JP2006097734A - Electromagnetic actuator device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電磁アクチュエータ装置に関し、特に、その出力ロッドの往復動によって、弁等を開閉制御するスプール弁、ソレノイド弁等に使用される電磁アクチュエータ装置に関するものである。 The present invention relates to an electromagnetic actuator device, and more particularly to an electromagnetic actuator device used for a spool valve, a solenoid valve or the like that controls opening and closing of a valve or the like by reciprocation of an output rod.
従来の電磁アクチュエータ装置において、装置の組み付けの際に固定部分と可動部分との位置関係を高精度にするという技術思想は、特許文献1に記載されている。
In a conventional electromagnetic actuator device,
即ち、特許文献1に記載の従来のソレノイド弁等においては、調節栓をバルブ本体の取付孔に螺合して、その螺合深さにより弁ばねのセット荷重を調節し、その調節後、調節栓の螺合部をバルブ本体外側からカシメて固定されていた。
That is, in the conventional solenoid valve or the like described in
しかしながら、このようなソレノイド弁の構造では、カシメて固定する場合、ねじ部の変形により調節栓が軸方向に変位すると、調節済の弁ばねのセット荷重に狂いが生じる。 However, in such a solenoid valve structure, when the caulking and fixing are performed, if the adjusting plug is displaced in the axial direction due to deformation of the threaded portion, the set load of the adjusted valve spring is deviated.
そこで、特許文献1の技術は、一端にソレノイド部を付設したバルブ本体の弁孔に、ソレノイド部に発生する電磁力により一方向へ押圧されるスプール弁を嵌装し、バルブ本体の他端に形成した取付孔に固定される調節栓とスプール弁との間に、スプール弁を前記電磁力と反対方向へ付勢する弁ばねを縮設したソレノイド弁において、調節栓をバルブ本体の取付孔に圧入される円筒状の胴部と、この胴部の内端壁に形成されて周面で弁ばねを支承する円錐状の座部で構成し、その胴部の取付孔への圧入深さにより弁ばねのセット荷重を調節するようにしている。
Therefore, in the technology of
このように、調節栓をバルブ本体の取付孔に圧入される円筒状の胴部と、この胴部の内端壁に形成されて周面で弁ばねを支承する円錐状の座部とから構成することによって、その胴部の取付孔への圧入深さにより弁ばねのセット荷重を調節するようにし、弁ばねのセット荷重調節後、カシメを行わずとも調節後の固定状態を保つことができ、しかも、円錐状座部は弁ばねに常に調心作用を与えて、その傾きや倒れによる弁特性の狂いを回避している。 In this way, the adjustment plug is composed of a cylindrical body portion that is press-fitted into the mounting hole of the valve body, and a conical seat portion that is formed on the inner end wall of the body portion and supports the valve spring on the peripheral surface. By doing so, the set load of the valve spring can be adjusted according to the depth of press fit into the mounting hole of the barrel, and after adjusting the set load of the valve spring, the fixed state after adjustment can be maintained without caulking. In addition, the conical seat portion always gives a centering action to the valve spring, thereby avoiding a deviation in valve characteristics due to its inclination or collapse.
また、特許文献2には、弁特性の狂いを回避する電磁弁の組み付け方法について開示している。
しかしながら、特許文献1の発明は、弁ばねのセット荷重の調節後、カシメを行わずとも調節栓の固定が可能となり、また、調節栓の固定をより確実にすべくカシメを行っても調節栓に無用な変位を生じさせることがなく、しかも、同一の調節栓で直径の異なる弁ばねにも対応可能としたものである。ここでは、スプール弁を前記電磁力と反対方向へ付勢する弁ばねが必須要件となるから、スプール弁側のスプリングの弾性力を共用したり、外部の弾性力を使用できないものである。即ち、前記電磁力と反対方向へ付勢する弁ばねによって、芯出しを行っているために、外部機構の有する弾性力を使用できず、その用途が限定されるという問題点を有していた。
However, in the invention of
また、特許文献2の発明のように、特に、ヨークとプランジャーの間隙が大きいと、図5及び図6に示すような現象が生ずる。
As in the invention of
図5はヨークとプランジャーの間隙とプランジャーの位置の関係を示す説明図であり、(a)はプランジャーが中立位置にある状態、(b)はプランジャー全体がヨークに吸引されている状態、(c)はプランジャーのコーナーがヨークに吸引されている状態を示すものである。図6は従来の電磁アクチュエータ装置の電流−ストローク特性図である。 FIGS. 5A and 5B are explanatory views showing the relationship between the gap between the yoke and the plunger and the position of the plunger. FIG. 5A shows a state where the plunger is in a neutral position, and FIG. 5B shows the whole plunger being sucked by the yoke. State (c) shows a state in which the corner of the plunger is sucked by the yoke. FIG. 6 is a current-stroke characteristic diagram of a conventional electromagnetic actuator device.
図5(a)に示すように、ヨーク100とプランジャー200との間に間隙があると、設計上またはセンター位置にある出力ロッドにプランジャー200が接続された状態では、プランジャー200の周囲に間隙があることになる。しかし、ヨーク100が磁気を帯びると、図5(b)に示すように、プランジャー200の端部の磁界が強くなり、両端の磁極の作用により、プランジャー200全体がヨーク100側に吸引される。
As shown in FIG. 5 (a), if there is a gap between the
ところが、現実に、プランジャー200を付勢するスプリング300が接続されると、ヨーク100が磁気を帯びたとき、図5(c)に示すように、プランジャー200の端部の磁界が最も強くなり、それに外力が加わると、両端の磁極の作用により、プランジャー200の特定の角がヨーク100の壁面に吸引されるという減少が生じる。このような現象が生じると、プランジャー200の端部がヨーク100の壁面を強く摩擦し、その条件に応じて摩擦力が大きくなる。
However, when the
特に、当該摩擦力は、プランジャー200の特定の角の移動方向によって大きく変化するものであるから、図6のように、従来の電磁アクチュエータ装置の電流−ストローク特性は、電流を大きく増加させる領域Aで、プランジャー200は電流に追随して右に移動したとする。次に、電流を減少させる領域Bでは、プランジャー200は摩擦力のために移動しない。しかし、更に、電流を減少させると領域Cでは、プランジャー200は電流に追随して左に移動する。ここで、再び、電流を増加させても、領域Dでは、プランジャー200は摩擦力のために移動しない。
In particular, since the frictional force changes greatly depending on the movement direction of a specific angle of the
即ち、特許文献2のような従来の電磁アクチュエータ装置の電流−ストローク特性では、プランジャー200とヨーク100との間に間隙があると、プランジャー200とヨーク100との摩擦抵抗によって、ヒステリシスが大きくなるという問題点があった。
That is, in the current-stroke characteristic of the conventional electromagnetic actuator device as in
そこで、本発明は、これらの問題点を解消すべく、外部機構の有する弾性力を使用でき、かつ、当該弾性力を得る弾性部材を内蔵することも可能であると共に、電流−ストローク特性におけるヒステリシスを小さくした電磁アクチュエータ装置の提供を課題とするものである。 Therefore, in order to solve these problems, the present invention can use the elastic force of the external mechanism and can incorporate an elastic member that obtains the elastic force, and has hysteresis in the current-stroke characteristics. It is an object of the present invention to provide an electromagnetic actuator device with a reduced size.
請求項1にかかる電磁アクチュエータ装置において、2分割してなる磁性体からなるフロントヨークとリアヨークは、その2分割する長さを厳格に特定するものではないが、通常、フロントヨークとリアヨークが略50%程度に2分割される。
In the electromagnetic actuator device according to
また、フロントヨークとリアヨークとの間を一体に接続するスペーサ部材は、フロントヨークとリアヨークとの芯出しが容易な非磁性体で、特に、フロントプランジャー及びリアプランジャーの移動の障害にならない構造であればよい。 In addition, the spacer member that connects the front yoke and the rear yoke in one piece is a non-magnetic material that can easily center the front yoke and the rear yoke, and in particular, it does not obstruct the movement of the front plunger and rear plunger. If it is.
そして、出力ロッドは、前記フロントヨークの中心軸方向の往復移動が自在となるように挿通されておればよく、特に、その機械的精度は、高いのが望ましいが、フロントヨーク及びリアヨークとフロントプランジャー及びリアプランジャーとの間の機械的精度以上のものを必要とするものではない。 The output rod only needs to be inserted so as to be freely reciprocated in the central axis direction of the front yoke. In particular, the mechanical accuracy of the output rod is preferably high. No more than mechanical accuracy between the jar and rear plunger is required.
更に、2分割してなる磁性体からなるフロントプランジャーとリアプランジャーは、その2分割する長さを特定するものではないが、通常、フロントプランジャーが略10〜50%程度以下に2分割される。 Furthermore, the front plunger and the rear plunger made of a magnetic material divided into two do not specify the length to be divided into two, but usually the front plunger is divided into about 10 to 50% or less. Is done.
請求項2にかかる電磁アクチュエータ装置の前記フロントヨークとリアヨークとスペーサ部材で形成された空間内には、フロントプランジャーの往復移動にかかわらず、フロントプランジャーの周面が前記フロントヨークまたはリアヨークのエッジを越えて移動することがないから、フロントプランジャーの移動時にフロントヨークまたはリアヨークのエッジに引っ掛かることがない。したがって、フロントプランジャーの周面が前記フロントヨークまたはリアヨークのエッジを越えて移動することがない程度にスペーサ部材の幅を狭くするか、或いは、広くする必要がある。
In the space formed by the front yoke, the rear yoke, and the spacer member of the electromagnetic actuator device according to
請求項1にかかる電磁アクチュエータ装置は、フロントプランジャーとリアプランジャーが2分割されているから、それだけフロントプランジャーとリアプランジャーが軽量化され、着磁されたときでも、リアプランジャーの中心に偶力が作用することなく、全体がフロントヨークまたはリアヨークに引き寄せられ、リアプランジャーのエッジのみがフロントヨークまたはリアヨークに衝突した状態にならない。
In the electromagnetic actuator device according to
また、フロントヨークの中心軸方向の往復移動を自在に挿通された出力ロッドの端部に配設されたフロントプランジャーは、出力ロッドの移動に拘束されるから、大きく位置を変化することができない。ところが、フロントプランジャーが着磁されたときには、同時にリアプランジャーも着磁され、両者は互いに吸引し、吸着される。このとき、フロントヨークの中心軸方向に挿通された出力ロッドに配設されたフロントプランジャーは、少なくとも出力ロッドに支持されているから、フロントプランジャーとリアプランジャーの磁路が最も磁気抵抗の低い位置になって安定する。したがって、摩擦力は低くなる。また、コイルの励磁を解くと軽量化されたリアプランジャーは、出力ロッドの移動によって特定方向のみ往復移動可能なものであるから、摩擦力を大きくすることがない。このとき、出力ロッドに加える外力は、外部機構の有する弾性力を使用でき、また、当該弾性力を得る弾性部材を装置内に内蔵することも可能である。 Further, the position of the front plunger disposed at the end of the output rod that is freely inserted in the reciprocating movement of the front yoke in the central axis direction is restricted by the movement of the output rod, and therefore cannot change its position greatly. . However, when the front plunger is magnetized, the rear plunger is magnetized at the same time, and both are attracted and attracted to each other. At this time, since the front plunger disposed on the output rod inserted in the central axis direction of the front yoke is supported at least by the output rod, the magnetic path of the front plunger and the rear plunger has the most magnetoresistance. Stable at low position. Therefore, the frictional force is low. Moreover, since the rear plunger, which has been reduced in weight when the coil is de-energized, can reciprocate only in a specific direction by the movement of the output rod, the frictional force is not increased. At this time, as the external force applied to the output rod, the elastic force of the external mechanism can be used, and an elastic member for obtaining the elastic force can be incorporated in the apparatus.
よって、電流−ストローク特性におけるヒステリシスを小さくした電磁アクチュエータ装置とすることができる。 Therefore, it can be set as the electromagnetic actuator apparatus which made the hysteresis in an electric current-stroke characteristic small.
請求項2にかかる電磁アクチュエータ装置は、フロントプランジャーの周面がフロントヨークまたはリアヨークのエッジを越えて移動することがないから、フロントプランジャーまたはリアプランジャーの移動時にフロントヨークまたはリアヨークのエッジに引っ掛かることがない。また、当該エッジとの摩擦により、接触抵抗が急変することがない。したがって、フロントプランジャーまたはリアプランジャーの周面が前記フロントヨークまたはリアヨークのエッジを越えて移動しないから、摩擦力が低く、ヒステリシスも小さくできる。 In the electromagnetic actuator device according to the second aspect, since the peripheral surface of the front plunger does not move beyond the edge of the front yoke or the rear yoke, the edge of the front yoke or the rear yoke is moved when the front plunger or the rear plunger is moved. It won't get caught. Further, the contact resistance does not change suddenly due to friction with the edge. Therefore, since the peripheral surface of the front plunger or the rear plunger does not move beyond the edge of the front yoke or the rear yoke, the frictional force is low and the hysteresis can be reduced.
次に、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
なお、本実施の形態において、共通する実施の形態の同一または相当する構成部分については、同一記号または同一符号を付して、その重複する説明を省略する。 Note that in this embodiment, the same or corresponding components in the common embodiments are denoted by the same symbols or the same reference numerals, and redundant description thereof is omitted.
[実施の形態1]
図1は本発明の実施の形態1の電磁アクチュエータ装置の構成を示す断面図、図2は本発明の実施の形態1の電磁アクチュエータ装置をバルブ本体に取り付けた構成を示す断面図で、図はコイルが励磁されている状態を示すものである。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the electromagnetic actuator device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration in which the electromagnetic actuator device according to the first embodiment of the present invention is attached to the valve body. This shows a state where the coil is excited.
図1及び図2において、略筒状のケース1は、金属等の磁性材料から形成されたものである。ボビン2は非磁性体の合成樹脂等の絶縁物等で形成され、そこにコイル3が巻回されている。2分割してなる磁性体からなるフロントヨーク4とリアヨーク5は、コイル3が発生する磁界の磁路となるもので、両者間には、アルミニウム、銅、真鍮等の非磁性体からなるスペーサ部材6が配設されている。このスペーサ部材6は、フロントヨーク4とリアヨーク5との間に配設され、両者間を一体に連続接続する形態となっている。
1 and 2, the substantially
フロントプランジャー8とリアプランジャー7は、フロントヨーク4とリアヨーク5とスペーサ部材6で形成された空間内に位置し、フロントプランジャー8には出力ロッド9が配設されている。出力ロッド9はその中心部が中空になっていて、液体通路9aが形成されている。出力ロッド9の外周とフロントヨーク4及びバルブ本体20のハウジング21との間には、出力ロッド9とフロントヨーク4との間からの液体流を遮断すると共に出力ロッド9の往復動を自在とするダイヤフラム12が配設されている。
The
封止板10は非磁性体からなり、リアヨーク5をカシメて密封状態に固着し、フロントヨーク4とリアヨーク5とスペーサ部材6で形成された閉じられた空間を形成している。フロントヨーク4とリアヨーク5とスペーサ部材6で形成された閉じられた空間の、フロントヨーク4側の内部には、緩衝材11が固着されている。この緩衝材11は、フロントヨーク4との衝突を緩和するものである。
The sealing
リアプランジャー7には、その周囲に細溝7aが螺旋状に形成されている。この細溝7aは、フロントヨーク4とリアヨーク5とスペーサ部材6で形成された閉じられた空間に、液体を封入し、その液体移動速度によってソレノイドに電圧を加えてからの応答速度を設定するものである。
In the
また、フロントプランジャー8は、緩衝材11側が若干小径となった円錐台状に形成され、液体移動速度によってソレノイドの応答速度が調整されている。
Further, the
なお、コイル3が巻回されたボビン2は、磁界を効率よくリアプランジャー7に導くように端部を段差形状としている。
The
また、出力ロッド9には、本発明の実施の形態1の電磁アクチュエータ装置と一体に取付けたバルブ本体20のスプリング23の弾性力が、スプール弁22を介して右方向に付与されている。
Further, the elastic force of the
次に、本実施の形態にかかる電磁アクチュエータ装置の動作を説明する。 Next, the operation of the electromagnetic actuator device according to this embodiment will be described.
まず、コイル3に通電されていない通常状態では、スプール弁22を付勢するスプリング23によって、出力ロッド9が図1の右方向に移動させられている。即ち、図1の位置関係にフロントプランジャー8及びリアプランジャー7が位置する。
First, in a normal state where the
コイル3に通電されると、フロントヨーク4及びリアヨーク5が着磁し、フロントヨーク4及びリアヨーク5とフロントプランジャー8及びリアプランジャー7との吸引力が、スプール弁22を付勢するスプリング23の弾性力に打ち勝って、出力ロッド9を図1の左方向に吸引移動する。
When the
このとき、フロントプランジャー8とリアプランジャー7が2分割されているから、着磁されたときでも、リアプランジャー7の中心に偶力が作用することなく、リアプランジャー7の全体が軽量になり、リアヨーク5に引き寄せられ、リアプランジャー7のエッジがフロントヨーク4またはリアヨーク5に強く吸引され、高い摩擦力になる可能性がなくなる。
At this time, since the
そして、フロントヨーク4の中心軸方向の往復移動を自在に挿通された出力ロッド9の端部に配設されたフロントプランジャー8は、出力ロッド9の移動に拘束されるから、大きく往復動以外の動きをすることができない。加えて、フロントプランジャー8が着磁されたときには、同時にリアプランジャー7も着磁され、両者は互いに吸引し、吸着される。このとき、フロントヨーク4の中心軸方向に挿通された出力ロッド9に配設されたフロントプランジャー8は、少なくとも出力ロッド9に支持されているから、フロントプランジャー8とリアプランジャー7の磁路が最も磁気抵抗の低い位置になって安定する。したがって、フロントプランジャー8とリアプランジャー7の端面が略一致し、摩擦力は低くなる。また、コイル3の励磁を解くとスプリング23の弾性力を受けている出力ロッド9の移動によって、フロントプランジャー8は右方向のみ移動するものであるから、摩擦力を大きくすることがない。即ち、リアプランジャー7のエッジがフロントヨーク4またはリアヨーク5に吸引されないから、高い摩擦力が発生する可能性がない。このとき、出力ロッド9に加わる外力は、バルブ本体20のスプリング23等の外部機構の有する弾性力を使用でき、また、当該弾性力を得る弾性部材を装置内に内蔵することも可能である。
The
よって、電流−ストローク特性におけるヒステリシスを小さくした電磁アクチュエータ装置とすることができる。 Therefore, it can be set as the electromagnetic actuator apparatus which made the hysteresis in an electric current-stroke characteristic small.
[実施の形態2]
図3は本発明の実施の形態2の電磁アクチュエータ装置の構成を示す断面図である。
[Embodiment 2]
FIG. 3 is a sectional view showing the configuration of the electromagnetic actuator device according to the second embodiment of the present invention.
上記実施の形態1において、フロントヨーク4とリアヨーク5との間のスペーサ部材6は、フロントプランジャー8の厚みLよりも、フロントヨーク4とリアヨーク5との間の間隔L1が狭く設定している。また、フロントプランジャー8がストローク距離Lsだけ移動しても、フロントプランジャー8のエッジがフロントヨーク4及びリアヨーク5のエッジに衝突しないようにその寸法を、フロントプランジャー8の厚みLがスペーサ部材6の間隔L1よりも大きくなるように決定している。即ち、常に、フロントヨーク4とリアヨーク5との間のスペーサ部材6の両端を、フロントプランジャー8が跨ぐように設定している。
In the first embodiment, the
しかし、本実施の形態2では、フロントヨーク4とリアヨーク5との間のスペーサ部材6は、フロントプランジャー8の厚みLよりも、フロントヨーク4とリアヨーク5との間の間隔L2が広く、かつ、フロントプランジャー8がストローク距離Lsだけ移動しても、フロントプランジャー8のエッジがフロントヨーク4及びリアヨーク5のエッジに衝突しないようにその寸法を、フロントプランジャー8の厚みLがスペーサ部材6の間隔L2よりも狭くなるように決定している。
However, in the second embodiment, the
即ち、本実施の形態2のフロントプランジャー8の周面が、フロントヨーク4またはリアヨーク5のエッジを越えて移動することがないから、フロントプランジャー8、リアプランジャー7の移動時にフロントヨーク4またはリアヨーク5のエッジに引っ掛かることがなくなり、フロントプランジャー8またはリアプランジャー7の周面がフロントヨーク4またはリアヨーク5のエッジを越えて移動することがないから、摩擦力が小さく、かつ、摩擦力の急変がなくヒステリシスも小さくすることができる。
That is, since the peripheral surface of the
[実施の形態3]
図4は本発明の実施の形態3の電磁アクチュエータ装置の構成を示す断面図である。
[Embodiment 3]
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the electromagnetic actuator device according to the third embodiment of the present invention.
上記実施の形態1の出力ロッド9は、バルブ本体20のスプリング23の弾性力がスプール弁22を介して右方向に付与されており、実施の形態1の電磁アクチュエータ装置の外部から弾性力を付勢するものであった。
In the
しかし、本実施の形態3では、電磁アクチュエータ装置の装置内で弾性力を得ることもできる。 However, in the third embodiment, an elastic force can be obtained in the electromagnetic actuator device.
実施の形態1の電磁アクチュエータ装置との相違点は、フロントヨーク4のフロントプランジャー8側に収容孔15を穿設し、その収容孔15にコイルスプリング16を収容し、フロントプランジャー8とフロントヨーク4との間に拡張弾性を付与したものである。
The difference from the electromagnetic actuator device of the first embodiment is that an
この実施の形態3における出力ロッド9は、フロントヨーク4とリアヨーク5の軸方向の往復移動を自在とするようにフロントヨーク4に挿通されている。また、出力ロッド9は、フロントヨーク4に挿通されコイルスプリング16の弾性を付与することにより、特定された一方向の往復移動に付勢されている。
The
したがって、出力ロッド9に加える外力は、実施の形態1のように、外部機構の有する弾性力を使用でき、また、実施の形態3のように弾性力を得る弾性部材を装置内に内蔵することも可能である。
Therefore, as the external force applied to the
2 ボビン
3 コイル
4 フロントヨーク
5 リアヨーク
6 スペーサ部材
7 リアプランジャー
8 フロントプランジャー
9 出力ロッド
2
Claims (2)
前記ボビン内径側に組み込まれ、2分割してなる磁性体からなるフロントヨーク及びリアヨークと、
前記フロントヨークとリアヨークとの間に配設され、両者間を一体に接続する非磁性体からなるスペーサ部材と、
前記フロントヨークとリアヨークの軸方向の往復移動を自在とするように前記フロントヨークに挿通され、前記往復移動の特定された一方向に付勢されている出力ロッドと、
前記フロントヨーク及びリアヨーク及びスペーサ部材で形成された空間内に位置し、前記出力ロッドの端部に配設された磁性体からなるフロントプランジャー及び前記フロントプランジャーと独立に形成され、前記フロントプランジャーの反出力ロッド側に位置する磁性体からなるリアプランジャーと
を具備することを特徴とする電磁アクチュエータ装置。 A bobbin around which a coil is wound;
A front yoke and a rear yoke made of a magnetic material incorporated into the bobbin inner diameter side and divided into two parts;
A spacer member disposed between the front yoke and the rear yoke and made of a non-magnetic material that integrally connects the two;
An output rod that is inserted into the front yoke so as to freely reciprocate in the axial direction of the front yoke and the rear yoke, and is biased in a specified direction of the reciprocating movement;
A front plunger made of a magnetic material disposed in an end portion of the output rod, which is located in a space formed by the front yoke, the rear yoke, and a spacer member, and formed independently of the front plunger, and the front plan An electromagnetic actuator device comprising: a rear plunger made of a magnetic material positioned on the side opposite to the output rod of the jar.
In the space formed by the front yoke, the rear yoke, and the spacer member, the peripheral surface of the front plunger does not move beyond the edge of the front yoke or the rear yoke regardless of the reciprocating movement of the front plunger. The electromagnetic actuator device according to claim 1.
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JP2010223238A (en) * | 2009-03-19 | 2010-10-07 | Aisin Aw Industries Co Ltd | Linear solenoid driving device |
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