JP7382823B2

JP7382823B2 - ソレノイド

Info

Publication number: JP7382823B2
Application number: JP2019234769A
Authority: JP
Inventors: 雄一郎田中; 洋平片山; 俊介森; 竜一須賀; 信治瀬戸
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2019-12-25
Filing date: 2019-12-25
Publication date: 2023-11-17
Anticipated expiration: 2039-12-25
Also published as: WO2021132042A1; JP2021103745A

Description

本発明は、ソレノイドに関する。

従来、電磁ソレノイドに用いられるソレノイドコイルは、樹脂などの絶縁部材で形成されたボビンに、導体で形成された巻線を、所定のターン数で多層に巻いて構成されている。このようなソレノイドコイルでは、一般に小型軽量化のために、ボビン端部の一方を段付き形状にして、ソレノイドコイル単体の軸長を短縮させることが求められる。

本願発明に関連する背景技術として、下記の特許文献１が知られている。特許文献１には、バルブ12を摺動可能に内蔵するバルブシート13と、バルブシート13を挿入状態で支持する管状ボデー1とを備え、バルブシート13のボデー1との接合面に環状溝部13aを設け、ボデー1の軸方向にかしめ荷重を加えることにより、そのボデー1の内周部をバルブシート13の溝部13aにくい込ませる燃料噴射弁が開示されている（要約参照）。

特開平９－３２４７２２号公報

特許文献１の技術でソレノイドコイルを構成し、ソレノイドコイルを段付き形状にした場合、コイルの径方向寸法が拡大し、電磁ソレノイドのコイルの抵抗値が増加することが課題であった。

本発明によるソレノイドコイルは、ボビンと、前記ボビンの外周に線材を巻回したコイルと、前記ボビンの内周側に配置され、第一磁性部材を有する可動子と、前記ボビンの径方向で前記可動子の第一磁性部材の外周側かつ前記ボビンの内周側に配置される第二磁性部材とを備え、前記ボビンは、前記コイルの軸方向における前記ボビンの端面として、前記線材の引き出し線が通る第一の端面と、前記第一の端面とは反対側にある第二の端面とを有し、前記ボビンで前記第二の端面より前記第一の端面に近い部分である第一部分（先細部）は、前記第二の端面より内径が小さく、前記第二磁性部材は、前記ボビンの前記第一部分（先細部）と径方向に対向する第一外周部と、前記第一外周部より前記第二の端面に近く、前記第一外周部より外径が大きい第二外周部とを備え、前記可動子の前記第一磁性部材の最外周部分は、前記第二磁性部材の前記第二外周部の内側に収納され、前記第二磁性部材の内側で前記コイルの軸方向に動作可能な構造を有する。

本発明によれば、ソレノイドコイルの抵抗値の低減を実現できる。上記した以外の課題、構成および効果は、以下の発明を実施するための形態の説明により明らかにされる。

従来の電磁ソレノイドの構造を説明する図である。本発明の第１の実施形態に係る電磁ソレノイドの構造を説明する図である。本発明の第２の実施形態に係る電磁ソレノイドの構造を説明する図である。本発明の第３の実施形態に係る電磁ソレノイドの構造を説明する図である。本発明の第４の実施形態に係る電磁ソレノイドの構造を説明する図である。本発明の第５の実施形態に係る電磁ソレノイドの構造を説明する図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。

図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。

同一あるいは同様な機能を有する構成要素が複数ある場合には、同一の符号に異なる添字を付して説明する場合がある。ただし、これらの複数の構成要素を区別する必要がない場合には、添字を省略して説明する場合がある。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。

（電磁ソレノイドの構造）
本発明の実施形態に係る、ソレノイドコイル１を含む電磁ソレノイド２０の構造について説明する。図１は、電磁ソレノイド２０の構造を示す、立面での断面概略図である。

電磁ソレノイド２０は、ソレノイドコイル１、ボビン２、ヨーク４、コア５、シリンダ６、ハウジング７、アンカー８、シャフト９、アマチュア１０、ブッシュ１１，１２、を備える。

ヨーク４、コア５、ハウジング７、アンカー８、シャフト９、アマチュア１０、ブッシュ１１，１２、は磁性部材であり、また、ソレノイドコイル１およびボビン２を囲むように配置される。そうすることで、ソレノイドコイル１の周りを立面で磁束が一周するような磁路を形成することができ、これにより電磁ソレノイドとしての機能を持つ。なお、磁性部材は低炭素鋼S10Cなどが使用される。

シリンダ６はSUS303、SUS304などの非磁性部材で構成される。

ソレノイドコイル１は、銅線などの導体を、樹脂製のボビン２の外周に所定のターン数および多層に、一定の張力で巻回されて構成される。

ボビン２は、図の上下どちらかの端面において、図示していない巻き始めの引き出し線と巻き終わりの引き出し線が通過する２つの溝を有する。また同様にボビン２は、図の上下どちらかの端面において図示していないターミナルが配置され、図示していない巻き始め引き出し線と巻き終わり引き出し線は、ターミナルに絡げて接続する。ボビン２の端面とソレノイドコイル１の外周部分とは、樹脂３でモールドされることで絶縁される。

ハウジング７は、ボビン２の内周側に配置される。また、ハウジング７の内側にはシャフト９とアマチュア１０が嵌合して構成されている可動子を有する。アマチュア１０を貫通して嵌合しているシャフト９は、ブッシュ１１，１２を介して、ハウジング７の内側に形成された穴１３の内部に向かって、コイル１の軸方向へ移動可能に支持されている。

電磁ソレノイド２０は、通電されることでソレノイド全体が励磁され、シャフト９と嵌合しているアマチュア１０は、図の可動子動作領域における移動距離Ｌの分だけ軸方向に上下することができる。そのため、電磁ソレノイド２０は、例えばプランジャとして機能させることができる。

ヨーク４、コア５、ハウジング７、アンカー８、はソレノイド２０の全体構造を保つ支持部材としてそれぞれ機能する。

（第１の実施形態）
図２は、本発明の実施形態に係る図である。

ソレノイドコイル１を巻回するためのボビン２Ａは、段付きハウジング７Ａに接触する面の一部に溝を形成している。つまり、図１におけるボビン２の端部の一部を段付き形状の構造にして、ボビン２Ａを形成している。段付き形状の構造は、図示していないターミナルや巻き始め引き出し線、巻き終わり引き出し線が通過する溝を有する端面側にある。

ボビン２Ａに形成されている溝の部分を利用して、図１と同じターン数で多層にコイルを巻回すると、ソレノイドコイル１Ａの軸長（図２のコイルの縦方向の長さ）に均等に巻回した場合、従来のソレノイドコイル１の径方向の長さに比べて短縮することができる。また、コイルの段付き形状部分にできるだけ寄せてコイルを巻回することで、ソレノイドコイルの軸長（図２のコイルの縦方向の長さ）を短くすることも可能になる。

ただし、コイルの軸長を短くするような巻回方法を採用すると、段付き形状部分のソレノイドコイルの径方向の長さが大きくなり、電磁ソレノイドの体積とコイルの抵抗値が増加する。そのため、ソレノイドコイルの径方向の抵抗値増加を防止するように、ボビン２Ａの端部の一部分を段付き形状にする構造に合わせて、ボビン２Ａの内径に接するハウジング７の端部の一部外径を小さくし、段付きハウジング７Ａを形成する。

段付きハウジング７Ａの形状であっても、段付きハウジング７Ａに収納するアマチュア１０の可動域（移動距離L）は、図１のように段付きではないハウジング７に収納した場合と変わらない。その結果、従来の電磁ソレノイドと比べても可動子の動きに変更はなく、かつ、ボビン２Ａの段付き形状によりソレノイドコイル１Ａの巻き数を純粋に増やすことができるため、ソレノイド２０Ａの推力が向上する。

以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

（１）電磁ソレノイド２０Ａは、ボビン２Ａと、ボビン２Ａの外周に線材を巻回したコイル１Ａと、ボビン２Ａの内周側に配置され、第一磁性部材（アマチュア）１０を有する可動子と、ボビン２の径方向で可動子の第一磁性部材１０の外周側かつボビン２Ａの内周側に配置される第二磁性部材（段付きハウジング）７Ａとを備え、ボビン２Ａは、コイル１Ａの軸方向におけるボビン２Ａの端面として、線材の引き出し線が通る第一の端面と、第一の端面とは反対側にある第二の端面とを有し、ボビン２Ａで第二の端面より第一の端面に近い部分である第一部分（先細部）は、第二の端面より内径が小さく、第二磁性部材７Ａは、ボビン２Ａの第一部分（先細部）と径方向に対向する第一外周部と、第一外周部より第二の端面に近く、第一外周部より外径が大きい第二外周部とを備え、可動子の第一磁性部材１０の最外周部分は、第二磁性部材７Ａの第二外周部の内側に収納され、第二磁性部材７Ａの内側でコイル１Ａの軸方向に動作する。このようにしたので、ソレノイドの体積とコイルの抵抗値を増加させることなく、巻き数を純粋に増やすことができるため、電磁ソレノイド２０Ａの推力が向上する。

（２）電磁ソレノイド２０Ａは、ボビン２Ａの第一部分（先細部）の外周における線材の巻き数は、ボビン２Ａの第一部分以外の第二部分の外周における線材の巻き数より多い。このようにしたので、ソレノイドコイル１Ａの軸長を短くすることが可能となり、電磁ソレノイド２０Ａの小型化を実現できる。

（３）電磁ソレノイド２０Ａの可動子は、第一磁性部材１０を貫通してコイル１Ａの軸方向に動作するシャフト９をさらに有する。このようにしたので、電磁ソレノイド２０Ａは励磁されることで、一体になった第一磁性部材とシャフト９を同時に上下稼働させることができ、電磁ソレノイド２０Ａは例えばプランジャとして機能することができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る電磁ソレノイドの構造について説明する。図３は、電磁ソレノイドの第２の実施形態を表す立面での断面概略図である。

電磁ソレノイド２０Ｂは、ソレノイドコイル１Ｂを巻回し、第１の実施形態の段付きボビン２Ａにさらに段を付け加えた形状である、段付きボビン２Ｂを備える。

ヨーク４Ｂは、ボビン２Ｂにおいて付け加えられた段の形状に合わせて、段に接する部分の形を変える。ただし、ヨーク４Ｂは、隣接するアンカー８の形状が従来と比べて同じものになるように変形される。

（第３の実施形態）
続いて、第３の実施形態に係る電磁ソレノイドの構造について説明する。図４は本発明の第１の実施形態の変形例である、電磁ソレノイドの第３の実施形態を表す立面での断面概略図である。

第３の実施形態を表す電磁ソレノイド２０Ｃは、ハウジング７Ｃに接する端面およびヨーク４Ｃに接するボビン２Ｃの端面の一部を、傾斜をつける構造にする。また、ヨーク４Ｃおよびハウジング７Ｃは、ボビン２Ｃに接する部分の傾斜形状の構造に合わせて、接する部分の形状を変える。なお、この形状の変化によってハウジング７Ｃに収納するアマチュア１０の可動領域（移動距離Ｌ）や、ソレノイドコイル１Ｃの巻き数は変化しない。

以上説明した本発明の第２、第３の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

（４）電磁ソレノイド２０Ｂ，Ｃは、ボビン２Ｂにおいて線材の引き出し線が通る第一の端面とは反対側の第二の端面より、内径が小さい部分が2箇所以上あることを特徴とする。このようにしたので、従来のソレノイドコイル１と巻き数を同じにした場合、コイルの軸長短縮および径方向寸法の短縮が可能になる。

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係る電磁ソレノイドの構造について説明する。図５は、第１の実施形態の変形例である、電磁ソレノイドの第４の実施形態を表す立面での断面概略図である。

電磁ソレノイド２０Ｄは、第１～第３の実施形態からブッシュ１１を取り除き、それに応じて段付きソレノイドコイルの段付き部分をさらに内径側に深くしたボビン２Ｄと、ボビン２Ｄに応じてさらに縮小した外径と穴１３Ｄを有するハウジング７Ｄと、を備える。なお、この形状の変化によってハウジング７Ｃに収納するアマチュア１０の可動領域（移動距離Ｌ）は変化しない。

シャフト９は、ブッシュ１１を取り除いた分の隙間はハウジング７Ｄによってスペースを埋められて、アマチュア１０を嵌合している状態での軸方向への上下稼働の安定性を保持している。

以上説明した本発明の第４の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

（５）電磁ソレノイド２０Ｄの第二磁性部材７Ｄは穴１３Ｄを有し、シャフト９は、第二磁性部材７Ｄの穴に収納される。このようにしたので、安定して可動子をコイル１Ｄの軸方向に上下稼働させることができる。

（第５の実施形態）
続いて、第５の実施形態に係る電磁ソレノイドの構造について説明する。図６は本発明の第１の実施形態の変形例である、電磁ソレノイドの第５の実施形態を表す立面での断面概略図である。

電磁ソレノイド２０Ｅは、第４の実施形態から穴１３Ｄを取り除き、アマチュア１０と嵌合しているシャフト９の突き出し部分を取り除いたシャフト９Ｅを備える。また、電磁ソレノイド２０Ｅは、それに応じて段付きソレノイドコイルの段付き部分を、第４の実施形態よりもさらに内径側に深くしたボビン２Ｅと、ボビン２Ｅに応じてさらに縮小した外径を有するハウジング７Ｅと、を備える。なお、この形状の変化によってシャフト９を嵌合しているアマチュア１０の可動領域（移動距離Ｌ）は変化しない。

ハウジング７シャフト９Ｅは、穴１３Ｄを取り除いているため、ブッシュ１２のみで支持されている状態になる。また、穴１３Ｄを取り除いたハウジング７Ｅの最小外径は、シャフト９Ｅの外径よりも小さくなる。

以上説明した本発明の第５の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

（６）電磁ソレノイド２０Ｅにおいて、線材の引き出し線が通る第一の端面に近い部分であるボビン２Ｅの第一部分（先細部）の内径は、シャフト９Ｅの外径より狭い。このようにしたので、ソレノイドコイル１Ｅをさらに巻回させることが可能になり、電磁ソレノイド２０Ｅの推力はさらに向上する。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅソレノイドコイル
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅボビン
３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅモールド樹脂
４，４Ｂ，４Ｃヨーク
５コア
６シリンダ
７，７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ，７Ｅハウジング
８アンカー
９，９Ｅシャフト
１０アマチュア
１１，１２ブッシュ
１３，１３Ｄ穴
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ電磁ソレノイド

Claims

ボビンと、
前記ボビンの外周に線材を巻回したコイルと、
前記ボビンの内周側に配置され、第一磁性部材を有する可動子と、
前記ボビンの径方向で前記可動子の第一磁性部材の外周側かつ前記ボビンの内周側に配置される第二磁性部材と、
前記第二磁性部材を軸方向で支持するコアと、を備え、
前記ボビンは、前記コイルの軸方向における前記ボビンの端面として、前記線材の引き出し線が通る第一の端面と、前記第一の端面とは反対側にある第二の端面とを有し、
前記ボビンで前記第二の端面より前記第一の端面に近い部分である第一部分は、前記第二の端面より内径が小さく、
前記第二磁性部材は、前記ボビンの前記第一部分と径方向に対向する第一外周部と、前記第一外周部より前記第二の端面に近く、前記第一外周部より外径が大きい第二外周部とを備え、
前記可動子の前記第一磁性部材の最外周部分は、前記第二磁性部材の前記第二外周部の内側に収納され、前記第二磁性部材の内側で前記コイルの軸方向に動作し、
前記コアは、その一部が前記可動子側に突出する突出部を有し、
前記突出部は、径方向において、前記第一部分とは対向しないソレノイド。
ボビンと、
前記ボビンの外周に線材を巻回したコイルと、
前記ボビンの内周側に配置され、第一磁性部材を有する可動子と、
前記ボビンの径方向で前記可動子の第一磁性部材の外周側かつ前記ボビンの内周側に配置される第二磁性部材と、
前記第二磁性部材を軸方向で支持するコアと、を備え、
前記ボビンは、前記コイルの軸方向における前記ボビンの端面として、前記線材の引き出し線が通る第一の端面と、前記第一の端面とは反対側にある第二の端面とを有し、
前記ボビンで前記第二の端面より前記第一の端面に近い部分である第一部分は、前記第二の端面より内径が小さく、
前記第二磁性部材は、前記ボビンの前記第一部分と径方向に対向する第一外周部と、前記第一外周部より前記第二の端面に近く、前記第一外周部より外径が大きい第二外周部とを備え、
前記可動子の前記第一磁性部材の最外周部分は、前記第二磁性部材の前記第二外周部の内側に収納され、前記第二磁性部材の内側で前記コイルの軸方向に動作し、
前記コアは、その一部が前記可動子側に突出する突出部を有し、
前記可動子は、径方向において、前記第一部分とは対向しないソレノイド。
ボビンと、
前記ボビンの外周に線材を巻回したコイルと、
前記ボビンの内周側に配置され、第一磁性部材を有する可動子と、
前記ボビンの径方向で前記可動子の第一磁性部材の外周側かつ前記ボビンの内周側に配置される第二磁性部材と、
前記第二磁性部材を軸方向で支持するコアと、を備え、
前記ボビンは、前記コイルの軸方向における前記ボビンの端面として、前記線材の引き出し線が通る第一の端面と、前記第一の端面とは反対側にある第二の端面とを有し、
前記ボビンで前記第二の端面より前記第一の端面に近い部分である第一部分は、前記第二の端面より内径が小さく、
前記第二磁性部材は、前記ボビンの前記第一部分と径方向に対向する第一外周部と、前記第一外周部より前記第二の端面に近く、前記第一外周部より外径が大きい第二外周部とを備え、
前記可動子の前記第一磁性部材の最外周部分は、前記第二磁性部材の前記第二外周部の内側に収納され、前記第二磁性部材の内側で前記コイルの軸方向に動作し、
前記コアは、その一部が前記可動子側に突出する突出部を有し、
前記可動子は、前記第一磁性部材を貫通して前記コイルの軸方向に動作するシャフトをさらに有し、
前記ボビンの前記第一部分の内径は、前記シャフトの外径より狭いソレノイド。