JP2022108377A - リニアソレノイド - Google Patents

Abstract

【課題】磁性コンタミの侵入を防ぎ、可動部の摺動抵抗の増加を回避して、性能を安定させることができるリニアソレノイドを提供する。【解決手段】リニアソレノイド１は、磁性体よりなる有底円筒形状のケース２およびカバー３と、ケース２とカバー３の内側に配設されるコイル５と、コイルへの通電により励磁されて磁気力を生じるコア６と、コア６の内側で磁気力により往復移動する円柱形状のプランジャ７と、プランジャ７の中心軸上に取り付けられて、直動によりケース２から突出するピン８と、磁性体により形成されて、ピン８を突出する底がケース２の開口穴を閉塞して、コア２と軸方向の隙間を有して配設される有底円筒形状のボス４とを備える。ケース２とボス４との当接部は、ピン８の突出側に環状溝１４が形成される。【選択図】図２

Description

本開示は、リニアソレノイドに関する。

リニアソレノイドは、コイルに電流を通じて磁気を発生させ可動鉄心を駆動する電磁装置である。電磁装置は、流体中に含まれる微細な異物が可動鉄心の周辺に進入し、その異物によって可動鉄心の摩擦力が増加し有効な駆動力が減少し、動作に支障をきたすことがあった。このため、従来の電磁装置は、固定鉄心の中心部には孔があって軸が貫通して、孔の一部は拡大しており空隙部を形成している。この空隙部内は異物に比べて大きな広がりをもっており、異物を空隙部に留めている。（特許文献１）

特開平６－２２４０３２公報

上記した従来の電磁装置は、可動鉄心の周辺に異物の侵入を防ぐため、流入した異物を空隙部に留めている。このため、異物は、流入した流体とともに、電磁装置の内部を漂い、可動部の隙間に詰まり噛み込み、可動部の摺動抵抗が増加して、性能が不安定になるという問題点があった。

また、例えば車載用のリニアソレノイドは、エンジンオイルに浸っており、エンジンオイルには鉄粉などの磁性コンタミである異物が含有している。磁性コンタミは、磁性体で形成された可動部に磁気吸着される。このため、可動による異物の噛み込みの解除が阻害され、可動部の摺動抵抗が増加して、性能が不安定になるという問題点があった。

本開示は、上記した問題点を解決するためになされたものであり、磁性コンタミの侵入を防ぎ、可動部の摺動抵抗の増加を回避して、性能を安定させることができるリニアソレノイドを得ることを目的とするものである。

本開示に係わるリニアソレノイドは、磁性体により形成されて、底に開口穴を有する有底円筒形状のケースと、磁性体により形成されて、ケースを閉蓋する有底円筒形状のカバーと、ケースとカバーの内側で同軸上に配設される環状のコイルと、磁性体により形成されて、コイルの内側で、カバー側に同軸上で配設されて、コイルへの通電により励磁されて磁気力を生じる円筒形状のコアと、磁性体により形成されて、コアの内側で同軸上に配設されて、磁気力により往復移動する円柱形状のプランジャと、プランジャの中心軸上に取り付けられて、直動によりケースから突出するピンと、磁性体により形成されて、ピンを突出する底がケースの開口穴を閉塞して、コアと軸方向の隙間を有して配設される有底円筒形状のボスとを備え、ケースとボスとの当接部は、ピンの突出側に環状溝を形成されたものである。

上記のように構成されたリニアソレノイドは、ケースとボスとの当接部に、ピンの突出側で環状溝を形成している。これによって、環状溝に形成された磁路により、環状溝に磁性コンタミを引き寄せて留めることができ、ピンとボスとの隙間から磁性コンタミが侵入するのを防ぎ、可動部の摺動抵抗の増加を回避して、性能を安定させることができるリニアソレノイドを得ることができる効果を有する。

実施の形態１に係わるリニアソレノイドの外形を示す三面図である。 実施の形態１に係わるリニアソレノイドの図１におけるＡＡ断面図であり、図２（ａ）はピンが原位置の状態を示し、図２（ｂ）はピンがフルストロークの状態を示す。 実施の形態１に係わるリニアソレノイドの要部の断面拡大図である。 実施の形態１に係わるリニアソレノイドの変形例１における要部の断面拡大図である。 実施の形態２に係わるリニアソレノイドの要部の断面拡大図である。 実施の形態２に係わるリニアソレノイドの変形例１における要部の断面拡大図である。 実施の形態２に係わるリニアソレノイドの変形例２における要部の断面拡大図である。

実施の形態１．
実施の形態１におけるリニアソレノイドについて図１～４を用いて説明する。図１は、実施の形態１に係わるリニアソレノイドの外形を示す三面図である。図２は、実施の形態１に係わるリニアソレノイドの図１におけるＡＡ断面図であり、図２（ａ）はピンが原位置の状態を示し、図２（ｂ）はピンがフルストロークの状態を示す。図３は、実施の形態１に係わるリニアソレノイドの要部の断面拡大図である。図４は、実施の形態１に係わるリニアソレノイドの変形例１における要部の断面拡大図である。

リニアソレノイドは、例えば、車両のエンジンに具備された吸排気バルブの開閉タイミングを調整するバルブタイミング調整装置に用いられる。具体的には、バルブタイミング調整装置に設けられた油圧切換弁のスプールを駆動するアクチュエータとして用いられる。なお、スプールは、スプリングによってリニアソレノイド側へ付勢されている。
図１に示すように、リニアソレノイド１は、ケース２、カバー３、及び、ボス４とで外形を構成している。ケース２とカバー３とはカシメにて接合されている。リニアソレノイド１は、ボルト（図示せず）などによってエンジン（図示せず）やエンジンカバー（図示せず）などに取り付けられる。また、リニアソレノイド１に設けられたコネクタ１２には、スプール（図示せず）に抗して、ピン８を直動させてボス４から突出させる電源が接続される。

図２、及び、図３に示すように、リニアソレノイド１は、ケース２、カバー３、ボス４、コイル５、コア６、可動部９であるプランジャ７とピン８、ブッシュ１１、及び、コネクタ１２などで構成される。また、ケース２、カバー３、ボス４、コイル５、コア６、可動部９であるプランジャ７とピン８、及び、ブッシュ１１は同軸上に配置されている。

ケース２は、有底の略円筒形状で、磁性体の板金などの金属により形成されている。ケース２は、開口側の外周に鍔が形成されている。ケース２の底には、中心軸上にボス４で塞がれる開口穴が設けられている。ケース２の鍔には、リニアソレノイド１をエンジン（図示せず）やエンジンカバー（図示せず）などに取り付けるボルト（図示せず）を通すブラケット部（図示せず）が形成されている。ケース２は、カバー３と、互いの鍔によりカシメにて接合されて閉蓋されている。

カバー３は、有底の略円筒形状で、磁性体の板金などの金属により形成されている。カバー３は、開口側の外周に鍔が形成されている。カバー３の外周には、コネクタ１２を突出する開口が設けられている。カバー３は、ケース２と、互いの鍔によりカシメにて接合されて閉蓋されている。

ボス４は、有底の略円筒形状で、磁性体の金属により形成されている。ボス４は、底がケース２の底の開口穴を塞いでいる。ボス４の底側の外周には鍔が形成されており、鍔はカバー３の底の内側に当接している。また、ボス４は、中心軸上で内側に大径部、外側に小径部を有する開口穴が設けられており、ピン８が突出される。また、ボス４の外壁とケース２の開口穴の内壁との当接部は、ピン８の突出側で、それぞれの壁にて環状溝１４が形成されている。また、ボス４の底には、肉厚が薄い環状の薄肉部１５が形成されている。また、ボス４は、コア６と隙間を有して配設されている。

コイル５は、銅線が巻回された略円筒形状であり、ケース２とカバー３の内側で、同軸上に収容されている。コイル５の銅線は、コネクタ１２のターミナル１３に接続されている。また、コイル５による磁束は、それぞれ磁性体のコア６→プランジャ７→ボス４→ケース２→カバー３へと伝達される、磁束の流れＭＦの磁路を形成して流れる。

コア６は、磁性体の金属により形成された略円柱形状であり、コイル５の内側で、カバー３側に同軸上で配設されている。コア６は、コイル５の通電により励磁されて磁気力を発生させる。

プランジャ７は、磁性体の金属により形成された略円柱形状であり、コア６の内側で、同軸上に摺動可能な状態で配置されている。プランジャ７は、コア６の磁気力により直動する。プランジャ７の中心には、ピン８が圧入により取り付けられている。また、プランジャ７は、スプール（図示せず）の抗力によってピン８とともに押し戻されて往復移動する。また、プランジャ７の軸方向には貫通穴１０が穿設されており、プランジャ７の往復移動に伴う空気ダンパー作用が回避される。

ピン８は、ステンレスなどの非磁性体で形成された円柱形状であり、プランジャ７の中心軸上に圧入により取り付けられている。ピン８は、ボス４の設けられたブッシュ１１で支持されて、ボス４の開口穴から突出される。また、ピン８は、プランジャ７とともに直動の往復移動をする。なお、ピン８とボス４との隙間は５０μｍ以下であるが、磁性コンタミよりは大きい。

可動部９は、プランジャ７とピン８とで構成されている。可動部９は、コイル５の通電により励磁されたコア６により発生した磁気力で直動されるプランジャ７と、スプール（図示せず）の抗力により押し戻されるピン８によって、往復移動される。

ブッシュ１１は、円環形状でボス４の大径部に嵌着されている。ブッシュ１１は磁性体、または、非磁性体のいずれでも良い。また、ブッシュ１１は、ピン８を摺動可能に支持している。なお、ブッシュ１１とピン８との隙間は５０μｍ以下であるが、磁性コンタミよりは大きい。

コネクタ１２は、カバー３の外周に、樹脂にてインサート成型により形成されている。コネクタ１２のターミナル１３には、コイル５の銅線が接続されている。

環状溝１４は、環状の溝であり、ボス４の外壁とケース２の内壁との当接部に、ピン８の突出側でそれぞれの壁にて形成されている。環状溝１４は、断面がＶ字形状に形成されている。

薄肉部１５は、ボス４の底に形成された環状の肉厚が薄い部分である。薄肉部１５は、例えば、ボス４の底の内側に設けられた環状の溝によって形成される。薄肉部１５の肉厚寸法は、ケース２の底の肉厚寸法よりも小さく形成されており、薄肉部１５に流れる磁束の流れが阻害される。

次に、このように構成されたリニアソレノイドにおける作用について図２、及び、図３を用いて説明する。
図２（ａ）が示すように、コネクタ１２を介してコイル５の通電により、コイル５に磁束が生じる。コイル５の磁束は、コア６に磁気力を発生させるとともに、それぞれ磁性体のコア６→プランジャ７→ボス４→ケース２→カバー３へと伝達される、磁束の流れＭＦの磁路を形成して流れる。コア６によって発生した磁気力は、プランジャ７をケース２側へ移動させる。

図２（ｂ）が示すように、可動部９のストロークが進むと、すなわち、プランジャ７がケース２側へ近づくと、プランジャ７からボス４へ流れる磁束は、径方向の磁束ＭＦＤが増加する。径方向の磁束ＭＦＤの増加は、プランジャ７の軸方向の推力を低下させる。他方、プランジャ７のボス４と対向する端面１６から、ボス４のプランジャ７と対向する端面１７へ流れる軸方向の磁束ＭＦＡが増加する。軸方向の磁束ＭＦＡの増加は、プランジャ７の軸方向の推力を増加させ、可動部９をフルストロークの位置であるボス４の底へ移動させる。よって、可動部９のピン８は、フルストロークでボス４から突出される。

また、コイル５への通電が解除されると、ピン８はスプール（図示せず）の抗力により押し戻される。これによって、可動部９がカバー３側へ移動されて、ピン８はボス４からの突出が解除される。

また、ピン８は、コイル５へ印加する電圧または電流を可変することにより、ピン８が押接するスプール（図示せず）の抗力に対して、任意の位置に制御される。

図３が示すように、磁束の流れＭＦにおいて、ボス４から中心軸方向へ流れる磁束は、薄肉部１５で阻害されるので、磁束はボス４からケース２側へ優先的に流れて、ボス４の中心部へ流れる磁束は低減される。よって、磁性コンタミは、ボス４の中心部への引き寄せが阻害されて、ピン８と、ボス４及びブッシュ１１との隙間からの侵入が防止される。

また、磁束の流れＭＦにおいて、ボス４からケース２に流れる磁路は、一部が環状溝１４に形成される。磁性コンタミは、環状溝１４に形成された磁路に引き寄せられるので、ボス４の中心部へ近づくのが阻害される。
更に、一般的に、磁気力は空間よりも磁性体を流れる方が強い。環状溝１４は断面がＶ字形状であるので、溝の奥の隙間は狭くなっており、すなわち、磁性体が近づくので、磁気力は溝の入口よりも奥の方が強くなる。よって、引き寄せられて吸着された磁性コンタミは、環状溝１４に留められる。

以上述べたように、この実施の形態１にて示したリニアソレノイド１にあっては、ケース２の開口穴の内壁とボス４の外壁との当接部は、ピン８の突出側で、それぞれの壁にて環状溝１４が形成される。これによって、環状溝１４に形成された磁路により、環状溝１４に磁性コンタミが引き寄せられる。その結果、ピン８と、ボス４及びブッシュ１１との隙間から磁性コンタミが侵入するのを防止することができ、可動部９の摺動抵抗が磁性コンタミによって増加するのを回避して、リニアソレノイド１の性能を安定することができる効果を奏する。

また、環状溝１４は、断面がＶ字形状に形成される。これによって、磁気力は溝の入口よりも奥の方が強くなる。これによって、引き寄せられて吸着された磁性コンタミは、環状溝１４に留められる。その結果、ピン８と、ボス４及びブッシュ１１との隙間から磁性コンタミが侵入するのを防止することができ、可動部９の摺動抵抗が磁性コンタミによって増加するのを回避して、リニアソレノイド１の性能を安定することができる効果を奏する。

更に、環状溝１４は、断面がＶ字形状に形成されるので、ケース２の開口穴の内壁とボス４の外壁を、テーパ―加工することにより形成することができる。よって、加工が容易にできる効果も奏する。

また、ボス４の底には、環状の薄肉部１５が形成される。これによって、ボス４から中心軸方向へ流れる磁束は、薄肉部１５で阻害されるので、磁束はボス４からケース２側へ優先的に流れて、ボス４の中心部へ流れる磁束は低減されて、磁性コンタミのボス４の中心部への引き寄せが阻害される。その結果、ピン８と、ボス４及びブッシュ１１との隙間から磁性コンタミが侵入するのを防止することができ、可動部９の摺動抵抗が磁性コンタミによって増加するのを回避して、リニアソレノイド１の性能を安定することができる効果を奏する。

なお、上記した実施の形態１では、環状溝１４は断面がＶ字形状に形成されるものとしたが、図４が示すように、断面がＵ字形状に形成される環状溝４１４としても良い。

このように構成されたリニアソレノイド４１にあっても、磁束の流れＭＦ４において、環状溝４１４に形成された磁路により、環状溝４１４に磁性コンタミが引き寄せられる。その結果、ピン８と、ボス４４及びブッシュ１１との隙間から磁性コンタミが侵入するのを防止することができ、可動部９の摺動抵抗が磁性コンタミによって増加するのを回避して、リニアソレノイド１の性能を安定することができる効果を奏する。しかも、環状溝４１４の断面がＵ形状なので容積が大きくなり、磁性コンタミをより多く留めることができる。その結果、ピン８と、ボス４４及びブッシュ１１との隙間から磁性コンタミが侵入するのをより防止することができ、可動部９の摺動抵抗が磁性コンタミによって増加するのを回避して、リニアソレノイド４１の性能を安定することができる効果を奏する。

ところで、上記した実施の形態１に示したリニアソレノイドは、車両のエンジンのバルブタイミング調整装置に設けられた油圧切換弁を駆動するアクチュエータとして説明したが、これに限られるものでなく、これとは異なる切換弁を駆動するアクチュエータとして用いられるものであっても良い。

実施の形態２．
実施の形態２のリニアソレノイドについて、図５～７を用いて説明する。図５は、実施の形態２に係わるリニアソレノイドの要部の断面拡大図である。図６は、実施の形態２に係わるリニアソレノイドの変形例１における要部の断面拡大図である。図７は、実施の形態２に係わるリニアソレノイドの変形例２における要部の断面拡大図である。なお、図５から図７中、図１から図３と同一符号は同一、または、相当部分を示す。

図５が示すように、この実施の形態２のリニアソレノイド５１は、実施の形態１のリニアソレノイド１が、ボス４の外壁とケース２の開口穴の内壁との当接部に、ピン８の突出側で、それぞれの壁にて環状溝１４を形成して構成されているもの対して、ボス５４の外壁とケース５２の開口穴の内壁との当接部に、ボス５４側に環状の突起である厚肉部５９と、ケース５２側に環状の突起である厚肉部５８を設けて、それぞれの壁にて環状溝５１４を形成して構成されたものである。

すなわち、ケース５２の厚肉部５８と、ボス５４の厚肉部５９の構成が、実施形態１に示したリニアソレノイド１と異なるだけであり、その他の構成は同じである。

このように構成された実施の形態２に示されたリニアソレノイド５１にあっても、磁路の流れＭＦ５において、環状溝５１４に形成された磁路により、環状溝５１４に磁性コンタミが引き寄せられる。その結果、ピン８と、ボス５４及びブッシュ１１との隙間から磁性コンタミが侵入するのを防止することができ、可動部９の摺動抵抗が磁性コンタミによって増加するのを回避して、リニアソレノイド５１の性能を安定することができる効果を奏する。

また、一般的に、断面積が大きいほど磁束は流れやすくなる。環状溝５１４の内壁は、厚肉部５８と厚肉部５９によって軸方向に延ばされている。したがって、磁束はより多く流れるので、環状溝５１４に磁性コンタミがより多く引き寄せられる。その結果、ピン８と、ボス５４及びブッシュ１１との隙間から磁性コンタミが侵入するのをより防止することができ、可動部９の摺動抵抗が磁性コンタミによって増加するのをより回避して、リニアソレノイド５１の性能をより安定することができる効果を奏する。

なお、上記した実施の形態２では、ケース５２に厚肉部５８を、ボス５４に厚肉部５９を設けて構成されるものとしたが、図６、及び、図７が示すように、ボス６４、または、ケース７２のいずれか一方に、厚肉部６９、または、厚肉部７９を設ける構成としても良い。

このように構成されたリニアソレノイド６１、７１にあっても、磁路の流れＭＦ６、ＭＦ７において、環状溝６１４、７１４に形成された磁路により、環状溝６１４、７１４に磁性コンタミが引き寄せられる。その結果、ピン８と、ボス４、６４及びブッシュ１１との隙間から磁性コンタミが侵入するのを防止することができ、可動部９の摺動抵抗が磁性コンタミによって増加するのを回避して、リニアソレノイド６１、７１の性能を安定することができる効果を奏する。

また、環状溝６１４の内壁の片方は、厚肉部６９によって軸方向に延ばされている。もしくは、環状溝７１４の内壁の片方は、厚肉部７８によって軸方向に延ばされている。したがって、磁束はより多く流れるので、環状溝６１４、７１４に磁性コンタミがより多く引き寄せられる。その結果、ピン８と、ボス４、６４及びブッシュ１１との隙間から磁性コンタミが侵入するのをより防止することができ、可動部９の摺動抵抗が磁性コンタミによって増加するのをより回避して、リニアソレノイド６１、７１の性能をより安定することができる効果を奏する。

なお、上記した実施の形態２でも、実施の形態１と同様に、これとは異なる切換弁を駆動するアクチュエータとして用いられるものであっても良い。

１、４１、５１、６１、７１ リニアソレノイド、 ２、４２、５２、７２ ケース、 ３ カバー、 ４、４４、５４、６４ ボス、 ５ コイル、 ６ コア、 ７ プランジャ、 ８ ピン、 ９ 可動部、 １０ 貫通穴、 １１ ブッシュ、 １２ コネクタ、 １３ ターミナル、 １４、４１４、５１４、６１４、７１４ 環状溝、 １５ 薄肉部、 １６、１７ 端面、 ５８、５９、６９、７８ 厚肉部、 ＭＦ、ＭＦ４、ＭＦ５、ＭＦ６、ＭＦ７ 磁束の流れ、 ＭＦＤ 径方向の磁束、 ＭＦＡ 軸方向の磁束

Claims (5)

1. 磁性体により形成されて、底に開口穴を有する有底円筒形状のケースと、
   磁性体により形成されて、前記ケースを閉蓋する有底円筒形状のカバーと、
   前記ケースと前記カバーの内側で同軸上に配設される環状のコイルと、
   磁性体により形成されて、前記コイルの内側で、前記カバー側に同軸上で配設されて、コイルへの通電により励磁されて磁気力を生じる円筒形状のコアと、
   磁性体により形成されて、前記コアの内側で同軸上に配設されて、前記磁気力により往復移動する円柱形状のプランジャと、
   前記プランジャの中心軸上に取り付けられて、直動により前記ケースから突出するピンと、
   磁性体により形成されて、前記ピンを突出する底が前記ケースの前記開口穴を閉塞して、前記コアと軸方向の隙間を有して配設される有底円筒形状のボスとを備え、
   前記ケースと前記ボスとの当接部は、前記ピンの突出側に環状溝を形成したこと
   を特徴とするリニアソレノイド。
2. 前記ボスの前記底は、前記環状溝と中心軸との間に前記ケースの前記底の肉厚より薄い環状の薄肉部が形成されていること
   を特徴とする請求項１に記載のリニアソレノイド。
3. 前記環状溝は、軸方向断面がＶ字形状に形成されていること
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載のリニアソレノイド。
4. 前記環状溝は、軸方向断面がＵ字形状に形成されていること
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載のリニアソレノイド。
5. 前記当接部の少なくとも前記ケースと、前記ボスのいずれか一方は、前記ケースの前記底及び前記ボスの前記底の肉厚より厚い環状の厚肉部が形成されていること
   を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のリニアソレノイド。

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