JPH11121227A - 電磁弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、内燃機関の吸気弁または排気弁を
電磁力により駆動する電磁弁に関し、優れた応答性と優
れた省電力特性とを共に実現することを目的とする。 【解決手段】 アッパーコイルを把持するアッパーコア
と、ロアコイルを把持するロアコア４６とを所定の距離
を離間させて配置する。アッパーコアとロアコア４６と
の間に、弁体に連結されるアーマチャを配置する。ロア
コア４６（アッパコアも同様）に、軸方向に延在するス
リット４８を設ける。スリット４８と貫通孔４５との間
に連結部４９を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁弁に係り、特
に、内燃機関の吸気弁または排気弁を電磁力により駆動
する装置として好適な電磁弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば平成３年電気学会全国
大会発表論文（７９１ 自動車用電磁弁の動作特性に及
ぼす諸因子の検討）に開示される如く、環状に設けられ
たコイル溝と、コアの径方向に延在するスリットとを備
えるコアが知られている。上記のコアは、その中心部を
軸方向に貫通する貫通孔を備えている。また、上述した
スリットは、コアの側面と上記の貫通孔とを連通するよ
うに設けられている。上記従来のコアは、内燃機関の吸
気弁または排気弁として機能する電磁弁の構成要素とし
て用いられる。

【０００３】かかる電磁弁は、弁体に固定されるディス
ク状のアーマチャと、該アーマチャの上部および下部に
配設される電磁コイルとにより構成することができる。
上述した電磁弁において、電磁コイルに励磁電流が供給
されると、コアおよびアーマチャを通って、電磁コイル
の内外を還流する磁束が発生する。この際、コアとアー
マチャとの間には、両者を引き寄せる吸引力が作用す
る。従って、上記の電磁弁によれば、上下２つの電磁コ
イルに交互に励磁電流を供給することで、弁体を開閉動
作させることができる。

【０００４】上記の電磁弁では、電磁コイルに励磁電流
が供給され始めた後、および、その供給が停止された後
は、コアを流通する磁束に急激な増減が生ずる。コアを
流通する磁束に増減が生ずると、コアにはその増減を妨
げる方向に電磁誘導による渦電流が発生する。しかし、
電磁弁において、優れた応答性を確保するためには、励
磁電流が供給され始めた後、および、その供給が停止さ
れた後に、速やかに渦電流が消滅することが望ましい。

【０００５】ここで、コアを流れる渦電流は、渦電流の
流通経路が長いほど速やかに消滅する。また、上記従来
のコアが備えるスリットは、渦電流の流通を阻止する。
従って、上記のスリットが設けられている場合、渦電流
は、そのスリットが設けられていない場合に比べて長い
経路を辿って還流する。このため、上記従来のコアによ
れば、渦電流を速やかに消滅させて電磁弁に優れた応答
性を付与することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のコ
アの構造は、コアとアーマチャとの間に大きな電磁力を
発生させる上で、必ずしも最適な構造ではない。すなわ
ち、コアに上述したスリットが設けられていると、電磁
コイルの発生する磁束の一部が、アーマチャをバイパス
して、スリット間で授受され易くなる。このため、上記
従来のコアは、渦電流を速やかに消滅させる上で優れた
特性を有するものの、スリットを備えていないコアに比
して大きな電磁力を発生させ難い特性を有していた。

【０００７】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
であり、渦電流を速やかに消滅させ得ると共に、少ない
消費電力で大きな電磁力を発生させ得る電磁弁を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、電磁コイ
ルを把持するコアと、前記電磁コイルに励磁電流が供給
されることにより前記コア側に吸引されるアーマチャ
と、を備える電磁弁において、前記コアが、該コアの軸
方向に向けて延在するスリットと、前記アーマチャと対
向する面において前記スリットを連結する連結部と、を
備えることを特徴とする電磁弁により達成される。

【０００９】本発明において、電磁コイルに励磁電流が
供給され始めた後、および、その供給が停止された後
は、コアを流通する磁束に急激な増減が生ずる。コアを
流通する磁束に増減が生ずると、コアにはその増減を妨
げる方向に電磁誘導による渦電流が発生する。本発明に
おいて、コアが備えるスリットは、上記の如く、発生す
る渦電流の流通を阻止する。このため、本発明のコアに
おいては、スリットを備えていないコアに比して、渦電
流の流通経路を長く確保することができる。このため、
渦電流を早期に消滅させて、電磁弁に優れた応答性を付
与することができる。

【００１０】ところで、コアにスリットが設けられてい
ると、電磁コイルの発生する磁束の一部が、アーマチャ
をバイパスして流通し易くなる。本発明において、コア
の連結部は、スリットの近傍においてコアとアーマチャ
との間に磁気抵抗の少ない磁束経路を残存させる。この
ため、電磁コイルの発生する磁束はアーマチャをバイパ
スせず、所望の流通経路を辿る。従って、本発明によれ
ば、コアにスリットが設けられていない場合と同様に、
少ない消費電力で十分な電磁力を得ることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施例である
電磁弁１０の全体構成図を示す。電磁弁１０は、弁体１
２を備えている。弁体１２は、図中下端部を内燃機関の
燃焼室内に露出させた状態でシリンダーヘッド内に配設
される部材であり、内燃機関の吸気弁又は排気弁を構成
する。内燃機関のシリンダーヘッドには、弁体１２に対
する弁座を備えるポートが設けられている。弁体１２が
弁座から離座すること、又は弁座に着座することにより
ポートの導通状態が制御される。

【００１２】弁体１２には、弁軸１４が固定されてい
る。弁軸１４は、バルブガイド１６により軸方向に摺動
可能に保持されている。バルブガイド１６は、電磁弁１
０のロアキャップ１８に支持されている。弁軸１４の上
部には、アーマチャホルダー２０が固定されている。ア
ーマチャホルダー２０は、例えば、ステンレス鋼やチタ
ン合金等の如く、硬度の高い非磁性あるいは磁気特性の
低い材料で構成されている。アーマチャホルダー２０
は、弁軸１４の軸方向に延在する円筒部２２と、円筒部
２２のほぼ軸方向中央部に形成されたリング部２４とを
備えている。

【００１３】アーマチャホルダー２０の下端部には、ロ
アリテーナ２６が固定されている。ロアリテーナ２６と
ロアキャップ１８との間には、両者を離間させる方向の
付勢力を発生するロアスプリング２８が配設されてい
る。ロアスプリング２８は、ロアリテーナ２６、すなわ
ちアーマチャホルダー２０を、図１における上方に向け
て付勢している。

【００１４】一方、アーマチャホルダー２０の上端部に
は、アッパーリテーナ３０が固定されている。アッパー
リテーナ３０の上部には、アッパースプリング３２の下
端部が当接している。アッパースプリング３２の周囲に
は、その外周を取り巻くように円筒状のアッパーキャッ
プ３４が配設されている。更に、アッパースプリング３
２の上端部は、アジャスタボルト３６に当接している。
アッパースプリング３２は、アッパーリテーナ３０、す
なわち、アーマチャホルダー２０を、図１における下方
に向けて付勢している。

【００１５】アーマチャホルダー２０のリング部２４の
外周には、アーマチャ３８が接合している。アーマチャ
３８は、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ等をベース材料とする軟磁性
材料で構成されたドーナツ状の部材である。アーマチャ
３８と、アーマチャホルダー２０とは、電子ビーム溶
接、レーザ溶接等の手法で接合されている。アーマチャ
３８の上方には、アッパーコイル４０及びアッパーコア
４２が配設されている。また、アーマチャ３８の下方に
は、ロアコイル４４及びロアコア４６が配設されてい
る。アッパーコア４２及びロアコア４６は、共に磁性材
料で構成された部材であり、それぞれアッパーコイル４
０またはロアコイル４４を収納するための環状溝４３、
４７と、それらの中央部を軸方向に貫通する貫通孔４
１、４５とを備えている。

【００１６】アッパーコア４２の貫通孔４１の一端（図
１中における上端）には、アッパーベアリング５０が配
設されている。また、ロアコア４６の貫通孔４５の一端
（図１における下端）には、ロアベアリング５２が配設
されている。アーマチャホルダー２０の円筒部２２は、
これらアッパーベアリング５０及びロアベアリング５２
によって摺動可能に保持されている。

【００１７】アッパーコア４２及びロアコア４６の外周
には、外筒５４が配設されている。アッパーコア４２及
びロアコア４６は、両者間に所定の間隔が確保されるよ
うに外筒５４により保持されている。上述したアッパー
キャップ３４は、アッパーコア４２の上端面に固定され
ている。一方、ロアキャップ１８は、ロアコア４６の下
端面に固定されている。そして、上述したアジャスタボ
ルト３６は、アーマチャ３８の中立位置が、全開変位端
と全閉変位端との中間位置となるように調整されてい
る。

【００１８】図２は、ロアコア４６の正面図を示す。ま
た、図３は、ロアコア４６を図２に示す III矢視で表し
た図を示す。本実施例において、アッパーコア４２は、
ロアコア４６と同様の構造を有している。このため、以
下の記載においては、ロアコア４６の構造についてのみ
説明する。図２および図３に示す如く、ロアコア４６
は、コイル溝４７の内径側に内周部４６ａを、コイル溝
４７の外径側に外周部４６ｂをそれぞれ備えている。ロ
アコア４６は、更に、スリット４８を備えている。スリ
ット４８は、ロアコア４６を軸方向に貫通するように設
けられている。また、スリット４８は、ロアコア４６の
側面から貫通孔４５に向かってロアコア４６の径方向に
延在している。スリット４８と貫通孔４５との間には、
連結部４９が設けられている。連結部４９は、ロアコア
４６の上端面において、スリット４８と貫通孔４５との
間に、他の部分に対して凹凸のない表面を形成してい
る。本実施例の電磁弁１０は、アッパーコア４２および
ロアコア４６が上述したスリット４８と連結部４９とを
有している点に特徴を有している。

【００１９】以下、電磁弁１０の動作について説明す
る。図４は、電磁弁１０においてロアコア４６とアーマ
チャ３８との間に生ずる磁束の流れを示す。アッパーコ
イル４０およびロアコイル４４に励磁電流が流通してい
ない場合は、アーマチャ３８が中立位置に維持されてい
る。その状態でロアコイル４４への励磁電流の供給が開
始されると、図４に示す如く、ロアコイル４４の周囲
に、その内外周を還流する磁界が発生する。当該磁界
は、内周部４６ａ→エアギャップ→アーマチャ３８→エ
アギャップ→外周部４６ｂ→内周部４６ａ、で表される
流通経路、または、この逆の流通経路を辿って還流する
磁束を発生させる。また、上記の流通経路を辿って還流
する磁束が発生すると、ロアコア４６とアーマチャ３８
との間のエアギャップが小さくなるように、アーマチャ
３８をロアコア４６側へ吸引する電磁力が発生する。

【００２０】アーマチャ３８に対して上記の電磁力が作
用すると、アーマチャ３８、アーマチャホルダー２０、
アッパーリテーナ３０、ロアリテーナ２６、弁軸１４お
よび弁体１２（以下、これらを総称して可動部５６と称
す。）は、ロアスプリング２８の付勢力に逆らって、図
１における下方へ向けて変位する。そして、その変位
は、アーマチャ３８がロアコア４６と当接するまで継続
される。以下、アーマチャ３８がロアコア４６と当接す
る位置を、可動部５６の開弁側変位端と称す。

【００２１】可動部５６が開弁側変位端に保持されてい
る場合に、ロアコイル４４への励磁電流の供給が停止さ
れると、その後アーマチャ３８を開弁側変位端に維持す
るために必要な電磁力が消滅する。そして、その電磁力
が消滅すると、可動部５６は、ロアスプリング２８に付
勢されることにより、図１における上方に向けて変位す
る。可動部５６の変位量が所定値に達した時点で、アッ
パーコイル４０に適当な励磁電流を供給すると、次はア
ーマチャ３８をアッパーコア４２側へ吸引する電磁力、
すなわち、可動部５６を図１における上方へ変位させる
電磁力が発生する。

【００２２】アーマチャ３８に対して上記の電磁力が作
用すると、可動部５６は、アッパースプリング３２の付
勢力に逆らって、アーマチャ３８がアッパーコア４２と
当接するまで変位する。以下、アーマチャ３８がアッパ
ーコア４２と当接する位置を、可動部５６の閉弁側変位
端と称す。従って、本実施例の電磁弁１０においては、
アッパーコイル４０とロアコイル４４とに、適当なタイ
ミングで、適当な量の励磁電流を供給することにより、
可動部５６を開弁側変位端と閉弁側変位端との間で交互
に往復運動させることができる。

【００２３】電磁弁１０を作動させるにあたり、アッパ
ーコイル４０またはロアコイル４４への励磁電流の供給
が開始または停止されると、アッパーコア４２またはロ
アコア４６を取り巻く磁界の環境が急激に変化する。ま
た、磁界の環境が変化したことによりアーマチャ３８に
変位が生ずると、アーマチャ３８がアッパーコア４２ま
たはロアコア４６側に近づくにつれて、そのコアを含む
磁気回路の磁気抵抗が減少する。当該コアを流通する磁
束は、磁気回路の磁気抵抗が小さくなるにつれて大きく
なる。これにより、アッパーコイル４０またはロアコイ
ル４４に対して励磁電流の供給が開始または停止される
と、アッパーコア４２またはロアコア４６を流通する磁
束は、磁界環境の変化および磁気抵抗の変化に起因し
て、経時的な変化を示す。

【００２４】このようにコアが経時的な変化をすると、
コアの内部には、電磁誘導によりその磁束変化を抑制す
る向きに還流する渦電流が発生する。すなわち、アッパ
ーコア４２またはロアコア４６に発生する渦電流は、ア
ッパーコア４２またはロアコア４６の内部を流通する磁
束の変化を妨げる作用をする。従って、アッパーコア４
２またはロアコア４６を流通する磁束の変化が妨げられ
ると、電磁弁１０の応答性が悪くなり、更に、電磁弁１
０の省電力特性が悪化する。このため、電磁弁１０にお
いて優れた応答性を確保し、かつ、優れた省電力特性を
得るためには、渦電流を早期に消滅させることが有効で
ある。

【００２５】図５は、本実施例のアッパーコア４２およ
びロアコア４６と対比されるコア６６（以下、対比コア
６６と称す）の平面図を示す。対比コア６６は、コイル
溝６７を備えている。コイル溝６７の内周側および外周
側には、それぞれ内周部６６ａおよび外周部６６ｂが形
成されている。対比コア６６は、更に、スリット６８を
備えている。スリット６８は、対比コア６６を軸方向に
貫通するように設けられている。また、スリット６８
は、対比コア６６の側面と、対比コア６６の貫通孔６５
とを連通するように設けられている。

【００２６】図５中に一点鎖線で示す閉ループは、対比
コア６６を流れる渦電流を示す。図５に示す渦電流の流
れは、内周部６６ａで紙面裏側から表側に向かって流通
し、かつ、外周部６６ｂで紙面表側から裏側に向かって
流通する磁束Φが時間的に減少する際に、電磁誘導によ
り発生する。ここで、対比コア６６のスリット６８は、
渦電流の流通を阻止する。このため、磁束Φ（図５に示
す磁束Φ）が時間的に減少する際に、内周部６６ａで
は、貫通孔６５の近傍を図５における右回り方向に進行
し、かつ、コイル溝６７の近傍を左回り方向に進行する
渦電流が発生する。更に、この際、外周部６６ｂでは、
コイル溝６７の近傍を図５における左回り方向に進行
し、かつ、対比コア６６の外縁部近傍を右回り方向に進
行する渦電流が発生する。

【００２７】図５に示す如く、スリット６８によれば、
渦電流が対比コア６６の全周を還流して流れるのを防止
することができる。このため、対比コア６６によれば、
スリット６８が存在しない場合に比して、渦電流に長い
経路を辿らせることができる。従って、対比コア６６に
よれば、渦電流を早期に消滅させることができる。しか
し、対比コア６６の如く、スリット６８が対比コア６６
の側面と対比コア６６の貫通孔６５とを連通するように
設けられていると、スリット６８の近傍で磁束の漏れが
生じ易くなる。すなわち、図１に示す電磁弁１０におい
て、ロアコア４６に代えて対比コア６６が設けられる
と、電磁コイル４４の発生する磁束の一部が、アーマチ
ャをバイパスしてスリット６８間で授受され易くなる。
アーマチャ３８に大きな電磁力を作用させるためには、
すなわち、電磁弁１０において、優れた省電力特性を得
るためには、電磁コイル４４の発生する磁束が、効率良
くアーマチャ３８を流通することが望ましい。この点、
対比コア６６の構造は、電磁弁１０に優れた省電力特性
を付与する上で必ずしも好ましい構造ではない。

【００２８】図６は、本実施例のロアコア４６の平面図
を示す。図６中に一点鎖線で示す閉ループは、ロアコア
４６を流れる渦電流を示す。図６に示す渦電流の流れ
は、内周部４６ａで紙面裏側から表側に向かって流通
し、かつ、外周部４６ｂで紙面表側から裏側に向かって
流通する磁束Φが時間的に減少する際に、電磁誘導によ
り発生する。

【００２９】上記の如く、ロアコア４６は、スリット４
８を備えていると共に、スリット４８と貫通孔４５との
間に連結部４９を備えている。ロアコア４６のスリット
４８は、渦電流の流通を阻止する。一方、連結部４９
は、渦電流の流通を許容する。このため、ロアコア４６
を流れる磁束Φ（図６に示す磁束）が時間的に減少する
際に、外周部４６ｂにおいては、対比コア６６の場合と
同様の経路を辿る渦電流が発生し、一方、内周部４６ａ
においては、その全周を左回り方向に進行する渦電流が
発生する。

【００３０】上述の如く、ロアコア４６によれば、その
外周部４６ｂにおいて、渦電流に長い流通経路を付与す
ることができる。また、ロアコア４６によれば、その内
周部４６ａにおいて、渦電流を連結部４９に流通させる
ことができる。本実施例において、連結部４９は、渦電
流の流通に対して十分な電気抵抗を発生する程度に、十
分に狭小に設けられている。従って、ロアコア４６によ
れば、ロアコア４６に発生する渦電流を早期に消滅させ
ること、すなわち、電磁弁１０に優れた省電力特性を付
与することができる。

【００３１】本実施例において、ロアコア４６の連結部
４９は、スリット４８の近傍において、ロアコア４６の
上端面とアーマチャ３８との間に磁気抵抗の少ない磁束
経路を残存させる。このため、ロアコア４６によれば、
電磁コイル４４の発する磁束をスリット間で授受するこ
となく、効率良くアーマチャ３８に流通させることがで
きる。従って、ロアコア４６によれば、少ない消費電力
でアーマチャ３８に大きな電磁力を作用させることがで
きる。

【００３２】上述の如く、ロアコア４６は（アッパーコ
ア４２も同様）、渦電流を早期に消滅させる上で優れた
特性を有していると共に、アーマチャ３８に大きな電磁
力を作用させる上で優れた特性を有している。従って、
本実施例の電磁弁１０によれば、優れた応答性と優れた
省電力特性とを実現することができる。尚、上述した実
施例においては、アッパーコイル４０およびロアコイル
４４が前記した「電磁コイル」に、アッパーコア４２お
よびロアコア４６が前記した「コア」に、それぞれ相当
している。

【００３３】

【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、渦電流を
早期に消滅させる特性を保持しつつ、スリット部におい
て、コアとアーマチャとの間に磁気抵抗の少ない磁束経
路を残存させることができる。このため、本発明に係る
電磁弁によれば、優れた応答性と優れた省電力特性とを
実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である電磁弁の全体構成図で
ある。

【図２】本実施例の電磁弁が備えるロアコアの正面図で
ある。

【図３】本実施例の電磁弁が備えるロアコアを、図２に
示す III矢視で表した平面図である。

【図４】図１に示す電磁弁の要部の拡大図である。

【図５】本実施例の電磁弁が備えるロアコアと対比され
るコアの平面図中に、磁束の方向および渦電流の流れの
方向を表した図である。

【図６】本実施例の電磁弁が備えるロアコアの平面図中
に、磁束の方向および渦電流の流れの方向を表した図で
ある。

【符号の説明】

１０ 電磁弁 １２ 弁体 ３８ アーマチャ ４０ アッパーコイル ４２ アッパーコア ４４ ロアコイル ４６ ロアコア ４８ スリット ４９ 連結部

フロントページの続き (72)発明者 出尾 隆志 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電磁コイルを把持するコアと、前記電磁
   コイルに励磁電流が供給されることにより前記コア側に
   吸引されるアーマチャと、を備える電磁弁において、 前記コアが、該コアの軸方向に向けて延在するスリット
   と、 前記アーマチャと対向する面において前記スリットを連
   結する連結部と、 を備えることを特徴とする電磁弁。