JP2005269858A - 電磁アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】コイルボビンに積層されたコイル間の隙間を減少させることにより、余分な空間を排除してソレノイド部の小型化を達成することが可能な電磁アクチュエータを提供することにある。
【解決手段】コイルボビン５６の端部に連結されるヨーク６２と、前記コイルボビン５６に巻回されたコイル３４に対する通電作用下に固定コア部５４に吸引される可動コア４０と、前記可動コア４０を初期位置に復帰させるリターンスプリング３６と、該可動コア４０と一体的に変位するシャフト３８とを備え、前記コイル３４は、断面正方形又は断面長方形に形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ソレノイドコイルの励磁作用下に発生する電磁力によって可動コアを固定コアに吸引することにより、移動子を変位させることが可能な電磁アクチュエータに関する。

従来から、ソレノイドコイルの励磁作用下に発生する電磁力によって可動鉄心を固定鉄心に吸引することにより、弁体を変位させる電磁弁が使用されている。

例えば、特許文献１には、コイルボビンに対して前記ソレノイドコイルが複数回巻回されて構成されるソレノイド弁組立体が開示されている。この場合、前記ソレノイドコイルは、断面円形状からなるコイルが多層にわたって巻回されている。

特開昭６０−１２５４７８号公報

しかしながら、前記特許文献１に開示されたソレノイド弁組立体では、ソレノイドコイルが断面円形状となっているため、図２１に示されるように、コイルボビンに積層されたコイル間に隙間が発生する。このため、コイルボビンに対して断面円形状のソレノイドコイルを複数回巻回することにより、前記コイルボビンの軸方向及び半径外方向に沿って多数の隙間が形成される。

従って、断面円形状のソレノイドコイルがコイルボビンに対して複数回巻回された場合には、積層された円形状のソレノイドコイル断面の間に発生する多数の隙間が集積されることによって余分な空間部が形成され、前記コイルボビンに巻き付けられて完成したソレノイドコイル全体の形状が大型化するという問題がある。この結果、前記ソレノイドコイルを含むソレノイド部全体も必然的に大型化せざるを得ないという問題がある。

本発明は、前記の問題を考慮してなされたものであり、コイルボビンに積層されたコイル間の隙間を減少させることにより、余分な空間を排除してソレノイド部の小型化を達成することが可能な電磁アクチュエータを提供することを目的とする。

この項では、理解の容易化のために添付図面中の符号にかっこを付けて説明する。但し、この項に記載した内容がその符号を付けたものに限定して解釈されるものではない。

本発明は、アクチュエータ本体部（１４）と、
前記アクチュエータ本体部の内部に配設され、コイルボビン（５６）に巻回されたコイル（３４）と、前記コイルボビンの端部に連結されるヨーク（６２）と、前記コイルに対する通電作用下に固定コア部（５４）に吸引される可動コア（４０）と、前記固定コア部と可動コアとの間に介装され前記可動コアを初期位置に復帰させるばね部材（３６）とを有するソレノイド部（１２）と、
前記可動コアに設けられ、該可動コアと一体的に変位する移動子（３８）と、
を備え、
前記コイル（３４）は、断面正方形又は断面長方形に形成されると好適である。

さらに、本発明は、ソレノイド部に対する通電量に比例した電磁力が発生し、前記電磁力によって可動コアを変位させるリニア電磁アクチュエータにおいて、
アクチュエータ本体部（１１４）と、
前記アクチュエータ本体部の内部に配設され、コイルボビン（１３０）に巻回されたコイル（３４）と、前記コイルボビンの内側に設けられるヨーク（１２２）と、前記コイルに対する通電作用下に固定コア（１２４）に吸引される可動コア（１２６）とを有するソレノイド部（１１２）と、
前記可動コアを初期位置に復帰させるばね部材（１３７）と、
前記可動コアに設けられ、該可動コアと一体的に変位する移動子（１４６）と、
を備え、
前記コイル（３４）は、断面正方形又は断面長方形に形成されると好適である。

本発明によれば、コイルボビンに巻回されるコイルの断面形状を正方形又は長方形とすることにより、積層されたコイル間に生じる間隙を極めて小さくすることができる。従って、コイルボビンに巻回されたコイルの巻回スペースを狭小とすることができる。

この場合、コイルの通電時における抵抗値を小さくして高い電流値を確保することができるため、最低印加電圧が限定された車載用電磁弁として好適に使用することができる。

また、コイルボビンの軸線方向に沿った一端部又は他端部のいずれか一方にのみ半径外方向に突出した環状のフランジを形成し、前記環状のフランジが形成されない一端部又は他端部を樹脂製材料によって形成された封止体によって被覆するとよい。フランジの厚さ寸法分だけコイルボビンの軸線方向の長さ寸法が短縮されてソレノイド部の小型化に寄与することができる。また、非導電性材料からなる封止体によって、フランジが形成されていない部分のコイルを被覆することにより、前記コイルが安定して保護される。

さらに、可動コアの外面全体に、例えば、表面改質処理によって非磁性層が形成されているため、コイルに通電することにより発生する磁気回路中で磁気ギャップとして機能させることができる。

さらにまた、可動コアの外面全体には非磁性層が形成されているため、可動コアのみの外径寸法を管理することにより、容易に所定寸法に形成することができる。従って、ヨークと可動コアとの間のクリアランスからなる磁気ギャップを精度よく管理することができ、極めて良好な磁気特性を得ることができる。

本発明によれば、以下の効果が得られる。

すなわち、コイルボビンに巻回されるコイルの断面形状を正方形又は長方形とすることにより、コイルボビンに積層されたコイル間の隙間を減少させて余分な空間が排除されることにより、ソレノイド部の小型化を図ることができる。

本発明に係る電磁アクチュエータについて好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。

図１において、参照数字１０は、本発明の第１の実施の形態に係る電磁アクチュエータを示す。

この電磁アクチュエータ１０は、内部にソレノイド部１２が設けられたハウジング１４を含む。前記ハウジング１４は、アクチュエータ本体部として機能するものであり、前記ハウジング１４は、例えば、ＳＵＭ（ＪＩＳ規格）等の磁性材料によって形成されるとよい。

前記ソレノイド部１２は、前記ハウジング１４の外表面から内部側に向かって所定長だけ窪んだ凹部５２によって形成される固定コア部５４と、前記ハウジング１４の内部に収納され、コイルボビン５６に巻回されたコイル３４と、略円柱体からなり中央部に軸線方向に沿って貫通する段付き孔部４２が形成された可動コア４０と、前記可動コア４０の段付き孔部４２に圧入され該可動コア４０と一体的に変位するシャフト（移動子）３８とを含む。前記シャフト３８は、例えば、ＳＵＳ３０４（ＪＩＳ規格）等の非磁性材料によって形成されるとよい。

なお、前記コイルボビン５６は、例えば、樹脂製材料によって形成され、軸線方向に沿った両端部に半径外方向に所定長だけ突出する環状のフランジ５７ａ、５７ｂを有する。

前記コイル３４は、図７及び図８に示されるように、断面正方形に形成された真四角導線からなる。前記コイル３４を断面正方形に形成することにより、コイルボビン５６に巻回されたコイル３４同士の接触が面接触となるため、コイル３４が所定の位置に安定且つ整列して配置される。これにより、図９に示されるように、コイルボビン５６の一方のフランジ５７ａ（５７ｂ）を不要とすることができる。前記一方のフランジ５７ａ（５７ｂ）を不要とすることにより、ソレノイド部１２全体における軸方向の寸法が短縮されて小型化を図ることができる。

また、図２１に示されるように断面円形状に形成された従来技術に係るコイルをコイルボビンに巻回した場合、コイルを巻き付ける際のテンションによってフランジ側に向かって崩れる力が作用するのに対し、断面正方形のコイル３４では、前記コイル３４間の面接触によってフランジ５７ａ（５７ｂ）側に向かって崩れる力が働かないため、一方のフランジ５７ａ（５７ｂ）を不要とすることが可能となる。

なお、図１０及び図１１に示されるように、断面長方形に形成された平角導線からなる他のコイル３４ａを用いてもよい。この場合、断面正方形状に形成されたコイル３４は、断面長方形状に形成されたコイル３４ａよりも、より一層巻回スペースを小さく設定することができる。さらに、断面正方形状のコイル３４では、断面長方形状のコイル３４ａと比較してその断面の周囲寸法を小さくすることができるため、コイル３４への絶縁被膜断面積を小さく設定することができる。

前記可動コア４０には、軸線方向と直交し中央部の段付き孔部４２に連通する通路５８が形成され、前記通路５８は、固定コア部５４と可動コア４０との間のクリアランス６０に充填された圧力流体（圧油）を逃がす機能を有する。

前記固定コア部５４は、例えば、プレス加工等によってハウジング１４と一体成形される。図示しない円柱状コアをハウジング１４に固定して固定コアとした場合と比較して、本実施の形態では、固定コア部５４をハウジング１４の凹部５２によって中空化することができ、軽量化を図ると共に、製造コストを低減することができる。

さらに、ソレノイド部１２は、一端部が前記固定コア部５４の内壁面に係着され、他端部が前記可動コア４０の段付き孔部４２の段部に係着されたリターンスプリング（ばね部材）３６と、前記ハウジング１４の一端に連結され、前記可動コア４０の外周面を囲繞するヨーク６２とを有する。前記リターンスプリング３６のばね力によって、可動コア４０は、固定コア部５４から離間する方向に押圧された状態にあり、ソレノイド部１２のコイル３４が通電されないオフ状態にある場合、可動コア４０と固定コア部５４との間には所定のクリアランス６０が形成される（図１参照）。

前記可動コア４０は、略円筒体からなり、その外表面全体には、所定の深さからなる非磁性層６４が形成される（図３及び図４参照）。また、該可動コア４０の固定コア部５４に対向する端部外周面には、可動コア４０の他の部分と比較して直径が徐々に拡径し且つ固定コア部５４と略同径からなる拡径部６６を有する。

この場合、可動コア４０に対して固定コア部５４と略同径からなる拡径部６６を形成することにより、コイルボビン５６と可動コア４０との間にヨーク６２を介装させているにも拘わらず、固定コア部５４に対する可動コア４０の対向面積を増大させ、磁気特性を向上させることができる。

前記可動コア４０の非磁性層６４は、例えば、浸炭処理及び／又は窒化処理等の表面改質処理を施すことによって形成される。この浸炭処理及び窒化処理は、比較的低温度の表面処理によって透磁率の改質が行われるため、可動コア４０の寸法変化を抑制して後処理を不要とすることができる利点がある。

前記浸炭処理としては、例えば、固体浸炭、液体浸炭（浸炭窒化法）、ガス浸炭、プラズマ浸炭等が含まれ、前記窒化処理としては、ガス窒化、液体窒化（塩浴窒化）、軟窒化、イオン窒化等が含まれる。

また、前記可動コア４０の外表面に非磁性層６４を形成するには、例えば、高周波焼き入れ処理を施すとよい。高周波焼き入れ処理を施して非磁性層６４を形成した場合、高速加熱処理が可能となり、製造工程の短縮化を図ることができる。前記可動コア４０の外表面に非磁性層６４を形成する方法としては、前記浸炭処理、窒化処理、高周波焼き入れ処理等の表面改質処理に限定されるものではなく、例えば、レーザビームを照射する等の他の表面改質処理を用いることも可能である。

なお、前記可動コア４０は、例えば、ＳＵＳ４１０Ｌ、ＳＵＳ４０５（ＪＩＳ規格）等のフェライト系ステンレス、Ｓ１０Ｃ（ＪＩＳ規格）等の一般鋼、又はＳＵＭ（ＪＩＳ規格）等の快削鋼製材料を使用するとよい。

図３に示されるように、前記可動コア４０の外表面に形成された非磁性層６４の厚さを薄肉とした場合、前記非磁性層６４の厚さを１０μｍ〜３０μｍの範囲で、好適には厚さＴ１が２０μｍに設定されるとよい。その際、可動コア４０とヨーク６２との間に発生する磁気ギャップを極めて小さくすることができるため、磁気力を向上させることができ、従って、大きな吸引力を得ることができる。このため、第１の実施の形態では、同等の吸引力を発生するものと比較して小型化を図ることができる。

また、図４に示されるように、前記可動コア４０の外表面に形成された非磁性層６４の厚さを厚肉とした場合、前記非磁性層６４の厚さを５０μｍ〜１００μｍの範囲で、好適には厚さＴ２が７５μｍに設定されるとよい。その際、可動コア４０とヨーク６２との間に発生する磁気ギャップを大きくすることができるため、前記可動コア４０とヨーク６２との間に作用するサイドフォースを抑制することができる。この場合、例えば、前記サイドフォースによってヒステリシスが増大するタイプのリニアソレノイドに適用することにより、低ヒステリシス特性を有するリニアソレノイドを得ることができる。

さらに、図５及び図６に示されるように、固定コア部５４と対向する側の可動コア４０の端面には、非磁性層６４からなり、ソレノイド部１２における残留磁気を防止するためのスペーサとして機能する環状突起部６５が形成されるとよい。

すなわち、ソレノイド部１２に対する通電遮断時に固定コア部５４又は可動コア４０に残留磁気が発生し、前記残留磁気の作用下に可動コア４０が固定コア部５４から離間しない場合があり、可動コア４０の端面に前記環状突起部６５を設けることにより固定コア部５４との間で所定のクリアランスが形成されて残留磁気の発生を抑制することができる。

なお、前記可動コア４０を形成する磁性材料には、Ｃｒが１２重量％以下に含有されているものを使用することにより、耐久性を向上させることができる。

前記ヨーク６２は、可動コア４０の外周面を囲繞し軸線方向に沿って延在する円筒部６８と、前記円筒部６８の外周面から半径外方向に向かって突出する環状フランジ部７０とから構成される。なお、ヨーク６２は、例えば、ＳＵＭ（ＪＩＳ規格）等の磁性材料によって一体的に形成される。

前記円筒部６８は、環状フランジ部７０を起点として上部側円筒部６８ａと下部側円筒部６８ｂとに区分され、前記上部側円筒部６８ａの軸線方向に沿った端面は、ソレノイド部１２のオフ状態時に可動コア４０の拡径部６６の近傍まで延在し、前記下部側円筒部６８ｂの軸線方向に沿った端面は、ソレノイド部１２のオン状態時に可動コア４０の端面と略面一となるように形成されている。

このように、ソレノイド部１２のオン／オフ動作に関係がなく、ヨーク６２と可動コア４０間の磁気ギャップが作用する区間の長さを一定に保持することができるので、ソレノイド部１２のオン／オフ動作による吸引力（電磁力）に影響を与えることを防止することができる。

この場合、ヨーク６２に下部側円筒部６８ｂを形成することにより、磁路面積を増大させて磁気特性を向上させることができる。また、ヨーク６２の軸線方向長さを大きく設定することにより、可動コア４０との同軸性を向上させることができる。

なお、上記第１の実施の形態において、ヨーク６２の円筒部６８は、上部側円筒部６８ａと下部側円筒部６８ｂとを有する形状としているが、前記上部側円筒部６８ａあるいは下部側円筒部６８ｂの何れか一方のみを有する形状とし、これにより可動コア４０をガイドするようにしてもよい。

ハウジング１４とコイル３４の間には、該コイル３４の外周面及びコイルボビン５６をモールドする樹脂封止体７４が設けられ、前記樹脂封止体７４は、後述するカプラ部７６に連続して樹脂製材料によって一体成形される。

また、コイルボビン５６のフランジ５７ａとハウジング１４との間には、前記フランジ５７ａに形成された環状溝を介して断面略楕円形状のＯリング７８ａが装着される。さらに、前記ヨーク６２の環状フランジ部７０の上面と樹脂封止体７４との間には、縦断面三角形状のＯリング７８ｂが装着される。

前記ハウジング１４の端部は、図示しない加締め手段によって加圧されることにより、ヨーク６２に対して加締められて一体的に連結される。

前記ハウジング１４の側部には、コイル３４に通電するカプラ部７６が設けられ、前記カプラ部７６には、前記コイル３４に電気的に接続されたターミナル７７の端子部７７ａが露呈するように設けられる。

第１の実施の形態に係る電磁アクチュエータ１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。

なお、ソレノイド部１２のコイル３４が通電されていないオフ状態では、図１に示されるように、リターンスプリング３６のばね力（押圧力）によって可動コア４０が固定コア部５４から所定間隔だけ離間するように付勢され、可動コア４０の端面と固定コア部５４との間にクリアランス６０が形成されている。

そこで、図示しない電源を付勢してコイル３４に通電することによりソレノイド部１２が励磁されてオン状態となり、図１２に示されるような磁気回路８２が発生する。この磁気回路８２は、ハウジング１４、ヨーク６２、可動コア４０及び固定コア部５４を順次経由してハウジング１４に復帰する磁束を有する。

前記磁気回路８２によって発生する電磁力により、可動コア４０は、リターンスプリング３６の押圧力に打ち勝って固定コア部５４に吸引される。そして、可動コア４０と一体的に連結されたシャフト３８がヨーク６２の円筒部６８によるガイド作用下に上方に向かって変位する。

なお、ソレノイド部１２のコイル３４に対する通電を停止することにより、電磁力が消滅し、リターンスプリング３６のばね力の作用下に可動コア４０及びシャフト３８が下方側に変位し、可動コア４０の端面と固定コア部５４との間にクリアランス６０が形成された初期状態に復帰する。

このように、ソレノイド部１２に対する通電又は非通電の切換作用下に可動コア４０と一体的にシャフト３８が進退動作することにより、図示しないワーク等の押し当て、位置決め等の仕事がなされる。

第１の実施の形態では、可動コア４０の外表面全体に表面改質処理によって非磁性層６４が形成されているため、コイル３４に通電することにより発生する磁気回路８２中で磁気ギャップとして機能させることができる。

また、可動コア４０の外表面全体は、非磁性層６４が形成されているため、可動コア４０のみの外径寸法を管理することにより、容易に所定寸法に形成することができる。従って、ヨーク６２と可動コア４０との間のクリアランスからなる磁気ギャップを精度よく管理することができ、極めて良好な磁気特性を得ることができる。

さらに、可動コア４０の外面全体に非磁性層６４が形成されることにより、前記可動コア４０がヨーク６２の内壁面に貼り付くことが防止されると共に、従来技術において使用される非磁性薄膜あるいは非磁性部材（例えば、非磁性パイプ）等が不要となる。

従って、非磁性薄膜が不要となることにより、可動コア４０の外径寸法に影響を与える非磁性薄膜の膜厚寸法の管理をすることがなく、しかも、剥がれ、膨れ、ムラ、ピンホール等が発生するおそれがないため、耐久性を向上させ、良好な品質を有する製品を得ることができる。

さらにまた、可動コア４０の外面全体に形成される非磁性層６４の厚さを薄肉又は厚肉とすることにより、磁気ギャップの大きさ（可動コア４０の外周面とヨーク６２の内壁面とのクリアランス）を調整することができる。この結果、前記磁気ギャップの大きさに対応する所望の吸引力を得ることができる。なお、摺動性に悪影響を及ぼさない程度で前記磁気ギャップを極力小さく設定した場合、固定コア部５４側に向かって変位する可動コア４０の傾きを抑制し、安定した磁気特性を得ることができる。

またさらに、第１の実施の形態では、ヨーク６２に可動コア４０の外周面に沿って軸線方向に延在する円筒部６８を設けることにより前記可動コア４０の安定したガイド機能を発揮させることができる。この場合、可動コア４０の外面全体に非磁性層６４が形成されているため、ヨーク６２との間で貼り付きが防止され、ヨーク６２の内壁面に対する可動コア４０の良好な摺動性を得ることができる。ヨーク６２に対する可動コア４０の摺動面は、非磁性層６４によってその内面の磁性層よりも硬質化（硬化処理）されているため、良好な摺動特性を得ることができる。

第１の実施の形態では、ソレノイド部１２を構成するコイルボビン５６に巻回されるコイル３４の断面形状を正方形又は長方形とすることにより、積層されたコイル３４間に生じる隙間を極めて小さくすることができる。従って、例えば、断面円形状のソレノイドコイルで同数の巻数からなる従来技術と比較した場合、コイル３４の総断面積（コイルボビン５６に巻回されたコイル３４の全体スペース）を小さく設定することができる。

このことは、逆説的にいえば、コイル３４の巻回スペースに締める導体断面積の割合、すなわち、導体占有率を断面円形状と比較して大きく設定することができる。従って、コイル３４の巻回スペースを小さくすることができるため、コイルボビン５６の形状を小さくし、終局的にはソレノイド部１２全体の小型化を図ることができる。

また、例えば、断面円形状のソレノイドコイルと同一の巻回スペースとした場合、断面正方形からなるコイル３４を用いた第１の実施の形態では、コイルボビン５６に対する巻回数を多くすることができるので、ソレノイド部１２で発生する吸引力（電磁力）を増大させることができる。

さらに、第１の実施の形態では、コイル３４の巻回スペースを小さくすることができるので、コイル３４の連続した総寸法（全長）を小さくすることができる。従って、コイル３４の抵抗値を小さくすることができ、コイル３４に対して通電時に消費される消費電力を抑制することができる。

例えば、断面円形状のコイルと同一の抵抗値となるように断面円形状のコイル３４を形成した場合、第１の実施の形態では、コイルボビン５６に対する巻回数を多く設定することができるため、吸引力（電磁力）を向上させることができる。

さらにまた、第１の実施の形態では、積層されたコイル３４間の接触面を面接触とするようにしたため、巻回スペースにおける一線占有率を、断面円形状のコイルと比較して大きく設定することができる。

従って、積層されたコイル３４間に生じる隙間を極めて小さくすることができ、巻回スペースの単位体積当たりにおける各コイル３４の占有密度を向上させることができる。これにより、巻回スペースにおける伝熱性（放熱性）を向上させることができる。例えば、雰囲気温度がコイル発熱温度よりも低い環境で使用する電磁アクチュエータに適用した場合、放熱性が向上するため、上述したようにコイル３４の抵抗値を小さく設定することができることと相まって、さらに通電発熱時のコイル３４における発熱を小とすることができ、従って、抵抗値をさらに小さくすることができる。

またさらに、断面正方形状に形成されたコイル３４を含むソレノイド部１２を、車載用電磁アクチュエータとして好適に適用することができる。車載用部品は、一般的に、バッテリ電圧による最低印加電圧（例えば、８Ｖ）が限定されている。そして、車載用電磁アクチュエータとしては、最低の起磁力（電流値）を確保することが要求されるので、例えば、同じ磁気回路を用いた場合、必然的に最大抵抗値が決まってしまう。ここで、一般的にコイル３４の抵抗値は、該コイル３４の温度が上昇すると抵抗値も上昇するので、上記最大抵抗値は、この上昇抵抗値をも考慮した値となっていなければならない。例えば、この上昇抵抗値を考慮せずに最大抵抗値を設定すると、必要な電流値を得ることができず、最低起磁力を得ることができなくなるおそれがある。すなわち、車載用電磁アクチュエータとして使用した場合、ソレノイド部１２に通電してコイル３４の温度が上昇したコイル３４の抵抗値であっても、起磁力（電流値）を確保することが必要である。

従って、コイル３４の抵抗値及び通電発熱時におけるコイル３４の抵抗値が低ければオームの法則により高い電流値を確保することができるので、極めて有益である。すなわち、コイル３４の断面形状を正方形状とすることにより、例えば同じ起磁力を得ることができるソレノイド部１２においては、コイル３４の抵抗値を小さくして消費電力が小さくなり、この低消費電力によって通電時のコイル３４の発熱量が小さくなり、通電発熱時の抵抗値を小さくすることができる。

この結果、通電発熱時におけるコイル３４の抵抗値を小さくして電流値を高く確保することができるため、最低印加電圧が制限されている車載用電磁アクチュエータとして好適に使用することができる。また、例えば、断面円形状のコイルによって構成された最低起磁力が同じ他のソレノイド部と比較して、断面正方形状のコイル３４を有するソレノイド部１２では、電流値を高くすることができる分だけコイルボビン５６に対する巻数を小さくすることができるので、より一層小型化を図ることができる。

次に、第２の実施の形態に係るリニア電磁アクチュエータ１１０を図１３〜図２０に示す。なお、第１の実施の形態に係る電磁アクチュエータ１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。

このリニア電磁アクチュエータ１１０は、例えば、ＳＵＭ（ＪＩＳ規格）等の磁性材料によって有底円筒状に形成され、内部にソレノイド部（リニアソレノイド部）１１２が設けられたハウジング１１４を含む。なお、前記ハウジング１１４は、アクチュエータ本体部として機能するものである。

前記ハウジング１１４は、円筒部１１５と、前記円筒部１１５の内周側に所定間隔離間して形成され該円筒部１１５と略平行に配置されたヨーク１２２と、前記円筒部１１５よりも厚肉に形成された底部１１６とから構成され、前記円筒部１１５、ヨーク１２２及び底部１１６が一体化されて形成される。前記底部１１６の内壁には、略Ｕ字状の凹部が切り欠いて形成された薄肉部１１８が設けられる。

この場合、可動コア１２６の端面に対向する部位におけるハウジング１１４の底部１１６を薄肉部１１８に設定することにより、前記薄肉部１１８を磁気抵抗として機能させ、前記ハウジング１１４の薄肉部１１８に対して磁束を極力流れにくくさせることができる。

前記ソレノイド部１１２は、ハウジング１１４内に収容されるコイル組立体１２０と、前記ハウジング１１４の閉塞端側に該ハウジング１１４と一体的に形成され前記コイル組立体１２０の内部に配置される円筒状の前記ヨーク１２２とを含む。

さらに、前記ソレノイド部１１２は、前記ハウジング１１４の開口端部が加締められて該ハウジング１１４に保持されると共に、コイル組立体１２０の内側で軸線方向に沿ってヨーク１２２と所定のクリアランスを介して配置される固定コア１２４と、前記ヨーク１２２及び固定コア１２４に対して摺動可能に嵌挿された可動コア１２６とを含む。

前記コイル組立体１２０は、合成樹脂製材料によって形成され軸線方向に沿った両端部にフランジ１２８ａ、１２８ｂを有するコイルボビン１３０と、前記コイルボビン１３０に対して複数回巻回され、図１７に示されるように、断面正方形に形成された真四角導線からなるコイル３４とから構成される。なお、前記コイル３４は、図１８に示されるように、断面長方形のコイル３４ａに形成されてもよい。

所定間隔離間する前記ヨーク１２２と固定コア１２４とが対向する部位には、円筒状のヨーク１２２の一端面に形成された環状の垂直面部１３４と、固定コア１２４の凹部１３６の外周面に形成された円錐面部１３８とが設けられる。

前記ヨーク１２２及び固定コア１２４には、可動コア１２６の形状に対応する円筒状部分及び凹部１３６を形成し、前記円筒状のヨーク１２２と固定コア１２４の凹部１３６との間で可動コア１２６を摺動させるリニアソレノイド構造とすることができる。

前記固定コア１２４と可動コア１２６との間には、コイルスプリングからなり一端部が固定コア１２４に係着され他端部が可動コア１２６に係着されたリターンスプリング（ばね部材）１３７が設けられる。前記固定コア１２４と可動コア１２６とは、前記リターンスプリング１３７のばね力によって、常時、相互に離間するように付勢されている。なお、前記リターンスプリング１３７は、コイルスプリングに限定されるものでなく、例えば、図示しない板ばね等を含む弾性体によって構成されるとよい。

また、前記リターンスプリング１３７は、固定コア１２４と可動コア１２６との間に配置されるものに限らず、例えば、後述するシャフト部（移動子）１４６に係合する被作動部材（図示せず）側に配置されてもよく、結局、可動コア１２６を初期位置に復帰するように配置されていればいずれでもよい。

この場合、図１９に示されるように、前記固定コア１２４の円錐面部１３８と軸線方向に沿って対向するヨーク１２２の垂直面部１３４に対し、該固定コア１２４の円錐面部１３８に向かって所定長だけ突出する薄肉状の環状ガイド部１３９を形成するとよい。

前記環状ガイド部１３９と固定コア１２４の円錐面部１３８との間には所定のクリアランスからなるギャップ１４１が形成される。この場合、前記ヨーク１２２に対して薄肉状の環状ガイド部１３９を設けることにより、固定コア１２４に対する良好なガイド性が得られ直線性を向上させることができる。

ハウジング１１４とコイル３４の間には、該コイル３４の外周面及びコイルボビン１３０の一部をモールドする樹脂封止体１４０が設けられ、前記樹脂封止体１４０は、前記コイル１３２に通電するカプラ部１４２に連続して樹脂製材料によって一体成形される。なお、前記カプラ部１４２には、前記コイル３４に電気的に接続されたターミナル１４４の端子部１４４ａが露呈するように設けられる。

前記コイル３４の外周面を樹脂封止体１４０によって被覆することにより、コイル３４を安定して保護することができる。また、コイルボビン１３０の一方の端部に形成されたフランジ１２８ａ（１２８ｂ）を不要とした場合、前記不要としたフランジ１２８ａ（１２８ｂ）部分をも前記樹脂封止体１４０で覆うことにより、より一層コイル３４が安定して保護される。

前記可動コア１２６は、円柱体からなる可動コア本体１４５と、前記可動コア本体１４５の一端面の中心部に形成され、可動コア本体１４５の軸線と同軸に所定長だけ突出するシャフト部（移動子）１４６とを有し、前記可動コア本体１４５とシャフト部１４６とは一体的に形成される。前記シャフト部１４６は、固定コア１２４の中心部に形成された貫通孔１５０を貫通して外部に突出すると共に、該貫通孔１５０に沿って変位自在に設けられる。

可動コア本体１４５に近接するシャフト部１４６の外周にはリング体１５２が嵌着され、前記リング体１５２は、非磁性材料によって形成され、ソレノイド部１１２における残留磁気を防止するためのスペーサとして機能するものである。

前記可動コア本体１４５の他端面の中心部には、ハウジング１１４の底部１１６の薄肉部１１８に当接可能なストッパとして機能する突起部１５３が該可動コア本体１４５と一体的に膨出形成される。前記突起部１５３は、非磁性層６４からなり、ソレノイド部１１２における残留磁気を防止するためのスペーサとして機能するものである。前記可動コア本体１４５の外周面には、その両端面間を連通する軸方向の連通溝１５４が形成される。

前記可動コア１２６の外表面全体には、所定の深さからなる非磁性層６４が形成される（図１５及び図１６参照）。

図１５に示されるように、前記可動コア１２６の外表面に形成された非磁性層６４の厚さを薄肉とした場合、前記非磁性層６４の厚さを１０μｍ〜３０μｍの範囲で、好適には厚さＴ１が２０μｍに設定されるとよい。また、図１６に示されるように、前記可動コア１２６の外表面に形成された非磁性層６４の厚さを厚肉とした場合、前記非磁性層６４の厚さを５０μｍ〜１００μｍの範囲で、好適には厚さＴ２が７５μｍに設定されるとよい。

なお、シャフト部１４６及び突起部１５３は、図１５及び図１６に示されるように、可動コア本体１４５と一体的に形成しているが、これに限定されるものではなく、例えば、可動コア本体１４５の軸線に沿って形成された貫通孔（図示せず）に該可動コア本体１４５と別体で形成された図示しないシャフトを嵌合させ、前記シャフトの一端部を可動コア本体１４５の一端面から所定長だけ突出させてシャフト部１４６を構成すると共に、該シャフトの他端部を可動コア本体１４５の他端面から所定長だけ突出させて突起部１５３を構成するようにしてもよい。

第２の実施の形態に係るリニア電磁アクチュエータ１１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。

ソレノイド部１２の非通電時（オフ状態）には、図１に示されるように、リターンスプリング１３７のばね力（押圧力）によって固定コア１２４と可動コア１２６とが所定距離離間した状態にある。

そこで、図示しない電源を付勢してコイル３４に通電することによりソレノイド部１１２が励磁されてオン状態となり、図２０に示される磁気回路１８２が発生する。その際、前記コイル３４に対する通電量に比例した電磁力が可動コア１２６に付与される。

従って、前記磁気回路１８２によって発生する電磁力の作用下に前記可動コア１２６及びシャフト部１４６が、リターンスプリング１３７の押圧力に抗して下方に変位する（図１４参照）。なお、前記ソレノイド部１１２に対する通電を停止することによりオフ状態となり図１３に示す初期位置に復帰する。

第２の実施の形態に係るリニア電磁アクチュエータ１１０では、ハウジング１１４の薄肉部１１８に対向する可動コア１２６の端面にストッパとして機能する突起部１５３を設け、前記突起部１５３をソレノイド部１１２における残留磁気を防止するためのスペーサ（いわゆる、マグネットキラー）として機能させることができる。

すなわち、ハウジング１１４の薄肉部１１８に対して磁束が流れにくくなっており、前記薄肉部１１８の中央部ではさらに磁束が流れにくい状態にある。従って、前記薄肉部１１８の中央部に対応する可動コア１２６の中央部に突起部１５３を設けることにより、前記突起部１５３に対して磁束が流れることを極力防止することができる。

また、可動コア１２６の端面に突起部１５３を設けることにより、前記突起部１５３が当接するハウジング１１４の底部の凹部内壁にＲ部１６０を形成することができ、ハウジング１１４の製造が容易となる。

さらに、突起部１５３を有する可動コア１２６の端面は、突起部１５３を間にして薄肉部１１８の壁面と対面しているため、前記可動コア１２６の端面に対してハウジング１１４の薄肉部１１８側から磁束が流入することを阻止することができる。

第２の実施の形態に係るリニア電磁アクチュエータ１１０では、ハウジング１１４の底部１１６と円筒状のヨーク１２２との間には、ハウジング１１４の底部１１６の内壁面に対応する位置に、可動コア１２６の端部の外周面が対応するように配置されている（図１３のＡ部参照）。このため、ハウジング１１４の底部１１６から可動コア１２６側への磁束の受け渡しが、前記底部１１６の内壁面と可動コア１２６の外周面においてもなされる（図２０参照）。従って、ハウジング１１４の底部１１６と可動コア１２６の端部との間で円滑な磁束の受け渡しが行われ、磁束量を増大させることができる。

この結果、ソレノイド部１１２における吸引力を向上させることができると共に、同等の吸引力とした場合には、第２の実施の形態に係るリニア電磁アクチュエータ１１０の全体構成を小型化することができる。

なお、第２の実施の形態に係るリニア電磁アクチュエータ１１０のその他の作用効果は、前記第１の実施の形態に係る電磁アクチュエータ１０と同一であるため、その詳細な説明を省略する。

本発明の第１の実施の形態に係る電磁アクチュエータの軸線方向に沿った縦断面図である。 ソレノイド部を励磁することにより、可動コア及びシャフトが上昇した状態を示す動作説明図である。 図１に示す可動コアの外表面全体に形成された非磁性層を薄肉とした場合の拡大縦断面図である。 図１に示す可動コアの外表面全体に形成された非磁性層を厚肉とした場合の拡大縦断面図である。 図３に示す可動コアに対して環状突起部を形成した拡大縦断面図である。 図４に示す可動コアに対して環状突起部を形成した拡大縦断面図である。 図１の部分拡大縦断面図である。 図７に示すコイルの部分拡大縦断面図である。 コイルボビンに形成されたフランジが除去された状態を示す部分拡大縦断面図である。 断面長方形のコイルがコイルボビンに巻回された部分拡大縦断面図である。 図１０に示すコイルの部分拡大縦断面図である。 ソレノイド部に形成された磁気回路を示す一部省略拡大説明図である。 本発明の第２の実施の形態に係るリニア電磁アクチュエータの軸線方向に沿った縦断面図である。 ソレノイド部を励磁することにより、可動コア及びシャフト部が下降した状態を示す動作説明図である。 図１３に示す可動コアの外表面全体に形成された非磁性層を薄肉とした場合の拡大縦断面図である。 図１３に示す可動コアの外表面全体に形成された非磁性層を厚肉とした場合の拡大縦断面図である。 断面正方形のコイルがコイルボビンに巻回された部分拡大縦断面図である。 断面長方形のコイルがコイルボビンに巻回された部分拡大縦断面図である。 図１のＡ部拡大縦断面図である。 ソレノイド部に形成された磁気回路を示す一部省略拡大説明図である。 従来技術に係るコイルがコイルボビンに巻回された部分拡大縦断面図である。

符号の説明

１０…電磁アクチュエータ １２、１１２…ソレノイド部
１４、１１４…ハウジング ３４、３４ａ、１３２…コイル
３６、１３７…リターンスプリング ３８…シャフト
４０、１２６…可動コア ４２…段付き孔部
５４…固定コア部 ５６、１３０…コイルボビン
５７ａ、５７ｂ、１２８ａ、１２８ｂ…フランジ
６０…クリアランス ６４…非磁性層
６２、１２２…ヨーク ８２、１８２…磁気回路
１１０…リニア電磁アクチュエータ １１６…底部
１２４…固定コア １４６…シャフト部
１５３…突起部

Claims (20)

1. アクチュエータ本体部と、
   前記アクチュエータ本体部の内部に配設され、コイルボビンに巻回されたコイルと、前記コイルボビンの端部に連結されるヨークと、前記コイルに対する通電作用下に固定コア部に吸引される可動コアと、前記固定コア部と可動コアとの間に介装され前記可動コアを初期位置に復帰させるばね部材とを有するソレノイド部と、
   前記可動コアに設けられ、該可動コアと一体的に変位する移動子と、
   を備え、
   前記コイルは、断面正方形に形成されることを特徴とする電磁アクチュエータ。
2. 請求項１記載の電磁アクチュエータにおいて、
   前記電磁アクチュエータは、車両に搭載される車載用からなることを特徴とする電磁アクチュエータ。
3. 請求項１記載の電磁アクチュエータにおいて、
   前記コイルボビンには、該コイルボビンの軸線方向に沿った一端部又は他端部のいずれか一方にのみ半径外方向に突出した環状のフランジが形成されることを特徴とする電磁アクチュエータ。
4. 請求項３記載の電磁アクチュエータにおいて、
   前記環状のフランジが形成されないコイルボビンの軸線方向に沿った一端部又は他端部は、樹脂製材料によって形成された封止体によって被覆されることを特徴とする電磁アクチュエータ。
5. 請求項１記載の電磁アクチュエータにおいて、
   前記可動コアの外表面には、所定の厚さからなる非磁性層が形成されることを特徴とする電磁アクチュエータ。
6. アクチュエータ本体部と、
   前記アクチュエータ本体部の内部に配設され、コイルボビンに巻回されたコイルと、前記コイルボビンの端部に連結されるヨークと、前記コイルに対する通電作用下に固定コア部に吸引される可動コアと、前記固定コア部と可動コアとの間に介装され前記可動コアを初期位置に復帰させるばね部材とを有するソレノイド部と、
   前記可動コアに設けられ、該可動コアと一体的に変位する移動子と、
   を備え、
   前記コイルは、断面長方形に形成されることを特徴とする電磁アクチュエータ。
7. 請求項６記載の電磁アクチュエータにおいて、
   前記電磁アクチュエータは、車両に搭載される車載用からなることを特徴とする電磁アクチュエータ。
8. 請求項６記載の電磁アクチュエータにおいて、
   前記コイルボビンには、該コイルボビンの軸線方向に沿った一端部又は他端部のいずれか一方にのみ半径外方向に突出した環状のフランジが形成されることを特徴とする電磁アクチュエータ。
9. 請求項８記載の電磁アクチュエータにおいて、
   前記環状のフランジが形成されないコイルボビンの軸線方向に沿った一端部又は他端部は、樹脂製材料によって形成された封止体によって被覆されることを特徴とする電磁アクチュエータ。
10. 請求項６記載の電磁アクチュエータにおいて、
    前記可動コアの外表面には、所定の厚さからなる非磁性層が形成されることを特徴とする電磁アクチュエータ。
11. ソレノイド部に対する通電量に比例した電磁力が発生し、前記電磁力によって可動コアを変位させるリニア電磁アクチュエータにおいて、
    アクチュエータ本体部と、
    前記アクチュエータ本体部の内部に配設され、コイルボビンに巻回されたコイルと、前記コイルボビンの内側に設けられるヨークと、前記コイルに対する通電作用下に固定コアに吸引される可動コアとを有するソレノイド部と、
    前記可動コアを初期位置に復帰させるばね部材と、
    前記可動コアに設けられ、該可動コアと一体的に変位する移動子と、
    を備え、
    前記コイルは、断面正方形に形成されることを特徴とする電磁アクチュエータ。
12. 請求項１１記載の電磁アクチュエータにおいて、
    前記電磁アクチュエータは、車両に搭載される車載用からなることを特徴とする電磁アクチュエータ。
13. 請求項１１記載の電磁アクチュエータにおいて、
    前記コイルボビンには、該コイルボビンの軸線方向に沿った一端部又は他端部のいずれか一方にのみ半径外方向に突出した環状のフランジが形成されることを特徴とする電磁アクチュエータ。
14. 請求項１３記載の電磁アクチュエータにおいて、
    前記環状のフランジが形成されないコイルボビンの軸線方向に沿った一端部又は他端部は、樹脂製材料によって形成された封止体によって被覆されることを特徴とする電磁アクチュエータ。
15. 請求項１１記載の電磁アクチュエータにおいて、
    前記可動コアの外表面には、所定の厚さからなる非磁性層が形成されることを特徴とする電磁アクチュエータ。
16. ソレノイド部に対する通電量に比例した電磁力が発生し、前記電磁力によって可動コアを変位させるリニア電磁アクチュエータにおいて、
    アクチュエータ本体部と、
    前記アクチュエータ本体部の内部に配設され、コイルボビンに巻回されたコイルと、前記コイルボビンの内側に設けられるヨークと、前記コイルに対する通電作用下に固定コアに吸引される可動コアとを有するソレノイド部と、
    前記可動コアを初期位置に復帰させるばね部材と、
    前記可動コアに設けられ、該可動コアと一体的に変位する移動子と、
    を備え、
    前記コイルは、断面長方形に形成されることを特徴とする電磁アクチュエータ。
17. 請求項１６記載の電磁アクチュエータにおいて、
    前記電磁アクチュエータは、車両に搭載される車載用からなることを特徴とする電磁アクチュエータ。
18. 請求項１６記載の電磁アクチュエータにおいて、
    前記コイルボビンには、該コイルボビンの軸線方向に沿った一端部又は他端部のいずれか一方にのみ半径外方向に突出した環状のフランジが形成されることを特徴とする電磁アクチュエータ。
19. 請求項１８記載の電磁アクチュエータにおいて、
    前記環状のフランジが形成されないコイルボビンの軸線方向に沿った一端部又は他端部は、樹脂製材料によって形成された封止体によって被覆されることを特徴とする電磁アクチュエータ。
20. 請求項１６記載の電磁アクチュエータにおいて、
    前記可動コアの外表面には、所定の厚さからなる非磁性層が形成されることを特徴とする電磁アクチュエータ。
    
    

Images