JP4124183B2 - 電磁駆動弁およびその制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、一般的には、電磁駆動弁およびその制御方法に関し、より特定的には、内燃機関に用いられる回転駆動式の電磁駆動弁およびその制御方法に関する。

従来の電磁駆動弁に関して、たとえば、特開平１１−３５０９２９号公報には、アーマチャを確実に電磁石に吸引させつつ、消費電力の低減を図ることを目的とした、並進駆動式と呼ばれる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、弁体と一体に形成された弁軸を備える。

弁軸には、弁軸の径方向に突出する鍔状のアーマチャが形成されており、そのアーマチャを挟むように、第１電磁石および第２電磁石が配置されている。電磁駆動バルブは、さらに、弁軸の軸方向に直列に配置された、弁体を閉弁方向に付勢するロアスプリングと、弁体を開弁方向に付勢するアッパスプリングとを備える。並進駆動式では、第１電磁石および第２電磁石で発生する電磁力と、ロアスプリングおよびアッパスプリングの弾性力とが、弁軸に直接、作用し、これによって弁軸が、開弁位置と閉弁位置との間で往復運動する。第１電磁石および第２電磁石を構成するコアには、大きい電磁力を発生させるためのアシスト磁石が配設されている。

また、特開平４−２７６１０６号公報には、電磁バルブを効率良く駆動す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２）。特許文献２に開示された電磁駆動バルブも、特許文献１に開示された電磁駆動バルブと同様に、並進駆動式である。電磁駆動バルブは、電磁力によって電磁バルブを駆動する動弁機構を備える。その動弁機構を構成するヨークには、永久磁石部が設けられている。
特開平１１−３５０９２９号公報 特開平４−２７６１０６号公報

特許文献１に開示された並進駆動式の電磁駆動バルブでは、第１電磁石と第２電磁石との間に隙間が形成されており、その隙間で、アーマチャが、第１および第２電磁石に交互に引き寄せられながら往復運動する。したがって、開弁位置と閉弁位置とを除いて、アーマチャと電磁石との間は、一様に離れた状態となっている。しかしながら、電磁力は、電磁石との間が狭い位置で、より大きく作用する。このため、特許文献１に開示された電磁駆動バルブでは、十分に大きい電磁力をアーマチャに作用させることができず、大きな駆動力が得られないという問題が発生する。また、このような問題は、同様に並進駆動式である特許文献２に開示された電磁駆動バルブでも発生する。

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、十分に大きい駆動力が得られる電磁駆動弁およびその制御方法を提供することである。

この発明に従った電磁駆動弁は、弁軸を有する駆動弁と、磁性材料から形成されたアーム部を有し、弁軸に連結された一方端から支持部材に揺動自在に支持された他方端に向けて延びる揺動部材と、電磁石とを備える。電磁石は、アーム部に向い合って設けられたコアと、そのコアに旋回されたコイルとを有する。揺動部材に電磁力を作用させるためコイルに電流を流した時に、電磁石は、コアとアーム部とを通る磁気回路を形成する。電磁駆動弁は、さらに、磁気回路に沿った磁軸を有し、磁気回路に流れる磁束に作用するように設けられた永久磁石を備える。揺動部材は、互いに間隔を隔てて設けられた第１揺動部材および第２揺動部材を含む。電磁石は、第１揺動部材と第２揺動部材との間に配置されている。磁気回路は、コアと第１揺動部材のアーム部とを通る第１磁気回路と、コアと第２揺動部材のアーム部とを通る第２磁気回路とを含む。永久磁石は、第１磁気回路および第２磁気回路のいずれか一方に流れる磁束を強め、かつ第１磁気回路および第２磁気回路のいずれか他方に流れる磁束を弱めるように配置されている。揺動部材は、電磁石から作用された電磁力により、他方端を支点に揺動する。一方端を介して揺動部材の揺動運動を受けた駆動弁が、弁軸の延びる方向に沿って往復運動する。

このように構成された電磁駆動弁によれば、永久磁石内の磁束の方向と磁気回路に流れる磁束の方向とが、同じ方向であれば、磁気回路に流れる磁束が強められ、反対方向であれば、磁気回路に流れる磁束が弱められる。このため、コイルに流す電流の方向を適当に選択することによって、揺動部材の揺動運動が助長されるように、作用させる電磁力の大きさを制御することができる。加えて、本発明では、電磁駆動弁の駆動方式に、揺動部材の揺動運動を介して駆動弁を往復運動させる方式（以下、回転駆動式とも呼ぶ）が用いられている。この場合、弁軸に連結された一方端の近くと比較して、支持部材に揺動自在に支持された他方端の近くでは、アーム部と電磁石との間の距離が、揺動部材の揺動位置にかかわらず常時、狭くなる。このため、揺動部材により大きい電磁力を作用させることができる。したがって、このような回転駆動式の電磁駆動弁に上述の永久磁石を設けることによって、十分に大きい駆動力を得ることができる。

また好ましくは、永久磁石は、コアに設けられている。このように構成された電磁駆動弁によれば、永久磁石内に形成されている磁束を磁気回路に流れる磁束に、より効果的に作用させることができる。

また好ましくは、永久磁石は、コアとコイルとの間に設けられている。このように構成された電磁駆動弁によれば、永久磁石を設けるためにコアを分割する必要がない。これにより、電磁石の構成を簡易化することができる。

また好ましくは、永久磁石は、コアに内蔵されている。コアは、永久磁石によって磁気回路上で分割されている。このように構成された電磁駆動弁によれば、磁気回路に流れる磁束を、確実に永久磁石を通過させることができる。これにより、永久磁石内に形成されている磁束を磁気回路に流れる磁束に、さらに効果的に作用させることができる。
また好ましくは、コイルは、第１揺動部材のアーム部に向い合う第１コイルと、第２揺動部材のアーム部に向い合う第２コイルとを含む。
この発明に従った電磁駆動弁の制御方法は、弁軸を有する駆動弁と、揺動部材と、電磁石と、永久磁石とを備える電磁駆動弁の制御方法である。揺動部材は、互いに間隔を隔てて設けられた第１揺動部材および第２揺動部材を含む。揺動部材は、弁軸に連結される。揺動部材は、第１位置と第２位置との間で揺動することによって、駆動弁を弁軸の延びる方向に沿って往復運動させる。電磁石は、第１揺動部材と第２揺動部材との間に配置されている。電磁石は、揺動部材に電磁力を作用させるため第１揺動部材および第２揺動部材をそれぞれ通る第１磁気回路および第２磁気回路を形成する。永久磁石は、第１磁気回路および第２磁気回路のいずれか一方に流れる磁束を強め、かつ第１磁気回路および第２磁気回路のいずれか他方に流れる磁束を弱めるように配置されている。電磁駆動弁の制御方法は、電磁石への電流供給を停止することによって、第１位置にある揺動部材を第２位置に向けて始動させる第１工程と、第１工程の後、揺動部材が第１位置と第２位置との中間位置に到達する前に、電磁石への電流供給を開始する第２工程とを備える。
また好ましくは、第１位置は、駆動弁の開弁側の揺動端であり、第２位置は、駆動弁の閉弁側の揺動端である。
また好ましくは、第１位置は、駆動弁の閉弁側の揺動端であり、第２位置は、駆動弁の開弁側の揺動端である。

以上説明したように、この発明に従えば、十分に大きい駆動力が得られる電磁駆動弁およびその制御方法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、以下に説明する図面では、同一またはそれに相当する部材には同じ参照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機関バルブ（吸気弁または排気弁）を構成している。本実施の形態では、電磁駆動弁が吸気弁を構成している場合について説明を行なうが、排気弁を構成する場合であっても、電磁駆動弁は、同様の構造を備える。

図１を参照して、電磁駆動弁１０は、回転駆動式の電磁駆動弁であり、その運動機構には、並行リンク機構が適用されている。

電磁駆動弁１０は、一方向に延びるステム１２を有する駆動弁１４と、ステム１２の異なる位置に連結され、作用された電磁力および弾性力によって揺動するロアディスク２０およびアッパディスク３０と、その電磁力を発生する開閉兼用電磁石６０（以下、たんに電磁石６０とも呼ぶ）と、ロアディスク２０およびアッパディスク３０にそれぞれ設けられ、これらのディスクに弾性力を作用させるロアトーションバー２６およびアッパトーションバー３６とを備える。電磁石６０には、永久磁石７１および７２が内蔵されている。駆動弁１４は、ロアディスク２０およびアッパディスク３０の揺動運動を受けて、ステム１２が延びる方向（矢印１０３に示す方向）に往復運動する。

駆動弁１４は、吸気ポート１７が形成されたシリンダヘッド４１に搭載されている。シリンダヘッド４１の吸気ポート１７から図示しない燃焼室に連通する位置には、バルブシート４２が設けられている。駆動弁１４は、さらに、ステム１２の先端に形成された傘部１３を有する。駆動弁１４の往復運動に伴って、傘部１３がバルブシート４２に密着したり、バルブシート４２から離脱することによって、吸気ポート１７の開閉が行なわれる。つまり、ステム１２が上昇することによって、駆動弁１４が閉弁位置へと位置決めされ、ステム１２が下降することによって、駆動弁１４が開弁位置へと位置決めされる。

ステム１２は、傘部１３から連続する下部ステム１２ｍと、ラッシュアジャスタ１６を介して下部ステム１２ｍに接続された上部ステム１２ｎとから構成されている。ラッシュアジャスタ１６は、上部ステム１２ｎと下部ステム１２ｍとの間で緩衝部材として機能し、縮みやすく伸びにくい特性を有する。ラッシュアジャスタ１６は、閉弁位置にある駆動弁１４の位置決め誤差を吸収し、傘部１３をバルブシート４２に確実に密着させる。下部ステム１２ｍには、その外周面から突出する連結ピン１２ｐが形成されており、上部ステム１２ｎには、その外周面から突出する連結ピン１２ｑが、連結ピン１２ｐから離れた位置で形成されている。

シリンダヘッド４１には、下部ステム１２ｍを軸方向に摺動可能なように案内するバルブガイド４３が設けられており、バルブガイド４３から離れた位置には、上部ステム１２ｎを軸方向に摺動可能なように案内するステムガイド４５が設けられている。バルブガイド４３およびステムガイド４５は、ステム１２との高速摺動に耐えられるように、たとえば、ステンレスなどの金属材料から形成されている。シリンダヘッド４１の頂面には、ステム１２と間隔を隔てた位置に、ディスク支持台５１が取り付けられている。

図２は、図１中の電磁石を示す斜視図である。図１および図２を参照して、ディスク支持台５１には、ロアディスク２０とアッパディスク３０との間に位置するように電磁石６０が設けられている。電磁石６０は、開閉兼用コイル６２（以下、たんにコイル６２とも呼ぶ）と、吸着面６１ａおよび６１ｂを有し、磁性材料から形成された開閉兼用コア６１（以下、たんにコア６１とも呼ぶ）とから構成されている。コア６１は、ステム１２の延びる方向に直交方向に延びる軸部６１ｐを有する。コイル６２は、軸部６１ｐの周りを旋回するように設けられており、モノコイル（連続する一続きの線からなるコイル）から構成されている。

コイル６２に電流を流すと、コア６１とロアディスク２０との間で磁束が流れることによって、磁気回路１０２が形成され、コア６１とアッパディスク３０との間で磁束が流れることによって、磁気回路１０１が形成される。コア６１には、磁気回路１０１および１０２上に位置して、それぞれ、永久磁石７１および７２が設けられている。コア６１は、永久磁石７１および７２によって、軸部６１ｐを含む部分６１ｍと、アッパディスク３０およびロアディスク２０に向い合って位置する部分６１ｎとに分割されている。

永久磁石７１は、磁気回路１０１に沿った方向に磁軸を有し、部分６１ｎおよび６１ｍに接触する側には、それぞれ、Ｓ極およびＮ極が形成されている。このような構成により、磁極によって永久磁石７１内に形成される磁束は、部分６１ｎに接触する側から部分６１ｍに接触する側に（矢印７１ｘに示す方向に）向かっている。また、永久磁石７２は、磁気回路１０２に沿った方向に磁軸を有し、部分６１ｎおよび６１ｍに接触する側には、それぞれ、Ｎ極およびＳ極が形成されている。このような構成により、磁極によって永久磁石７２内に形成される磁束は、部分６１ｍに接触する側から部分６１ｎに接触する側に（矢印７２ｘに示す方向に）向かっている。

ディスク支持台５１には、さらに、開弁用永久磁石５５と、電磁石６０を挟んで開弁用永久磁石５５の反対側に位置する閉弁用永久磁石５６とが設けられている。開弁用永久磁石５５は、吸着面５５ａを有し、吸着面５５ａと電磁石６０の吸着面６１ｂとの間には、ロアディスク２０が揺動する空間が規定されている。また、閉弁用永久磁石５６は、吸着面５６ａを有し、吸着面５６ａと電磁石６０の吸着面６１ａとの間には、アッパディスク３０が揺動する空間が規定されている。

図３は、図１中のロアディスク（アッパディスク）を示す斜視図である。図１および図３を参照して、ロアディスク２０は、一方端２２および他方端２３を有し、他方端２３から一方端２２に向けてステム１２に交差する方向に延びている。ロアディスク２０は、矩形形状の表面２１ａおよび２１ｂが形成され、一方端２２と他方端２３との間に渡って延びるアーム部２１と、他方端２３に位置して設けられ、中空円筒形状を有する軸受け部２８とから構成されている。表面２１ａおよび２１ｂは、それぞれ、電磁石６０の吸着面６１ｂおよび開弁用永久磁石５５の吸着面５５ａに向い合っている。コイル６２に電流を流して形成される磁気回路１０２は、コア６１の軸部６１ｐ、永久磁石７２およびアーム部２１を通る閉ループを構成している。

アーム部２１には、一方端２２側に位置して、切欠き部２９が形成されている。切欠き部２９の互いに向い合う壁面には、長孔２４が形成されている。他方端２３には、一方端２２から他方端２３に向かう方向の直交方向に延びる中心軸２５が規定されている。軸受け部２８には、中心軸２５に沿って延びる貫通孔２７が形成されている。

アッパディスク３０は、ロアディスク２０と同様の形状を備え、ロアディスク２０の一方端２２、他方端２３、アーム部２１、表面２１ａ、表面２１ｂ、切欠き部２９、長孔２４、軸受け部２８、貫通孔２７および中心軸２５に対応して、一方端３２、他方端３３、アーム部３１、表面３１ｂ、表面３１ａ、切欠き部３９、長孔３４、軸受け部３８、貫通孔３７および中心軸３５が形成されている。表面３１ａおよび３１ｂは、それぞれ、電磁石６０の吸着面６１ａおよび閉弁用永久磁石５６の吸着面５６ａに向い合っている。ロアディスク２０およびアッパディスク３０は、磁性材料から構成されている。コイル６２に電流を流して形成される磁気回路１０１は、コア６１の軸部６１ｐ、永久磁石７１およびアーム部３１を通る閉ループを構成している。

ロアディスク２０の一方端２２は、長孔２４に連結ピン１２ｐが挿通されることによって、下部ステム１２ｍに対して揺動自在に連結されている。アッパディスク３０の一方端３２は、長孔３４に連結ピン１２ｑが挿通されることによって、上部ステム１２ｎに対して揺動自在に連結されている。また、他方端２３は、貫通孔２７に挿入されたロアトーションバー２６を介して、ディスク支持台５１に揺動自在に支持されている。他方端３３は、貫通孔３７に挿入されたアッパトーションバー３６を介して、ディスク支持台５１に揺動自在に支持されている。このような構成により、ロアディスク２０およびアッパディスク３０をそれぞれ、中心軸２５および３５を中心に揺動させると、駆動弁１４を往復運動させることができる。

ロアトーションバー２６により、ロアディスク２０には、中心軸２５を中心に時計周りに付勢されるように、弾性力が作用している。アッパトーションバー３６により、アッパディスク３０には、中心軸３５を中心に反時計周りに付勢されるように、弾性力が作用している。電磁石６０による電磁力が加わっていない状態で、ロアディスク２０およびアッパディスク３０は、ロアトーションバー２６およびアッパトーションバー３６によって、開弁側の揺動端と閉弁側の揺動端との中間位置に位置決めされる。

図４は、開弁側の揺動端にあるアッパディスクおよびロアディスクを示す模式図である。図５は、開弁側の揺動端から中間位置に向かうアッパディスクおよびロアディスクを示す模式図である。図６は、中間位置にあるアッパディスクおよびロアディスクを示す模式図である。図７は、閉弁側の揺動端にあるアッパディスクおよびロアディスクを示す模式図である。続いて、電磁駆動弁１０の動作について説明を行なう。

図４を参照して、駆動弁１４が開弁位置にある場合、コイル６２には、コア６１の軸部６１ｐの周りで矢印１１０に示す方向に流れる電流を供給する。これにより、アッパディスク３０は、電磁石６０で発生する電磁力によって、電磁石６０の吸着面６１ａに引き寄せられている。一方、ロアディスク２０は、開弁用永久磁石５５によって、吸着面５５ａに引き寄せられている。結果、アッパディスク３０およびロアディスク２０は、中心軸２５周りに配置されたロアトーションバー２６の弾性力に抗して、図中に示す開弁側の揺動端に保持されている。

次に、コイル６２への電流供給を停止すると、電磁石６０に発生していた電磁力が消滅する。これにより、アッパディスク３０およびロアディスク２０は、ロアトーションバー２６の弾性力によって、吸着面６１ａおよび５５ａからそれぞれ離脱し、中間位置に向けて揺動し始める。

図５を参照して、ロアディスク２０およびアッパディスク３０が中間位置に達する前に、コイル６２に矢印１１５に示す方向に電流を流す。これにより、コア６１とロアディスク２０との間で、矢印１１７に示す方向に磁束が流れ、ロアディスク２０を、電磁石６０の吸着面６１ｂに引き寄せる電磁力が発生する。また、コア６１とアッパディスク３０との間で、矢印１１６に示す方向に磁束が流れ、アッパディスク３０を、電磁石６０の吸着面６１ａに引き寄せる電磁力が発生する。

このとき、コア６１とロアディスク２０との間で流れる磁束の方向と、永久磁石７２内で形成されている磁束の方向とが一致するため、磁束は強められる。これにより、ロアディスク２０を吸着面６１ｂに引き寄せる電磁力が増大する。一方、コア６１とアッパディスク３０との間で流れる磁束の方向と、永久磁石７１内で形成されている磁束の方向とは反対方向であるため、磁束は相殺され、弱められる。これにより、アッパディスク３０を吸着面６１ａに引き寄せる電磁力は低減する。

このように永久磁石７１および７２を設けることによって、ディスクの揺動方向に作用する電磁力を増大させ、揺動方向の反対方向に作用する電磁力を低減させることができる。これにより、ロアディスク２０およびアッパディスク３０の揺動運動を介して得られる駆動弁１４の閉弁力を増大させることができる。

図６を参照して、ロアトーションバー２６およびアッパトーションバー３６は、中間位置に到達した後、ロアディスク２０を吸着面６１ｂに引き寄せる電磁石６０による電磁力と、アッパディスク３０を吸着面５６ａに引き寄せる閉弁用永久磁石５６による磁力とによって、中間位置から閉弁側の揺動端に向けて揺動する。閉弁用永久磁石５６を設けることによって、特に閉弁位置の近くで不足しがちな電磁力を補うことができる。これにより、駆動弁１４の閉弁力が低下することを防止できる。

図７を参照して、ロアディスク２０およびアッパディスク３０が、図中に示す閉弁側の揺動端に達したら、コイル６２への電流供給を停止する。これにより、アッパディスク３０およびロアディスク２０は、アッパトーションバー３６の弾性力によって、吸着面５６ａおよび６１ｂからそれぞれ離脱し、中間位置に向けて、再び揺動し始める。

図４を参照して、ロアディスク２０およびアッパディスク３０が中間位置に到達する前に、コイル６２に矢印１１０に示す方向に電流を流す。これにより、コア６１とアッパディスク３０との間で、矢印１１１に示す方向に磁束が流れ、アッパディスク３０を、電磁石６０の吸着面６１ａに引き寄せる電磁力が発生する。また、コア６１とロアディスク２０との間で、矢印１１２に示す方向に磁束が流れ、ロアディスク２０を、電磁石６０の吸着面６１ｂに引き寄せる電磁力が発生する。

このとき、コア６１とアッパディスク３０との間で流れる磁束の方向と、永久磁石７１内で形成されている磁束の方向とが一致するため、磁束は強められる。これにより、アッパディスク３０を吸着面６１ａに引き寄せる電磁力が増大する。一方、コア６１とロアディスク２０との間で流れる磁束の方向と、永久磁石７２内で形成されている磁束の方向とは反対方向であるため、磁束は相殺され、弱められる。これにより、ロアディスク２０を吸着面６１ｂに引き寄せる電磁力は低減する。この場合にも、ディスクの揺動方向に作用する電磁力を増大させ、揺動方向の反対方向に作用する電磁力を低減させることができる。このため、駆動弁１４の開弁力を増大させることができる。

ロアディスク２０およびアッパディスク３０は、中間位置に到達した後、アッパディスク３０を吸着面６１ａに引き寄せる電磁石６０による電磁力と、ロアディスク２０を吸着面５５ａに引き寄せる開弁用永久磁石５５による磁力とによって、図中に示す開弁側の揺動端まで揺動する。この場合、開弁用永久磁石５５によって、特に開弁位置の近くにおいて駆動弁１４の開弁力が低下することを防止できる。

以降、コイル６２への電流供給の開始と停止とを、以上に説明したタイミングで繰り返す。この工程によって、アッパディスク３０およびロアディスク２０を開弁側および閉弁側の揺動端の間で揺動させ、この揺動運動を介して駆動弁１４を往復運動させる。

本実施の形態における電磁駆動弁１０では、ロアディスク２０およびアッパディスク３０が、揺動途中にあるとき、電磁石６０からロアディスク２０までの距離が、他方端２３に近づくに従って小さくなり、電磁石６０からアッパディスク３０までの距離が、他方端３３に近づくに従って小さくなる。これに対して、並進駆動式の電磁駆動弁では、電磁石と電磁力が作用する駆動弁のアーマチャとの間が一様に離れてしまう。電磁石との距離が小さい位置では、大きい電磁力が作用するため、回転駆動式の電磁駆動弁１０では、並進駆動式の電磁駆動弁と比較して、より大きい電磁力を駆動弁１４に作用させることができる。

また、電磁駆動弁１０では、ディスク支持台５１にロアディスク２０およびアッパディスク３０を揺動自在に設け、これらのディスクの間に電磁石６０を１つ配置した構成が採られている。これにより、１つのディスクの上下に電磁石を１つずつ配置する場合と比較して、電磁駆動弁１０の高さを低く抑えることができる。また、このような構成により、モノコイルからなる電磁石６０を設けるだけで、アッパディスク３０およびロアディスク２０を揺動させ、駆動弁１４を往復運動させることができる。このため、コストウェイトが高い電磁石の部品点数を削減し、大幅なコストダウンを図ることができる。

また、本実施の形態では、図５に示す工程において、ロアディスク２０およびアッパディスク３０が中間位置に達する前にコイル６２に電流を流したが、モノコイルからなる電磁石を用いた電磁駆動弁で、このようなタイミングで電流を流せるのは、永久磁石７１および７２を設けたことによる効果である。その理由は、以下に説明する通りである。

電磁石６０をモノコイルから構成した場合、電磁石６０で発生した電磁力は、ロアディスク２０およびアッパディスク３０の両方に同じように作用する。つまり、永久磁石７１および７２が設けられていない電磁駆動弁では、図６中に示す中間位置で電磁石６０に電流を投入すると、ロアディスク２０が吸着面６１ｂに引き寄せられるが、アッパディスク３０も、同じ力で吸着面６１ａに引き寄せられる。

このため、中間位置に保持しようとするロアトーションバー２６およびアッパトーションバー３６の弾性力に抗して、ロアディスク２０およびアッパディスク３０を揺動させるためには、図６中の中間位置を越えた位置で、コイル６２への電流供給を開始する必要がある。この場合、電磁力は、互いの間隔が狭いロアディスク２０と電磁石６０との間でより大きく作用するため、アッパディスク３０およびロアディスク２０を、図７中に示す閉弁側の変位端へと揺動させることができる。

しかし、既に説明したように、永久磁石７１および７２を設けることによって、ロアディスク２０およびアッパディスク３０に作用させる電磁力を自由に増減させることができる。このため、本実施の形態では、コイル６２への電流供給の開始時期を、ロアディスク２０およびアッパディスク３０が中間位置に達する前に設定することができる。これにより、電磁石６０で発生する電磁力を、より効果的にロアディスク２０およびアッパディスク３０に作用させることができる。このため、駆動弁１４の閉弁力および開弁力を増大させることができる。

この発明の実施の形態１における電磁駆動弁１０は、弁軸としてのステム１２を有する駆動弁１４と、磁性材料から形成されたアーム部２１および３１を有し、ステム１２に連結された一方端２２および３２から、支持部材としてのディスク支持台５１に揺動自在に支持された他方端２３および３３に向けて延びる揺動部材としてのロアディスク２０およびアッパディスク３０と、電磁石としての開閉兼用電磁石６０とを備える。電磁石６０は、アーム部２１および３１に向い合って設けられたコアとしての開閉兼用コア６１と、コア６１に旋回されたコイルとしての開閉兼用コイル６２とを有する。コイル６２に電流を流すことによって、電磁石６０は、コア６１とアーム部２１および３１とを通る磁気回路１０２および１０１を形成する。

電磁駆動弁１０は、さらに、磁気回路１０２および１０１に沿った磁軸を有し、磁気回路１０２および１０１に流れる磁束に作用するように設けられた永久磁石７２および７１を備える。ロアディスク２０およびアッパディスク３０は、電磁石６０から作用された電磁力により、他方端２３および３３を支点に揺動する。一方端２２および３２を介してロアディスク２０およびアッパディスク３０の揺動運動を受けた駆動弁１４が、ステム１２の延びる方向に沿って往復運動する。

揺動部材としてのロアディスク２０およびアッパディスク３０は、弁軸としてのステム１２が延びる方向に互いに距離を隔てて複数、設けられている。複数の揺動部材としてのロアディスク２０およびアッパディスク３０の間には、電磁石６０が配置されている。コイル６２は、モノコイルから構成されている。

電磁駆動弁１０は、ロアディスク２０を挟んで電磁石６０の反対側に設けられた第１の永久磁石としての開弁用永久磁石５５と、アッパディスク３０を挟んで電磁石６０の反対側に設けられた第２の永久磁石としての閉弁用永久磁石５６とをさらに備える。

この発明の実施の形態１における電磁駆動弁の制御方法は、上述の電磁駆動弁１０の制御方法である。その制御方法は、電磁石６０への電流供給を停止することによって、第１の揺動端としての開弁側の揺動端にある揺動部材としてのロアディスク２０およびアッパディスク３０を第２の揺動端としての閉弁側の揺動端に向けて始動させる工程と、その工程の後であって、揺動部材としてのロアディスク２０およびアッパディスク３０が、第１の揺動端としての開弁側の揺動端と、第２の揺動端としての閉弁側の揺動端との中間位置に到達する前に、電磁石６０への電流供給を開始する工程とを備える。

なお、本実施の形態では、永久磁石７１および７２をコア６１に設けたが、本発明は、これに限定されない。永久磁石７１および７２を設ける位置は、磁極によって形成された永久磁石７１および７２内の磁束が、磁気回路１０２および１０１に流れる磁束に作用する位置であれば、コア６１から離れた位置であっても良い。また、永久磁石７１および７２を、アッパディスク３０およびロアディスク２０のアーム部３１および２１に設けても良い。

このように構成された、この発明の実施の形態１における電磁駆動弁１０によれば、回転駆動式の電磁駆動弁に永久磁石７１および７２を設けることで、開弁力および閉弁力を増大させ、十分に大きい駆動力を得ることができる。これにより、電磁駆動弁１０が搭載されたエンジンの性能を向上させることができる。

（実施の形態２）
図８は、この発明の実施の形態２における電磁駆動弁の模式図である。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、基本的には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８を参照して、本実施の形態では、実施の形態１における永久磁石７１および７２に替えて、電磁石６０に永久磁石８１および８２が設けられている。永久磁石８１および８２は、軸部６１ｐの外周上に位置して、コア６１とコイル６２との間に設けられている。永久磁石８１は、アッパディスク３０に向い合う側に配置されており、永久磁石８２は、ロアディスク２０に向い合う側に配置されている。

永久磁石８１には、コア６１とアッパディスク３０との間に形成される磁気回路１１８に沿った磁軸が形成されており、磁極によって永久磁石８１内に形成される磁束は、矢印８１ｘに示す方向に向かっている。永久磁石８２には、コア６１とロアディスク２０との間に形成される磁気回路１１９に沿った磁軸が形成されており、磁極によって永久磁石８２内に形成される磁束は、矢印８１ｘに示す方向とは反対の矢印８２ｘに示す方向に向かっている。

このような構成により、コイル６２に適当な方向に電流を流すと、コア６１とアッパディスク３０との間で流れる磁束は、ディスクが閉弁側から開弁側に向けて揺動するときは、増大され、開弁側から閉弁側に向けて揺動するときは、低減される。また、コア６１とロアディスク２０との間で流れる磁束は、ディスクが閉弁側から開弁側に向けて揺動するときは、低減され、開弁側から閉弁側に向けて揺動するときは、増大される。

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、永久磁石８１および８２がコア６１に埋め込まれた構成となっていないため、電磁石６０を容易かつ安価に製造することができる。

（実施の形態３）
図９は、この発明の実施の形態３における電磁駆動弁の断面図である。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、基本的には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、実施の形態１における電磁石６０に替えて、電磁石９０が設けられている。電磁石９０は、コイル９４および９５と、吸着面９３ａおよび９３ｂを有し、磁性材料から形成されたコア９３とから構成されている。コア９３は、略Ｅ字の断面形状の部分９１と部分９２とが組み合わさった形状を有する。部分９１および９２は、それぞれ、アッパディスク３０およびロアディスク２０に向い合う側に位置し、ステム１２の延びる方向に延びる軸部９１ｐおよび９２ｐを有する。コイル９４および９５は、それぞれ、軸部９１ｐおよび９２ｐを旋回するように設けられている。

コイル９４に電流を流すと、部分９１とアッパディスク３０との間で磁束が流れることによって、コア９３に、磁気回路１２３および１２４が形成される。コイル９５に電流を流すと、部分９２とロアディスク２０との間で磁束が流れることによって、コア９３に、磁気回路１２５および１２６が形成される。コア９３には、永久磁石９７および９８が内蔵されている。永久磁石９７は、磁気回路１２３および１２５に沿った磁軸を有し、磁極によって磁石内に形成される磁束は、矢印９７ｘに示す方向に向かっている。永久磁石９８は、磁気回路１２４および１２６に沿った磁軸を有し、磁極によって磁石内に形成される磁束は、矢印９７ｘに示す方向とは反対の矢印９８ｘに示す方向に向かっている。

このような構成により、コイル９４および９５に適当な方向に電流を流すと、コア９３とアッパディスク３０との間で流れる磁束は、ディスクが閉弁側から開弁側に向けて揺動するときは、増大され、開弁側から閉弁側に向けて揺動するときは、低減される。また、コア９３とロアディスク２０との間で流れる磁束は、ディスクが閉弁側から開弁側に向けて揺動するときは、低減され、開弁側から閉弁側に向けて揺動するときは、増大される。

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。

なお、実施の形態１から３では、回転駆動式の電磁駆動弁に並行リンク機構を採用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。ステム１２に連結された一方端と、ディスク支持台５１に揺動自在に支持された他方端とを有する一枚のディスクと、そのディスクの上下に配置され、ディスクに交互に電磁力を作用させる複数の電磁石とを備える回転駆動式の電磁駆動弁にも、本発明を適用することができる。

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中の電磁石を示す斜視図である。 図１中のロアディスク（アッパディスク）を示す斜視図である。 開弁側の揺動端にあるアッパディスクおよびロアディスクを示す模式図である。 開弁側の揺動端から中間位置に向かうアッパディスクおよびロアディスクを示す模式図である。 中間位置にあるアッパディスクおよびロアディスクを示す模式図である。 閉弁側の揺動端にあるアッパディスクおよびロアディスクを示す模式図である。 この発明の実施の形態２における電磁駆動弁の模式図である。 この発明の実施の形態３における電磁駆動弁の断面図である。

符号の説明

１０ 電磁駆動弁、１２ ステム、１４ 駆動弁、２０ ロアディスク、２１，３１ アーム部、２２，３２ 一方端、２３，３３ 他方端、３０ アッパディスク、５１ ディスク支持台、６０，９０ 電磁石、６１，９３ コア、６２，９４，９５ コイル、７１，７２，８１，８２，９７，９８ 永久磁石、１０１，１０２，１１８，１１９，１２３，１２４，１２５，１２６ 磁気回路。

Claims (8)

1. 弁軸を有する駆動弁と、
   磁性材料から形成されたアーム部を有し、前記弁軸に連結された一方端から支持部材に揺動自在に支持された他方端に向けて延びる揺動部材と、
   前記アーム部に向い合って設けられたコアと、前記コアに旋回されたコイルとを有し、前記揺動部材に電磁力を作用させるため前記コイルに電流を流した時に、前記コアと前記アーム部とを通る磁気回路を形成する電磁石と、
   前記磁気回路に沿った磁軸を有し、前記磁気回路に流れる磁束に作用するように設けられた永久磁石とを備え、
   前記揺動部材は、互いに間隔を隔てて設けられた第１揺動部材および第２揺動部材を含み、前記電磁石は、前記第１揺動部材と前記第２揺動部材との間に配置され、
   前記磁気回路は、前記コアと前記第１揺動部材の前記アーム部とを通る第１磁気回路と、前記コアと前記第２揺動部材の前記アーム部とを通る第２磁気回路とを含み、
   前記永久磁石は、前記第１磁気回路および前記第２磁気回路のいずれか一方に流れる磁束を強め、かつ前記第１磁気回路および前記第２磁気回路のいずれか他方に流れる磁束を弱めるように配置され、
   前記揺動部材は、前記電磁石から作用された電磁力により、前記他方端を支点に揺動し、前記一方端を介して前記揺動部材の揺動運動を受けた前記駆動弁が、前記弁軸の延びる方向に沿って往復運動する、電磁駆動弁。
2. 前記永久磁石は、前記コアに設けられている、請求項１に記載の電磁駆動弁。
3. 前記永久磁石は、前記コアと前記コイルとの間に設けられている、請求項１または２に記載の電磁駆動弁。
4. 前記永久磁石は、前記コアに内蔵されており、
   前記コアは、前記永久磁石によって前記磁気回路上で分割されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の電磁駆動弁。
5. 前記コイルは、前記第１揺動部材の前記アーム部に向い合う第１コイルと、前記第２揺動部材の前記アーム部に向い合う第２コイルとを含む、請求項１に記載の電磁駆動弁。
6. 弁軸を有する駆動弁と、
   互いに間隔を隔てて設けられた第１揺動部材および第２揺動部材を含み、前記弁軸に連結され、第１位置と第２位置との間で揺動することによって、前記駆動弁を前記弁軸の延びる方向に沿って往復運動させる揺動部材と、
   前記第１揺動部材と前記第２揺動部材との間に配置され、前記揺動部材に電磁力を作用させるため前記第１揺動部材および前記第２揺動部材をそれぞれ通る第１磁気回路および第２磁気回路を形成する電磁石と、
   前記第１磁気回路および前記第２磁気回路のいずれか一方に流れる磁束を強め、かつ前記第１磁気回路および前記第２磁気回路のいずれか他方に流れる磁束を弱めるように配置された永久磁石とを備える電磁駆動弁の制御方法であって、
   前記電磁石への電流供給を停止することによって、前記第１位置にある前記揺動部材を前記第２位置に向けて始動させる第１工程と、
   前記第１工程の後、前記揺動部材が前記第１位置と前記第２位置との中間位置に到達する前に、前記電磁石への電流供給を開始する第２工程とを備える、電磁駆動弁の制御方法。
7. 前記第１位置は、前記駆動弁の開弁側の揺動端であり、前記第２位置は、前記駆動弁の閉弁側の揺動端である、請求項６に記載の電磁駆動弁の制御方法。
8. 前記第１位置は、前記駆動弁の閉弁側の揺動端であり、前記第２位置は、前記駆動弁の開弁側の揺動端である、請求項６に記載の電磁駆動弁の制御方法。

Images