JP6094309B2 - ソレノイド駆動装置 - Google Patents

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Description

本発明は、筒状コイルと、この筒状コイルの径方向内側に配置され、内面が有底筒状に形成されたコアと、このコアの軸方向に沿って筒状コイルへの通電量に応じて変位可能な状態でコアの径方向内側に配置されてプランジャとを備えたソレノイド駆動装置に関する。
このようなソレノイド駆動装置を用いた電磁弁が特開平11−287348号公報(特許文献1)に開示されている。この電磁弁は、円筒コイル(ソレノイド)と、ソレノイドへの通電によって軸方向に移動可能なプランジャと、ソレノイドの励磁に伴ってプランジャを吸引する磁性体のコアとを備えている。ソレノイドの径方向内側には、円筒部を有する磁性体のヨークが備えられている。コアは、径方向内側が円筒面である収容部を有しており、当該収容部は、ソレノイドの径方向内側に配置されている。ヨークとコアとは、ヨークの円筒部の径方向内側の円筒面と、コアの径方向内側の円筒面とが、プランジャの摺動面として機能するように、プランジャの移動方向(軸方向)に並んで配置されている。ヨーク及びコアは磁性体の筒状のカバーに固定されており、ソレノイドと、コアと、プランジャと、ヨークと、カバーとにより、磁気回路が構成される。電磁弁は、この磁気回路においてコアによるプランジャの吸引力を確保するために、所定の位置でコアとヨークとの磁気抵抗が大きくなるように構成されている。具体的には、ヨークとコアとの間に、磁気抵抗の大きい空隙が設けられている(特許文献1:図1〜2、第18〜22段落等)。
また、特開2009−127692号公報(特許文献2)に開示されたリニアソレノイド装置は、特許文献1のコアに対応する第1のコアと、特許文献1のヨークに対応する第2のコアとの間に、非磁性体の部材を有して構成されている(特許文献2:図1、図5、第14〜17段落等)。つまり、特許文献2のリニアソレノイド装置は、特許文献1におけるコアとヨークとの間の空隙に代わり、非磁性体の部材を有して構成されている。非磁性体の部材により、第1のコアの径方向内側の面と、第2のコアの径方向内側の面と、非磁性体の径方向内側の面とが、連続した摺動面となり摺動性が向上する。また、第1のコアと第2のコアとの相対位置精度や、両コアとプランジャとの相対位置精度も向上するため、磁気的なロスも軽減される。
また、特開2000−21628号公報(特許文献3)に開示された電磁アクチュエータは、特許文献2における第1のコアと第2のコアと非磁性体とが、1つの強磁性体の素材から加工されたコア一体型スリーブとして形成されている。このコア一体型スリーブにおいて、特許文献1の空隙、特許文献2の非磁性体に対応する部分である被改質部位には、例えばニッケルなどのオーステナイト生成元素(非磁性体又は弱磁性体を生成する元素)を供給しながらレーザービームが照射される。その結果、被改質部位は、合金化されて非磁性体或いは弱磁性体となる(特許文献3:図2、第21〜22段落等)。
このように、磁気性能を向上させるために種々の構造が提案されている。上述した特許文献2の構造は、磁性体及び非磁性体の位置精度が確保し易く、高い磁気性能を得ることができる。しかし、3つの部品を組み合わせるために、製造コストが高くなる。一方、特許文献3の構造は、1つの部品によって構成されるので、製造コストは特許文献2の構造に比べて低くなる。しかし、レーザービーム照射によって生じる合金の範囲や、オーステナイト生成元素の含有割合などを高精度に管理することは容易ではなく、特許文献2の構造に比べて、磁気性能の安定性に欠ける。
特開平11−287348号公報 特開2009−127692号公報 特開2000−21628号公報
上記背景に鑑みて、プランジャを収容する部分とプランジャを吸引する部分とが強磁性体のコアに一体化され、安価で高い磁気性能を有するソレノイド駆動装置の実現が望まれる。
上記課題に鑑みた本発明に係るソレノイド駆動装置は、筒状コイルと、前記筒状コイルの径方向内側に配置され、内面が有底筒状に形成されたコアと、前記コアの軸方向に沿って変位可能であると共に前記軸方向に沿って前記コアの底面部から離間する方向の付勢力を受け、前記コアの径方向内側に配置されたプランジャと、を備え、前記底面部に対向する前記プランジャの先端面が、前記筒状コイルへの非通電時に前記付勢力によって前記底面部から最も離間した位置である最大ストローク位置と、前記筒状コイルへの通電により前記底面部に最も近づいた位置である最小ストローク位置との間で、前記筒状コイルへの通電量に応じて変位可能に構成されたソレノイド駆動装置であって、
前記軸方向に沿って前記付勢力により前記プランジャが付勢される方向を付勢方向とし、当該付勢方向とは反対方向を反付勢方向とし、
前記軸方向における前記最大ストローク位置又はそれよりも前記付勢方向側であって、前記コアの磁束制限部と径拡大部との境界部分に、前記軸方向に直交する仮想面である第一仮想境界面を設定すると共に、前記軸方向における前記最小ストローク位置、又はそれよりも前記付勢方向側かつ前記最大ストローク位置よりも前記反付勢方向側に、前記軸方向に直交する仮想面である第二仮想境界面を設定し、
前記磁束制限部は、前記第一仮想境界面よりも前記付勢方向側の領域にあって前記第一仮想境界面よりも前記反付勢方向側の領域に比べて径方向の肉厚が薄く形成され、
前記径拡大部は、前記第一仮想境界面から前記反付勢方向側に向かって径方向の肉厚が連続的又は段階的に厚くなるように形成され、
前記コアの軸心線を含む平面により切断した前記コアの軸方向断面における前記第一仮想境界面と前記コアの径方向外面との交点である第一基準点と、前記軸方向断面における前記第二仮想境界面と前記コアの径方向外面との交点である第二基準点と、を結ぶ直線を径拡大基準線として、
前記径拡大部は、前記筒状コイルの径方向内側に配置され、前記径拡大基準線よりも外面が径方向内面側に窪んだ凹部と、前記径拡大基準線よりも外面が径方向外面側に突出した凸部と、を有する点を特徴とする。
コアの径拡大部に凹部を設けることによって、径拡大部を通る磁束の経路が狭くなり、軸方向に直交する方向への磁束の経路が抑制されて、軸方向に沿う方向へと偏向される。その結果、プランジャに作用する力に占める反付勢方向の成分の割合が高くなり、コアがプランジャを吸引する吸引力が高くなる。この構造により、特に最小ストローク位置付近における吸引力を向上させることができる。また、軸方向における最大ストローク位置又はそれよりも付勢方向側であって、前記コアの磁束制限部と径拡大部との境界部分に第一仮想境界面を設定すると共に、軸方向における前記最小ストローク位置、又はそれよりも付勢方向側かつ最大ストローク位置よりも反付勢方向側に第二仮想境界面を設定しているので、プランジャのストローク範囲と一致する領域又はそれよりも付勢方向側にずれた領域に径拡大基準線を設定することができる。これにより、径拡大部及び凹部を適切な位置に配置することができる。
また、前記径拡大部は、前記径拡大基準線よりも外面が径方向外面側に突出した凸部を有することによって、径拡大部に凹部を設けたことによって減少する径拡大部の軸方向断面における断面積を補填することができる。従って、径拡大部を通る磁束の量を多く確保することができる。その結果、コアがプランジャを吸引する吸引力が大きくなる。この構造により、特に最大ストローク位置付近における吸引力が高くなる。
このように、本構成によれば、最小ストローク位置から最大ストローク位置までの全てのストローク位置における吸引力を向上させることができる。即ち、径拡大部の外形形状に特徴的な構造を有することによって、安価で高い磁気性能を有する一体型コアを備えたソレノイド駆動装置を実現することができる。
上記課題に鑑みた本発明に係る他のソレノイド駆動装置は、筒状コイルと、前記筒状コイルの径方向内側に配置され、内面が有底筒状に形成されたコアと、前記コアの軸方向に沿って変位可能であると共に前記軸方向に沿って前記コアの底面部から離間する方向の付勢力を受け、前記コアの径方向内側に配置されたプランジャと、を備え、前記底面部に対向する前記プランジャの先端面が、前記筒状コイルへの非通電時に前記付勢力によって前記底面部から最も離間した位置である最大ストローク位置と、前記筒状コイルへの通電により前記底面部に最も近づいた位置である最小ストローク位置との間で、前記筒状コイルへの通電量に応じて変位可能に構成されたソレノイド駆動装置であって、
前記軸方向に沿って前記付勢力により前記プランジャが付勢される方向を付勢方向とし、当該付勢方向とは反対方向を反付勢方向とし、
前記軸方向における前記最大ストローク位置又はそれよりも前記付勢方向側であって、前記コアの磁束制限部と径拡大部との境界部分に、前記軸方向に直交する仮想面である第一仮想境界面を設定すると共に、前記軸方向における前記最小ストローク位置、又はそれよりも前記付勢方向側かつ前記最大ストローク位置よりも前記反付勢方向側に、前記軸方向に直交する仮想面である第二仮想境界面を設定し、
前記磁束制限部は、前記第一仮想境界面よりも前記付勢方向側の領域にあって前記第一仮想境界面よりも前記反付勢方向側の領域に比べて径方向の肉厚が薄く形成され、
前記径拡大部は、前記第一仮想境界面から前記反付勢方向側に向かって径方向の肉厚が連続的又は段階的に厚くなるように形成され、
前記コアの軸心線を含む平面により切断した前記コアの軸方向断面における前記第一仮想境界面と前記コアの径方向外面との交点である第一基準点と、前記軸方向断面における前記第二仮想境界面と前記コアの径方向外面との交点である第二基準点と、を結ぶ直線を径拡大基準線として、
前記径拡大部は、前記径拡大基準線よりも外面が径方向内面側に窪んだ凹部と、前記径拡大基準線よりも外面が径方向外面側に突出した凸部と、を有し、前記凸部及び前記凹部は、前記軸方向断面における前記第一仮想境界面と前記第二仮想境界面との間の前記コアの断面積である拡大部断面積が、前記径拡大部の外面を前記径拡大基準線により形成した際の前記コアの断面積である基準断面積よりも、周方向の全周に亘る全ての前記軸方向断面において大きくなるように形成されている点を特徴とする。
コアの径拡大部に凹部を設けることによって、径拡大部を通る磁束の経路が狭くなり、軸方向に直交する方向への磁束の経路が抑制されて、軸方向に沿う方向へと偏向される。その結果、プランジャに作用する力に占める反付勢方向の成分の割合が高くなり、コアがプランジャを吸引する吸引力が高くなる。この構造により、特に最小ストローク位置付近における吸引力を向上させることができる。また、軸方向における最大ストローク位置又はそれよりも付勢方向側であって、前記コアの磁束制限部と径拡大部との境界部分に第一仮想境界面を設定すると共に、軸方向における前記最小ストローク位置、又はそれよりも付勢方向側かつ最大ストローク位置よりも反付勢方向側に第二仮想境界面を設定しているので、プランジャのストローク範囲と一致する領域又はそれよりも付勢方向側にずれた領域に径拡大基準線を設定することができる。これにより、径拡大部及び凹部を適切な位置に配置することができる。
また、前記径拡大部は、前記径拡大基準線よりも外面が径方向外面側に突出した凸部を有することによって、径拡大部に凹部を設けたことによって減少する径拡大部の軸方向断面における断面積を補填することができる。従って、径拡大部を通る磁束の量を多く確保することができる。その結果、コアがプランジャを吸引する吸引力が大きくなる。この構造により、特に最大ストローク位置付近における吸引力が高くなる。
また、基準断面積よりも拡大部断面積が大きくなるように、凹部及び凸部が形成されるので、径拡大部を通る磁束の量を更に多く確保することができる。その結果、コアがプランジャを吸引する吸引力が大きくなる。この構造により、特に最大ストローク位置付近における吸引力が高くなる。
このように、本構成によれば、最小ストローク位置から最大ストローク位置までの全てのストローク位置における吸引力を向上させることができる。即ち、径拡大部の外形形状に特徴的な構造を有することによって、安価で高い磁気性能を有する一体型コアを備えたソレノイド駆動装置を実現することができる。
上記課題に鑑みた本発明に係る他のソレノイド駆動装置は、筒状コイルと、前記筒状コイルの径方向内側に配置され、内面が有底筒状に形成されたコアと、前記コアの軸方向に沿って変位可能であると共に前記軸方向に沿って前記コアの底面部から離間する方向の付勢力を受け、前記コアの径方向内側に配置されたプランジャと、を備え、前記底面部に対向する前記プランジャの先端面が、前記筒状コイルへの非通電時に前記付勢力によって前記底面部から最も離間した位置である最大ストローク位置と、前記筒状コイルへの通電により前記底面部に最も近づいた位置である最小ストローク位置との間で、前記筒状コイルへの通電量に応じて変位可能に構成されたソレノイド駆動装置であって、
前記軸方向に沿って前記付勢力により前記プランジャが付勢される方向を付勢方向とし、当該付勢方向とは反対方向を反付勢方向とし、
前記軸方向における前記最大ストローク位置又はそれよりも前記付勢方向側であって、前記コアの磁束制限部と径拡大部との境界部分に、前記軸方向に直交する仮想面である第一仮想境界面を設定すると共に、前記軸方向における前記最小ストローク位置、又はそれよりも前記付勢方向側かつ前記最大ストローク位置よりも前記反付勢方向側に、前記軸方向に直交する仮想面である第二仮想境界面を設定し、
前記磁束制限部は、前記第一仮想境界面よりも前記付勢方向側の領域にあって前記第一仮想境界面よりも前記反付勢方向側の領域に比べて径方向の肉厚が薄く形成され、
前記径拡大部は、前記第一仮想境界面から前記反付勢方向側に向かって径方向の肉厚が連続的又は段階的に厚くなるように形成され、
前記コアの軸心線を含む平面により切断した前記コアの軸方向断面における前記第一仮想境界面と前記コアの径方向外面との交点である第一基準点と、前記軸方向断面における前記第二仮想境界面と前記コアの径方向外面との交点である第二基準点と、を結ぶ直線を径拡大基準線として、
前記径拡大部は、前記径拡大基準線よりも外面が径方向内面側に窪んだ凹部と、前記径拡大基準線よりも外面が径方向外面側に突出した凸部と、を有し、前記第二仮想境界面に対して前記付勢方向側に隣接する前記凸部が、前記第二仮想境界面よりも前記反付勢方向側における前記コアの径方向外面と連なる第1外面と、前記第1外面の前記付勢方向側の端部に接続され、前記径拡大基準線よりも前記軸方向に対する傾斜角度が大きい円錐台面状に形成された第2外面と、を有する点を特徴とする。
コアの径拡大部に凹部を設けることによって、径拡大部を通る磁束の経路が狭くなり、軸方向に直交する方向への磁束の経路が抑制されて、軸方向に沿う方向へと偏向される。その結果、プランジャに作用する力に占める反付勢方向の成分の割合が高くなり、コアがプランジャを吸引する吸引力が高くなる。この構造により、特に最小ストローク位置付近における吸引力を向上させることができる。また、軸方向における最大ストローク位置又はそれよりも付勢方向側であって、前記コアの磁束制限部と径拡大部との境界部分に第一仮想境界面を設定すると共に、軸方向における前記最小ストローク位置、又はそれよりも付勢方向側かつ最大ストローク位置よりも反付勢方向側に第二仮想境界面を設定しているので、プランジャのストローク範囲と一致する領域又はそれよりも付勢方向側にずれた領域に径拡大基準線を設定することができる。これにより、径拡大部及び凹部を適切な位置に配置することができる。
また、前記径拡大部は、前記径拡大基準線よりも外面が径方向外面側に突出した凸部を有することによって、径拡大部に凹部を設けたことによって減少する径拡大部の軸方向断面における断面積を補填することができる。従って、径拡大部を通る磁束の量を多く確保することができる。その結果、コアがプランジャを吸引する吸引力が大きくなる。この構造により、特に最大ストローク位置付近における吸引力が高くなる。
また、前記第二仮想境界面に対して前記付勢方向側に隣接する前記凸部を上記のような形状としているので、一般的な加工方法により容易に凸部を形成することができる。
このように、本構成によれば、最小ストローク位置から最大ストローク位置までの全てのストローク位置における吸引力を向上させることができる。即ち、径拡大部の外形形状に特徴的な構造を有することによって、安価で高い磁気性能を有する一体型コアを備えたソレノイド駆動装置を実現することができる。
また、前記第一仮想境界面が前記軸方向における前記最大ストローク位置に設定され、前記第二仮想境界面が前記軸方向における前記最小ストローク位置に設定された構成としても好適である
上記課題に鑑みた本発明に係る他のソレノイド駆動装置は、筒状コイルと、前記筒状コイルの径方向内側に配置され、内面が有底筒状に形成されたコアと、前記コアの軸方向に沿って変位可能であると共に前記軸方向に沿って前記コアの底面部から離間する方向の付勢力を受け、前記コアの径方向内側に配置されたプランジャと、を備え、前記底面部に対向する前記プランジャの先端面が、前記筒状コイルへの非通電時に前記付勢力によって前記底面部から最も離間した位置である最大ストローク位置と、前記筒状コイルへの通電により前記底面部に最も近づいた位置である最小ストローク位置との間で、前記筒状コイルへの通電量に応じて変位可能に構成されたソレノイド駆動装置であって、
前記軸方向に沿って前記付勢力により前記プランジャが付勢される方向を付勢方向とし、当該付勢方向とは反対方向を反付勢方向とし、
前記軸方向における前記最大ストローク位置と前記最大ストローク位置から前記付勢方向側に前記プランジャのストロークの半分の距離だけ離れた位置との間であって、前記コアの磁束制限部と径拡大部との境界部分に、前記軸方向に直交する仮想面である第一仮想境界面を設定すると共に、前記軸方向における前記最小ストローク位置と前記最小ストローク位置から前記付勢方向側に前記プランジャのストロークの半分の距離だけ離れた位置との間かつ前記最大ストローク位置よりも前記反付勢方向側に、前記軸方向に直交する仮想面である第二仮想境界面を設定し、
前記磁束制限部は、前記第一仮想境界面よりも前記付勢方向側の領域にあって前記第一仮想境界面よりも前記反付勢方向側の領域に比べて径方向の肉厚が薄く形成され、
前記径拡大部は、前記第一仮想境界面から前記反付勢方向側に向かって径方向の肉厚が連続的又は段階的に厚くなるように形成され、
前記コアの軸心線を含む平面により切断した前記コアの軸方向断面における前記第一仮想境界面と前記コアの径方向外面との交点である第一基準点と、前記軸方向断面における前記第二仮想境界面と前記コアの径方向外面との交点である第二基準点と、を結ぶ直線を径拡大基準線として、
前記径拡大部は、前記径拡大基準線よりも外面が径方向内面側に窪んだ凹部を有する点を特徴とする。
コアの径拡大部に凹部を設けることによって、径拡大部を通る磁束の経路が狭くなり、軸方向に直交する方向への磁束の経路が抑制されて、軸方向に沿う方向へと偏向される。その結果、プランジャに作用する力に占める反付勢方向の成分の割合が高くなり、コアがプランジャを吸引する吸引力が高くなる。この構造により、特に最小ストローク位置付近における吸引力を向上させることができる。また、軸方向における最大ストローク位置又はそれよりも付勢方向側であって、前記コアの磁束制限部と径拡大部との境界部分に第一仮想境界面を設定すると共に、軸方向における前記最小ストローク位置、又はそれよりも付勢方向側かつ最大ストローク位置よりも反付勢方向側に第二仮想境界面を設定しているので、プランジャのストローク範囲と一致する領域又はそれよりも付勢方向側にずれた領域に径拡大基準線を設定することができる。これにより、径拡大部及び凹部を適切な位置に配置することができる。
また、最大ストローク位置に対して付勢方向側にプランジャのストロークの半分までの比較的近い位置に第一仮想境界面が設定され、最小ストローク位置に対して付勢方向側にプランジャのストロークの半分までの比較的近い位置に第二仮想境界面が設定されているので、プランジャのストローク範囲に合わせて適切な位置に径拡大基準線及び凹部を設定することができる。
即ち、本構成によれば、径拡大部の外形形状に特徴的な構造を有することによって、安価で高い磁気性能を有する一体型コアを備えたソレノイド駆動装置を実現することができる。
上記課題に鑑みた本発明に係る他のソレノイド駆動装置は、筒状コイルと、前記筒状コイルの径方向内側に配置され、内面が有底筒状に形成されたコアと、前記コアの軸方向に沿って変位可能であると共に前記軸方向に沿って前記コアの底面部から離間する方向の付勢力を受け、前記コアの径方向内側に配置されたプランジャと、を備え、前記底面部に対向する前記プランジャの先端面が、前記筒状コイルへの非通電時に前記付勢力によって前記底面部から最も離間した位置である最大ストローク位置と、前記筒状コイルへの通電により前記底面部に最も近づいた位置である最小ストローク位置との間で、前記筒状コイルへの通電量に応じて変位可能に構成されたソレノイド駆動装置であって、
前記軸方向に沿って前記付勢力により前記プランジャが付勢される方向を付勢方向とし、当該付勢方向とは反対方向を反付勢方向とし、
前記軸方向における前記最大ストローク位置又はそれよりも前記付勢方向側であって、前記コアの磁束制限部と径拡大部との境界部分に、前記軸方向に直交する仮想面である第一仮想境界面を設定すると共に、前記軸方向における前記最小ストローク位置、又はそれよりも前記付勢方向側かつ前記最大ストローク位置よりも前記反付勢方向側に、前記軸方向に直交する仮想面である第二仮想境界面を設定し、
前記磁束制限部は、前記第一仮想境界面よりも前記付勢方向側の領域にあって前記第一仮想境界面よりも前記反付勢方向側の領域に比べて径方向の肉厚が薄く形成され、
前記径拡大部は、前記第一仮想境界面から前記反付勢方向側に向かって径方向の肉厚が連続的又は段階的に厚くなるように形成され、
前記コアの軸心線を含む平面により切断した前記コアの軸方向断面における前記第一仮想境界面と前記コアの径方向外面との交点である第一基準点と、前記軸方向断面における前記第二仮想境界面と前記コアの径方向外面との交点である第二基準点と、を結ぶ直線を径拡大基準線として、
前記径拡大部は、前記径拡大基準線よりも外面が径方向内面側に窪んだ凹部を有し、
前記プランジャは、油圧制御弁のスプールに連動するように構成され、
前記油圧制御弁は、前記スプールのストローク範囲における前記反付勢方向側の端部領域に、前記スプールの位置に関係なく出力油圧が一定状態となる非制御領域を有すると共に、前記非制御領域より前記付勢方向側に前記スプールの位置に応じて出力油圧が変化する制御領域を有し、
前記第二仮想境界面は、前記軸方向における前記最小ストローク位置から前記付勢方向側に、前記非制御領域の前記軸方向の長さに応じた距離だけ離れた位置に設定されている点を特徴とする。
コアの径拡大部に凹部を設けることによって、径拡大部を通る磁束の経路が狭くなり、軸方向に直交する方向への磁束の経路が抑制されて、軸方向に沿う方向へと偏向される。その結果、プランジャに作用する力に占める反付勢方向の成分の割合が高くなり、コアがプランジャを吸引する吸引力が高くなる。この構造により、特に最小ストローク位置付近における吸引力を向上させることができる。また、軸方向における最大ストローク位置又はそれよりも付勢方向側であって、前記コアの磁束制限部と径拡大部との境界部分に第一仮想境界面を設定すると共に、軸方向における前記最小ストローク位置、又はそれよりも付勢方向側かつ最大ストローク位置よりも反付勢方向側に第二仮想境界面を設定しているので、プランジャのストローク範囲と一致する領域又はそれよりも付勢方向側にずれた領域に径拡大基準線を設定することができる。これにより、径拡大部及び凹部を適切な位置に配置することができる。即ち、本構成によれば、径拡大部の外形形状に特徴的な構造を有することによって、安価で高い磁気性能を有する一体型コアを備えたソレノイド駆動装置を実現することができる。
また、この構成によれば、前記プランジャが油圧制御弁のスプールに連動するように構成されている場合において、スプールが前記制御領域の反付勢方向側の端部に位置する状態でのプランジャの先端面の位置と径拡大部の反付勢方向側の端部の位置とを対応させて配置することができる。従って、前記制御領域と径拡大部とが対応する位置関係となる範囲内で最も付勢方向側に寄せて径拡大部を配置することができる。これにより、前記制御領域内ではスプールのストローク位置に拘わらずコアがプランジャを吸引する吸引力が安定する特性を確保しつつ、径拡大部を通る磁束の量を多く確保して吸引力を大きくすることができる。
また、前記径拡大部は、前記径拡大基準線よりも外面が径方向外面側に突出した凸部を更に有すると好適である。このような凸部を有することによって、径拡大部に凹部を設けたことによって減少する径拡大部の軸方向断面における断面積を補填することができる。従って、径拡大部を通る磁束の量を多く確保することができる。その結果、コアがプランジャを吸引する吸引力が大きくなる。この構造により、特に最大ストローク位置付近における吸引力が高くなる。このように、本構成によれば、最小ストローク位置から最大ストローク位置までの全てのストローク位置における吸引力を向上させることができる。即ち、径拡大部の外形形状に特徴的な構造を有することによって、安価で高い磁気性能を有する一体型コアを備えたソレノイド駆動装置を実現することができる。
また、前記凸部及び前記凹部は、前記軸方向断面における前記第一仮想境界面と前記第二仮想境界面との間の前記コアの断面積である拡大部断面積が、前記径拡大部の外面を前記径拡大基準線により形成した際の前記コアの断面積である基準断面積よりも、周方向の全周に亘る全ての前記軸方向断面において大きくなるように形成されていると更に好適である。本構成によれば、基準断面積よりも拡大部断面積が大きくなるように、凹部及び凸部が形成されるので、径拡大部を通る磁束の量を更に多く確保することができる。その結果、コアがプランジャを吸引する吸引力が大きくなる。この構造により、特に最大ストローク位置付近における吸引力が高くなる。このように、本構成によれば、最小ストローク位置から最大ストローク位置までの全てのストローク位置における吸引力を向上させることができる。即ち、径拡大部の外形形状と拡大部断面積とに特徴的な構造を有することによって、安価で高い磁気性能を有する一体型コアを備えたソレノイド駆動装置を実現することができる。
また、前記第二仮想境界面に対して前記付勢方向側に隣接する前記凸部が、前記第二仮想境界面よりも前記反付勢方向側における前記コアの径方向外面と連なる第1外面と、前記第1外面の前記付勢方向側の端部に接続され、前記径拡大基準線よりも前記軸方向に対する傾斜角度が大きい円錐台面状に形成された第2外面と、を有すると好適である。この構成によれば、一般的な加工方法により容易に凸部を形成することができる。
また、前記径拡大部が、前記第一仮想境界面から前記反付勢方向側に向かって、前記凸部である第1凸部、前記凹部、前記凸部である第2凸部が順に形成されて構成されていると好適である。最小ストローク位置付近においては、凹部を設けることによって、軸方向に直交する方向への磁束の経路が抑制され、軸方向に沿う方向へと偏向される。その結果、プランジャに作用する力に占める反付勢方向の成分の割合が高くなり、コアがプランジャを吸引する吸引力が高くなる。一方、最大ストローク位置付近においては、第1凸部を設けたことによって、プランジャの近傍の磁気抵抗が低くなり、プランジャからコアへと流れる磁束が増加する。また、第1凸部及び第2凸部を設けたことによって、凹部によって減少する径拡大部の断面積が補填され、全体として径拡大部の軸方向断面における断面積が大きくなるので、磁気抵抗が低くなり、磁束を良好に通すことが可能となる。その結果、最大ストローク位置付近における吸引力も高くなる。このように、径拡大部に凸部及び凹部を設けることによって、ストロークに対する安定性を維持した状態で、吸引力を向上させることが可能となる。
ここで、前記拡大部の前記凹部は、前記軸方向断面において、前記最小ストローク位置に対応する前記コアの径方向内面の点である最小ストローク内面点から前記径拡大基準線への垂線と前記径拡大基準線との交点を含む位置、或いは当該交点を挟んで前記付勢方向側及び前記反付勢方向側の両側に形成されていると好適である。最小ストローク内面点から径拡大基準線までの最も短い距離は、最小ストローク内面点から径拡大基準線への垂線の長さである。この垂線と径拡大基準線との交点を含む位置に凹部が形成されると、最小ストローク内面点と径拡大部の外面との間の最も短い距離は、当該垂線の長さよりも短くなる。従って、最小ストローク位置付近において磁束が通る範囲を狭くすることができ、軸方向に沿う方向へと磁束を偏向させることができる。また、垂線と径拡大基準線との交点を挟んで付勢方向側及び反付勢方向側の両側の領域における径拡大部の外面と、最小ストローク内面点との距離は、垂線の長さよりも長い。これらの領域に凹部が形成されると、径拡大部の外面と最小ストローク内面点との距離を短くすることができる。これにより、磁束が通る範囲を狭くすることができ、軸方向に沿う方向へと磁束を偏向させることができる。
上記課題に鑑みた本発明に係る他のソレノイド駆動装置は、筒状コイルと、前記筒状コイルの径方向内側に配置され、内面が有底筒状に形成されたコアと、前記コアの軸方向に沿って変位可能であると共に前記軸方向に沿って前記コアの底面部から離間する方向の付勢力を受け、前記コアの径方向内側に配置されたプランジャと、を備え、前記底面部に対向する前記プランジャの先端面が、前記筒状コイルへの非通電時に前記付勢力によって前記底面部から最も離間した位置である最大ストローク位置と、前記筒状コイルへの通電により前記底面部に最も近づいた位置である最小ストローク位置との間で、前記筒状コイルへの通電量に応じて変位可能に構成されたソレノイド駆動装置であって、
前記軸方向に沿って前記付勢力により前記プランジャが付勢される方向を付勢方向とし、当該付勢方向とは反対方向を反付勢方向として、
前記コアは、前記最大ストローク位置よりも前記付勢方向側の領域に、前記最大ストローク位置よりも前記反付勢方向側の領域に比べて、径方向の肉厚が薄く形成された磁束制限部と、前記磁束制限部の前記反付勢方向側の端部から前記反付勢方向側に向かって径方向の肉厚が厚くなるように形成された径拡大部と、を備え、
前記コアの軸心線を含む平面により切断した前記コアの軸方向断面における、前記最大ストローク位置に対応する前記コアの径方向外面の点である最大ストローク外面点と、前記最小ストローク位置に対応する前記コアの径方向外面の点である最小ストローク外面点とを結ぶ直線を径拡大基準線として、
前記径拡大部は、前記径拡大基準線よりも外面が径方向外面側に突出した凸部と、前記径拡大基準線よりも外面が径方向内面側に窪んだ凹部とを有し、
前記凸部及び前記凹部は、前記軸方向断面における前記最大ストローク位置と前記最小ストローク位置との間の前記コアの断面積である拡大部断面積が、前記径拡大部の外面を前記径拡大基準線により形成した際の前記コアの断面積である基準断面積よりも、周方向の全周に亘る全ての前記軸方向断面において大きくなるように形成されている点を特徴とする。
コアの径拡大部に凹部を設けることによって、径拡大部を通る磁束の経路が狭くなり、軸方向に直交する方向への磁束の経路が抑制されて、軸方向に沿う方向へと偏向される。その結果、プランジャに作用する力に占める反付勢方向の成分の割合が高くなり、コアがプランジャを吸引する吸引力が高くなる。この構造により、特に最小ストローク位置における吸引力を向上させることができる。一方、凹部を設けたことによって減少する拡大部断面積は、凸部によって補填される。本構成によれば、基準断面積よりも拡大部断面積が大きくなるように、凹部及び凸部が形成されるので、径拡大部を通る磁束の量を多く確保することができる。その結果、コアがプランジャを吸引する吸引力が大きくなる。この構造により、特に最大ストローク位置における吸引力が高くなる。このように、本構成によれば、最小ストローク位置から最大ストローク位置までの全てのストローク位置における吸引力を向上させることができる。即ち、径拡大部の外形形状と拡大部断面積とに特徴的な構造を有することによって、安価で高い磁気性能を有する一体型コアを備えたソレノイド駆動装置を実現することができる。
ここで、前記径拡大部が、前記磁束制限部の前記反付勢方向側の端部から前記反付勢方向側に向かって、前記凸部である第1凸部、前記凹部、前記凸部である第2凸部が順に形成されて構成されていると好適である。最小ストローク位置においては、凹部を設けることによって、軸方向に直交する方向への磁束の経路が抑制され、軸方向に沿う方向へと偏向される。その結果、プランジャに作用する力に占める反付勢方向の成分の割合が高くなり、コアがプランジャを吸引する吸引力が高くなる。一方、最大ストローク位置においては、第1凸部を設けたことによって、プランジャの近傍の磁気抵抗が低くなり、プランジャからコアへと流れる磁束が増加する。また、第1凸部及び第2凸部を設けたことによって、凹部によって減少する拡大部断面積が補填され、全体として拡大部断面積が大きくなるので、磁気抵抗が低くなり、磁束を良好に通すことが可能となる。その結果、最大ストローク位置における吸引力も高くなる。このように、径拡大部に凸部及び凹部を設けることによって、ストロークに対する安定性を維持した状態で、吸引力を向上させることが可能となる。
また、前記拡大部の前記凹部が、前記軸方向断面において、前記最小ストローク位置に対応する前記コアの径方向内面の点である最小ストローク内面点から前記径拡大基準線への垂線と前記径拡大基準線との交点を含む位置、或いは当該交点を挟んで前記付勢方向側及び前記反付勢方向側の両側に形成されていると好適である。最小ストローク内面点から径拡大基準線までの最も短い距離は、最小ストローク内面点から径拡大基準線への垂線の長さである。この垂線と径拡大基準線との交点を含む位置に凹部が形成されると、最小ストローク内面点と径拡大部の外面との間の最も短い距離は、当該垂線の長さよりも短くなる。従って、最小ストローク位置において磁束が通る範囲を狭くすることができ、軸方向に沿う方向へと磁束を偏向させることができる。また、垂線と径拡大基準線との交点を挟んで付勢方向側及び反付勢方向側の両側の領域における径拡大部の外面と、最小ストローク内面点との距離は、垂線の長さよりも長い。これらの領域に凹部が形成されると、径拡大部の外面と最小ストローク内面点との距離を短くすることができる。これにより、磁束が通る範囲を狭くすることができ、軸方向に沿う方向へと磁束を偏向させることができる。
また、前記凹部に対して前記反付勢方向側に隣接する前記凸部が、前記最小ストローク位置よりも前記反付勢方向側における前記コアの径方向外面と連なる第1外面と、前記凹部の前記反付勢方向側の端部から前記第1外面まで前記軸方向に直交する方向に沿って延びる第2外面と、を有して構成されていると好適である。この構成によれば、一般的な加工方法により容易に加工可能な範囲内で凸部の断面積を最大限に大きくすることができる。従って、この構成によれば、軸方向断面における拡大部断面積を大きくすることができる。
第一の実施形態に係るソレノイド駆動装置を含む電磁弁の軸方向断面図 第一の実施形態に係る軸方向断面における径拡大部の近傍の部分拡大図 第一の実施形態に係る径拡大部の断面積(拡大部断面積)と基準断面積との比較図 第一の実施形態に係る径拡大部の一般的構造を示す軸方向断面での部分拡大図 第一の実施形態に係る径拡大部における拡大角度と磁気性能との関係を模式的に示す図 第一の実施形態に係る径拡大部における拡大角度と磁気性能との関係を模式的に示す図 第一の実施形態に係る径拡大部における磁気性能向上の原理を示す説明図 第二の実施形態に係る軸方向断面における径拡大部の近傍の部分拡大図 第二の実施形態に係る径拡大部における磁気性能向上の原理を示す説明図 径拡大部の他の構成例を示す軸方向断面での部分拡大図 径拡大部の他の構成例を示す軸方向断面での部分拡大図 径拡大部の他の構成例を示す軸方向断面での部分拡大図 径拡大部の他の構成例を示す軸方向断面での部分拡大図 径拡大部の他の構成例を示す軸方向断面での部分拡大図 径拡大部の他の構成例を示す軸方向断面での部分拡大図 径拡大部の他の構成例を示す軸方向断面での部分拡大図 径拡大部の他の構成例を示す軸方向断面での部分拡大図
1.第一の実施形態
以下、本発明のソレノイド駆動装置を電磁弁に適用した例を用いて、本発明の第一の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、ソレノイド駆動装置10を含む電磁弁20の軸方向断面図であり、図2は、図1において符号“8”で示され、後述する径拡大部の近傍の部分拡大図である。図1に断面図を示す電磁弁20は、例えばオートマチックトランスミッションに組み込まれたクラッチやブレーキの油圧制御に用いられるリニアソレノイドバルブとして構成されている。電磁弁20は、図1に示すように、ソレノイド駆動装置10と、このソレノイド駆動装置10により駆動され、入力した油圧を調圧して出力する調圧バルブ部40とを備えて構成されている。本実施形態では、この調圧バルブ部40が、本発明における油圧制御弁に相当する。
ソレノイド駆動装置10は、底付き円筒部材(有底筒状部材)としてのケース1と、ケース1の径方向Rの内側に配置された筒状コイル2と、筒状コイル2の径方向Rの内側に配置されたコア3と、コア3の径方向R内側に配置されたプランジャ6と、プランジャ6と同軸上に備えられるシャフト38とを備えて構成されている。ケース1とコア3とプランジャ6とは、いずれも純度の高い鉄などの強磁性材料により形成されている。尚、プランジャ6は、外表面に例えばニッケルやリンなどの非磁性材を用いてメッキが施されており、これにより非磁性層が形成されている。
筒状コイル2は、絶縁性のボビン2aに被覆導線が巻き回されて構成されている。コア3は、内面が有底筒状に形成されており、筒状部分の内部空間は、プランジャ6の収容空間としてのプランジャ収容部3cとなる。プランジャ6は、コア3の軸方向Lに沿って変位可能であると共に、軸方向Lに沿ってコア3の底面部3a(図2参照)から離間する方向(付勢方向FF)の付勢力を受けている。プランジャ6は、底面部3aに対向するプランジャ6の先端面6a(図2参照)が、筒状コイル2への非通電時に付勢力によって底面部3aから最も離間した位置である最大ストローク位置Pmaxと、筒状コイルへ2の通電により底面部3aに最も近づいた位置である最小ストローク位置Pminとの間で、筒状コイル2への通電量に応じて変位可能に構成されている。筒状コイル2は、ケース1の外周部に形成されたコネクタ部39に接続されており、このコネクタ部39を介して筒状コイル2への通電が行われる。
コア3の底面部3aには、コア3の底を軸方向Lに貫通する貫通孔が設けられている。コア3の底は、軸方向Lにおいて、プランジャ収容部3cの長さと同等の長さを有して形成されており、当該貫通孔は、シャフト38を収容するシャフト収容部34dとなる。シャフト38は、シャフト収容部34dの内周面を摺動面として、軸方向Lに変位可能である。シャフト38の一端はプランジャ6に当接しており、シャフト38とプランジャ6とは一体的に摺動する。言い換えると、シャフト38とプランジャ6とは連動するように構成されている。
調圧バルブ部40は、筒状のスリーブ50と、スリーブ50の径方向Rの内側に配置されて軸方向Lの端部がシャフト38の軸方向Lの端部に当接するスプール60と、スリーブ50の軸方向Lの端部においてスリーブ50に固定されたエンドプレート42と、エンドプレート42とスプール60との間に配置されたスプリング44と備えて構成されている。スプリング44は、スプール60をソレノイド駆動装置10の側へ付勢する(付勢方向FF)。軸方向Lにおいてスリーブ50に対してエンドプレート42を固定する位置は、調整可能であり、エンドプレート42の固定位置の調整によって付勢力を調整することができる。スプール60は、ソレノイド駆動装置10の側の軸方向Lの端部においてシャフト38に当接する。上述したように、シャフト38は、ソレノイド駆動装置10のプランジャ6に当接している。従って、スプリング44による付勢力は、軸方向Lに沿ってプランジャ6に作用する。これにより、プランジャ6とスプール60とが連動するように構成されている。図1は、スプリング44の付勢力によって、プランジャ6が軸方向Lに沿った付勢方向FFに付勢されて、最大変位している状態(プランジャ6の先端面6aが最大ストローク位置Pmaxとなる状態)を示している。
上述したように、筒状コイル2への通電により、プランジャ6は付勢方向FFとは反対方向の反付勢方向FRへ変位する。プランジャ6が、反付勢方向FRへ最大変位した場合に、先端面6aがコア3に直接当接しないよう非磁性材料により形成されたリング状のスペーサ37が配置されている。このスペーサ37は、筒状コイル2への通電を遮断したときに作用する残留磁気によりコア3からプランジャ6が離間しなくなるのを防止する。筒状コイル2への通電により生じた吸引力によって、プランジャ6が付勢力に対抗して最大に反付勢方向FRに変位し、先端面6aがスペーサ37に当接している状態の時の先端面6aの位置が最小ストローク位置Pminである(図2参照)。
上述したように、最大ストローク位置Pmax及び最小ストローク位置Pminは、それぞれプランジャ6が、プランジャ6の軸方向Lへの変位を規制する部材に当接する位置である。従って、機械的誤差等によってコア3における最大ストローク位置Pmax及び最小ストローク位置Pminの位置は、個体ごとに異なる可能性がある。本発明において定義される最大ストローク位置Pmax及び最小ストローク位置Pminはこのような誤差範囲を含む位置である。
スリーブ50には、その内部空間の開口部として、入力ポート52と、出力ポート54と、ドレインポート56と、フィードバックポート58とが設けられている。入力ポート52は、作動油が入力されるポートである。出力ポート54は、作動油を吐出するポートである。ドレインポート56は、スリーブ50から作動油を抜くためのポートである。フィードバックポート58は、出力ポート54から吐出される作動油を、電磁弁20が備えられるバルブボディの内面とスリーブ50の外面とにより形成されたフィードバック油路58aを介してスプール60に入力するポートである。また、スリーブ50の軸方向Lの両端部には、スプール60の摺動に伴ってスリーブ50の内周面とスプール60の外周面との間から漏れ出た作動油を排出するための排出孔59a,59bも形成されている。
スプール60は、スリーブ50の内部に挿入される軸状部材として形成されている。図1に示すように、スプール60は、スリーブ50の内径とほぼ同一の外径の円柱状の3つのランド62,64,66と、これらのランドとの間を連通する連通部68と、フィードバック室70を形成する連結部69とを備えて構成される。連通部68は、ランド62とランド64との間を連結し、入力ポート52と出力ポート54とドレインポート56の各ポート間を連通する。連通部68は、ランド62及びランド64の外径よりも小さな外径で且つ互いのランド62及びランド64から軸方向Lに沿って近づくほど小さな外径となるようなテーパ状に形成されている。連結部69は、ランド62とランド66との間を連結し、スリーブ50の内壁と共にスプール60にフィードバック力を作用させるためのフィードバック室70を形成する。
筒状コイル2への通電が遮断されている状態(非通電時)では、スプール60は、図1に実線で示されているように、スプリング44の付勢力により付勢方向FFへ最大変位している。このとき、連通部68を介して入力ポート52と出力ポート54とが連通すると共に、ランド64により出力ポート54とドレインポート56とが遮断される。従って、出力ポート54に油圧が作用する。
一方、筒状コイル2に通電されると、通電量、即ち筒状コイル2に印加される電流の大きさに応じた吸引力で反付勢方向FRにプランジャ6が吸引される。これに伴って、プランジャ6に当接するシャフト38が反付勢方向FRに変位し、シャフト38に当接するスプール60も反付勢方向FRに変位する。この際、スプール60は、プランジャ6の吸引力とスプリング44のバネ力とフィードバックポート58からスプール60に作用するフィードバック力とが釣り合う位置で停止する。スプール60が反付勢方向FRに変位するほど、入力ポート52の開口面積が狭くなり、ドレインポート56の開口面積が広がる。図1に一部のランドの位置を二点鎖線で示しているように、スプール60が最も反付勢方向FRに移動したとき、ランド62により入力ポート52が完全に塞がれると共に、出力ポート54とドレインポート56とが連通する。これにより、出力ポート54には油圧が作用しなくなる。
上述したように、プランジャ6は、筒状コイル2の通電量に応じた吸引力で反付勢方向FRに吸引される。従って、ソレノイド駆動装置10の磁気効率を向上させることにより、より小型のソレノイド駆動装置10を用いて、必要な吸引力を確保することができる。その結果、より小型の電磁弁20を得ることができる。或いは、より少ない消費電力で動作する電磁弁20を得ることができる。
本発明のソレノイド駆動装置10は、磁気効率を向上させるためのコア3の構成、特にコア3に設けられた径拡大部8の構成に特徴を有している。このようなコア3の形状を規定するために、ソレノイド駆動装置10には、軸方向Lに直交する2つの仮想面である、第一仮想境界面V1及び第二仮想境界面V2を設定している。第一仮想境界面V1は、軸方向Lにおける最大ストローク位置Pmax又はそれよりも付勢方向FF側に設定されている。また後述するように、第一仮想境界面V1は、コア3の磁束制限部7と径拡大部8との境界部分に設定されている。第二仮想境界面V2は、軸方向Lにおける最小ストローク位置Pmin、又はそれよりも付勢方向FF側かつ最大ストローク位置Pmaxよりも反付勢方向FR側に設定されている。本実施形態では、第一仮想境界面V1は、軸方向Lにおける最大ストローク位置Pmaxに設定され(V1=Pmax)、第二仮想境界面V2は、軸方向Lにおける最小ストローク位置Pminに設定されている(V2=Pmin)。以下、詳細に説明する。
上述したように、図2は、図1において符号“8”で示される径拡大部の近傍の部分拡大図である。図1及び図2に示すように、コア3は、磁束制限部7と、径拡大部8と、基底部9とを備えている。磁束制限部7は、磁気回路においてコア3によるプランジャ6の吸引力を確保するために、所定の位置でコア3の磁気抵抗が大きくなるように構成されている。具体的には、磁束制限部7は、最大ストローク位置Pmax(第一仮想境界面V1)よりも付勢方向FF側の領域にあり、当該最大ストローク位置Pmaxよりも反付勢方向FR側の領域に比べて、径方向Rの肉厚が薄くなるように形成されている。径拡大部8は、磁束制限部7の反付勢方向FRの側の端部(第一仮想境界面V1)から反付勢方向FRの側に向かって径方向Rの肉厚が連続的又は段階的に厚くなるように形成されている。従って、ここでは、最大ストローク位置Pmax(第一仮想境界面V1)が磁束制限部7と径拡大部8との境界の位置となる。基底部9は、有底筒状に形成されたコア3の底面部3aから反付勢方向FRの側の部位である。コア3は、軸方向Lにおいて、磁束制限部7及び径拡大部8を除く領域では、ほぼ同一の外径を有して構成されている。基底部9は、径方向Rにおいて、径拡大部8の平均的な肉厚、及び磁束制限部7の肉厚よりも厚い肉厚を有して形成されている。
図2に示すように、径拡大部8は、後述する径拡大基準線Lrefよりも外面が径方向Rの内面側に窪んだ凹部8cを有して形成されている。また、本実施形態では、径拡大部8は、径拡大基準線Lrefよりも外面が径方向Rの外面側に突出した凸部8vも有している。図2に例示する形態では、径拡大部8は、磁束制限部7の反付勢方向FR側の端部(第一仮想境界面V1)から反付勢方向FRの側に向かって、凸部8vである第1凸部11、凹部8c、凸部8vである第2凸部12が順に形成されて構成されている。また、図2に例示する形態では、凹部8cは、軸方向断面において、点“Q4”から径拡大基準線Lrefへの垂線Lpと、径拡大基準線Lrefとの交点Q5を含む位置に形成されている。さらに、図2に例示する形態では、凹部8cに対して反付勢方向FRの側に隣接する凸部8v(ここでは第2凸部12)が、最小ストローク位置Pmin(第二仮想境界面V2)よりも反付勢方向FRの側におけるコア3(基底部9)の径方向外面(9a)と連なる第1外面8v1と、凹部8cの反付勢方向FR側の端部から第1外面8v1まで軸方向Lに直交する方向に沿って延びる第2外面8v2とを有して形成されている。言い換えると、第二仮想境界面V2に対して付勢方向FF側に隣接する凸部8v(ここでは第2凸部12)が、第二仮想境界面V2よりも反付勢方向FR側におけるコア3(基底部9)の径方向外面(9a)と連なる第1外面8v1と、第1外面8v1の付勢方向FF側の端部に接続され、軸方向Lに直交する方向に沿って延びる第2外面8v2と、を有して形成されている。
なお、径拡大基準線Lrefは、コア3の軸心線を含む平面により切断したコア3の軸方向断面における第一基準点Q1と、第二基準点Q2とを結ぶ直線である。ここで、第一基準点Q1は、コア3の軸方向断面における第一仮想境界面V1とコア3の径方向Rの外面との交点である。本実施形態では、第一仮想境界面V1が最大ストローク位置Pmaxに設定されているので、第一基準点Q1は、最大ストローク位置Pmaxに対応するコア3の径方向Rの外面の点である最大ストローク外面点となる。第二基準点Q2は、コア3の軸方向断面における第二仮想境界面V2とコア3の径方向Rの外面との交点である。本実施形態では、第二仮想境界面V2が最小ストローク位置Pminに設定されているので、第二基準点Q2は、最小ストローク位置Pminに対応するコア3の径方向Rの外面の点である最小ストローク外面点となる。尚、図2における点“Q3”は、最大ストローク位置Pmaxに対応するコア3の径方向Rの内面の点であり、最大ストローク内面点Q3と称する。また、点“Q4”は、最小ストローク位置Pminに対応するコア3の径方向Rの内面の点であり、最小ストローク内面点Q4と称する。
図3に示すように、凸部8v及び凹部8cは、軸方向断面における最大ストローク位置Pmax(第一仮想境界面V1)と最小ストローク位置Pmin(第二仮想境界面V2)との間のコア3の断面積である拡大部断面積Sが、基準断面積Srefよりも大きくなるように形成されている。基準断面積Srefは、径拡大部8の外面を径拡大基準線Lrefにより形成した際のコア3の断面積である。ここでは、基準断面積Srefは、図3に示すように、Q1,Q2,Q3,Q4を結んだ四角形の面積である。尚、軸方向断面は、コア3の軸心線を含む平面によりコア3を切断したものであるから、コア3の周方向に無限大に設定することができる。拡大部断面積Sは、周方向の全周に亘る全ての軸方向断面において、基準断面積Srefよりも大きい。
ここで、図4〜図7を参照して、径拡大部8の構造と、磁気性能(吸引力の特性)との関係について説明する。図4は、軸方向断面において、径拡大部8の外面を、例えば径拡大基準線Lrefのような直線により形成した場合のコア3を例示している。ここで、軸方向断面において、最大ストローク位置Pmax(第一仮想境界面V1)から最小ストローク位置Pmin(第二仮想境界面V2)へ向かう径拡大部8の外面が、軸方向Lと為す角度を径拡大角度θとする。図5は、径拡大角度θが、理想的な角度である“θc”よりも小さい“θa”の場合の磁気性能、及び磁気性能に基づく吸引力の特性を模式的に示している。図6は、径拡大角度θが、理想的な角度である“θc”よりも大きい“θb”の場合の磁気性能、及び磁気性能に基づく吸引力の特性を模式的に示している。尚、径拡大角度θが理想的な角度“θ”である場合、好適には、軸方向断面における径拡大部8の外面は、径拡大基準線Lrefにほぼ一致する。
図5及び図6の中央のグラフは、プランジャ6の先端面6aとコア3の底面部3aとの距離であるストロークと、プランジャ6に作用する吸引力との関係を示している。グラフ上のストロークは、最小ストローク位置Pmin(第二仮想境界面V2)での値を“0”とし、最大ストローク位置Pmax(第一仮想境界面V1)での値を変位可能な最大値として表している。これらのグラフにおいて破線で示す特性“Cc”は、径拡大角度θが理想的な角度である“θc”である場合の特性を示している。つまり、ストロークに拘わらず、吸引力がほぼ一定に推移するような特性が理想的な特性であり、“θc”はそのような特性が実現できる径拡大角度θである。吸引力がほぼ一定であると、筒状コイル2の通電量に対して吸引力がほぼ線形応答する。従って、ソレノイド駆動装置10及び電磁弁20を、容易に精度良く制御することが可能となる。
図5を参照して、径拡大角度“θa”が“θc>θa”の場合について説明する。この場合には、最小ストローク位置Pmin付近においてプランジャ6及びコア3を通る磁束の向きが、軸方向Lに近くなる。その結果、プランジャ6に作用する力に占める、軸方向Lに沿った反付勢方向FRの成分の割合が高くなり、吸引力が高くなる。一方、最大ストローク位置Pmax付近では、径拡大部8の拡大部断面積Sが減少するために、磁気抵抗が増加してコア3を通る磁束が減少し、吸引力が低くなる。その結果、図5に実線で示すように、吸引力は、ストロークに対して負の比例定数を有して比例するような特性“Ca”となり、ストロークに対して安定的ではなくなる。このような特性のソレノイド駆動装置10を電磁弁20に適用した場合、最大ストローク位置Pmax側へ向かうに従って吸引力が低くなるので、油圧振動によってプランジャ6が最大ストローク位置Pmax側へ移動した場合に、元の位置に戻るまでに要する時間が長くなり、油圧振動に対する収束性が悪くなり易い。
続いて、図6を参照して、径拡大角度“θb”が“θc<θb”の場合について説明する。この場合には、最小ストローク位置Pmin付近においてプランジャ6及びコア3を通る磁束の向きが、軸方向Lに直交する方向に近くなる。その結果、プランジャ6に作用する力に占める、軸方向Lに沿った反付勢方向FRの成分の割合が低くなり、吸引力が低くなる。一方、最大ストローク位置Pmax付近では、径拡大部8の拡大部断面積Sが増加するために、磁気抵抗が減少してコア3を通る磁束が減少し、吸引力が高くなる。その結果、図6に実線で示すように、吸引力は、ストロークに対して正の比例定数を有して比例するような特性“Cb”となり、ストロークに対して一定ではなくなる。このような特性のソレノイド駆動装置10を電磁弁20に適用した場合、最大ストローク位置Pmax付近での強い吸引力との釣り合いを考慮してスプリング44の付勢力を強くする必要が生じ、プランジャ6を移動させる指令に対する応答性が低下する。
理想的な径拡大角度“θc”は、このような背景に基づき、“θa<θc<θb”となる範囲内に設定された角度である。この角度“θc”は、実験やシミュレーションによって決定される。さらに、磁気性能を向上させることによって、吸引力の向上や通電量の抑制による省エネルギー化を実現することができる。本発明に係るソレノイド駆動装置10の径拡大部8は、上述したように、凸部8v及び凹部8cを設けることによって、径拡大部8の外面を理想的な径拡大角度“θc”の円錐面により形成した場合(軸方向断面において理想的な径拡大角度“θc”の直線により形成した場合)よりもさらに向上させたものである。
図7の中央のグラフは、図5及び図6と同様に、プランジャ6の先端面6aとコア3の底面部3aとの距離であるストロークと、プランジャ6に作用する吸引力との関係を示している。このグラフにおいて破線で示す特性“Cc”は、図5及び図6と同様に、径拡大角度θが理想的な角度である“θc”である場合の特性を示している。図7に実線で示された特性“Cd”は、径拡大部8の外面に凸部8v及び凹部8cを形成した場合の特性を示している。この特性“Cd”は、特性“Cc”に比べて、ストロークの全領域において、高い吸引力を有している。また、ストロークに拘わらず吸引力がほぼ一定に推移しており、安定性を維持した状態で吸引力の向上が実現されている。
図7に示すように、最小ストローク位置Pmin付近においては、凹部8cを設けたことによって、プランジャ6からコア3を通る磁束の経路が狭くなる。具体的には、軸方向Lに直交する方向への磁束の経路が抑制され、軸方向Lに近い方向へと偏向される。その結果、吸引力に占める、軸方向Lに沿った反付勢方向FRの成分の割合が高くなり、吸引力が高くなる。一方、最大ストローク位置Pmax付近においては、第1凸部11(凸部8v)を設けたことによって、プランジャ6の近傍の磁気抵抗が低くなり、プランジャ6からコア3へと流れる磁束が増加する。その結果、最大ストローク位置Pmax付近における吸引力も高くなる。
さらに、第1凸部11及び第2凸部12による凸部8vを設けたことによって、凹部8cによって減少する拡大部断面積Sが補填されるだけでなく、全体として拡大部断面積Sが増加する。これにより、径拡大部8の磁気抵抗が低くなり、鎖交する磁束も増加する。つまり、ストロークの全域に亘って鎖交磁束が増加し、全体的に吸引力が向上する。このように、径拡大部8に凸部8v及び凹部8cを設けることによって、ストロークに対する安定性を維持した状態で、吸引力を向上させることが可能となる。
2.第二の実施形態
次に、本発明の第二の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、コア3に設けられた径拡大部8の具体的構成が、上記第一の実施形態と相違している。図8は、本実施形態における径拡大部8の近傍の部分拡大図である。以下、上記第一の実施形態との相違点を中心に説明する。特に説明しない点については、上記第一の実施形態と同様である。
径拡大部8の具体的構成を除いて、図1に示すようなソレノイド駆動装置10を含む電磁弁20の全体の構成は、上記第一の実施形態と同様である。従って、油圧制御弁としての調圧バルブ部40の構成も、上記第一の実施形態と同様である。但し、上記第一の実施形態では特に説明しなかったが、図1に示すように、調圧バルブ部40は、スプール60のストローク範囲における反付勢方向FR側の端部領域に、スプール60の位置に関係なく出力油圧が一定状態となる非制御領域D1を有すると共に、非制御領域D1より付勢方向FF側にスプール60の位置に応じて出力油圧が変化する制御領域D2を有している。なお、本願において「油圧が一定状態」とは、油圧が厳密に一定であることを指すものではなく、積極的に制御した結果ではない多少の油圧の変化は含まれる。例えばスプール60とスリーブ50との隙間から洩れる油圧による微小な油圧変動等がある場合も「油圧が一定状態」に含まれる。
本実施形態では、調圧バルブ部40は、制御領域D2に対して反付勢方向FR側に隣接して第一の非制御領域D1を有すると共に、制御領域D2に対して付勢方向FF側に隣接して第二の非制御領域D3を有している。そして、第一の非制御領域D1、制御領域D2、及び第二の非制御領域D3を合わせた領域がスプール60のストローク範囲の全体に相当する。制御領域D2では、スプール60の軸方向Lの位置に応じて、出力ポート54に作用する油圧(出力油圧)が変化する。図1に示す例では、スプール60が反付勢方向FRに変位するに従って、入力ポート52の開口面積が狭くなると共にドレインポート56の開口面積が広がり、出力油圧が低くなる。第一の非制御領域D1では、ランド62により入力ポート52が完全に塞がれると共に出力ポート54とドレインポート56とが十分に広い開口面積で連通する状態となり、出力油圧はゼロで一定状態となる。第二の非制御領域D3では、ランド64によりドレインポート56が完全に塞がれると共に入力ポート52と出力ポート54とが十分に広い開口面積で連通する状態となり、出力油圧は入力ポート52に作用する油圧と一致する油圧で一定状態となる。即ち、第一の非制御領域D1及び第二の非制御領域D3では、スプール60の位置に関係なく出力油圧が一定状態となる。
なお、図1に示す調圧バルブ部40の構成は単なる一例である。従って、図1に示す例とは逆に、スプール60が反付勢方向FRに変位するに従って、入力ポート52の開口面積が広くなり、出力油圧が高くなるように、調圧バルブ部40(油圧制御弁)を構成してもよい。
上記のとおり、コア3の形状は、第一仮想境界面V1及び第二仮想境界面V2を用いて規定されている。図8に示すように、本実施形態では、第一仮想境界面V1は、軸方向Lにおける最大ストローク位置Pmaxよりも付勢方向FF側に設定され、第二仮想境界面V2は、軸方向Lにおける最小ストローク位置Pminよりも付勢方向FF側かつ最大ストローク位置Pmaxよりも反付勢方向FR側に設定されている。そして、磁束制限部7は、第一仮想境界面V1よりも付勢方向FF側の領域にあって第一仮想境界面V1よりも反付勢方向FR側の領域に比べて、径方向Rの肉厚が薄くなるように形成されている。径拡大部8は、第一仮想境界面V1から反付勢方向FRの側に向かって径方向Rの肉厚が連続的又は段階的に厚くなるように形成されている。従って、ここでは、第一仮想境界面V1が磁束制限部7と径拡大部8との境界となる。言い換えると、第一仮想境界面V1は、コア3の磁束制限部7と径拡大部8との境界部分に設定されている。基底部9は、有底筒状に形成されたコア3の底面部3aから反付勢方向FRの側の部位である。コア3は、軸方向Lにおいて、磁束制限部7及び径拡大部8を除く領域では、ほぼ同一の外径を有して構成されている。基底部9は、径方向Rにおいて、径拡大部8の平均的な肉厚、及び磁束制限部7の肉厚よりも厚い肉厚を有して形成されている。
また、径拡大部8は、径拡大基準線Lrefよりも外面が径方向Rの内面側に窪んだ凹部8cを有して形成されている。また、本実施形態では、径拡大部8は、径拡大基準線Lrefよりも外面が径方向Rの外面側に突出した凸部8vも有している。図8に例示する形態では、径拡大部8は、磁束制限部7の反付勢方向FR側の端部に位置する第一仮想境界面V1から反付勢方向FRの側に向かって、第1凹部21、第1凸部24、第2凹部22、第2凸部25、第3凹部23、第3凸部26が順に形成されて構成されている。ここで、第1凹部21、第2凹部22、及び第3凹部23がいずれも凹部8cであり、第1凸部24、第2凸部25、及び第3凸部26が、いずれも凸部8vである。また、図8に例示する形態では、第3凹部23は、軸方向断面において、最小ストローク内面点Q4から径拡大基準線Lrefへの垂線Lpと、径拡大基準線Lrefとの交点Q5を含む位置に形成されている。さらに、図8に例示する形態では、第二仮想境界面V2に対して付勢方向FF側に隣接する凸部8v(ここでは第3凸部26)が、第二仮想境界面V2よりも反付勢方向FR側におけるコア3(基底部9)の径方向外面(9a)と連なる第1外面8v1と、第1外面8v1の付勢方向FF側の端部に接続され、径拡大基準線Lrefよりも軸方向Lに対する傾斜角度が大きい円錐台面状に形成された第2外面8v2と、を有して形成されている。即ち、図8から明らかなように、第3凸部26は、軸方向断面において2本の直線により形成されている。一方、その他の凸部8vである第1凸部24及び第2凸部25、並びに、凹部8cである第1凹部21、第2凹部22、及び第3凹部23は、軸方向断面において、曲線状に形成されている。従って、第1凸部24から反付勢方向FRの側に向かって第3凹部23までは、軸方向断面の形状が曲線の波状に形成されている。
なお、径拡大基準線Lrefは、コア3の軸心線を含む平面により切断したコア3の軸方向断面における第一基準点Q1と、第二基準点Q2とを結ぶ直線である。ここで、第一基準点Q1は、コア3の軸方向断面における第一仮想境界面V1とコア3の径方向Rの外面との交点である。本実施形態では、第一仮想境界面V1が最大ストローク位置Pmaxよりも付勢方向FF側に設定されている。より詳しくは、第一仮想境界面V1は、軸方向Lにおける最大ストローク位置Pmaxと最大ストローク位置Pmaxから付勢方向FF側にプランジャ6のストロークLSの半分の距離(LS/2)だけ離れた位置との間に設定されている。図8に例示する形態では、第一仮想境界面V1は、最大ストローク位置Pmaxから付勢方向FF側にストロークLSの約3分の1の距離だけ離れた位置に設定されている。
第二基準点Q2は、コア3の軸方向断面における第二仮想境界面V2とコア3の径方向Rの外面との交点である。本実施形態では、第二仮想境界面V2が最小ストローク位置Pminよりも付勢方向FF側に設定されている。より詳しくは、第二仮想境界面V2は、軸方向Lにおける最小ストローク位置Pminと最小ストローク位置Pminから付勢方向FF側にプランジャ6のストロークLSの半分の距離(LS/2)だけ離れた位置との間に設定されている。図8に例示する形態では、第二仮想境界面V2は、最小ストローク位置Pminから付勢方向FF側にストロークLSの約5分の1の距離だけ離れた位置に設定されている。
本実施形態では、この最小ストローク位置Pminと第二仮想境界面V2との軸方向Lの距離は、以下のように設定されている。即ち、上記のとおり、油圧制御弁としての調圧バルブ部40は、制御領域D2に対して反付勢方向FR側に隣接して第一の非制御領域D1を有している。そこで、第二仮想境界面V2は、軸方向Lにおける最小ストローク位置Pminから付勢方向FF側に、第一の非制御領域D1の軸方向Lの長さに応じた距離LDだけ離れた位置に設定されている。上記のとおり、プランジャ6は、スプール60と連動するように構成されている。そして、調圧バルブ部40は、制御領域D2に対して反付勢方向FR側及び付勢方向FF側の両方に非制御領域D1、D2を有している。これらの非制御領域D1、D2では、スプール60の位置に関係なく出力油圧が一定状態となるため、スプール60の位置をプランジャ6により変位させることによる油圧制御は実質的には行われない。従って、プランジャ6のストロークLSの範囲における非制御領域D1、D2に対応する領域では、プランジャ6のストロークに対する吸引力の一定性(安定性)に対する要求は低い。このため、非制御領域D1、D2に対応するプランジャ6のストローク領域では、径拡大部8のように軸方向Lの位置に応じてコア3の径方向Rの肉厚が変化する構成とする必要性は低い。
そこで、本実施形態では、第二仮想境界面V2を、軸方向Lにおける最小ストローク位置Pminから付勢方向FF側に、第一の非制御領域D1の軸方向Lの長さに応じた距離LDだけ離れた位置に設定している。具体的には、最小ストローク位置Pminと第二仮想境界面V2との距離LDが、第一の非制御領域D1の軸方向Lの長さと同じとなるようしている。この構成によれば、スプール60が制御領域D2の反付勢方向FR側の端部に位置する状態でのプランジャ6の先端面6aの位置と径拡大部8の反付勢方向FR側の端部に位置する第二仮想境界面V2とを対応(本例では一致)させて配置することができる。従って、制御領域D2と径拡大部8とが対応する位置関係となる範囲内で最も付勢方向FF側に寄せて径拡大部8を配置することができる。これにより、上記第一の実施形態に比べて、プランジャ6のストロークLSの全領域におけるコア3の径方向Rの肉厚を大きく確保することができる。言い換えると、プランジャ6のストロークLSの全領域における、軸方向断面でのコア3の断面積を大きく確保することができる。これにより、制御領域D2内ではスプール60のストローク位置に拘わらずコア3がプランジャ6を吸引する吸引力が安定する特性を確保しつつ、径拡大部8を通る磁束の量を多く確保して吸引力を大きくすることができる。
本実施形態においても、上記第一の実施形態と同様に、凸部8v及び凹部8cは、軸方向断面における第一仮想境界面V1と第二仮想境界面V2との間のコア3の断面積である拡大部断面積Sが、基準断面積Srefよりも大きくなるように形成されている。基準断面積Srefは、径拡大部8の外面を径拡大基準線Lrefにより形成した際の第一仮想境界面V1と第二仮想境界面V2との間のコア3の断面積である。ここでは、基準断面積Srefは、第一仮想境界面V1と、第二仮想境界面V2と、径拡大基準線Lrefと、コア3の径方向Rの内面と、により囲まれた四角形の面積である。また、拡大部断面積Sは、図8に着色して示すように、第一仮想境界面V1と、第二仮想境界面V2と、コア3の径方向Rの外面と、コア3の径方向Rの内面と、により囲まれた領域の面積である。
ここで、図9を参照して、本実施形態における径拡大部8の構造と、磁気性能(吸引力の特性)との関係について、上記第一の実施形態と比較して説明する。図9の中央のグラフは、図5〜図7と同様に、プランジャ6の先端面6aとコア3の底面部3aとの距離であるストロークと、プランジャ6に作用する吸引力との関係を示している。このグラフにおいて破線で示す特性“Cc”は、図5〜図7と同様に、径拡大角度θが理想的な角度である“θc”である場合の特性を示している。図9に実線で示された特性“Ce”は、図8に示す本実施形態に係る径拡大部8の特性を示している。この特性“Ce”は、上記第一の実施形態に係る図7に示す特性“Cc”に比べて、ストロークの全領域において、更に高い吸引力を有している。但し、上記特性“Cc”に比べて、ストロークに対する吸引力の一定性が若干低下しており、プランジャ6のストロークLSの範囲の両端部における吸引力が、中央部に比べてやや低くなっている。しかし、上記のとおり、プランジャ6のストロークLSの範囲の両端部は、スプール60のストローク範囲における非制御領域D1、D2に対応しているため、この領域における吸引力の低下は大きな問題にはならない。
図9に示すように、最小ストローク位置Pmin付近においては、凹部8cを設けたことによって、プランジャ6からコア3を通る磁束の経路が狭くなる。具体的には、軸方向Lに直交する方向への磁束の経路が抑制され、軸方向Lに近い方向へと偏向される。その結果、吸引力に占める、軸方向Lに沿った反付勢方向FRの成分の割合が高くなり、吸引力が高くなる。一方、最大ストローク位置Pmax付近においては、凸部8vを設けたことによって、プランジャ6の近傍の磁気抵抗が低くなり、プランジャ6からコア3へと流れる磁束が増加する。その結果、最大ストローク位置Pmax付近における吸引力も高くなる。また、凸部8vを設けたことによって、凹部8cによって減少する拡大部断面積Sが補填されるだけでなく、全体として拡大部断面積Sが増加する。これにより、径拡大部8の磁気抵抗が低くなり、鎖交する磁束も増加する。更に、本実施形態では、第一仮想境界面V1及び第二仮想境界面V2の双方を、上記第一の実施形態に比べて付勢方向FF側に配置し、それによって、径拡大基準線Lrefを上記第一の実施形態に比べて付勢方向FF側に配置している。これにより、プランジャ6のストロークLSの全領域における、軸方向断面でのコア3の断面積を大きく確保している。従って、上記第一の実施形態に比べて、プランジャ6のストロークに対する吸引力の一定性が若干低下しているものの、ストロークLSの全域に亘って鎖交磁束が増加し、全体的に吸引力が向上している。このように、本実施形態の構成によれば、スプール60の制御領域D2内でのプランジャ6のストロークに対する吸引力の一定性を確保しつつ、吸引力を更に向上させることができている。
3.その他の実施形態
以下、本発明のその他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
(1)上記第一の実施形態においては、図2のように、軸方向断面において、最小ストローク内面点Q4から径拡大基準線Lrefへの垂線Lpと径拡大基準線Lrefとの交点Q5を含む位置に1つの凹部8cが形成されている例を示した。しかし、凹部8cは、1つに限らず、複数設けられていてもよい。例えば、図10に示すように、交点Q5を挟んで、付勢方向FFの側及び反付勢方向FRの側の両側に凹部8cが形成されていてもよい。図10に示す例では、交点Q5が、最小ストローク内面点Q4を中心とする半径φの円と径拡大基準線Lrefとの接点となるように、径拡大部8の外面が形成されている。この接点を挟んで、付勢方向FFの側には第1凹部13が形成され、反付勢方向FRの側には第2凹部14が形成されている。
凹部8cは、図7を参照して上述したように、最小ストローク位置Pmin付近における磁束の向きを調整するために設けられている。凹部8cの形成面(軸方向断面における径拡大部8の外形)が、最小ストローク内面点Q4から均等な距離(半径φ)であると、拡大部断面積Sを最大限に大きく維持しながら、効果的な凹部8cを設けることができる。このような観点にたてば、凹部8cの形成面を円弧状とする他の構成も好適である。例えば、図2に示す形態と同様に交点Q5を含む位置に1つの凹部8cが設けられる場合、図11に示すように、当該凹部8cの形成面が最小ストローク内面点Q4を中心とする円弧として形成されていてもよい。また、図10に示す形態と同様に、交点Q5を挟んで付勢方向FFの側及び反付勢方向FRの側の両側に凹部8cが設けられ、当該凹部8cの形成面が最小ストローク内面点Q4を中心とする円弧として形成される場合に、交点Q5は最小ストローク内面点Q4を中心とする円と径拡大基準線Lrefとの接点である必要はない。例えば、図12に示すように、円弧は、垂線Lpに沿って径拡大基準線Lrefよりも径方向Rの外側に突出していてもよい。
(2)上記第一の実施形態においては、垂線Lpと径拡大基準線Lrefとの交点Q5を含む位置に1つの凹部8cが形成されている場合に、図2や図11のように、当該凹部8cの形成面が円弧や直線により形成されている形態を例示した。しかし、凹部8cの形成面は、階段状など、軸方向断面において複数の直線や曲線を組み合わせて形成されていてもよい。また、階段状に形成される場合には、垂線Lpと径拡大基準線Lrefとの交点Q5に変曲点や頂点が設定されていてもよい。図13は、凹部8cの形成面が階段状に形成され、その頂点が交点Q5に設定されている例を示している。この場合には、交点Q5を挟んで、付勢方向FFの側には第1凹部13が形成され、反付勢方向FRの側には第2凹部14が形成されることになる。また、この場合にも図12に示す形態と同様に、階段状の頂点が径拡大基準線Lrefよりも径方向Rの外側に突出していてもよい(図14参照)。
(3)図2、図10〜図14を参照した上記説明においては、第二仮想境界面V2に対して付勢方向FF側に隣接する凸部8v(ここでは第2凸部12)が、第二仮想境界面V2よりも反付勢方向FRの側におけるコア3(基底部9)の径方向外面(9a)と連なる第1外面8v1と、第1外面8v1の付勢方向FF側の端部に接続されて軸方向Lに直交する方向に沿って延びる第2外面8v2と、を有して形成されている形態を例示した。しかし、拡大部断面積Sが必要な面積を確保できれば、第2凸部12はこのような形態に限定されるものではない。例えば、第1外面8v1及び第2外面8v2の区別なく、凹部8cの反付勢方向FR側の端部から第二仮想境界面V2まで連続した傾斜面や曲面により形成されていてもよい。また、第1外面8v1及び第2外面8v2がそれぞれ傾斜面や曲面により形成されていてもよい。また、第2凸部12は、3つ以上の傾斜面や曲面を有して構成されていてもよい。
(4)図2、図10〜図14においては、径拡大部8が2つの凸部8vを有する形態を例示したが、凸部8vは1つであってもよい。拡大部断面積Sを大きくする上では、磁束を偏向させるための凹部8cを設けることによって生じる拡大部断面積Sの減少分を補填すると共に、さらに拡大部断面積Sを拡大させるために複数箇所に凸部8vが設定されることが好ましい。このため、図2、図10〜図14には、凹部8cを挟む両側に凸部8vが設けられる形態を例示した。しかし、凹部8cにより減少する面積を補填可能であって、必要な拡大部断面積Sが確保できるのであれば、凹部8cの何れか一方側のみに凸部8vが設けられる構成であってもよい。好適には、最大ストローク位置Pmax付近における鎖交磁束を増加させるために、凹部8cに対して付勢方向FFの側(磁束制限部7の側)に凸部8vが設けられるとよい。
(5)上記第二の実施形態においては、図8のように、径拡大部8が、第一仮想境界面V1から反付勢方向FRの側に向かって順に、第1凹部21、第1凸部24、第2凹部22、第2凸部25、第3凹部23、第3凸部26を有する例について説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。例えば、図15に示すように、径拡大部8が、第一仮想境界面V1から反付勢方向FRの側に向かって順に、第1凹部21、第1凸部24、第2凹部22、第2凸部25を有する構成としても好適である。この図15に例示する形態では、第2凹部22が、軸方向断面において、最小ストローク内面点Q4から径拡大基準線Lrefへの垂線Lpと径拡大基準線Lrefとの交点Q5を含む位置に形成されている。また、図15に例示する形態でも、第二仮想境界面V2に対して付勢方向FF側に隣接する凸部8v(ここでは第2凸部25)が、第二仮想境界面V2よりも反付勢方向FR側におけるコア3(基底部9)の径方向外面(9a)と連なる第1外面8v1と、第1外面8v1の付勢方向FF側の端部に接続され、径拡大基準線Lrefよりも軸方向Lに対する傾斜角度が大きい円錐台面状に形成された第2外面8v2と、を有して形成されている。一方、その他の凸部8vである第1凸部24、並びに、凹部8cである第1凹部21、及び第2凹部22は、軸方向断面において、曲線状に形成されている。従って、第1凸部24から反付勢方向FRの側に向かって第2凹部22までは、軸方向断面の形状が曲線の波状に形成されている。
(6)図2、図8、図10〜図15では、第二仮想境界面V2に対して付勢方向FF側に隣接する領域に、凸部8vが形成されている例について説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。例えば、図16に示すように、第二仮想境界面V2に対して付勢方向FF側に隣接する領域に、凸部8vが形成されていない構成としても好適である。図16に例示する形態では、径拡大部8は、第二仮想境界面V2に対して付勢方向FF側に隣接する領域に、軸方向断面の形状が径拡大基準線Lrefと一致する直線となる円錐台面27を有している。図16に例示する形態では、径拡大部8は、第一仮想境界面V1から反付勢方向FRの側に向かって順に、第1凹部21、第1凸部24、第2凹部22、円錐台面27を有する構成となっている。上記第一及び第二の実施形態では、図3及び図8に示すように、拡大部断面積Sが基準断面積Srefよりも大きくなるように形成されている場合について説明したが、この図16に示すように、拡大部断面積Sが、基準断面積Srefよりも小さくなるように凸部8v及び凹部8cが形成されていてもよい。
(7)上記第二の実施形態においては、図8のように、径拡大部8における第3凸部26以外の凸部8v及び凹部8cの軸方向断面の形状が、曲線で形成されている例について説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。例えば、図17に示すように、全ての凹部8c及び凸部8vの軸方向断面の形状が、基本的に直線で形成されていても好適である。このような構成とすれば、径拡大部8の外面が、基本的にすべて円錐台面又は円筒面により構成されることになる。従って、径拡大部8の凹部8c及び凸部8vを、旋盤等の一般的な加工装置によって容易に形成することができ、製造コストを低減することが容易となる。図17に例示する形態では、径拡大部8は、第一仮想境界面V1から反付勢方向FRの側に向かって順に、第1凹部21、第1凸部24を有する構成となっている。そして、第二仮想境界面V2に対して付勢方向FF側に隣接する第1凸部24が、第二仮想境界面V2よりも反付勢方向FR側におけるコア3(基底部9)の径方向外面(9a)と連なる第1外面8v1と、第1外面8v1の付勢方向FF側の端部に接続され、径拡大基準線Lrefよりも軸方向Lに対する傾斜角度が大きい円錐台面状に形成された第2外面8v2と、を有して形成されている。また、第1凸部24に対して付勢方向FF側に隣接する第1凹部21が、第2外面8v2と連なる第1外面21aと、第1外面21aの付勢方向FF側の端部に接続され、径拡大基準線Lrefよりも軸方向Lに対する傾斜角度が小さい円錐台面状に形成された第2外面21bと、を有して形成されている。ここでは、第1凸部24の第2外面8v2と第1凹部21の第1外面21aとが同じ円錐台面とされている。第1凹部21の第2外面21bの付勢方向FF側の端部は、第一仮想境界面V1に一致し、磁束制限部7の反付勢方向FRの側の端部に接続されている。この構成によれば、2つの円錐台面(軸方向断面では2つの直線)を形成するのみで、凹部8c及び凸部8vを一つずつ設けることができる。
本発明は、筒状コイルと、この筒状コイルの径方向内側に配置され、内面が有底筒状に形成されたコアと、このコアの軸方向に沿って筒状コイルへの通電量に応じて変位可能な状態でコアの径方向内側に配置されてプランジャとを備えたソレノイド駆動装置に適用することができる。
2 :筒状コイル
3 :コア
3a :底面部
6 :プランジャ
6a :先端面
7 :磁束制限部
8 :径拡大部
8c :凹部
8v :凸部
8v1 :第1外面
8v2 :第2外面
10 :ソレノイド駆動装置
11 :第1凸部
12 :第2凸部
40 :調圧バルブ部(油圧制御弁)
60 :スプール
D1、D3:非制御領域
D2 :制御領域
FF :付勢方向
FR :反付勢方向
L :軸方向
Lp :垂線
Lref :径拡大基準線
LS :プランジャのストローク
Pmax :最大ストローク位置
Pmin :最小ストローク位置
Q1 :第一基準点(最大ストローク外面点)
Q2 :第二基準点(最小ストローク外面点)
Q4 :最小ストローク内面点
R :径方向
S :拡大部断面積
Sref :基準断面積
V1 :第一仮想境界面
V2 :第二仮想境界面

Claims (15)

  1. 筒状コイルと、
    前記筒状コイルの径方向内側に配置され、内面が有底筒状に形成されたコアと、
    前記コアの軸方向に沿って変位可能であると共に前記軸方向に沿って前記コアの底面部から離間する方向の付勢力を受け、前記コアの径方向内側に配置されたプランジャと、
    を備え、
    前記底面部に対向する前記プランジャの先端面が、前記筒状コイルへの非通電時に前記付勢力によって前記底面部から最も離間した位置である最大ストローク位置と、前記筒状コイルへの通電により前記底面部に最も近づいた位置である最小ストローク位置との間で、前記筒状コイルへの通電量に応じて変位可能に構成されたソレノイド駆動装置であって、
    前記軸方向に沿って前記付勢力により前記プランジャが付勢される方向を付勢方向とし、当該付勢方向とは反対方向を反付勢方向とし、
    前記軸方向における前記最大ストローク位置又はそれよりも前記付勢方向側であって、前記コアの磁束制限部と径拡大部との境界部分に、前記軸方向に直交する仮想面である第一仮想境界面を設定すると共に、前記軸方向における前記最小ストローク位置、又はそれよりも前記付勢方向側かつ前記最大ストローク位置よりも前記反付勢方向側に、前記軸方向に直交する仮想面である第二仮想境界面を設定し、
    前記磁束制限部は、前記第一仮想境界面よりも前記付勢方向側の領域にあって前記第一仮想境界面よりも前記反付勢方向側の領域に比べて径方向の肉厚が薄く形成され、
    前記径拡大部は、前記第一仮想境界面から前記反付勢方向側に向かって径方向の肉厚が連続的又は段階的に厚くなるように形成され、
    前記コアの軸心線を含む平面により切断した前記コアの軸方向断面における前記第一仮想境界面と前記コアの径方向外面との交点である第一基準点と、前記軸方向断面における前記第二仮想境界面と前記コアの径方向外面との交点である第二基準点と、を結ぶ直線を径拡大基準線として、
    前記径拡大部は、前記筒状コイルの径方向内側に配置され、前記径拡大基準線よりも外面が径方向内面側に窪んだ凹部と、前記径拡大基準線よりも外面が径方向外面側に突出した凸部と、を有するソレノイド駆動装置。
  2. 筒状コイルと、
    前記筒状コイルの径方向内側に配置され、内面が有底筒状に形成されたコアと、
    前記コアの軸方向に沿って変位可能であると共に前記軸方向に沿って前記コアの底面部から離間する方向の付勢力を受け、前記コアの径方向内側に配置されたプランジャと、
    を備え、
    前記底面部に対向する前記プランジャの先端面が、前記筒状コイルへの非通電時に前記付勢力によって前記底面部から最も離間した位置である最大ストローク位置と、前記筒状コイルへの通電により前記底面部に最も近づいた位置である最小ストローク位置との間で、前記筒状コイルへの通電量に応じて変位可能に構成されたソレノイド駆動装置であって、
    前記軸方向に沿って前記付勢力により前記プランジャが付勢される方向を付勢方向とし、当該付勢方向とは反対方向を反付勢方向とし、
    前記軸方向における前記最大ストローク位置又はそれよりも前記付勢方向側であって、前記コアの磁束制限部と径拡大部との境界部分に、前記軸方向に直交する仮想面である第一仮想境界面を設定すると共に、前記軸方向における前記最小ストローク位置、又はそれよりも前記付勢方向側かつ前記最大ストローク位置よりも前記反付勢方向側に、前記軸方向に直交する仮想面である第二仮想境界面を設定し、
    前記磁束制限部は、前記第一仮想境界面よりも前記付勢方向側の領域にあって前記第一仮想境界面よりも前記反付勢方向側の領域に比べて径方向の肉厚が薄く形成され、
    前記径拡大部は、前記第一仮想境界面から前記反付勢方向側に向かって径方向の肉厚が連続的又は段階的に厚くなるように形成され、
    前記コアの軸心線を含む平面により切断した前記コアの軸方向断面における前記第一仮想境界面と前記コアの径方向外面との交点である第一基準点と、前記軸方向断面における前記第二仮想境界面と前記コアの径方向外面との交点である第二基準点と、を結ぶ直線を径拡大基準線として、
    前記径拡大部は、前記径拡大基準線よりも外面が径方向内面側に窪んだ凹部と、前記径拡大基準線よりも外面が径方向外面側に突出した凸部と、を有し、
    前記凸部及び前記凹部は、前記軸方向断面における前記第一仮想境界面と前記第二仮想境界面との間の前記コアの断面積である拡大部断面積が、前記径拡大部の外面を前記径拡大基準線により形成した際の前記コアの断面積である基準断面積よりも、周方向の全周に亘る全ての前記軸方向断面において大きくなるように形成されているソレノイド駆動装置。
  3. 筒状コイルと、
    前記筒状コイルの径方向内側に配置され、内面が有底筒状に形成されたコアと、
    前記コアの軸方向に沿って変位可能であると共に前記軸方向に沿って前記コアの底面部から離間する方向の付勢力を受け、前記コアの径方向内側に配置されたプランジャと、
    を備え、
    前記底面部に対向する前記プランジャの先端面が、前記筒状コイルへの非通電時に前記付勢力によって前記底面部から最も離間した位置である最大ストローク位置と、前記筒状コイルへの通電により前記底面部に最も近づいた位置である最小ストローク位置との間で、前記筒状コイルへの通電量に応じて変位可能に構成されたソレノイド駆動装置であって、
    前記軸方向に沿って前記付勢力により前記プランジャが付勢される方向を付勢方向とし、当該付勢方向とは反対方向を反付勢方向とし、
    前記軸方向における前記最大ストローク位置又はそれよりも前記付勢方向側であって、前記コアの磁束制限部と径拡大部との境界部分に、前記軸方向に直交する仮想面である第一仮想境界面を設定すると共に、前記軸方向における前記最小ストローク位置、又はそれよりも前記付勢方向側かつ前記最大ストローク位置よりも前記反付勢方向側に、前記軸方向に直交する仮想面である第二仮想境界面を設定し、
    前記磁束制限部は、前記第一仮想境界面よりも前記付勢方向側の領域にあって前記第一仮想境界面よりも前記反付勢方向側の領域に比べて径方向の肉厚が薄く形成され、
    前記径拡大部は、前記第一仮想境界面から前記反付勢方向側に向かって径方向の肉厚が連続的又は段階的に厚くなるように形成され、
    前記コアの軸心線を含む平面により切断した前記コアの軸方向断面における前記第一仮想境界面と前記コアの径方向外面との交点である第一基準点と、前記軸方向断面における前記第二仮想境界面と前記コアの径方向外面との交点である第二基準点と、を結ぶ直線を径拡大基準線として、
    前記径拡大部は、前記径拡大基準線よりも外面が径方向内面側に窪んだ凹部と、前記径拡大基準線よりも外面が径方向外面側に突出した凸部と、を有し、
    前記第二仮想境界面に対して前記付勢方向側に隣接する前記凸部が、前記第二仮想境界面よりも前記反付勢方向側における前記コアの径方向外面と連なる第1外面と、前記第1外面の前記付勢方向側の端部に接続され、前記径拡大基準線よりも前記軸方向に対する傾斜角度が大きい円錐台面状に形成された第2外面と、を有するソレノイド駆動装置。
  4. 前記第一仮想境界面は前記軸方向における前記最大ストローク位置に設定され、前記第二仮想境界面は前記軸方向における前記最小ストローク位置に設定されている請求項1からのいずれか一項に記載のソレノイド駆動装置。
  5. 筒状コイルと、
    前記筒状コイルの径方向内側に配置され、内面が有底筒状に形成されたコアと、
    前記コアの軸方向に沿って変位可能であると共に前記軸方向に沿って前記コアの底面部から離間する方向の付勢力を受け、前記コアの径方向内側に配置されたプランジャと、
    を備え、
    前記底面部に対向する前記プランジャの先端面が、前記筒状コイルへの非通電時に前記付勢力によって前記底面部から最も離間した位置である最大ストローク位置と、前記筒状コイルへの通電により前記底面部に最も近づいた位置である最小ストローク位置との間で、前記筒状コイルへの通電量に応じて変位可能に構成されたソレノイド駆動装置であって、
    前記軸方向に沿って前記付勢力により前記プランジャが付勢される方向を付勢方向とし、当該付勢方向とは反対方向を反付勢方向とし、
    前記軸方向における前記最大ストローク位置と前記最大ストローク位置から前記付勢方向側に前記プランジャのストロークの半分の距離だけ離れた位置との間であって、前記コアの磁束制限部と径拡大部との境界部分に、前記軸方向に直交する仮想面である第一仮想境界面を設定すると共に、前記軸方向における前記最小ストローク位置と前記最小ストローク位置から前記付勢方向側に前記プランジャのストロークの半分の距離だけ離れた位置との間かつ前記最大ストローク位置よりも前記反付勢方向側に、前記軸方向に直交する仮想面である第二仮想境界面を設定し、
    前記磁束制限部は、前記第一仮想境界面よりも前記付勢方向側の領域にあって前記第一仮想境界面よりも前記反付勢方向側の領域に比べて径方向の肉厚が薄く形成され、
    前記径拡大部は、前記第一仮想境界面から前記反付勢方向側に向かって径方向の肉厚が連続的又は段階的に厚くなるように形成され、
    前記コアの軸心線を含む平面により切断した前記コアの軸方向断面における前記第一仮想境界面と前記コアの径方向外面との交点である第一基準点と、前記軸方向断面における前記第二仮想境界面と前記コアの径方向外面との交点である第二基準点と、を結ぶ直線を径拡大基準線として、
    前記径拡大部は、前記径拡大基準線よりも外面が径方向内面側に窪んだ凹部を有するソレノイド駆動装置。
  6. 筒状コイルと、
    前記筒状コイルの径方向内側に配置され、内面が有底筒状に形成されたコアと、
    前記コアの軸方向に沿って変位可能であると共に前記軸方向に沿って前記コアの底面部から離間する方向の付勢力を受け、前記コアの径方向内側に配置されたプランジャと、
    を備え、
    前記底面部に対向する前記プランジャの先端面が、前記筒状コイルへの非通電時に前記付勢力によって前記底面部から最も離間した位置である最大ストローク位置と、前記筒状コイルへの通電により前記底面部に最も近づいた位置である最小ストローク位置との間で、前記筒状コイルへの通電量に応じて変位可能に構成されたソレノイド駆動装置であって、
    前記軸方向に沿って前記付勢力により前記プランジャが付勢される方向を付勢方向とし、当該付勢方向とは反対方向を反付勢方向とし、
    前記軸方向における前記最大ストローク位置又はそれよりも前記付勢方向側であって、前記コアの磁束制限部と径拡大部との境界部分に、前記軸方向に直交する仮想面である第一仮想境界面を設定すると共に、前記軸方向における前記最小ストローク位置よりも前記付勢方向側かつ前記最大ストローク位置よりも前記反付勢方向側に、前記軸方向に直交する仮想面である第二仮想境界面を設定し、
    前記磁束制限部は、前記第一仮想境界面よりも前記付勢方向側の領域にあって前記第一仮想境界面よりも前記反付勢方向側の領域に比べて径方向の肉厚が薄く形成され、
    前記径拡大部は、前記第一仮想境界面から前記反付勢方向側に向かって径方向の肉厚が連続的又は段階的に厚くなるように形成され、
    前記コアの軸心線を含む平面により切断した前記コアの軸方向断面における前記第一仮想境界面と前記コアの径方向外面との交点である第一基準点と、前記軸方向断面における前記第二仮想境界面と前記コアの径方向外面との交点である第二基準点と、を結ぶ直線を径拡大基準線として、
    前記径拡大部は、前記径拡大基準線よりも外面が径方向内面側に窪んだ凹部を有し、
    前記プランジャは、油圧制御弁のスプールに連動するように構成され、
    前記油圧制御弁は、前記スプールのストローク範囲における前記反付勢方向側の端部領域に、前記スプールの位置に関係なく出力油圧が一定状態となる非制御領域を有すると共に、前記非制御領域より前記付勢方向側に前記スプールの位置に応じて出力油圧が変化する制御領域を有し、
    前記第二仮想境界面は、前記軸方向における前記最小ストローク位置から前記付勢方向側に、前記非制御領域の前記軸方向の長さに応じた距離だけ離れた位置に設定されているソレノイド駆動装置。
  7. 前記径拡大部は、前記径拡大基準線よりも外面が径方向外面側に突出した凸部を更に有する請求項又はに記載のソレノイド駆動装置。
  8. 前記凸部及び前記凹部は、前記軸方向断面における前記第一仮想境界面と前記第二仮想境界面との間の前記コアの断面積である拡大部断面積が、前記径拡大部の外面を前記径拡大基準線により形成した際の前記コアの断面積である基準断面積よりも、周方向の全周に亘る全ての前記軸方向断面において大きくなるように形成されている請求項1、3、又は7に記載のソレノイド駆動装置。
  9. 前記第二仮想境界面に対して前記付勢方向側に隣接する前記凸部が、前記第二仮想境界面よりも前記反付勢方向側における前記コアの径方向外面と連なる第1外面と、前記第1外面の前記付勢方向側の端部に接続され、前記径拡大基準線よりも前記軸方向に対する傾斜角度が大きい円錐台面状に形成された第2外面と、を有する請求項1、2、又は7に記載のソレノイド駆動装置。
  10. 前記径拡大部は、前記第一仮想境界面から前記反付勢方向側に向かって、前記凸部である第1凸部、前記凹部、前記凸部である第2凸部が順に形成されて構成されている請求項1、2、3、4、7、8、又は9に記載のソレノイド駆動装置。
  11. 前記凹部は、前記軸方向断面において、前記最小ストローク位置に対応する前記コアの径方向内面の点である最小ストローク内面点から前記径拡大基準線への垂線と前記径拡大基準線との交点を含む位置、或いは当該交点を挟んで前記付勢方向側及び前記反付勢方向側の両側に形成されている請求項1から10のいずれか一項に記載のソレノイド駆動装置。
  12. 筒状コイルと、
    前記筒状コイルの径方向内側に配置され、内面が有底筒状に形成されたコアと、
    前記コアの軸方向に沿って変位可能であると共に前記軸方向に沿って前記コアの底面部から離間する方向の付勢力を受け、前記コアの径方向内側に配置されたプランジャと、
    を備え、
    前記底面部に対向する前記プランジャの先端面が、前記筒状コイルへの非通電時に前記付勢力によって前記底面部から最も離間した位置である最大ストローク位置と、前記筒状コイルへの通電により前記底面部に最も近づいた位置である最小ストローク位置との間で、前記筒状コイルへの通電量に応じて変位可能に構成されたソレノイド駆動装置であって、
    前記軸方向に沿って前記付勢力により前記プランジャが付勢される方向を付勢方向とし、当該付勢方向とは反対方向を反付勢方向として、
    前記コアは、前記最大ストローク位置よりも前記付勢方向側の領域に、前記最大ストローク位置よりも前記反付勢方向側の領域に比べて、径方向の肉厚が薄く形成された磁束制限部と、前記磁束制限部の前記反付勢方向側の端部から前記反付勢方向側に向かって径方向の肉厚が厚くなるように形成された径拡大部と、を備え、
    前記コアの軸心線を含む平面により切断した前記コアの軸方向断面における、前記最大ストローク位置に対応する前記コアの径方向外面の点である最大ストローク外面点と、前記最小ストローク位置に対応する前記コアの径方向外面の点である最小ストローク外面点とを結ぶ直線を径拡大基準線として、
    前記径拡大部は、前記径拡大基準線よりも外面が径方向外面側に突出した凸部と、前記径拡大基準線よりも外面が径方向内面側に窪んだ凹部とを有し、
    前記凸部及び前記凹部は、前記軸方向断面における前記最大ストローク位置と前記最小ストローク位置との間の前記コアの断面積である拡大部断面積が、前記径拡大部の外面を前記径拡大基準線により形成した際の前記コアの断面積である基準断面積よりも、周方向の全周に亘る全ての前記軸方向断面において大きくなるように形成されているソレノイド駆動装置。
  13. 前記径拡大部は、前記磁束制限部の前記反付勢方向側の端部から前記反付勢方向側に向かって、前記凸部である第1凸部、前記凹部、前記凸部である第2凸部が順に形成されて構成されている請求項12に記載のソレノイド駆動装置。
  14. 前記凹部は、前記軸方向断面において、前記最小ストローク位置に対応する前記コアの径方向内面の点である最小ストローク内面点から前記径拡大基準線への垂線と前記径拡大基準線との交点を含む位置、或いは当該交点を挟んで前記付勢方向側及び前記反付勢方向側の両側に形成されている請求項12又は13に記載のソレノイド駆動装置。
  15. 前記凹部に対して前記反付勢方向側に隣接する前記凸部が、前記最小ストローク位置よりも前記反付勢方向側における前記コアの径方向外面と連なる第1外面と、前記凹部の前記反付勢方向側の端部から前記第1外面まで前記軸方向に直交する方向に沿って延びる第2外面と、を有する請求項12から14のいずれか一項に記載のソレノイド駆動装置。
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