JP2015070246A - 電磁アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 アーマチャへの吸引力の減少を防止しつつアーマチャを軽量化し、アーマチャを高速移動可能とする。【解決手段】 本体２に収容したコイル２４によりアーマチャ１４を吸引する。アーマチャ１４と一体的に弁部１６を形成してある。コイル２４の内側に内円筒状部２６ａを設け、内円筒状部２６ａと間隙を空けて、コイル２４のアーマチャ１４側に磁束集中部材２８を配置してある。アーマチャ１４のコイル２４側端面における磁束が他の場所よりも少ない場所に、切欠４４を形成してある。【選択図】 図１

Description

本発明は、電磁アクチュエータに関し、例えばコモンレールシステムにおける燃料噴射弁に使用されるものに関する。

コモンレールシステムに使用される電磁アクチュエータの一例が、特許文献１に開示されている。この電磁アクチュエータでは、本体内に内円筒状部と外円筒状部とが間隔をおいて配置され、これらの間にコイルが巻回されている。内円筒状部及び外円筒状部共に磁性部材である。コイルによって吸引されるアーマチャが、内円筒状部と間隔を空けて配置され、コイルが通電されたとき、この間隙を狭めるように吸引される。アーマチャには、一体的に弁部が形成され、アーマチャが吸引されたとき、弁部が弁座を開く。内円筒状部材と間隔を空けて、前記コイルのアーマチャ側に磁束集中部材が、内円筒状部と間隙を空けて配置されている。アーマチャと内円筒状部との間隙よりも、内円筒状部と磁束集中部材との間隙が大きく形成されている。

特開２０１３−７２４９８号公報

特許文献１の技術によれば、内円筒状部と磁束集中部材との間の間隙が、アーマチャと内円筒状部との間の間隙よりも大きいので、コイルが励磁されたときにコイルに発生した磁束のうち、磁束集中部材を通過した磁束は、内円筒状部と磁束集中部材との間の間隙を介して内円筒状部に殆ど入らず、アーマチャに入り、アーマチャから内円筒状部に入る。その結果、アーマチャに入る磁束が増加し、良好にアーマチャが磁化されて、アーマチャは高速に内円筒状部側に移動し、アーマチャに設けられた作動部も高速に移動する。

アーマチャを高速に移動させることを考えた場合、アーマチャに入る磁束の強化による吸引力の増加の他に、アーマチャ自体を軽量化することも考えられる。特許文献１では、アーマチャのうち磁束が余り通過しない部分に貫通孔を設けて軽量化を図っている。これは、アーマチャに入る磁束の減少を防止して、吸引力が低下するのを防止するためであるが、アーマチャの磁束が通過する部分でも、吸引力の減少を招くことなく、軽量化を図ることが望ましい。

本発明は、アーマチャへの吸引力の減少を防止しつつ、アーマチャを軽量化し、アーマチャを高速移動可能とした電磁アクチュエータを提供することを目的とする。

本発明の一態様による電磁アクチュエータは、本体を有している。この本体内にコイルが収容されている。このコイルにより吸引されるアーマチャが本体内に配置されている。アーマチャには、作動部が一体に形成されている。前記コイルの内側に第１磁性部材が配置されている。第１磁性部材にコイルが巻回されることが望ましい。また、第１磁性部材は、アーマチャとの間に間隙を空けて配置されることが望ましい。第１の磁性部材と間隙を空けて、コイルのアーマチャ側に第２磁性部材が配置されている。第１及び第２磁性部材は、コイルが励磁されて磁束を発生したとき、その磁束によって磁化されるものである。前記アーマチャのコイル側端面において磁束が他の場所よりも少ない場所に、切欠が形成されている。切欠の形状は、種々の形状とすることができ、例えばアーマチャのコイル側端面に描くことができる多角形、円、楕円等の図形の輪郭上に位置する１つのものとすることができるし、このような輪郭上の切欠を複数形成することもできる。また、輪郭上に間隔を空けて切欠を複数設けることもできる。

このように構成した電磁アクチュエータでは、コイルが励磁されたとき、コイルが発生した磁束のうち第２の磁性部材を通ったものは、第１及び第２磁性部材が間隙を空けて配置されているので、間隙部分よりも透磁率の大きいアーマチャ側を通り、その後に第１磁性部材を通ってコイルに戻る。従って、アーマチャが良好に磁化されて、コイル側に移動し、作動部も動作する。このとき、アーマチャのコイル側端面に切欠が形成されているので、アーマチャの軽量化が図られており、アーマチャが高速に移動する。しかも、切欠は、アーマチャのコイル側端面に形成されているので、コイルからの磁束が、アーマチャにおける他の場所の磁束よりも少ないので、切欠が形成されていても、アーマチャに入る磁束の減少はごく僅かであり、吸引力の低下を抑えることができ、電磁アクチュエータの高速化に切欠の形成は影響しない。

前記切欠を、第２磁性部材と第１磁性部材との間で、アーマチャの表層部に形成することもできる。この表層部は、磁束が少ない第１磁性部材と第２磁性部材との間隙に近い位置であるので、アーマチャの他の部分と比較して、コイルからの磁束が少なく、この表層部に切欠を形成しても、吸引力への影響が少ない。

切欠を円周状に形成することもできる。円周状に形成した場合、その周長は、円周の内部に形成する多角形等の形状の周長よりも長くすることができ、軽量化を図ることができる。

前記切欠を、前記アーマチャに形成された貫通孔または前記アーマチャの側部に繋がる切り込みに連通させることもできる。貫通孔や切り込みは、アーマチャのコイル側の端面から、これとは反対側の端面まで通じている。このように構成すると、アーマチャとコイルとの間に介在する流体、例えば油を、アーマチャのコイル端面側に形成した切欠から、貫通孔またはアーマチャの側部に繋がる切り込みを通じてアーマチャの外部に流すことができるので、即ち、アーマチャとコイルとの間にある流体を抜くことができるので、流体の抵抗を減少させることができ、アーマチャの速度を向上させることができ、開弁速度を上げることができる。

以上のように、本発明によれば、吸引力の低下を防止しつつ、アーマチャの軽量化を図ることができ、電磁アクチュエータの高速化を図ることができる。

本発明の１実施形態の電磁アクチュエータの部分破断正面図である。 図１の電磁アクチュエータで使用しているアーマチャの平面図である。 図１の部分拡大図である。

本発明の１実施形態の電磁アクチュエータは、コモンレールシステムにおいて使用される燃料噴射弁に設けられている。燃料噴射弁は、燃料の噴射口がノズルによって閉じられており、この閉じた状態を維持するために高圧通路内の高圧流体、例えば高圧油によってノズルを噴射口に押圧している。燃料を噴射させる場合、本実施形態の電磁アクチュエータによって高圧通路内の高圧油を低圧通路に流し、燃料噴射口を閉じているノズルへの押圧力を解除して、ノズルを上昇させ、燃料噴射口から高圧燃料をディーゼルエンジンのシリンダに供給する。

この電磁アクチュエータでは、図１に示すように、本体部２を有している。この本体部２は、ベース部２ａ、胴部２ｂ、結合部２ｃ及び頭部２ｄ等からなる。ベース部２ａの上面中央には、低圧通路４となる凹所が形成されており、この低圧通路４に弁座形成部６が配置されている。弁座形成部６はブロック状に形成され、その一端面、図１では、上端面の中央に弁座８が形成されている。弁座８には高圧通路を介して高圧油が供給されている。高圧通路は、弁座形成部６内に形成されており、弁座８側からオリフィス１０、流出通路１２の順に形成されている。この高圧通路から高圧油を弁座８を介して低圧通路４に流すことによって、上述したようにニードルが上昇し、燃料噴射口から高圧燃料がディーゼルエンジンのシリンダに供給される。なお、低圧通路４は図示していない通路を介して本体２の外部に排出される。

弁座８には、アーマチャ１４に形成した作動部、例えば弁部１６が着座して、弁座８を閉弁している。このアーマチャ１４を図１における上方に上昇させることによって、弁座８が開弁され、上述したようにニードルが上昇し、燃料噴射口から高圧燃料がディーゼルエンジンのシリンダに供給される。

アーマチャ１４は、図２に示すように、中央に高強度部１８を有している。高強度部１８は、円板状の比較的強度が高い高強度材、例えばスチール鋼またはチタン等で構成されている。この高強度部１８には、被ガイド部、例えば貫通孔２０が穿設されている。貫通孔２０は、図１における上下方向に高強度部１８を貫通している。複数、例えば４つの貫通孔２０が、高強度部１８の円周方向に、間隔をおいて例えば９０度間隔に同一円周状に形成されている。この高強度部１８の周囲に、磁性部材２２が形成されている。磁性部材２２は、磁性材料、例えば圧粉材料性の環状体で、高強度部１８の外周面に、磁性部材２２の内周面が接触するように、高強度部１８と一体に嵌め込まれている。

本体部２におけるアーマチャ１４の上部には、コイル２４が配置されている。コイル２４は、コア２６に巻回され、このコア２６がステータとして機能する。コア２６は、その中央に第１磁性部材、例えば内円筒状部２６ａを有している。この内円筒状部２６ａは、アーマチャ１４の磁性部材２２の内周縁近傍に位置している。この内円筒状部２６ａから離れて本体部２の胴部２ｂに近い位置に、外円筒状部２６ｂが位置している。これら内円筒状部２６ａと外円筒状部２６ｂとは、アーマチャ１４と反対側において（図１の上側において）円板状の連結部２６ｃによって結合されている。両円筒状部２６ａ、２６ｂの間に形成された環状空間に、コイル２４が配置されている。アーマチャ１４と内円筒状部２６ａとの間には、図３に拡大して示すように隙間が形成されている。

外円筒状部２６ｂは、内円筒状部２６ａよりも短く、外円筒状部２６ｂのアーマチャ１４側の端部とアーマチャ１４との間には、内円筒状部２６ａとアーマチャ１４との間の空間よりも大きい空間が存在する。この外円筒状部２６ｂのアーマチャ１４側の端部に接して、内円筒状部２６ａの近傍まで、第２磁束部材、例えば環状の磁束集中部材２８が配置されている。この磁束集中部材２８の内周面と、内側円筒状部２６ａの外周面との間には、隙間が形成されている。この隙間は、アーマチャ１４と内円筒状部２６ａとの間に形成されている隙間よりも大きい。

磁束集中部材２８の内周面におけるコイル２４に近い角（図１における磁束集中部材２８の上側内周面）は面取りされ、この面取り部分の内円筒状部２６ａとの間の間隙は、磁束集中部材２８のアーマチャ１４側（図１における磁束集中部材２８の下側内周面）における内円筒状部２６ａとの間の間隙よりも大きく、コイル２４に近い位置で最も大きく、アーマチャ１４側に向かうに従って徐々に小さくなり、磁束集中部材２８のアーマチャ側における間隙と等しい間隙となる。コイル２４に近く比較的磁力の大きい部分での磁束集中部材２８と内円筒状部２６ａとの間隙を大きくしているので、コイル２４の近傍で磁束集中部材２８から直接に内円筒状部２６ａに向かう磁束を粗にすることができる。

アーマチャ１４の外周部分は、磁束集中部材２８の内周面よりも外側の位置まで伸びているが、外側円筒状部２６ｂまで伸びていない。即ち、アーマチャ１４の一部と磁束集中部材１４の一部とが重なりあっている。また、内円筒状部２６ａのアーマチャ１４側の端部（図１における円筒状部２６ａの下端）は、アーマチャ１４の磁性部材２２の上方に位置しており、高強度部１８の上方には位置していない。

アーマチャ１４の４つの貫通孔２０のうち所定のもの、例えば高強度部１８の中心を挟んで対向する２つの貫通孔２０には、ガイド例えばガイドピン３０がそれぞれ挿通され、それらの一端は、弁座形成部６のアーマチャ１４側に形成した凹所に固定されている。このガイドピン３０に案内されて、アーマチャ１４は、コイル２４側と弁座形成部６側との間を摺動可能である。

アーマチャ１４の高強度部１８のコイル２４側の面には、弾性手段、例えばコイルバネ３２の一端が接触している。このコイルバネ３２の他端はバネ受け３６に接触している。バネ受け３６は、内円筒状部２６ａの内側に配置された円筒状部３４の内奥（図１における上方）に配置されている。この円筒状部３４は本体２の頭部２ｄに連なっている。このコイルバネ３２は、アーマチャ１４を弁座形成部６側に押圧し、弁部１６によって弁座８を閉弁させている。後述するように、コイル２４に通電されて、アーマチャ１４がコア２６側に移動した時、コイルバネ３２は圧縮され、コイル２４への通電が立たれたとき、その圧縮状態から元の状態に急速に復帰することによって、アーマチャ１４が急速に弁座形成部６側に移動し、弁部１６に弁座８を急速に閉弁させる。このコイルバネ３２の内側には、アーマチャ１４のストッパとして機能する円筒状部３４が設けられており、これは本体２の頭部２ｄから突出している。

アーマチャ１４の高強度部１８に穿設された４つの貫通孔２０のうち、ガイドピン３０が挿通されていないものは、コイル２４側と弁座形成部６側との間が貫通しているので、低圧通路４内のコイル２４側と弁座形成部６側との間に介在する油を、貫通孔２０を介して弁座形成部６側に流すことができ、アーマチャ１４のコイル２４側への移動が油の粘性によって阻害されることを軽減できる。

この油の流通を更に改善するために、図２に示すように、磁性部材２２の外周縁から高強度部１８の外縁まで半径方向に沿って伸びた切り込み４０と、磁性部材２２の外周縁から高強度部１８の外縁まで到達せずに磁性部材２２の途中まで半径方向に沿って伸びた切り込み４２とが、それぞれ複数形成されている。これら切り込み４０、４２は、いずれもアーマチャ１４側の面とコイル２４側の面との間を貫通したものである。これら切り込み４０、４２は、等角度にかつ交互に形成されている。これら切り込み４０、４２や貫通孔２０もアーマチャ１４を軽量化している。

さらに、アーマチャ１４を軽量化するために、アーマチャ１４におけるコイル２４側の面に切欠４４が形成されている。切欠４４は、アーマチャ１４のコイル２４側の面に、アーマチャ１４の中心と同心に描いた例えば円上を所定の深さに削除して形成した円環状のものである。この切欠４４は、上述した切り込み４０、４２と交差して連通している。しかも、この切欠４４は、コイル２４の通電によって発生する磁束が少ない場所、例えば内円筒状部２６ａと磁束集中部材２８との間にある隙間に対応する位置に形成されている。

このように構成された電磁アクチュエータでは、図１に示すようにコイルバネ３２の押圧力によってアーマチャ１４の弁部１６が弁座８を閉弁している状態において、コイル２４に通電すると、コイル２４が磁束を発生する。この磁束は、図３に拡大して破線で示すように、外円筒状部２６ｂ、磁束集中部材２８、アーマチャ１４の磁性部材２２、内円筒状部２６ａ、連結部２６ｃの間に集中して密となる。

従って、コイル２４が通電されたとき、コイル２４が発生する磁束は、効率的にアーマチャ１４を通過して、アーマチャ１４は効率的に磁化され、コア２６に高速に吸引され、弁部１６が弁座８を高速に開弁する。しかも、アーマチャ１４には、上述したように切欠４４が形成されているので、軽量化されており、さらにアーマチャ１４の高速な移動を促進する。この切欠４４は、上述した位置に形成されており、この位置は、磁束集中部材２８と内円筒状部２６ａとの間の隙間に近いので、切欠４４の形成位置でも磁束は粗であり、切欠４４を形成したことによるアーマチャ１４に対する吸引力の減少は、ごく僅かで、殆ど影響は無い。このように、上記切欠４４は、吸引力の減少を抑えつつアーマチャ１４を軽量化できるとともにアーマチャ１４とコイル２４との間にある流体を効率よく抜くことでアーマチャ１４の高速な移動を可能にする。

上記の実施形態では、コモンレールシステムの燃料噴射弁のノズル開閉用の電磁アクチュエータに、この発明を実施したが、これに限ったものでなく、弁を開くことによって流体を流す構成のアクチュエータであれば、燃料噴射弁のノズル開閉用以外の電磁アクチュエータにも使用することができるし、弁以外の作動部、例えばアーマチャ１４のステータ２６側への移動に従って、接点を開または閉するような構成とすることもできる。

上記の実施形態では、切欠４４は円環状のものを使用したが、これに限ったものではなく、多角形状のものや楕円状のものを使用することもできる。また、切欠４４は１つだけ設けたが、複数設けることもできる。また、切欠４４は、磁性部材２２のコイル２４側の面を連続して環状に削除したものとしたが、磁性部材２２のコイル側の面に描いた環上を間隔をおいて複数削除するように構成することもできる。また、上記の実施形態では、磁性部材２２には切り込み４０、４２を設けたが、いずれか一方のみを設けることもできる。また、これら切り込み４０、４２に代えて、貫通孔２０と同様にコイル２４側の面と弁座形成部６側の面との間を貫通する貫通孔を、磁性部材２２に形成することもできる。

２ 本体
１４ アーマチャ
１６ 弁部（作動部）
２６ａ 内円筒状部（第１磁性部材）
２８ 磁束集中部材（第２磁性部材）
４４ 切欠

Claims (4)

1. 本体と、
   この本体に収容されたコイルと、
   このコイルにより吸引されるアーマチャと、
   このアーマチャと一体的に形成された作動部と、
   前記コイルの内側に配置された第１磁性部材と、
   第１の磁性部材と間隙を空けて、前記コイルの前記アーマチャ側に配置された第２磁性部材とを、
   備えた電磁アクチュエータにおいて、
   前記アーマチャのコイル側端面における磁束が他の場所よりも少ない場所に、切欠を形成したことを特徴とする電磁アクチュエータ。
2. 請求項１記載の電磁アクチュエータにおいて、前記切欠は、第２磁性部材と第１磁性部材との間で、前記アーマチャの表層部に形成されていることを特徴とする電磁アクチュエータ。
3. 請求項１または２記載の電磁アクチュエータにおいて、前記切欠は、円周状の溝であることを特徴とする電磁アクチュエータ。
4. 請求項３記載の電磁アクチュエータにおいて、前記切欠は、前記アーマチャに形成された貫通項または前記アーマチャの側部に繋がる切り込みに、連通していることを特徴とする電磁アクチュエータ。

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