JP2006186070A - ソレノイド装置 - Google Patents

Abstract

【解決手段】 ケース１は、磁性体からなる筒状部材２と、この筒状部材のリヤ側開口部に連結した磁性体からなる円板状部材３とを備えている。上記円板状部材にプランジャ孔５ｃを形成して、プランジャ１７の外周面をプランジャ孔の内周面に所要の摺動クリアランスδ１を持って摺動自在に軸支させてある。また、円板状部材３の筒状部３ａのフロント側端部を上記筒状部材の内周面に嵌合して、このフロント側端部の外周面と筒状部材の内周面との間に上記摺動クリアランスよりも大きな磁気クリアランスδ２を形成している。
【効果】 上記摺動クリアランスδ１によってプランジャ１７をガタツクことなく滑らかに摺動させることができ、しかも上記磁気クリアランスδ２によって、プランジャ１７を前進させる推力が低減してしまうのを可及的に防止しながら、サイドフォースの発生を効果的に防止することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明はソレノイド装置に関し、より詳しくは、コイルに通電した際にプランジャを移動させるようにしたソレノイド装置に関する。

従来、ソレノイド装置として、磁性体からなるケースと、このケース内に収納されたコイルと、このコイル内に摺動自在に配置されるとともに、少なくともリヤ側部分が上記ケースに形成したプランジャ孔内に摺動自在に嵌合されて通常はリヤ側の非作動位置に保持されるプランジャとを備え、上記コイルに通電した際にプランジャを上記非作動位置からフロント側へ移動させるようにしたものが知られている（特許文献１、特許文献２）。
特開平８−２８８１３２号公報 特開２０００−４６２２５号公報

上述した従来のソレノイド装置においては、プランジャはガタツクことなく滑らかに摺動される必要があり、そのためプランジャを摺動自在に軸支する部分の摺動クリアランスの大きさは、例えば１０〜４０μｍの範囲に設定されていることが望ましい。
ところで、仮にプランジャとプランジャ孔との間にアライメントの誤差があり、プランジャ孔に対してプランジャが僅かに傾いて組み付けられている場合には、それによってプランジャを前進させる推力の他にプランジャを半径方向に移動させようとするサイドフォースが発生するようになる。
上記プランジャを前進させる推力を可及的に低減させることなくサイドフォースの発生を低減するためには、コイルの磁路中に５０〜３００μｍ程度の大きさの磁気クリアランスを設けることが望ましい。しかしながら、仮に上記摺動クリアランスを５０〜３００μｍの大きさに拡大してこれを磁気クリアランスとして利用した場合には、摺動クリアランスとしては大きすぎ、プランジャがガタついて結局はサイドフォースの発生を低減することができなかった。
そして上記サイドフォースの発生は、プランジャの前進時と後退時とにおけるヒステリシスを大きなものとするので、ソレノイド装置として良好なリニア特性を確保することが困難となっていた。

本発明は上述した欠点に鑑み、プランジャを前進させる推力を可及的に低減させることなくサイドフォースの発生を低減させることができるソレノイド装置を提供するものである。

すなわち請求項１の発明は、磁性体からなるケースと、このケース内に収納されたコイルと、このコイル内に摺動自在に配置されるとともに、少なくともリヤ側部分が上記ケースに形成したプランジャ孔内に摺動自在に嵌合されて通常はリヤ側の非作動位置に保持されるプランジャとを備え、上記コイルに通電した際にプランジャを上記非作動位置からフロント側へ移動させるようにしたソレノイド装置において、
上記ケースは、上記コイルを収容した磁性体からなる筒状部材と、この筒状部材のリヤ側開口部に連結した磁性体からなる円板状部材とを備えており、上記円板状部材に上記プランジャ孔を形成して、上記プランジャの外周面を該プランジャ孔の内周面に所要の摺動クリアランスを持って摺動自在に軸支させ、かつ円板状部材のフロント側端部を上記筒状部材の内周面に嵌合して、このフロント側端部の外周面と筒状部材の内周面との間に上記摺動クリアランスよりも大きな磁気クリアランスを形成したことを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、プランジャの外周面はプランジャ孔の内周面によって所要の摺動クリアランスを持って摺動自在に軸支されているので、プランジャはガタツクことなく滑らかに摺動されるようになる。
これと同時に、磁性体からなる円板状部材のフロント側端部の外周面と、磁性体からなる筒状部材の内周面との間に摺動クリアランスよりも大きな磁気クリアランスを形成しているので、コイルの磁路中に好適な大きさの磁気クリアランスを確保することができ、それによって上記プランジャを前進させる推力を可及的に低減させることなく、サイドフォースの発生を低減することができる。
そしてこれにより、プランジャの前進時と後退時とにおけるヒステリシスを小さなものとすることができるので、ソレノイド装置として良好なリニア特性を確保することが可能となる。

以下図示実施例について本発明を説明すると、図１において、ソレノイド装置のケース１は、磁性体からなる筒状部材２と、この筒状部材２のリヤ側開口部に連結した磁性体からなる円板状部材３と、さらに筒状部材２のフロント側開口部に連結した磁性体からなるコア４とを備えている。
上記ケース１内には段付孔５を形成してあり、この段付孔５は、筒状部材２に形成したフロント側の大径孔５ａとリヤ側の中径孔５ｂと、さらに円板状部材３の軸部に形成した小径のプランジャ孔５ｃとから構成されている。

上記筒状部材２に形成した中径孔５ｂ内にはコイル１０が巻回されたボビン１１を嵌合して固着してある。このボビン１１にはこれと一体にボビン１１の半径方向外方に突出する接続端子１２を設けてあり、この接続端子１２は上記コイル１０と電気的に接続されている。
上記接続端子１２を備えたボビン１１をケース１内に収納するために、該接続端子１２のボビン１１との接続端子１２ａの通過を許容するスリット１３を筒状部材２に設けてある。
そして上記コア４は、筒状部材２の大径孔５ａに嵌合してあり、このコア４を大径孔５ａと中径孔５ｂとの段部端面に当接させた状態で、上記スリット１３のコア４よりもフロント側（左側）部分を半径方向内方にカシメることにより、コア４をケース１に一体に取付けている。

上記円板状部材３に形成したプランジャ孔５ｃとコア４に形成した貫通孔４ａとは同一軸線上となるように配置してあり、それぞれの内周面によりプランジャ１７を所要の大きさの摺動クリアランスδ１（図２参照）を持って摺動自在に軸支している。この摺動クリアランスδ１の大きさは、プランジャ１７をガタツクことなく滑らかに摺動させるために、１０〜４０μｍの範囲に設定することが望ましい。
上記プランジャ１７は、同一径からなるリヤ側部分１７ａとフロント側部分１７ｂとを備えており、リヤ側部分１７ａを鉄などの磁性体で製造して、このリヤ側部分１７ａをコイル１０が巻回されたボビン１１内に摺動自在に貫通させている。なお、このリヤ側部分１７ａの表面には、ニッケルなどの非磁性材料からなる薄いメッキ処理や窒化処理といった表面処理を施してある。
他方、フロント側部分１７ｂはＳＵＳなどの非磁性体で製造してあり、このフロント側部分１７ｂと上記リヤ側部分１７ａとを相互に一体に連結してある。

上記プランジャ１７は、図示しないが、例えばスプールバルブのスプールなどに連動するようになっており、該スプールを付勢する図示しないばねによって通常はリヤ側の図示非作動位置に保持されている。
上記コア４の貫通孔４ａの周囲には、リヤ側に向けて突出する断面三角形状の環状突起４ｂを突出形成してあり、この環状突起４ｂの先端部を、磁性体からなるプランジャ１７のリヤ側部分１７ａにおけるフロント側の外周面に近接させることにより、両者間に良好な磁路を形成できるようにしてある。

上記円板状部材３は、そのフロント側端部が筒状部３ａとなっており、この筒状部３ａのリヤ側にフランジ部３ｂを連設している。そして上記筒状部３ａの外周に非磁性体からなるリング状のスペーサ１８を嵌装し、このスペーサ１８を上記フランジ部３ｂに当接させることにより、筒状部３ａのフロント側端部が上記スペーサ１８を貫通して所要量だけ突出するようにしてある。
他方、筒状部材２の内周面リヤ側には環状凹部２ａを形成し、上記スペーサ１８の外周面を環状凹部２ａの内周面に嵌合することにより、非磁性体のスペーサ１８を介して円板状部材３の筒状部３ａを筒状部材２に一体的に支持連結している。

このとき、上記環状凹部２ａに嵌合したスペーサ１８の内周面は、筒状部材２の内周面よりも所定量だけ半径方向内方に突出するように設定してあり、それによって図２に示すように、スペーサ１８よりも突出した筒状部３ａのフロント側端部の外周面と筒状部材２の内周面との間に、上記摺動クリアランスδ１よりも大きな磁気クリアランスδ２を形成している。
この磁気クリアランスδ２の大きさは、プランジャ１７と円板状部材３のプランジャ孔５ｃやコア４の貫通孔４ａとのアライメントの誤差などから生じるサイドフォースを低減するために、５０〜３００μｍの範囲の大きさに設定することが望ましい。

さらに、上記環状凹部２ａの軸方向幅はスペーサ１８の軸方向幅よりも短く設定してあり、それによって筒状部材２と円板状部材３との間に間隙δ３を形成して、両者が相互に接触することがないようにしてある。
上記間隙δ３は、筒状部材２と円板状部材３との間に磁路が形成されるのを防止するために設けたものであって、この目的のためには１ｍｍ以上の間隔で、かつスペーサ１８の厚さよりも大きく設定することが望ましい。

以上の構成において、接続端子１２を介してコイル１０に通電すると、プランジャ１７は電磁力によって図示非作動位置からフロント側へ移動されるようになる。
このときアライメントの誤差により、例えばプランジャ１７のリヤ側部分１７ａがプランジャ孔５ｃの軸線に対して僅かに傾いて組立てられていたような場合には、それによってプランジャ１７を前進させる推力の他にプランジャ１７を半径方向に移動させようとする大きなサイドフォースが発生するようになる。
しかるに本実施例では、円板状部材３の筒状部３ａにおけるフロント側端部の外周面と筒状部材２の内周面との間に好適な大きさの磁気クリアランスδ２を形成しているので、プランジャ１７を前進させる推力が低減してしまうのを可及的に防止しながら、上記サイドフォースの発生を効果的に防止することができる。
他方、プランジャ１７は貫通孔４ａとプランジャ孔５ｃとによって好適な大きさの摺動クリアランスδ１を持って軸支されているので、プランジャ１７はガタツクことなく滑らかに前進されるようになる。

プランジャ１７が前進した状態からコイル１０の通電が遮断されると、プランジャ１７は図示しないばねによってリヤ側に移動され、図示非作動位置に復帰されるようになる。
この間、コイル１０の通電電流の大きさを制御してプランジャ１７の前進量（前進力）を制御することができるが、本実施例においてはサイドフォースの発生を効果的に抑制することができるので、プランジャ１７の前進時と後退時とにおけるヒステリシスを小さくすることができ、したがって良好なリニア特性を確保することができる。

図３は本発明の第２実施例を示したもので、本実施例においては上記筒状部３ａの外周全域に亘って非磁性体のスペーサ１８を設け、このスペーサ１８の厚さによって上記磁気クリアランスδ２を形成するようにしたものである。
そして、上記筒状部３ａの外周全域に亘って非磁性体のスペーサ１８を設けたことに伴って、筒状部材２の内周面リヤ側に形成した環状凹部２ａの幅も大きく設定してある。
その他の構成は上述した第１実施例と同様に構成してあり、本実施例においても第１実施例と同等の作用効果を得ることができる。

図４は本発明の第３実施例を示したもので、本実施例においては磁気クリアランスδ２よりもリヤ側部分で筒状部材２と円板状部材３とを直接接触させている。
すなわち、本実施例では筒状部材２の内周面リヤ側に上記環状凹部２ａを形成するとともに、円板状部材３のリヤ側に形成したフランジ部３ｂを上記環状凹部２ａ内に嵌着している。このとき、フランジ部３ｂの突出量は環状凹部２ａの深さよりも所定量だけ大きく設定してあり、その差によって筒状部３ａのフロント側端部の外周面と筒状部材２の内周面との間に、上記磁気クリアランスδ２を形成している。
本実施例においては、磁気クリアランスδ２のリヤ側部分で筒状部材２と円板状部材３とが直接接触することになるが、磁気クリアランスδ２の軸方向長さを充分に確保すれば、磁路は上記筒状部材２と円板状部材３との接触部ではなくこの磁気クリアランスδ２を介して形成されるようになるので、上述の実施例と同等の作用効果を得ることができる。

図５、図６は本発明の第４実施例を示したもので、本実施例においては上記円板状部材３からフランジ部３ｂを省略し、かつその外周面を筒状部材２の内周面に密着させている。そして円板状部材３の外周面の全域に、軸方向に沿って均等となるように、凹部としての多数の溝１９を形成することにより、両者間に上記摺動クリアランスδ１よりも大きな磁気クリアランスδ２を形成している。
すなわち円板状部材３の外周面は、すなわち上記溝１９と溝１９との中間に位置する円板状部材３の表面は、筒状部材２の内周面に直接接触することになるが、その接触面積は溝１９を形成しない場合に比較してかなり小さくすることができる。
そして、単位面積当たりに通過できる磁束量は一定の限度があるため、上記接触面積を小さくすることによりその接触面積内における磁束の飽和を発生させて、溝１９への磁束の形成を促すことができる。その結果、上記溝１９の数や深さ、或いは溝の幅の大きさなどを適宜に設定することにより、好適な大きさの磁気クリアランスδ２を形成することができる。
したがって好適な大きさの磁気クリアランスδ２を有する本実施例においても、上述した実施例と同等の作用効果を得ることができる。

なお、上記第４実施例では上記円板状部材３からフランジ部３ｂを省略しているが、第３実施例と同様に溝１９の軸方向長さを充分に確保できるのであれば、位置決めのためにフランジ部３ｂを残しても良い。
また、上記第４実施例では円板状部材３の外周面に溝１９を形成しているが、この外周面に密着する筒状部材２の内周面に溝１９を形成しても良く、さらに上記溝１９は円板状部材３の軸方向に形成してあるが、円周方向の溝であっても、また螺旋溝であっても良く、要するに多数の凹部が形成されていれば良い。

本発明の第１実施例を示す断面図。 図１の要部の拡大断面図。 本発明の第２実施例を示す要部の断面図。 本発明の第３実施例を示す要部の断面図。 本発明の第４実施例を示す要部の断面図。 図５のＶ−Ｖ線に沿う拡大断面図。

符号の説明

１ ケース ２ 筒状部材
２ａ 環状凹部 ３ 円板状部材
３ａ 筒状部 ３ｂ フランジ部
５ 段付孔 ５ｃ プランジャ孔
１０ コイル １１ ボビン
１７ プランジャ １７ａ リヤ側部分
１７ｂ フロント側部分 １８ スペーサ
１９ 溝 δ１ 摺動クリアランス
δ２ 磁気クリアランス

Claims (5)

1. 磁性体からなるケースと、このケース内に収納されたコイルと、このコイル内に摺動自在に配置されるとともに、少なくともリヤ側部分が上記ケースに形成したプランジャ孔内に摺動自在に嵌合されて通常はリヤ側の非作動位置に保持されるプランジャとを備え、上記コイルに通電した際にプランジャを上記非作動位置からフロント側へ移動させるようにしたソレノイド装置において、
   上記ケースは、上記コイルを収容した磁性体からなる筒状部材と、この筒状部材のリヤ側開口部に連結した磁性体からなる円板状部材とを備えており、上記円板状部材に上記プランジャ孔を形成して、上記プランジャの外周面を該プランジャ孔の内周面に所要の摺動クリアランスを持って摺動自在に軸支させ、かつ円板状部材のフロント側端部を上記筒状部材の内周面に嵌合して、このフロント側端部の外周面と筒状部材の内周面との間に上記摺動クリアランスよりも大きな磁気クリアランスを形成したことを特徴とするソレノイド装置。
2. 上記円板状部材は、非磁性体からなるスペーサを介して筒状部材に連結されており、該円板状部材と筒状部材とが相互に接触していないことを特徴とする請求項１に記載のソレノイド装置。
3. 上記筒状部材のリヤ側内周面に環状凹部が形成され、上記スペーサはリング状に形成されて上記環状凹部に嵌着されるとともに、このスペーサの内周面は筒状部材の内周面よりも上記磁気クリアランス分だけ半径方向内方に突出しており、さらに上記円板状部材のフロント側に筒状部が形成され、この筒状部の上記フロント側端部が上記スペーサ内を貫通して該スペーサによって支持されていることを特徴とする請求項２に記載のソレノイド装置。
4. 円板状部材のフロント側端部の外周面と筒状部材の内周面とは相互に密着しており、その密着面のいずれか一方に多数の凹部が形成され、この多数の凹部によって上記摺動クリアランスよりも大きな磁気クリアランスが形成されていることを特徴とする請求項１に記載のソレノイド装置。
5. 上記摺動クリアランスの大きさが１０〜４０μｍの範囲であり、また磁気クリアランスの大きさが５０〜３００μｍの範囲であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のソレノイド装置。

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