JP6245632B2 - リニアソレノイドバルブ - Google Patents

Description

本発明は、後端に底部を有する磁性の円筒状のハウジングと、前記底部より延出して前記ハウジングに囲繞される円筒状のヨークと、前記ハウジングの前端に接続されて、前記ヨークと軸方向に隣接する固定コアと、この固定コア及び前記ヨークを囲繞するように前記ハウジングに収容されるコイルと、前記固定コアに対向するように前記ヨークの中空部に摺動可能に挿入される可動コアとを備え、前記底部を、前記コイルの後端に対向する第１底壁と、前記可動コアの後端に対向する、前記第１底壁よりも肉厚が薄い第２底壁とで構成し、前記可動コアの後端面に、前記第２底壁に当接してその不作動位置を規定する突起を形成して、該可動コアが前記不作動位置にあるとき、該可動コアの後端面及び前記第２底壁間にギャップを設け、前記可動コアを、前記コイルへの通電量に応じて前記固定コア側に変位させるようにしたリニアソレノイドを使用したリニアソレノイドバルブの改良に関する。

かゝるリニアソレノイドとして、特許文献１に開示されるようなものが知られている。

特開２００５−２７６９６６号公報

上記特許文献１に記載されるリニアソレノイドでは、可動コアの後端面に対向する第２底壁を、コイルの後端面に対向する第１底壁よりも肉厚を薄くして、コイルの通電時、第２底壁側には磁束が流れ難くし、また可動コアの後端面に、第２底壁に当接してその不作動位置を規定する突起を形成して、その突起周りの前記可動コア及び前記第２底壁間にギャップを設けることにより、第２底壁及び可動コア間で磁路遮断を極力図り、これらによりコイルへの通電初期でも、可動コアの前進推力に多少とも妨げとなる後退推力の発生を抑えるようにしている。

しかしながら、上記のものでは、第１及び第２底壁の外面が連続した平坦面になっているため、コイルへの通電初期には、限られた磁束とは言え、第１底壁から第２底壁へと流れ易く、それがさらに可動コアの後端面の突起へと流れ、これにより可動コアに対する後退磁力が発生することになる。

本発明は、かゝる事情に鑑みてなされたもので、コイルへの通電初期において、磁束が第１底壁から第２底壁へ向かう磁束の流れを更に抑制して、可動コアに対する後退磁力の発生を抑え、可動コアの前進推力特性を良好にし得るリニアソレノイドを提供し、そのリニアソレノイドを使用したリニアソレノイドバルブを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、後端に底部を有する磁性の円筒状のハウジング、前記底部より延出して前記ハウジングに囲繞される円筒状のヨーク、前記ハウジングの前端に接続されて、前記ヨークと軸方向に隣接する固定コア、この固定コア及び前記ヨークを囲繞するように前記ハウジングに収容されるコイル、並びに、前記固定コアに対向するように前記ヨークの中空部に摺動可能に挿入される可動コアを備え、前記底部を、前記コイルの後端に対向する第１底壁と、前記可動コアの後端に対向する、前記第１底壁よりも肉厚が薄い第２底壁とで構成し、前記可動コアの後端面に、前記第２底壁に当接してその不作動位置を規定する突起を形成して、該可動コアが前記不作動位置にあるとき、該可動コアの後端面及び前記第２底壁間にギャップが生じるようにし、前記可動コアを、前記コイルへの通電量に応じて前記固定コア側に変位させるようにしたリニアソレノイドと、
このリニアソレノイドにより作動し、前記ハウジングの前端部に連結され、前記可動コアの移動方向に延びる弁案内孔の内周面に開口する複数のポートを有するバルブボディと、前記弁案内孔に摺動自在に嵌装されると共に前記可動コアの前方端面に当接され、前記可動コアの移動に応じて前記ポート間に流通される作動オイルの流通及び遮断を制御する弁体と、この弁体を前記可動コアの不作動位置に向けて付勢する戻しばねとを備えるバルブとからなり、
前記固定コア及び前記ヨークの内部が前記バルブボディの内部と連通していて、前記作動オイルで満たされているリニアソレノイドバルブにおいて、
前記可動コアが前記不作動位置にあるとき、該可動コアの後端面が前記第１底壁の外面より後方に来るように前記第２底壁を前記第１底壁より後方にオフセットし、前記可動コアに、その軸心からずれた位置で両端面間を連通する連通孔を設け、前記突起を、前記後端面からの突出高さが前記オフセットより低くてその周縁が前記連通孔に隣り合わせるように設けられる緩球面状の突起としたことを第１の特徴とする。

さらに本発明は、第１の特徴に加えて、前記可動コアを純鉄系軟磁性材料で構成して、前記突起を含むその表面に５〜２４μｍ以下の膜厚を有する無電解ニッケル・燐メッキ層を形成したことを第２の特徴とする。

本発明の第１の特徴によれば、可動コアが後退限に存するコイルへの通電初期には、薄肉の第２底壁全体が、第１底壁の後面より後方にオフセットして配置されること、可動コアの後端面と第２底壁との間に磁路遮断のためのギャップが設けられること、並びに可動コアの後端面が、第１底壁の後端面よりも後方に位置することにより、磁束がハウジングの第１底壁から第２底壁を経て可動コアの後端部に回り込むことを効果的に抑制することができ、したがって、磁束が可動コアの後端部に流れることにより発生する可動コアの後退力は、殆どゼロに等しくなり、可動コアの前進推力特性、延いては応答性を向上させることができ、また、前記突起を、これが前記第２底壁に略点接触するよう緩球面状に形成したので、コイルへの通電初期には、第２底壁から突起に流れる磁束は、直ちに飽和することになり、第２底壁を経て可動コアの後端部に流れる磁束を、より効果的に抑制することができ、可動コアの前進推力特性を一層向上させることができる。しかも可動コアが、ヨークとの間の摺動間隙の範囲で傾動する際には、突起が第２底壁の内面上を転がることになり、突起による第２底壁の内面への傷つきを防ぐことができるとともに、固定コアの後退限を常に適正に保つことができる。

さらに、リニアソレノイドを用いて、弁体により複数のポート間の連通及び遮断を制御するリニアソレノイドバルブを構成することができると共に、弁体の戻しばねの付勢力を利用して、リニアソレノイドの可動コアを後退方向に付勢することができ、したがってリニアソレノイドには可動コアのための特別な戻しばねを設ける必要がない。

本発明の第２の特徴によれば、可動コアを、純鉄系軟磁性材料製としたことから、フェライト系ステンレス鋼よりも優れた磁気特性を発揮することができる。しかも、可動コアの表面には５〜２４μｍ以下の膜厚を有する無電解ニッケル・燐メッキ層を形成したことで、可動コア本体の硬度が低くても、その表面硬度が上がり、可動コアとヨークとの摩擦や、突起と第２底壁との当接による可動コアの摩耗を長期にわたり防ぐことができ、リニアソレノイドの耐久性を高めることができる。

本発明の実施形態に係るリニアソレノイドバルブの縦断側面図。 図１中のリニアソレノイド部の拡大図。 通電初期に生じる磁束の状態を示す、図２との対応図。

本発明の実施形態を、添付図面に基づいて以下に説明する。

先ず図１において、リニアソレノイドバルブ１は、リニアソレノイド２と、これにより作動されるバルブ３とよりなっている。バルブ３は例えば自動車の変速用であり、バルブボディ４と弁体５とで構成される。バルブボディ４は、その軸方向に延びる弁案内孔６と、この弁案内孔６に開口する入力ポート７、出力ポート８及び排出ポート９とを有しており、出力ポート８の両側に入力ポート７及び排出ポート９が配置される。入力ポート７は、油圧ポンプ１０の吐出側に接続され、出力ポート８は、油圧変速制御機構１１の入力側に接続され、排出ポート９はオイルリザーバ１２に開放される。

一方、弁体５は、前記弁案内孔６に嵌装されるスプール型に形成されていて、出力ポート８及び排出ポート９間を遮断すると共に入力ポート７及び出力ポート８間を連通する後退位置Ａと、出力ポート８を、入力ポート７及び排出ポート９の何れとも遮断する中間位置Ｂと、入力ポート７及び出力ポート８間を遮断すると共に、出力ポート８及び排出ポート９間を連通する前進位置Ｃとの間を直線的に変位するようになっている。

またバルブボディ４には、リニアソレノイド２とは反対側の端部に弁案内孔６の外端を閉鎖するプラグ１３が螺着され、このプラグ１３と弁体５との間に、弁体５を前記後退位置Ａ側へ付勢する戻しばね１４が縮設される。プラグ１３には、バルブボディ４の内周面に密接するシール部材１５が装着されている。

次に、図２によりリニアソレノイド２の構成について説明する。

リニアソレノイド２は、ハウジング２０、ヨーク２１、固定コア２２、コイル組立体２３及び可動コア２４を構成要素とする。

ハウジング２０は磁性体で構成されるもので、円筒状の周壁部２０ａと、その後端に一体に連なる底部２０ｂとよりなっている。

ヨーク２１は、前記底部２０ｂより前方に延出する円筒状をなすもので、ハウジング２０内に、それと同心状に配置される。

固定コア２２は、円筒状をなしてヨーク２１の前端に同軸で対向するように配置されるもので、その前端には、バルブボディ４の連結フランジ４ａに接続されるフランジ２２ａを一体に有する。

コイル組立体２３は、合成樹脂製のボビン２５と、これに巻装されるコイル２６とで構成され、ヨーク２１及び固定コア２２を囲繞するようにハウジング２０に収容される。ボビン２５の前端フランジ２５ａでは、コイル２６への給電用端子２７の基部が埋設して支持される。

ヨーク２１の内周面には軸受ブッシュ２８が嵌着されており、固定コア２２に前端を対向させる可動コア２４が、この軸受ブッシュ２８に摺動自在に嵌装される。

ハウジング２０の底部２０ｂは、コイル２６の後端に対向する環状の第１底壁２０ｂ１と、可動コア２４の後端に対向して底部２０ｂの中心部をなす円形の第２底壁２０ｂ２とよりなっており、第１底壁２０ｂ１は、ハウジング２０の周壁部２０ａよりも肉厚が厚く形成され、第２底壁２０ｂ２は、第１底壁２０ｂ１よりも肉厚が薄く形成されると共に、第２底壁２０ｂ２全体が、第１底壁２０ｂ１の後面より後方にオフセット２９して配置される。

可動コア２４の後端面２４ａには、前記第２底壁２０ｂ２に当接して可動コア２４の不作動位置、即ち後退限を規定する突起３０が形成され、これにより、可動コア２４の後退限では、突起３０周りの可動コア２４の後端面２４ａと第２底壁２０ｂ２との間に磁路遮断のためのギャップｇが発生するようになっている。このギャップｇは、０．８ｍｍ±（製作誤差）に設定される。

また可動コア２４の後退限では、可動コア２４の後端面２４ａが、前記第１底壁２０ｂ１の後端面よりも後方に位置するように、前記第１底壁２０ｂ１及び突起３０は形成され、また上記突起３０は、第２底壁２０ｂ２に略点接触するように緩球面状に形成される。

また可動コア２４は、純鉄系軟磁性材料で構成され、その全表面には、５〜２４μｍ（平均１０〜１２μｍ）の膜厚を有する無電解ニッケル・燐メッキ（ＭｃＦＮｉ−Ｐ）層３１が形成される。

固定コア２２の後端面には、先端側を小径とする截頭円錐面３３と、この截頭円錐面３３に囲繞される円形の可動コア受容凹部３４とが形成される。この可動コア受容凹部３４の底面には、それと同軸で固定コア２２の中心を貫通する中心孔３５が開口し、この中心孔３５には、可動コア受容凹部３４の底面に配置されるストッパフランジ３６ａを持ったカラー３６が圧入により固定される。可動コア受容凹部３４には、可動コア２４の作動時、その前端部が進入するようになっている。

前記ハウジング２０は、その開口端側に、環状の肩部３８を介して連なる薄肉筒部３９を一体に有しており、前記固定コア２２のフランジ２２ａは、この薄肉筒部３９の内周面に嵌合して肩部３８に当接する。

一方、前記バルブボディ４の、前記プラグ１３と反対側の後端部には、連結フランジ４ａが形成されており、この連結フランジ４ａが固定コア２２の外端面に当接するように薄肉筒部３９の内周面に嵌合される。そして薄肉筒部３９の端縁を半径方向内向きにかしめることにより、連結フランジ４ａは、固定コア２２及びハウジング２０と一体に連結される。符号４０は、薄肉筒部３９のかしめ部を示す。前記弁体５は、戻しばね１４の付勢力をもって可動コア２４を後退限に保持する。こうして、リニアソレノイドバルブ１は構成される。

固定コア２２及びヨーク２１の内部は、バルブボディ４の内部と連通していて、作動オイルで満たされており、可動コア２４は、その両端面間を連通する連通孔４１が設けられ、その軸方向の移動時、作動オイルが連通孔４１を流通して、その移動を阻害しないようになっている。

次に、この実施形態の作用について説明する。

コイル２６の非通電時には、図１及び図２に示すように、弁体５が戻しばね１４の付勢力をもって可動コア２４を後退限に保持している。即ち、可動コア２４の後端の球面状の突起３０がハウジング２０の底部２０ｂの第２底壁２０ｂ２に略点接触の状態で当接することで、可動コア２４は後退限に保持される。一方、弁体５は、後退位置Ａを占めて出力ポート８及び排出ポート９間を遮断すると共に入力ポート７及び出力ポート８間を連通する。

いま、コイル２６への通電を開始すると、図３に示すように、コイル２６周りに発生する磁束Ｆの大部分は、ハウジング２０の周壁部２０ａ、ハウジング２０の厚肉の第１底壁２０ｂ１、ヨーク２１、可動コア、固定コア２２及びハウジング２０の周壁部２０ａへと流れることで、固定コア２２及び可動コア２４間に、可動コア２４を前進させる吸引力（前進推力）が発生する。

ところが、可動コア２４は、その後退限では、後端の突起３０をハウジング２０の第２底壁２０ｂ２に当接させているので、一部の磁束Ｆが、固定コア２２の第１底壁２０ｂ１から第２底壁２０ｂ２を経て可動コア２４の後端部に流れ込もうとする。

しかしながら、本発明では、第２底壁２０ｂ２全体が、第１底壁２０ｂ１の後面より後方にオフセット２９して配置され、さらに可動コア２４の後退限では、可動コア２４の後端面２４ａと第２底壁２０ｂ２との間に磁路遮断のためのギャップｇが設けられ、さらにまた可動コア２４の後退限では、可動コア２４の後端面２４ａが、前記第１底壁２０ｂ１の後端面よりも後方に位置するようになっているので、一部の磁束Ｆは、固定コア２２の第１底壁２０ｂ１から、その後方にオフセット２９した第２底壁２０ｂ２には回り込み難く、しかも第２底壁２０ｂ２は第１底壁２０ｂ１よりも薄肉のため、第２底壁２０ｂ２では磁束Ｆが飽和し易く、その上、ギャップｇが磁気遮断効果を発揮することから、第２底壁２０ｂ２を経て可動コア２４の後端部に流れる磁束Ｆを効果的に抑制することができる。

さらに上記突起３０は、球面状に形成されて第２底壁２０ｂ２に略点接触状態で当接するので、第２底壁２０ｂ２から突起３０に流れる磁束Ｆは、直ちに飽和することになり、第２底壁２０ｂ２を経て可動コア２４の後端部に流れる磁束Ｆを、より効果的に抑制することができる。

したがって、磁束Ｆの一部が可動コア２４の後端部に流れることにより発生する可動コア２４の後退力は、殆どゼロに等しく、可動コア２４には前進推力を効率良く付与することができて、可動コア２４の応答性を高めることができる。

而して、コイル２６への電流を増加させていくと、可動コア２４の前進推力が比例的に増加し、可動コア２４は、固定コア２２の可動コア受容凹部３４内に進入するように直線的に変位しながら弁体５を応動することになり、弁体５は、中間位置Ｂ、即ち出力ポート８を、入力ポート７及び排出ポート９の何れとも遮断する状態を経て、前進位置Ｃ、即ち入力ポート７及び出力ポート８間を遮断すると共に、出力ポート８及び排出ポート９間を連通する状態へと作動される。

ところで、可動コア２４は、純鉄系軟磁性材料製であることから、フェライト系ステンレス鋼よりも優れた磁気特性を発揮することができる。しかしながら、この可動コア２４は、フェライト系ステンレス鋼よりも硬度が低いが、その表面には５〜２４μｍ以下の膜厚を有する無電解ニッケル・燐メッキ層３１が形成されるので、その表面硬度が高められ、可動コア２４と軸受ブッシュ２８との摩擦や、突起３０と第２底壁２０ｂ２との当接、可動コア２４と弁体５との当接による可動コア２４の摩耗を長期にわたり防ぐことができ、リニアソレノイド２の耐久性を高めることができる。

また第２底壁２０ｂ２の内面に当接する可動コア２４の後端の突起３０は球面状に形成されているので、可動コア２４が、ヨーク２１との間の摺動間隙の範囲で傾動する際には、突起３０が第２底壁２０ｂ２の内面上を転がることになり、突起３０による第２底壁２０ｂ２の内面への傷つきを防ぐことができるとともに、可動コア２４の後退限を常に適正に保つことができる。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。

１・・・・・リニアソレノイドバルブ
２・・・・・リニアソレノイド
３・・・・・バルブ
４・・・・・バルブボディ
５・・・・・弁体
６・・・・・弁案内孔
７、８、９・・・ポート（入力ポート、出力ポート、排出ポート）
１４・・・・戻しばね
２０・・・・ハウジング
２０ａ・・・周壁部
２０ｂ・・・底部
２０ｂ１・・第１底壁
２０ｂ２・・第２底壁
２１・・・・ヨーク
２２・・・・固定コア
２４・・・・可動コア
２４ａ・・・可動コアの後端面
２６・・・・コイル
２９・・・・オフセット
３０・・・・突起
３１・・・・メッキ層
ｇ・・・・・ギャップ

Claims (2)

1. 後端に底部（２０ｂ）を有する磁性の円筒状のハウジング（２０）、前記底部（２０ｂ）より延出して前記ハウジング（２０）に囲繞される円筒状のヨーク（２１）、前記ハウジング（２０）の前端に接続されて、前記ヨーク（２１）と軸方向に隣接する固定コア（２２）、この固定コア（２２）及び前記ヨーク（２１）を囲繞するように前記ハウジング（２０）に収容されるコイル（２６）、並びに、前記固定コア（２２）に対向するように前記ヨーク（２１）の中空部に摺動可能に挿入される可動コア（２４）を備え、前記底部（２０ｂ）を、前記コイル（２６）の後端に対向する第１底壁（２０ｂ１）と、前記可動コア（２４）の後端に対向する、前記第１底壁（２０ｂ１）よりも肉厚が薄い第２底壁（２０ｂ２）とで構成し、前記可動コア（２４）の後端面（２４ａ）に、前記第２底壁（２０ｂ２）に当接してその不作動位置を規定する突起（３０）を形成して、該可動コア（２４）が前記不作動位置にあるとき、該可動コア（２４）の後端面（２４ａ）及び前記第２底壁（２０ｂ２）間にギャップ（ｇ）が生じるようにし、前記可動コア（２４）を、前記コイル（２６）への通電量に応じて前記固定コア（２２）側に変位させるようにしたリニアソレノイド（２）と、
   このリニアソレノイド（２）により作動し、前記ハウジング（２０）の前端部に連結され、前記可動コア（２４）の移動方向に延びる弁案内孔（６）の内周面に開口する複数のポート（７〜９）を有するバルブボディ（４）と、前記弁案内孔（６）に摺動自在に嵌装されると共に前記可動コア（２４）の前方端面に当接され、前記可動コア（２４）の移動に応じて前記ポート（７〜９）間に流通される作動オイルの流通及び遮断を制御する弁体（５）と、この弁体（５）を前記可動コア（２４）の不作動位置に向けて付勢する戻しばね（１４）とを備えるバルブ（３）とからなり、
   前記固定コア（２２）及び前記ヨーク（２１）の内部が前記バルブボディ（４）の内部と連通していて、前記作動オイルで満たされているリニアソレノイドバルブにおいて、
   前記可動コア（２４）が前記不作動位置にあるとき、該可動コア（２４）の後端面（２４ａ）が前記第１底壁（２０ｂ１）の外面より後方に来るように前記第２底壁（２０ｂ２）を前記第１底壁（２０ｂ１）より後方にオフセット（２９）し、前記可動コア（２４）に、その軸心からずれた位置で両端面間を連通する連通孔（４１）を設け、前記突起（３０）を、前記後端面（２４ａ）からの突出高さが前記オフセット（２９）より低くてその周縁が前記連通孔（４１）に隣り合わせるように設けられる緩球面状の突起（３０）としたことを特徴とするリニアソレノイドバルブ。
2. 請求項１記載のリニアソレノイドバルブにおいて、
   前記可動コア（２４）を純鉄系軟磁性材料で構成して、前記突起（３０）を含むその表面に５〜２４μｍ以下の膜厚を有する無電解ニッケル・燐メッキ層（３１）を形成したことを特徴とするリニアソレノイドバルブ。
   

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