JP2008128271A - リニアソレノイドバルブ用軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁コイルおよび磁性ヨーク部材からの磁界に対するラジアル隙間を低減し、バルブシャフトの吸引力を増加できるリニアソレノイドバルブ用軸受を提供する。
【解決手段】摺動受け部材５の外周面Ｓ４磁性ヨーク部材４の内周面Ｓ１に密着する形で、摺動受け部材５を磁性ヨーク部材４の内側に圧入固定する。これにより、電磁コイル８および磁性ヨーク部材４からの磁界に対するラジアル隙間を低減でき、バルブシャフト７の吸引力を増加することが可能となる。
【選択図】図３

Description

本発明はリニアソレノイドバルブ用軸受に関するものである。

従来から、自動車の自動変速機の油圧制御装置に、リニアソレノイドバルブが用いられている（特許文献１）。このソレノイドバルブは、調圧弁部と、電磁石とを備えている。電磁石の内側にはバルブシャフトが設けられ、電磁石の磁力によりバルブシャフトが進退するようになっている。この進退動作によって、油圧調節が行われる。つまり、電磁石に流す電流の量で、油圧をコントロールできる構造になっている。
特開平５−１２６２７５号公報

より詳しくは、電磁コイルの内側に筒状の磁性ヨーク部材が挿入され、さらにその内側に磁性ヨーク部材よりも高硬度の材料からなる筒状の摺動受け部材が挿入される。また、摺動受け部材の内側に、リニア転がり軸受を介してバルブシャフトが設けられる。電磁コイルに電流を流すと磁界が発生し、磁性ヨーク部材が磁化する。そして、発生した磁力によってバルブシャフトが軸線方向に進退動作する。また、リニア転がり軸受により、バルブシャフトと摺動受け部材との摩擦抵抗が低減される。

磁性ヨーク部材は磁化しやすいように、炭素量が少ない鉄系金属材料から構成されており、そのため硬度が低い。従って、仮に摺動受け部材を用いず、リニア転がり軸受が磁性ヨーク部材に直接、転接する構造にすると、磁性ヨーク部材が磨耗してしまう。そのため、磁性ヨーク部材よりも高硬度の摺動受け部材を挿入し、この摺動受け部材にリニア転がり軸受が接する構造にしている。

ところが、磁性ヨーク部材の内側に摺動受け部材を挿入すると、摺動受け部材の中心軸線と磁性ヨーク部材の中心軸線とが必ずしも一致しない。つまり、磁性ヨーク部材を基準として挿入されるバルブシャフトの中心軸線と、摺動受け部材の内面の中心軸線とがずれる場合がある。この場合、リニア転がり軸受が摺動受け部材の内面に転接するに伴い、内面が次第に磨耗して磨耗粉が発生することがある。そのため従来は、磁性ヨーク部材と摺動受け部材との間に、ある程度のラジアル隙間（例えば０．０２７ｍｍ）が存在するように（つまり緩めに）していた。このラジアル隙間によって、バルブシャフトの中心軸線と、磁性ヨーク部材の内面の中心軸線との位置ずれを許容することが可能となり、ベアリングの転接による磨耗を減少することが可能となる。

一方、バルブシャフトをスムーズに進退させるために、バルブシャフトと摺動受け部材との間にはラジアル摺動隙間（例えば０．００７ｍｍ）が必要である。つまり従来のリニアソレノイドバルブでは、磁性ヨーク部材と摺動受け部材との間のラジアル隙間と、バルブシャフトと摺動受け部材の間のラジアル摺動隙間との双方が存在していた。

しかしラジアル隙間が大きいと、電磁コイル及び磁性ヨーク部材からの磁界が低減し、バルブシャフトの吸引力が低下する問題が生じる。そのため、ラジアル隙間を低減し、バルブシャフトの吸引力を増加できるリニアソレノイドバルブ用軸受が望まれていた。

本発明の課題は、電磁コイルおよび磁性ヨーク部材からの磁界に対するラジアル隙間を低減し、バルブシャフトの吸引力を増加できるリニアソレノイドバルブ用軸受を提供することにある。

課題を解決するための手段および発明の効果

上記課題を解決するために本発明は、
流体が通過する弁を開閉することにより流体の圧力を調節するリニアソレノイドバルブに用いられる軸受であって、
電磁コイルの内側に挿入される筒状の磁性ヨーク部材と、
磁性ヨーク部材の内側に挿入される筒状の摺動受け部材と、
電磁コイルの中心軸線に自身の長手方向が沿うように設けられ、電磁コイル及び磁性ヨーク部材の磁力によって軸線方向に進退可能にされるとともに、その進退動作によって弁を開閉するバルブシャフトと、
バルブシャフトと摺動受け部材との間に介装されたリニア転がり軸受とを備え、
磁性ヨーク部材が摺動受け部材よりも軟質の金属材料からなり、摺動受け部材の外周面が磁性ヨーク部材の内周面に密着する形で、摺動受け部材が磁性ヨーク部材の内側に圧入固定されてなることを特徴とする。

上記本発明によると、摺動受け部材の外周面が磁性ヨーク部材の内周面に密着する形で、摺動受け部材が磁性ヨーク部材の内側に圧入固定されている。そのため、摺動受け部材と磁性ヨーク部材との間のラジアル隙間を実質的に無くすことができる。つまり、バルブシャフトと摺動受け部材との間のラジアル摺動隙間が全隙間（エアギャップ）となる。これにより、電磁コイルおよび磁性ヨーク部材からの漏洩磁界が減少し、バルブシャフトの吸引力を増加させることができる。

この場合、摺動受け部材の内周面を、摺動受け部材を磁性ヨーク部材に圧入した状態で研磨仕上げされた研磨面とすることができる。摺動受け部材を磁性ヨーク部材に圧入すると、摺動受け部材の内周面が歪んだり、中心軸線がずれたりする場合がある。その結果、ベアリングの転接に伴って摺動受け部材の内面が磨耗しやすくなる。しかし摺動受け部材を磁性ヨーク部材に圧入した後で内面を研磨仕上げすることにより、このような問題を回避することができる。

より詳しくは、
磁性ヨーク部材は、外周面がバルブシャフトと中心軸線が一致する円筒面である本体部を有し、
摺動受け部材の内周面は、磁性ヨーク部材の本体部の円筒外周面を研磨基準面として、その中心軸線に対し、圧入された摺動受け部材の内周面の中心軸線が一致する円筒面となるよう、磁性ヨーク部材に圧入した状態で研磨仕上げされたものとすることができる。

上記構成によると、摺動受け部材の内周面の中心軸線と、バルブシャフトの中心軸線を一致させることができるので、ベアリングの転接によって摺動受け部材の内周面が磨耗する問題を回避できる。

より具体的には、バルブシャフトと摺動受け部材とのラジアル摺動隙間が２０μｍ以下とするとよい。ラジアル摺動隙間が２０μｍ以下であれば、電磁コイル及び磁性ヨーク部材からの漏洩磁界が少ないので、バルブシャフトの吸引力を高めることができる。一方、バルブシャフトと摺動受け部材とのラジアル摺動隙間は−６μｍ以上にするとよい。このラジアル摺動隙間が小さすぎると、バルブシャフトの進退動作がスムーズにならない場合があるが、−６μｍ以上であれば、このような問題が生じにくい。

この場合、磁性ヨーク部材は電磁軟鉄からなり、摺動受け部材は磁性ヨーク部材よりも高硬度の焼き入れ可能な鋼材から構成されたものとすることができる。この構成によると、磁性ヨーク部材を磁化しやすく、また、摺動受け部材の硬度を高めることができる。

本発明の実施形態を、図面を参照しながら以下に説明する。
図１はリニアソレノイドバルブ２の断面図である。図示するようにリニアソレノイドバルブ２は、油圧調整用の弁３（調圧弁部）と、本発明に係るリニアソレノイドバルブ用軸受１と、電磁コイル８とを含む。電磁コイル８に電流を流すと磁界が発生し、バルブシャフト７が進退する。これにより弁３が開閉し、油圧が調節される。この弁３の構造については、後述する。

次に、リニアソレノイドバルブ用軸受１の拡大断面図を図２に示す。図示するようにリニアソレノイドバルブ用軸受１は、電磁コイル８（図１参照）の内側に挿入される筒状の電磁ヨーク部材４と、その磁性ヨーク部材４の内側に挿入される筒状の摺動受け部材５とを備える。また、電磁コイル８の中心軸線Ｏに自身の長手方向が沿うように設けられ、電磁コイル８及び磁性ヨーク部材４の磁力によって軸線方向に進退可能にされるとともに、その進退動作によって弁３（図１参照）を開閉するバルブシャフト７とを備える。また、バルブシャフト７と摺動受け部材５との間には、複数個の転動体６ａ（玉）と、その転動体６ａを保持する保持器６ｂからなるリニア転がり軸受６が介装されている。

磁性ヨーク部材４は、摺動受け部材５よりも軟質の金属材料から構成されている。すなわち、磁性ヨーク部材４は磁化しやすいように、炭素量が少ない鉄系金属材料から構成されており、そのため硬度が低い。従って、仮に摺動受け部材５を用いず、転動体６ａが磁性ヨーク部材４に直接、転接する構造にすると、磁性ヨーク部材４が磨耗してしまう。そのため、磁性ヨーク部材４よりも高硬度の摺動受け部材５を挿入し、この摺動受け部材５に転動体６ａが接する構造にしている。

より詳しくは、摺動受け部材５の外周面Ｓ４が磁性ヨーク部材４の内周面Ｓ１に密着する形で、摺動受け部材５が磁性ヨーク部材４の内側に圧入固定されている。これにより、摺動受け部材５と磁性ヨーク部材４との間のラジアル隙間を実質的に無くすことができ、バルブシャフト７と摺動受け部材５との間のラジアル摺動隙間が全隙間（エアギャップ）となる。そのため、電磁コイル８と磁性ヨーク部材４からの漏洩磁界が減少し、バルブシャフト７の吸引力を増加させることができる。

次に図３を用いて、リニアソレノイドバルブ用軸受１の製造方法について説明する。図示するように、磁性ヨーク部材４と摺動受け部材５とが用意され、磁性ヨーク部材４の内側に摺動受け部材５が圧入される。摺動受け部材５の外周面Ｓ４の直径は、磁性ヨーク部材４の内周面Ｓ１の直径よりもδだけ大きくされている。

なお、磁性ヨーク部材４には、弁３（図１参照）との接合側に、ラジアル方向へ拡径するフランジ部４ａが形成されている。また、反対側には、ラジアル方向へ縮径する縮径部４ｂが形成されている。この４ｂの内側面Ｓ５に対して摺動受け部材５の端面Ｓ６が当接するまで、摺動受け部材５が圧入される。また、磁性ヨーク部材４の内周面Ｓ１のアキシャル方向両端部Ａ，Ｂには、圧入の際に生じる応力を緩和するためのアール面またはテーパ面が形成されている。

図４に、圧入後の断面図を示す。上述したように摺動受け部材５の方が磁性ヨーク部材４よりも硬いので、摺動受け部材５を圧入すると、磁性ヨーク部材４がラジアル方向外側へ拡径する形で弾性変形する。これにより、摺動受け部材５の外周面Ｓ４が磁性ヨーク部材４の内周面Ｓ１に密着する。

一方、磁性ヨーク部材４の内面Ｓ１は、アキシャル方向の長さＬ１とラジアル方向の長さＬ２とのアスペクト比Ｌ１／Ｌ２が、０．５０〜０．７０となるように形成されている。アスペクト比Ｌ１／Ｌ２がこのように比較的高い値をとる場合、圧入深さが長いため、摺動受け部材５の中心軸線と、磁性ヨーク部材４の中心軸線とがずれてしまう場合がある。また、摺動受け部材５の内面Ｓ３が歪んでしまうこともある。仮に、その状態でバルブシャフト７およびリニア転がり軸受６を挿入すると、リニアソレノイドバルブ２の使用に伴って転動体６ａが内面Ｓ３に転接するため、内面Ｓ３が磨耗する場合がある。

この問題を解決するには、摺動受け部材５を磁性ヨーク部材４に圧入した状態で内面Ｓ３を研磨仕上げするとよい。より詳しくは、磁性ヨーク部材４の本体部４ｃの外周面Ｓ２は、バルブシャフト７と中心軸線が一致する円筒面とされており、摺動受け部材５の内周面Ｓ３は、磁性ヨーク部材４の本体部４ａの円筒外周面Ｓ２を研磨基準面として、その中心軸線に対し、圧入された摺動受け部材５の内周面Ｓ３の中心軸線が一致する円筒面となるように、磁性ヨーク部材４に圧入した状態で研磨仕上げされている。これにより、バルブシャフト７の中心軸線と内周面Ｓ３の中心軸線とを一致させることができ、転動体６ａが転接しても磨耗しなくなる。

すなわち、仮に、摺動受け部材５を圧入する前の状態（図３参照）で内周面Ｓ３を研磨すると、その研磨面は、摺動受け部材５の外周面Ｓ４を基準面として形成されることになる。つまり、内周面Ｓ３の中心軸線は、外周面Ｓ４の中心軸線と一致する。この状態で摺動受け部材５を圧入しても、内周面Ｓ３の中心軸線を、磁性ヨーク部材４の外周面Ｓ２の中心軸線に一致させることが必ずしもできない。バルブシャフト７は、磁性ヨーク部材４の外周面Ｓ２を基準面として、中心軸線が一致するように配置される。従って、内周面Ｓ３の中心軸線と外周面Ｓ２の中心軸線が一致しないということは、内周面Ｓ３の中心軸線とバルブシャフト７の中心軸線が一致しないということを意味する。

これに対して、上述のように、摺動受け部材５を圧入した状態で、外周面Ｓ２を基準面として内周面Ｓ３を研磨仕上げすることにより、摺動受け部材５の内周面Ｓ３の中心軸線と、磁性ヨーク部材４の外周面Ｓ２の中心軸線とを一致させることが可能となる。その結果、外周面Ｓ２を基準面として挿入されるバルブシャフト７の中心軸線と、内周面Ｓ３の中心軸線とを一致させることができる。

図１に戻る。弁３は、流体が通過する複数個のポート１４〜１８が形成された弁スリーブ１０と、バルブシャフト７に形成され、弁スリーブ１０の内面に摺接する複数個のランド１２ａ〜１２ｃ，１３ａ，１３ｃと、バルブシャフト７を軸受１側（図の左側）へ付勢するスプリング１９とを備える。弁スリーブ１０には弁側フランジ部１０ａが形成されており、この弁側フランジ部１０ａと、磁性ヨーク部材４のフランジ部４ａとを対向密着させ、ケース９の加締め部９ａを加締め固定することにより、軸受１と弁スリーブ１０とが固定される。

より詳しくは、弁スリーブ１０には、流体（油）が所定の圧力で供給される供給ポート１４と、その流体の圧力が制御された後に出力される出力ポート１５と、流体が出るドレインポート１６ａ，１６ｂと、出力ポートの制御圧をフィードバックするフィードバックポート１７と、室１８ａの油圧を一定に保つための開放通路１８とが形成されている。また、バルブシャフト７には、大径ランド１２ａ〜１２ｃと、その大径ランドよりも径が小さい小径ランド１３ａ，１３ｂとが形成されている。

油ポンプから所定の圧力で油が供給ポート１４に供給されている状態において、電磁コイル８に電流が流される。すると、磁性ヨーク部材４が磁化してプランジャ１１（永久磁石）を吸引し、バルブシャフト７を図の左側へ移動させる。この時の力をＦ、スプリングが図の右側にバルブシャフト７を付勢する力をＦｓｐとする。一方、フィードバック圧室１７ａに作用する力、すなわち大径ランド１２ｃの面積Ａ１と小径ランドの面積Ａ２との差に作用する出力圧Ｐからなる付勢力（Ａ１−Ａ２）Ｐが図の左方向に作用する。この時、左側へ作用する力の合計（Ｆ＋（Ａ１−Ａ２）Ｐ）が、右側へ作用する力Ｆｓｐと釣り合う。すなわち、
Ｆ＋（Ａ１−Ａ２）Ｐ＝Ｆｓｐ
となり、従って出力圧Ｐは、
Ｐ＝（Ｆｓｐ−Ｆ）／（Ａ１−Ａ２）
となる。電磁コイルに流す電流の量を調節することにより、力Ｆを調節し、出力圧Ｐを制御することができる。

リニアソレノイドバルブの断面図。 リニアソレノイドバルブ用軸受の拡大断面図。 磁性ヨーク部材の内側に摺動受け部材を圧入する際の説明図。 磁性ヨーク部材の内側に摺動受け部材が圧入密着された状態。

符号の説明

１ リニアソレノイドバルブ用軸受
２ リニアソレノイドバルブ
３ 弁
４ 磁性ヨーク部材
５ 摺動受け部材
６ リニア転がり軸受
７ バルブシャフト
８ 電磁コイル
Ｏ 中心軸線
Ｓ１（磁性ヨーク部材４の）内周面
Ｓ２（磁性ヨーク部材４の）外周面
Ｓ３（摺動受け部材５の）内周面
Ｓ４（摺動受け部材５の）外周面

Claims (3)

1. 流体が通過する弁を開閉することにより該流体の圧力を調節するリニアソレノイドバルブに用いられる軸受であって、
   電磁コイルの内側に挿入される筒状の磁性ヨーク部材と、
   該磁性ヨーク部材の内側に挿入される筒状の摺動受け部材と、
   前記電磁コイルの中心軸線に自身の長手方向が沿うように設けられ、前記電磁コイル及び前記磁性ヨーク部材の磁力によって軸線方向に進退可能にされるとともに、その進退動作によって前記弁を開閉するバルブシャフトと、
   前記バルブシャフトと前記摺動受け部材との間に介装されたリニア転がり軸受とを備え、
   前記磁性ヨーク部材が前記摺動受け部材よりも軟質の金属材料からなり、前記摺動受け部材の外周面が前記磁性ヨーク部材の内周面に密着する形で、該摺動受け部材が前記磁性ヨーク部材の内側に圧入固定されてなることを特徴とするリニアソレノイドバルブ用軸受。
2. 前記摺動受け部材の内周面は、該摺動受け部材を前記磁性ヨーク部材に圧入した状態で研磨仕上げされた研磨面とされてなる請求項１記載のリニアソレノイドバルブ用軸受。
3. 前記磁性ヨーク部材は、外周面が前記バルブシャフトと中心軸線が一致する円筒面である本体部を有し、
   前記摺動受け部材の内周面は、前記磁性ヨーク部材の前記本体部の円筒外周面を研磨基準面として、その中心軸線に対し、圧入された前記摺動受け部材の内周面の中心軸線が一致する円筒面となるよう、前記磁性ヨーク部材に圧入した状態で研磨仕上げされている請求項２記載のリニアソレノイドバルブ用軸受。

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