JP2016100516A - ソレノイド - Google Patents

Abstract

【課題】ヨークを合理的に構成するソレノイドを提供する。
【解決手段】ボビン１２に巻回されたコイル１３と、コイル１３を収納するケース部１１と、コイル１３の内周部に配置される筒状のヨーク１４と、ヨーク１４の内周部に配置され、コイル１３への給電時にヨーク１４に発生する磁気吸引力を受けてヨーク１４の軸芯方向Ｘに沿って始動位置から移動するプランジャ１５と、を備える。ヨーク１４の外周面１８にプランジャ１５の始動位置から軸芯方向Ｘの下手に向かって大径となる拡径部１９が形成される。拡径部１９はプランジャ１５の下手側端部１５ａの移動領域の少なくとも一部に重複しており、ヨーク１４の内周面２０がプランジャ１５の移動を案内するとともに、内周面２０にプランジャ１５の移動を規制する当接部材２１を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、コイルへの給電によりプランジャが移動するソレノイドに関する。

ソレノイドは、例えば制御弁等の各種装置の押圧操作のために用いられる。ソレノイドは、円筒状のケース部の内周側に、外側から順にボビンに巻回されたコイルと、ヨークと、プランジャとを備える。コイルに給電することにより、コイルとヨークとの間に磁気吸引力が発生する。この磁気吸引力を受けて円柱状で中心部に出力軸を備えたプランジャがヨークの軸芯方向に沿ってスライド移動する（例えば特許文献１）。

特許文献１のソレノイドでは、ヨークが、プランジャの外周側の筒状部と、筒状部の先端部から径方向に形成される天板部と、天板部から出力軸の外周側に延設されたガイド部とを備える。ガイド部によってプランジャの移動が案内され、出力軸の外周に形成された凸部が案内部の端部に当接するまでスライド移動が可能である。このように、プランジャ出力軸をヨークによって案内することで、プランジャを移動させる構造であった。

米国特許出願公開第２０１１／０２１０２７７号明細書

特許文献１のソレノイドでは、ヨークは、筒状部と天板部とガイド部とを有するため構造が複雑になり、加工も煩雑となる。また、ヨークのガイド部は、プランジャの移動を案内するとともに、プランジャの端面に当接してプランジャの移動を規制する。このガイド部は、磁気吸引力の発生にほとんど寄与しないため、天板部を介してヨークの筒状部と一体成形することは合理的ではない。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、ヨークを合理的に構成することができるソレノイドを提供することにある。

本発明に係るソレノイドの第一特徴構成は、ボビンに巻回されたコイルと、前記コイルを収納するケース部と、前記コイルの内周部に配置される筒状のヨークと、前記ヨークの内周部に配置され、前記コイルへの給電時に前記ヨークに発生する磁気吸引力を受けて前記ヨークの軸芯方向に沿って始動位置から移動するプランジャと、を備え、前記ヨークの外周面に前記プランジャの始動位置から前記軸芯方向の下手に向かって大径となる拡径部が形成され、当該拡径部は前記プランジャの下手側端部の移動領域の少なくとも一部に重複しており、前記ヨークの内周面が前記プランジャの移動を案内するとともに、当該内周面に前記プランジャの移動を規制する当接部材を備える点にある。

本構成では、ヨークが筒状であって内周面がプランジャの移動を案内するため、プランジャをスムーズに移動させることができる。また、ヨークの内周面にはプランジャの移動を規制する当接部材を備える。本構成であれば、ヨーク自身がプランジャの移動規制機能を保持する必要がなく、形状や構造が簡単になる。また、ヨークに備えられる当接部材の位置はプランジャの移動方向において任意に決定できるため、ヨークの設計自由度が高まる。

本発明に係るソレノイドの他の特徴構成は、前記ヨークの内周面において周方向に環状の溝部が形成され、当該溝部に前記当接部材が係合する点にある。

本構成の如く、ヨークの内周面において周方向に形成された環状の溝部に当接部材を係合させることで、ヨークは環状の溝部を有するだけの簡素の構造でありながら、プランジャの移動規制を適正に行うことができる。また、環状の溝部を形成する場合、ヨークに対する加工位置の変更が容易であり、最適なプランジャの規制位置が決定し易くなる。

本発明に係るソレノイドの他の特徴構成は、前記プランジャが移動する前記軸芯方向において、前記溝部が前記拡径部の下手側端部よりも下手となる位置に設けられる点にある。

プランジャに対して適正な磁気吸引力を発生させるために、ヨークには、プランジャの始動位置よりも下手側に離れた部位において、コイルから発生する磁束が通り易いように厚みの大きい断面部が必要となる。一方、プランジャの始動位置に近接する部位では、磁力を集中させるために断面部の厚みを小さくする必要がある。このため、拡径部をプランジャの移動領域に亘って形成することで、所望の磁束を形成している。しかし、当接部材を取付けるためにヨークの内周面に溝部を形成することで、その部位での部材断面が狭くなって磁束が減少することがある。そうなると、磁気吸引力が低下してプランジャの移動動作が不安定になる。

そこで、本構成では、プランジャが移動する軸芯方向において、溝部が拡径部の下手側端部よりも下手となる位置に設けられている。こうすると、部材断面の幅が狭くなる部位が拡径部の下手側端部よりも下手の位置となる。これにより、磁場が健全に形成されて磁気吸引力が維持されるため、プランジャの移動動作が安定する。

ソレノイドの使用例を示す図である。 ソレノイドの断面図である。 ヨークと当接部材との分解斜視図である。 ソレノイドの要部断面図である。 磁気吸引力とプランジャのストロークとの関係を示すグラフである。 別実施形態のソレノイドの要部断面図である。 別実施形態のソレノイドの要部断面図である。

本発明に係るソレノイドの実施形態を図面に基づいて以下に説明する。

図１に示すように、ソレノイド１０は、例えば自動車用エンジンの弁開閉時期制御装置３０において進角室４１または遅角室４２に作動油を分配するオイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）５０の駆動部として用いられる。

弁開閉時期制御装置３０は、クランクシャフト（不図示）と同期回転するハウジング３１と、ハウジング３１の内側でハウジング３１の軸心Ｘと同軸心に配置され、カムシャフト６０と一体回転する内部ロータ３２とを備えている。

内部ロータ３２は固定ボルト５１によってカムシャフト６０に固定されている。ハウジング３１は、クランクシャフトから駆動力が伝達されるタイミングスプロケット３３を一体的に備えている。ハウジング３１に内部ロータ３２が収容され、ハウジング３１と内部ロータ３２との間に、流体圧室として進角室４１と遅角室４２が形成されている。内部ロータ３２には、進角室４１に連通する進角流路４３や遅角室４２に連通する遅角流路４４等が形成されている。

ＯＣＶ５０は、内部ロータ３２の内側で軸心Ｘと同軸心に配設されている。ＯＣＶ５０は電磁弁の一例であり、ソレノイド１０と、固定ボルト５１と、固定ボルト５１に内挿されたスプール５２と、スプリング５３とによって構成される。スプリング５３はスプール５２を固定ボルト５１の頭部５１ａ側に向けて付勢する。ＯＣＶ５０は、ソレノイド１０によってスプール５２の位置を変化させて、進角室４１及び遅角室４２に対する作動油の給排等を制御し、ハウジング３１と内部ロータ３２との相対回転位相を変更する。

ソレノイド１０は、図２に示すように、略円筒形のケース部１１に、ボビン１２に巻回されたコイル１３と、ヨーク１４と、プランジャ１５とを収納する。ヨーク１４は、コイル１３の内周部に配置されて筒状に形成されている。プランジャ１５は、ヨーク１４の内周部に配置され、中央に形成された嵌合孔１６に出力軸１７が圧入されている。プランジャ１５は、コイル１３への給電時にヨーク１４に発生する磁気吸引力を受けてヨーク１４の軸芯方向Ｘに沿って始動位置（図２）から移動する。

ヨーク１４の内周面２０は単なる円筒面で構成されているため、ヨーク１４の内面加工が容易になる。また、ヨーク１４の内周面２０がプランジャ１５の移動を案内する。これにより、プランジャ１５をスムーズに移動させることができる。ヨーク１４は、軸芯方向Ｘにおいてプランジャ１５と当接する部位を有しないため、形状や構造が簡単になる。

プランジャ１５に対して適正な磁気吸引力を発生させるために、ヨーク１４には、プランジャ１５の始動位置よりも下手側に離れた部位において、コイル１３から発生する磁束が通り易いように厚みの大きい断面部が必要となる。一方、プランジャ１５の始動位置に近接する部位では、磁力を集中させるために断面部の厚みを小さくする必要がある。そこで、ヨーク１４の外周面１８には、プランジャ１５の始動位置から軸芯方向Ｘの下手に向かって大径となる拡径部１９が形成されている。このように、拡径部１９をプランジャ１５の移動領域に亘って形成することで、所望の磁束を形成することができる。

ケース部１１の内部に、ボビン１２に巻回されたコイル１３と中央に貫通孔を有する磁性体の板材２３とが軸芯方向Ｘに配置されている。ケース部１１の板材２３の側の開口部１１ａは樹脂製のカバー部２４によって閉止される。カバー部２４は、ボビン１２の周囲の樹脂部２５とともに一体成形される。板材２３にはカバー部２４と樹脂部２５とが連通する流通孔２３ａが形成されている。カバー部２４には、ヨーク１４とプランジャ１５に対向する部位に凹部２４ａが形成されている。凹部２４ａはカバー部２４の中央部を囲む周方向に形成されている。

ヨーク１４は、拡径部１９の薄肉部分を保護するため、ボビン１２の内周側に押し込む際に変形させない形でケース部１１に挿入され、下手側端部１４ｂが孔部１１ｂに嵌合されてケース部１１に固定される。ヨーク１４の上手側端面１４ａは凹部２４ａとは接触しない。このため、ヨーク１４はカバー部２４との接触による衝撃を回避することができる。ヨーク１４は樹脂部２５によっても保持されている。

図２〜図４に示すように、ヨーク１４の内周面２０にプランジャ１５の移動を規制する当接部材２１を備える。当接部材２１は、ヨーク１４の内周面２０において周方向に形成された環状の溝部２２に係合する。こうすると、ヨーク１４は環状の溝部２２を有するだけの簡素の構造でありながら、プランジャ１５の移動規制を適正に行うことができる。また、環状の溝部２２を形成する場合、ヨーク１４に対する加工位置の変更が容易であり、最適なプランジャ１５の規制位置が決定し易くなる。

本実施形態では、当接部材２１はスナップリングで構成されている。当接部材２１がスナップリングであれば、当接部材２１と溝部２２との周方向での位置合わせが不要となり、当接部材２１はヨーク１４の内周面２０に向けて押し込むだけで溝部２２に容易に係合する。

プランジャ１５は、移動方向である軸芯方向Ｘの下手側端部１５ａが当接部材２１に当接するまで移動可能に構成されている。当接部材２１によってプランジャ１５の移動が規制され、出力軸１７のストロークが調整される。ヨーク１４に備えられる当接部材２１の位置は軸芯方向Ｘにおいて自由に設定できるため、プランジャ１５のストロークの調整を容易に行うことができる。なお、本実施形態では、ＯＣＶ５０においてスプール５２の移動領域がプランジャ１５のストロークよりも短く設定されている。このため、プランジャ１５は当接部材２１に当接することなく、スプール５２によって移動規制されている。

拡径部１９は、プランジャ１５の下手側端部１５ａの移動領域の少なくとも一部に重複している。プランジャ１５の下手側端部１５ａの移動領域は、軸芯方向Ｘにおいて図２に示す初期位置から当接部材２１までの領域である。本実施形態では、拡径部１９が下手側端部１５ａの初期位置から当接部材２１の上手（図２の紙面下方）位置の領域において重複している。

図２及び図４に示すように、溝部２２は拡径部１９の下手側端部１９ａよりも下手となる位置に設けられている。図５には、拡径部１９の下手側端部１９ａの位置と溝部２２の上手側端部２２ａの位置との距離Ａを変化させた場合に、プランジャ１５のストロークに対して変化する磁気吸引力を示す。図５に示すプランジャ１５のストロークは始動位置（左端）から拡径部１９の下手側端部１９ａ（右端）までである。

図５に示すように、距離Ａ＝０の場合には、プランジャ１５のストロークが長くなるにつれて磁気吸引力が低下している。そのため、移動領域の後半においてプランジャ１５の移動が不安定となる。一方、距離Ａ＝１ｍｍの場合には、プランジャ１５がストローク終端まで移動する際に磁気吸引力がわずかに増大している。これにより、移動領域の後半においてもプランジャ１５は安定的に移動することができる。

プランジャ１５の移動速度を一定にするには磁気吸引力が一定であることが好ましい。よって、ヨーク１４の形状、即ち、拡径部１９のストローク方向での長さに応じて、溝部２２の形状及び位置等を変更することで磁気吸引力を調整することができる。

〔他の実施形態〕
（１）図５のグラフでは、プランジャ１５のストローク終端において、Ａ＝１ｍｍの場合は磁気吸引力が上昇し、Ａ＝０の場合は磁気吸引力が低下している。
そこで、プランジャ１５のストローク終端における磁気吸引力を調整するために、図６に示すように、拡径部１９の傾斜角度を２段階に変更してもよい。図６では、一例として拡径部１９の上手側の第１領域２６の傾斜角度よりも下手側の第２領域２７の傾斜角度を緩やかに設定している。こうすると、プランジャ１５のストローク終端領域において、ヨーク１４の断面部の厚みが大きく増して磁束が通り易くなるため、磁気吸引力の低下を防止することができる。このように、プランジャ１５の後半の移動領域においてヨーク１４の断面部の厚みの増加率を変えることで、磁気吸引力を調節することができる。

図７に示すように、ヨーク１４の溝部２２の上手側２２ａを下手側２２ｂよりも浅くする等、溝部２２の形状を変更してもよい。こうすると、溝部２２と拡径部１９の下手側端部１９ａとの距離Ｂを長く確保できるため、磁束が通過する部材断面の幅が小さくなり過ぎることを防止でき、磁気吸引力の低下を防止することができる。

（２）上記の実施形態では、ヨーク１４の内周面２０に周方向に環状の溝部２２を形成する例を示したが、溝部２２は周方向の一部に形成されていてもよく分散して形成されていてもよい。この場合、当接部材２１は、溝部２２に係合するように適切な形状に構成する。

（３）上記の実施形態では、ソレノイド１０を電磁弁であるＯＣＶ５０に用いる例を示したが、ソレノイド１０は電磁弁以外の装置に用いてもよい。

本発明は、各種装置の押圧操作に用いられるソレノイドに広く利用することができる。

１０ ソレノイド
１１ ケース部
１２ ボビン
１３ コイル
１４ ヨーク
１５ プランジャ
１５ａ 下手側端部
１８ 外周面
１９ 拡径部
１９ａ 下手側端部
２０ 内周面
２１ 当接部材
２２ 溝部
Ｘ 軸芯方向

Claims (3)

1. ボビンに巻回されたコイルと、
   前記コイルを収納するケース部と、
   前記コイルの内周部に配置される筒状のヨークと、
   前記ヨークの内周部に配置され、前記コイルへの給電時に前記ヨークに発生する磁気吸引力を受けて前記ヨークの軸芯方向に沿って始動位置から移動するプランジャと、を備え、
   前記ヨークの外周面に前記プランジャの始動位置から前記軸芯方向の下手に向かって大径となる拡径部が形成され、当該拡径部は前記プランジャの下手側端部の移動領域の少なくとも一部に重複しており、
   前記ヨークの内周面が前記プランジャの移動を案内するとともに、当該内周面に前記プランジャの移動を規制する当接部材を備えるソレノイド。
2. 前記ヨークの内周面において周方向に環状の溝部が形成され、当該溝部に前記当接部材が係合する請求項１に記載のソレノイド。
3. 前記プランジャが移動する前記軸芯方向において、前記溝部が前記拡径部の下手側端部よりも下手となる位置に設けられる請求項２に記載のソレノイド。

Images