JP2018170470A - 電磁ソレノイド - Google Patents

Abstract

【課題】ヨーク部の内周とプランジャの外周との間に異物が滞留する不都合を排除してプランジャの円滑な移動を可能にする電磁ソレノイドを構成する。【解決手段】電磁ソレノイド１００は、励磁コイルＡと、この励磁コイルＡの内周側に配置されるヨーク部Ｃと、ヨーク部Ｃの内部空間Ｃｓに収容されるプランジャ１１とを備えている。ヨーク部Ｃが、磁性体製のヨーク本体７と、ヨーク本体７の内周に嵌め込まれる磁性体製のブッシュ８とを備え、ヨーク本体７の内周のうち軸芯Ｘに沿う方向でブッシュ８の近傍位置でプランジャ１１の外周に面する位置に軸芯Ｘを中心とする環状の異物収容溝１０を形成した。【選択図】図１

Description

本発明は、励磁コイルへの通電によりヨーク部に収容したプランジャを直線的に移動させる電磁ソレノイドに関する。

特許文献１は、電磁ソレノイドとして、円筒状のヨーク部（文献ではプレート）の内部空間にプランジャが配置され、ヨーク部の外部に配置された励磁コイルに通電することによりプランジャの位置が決まる技術が記載されている。

この特許文献１では、プランジャの両端部を面取り加工により先細り状に成形することによりプランジャの移動時における摩耗粉の発生を抑制している。また、この特許文献１では、プランジャの外周の摺動面に複数の穴を形成する構成も記載されている。

特許文献２では流量制御弁として、バルブケースに対してニードルを軸芯方向に移動自在に収容し、バルブケースに一体形成したステータコアに対し、ニードルに一体形成したプランジャ（文献ではアーマチャ）を嵌挿し、ヨーク部を取り囲む領域に励磁コイル（文献ではソレノイドコイル）を配置し、ニードルを突出方向に付勢するリターンスプリングを備えた技術が記載されている。

この特許文献２では、励磁コイルに通電することによりリターンスプリングの付勢力に抗してプランジャを移動させ、ニードルによる流体の制御を可能にするものである。特に、プランジャ（アーマチャ）の外周に複数の円環状油溝と、複数の軸方向溝とを設けている。このような構成から複数の軸方向溝が異物排出通路として機能し、スプリング収容室等に対流する摩耗粉等を、異物排出通路を介して排出し、異物によるニードルの摺動不良を抑制できるように構成されている。

特開２０１５‐２１２５５６号公報 特開２００７‐５６９６４号公報

励磁コイルへの通電によりヨーク部に収容したプランジャを直線的に移動させる電磁ソレノイドでは、プランジャを移動させる毎にヨーク部の内周面と、プランジャの外周面とが摺接して摩耗粉が発生し、この摩耗粉がヨーク部の内周面とプランジャの外周面との間に入り込み、プランジャの移動を妨げることがあった。

つまり、異物は粒子状であり、この異物がヨーク部の内周面とプランジャの外周面とに同時に接触した場合にプランジャの移動が妨げられる。このような不都合に対して特許文献１に記載される構成では、ヨーク部の内周とプランジャの外周とのクリアランスが一定であるため異物によるプランジャの移動の不良の改善が困難である。

尚、特許文献１でプランジャの外周に形成される複数の穴に異物が入り込むことによりプランジャの滑動性を向上させるものであるが、穴に入り込んだ異物の除去が困難であると考えられるものである。

また、特許文献２に記載される技術では、筒状部材の内周とプランジャの外周との間に入り込んだ異物の排出が可能であるものの、プランジャの移動に伴い円環状油溝が移動するため、円環状油溝に入り込んだ異物が、円環状油溝から分離して再びヨーク部の内周とプランジャの外周との間に入り込むことも想像できた。

このような理由から、ヨーク部の内周とプランジャの外周との間に異物が入り込む不都合を排除してプランジャの円滑な移動を可能にする電磁ソレノイドが求められる。

本発明の特徴は、通電により磁界を作り出す励磁コイルと、
前記励磁コイルの内周側に配置され軸芯を中心とする内周面を有する磁性体製のヨーク部と、
前記ヨーク部の内部空間に対し前記軸芯に沿って移動自在に収容される磁性体製のプランジャとを備え、
前記ヨーク部が、磁性体製のヨーク本体と、前記ヨーク本体の内周に嵌め込まれる磁性体製のブッシュとを備え、前記ヨーク本体の内周のうち前記軸芯に沿う方向で前記ブッシュの近傍位置で前記プランジャの外周に面する位置に前記軸芯を中心とする環状の異物収容溝が形成された点にある。

この特徴構成によると、ヨーク部の内周にブッシュを嵌め込み、このブッシュの近傍位置でプランジャの外周に面する位置に環状の異物収容溝が形成されるため、ヨーク部の内周とプランジャの外周との間に異物が入り込んだ場合には、プランジャの移動に伴い、その異物を異物収容溝に送り込み、ヨーク部の内周とプランジャの外周との間に異物が長時間滞留して移動を妨げる不都合を解消できる。特に、この構成では静止系となるヨーク部に異物収容溝が形成されるため、プランジャが頻繁に移動することがあっても、異物収容溝から異物が送り出される不都合もない。
従って、ヨーク部の内周とプランジャの外周との間に異物が入り込む不都合を排除してプランジャの円滑な移動を可能にする電磁ソレノイドが構成された。

他の構成として、前記ブッシュのうち前記軸芯に沿う方向での端部が前記異物収容溝の壁部として構成されても良い。

これによると、ヨーク本体の内周に対して、軸芯方向での設定長の大径部を形成し、この大径部に対し、前述した設定長より短い寸法のブッシュを嵌め込むだけで異物収容溝を形成できる。また、この構成ではブッシュの端部を異物収容溝の壁部とするため、例えば、摩耗により異物が発生した場合には、その異物をプランジャとともに移動させブッシュの端部に当接させて異物収容溝に送り込むことも可能となる。

他の構成として、前記プランジャより小径で前記励磁コイルの通電時に前記プランジャが移動する方向に突出するシャフトを前記プランジャに備えており、
前記シャフトが挿通する挿通孔を有する前壁部と、前記プランジャに対して前記前壁部と反対側にあって前記プランジャが当接可能な後壁部とが形成され、前記前壁部と前記プランジャとの間に前部異物収容空間が形成され、前記後壁部と前記プランジャとの間に後部異物収容空間が形成されても良い。

これによると、プランジャの移動に伴い異物が発生した場合には、異物収容溝だけでなく、前部異物収容空間と後部異物収容空間に異物を送り込むことにより、ヨーク部の内周とプランジャの外周との間に異物が滞留する不都合を一層良好に排除することが可能となる。

他の構成として、前記プランジャに前記軸芯と同軸芯で穿設された貫通孔部に対して、この貫通孔部の中間に前記シャフトの内端が達するまで前記シャフトを挿入して固定しており、
前記プランジャが前記後壁部に当接する状態で、前記シャフトの内端と、前記貫通孔部と、前記後壁部とで取り囲まれる領域に異物収容凹部が形成されても良い。

これによると、プランジャにシャフトを備えるために穿設された貫通孔部を利用して異物収容凹部を形成でき、これの異物を収容することによりプランジャの良好な移動を可能にする。

他の構成として、前記後部異物収容空間が、前記後壁部において前記軸芯を中心に環状の空間として形成され、前記プランジャが前記後壁部に当接する状態で、前記後部異物収容空間と、前記前部異物収容空間を連通させる連通孔を、前記プランジャに前記軸芯に沿う方向に貫通して形成されても良い。

これによると、プランジャの移動時には、後部異物収容空間と前部異物収容空間との空気やオイル等の流体をプランジャの連通孔に流し、良好な移動を可能にする。

電磁ソレノイドの断面図である。 前壁部を示す正面図である。 異物収容溝の部位の軸芯に沿う方向視の断面図である。 ブッシュと異物収容溝とを示す断面図である。 別実施形態（ａ）のブッシュと異物収容溝とを示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（基本構成）
図１に示すように、励磁コイルＡと、ケース部Ｂと、ヨーク部Ｃと、プランジャ１１と、ハウジングＥとを備えて電磁ソレノイド１００が構成されている。

この電磁ソレノイド１００は、プランジャ１１が軸芯Ｘと同軸芯で配置され、このプランジャ１１に連結するシャフト１２の外端部が外部に露出している。そして、励磁コイルＡに通電することによりシャフト１２が軸芯Ｘに沿って突出方向に移動する。同図に示す電磁ソレノイドは、車両のエンジンの吸気バルブや排気バルブの開閉時期（バルブタイミング）を設定する弁開閉時期制御装置のスプールＳを操作するように設計されたものである。

尚、弁開閉時期制御装置のスプールＳは被操作面が突出する方向に不図示のバネにより付勢されている。また、プランジャ１１のシャフト１２が、スプールＳの被操作面に当接する位置に配置されるため、スプールのバネ付勢力がシャフト１２を押し込む方向に作用する。このような構成から、励磁コイルＡに供給する電力に対応した量だけバネ付勢力に抗してシャフト１２が突出し、この突出量に対応したポジションにスプールが操作される。

〔電磁ソレノイドの詳細〕
励磁コイルＡは、非磁性体材料としての絶縁性で樹脂製のボビン１にコイル２を巻回した構造を有している。また、コイル２はハウジングＥに一体的に形成されたコネクタ部Ｅｃの内部に露出する端子３に導通している。

ケース部Ｂは、前面側（図１で左側）から外周に亘って配置されるフロントケース５と、後面側（図１で右側）に配置されるリヤケース６とで構成され、これらは磁性体材料で形成されている。

図１に示すように、ヨーク部Ｃは、軸芯Ｘを中心とする内周面を有する筒状のヨーク本体７と、このヨーク本体７の内周の大径部７ｓに嵌め込まれたブッシュ８とを備えると共に、電磁ソレノイド１００の前面側（図１で左側）に配置されるプレート状の前壁部９をヨーク本体７に一体形成して構成されている。ヨーク本体７とブッシュ８と前壁部９とは磁性体材料で形成されている。

励磁コイルＡは軸芯Ｘを中心とするリング状であり、この励磁コイルＡを取り囲むようにフロントケース５とリヤケース６とヨーク本体７とが配置され、これにより磁気回路が形成される。

図４に示すように、ヨーク本体７において軸芯Ｘに沿う方向で第１設定長Ｌ１の大径部７ｓが形成され、この大径部７ｓに対して軸芯Ｘに沿う方向で第２設定長Ｌ２のブッシュ８を圧入固定している。これにより第１設定長Ｌ１から第２設定長Ｌ２を減じた幅となる環状の異物収容溝１０が形成される。

この構成では、異物収容溝１０は図１に示すプランジャ１１の外周に面する位置に形成される。つまり、励磁コイルＡに電力が供給される前の図１に示される位置から、励磁コイルＡに電力が供給されプランジャ１１が限界となる位置まで移動した場合においてプランジャ１１の外周に面するように異物収容溝１０の位置が設定されている。また、この構成では、ブッシュ８のうち電磁ソレノイド１００の前側（図１、図４で左側）の端部８ａが異物収容溝１０の壁部として機能する。

ヨーク部Ｃには円柱状の内部空間Ｃｓが形成され、この内部空間Ｃｓにプランジャ１１が収容される。また、ブッシュ８の内径を、ヨーク本体７の内径より僅かに小さくすることでブッシュ８の内周をプランジャ１１の外周に摺接させる一方、プランジャ１１の外周とヨーク本体７の内周との間には僅かな隙間を形成している。

前壁部９には、図１、図２に示すシャフト１２が挿通する挿通孔９ａが軸芯Ｘと同軸芯で形成されると共に、吸排気のために通気孔９ｂが形成されている。

尚、ヨーク本体７の内周にはニッケル燐メッキ等の硬質層が形成され、ブッシュ８の内面にはフッ素樹脂（例えば、テフロン樹脂〔商品名〕）等、耐熱性が高く化学的に安定で摩擦係数が低い樹脂被膜が形成される。

特に、ヨーク本体７において軸芯Ｘに沿う方向での中間部には薄肉部７ａを形成することで透磁率を低下させ、ヨーク本体７からプランジャに作用する磁束密度を高めて吸引力を効果的に作用させるように構成されている。

図１、図３に示すように、プランジャ１１には円柱状で軸芯Ｘと同軸芯の貫通孔部１１ａが穿設され、この貫通孔部１１ａに対してシャフト１２が圧入固定されている。このプランジャ１１では、貫通孔部１１ａの中間にシャフト１２の内端が達するようにシャフトを挿入して固定している。また、プランジャ１１には、軸芯Ｘと平行姿勢の一対の連通孔１１ｂが形成されている。

ハウジングＥは、絶縁性の樹脂材が用いられ、型成形を行うことによってフロントケース５とリヤケース６とヨーク本体７とを一体化させ、プランジャ１１を挟んで前述した前壁部９と対向する位置に後壁部１５を形成する。

この電磁ソレノイド１００では励磁コイルＡに通電しない状態では、スプールＳからのバネ付勢力で図１に示す如くプランジャ１１が後壁部１５に当接する位置にある。このような当接状態で、プランジャ１１の外周部位に対して間隙を作り出すように後壁部１５に後部異物収容空間１６が形成されている。

この後部異物収容空間１６は、後壁部１５の一部を、軸芯Ｘを中心とする環状の領域を窪ませて作り出した空間として形成されている。

また、励磁コイルＡに通電することによりプランジャ１１が最も大きく移動した際においてもプランジャ１１と前壁部９との間に間隙が形成されるように設計されている。このような設計によりヨーク部Ｃの内部空間Ｃｓのうちプランジャ１１と前壁部９との間には常に空間が形成され、この空間が前部異物収容空間１７となる。

この構成ではプランジャ１１に形成される連通孔１１ｂが後部異物収容空間１６と前部異物収容空間１７とを連通させる領域に形成される。

更に、プランジャ１１が後壁部１５に当接した状態で、シャフト１２の内端と、貫通孔部１１ａと、後壁部１５とに囲まれる空間で異物収容凹部１８が形成されている。

〔実施形態の作用効果〕
このような構成から、励磁コイルＡに供給する電力の制御によりプランジャ１１が軸芯Ｘに沿って移動する。このように移動する際には、プランジャ１１の移動に伴い前壁部９の通気孔９ｂから空気がヨーク部Ｃの内部空間Ｃｓに対して空気が出入りし、プランジャ１１に形成した連通孔１１ｂに空気が流れる。

尚、前述した弁開閉時期制御装置は、エンジンのチェーンケースの内部に配置され、スプールＳもチェーンケースの内部に配置される。従って、通気孔９ｂからオイルの粒子やミストの侵入が可能であり、内部空間Ｃｓには多少のオイルが貯留される。これにより、プランジャ１１の移動に伴い通気孔９ｂと連通孔１１ｂとにはオイルの粒子やミストを含んだ空気が流れる。

この電磁ソレノイド１００では、外部からオイルや空気と共に粒子状の異物が侵入することも想像できるが、異物の多くは、プランジャ１１の外周とヨーク部Ｃの内周（具体的にはブッシュ８の内周）との相対移動に伴って発生する摩耗粉である。

前述したようにヨーク部Ｃの内周に異物収容溝１０を形成しているため、異物が発生した場合には、プランジャ１１の移動に伴い、その異物を異物収容溝１０に送り込み、ヨーク部Ｃの内周とプランジャ１１の外周との間に異物が長時間滞留して移動を妨げる不都合を解消する。

特に、この構成では静止系となるヨーク部Ｃに異物収容溝１０が形成されるため、プランジャ１１が頻繁に移動することがあっても、例えば、動慣性の作用により異物収容溝１０から異物が送り出される不都合もない。

また、ブッシュ８のうち軸芯Ｘに沿う方向での端部８ａが異物収容溝１０の壁部として構成されるため、ヨーク本体７の大径部７ｓにブッシュ８をするだけで異物収容溝１０が形成され、ヨーク本体７の内周を切削加工して異物収容溝１０を形成する手間を掛けなくても済む。更に、この構成では、例えば、摩耗により異物が発生した場合でも、その異物をプランジャ１１とともに移動させブッシュ８の端部に当接させて異物収容溝１０に送り込むことも可能となる。

更に、ヨーク本体７の内部空間Ｃｓには、後部異物収容空間１６と、前部異物収容空間１７と、異物収容凹部１８とが形成されるため、ヨーク部Ｃの内部空間Ｃｓに存在する異物を、これらに収容しプランジャ１１の移動を阻害する悪影響を抑制して円滑な移動を実現する。

〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い（実施形態と同じ機能を有するものには、実施形態と共通の番号、符号を付している）。

（ａ）図５に示すように、ヨーク本体７の内周を切削加工して異物収容溝１０を形成しても良い。この構成では、異物収容溝１０に近接する位置に配置されるブッシュ８の端部との間の仕切壁７ｗの内周面をブッシュ８の内周面より低く（大径に）することにより、異物収容溝１０に対する異物の導入を円滑に行えるように構成している。

（ｂ）異物収容溝１０を複数形成する。つまり、異物収容溝１０をブッシュ８の近傍に２つ以上形成することにより、一層良好に異物を収容してプランジャ１１の移動を円滑に行わせる。

（ｃ）プランジャ１１のうち後壁部１５に対向する面の外周側の軸芯Ｘに沿う方向での寸法を短くする。これにより、このプランジャ１１の中央（軸芯Ｘの近傍）だけを後壁部１５に当接させ、この当接する領域の外方に後部異物収容空間１６を形成するように構成しても良い。このように構成することにより、後壁部１５を凹状に成形しないで済む。

（ｄ）シャフト１２の突出の限界を決めるストッパーをシャフト１２に形成する。このストッパーとしてはシャフト１２にＥリングや、Ｃリング等の止め輪を外嵌することや、シャフト１２に対して径方向に貫通する孔を形成し、これにベータピンを挿通して固定することも考えられる。このような構成によりプランジャ１１の移動によりシャフト１２が突出した場合にはストッパーが前壁部９の内面側に当接して突出方向への限界が決まる。

（ｅ）この電磁ソレノイド１００の構成を、例えば、電磁バルブのスプールを操作するために用いる。このように構成したものであっても内部の異物の影響を排除してプランジャ１１を円滑に移動させることが可能となる。

本発明は、励磁コイルへの通電によりヨーク部に収容したプランジャを直線的に移動させる電磁ソレノイドに利用することができる。

７ ヨーク本体
８ ブッシュ
８ａ 端部
９ 前壁部
９ａ 挿通孔
１０ 異物収容溝
１１ プランジャ
１１ａ 貫通孔部
１１ｂ 連通孔
１２ シャフト
１５ 後壁部
１６ 後部異物収容空間
１７ 前部異物収容空間
１８ 異物収容凹部
Ａ 励磁コイル
Ｃ ヨーク部
Ｃｓ 内部空間
Ｘ 軸芯

Claims (5)

1. 通電により磁界を作り出す励磁コイルと、
   前記励磁コイルの内周側に配置され軸芯を中心とする内周面を有する磁性体製のヨーク部と、
   前記ヨーク部の内部空間に対し前記軸芯に沿って移動自在に収容される磁性体製のプランジャとを備え、
   前記ヨーク部が、磁性体製のヨーク本体と、前記ヨーク本体の内周に嵌め込まれる磁性体製のブッシュとを備え、前記ヨーク本体の内周のうち前記軸芯に沿う方向で前記ブッシュの近傍位置で前記プランジャの外周に面する位置に前記軸芯を中心とする環状の異物収容溝が形成されている電磁ソレノイド。
2. 前記ブッシュのうち前記軸芯に沿う方向での端部が前記異物収容溝の壁部として構成されている請求項１に記載の電磁ソレノイド。
3. 前記プランジャより小径で前記励磁コイルの通電時に前記プランジャが移動する方向に突出するシャフトを前記プランジャに備えており、
   前記シャフトが挿通する挿通孔を有する前壁部と、前記プランジャに対して前記前壁部と反対側にあって前記プランジャが当接可能な後壁部とが形成され、前記前壁部と前記プランジャとの間に前部異物収容空間が形成され、前記後壁部と前記プランジャとの間に後部異物収容空間が形成されている請求項１又は２に記載の電磁ソレノイド。
4. 前記プランジャに前記軸芯と同軸芯で穿設された貫通孔部に対して、この貫通孔部の中間に前記シャフトの内端が達するまで前記シャフトを挿入して固定しており、
   前記プランジャが前記後壁部に当接する状態で、前記シャフトの内端と、前記貫通孔部と、前記後壁部とで取り囲まれる領域に異物収容凹部が形成されている請求項３に記載の電磁ソレノイド。
5. 前記後部異物収容空間が、前記後壁部において前記軸芯を中心に環状の空間として形成され、前記プランジャが前記後壁部に当接する状態で、前記後部異物収容空間と、前記前部異物収容空間を連通させる連通孔を、前記プランジャに前記軸芯に沿う方向に貫通して形成されている請求項３又は４に記載に電磁ソレノイド。
   

Images