JP2016149416A - リニアソレノイド - Google Patents

Abstract

【課題】コイルの内側に配置されるプランジャの外径寸法を大きくしてプランジャの磁気吸引力を高める。【解決手段】磁気吸引コア３に固定した滑り軸受６によって、プランジャ２の軸芯に固定したシャフト７を支持する構成を採用することにより、コイル１の内側に配置されるプランジャ２を拡径することが可能になり、コイル１の内側にプランジャ２が配置されるタイプのリニアソレノイドにおいて、プランジャ２の磁気吸引力を高めることが可能になる。さらに、磁気吸引コア３と磁気受渡コア４を結合する磁気遮断部が存在しないため、磁気吸引コア３から磁気受渡コア４へ直接磁束が流れる不具合がなく、磁気ロスを抑えることでプランジャ２の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、コイルの内側にプランジャ（可動子）が配置されるリニアソレノイド（電磁アクチュエータ）に関する。

（従来技術）
コイルの内側にプランジャが配置されるリニアソレノイドとして、特許文献１に開示される技術が知られている。
特許文献１のリニアソレノイドは、磁気吸引コアと磁気遮断部と磁気受渡コアを一部品で設けたものである。
なお、磁気吸引コアは、プランジャと軸方向に対向してプランジャを磁気吸引するものである。磁気受渡コアは、プランジャの周囲を覆う円筒形状を呈してプランジャと径方向の磁束の受け渡しを行うものである。磁気遮断部は、磁気吸引コアと磁気受渡コアの間で直接磁束が流れるのを阻害する薄肉の磁気飽和部である。

（従来技術の問題点）
特許文献１のリニアソレノイドは、コイルボビンの内側に磁気吸引コアおよび磁気受渡コアを挿入配置する構造であり、さらに磁気吸引コアおよび磁気受渡コアの内側にプランジャを配置する構造である。
このため、プランジャの外径寸法は、ボビンの内側に挿入配置された磁気吸引コアと磁気受渡コアの厚み寸法によって小さく抑えられてしまう。これにより、プランジャの磁路面積が制限され、プランジャの磁気吸引力が低下する不具合がある。

特開２０１１−１１９３２９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、コイルの内側に配置されるプランジャの外径寸法を大きくすることが可能なリニアソレノイドの提供にある。

本発明は、磁気吸引コアに固定した滑り軸受によって、プランジャの軸芯に固定したシャフトを支持する構成を採用することにより、コイルの内側に配置されるプランジャプランジャの外径寸法を大きくすることが可能になる。これにより、プランジャの磁路面積を大きくすることが可能になり、プランジャの磁気吸引力を高めることが可能になる。

リニアソレノイドの断面図である（実施例１）。 リニアソレノイドの断面図である（実施例２）。

以下、発明を実施するための形態を、図面を参照して詳細に説明する。

本発明が適用された具体的な一例（実施例）を、図面を参照して説明する。以下における実施例は具体的な一例を示すものであって、本発明が実施例に限定されないことは言うまでもない。

［実施例１］
図１を参照して実施例１を説明する。なお、以下では説明の便宜上、図１左側を左、図１右側を右と称するが、この左右方向は、説明のための方向であって、実際の搭載方向を限定するものではない。

この実施例のリニアソレノイドは、例えば、自動変速機の油圧制御装置に搭載される電磁油圧制御弁に用いられるものであり、電磁油圧制御弁は、油圧制御弁（例えばスプール弁、ボール弁等）とリニアソレノイドとを軸方向に結合して設けられる。

油圧制御弁は、ノーマルクローズタイプまたはノーマルオープンタイプの三方弁であり（限定しない）、バルブハウジングＡ（スリーブ等）、弁体Ｂ（スプール等）を用いて構成される。
なお、油圧制御弁の弁体Ｂと後述するプランジャ２を初期位置（右側）へ戻すリターンスプリングは、油圧制御弁に設けられている。

リニアソレノイドは、
・通電により磁力を発生するコイル１と、
・このコイル１の内側（軸方向範囲内）において軸方向（左右方向）へ移動可能に支持されるプランジャ２と、
・コイル１の発生する磁力によりプランジャ２を軸方向（左方向）へ磁気吸引する磁気吸引コア３と、
・プランジャ２の外周面と径方向の磁束の受渡しを行う磁気受渡コア４と、
・コイル１の周囲を覆い、磁気吸引コア３と磁気受渡コア４と磁気的に結合するヨーク５と、
・コイル１の内側の中心に固定配置される軸方向へ伸びる非磁性の滑り軸受６と、
・プランジャ２の軸芯に固定され、滑り軸受６の内側に挿し入れられて滑り軸受６と摺接する非磁性のシャフト７と、
を備えて構成される。

以下において、上述したリニアソレノイドの各部を詳細に説明する。
コイル１は、樹脂製のボビン８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り、通電されると磁力を発生し、発生磁束により固定子（磁気吸引コア３、磁気受渡コア４、ヨーク５）と可動子（プランジャ２）を通る磁束ループを形成する。

コイル１の通電は、コネクタ９を介して行われる。コネクタ９は、電磁油圧制御弁を制御する電子制御装置（図示しないＡＴ−ＥＣＵ）と接続線を介して電気的な接続を行う接続手段である。このコネクタ９は、コイル１をモールドする２次成形樹脂の一部によって形成されるものであり、樹脂製のコネクタ９の内部にはコイル１の両端にそれぞれ接続されるターミナル端子が配置される。

プランジャ２は、コイル１の内側に挿入配置された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）であり、プランジャ２の外径寸法は後述する金属筒１４の内径寸法より僅かに小径に設けられて、プランジャ２の外周面が金属筒１４に極力接しないように設けられている。

プランジャ２の内側には、滑り軸受６が挿し入れられる円筒穴が形成されている。この円筒穴は、プランジャ２の左端面からプランジャ２の右側に向けて穿設される内径が一定径の丸穴であり、その内径寸法は滑り軸受６の外径寸法より僅かに大径に設けられている。なお、円筒穴の内周面と滑り軸受６の外周面は、直接摺動するものであっても良いが、円筒穴の内周面と滑り軸受６の外周面の間に微細な隙間（即ち、接触を回避する隙間）が形成されるものであっても良い。

磁気吸引コア３（後述する筒部３ａを含まない）は、コイル１の軸方向範囲の外側のみ（この実施例ではコイル１の左側）に配置される。
具体的に、磁気吸引コア３は、ヨーク５の左端にカシメ等の結合技術により固定される略円板形状を呈した磁性体金属（例えば、鉄などの強磁性材料）であり、プランジャ２を左側へ磁気吸引するものである。そして、プランジャ２と磁気吸引コア３との間に磁気吸引ギャップが形成される。
この磁気吸引コア３には、プランジャ２の左端の外周面と、軸方向に交差（オーバーラップ）可能な筒部３ａが設けられている。この筒部３ａの外周面は、右側に向かって縮径するテーパ面であり、プランジャ２のストローク量が変化してもテーパ面を備える筒部３ａによってプランジャ２に作用する磁気吸引力が変化しないように設けられている。

磁気受渡コア４は、磁気吸引コア３とは独立したものであり、コイル１の軸方向範囲の外側のみ（この実施例ではコイル１の右側）に配置される。
この磁気受渡コア４は、カップ形状を呈するヨーク５の底（カップ底５ａ）と磁気的に結合する略円環状の磁性体金属（例えば、鉄などの強磁性材料）であり、磁気受渡コア４の内径とプランジャ２の外径との間にサイドギャップを形成する。

磁気受渡コア４は、ヨーク５に固定されるものであっても良いが、この実施例１では、それとは異なり、磁気受渡コア４がヨーク５に接触した状態で、ヨーク５に対して径方向へスライド可能に設けられる。その詳細は後述する。

ヨーク５は、コイル１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、この実施例では左方向に開口したカップ形状を呈する。具体的にヨーク５は、コイル１の外周を覆う円筒部の他に、この円筒部の右端を閉塞するカップ底５ａを備えるものである。
そして、内部にリニアソレノイドの構成部品を組み込んだヨーク５と、油圧制御弁のバルブハウジングＡとを、ヨーク５の左端に組付け、ヨーク５の左端に形成された爪部５ｂをカシメることで、リニアソレノイドの組付けがなされるとともに、リニアソレノイドと油圧制御弁が結合される。

滑り軸受６は、円筒形状を呈した非磁性のメタルベアリングであり、外径寸法と内径寸法のそれぞれが軸方向の全範囲において一定に設けられている。具体的に、滑り軸受６の軸芯（中心部）には、シャフト７の外周面と摺接する軸穴６ａが形成されている。この軸穴６ａは、滑り軸受６の軸芯において軸方向へ延びる貫通穴であり、軸穴６ａの内径寸法がシャフト７の外径寸法より僅かに大径に設けられ、軸穴６ａとシャフト７との間に摺動クリアランスが形成される。

滑り軸受６の一端（左端）は、磁気吸引コア３の中心部に固定支持される。なお、磁気吸引コア３に対する滑り軸受６の固定技術は限定するものではなく、圧入、カシメ、溶接など適宜採用可能なものである。具体的に、滑り軸受６の左端が磁気吸引コア３に固定されることで、滑り軸受６の軸芯が磁気吸引コア３の磁気吸引面に対して垂直に支持される。

滑り軸受６の他端（右端）は、磁気受渡コア４の軸方向範囲の内側まで伸びて配置される。具体的な一例として、滑り軸受６の軸方向寸法（全長）は、リニアソレノイドの軸方向寸法より少し短く設けられており、滑り軸受６の左端が磁気受渡コア４の内径に配置される。

シャフト７は、少なくとも滑り軸受６に挿入される範囲が一定径の円柱棒状を呈する非磁性体の金属製（例えば、ステンレス等）であり、プランジャ２の軸芯において軸方向に沿って固定配置される。具体的にシャフト７は、プランジャ２の右端においてプランジャ２に直接固定される。なお、プランジャ２に対するシャフト７の固定技術は限定するものではなく、圧入、カシメ、溶接など適宜採用可能なものである。

このように設けられることで、プランジャ２の軸芯に固定されたシャフト７を、コイル１の軸芯に固定配置された滑り軸受６の内部に挿し入れることにより、プランジャ２が軸方向へ摺動自在に支持されるとともに、プランジャ２の径方向の移動が阻止される。

（実施例１の効果１）
この実施例１のリニアソレノイドは、磁気吸引コア３に固定した滑り軸受６によって、プランジャ２の軸芯に固定したシャフト７を支持する構成を採用するとともに、磁気吸引コア３（筒部３ａを含まない）と磁気受渡コア４の少なくとも一方（この実施例１では両方）を、コイル１の軸方向範囲の外側のみに配置する構成を採用することにより、コイル１の内側に配置されるプランジャ２の外径寸法を大きくできる。
なお、筒部３ａの先端をコイル１の軸方向範囲内に配置しても、従来技術に比較してプランジャ２の外径寸法を大きくできるため、筒部３ａはコイル１の軸方向範囲内に配置しても良いものとする。
同様に、円筒部４ａのコイル１側の端にテーパ部（筒部３ａ参照）を形成し、そのテーパ部の先端をコイル１の軸方向範囲内に配置しても、従来技術に比較してプランジャ２の外径寸法を大きくできるため、円筒部４ａに設けたテーパ部はコイル１の軸方向範囲内に配置しても良いものとする。

具体的に、滑り軸受６およびシャフト７の挿通によってプランジャ２の内側の磁路面積が縮小するが、それ以上にプランジャ２の外径寸法の拡大によってプランジャ２の磁路面積を大きくできる。このように、滑り軸受６とシャフト７による磁路面積の縮小よりも外径寸法の径拡大による磁路面積の拡大が勝るため、プランジャ２の磁気吸引力を高めることができる。

プランジャ２の磁気吸引力が高められることで、リニアソレノイドを高性能化することができる。具体的に、リニアソレノイドの体格を従来技術と同程度に設ける場合は、本発明を採用することによりリニアソレノイドの出力をアップさせることができる。また、リニアソレノイドの出力を従来技術と同程度に設ける場合は、リニアソレノイドの体格を小型化できる。

（実施例１の効果２）
この実施例１のリニアソレノイドは、上述したように、磁気吸引コア３と磁気受渡コア４が独立して設けられる。
これにより、従来技術で用いていた「磁気遮断部」を廃止することができるため、磁気吸引コア３と磁気受渡コア４の間で直接磁束が流れることにより生じる磁気ロスを無くすことができ、従来技術に比較してプランジャ２の磁気吸引力を高めることができる。

（実施例１の効果３）
この実施例１の滑り軸受６は、上述したように、磁気吸引コア３に固定支持される。
このように、磁気吸引コア３に滑り軸受６を固定したことで、プランジャ２の左端と磁気吸引コア３との同軸性を高めることができる。
これにより、プランジャ２の左側の外周面と、筒部３ａの内周面との隙間（径方向のエアギャップ）を小さくすることができるため、このエアギャップの縮小により、プランジャ２の磁気吸引力をさらに高めることが可能になる。

（実施例１の効果４）
この実施例１の滑り軸受６の自由端（右端）は、上述したように、磁気受渡コア４の軸方向範囲の内側に配置される。
これにより、プランジャ２の右側の調芯性が高められ、プランジャ２の右端の軸ズレを抑えることができる。

（実施例１の効果５）
この実施例１のリニアソレノイドは、ボビン８の内周面に非磁性の金属筒１４を配置する構成を採用する。金属筒１４の内径寸法は、プランジャ２の外径寸法より僅かに大きく設けられている。具体的に、金属筒１４は、薄い非磁性の金属板（例えばステンレスや黄銅等の薄板）よりなる筒体であり、ボビン８の内周面に挿し入れられる。

このように、ボビン８の内周面にプランジャ２の外径寸法より僅かに大きい非磁性の金属筒１４を配置することにより、ボビン８の内周面が熱等の影響（膨張収縮）で縮径する場合であっても、ボビン８の縮径を金属筒１４で防ぐことができる。このため、ボビン８の縮径により、ボビン８がプランジャ２に干渉する不具合を回避できる。これにより、ボビン８がプランジャ２に干渉してプランジャ２の摺動抵抗が増加する不具合を無くすことができ、リニアソレノイドの信頼性を高めることができる。

（実施例１の効果６）
この実施例１のリニアソレノイドは、磁気受渡コア４とプランジャ２との間に、磁気受渡コア４とプランジャ２の最小距離を保つ非磁性の金属筒１４を配置する構成を採用する。この金属筒１４は、上記「実施例１の効果５」で示した金属筒１４と同一のものである。

このように、磁気受渡コア４とプランジャ２との間に非磁性の金属筒１４を配置することにより、プランジャ２と磁気受渡コア４の径方向の最小隙間距離（即ち、サイドギャップの最小距離）を、金属筒１４の厚みによって規制することができる。
このため、「磁気受渡コア４にプランジャ２の外周面が磁気吸引されることで生じるサイドフォース」を一定値以下に抑えることができ、サイドフォースの上昇によるプランジャ２の摺動性の悪化を防ぐことができる。

（実施例１の効果７）
この実施例１の磁気受渡コア４は、ヨーク５に接触した状態で、ヨーク５に対して径方向へスライド可能に設けられる。
この実施例１の磁気受渡コア４は、断面形状が略Ｌ字形のリング体であり、プランジャ２の外周面を覆う筒形状を呈した円筒部４ａと、この円筒部４ａから外径方向に延びる外鍔４ｂとを一体に設けたものである。
外鍔４ｂの外縁は軸方向から見て円形であり、外鍔４ｂの外径寸法はヨーク５の内径寸法より所定量だけ小さく設けられている。この構造により、磁気受渡コア４がヨーク５の内側において径方向へ所定量だけ移動可能に設けられる。

一方、ヨーク５には、軸方向に対して垂直なカップ底５ａが設けられており、このカップ底５ａの左面と外鍔４ｂの右面が接するように設けられている。具体的に、ボビン８と外鍔４ｂとの間には、バネ材１３が配置されており、このバネ材１３の復元力によって、ボビン８の左端が磁気吸引コア３に押し付けられるとともに、外鍔４ｂがカップ底５ａに押し付けられる。
このようにして、この実施例１では、ヨーク５に対して磁気受渡コア４が径方向へスライド可能であり、且つバネ材１３の復元力によって常にヨーク５と磁気受渡コア４の磁気結合が保たれる。

このように設けることにより、滑り軸受６が何らかの要因で傾き、プランジャ２の右端に径方向へ移動する力が生じた場合は、その力を受けて磁気受渡コア４が径方向へスライドする。
これにより、プランジャ２と磁気受渡コア４の径方向の圧迫を回避することができるため、プランジャ２の摺動性を確保でき、リニアソレノイドの信頼性を高めることができる。

［実施例２］
図２を参照して実施例２を説明する。なお、以下の実施例２において上述した実施例１と同一符合は同一機能物を示すものである。
（実施例２の特徴技術１）
上記の実施例１では、金属筒１４を設ける例を示した。
これに対し、この実施例２は、プランジャ２の外周面に非磁性の膜材１５を設けたものである。

非磁性の膜材１５は、周知のメッキ技術やコーティング技術によってプランジャ２の外周面に被着されたものであり、テフロン（登録商標）などの樹脂材料であっても良いし、銅やニッケルなどの金属材料であっても良い。
このように、プランジャ２の外周面に非磁性の膜材１５を設けても、上述した「実施例１の効果６」と同様の効果を得ることができる。

（実施例２の特徴技術２）
この実施例２は、磁気受渡コア４に、シャフト７との径方向の距離を保つ調芯手段１６を設け、調芯手段１６によって所定のサイドギャップを確保するものである。具体的な調芯手段１６の一例は、磁気受渡コア４の内径に嵌め入れられた非磁性体の薄板プレートであり、その中心部にシャフト７の右端が侵入可能な貫通穴が設けられている。

上記の実施例では、リニアソレノイドが油圧制御弁を駆動する例を示したが、リニアソレノイドの駆動対象物は油圧制御弁に限定されるものではなく、油圧制御弁以外の駆動対象物（バルブ以外を含む）を直接または間接的に駆動するリニアソレノイドに本発明を適用しても良い。

１ コイル
２ プランジャ
３ 磁気吸引コア
４ 磁気受渡コア
６ 滑り軸受
７ シャフト

Claims (7)

1. 通電により磁力を発生するコイル（１）と、このコイル（１）の内側において軸方向へ移動可能に支持されるプランジャ（２）と、前記コイル（１）の発生する磁力により前記プランジャ（２）を軸方向へ磁気吸引する磁気吸引コア（３）と、前記プランジャ（２）の外周面と磁束の受渡しを行う磁気受渡コア（４）とを具備するリニアソレノイドにおいて、
   前記コイル（１）の内側の中心には、軸方向へ伸びる円筒形で非磁性の滑り軸受（６）が固定配置され、
   前記プランジャ（２）の軸芯には、前記滑り軸受（６）の内側に挿し入れられて前記滑り軸受（６）と摺接する非磁性のシャフト（７）が固定され、
   前記滑り軸受（６）の一端は、前記磁気吸引コア（３）に固定さ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、
   前記滑り軸受（６）の他端は、前記磁気受渡コア（４）の軸方向範囲の内側に配置さ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、
   前記コイル（１）が巻回される樹脂製のボビン（８）の内周面には、前記プランジャ（２）の外径寸法より内径寸法が大きい非磁性の金属筒（１４）が配置されることを特徴とするリニアソレノイド。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のリニアソレノイドにおいて、
   前記磁気受渡コア（４）と前記プランジャ（２）との間には、非磁性の金属筒（１４）が介在されることを特徴とするリニアソレノイド。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のリニアソレノイドにおいて、
   前記プランジャ（２）の外周面には、非磁性の膜材（１５）が設けられることを特徴とするリニアソレノイド。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載のリニアソレノイドにおいて、
   前記磁気受渡コア（４）は、前記コイル（１）の外周を覆うヨーク（５）に接触した状態で、前記ヨーク（５）に対して径方向へスライド可能に設けられることを特徴とするリニアソレノイド。
7. 請求項６に記載のリニアソレノイドにおいて、
   前記磁気受渡コア（４）には、前記シャフト（７）との径方向の距離を保つ調芯手段（１６）が設けられることを特徴とするリニアソレノイド。

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