JP7119282B2 - ソレノイド - Google Patents

Description

本発明は、ソレノイドに係り、詳しくは車載されたパーキングロック装置に使用するロックソレノイドに関する。

自動車などに利用するパーキングロック装置では、各シフト状態をロックするために磁力ロック装置が用いられている。

例えば、特許文献１では車両に搭載され、パーキングロック状態およびパーキングロック解除状態を形成するパーキングロック装置であって、第１方向に往復移動して前記パーキングロック状態と前記パーキングロック解除状態とを切替可能な第１移動部材と、前記第１移動部材に設けられた被当接部と当接可能な当接部を有し且つ前記第１方向と直交する直交方向に移動する第２移動部材を有し、前記被当接部と前記当接部との当接によって前記第１移動部材の移動が規制されるように磁力により前記第２移動部材をロック可能な磁力ロック装置を更に備える、ことを特徴とするパーキングロック装置が示されている。

この第２移動部材のロックが可能な磁力ロック装置として、特許文献１にはソレノイドを用いた構造が開示されている。このソレノイドは、コイルの非励磁状態および励磁状態のいずれにおいても、外力が加わらない状態で、ロックシャフト（ロック部材）およびプランジャがリヤキャップ側（エンドプレート側）に移動するのを規制する構造となっている。

特許文献１で開示されたソレノイドの場合、第２移動部材の移動を規制するためのロック部材を強い力で保持する状態、すなわちソレノイドの電磁力を発生させた状態（励磁状態）を維持する時間が長い。そして電磁力を解除（非励磁状態）することで、第２移動部材の移動が可能となる。しかし、この励磁状態から非励磁状態に切替動作を行った際に、ソレノイドに発生した残留磁気が影響でロック部材が動かず、強いてはパーキングロック状態および解除状態に切り替えられないといった動作への悪影響が考えられる。

ここで、通常ソレノイドに内蔵されるスプリングはリターンスプリングとして、ソレノイドの電磁力による吸着方向とは反対の方向に弾発作用するものである。そのため、ソレノイドを励磁状態から非励磁状態にした時に、リターンスプリングの弾発作用は残留磁気による吸着保持力の影響よりはるかに大きい力でプランジャを元の位置に戻す方向へ弾発する。そのため、リターンスプリングを有するソレノイドでは残留磁気の影響を気にすることは少ない。しかし、特許文献１で開示されたソレノイドのスプリングの弾発力の方向は、ソレノイドの電磁力の方向と同じであるため、残留磁気の影響を無視することが出来ずに、動作に悪影響をもたらしやすい。

このような残留磁気の影響に対する従来の対策としては、プランジャと固定鉄心の叩き位置（吸着部）に非磁性体のスペーサーを介在させるものが一般的に多く知られている（例えば特許文献２）。この構造により、残留磁気の影響を抑えることができる。

特再公表WO2015/098969 実開昭６２－２３４１１

しかし、特許文献２に示されるプランジャと固定鉄心の吸着部に非磁性体を介する構造は、繰り返し作動により摩耗しやすいという問題がある。また、特許文献１に示されるパーキングロック装置に用いるソレノイドにおいては、摩耗等による残留磁気の増加や摩耗によりスペーサーが破損し欠片が隙間に噛みこむといったことが起こると、パーキングロックが解除できなくなるなど車両そのものの走行動作に直接悪影響を与えかねない。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、プランジャと固定鉄心の吸着部およびプランジャとの摺動面にスペーサーを介さないことで、スペーサーの摩耗や割れの心配が無く、容易に残留磁気の低減を図ることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るソレノイドは、
円筒軸方向に開口部を有する円筒状のボディと、前記ボディの一端に配置された固定鉄心と、前記ボディ内に配置されるコイルと、前記コイルに内挿されるガイドと、前記ガイドに摺動自在に嵌挿されるプランジャと、を備えるソレノイドであって、
前記コイルの励磁状態では前記ボディと前記ガイドと前記プランジャと前記固定鉄心とを巡回する前記コイルの磁路が発生し、
前記ボディのボディ段付部と前記ガイドのガイド鍔部との間に前記コイルの軸方向の磁気ギャップを設けていることを特徴としている。

本発明に係るソレノイドによれば、ソレノイドのボディとガイドの間に磁気ギャップを設けることで単純な構造であっても、残留磁気の影響を低減して、ソレノイドの動作を行うことができる。

第一の実施形態のソレノイドの断面図である。 第一の実施形態の非磁性体リングの斜視図である。 図３（ａ）は第一の実施形態のソレノイドの拡大図である。図３（ｂ）は第二および第三の実施形態のソレノイドの拡大図である。図３（ｃ）はソレノイドの従来構造の拡大図である。 ソレノイドの従来構造と第一乃至第三の実施形態における残留磁気発生時の吸引力を対比したグラフである。 ソレノイドの従来構造と第一乃至第三の実施形態における定格電圧を付与した際の吸引力を対比したグラフである。

以下に、図１から図５を用いて、本発明の実施形態に関するソレノイドについて説明する。

図１および図３（ａ）に示すように、第一の実施形態のソレノイド１０は、ボディ１２内にコイル１３およびプランジャ１４とスプリング１７を有している。そして、コイル１３内のプランジャ１４にはコイル１３の励磁により磁路２８が発生する。コイルの磁路２８は、磁路２８がコイルの励磁状態のとき、ボディ１２とガイド１８とプランジャ１４と固定鉄心１６とを巡回する。この磁路２８の電磁力による押し付け力Ａの方向とスプリング押し付け力Ｂの方向とは同一であり、プランジャ１４はピン１５を介してロック部材１１を外部に突き出す方向に保持力を有している。なお、図１の電磁力による押し付け力Ａ、スプリング押し付け力Ｂおよび外力Ｃの矢印は、力の向きを示したイメージ図である。

ソレノイド１０は、円筒軸方向に開口部を有する円筒状のボディ１２内に固定鉄心１６を圧入し、さらに圧入リング２１が圧入されている。圧入リング２１は鍔部２１ａを有し、ボディ１２と鍔部２１ａとの間には隙間２７が形成され、鍔部２１ａはコイル１３を着座させている。なお、圧入リング２１の圧入しろは微調整することができるようにしてあり、コイル１３の設置と同時に行うようにした圧入リング２１の圧入時にコイル軸方向のコイル１３の位置を調整できる。なお、本実施形態における固定鉄心１６は、ボディ１２に圧入する構造としているが、固定鉄心１６をボディ１２と一体化する構成としても良い。

ソレノイド１０は、コイル１３の設置面（圧入リング鍔部２１ａ）とは反対の面に非磁性体リング２０を介し、コイル１３にガイド１８を内挿し、ガイド鍔部１８ａとコイル１３で非磁性体リング２０を挟んで固定している。

図２に示すように、非磁性体リング２０は嵌合部２０ａを有し、コイル１３の内筒部と位置あわせして、コイル１３と同軸に合わせている。開口部２０ｂは、ガイド鍔部１８ａに設けられる図示しない段付穴やコイル１３に形成される図示しない嵌合部と一体成形するために用いられるコイル１３のモールド樹脂の通り穴である。なお本実施形態では、コイル１３と非磁性体リング２０とガイド１８とはモールド樹脂により一体成形にして固定しているが、一体成形としなくてもよく、その場合は、開口部２０ｂを設けなくてもよい。

図１に示すように、ガイド１８の内径側には、プランジャ１４が摺動自在に嵌挿されており、プランジャ１４にはコイル１３の励磁にて発生した磁路２８により電磁力による押し付け力Ａの力の方向が発生し、固定鉄心１６の吸着部１６ａにプランジャ１４が吸着する。プランジャ１４にはピン１５が圧入してあり、ピン１５を介してロック部材１１を支持している。ピン１５とプランジャ１４には、プランジャ１４がコイル軸方向に動作しやすいように呼吸穴２４を形成している。

ロック部材１１は、スリーブ２５内に軸受２３を介して内挿されていて、スリーブ２５はボディ１２をカシメることで固定している。また、ロック部材１１の動作範囲は、軸受２３と止め部材２６でロック部材１１のコイル軸方向の移動および回転方向を規制している。

プランジャ１４のピン１５の圧入側の面と反対方向の面にはスプリング１７が介在しており、エンドプレート２２のスプリング保持部２２ａでスプリング１７を保持し、スプリング１７の弾発力によりスプリング押し付け力Ｂを発生させている。

エンドプレート２２は、ボディ１２にカシメ固定する。さらにエンドプレート２２のバネ性を持たせたバネ部２２ｂにて、プレート１９とガイド１８と非磁性体リング２０とコイル１３とを圧入リング鍔部２１ａの方向に押し付けてコイル軸方向の固定をしている。なお、第一の実施形態では、ガイド鍔部１８ａとエンドプレート２２との間にプレート１９を介しているが、ガイド鍔部１８ａとプレート１９とは一体化させても良い。

＜第二の実施形態＞
次に、本発明の第二の実施形態に係るソレノイドについて説明する。本実施形態に係るソレノイドは、図３（ｂ）に示す構造であり、ボディ段付部１２aとガイド鍔部１８ａとの間にエアギャップＧを形成している点で第一の実施形態に係るソレノイド１０と相違する。さらに非磁性体リング２０は、ボディ段付部１２ａの内径より短い。また、非磁性体リング２０は、非磁性体リング２０の直径方向端部とボディ段付部１２ａとの間の最短距離がエアギャップＧ以上にボディ段付部１２ａと離れた位置に配置されている。それ以外の第二の実施形態のソレノイド１０の構成は、第一の実施形態のソレノイド１０と同一である。

＜第三の実施形態＞
次に、本発明の第三の実施形態に係るソレノイドについて説明する。本実施形態に係るソレノイドは、図３（ｂ）に示す構造ではあるが第二の実施形態の変形例であり、第二の実施形態の非磁性体スペーサー２０の変わりに磁性体スペーサー３０を介している点で第二の実施形態に係るソレノイド１０と相違する。そして、第二の実施形態と同じくボディ段付部１２aとガイド鍔部１８ａとの間にエアギャップＧを形成している。さらに磁性体リング３０はボディ段付部１２ａの内径より短い。また、磁性体リング３０は、磁性体リング３０の直径方向端部とボディ段付部１２ａとの間の最短距離がエアギャップＧ以上にボディ段付部１２ａと離れた位置に配置されている。このように配置することで、ボディ段付部１２aと磁性体リング３０との間が磁路２８の最短距離とはならない構造とした。それ以外の第三の実施形態のソレノイド１０の構成は、第一および第二の実施形態のソレノイド１０と同一である。

第一乃至第三の実施形態に係るソレノイド１０は、以上のように構成されるものであり、次に動作およびその作用効果について説明する。

ソレノイド１０は、コイル１３の非励磁状態および励磁状態のいずれにおいても、外力Ｃが加わらない場合、図１に示す状態を維持する。励磁状態のソレノイド１０には、電磁力による押し付け力Ａとスプリング押し付け力Ｂの合力でロック部材１１を外側へ突き出す（ロックする）方向に力が加わる。非励磁状態のソレノイド１０には、スプリング押し付け力Ｂのみの力となるため、スプリング押し付け力Ｂよりも大きい外力Ｃだけでロック部材１１を押し込む（ロック解除）方向に移動させることができる。この構造によりソレノイド１０は、励磁による吸引力の調整および非励磁と外力Cの大小で複数パターンのロック部材１１の動作制御が可能となる。

そして本発明は、プランジャ１２と固定鉄心１６の吸着部１６ａおよびプランジャ１４との摺動面以外の箇所かつ、コイル磁路２８内にてボディ段付部１２aとガイド鍔部１８ａとの間の最短の磁路を形成し得る位置にコイル磁路２８と直交する磁気ギャップＧを形成する。この磁気ギャップＧにより、励磁状態から非励磁状態に切り替えた際における残留磁気の影響を低減して、プランジャ１４の動作を速やかに行えるようにした。また、磁気ギャップＧの形成手段は、非磁性体リング２０によって磁気ギャップＧを形成する以外にもエアギャップＧによって磁気ギャップＧを形成する場合も同様の効果を得ることができる。なお、磁気ギャップＧがコイル磁路２８を形成しない位置に有している場合は、本発明の効果が得られないことは言うまでもない。

磁気ギャップＧの隙間の大きさを調整することで、磁気抵抗を調整し吸引力の微調整をすることも可能である。隙間は、コイル軸方向に0.05mm～0.3mmの厚さを持つように形成することが望ましい。

図４は発明者が本特許構造の磁気ギャップＧを設けることによる残留磁気への影響を評価したものである。グラフにおける従来構造は、図３（Ｃ）の従来構造であり、（I）は、図３（ａ）第一の実施形態（非磁性体リング２０によるギャップＧ）、（ＩＩ）は図３（ｂ）の形状における第二の実施形態（非磁性体リング２０かつエアギャップＧ）、（ＩＩＩ）は図３（ｂ）の形状における第三の実施形態（磁性体リング３０かつエアギャップＧ）のソレノイド１０をそれぞれ表す。この評価は残留磁気を想定し極小電圧をかけた状態でプランジャ１４と吸着部１６ａにおいて発生する保持力の比較である。残留磁気による保持力は少ないほど良く、磁気ギャップＧを形成することで従来構造に対して、（Ｉ）、（ＩＩ）、（ＩＩＩ）いずれも４０％程度残留磁気による影響を低下させ、改善を図ることが出来た。

また図５は、定格電圧を付与した状態でプランジャ１４と吸着部１６ａにおける保持力の比較を行ったものである。評価するソレノイド１０の対象構造は図４と同じである。この評価では、磁気ギャップＧを設けたことにより本来の使用状態におけるソレノイド１０の保持力が変わらないことを確認するために評価したものである。この結果から従来構造に対して、（Ｉ）、（ＩＩ）、（ＩＩＩ）のいずれもほぼ変わらない保持力を有しており、実際の使用状態においても然したる影響は与えないことが分かる。

なお第一乃至第三の実施形態のソレノイド１０では、ガイド１８とガイド鍔部１８ａは一体成形としているが、別体にしてコイルの磁路２８を形成する構造としても良い。

また第三の実施形態のソレノイド１０においては、磁性体リング３０とガイド鍔部１８ａは別体であるが、磁性体リング３０とガイド鍔部１８ａを一体成形にして、ボディ段付部１２aとガイド鍔部１８ａとの間の最短の磁路２８を形成し得る位置にエアギャップＧを形成するガイド形状であってもよい（例えば、ガイド鍔部に溝もしくは段付部を形成して、溝部もしくは段付部でエアギャップＧを形成する）。さらにエアギャップＧの形成においては、ボディ１２とコイル１３との間、もしくはボディ１２とガイド鍔部１８ａとの間に係合部を設けるなどしてエアギャップＧを形成しやすくするのもよい。

なお、第一乃至第三の実施形態のソレノイド１０はすべて、スプリング１０の押し付け力Bがロックする方向に向いている。しかし、本発明は、スプリング１０の替わりにロックを解除する方向のリターンスプリングを有する構造やスプリング１０が無い構造においても、本発明のボディ段付部１２aとガイド鍔部１８ａ間の磁気ギャップGの構成は残留磁気の影響を少なくするための効果を得ることができる。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明は実施例の構造に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内においては、種主の形状で実施し得ることはいうまでもない。また、本発明の用途においてもパーキングロック装置に使用するロックソレノイドに限らず、ソレノイドバルブや他の装置におけるロックソレノイド等様々な用途に活用が可能であることはいうまでもない。

１０ ソレノイド
１１ ロック部材
１２ ボディ １２ａ ボディ段付部
１３ コイル
１４ プランジャ
１５ ピン
１６ 固定鉄心 １６ａ 吸着部
１７ スプリング
１８ ガイド １８ａ ガイド鍔部
１９ プレート
２０ 非磁性体リング ２０ａ 嵌合部 ２０ｂ 開口部
２１ 圧入リング ２１ａ 圧入リング鍔部
２２ エンドプレート ２２ａ スプリング保持部 ２２ｂ バネ部
２３ 軸受
２４ 呼吸穴
２５ スリーブ
２６ 止め部材
２７ 空間
２８ コイル磁路
３０ 磁性体リング
Ａ 電磁力による押し付け力
Ｂ スプリング押し付け力
Ｃ 外力
Ｇ 磁気ギャップ

Claims (5)

1. 円筒軸方向に開口部を有する円筒状のボディと、前記ボディの一端に配置された固定鉄心と、前記ボディ内に配置されるコイルと、前記コイルに内挿されるガイドと、前記ガイドに摺動自在に嵌挿されるプランジャと、を備えるソレノイドであって、
   前記コイルの励磁状態では前記ボディと前記ガイドと前記プランジャと前記固定鉄心とを巡回する前記コイルの磁路が発生し、
   前記ボディのボディ段付部と前記ガイドのガイド鍔部との間に前記コイルの軸方向の磁気ギャップを設けていることを特徴としたソレノイド。
2. 前記固定鉄心に前記プランジャを密着させるスプリングを有し、
   前記スプリングの弾発方向と前記磁路を介した前記コイルの励磁によるプランジャの押し付け方向が同一であることを特徴とした請求項１に記載のソレノイド。
3. 前記磁気ギャップは、前記ボディ段付部と前記ガイド鍔部との間に前記磁路の距離が最短となる位置に形成されることを特徴とした請求項１または２に記載のソレノイド。
4. 前記磁気ギャップが、エアギャップであることを特徴とした請求項１から３に記載のソレノイド。
5. 前記磁気ギャップが、非磁性体であることを特徴とした請求項１から３に記載のソレノイド。
   

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