WO2016129261A1 - リニアソレノイド - Google Patents

Abstract

　リニアソレノイドは、コイル（１）、プランジャ（２）、磁気吸引コア（３）、および磁気受渡コア（４）を備える。コイル（１）は、通電により磁力を発生する。プランジャ（２）は、コイル（１）の内側において軸方向へ移動可能に支持される。磁気吸引コア（３）は、コイル（１）の発生する磁力によりプランジャ（２）を軸方向へ磁気的に吸引する。磁気受渡コア（４）は、プランジャ（２）の外周面と磁束の受渡しを行う。コイル（１）の内側の中心には、軸方向へ伸びる円筒形で非磁性の滑り軸受（６）が固定配置されている。プランジャ（２）の軸芯には、滑り軸受（６）の内側に挿し入れられて滑り軸受（６）と摺接する非磁性のシャフト（７）が固定されている。滑り軸受（６）の一端は、磁気吸引コア（３）に固定されている。

Description

リニアソレノイド 関連出願の相互参照

　本出願は、当該開示内容が参照によって本出願に組み込まれた、２０１５年２月１０日に出願された日本特許出願２０１５－０２４６６２号を基にしている。

　本開示は、リニアソレノイドに関するものである。

　コイルの内側にプランジャが配置されるリニアソレノイドとして、特許文献１に開示される技術が知られている。特許文献１のリニアソレノイドは、磁気吸引コアと磁気遮断部と磁気受渡コアを一部品で設けている。

　なお、磁気吸引コアは、プランジャと軸方向に対向してプランジャを磁気的に吸引する。磁気受渡コアは、プランジャの周囲を覆う円筒形状を呈しており、プランジャと径方向の磁束の受け渡しを行う。磁気遮断部は、磁気吸引コアと磁気受渡コアの間で直接磁束が流れるのを阻害する薄肉の磁気飽和部である。

　特許文献１のリニアソレノイドは、コイルボビンの内側に磁気吸引コアおよび磁気受渡コアを挿入配置する構造であり、さらに磁気吸引コアおよび磁気受渡コアの内側にプランジャを配置する構造である。

　このため、プランジャの外径寸法は、ボビンの内側に挿入配置された磁気吸引コアと磁気受渡コアの厚み寸法によって小さく抑えられてしまう。これにより、プランジャの磁路面積が制限され、プランジャの磁気吸引力が低下する不具合がある。

特開２０１１－１１９３２９号公報

　本開示は、上記点に鑑みてなされたものであり、その目的は、コイルの内側に配置されるプランジャの外径寸法を大きくすることが可能なリニアソレノイドを提供することにある。

　本開示のリニアソレノイドは、コイル、プランジャ、磁気吸引コア、および磁気受渡コアを備える。コイルは、通電により磁力を発生する。プランジャは、コイルの内側において軸方向へ移動可能に支持される。磁気吸引コアは、コイルの発生する磁力によりプランジャを軸方向へ磁気的に吸引する。磁気受渡コアは、プランジャの外周面と磁束の受渡しを行う。コイルの内側の中心には、軸方向へ伸びる円筒形で非磁性の滑り軸受が固定配置されている。プランジャの軸芯には、滑り軸受の内側に挿し入れられて滑り軸受と摺接する非磁性のシャフトが固定されている。滑り軸受の一端は、磁気吸引コアに固定されている。

　本開示は、磁気吸引コアに固定した滑り軸受によって、プランジャの軸芯に固定したシャフトを支持する構成を採用することにより、コイルの内側に配置されるプランジャの外径寸法を大きくすることが可能になる。これにより、プランジャの磁路面積を大きくすることが可能になり、プランジャの磁気吸引力を高めることが可能になる。

　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。
第１実施形態に係るリニアソレノイドの断面図である。 第２実施形態に係るリニアソレノイドの断面図である。

　以下、開示を実施するための形態を、図面を参照して詳細に説明する。各実施形態において先行する実施形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した実施形態と同様とする。

　以下における実施形態は具体的な一例を示すものであって、本開示が以下の実施形態に限定されないことは言うまでもない。

　（第１実施形態）
　図１を参照して第１実施形態を説明する。なお、以下では説明の便宜上、図１左側を左、図１右側を右と称するが、この左右方向は、説明のための方向であって、実際の搭載方向を限定するものではない。

　第１実施形態のリニアソレノイドは、例えば、自動変速機の油圧制御装置に搭載される電磁油圧制御弁に用いられるものであり、電磁油圧制御弁は、油圧制御弁（例えばスプール弁、ボール弁等）とリニアソレノイドとを軸方向に結合して設けられる。

　油圧制御弁は、例えばノーマルクローズタイプまたはノーマルオープンタイプの三方弁であり、バルブハウジングＡ（スリーブ等）、弁体Ｂ（スプール等）を用いて構成される。ただし、油圧制御弁は、上記の三方弁に限定されるものではない。

　なお、油圧制御弁の弁体Ｂと後述するプランジャ２を初期位置（右側）へ戻すリターンスプリングは、油圧制御弁に設けられている。

　リニアソレノイドは、コイル１、プランジャ２、磁気吸引コア３、磁気受渡コア４、ヨーク５、滑り軸受６、およびシャフト７を備える。　コイル１は、通電により磁力を発生する。プランジャ２は、コイル１の内側（軸方向範囲内）において軸方向（左右方向）へ移動可能に支持される。磁気吸引コア３は、コイル１の発生する磁力によりプランジャ２を軸方向（左方向）へ磁気的に吸引する。磁気受渡コア４は、プランジャ２の外周面（径方向外側面）と径方向の磁束の受渡しを行う。ヨーク５は、コイル１の周囲を覆い、磁気吸引コア３と磁気受渡コア４と磁気的に結合する。滑り軸受６は非磁性であり、コイル１の内側の中心に固定配置されて軸方向へ伸びている。シャフト７は非磁性であり、プランジャ２の軸芯に固定され、滑り軸受６の内側に挿し入れられて滑り軸受６と摺接する。

　以下において、上述したリニアソレノイドの各部を詳細に説明する。

　コイル１は、樹脂製のボビン８の周囲に、絶縁被覆が施された導線（エナメル線等）を多数巻回したものである。コイル１は、通電されると磁力を発生し、発生磁束により固定子（磁気吸引コア３、磁気受渡コア４、ヨーク５）と可動子（プランジャ２）を通る磁束ループを形成する。

　コイル１の通電は、コネクタ９を介して行われる。コネクタ９は、電磁油圧制御弁を制御する電子制御装置（図示しないＡＴ－ＥＣＵ）と接続線を介して電気的な接続を行う接続部である。このコネクタ９は、コイル１をモールドする２次成形樹脂の一部によって形成されるものであり、樹脂製のコネクタ９の内部にはコイル１の両端にそれぞれ接続されるターミナル端子が配置される。

　プランジャ２は、磁性体金属（例えば、鉄などの強磁性材料）で形成され、略円柱形状を有している。プランジャ２は、コイル１の内側に挿入（挿入配置）されている。プランジャ２の外径寸法は後述する金属筒１４の内径寸法より僅かに小さくなっており、プランジャ２は、プランジャ２の外周面（径方向外側面）が金属筒１４に極力接しないように設けられている。

　プランジャ２の内側には、滑り軸受６が挿し入れられる円筒形の円筒穴が形成されている。この円筒穴は、プランジャ２の左端面からプランジャ２の右側に向けて穿設される内径が一定の丸穴であり、その内径寸法は滑り軸受６の外径寸法より僅かに大きくなっている。なお、円筒穴の内周面と滑り軸受６の外周面は、直接摺動しても良い。あるいは、プランジャ２と滑り軸受６との接触を回避するために、プランジャ２（円筒穴の内周面）と滑り軸受６の外周面との間に微細な隙間が形成されるものであっても良い。

　磁気吸引コア３（後述する筒部３ａを含まない）は、コイル１の軸方向範囲の外側のみに配置される。以下、軸方向範囲の外側とは、軸方向においてコイル１と重なり合わない範囲を指す。本実施形態では、磁気吸引コア３（後述する筒部３ａを含まない）はコイル１の左側に配置される。

　具体的に、磁気吸引コア３は、磁性体金属（例えば、鉄などの強磁性材料）により形成されて、略円板形状を有している。磁気吸引コア３は、ヨーク５の左端にカシメ等の結合技術により固定されて、プランジャ２を左側へ磁気的に吸引する。そして、軸方向におけるプランジャ２と磁気吸引コア３との間には、磁気的吸引のためのギャップが形成される。

　この磁気吸引コア３には、プランジャ２の左端の外周面と、軸方向に交差（オーバーラップ）可能な筒部３ａが設けられている。この筒部３ａの外周面は、右側に向かって縮径するテーパ面である。筒部３ａがテーパ面を備えることによって、プランジャ２のストローク量が変化してもプランジャ２に作用する磁気吸引力が変化しないようになっている。

　磁気受渡コア４は、磁気吸引コア３とは独立したものであり、コイル１の軸方向範囲の外側のみに配置される。本実施形態では、磁気受渡コア４はコイル１の右側に配置される。

　この磁気受渡コア４は、磁性体金属（例えば、鉄などの強磁性材料）で略円環状に形成されており、カップ形状を呈するヨーク５の底部（カップ底）５ａと磁気的に結合する。磁気受渡コア４の内径は、プランジャ２の外径よりも大きくなっている。そのため、磁気受渡コア４の径方向の内側表面とプランジャ２の径方向の外側表面との間には、サイドギャップが形成される。

　第１実施形態では、磁気受渡コア４がヨーク５に接触した状態で、ヨーク５に対して径方向へスライド可能に設けられる。その詳細は後述する。磁気受渡コア４は、ヨーク５に固定されるものであっても良い。

　ヨーク５は、磁性体金属（例えば、鉄などの強磁性材料）で形成されており、コイル１の周囲を覆って磁束を流す。ヨーク５は、本実施形態では左方向に開口したカップ形状を有している。具体的に、ヨーク５は、コイル１の外周を覆う円筒部と、この円筒部の右端を閉塞する底部５ａとを備える。

　ヨーク５の内部には、リニアソレノイドの構成部品が組み込まれる。油圧制御弁のバルブハウジングＡは、当該構成部品が組み付けられた状態のヨーク５の左端に組付けられ、ヨーク５の左端に形成された爪部５ｂがカシメられる。これにより、リニアソレノイドの組付けがなされて、リニアソレノイドと油圧制御弁とが結合される。

　滑り軸受６は、円筒形状を呈した非磁性のメタルベアリングであり、外径寸法と内径寸法のそれぞれが軸方向の全範囲において一定に設けられている。具体的に、滑り軸受６の軸芯（中心部）には、シャフト７の外周面と摺接する軸穴６ａが形成されている。この軸穴６ａは、滑り軸受６の軸芯周りに形成されて軸方向へ延びる貫通穴である。軸穴６ａの内径寸法がシャフト７の外径寸法より僅かに大きくなっており、これにより滑り軸受６（軸穴６ａ）とシャフト７との間に摺動クリアランスが形成される。

　滑り軸受６の一端（左端）は、磁気吸引コア３の中心部に固定支持される。なお、磁気吸引コア３に対する滑り軸受６の固定技術は限定するものではなく、圧入、カシメ、溶接などの方法を適宜採用可能である。具体的に、滑り軸受６の左端が磁気吸引コア３に固定されることで、滑り軸受６の軸芯が磁気吸引コア３の磁気吸引面に対して垂直に支持される。

　滑り軸受６の他端（右端）は、磁気受渡コア４の軸方向範囲の内側まで伸びるように配置される。以下、軸方向範囲の内側とは、軸方向において重なり合う範囲を意味する。つまり、滑り軸受６の他端は、軸方向において磁気受渡コア４と重なり合っている。換言すれば、滑り軸受６の他端は、軸方向における磁気受渡コア４の一端と他端の間に位置している。具体的な一例として、滑り軸受６の軸方向寸法（全長）は、リニアソレノイドの軸方向寸法より少し短くなっており、滑り軸受６は、磁気受渡コア４の軸方向における一端と他端の間に滑り軸受６の右端が位置するように配置される。

　シャフト７は、非磁性体の金属製（例えば、ステンレス等）で形成されており、少なくとも滑り軸受６に挿入される範囲が一定径の円柱棒状を有している。シャフト７は、プランジャ２の軸芯において軸方向に沿って配置され、固定される。具体的にシャフト７は、プランジャ２の右端においてプランジャ２に直接固定される。なお、プランジャ２に対するシャフト７の固定技術は限定するものではなく、圧入、カシメ、溶接などの方法を適宜採用可能である。

　プランジャ２の軸芯に固定されたシャフト７を、コイル１の軸芯に固定配置された滑り軸受６の内部に挿し入れることにより、プランジャ２が軸方向へ摺動自在に支持されるとともに、プランジャ２の径方向の移動が阻止される。

　第１実施形態のリニアソレノイドは、磁気吸引コア３に固定した滑り軸受６によって、プランジャ２の軸芯に固定したシャフト７を支持する。さらに、磁気吸引コア３（筒部３ａを含まない）と磁気受渡コア４の少なくとも一方（第１実施形態では両方）を、コイル１の軸方向範囲の外側のみに配置する。これにより、コイル１の内側に配置されるプランジャ２の外径寸法を大きくできる。

　なお、筒部３ａの先端をコイル１の軸方向範囲内に配置しても、従来技術に比較してプランジャ２の外径寸法を大きく。従って、筒部３ａの先端はコイル１の軸方向範囲内に位置していても良い。換言すれば、筒部３ａの先端は、軸方向におけるコイル１の一端と他端の間に位置していても良い。

　同様に、円筒部４ａのコイル１側の端にテーパ部（筒部３ａ参照）を形成し、そのテーパ部の先端をコイル１の軸方向範囲内に配置しても、従来技術に比較してプランジャ２の外径寸法を大きくできる。従って、円筒部４ａに設けたテーパ部はコイル１の軸方向範囲内に位置していても良い。換言すれば、円筒部４ａのテーパ部は、軸方向におけるコイル１の一端と他端の間に位置していても良い。

　具体的に、滑り軸受６およびシャフト７の挿通によってプランジャ２の内側の磁路面積が縮小するが、それ以上にプランジャ２の外径寸法の拡大によってプランジャ２の磁路面積を大きくできる。このように、滑り軸受６とシャフト７による磁路面積の縮小よりも外径寸法の拡大による磁路面積の拡大が勝るため、プランジャ２の磁気吸引力を高めることができる。

　プランジャ２の磁気吸引力が高められることで、リニアソレノイドを高性能化することができる。具体的に、リニアソレノイドの体格が従来技術と同程度である場合は、従来技術と比較してリニアソレノイドの出力をアップさせることができる。また、リニアソレノイドの出力が従来技術と同程度である場合は、リニアソレノイドの体格を小型化できる。

　本実施形態のリニアソレノイドは、上述したように、磁気吸引コア３と磁気受渡コア４が独立して設けられる。

　これにより、従来技術で用いていた「磁気遮断部」を廃止することができるため、磁気吸引コア３と磁気受渡コア４の間で直接磁束が流れることにより生じる磁気ロスを無くすことができ、従来技術に比較してプランジャ２の磁気吸引力を高めることができる。

　本実施形態の滑り軸受６は、上述したように、磁気吸引コア３に固定支持される。

　このように、磁気吸引コア３に滑り軸受６を固定したことで、プランジャ２の左端と磁気吸引コア３との同軸性を高めることができる。

　これにより、プランジャ２の左側の外周面（左端面）と、筒部３ａの内周面（右端面）との隙間（径方向のエアギャップ）を小さくすることができるため、このエアギャップの縮小により、プランジャ２の磁気吸引力をさらに高めることが可能になる。

　本実施形態の滑り軸受６の自由端（右端）は、上述したように、磁気受渡コア４の軸方向範囲の内側に配置される。

　これにより、プランジャ２の右側の調芯性が高められ、プランジャ２の右端の軸ズレを抑えることができる。

　本実施形態のリニアソレノイドは、ボビン８の内周面に非磁性の金属筒１４を配置する構成を採用する。金属筒１４の内径寸法は、プランジャ２の外径寸法より僅かに大きく設けられている。具体的に、金属筒１４は、薄い非磁性の金属板（例えばステンレスや黄銅等の薄板）よりなる筒体であり、ボビン８の内周面に挿し入れられる。

　プランジャ２の外径寸法より僅かに大きい内径寸法を有する非磁性の金属筒１４をボビン８の内周面に配置することにより、ボビン８の内周面が熱等の影響（膨張収縮）で縮径する場合であっても、ボビン８の縮径を金属筒１４で防ぐことができる。このため、ボビン８の縮径により、ボビン８がプランジャ２に干渉する不具合を回避できる。これにより、ボビン８がプランジャ２に干渉してプランジャ２の摺動抵抗が増加する不具合を無くすことができ、リニアソレノイドの信頼性を高めることができる。

　本実施形態のリニアソレノイドは、磁気受渡コア４とプランジャ２との間に非磁性の金属筒１４を配置して、磁気受渡コア４とプランジャ２の最小距離を保っている。この金属筒１４は、上述した金属筒１４と同一のものである。

　このように、磁気受渡コア４とプランジャ２との間に非磁性の金属筒１４を配置することにより、プランジャ２と磁気受渡コア４の径方向の最小隙間距離（即ち、サイドギャップの最小距離）を、金属筒１４の厚みによって規制することができる。

　このため、磁気受渡コア４にプランジャ２の外周面が磁気的に吸引されることで生じるサイドフォースを一定値以下に抑えることができ、サイドフォースの上昇によるプランジャ２の摺動性の悪化を防ぐことができる。

　本実施形態の磁気受渡コア４は、ヨーク５に接触した状態で、ヨーク５に対して径方向へスライド可能に設けられる。

　磁気受渡コア４は、断面形状が略Ｌ字形のリング体であり、プランジャ２の外周面を覆う筒形状を呈した円筒部４ａと、この円筒部４ａから外径方向に延びる外鍔４ｂとを一体に設けたものである。

　外鍔４ｂの外縁は軸方向から見て円形であり、外鍔４ｂの外径寸法はヨーク５の内径寸法より所定量だけ小さくなっている。この構造により、磁気受渡コア４がヨーク５の内側において径方向へ所定量だけ移動可能に設けられる。

　一方、ヨーク５には、軸方向に対して垂直な底部５ａが設けられており、この底部５ａの左面と外鍔４ｂの右面が接するように設けられている。具体的に、ボビン８と外鍔４ｂとの間には、バネ材１３が配置されており、このバネ材１３の復元力によって、ボビン８の左端が磁気吸引コア３に押し付けられるとともに、外鍔４ｂが底部５ａに押し付けられる。

　このように、第１実施形態では、ヨーク５に対して磁気受渡コア４が径方向へスライド可能であり、且つバネ材１３の復元力によって常にヨーク５と磁気受渡コア４の磁気的結合が保たれる。

　このように設けることにより、滑り軸受６が何らかの要因で傾き、プランジャ２の右端に径方向へ移動する力が生じた場合は、その力を受けて磁気受渡コア４が径方向へスライドする。

　これにより、プランジャ２が磁気受渡コア４を径方向に圧迫すること回避することができる。その結果、プランジャ２の摺動性を確保でき、リニアソレノイドの信頼性を高めることができる。

　（第２実施形態）
　図２を参照して第２実施形態を説明する。

　第１実施形態では、金属筒１４を設ける例を示した。これに対し、第２実施形態では、プランジャ２の外周面（径方向外側面）に非磁性の膜材１５を設けている。

　非磁性の膜材１５は、周知のメッキ技術やコーティング技術によってプランジャ２の外周面に被着されたものであり、テフロン（登録商標）などの樹脂材料であっても良いし、銅やニッケルなどの金属材料であっても良い。

　このように、プランジャ２の外周面に非磁性の膜材１５を設けても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

　第２実施形態では、磁気受渡コア４に、シャフト７との径方向の距離を保つ調芯部１６を設け、調芯部１６によって所定のサイドギャップを確保する。具体的な一例として、調芯部１６は、磁気受渡コア４の径方向内側に嵌め入れられた非磁性体の薄板プレートであり、その中心部にシャフト７の右端が侵入可能な貫通穴が設けられている。

　以上、本開示の好ましい実施形態について説明したが、本開示は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本開示の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本開示の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本開示の範囲は、本開示における記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。

　上述した実施形態では、リニアソレノイドが油圧制御弁を駆動する例を示したが、リニアソレノイドの駆動対象物は油圧制御弁に限定されるものではない。油圧制御弁以外の駆動対象物（バルブ以外を含む）を直接または間接的に駆動するリニアソレノイドに本開示を適用しても良い。

 

Claims (7)

1. 　通電により磁力を発生するコイル（１）と、
   　前記コイル（１）の内側において軸方向へ移動可能に支持されるプランジャ（２）と、
   　前記コイル（１）の発生する磁力により前記プランジャ（２）を軸方向へ磁気的に吸引する磁気吸引コア（３）と、
   　前記プランジャ（２）の外周面と磁束の受渡しを行う磁気受渡コア（４）と、を備え、
   　前記コイル（１）の内側の中心には、軸方向へ伸びる円筒形で非磁性の滑り軸受（６）が固定配置され、
   　前記プランジャ（２）の軸芯には、前記滑り軸受（６）の内側に挿し入れられて前記滑り軸受（６）と摺接する非磁性のシャフト（７）が固定され、
   　前記滑り軸受（６）の一端は、前記磁気吸引コア（３）に固定されているリニアソレノイド。
2. 　前記滑り軸受（６）の他端は、前記磁気受渡コア（４）の軸方向範囲の内側に配置される請求項１に記載のリニアソレノイド。
3. 　前記コイル（１）が巻回される樹脂製のボビン（８）の内周面には、前記プランジャ（２）の外径寸法より内径寸法が大きい非磁性の金属筒（１４）が配置される請求項１または２に記載のリニアソレノイド。
4. 　前記磁気受渡コア（４）と前記プランジャ（２）との間には、非磁性の金属筒（１４）が介在される請求項１ないし３のいずれか１つに記載のリニアソレノイド。
5. 　前記プランジャ（２）の外周面には、非磁性の膜材（１５）が設けられる請求項１または２に記載のリニアソレノイド。
6. 　前記磁気受渡コア（４）は、前記コイル（１）の外周を覆うヨーク（５）に接触した状態で、前記ヨーク（５）に対して径方向へスライド可能に設けられる請求項１ないし５のいずれか１つに記載のリニアソレノイド。
7. 　前記磁気受渡コア（４）には、前記シャフト（７）との径方向の距離を保つ調芯部（１６）が設けられる請求項１ないし５のいずれか１つに記載のリニアソレノイド。
   
    

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