JP2007182964A - リニアソレノイド - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 外径方向の頂部がプランジャの外周縁から外側にはみ出る略六星形状を呈する星形の凹部46をヨーク34の底面に形成し、軸方向から見て当接部44と非接触部45とが周方向に交互に現れるように設けた。なお、各当接部44は、周方向に等間隔で、且つ同一面積である。これによって、プランジャ32とヨーク34の底面の接触面積を小さくして逆方向吸引力を小さくでき、プランジャ32に作用する吸引力の低下を防ぐことができる。また、逆方向吸引力を小さくしたことで、プランジャ32が軸方向に釣り合う釣合点を1点にでき、「油圧特性の飛び現象」を防ぐことができる。さらに、逆方向吸引力による磁気回路のアンバランスが防がれる。
【選択図】 図1
Description
通電量に応じた駆動出力を発生するリニアソレノイドを搭載した電磁スプール弁(電磁油圧制御弁)が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に開示されるリニアソレノイドは、ステータ内においてプランジャが摺動自在に支持されるものであり、リターンスプリングによってプランジャがヨークの底面に向けて付勢されている。このため、コイルの通電が停止されている状態では、プランジャの端面がヨークの底面に当接する(図3参照)。
そこで、従来では、図1(a)に示すように、(1)ヨーク34の底面に円形凹部J1を形成して、軸方向から見たプランジャ32の外周縁のみがヨーク34の底面と環状に当接するようにし、プランジャ32の端面とヨーク34の底面との間に呼吸用空間を確保するとともに、(2)環状の当接部44の一部に径方向に連通する呼吸溝(第2凹部43)を設けて、呼吸用空間に呼吸用のオイルを容易に出入りできるようにして、プランジャ32の初期移動を容易にしている。
ここで、コイルの通電停止状態では、図2(a)に示すように、プランジャ32の端面がヨーク34の底面に接触している。このため、コイルの通電停止状態からコイルが通電されると、吸引ステータがプランジャ32を磁気吸引する磁束I’の他に、プランジャ32の端面とヨーク34の底面との当接部44にも磁束II’が流れ、吸引ステータがプランジャ32を磁気吸引する前進方向の吸引力(以下、正方向吸引力I)の他に、プランジャ32がヨーク34の底面にくっつく力、即ち、プランジャ32の駆動方向とは逆方向の吸引力(以下、逆方向吸引力II)が生じる。
このため、コイルの通電停止状態からコイルが通電された際に生じる逆方向吸引力IIが大きく作用する。プランジャ32に作用する吸引力は、「正方向吸引力I」−「逆方向吸引力II」であるため、図2(b)の実線Aに示すように、特にプランジャ32のストロークが小さい側において、プランジャ32に作用する吸引力が低下してしまう。
この結果、スプール弁が例えば油圧を制御する場合には、例えば、図2(c)に示すように、コイルの通電停止状態から通電量(電流値I)を徐々に増加させると、図2(c)中の実線Cに示すように、「油圧特性の飛び現象」が生じることになり、油圧制御に悪影響を与えてしまう。
請求項1に記載のリニアソレノイドは、プランジャとヨークの底面が、軸方向から見てプランジャの外周縁のみにおいて当接するものであるが、プランジャとヨークの底面が当接する当接部は、周方向に複数分離して設けられ、複数の当接部の各間には、プランジャとヨークの底面とが接触しない非接触部が設けられている。
このように、複数の非接触部によって、当接部が周方向に複数分断されるため、プランジャとヨークの底面の接触面積を従来に比較して小さくできる。
この結果、コイルの通電停止状態からコイルが通電され、プランジャの端面とヨークの底面との当接部に磁束が流れても、接触面積が小さいため、コイルの通電停止状態からコイルが通電された際に生じる逆方向吸引力を従来より小さくでき、逆方向吸引力によるプランジャの駆動力の低下を防ぐことができる。
また、逆方向吸引力が小さくなるため、プランジャが軸方向に釣り合う釣合点を1点にすることが可能になり、「プランジャの飛び現象」を防ぐことができる。
請求項2に記載のリニアソレノイドは、複数の当接部が、周方向に等間隔で、且つ同一面積に設けられる。
これによって、逆方向吸引力がプランジャの径方向および周方向に均等に加わることになり、逆方向吸引力によるプランジャの傾斜を防ぐことができ、プランジャの片当たり摺動を防ぐことができる。
請求項3に記載のリニアソレノイドは、プランジャとヨークの底面とが、軸方向から見たプランジャの外周縁の内側に設けられた1つあるいは複数の当接部のみで当接するものであり、当接部の周囲は、全周にわたってプランジャとヨークの底面とが接触しない非接触部で囲まれるものである。
このように、プランジャとヨークの底面とが、プランジャの外周縁の内側に設けられた1つあるいは複数の当接部のみで当接するものであるため、プランジャとヨークの底面の接触面積を従来に比較して小さくできる。
この結果、上記「請求項1の手段」と同様、コイルの通電停止状態からコイルが通電され、プランジャの端面とヨークの底面との当接部に磁束が流れても、接触面積が小さいため、コイルの通電停止状態からコイルが通電された際に生じる逆方向吸引力を従来より小さくでき、逆方向吸引力によるプランジャの駆動力の低下を防ぐことができる。
また、逆方向吸引力が小さくなるため、プランジャが軸方向に釣り合う釣合点を1点にすることが可能になり、「プランジャの飛び現象」を防ぐことができる。
請求項4に記載のリニアソレノイドは、当接部が1つの場合、当接部は、軸方向から見たプランジャの中心に設けられ、当接部が複数の場合、各当接部は、軸方向から見たプランジャの中心から径方向に等間隔で、且つ周方向に等間隔で、さらに同一面積に設けられる。
これによって、上記「請求項2の手段」と同様、逆方向吸引力がプランジャの径方向および周方向に均等に加わることになり、逆方向吸引力によるプランジャの傾斜を防ぐことができ、プランジャの片当たり摺動を防ぐことができる。
請求項5に記載のリニアソレノイドの非接触部は、ヨークの底面に形成された凹部により設けられ、この凹部は軸方向から見てプランジャの外周縁から外側にはみ出して設けられている。
これによって、プランジャの外周縁から外側にはみ出した凹部が、プランジャの内側の非接触部と外周側とを連通する呼吸溝として作用するため、プランジャの端面とヨークの底面との間の空間への流体(例えば、オイル等)の出入りが容易となり、プランジャの初期移動が容易になる。
請求項6に記載のリニアソレノイドの非接触部は、プランジャの端面またはヨークの底面に形成された凸部の周囲により設けられる。
これにより、プランジャの端面とヨークの底面との間の空間が、凸部の周囲によってプランジャの外周側と連通する。このため、プランジャの端面とヨークの底面との間の空間への流体(例えば、オイル等)の出入りが容易となり、プランジャの初期移動が容易になる。
請求項7に記載のリニアソレノイドは、プランジャによって軸方向の一方へ向けて駆動されるスプール、このスプールを摺動自在に支持するスリーブを備えるスプール弁と組み合わされて電磁スプール弁を構成するものである。
逆方向吸引力が抑えられるため、逆方向吸引力の影響を受けやすい通電量が小さい範囲におけるプランジャの駆動力低下が防がれる。この結果、通電量が小さい範囲におけるスプールの移動特性を向上できる。
また、上述したように、「プランジャの飛び現象」が防がれるため、スプール弁の制御する流体特性(例えば、油圧特性)の「飛び現象」を防ぐことができる。
請求項8に記載のリニアソレノイドが搭載されるスプール弁は、油圧の切替あるいは油圧の調整を行う油圧制御弁である。
逆方向吸引力が抑えられるため、通電量が小さい範囲における油圧特性を向上することができる。
また、上述したように、「プランジャの飛び現象」が防がれるため、「油圧特性の飛び現象」を防ぐことができる。
なお、複数の当接部は、周方向に等間隔で、且つ同一面積に設けられることが望ましい。
なお、当接部が1つの場合、当接部は、軸方向から見たプランジャの中心に設けられることが望ましく、当接部が複数の場合、各当接部は、軸方向から見たプランジャの中心から径方向に等間隔で、且つ周方向に等間隔で、さらに同一面積に設けられることが望ましい。
図3に示す電磁油圧制御弁は、例えば自動変速機の油圧制御装置に搭載されるものであり、油圧の切替あるいは油圧の調整を行う油圧制御弁を構成するスプール弁1と、このスプール弁1を駆動するリニアソレノイド2とを組み合わせたものである。なお、実施例1では、リニアソレノイド2がOFFの状態で、後述する入力ポート7と出力ポート8の連通度合が最大になるとともに、後述する出力ポート8と排出ポート9の連通度合が最小(閉鎖)になるN/O(ノーマリオープン)タイプの電磁油圧制御弁を示す。
スプール弁1は、スリーブ3、スプール4およびリターンスプリング5を備える。
スリーブ3は、図示しない油圧コントローラに形成された円筒穴に挿入されるものであり、略円筒形状を呈する。
スリーブ3には、スプール4を軸方向へ摺動自在に支持する挿通穴6、オイルポンプ(油圧発生手段)のオイル吐出口に連通して入力油圧が供給される入力ポート7、スプール弁1で調圧した出力圧が出力される出力ポート8、低圧側(オイルパン等)に連通する排出ポート9が形成されている。
リニアソレノイド2は、コイル31、プランジャ32、ステータ33、ヨーク34、コネクタ35を備える。
コイル31は、通電されると磁力を発生して、プランジャ32と磁気固定子(ステータ33、ヨーク34)を通る磁束ループを形成させるものであり、樹脂ボビン31aの周囲に絶縁被膜線を多数巻回したものである。
このプランジャ32は、ステータ33の内周面と直接摺動するものである。
また、プランジャ32は、シャフト19の先端と直接当接しており、スプール4に伝わるリターンスプリング5のバネ荷重によってスプール4とともにプランジャ32も開弁側(図3右側)に付勢されている。
なお、プランジャ32内を軸方向に貫通する孔32aは、プランジャ32の両端の室内を連通する呼吸孔である。
ステータ33の内周には、プランジャ32を軸方向に摺動可能に支持する軸方向穴33dが形成されている。この軸方向穴33dは、ステータ33の一端から他端に向けて同径の貫通穴である。
また、吸引ステータ33aは、プランジャ32を磁気吸引した際にプランジャ32と軸方向に交差する部分に筒部を備える。この筒部の外周面は、テーパ形状に設けられており、プランジャ32のストローク量に対して最適な磁気吸引力が得られるようになっている。
ヨーク34は、コイル31の周囲を覆って磁束を流す略カップ状に形成された磁性体金属(例えば、鉄:磁気回路を構成する軟磁性材料)であり、開口端部に形成された爪部をカシメることでスリーブ3と強固に結合される。
なお、電子制御装置は、デューティ比制御によってリニアソレノイド2のコイル31へ供給する通電量(電流値)を制御するものであり、コイル31への通電量を制御することによって、リターンスプリング5のバネ荷重に抗してプランジャ32およびスプール4の軸方向の位置をリニアに変位させることで、入力側シール長(ラップα)と、排出側シール長(ラップβ)との比率を変化させて、出力ポート8に発生する出力圧をコントロールする。
プランジャ32の移動に伴い、プランジャ32の端面(図3右面)と、ヨーク34の底面(図3左面)との間の容積が変化する。
このため、ヨーク34の底面と、ヨーク34の外部とを連通する呼吸路が形成されている。なお、リニアソレノイド2は、油中に配置されるものであり、呼吸路はヨーク34の底面にオイルを導く油路である。
呼吸路は、ヨーク34に凹部を形成することで設けられている。具体的な凹部は、コネクタ35の根元部分が嵌められるコネクタ開口41とコイル31の底側を連通する第1凹部42と、この第1凹部42とヨーク34の底部を連通する第2凹部43とを備える。
また、プランジャ32の端面とヨーク34の底面とが平面同士で一致していると、プランジャ32の端面とヨーク34の底面とがほぼ密着状態になる。このため、コイル31が通電されてプランジャ32にヨーク34の底面から離れる力が与えられても、プランジャ32の端面とヨーク34の底面の間が負圧状態となってプランジャ32の初期移動が妨げられる。特に、低温時等で油粘度が高い場合は、初期移動の妨げが顕著になる。
そこで、従来では、図1(a)に示すように、ヨーク34の底面に円形凹部J1を形成して、プランジャ32の端面とヨーク34の底面が広い面積で密着するのを防ぎ、この円形凹部J1と上記第2凹部43を連通させて、プランジャ32の端面とヨーク34の底面との間に形成される呼吸用空間に呼吸用のオイルを容易に出入りできるようにして、プランジャ32の初期移動を容易にしている。
このため、コイル31の通電停止状態から通電量(電流値I)を徐々に増加させると、図3(c)中の実線Cに示すように、「油圧特性の飛び現象」が生じ、油圧制御に悪影響を与えてしまう。
・プランジャ32とヨーク34の底面が当接する当接部44は、周方向に複数分離して設けられ、複数の当接部44の各間には、プランジャ32とヨーク34の底面とが接触しない非接触部45が設けられている。
・複数の当接部44は、周方向に等間隔で、且つ同一面積に設けられている。
・非接触部45は、ヨーク34の底面に形成された凹部46により設けられる。
・非接触部45を成す凹部46は、軸方向から見てプランジャ32の外周縁から外側にはみ出して設けられる。
実施例1の電磁スプール弁は、上記の構成を採用することにより、次の効果を得ることができる。
(1)実施例1のリニアソレノイド2は、プランジャ32とヨーク34の底面が、軸方向から見てプランジャ32の外周縁のみで当接するものであるが、上述したように、プランジャ32とヨーク34の底面が当接する当接部44が周方向に6つに分離して設けられ、6つの当接部44の各間に非接触部45が設けられている。
このように、6つの非接触部45によって、当接部44を周方向へ6つに分断しているため、従来に比較してプランジャ32とヨーク34の底面の接触面積を小さくできる。
この結果、コイル31の通電停止状態からコイル31が通電され、プランジャ32の端面とヨーク34の底面との当接部44に磁束が流れても、接触面積が小さいことにより、コイル31の通電停止状態からコイル31が通電された際に生じる逆方向吸引力IIを従来より小さくできる。このため、図2(b)の破線A’に示すように、特にプランジャ32のストロークが小さい側において、プランジャ32に作用する吸引力の低下を防ぐことができる。
あるいは、プランジャ32が軸方向に釣り合う釣合点が2点生じる場合であっても、逆方向吸引力IIが従来より小さいため、「プランジャ32の飛び現象」における「プランジャ32の飛び量」を小さくでき、結果的に「油圧特性の飛び現象」による「油圧の飛び量」を小さくできる。これによって、電磁スプール弁による油圧制御の精度を高めることができる。
(4)従来の円形凹部J1を星形の凹部46に変更するのみで本実施例を適用でき、本発明が適用されたリニアソレノイド2の製造コストの上昇を抑えることができる。
上記の実施例1では、ヨーク34の底面に星形の凹部46を設けて、当接部44を周方向に6つに分離した例を示した。
これに対し、この実施例2は、ヨーク34の底面に略四角形状を呈した矩形の凹部46を設けて、当接部44を周方向に4つに分離したものである。
このように設けられても、実施例1と同様の効果を得ることができる。
この実施例3は、ヨーク34の底面に略三角形状を呈した三角の凹部46を設けて、当接部44を周方向に3つに分離したものである。
このように設けられても、実施例1と同様の効果を得ることができる。
上記の実施例1〜3では、プランジャ32の外周縁が複数箇所でヨーク34の底面に当接する例を示した。
これに対し、この実施例4は、プランジャ32とヨーク34の底面とが、軸方向から見たプランジャ32の外周縁の内側に設けられた1つの当接部44のみで当接するものであり、当接部44の周囲は、全周にわたってプランジャ32とヨーク34の底面とが接触しない非接触部45で囲まれるものである。
これにより、プランジャ32の端面とヨーク34の底面との間の空間が、凸部47の周囲によってプランジャ32の外周側と連通する。このため、プランジャ32の端面とヨーク34の底面との間の空間へのオイルの出入りが容易となり、低温時等の油粘度が高い場合であっても、プランジャ32の初期移動が容易になる。
なお、この実施例4では、当接部44の数が1つの場合の例を示すが、当接部44の数は複数であっても良い。このように、当接部44が複数の場合、各当接部44は、逆方向吸引力IIによる磁気回路のアンバランスを防ぐ目的で、軸方向から見てプランジャ32の中心から径方向に等間隔で、且つ周方向に等間隔で、さらに同一面積に設けられることが望ましい。
この実施例4のように設けられても、実施例1と同様の効果を得ることができる。
上記の実施例では、自動変速機の油圧制御装置に用いられる電磁油圧制御弁に本発明を適用する例を示したが、自動変速機以外の他の電磁油圧制御弁に本発明を適用しても良い。
上記の実施例では、N/Oタイプの電磁油圧制御弁に本発明を適用する例を示したが、N/C(ノーマリクローズ)タイプの電磁油圧制御弁に本発明を適用しても良い。
上記の実施例では、スプール弁1等のバルブ装置を駆動するリニアソレノイド2に本発明を適用する例を示したが、駆動対象はバルブ装置に限定されるものではなく、他のアクチュエータとして使用されるリニアアクチュエータに本発明を適用しても良い。即ち、プランジャ32が軸方向に駆動される全てのリニアアクチュエータに本発明を適用可能なものである。
2 リニアソレノイド
3 スリーブ
4 スプール
5 リターンスプリング(付勢手段)
31 コイル
32 プランジャ
33 ステータ
33a 吸引ステータ
34 ヨーク
44 当接部
45 非接触部
46 凹部
47 凸部
Claims (8)
- 通電により磁力を発生するコイルと、軸方向へ摺動自在に支持されたプランジャと、前記コイルの発生する磁力により前記プランジャを軸方向の一方側へ磁気吸引する吸引部を備えるステータと、前記コイルにより励磁されて前記ステータとともに閉磁路を形成するカップ形状を呈したヨークと、前記プランジャを軸方向の他方側へ付勢する付勢手段とを具備し、
前記コイルの通電停止時に、前記付勢手段により前記プランジャの端面が前記ヨークの底面に押し付けられ、
前記プランジャと前記ヨークの底面が、軸方向から見て前記プランジャの外周縁のみにおいて当接するリニアソレノイドにおいて、
前記プランジャと前記ヨークの底面が当接する当接部は、周方向に複数分離して設けられ、
前記複数の当接部の各間には、前記プランジャと前記ヨークの底面とが接触しない非接触部が設けられていることを特徴とするリニアソレノイド。 - 請求項1のリニアソレノイドにおいて、
前記複数の当接部は、周方向に等間隔で、且つ同一面積に設けられることを特徴とするリニアソレノイド。 - 通電により磁力を発生するコイルと、軸方向へ摺動自在に支持されたプランジャと、前記コイルの発生する磁力により前記プランジャを軸方向の一方側へ磁気吸引する吸引部を備えるステータと、前記コイルにより励磁されて前記ステータとともに閉磁路を形成するカップ形状を呈したヨークと、前記プランジャを軸方向の他方側へ付勢する付勢手段とを具備し、
前記コイルの通電停止時に、前記付勢手段により前記プランジャの端面が前記ヨークの底面に押し付けられる構造のリニアソレノイドにおいて、
前記プランジャと前記ヨークの底面とは、
軸方向から見た前記プランジャの外周縁の内側に設けられた1つあるいは複数の当接部のみで当接するものであり、
前記当接部の周囲は、全周にわたって前記プランジャと前記ヨークの底面とが接触しない非接触部で囲まれることを特徴とするリニアソレノイド。 - 請求項3のリニアソレノイドにおいて、
前記当接部が1つの場合、前記当接部は、軸方向から見た前記プランジャの中心に設けられ、
前記当接部が複数の場合、各当接部は、軸方向から見た前記プランジャの中心から径方向に等間隔で、且つ周方向に等間隔で、さらに同一面積に設けられることを特徴とするリニアソレノイド。 - 請求項1〜請求項4のいずれかに記載のリニアソレノイドにおいて、
前記非接触部は、前記ヨークの底面に形成された凹部により設けられ、
この凹部は軸方向から見て前記プランジャの外周縁から外側にはみ出して設けられることを特徴とするリニアソレノイド。 - 請求項1〜請求項4のいずれかに記載のリニアソレノイドにおいて、
前記非接触部は、前記プランジャの端面または前記ヨークの底面に形成された凸部の周囲により設けられることを特徴とするリニアソレノイド。 - 請求項1〜請求項6のいずれかに記載のリニアソレノイドにおいて、
このリニアソレノイドは、前記プランジャによって軸方向の一方へ向けて駆動されるスプール、このスプールを摺動自在に支持するスリーブを備えるスプール弁と組み合わされて電磁スプール弁を構成することを特徴とするリニアソレノイド。 - 請求項7に記載のリニアソレノイドにおいて、
前記スプール弁は、油圧の切替あるいは油圧の調整を行う油圧制御弁であることを特徴とするリニアソレノイド。
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