JP2021052109A - ソレノイド - Google Patents

Abstract

【課題】より優れた可動子の動作性を有するソレノイドを得る。【解決手段】磁性材料で構成されハウジング１の内部で往復移動する可動子７と、可動子７の往復移動を支持する環状の軸受８と、軸受８を内挿した状態でハウジング１に保持する固定子９と、可動子７に磁力を付与するコイル６と、を備え、軸受８は、径方向外側に突出する少なくとも一つの突出部８ｂを有し、突出部８ｂが固定子９に設けられた保持部によって周方向に当接保持されているソレノイドＳ。【選択図】図１

Description

本発明は、ソレノイドの内部に可動子を往復移動可能に支持する軸受を備えたソレノイドに関する。

従来、このようなソレノイドとしては例えば以下の特許文献１（〔００１７〕乃至〔００１９〕段落など参照）に記載されたものがある。

このソレノイドにおいては、可動子の一部であるシャフトの軸受けとして第１ブッシュおよび第２ブッシュが用いられている。このうち、第１ブッシュはコアに圧入され、第２ブッシュはボス部材に圧入されて固定される。

ただし、これら圧入に際しては、第１ブッシュおよび第２ブッシュが外周面から圧力を受け、内面の軸受部が変形してシャフトの動作性が損なわれる恐れがある。

そこで当該公知技術では、第１ブッシュおよび第２ブッシュの外周面に軸方向に沿って複数の溝部を形成するローレット加工を施し、当該溝部を優先的に変形させることで軸受部となる内面に変形が生じるのを防止している。

特開２００４−２３９４３３号公報

上記特許文献１のソレノイドにおいては第１ブッシュ等の外周面にローレット加工を施すものの、第１ブッシュ等に対しては依然として外周面から内径方向に向けて圧縮力が作用するため第１ブッシュの内面には幾分かの変形が生じる。よって、シャフトの動作性を完全に確保することは難しい。
また、内面の変形を抑制するためにはローレット加工部での変形程度を大きく設計する必要があり、却って第１ブッシュなどの固定状態が損なわれるおそれも生じる。
さらに、ローレット加工は複数の溝部を形成するものであり相当の加工の手間も生じる。

このように、従来のソレノイドにあっては種々の改善すべき点があり、従来からより優れた可動子の動作性を有するソレノイドが求められている。

（特徴構成）
本発明に係るソレノイドの特徴構成は、
磁性材料で構成されハウジングの内部で往復移動する可動子と、
前記可動子の往復移動を支持する環状の軸受と、
前記軸受を内挿した状態で前記ハウジングに保持する固定子と、
前記可動子に磁力を付与するコイルと、を備え、
前記軸受は、径方向外側に突出する少なくとも一つの突出部を有し、
前記突出部が前記固定子に設けられた保持部によって周方向に当接保持されている点に特徴を有する。

（効果）
ソレノイドにあっては、ソレノイドに発生させる磁力によって可動子を往復移動させる。その際に、ソレノイドで発生した磁力が固定子を介して可動子に流入するが、可動子の往復動作を円滑にかつヒステリシスのないものとするには可動子の位置が正確に決まる必要がある。可動子は自身が往復移動できるよう軸受によって支持されており、当該軸受は固定子に取り付けられている。

本構成では、固定子に対する軸受の取付構造として、軸受に径方向外側に突出する少なくとも一つの突出部を設け、この突出部を固定子に設けられた保持部が周方向に当接保持するように構成してある。これにより軸受の多くの領域が固定子から外力を受けなくなり軸受の変形が抑えられる。

この結果、可動子の組付け性すなわち固定子に対する可動子の取付精度および軸受と可動子とのクリアランスの設定精度が向上する。よって、ソレノイドから可動子に対する磁束の流入状態が安定化し可動子の駆動精度も向上する。

（特徴構成）
本構成のソレノイドにおいては、前記固定子が筒状の部材であり、前記保持部が前記固定子の軸芯方向に沿った一方の端面から他方の端面に向けて形成された溝部であると好都合である。

（効果）
このように軸受の突出部を固定子の溝部で当接保持する構成であれば、特に固定子にあっては従来の筒状の形状のものに溝部を加工するだけで良い。よって、軸受の保持構造を合理的に得ることができる。

また、突出部の幅や溝部の隙間寸法の設定は容易であるから、軸受の固定強さを任意に設定できる。よって、固定子や軸受のサイズあるいは材質などに応じた最適な保持構造が得易くなる。

（特徴構成）
本構成のソレノイドにあっては、前記固定子の軸芯方向視において、前記溝部のうち内径側の端部に面取部を備えていると好都合である。

（効果）
軸受に形成する突出部は、例えば筒状の表面から径方向に一体的に突出させて形成する。この場合、筒状の表面と突出部との境界位置には僅かな曲面部が形成されることがある。このような曲面部は突出部を溝部に嵌め込む際に溝部の角部に干渉する場合がある。そこで溝部の内径側の端部に面取部を形成することで、上記干渉の発生を防止し、固定子に対する軸受の取付精度を向上させている。

（特徴構成）
本構成のソレノイドにあっては、前記固定子の軸芯方向視における前記突出部および前記溝部の互いの当接面につき、前記突出部の周方向に沿った厚み、および、前記溝部の周方向に沿った間隔が、径方向の外側程大きくなる領域を備えるように構成することができる。

（効果）
仮に、突出部の厚みが溝部の間隔よりも狭い場合、軸受を固定子の内部に挿入する際に突出部が圧縮変形を受ける。その際には、開放端部である突出部の先端側が変形し易くなる。その結果、軸芯方向に沿って見たとき突出部が先細形状となり、溝部からの当接力が軸芯方向に傾斜して軸受は突出部の位置で径方向内側に変形する。

本構成では、突出部および溝部の一対の当接面が径方向の外側程広がるように構成してあるから軸受の上記縮径は生じ難く、むしろ軸受のうち突出部が形成された部位が径方向外側に引かれることとなる。ただし、その場合には軸受の外面が固定子の内面に当接するから軸受の過度な変形は生じない。よって、本構成であれば軸受の形状が確実に保持され軸受の取付精度がさらに向上する。

（特徴構成）
本構成のソレノイドにおいては、前記固定子が、前記可動子が往復移動して何れの位置にあるときも前記可動子の径外方向に位置する内面を有すると共に、前記軸芯方向に沿った一方の端面と他方の端面との間の位置で最も肉厚が薄くなる環状の薄肉部を有し、前記薄肉部に周方向に沿って所定間隔に孔部が形成されたものとすることができる。

（効果）
一般のソレノイドでは、可動子の移動範囲の両端部に夫々異なる固定子を配置し、これら固定子の間を流通する磁束が可動子の内部を確実に通過するようにするものが多い。しかしその場合、夫々の固定子の取付位置に誤差が生じ易く可動子の動作精度が損なわれる場合がある。

そこで本構成では、可動子の移動範囲の全領域を覆う固定子を設けることとし、固定子の数を一つとしている。これにより固定子の上記取付誤差が無くなり、取り付けの手間が軽減される。

また、多くの磁束が可動子の内部に流れるように固定子の厚みは軸芯方向に沿った中間の位置で薄肉に形成してある。この部位に周方向に沿って孔部を複数設けることで、固定子の内部を流れる磁束がさらに減少し、可動子の側に誘導することができる。

さらに本構成では、可動子と固定子との間に異物が混入した場合に、当該異物が孔部を介して固定子の外側に排出される効果が期待できる。この結果、可動子の動作円滑性が長期に亘って維持されることとなる。

第１実施形態に係るソレノイドの構成を示す説明図 第１実施形態に係るソレノイドの要部の構成を示す斜視図 突出部及び溝部の他の構成を示す説明図 第２実施形態に係るソレノイドの構成を示す説明図 第２実施形態に係るソレノイドの要部の構成を示す斜視図

〔第１実施形態〕
（全体概要）
図１および図２に、本発明の第１実施形態に係るソレノイドＳを示す。本実施形態のソレノイドＳは、例えば車両用エンジンの点火時期を調整する油圧制御用のソレノイドバルブなどに用いられる。ソレノイドバルブは、ハウジング１の内部に設けられたシリンダ２の内面に沿ってスプール３が往復し、ハウジング１に設けられた複数の油路４がスプール３の位置に応じて連通・遮断される。ソレノイドＳは、このスプール３と軸部５を介して連接され、コイル６で発生する磁力によってスプール３を往復移動させるものである。

本実施形態のソレノイドＳは以下の構成を有する。即ち、磁性材料で構成されており、ハウジング１の内部で往復移動する可動子７と、この可動子７の往復移動を支持する環状の軸受８とを備えている。さらに、軸受８を内挿した状態でハウジング１に保持する固定子９を備える。固定子９は、本実施形態に係る軸受８を支持する第１固定子９１と、可動子７の軸部５を支持する第２固定子９２とで構成される。尚、以降においては、第１固定子９１を単に固定子９と称する。

また、可動子７の周囲にはコイル６が設けられ、このコイル６への通電によって生じた磁力が固定子９を介して可動子７に流入し可動子７が往復移動される。

本実施形態のソレノイドＳにあっては、特に、固定子９と軸受８との取付状態を工夫してある。図２に示すように、軸受８は単純な筒形状ではなく、筒形状の軸受本体８ａの一部から径方向外側に少なくとも一つの突出部８ｂを設けてある。本実施形態では、径方向に沿った反対方向に一対の突出部８ｂを形成してある。突出部８ｂの形状は例えば直方体である。

この軸受８は、突出部８ｂを把持されつつ固定子９の内部に挿通状態に固定される。そのため、固定子９には、突出部８ｂを受ける保持部Ｈが形成してある。具体的には、図２に示すように、固定子９の壁部９ａを切り込んで形成した溝部９ｂが保持部Ｈとして機能する。

ソレノイドＳにあっては、ソレノイドＳに発生させる磁力によって可動子７を往復移動させる。ソレノイドＳで発生した磁力は固定子９を介して可動子７に流入するが、可動子７の往復動作を円滑にかつヒステリシスのないものとするには、可動子７が固定子９に対して正確に同心円上に位置することなどが必要となる。そのためには、まず固定子９に対して軸受８が正確な位置に固定され、軸受８のうち可動子７と摺接する面が所期の形状を有することが必要である。

本構成では、軸受８に設けた突出部８ｂを、固定子９に設けた保持部Ｈが周方向に当接保持するように構成してある。つまり、筒状の固定子９のうち軸芯Ｘの方向に沿った一方の端面から他方の端面に向けて溝部９ｂが形成してある。

図２（ｂ）に示すように、軸受８が固定子９に挿入された状態で、突出部８ｂが溝部９ｂによって周方向に挟持される。その結果、従来の軸受８の固定態様でみられたような、軸受８が固定子９に内嵌されることで軸受８の内径が縮径するといった不都合が生じず、可動子７の組付け性すなわち固定子９に対する可動子７の取付精度および軸受８と可動子７とのクリアランスの設定精度が向上する。

また、円形であるべき軸受８の断面形状が変形する等の不都合も生じ難いから、軸受８の保持状態が健全なものとなり、可動子７は円滑に摺動する。これらにより、コイル６から可動子７に対する磁束の流入状態が安定し可動子７の駆動精度が向上する。

尚、本構成であれば、突出部８ｂの幅や溝部９ｂの隙間寸法の設定が容易であるから軸受８の固定強さを任意に設定できる。よって、固定子９や軸受８のサイズあるいは材質などに応じた最適な保持構造が得易くなる。

図２（ａ）（ｃ）に示すように、固定子９に対する軸受８の取付精度をより高めるために、溝部９ｂのうち内径側の縁部に面取部９ｃを備え、軸受８の突出部８ｂあるいは円筒状の表面８ｃとの不要な干渉を防止している。

軸受８に形成する突出部８ｂは、例えば筒状の表面８ｃから径方向に一体的に突出させて形成される。この場合、筒状の表面８ｃと突出部８ｂとの境界位置には僅かな曲面部が形成されることがある。この曲面部が、突出部８ｂを溝部９ｂに嵌め込む際に溝部９ｂの縁部に干渉すると軸受８の当該部位が径方向内方に押し出され、軸受８の円形であるべき断面形状が変形することとなる。そこで、当該面取部９ｃを形成することで上記干渉の発生を防止し、固定子９に対する軸受８の取付精度を向上させている。

尚、このような溝部９ｂと突出部８ｂとの干渉を防止するには、図２（ｃ）に示すように軸受８の表面８ｃと突出部８ｂとの境界線に沿ってヌスミ８ｄを設けておいても良い。

また、図２（ａ）に示すように、溝部９ｂに対して突出部８ｂの挿入を容易にするため溝部９ｂの開口部に第２面取部９ｄを設けておくと良い。尚、このような第２面取部９ｄは、軸受８の突出部８ｂに設けても良いし、溝部９ｂおよび突出部８ｂの双方に設けてもよい。本実施形態のように第２面取部９ｄを溝部９ｂにのみ設け突出部８ｂには設けない構成とする場合、固定子９に対する軸受８の挿入方向が規制されないから軸受８の取付作業が容易となる。

軸受８を固定子９に挿入した後は、図２（ａ）に黒丸印で示すように、突出部８ｂの近傍に位置する固定子９の端面９ｅをポンチングし、溝部９ｂの内面を突出部８ｂに向けて変形させることで突出部８ｂの挟持力を高めておくと良い。

〔突出部の他の構成〕
図３（ａ）に示すように、本実施形態のソレノイドＳにおいては、突出部８ｂおよび溝部９ｂの互いの当接面につき、軸芯方向視において突出部８ｂの周方向に沿った厚みおよび溝部９ｂの周方向に沿った間隔が、径方向の外側程大きくなるように構成することができる。

突出部８ｂの形状が図２に示すように周方向に沿った幅が何れの箇所でも等しい場合、突出部８ｂが溝部９ｂに挿入され突出部８ｂが周方向に沿って圧縮される際に、開放端部である突出部８ｂの先端側が変形し易くなる。その結果、突出部８ｂが先細形状となり、突出部８ｂが溝部９ｂから内径側に押し出され易くなり、軸受８の真円度が損なわれる。

図３（ａ）の構成では、突出部８ｂおよび溝部９ｂの一対の当接面が径方向の外側程広がるように構成してあるから軸受８の上記縮径は生じ難く、むしろ軸受８のうち突出部８ｂが形成された部位が溝部９ｂからの圧縮力によって径方向外側に引かれることとなる。ただし、その場合には軸受８の表面８ｃが固定子９の内面に当接するから軸受８の過度な変形は生じない。よって、本構成であれば軸受８の形状が確実に保持され取付精度がさらに向上する。

尚、突出部８ｂおよび溝部９ｂの当接面の形状は、図３（ａ）に示すように平面状であっても良いし、図３（ｂ）に示すように曲面状であってもよい。図３（ｂ）は断面形状が略円形であるが、このように、径方向に沿った内側の領域が外側ほど厚くなり、これよりも径方向外側では外方ほど厚みが減少するものであれば、固定子９に対する軸受８の径方向位置が確実に設定される。

〔第２実施形態〕
図１の例では、固定子９は可動子７の移動方向に沿って２分割に構成されていたが、図４および図５に示すように、上記実施形態に比べて固定子９を長く一体に構成してもよい。この例では、可動子７が往復移動して何れの位置にあるときも可動子７の径外方向に固定子９の内面が位置することとなる。

図１に示すソレノイドＳもそうであるが、一般のソレノイドＳでは、可動子７の移動範囲の両端部に夫々異なる固定子９を配置し、これら固定子９の間を流通する磁束が可動子７の内部を確実に通過するようにするものが多い。しかし、その場合、夫々の固定子９の取付位置に誤差が生じ易く可動子７の動作精度が損なわれる場合がある。そこで固定子９を可動子７の移動範囲の全領域を覆う長さを有する単一形状のものとする。これにより、固定子９の上記取付誤差が無くなり取り付けの手間が軽減される。

この場合、固定子９のうち軸芯方向に沿った中間の位置に、肉厚が最も薄くなる環状の薄肉部９ｆを形成し、この薄肉部９ｆに、周方向に沿って所定間隔に孔部９ｇを形成しておく。

中間部に薄肉部９ｆを形成することで、多くの磁束が可動子７の側に移行して流れることとなる。加えて薄肉部９ｆに周方向に沿った孔部９ｇを設けることで、固定子９の内部を流れる磁束がさら可動子７の側に誘導され、可動子７の駆動に寄与することとなる。

また、このような複数の孔部９ｇは、可動子７と固定子９との間に異物が混入した場合に、当該異物が孔部９ｇを介して固定子９の外側に排出される効果が期待できる。この結果、可動子７の動作円滑性が長期に亘って維持されることとなる。

本発明に係るソレノイドは、軸受を介して固定子に可動子を摺動可能に支持する構成のものに広く適用することができる。

１ ハウジング
６ コイル
７ 可動子
８ 軸受
８ｂ 突出部
９ 固定子
９ｂ 溝部
９ｃ 面取部
９ｆ 薄肉部
９ｇ 孔部
Ｈ 保持部
Ｓ ソレノイド

Claims (5)

1. 磁性材料で構成されハウジングの内部で往復移動する可動子と、
   前記可動子の往復移動を支持する環状の軸受と、
   前記軸受を内挿した状態で前記ハウジングに保持する固定子と、
   前記可動子に磁力を付与するコイルと、を備え、
   前記軸受は、径方向外側に突出する少なくとも一つの突出部を有し、
   前記突出部が前記固定子に設けられた保持部によって周方向に当接保持されているソレノイド。
2. 前記固定子が筒状の部材であり、前記保持部が、前記固定子の軸芯方向に沿った一方の端面から他方の端面に向けて形成された溝部である請求項１に記載のソレノイド。
3. 前記固定子の軸芯方向視において、前記溝部のうち内径側の端部に面取部を備えている請求項２に記載のソレノイド。
4. 前記固定子の軸芯方向視における前記突出部および前記溝部の互いの当接面につき、前記突出部の周方向に沿った厚み、および、前記溝部の周方向に沿った間隔が、径方向の外側程大きくなる領域を備えている請求項２または３に記載のソレノイド。
5. 前記固定子は、前記可動子が往復移動して何れの位置にあるときも前記可動子の径外方向に位置する内面を有すると共に、前記軸芯方向に沿った一方の端面と他方の端面との間の位置で最も肉厚が薄くなる環状の薄肉部を有し、
   前記薄肉部に、周方向に沿って所定間隔に孔部が形成されている請求項２から４の何れか一項に記載のソレノイド。

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