JP6163336B2 - アクチュエータ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ソレノイドアクチュエータを含むアクチュエータ装置に関する。

特許文献１には、コイルに通電することで発生する磁界によってベース部材に対してプランジャを軸方向に移動させるソレノイドアクチュエータと、プランジャの移動によって駆動される駆動部を有する駆動対象機器と、を備えるアクチュエータ装置が開示されている。

特開２０１０−１３５４６９号公報

このようなアクチュエータ装置では、ソレノイドアクチュエータのケースに形成される取付フランジと、駆動対象機器のハウジングとが、ボルト等の連結機構によって結合される。これにより、ソレノイドアクチュエータと駆動対象機器とが一体的な装置を構成する。

しかしながら、ソレノイドアクチュエータのケースと駆動対象機器のハウジングとが異なる材料によって形成されている場合、アクチュエータ装置の温度が高くなった時等にケースとハウジングの熱膨張係数の違いに起因して、ケースとハウジングを連結する連結機構の結合力が低下するおそれがある。このようにソレノイドアクチュエータのケースと駆動対象機器のハウジングとの結合力が低下すると、ケースとハウジングとの間でガタが発生してしまう。

そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ソレノイドアクチュエータのケースと駆動対象機器のハウジングの間でのガタの発生を防止できるアクチュエータ装置を提供することを目的とする。

本発明は、コイルに通電することで発生する磁界によってベース部材に対してプランジャを軸方向に移動させるソレノイドアクチュエータと、前記プランジャの移動によって駆動される駆動部を有する駆動対象機器と、を備えるアクチュエータ装置であって、前記ソレノイドアクチュエータの構成部材を収容するアクチュエータケースと、前記アクチュエータケースとは異なる材料によって形成され、前記駆動対象機器の構成部材を収容するハウジングと、前記ハウジングの端面が前記アクチュエータケース内に設置された前記ベース部材の端面と対向した状態で、前記ハウジングと前記アクチュエータケースとを軸方向に連結する連結機構と、前記ハウジングの端面と前記ベース部材の端面の間に設けられ、前記ハウジングを軸方向に付勢する付勢部材と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、駆動対象機器のハウジングの端面とソレノイドアクチュエータのベース部材の端面の間に配設される付勢部材が、連結機構の結合力を高めるようにハウジングを付勢するので、アクチュエータケースとハウジングの熱膨張係数が異なる場合であっても、熱負荷作用時における連結機構の結合力の低下を抑制できる。これにより、ケースとハウジングの間でのガタの発生を防止することが可能となる。

本発明の実施形態によるアクチュエータ装置の斜視断面図である。 アクチュエータ装置の縦断面図である。 本実施形態の第１変形例によるアクチュエータ装置の縦断面図である。 本実施形態の第２変形例によるアクチュエータ装置の縦断面図である。

以下、図１及び図２を参照して、本発明の実施形態によるアクチュエータ装置１について説明する。

図１及び図２に示すように、アクチュエータ装置１は、駆動対象機器としてのバルブ装置１０と、バルブ装置１０を駆動するソレノイドアクチュエータ２０と、を備える。

バルブ装置１０は、作動油（作動流体）が流れる流路に設置されるスプール弁である。バルブ装置１０は、円筒状のバルブスリーブ１１と、バルブスリーブ１１内に摺動自在に設けられるスプール１２と、を有している。バルブスリーブ１１は、スプール１２を収容するハウジングとして構成されており、アルミニウムによって形成されている。スプール１２は、ソレノイドアクチュエータ２０によって駆動される駆動部として構成されており、バルブスリーブ１１内をスリーブ軸方向に移動する。

バルブ装置１０は、スプール１２の位置に応じて、バルブスリーブ１１を通過して流路に流れ込む作動油の流量を調整するように構成されている。

図２に示すように、ソレノイドアクチュエータ２０は、アクチュエータケースとしてのケース３０と、ボビン４０に巻き回されたコイル４１と、ボビン４０の内周面４０Ｃに嵌め込まれるスリーブ５０及びベース６０と、可動鉄心としてのプランジャ７０と、を備える。ソレノイドアクチュエータ２０は、コイル４１に通電することで発生する磁界によって、プランジャ７０を軸方向に移動させる電磁アクチュエータである。

ケース３０は、磁性材（例えば鉄）によって形成された有底円筒状部材であって、ソレノイドアクチュエータ２０を構成する各種部材を収容する収容枠である。ケース３０の先端は開口端３０Ａであって、この開口端３０Ａはバルブ装置１０のバルブスリーブ１１の一端をかしめ固定するかしめ部３１として構成されている。

ボビン４０は、両端に鍔部４０Ａ，４０Ｂを有する円筒状部材である。ボビン４０は、電気絶縁性の樹脂によって形成されている。鍔部４０Ａ，４０Ｂの間のボビン胴体部の外周面に巻き回された導電性線材がコイル４１を構成する。ボビン４０の鍔部４０Ａには、コイル４１に電気的に接続されるターミナル４２が設けられている。

ボビン４０は、コイル４１が巻き回された状態でケース３０内に配置される。このように配置された状態では、ボビン４０のターミナル４２は、ケース３０の切欠部３２を通じて外部に突出する。ターミナル４２を介してコイル４１に電流を流すことで、コイル４１の周囲に磁界が発生する。

ボビン４０の内側には、磁路を構成する部材としてスリーブ５０及びベース６０が設置される。

スリーブ５０は、磁性材（例えば鉄）によって形成された円筒状部材である。スリーブ５０はボビン４０の基端寄りの内周面に圧入され、このように圧入された状態においてスリーブ５０の基端面はケース３０の底面に当接する。

ベース６０は、磁性材（例えば鉄）によって形成された円筒状部材である。ベース６０は、その基端部分がボビン４０の先端寄りの内周面に圧入されるように構成されている。ボビン４０の内側に配設されるベース６０及びスリーブ５０は軸方向に並んで設置される。ベース６０はケース３０の開口端側に配置され、スリーブ５０はケース３０の底面側に配置される。

ベース６０及びスリーブ５０は、非磁性材によって形成される円筒状のフィラーリング２１によって連結されている。フィラーリング２１の一端はスリーブ５０の先端外周面に形成された環状凹部５１に外嵌めされ、フィラーリング２１の他端はベース６０の基端外周面に形成された環状凹部６１に外嵌めされる。このようにフィラーリング２１が固定されることで、スリーブ５０とベース６０とが軸方向に離間した状態となり、スリーブ５０の先端とベース６０の基端との間に隙間が形成される。

ベース６０の先端には、径方向外側に突出する鍔部６４が形成されている。ベース６０がボビン４０に取り付けられた状態では、ベース６０の鍔部６４とボビン４０の鍔部４０Ａが対向する。ベース６０の鍔部６４とボビン４０の鍔部４０Ａとの間には、リング状のウェーブワッシャ２２が配設される。ボビン４０は、ウェーブワッシャ２２によって鍔部４０Ｂがケース３０の底面に当接するように付勢された状態で、ケース３０内に設けられる。これにより、ケース３０内におけるボビン４０のケース軸方向のガタつきを抑制することができる。

プランジャ７０は、磁性材（例えば鉄）によって形成された円筒状部材である。プランジャ７０は、非磁性材によって形成されたシャフト７１の外周面にかしめ固定されている。シャフト７１は、プランジャ７０の貫通孔を通じて、当該プランジャ７０を軸方向に貫通している。プランジャ７０は、シャフト７１の略中央位置に固定されている。シャフト７１は、その先端面がバルブ装置１０のスプール１２の端面に当接するように構成されている。プランジャアッシーを構成するプランジャ７０及びシャフト７１は、スリーブ５０及びベース６０の内部を移動可能に配設される。

スリーブ５０の基端側の内部は小径孔５２として形成されており、スリーブ５０の先端側の内部は小径孔５２よりも内径の大きい大径孔５３として形成されている。一方、ベース６０の先端側の内部は小径孔６２として形成されており、ベース６０の基端側の内部は小径孔６２よりも内径の大きい大径孔６３として形成されている。なお、大径孔５３，６３の内径はプランジャ７０の外径よりも僅かに大きく形成されており、小径孔５２，６２の内径はシャフト７１の外径よりも大きく形成されている。

スリーブ５０の大径孔５３とベース６０の大径孔６３とは、シャフト７１に固定されたプランジャ７０が軸方向に移動可能なプランジャ室２３を形成する。スリーブ５０及びベース６０の各小径孔５２，６２はそれぞれシャフト７１が軸方向に移動可能なシャフト室２４，２５を形成する。

スリーブ５０の大径孔５３には、プランジャ７０を摺動可能に支持するブッシュ２６が設けられている。ブッシュ２６は、非磁性材によって形成されている。ブッシュ２６の内径は、スリーブ５０の大径孔５３及びベース６０の大径孔６３の内径より僅かに小さく設定される。このようなブッシュ２６を介してプランジャ７０を摺動自在に支持することで、プランジャ７０の外周面と大径孔５３及び大径孔６３の内周面との接触が防止される。

ベース６０の小径孔６２と大径孔６３との境界位置に形成される段差部には、リング状のワッシャ２７が設けられている。ワッシャ２７は、非磁性材によって形成されている。このワッシャ２７は、プランジャ７０の最大駆動位置を規定するストッパ部材として機能する。

なお、プランジャ７０の外周面には、ベース６０側のプランジャ室２３と、スリーブ５０側のプランジャ室２３とを連通する連通溝７０Ａが軸方向に沿って複数形成されている。したがって、プランジャ室２３及びシャフト室２４，２５は、連通溝７０Ａを通じて、常時連通した状態となっている。バルブ装置１０に連結されるソレノイドアクチュエータ２０のベース６０及びスリーブ５０内は作動油で満たされるが、プランジャ室２３及びシャフト室２４，２５内の作動油はプランジャ７０の移動に応じて移動するので、プランジャ７０の移動が作動油によって妨げられることがない。

上記のように構成されるソレノイドアクチュエータ２０は、バルブ装置１０に連結される。バルブ装置１０のバルブスリーブ１１は、ソレノイドアクチュエータ２０のケース３０内に挿入される端部にフランジ部１１Ａを備える。フランジ部１１Ａは、バルブスリーブ１１の端部から径方向外側に突出形成されている。フランジ部１１Ａは、基端側（ベース６０側）に向かって拡径するテーパ状突起として形成されている。

フランジ部１１Ａを含むバルブスリーブ１１の基端は、ソレノイドアクチュエータ２０のケース３０の開口端３０Ａを通じて、当該ケース３０内に挿入される。バルブスリーブ１１は、その基端面がベース６０の先端面と対向するように配置される。バルブスリーブ１１の基端面とベース６０の先端面との間には、付勢部材としてのウェーブワッシャ２８が設けられる。

ケース３０の開口端３０Ａは外側からバルブスリーブ１１のフランジ部１１Ａに対してかしめられるかしめ部３１として構成されており、かしめ部３１がテーパ状のフランジ部１１Ａに覆い被さるように係合することで、バルブ装置１０とソレノイドアクチュエータ２０とが互いに結合される。ケース３０のかしめ部３１は、当該ケース３０の開口端３０Ａを内側に曲げ加工することによって形成される。

上記の通り、バルブスリーブ１１のフランジ部１１Ａ及びケース３０のかしめ部３１は、バルブ装置１０のバルブスリーブ１１とソレノイドアクチュエータ２０のケース３０を軸方向に連結する連結機構８０を構成している。

本実施形態では、バルブ装置１０のバルブスリーブ１１は軽量化を図るためアルミニウムで形成されるのに対して、ソレノイドアクチュエータ２０のケース３０は磁路を形成するため磁性材である鉄で形成される。つまり、バルブスリーブ１１とケース３０は、異なる材料によって形成されている。

このように、ソレノイドアクチュエータのケースとバルブ装置のバルブスリーブが異なる材料によって形成されている場合、アクチュエータ装置の温度が高くなった時（熱負荷作用時）等に、ケースとバルブスリーブの熱膨張係数の違いに起因して、ケースとバルブスリーブのかしめ固定部分の結合力が低下することがある。ソレノイドアクチュエータのケースとバルブ装置のバルブスリーブの結合力が低下すると、ケースとバルブスリーブとの間でガタが発生してしまう。このようにガタが発生すると、ベースやスリーブ、プランジャの位置関係がずれ、磁路の流れが変化し、プランジャ動作が不安定となって、ソレノイドアクチュエータの駆動性能が低下する。また、バルブスリーブがケースに対して振動し、騒音が発生してしまうおそれもある。

本実施形態のアクチュエータ装置１では、バルブスリーブ１１の基端面とベース６０の先端面との間にウェーブワッシャ２８が（図２参照）設けられており、このウェーブワッシャ２８がバルブスリーブ１１を軸方向に付勢している。ウェーブワッシャ２８の付勢力はフランジ部１１Ａをかしめ部３１に押し付けるようにバルブスリーブ１１に作用するため、ケース３０とバルブスリーブ１１の熱膨張係数が異なる場合であっても、熱負荷作用時におけるかしめ部３１とフランジ部１１Ａとの結合力の低下を抑制することができる。

なお、図１においては、ウェーブワッシャ２８の記載を省略している。また、かしめ固定の結合力を高める付勢部材として、ウェーブワッシャ２８の代わりに、スプリングワッシャやバネ等を配置してもよい。

上記のように構成されるアクチュエータ装置１では、ソレノイドアクチュエータ２０のコイル４１に電流が通電されていない場合、シャフト７１は、図示しないスプリングによって付勢されたスプール１２によって図２中右方向に押され、シャフト７１の一端がケース３０の底面に当接した状態で停止する。この時、プランジャ７０は、図２に示すように初期位置に位置している。

これに対して、ソレノイドアクチュエータ２０のコイル４１に電流が通電されると、コイル４１の周囲に磁界が発生し、この磁界によってプランジャ７０が図２中左方向に移動する。プランジャ７０の移動に伴って、シャフト７１がスプール１２を左方向に移動させる。スプール１２は、プランジャ推力とスプール１２を付勢するスプリングの付勢力とが釣り合う位置まで移動する。このようにスプール１２が移動することで、バルブスリーブ１１を通過して流路に流れ込む作動油の流量が調整される。

なお、プランジャ７０を左方向に移動させるプランジャ推力は、コイル４１に通電する電流値を調整することで制御される。

上記した本実施形態のアクチュエータ装置１によれば、以下に示す効果を奏する。

アクチュエータ装置１では、バルブ装置１０のバルブスリーブ１１とソレノイドアクチュエータ２０のケース３０は、異なる材料によって形成されており、バルブスリーブ１１のフランジ部１１Ａ及びケース３０のかしめ部３１によって構成される連結機構８０を介して軸方向に連結されている。バルブスリーブ１１の端面とベース６０の端面の間には、フランジ部１１Ａをかしめ部３１に押し付けるようにバルブスリーブ１１を付勢するウェーブワッシャ２８が設けられているので、ケース３０とバルブスリーブ１１の熱膨張係数が異なる場合であっても、熱負荷作用時におけるかしめ部３１とフランジ部１１Ａとの結合力の低下を抑制できる。したがって、ソレノイドアクチュエータ２０のケース３０とバルブ装置１０のバルブスリーブ１１のかしめ固定部分の緩みを抑えられ、ケース３０とバルブスリーブ１１の間でのガタの発生を防止することが可能となる。これにより、ソレノイドアクチュエータ２０の駆動性能の低下を防止でき、ガタに起因する騒音の発生を防止できる。

また、アクチュエータ装置１では、バルブスリーブ１１のフランジ部１１Ａは、基端側に向かって拡径するようにテーパ状に形成される。このようにフランジ部１１Ａの外周面をテーパ面とすることで、ケース３０の開口端３０Ａを曲げ加工してかしめ部３１を形成するかしめ作業が容易となる。

次に、図３を参照して、本実施形態の第１変形例によるアクチュエータ装置１について説明する。

図３に示すように、第１変形例によるアクチュエータ装置１では、ソレノイドアクチュエータ２０のベース６０の端面に、バルブスリーブ１１を付勢する付勢部材６５が一体形成されている。付勢部材６５は、ベース６０端面の径方向外側寄りの位置から突出し、先端に向かって径方向内側に傾斜するように形成された板バネ部材である。付勢部材６５は、必要に応じて複数設けられる。

このように、本実施形態の第１変形例では、ウェーブワッシャ２８を使用せずに、バルブスリーブ１１と対向するベース６０の端面に付勢部材６５を一体形成する。付勢部材６５の付勢力はフランジ部１１Ａをかしめ部３１に押し付けるようにバルブスリーブ１１に作用するため、熱負荷作用時におけるかしめ部３１とフランジ部１１Ａとの結合力の低下を抑制することができる。したがって、ケース３０とバルブスリーブ１１の間でのガタの発生を防止することが可能となる。これにより、ソレノイドアクチュエータ２０の駆動性能の低下を防止でき、ガタに起因する騒音の発生を防止できる。

なお、本実施形態の第１変形例では、ベース６０の端面に付勢部材６５を形成したが、ベース６０の端面ではなく、ベース６０が対向するバルブスリーブ１１の端面に付勢部材を一体形成してもよい。また、バルブスリーブ１１及びベース６０の両端面のそれぞれに付勢部材を一体形成してもよい。

次に、図４を参照して、本実施形態の第２変形例によるアクチュエータ装置１について説明する。

図４に示すように、第２変形例によるアクチュエータ装置１では、バルブ装置１０のバルブスリーブ１１とソレノイドアクチュエータ２０のケース３０は、かしめ固定によって結合されるのではなく、連結機構８０のボルト８１によって結合される。

ソレノイドアクチュエータ２０のケース３０の開口端３０Ａには、ケース径方向に真っすぐ突出する平板状の鍔部３３が形成されている。ケース３０の鍔部３３にはボルト８１を挿通させる図示しない挿通孔が形成されている。

一方、バルブ装置１０のバルブスリーブ１１のフランジ部１１Ａは、テーパ状ではなく、スリーブ径方向に真っすぐ突出する平板状鍔部として形成されている。バルブスリーブ１１のフランジ部１１Ａには、ボルト８１と螺合する図示しないネジ穴が形成されている。

バルブスリーブ１１とケース３０は、フランジ部１１Ａと鍔部３３が当接した状態で軸方向に並設され、鍔部３３の挿通孔を通じてフランジ部１１Ａのネジ穴に螺合するボルト８１によって連結される。このように第２変形例では、連結機構８０は、ボルト８１、ケース３０の鍔部３３、及びバルブスリーブ１１のフランジ部１１Ａによって構成される。

第２変形例によるアクチュエータ装置１においても、バルブスリーブ１１の基端面とベース６０の先端面との間にウェーブワッシャ２８が設けられており、ウェーブワッシャ２８の付勢力はバルブスリーブ１１及びケース３０を軸方向に連結するボルト８１の結合力を高めるようにバルブスリーブ１１に作用する。そのため、ケース３０とバルブスリーブ１１の熱膨張係数が異なる場合であっても、熱負荷作用時におけるボルト８１の緩みを抑えられ、ケース３０とバルブスリーブ１１の間でのガタの発生を防止することが可能となる。これにより、ソレノイドアクチュエータ２０の駆動性能の低下を防止でき、ガタに起因する騒音の発生を防止できる。

なお、第２変形例のアクチュエータ装置１では、バルブスリーブ１１のフランジ部１１Ａとケース３０の鍔部３３をボルト８１によって連結したが、バルブスリーブ１１のフランジ部１１Ａとケース３０の鍔部３３を溶接によって連結してもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

アクチュエータ装置１は、ソレノイドアクチュエータ２０によってバルブ装置１０のスプール１２を駆動するように構成されている。しかしながら、アクチュエータ装置１は、ソレノイドアクチュエータ２０によって、バルブ装置１０以外の駆動対象機器の可動部を駆動するように構成されてもよい。この場合においても、可動部を収容する駆動対象機器のハウジングと、ソレノイドアクチュエータ２０のケース３０内に配設されるベース６０との間に、ウェーブワッシャ等の付勢部材が配設される。

１ アクチュエータ装置
１０ バルブ装置
１１ バルブスリーブ
１１Ａ フランジ部
１２ スプール
２０ ソレノイドアクチュエータ
２８ ウェーブワッシャ
３０ ケース
３０Ａ 開口端
３１ かしめ部
３３ 鍔部
４１ コイル
５０ スリーブ
６０ ベース
６５ 付勢部材
７０ プランジャ
７１ シャフト
８０ 連結機構
８１ ボルト

Claims (5)

1. コイルに通電することで発生する磁界によってベース部材に対してプランジャを軸方向に移動させるソレノイドアクチュエータと、前記プランジャの移動によって駆動される駆動部を有する駆動対象機器と、を備えるアクチュエータ装置であって、
   前記ソレノイドアクチュエータの構成部材を収容するアクチュエータケースと、
   前記アクチュエータケースとは異なる材料によって形成され、前記駆動対象機器の構成部材を収容するハウジングと、
   前記ハウジングの端面が前記アクチュエータケース内に設置された前記ベース部材の端面と対向した状態で、前記ハウジングと前記アクチュエータケースとを軸方向に連結する連結機構と、
   前記ハウジングの端面と前記ベース部材の端面の間に設けられ、前記ハウジングを軸方向に付勢する付勢部材と、
   を備えることを特徴とするアクチュエータ装置。
2. 前記連結機構は、
   前記ハウジングの一端に径方向外側に突出して形成されるとともに、前記アクチュエータケース内に挿入されるフランジ部と、
   前記アクチュエータケースの開口端が前記フランジ部に対してかしめられて形成されるかしめ部と、から構成される、
   ことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ装置。
3. 前記フランジ部は、一端側に向かって拡径するようにテーパ状に形成される、
   ことを特徴とする請求項２に記載のアクチュエータ装置。
4. 前記付勢部材は、前記ハウジングの端面と前記ベース部材との間に設けられるウェーブワッシャである、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のアクチュエータ装置。
5. 前記付勢部材は、前記ハウジング及び前記ベース部材の一方の端面に、又は前記ハウジング及び前記ベース部材の両端面のそれぞれに一体形成される、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のアクチュエータ装置。

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