JPH02236009A - 電気空気圧式アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般的には二位置直線運動アクチュエータに
関し、特に、空気圧のみならず磁力によっても磁性材料
製のピストンを駆動して二位置間での移動時間を短縮す
ることのできる連動型アクチュエータに係るものである
。

本発明においては、一対の制御バルブによりピストンに
対する高圧空気の流入を制御すると共に永久磁石により
当該制御バルブを、コイルが励磁されて永久磁石による
保持力を中立化することにより一方のバルブが開放され
るまで、それぞれの閉鎖位置に保持する。蓄積された高
圧空気および磁界によりピストンを一方の位置から他方
の位置まで急速に加速する。一方の位置から他方の位置
までのビスｌ・ンの移動により、制御バルブを閉鎖位置
に保持していた永久磁石に関連する磁路のリラクタンス
が増加する。永久磁石は、単に制御バルブを閉鎖位置に
保持するのみならず、ピストンをその双安定位置のうち
現在占めている安定位置に保持する機能をも発揮するも
のである。ピストン移動の追加的な制動、並びにピスト
ンの運動エネルギの一部の回復を達成するために補助ピ
ストンを設け、この補助ピストンを主作動ピストンと共
に移動させて空気を圧縮することにより制御バルブの再
閉鎖を補助する。

上述の構成を有するアクチュエータは、それ以外は通常
の形式の内燃機関におけるガス交換バルブ、すなわち吸
入または排気バルブの開閉手段として特に有用である。

この場合にバルブ・は、その連動作動特性に由来して完
全開放位置および完全閉鎖位置の間でほぼ瞬時に移動さ
せることができ、その瞬時移動は従来のカム作動バルブ
の特徴であった漸次移動とは相違する。

上述の構成を有するアクチュエータは、上記以外の多数
の用途にも適用し得るものであり、例えばコンプレッサ
等の油圧もしくは空気圧装置におけるパルブ制御手段と
して、または例えば製造ライン等において物品を移動さ
せるために急速な制御作動が要求される流体アクチュエ
ータもしくは機械式アクチュエータにおける連動制御バ
ルブとして使用することができる。

内燃機関用の殆ど全ての吸排気バルブは、閉バルブ位置
に向けてばね付勢され、かつ、カムによりそのばね付勢
力に抗して開放されるポペットバルブであり、カムはエ
ンジンのクランク軸と同期作動する回転カム軸上に設け
られてエンジンの作動サイクル中で一定の所要回数だけ
開閉を行う構成とされている。この一定のタイミングは
、高い機関速度に最適のタイミングと、低い機関速度ま
たは機関のアイトリング速度に最適のタイミングとの妥
協の産物である。

従来技術によれば、上述のカム作動装置の代わりに、そ
の開閉作動が機関速度、エンジンクランク軸の角度位置
その他のエンジンパラメータの関数として制御される別
形式のバルブ開閉機構を使用した場合に達成され得る多
くの利点が認識されている。

例えば、ウィリアム・イー・リッチソンを発明者とする
１９８８年７月２９日付けの米国特許出願第２２６．４
１８号（発明の名称「車両管理用コンピュータ」）には
、複数のエンジン作動センサからの信号が入力されて複
数のエンジン作動パラメータの制御、特に点火タイミン
グおよび各サイクル中の吸排気バルブの開閉回数の制御
を行うコンピュータ制御システムが開示されている。ま
た、米国特許第４．００９．６９５号明細書には流体圧
作動バルプをスフ゜−ノレハノレフ゛によりＩＩＩ　Ｊ
卸し、これらスフ゜−ノレバルブをダッシュボードコン
ピュータにより制御し、このダッシュボードコンピュー
タにより多数のエンジン作動パラメータのモニタを行う
ことが開示されている。この米国特許は、上述の個別的
なバルブ制御により達成し得るとして多くの利点に言及
してはいるが、実際には作動が比較的緩慢な流体圧の使
用によりこれらの利点を達成することができない。上記
米国特許に係る装置はリアルタイム基準でのパルブ制御
を意図するものであり、したがってシステム全体はフィ
ードバック回路を含むために振動的挙動を伴いがちであ
る。

ウィリアム・イー・リッチソンの発明に係り、かつ、本
願の出願人に承継された１９８７年３月３日付けの米国
特許出願第０２１．１９５号（発明の名称［電磁型バル
ブアクチュエータ」）には、開放および閉鎖位置におけ
る永久磁石ラッチ機構を含むバルブアクチュエータが開
示されている。このアクチュエータにおいて、バルブを
一方の位置から９＝ 他方の位置まで移動させるためには電磁的反発力を用い
ることができる。この出願には、さらに、制動およびエ
ネルギの回復についての幾らかの提案も含まれている。

ウィリアム・イー・リッチソンおよびフレデリック・エ
ル・エリクソンの発明に係り、かつ、本願の出願人に承
継された１９８８年２月８日付けの米国特許出願第１５
３．２５７号（発明の名称「電子空気圧式バルブアクチ
ュエータ」）には若干類似したバルブ作動装置が開示さ
れており、この作動装置は上記米国特許出願第０２１．
１９５号における反発手段の代わりにリリース型の反発
機構を設けたものである。この作動装置は空気圧および
電磁力の両者により駆動される作動バルブであり、高圧
空気の供給系統と、空気を制動用および一種の移動力と
して兼用するための制御バルブとを有している。

磁気的な移動力は解放された磁気ラ・ソチ装置と対抗さ
せて配置した磁気ラッチ装置により供給され、その磁力
は第１のラッチ装置が消勢状態にある限り作動装置のア
マチュアを吸引する。他方のラ・冫チ装置のアマチュア
が閉じられると磁気吸引ノノが増加し、第１のラッチ装
置が消勢状態にあると付勢状態にあるとを問わず第１の
ラッチ装置の磁気吸引力を上回る。この出願には、さら
に、吸気バルブのディレー閉鎖および６行程作動ザイク
ルモードを含む種々の作動モードも開示されている。

ウィリアム・イー・リッチソンおよびフレデリック・エ
ル・エリクソンの発明に係り、かつ、本願の出願人に承
継された１９８８年２月８日付けの米国特許出願第１５
３．　１５５号（発明の名称「空気圧作動式バルブアク
チュエータ」）には、全体作動において本発明と類似す
るバルブ作動装置が開示されている。この出願の一つの
特徴は、制御バルブおよびラッチ板を主作動ピストンか
ら分離し、ラッチ力を低下させると共に質量を減少させ
て作動速度を高める点にある。このような概念に則って
、本発明は、上記二種の作動態様における特性をさらに
改善することを目的とするものである。

いずれもウィリアム・イー・リッチソンおよびフレデリ
ック・エル・エリクソンの発明に係り、かつ、本願の出
願人に承継された１９８８年６月２０日付けの米国特許
出願第２０９．２７３号および同第２０９．２７９号（
発明の名称「ソレノイド作動制御バルブを有する空気圧
式アクチュエータ」および「制御バルブラッチ用の永久
磁石装置”を有する空気圧式アクチュエータコ）には、
特に、ソース圧力と同等またはそれ以下の空気圧力を使
用して制御バルブの閉鎖移動および閉鎖位置での保持を
補助すると共に前述した既知の作動装置と対比して作動
効率を一層向上させることが提案されている。

さらに、ウィリアム・イー・リンチソンの発明に係り、
かつ、本願の出願人に承継された１９８８年２月８日付
けの米国特許出願としては、下記の出願を挙げることが
できる。先ず、第０７／１５３．２６２号（発明の名称
「磁気ポテンシャルエネルギ駆動型バルブ機構」）には
、バルブの一回の移動からエネルギを回収・蓄積するこ
とにより次のバルブ移動の駆動力とし、さらに、前述し
た米国特許出願第１５３．２５７号におけると同様に装
置駆動力の一部として現在中立状態にあるラッチ装置と
対向させて配置されているラッチ装置からの磁気吸引力
を使用することが提案されている。また、米国特許出願
第０７／１５３．　１５４号（発明の名称「反発力作動
式磁気ポテンシャル駆動型バルブ機構」）には、ばね又
は均等な空気容積を、制動手段としてのみならず、加速
力の一部を供給して一方の位置から他方の位置までの次
の移動を補助することのできるエネルギ蓄積手段として
も機能させることが提案されている。

ウィリアム・イー・リッチソンおよびフレデリック・エ
ル・エリクソンの発明に係り、かつ、本願の出願人に承
継された１９８９年１月６日付けの米国特許出願第０７
／２９４．７２８号（発明の名称「高効率型バルブアク
チュエータ」）には、一対の空気バルブと、これら空気
バルブを閉鎖位置に保持する永久磁石とを具える空気圧
駆動バルブアクチュエクが開示されている。このアクチ
ュエータは、ラッチ用磁石の磁気保持力（したがってそ
の寸法／コスト）を低減するために、従来は磁気吸引力
により克服する必要のあった制御バルブに作用す１　４
　一 る空気圧を均圧化するものである。主往復ピストンの制
動の必要性は、主ピストンの運動エネルギを回収して制
御バルブの再閉鎖に使用することにより緩和される。主
ピストン軸の各端には０−リングによりシールされた「
バンパ」を設けて、何らかの理由で閉じなかった空気制
御バルブを閉鎖位置まで駆動可能とする。

ウィリアム・イー・リッチソンおよびフレデリック・エ
ル・エリクソンの発明に係り、かつ、本願の出願人に承
継された１９８９年１月６日付けの米国特許出願第　　
　　　号（発明の名称「空気圧駆動バルブアクチュエー
タ」）には、空気圧駆動バルブアクチュエータの往復ピ
ストンにその往復方向に向けて延在する数個の通気孔を
形成してピストンの両端における空気圧を平衡させるこ
とが開示されている。ピスｌ・ンにはアンダーカットも
形成し、このアンダーカントにより適当な時点で高圧空
気を空気制御バルブの背後まで導いてバルブの主ピスト
ンからの排気途上にある空気により制御バルブの閉鎖移
動を補助する。その結果、制御バルブの閉鎖に用いられ
る空気圧は、制御バルブの開放に用いられる空気圧より
も高くなる。

ウィリアム・イー・リッチソンおよびフレデリック・エ
ル・エリクソンの発明に係り、かつ、本願の出願人に承
継された１９８９年１月６日付けの米国特許出願第０７
／２９５．１７７号（発明の名称「連動型バルブ」）に
は、一対の補助ピストンを設けることにより空気制御バ
ルブの再閉鎖移動を補助すると同時に機構の動作ストロ
ークの終期付近で主ピス１・ンの移動を制動することが
開示されている。

ウィリアム・イー・リッチソンおよびフレデリック・エ
ル・エリクソンの発明に係り、かつ、本願の出願人に承
継された１９８９年１月６日付けの米国特許出願第０７
／２９４．７２７号（発明の名称「空気圧式アクチュエ
ータ」）には、前述した米国特許出願第２０９．２７９
号におけるリリーフバルブと類似した一方向圧力リリー
フバルブをアクチュエー夕に設け、捕捉された空気を排
気して高圧側圧力源に戻すことが開示されている。この
アクチュエータも主ピストン軸に「窓」、すなわち排気
用のバルブアンダーカットを設けたものであるが、その
窓を同日付けの他の米国特許出願における窓よりも小さ
目に形成することにより圧縮比を高めている。

この出願のアクチュエー夕は、空気制御バルブを閉じる
際に加圧される面積を増加させて所要の磁力を更に低下
させるものである。

ウィリアム・イー・リッチソンおよびフレデリック・エ
ル・エリクソンの発明に係り、かつ、本願の出願人に承
継された１９８９年１月６日付けの米国特許出願第０７
／２９５．　１７８号（発明の名称「コンパクト型バル
ブアクチュエータ」）には、バルブアクチュエータのカ
バーに低圧空気の簡略化された戻り通路と各種の新鮮空
気ベント通路とを設けることにより、作動ピストンに近
接させてより大型の高圧空気アキュムレータを配置可能
とすることが開示されている。

上述したいずれの同日付け米国特許出願に係る発明も、
加圧空気により駆動されてエンジンバルブを作動させる
主ピストン、すなわち作動ピストンを設けたものである
。エンジンバルブを開放位置および閉鎖位置の間で移動
させる作動ピストンがラッチ要素および所定のバルブ構
体から分離されるため、移動させるべき質量を顕著に減
少させて非常に象、速な作動を達成することができる。

保持および解放に必要とされる力も同様に低下させるこ
とができる。主ピストンから分離されたバルブ構体をピ
ストンストロークの全長に亘って移動させる必要がなく
なるため、作動効率の向上も達成される。加圧空気を一
対の制御バルブにより作動ピストンに供給し、その加圧
空気によりピストンを一方の位置から他方の位置まで駆
動すると共に、典型的には制御バルブを再び作動させる
までピストンを所定位置に保持する。いずれの発明も、
主ピストンの軸における若干拡大された部分に沿う深さ
を約０　．　２５ｍｍ程度としたカップ状領域またはア
ンダーカット領域よりなる「窓」を設けて空気を一方の
領域または室から他方の領域または低圧空気吐出ポート
まで通過可能とする。さらに、いずれの発明も、前述し
た米国特許出願第１５３．　１５５号におけるようにス
ロットをピストンシリンダ内の中央に配置して中間ラッ
チ空気圧を供給し、さらに、前述した米国特許出願第２
０９．２７９号におけるようにピストンの制動の間に圧
縮される空気を高圧側空気源に戻すためのリードバルブ
装置を設けることもできる。

上述した全ての同時係属出願の全開示内容は、本出願の
開示を補完するものとして特に援用する。

本発明の目的を列記すると：速動作動特性および高い作
動効率を特徴とする双安定式流体駆動型作動装置を提案
すること；より急、速に応答する制御バルブを有する電
磁力および空気圧駆動型の作動装置を提案すること；制
御バルブの制動および再閉鎖を補助する補助ピストンを
有する電子制御式空気圧駆動型の作動装置を提案するこ
と；制御バルブおよび主ピストンに共通の永久磁石ラッ
チ装置を有する電子制御式空気圧駆動型の作動装置を提
案すること：上述の目的を達成すべく構成され、かつ、
制御バルブおよびピストンの一方の移動により他方を保
持する磁力を低下させる電子制御式空気圧駆動型の作動
装置を提案すること；空気導入制御バルブと、制御バル
ブが開放位置にあるときに空気を蓄えて加圧する空気室
とを具え、加圧空気を空気ばねとして作用させることに
より空気制御バルブの再閉鎖を補助するバルブ作動装置
を提案すること；並びに、応答性に優れた空気制御バル
ブを有するバルブ作動装置を提案することである。

一般的に言えば、本発明においては、主ピストンの補助
ピストンセグメントを空気制御バルブの開放に際して空
気制御バルブの内孔に対して摺動係合させる。高圧空気
と、非励磁状態にある永久磁石ラ・ンチ装置による吸引
力とによって主ピストンを加速すると、環状室内におけ
る空気が補助ピストンにより加圧されるので、その加圧
空気により空気制御バルブの再閉鎖を補助することが可
能である。本発明のアクチュエータは制動の間に加圧さ
れる空気を可能な限り多量に回収することにより、高圧
空気源の空気消費量を減少し得るものである。さらに、
主ピストンにより、空気制御バルブを閉鎖位置に保持す
る磁気回路の一部を構成する。また、制御バルブの開放
時には制御バルブおよび主ピストンの両者を移動させ、
磁気回路のリラクタンスを顕著に増加させると共に制御
バルブに作用する磁力を同様に顕著に低下させることが
可能である。その結果、前述したように反対側に位置す
る磁気回路の磁力により主ピストンを十分に吸引するこ
とが可能となる。

本発明の他の一般的側面によれば、電子制御式流体圧駆
動型の双安定トランスジューサに第１および第２位置間
で所定の軸線に沿って往復移動し得る空気圧駆動ピスト
ン、並びに開放および閉鎖位置間で同一の軸線に沿って
往復移動し得る制御バルブとを設ける。磁気ラッチ装置
により制御バルブを閉鎖位置に保持すると共にピストン
をいずれかの安定位置に保持し、さらに、電磁装置を励
磁することによりラッチ装置の効果を一時的に無効とし
て制御バルブを解放すると共に閉鎖位置から開放位置ま
で移動させ、かつ、ピストンに高圧空気および励磁され
ていない反対側のラッチ装置の吸引力を作用させる。電
磁装置の励磁により制御バルプの軸線に沿う一方向への
移動を生じさせることにより高圧源からの流体を閉鎖室
内に導入し、ピストンを第１位置から第２位置まで軸線
に沿って逆方向に駆動する。ピストンの移動により別の
室内の空気を加圧し、その加圧空気により制御バルブを
駆動して閉鎖位置への復帰移動を生じさせる。

本発明の更に他の一般的側面によれば、空気圧駆動型の
バルブアクチュエータにアクチュエータハウジングを設
けると共にハウジング内に軸線に沿って往復移動し得る
ピストンを配置する。ピストンには相互に逆向きに配置
される一対の主作動面を設ける。一対の空気制御バルブ
を同一の軸線に沿ってハウジングおよびピストンに対し
開放および閉鎖位置間で往復移動可能とする。磁気ラッ
チ装置により制御バルブをそれぞれの閉鎖位置に保持す
ると共にピストンをいずれかの端位置に保持する。コイ
ルを電気的に励起して一方の空気制御バルブを選択的に
開放し、加圧空気を一方の主作動面に作用させてピスト
ンの移動を生じさせる。

コイルの励起によりピストンに作用する吸引力を一時的
に解放し、さらに、ピストンおよび制御バルブを磁気ラ
ッチ装置から離間する方向に複合的に移動させることに
よりピス１・ンおよび制御バルブの両者に作用させる吸
引力を顕著に低下させる。

空気制御バルブの閉鎖は、ピスＩ〜ン移動により加圧さ
れた空気によって補助する。この加圧を行うためにピス
＋ンの両端に補助ピストンを配置し、補助ピストンによ
り空気を主ピストンの駆動空気圧よりも高い圧力まで加
圧する構成とすることができる。

以下、本発明を図示の実施例について詳述する。

第１図〜第７図は、本発明によるバルブアクチュエータ
における各部品の位置および作動機能を、ポペットバル
ブ等の要素（図示せず）を開放位置から閉鎖位置まで移
動させる際の作動行程に従って順次に示す断面図である
。パルブアクチュエー夕の各部品は図面において概ね左
右対称的に配置されているため、逆方向への移動につい
ては説明を省略する。一般的に言えば、本発明によるバ
ルブアクチュエー夕は、バルブアクチュエータハウジン
グ２６と、ハウジング２６内でシャフトまたはステム２
４の軸線に沿って往復移動可能に配置されたピストン２
２とを具えている。ピストン２２には相互に逆向きに配
置された主作動面２８．　３０を設け、これらの作動面
には一対の空気制御バルブ３，４の制御下で加圧空気源
（３２）からの加圧空気を作用させる。空気制御バルブ
３．４は、ハウジング２６およびピストン２２の両者に
対し前記軸線に沿って開放位置および閉鎖位置の間で往
復移動可能とする。中立化磁気コイル３７または６０を
励磁ずることにより永久磁石９または５０のラッチ作用
を解除して制御バルブ３，４の一方を選択的に開放する
。

その結果、加圧空気源（３２）からの加圧空気が例えば
圧力室１９および窓３９を経て一方の主作動面に作用し
て、ピストン２２の移動を生じさせる。そして、例えば
磁石９の効果が中立化され又は少なくとも減じられた場
合には磁石５０の効果が優勢となり、したがって磁力差
がピストン２２に作用して同ピストン２２を図面におけ
る右向きに駆動する。

アクチュエータのシャフトまたはステム２４は、内燃機
関のボペットバルブの一部として形成することができ、
また、同ボベットバルブに連結される構成としても良い
。アクチュエー夕は、前述したとおり往復移動可能なピ
ストン２２と、ハウジング２６内に′収められた一対の
往復移動可能な制御バルブ素子３．４とを含むものであ
る。制御バルブ素子３．４は、摺動シャトルバルブ素子
として構成し、磁石９，５０の吸引力により閉鎖位置に
ランチ保持すると共にコイル３７．　６０の励磁により
各ラッチ位置から離脱可能とすることができる。制御バ
ルブ素子３，４をピストン２２およびハウジング２６の
両者と協動させてアクチュエー夕の作動に際して各種の
ボート切換作用を行わせる。ハウジング２６には高圧入
口ポート３２および低圧出口ボート４６と、ハウジング
の開放端部を経由する低圧出口ポートとを設ける。その
低圧は概ね大気圧程度とすることができ、高圧は約６　
−　７　ｋｇ／ｃ＋＋＋２（９０　〜１００ｐｓｉ）程
度とすることができる。

第１図は左端位置にあるアクチュエータビストン１を示
しており、この状態で空気バルブ３はアマチュア極片５
およびラッチ組立体３５によりオフ位置、すなわち不作
動位置に保持されている。これは、軸線方向に磁化され
ている環状の永久磁石９と、強磁性材料片１１，　１３
，　１５、ハウジング１７およびピストン１を含む磁気
回路との吸引力に基づくものである。この磁気回路には
含まれない隣接構造部分は、典型的にはアルミニウムそ
の他の非磁性材料により構成する。ピストン１によりラ
ッチ用磁気回路の一部を構成し、この磁気回路も強磁性
材料片１５を含むものとする。強磁性材料片１５には半
径方向のスロッ１・加工を施して磁気回路を完結させる
と共に高圧入口ボート３２がら空気制御バルブ３に至る
良好な空気通路を確保する構成とする。すなわち、空気
制御バルブ３は、端面１４に作用する圧力室１９内の高
圧空気に由来する推力に抗して、磁気的に閉鎖位置に保
持するものである。

端面１６に逆向きに作用する環状圧力室２１内の圧力は
、この時点では大気圧である。

圧力室２３には、図面における左向きの前回のピストン
移動の際に蓄えられた空気の高圧が作用している。ピス
トン１は、磁気回路の一部を構成するものであるために
強磁性材料製であって、永久磁石９により示される位置
に保持されている。この場合、磁気的な吸引力が圧力室
２３内の空気の反発力を上回っている。その反発力は、
ピストン１の端面に配置されている０−リングシール１
８の半径方向外側に位置する環状面３１に作用し、他方
、内側に位置する受圧面３３に作用する圧力はほぼ大気
圧である。なお、窓３９、環状室２１およびアンダーカ
ットスロット５５を経て大気に通じる空気通路が形成さ
れている。

第２図においては、磁気ラッチ組立体３５がコイル３７
を介してのパルス電流により駆動され、永久磁石９の磁
界を一時的に中立化してアマチュア極片５と、これに結
合された空気制御バルブ３とを解放するので、空気制御
バルブ３により空気バルブを左側開口部に向けて移動さ
せる。アマチュア極片５のこの移動により磁気回路のリ
ラクタンスが増加すると共にラッチ磁界の強度が低下す
る。

圧力室１９からの高圧空気は、０−リング４２の領域に
生成された開口４１を経た後に窓３９を通過して、ピス
トン１の作用面に隣接する内側受圧面３３に作用する。

この場合、空気制御バルブ３が左向き移動を行う際に、
窓３９は半径方向内側面２０により圧力室２１からカッ
トオフ、すなわち遮断される。受圧面３３に作用する高
圧がピストン１に作用する磁気的吸引力を上回るので、
ピストン１は第３図〜第７図に順次に示すように右向き
移動を開始する。

なお、圧力室４４はヘント孔４６を経て大気に通じるた
め、圧力室４４内には大気圧が作用する。

第２図に示す位置と第３図に示す位置との間では、０−
リング１８によるシールが断たれ、高圧空気がピストン
の端面全体に作用する。第３図はピストンが十分に移動
して圧力室１９から窓３９に至る空気流が衝接部分４３
により遮断された状態を示すものである。その後、圧力
室４５内の空気が補充されないまま膨張してピストンを
右向きに押圧する。

拡大脚部４８により大気へのヘント孔４６がシールされ
るので、圧力が圧力室４４内に生成され始めてビ２日 ストン１の右向き移動を遅らせる。これと同時に、圧力
室４５内で膨張した空気および永久磁石５０の吸引力に
よりピストン１は右向きに駆動される。この場合、永久
磁石５０は永久磁石９よりも大きな吸引力をピストンに
及ぼす。その理由は、アマチュア極片５が依然としてラ
ッチ用磁気回路から分離されているために当該磁気回路
のリラクタンスが顕著に増加しており、他方、アマチュ
ア極片５２は右側のラッチ装置の磁気回路を閉じている
からである。その後のピストンの減速または制動は、圧
力室２１内に生成される圧力によって行われる。ピスト
ン１および空気制御バルブ３の複合移動により、補助ピ
ストン５１は開口またはスロント５５から離間し、圧力
室２１はシールされてその容積が減少する。その結果と
して生じる圧力は端面１６に作用し、制御バルブを閉鎖
位置に向けて駆動すると共にピストン１を減速させる。

第４図および第５図はピストンの右向きの継続移動状態
を示すものである。

第６図は、補助ピストン５１が浅いアンダーカット５４
の縁部から外れることにより、圧力室２１内に生成され
た圧力がアクチュエータの開放端部から大気中に逃げ始
める状態を示すものである。この状態では、圧力が依然
として圧力室４４内に生成されてピス１・ンの移動をさ
らに減速している。圧力室４４内の圧力は圧力室１９内
の高圧空気の圧力を超えるものであっても良く、その場
合には、前述した米国特許出願第２０９．２７９号に記
載されていると同様に、適宜のリードバルブ装置を圧力
室４４の半径方向外側部分に配置して運動エネルギの一
部を回収する構成とすることができる。勿論、圧力室２
３もピストンの運動エネルギの一部を回収・蓄積する機
能を発揮するものである。

ピストンがさらに右向き移動を継続すると、環状舌片２
９がＯ−リングシール１８と係合して圧力室４４を半径
方向における外側部分および内側部分の一部分に分割す
る。第７図は右端位置にあるピストンを示すものである
。この右端位置においては、上記の半径方向外側部分が
圧力室２３内の加圧空気を、次のバルブ移動に際してピ
ストンを押圧する空気ばねとして蓄積する。半径方向内
側部分における空気は、窓３９と、補助ピストン６３に
沿うスロット６１とを経てアクチュエータから大気中に
排気する。なお、本明細書における「大気中への排出」
等の表現は、低圧側出口ポートがほぼ大気圧下に保たれ
、排出される空気が閉鎖系内で再び加圧されて循環使用
される好適な実施態様を包含することを意図している。

この排出のタイミングは、ピストンの移動を緩やかに制
動した後に加圧される空気の一部をピストン移動の最終
段階で放出し得るように適切に設定するものである。

本発明によるバルブアクチュエータの構造の対称性から
、主ピストンのエネルギを空気制御ハルプの追加的な閉
鎖力として活用するためのバルブの挙動は、ピストンの
各移動端近傍においてほぼ同一である。このことは、そ
の他の多くの特徴についても該当する。なお、前述した
米国特許出願第０７／２９４．７２８号におけると同様
にピストン５１．　６３に０−リングを設け、これら０
−リングを空気制御バルブが何らかの理由で閉じなかっ
た場合に同バルブを閉鎖位置まで駆動するハンパーとし
て機能させる構成とすることもできる． 本発明が特に顕著な有用性を発揮する内燃機関の構成に
関しては殆ど言及しなかったが、内燃機関自体は前述の
各米国特許出願に記載されたものと概ね同一の構成とす
ることができる。その電子制御回路および高圧空気源等
の詳細構造についても、これら出願における記載を参照
されたい。本発明を内燃機関に適用する場合には、作動
ピストンおよびこれに結合されたエンジンバルブの質量
は従来構造による場合と対比して大幅に滅少させること
ができる。エンジンバルブおよび作動ピストンは完全開
放位置と完全閉鎖位置との間で約１２ｍｍ　（０．４５
　ｉｎ　）程度のストロークで移動するが、制御バルブ
は約３ｍｍ　（０．１２５　ｉｎ）程度しか移動しない
ので、その所要駆動エネルギは僅かである。

本発明における空気通路は殆どが絞り損失を生じない大
きな環状開口として形成し得るものである。

以上の記載から明らかなように、本発明は前述の目的を
効果的に達成することのできる新規な電子制御型の電気
空気圧式アクチュエータを実現することが可能となるも
のである。なお、本発明が図示の実施例に限定されるも
のでなく、その範囲内において多くの変形態様をもって
実施し得ることは、言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による空気圧駆動型アクチュエー夕を、
通常はエンジンバルブの閉鎖状態に対応する左端位置に
パワーピストンが係止された状態で示す断面図、 第２図〜第７図はエンジンバルブの開放位置に対応する
右端位置に向けてパワーピストンが変位する際のアクチ
ュエー夕の作動機能を説明する第１図と同様な断面図で
ある。 １・・・ビスｉ・ン　　　　　３，４・・・空気制御バ
ルブ５．５２・・・アマチュア極片 ９．５０・・・永久磁石 １１，　１３．　１５・・・強磁性材料片１４．　１６
・・・端面　　　　　１７・・・ハウジング１．８．　
４２・・・０−リング １９，　２１，　２３，　４４．　４５・・・圧力室２
０・・・半径方．向内側面　　２２・・・ピストン２４
・・・シャフｌ・ ２６・・・アクチュエータハウジング ２９・・・環状舌片　　　　　３１・・・環状面３２・
・・高圧入口ポート３３・・・受圧面３５・・・ラッチ
組立体　　　３７．　６０・・・コイル３９・・・窓　
　　　　　　４１・・・開口４３・・・衝接部分　　　
　　４６・・・低圧出口ボート４８・・・拡大脚部　　
　　　５１．　６３・・・補助ピスｌ・ン５４，　５５
．　６１・・・スロット 特許出願人　　マグナボックス　ガバメントアンド　イ
ンダストリアル エレクトロニクス　コンパニ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１および第２位置間で所定の軸線に沿って往復移
   動させ得るピストン；高圧空気源；高圧空気をピストン
   に選択的に供給してピストンを第１および第２位置の一
   方から他方まで移動させるべく選択的に作動させ得る制
   御バルブ；制御バルブを不作動位置に維持すると共にピ
   ストンを対応する第１または第２位置に保持する永久磁
   石を含むラッチ装置；並びに、ラッチ装置を一時的に中
   立化して制御バルブを不作動位置から作動位置まで移動
   し得るように解放する電磁装置を具え；電磁装置を励磁
   することにより制御バルブを前記軸線に沿って一方向に
   移動させると共に、高圧空気をピストンの一部に作用さ
   せてピストンを一方の位置から他方の位置まで前記軸線
   に沿って逆方向に駆動することを特徴とする電気空気圧
   式双安定型トランスジューサ。 ２、請求項１記載の双安定型トランスジューサにおいて
   、ピストンの移動に応答して制御バルブを閉鎖位置まで
   復帰させる手段を更に具えることを特徴とする双安定型
   トランスジューサ。 ３、請求項２記載の双安定型トランスジューサにおいて
   、ピストンの移動に応答する前記手段が、ピストンに固
   定された補助ピストンを有する環状シリンダを具え、補
   助ピストンをピストンと共に移動させて一端を閉鎖する
   と共にバルブの位置部により他端を閉じることを特徴と
   する双安定型トランスジューサ。 ４、請求項１記載の双安定型トランスジューサにおいて
   、制御バルブが強磁性材料製の磁極片を含み、該磁極片
   は、制御バルブが不作動位置にあるときにラッチ装置の
   磁気回路の一部を構成することを特徴とする双安定型ト
   ランスジューサ。 ５、請求項１記載の双安定型トランスジューサにおいて
   、ピストンが強磁性材料製の磁極片を含み、該磁極片は
   、制御バルブが不作動位置にあるときにラッチ装置の磁
   気回路の一部を構成することを特徴とする双安定型トラ
   ンスジューサ。 ６、請求項５記載の双安定型トランスジューサにおいて
   、制御バルブが強磁性材料製の磁極片を含み、該磁極片
   は、制御バルブが不作動位置にあるときにラッチ装置の
   磁気回路の一部を構成するものとし、さらに、ピストン
   および制御バルブの磁極片は、電磁装置がラッチ装置を
   一時的に中立化して制御バルブを不作動位置から作動位
   置まで移動し得るように解放する際に、相互に離間する
   方向に移動してラッチ装置の磁気回路のリラクタンスを
   顕著に増加させる構成としたことを特徴とする双安定型
   トランスジューサ。 ７、請求項１記載の双安定型トランスジューサにおいて
   、ラッチ装置が、軸線方向に磁化されている環状永久磁
   石を含むことを特徴とする双安定型トランスジューサ。 ８、バルブアクチュエータハウジング；相互に逆向きに
   配置された一対の主作動面を有し、ハウジング内で所定
   の軸線に沿って往復移動させ得る主ピストン；主ピスト
   ンに対して固定され、主ピストンと共に移動させ得る一
   対の補助ピストン；加圧空気源；ハウジングおよび主ピ
   ストンに対し前記軸線に沿って開放および閉鎖位置間で
   往復移動させ得る一対の空気制御バルブ；主ピストンを
   そのいずれかの移動端位置で磁気的に捕捉する捕捉手段
   ；並びに、一方の空気制御バルブを選択的に開放して加
   圧空気源からの加圧空気を一方の主作動面に作用させる
   ことにより主ピストンおよび補助ピストンを移動させる
   選択開放手段とを具え、選択開放手段は、主ピストンを
   磁気的に捕捉する捕捉手段の解放にも有効なものとした
   ことを特徴とする空気圧式バルブアクチュエータ。 ９、バルブアクチュエータハウジング；ハウジングと協
   動して一対の作動室を限定するよう相互に逆向きに配置
   された一対の主作動面を有し、ハウジング内で所定の軸
   線に沿って往復移動させ得る強磁性材料製のピストン；
   加圧空気源；ハウジングおよび主ピストンに対し前記軸
   線に沿って開放および閉鎖位置間で往復移動させ得る一
   対の空気制御バルブ；少なくとも一方の空気制御バルブ
   を閉鎖位置に保持する磁気ラッチ回路；空気制御バルブ
   の他方を選択的に開放して加圧空気源からの加圧空気を
   一方の作動室に供給すると共に磁気ラッチ回路の吸引力
   をピストンに作用させてピストンを移動させる選択開放
   手段；並びに、他方の作動室によりピストンを往復移動
   の終端近傍で減速させると共にピストンの運動エネルギ
   を、次のピストン移動を補助する加圧空気としてのポテ
   ンシャルエネルギに変換する空圧手段を具えることを特
   徴とする空気圧式バルブアクチュエータ。 １０、請求項９記載の空気圧式バルブアクチュエータに
   おいて、ピストンが軸線方向に延在する環状突部を含み
   、該環状突部はピストンがその移動の終端に近接する際
   にハウジングと協動して作動室を二つの室に分割するも
   のとし、その一方の室を大気に連通させると共に他方の
   室は次のピストン移動を補助する加圧空気を蓄積すべく
   シールする構成としたことを特徴とする空気圧式バルブ
   アクチュエータ。 １１、請求項９記載の空気圧式バルブアクチュエータに
   おいて、ピストンにより磁気ラッチ回路の一部を構成し
   、さらに、磁気ラッチ回路には半径方向にスロット加工
   が施された強磁性材料製部材を設けて磁気回路を完結す
   ると共に加圧空気源から空気制御バルブに至る空気通路
   を形成することを特徴とする空気圧式バルブアクチュエ
   ータ。