JP6413820B2 - リニアソレノイド - Google Patents

Description

本発明は、コイルの内側にプランジャ（可動子）が配置されるリニアソレノイド（電磁アクチュエータ）に関する。

（従来技術）
コイルの内側にプランジャが配置されるリニアソレノイドとして、特許文献１に開示される技術が知られている。
特許文献１のリニアソレノイドは、磁気吸引コアと磁気遮断部と磁気受渡コアを一部品で設けたものである。
なお、磁気吸引コアは、プランジャと軸方向に対向してプランジャを磁気吸引するものである。磁気受渡コアは、プランジャの周囲を覆う円筒形状を呈してプランジャと径方向の磁束の受け渡しを行うものである。磁気遮断部は、磁気吸引コアと磁気受渡コアの間で直接磁束が流れるのを阻害する薄肉の磁気飽和部である。

（従来技術の問題点）
特許文献１のリニアソレノイドは、コイルボビンの内側に磁気吸引コアおよび磁気受渡コアを挿入配置する構造であり、さらに磁気吸引コアおよび磁気受渡コアの内側にプランジャを配置する構造である。
このため、プランジャの外径寸法は、ボビンの内側に挿入配置された磁気吸引コアと磁気受渡コアの厚み寸法によって小さく抑えられてしまう。これにより、プランジャの磁路面積が制限されて、プランジャの磁気吸引力が低下する不具合がある。

特開２０１１−１１９３２９号公報

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、コイルの内側に配置されるプランジャの外径寸法を大きくすることが可能なリニアソレノイドの提供にある。

本発明は、磁気吸引コアに固定したシャフトによってプランジャを支持する構成を採用する。ここで、シャフトの一端は、磁気吸引コアに固定され、シャフトの他端は、磁気受渡コアの軸方向範囲の内側に配置される。これにより、コイルの内側に配置されるプランジャの外径寸法を大きくことが可能になる。このため、プランジャの磁路面積を大きくすることが可能になり、プランジャの磁気吸引力を高めることが可能になる。

リニアソレノイドの断面図である（実施例１）。 リニアソレノイドの断面図である（実施例２）。 リニアソレノイドの断面図である（実施例３）。 リニアソレノイドの断面図である（実施例４）。 リニアソレノイドの断面図である（実施例５）。

以下、発明を実施するための形態を、図面を参照して詳細に説明する。

本発明が適用された具体的な一例（実施例）を、図面を参照して説明する。以下における実施例は具体的な一例を示すものであって、本発明が実施例に限定されないことは言うまでもない。

［実施例１］
図１を参照して実施例１を説明する。なお、以下では説明の便宜上、図１左側を左、図１右側を右と称するが、この左右方向は、説明のための方向であって、実際の搭載方向を限定するものではない。

この実施例のリニアソレノイドは、例えば、自動変速機の油圧制御装置に搭載される電磁油圧制御弁に用いられるものであり、電磁油圧制御弁は、油圧制御弁（例えばスプール弁、ボール弁等）とリニアソレノイドとを軸方向に結合して設けられる。

油圧制御弁は、ノーマルクローズタイプまたはノーマルオープンタイプの三方弁であり（限定しない）、バルブハウジングＡ（スリーブ等）、弁体（スプール等）を用いて構成される。
なお、油圧制御弁の弁体と後述するプランジャ２を初期位置へ戻すリターンスプリング６は、油圧制御弁に設けるものであっても良いが、この実施例１ではリニアソレノイドに設ける例を示す。

リニアソレノイドは、
・通電により磁力を発生するコイル１と、
・このコイル１の内側（内径範囲）において軸方向（左右方向）へ移動可能に支持されるプランジャ２と、
・コイル１の発生する磁力によりプランジャ２を軸方向へ磁気吸引する磁気吸引コア３と、
・プランジャ２の外周面と径方向の磁束の受渡しを行う磁気受渡コア４と、
・コイル１の周囲を覆い、磁気吸引コア３と磁気受渡コア４と磁気的に結合するヨーク５と、
・プランジャ２を磁気吸引コア３から離反する方向（左方向）へ付勢するリターンスプリング６と、
・コイル１の内側の中心に固定配置された軸方向へ伸びる非磁性のシャフト７と、
を備えて構成される。

以下において、上述したリニアソレノイドの各部を詳細に説明する。
コイル１は、樹脂製のボビン８の周囲に、絶縁被覆が施された導線（エナメル線等）を多数巻回したものであり、通電されると磁力を発生し、発生磁束により固定子（磁気吸引コア３、磁気受渡コア４、ヨーク５）と可動子（プランジャ２）を通る磁束ループを形成する。

コイル１の通電は、コネクタ９を介して行われる。コネクタ９は、電磁油圧制御弁を制御する電子制御装置（図示しないＡＴ−ＥＣＵ）と接続線を介して電気的な接続を行う接続手段である。このコネクタ９は、コイル１をモールドする２次成形樹脂の一部によって形成されるものであり、樹脂製のコネクタ９の内部にはコイル１の両端にそれぞれ接続されるターミナル端子が配置される。

プランジャ２は、コイル１の内側に挿入配置された略円柱形状を呈した磁性体金属（例えば、鉄などの強磁性材料）であり、プランジャ２の外径寸法はボビン８の内径寸法より僅かに小径に設けられて、プランジャ２の外周面がボビン８に極力接しないように設けられている。
プランジャ２の軸芯（中心部）には、シャフト７が挿し入れられて、シャフト７の外周面と摺接する軸穴１１が設けられている。この軸穴１１は、プランジャ２の軸芯において軸方向に延びて貫通する一定径の丸穴である。
軸穴１１の内径寸法は、シャフト７の外径寸法より僅かに大径に設けられており、軸穴１１とシャフト７との間に摺動クリアランスが形成される。

プランジャ２の左側の端面には、プランジャ２の移動を、油圧制御弁の弁体へ伝えるためのキャップ１２が装着されている。このキャップ１２の一例は、ステンレス等の金属板をプレス加工したものであり、キャップ１２の中心部には左側（油圧制御弁側）へ向かって膨出する凸部が設けられており、この凸部を介してプランジャ２の出力が油圧制御弁へ伝えられる。

磁気吸引コア３（後述する筒部３ａを含まない）は、コイル１の軸方向範囲の外側のみ（この実施例ではコイル１の右側）に配置される。
具体的に、磁気吸引コア３は、ヨーク５の右端にカシメ等の結合技術により固定された略円板形状を呈した磁性体金属（例えば、鉄などの強磁性材料）であり、プランジャ２を右側へ磁気吸引するものである。そして、プランジャ２と磁気吸引コア３との間に磁気吸引ギャップが形成される。
この磁気吸引コア３には、プランジャ２の右端の外周面と、軸方向に交差（オーバーラップ）可能な筒部３ａが設けられている。この筒部３ａの外周面は、左側に向かって縮径するテーパ面であり、プランジャ２のストローク量が変化してもテーパ面を備える筒部３ａによってプランジャ２に作用する磁気吸引力が変化しないように設けられている。

磁気受渡コア４は、磁気吸引コア３とは独立したものであり、コイル１の軸方向範囲の外側のみ（この実施例ではコイル１の左側）に配置される。
具体的に、磁気受渡コア４は、ヨーク５の左側においてヨーク５と磁気的に結合する略円環状の磁性体金属（例えば、鉄などの強磁性材料）であり、磁気受渡コア４の内径とプランジャ２の外径との間にサイドギャップが形成される。

この実施例の磁気受渡コア４は、断面形状が略Ｔ字形のリング体であり、プランジャ２の外周面を覆う筒形状を呈した円筒部４ａと、この円筒部４ａから外径方向に延びる外鍔４ｂとを一体に設けたものである。
一方、ヨーク５の左端には、内径方向へ曲折された内鍔５ａが設けられており、この内鍔５ａの右面と外鍔４ｂの左面が接するように設けられている。具体的に、ボビン８と外鍔４ｂとの間には、バネ材１３が配置されており、このバネ材１３の復元力によって、ボビン８の右端が磁気吸引コア３に押し付けられるとともに、外鍔４ｂが内鍔５ａに押し付けられる。

この実施例１では、後述する実施例２とは異なり、磁気受渡コア４がヨーク５に固定される例を示す。具体的に、内鍔５ａの内縁は、軸方向から見て円形の穴に設けられている。一方、円筒部４ａの外周径は、内鍔５ａの内周径に合致するように設けられている。そして、内鍔５ａの内側に円筒部４ａを嵌め入れることで、ヨーク５に対して磁気受渡コア４の位置決めが成され、磁気受渡コア４の中心がヨーク５の軸芯（筒中心）と一致するように設けられている。即ち、磁気受渡コア４をヨーク５に組付けることで、磁気受渡コア４の芯出し（調芯）が成される。

ヨーク５は、コイル１の周囲を覆って磁束を流す磁性体金属（例えば、鉄などの強磁性材料）であり、コイル１の外周を覆う略円筒形状を呈する。
そして、内部にリニアソレノイドの構成部品を組み込んだ後、ヨーク５の右端に形成された爪部５ｂをカシメることでヨーク５と磁気吸引コア３が強固に結合される。
また、ヨーク５の左端には、油圧制御弁のバルブハウジングＡを結合するための爪部５ｃが設けられており、この爪部５ｃをカシメることでリニアソレノイドと油圧制御弁が結合される。

リターンスプリング６は、プランジャ２を左方向（磁気吸引コア３から離反する方向）へ付勢する圧縮コイルスプリングであり、プランジャ２と磁気吸引コア３との間において圧縮された状態で配置される。
プランジャ２に付与されたリターンスプリング６の付勢力は、油圧制御弁の弁体にも与えられる。即ち、油圧制御弁の弁体とリニアソレノイドのプランジャ２は、リターンスプリング６の付勢力により初期位置へ戻される。

シャフト７は、上述したように、コイル１の内側の中心に固定配置されるものであり、この実施例ではシャフト７の一端（右端）が磁気吸引コア３の中心部にて固定される。なお、磁気吸引コア３に対するシャフト７の固定技術は限定するものではなく、圧入、カシメ、溶接など適宜採用可能なものである。
シャフト７は、少なくとも軸穴１１に挿入される範囲が一定径の円柱棒状を呈する非磁性体の金属製（例えば、ステンレス等）であり、シャフト７がプランジャ２の軸穴１１の内部に挿入されて、シャフト７がプランジャ２を軸方向へ摺動自在に支持するとともに、シャフト７がプランジャ２の径方向の移動を阻止する。

シャフト７は、磁気吸引コア３に対して垂直に支持されるものであり、磁気吸引コア３におけるプランジャ２の磁気吸引面に対してシャフト７が垂直に固定される。このように設けられることにより、シャフト７がプランジャ２の軸穴１１に挿入されることで、プランジャ２の芯出し（調芯）を行うことができる。

シャフト７の他端（左端）は、磁気受渡コア４の軸方向範囲の内側に配置される。具体的な一例として、シャフト７の軸方向寸法（全長）は、リニアソレノイドの軸方向寸法と略同じか、リニアソレノイドの軸方向寸法より少し短く設けられており、シャフト７の左端が磁気受渡コア４の内径まで伸びて配置される。

（実施例１の効果１）
この実施例１のリニアソレノイドは、磁気吸引コア３に固定したシャフト７によってプランジャ２を支持する構成を採用するとともに、磁気吸引コア３（筒部３ａを含まない）と磁気受渡コア４の少なくとも一方（この実施例１では両方）を、コイル１の軸方向範囲の外側のみに配置する構成を採用することにより、コイル１の内側に配置されるプランジャ２の外径寸法を大きくできる。
なお、筒部３ａの先端をコイル１の軸方向範囲内に配置しても、従来技術に比較してプランジャ２の外径寸法を大きくできるため、筒部３ａはコイル１の軸方向範囲内に配置しても良いものとする。
同様に、円筒部４ａのコイル１側の端にテーパ部（図１参照）を形成し、そのテーパ部の先端をコイル１の軸方向範囲内に配置しても、従来技術に比較してプランジャ２の外径寸法を大きくできるため、円筒部４ａに設けたテーパ部はコイル１の軸方向範囲内に配置しても良いものとする。

具体的に、シャフト７の挿通によってプランジャ２の磁路面積が縮小するが、それ以上にプランジャ２の外径寸法の拡大によってプランジャ２の磁路面積を大きくできる。このように、シャフト７による磁路面積の縮小よりも外径寸法の径拡大による磁路面積の拡大が勝るため、プランジャ２の磁気吸引力を高めることができる。
プランジャ２の磁気吸引力が高められることで、リニアソレノイドを高性能化することができる。具体的に、リニアソレノイドの体格を従来技術と同程度に設ける場合は、本発明を採用することによりリニアソレノイドの出力をアップさせることができる。また、リニアソレノイドの出力を従来技術と同程度に設ける場合は、リニアソレノイドの体格を小型化できる。

（実施例１の効果２）
この実施例１のリニアソレノイドは、磁気吸引コア３と磁気受渡コア４が独立して設けられる。
これにより、従来技術で用いていた「磁気遮断部」を廃止することができるため、磁気吸引コア３と磁気受渡コア４の間で直接磁束が流れることにより生じる磁気ロスを無くすことができ、従来技術に比較してプランジャ２の磁気吸引力を高めることができる。

（実施例１の効果３）
この実施例１のシャフト７は、上述したように、磁気吸引コア３に固定される。
このように、磁気吸引コア３にシャフト７を固定したことで、プランジャ２の右端と磁気吸引コア３との同軸性を高めることができる。
これにより、プランジャ２の右側の外周面と、筒部３ａの内周面との隙間（径方向のエアギャップ）を小さくすることができるため、このエアギャップの縮小により、プランジャ２の磁気吸引力をさらに高めることが可能になる。

（実施例１の効果４）
この実施例１のシャフト７の自由端（磁気吸引コア３から離れた側の端）は、上述したように、磁気受渡コア４の軸方向範囲の内側に配置される。
これにより、プランジャ２の左側の調芯性が高められ、プランジャ２の左端の軸ズレを抑えることができる。このため、「磁気受渡コア４にプランジャ２の外周面が磁気吸引されることで生じるサイドフォース」の増加を抑えることができる。
また、プランジャ２の左側の調芯性が高められることで、プランジャ２と磁気受渡コア４の間のサイドギャップを小さく設けることが可能になる。これにより、リニアソレノイドの磁気効率を高めることができ、プランジャ２の磁気吸引力をさらに高めることが可能になる。

［実施例２］
図２を参照して実施例２を説明する。なお、以下の各実施例において上記実施例１と同一符合は同一機能物を示すものである。

（実施例２の特徴技術１）
この実施例２のリニアソレノイドは、ボビン８の内周面に非磁性の金属筒１４を配置するものであり、金属筒１４の内径寸法は、プランジャ２の外径寸法より僅かに大きく設けられている。具体的に、金属筒１４は、薄い非磁性の金属板（例えばステンレスや黄銅等の薄板）よりなる筒体であり、ボビン８の内周面に挿し入れられる。

このように、ボビン８の内周面にプランジャ２の外径寸法より僅かに大きい非磁性の金属筒１４を配置することにより、ボビン８の内周面が熱等の影響（膨張収縮）で縮径する場合であっても、ボビン８の縮径を金属筒１４で防ぐことができる。このため、ボビン８の縮径により、ボビン８がプランジャ２に干渉する不具合を回避できる。これにより、ボビン８がプランジャ２に干渉してプランジャ２の摺動抵抗が増加する不具合を無くすことができ、リニアソレノイドの信頼性を高めることができる。

（実施例２の特徴技術２）
この実施例２のリニアソレノイドは、磁気受渡コア４とプランジャ２との間に、磁気受渡コア４とプランジャ２の最小距離を保つ非磁性の金属筒１４が配置される。この金属筒１４は、上記「特徴技術１」で示した金属筒１４と同一のものである。

このように、磁気受渡コア４とプランジャ２との間に非磁性の金属筒１４を配置することにより、プランジャ２と磁気受渡コア４の径方向の最小隙間距離（即ち、サイドギャップの最小距離）を、金属筒１４の厚みによって規制することができる。このため、サイドフォースを一定値以下に抑えることができ、サイドフォースの上昇によるプランジャ２の摺動性の悪化を防ぐことができる。

（実施例２の特徴技術３）
この実施例２の磁気受渡コア４は、ヨーク５に接触した状態で、ヨーク５に対して径方向へスライド可能に設けられる。
具体的な一例として、この実施例２の磁気受渡コア４は、断面形状が略Ｌ字形のリング体であり、実施例１と同様、円筒部４ａと外鍔４ｂを一体に設けたものである。なお、外鍔４ｂの外径寸法は、ヨーク５の内径寸法より小径に設けられており、ヨーク５内で磁気受渡コア４が径方向へ移動可能に設けられている。

ヨーク５の左端には、実施例１で示したように、内径方向へ向かう内鍔５ａが設けられている。そして、実施例１と同様、外鍔４ｂとボビン８の間に配置されたバネ材１３の復元力によって、内鍔５ａの右面と外鍔４ｂの左面が常に押し付けられている。これにより、ヨーク５に対して磁気受渡コア４が径方向へスライドしても、外鍔４ｂが内鍔５ａに押し付けられることで、ヨーク５と磁気受渡コア４の磁気結合が保たれる。

このように設けることにより、シャフト７が何らかの要因で傾き、プランジャ２の左端に径方向へ移動する力が生じた場合は、その力を受けて磁気受渡コア４が径方向へスライドする。
これにより、プランジャ２と磁気受渡コア４の径方向の圧迫を回避することができるため、プランジャ２の摺動性を確保でき、リニアソレノイドの信頼性を高めることができる。

［実施例３］
図３を参照して実施例３を説明する。
この実施例３は、プランジャ２の外周面に非磁性の膜材１５を設けたものである。

非磁性の膜材１５は、周知のメッキ技術やコーティング技術によってプランジャ２の外周面に被着されたものであり、テフロン（登録商標）などの樹脂材料であっても良いし、銅やニッケルなどの金属材料であっても良い。
このように、プランジャ２の外周面に非磁性の膜材１５を設けても、上述した「実施例２の特徴技術２」と同様の効果を得ることができる。

［実施例４］
図４を参照して実施例４を説明する。
上記実施例１〜３では、磁気吸引コア３と磁気受渡コア４の両方をコイル１の軸方向の範囲の外側のみに配置する例を示した。
これに対し、この実施例４は、磁気受渡コア４のみをコイル１の軸方向範囲の外側のみに配置し、磁気吸引コア３（具体的には、プランジャ２を磁気吸引する箇所）をコイル１の軸方向の範囲内に設けたものである。
このように設けても、実施例１と同様の効果を得ることができる。
なお、この実施例４と、次の実施例５では、磁気受渡コア４をヨーク５と一体に設けて、部品点数の低減を図っている。

［実施例５］
図５を参照して実施例５を説明する。
上記実施例１〜４では、磁気吸引コア３を右側に配置し、コイル１の発生磁力によりプランジャ２を油圧制御弁とは異なる方向（右側）へ駆動する例を示した。
これに対し、この実施例５は、磁気吸引コア３を左側に配置し、コイル１の発生磁力によりプランジャ２を油圧制御弁の結合方向（左側）へ駆動するものである。

このように、プランジャ２を磁気吸引コア３の右側に配置して、プランジャ２の駆動力を左側の油圧制御弁へ伝える場合、リニアソレノイドには、プランジャ２の移動を油圧制御弁に伝えるための伝達手段が設けられる。

伝達手段の一例を図５を参照して説明する。
この実施例５では、プランジャ２の軸芯に形成される軸穴１１が、プランジャ２の左端からプランジャ２の内部の途中まで形成される。
伝達手段は、
・シャフト７の軸芯部に形成された貫通穴の内側において軸方向へ摺動自在に支持され、右端が軸穴１１の穴底に当接する第１スライド軸１６と、
・磁気吸引コア３の軸芯部に形成された貫通穴の内側において軸方向へ摺動自在に支持され、右端が第１スライド軸１６の左端に当接する第２スライド軸１７と、
により構成される。
このように設けても、実施例１と同様の効果を得ることができる。
なお、図５に示す符号１８は、リニアソレノイドの右端を閉塞するシールプレートである。

上記の実施例では、リニアソレノイドが油圧制御弁を駆動する例を示したが、リニアソレノイドの駆動対象物は油圧制御弁に限定されるものではなく、油圧制御弁以外の駆動対象物（バルブ以外を含む）を直接または間接的に駆動するリニアソレノイドに本発明を適用しても良い。

１ コイル
２ プランジャ
３ 磁気吸引コア
４ 磁気受渡コア
７ シャフト
１１ 軸穴

Claims (5)

1. 通電により磁力を発生するコイル（１）と、このコイル（１）の内側において軸方向へ移動可能に支持されるプランジャ（２）と、前記コイル（１）の発生する磁力により前記プランジャ（２）を軸方向へ磁気吸引する磁気吸引コア（３）と、前記プランジャ（２）の外周面と磁束の受渡しを行う磁気受渡コア（４）とを具備するリニアソレノイドにおいて、
   前記コイル（１）の内側の中心には、軸方向へ伸びる非磁性のシャフト（７）が固定配置され、
   前記プランジャ（２）の軸芯には、前記シャフト（７）が挿し入れられて前記シャフト（７）と摺接する軸穴（１１）が設けられ、
   前記シャフト（７）の一端は、前記磁気吸引コア（３）に固定され、
   前記シャフト（７）の他端は、前記磁気受渡コア（４）の軸方向範囲の内側に配置されることを特徴とするリニアソレノイド。
2. 請求項１に記載のリニアソレノイドにおいて、
   前記コイル（１）が巻回される樹脂製のボビン（８）の内周面には、前記プランジャ（２）の外径寸法より内径寸法が大きい非磁性の金属筒（１４）が配置されることを特徴とするリニアソレノイド。
3. 請求項１または請求項２に記載のリニアソレノイドにおいて、
   前記磁気受渡コア（４）と前記プランジャ（２）との間には、非磁性の金属筒（１４）が介在されることを特徴とするリニアソレノイド。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のリニアソレノイドにおいて、
   前記プランジャ（２）の外周面には、非磁性の膜材（１５）が設けられることを特徴とするリニアソレノイド。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のリニアソレノイドにおいて、
   前記磁気受渡コア（４）は、前記コイル（１）の外周を覆うヨーク（５）に接触した状態で、前記ヨーク（５）に対して径方向へスライド可能に設けられることを特徴とするリニアソレノイド。

Images