JP5704412B2 - リニアソレノイド - Google Patents

Description

本発明は、リニアソレノイドに関する。

固定子のコイルに通電するとき発生する磁界により可動子コアを直線移動させるリニアソレノイドが知られている。特許文献１に開示されたリニアソレノイドでは、コイルおよびボビンは、外周部が樹脂によりモールドされ、第１固定子コアおよび第２固定子コアと共に一対のヨークの間に配置されている。ボビンは、コイルが巻かれた筒状の巻回部、巻回部の一端部から径外方向に突き出す第１鍔部、巻回部の他端部から径外方向に突き出す第２鍔部、および、第２鍔部から一方のヨーク側に突き出す突出部を有する。一方のヨークとボビンの第２鍔部との間にはＯリングが設けられ、また他方のヨークとボビンの第１鍔部との間にはＯリングが設けられている。特許文献１では、リニアソレノイドは、エンジンのバルブタイミング調整装置の油圧切換弁の駆動部として用いられている。

特開２０１１‐２２２７９９号公報

ところで、ボビンに溶着突起を設け、ヨークをコイルおよびボビンとともに樹脂でモールドして成るハウジングを設け、ハウジングとボビンの溶着突起とを溶着させることにより、Ｏリングを廃止しつつ、リニアソレノイド内部の油がハウジングとボビンとの界面を通じてコイルに侵入することを防止することが考えられている。コイルに油が侵入することを防止することにより、コイルからターミナルを通じて電子制御装置に油が伝わることを回避可能である。

しかし、ハウジングの成形時の樹脂流動によりボビンの突出部にかかる圧力によって、突出部が径内方向に撓み、ボビンとヨークとの間に隙間が生じて成形樹脂がその隙間に流れ込みバリが発生すること、および、ボビンにクラックが発生することが懸念される。バリが発生すると、そのバリが剥がれ落ちてリニアソレノイドもしくは油圧切換弁のスプールの摺動部、またはエンジン内部などに侵入するおそれがある。またボビンにクラックが発生すると、リニアソレノイド内部の油がクラックからコイルおよびターミナルを通じて電子制御装置に伝わるおそれがある。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ボビンの突出部と第２ヨークとの間に成形樹脂によるバリが発生することを抑制可能であり、またボビンにクラックが発生することを抑制可能なリニアソレノイドを提供することである。

本発明によるリニアソレノイドは、シャフト、第１固定子コア、第２固定子コア、可動子コア、コイル、ボビン、第１ヨーク、第２ヨークおよびハウジングを備えている。第１固定子コアおよび第２固定子コアは、互いにエアギャップを隔てるように配置され、シャフトを支持している。可動子コアは、シャフトに固定され、第２固定子コア側の原位置と第１固定子コア側のフルストローク位置との間で軸方向に往復移動可能である。コイルは、エアギャップに対し径外方向に位置している。

ボビンは、コイルが巻かれている筒状の巻回部、巻回部の一端部から径外方向に延びている第１鍔部、第１鍔部の先端部に形成されている第１溶着突起、巻回部の他端部から径外方向に延びている第２鍔部、第２鍔部の先端部に形成されている第２溶着突起、および、巻回部から軸方向に突き出す突出部、を有する。第１ヨークは、コイルの径外方向に位置し、第１固定子コアとの間で磁気伝達可能である。第２ヨークは、ボビンの突出部および第２固定子コアに対し第１固定子コアとは反対側に隣接し、第１ヨークと第２固定子コアとを互いに磁気的につないでいる。

ハウジングは、少なくとも第１ヨークとコイルおよびボビンとの間、および、第２ヨークとボビンの第２鍔部との間を埋めるように樹脂成形され、ボビンの第１溶着突起および第２溶着突起に溶着されている。
特に、本発明は、第２ヨークが圧力低減部を有することを特徴とする。圧力低減部は、ハウジングの成形時の樹脂流動によりボビンの突出部にかかる圧力を低減可能であり、ボビンの突出部よりも径外方向に位置する段差面、および、ボビンの突出部よりも径外方向に位置するとともに軸方向に貫通する通孔により構成される。通孔は、コイルの径方向において、段差面と第２溶着突起との間に位置する。

したがって、第２ヨークの圧力低減部によって、ハウジングの成形時の樹脂流動によりボビンの突出部にかかる圧力が低減するので、ボビンの突出部の径内方向への撓みが抑制される。そのため、上記突出部の径内方向への撓みに起因して発生する、成形樹脂によるバリおよびボビンのクラックを抑制可能である。それ故、成形樹脂によるバリが剥がれ落ちてリニアソレノイドもしくは油圧切換弁のスプールの摺動部、またはエンジン内部などに侵入すること、および、リニアソレノイド内部の油がボビンのクラックからコイルおよびターミナルを通じて電子制御装置に伝わることを回避可能である。

本発明の第１実施形態によるリニアソレノイドが適用されたバルブタイミング調整装置の概略構成を説明する図である。 図１のリニアソレノイドを示す断面図であって、シャフトが原位置に位置している状態を示す。 図１のリニアソレノイドを示す断面図であって、シャフトがフルストローク位置に位置している状態を示す。 図２の矢印ＩＶ部分の拡大図である。 図２のハウジングを樹脂成形するとき、ヨークおよびボビン等が金型にセットされたところを示す断面図である。 本発明の第２実施形態によるリニアソレノイドを示す断面図である。 図６の矢印ＶＩＩ部分の拡大図である。 図６のハウジングを樹脂成形するとき、ヨークおよびボビン等が金型にセットされたところを示す断面図である。 本発明の第３実施形態によるリニアソレノイドを示す断面図である。 図９の矢印Ｘ部分の拡大図である。 図９のハウジングを樹脂成形するとき、ヨークおよびボビン等が金型にセットされたところを示す断面図である。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態によるリニアソレノイドが適用されたバルブタイミング調整装置を図１に示す。バルブタイミング調整装置１００は、図示しない内燃機関のクランクシャフトと一体に回転するケース１０１内の油圧室１０２に作動油を供給することで、カムシャフト１０３と一体に回転するベーンロータ１０４を相対回動させ、図示しない吸排気バルブの開閉タイミングを調整する。油圧室１０２には、オイルパン１０５からオイルポンプ１０６により汲み上げられた作動油が油圧切換弁１０７を通じて供給される。油圧切換弁１０７のスプール１０８は、スリーブ１０９内で軸方向に往復移動可能に設けられ、スプリング１１０により軸方向の一方側に付勢されている。リニアソレノイド１は、スプール１０８をスプリング１１０の付勢力に抗して軸方向の他方側に駆動する駆動部として用いられている。

先ず、リニアソレノイド１の概略構成を図２および図３に基づき説明する。
リニアソレノイド１は、コイル部１０、ヨーク１５、ハウジング２０、第１固定子コア２５、第２固定子コア３０、シャフト３５、可動子コア４０およびカラー４５などを備えている。

コイル部１０は、筒状のボビン１１と、ボビン１１に巻回された電線からなる環状のコイル１２とから構成されている。
ヨーク１５は、磁性材料からなり、コイル部１０の径外方向に位置する筒部１６と、筒部１６の一端部に一体に形成されている底部１７とを有し、一部材から構成されているカップ状部材である。筒部１６は、特許請求の範囲に記載の「第１ヨーク」に相当し、底部１７は、特許請求の範囲に記載の「第２ヨーク」に相当する。

ハウジング２０は、コイル部１０およびヨーク１５をモールドしている本体部２１と、コイル１２に接続されたターミナル２２を内包しているコネクタ部２３と、例えば図示しないエンジンカバーなどに取り付けるときに用いられるブラケット部２４と、を有している。

第１固定子コア２５は、磁性材料からなり、コイル１２の軸心方向の一方すなわち筒部１６の他端部側に位置している。第１固定子コア２５は、ヨーク１５の底部１７側に突き出す第１環状突起２８を形成しており、径外端部がヨーク１５の筒部１６にかしめにより固定されている。

第２固定子コア３０は、磁性材料からなり、コイル１２の軸心方向の他方すなわち筒部１６の一端部側に位置している。第２固定子コア３０は、軸方向でヨーク１５の底部１７に当接し、また第１固定子コア２５の第１環状突起２８との間にエアギャップ４７を隔てるように当該第１環状突起２８側に突き出す第２環状突起３３を形成している。第１固定子コア２５および第２固定子コア３０は、ヨーク１５により互いに磁気的につながれている。

シャフト３５は、エアギャップ４７の径内方向で第１固定子コア２５と第２固定子コア３０とにより支持され、第２固定子コア３０側の原位置と第１固定子コア２５側のフルストローク位置との間で軸方向に往復移動可能である。図２は、シャフト３５が原位置に位置している状態を示し、図３は、シャフト３５がフルストローク位置に位置している状態を示す。

可動子コア４０は、磁性材料からなり、第１固定子コア２５と第２固定子コア３０との間に位置し、シャフト３５に固定されている。シャフト３５が原位置に位置しているとき、可動子コア４０は、エアギャップ４７に対し第２固定子コア３０側に位置する。シャフト３５がフルストローク位置に位置しているとき、可動子コア４０は、軸方向で第１環状突起２８と第２環状突起３３とを跨ぐようにエアギャップ４７の径内方向に位置し、第１環状突起２８と第２環状突起３３とを磁気的にバイパスする。

カラー４５は、第１固定子コア２５と第２固定子コア３０との間に位置する筒状部材である。カラー４５は、非磁性材料からなり、一端部が第１環状突起２８に圧入され、他端部が第２環状突起３３に圧入されている。カラー４５は、第１固定子コア２５と第２固定子コア３０との軸方向および径方向の相対移動を禁止している。

次に、リニアソレノイド１の特徴構成を図２〜図４に基づき説明する。
ボビン１１は、コイル１２が巻かれている筒状の巻回部５１、巻回部５１のうち第１固定子コア２８側の一端部から径外方向に延びている第１鍔部５２、第１鍔部５２の先端部に形成されている第１溶着突起５３、巻回部５１のうち第２固定子コア３０側の他端部から径外方向に延びている第２鍔部５４、第２鍔部５４の先端部に形成されている第２溶着突起５５、および、巻回部５１からヨーク１５の底部１７に向けて軸方向に突き出す突出部５６、を有している。ボビン１１の突出部５６は、ヨーク１５の底部１７に当接している。

ハウジング２０の本体部２１は、ヨーク１５の外側、および、ボビン１１の第１鍔部５２の外側を覆うとともに、ヨーク１５の筒部１６とコイル１２およびボビン１１との間、および、ヨーク１５の底部１７とボビン１１の第２鍔部５４との間を埋めるように、樹脂成形されている。ボビン１１の第１溶着突起５３および第２溶着突起５５は、ハウジング２０に溶着されている。

ヨーク１５の底部１７は、ボビン１１の突出部５６よりも径外方向に位置する段差面１８を有している。段差面１８は、ヨーク１５の底部１７の径方向の外側部が中央部に対し凹むように形成されるとともに、軸方向で第２鍔部５４側に向かうにしたがって外径が小さくなるようにテーパ状に形成されている。この段差面１８は、ハウジング２０の成形時の樹脂流動によりボビン１１の突出部５６にかかる圧力すなわち成形圧を低減可能な圧力低減部である。なお、段差面１８がどのように成形圧を低減するかは後述する。

次に、ハウジング２０の製造手順を図２、図５に基づき説明する。
先ず、図２に示すリニアソレノイド１の構成部材のうち、ヨーク１５、ボビン１１、ボビン１１に巻回されたコイル１２、ターミナル２２およびインサートカラー４６を図５に示す金型６０にセットする。金型６０は、図５に一部を示す第１金型６１、第２金型６２および第３金型６３から構成されている。

続いて、金型６０内部のキャビティに溶融樹脂を充填する。このとき、成形機のノズルから射出された溶融樹脂は、図示しないゲートからヨーク１５内側に流れ込む。ヨーク１５内側に流れ込んだ溶融樹脂は、ボビン１１の第１溶着突起５３および第２溶着突起５５の表層部を溶かす。

図５に矢印Ｘ１で示すようにヨーク１５の底部１７とボビン１１の第２鍔部５４との間の第１隙間４８を通って、矢印Ｘ２で示すようにヨーク１５の筒部１６とコイル１２およびボビン１１との間の第２隙間４９に流れ込んだ溶融樹脂は、ボビン１１の突出部５６に向かうとき段差面１８にぶつかる。このようにハウジング２０の成形時の成形圧をヨーク１５の段差面１８で受けることにより、ボビン１１の突出部５６にかかる成形圧が低減され、突出部５６の径内方向への撓みが抑制される。
続いて、金型６０内部に充填された樹脂を冷却して固化させる。このとき、ボビン１１の第１溶着突起５３および第２溶着突起５５は、ハウジング２０を形成する樹脂に溶着する。
続いて、固化したハウジング２０等を金型６０から取り出す。

以上説明したように、第１実施形態によるリニアソレノイド１では、ヨーク１５の底部１７は、ボビン１１の突出部５６よりも径外方向に位置する段差面１８を有している。この段差面１８は、ハウジング２０の成形時に成形圧を受けることにより、ボビン１１の突出部５６にかかる成形圧を低減可能な圧力低減部である。

したがって、ハウジング２０の成形時、ボビン１１の突出部５６の径内方向への撓みが抑制される。そのため、上記突出部５６の径内方向への撓みに起因して発生する、成形樹脂によるバリおよびボビン１１のクラックを抑制可能である。それ故、成形樹脂によるバリが剥がれ落ちてリニアソレノイド１もしくは油圧切換弁１０７のスプール１０８の摺動部、またはエンジン内部などに侵入すること、および、リニアソレノイド１内部の油がボビン１１のクラックからコイル１２およびターミナル２２を通じて電子制御装置に伝わることを回避可能である。

また、第１実施形態では、ハウジング２０は、ヨーク１５の外側、および、ボビン１１の第１鍔部５２の外側を覆うとともに、ヨーク１５の筒部１６とコイル１２およびボビン１１との間、および、ヨーク１５の底部１７とボビン１１の第２鍔部５４との間を埋めるように樹脂成形され、ボビン１１の第１溶着突起５３および第２溶着突起５５に溶着されている。
したがって、ヨーク１５とボビン１１との間にＯリングを設けることなく、リニアソレノイド１内部の油がハウジング２０とボビン１１との界面を通じてコイル１２に侵入することを防止することできる。そのため、コイル１２からターミナル２２を通じて電子制御装置に油が伝わることを回避可能である。

また、第１実施形態では、ヨーク１５は、カップ状であり、一部材からなる。
したがって、ヨーク１５内部は、ハウジング２０とボビン１１との溶着により完全に密閉されるので、油の漏れ経路を完全に無くすことができる。

また、第１実施形態では、外部への取り付け用のブラケット部２４は、樹脂製のハウジング２０の一部を構成する。
したがって、従来のようにブラケットが金属製のヨークの一部を構成する場合と比べて、リニアソレノイド１の重量が低減し、またヨークのプレス加工が容易となる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態によるリニアソレノイドを図６〜図８に基づき説明する。
リニアソレノイド７０では、ボビン７１は、巻回部５１からヨーク７３の底部７４に向けて軸方向に突き出す突出部７２を有している。
ヨーク７３の底部７４は、ボビン７１の突出部７２よりも径外方向に位置するとともに軸方向に貫通する通孔７５を有している。この通孔７５は、周方向で例えば等間隔に複数形成されており、ハウジング７６の成形時にボビン７１の突出部７２にかかる成形圧を低減可能な圧力低減部である。

ハウジング７６を樹脂成形するとき、図８に示すように、成形機のノズルから射出された溶融樹脂は、図示しないゲートから図８に矢印Ｙ１で示すようにヨーク７３内側に流れ込み、次いで図８に矢印Ｙ２で示すようにヨーク７３の底部７４の通孔７５を通ってヨーク７３外側に流れ込む。第１隙間４８から、ヨーク７３の底部７４とボビン７１の第２鍔部５４との間の第２隙間７７に流れ込んだ溶融樹脂は、図８に矢印Ｙ３で示すようにボビン７１の突出部７２側に向かうよりも、図８に矢印Ｙ２で示すように、より大きなスペースであるヨーク７３外側に流れようとする。これにより、ボビン７１の突出部７２に向かう溶融樹脂がヨーク１５外側に逃がされ、突出部７２にかかる成形圧が低減される。

以上説明したように、第２実施形態によるリニアソレノイド７０では、ヨーク７３の底部７４が有する通孔７５は、ハウジング７６の成形時にボビン７１の突出部７２に向かう樹脂をヨーク１５外側に逃がすことにより、ボビン７１の突出部７２にかかる成形圧を低減可能である。したがって、第１実施形態と同様の効果を奏する。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態によるリニアソレノイドを図９〜図１１に基づき説明する。
リニアソレノイド８０では、ヨーク８１の底部８２は、段差面１８および通孔７５の両方を有している。
ハウジング８３を樹脂成形するとき、図１１に示すように、成形機のノズルから射出された溶融樹脂は、図示しないゲートからヨーク８１外側に流れ込み、次いで図１１に矢印Ｚ１で示すようにヨーク８１の底部８２の通孔７５を通って第２隙間４９に流れ込む。第２隙間４９に流れ込んだ溶融樹脂は、図１１に矢印Ｚ２で示すようにボビン１１の突出部５６側に向かうよりも、図１１に矢印Ｚ３で示すように、より大きなスペースである第１隙間４８に流れようとする。これにより、ボビン１１の突出部５６に向かう溶融樹脂が第１隙間４８に逃がされ、突出部５６にかかる成形圧が低減される。

また、通孔７５を通り越してボビン１１の突出部５６に向かう溶融樹脂は、段差面１８にぶつかる。これにより、ボビン１１の突出部５６にかかる成形圧がさらに低減される。
以上説明したように、第３実施形態によれば、ハウジング２０の成形時、ボビン１１の突出部５６の径内方向への撓みを第１実施形態および第２実施形態よりもさらに抑制可能である。そのため、上記突出部５６の径内方向への撓みに起因して発生する、成形樹脂によるバリおよびボビン１１のクラックをさらに抑制可能である。

（他の実施形態）
本発明の他の実施形態では、ヨークの底部の段差面は、軸方向で外径が変化しないように筒面状に形成されてもよいし、あるいは軸方向でボビンの第２鍔部側に向かうにしたがって外径が大きくなるようにテーパ状に形成されてもよい。
本発明の他の実施形態では、ヨークの底部の各通孔は、周方向で等間隔に形成されなくてもよい。また、各通孔の大きさはそれぞれ異なっていてもよい。また、ヨークの底部の通孔は、１つだけ形成されてもよい。

本発明の他の実施形態では、第１固定子コアとヨークとの固定は、かしめに限らず、例えば圧入などにより為されてもよい。
本発明の他の実施形態では、第１固定子コアとヨークとの間の磁束伝達が軸方向で行われてもよい。
本発明の他の実施形態では、第１固定子コアは、ヨークの筒部内に嵌合していなくてもよい。第１固定子コアがヨークの筒部内に嵌合しない場合、第１固定子コアとヨークとの固定は、例えば巻きかしめ等で為されてもよい。
本発明の他の実施形態では、第２固定子コアとヨークとの間の磁束伝達が径方向で行われてもよい。この場合、第２固定子コアおよびヨークは圧入などによって固定されてもよい。

本発明の他の実施形態では、第１固定子コアは、複数の部材から構成されてもよい。すなわち、軸受部と固定部とが別体で構成されるなどしていてもよい。
本発明の他の実施形態では、第１固定子コアおよび第２固定子コアの一方または両方は、環状突起を形成しなくてもよい。要するに、第１固定子コアおよび第２固定子コアは、両者の間にエアギャップが形成されるように設けられればよい。
本発明の他の実施形態では、第１固定子コア、第２固定子コアおよびヨークは、横断面形状が円形でなくてもよいし、周方向の一部に切り欠き等が形成されていてもよい。

本発明の他の実施形態では、カラーは筒状でなくてもよい。カラーは、第１固定子コアと第２固定子コアとが互いに接近する方向に相対移動することを抑制するものであれば、例えば棒状または板状であってもよい。
本発明の他の実施形態では、カラーは、第１固定子コアおよび第２固定子コアに圧入ではなく嵌合されてもよい。これにより、カラーは、第１固定子コア、第２固定子コア、シャフトおよび可動子コアを一体に組み付けなくてもよい。

本発明の他の実施形態では、リニアソレノイドは、バルブタイミング調整装置の油圧切換弁の駆動部に限らず、往復移動可能な被駆動部材を有する種々の機能品の駆動部として適用可能である。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１、７０、８０・・リニアソレノイド
１１、７１・・・・・ボビン
１２・・・・・・・・コイル
１６・・・・・・・・第１ヨーク
１７、７４、８２・・第２ヨーク
１８・・・・・・・・段差面（圧力低減部）
２０、７６、８３・・ハウジング
２５・・・・・・・・第１固定子コア
３０・・・・・・・・第２固定子コア
３５・・・・・・・・シャフト
４０・・・・・・・・可動子コア
４７・・・・・・・・エアギャップ
５１・・・・・・・・巻回部
５２・・・・・・・・第１鍔部
５３・・・・・・・・第１溶着突起
５４・・・・・・・・第２鍔部
５５・・・・・・・・第２溶着突起
５６、７２・・・・・突出部
７５・・・・・・・・通孔（圧力低減部）

Claims (3)

1. シャフト（３５）と、
   前記シャフトの一端部を支持している第１固定子コア（２５）と、
   前記シャフトの他端部を支持し、前記第１固定子コアとの間に軸方向のエアギャップ（４７）を隔てるように配置されている第２固定子コア（３０）と、
   前記シャフトに固定され、前記第２固定子コア側の原位置と前記第１固定子コア側のフルストローク位置との間で軸方向に往復移動可能な可動子コア（４０）と、
   前記エアギャップに対し径外方向に位置する環状のコイル（１２）と、
   前記コイルが巻かれている筒状の巻回部（５１）、当該巻回部の一端部から径外方向に延びている第１鍔部（５２）、当該第１鍔部の先端部に形成されている第１溶着突起（５３）、前記巻回部の他端部から径外方向に延びている第２鍔部（５４）、当該第２鍔部の先端部に形成されている第２溶着突起（５５）、および、前記巻回部から軸方向に突き出す突出部（５６、７２）、を有するボビン（１１、７１）と、
   前記コイルの径外方向に位置し、前記第１固定子コアとの間で磁気伝達可能な第１ヨーク（１６）と、
   前記ボビンの前記突出部および前記第２固定子コアに対し前記第１固定子コアとは反対側に隣接し、前記第１ヨークと前記第２固定子コアとを互いに磁気的につないでいる第２ヨーク（１７、７４、８２）と、
   少なくとも前記第１ヨークと前記コイルおよび前記ボビンとの間、および、前記第２ヨークと前記ボビンの前記第２鍔部との間を埋めるように樹脂成形され、前記ボビンの前記第１溶着突起および前記第２溶着突起に溶着されているハウジング（２０、７６、８３）と、
   を備え、
   前記第２ヨークは、前記ハウジングの成形時の樹脂流動により前記ボビンの前記突出部にかかる圧力を低減可能な圧力低減部（１８、７５）を有し、
   前記圧力低減部は、前記ボビンの前記突出部よりも径外方向に位置する段差面（１８）、および、前記ボビンの前記突出部よりも径外方向に位置するとともに軸方向に貫通する通孔（７５）であり、
   前記通孔は、前記コイルの径方向において、前記段差面と前記第２溶着突起との間に位置することを特徴とするリニアソレノイド（１、７０、８０）。
2. 前記第１ヨークおよび前記第２ヨークは、互いに一体に形成され、カップ状部材を構成していることを特徴とする請求項１に記載のリニアソレノイド（１、７０、８０）。
3. 前記ハウジングは、前記ヨーク、前記コイルおよび前記ボビンをモールドしている本体部（２１）と、前記コイルに接続されたターミナル（２２）を内包しているコネクタ部（２３）と、外部への取り付け用のブラケット部（２４）と、を有することを特徴とする請求項１または２に記載のリニアソレノイド（１、７０、８０）。

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