JP2009147075A - リニアソレノイドおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 非磁性の厚メッキを廃止して生産性の向上と、外径研磨の廃止によるコストダウンが可能なリニアソレノイドおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】 ＳＵＳ薄板よりなる非磁性筒３１の内部に、磁性金属よりなる筒形状を呈した外側磁性体３２を組み入れる。次に、外側磁性体３２の内部に、磁性金属よりなる内側磁性体３３を圧入して、外側磁性体３２を外径方向に押し広げ、外側磁性体３２の外周面を非磁性筒３１の内周面に加圧させる。これにより、従来技術で用いていた非磁性のメッキ層を用いることなく、最外周に非磁性筒３１が形成されたプランジャ１４を製造でき、プランジャ１４の摺動抵抗の低減を図ったリニアソレノイドの生産性を向上することができる。また、非磁性のメッキ層の外径研磨を廃止できるため、プランジャ１４の摺動抵抗の低減を図ったリニアソレノイドのコストを抑えることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、磁気受渡コアの内周面をプランジャが直接摺動するリニアソレノイド、およびその製造方法に関する。

（発明の背景）
図３（ａ）に示すように、磁気受渡コア２０の内周面をプランジャ１４が直接摺動するリニアソレノイドが知られている。プランジャ１４と磁気受渡コア２０と間には、摺動ギャップ（摺動クリアランス）が存在する。この摺動ギャップは、磁気受渡コア２０の内周面によってプランジャ１４を軸方向へ摺動自在に支持させるための隙間である。なお、この摺動ギャップには、プランジャ１４の外径寸法、および磁気受渡コア２０の内径寸法の製造ばらつきを吸収するための組付隙間も加算されている。

プランジャ１４と磁気受渡コア２０との間には、摺動ギャップが存在するため、図３（ａ）に示すように、プランジャ１４が重力や振動等により、磁気受渡コア２０の軸芯より径方向へ偏心する。この状態でコイルが通電されると、プランジャ１４と磁気受渡コア２０との径方向の磁束の受け渡しにおいて、磁束の偏りが生じる。このような磁束の偏りが生じると、プランジャ１４には磁束の偏りが生じた方向へ向かう横力（以下、径方向横力α）が発生し、プランジャ１４と磁気受渡コア２０との円滑な摺動が阻害される問題がある。

そこで、磁束の集中偏りを防ぐ目的で、図３（ｂ）に示すように、プランジャ１４の摺動面（プランジャ１４の外周面）に、ニッケル・亜鉛メッキ等の非磁性のメッキ層Ｎをメッキ技術によって厚く付け、接触による磁束集中を緩和して、径方向横力αを低減する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
しかるに、プランジャ１４の摺動面に非磁性のメッキ層Ｎを厚く付ける技術を採用する場合、プランジャ１４の外径精度を高めるために、メッキ後にプランジャ１４の外径を研磨することで、製造コストが高くなってしまう問題がある。
また、プランジャ１４の摺動面に非磁性のメッキ層Ｎを厚く付けるために、メッキ時間が長くなり、生産性が悪いという問題がある。
特開２００２−２２２７１０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、厚メッキを廃止して生産性の向上と、外径研磨の廃止によるコストダウンが可能なリニアソレノイドおよびその製造方法の提供にある。

［請求項１、２の手段］
請求項１の手段のリニアソレノイドは、外側磁性体の内部に内側磁性体が圧入されて、外側磁性体が外径方向に拡がり、外側磁性体の外周面が非磁性筒の内周面に加圧されて結合されている構造を採用する。
また、請求項２の手段のリニアソレノイドの製造方法は、外側磁性体の内部に内側磁性体を圧入して、外側磁性体を外径方向に拡げ、外側磁性体の外周面を非磁性筒の内周面に加圧して結合させる構造を採用する。
このように、外側磁性体が拡径することで非磁性筒がプランジャの外周面に固定されるものであるため、厚メッキを廃止してプランジャの生産性を向上することができ、結果的にプランジャの摺動抵抗の低減を図ったリニアソレノイドの生産性を高めることができる。
また、非磁性筒は、非磁性の金属薄板であるため、外径研磨を用いることなく外径精度を高めることができる。このように外径研磨を廃止できることにより、プランジャのコストダウンを図ることができ、結果的にプランジャの摺動抵抗の低減を図ったリニアソレノイドのコストを抑えることができる。

［請求項３の手段］
請求項３の手段は、非磁性筒の磁気吸引コア側に、磁気吸引コアと、プランジャにおける磁性体金属（外側磁性体および内側磁性体）が直接接触するのを防ぐスペーサが設けられたものである。
非磁性筒の一部によりスペーサが設けられるため、別途スペーサを設ける必要がなく、リニアソレノイドのコストを抑えることができる。

最良の形態のリニアソレノイドは、通電により磁力を発生するコイルと、このコイルの発生する磁力により吸引磁力を発生する磁気吸引コアと、この磁気吸引コアに磁気吸引されるプランジャと、このプランジャと径方向の磁気の受け渡しを行う磁気受渡コアとを備え、この磁気受渡コアの内周面でプランジャが直接摺動するものである。
最良の形態１は物（リニアソレノイド）の発明であり、リニアソレノイドのプランジャは、プランジャの最外周を成す非磁性の金属薄板よりなる筒形状を呈した非磁性筒、この非磁性筒の内周面に挿入された磁性金属よりなる筒形状を呈した外側磁性体、この外側磁性体の内周面に圧入されて、外側磁性体を外径方向に押し広げて、外側磁性体の外周面を非磁性筒の内周面に加圧させる磁性金属よりなる内側磁性体を備える。
最良の形態２は製造方法（リニアソレノイドの製造方法）の発明であり、リニアソレノイドのプランジャは、非磁性の金属薄板よりなる筒形状を呈した非磁性筒の内部に、磁性金属よりなる筒形状を呈した外側磁性体を組み入れる外側磁性体挿入工程と、外側磁性体の内部に、磁性金属よりなる内側磁性体を圧入して、外側磁性体を外径方向に押し広げ、外側磁性体の外周面を非磁性筒の内周面に加圧させる内側磁性体圧入工程とを用いて製造される。

本発明を自動変速機における油圧制御弁のリニアソレノイドに適用した実施例１を、図面を参照して説明する。この実施例１では、先ず、「電磁油圧制御弁の構造」を説明し、次に「実施例１の背景」を説明し、その後で「実施例１の特徴」を説明する。
なお、以下で示す電磁油圧制御弁の構造は、具体的な一例を示すものであり、限定されるものではない。また、以下では実施例の説明のために、図２の左側を前、右側を後として説明するが、実際の搭載方向にかかるものではない。

〔電磁油圧制御弁の構造〕
図２を参照して電磁油圧制御弁の構造を説明する。
この実施例１の電磁油圧制御弁は、例えば、自動変速機の油圧制御装置に搭載されるものである。具体的に、実施例１に示す電磁油圧制御弁は、自動変速機内の下部に配置された油圧コントローラケースに組み付けられるものであり、スプール弁１と、このスプール弁１を駆動するリニアソレノイド２とで構成される。

（スプール弁１の説明）
スプール弁１は、スリーブ３、スプール４およびバネ５（リターンスプリング）を備える。
スリーブ３は、略円筒形状を呈するものであり、中心にはスプール４を軸方向へ摺動自在に支持する挿通穴６が形成され、径方向にはオイルポート７が形成されている。
なお、オイルポート７は、図示しないオイルポンプのオイル吐出口に連通して入力圧が供給される入力ポート、電磁油圧制御弁で調圧した出力圧が出力される出力ポート、低圧側に連通する排出ポート、呼吸用のドレーンポート等である。

スプール４は、スリーブ３内に摺動可能に配置され、オイルポート７の開口面積を可変するとともに、オイルポート７の連通状態を切り替えるものであり、オイルポート７を閉塞可能な複数のランド８と、ランド８間に設けられた小径部９とを備える。
このスプール４のリニアソレノイド２側の端部には、リニアソレノイド２の内部にまで延びるシャフト１１が当接しており、そのシャフト１１の先端は、後述するプランジャ１４の端面に当接して、プランジャ１４がスプール４を軸方向へ駆動するように設けられている。

バネ５は、スプール４をリニアソレノイド２側に付勢する圧縮コイルスプリングであり、スリーブ３の前側のバネ室内に圧縮された状態で配置される。このバネ５は、一端がスプール４の前面に当接し、他端がスリーブ３の挿通穴６の前端を閉塞する調整ネジ１２の底面に当接するものであり、調整ネジ１２の螺合量（ねじ込み量）により、バネ５の付勢力が調整できるようになっている。

（リニアソレノイド２の説明）
リニアソレノイド２は、コイル１３、プランジャ１４、磁気固定子１５、コネクタ１６を備える。
コイル１３は、通電されると磁力を発生して、プランジャ１４と磁気固定子１５を通る磁束ループを形成させるものであり、樹脂性のボビン１３ａ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る。

プランジャ１４は、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）である。
このプランジャ１４は、磁気固定子１５の内周面（具体的には、後述する磁気受渡コア２０の内周面）と直接摺動するものである。
また、プランジャ１４は、上述したようにスプール４側の端面がスプール４のシャフト１１の先端と当接しており、スプール４に伝わるバネ５の付勢力によってスプール４とともにプランジャ１４も後側に付勢されている。
なお、プランジャ１４の内部には、軸方向に貫通する呼吸孔（あるいは呼吸溝）１４ａが形成されている。

磁気固定子１５は、コイル１３の外周を覆う略カップ形状を呈した磁性体製のヨーク１７と、磁気吸引コア１８、磁気遮断部１９、磁気受渡コア２０が一体に設けられた磁性体製のステータコア２１とから構成され、ヨーク１７のカップ開口部（前側）からステータコア２１を差し入れ、ヨーク１７のカップ開口部においてスリーブ３とともにステータコア２１を固定した構成を採用する。

ヨーク１７は、コイル１３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、内部にリニアソレノイド２の構成部品を組み込んだ後、端部に形成された爪部をカシメることでスリーブ３と強固に結合される。

磁気吸引コア１８は、ヨーク１７の開口端と磁気的に結合されるフランジ部１８ａと、プランジャ１４と軸方向に対向するとともに、シャフト１１を軸方向に摺動自在に支持する吸引部１８ｂとを有する磁性体金属（例えば、鉄などの強磁性材料）であり、吸引部１８ｂとプランジャ１４との間に磁気吸引部（メイン磁気ギャップ）が形成される。この実施例では、フランジ部１８ａの内周面に吸引部１８ｂが圧入等の固定技術で結合される例を示すが、フランジ部１８ａと吸引部１８ｂが一体のものであっても良い。
なお、吸引部１８ｂの内部には、図示されないが軸方向に貫通する呼吸孔（あるいは呼吸溝）が形成されている。
磁気吸引コア１８の一部には、プランジャ１４の端部が侵入可能な筒形凹部１８ｃが設けられ、磁気吸引コア１８とプランジャ１４の一部が軸方向に交差するように設けられている。なお、筒形凹部１８ｃの外周面にはテーパが形成されており、プランジャ１４のストローク量に対して磁気吸引力が変化しない特性に設けられている。

磁気遮断部１９は、磁気吸引コア１８と磁気受渡コア２０との間で直接磁束が流れるのを阻害する磁気飽和部であり、磁気抵抗の大きい薄肉部により形成されている。

磁気受渡コア２０は、プランジャ１４の略全周を覆う円筒形状を呈する磁性体金属（例えば、鉄などの強磁性材料）であり、ヨーク１７のカップ底部（後側）に形成された挿入凹部２２に挿入配置されて、ヨーク１７と磁気的に結合されている。
この磁気受渡コア２０は、その内周面においてプランジャ１４が直接摺動するものであり、プランジャ１４と径方向の磁束の受け渡しを行うものである。そして、磁気受渡コア２０とプランジャ１４との間に磁気受渡し部（サイド磁気ギャップ）が形成される。

コネクタ１６は、電磁油圧制御弁を制御する電子制御装置（図示しない）と接続線を介して電気的な接続を行う接続手段であり、その内部にはコイル１３の両端にそれぞれ接続される端子１６ａが配置されている。

〔実施例１の背景〕
この実施例に示すように、プランジャ１４が磁気受渡コア２０の内周面に直接摺動するリニアソレノイド２には、プランジャ１４と磁気受渡コア２０との径方向の摺動ギャップが存在する。このため、プランジャ１４が磁性体金属だけで構成される場合には、図３（ａ）に示すように、プランジャ１４が重力や振動等によりスリーブ３の軸芯より径方向へ偏心する。このようにプランジャ１４が偏心した状態でコイル１３が通電され、磁気吸引コア１８にプランジャ１４が磁気吸引されると、プランジャ１４と磁気受渡コア２０との径方向の磁束の受け渡しにおいて、磁束の偏りが生じる。このような磁束の偏りが生じると、プランジャ１４に径方向横力αが発生し、プランジャ１４と磁気受渡コア２０との円滑な摺動が阻害される問題がある。

そこで、従来の技術では、磁束の集中偏りを防ぐ目的で、図３（ｂ）に示すように、プランジャ１４の外周面にＮｉＰ等の非磁性のメッキ層Ｎをメッキ技術により厚く付けることで磁性体の直接接触を回避して、径方向横力αを低減することで対応していた。
しかし、プランジャ１４の外周面に非磁性のメッキ層Ｎを厚く付けた場合、プランジャ１４の外径精度を高めるために、メッキ後にプランジャ１４の外径を研磨することで製造コストが上昇していた。また、プランジャ１４の摺動面に非磁性のメッキ層Ｎを厚く付けるために、メッキ時間が長くなり、生産性が悪かった。

〔実施例１の特徴〕
上記の不具合を解決するために、実施例１におけるリニアソレノイド２は、従来技術におけるメッキ層Ｎに代えて、図１（ａ）に示すように、非磁性の金属薄板よりなる非磁性筒３１をプランジャ１４の最外周に設けたものである。
非磁性筒３１をプランジャ１４の最外周に設ける手段として、（１）プランジャ本体（磁性体部分）の外周面に非磁性の金属薄板を接着する技術、（２）非磁性の薄板金属により円筒形状の非磁性筒３１を形成して、その内部にプランジャ本体（磁性体部分）を圧入する技術が考えられる。

しかし、上記（１）による接着技術の場合、非磁性の金属薄板をプランジャ本体に押し付ける装置を開発する必要があり、さらにはみ出た接着剤を剥離する装置も開発する必要があり、製造コストが高くなる不具合がある。また、長期の使用の際に接着部が剥離して、非磁性の金属薄板が磁気受渡コア２０に強く接触する懸念もある。
一方、上記（２）による圧入技術の場合、非磁性の金属薄板の厚みは、薄すぎず、且つ厚すぎない適度な薄さ（例えば、５０μｍ程）に設ける必要があり、非磁性筒３１を厚く設けて強度を確保することができない。このため、薄い非磁性筒３１にプランジャ本体を圧入すると、非磁性筒３１が変形してしまう。このため、圧入技術は採用できなかった。

そこで、この実施例１では、プランジャ１４を次の製造方法によって設けている。
（ｉ）ＳＵＳ、黄銅、銅などの非磁性の金属薄板よりなる円筒形状を呈した非磁性筒３１をプレス加工技術等により製造し、その非磁性筒３１の内部に、磁性金属よりなる筒形状を呈した外側磁性体３２を組み入れる｛図１（ｂ）参照：外側磁性体挿入工程｝。
（ｉｉ）次に、外側磁性体３２の内部に、磁性金属よりなる内側磁性体３３を圧入して、外側磁性体３２を外径方向に押し広げ、外側磁性体３２の外周面を非磁性筒３１の内周面に加圧させる｛図１（ｃ）、（ｄ）参照：内側磁性体圧入工程｝。

ここで、非磁性筒３１の外径寸法は、内側磁性体圧入工程の後の状態｛図１（ｄ）参照｝で、磁気受渡コア２０の内径との間に所定の摺動ギャップを形成する寸法に設けられている。
外側磁性体３２の外径寸法は、図１（ｂ）に示すように、非磁性筒３１の内周に外側磁性体３２を隙間嵌めできる寸法に設けられている。
外側磁性体３２の径方向の厚み寸法は、内側磁性体３３が圧入されたことで外周径が少なくとも非磁性筒３１の内径まで拡径できる寸法に設けられている。
内側磁性体３３の外径寸法は、外側磁性体３２に圧入することで外側磁性体３２の外周径が少なくとも非磁性筒３１の内径まで拡径できる寸法に設けられている。
なお、図中に示す符号３２ａ、３３ａは、外側磁性体３２の内側へ内側磁性体３３を圧入させるための面取り部である。

上記（ｉ）の外側磁性体挿入工程と、上記（ｉｉ）の内側磁性体圧入工程とにより、図１（ａ）に示すプランジャ１４が設けられる。
即ち、上記の製造方法により製造されたプランジャ１４は、プランジャ１４の最外周を成す非磁性の金属薄板よりなる筒形状を呈した非磁性筒３１と、この非磁性筒３１の内周面に挿入された磁性金属よりなる筒形状を呈した外側磁性体３２と、この外側磁性体３２の内周面に圧入されて、外側磁性体３２を外径方向に押し広げて、外側磁性体３２の外周面を非磁性筒３１の内周面に加圧させる磁性金属よりなる内側磁性体３３を備えるものである。

（実施例１の効果）
本実施例のリニアソレノイド２におけるプランジャ１４は、上述したように、外側磁性体３２の内部に内側磁性体３３が圧入されて、外側磁性体３２が外径方向に拡がり、外側磁性体３２の外周面が非磁性筒３１の内周面に加圧されて結合される構造を採用する。
このように、外側磁性体３２が拡径して非磁性筒３１がプランジャ本体の外周面に固定されるため、従来技術による厚メッキを廃止でき、プランジャ１４の生産性を向上できる。これによって、プランジャ１４の摺動抵抗の低減を図ったリニアソレノイド２の生産性を高めることができる。即ち、プランジャ１４の摺動抵抗の低減が図られた電磁油圧制御弁の生産性を高めることができる。

また、非磁性筒３１は、一定の厚さに保つのが容易な金属薄板で設けられているため、外径研磨を用いることなく外径精度を高く保つことができる。このようにプランジャ１４の外径研磨を廃止でき、プランジャ１４のコストダウンを図ることができる。これにより、プランジャ１４の摺動抵抗の低減を図ったリニアソレノイド２のコストを抑えることができる。即ち、プランジャ１４の摺動抵抗の低減が図られた電磁油圧制御弁のコストを抑えることができる。

一方、非磁性筒３１は、磁気吸引コア１８側に、磁気吸引コア１８と、プランジャ１４における磁性体金属（外側磁性体３２および内側磁性体３３）が直接接触するのを防ぐスペーサ３４（ストッパ）を設けている。このスペーサ３４は、非磁性の金属薄板から非磁性筒３１をプレス加工する際に同時に加工形成されたものである。なお、スペーサ３４の軸方向の厚みは、非磁性筒３１の端部の曲折形状によって確保するものである。
このように、非磁性筒３１の一部によりスペーサ３４が設けられるため、別途スペーサ３４を設ける必要がなく、リニアソレノイド２のコストを抑えることができる。

〔変形例〕
上記の実施例では、自動変速機の油圧制御装置に用いられる電磁油圧制御弁に本発明を適用する例を示したが、自動変速機以外の他の電磁油圧制御弁に本発明を適用しても良い。また、電磁油圧制御弁以外の電磁弁に本発明を適用しても良い。
上記の実施例では、バルブ（実施例ではスプール弁１）を駆動するリニアソレノイド２に本発明を適用する例を示したが、バルブ以外の被駆動体を直接あるいは間接的に駆動するリニアソレノイド２に本発明を適用しても良い。
外側磁性体３２に軸方向に沿う溝を設け、内側磁性体３３の圧入による外側磁性体３２の拡径の容易化を図っても良い。なお、その場合における溝は、外側磁性体３２の外周面側に複数等間隔に設けるものであっても良いし、外側磁性体３２の内外を貫通するスリットとして設けて外側磁性体３２の断面を略Ｃ字形状に設けても良い。

プランジャの断面図、およびプランジャの組付け工程を示す説明図である。 電磁油圧制御弁の軸方向に沿う断面図である。 軸方向から見た磁気受渡コアとプランジャの断面図である。

符号の説明

２ リニアソレノイド
１３ コイル
１４ プランジャ
１８ 磁気吸引コア
２０ 磁気受渡コア
３１ 非磁性筒
３２ 外側磁性体
３３ 内側磁性体
３４ スペーサ

Claims (3)

1. 通電により磁力を発生するコイルと、このコイルの発生する磁力により吸引磁力を発生する磁気吸引コアと、この磁気吸引コアに磁気吸引されるプランジャと、このプランジャと径方向の磁気の受け渡しを行う磁気受渡コアとを備え、
   この磁気受渡コアの内周面で前記プランジャが直接摺動するリニアソレノイドにおいて、
   前記プランジャは、
   当該プランジャの最外周を成す非磁性の金属薄板よりなる筒形状を呈した非磁性筒、
   この非磁性筒の内周面に挿入された磁性金属よりなる筒形状を呈した外側磁性体、
   この外側磁性体の内周面に圧入されて、当該外側磁性体を外径方向に押し広げて、当該外側磁性体の外周面を前記非磁性筒の内周面に加圧させる磁性金属よりなる内側磁性体を備えることを特徴とするリニアソレノイド。
2. 通電により磁力を発生するコイルと、このコイルの発生する磁力により吸引磁力を発生する磁気吸引コアと、この磁気吸引コアに磁気吸引されるプランジャと、このプランジャと径方向の磁気の受け渡しを行う磁気受渡コアとを備え、
   この磁気受渡コアの内周面で前記プランジャが直接摺動するリニアソレノイドの製造方法において、
   前記プランジャは、
   非磁性の金属薄板よりなる筒形状を呈した非磁性筒の内部に、磁性金属よりなる筒形状を呈した外側磁性体を組み入れる外側磁性体挿入工程と、
   前記外側磁性体の内部に、磁性金属よりなる内側磁性体を圧入して、前記外側磁性体を外径方向に押し広げ、当該外側磁性体の外周面を前記非磁性筒の内周面に加圧させる内側磁性体圧入工程とを用いて製造されることを特徴とするリニアソレノイドの製造方法。
3. 請求項１に記載のリニアソレノイド、または請求項２に記載のリニアソレノイドの製造方法において、
   前記非磁性筒の前記磁気吸引コア側には、前記プランジャが前記磁気吸引コア側に磁気吸引された際に、前記磁気吸引コアと前記外側、内側磁性体が直接接触するのを防ぐスペーサが設けられることを特徴とするリニアソレノイドまたはリニアソレノイドの製造方法。

Images