JP7251178B2

JP7251178B2 - ソレノイド装置

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Publication number: JP7251178B2
Application number: JP2019018013A
Authority: JP
Inventors: 健太倉持
Original assignee: Nidec Tosok Corp
Current assignee: Nidec Tosok Corp
Priority date: 2019-02-04
Filing date: 2019-02-04
Publication date: 2023-04-04
Anticipated expiration: 2039-02-04
Also published as: JP2020126916A; CN111520520A

Description

本発明は、ソレノイド装置に関する。

従来から車載用電磁弁として、特許文献１に記載の電磁弁が知られている。特許文献１に記載の電磁弁は、コイルボビンと、コイルボビンの外側に巻回されたコイルと、コイルボビンの内側に配置された固定コアと、コイルボビンの内側で、固定コアの一端側に配置されたヨークとを備える。

特開２００５－２７７３０６号公報

この特許文献１に記載の電磁弁では、固定コアは、特に外周面に凹凸がない円筒状であり、コイルボビンの内側に単に挿入されているのみである。これと同様に、ヨークも、特に外周面に凹凸がない円筒状であり、コイルボビンの内側に単に挿入されているのみである。このような構成では、例えば自動車の振動の程度によっては、コイルボビン内で固定コアとヨークとが位置ズレを起こすおそれがある。この場合、固定コアとヨークとの同軸性が確保されず、ヨーク内に支持された可動コアを円滑に駆動させることができない。

また、通電状態のコイルから生じる磁力によって可動コアを駆動させるときに、ヨークが位置ズレを起こした場合、ヨークとコイルと間の磁気回路を十分に生じさせることができず、可動コアの駆動が不十分となる。

本発明の目的は、コアとヨークとの同軸性を確保して、ヨーク内に支持されたプランジャを円滑に駆動させることができ、また、通電状態のコイルの磁力によってプランジャを駆動させる際、その磁気回路を十分に生じさせることができるソレノイド装置を提供することにある。

本発明のソレノイド装置の一つの態様は、軸方向に沿って貫通した貫通孔を有する筒状のボビンと、ボビンの外周部に巻回されたコイルと、磁性材からなり、貫通孔の軸方向の一端側に配置された筒状のコアと、磁性材からなり、貫通孔の軸方向の他端側に配置され、コアに対し磁性的に連続しないで隣り合う筒状のヨークと、コアとヨークとを磁気的に不連続な状態で保持する筒状の樹脂部材とを備え、コアは、軸方向の端部に、外径が軸方向他端側に向かって漸減するテーパ状部で構成され、ヨークとの境界部に境界溝を構成する第１傾斜面と、第１傾斜面よりも軸方向一端側に位置し、周方向に沿った少なくとも１つのリング状の第１溝とを有し、樹脂部材は、境界溝および第１溝内に配置され、第１傾斜面に密着する。

本発明のソレノイド装置の一つの態様によれば、コアとヨークとの同軸性を確保して、ヨーク内に支持されたプランジャを円滑に駆動させることができる。また、通電状態のコイルの磁力によってプランジャを駆動させる際、その磁気回路を十分に生じさせることができる。

図１は、本発明のソレノイド装置の実施形態を示す垂直断面図である。図２は、図１に示すソレノイド装置が備えるコアとヨークとを連結したコア・ヨークユニットを示す垂直断面図である。図３は、図２に示すコア・ヨークユニットの分解斜視図である。図４は、図２に示すコア・ヨークユニットを製造する過程を順に示す垂直断面図である。図５は、図２に示すコア・ヨークユニットを製造する過程を順に示す垂直断面図である。図６は、図２に示すコア・ヨークユニットを製造する過程を順に示す垂直断面図である。

以下、本発明のソレノイド装置を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１～図６を参照して本発明のソレノイド装置の実施形態について説明する。なお、以下では、説明の便宜上、互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を設定している。Ｘ軸とＹ軸を含むＸＹ平面が水平となっており、Ｚ軸が鉛直となっている。Ｘ軸と平行な方向を「軸方向（軸Ｏ_２方向）」と言い、この軸を中心とする径方向を単に「径方向」と言い、前記軸を中心とする周方向を単に「周方向」と言うことがある。また、Ｘ軸方向正側を「軸方向一端側」または単に「一端側」と言い、Ｘ軸方向負側を「軸方向他端側」または単に「他端側」と言うことがある。本明細書中において、上下方向、水平方向、上側および下側とは、単に各部の相対位置関係を説明するための名称であり、実際の配置関係等は、これらの名称で示される配置関係等以外の配置関係等であってもよい。

図１に示すソレノイド装置１は、例えば自動車の自動変速機における油圧回路で油圧を制御するものである。ソレノイド装置１は、ケース７と、ボビン２と、コイル３と、コア・ヨークユニット１０と、プランジャ１３と、プランジャピン１４と、リング部材８と、弁スリーブ１５とを備える。
ケース７は、有底筒状である。すなわち、ケース７は、一端側（軸方向一端側）が開口する開口部７１と、他端側（軸方向他端側）を閉塞させる壁部７４とを有する筒状の部材である。ケース７は、鉄等のような磁性を有する金属材料で構成されている。

ケース７の内側には、ボビン２が配置されている。ボビン２は、筒状であり、その軸Ｏ_２がＸ軸方向と平行に配置されている。
また、ボビン２は、軸Ｏ_２方向に沿って貫通した貫通孔２２を有する。この貫通孔２２の内径は、軸Ｏ_２方向に沿って一定である。

ボビン２は、一端側で、径方向に突出したフランジ２３と、他端側で、径方向に突出したフランジ２４とを有する。フランジ２４は、ケース７の壁部７４に当接しいる。
ボビン２は、ケース７と同様に、磁性を有する金属材料で構成されている。

ボビン２の外周部２１には、導電性を有するコイル３が巻回されている。そして、コイル３を通電状態とすることにより、ケース７と、ボビン２と、コア・ヨークユニット１０のコア４およびヨーク５とが磁気回路を構成する。これにより、プランジャ１３を軸Ｏ_２方向に沿って往復動させることができる。

コア・ヨークユニット１０は、軸Ｏ_２方向の一端側に配置されたコア４と、軸Ｏ_２方向の他端側に配置されたヨーク５と、コア４とヨーク５とにまたがって配置された樹脂部材６とを有する。
図３に示すように、コア４は、全体として円筒状であり、その軸Ｏ_４がＸ軸方向と平行に配置されている。コア４の軸Ｏ_４は、ボビン２の軸Ｏ_２と重なる。

また、ヨーク５も、全体として円筒状であり、その軸Ｏ_５がＸ軸方向と平行に配置されている。ヨーク５の軸Ｏ_５もボビン２の軸Ｏ_２と重なる。
コア４およびヨーク５と同様に、樹脂部材６も、全体として円筒状であり、その軸Ｏ_６がＸ軸方向と平行に配置されている。樹脂部材６の軸Ｏ_６もボビン２の軸Ｏ_２と重なる。
なお、コア４、ヨーク５および樹脂部材６は、それぞれ、本実施形態では円筒状であるが、これに限定されず、例えば、角筒状であってもよい。

コア４およびヨーク５は、鉄等のような磁性材からなる、すなわち、磁性を有する金属材料で構成されている。これにより、プランジャ１３を十分に往復動させることができる程度の磁気回路を生じさせることができる。
また、図１および図２に示すように、コア４とヨーク５とは、軸Ｏ_２方向に隣り合ってはいるものの、互いに離間している。これにより、コア４とヨーク５とは、磁性的に連続しない状態（以下「磁気的不連続状態」と言う）となっている。ここで、「磁気的不連続状態」とは、磁気回路的に直接つながっていない状態のことを言う。なお、磁気的不連続状態とするには、コア４とヨーク５とを離間させることの他に、例えば、コア４とヨーク５とが接しているが、コア４およびヨーク５のうちの少なくとも一方の表面に非磁性のコーティングを施すこと等が挙げられる。

樹脂部材６は、コア４とヨーク５とを磁気的不連続状態で保持する。樹脂部材６は、例えば、熱可塑性樹脂等のような各種樹脂材料を用いることができる。
このような構成のコア・ヨークユニット１０の内側には、磁性材からなるプランジャ１３が軸Ｏ_２方向に沿って往復動可能に支持されている。また、コア・ヨークユニット１０の内側には、プランジャ１３の一端側にプランジャピン１４が配置されている。そして、プランジャ１３が往復動することにより、その力がプランジャピン１４を介して、前記油圧回路を切り替えるバルブ（図示せず）に伝達される。これにより、当該バルブを作動させることができる。

図１に示すように、ケース７内には、円環状のリング部材８が挿入されている。リング部材８は、コア・ヨークユニット１０と同心的に配置されている。このリング部材８は、コア４に対して一端側から接する。また、リング部材８の一端側には、弁スリーブ１５のフランジ１５１が接する。さらに、このフランジ１５１は、ケース７の開口部７１側を内側に曲げてなる折り曲げ部７３に接する。これにより、ケース７の折り曲げ部７３と壁部７４との間でコア・ヨークユニット１０の軸Ｏ_２方向の位置を規制ことができ、よって、磁気回路を安定して構成することができる。

図２に示すように、コア４は、一端部に外径φｄ_４Ａが縮径した縮径部４４を有する。縮径部４４は、リング部材８を貫通する。これにより、リング部材８の径方向の位置を規制ことができる。
また、コア４は、縮径部４４の他端側に隣り合い、縮径部４４よりも外径φｄ_４Ａが大きい大経部４５とを有する。この大経部４５には、リング部材８が接する。これにより、リング部材８の軸Ｏ_２方向の位置を規制ことができる。

次に、コア・ヨークユニット１０の詳細な構造について説明する。
前述したように、コア・ヨークユニット１０は、軸Ｏ_２方向の一端側に配置されたコア４と、軸Ｏ_２方向の他端側に配置されたヨーク５と、コア４とヨーク５とにまたがって配置された樹脂部材６とを有する。

図２および図３に示すように、コア４は、外周部に、軸Ｏ_２方向の他端部に位置する第１傾斜面４１と、第１傾斜面４１よりも軸Ｏ_２方向の一端側に位置する第１溝４２とを有する。
第１傾斜面４１は、外径φｄ_４Ａが軸Ｏ_２方向の他端側に向かって漸減するテーパ状部で構成されている。この第１傾斜面４１は、ヨーク５との境界部に境界溝１１を構成することができる。
なお、第１傾斜面４１よりも一端側には、前述した縮径部４４が位置しており、第１傾斜面４１と縮径部４４との間には、前述した大経部４５が位置している。

第１溝４２は、コア４の周方向に沿ったリング状の溝で構成されている。第１溝４２の配置数は、本実施形態では１つであるが、これに限定されず、複数であってもよい。例えば、第１溝４２の配置数が３つ以上の場合、これらの第１溝４２は、軸Ｏ_２方向に沿って等間隔に配置されているのが好ましい。
また、図３に示すように、第１傾斜面４１と第１溝４２との間には、径方向に沿った高さが異なる高部４６と低部４７とが、軸Ｏ_４回りに互に配置されている。

ヨーク５は、外周部に、軸Ｏ_２方向の一端部に位置する第２傾斜面５１と、第２傾斜面５１よりも軸Ｏ_２方向の他端側に位置する第２溝５２とを有する。
第２傾斜面５１は、外径φｄ_５Ａが軸Ｏ_２方向の一端側に向かって漸減するテーパ状部で構成されている。この第２傾斜面５１は、第１傾斜面４１とともに境界溝１１を構成することができる。そして、図２に示すように、第１傾斜面４１の傾斜角度θ_４１と、第２傾斜面５１の傾斜角度θ_５１とは、同じ大きさである。これにより、例えば、コア・ヨークユニット１０を製造する際、第１傾斜面４１および第２傾斜面５１の形成を迅速に行うことができ、よって、製造容易性が向上する。なお、傾斜角度θ_４１と傾斜角度θ_５１とは、同じ大きさであるが、これに限定されず、異なっていてもよい。

第２溝５２は、ヨーク５の周方向に沿ったリング状の溝で構成されている。第２溝５２の配置数は、本実施形態では１つであるが、これに限定されず、複数であってもよい。例えば、第２溝５２の配置数が３つ以上の場合、これらの第２溝５２は、軸Ｏ_２方向に沿って等間隔に配置されているのが好ましい。
また、図３に示すように、第２傾斜面５１と第２溝５２との間には、径方向に沿った高さが異なる高部５６と低部５７とが、軸Ｏ_５回りに互に配置されている。

軸Ｏ_２方向に沿った第１傾斜面４１と第１溝４２との距離Ｌ_４は、軸Ｏ_２方向に沿った第２傾斜面５１と第２溝５２との距離Ｌ_５よりも長い。これにより、第１傾斜面４１から第１溝４２を離間させることができ、よって、第１傾斜面４１の軸Ｏ_２方向に沿った長さを、磁気回路の確保に十分な大きさとすることができる。

また、第１溝４２の幅Ｗ_４２と、第２溝５２の幅Ｗ_５２とは、同じ大きさであり、第１溝４２の深さｄｐ_４２と、第２溝５２の深さｄｐ_５２とは、同じ大きさである。これにより、例えば、コア・ヨークユニット１０を製造する際、第１溝４２および第２溝５２の形成を迅速に行うことができ、よって、製造容易性が向上する。

なお、幅Ｗ_４２と幅Ｗ_５２とは、同じ大きさであるが、これに限定されず、異なっていてもよい。同様に、深さｄｐ_４２と深さｄｐ_５２とは、同じ大きさであるが、これに限定されず、異なっていてもよい。
また、深さｄｐ_４２は、幅Ｗ_４２よりも小さく、深さｄｐ_５２は、幅Ｗ_５２よりも小さい。これにより、深さｄｐ_４２および深さｄｐ_５２をそれぞれ比較的浅く設定することができ、磁気回路にとって好ましくなる。

図２に示すように、樹脂部材６は、境界溝１１内に配置された第１部分６４と、第１溝４２内に配置された第２部分６５と、第２溝５２内に配置された第３部分６６とを有する。
第１部分６４は、境界溝１１内の全体を満たしており、第１傾斜面４１および第２傾斜面５１の双方に密着する。
第２部分６５は、第１溝４２内の全体を満たしており、第１溝４２の内面に密着する。
第３部分６６は、第２溝５２内の全体を満たしており、第２溝５２の内面に密着する。

このような第１部分６４、第２部分６５および第３部分６６により、コア４と樹脂部材６とが引っ掛かり合うとともに、コア４と樹脂部材６との接触面積が増大し、ヨーク５と樹脂部材６とが引っ掛かり合うとともに、ヨーク５と樹脂部材６との接触面積が増大する。これにより、例えば自動車のエンジンからの振動がコア・ヨークユニット１０に伝達されたとしても、コア４とヨーク５とに位置ズレが生じるのを防止して、コア４とヨーク５との同軸性を十分に確保することができる。そして、コア４とヨーク５との同軸性が十分に確保されていれば、コア・ヨークユニット１０内でのプランジャ１３を円滑に駆動させることができる。
また、前述したように、コア４とヨーク５とは、プランジャ１３を駆動させる際の磁気回路を構成する。そして、コア４とヨーク５との位置ズレが防止されることにより、プランジャ１３を迅速に駆動させる程度の磁気回路を十分に生じさせることができる。

第１部分６４は、境界溝１１内の全体を満たした状態となっているが、これに限定されず、境界溝１１内の一部を満たした状態となっていてもよい。同様に、第２部分６５は、第１溝４２内の全体を満たした状態となっているが、これに限定されず、第１溝４２内の一部を満たした状態となっていてもよい。また、第３部分６６も、第２溝５２内の全体を満たした状態となっているが、これに限定されず、第２溝５２内の一部を満たした状態となっていてもよい。
また、ヨーク５は、第２傾斜面５１および第２溝５２のうちの少なくとも一方が省略されていてもよい。

図３に示すように、樹脂部材６は、一端部に複数の第１貫通孔６１を有し、他端部に複数の第２貫通孔６２を有する。
複数の第１貫通孔６１は、樹脂部材６の周方向に沿って等間隔に配置されている。そして、各第１貫通孔６１には、コア４の第１傾斜面４１と第１溝４２との間にある高部４６が樹脂部材６の内側から入り込んで外方に向かって突出する。これにより、コア４が樹脂部材６に引っ掛かった状態となる。

複数の第２貫通孔６２も、樹脂部材６の周方向に沿って等間隔に配置されている。そして、各第２貫通孔６２には、ヨーク５の第２傾斜面５１と第２溝５２との間にある高部５６が樹脂部材６の内側から入り込んで外方に向かって突出する。これにより、ヨーク５が樹脂部材６に引っ掛かった状態となる。

樹脂部材６の一端側と他端側とでこのような引っ掛かり状態となることにより、コア４およびヨーク５が樹脂部材６から離脱するのを防止することができ、よって、コア４とヨーク５との位置関係を安定して維持することができる。
なお、第１貫通孔６１および第２貫通孔６２の配置数は、複数に限定されず、１つであってもよい。また、第１貫通孔６１の配置数と、第２貫通孔６２の配置数とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

図２に示すように、樹脂部材６は、コア４とヨーク５との間、すなわち、境界溝１１に位置する部分の内周部に内側溝６３を有する。内側溝６３は、樹脂部材６の周方向に沿ったリング状の溝である。内側溝６３は、コア４の内側の空間４３と、ヨーク５の内側の空間５３とに繋がる。このような内側溝６３は、例えば、樹脂部材６での温度変化や経年変化による歪（変形）等を抑制することができ、よって、ヨーク５内に支持されたプランジャ１３の円滑な駆動に寄与する。

内側溝６３の幅Ｗ_６３は、コア４とヨーク５との離間距離と同じであるが、これに限定されず、異なっててもよい。また、内側溝６３の深さｄｐ_６３は、例えば、深さｄｐ_４２や深さｄｐ_５２と同じとすることができるが、これに限定されない。
次に、コア・ヨークユニット１０を製造する方法について、図４～図６を参照して説明する。

まず、コア４およびヨーク５となる、所定長さの円筒状の母材を用意する。この母材は、外径および内径がＸ軸方向に沿って一定である。また、母材の全長は、そのままコア・ヨークユニット１０の全長となる。
次いで、母材を焼鈍する。

次いで、母材に対して切削加工を施す。これにより、母材は、図４に示す状態となる。また、図４に示す状態では、コア４とヨーク５とは、未だ離間しておらず、薄肉部１６にを介して、連結されている。
次いで、母材に対してメッキ加工を施す。

次いで、インサート成形により、母材上に樹脂部材６を設ける。これにより、母材は、図５に示す状態となる。
次いで、母材の内側に切削加工を施すことにより、薄肉部１６を除去するとともに、内側溝６３を設ける。これにより、コア４とヨーク５とを離間させることができ、よって、図６に示すコア・ヨークユニット１０が得られる。

以上、本発明のソレノイド装置を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、ソレノイド装置を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。

１…ソレノイド装置、２…ボビン、２１…外周部、２２…貫通孔、２３…フランジ、２４…フランジ、３…コイル、４…コア、４１…第１傾斜面、４２…第１溝、４３…空間、４４…縮径部、４５…大経部、４６…高部、４７…低部、５…ヨーク、５１…第２傾斜面、５２…第２溝、５３…空間、５６…高部、５７…低部、６…樹脂部材、６１…第１貫通孔、６２…第２貫通孔、６３…内側溝、６４…第１部分、６５…第２部分、６６…第３部分、７…ケース、７１…開口部、７３…折り曲げ部、７４…壁部、８…リング部材、１０…コア・ヨークユニット、１１…境界溝、１３…プランジャ、１４…プランジャピン、１５…弁スリーブ、１５１…フランジ、１６…薄肉部、ｄｐ_４２…深さ、ｄｐ_５２…深さ、ｄｐ_６３…深さ、Ｌ_４…距離、Ｌ_５…距離、Ｏ_２…軸、Ｏ_４…軸、Ｏ_５…軸、Ｏ_６…軸、Ｗ_４２…幅、Ｗ_５２…幅、Ｗ_６３…幅、φｄ_４Ａ…外径、φｄ_５Ａ…外径、θ_４１…傾斜角度、θ_５１…傾斜角度

Claims

軸方向に沿って貫通した貫通孔を有する筒状のボビンと、
前記ボビンの外周部に巻回されたコイルと、
磁性材からなり、前記貫通孔の軸方向の一端側に配置された筒状のコアと、
磁性材からなり、前記貫通孔の軸方向の他端側に配置され、前記コアに対し磁性的に連続しないで隣り合う筒状のヨークと、
前記コアと前記ヨークとを磁気的に不連続な状態で保持する筒状の樹脂部材とを備え、
前記コアは、軸方向の端部に、外径が軸方向他端側に向かって漸減するテーパ状部で構成され、前記ヨークとの境界部に境界溝を構成する第１傾斜面と、該第１傾斜面よりも軸方向一端側に位置し、周方向に沿った少なくとも１つのリング状の第１溝とを有し、
前記樹脂部材は、前記境界溝および前記第１溝内に配置され、前記第１傾斜面に密着し、前記境界溝に位置する部分の内周部に、前記コアの内側の空間と、前記ヨークの内側の空間とに繋がる内側溝を有することを特徴とするソレノイド装置。
前記ヨークは、軸方向の端部に、外径が軸方向一端側に向かって漸減するテーパ状部で構成され、前記第１傾斜面とともに前記境界溝を構成する第２傾斜面と、該第２傾斜面よりも軸方向他端側に位置し、周方向に沿った少なくとも１つのリング状の第２溝とを有し、
前記樹脂部材は、前記第２溝内に配置され、前記第２傾斜面に密着する請求項１に記載のソレノイド装置。
前記ボビンの軸方向に沿った前記第１傾斜面と前記第１溝との距離は、前記ボビンの軸方向に沿った前記第２傾斜面と前記第２溝との距離よりも長い請求項２に記載のソレノイド装置。
前記樹脂部材は、前記コアの前記第１傾斜面と前記第１溝との間の部分が一部突出する少なくとも１つの第１貫通孔と、前記ヨークの前記第２傾斜面と前記第２溝との間の部分が一部突出する少なくとも１つの第２貫通孔とを有する請求項２または３に記載のソレノイド装置。
前記第１傾斜面の傾斜角度と、前記第２傾斜面の傾斜角度とは、同じ大きさである請求項２から４のいずれか１項に記載のソレノイド装置。
前記第１溝の幅と、前記第２溝の幅とは、同じ大きさである請求項２から５のいずれか１項に記載のソレノイド装置。
前記第１溝の深さと、前記第２溝の深さとは、同じ大きさである請求項２から６のいずれか１項に記載のソレノイド装置。
前記樹脂部材は、前記第２溝内を満たす請求項２から７のいずれか１項に記載のソレノイド装置。
前記樹脂部材は、前記境界溝および前記第１溝内を満たす請求項１から８のいずれか１項に記載のソレノイド装置。
前記コア、前記ヨークおよび前記樹脂部材は、それぞれ、円筒状である請求項１から９のいずれか１項に記載のソレノイド装置。