JP5786846B2 - ソレノイド - Google Patents

Description

本発明は、ソレノイドに関する。

コイルに通電するとき発生する磁界により可動子を直線方向へ移動させるソレノイドが知られている。特許文献１に開示されたソレノイドでは、コイルおよびボビンは、外側が樹脂によりモールドされ、一対のヨークの間に配置されている。ヨークとボビンの鍔部との間にはＯリングが設けられている。特許文献１では、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制御弁を駆動する駆動部として用いられている。

特開２０１１−２２２７９９号公報

ところで、ボビンの鍔部に溶着突起を形成し、コイルおよびボビンをモールドする樹脂製のモールド部材と溶着突起とを溶着することによって、Ｏリングを設けることなく、ソレノイド内部の油がモールド部材とボビンとの界面を通じてコイルに浸入することを防止することが考えられる。コイルへの油の浸入を防止することにより、油がコイルからターミナルを通じて電子制御装置に伝わることを回避可能である。

ところが、通電時に生じるコイルの熱は、モールド部材内部にこもり、外部に逃げにくい。そのため、コイルの抵抗が大きくなり、抵抗が変化する前の状態と比べて同じ電圧をかけてもコイルに流れる電流が小さくなる。したがって、コイルまわりに生じる磁界が弱くなり、可動子を引き寄せる磁気吸引力が小さくなる。また、コイルの熱がモールド部材内部にこもると、樹脂製のモールド部材が熱により劣化する。
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、可動子に作用する磁気吸引力の低下を抑制し、またモールド部材の劣化を抑制することができるソレノイドを提供することである。

本発明によるソレノイドは、軸状の可動子と、可動子を軸方向へ往復移動可能に支持している固定子と、有底筒状のヨークと、環状のコイルと、ボビンと、モールド部材とを備えている。ヨークは、固定子の径方向外側で固定子の一端部に接触する筒部、および、固定子の他端部に接触する底部を形成している。コイルは、ヨークの筒部と固定子との間に位置している。ボビンは、コイルが巻かれた筒状の巻部、巻部の一端部に位置する第１鍔部、および、巻部の他端部に位置する第２鍔部を形成している。モールド部材は、コイルとボビンの第１鍔部および第２鍔部とをモールドしている。

ソレノイドは、少なくともモールド部材と固定子との隙間に油が入り込む構成である。ボビンの第１鍔部は、モールド部材に溶着した溶着突起を形成している。モールド部材は、径方向において溶着突起よりも内側で軸方向へ貫通する通孔を有している。通孔は、一端が前記隙間に向けて開口し、他端が第１鍔部に面することで、前記隙間に入り込んだ油を第１鍔部に接触させる。
したがって、ヨークとモールド部材との間にシール部材を設けることなく、ソレノイド内部の油がモールド部材とボビンとの界面を通じてコイルに浸入することを防止可能である。コイルへの油の浸入を防止することにより、油がコイルからターミナルを通じて電子制御装置に伝わることを回避可能である。

さらに、通電時に生じるコイルの熱は、ボビンに伝わった後、モールド部材の通孔に入り込みボビンの第１鍔部に直接触れる油に放熱される。これにより、コイルの熱がモールド部材内部にこもることが抑制される。つまり、ソレノイド内部の油は冷却液として機能する。そのため、モールド部材内部にコイルの熱がこもることに起因して、可動子を引き寄せる磁気吸引力が小さくなること、および、樹脂製のモールド部材が劣化することを抑制可能である。
また、溶着突起が通孔よりも外側にあるため、通孔内の油がボビンの第１鍔部とモールド部材との界面を通ってコイルに浸入することを防止可能である。

本発明の第１実施形態による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のソレノイドの縦断面図であって、出力ロッドが原位置に位置している状態を示す。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 図１のソレノイドの縦断面図であって、出力ロッドがフルストローク位置に位置している状態を示す。 図２の矢印Ｖ部分の拡大図である。 図２のモールド部材を樹脂成形するとき、ヨークおよびボビン等が金型にセットされたところを示す断面図である。 図１のソレノイドの出力ロッドがフルストローク位置に位置しているときの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。 本発明の第２実施形態によるソレノイドの横断面図である。 本発明の第３実施形態によるソレノイドの横断面図である。 本発明の第４実施形態によるソレノイドの横断面図である。 本発明の第５実施形態によるソレノイドの横断面図である。 本発明の第６実施形態によるソレノイドの縦断面図である。 図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線断面図である。

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９０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９１内の油圧室９２に作動油を供給することによって、カムシャフト９３と一体に回転するベーンロータ９４をケース９１に対して相対回動させ、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９２には、オイルポンプ９５により汲み上げられた作動油が油圧制御弁９６を通じて供給される。油圧制御弁９６のスプール９７は、スリーブ９８内で軸方向に往復移動可能に設けられ、スプリング９９により軸方向の一方側に付勢されている。ソレノイド１０は、スプール９７をスプリング９９の付勢力に抗して軸方向の他方側に駆動する駆動部である。

先ず、ソレノイド１０の概略構成を図２〜図４に基づき説明する。
ソレノイド１０は、可動子１５、第１固定子２０、第２固定子２５、カラー２９、ヨーク３０、コイル３５、ボビン４０およびモールド部材５０を備えている。
可動子１５は、軸状であり、出力ロッド１６および可動子コア１７から構成されている。可動子コア１７は、磁性材料からなり、出力ロッド１６に固定されている。

第１固定子２０は、磁性材料からなり、出力ロッド１６の一端部を軸方向に往復移動可能に支持している支持部２１と、支持部２１から径外方向へ突き出すフランジ部２２と、支持部２１から軸方向へ突き出す環状突部２３とを形成している。
第２固定子２５は、磁性材料からなり、出力ロッド１６の他端部を軸方向に往復移動可能に支持している支持部２６と、環状突部２３との間にエアギャップ２８を隔てる環状突部２７とを形成している。第１固定子２０および第２固定子２５は、特許請求の範囲に記載の「固定子」を構成している。

図２は、可動子１５が原位置に位置している状態を示し、図４は、可動子１５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１５が原位置に位置しているとき、可動子コア１７は、軸方向においてエアギャップ２８に対して第２固定子２５側に位置する。可動子１５がフルストローク位置に位置しているとき、可動子コア１７は、軸方向において環状突部２３と環状突部２７とを跨ぐようにエアギャップ２８の内側に位置し、環状突部２３と環状突部２７とを磁気的にバイパスする。

カラー２９は、非磁性材料からなる筒状部材であり、一端部が環状突部２３に圧入され、他端部が環状突部２７に圧入されている。カラー２９は、第１固定子２０と第２固定子２５とを固定している。

ヨーク３０は、磁性材料からなる有底筒状部材であり、筒部３１および底部３２を形成している。筒部３１は、第１固定子２０および第２固定子２５に対して径外方向に位置している。第１固定子２０のフランジ部２２は、ヨーク３０の筒部３１内に挿入され、筒部３１がかしめられることによってヨーク３０に固定されている。底部３２は、筒部３１のうち第２固定子２５側の端部を塞ぎ、第２固定子２５の支持部２６に接触している。ヨーク３０は、第１固定子２０と第２固定子２５とを磁気的につないでいる。

コイル３５は、ヨーク３０の筒部３１と第１固定子２０および第２固定子２５との間に位置しており、ボビン４０に巻かれたワイヤから構成されている。
モールド部材５０は、ヨーク３０等をモールドしている本体部５１と、コイル３５に電気的に接続されたターミナル５７を内包しているコネクタ部５６と、図１のエンジンカバー８９に取り付けるときに用いられるブラケット部５８とを形成している。

次に、ソレノイド１０の特徴構成を図２〜図７に基づき説明する。
ボビン４０は、コイル３５が巻かれた筒状の巻部４１、巻部４１のうち第１固定子２０側の一端部に位置する第１鍔部４２、巻部４１の他端部に位置する第２鍔部４４、および、巻部４１の他端部からヨーク３０の底部３２に向けて軸方向へ突き出す突出部４６を形成している。突出部４６は、ヨーク３０の底部３２に当接している。第１鍔部４２の先端部は第１溶着突起４３を形成し、第２鍔部４４の先端部は第２溶着突起４５を形成している。

モールド部材５０の本体部５１は、ヨーク３０およびボビン４０の第１鍔部４２の外側を覆うとともに、ヨーク３０の筒部３１とコイル３５との間、および、ヨーク３０の底部３２とボビン４０の第２鍔部４４との間を埋めるように、樹脂成形されている。ボビン４０の第１溶着突起４３および第２溶着突起４５は、モールド部材５０の本体部５１に溶着している。本体部５１のうちヨーク３０に対する外側部分と内側部分とは、ヨーク３０が有する孔３３および孔３４を通じて互いに接続されている。

モールド部材５０を作るとき、先ず、図６に示すように、ヨーク３０、ボビン４０、コイル３５、ターミナル５７およびインサートカラー５９が金型６０にセットされる。
続いて、金型６０内部のキャビティに溶融樹脂が充填される。成形機のノズルから射出された溶融樹脂は、ヨーク３０の底部３２側に位置するゲートから孔３３を経由してヨーク３０の内側に流れ込む。ヨーク３０の内側に流れ込んだ溶融樹脂は、ヨーク３０の底部３２と第２鍔部４４との隙間６１、および、ヨーク３０の筒部３１とコイル３５との隙間６２を経由して、第１鍔部４２の外側の隙間６３に流動する。このとき、溶融樹脂は、ボビン４０の第１溶着突起４３および第２溶着突起４５の表層部を溶かしながら流動する。また、金型６０のうち、ボビン４０の第１鍔部４２に向かって軸方向へ突き出すピン６４は、ボビン４０の第１鍔部４２をコイル３５とは反対側から押さえ、隙間６２から隙間６３に向かう溶融樹脂の流れにより第１鍔部４２が変形することを抑制する。
続いて、金型６０内部に充填された樹脂を冷却して固化させる。このとき、ボビン４０の第１溶着突起４３および第２溶着突起４５は、モールド部材５０を形成する樹脂に溶着する。

図５に示すように、モールド部材５０の本体部５１は、ボビン４０の第１鍔部４２の外側を覆う円環状の第１モールド部５２と、ヨーク３０の筒部３１とコイル３５との間を埋める円筒状の第２モールド部５３と、ヨーク３０の底部３２とボビン４０の第２鍔部４４との間を埋める円環状の第３モールド部５４とを形成している。第１モールド部５２は、径方向において第１溶着突起４３よりも内側で軸方向へ貫通する通孔５５を有している。通孔５５は、図６の金型６０のピン６４の形状と同じ形状をしている。本実施形態では、通孔５５は、横断面形状が円であり、第１モールド部５２の外周部に設けられるとともに、可動子１５の軸心まわりで等角度間隔に複数設けられている。

上述のように構成されたソレノイド１０は、エンジン内部において作動油がかかる環境下で使用されている。ソレノイド１０内部には、上記作動油の一部が入り込む。例えば、図７に示すようにバルブタイミング調整装置９０のスプール９７が所定位置に移動した場合、ケース９１内の油圧室９２の作動油は、ソレノイド１０側に向かって排出され、その一部がソレノイド１０内部に入り込む。ソレノイド１０内部に入り込んだ作動油は、部材が有する孔や部材同士の隙間を流動する。このとき、コイル３５の通電により生じた熱は、ボビン４０の第１鍔部４２に伝わった後、モールド部材５０の第１モールド部５２の通孔５５内に入り込んだ作動油に放熱される。

以上説明したように、第１実施形態によるソレノイド１０では、ボビン４０の第１鍔部４２は、モールド部材５０に溶着した第１溶着突起４３を形成している。したがって、ヨーク３０とモールド部材５０との間にシール部材を設けることなく、ソレノイド１０内部の作動油がモールド部材５０とボビン４０との界面を通じてコイル３５に浸入することを防止可能である。

また、第１実施形態では、モールド部材５０は、径方向において第１溶着突起４３よりも内側で軸方向へ貫通する通孔５５を有している。したがって、通電時に生じるコイル３５の熱は、ボビン４０の第１鍔部４２に伝わった後、モールド部材５０の通孔５５に入り込みボビン４０の第１鍔部４２に直接触れる作動油に放熱される。これにより、コイル３５の熱がモールド部材５０内部にこもることが抑制される。つまり、ソレノイド１０内部の作動油は冷却液として機能する。そのため、モールド部材５０内部にコイル３５の熱がこもることに起因して、可動子１５を引き寄せる磁気吸引力が小さくなること、および、樹脂製のモールド部材５０が劣化することを抑制可能である。
また、第１溶着突起４３が通孔５５よりも外側にあるため、通孔５５内の作動油がボビン４０の第１鍔部４２とモールド部材５０の第１モールド部５２との界面を通ってコイル３５に浸入することを防止可能である。

また、第１実施形態では、通孔５５は、可動子１５の軸心まわりで等角度間隔に複数設けられている。したがって、コイル３５の熱が周方向で均等に放熱される。
また、第１実施形態では、通孔５５は、モールド部材５０の第１モールド部５２のうち外周部に設けられている。したがって、通孔５５を可及的に多く設けることができ、放熱性が向上する。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態によるソレノイドを図８に基づき説明する。
ソレノイド６５では、モールド部材５０の第１モールド部５２は、径方向において第１溶着突起よりも内側で軸方向へ貫通する通孔６６を有している。通孔６６は、横断面形状が径方向へ延びる長円であり、可動子１５の軸心まわりで等角度間隔に複数設けられている。
第２実施形態によれば、通孔６６に入り込む作動油にコイルの熱を放熱することができ、第１実施形態と同様の効果を奏する。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態によるソレノイドを図９に基づき説明する。
ソレノイド７０では、モールド部材５０の第１モールド部５２は、径方向において第１溶着突起よりも内側で軸方向へ貫通する通孔７１を有している。通孔７１は、横断面形状が周方向へ延びる長円であり、可動子１５の軸心まわりで等角度間隔に複数設けられている。
第３実施形態によれば、通孔７１に入り込む作動油にコイルの熱を放熱することができ、第１実施形態と同様の効果を奏する。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態によるソレノイドを図１０に基づき説明する。
ソレノイド７５では、モールド部材５０の第１モールド部５２は、径方向において第１溶着突起よりも内側で軸方向へ貫通する通孔７６を有している。通孔７６は、横断面形状が周方向へ延びる円弧状であり、可動子１５の軸心まわりで等角度間隔に複数設けられている。
第４実施形態によれば、通孔７６に入り込む作動油にコイルの熱を放熱することができ、第１実施形態と同様の効果を奏する。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態によるソレノイドを図１１に基づき説明する。
ソレノイド８０では、モールド部材５０の第１モールド部５２は、径方向において第１溶着突起よりも内側で軸方向へ貫通する通孔８１および通孔８２を有している。通孔８１は、横断面形状が円であり、第１モールド部５２の外周部に設けられるとともに、可動子１５の軸心まわりで等角度間隔に複数設けられている。通孔８２は、横断面形状が円であり、第１モールド部５２の内周部に設けられるとともに、可動子１５の軸心まわりで等角度間隔に複数設けられている。
第５実施形態によれば、通孔８１および通孔８２に入り込む作動油にコイルの熱を放熱することができ、第１実施形態と同様の効果を奏する。

（第６実施形態）
本発明の第６実施形態によるソレノイドを図１２および図１３に基づき説明する。
ソレノイド８５では、モールド部材５０の第１モールド部８６は、径方向において第１溶着突起４３よりも内側で軸方向へ貫通する通孔８７を有している。通孔８７は、可動子１５と同軸上に設けられ、直径が第１鍔部４２よりも小さく且つ巻部４１よりも大きい。
第６実施形態によれば、通孔８７に入り込む作動油にコイル３５の熱を放熱することができ、第１実施形態と同様の効果を奏する。また、通孔８７の横断面積を可及的に大きくすることができ、放熱性が向上する。

（他の実施形態）
本発明の他の実施形態では、モールド部材の通孔の横断面形状は、円、長穴、および円弧穴に限らず、どのような形状であってもよい。要するに、通孔は、第１溶着突起よりも内側の位置でモールド部材の第１モールド部を軸方向に貫通する孔であればよい。
本発明の他の実施形態では、モールド部材の各通孔は、周方向で等間隔に形成されなくてもよい。また、各通孔の大きさはそれぞれ異なっていてもよい。
本発明の他の実施形態では、モールド部材の通孔は１つであってもよい。
本発明の他の実施形態では、モールド部材は、コイルおよびボビンのみをモールドする部材であってもよい。その際、ハウジングは、ヨークが兼ねてもよいし、ヨークおよびモールド部材とは別に設けられてもよい。

本発明の他の実施形態では、第１固定子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固定子および第２固定子は、同一部材から構成されてもよい。第１固定子と第２固定子との間には、磁気抵抗が相対的に低い部分が形成されていればよい。
本発明の他の実施形態では、ソレノイドは、バルブタイミング調整装置の油圧制御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。

１０、６５、７０、７５、８０、８５・・・ソレノイド
１５・・・可動子
２０、２５・・・固定子
３０・・・ヨーク
３１・・・筒部
３２・・・底部
３５・・・コイル
４０・・・ボビン
４１・・・巻部
４２・・・第１鍔部
４３・・・溶着突起
４４・・・第２鍔部
５０・・・モールド部材
５５、６６、７１、７６、８１、８２、８７・・・通孔

Claims (5)

1. 軸状の可動子（１５）と、
   前記可動子を軸方向へ往復移動可能に支持している固定子（２０、２５）と、
   前記固定子の径方向外側に位置し当該固定子の一端部に接触する筒部（３１）、および、前記固定子の他端部に接触する底部（３２）を形成しているヨーク（３０）と、
   前記ヨークの前記筒部と前記固定子との間に位置している環状のコイル（３５）と、
   前記コイルが巻かれた筒状の巻部（４１）、当該巻部のうち前記底部とは反対側の一端部に位置する第１鍔部（４２）、および、前記巻部の他端部に位置する第２鍔部（４４）を形成しているボビン（４０）と、
   前記コイルと前記ボビンの前記第１鍔部および前記第２鍔部とをモールドしているモールド部材（５０）と、
   を備え、少なくとも前記モールド部材と前記固定子との隙間に油が入り込むソレノイドにおいて、
   前記ボビンの前記第１鍔部は、前記モールド部材に溶着している溶着突起（４３）を形成し、
   前記モールド部材は、径方向において前記溶着突起よりも内側で軸方向へ貫通する通孔（５５、６６、７１、７６、８１、８２、８７）を有し、
   前記通孔は、一端が前記隙間に向けて開口し、他端が前記第１鍔部に面することで、前記隙間に入り込んだ油を前記第１鍔部に接触させることを特徴とするソレノイド（１０、６５、７０、７５、８０、８５）。
2. 前記通孔は、周方向に間隔をあけて複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載のソレノイド。
3. 前記通孔は、等角度間隔に複数設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のソレノイド。
4. 前記通孔（５５、６６、７１、７６、８１、８７）は、第一鍔部の外周部に設けられ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ソレノイド。
5. エンジンの吸気バルブまたは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（９０）に用いられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のソレノイド。

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