JP3633166B2 - リニアソレノイド - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも１個の弾性部材によって付勢されたバルブが摺動可能に配設される調圧弁部と、シャフトを介して発生した推力を前記調圧弁部に伝達する推力発生部を備えたリニアソレノイドにおいて、前記推力発生部が、コイル内に介挿される磁石を前記シャフトに配設した磁石可動型リニアアクチュエータによって構成されているリニアソレノイドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のリニアソレノイドは、図６に示されるように電磁石部Ｍにおいて、磁気回路を構成するケースＫ、プランジャＰ（可動鉄心）およびコイル組立体Ｃの中空部に挿入固定されるコアＦ（固定鉄心）に磁性材料を採用し、コイルＣに電流を通電すると、前記磁気回路に磁束が発生し、前記プランジャＰとコアＦとの間に電磁吸引力が発生するので、この電磁吸引力を利用して調圧弁部Ｓのスプール弁ＳＶをスリーブＳＬ内部で摺動させ、流体の圧力を制御するものであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のリニアソレノイドは、電磁石部Ｍにおいて、磁気回路を構成するケースＫ、プランジャＰおよびコイル組立体Ｃの中空部に挿入固定されるコアＦに磁性材料を採用しているため、図７に示されるような当該磁性材料特有の磁気的ヒステリシスが存在するため、同じ電流値に対しても、制御圧力がスプール弁の移動方向によって異なり、安定しないという問題があった。
【０００４】
また前記磁性材料で構成された部材の断面積により、磁気飽和による透過出来る磁束に限りがあるため、電流値を随時大きくしていっても、電磁吸引力に限界があり、大きな制御圧力を得ることが出来ないという問題があった。
【０００５】
さらに電磁吸引力は、磁束の流れに沿った方向に発生するため、前記プランジャＰとコアＦとの間には、半径方向にも図８に示されるようにラジアル荷重の分力が作用するため、軸受Ｂの精度が要求されるとともに、その構造も複雑になるという問題があった。
【０００６】
また前記軸受の摩擦係数に比例したシャフトＳＴの摺動抵抗が存在するために、上記ヒステリシスを増大させ、また電流に対する制御圧力の応答性が悪化するという問題があった。
【０００７】
さらに前記電磁吸引力のレベルが、各部品間のエアギャップ量に大きく左右されるため、前記電磁石部Ｍの構成部品の精度がかなり要求され、コストがアップするという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明者らは、少なくとも１個の弾性部材によって付勢されたバルブが摺動可能に配設される調圧弁部と、シャフトを介して発生した推力を前記調圧弁部に伝達する推力発生部を備えたリニアソレノイドにおいて、前記推力発生部が、磁石を前記シャフトに配設してコイル内に介挿される磁石可動型リニアアクチュエータによって前記バルブを移動させ、制御圧力を制御するという本発明の技術的思想に着眼し、さらに研究開発を重ねた結果、前記推力発生部にヒステリシスやラジアル荷重が発生しないようにして、入力電流に対して安定した大きな制御圧力が得られるようにするとともに、応答性を高めるという目的を達成する本発明に到達した。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明（請求項１に記載された第１発明）のリニアソレノイドは、
少なくとも１個の弾性部材によって付勢されたバルブが摺動可能に配設される調圧弁部と、シャフトを介して発生した推力を前記調圧弁部に伝達する推力発生部を備えたリニアソレノイドにおいて、
前記推力発生部が、コイル内に介挿される磁石を前記シャフトに配設した磁石可動型リニアアクチュエータによって構成されている
ものである。
【００１０】
本発明（請求項１に記載された第１発明）のリニアソレノイドは、
前記磁石可動型リニアアクチュエータが、前記少なくとも２個の同極対向された永久磁石を少なくとも３連のコイルに介挿し、各永久磁石の磁極間を境にして相異なる方向に電流が流れるように結線されている
ものである。
【００１１】
本発明（請求項１に記載された第１発明）のリニアソレノイドは、
前記永久磁石間に磁性部材より成るヨークを配設し、前記コイルの外周側にヨークを配設した
ものである。
【００１２】
本発明（請求項１に記載された第１発明）のリニアソレノイドは、
前記対向する永久磁石の両端が、磁性部材のサイドヨークを介して前記シャフトに係止されている
ものである。
【００１３】
本発明（請求項２に記載された第２発明）のリニアソレノイドは、
前記第１発明において、
前記コイルの外周側に配設されたヨークが、タイプに応じた所定の材質のサイドプレートおよび軸受けを介して前記シャフトを相対動可能に支持する
ものである。
【００１４】
本発明（請求項３に記載された第３発明）のリニアソレノイドは、
前記第１発明において、
前記少なくとも１個の弾性部材のバネ定数が、前記推力発生部の前記コイルに電流が入力されていない時の制御圧力が制御圧力範囲の中央値になるように設定されている
ものである。
【００１５】
本発明（請求項４に記載された第４発明）のリニアソレノイドは、
前記第３発明において、
前記弾性部材が、前記推力発生部の一端に係止され、前記シャフトの一端を軸方向移動可能に弾性的に支持している
ものである。
【００１６】
本発明（請求項５に記載された第５発明）のリニアソレノイドは、
前記第４発明において、
前記シャフトの他端が、前記調圧弁部に摺動可能に配設された前記バルブの一端に係合するように構成されている
ものである。
【００１７】
本発明（請求項６に記載された第６発明）のリニアソレノイドは、
前記第４発明において、
前記シャフトと前記調圧弁部に摺動可能に配設された前記バルブとが一体的に形成されている
ものである。
【００１８】
【発明の作用および効果】
上記構成より成る第１発明のリニアソレノイドは、前記推力発生部を構成する前記磁石可動型リニアアクチュエータにおいて、前記コイルに電流が印加されるとフレミングの左手の法則に基づく推力が該コイルに作用するが、コイルが固定されているためこの反力がコイル内に介挿され前記シャフトに配設された前記磁石に作用して、前記弾性部材に抗して前記調圧弁部の前記バルブに伝達され、制御圧力が制御されるので、前記推力発生部にヒステリシスやラジアル荷重が発生しないようにして、入力電流に対して安定した大きな制御圧力が得られるようにするとともに、応答性を高めるという効果を奏する。
【００１９】
上記構成より成る第１発明のリニアソレノイドは、前記磁石可動型リニアアクチュエータが、前記少なくとも２個の同極対向された永久磁石を少なくとも３連のコイルに介挿し、各永久磁石の磁極間を境にして相異なる方向に電流が流れるように結線されているので、前記磁石可動型リニアアクチュエータの長手方向に垂直な磁束成分を大きくして、大きな軸方向の推力を得ることが出来るという効果を奏する。
【００２０】
上記構成より成る第１発明のリニアソレノイドは、前記永久磁石間に磁性部材より成る前記ヨークを配設し、前記コイルの外周側に前記ヨークを配設したので、前記永久磁石の着磁方向に垂直な方向の磁束成分を増加させることにより、大きな軸方向の推力を得ることが出来るという効果を奏する。
【００２１】
上記構成より成る第１発明のリニアソレノイドは、前記対向する永久磁石の両端が、磁性部材のヨークを介して前記シャフトに係止されているので、前記永久磁石の着磁方向に垂直な方向の磁束成分を増加させることにより、さらに大きな軸方向の推力を得ることが出来、またシャフトの軸方向の移動を規制することが出来るという効果を奏する。
【００２２】
上記構成より成る第２発明のリニアソレノイドは、前記第１発明において、前記コイルの外周側に配設されたヨークが、タイプに応じた所定の材質のサイドプレートおよび軸受けを介して前記シャフトを相対動可能に支持するので、プッシュプル型、双安定型、自動復帰型の各タイプにおける動作を可能にするという効果を奏する。
【００２３】
上記構成より成る第３発明のリニアソレノイドは、前記第１発明において、前記少なくとも１個の弾性部材のバネ定数が、前記推力発生部の前記コイルに電流が入力されていない時の制御圧力が制御圧力範囲の中央値になるように設定されているので、前記推力発生部に流れる電流の方向によって推力を双方向に発生可能であるとともに、少ない電流でリニアソレノイドの圧力調整範囲を大きくすることが出来、前記推力発生部における発熱を抑制することが出来るという効果を奏する。
【００２４】
上記構成より成る第４発明のリニアソレノイドは、前記第３発明において、前記弾性部材が、前記推力発生部の一端に係止され、前記シャフトの一端を軸方向移動可能に弾性的に支持しているので、前記シャフトの一端に配設すべき軸受けを省略することが出来、部品点数を減らし、コストダウンを可能するという効果を奏する。
【００２５】
上記構成より成る第５発明のリニアソレノイドは、前記第４発明において、前記シャフトの他端が、前記調圧弁部に摺動可能に配設された前記バルブの一端に係合するように構成されているので、弁スリーブにて正確に軸芯を保持されているバルブを利用して、シャフトの他端を支持することにより、前記シャフトの他端に配設すべき軸受けを省略することが出来、部品点数を減らし、コストダウンを可能するという効果を奏する。
【００２６】
上記構成より成る第６発明のリニアソレノイドは、前記第４発明において、前記シャフトと前記調圧弁部に摺動可能に配設された前記バルブとが一体的に形成されているので、前記シャフトと前記バルブとの一体的な動きを可能にするとともに、前記弾性部材を前記バルブを付勢している１個の弾性部材によって構成することが出来るため、部品点数を最小限とし、構成をシンプルにしてコストダウンを可能するという効果を奏する。
さらに、前記磁石可動型リニアアクチュエータには、ラジアル荷重が存在せず、前記シャフトと前記バルブを一体的に形成しても、従来のようにシャフトからバルブに摺動抵抗を増加させるラジアル荷重を伝達することがないため、推力に対する制御圧力の応答性を大幅に向上することができるという効果も奏する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、以下図面に基づいて説明する。
【００２８】
（第１実施形態）
本第１実施形態のリニアソレノイドは、図１に示されるように１個の弾性部材によって付勢されたバルブが摺動可能に配設される調圧弁部１と、シャフト２３を介して発生した推力を前記調圧弁部に伝達する推力発生部２を備えたリニアソレノイドにおいて、前記推力発生部２が、３連のコイル２１内に介挿され２個の同極対向された永久磁石２２を前記シャフト２３に配設する磁石可動型リニアアクチュエータ２０によって構成されているものである。
【００２９】
前記調圧弁部１を構成するスプール弁は、図１に示されるように供給圧を供給する供給ポート１０１と調整された出力圧を供給する出力ポート１０２と圧油を排出する排出ポート１０３と出力圧をフィードバックさせるフィードバックポート１０４を備えた弁スリーブ１０と、該弁スリーブ１０内に摺動自在に介挿されたスプール１１と、前記弁スリーブ１０に装着される受け栓１３と前記スプール１１との間に介挿され該スプール１１を図中右方に付勢する弾性部材としてのスプリング１２とから成る。
【００３０】
前記推力発生部２による荷重と前記スプリング１２による荷重と出力圧フィードバック荷重とのバランスを図ることにより供給圧を前記推力発生部２への入力電気信号に対応して出力圧に調整して供給し得るように構成されている。
【００３１】
前記推力発生部２は、図１に示されるように非磁性体のカバー２００内に中空円筒体のヨーク２４を挿置して、該ヨーク２４の内周壁に軸方向に３連の環状コイル２１を直列に配置される。
【００３２】
前記ヨーク２４の両端にはＬ型断面のリング状のサイドプレート２５が配設され、該サイドプレート２５の内周壁に軸受２６が配設され、前記シャフト２３が両端において軸方向移動可能に支持される。
【００３３】
該シャフト２３には、図１に示されるようにＮ極同志が対向した２個の環状の永久磁石２２が中間磁性体のセンターヨーク２７を介して配置され、該２個の永久磁石２２の両端に磁性材料のサイドヨーク２８が配設され、該サイドヨーク２８がＥリング２９によって前記シャフト２３に係止されている。
【００３４】
前記ヨーク２４の内周壁に軸方向に直列に配置された３連の環状コイル２１は、前記各永久磁石２２の磁極間を境にして相異なる方向に電流が流れるように結線されている。
【００３５】
前記コイル２１の外周側に配設された磁性体ヨーク２４の両端に配設され、前記軸受２６を介して前記シャフト２３を相対動可能に支持する前記サイドプレート２５は、タイプに応じた所定の材質のプレートによって構成されている。
【００３６】
すなわち、プッシュプル型の場合は、両サイドプレート２５がＢＳプレートによって構成され、双安定型の場合は両サイドプレート２５が鉄プレートによって構成され、自動復帰型の場合は両サイドプレート２５がＢＳプレートまたは鉄プレートの組合せによって構成される。
【００３７】
前記シャフト２３の図１中左端の突起２３１が、前記調圧弁部１に摺動可能に配設された前記バルブとしての前記スプール１１の係脱自在の右端の凹部１１１に係合するように構成され、両者の動きは機械的に連係している。
【００３８】
前記スプール１１の左端を右方に付勢する前記弾性部材としての前記スプリング１２のバネ定数は、図２および図３に示されるように前記推力発生部２の前記コイル２１に電流が入力されていない時の制御圧力が制御圧力範囲の中央値になるように設定されている。
【００３９】
上記構成より成る第１実施形態のリニアソレノイドは、前記磁石可動型リニアアクチュエータ２０において、前記コイル２１に電流が印加されるとフレミングの左手の法則に基づく推力が該コイル２１に作用するが、コイル２１がヨーク２４を介してカバー２００に固定されているため、この反力が前記コイル２１内に介挿され前記シャフト２３に対向配設された前記永久磁石２２に作用して、前記弾性部材としてのスプリング１２の付勢力に抗して前記調圧弁部１の前記バルブとしてのスプール１１に伝達され、制御圧力が制御される。
【００４０】
また前記磁石可動型リニアアクチュエータ２０が、２個の同極対向された前記永久磁石２２を３連の前記コイル２１に介挿し、各永久磁石２２の磁極間を境にして相異なる方向に電流が流れるように該コイル２１が結線されているので、前記磁石可動型リニアアクチュエータ２０の長手方向に垂直な磁束成分を大きくして、大きな軸方向の推力を得るものである。
【００４１】
上記作用を奏する第１実施形態のリニアソレノイドは、前記コイル２１に電流が印加されるとフレミングの左手の法則に基づく推力の反力が前記コイル２１内に介挿され前記シャフト２３に対向配設された前記永久磁石２２に作用して、前記弾性部材としてのスプリング１２の付勢力に抗して前記調圧弁部１の前記バルブとしてのスプール１１に伝達され、制御圧力が制御されるので、従来のような前記推力発生部１にヒステリシスやラジアル荷重の発生が阻止され、入力電流に対して安定した大きな制御圧力が得られるという効果を奏する。
【００４２】
また第１実施形態のリニアソレノイドは、２個の同極対向された前記永久磁石２２を少なくとも３連の前記コイル２１内に介挿し、該コイル２１が各永久磁石２２の磁極間を境にして相異なる方向に電流が流れるように結線されているので、前記磁石可動型リニアアクチュエータ２０の長手方向に垂直な磁束成分を大きくして、大きな軸方向の推力を得ることが出来るという効果を奏する。
【００４３】
さらに第１実施形態のリニアソレノイドは、磁石可動型リニアアクチュエータ２０の軸方向推力を発生させる主要構成部（コイル２１、永久磁石２２）が磁性材料を持たないので、磁性材料特有の磁気的ヒステリシスが生じないため、一定の電流値に対する流体圧力にバラツキが生じず、精確な圧力制御が可能になるという効果を奏する。
【００４４】
すなわち、磁性材料を使用すると、磁性材料断面積により磁性線に限りがあり、磁気的な飽和が起こるが、磁石可動型リニアアクチュエータ２０は磁性材料を持たないため、可能な限り大きな推力を得ることが出来、圧力制御範囲を広めることが出来る。
【００４５】
さらに第１実施形態のリニアソレノイドは、前記対向する永久磁石２２間に前記中間磁性体のセンターヨーク２７を配設するとともに、前記コイル２１の外周側に前記磁性体ヨーク２４を配設したので、前記永久磁石２２の着磁方向に垂直な方向の磁束成分を増加させることにより、大きな軸方向の推力を得ることが出来るという効果を奏する。
【００４６】
また第１実施形態のリニアソレノイドは、前記対向する永久磁石２２の両端が、磁性部材のサイドヨーク２８を介してＥリング２９によって前記シャフト２３に係止されているので、前記永久磁石２２の着磁方向に垂直な方向の磁束成分を増加させることにより、さらに大きな軸方向の推力を得ることができ、またシャフトの軸方向移動を規制することが出来るという効果を奏する。
【００４７】
さらに第１実施形態のリニアソレノイドは、前記コイル２１の外周側に配設された前記磁性体ヨーク２４が、上述したようなタイプに応じた所定の材質の前記サイドプレート２５および軸受２６を介して前記シャフト２３を軸方向移動可能に支持するので、プッシュプル型、双安定型、自動復帰型の各タイプにおける最適な動作を可能にするという効果を奏する。
【００４８】
また第１実施形態のリニアソレノイドは、前記スプリング１２のバネ定数が、図２および図３に示されるように前記推力発生部２の前記コイル２１に電流が入力されていない時の制御圧力が制御圧力範囲の中央値になるように設定されているので、前記推力発生部２に流れる電流の方向によって推力を双方向に発生可能であるとともに、少ない電流でリニアソレノイドの圧力調整範囲を大きくすることが出来、前記推力発生部２における発熱を抑制することが出来るという効果を奏する。
【００４９】
さらに第１実施形態のリニアソレノイドは、前記シャフト２３の左端２３１と前記調圧弁部１に摺動可能に配設された前記バルブとしてのスプール１１の右端の凹部１１１とが係合して機械的に連係されているので、前記シャフト２３と前記スプール１１との連係的な動きを可能にするとともに、前記弾性部材を前記スプールの左端を付勢している１個のスプリング１２によって構成することが出来るため、部品点数を最小限とし、構成をシンプルにしてコストダウンを可能するという効果を奏する。
【００５０】
また第１実施形態のリニアソレノイドは、従来のリニアソレノイドのような半径方向の荷重が作用しないため、推力に対する制御圧力の応答性を大幅に向上するという効果を奏する。
【００５１】
さらに第１実施形態のリニアソレノイドは、上述のように半径方向の荷重が作用しないため、精密な加工が要求される前記軸受２６の精度を比較的ルーズにすることが出来、その構成をシンプルにすることが出来るという効果を奏する。
【００５２】
（第２実施形態）
本第２実施形態のリニアソレノイドは、図４に示されるように前記シャフト２３の左端の凸球状部２３２が、前記調圧弁部１に摺動可能に配設された前記スプール１１の右端の凹球状部１１２に係合するように構成されている点が前記第１実施形態との相違点であり、相違点を中心に説明し同一部分については同一符号を用いて説明を省略する。
【００５３】
前記弾性部材が、前記推力発生部２のアウタヨークを構成する厚肉の有底中空円筒体のケース２４２の右端に係止され、前記シャフト２３の右端を軸方向移動可能に弾性的かつ同軸的に支持している皿状の板バネ１２２によって構成されている。
【００５４】
上記第２実施形態のリニアソレノイドは、前記弾性部材が、前記推力発生部２の右端に係止され、前記シャフト２３の右端を軸方向移動可能に弾性的に支持しているので、前記シャフト２３の一端に配設すべき前記第１実施形態の軸受２６を省略することが出来、部品点数を減らし、コストダウンを可能するという効果を奏する。
【００５５】
また第２実施形態のリニアソレノイドは、前記シャフト２３の左端の凸球状部２３２が、前記調圧弁部１に摺動可能に配設された前記スプール１１の右端の凹球状部１１２に係合しているので、弁スリーブ１０にて正確に軸芯を保持されている前記スプール１１を利用してシャフト２３の他端を支持することにより、前記シャフト２３の他端に配設すべき前記第１実施形態の精密加工が必要な軸受２６を省略することが出来、部品点数を減らし、コストダウンを可能するという効果を奏する。
【００５６】
また第２実施形態のリニアソレノイドは、従来のリニアソレノイドのような半径方向の荷重が作用しないため、推力に対する制御圧力の応答性を大幅に向上するという効果を奏する。
【００５７】
（第３実施形態）
本第３実施形態のリニアソレノイドは、図５に示されるように前記シャフト２３と前記調圧弁部１に摺動可能に配設された前記スプール１１とが一体的に形成されている点が前記第２実施形態との相違点であり、相違点を中心に説明し同一部分については同一符号を用いて説明を省略する。
【００５８】
上記構成より成る第３実施形態のリニアソレノイドは、前記シャフト２３と前記調圧弁部１に摺動可能に配設された前記スプール１１とが一体的に形成されているので、前記シャフト２３と前記スプール１１との一体的な動きを可能にするとともに、前記シャフト２３を付勢している１個の前記板バネ１２２によって弾性部材を構成することが出来るため、部品点数を最小限とし、構成をシンプルにしてコストダウンを可能するという効果を奏する。
【００５９】
また第３実施形態のリニアソレノイドは、前記シャフト２３と前記スプール１１とが一体的に形成されていても従来のリニアソレノイドのようにシャフト２３からスプール１１に摺動抵抗を増大させる半径方向の荷重が作用しないため、推力に対する制御圧力の応答性を大幅に向上するという効果を奏する。
【００６０】
上述の実施形態は、説明のために例示したもので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記載から当業者が認識することができる本発明の技術的思想に反しない限り、変更および付加が可能である。
【００６１】
上記第１実施形態においては、一例としてサイドヨークに磁性材料を使用する例について説明したが、本発明としてはそれらに限定されるものでは無く、対向する永久磁石の両端が、非磁性弾性部材のヨークを介してシャフトに係止されるよう構成することにより、永久磁石を弾性的に位置決めして、繰り返し作用する推力の衝撃を緩和するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態のリニアソレノイドを示す断面図である。
【図２】本第１実施形態における制御電流−推力特性を示す線図である。
【図３】本第１実施形態における制御電流−出力圧特性を示す線図である。
【図４】本発明の第２実施形態のリニアソレノイドを示す断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態のリニアソレノイドを示す断面図である。
【図６】従来のリニアソレノイドを示す断面図である。
【図７】従来のリニアソレノイドのヒステリシス特性を示す線図である。
【図８】従来のリニアソレノイドにおける吸引力、電磁力、ラジアル荷重の関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 調圧弁部
２ 推力発生部
２０ 磁石可動型リニアアクチュエータ
２１ コイル
２２ 永久磁石
２３ シャフト
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも１個の弾性部材によって付勢されたバルブが摺動可能に配設される調圧弁部と、シャフトを介して発生した推力を前記調圧弁部に伝達する推力発生部を備えたリニアソレノイドにおいて、前記推力発生部が、コイル内に介挿される磁石を前記シャフトに配設した磁石可動型リニアアクチュエータによって構成されているリニアソレノイドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のリニアソレノイドは、図６に示されるように電磁石部Ｍにおいて、磁気回路を構成するケースＫ、プランジャＰ（可動鉄心）およびコイル組立体Ｃの中空部に挿入固定されるコアＦ（固定鉄心）に磁性材料を採用し、コイルＣに電流を通電すると、前記磁気回路に磁束が発生し、前記プランジャＰとコアＦとの間に電磁吸引力が発生するので、この電磁吸引力を利用して調圧弁部Ｓのスプール弁ＳＶをスリーブＳＬ内部で摺動させ、流体の圧力を制御するものであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のリニアソレノイドは、電磁石部Ｍにおいて、磁気回路を構成するケースＫ、プランジャＰおよびコイル組立体Ｃの中空部に挿入固定されるコアＦに磁性材料を採用しているため、図７に示されるような当該磁性材料特有の磁気的ヒステリシスが存在するため、同じ電流値に対しても、制御圧力がスプール弁の移動方向によって異なり、安定しないという問題があった。
【０００４】
また前記磁性材料で構成された部材の断面積により、磁気飽和による透過出来る磁束に限りがあるため、電流値を随時大きくしていっても、電磁吸引力に限界があり、大きな制御圧力を得ることが出来ないという問題があった。
【０００５】
さらに電磁吸引力は、磁束の流れに沿った方向に発生するため、前記プランジャＰとコアＦとの間には、半径方向にも図８に示されるようにラジアル荷重の分力が作用するため、軸受Ｂの精度が要求されるとともに、その構造も複雑になるという問題があった。
【０００６】
また前記軸受の摩擦係数に比例したシャフトＳＴの摺動抵抗が存在するために、上記ヒステリシスを増大させ、また電流に対する制御圧力の応答性が悪化するという問題があった。
【０００７】
さらに前記電磁吸引力のレベルが、各部品間のエアギャップ量に大きく左右されるため、前記電磁石部Ｍの構成部品の精度がかなり要求され、コストがアップするという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明者らは、少なくとも１個の弾性部材によって付勢されたバルブが摺動可能に配設される調圧弁部と、シャフトを介して発生した推力を前記調圧弁部に伝達する推力発生部を備えたリニアソレノイドにおいて、前記推力発生部が、磁石を前記シャフトに配設してコイル内に介挿される磁石可動型リニアアクチュエータによって前記バルブを移動させ、制御圧力を制御するという本発明の技術的思想に着眼し、さらに研究開発を重ねた結果、前記推力発生部にヒステリシスやラジアル荷重が発生しないようにして、入力電流に対して安定した大きな制御圧力が得られるようにするとともに、応答性を高めるという目的を達成する本発明に到達した。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明（請求項１に記載された第１発明）のリニアソレノイドは、
少なくとも１個の弾性部材によって付勢されたバルブが摺動可能に配設される調圧弁部と、シャフトを介して発生した推力を前記調圧弁部に伝達する推力発生部を備えたリニアソレノイドにおいて、
前記推力発生部が、コイル内に介挿される磁石を前記シャフトに配設した磁石可動型リニアアクチュエータによって構成されている
ものである。
【００１０】
本発明（請求項１に記載された第１発明）のリニアソレノイドは、
前記磁石可動型リニアアクチュエータが、前記少なくとも２個の同極対向された永久磁石を少なくとも３連のコイルに介挿し、各永久磁石の磁極間を境にして相異なる方向に電流が流れるように結線されている
ものである。
【００１１】
本発明（請求項１に記載された第１発明）のリニアソレノイドは、
前記永久磁石間に磁性部材より成るヨークを配設し、前記コイルの外周側にヨークを配設した
ものである。
【００１２】
本発明（請求項１に記載された第１発明）のリニアソレノイドは、
前記対向する永久磁石の両端が、磁性部材のサイドヨークを介して前記シャフトに係止されている
ものである。
【００１３】
本発明（請求項２に記載された第２発明）のリニアソレノイドは、
前記第１発明において、
前記コイルの外周側に配設されたヨークが、タイプに応じた所定の材質のサイドプレートおよび軸受けを介して前記シャフトを相対動可能に支持する
ものである。
【００１４】
本発明（請求項３に記載された第３発明）のリニアソレノイドは、
前記第１発明において、
前記少なくとも１個の弾性部材のバネ定数が、前記推力発生部の前記コイルに電流が入力されていない時の制御圧力が制御圧力範囲の中央値になるように設定されている
ものである。
【００１５】
本発明（請求項４に記載された第４発明）のリニアソレノイドは、
前記第３発明において、
前記弾性部材が、前記推力発生部の一端に係止され、前記シャフトの一端を軸方向移動可能に弾性的に支持している
ものである。
【００１６】
本発明（請求項５に記載された第５発明）のリニアソレノイドは、
前記第４発明において、
前記シャフトの他端が、前記調圧弁部に摺動可能に配設された前記バルブの一端に係合するように構成されている
ものである。
【００１７】
本発明（請求項６に記載された第６発明）のリニアソレノイドは、
前記第４発明において、
前記シャフトと前記調圧弁部に摺動可能に配設された前記バルブとが一体的に形成されている
ものである。
【００１８】
【発明の作用および効果】
上記構成より成る第１発明のリニアソレノイドは、前記推力発生部を構成する前記磁石可動型リニアアクチュエータにおいて、前記コイルに電流が印加されるとフレミングの左手の法則に基づく推力が該コイルに作用するが、コイルが固定されているためこの反力がコイル内に介挿され前記シャフトに配設された前記磁石に作用して、前記弾性部材に抗して前記調圧弁部の前記バルブに伝達され、制御圧力が制御されるので、前記推力発生部にヒステリシスやラジアル荷重が発生しないようにして、入力電流に対して安定した大きな制御圧力が得られるようにするとともに、応答性を高めるという効果を奏する。
【００１９】
上記構成より成る第１発明のリニアソレノイドは、前記磁石可動型リニアアクチュエータが、前記少なくとも２個の同極対向された永久磁石を少なくとも３連のコイルに介挿し、各永久磁石の磁極間を境にして相異なる方向に電流が流れるように結線されているので、前記磁石可動型リニアアクチュエータの長手方向に垂直な磁束成分を大きくして、大きな軸方向の推力を得ることが出来るという効果を奏する。
【００２０】
上記構成より成る第１発明のリニアソレノイドは、前記永久磁石間に磁性部材より成る前記ヨークを配設し、前記コイルの外周側に前記ヨークを配設したので、前記永久磁石の着磁方向に垂直な方向の磁束成分を増加させることにより、大きな軸方向の推力を得ることが出来るという効果を奏する。
【００２１】
上記構成より成る第１発明のリニアソレノイドは、前記対向する永久磁石の両端が、磁性部材のヨークを介して前記シャフトに係止されているので、前記永久磁石の着磁方向に垂直な方向の磁束成分を増加させることにより、さらに大きな軸方向の推力を得ることが出来、またシャフトの軸方向の移動を規制することが出来るという効果を奏する。
【００２２】
上記構成より成る第２発明のリニアソレノイドは、前記第１発明において、前記コイルの外周側に配設されたヨークが、タイプに応じた所定の材質のサイドプレートおよび軸受けを介して前記シャフトを相対動可能に支持するので、プッシュプル型、双安定型、自動復帰型の各タイプにおける動作を可能にするという効果を奏する。
【００２３】
上記構成より成る第３発明のリニアソレノイドは、前記第１発明において、前記少なくとも１個の弾性部材のバネ定数が、前記推力発生部の前記コイルに電流が入力されていない時の制御圧力が制御圧力範囲の中央値になるように設定されているので、前記推力発生部に流れる電流の方向によって推力を双方向に発生可能であるとともに、少ない電流でリニアソレノイドの圧力調整範囲を大きくすることが出来、前記推力発生部における発熱を抑制することが出来るという効果を奏する。
【００２４】
上記構成より成る第４発明のリニアソレノイドは、前記第３発明において、前記弾性部材が、前記推力発生部の一端に係止され、前記シャフトの一端を軸方向移動可能に弾性的に支持しているので、前記シャフトの一端に配設すべき軸受けを省略することが出来、部品点数を減らし、コストダウンを可能するという効果を奏する。
【００２５】
上記構成より成る第５発明のリニアソレノイドは、前記第４発明において、前記シャフトの他端が、前記調圧弁部に摺動可能に配設された前記バルブの一端に係合するように構成されているので、弁スリーブにて正確に軸芯を保持されているバルブを利用して、シャフトの他端を支持することにより、前記シャフトの他端に配設すべき軸受けを省略することが出来、部品点数を減らし、コストダウンを可能するという効果を奏する。
【００２６】
上記構成より成る第６発明のリニアソレノイドは、前記第４発明において、前記シャフトと前記調圧弁部に摺動可能に配設された前記バルブとが一体的に形成されているので、前記シャフトと前記バルブとの一体的な動きを可能にするとともに、前記弾性部材を前記バルブを付勢している１個の弾性部材によって構成することが出来るため、部品点数を最小限とし、構成をシンプルにしてコストダウンを可能するという効果を奏する。
さらに、前記磁石可動型リニアアクチュエータには、ラジアル荷重が存在せず、前記シャフトと前記バルブを一体的に形成しても、従来のようにシャフトからバルブに摺動抵抗を増加させるラジアル荷重を伝達することがないため、推力に対する制御圧力の応答性を大幅に向上することができるという効果も奏する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、以下図面に基づいて説明する。
【００２８】
（第１実施形態）
本第１実施形態のリニアソレノイドは、図１に示されるように１個の弾性部材によって付勢されたバルブが摺動可能に配設される調圧弁部１と、シャフト２３を介して発生した推力を前記調圧弁部に伝達する推力発生部２を備えたリニアソレノイドにおいて、前記推力発生部２が、３連のコイル２１内に介挿され２個の同極対向された永久磁石２２を前記シャフト２３に配設する磁石可動型リニアアクチュエータ２０によって構成されているものである。
【００２９】
前記調圧弁部１を構成するスプール弁は、図１に示されるように供給圧を供給する供給ポート１０１と調整された出力圧を供給する出力ポート１０２と圧油を排出する排出ポート１０３と出力圧をフィードバックさせるフィードバックポート１０４を備えた弁スリーブ１０と、該弁スリーブ１０内に摺動自在に介挿されたスプール１１と、前記弁スリーブ１０に装着される受け栓１３と前記スプール１１との間に介挿され該スプール１１を図中右方に付勢する弾性部材としてのスプリング１２とから成る。
【００３０】
前記推力発生部２による荷重と前記スプリング１２による荷重と出力圧フィードバック荷重とのバランスを図ることにより供給圧を前記推力発生部２への入力電気信号に対応して出力圧に調整して供給し得るように構成されている。
【００３１】
前記推力発生部２は、図１に示されるように非磁性体のカバー２００内に中空円筒体のヨーク２４を挿置して、該ヨーク２４の内周壁に軸方向に３連の環状コイル２１を直列に配置される。
【００３２】
前記ヨーク２４の両端にはＬ型断面のリング状のサイドプレート２５が配設され、該サイドプレート２５の内周壁に軸受２６が配設され、前記シャフト２３が両端において軸方向移動可能に支持される。
【００３３】
該シャフト２３には、図１に示されるようにＮ極同志が対向した２個の環状の永久磁石２２が中間磁性体のセンターヨーク２７を介して配置され、該２個の永久磁石２２の両端に磁性材料のサイドヨーク２８が配設され、該サイドヨーク２８がＥリング２９によって前記シャフト２３に係止されている。
【００３４】
前記ヨーク２４の内周壁に軸方向に直列に配置された３連の環状コイル２１は、前記各永久磁石２２の磁極間を境にして相異なる方向に電流が流れるように結線されている。
【００３５】
前記コイル２１の外周側に配設された磁性体ヨーク２４の両端に配設され、前記軸受２６を介して前記シャフト２３を相対動可能に支持する前記サイドプレート２５は、タイプに応じた所定の材質のプレートによって構成されている。
【００３６】
すなわち、プッシュプル型の場合は、両サイドプレート２５がＢＳプレートによって構成され、双安定型の場合は両サイドプレート２５が鉄プレートによって構成され、自動復帰型の場合は両サイドプレート２５がＢＳプレートまたは鉄プレートの組合せによって構成される。
【００３７】
前記シャフト２３の図１中左端の突起２３１が、前記調圧弁部１に摺動可能に配設された前記バルブとしての前記スプール１１の係脱自在の右端の凹部１１１に係合するように構成され、両者の動きは機械的に連係している。
【００３８】
前記スプール１１の左端を右方に付勢する前記弾性部材としての前記スプリング１２のバネ定数は、図２および図３に示されるように前記推力発生部２の前記コイル２１に電流が入力されていない時の制御圧力が制御圧力範囲の中央値になるように設定されている。
【００３９】
上記構成より成る第１実施形態のリニアソレノイドは、前記磁石可動型リニアアクチュエータ２０において、前記コイル２１に電流が印加されるとフレミングの左手の法則に基づく推力が該コイル２１に作用するが、コイル２１がヨーク２４を介してカバー２００に固定されているため、この反力が前記コイル２１内に介挿され前記シャフト２３に対向配設された前記永久磁石２２に作用して、前記弾性部材としてのスプリング１２の付勢力に抗して前記調圧弁部１の前記バルブとしてのスプール１１に伝達され、制御圧力が制御される。
【００４０】
また前記磁石可動型リニアアクチュエータ２０が、２個の同極対向された前記永久磁石２２を３連の前記コイル２１に介挿し、各永久磁石２２の磁極間を境にして相異なる方向に電流が流れるように該コイル２１が結線されているので、前記磁石可動型リニアアクチュエータ２０の長手方向に垂直な磁束成分を大きくして、大きな軸方向の推力を得るものである。
【００４１】
上記作用を奏する第１実施形態のリニアソレノイドは、前記コイル２１に電流が印加されるとフレミングの左手の法則に基づく推力の反力が前記コイル２１内に介挿され前記シャフト２３に対向配設された前記永久磁石２２に作用して、前記弾性部材としてのスプリング１２の付勢力に抗して前記調圧弁部１の前記バルブとしてのスプール１１に伝達され、制御圧力が制御されるので、従来のような前記推力発生部１にヒステリシスやラジアル荷重の発生が阻止され、入力電流に対して安定した大きな制御圧力が得られるという効果を奏する。
【００４２】
また第１実施形態のリニアソレノイドは、２個の同極対向された前記永久磁石２２を少なくとも３連の前記コイル２１内に介挿し、該コイル２１が各永久磁石２２の磁極間を境にして相異なる方向に電流が流れるように結線されているので、前記磁石可動型リニアアクチュエータ２０の長手方向に垂直な磁束成分を大きくして、大きな軸方向の推力を得ることが出来るという効果を奏する。
【００４３】
さらに第１実施形態のリニアソレノイドは、磁石可動型リニアアクチュエータ２０の軸方向推力を発生させる主要構成部（コイル２１、永久磁石２２）が磁性材料を持たないので、磁性材料特有の磁気的ヒステリシスが生じないため、一定の電流値に対する流体圧力にバラツキが生じず、精確な圧力制御が可能になるという効果を奏する。
【００４４】
すなわち、磁性材料を使用すると、磁性材料断面積により磁性線に限りがあり、磁気的な飽和が起こるが、磁石可動型リニアアクチュエータ２０は磁性材料を持たないため、可能な限り大きな推力を得ることが出来、圧力制御範囲を広めることが出来る。
【００４５】
さらに第１実施形態のリニアソレノイドは、前記対向する永久磁石２２間に前記中間磁性体のセンターヨーク２７を配設するとともに、前記コイル２１の外周側に前記磁性体ヨーク２４を配設したので、前記永久磁石２２の着磁方向に垂直な方向の磁束成分を増加させることにより、大きな軸方向の推力を得ることが出来るという効果を奏する。
【００４６】
また第１実施形態のリニアソレノイドは、前記対向する永久磁石２２の両端が、磁性部材のサイドヨーク２８を介してＥリング２９によって前記シャフト２３に係止されているので、前記永久磁石２２の着磁方向に垂直な方向の磁束成分を増加させることにより、さらに大きな軸方向の推力を得ることができ、またシャフトの軸方向移動を規制することが出来るという効果を奏する。
【００４７】
さらに第１実施形態のリニアソレノイドは、前記コイル２１の外周側に配設された前記磁性体ヨーク２４が、上述したようなタイプに応じた所定の材質の前記サイドプレート２５および軸受２６を介して前記シャフト２３を軸方向移動可能に支持するので、プッシュプル型、双安定型、自動復帰型の各タイプにおける最適な動作を可能にするという効果を奏する。
【００４８】
また第１実施形態のリニアソレノイドは、前記スプリング１２のバネ定数が、図２および図３に示されるように前記推力発生部２の前記コイル２１に電流が入力されていない時の制御圧力が制御圧力範囲の中央値になるように設定されているので、前記推力発生部２に流れる電流の方向によって推力を双方向に発生可能であるとともに、少ない電流でリニアソレノイドの圧力調整範囲を大きくすることが出来、前記推力発生部２における発熱を抑制することが出来るという効果を奏する。
【００４９】
さらに第１実施形態のリニアソレノイドは、前記シャフト２３の左端２３１と前記調圧弁部１に摺動可能に配設された前記バルブとしてのスプール１１の右端の凹部１１１とが係合して機械的に連係されているので、前記シャフト２３と前記スプール１１との連係的な動きを可能にするとともに、前記弾性部材を前記スプールの左端を付勢している１個のスプリング１２によって構成することが出来るため、部品点数を最小限とし、構成をシンプルにしてコストダウンを可能するという効果を奏する。
【００５０】
また第１実施形態のリニアソレノイドは、従来のリニアソレノイドのような半径方向の荷重が作用しないため、推力に対する制御圧力の応答性を大幅に向上するという効果を奏する。
【００５１】
さらに第１実施形態のリニアソレノイドは、上述のように半径方向の荷重が作用しないため、精密な加工が要求される前記軸受２６の精度を比較的ルーズにすることが出来、その構成をシンプルにすることが出来るという効果を奏する。
【００５２】
（第２実施形態）
本第２実施形態のリニアソレノイドは、図４に示されるように前記シャフト２３の左端の凸球状部２３２が、前記調圧弁部１に摺動可能に配設された前記スプール１１の右端の凹球状部１１２に係合するように構成されている点が前記第１実施形態との相違点であり、相違点を中心に説明し同一部分については同一符号を用いて説明を省略する。
【００５３】
前記弾性部材が、前記推力発生部２のアウタヨークを構成する厚肉の有底中空円筒体のケース２４２の右端に係止され、前記シャフト２３の右端を軸方向移動可能に弾性的かつ同軸的に支持している皿状の板バネ１２２によって構成されている。
【００５４】
上記第２実施形態のリニアソレノイドは、前記弾性部材が、前記推力発生部２の右端に係止され、前記シャフト２３の右端を軸方向移動可能に弾性的に支持しているので、前記シャフト２３の一端に配設すべき前記第１実施形態の軸受２６を省略することが出来、部品点数を減らし、コストダウンを可能するという効果を奏する。
【００５５】
また第２実施形態のリニアソレノイドは、前記シャフト２３の左端の凸球状部２３２が、前記調圧弁部１に摺動可能に配設された前記スプール１１の右端の凹球状部１１２に係合しているので、弁スリーブ１０にて正確に軸芯を保持されている前記スプール１１を利用してシャフト２３の他端を支持することにより、前記シャフト２３の他端に配設すべき前記第１実施形態の精密加工が必要な軸受２６を省略することが出来、部品点数を減らし、コストダウンを可能するという効果を奏する。
【００５６】
また第２実施形態のリニアソレノイドは、従来のリニアソレノイドのような半径方向の荷重が作用しないため、推力に対する制御圧力の応答性を大幅に向上するという効果を奏する。
【００５７】
（第３実施形態）
本第３実施形態のリニアソレノイドは、図５に示されるように前記シャフト２３と前記調圧弁部１に摺動可能に配設された前記スプール１１とが一体的に形成されている点が前記第２実施形態との相違点であり、相違点を中心に説明し同一部分については同一符号を用いて説明を省略する。
【００５８】
上記構成より成る第３実施形態のリニアソレノイドは、前記シャフト２３と前記調圧弁部１に摺動可能に配設された前記スプール１１とが一体的に形成されているので、前記シャフト２３と前記スプール１１との一体的な動きを可能にするとともに、前記シャフト２３を付勢している１個の前記板バネ１２２によって弾性部材を構成することが出来るため、部品点数を最小限とし、構成をシンプルにしてコストダウンを可能するという効果を奏する。
【００５９】
また第３実施形態のリニアソレノイドは、前記シャフト２３と前記スプール１１とが一体的に形成されていても従来のリニアソレノイドのようにシャフト２３からスプール１１に摺動抵抗を増大させる半径方向の荷重が作用しないため、推力に対する制御圧力の応答性を大幅に向上するという効果を奏する。
【００６０】
上述の実施形態は、説明のために例示したもので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記載から当業者が認識することができる本発明の技術的思想に反しない限り、変更および付加が可能である。
【００６１】
上記第１実施形態においては、一例としてサイドヨークに磁性材料を使用する例について説明したが、本発明としてはそれらに限定されるものでは無く、対向する永久磁石の両端が、非磁性弾性部材のヨークを介してシャフトに係止されるよう構成することにより、永久磁石を弾性的に位置決めして、繰り返し作用する推力の衝撃を緩和するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態のリニアソレノイドを示す断面図である。
【図２】本第１実施形態における制御電流−推力特性を示す線図である。
【図３】本第１実施形態における制御電流−出力圧特性を示す線図である。
【図４】本発明の第２実施形態のリニアソレノイドを示す断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態のリニアソレノイドを示す断面図である。
【図６】従来のリニアソレノイドを示す断面図である。
【図７】従来のリニアソレノイドのヒステリシス特性を示す線図である。
【図８】従来のリニアソレノイドにおける吸引力、電磁力、ラジアル荷重の関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 調圧弁部
２ 推力発生部
２０ 磁石可動型リニアアクチュエータ
２１ コイル
２２ 永久磁石
２３ シャフト
Claims (6)
- 少なくとも１個の弾性部材によって付勢されたバルブが摺動可能に配設される調圧弁部と、シャフトを介して発生した推力を前記調圧弁部に伝達する推力発生部を備えたリニアソレノイドにおいて、
前記推力発生部が、コイル内に介挿される磁石を前記シャフトに配設した磁石可動型リニアアクチュエータによって構成され、
前記磁石可動型リニアアクチュエータが、前記少なくとも２個の同極対向された永久磁石を少なくとも３連のコイルに介挿し、各永久磁石の磁極間を境にして相異なる方向に電流が流れるように結線され、
前記永久磁石間に磁性部材より成るヨークを配設し、前記コイルの外周側にヨークを配設するとともに、
前記対向する永久磁石の両端が、磁性部材のサイドヨークを介して前記シャフトに係止されている
ことを特徴とするリニアソレノイド。 - 請求項１において、
前記コイルの外周側に配設されたヨークが、タイプに応じた所定の材質のサイドプレートおよび軸受けを介して前記シャフトを相対動可能に支持する
ことを特徴とするリニアソレノイド。 - 請求項１において、
前記少なくとも１個の弾性部材のバネ定数が、前記推力発生部の前記コイルに電流が入力されていない時の制御圧力が制御圧力範囲の中央値になるように設定されている
ことを特徴とするリニアソレノイド。 - 請求項３において、
前記弾性部材が、前記推力発生部の一端に係止され、前記シャフトの一端を軸方向移動可能に弾性的に支持している
ことを特徴とするリニアソレノイド。 - 請求項４において、
前記シャフトの他端が、前記調圧弁部に摺動可能に配設された前記バルブの一端に係合するように構成されている
ことを特徴とするリニアソレノイド。 - 請求項４において、
前記シャフトと前記調圧弁部に摺動可能に配設された前記バルブとが一体的に形成されている
ことを特徴とするリニアソレノイド。
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