JP2009275841A - リニアソレノイド - Google Patents

Abstract

【課題】 プランジャの磁気吸引精度を高めたリニアソレノイドを提供する。
【解決手段】 リニアソレノイド２は、吸引コア１８、薄肉部１９、摺動コア２０が一体に設けられたステータコア２１を備える。薄肉部１９は、ステータコア２１の内周面に形成された環状の溝の底面と、ステータコア２１の外周面との間に形成されるものであり、ステータコア２１の外径側に設けられる。環状の溝における吸引コア１８側の開口縁には、角ばったエッジＡが設けられている。また、薄肉部１９は、コイル１３の内側に挿入されて、コイル１３と軸方向にオーバーラップする。これにより、微細孔を廃止できるとともに、磁気吸引端がエッジＡによって明確になり、さらに吸引精度に関わる部位の加工を内加工だけで行なうことができるためバラツキが抑えられ、プランジャ１４の磁気吸引精度を高めることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、吸引コア、薄肉部、摺動コアが一体に設けられたステータコアを備えるリニアソレノイドに関する。

（発明の背景）
吸引コア、薄肉部、摺動コアが一体に設けられたステータコアを搭載するリニアソレノイドの一例を、図２を参照して説明する。
この図２に示す電磁油圧制御弁は、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、コイル１３の内側に挿入配置されるステータコア２１とからなる。

このステータコア２１は、磁力によってプランジャ１４を軸方向へ吸引する吸引コア１８と、プランジャ１４の周囲を覆ってプランジャ１４を直接摺動させる筒形状を呈した摺動コア２０と、吸引コア１８と摺動コア２０の間の磁気を遮断する薄肉部１９とを一体的に設けたものである。
そして、コイル１３の供給電流値を可変することで吸引コア１８とプランジャ１４との間に発生する磁気吸引力が変化し、プランジャ１４の移動によりスプール４を軸方向へ変位させるものである（例えば、特許文献１参照）。

（問題点１）
従来技術の薄肉部１９は、ステータコア２１における内径側に設けられるものであった。具体的には、ステータコア２１の外周面に形成された環状の溝の底面と、ステータコア２１の内周面との間に薄肉部１９が形成されるものであった。
このように、薄肉部１９がステータコア２１の内径側に設けられていたため、吸引コア１８においてプランジャ１４を磁気吸引する筒状部１８ａの磁気吸引端の位置が曖昧となり、プランジャ１４の磁気吸引精度の向上の妨げとなっていた。

（問題点２）
従来技術の薄肉部１９は、磁気遮断効果を高めるために、レーザ加工により多数の微細孔１９ａが全周に亘って設けられていた。このように、多数の微細孔１９ａをレーザ加工によって形成することで、製造コストが高くなってしまうとともに、生産性の劣化の要因となっていた。
（問題点３）
また、磁気遮断効果を高めるための多数の微細孔１９ａを全周に亘って設けたため、上記問題点１に加えて、さらにプランジャ１４の先端と微細孔１９ａとの距離の公差が加わり、プランジャ１４の磁気吸引精度の劣化の要因となっていた。

（問題点４）
図２に示す吸引コア１８は、プランジャ１４と軸方向に対向する対向吸引部１８ｂを備えるものであり、上記問題点１、３に加え、「プランジャ１４を磁気吸引する筒状部１８ａの磁気吸引端の位置」と「対向吸引部１８ｂ」との距離の公差がさらに加わることとなり、プランジャ１４の磁気吸引精度の劣化の要因となっていた。
具体的に、薄肉部１９を形成する環状の溝と、磁気遮断効果を高める多数の微細孔１９ａは、ステータコア２１の外側から加工が施される外加工であるのに対し、プランジャ１４の先端に対向する対向吸引部１８ｂは、ステータコア２１の内側から加工が施される内加工である。このように、プランジャ１４の磁気吸引精度に影響を与える部位が、外加工と内加工とに分れて設けられるため、外加工による部位（環状の溝、微細孔１９ａ）と、内加工による部位（対向吸引部１８ｂにおけるプランジャ対向面）との寸法公差が積み上がってバラツキが大きくなり、プランジャ１４の磁気吸引精度の劣化を招く要因となっていた。

（問題点５）
さらに、ステータコア２１の内部におけるプランジャ１４の磁気吸引側の空間αが、スプール弁１側のドレンポートと連通する場合、プランジャ１４の磁気吸引側のステータコア２１の内周面が軸方向に沿う直線であるため、作動油に混入している異物が摺動コア２０側へ導かれ易い。このため、プランジャ１４の摺動部分に異物が噛み込み、プランジャ１４の摺動不良の要因となる問題があった。
特開２００５−２１４２３６号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、プランジャの磁気吸引精度（駆動精度）を高めることのできるリニアソレノイドの提供にある。

［請求項１の手段］
請求項１の手段のリニアソレノイドの薄肉部は、ステータコアの内周面に形成された環状の溝の底面と、ステータコアの外周面との間に形成される。即ち、薄肉部は、ステータコアにおける外径側に設けられる。そして、環状の溝における吸引コア側の開口縁には、エッジが設けられる。
これにより、吸引コア側における磁気吸引端の位置がエッジによって明確になり、プランジャの磁気吸引精度を高めることができる。即ち、上述した問題点１を解決することができる。

また、吸引コアの内部にプランジャと軸方向に対向する対向吸引部が設けられる場合、対向吸引部におけるプランジャ対向面と、エッジとが、共にステータコアの内側から加工が施される内加工であるため、プランジャ対向面とエッジとの距離のバラツキの発生を抑えることができる。このため、対向吸引部が設けられる場合でも、従来技術に比較してプランジャの磁気吸引精度を高めることができる。即ち、上述した問題点４を解決することができる。

［請求項２の手段］
請求項２の手段のリニアソレノイドの薄肉部は、通電を受けて磁力を発生するコイルの内側に挿入されてコイルと軸方向にオーバーラップする。
これにより、薄肉部がコイルに近い側に存在して、コイルの発生する磁力が薄肉部に直接的に大きく与えられるため、薄肉部を容易に磁気飽和させることができ、薄肉部における磁気遮断効果を高めることができる。これによって、従来技術において薄肉部に形成されていた多数の微細孔を廃止することが可能になり、製造コストを削減することができるとともに、生産性を高めることができる。即ち、上述した問題点２を解決することができる。

また、微細孔を廃止することで、プランジャの先端と微細孔との距離の公差が無くなり、プランジャの磁気吸引精度の劣化の要因を無くすことができる。即ち、上述した問題点３を解決することができる。

［請求項３の手段］
請求項３の手段のリニアソレノイドは、油路の開閉や切替えを行なうスプール弁と組み合わされるものであり、ステータコアの内部におけるプランジャの吸引コア側の空間が、スプール弁側のドレンポートと連通する。
これにより、プランジャの変位に伴う容積変動により、スプール弁側の作動油がステータコア内に出入りするが、作動油に混入した異物はステータコアの内周面に形成された環状の溝の内部に捕まり、異物が摺動コア側へ導かれるのが阻止される。これにより、プランジャの摺動部分に異物が噛み込む不具合が回避され、プランジャの摺動不良の発生を回避することができる。即ち、上述した問題点５を解決することができる。

最良の形態のリニアソレノイドは、吸引コア、薄肉部、摺動コアが一体に設けられたステータコアと、摺動コアの内周面で直接摺動するプランジャとを備え、吸引コアにおける筒状部の内側にプランジャが侵入して、筒状部とプランジャとが軸方向で交差可能に設けられる。
そして、薄肉部は、ステータコアの内周面に形成された環状の溝の底面と、ステータコアの外周面との間、即ちステータコアにおける外径側に設けられるものであり、環状の溝における吸引コア側の開口縁には、全周に亘って角部断面が角ばったエッジ（例えば、角部断面が略直角に尖ったエッジ）が設けられる。

実施例１を、本発明の要部が適用されていない電磁油圧制御弁と、本発明が適用された電磁油圧制御弁とを比較して説明する。なお、以下では実施例の説明のために、図１、図２の左側を左、右側を右として説明するが、実際の搭載方向にかかるものではない。
〔電磁油圧制御弁の構造〕
先ず、図２を参照して本発明の要部が適用されていない電磁油圧制御弁を説明する。
この電磁油圧制御弁は、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る。具体的に、実施例１に示す電磁油圧制御弁は、自動変速機の油圧制御を行なう油圧コントローラケース（内部に油圧サーキットを形成する部材）に装着されるものであり、油路の開閉（開度調整を含む）や切替えを行なうスプール弁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の説明）
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、電磁油圧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。

スプール４は、スリーブ３内に摺動可能に配置され、オイルポート７の開口面積を可変するとともに、オイルポート７の連通状態を切り替えるものであり、オイルポート７を閉塞可能な複数のランド８と、ランド８間に設けられた小径部９とを備える。
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。

バネ５は、スプール４をリニアソレノイド２側に付勢する圧縮コイルスプリングであり、スリーブ３の左側のバネ室内に圧縮された状態で配置される。このバネ５は、一端がスプール４の左面に当接し、他端がスリーブ３の挿通穴６の左端を閉塞する調整ネジ１２の底面に当接するものであり、調整ネジ１２の螺合量（ねじ込み量）により、バネ５の付勢力が調整できるようになっている。

（リニアソレノイド２の説明）
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。

プランジャ１４は、略円柱形状を呈した磁性体金属（例えば、鉄などの強磁性材料）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。

磁気固定子１５は、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、吸引コア１８、薄肉部１９、摺動コア２０が一体に設けられた磁性体製のステータコア２１とから構成され、ヨーク１７のカップ開口部（左側）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リーブ３とともにステータコア２１を固定した構成を採用する。

ヨーク１７は、コイル１３の周囲を覆って磁束を流す磁性体金属（例えば、鉄などの強磁性材料）であり、内部にリニアソレノイド２の構成部品を組み込んだ後、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。

吸引コア１８は、プランジャ１４を磁気吸引する磁性体金属（例えば、鉄などの強磁性材料）であり、吸引コア１８とプランジャ１４との間に磁気吸引ギャップ（メインギャップ）が形成される。吸引コア１８は、プランジャ１４が侵入してプランジャ１４と軸方向へ交差可能に設けられた筒状部１８ａと、プランジャ１４と軸方向に対向する対向吸引部１８ｂとを有する。
なお、吸引コア１８として、ヨーク１７の開口端と磁気的に結合されるフランジ部１８ｃが一体に設けられる例を示すが、フランジ部１８ａと対向吸引部１８ｂが圧入等の固定技術で結合されるものであっても良い。

対向吸引部１８ｂは、中心部においてシャフト１１を軸方向に摺動自在に支持する。また、対向吸引部１８ｂには、軸方向に貫通する呼吸孔（あるいは呼吸溝）１８ｄが形成されている。これにより、ステータコア２１の内部におけるプランジャ１４の左右の空間α、βが、スプール弁１側における呼吸用のドレーンポート（オイルポート７の１つ）と連通し、空間α、βの容積変動が可能に設けられている。
なお、空間α内に配置された符号２２は、対向吸引部１８ｂとプランジャ１４とが直接接触するのを防ぐ非磁性体製（例えば、黄銅等）のリングプレートである。

薄肉部１９は、吸引コア１８と摺動コア２０との間で直接磁束が流れるのを阻害する磁気遮断部であり、本願発明が適用されていない薄肉部１９は、図２（ｂ）に示すように、ステータコア２１の外周面に環状の溝を形成し、その環状の溝の底面と、ステータコア２１の内周面との間を薄く設けて、磁気抵抗を大きくして磁気飽和し易く設けたものである。
また、本願発明が適用されていない薄肉部１９には、レーザ加工により多数の微細孔１９ａが全周に亘って設けられており、多数の微細孔１９ａにより磁気遮断効果を高めるように設けられている。

摺動コア２０は、プランジャ１４の略全周を覆う円筒形状を呈する磁性体金属（例えば、鉄などの強磁性材料）であり、ヨーク１７のカップ底部（右側）に形成された挿入凹部２３に挿入配置されて、ヨーク１７と磁気的に結合されている。
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。

コネクタ１６は、電磁油圧制御弁を制御する電子制御装置（図示しない）と接続線を介して電気的な接続を行う接続手段であり、その内部にはコイル１３の両端にそれぞれ接続される端子１６ａが配置されている。

〔実施例１の背景〕
（１）上述した薄肉部１９は、ステータコア２１における内径側に設けられるものであった。このため、吸引コア１８側における磁気吸引端の軸方向位置が薄肉部１９の厚み等により曖昧となり、プランジャ１４の磁気吸引精度の劣化の要因になっていた。
（２）上述した薄肉部１９は、磁気遮断効果を高めるために、レーザ加工により多数の微細孔１９ａを全周に亘って設けていたため、製造コストが高く、生産性が悪いものであった。
（３）上述した薄肉部１９は、磁気遮断効果を高めるための微細孔１９ａを設けたため、上記（１）の問題点に加えて、さらにプランジャ１４の先端と微細孔１９ａとの距離の公差が加わり、プランジャ１４の磁気吸引精度の劣化の要因になっていた。
（４）上述した吸引コア１８は、プランジャ１４と軸方向に対向する対向吸引部１８ｂを備えるものであり、上記（１）、（３）の問題点に加えて、「プランジャ１４を磁気吸引する筒状部１８ａの磁気吸引端の位置」と「対向吸引部１８ｂ」との距離の公差がさらに加わり、プランジャ１４の磁気吸引精度の劣化の要因になっていた。
（５）上述したプランジャ１４の磁気吸引側の空間αは、プランジャ１４の磁気吸引側におけるステータコア２１の内周面が軸方向に沿う直線であるため、作動油に混入した異物が摺動コア２０側へ導かれ易く、プランジャ１４の摺動部分に異物が噛み込む懸念があった。

〔実施例１の特徴〕
上記の不具合を解決するために、実施例１の薄肉部１９は、図１に示すように、円筒形状を呈するステータコア２１の外径側に設けられる。薄肉部１９は、ステータコア２１の内周面に形成された環状の溝の底面と、ステータコア２１の外周面との間に形成される。そして、環状の溝における吸引コア１８側の開口縁には、全周に亘って角部断面が９０°の角ばったエッジＡが設けられている。
この薄肉部１９は、コイル１３の内側に挿入されて、且つコイル１３と軸方向にオーバーラップするものである。即ち、薄肉部１９は、コイル１３に極力近い位置に配置される。

薄肉部１９を具体的に説明する。対向吸引部１８ｂからエッジＡまでの軸方向距離をＬ１、薄肉部１９の軸方向距離をＬ２、薄肉部１９を形成する環状の溝の深さ（径方向寸法）をＬ３とする。
この実施例１のリニアソレノイド２は、コイル１３の通電停止時にプランジャ１４の左端が距離Ｌ２内に存在し、コイル１３の通電量が大きくなるに従ってプランジャ１４の左端が距離Ｌ１内に侵入するように設けられている。
なお、距離Ｌ２は、２ｍｍ以下に設けられるものである（Ｌ２≦２ｍｍ）。さらに、深さＬ３は１ｍｍ〜３ｍｍ程に設けられる（１ｍｍ≦Ｌ３≦３ｍｍ）。

（実施例１の効果）
実施例１の薄肉部１９は、ステータコア２１における外径側に設けられるものであり、ステータコア２１の内周面に形成された環状の溝の底面と、ステータコア２１の外周面との間に形成される。これにより、吸引コア１８側における磁気吸引端の軸方向位置がエッジＡによって明確になり、プランジャ１４の磁気吸引精度を高めることができる。即ち、上記（１）の問題点を解決することができる。

吸引コア１８の内部に対向吸引部１８ｂが設けられるが、対向吸引部１８ｂにおけるプランジャ対向面と、エッジＡとが、共にステータコア２１の内側から加工が施される内加工であるため、プランジャ対向面とエッジＡとの距離Ｌ１のバラツキの発生を抑えることができ、プランジャ１４の磁気吸引精度を高めることができる。即ち、上記（４）の問題点を解決することができる。

薄肉部１９がコイル１３の内側に挿入されてコイル１３と軸方向にオーバーラップする。即ち、薄肉部１９がコイル１３に極力近い位置に配置される。このため、コイル１３の発生する磁力が薄肉部１９に直接的に大きく与えられることになり、薄肉部１９を容易に磁気飽和させることができ、薄肉部１９における磁気遮断効果を高めることができる。これによって、薄肉部１９に形成されていた多数の微細孔１９ａを廃止することが可能になり、製造コストを削減することができるとともに、生産性を高めることができる。即ち、上記（２）の問題点を解決することができる。
また、微細孔１９ａを廃止することで、プランジャ１４の先端と微細孔１９ａとの距離の公差が無くなり、プランジャ１４の磁気吸引精度の劣化の要因を減らすことができる。即ち、上記（３）の問題点を解決することができる。

さらに、この実施例１に示すリニアソレノイド２は、ステータコア２１の内部におけるプランジャ１４の磁気吸引側の空間αが、スプール弁１側のドレンポートと連通する。これにより、プランジャ１４の変位に伴い空間α、βが容積変動し、スプール弁１側の作動油が空間αに出入りする。
しかるに、作動油に混入した異物は、ステータコア２１の内周面に形成された環状の溝の内部に落下して捕まり、異物が摺動コア２０側へ導かれる不具合が阻止される。これにより、プランジャ１４の摺動部分に異物が噛み込む不具合を回避でき、プランジャ１４の摺動不良の発生を回避することができる。即ち、上記（５）の問題点を解決することができる。

〔変形例〕
上記の実施例では、筒状部１８ａの内径寸法と摺動コア２０の内径寸法が同一径の例を示したが、筒状部１８ａの内径寸法より摺動コア２０の内径寸法を小さくするなど、異なる寸法に設けても良い。
上記の実施例では、プランジャ１４の外径寸法を一定径に設ける例を示したが、筒状部１８ａに侵入する側の外径寸法を小さくするなど、プランジャ１４の外径寸法を一定径に設けなくても良い。
プランジャ１４の外周面、あるいはステータコア２１の内周面の少なくとも一方に、非磁性体よりなる非磁性層を形成しても良い。

上記の実施例では、コイル１３の通電停止時にプランジャ１４の左端が距離Ｌ２内に存在し、コイル１３の通電量が大きくなるに従ってプランジャ１４の左端が距離Ｌ１内に侵入する例を示したが、コイル１３の通電停止時にプランジャ１４の左端が距離Ｌ１内に存在し、プランジャ１４の左端が常に筒状部１８ｂと軸方向へオーバーラップするものであっても良い。
上記の実施例では、吸引コア１８に対向吸引部１８ｂが設けられている例を示したが、対向吸引部１８ｂの無い吸引コア１８に本発明を適用しても良い。

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。また、電磁油圧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。

電磁油圧制御弁の軸方向に沿う断面図、および要部断面図である（実施例１）。 電磁油圧制御弁の軸方向に沿う断面図、および要部断面図である（従来技術）。

符号の説明

１ スプール弁
２ リニアソレノイド
１３ コイル
１４ プランジャ
１８ 吸引コア
１８ａ 筒状部
１９ 薄肉部
２０ 摺動コア
２１ ステータコア
Ａ エッジ
α ステータコアの内部におけるプランジャの吸引コア側の空間

Claims (3)

1. 吸引コア、薄肉部、摺動コアが一体に設けられたステータコアと、
   前記摺動コアの内周面で直接摺動するプランジャとを備え、
   前記吸引コアにおける筒状部の内側に前記プランジャが侵入して、前記筒状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、
   前記薄肉部は、前記ステータコアの内周面に形成された環状の溝の底面と、前記ステータコアの外周面との間に形成され、
   前記環状の溝における前記吸引コア側の開口縁には、エッジが設けられることを特徴とするリニアソレノイド。
2. 請求項１に記載のリニアソレノイドにおいて、
   前記薄肉部は、通電を受けて磁力を発生するコイルの内側に挿入されて、前記コイルと軸方向にオーバーラップすることを特徴とするリニアソレノイド。
3. 請求項１または請求項２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、油路の開閉や切替えを行なうスプール弁と組み合わされるものであり、
   前記ステータコアの内部における前記プランジャの前記吸引コア側の空間は、前記スプール弁側のドレンポートと連通することを特徴とするリニアソレノイド。

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