JP2002221278A - 電磁式アクチュエータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アーマチュアの重量の軽減により磁気効率を
向上し、耐振性を向上すること。 【解決手段】 アーマチュア２１は、移動方向に平行な
断面が略Ｈ字形の中仕切り２１ａを有する円筒形状であ
って、ステータ２３への吸引側で移動方向に垂直な断面
積に比べ、反対側の断面積が小さくなるよう円筒内径が
変化され形成されている。即ち、界磁コイル２２の通電
により磁化される磁束分布を考慮することで、ステータ
２３からアーマチュア２１に対して発生される吸引力を
変えずに、アーマチュア２１の軽量化を達成することが
できる。このように、アーマチュア２１の重量の軽減に
より磁気効率が向上されることで、流体制御弁１００に
おける耐振性が向上され作動の安定化を図ることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体を供給／停止
する電磁式アクチュエータ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電磁式アクチュエータ装置に関連
する先行技術文献としては、ＵＳＰ（米国特許）第５９
０１６９０号公報にて開示されたものが知られている。
このものは、具体的には流体制御弁であり、界磁コイル
への通電により磁化されるステータの吸引力によってア
ーマチュアを移動させ、流体通路を開閉し流体を供給／
停止する技術が示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述のよう
な電磁式アクチュエータ装置において、磁気効率の向上
を図ろうとすると、アーマチュアの移動方向に垂直な断
面積を磁束分布に対して十分に大きくする必要があっ
た。すると、アーマチュアの重量が重くなり、耐振性に
対して悪影響を及ぼすという不具合があった。

【０００４】そこで、この発明はかかる不具合を解決す
るためになされたもので、アーマチュアの重量の軽減に
より磁気効率を向上し、耐振性を向上可能な電磁式アク
チュエータ装置の提供を課題としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の電磁式アクチ
ュエータ装置によれば、流体通路を開閉し流体を供給／
停止させる弁体と一体的に移動自在なアーマチュアが、
移動方向に平行な断面が略Ｈ字形の中仕切りを有する円
筒形状であって、ステータへの吸引側で移動方向に垂直
な断面積に比べ、反対側の断面積が小さくなるよう円筒
内径が変化され形成されている。即ち、前記アーマチュ
アを駆動する界磁コイルの通電により磁化される磁束分
布を考慮することで、ステータからアーマチュアに対し
て発生される吸引力を変えずに、アーマチュアの軽量化
が達成される。このように、アーマチュアの重量の軽減
により磁気効率が向上されることで、電磁式アクチュエ
ータ装置における耐振性が向上され作動の安定化が図ら
れる。

【０００６】請求項２の電磁式アクチュエータ装置にお
けるアーマチュアでは、ステータへの吸引側で移動方向
に垂直な断面積に比べ、反対側の断面積が徐々に小さく
なるよう形成されており、ステータによるアーマチュア
に対する吸引力を変えることなく軽量化が達成されるこ
とで、磁気効率が向上される。

【０００７】請求項３の電磁式アクチュエータ装置にお
けるアーマチュアでは、ステータへの吸引側の内径角に
面取り部が形成されており、ステータによるアーマチュ
アに対する吸引力を変えることなく軽量化が達成される
ことで、磁気効率が向上される。

【０００８】請求項４の電磁式アクチュエータ装置によ
れば、流体通路を開閉し流体を供給／停止させる弁体と
一体的に移動自在なアーマチュアが、移動方向に平行な
断面が略Ｕ字形の有底円筒形状であって、ステータへの
吸引側で移動方向に垂直な断面積に比べ、この吸引側か
ら遠い側の断面積が小さくなるよう円筒内径が変化され
形成されている。即ち、前記アーマチュアを駆動する界
磁コイルの通電により磁化される磁束分布を考慮するこ
とで、ステータからアーマチュアに対して発生される吸
引力を変えずに、アーマチュアの軽量化が達成される。
このように、アーマチュアの重量の軽減により磁気効率
が向上されることで、電磁式アクチュエータ装置におけ
る耐振性が向上され作動の安定化が図られる。

【０００９】請求項５の電磁式アクチュエータ装置にお
けるアーマチュアでは、ステータへの吸引側から遠い側
で移動方向に垂直な断面積が徐々に小さくなるよう形成
されており、ステータによるアーマチュアに対する吸引
力を変えることなく軽量化が達成されることで、磁気効
率が向上される。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例に基づいて説明する。

【００１１】図１は本発明の実施の形態の一実施例にか
かる電磁式アクチュエータ装置が適用された流体制御弁
の全体構成を示す断面図である。

【００１２】図１において、流体制御弁１００は、主と
して、流体通路１１が形成された基体１０と、この基体
１０にねじ止め固定されたリニアソレノイド部２０とか
らなる。基体１０は、流体通路１１を開閉する弁体１４
ａ，１４ｂ、これら弁体１４ａ，１４ｂが挿嵌され固定
された駆動軸１５から構成されている。本実施例の流体
制御弁１００においては、弁体１４ａ，１４ｂの着座時
の衝突干渉を和らげるためのリング部材１２ａ，１２ｂ
が基体１０部分に挿嵌され、これらリング部材１２ａ，
１２ｂの内周側に弁体１４ａ，１４ｂが離座または着座
する弁座１３ａ，１３ｂが形成されている。

【００１３】更に、リニアソレノイド部２０が固定され
る基体１０側には、リニアソレノイド部２０側を流体の
熱から保護するための冷却水を通す穴部１６が穿たれて
いる。なお、１９は基体１０における流体通路１１形成
時に必要な穴を覆うための蓋部材である。

【００１４】また、リニアソレノイド部２０は、基体１
０側の軸受１７を介して駆動軸１５と一体的に移動自在
に形成された円筒形状からなり、移動方向に平行な断面
が略Ｈ字形で中仕切り２１ａを有するアーマチュア２
１、アーマチュア２１を界磁コイル２２の通電による磁
化によって吸引する強磁性材料からなるステータ２３、
アーマチュア２１の円筒外周面を案内する強磁性材料か
らなるガイド部材２４、アーマチュア２１と一体的に移
動自在な駆動軸１５に固定された基体１０側の弁体１４
ａ，１４ｂを流体通路１１の閉方向、即ち、弁座１３
ａ，１３ｂへの着座方向に付勢するばね部材２５から構
成されている。

【００１５】ここで、アーマチュア２１は、界磁コイル
２２の通電による磁束分布を損なうことなく、ステータ
２３への吸引側で移動方向に垂直な断面積に比べ、反対
側の断面積が小さくなるよう円筒内径が大きく形成され
ている。なお、アーマチュア２１の中仕切り２１ａに設
けられている穴は、アーマチュア２１の移動時に空気を
通過させるための通気孔である。

【００１６】また、ステータ２３のアーマチュア２１の
吸引側端面に対向する位置には、界磁コイル２２の通電
停止時にアーマチュア２１のばね部材２５による戻りを
安定させるための非磁性部材２７が挿嵌されている。そ
して、蓋部材２８がＯリング２９を介してステータ２３
端面にカシメられ、かつ駆動軸１５に挿嵌されたシール
部材１８によってリニアソレノイド部２０内部は、外気
から遮断されている。なお、蓋部材２８には、弁体１４
ａ，１４ｂが挿嵌された駆動軸１５の移動量をアーマチ
ュア２１を介して検出するリフトセンサ３０が配設さ
れ、このリフトセンサ３０からのセンサ信号を外部に取
出し、かつ、アーマチュア２１を駆動する界磁コイル２
２に外部から給電するためのコネクタ３１が一体的に形
成されている。

【００１７】なお、アーマチュア２１は、ばね部材２６
の付勢力によって駆動軸１５の先端面に常時、押付けら
れているため、駆動軸１５、即ち、弁体１４ａ，１４ｂ
とアーマチュア２１とが一体的に移動自在となるのであ
る。

【００１８】次に、その動作について説明する。

【００１９】図１に示すリニアソレノイド部２０側にお
いて、コネクタ３１から界磁コイル２２に通電される。
このとき、界磁コイル２２の通電によりステータ２３か
らアーマチュア２１に対して発生される吸引力が、ばね
部材２５の付勢力からばね部材２６の付勢力を差引いた
力を越えると、基体１０側において、駆動軸１５に固定
された弁体１４ａ，１４ｂが弁座１３ａ，１３ｂから離
座され、流体通路１１が開となる。なお、本実施例の流
体制御弁１００では、弁体１４ａ，１４ｂが２個並列に
配設されていることで、流体通路１１を通過する流体抵
抗による駆動軸１５側への作用力を相殺することができ
る。また、この吸引力に対して、実際には、アーマチュ
ア２１、駆動軸１５、弁体１４ａ，１４ｂ等の移動部材
の重量及び各部の摩擦力等が影響を与えることとなる。

【００２０】このときのアーマチュア２１の移動量は、
界磁コイル２２の通電によりステータ２３からアーマチ
ュア２１に対して発生される吸引力によって決まり、こ
の移動量はリフトセンサ３０によって検出される。一
方、界磁コイル２２への通電が絶たれるとステータ２３
によるアーマチュア２１に対する吸引力がなくなるた
め、ばね部材２５の付勢力によって駆動軸１５に固定さ
れた弁体１４ａ，１４ｂが弁座１３ａ，１３ｂに着座さ
れ、流体通路１１が閉となる。

【００２１】このように、本実施例の電磁式アクチュエ
ータ装置としての流体制御弁１００は、弁座１３ａ，１
３ｂから離座及び弁座１３ａ，１３ｂに着座することに
より流体通路１１を開閉し流体を供給／停止する弁体１
４ａ，１４ｂと、弁体１４ａ，１４ｂと一体的に移動自
在に形成するアーマチュア２１と、界磁コイル２２の通
電により磁化され、アーマチュア２１をばね部材２５，
２６の付勢力に抗して吸引するステータ２３とを具備
し、アーマチュア２１を移動方向に平行な断面が略Ｈ字
形の中仕切り２１ａを有する円筒形状で、ステータ２３
への吸引側で移動方向に垂直な断面積に比べ、反対側の
断面積が小さくなるよう形成するものである。

【００２２】つまり、アーマチュア２１は、移動方向に
平行な断面が略Ｈ字形の中仕切り２１ａを有する円筒形
状であって、ステータ２３への吸引側で移動方向に垂直
な断面積に比べ、反対側の断面積が小さくなるよう円筒
内径が変化され形成されている。即ち、界磁コイル２２
の通電により磁化される磁束分布を考慮することで、ス
テータ２３からアーマチュア２１に対して発生される吸
引力を変えずに、アーマチュア２１の軽量化を達成する
ことができる。このように、アーマチュア２１の重量の
軽減により磁気効率が向上されることで、流体制御弁１
００における耐振性が向上され作動の安定化を図ること
ができる。

【００２３】次に、上記実施例の流体制御弁１００で用
いられているアーマチュア２１の変形例について、図２
を参照して説明する。なお、この変形例では、中仕切り
２１ａに設けられている穴等は省略されている。

【００２４】図２に示すアーマチュア２１′では、上述
の実施例に加え、ステータ２３への吸引側の内径角に面
取り部２１ｃが形成されている。このため、アーマチュ
ア２１′では、重量が更に軽減されることとなる。

【００２５】このように、本変形例のアーマチュア２
１′は、ステータ２３への吸引側の内径角に面取り部２
１ｃを形成するものである。つまり、アーマチュア２
１′では、面取り部２１ｃを設けることで、ステータ２
３による吸引力に影響を及ぼすことなく、重量を更に軽
減することができ磁気効率を向上することができる。し
たがって、このアーマチュア２１′を用いることで、流
体制御弁１００の耐振性を更に向上することができる。

【００２６】次に、上記実施例の流体制御弁１００で用
いられているアーマチュア２１の他の変形例について、
図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照して説明する。なお、
これらの変形例においても、中仕切り４１ａに設けられ
ている穴等は省略されている。

【００２７】上述の実施例におけるアーマチュア２１
が、円筒内径を変えて移動方向に垂直な断面積を変えて
いるのに対して、図３（ａ）に示すアーマチュア４１で
は、ステータ２３への吸引側と反対側の円筒内面が開口
端に向かって広がるようテーパ部４１ｔを形成すること
で、移動方向に垂直な断面積を変えるようにしている。

【００２８】このように、本変形例のアーマチュア４１
は、ステータ２３への吸引側で移動方向に垂直な断面積
に比べ、反対側の断面積がテーパ部４１ｔによって徐々
に小さくなるよう形成するものである。このため、アー
マチュア４１を用いることで、上述の実施例と同様の作
用・効果が期待できる。

【００２９】更に、図３（ｂ）に示すアーマチュア４
１′では、図３（ａ）に示すステータ２３への吸引側と
反対側の円筒内面が開口端に向かって広がるよう形成さ
れたテーパ部４１ｔに加え、ステータ２３への吸引側の
内径角に面取り部４１ｃが形成されている。このため、
アーマチュア４１′を用いることで、重量を更に軽減す
ることができ、上述の実施例と同様の作用・効果が期待
できる。

【００３０】ところで、上記実施例及び変形例では、移
動方向に平行な断面が略Ｈ字形の中仕切りを有する円筒
形状からなるアーマチュアについて述べたが、本発明を
実施する場合には、これに限定されるものではなく、図
４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、移動方向に平行
な断面が略Ｕ字形の有底円筒形状からなるアーマチュア
５１，５１′を採用することもできる。なお、これらの
アーマチュア５１，５１′においても、底部５１ｕの穴
等は省略されている。

【００３１】図４（ａ）に示すアーマチュア５１が採用
され組込まれた流体制御弁においては、上述の図１の実
施例と同様、弁座１３ａ，１３ｂから離座及び弁座１３
ａ，１３ｂに着座することにより流体通路１１を開閉し
流体を供給／停止する弁体１４ａ，１４ｂと、弁体１４
ａ，１４ｂと一体的に移動自在に形成するアーマチュア
５１と、界磁コイル２２の通電により磁化され、アーマ
チュア５１をばね部材２５，２６の付勢力に抗して吸引
するステータ２３とを具備し、アーマチュア５１を移動
方向に平行な断面が略Ｕ字形の有底円筒形状で、ステー
タ２３への吸引側で移動方向に垂直な断面積に比べ、こ
の吸引側から遠い側の断面積が小さくなるよう形成する
ものである。このため、アーマチュア５１が採用され組
込まれた流体制御弁では、上述の実施例と同様の作用・
効果が期待できる。

【００３２】また、図４（ｂ）に示すアーマチュア５
１′では、ステータ２３への吸引側から遠い側の断面積
がテーパ部５１ｔによって徐々に小さくなるよう形成す
るものである。このため、アーマチュア５１′が採用さ
れ組込まれた流体制御弁においても、上述の実施例と同
様の作用・効果が期待できる。

【００３３】なお、上記実施例及び変形例では、リニア
ソレノイドを用い流体通路を通過する流体の流量を適
宜、制御可能な流体制御弁について述べたが、本発明を
実施する場合には、これに限定されるものではなく、オ
ン／オフ制御のみのソレノイドを用いて流体通路を開閉
させ通過する流体の通過を制御する流体制御弁であって
も同様の効果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は本発明の実施の形態の一実施例にかか
る電磁式アクチュエータ装置が適用された流体制御弁の
全体構成を示す断面図である。

【図２】 図２は図１の流体制御弁で用いられているア
ーマチュアの変形例を示す断面図である。

【図３】 図３は図１の流体制御弁で用いられているア
ーマチュアの他の変形例を示す断面図である。

【図４】 図４は図１の流体制御弁で用いられているア
ーマチュアの更に他の変形例を示す断面図である。

【符号の説明】

１１ 流体通路 １３ａ，１３ｂ 弁座 １４ａ，１４ｂ 弁体 ２１ アーマチュア ２１ａ 中仕切り ２２ 界磁コイル ２３ ステータ ２５ ばね部材 １００ 流体制御弁（電磁式アクチュエータ装
置）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弁座から離座及び前記弁座に着座するこ
   とにより流体通路を開閉し流体を供給／停止する弁体
   と、 前記弁体と一体的に移動自在に形成するアーマチュア
   と、 前記アーマチュアを駆動する界磁コイルの通電により磁
   化され、前記アーマチュアをばねの付勢力に抗して吸引
   するステータとを具備し、 前記アーマチュアは、移動方向に平行な断面が略Ｈ字形
   の中仕切りを有する円筒形状で、前記ステータへの吸引
   側で移動方向に垂直な断面積に比べ、反対側の断面積が
   小さくなるよう形成することを特徴とする電磁式アクチ
   ュエータ装置。
2. 【請求項２】 前記アーマチュアは、前記ステータへの
   吸引側で移動方向に垂直な断面積に比べ、反対側の断面
   積が徐々に小さくなるよう形成することを特徴とする請
   求項１に記載の電磁式アクチュエータ装置。
3. 【請求項３】 前記アーマチュアは、前記ステータへの
   吸引側の内径角に面取り部を形成することを特徴とする
   請求項１または請求項２に記載の電磁式アクチュエータ
   装置。
4. 【請求項４】 弁座から離座及び前記弁座に着座するこ
   とにより流体通路を開閉し流体を供給／停止する弁体
   と、 前記弁体と一体的に移動自在に形成するアーマチュア
   と、 前記アーマチュアを駆動する界磁コイルの通電により磁
   化され、前記アーマチュアをばねの付勢力に抗して吸引
   するステータとを具備し、 前記アーマチュアは、移動方向に平行な断面が略Ｕ字形
   の有底円筒形状で、前記ステータへの吸引側で移動方向
   に垂直な断面積に比べ、この吸引側から遠い側の断面積
   が小さくなるよう形成することを特徴とする電磁式アク
   チュエータ装置。
5. 【請求項５】 前記アーマチュアは、前記ステータへの
   吸引側から遠い側の断面積が徐々に小さくなるよう形成
   することを特徴とする請求項４に記載の電磁式アクチュ
   エータ装置。