JP5888311B2 - 電磁アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のバルブリフト調整装置に適用され、規制ピンを前進させて係合溝に係合させることでスライダの位置を切り替える電磁アクチュエータに関する。

従来、内燃機関の吸気バルブ又は排気バルブのリフト量を調整するバルブリフト調整装置において、カムシャフトと共に回転しつつカムシャフトに対し軸方向に相対移動可能に設けられたスライダの位置を切り替えるものが知られている。また、スライダの位置を切り替える手段として、スライダの移動方向に応じて２つの規制ピンのいずれか一方を択一的に作動させ、スライダに形成された係合溝に規制ピンの先端部を嵌合させる電磁アクチュエータが知られている。

例えば特許文献１に記載の電磁アクチュエータは、プランジャを後退方向に吸引する２つの永久磁石を、磁極の向きが互いに反対となるように静止部に固定している。そして、コイルの通電方向を切り替えることで２つの永久磁石の一方に対して逆方向の磁束を発生させて吸引力を低下させ、永久磁石の吸引力が低下した側の規制ピンをスプリングの付勢力によって前進方向に作動させる。

特開２０１３−２３９５３８号公報

特許文献１の電磁アクチュエータでは、永久磁石はプランジャに対し、対向する端面の面積が大きく形成されており、永久磁石のプランジャ側の端部に「集磁部材」としてのアダプタが設けられている。プランジャの中心軸は、永久磁石の中心軸に対し、電磁アクチュエータ全体の中心軸側に寄っている。すなわち、永久磁石、及びアダプタの永久磁石側の端面の中心軸と、プランジャの中心軸とはオフセットしている。
この構成は、２つの規制ピンのピッチがバルブリフト調整装置の仕様によって規定されること、永久磁石は磁石吸引力を確保するための最小限の面積が必要であり、且つ、隣接する永久磁石間のクリアランスを確保する必要があることから、多くの場合に採用せざるを得ないものである。

ところで現実の製品では、プランジャの摺動クリアランスや各部品公差の累積により、アダプタのプランジャ側の端面の中心軸に対してプランジャが所定の範囲で偏芯する。
ここで、「アダプタとプランジャとが、磁気が有効に伝達される距離で対向する面積」を「有効対向面積」という。例えばアダプタのプランジャ側の端面が多段形状に形成されており、アダプタの一段目とプランジャとの間では磁気が有効に伝達されず、アダプタの二段目とプランジャとの間で磁気が有効に伝達される場合には、アダプタの二段目とプランジャとの対向面積が「有効対向面積」に相当する。

すると、有効対向面積に寄与する段の形状によっては、プランジャの偏芯によって有効対向面積が変化し、磁石吸引力が変動する。そのため、コイルへの通電開始から規制ピンが始動開始するまでの時間である「デッドタイム」がばらつく。延いては、コイルへの通電開始から規制ピンがフルストロークに到達するまでの時間から所定の見込み制御時間を差し引いた時間に相当する「応答性」がばらつくこととなる。

本発明は、上述の問題に鑑みて創作されたものであり、その目的は、内燃機関のバルブリフト調整装置に適用される電磁アクチュエータにおいて、集磁部材に対するプランジャの偏芯による応答性のばらつきを低減する電磁アクチュエータを提供することにある。

本発明は、内燃機関のバルブリフト調整装置に適用され、永久磁石の中心軸とプランジャの中心軸とがオフセットしている電磁アクチュエータにおいて、永久磁石のプランジャ側の端部に設けられ永久磁石の磁束を集めてプランジャに伝達する「集磁部材」の構成に特徴を有する。

本発明の集磁部材は、板状の本体部、本体部からプランジャ側に段となっており、プランジャとの間で磁気が有効に伝達される距離でプランジャに対向する台状部、及び、台状部の中心軸と同軸に台状部のプランジャ側にテーパ状に突出し、プランジャに形成された受容部に嵌合する嵌合部を有している。永久磁石及び集磁部材の本体部の中心軸である本体軸（Ｍ）と、プランジャの中心軸（Ｐ）とはオフセットしている。そして、台状部及び嵌合部の中心軸を「集磁軸（Ｑ）」とし、「軸方向視において本体軸と集磁軸とを結ぶ直線である基準線（ｘ）に直交し、且つ集磁軸を通る直線」を「直交線（ｙ）」とすると、台状部は、軸方向視において、本体部と、「本体部を直交線に対して対称に写した鏡像」とが重なった部分の形状を呈している。これにより、集磁部材の台状部とプランジャとの対向面積が有効対向面積となる。一方、本体部とプランジャとの間では磁気が有効に伝達されないため、本体部とプランジャとが対向する部分の面積は、有効対向面積に寄与しない。

台状部の構成に係る「磁気が有効に伝達される」という特定事項について補足すると、本体部及び台状部の磁気伝達に対する寄与度は相対的なものであり、必ずしも本体部が０％で台状部が１００％であることを意味しない。当該技術分野の技術常識に照らして、磁気伝達に対する寄与が支配的であると認められる部分が台状部に該当すると解釈されるべきである。

これにより、プランジャが基準線に沿って本体部の中心軸に最も近づくように偏芯したときと、本体部の中心軸から最も離れるように偏芯したときとにおける有効対向面積を同等にすることができる。したがって、プランジャの偏芯による有効対向面積のばらつきを低減することができる。その結果、磁石吸引力の変動を抑制し、デッドタイムのばらつきを低減することができる。延いては、電磁アクチュエータの応答性のばらつきを低減することができる。

本発明は、規制ピンの数に関係なく、永久磁石の中心軸とプランジャの中心軸とがオフセットしており、プランジャの偏芯によって有効対向面積が変化する電磁アクチュエータに適用可能である。規制ピンを２つ備える電磁アクチュエータでは、上述の理由により、このような構成を採用せざるを得ない場合が多いため、本発明が特に効果的となる。

本発明の一実施形態による電磁アクチュエータの非通電時の断面図である。 図１のＩＩ方向矢視図（平面図）である。 本発明の一実施形態による電磁アクチュエータの第１コイル通電時の断面図である。 図３の要部拡大図である。 非通電時にプランジャに作用する力を示す模式図である。 第１コイル通電時にプランジャに作用する力を示す模式図である。 プランジャ及び規制ピンのストロークと力との関係を示す特性図である。 比較例のアダプタの図である。 比較例のアダプタとプランジャとの偏芯による有効対向面積のばらつきを説明する図である。 本発明の一実施形態によるアダプタの図である。 本発明の一実施形態によるアダプタとプランジャとの偏芯による有効対向面積のばらつきを説明する図である。 （ａ）比較例、（ｂ）本発明の一実施形態の磁石吸引力のばらつきを比較する特性図である。 （ａ）比較例、（ｂ）本発明の一実施形態の始動電流のばらつきを比較する特性図である。 （ａ）比較例、（ｂ）本発明の一実施形態のデッドタイムのばらつきを比較する特性図である。 本発明のその他の実施形態によるアダプタの形状のバリエーションを示す図である。

以下、本発明の実施形態による電磁アクチュエータを図面に基づいて説明する。
この電磁アクチュエータは、特許文献１（特開２０１３−２３９５３８号公報）に開示されたとおり、カムシャフトと共に回転するスライダに一体に設けられたカムによって、内燃機関の吸気バルブ又は排気バルブのリフト量を調整するバルブリフト調整装置に適用される。

バルブリフト調整装置のスライダは、カムシャフトと共に回転しつつカムシャフトに対し軸方向に相対移動可能に設けられており、回転角度に応じて軸方向位置が徐変する係合溝が外周に形成されている。電磁アクチュエータは、制御手段からの指令に基づいて、２つの規制ピンのうちいずれか一方の「作動側規制ピン」を前進させ、作動側規制ピンの先端部をスライダの係合溝に係合させることで、スライダを回転に伴って軸方向に移動させる。また、作動側規制ピンの先端部を係合溝から離間させるときには、カムシャフトのトルクによって作動側規制ピンが押し戻される。
バルブリフト調整装置の詳細な構成や作動に関しては特許文献１のとおりであるので、ここでは説明を省略する。

（一実施形態）
本発明の一実施形態による電磁アクチュエータの構成について、図１〜図４を参照して説明する。電磁アクチュエータ４０は、２つの規制ピン６０１、６０２を並設しており、そのうちいずれか一方を「作動側規制ピン」として択一的に作動させる。図１は、いずれの規制ピン６０１、６０２も作動させない状態、図３、図４は、第１規制ピン６０１を作動させた状態を示す断面図である。なお、第２規制ピン６０２を作動させた状態の断面図は、図３、図４を左右反転したものに相当するので省略する。
図２に示すように、電磁アクチュエータ４０は、本体の外側に張り出した取付部４７５を除き、図の左右方向に対称に形成されている。

電磁アクチュエータ４０は、２つの規制ピン６０１、６０２に対応してコイル４５１、４５２、フタ５０１、５０２、永久磁石５２１、５２２、アダプタ５５１、５５２、プランジャ６５１、６５２、及びスプリング７６１、７６２等を各２つ備えている。
ここで、３桁符号の末尾が「１」の部材同士が対応し、３桁符号の末尾が「２」の部材同士が対応する。以下、適宜、３桁符号末尾が「１」の部材の名称の前に「第１」を付け、３桁符号末尾が「２」の部材の名称の前に「第２」を付けて区別する。
なお、例外的に「本体部５６０」及び「台状部５７０」の末尾の「０」は、第１実施形態を意味し、図４における左右の本体部及び台状部共通に「５６０」、「５７０」を付す。

規制ピン６０１、６０２及びプランジャ６５１、６５２は「可動部」に相当する。第１規制ピン６０１及び第１プランジャ６５１はピン軸Ｐ１上に一体に結合され、図１に示す最後退位置から図３に示す最前進位置まで往復移動する。また、第２規制ピン６０２及び第２プランジャ６５２はピン軸Ｐ２上に一体に結合され、同様に往復移動する。以下、ピン軸Ｐ１、Ｐ２を、適宜、「プランジャ軸Ｐ１、Ｐ２」と言い替える。

ここで、規制ピン６０１、６０２及びプランジャ６５１、６５２の最後退位置からの前進距離をストロークといい、最後退位置を「ゼロストローク」、最前進位置を「フルストローク」という。以下の説明で、「前進方向」または「前方」は、図１、３、４の下方向に対応し、「後退方向」または「後方」は、図１、３、４の上方向に対応する。また、規制ピン６０１、６０２が前進後退する方向を、電磁アクチュエータ４０の「軸方向」といい、電磁アクチュエータ４０の軸方向に直交する方向を「径方向」という。

一方、コイル４５１、４５２、フタ５０１、５０２、永久磁石５２１、５２２、アダプタ５５１、５５２の他、後ヨーク４１１、４１２、コイルコア４２１、４２２、前ヨーク４３１、４３２、スリーブ７０、取付板７８等は、「静止部」を構成する。
以下、静止部の構成について順に説明した後、可動部の構成について説明する。

静止部の後部の外郭は、磁気回路を構成する後ヨーク４１１、４１２、コイルコア４２１、４２２、前ヨーク４３１、４３２等の軟磁性体部材、コイル４５１、４５２、及び、ボビン４６１、４６２等が樹脂モールド部４７にモールドされ、取付板７８の後方に一体に設けられている。樹脂モールド部４７には、後方に開口する２つの磁石収容穴４８１、４８２が形成されており、また、後方に突出するコネクタ４９が設けられている。

後ヨーク４１１、４１２及び前ヨーク４３１、４３２は、ピン軸Ｐ１、Ｐ２に直交し、互いに平行な板状である。コイルコア４２１、４２２は、コイル軸Ｃ１、Ｃ２を軸とする円柱状であり、後ヨーク４１１、４１２と前ヨーク４３１、４３２とを連結する。前ヨーク４３１、４３２に接続するピン軸Ｐ１、Ｐ２の周囲部分には、筒状のプランジャガイド部４４１、４４２が形成されている。両プランジャガイド部４４１、４４２は、ピン軸Ｐ１、Ｐ２の間で接続している。

コイル４５１、４５２は、コイルコア４２１、４２２に外挿されたボビン４６１、４６２の外周に巻線が巻回されることで構成される。ボビン４６１、４６２は、樹脂で形成され、コイルコア４２１、４２２とコイル４５１、４５２の巻線とを絶縁する。外部の電源からコネクタ４９を経由して、作動側規制ピンに対応するいずれか一方のコイルに通電されることにより、コイル４５１、４５２は磁界を生成する。この磁界による磁束が通過する経路、及び、磁束の向きについては後述する。

樹脂モールド部４７の磁石収容穴４８１、４８２は、磁石軸Ｍ１、Ｍ２を軸とする円筒状に形成されている。磁石収容穴４８１、４８２には、奥側から順に、アダプタ５５１、５５２、永久磁石５２１、５２２、及びフタ５０１、５０２が収容されている。

図２、図４に示すように、磁石収容穴４８１、４８２の内壁には、後ヨーク４１１、４１２に形成された雌ねじ部４１３、４１４が露出している。フタ５０１、５０２は、側壁に形成された雄ねじ部５１が雌ねじ部４１３、４１４に螺合することで後ヨーク４１１、４１２に保持され、永久磁石５２１、５２２を覆う。

永久磁石５２１、５２２は、径方向の断面形状が円形の板状である。本実施形態では、永久磁石５２１、５２２の直径は、対応するプランジャ６５１、６５２の直径よりも大きく設定されている。すなわち、永久磁石５２１、５２２は、対応するプランジャ６５１、６５２に対し、互いに対向する端面の面積が大きく形成されている。

図４に示すように、第１永久磁石５２１及び第２永久磁石５２２は、磁極の向きが互いに反対となるように着磁されている。例えば本実施形態では、第１永久磁石５２１は、フタ５０１側がＮ極であり、プランジャ６５１側がＳ極である。第２永久磁石５２２は、フタ５０２側がＳ極であり、プランジャ６５２側がＮ極である。これにより、後で参照する図５に示すような磁気回路が形成される。

アダプタ５５１、５５２は、鉄等の軟磁性体で形成され、永久磁石５２１、５２２のプランジャ６５１、６５２側の端部に設けられている。アダプタ５５１、５５２は、永久磁石５２１、５２２によって磁化され、永久磁石５２１、５２２の磁束を集めてプランジャ６５１、６５２に伝達する「集磁部材」として機能する。

アダプタ５５１、５５２は、永久磁石５２１、５２２と同等の径方向断面積を有する板状の本体部５６０、本体部５６０からプランジャ６５１、６５２側に段となった台状部５７０、及び、台状部５７０からプランジャ６５１、６５２側に凸テーパ状に突出する嵌合部５８を有している。なお、「テーパ状」には「円錐台状」を含む。
台状部５７０及び嵌合部５８の中心軸Ｑ１、Ｑ２は、磁石軸Ｍ１、Ｍ２に対してオフセットしており、ばらつきの中心でプランジャ軸Ｐ１、Ｐ２と一致するように配置されている。台状部５７０の詳細な構成については後述する。

静止部の前部の外郭を構成するスリーブ７０は、取付板７８の中央部前方に筒状に設けられている。スリーブ７０には、規制ピン６０１、６０２及びスプリング７６１、７６２を収容する収容穴７２が形成されている。収容穴７２の穴底７４には、規制ピン６０１、６０２が摺動する摺動穴７５１、７５２が形成されている。また、プランジャガイド部４４１、４４２の内側に、ブッシュ７３１、７３２が固定されている。

次に、可動部である規制ピン６０１、６０２及びプランジャ６５１、６５２について、第１規制ピン６０１及び第１プランジャ６５１を例として説明する。
規制ピン６０１は、軸本体６１１、プランジャ６５１に連結される連結部６２１、及びスプリング７６１の座面を構成する鍔部６３１がピン軸Ｐ１上に同軸に形成されている。鍔部６３１は、軸本体６１１に別体のカラーを圧入して形成してもよく、或いは、軸本体６１１と一体で製作してもよい。

軸本体６１１は、先端部６４１を除く大部分がスリーブ７０に収容される。軸本体６１１は、スリーブ７０の後方においてブッシュ７３１の穴に案内され、スリーブ７０の前方において摺動穴７５１に案内されて摺動する。先端部６４１はスリーブ７０から突出し、前進時、バルブリフト調整装置のスライドの係合溝に係合する。

プランジャ６５１は、鉄等の軟磁性体で筒状に形成され、規制ピン６０１の連結部６２１に連結される。プランジャ６５１は、プランジャガイド部４４１に案内され、規制ピン６０１と一体に前進後退する。プランジャ６５１のアダプタ５５１側の端面には、嵌合部５８を受容する凹テーパ状の受容部６６が形成されている。
プランジャ６５１は、永久磁石５２１の磁石吸引力によってアダプタ５５１側、すなわち後退方向に付勢される。プランジャ６５１がアダプタ５５１に吸着されたとき、アダプタ５５１の嵌合部５８は、プランジャ６５１の受容部６６に嵌合する。
以上の構成は、第２規制ピン６０２及び第２プランジャ６５２についても同様である。

スプリング７６１、７６２は、規制ピン６０１、６０２の軸本体６１１、６１２に外挿され、両端がブッシュ７３１、７３２と鍔部６３１、６３２との間に支持される。スプリング７６１、７６２が鍔部６３１、６３２をブッシュ７３１、７３２から遠ざけるように付勢することで、規制ピン６０１、６０２は前進方向に付勢される。

このように、一体に連結された第１プランジャ６５１と第１規制ピン６０１、及び、第２プランジャ６５２と第２規制ピン６０２には、永久磁石５２１、５２２の磁石吸引力、及び、スプリング７６１、７６２のスプリング力が互いに反対方向に作用する。そして、プランジャ６５１、６５２は、磁石吸引力及びスプリング力の変動に伴い、それらのうち大きい方の力が付勢する方向へ移動する。

続いて、以上の構成による電磁アクチュエータ４０の作用について、図５〜図７を参照して説明する。図５は非通電時、図６は第１コイル通電時に第１プランジャ６５１及び第２プランジャ６５２に流れる磁束を示している。
図７は、プランジャ及び規制ピンのストロークを横軸とし、プランジャ及び規制ピンに作用する力を縦軸とする特性図である。ここでは、第１規制ピン６０１を作動させる場合を例として説明中の符号を記載する。図７にて、非通電時の磁石吸引力Ｆｍの特性線を実線で示し、コイル通電時に発生する逆方向の磁力Ｆｃによって低下した磁石吸引力Ｆｍ−の特性線を一点鎖線で示す。

また、スプリング７６１のスプリング力Ｆｓｐを破線で示す。スプリング力Ｆｓｐは、ゼロストロークＬ０でのスプリング力Ｆｓｐ０から、ストロークが増加するにつれて直線的に減少する。フルストロークＬｆでのスプリング力Ｆｓｐは、プランジャ６５１及び規制ピン６０１を最前進位置で保持する「オン保持力Ｆｈ_ON」に相当する。

（非通電時）
図５に示すように、非通電時、永久磁石５２１、５２２による磁束Φ０は、第２永久磁石５２２のＮ極から第２アダプタ５５２、第２プランジャ６５２、プランジャガイド部４４２、４４１、第１プランジャ６５１、第１アダプタ５５１を経由して第１永久磁石５２１のＳ極に達し、さらに、第１永久磁石５２１のＮ極から第１フタ５０１、第１後ヨーク４１１、第１コイルコア４２１、第１前ヨーク４３１、第２前ヨーク４３２、第２コイルコア４２２、第２後ヨーク４１２、第２フタ５０２を経由して第２永久磁石５２２のＳ極に達するという磁気回路が形成されている。

図７におけるゼロストロークＬ０において、磁束Φ０による磁石吸引力Ｆｍ０はスプリング力Ｆｓｐ０を上回り、その差分が、プランジャ６５１、６５２及び規制ピン６０１、６０２を最後退位置で保持する「オフ保持力Ｆｈ_OFF」となる。このオフ保持力Ｆｈ_OFFによって、第１プランジャ６５１は第１永久磁石５２１に吸着保持され、第２プランジャ６５２は第２永久磁石５２２に吸着保持される。
これにより、第１規制ピン６０１及び第２規制ピン６０２の先端部６４１、６４２は、いずれも、最後退位置に維持され、バルブリフト調整装置においてスライダの係合溝から離間する。

（第１コイル通電時）
図６に示すように、第１コイル４５１に、コイル軸Ｃ１に対し図の左側で紙面奥から手前に向かい、図の右側で紙面手前から奥に向かう電流を流すと、第１コイルコア４２１を図の下から上に向かうコイル磁束Φ１（長破線）が発生する。コイル磁束Φ１は、第１永久磁石５２１による磁束Φ０を打ち消す方向に発生するため、第１プランジャ６５１に作用する磁石吸引力は、図７に示すＦｍ−にまで減少する。言い換えれば、第１永久磁石５２１はコイル磁束Φ１によって減磁される。なお、この例での第１コイル４５１への通電は、特許文献１における「逆方向通電」に相当する。

その結果、ゼロストロークＬ０での磁石吸引力Ｆｍ−がスプリング力Ｆｓｐ０よりも小さくなり、オフ保持力Ｆｈ_OFFが失われる。その結果、第１規制ピン６０１は、第１スプリング７６１のスプリング力Ｆｓｐから磁石吸引力Ｆｍ−を差し引いた力によって前進する。そして、磁石吸引力Ｆｍとスプリング力Ｆｓｐとが等しくなる閾値ストロークＬｔを超えた後、通電を停止しても、第１規制ピン６０１はスプリング力ＦｓｐによってフルストロークＬｆまで前進する。フルストロークＬｆに到達すると、第１規制ピン６０１は、オン保持力Ｆｈ_ONにより保持される。
こうして、第１コイル通電時には第１規制ピン６０１が「作動側規制ピン」として作動し、第１規制ピン６０１の先端部６４１がスライダの係合溝に係合する。

一方、第１規制ピン６０１の先端部６４１は、スライダの係合溝から離間するとき、係合溝の底によって押し戻される。この押し戻し量が最小のときのストロークを最大引込みストロークＬｕという。電磁アクチュエータ４０は、少なくとも、最大引込みストロークＬｕからゼロストロークＬ０まで第１プランジャ６５１を引込むための磁石吸引力Ｆｍを有していなければならない。

そのためには、最大引込みストロークＬｕが閾値ストロークＬｔより小さく、最大引込みストロークＬｕにおいて磁石吸引力Ｆｍがスプリング力Ｆｓｐを上回っている必要がある。言い換えれば、最大引込みストロークＬｕにおける、磁石吸引力Ｆｍからスプリング力Ｆｓｐを差し引いた「引込み余裕力Ｆｕ」が０より大きくなるように、磁石吸引力Ｆｍ及びスプリング力Ｆｓｐが設定されている必要がある。

本実施形態では、アダプタ５５１及びプランジャ６５１にテーパ状の嵌合部５８及び受容部６６が形成されているため、所定のストローク区間で嵌合部５８の一部と受容部６６とが軸方向に重複し、ストローク変化に伴う磁石吸引力Ｆｍの変化が抑制される。すなわち、図７に示すＸ部においてストローク−磁石吸引力特性線の平坦部が生成される。
これにより、テーパ状の嵌合部及び受容部を設けない場合の特性線Ｆｍｎ（二点鎖線）に対し、閾値ストロークＬｔが大きくなる方向にシフトする。また、最大引込みストロークＬｕにて引込み余裕力Ｆｕを確保することができる。

以上が第１コイル通電時の作用である。第１コイル通電時、第２コイル４５２には電流は流れず、第２コイル４５２はいずれの方向の磁束も発生しない。すなわち、特許文献１における「同方向通電」は、本実施形態には存在しない。
一方、第２規制ピン６０２を「作動側規制ピン」として前進させる場合、上述の説明とは逆に、第２永久磁石５２２による磁束Φ０を打ち消す方向、すなわち第２コイルコア４２２を図の上から下に向かう方向のコイル磁束を発生させるように第２コイル４５２に電流を流す。

このように、電磁アクチュエータ４０は、非通電時にはいずれの規制ピン６０１、６０２も作動せず、第１コイル通電時には第１規制ピン６０１のみが作動し、第２コイル通電時には第２規制ピン６０２のみが作動する。こうして、電磁アクチュエータ４０は、通電するコイル４５１、４５２を切り替えることによって、２つの規制ピン６０１、６０２のいずれか一方を択一的に作動させる。

ところで現実の製品では、プランジャ６５１、６５２の摺動クリアランスや各部品公差の累積により、アダプタ５５１、５５２の台状部５７０及び嵌合部５８の中心軸Ｑに対してプランジャ６５１、６５２が所定の範囲で偏芯する。ここで、「アダプタ５５１、５５２とプランジャ６５１、６５２とが、磁気が有効に伝達される距離で対向する面積」を「有効対向面積」という。

本実施形態において、アダプタ５５１、５５２の本体部５６０とプランジャ６５１、６５２との間では磁気ギャップが大きいため磁気が有効に伝達されず、アダプタ５５１、５５２の台状部５７０とプランジャ６５１、６５２との間で磁気が有効に伝達される。したがって、台状部５７０とプランジャ６５１、６５２との対向面積が「有効対向面積」に相当する。

有効対向面積が変化すると、プランジャ６５１、６５２に作用する磁石吸引力Ｆｍが変化し、後述する理屈によって、電磁アクチュエータ４０の応答性がばらつくこととなる。
本実施形態は、プランジャ６５１、６５２の偏芯による有効対向面積のばらつき範囲を最小限にするため、アダプタ５５１、５５２を独創的な構成としたことを特徴とする。

以下、本実施形態の特徴構成と作用効果について、比較例と対比しつつ、図８〜図１４を参照して説明する。ここでは、本実施形態について、第１アダプタ５５１、第１プランジャ６５１、及び、これらに対応する部材の符号を用いて説明する。また、比較例について、アダプタの嵌合部５８、並びに、アダプタに対向するプランジャ６５１及び受容部６６は、本実施形態と実質的に同一の構成であると仮定して同一の符号を援用する。

図８、図１０の（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ同図（ａ）のｂ方向、ｃ方向矢視図である。図９、図１１の（ｂ）は、それぞれ同図（ａ）のｂ方向矢視図であり、（ｄ）は、それぞれ同図（ｃ）のｄ方向矢視図である。
この部分の説明では、電磁アクチュエータ４０の全体構成の説明に用いた磁石軸Ｍを、本体部の中心軸の意味で「本体軸Ｍ」と読み替える。また、比較例では嵌合部５８の中心軸Ｑ、本実施形態では台状部５７０及び嵌合部５８の中心軸Ｑを「集磁軸Ｑ」という。

まず、比較例のアダプタの構成と作用について、図８、図９を参照して説明する。
図８に示すように、比較例のアダプタ５５９は、円板状の本体部５６９と、本体部５６９から突出するテーパ状の嵌合部５８とを有している。本体軸Ｍと集磁軸Ｑとはオフセットしている。ここで、軸方向から視た図８（ｂ）において、本体軸Ｍと集磁軸Ｑとを結ぶ直線を「基準線ｘ」と定義し、集磁軸Ｑを通り基準線ｘに直交する直線を「直交線ｙ」と定義する。

図９は、嵌合部５８と受容部６６との嵌合クリアランス等によって、プランジャ軸Ｐが集磁軸Ｑに対して基準線ｘの方向に偏芯したときの限界位置を示している。（ａ）、（ｂ）は、プランジャ軸Ｐが本体軸Ｍに最も近づいた状態を示し、（ｃ）、（ｄ）は、プランジャ軸Ｐが本体軸Ｍから最も離れた状態を示す。なお、プランジャ軸Ｐが集磁軸Ｑに対し直交線ｙの方向（図９（ｂ）、（ｄ）の上下方向）に偏芯した場合に生じる有効対向面積の変動は、基準線ｘの方向に偏芯した場合に生じる変動に比べて小さいことを検証済みであり、ここでの説明を省略する。

図９（ａ）、（ｃ）に示すように、比較例では、ゼロストロークＬ０における本体部５６９とプランジャ６５１との端面間の磁気ギャップｇ９は比較的小さく、磁気が有効に伝達される距離である。したがって、図９（ｂ）、（ｄ）におけるプランジャ６５１と本体部５５９との重複面積が有効対向面積となる。
図９（ｂ）に示す有効対向面積Ａ９＋と（ｄ）に示す有効対向面積Ａ９−とを比較すると、明らかに差があることがわかる。このように比較例では、プランジャ６５１の偏芯による有効対向面積Ａ９のばらつき範囲が比較的大きくなる。

続いて、本実施形態のアダプタの構成と作用について、図１０、図１１を参照して説明する。図１０、図１１に関する注記は、比較例の図８、図９に準ずる。図１０に示すように、本実施形態のアダプタ５５１は、比較例のアダプタ５５９に対し、円板状の本体部５６０とテーパ状の嵌合部５８との間にさらに台状部５７０を有している。
台状部５７０は、本体部５６０と、本体部５６０を直交線ｙに対して対称に写した円形の鏡像５６０’とが重なった部分の形状を呈している。つまり、台状部５７０の形状は、「中心位置がＭとＭ’とで異なる同じ半径ｒの２つの円が重なった部分の形状」である。そして、台状部５７０は直交線ｙに対して対称である。

また、台状部５７０の高さに関して図１１（ａ）、（ｃ）を参照する。本実施形態では、ゼロストロークＬ０における本体部５６０とプランジャ６５１との端面間の磁気ギャップｇｂ１は比較的大きく、磁気が有効に伝達されない。一方、台状部５７０とプランジャ６５１との端面間の磁気ギャップｇａ１は比較的小さく、磁気が有効に伝達される。
したがって、図１１（ｂ）、（ｄ）におけるプランジャ６５１と台状部５７０との重複面積が有効対向面積となり、本体部５６０とプランジャ６５１とが対向する部分の面積は有効対向面積に寄与しない。

図１１（ｂ）に示す、プランジャ軸Ｐが本体軸Ｍに最も近づいた状態での有効対向面積Ａ１＋と、（ｄ）に示す、プランジャ軸Ｐが本体軸Ｍから最も離れた状態での有効対向面積Ａ１−とを比較すると、同等であることがわかる。このように本実施形態では、台状部５７０が直交線ｙに対して対称の形状に形成されていることにより、プランジャ６５１の偏芯による有効対向面積Ａ１のばらつき範囲を小さくすることができる。

次に、図１２〜図１４を参照し、有効対向面積のばらつきが電磁アクチュエータ４０の応答性のばらつきに与える影響について説明する。図１２〜図１４の各（ａ）は比較例、各（ｂ）は本実施形態についての特性図である。比較例の特性値には、記号末尾に「’」を付して区別する。

図１２に、図７と同様のストローク−磁石吸引力特性線を示す。プランジャ軸Ｐが集磁軸Ｑと一致したときの磁石吸引力Ｆｍ−Ｃを中間値として実線で示す。磁石吸引力Ｆｍの中間値Ｆｍ−Ｃは、比較例と本実施形態とにおいて共通である。また、磁石吸引力の最大値Ｆｍ−Ｈを一点鎖線で示し、最小値Ｆｍ−Ｌを破線で示す。ゼロストロークＬ０における磁石吸引力（以下、「ゼロ点磁石吸引力」という）Ｆｍ０のばらつき範囲をΔＦｍ０と表す。すると、比較例のゼロ点磁石吸引力のばらつき範囲ΔＦｍ０’に比べ、本実施形態のゼロ点磁石吸引力のばらつき範囲ΔＦｍ０は小さくなる。

図１３に、コイル電流とゼロ点磁石吸引力Ｆｍ０との関係を示す。コイル４５１に電流を流すことにより、永久磁石５２１の磁束と反対向きのコイル磁束を発生させると、電流が大きくなるにつれゼロ点磁石吸引力Ｆｍ０が低下する。そして、ゼロ点磁石吸引力Ｆｍ０がスプリング力Ｆｓｐ０以下になるとオフ保持力Ｆｈ_OFFが失われ、規制ピン６０１が作動を開始する。

ここで、ゼロ点磁石吸引力Ｆｍ０をスプリング力Ｆｓｐ０と同等の値まで低下させるために必要な電流を「始動電流」という。始動電流Ｉｓは、コイル電流Ｉｃ−ゼロ点磁石吸引力Ｆｍ０の特性線とスプリング力Ｆｓｐ０との交点に相当する。
ゼロ点磁石吸引力のばらつき範囲ΔＦｍ０’が大きい比較例では始動電流のばらつき範囲ΔＩｓ’も大きくなり、ゼロ点磁石吸引力のばらつき範囲ΔＦｍ０が小さい本実施形態では始動電流のばらつき範囲ΔＩｓも小さくなる。

図１４に、コイル４５１への通電開始時におけるコイル電流Ｉｃの立ち上がり特性を示す。コイル電流Ｉｃは通電開始からの通電時間につれて徐々に増加し、始動電流Ｉｓに到達した時、規制ピン６０１が作動を開始する。コイル電流Ｉｃが始動電流に到達するまでの、規制ピン６０１が作動しない時間を「デッドタイム」という。始動電流Ｉｓが最小のときデッドタイムＤＴは最小となり、始動電流Ｉｓが最大のときデッドタイムＤＴは最大となる。
始動電流のばらつき範囲ΔＩｓ’が大きい比較例ではデッドタイムのばらつき範囲ΔＤＴ’も大きくなり、始動電流のばらつき範囲ΔＩｓが小さい比較例ではデッドタイムのばらつき範囲ΔＤＴも小さくなる。

さらに、電磁アクチュエータ４０の応答性Ｔｒｅｓは、規制ピン６０１がゼロストロークＬ０からフルストロークＬｆまで作動する作動時間Ｔｗ、及び、見込み制御時間Ｔｅｘを用いて下式のように表される。
Ｔｒｅｓ＝ＤＴ＋Ｔｗ−Ｔｅｘ
ここで、作動時間Ｔｗ及び見込み制御時間Ｔｅｘを一定とすると、デッドタイムＤＴのばらつきは、そのまま応答性Ｔｒｅｓのばらつきに反映される。したがって、本実施形態の電磁アクチュエータ４０は、応答性のばらつきを低減することができる。

（効果）
本実施形態の電磁アクチュエータ４０の効果について説明する。
（１）本実施形態では、永久磁石５２１、５２２は、対応するプランジャ６５１、６５２に対し、互いに対向する端面の面積が大きく形成されており、永久磁石５２１、５２２のプランジャ６５１、６５２側の端部に、軟磁性体で形成された、「集磁部材」としてのアダプタ５５１、５５２が設けられている。
これにより、相対的に断面積の大きい永久磁石５２１、５２２から相対的に断面積の小さいプランジャ６５１、６５２に、より多くの磁束を効率的に集め、プランジャ６５１、６５２に作用する磁石吸引力を増加することができる。

（２）ここで、２つの規制ピン６０１、６０２のピッチはバルブリフト調整装置の仕様によって規定され、一方、永久磁石５２１、５２２は磁石吸引力Ｆｍを確保するための最小限の面積が必要であり、且つ、隣接する永久磁石５２１、５２２の間のクリアランスを確保する必要がある。したがって、永久磁石５２１、５２２及びアダプタ５５１、５５２の中心軸Ｍ１、Ｍ２を、規制ピン６０１、６０２及びプランジャ６５１、６５２の中心軸Ｐ１、Ｐ２に対して外側にオフセットする構成を採用せざるを得ない場合が多くなる。

本実施形態は、このように、永久磁石５２１、５２２の中心軸Ｍとプランジャ６５１、６５２の中心軸Ｐとがオフセットして配置される電磁アクチュエータにおいて、アダプタ５５１、５５２の台状部５７０が直交線ｙに対して対称の形状に形成されている。
これにより、アダプタ５５１、５５２の台状部５７０に対するプランジャ６５１、６５２の偏芯による有効対向面積のばらつきを低減することができる。有効対向面積のばらつきが小さくなることにより、ゼロ点磁石吸引力Ｆｍ０のばらつきが小さくなり、始動電流Ｉｓのばらつきが小さくなり、さらにデッドタイムＤＴのばらつきが小さくなる。延いては、電磁アクチュエータ４０の応答性のばらつきを小さくすることができる。

（３）本実施形態では、アダプタ５５１、５５２及びプランジャ６５１、６５２にテーパ状の嵌合部５８及び受容部６６が形成されていることにより、ストローク−磁石吸引力特性線において平坦部を設け、閾値ストロークＬｔを大きくする方向へシフトさせることができる（図７のＸ部参照）。したがって、最大引込みストロークＬｕでの引込み余裕力Ｆｕを確保しつつスプリング７６１、７６２の付勢力を大きくすることができるため、規制ピン６０１、６０２の応答性向上、及び、オン保持力Ｆｈ_ONのアップに有利となる。

（４）本実施形態では、アダプタ５５１、５５２の本体部５６０は、軸方向視で円形に形成されている。そして、台状部５７０の形状は、互いに中心位置の異なる同じ半径の２つの円が重なった部分の形状である。これにより、アダプタ５５１、５５２の加工や、アダプタ５５１、５５２が収容される磁石収容穴４８１、４８２の製作が容易となる。

（その他の実施形態）
（ア）本発明の電磁アクチュエータにおけるアダプタの他の形状例を図１５に示す。図１５に示す各アダプタにおいて集磁軸Ｑは本体軸Ｍに対してオフセットしている。また、嵌合部５８の構成は上記実施形態と実質的に同一である。
図１５（ａ）に示すアダプタ５５３は、Ｄ字状の本体部５６３の直線の辺に沿って長方形状の台状部５７３が形成されている。台状部５７３は、直交線ｙに対して対称である。
図１５（ｂ）に示すアダプタ５５４は、長方形状の本体部５６４の一方の長辺に沿って長方形状の台状部５７４が形成されている。台状部５７４は、直交線ｙに対して対称である。

図１５（ｃ）に示すアダプタ５５５は、直交線ｙ方向が長径である楕円形状の本体部５６５を有している。台状部５７５は、本体部５６５と、本体部５６５を直交線ｙに対して対称に写した楕円形の鏡像５６５’とが重なった部分の形状を呈している。台状部５７５は、直交線ｙに対して対称である。

以上のように、アダプタの台状部が直交線ｙに対して対称に形成されたものは、いずれも上記実施形態の作用効果（１）、（２）と同様の作用効果を奏する。また、図１５（ｂ）、（ｃ）に示す形状では、本体部の面積を同一としつつ、基準線ｘ方向の幅を短くすることができる。したがって、基準線ｘ方向に２つのアダプタを並べたときのスペースを正方形に近づけることができるため、レイアウト上、有利となる場合がある。

（イ）アダプタ及びプランジャに嵌合部及び受容部を形成する場合、嵌合部及び受容部の形状はテーパ状に限らない。また、互いに対応するアダプタ及びプランジャ一組に対し複数の嵌合部及び受容部を設けてもよい。

（ウ）アダプタ（集磁部材）の台状部の形状に関する構成以外の電磁アクチュエータの各部の構成、例えば永久磁石や磁気回路の構成要素、形状、位置関係等は上記実施形態に限定されない。上記実施形態では、各規制ピンに対応する２つのコイルを設けているが、特許文献１（特開２０１３−２３９５３８号公報）に開示されたように、１つのコイルを設けた構成としてもよい。

（エ）本発明は、規制ピンを３つ以上備える電磁アクチュエータに適用されてもよい。一方、規制ピンを１つ備える電磁アクチュエータでは、特別な理由が無い限り、永久磁石、アダプタ及びプランジャを同軸に配置すると考えられ、永久磁石及びプランジャの軸がオフセットした構成を採用する可能性は少ないと推測される。また、永久磁石、アダプタ及びプランジャを同軸に配置する場合、通常、対向部分の形状は中心軸に対して対称形状となり、プランジャの偏芯による有効対向面積の変化は問題にならないとも考えられる。

しかし、例えば、２ピン式の電磁アクチュエータのスリーブ等の部品を流用して１ピン式の電磁アクチュエータを製作することが無いとも限らない。したがって、永久磁石及びアダプタとプランジャとがオフセットしており、且つ、プランジャの偏芯によって有効対向面積が変化する電磁アクチュエータは、規制ピンの数に関係なく本発明の範囲に含まれる。
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

４０ ・・・電磁アクチュエータ、
４５１、４５２ ・・・コイル、
５２１、５２２ ・・・永久磁石、
５５１、５５２、５５３、５５４、５５５ ・・・アダプタ（集磁部材）、
５６０、５６３、５６４、５６５ ・・・本体部、
５７０、５７３、５７４、５７５ ・・・台状部、
６０１、６０２ ・・・規制ピン、
６４１、６４２ ・・・先端部、
６５１、６５２ ・・・プランジャ、
７６１、７６２ ・・・スプリング。

Claims (3)

1. 内燃機関の吸気バルブ又は排気バルブのリフト量を調整するバルブリフト調整装置に適用され、前記バルブリフト調整装置のカムシャフトと共に回転しつつ前記カムシャフトに対し軸方向に相対移動可能なスライダに形成された係合溝に規制ピン（６０１、６０２）の先端部（６４１、６４２）を係合させるとき前記規制ピンを前進させ、前記規制ピンの先端部を前記係合溝から離間させるとき前記カムシャフトのトルクによって前記規制ピンが押し戻される電磁アクチュエータ（４０）であって、
   前記係合溝に対し前進可能に設けられる前記規制ピンと、
   軟磁性体で形成され、前記規制ピンが一方の端部に連結されるプランジャ（６５１、６５２）と、
   前記プランジャを後退方向に吸引する永久磁石（５２１、５２２）と、
   軟磁性体で形成され、前記永久磁石の前記プランジャ側の端部に設けられ、前記永久磁石の磁束を集めて前記プランジャに伝達する集磁部材（５５１、５５２、５５３、５５４、５５５）と、
   前記永久磁石に対して逆方向の磁束を発生させ、前記集磁部材を介して前記プランジャを吸引する磁石吸引力（Ｆｍ）を低下させるコイル（４５１、４５２）と、
   前記規制ピンを前進方向に付勢し、前記コイルへの通電によって磁石吸引力が低下した前記規制ピンを付勢力によって前進方向に作動させるスプリング（７６１、７６２）と、
   を備え、
   前記集磁部材は、板状の本体部（５６０、５６３、５６４、５６５）、前記本体部から前記プランジャ側に段となっており、前記プランジャとの間で磁気が有効に伝達される距離で前記プランジャに対向する台状部（５７０、５７３、５７４、５７５）、及び、前記台状部の中心軸と同軸に前記台状部の前記プランジャ側にテーパ状に突出し、前記プランジャに形成された受容部（６６）に嵌合する嵌合部（５８）を有し、
   前記永久磁石及び前記集磁部材の前記本体部の中心軸である本体軸（Ｍ）と、前記プランジャの中心軸（Ｐ）とはオフセットしており、
   前記台状部及び前記嵌合部の中心軸を集磁軸（Ｑ）とし、
   軸方向視において前記本体軸と前記集磁軸とを結ぶ直線である基準線（ｘ）に直交し、且つ前記集磁軸を通る直線を直交線（ｙ）とすると、
   前記台状部は、軸方向視において、前記本体部と、前記本体部を前記直交線に対して対称に写した鏡像とが重なった部分の形状を呈していることを特徴とする電磁アクチュエータ。
2. 互いに対応する前記規制ピン、前記プランジャ、前記永久磁石、前記集磁部材及び前記スプリングを２組備え、
   ２つの前記規制ピンは前記係合溝に対し前進可能に並設され、
   ２つの前記永久磁石は、磁極の向きが互いに反対方向になるように設けられ、
   前記コイルは、２つの前記永久磁石のいずれか一方に対して逆方向の磁束を発生させ、
   ２つの前記スプリングは、磁石吸引力が低下した側の前記規制ピンを作動側規制ピンとして前進方向に作動させることを特徴とする請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
3. 前記台状部の形状は、互いに中心位置の異なる同じ半径の２つの円が重なった部分の形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の電磁アクチュエータ。

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