JPS63243582A - 流体制御用電磁アクチュエータ - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、流体の流量を連続的に制御す′る流体流量制
御用電磁アクチュエータに対し、例えば、エンジンの吸
入空気量を制御するのに用いて有用である。

〔従来技術及びその問題点〕

従来、内燃機関エンジンのアイドル回転を制御する電磁
アクチュエータとしては、ソレノイドコイルの励磁・非
励磁に応じ、弁体を開閉するオンオフ式のソレノイドバ
ルブが採用されていた。そして、ソレノイドコイルに印
加される電圧をデユーティ比制御することにより、短い
周期で弁体の開閉を繰り返し、これにより、吸入空気の
流量を制御している。

しかしながら、従来の電磁アクチュエータでは、特に弁
体の開度が少ない状態で、かつ早い周期で開閉を繰り返
した場合には、第２図に破線Ａで示すように、流量が必
要以上に多く流れるという問題があった。これは、弁体
が弁座に衝突する際に生じる反発力により、弁体が弁座
よりバウンドしてしまうためと考えられる。すなわち、
バルブ開度が小さな状態では、デユーティ比制御に伴う
弁座の微振動に伴って、弁体が弁座に衝突し、この衝突
による弁体のバウンドにより、所定以上の開度となって
しまうためと考えられる。

この弁体のバウンドを抑えるためにゆ、弁体と弁座との
当接面に比較的柔らかい部材、例えばゴム材料等をコー
ティングすることが考えられるが、ゴム材料を弁体にコ
ーティングするのは製作が困難となるのみならず、電磁
アクチュエータのコストを引き上げてしまうという問題
が生ずる。さらに、弁体と弁座との間に、比較的柔らか
いゴム材料等を配設したのでは、ゴム材料の粘性により
弁体が弁座に粘着してしまうという恐れがある。そのこ
とにより、バルブの正確な流量制御１１が困難となる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、上記点に鑑みて案出されたもので、バルブ開
度が小さな状態であっても、ソレノイドコイルに供給さ
れる電流のデユーティ比に応じ、弁体の開度を正確に変
位させ、流体流量を的確に制御できるようにすることを
目的とする。すなわち、本発明のアクチュエータでは、
ソレノイドコイルを早い周期でデユーティ比制御した場
合であっても、弁体の少量のリフト量制御が的確にでき
るようにすることを目的とする。

［構成及び作動］ 上記目的を達成するため、本発明では、ソレノイドコイ
ルによって変位されるムービングコアに弁体を遊嵌入す
る。すなわち、弁体とムービングコアとの間には所定の
間隙をあらかじめ設定しておく。そして、弁体とムービ
ングコアとを係止片により係止させ、この係止片により
、弁体の弁座側への変位を規制する。さらに、弁体とム
ービングコアとの間には、弾性体を配置し、この弾性体
により、弁体を上述の係止片側に所定の付勢力で押圧す
るという構成を採用する。

上記構成を採用したため、本発明では、弁体、弁座とも
に比較的固い材料を使用することが可能である。比較的
固い材料を使用した結果、弁体と弁座との衝突時に弁体
にバウンドが生じたとしても、そのバウンドは弾性体に
より良好に吸収される。すなわち、ムービングコア側に
配置された弾性体により、弁体と弁座との間にゴム材料
等を介在させたのと同様の効果が得られる。

〔発明の効果〕

上述したように、本発明のアクチュエータでは、弁体と
弁座との間に柔らかいゴム材料等を介在させることなく
、弁体のバウンドを良好に吸収することができる。その
ため、本発明のアクチュエータでは、弁体と弁座との粘
着等の恐れが一切生じない。さらに、バルブの開度が小
さな状態であっても、弁体のリフト量を良好に制御する
ことができる。

しかも、本発明では、硬質樹脂材料を弁体として使用可
能となるため、必要に応じ、弁体をベローズと一体形成
することが可能となる。そのため弁体を構成するための
コストを大幅に低減することができるという効果を有す
る。

〔実施例〕

以下、本発明アクチュエータの一実施例を図に基づいて
説明する。第１図中１０はハウジングで、ポリエチレン
テレフタレート等の比較的固い樹脂材料よりなる。そし
て、このハウジング１０内には、吸入空気の流体通路２
０が形成される。さらにハウジング１０には、上記通路
を開閉すべく弁座１６が形成されている。この弁座に対
向する位置に、弁体１３が配設される。弁体は、比較的
固い樹脂材料よりなり、例えば四フッ化エチレン樹脂に
より成形される。そして、弁体１３のうち弁座１６に直
接当接する部位にはリング状の突出部５０が一体成形さ
れている。なお、本例では、弁体の固さはデュロメータ
Ｄ６１である。

弁体は第１図に示すように、有底円筒形状をしており、
かつ側部はベローズ２２が形成されている。弁体の端部
２３は、固定リング２４によりマグネットプレート２に
固定されている。なお、マグネッ１−プレートは、連結
片２５によりハウジング１０と固定されている。また、
マグネットプレート２とハウジング１０との間は、Ｏリ
ング２６によりシールが保たれている。

第１図中１は円筒状のソレノイドコイルで、樹脂ケース
３０上に巻線されている。樹脂ケース３０の内部には、
磁性材料製のステータコア５が配設されている。さらに
、ステータコア５と対向する位置に、同じく磁性材料製
のムービングコア６が配設されている。また、ムービン
グコア６とステータコア５との間には、第１コイルスプ
リング７が配置されており、このコイルスプリング７に
よりムービングコア６はステータコア５から引き離され
る方向に付勢されている。ステータコア５の端部には、
磁気プレート４が連結されており、さらに上述のソレノ
イドコイル１を覆うようにして磁性材料製のコーク、３
が配設されている。

従って、ソレノイドコイル１が励磁した状態では、ヨー
ク３、プレート４、ステータコア５、ムービングコア６
により磁気回路が形成される。従って、ムービングコア
６とステークコア５との間に起磁力が発生し、コイルス
プリング７の付勢力に抗して、ムービングコア６を第１
図中右方向に吸引することとなる。

ムービングコアは、板バネ９によって保持されている。

なお、仮バネ９はその端部は固定リング２４とマグネッ
トプレート２とによって挾持される。ムービングコアの
変位は、シャフト３１に伝達される。なお、本例ではシ
ャフト３１はムービングコアと一体的に結合されており
、シャフト３１はムービングコアの一部として扱う。ま
た、シャフト３１はハウジング１０に形成されたシャフ
トガイド１１によって摺動自在に支持されている。

従って、ムービングコア６及びシャフト３１は、ハウジ
ングのシャフトガイド１１とコイルスプリング７及び仮
バネ９とによって保持されることになる。

第３図は、弁体中間部分の拡大断面図である。

図に示すように、シャフト３１と弁体１３とは、所定の
間隙りを介し、遊嵌合されている。すなわち、弁体１３
は、シャフト３１上で所定の変位が可能である。また、
シャフト３１には、係止片１５が圧入されており、この
係止片１５により弁体１３の図中左方向の変位が規制さ
れる。すなわち、弁体１３の弁座１６側への移動は、係
止片１５によって制限される。

シャフト３１には段付き部８が形成されており、この段
付き部の肩部と弁体１３との間には、第２コイルスプリ
ング１４が介在している。この第２コイルスプリング１
４ば、弁体の振動を許すべ（比較的小さな付勢力となっ
ている。例えば、本例では３０グラム程度の付勢力であ
る。これは、コイルスプリング７の付勢力に比べ、１／
１０程度の小さな値である。

ここでコイルスプリング１４の付勢力は小さい方が望ま
しく、理想的には１０グラム程度の値で良いが、このコ
イルスプリング１４の付勢力があまり小さいと、通路２
０内の空気圧により、弁体１３が開いてしまうという恐
れがある。そこで、コイルスプリング１４は、通路２０
内の空気圧によっては弁体１３を開かない程度の付勢力
を支持しつつ、弁体１３の振動が許せる値となっている
。

次に上記構成よりなるアクチュエータの作動を説明する
。ソレノイドコイル１に電流が流れた状態では、上述し
たように、ムービングコア６とステータコア５との間に
起磁力が発生し、ムービングコア６及びシャフト３１が
図中右方向に変位する。この変位により、係止片１５を
介し、弁体１３も同じ（図中右方向に変位し、弁座との
間が開く。

このように、ソレノイドコイル１の励磁により、弁体１
３が弁座から離座することになる。そしてこの弁体のリ
フトａは第２図中実線Ｂで示すように、ソレノイドコイ
ル１に電圧が印加される時間割合が大きくなるにつれ、
大きくなる。その結果・ソレノイドコイル１に印加され
るデユーティ比と、弁体１３を通過する空気流量は、第
２図中Ｂに示すような関係となる。即ち、本例では、ソ
レノイドコイル１に供給される電流は、図示しない制御
装置により、デユーティ比制御される。このデユーティ
比制御は、ソレノイドコイルｌに通電している間と、通
電していない時間との間の比を制御するもので、上述し
た電流値と相まって、流体の流量をさらに正確に制御す
るものである。ここで、本例では、例えば１６０１ｒｚ
程度の周期でデユーティ比制御されることとなる。

そのため、第２図中実線Ｂに示すように、空気流量はほ
ぼ連続的に変化するものの、弁体１３は常に微少振幅（
例えば０．１Ｍ程度）で振動を繰り返すことになる。そ
の為、弁体１３が弁座１６に近接する状態では、弁体１
３と弁座１６とは極めて短い周期で衝突を繰り返すこと
になる。上述したように、弁体１３のリフト量が小さい
場合には、この衝突時に弁体１３に生じるバウンドが流
量制御上大きな問題となる。しかしながら、本例では、
弁体１３の背面にコイルスプリング１４が配設されてい
るため、このコイルスプリング１４により、弁体１３に
生ずるバウンドが良好に吸収されることになる。すなわ
ち、本例のアクチュエータによれば、弁体のリフ）Ｉが
小さい状態で、かつ短い周期でオンオフが繰り返された
どしても、第２図中実線Ｃで示すように正確な流量の制
御が可能となる。

なお、上述の例では、弾性材としてコイルスプリング１
４を用いたが、他の材料を用いてもよいことはもちろん
である。例えば、第４図に示すように、コイルスプリン
グ１４に代え、板バネ１７を用いてもよい。さらには、
第５図に示すように、コイルスプリング１４に代え、ゴ
ムブツシュ１８を用いるようにしてもよい。

第６図は、本発明アクチュエータのさらに他の例を示す
断面図である。この実施例では、アルミニウム合金製の
保持板４０を用い、この保持板４０とマグネティックプ
レートにより板バネ９を保持している。さらに、第２コ
イルスプリングは、一端が弁体１３の内面に形成された
環状の保持溝４１に保持され、他端がこの保持板４０の
中央部に形成された円筒状の段付き部４２によって係止
されている。

すなわち、この第６図図示実施例では、第２スプリング
の他端が常に所定位置に保持されるため、第２スプリン
グ１４により発生する保持力は、ムービングコア６の変
位に応じて変動することとなる。換言すれば、ムービン
グコア６とステータコア５との間に発生する起磁力は、
第１コイルスプリング７と第２コイルスプリング１４と
の両者によって補償されることになる。その為、第１コ
イルスプリングの設定荷重は第１図図示のものに比べて
小さくすることができる。なお、第６図図示実施例のも
のでは、第２コイルスプリングとしてセット荷重が１０
０ｇ程度、かつバネ定数が４０ｇ　／　ｍｍ程度のもの
を採用している。

また、第６図図示実施例では、ベローズ２２の端部が固
定リング２４ではなく、ハウジング２とマグネティック
プレート２とにより挾持されるようになっている。従っ
て、この第６図図示実施例では、ベローズ２２の固定が
より容易に行なえるようになっている。

また、第６図図示実施例では、上述の第１コイルスプリ
ング７、第２コイルスプリング１４の他に、第３コイル
スプリング４４を配置している。

この第３コイルスプリング４４は、その一端が係止片１
５の中央円筒部に係止し、他端がアジャストスクリュー
４５の中央段部に形成された円筒部に係止されている。

なお、アジャストスクリュー４５の中央部には、シャフ
トガイド１１が形成されており、このシャフトガイド１
１中にシャフト３１が摺動自在に配置される。また、ア
ジャストスクリュー４５の外周部にはネジ部４６が形成
されており、このネジ部４６により、アジャストスクリ
ュー４５とハウジング１０との相対位置が調整可能とな
る。すなわち、アジャストスクリュー４５の位置調節を
することにより、第３コイルスプリングの設定荷重を変
位させ、さらには第１コイルスプリング７及び第２コイ
ルスプリング１４の設定荷重の調整も行えるようにする
。

従って、この第３コイルスプリング４４は、主に第１コ
イルスプリング７及び第２コイルスプリング１４の設定
荷重調整のために用いられ、そのため第３コイルスプリ
ング４４は他のコイルスプリング７．１４に比べてバネ
定数が小さなものが用いられる。

また、第７図及び第８図は、上述の第６図図示実施例と
同様、第３コイルスプリングを用いた実施例で、第７図
は第２コイルスプリング１４に代え、仮ハネ１７を用い
ている。また、第８図図示実施例では、第２コイルスプ
リング１４に代え、ゴムブツシュ１８を用いている。い
ずれにしろ、弁体１３を所定の比較的小さな弾性力で弁
座１６側へ押圧できる弾性材であれば、本発明の効果が
達成できる。

さらに、上述の例では、第１コイルスプリング７は弁体
１３を閉弁方向に付勢しており、従ってソレノイドコイ
ル１が励磁しない状態では、弁体１３は弁座１６を閉弁
するようにしていたが、このスプリングの配設方向を逆
としてもよい。すなわち、ソレノイドコイル１が励磁し
ない状態では、常に弁体１３が弁座１６より離脱するよ
うにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明アクチュエータの一実施例を示す断面図
、第２図は第１図図示アクチュエータの作動状態を示す
説明図、第３図は第１図の要部拡大断面図、第４図及び
第５図は本発明アクチュエータの他の例の要部を示す断
面図、第６図ないし第８図はそれぞれ本発明アクチュエ
ータの他の実＃旬図 施例を示す≠÷→である。 １・・・ソレノイドコイル、５・・・ステータコア、６
・・・ムービングコア、１０・・・ハウジング、１３・
・・弁体、１４・・・コイルスプリング、１５・・・係
止片、　　１６・・・弁座、３１・・弘−ピングコアの
一部をなすシャフト。 代理人弁理士　　岡　部　　　　隆 第　３　図

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）流体通路及びこの流体通路途中に形成された弁座
   部を有するハウジングと、 このハウジングの前記弁座と着座離座して前記流体通路
   の遮断導通を行う硬質樹脂材料製の弁体と、 入力電流に応じて励磁するソレノイドコイルと、このソ
   レノイドコイルの磁力を受けて移動するムービングコア
   と、 このムービングコアに前記ソレノイドコイルの磁力に反
   する方向の付勢力を加える第１弾性体とを備え、 前記弁体は前記ムービングコアに遊嵌入され、前記弁体
   を前記弁座側へ所定の付勢力で付勢する第２弾性体と、 前記弁体と前記ムービングコアと係止し、前記弁体が前
   記弁座より離座した際の前記第２弾性体による前記弁体
   の変位を規制する係止弁とを有し、前記ソレノイドコイ
   ルはその励磁時間、非励磁時間がデューティ比制御され
   、前記弁座・弁体間を流れる流体の流量を連続的に可変
   制御することを特徴とする流体制御用電磁アクチュエー
   タ。
2. （２）前記第２弾性体は前記弁体を介して前記ムービン
   グコアを前記ソレノイドコイルの磁力に反する方向に付
   勢し、 前記第１弾性体と前記第２弾性体とが協同して前記ムー
   ビングコアの変位量を制御することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の流体制御用電磁アクチュエータ。
3. （３）前記ムービングコアには第３弾性体の付勢力が加
   わり、前記第１弾性体及び前記第２弾性体の設定荷重は
   前記第３弾性体の付勢力を調整することにより調整され
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の流体制
   御用電磁アクチュエータ。
4. （４）前記弁体はベローズが一体形成され、かつ前記弁
   体には圧力補償用貫通孔が形成されていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の流体制御用電磁アクチ
   ュエータ。
5. （５）前記弁体のうち前記弁座との当接面にはリング状
   の突出部が一体形成されていることを特徴とする特許請
   求の範囲第４項記載の流体制御用電磁アクチュエータ。
6. （６）前記ムービングコアは、前記ハウジングに対して
   、ムービングコアの軸方向変位のみが許されるように支
   持されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の流体制御用電磁アクチュエータ。
7. （７）前記弁体は前記ソレノイドコイルの励磁時に前記
   ムービングコア、前記係止片を介して開弁方向に変位す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の流体制
   御用電磁アクチュエータ。
8. （８）流体通路を形成するハウジングと、このハウジン
   グに形成された弁座と当接して、前記流体通路の導通遮
   断を行う弁体と、ソレノイドコイルと、このソレノイド
   コイルの磁力を受けて移動するムーンビングコアとを備
   え、前記弁体は前記ムービングコアに遊嵌入され、かつ
   前記弁体と前記ムービングコアとは係止片により係止さ
   れ、この係止片により前記弁体の前記弁座側への変位が
   係止され、かつ前記弁体と前記ムービングコアとの間に
   は、弾性材が配設され、この弾性材により、前記弁体は
   前記係止片側に所定の付勢力で押圧されるよう構成した
   流体制御用電磁アクチュエータ。