(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のヨークの内側にコイルを配置すると共に、このコイルの内側に固定鉄心を配置し、この固定鉄心の軸方向端面に可動鉄心を対向させると共に、この可動鉄心の外周面を前記ヨークの内周端面に微小隙間を介して対向させて成るリニアソレノイドにおいて、
前記ヨークの側端面開口に磁性材料で形成した磁性カバーを取り付けると共に、この磁性カバーと前記可動鉄心との間の両者が対向する位置に、磁性材料で形成したばね部材を前記磁性カバーと前記可動鉄心とに磁気的に接触させるように介在させたことを特徴とするリニアソレノイド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気回路の構成を改良したリニアソレノイドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、リニアソレノイドは、特開平５−１２６２７５号公報に示すように例えば油圧制御弁の駆動源として用いられている。このものは、図５に示すように、ハウジングを兼ねる筒状のヨーク７０内に樹脂モールドされた筒状のコイル７１を配置すると共に、このコイルの内周部に円筒状の固定鉄心７２を配置し、この固定鉄心７２の内周部にベアリング７３を介してシャフト７４を軸方向に摺動自在に挿通支持している。このシャフト７４の一端は、油圧制御弁６９のスプール７５の端部に当接し、該シャフト７４の他端には、固定鉄心７２に吸引される可動鉄心７６が嵌着され、該可動鉄心７６の外周面がヨーク７０の内周面に微小隙間を介して対向している。これにより、ヨーク７０→可動鉄心７６→固定鉄心７２→ヨーク７０の経路で磁気回路が構成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来構成では、ヨーク７０と可動鉄心７６との間及び可動鉄心７６と固定鉄心７２との間の双方にエアギャップが存在するため、磁気回路の磁気抵抗がかなり大きくなり、その分、エアギャップ部分の対向面積を大きくしないと、必要な電磁吸引力（磁束通過量）を確保することができず、リニアソレノイドが大型化するという欠点がある。
【０００４】
近年、図６に示すように、ヨーク７７と可動鉄心７８との間のエアギャップ部分の対向面積を大きくするために、ヨーク７７に、コイル７９の内周側に延在する筒状部７７ａを一体に形成し、このヨーク７７の筒状部７７ａの内周面に可動鉄心７８の外周面を微小隙間を介して対向させる構成が考えられている。このものでは、ヨーク７７→筒状部７７ａ→可動鉄心７８→固定鉄心８２→ヨーク７７の経路で磁気回路が構成される。
【０００５】
しかし、この構成では、ヨーク７７と可動鉄心７８との間のエアギャップ部分の対向面積を大きくするために、可動鉄心７８の軸方向寸法を長くする必要があると共に、筒状部７７ａを介在させるためにリニアソレノイドの径寸法も大きくする必要があり、やはり、リニアソレノイドが大型化する欠点がある。
【０００６】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、磁気回路の低磁気抵抗化（電磁吸引力増大）と小型化とを両立させることができるリニアソレノイドを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、筒状のヨークの内側にコイルを配置すると共に、このコイルの内側に固定鉄心を配置し、この固定鉄心の軸方向端面に可動鉄心を対向させると共に、この可動鉄心の外周面を前記ヨークの内周端面に微小隙間を介して対向させて成るリニアソレノイドにおいて、ヨークの側端面開口に磁性材料で形成した磁性カバーを取り付けると共に、この磁性カバーと可動鉄心との間の両者が対向する位置に、磁性材料で形成した磁性ばね部材を前記磁性カバーと前記可動鉄心とに磁気的に接触させるように介在させた構成としたものである。この構成では、ヨーク→エアギャップ→可動鉄心を経由する第１の磁気回路と、ヨーク→磁性カバー→磁性ばね部材→可動鉄心を経由する第２の磁気回路とが並列に設けられた構成となる。この場合、第１の磁気回路は、ヨークと可動鉄心との間にエアギャップが存在するため、磁気抵抗が比較的大きいが、磁性ばね部材側の第２の磁気回路は、磁性カバーと磁性ばね部材と可動鉄心とが互いに磁気的に接触し、エアギャップが存在しないため、磁気抵抗が極めて小さい。このため、コイルに流す電流が比較的少ない領域（低電流領域）では、磁束は、主として、エアギャップの無い磁気抵抗の小さい第２の磁気回路を通って流れる。これにより、リニアソレノイド自体の体格を大きくすることなく、低電流領域での電磁吸引力を容易に増大でき、低電流領域で理想とするリニアに近い吸引力特性を得ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をスプール弁型油圧制御弁に適用した第１の実施形態を図１乃至図３に基づいて説明する。まず、スプール弁型油圧制御弁の駆動源となるリニアソレノイド１１全体の構成を図１に基づいて説明する。リニアソレノイド１１のハウジングを兼ねるヨーク１２は、磁性材料により円筒形に形成され、その内側には、円筒形の固定鉄心１３が同心状に配置され、この固定鉄心１３の左端部に一体に形成された鍔状のフランジ部１３ａがヨーク１２の左端部にかしめ付けられている。この固定鉄心１３の外周には、樹脂１４で円筒状にモールド成形されたコイル１５が嵌合装着され、該固定鉄心１３の長さは、コイル１５の左半分以上を嵌合する長さに形成されている。
【００１４】
そして、コイル１５の内径空洞部の右側部分には、円柱ブロック状の可動鉄心１６が固定鉄心１３に対向して軸方向に摺動自在に収容され、この可動鉄心１６の外周面がコイル１５のモールド樹脂１４の内周面に微小隙間を介して対向している。モールド樹脂１４の内周面には、軸方向に延びる複数本の油溝（図示せず）がモールド成形時に同時に形成され、リニアソレノイド１１の内部に充填された油が可動鉄心１６の摺動時に各油溝を自由に流動できるようになっている。
【００１５】
また、可動鉄心１６の外周面のうちのモールド樹脂１４から右側に突出する部分の外周面は、ヨーク１２の右端部内周に一体に形成された厚肉円環状のサイドギャップ形成部１７の内周端面に微小隙間を介して対向している。これにより、ヨーク１２と可動鉄心１６との間に、ヨーク１２→サイドギャップ形成部１７→エアギャップ→可動鉄心１６の経路で第１の磁気回路が構成される。
【００１６】
上記可動鉄心１６の右端面中心部には、段付き円柱状のボス部１６ａが一体に形成され、このボス部１６ａが弾性を有する磁性材料（例えばＳＵＳ４２０等）により形成された磁性の板ばね１８の中心に固定されている。この板ばね１８は、図２に示すように、中心部１８ａの回りに複数の開口部１８ｂを打ち抜くことで、外周円環部１８ｃと中心部１８ａとを複数本のばね片部１８ｄで連結した形状となっており、中心部１８ａには取付孔１８ｅが打ち抜き形成されている。そして、組付時には、板ばね１８の取付孔１８ｅに可動鉄心１６のボス部１６ａの先端小径部を嵌め込んだ状態で、該ボス部１６ａの先端小径部に磁性材料製のワッシャ１６ｂ（図１参照）を嵌め込んで、該ボス部１６ａの先端小径部をかしめることで、可動鉄心１６のボス部１６ａを磁性の板ばね１８の中心に固定している。
【００１７】
この磁性の板ばね１８の外周円環部１８ｃは、ヨーク１２の右端縁と、非磁性材料（例えばＳＵＳ３０４等）により形成されたカバー１９との間に挟み付けられた状態でヨーク１２の右端部にかしめにより固定されている。これにより、ヨーク１２と可動鉄心１６との間に、ヨーク１２→磁性の板ばね１８→可動鉄心１６の経路で第２の磁気回路が構成され、この第２の磁気回路が前述した第１の磁気回路（ヨーク１２→サイドギャップ形成部１７→エアギャップ→可動鉄心１６）と並列に設けられている。
【００１８】
一方、可動鉄心１６の左側面中心部に形成された穴部２０に、非磁性材料（例えばＳＵＳ３０４等）により形成されたシャフト２１が圧入固定され、このシャフト２１が固定鉄心１３の内径中空部に軸受部材２２を介して軸方向（左右方向）にスライド自在に挿通され、このシャフト２１の先端が固定鉄心１３から左側に少量突出している。
【００１９】
次に、固定鉄心１３と可動鉄心１６との吸引面の形状を説明する。固定鉄心１３の可動鉄心１６側の端面に円形の凹部２３が同心状に形成され、この凹部２３を取り囲む円環状凸部の端面に環状吸引面２４が形成されている。この環状吸引面２４は、固定鉄心１３の端面外周部全周に同一幅で形成されている。
【００２０】
これに対応して、可動鉄心１６のうちの固定鉄心１３側の部分に、凹部２３に出入り可能なテーパ吸引面２５が該凹部２３と同心状に形成されている。この可動鉄心１６の外周部には、テーパ吸引面２５の最大径の位置に段差面２６が形成され、この段差面２６が環状吸引面２４に対向している。この段差面２６は、可動鉄心１６の外周部全周に同一幅で形成されている。更に、可動鉄心１６の固定鉄心１３側の端面には、真鍮等の非磁性材料で形成された非磁性スペーサ２７が固着されている。
【００２１】
この場合、環状吸引面２４と段差面２６との間のギャップが非磁性スペーサ２７と凹部２３の底面との間のギャップよりも大きくなるように設定されている。これにより、非磁性スペーサ２７は、可動鉄心１６の左方向への移動を規制するストッパとして機能すると共に、最大吸引時に可動鉄心１６の段差面２６やテーパ吸引面２５が環状吸引面２４に当接することを防ぎ、可動鉄心１６が固定鉄心１３に吸着保持されることを防止する役割も果たす。
【００２２】
尚、コイル１５のモールド樹脂１４には、コネクタハウジング２９が一体成形され、このコネクタハウジング２９にインサート成形されたターミナル２８とコイル１５とが電気的に接続されている。
【００２３】
以上のように構成されたリニアソレノイド１１の左端面には、スプール弁３０が組み付けられている。以下、このスプール弁３０の構成を説明する。スプール弁３０は、アルミダイキャストにより円筒状に形成されたスリーブ３１内にスプール３２を摺動可能に収納して構成したものである。そして、スリーブ３１の右端部がリニアソレノイド１１のヨーク１２の左端部にかしめ付けられ、スプール３２の右端がリニアソレノイド１１のシャフト２１の左端に当接している。スリーブ３１には、右側から順番に、ドレンポート３４、出力ポート３５、入力ポート３６、フィードバックポート３７が形成されている。
【００２４】
一方、スプール３２には、第１及び第２の大径部３８，３９が形成され、各大径部３８，３９の外周面とスリーブ３１の内周面との間に微小の環状隙間（クリアランス）が形成されている。そして、スプール３２が軸方向に移動すると、油圧源から供給される作動油が入力ポート３６から出力ポート３５へ流れる環状隙間の長さと、出力ポート３５からドレンポート３４へ流れる環状隙間の長さとの比率が変化し、その結果、出力ポート３５から流出する作動油の出力圧力が変化する。
【００２５】
一方、スリーブ３１の左端部には、リターンスプリング４４を収納するスプリング収納室４３が左端面を開口するように形成され、このスプリング収納室４３の開口部に調整ねじ４５を螺合することで、スプリング収納室４３の左端面開口が封止されている。この調整ねじ４５とスプール３２との間には、リターンスプリング４４が装着され、このリターンスプリング４４の弾発力によってスプール３２がリニアソレノイド１１側（右側）に付勢され、それによって該スプール３２の右端がシャフト２１の左端に当接した状態に保持されている。
【００２６】
以上説明した第１の実施形態では、可動鉄心１６とシャフト２１をスプール弁３０側に付勢する板ばね１８を磁性材料で形成し、この磁性の板ばね１８に可動鉄心１６を取り付けたので、ヨーク１２と可動鉄心１６との間の磁気回路は、ヨーク１２→サイドギャップ形成部１７→エアギャップ→可動鉄心１６を経由する第１の磁気回路と、ヨーク１２→磁性の板ばね１８→可動鉄心１６を経由する第２の磁気回路とが並列に設けられた構成となる。この場合、第１の磁気回路は、従来と同じく、ヨーク１２のサイドギャップ形成部１７と可動鉄心１６との間にエアギャップが存在するため、磁気抵抗が比較的大きいが、磁性の板ばね１８側の第２の磁気回路は、ヨーク１２と磁性の板ばね１８と可動鉄心１６が互いに接触し、エアギャップが存在しないため、磁気抵抗が極めて小さい。このため、コイル１５に流す電流が比較的少ない領域（低電流領域）では、磁束は、磁性の板ばね１８側の第２の磁気回路をも通って流れる。従って、低電流領域では、第２の磁気回路（ヨーク１２→磁性の板ばね１８→可動鉄心１６）→固定鉄心１６→フランジ部１３ａ→ヨーク１２の経路での磁束が追加して流れ、可動鉄心１６と固定鉄心１６との間に磁束通過量に応じた電磁吸引力が働く。
【００２７】
ところで、従来（図５、図６）の構成でも、固定鉄心や可動鉄心の径寸法や軸方向寸法を大きくして、エアギャップ部分の対向面積を増加させれば、図３に示すように、電磁吸引力を増加することができる。しかし、この場合には、リニアソレノイドが大型化する欠点がある。しかも、微妙な電磁吸引力の調整を行う際に要求される低電流領域での電磁吸引力特性のリニアリティ（直線性）が不足し、制御特性を改善することができない。
【００２８】
これに対し、本実施形態では、低電流領域では、エアギャップの無い板ばね１８側の第２の磁気回路で磁束が追加されるため、低電流領域での磁束通過量を従来より増加させることができる。これにより、リニアソレノイド１１自体の体格を大きくすることなく、低電流領域での電磁吸引力を容易に増大できて、低電流領域で理想とするリニアに近い吸引力特性を得ることができ、制御特性向上とリニアソレノイド１１の小型化とを両立させることができる。
【００２９】
一方、図６に示す従来構成では、コイル７９と可動鉄心７８との間にヨークの筒状部７７ａを介在させるスペースが必要となり、これがリニアソレノイドの径寸法の大型化を招く原因となる。これを避けるために、可動鉄心７８を小径化して筒状部７７ａのスペースを確保すると、可動鉄心７８と固定鉄心８２とのエアギャップ部分の対向面積が減少してしまい、このエアギャップ部分の磁気抵抗が大きくなって電磁吸引力が減少してしまう。
【００３０】
これに対し、本実施形態では、板ばね１８側の第２の磁気回路が存在するため、その分、第１の磁気回路（ヨーク１２→サイドギャップ形成部１７→エアギャップ→可動鉄心１６）を通過させる磁束が少なくて済む。従って、コイル１５と可動鉄心１６との間にヨーク１２の一部を介在させる必要がなく、図１に示すように、可動鉄心１６の外周面をコイル１５のモールド樹脂１４の内周面に微小隙間を介して対向させることができる。これにより、リニアソレノイド１１の径寸法を大きくすることなく、可動鉄心１６と固定鉄心１３とのエアギャップ部分の対向面積を増加させることができて、このエアギャップ部分の磁気抵抗も小さくでき、これも電磁吸引力の増大につながる。
【００３１】
一方、図４に示す本発明の第２の実施形態では、可動鉄心１６を支持する板ばね６０を非磁性材料（例えばＳＵＳ３０４等）により形成し、その代りに、カバー６１を磁性材料（例えばＳＵＳ４２０等）により形成すると共に、この磁性カバー６１と可動鉄心１６のボス部１６ａとの間の両者が対向する位置に、磁性材料で形成したスプリング等の磁性ばね部材６２を磁性カバー６１と可動鉄心１６とに磁気的に接触させるように介在させ、これら磁性カバー６１と可動鉄心１６とを磁性ばね部材６２で磁気的に短絡させている。可動鉄心１６と板ばね６０との固定方法や、板ばね６０と磁性カバー６１をヨーク１２に固定する方法は、前述した第１の実施形態と同じである。その他の構成も、前述した第１の実施形態と同じであり、同一符号を付して説明を省略する。
【００３２】
この第２の実施形態では、磁性カバー６１と磁性ばね部材６２とが前述した第１の実施形態の磁性の板ばね１８と同じ磁気的な役割を果たし、第２の磁気回路がヨーク１２→磁性カバー６１→磁性ばね部材６２→可動鉄心１６の経路で構成される。これにより、エアギャップの無い磁性カバー６１側の第２の磁気回路にも磁束が流れ、前述した第１の実施形態と同じ作用・効果が得られる。
【００３３】
この場合、磁性ばね部材６２と可動鉄心１６のボス部１６ａとは、磁気的に接触していれば良い。ここで、磁気的に接触とは、両者が直に接触する場合の他、可動鉄心１６のボス部１６ａにかしめ付けられた磁性のワッシャ１６ｂに磁性ばね部材６２を接触させることで、磁性ばね部材６２と可動鉄心１６とを磁性のワッシャ１６ｂで磁気的に短絡させるようにしても良い。
【００３４】
尚、本発明のリニアソレノイドは、油圧制御弁の駆動源として用いる場合に限定されず、軸方向位置の微調整を必要とする種々の装置の駆動源として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すスプール弁型油圧制御弁の縦断正面図
【図２】磁性の板ばねの正面図
【図３】電磁吸引力と電流との関係を示す特性図
【図４】本発明の第２の実施形態を示す主要部の拡大縦断正面図
【図５】従来のスプール弁型油圧制御弁の縦断正面図
【図６】従来の他の例を示すスプール弁型油圧制御弁の縦断正面図
【符号の説明】
１１…リニアソレノイド、１２…ヨーク、１３…固定鉄心、１３ａ…フランジ部、１４…モールド樹脂、１５…コイル、１６…可動鉄心、１６ａ…ボス部、１７…サイドギャップ形成部、１８…磁性の板ばね、２１…シャフト、２３…凹部、２４…環状吸引面、２５…テーパ吸引面、２６…段差面、２７…非磁性スペーサ、３０…スプール弁、３１…スリーブ、３２…スプール、６０…非磁性の板ばね、６１…磁性カバー、６２…磁性ばね部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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