JP2002043125A

JP2002043125A - 電磁アクチュエータ及びこれを用いた内燃機関用弁開閉機構

Info

Publication number: JP2002043125A
Application number: JP2000320702A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Oyama; 仁尾山; Takao Nishioka; 隆夫西岡; Kenji Matsunuma; 健二松沼; Koichi Sogabe; 浩一曽我部
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1999-12-09
Filing date: 2000-10-20
Publication date: 2002-02-08
Also published as: US20020053966A1; EP1134363A1; US6566990B2; KR20010062297A

Abstract

(57)【要約】【課題】内燃機関に用いられる電磁アクチュエータ及
び弁開閉機構を構成するステムを従来より軽い材料から
構成することによって、軽量化を図る。【解決手段】ステータ５とコイル１８から構成される
一対の電磁石６、７を隙間１０を設けて対向させ、この
隙間１０にアーマチャ３を配設し、上記両電磁石６、７
によって、上記アーマチャ３を、一方の電磁石７と他方
の電磁石６の間で往復動自在とし、上記アーマチャ３の
他方の電磁石６から一方の電磁石７への移動を内燃機関
の弁開閉用のバルブ９に伝達するための第１ステム１５
を、上記一方の電磁石７のステータ５に設けられた案内
孔２２に挿入して設け、上記第１ステム１５を、上記ア
ーマチャ３より軽い材料を用いて形成することにより、
電磁アクチュエータの軽量化を図り、これを内燃機関の
弁開閉機構に利用することにより、この軽量化を図るこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は主に自動車用内燃機
関に用いられる電磁アクチュエータ及び弁開閉機構に関
する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用内燃機関に検討されている従来
の電磁アクチュエータ及び弁開閉機構は、例えば特開平
１１−９３６２９号公報に示され、この発明の一実施例
を示す図１を参照して説明すると、電磁アクチュエータ
４は、ステータ５とコイル１８から構成される一対の電
磁石６、７を隙間１０を設けて対向させ、この隙間１０
にアーマチャ３を配設し、上記両電磁石６、７によっ
て、上記アーマチャ３を、一方の電磁石７と他方の電磁
石６との間で往復動自在とし、上記アーマチャの他方の
電磁石６から一方の電磁石７への移動を、内燃機関の弁
開閉用のバルブ９に伝達するための第１ステム１５を上
記アーマチャの移動側の面、すなわち、上記電磁石７の
ある側に設けたのである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この電磁アクチュエー
タにおいて、上記のアーマチャ３は、上記２つの電磁石
６、７によってこの間を移動するものであるため、強磁
性体である必要がある。このため、このアーマチャ３
は、鉄系又は鋼系の磁性材料が一般に使用される。ま
た、第１ステム１５は、一般にアーマチャ３と一体化さ
れているため、第１ステム１５は鉄系又は鋼系の材料が
使用される。

【０００４】したがって、アーマチャ３と第１ステム１
５とは、いずれも鉄系又は鋼系の重い材料が使用される
ため、作動時の慣性重量として電磁アクチュエータの駆
動電力消費に影響を与え、例えばこれを自動車に用いた
場合、燃料消費に直接影響を与える。

【０００５】そこで、この発明は、内燃機関に用いられ
る電磁アクチュエータ及び弁開閉機構を構成するステム
を従来より軽い材料から構成することによって、軽量化
を図ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、ステータ５
及びコイル１８からなる電磁石６、７と、アーマチャ３
及びこのアーマチャ３に働く力を外部の負荷に伝達する
第１ステム１５からなる可動子を有し、上記第１ステム
１５を、上記アーマチャ３より軽い材料を用いて形成す
ることにより、アーマチャ３と第１ステム１５との組み
合わせの総重量を減少させ、作動時の慣性重量として電
磁アクチュエータの駆動電力消費量を低減させ、これを
自動車に用いた場合、燃料消費を低減させることができ
る。

【０００７】すなわち、ステータ５とコイル１８から構
成される一対の電磁石６、７を隙間１０を設けて対向さ
せ、この隙間１０にアーマチャ３を配設し、上記両電磁
石６，７によって、上記アーマチャ３を、一方の電磁石
７と他方の電磁石６の間で往復動自在とし、上記アーマ
チャ３の他方の電磁石６から一方の電磁石７への移動を
内燃機関の弁開閉用のバルブ９に伝達するための第１ス
テム１５を、上記一方の電磁石７のステータ５に設けら
れた案内孔２２に挿入して設け、上記第１ステム１５
を、上記アーマチャ３より軽い材料を用いて形成する。

【０００８】また、上記の電磁アクチュエータをハウジ
ング８に収納し、このハウジング８を固定部材によって
内燃機関本体１９に取り付け、上記内燃機関本体１９
に、この内燃機関の吸気ポート２５又は排気ポート２６
と燃焼室２７とを導通又は遮断するためのバルブ９を設
け、上記アーマチャ３を上記の他方の電磁石６から一方
の電磁石７の方に移動させることにより、上記第１ステ
ム１５が上記バルブ９を押して開弁操作を行うように、
上記電磁アクチュエータの第１ステム１５先端部と上記
バルブ９の先端部とを突き合わせ、閉弁操作を行うため
の付勢力を上記バルブ９に与えるため、上記バルブ９に
リテイナー１３を設けると共に、このリテイナー１３と
内燃機関本体１９との間に第１戻しバネ２を取り付け、
第２ステム１４を、上記他方の電磁石６のステータ５に
設けられた案内孔２２’に挿入して、上記第１ステム１
５と連結されていない側の上記アーマチャ３の面と着脱
自在に接触させ、上記第２ステム１４にリテイナー１
３’を設け、上記リテイナー１３’と上記ハウジング８
との間に、上記第２ステム１４が上記アーマチャ３を押
す方向の付勢力を与える第２戻しバネ１を取り付ける。

【０００９】第１ステム１５として、従来用いられてい
た、比重７〜８の鉄系又は鋼系の部材に比べ軽い材料を
用いるので、内燃機関用電磁アクチュエーア及び内燃機
関用電磁弁開閉機構の総重量を低減させ、作動時の慣性
重量として電磁アクチュエータの駆動電力消費量を低減
させることが可能となる。

【００１０】また、アーマチャ３と第１ステム１５とを
スライド自在に連結、又は、接合若しくは機械的締結に
より連結することにより、従来の、ステム及びアーマチ
ャが鉄又は鋼材からなり、両者が一体化されている場合
と同様に、第１ステム１５は、アーマチャ３の動きを、
内燃機関のバルブ９に伝達することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】この発明にかかる内燃機関用電磁
アクチュエータ４は、図１に示すように、一対の電磁石
６、７、並びに、アーマチャ３及びこのアーマチャ３に
働く力を外部の負荷に伝達する第１ステム１５からなる
可動子から形成され、上記第１ステム１５は、上記アー
マチャ３より軽い材料を用いて形成したことを特徴とす
る。

【００１２】上記アーマチャ３は、主として磁性材料か
ら構成されるものである。また、上記電磁石６、７は、
ステータ５とコイル１８から構成され、コイル１８に電
流を通すことにより磁場を発生させることができる。こ
の一対の電磁石６、７を隙間１０を設けて対向させ、こ
の隙間１０にアーマチャ３を配設するので、電磁石６、
７によって発生する磁場によって、アーマチャ３は、２
つの電磁石６、７を往復動自在となる。このとき、アー
マチャ３が、後述するように、上記第１ステム１５若し
くは第２ステム１４の少なくとも１つと接合若しくは機
械的に締結される場合は、その接合若しくは機械的に締
結された第１ステム１５若しくは第２ステム１４によっ
て、又は、電磁石間ハウジング８ｃを、アーマチャ３の
外周面ぎりぎりに設ける場合は、この電磁石間ハウジン
グ８ｃをガイドとして、アーマチャ３を２つの電磁石
６、７の間でスムーズに往復動させることができる。

【００１３】上記第１ステム１５は、アーマチャ３の他
方の電磁石６から一方の電磁石７への移動を外部に伝達
するために、アーマチャ３の移動側の面に開口した上記
一方の電磁石７のステータ５に設けられた案内孔２２に
挿入して設けられる。この第１ステム１５により、アー
マチャ３の電磁石６側の位置から電磁石７側の位置への
移動が、第１ステム１５の先端部と突き合わされている
バルブ９の押し出しに作用し、内燃機関の開弁につなが
る。

【００１４】上記アーマチャ３の材質は、上記のとお
り、主として磁性材料となるが、後述するように、アー
マチャ３と第１ステム１５との連結部分は、第１ステム
１５と衝突したり、接合や機械的に締結させたりするの
で、衝突による変形を防止したり、接合や機械的締結を
容易とする必要がある。このため、アーマチャ３と第１
ステム１５との連結部の周縁部３ａに、柔らかい磁性材
料よりある程度硬い鋼を用いることが好ましい。このた
め、アーマチャ３としては、アーマチャ本体３ｂを磁性
材料から構成し、上記アーマチャ３の連結部周縁部３ａ
を、アーマチャ本体３ｂに比べて硬度の高い材料から構
成することが好ましい。これらの２つの鋼は、接合によ
って一体化することができる。

【００１５】上記のアーマチャ本体３ｂに比べて硬度の
高い材料としては、ＳＫＳ鋼、ＳＫＤ鋼、ＳＫＴ鋼又は
ＳＮＣＭ鋼等の合金工具鋼が好ましい。これらの中で
も、第１ステム１５と焼きバメをする場合は、ＳＫＤ鋼
又はＳＮＣＭ鋼がより好ましい。また、上記磁性材料と
しては、ＳＵＹＰ鋼等の電磁軟鉄やＰＣＹＨ鋼やＰＣＹ
Ｃ鋼等の磁極用鋼板等があげられる。

【００１６】ここで、アーマチャ３よりも軽い材料とし
ては、上記の窒化ケイ素若しくはサイアロンを主成分と
するセラミックス、粉末成形法を用いてアルミニウム合
金粉末等を成形し、次いで焼結したアルミニウム合金焼
結材（以下、「アルミニウム合金固化材」と称す
る。）、或いはチタン合金があげられる。上記粉末成形
法とは、金属粉末を冷間金型プレス成形法、温間金型プ
レス成形法又は射出成形法のいずれかの方法で成形する
ことにより、製造する方法をいう。

【００１７】上記窒化ケイ素に関しては、破損に対する
信頼性の確保から窒化ケイ素若しくはサイアロンが８０
重量％以上含まれ、相対密度が９５重量％以上の焼結体
の使用が好ましい。

【００１８】さらに、上記セラミックスには、繊維やウ
ィスカで強化された繊維強化セラミックスやウィスカ強
化セラミックスが含まれる。

【００１９】また、アルミニウム合金固化材としては、
摺動状況下において、耐熱強度を有する高温摺動部材で
あることが必要である。

【００２０】さらに、上記第１ステム１５の表面には、
セラミックス被覆膜や、炭素系被覆膜を設けることがで
きる。これにより、上記第１ステム１５がステータ５の
案内孔２２で駆動する際の摺動面での動摩擦係数や焼き
付き性の低減が図れ、摺動によるエネルギーロスを軽減
させることが可能となる。

【００２１】上記被覆膜を構成する材料としては、元素
周期律表のＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族金属あるいはアルミ
ニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）の窒
化物、炭化物、炭窒化物、酸窒化物、酸炭化物、炭酸窒
化物等のセラミック被覆膜、ＤＬＣ（ダイヤモンドライ
クカーボン）膜、ダイヤ膜、窒化炭素膜等があげられ
る。

【００２２】上記被覆膜の構成としては、上記の材料の
うち、いずれか一種の材料を用いた被覆膜、あるいは２
種以上の混合被膜、及び、上記一種の材料からなる被覆
膜や混合被膜の積層被膜があげられる。これらの被覆膜
を設けることにより、上記第１ステム１５又は第２ステ
ム１４がステータ５の案内孔２２で駆動する際の摺動面
への潤滑オイルの強制的な供給が不要となりアクチュエ
ーターの故障を抑制することが可能となる。

【００２３】上記のアーマチャ３と第１ステム１５との
連結法としては、スライド自在に連結する方法、また
は、接合若しくは機械的に締結することにより連結する
方法等があげられる。このようにすれば、アーマチャ３
と第１ステム１５とを上記のように異なる材料で構成す
ることが可能となる。

【００２４】上記のスライド自在に連結する方法は、第
１ステム１５を上記アーマチャ３に対してスライド自在
に取り付けると共に、上記アーマチャ３の他方の電磁石
６から一方の電磁石７へ移動するのに伴って第１ステム
１５が移動するように、第１ステム１５とアーマチャ３
とを連結する方法をいう。

【００２５】例えば、図６に示すように、第１ステム１
５のアーマチャ３との連結端部１５ａを、上記アーマチ
ャ３の中心部に設けた挿入孔３５にスライド自在に取り
付ける方法があげられる。このとき、上記連結端部１５
ａは、第１ステム本体１５ｂの軸径より小さい軸径に形
成され、また、上記挿入孔３５は、第１ステム本体１５
ｂの軸径より小さい径とする。

【００２６】この場合、第１ステム本体１５ｂの端面１
５ｃがアーマチャ３と衝突する。したがって、アーマチ
ャ３が電磁石６から電磁石７へ移動すると、この移動
は、第１ステム１５の端面１５ｃに的確に伝達される。

【００２７】この場合の連結端部１５ａの軸径と挿入孔
３５の径とは、連結端部１５ａが挿入孔３５をスライド
自在となれば特に限定されないが、連結端部１５ａの外
周面と挿入孔３５の周面が直接摺動できる径をそれぞれ
有すれば、両者間のガタつきが防止され、より好まし
い。

【００２８】このとき、図６に示すように、第１ステム
本体１５ｂの連結端部１５ａ側の端面１５ｃを、連結端
部１５ａに向かう傾斜面とすると、アーマチャ３の中心
軸と第１ステム１５の軸心を一致させやすくなり、アー
マチャ３及び第１ステム１５をスムーズに動作させやす
くなる。

【００２９】また、第１ステム１５の連結端部１５ａが
アーマチャ３の貫通した挿入孔３５に完全に挿入したと
き、挿入孔３５には、連結端部１５ａが配されない空洞
部３６が設けられるのが好ましい。これは、連結端部１
５ａが挿入孔３５に完全に挿入したとき、この空洞部３
６が第１ステム１５と第２ステム１４との間に介在しな
いと、第１ステム１５が第２ステム１４の下端面に衝突
する場合が生じ、第１ステム１５と第２ステム１４とが
アーマチャ３を介さずに直接、影響を与え、電磁石６、
７によるアクチュエータの制御ができなくなる場合が生
じることがあるからである。なお、第１ステム１５の連
結端部１５ａがアーマチャ３の挿入孔３５に完全に挿入
したとき、連結端部１５ａの先端が挿入孔３５より突き
出す場合、図７に示すように、第２ステム１４の下端部
に連結端部１５ａの先端と衝突しないように空洞部３７
を設けてもよい。このようにすることにより、第１ステ
ム１５と第２ステム１４との直接衝突を防止できる。

【００３０】また、上記のスライド自在に連結する方法
の他の例は、図示しないが、アーマチャ３の中心部に、
上記第１ステム１５の端部を挿入することができる未貫
通の挿入孔３５を設け、この挿入孔３５に、第１ステム
１５の端部をスライド自在に取り付ける方法があげられ
る。この場合の第１ステム１５の端部は、上記連結端部
１５ａのように、第１ステム本体１５ｂより細い径とす
る必要はない。これは、第１ステム１５の端部が直接、
アーマチャ３の未貫通挿入孔３５の底部に衝突するの
で、この未貫通挿入孔３５の底部によって、アーマチャ
３の電磁石６から電磁石７への移動を直接、第１ステム
１５の端部に伝達することができるからである。

【００３１】さらに、上記のスライド自在に連結する方
法の他の例として、図示しないが、第１ステム１５の円
周方向に凹溝部を設け、ここにアーマチャを挟み込む方
法があげられる。これを用いると、連結に対する信頼性
を確保することができる。

【００３２】接合若しくは機械的に締結することにより
アーマチャ３と第１ステム１５とを連結する方法として
は、接着剤による接着や所定の加熱接合、圧接等の化学
的接合、カシメや焼きバメ、冷やしバメ、ねじ切り、摩
擦圧接等の機械的締結等があげられる。

【００３３】上記第１ステムとして、上記セラミックス
を用いる場合、上記のスライド自在に連結する方法や、
焼きバメを用いると、鋼とセラミックの連結が容易にな
ると共に、セラミックスの圧壊等が生じるのを防止で
き、より好ましい。

【００３４】上記ステータ５は、鉄系材料を機械加工し
て製造してもよいが、鉄系粉末を上記粉末成形法によっ
て成形することにより製造してもよい。

【００３５】これに対し、従来の電磁石は、図５に示す
ように、電磁銅板３１等を入れた凹部３２や、案内孔３
３等を機械加工により形成されたステータ３４にコイル
を巻き付けた構造を取るので、電磁石としては、体積の
大きいものとなり、切削等の機械加工が必要となる。

【００３６】このため、上記の粉末成形法によって成形
する方法を採用することにより、図４に示すように、凹
部２１や案内孔２２を精度よく成形でき、成形後の機械
加工を省略できる利点がある。また、予め形成したコイ
ルを当該凹部に装着することが可能となり、極めて工数
の少ない量産性に富んだ製造が可能となる。

【００３７】特に、得られる成形体の密度を上げ、従来
の電磁石と同じ磁束密度を得、かつ、よりコンパクトに
ステータ５を成形するためには、温間でのプレス成形や
射出成形がより有利である。

【００３８】上記粉末成形に使用される鉄系粉末は、通
常の鉄系粉末でもよいが、鉄酸化皮膜又は被覆樹脂膜を
有する鉄系粉末が好ましい。これらの鉄系粉末を用いて
粉末成形すると、得られたステータ５の構成成分とし
て、上記鉄酸化被膜又は被覆樹脂膜の一部又は全部が残
留する。このため、無垢の金属では生じやすい渦電流の
発生が抑制され、低鉄損のステータが得られる。上記鉄
酸化皮膜とは、鉄系粉末の表面を酸化させることにより
形成される被膜をいう。また、上記被覆樹脂膜とは、熱
可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を鉄系粉末の表面に塗布、浸
漬、蒸着等を行い、鉄系粉末の表面に形成させた樹脂被
膜をいう。

【００３９】このため、このステータ５を用いた電磁石
は、上記の体積減少の効果により、後述するハウジング
８を含めた構成部品の体積減少にもつながり重量軽減が
図れることになる。

【００４０】また、従来はステータ３４の案内孔３３に
ステムを通す場合、所定のすべり軸受を装着する必要が
あったのに対し、上記ステータ５を用いると、成形体表
面の平滑性や寸法精度が確保されるので、すべり軸受を
設ける必要がなく、案内孔２２に第１ステム１５又は第
２ステム１４を挿入し、そして、これらを直接摺動させ
ることが可能となり、部品点数の軽減が重量低減および
量産性につながる。

【００４１】上記コイル１８は、銅系材料から形成して
もよいが、アルミニウムやアルミニウム等のアルミニウ
ムを主成分とする材料から形成するのが好ましい。これ
により、コイル１８の軽量化が図ることができる。この
コイル１８としては、ＪＩＳＨ４０００に規定されて
いる、１０００系や６０００系のアルミニウム合金を用
いることができる。またコイル１８の被覆材としては、
必要な耐熱性により異なるが、１８０℃以上の耐熱性が
好ましく、エステルイミドやポリイミド、ポリアミドイ
ミドがあげられる。

【００４２】次に、この発明にかかる内燃機関用弁開閉
機構は、上記電磁アクチュエータ４、ハウジング８、バ
ルブ９、第２ステム１４から構成される。

【００４３】上記の電磁アクチュエータ４は、ハウジン
グ８に収納され、このハウジング８を固定部材２０によ
って内燃機関本体１９に取り付けられる。

【００４４】このハウジング８は、図１に示すように、
電磁石６、７の外周面を覆うハウジング８ａ、電磁石
６、７の上端部を覆うハウジング８ｂ、２つの電磁石
６、７の隙間１０を保持するための電磁石間ハウジング
８ｃの組合せから構成されるが、ハウジング８として
は、上記３つの部材から構成されることに限定されるも
のではなく、この発明にかかる内燃機関用弁開閉機構の
組立て条件等に応じて任意の部材から構成することがで
きる。

【００４５】上記ハウジング８を形成する材料として
は、鉄系材料でもよいが、金属多孔体よりなる骨材に金
属材料を含浸させた含浸複合材料が好ましい。この材料
を用いることにより、強度の高いハウジング８が得ら
れ、また、ハウジング８の薄肉化、コンパクト化が可能
となる。このため、重量軽減につなげることができる。

【００４６】上記金属多孔体は、発泡樹脂に黒鉛等で導
電処理をした後に電気メッキし、熱処理して発泡樹脂を
除去して得る方法、発泡樹脂に金属・樹脂スラリーを含
浸させて乾燥し、次いで熱処理して発泡樹脂を除去して
得る方法等によって製造することができる。

【００４７】上記金属多孔体としてはＦｅ，Ｃｒ，Ｎｉ
等を含む高強度な合金材料が好ましく、またその体積率
は、必要とされる強度や重量等により変わるが、３％〜
２０％の範囲内であることが好ましい。

【００４８】上記の金属多孔体よりなる骨材に含浸させ
る金属材料としては、アルミニウム金属やアルミニウム
合金等のアルミニウムを主成分とする材料、マグネシウ
ム金属やマグネシウム合金等のマグネシウムを主成分と
する材料、又は発泡アルミニウムから選ばれるいずれか
１つ又は２つ以上があげられる。

【００４９】上記の金属多孔体よりなる骨材に金属材料
を含浸させて含浸複合化する方法としては、ダイキャス
ト、溶湯鍛造等の高圧鋳造法や、数ＭＰａ以下の低圧で
の含浸鋳造法も用いることができる。これは金属多孔体
のセル孔径が０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度と比較的大きなサ
イズであることと、全てのセルが連通したオープンセル
構造を有するためである。

【００５０】上記発泡アルミニウムとは、アルミニウム
やアルミニウム−カルシウム合金等のアルニミウム合金
を溶融させ、これに水素化チタニウムや水素化ジルコニ
ウム等の発泡剤を加え、この発泡剤の分解によって発泡
を生じさせて得られた発泡状態のアルミニウム又はアル
ミニウム合金をいう。

【００５１】このようにして得られた含浸複合材料は、
上記金属材料として、アルミニウム系材料やマグネシウ
ム系材料を用いると、全体として重量を軽減することが
でき、ハウジング８自体の重量軽減を図ることができ
る。

【００５２】上記第２ステム１４は、上記の他方の電磁
石６のステータ５に設けられた案内孔２２’に挿入し
て、上記第１ステム１５と連結されていない側の上記ア
ーマチャの面と着脱自在に接触させる。この第２ステム
１４を構成する材料としては、上記第１ステムの場合と
同様の理由で、上記第１ステムと同様の材料を用いるこ
とができる。さらに、上記第１ステム１５と第２ステム
１４とは、同じ材質で構成してもよく、異なる材質で構
成してもよい。

【００５３】上記第２ステム１４は、必要に応じて、ア
ーマチャ３と接合又は機械的に締結してもよく、また、
第２ステム１４とアーマチャ３とを分離させてもよい。
第２ステム１４とアーマチャ３とを分離させると、第１
ステム１５と第２ステム１４の軸心を一致させる必要が
なくなり、電磁石６及び７の各ステータ５に設けられる
案内孔２２、２２’の軸心を一致させるための必要がな
くなるので、この発明にかかる内燃機関用弁開閉機構の
組立てが容易となる。

【００５４】上記固定部材２０は、図１に示すように、
一般にボルトが使用される。この固定部材２０の材料と
しては、鉄系材料を用いることができるが、アルミニウ
ム金属やアルミニウム合金等のアルミニウムを主成分と
する材料を用いるのが好ましい。

【００５５】固定部材２０として上記のアルミニウムを
主成分とする材料を用いることにより、軽量化が図れ
る。また、固定部材２０として上記のアルミニウムを主
成分とする材料を用いることは、このハウジング８を取
り付ける内燃機関本体１９、例えばエンジンヘッド等
は、アルミニウム系材料でできているため、組み付け時
及び動作時に温度変化が生じたときの熱膨張係数の差異
により余分な応力発生が抑制できるために好ましい。上
記固定部材２０を構成する材料の具体例としては、ＪＩ
ＳＨ４０００に規定の材料がよく、引張強度の点で
は同４０００、５０００、６０００、７０００系が好ま
しい。

【００５６】上記内燃機関本体１９には、この内燃機関
の吸気ポート２５又は排気ポート２６と燃焼室２７とを
導通又は遮断するためのバルブ９が設けられる。

【００５７】このバルブ９は、弁を構成するマージン部
１７と、軸を構成するステム部１６とから形成される。
このバルブ９を構成する材料は、鉄系材料でもよいが、
少なくとも、マージン部１７が耐熱性を有する材料であ
ればよい。例えば、ステム部１６として、アルミニウム
合金固化材を用い、マージン部１７として耐熱鋼合金を
用いたものや、ステム部１６及びマージン部１７共、窒
化ケイ素若しくはサイアロンを主成分とするセラミック
スを用いたものがあげられる。これらの材料を用いるこ
とにより、弁を構成するマージン部１７の耐熱性を維持
するとともに、軽量化に寄与することができる。

【００５８】上記耐熱鋼合金としては、ＪＩＳＳＵＨ
３（Ｆｅ−１１重量％Ｃｒ−２重量％Ｓｉ−１重量％Ｍ
ｏ−０．６重量％Ｍｎ−０．４重量％Ｃ）等を例として
あげられる。

【００５９】上記窒化ケイ素に関しては、破損に対する
信頼性の確保から窒化ケイ素若しくはサイアロンが８０
重量％以上含まれ、相対密度が９５重量％以上の焼結体
の使用が好ましい。

【００６０】上記セラミックスには、繊維やウィスカで
強化された繊維強化セラミックスやウィスカ強化セラミ
ックスが含まれる。

【００６１】また、アルミニウム合金固化材は、摺動状
況下における耐熱強度を有するので、微細なアルミ基結
晶粒内に、同程度に微細な金属間化合物が析出して耐熱
強化した合金設計を有し、かつ緻密体であることが望ま
しい。このような例としては、Ａｌ−１７重量％、Ｓｉ
−１．５重量％、Ｚｒ−１．５％、Ｎｉ−２％、Ｆｅ−
５％Ｍｍがあげられる。ここで、「Ｍｍ」とは、ミッシ
ュメタル、すなわち、ランタンやセリウム等の希土類元
素で主に構成された複合金属をいう。このような組成の
合金溶湯を高圧のガス吹きつけにより急冷凝固粉末を作
成し、これを圧粉のうえ、５００℃程度で加熱したの
ち、熱間鍛造し緻密化と同時に部品化するために形状付
与する。このようにして得られた所定形状のアルミニウ
ム合金固化材は、１００〜１０００ｎｍ程度の微細なア
ルミ基結晶粒で構成されそのベースにアルミと他元素金
属との硬質な複合金属間結合化合物が微細析出して強化
されている。この緻密化の程度は９５％以上が好まし
い。

【００６２】ステム部１６として、上記アルミニウム合
金固化材を用い、マージン部１７として、耐熱鋼合金を
用いる場合、これらは熱圧着等によって接合できる。

【００６３】このように、ステム部１６とマージン部１
７とを異なる材料で製造して接合する方法により、バル
ブの大部分をアルミニウム合金化して軽量化を図ること
ができ、燃焼にさらされ、高温となる部位を選択的に強
化することが可能となる。

【００６４】また、アルミニウム合金固化材やチタン合
金材に関してはステム部１６表面の摺動面の耐摩耗性を
向上させるため、後述するセラミック被覆膜や炭素系被
覆膜を設けたり、また酸化による酸化膜を設けてもよ
い。

【００６５】上記バルブ９は、アーマチャ３を他方の電
磁石６から一方の電磁石７の方に移動させることによ
り、第１ステム１５をバルブ９のステム部１６を押して
開弁操作を行うように、電磁アクチュエータ４の第１ス
テム１５の先端部とバルブ９のステム部１６の先端部と
を突き合わせるように設けられる。

【００６６】また、閉弁操作を行うための付勢力をバル
ブ９に与えるため、バルブ９のステム部１６に、リテイ
ナー１３を設けると共に、このリテイナー１３と内燃機
関本体１９との間に第１戻しバネ２を取り付ける。

【００６７】さらに、バルブ９の開弁及び閉弁を案内す
るためのバルブガイド１１を内燃機関本体１９に設け
る。

【００６８】具体的には、バルブ９のマージン部１７が
吸気ポート２５又は排気ポート２６と燃焼室２７との境
界に設けられ、その境界部にバルブシート１２が取り付
けられる。バルブ９は、上記の第１戻しバネ２によって
閉鎖され、吸気ポート２５又は排気ポート２６と燃焼室
２７とは遮断される。そして、アーマチャ３の移動によ
って第１ステム１５がバルブ９のステム部１６の先端を
押すと、マージン部１７が燃焼室２７内に押し出され、
吸気ポート２５又は排気ポート２６と燃焼室２７が導通
される。その後、再び第１戻しバネ２の付勢力により、
マージン部１７がバルブシート１２に押しつけられ、そ
の経路は遮断される。ここで、バルブシート１２は、マ
ージン部１７を受ける部材であり、これにより、マージ
ン部１７が内燃機関本体１９に直接衝突するのを防止で
きる。

【００６９】また、第１戻しバネ２は、内燃機関本体１
９に設けられた凹部に収納されており、また、バルブガ
イド１１は、上記凹部と吸気ポート２５又は排気ポート
２６との間を貫通するバルブ９のステム部１６をガイド
するように設けられる。

【００７０】上記リテイナー１３、１３’を構成する材
料としては、鉄系材料であってもよいが、高速でのバル
ブ９の開閉特性を向上する慣性重量低減および内燃機関
総重量低減の観点から、上記のアルミニウム合金固化材
が好ましい。これは、圧縮バネの繰り返し応力を受ける
ため、高い疲労特性を要求されるため、サブミクロンの
微細な結晶粒を形成する合金設計と急冷凝固プロセスを
行う必要があるからである。これを用いることにより、
リテイナー１３、１３’自体を軽量化することができ
る。

【００７１】上記アルミニウム合金固化材としては、上
記のバルブ９や第１ステム１５、第２ステム１４等で使
用するアルミニウム合金固化材を使用することができる
が、バルブ高速運動時に第１戻しバネ２や第２戻しバネ
１との摺動が生じるため、アルミニウム合金だけでは対
処が困難となる場合がある。この場合は、平均粒径１〜
５μｍ程度、最大１５μｍ径程度の硬質粒子を１０重量
％配合した上記のアルミニウム合金粉末を使用すること
により、摩耗を抑制することができる。上記硬質粒子と
しては、窒化セラミック、酸化セラミック、炭化セラミ
ック等が好ましい。この例としては、窒化珪素、アルミ
ナ、炭化珪素等があげられる。

【００７２】上記のアーマチャ３の面のうち、第１ステ
ム１５を設けた面と反対側の面に第２ステム１４が設け
られる。そして、この第２ステム１４に上記と同様のリ
テイナー１３’が設けられ、このリテイナー１３’とハ
ウジング８との間に、上記第２ステム１４がアーマチャ
３を押す方向の付勢力を与える第２戻しバネ１が取り付
けられる。

【００７３】この第２戻しバネ１により、アーマチャ３
にかかる第１戻しバネ２の付勢力に対抗することがで
き、アーマチャ３が第１戻しバネ２の付勢力によって、
他方の電磁石６の方に押しつけられるのを防止できる。

【００７４】上記第１戻しバネ２又は第２戻しバネ１を
構成する材料としては、鉄系材料でもよいが、下記の材
料、すなわち、Ｃ量０．５５〜０．７０重量％、Ｓｉ量
１．０〜２．２重量％、Ｃｒ量１重量％以下、Ｍｎ量１
重量％以下、Ｖ量０．２重量％以下、必要に応じてＭｏ
及びＮｂを含有し、引張強度１９６０Ｎ／ｍｍ²以上、
ＳｉＯ₂やＡｌ₂Ｏ₃等の介在物が２５μｍ以下、焼戻
しマルテンサイト組織を有した合金鋼を用いることによ
り、所望のバネ特性を得ることができる共に、バネ重量
が軽減できる。こうした高強度鋼の場合、溶解鋳造、熱
間圧延後、シェービング、伸線、パテンティングを組み
合わせて目的の線径まで加工し、その後焼入れ焼戻しを
行い鋼線を得る。その後コイリング加工、歪取り焼きな
まし、ショットピーニング、さらに必要に応じて窒化処
理、ショットピーニング、歪取り焼きなましが行われる
のが一般的である。

【００７５】さらに、第１戻しバネ２又は第２戻しバネ
１の構成材料として、ＡｌとＶの合計が１３重量％以上
からなり、引張り強さが１５００Ｎ／ｍｍ²以上で表面
に耐磨耗性の良好な表面被覆のされているチタン合金を
用いると、所望のバネ特性を得ることができ、バネ重量
が軽減できる。高強度チタン合金は、真空中で溶解し、
成分偏析が十分低減するまで溶解鋳造を繰り返し、鋳造
後熱間圧延し、その後溶体化処理と伸線加工を繰り返
し、目的の線径まで加工後、時効処理を施す。コイリン
グ加工後は上記の工程と基本的に同様である。

【００７６】さらにまた、第１戻しバネ２又は第２戻し
バネ１の構成材料として、Ｃｕ、Ｍｇ及びＺｎが合計で
５重量％以上で結晶粒径のアスペクト比が３以上の長い
結晶粒を有し、引張強さが６００Ｎ／ｍｍ²以上のアル
ミニウム合金を用いると、所望のバネ特性を得ることが
できると共に、バネ重量が軽減できる。高強度アルミニ
ウム合金は、目的成分の粉末を作成し、その紛末をイン
ゴットに固化したのち、鍛造、圧延の両方もしくはどち
らかの加工を行い、さらに伸線加工、溶体化を繰り返
し、目的の線経とし、最終的に時効処理を施す。コイリ
ング以降の工程は高強度鋼と基本的に同じであるが、窒
化処理は施さない。

【００７７】また、上記のチタン合金やアルミニウム合
金を第１戻しバネ２又は第２戻しバネ１に用いるため
に、表面に耐摩耗性を向上させることを目的とした被覆
膜を設けることも、必要に応じて施すことができる。

【００７８】ところで、この発明において、ステータ５
を鉄系粉末を粉末成形法によって成形した場合、この弁
開閉機構の作動時又は作動中に、アーマチャ３とステー
タ５が直接接触し、衝撃等を生じたとき、ステータ５が
摩耗や欠損等の問題を生じる場合がある。したがって、
アーマチャ３をステータ５と直接接触しないように往復
動させることが好ましい。この方法としては、アーマチ
ャ３の往復動を電気回路で制御する方法や、図２に示す
ように、ステータ５とアーマチャ３との間に、ストッパ
ー２３を設ける方法があげられる。

【００７９】上記の第１ステム１５、第２ステム１４、
ハウジング８、バルブ９、第１戻しバネ２、第２戻しバ
ネ１、リテイナー１３、１３’、又は固定部材２０は、
その全てを上記の鉄より比重の小さな金属若しくはその
合金、骨材により強化された鉄より比重の小さな合金、
セラミックス、繊維若しくはウイスカー強化セラミック
ス等で製造する必要はなく、それらのうちのうち少なく
とも１つを、鉄より比重の小さな金属若しくはその合
金、骨材により強化された鉄より比重の小さな合金、セ
ラミックス、繊維若しくはウイスカー強化セラミックス
で形成し、残りを、鉄系材料で形成しても、得られる内
燃機関用電磁アクチュエータや内燃機関用弁開閉機構の
軽量化を図ることができる。

【００８０】

【実施例】本発明の実施態様を以下に示す。

【００８１】〔実施例１、２〕図１に示す弁開閉機構を
構成する各部品を下記の材料を用いて製造し、弁開閉機
構を構成した。

【００８２】（アーマチャ）アーマチャ３として、連結
部周縁部にＳＫＤ鋼を用い、アーマチャ本体にＰＣＹＨ
鋼を用い、両者を溶接接合したものを用いた。そして、
図６に示すように、挿入孔３５の下端部に、第１ステム
１５の傾斜端面１５ｃと接するように、傾斜面を形成し
た。

【００８３】（ステム）第１ステム１５及び第２ステム
１４として、市販の窒化ケイ素粉末（α結晶相率９０％
以上、平均投径０．８μｍ）に５重量％の酸化イットリ
ウム、２重量％の酸化アルミニウムをエタノール中で湿
式混合した紛末を乾燥し所定の成形用有機バインダーを
加えた後、所定の成形を行い、１８００度、４気圧窒素
ガス雰囲気、１０時間焼結を行い、更にダイヤモンド砥
石で所定の形状に加工したものを用いた。この焼結体と
同時に作製した焼結体の強度をＪＩＳＲ１６０１に
準拠して３点曲げ強度を測定した結果、平均強度は１０
５０ＭＰａであった。

【００８４】なお、形状としては、図６に示すように、
アーマチャ３との連結する端部側に、第１ステム本体１
５ｂより軸径の小さい連結端部１５ａ及び傾斜端面１５
ｃを有する形状とした。

【００８５】（アーマチャと第１ステムの連結）連結（実施例１における連結方法）：図６に示すよう
に、アーマチャ３の挿入孔３５に第１ステム部材１５の
連結端部１５ａを挿入してスライド自在に連結した。

【００８６】連結（実施例１における連結方法）：加
熱したアーマチャ３の挿入孔３５に第１ステム部材１５
の連結端部１５ａを挿入してアーマチャ３を冷し、焼き
バメにより両者を締結した。

【００８７】（ステータ）図４に示す形態のステータ５
を粉末圧縮成形体で作製した。使用した鉄粉末は、純鉄
粉であり、溶湯に高圧の水を吹きつけることにより急冷
凝固された粉末を得、その後、乾燥、所定大きさのメッ
シュを通すことによる粉末粒度分布調整等の基本工程を
経て製造される。この一連の工程は、通常の焼結機械部
品用の出発原料粉末の製造方法と同様である。その後、
純鉄粉末間の絶縁性を得るために、熱処理によって酸化
被膜形成工程を行った。

【００８８】酸化被膜形成前の主な不純物成分は、酸素
が０．１重量％前後、Ｓｉ，Ｍｎは０．０５重量％前
後、炭素、燐、硫黄が０．００５重量％前後である。粉
末粒度は、金型へのスムーズで均一な流れ充填性を有
し、かつなるべく高い見かけ密度が得られるように、上
記急冷凝固工程及び粒度分布調整工程で制御される。そ
のようにして得られた粒度分布は、２００μｍ未満１５
０μｍ以上が５〜１０重量％、１５０μｍ未満７５μｍ
以上が４０〜５０重量％、７５μｍ未満３０μｍ以上が
４０〜５０重量％であった。この粒度分布を有する粉末
の、流れ充填性の指標であるＪＳＰＭ標準規格の流れ性
評価によれば、径２．５ｍｍの出口を有する漏斗容器に
納めた５０ｇ粉末がその出口を通り終わるのに要する時
間は２０〜３０秒である。また、同標準規格による見か
け密度は２．９〜３．５ｇ／ｃｍ³であった。

【００８９】上記粉末を成形してステータを製造するた
め、上記粉末を金型内に充填し、一軸圧縮する際に、金
型と鉄粉末との焼き付き防止を行うため、熱硬化性樹脂
を主成分とする有機樹脂を０．５〜０．７重量％を配合
した。

【００９０】上記粉末を冷間圧縮成形して得られる粉末
圧縮成形体は、密度７．１ｇ／ｃｍ ³であり、温間圧縮
成形して得られる粉末圧縮成形体は、密度７．４ｇ／ｃ
ｍ³であった。温間圧縮成形は、金型及び圧縮前粉末を
１３０〜１５０℃で制御した。この場合の密度が高いの
は、主に鉄粉末の降伏応力が減少、軟化により変形能が
増して、圧密性が上昇した結果による。

【００９１】これらの成形体は、大気中２００℃で樹脂
を焼成して、ステータを得た。

【００９２】一般に交流磁場においては、高周波になる
程渦電流を生じ、磁力の損失が生じるが、このような粉
末の集合体とすると、渦電流の発生が粉末単位内に抑制
され、損失を低下させることができる。このステータ
は、構造の特徴上、透磁率の異方性はほとんどない。成
形焼成後の寸法ばらつきは小さく、追加工の必要はなか
った。このため、ステムを通すための軸受をセットする
必要がなかった。

【００９３】比較部材は、積層珪素鋼板で製造した。積
層珪素鋼板は、打ち抜き加工性と鉄より高い透磁率の特
性のバランスから３重量％シリコン一方向珪素鋼板を使
用した。圧延方向で透磁率が大きく、直角方向で小さい
という異方性が生じるので、図５（ａ）（ｂ）に示すよ
うに、積層した構造とした。渦電流発生抑制を目的に鋼
板表面には、樹脂による電気絶縁層が形成され、鋼板を
重ね合わせることによって組立てた。これは、短冊状に
打ち抜いた板を積層組立し、レーザで鋼板端部を溶接し
て固定化した。このステータの精度は、鋼板単体の精度
と積層組立時の精度が乗じられるため、上記の粉末圧縮
成形されたステータに比較して、高い寸法精度を得るこ
とができない。このため、セットされるハウジングとの
接触側端面、アーマチュアとの機械加工が必要であっ
た。また、ステムを通す孔の寸法精度も低く、追加工及
び軸受をセットするための工程が生じた。組み上げた積
層鋼板部材は、密度７．８ｇ／ｃｍ³であった。

【００９４】以上のようにして作成した粉末圧縮成形に
よるステータの直流時の最大磁束密度は、冷間成形体
１．３Ｔ、温間成形体１．５Ｔであった。これに対し、
積層珪素鋼を用いた直流時の最大磁束密度は、１．３Ｔ
であった。

【００９５】上記の結果から、積層珪素銅板に比べて、
粉末圧縮成形体は、密度が低く工数が小さいながら、同
等以上の磁気特性を示すことが確認できた。

【００９６】（コイル）コイル１８としては、ＪＩＳ
Ｈ４０００に規定の導電率５０％ＩＡＣＳの６０００
系材料を従来の銅系材料に対して用いた。またこのコイ
ル材の被覆材はポリイミドとした。

【００９７】（ハウジング）ハウジング８は、下記の方
法で製造した。平均粒径２．５μｍのＦｅ１８％、Ｃｒ
８％のＮｉ粉末６５重量部、分散剤２重量部、水１１重
量部にフェノール樹脂１２重量部の配合比率で混合しス
ラリーを作製した。このスラリーを厚さ８ｍｍ、１イン
チあたりのセル数が２９個のポリウレタンフォームに含
浸した後、金属ロールで過剰に付着したスラリーを除去
し１２０℃で１０分乾燥した。このシートを１２００℃
真空中で１時間熱処理することで密度＝０．９１ｇ／ｃ
ｍ³の金属多孔体を作製した。この金属多孔体を円筒形
状に加工した後金型にセットし、７６０℃に加熱したア
ルミニウム合金（２重量％Ｃｕ含有Ａｌ）溶湯を１．２
ＭＰａで加圧注入することにより金属多孔体／アルミニ
ウム合金複合材よりなるハウジングを作製した。比較部
材として金属多孔体を複合化せずにアルミニウム合金の
みでハウジングも形成し、それぞれについて引張強度を
測定した結果、複合材：２３１ＭＰａ、アルミニウム合
金：１４２ＭＰａであった。

【００９８】（戻しバネ）戻しバネは下記の方法で製造
した。Ｃ＝０．６５重量％、Ｓｉ＝１．９８重量％、Ｍ
ｎ＝０．７８重量％、Ｃｒ＝０．７５重量％、Ｖ＝０．
１１重量％、残部は実質Ｆｅである成分の鋼を、溶解鋳
造、圧延、シェービング、伸線加工、熱処理を繰り返し
３．０ｍｍのワイヤを得た。非金属介在物は最大２０μ
ｍであった。このワイヤを、コイリング、歪取り焼きな
まし、ショットピーニング、窒化を組み合わせて高強度
コイルバネを製造した。

【００９９】（リテイナー）リテイナー１３、１３’
は、コッタ（リテーナロック）と呼ばれる保持部品を介
してバルブを保持し、バルブ９と一体となって高速の往
復運動をするため、耐熱疲労強さ、衝撃強さが要求され
る。また、バルブ９の回転に伴い第１戻しバネ２や第２
戻しバネ１と摺動するため、耐摩耗性も要求される。耐
熱疲労強さ、衝撃強さ確保のため、アルミニウム合金で
は、サブミクロンの微細な結晶粒を形成する合金設計
と、急冷凝固プロセスを行う必要がある。このようなア
ルミニウム合金として、Ａｌ−１７重量％、Ｓｉ−１．
５２重量％、Ｚｒ−１．５重量％、Ｎｉ−２重量％、Ｆ
ｅ−５重量％Ｍｍを使用し、平均粒径５０μｍのアルミ
ニウム粉末をガス冷却凝固プロセスにて作製し、出発原
料とした。また、耐摩耗特性の必要性の観点からは、ア
ルミニウム合金だけでは対処が困難であり、硬質粒子と
して平均粒径２μｍ、最大１２μｍ径のアルミナ粒子を
９重量％配合した。

【０１００】一軸粉末圧縮成形した後、５００℃で加熱
し、熱間鍛造にて緻密化と最終形状付与を同時に行い、
その後、バリとり及び表層部の粉末結合が弱い層を除去
するためにバレル処理を行った。機械加工は行わなかっ
た。密度は、３．２ｇ／ｃｍ ³であった。

【０１０１】従来のリテイナーは、ＪＩＳ１７Ｃ等の
機械構造用鋼、場合によっては、ＪＩＳ１７ＣＳＣ
ｒ４１５などの合金鋼が用いられることが多い。この比
較部材としてのリテイナーは、後者を用いて製造した。
後者の合金鋼を熱間鍛造で形状付与した後、粗加工を
し、浸炭焼入れ焼き戻しを行い、その後仕上げ加工を行
った。密度は、７．８ｇ／ｃｍ³であった。

【０１０２】（ボルト）内燃機関本体１９へのハウジン
グ８の取り付けに用いられるボルトとして、ＪＩＳＨ
４０００に規定の４０００系材料を従来の鋼材料に対し
て用いた。

【０１０３】（バルブ）バルブ９として、市販の窒化ケ
イ素粉末（α結晶相率９０％以上、平均投径０．８μ
ｍ）に５重量％の酸化イットリウム、２重量％の酸化ア
ルミニウムをエタノール中で湿式混合した紛末を乾燥し
所定の成形用有機バインダーを加えた後、所定の成形を
行い、１８００度、４気圧窒素ガス雰囲気、１０時間焼
結を行い、更にダイヤモンド砥石で所定の形状に加工し
たものを用いた。この焼結体と同時に作製した焼結体の
強度をＪＩＳＲ１６０１に準拠して３点曲げ強度を
測定した結果、平均強度は１０５０ＭＰａであった。

【０１０４】（弁開閉機構の製造）上記の各部品を用い
て、電磁アクチュエーター及び弁開閉機構を製造した。

【０１０５】〔実施例３、４〕ステムとして下記のステ
ムを使用した以外は、実施例１と同様にして電磁アクチ
ュエーター及び弁開閉機構を製造した。

【０１０６】（ステム）実施例１で製造したステムの表
面にＤＬＣ膜を形成した。このＤＬＣ膜の形成には、下
記の方法を採用した。公知の容量結合型プラズマＣＶＤ
法により、高周波電源（発生周波数１３．５６ＭＨｚ）
を接続した電極に、予め溶剤や洗剤で洗浄・乾燥したス
テム基材を取付け、１×１０^-4Ｐａの真空度で排気した
後に、アルゴンガスを１×１０^-1Ｐａの圧力で維持され
るようになるまでガスを導入した。この状態で高周波電
源から出力４００Ｗの高周波を電極に供給し、上記ステ
ムを取付けた電極がプラズマで覆われるように１５分間
維持し、基材表面の自然酸化膜をイオンクリーニングし
て除去した後、アルゴンガスの供給を止め、メタンガス
を１×１０^-1Ｐａの圧力で維持されるようになるまでガ
スを導入し、高周波電源から出力６００Ｗの高周波を電
極に供給することでＤＬＣ膜形成を行った。膜厚は約１
μｍとした。

【０１０７】〔比較例１〕ステータ、ハウジング及びリ
テイナーについては、上記の比較部材を使用し、その他
の部品は、鉄系材料で製造した各部品を使用して電磁ア
クチュエーター及び弁開閉機構を製造した。

【０１０８】〔結果〕実施例１〜４、比較例１の総重量
を測定したところ、実施例１及び２は、比較例１と比較
したところ、総重量として７０重量％の軽量化が図れ
た。

【０１０９】また、実施例１及び２の弁開閉機構、並び
に実施例３及び４の弁開閉機構をそれぞれ、１２Ｖの直
流定電圧電源を電源として動作試験を行って、その際の
消費電力の測定を行った。その結果、実施例３及び４は
実施例１及び２より消費電力が２０％低減しており、ス
テム表面へのＤＬＣ膜形成により、ステータとステムと
の間の摺動抵抗をより低減できることがわかった。

【０１１０】さらに、実施例１の場合、アーマチャ３と
第１ステム１５はフリー締結構造であるが、アーマチャ
３の移動を第１ステム１５に十分に伝達することがで
き、弁開閉に支障は生じなかった。

【０１１１】

【発明の効果】第１ステム及び第２ステムに、軽量化し
た材料を用いるので、製造される電磁アクチュエータや
弁開閉機構は、総重量の軽減を行うことができる。

【０１１２】また、第１ステムとアーマチャとをスライ
ド自在に連結したときであっても、アーマチャの移動を
第１ステムに十分に伝達することができる。

【０１１３】さらに、第１ステムとアーマチャとを接合
又は機械的な締結によって連結したとき、両者の連結は
強固となり、アーマチャの移動を確実に、第１ステムに
伝達することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の弁開閉機構の例を示す断面図

【図２】他の弁開閉機構の例を示す部分拡大断面図

【図３】バルブの例を示す正面図

【図４】（ａ）ステータの例を示す平面図（ｂ）（ａ）の正面断面図

【図５】（ａ）従来のステータの例を示す平面図（ｂ）（ａ）の正面断面図

【図６】アーマチャと第１ステムの連結の状態を示す断
面図

【図７】アーマチャと第１ステムの連結の他の状態を示
す断面図

【符号の説明】

１第２戻しバネ２第１戻しバネ３アーマチャ３ａ連結部周縁部３ｂアーマチャ本体４電磁アクチュエータ５ステータ６電磁石７電磁石８、８ａ、８ｂ、８ｃハウジング９バルブ１０隙間１１バルブガイド１２バルブシート１３、１３’ リテイナー１４第２ステム１５第１ステム１５ａ連結端部１５ｂ第１ステム本体１５ｃ傾斜端面１６ステム部１７マージン部１８コイル１９内燃機関本体２０ボルト２１凹部２２、２２’ 案内孔２３ストッパ２５吸気ポート２６排気ポート２７燃焼室３１電磁鋼板３２凹部３３案内孔３４ステータ３５挿入孔３６空洞部３７空洞部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松沼健二伊丹市昆陽北一丁目１番１号住友電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者曽我部浩一伊丹市昆陽北一丁目１番１号住友電気工業株式会社伊丹製作所内Ｆターム(参考） 3G018 AB09 AB16 BA38 CA12 DA24 DA36 DA41 DA81 FA06 GA14 GA37 5E048 AB01 AD07 5H633 BB07 BB10 GG02 GG04 GG09 GG13 HH16 JA02 JA05 JA10 JB07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ステータ５及びコイル１８と、アーマチ
ャ３及びこのアーマチャ３に働く力を外部の負荷に伝達
する第１ステム１５からなる可動子を有し、上記第１ス
テム１５は、上記アーマチャ３より軽い材料を用いて形
成したことを特徴とする電磁アクチュエータ。
【請求項２】ステータ５とコイル１８から構成される
一対の電磁石６、７を隙間１０を設けて対向させ、この隙間１０にアーマチャ３を配設し、上記両電磁石
６、７によって、上記アーマチャ３を、一方の電磁石７
と他方の電磁石６の間で往復動自在とし、上記アーマチャ３の他方の電磁石６から一方の電磁石７
への移動を伝達するための第１ステム１５を設けた請求
項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項３】上記第１ステム１５は、窒化ケイ素若し
くはサイアロンを主成分とするセラミックス、粉末成形
法による成形されたアルミニウム合金焼結体、又はチタ
ン合金のいずれかの材料で形成されることを特徴とする
請求項１又は２に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項４】上記第１ステム１５を上記アーマチャ３
に対してスライド自在に取り付けると共に、上記アーマ
チャ３の他方の電磁石６から一方の電磁石７へ移動に伴
って第１ステム１５が移動するように、第１ステム１５
とアーマチャ３とを連結したことを特徴とする請求項１
乃至３のいずれかに記載の電磁アクチュエータ。
【請求項５】上記第１ステム１５の上記アーマチャ３
との連結端部１５ａを、第１ステム本体１５ｂの軸径よ
り小さい軸径に形成し、上記アーマチャ３の中心部に、上記第１ステム１５の連
結端部１５ａを挿入することができ、かつ、上記第１ス
テム本体１５ｂの軸径より小さい径である貫通した挿入
孔３５を設け、上記連結端部１５ａを挿入孔３５にスライド自在に取り
付けることにより、上記のアーマチャ３と第１ステム１
５とを連結したことを特徴とする請求項４に記載の電磁
アクチュエータ。
【請求項６】上記アーマチャ３に、上記第１ステム１
５の端部を挿入することができる未貫通の挿入孔３５を
有し、上記第１ステム１５の端部を挿入孔３５にスライド自在
に取り付けることにより、上記のアーマチャ３と第１ス
テム１５とを連結したことを特徴とする請求項４に記載
の電磁アクチュエータ。
【請求項７】上記アーマチャ３と第１ステム１５と
を、接合又は機械的な締結により連結したことを特徴と
する請求項１乃至３のいずれかに記載の電磁アクチュエ
ータ。
【請求項８】上記アーマチャ３は、アーマチャ本体３
ｂを構成する磁性材料と、上記第１ステム１５との連結
部の周縁部３ａを構成する、上記アーマチャ本体３ｂに
比べて硬度の高い材料とから形成される請求項４乃至７
のいずれかに記載の電磁アクチュエータ。
【請求項９】請求項１乃至８のいずれかに記載の電磁
アクチュエータをハウジング８に収納し、このハウジン
グ８を固定部材によって内燃機関本体１９に取り付け、上記内燃機関本体１９に、この内燃機関の吸気ポート２
５又は排気ポート２６と燃焼室２７とを導通又は遮断す
るためのバルブ９を設け、上記アーマチャ３を上記の他方の電磁石６から一方の電
磁石７の方に移動させることにより、上記第１ステム１
５が上記バルブ９を押して開弁操作を行うように、上記
電磁アクチュエータの第１ステム１５先端部と上記バル
ブ９の先端部とを突き合わせ、閉弁操作を行うための付勢力を上記バルブ９に与えるた
め、上記バルブ９にリテイナー１３を設けると共に、こ
のリテイナー１３と内燃機関本体１９との間に第１戻し
バネ２を取り付け、第２ステム１４を、上記他方の電磁石６のステータ５に
設けられた案内孔２２’に挿入して、上記第１ステム１
５と連結されていない側の上記アーマチャ３の面と着脱
自在に接触させ、上記第２ステム１４にリテイナー１３’を設け、上記リ
テイナー１３’と上記ハウジング８との間に、上記第２
ステム１４が上記アーマチャ３を押す方向の付勢力を与
える第２戻しバネ１を取り付けた内燃機関用弁開閉機
構。
【請求項１０】上記第２ステム１４は、上記アーマチ
ャ３より軽い材料から形成されることを特徴とする請求
項９に記載の内燃機関用弁開閉機構。
【請求項１１】上記第２ステム１４は、窒化ケイ素若
しくはサイアロンを主成分とするセラミックス、粉末成
形法によって成形されたアルミニウム焼結体、又はチタ
ン合金から形成されることを特徴とする請求項９又は１
０に記載の内燃機関用弁開閉機構。
【請求項１２】上記アーマチャ３の挿入孔３５が貫通
している場合において、第１ステム１５を上記挿入孔３
５に完全に挿入したとき、上記第１ステム１５と第２ス
テム１４との間には、空洞部３６、３７が介在すること
を特徴とする請求項９乃至１１のいずれかに記載の内燃
機関用弁開閉機構。