JP2005310838A - 電磁式駆動ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 ガイドへの加工精度の要求を低減し、且つ、安定した駆動力を得ることができる電磁式駆動ユニットを提供する。
【解決手段】 固定鉄心(16)と、固定鉄心に対して同軸上に配置され、その外周面が非磁性の樹脂層(55)で覆われた可動鉄心(54)と、可動鉄心を囲むソレノイド(24)を有し、ソレノイドへの給電制御により、固定鉄心に対して可動鉄心を接離させるソレノイドアセンブリ(21)と、ソレノイドアセンブリに固定されたヨーク(34)とを備え、ヨークは、可動鉄心の軸線方向に沿って突出され、樹脂層を介して可動鉄心を片持ち支持し、可動鉄心の接離を摺接自在に案内する長筒部(36)を備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ソレノイドアセンブリを有する電磁式駆動ユニットに関する。

この種の電磁式駆動ユニットでは固定鉄心と可動鉄心とが同軸上に配置されており、ソレノイドの励磁力を可変させる給電制御によって、可動鉄心が固定鉄心に対して接離可能に構成されている。
そして、この可動鉄心が非磁性材料からなる有底管内に収容され、上記接離の際には可動鉄心を有底管の内周面で案内し、摺動抵抗の低減を図る技術が知られている（特許文献１）。

しかしながら、上記有底管の加工精度が低い場合には固定鉄心と可動鉄心とを同軸上に配置させることが困難になり、電磁式駆動ユニットの駆動力が安定しないとの点に着目し、この解決を図る電磁式駆動ユニットが本出願人から提案されている（特願２００３−０２４１７０号）。
特開平１０−２１３２５４号公報（図２等）

ところで、上記本出願人による電磁式駆動ユニットでは、可動鉄心の外周を非磁性の樹脂層で覆い、可動鉄心には、固定鉄心側である一端側及び固定鉄心の反対側である他端側の双方にガイドが備えられている。これにより、可動鉄心と固定鉄心とを同軸上に配置可能となり、安定した駆動力を得ることができる。また、上記有底管を用いる場合に比してこの非磁性部分の加工精度の要求を低減できる。

しかしながら、この電磁式駆動ユニットでは、可動鉄心の一端側及び他端側の各ガイドが別部材で構成されており、各ガイドには別個独立の加工精度が要求されることになる。すなわち、各ガイドが可動鉄心の一端側及び他端側の双方を確実に支持可能であるか否かはユニットの組み立て時まで判別し難く、可動鉄心と固定鉄心とを同軸上に配置させたとしても、その軸線上の配置を確保できない場合が生じ得る。また、各ガイドに対する加工精度の要求が製造コストの増加を招くとの問題もある。

また、各ガイドを加工した結果、仮に、可動鉄心の一端側とそのガイドとのクリアランスが可動鉄心の他端側とそのガイドとのクリアランスよりも小さくなるか、或いは、各ガイドが同軸上に配置されない等の場合には、可動鉄心とガイドとの片当たりが生じ、摺動性に悪影響を及ぼすことが懸念される。更に、この場合には可動鉄心を覆う樹脂層の偏摩耗が生ずることも懸念される。

このように、本出願人による電磁式駆動ユニットでは、非磁性部分の加工精度を抑えて駆動力を安定させる点は解消できるものの、各ガイドの双方に対する加工精度が依然として要求されているものであり、この点については課題が残されている。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、ガイドへの加工精度の要求をも低減し、且つ、安定した駆動力を得ることができる電磁式駆動ユニットを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の電磁式駆動ユニット（請求項１）は、固定鉄心と、固定鉄心に対して同軸上に配置され、その外周面が非磁性の樹脂層で覆われた可動鉄心と、可動鉄心を囲むソレノイドを有し、ソレノイドへの給電制御により、固定鉄心に対して可動鉄心を接離させるソレノイドアセンブリと、ソレノイドアセンブリに固定されたヨークとを備え、ヨークは、可動鉄心の軸線方向に沿って突出され、樹脂層を介して可動鉄心を片持ち支持し、可動鉄心の接離を摺接自在に案内する長筒部を備えたことを特徴とする。

上述した請求項１記載の本発明の電磁式駆動ユニットによれば、ヨークには長筒部が備えられ、非磁性の樹脂層で覆われた可動鉄心は一端側が支持されず、その他端側だけがこの長筒部に固定支持されている。よって、可動鉄心を長筒部の筒形状内に配置し、この可動鉄心と固定鉄心とを同軸上に配置させれば、その軸線上の配置が確保されるので、駆動力の安定化が維持可能となる。

また、この可動鉄心は長筒部にのみ案内されて固定鉄心に対して接離し、可動鉄心が固定鉄心に吸引される場合にもその一端側と固定鉄心側との接触が回避される。この結果、非磁性部分の加工精度が抑えられる他、この可動鉄心の作動は妨げられずにスムーズになり、吸引に要するソレノイドの励磁力のロスを抑制できる。
更に、可動鉄心のガイドは長筒部だけで構成され、固定鉄心側にはガイドが構成されていない。よって、可動鉄心の一端側及び他端側の双方にガイドを備える場合に比して加工精度の要求が低減される。換言すれば、別個の加工精度の要求に伴う片当たり等を防止でき、摺動性が向上する。また、樹脂層の偏摩耗も防止可能となる。

以下、図面を用い本発明の実施の形態について説明する。
図１は当該実施の形態における電磁式駆動ユニットを用いた電磁弁１０の縦断面図である。この電磁弁１０は電磁作動方式で作動する３ポート２位置の方向制御弁であり、図中、それら２位置のうち一方の排出位置を中心線よりもＡ側に、他方の供給位置をＢ側に示した。

電磁弁１０は各種制御に使用され、例えば、ミニショベルのキャビン干渉防止／深さ制御、油圧ピストン・モーターの傾点角制御、コントロールバルブのスプール／絞り弁の制御、ＡＴ車のクラッチパック、前・後進切換クラッチ制御等に好適する。
また、電磁弁１０は、方向制御弁ユニット１１と、この一端側に機械的に接続され、方向制御弁ユニット１１を作動させる電磁式駆動ユニット１２とを備えている。

当該電磁式駆動ユニット１２は有底円筒状のソレノイドハウジング１４（以下、ハウジング１４という）を備えている。このハウジング１４は、外周壁１４ａと、外周壁１４ａの一方の端側に位置し、方向制御弁ユニット１１をその外面に接続させた端壁１４ｂとを含み、更に、端壁１４ｂの中央部分に一体に形成された固定鉄心１６をも含んで構成されている。

固定鉄心１６は外周壁１４ａと同軸上に配置され、端壁１４ｂからハウジング１４の内方に向かって突出し、外周壁１４ａよりも小径な円柱状に形成されている。よって、固定鉄心１６と外周壁１４ａとはそれらの径方向にみて互いに所定幅だけ離隔する。
固定鉄心１６の中央には貫通孔１８が同軸にして形成され、貫通孔１８はその軸線方向に延び、端壁１４ｂの外面、すなわち、固定鉄心１６の外端面及び内端面１６ａにそれぞれ開口されている。

また、固定鉄心１６は、その内端面１６ａの周縁から軸線方向に一体に突出した環状突縁１９を備えている。この環状突縁１９はその外径が先端に向けて次第に小さくなるが、その内径は固定鉄心１６の軸線方向に沿って一定に構成されている。換言すれば、環状突縁１９の先端外形が円錐台形状をなす一方、内端面１６ａ及び環状突縁１９の内周面１９ａが円柱状の中空部を形成している。また、固定鉄心１６の内端面１６ａ上には円環状のスペーサ２０が配置されており、環状突縁１９内の円柱状の中空部は、スペーサ２０を介して固定鉄心１６の貫通孔１８に連通されている。このスペーサ２０は非磁性体で構成され、固定鉄心１６と後述する可動鉄心５４とを離間させる機能を有している。

ここで、上記ハウジング１４内にはその同軸上にソレノイドアセンブリ２１が収容されている。ソレノイドアセンブリ２１は、外周壁１４ａの軸方向長さよりも若干短い円筒状に形成されており、ボビン２２、このボビン２２に巻装されたソレノイド２４、及び、ボビン２２に外嵌されてソレノイド２４を覆うボビンカバー２６を含んで構成されている。
より詳しくは、ソレノイドアセンブリ２１の一方の端部は、固定鉄心１６の外周面、端壁１４ｂの内面、及び、外周壁１４ａの内周面によって区画された円筒状の空間内に収容されている。また、この一方の端部は端壁１４ｂに当接され、その当接面には環状の凹所が形成されており、この凹所には、この一方の端部と端壁１４ｂとの間を液密にシールするＯリング３２が配置されている。

上記ボビン２２は、段付きの内周面を有し、軸線方向でみて中央に位置する小径部２２ａと、この小径部２２ａを軸線方向で挟む２つの大径部２２ｂ、２２ｃと、小径部２２ａと大径部２２ｂとの間を接続するテーパー部２２ｄとを含んで構成されている。テーパー部２２ｄは同一の軸線方向でみて固定鉄心１６の環状突縁１９の先端と同様の変化率にて縮径される。また、大径部２２ｂは固定鉄心１６に外嵌され、テーパー部２２ｄは環状突縁１９の先端との間に空隙を存して対向して配置されている。なお、小径部２２ａの内径は環状突縁１９の内径よりも若干大きく構成されている。

上記ボビンカバー２６は、外周壁１４ａ内に嵌入され、その他方の端部は外周壁１４ａの開口端近傍に配置されている。この他方の端部にはヨーク３４が同軸上に配置されており、このヨーク３４はハウジング１４内に収容された状態で外周壁１４ａの開口端を閉塞している。
より詳しくは、ヨーク３４はガイド長筒部（長筒部）３６及び鍔部３８から構成され、これらは一体成形されている。このガイド長筒部３６は、可動鉄心５４に対して同軸上に配置される有底円筒状をなし、その一端部側３６ｃが開口され、他端部側が閉塞された同心孔３６ａを有している。この有底部を有する他端部側はハウジング１４の外方に突出しているのに対し、開口を有する一端部側３６ｃは可動鉄心５４の軸線方向に沿ってハウジング１４の内方に突出し、ボビン２２の大径部２２ｃ内に嵌入されている。なお、本実施の形態におけるガイド長筒部３６の一端部側３６ｃは、排出位置（Ａ）にて、後述する貫通穴１１１の後方大径部１１１ａと狭窄部１１１ｃとの境界付近まで延設されている。

一方、ヨーク３４の鍔部３８は、軸線方向でみてガイド長筒部３６の略中間に位置し、ガイド長筒部３６の径方向に広がる円形状に形成されている。鍔部３８は、外周壁１４ａの開口端縁がかしめられることにより、ソレノイドアセンブリ２１の他方の端部に固定される。なお、ヨーク３４のガイド長筒部３６において、鍔部３８側の基部はその外周面が段付き形状をなし、ボビン２２の段付き形状をなす内周面との間にＯリング４２を介して接合されている。

また、鍔部３８には貫通孔（図示せず）が穿設され、この貫通孔には電気絶縁性のスリーブ４４が嵌設されている。このスリーブ４４を通して一対の接続端子４６が鍔部３８の両側に延び、これら接続端子４６の一端はソレノイド２４に電気的に接続されている。更に、鍔部３８の外面上には、電気絶縁性のカバー４８がモールド成形配置されており、カバー４８は、この鍔部３８の外面の他、ガイド長筒部３６の一部、スリーブ４４、スリーブ４４から外方に延出する接続端子４６の一部、及び、外周壁１４ａのかしめられた開口端縁を覆っている。

また、カバー４８の一部には、接続端子４６を露出させた状態で囲む周壁４８ａが設けられており、この周壁４８ａは接続端子４６とともに雄プラグを構成する。したがって、この雄プラグと図示しない雌プラグとを嵌挿すれば、ソレノイド２４に対してハウジング１４の外部から給電可能となる。
一方、ガイド長筒部３６における同心孔３６ａの内底面３６ｂには、その中央部分にて軸線方向に延びる小径な穴５０が形成されている。また、内底面３６ｂには円形のばね座５２が同軸上に配置されており、端面５２ａから突設された凸部５２ｂが穴５０に嵌合され、その端面５２ａが内底面３６ｂに当接されている。更に、このばね座５２には、端面５２ａの反対側の端面に有底孔１１０を有し、この有底孔１１０は同心孔３６ａと同心に形成されている。

ところで、固定鉄心１６の内端面１６ａの上方には収容室５６が形成され、この収容室５６には円柱状の可動鉄心５４が固定鉄心１６と同軸上に収容されている。
より詳しくは、図２に示したように、可動鉄心５４にはその外周面に均一厚みの樹脂層５５が被覆されている。また、可動鉄心５４は、固定鉄心１６の反対側に位置する他端側が樹脂層５５を介してガイド長筒部３６に案内され、同心孔３６ａ内を軸線方向に摺動自在に構成されている。つまり、可動鉄心５４は、固定鉄心１６側の一端側では環状突縁１９によって案内されない。

本実施の形態において、樹脂層５５はナイロン系樹脂からなり、その厚みは可動鉄心５４の外径に対し１〜２％程度となっている。そして、可動鉄心５４を支持するガイド長筒部３６に関し、樹脂層５５と同心孔３６ａとの間には極めて微小なクリアランスを設けている。これに対し、可動鉄心５４を支持しない環状突縁１９については、樹脂層５５と内周面１９ａとのクリアランスＣをガイド長筒部３６におけるクリアランスよりも大きく設定している。

なお、この樹脂層５５は公知の方法で形成させることができ、材質及び厚みは上記したものに限定されることはないが、その厚みは０．１〜０．２ｍｍの範囲内に含まれることが好ましい。０．１ｍｍよりも薄い場合には樹脂層５５の耐久性が乏しくなる一方、０．２ｍｍを超えて厚い場合には樹脂層５５の変形による摺動抵抗の上昇を招くからである。
再び図１を参照すると、可動鉄心５４にはその内側の両端面にて開口する貫通穴１１１が形成されており、この貫通穴１１１は同心孔３６ａと同心に形成されている。貫通穴１１１は、ばね座５２側に開口する後方大径部１１１ａと、固定鉄心１６側に開口し、後方大径部１１１ａとほぼ同径の前方大径部１１１ｂと、それらの間を延びる狭窄部１１１ｃとを有している。

また、後方大径部１１１ａの内端面とばね座５２との間にはコイル状のサブスプリング５８が介装されており、サブスプリング５８は可動鉄心５４を軸線方向に沿って固定鉄心１６側に付勢する。一方、前方大径部１１１ｂの内端面には、サブスプリング５８よりもばね定数の大きなコイル状のメインスプリング６０の端部が当接され、メインスプリング６０はスペーサ２０及び貫通孔１８を通して延び、他の端部が前述した方向制御弁ユニット１１の弁スプール８３の端面に当接されている。

当該方向制御弁ユニット１１は、上記した電磁式駆動ユニット１２にスリーブ状の弁ケーシング６２を介して接続されている。
より詳しくは、ハウジング１４における端壁１４ｂの外面からは周壁６４が突設されている。この周壁６４はその内周面に雌螺子部を有する。一方、弁ケーシング６２は、そのハウジング１４に対向する外周面に雄螺子部６６を有する。したがって、端壁１４ｂの上記雌螺子部に弁ケーシング６２の雄螺子部６６をねじ込むことで、弁ケーシング６２はハウジング１４に直結される。

かくして弁ケーシング６２において、雄螺子部６６側に位置する端部は端壁１４ｂで閉塞され、雄螺子部６６の反対側に位置する端部は端板６８で閉塞されている。そして、弁ケーシング６２の内部には、端壁１４ｂ側から端板６８側に向かって順に、供給室７２、出力室７４、及び、ドレン室７６が形成され、これら各室７２，７４，７６間を区画する弁ケーシング６２の内周面には小径のシール面７８，８０，８２が形成されている。また、弁ケーシング６２は、その外周面にて開口する３つのポート、すなわち、供給ポート８４、出力ポート８６、及び、ドレンポート８８を含み、これら３つのポートは、それぞれ上記した供給室７２、出力室７４、及び、ドレン室７６のうちの対応する室と連通されている。

弁ケーシング６２の内部には弁スプール８３が同軸上に収容され、弁スプール８３は軸線方向に摺動自在に収容されている。弁スプール８３において端壁１４ｂ側の端面には前述したメインスプリング６０が当接され、弁スプール８３はメインスプリング６０を介して可動鉄心５４に機械的に連結されている。
また、弁スプール８３は、出力ポート８６付近の中間部分にて、軸線方向に互いに離隔した２つのランド部９２，９４を有する。これらのうち、一のランド部９２の外周面は、図１のＡ側に示したように、弁ケーシング６２内にて弁スプール８３が端壁１４ｂ側に移動したときに（排出位置）、弁ケーシング６２のシール面８０と協働して供給室７２と出力室７４との間を密封可能に構成されている。また、他のランド部９４の外周面は、図１のＢ側に示したように、弁ケーシング６２内にて弁スプール８３が端板６８側に移動したときに（供給位置）、弁ケーシング６２のシール面８２と協働して出力室７４とドレン室７６との間を密封可能に構成されている。

なお、弁ケーシング６２は、３つのポート８４，８６，８８に別々に接続された流路を含むケース（図示せず）に囲まれ、これら流路間は弁ケーシング６２に外嵌されたＯリング９６，９８によって隔離されている。
以下、上記した電磁弁１０の動作を説明する。
電磁弁１０を動作させるにあたっては、まず、電磁弁１０を電源に接続する。この電源は直流電源若しくは交流電源のいずれであっても良く、例えば、直流電源としてはＤＣ１２ＶやＤＣ２４Ｖ、交流電源としてはＡＣ１００Ｖ（５０／６０Ｈｚ）やＡＣ２００Ｖを使用することができる。

ソレノイド２４を給電していない場合には、図１のＡ側に示したように、弁スプール８３は戻しばね９０によって付勢され、端壁１４ｂ側の排出位置に位置する。一方、可動鉄心５４は、軸線方向でみてメインスプリング６０の長さ分だけ、弁スプール８３から離隔した位置（非作動位置）に位置する。なお、この状態のメインスプリング６０はそのばね定数の大きさからほとんど圧縮されておらず、サブスプリング５８が圧縮された状態にある。

電源から接続端子４６を介してソレノイド２４に給電されると、ソレノイド２４によって磁場（励磁力）が生じ、可動鉄心５４はその電流量に応じた吸引力で固定鉄心１６に吸引される。このとき、可動鉄心５４は、その外周面が樹脂層５５を介してガイド長筒部３６の同心孔３６ａの内周面に案内され、固定鉄心１６と同軸上に保持されながら固定鉄心１６に向けて変位する。この可動鉄心５４の変位量は、メインスプリング６０を通して弁スプール８３に伝達され、図１のＢ側に示したように、戻しばね９０が圧縮され、弁スプール８３を供給位置に移動させる。ここで、メインスプリング６０は、戻しばね９０に比して十分に大きなばね定数を有することから、ほとんど圧縮されず、可動鉄心５４の変位を伝える押圧部在として機能するとともに、可動鉄心５４の急激な変位を緩和して弁スプール８３に伝えるダンパーとしても機能する。

そして、ソレノイド２４への給電を止めた場合には、ソレノイド２４による磁場が消滅し、先に圧縮された戻しばね９０の伸張力によって、弁スプール８３を排出位置に移動させる。可動鉄心５４もまた、固定鉄心１６から離れ、その外周面が樹脂層５５を介してガイド長筒部３６の同心孔３６ａの内周面に案内されて非作動位置に戻る。
こうして、ソレノイド２４への非給電時には、弁スプール８３は図１のＡ側に示した排出位置に位置し、このときの作動油は、アクチュエータに接続された出力ポート８６から弁ケーシング６２内を通り、ドレンポート８８に接続されたタンクに向かって流れる。一方、ソレノイド２４への給電時には、弁スプール８３は図１のＢ側に示した供給位置に位置し、このときの作動油は、ポンプに接続された供給ポート８４から弁ケーシング６２内を通り、出力ポート８６に接続されたアクチュエータに向かって流れる。

以上のように、本実施の形態では、ヨーク３４にはガイド長筒部３６が設けられており、このガイド長筒部３６が樹脂層５５で覆われた可動鉄心５４の他端側のみを固定支持する。よって、可動鉄心５４をガイド長筒部３６の同心孔３６ａ内に配置し、可動鉄心５４と固定鉄心１６とを同軸上に配置すれば、可動鉄心５４はガイド長筒部３６に正確に案内され、固定鉄心１６に対して接離することが可能となり、可動鉄心５４と固定鉄心１６との軸線上の配置が確保できる。この結果、非磁性部分の加工精度が抑えられる他、電磁式駆動ユニットは安定した駆動力を発生し、電磁弁１０は安定した切換え作動が可能となる。

また、固定鉄心１６の内径、つまり、環状突縁１９の内周面１９ａによる内径を拡げて可動鉄心５４との間にクリアランスＣを設け、可動鉄心５４の一端側が内周面１９ａに接触しないように構成されている。したがって、可動鉄心５４が固定鉄心１６に吸引される場合にも、可動鉄心５４の一端側と環状突縁１９の内周面１９ａとの接触が回避されるので、この可動鉄心５４はスムーズに作動し、吸引に要するソレノイドの励磁力のロスが抑えられる。

更に、可動鉄心５４はガイド長筒部３６のみで片持ち支持され、固定鉄心側にはガイドが構成されていない。この結果、可動鉄心５４の一端側及び他端側の双方にガイドを備えた場合に比して加工精度の要求が低減され、双方のガイドへの加工精度の要求に伴う片当たりを防止でき、摺動性が向上する。しかも、樹脂層５５の偏摩耗も防止可能となる。
なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されることはなく、種々変形が可能であって、例えば、ガイド長筒部３６の一端部側３６ｃの長さは可動鉄心５４を片持ち支持できる長さに適宜変更可能であり、また、電磁弁１０のポート数や切換え位置数も上記した実施の形態に限定されるものではない。

本発明の実施の形態における電磁式駆動ユニットを用いた電磁弁の縦断面図であって、Ａ側はソレノイドへの非給電時、Ｂ側はソレノイドへの給電時を示す図である。 図１の領域IIの拡大図である。

符号の説明

１６ 固定鉄心
２１ ソレノイドアセンブリ
３４ ヨーク
３６ ガイド長筒部（長筒部）
３６ｃ 一端部側
５４ 可動鉄心
５５ 樹脂層

Claims (1)

1. 固定鉄心と、
   該固定鉄心に対して同軸上に配置され、その外周面が非磁性の樹脂層で覆われた可動鉄心と、
   該可動鉄心を囲むソレノイドを有し、該ソレノイドへの給電制御により、前記固定鉄心に対して前記可動鉄心を接離させるソレノイドアセンブリと、
   該ソレノイドアセンブリに固定されたヨークとを備え、
   該ヨークは、前記可動鉄心の軸線方向に沿って突出され、前記樹脂層を介して前記可動鉄心を片持ち支持し、該可動鉄心の接離を摺接自在に案内する長筒部を備えたことを特徴とする電磁式駆動ユニット。

Images