JP7025741B2 - 比例ソレノイド - Google Patents

Description

本発明は、比例ソレノイドに関し、特に、可動磁極を低速で摺動させることが可能な構成を有する比例ソレノイドに関する。

比例ソレノイドは、可動磁極の位置を任意に制御することができるソレノイドであり、可動磁極の位置はコイルに流れる電流の大きさによって制御される。すなわち、コイルで生成される磁界によって生じる可動磁極の推力と、固定磁極に吸引されている可動磁極を押し戻すように設けられたスプリングの弾発力との釣り合いが取れるところで可動磁極が停止するので、コイルに流れる電流の大きさを適宜変えることによって可動磁極の停止位置を変えることができる。

ただし、可動磁極と固定磁極とが非常に近い位置にあるときと、最も離隔した位置又はその近傍にあるときには、安定的に制御することが難しくなる。特に、可動磁極と固定磁極とが最も離隔した位置又はその近傍にあるときには、可動磁極の推力、つまり可動磁極と固定磁極との間に働く吸引力が非常に小さい状態にあるので、スプリングの弾発力や、比例ソレノイドを装着した装置から加わる負荷などによって、摺動速度が想定を超えた低速になる、場合によっては、意図せずに停止してしまうことがある。そこで、可動磁極と固定磁極とが最も離隔した位置又はその近傍にあるときに、十分な推力を確保することが比例ソレノイドにおける主要な発明課題となっている。

図１０は、従来技術に係る比例ソレノイドを示す断面図である。図１０において、１００はスプール弁、１０１はバルブ部、１０２はリニアソレノイド、１０３はスリーブ、１０４はオイルポート、１０５はスプール、１０６はリターンスプリング、１０７はシャフト、１０８は磁気固定子、１０９は底部、１１０はプランジャ、１１１はアシストスプリング、１１２はコイルボビン、１１３はコイルである。

図１０は、特開２００９－１１５２９１号公報に開示されたひれい可動磁極を低速で直動運動させる構成を示すものである。図１０に示すように、スプール弁１００は、バルブ部１０１とリニアソレノイド１０２を備えている。バルブ部１０１のスリーブ１０３の内部にはスプール１０５が設けられている。スプール１０５は、オイルポート１０４の開口面積を可変すると共に、オイルポート１０４の互いの連通状態を切り替えるものである。スプール１０５のリニアソレノイド１０２側の端部には、リニアソレノイド１０２の内部にまで延びるシャフト１０７が当接している。 リターンスプリング１０６は、スプール１０５をリニアソレノイド１０２側に付勢するスプリングであり、スリーブ１０３の内部に圧縮された状態で配置されている。リニアソレノイド１０２は、ケースと磁極を兼ねる磁気固定子１０８の内部に、コイルボビン１１２に巻回されたコイル１１３、プランジャ１１０、アシストスプリング１１１を備えている。プランジャ１１０は、コイル１１３に通電することによって磁気固定子１０８に吸引され、シャフト１０７をバルブ部１０１側に押し出す。また、プランジャ１１０は、スプール１０５側のリターンスプリング１０６の付勢力によってスプール１０５と共に、磁気固定子１０８の底部１０９側に付勢されている。また、アシストスプリング１１１は、プランジャ１１０と磁気固定子１０８が離隔して吸引力が低下しているときに、吸引力を補う特性を有するスプリングである。

以上の構成において、コイル１１３に通電すると、コイル１１３の励磁によってプランジャ１１０が磁気固定子１０８に吸引されて、プランジャ１１０がバルブ部１０１側に摺動する。このとき、アシストスプリング１１１が励磁による吸引力を補うので、プランジャ１１０（可動磁極）の摺動速度が想定を超えた低速になる、場合によっては、意図せずに停止することが防止できる。

しかしながら、上述の構成は、コイルに通電したときに、可動磁極がスプールを牽引するタイプのスプール弁には適用できない。すなわち、コイルに通電したときに、可動磁極に対して一体的に設けられたスプールがソレノイド側に摺動するタイプの場合には、この構成をそのまま適用することができない。

特開２００９－１１５２９１号公報

本発明は、上述の課題を解決するために、コイルに通電したときに、可動磁極がスプールを牽引するタイプの比例ソレノイドにおいて、可動磁極と固定磁極とが最も離隔した位置又はその近傍にあるときに、摺動速度が想定を超えた低速になる、あるいは、意図せずに停止を提供することを防止可能な構成を有する比例ソレノイドを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、磁性材料からなるケースと、該ケースの内部に設けられたコイルと、該コイルの内部に設けられると共に、先端側端面に凹陥部が形成され、中心軸に沿って貫通孔が形成され、かつ、該貫通孔の基端側の径が相対的に大きい径大部としてなされ、該貫通孔の先端側の径が相対的に小さい径小部としてなされ、該径大部と該径小部との境界となる段差部が前記中心軸に対して直交する平坦面になされ、該径小部が該凹陥部に開口している固定磁極と、基端側部分が前記固定磁極の前記貫通孔の前記径大部の内部に摺動可能に設けられ、先端側部分が前記固定磁極の前記貫通孔の前記径小部の内部に摺動可能に設けられ、該基端側部分と該先端側部分との間に位置するように設けられた受け座部が前記固定磁極の前記貫通孔の前記段差部に当接することによって該基端側部分及び該先端側部分の先端側への摺動を規制するように設けられたスプリング受けと、前記固定磁極の前記貫通孔の前記径大部の内部に設けられると共に、前記スプリング受けの基端側に接するように、かつ、弾発力によって前記スプリング受けを先端側に付勢するように設けられたスプリングと、前記固定磁極の前記中心軸に沿って延在するように形成されると共に、基端側端部から前記固定磁極の前記凹陥部に向かって突出し、かつ、前記コイルへの通電によって前記固定磁極に吸引されたときに前記固定磁極の前記貫通孔の前記径小部に進入して前記スプリング受けの前記先端側部分を基端側に押し込むように設けられた補助磁極部を備えた可動磁極とを有することを特徴とする比例ソレノイドである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、さらに、前記ケースの内部に設けられると共に、前記固定磁極の前記貫通孔の基端側の内部に嵌合される突出部を備え、該突出部が前記スプリングを所定長さになるように押し縮めるようになされた構造部材と、前記固定磁極と前記構造部材との間に介在するように設けられたＯリングとを有することを特徴とする比例ソレノイドである。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記可動磁極は、前記基端側端部に孔が形成される共に、前記補助磁極部が前記固定磁極の前記凹陥部に向かって突出する突出部分と、該孔に嵌合される圧入部分を備えていることを特徴とする比例ソレノイドである。

請求項１に記載の発明によれば、可動磁極に対して基端側端部から突出する補助磁極部を設け、この補助磁極部が固定磁極の貫通孔の径小部に進入して、スプリング受けを押し込むようにしたので、可動磁極と固定磁極とが最も離隔した位置又はその近傍にあるときには、補助磁極部から固定磁極の凹陥部に向かって磁束が流れるようになる。すなわち、補助磁極部が可動磁極の基端側端部よりも突出しているので、可動磁極と固定磁極とが最も離隔した位置又はその近傍にあるときでも、可動磁極と固定磁極との間を流れる磁束量を十分に確保することができ、摺動速度が想定を超えた低速になる、あるいは、意図せずに停止することを防止できる。また、可動磁極と固定磁極とが非常に接近したときには、補助磁極部が固定磁極の貫通孔の内部に進入するので、補助磁極と固定磁極との間に流れる磁束を提供において、推力に寄与しない摺動方向に直交する方向の成分が大幅に増大するようになる。すなわち、補助磁極を設けたことによる副次的な効果も併せて得ることが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、スプリングに当接するように設けられた構造部材の突出部が固定磁極の貫通孔の基端側に嵌合され、さらに固定磁極と構造部材との間にＯリングを設けているので、可動磁極側から浸入した作動油が比例ソレノイドの外部に浸出することが防止できると共に、ケースと構造部材とが別体であるので、スプリングを固定磁極の貫通孔に押し込んだ状態で、比例ソレノイドを組み立てることが容易になる。くわえて、の突出部の長さを適宜変更することによって、スプリングの弾発力を簡単に調整することができる。

請求項３に記載の発明によれば、補助磁極部を可動磁極と別体にしているので、製品に求められる特性に応じて、多種多様な形状の補助磁極部を適宜選択して設けることが可能となる。

本発明の第１の実施の形態に係る比例ソレノイドの非通電状態を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る比例ソレノイドの通電状態を示す断面図である。 本発明の第１の形態に係る比例ソレノイドの主要部品を示し、（ａ）はスプリング受けの正面図、（ｂ）はスプール一体型可動磁極の正面図、（ｃ）は固定磁極の断面図である。 本発明の第１の形態に係る比例ソレノイドにおける動作を示す断面図（１）である。 本発明の第１の形態に係る比例ソレノイドにおける動作を示す断面図（２）である。 本発明の第１の形態に係る比例ソレノイドにおける動作を示す断面図（３）である。 本発明の第２の実施の形態に係る比例ソレノイドの非通電状態を示す断面図である。 本発明の第２の形態に係る比例ソレノイドにおける補助磁極及びその変形例を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る比例ソレノイドの構成において補助磁極部の有無を比較する磁場解析結果を示すグラフである。 従来技術に係る比例ソレノイドを示す断面図である。

本発明の第１の実施の形態に係る比例ソレノイドについて説明する。まず、本明細書において、「先端側」は「スプール一体型可動磁極３０」を設けている側、つまり、図１乃至図８の下側と定義し、比例ソレノイドの「基端側」は「構造部材４７」及び「エンドキャップ兼固定部材６４」を設けている側、つまり、図１乃至図８の上側と定義する。特許請求の範囲においても、「先端側」は「可動磁極」を設けている側と定義し、「基端側」は「固定磁極」を設けている側と定義する。よって、本明細書と同様に、「先端側」は図１乃至図８の下側になり、「基端側」は図１乃至図８の上側になる。また、ここで述べた「下側」及び「上側」は、説明の便宜上、定義の対象となる「先端側」及び「基端側」に対して図面と関連付けるために用いたものであり、本発明を実施した比例ソレノイドの実際の装着方向を規定するものではない。さらに、本明細書において、「中心軸」は「固定磁極４０」の中心軸と定義する。なお、この「中心軸」は、「スプール一体型可動磁極３０」及び「スプリング受け２０」の中心軸とも一致している。また、特許請求の範囲においても、「中心軸」は「固定磁極」の中心軸である。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る比例ソレノイドの非通電状態を示す断面図である。図１において、１０は比例ソレノイド、２０はスプリング受け、２１は受け座部、２２は離脱防止部、２４は突出部、３０はスプール一体型可動磁極、３１は補助磁極部、３２は可動磁極部、４０は固定磁極、４３は凹陥部、４７は構造部材、４８は突出部、４９は円板状部、５０はスプリング、５１はフィラーリング、５２はケース、５３は側壁部、５４は嵌合部、５５は案内部材、５６はフランジ部、５７は内側突出部、５８は外側突出部、５９は貫通孔、６０はコイル、６１はコイルボビン、６２はリード線、６３は樹脂ブッシュ、６４はエンドキャップ兼固定部材、Ｏリング６５である。また、本発明の第１の実施の形態に係る比例ソレノイドの通電状態を示す断面図である。図２において用いた符号は、すべて図１と同じものを示す。

まず、第１の実施の形態に係る比例ソレノイドの全体構成の概略について述べる。図１に示すように、比例ソレノイド１０は、図示していないスプール弁を駆動させるためのものであり、油圧回路の一部としてスプール弁と一体的に設けられるものである。後述するように、比例ソレノイド１０は、スプール一体型可動磁極３０を介して図示していない別の比例ソレノイドに対向するように配置されており、単一のスプール一体型可動磁極３０を共有している。さらに、スプール一体型可動磁極３０は、その基端側端部から固定磁極４０の凹陥部４３に向かって突出するように補助磁極部３１が設けられている。くわえて、固定磁極４０の先端側端面に凹陥部が形成されており、ストローク長が長いソレノイドにおいてよく採用されているコニカル型（凹凸型）の構成を有している。

また、図２に示すように、コイル６０に通電すると、固定磁極４０、構造部材４７、エンドキャップ兼固定部材６４、ケース５２、案内部材５５及びスプール一体型可動磁極３０による磁気回路が生成され、スプール一体型可動磁極３０が固定磁極４０に吸引させる。スプール一体型可動磁極３０が固定磁極４０に所定距離まで接近すると、スプール一体型可動磁極３０の基端側端部に設けた補助磁極部３１がなお、比例ソレノイド１０は、水圧など油圧回路以外の液圧回路に用いてもよい。また、比例ソレノイド１０は、別の比例ソレノイドに対向させるのではなく、例えば図１０の従来技術に示したように、別の比例ソレノイドを設けず、スプールを所定位置に復帰させるための他のスプリングに対向するように配置してもよい。

さらに、比例ソレノイド１０の細部の構成について説明する。図３は、本発明の第１の形態に係る比例ソレノイドの主要部品を示し、（ａ）はスプリング受けの正面図、（ｂ）はスプール一体型可動磁極の正面図、（ｃ）は固定磁極の断面図である。図３において、２３はスプリング当接面、２５は可動磁極当接面、３３は補助磁極部、３４は可動磁極部、３５は径大部、３６及び３７は径小部、３８はスプール部、４１は径小部、４２は径大部、４４は径小貫通孔、４５は径大貫通孔、４６は段差面であり、その他の符号は図１と同じものを示す。

比例ソレノイド１０のスプール一体型可動磁極３０は、図３（ｂ）に示すように、可動磁極部３２の基端側端部の中央から補助磁極部３１が突出している。補助磁極部３１は、中心軸に沿って円筒形状を呈するように突出し、さらに、図３（ｃ）に示した固定磁極４０の径小貫通孔４４に進入可能とするために、径小貫通孔４４よりも僅かに小さい径に形成されている。また、スプール一体型可動磁極３０は、先端側端部に、図示していない別の比例ソレノイドの可動磁極部３４及び補助磁極部３３が可動磁極部３２及び補助磁極部３１に対して背向するように形成されている。したがって、比例ソレノイド１０と別の比例ソレノイドとは、１つのスプール一体型可動磁極３０を共有していると言える。また、補助磁極部３１の基端側端面と補助磁極部３３の先端側端面とは、中心軸に対して直交する面をなすように形成されている。

くわえて、可動磁極部３２との可動磁極部３４との中間領域となるスプール部３８には、図示していない作動油のポートを閉止する径大部３５と、作動油のポート同士を連通させる径小部３６及び３７とを備えている。また、可動磁極部３２、可動磁極部３４及びスプール部３８とは、単一の磁性母材を切削、研磨して形成されている。また、図１及び図２に示すように、補助磁極部３１と可動磁極部３２の基端側部分は、ケース５２、案内部材５５及びエンドキャップ兼固定部材６４からなる筐体の内部に配置されているが、可動磁極部３２の先端側部分から補助磁極部３３までの部分は、筐体の外部に配置されている。なお、スプール部３８は、図示していないスプール弁のスリーブ（管状部材）の内部に配置されている。

さらに、図示していないが、コイル６０への通電によってスプール一体型可動磁極３０が所定位置まで到達したときに、スプール一体型可動磁極３０の所定部位に当接して、スプール一体型可動磁極３０を停止させるストッパが設けられている。ここで、所定位置とは、可動磁極部３２の摺動可能な範囲において、可動磁極部３２が固定磁極４０に最も接近しているときの位置である。なお、以上に述べたスプール一体型可動磁極３０は、あくまでも可動磁極の一例に過ぎず、他の構成であってもよい。例えば、可動磁極部３２と可動磁極部３４とが別々の磁性母材から、スプール部３８が非磁性母材から形成され、可動磁極部３２と可動磁極部３４とをスプール部３８に対して嵌合する構成、あるいは、可動磁極部３２と可動磁極部３４とをスプール部３８に対してシャフトを介して接続する、つまり別体の可動磁極にしてもよい。くわえて、別の比例ソレノイドと可動磁極部３４及び補助磁極部３３とを設けず、可動磁極部３４に対応する部位に別のスプリングに対するスプリング受けを設けてもよい。

固定磁極４０は、図１及び図２に示すように、ケース５２、案内部材５５及びエンドキャップ兼固定部材６４からなる筐体の内部に配置されている。また、固定磁極４０は、構造部材４７を介してエンドキャップ兼固定部材６４に保持されている。さらに、固定磁極４０は、図３（ｃ）に示すように、先端側端面に補助磁極部３１と共にコニカル型の構成をなす凹陥部４３が形成されている。なお、図２に示すように、前述したストッパによって、凹陥部４３と可動磁極部３２の基端側端面とが互いに接する前に可動磁極部３２の摺動が規制される。また、固定磁極４０は、図３（ｃ）に示すように、中心軸に沿って延びるように径大貫通孔４５と径小貫通孔４４とが形成されている。径大貫通孔４５は固定磁極４０の基端側端部に開口し、固定磁極４０の先端近くまで延びているので、固定磁極４０は全体として基端側に開口した有底円筒形に近い形状を呈している。また、径大貫通孔４５は、スプリング５０及びスプリング受け２０が収納されると共に、基端側の開口部から所定部位までの一部が構造部材４７の突出部４８の嵌合に供される。

径小貫通孔４４は、前述した有底円筒の底を貫通するように形成されており、凹陥部４３の中央に開口している。また、径小貫通孔４４は、コイル６０に通電していないときには、スプリング受け２０の突出部２４が進入した状態になり、コイル６０に通電したときには、スプール一体型可動磁極３０の補助磁極部３１が進入し、突出部２４を基端側に押し込んで行く。よって、径小貫通孔４４は、凹陥部４３と共に、コイル６０に通電したときに、磁束が通過する主要な経路となる。径大貫通孔４５と径小貫通孔４４との段差面４６は、スプリング受け２０の受け座部２１に当接することによってスプリング受け２０の摺動を規制する。また、固定磁極４０の周側面は、基端側部分が先端側よりも僅かに径が大きい径大部４２として形成され、先端側部分が径小部４１に形成されている。径小部４１は、図１及び図２に示すように、フィラーリング５１に挿入される部分である。

スプリング受け２０は、スプリング５０の先端側端部を受けるものであり、磁気回路を構成するものではないので、非磁性体から形成されている。また、図３（ａ）に示すように、スプリング受け２０は、略円板状に形成されており、受け座部２１の基端側から離脱防止部２２が突出し、先端側から突出部２４が中心軸に沿って延びるように形成されている。さらに、受け座部２１の離脱防止部２２の周辺面は、スプリング５０の先端側端部が当接するスプリング当接面２３となっている。離脱防止部２２は、略円板状に形成されており、スプリング５０の先端側に挿入され、スプリング５０が伸縮する際にスプリング受け２０から離脱するのを防止する。突出部２４は、略円筒形状に形成されており、固定磁極４０の径小貫通孔４４を摺動する。突出部２４の先端の可動磁極当接面２５は、径小貫通孔４４の内部に進入してきた補助磁極部３１に当接する面である。なお、スプール一体型可動磁極３０の摺動開始時の推力を大きくする必要がない場合には、突出部２４の中心軸方向における長さを径小貫通孔４４の同方向における長さよりも長くして、突出部２４が径小貫通孔４４の開口部から突出した川迫とすることも可能である。

さらに、図１及び図２に戻って他の細部の構成について説明する。スプリング５０は、径小貫通孔４４の内部に進入してきた補助磁極部３１に当接し、可動磁極部３２に対して逆方向、つまり、先端方向の弾発力を生じる。この弾発力とスプール一体型可動磁極３０の推力とが釣り合うと、スプール一体型可動磁極３０が停止する。したがって、コイル６０を流れる電流値を調整することによって、スプール一体型可動磁極３０を任意の位置に呈させることが可能となり、この任意に制御可能な集合領域がコントロールストローク領域である。さらに、スプリング５０は、コントロールストローク領域を得るためのものであるのと同時に、コイル６０への通電を停止してときに、補助磁極部３１を押し戻して、補助磁極部３１をコイル６０への通電前の位置又はその近傍に復帰させる機能も併せ持っている。また、スプリング５０の弾発力は、構造部材４７の突出部４８の中心軸方向の長さによって任意に設定することが可能である。

構造部材４７は、磁性材から形成されており、コイル６０に通電した際に磁気回路の一部となる。さらに、構造部材４７は、スプール弁の油路から流入する作動油がコイル６０の周辺や、比例ソレノイド１０の外部へ流出することを防止する役割を果たす。構造部材４７の突出部４８は、固定磁極４０の径大貫通孔４５に嵌合される部分であり、略円筒状に形成されている。また、突出部４８の外周面には、中心軸を周回する溝が形成され、この溝にＯリング６５が設けられている。また、前述したように、突出部４８の長さによって、中心軸方向の長さによって任意に設定できる。構造部材４７の円板状部４９は、略円板状に形成されており、基端側部分がエンドキャップ兼固定部材６４に保持されている。コイル６０は、コイルボビン６１にコイルワイヤを巻回することによって形成されている。また、このコイルワイヤの端部は、リード線６２に接続されており、リード線６２はエンドキャップ兼固定部材６４に設けられた樹脂ブッシュ６３を介して外部に導出されている。

エンドキャップ兼固定部材６４は、磁性材から形成されており、コイル６０に通電した際に磁気回路の一部となり、さらに、ケース５２及び案内部材５５と共に比例ソレノイド１０の筐体を構成する。ケース５２は、磁性材から形成されており、先端側の端部近傍の嵌合部５４が他の部分である側壁部５３よりも肉薄に形成されている。嵌合部５４には、案内部材５５のフランジ部５６が嵌合される。案内部材５５は、フランジ部５６の基端側に内側突出部５７が中心軸に沿って延びており、先端側に外側突出部５８が中心軸に沿って延びるように形成されている。内側突出部５７と外側突出部５８との内周面は、同じ径を持つ貫通孔５９を形成している。内側突出部５７は、固定磁極４０の径小部４１と共にフィラーリング５１に挿入されており、互いに接着剤によって接続されている。フィラーリング５１は、固定磁極４０と案内部材５５とを接続して、コイル６０側に作動油が漏出することを防止する。

続けて、比例ソレノイド１０の動作について説明する。図４～図６は、本発明の第１の形態に係る比例ソレノイドにおける動作を示す断面図（１）～（３）である。図４～図６において用いた符号は、すべて図１と同じものを示す。なお、図４～図６に記載した矢印付きの曲線は主な磁束の流れを示すものであるが、実際には、例えば可動磁極部３２から凹陥部４３の周囲にある環状部などにもある程度流れる。また、以下の説明においては、記述の都合上、スプール一体型可動磁極３０の可動磁極部３２を固定磁極４０から最も離隔した位置から最も接近した位置まで連続的に摺動させることを前提に説明しているが、コイル６０への電流値を調整することによってスプール一体型可動磁極３０を任意の位置で停止させることが可能である。

コイル６０に通電する前においては、図４（ａ）に示すように、スプール一体型可動磁極３０の可動磁極部３２は、固定磁極４０から最も離隔した位置にある。コイル６０に通電すると、図４（ｂ）に示すように、スプール一体型可動磁極３０の補助磁極部３１が可動磁極部３２よりも固定磁極４０に近い位置にあるので、磁束の大半が補助磁極部３１の先端部付近と固定磁極４０の凹陥部４３との間を流れる。これに対して、可動磁極部３２は、凹陥部４３からかなり離隔しているので、磁束があまり流れない。すなわち、コイル６０への通電開始から間もなく、可動磁極部３２が凹陥部４３からかなり離隔している状態においても、補助磁極部３１を設けることによって、必要な推力（吸引力）が確保できるようになったと言える。言い換えると、補助磁極部３１が存在しないと、磁束の流れが非常に小さくなり、スプール一体型可動磁極３０を摺動させるのに十分な推力が得られないことになる。

次に、図５（ｃ）に示すように、スプール一体型可動磁極３０が摺動して、補助磁極部３１がスプリング受け２０の突出部２４に当接すると、補助磁極部３１と固定磁極４０とが非常に接近するので、これらの間を流れる磁束量がさらに増大し、スプール一体型可動磁極３０の推力もさらに増大する。さらに、図５（ｄ）に示すように、スプール一体型可動磁極３０が摺動して突出部２４を基端側に押し込んで行くと、補助磁極部３１と固定磁極４０との間を流れる磁束が中心軸方向又はこれに近い方向よりも中心軸に直交する方向又はこれに近い方向に対してより多く流れるようになる。これによって、補助磁極部３１及び可動磁極部３２の推力は、中心軸方向の成分よりも中心軸に直交する方向の成分の割合が大きくなる。すなわち、固定磁極４０と補助磁極部３１及び可動磁極部３２とが相当に接近しても、いわゆるサイドフォースの割合が大きくなるので、補助磁極部３１及び可動磁極部３２の推力の急増を抑えることができる。

さらに、スプール一体型可動磁極３０が摺動すると、補助磁極部３１及び可動磁極部３２の推力がさらに増大するが、この推力とは逆方向に作用するスプリング５０の弾発力によって、推力の一部が相殺されるようになる。さらに、スプール一体型可動磁極３０摺動して図示していないストッパに当接すると摺動が規制されて、図６（ｅ）に示すように、固定磁極４０と補助磁極部３１及び可動磁極部３２とが最も接近した状態になる。コイル６０への通電を停止すると、スプリング５０との弾発力によって押し戻される。また、図示していない別の比例ソレノイドがスプール一体型可動磁極３０を逆方向に吸引することで引き戻される場合もある。

以上説明した比例ソレノイド１０において、補助磁極部３１が推力にどのような影響を与えるかについて述べる。図９は、本発明の第１の実施の形態に係る比例ソレノイドの構成において補助磁極部の有無を比較する磁場解析結果を示すグラフである。図９は、コイルの電流値を０．３Ａ、０．８Ａ、１．１５Ａと変化させたときのストローク長０．０～６．０ｍｍにおける推力を示すものである。太さの異なる３本の実線は、補助磁極部を備えた構成における各電流値での特性を示し、これらの近傍に描いた破線は、補助磁極部がない構成における各電流値での特性を示す。なお、補助磁極部以外の構成は、両者に共通している。

図９から分かるように、コイルの電流値０．３Ａ、０．８Ａ、１．１５Ａのいずれにおいても、ストローク長６．０ｍｍ又はその近傍、つまり補助磁極部が固定磁極から最も遠い又はその近傍に位置している場合には、補助磁極部によって推力が増大していることが分かる。さらに、ストローク長０．０ｍｍ又はその近傍、つまり補助磁極部が固定磁極に最も近い又はその近傍に位置している場合には、補助磁極部によって推力が低減していることが分かる。なお、発明者は、上述の３つ以外の電流値においても解析したが、同様の結果が得られている。すなわち、コイルに通電したときに、可動磁極がスプールを引っ張るタイプの比例ソレノイドにおいて、可動磁極と固定磁極とが最も離隔した位置又はその近傍にあるときに、摺動速度が想定を超えた低速になる、あるいは、意図せずに停止を提供することを防止可能な構成を有する比例ソレノイドを提供するという本発明の課題を解決できていることが明確に分かる。さらに、可動磁極と固定磁極とが相当に接近した際に推力が急増し、過剰なほどの力になることを低減できるという副次的な効果を有することも分かる。

以上のように、本発明の第１の実施の形態に係る比例ソレノイド１０は、スプール一体型可動磁極３０の可動磁極部３２と固定磁極４０とが最も離隔した位置又はその近傍にあるときでも、補助磁極部３１を設けたことによって、可動磁極部３２と固定磁極４０との間を流れる磁束量を十分に確保することができ、摺動速度が想定を超えた低速になる、あるいは、意図せずに停止することを防止できる。また、可動磁極部３２と固定磁極４０とが非常に接近したときには、補助磁極部３１が固定磁極４０の径小貫通孔４４の内部に進入するので、補助磁極部３１と固定磁極４０との間に流れる磁束において、推力に寄与しない摺動方向に直交する方向の成分が大幅に増大するようになる。すなわち、補助磁極部３１を設けたことによる副次的な効果も併せて得ることが可能となる。なお、以上の構成は、比例ソレノイドとして様々な用途に適用できるが、特に油圧バルブのスプールを作動させる直動型の比例ソレノイドに対して好ましく適用できる。

また、スプリング５０に当接するように設けられた構造部材４７の突出部４８が固定磁極４０の径大貫通孔４５の基端側に嵌合され、さらに固定磁極４０と構造部材４７との間にＯリング６５を設けているので、可動磁極部３２側から浸入した作動油が比例ソレノイド１０の外部に浸出することが防止できると共に、ケース５２と構造部材４７とが別体であるので、スプリング５０を固定磁極４０の径大貫通孔４５に押し込んだ状態で、比例ソレノイド１０を組み立てることが容易になる。くわえて、構造部材４７の突出部４８の長さを適宜変更することによって、スプリング５０の弾発力を簡単に調整することができる。また、図１０に示した従来技術のように、スプール一体型可動磁極３０の摺動中に２つのスプリングを使う必要がないので、動作精度が高い比例ソレノイドを提供することができる。すなわち、スプリングは製品特性がばらつきやすいので、この従来技術のように複数のスプリングを同時に使用すると、比例ソレノイドの特性もばらつきやすくなる。比例ソレノイド１０は、複数のスプリングを同時に使用しないので、このような副次的な課題を生じない。

さらに、本発明の第２の実施の形態に係る比例ソレノイドについて説明する。図７は、本発明の第２の実施の形態に係る比例ソレノイドの非通電状態を示す断面図である。図７において、１１は比例ソレノイド、７０はスプール一体型可動磁極、７１は可動磁極部、８０は補助磁極部、８１は突出部分、８２は圧入部分であり、その他の符号は図１と同じものを示す。また、図８は、本発明の第２の形態に係る比例ソレノイドにおける補助磁極及びその変形例を示す断面図である。図８において、７２は孔、８３は補助磁極部、８４は突出部分、８５は圧入部分、８６は補助磁極部、８７は突出部分、８８は圧入部分、８９は補助磁極部、９０は突出部分、９１は圧入部分、９２は補助磁極部、９３は突出部分、９４は圧入部分であり、その他の符号は図７と同じものを示す。

この第２の実施の形態に係る比例ソレノイド１１は、図７に示すように、スプール一体型可動磁極７０において、可動磁極部７１と補助磁極部８０を異なる母材からなるものとしている。すなわち、図８に示すように、可動磁極部７１の基端側端面を円筒状に掘り下げて孔７２を形成している。さらに、スプール一体型可動磁極７０とは、別の磁性材からなる基体から補助磁極部８０を形成している。補助磁極部８０は、円筒状に形成された突出部分８１と、突出部分８１よりも径が小さい圧入部分８２からなる。なお、これらは同じ径であってもよい。突出部分８１は、第１の実施の形態に係る比例ソレノイド１０の補助磁極部３１と同じ形状で、かつ、同じ大きさに形成されている。圧入部分８２は、比例ソレノイド１１の組立前に、可動磁極部７１の孔７２にあらかじめ圧入される。また、突出部分８１は、図７に示すように、圧入部分８２が孔７２に嵌合された状態において、中心軸方向に沿って基端側に延びているので、コイル６０に通電しているときには、図４～図６に示した補助磁極部３１と同様に作用する。

さらに、補助磁極部８０の変形例として、補助磁極部８３、８６、８９及び９２のような補助磁極部を設けることも可能である。補助磁極部８３、８６、８９及び９２は、それぞれ、中心軸方向に沿って基端側に延びている突出部分８４、８７、９０及び９３が形成されているが、突出部分８１とは形状及び大きさが異なっている。したがって、補助磁極部８３、８６、８９及び９２は、補助磁極部８０とは推力の特性が異なるものとなる。なお、圧入部分８５、８８、９１及び９４は、圧入部分８２と同じ形状で、かつ、同じ大きさに形成されており、孔７２に圧入するのに適した大きさである。

以上のように、本発明の第２の実施の形態に係る比例ソレノイド１１によれば、第１の実施の形態に係る比例ソレノイド１０と全く同様の効果を得ることができる。さらに、比例ソレノイド１１では、補助磁極部８０、８３、８６、８９及び９２をスプール一体型可動磁極７０の可動磁極部７１と別体にしているので、製品に求められる特性に応じて、多種多様な形状の補助磁極を適宜選択して設けることが可能となる。

本発明は以上に説明した内容に限定されるものではなく、例えば、本発明の第１の実施の形態に係る比例ソレノイド１０において、径大貫通孔４５の内部にスプリング５０と別のスプリングとを同時に収納した構成とし、比例ソレノイドとしての特性をさらに異なるものとするなど、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限りにおいて種々の比例ソレノイドに適用することが可能である。

１０ 比例ソレノイド
１１ 比例ソレノイド
２０ スプリング受け
２１ 受け座部
２２ 離脱防止部
２３ スプリング当接面
２４ 突出部
２５ 可動磁極当接面
３０ スプール一体型可動磁極
３１ 補助磁極部
３２ 可動磁極部
３３ 補助磁極部
３４ 可動磁極部
３５ 径大部
３６ 径小部
３７ 径小部
３８ スプール部
４０ 固定磁極
４１ 径小部
４２ 径大部
４３ 凹陥部
４４ 径小貫通孔
４５ 径大貫通孔
４６ 段差面
４７ 構造部材
４８ 突出部
４９ 円板状部
５０ スプリング
５１ フィラーリング
５２ ケース
５３ 側壁部
５４ 嵌合部
５５ 案内部材
５６ フランジ部
５７ 内側突出部
５８ 外側突出部
５９ 貫通孔
６０ コイル
６１ コイルボビン
６２ リード線
６３ 樹脂ブッシュ
６４ エンドキャップ兼固定部材
６５ Ｏリング
７０ スプール一体型可動磁極
７１ 可動磁極部
７２ 孔
８０ 補助磁極部
８１ 突出部分
８２ 圧入部分
８３ 補助磁極部
８４ 突出部分
８５ 圧入部分
８６ 補助磁極部
８７ 突出部分
８８ 圧入部分
８９ 補助磁極部
９０ 突出部分
９１ 圧入部分
９２ 補助磁極部
９３ 突出部
９４ 圧入部
１００ スプール弁
１０１ バルブ部
１０２ リニアソレノイド
１０３ リターンスプリング
１０４ オイルポート
１０５ シャフト
１０６ 磁気固定子
１０７ ヨーク底部
１０８ プランジャ
１０９ アシストスプリング
１１０ コイルボビン
１１１ コイル

Claims (3)

1. 磁性材料からなると共に、先端側の端部近傍に他の部分よりも肉薄に形成された嵌合部を備えたケースと、
   該ケースの内部に設けられたコイルと、
   該コイルの内部に設けられると共に、先端側端面に凹陥部が形成され、中心軸に沿って貫通孔が形成され、かつ、該貫通孔の基端側の径が相対的に大きい径大部としてなされ、該貫通孔の先端側の径が相対的に小さい径小部としてなされ、該径大部と該径小部との境界となる段差部が前記中心軸に対して直交する平坦面になされ、該径小部が該凹陥部に開口している固定磁極と、
   磁性材料からなり、前記ケースの内部に設けられると共に、前記固定磁極の前記貫通孔の基端側の内部に嵌合される突出部を備え、該突出部が前記スプリングを所定長さになるように押し縮めるようになされた構造部材と、
   基端側部分が前記固定磁極の前記貫通孔の前記径大部の内部に摺動可能に設けられ、先端側部分が前記固定磁極の前記貫通孔の前記径小部の内部に摺動可能に設けられ、該基端側部分と該先端側部分との間に位置するように設けられた受け座部が前記固定磁極の前記貫通孔の前記段差部に当接することによって該基端側部分及び該先端側部分の先端側への摺動を規制するように設けられたスプリング受けと、
   前記固定磁極の前記貫通孔の前記径大部の内部に設けられると共に、前記構造部材の前記突出部と前記スプリング受けの基端側とに接するように、かつ、弾発力によって前記スプリング受けを先端側に付勢するように設けられたスプリングと、
   スプールと一体的に構成され、前記固定磁極の前記中心軸に沿って延在するように形成されると共に、基端側端部から前記固定磁極の前記凹陥部に向かって突出し、かつ、前記コイルへの通電によって前記固定磁極に吸引されたときに前記固定磁極の前記貫通孔の前記径小部に進入して前記スプリング受けの前記先端側部分を基端側に押し込むように設けられた補助磁極部を備えた可動磁極と、
   前記ケースの前記嵌合部に嵌合されるフランジ部と、該フランジ部の基端側に前記中心軸に沿って延びると共に貫通孔が形成された内側突出部を備えた案内部材と、
   前記固定磁極の前記径小部と前記案内部材の前記内側突出部とが挿入されて、前記固定磁極の前記径小部と前記案内部材の前記内側突出部とを接続するように設けられたフィラーリングを有し、
   前記固定磁極の前記径小部及び前記案内部材の前記内側突出部と、前記フィラーリングとは、接着剤によって互いに接続されて、前記コイル側に作動油が漏出することを防止するようになされていることを特徴とする比例ソレノイド。
2. さらに、前記固定磁極と前記構造部材との間に介在するように設けられたＯリングとを有することを特徴とする請求項１に記載の比例ソレノイド。
3. 前記可動磁極は、前記基端側端部に孔が形成されると共に、前記補助磁極部が前記固定磁極の前記凹陥部に向かって突出する突出部分と、該孔に嵌合される圧入部分を備えていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の比例ソレノイド。

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