JP5387492B2 - リニアソレノイド - Google Patents

Description

本発明は、往復移動可能なプランジャを備えるリニアソレノイドに関する。

従来、筒状のステータコアの内壁に沿ってプランジャが往復移動可能なリニアソレノイドが公知である。例えば特許文献１には、ステータコアの一方の端部に隣接し、ステータコアとヨークとを磁気的に結合するためのリングコアを備えたリニアソレノイドが開示されている。このリングコアには、内壁と外壁とを連通する呼吸溝が設けられる。

特許文献１の請求項６には、「リングコアと、このリングコアに隣接する固定部材とが、回転規制手段によって係合して、リングコアの回転が規制されていることを特徴とするリニアソレノイド」が記載されている。特許文献１の実施例５に示されるリニアソレノイドでは、「リングコアに隣接する固定部材」はコイルを構成する樹脂製のボビンであり、回転規制手段としてボビンに回転規制凸部を設けるとともにリングコアに回転規制凹部を設けている。そして、回転規制凸部が回転規制凹部に嵌合することでリングコアの回転を規制し、リングコアに形成されて内径側と外径側を連通する呼吸溝の方向を位置決めしている。

特開２００６−３０７９８４号公報

特許文献１の実施例５では、回転規制凸部が樹脂製のボビンに設けられ、回転規制凹部が鉄製等のリングコアに設けられる。そのため、リングコアをボビンに組み付ける際、回転規制凸部を回転規制凹部以外の位置に合わせて無理な力を加え樹脂製の回転規制凸部を押し潰して組み付けるおそれがある。また、使用時に、振動や熱で回転規制凸部が折れて位置決め機能を失うおそれがある。
そこで、ガラス繊維入りの強化樹脂でボビンを成形する方法や金属部材をボビンにインサート成形して回転規制凸部を形成する方法により回転規制手段の強度を向上させることが考えられる。しかし、これらの方法は製造コストをアップさせる。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、簡易な構成で、リングコアの回転を規制する回転規制手段の強度を向上するリニアソレノイドを提供することにある。

請求項１に記載のリニアソレノイドは、コイル、磁気吸引コア、プランジャ、案内コア、リングコア及び、ヨークを備える。
コイルは、導線が巻回される。磁気吸引コアは、コイルへの通電により磁気吸引力を発生する。プランジャは、磁気吸引コアの磁気吸引力により軸線に沿って移動可能である。案内コアは、筒状に形成され、プランジャを往復移動可能に収容する。
リングコアは、磁性体金属材料で環状に形成される。リングコアは、案内コアが嵌合する穴を有する。ヨークは、磁性体金属材料でカップ状に形成され、筒部と底壁とを有する。ヨークの筒部は、コイル、磁気吸引コア、及び、リングコアを収容する。ヨークの底壁は、リングコアの端面に対向する。

ヨークは、筒部の周方向の一方の側に切り欠きを有している。ヨークの底壁にはリングコア側に突出する回転規制凸部を一体に設けている。
リングコアは、回転規制凸部が嵌合するとともにリングの内壁と外壁とを連通する連通溝をヨーク側の端面に有している。
そして、リングコアの連通溝とヨークの切り欠きとが軸線に対して反対側に位置するようにリングコアの回転が規制される。

これにより、回転規制手段としての回転規制凸部および連通溝は、鉄等の磁性体金属材料で形成されるため、例えば樹脂等で形成される場合に比べて強度が向上する。よって、組み付け時に無理に回転規制凸部を押し潰すことや、使用時に振動や熱で回転規制凸部が破損する不具合を防止することができる。
また、例えばプレス加工により、ヨークの底壁に回転規制凸部を簡易に低コストで形成することができる。

連通溝は、例えばミーリング加工によりヨーク側の端面に容易に形成することができる。

請求項１に記載の発明では、リングコアは、回転規制凸部が連通溝に嵌合することにより回転が規制され、連通溝が切り欠きに対して周方向の反対側に位置する。
請求項１に記載の発明は、連通溝が回転規制凹部の機能を兼ねることにより、連通溝と回転規制凹部とを別に設ける必要がなく、リングコアの加工工数を削減することができる。

請求項２に記載の発明では、リニアソレノイドは軸線が水平に向くように設置される。そして、切り欠きが地方向に向き、連通溝が天方向に向く。
ここで、「水平」とは、厳密な水平に限定されない。また、「地方向」または「天方向」は厳密な重力方向または反重力方向に限定されず、軸線に対して水平方向よりも下側または上側であることを意味する。

例えば、リニアソレノイドの軸線が水平になるように油槽中に設置されたとき、地方向に向いた切り欠きを経由して、オイルと共に異物がヨーク内部に侵入することが考えられる。仮に、連通溝がリングコアの軸線に対して地方向あるいは水平方向に向いていると、ヨーク内部の異物が連通溝を経由してプランジャ摺動部にまで侵入するおそれがある。そこで、連通溝を天方向に向けることにより、プランジャ摺動部への異物の侵入を防止することができる。よって、プランジャ摺動部に異物を挟み込むことに起因するプランジャの動作不良や固着故障等を防止することができる。

本発明の第１実施形態によるリニアソレノイドが適用される油圧電磁制御弁の（ａ）非通電時、（ｂ）通電時の断面図である。 図１（ａ）のＩＩ部拡大図である。 油圧電磁制御弁が適用される油圧システムの概略構成図である。 （ａ）：本発明の第１実施形態によるリニアソレノイドのヨーク底部を視た図である。（ｂ）：（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。（ｃ）：本発明の第１実施形態によるリニアソレノイドのリングコアの平面図である。（ｄ）：（ｃ）のＤ−Ｄ断面図である。 （ａ）：本発明の第２実施形態によるリニアソレノイドのヨーク底部を視た図である。（ｂ）：（ａ）のＶ−Ｖ断面図である。 （ａ）：本発明の第３実施形態によるリニアソレノイドのヨーク底部を視た図である。（ｂ）：（ａ）のＶＩ−ＶＩ断面図である。

以下、本発明の実施形態によるリニアソレノイドを図面に基づいて説明する。
なお、第１実施形態が「請求項に係る発明を実施するための形態」に相当する。
（第１実施形態）
本発明のリニアソレノイドは、例えば自動車の自動変速機の油圧システムに適用される油圧電磁制御弁においてスプール弁を駆動するアクチュエータである。

自動変速機の油圧システムを図３に示す。油圧システム９０は、オイルポンプ９１、マニュアルバルブ９２、油圧電磁制御弁９３、クラッチ機構９４、及び、油圧配管９５を含む。オイルポンプ９１は、吐出口から油圧配管９５を経由して作動油を供給する。マニュアルバルブ９２は、図示しないセレクトレバーの操作により、Ｐ（パーキング）、Ｒ（リバース）、Ｎ（ニュートラル）、Ｄ（ドライブ）のモードを選択する。
油圧電磁制御弁９３は、油槽中で軸線が水平になるように設置される。油圧電磁制御弁９３は、Ｄモードの選択時にクラッチ機構９４へのオイルの供給油路を開放または遮断する。油圧電磁制御弁９３は、スプール弁１と、このスプール弁１を駆動するリニアソレノイド２とから構成される。

次に、図１を参照して、スプール弁１の構成を説明する。スプール弁１は、スリーブ３、スプール４、スプリング５、及び、調整ねじ１２を備える。
略円筒状のスリーブ３は、中心軸に沿って挿通穴６を有している。またスリーブ３は、挿通穴６からスリーブ３の外壁を貫通する複数のオイルポート７を有している。オイルポート７は、マニュアルバルブ９３に連通する入口ポート７ａ、クラッチ機構９４に連通する出口ポート７ｂ、排出ポート７ｃ、及び、呼吸ポート７ｄを含む。

スプール４は、スリーブ３の挿通穴６に摺動可能に収容される。スプール４は、挿通穴６に精度よく嵌合するランド８ａ、８ｂ、８ｃ、及び、ランド８ｂとランド８ｃとの間に設けられる小径部９を備える。スプール４は、スリーブ３との相対位置によってオイルポート７の開口面積を変化させる。スプール４は、スリーブ３との相対位置によってオイルポート７の連通状態と遮断状態とを切り換える。

スプリング５は、スプール４をリニアソレノイド２側に付勢する圧縮コイルスプリングである。スプリング５は、一端がスプール４のリニアソレノイド２と反対側の端面に当接し、他端が調整ねじ１２に当接する。調整ねじ１２は、スリーブ３の端部にねじ込まれ、ねじ込み量によってスプリング５の付勢力を調整する。

次に、リニアソレノイド２の構成を図１、２、４に基づいて説明する。リニアソレノイド２は、コイル１３、ステータコア２１、プランジャ１４、シャフト１１、ヨーク１７、コネクタ１６、リングコア２３、及び、軸方向付勢部材２４を備える。
なお、図１、２、４において図の上方が設置時の天方向に相当する。

コイル１３は、通電されると磁力を発生して、ステータコア２１、ヨーク１７、及び、プランジャ１４を通る磁気回路を形成する。コイル１３は、樹脂製のボビン１３ａの周囲に、絶縁被膜を施した導線が巻回されている。

ステータコア２１は、鉄等の磁性体金属材料で形成される。ステータコア２１は、磁気吸引コア１８、磁気遮断部１９、案内コア２０が一体に形成されている。
磁気吸引コア１８は、フランジ部１８ａと吸引部１８ｂとから構成される。吸引部１８ｂは、コイル１３の通電によって電磁吸引力を発生し、プランジャ１４を吸引面１８ｃに吸引する。磁気遮断部１９は、薄肉の筒状に形成され、磁気吸引コア１８と案内コア２０との間を直接磁束が通ることを防止する。案内コア２０は、筒状に形成される。案内コア２０の端面は、後述するヨーク１７の底壁１７ａに対向する。

プランジャ１４は、鉄等の磁性体金属材料で略円柱形状に形成される。プランジャ１４は、案内コア２０の径内方向を軸線Ｚに沿って往復移動可能である。プランジャ１４は、軸方向に貫通する呼吸穴１４ａを有する。
シャフト１１は、磁気吸引コア１８の吸引部１８ｂに摺動自在に支持される。スプリング５がスプール４をシャフト１１側へ付勢することで、シャフト１１の一端はスプール４の端面に当接し、シャフト１１の他端はプランジャ１４の端面に当接する。

図４（ａ）、（ｂ）に示すように、ヨーク１７は、鉄等の磁性体金属材料で、筒部１７ｃおよび底壁１７ａからなる略カップ状に形成される。筒部１７ｃは、コイル１３、磁気吸引コア１８、及び、リングコア２３を収容する。筒部１７ｃは、開口端がスリーブ３にカシメられ、磁気吸引コア１８のフランジ部１８ａおよびスリーブ３に固定される。筒部１７ｃは、磁気吸引コア１８のフランジ部１８ａと磁気的に結合される。

ヨーク１７の底壁１７ａには、軸線Ｚ上に中央凸部１７ｂが設けられ、軸線Ｚに対して天側に回転規制凸部２８ａが設けられる。中央凸部１７ｂおよび回転規制凸部２８ａはプレス加工により略円形状に形成される。中央凸部１７ｂはプランジャ１４の後退限を規制する。

コネクタ１６は、油圧電磁制御弁９３を制御する図示しない電子制御装置と接続線を介して電気的な接続を行う接続手段である。コネクタ１６の内部には、コイル１３の両端に接続される端子１６ａが設けられている。
図１に示すように、コネクタ１６は、ヨーク１７の筒部１７ｃの地側に設けられる。コネクタ１６の根元の位置に対応して、ヨーク１７の筒部１７ｃは、地側の一部に切り欠き１７ｄを有している。切り欠き１７ｄは、ヨーク１７の筒部１７ｃとコイル１３の外壁１３ｂとの間に形成される呼吸通路２６と、ヨーク１７の外部とを連通する。ヨーク１７外部のオイルは、図１に破線矢印Ｆで示すように呼吸通路２６へ流入する。

リングコア２３は、鉄等の磁性体金属材料で環状に形成される。図４（ｃ）、（ｄ）に示すように、リングコア２３は、フランジ面２３ｅとボビン１３ａとの間に介装される軸方向付勢部材２４の付勢力によって、端面２３ａがヨーク１７の底壁１７ａに押し付けられる。軸方向付勢部材２４は、ゴム、皿バネ、ウェーブワッシャなどの弾性材である。

リングコア２３の穴２３ｂには案内コア２０が嵌合し、案内コア２０とリングコア２３との磁束の受け渡しを行う。リングコア２３の端面２３ａはヨーク１７の底壁１７ａに対向し、リングコア２３とヨーク１７との磁束の受け渡しを行う。これにより、案内コア２０とヨーク１７とは、リングコア２３を介して磁気的に結合される。

リングコア２３の端面２３ａには、内壁２３ｃと外壁２３ｄとを連通する呼吸溝２７が形成される。呼吸溝２７は、例えばミーリング加工により容易に形成することができる。ここで、呼吸溝２７の深さＨｇは回転規制凸部２８ａの高さＨｐより深く、呼吸溝２７の幅Ｗｇは回転規制凸部２８ａの直径Ｗｐより広く形成される。また、リングコア２３の端面２３ａには、他に回転規制凸部２８ａが嵌合可能な凹部は設けられない。したがって、回転規制凸部２８ａが呼吸溝２７に嵌合するとともに、リングコア２３の端面２３ａがヨーク１７の底壁１７ａに当接する。このとき、呼吸溝２７は、回転規制凸部２８ａに倣って軸線Ｚに対して天側に位置する。すなわち、呼吸溝２７とヨーク１７の切り欠き１７ｄとが軸線Ｚに対して反対側に位置する。
呼吸溝２７は、特許請求の範囲に記載の「連通溝」に相当する。
また、ヨーク１７の底壁１７ａ、リングコア２３の内壁２３ｃ、案内コア２０の端面、及び、プランジャ１４の端面に囲まれる空間は、プランジャ後方室２２を形成する。

呼吸溝２７は、プランジャ後方室２２と呼吸通路２６とを連通する。オイルが呼吸溝２７および呼吸通路２６を往復することにより、プランジャ１４の作動やヨーク１７内部の温度変化によるプランジャ後方室２２の圧力変動が防止される。
ここで、呼吸溝２７が地方向に向いている場合、ヨーク１７の地側に設けられる切り欠き１７ｄから侵入した異物が呼吸通路２６および呼吸溝２７を経由してプランジャ後方室２２に侵入する可能性が高い。プランジャ後方室２２に侵入した異物がプランジャ１４の摺動部に挟み込まれると、プランジャ１４の動作不良や固着故障等を起こすおそれがある。そこで、呼吸溝２７を天方向に向けることで呼吸溝２７への異物の侵入を防止することができる。

（作用）
次に、本発明の第１実施形態によるリニアソレノイド２を含む油圧電磁制御弁９３の作用を説明する。
コイル１３に通電されない時、磁気吸引コア１８の吸引部１８ｂには電磁吸引力が発生しない。したがって、図１（ａ）に示すように、スプール４、シャフト１１、及び、プランジャ１４は、スプリング５の付勢力によって図１（ａ）の右方向に付勢される。そして、プランジャ１４の端面がヨーク１７の中央凸部１７ｂに当接する。
この状態では、入口ポート７ａから流入したオイルは、ランド８ｂとランド８ｃとの間隙から排出ポート７ｃへ流出する。したがって、クラッチ機構９４は駆動されない。

コイル１３に通電されると、磁気吸引コア１８の吸引部１８ｂに電磁吸引力が発生し、プランジャ１４が吸引面１８ｃに吸引される。すると、図１（ｂ）に示すように、プランジャ１４は、シャフト１１を介してスプール４を図１（ｂ）の左方向に駆動する。このとき、プランジャ１４の移動に伴いプランジャ１４のシャフト１１側のオイルが呼吸穴１４ａを通ってプランジャ後方室２２に流入することで、プランジャ１４の両側の圧力変動が防止される。
この状態では、ランド８ｃが排出ポート７ｃを遮断するため、入口ポート７ａから流入したオイルは、ランド８ｂとランド８ｃとの間隙から出口ポート７ｂへ流出し、クラッチ機構９４を駆動する。また、出口ポート７ｂから流出したオイルの一部は呼吸ポート７ｄへ戻される。
上記の非通電（オフ）状態と通電（オン）状態とは、電子制御装置のデューティ制御により繰り返される。

油圧電磁制御弁９３の作動中、リニアソレノイド２の外部のオイルが切り欠き１７ｄから呼吸通路２６へ流入するのに伴い、呼吸通路２６へ異物が侵入する可能性がある。しかし、呼吸溝２７が天方向に向いているため、呼吸通路２６から呼吸溝２７への異物の侵入を防止することができる。

（効果）
次に、本発明の第１実施形態によるリニアソレノイド２の効果を説明する。
（１）回転規制手段としての回転規制凸部２８ａは、ヨーク１７の底壁１７ａに形成され、回転規制凹部を兼ねる呼吸溝２７は、リングコア２３の端面２３ａに形成される。回転規制凸部２８ａおよび呼吸溝２７は鉄等の磁性体金属材料で形成されるため、例えば樹脂等で形成される場合に比べて強度が向上する。よって、組み付け時に無理に回転規制凸部を押し潰すことや、使用時に振動や熱で回転規制凸部が破損する不具合を防止することができる。

（２）回転規制凸部２８ａは、プレス加工により、簡易に低コストで形成することができる。
（３）軸線Ｚが水平に向くようにリニアソレノイド２が油槽中に設置されたとき、呼吸溝２７がリングコア２３の軸線Ｚに対して天側に位置するため、呼吸通路２６から呼吸溝２７への異物の侵入を防止することができる。よって、プランジャ１４の摺動部に異物を挟み込むことに起因するプランジャ１４の動作不良や固着故障等を防止できる。
（４）呼吸溝２７が回転規制凹部の機能を兼ねるため、呼吸溝２７と回転規制凹部とを別に設ける必要がなく、リングコア２３の加工工数を削減することができる。

続いて、本発明の第２、第３実施形態を図５、６に基づいて説明する。図５、６は、ヨーク１７の底部を示すとともに、ヨーク１７に収容されるリングコア２３を破線で示す。なお、第１実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。

（第２実施形態）
第２実施形態では、図５に示すように、ヨーク１７の底壁１７ａに軸線Ｚに対して地側に回転規制凸部２９ａを設けている。また、リングコア２３の端面２３ａに軸線Ｚに対して天側に呼吸溝２７を設け、軸線Ｚに対して地側に回転規制凹部２９ｂを設けている。回転規制凸部２９ａの位置と回転規制凹部２９ｂの位置とは対応している。また、回転規制凸部２９ａの高さＨｐは、呼吸溝２７の深さＨｇよりも高い。なお、この実施形態では回転規制凹部２９ｂは貫通穴である。

この構成では、回転規制凸部２９ａは回転規制凹部２９ｂに嵌合可能である。仮に、組付作業時に誤って回転規制凸部２９ａを呼吸溝２７の位置に合わせたとしても、回転規制凸部２９ａの高さが干渉するため誤組付を防止できる。よって、呼吸溝２７を確実に天方向に向けてヨーク１７とリングコア２３とを組み付けることができる。

第２実施形態は、第１実施形態の効果（１）〜（３）を共通に奏する。
また、呼吸溝２７が回転規制凹部を兼ねる第１実施形態では、呼吸溝２７にオイル通路としての機能を確保するために呼吸溝２７の幅Ｗｇを回転規制凸部２８ａの直径Ｗｐに対して余計に大きくする必要があり、リングコア２３が回転方向にがたつくことになる。それに対し、第２実施形態では、回転規制凹部２９ｂを回転規制凸部２９ａに対してわずかに大きく設定することでリングコア２３のがたつきを抑えることができる。

（第３実施形態）
第３実施形態では、図６に示すように、ヨーク１７の底壁１７ａに軸線Ｚに対して水平方向の片側に略長円形状の回転規制凸部３０ａを設けている。また、リングコア２３の端面２３ａに軸線Ｚに対して天側に呼吸溝２７を設け、軸線Ｚに対して水平方向の片側に回転規制凹部３０ｂを設けている。回転規制凸部３０ａの位置と回転規制凹部３０ｂの位置とは対応している。また、ヨーク１７の周方向についての回転規制凸部３０ａの長さＷｐは、呼吸溝２７の幅Ｗｇよりも長い。

この構成では、回転規制凸部３０ａは回転規制凹部３０ｂに嵌合可能である。仮に、組付作業時に誤って回転規制凸部３０ａを呼吸溝２７の位置に合わせたとしても、ヨーク１７の周方向についての回転規制凸部３０ａの長さが干渉するため誤組付を防止することができる。よって、呼吸溝２７を確実に天方向に向けてヨーク１７とリングコア２３とを組み付けることができる。
第３実施形態の効果は、第２実施形態と同様である。

（その他の実施形態）
（ア）上記の実施形態では、ステータコア２１を構成する磁気吸引コア１８、磁気遮断部１９、案内コア２０を一体に形成する。しかし、磁気吸引コアと案内コアとを別体で形成し、磁気吸引コアと案内コアとの間に非磁性体製の磁気遮断部材を介装してもよい。
（イ）上記の第２、第３実施形態では、１組の回転規制凸部および回転規制凹部を設けている。しかし、回転規制凸部および回転規制凹部は２組以上設けてもよい。ただし、その場合、組付位置を１通りに決めることで、誤組付を防止することが望ましい。
（ウ）呼吸溝と回転規制凹部とを独立して設ける場合、呼吸溝をリングコアのヨーク側の端面に設けなくてもよい。例えば、呼吸溝をコイル側に設けてもよく、あるいは、リングの内壁と外壁とを連通する連通穴としてもよい。

以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

２ ・・・リニアソレノイド
１３ ・・・コイル
１３ａ ・・・ボビン
１４ ・・・プランジャ
１７ ・・・ヨーク
１７ａ ・・・底壁
１７ｃ ・・・筒部
１７ｄ ・・・切り欠き
１８ ・・・磁気吸引コア
２０ ・・・案内コア
２１ ・・・ステータコア
２３ ・・・リングコア
２３ａ ・・・端面
２３ｂ ・・・穴
２３ｃ ・・・内壁
２３ｄ ・・・外壁
２６ ・・・呼吸通路
２７ ・・・呼吸溝（連通溝）
２８ａ、２９ａ、３０ａ ・・・回転規制凸部
２９ｂ、３０ｂ ・・・回転規制凹部
９３ ・・・油圧電磁制御弁
Ｚ ・・・軸線

Claims (2)

1. 導線が巻回されるコイルと、
   前記コイルへの通電により磁気吸引力を発生する磁気吸引コアと、
   前記磁気吸引コアの磁気吸引力により軸線に沿って移動可能なプランジャと、
   筒状に形成され、前記プランジャを往復移動可能に収容する案内コアと、
   磁性体金属材料で環状に形成され、前記案内コアが嵌合する穴を有するリングコアと、
   磁性体金属材料でカップ状に形成され、前記コイル、前記磁気吸引コア、及び、前記リングコアを収容する筒部、並びに、前記リングコアの端面に対向する底壁を有するヨークと、
   を備え、
   前記ヨークは、前記筒部の周方向の一方の側に切り欠きを有し、前記底壁に前記リングコア側に突出する回転規制凸部を設けており、
   前記リングコアは、前記回転規制凸部が嵌合するとともにリングの内壁と外壁とを連通する連通溝を前記ヨーク側の端面に有し、
   前記リングコアの前記連通溝と前記ヨークの前記切り欠きとが軸線に対して反対側に位置するように前記リングコアの回転が規制されることを特徴とするリニアソレノイド。
2. 軸線が水平に向くように設置され、前記切り欠きが地方向に向き、前記連通溝が天方向に向くことを特徴とする請求項１に記載のリニアソレノイド。

Images