JP2006057521A - 電磁駆動弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 消費電力が低減した電磁駆動弁を提供する。
【解決手段】 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２２，３２と、ディスクベース５１に揺動自在に支持された他方端２３，３３を有し、互いに距離を隔てて設けられたロワーディスク２１およびアッパーディスク３１と、第１および第２のコイル１６１，１６２を有し、ロワーディスク２１とアッパーディスク３１との間に配置され、複数の磁気回路を構成する電磁石６０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ものである。

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。
米国特許第６４６７４４１号明細書

従来の電磁駆動弁では、可動部材の質量が大きくなり、この可動部材を駆動させるために大きな力が必要となるため消費電力が大きくなるという問題があった。

そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、消費電力を低減させることが可能な電磁駆動弁を提供することを目的とする。

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って、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、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、複数の磁気回路を構成する電磁石とを備える。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。

この発明に従えば、電磁石は、複数の磁気回路を構成する。このため、電磁石が単一の磁気回路を構成する場合に比べて、複数の磁気回路が第１および第２の揺動部材に作用して第１および第２の揺動部材を駆動させることができる。第１および第２の揺動部材に複数の磁気回路が作用して第１および第２の揺動部材が駆動するため、第１および第２の揺動部材に分散して力が加わる。その結果、第１および第２の揺動部材の強度を小さくしても第１および第２の揺動部材が破損することがない。その結果、第１および第２の揺動部材の質量を小さくでき、消費電力を低減することが可能となる。

好ましくは、コイルは複数存在し、第１および第２のコイルが複数の磁気回路を構成する。

好ましくは、一方端に近い側の第１のコイルのターン数は他方端に近い側の第２のコイルのターン数より少ない。

好ましくは、第１および第２のコイルは直列的に接続されている。

好ましくは、コイルが単数であって、第１のコイルが第１および第２の磁気回路を構成する。

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って、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、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る電磁石とを備える。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し、弁軸は電磁石による電磁力の中心軸と他方端との間に位置する。

このように構成された電磁駆動弁では、弁軸は電磁石による電磁力の中心軸と他方端との間に位置するため、梃子の原理により、電磁力の中心軸に加わる電磁力が増幅されて弁軸に加えられる。その結果電磁力に流す電流を小さくしても大きな力が発生し、消費電力を低減することができる。

この発明のさらに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って、弁軸を有し、弁軸が延びる方向に沿って往復運動する伸縮可能な駆動弁と、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、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る電磁石とを備える。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。

このように構成された電磁駆動弁では、弁軸が伸縮可能であるため、第１および第２の揺動部材が電磁石に接触する位置まで移動することができ、電磁力を最大まで引出すことができる。これにより、必要最低限の電流で電磁力を発生させることができ、消費電力を低減することができる。

この発明に従えば、消費電力を低減することが可能な電磁駆動弁を提供することができる。

以下、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、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。

（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。この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、平行リンク機構が採用されている。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、単に電磁石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、縮みやすく伸び難い特性を有する。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構成されている。

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，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の互いに向かい合う壁面には、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と同様の形状を有し、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（回動可能）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２５，３５をそれぞれ中心に揺動（回動）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２３，３３には、ロアスプリング２６，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を中心に時計回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を中心に反時計回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にそれぞれ向かい合う吸着面６１ａ，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のまわ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。具体的には、開閉兼用コイル６２は、複数の銅線を集合させた構成とされている。これに限られるものではなく、開閉兼用コイル６２を構成する材料として、超電導線材を用いることも可能である。

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に向かい合う吸着面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に向かい合う吸着面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。

開閉兼用コア６１には、複数本の溝３６１が設けられており、これらの溝に開閉兼用コイル６２が嵌め合わせられている。図３では、１本のコイルを曲げることにより複数の溝３６１にコイルを嵌め合わせているが、この構成に限定されるものではなく複数本のコイルが溝に嵌め合わされていてもよい。すなわち、図３中の右側の溝には、あるコイルが巻付けられ、左側の溝には別のコイルが巻付けられていてもよい。さらに巻付け回数も特に制限されるものではない。

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のまわりで矢印１１１に示す方向に電流が流れる。このとき、開閉兼用コア６１に、矢印で示す方向に磁束が流れ、磁気回路６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄが発生する。つまり、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まわ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たれている。

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，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、ロアディスク２１が電磁石６０に引き付けられる。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可能となる。

再度図１を参照して、シリンダヘッド４１には、下部ステム１２ｍを案内するためのバルブガイド４３が設置されている。また、下部ステム１２ｍはロアリテイナ４６により保持され、ロアリテイナ４６はロアスプリング８６と接触している。これにより、ロアスプリング８６がロアリテイナ４６を上方向へ押し上げる。下部ステム１２ｍにはラッシュアジャスタ１６が取付けられる。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。この実施の形態では、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を往復運動させる平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、平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。

実施の形態１に従った電磁駆動弁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って、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２２，３２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２３，３３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、第１および第２のコイル１６１，１６２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、複数の磁気回路６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄを構成する電磁石６０とを備える。第１および第２のコイル１６１，１６２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。

このように、本発明に従った電磁駆動弁１０では、図４および図６で示すように、第１のコイル１６１および第２のコイル１６２が、それぞれのコイルのまわりにおいて磁気回路６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄを発生させる。磁気回路６３ａ，６３ｂは第１のコイル１６１によって生じ、磁気回路６３ｃ，６３ｄは、第２のコイル１６２によって生じる。このように、複数のコイルを用いて複数の磁気回路を発生させれば、それぞれの磁気回路がアッパディスク３１を引き付ける。このため、引き付け力がアッパディスク３１に均等に加わるため、アッパディスク３１の厚みを薄くしても、アッパディスク３１が破損することがない。同様に、ロアディスク２１は、複数の磁気回路６３ｂ，６３ｄに引き付けられるため、ロアディスク２１は均一な力で電磁石６０に引き付けられる。その結果、ロアディスク２１の厚みを薄くしたとしても、ロアディスク２１が破損することがない。その結果、ロアディスク２１およびアッパディスク３１の質量を小さくすることができ、可動部分の軽量化を図ることができる。これにより、消費電力の低減の効果を達成することができる。

この発明では、電磁駆動弁のアクチュエータに平行リンク機構を採用した構造において、コイルを２個以上縦置きに配置することにより、磁気回路をコイルの個数の２倍設けることができ、これにより電磁力が大きくなる。

（実施の形態２）
図７は、この発明の実施の形態２に従った電磁石の断面図である。実施の形態２では、ターン数が各々違う２個以上のコイルを配置し、電力応答性の向上および駆動時の電磁力アップを両立させ、作動安定性、消費電力の低減を両立する。すなわち、実施の形態２では、図７で示すように、ターン数が少ない第１のコイル１６１と、ターン数が多い第２のコイル１６２とを設ける。第２のコイル１６２が支点２５，３５に近い側に位置し、第１のコイル１６１が支点２５，３５から遠い側に位置する。第１のコイル１６１と第２のコイル１６２とは別々の回路に接続され、それぞれ独立して電流を制御することが可能である。第１および第２のコイル以外のコイルが存在していてもよく、そのコイルの巻き数、配置は制限されない。

電磁力と電磁力応答性の関係は相反する関係となる。すなわち、コイルのターン数が大きければ電磁力が大きくなるが電磁力応答性は悪化する。これに対して、コイルのターン数が小さければ電磁力の応答性は改善するものの、電磁力が小さくなる。このように相反する特性を両立させるべく、実施の形態２では、電磁力が大きく作用する、支点２５，３５より遠い側の第１のコイル１６１では、制御性の向上を狙い、ターン数を少なくし、電磁力の応答性を向上させる。これに対して、支点２５，３５に近い側の第２のコイル１６２では、ギャップが大きいときの電磁力を大きくすることを目的とし、コイルのターン数を多くし、電磁力を向上させる。

このように構成された、実施の形態２に従った電磁駆動弁でも、実施の形態１に従った電磁駆動弁と同様の効果がある。

（実施の形態３）
図８は、この発明の実施の形態３に従った電磁石の断面図である。図９は、比較例の回路構成を示す図である。図１０は、実施の形態３に従った回路構成を示す図である。

図８および図１０を参照して、この発明の実施の形態３に従った電磁石６０においては、ターン数が各々違う２個以上のコイルを直列に接続することによりコイルをモノコイル化し、電力応答性の向上および駆動時の電磁力の向上を両立し、作動安定性、消費電力の低減、駆動回路の低コスト化を図る。具体的には、図８で示すように、各コイルの巻き始めもしくは終わりの片側たとえば図８の点Ａと点Ｃをつなぐ。もしくは、巻線時に連続的に２個以上のコイルを巻くことにより、２個以上のコイルをモノコイル化する。これにより、電磁力および電力応答性を考慮したターン数に設定すると実施の形態２で示した効果がモノコイルにより実現できる。また、回路素子の個数を減らすことが可能であり、回路を簡素化、低コスト化することができる。

具体的には、図９で示すように、第１のコイル１６１および第２のコイル１６２を並列的に接続すれば、その動作を制御するためのトランジスタ（電界効果型トランジスタ）２０１から２０８の８つのトランジスタが必要となる。これに対し、図１０で示すように、モノコイル化することによって、４つのトランジスタによりこれらのコイルの動作を制御することが可能である。すなわち、１つの電磁石を駆動させる際のトランジスタが１／２に低減でき、その結果、トランジスタの費用が１／２に低減することができる。これにより、大幅な低コスト化が可能となる。

（実施の形態４）
図１１は、この発明の実施の形態４に従った電磁石の断面図である。実施の形態４に従った電磁石では、磁気回路のバイパスを設けることにより駆動時の電流を低減し、消費電力を低減することができる。図１１で示すように、開閉兼用コア６１の吸着面６１ａにはギャップｇが設けられている。すなわち、中央部に位置する吸着面６１ａの高さが他の部分に比べて低くなっている。

図１２および図１３は、この発明の実施の形態４に従った電磁石の動作を説明するための断面図である。図１２で示すように、中立時には、外側の吸着面６１ａと表面３１ａとの距離はＬ１となり、中央の吸着面６１ａと表面３１ａとの間の距離はＬ２となり、Ｌ２はＬ１より小さい。そのため、距離Ｌ２の部分を通るように磁気回路１６３ａが生じる。磁気回路１６３ａの中心を通るように矢印１６４で示すように電磁力がアッパディスク３１に加わる。

図１３で示すように開弁時にはアッパディスク３１が開閉兼用コア６１側へ近づく。これにより、外側の吸着面６１ａが表面３１ａに接触する。この状態では、大きな磁気回路１６３ｂが発生し、その中心を通るように矢印１６５で示すように電磁力が発生する。

すなわち、この実施の形態では、開閉兼用コア６１に磁気バイパスを設ける。実施の形態４では、第１のコイル１６１が第１および第２の磁気回路としての磁気回路１６３ａ，１６３ｂを構成する。
これにより、図１２で示す中立時では、アッパディスク３１とのギャップが小さい支点３５近傍で電磁力が発生し、引き付け力として働く。開弁および閉弁時には、バイパス側に磁束が流れレバー比が大きくなった状態で保持できる。これにより、電流を低減でき、消費電力を低減できる。

（実施の形態５）
図１４は、この発明の実施の形態５に従った電磁駆動弁の断面図である。図１４を参照して、この発明の実施の形態５に従った電磁駆動弁１０では、バルブの中心軸２１３がオフセット配置されることで、レバー比が最適化される。具体的には第１のコイル１６１の中心軸２６０と他方端２３，３３との間に中心軸２１３を設ける。支点２５，３５から中心軸２１３までの距離はＬｖ、第１のコイル１６１の中心軸２６０から支点２５，３５までの距離はＬｅ、上部ステム１２ｎから支点２５，３５までの距離はＬｓである。このとき、バルブで必要とされる力Ｆｖと電磁力Ｆｅの関係は以下のとおりである。

Ｆｖ×Ｌｖ＜Ｆｅ×Ｌｅ
この式は以下のように変形できる。

Ｆｅ＞Ｆｖ×（Ｌｖ／Ｌｅ）
なお、永久磁石による影響は省略している。つまり、Ｌｖ＜Ｌｅの関係となるようにバルブ位置を調整すると、必要な電磁力Ｆｅは小さくなる。これにより、電磁力Ｆｅを発生させるための電流を低減することが可能となり、消費電力を低減することができる。

なお、この実施の形態では、第１のコイル１６１のみを用いる構造を示したが、これに限られるものではなく、第１のコイル１６１と第２のコイル１６２とを用いてもよい。

この実施の形態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１０であって、弁軸としての下部ステム１２ｍを有し、下部ステム１２ｍが延びる方向に沿って往復運動する駆動弁１４と、ディスクベース５１に揺動自在に支持される端部を有し、互いに距離を隔てて設けられて互いに対応して揺動する第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、第１のコイル１６１を有し、ロアディスク２１とアッパディスク３１との間に配置される電磁石６０とを有する。第１のコイル１６１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に電磁力が作用し、中心軸２１３は、電磁石による電磁力の中心軸２６０と他方端２３，３３との間に位置する。

（実施の形態６）
図１５は、この発明の実施の形態６に従った電磁駆動弁の断面図である。図１５を参照して、この発明の実施の形態６に従った電磁駆動弁１０では、ステム１２がフレキシブルアームで構成されている。すなわち、２枚のディスクを連結する部位にフレキシブルなアームを用いることで、アッパディスク３１およびロアディスク２１の各々がギャップがなくなる位置まで動くことができ、大きな力を発生させることができ、これにより消費電力を低減させる。

具体的には、上部ステム１２ｎが剛体の場合、ロアディスク２１およびアッパディスク３１を上部ステム１２ｎで接続するとアッパディスク３１およびロアディスク２１は電磁石６０または開弁用永久磁石５５または閉弁用永久磁石５６のどちらか片方にしか当たらない状態となる。そのとき、当たらなかった側ではギャップが発生し、電磁力を最大限に発揮させることができない。そこで、本発明では図１５で示すように、上部ステム１２ｎを上下方向にフレキシブルなアーム（若干の伸び縮みができるアーム）で構成することにより、アッパディスク３１およびロアディスク２１が相手部材に確実に接触する位置まで移動することができ、電磁力を最大限まで発揮させることが可能となる。

これにより、これまでの必要最低限の電流で電磁力を発生させることができ、消費電力を低減させることができる。

この発明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１０であって、伸縮可能な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２２，３２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２３，３３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、第１および第２のコイル１６１，１６２を有し、ロアディスク２１とアッパディスク３１との間に配置される電磁石６０とを備える。第１および第２のコイル１６１，１６２に電流が流れることによって、第１および第２の揺動部材としてのロアディスク２１およびアッパディスク３１に電磁力が作用する。

上部ステム１２ｎはフレキシブルアームにより構成され、その往復方向に若干の伸縮が可能となる。

図１６から図２０は、ステムの例を示す図である。図１６を参照して、ステム１２が上部ステム１２ｎと下部ステム１２ｍとに分割され、その間にスプリング１１２が設けられていてもよい。スプリング１１２は上部ステム１２ｎおよび下部ステム１２ｍを接続し、かつ上部ステム１２ｎおよび下部ステム１２ｍの間の距離を調整することが可能である。上部ステム１２ｎおよび下部ステム１２ｍはともに金属材料で構成され、上部ステム１２ｎはアッパディスク３１と接続され、下部ステム１２ｍはロアディスク２１と接続される。スプリング１１２に代えて、ラッシュアジャスタなどまたは弾性体を挿入してもよい。

図１７を参照して、上部ステム１２ｎおよび下部ステム１２ｍの間にゴム、樹脂などの弾性体またはダンパなどを挿入してもよい。この収縮体１１３は圧縮力に対して縮むことが可能である。なお、上部ステム１２ｎおよび下部ステム１２ｍは、上記と同様にアッパディスク３１およびロアディスク２１に接続される。弾性体部材である収縮体１１３はゴムなどにより構成できる。また、ダンパを用いてもよい。

図１８を参照して、ステム１２を中空の筒形状とし、その中にコイル３１２を嵌め合わせてもよい。コイル３１２のばね定数により剛性を設定する。コイル３１２の一方端はアッパディスクと接続され、他方端はロアディスクと接続される。

図１９で示すように、上部ステム１２ｎと下部ステム１２ｍとを分割し、クリアランスを設けてもよい。その周囲には上下ステムの位置合わせガイドを設ける。さらに、上部ステム１２ｎと下部ステム１２ｍが図２０で示すように折れ曲がる構造としてもよい。

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。

この発明は、車両に搭載される電磁駆動弁の分野において用いることができる。

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。 この発明の実施の形態２に従った電磁石の断面図である。 この発明の実施の形態３に従った電磁石の断面図である。 比較例の回路構成を示す図である。 実施の形態３に従った回路構成を示す図である。 この発明の実施の形態４に従った電磁石の断面図である。 この発明の実施の形態４に従った電磁石の動作を説明するための断面図である。 この発明の実施の形態４に従った電磁石の動作を説明するための断面図である。 この発明の実施の形態５に従った電磁駆動弁の断面図である。 この発明の実施の形態６に従った電磁駆動弁の断面図である。 ステムの例を示す図である。 ステムの例を示す図である。 ステムの例を示す図である。 ステムの例を示す図である。 ステムの例を示す図である。

符号の説明

１０ 電磁駆動弁、１４ 駆動弁、 ２１ ロアスプリング、２２，３２ 一方端、 ２３，３３ 他方端、３１ ロアスプリング、６０ 電磁石。

Claims (7)

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、
   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、複数の磁気回路を構成する電磁石とを備え、
   前記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。
2. 前記コイルは複数存在し、第１および第２の前記コイルが複数の磁気回路を構成する、請求項１に記載の電磁駆動弁。
3. 一方端に近い側の前記第１のコイルのターン数は他方端に近い側の前記第２のコイルのターン数よりも少ない、請求項２に記載の電磁駆動弁。
4. 前記第１および第２のコイルは直列的に接続されている、請求項２または３に記載の電磁駆動弁。
5. 前記コイルが単数であって、第１の前記コイルが第１および第２の前記磁気回路を構成する、請求項１に記載の電磁駆動弁。
6. 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、
   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る電磁石とを備え、
   前記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の揺動部材に電磁力が作用し、前記弁軸は電磁石による電磁力の中心軸と他方端との間に位置する、電磁駆動弁。
7. 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伸縮可能な駆動弁と、
   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、
   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る電磁石とを備え、
   前記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。

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