JP2010171059A - リニアソレノイド - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 磁気受渡部11を常時交差範囲αとスライド時交差範囲βとに区分する。常時交差範囲αには嵌合穴18が形成され、その内部に鉄製の筒体15が圧入される。その筒体15の内周面には、プランジャサイドギャップ部16を摺動自在に支持する非磁性の摺動部材13が設けられており、常時交差範囲αにおける第1径方向ギャップAが、スライド時交差範囲βにおける第2径方向ギャップBより大きく設けられている。コイル1が磁力を発生すると、第2径方向ギャップBにおいて軸方向に向かう磁力線が発生する。これにより、プランジャの軸方向の両側においてプランジャを前方へ駆動する磁気吸引力が発生し、大きな駆動力を得ることができる。
【選択図】 図2
Description
リニアソレノイドには、長い動作ストローク、高出力(大きい駆動力)、小型化が求められている。
このような要求を果たすために用いられている従来のリニアソレノイドの一例を、図10を参照して説明する。なお、従来技術における符号は、後述する実施例1と同一機能物に同一符号を付したものである。
このリニアソレノイドは、磁力発生用のコイル1、可動子であるプランジャ2、このプランジャ2の一端側を軸方向の一方側(図10中の左側)へ磁気吸引する磁気吸引部6、プランジャ2と径方向の磁気の受け渡しを行う磁気受渡部11を備えるものである。
プランジャ2は、バネ等の付勢手段によって軸方向の他方側(図10中の右側)へ付勢されるものであり、コイル1の発生する磁力によって、プランジャ2と磁気吸引部6との間のメインギャップに磁気吸引力が発生し、プランジャ2が軸方向の一方側へ駆動される(例えば、特許文献1〜3参照)。
リニアソレノイドは、常に高出力化や、さらなる小型化が求められている。
しかし、上述した従来のリニアソレノイドは、プランジャ2を軸方向へ駆動する磁気吸引力の発生部位が、プランジャ2の軸方向の片側のみ(即ち、メインギャップのみ)である。しかも、その発生部位のプランジャ2の外径寸法は、コイル1を保持するボビン5の最小内周径より小さく、プランジャ2において磁気吸引力を受ける部位の周長が短くなっている。
このため、従来のリニアソレノイドでは、プランジャ2において磁気吸引力を受ける部位が磁気飽和し易くなっており、プランジャ2の長い動作ストロークに対して大きな磁気吸引力を得ることの妨げとなっている。
請求項1の手段のリニアソレノイドは、コイルの発生する磁力によりプランジャの軸方向の一端を軸方向の一方側へ磁気吸引する主たる磁気吸引部を備える。
また、請求項1の手段のリニアソレノイドは、プランジャの他方側にプランジャサイドギャップ部を備え、磁気受渡部にはプランジャサイドギャップ部を軸方向の一方側へ磁気吸引する副なる磁気吸引部が設けられている。
即ち、請求項1の手段のリニアソレノイドは、メインギャップの他に、磁気受渡部とプランジャサイドギャップ部との間のサイドギャップにおいても、プランジャを軸方向へ駆動するための磁気吸引力を発生するものである。
このように、プランジャを軸方向へ駆動する部位(即ち、軸方向へ向かう磁気吸引力の発生部位)が、従来技術におけるプランジャの軸方向の片側のみから、プランジャの軸方向の両側に増えるため、プランジャの長い動作ストロークに対して大きな磁気吸引力を得ることができる。また、従来技術と同じ磁気吸引力であれば、リニアソレノイドを小型化することができる。
請求項2の手段のリニアソレノイドの磁気受渡部は、プランジャが軸方向の他方側で停止している状態においてプランジャサイドギャップ部と軸方向に交差する常時交差範囲と、プランジャが軸方向の一方側へスライドすることでプランジャサイドギャップ部と軸方向に交差する範囲が増加するスライド時交差範囲とを備える。
そして、常時交差範囲における第1径方向ギャップAが、スライド時交差範囲における第2径方向ギャップBより大きく設けられる(A>B)。
これにより、コイルの発生する磁力によって、第2径方向ギャップBには軸方向に向かう磁気吸引力が発生し、プランジャサイドギャップ部を軸方向の一方側へ磁気吸引する。
請求項3の手段のリニアソレノイドにおけるプランジャサイドギャップ部は、コイルを保持するボビンの軸方向範囲の外に設けられ、プランジャサイドギャップ部の外径寸法が、ボビンの最小内周径と同じか、それより大きい径に設けられる。
このように、プランジャサイドギャップ部の径が大きいことにより、プランジャサイドギャップ部において磁気吸引力を受ける部位の周長が長くなる。これにより、プランジャサイドギャップ部に生じる軸方向の磁気吸引力を高めることができ、結果的にリニアソレノイドを高出力化あるいは小型化することができる。
請求項4の手段のリニアソレノイドにおけるプランジャサイドギャップ部の外径寸法は、ボビンの最小内周径よりも、ボビンの最大外周径に近い径で設けられている。
これにより、リニアソレノイドの外径寸法が従来技術に比較して大きくなることなく、プランジャサイドギャップ部を大径化でき、プランジャサイドギャップ部に生じる軸方向の磁気吸引力を高めることができる。
請求項5の手段のリニアソレノイドには、磁気受渡部のスライド時交差範囲に磁気吸引補助突起が設けられている。そして、コイルの発生する磁力によって、プランジャサイドギャップ部が磁気吸引補助突起に磁気吸引されるものである。
このように、プランジャサイドギャップ部が磁気吸引補助突起に磁気吸引されることにより、プランジャサイドギャップ部には、大きな軸方向の駆動力が発生するようになり、結果的にリニアソレノイドの高出力化あるいは小型化が可能になる。
請求項6の手段のリニアソレノイドは、スライド時交差範囲における磁気受渡部、またはスライド時交差範囲に軸方向へ交差可能なプランジャサイドギャップ部に、磁性部材の径方向の厚さが軸方向で変化するテーパ形状部を備える。
このテーパ形状部により、プランジャのさまざまなストローク位置で発生する軸方向の駆動力を増減調整することができ、結果的にプランジャの長い作動ストロークに対して大きな磁気吸引力を得ることができる。
請求項7の手段のリニアソレノイドは、主たる磁気吸引部に磁気吸引される部位のプランジャの外径寸法が、コイルを保持するボビンの最小内周径と同じか、それより大きい径に設けられる。
このように、主たる磁気吸引部に磁気吸引される部位のプランジャの外径が大きいことにより、主たる磁気吸引部に磁気吸引されるプランジャの周長が長くなる。これにより、主たる磁気吸引部における軸方向の磁気吸引力を高めることができ、結果的にリニアソレノイドを高出力化あるいは小型化することができる。
請求項8の手段のリニアソレノイドは、磁気受渡部の内周面と、プランジャサイドギャップ部の外周面との間に、磁気受渡部とプランジャサイドギャップ部とが直接磁気接触するのを防止する非磁性体材料よりなる摺動部材が設けられている。
なお、この摺動部材は、磁気受渡部の内周面に固定される形態であっても良いし、プランジャサイドギャップ部の外周面に固定される形態であっても良い。
請求項9の手段のリニアソレノイドにおける摺動部材は、常時交差範囲に固定される磁性体材料よりなる筒体の内周面あるいは外周面に非磁性体材料を結合またはコーティングしたものである。
リニアソレノイドは、通電により磁力を発生する筒状のコイル1と、このコイル1の内側に挿入配置され、軸方向へ摺動自在に支持された磁性体材料よりなるプランジャ2と、コイル1の発生する磁力によりプランジャ2の軸方向の一端を、軸方向の一方側へ磁気吸引する磁性体材料よりなる主たる磁気吸引部6と、プランジャ2の外周を覆うように配置されて、プランジャ2と径方向の磁気の受け渡しを行う磁性体材料よりなる磁気受渡部11とを備える。そして、プランジャ2は、バネや流体圧力等の付勢手段によって軸方向の他方側へ付勢されるものであり、コイル1の発生する磁力によって、プランジャ2には軸方向の一方側へ向かう駆動力(付勢手段の付勢力に抗する力)が発生する。
また、磁気受渡部11には、コイル1の発生する磁力によりプランジャサイドギャップ部16を、軸方向の一方側へ磁気吸引する副なる磁気吸引部11’が設けられる。
このように設けることにより、プランジャ2を軸方向へ駆動する部位が、従来技術におけるプランジャ2の軸方向の片側のみから、プランジャ2の軸方向の両側に増えるため、プランジャ2の長い動作ストロークに対して大きな磁気吸引力を得ることができる。
この実施例1に示されるリニアソレノイドは、例えば自動変速機において油圧コントロールを行なう電磁油圧制御弁に搭載されて、油圧制御用のバルブ装置を駆動するものである。
なお、以下では実施例説明のために、軸方向の一方側および軸方向の一端側を「前(図1左側)」と称し、軸方向の他方側および軸方向の他端側を「後(図1右側)」と称して説明するが、この前後は説明のためのものであり、限定されるものではない。
リニアソレノイドは、コイル1、プランジャ2、ステータ3、ヨーク4、コネクタ(図示しない)を備える。
ここで、ボビン5は、周囲にコイル1が巻回されるボビン筒部と、このボビン筒部の軸方向の両端部においてコイル1の軸方向巻端を保持するボビンフランジとからなる樹脂部材よりなる。
プランジャ2は、シャフト等を介してバルブ装置における弁体と軸方向へ一体的に変位するように設けられている。具体的に、バルブ装置は、弁体を後方へ付勢するリターンスプリング(付勢手段の一例)を備えており、リターンスプリングの付勢力により、弁体とともにプランジャ2が常に後方へ付勢される。
このステータ3は、プランジャ2を前方に磁気吸引する主たる磁気吸引部6と、プランジャ2の最大移動位置を規定するストッパ7とを備える。
主たる磁気吸引部6における筒状部は、プランジャ2と接触しないでプランジャ2の一部が軸方向に交差可能に設けられている。筒状部の後端にはテーパ部8が形成されており、プランジャ2のストローク量に対してメインギャップにおける磁気吸引力が変化しない特性に設けられている。
また、ヨーク4の後端は、円盤プレート9により閉塞されるものである。この円盤プレート9は、例えば青銅等の非磁性体材料よりなり、カシメ等の結合技術によりヨーク4の後端に結合されている。なお、円盤プレート9には、内外を連通する呼吸穴10が形成されている。
電子制御装置は、デューティ比制御等によってコイル1へ供給する電流量を制御するものであり、コイル1への供給電流量を制御することによって、プランジャ2の軸方向の位置をリニアに制御することでバルブ装置における弁体の開度を制御して、油圧をコントロールするように設けられている。
次に、リニアソレノイドの要部を詳細に説明する。
プランジャ2は、ボビン5の内側に挿入配置された略円柱体であり、プランジャ2の前部に配置された小径の摺動部材12と、プランジャ2の後部に配置された摺動部材13とによって軸方向に摺動自在に支持されている。
なお、プランジャサイドギャップ部16における鍔形状部分には、軸方向に貫通した呼吸穴17が形成されている。
そして、磁気受渡部11およびプランジャサイドギャップ部16は、ボビン5の最小内周径(プランジャ2の挿入径)より大きな径に設けられている。
また、プランジャサイドギャップ部16の外径寸法は、ボビン5の最大外周径に近い径で設けられている。具体的に、プランジャサイドギャップ部16の外周を覆う磁気受渡部11は、ヨーク4の最小内周径により設けられるものであり、磁気受渡部11の内径寸法は、ボビン5の最大外周径より僅かに小さい径で設けられている。
ここで、磁気受渡部11の内周面を、プランジャ2が後方で停止している状態(コイル1の通電が停止されて、プランジャ2が軸方向の他方側で停止している状態)においてプランジャサイドギャップ部16と軸方向に交差する常時交差範囲αと、プランジャ2が前方へスライドすることでプランジャサイドギャップ部16と軸方向に交差する範囲が増加するスライド時交差範囲βとに区分する。
そして、常時交差範囲αにおけるプランジャサイドギャップ部16と磁気受渡部11との径方向距離である第1径方向ギャップをAとし、スライド時交差範囲βにおけるプランジャサイドギャップ部16と磁気受渡部11との径方向距離である第2径方向ギャップをBとした場合、第1径方向ギャップAが第2径方向ギャップBより大きく設けられる(A>B)。
図2に示すように、プランジャサイドギャップ部16は、磁気受渡部11に圧入される筒体15の内周面に設けられた摺動部材13によって摺動自在に支持されるものである。 磁気受渡部11における常時交差範囲αには、常時交差範囲αの後方より筒体15を圧入するための嵌合穴18が形成されている。
そして、摺動部材13とプランジャサイドギャップ部16との摺動ギャップA1と、摺動部材13の径方向の厚み寸法A2とにより、第1径方向ギャップAが設けられる(A1+A2=A)。
上述したように、この実施例1のリニアソレノイドは、プランジャ2の前端部を前方へ磁気吸引する主たる磁気吸引部6を設けるとともに、磁気受渡部11にプランジャサイドギャップ部16を前方へ磁気吸引する副なる磁気吸引部11’を設けている。即ち、実施例1のリニアソレノイドは、主たる磁気吸引部6とプランジャ2との間のメインギャップの他に、磁気受渡部11とプランジャサイドギャップ部16との間のサイドギャップにおいても、プランジャ2を前方へ駆動するための磁気吸引力を発生する。
この実施例2は、プランジャ2の前端部に磁性部材よりなる前部大径部21を設け、メインギャップにおける磁気吸引力を高めたものである。
具体的に、主たる磁気吸引部6および前部大径部21は、ボビン5の軸方向の範囲の外であるボビン5の前側に設けられる。そして、主たる磁気吸引部6および前部大径部21は、ボビン5の最小内周径より大きな径に設けられている。
上記の実施例1では、摺動部材13を筒体15の内周に形成し、筒体15を常時交差範囲αに圧入することで、摺動部材13を常時交差範囲αに設ける例を示した。
これに対し、この実施例3は、実施例1で示した筒体15を用いることなく、非磁性体材料(青銅などの非磁性体金属、フッ素樹脂などの樹脂材料)よりなる摺動部材13を、常時交差範囲αの内周面(具体的には、常時交差範囲αに形成した嵌合穴18の内周面)に圧入等で結合したものである。
この実施例4は、スライド時交差範囲βの内周の後端、あるいはプランジャサイドギャップ部16の外周の前端の少なくとも一方にテーパ形状部22を設けて、プランジャ2のストローク量に対するサイドギャップにおける軸方向の磁気吸引力をコントロールする(プランジャ2のストローク量に対してサイドギャップにおける軸方向の磁気吸引力が変化しない特性にする)ものである。
この実施例5は、プランジャサイドギャップ部16の前端を筒部として設けるとともに、その筒部の内周面に径厚さが軸方向で変化するテーパ形状部23を設けて、プランジャ2のストローク量に対するサイドギャップにおける軸方向の磁気吸引力の変化量をコントロールするものである。
この実施例6は、磁気受渡部11におけるスライド時交差範囲βに、プランジャサイドギャップ部16と軸方向に対向する磁気吸引補助突起24を設けたものである。
このように設けることにより、コイル1の発生する磁力によって、プランジャサイドギャップ部16が磁気吸引補助突起24に磁気吸引され、プランジャサイドギャップ部16には、前方へ向かう大きな駆動力が発生する。これにより、リニアソレノイドをさらに高出力化あるいは小型化することができる。
上記の実施例6では、磁気吸引補助突起24とプランジャサイドギャップ部16とが互いに軸方向に対して垂直に設けられて、磁気吸引補助突起24とプランジャサイドギャップ部16とが対向する例を示した。
これに対し、この実施例7は、磁気吸引補助突起24の後端、あるいはこの磁気吸引補助突起24に対向するプランジャサイドギャップ部16の前端の少なくとも一方にテーパ形状部25を設けて、プランジャ2のストローク量に対するサイドギャップにおける軸方向の磁気吸引力をコントロールするものである。
上記の実施例では、バルブ装置を駆動するリニアソレノイドに本発明を適用する例を示したが、駆動対象はバルブ装置に限定されるものではなく、バルブ装置とは異なる他の駆動対象を直接あるい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。
2 プランジャ
5 ボビン
6 主たる磁気吸引部
11 磁気受渡部
11’副なる磁気吸引部
13 摺動部材
15 筒体
16 プランジャサイドギャップ部
21 前部大径部(ボビンの最小内周径より大きい径に設けられた主たる磁気吸引部に磁気吸引される部位のプランジャ)
22 テーパ形状部
23 テーパ形状部
24 磁気吸引補助突起
25 テーパ形状部
α 常時交差範囲
β スライド時交差範囲
A 第1径方向ギャップ
B 第2径方向ギャップ
Claims (9)
- 通電により磁力を発生する筒状のコイルと、
このコイルの内側に挿入配置され、軸方向へ摺動自在に支持された磁性体材料よりなるプランジャと、
前記コイルの発生する磁力により前記プランジャの軸方向の一端を、軸方向の一方側へ磁気吸引する磁性体材料よりなる主たる磁気吸引部と、
前記プランジャの外周を覆うように配置されて、前記プランジャと径方向の磁気の受け渡しを行う磁性体材料よりなる磁気受渡部とを備え、
前記プランジャが付勢手段によって軸方向の他方側へ付勢され、
前記コイルの発生する磁力により、前記プランジャに軸方向の一方側へ向かう駆動力が発生するリニアソレノイドにおいて、
前記プランジャの他方側には、前記磁気受渡部と磁気の受け渡しを行なうプランジャサイドギャップ部が設けられ、
前記磁気受渡部には、前記コイルの発生する磁力により前記プランジャサイドギャップ部を軸方向の一方側へ磁気吸引する副なる磁気吸引部が設けられることを特徴とするリニアソレノイド。 - 請求項1に記載のリニアソレノイドにおいて、
前記磁気受渡部は、
前記コイルの通電が停止され、前記プランジャが軸方向の他方側で停止している状態において前記プランジャサイドギャップ部と軸方向に交差する常時交差範囲と、
前記コイルが通電され、前記プランジャが軸方向の一方側へスライドすることで、前記プランジャサイドギャップ部と軸方向に交差する範囲が増加するスライド時交差範囲とを備え、
前記常時交差範囲における前記プランジャサイドギャップ部と前記磁気受渡部との径方向距離である第1径方向ギャップAが、
前記スライド時交差範囲における前記プランジャサイドギャップ部と前記磁気受渡部との径方向距離である第2径方向ギャップBより大きく設けられることを特徴とするリニアソレノイド。 - 請求項2に記載のリニアソレノイドにおいて、
前記プランジャサイドギャップ部は、前記コイルを保持するボビンの軸方向範囲の外に設けられ、
前記プランジャサイドギャップ部の外径寸法は、前記ボビンの最小内周径と同じか、それより大きい径に設けられることを特徴とするリニアソレノイド。 - 請求項3に記載のリニアソレノイドにおいて、
前記プランジャサイドギャップ部の外径寸法は、前記ボビンの最小内周径よりも、前記ボビンの最大外周径に近い径で設けられていることを特徴とするリニアソレノイド。 - 請求項2〜請求項4のいずれかに記載のリニアソレノイドにおいて、
前記磁気受渡部における前記スライド時交差範囲には、前記プランジャサイドギャップ部と軸方向に対向する磁気吸引補助突起が設けられ、
前記コイルの発生する磁力によって、前記プランジャサイドギャップ部が前記磁気吸引補助突起に磁気吸引されることを特徴とするリニアソレノイド。 - 請求項2〜請求項5のいずれかに記載のリニアソレノイドにおいて、
前記スライド時交差範囲における前記磁気受渡部、または前記スライド時交差範囲に軸方向へ交差可能な前記プランジャサイドギャップ部には、磁性部材の径方向の厚さが軸方向で変化するテーパ形状部が設けられていることを特徴とするリニアソレノイド。 - 請求項2〜請求項6のいずれかに記載のリニアソレノイドにおいて、
前記主たる磁気吸引部に磁気吸引される部位の前記プランジャの外径寸法は、前記コイルを保持するボビンの最小内周径と同じか、それより大きい径に設けられることを特徴とするリニアソレノイド。 - 請求項1〜請求項7のいずれかに記載のリニアソレノイドにおいて、
前記磁気受渡部の内周面と、前記プランジャサイドギャップ部の外周面との間には、前記磁気受渡部と前記プランジャサイドギャップ部とが直接磁気接触するのを防止する非磁性体材料よりなる摺動部材が設けられていることを特徴とするリニアソレノイド。 - 請求項8に記載のリニアソレノイドにおいて、
前記摺動部材は、前記常時交差範囲に固定される磁性体材料よりなる筒体の内周面あるいは外周面に非磁性体材料を結合またはコーティングしたものであることを特徴とするリニアソレノイド。
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