JP2014027202A - リニアソレノイド - Google Patents

Abstract

【課題】 磁気吸引力を増大させ、磁気吸引力の変化およびばらつきを抑制可能な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１は、第１固定子コア２５と第２固定子コア３０との軸方向の相対移動を禁止するカラー４５を備える。第１固定子コア２５は、シャフト３５を支持している軸受部２６と、第２固定子コア３０との間でカラー４５を軸方向に挟み込みつつヨーク１５に固定された固定部２７とから一部材で構成される。そのため、第１固定子コア２５とヨーク１５とを固定するとき軸方向荷重による第１固定子コア２５の撓みが抑制され、ヨーク１５と第１固定子コア２５との間のエアギャップの増大およびばらつきを抑制可能であり、磁気吸引力を増大させることができ、ばらつきを抑制することもできる。また、エアギャップに鉄粉などの異物が挟まることを回避することができ、磁気吸引力の変化を抑制することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、リニアソレノイドに関する。

固定子のコイルに通電するとき発生する磁界により可動子コアを直線移動させるリニアソレノイドが知られている。特許文献１に開示されたリニアソレノイドでは、コイルの径内方向で軸方向に並ぶ第１固定子コアとカラーと第２固定子コアとを一対のヨークで挟み込んでいる。上記一対のヨークは、組み付けに際し、先ず各コアに軸方向で当接させられ、次に相互間の隙間が無くなるように撓ませられ、最後に巻きかしめで固定される。

特開２０１１‐２２２７９９号公報

特許文献１に開示されたリニアソレノイドでは、一対のヨークが撓むことに起因してヨークと各コアとの間に生じるエアギャップの影響により磁気吸引力が小さくなり、また撓みによるエアギャップのばらつきにより磁気吸引力もばらつく、という問題があった。また、上記エアギャップに鉄粉などの異物が挟まると磁気吸引力が変化するおそれがあった。
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、磁気吸引力を増大させるとともに磁気吸引力のばらつきを抑えることができ、また磁気吸引力の変化を抑制することできるリニアソレノイドを提供することである。

本発明によるリニアソレノイドは、相互間にエアギャップを隔てるように配置されている第１固定子コアおよび第２固定子コアと、第１固定子コアと第２固定子コアとを互いに磁気的につないでいるヨークと、第１固定子コアおよび第２固定子コアにより軸方向に移動可能に支持されたシャフトおよび可動子コアとを備えている。
特に、本発明は、第１固定子コアと第２固定子コアとが互いに接近する方向に相対移動することを禁止している非磁性部材を備えていること、および、一部材で構成されている第１固定子コアにおいて固定部が第２固定子コアとの間で非磁性部材を軸方向に挟み込みつつヨークに固定されていること、を特徴とする。

したがって、軸受部および固定部から一部材で構成された第１固定子コアを非磁性部材で軸方向に支えることにより、第１固定子コアとヨークとを固定するとき軸方向荷重による第１固定子コアの撓みを抑えることができる。そのため、ヨークと第１固定子コアとの間のエアギャップの増大およびばらつきを抑制可能であり、磁気吸引力を増大させることができ、また磁気吸引力のばらつきを抑制することができる。
また、ヨークと第１固定子コアとのエアギャップ形成が抑制されることにより、エアギャップに鉄粉などの異物が挟まることを回避することができ、磁気吸引力の変化を抑制することができる。

また、第１固定子コアの撓みが抑えられることによりヨークと第１固定子コアとのクリアランスのばらつきが低減する。そのため、ヨークと第１固定子コアとの固定に必要な例えばかしめ代または圧入代などの寸法のばらつきが低減するので、ヨークと第１固定子コアとの固定精度を高めることができる。
また、第１固定コアの撓みが抑えられるということは、第１固定コアの軸受部の変形も抑えられるので、シャフトの摺動が円滑となる。

また、非磁性部材により第１固定子コアと第２固定子コアとが互いに接近する方向に相対移動することが禁止され、エアギャップの軸方向寸法のばらつきが低減するので、磁気吸引力のばらつきを抑制可能である。
また、第１固定子コアが複数の部材から構成される場合と比較し、第１固定子コアでの磁気損失が低減するので磁気吸引力を増大させることができると共に、第１固定子コアの組み付けが容易となる。

本発明の一実施形態によるリニアソレノイドが適用されたバルブタイミング調整装置の概略構成を説明する図である。 図１のリニアソレノイドを示す断面図であって、シャフトが原位置に位置している状態を示す。 図１のリニアソレノイドを示す断面図であって、シャフトがフルストローク位置に位置している状態を示す。 図２の第１固定子コア、カラー、第２固定子コア、シャフトおよび可動子コアが一体に組み付けられたサブアセンブリを示す断面図である。 図２のヨーク、コイル部およびハウジングを示す断面図である。 図５のコイル部内およびヨーク内に図４のサブアセンブリが挿入された状態を示す断面図である。 図６の矢印ＶＩＩ部の拡大図である。 図２の矢印ＶＩＩＩ部の拡大図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づき説明する。
（一実施形態）
本発明の一実施形態によるリニアソレノイドが適用されたバルブタイミング調整装置を図１に示す。バルブタイミング調整装置１００は、図示しない内燃機関のクランクシャフトと一体に回転するケース１０１内の油圧室１０２に作動油を供給することで、カムシャフト１０３と一体に回転するベーンロータ１０４を相対回動させ、図示しない吸排気バルブの開閉タイミングを調整する。油圧室１０２には、オイルパン１０５からオイルポンプ１０６により汲み上げられた作動油が油圧切換弁１０７を通じて供給される。油圧切換弁１０７のスプール１０８は、スリーブ１０９内で軸方向に往復移動可能に設けられ、スプリング１１０により軸方向の一方側に付勢されている。リニアソレノイド１は、スプール１０８をスプリング１１０の付勢力に抗して軸方向の他方側に駆動する駆動部として用いられている。

先ず、リニアソレノイド１の概略構成を図２および図３に基づき説明する。
リニアソレノイド１は、コイル部１０、ヨーク１５、ハウジング２０、第１固定子コア２５、第２固定子コア３０、シャフト３５および可動子コア４０などを備えている。

コイル部１０は、筒状のボビン１１と、ボビン１１に巻回された電線からなる環状のコイル１２とから構成されている。
ヨーク１５は、磁性材料からなり、コイル部１０の径外方向に位置する筒部１６と、筒部１６の一端部に一体に形成されている底部１７とを有している。

ハウジング２０は、コイル部１０およびヨーク１５をモールドしている樹脂部材である。ハウジング２０は、コイル１２に電気的に接続するターミナル２１を内包しているコネクタ部２２と、例えば図示しないエンジンカバーなどに取り付けるときに用いられる取付部２３とを形成している。

第１固定子コア２５は、磁性材料からなり、コイル１２の軸心方向の一方すなわち筒部１６の他端部側に位置している。第１固定子コア２５は、ヨーク１５の底部１７側に突き出す第１環状突起２８を形成しており、径外端部がヨーク１５の筒部１６に固定されている。

第２固定子コア３０は、磁性材料からなり、コイル１２の軸心方向の他方すなわち筒部１６の一端部側に位置している。第２固定子コア３０は、軸方向でヨーク１５の底部１７に当接し、また第１固定子コア２５の第１環状突起２８との間にエアギャップ４２を隔てるように当該第１環状突起２８側に突き出す第２環状突起３３を形成している。第１固定子コア２５および第２固定子コア３０は、ヨーク１５により磁気的につながれている。

シャフト３５は、エアギャップ４２の径内方向で第１固定子コア２５と第２固定子コア３０とにより支持され、第２固定子コア３０側の原位置と第１固定子コア２５側のフルストローク位置との間で軸方向に往復移動可能である。図２は、シャフト３５が原位置に位置している状態を示し、図３は、シャフト３５がフルストローク位置に位置している状態を示す。

可動子コア４０は、磁性材料からなり、第１固定子コア２５と第２固定子コア３０との間に位置し、シャフト３５に固定されている。シャフト３５が原位置に位置しているとき、可動子コア４０は、エアギャップ４２に対し第２固定子コア３０側に位置する。シャフト３５がフルストローク位置に位置しているとき、可動子コア４０は、軸方向で第１環状突起２８と第２環状突起３３とを跨ぐようにエアギャップ４２の径内方向に位置し、第１環状突起２８と第２環状突起３３とを磁気的にバイパスする。

次に、リニアソレノイド１の特徴構成を図２〜図８に基づき説明する。
第１固定子コア２５は、シャフト３５を支持している軸受部２６と、軸受部２６から径外方向に延びている環状かつ板状の固定部２７とを有し、一部材で構成されている。固定部２７は、第２固定子コア３０側に突き出す第１環状突起２８を形成している。

第２固定子コア３０は、シャフト３５を支持している軸受部３１と、軸受部３１の径外方向に位置している筒状の磁気伝達部３２と、磁気伝達部３２のうち底部１７側の端部と軸受部３１とを連結している連結部３４とを有し、一部材で構成されている。磁気伝達部３２は、第１環状突起２８との間にエアギャップ４２を隔てるように当該第１環状突起２８側に突き出す第２環状突起３３を形成している。

リニアソレノイド１は、第１固定子コア２５と第２固定子コア３０との間に位置する筒状のカラー４５を備えている。カラー４５は、非磁性材料からなり、特許請求の範囲に記載の「非磁性部材」に相当する。カラー４５は、一端部が第１環状突起２８に圧入され、他端部が第２環状突起３３に圧入され、第１固定子コア２５と第２固定子コア３０との軸方向および径方向の相対移動を禁止している。

第１固定子コア２５の固定部２７は、ヨーク１５の筒部１６の他端部内に嵌合し、ヨーク１５の底部１７との間でカラー４５および第２固定子コア３０を軸方向に挟み込みつつヨーク１５にかしめにより固定されている。第１固定子コア２５の固定部２７は、ヨーク１５の筒部１６との間で径方向に磁気伝達可能である。
第２固定子コア３０の磁気伝達部３２は、ヨーク１５の底部１７に軸方向で当接し、当該底部１７との間で軸方向に磁気伝達可能である。

リニアソレノイド１の組み付けに際し、カラー４５は、第１環状突起２８および第２環状突起３３に圧入されることにより、図４に示すように第１固定子コア２５と第２固定子コア３０とシャフト３５と可動子コア４０とを一体に組み付け、サブアセンブリ４８とする。
このサブアセンブリ４８は、先ず、図５に示すように樹脂モールドされたヨーク１５およびコイル部１０に対し、図６に示すように第２固定子コア３０が軸方向でヨーク１５に当接するまでコイル部１０内およびヨーク１５内に挿入される。この段階において、ボビン１１とカラー４５および第２固定子コア３０との隙間の最小径方向寸法は、ヨーク１５の筒部１６と第１固定子コア２５との隙間の最大径方向寸法よりも大きく設定されている。次に、図７に示すパンチ１１１が用いられ、第２固定子コア３０が軸方向でヨーク１５に当接した状態のままヨーク１５の筒部１６の他端部が図８に示すようにかしめられ、第１固定子コア２５の固定部２７の径外部がヨーク１５の筒部１６に固定される。

次に、リニアソレノイド１の作動を図１〜図３に基づき説明する。
バルブタイミング調整装置１００の油圧室１０２に作動油を供給しないとき、コイル１２は非通電とされる。このとき、シャフト３５は、油圧切換弁１０７のスプリング１１０によりスプール１０８を介して付勢されてヨーク１５の底部１７に当接し、原位置に位置する。

バルブタイミング調整装置１００の油圧室１０２に作動油を供給するとき、コイル１２は通電される。通電によりコイル１２まわりで発生する磁束は、第１固定子コア２５、ヨーク１５、第２固定子コア３０および可動子コア４０から構成される磁気回路を通る。第１固定子コア２５とヨーク１５との間の磁束伝達は径方向で行われ、ヨーク１５と第２固定子コア３０との間の磁束伝達は軸方向で行われる。このとき、可動子コア４０は、磁束の量に応じて発生する磁気吸引力によりスプリング１１０の付勢力に抗してシャフト３５を原位置からフルストローク位置側に移動させる。

以上説明したように、本実施形態によるリニアソレノイド１は、第１固定子コア２５と第２固定子コア３０との軸方向の相対移動を禁止している非磁性部材のカラー４５を備えている。また、第１固定子コア２５は、シャフト３５を支持している軸受部２６と、軸受部２６から径外方向に延び、第２固定子コア３０との間でカラー４５を軸方向に挟み込みつつヨーク１５に固定されている固定部２７とから一部材で構成されている。

したがって、軸受部２６および固定部２７から一部材で構成された第１固定子コア２５をカラー４５で軸方向に支えることにより、第１固定子コア２５とヨーク１５とを固定するとき軸方向荷重による第１固定子コア２５の撓みを抑えることができる。そのため、ヨーク１５と第１固定子コア２５との間のエアギャップの増大およびばらつきを抑制可能であり、磁気吸引力を増大させることができ、また磁気吸引力のばらつきを抑制することができる。
また、ヨーク１５と第１固定子コア２５とのエアギャップ形成が抑制されることにより、エアギャップに鉄粉などの異物が挟まることを回避することができ、磁気吸引力の変化を抑制することができる。

また、第１固定子コア２５の撓みを抑えることによりヨーク１５と第１固定子コア２５とのクリアランスのばらつきが低減し、ヨーク１５と第１固定子コア２５との固定に必要なかしめ代のばらつきも低減するので、かしめの品質が向上する。
また、第１固定子コア２５の撓みが抑えられるということは、軸受部２６の変形も抑えられるので、シャフト３５の摺動が円滑となる。

また、カラー４５により第１固定子コア２５と第２固定子コア３０との軸方向の相対移動が禁止され、エアギャップ４２の軸方向寸法のばらつきが低減するので、磁気吸引力のばらつきを抑制可能である。
また、第１固定子コア２５が複数の部材から構成される場合、すなわち例えば軸受部２６と固定部２７とが別部材で構成される場合と比較し、第１固定子コア２５での磁気損失が低減するので磁気吸引力を増大させることができると共に、第１固定子コア２５を容易に組み付けることができる。
また、第１固定子コア２５と第２固定子コア３０とは、一つのヨーク１５だけで磁気的につながれている。そのため、第１固定子コア２５と第２固定子コア３０との間の磁気損失を低減することができ、磁気吸引力を増大させることができる。

また、本実施形態では、第１固定子コア２５の固定部２７は、ヨーク１５の筒部１６の他端部内に嵌合し、当該筒部１６との間で径方向に磁気伝達可能である。また、第２固定子コア３０は、ヨーク１５の底部１７に軸方向で当接し、当該底部１７との間で軸方向に磁気伝達可能である。
したがって、第１固定子コア２５、第２固定子コア３０、カラー４５およびヨーク１５の個体間の寸法ばらつきの影響で第１固定子コア２５とヨーク１５の筒部１６との軸方向位置がばらついても、第１固定子コア２５とヨーク１５の筒部１６との径方向エアギャップは一定であるので、個体間の磁気吸引力のばらつきを低減可能である。
これに対し、第１固定子コアとヨークとの磁気伝達が軸方向で行われる場合、第１固定子コアとヨークとの軸方向位置がばらつくと両者間の軸方向エアギャップがばらつき、個体間の磁気吸引力のばらつきが増大する。また、上記軸方向エアギャップを無くすために第１固定子コアとヨークとを撓ませるには、第１固定子コアおよびヨークを薄肉にする必要があり、これによると磁気飽和することに起因した磁気損失の問題が生じる。

また、本実施形態では、カラー４５は、一端部が第１環状突起２８に圧入され、他端部が第２環状突起３３に圧入され、第１固定子コア２５と第２固定子コア３０との軸方向および径方向の相対移動を禁止している。
したがって、サブアセンブリ４８の剛性を高め、組み付け時の第１固定子コア２５の撓みを一層抑制することができる。
また、磁気回路を構成する第１固定子コア２５と第２固定子コア３０との偏芯が抑えられるので、可動子コア４０に作用する径方向の力すなわちサイドフォースを低減することができる。そのため、磁気吸引力を安定させることができ、またシャフト３５と摺動する軸受部２６および軸受部３１の摩耗を低減することができ、また軸受部２６と軸受部３１との同軸度を向上させシャフトを円滑に摺動させることができる。

また、本実施形態では、リニアソレノイド１の組み付けに際し、カラー４５は、第１環状突起２８および第２環状突起３３に圧入されることにより、第１固定子コア２５と第２固定子コア３０とシャフト３５と可動子コア４０とを一体に組み付ける。
したがって、リニアソレノイド１の組み付けが容易となる。

（他の実施形態）
本発明の他の実施形態では、第１固定子コアとヨークとの固定は、かしめに限らず、例えば圧入などにより為されてもよい。
本発明の他の実施形態では、第１固定子コアおよび第２固定子コアの一方または両方は、環状突起を形成しなくてもよい。要するに、第１固定子コアおよび第２固定子コアは、両者の間にエアギャップが形成されるように設けられればよい。
本発明の他の実施形態では、第１固定子コア、第２固定子コアおよびヨークは、横断面形状が円形でなくてもよいし、周方向の一部に切り欠き等が形成されていてもよい。

本発明の他の実施形態では、カラーは筒状でなくてもよい。カラーは、第１固定子コアと第２固定子コアとが互いに接近する方向に相対移動することを抑制するものであれば、例えば棒状または板状であってもよい。
本発明の他の実施形態では、カラーは、第１固定子コアおよび第２固定子コアに圧入ではなく嵌合されてもよい。これにより、カラーは、第１固定子コア、第２固定子コア、シャフトおよび可動子コアを一体に組み付けなくてもよい。
本発明の他の実施形態では、リニアソレノイドは、バルブタイミング調整装置の油圧切換弁の駆動部に限らず、往復移動可能な被駆動部材を有する種々の機能品の駆動部として適用可能である。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１・・・リニアソレノイド
１２・・・コイル
１５・・・ヨーク
２５・・・第１固定子コア
２６・・・軸受部
２７・・・固定部
３０・・・第２固定子コア
３５・・・シャフト
４０・・・可動子コア
４２・・・エアギャップ
４５・・・カラー（非磁性部材）

Claims (5)

1. 環状のコイル（１２）と、
   前記コイルの軸心方向の一方に位置している第１固定子コア（２５）と、
   前記コイルの軸心方向の他方で前記第１固定子コアとの間にエアギャップ（４２）を隔てるように配置されている第２固定子コア（３０）と、
   前記コイルの径外方向に位置し、前記第１固定子コアと前記第２固定子コアとを互いに磁気的につないでいるヨーク（１５）と、
   前記エアギャップの径内方向で前記第１固定子コアと前記第２固定子コアとにより支持され、前記第２固定子コア側の原位置と前記第１固定子コア側のフルストローク位置との間で軸方向に往復移動可能なシャフト（３５）と、
   前記第１固定子コアと前記第２固定子コアとの間で前記シャフトに固定され、前記コイルが通電されると前記第１固定子コアと前記第２固定子コアとを磁気的にバイパスするように前記エアギャップの径内方向に移動して、前記シャフトをフルストローク位置側に移動させる可動子コア（４０）と、
   前記第１固定子コアと前記第２固定子コアとの間に位置し、前記第１固定子コアと前記第２固定子コアとが互いに接近する方向に相対移動することを禁止している非磁性部材（４５）と、
   を備え、
   前記第１固定子コアは、前記シャフトを支持している軸受部（２６）と、前記軸受部から径外方向に延び、前記第２固定子コアとの間で前記非磁性部材を軸方向に挟み込みつつ前記ヨークに固定されている固定部（２７）とを有し、一部材で構成されていることを特徴とするリニアソレノイド（１）。
2. 前記ヨークは、前記コイルの径外方向に位置している筒部（１６）と、前記筒部のうち前記第２固定子コア側の一端部に一体に形成されている底部（１７）と、を有し、
   前記第１固定子コアの前記固定部は、前記ヨークの前記筒部の他端部内に嵌合し、当該筒部との間で径方向に磁気伝達可能であり、
   前記第２固定子コアは、前記ヨークの前記底部に軸方向で当接し、当該底部との間で軸方向に磁気伝達可能であることを特徴とする請求項１に記載のリニアソレノイド。
3. 前記非磁性部材は、筒状であり、前記第１固定子コアおよび前記第２固定子コアの両方に嵌合し、前記第１固定子コアと前記第２固定子コアとの径方向の相対移動を禁止していることを特徴とする請求項１または２に記載のリニアソレノイド。
4. 前記非磁性部材は、前記第１固定子コアおよび前記第２固定子コアの両方に圧入され、前記第１固定子コアと前記第２固定子コアと前記シャフトと前記可動子コアとを一体に組み付けていることを特徴とする請求項３に記載のリニアソレノイド。
5. 前記第１固定子コアの前記固定部は、前記第２固定子コア側に突き出す第１環状突起（２８）を形成し、
   前記第２固定子コアは、前記第１環状突起との間に前記エアギャップを隔てるように当該第１環状突起側に突き出す第２環状突起（３３）を形成し、
   前記非磁性部材は、一端部が前記第１環状突起に嵌合し、他端部が前記第２環状突起に嵌合していることを特徴とする請求項３または４に記載のリニアソレノイド。

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