JPWO2016125629A1 - ソレノイド - Google Patents

Abstract

通電時の振動、騒音を低減できるソレノイドを提供すること。コイル２に通電したときの磁気作用によって、少なくとも第１磁気抵抗部からなるコア４を軸方向に駆動するソレノイド１であって、コア４に装着される軸５と、コアの両端部を支持する軸受６、７と、を備え、前記磁気作用により少なくともコア４を径方向に可動させる力を発生させる第２磁気抵抗部４ｂを備える。

Description

本発明は、コイルに通電したときの磁気作用によってコアを軸方向に駆動するソレノイドに関する。

従来、コイルに通電したときの磁気作用によってプランジャ（コア）を軸方向に駆動するソレノイドであって、前記プランジャに装着される軸と、前記プランジャの両端部を支持する軸受を備えるソレノイドが知られている。（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−１２９６７９号公報（第４頁、第１図）

特許文献１のソレノイドにあっては、プランジャに装着される軸と、プランジャの両端部を支持する軸受との間にはクリアランスがあり、しかもプランジャに対する径方向の拘束力がほとんどないため、通電時には、プランジャは軸方向に動くと同時に、軸が軸受のクリアランス内で動き回り、振動や異音が発生するという問題がある。特に、ＡＣ−ＤＣコンバータ、ＤＣ−ＤＣコンバータ等の電圧、電流にひずみの大きい電源により駆動されると、ソレノイドの振動、異音がさらに大きくなる傾向にある。

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、通電時の振動、騒音を低減できるソレノイドを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明のソレノイドは、
コイルに通電したときの磁気作用によって、少なくとも第１磁気抵抗部からなるコアを軸方向に駆動するソレノイドであって、前記コアに装着される軸と、前記コアの両端部を支持する軸受と、を備え、前記磁気作用により少なくとも前記コアを径方向に可動させる力を発生させる第２磁気抵抗部を備えることを特徴としている。
この特徴によれば、通電時に、少なくともコアの径方向に作用する力によって、コアに装着された軸は軸受に押付けられるので、コアの振動を低減することができる。

本発明のソレノイドは、
前記第２磁気抵抗部は、前記第１磁気抵抗部とは異なる磁気抵抗を有することを特徴としている。
この特徴によれば、磁気抵抗の異なる材料を利用して容易に第１磁気抵抗部と第２磁気抵抗部を形成することができる。

本発明のソレノイドは、
前記第２磁気抵抗部は、前記コアの周方向に不均一に設けられていることを特徴としている。
この特徴によれば、コアが周方向の任意の箇所に押付けられ、周方向に不均一な力が加わり、コアの振れや振動を低減できる。

本発明のソレノイドは、
前記第２磁気抵抗部は、前記コアの少なくとも軸方向一方の端部に設けられることを特徴としている。
この特徴によれば、コアの端部に発生する力によって、前記コアに装着された軸を軸受に押付けることができる。

本発明のソレノイドは、
前記第２磁気抵抗部は、切欠きからなることを特徴としている。
この特徴によれば、コア全体に与える影響を最小限にして、容易にコアに装着された軸を軸受に押付けることができる。

実施例１におけるソレノイドを示す側断面図である。 センタポスト、可動部及びスリーブ回りの拡大図である。 第２磁気抵抗部の変形例を示す側断面図である。

本発明に係るソレノイドを実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。

図１及び図２を参照して、本発明の実施例に係るソレノイドについて説明する。

図１に示されるように、ソレノイド１は、コイル２と、可動体３、第１軸受６、第２軸受８、センタポスト７、スリーブ９、磁路プレート１０、ボディ部材１１、ベース部材１２から主に構成される。以下、ソレノイド１を構成する各要素について説明する。

コイル２は、絶縁物からなるボビン２ａにエナメル被覆された導体２ｂが所定回数巻回され、巻回された導体２ｂの外周部は絶縁物からなる被覆体２ｃにより被覆保護されている。導体２ｂの端部は、リード線１３に接続され、図示しない電源部から電力が供給されることによりコイル２は磁束を発生する。

可動体３は、コア４に軸５を装着して形成されている。コア４は磁気抵抗の低い鉄等の磁性体からなる第１磁気抵抗部からなり、鉄等を機械加工して曲面状の外周面４ａ、平面上の端面４ｃ（図２参照）及び後述する切欠き４ｂを備える略円筒状に形成し、コア４全体が第１磁気抵抗部から構成されている。また、磁気抵抗の低い鉄粉と樹脂とを均一に混合して略円筒状に成形した等方性磁粉コアを使用してもよい。この場合、鉄粉が第１磁気抵抗部を構成する。軸５は磁束の漏れを防ぎ、効率よく可動体を動かすためにステンレス等の非磁性材からなる。また、可動体３の周囲の作動流体が、可動体３が軸方向に移動する際の抵抗にならないように、軸５は貫通孔５ａを有し、可動体３の周囲の作動流体が貫通孔５ａ内を移動できるようになっている。

センタポスト７は、鉄等の磁性材料から構成され、後述する磁路の一部を構成する。ソレノイド１の外側のセンタポスト７の端部には凹部７ａが形成され、ソレノイド１の内側には環状鍔部７ｂが形成され、凹部７ａには第１軸受６が回転不能に装着され、環状鍔部７ｂの内側空間にはコア４の一方の端部が収納される。

スリーブ９は、鉄等の磁性材料から構成され、後述する磁路の一部を構成する。スリーブ９の内側には凹部９ａ、筒部９ｂが形成され、凹部９ａには第２軸受８が回転不能に装着され、筒部９ｂの内側空間にはコア４の他方の端部が収納される。

磁路プレート１０は、鉄等の磁性材料から構成され、中心部に孔部を有する円板状に形成され、後述するように磁路の一部を形成する。

ベース部材１２は、コイル２が発生する磁束が漏れないように、全体またはその一部を非磁性材によって構成する。また、ボディ部材１１は、鉄等の磁性材により構成され、後述する磁路の一部を構成する。そして、ベース部材１２は密封部材１４を介してボディ部材１１に密封状に嵌合され、一体に組立てられる。

図１に示されるように、センタポスト７はボディ部材１１に嵌合され、スリーブ９は磁路プレート１０に嵌合され、該磁路プレート１０はボディ部材１１に嵌合される。また、センタポスト７とスリーブ９との間には、樹脂等の非磁性材料からなるスペーサ１５が配設される。このように構成されることによって、可動体３は、センタポスト７に取付けられた第１軸受６及びスリーブ９に取付けられた第２軸受８により軸方向に可動自在に支持される。

また、コア４の外周面４ａは、センタポスト７の環状鍔部７ｂとスリーブ９の筒部９ｂに接触しないように、すなわち、外周面４ａと環状鍔部７ｂ及び筒部９ｂの間には所定のギャップを保つように、第１軸受６及び第２軸受８により支持されている。さらに、可動体３は、コイル２の非通電時には、図示しない付勢力等の外力により、スリーブ９側に押付けられる。

ここで、コイル２に通電すると、たとえば、センタポスト７がＮ極、スリーブがＳ極となり、通電によりコイル２に発生する磁束は、ボディ部材１１からセンタポスト７、センタポスト７とコア４との間のギャップ、コア４、コア４とスリーブ９との間のギャップ、スリーブ９から磁路プレート１０へ通り、ボディ部材１１に戻る。

そして、コイル２へ通電してセンタポスト７及びスリーブ９は磁化されると、可動体３のコア４はセンタポスト７側へ引き寄せられる。逆に、コイル２への通電を遮断すると、コア４をセンタポスト７側へ引き寄せる磁気吸引力が消滅し、可動体３に作用する図示しない付勢力等の外力により、可動体３は元の位置に戻り停止する。

ここで、コア４の外周面４ａは、センタポスト７の環状鍔部７ｂとスリーブ９の筒部９ｂに接触しないように、第１軸受６及び第２軸受８により支持されているので、抵抗なく小さな力で、可動体３を駆動できる。

しかしながら、コア４に装着される軸５と、該軸５を支持する第１軸受６及び第２軸受８との間にはクリアランスがあり、しかもコア４に対する径方向の拘束力がほとんどないので、通電時には、可動体３は軸方向に動くと同時に、軸が軸受のクリアランス内で動き回り、振動や異音が発生してしまう。特に、ＡＣ−ＤＣコンバータ、ＤＣ−ＤＣコンバータ等の電圧、電流にひずみの大きい電源により駆動されると、ソレノイドの振動、異音がさらに大きくなる傾向にある。

そこで、コア４は、コイル２に通電したときの磁気作用によって、可動体３を径方向に可動させる第２磁気抵抗部としての切欠き部４ｂを備える。以下、本発明に係るソレノイド１の作用効果について説明する。

図２に示されるように、コア４には、その外周面４ａの一部及びコア端面４ｃの一部を切欠く切欠き部４ｂが形成されている。この切欠き部４ｂは油等の作動流体が存在する空隙であり、磁気抵抗が大きいので、コイルへの通電により発生する磁束が通りにくく、コア４をセンタポストに吸引させない。一方、コアを構成する第１磁気抵抗部は、磁気抵抗が小さく、コイルへの通電により発生する磁束が通りやすく、コア４をセンタポストに吸引させる材質からなる。

コア４の外周面４ａとスリーブ９の筒部９ｂの内周面９ｃとが相対する面積は大きく、外周面４ａと内周面９ｃとの間のギャップは狭く磁気抵抗が小さいので、通電時にコイル２に発生するほとんどの磁束は、コア４の外周面４ａからギャップを経由してスリーブ９の筒部９ｂの内周面９ｃへ流れる。また、コア４の外周面４ａからスリーブ９の筒部９ｂの内周面９ｃへ流れる磁束は、コア４の全周にわたってほぼ等しいため、コア４とスリーブ９との間の径方向の磁気力Ｆｒ２は全体として相殺され、ほぼ零となる。

一方、コア４の外周面４ａとセンタポスト７の環状鍔部７ｂの内周面７ｃとの間のギャップは小さいが、外周面４ａと内周面７ｃとが対向する面積が小さいため、外周面４ａから内周面７ｃへの磁束の密度が高くなる。この磁束密度を緩和するようにコア４の端面４ｃからセンタポスト７の環状鍔部７ｂの内周面７ｃへも磁束が流れるようになる。コア４の外周面４ａとセンタポスト７の環状鍔部７ｂの内周面７ｃとの間の磁束により半径方向力Ｆｒ１が発生し、コア４の端面４ｃからセンタポスト７の環状鍔部７ｂの内周面７ｃの間の磁束により軸方向Ｆｒａが発生する。ここで、コア４の外周面４ａとセンタポスト７の環状鍔部７ｂの内周面７ｃとの間のギャップは、切欠き４ｂが存在する部分では大きくなり、周方向に不均一になっている。そのため、コア４とセンタポスト７との間の径方向の磁気力Ｆｒ１は、ギャップの狭い部分では大きく、切欠き部４ｂのギャップの大きい所では小さくなり、全体として径方向図示下向きの磁気力が作用する。この径方向下向きの力は第１軸受６に近接したコア４の端部に作用するので、コア４の中央部に磁気力が作用する場合に比べて、軸５を第１軸受６に押し付け力を大きくすることができる。したがって、切欠き４ｂをコア４の端部に設けることで、同じ大きさの切欠きであっても、軸５を十分第１軸受６に押し付けることができる。上記、周方向に不均一、とは、周方向一箇所に第２磁気抵抗部である切欠きが設けられていても良く、或いは、周方向複数箇所に等配ではない状態で第２磁気抵抗部である切欠きが設けられていても良い。

また、図２に示されるように、コア４の端面４ｃからセンタポスト７の環状鍔部７ｂの内周面７ｃの間の磁束により発生する軸方向の磁気力Ｆａは、ソレノイド１のアクチュエータとしての駆動力となる。この駆動力は、切欠き部４ｂの存在により多少小さくなるが、切欠き部４ｂの大きさはコアの外径円周長に比べて十分小さいため、アクチュエータ駆動力はほとんど影響を受けない。

そして、切欠き４ｂは、コア４の端部に設けられることで、径方向の力と軸方向の力を可動体３に同時に作用させ、可動体にモーメントを発生させることができる。その結果、軸５の軸芯３ｃ（図１参照）は傾斜する方向に付勢され、第１軸受６、第２軸受８の端部にて当接して、接触面積が小さくなり、軸５を第１軸受６に押付ける力が増加しても、ソレノイド１は滑らかな駆動を確保することができる。

さらに、可動体３の両端は第１軸受６、第２軸受８により支持されているので、コア４の外周面４ａとセンタポスト７の環状鍔部７ｂの内周面７ｃ、及びコア４の外周面４ａとスリーブ９の筒部９ｂの内周面９ｃとの間のギャップをほぼ均一に保つことができ、コア４がセンタポスト７及びスリーブ９と接触することがなく、アクチュエータを常に安定した状態で駆動することができる。

本発明のソレノイド１は、軸５を第１軸受６、第２軸受８に押し付けることができ、延いては、通電時のソレノイド１の振動、異音を低減することができる。

以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

例えば、前記実施例では、コア４の一方の端部に切欠き４ｂを設けていた。第２磁気抵抗部の変形例として図３に示すとおり、コア４の両端部に切欠きを設けることで、軸５を第１軸受６、第２軸受８の両方に十分押し付けることができる。これは、前記実施例と同様に、コア４の切欠き部４ｂ’とスリーブ９の筒部９ｂの内周面９ｃとの間、及びコア４の端面４ｃ’とスリーブ９の筒部９ｂの内周面９ｃとの間は、ギャップが大きく磁気抵抗が高く、さらに、通電時にコイル２に発生するほとんどの磁束は、コア４の外周面４ａからギャップを経由してスリーブ９の筒部９ｂの内周面９ｃへ流れているので、コア４の端面４ｃ’及び切欠き部４ｂ’から流れる磁束が非常に小さくなり、切欠き部４ｂ’の存在により径方向図示上向きの磁気力が作用する。そして、切欠き部４ｂによる径方向図示下向きの磁気力と切欠き部４ｂ’による径方向図示上向きの磁気力により、軸５を反時計回りに回転させる力として作用し、軸５を第１軸受６、第２軸受８の両方にさらに大きな力で押し付けることができる。また、コア４の両端部の切欠きを同じ位相に設けてもよいし、位相差を設けてもよい。なお、切欠きの大きさ、数は、条件に応じて決定することができる。

また、前記実施例では、コア４の一方の端部に切欠き４ｂを設けたが、第２磁気抵抗部の変形例としてコア４にコア４と同材質の凸部を設けてもよい。

さらに、前記実施例では、コア４に切欠き４ｂを設けて、コア４周方向の磁気抵抗を変化させたが、第２磁気抵抗部の変形例として、コア４の切欠き部分を補完するようにコア４を構成する主な材質とは磁気抵抗が異なる材質の部材を第２磁気抵抗部として取付けてコア４全体として円筒状にしてもよいし、互いに磁気抵抗の異なる第２磁気抵抗部材、第３磁気抵抗部材をコア４に取付けてもよい。

加えて、上記変形例を互いに組合せて実施してもよい。

１ ソレノイド
２ コイル
３ 可動体
３ｃ 軸芯
４ コア（第１磁気抵抗部）
４ｂ 切欠き（第２磁気抵抗部）
５ 軸
６ 第１軸受（軸受）
８ 第２軸受（軸受）

Claims (5)

1. コイルに通電したときの磁気作用によって、少なくとも第１磁気抵抗部からなるコアを軸方向に駆動するソレノイドであって、前記コアに装着される軸と、前記コアの両端部を支持する軸受と、を備え、前記磁気作用により少なくとも前記コアを径方向に可動させる力を発生させる第２磁気抵抗部を備えることを特徴とするソレノイド。
2. 前記第２磁気抵抗部は、前記第１磁気抵抗部とは異なる磁気抵抗を有することを特徴とする請求項１に記載のソレノイド。
3. 前記第２磁気抵抗部は、前記コアの周方向に不均一に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のソレノイド。
4. 前記第２磁気抵抗部は、前記コアの少なくとも軸方向一方の端部に設けられることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のソレノイド。
5. 前記第２磁気抵抗部は、切欠きからなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のソレノイド。

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