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JP6354560B2 - 電磁アクチュエータ - Google Patents

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Description

本発明は、エンジンに取り付けられる電磁アクチュエータに関する。
従来、エンジンの外壁に形成された装着穴を通して被収容部がエンジンの内部に挿入され、被収容部以外の部分である露出部がエンジンの外部に位置するように外壁の外面である取付面に取り付けられ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には、エンジン内部に設けられた油圧制御弁のスプールの一端を押圧可能な作動軸を備え、電磁駆動部の通電切替により作動軸を前進又は後退させることで、油圧制御弁を切り替える電磁アクチュエータが開示されている。電磁アクチュエータの露出部には、電磁駆動部への配線が接続されるコネクタ部が設けられている。一般に、コネクタ部は絶縁のため樹脂で形成される。
独国特許出願公開DE102010060180A1号明細書
電磁アクチュエータをメンテナンス等でエンジンから取り外すとき、露出部の軸方向高さが比較的高い電磁アクチュエータでは、作業者は露出部の外郭をしっかりつかむことができる。しかし、特許文献1の図3に開示されたような電磁アクチュエータは、露出部の軸方向高さが低く設定されている。
このように露出部が扁平形状の電磁アクチュエータをメンテナンス等でエンジンから取り外すとき、作業者は、露出部の外郭を把持し難いため、突出したコネクタ部をつかむ可能性がある。その結果、電磁駆動部の重量等によるストレスがコネクタ部に加わり、樹脂製のコネクタ部が破損したり、コネクタ部に接続された配線が断線したりするおそれがある。また、露出部本体が樹脂で形成されているような場合、作業者が隙間に工具を差し込んでこじると、本体にも亀裂や破損が生じるおそれがある。
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、電磁アクチュエータをエンジンから取り外す作業において、コネクタ部等の破損を防止し、作業性を向上させる電磁アクチュエータを提供することにある。
本発明は、エンジンの外壁に形成された装着穴を貫通して被収容部がエンジンの内部に挿入され、被収容部以外の部分である露出部がエンジンの外部に位置するように外壁の外面である取付面に取り付けられる電磁アクチュエータに係る発明である。
この電磁アクチュエータは、通電により電磁力を発生する電磁駆動部、電磁駆動部の通電切替により作動可能な作動部、本体、コネクタ部、及び、少なくとも一つの突起部を備える。
本体の少なくとも一部は、露出部の外郭を構成する。
コネクタ部は、露出部において本体から突出し、電磁駆動部への配線が接続される。
少なくとも一つの突起部は、露出部において、本体の側壁の周方向におけるコネクタ部と異なる位置、且つ、軸方向における取付面との間に隙間を有する位置に設けられ、側壁の径外方向に突出する。
これにより、電磁アクチュエータをエンジンから取り外す作業において、作業者は、突起部に指を掛け、本体を容易に把持することができる。このとき、突起部は、周方向においてコネクタ部と離れた位置に設けられているため、電磁駆動部の重量等によるストレスがコネクタ部に伝わることが抑制される。
したがって、作業者がコネクタ部をつかむことにより、コネクタ部にストレスが加わって破損することや、作業者が隙間に工具を差し込んでこじることにより、本体に亀裂や破損が生じることを防止することができる。よって、コネクタ部等の破損を防止し、作業性を向上させることができる。
例えば、内部に油圧制御弁が一体的に組み付けられたバルブタイミング調整装置が搭載されるエンジンでは、軸方向のスペースの制約が厳しくなり、電磁アクチュエータの露出部は、軸方向高さができるだけ低く設定される傾向にある。本発明は、このように露出部が扁平形状の電磁アクチュエータに適用されると特に有効である。
作業者が突起部をより把持しやすくするという観点から、突起部は複数設けられていることが好ましい。この場合、複数の突起部のうち一つの突起部を「着目突起部」とし、本体の中心軸に直交する平面上で、着目突起部と中心軸とを結ぶ直線を「基準線(La)」、基準線に直交し且つ中心軸を通る直線を「境界線(Lb)」とすると、着目突起部以外の少なくとも一つの突起部は、着目突起部に対し境界線を挟んで反対側に設けられていることがより好ましい。
また、突起部は、軸方向において、本体の側壁における取付面と反対側の端部に沿って設けられていることが好ましい。
ところで、ある製品が本発明の構成要件を充足するか否かを判定するとき、その製品が実際にエンジンに取り付けられた状態で判定する必要はない。その製品には、エンジンに取り付けるとき用いられるブラケット等の取付部が当然に有ると考えられるため、その位置を基準として、エンジン側の取付面の位置が推測される。そして、被収容部と露出部との境界位置も特定されるため、単体の製品を観察するのみで本発明の構成要件を当てはめることが可能である。
本発明の第1実施形態による電磁アクチュエータの正面図である。 図1の電磁アクチュエータをエンジンに取り付けた状態のII−O−P−Q−II線断面図である。 図1の電磁アクチュエータの露出部の斜視図である。 図2のIV部拡大図(部分拡大断面図)である。 本発明の第2実施形態による電磁アクチュエータの正面図である。 本発明の第3実施形態による電磁アクチュエータの正面図である。 本発明のその他の実施形態による電磁アクチュエータの正面図である。 本発明のその他の実施形態による電磁アクチュエータの部分拡大断面図である。
以下、本発明の複数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。複数の実施形態において実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
(第1実施形態)
本発明の第1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。
図2に示すように、電磁アクチュエータ101は、エンジン90の外壁91の外面である取付面MSに取り付けられる。電磁アクチュエータ101は、大きく、被収容部11と露出部12とに分けられる。被収容部11は、エンジン90の外壁91に形成された装着穴92を貫通してエンジン90の内部に挿入される。被収容部11以外の部分である露出部12は、エンジン90の外部に位置する。
図2においてエンジン90の内部に破線で示した機能部品は、周知のバルブタイミング調整装置80、及び、その内部に一体に組み付けられた油圧制御弁84である。油圧制御弁84は、電磁アクチュエータ101の中心軸Oと同軸に設けられている。以下、中心軸Oと平行な方向を単に「軸方向」という。
バルブタイミング調整装置80は、例えば、クランク軸と同期して回転するハウジング81、及び、カム軸と一体に回転するベーンロータ82を備え、ハウジング81とベーンロータ82との相対回転位相を制御することにより、エンジンの吸気弁又は排気弁の開閉タイミングを進角側又は遅角側に調整する。
油圧制御弁84は、複数のポート86が形成されたスリーブ85と、ランド間に複数の環状溝88が形成されたスプール87とを備えるスプール弁であり、スプール87の軸方向位置を変化させることにより複数のポート86を選択的に開閉し、ベーンロータ82を進角方向又は遅角方向に回転させるために油圧経路を切り替える。なお、図2におけるポート86や環状溝88は、単に概略構成を図示したものであり、位置や数は正確でない。電磁アクチュエータ101は、この油圧制御弁84を切り替えるために用いられる。
電磁アクチュエータ101は、電磁駆動部21、作動軸31、本体401、コネクタ部45、突起部51〜54、及び、ブラケット6等を備える。電磁駆動部21は、通電により電磁吸引力や斥力等の電磁力を発生する。作動軸31は、電磁駆動部21の通電切替により作動可能な「作動部」に相当する。本実施形態では、作動軸31は、可動コア30の一部として構成され、作動軸31が軸方向に往復移動することで、スプール87の一端を押圧し、スプール87の軸方向位置を変化させる。
詳しくは、電磁駆動部21は、コイル22、ボビン23、コイルコア24、ヨーク25及び固定コア26等から構成されている。このうち、コイルコア24、ヨーク25、固定コア26は、鉄等の軟磁性材で形成されている。同様に可動コア30も鉄等の軟磁性材で形成されている。作動軸31は、磁性材あるいは非磁性材のいずれで形成されてもよい。このように、電磁駆動部21は、コイル22を含め大部分が金属部品で構成されているため、重量が比較的重くなる。
コイル22は、コイルコア24に外挿されたボビン23の外周に巻線が巻回されて構成される。ボビン23は、樹脂で形成され、コイルコア24とコイル22の内周側との間を絶縁する。コイル22の外周側は、本体401を形成する樹脂材料によって一体に樹脂モールドされることで絶縁される。
外部の電源からコネクタ部45のターミナル28を経由して通電されることにより、コイル22は磁界を生成する。この磁界による磁束は、例えばヨーク25、コイルコア24及び固定コア26を通過し、固定コア26に電磁吸引力を発生させる。その結果、固定コア26と対向配置された可動コア30は固定コア26に吸引される。
このような電磁吸引力と、電磁アクチュエータ101又は油圧制御弁84に設けられた戻しスプリング(図示しない)の付勢力とにより、可動コア30の作動軸31は、電磁駆動部21の通電切替に伴って軸方向に往復移動する。なお、電磁駆動部21の具体的な構成や作用は、実施形態により適宜変更してよい。
本体401は、少なくとも一部が露出部12の外郭を構成する。特に本実施形態では、本体401は、被収容部11で電磁駆動部21を樹脂モールドする部分と、露出部12の外郭を構成する部分とが一体に樹脂材料で形成されている。また、露出部12の外郭は、主面41及び側壁42を有する高さの低い略円筒状を呈している。
樹脂材料としては、例えば、耐熱性や耐薬品性に優れたPPS(ポリフェニレンサルファイド)等が用いられる。樹脂成形時には、金型にガス抜き構造を設けること等により、樹脂の流動を良くし、ボイドの発生を抑制することが好ましい。
コネクタ部45は、露出部12において本体401から突出し、電磁駆動部21への配線が接続される。一般に、コネクタ部は絶縁のため樹脂で形成されるが、特に本実施形態のコネクタ部45は、本体401と一体に樹脂材料で形成されている。
本体401の外周には、ボルト穴63が形成された板状のブラケット6がインサート成形されている。また、本体401の被収容部11の外周には、装着穴92の内壁に嵌合するシールリング7が設けられる。電磁アクチュエータ101をエンジン90に取り付けるとき、被収容部11を装着穴92に挿入し、ブラケット6の裏面62をエンジン90の取付面MSに当接させた後、外面61側からボルト65をボルト穴63に通して外壁91に締結する。
ここで、本体401は、露出部12の軸方向高さが比較的低い扁平形状に形成されている。これは、内部に油圧制御弁84が一体的に組み付けられた、いわゆる「油圧制御弁一体式」のバルブタイミング調整装置80が搭載される場合、一般に、油圧制御弁別体式のバルブタイミング調整装置に比べ、エンジン90の軸方向のスペースの制約が厳しいためである。
このように露出部12が扁平形状であると、メンテナンス等で電磁アクチュエータ101をエンジン90から取り外すとき、作業者は、本体401の外郭を把持し難いため、突出したコネクタ部45をつかむ可能性がある。その結果、電磁駆動部21の重量等によるストレスがコネクタ部45に加わり、樹脂製のコネクタ部45が破損したり、コネクタ部45に接続された配線が断線したりするおそれがある。また作業者が、例えばブラケット6とエンジン外壁91との隙間に工具を差し込んでこじると、本体401にも亀裂や破損が生じるおそれがある。
本実施形態は、このような取り外し作業時におけるコネクタ部45等の破損を防止し、作業性を向上させることを課題とし、その解決手段として、突起部51〜54を備えることを特徴とする。突起部51〜54は、露出部12において、本体401の側壁42の周方向におけるコネクタ部45と異なる位置、且つ、軸方向における取付面MSとの間に隙間を有する位置に設けられ、側壁42の径外方向に突出する。本実施形態では、突起部51〜54もまた、本体401と一体に樹脂材料で形成されている。
次に、突起部51〜54の構成について詳しく説明する。図1、図3に示すように、第1実施形態では4つの突起部51〜54が約90°間隔で、且つ、コネクタ部45と中心軸Oとを結ぶ対称線Lcに対して対称に設けられている。つまり、突起部51〜54は、対称線Lcに対して約45°、約135°、約225°、約315°の方向に、コネクタ部45から離して配置されている。
ここで、図の左上方向の突起部の符号を「51」とし、突起部51から時計回り方向に他の突起部の符号を「52」、「53」、「54」とする。そして、例えば突起部51を「着目突起部」として選定する。
また、本体401の中心軸Oに直交する平面上、すなわち図1の紙面に相当する平面上で、着目突起部51と中心軸Oとを結ぶ直線を「基準線La」、基準線Laに直交し且つ中心軸Oを通る直線を「境界線Lb」とする。すると、「着目突起部51以外の少なくとも一つの突起部」である突起部53は、着目突起部51に対し境界線Lbを挟んで反対側に設けられている。
基準線Laにおける着目突起部51の方向を基準方向(0°)とし、基準方向から時計回り方向に角度θを定義すると、θ=90〜270°の範囲が「境界線Lbを挟んで反対側」の範囲となる。突起部53は、この範囲の中心であるθ≒180°の位置に設けられているため、作業者は、中心軸Oを挟む複数の突起部51、53に指を掛け、本体401をバランス良く把持することができる。
さらに、基準線Laに対し±120°方向に延び且つ中心軸Oを通る直線を別の境界線Lb’とすると、突起部53は、「着目突起部51に対し境界線Lb’を挟んで反対側」、すなわちθ=120〜240°の範囲に位置している。この範囲は、作業者が本体401をバランス良く把持するという観点から、より好ましい範囲である。
また、突起部51〜54の大きさについて、例えば図3において本体401の直径が約60mmとすると、突起部51〜54の周方向の幅Wは約10mm、軸方向の厚みZ及び径方向の突出量Xは約2mmに設定されている。ただし、これは一例であり、突起部の大きさは、本体の直径、電磁アクチュエータの重量、作業者の体格、作業環境等によって適宜設定してよい。なお、突起部があまり小さいと指先に負担がかかりやすいため、例えば周方向の幅Wは5mm以上、軸方向の厚みZ及び径方向の突出量Xは0.5mm以上に設定されることが好ましい。
続いて、突起部の軸方向位置について、図2のIV部拡大図である図4を参照する。ここでは、4つの突起部を代表して突起部54について説明する。
図4に示すように、突起部54は、本体401の側壁42における「取付面MSと反対側の端部」である主面41に沿って設けられている。
なお、特許請求の範囲の記載では、「突起部と取付面MSとの間の隙間」について規定しているが、本実施形態では本体401の全周にブラケット6が設けられているため、突起部54とブラケット6との間の隙間Sをもって、「突起部と取付面MSとの間の隙間」に代替する。例えば、ブラケットが局所的に設けられ、突起部の直下にブラケットが存在しない形態では、図4の隙間Sは、「突起部と取付面MSとの間の隙間」として表される。
(効果)
本実施形態の電磁アクチュエータ401の効果について説明する。
(1)電磁アクチュエータ401は、露出部12において、本体401の側壁42の周方向におけるコネクタ部45と異なる位置、且つ、軸方向における取付面MSとの間に隙間を有する位置に、側壁42の径外方向に突出する突起部51〜54が設けられている。
これにより、電磁アクチュエータ101をエンジン90から取り外す作業において、作業者は、突起部51〜54に指を掛け、本体401を容易に把持することができる。このとき、突起部51〜54は、周方向においてコネクタ部45と離れた位置に設けられているため、電磁駆動部21の重量等によるストレスがコネクタ部45に伝わることが抑制される。
したがって、作業者がコネクタ部45をつかむことにより、コネクタ部45にストレスが加わって破損することや、作業者が隙間に工具を差し込んでこじることにより、本体401に亀裂や破損が生じることを防止することができる。よって、コネクタ部45等の破損を防止し、作業性を向上させることができる。
(2)突起部51〜54は、複数(第1実施形態では4つ)設けられているため、作業者は、本体401をより把持しやすくなる。
(3)図1に示すように、突起部51を「着目突起部」とすると、「着目突起部以外の突起部」である突起部53は、着目突起部51に対し境界線Lbを挟んで反対側に設けられている。これにより、作業者は、中心軸Oを挟む複数の突起部51、53に指を掛け、本体401をバランス良く把持することができる。
(4)突起部51〜54は、軸方向において、本体401の側壁42における取付面MSと反対側の端部である主面41に沿って設けられている。これにより、突起部54とブラケット6との間の隙間Sを最大に確保することができるため、作業者が指を掛けやすくなり、本体401の把持が特に容易となる。
(5)突起部51〜54は、本体401と一体に形成されている。これにより、部品点数や組付工数等を低減することができる。
(6)コネクタ部45及び本体401は、樹脂材料で一体に形成されている。これにより、部品点数や組付工数等を低減することができる。
(7)電磁アクチュエータ101の作動軸31は、バルブタイミング調整装置80の内部に一体的に組み付けられた油圧制御弁84を切り替え可能である。油圧制御弁一体式のバルブタイミング調整装置80が搭載されるエンジン90では、軸方向のスペースの制約が厳しくなり、電磁アクチュエータ101の露出部12は、軸方向高さができるだけ低く設定される傾向にある。よって、上記(1)〜(4)の効果が特に有効に発揮される。
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態による電磁アクチュエータについて、図5を参照して説明する。第1実施形態の電磁アクチュエータ101では突起部51〜54が4箇所に設けられている(図1参照)のに対し、第2実施形態の電磁アクチュエータ102では、突起部51、53が2箇所に設けられている。図5の例では、中心軸Oに対し図の左上方向及び右下方向に、第1実施形態と同等の大きさの2つの突起部51、53が設けられている。突起部53は、着目突起部51に対し境界線L1を挟んで反対側である180°の方向に配置されている。第2実施形態は、第1実施形態と同様の効果を奏する。
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態による電磁アクチュエータについて、図6を参照して説明する。第3実施形態の電磁アクチュエータ103は、第1、第2実施形態に比べ周方向の幅の大きい突起部55、56が本体403の周方向2箇所に設けられている。突起部55、56は、コネクタ部45と中心軸Oとを結ぶ対称線Lcに対して対称に配置されている。このように、本体の周長に対する突起部の周方向の幅の比率についても、種々の条件により適宜設定してよい。
(その他の実施形態)
(ア)第1〜第3実施形態では突起部51〜56が4箇所又は2箇所に設けられているが、突起部は最低1箇所に設けられればよく、複数の場合、3箇所又は5箇所以上に設けられてもよい。また、複数の突起部は大きさや形状が不均一でもよく、周方向に不均等な間隔で配置されてもよい。
(イ)突起部を複数設ける形態では、第1実施形態の図1に示すように、原則として、着目突起部51に対し、他の少なくとも一つの突起部53が境界線Lbを挟んで反対側に設けられることが好ましい。しかし、例えば図1の突起部53の延長方向に他の干渉物が存在し、作業者の手が入らないような場合も想定される。したがって、そのような場合、図7に示す電磁アクチュエータ104のように、本体404において、着目突起部51に対し他の突起部57、58が境界線L1を挟んで同じ側に設けられてもよい。
(ウ)突起部の軸方向位置について、第1実施形態の図4に示すように、原則として、突起部54は、本体401の側壁42における「取付面MSと反対側の端部」である主面41に沿って設けられることが好ましい。ただし、図8に示すように、突起部59とブラケット6との隙間S’が把持に支障の無い程度に確保されれば、突起部59は、本体405の側壁42の中間部に設けられてもよい。例えば、成形金型の型分割面を設定する都合により、突起部59を側壁42の中間部に設ける方が有利な場合等が考えられる。
(エ)突起部は、本体と一体に形成される形態に限らず、ピン状や小片状の別部品を本体に組み付けて形成してもよい。したがって、もともと本体に突起部を有さない既製の電磁アクチュエータを改造し、突起部を後付けした製品も本発明の技術的範囲に含まれる。
(オ)本体は、樹脂成形品に限らず、樹脂の切削加工、金属の鋳造、板金加工、切削加工、セラミック成形等、どのような材質や加工方法で製作されてもよい。本体を金属等の導電性材料で形成する場合、絶縁の観点から、コネクタ部は、樹脂等の非導電性材料で、本体とは別体に形成されることが好ましい。
(カ)本発明の電磁アクチュエータは、バルブタイミング調整装置80の内部に一体的に組み付けられた油圧制御弁84(図2参照)を切り替えるものに限らず、エンジンに設けられた他の機能部品に対して作動するものであってもよい。また、作動の形態は、作動軸31が軸方向に往復移動するものに限らず、軸方向以外の方向に往復移動するものや、回転移動するものであってもよい。
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。
101、102、103、104・・・電磁アクチュエータ、
11 ・・・被収容部、 12 ・・・露出部、
21 ・・・電磁駆動部、
31 ・・・作動軸(作動部)、
401、402、403、404、405・・・本体、 42 ・・・側壁、
45 ・・・コネクタ部、
51〜59・・・突起部、
90 ・・・エンジン、 91 ・・・外壁、 92 ・・・装着穴、
MS ・・・取付面。

Claims (7)

  1. エンジン(90)の外壁(91)に形成された装着穴(92)を貫通して被収容部(11)が前記エンジンの内部に挿入され、前記被収容部以外の部分である露出部(12)が前記エンジンの外部に位置するように前記外壁の外面である取付面(MS)に取り付けられる電磁アクチュエータであって、
    通電により電磁力を発生する電磁駆動部(21)と、
    前記電磁駆動部の通電切替により作動可能な作動部(31)と、
    少なくとも一部が前記露出部の外郭を構成する本体(401、402、403、404、405)と、
    前記露出部において前記本体から突出し、前記電磁駆動部への配線が接続されるコネクタ部(45)と、
    前記露出部において、前記本体の側壁(42)の周方向における前記コネクタ部と異なる位置、且つ、軸方向における前記取付面との間に隙間を有する位置に設けられ、前記側壁の径外方向に突出する少なくとも一つの突起部(51〜59)と、
    を備えることを特徴とする電磁アクチュエータ。
  2. 前記突起部は、複数設けられてい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. 複数の前記突起部のうち一つの前記突起部を着目突起部とし、
    前記本体の中心軸に直交する平面上で、前記着目突起部と中心軸とを結ぶ直線を基準線(La)、前記基準線に直交し且つ中心軸を通る直線を境界線(Lb)とすると、
    前記着目突起部以外の少なくとも一つの前記突起部は、前記着目突起部に対し前記境界線を挟んで反対側に設けられていることを特徴とする請求項2に記載の電磁アクチュエータ。
  4. 前記突起部は、軸方向において、前記本体の前記側壁における前記取付面と反対側の端部に沿って設けられていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の電磁アクチュエータ。
  5. 前記突起部は、前記本体と一体に形成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の電磁アクチュエータ。
  6. 前記コネクタ部及び前記本体は、樹脂材料で一体に形成されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の電磁アクチュエータ。
  7. 前記作動部は、バルブタイミング調整装置(80)の内部に一体的に組み付けられた油圧制御弁(84)を切り替え可能であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の電磁アクチュエータ。
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