JP3546526B2 - ソレノイドコイル装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、ソレノイドコイル装置及びその製造方法に関する。本発明のソレノイドコイル装置及びその製造方法は、例えば電磁ロータリーバルブなどのロータリーアクチエータや電磁リニアソレノイドなどのリニアアクチエータに適用される。
【0002】
【従来技術】
特公昭62−13684号公報は、電磁ロータリーバルブ駆動用のソレノイドコイルを駆動するためのHブリッジ型の駆動制御回路を開示している。この駆動制御回路は、ソレノイドコイルの両端にそれぞれハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチからなるインバータ回路いわゆるHブリッジ回路を有し、これらの開閉により双方向通電を可能とし、通電方向及び通電電流値に応じてバルブの回動方向及び回動量を制御している。また、この種の電磁ロータリーバルブとして、それぞれ単一のスイッチング手段により通電制御される閉コイル及び開コイルを有するものもある。その他、直動型の電磁弁や電磁アクチエータでも、同様のHブリッジ回路などの駆動制御回路によりソレノイドコイルを駆動している。
【0003】
このソレノイドコイル駆動用の駆動制御回路は、コイル通電異常検出用の異常検出回路や駆動信号合成回路(例えばPWM信号形成回路)などとともに1乃至複数の半導体集積回路(半導体チップを以下、ICという)に集積されて回路基板に搭載され、この回路基板を樹脂やケースなどで密閉してIC装置とし、このIC装置を適当な場所に固定している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したソレノイドコイル駆動式の電磁アクチエータでは、以下の問題点があった。
まず、部品点数が多く、部品製造工程、組付け工程が煩雑で、収容に必要なスペースが大きいという問題があった。
【0005】
すなわち、IC装置及びソレノイドコイルを配置し、IC装置のコネクタから突出するコネクタピンと、ソレノイドコイルに形成されたコネクタから突出するコネクタピンとを、両端に雌コネクタが形成された接続ケーブルで接続する必要があった。更に、車両用などの用途では、振動が多く、これらのコネクタが緩む可能性があった。
【0006】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、部品点数の削減、部品製造工程や組付け工程の短縮、小型化を実現するとともに、耐振性を向上可能なソレノイドコイル装置を提供することを、目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
各発明は、コイルが巻装されるとともに磁性コアの柱状部が内蔵される筒状のボビン部と前記ボビン部の一端部に連結される塊状のブロック部とを有するとともに樹脂を素材として一体形成される樹脂体とを備えるソレノイドコイル装置において、
前記ブロック部内に一部埋設された入出力用のコネクタピンと、前記ブロック部に埋設された前記コイル駆動用の半導体集積回路とを備える共通の構成をもつ。
【0008】
本発明の第1の構成は、上記共通の構成において更に、前記半導体集積回路のリード端子が、前記コネクタピンを兼ねることを特徴としている。
本発明の第2の構成は、上記共通の構成において更に、前記半導体集積回路のリード端子が、前記コイル端巻付端子を兼ねることを特徴としている。
本発明の第3の構成は、上記共通の構成において更に、前記磁性コアが、前記柱状部の前記ブロック部側の端面に密接して配設される継鉄部を有し、前記半導体集積回路は前記継鉄部に近接配置されることを特徴としている。
【0009】
本発明の第4の構成は、上記第3の構成のソレノイドコイル装置の製造方法において、半導体集積回路を上記継鉄部に接合して金型にインサートすることを特徴としている。
本発明の第5の構成は、上記共通の構成のソレノイドコイル装置の製造方法において更に、先端部が相手コネクタのコネクタピンと電気的に接触する接触部をなすとともに中間部がタイバーで互いに結合された複数の前記コネクタピンを準備し、前記コネクタピンの基端部を前記半導体集積回路の複数のリード端子に個別に結合した後、インサート成形することにより前記タイバーの前記基端部を前記樹脂体で囲覆し、その後、前記タイバーを分離除去することを特徴としている。
【0010】
【作用及び発明の効果】
上記共通の構成をもつソレノイドコイル装置は、ボビン部の一端部にブロック部が一体成形される樹脂体を有し、ボビン部にコイルが巻装されるソレノイドコイル装置において、樹脂体のブロック部内にコネクタピンの基端部とコイル駆動用の半導体集積回路(IC)とを埋設したものである。
【0011】
このようにすれば、以下の作用効果を奏する。
まず、部品点数の削減、部品製造工程や組付け工程の短縮、小型化を実現することができる。すなわち、本構成は、従来のソレノイドコイルのボビン(正確にはボビンの端部)にこのソレノイドコイルを駆動するICとこのICと信号の授受及び電力の供給を行うコネクタピンの基端部とを埋設したものであり、これにより、これら装置が単一部品として構成できる他、製造工程は単に従来のソレノイドコイルのボビンを製造する工程とほぼ等しい工程を製作することができ、極めて簡単である。たとえば、従来のソレノイドコイルのボビンは、コイル端巻付端子を固定する必要があり、インサート成形する必要がある。しかしながら本構成においては、コネクタピンと接続されたICをコイル端巻付端子とともにインサートすればよく、それによりICをパッケージして保護することと、コネクタピンを支持固定し、更にコネクタピンとリード端子との接続部を保護することができる。更に、ICのリードとボビン部のコイルとの相対位置関係を厳密に規定できるので、両者間の電気的接続の自動化が実現でき、コネクタ付ケーブルを省略することができ、また、ICをパッケージする従来の樹脂モールド工程を省略することができる。 更に、ICとコイルとの接続箇所を減らすことができ、高振動環境における耐振性を向上することができる。
【0012】
特に、樹脂体のブロック部は元々、磁性コアの継鉄部を囲覆、支持するために形成されるものであり、このブロック部を多少、大型化するだけで本構成及び上記作用効果が実現でき、従来のいわゆるコイルボビン製造工程の大幅な変更も不要である。また更に、半導体集積回路とコイルとの間の配線距離も短縮できる。
本発明の第1の構成では、上記共通の構成において更に、半導体集積回路のリード端子が、前記コネクタピンを兼ねるので、更に構成、工程を簡素化することができ、信頼性を向上することができる。
【0013】
本発明の第2の構成では、上記共通の構成において更に、半導体集積回路のリード端子が、前記コイル端巻付端子を兼ねるので、更に構成、工程を簡素化することができ、信頼性を向上することができる。
本発明の第3の構成では、上記共通の構成において更に、樹脂体のボビン部に内蔵される磁性コアの柱状部のブロック部側の端面に密接して、磁性コアの継鉄部が形成される。そして、ブロック部は、この継鉄部と半導体集積回路とを互いに近接(又は密接)した状態で内蔵、囲覆する。
【0014】
このようにすれば、半導体集積回路で発生した熱を、良熱伝導性及び大熱容量を有するこの継鉄部を通じて放熱、吸収できるので、半導体集積回路の大電力化を実現することができ、しかも上記共通の構成に比べてなんら工程を延長する必要もない。
本発明の第4の構成では、上記第3の構成において更に、半導体集積回路(IC)を継鉄部に接合(例えば接着)して金型にインサートする。このようにすれば、インサート及び樹脂注入中におけるIC及び継鉄部の相対位置の保持が簡単であり、また、継鉄部がICのヒートシンク機能及び冷却機能を果たすことができる。
【0015】
本発明の第5の構成では、上記共通の構成のソレノイドコイル装置の製造方法において更に、半導体集積回路のリード端子に接続されたコネクタピンの基端部をブロック部(又はブロック部と一体のコネクタ用の樹脂部)に埋設固定し、コネクタピンの露出部分の内、相手コネクタのコネクタピンと電気的に接触しない中間部にタイバーを設けて、このタイバーによりインサート成形における各コネクタピンの相対変位を禁止し、この成形終了後、タイバーを切断する。
【0016】
このようにすれば、コネクタの成形において従来非常に重要であったピン間相対位置精度を格段に向上できる。すなわち、従来のコネクタでは隣接するコネクタピン間の位置ずれ(ピン間相対位置誤差)は良好な脱着性の確保のために数+μm以下に押さえる必要があり、このためにコネクタピンの後、挿入などの対策を講じてきたが、本構成によれば極めて簡単にインサート後のピン間相対位置を高精度に制御することができる。また、コネクタピンの接触部にはタイバーを設けないので、脱着の障害となることもない。
【0017】
【実施例】
(実施例1)
以下、本発明のソレノイドコイル装置の一実施例として、Hブリッジ型双方向通電方式のソレノイドコイル装置の回路図を図1に示す。
このソレノイドコイル装置は、半導体集積回路(IC)1と、IC1によって制御されるロータリーソレノイド2と、IC1に外部から電力を供給するとともに外部と信号を送受するコネクタピン31〜33と、これらIC1を内蔵する樹脂体4とからなる。ロータリーソレノイド2は、樹脂体4に巻装されるコイル5と、樹脂体4に挿入されて磁気回路を構成する磁性コア6とを備えている。ロータリーソレノイド2の構造及び詳細動作自体は本実施例の要旨ではないので、説明を省略する。
【0018】
IC1は、通電制御回路11とコントローラ12とからなる。
通電制御回路11は、NPNパワートランジスタT1〜T4、サージ電流吸収用のダイオードD1〜D4、ベース電流制限用の抵抗r1〜r4からなるHブリッジ型双方向通電方式の通電制御回路であって、実際にはワンチップのパワーICから構成されている。この通電制御回路1は、ロータリーソレノイド2のコイル5に対して、信号電圧Vs1、Vs2のスイッチング制御により所定の通電方向への所定のデューティ比での電流値で通電を行う。すなわち、信号電圧Vs1のデューテイ制御により所定の第1方向への通電制御ができ、信号電圧Vs2のデューテイ制御により反対方向への通電制御ができる。
【0019】
コントローラ12は、この信号電圧Vs1、Vs2を発生する回路であって、実際にはワンチップのICから構成されている。このコントローラ12は、信号電圧Vs1、Vs2の一方としてデジタル信号からなる入力開度電圧の大きさに略比例するオンデューティ比を有する所定周波数のキャリヤパルス信号を発生し、信号電圧Vs1、Vs2の他方としてトランジスタ遮断用のローレベルの信号電圧を発生する。これにより、ロータリーソレノイド2の回動角は、信号電圧Vs1が所定デューティ比を有する場合は第1方向にそれに応じた開度となり、信号電圧Vs2が所定デューティ比を有する場合は反対方向にそれに応じた開度となり、両信号電圧Vs1、Vs2がローレベルの場合は所定の中間開度(この実施例では50%開度)となる。
【0020】
この実施例では上記したように、通電制御回路11及びコントローラ12がそれぞれワンチップのICチップからなり、これらICチップがアルミナ配線基板(図示せず)に搭載されてパッケージに収容されてハイブリッドICを構成している。
このソレノイドコイル装置の全体断面を図2に示す。
【0021】
樹脂体4は、インサート樹脂成形で形成され、円筒状のボビン部41と、ボビン部41の一端に形成されたブロック部42と、ブロック部42の一端からボビン部41の径方向に立設されたコネクタ樹脂部43とからなる。
ボビン部41の外周にはコイル5が巻装されているが図2ではその図示は省略されている。また、ボビン部41には磁性コア6の柱状部61が内蔵されている。磁性コア6は、円柱状の柱状部61と、ブロック部42に埋設されて柱状部61の一端に密接する継鉄部62とを有し、更に、柱状部61の他端に密接する第2の継鉄部(図示せず)とを有している。継鉄部62及び第2の継鉄部は柱状部の軸心と直角方向に延設されている。
【0022】
継鉄部62の反柱状部側の面にはIC1の樹脂パッケージが接着されており、IC1内の上記アルミナ配線基板にはリード端子13〜15が固定され、これらリード端子13〜15の先端部がコネクタ樹脂部43内に突出して埋設され、リード端子16〜17の先端部がそれと反対方向に伸びて外部に突出している。リード端子13〜15の先端部には、コネクタピン31〜33の基端部が個別に抵抗溶接されており、コネクタピン31〜33の先端部及び中央部は外部に突出している。 IC1と、コネクタピン31〜33との結合関係を図3に示す。コネクタピン31〜33の基端部31a、32a、33aはそれぞれリード端子13〜15を個別に挟むように曲げられ、抵抗溶接されている。
【0023】
次に、この装置の製造工程を以下、順番に説明する。
まず、図4に示すように、3本のコネクタピン31〜33の中央部をタイバー314で連結した状態で、打ち抜き、それらの基端部31a〜33aをリード端子13〜15に抵抗溶接する。次に、このIC1を継鉄部62に接着し、継鉄部62と柱状部61とを接着させてインサートアセンブリを形成し、このインサートアセンブリを金型(図示せず)の所定位置にセットして樹脂体4をインサート成形する。次に、タイバー314を図5に示すように切断した後、インサート成形された樹脂体4のボビン部41にコイル2を巻装し、コイル2の両端をリード端子16、17に巻き付ける。なお、リード端子16、17の位置は図2に限定されるものではなく、もっとボビン部41寄りに曲げてもよい。
【0024】
図5にこのソレノイドコイル装置を軸心と平行にみた平面図を示す。
(変形態様)
上記実施例では、磁性コア6の柱状部61、継鉄部62をインサート成形により樹脂体4と一体に成形したが、柱状部61、継鉄部62のどちらか又は両方を樹脂体4に後から挿入することもできる。また、柱状部61及び継鉄部62を一体形成することも可能である。
【0025】
(実施例2)
他の実施例を図6を参照して説明する。
この実施例ではコイル端巻付端子8は、IC1のリード端子16、17と別体に構成されたものであり、そして、リード端子16、17を一対のコイル端巻付端子8に個別に圧着又は抵抗溶接したものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1のソレノイドコイル装置の回路図である。
【図2】図1のソレノイドコイル装置の断面図である。
【図3】図1のソレノイドコイル装置のIC1及びコネクタピン31〜33の接続を示す図である。
【図4】図1のソレノイドコイル装置のIC1及びコネクタピン31〜33の接続を示すインサート成形前の図である。
【図5】図1のソレノイドコイル装置の平面図である。
【図6】実施例2のソレノイドコイル装置を示す断面図である。
【符号の説明】
1はIC、2はロータリーソレノイド、4は樹脂体、5はコイル、6は磁性コア、13〜17はリード端子、31〜33はコネクタピン、41は樹脂体4のボビン部、42は樹脂体4のブロック部、43は樹脂体4のコネクタ樹脂部、61は磁性コア6の柱状部、62は磁性コア6の継鉄部である。
Claims (5)
- コイルが巻装されるとともに磁性コアの柱状部が内蔵される筒状のボビン部と前記ボビン部の一端部に連結される塊状のブロック部とを有するとともに樹脂を素材として一体形成される樹脂体とを備えるソレノイドコイル装置において、
前記ブロック部内に一部埋設された入出力用のコネクタピンと、前記ブロック部に埋設された前記コイル駆動用の半導体集積回路とを備え、
前記半導体集積回路のリード端子は、前記コネクタピンを兼ねることを特徴とするソレノイドコイル装置。 - コイルが巻装されるとともに磁性コアの柱状部が内蔵される筒状のボビン部と前記ボビン部の一端部に連結される塊状のブロック部とを有するとともに樹脂を素材として一体形成される樹脂体とを備えるソレノイドコイル装置において、
前記ブロック部内に一部埋設された入出力用のコネクタピンと、前記ブロック部に埋設された前記コイル駆動用の半導体集積回路とを備え、
前記半導体集積回路のリード端子は、コイル端巻付端子を兼ねることを特徴とするソレノイドコイル装置。 - コイルが巻装されるとともに磁性コアの柱状部が内蔵される筒状のボビン部と前記ボビン部の一端部に連結される塊状のブロック部とを有するとともに樹脂を素材として一体形成される樹脂体とを備えるソレノイドコイル装置において、
前記ブロック部内に一部埋設された入出力用のコネクタピンと、前記ブロック部に埋設された前記コイル駆動用の半導体集積回路とを備え、
前記磁性コアは、前記柱状部の前記ブロック部側の端面に密接して配設される継鉄部を有し、前記半導体集積回路は前記継鉄部に密接配置されることを特徴とするソレノイドコイル装置。 - 前記半導体集積回路を前記継鉄部に接合して前記樹脂体を整形するための金型にインサートする請求項3記載のソレノイドコイル装置の製造方法。
- コイルが巻装されるとともに磁性コアの柱状部が内蔵される筒状のボビン部と前記ボビン部の一端部に連結される塊状のブロック部とを有するとともに樹脂を素材として一体形成される樹脂体と、前記ブロック部内に一部埋設された入出力用のコネクタピンと、前記ブロック部に埋設された前記コイル駆動用の半導体集積回路とを備えるソレノイドコイル装置の製造方法であって、
先端部が相手コネクタのコネクタピンと電気的に接触する接触部をなすとともに中間部がタイバーで互いに結合された複数の前記コネクタピンを準備し、前記コネクタピンの基端部を前記半導体集積回路の複数のリード端子に個別に結合した後、インサート成形することにより前記タイバーの前記基端部を前記樹脂体で囲覆し、その後、前記タイバーを分離除去することを特徴とするソレノイドコイル装置の製造方法。
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