(57)【要約】スリーブ付きの一体形エンドキャップ（６４）を備えた全密閉型ヨーク（６０）を有する改良されたソレノイド（１０）が提供される。磁気ヨーク（６０）を完全なものにするために、第２の別個の、または一体形のスリーブ（７８）付きエンドキャップ（６６）が提供される。ヨーク／コイルアセンブリ（６０、４０）は、良好な接着性を与えるために、コイルボビン（４２）の融点より高い融点をもつ液晶ポリマーでカプセル封入される。
2004523126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２のフランジと、前記フランジの間に設けられた外側円筒壁と、前記フランジの間に設けられた内側円筒壁により画定される中央開口部とを有する非磁性ボビンと、
前記ボビンの前記外側円筒壁の周りに螺旋状に巻き付けられた導線のコイルと、
前記コイルの外側円筒表面を完全に包み込む本体と、前記本体に一体接続され、前記ボビンの前記中央開口部の端部内に延在するスリーブを有する第１のエンドキャップとを含む、磁気伝導性材料からなるヨークと、
前記本体に取り付けられ、前記ボビンの前記中央開口部の別の端部内に延在するスリーブを有する磁気伝導性材料からなる第２のエンドキャップと、
密閉されたソレノイドを作るために、前記ヨークおよびボビンをカプセル封入するシェルとを含む、ソレノイドアクチュエータ。
【請求項２】
前記ヨークの前記本体は、実質的に円筒上の本体を形成するように曲げられる実質的に平坦な磁気伝導性材料シートから形成される、請求項１に記載のソレノイドアクチュエータ。
【請求項３】
前記本体と一体接続された前記第１のエンドキャップは、前記実質的に円筒状の本体の隣接する開口部を覆うように曲げられる、請求項２に記載のソレノイドアクチュエータ。
【請求項４】
前記第２のエンドキャップは、前記本体と一体接続される、請求項１に記載のソレノイドアクチュエータ。
【請求項５】
前記ボビンの前記中央開口部は、前記第１および第２のスリーブをそれぞれ受けるように規定された第１および第２の凹部を含む、請求項１に記載のソレノイドアクチュエータ。
【請求項６】
前記シェルは、射出成形プロセスにより、前記ボビンおよび前記ヨークとの接着を形成する第１の液晶ポリマーを含む、請求項１に記載のソレノイドアクチュエータ。
【請求項７】
前記ボビンは、第２の液晶ポリマーを含む、請求項６に記載のソレノイドアクチュエータ。
【請求項８】
前記シェルの前記第１の液晶ポリマーは、前記ボビンの前記第２の液晶ポリマーの第２の融点より高い第１の融点を有する、請求項７に記載のソレノイドアクチュエータ。
【請求項９】
前記シェルの前記第１の融点は、前記ボビンの前記第２の融点より約カ氏１０度高い、請求項８に記載のソレノイドアクチュエータ。
【請求項１０】
第１および第２の端部を有する磁気伝導性材料のヨークと、
前記ヨークに設けられ、導線を周りに螺旋状に巻き付けたボビンを有する電磁ソレノイドコイルと、
前記ヨークの第１の端部に取り付けられた磁気伝導性材料の第１のエンドキャップと、
前記ヨークの第２の端部に取り付けられた磁気伝導性材料の第２のエンドキャップと、
前記ヨークおよび前記ソレノイドコイルをカプセル封入し、第２の液晶ポリマーからなる前記ボビンと接着する第１の液晶ポリマーからなるシェルとを含む、ソレノイドアクチュエータ。
【請求項１１】
前記第１または第２のエンドキャップの少なくとも１つは、前記ヨークに一体接続される、請求項１０に記載のソレノイドアクチュエータ。
【請求項１２】
前記第１および第２のエンドキャップの各々は、前記ボビンの中央孔の端部に設けられたスリーブを含む、請求項１１に記載のソレノイドアクチュエータ。
【請求項１３】
前記シェルの前記第１の液晶ポリマーは、前記ボビンの前記第２の液晶ポリマーの第２の融点より高い第１の融点を有する、請求項１０に記載のソレノイドアクチュエータ。
【請求項１４】
前記シェルの前記第１の融点は、前記ボビンの前記第２の融点より約カ氏１０度高い、請求項１３に記載のソレノイドアクチュエータ。
【請求項１５】
磁気性の硬質または軟質材料シートから実質的に平坦な本体を形成することと、
前記平坦な本体と一体接続される第１のエンドキャップを形成することと、
前記第１のエンドキャップに画定される中央開口部を通る第１の一体形スリーブを形成することと、
第２の一体形スリーブを有する第２のエンドキャップを形成することと、
実質的に平坦な本体を実質的に円筒状のヨークに形作ることと、
前記第１の一体形スリーブが、前記円筒状ヨーク内に存在するように、前記円筒状ヨークにある隣接する開口部を覆うように前記第１のエンドキャップを曲げることと、
前記第１のエンドキャップ上の前記第１の一体形スリーブが、前記コイルの孔内に延在するように、前記円筒状ヨーク内に電磁ソレノイドコイルを配置することと、
前記第２の一体形スリーブが、前記コイルの孔内に延在するように、前記第２のエンドキャップで前記円筒状ヨークの残りの開口部を覆うことと、
保護コーティングで前記ヨーク／コイルアセンブリをカプセル封入することとを含む、ソレノイド製造方法。
【請求項１６】
前記第２のエンドキャップを形成することは、前記平坦な本体と一体接続された第２のエンドキャップを形成することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記保護コーティングで前記ヨーク／コイルアセンブリをカプセル封入することは、前記ヨーク／コイルアセンブリをカプセル封入するために、第１の液晶ポリマーを射出成形することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記ヨーク／コイルアセンブリをカプセル封入するために、前記第１の液晶ポリマーを射出成形することは、前記保護コーティングの第１の液晶ポリマーを、第２の液晶ポリマーからなる前記ソレノイドコイルのボビンと接着することを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記保護コーティングの前記第１の液晶ポリマーを、前記ボビンの前記第２の液晶ポリマーと接着することは、前記第２の液晶ポリマーの第２の融点より高い第１の融点をもつ第１の液晶ポリマーを与えることを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第２の融点より高い前記第１の融点を与えることは、前記第２の液晶ポリマーの前記第２の融点より約カ氏１０度高い第１の融点をもつ第１の液晶ポリマーを与えることを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
約１００から２４０ＶＡＣ、約１００から２４０ＶＤＣ、約２４から１００ＶＡＣ、約２４から１００ＶＤＣ、および約１２から２４ＶＤＣからなる群から選択される電圧を整流するように構成された電圧整流回路と、
前記電圧整流回路に結合され、約５０から６５ミリ秒の間、約２０ワットの突入電流を与え、所定のオン／オフサイクル時間、前記突入電流の約２５％である実質的に一定の約１．２ワットの保持電流を与えるように構成された電源回路と、
各オン／オフサイクルの開始時に突入電流を印加することと、突入サイクル時間の終わりに保持電流を印加することとを制御するように構成され、前記電圧整流回路での電圧または別の作動信号の存在に基づいて制御を選択するための制御ピンを有する論理回路とを
含む、ソレノイド制御回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願のクロスリファレンス）
本願は、２００１年４月１９日に出願された米国仮特許出願第６０／２８４，８２１号の利益を享受する。
【０００２】
本発明は、一般的に、バルブおよび他の流量制御デバイスを作動するための電磁ソレノイドに関し、より詳細には、改良されたソレノイド構造、ソレノイド制御、および製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ソレノイドは、典型的に円筒状の励磁可能なコイルと、コイルの軸に沿ってその中に位置する鉄片（ａｒｍａｔｕｒｅ）とを有する電磁石として一般的に記述される。構造的に、ほとんどのソレノイドは、非磁性ボビンまたはスプールの周りに導線を螺旋状に巻くことにより作製されている。磁気回路を画定しコイルを保護するために、磁気ヨークまたはシェルがコイルを部分的または完全に取り囲む。ヨークが磁場を形作りやすいように、通常、スリーブ付きの別個のエンドキャップが使用される。プラスチック、エポキシなどの非伝導性のカプセル封入が、通常、ヨークおよびコイルを取り囲み、コイルリードが突出し、鉄片がコイルとともに往復運動することができる。
【０００４】
コイルに電流が印加されると、コイル、エンドキャップ、およびヨークの特性により磁束経路が確立され、鉄片がコイル軸に沿って移動する。励磁されたソレノイドにより生じる鉄片の力は、コイル、エンドキャップ、およびヨークの特性と構造、およびコイルに印加される電流の量と性質に依存する。
【０００５】
ソレノイドの設計と製造は、さまざまな事柄、例えば、持続性、信頼性、競争力のある価格、製造の容易さ（例えば、最小部品数）、さまざまな政府標準への準拠などへの取り組みをこれまで試みてきた。通常、ソレノイド製造業者が、市場の需要を満たすために、約４００の異なるソレノイドモデルを提供する必要があった。
【０００６】
Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｓｗｉｔｃｈ  Ｃｏｍｐａｎｙに譲渡された米国特許第４，６７９，７６７号明細書は、ソレノイドに持続性と信頼性を与えるために、コイルが熱硬化性樹脂により完全にカプセル封入され、ヨークが熱可塑性樹脂によりカプセル封入されたソレノイドの一例である。
【０００７】
同様に、Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｓｗｉｔｃｈ  Ｃｏｍｐａｎｙに譲渡された米国特許第４，６８３，４５４号明細書は、さまざまな電気コネクタモジュールが、ソレノイドコイルリードに取り付けられたソレノイドの一例である。各モジュールの本体は弾性物質で形成されており、モジュールがコイルのカプセル封入にしっかりと取り付けられると、コイル端子を完全に取り囲むシールが形成される。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの態様によれば、非磁性ボビン、コイル、ヨーク、およびシェルを含むソレノイドアクチュエータが提供される。非磁性ボビンは、第１および第２のフランジと、両フランジの間に設けられた外側円筒壁と、両フランジの間に設けられた内側円筒壁により規定された中央開口部とを有する。導線のコイルは、ボビンの外側円筒壁の周りに螺旋状に巻き付けられる。磁気伝導性材料からなるヨークは、本体および第１のエンドキャップを含む。本体は、コイルの外側円筒表面を完全に包み込む。第１のエンドキャップは、本体と一体接続され、ボビンの中央開口部の端部内に延在するスリーブを有する。磁気伝導性材料の第２のエンドキャップが本体に取り付けられ、ボビンの中央開口部の別の端部内に延在するスリーブを有する。シェルは、ヨークおよびボビンをカプセル封入して、密閉されたソレノイドを形成する。
【０００９】
本発明の別の態様により、ヨーク、ソレノイドコイル、第１のエンドキャップ、第２のエンドキャップ、およびシェルを含むソレノイドアクチュエータが提供される。ヨークは、第１および第２の端部を有する磁気伝導性材料からなる。電磁ソレノイドコイルは、ヨークに設けられ、導線のコイルを周りに螺旋状に巻き付けたボビンを有する。磁気伝導性材料の第１のエンドキャップは、ヨークの第１の端部に取り付けられる。磁気伝導性材料の第２のエンドキャップは、ヨークの第２の端部に取り付けられる。シェルは、ヨークとソレノイドコイルを包み込み、射出成形プロセスによりボビンとの接着を形成する第１の液晶ポリマーからなる。
【００１０】
本発明のさらなる別の態様により、ソレノイドの製造方法が提供される。この方法は、磁気性の硬質または軟質材料シートから実質的に平坦な本体を形成することと、平坦な本体と一体接続される第１のエンドキャップを形成することと、第１のエンドキャップに規定される中央開口部を通る第１の一体形スリーブを形成することと、第２の一体形スリーブを有する第２のエンドキャップを形成することと、実質的に平坦な本体を実質的に円筒状のヨークに形作ることと、第１の一体形スリーブが、円筒状ヨーク内に存在するように、円筒状ヨークにある隣接する開口部を覆うように前記第１のエンドキャップを曲げることとを含む。この方法は、第１のエンドキャップ上の第１の一体形スリーブが、コイルの孔内に延在するように、円筒状ヨーク内に電磁ソレノイドコイルを配置することと、第２の一体形スリーブが、コイルの孔内に延在するように、第２のエンドキャップで円筒状ヨークの残りの開口部を覆うことと、保護コーティングでヨーク／コイルアセンブリをカプセル封入することとをさらに含む。
【００１１】
本発明の１つの態様により、ソレノイドを動作するための制御回路が提供される。制御回路は、電圧整流回路、電力供給回路、および論理回路を含む。電圧整流回路は、約１００から２４０ＶＡＣ、約１００から２４０ＶＤＣ、約２４から１００ＶＡＣ、約２４から１００ＶＤＣ、および約１２から２４ＶＤＣからなる群から選択される電圧を整流するようにされる。電力供給回路は、電圧整流回路に結合される。電力供給回路は、突入電流と保持電流をソレノイドに与えるようにされる。保持電流は、突入電流より小さく、それに比例する。論理回路は、約５０から６５ミリ秒の各オン／オフサイクルの開始部分の間、突入電流を印加することを制御するようにされる。論理回路は、各オン／オフサイクル時間の残りの部分の間、保持電流を印加することを制御するようにされる。
【００１２】
上述した要約は、本願明細書に開示するそれぞれの潜在的な実施形態または本発明のあらゆる態様の要約を意図したものではなく、単に添付の特許請求の範囲の要約を意図したものである。
【００１３】
以下の図面は、本願明細書とともに、本発明の好適な実施形態および他の実施形態を示す。
【００１４】
図面および本願明細書は、本発明の幅や範囲を限定することを意図したものではなく、３５ＵＳＣ１１２により、必要に応じて、本発明の特定の実施形態を参照することにより、当業者に対して本発明を説明するために提供されるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明の改良されたソレノイド１０の好適で非制限的な実施形態である。図１に示す改良されたソレノイド１０は、ソレノイド１０の内部コンポーネントを保護し、ソレノイドに密閉シールを与える外部カプセル封入１２を有する。ソレノイド１０の中央開口部１４が図示されているが、中央開口部にある鉄片は図示されていない。また、カプセル封入１２から出る接地リード１６およびコイルリード１８も図示されている。また、螺装された接続２０も図示されている。
【００１６】
図２および図３は、本発明の新規の改良されたコイル４０をさらに詳細に示す。コイル４０は、ボビン４２と、ボビン４２の周りに螺旋状に巻かれた導線４４と、一対のターミナルコンタクト４６とを含む。
【００１７】
図２をさらに詳細に参照すると、本発明のボビン４２は、射出成形過程において、デュポン社のＺｅｎｉｔｅ液晶ポリマー、グレード２１３０（Ｄｕｐｏｎｔ’ｓ  Ｚｅｎｉｔｅ  ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｐｏｌｙｍｅｒ，ｇｒａｄｅ  ２１３０）から作られることが好ましい。ボビン４２は、上側フランジ４８および下側フランジ５０を含み、これらは管状部分５２により引き離され、この管状部分により接合される。管状部分５２の内面は、ソレノイド１０の中央開口１４の一部分を規定する。ボビン４２の上側フランジ４８は、ターミナルコンタクト４６が接合される端末部分５４を有する。また、本発明のボビン４２は、上側フランジ４８または下側フランジ５０上に、コイル４０をソレノイド１０内で正確に配向させるための１つ以上のアラインメントタブ５６を有するものであってもよい。図２において、ターミナル部分５４の反対側の上側フランジ４８上に位置したアラインメントタブ５６が図示されている。
【００１８】
以下、図３を参照すると、導線４４は、連続したワイヤであることが好ましい。導線４４は、上側フランジ４８と下側フランジ５０との間で、ボビン４２の管状部分５２の周りを螺旋状に巻き付けられる。導線４４の特性および特徴および導線４４の螺旋巻数は、ソレノイド設計の技術者に委ねられた設計選択である。
【００１９】
コイル４０のこの実施形態において、導線４４の外側螺旋巻付は、図３に示すように、ボビン４２の上側フランジ４８および下側フランジ５０の外縁と実質的に同一平面にある。また、ボビン４２は、上側および下側フランジ４８および５０に隣接した管状部分５２に形成された凹部５８を有する。以下にさらに詳細に説明するように、これらの凹部５８は、ヨークエンドキャップのスリーブ部分を受ける。
【００２０】
以下、図４、図５、および図６を参照すると、本発明のヨーク６０の好適で非制限的な実施形態が図示されている。この実施形態において、ヨーク６０は、本体６２と、スリーブ付きの一体形エンドキャップ６４と、スリーブ付きの別個のエンドキャップ６６とを含む。ヨーク６０は、応力除去／アニーリングプロセスにより熱処理が施されたタイプ３０４ステンレス鋼で作られることが好ましい。この代わりとして、ヨーク６０は、亜鉛めっきが施されたＡＳＴＭタイプＡ６２０冷間圧延鋼から作ることもできる。本発明のこの実施形態において、ヨーク材料の厚みは、約０．９ミリメートル（０．０４０インチ）の厚みまで押し出し成形されたスリーブ７８を除いて、１．９ミリメートル（０．０７４７インチ）であることが好ましい。図４および図６に示すように、ヨーク６０は、本体６２がコイル４０を完全に包み込むように円筒状または準円筒状の構造に形成されるように構成される。本体６２は、図６に示す準円筒形状に形成される場合、本体６２の２つの端部を固定するために使用される蟻継ぎ６８を有するように図示されている。
【００２１】
また、図４には、中央開口部７０を含むスリーブ付きの一体形エンドキャップ６４が図示されている。エンドキャップ６４の中央開口部７０は、コイル４０の中央開口部１４と整列するように設計されている。また、一体形のエンドキャップ６４は、ヨーク６０が準円筒状の状態に形成される場合、本体６２上のタブ７４と係合するグルーブ７２を有する。タブ７４は、一体形のエンドキャップ６４を本体６２に固定した状態で保持するために、グルーブ７２に対して固定することができる。エンドキャップ６４にあるアラインメントスロット７６は、アラインメントタブ５６とつなぎ合わせることにより、コイル４０を配向するために使用されてよい。図４に図示していないが、一体形エンドキャップ６４と別のエンドキャップ６６の両方は、図５に示す一体形スリーブ７８を有する。各スリーブ７８は、ボビン４２の凹部５８とつなぎ合わされて、励起されたソレノイドの磁場を選択的に形作る。図５に示す別個のエンドキャップ６６は、一体形エンドキャップ６４と実質的に類似したものであり、本体６２上のタブ８２と係合するグルーブ８０を含む。また、別個のエンドキャップ６６も、アラインメントスロット８４を含んでよい。
【００２２】
再度、図４を参照すると、ヨーク６０は、本体６２に形成されたコイルウィンドウ８６をさらに含む。コイルウィンドウ８６により、ターミナルコンタクト４６とコイル４０のコイルリード１８が、ヨーク本体６２にもエンドキャップ６４または６６のいずれかにも接触することなく、ヨーク６０の保護から出ることができる。
【００２３】
図６に示すように、一体形のエンドキャップ６４を有する本体部分６２は、一体形エンドキャップが準シリンダの一端を覆うように曲げられて、エンドキャップスリーブ７８がシリンダの内部にある状態になる準円筒状に形成できる。別個のエンドキャップ６６は、形成されたヨーク上に配置され、適所に固定されて、構造的に安定した完全に密閉された磁気ヨーク６０を形成する。
【００２４】
本発明のヨーク６０により、それが単一の金属シートから形成またはプレス加工できるため、製造の容易さが向上するとともに、最も望ましい磁気特性が与えられるということは、本発明の開示の利益を有する当業者により認識されるであろう。例えば、ヨーク６０の完全に閉じられた本体６２は、従来技術のＣ形状または開いたヨークと比較して、より優れた磁束特性を与えるコイル４０を完全に包み込む。さらに、スリーブ付きの一体形エンドキャップ６４と、スリーブ付きの別個のエンドキャップ６６により、スリーブ付きの別個のエンドキャップの従来の要求がなくなることで、部品数が減少し、ヨークとコイルの間のエアギャップ損失が最小限に抑えられる。このギャップは、ソレノイド１０の磁気性能にとって不利益なものである。さらに、本発明のヨーク６０により、ソレノイド設計者は、アラインメントスロット７６および８４など、既存のエアギャップの任意のアライメントを選択することができ、ヨークの磁気特性を最大にし、または微調整する。
【００２５】
以下、図７を参照すると、両方のエンドキャップをヨーク６０の本体６２と一体形成した本発明の別の実施形態が示されている。第１の一体形エンドキャップ６４が形成されている側とは反対側の本体６２から出ている第２の一体形エンドキャップ９０が示されている。この実施形態において、第２の一体形エンドキャップ９０は、第２の一体形エンドキャップ９０を適所に固定して保持するために、本体６２上のタブ９４と係合するグルーブ９０を有する。また、第２の一体形エンドキャップ９０は、アラインメントスロット９６を有するように示され、このスロットは、ヨークが準円筒状に形成される場合、第１の一体形エンドキャップ６４のアラインメントスロット７６とは反対方向になる。この代わりとして、スロットを他方側に配置して、第１の一体形エンドキャップ６４のアラインメントスロット７６と同じ方向になるようにする位置を破線で示す。上述したように、このようなエアギャップの存在およびアラインメントは、該当する特定のソレノイドの磁気特性を最大にし、または微調整するために、設計者の考慮に委ねられている。
【００２６】
図８は、一体形エンドキャップ６４を適所に固定した準円筒状ヨーク本体６２により形成されたソレノイド１０の内部コンポーネントの分解図である。ソレノイド１０の製造中、本体６２は、準円筒状に自動的に形成され、スリーブ付き一体形エンドキャップ６４は、適所に曲げられ固定されてよい。エンドキャップ６４上のスリーブ７８が、凹部５８と係合し、アラインメントタブ５６などの任意のアラインメントタブが、エンドキャップ６４にあるアラインメントスロット７６などの任意のアラインメントスロットと係合できるように、コイル４０は、ヨーク６０の内部に垂直方向に降ろされる。別個のエンドキャップ６６を使用する実施形態において、キャップは、スリーブ７８が凹部５８と係合して、実質的に一定の内部面積の中央開口部１４を形成するように、コイル４０の上部に配置される。別個のエンドキャップ６６を本体６２にしっかりと固定するように、タブ８２がつながれる。図８には、コイル４０上のターミナルコンタクト４６に伝導性のある状態で取り付けられたコイルリード１８が示されている。ソレノイド接続１８は、ピン、ＤＩＮ、またはスペードなどのいくつかの既知の任意の形態であってよい。図８は、２つのブレードコイルリード１８と１つのブレード接地リード１６と備えた一般的なＤＩＮ接続を示す。本発明を説明するために選択した実施形態では、蟻継ぎおよびグルーブタブを利用してヨークを形成しているが、本発明の開示の利益を有する当業者であれば、例えば、溶接や蝋付けなど、他のヨーク形成方法が使用されてよいことを認識するであろう。
【００２７】
形成されたヨーク６０にコイル４０を装填すると、アセンブリは、ソレノイドを密閉し保護するためにカプセル封入されてよい。本発明において、カプセル封入１２は、融点がボビン４２の融点より高い別のＤｕＰｏｎｔ液晶ポリマーである。このような融点差により、カプセル封入１２とボビン４２との間の接着を進展させることができる。
【００２８】
好適な射出成形カプセル封入プロセス中、カプセル封入１２の材料は、ヨーク６０とコイル４０に接触させた状態のまま冷却される。本願出願人等により、ボビン４２の融点がカプセル封入１２の融点と同じまたは近い場合、カプセル封入１２とコイル４０との間に良好な接着が常には形成されないことが分かった。本願出願人等により、融点がカプセル封入１２の融点より低い材料でボビン４２を作ることにより、ボビン４２の露出部分が、カプセル封入１２と良好な接着を形成することが分かっている。本願出願人の経験から、約カ氏１０度の融点差で十分である。再度、図４、図６、および図７を参照すると、カプセル封入１２が、コイル４０とヨーク６０との間の空間をより簡単に満たすことができるように、開口部９８が与えられてよい。
【００２９】
前述したように、ソレノイドの製造業者は、市場の需要に合わせて、約４００の異なるソレノイドモデルを提供する必要があった。このように多くのモデル数が必要となる原因は、動作レンジが約２４ＶＡＣから約２４０ＶＡＣの範囲にあるＡＣソレノイドと、動作レンジが約１２ＶＤＣから約２４０ＶＤＣの範囲にあるＤＣソレノイドが要求されるためである。本発明により、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）に基づいて改良された制御回路により、これらの動作レンジを満たすために必要なソレノイドモデル数を３つに減らす。本発明により、約５０または６０ヘルツで、約８５ＶＤＣ／ＶＡＣから約２６４ＶＤＣ／ＶＡＣで動作できる前述したような第１のソレノイドモデルが得られる。本発明により、約５０または６０ヘルツで、約２０ＶＤＣ／ＶＡＣから約１０９ＶＤＣ／ＶＡＣで動作できる前述したような第２のソレノイドモデルが得られる。また、本発明により、約１０ＶＤＣから約２６ＶＤＣで動作できる第３のソレノイドモデルが得られる。したがって、本発明により、市場により通常要求されるソレノイドのレンジを満たした改良されたソレノイドの３つの基本的なモデルが得られる。
【００３０】
これらの３つのモデルの制御回路は、基本的に、２つの基本的なモード、すなわち、突入モードおよび保持モードをもつスイッチモード電流レギュレータとしてそれぞれ記述される。突入モードは、各オン／オフサイクルの最初の５０から６５ミリ秒、好ましくは、６４ミリ秒で起こり、制御回路は、ソレノイド１０を作動するために、励起電流Ｉｉｎｒｕｓｈを与える。Ｉｉｎｒｕｓｈの立上り時間は、コイルの抵抗とインダクタンスに依存する。突入時間期間の終了後、保持モードが始まる。制御回路は、保持電流Ｉｈｏｌｄを与え、この電流は、Ｉｉｎｒｕｓｈ電流より小さく、それに比例し、突入参照電圧Ｖ１とホールド参照電圧Ｖ２との比率で決定される。制御回路は、基本的に、突入モード中、約２０ワットが供給され、保持モード中、約１．２ワットが供給される一定電力制御である。本願出願人等により、好適な実施形態の突入および保持モードを使用することにより、本発明のソレノイドは、従来のソレノイドの同様のストロークと比較して、全電力消費量をより低くして、全５ｍｍのアクチュエータストロークを達成できる。
【００３１】
また、制御回路は、全入力電源を直流に変換するための電力整流回路を含む。ソレノイドを駆動するために直流を使用することにより、除去されなければ、交流電流に関連して生じるハムまたはノイズが実質的に低減される。さらに、整流回路は、周波数変化に対する制御回路の、ひいては、ソレノイド１０の感受率を低減する。さらに、本発明の制御回路により、ソレノイド１０は、上述した広範囲の電圧レンジで、ＡＣまたはＤＣ電圧のいずれでも動作できるようになる。
【００３２】
制御回路は、一般的なクロックと論理回路を含む。論理回路は、突入および保持モードのシーケンスおよびタイミングを確立する。さらに、単に電力を印加するのではなく、バス信号によりソレノイド１０を制御することができる制御ピンが与えられる。バス制御モードにおいて、制御ピンは、外部電力ＭＯＳへのゲート制御出力をオンおよびオフにする。ＭＯＳトランジスタは、供給電圧レンジおよびソレノイドを流れる電流に応じて選択されることが好ましい。制御ピンは、ソレノイドを作動または非作動にするように機能する。制御ラインが接地される場合、ソレノイドは、従来のように、電力を制御回路に印加することにより制御される。制御ピンが接地されない場合、制御回路に電力が継続して供給され、バスシステムが、制御ピンを介してソレノイドを作動する。
【００３３】
使用時、制御回路は、コイル４０に供給される平均電流をＩｉｎｒｕｓｈに制限する。制御回路は、ソレノイド１０に電力が印加された後、最初の約５０から６５ミリ秒間、電流をＩｉｎｒｕｓｈ値に保持する。最初の５０から６５ミリ秒間、Ｉｉｎｒｕｓｈ電流が印加された後、制御回路は、平均コイル電流をＩｈｏｌｄと呼ばれる値に低減する。制御回路２００の好適な実施形態において、Ｉｈｏｌｄは、Ｉｉｎｒｕｓｈ値の約２５％である。制御回路から電力が切断されると、または、制御ピンに動作停止信号が送信されると、ソレノイド１０の動作が停止する。図９は、本発明の制御回路のＩｉｎｒｕｓｈおよびＩｈｏｌｄｉｎｇのプロファイルを示す。制御回路により供給される保持電力は、約１．２ワットに制限される。温度が電力に左右されるため、制御回路とソレノイドに印加される電力が大きいほど、温度が上昇する。表面温度に対する関心は、世界中のさまざまな市場において高まりつつある。例えば、欧州低電圧指令（ＥＮ６１０１０）の要件では、ソレノイドの表面温度は、６０℃の周囲温度において８０℃を超えてはならない。図９に示すように、曲線下の全面積は、１サイクル中の全電力である。本発明では、固定Ｉｉｎｒｕｓｈ時間を用いるため、Ｉｈｏｌｄ電流の持続時間は、サイクル時間に依存する。これは、サイクル時間が長いと、ＩｉｎｒｕｓｈとＩｈｏｌｄの比率が大きくなることを意味する（言い換えれば、Ｉｈｏｌｄに寄与する電力は、サイクル時間が長くなると増大する）。したがって、ソレノイドに印加される全電力が増大し、これは、表面温度を上昇させる。本発明により、第１および第２のモデルは、８０℃の表面温度制限を超えることなく、１分あたり６０サイクル程度を有することができる。また、本発明により、第３のモデルは、８０℃の表面温度要件を超えることなく、１分あたり２０サイクル程度を有することができる。
【００３４】
図１０Ａは、上述した第１のソレノイドモデルの好適な制御回路２００を示し、制御回路２００は約１００から２４０ＶＤＣ／ＶＡＣの入力電圧を取り扱うことができる。図１０Ｂは、上述した第２のソレノイドモデルの好適な制御回路２５０を示し、制御回路２５０は約２４から９９ＶＤＣ／ＶＡＣの入力電圧を取り扱うことができる。図１０Ｃは、上述した第３のソレノイドモデルの好適な制御回路３００を示し、制御回路３００は約１２から２３ＶＤＣの入力電圧を取り扱うことができる。
【００３５】
本発明によれば、制御回路２００、２５０、または３００の１つが、コイルリード１８および接地リード１６、電源（図示せず）、およびオプションとして、制御バス（図示せず）に接続される。制御回路は、カプセル封入１２によりソレノイド１０とともにカプセル封入され、または、図１１に示すように、制御回路は、ソレノイド１０に固定的に取り付けられた保護カバー２２０内に収容されてよい。また、図１１は、電力供給リード２２２を示す。
【００３６】
本発明の好適な実施形態および他の実施形態の上記記載は、本願出願人等が発明した本発明の幅、範囲、または応用範囲を制限または限定することを意図したものではない。本願明細書に含まれる本発明の概念を開示する見返りとして、本願出願人等は、添付の特許請求の範囲により得られるすべての特許権を要望する。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明によるソレノイドの図である。
【図２】本発明で使用するためのボビンの図である。
【図３】本発明で使用するためのコイルの断面図である。
【図４】本体、スリーブ付きの一体形エンドキャップと、スリーブ付きの別個のエンドキャップとを含む、本発明で使用するための磁気ヨークの図である。
【図５】本体、スリーブ付きの一体形エンドキャップと、スリーブ付きの別個のエンドキャップとを含む、本発明で使用するための磁気ヨークの図である。
【図６】本体、スリーブ付きの一体形エンドキャップと、スリーブ付きの別個のエンドキャップとを含む、本発明で使用するための磁気ヨークの図である。
【図７】スリーブ付きの一体形の２つのエンドキャップを備えた本体を含む本発明で使用するための磁気ヨークの図である。
【図８】本発明の別個のエンドキャップとコイルを備えたヨークを示す分解図である。
【図９】本発明による好適な制御回路の電流供給特性を示すグラフである。
【図１０Ａ】本発明で使用するための制御回路の概略図である。
【図１０Ｂ】本発明で使用するための制御回路の概略図である。
【図１０Ｃ】本発明で使用するための制御回路の概略図である。
【図１１】本発明によるソレノイドの図である。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年12月12日(2003.12.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２のフランジと、前記フランジの間に設けられた外側円筒壁と、前記フランジの間に設けられた内側円筒壁により画定される中央開口部とを有し、第１の液晶ポリマーからなる非磁性ボビンと、
前記ボビンの前記外側円筒壁の周りに螺旋状に巻き付けられた導線のコイルと、
前記コイルの外側円筒表面を完全に包み込む本体と、前記本体に一体接続され、前記ボビンの前記中央開口部の端部内に延在するスリーブを有する第１のエンドキャップとを含む、磁気伝導性材料からなるヨークと、
前記本体に取り付けられ、前記ボビンの前記中央開口部の別の端部内に延在するスリーブを有する磁気伝導性材料からなる第２のエンドキャップと、
第２の液晶ポリマーからなり、密閉されたソレノイドを作るために、前記ヨークおよびボビンをカプセル封入するシェルとを含み、
前記シェルの前記第２の液晶ポリマーは、前記ボビンの前記第１の液晶ポリマーの第１の融点より高い第２の融点を有する、ソレノイドアクチュエータ。
【請求項２】
前記ヨークの前記本体は、実質的に円筒上の本体を形成するように曲げられる実質的に平坦な磁気伝導性材料シートから形成される、請求項１に記載のソレノイドアクチュエータ。
【請求項３】
前記本体と一体接続された前記第１のエンドキャップは、前記実質的に円筒状の本体の隣接する開口部を覆うように曲げられる、請求項２に記載のソレノイドアクチュエータ。
【請求項４】
前記第２のエンドキャップは、前記本体と一体接続される、請求項１に記載のソレノイドアクチュエータ。
【請求項５】
前記ボビンの前記中央開口部は、前記第１および第２のスリーブをそれぞれ受けるように規定された第１および第２の凹部を含む、請求項１に記載のソレノイドアクチュエータ。
【請求項６】
前記シェルは、射出成形プロセスにより、前記ボビンおよび前記ヨークとの接着を形成する、請求項１に記載のソレノイドアクチュエータ。
【請求項７】
前記シェルの前記第２の融点は、前記ボビンの前記第１の融点より約カ氏１０度高い、請求項１に記載のソレノイドアクチュエータ。
【請求項８】
第１および第２の端部を有する磁気伝導性材料のヨークと、
前記ヨークに設けられ、導線を周りに螺旋状に巻き付けた、第１の液晶ポリマーからなるボビンを有する電磁ソレノイドコイルと、
前記ヨークの第１の端部に取り付けられた磁気伝導性材料の第１のエンドキャップと、
前記ヨークの第２の端部に取り付けられた磁気伝導性材料の第２のエンドキャップと、
前記ヨークおよび前記ソレノイドコイルをカプセル封入し、第１の液晶ポリマーからなる前記ボビンと接着する第２の液晶ポリマーからなるシェルとを含み、前記シェルの前記第２の液晶ポリマーが、前記ボビンの前記第１の液晶ポリマーの第１の融点より高い第２の融点を有する、ソレノイドアクチュエータ。
【請求項９】
前記第１または第２のエンドキャップの少なくとも１つは、前記ヨークに一体接続される、請求項８に記載のソレノイドアクチュエータ。
【請求項１０】
前記第１および第２のエンドキャップの各々は、前記ボビンの中央孔の端部に設けられたスリーブを含む、請求項９に記載のソレノイドアクチュエータ。
【請求項１１】
前記シェルの前記第２の融点は、前記ボビンの前記第１の融点より約カ氏１０度高い、請求項８に記載のソレノイドアクチュエータ。
【請求項１２】
磁気性の硬質または軟質材料シートから実質的に平坦な本体を形成することと、
前記平坦な本体と一体接続される第１のエンドキャップを形成することと、
前記第１のエンドキャップに画定される中央開口部を通る第１の一体形スリーブを形成することと、
第２の一体形スリーブを有する第２のエンドキャップを形成することと、
実質的に平坦な本体を実質的に円筒状のヨークに形作ることと、
前記第１の一体形スリーブが、前記円筒状ヨーク内に存在するように、前記円筒状ヨークにある隣接する開口部を覆うように前記第１のエンドキャップを曲げることと、
前記第１のエンドキャップ上の前記第１の一体形スリーブが、前記コイルの孔内に延在するように、前記円筒状ヨーク内に、第１の液晶ポリマーからなるボビンを含む電磁ソレノイドコイルを配置することと、
前記第２の一体形スリーブが、前記コイルの孔内に延在するように、前記第２のエンドキャップで前記円筒状ヨークの残りの開口部を覆うことと、
第２の液晶ポリマーからなる保護コーティングで前記ヨーク／コイルアセンブリをカプセル封入することとを含み、前記第２の液晶ポリマーは、前記第１の液晶ポリマーの第１の融点より高い第２の融点を有する、ソレノイド製造方法。
【請求項１３】
前記第２のエンドキャップを形成することは、前記平坦な本体と一体接続された第２のエンドキャップを形成することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記保護コーティングで前記ヨーク／コイルアセンブリをカプセル封入することは、前記ヨーク／コイルアセンブリをカプセル封入するために、第２の液晶ポリマーを射出成形することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記ヨーク／コイルアセンブリをカプセル封入するために、前記第２の液晶ポリマーを射出成形することは、前記保護コーティングの第２の液晶ポリマーを、第１の液晶ポリマーからなる前記ソレノイドコイルの前記ボビンと接着することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記保護コーティングの前記第２の融点は、前記ボビンの前記第１の液晶ポリマーの前記第１の融点より約カ氏１０度高い、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
約１００から２４０ＶＡＣ、約１００から２４０ＶＤＣ、約２４から１００ＶＡＣ、約２４から１００ＶＤＣ、および約１２から２４ＶＤＣからなる群から選択される電圧を整流するように構成された電圧整流回路と、
前記電圧整流回路に結合され、約５０から６５ミリ秒の間、約２０ワットの突入電流を与え、所定のオン／オフサイクル時間、前記突入電流の約２５％である実質的に一定の約１．２ワットの保持電流を与えるように構成された電源回路と、
各オン／オフサイクルの開始時に突入電流を印加することと、突入サイクル時間の終わりに保持電流を印加することとを制御するように構成され、前記電圧整流回路での電圧または別の作動信号の存在に基づいて制御を選択するための制御ピンを有する論理回路とを含む、ソレノイド制御回路。
【国際調査報告】
2004523126.tif 000042
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