JP2014143334A - ソレノイド装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可動部材であるプランジャを保持する時にだけ通電することができる省電力化に優れたソレノイド装置を提供する。
【解決手段】通電により磁束を発生させるコイル２０、コイル２０が巻回されるボビン３０と、コイル２０により発生した磁束の磁路となるヨーク４０と、ボビン３０に対して相対移動が可能とされ、コイル２０により発生した磁束によってヨーク４０を経由して閉じた磁路を形成して保持されるプランジャ５０と、プランジャ５０の相対移動によりコイル２０への通電又は非通電状態が変化するスイッチ部６０と、を有し、スイッチ部６０を含んで、ソレノイド１０を一体的に構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ソレノイド装置に関し、特に、スイッチ内蔵のソレノイド装置に関する。

ソレノイド装置として、例えば、内燃機関の吸気弁又は排気弁の開弁特性を変更する開弁特性変更部を作動させるためのアクチュエータとして用いられる電磁ソレノイド装置がある（特許文献１）。

このソレノイド装置は、固定部材と、軸方向に変位可能な可動部材が配置され、ソレノイドコイルは、通電による励磁により、可動部材を、可動部材と固定部材とを引き付ける第１方向に変位させる電磁力を生じさせるように設置されている。

このソレノイド装置によれば、ソレノイド装置が通電状態で保持される際の可動部材にかかる負荷を軽減することができるとされている。

特開２０１０−１５１００２号公報

上記示したような従来のソレノイド装置は、可動部材を固定部材側に引き付けて通電状態で保持する場合に、可動部材を、可動部材と固定部材とを引き付ける第１方向に変位させる電磁力を生じさせるように設置されているために、保持状態以外でもソレノイドコイルに通電しておく必要がある。このため、無駄な通電時間が発生し、省電力化に課題があった。

本発明の目的は、可動部材であるプランジャを保持する時にだけ通電することができる省電力化に優れたソレノイド装置を提供することにある。

［１］本発明は、上記目的を達成するため、通電により磁束を発生させるコイルと、前記コイルにより発生した磁束の磁路となるヨークと、移動が可能とされ、前記コイルにより発生した磁束によって前記ヨークを経由して閉じた磁路を形成して保持されるプランジャと、前記プランジャの移動により前記コイルへの通電又は非通電状態が変化するスイッチ部と、を有し、前記スイッチ部を含んで一体的に構成されていることを特徴とするソレノイド装置を提供する。

［２］前記プランジャは、その一部に、導電性のターミナルリングが装着され、前記移動により前記スイッチ部のターミナルとの電気的接続状態を変化させて通電又は非通電状態を切り替えることにより前記コイルへの通電状態を制御することを特徴とする上記［１］に記載のソレノイド装置であってもよい。

［３］また、前記プランジャは、非磁性部材で形成され、前記磁路を形成する領域に磁性材が装着されて構成されていることを特徴とする上記［１］または［２］に記載のソレノイド装置であってもよい。

本発明によると、可動部材であるプランジャを保持する時にだけ通電することができる省電力化に優れたソレノイド装置を提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係るソレノイド装置の分解斜視図である。 図２は、本発明の実施の形態に係るソレノイド装置において、外部スイッチ７０がオフ状態の場合のプランジャの一状態を示す、図１で示すＡ−Ａ断面図である。 図３は、本発明の実施の形態に係るソレノイド装置のプランジャにおける図１で示すＢ−Ｂ断面図である。 図４は、本発明の実施の形態に係るソレノイド装置において、外部スイッチ７０がオン状態の場合のプランジャの一状態を示す、図１で示すＡ−Ａ断面図である。 図５は、プランジャの別構成を示す変形例である。

（本発明の実施の形態）
（ソレノイド装置の構成）
図１は、本発明の実施の形態に係るソレノイド装置の分解斜視図である。図２は、本発明の実施の形態に係るソレノイド装置のプランジャ移動前の一状態を示す、図１で示すＡ−Ａ断面図である。なお、図２においては、ボビン３０の図示を省略している。また、図３は、本発明の実施の形態に係るソレノイド装置のプランジャにおける図１で示すＢ−Ｂ断面図である。

本発明の実施の形態に係るソレノイド装置としてのソレノイド１０は、コイル２０、ボビン３０、ヨーク４０、プランジャ５０、スイッチ部６０から概略構成される。

本発明の実施の形態に係るソレノイド装置は、特に、スイッチを備えたソレノイド装置に関するものである。移動したプランジャの位置に応じて上記のスイッチがオンオフし、プランジャの位置を保持する場合のみ自動的にコイルに通電されて保持状態が維持される構成とされている。これにより、保持対象となる部材、機構、あるいは装置等に連結されたプランジャを保持する時にだけ通電することができる省電力化に優れたソレノイド装置を提供することができる。

ソレノイド１０は、通電により磁束を発生させるコイル２０、コイル２０が巻回されるボビン３０と、コイル２０により発生した磁束の磁路となるヨーク４０と、ボビン３０に対して相対移動が可能とされ、コイル２０により発生した磁束によってヨーク４０を経由して閉じた磁路を形成して保持されるプランジャ５０と、プランジャ５０の相対移動によりコイル２０への通電又は非通電状態が変化するスイッチ部６０と、を有し、スイッチ部６０を含んで一体的に構成されている。

ここで、スイッチ部６０を含んで一体的に構成されている、とは、コイル２０、ボビン３０、ヨーク４０、プランジャ５０、スイッチ部６０がユニットとして一体的に構成されてソレノイド１０の一部として内蔵される場合の他、コイル２０、ボビン３０、ヨーク４０、プランジャ５０がベースに実装され、スイッチ部６０がプランジャ５０の移動に連動してオン、オフするベース上の位置に実装されて全体として一体的に構成された場合をいう。

コイル２０は、後述するボビン３０の筒部３１に導体２２が巻回されてコイル状に構成され、その中心をプランジャ５０が貫通するように構成されている。導体２２は絶縁性の被覆が施され、筒部３１に複数回だけ巻回されてコイル状とされている。この導体２２への通電により磁界が発生し、その中心を貫通する磁束を発生させる。

ボビン３０は、図１に示すように、コイル２０が巻回される筒部３１と、筒部３１の両端に形成された鍔部３２、３３から構成されている。ボビン３０は、巻回されたコイル２０を支持すると共に、ヨーク４０、スイッチ部６０を支持して固定する。ボビン３０は、筒部３１、鍔部３２、３３にプランジャ５０が貫通する穴部３０ａが形成されている。また、鍔部３２、３３には、ヨーク４０の両端部が挿入されて固定されるための穴部３２ａ、３３ａが形成されている。ボビン３０は、アルミ、樹脂等の非磁性材料で形成されている。なお、ボビン３０は、コイルをボビンレスとし、また、ヨーク４０を共通のベース等に装着することにより、省略することも可能である。

ヨーク４０は、図１に示すように、基部４１、端部４２、４３からなるＵ字形状に形成されている。このヨーク４０は、コイル２０で発生する磁界により内部に磁束が形成されるように、電磁軟鉄等の軟磁性体により形成されている。端部４２、４３は、ボビン３０の鍔部３２、３３に形成された穴部３２ａ、３３ａに挿入されて固定され、この端部４２、４３に形成された穴部４２ａ、４３ａをプランジャ５０が貫通するよう構成されている。なお、穴部４２ａ、４３ａとプランジャ５０の外形とは、隙間（クリアランス）を小さく設定することにより、磁路の効率を高めるようにするのが好ましい。他の部分の寸法は余裕を設けるのが好ましい。

プランジャ５０は、ボビン３０の筒部３１に形成された穴部３０ａ、及び、ヨーク４０の端部４２、４３に形成された穴部４２ａ、４３ａを貫通して移動できる長尺状の円筒部材である。このプランジャ５０は、図２、図３等に示すように、樹脂等の絶縁性材料で形成された本体部５１と、円筒面上に電磁軟鉄等の軟磁性体５２が巻き付けられている。例えば、電磁軟鉄板をプレスで打ち抜いた後に円筒面上に巻き付けることも可能である。この軟磁性体５２は、通電されたコイル２０により発生する磁束の磁路となる。

また、プランジャ５０のスイッチ部６０側の端部５０ａには、ターミナルリング５４が軟磁性体５２と同様に、本体部５１の円筒面上に巻き付けられている。このターミナルリング５４は、プランジャ５０の移動に伴ってスイッチ部６０のターミナルと電気的に接触する。ターミナルリング５４は、例えば、銅板をプレスで打ち抜いた後に円筒面上に巻き付けられる。プランジャ５０のもう一方の端部５０ｂには、連結ピン５３が取り付けられている。この連結ピン５３は、ソレノイド１０が保持対象とする部材、機構、装置と連結するためのものである。

スイッチ部６０は、プランジャ５０のターミナルリング５４と電気的に接触可能なターミナル６１、６２と、このターミナル６１、６２を支持して固定するスイッチベース６３等から構成されている。ターミナル６１、６２は、所定圧でプランジャ５０の円筒部に接触するようにバネ性を有した金属性の接続子で形成され、樹脂等の絶縁性材料で形成されたスイッチベース６３に固定されている。

外部スイッチ７０は、ソレノイド１０を動作可能状態（待機状態）とするために外部に設けられたスイッチである。図１に示すように、オンオフ切り替えが可能なもので、ソレノイド１０を動作可能状態（待機状態）とさせる場合にはオンとし、動作させない場合にはオフとしておく。外部スイッチ７０がオン状態のときは、ソレノイド１０が動作可能な状態とされるが、実際にソレノイド１０が動作するのは、上記のスイッチ部６０がオン状態となった場合である。

図１、図２に示すように、電源＋Ｖから、外部スイッチ７０から導線６６によりスイッチ部６０の一方のターミナル６２に接続され、もう一方のターミナル６１は、導線６５によりコイル２０の巻線の導体２２の一端に接続されている。コイル２０の巻線の導体２２の他端は、導体６７に接続されてグランド、あるいはコモン端子に接続されている。なお、上記の電気的接続は、外部スイッチ７０側をプラス電源として図示したが、外部スイッチ７０側をマイナス側とすることも可能である。本発明の実施の形態では、電源の極性によらずに動作可能である。

（ソレノイド１０の動作）
図２は、本発明の実施の形態に係るソレノイド装置において、外部スイッチ７０がオフ状態の場合のプランジャの一状態を示す、図１で示すＡ−Ａ断面図である。また、図４は、本発明の実施の形態に係るソレノイド装置において、外部スイッチ７０がオン状態の場合のプランジャの一状態を示す、図１で示すＡ−Ａ断面図である。

（外部スイッチ７０がオフ状態の場合のソレノイド１０の動作）
図２は、外部スイッチ７０がオフ状態で、プランジャ移動前の状態を示している。プランジャ５０の端部５０ｂに取り付けられている連結ピン５３には、ソレノイド１０が保持対象とする部材、機構、又は装置が連結されている。この部材、機構、又は装置の移動に伴ってプランジャ５０も、図２で示すＣ方向又はＤ方向へ動き得る。

しかし、外部スイッチ７０がオフ状態であるから、プランジャ５０が図２で示すＣ方向又はＤ方向へ動いても、電源＋Ｖから電流が供給されることはなく、ソレノイド１０は、ソレノイド１０が保持対象とする部材、機構、又は装置を保持しない。

（外部スイッチ７０がオン状態の場合のソレノイド１０の動作）
図２の状態から、外部スイッチ７０がオン状態になると、ソレノイド１０は動作可能状態（待機状態）となる。図２において、プランジャ５０のターミナルリング５４は、スイッチ部６０のターミナル６１、６２と接触していない。このため、スイッチ部６０はオフ状態であり、電源＋Ｖからコイル２０へ電流が流れることはない。しかし、プランジャ５０のターミナルリング５４が移動してスイッチ部６０がオン状態となれば電源＋Ｖからコイル２０へ電流が流れるので、この場合は、動作可能状態（待機状態）である。

図４は、外部スイッチ７０がオン状態であって、プランジャ移動後の状態を示している。

ソレノイド１０が保持対象とする部材、機構、又は装置が移動して、これに連動してプランジャ５０が図４に示すＣ方向に移動すると、ターミナルリング５４がスイッチ部６０のターミナル６１、６２と接触する。このとき、スイッチ部６０がオン状態となるので、電源＋Ｖから外部スイッチ７０、スイッチ部６０を通ってコイル２０へ電流が流れる。

コイル２０への通電によりコイルを貫通する磁束を発生させる。ここで、プランジャ５０はコイルを貫通しているので、軟磁性体５２に磁束が通る。この軟磁性体５２を通る磁束は、軟磁性体５２の端部５２ａ、５２ｂで接触するヨーク４０の端部４２、４３を介して基部４１を通る。すなわち、ヨーク４０及び軟磁性体５２により閉じた磁路が形成される。

ここで、図４で示されるように、軟磁性体５２の端部５２ａ、５２ｂとヨーク４０の端部４２、４３の外側位置は、略一致するよう設定されている。このため、上記示したような閉じた磁路が形成されると、この軟磁性体５２の端部５２ａ、５２ｂとヨーク４０の端部４２、４３の外側位置は、略一致する保持位置が維持される。プランジャ５０が安定する位置で停止するからである。

以上の動作から、外部スイッチ７０がオン状態であって、図４で示す位置にプランジャ５０が移動すると、プランジャ５０は、保持位置で停止する。これにより、プランジャ５０に連結された部材、機構、又は装置はその位置で移動が停止して保持される。

（変形例１）
図５は、プランジャ５０の別構成を示す変形例である。電磁軟鉄等の軟磁性体により本体部５５が形成され、その長尺状の両端部が一段小径化されている。その小径化された部分に樹脂等の絶縁性材料で形成されたスリーブ５６、５７が圧入され、全体として同一外形の円筒形状に形成されている。

また、プランジャ５０の移動により、本体部５５の端部５５ａがスイッチ部６０のターミナル６１、６２と接触するように設定することにより、本体部５５をターミナルリング５４として兼用することも可能である。

（本発明の実施の形態の効果）
本発明の実施の形態によれば、次のような効果を有する。
（１）本発明の実施の形態は、プランジャ５０の相対移動によりコイル２０への通電又は非通電状態が変化するスイッチ部６０を有しており、ソレノイド１０は、このスイッチ部６０を含んで一体的に構成されているので、必要なときだけコイルに通電され、省電力化することができる。
（２）ソレノイド１０のみでコイルへの通電制御が可能なので、通電制御のためのコントローラが省略でき、部品点数の削減、コスト低減等が可能となる。
（３）プランジャ５０は、保持対象とする部材、機構、又は装置の移動に伴って保持位置まで移動した場合に、その位置で保持される。したがって、スラスト方向にストッパ等を必要としないので、位置決めにより発生する音を防止できる。
（４）プランジャ５０は、保持対象とする部材、機構、又は装置の移動に伴って保持位置まで移動した場合に、その位置で保持される。したがって、保持対象とする部材、機構、又は装置を引き込む動作が不要なスイッチ内蔵の保持型ソレノイドが可能となる。
（５）図４で示すＣ方向及びＤ方向の両方向への移動に対してプランジャの位置を保持することができるので、従来のプランジャにはない双方向保持タイプの優れた特性を有する保持型ソレノイドが可能となる。

本発明は上記の実施の形態、変形例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能である。

１０…ソレノイド
２０…コイル
２２…導体
３０…ボビン
３１…筒部
３２、３３…鍔部
４０…ヨーク
４１…基部
４２、４３…端部
５０…プランジャ
５１…本体部
５２…軟磁性体
５３…連結ピン
５４…ターミナルリング
５５…本体部
５６、５７…スリーブ
６０…スイッチ部
６１、６２…ターミナル
６３…スイッチベース
６５、６６、６７…導線
７０…外部スイッチ

Claims (3)

1. 通電により磁束を発生させるコイルと、
   前記コイルにより発生した磁束の磁路となるヨークと、
   移動が可能とされ、前記コイルにより発生した磁束によって前記ヨークを経由して閉じた磁路を形成して保持されるプランジャと、
   前記プランジャの移動により前記コイルへの通電又は非通電状態が変化するスイッチ部と、を有し、
   前記スイッチ部を含んで一体的に構成されていることを特徴とするソレノイド装置。
2. 前記プランジャは、その一部に、導電性のターミナルリングが装着され、前記移動により前記スイッチ部のターミナルとの電気的接続状態を変化させて通電又は非通電状態を切り替えることにより前記コイルへの通電状態を制御することを特徴とする請求項１に記載のソレノイド装置。
3. 前記プランジャは、非磁性部材で形成され、前記磁路を形成する領域に磁性材が装着されて構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のソレノイド装置。