JP2006022776A - 電磁駆動弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 高さが低く、搭載性に優れた電磁駆動弁を提供する。
【解決手段】 電磁駆動弁１０は、電磁力と弾性力との協働により作動する電磁駆動弁である。電磁駆動弁１０は、ステム１２を有し、ステム１２が延びる方向に沿って往復運動する駆動弁１４と、ステム１２に揺動自在に連結された一方端２２および３２と、ディスクベース５１に揺動自在に支持された他方端２３および３３とを有し、互いに間隔を隔てて設けられたロアディスク２１およびアッパディスク３１と、ロアディスク２１の他方端２３と、アッパディスク３１の他方端３３とにそれぞれ設けられ、ロアディスク２１およびアッパディスク３１に弾性力を作用させるロアスプリング２６およびアッパスプリング３６とを備える。
【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、内燃機関に用いられる回転駆動式の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、米国特許第６４６７４４１号明細書には、電磁力とスプリングとの協働によって内燃機関のバルブが作動する電磁アクチュエータが開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示された電磁アクチュエータは、回転駆動式と呼ばれており、ステムを有するバルブと、そのステムの先端に当接された第２端部およびサポートフレームに揺動自在に支持された第１端部を有する揺動アームとを備える。

揺動アームの両側には、鉄芯とその鉄芯の周りに巻かれたコイルとから構成される電磁石が１つずつ配置されている。電磁アクチュエータは、さらに、揺動アームの第１端部に設けられ、バルブを開状態に向けて付勢するトーションバーと、ステムの外周に配置され、バルブを閉状態に向けて付勢する渦巻きばねとを備える。電磁石で発生する電磁力と、トーションバーおよび渦巻きばねの弾性力とによって、揺動アームが第１端部を支点に揺動する。その揺動アームの動きは、第２端部を介してステムへと伝わり、これによってバルブが開状態と閉状態との間を往復運動する。

また、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２）。特許文献２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往復運動する。
米国特許第６４６７４４１号明細書 特開平１１−３５０９２９号公報

特許文献２に開示された並進駆動式の電磁駆動バルブでは、ロアスプリング、アッパスプリング、第１電磁石および第２電磁石が、弁軸の軸方向に並ぶように設けられている。このため、電磁駆動バルブの高さが高くなり、車両等のエンジンの吸排気バルブとして用いた場合に、要求されるエンジン搭載高さの制約をクリアすることが難しい。一方、特許文献１に開示された回転駆動式の電磁アクチュエータでは、トーションバーを揺動アームの第２端部に配することで、アクチュエータの高さをある程度低くしている。しかし、特許文献２に開示された電磁駆動バルブと同様に、渦巻きばねがステムに沿って配置されているため、アクチュエータの高さを十分に低くすることができない。

また、特許文献１に開示された電磁アクチュエータでは、ステムの軸方向に並んで、２つの電磁石が設けられており、特許文献２に開示された電磁駆動バルブでは、弁軸の軸方向に並んで、第１電磁石および第２電磁石が設けられている。このように開弁用および閉弁用と分けて設けられた電磁石も、同様に、電磁アクチュエータや電磁駆動バルブの高さを高くする一因となっている。

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、高さが低く、搭載性に優れた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、電磁力と弾性力との協働により作動する電磁駆動弁である。電磁駆動弁は、弁軸を有し、弁軸が延びる方向に沿って往復運動する駆動弁と、弁軸に揺動自在に連結された一方端と、ベース部材に揺動自在に支持された他方端とを有し、互いに間隔を隔てて設けられた第１および第２の揺動部材と、第１の揺動部材の他方端と、第２の揺動部材の他方端とにそれぞれ設けられ、第１および第２の揺動部材に弾性力を作用させる第１および第２のばね部材とを備える。

このように構成された電磁駆動弁によれば、揺動部材の揺動運動を介して駆動弁を往復運動させる回転駆動式に、その揺動部材を複数、設けた並行リンク機構を採用している。この並行リンク機構の採用によって、第１および第２のばね部材を、第１および第２の揺動部材の他方端にそれぞれ配置でき、第１および第２のばね部材を設けるスペースを、弁軸が延びる方向に沿って確保する必要がなくなる。このため、弁軸が延びる方向に沿った電磁駆動弁の長さ（以下、電磁駆動弁の高さとも呼ぶ）を抑え、電磁駆動弁の搭載性を向上させることができる。

また好ましくは、駆動弁は、第１の位置と第２の位置との間を往復運動する。第１および第２のばね部材は、駆動弁を第１の位置と第２の位置との間の中間位置に保持するように、第１および第２の揺動部材に弾性力を作用させる。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のばね部材によって、第１または第２の位置にある駆動弁は中間位置に移動しようとする。このため、この弾性力と、別に作用させる電磁力とによって、駆動弁を往復運動させることができる。

また好ましくは、電磁駆動弁は、第１の揺動部材と第２の揺動部材との間に配置され、第１および第２の揺動部材に電磁力を作用させる電磁石をさらに備える。このように構成された電磁駆動弁によれば、駆動弁を往復運動させるために、第１の揺動部材と第２の揺動部材との間に電磁石を１つ配置するだけ良い。このため、弁軸が延びる方向に沿って複数個の電磁石を配置する場合と比較して、電磁駆動弁の高さを低く抑えることができる。また、電磁石の数を削減できるため、電磁駆動弁の製造コストを抑えることができる。

この発明の別の局面に従った電磁駆動弁は、電磁力と弾性力との協働により作動する電磁駆動弁である。電磁駆動弁は、弁軸を有し、弁軸が延びる方向に沿って往復運動する駆動弁と、弁軸に揺動自在に連結された一方端と、ベース部材に揺動自在に支持された他方端とを有し、互いに間隔を隔てて設けられた第１および第２の揺動部材と、モノコイルを有し、第１の揺動部材と第２の揺動部材との間に配置された電磁石とを備える。モノコイルに電流が流れることによって、第１および第２の揺動部材に電磁力が作用する。ここで言うモノコイルとは、連続する一続きの線から構成されたコイルを意味する。

このように構成された電磁駆動弁によれば、揺動部材の揺動運動を介して駆動弁を往復運動させる回転駆動式に、その揺動部材を複数、設けた並行リンク機構を採用している。この並行リンク機構の採用によって、第１の揺動部材と第２の揺動部材との間にモノコイルから構成された電磁石を配置するだけで、その電磁石で発生する電磁力と、別に作用させる弾性力とにより、駆動弁を往復運動させることができる。このため、弁軸が延びる方向に複数個のコイルから構成された電磁石を配置する場合と比較して、電磁駆動弁の高さを低く抑え、電磁駆動弁の搭載性を向上させることができる。また、モノコイルから構成された電磁石を用いることによって、電磁駆動弁の製造コストを抑えることができる。

また好ましくは、電磁石は、第１および第２の揺動部材のいずれか一方が電磁石に引き寄せられた状態でモノコイルに流す電流の向きを逆転させると、電磁石に引き寄せられていた第１および第２の揺動部材のいずれか一方に、電磁石から離脱する方向に電磁力が作用するように構成されている。このように構成された電磁駆動弁によれば、揺動部材の電磁石に対する離脱性を向上させ、揺動運動の安定化および消費電力の低減を図ることができる。また、モノコイルからなる電磁石によってこのような構成が得られるため、コイルを増やす必要がない。

また好ましくは、第１および第２の揺動部材は、一方端が弁軸に連結された位置と、他方端がベース部に支持された位置との間の距離が変化するように、駆動弁に対して移動可能に設けられている。このように構成された電磁駆動弁によれば、一方端と他方端との間の距離の変化に伴って、一方端側における第１および第２の揺動部材の揺動距離が変化する。このため、駆動弁が往復運動する距離（以下、駆動弁のリフト量とも呼ぶ）を可変とする機構を、簡易かつ容易に実現することができる。

また好ましくは、電磁駆動弁は、他方端を支点とした第１および第２の揺動部材の揺動角度を検出するセンサ部をさらに備える。このように構成された電磁駆動弁によれば、センサ部で検出された第１および第２の揺動部材の揺動角度と、第１および第２の揺動部材の移動量とから、一方端側における第１および第２の揺動部材の揺動距離を算出し、駆動弁のリフト量を制御することができる。このため、駆動弁のリフト量を制御するために、たとえば、弁軸の端部にセンサを設ける必要がなく、電磁駆動弁の高さをさらに低く抑えることができる。

また好ましくは、弁軸には、第１の揺動部材の一方端と、第２の揺動部材の一方端との間に位置して、緩衝部材が設けられている。このように構成された電磁駆動弁によれば、緩衝部材を設けることによって、駆動弁の往復運動の両端位置に対して生じる位置決め誤差を吸収することができる。これにより、電磁駆動弁は、所望の性能を発揮することができる。

以上説明したように、この発明に従えば、高さが低く、搭載性に優れた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。

（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、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、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２１およびアッパディスク３１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、その弾性力を有するロアスプリング２６およびアッパスプリング３６とを備える。駆動弁１４は、ロアディスク２１およびアッパディスク３１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。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。

図２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２を参照して、ロアディスク２１は、一方端２２と他方端２３とを有し、一方端２２から他方端２３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２１は、一方端２２を含む位置において、矩形形状の表面２１ａおよび２１ｂを有する平板状に形成されている。ロアディスク２１は、他方端２３に位置して、孔２７が形成された中空円筒状に形成されている。ロアディスク２１には、一方端２２側に位置して、切欠き部２８が形成されており、その切欠き部２８の互いに向い合う壁面には、長孔２４が形成されている。

アッパディスク３１は、ロアディスク２１と同様の形状を備え、ロアディスク２１の一方端２２、他方端２３、表面２１ａ、表面２１ｂ、孔２７、切欠き部２８および長孔２４に対応して、一方端３２、他方端３３、表面３１ｂ、表面３１ａ、孔３７、切欠き部３８および長孔３４が形成されている。ロアディスク２１およびアッパディスク３１は、軟磁性材料から構成されている。

ロアディスク２１の一方端２２は、孔２７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３１の一方端３２は、孔３７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。シリンダヘッド４１の頂面上には、ステム１２と平行に延びるディスクベース５１が設けられている。ロアディスク２１の他方端２３は、ディスクベース５１の支点２５を中心に揺動自在に支持されており、アッパディスク３１の他方端３３は、ディスクベース５１の支点３５を中心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２１およびアッパディスク３１を支点２５および３５をそれぞれ中心に揺動させることによって、駆動弁１４を往復運動させることができる。

他方端２３および３３には、ロアスプリング２６およびアッパスプリング３６がそれぞれ設けられている。ロアスプリング２６により、ロアディスク２１には、支点２５を中心に時計周りの方向に付勢する弾性力が加えられている。アッパスプリング３６により、アッパディスク３１には、支点３５を中心に反時計周りの方向に付勢する弾性力が加えられている。後に説明する電磁石６０による電磁力が加わっていない状態で、ロアディスク２１およびアッパディスク３１は、ロアスプリング２６およびアッパスプリング３６によって、開弁側の変位端と閉弁側の変位端との中間位置に位置決めされる。

図３は、図１中の電磁石を示す斜視図である。図１および図３を参照して、ディスクベース５１には、ロアディスク２１とアッパディスク３１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と、磁性材料から形成され、アッパディスク３１の表面３１ａおよびロアディスク２１の表面２１ａにそれぞれ向い合う吸着面６１ａおよび６１ｂを有する開閉兼用コア６１とから構成されている。開閉兼用コア６１は、ロアディスク２１またはアッパディスク３１の一方端から他方端に向かう方向に延びる軸部６１ｐを有する。開閉兼用コイル６２は、軸部６１ｐの周りを旋回するように設けられており、モノコイルから構成されている。

ディスクベース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、ロアディスク２１の表面２１ｂに向い合う吸着面５５ａを有する。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２１が揺動する空間７２が規定されている。また、閉弁用永久磁石５６は、アッパディスク３１の表面３１ｂに向い合う吸着面５６ａを有する。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３１が揺動する空間７１が規定されている。

図４は、開弁側の変位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、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６は、閉弁側の変位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、開閉兼用コイル６２には、開閉兼用コア６１の軸部６１ｐの周りで矢印１１１に示す方向に流れる電流が供給されている。このとき、アッパディスク３１が位置する側では、電流が図４を示す紙面の奥から手前方向へと流れている。これにより、開閉兼用コア６１に、矢印１１２に示す方向に磁束が流れ、アッパディスク３１を電磁石６０の吸着面６１ａに引き寄せる電磁力が発生する。一方、ロアディスク２１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３１およびロアディスク２１は、支点２５周りに配置されたロアスプリング２６の弾性力に抗して、図４中に示す開弁側の変位端に保持されている。

図５を参照して、次に、開閉兼用コイル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３１およびロアディスク２１は、ロアスプリング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。ロアスプリング２６およびアッパスプリング３６による弾性力は、アッパディスク３１およびロアディスク２１を中間位置に保持しようとする。このため、中間位置を越えた位置では、アッパスプリング３６によって、アッパディスク３１およびロアディスク２１に揺動方向と逆方向の力が作用する。しかし、アッパディスク３１およびロアディスク２１には、揺動する方向に沿って慣性力が作用しているため、アッパディスク３１およびロアディスク２１は、中間位置を越えた位置まで揺動する。

図６を参照して、次に、その中間位置を越えた位置において、再び、開閉兼用コイル６２に矢印１１１に示す方向に電流を流す。このとき、ロアディスク２１が位置する側では、電流が図６を示す紙面の手前から奥方向へと流れる。これにより、開閉兼用コア６１に、矢印１３２に示す方向に磁束が流れ、ロアディスク２１を電磁石６０の吸着面６１ｂに引き寄せる電磁力が発生する。一方、アッパディスク３１は、閉弁用永久磁石５６によって、吸着面５６ａに引き寄せられる。

なおこのとき、電磁石６０で発生する電磁力によって、アッパディスク３１も電磁石６０の吸着面６１ａに引き寄せられる。しかし、電磁力は、互いの間隔が狭いロアディスク２１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３１およびロアディスク２１は、中間位置を越えた位置から図６中に示す閉弁側の変位端へと揺動する。

以降、開閉兼用コイル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。これにより、アッパディスク３１およびロアディスク２１を開弁側および閉弁側の変位端の間で揺動させ、この揺動運動を介して駆動弁１４を往復運動させることができる。

このように本実施の形態では、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３１およびロアディスク２１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、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、開閉兼用コイル６２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。なお、本実施の形態では、１つの吸気弁に注目して説明を行なっているが、内燃機関には、複数のバルブが設けられており、そのバルブごとに電磁駆動弁が必要となる。このため、内燃機関全体として見れば、大幅なコストダウンが可能となる。

また、図１中の下部ステム１２ｍと上部ステム１２ｎとの間には、ラッシュアジャスタ１６が設けられている。ラッシュアジャスタ１６を設けることによって、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ことができる。本実施の形態では、ロアディスク２１およびアッパディスク３１を同時に揺動させ、駆動弁１４を往復運動させる並行リンク機構が採用されている。しかし、現実には、これらディスク部品間に生じる寸法誤差や組み付け誤差から、駆動弁１４の位置決めに誤差が生じやすい。このため、並行リンク機構を備える電磁駆動弁１０では、ラッシュアジャスタ１６を設けることが特に有効となる。

図７は、駆動弁のリフト量と駆動弁に作用する力との関係を示すグラフである。図７を参照して、図中では、開弁位置にある駆動弁のリフト量を０とし、閉弁位置へと移動するに従ってそのリフト量が増加するものとして、リフト量が示されている。また、図中には、図１中に示す電磁駆動弁１０の、駆動弁１４のリフト量と、駆動弁１４に作用する電磁力との関係が、実線７４で表わされ、駆動弁１４のリフト量と、駆動弁１４に作用するロアスプリング２６の弾性力との関係が、一点鎖線７６で表わされている。さらに、図中には、回転駆動式の電磁駆動弁１０との比較のため、並進駆動式の電磁駆動弁の、駆動弁のリフト量と駆動弁に作用する電磁力との関係が、点線７５で表わされている。

図１および図７を参照して、回転駆動式の電磁駆動弁１０では、支点２５と電磁石６０の電磁力が作用する位置との間の距離が、支点２５と駆動弁１４が連結されたロアディスク２１の一方端２２との間の距離よりも小さくなり、支点３５と電磁石６０の電磁力が作用する位置との間の距離が、支点３５と駆動弁１４が連結されたアッパディスク３１の一方端３２との間の距離よりも小さくなる。したがって、電磁石が駆動弁のステムが延びる方向に直列に配置され、電磁力が駆動弁に直接的に作用する並進駆動式の電磁駆動弁と比較して、回転駆動式では、開弁位置および閉弁位置で、駆動弁１４に作用する電磁力が小さくなる。

また、開弁位置と閉弁位置との間にある中間位置では、並進駆動式の電磁駆動弁の場合、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。一方、回転駆動式の電磁駆動弁１０では、電磁石６０からロアディスク２１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３１までの距離が、他方端３３に近づくに従って小さくなる。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、並進駆動式の電磁駆動弁と比較して、回転駆動式では、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。

このように回転駆動式の電磁駆動弁１０では、中間位置で大きい電磁力が得られるものの、開弁位置および閉弁位置で電磁力が小さくなるため、本実施の形態では、開弁位置でロアディスク２１を引き寄せるための開弁用永久磁石５５と、閉弁位置でアッパディスク３１を引き寄せるための閉弁用永久磁石５６とが設けられている。これらの永久磁石を配置することによって、開弁位置および閉弁位置で不足する電磁力を補うことができ、電磁石６０で消費される電力が悪化することを防止できる。また、中間位置では、元々、十分に大きい電磁力が得られることから、電磁石６０で消費される電力を全体として低減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、電磁力と弾性力との協働により作動する電磁駆動弁である。電磁駆動弁１０は、弁軸としてのステム１２を有し、ステム１２が延びる方向に沿って往復運動する駆動弁１４と、ステム１２に揺動自在に連結された一方端２２および３２と、ベース部材としてのディスクベース５１に揺動自在に支持された他方端２３および３３とを有し、互いに間隔を隔てて設けられた第１および第２の揺動部材としてのロアディスク２１およびアッパディスク３１と、ロアディスク２１の他方端２３と、アッパディスク３１の他方端３３とにそれぞれ設けられ、ロアディスク２１およびアッパディスク３１に弾性力を作用させる第１および第２のばね部材としてのロアスプリング２６およびアッパスプリング３６とを備える。

駆動弁１４は、第１の位置としての開弁側の変位端と第２の位置としての閉弁側の変位端との間を往復運動する。ロアディスク２１およびアッパディスク３１は、駆動弁１４を開弁側の変位端と閉弁側の変位端との間の中間位置に保持するように、ロアディスク２１およびアッパディスク３１に弾性力を作用させる。

電磁駆動弁１０は、電磁力と弾性力との協働により作動する電磁駆動弁である。電磁駆動弁１０は、ステム１２を有し、ステム１２が延びる方向に沿って往復運動する駆動弁１４と、ステム１２に揺動自在に連結された一方端２２および３２と、ディスクベース５１に揺動自在に支持された他方端２３および３３とを有し、互いに間隔を隔てて設けられたロアディスク２１およびアッパディスク３１と、モノコイルとしての開閉兼用コイル６２を有し、ロアディスク２１とアッパディスク３１との間に配置された電磁石６０とを備える。開閉兼用コイル６２に電流が流れることによって、ロアディスク２１およびアッパディスク３１に電磁力が作用する。

電磁駆動弁１０は、ロアディスク２１を挟んで開閉兼用電磁石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３１を挟んで開閉兼用電磁石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、ロアスプリング２６およびアッパスプリング３６が、ロアディスク２１の他方端２３およびアッパディスク３１の他方端３３にそれぞれ設けられている。このため、ロアスプリング２６およびアッパスプリング３６を駆動弁１４のステム１２から離れた位置に配置し、ステム１２の長さを短くすることができる。これにより、電磁駆動弁１０の高さを低く抑え、内燃機関に対する電磁駆動弁１０の搭載性を向上させることができる。また、電磁駆動弁１０では、ロアディスク２１とアッパディスク３１との間に配置した１つの電磁石６０によって、ロアディスク２１およびアッパディスク３１を揺動させている。このため、電磁駆動弁１０の高さをさらに低く抑えることができる。

図１中に示す電磁駆動弁１０には、さらに、駆動弁１４のリフト量を可変とする機構が設けられている。続いて、この駆動弁１４のリフト量可変機構について説明を行なう。

図１を参照して、シリンダヘッド４１には、ギア５３を有するモータ５４が組み付けられている。ディスクベース５１の底面には、ギア５３に噛み合うギア５２が形成されている。モータ５４を駆動させることによって、ステム１２が延びる方向の直交方向にディスクベース５１を移動させることができる。このとき、電磁石６０、アッパディスク３１、ロアディスク２１、開弁用永久磁石５５および閉弁用永久磁石５６も、ディスクベース５１と一緒に移動する。したがって、ディスクベース５１を移動させることによって、アッパディスク３１の一方端３２がステム１２に連結された位置と、他方端３３がディスクベース５１に支持された支点３５との間の距離が変化し、ロアディスク２１の一方端２２がステム１２に連結された位置と、他方端２３がディスクベース５１に支持された支点２５との間の距離が変化する。

図８は、駆動弁のリフト量とアッパディスクの一方端から他方端までの距離との関係を示す電磁駆動弁の模式図である。以下、アッパディスクに注目して説明するが、ロアディスクに関しても同様の説明が成り立つ。図８を参照して、一方端３２がステム１２に連結された位置と支点３５との間の距離および駆動弁１４のリフト量をそれぞれ、ＡおよびＸとし、アッパディスク３１の揺動角度をθとした場合、リフト量Ｘは、
Ｘ＝２×Ａ×ｓｉｎ（θ／２）
の関係で表わされる。この式から分かるように、ディスクベース５１の移動により距離Ａを変化させ、駆動弁１４のリフト量Ｘを可変とできる。このような構成により、駆動弁１４に特別な装置を設けることなく、駆動弁１４のリフト量可変機構を実現することができる。

また、アッパディスク３１の他方端３３およびロアディスク２１の他方端２３に、アッパディスク３１およびロアディスク２１の揺動角度θを検出する回転角センサが設けられていても良い。この場合、ディスクベース５１の移動量をａとすると、リフト量Ｘは、
Ｘ＝２×（Ａ＋ａ）×ｓｉｎ（θ／２）
の関係で表わされる。この式から、回転角センサで検出された揺動角度θを用いて駆動弁１４のリフト量Ｘを算出し、算出した値から、駆動弁１４のリフト量を制御することが可能となる。このように本実施の形態では、駆動弁１４に直接、センサを設けることなく、駆動弁１４のリフト量を知ることができる。このため、駆動弁１４のリフト量を制御する場合に、電磁駆動弁１０の高さが高くなるということがなく、電磁駆動弁１０の搭載性を良好に維持できる。

（実施の形態２）
図９は、この発明の実施の形態２における電磁駆動弁を示す模式図である。図中では、実施の形態１における電磁駆動弁１０と比較して、同一またはそれに相当する部材には同じ参照番号を付している。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、図中には、傘部１３とロアディスク２１の一方端２２との間に位置して設けられたばね部材８６と、ロアディスク２１の他方端２３およびアッパディスク３１の他方端３３にそれぞれ設けられたばね部材８５および８４と、ロアディスク２１とアッパディスク３１との間に設けられた吸引力発生部材８２および８１と、ロアディスク２１を挟んで吸引力発生部材８２の反対側に設けられた吸引力発生部材８３と、アッパディスク３１を挟んで吸引力発生部材８１の反対側に設けられた吸引力発生部材８０とが示されている。

まず、第１および第２の揺動部材の他方端に設けられた第１および第２のばね部材を必須の構成要件とする本発明の実施の形態２について説明すると、電磁駆動弁は、ばね部材８５および８４の位置にトーションばねを備え、さらに、不足する弾性力を補うため、ばね部材８６の位置にバルブスプリングを備える。この場合であっても、ばね部材８５および８４の位置に設けられたトーションばねによって、バルブスプリングの小型化が図られるため、電磁駆動弁の高さを抑える効果が得られる。一方、吸引力発生部材８０から８３としては、実施の形態１に記載の態様に限定されず、電磁石や永久磁石など吸引力を発生する部材を適当な組み合わせで配置することができる。

次に、第１および第２の揺動部材の間に配置された電磁石を必須の構成要件とする本発明の実施の形態２について説明すると、電磁駆動弁は、吸引力発生部材８１および８２の位置に１つの電磁石を備える。一方、駆動弁１４が所定の中間位置に保持されるように弾性力を負荷できる場合であれば、ばね部材８４から８６に適当な組み合わせでトーションばねやバルブスプリングを配置することができる。たとえば、ばね部材８４の位置に、アッパディスク３１を支点３５を中心に反時計周りに付勢するトーションばねを設け、ばね部材８６の位置に、ステム１２を閉弁方向に付勢するバルブスプリングを設ける。そして、ばね部材８５の位置には、トーションばねを設けず、回転角センサのみを設ける。

図１０は、図９中の電磁駆動弁の変形例を示す模式図である。図中では、図９中に示す電磁駆動弁と比較して、同一またはそれに相当する部材には同じ参照番号を付している。図１０を参照して、本変形例における電磁駆動弁は、さらに、アッパディスク３１と距離を隔てて配置されたディスク８８を備える。ディスク８８は、ステム１２に連結された一方端８９と、ばね部材９４が設けられ、支点９１を中心に揺動自在に支持された他方端９０とを有する。アッパディスク３１とディスク８８との間には、ディスク８８に隣り合って吸引力発生部材９３が設けられている。ディスク８８を挟んで吸引力発生部材９３の反対側には、吸引力発生部材９２が設けられている。

本発明は、揺動部材としてのディスクが３つ以上設けられている電磁駆動弁に適用することも可能である。この場合にも、本発明の要件を満たすように、図中に示すばね部材および吸引力発生部材の位置に、トーションばねや電磁石、永久磁石などを適当に配置することができる。

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。

（実施の形態３）
図１１は、この発明の実施の形態３における電磁駆動弁を部分的に示す断面図である。図１２は、図１１中の電磁駆動弁に逆方向の電流を瞬間的に流した状態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と比較して同様の構造を備えるが、電磁石に電流を供給する方法が異なる。

図１１を参照して、開閉兼用コイル６２には、開閉兼用コア６１の軸部６１ｐの周りで矢印１２１に示す方向に流れる電流が供給されている。開閉兼用コア６１に、矢印１２２に示す方向に磁束が流れることによって、アッパディスク３１が、電磁石６０の吸着面６１ａに引き寄せられている。図１２を参照して、本実施の形態では、図１１に示す状態において、開閉兼用コイル６２に流す電流の方向を反転させる。つまり、開閉兼用コイル６２に、開閉兼用コア６１の軸部６１ｐの周りで矢印１２４に示す方向に流れる電流を瞬間的に供給する。

この通電方向の反転により、磁束が流れる方向が逆転するため、開閉兼用コア６１には、矢印１２３に示す方向に磁束が流れる。これにより、アッパディスク３１と電磁石６０との間には、反発力が発生するため、吸着面６１ａに対するアッパディスク３１の離脱性を向上させることができる。その後、実施の形態１に記載の方法と同様に、電磁石６０への電流供給を停止し、アッパディスク３１を中間位置へと揺動させる。また、ロアディスク２１が電磁石６０の吸着面６１ｂに引き寄せられている場合にも、同様に通電方向を反転させる。

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。加えて、アッパディスク３１およびロアディスク２１の電磁石６０からの離脱性を向上させることで、ディスクの揺動運動を安定化させることができる。また、電磁石６０で消費される電力をさらに低減させることができる。

（実施の形態４）
図１３は、この発明の実施の形態４における電磁駆動弁を示す模式図である。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１３を参照して、本実施の形態では、ロアディスク２１とアッパディスク３１との間に、電磁石９５が配置されている。電磁石９５は、略Ｅ字の断面形状を有する部分９７と部分９８とが組み合わさって構成されたコア９９と、モノコイルとしてのコイル９６とを備える。コイル９６は、まず、部分９７の軸部９７ｐの周りを旋回し、さらに、部分９８の軸部９８ｐを旋回するようにコア９９に設けられている。

このように構成された、この発明の実施の形態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、電磁石９５を用いることによって、ロアディスク２１およびアッパディスク３１に作用させる電磁力を大きくすることができる。

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中のロアディスク（アッパディスク）を示す斜視図である。 図１中の電磁石を示す斜視図である。 開弁側の変位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。 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。 閉弁側の変位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。 駆動弁のリフト量と駆動弁に作用する力との関係を示すグラフである。 駆動弁のリフト量とアッパディスクの一方端から他方端までの距離との関係を示す電磁駆動弁の模式図である。 この発明の実施の形態２における電磁駆動弁を示す模式図である。 図９中の電磁駆動弁の変形例を示す模式図である。 この発明の実施の形態３における電磁駆動弁を部分的に示す断面図である。 図１１中の電磁駆動弁に逆方向の電流を瞬間的に流した状態を示す断面図である。 この発明の実施の形態４における電磁駆動弁を示す模式図である。

符号の説明

１０ 電磁駆動弁、１２ ステム、１４ 駆動弁、１６ ラッシュアジャスタ、２１ ロアディスク、２２，３２ 一方端、２３，３３ 他方端、２５，３５ 支点、２６ ロアスプリング、３１ アッパディスク、３６ アッパスプリング、５１ ディスクベース、６０ 開閉兼用電磁石、６２ 開閉兼用コイル。

Claims (8)

1. 電磁力と弾性力との協働により作動する電磁駆動弁であって、
   弁軸を有し、前記弁軸が延びる方向に沿って往復運動する駆動弁と、
   前記弁軸に揺動自在に連結された一方端と、ベース部材に揺動自在に支持された他方端とを有し、互いに間隔を隔てて設けられた第１および第２の揺動部材と、
   前記第１の揺動部材の前記他方端と、前記第２の揺動部材の前記他方端とにそれぞれ設けられ、前記第１および第２の揺動部材に前記弾性力を作用させる第１および第２のばね部材とを備える、電磁駆動弁。
2. 前記駆動弁は、第１の位置と第２の位置との間を往復運動し、
   前記第１および第２のばね部材は、前記駆動弁を前記第１の位置と前記第２の位置との間の中間位置に保持するように、前記第１および第２の揺動部材に前記弾性力を作用させる、請求項１に記載の電磁駆動弁。
3. 前記第１の揺動部材と前記第２の揺動部材との間に配置され、前記第１および第２の揺動部材に前記電磁力を作用させる電磁石をさらに備える、請求項１または２に記載の電磁駆動弁。
4. 電磁力と弾性力との協働により作動する電磁駆動弁であって、
   弁軸を有し、前記弁軸が延びる方向に沿って往復運動する駆動弁と、
   前記弁軸に揺動自在に連結された一方端と、ベース部材に揺動自在に支持された他方端とを有し、互いに間隔を隔てて設けられた第１および第２の揺動部材と、
   モノコイルを有し、前記第１の揺動部材と前記第２の揺動部材との間に配置された電磁石とを備え、
   前記モノコイルに電流が流れることによって、前記第１および第２の揺動部材に前記電磁力が作用する、電磁駆動弁。
5. 前記電磁石は、前記第１および第２の揺動部材のいずれか一方が前記電磁石に引き寄せられた状態で前記モノコイルに流す電流の向きを逆転させると、前記電磁石に引き寄せられていた前記第１および第２の揺動部材のいずれか一方に、前記電磁石から離脱する方向に電磁力が作用するように構成されている、請求項４に記載の電磁駆動弁。
6. 前記第１および第２の揺動部材は、前記一方端が前記弁軸に連結された位置と、前記他方端がベース部に支持された位置との間の距離が変化するように、前記駆動弁に対して移動可能に設けられている、請求項１から５のいずれか１項に記載の電磁駆動弁。
7. 前記他方端を支点とした前記第１および第２の揺動部材の揺動角度を検出するセンサ部をさらに備える、請求項６に記載の電磁駆動弁。
8. 前記弁軸には、前記第１の揺動部材の前記一方端と、前記第２の揺動部材の前記一方端との間に位置して、緩衝部材が設けられている、請求項１から７のいずれか１項に記載の電磁駆動弁。

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