JP2020088044A - 電磁ソレノイド - Google Patents

Abstract

【課題】可動子の作動時に可動子が収容された内部空間と外部とを結ぶ連通路を容易に形成し得る電磁ソレノイドを構成する。【解決手段】通電により電磁力を作り出す励磁コイルＡと、軸芯Ｘを中心とする円筒状の固定子Ｂと、円柱状の可動子１１と、可動子１１と一体的に作動するように可動子１１に設けられたシャフト１２と、シャフト１２をスライド自動自在に支持するシャフト軸受Ｄとを備えている。シャフト軸受Ｄが、軸芯Ｘに沿う方向で内部空間の外端部に嵌め込まれた軸受ホルダ１５に内嵌して固定され、軸受ホルダ１５の外部と内部空間とを連通させる連通路２１を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、励磁コイルの通電時に固定子から作用する電磁力によって可動子を直線的に作動させる電磁ソレノイドに関する。

上記構成の電磁ソレノイド（文献ではリニアソレノイド）として、特許文献１には、励磁ソレノイドへの通電により発生する磁束を複数の固定子から可動子に受け渡すことにより作動する可動子を備える技術が記載されている。

この特許文献１では、複数の固定子の１つ（文献では第３固定子）に対し、電磁ソレノイドの内部と外部とを連通させる貫通孔が記載されている。

特許文献２には、電磁ソレノイド（文献ではリニアソレノイド）の駆動力を弁体に伝えるシャフトの支持構造の技術が記載されている。

この特許文献２のシャフトの支持構造は、シャフトを摺動自在に支持する軸受の挿通孔に、部材を筒状に巻いた形状で、巻間に隙間が形成された巻ブッシュを取り付け、隙間により呼吸溝を形成した技術が記載されている。

特開２０１５−８４３９５号公報 特開２００９−１０８９０２号公報

例えば、励磁ソレノイドからの磁気が作用する筒状の固定子を備え、この固定子の内部に可動子を配置し、可動子に連結するシャフトを備え、このシャフトをハウジングの外部に突出させた構成の電磁ソレノイドを想定する。このように構成された電磁ソレノイドでは、プランジャの作動に伴い、固定子が収容された空間の空気や流体の排出と吸入とを可能にする連通孔をハウジング等に形成する。

このように空気や流体の排出と吸入とを可能にする連通孔の構成として、特許文献１に記載されるものでは、固定子に貫通孔を形成するため、貫通孔を形成するために加工工程を必要とするため手間が掛かり、電磁ソレノイドのコスト上昇に繋がるものである。

また、特許文献２に記載されるものでは、巻ブッシュを必要とすることから部品点数を増大させるだけでなく、巻ブッシュがシャフトの全周を取り囲む構造ではないため、シャフトを支持する機能が損なわれるものであった。

このような理由から、可動子の作動時に可動子が収容された内部空間と外部とを結ぶ連通路を容易に形成し得る電磁ソレノイドが求められている。

本発明に係る電磁ソレノイドの特徴構成は、通電により電磁力を作り出す励磁コイルと、前記励磁コイルの内側に配置され、軸芯を中心とする円筒状で磁性体からなる固定子と、前記固定子の内部空間において前記軸芯に沿って移動自在に収容され、磁性体からなる円柱状の可動子と、前記可動子と一体的に作動するように前記可動子の軸芯と同軸芯で前記可動子に設けられたシャフトと、前記シャフトをスライド自動自在に支持するシャフト軸受を備え、前記シャフト軸受が前記軸芯に沿う方向で前記内部空間の外端部に嵌め込まれた軸受ホルダに内嵌されて固定されており、前記軸受ホルダが、前記固定子の内周縁に嵌め込まれて固定されると共に、当該軸受ホルダの外部と前記内部空間とを連通させる連通路を備えている点にある。

この特徴構成によると、励磁コイルに通電することにより可動子が作動する際には、可動子に連結するシャフトがシャフト軸受に支持される状態で突出または退入する作動が許されると共に、この作動に伴い軸受ホルダに形成した連通路を介して空気やオイル等の流体の排出や吸入が可能となる。特に、この構成では軸受ホルダに連通路が形成されるため、ケーシングを加工する必要がない。
従って、可動子の作動時に可動子が収容された内部空間と外部とを結ぶ連通路を容易に形成し得る電磁ソレノイドが構成された。

他の構成として、前記連通路が、前記軸受ホルダの外周縁と、前記内部空間を形成する前記固定子の内周縁との間に形成されても良い。

これによると、例えば、軸受ホルダの外周縁の一部に窪みを形成することや、内部空間の外端部分の内周の一部に窪みを形成する程度の加工により、固定子の内部空間の外端部に軸受ホルダを嵌め込むことにより、軸受ホルダの外周縁と固定子の外端部の内周との間に連通路を形成できる。

他の構成として、前記連通路が、前記軸受ホルダの外周縁の一部を取り除いた切除部によって形成されても良い。

これによると、軸受ホルダを、例えば、プレス加工によって製造する際に、軸受ホルダの外周縁の一部を取り除いて切除部を形成するだけで、連通路を形成するための加工を別途行わずに連通路を形成できる。

他の構成として、複数の前記連通路が、前記軸受ホルダの外周縁において周方向で等間隔で配置されても良い。

これによると、複数の連通路を形成することにより大径の連通孔を形成しなくて済み、しかも、軸受ホルダの周方向で均等に流体の排出と吸入が可能となる。また、連通路が等間隔で形成されているので、軸受ホルダを固定子に嵌め込んでも、軸受ホルダが軸芯に対して傾斜することがない。

他の構成として、前記シャフト軸受が、前記シャフトを取り囲む環状であり、前記連通路が、前記軸受ホルダのうち前記シャフト軸受を内嵌する保持孔の内周の一部を取り除くことにより凹状に形成されても良い。

これによると、軸受ホルダを、例えば、プレス加工する際に、この軸受ホルダの外周の一部を凹状に取り除くだけで、連通孔を形成するための特別の加工を別途行わずとも、軸受ホルダの内周とシャフト軸受の外周との間に連通孔を形成できる。

プランジャが非駆動位置にある電磁ソレノイドの断面図である。 プランジャが作動状態にある電磁ソレノイドの断面図である。 電磁ソレノイドの分解状態の断面図である。 電磁ソレノイドの外面図である。 図１のＶ−Ｖ線断面図である。 別実施形態（ａ）の連通孔を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔基本構成〕
図１〜図４に示すように、励磁コイルＡと、ヨーク部Ｂ（固定子の一例）と、これら励磁コイルＡとヨーク部Ｂを一体化する樹脂材８とで成るハウジングＣとを備えると共に、ヨーク部Ｂの内部の内部空間に軸芯Ｘに沿って移動自在に収容されるプランジャ１１（可動子の一例）と、シャフト１２とを備えて電磁ソレノイド１００が構成されている。

この電磁ソレノイド１００は、プランジャ１１がプランジャ軸芯（図１では軸芯Ｘと一致する）を中心とする円柱状に成形され、このプランジャ１１においてプランジャ軸芯と同軸芯で形成された嵌合孔１１ａに軸状のシャフト１２が嵌合連結する。これにより、プランジャ１１とシャフト１２とが軸芯Ｘと同軸芯で配置される。

図１には、車両のエンジンの吸気バルブや排気バルブの開閉時期（バルブタイミング）を油圧によって制御する弁開閉時期制御装置（図示せず）のスプールＳを操作する電磁ソレノイド１００が示されている。

スプールＳは突出方向（同図で左方向）にスプリング（図示せず）により付勢されている。このスプールＳが軸芯Ｘと同軸芯で配置され、その突出端の***作面にシャフト１２の突出端を当接させている。これにより、電磁ソレノイド１００が駆動されない（励磁コイルＡに通電されない）状態ではスプールＳからの押圧力によりプランジャ１１は図１に示す非駆動位置（プランジャ１１の作動方向と逆側の移動端）に保持される。

これに対し、電磁ソレノイド１００が駆動（励磁コイルＡに通電）された場合には図２に示すように、励磁コイルＡに供給される電流値に対応した量だけシャフト１２が突出作動して目標とする位置にポジションにスプールＳが操作され、弁開閉時期制御装置が作動油を制御することでバルブの開閉時期の設定が実現する。

以下の説明では、電磁ソレノイド１００のうち、この電磁ソレノイド１００の駆動時に、プランジャ１１の作動方向（図１，２で右側）の下流側の面（図１，２で右側の面）を前面と称し、この反対側の面である作動方向の上流側の面を後面と称している。

〔電磁ソレノイドの詳細〕
励磁コイルＡは、非磁性体材料で絶縁性の樹脂製のボビン１に、銅合金等の良導体で成る線材を巻回することでコイル２が構成されている。コイル２を構成する線材はハウジングＣに一体形成されたコネクタ部Ｃａの内部の端子３に導通している。

図１，２，４に示すように、ハウジングＣは一対の支持部Ｃｂを外方に突出する姿勢で一体形成されており、夫々の支持部Ｃｂには連結用のボルトが挿通する孔部が形成されている。

図１に示すように、ヨーク部Ｂは、鉄材等の磁性体で成る第１ヨーク５と、鉄材等の磁性体で成る第２ヨーク６との組み合わせにより構成されている。

図１〜図３に示すように、第１ヨーク５は、軸芯Ｘを中心とする筒状の第１筒状部５ａと、電磁ソレノイド１００の前面側に配置される第１側壁部５ｂと、第１筒状部５ａの外方を取り囲む位置に配置される第１外壁部５ｃとを一体形成した構造を有しており、第１筒状部５ａには、軸芯Ｘを中心とする第１内周面５Ｓが形成されている。

第２ヨーク６は、軸芯Ｘを中心とする筒状の第２筒状部６ａと、電磁ソレノイド１００の後面側に配置される第２側壁部６ｂとを一体形成した構造を有し、第２筒状部６ａには、軸芯Ｘを中心とする第２内周面６Ｓが形成されている。

ヨーク部Ｂは、第１筒状部５ａと第２筒状部６ａとが軸芯Ｘに沿う方向に連なる位置関係で配置され、第１内周面５Ｓと第２内周面６Ｓとを取り囲む位置に励磁コイルＡが配置される。更に、励磁コイルＡと、第１ヨーク５と、第２ヨーク６を一体化する樹脂材８により、ハウジングＣが構成されている。

第１筒状部５ａと第２筒状部６ａとで取り囲まれる領域（第１内周面５Ｓと第２内周面６Ｓとに面する領域）に、軸芯Ｘを中心として断面形状が円形となる内部空間が形成されている。また、第２筒状部６ａの内周には、磁性体でリング状となるブッシュ７が嵌め込まれている。このブッシュ７は、後述するプランジャ軸受Ｅを構成するものであり、第２筒状部６ａのうち第１筒状部５ａに隣接する端部位置に配置されている。

電磁ソレノイド１００が非駆動状態（励磁コイルＡに通電しない状態）にある場合には、図１に示すように第１筒状部５ａと第２筒状部６ａとの境界位置にプランジャ１１の前側端面１１ｆが並列する位置関係となる。

ヨーク部Ｂは、第１ヨーク５と第２ヨーク６とで磁路を形成しており、第１ヨーク５の第１筒状部５ａのうち、第２筒状部６ａに近接する部位ほど肉厚を低減することにより、この部位の透磁率を低下させている。これにより、励磁コイルＡに通電した場合には、第１筒状部５ａと第２筒状部６ａとに亘って形成される磁束の一部が境界から内部空間の内部に漏れてプランジャ１１に作用し、この磁束に起因する電磁力によりプランジャ１１を突出方向に作動させる。

プランジャ１１は、前述したように円柱状であり、軸芯Ｘに沿う方向でハウジングＣの前面に近い側の端部に前側端面１１ｆが形成され、他方の端部に後側端面１１ｒが形成されている。プランジャ１１は、外周面１１Ｓのうち、前側端面１１ｆに近い外面ほど僅かに小径となるテーパ面１１Ｓｔが成形されている（図３を参照）。

プランジャ１１には、前側端面１１ｆから後側端面１１ｒに亘ってプランジャ軸芯と同軸芯に嵌合孔１１ａが形成されている。また、プランジャ１１には嵌合孔１１ａと平行する姿勢の給排孔１１ｂが形成されている。これにより、嵌合孔１１ａにシャフト１２の基端側を圧入固定した状態でも、プランジャ１１の前側端面１１ｆと、後側端面１１ｒとが給排孔１１ｂにより連通する状態が維持される。

〔軸受構造〕
図１〜図５に示すように、電磁ソレノイド１００は、シャフト１２の突出側の端部を、軸芯Ｘに沿う方向にスライド移動自在に支持するシャフト軸受Ｄを備えると共に、プランジャ１１の外周部分を軸芯Ｘに沿う方向にスライド移動自在に支持するプランジャ軸受Ｅを備えている。これにより、電磁ソレノイド１００の駆動時等には、プランジャ１１とシャフト１２とを一体的に軸芯Ｘに沿って案内する。

プランジャ軸受Ｅは、ブッシュ７によって形成されている。また、ヨーク部Ｂを構成する第２ヨーク６の第２内周面６Ｓと、プランジャ１１の外周面１１Ｓとの間に僅かな間隙が形成されるため（特に、図５に示す平滑領域６Ｓａ）、この第２内周面６Ｓもプランジャ１１を案内するように機能する。

このように、ブッシュ７がプランジャ１１の外周面１１Ｓを抱き込むことにより、プランジャ１１が軸芯Ｘから離間する方向への変位を規制する状態で、プランジャ１１が軸芯Ｘに沿って作動する際の移動を許容する。

シャフト軸受Ｄは、ハウジングＣの前面側で第１ヨーク５の第１内周面５Ｓの外端部分（内周縁）に圧入される円盤状の軸受ホルダ１５の中央に形成された孔部に圧入保持され、シャフト１２を取り囲む環状の軸受体１６で構成されている。

軸受体１６は、シャフト１２の外端側に外嵌する位置に配置され、耐摩耗性の高いリング状の材料で形成されている。軸受ホルダ１５の外周には、プランジャ１１の作動時にハウジング内部と外部との間での流体の出入りを可能にする連通路２１が形成されている。この連通路２１の詳細は後述する。尚、軸受ホルダ１５と軸受体１６とは磁性体と非磁性体との何れで構成されても良いが、非磁性体で構成されることが好ましい。

特に、図５に示すようにシャフト軸受Ｄの軸受ホルダ１５の外周の一部を直線的に取り除くことで切除部１５ａを形成し、この切除部１５ａによって内部空間と、ハウジングＣの外部との間での流体の流動を可能にする連通路２１が形成されている。

つまり、この軸受ホルダ１５を第１ヨーク５（固定子）の第１内周面５Ｓの外端部分に圧入することにより、軸受ホルダ１５の外周と第１ヨーク５の第１内周面５Ｓとの間に連通路２１が形成される。つまり、軸受ホルダ１５の外周縁のうち、周方向で等間隔となる複数箇所（実施形態では３箇所）の一部を、直線的に取り除くことにより複数の切除部１５ａが形成されている。

尚、ブッシュ７の内周面と、第１内周面５Ｓと、第２内周面６Ｓとにニッケル燐メッキ等の硬質層を形成することや、フッ素樹脂（例えば、テフロン樹脂〔商品名〕）等、耐熱性が高く化学的に安定で摩擦係数が低い樹脂被膜を形成しても良い。

〔実施形態の作用効果〕
このように、シャフト１２がシャフト軸受Ｄに支持され、プランジャ１１（可動子）がプランジャ軸受Ｅに支持されるため、電磁ソレノイド１００の駆動時にはプランジャ１１とシャフト１２とを一体的に軸芯Ｘに沿って直線的に作動させることが可能となる。

また、この構成では、連通路２１が軸受ホルダ１５の外周縁の一部を加工する際に使用する金型を変更する程度の簡単な改良により形成可能となり、例えば、ハウジングＣに孔部を形成する等の別途の加工を必要としない。

また、複数の連通路２１を、軸受ホルダ１５の周方向で等間隔で形成されているため、例えば、軸受ホルダ１５を大きく切り欠いて単一の連通路２１を形成する構造のように強度低下を招くことがなく、プランジャ１１が作動する際には、軸受ホルダ１５の周方向の複数箇所の連通路２１から空気等の流体を吸引することや、空気等の流体を排出することによりプランジャ１１に偏った荷重を作用させることもない。更に、連通路２１が周方向で等間隔で形成されているので、軸受ホルダ１５を第１ヨーク５の第１内周面５Ｓの外端部分に嵌め込んでも、軸受ホルダ１５が軸芯Ｘに対して傾くことがない。

〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い（実施形態と同じ機能を有するものには、実施形態と共通の番号、符号を付している）。

（ａ）図６に示すように、軸受ホルダ１５において軸受体１６（シャフト軸受Ｄ）を内嵌支持する保持孔１５Ｈの内周の一部を取り除くことにより凹状部１５ｂ形成し、この凹状部１５ｂによって内部空間とハウジングＣの外部との間での流体の流動を可能にする連通路２１を形成する。

つまり、軸受体１６は、シャフト１２を取り囲む環状であり、軸受ホルダ１５の保持孔１５Ｈの内周の周方向で等間隔となる複数箇所（別実施形態では３箇所）に凹状部１５ｂが形成されている。この構造の軸受ホルダ１５の保持孔１５Ｈに軸受体１６（シャフト軸受Ｄ）を圧入して固定している。これにより軸受ホルダ１５の内周と軸受体１６の外周との間に複数の連通路２１が形成される。

このように別実施形態（ａ）では、連通路２１が軸受ホルダ１５の内周縁の一部を加工する際に使用する金型を変更する程度の簡単な改良により形成可能となり、例えば、ハウジングＣに孔部を形成する等の加工を必要としない。また、この構成では、シャフト１２の全周に軸受体１６の内周が均等に接触するため、シャフト１２をガイドする性能を低下させることもない。

（ｂ）実施形態では、軸受ホルダ１５の外周縁の一部を直線的に切り欠く切除部１５ａを形成していたが、直線的に切り欠く形態に代えて、例えば、軸受ホルダ１５の中心方向に張り出すように湾曲する曲線、あるいは、軸受ホルダ１５の中心方向に張り出すように折れ曲がる組み合わせとなる複数の直線で形成しても良い。

このように切除部１５ａの形状を設定することにより、直線的な切除部１５ａを形成する構成と比較して、軸受ホルダ１５の外周のうち切除される周長を拡大することなく、連通路２１の断面積を大きくできる。

（ｃ）別実施形態（ａ）のように軸受ホルダ１５の保持孔１５Ｈの内周に凹状部１５ｂを形成することにより、連通路２１を作り出す構成において、別実施形態（ｂ）で説明したものと同様に軸受ホルダ１５の外周方向に張り出すように湾曲する曲線、あるいは、軸受ホルダ１５の外周方向に張り出すように折れ曲がるように組み合わせた複数の直線で形成する。

このように凹状部１５ｂの形状を設定することにより、軸受ホルダ１５の内周のうち切除される周長を拡大することなく、連通路２１の断面積を大きくできる。

本発明は、励磁コイルの通電時にヨークから作用する電磁力によって可動子を直線的に作動させる電磁ソレノイドに利用することができる。

Ａ 励磁コイル
Ｂ ヨーク部（固定子）
Ｄ シャフト軸受
１１ プランジャ（可動子）
１２ シャフト
１５ 軸受ホルダ
１５Ｈ 保持孔
１６ 軸受体（シャフト軸受）
１５ａ 切除部
２１ 連通路
Ｘ 軸芯

Claims (5)

1. 通電により電磁力を作り出す励磁コイルと、
   前記励磁コイルの内側に配置され、軸芯を中心とする円筒状で磁性体からなる固定子と、
   前記固定子の内部空間において前記軸芯に沿って移動自在に収容され、磁性体からなる円柱状の可動子と、
   前記可動子と一体的に作動するように前記可動子の軸芯と同軸芯で前記可動子に設けられたシャフトと、
   前記シャフトをスライド自動自在に支持するシャフト軸受を備え、
   前記シャフト軸受が前記軸芯に沿う方向で前記内部空間の外端部に嵌め込まれた軸受ホルダに内嵌されて固定されており、
   前記軸受ホルダが、前記固定子の内周縁に嵌め込まれて固定されると共に、当該軸受ホルダの外部と前記内部空間とを連通させる連通路を備えている電磁ソレノイド。
2. 前記連通路が、前記軸受ホルダの外周縁と、前記内部空間を形成する前記固定子の内周縁との間に形成されている請求項１に記載の電磁ソレノイド。
3. 前記連通路が、前記軸受ホルダの外周縁の一部を取り除いた切除部によって形成されている請求項２に記載の電磁ソレノイド。
4. 複数の前記連通路が、前記軸受ホルダの外周縁において周方向で等間隔で配置されている請求項２又は３に記載の電磁ソレノイド。
5. 前記シャフト軸受が、前記シャフトを取り囲む環状であり、
   前記連通路が、前記軸受ホルダのうち前記シャフト軸受を内嵌する保持孔の内周の一部を取り除くことにより凹状に形成されている請求項１に記載の電磁ソレノイド。

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