JP4079145B2 - ソレノイド装置 - Google Patents

Description

本発明はソレノイド装置に関し、より詳しくは、コイルに通電した際にプランジャを移動させるようにしたソレノイド装置に関する。

従来、ソレノイド装置として、磁性体からなるケースと、このケース内に収納されたコイルと、このコイル内に摺動自在に配置されるとともに、少なくともリヤ側部分が上記ケースに形成したプランジャ孔内に摺動自在に嵌合されて通常はリヤ側の非作動位置に保持されるプランジャとを備え、上記コイルに通電した際にプランジャを上記非作動位置からフロント側へ移動させるようにしたものが知られている（特許文献１）。
特開平８−２８８１３２号公報

上述した従来のソレノイド装置においては、プランジャはガタツクことなく滑らかに摺動される必要があり、そのためプランジャを摺動自在に軸支する部分の摺動クリアランスの大きさは、例えば１０〜４０μｍの範囲に設定されていることが望ましい。
ところで、仮にプランジャとプランジャ孔との間にアライメントの誤差があり、プランジャ孔に対してプランジャが僅かに傾いて組み付けられている場合には、それによってプランジャを前進させる推力の他にプランジャを半径方向に移動させようとするサイドフォースが発生するようになる。
上記プランジャを前進させる推力を可及的に低減させることなくサイドフォースの発生を低減するためには、コイルの磁路中に５０〜３００μｍ程度の大きさの磁気クリアランスを設けることが望ましい。しかしながら、仮に上記摺動クリアランスを５０〜３００μｍの大きさに拡大してこれを磁気クリアランスとして利用した場合には、摺動クリアランスとしては大きすぎ、プランジャがガタついて結局はサイドフォースの発生を低減することができなかった。
そして上記サイドフォースの発生は、プランジャの前進時と後退時とにおけるヒステリシスを大きなものとするので、ソレノイド装置として良好なリニア特性を確保することが困難となっていた。

本発明は上述した欠点に鑑み、プランジャを前進させる推力を可及的に低減させることなくサイドフォースの発生を低減させることができるソレノイド装置を提供するものである。

すなわち請求項１の発明は、磁性体からなるケースと、このケース内に形成されてリヤ側に小径のプランジャ孔を有する段付孔と、この段付孔内の上記プランジャ孔よりもフロント側に収納されたコイルと、このコイル内に摺動自在に配置されるとともに、少なくともリヤ側部分が上記プランジャ孔内に摺動自在に嵌合されて通常はリヤ側の非作動位置に保持されるプランジャとを備え、上記コイルに通電した際にプランジャを上記非作動位置からフロント側へ移動させるようにしたソレノイド装置において、
上記プランジャのリヤ側部分の外周面と該リヤ側部分が摺動自在に嵌合されたプランジャ孔の内周面とをそれぞれ磁性体から構成するとともに、該リヤ側部分の外周面とプランジャ孔の内周面との間に所要の摺動クリアランスを形成し、かつ該リヤ側部分の外周面とプランジャ孔の内周面とのいずれか一方に多数の凹部を形成して、この多数の凹部によって上記摺動クリアランスよりも凹部側に大きな磁気クリアランスを形成したことを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、プランジャの外周面はプランジャ孔の内周面によって所要の摺動クリアランスを持って摺動自在に軸支されているので、プランジャはガタツクことなく滑らかに摺動されるようになる。
これと同時に、プランジャ孔の内周面とプランジャの外周面との間に上記摺動クリアランスよりも大きな磁気クリアランスを形成しているので、それによって上記プランジャを前進させる推力を可及的に低減させることなく、サイドフォースの発生を低減することができる。
そしてこれにより、プランジャの前進時と後退時とにおけるヒステリシスを小さなものとすることができるので、ソレノイド装置として良好なリニア特性を確保することが可能となる。

以下図示実施例について本発明を説明すると、図１において、ソレノイド装置のケース１は、磁性体からなる有底の筒状部材２と、この筒状部材２のフロント側開口部に連結した磁性体からなるコア４とを備えている。
上記筒状部材２内には段付孔５を形成してあり、この段付孔５は、筒状部材２の開口側からリヤ側に向けて順に大径孔５ａ、中径孔５ｂ及び小径のプランジャ孔５ｃとから構成してある。

上記筒状部材２に形成した中径孔５ｂ内にはコイル１０が巻回されたボビン１１を嵌合して固着してある。このボビン１１にはこれと一体にボビン１１の半径方向外方に突出する接続端子１２を設けてあり、この接続端子１２は上記コイル１０と電気的に接続されている。
上記接続端子１２を備えたボビン１１をケース１内に収納するために、該接続端子１２のボビン１１との接続端子１２ａの通過を許容するスリット１３を筒状部材２に設けてある。
そして上記コア４は、筒状部材２の大径孔５ａに嵌合してあり、このコア４を大径孔５ａと中径孔５ｂとの段部端面に当接させた状態で、上記スリット１３のコア４よりもフロント側（左側）部分を半径方向内方にカシメることにより、コア４をケース１に一体に取付けている。

上記筒状部材２のプランジャ孔５ｃとコア４に形成した貫通孔４ａとは同一軸線上となるように配置してあり、それぞれの内周面によりプランジャ１７を所要の大きさの摺動クリアランスδ１（図２参照）を持って摺動自在に軸支している。この摺動クリアランスδ１の大きさは、プランジャ１７をガタツクことなく滑らかに摺動させるために、１０〜４０μｍの範囲に設定することが望ましい。
上記プランジャ１７は、同一径からなるリヤ側部分１７ａとフロント側部分１７ｂとを備えており、リヤ側部分１７ａを鉄などの磁性体で製造して、このリヤ側部分１７ａをコイル１０が巻回されたボビン１１内に摺動自在に貫通させている。なお、このリヤ側部分１７ａの表面には、ニッケルなどの非磁性材料からなる薄いメッキ処理や窒化処理といった表面処理を施してある。
他方、フロント側部分１７ｂはＳＵＳなどの非磁性体で製造してあり、このフロント側部分１７ｂと上記リヤ側部分１７ａとを相互に一体に連結してある。

上記プランジャ１７は、図示しないが、例えばスプールバルブのスプールなどに連動するようになっており、該スプールを付勢する図示しないばねによって通常はリヤ側の図示非作動位置に保持されている。
上記コア４の貫通孔４ａの周囲には、リヤ側に向けて突出する断面三角形状の環状突起４ｂを突出形成してあり、この環状突起４ｂの先端部を、磁性体からなるプランジャ１７のリヤ側部分１７ａにおけるフロント側の外周面に近接させることにより、両者間に良好な磁路を形成できるようにしてある。

上記プランジャ１７のリヤ側部分１７ａにおける外周面には、軸方向に沿ってその全域に、かつ均等となるように、凹部としての多数の溝１８を形成してあり、この多数の溝１８によって上記摺動クリアランスδ１よりも大きな磁気クリアランスδ２を形成している。
すなわち、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う拡大断面図を示したもので、プランジャ１７のリヤ側部分１７ａにおける外周面は、すなわち上記溝１８と溝１８との中間に位置するリヤ側部分１７ａの表面は、上記摺動クリアランスδ１を持ってプランジャ孔５ｃの内周面によって軸支されている。
ところで、仮に上記溝１８がなければ、リヤ側部分１７ａの外周面とプランジャ孔５ｃの内周面との間の磁気クリアランスの大きさは、上記摺動クリアランスδ１の大きさに一致することになる。
しかしながら本実施例では、プランジャ１７の外周面に軸方向に沿って多数の溝１８を形成してあるので、上記磁気クリアランスδ２は溝１８のない場合よりも大きくなり、したがってこの磁気クリアランスδ２は摺動クリアランスδ１よりも大きくなる。
上記磁気クリアランスδ２の大きさは、溝１８の数や深さ、或いは溝の幅の大きさなどによって適宜の大きさに設定することができ、プランジャ１７と筒状部材２のプランジャ孔５ｃやコア４の貫通孔４ａとのアライメントの誤差などから生じるサイドフォースを低減するためには、５０〜３００μｍの範囲の大きさに設定することが望ましい。

以上の構成において、接続端子１２を介してコイル１０に通電すると、プランジャ１７は電磁力によって図示非作動位置からフロント側へ移動されるようになる。
このときアライメントの誤差により、例えばプランジャ１７のリヤ側部分１７ａがプランジャ孔５ｃの軸線に対して僅かに傾いて組立てられていたような場合には、それによってプランジャ１７を前進させる推力の他にプランジャ１７を半径方向に移動させようとするサイドフォースが発生するようになる。
しかるに本実施例では、上記プランジャのリヤ側部分１７ａの外周面とプランジャ孔５ｃの内周面との間に好適な大きさの磁気クリアランスδ２を形成しているので、プランジャ１７を前進させる推力が低減してしまうのを可及的に防止しながら、上記サイドフォースの発生を効果的に防止することができる。
他方、プランジャ１７はブシュ１２によって好適な大きさの摺動クリアランスδ１を持って軸支されているので、プランジャ１７はガタツクことなく滑らかに前進されるようになる。

上記プランジャ１７が前進されると、磁性体からなるリヤ側部分１７ａがコア４の貫通孔４ａ内に入り込むようになり、ここでも上記アライメントの誤差によってサイドフォースが発生されるようになる。
しかしながら、上記溝１８はリヤ側部分１７ａの全域に亘って設けてあるので、このコア４の部分においても上述したのと同様な理由によって、プランジャ１７の前進力が低減するのを可及的に防止しながら、そのサイドフォースの発生を効果的に防止することができる。

プランジャ１７が前進した状態からコイル１０の通電が遮断されると、プランジャ１７は図示しないばねによってリヤ側に移動され、図示非作動位置に復帰されるようになる。
この間、コイル１０の通電電流の大きさを制御してプランジャ１７の前進量（前進力）を制御することができるが、本実施例においてはサイドフォースの発生を効果的に抑制することができるので、プランジャ１７の前進時と後退時とにおけるヒステリシスを小さくすることができ、したがって良好なリニア特性を確保することができる。

なお、上記実施例ではリヤ側部分１７ａの全域に亘って溝１８を設けているが、コア４によって発生されるサイドフォースはリヤ側で発生されるサイドフォースよりも小さいので、必ずしも溝１８をリヤ側部分１７ａの全域に亘って設ける必要はなく、非作動状態において、互いに対向するプランジャの外周面とプランジャ孔の内周面とのいずれか一方のみに形成すればよい。
また、上記実施例ではプランジャ１７側に溝１８を形成しているが、プランジャ孔５ｃの内周面や貫通孔４ａの内周面に形成しても良い。
さらに、上記溝１８はプランジャ１７の軸方向に形成してあるが、円周方向の溝であっても、また螺旋溝であっても良く、要するに多数の凹部が形成されていれば良い。

本発明の実施例を示す断面図。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う拡大断面図。

符号の説明

１ ケース ２ 筒状部材
４ コア ４ａ 貫通孔
４ｂ 環状突起 ５ 段付孔
５ｃ プランジャ孔 １０ コイル
１７ プランジャ １７ａ リヤ側部分
１７ｂ フロント側部分 δ１ 摺動クリアランス
δ２ 磁気クリアランス

Claims (6)

1. 磁性体からなるケースと、このケース内に形成されてリヤ側に小径のプランジャ孔を有する段付孔と、この段付孔内の上記プランジャ孔よりもフロント側に収納されたコイルと、このコイル内に摺動自在に配置されるとともに、少なくともリヤ側部分が上記プランジャ孔内に摺動自在に嵌合されて通常はリヤ側の非作動位置に保持されるプランジャとを備え、上記コイルに通電した際にプランジャを上記非作動位置からフロント側へ移動させるようにしたソレノイド装置において、
   上記プランジャのリヤ側部分の外周面と該リヤ側部分が摺動自在に嵌合されたプランジャ孔の内周面とをそれぞれ磁性体から構成するとともに、該リヤ側部分の外周面とプランジャ孔の内周面との間に所要の摺動クリアランスを形成し、かつ該リヤ側部分の外周面とプランジャ孔の内周面とのいずれか一方に多数の凹部を形成して、この多数の凹部によって上記摺動クリアランスよりも凹部側に大きな磁気クリアランスを形成したことを特徴とするソレノイド装置。
2. 上記ケースは、有底の筒状部材とこの筒状部材の開口側を覆うコアとを備え、上記筒状部材に上記プランジャ孔が形成されるとともに上記コアに貫通孔が形成されており、
   また上記プランジャは、磁性体からなるリヤ側部分と非磁性体からなるフロント側部分とを備え、リヤ側部分が上記プランジャ孔に摺動自在に設けられるとともにフロント側部分が上記貫通孔に摺動自在に設けられ、
   さらに上記コアの貫通孔の周囲に、リヤ側に向けて突出する環状突起を突出形成して、この環状突起の先端部を、上記非作動位置に保持されているプランジャのリヤ側部分におけるフロント側の外周面に近接させたことを特徴とする請求項１に記載のソレノイド装置。
3. 上記プランジャの外周面を貫通孔の内周面に所要の摺動クリアランスを持って摺動自在に軸支し、かつプランジャが前進した際に互いに対向する上記プランジャの外周面と貫通孔の内周面とのいずれか一方に多数の凹部を形成して、この多数の凹部によって上記摺動クリアランスよりも大きな磁気クリアランスを形成したことを特徴とする請求項２に記載のソレノイド装置。
4. 上記凹部が、プランジャの軸方向に沿って平行に形成した多数の溝であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のソレノイド装置。
5. 上記凹部が、プランジャの円周方向に形成した多数の溝または螺旋状に形成した溝であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のソレノイド装置。
6. 上記摺動クリアランスの大きさが１０〜４０μｍの範囲であり、また磁気クリアランスの大きさが５０〜３００μｍの範囲であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のソレノイド装置。

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