特許 5932572 電磁アクチュエータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5932572

(24)【登録日】2016年5月13日

(45)【発行日】2016年6月8日

(54)【発明の名称】電磁アクチュエータ

(51)【国際特許分類】

   F02M 51/06 20060101AFI20160526BHJP

   F02M 47/02 20060101ALI20160526BHJP

【ＦＩ】

   F02M51/06 B

   F02M51/06 A

   F02M47/02

【請求項の数】5

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2012-189293(P2012-189293)

(22)【出願日】2012年8月29日

(65)【公開番号】特開2014-47650(P2014-47650A)

(43)【公開日】2014年3月17日

【審査請求日】2015年1月23日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社日本自動車部品総合研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】100080045

【弁理士】

【氏名又は名称】石黒 健二

(74)【代理人】

【識別番号】100124752

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷 真司

(72)【発明者】

【氏名】有川 文明

(72)【発明者】

【氏名】安東 宏哉

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 啓介

【審査官】 赤間 充

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−１５８７６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１９４２３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０７２４９７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｍ ５１／０６

Ｆ０２Ｍ ４７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

磁力によりアーマチャ（１３）を駆動する電磁アクチュエータ（１１）において、
この電磁アクチュエータ（１１）は、通電により磁力を発生するコイル（１６）が組み付けられるステータコア（１７）を有するソレノイド（１２）を備え、このソレノイド（１２）が有底の収容空間（α）の内部に組み付けられるものであり、
前記ソレノイド（１２）は、前記アーマチャ（１３）を貫通する貫通保持部材（２１）により前記収容空間（α）の内部に固定され、
前記貫通保持部材（２１）は、前記アーマチャ（１３）を軸方向へ摺動自在に支持するアーマチャホルダ（１４）に設けられることを特徴とする電磁アクチュエータ。

【請求項2】

請求項１に記載の電磁アクチュエータ（１１）において、
前記貫通保持部材（２１）は、前記ソレノイド（１２）を前記収容空間（α）の内部に固定する機能の他に、
前記アーマチャ（１３）を軸方向へ摺動自在に支持する機能を備えることを特徴とする電磁アクチュエータ。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の電磁アクチュエータ（１１）において、
前記貫通保持部材（２１）が前記ソレノイド（１２）に押圧力を付与する箇所は、前記ステータコア（１７）の内周極と外周極の間の非磁性部（２５）であることを特徴とする電磁アクチュエータ。

【請求項4】

請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の電磁アクチュエータ（１１）において、
前記収容空間（α）の底部と前記ソレノイド（１２）との間には、弾性変形可能な弾性部材（２４）が配置されることを特徴とする電磁アクチュエータ。

【請求項5】

請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の電磁アクチュエータ（１１）において、
この電磁アクチュエータ（１１）は、燃料噴射弁のニードル（６）を直接または間接的に駆動することを特徴とする電磁アクチュエータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、磁力によりアーマチャを駆動する電磁アクチュエータに関し、特に磁力の発生を行うソレノイドの固定技術に関する。

【背景技術】

【0002】

（従来技術）
電磁アクチュエータのソレノイドを固定する技術として、特許文献１に開示される技術が知られている。
この特許文献１の技術は、図３（ａ）に示すように、アーマチャ１３のシャフト１８を摺動自在に支持するアーマチャホルダ１４の外周縁に、アーマチャ１３の外周を非接触で覆う環状の押圧環Ｘを設け、その押圧環Ｘを用いて、インジェクタボディに形成した収容空間の内部にソレノイド１２を固定するものである。

【0003】

（従来技術の問題点）
特許文献１の技術は、ソレノイド１２を固定するための押圧環Ｘが、アーマチャ１３の外周を覆っていた。
その結果、アーマチャ１３の外径寸法が小さくなり、アーマチャ１３の外側における磁極面積（磁気吸引力が生じる面積）が減少してしまい、アーマチャ１３の吸引力が低下する問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】米国特許第３３６５９５号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、アーマチャの吸引力の低下を防いで、ソレノイドを収容空間の内部に固定できる電磁アクチュエータを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の電磁アクチュエータは、アーマチャを貫通するものでアーマチャホルダに設けられた貫通保持部材によりソレノイドが収容空間の内部に固定される。
これにより、従来技術に比較してアーマチャの外径寸法を大きく設けることことができ、アーマチャにおける磁極面積の減少を防ぎ、アーマチャの吸引力の低下を防ぐことができる。
即ち、本発明により、アーマチャの吸引力の低下を防いで、ソレノイドを収容空間の内部に固定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】電磁式インジェクタの概略断面図である（参考例１）。

【図2】貫通保持部材と貫通穴の説明図である（参考例１）。

【図3】（ａ）アーマチャの周囲の押圧環によってソレノイドを固定する説明図、（ｂ）アーマチャを貫通する貫通保持部材によってソレノイドを固定する説明図、（ｃ）アーマチャのリフト量に対する吸引力のグラフである（参考例１）。

【図4】電磁式インジェクタの概略断面図である（実施例１）。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、発明を実施するための形態］を、図面に基づいて詳細に説明する。

【実施例】

【0009】

以下では、先ず参考例を説明し、その後で実施例を説明する。
なお、以下では、図１の上側を上、図１の下側を下と称して説明するが、実際の搭載方向を限定するものではない。

【0010】

［参考例１］
参考例１を、図１〜図３を参照して説明する。
燃料噴射装置は、エンジンの各気筒に燃料を噴射する電磁式インジェクタを備える。
電磁式インジェクタは、高圧通路１を介して供給される加圧燃料（燃料の種類は問わない）の噴射を行う噴射ノズル２を備えている。

【0011】

この噴射ノズル２は、
・インジェクタボディ３にリテーニングナット４等を介して締結されるノズルボディ５と、
・このノズルボディ５の内部に組み付けられるニードル６と、
を備えて構成される。

【0012】

具体的に、ノズルボディ５の内部には、上方から下方へ向けて燃料を導くノズル孔（内部空間）が形成されている。
ノズル孔の下端には、円錐形状を呈する弁座が設けられており、この弁座の下部には、燃料を噴射するための噴孔７が設けられている。

【0013】

ニードル６は、上下方向へ延びるシャフト形状を呈するものであり、ノズル孔の中心部において上下方向へ摺動自在に支持される。具体的な一例として、ノズルボディ５の内部に配置されるノズルシリンダ８の内周面によって、ニードル６が上下方向へ摺動自在に支持される。

【0014】

ニードル６は、ノズル孔に供給される高圧燃料（具体的には、受圧面積差）によって上方へ向かう「上昇力」が付与される。
一方、ニードル６の上部には、後述する制御弁１９によって圧力が制御される背圧室９が設けられており、「背圧室９の圧力」と「ニードル６を下方へ付勢するニードルスプリング１０」の合力が、上述した「上昇力」を上回ることで、ニードル６が下方に向けて押し付けられる。
ニードル６の下端には、円錐形状を呈する縮径部が設けられており、この縮径部が弁座に着座することにより、ノズル孔の内部（高圧燃料の供給空間）と噴孔７の連通が遮断される。

【0015】

ニードル６を駆動する駆動手段として、電磁アクチュエータ１１を用いている。
この電磁アクチュエータ１１は、インジェクタボディ３に形成された収容空間αの内部に配置されるものであり、
・通電により磁力を発生するソレノイド１２と、
・このソレノイド１２が発生する磁力により上方へ磁気吸引されるアーマチャ（可動コア）１３と、
・このアーマチャ１３を上下方向へ摺動自在に支持するアーマチャホルダ１４と、
・アーマチャ１３を下方へ付勢するソレノイドスプリング１５と、
を備えて構成される。

【0016】

ソレノイド１２は、
・通電により磁力を発生するコイル１６と、
・このコイル１６が組み付けられるステータコア１７と、
を備えて構成される。

【0017】

コイル１６は、ボビンの周囲に、絶縁被覆が施された導線を多数巻回したものであり、通電されると磁力を発生し、ステータコア１７とアーマチャ１３を通る磁束ループを形成させる。

【0018】

ステータコア１７は、内部にコイル１６が組み付けられる磁性体製（例えば、鉄などの強磁性材料）であり、
・コイル１６の内周に配置される内周極と、
・コイル１６の外周に配置される外周極と、
・コイル１６の上部において内周極と外周極を磁気結合する結合部と、
からなる。
また、ステータコア１７の中心部には、下端から上方へ向かうバネ室が形成されており、このバネ室の内部に上下方向に圧縮された状態でソレノイドスプリング１５が組み付けられる。

【0019】

ステータコア１７の下端は、内周極の下端と外周極の下端にて直接磁束が流れるのを阻害する非磁性部２５が設けられている。なお、この非磁性部２５は、ステータコア１７の内部にコイル１６を組み付けた後、ステータコア１７とコイル１６の隙間を非磁性の材料（モールド樹脂等）により閉塞するものである。
この構成により、コイル１６をＯＮすると、内周極→結合部→外周極→アーマチャ１３→再び内周極を通る磁束ループ（矢印方向は逆向きでも良い）が形成され、コイル１６の発生磁力により、アーマチャ１３がステータコア１７に磁気吸引される。

【0020】

アーマチャ１３は、ステータコア１７とアーマチャホルダ１４の間に配置される略円板形状を呈する磁性体製（例えば、鉄などの強磁性材料）であり、アーマチャ１３の中心部から下方へ延びる円柱棒状のシャフト１８が設けられている。

【0021】

アーマチャホルダ１４は、アーマチャ１３のシャフト１８を上下方向（軸方向）へ摺動自在に支持するものであり、中心部には上下方向に貫通するシャフト１８の摺動孔が形成されている。

【0022】

電磁アクチュエータ１１は、背圧室９の油圧をコントロールする制御弁１９を作動させるものであり、シャフト１８の下端部が制御弁１９として設けられている。
この制御弁１９は、リーク出口２０ａを介して連通される低圧通路２０（燃料の一部を燃料タンクへ戻すリターン通路）と背圧室９との連通状態を切り替えるものであり、
・ソレノイド１２（即ちコイル１６）をＯＮすることで、アーマチャ１３および制御弁１９を上昇→背圧室９の圧力を低下→ニードル６を上昇→燃料噴射を実行させ、
・ソレノイド１２（即ちコイル１６）をＯＦＦすることで、アーマチャ１３および制御弁１９を下降→背圧室９の圧力を上昇→ニードル６を下降→噴射停止を実行させるものである。
即ち、ソレノイド１２を通電制御することで、背圧室９の油圧がコントロールされて、噴射制御が実行される。

【0023】

ここで、電磁アクチュエータ１１は、上述したように、インジェクタボディ３に形成された収容空間αの内部に配置される。
具体的に、インジェクタボディ３の中心部には、下端から上方へ向かう有底の収容空間αが形成されており、この収容空間αの内部に電磁アクチュエータ１１が組み付けられる。
なお、収容空間αは、上下方向へ延びる円筒空間であり、その底部は収容空間αの上部に設けられる。

【0024】

収容空間αの内部には、上から下方に向かって、ソレノイド１２、アーマチャ１３（円板部）、アーマチャホルダ１４が配置される。
即ち、収容空間αの奥部（上方）には、ソレノイド１２が固定される。

【0025】

ソレノイド１２の固定技術を説明する。
ソレノイド１２は、アーマチャ１３を貫通する貫通保持部材２１により収容空間αの底部（上方）に向けて押し付けられて固定される。

【0026】

貫通保持部材２１は、ソレノイド１２に設けられる。
貫通保持部材２１は、ステンレスなど非磁性体の部材により設けられるものであり、図２に示すように、パイプ部材（円筒部材）の一部を切削した形状に設けられている。
具体的に、貫通保持部材２１の内径寸法は、シャフト１８の外径寸法より僅かに大径に設けられている。

【0027】

そして、貫通保持部材２１は、
・ステータコア１７に組み付けられる円筒部２１ａと、
・アーマチャ１３を貫通する２つの円弧部２１ｂと、
を備える。

【0028】

円筒部２１ａは、バネ室の入口部分（バネ室の下部）に形成された拡径部に組み付けられるものであり、円筒部２１ａの上端が拡径部の上端の段差に当接する。
これにより、貫通保持部材２１を上方に押す力が、段差を介してソレノイド１２（具体的にはステータコア１７）に伝えられる。

【0029】

２つの円弧部２１ｂは、対向位置に平行配置されるものであり、円弧部２１ｂの上下方向の寸法は、「アーマチャ１３（円板部）の軸方向寸法」と「アーマチャ１３のスライド寸法（可動距離）」の合計寸法より長く設けられている。

【0030】

一方、アーマチャ１３（円板部）には、貫通保持部材２１における円弧部２１ｂを上下方向に貫通した状態で挿通させる貫通穴２２が設けられている。
この貫通穴２２は、円弧部２１ｂの上下方向の移動を妨げない上下方向に貫通する穴であり、貫通保持部材２１の円弧部２１ｂの形状にほぼ合致した形状（円弧形状）に設けられている。

【0031】

これにより、
（１）収容空間αの内部に電磁アクチュエータ１１の構成部品を組み付け、
（２）インジェクタボディ３の下部にオリフィスプレート２３を組み付け、
（３）その下部に噴射ノズル２を組み付けて、
（４）リテーニングナット４をインジェクタボディ３に締結することにより、
ノズルボディ５およびオリフィスプレート２３を介してアーマチャホルダ１４が収容空間αの内部に押され、アーマチャホルダ１４が貫通保持部材２１を上方へ押して、貫通保持部材２１がソレノイド１２を上方へ押す。
その結果、ソレノイド１２が収容空間αの内部に固定される。

【0032】

（参考例１の効果１）
電磁式インジェクタは、上述したように、アーマチャ１３を貫通する貫通保持部材２１によりソレノイド１２が収容空間αの内部に固定される。
具体的には、アーマチャホルダ１４の上方に向かう力が、内周極の内側に配置される貫通保持部材２１を介してソレノイド１２に伝えられて、ソレノイド１２がインジェクタボディ３の内部に固定される。

【0033】

これにより、図３（ａ）に示す従来技術に比較して、図３（ｂ）に示すこの参考例１では、アーマチャ１３の外径寸法を大きく設けることができ、アーマチャ１３における磁極面積の減少を防ぐことができる。この結果、従来技術に比較してアーマチャ１３の吸引力の低下を防ぐことができる。
具体的な一例として、図３（ａ）に示す従来技術に比較して、図３（ｂ）に示すこの参考例１は、アーマチャ１３の磁極面積を４５％ほど増加させることができる。その結果、図３（ｃ）に示すように、ニードル６のリフト開始初期における磁気吸引力を、従来技術（実線Ａ参照）に比較して、この参考例１（実線Ｂ参照）では、４０％程高めることができる。

【0034】

このように、この参考例１の電磁式インジェクタは、アーマチャ１３の吸引力の低下を防いで、ソレノイド１２をインジェクタボディ３の内部に固定することができる。
具体的に、従来技術と同等の吸引力を発生させる場合は、ソレノイド１２を小径化できる。あるいは、従来技術と同等の外径寸法を採用する場合は、アーマチャ１３の磁気吸引力を高めることができる。その結果、アーマチャ１３を下方へ押圧するソレノイドスプリング１５の付勢力を高めることができるため、燃料噴射圧をさらに高めることが可能になる。

【0035】

（参考例１の効果２）
この参考例１の電磁式インジェクタは、収容空間αの底部とソレノイド１２との間に、弾性変形可能な弾性部材２４を配置している。
この弾性部材２４は、収容空間αの底部とソレノイド１２との間に圧縮配置されるものであり、金属製バネ（例えば、皿バネ、ウエーブワッシャ、コイルバネ等）であっても良いし、ゴム部材（弾性変形可能な樹脂部材）であっても良い。

【0036】

このように、収容空間αの底部とソレノイド１２との間に、弾性変形可能な弾性部材２４を配置することにより、収容空間αの底部とソレノイド１２との間のクリアランス（ガタ）を弾性部材２４が吸収する。これにより、電磁式インジェクタの構成部品の製造誤差を許容することができ、製造コストを抑えることが可能になる。
なお、弾性部材２４は限定するものではなく、収容空間αの底部（上部）にソレノイド１２の上端を直接押し付ける等の技術により、弾性部材２４を廃止しても良い（例えば、図４参照）。

【0037】

［実施例１］
実施例１を、図４を参照して説明する。なお、上記参考例１と同一符号は、同一機能物を示すものである。
この実施例１は、貫通保持部材２１をアーマチャホルダ１４に設けるものである。なお、貫通保持部材２１は、アーマチャホルダ１４と一体に設けても良いし、アーマチャホルダ１４に組み付けられるものであっても良い。

【0038】

この実施例１は、貫通保持部材２１をステータコア１７の内周極と外周極の間に配置し、貫通保持部材２１がソレノイド１２に当接する箇所（貫通保持部材２１がソレノイド１２に押圧力を付与する箇所）を、ステータコア１７の内周極と外周極の間の非磁性部２５に設けるものである。

【0039】

ステータコア１７の内周極と外周極の間の非磁性部２５は、磁極面を形成しない。
このため、この内周極と外周極の間の非磁性部２５に貫通保持部材２１を当接させる構成を採用することで、磁極面積を減じることなく、ソレノイド１２の固定を行うことができる。

【産業上の利用可能性】

【0043】

貫通保持部材２１においてアーマチャ１３を貫通する箇所の形状は限定するものではなく、丸棒など他の形状であっても良い。
また、上記では、貫通保持部材２１においてアーマチャ１３を貫通する箇所を２つ設ける例を示したが、貫通する箇所の数を限定するものではなく、１つであっても良いし、３つ以上であっても良い。

【0044】

上記の実施例では、電磁アクチュエータ１１が背圧室９の圧力をコントロールしてニードル６を駆動する例を示したが、電磁アクチュエータ１１が直接ニードル６を駆動するタイプの電磁式インジェクタに本発明を適用しても良い。

【0045】

上記の実施例では、電磁式インジェクタに組み込まれる電磁アクチュエータ１１に本発明を適用する例を示したが、インジェクタ（燃料噴射弁）とは異なる電磁アクチュエータ１１に本発明を適用しても良い。

【符号の説明】

【0046】

１２ ソレノイド
１３ アーマチャ
１６ コイル
１７ ステータコア
２１ 貫通保持部材
α 収容空間

【図2】

【図1】

【図3】

【図4】