JP2004153161A - 電磁駆動装置及びそれを用いた流量制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可動子とそれを内周側に支持する収容部との間に生じる摺動抵抗を低減する電磁駆動装置を提供する。
【解決手段】（Ａ）可動子１７と、（Ｂ）可動子１７と共に磁気回路を形成する固定子１２であって、可動子１７を内周側に往復移動可能に支持する収容部１３、並びに可動子１７をその往復移動方向の一方側に吸引する磁気吸引力が可動子１７との間に働く吸引部を有する固定子１２と、通電することにより前記磁気吸引力を発生するコイル２０とを備える。可動子１７の外周壁にはリン化ニッケルからなる磁性部６０が形成され、その磁性部６０におけるリンの含有率は質量百分率で５％以上１５％以下の範囲内に設定される。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁駆動装置及びそれを用いた流量制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、可動子と固定子とにより磁気回路を形成し、可動子を往復駆動する電磁駆動装置が知られている。この電磁駆動装置の一種に、可動子を固定子の収容部の内周側に直接支持させ、固定子の吸引部と可動子との間に働く磁気吸引力により可動子をその往復移動方向の一方側に吸引する装置がある（例えば特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２２２７１０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１に開示の電磁駆動装置では、可動子の外周面をリン化ニッケルでめっきして硬度を高めることで、可動子と収容部との間に生じる摺動抵抗を低減している。しかし、可動子と収容部との間にはサイドフォースと呼ばれる起磁力が径方向に働き、それにより可動子と収容部が密接するため、摺動抵抗を充分に低減し切れない。サイドフォースはコイルへの供給電流値に比例して大きくなることから、サイドフォースにより摺動抵抗を受ける可動子の往復移動位置はコイルへの供給電流値に対して比例関係とならず制御し難くなる。
【０００５】
本発明の目的は、可動子とそれを内周側に支持する収容部との間に生じる摺動抵抗を低減する電磁駆動装置及びそれを用いた流量制御装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、可動子の往復移動位置の制御性を向上する電磁駆動装置を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、流体流量乃至は流体圧力の制御性を向上する流量制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の電磁駆動装置によると、可動子の少なくとも外周壁と、固定子において可動子を内周側に支持する収容部の少なくとも内周壁との一方又は双方は、リン化ニッケルからなる磁性部を形成する。この磁性部は、比較的硬度が高いため、可動子と収容部との間の摺動抵抗が小さくなる。しかも請求項１に記載の電磁駆動装置によると、磁性部におけるリンの含有率が質量百分率で５％以上に設定されるので、磁性部の磁化の強さが大きくなり過ぎない。これにより、可動子と収容部との間において径方向に働くサイドフォースの増大を抑制できるので、可動子と収容部との間の摺動抵抗をさらに低減できる。このように可動子と収容部との間の摺動抵抗を充分に低減できるので、可動子の往復移動位置の制御性を向上できる。
【０００７】
磁性部におけるリン含有率が増えるにしたがって、磁性部の磁化の強さが下がり、固定子の吸引部と可動子との間に働く磁気吸引力が低下する。請求項１に記載の電磁駆動装置によると、磁性部におけるリンの含有率が質量百分率で１５％以下に設定されるので、磁気吸引力の過度な低下により吸引部で可動子を吸引し得なくなる制御不良を防止できる。
【０００８】
本発明の請求項２に記載の電磁駆動装置によると、リン含有率が質量百分率で５％以上１５％以下の磁性部に熱処理を施しているので、熱処理を施さない場合に比べて可動子と吸引部との間に働く磁気吸引力が増大する。したがって、電磁駆動装置の作動不良の防止効果が高められる。
【０００９】
本発明の請求項３に記載の流量制御装置によると、請求項１又は２に記載の電磁駆動装置を備えているので、可動子と共に往復移動する可動部材の往復移動位置について、ひいては可動部材の往復移動により流体流路を流れる流体の流量乃至は圧力について制御性を向上できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す実施例を図面に基づいて説明する。
本発明の実施例による流量制御装置を図２に示す。流量制御装置１は、例えば車両等の自動変速機の油圧制御装置に供給する作動油の油圧を制御するスプール型油圧制御弁である。
【００１１】
電磁駆動装置としてのリニアソレノイド１０は、ヨーク１１、ステータコア１２、プランジャ１７、コイル２０等を有する。ヨーク１１、ステータコア１２、プランジャ１７は磁性材で形成されている。プランジャ１７が可動子を構成し、ヨーク１１及びステータコア１２が固定子を構成している。
【００１２】
ステータコア１２は円筒状に形成され、収容部１３、吸引部１４及び磁気抵抗部１５を有している。
収容部１３は円柱状のプランジャ１７を内周側に同軸上に収容し支持している。図１に拡大して示すように、収容部１３の内周壁には軟窒化処理層５０が形成され、プランジャ１７の外周壁にはＮｉＰ層６０が形成されている。収容部１３及びプランジャ１７の径方向において軟窒化処理層５０とＮｉＰ層６０との間には微少なクリアランスが形成されている。これにより、プランジャ１７はＮｉＰ層６０を収容部１３の軟窒化処理層５０に摺接させつつ、軸方向に往復移動することができる。
【００１３】
吸引部１４は収容部１３の軸方向一方側に配設されている。吸引部１４は、プランジャ１７をその軸方向である往復移動方向の一方側に吸引する磁気吸引力をプランジャ１７との間に発生する。
収容部１３と吸引部１４との間に、それら各部１３，１４より薄肉の磁気抵抗部１５が配設されている。磁気抵抗部１５は、収容部１３と吸引部１４との間に磁束が漏れることを抑制する。
【００１４】
ヨーク１１は円筒状に形成され、ステータコア１２、コイル２０及び樹脂成形体２２を内周側に収容している。さらにヨーク１１は、ハウジング３１の端部をかしめることにより、ハウジング３１との間にステータコア１２、コイル２０及び樹脂成形体２２を固定している。
【００１５】
樹脂成形体２２は、ボビン２３、固定部２４及びストッパ２５を有している。ボビン２３は円筒状に形成され、ステータコア１２の各部１３，１４，１５の外周側に固定されている。ボビン２３の外周側にコイル２０が巻回しされている。固定部２４はコイル２０の外周側に固定され、ボビン２３と共同してコイル２０を覆っている。さらに固定部２４は、コイル２０に電力を供給する図示しないコネクタを形成している。ストッパ２５はボビン２３との一体樹脂成形により形成され、吸引部１４の外表面を覆っている。ストッパ２５は、プランジャ１７と吸引部１４とが直接に接触することを防止する。
【００１６】
コイル２０と電気的に接続されている図示しないターミナルからコイル２０に電流が供給されると、ヨーク１１、ステータコア１２及びプランジャ１７によって構成される磁気回路に磁束が流れ、ステータコア１２の吸引部１４とプランジャ１７との間に磁気吸引力が働く。するとプランジャ１７は、往復移動方向のうち収容部１３側から吸引部１４側に向かう方向に、すなわち図２の下方に移動する。このプランジャ１７の移動は、プランジャ１７がストッパ２５に当接することにより規制される。
【００１７】
ハウジング３１は、可動部材としてのスプール３０を軸方向に往復移動可能に収容し支持している。ハウジング３１の筒状の周壁には、入力ポート３２、出力ポート３３、フィードバックポート３４及び排出ポート３５がそれぞれ流体流路として貫通している。入力ポート３２には、図示しないタンクから供給される作動油が流入する。出力ポート３３は図示しない自動変速機の係合装置に作動油を供給する。出力ポート３３とフィードバックポート３４とは流量制御装置１の外部で連通しており、出力ポート３３から流出する作動油の一部がフィードバックポート３４に導入される。フィードバック室３６はフィードバックポート３４と連通している。排出ポート３５は上記タンクに作動油を排出する。
【００１８】
スプール３０には、大径ランド３７、大径ランド３８、小径ランド３９がこの順で反リニアソレノイド側から軸方向に並ぶように形成されている。小径ランド３９は大径ランド３７、３８よりも外径が小さい。スプール３０は軸方向の一端部に設けられたシャフト４０によって、プランジャ１７の吸引部１４側の端部１７ｂに当接する。付勢手段としてのスプリング４１はスプール３０の反プランジャ側に設置されている。スプリング４１は、吸引部１４にプランジャ１７が吸引される方向とは反対方向に、すなわち図２の上方にスプール３０を付勢している。このスプリング４１の付勢によりスプール３０はプランジャ１７側に押圧されるため、プランジャ１７と共に往復移動する。
【００１９】
フィードバック室３６は大径ランド３８と小径ランド３９との間に形成されている。ランド３８，３９の外径差によりフィードバック室３６の油圧は、スプール３０を反プランジャ側に押圧するように作用する。流量制御装置１において出力される油圧の一部をフィードバックするのは、供給される油圧すなわち入力圧の変動により出力圧が変動することを防止するためである。スプール３０は、フィードバック室３６の油圧により受ける力と、吸引部１４に吸引されるプランジャ１７により押される力と、スプリング４１から受ける付勢力とが釣り合う位置で定位する。
【００２０】
入力ポート３２から出力ポート３３へ流れる作動油量は、ハウジング３１の内周壁３１ａと大径ランド３８の外周壁との重なり部分の長さであるシール長によって決定される。シール長が短くなると入力ポート３２から出力ポート３３へ流れる作動油量が増大し、シール長が長くなると入力ポート３２から出力ポート３３へ流れる作動油量が減少する。同様に、出力ポート３３から排出ポート３５へ流れる作動油量は、ハウジング３１の内周壁３１ｂと大径ランド３７の外周壁とのシール長によって決定される。
【００２１】
スプール３０がスプリング４１側へ、すなわち図２の下方へ移動すると、内周壁３１ａと大径ランド３８とのシール長が長くなり内周壁３１ｂと大径ランド３７とのシール長が短くなるため、入力ポート３２から出力ポート３３へ流れる作動油量が減少し、出力ポート３３から排出ポート３５へ流れる作動油流量が増大する。その結果、出力ポート３３から流出する作動油の油圧が低下する。一方、スプール３０がプランジャ１７側へ移動すると、内周壁３１ａと大径ランド３８とのシール長が短くなり内周壁３１ｂと大径ランド３７とのシール長が長くなるため、入力ポート３２から出力ポート３３へ流通する作動油の流量が増大し、出力ポート３３から排出ポート３５へ流通する作動油の流量が減少する。その結果、出力ポート３３から流出する作動油の油圧が増大する。
【００２２】
このような流量制御装置１では、コイル２０に通電する電流値を制御することでプランジャ１７がスプール３０を反リニアソレノイ側に押す力を調整し、出力ポート３３から流出する作動油の油圧を調整する。具体的には、コイル２０に通電する電流値を増大させると、電流値に比例して吸引部１４がプランジャ１７を吸引する磁気吸引力が増大し、プランジャ１７がスプール３０を押す力が増大する。その磁気吸引力によりプランジャ１７からスプール３０に作用する力と、スプリング４１の付勢力と、フィードバック室３６の油圧によりスプール３０が押される力とが釣り合うことで、スプール３０が静止する。したがって、コイル２０に通電する電流値が増加すると出力ポート３３から流出する作動油の油圧が低下する。
【００２３】
次に、軟窒化処理層５０及びＮｉＰ層６０について図１、図３及び図４を参照しつつさらに詳しく説明する。
軟窒化処理層５０は、鉄等の磁性材からなる収容部１３の内周面にガス軟窒化処理を施すことにより形成され、表面硬度を例えばＨＶ６００程度に設定されている。
【００２４】
磁性部としてのＮｉＰ層６０は、鉄等の磁性材からなるプランジャ１７の本体１７ａの外周面にリン化ニッケル（ＮｉＰ）めっきを施すことにより形成され、表面硬度を例えばＨＶ９００程度の高硬度に設定されている。このＮｉＰ層６０においては、リンの含有率を質量百分率で５％以上１５％以下に設定している。
【００２５】
ＮｉＰ層６０におけるリン含有率が５％を下回ると、ＮｉＰ層６０の磁化の強さが過大となる。そのため、コイル２０への供給電流値がその最大値である１Ａとなるときに、軟窒化処理層５０とＮｉＰ層６０との間において収容部１３及びプランジャ１７の径方向に働くサイドフォースが図３に示す如く３Ｎを超えてしまう。サイドフォースが３Ｎを超えると、プランジャ１７の往復移動に際して軟窒化処理層５０とＮｉＰ層６０との間に生じる摺動抵抗が大きくなり過ぎる。したがって、ＮｉＰ層６０におけるリン含有率を５％以上とすることによりサイドフォースが３Ｎ以下に抑制されるので、軟窒化処理層５０とＮｉＰ層６０との間の摺動抵抗が低減される。
【００２６】
また、ＮｉＰ層６０におけるリン含有率が１５％を超えると、ＮｉＰ層６０の磁化の強さが過小となる。そのため、コイル２０への供給電流値がその最大値である１Ａとなるときに、プランジャ１７と吸引部１４との間に働く磁気吸引力が６．６Ｎを下回ってしまう。磁気吸引力が６．６Ｎを下回ると、吸引部１４によりプランジャ１７を吸引し得なくなる。したがって、ＮｉＰ層６０におけるリン含有率を１５％以下とすることにより磁気吸引力が図４に白丸で示す如く６．６Ｎ以上に確保されるので、プランジャ１７を吸引部１４に向かって確実に吸引できる。
【００２７】
本実施例では、上記めっきにより形成されたＮｉＰ層６０にさらに熱処理を施すようにしてもよい。これは、ＮｉＰ層６０を熱処理することによって、図４に黒丸で示すようにプランジャ１７と吸引部１４との間に働く磁気吸引力を増大させて、プランジャ１７の吸引不良の防止効果を向上することができるからである。熱処理時の温度は、３００〜４００℃の範囲内が好ましく、例えば３５０℃に設定される。尚、サイドフォースとの関係からリン含有率を５％以上としたＮｉＰ層６０について熱処理した場合、コイル２０への供給電流値が最大値の１Ａとなるときにプランジャ１７と吸引部１４との間に働く磁気吸引力が図４に黒丸で示す如く７．５Ｎ以下となる。
【００２８】
以上説明した流量制御装置１によると、プランジャ１７の外周壁に設けた比較的高硬度のＮｉＰ層６０についてリン含有率を５％以上に設定することにより、そのＮｉＰ層６０と収容部１３の軟窒化処理層５０との間に生じる摺動抵抗が低減される。各層５０，６０との間に働くサイドフォースはコイル２０への供給電流値に比例して大きくなるが、摺動抵抗を低減されるプランジャ１７はコイル２０への供給電流値に対する往復移動位置の相関関係を比例関係に近づけられる。したがって、プランジャ１７及びスプール３０の往復移動位置が制御し易くなりその制御性が向上するので、出力ポート３３から流出させる作動油の油圧の制御性についても向上する。しかも流量制御装置１によると、プランジャ１７と吸引部１４との間において磁気吸引力を充分に確保できるので、プランジャ１７及びスプール３０の往復移動位置の制御不良を防止できる。
【００２９】
尚、上記実施例ではリン化ニッケルからなる磁性部（ＮｉＰ層６０）を可動子としてのプランジャ１７の外周壁のみで構成した。そのような磁性部については、可動子の少なくとも外周壁を含む部分であれば例えば可動子の全体で構成してもよいし、あるいは固定子における収容部（１３）の少なくとも内周壁を含む部分で構成してもよいし、可動子の少なくとも外周壁を含む部分と収容部の少なくとも内周壁を含む部分との双方で構成してもよい。また、磁性部の形成方法としては、上記実施例のＮｉＰ層６０のようなめっき以外の方法を採用してもよく、例えば可動子及び／又は収容部の全体で磁性部を構成する場合等には、リン化ニッケルからなる素材を後加工して磁性部を形成するようにしてもよい。
さらに上記実施例では、流量制御装置の電磁駆動部に本発明の電磁駆動装置を適用したが、流量制御装置以外の機械装置の電磁駆動部に本発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による流量制御装置の要部を拡大して示す断面図である。
【図２】本発明の一実施例による流量制御装置を示す断面図である。
【図３】リン含有率とサイドフォースとの関係を示す特性図である。
【図４】リン含有率と磁気吸引力との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１ 流量制御装置
１０ リニアソレノイド
１１ ヨーク（固定子）
１２ ステータコア（固定子）
１３ 収容部
１４ 吸引部
１５ 磁気抵抗部
１７ プランジャ
１７ａ 本体
２０ コイル
２２ 樹脂成形体
２５ ストッパ
３０ スプール（可動部材）
３１ ハウジング
３２ 入力ポート（流体流路）
３３ 出力ポート（流体流路）
３４ フィードバックポート
３５ 排出ポート（流体流路）
４１ スプリング（付勢手段）
５０ 軟窒化処理層
６０ ＮｉＰ層

Claims (3)

1. 可動子と、
   前記可動子と共に磁気回路を形成する固定子であって、前記可動子を内周側に往復移動可能に支持する収容部、並びに前記可動子をその往復移動方向の一方側に吸引する磁気吸引力が前記可動子との間に働く吸引部を有する固定子と、
   通電することにより前記磁気吸引力を発生するコイルと、
   を備え、
   前記可動子の少なくとも外周壁と前記収容部の少なくとも内周壁との一方又は双方はリン化ニッケルからなる磁性部を形成し、
   前記磁性部におけるリンの含有率は質量百分率で５％以上１５％以下の範囲内に設定されていることを特徴とする電磁駆動装置。
2. 前記磁性部には熱処理が施されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁駆動装置。
3. 筒状の周壁を貫通する複数の流体流路を有するハウジングと、
   請求項１又は２に記載の電磁駆動装置と、
   前記可動子と共に往復移動することにより前記流体流路を流れる流体流量を制御する可動部材と、
   前記吸引部に前記可動子が吸引される方向とは反対方向に前記可動部材を付勢する付勢手段と、
   を備えることを特徴とする流量制御装置。

Images