に用いられている。電磁駆動弁は、第１および第２の可動子に連結され、第１および第２の可動子の閉弁位置から開弁位置への運動に伴って、燃焼室と排気ポートとの間を遮蔽する位置から燃焼室内へと移動する駆動弁をさらに備える。好ましくは、磁束が流れる方向の直交平面で第１および第２の可動子を切断した場合に、磁束が通る磁気回路上の第１の可動子の最小断面積は、磁束が通る磁気回路上の第２の可動子の最小断面積よりも大きい。このように構成された電磁駆動弁によれば、開弁時に十分に大きい電磁力を得ることができ、駆動弁をより円滑に運動させることができる。

この発明のさらに別の局面に従った電磁駆動弁は、回転自在に支持された支持部を有し、支持部を中心に開弁位置と閉弁位置との間で揺動運動する可動子と、モノコイルを有し、可動子に電磁力を作用させる電磁石とを備える。可動子は、電磁力が作用されていない状態で、開弁位置と閉弁位置との間の中間位置に保持されている。モノコイルへの電流供給により、可動子に、開弁位置および閉弁位置に運動させる方向の電磁力が作用する。電磁駆動弁は、中間位置に保持された可動子に、開弁位置および閉弁位置のいずれか一方に運動させる方向の力を作用させるアクチュエータをさらに備える。

このように構成された電磁駆動弁によれば、アクチュエータから可動子に作用させる力によって、可動子に作用する開弁位置に運動させる方向の電磁力と、閉弁位置に運動させる方向の電磁力との間に差を設けることができる。これにより、可動子は、始動前に保持された中間位置から、開弁位置および閉弁位置のいずれか一方の側に揺動し始める。したがって、本発明によれば、電磁駆動弁の初期駆動を容易に行なうことができる。

また、電磁駆動弁は、内燃機関に搭載されている。好ましくは、アクチュエータは、内燃機関の駆動時に発生する動力によって駆動する。このように構成された電磁駆動弁によれば、アクチュエータの駆動に内燃機関を利用することにより、電磁駆動弁を簡易な構成とできる。

以上説明したように、この発明に従えば、簡易な構成で、初期駆動が容易に行なわれる電磁駆動弁を提供することができる。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１における電磁駆動弁を示す断面図である。本実施の形態における電磁駆動弁は、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の排気弁を構成している。なお、電磁駆動弁は、内燃機関の吸気弁を構成していても良く、吸気弁を構成する場合も、以下に説明する構造と同様の構造を備える。

図１を参照して、電磁駆動弁１０は、電磁力と弾性力との協働によって駆動する回転駆動式の電磁駆動弁であり、その運動機構には、並行リンク機構が採用されている。

電磁駆動弁１０は、駆動弁１４と、作用された電磁力および弾性力によって揺動運動し、互いに距離を隔てて設けられた開弁側可動子２１および閉弁側可動子３１と、開弁側可動子２１と閉弁側可動子３１との間に配置され、これらの可動子に作用させる電磁力を発生する電磁石４０と、開弁側可動子２１および閉弁側可動子３１にそれぞれ設けられ、これらの可動子に弾性力を作用させるトーションバー２６および３６とを備える。

駆動弁１４は、一方向に延びるステム１１と、ステム１１の先端に形成された傘部１２とから構成されている。ステム１１の周りには、図示しないバルブガイドが設けられている。そのバルブガイドによって、ステム１１は、ステム１１が延びる方向に摺動可能に案内されている。駆動弁１４は、開弁側可動子２１および閉弁側可動子３１の揺動運動を受けて、ステム１１が延びる矢印１０１に示す方向に沿って往復運動する。

駆動弁１４は、排気ポート１６が形成されたシリンダヘッド１８に搭載されている。シリンダヘッド１８の排気ポート１６から燃焼室１７に連通する位置には、バルブシート１９が設けられている。駆動弁１４の往復運動に伴って、傘部１２がバルブシート１９に密着したり、バルブシート１９から離脱することによって、排気ポート１６の開閉が行なわれる。

開弁側可動子２１は、磁性材料から形成されている。開弁側可動子２１は、支持部２３および連結部２２を有し、支持部２３から連結部２２に向けて延びている。支持部２３と連結部２２との間には、互いに反対側に面する表面２１ａおよび２１ｂが形成されている。支持部２３には、開弁側可動子２１の揺動運動の中心となる中心軸２５が規定されている。支持部２３には、中心軸２５に沿って延びるトーションバー２６が接続されている。支持部２３は、トーションバー２６を介して、図示しないディスク支持台に回転自在に支持されている。連結部２２において、傘部１２が形成された先端とは反対側のステム１１の先端が表面２１ａに当接している。

閉弁側可動子３１は、磁性材料から形成されており、開弁側可動子２１の支持部２３、連結部２２、表面２１ａおよび表面２１ｂに対応して、支持部３３、連結部３２、表面３１ａおよび表面３１ｂを有する。表面２１ａと表面３１ａとは、互いに距離を隔てて向い合っている。連結部３２は、カムフォロア等を用いて、ステム１１の中程に回転自在に連結されている。支持部３３には、閉弁側可動子３１の揺動運動の中心となる中心軸３５が規定されている。支持部３３には、中心軸３５に沿って延びるトーションバー３６が接続されている。

開弁側可動子２１を形成する磁性材料の透磁率は、閉弁側可動子３１を形成する磁性材料の透磁率よりも大きい。一般的に、磁性材料は、金属組織を大きく成長させて磁気的特性を向上させるための熱処理が行なわれる（磁気焼鈍）。本実施の形態では、閉弁側可動子３１に対するこの熱処理を省略することによって、開弁側可動子２１の透磁率と閉弁側可動子３１の透磁率との間に差を設ける。この場合、閉弁側可動子３１に対する熱処理の省略によって、製造コストの削減が図られる。なお、透磁率に差を設けるため、開弁側可動子２１と閉弁側可動子３１とを、別の組成からなる磁性材料から形成しても良い。

トーションバー２６により、開弁側可動子２１には、中心軸２５を中心に時計周りに付勢する弾性力が作用している。トーションバー３６により、閉弁側可動子３１には、中心軸３５を中心に反時計周りに付勢する弾性力が作用している。電磁石４０による電磁力が加わっていない状態で、開弁側可動子２１および閉弁側可動子３１は、トーションバー２６および３６の弾性力によって、開弁位置と閉弁位置との間の中間位置に位置決めされる。

開弁側可動子２１と閉弁側可動子３１との間には、図示しないディスク支持台に固定されて電磁石４０が設けられている。電磁石４０は、モノコイルからなるコイル４２と、コイル４２が巻回されたコア部４１とから構成されている。コア部４１は、開弁側可動子２１に向い合って位置する開弁側コア部４１ｐと、閉弁側可動子３１に向い合って位置する閉弁側コア部４１ｑとが組み合わさって形成されている。

開弁側コア部４１ｐおよび閉弁側コア部４１ｑは、それぞれ、ステム１１と平行に延びる軸部４１ｍおよび４１ｎを有する。コイル４２は、まず軸部４１ｍに巻回され、さらに軸部４１ｎに巻回されている。なお、コイル４２の巻回方法は、上記の方法に限定されない。

開弁側コア部４１ｐは、開弁側可動子２１の表面２１ａに向い合う吸着面４１ａを有し、閉弁側コア部４１ｑは、閉弁側可動子３１の表面３１ａに向い合う吸着面４１ｂを有する。開弁側可動子２１および閉弁側可動子３１が、トーションバー２６および３６の弾性力によって中間位置に保持された状態で、表面２１ａと吸着面４１ａとの間の隙間Ｈ１は、表面３１ａと吸着面４１ｂとの間の隙間Ｈ２と等しくなる。

図２は、図１中の電磁石を構成する開弁側コア部を示す斜視図である。図２を参照して、開弁側コア部４１ｐは、磁性材料から形成されており、本実施の形態では、複数の電磁鋼板４４から形成されている。複数の電磁鋼板４４は、開弁側可動子２１が支持部２３から連結部２２に向けて延びる方向に直交する方向（矢印１０２に示す方向）に積層されている。積層された複数の電磁鋼板４４は、溶接やリベット締め等によって互いに固定されている。電磁鋼板４４の表面には、樹脂コーティングが施されており、１枚当たりの厚みは、たとえば０．２ｍｍから０．５ｍｍ程度である。

なお、閉弁側コア部４１ｑも、開弁側コア部４１ｐと同数枚の電磁鋼板４４から形成されている。また、開弁側可動子２１および閉弁側可動子３１は、電磁鋼板以外の磁性材料、たとえば磁性粉末の圧粉体から形成されていても良い。

このような構成により、電磁石４０で発生する電磁力と、トーションバー２６および３６の弾性力とによって、開弁側可動子２１および閉弁側可動子３１を中心軸２５および３５を中心に揺動させ、駆動弁１４を往復運動させる。開弁側可動子２１が電磁石４０の吸着面４１ａに引き寄せられると、ステム１１が下降し、駆動弁１４が開弁位置へと位置決めされる。閉弁側可動子３１が電磁石４０の吸着面４１ｂに引き寄せられると、ステム１１が上昇し、駆動弁１４が閉弁位置へと位置決めされる。

続いて、電磁駆動弁１０の初期駆動時の動作について説明を行なう。電磁駆動弁１０の始動前、開弁側可動子２１および閉弁側可動子３１は、中間位置に保持されている。この状態で、コイル４２に対して図１中に示す方向に流れる電流を供給する。すると、開弁側コア部４１ｐと開弁側可動子２１との間、閉弁側コア部４１ｑと閉弁側可動子３１との間に、それぞれ磁気回路が形成され、開弁側可動子２１および閉弁側可動子３１に矢印２０１および矢印２０２に示す方向に磁束が流れる。これにより、開弁側可動子２１を吸着面４１ａに引き付ける電磁力と、閉弁側可動子３１を吸着面４１ｂに引き寄せる電磁力とが同時に発生する。

この際、相対的に小さい透磁率を有する閉弁側可動子３１よりも、相対的に大きい透磁率を有する開弁側可動子２１で磁束が流れ易くなるため、開弁側可動子２１に流れる磁束の大きさは、閉弁側可動子３１に流れる磁束の大きさよりも大きくなる。このため、開弁側可動子２１に作用する電磁力が、閉弁側可動子３１に作用する電磁力よりも大きくなる。結果、コイル４２への電流供給によって、開弁側可動子２１および閉弁側可動子３１は、トーションバー３６の弾性力に抗して、中間位置から開弁位置に向けて揺動し始める。その後、励磁を繰り返すと、トーションバー２６および３６の自由振動によって開弁側可動子２１および閉弁側可動子３１の振幅は徐々に大きくなり、やがて、開弁側可動子２１および閉弁側可動子３１は、開弁位置と閉弁位置との間で揺動運動し始める。

図３は、閉弁位置から開弁位置に向かって駆動する図１中の電磁駆動弁を示す断面図である。図３を参照して、電磁駆動弁１０の始動後、駆動弁１４が閉弁位置から開弁位置に向けて運動する時、燃焼室１７には、爆発工程によるシリンダ内圧が生じている。このシリンダ内圧は、矢印１１１に示すように傘部１２をバルブシート１９に押圧するように駆動弁１４に作用する。このため、開弁時には、そのシリンダ内圧に打ち勝つだけの引き付け力を、開弁側可動子２１に作用させる必要がある。

これに対して、本実施の形態では、駆動弁１４が閉弁位置から開弁位置に向けて運動する時に、開弁側可動子２１をより大きい電磁力で電磁石４０に引き寄せることができる。このため、コイル４２に供給する電流値を小さく抑えたまま、駆動弁１４を安定して運動させることができ、消費電力の節減を図ることができる。このような効果は、駆動弁１４が排気弁を構成している場合に、初期駆動時、揺動し始める方向と、閉弁位置から開弁位置に向かう方向とが合致すれば得ることができる。

この発明の実施の形態１における電磁駆動弁１０は、回転自在に支持された支持部２３および３３を有し、支持部２３および３３を中心に開弁位置と閉弁位置との間で揺動運動する第１および第２の可動子としての開弁側可動子２１および閉弁側可動子３１と、モノコイルとしてのコイル４２を有し、開弁側可動子２１と閉弁側可動子３１との間に配置された電磁石４０とを備える。開弁側可動子２１および閉弁側可動子３１は、電磁力が作用されていない状態で、開弁位置と閉弁位置との間の中間位置に保持されている。コイル４２への電流供給により、開弁側可動子２１および閉弁側可動子３１に、開弁位置および閉弁位置に運動させる方向の電磁力がそれぞれ作用する。開弁側可動子２１を形成する材料の透磁率と、閉弁側可動子３１を形成する材料の透磁率とが異なる。

このように構成された電磁駆動弁１０によれば、コイル４２がモノコイルにより構成されているにもかかわらず、コイル４２に電流供給するだけで、開弁側可動子２１および閉弁側可動子３１の揺動運動を開始させることができる。これにより、複雑な制御が伴わない容易な初期駆動を実現することができる。また、モノコイルからなるコイル４２を用いることで、開弁用および閉弁用の２つの電磁石を設ける場合と比較して、コストウェイトが高い電磁石の部品点数を１／２に削減できる。また、コイル４２への電流供給のみで良いため、ＥＤＵ（electronic driver unit）に設けられ、コイル１つに対して１つ必要となる回路素子の数を、電磁石と同様、１／２に削減できる。したがって、電磁駆動弁１０の製造コストを大幅に削減することができる。

なお、開弁側可動子２１および閉弁側可動子３１に加えて、開弁側コア部４１ｐを相対的に大きい透磁率を有する磁性材料から形成し、閉弁側コア部４１ｑを相対的に小さい透磁率を有する磁性材料から形成しても良い。この場合、たとえば、溶接やリベット締め等による固定時にコア部４１に生じた歪みを開放するために実施する熱処理（歪み取り焼鈍）を、閉弁側コア部４１ｑで省略すれば良い。

このような構成により、開弁側可動子２１に流れる磁束の大きさと、閉弁側可動子３１に流れる磁束の大きさとの差を、より大きく設定することができる。これにより、初期駆動時、開弁側可動子２１および閉弁側可動子３１を、迅速かつ確実に開弁位置と閉弁位置との間で揺動運動させ始めることができる。

（実施の形態２）
図４は、この発明の実施の形態２における電磁駆動弁を示す断面図である。本実施の形態における電磁駆動弁は、実施の形態１における電磁駆動弁１０と比較して、基本的に同様の構造を備える。以下、重複する構造については説明を繰り返さない。

図４を参照して、本実施の形態では、図１中の閉弁側可動子３１に替えて、開弁側可動子２１と等しい透磁率を有する閉弁側可動子５１が設けられている。閉弁側可動子５１は、表面３１ａに直交する方向の閉弁側可動子５１の長さ、つまり閉弁側可動子５１の厚みＢ２が、表面２１ａに直交する方向の開弁側可動子２１の長さ、つまり開弁側可動子２１の厚みＢ１よりも小さくなるように形成されている。この場合、コイル４２への電流供給時に形成される磁気回路上において、矢印２０１に示す方向に直交する平面で切断した場合の開弁側可動子２１の最小断面積Ａ１は、矢印２０２に示す方向に直交する平面で切断した場合の閉弁側可動子５１の最小断面積Ａ２よりも大きくなる。

磁束（Φ）は、磁束密度（Ｂ）および可動子の断面積（Ａ）を用いて、Φ＝Ｂ×Ａで表わされる。また、断面積の小さい閉弁側可動子５１では、磁束飽和が比較的、生じ易くなる。このため、開弁側可動子２１に流れる磁束が、閉弁側可動子５１に流れる磁束よりも大きくなり、開弁側可動子２１に作用する電磁力が、閉弁側可動子５１に作用する電磁力よりも大きくなる。結果、コイル４２への電流供給によって、開弁側可動子２１および閉弁側可動子３１は、トーションバー３６の弾性力に抗して、中間位置から開弁位置に向けて揺動し始める。

このように構成された、この発明の実施の形態２における電磁駆動弁によれば、実施の形態１に記載の効果と同様の効果を得ることができる。加えて、閉弁側可動子５１の軽量化を図ることで、電磁駆動弁の作動可能な周波数を増大させることができる。これにより、追従できるエンジンの回転数を向上させ、延いては、出力や燃費等のエンジン性能を向上させることができる。

図５は、図４中の電磁駆動弁の変形例に用いられる電磁石のコア部を示す斜視図である。図５を参照して、本変形例では、図４中に示す電磁駆動弁の構成に加えて、開弁側コア部４１ｐを構成する電磁鋼板４４の積層枚数が、閉弁側コア部４１ｑを構成する電磁鋼板４４の積層枚数よりも多くなるようにコア部４１が形成されている。この場合、コイル４２への電流供給時に形成される磁気回路上において、矢印２０１に示す方向に直交する平面で切断した場合の開弁側コア部４１ｐの最小断面積Ａ３が、矢印２０２に示す方向に直交する平面で切断した場合の閉弁側コア部４１ｑの最小断面積Ａ４よりも大きくなる。なお、閉弁側コア部４１ｑの吸着面４１ｂの面積が減少したのに合わせて、中心軸３５が延びる方向に沿った閉弁側可動子５１の長さ、つまり閉弁側可動子５１の幅を小さくしても良い。

このような構成により、開弁側可動子２１に流れる磁束の大きさと、閉弁側可動子５１に流れる磁束の大きさとの差を、より大きく設定することができる。これにより、初期駆動時、開弁側可動子２１および閉弁側可動子５１を、迅速かつ確実に開弁位置と閉弁位置との間で揺動運動させ始めることができる。また、電磁鋼板４４の積層枚数の調整のみによって、コア部の最小断面積を適当に操作できるため、上記効果を容易かつ低コストで得ることができる。

（実施の形態３）
図６は、この発明の実施の形態３における電磁駆動弁の閉弁側可動子を示す斜視図である。本実施の形態における電磁駆動弁は、実施の形態１における電磁駆動弁１０と比較して、基本的に同様の構造を備える。以下、重複する構造については説明を繰り返さない。

図６を参照して、本実施の形態では、図１中の閉弁側可動子３１に替えて、開弁側可動子２１と等しい透磁率を有する閉弁側可動子６１が設けられている。閉弁側可動子６１の表面３１ａには、複数の溝６２が形成されている。複数の溝６２は、中心軸３５が延びる方向に沿って延び、支持部３３から連結部３２に向かって所定の間隔ごとに形成されている。

このような構成により、コイル４２への電流供給時に形成される磁気回路上において、矢印２０１に示す方向に直交する平面で切断した場合の開弁側可動子２１の最小断面積Ａ１は、矢印２０２に示す方向に直交する平面で切断した場合の閉弁側可動子６１の最小断面積Ａ５よりも大きくなる。また、溝６２によって、電磁石４０の吸着面４１ｂと向い合い、電磁力が大きく作用する表面３１ａの面積が減少するため、電磁石４０が閉弁側可動子６１を引き寄せる力を小さくできる。結果、コイル４２への電流供給によって、開弁側可動子２１および閉弁側可動子６１は、トーションバー３６の弾性力に抗して、中間位置から開弁位置に向けて揺動し始める。

図７は、図６中の閉弁側可動子の第１の変形例を示す斜視図である。図７を参照して、本変形例では、表面３１ａに加えて、閉弁側可動子６１の表面３１ｂにも溝６２が形成されている。このような構成により、コイル４２への電流供給時に形成される磁気回路上において、矢印２０２に示す方向に直交する平面で切断した場合の閉弁側可動子６１の最小断面積Ａ６が、上記の最小断面積Ａ５よりもさらに小さくなる。なお、閉弁側可動子６１の表面３１ｂにのみ溝６２が形成されていても良い。

図８は、図６中の閉弁側可動子の第２の変形例を示す斜視図である。図８を参照して、本変形例では、閉弁側可動子６１の表面３１ａに、円形状に凹む複数の孔６４が所定の深さで形成されている。複数の孔６４は、中心軸３５が延びる方向と、支持部３３から連結部３２に向かう方向とに並んで形成されている。なお、孔６４は、表面３１ｂにも形成されていても良く、表面３１ｂにのみ形成されていても良い。また、孔６４は、閉弁側可動子６１を貫通して形成されていても良い。

このように構成された、この発明の実施の形態３における電磁駆動弁によれば、実施の形態１に記載の効果と同様の効果を得ることができる。加えて、本実施の形態では、実施の形態２における閉弁側可動子５１の厚みを小さくする場合と比較して、溝６２や孔６４を設ける位置の自由度が高い。このため、剛性に与える影響が小さくなる位置に溝６２や孔６４を設けることによって、閉弁側可動子６１の耐久性や信頼性を向上させることができる。

（実施の形態４）
図９は、この発明の実施の形態４における電磁駆動弁を示す断面図である。本実施の形態における電磁駆動弁は、実施の形態１における電磁駆動弁１０と比較して、基本的に同様の構造を備える。以下、重複する構造については説明を繰り返さない。

図９を参照して、本実施の形態では、図１中の閉弁側可動子３１に替えて、開弁側可動子２１と等しい透磁率を有する閉弁側可動子６６が設けられている。電磁石４０による電磁力が加わっていない状態で、開弁側可動子２１および閉弁側可動子６６は、トーションバー２６および３６の弾性力により図中の中立位置に位置決めされる。この中立位置は、開弁位置と閉弁位置との間の中間位置よりも、駆動弁１４の往復運動方向に所定の距離だけ開弁位置の方に寄った位置である。

この場合、初期駆動時、開弁側可動子２１の表面２１ａと電磁石４０の吸着面４１ａとの間の隙間Ｈ３は、閉弁側可動子６６の表面３１ａと電磁石４０の吸着面４１ｂとの間の隙間Ｈ４よりも小さくなる。一般的に、電磁力はエアギャップの２乗に反比例する性質を有する。このため、コイル４２に電流供給すると、開弁側可動子２１に作用する電磁力が、閉弁側可動子３１に作用する電磁力よりも大きくなる。結果、コイル４２への電流供給によって、開弁側可動子２１および閉弁側可動子６６は、トーションバー３６の弾性力に抗して、中立位置から開弁位置に向けて揺動し始める。

この発明の実施の形態４における電磁駆動弁では、開弁側可動子２１および閉弁側可動子３１は、電磁力が作用されていない状態で、開弁位置と閉弁位置との間にある中立位置に保持されている。コイル４２への電流供給により、開弁側可動子２１および閉弁側可動子３１を開弁位置および閉弁位置に運動させる方向の電磁力が、それぞれ開弁側可動子２１および閉弁側可動子３１に作用する。中立位置は、開弁位置と閉弁位置との間の中間位置から、開弁位置および閉弁位置のいずれか一方にオフセットされている。

このように構成された、この発明に実施の形態４における電磁駆動弁によれば、実施の形態１に記載の効果と同様の効果を得ることができる。加えて、開弁側可動子２１および閉弁側可動子３１を同一形状に形成することができるため、部品種類を減らし、電磁駆動弁を低コストに構成することができる。

なお、本実施の形態では、駆動弁１４の初期位置が開弁位置と閉弁位置との間の中間位置ではないが、このこと自体は、エンジン性能に影響を与えない。しかしながら、場合によっては、エンジンのピストン頂面に設けるリセス形状を適当に考慮する必要がある。

（実施の形態５）
図１０は、この発明の実施の形態５における電磁駆動弁を示す断面図である。本実施の形態における電磁駆動弁は、実施の形態１における電磁駆動弁１０と比較して、基本的に同様の構造を備える。以下、重複する構造については説明を繰り返さない。

図１０を参照して、本実施の形態では、図１中の閉弁側可動子３１に替えて、開弁側可動子２１と等しい透磁率を有する閉弁側可動子７０が設けられている。開弁側可動子２１には、油圧シリンダ７１が接続されている。油圧シリンダ７１は、油供給路７７を介してオイルパン７５に接続されている。油供給路７７の経路上には、油圧シリンダ７１から近い順に、逆止弁７２、アキュムレータ７３および油圧ポンプ７４が配置されている。油圧ポンプ７４は、エンジンに付随するポンプであって、たとえばオイルポンプやパワーステアリング用ポンプから構成されている。エンジンの稼動時、アキュムレータ７３には、油圧ポンプ７４で発生した油圧が蓄えられる。

初期駆動時、アキュムレータ７３に蓄えられた油圧によって、油圧シリンダ７１が駆動し、開弁側可動子２１を電磁石４０に向けて付勢する。これにより、開弁側可動子２１に作用する開弁位置に向けて運動させる方向の電磁力がアシストされる。結果、開弁側可動子２１および閉弁側可動子７０は、トーションバー３６の弾性力に抗して、中間位置から開弁位置に向けて揺動し始める。

図１１は、図１０中の電磁駆動弁の変形例を示す断面図である。図１１を参照して、本変形例では、閉弁側可動子７０にエアシリンダ８１が接続されている。エアシリンダ８１は、エア供給路８６を介して、エンジンの吸気ポート８４に接続されている。エア供給路８６の経路上には、エアシリンダ８１から近い順に、逆止弁８２およびサージタンク８３が配置されている。エンジンの稼動時、サージタンク８３には、吸気ポート８４で発生する負圧が蓄えられる。

初期駆動時、サージタンク８３に蓄えられた負圧によって、エアシリンダ８１が駆動し、閉弁側可動子７０を電磁石４０に向けて付勢する。これにより、閉弁位置に向けて運動させる電磁力の方向とは反対方向の力が閉弁側可動子７０に作用する。結果、開弁側可動子２１および閉弁側可動子７０は、トーションバー３６の弾性力に抗して、中間位置から開弁位置に向けて揺動し始める。

このように構成された、この発明の実施の形態５における電磁駆動弁によれば、実施の形態１に記載の効果と同様の効果を得ることができる。また、エンジンで発生する油圧や負圧を利用することで、新たなパワー源を設ける必要がなくなり、電磁駆動弁を簡易な構成とできる。また、電磁石４０での消費電力を低減させることができ、発熱も小さくなるため、電磁石４０の冷却が不要となる可能性もある。

なお、図１０中の油圧ポンプ７４は、電磁駆動弁の初期駆動用のため、エンジンに付随するポンプとは別に設けられていても良い。また、図１１中のエア供給路８６は、吸気ポート８４に替えて、電磁駆動弁の初期駆動用に設けられた負圧ポンプに接続されていても良い。また、油圧シリンダ７１もしくはエアシリンダ８１によって可動子を付勢する方向は、結果的に、開弁側可動子２１および閉弁側可動子７０を中間位置から閉弁位置に向けて揺動させる方向であっても良い。

また、本実施の形態における電磁駆動弁は、可動子と、可動子の上下にそれぞれ配置された閉弁用コア部および開弁用コア部を有し、これらのコア部にモノコイルが巻回されて形成された電磁石とを備える回転駆動式の電磁駆動弁であっても良い。

なお、実施の形態１から５に説明した電磁駆動弁の構造を適宜、組み合わせて、新たな電磁駆動弁を構成しても良い。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態１における電磁駆動弁を示す断面図である。 図１中の電磁石を構成する開弁側コア部を示す斜視図である。 閉弁位置から開弁位置に向かって駆動する図１中の電磁駆動弁を示す断面図である。 この発明の実施の形態２における電磁駆動弁を示す断面図である。 図４中の電磁駆動弁の変形例に用いられる電磁石のコア部を示す斜視図である。 この発明の実施の形態３における電磁駆動弁の閉弁側可動子を示す斜視図である。 図６中の閉弁側可動子の第１の変形例を示す斜視図である。 図６中の閉弁側可動子の第２の変形例を示す斜視図である。 この発明の実施の形態４における電磁駆動弁を示す断面図である。 この発明の実施の形態５における電磁駆動弁を示す断面図である。 図１０中の電磁駆動弁の変形例を示す断面図である。

符号の説明

１０ 電磁駆動弁、１４ 駆動弁、１６ 排気ポート、１７ 燃焼室、２１ 開弁側可動子、２１ａ，３１ａ 表面、２３，３３ 支持部、３１，５１，６１，６６，７０ 閉弁側可動子、４０ 電磁石、４１ａ，４１ｂ 吸着面、４１ｐ 開弁側コア部、４１ｑ 閉弁側コア部、４２ コイル、７１ 油圧シリンダ、８１ エアシリンダ。

Claims (10)

1. 回転自在に支持された支持部を有し、前記支持部を中心に開弁位置と閉弁位置との間で揺動運動する第１および第２の可動子と、
   モノコイルを有し、前記第１の可動子と前記第２の可動子との間に配置された電磁石とを備え、
   前記第１および第２の可動子は、電磁力が作用されていない状態で、前記開弁位置と前記閉弁位置との間の中間位置に保持されており、前記モノコイルへの電流供給により、前記第１および第２の可動子に、前記開弁位置および前記閉弁位置に運動させる方向の電磁力がそれぞれ作用し、
   前記第１の可動子を形成する材料の透磁率と、前記第２の可動子を形成する材料の透磁率とが異なる、電磁駆動弁。
2. 前記電磁石は、前記モノコイルが巻回され、前記第１および第２の可動子のそれぞれとの間で磁束が流れる第１および第２のコア部をさらに有し、
   前記第１の可動子を形成する材料の透磁率が、前記第２の可動子を形成する材料の透磁率よりも大きい場合、前記第１のコア部を形成する材料の透磁率は、前記第２のコア部を形成する材料の透磁率よりも大きく、
   前記第１の可動子を形成する材料の透磁率が、前記第２の可動子を形成する材料の透磁率よりも小さい場合、前記第１のコア部を形成する材料の透磁率は、前記第２のコア部を形成する材料の透磁率よりも小さい、請求項１に記載の電磁駆動弁。
3. 電磁駆動弁は、内燃機関に搭載され、燃焼室と排気ポートとの間の開閉に用いられており、
   前記第１および第２の可動子に連結され、前記第１および第２の可動子の閉弁位置から開弁位置への運動に伴って、燃焼室と排気ポートとの間を遮蔽する位置から燃焼室内へと移動する駆動弁をさらに備え、
   前記第１の可動子を形成する材料の透磁率は、前記第２の可動子を形成する材料の透磁率よりも大きい、請求項１または２に記載の電磁駆動弁。
4. 回転自在に支持された支持部を有し、前記支持部を中心に開弁位置と閉弁位置との間で揺動運動する第１および第２の可動子と、
   モノコイルを有し、前記第１の可動子と前記第２の可動子との間に配置された電磁石とを備え、
   前記第１および第２の可動子は、電磁力が作用されていない状態で、前記開弁位置と前記閉弁位置との間の中間位置に保持されており、前記モノコイルへの電流供給により、前記第１および第２の可動子に磁束が流れて、前記第１および第２の可動子に、前記開弁位置および前記閉弁位置に運動させる方向の電磁力がそれぞれ作用し、
   前記第１の可動子と前記第２の可動子とは、前記磁束が通る磁気回路上で互いに異なる形状を有する、電磁駆動弁。
5. 前記磁束が流れる方向の直交平面で前記第１および第２の可動子を切断した場合に、前記磁束が通る磁気回路上の前記第１の可動子の最小断面積と、前記磁束が通る磁気回路上の前記第２の可動子の最小断面積とが異なる、請求項４に記載の電磁駆動弁。
6. 前記第１および第２の可動子は、それぞれ、前記電磁石に向い合って同一平面上で延在し、電磁力が作用する第１および第２の表面をさらに有し、
   前記第１の表面の面積と前記第２の表面の面積とが異なる、請求項５に記載の電磁駆動弁。
7. 前記電磁石は、それぞれ、前記第１および第２の表面に向い合って同一平面上で延在し、前記第１および第２の可動子を引き寄せる第１および第２の吸着面をさらに有し、
   前記第１の表面の面積が前記第２の表面の面積よりも大きい場合、前記第１の吸着面の面積は前記第２の吸着面の面積よりも大きく、前記第１の表面の面積が前記第２の表面の面積よりも小さい場合、前記第１の吸着面の面積は前記第２の吸着面の面積よりも小さい、請求項６に記載の電磁駆動弁。
8. 電磁駆動弁は、内燃機関に搭載され、燃焼室と排気ポートとの間の開閉に用いられており、
   前記第１および第２の可動子に連結され、前記第１および第２の可動子の閉弁位置から開弁位置への運動に伴って、燃焼室と排気ポートとの間を遮蔽する位置から燃焼室内へと移動する駆動弁をさらに備え、
   前記磁束が流れる方向の直交平面で前記第１および第２の可動子を切断した場合に、前記磁束が通る磁気回路上の前記第１の可動子の最小断面積は、前記磁束が通る磁気回路上の前記第２の可動子の最小断面積よりも大きい、請求項４から７のいずれか１項に記載の電磁駆動弁。
9. 回転自在に支持された支持部を有し、前記支持部を中心に開弁位置と閉弁位置との間で揺動運動する可動子と、
   モノコイルを有し、前記可動子に電磁力を作用させる電磁石とを備え、
   前記可動子は、前記電磁力が作用されていない状態で、前記開弁位置と前記閉弁位置との間の中間位置に保持されており、前記モノコイルへの電流供給により、前記可動子に、前記開弁位置および前記閉弁位置に運動させる方向の電磁力が作用し、
   前記中間位置に保持された前記可動子に、前記開弁位置および前記閉弁位置のいずれか一方に運動させる方向の力を作用させるアクチュエータをさらに備える、電磁駆動弁。
10. 電磁駆動弁は、内燃機関に搭載されており、
    前記アクチュエータは、前記内燃機関の駆動時に発生する動力によって駆動する、請求項９に記載の電磁駆動弁。

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