JP2009281469A - リニアソレノイド - Google Patents

Abstract

【課題】 プランジャと磁気受渡コアとが非接触で、且つプランジャの軸方向の一方側だけの支持手段でシャフトおよびプランジャが支持される片持支持構造であっても、プランジャと磁気受渡コアとの隙間を小さくする。
【解決手段】 プランジャ１４の軸方向の一方側だけに設けられる支持手段は、シャフト挿通穴１７ｄの内側の第１支持部２１と、筒状部１７ａの内側の第２支持部２２とで設けられる。第１支持部２１がシャフト挿通穴１７ｄの左端に設けられ、第２支持部２２がシャフト挿通穴１７ｄの外部に設けられるため、第１支持部２１と第２支持部２２との軸方向距離を、シャフト挿通穴１７ｄの全軸方向長より長く設けることができ、シャフト１１およびプランジャ１４の傾き範囲を小さく抑えることができる。これにより、プランジャ１４と磁気受渡コア１９との隙間を小さくでき、磁気吸引力を高めることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プランジャと磁気受渡コアとが非接触の状態でプランジャが軸方向へ移動自在に支持されるリニアソレノイドに関する。

従来の技術を図２、図３を参照して説明する。なお、符号は後述する実施例１と同一機能物に対して共通符号を付したものである。
プランジャ１４と磁気受渡コア１９とが径方向で接触すると、その接触部において集中して磁束が流れ、接触部においてプランジャ１４が磁気受渡コア１９に引き寄せられ、プランジャ１４の摺動抵抗が大きくなってしまう。
そこで、プランジャ１４が磁気受渡コア１９と接触しないように支持するリニアソレノイド２が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。

特許文献１、２の技術は、共にプランジャ１４の軸方向の両側に設けられた第１、第２支持部Ｊ１、Ｊ２によってプランジャ１４を軸方向へ移動自在に支持する構造を採用している。
具体的に、図２に示すように、特許文献１における第１支持部Ｊ１は、プランジャ１４の図示左側に設けられた軸受であり、特許文献１における第２支持部Ｊ２は、プランジャ１４の図示右側に設けられたダイヤフラムであり、プランジャ１４の両側における軸受とダイヤフラムの２箇所の支持によりプランジャ１４の傾きが防がれる。
また、図３に示すように、特許文献２における第１支持部Ｊ１は、プランジャ１４の図示左側に設けられた軸受であり、特許文献２における第２支持部Ｊ２は、プランジャ１４の図示右側に設けられた軸受であり、プランジャ１４の両側の軸受による２箇所の支持によりプランジャ１４の傾きが防がれる。

上述したように、プランジャ１４が磁気受渡コア１９と接触しないように支持するリニアソレノイド２では、プランジャ１４の傾きを抑えるように、プランジャ１４の軸方向の両側においてプランジャ１４を支持していた。
しかし、近年では、プランジャ１４が磁気受渡コア１９と接触しないように支持するリニアソレノイド２であっても、軸方向寸法の短縮化（小型化）を目的として、プランジャ１４の一方側の支持手段だけでプランジャ１４を支持させる要求がある。
そこで、シャフト１１と、このシャフト１１が挿通されるシャフト挿通穴１７ｄとの摺動部のみで、シャフト１１およびプランジャ１４を支持する片持支持構造が考えられる。

しかし、シャフト１１とシャフト挿通穴１７ｄとの間には、シャフト１１を摺動自在に支持するための摺動クリアランスが存在するため、シャフト挿通穴１７ｄの全軸方向長を用いてシャフト１１を支持してもシャフト１１の傾き範囲が大きくなる。
プランジャ１４と磁気受渡コア１９の非接触を保つには、シャフト１１の傾き範囲の増加を考慮してプランジャ１４と磁気受渡コア１９との隙間（非接触クリアランス）を大きく設定する必要がある。
ここで、プランジャ１４と磁気受渡コア１９との隙間が小さいほど、プランジャ１４を通る磁束が増えてプランジャ１４の磁気吸引力が高まる。しかるに、プランジャ１４と磁気受渡コア１９との隙間が大きくなることで、プランジャ１４の磁気吸引力が低下し、リニアソレノイド２の性能が低下する不具合がある。
特開平１０−１２２４１２号公報 特開２０００−２７４５４６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、プランジャと磁気受渡コアとが非接触の状態でプランジャが軸方向へ移動自在に支持され、且つプランジャの軸方向の一方側だけの支持手段でシャフトおよびプランジャが支持される片持支持構造であっても、プランジャと磁気受渡コアとの隙間を小さくすることが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の手段を採用するリニアソレノイドの支持手段は、プランジャの軸方向の一方側だけに設けられるものであり、シャフト挿通穴とシャフトの間においてシャフトを移動自在に支持する第１支持部と、筒状部の内周面と、シャフトまたはプランジャの少なくとも一方に固定されて外周端が筒状部の内周面に摺動する非磁性体製のプレートとからなる第２支持部とで設けられる。
第１支持部がシャフト挿通穴の内部に設けられ、第２支持部がシャフト挿通穴の外部に設けられるため、第１支持部と第２支持部との軸方向距離を、シャフト挿通穴の全軸方向長より長く設けることができる。このため、シャフトとシャフト挿通穴との摺動部だけでシャフトを支持する場合に比較して、シャフトおよびプランジャの傾き範囲を小さく抑えることができる。
これにより、プランジャと磁気受渡コアとの隙間（非接触クリアランス）を小さくすることができ、プランジャを通る磁束が増えてプランジャの磁気吸引力を高めることができる。
即ち、プランジャと磁気受渡コアとが非接触の状態でプランジャが軸方向へ移動自在に支持され、且つプランジャの軸方向の一方側だけの支持手段でシャフトおよびプランジャが支持される片持支持構造であっても、プランジャと磁気受渡コアとの隙間を小さく設けることができるため、プランジャの磁気吸引力を大きくでき、リニアソレノイドの性能を向上することができる。

［請求項２の手段］
請求項２の手段のリニアソレノイドの第１支持部は、シャフト挿通穴のプランジャとは異なった側の端に設けられる。
これにより、第１支持部と第２支持部の軸方向距離をシャフト挿通穴の全軸方向長より確実に長く設けることができ、シャフトとプランジャの傾斜を小さく抑えることができる。

［請求項３の手段］
請求項３の手段のリニアソレノイドのプレートは、磁気吸引コアにおいてプランジャと軸方向に対向する対向吸引部と、プランジャとが直接接触して磁束の受渡しを行なうのを防止する接触防止プレートを兼ねるものである。
このように、第２支持部のプレートが接触防止プレートを兼ねるため、部品点数の増加を招かない。即ち、部品点数の増加を招くことなく請求項１の発明を実施することができる。

最良の形態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、軸方向へ移動自在に支持された磁性体製のプランジャと、このプランジャが内側に侵入してプランジャと軸方向に交差する筒状部を備え、コイルの発生する磁気によりプランジャを軸方向へ吸引する磁性体製の磁気吸引コアと、プランジャの外周面を覆って配置されてコイルの発生した磁気の径方向の受渡しを行なう磁性体製の磁気受渡コアと、磁気吸引コアの内側に配置されてプランジャの駆動力を外部に伝える非磁性体製のシャフトと、プランジャと磁気受渡コアとが非接触の状態でプランジャを軸方向へ移動自在に支持する支持手段とを備える。
支持手段は、プランジャの軸方向の一方側だけに設けられるものであり、シャフト挿通穴とシャフトの間においてシャフトを移動自在に支持する第１支持部（シャフト挿通穴とシャフトが直接摺動するものであっても良いし、シャフト挿通穴とシャフトの間に軸受部材が配置されるものであっても良い）とは別に、筒状部の内周面と、シャフトまたはプランジャの少なくとも一方に固定されて外周端が筒状部の内周面に摺動する非磁性体製のプレートとからなる第２支持部を備える。

本発明が適用されたリニアソレノイドを搭載する電磁油圧制御弁を用いて実施例１を説明する。なお、以下では実施例の説明のために、図１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。
この実施例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ルボディ（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）を備える周知のものである。
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を軸方向へ移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から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（大径部）と、ランド間に設けられた小径部とを備える。
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の出力部であるシャフト１１が当接しており、リニアソレノイド２によりスプール４が軸方向へ駆動される。

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、外周面が円筒面を成す磁性体金属（例えば、鉄などの強磁性材料）である。このプランジャ１４の軸中心には、軸方向に延びる圧入穴１４ａが形成されており、この圧入穴１４ａに円柱棒状を呈した非磁性体材料（例えば、ステンレス等）よりなるシャフト１１が圧入固定され、シャフト１１とプランジャ１４とが一体に移動する。このシャフト１１は、上述したようにスプール４の端部と当接しており、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の内部または外周面には、プランジャ１４の両側の容積変動空間を連通する呼吸通路が形成されている。

磁気固定子１５は、プランジャ１４を磁気吸引する磁気吸引コア１７と、コイル１３の外周を覆うヨーク１８と、プランジャ１４と径方向の磁気の受渡しを行なう磁気受渡コア１９とを備えるものであり、この実施例１ではヨーク１８と磁気受渡コア１９とが一体に設けられる例を示す。

磁気吸引コア１７は、コイル１３の左側内周に挿入されてコイル１３の発生する磁気によりプランジャ１４を軸方向へ吸引する磁性体金属（例えば、鉄などの強磁性材料）であり、磁気吸引コア１７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。
磁気吸引コア１７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１７ａと、プランジャ１４と軸方向に対向する対向吸引部１７ｂとを有する。
筒状部１７ａの外周面には、右側に向かって小径となるテーパ面が形成されており、プランジャ１４のストローク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。
なお、この実施例１では、磁気吸引コア１７として、ヨーク１８の開口端と磁気的に結合されるフランジ部１７ｃが一体に設けられる例を示すが、フランジ部１７ａを別体で設けて磁気吸引コア１７に圧入等の固定技術で結合するものであっても良い。

ヨーク１８は、コイル１３の周囲を覆って磁束を流す略カップ状の磁性体金属（例えば、鉄などの強磁性材料）である。ヨーク１８の内周には、コイル１３の右側内周に挿入されて、プランジャ１４の外周面を覆ってプランジャ１４と径方向の磁気の受渡しを行なう磁気受渡コア１９が一体に設けられており、磁気受渡コア１９とプランジャ１４との間に磁気受渡ギャップ（サイドギャップ）が形成される。
ヨーク１８の内部にリニアソレノイド２の構成部品を組み込んだ後、ヨーク１８の左端に形成された爪部をカシメることで、リニアソレノイド２とスリーブ３とが強固に結合される。
なお、図１中における符号２０は、磁気受渡コア１９の右端を閉塞するプラグであり、コイル１３の通電停止時にシャフト１１が当接するストッパの役割を果たす。

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なう接続手段であり、その内部にはコイル１３の両端にそれぞれ接続された端子１６ａが配置されている。

（実施例１の特徴）
リニアソレノイド２は、プランジャ１４と磁気受渡コア１９とが非接触の状態でプランジャ１４を軸方向へ移動自在に支持する支持手段を備えている。
実施例１の支持手段は、プランジャ１４の軸方向の一方側だけでプランジャ１４を軸方向へ移動可能に支持する片持支持構造を採用するものであり、磁気吸引コア１７においてシャフト１１が挿通されるシャフト挿通穴１７ｄの内側の第１支持部２１と、筒状部１７ａの内側の第２支持部２２とで設けられる。

第１支持部２１は、磁気吸引コア１７に形成されたシャフト挿通穴１７ｄとシャフト１１との間においてシャフト１１を移動自在に支持する。
具体的に、磁気吸引コア１７の中心部には、シャフト１１を軸方向に貫通して挿通するシャフト挿通穴１７ｄが形成されている。このシャフト挿通穴１７ｄの左側（プランジャ１４とは異なった側）の端の内周面には、シャフト１１を軸方向に移動自在に支持する第１支持部２１が設けられている。
この実施例１に示す第１支持部２１は、シャフト挿通穴１７ｄとシャフト１１の間に独立して配置される軸受であり、転がりベアリングであっても良いし、滑りベアリングであっても良い。なお、この実施例１とは異なり、シャフト挿通穴１７ｄとシャフト１１を直接摺動させて、その直接摺動部を第１支持部２１としても良い。

第２支持部２２は、筒状部１７ａの内周面と、シャフト１１またはプランジャ１４の少なくとも一方に固定されて外周端が筒状部１７ａの内周面に対して常に軸方向へオーバーラップして摺動する非磁性体製のプレート２３とで設けられる。なお、このプレート２３は、対向吸引部１７ｂとプランジャ１４とが直接接触して磁束の受渡しを行なうのを防ぐ接触防止プレートを兼ねるものである。
このプレート２３は、リング円盤形状を呈するものであり、中心に形成された穴２３ａの内側にシャフト１１が圧入されて、プレート２３とシャフト１１の軸芯を一致させるとともに、プレート２３とシャフト１１の固定を行なっている。なお、プレート２３とプランジャ１４を接着剤等を用いて固定しても良い。

このプレート２３は、上述したように非磁性体製であり、耐摩耗性に優れた硬質な樹脂材料であっても良いし、黄銅などの非磁性体金属であっても良い。また、プレート２３の外周端は、筒状部１７ａの内周面に対して摺接面を成すものであるため、滑り抵抗が小さいことが望ましい。そこで、プレート２３の少なくとも外周端に摺動性を向上させる手段（例えば、焼き入れ処理、滑り性の良い樹脂のコーティング、あるいは接触面積を減らす複数の切欠き部など）を設けても良い。

ここで、プレート２３の外周端が筒状部１７ａの内周面に対して摺接するためには、筒状部１７ａの内径寸法Ｌ１よりプレート２３の外径寸法Ｌ２が摺動クリアランス分だけ小さい必要があるとともに、プレート２３の外径寸法Ｌ２よりプランジャ１４の外径寸法Ｌ３が小さい必要がある（Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３）。

また、コイル１３の通電停止時の状態で、プランジャ１４が筒状部１７ａに対して軸方向にオーバーラップしない状態であっても、プレート２３が筒状部１７ａと軸方向に対して常にオーバーラップするように、プレート２３の軸方向の最小厚みＬ４が設けられている。
即ち、プレート２３の軸方向の最小厚みＬ４は、コイル１３の通電停止時における筒状部１７ａとプランジャ１４の軸方向距離Ｌ５より大きく設けられている（Ｌ４＞Ｌ５）。なお、コイル１３の通電停止時に筒状部１７ａとプランジャ１４が軸方向にオーバーラップする場合、プレート２３の軸方向の最小厚みＬ４は、強度を確保する厚み以上に設けられるものである。

（実施例１の効果）
電磁油圧制御弁におけるリニアソレノイド２は、上述したように、プランジャ１４の軸方向の一方側だけの支持手段によってプランジャ１４を軸方向に移動自在に支持する片持支持構造を採用するものであるが、支持手段がシャフト挿通穴１７ｄ内の第１支持部２１と、筒状部１７ａ内の第２支持部２２とで設けられる。
第１支持部２１がシャフト挿通穴１７ｄの内部に設けられ、第２支持部２２がシャフト挿通穴１７ｄの外部に設けられるため、第１支持部２１と第２支持部２２との軸方向距離を、シャフト挿通穴１７ｄの全軸方向長より長く設けることができる。具体的に、この実施例の第１支持部２１は、シャフト挿通穴１７ｄの左端に設けられるため、第１支持部２１と第２支持部２２の軸方向距離をシャフト挿通穴１７ｄの全軸方向長より長く設けることができる。
このため、シャフト１１とシャフト挿通穴１７ｄとの摺動部だけでシャフト１１を摺動支持する場合に比較して支持長（支持スパン）を長くすることができるため、シャフト１１およびプランジャ１４の傾き範囲を小さく抑えることができる。
これにより、プランジャ１４と磁気受渡コア１９との隙間（非接触クリアランス）を従来技術における片持支持構造に比較して小さく設定することができ、プランジャ１４を通る磁束が増えてプランジャ１４の磁気吸引力を高めることができる。

また、第２支持部２２を成すプレート２３は、従来より用いられている接触防止プレートを兼ねるものであるため、部品点数の増加を招かない。即ち、部品点数の増加を招くことなくプランジャ１４の磁気吸引力を高めることができる。

〔変形例〕
上記の実施例では、磁気受渡コア１９がヨーク１８と一体に設けられる例を示したが、磁気受渡コア１９をヨーク１８とは別体に設けても良い。
上記の実施例では、磁気吸引コア１７と磁気受渡コア１９が別体に設けられる例を示したが、磁気吸引コア１７と磁気受渡コア１９とを磁気遮断部（溝）を介在させて一体に設けても良い。

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）。 電磁油圧制御弁におけるリニアソレノイドの断面図である（従来例１）。 電磁油圧制御弁におけるリニアソレノイドの断面図である（従来例２）。

符号の説明

２ リニアソレノイド
１１ シャフト
１３ コイル
１４ プランジャ
１７ 磁気吸引コア
１７ａ 筒状部
１７ｂ 対向吸引部
１７ｄ シャフト挿通穴
１９ 磁気受渡コア
２１ 第１支持部
２２ 第２支持部
２３ プレート

Claims (3)

1. 通電により磁力を発生するコイルと、
   軸方向へ移動自在に支持された磁性体製のプランジャと、
   このプランジャが内側に侵入して当該プランジャと軸方向に交差する筒状部を備え、前記コイルの発生する磁気により前記プランジャを軸方向へ吸引する磁性体製の磁気吸引コアと、
   前記プランジャの外周面を覆って配置されて前記コイルの発生した磁気の径方向の受渡しを行なう磁性体製の磁気受渡コアと、
   前記磁気吸引コアの内側に配置されて前記プランジャの駆動力を外部に伝える非磁性体製のシャフトと、
   前記プランジャと前記磁気受渡コアとが非接触の状態で前記プランジャを軸方向へ移動自在に支持する支持手段と、
   を備えるリニアソレノイドにおいて、
   前記支持手段は、前記プランジャの軸方向の一方側だけに設けられるものであり、
   前記磁気吸引コアにおいて前記シャフトが挿通されるシャフト挿通穴と前記シャフトの間において前記シャフトを移動自在に支持する第１支持部と、
   前記筒状部の内周面と、前記シャフトまたは前記プランジャの少なくとも一方に固定されて外周端が前記筒状部の内周面に摺動する非磁性体製のプレートとからなる第２支持部とで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、
   前記第１支持部は、前記シャフト挿通穴の前記プランジャとは異なった側の端に設けられ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、
   前記プレートは、前記磁気吸引コアにおいて前記プランジャと軸方向に対向する対向吸引部と、前記プランジャとが直接接触して磁束の受渡しを行なうのを防止する接触防止プレートを兼ねることを特徴とするリニアソレノイド。

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