(57)【要約】【課題】可動部の固定部への衝突に起因するノイズを減少させる。【解決手段】固定部は、固定ボディ及び固定ボディから伸びる第１の円筒エクステンションを含み、第１の円筒エクステンションは、第１の直径の円筒内面を有する開口端部を含む。可動部はソレノイドコイルの磁束により固定部に移動できる。可動部は、可動ボディ及び可動ボディから伸びる第２の円筒エクステンションを含むことができ、第２の円筒エクステンションは、第２の直径の円筒外面を含む。第２の直径は、円筒外面が開口端部内を移動できるように第１の直径より小さく、可動部及び固定部間の衝突エネルギを減少させるために、円筒外面から円筒内面の半径方向へ磁束の一部が通過するように円筒外面が円筒内面に隣接して通過できる大きさである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブであって、
バルブメカニズムと、
磁束を生成するためにアクティベートできるソレノイドコイルと、
少なくとも部分的に前記ソレノイドコイルの範囲内に設置された固定部と、
前記バルブメカニズムの状態を変更するために前記ソレノイドコイルのアクティベーションの応答による前記磁束によって、前記固定部に移動可能な可動部と、
内部に伸びるフランジを有し、前記可動部及び前記固定部間の衝撃を和らげる任意の位置で少なくとも前記固定部の一部及び前記可動部の一部の間に配置されたスペンサリングと、を備え、
前記固定部は、固定ボディ及び前記固定ボディから伸びる第１の円筒エクステンションを含み、
前記第１の円筒エクステンションは、第１の直径の円筒内面を有する開口端部を含み、さらに、前記円筒内面及び前記固定ボディとの間に配置される内溝を含み、
前記内溝は、前記円筒内面の前記第１の直径より大きい第２の直径を有し、
前記可動部は、可動ボディ及び前記可動ボディから伸びる第２の円筒エクステンションを含み、
前記第２の円筒エクステンションは、第３の直径の円筒外面、並びに、前記円筒外面及び前記可動部の間に配置された外溝を含み、
前記外溝は、前記第３の直径より小さい第４の直径であり、
前記第３の直径は、
前記円筒外面が前記開口端部内で前記固定部に向かって移動することができるように、前記第１の直径より小さく、
前記磁束による前記可動部の前記固定部への加速度を低減させるために、前記円筒外面から前記円筒内面の半径方向へ前記磁束の一部が通過するように、前記円筒外面が前記円筒内面に隣接して通過できる大きさであることを特徴とする。
【請求項２】
請求項１に記載のバルブであって、
前記スペンサリングは、前記固定ボディの前記第１の円筒エクステンションの一部と重なる円筒ボディ部を有し、Ｔ字形又はＬ字形の断面であることを特徴とする。
【請求項３】
請求項１に記載のバルブであり、
前記スペンサリングは、非磁性物質により構成されることを特徴とする。
【請求項４】
請求項１に記載のバルブであり、
前記内溝及び前記外溝の少なくともいずれかは、三角形の断面を有することを特徴とする。
【請求項５】
請求項１に記載のバルブであって、
前記内溝及び前記外溝の少なくともいずれかは、半円の断面又は長方形の断面を有することを特徴とする。
【請求項６】
請求項１に記載のバルブであって、
前記開口端部と連絡する前記固定部内の穴と、
前記穴の内部に配置され、前記可動部に対して、前記磁束による前記可動部の移動方向とは反対の方向にバイアスを与える戻りバネと、を備えることを特徴とする。
【請求項７】
装置であって、
磁束を生成するためにアクティベートできるソレノイドコイルと、
前記ソレノイドコイルに近接して配置される固定部と、
前記ソレノイドコイルのアクティベーションの応答による前記磁束によって、前記固定部に移動可能な可動部と、を備え、
前記固定部は、固定ボディ及び前記固定ボディから伸びる第１の円筒エクステンションを含み、
前記第１の円筒エクステンションは、第１の直径の円筒内面を持つ開口端部を含み、
前記可動部は、可動ボディ及び前記可動ボディから伸びる第２の円筒エクステンションを含み、
前記第２の円筒エクステンションは、第２の直径の円筒外面を有し、
前記第２の直径は、
前記円筒外面が前記開口端部内で前記固定ボディに向かって移動することができるように、前記第１の直径より小さく、
前記磁束による前記可動部及び前記固定部間の衝突エネルギを低減させるために、前記円筒外面から前記円筒内面の半径方向へ前記磁束の一部が通過するように、前記円筒外面が前記円筒内面に隣接して通過できる大きさであることを特徴とする。
【請求項８】
請求項７に記載の装置であって、
前記第１の円筒エクステンションは、前記円筒内面及び前記固定ボディの間に配置された内溝を含み、
前記内溝は、前記円筒内面の前記第１の直径より大きい第３の直径であることを特徴とする。
【請求項９】
請求項８に記載の装置であって、
前記第２の円筒エクステンションは、前記円筒外面及び前記可動ボディの間に配置された外溝を含み、
前記外溝は、前記円筒外面の前記第２の直径より小さい第４の直径であることを特徴とする。
【請求項１０】
請求項９に記載の装置であって、
前記内溝及び前記外溝の少なくともいずれかは、三角形の断面を有することを特徴とする。
【請求項１１】
請求項９に記載の装置であって、
前記内溝及び前記外溝の少なくともいずれかは、半円又は長方形の断面を有することを特徴とする。
【請求項１２】
請求項７に記載の装置であって、
内部に伸びるフランジを有し、前記可動部及び前記固定部間の衝撃を和らげる任意の位置で少なくとも前記固定部の一部及び前記可動部の一部の間に配置されたスペンサリングを備えることを特徴とする。
【請求項１３】
請求項７に記載の装置であって、
前記円筒内面は第１の円筒内面であり、前記円筒外面は第１の円筒外面であり、
前記装置は、
前記第１の直径より大きい第３の直径の第２の円筒内面を含む前記第１の円筒エクステンションと、
前記第２の直径より大きい第４の直径の第２の円筒外面を含む前記第２の円筒エクステンションと、を備え、
前記第１の円筒内面は、前記第２の円筒内面及び前記固定ボディ間に配置され、
前記第２の円筒外面は、前記第１の円筒外面及び前記可動ボディ間に配置され、
前記第４の直径は、前記磁束による前記可動部及び前記固定部間の衝突エネルギを減少させるために前記第２の円筒外面から前記第２の円筒内面の半径方向に向かって前記磁束の他の一部が通過するように、前記第２の円筒外面が前記開口端部の内部を前記第２の円筒内面に隣接して移動できるように、前記第３の直径より小さく、かつ、前記第１の直径より大きいことを特徴とする。
【請求項１４】
請求項８に記載の装置であって、
流体の流れを制御するバルブメカニズムを備え、
前記可動部は、前記バルブメカニズムを開閉のいずれかの状態へ変更するために前記ソレノイドコイルのアクティベーションの応答による前記磁束によって、前記固定部に向かって移動できることを特徴とする。
【請求項１５】
装置であって、
バルブメカニズムと、
磁束を生成するためにアクティベートできるソレノイドコイルと、
前記ソレノイドコイルに近接して配置される固定部と、
前記バルブメカニズムの状態を変更するために前記ソレノイドコイルのアクティベーションの応答による前記磁束によって、前記固定部に向かって移動可能な可動部と、
内部に伸びるフランジを有し、前記可動部及び前記固定部間の衝撃を和らげる任意の位置で少なくとも前記固定部の一部及び前記可動部の一部の間に配置された非磁性スペンサリングと、を備えることを特徴とする。
【請求項１６】
請求項１５に記載の装置であって、
前記非磁性スペンサリングは、Ｔ字形の断面又はＬ字形の断面の少なくともいずれかであることを特徴とする。
【請求項１７】
請求項１５に記載の装置であって、
前記フランジの厚さは、前記可動部に生じる軸方向の磁力の大きさを制限するために前記可動部及び前記固定部間の隙間を確保する大きさであることを特徴とする。
【請求項１８】
請求項１５に記載の装置であって、
前記固定部は、固定ボディ及び前記固定ボディから伸びる第１の円筒エクステンションを含み、
前記第１の円筒エクステンションは、第１の直径の円筒内面を有する開口端部を含み、
前記可動部は、可動ボディ及び前記可動ボディから伸びる第２の円筒エクステンションを含み、
前記第２の円筒エクステンションは、第２の直径の円筒外面を有し、
前記第２の直径は、
前記円筒外面が前記開口端部内で前記固定ボディに向けて移動することができように、前記第１の直径より小さく、
前記磁束による前記可動部及び前記固定部間の衝突エネルギを低減させるために、前記円筒外面から前記円筒内面の半径方向へ前記磁束の一部が通過するように、前記円筒外面が前記円筒内面に隣接して通過できる大きさであることを特徴とする。
【請求項１９】
請求項１８に記載の装置であって、
前記第１の円筒エクステンションは、前記円筒内面及び前記固定ボディとの間に配置され、前記円筒内面の前記第１の直径より大きい第３の直径の内溝を含み、
前記第２の円筒エクステンションは、前記円筒外面及び前記可動ボディとの間に配置され、前記円筒外面の前記第２の直径より小さい第４の直径の外溝を含むことを特徴とする。
【請求項２０】
請求項１９に記載の装置であって、
前記内溝及び前記外溝の少なくともいずれかは、三角形の断面を有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ソレノイドバルブ（電磁弁）に関する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
あるシステムにおいて、ソレノイドアクチュエータバルブは、例えば、液体又はガス等、流体の流れを制御するために動作できる。このソレノイドのソレノイドコイルに電力が与えられて場合、ソレノイドコイルは、一つの可動バルブ部を他の固定部に引きつける磁場を生成する。この結果、電気力は運動エネルギに変換される。高い運動エネルギを伴う可動部は固定部に衝突することができ、その結果、金属と金属との衝突に起因するようなカチカチというノイズが生じる。環境によっては、この衝突は、反復的なノイズを引き起こし、人をイライラ又はうっとうしく感じさせる場合がある。例えば、アイドリング中の乗り物の燃料ポンプのソレノイドバルブより発生する可聴ノイズは、人によって粗雑かつ野暮ったく感じられる場合もあり、又は、人の乗り物に対する認識を低下させる場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
いくつかの実施形態は、ソレノイドと関連する可動部と固定部との間の衝突を低減するための配置及び技術を含む。いくつかの例では、固定部は、固定ボディと、当該固定ボディから伸びる第１の円筒エクステンションを含む。例えば、第１の円筒エクステンションは、第１の直径の円筒内面を持つ開口端部を含むことができる。可動部は、ソレノイドにより生成された磁束により固定部に向かって動くことができる。可動部は、可動ボディと、当該可動ボディから伸びる第２の円筒エクステンションを含むことができる。例えば、第２の円筒エクステンションは、開口端部内に移動できるように第１の直径より小さい第２の直径の円筒外面を含むことができる。第２の直径は、可動部及び固定部間の衝突エネルギを減少させるために半径方向の磁束の一部が移動できるように円筒外面が円筒内面に隣接して通過する大きさである。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】図１は、いくつかの実施形態におけるソレノイドバルブの一例の断面図である。
【図２】図２は、いくつかの実施形態における可動部及び固定部の一部の拡大断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、いくつかの実施形態におけるソレノイドがアクティベートした場合の可動部の開始位置を示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、いくつかの実施形態における、中間位置の図３Ａの可動部及び固定部を示す。
【図３Ｃ】図３Ｃは、いくつかの実施形態における、終端位置の図３Ｂの可動部及び固定部を示す。
【図４】図４は、いくつかの実施形態における可動部及び固定部の拡大部分断面図である。
【図５】図５は、いくつかの実施形態における可動部及び固定部の拡大部分断面図である。
【図６】図６は、いくつかの実施形態における可動部及び固定部の拡大部分断面図である。
【図７】図７は、いくつかの実施形態における可動部及び固定部の拡大部分断面図である。
【図８】図８は、いくつかの実施形態における可動部及び固定部の拡大部分断面図である。
【図９】図９は、いくつかの実施形態における軸方向の磁力及びギャップサイズの関係を示すグラフである。
【図１０】図１０は、いくつかの実施形態におけるスペンサリングを有する可動部及び固定部の拡大部分断面図である。
【図１１】図１１は、いくつかの実施形態におけるスペンサリングの断面図である。
【図１２】図１２は、いくつかの実施形態における非磁性スペンサリングを含む従来の可動部及び固定部の断面図である。
【図１３】図１３は、いくつかの実施形態における非磁性スペンサリングを含む軸方向の磁力及びギャップサイズの関係を示すグラフである。
【図１４】図１４は、いくつかの実施形態における従来の構成に非磁性スペンサリングを追加した場合の軸方向の磁束及びギャップサイズの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
詳細な説明は添付の図面を参照して説明される。図において、参照番号の左端の数字は、その参照番号が最初に現れる図を示す。他の図形において同一の参照番号が使用されたものは、類似又は同一の要素又は図を表す。
【０００６】
本技術は、ソレノイドアクチュエータバルブ内の衝突ノイズを減少させるための新たな配置及び技術を含む。例えば、いくつかの例は、固定部に対する可動部の衝突力を減らす可動部の相対的に一定の電磁ソレノイド力を実現でき、これによって、ソレノイドバルブに関するカチカチというノイズを減らせる。いくつかの実施形態は、バルブの可動部に作用する磁力の望ましい効果を得るために可動部及び固定部の形状を修正することによって衝突ノイズを減らすことができる。さらに、いくつかの実施形態は、磁力プロファイルを修正するために可動部及び固定部間の少なくとも一部に干渉するように内部に伸びるフランジを有する非磁性リングを含むことにより、衝突力を減少させるために所望の方法で可動部から固定部への加速度をさらに減らすことができる。
【０００７】
いくつかの実施形態では、可動部の嵌合部の形状及び固定部の嵌合部の形状は、それぞれ、放射状の溝を形成することにより、各嵌合部に、断面で見た場合にフック型部材として扱うことができるものを提供する。可動部及び固定部上のフック型部材は、互いにインタフィットし（interfit）、また、ソレノイドによって与えられ、かつ、ソレノイドコイルのアクティベーションに伴って可動部が固定部に向けて移動し、衝突する場合に、ソレノイドにより発生する軸方向の磁力を、磁束のバイパスによって通常より一定のレベルを維持させる。例えば、従来の構成では、可動部が前方に動き、隣接し、固定部に衝突する場合、磁束は可動部から固定部へ直接流れることができる。したがって、従来は、磁束は、主に、可動部及び固定部の間のメインギャップを介して流れ、可動部が固定部に近づくように移動する場合、可動部を継続的に加速させる。このため、衝突力は強くなる。
【０００８】
この実施形態では、可動部は、可動部の嵌合終端のフック部材が固定部の嵌合終端の開口にフィットするような大きさである。したがって、各フック部材が互いに隣り合って近づく場合、磁束は、可動部及び固定部のフック部材を介してバイパスできる。例えば、メインギャップを介して流れる磁束は、可動部を固定部へ引きつける初期軸方向の力を生成する。フック型部材は互いに隣接し、一部の磁束は可動フックから固定フックへバイパスされるため、従来の配置のように力の増加はせず、中間地点近辺ではより一定の磁力となる。したがって、本実施形態は、可動部が固定部に衝突する前に、可動部の加速度及び／又は速度を減少させることができるため、バルブのノイズを低減することができる。
【０００９】
さらに、いくつかの例では、非磁性スペンサリングが含まれてもよく、また、非磁性スペンサリングは可動部及び固定部の間の内部に伸びるフランジを有してもよい。いくつかの例では、このリングは、断面がほぼＴ字形状であってよいし、可動部ステディアに作用する磁力の力プロファイルを生成するような位置及び大きさでもよい。したがって、非磁性スペンサリングは、可動部及び固定部間のギャップが小さい場合において、磁力の急激な上昇を抑制することができる。この結果、可動部の運動エネルギは、大幅に低減することができるため、固定部へ接触した可動部からの衝突ノイズを実質的になくせる。例えば、非磁性スペンサリングは、可動部及び固定部のいずれか一方に配置してもよいし、また、その配置にある場合、スペンサリングの内部に伸びるフランジは、可動部及び固定部間にある隙間を確保するようにしてもよい。非磁性スペンサリングは、透磁率が低く、かつ、可動部又は固定部より高いリアクタンスの物質により形成することができる。したがって、可動部及び固定部間のギャップにより生成されるリアクタンスは、可動部が固定部に移動するときにソレノイドコイルにより発生した磁力より小さくできる。
【００１０】
以下で記載する技術及び配置によって、本実施形態は、ソレノイドアクチュエータバルブ内のノイズ及び振動を低減することができる。例えば、ガソリン直噴燃料ポンプの場合、これらのタイプのポンプに共通する機械音を低減できる。さらに、本実施形態を組み込むことによって、ポンプの耐久性を改善し、ポンプの動作をより静かにすることができる。また、本例は、ソレノイドアクチュエータバルブ等を含む他の機械部品にも適用することができる。
【００１１】
説明の目的のために、いくつかの実装形態の例は、ポンプや様々なタイプのデバイスと連動して使用できる低衝突ノイズのソレノイドバルブの環境下で記載されている。しかし、この実装形態は特定の例に限定されず、他のサービス環境、他のタイプのバルブ、他のタイプの流体、他のタイプのソレノイドアクチュエータデバイス、及び、本明細書の開示に照らせば当業者には明らかであろう種々のアプリケーションに拡張できる。
【００１２】
図１は、いくつかの実施形態におけるソレノイドバルブ１００の一例の断面図である。バルブ１００は、いくつかの例においてアンカと呼ばれる、可動部１０２を含む。可動部１０２は、いくつかの例においてコアと呼ばれる固定部１０４に向けて動き、又は、固定部１０４から離れるように動くことができる。矢印１０６で示すように、可動部１０２の嵌合端部１０８は、バルブメカニズム１１２を開閉するために、例えば、往復方式のように、固定部１０４の嵌合端部１１０のエンゲージメント（engagement）へ向かうように移動し、また、エンゲージメント（engagement）から離れるように移動できる。
【００１３】
この例では、バルブメカニズム１１２は、バルブメカニズムボディ１１８を形成するバルブシート１１６とかみ合わせることができるバルブ部材１１４を含む。バルブメカニズムボディ１１８は、さらに、流体開口部１２２を有するベース１２０を含む。バルブバネ１２４は、バルブ部材１１４をバルブシート１１６から離れるようにバイアスをかける。また、バルブロッド１２６は、可動部１０２が動いたときにバルブ部材１１４も動くように、バルブ部材１１４を可動部１０２と接続する。
【００１４】
図に示す例では、バルブ部材１１４は、開口部１３２を通り、バルブシート１１６を通過し、開口部１２２から排出される流体の流れ１３０を実現できるようにバルブメカニズム１１２を開けるために、バルブシート１１６から離れる方向に移動できる。一方、バルブ部材１１４がバルブシート１１６に接した場合、バルブメカニズム１１２を介した流体の流れは抑止される。さらに、この例では、固定部１０４から離れる可動部１０２の動きはバルブメカニズム１１２を開き、他の例では、開口部は、固定部１０４への可動部１０２の動きに反応することができる。本明細書の開示の恩恵を受ける他の多数のバルブメカニズムの構成は当業者に明らかであり、本明細書の実施形態はいかなる特定のバルブメカニズムの構成にも限定されない。
【００１５】
ソレノイドコイル１４０は、固定部１０４の少なくとも一部を囲む。ソレノイドコイル１４０はヨーク１４２に納められる。また、ソレノイドコイル１４０は、さらに、プレート１４４に納められてもよい。さらに、いくつかの例では外部コアと呼ばれる外固定部１４６は、可動部１０２を取り囲んでもよいし、又は、可動部１０２と近接するように配置してもよいし、またヨーク１４２及び／又はソレノイドコイル１４０に隣接してもよい。また、戻りバネ１４８は、固定部１０４の中空穴１５０及び可動部１０２の中空カップ１５２に配置されてもよい。例えば、戻りバネ１４８は、可動部１０２を固定部１０４から離すようにバイアスをかけることができる。
【００１６】
制御信号の応答として、電力がソレノイドコイル１４０を通過した場合、ソレノイドコイル１４０は電磁場を生成する。ソレノイドコイル１４０によって生成された磁束は、まとめることができ、また、ソレノイドコイルの近接に配置された磁性物質をスムーズに流れることもできる。例えば、磁束は、ヨーク１４２、外固定部１４６、可動部１０２、固定部１０４、プレート１４４、及びヨーク１４２により形成される磁気回路１６０を巡回することができる。これらの構成部の磁気リアクタンスは、従来のソレノイドバルブの配置における可動部１０２及び固定部１０４間のギャップによって生成される直列のリアクタンスより、大幅に小さくできる。
【００１７】
図示する例は、以下で議論されるように、可動部１０２は、一般的な円筒可動ボディ１５６、及び、固定ボディから固定部１０４に向けて伸びる一般的なフック型断面を有する嵌合端部１０８上の円筒エクステンション１６２を含む。固定部１０４は、一般的な円筒固定ボディ１５８を有し、また、固定ボディ１５８から可動部１０２方向に伸びるコンプリメンタリ（complementary）円筒エクステンション１６４を含む。円筒エクステンション１６４は、固定部１０４の嵌合端部１１０上に、中空穴１５０を開く円筒開口部１６６を形成し、また、一般的なフック型断面を有する。
【００１８】
可動部１０２の円筒エクステンション１６２は、固定部１０４上の円筒エクステンション１６４により形成される円筒開口部１６６の内部でスライドし、又は、円筒開口部１６６に入ってもよい。磁気回路１６０内の磁束は、磁気回路１６０内の任意の構成の移動が磁気リアクタンスの減少に役立つ場合、当該構成上で磁力を発生できる。したがって、可動部１０２が磁気回路１６０内のソレノイド力を受けた場合、可動部１０２は、可動部１０２及び固定部１０４間のギャップを最小化するために、ロッド１２６及びバルブ部材１１４とともに固定部１０４へ引きつけられ、これによりリアクタンスが減少する。さらに、磁力は、可動部１０２及び固定部１０４間のギャップのサイズの縮小に伴って急激に増加し、可動部１０２の加速を引き起こす。これは、可動部１０２が固定部１０４に衝突するまで、より速い速度で可動部１０２を移動させる。この衝突により発せられるノイズは、可動部１０２が固定部１０４に接したときに、聞き取ることができるカチカチ音を生じさせる場合がある。ソレノイドコイル１４０への電力が停止した場合、磁力は存在しないため、戻りバネ１４８はバルブベース１２０に向けて、可動部１０２、ロッド１２６及びバルブ部材１１４を押し出し、バルブ部材１１４がバルブベース１２０に接触するまでバルブバネ１２４が圧縮される。
【００１９】
いくつかの例では、ロッド１２６は、可動部１０２に固定されが、バルブ部材１１４には固定されない。したがって、このような構成では、一つのソレノイドサイクル中に四つの衝突イベントが存在しうる。ソレノイドのｏｎ及びｏｆｆを入れ替えた場合のこれらの衝突の時系列をリスト化すると以下の通りである。（１）バルブ部材１１４はバルブシート１１６に接触する。（２）可動部１０２は固定部１０４に接触する。（３）ロッド１２６はバルブ部材１１４に接触する。（４）バルブ部材１１４はバルブベース１２０に接触する。発明者らは、可動部１０２を加速するために加えられた大きい磁力により可動部１０２の衝突速度が最も高いという理由から、前述のノイズの中で、可動部１０２及び固定部１０４の間の衝突から生じるノイズが主要なノイズであると判断した。
【００２０】
図１の構成は、固定部１０４に衝突するときの可動部１０２の衝突速度を減少させることにより、このノイズを低減する。特に、図１に示す例では、可動部１０２の円筒エクステンション１６２は、固定部１０４の円筒エクステンション１６４に隣接して動くため、磁束は隣接する表面を流れる。これにより、固定部１０４へ可動部１０２を引きつける軸方向の磁力の大きさが減少する。このように、軸方向の磁力の大きさの減少により、可動部１０２の固定部１０４への衝突速度は従来の構成より小さくなる。
【００２１】
図２は、いくつかの実施形態における可動部１０２及び固定部１０４の拡大部分断面図である。この例では、固定部１０４の円筒エクステンション１６４は、第１の直径Ｄ１の円筒内面２０２と、第２の直径Ｄ２の円筒内溝２０４とを含む。円筒内溝２０４の第２の直径Ｄ２は、円筒内面２０２の第１の直径Ｄ１より大きい。このため、円筒内溝２０４は、可動部１０２の加速度を効果的に減少させることを目的として、可動部１０２の移動中、所望の時間に磁束の転送のタイミングを制御するために、部分的に磁気的に円筒内面２０２を隔離する逃げ溝として機能する。
【００２２】
さらに、可動部１０２は、第３の直径Ｄ３の円筒外面２０６と、第４の直径Ｄ４の円筒外溝２０８とを有する円筒エクステンション１６２を含む。円筒外溝２０８の第４の直径Ｄ４は、円筒外面２０６の第３の直径Ｄ３より小さい。円筒外溝２０８は、可動部１０２から固定部１０４への磁束の一部の通過タイミングを制御できるように、部分的に磁気的に円筒外面２０６を隔離する逃げ溝を提供できる。また、円筒外面２０６の第３の直径Ｄ３は固定部１０４の円筒内面２０２の第１の直径Ｄ１より小さい。したがって、可動部１０２の円筒エクステンション１６２は、可動部１０２から固定部１０４への半径方向、すなわち、可動部１０２の移動２１２の中心軸から半径方向へ磁束を通過させるために、円筒外面２０６が円筒内面２０２に対してスライドするか、又は、円筒外面２０６が円筒内面２０２に近接して配置されるように、固定部１０４の円筒エクステンション１６４内でスライド又はフィットするようなサイズにできる。可動部１０２は固定部１０４に向けて動くため、固定部１０４の垂直内壁２１８への円筒エクステンション１６２の垂直面２１６の衝突、及び／又は、円筒エクステンション１６４の垂直面２２２に対する垂直外壁２２０の衝突等、任意の衝突が起こる場合がある。
【００２３】
この例では、磁束はいくつかの考え得る一次経路を持つ。例えば、磁束は垂直外壁２２０及び垂直面２２２間のギャップ（Ｖ１）を横切って、軸方向に作用できる。また、磁束は、垂直内壁２１８及び垂直面２１６間のギャップ（Ｖ２）を横切って作用できる。また、円筒外面２０６及び円筒内面２０２が互いに隣接し、円筒外面２０６及び円筒内面２０２が磁束バイパス表面積（Ｈ１）を有する場合、磁束は円筒外面２０６及び円筒内面２０２間を横切ることができる。ギャップＶ１、Ｖ２を横切る磁束の作用は、可動部１０２を固定部１０４へ移動させる軸方向の力を引き起こす。一方、水平バイパス表面積Ｈ１を横切る磁束は軸方向の力の生成に寄与せず、表面積Ｈ１を横切る半径方向の磁束の一部を本質的にバイパスし、そうでなければ、除去するのに役立ち、ギャップＶ１、Ｖ２を横切る磁束の量を減らす。そのため、可動部１０２の軸方向の力が減る。
【００２４】
図３Ａから図３Ｃは、いくつかの実施形態における可動部１０２の開始、中間、終了位置を示す可動部１０２及び固定部１０４の部分断面図である。
【００２５】
図３Ａは、いくつかの実施形態におけるソレノイドがアクティベートされた場合における可動部１０２の開始位置を示す。この例では、ギャップＶ１、Ｖ２は最大となり、可動部１０２の円筒エクステンション１６２及び固定部１０４の円筒エクステンション１６４の間には表面積Ｈ１は存在しない。したがって、ソレノイドがアクティベートされた場合、ギャップＶ１、Ｖ２を横切る磁束は、可動部１０２を固定部１０４へ引きつける軸方向の力を発生させる。この時点では、バイパス表面積Ｈ１は最小であり、磁束の大部分は、ギャップＶ１、Ｖ２を横断して作用するため、固定部１０４に向かう軸方向の可動部１０２の初期移動を生じさせる。
【００２６】
図３Ｂは、いくつかの実施形態における、中間位置の図３Ａの可動部１０２及び固定部１０４を示す。この例では、可動部１０２は、図３Ａに示す位置（可動部１０２の円筒エクステンション１６２が固定部１０４の円筒エクステンション１６４にわずかに入った位置）から移動を開始する。図３Ａの開始地点のバイパス表面積Ｈ１は小さいため、磁束の大部分はギャップＶ１、Ｖ２を軸方向に横切る。可動部１０２が固定部１０４へ移動し、図３Ｂに示す中間位置となった場合、磁束の一部は、バイパス表面積Ｈ１の増加に伴って、点線３０２に示すようにバイパス表面積Ｈ１を半径方向にバイパスされる。言い換えると、可動部１０２に加わる軸方向の磁力が、図３Ａに示す初期状態と比較して減少する。
【００２７】
図３Ｃは、いくつかの実施形態における、終了位置の図３Ｂの可動部１０２及び固定部１０４を示す。可動部１０２が図３Ｂに示す中間位置に移動した後、可動部１０２の溝２０８と固定部１０４の溝２０４は、バイパス表面積Ｈ１の減少として作用することから、少量の磁束がバイパス表面積Ｈ１を通過する。また、ギャップＶ１、Ｖ２は小さくなり続けるため、図３Ｃに図示していない戻りバネ１４８のバネの力を打ち消すため、図３Ｃに示すように可動部１０２が固定部１０４に接触するまで、軸方向の力は再び一時的に増加する。
【００２８】
可動部１０２及び固定部１０４間の衝突は、ソレノイドコイルによって生成された磁力により引き起こされる。その一例としては、ポンプの操作において、ソレノイドは非常に短い時間の間オンにすることができる。可動部１０２及び固定部１０４間のギャップＶ１、Ｖ２は比較的大きいため、磁力は始めは比較的小さい。その結果、可動部１０２はできるだけ早く動くことができない可能性があり、ポンプ圧力室のガスの流れが過度になる可能性がある。その一方、可動部１０２の固定部１０４への移動により可動部１０２及び固定部１０４間のギャップＶ１、Ｖ２が減少した場合、軸方向の磁力は、従来の構成の可動部の高い衝突速度を導くように大幅に増加する。以上のように、本明細書で記載した図１から図３Ｃの例及び他の例は、可動部１０２の素早い応答を可能とするために、ソレノイドをｏｎにする場合に磁力をより大きくすることができ、低い衝突速度を得るために、可動部１０２が固定部１０４に向けて移動する場合に軸方向の磁力を減少させることができる。
【００２９】
図４は、いくつかの実施形態における可動部１０２及び固定部１０４の拡大部分断面図４００である。図１から図３Ｃまでの各図を用いて説明した各例では、溝２０４、２０８は、長方形の断面として表されている。しかし、この実施形態は、溝２０４、２０８の特定の形に限定されず、様々な断面形状が可能である。
【００３０】
図４の例では、円筒エクステンション１６４内の溝２０４と、円筒エクステンション１６２内の溝２０８は三角形の断面である。そのため、溝２０４は、円筒内面２０２から溝２０４の底に向けて下方向に傾いたデクラインド壁４０２を含む。同様に、溝２０８は、円筒外面２０６から溝２０８の底に向けて下方向に傾いたデクラインド壁４０４を含む。例えば、本例の溝２０４、２０８の構成は、可動部１０２が図３Ｂにおいて前述した中間点を通過した後、軸方向の磁力が急速には増加しないようにできる。
【００３１】
図５は、いくつかの実施形態における可動部１０２及び固定部１０４の拡大部分断面図５００である。図５に示す例では、円筒エクステンション１６４内の溝２０４及び円筒エクステンション１６２内の溝２０８は、図４とは本質的に逆の三角形の断面である。そのため、溝２０４は、溝２０４の底から垂直内壁２１８に向けて傾斜するインクラインド壁５０２を含む。同様に、溝２０８は、溝２０８の底から垂直外壁２２０に向けて傾斜するインクラインド壁５０４を含む。例えば、本例の溝２０４、２０８の構成は、可動部１０２が図３Ｃにおいて前述した衝突の状態に近づくにつれ、軸方向の磁力を減少させ始めることができる。
【００３２】
図６は、いくつかの実施形態における可動部１０２及び固定部１０４の拡大部分断面図６００である。図６に示す例では、円筒エクステンション１６４内の溝２０４及び円筒エクステンション１６２内の溝２０８は半円の断面である。そのため、溝２０４は半円底６０２を含み、溝２０８は半円底６０４を含む。
【００３３】
図７は、いくつかの実施形態における可動部１０２及び固定部１０４の拡大部分断面図である。図１から図６で前述した例では、円筒エクステンション１６４、１６２は、一般的に断面がフック型である。しかし、この実施形態はフック型に限定されない。
【００３４】
図７に示す例では、円筒エクステンション１６４及び円筒エクステンション１６２は階段型の断面である。したがって、可動部１０２の円筒エクステンション１６２は、第１の円筒外面７０２及び第２の円筒外面７０４を含む。第１の円筒外面７０２は、第２の円筒外面７０４の第２の外直径２Ｄより小さい第１の外直径１Ｄである。また、固定部１０４の円筒エクステンション１６４は、第１の円筒内面７０６及び第２の円筒内面７０８を含む。第１の円筒内面７０６は、第２の円筒内面７０８の第２の内直径４Ｄより小さい第１の内直径３Ｄとできる。また、第１の円筒外面７０２及び第１の円筒内面７０６の間で滑りばめ又は隙間ばめできるように、第１の円筒外面７０２の第１の外直径１Ｄは、第１の円筒内面７０６の第１の内直径３Ｄよりわずかに小さくすることができる。同様に、第２の円筒外面７０４及び第２の円筒内面７０８の間で滑りばめ又は隙間ばめできるように、第２の円筒外面７０４の第２の外直径２Ｄは、第２の円筒内面７０８の第２の内直径４Ｄよりわずかに小さくすることができる。
【００３５】
図７に示す例では、可動部１０２が固定部１０４へ移動した場合、第１の磁束バイパス表面積は、第１の円筒外面及び第１の円筒内面との間に形成される。これにより、軸方向の磁束の一部が減少する。さらに、可動部１０２が固定部１０４へより前に進んだ場合、第２の円筒外面７０４は第２の円筒内面７０８と隣接して、第１の円筒内面７０６及び第２の円筒内面７０８の両方を通過する半径方向の磁束バイパスの増加により、軸方向の磁束がより減少する。
【００３６】
図８は、いくつかの実施形態における可動部１０２及び固定部１０４の拡大部分断面図８００である。この例では、円筒エクステンション１６２が一般的な長方形の断面であり、かつ、円筒エクステンション１６４が一般的な長方形の断面であるため、溝２０４、２０８は取り除かれている。この例では、可動部１０２が固定部１０４に移動した場合、バイパス表面積Ｈ１は増加し続けるため、可動部１０２が固定部１０４に接触するように移動するにつれて、半径方向の磁束バイパスが増え続ける。
【００３７】
図９は、いくつかの実施形態における軸方向の磁力及びギャップサイズの関係を示すグラフ９００である。図２、図３Ａから図３Ｃに述べたように、ギャップサイズはギャップＶ１、Ｖ２に対応してもよい。さらに、一例のグラフ９００は、図３Ａから図３Ｃのそれぞれで述べた構成例に対応してもよい。グラフ９００では、従来の構成は点線９０２で表され、図３Ａから図３Ｃまでの構成は実線９０４で表される。
【００３８】
点線９０２に示す従来の構成では、ギャップサイズが減少する場合（可動部１０２が固定部１０４へ近づくことと等価）、軸方向の磁力は、大幅、かつ、おおよそ一定で増加する。一方、実線９０４で示す図３Ａから３Ｃの実施形態では、可動部１０２が固定部１０４へ移動する場合、軸方向の磁力は始めは減少する。可動部１０２が中間点近辺を通過した場合（図３Ｂに一致）、軸方向の磁力は増加し始める。曲線９０４を曲線９０２と比較した場合、曲線９０４の軸方向の磁力は、開始時点では曲線９０２よりわずかに大きく、これは、可動部１０２の高速な初期移動を導くことができる。さらに、軸方向の磁力により行われる運動（可動部１０２に与えられる運動エネルギに一致）は各曲線９０２、９０４の面積と一致する。そのため、各曲線９０２、９０４の面積は、可動部１０２の固定部１０４への衝突により消費されるエネルギ量を意味する。したがって、図３Ａから３Ｃに示す構成により、可動部１０２は小さい衝突エネルギとなり、このことは生成されるノイズが大幅に減少することを示す。
【００３９】
図１０は、いくつかの実施形態におけるスペンサリング１００２を有する可動部１０２及び固定部１０４の拡大部分断面図１０００である。この例では、非磁性スペンサリング１００２は、内側に伸びるフランジ１００４を含んでもよい。フランジ１００４は、可動部１０２上の垂直外壁２２０と固定部１０４の円筒エクステンション１６４上の垂直面２２２との間に伸びていてもよい。また、スペンサリング１００２は、断面が一般的なＴ字形、かつ、フランジ１００４が伸びる円筒リング形ボディ１００６である。円筒リング形ボディ１００６の第１の部分１００８は固定部１０４の円筒エクステンション１６４を覆い、円筒リング形ボディ１００６の第２の部分１０１０は、固定部１０４とかみ合うとき、可動部１０２に重なる。いくつかの例では、円筒リング形ボディ１００６の第２の部分１０１０は除かれてもよいし、スペンサリング１００２は、断面がＴ字形ではなく、Ｌ字形でもよい。
【００４０】
スペンサリング１００２は非磁性物質で構成することができる。これにより、スペンサリング１００２は、図９で示したような、可動部１０２における軸方向の磁力に影響を与えない。さらに、スペンサリング１００２の内側に伸びるフランジ１００４は、固定部１０４の垂直面２２２を覆うことができ、また、衝突の間、可動部１０２及び固定部１０４間の緩衝材として機能できる。また、非磁性物質は、強磁性鋼を採用しうる可動部１０２及び固定部１０４の物質よりも、耐摩耗性及び耐久性等、機械的性質が優れたもの選択することもできる。さらに、可動部１０２が固定部１０４へ向かって最終距離を移動することが妨げられるため、スペンサリング１００２は軸正方向の磁力が一定のプロファイルを達成することを可能にする。例えば、ギャップＶ２は開いたままであるため、可動部１０２が固定部１０４に近づくときの軸方向の磁力の急激な上昇が避けられる。スペンサリング１００２を構成するために使用できる適切な非磁性物質の例としては、３００種類のステンレス鋼、青銅、真ちゅう、銅、アルミ、及び種々のポリマを含みうる。スペンサリング１００２はここで述べた実装形態のいずれにも採用することができる。さらに、いくつかの例では、スペンサリング１００２は、バルブから流体が漏れ出すのを防ぐのに役立つ、固定部１０４と外固定部１４６（外部コアの別名で知られている）との間のシールとして機能することができる。
【００４１】
図１１は、いくつかの実施形態におけるスペンサリング１００２の断面図である。この例では、スペンサリング１００２は一般的なリング形ボディ１００６を含む。内側に伸びるフランジ１００４は、図１０で述べたように垂直面２２２及び垂直外壁２２０との間、又は、固定部１０４及び可動部１０２との間の隙間を確保するために固定部１０４及び可動部１０２の他の部分の間、に入るために十分な長さで内側に伸びる。また、内側に伸びるフランジ１００４は、可動部１０２を軸方向に固定部１０４（図１１に示していない）から遠ざけるための所望の間隔に基づいて選択された厚さＴを有することができる。例えば、フランジ１００４の厚さＴは、可動部１０２上で生じる軸方向の磁力の大きさを制限するための可動部１０２及び固定部１０４間の間隔を保つような大きさにできる。非限定的な例としては、厚さＴは、使用材料に応じて、０．１ｍｍから１ｍｍの間を取ることができる。また、この例においては、スペンサリング１００２は、一般的なＴ字形断面を有するものとして図示したが、他の例としては、他の形状の断面を有するスペンサリングを用いることもできる。例えば、第２の部分１０１０は除外してもよいし、スペンサリング１００２はＬ字形断面等でもよい。
【００４２】
図１２は、いくつかの実施形態における非磁性スペンサリングを含む従来の可動部１２０２及び従来の固定部１２０４の断面図１２００である。この例では、スペンサリング１００２は、従来の固定部１２０４の垂直面１２０６及び従来の可動部１２０２の垂直壁１２０８の間に入り込むフランジ１００４を含む。したがって、図１２に示す従来の構成においても、非磁性スペンサリング１００２は、フランジ１００４の厚さによる、緩衝材としての働きと、従来の可動部１２０２の従来の固定部１２０４への加速度を低減とにより、衝突ノイズを低減するように機能することができる。
【００４３】
図１３は、いくつかの実施形態における非磁性スペンサリングを含む軸方向の磁力及びギャップサイズの関係を示すグラフ１３００である。グラフ１３００において、図１０の（スペンサリングを有する）実施形態の軸方向の磁力の一例は曲線１３０２によって表され、図３Ａから図３Ｃの（スペンサリングを有しない）実施形態の軸方向の磁力の一例は曲線１３０４で表される。（非磁性スペンサリングを有する）曲線１３０２は、スペンサリングが、曲線１３０４の面積と比べて小さい曲線１３０２の面積に基づいて可動部１０２に伝達されるエネルギを減少させる、ことを示す。この効果は、可動部１０２が、固定部１０４の代わりに、スペンサリングに衝突し、一体となること、が少なくとも部分的に起因する可能性がある。
【００４４】
図１４は、いくつかの実施形態における非磁性スペンサリングを有する軸方向の磁力及びギャップサイズの関係を示すグラフ１４００である。グラフ１４００において、図１２の実施形態（すなわち、スペンサリングが追加された従来の構成）の軸方向の磁力の一例は曲線１４０２で表され、（スペンサリングがない）従来の構成の軸方向の磁力の一例は曲線１４０４で表される。（非磁性スペンサリングを有する）曲線１４０２は、スペンサリングが、曲線１４０４の面積と比べて小さい曲線１４０２の面積に基づいて可動部１０２に伝達されるエネルギを減少させること、ことを示す。この効果は、可動部１２０２が、固定部１２０４の代わりに、スペンサリングに衝突し、一体となること、が少なくとも部分的に起因する可能性がある。
【００４５】
発明は構造的特徴及び／又は方法論的行為に特有の言語で説明されているが、添付の特許請求の範囲に定義された発明は必ずしも説明された特定の特徴又は行為に限定されない。そうではなく、特定の特徴及び行為は、特許請求の範囲を実施する形態の例として開示されている。
【図１】
2020016333.tif 000003
【図２】
2020016333.tif 000004
【図３Ａ】
2020016333.tif 000005
【図３Ｂ】
2020016333.tif 000006
【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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