JP4428027B2 - 電磁駆動装置およびそれを用いた電磁弁 - Google Patents

Description

本発明は、可動子を非磁性材の筒部材で往復移動自在に支持している電磁駆動装置およびそれを用いた電磁弁に関する。

可動子に設けたシャフトではなく、可動子の外周を覆う非磁性材の筒部材で可動子自体を往復移動自在に支持する電磁弁が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、筒部材は固定子の内周に設置されている。このような構成を採用することにより、特許文献１は固定子と可動子との芯ずれを防止し電磁弁に用いる電磁駆動装置の径を極力小さくしようとしている。

特開２００１−１８７９７９号公報

しかしながら、特許文献１において、筒部材と可動子との摺動箇所に異物が噛み込むと、可動子の往復移動が妨げられる恐れがある。例えば、往復移動方向の一方に可動子を吸引する固定子の吸引部には鉄等の磁性材の異物が吸引されやすく、吸引部に吸引された異物が筒部材の内周面に集まると、可動子と筒部材との摺動箇所に異物が噛み込み可動子の往復移動が妨げられる恐れがある。
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、可動子を滑らかに往復移動させる電磁駆動装置およびそれを用いた電磁弁を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明によると、可動子の外周を覆う筒部材は、可動子を往復移動自在に支持する小径部と、小径部の往復移動方向の一方側に小径部よりも内径の大きい大径部とを有し、可動子を往復移動方向の一方に吸引する吸引部の少なくとも一部は大径部の外周側に設置されている。そして、小径部と大径部との境界をコイルへの無通電時における可動子の吸引部側端面よりも反吸引部側に設ける。この構成により、往復移動中において大径部と径方向で対向する可動子の外周面と大径部の内周面との間に摺動クリアランス以上の間隙を形成している。したがって、筒部材の外周側に設置された固定子の吸引部に吸引され大径部の内周に集まった磁性材の異物、あるいは磁性材に限らず大径部の内周に集まった非磁性材の異物が大径部と可動子との間に噛み込むことを防止できる。さらに、大径部と小径部との境界に内径差による段差が形成されているので、大径部の内周に集まった異物は段差に遮られる。その結果、内径部と可動子との摺動箇所に異物が侵入することを防止できる。したがって、可動子が筒部材に支持され滑らかに往復移動する。
ところで、可動子がフルストロークした際、強磁性異物は可動子と固定子とのオーバーラップ部分に吸引されるため、このオーバーラップ部分に付着する。そこで請求項１記載の発明によると、筒部材の大径部と小径部との境界は、無通電時における可動子の吸引部側端面位置から、通電により可動子がフルストロークした際に吸引部を有する固定子と可動子とがオーバーラップする長さよりも反吸引部側にある。可動子が無通電状態にある場合でも異物は筒部材の境界より筒部材の大径側にあるため、筒部材の小径部と可動子との摺動個所に異物が侵入することを防止できる。

請求項２記載の発明によると、筒部材の大径部と小径部との半径の差は３０μｍ以上である。電磁駆動装置内に集まる異物の粒径はほぼ３０μｍ未満であることから、異物が大径部の内周に集まっても、大径部と可動子との間に噛み込むことを防止できる。

流体通路を流れる流体流量を制御する電磁弁において、流体通路中に含まれる異物が流体とともに弁部材側から電磁駆動装置側に流入すると、可動子と他部材との摺動箇所に異物が噛み込む恐れがある。このような電磁弁に対し請求項３記載の発明では、請求項１または２のいずれか一項記載の発明を用いることにより、大径部の内周に集まった異物が大径部と可動子との間に噛み込むことを防止できる。したがって、可動子が筒部材に支持され滑らかに往復移動する。

請求項４記載の発明によると、固定コアの吸引部は可動子に対し弁部材側に設置されているので、流体通路から電磁駆動装置側に流入した異物が可動子と筒部材の小径部との摺動箇所に侵入する前に、大径部の内周に異物を集めることができる。
請求項５記載の発明によると、筒部材は可動子の弁部材と反対側端部を覆う有底筒状に形成されており、筒部材とハウジングとの間はシール部材でシールされている。この構成により、弁部材側から電磁駆動装置側に流体が漏れても、筒部材の外に流体は流出しない。したがって、電磁駆動装置のコイルが流体に濡れることを防止できる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
内燃機関のバルブタイミング調整装置の油圧制御弁に本発明の電磁弁を適用した一実施形態を図２に示す。油圧制御弁１は取付部材６０により内燃機関に取り付けられている。図２は、電磁駆動装置１０に電流を供給していない状態を示している。図２の矢印Ａ、Ｂは可動子としての可動コア３０の往復移動方向を示している。

油圧制御弁１は、電磁駆動装置１０およびスプール制御弁４０からなる。電磁駆動装置１０は、電流を供給することにより可動コア３０を吸引する磁気吸引力を発生する。可動コア３０とともにスプール制御弁４０の弁部材としてのスプール５０が往復移動することにより、遅角油圧室１２０および進角油圧室１２２に供給する作動油量と、遅角油圧室１２０および進角油圧室１２２から排出する作動油量とが調整される。電磁駆動装置１０のヨーク１１は、外周筒部１１ｂの端部でスプール制御弁４０のハウジングとしてのスリーブ４１をかしめ固定している。

電磁駆動装置１０は、ヨーク１１、固定コア１２、ボビン２０、ボビン２０に巻回されたコイル２２、可動コア３０および筒部材３２を有している。ヨーク１１および固定コア１２は固定子を構成している。ヨーク１１はコイル２２の外周を覆うとともに、可動コア３０の反スプール５０側の端部外周を覆っている。固定コア１２のフランジ部１２ａは、ヨーク１１とスリーブ４１との間に挟持されている。ヨーク１１、固定コア１２および可動コア３０は磁性材で形成されており、磁気回路を構成している。

ヨーク１１は内周筒部１１ａおよび外周筒部１１ｂを有している。内周筒部１１ａは可動コア３０のスプール５０と反対側の外周側面を覆っており、可動コア３０の径方向外側で可動コア３０と対向している。外周筒部１１ｂはコイル２２の外側を経由し、固定コア１２と磁気的に接続している。
固定コア１２はフランジ部１２ａおよび吸引部１２ｂを有しており、筒部材３２の後述する大径部３６の外周に設置されている。図１に示すように、吸引部１２ｂはフランジ部１２ａの内周縁から筒部材３２の外周面に沿って可動コア３０と対向する軸方向に延びている。吸引部１２ｂの厚みは、可動コア３０と対向する軸方向である図１の矢印Ｂ方向に向けて減少している。コイル２２に通電すると、吸引部１２ｂと可動コア３０との間に、可動コア３０を往復移動方向の一方である図１の矢印Ａ方向に吸引する磁気吸引力が働く。

図２に示すように、コイル２２は、巻端をコネクタ１６のターミナル１７に接続しており、ターミナル１７から駆動電流を供給される。コイル２２に駆動電流が供給されると、スプール５０と当接しているスプリング５８の付勢力に抗し、可動コア３０は固定コア１２の吸引部１２ｂに向けて吸引される。スプリング５８の付勢力は可動コア３０の往復移動方向の他方である図２の矢印Ｂ方向に働き、コイル２２に電流を供給することにより吸引部１２ｂに可動コア３０を吸引する磁力は、可動コア３０の往復移動方向の一方である図２の矢印Ａ方向に働く。

図１に示すように、可動コア３０は、摺動部３０ａと非摺動部３０ｂとテーパ部３０ｃとを往復移動方向の一方側であるスプール５０側に向けてこの順に有している。可動コア３０の外周面は、筒部材３２との摺動抵抗を低減するためにコーティングされている。可動コア３０の内部に、可動コア３０の往復移動方向両側の空間を連通する逃がし通路３１が形成されている。これにより、可動コア３０の往復移動が妨げられない。

摺動部３０ａは筒部材３２の小径部３４と摺動する。非摺動部３０ｂは摺動部３０ａと同一外径であり小径部３４と摺動しない。
図２に示すように、ステンレス鋼等の非磁性材で形成された筒部材３２は、有底円筒部３３およびフランジ部３８を有しカップ状に形成されている。有底円筒部３３はヨーク１１の内周筒部１１ａ、固定コア１２およびコイル２２の内周側に設置されている。有底円筒部３３の底部側は可動コア３０のスプール５０と反対側の端部を覆っている。筒部材３２のフランジ部３８とスリーブ４１との間はシール部材であるＯリング８０により液密にシールされている。

図１に示すように、有底円筒部３３は、有底円筒部３３の底部側に設けた小径部３４と、小径部３４に続き小径部３４の吸引部１２ｂ側に形成され小径部３４よりも内径の大きい大径部３６とを有している。小径部３４と大径部３６との間に小径部３４と大径部３６との境界である段差部３５が形成されている。小径部３４は可動コア３０と摺動し可動コア３０を往復移動自在に支持している。小径部３４と大径部３６との半径の差ｄは、３０μｍ以上に設定されている。
また、コイル２２に通電し可動コア３０がフルストロークしたときに吸引部１２ｂを有する固定コア１２と可動コア３０とがオーバーラップする長さをＬとすると、段差部３５の軸方向位置は、コイル２２への無通電時における可動コア３０の吸引部１２ｂ側端面位置からオーバーラップ長Ｌよりも反吸引部側にある。図１において二点鎖線２００は、フルストロークしたときの可動コア３０の位置を表している。

図２に示すように、スプール制御弁４０は、スリーブ４１およびスプール５０を有している。スリーブ４１の電磁駆動装置１０側は、可動コア３０からスプール５０に駆動力を受けるために開口している。スリーブ４１の所定の壁面位置に、作動油を通過させる流体通路として複数の開口部４２、４３、４４、４５、４６が形成されている。ポンプ７０は油タンク７２から吸い上げた作動油を油供給路１００から開口部４４に供給している。開口部４２、４６はそれぞれ油路１０２、１０４を介し油タンク７２に向け開放されている。開口部４５は油路１１０を介して遅角油圧室１２０と連通し、開口部４３は油路１１２を介して進角油圧室１２２と連通している。

スプール５０は、スリーブ４１の内壁に軸方向に摺動可能に支持されている。スプール５０は、可動コア３０側に設けられたシャフト５１と、スリーブ４１の内径とほぼ同じ径を有するランド部である大径部５２、５３、５４と、これら大径部を連結する小径部とから構成されている。
スプリング５８は一方の端部をスプール５０の反可動コア３０側の端面に当接し、他方の端部をスリーブ４１の底部内壁に当接している。スプリング５８は図１の矢印Ｂ方向にスプール５０を付勢し、この付勢力によりシャフト５１は可動コア３０に押し付けられている。

次に油圧制御弁１の作動について説明する。
(1) 図２はコイル２２に電流を供給していない状態を示し、可動コア３０には磁気吸引力が作用しておらず、スプール５０および可動コア３０はスプリング５８の付勢力により図２に示す位置にある。このとき、スプール制御弁４０の開口部４４と開口部４５との間および開口部４２と開口部４３との間が連通し、開口部４３と開口部４４との間および開口部４５と開口部４６との間が遮断されることにより、ポンプ７０から開口部４４、４５を通り作動油が遅角油圧室１２０に供給される。同時に、開口部４２と開口部４３との間が連通するので、進角油圧室１２２の作動油が油タンク７２へ排出される。

(2) コイル２２に制御電流が供給されると、スプリング５８の付勢力に抗し可動コア３０が図２の矢印Ａ方向、つまり吸引部１２ｂに向けて往復移動方向の一方に吸引される。スプール５０は可動コア３０とともに図２の矢印Ａ方向に移動し、スリーブ４１の底部内壁に係止される。すると、スプール制御弁４０の開口部４４と開口部４３との間および開口部４６と開口部４５との間が連通し、開口部４４と開口部４５との間および開口部４２と開口部４３との間が遮断されることにより、ポンプ７０から開口部４４、４３を通り進角油圧室１２２に作動油が供給される。同時に開口部４６と開口部４５との間が連通するので、遅角油圧室１２０の作動油が油タンク７２へ排出される。

コイル２２に供給する電流値と発生する磁力とは比例するので、コイル２２に供給する電流値を制御することによりスプール５０の位置を線形制御できる。したがって、遅角油圧室１２０および進角油圧室１２２に供給または両油圧室から排出される作動油量はスプール５０の位置により調整できる。

本実施形態では、スプール制御弁４０が作動油量を調整することにともない、スプール制御弁４０側から電磁駆動装置１０の可動コア３０側に作動油が流入することがある。この作動油中に異物が混入していると、異物は筒部材３２の小径部３４と大径部３６との境界に形成された段差部３５に遮られ大径部３６の内周側に集まる。特に磁性材の異物は吸引部１２ｂに吸引され吸引部１２ｂの内周側に位置する大径部３６の内周に集まる。小径部３４と大径部３６との半径の差は３０μｍ以上に設定されているので、可動コア３０の外周面と大径部３６の内周面との間には、摺動クリアランス以上の間隙が形成されている。したがって、可動コア３０の外周面と大径部３６の内周面との間に異物が噛み込むことを防止できる。

また、段差部３５の軸方向位置は、コイル２２への無通電時における可動コア３０の吸引部１２ｂ側の端面位置から、コイル２２に通電し可動コア３０がフルストロークしたときの固定コア１２と可動コア３０とのオーバーラップ長Ｌよりも反吸引部側にある。この構成により、可動コア３０がフルストロークしたときに、固定コア１２とオーバーラップしている可動コア３０の外周面に付着した異物は、コイル２２への通電をオフし可動コア３０が反吸引部側に移動しても、段差部３５よりも筒部材３２の大径部３６側にある。したがって、筒部材３２の小径部３４と可動コア３０との摺動個所に異物が侵入することを防止できる。

さらに、異物が磁性材または非磁性材であるかに関わらず、小径部３４と大径部３６との間に形成された段差部３５により、大径部３６側から小径部３４側に異物が侵入することを防止できる。したがって、可動コア３０の外周面と小径部３４の外周面との摺動箇所に異物が噛み込むことを防止できる。したがって、可動コア３０は筒部材３２に支持され滑らかに往復移動する。

また本実施形態では、非磁性材で形成された有底筒状の筒部材３２の底部が可動コア３０のスプール５０と反対側の端部を覆うとともに、筒部材３２のフランジ部３８とスリーブ４１との間がＯリング８０によりシールされている。したがって、スプール５０側からる可動コア３０側に流入してきた作動油が筒部材３２の外側、例えばコイル２２側に漏れることを防止できる。

（他の実施形態）
本発明では筒部材の内径部と大径部との半径差は３０μｍ以上である必要はなく、筒部材の大径部と可動コアとの間に異物が噛み込むことを防止できるのなら、３０μｍ未満でもよい。また、固定子の吸引部を、可動コア３０のスプール５０と反対側に設置してもよい。
本実施形態では、電磁駆動装置を構成するコイルに供給する電流値を制御することにより、弁部材であるスプールを中間位置に保持し、スプールの位置により流体通路を流れる流体流量を制御する油圧制御弁について説明した。これ以外にも、弁部材を中間位置に保持することなく流体通路を全開または全閉し、流体流量を二種類に制御する電磁弁に本発明の構成を適用してもよい。あるいは、流体流量を制御する電磁弁以外の用途において被駆動部材を駆動するための電磁駆動装置として本発明を適用すれば、可動子の滑らかな往復移動が可能とする。

本発明の一実施形態による電磁弁の吸引部周辺を示す拡大断面図である。 本実施形態による電磁弁を示す断面図である。

符号の説明

１ 油圧制御弁（電磁弁）、１０ 電磁駆動装置、１１ ヨーク（固定子）、１１ａ 内周筒部、１２ 固定コア（固定子）、１２ｂ 吸引部、２２ コイル、３０ 可動コア（可動子）、３２筒部材、３４ 小径部、３５ 段差部（境界）、３６ 大径部、４０ スプール制御弁、４１ スリーブ（ハウジング）、５０ スプール（弁部材）、８０ Ｏリング（シール部材）

Claims (5)

1. 可動子と、
   非磁性材により筒状に形成され、前記可動子の外周を覆い前記可動子を往復移動自在に支持する筒部材と、
   前記可動子と磁気回路を形成する固定子であって、前記可動子の往復移動方向の一方に前記可動子を吸引する吸引部を有する固定子と、
   前記筒部材の外周側に設置され、通電することにより前記可動子と前記吸引部との間に磁気吸引力を発生するコイルと、
   を備え、
   前記筒部材は、前記可動子を往復移動自在に支持する小径部と、前記小径部よりも内径が大きく前記小径部に続いて前記往復移動方向の一方側に設けられている大径部とを有し、
   前記吸引部の少なくとも一部は前記大径部の外周側に設置されており、
   前記小径部と前記大径部との境界を無通電時における前記可動子の吸引部側端面よりも反吸引部側に設け、
   前記境界の軸方向位置は、無通電時における前記可動子の前記吸引部側端面位置から、通電により前記可動子がフルストロークした際に前記吸引部を有する前記固定子と前記可動子とがオーバーラップする長さよりも反吸引部側にあることを特徴とする電磁駆動装置。
2. 前記大径部と前記小径部との半径の差は３０μｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の電磁駆動装置。
3. 請求項１または２のいずれか一項記載の電磁駆動装置と、
   前記可動子とともに往復移動し、流体通路を流れる流体流量を制御する弁部材と、
   前記弁部材を往復移動自在に収容するハウジングと、
   前記往復移動方向の他方に前記可動子を付勢する付勢手段と、
   を備えることを特徴とする電磁弁。
4. 前記吸引部は前記可動子に対し前記弁部材側に設置されていることを特徴とする請求項３記載の電磁弁。
5. 前記筒部材と前記ハウジングとの間をシールするシール部材を備え、前記筒部材は前記可動子の前記弁部材と反対側の端部を覆う有底筒状に形成されていることを特徴とする請求項４記載の電磁弁。

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