JP2009036328A - リニアソレノイド - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 プランジャ14において筒形凹部18cに侵入する側の外径寸法φ1を、プランジャ摺動外径の外径寸法φ2より小径に設ける。これにより、プランジャ14が偏心した状態であっても、磁気吸引部におけるプランジャ14と筒形凹部18cとの径方向の隙間を大きくでき、磁気吸引部におけるプランジャ14の径方向の吸引力を小さく抑えることができる。これにより、磁気吸引部側で大きく発生していた径方向横力が小さくなり、プランジャ14の全体の径方向横力を低減できる。即ち、プランジャ14の摺動面に非磁性層を追加形成しなくても、プランジャ14の径方向横力を低減することができ、コスト上昇を抑えてプランジャ14の円滑な摺動を達成できる。
【選択図】 図1
Description
ステータコアの内周面をプランジャが直接摺動するリニアソレノイドの一例を、図3を参照して説明する。この図3は、本発明の背景技術を説明する図であり、従来の技術ではない。
図3に示す油圧電磁制御弁は、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とから構成される。
リニアソレノイド2は、コイル13、プランジャ14、磁気固定子15で構成される。ここで、磁気固定子15は、磁気回路を構成する部品であり、コイル13の外周を覆う略カップ形状を呈した磁性体製のヨーク17と、ステータコア21とからなる。
そして、コイル13の供給電流値を可変することでプランジャ14を軸方向へ駆動して、スプール弁1のスプール4を軸方向へ変位させるものである。
なお、類似の構成を備える技術として、特許文献1が知られている。
プランジャ14がステータコア21の内周面に直接摺動するリニアソレノイド2には、プランジャ14とステータコア21との径方向の摺動ギャップ(摺動クリアランス)が存在する。この摺動ギャップは、ステータコア21の内周面によってプランジャ14を軸方向へ摺動自在に支持させるための隙間である。なお、この摺動ギャップには、プランジャ14およびステータコア21の部品の製造ばらつきを吸収するための組付隙間も加算されている。
プランジャ14とステータコア21との径方向の間には、摺動ギャップが存在するため、図9(a)に示すように、プランジャ14が重力や振動等により、ステータコア21の軸芯より径方向へ偏心する。この状態でコイル13が通電され、ステータコア21にプランジャ14が磁気吸引されると、プランジャ14とステータコア21との径方向の磁束の受け渡しにおいて、磁束の偏りが生じる。このような磁束の偏りが生じると、プランジャ14には磁束の偏りが生じた方向へ向かう横力(以下、径方向横力α)が発生し、プランジャ14とステータコア21との円滑な摺動が阻害される問題がある。
プランジャ14とステータコア21とが直接接触する箇所では、磁束が集中して偏る。このため、磁束の集中偏りを防ぐ目的で、図9(b)に示すように、プランジャ14の摺動面(プランジャ14の外周面、あるいはステータコア21の内周面の少なくても一方)に、非磁性層(ニッケル・亜鉛メッキ等)14cを形成し、接触による磁束集中を緩和して、径方向横力αを低減する技術が知られている。しかるに、プランジャ14の摺動面に非磁性層14cを追加形成することで、製造コストが高くなってしまう問題がある。
また、プランジャ14の摺動面に非磁性層14cを形成したとしても、プランジャ14の径方向横力αが、磁気吸引部側において大きく発生することに変わりがない。このため、プランジャ14の摺動面に非磁性層14cを形成したものであっても、さらに径方向横力αを低減することが要求されている。
請求項1の手段のリニアソレノイドは、プランジャにおいて筒形凹部に侵入する側における磁性材の外径寸法が、プランジャにおいて摺動コアと摺動する部分の磁性材の外径寸法より小径に設けられる。
これにより、ステータコアに対してプランジャが偏心した状態であっても、磁気吸引部におけるプランジャと筒形凹部との径方向の磁気ギャップが従来よりも大きくなり、磁気吸引部におけるプランジャの径方向の吸引力を小さく抑えることができる。
このように、磁気吸引部側で大きく発生していた「プランジャの径方向横力」が小さくなることで、プランジャ全体の径方向横力(横力の合計)を、従来技術に比較して低減させることができ、プランジャの円滑な摺動を得ることができる。
このため、プランジャの摺動面に非磁性層を追加形成しなくても、プランジャの径方向横力を低減することができ、コスト上昇を抑えてプランジャの円滑な摺動を達成できる。
請求項2の手段のリニアソレノイドは、プランジャの摺動面(プランジャの外周面、あるいはステータコアの内周面の少なくても一方)に、非磁性体よりなる非磁性層が形成されたものである。
このように、プランジャの摺動面に非磁性層が形成されるものであっても、磁気吸引部側で大きく発生していた「プランジャの径方向横力」をさらに小さくすることができ、その結果、プランジャ全体の径方向横力(横力の合計)をさらに抑えることができる。このため、プランジャの円滑な摺動性をさらに高めることが可能となる。
請求項3の手段のリニアソレノイドは、筒形凹部における磁性材の内径寸法が、摺動コアにおいてプランジャと摺動する部分の磁性材の内径寸法より大径に設けられる。
これにより、上記請求項1と同様、ステータコアに対してプランジャが偏心した状態であっても、磁気吸引部におけるプランジャと筒形凹部との径方向の磁気ギャップが従来よりも大きくなり、磁気吸引部におけるプランジャの径方向の吸引力を小さく抑えることができる。
このように、磁気吸引部側で大きく発生していた「プランジャの径方向横力」が小さくなることで、プランジャ全体の径方向横力(横力の合計)を、従来技術に比較して低減させることができ、プランジャの円滑な摺動を得ることができる。
このため、プランジャの摺動面に非磁性層を追加形成しなくても、プランジャの径方向横力を低減することができ、コスト上昇を抑えてプランジャの円滑な摺動を達成できる。
請求項4の手段のリニアソレノイドは、プランジャの摺動面(プランジャの外周面、あるいはステータコアの内周面の少なくても一方)に、非磁性体よりなる非磁性層が形成されたものである。
これにより、上記請求項2と同様、プランジャの摺動面に非磁性層が形成されるものであっても、磁気吸引部側で大きく発生していた「プランジャの径方向横力」をさらに小さくすることができ、その結果、プランジャ全体の径方向横力(横力の合計)をさらに抑えることができる。このため、プランジャの円滑な摺動性をさらに高めることが可能となる。
請求項5の手段のリニアソレノイドは、上記請求項1〜4のいずれかに加え、ヨークのカップ開口部からステータコアを差し入れ、ヨークのカップ開口部においてステータコアを固定した構成を採用するものであり、ステータコアの固定部分から離れた側の摺動コアの先端側にリングコアを設け、このリングコアを介して摺動コアとヨークのカップ底部との磁束の受け渡しを行うものである。
このように、ステータコアの一端側がヨークのカップ開口部側で固定され、ステータコアの他端側がヨークのカップ底部において非固定の構造が採用され、ステータコアの自由端と、隣接するヨークのカップ底部との間に組付隙間が介在しても、ステータコアの自由端と、ヨークのカップ底部とがリングコアを介して磁気結合されるため、組付隙間による磁束低下を無くすことができる。
即ち、ステータコアの自由端と、隣接するヨークとの間に、ステータコアを組付ける組付隙間が介在する構造であっても、リングコアによって磁束低下を無くすことができ、リニアソレノイドの性能を高く保つことができる。
そして、最良の形態1のリニアソレノイドは、プランジャにおいて筒形凹部に侵入する側における磁性材の外径寸法が、プランジャにおいて摺動コアと摺動する部分の磁性材の外径寸法より小径に設けられる。
また、最良の形態2のリニアソレノイドは、筒形凹部における磁性材の内径寸法が、摺動コアにおいてプランジャと摺動する部分の磁性材の内径寸法より大径に設けられる。
なお、最良の形態1と最良の形態2を組み合わせて用いても良い。
図3を参照して油圧電磁制御弁の構造を説明する。
この実施例1の油圧電磁制御弁は、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る。具体的に、実施例1に示す油圧電磁制御弁は、外部と油密にシールされた油圧コントローラのケースの内部においてオイル中に配置されるものであり、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とを備える。
スプール弁1は、スリーブ3、スプール4およびバネ5(リターンスプリング)を備える。
スリーブ3は、略円筒形状を呈するものであり、中心にはスプール4を軸方向へ摺動自在に支持する挿通穴6が形成され、径方向にはオイルポート7が形成されている。
なお、オイルポート7は、図示しないオイルポンプのオイル吐出口に連通して入力圧が供給される入力ポート、油圧電磁制御弁で調圧した出力圧が出力される出力ポート、低圧側に連通する排出ポート、呼吸用のドレーンポート等である。
このスプール4のリニアソレノイド2側の端部には、リニアソレノイド2の内部にまで延びるシャフト11が当接しており、そのシャフト11の先端は、後述するプランジャ14の端面に当接して、プランジャ14がスプール4を軸方向へ駆動するように設けられている。
リニアソレノイド2は、コイル13、プランジャ14、磁気固定子15、コネクタ16を備える。
コイル13は、通電されると磁力を発生して、プランジャ14と磁気固定子15を通る磁束ループを形成させるものであり、樹脂性のボビン13aの周囲に、絶縁被覆が施された導線(エナメル線等)を多数巻回したものである。
このプランジャ14は、磁気固定子15の内周面(具体的には、後述するステータコア21の内周面)と直接摺動するものである。
また、プランジャ14は、上述したようにスプール4側の端面がスプール4のシャフト11の先端と当接しており、スプール4に伝わるバネ5の付勢力によってスプール4とともにプランジャ14も右側に付勢されている。
なお、プランジャ14の内部には、軸方向に貫通する呼吸孔(あるいは呼吸溝)14aが形成されている。
なお、吸引部18bの内部には、図示されないが軸方向に貫通する呼吸孔(あるいは呼吸溝)が形成されている。
磁気吸引コア18の一部には、プランジャ14の端部が侵入可能な筒形凹部18cが設けられ、磁気吸引コア18とプランジャ14の一部が軸方向に交差するように設けられている。なお、筒形凹部18cの外周面にはテーパが形成されており、プランジャ14のストローク量に対して磁気吸引力が変化しない特性に設けられている。
この摺動コア20は、その内周面においてプランジャ14が直接摺動するものであり、プランジャ14と径方向の磁束の受け渡しを行うものである。そして、摺動コア20とプランジャ14との間に磁気受渡し部(サイド磁気ギャップ)が形成される。
この実施例に示すように、プランジャ14がステータコア21の内周面に直接摺動するリニアソレノイド2には、プランジャ14とステータコア21との径方向の摺動ギャップが存在する。このため、プランジャ14が重力や振動等によりスリーブ3の軸芯より径方向へ偏心する。このようにプランジャ14が偏心した状態でコイル13が通電され、ステータコア21にプランジャ14が磁気吸引されると、プランジャ14とステータコア21との径方向の磁束の受け渡しにおいて、磁束の偏りが生じる。このような磁束の偏りが生じると、プランジャ14には磁束の偏りにより径方向横力αが発生し、プランジャ14とステータコア21との円滑な摺動が阻害される問題がある。
上記の不具合を解決するために、実施例1では、コイル13が通電されると、図4(a)の矢印に示すように磁束が流れる。その結果、磁気吸引部は、磁気受渡し部に比較し て磁束集中が生じ、図4(b)に示すように、磁気吸引部における径方向横力α1が、磁気受渡し部における径方向横力α2より大きく発生する。
この実施例では、磁気吸引部の径方向横力α1が、磁気受渡し部の径方向横力α2より大きく発生することに着目し、磁気吸引部における径方向横力α1の低減を図ることで、プランジャ14の全体にかかる径方向横力α(横力の合計)を低減する技術を採用している。
また、小径部14bの軸芯(外径寸法φ1の軸芯)は、プランジャ摺動外径の軸芯(外径寸法φ2の軸芯)と一致するものであり、軸方向から見て、小径部14bの外周縁とプランジャ摺動外径の外周縁の段差の幅は、全周に亘って一定幅に設けられている。
しかるに、外径寸法φ1と外径寸法φ2の径差(φ2−φ1)が大きくなり過ぎると、コイル13の通電停止時における磁気吸引部の磁気ギャップが大きくなり、初期応答性の劣化の要因になる。このため、外径寸法φ1と外径寸法φ2の径差は適宜な設定値(具体的な径差の一例を示すと、径差は50μm〜0.5mmの範囲内)に設けられるものである。
実施例1のリニアソレノイド2は、上述したように、プランジャ14において筒形凹部18cに侵入する側の外径寸法φ1が、プランジャ摺動外径の外径寸法φ2より小径に設けられる。これにより、図2に示すように、ステータコア21の軸芯に対してプランジャ14の軸芯が偏心した状態であっても、磁気吸引部におけるプランジャ14と筒形凹部18cとの径方向の隙間βを大きくすることができ、磁気吸引部におけるプランジャ14の径方向の吸引力を小さく抑えることができる。
このように、磁気吸引部の径方向横力α1が小さくなることで、プランジャ14の全体の径方向横力α(合計横力)を、従来技術に比較して低減させることができ、プランジャ14の円滑な摺動を得ることができる。
このため、プランジャ14の摺動面に非磁性層14c(符号、後述する実施例2参照)を追加形成しなくても、プランジャ14の径方向横力α(合計横力)を低減することができ、非磁性層14cを形成することによるコスト上昇を抑えてプランジャ14の円滑な摺動を達成できる。
この実施例2は、上記実施例1の技術に加え、プランジャ14の摺動面(プランジャ14の外周面、あるいはステータコア21の内周面の少なくても一方)に、非磁性体よりなる非磁性層14cを形成したものである。
具体的にこの実施例2は、プランジャ14の外周面に非磁性体(ニッケル・亜鉛メッキ等)よりなる非磁性層14cを形成したものである。
即ち、プランジャ14の摺動面に非磁性層14cが形成されるものであっても、プランジャ14の全体の径方向横力α(合計横力)をさらに抑えることができ、プランジャ14の円滑な摺動性をさらに高めることができる。
上記実施例1では、プランジャ14における筒形凹部18cへの侵入側を小径に設けることで、磁気吸引部におけるプランジャ14と筒形凹部18cとの径方向の隙間βを大きくする例を示した。
これに対し、この実施例3は、プランジャ14が侵入する筒形凹部18cの内径を大径に設けることで、磁気吸引部におけるプランジャ14と筒形凹部18cとの径方向の隙間βを大きくしたものである。
筒形凹部18cの内径の大径化は、例えばステータコア21の内径の一部を切削加工したものであり、この内径寸法φ3の軸方向範囲は、プランジャ14と筒形凹部18cの軸方向の最大交差範囲と同じか、この最大交差範囲より大きく設けられている。
このように設けても、磁気吸引部におけるプランジャ14と筒形凹部18cとの径方向の隙間βを大きくすることができ、実施例1と同様の効果を得ることができる。
この実施例4は、上記実施例3の技術に加え、プランジャ14の摺動面(プランジャ14の外周面、あるいはステータコア21の内周面の少なくても一方)に、非磁性体よりなる非磁性層14cを形成したものである。
具体的にこの実施例4は、プランジャ14の外周面に非磁性体(ニッケル・亜鉛メッキ等)よりなる非磁性層14cを形成したものである。
(実施例5の背景)
上記実施例1〜4のリニアソレノイド2は、ヨーク17のカップ開口部からステータコア21を差し入れ、ヨーク17のカップ開口部においてステータコア21を固定し、ヨーク17のカップ開口部から離れた側の摺動コア20の先端側(図示右側)を非固定にした構成を採用している。
このように、摺動コア20の先端側を非固定にした状態で、ヨーク17のカップ底部に形成された挿入凹部22の内側に摺動コア20を組み入れると、ステータコア21の製品バラツキや組付時の軸ズレ等により、摺動コア20の先端側が挿入凹部22に当たって摺動コア20の変形を招く可能性がある。摺動コア20に変形が生じると、その内側を直接摺動するプランジャ14の摺動性が阻害される可能性がある。
そこで、摺動コア20の先端(ステータコア21の自由端)と、挿入凹部22との間に、ステータコア21の製品バラツキや組付時の軸ズレを吸収する十分な組付隙間を設けることが要求される。
しかし、組付隙間を介して磁気回路が構成されるため、組付隙間が大きくなるほど磁気の伝達効率が低下して、プランジャ14の磁気吸引性能が低下する不具合がある。
そこで、この実施例5では、上記実施例1〜4のいずれかの構成に加え、次の技術を採用している。
この実施例5のリニアソレノイド2は、摺動コア20の先端側(ステータコア21における軸方向の非固定側)に、摺動コア20の外周を覆って摺動コア20と径方向の磁束の受け渡しを行うとともに、ヨーク17のカップ底部と接触してヨーク17と軸方向の磁束の受け渡しを行う磁性体製(例えば、鉄などの強磁性材料)のリングコア23を設けている。
ここで、リングコア23は、ステータコア21とヨーク17の固定を妨げないように、ボビン13aとヨーク17のカップ底部との軸方向隙間より僅かに薄く設けられている。このように設けられても、コイル13が通電されて磁束が生じると、リングコア23は隣接するヨーク17のカップ底部に磁気吸引されて当接する。
一方、リングコア23の外周面とヨーク17の内周面との間には、径方向隙間が設けられており、摺動コア20の先端側の径方向の変位に伴ってリングコア23も径方向へ変位可能に設けられている。
実施例5のリニアソレノイド2は、上記実施例1〜4のいずれかの構成に加えて、実施例5の構成を採用することで、摺動コア20の自由端と、隣接するヨーク17の挿入凹部22との間に組付隙間が介在しても、摺動コア20の自由端側と、ヨーク17のカップ底部とがリングコア23を介して磁気結合され、組付隙間による磁束低下を無くすことができる。
即ち、摺動コア20の自由端と、隣接するヨーク17との間に組付隙間が介在する構造であっても、リングコア23によって磁束低下を無くすことができ、リニアソレノイド2の性能を高く保つことができ、油圧電磁制御弁の性能を高く保つことができる。
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油圧電磁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油圧電磁制御弁に本発明を適用しても良い。また、油圧電磁制御弁以外の電磁弁に本発明を適用しても良い。
上記の実施例では、バルブ(実施例ではスプール弁1)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、バルブ以外の被駆動体を直接あるいは間接的に駆動するリニアソレノイド2に本発明を適用しても良い。
13 コイル
14 プランジャ
14b 小径部
14c 非磁性層
17 ヨーク
18 磁気吸引コア
18c 筒形凹部
19 磁気遮断部
20 摺動コア
21 ステータコア
23 リングコア
φ1 筒形凹部に侵入する側の外径寸法
φ2 プランジャにおいて摺動コアと摺動する部分の外径寸法
φ3 筒形凹部の内径寸法
φ4 摺動コアにおいてプランジャと摺動する部分の内径寸法
Claims (5)
- 磁気吸引コア、磁気遮断部、摺動コアが一体に設けられた磁性体製のステータコアと、前記摺動コアの内周面で直接摺動する磁性体製のプランジャとを備え、
前記磁気吸引コアに形成された筒形凹部の内側に前記プランジャが侵入して、前記筒形凹部と前記プランジャとが軸方向で交差可能に設けられたリニアソレノイドにおいて、
前記プランジャにおいて前記筒形凹部に侵入する側における磁性材の外径寸法は、前記プランジャにおいて前記摺動コアと摺動する部分の磁性材の外径寸法より小径に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に記載のリニアソレノイドにおいて、
前記プランジャの外周面、あるいは前記ステータコアの内周面の少なくても一方には、非磁性体よりなる非磁性層が形成されていることを特徴とするリニアソレノイド。 - 磁気吸引コア、磁気遮断部、摺動コアが一体に設けられた磁性体製のステータコアと、前記摺動コアの内周面で直接摺動する磁性体製のプランジャとを備え、
前記磁気吸引コアに形成された筒形凹部の内側に前記プランジャが侵入して、前記筒形凹部と前記プランジャとが軸方向で交差可能に設けられたリニアソレノイドにおいて、
前記筒形凹部における磁性材の内径寸法は、前記摺動コアにおいて前記プランジャと摺動する部分の磁性材の内径寸法より大径に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3に記載のリニアソレノイドにおいて、
前記プランジャの外周面、あるいは前記ステータコアの内周面の少なくても一方には、非磁性体よりなる非磁性層が形成されてい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、
このリニアソレノイドは、
通電により磁力を発生するコイルと、
このコイルの外周を覆う略カップ形状を呈した磁性体製のヨークとを備え、
前記ヨークのカップ開口部から前記ステータコアを差し入れ、前記ヨークのカップ開口部において前記ステータコアを固定した構成を採用し、
前記ステータコアの固定部分から離れた側の前記摺動コアの先端側には、
前記摺動コアの外周を覆って前記摺動コアと径方向の磁束の受け渡しを行うとともに、前記ヨークのカップ底部と軸方向の磁束の受け渡しを行う磁性体製のリングコアが設けられていることを特徴とするリニアソレノイド。
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