JP5720639B2 - リニアソレノイド - Google Patents

Description

本発明は、リニアソレノイドに関する。

固定子のコイルに通電するとき発生する磁界により可動子コアを直線移動させるリニアソレノイドが知られている。特許文献１に開示されたリニアソレノイドでは、可動子コアは、第１固定子コアと第２固定子コアとの間でシャフトに固定されている。第１固定子コアおよび第２固定子コアは、一対の金属製のヨークにより軸方向に挟み込まれている。シャフトは、第２固定子コア側の原位置と第１固定子コア側のフルストローク位置との間で軸方向に往復移動可能であり、原位置に位置するとき一方のヨークに当接する。特許文献１では、リニアソレノイドは、エンジンのバルブタイミング調整装置の油圧切換弁の駆動部として用いられている。

特開２０１１‐２２２７９９号公報

ところで、可動子コアに磁気吸引力が作用していないとき、あるいは可動子コアに作用する磁気吸引力が比較的弱いとき、シャフトは、外力または振動により原位置に移動することでヨークに衝突し、金属衝突音が発生するという問題がある。特許文献１のようにエンジンのバルブタイミング調整装置に用いられたリニアソレノイドの場合、例えばエンジンのクランキング時およびバルブタイミング調整装置の油圧切換弁のクリーニング動作時などに上記金属衝突音が発生する。特に、エンジン負荷が小さいときに油圧切換弁のクリーニング動作が行われる場合、エンジン等の作動音が小さく相対的に静かであるため、上記衝突音がよく聞こえる。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、シャフトが原位置に移動するときに発生する衝突音を低減可能なリニアソレノイドを提供することである。

本発明によるリニアソレノイドは、コイルの径内方向で相互間にエアギャップを隔てるように配置された第１固定子コアおよび第２固定子コアと、第１固定子コアと第２固定子コアとを互いに磁気的につないでいるヨークと、ヨークをモールドしているハウジングと、第１固定子コアおよび第２固定子コアにより軸方向に移動可能に支持されたシャフトおよび可動子コアとを備えている。
ヨークの底部は、シャフトのうち底部側の端面の軸方向への投影を全て含むように軸方向に貫通している通孔を有する。さらに、リニアソレノイドは、ヨークの底部に対し第２固定子コアとは反対側に位置し、ハウジングの一部であり、上記通孔内に突き出し且つシャフトが当接可能な突起を形成している樹脂製のストッパ手段を備える。

したがって、可動子コアに磁気吸引力が作用していないとき、あるいは可動子コアに作用する磁気吸引力が比較的弱いとき、シャフトは、外力または振動により原位置に移動すると樹脂製のストッパ手段に当接する。そのため、シャフトが金属製のヨークに当接するときのような金属衝突音が発生せず、衝突音を低減可能である。

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たバルブタイミング調整装置の概略構成を説明する図である。 図１のリニアソレノイドを示す断面図であって、シャフトが原位置に位置している状態を示す。 図１のリニアソレノイドを示す断面図であって、シャフトがフルストローク位置に位置している状態を示す。 本発明の第２実施形態によるリニアソレノイドを示す断面図である。 本発明の第３実施形態によるリニアソレノイドを示す断面図である。 本発明の第４実施形態によるリニアソレノイドを示す断面図である。 本発明の第５実施形態によるリニアソレノイドを示す断面図である。 本発明の第６実施形態によるリニアソレノイドを示す断面図である。 本発明の第７実施形態によるリニアソレノイドを示す断面図である。 本発明の第８実施形態によるリニアソレノイドを示す断面図である。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
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たバルブタイミング調整装置を図１に示す。バルブタイミング調整装置１００は、図示しない内燃機関のクランクシャフトと一体に回転するケース１０１内の油圧室１０２に作動油を供給することで、カムシャフト１０３と一体に回転するベーンロータ１０４を相対回動させ、図示しない吸排気バルブの開閉タイミングを調整する。油圧室１０２には、オイルパン１０５からオイルポンプ１０６により汲み上げられた作動油が油圧切換弁１０７を通じて供給される。油圧切換弁１０７のスプール１０８は、スリーブ１０９内で軸方向に往復移動可能に設けられ、スプリング１１０により軸方向の一方側に付勢されている。リニアソレノイド１は、スプール１０８をスプリング１１０の付勢力に抗して軸方向の他方側に駆動する駆動部として用いられている。

先ず、リニアソレノイド１の概略構成を図２および図３に基づき説明する。
リニアソレノイド１は、コイル部１０、ヨーク１５、ハウジング２０、第１固定子コア２５、第２固定子コア３０、シャフト３５、可動子コア４０およびカラー４５などを備えている。

コイル部１０は、筒状のボビン１１と、ボビン１１に巻回された電線からなる環状のコイル１２とから構成されている。
ヨーク１５は、磁性材料からなり、コイル部１０の径外方向に位置する筒部１６と、筒部１６の一端部に一体に形成されている底部１７とを有している。

ハウジング２０は、コイル部１０およびヨーク１５をモールドしている樹脂部材である。ハウジング２０は、コイル１２に電気的に接続するターミナルを内包しているコネクタ部２１と、例えば図示しないエンジンカバーなどに取り付けるときに用いられる取付部２２とを形成している。

第１固定子コア２５は、磁性材料からなり、コイル１２の軸心方向の一方すなわち筒部１６の他端部側に位置している。第１固定子コア２５は、ヨーク１５の底部１７側に突き出す第１環状突起２８を形成しており、径外端部がヨーク１５の筒部１６に固定されている。

第２固定子コア３０は、磁性材料からなり、コイル１２の軸心方向の他方すなわち筒部１６の一端部側に位置している。第２固定子コア３０は、軸方向でヨーク１５の底部１７に当接し、また第１固定子コア２５の第１環状突起２８との間にエアギャップ４７を隔てるように当該第１環状突起２８側に突き出す第２環状突起３３を形成している。第１固定子コア２５および第２固定子コア３０は、ヨーク１５により磁気的につながれている。

シャフト３５は、エアギャップ４７の径内方向で第１固定子コア２５と第２固定子コア３０とにより支持され、第２固定子コア３０側の原位置と第１固定子コア２５側のフルストローク位置との間で軸方向に往復移動可能である。図２は、シャフト３５が原位置に位置している状態を示し、図３は、シャフト３５がフルストローク位置に位置している状態を示す。

可動子コア４０は、磁性材料からなり、第１固定子コア２５と第２固定子コア３０との間に位置し、シャフト３５に固定されている。シャフト３５が原位置に位置しているとき、可動子コア４０は、エアギャップ４７に対し第２固定子コア３０側に位置する。シャフト３５がフルストローク位置に位置しているとき、可動子コア４０は、軸方向で第１環状突起２８と第２環状突起３３とを跨ぐようにエアギャップ４７の径内方向に位置し、第１環状突起２８と第２環状突起３３とを磁気的にバイパスする。

カラー４５は、第１固定子コア２５と第２固定子コア３０との間に位置する筒状部材である。カラー４５は、非磁性材料からなり、一端部が第１環状突起２８に圧入され、他端部が第２環状突起３３に圧入されている。カラー４５は、第１固定子コア２５と第２固定子コア３０との軸方向および径方向の相対移動を禁止している。

次に、リニアソレノイド１の特徴構成を図２〜図３に基づき説明する。
第２固定子コア３０は、シャフト３５を支持している軸受部３１と、軸受部３１の径外方向に位置している筒状の磁気伝達部３２と、磁気伝達部３２のうち底部１７側の端部の径内部３６と軸受部３１とを連結している連結部３４とを有し、一部材で構成されている。磁気伝達部３２は、第１環状突起２８との間にエアギャップ４７を隔てるように当該第１環状突起２８側に突き出す第２環状突起３３を形成している。

ヨーク１５の底部１７は、第２固定子コア３０の連結部３４が挿入されている凹部１８と、シャフト３５のうち底部１７側の端面の軸方向への投影を全て含むように軸方向に貫通している通孔１９とを有する。通孔１９は、シャフト３５と同軸上に位置し、凹部１８の底壁を貫通しており、内径が凹部１８の内径よりも小さく且つシャフト３５よりも大きい。また、ヨーク１５の底部１７は、第１固定子コア２５との間でカラー４５および第２固定子コア３０の磁気伝達部３２を軸方向に挟み込んでいる。第２固定子コア３０の磁気伝達部３２は、ヨーク１５の底部１７のうち凹部１８の縁部に軸方向で当接している。ヨーク１５の底部１７は、第２固定子コア３０の磁気伝達部３２との間で軸方向に磁気伝達可能である。

ハウジング２０は、ヨーク１５の筒部１６をモールドしている筒部２３と、ヨーク１５の底部１７をモールドしている底部２４とを有する。ハウジング２０の底部２４は、ヨーク１５の底部１７に対し第２固定子コア３０とは反対側に位置し、シャフト３５が当接可能なストッパ手段として機能する。底部２４は、通孔１９内に突き出す突起４８を形成している。突起４８は、外径が通孔１９の内径と同じであり、シャフト３５と同軸上に位置している。突起４８の径外面は、通孔１９の内面に密着している。

次に、リニアソレノイド１の作動を図１〜図３に基づき説明する。
バルブタイミング調整装置１００の油圧室１０２に作動油を供給するとき、コイル１２は通電される。通電によりコイル１２まわりで発生する磁束は、第１固定子コア２５、ヨーク１５、第２固定子コア３０および可動子コア４０から構成される磁気回路を通る。第１固定子コア２５とヨーク１５との間の磁束伝達は径方向で行われ、ヨーク１５と第２固定子コア３０との間の磁束伝達は軸方向で行われる。このとき、可動子コア４０は、磁束の量に応じて発生する総磁気吸引力によりスプリング１１０の付勢力に抗してシャフト３５をフルストローク位置側に移動させる。

バルブタイミング調整装置１００の油圧室１０２に作動油を供給しないとき、コイル１２は非通電とされる。このとき、シャフト３５は、例えば油圧切換弁１０７のスプリング１１０の付勢力などの外力、または、振動により、ハウジング２０の突起４８に当接するように原位置に移動させられる。

以上説明したように、第１実施形態によるリニアソレノイド１では、ヨーク１５の底部１７は、シャフト３５のうち底部１７側の端面の軸方向への投影を全て含むように軸方向に貫通し、内径がシャフト３５の外径よりも大きい通孔１９を有する。また、樹脂製のハウジング２０の底部２４は、ヨーク１５の底部１７に対し第２固定子コア３０とは反対側に位置し、シャフト３５が当接可能なストッパ手段として機能する。

したがって、例えばエンジンのクランキング時またはバルブタイミング調整装置１００の油圧切換弁１０７のクリーニング動作時などにおいて、シャフト３５は、外力または振動により原位置に移動すると樹脂製のハウジング２０の突起４８に当接する。そのため、シャフト３５が金属製のヨークに当接するときのような金属衝突音が発生せず、衝突音を低減可能である。

また、第１実施形態では、ハウジング２０の底部２４は、通孔１９内に突き出す突起４８を形成している。
したがって、シャフト３５が突起４８に当接するときの衝撃力がヨーク１５にも吸収されるので、ハウジング２０のうちシャフト３５が当接する部分の強度を高めることができる。

また、第１実施形態では、ヨーク１５の底部１７は、第２固定子コア３０の連結部３４が挿入されている凹部１８を有する。通孔１９は、凹部１８の底を貫通している。
したがって、第２固定子コア３０がヨーク１５の凹部１８に挿入された分だけ可動子コア４０の磁気伝達部４２の軸方向長さを長くすることができる。そのため、可動子コア４０のストロークの後半において、可動子コア４０と第２固定子コア３０の磁気伝達部３２との軸方向の重なり量が大きくなり、可動子コア４０と第２固定子コア３０の磁気伝達部３２との間で伝達される磁束の密度の増加が抑制されるので、軸方向で第２固定子コア３０側に引っ張る磁気吸引力の急激な増大を防止可能である。それ故、体格を大きくすることなく、ストローク変化による総磁気吸引力の変動を抑制可能である。さらに、有底穴である凹部１８をプレス加工で成形するとき、通孔１９を利用して肉抜きができるので、ヨーク１５を比較的容易に製造することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態によるリニアソレノイドを図４に基づき説明する。
リニアソレノイド５０では、ヨーク５１の底部５２は、第２固定子コア５３の連結部５４のうち底部５２側の端面の軸方向への投影を全て含むように軸方向に貫通している通孔５６を有する。通孔５６の内径は連結部５４の外径よりも大きく、通孔１９には連結部５４が挿入されている。
ハウジング５７の底部５８は、ヨーク５１の底部５２に対し第２固定子コア５３とは反対側に位置し、シャフト５５が当接可能なストッパ手段として機能する。
第２実施形態では、第１実施形態と同様の効果を奏する。さらに、第２実施形態では、通孔５６は貫通しているので、ヨーク５１を比較的容易に製造することができる。
また可動子コア４０と第２固定子コア３０の磁気伝達部３２との軸方向の重なり量をさらに大きくすることができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態によるリニアソレノイドを図５に基づき説明する。
リニアソレノイド６０では、ヨーク６１の底部６２は、シャフト６３のうち底部６２側の端面の軸方向への投影を全て含むように軸方向に貫通している通孔６４を有する。通孔６４の内径は、シャフト６３の外径よりも大きい。
ハウジング６５の底部６６は、ヨーク６１の底部６２に対し第２固定子コア６７とは反対側に位置し、シャフト６３が当接可能なストッパ手段として機能する。底部６６は、通孔６４内に突き出す突起６８を形成している。突起６８の外径は通孔６４の内径と同じであり、突起６８はシャフト６３と同軸上に位置している。
第３実施形態では、第１実施形態と同様に、シャフト６３の衝突音を低減可能であるという効果、および、ハウジング６５のうちシャフト６３が当接する部分の強度が高まるという効果を奏する。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態によるリニアソレノイドを図６に基づき説明する。
リニアソレノイド７０では、シャフト７１は、突起６８との対向面に開口している第１有底穴７２を有する。
第４実施形態では、第３実施形態と同様の効果を奏する。さらに、第４実施形態では、シャフト７１が原位置に押し戻されるとき、第１有底穴７２内の空気もしくは油が外部に押し出されるのに抵抗することで生じる圧力によるスクイズ効果によって、シャフト７１の突起６８への衝撃力が弱められるので、衝突音を一層低減可能である。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態によるリニアソレノイドを図７に基づき説明する。
リニアソレノイド７５では、ハウジング６５の突起６８は、シャフト６３との当接面に当該シャフト６３の外径よりも小さい第２有底穴７６を有している。
第５実施形態では、第４実施形態と同様に、シャフト６３が原位置に押し戻されるとき、第２有底穴７６内の空気もしくは油が外部に押し出されるのに抵抗することで生じる圧力によるスクイズ効果によって、シャフト６３の突起６８への衝撃力が弱められるので、衝突音を一層低減可能である。

（第６実施形態）
本発明の第６実施形態によるリニアソレノイドを図８に基づき説明する。
リニアソレノイド８０では、ハウジング６５の突起６８は、シャフト６３側に突き出すとともに当該シャフト６３が挿入可能な筒状突起８１を形成している。
第６実施形態では、第４実施形態と同様に、シャフト６３が原位置に押し戻されるとき、筒状突起８１内の空気もしくは油が外部に押し出されるのに抵抗することで生じる圧力によるスクイズ効果によって、シャフト６３の突起６８への衝撃力が弱められるので、衝突音を一層低減可能である。

（第７実施形態）
本発明の第７実施形態によるリニアソレノイドを図９に基づき説明する。
リニアソレノイド８５では、ヨーク６１の底部６２は、突起６８のシャフト６３との当接面８６に対しシャフト６３とは反対側で通孔６４内に突き出す環状突起８７を形成している。
第７実施形態では、第３実施形態と同様の効果を奏する。さらに、第７実施形態では、シャフト６３が突起６８に当接するときの衝撃力を金属製の環状突起８６で受けるので、ハウジング６５のうちシャフト６３が当接する部分の強度を高めることができる。

（第８実施形態）
本発明の第８実施形態によるリニアソレノイドを図１０に基づき説明する。
リニアソレノイド９０では、ヨーク６１の底部６２は、突起６８のシャフト６３との当接面９１に対しシャフト６３とは反対側で通孔６４内に突き出す環状突起９２を形成している。環状突起９２は、内径がシャフト６３の外径よりも小さい。
第８実施形態では、第７実施形態と同様の効果を奏する。さらに、第８実施形態では、環状突起９２とシャフト６３とが軸方向で重なっており、シャフト６３が突起６８に当接するときの衝撃力を環状突起８６で受ける能力が高いので、ハウジング６５のうちシャフト６３が当接する部分の強度を第７実施形態よりもさらに高めることができる。

（他の実施形態）
本発明の他の実施形態では、第１固定子コアとヨークとの固定は、かしめに限らず、例えば圧入などにより為されてもよい。
本発明の他の実施形態では、第１固定子コアとヨークとの間の磁束伝達が軸方向で行われてもよい。
本発明の他の実施形態では、第１固定子コアは、ヨークの筒部内に嵌合していなくてもよい。第１固定子コアがヨークの筒部内に嵌合しない場合、第１固定子コアとヨークとの固定は、例えば巻きかしめ等で為されてもよい。

本発明の他の実施形態では、第１固定子コアは、軸受部と固定部とが別体で構成されてもよい。
本発明の他の実施形態では、第２固定子コアとヨークとの間の磁束伝達が径方向で行われてもよい。この場合、第２固定子コアおよびヨークは圧入などによって固定されてもよい。
本発明の他の実施形態では、第１固定子コアおよび第２固定子コアの一方または両方は、環状突起を形成しなくてもよい。要するに、第１固定子コアおよび第２固定子コアは、両者の間にエアギャップが形成されるように設けられればよい。
本発明の他の実施形態では、第１固定子コア、第２固定子コアおよびヨークは、横断面形状が円形でなくてもよいし、周方向の一部に切り欠き等が形成されていてもよい。

本発明の他の実施形態では、カラーは筒状でなくてもよい。カラーは、第１固定子コアと第２固定子コアとが互いに接近する方向に相対移動することを抑制するものであれば、例えば棒状または板状であってもよい。
本発明の他の実施形態では、カラーは、第１固定子コアおよび第２固定子コアに圧入ではなく嵌合されてもよい。これにより、カラーは、第１固定子コア、第２固定子コア、シャフトおよび可動子コアを一体に組み付けなくてもよい。
本発明の他の実施形態では、リニアソレノイドは、バルブタイミング調整装置の油圧切換弁の駆動部に限らず、往復移動可能な被駆動部材を有する種々の機能品の駆動部として適用可能である。
本発明は、上述した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で種々の形態で実施可能である。

１、５０、６０、７０、７５、８０、８５・・・リニアソレノイド
１２・・・コイル
１５、５１、６１・・・ヨーク
１６・・・筒部
１７、５２、６２・・・底部
１９、５６、６４・・・通孔
２４、６６・・・ストッパ手段
２５・・・第１固定子コア
３０、５３、６７・・・第２固定子コア
３５、５５、６３、７１・・・シャフト
４０・・・可動子コア
４７・・・エアギャップ

Claims (8)

1. 環状のコイル（１２）と、
   前記コイルの軸心方向の一方に位置している第１固定子コア（２５）と、
   前記コイルの軸心方向の他方で前記第１固定子コアとの間にエアギャップ（４７）を隔てるように配置されている第２固定子コア（３０、５３、６７）と、
   前記コイルの径外方向に位置する筒部（１６）、および、前記筒部のうち前記第２固定子コア側の端部に一体に形成されている底部（１７、５２、６２）を有し、前記第１固定子コアと前記第２固定子コアとを磁気的につないでいるヨーク（１５、５１、６１）と、
   前記ヨークをモールドしているハウジング（２０、６５）と、
   前記エアギャップの径内方向で前記第１固定子コアと前記第２固定子コアとにより支持され、前記第２固定子コア側の原位置と前記第１固定子コア側のフルストローク位置との間で軸方向に往復移動可能なシャフト（３５、５５、６３、７１）と、
   前記第１固定子コアと前記第２固定子コアとの間で前記シャフトに固定され、前記コイルが通電されると前記第１固定子コアと前記第２固定子コアとを磁気的にバイパスするように前記エアギャップの径内方向に移動して、前記シャフトをフルストローク位置側に移動させる可動子コア（４０）と、
   を備え、
   前記ヨークの前記底部は、前記シャフトのうち前記底部側の端面の軸方向への投影を全て含むように軸方向に貫通している通孔（１９、５６、６４）を有し、
   前記ヨークの前記底部に対し前記第２固定子コアとは反対側に位置し、前記ハウジングの一部であり、前記通孔内に突き出し且つ前記シャフトが当接可能な突起（４８、６８）を形成している樹脂製のストッパ手段（２４、６６）をさらに備えることを特徴とするリニアソレノイド（１、６０、７０、７５、８０、８５）。
2. 前記ヨークの前記底部（１７）は、前記ストッパ手段側に凹むとともに前記通孔よりも内径が大きく、前記第２固定子コアのうち少なくとも一部が挿入されている凹部（１８）を有し、
   前記通孔（１９）は、前記凹部の底壁を貫通し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（１）。
3. 前記通孔（５６）には、前記第２固定子コアのうち少なくとも一部が挿入されていることを特徴とする請求項１または２に記載のリニアソレノイド（５０）。
4. 前記シャフト（７１）は、前記ストッパ手段側の端面に第１有底穴（７２）を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のリニアソレノイド（７０）。
5. 前記ストッパ手段は、前記シャフトとの当接面に当該シャフトの外径よりも小さい第２有底穴（７６）を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のリニアソレノイド（７５）。
6. 前記ストッパ手段は、前記シャフト側に突き出すとともに当該シャフトが挿入可能な筒状突起（８１）を形成していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のリニアソレノイド（８０）。
7. 前記ヨークの前記底部は、前記突起の前記シャフトとの当接面（８６、９１）に対し前記シャフトとは反対側で前記通孔内に突き出す環状突起（８７、９２）を形成していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のリニアソレノイド（８５、９０）。
8. 前記環状突起（９２）の内径は、前記シャフトの外径よりも小さいことを特徴とする請求項７に記載のリニアソレノイド（９０）。

Images