JP4531463B2 - 電磁アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、防水性、耐水性が要求される、例えば、冷凍・冷蔵サイクルの電動式膨張弁、流路切換用電動弁などに好適な電磁アクチュエータに関し、特に磁気回路効率の改良に関する。

電動弁、ステッピングモータなどに使用される電磁アクチュエータのうち、高湿度や結露などの環境下で使用され、防水性、耐水性が要求される用途では、従来、図１０に示した構造のものが用いられている。

図１０の電磁アクチュエータでは、内周部に沿って複数の極歯１２が軸方向に起立形成された円環状のステータヨーク１１が、樹脂からなる円筒状のボビン２１の内部に極歯１２が挿入された状態で取り付けられる。ボビン２１の外周部には、励磁コイル３１が巻回される。ステータヨーク１１と、励磁コイル３１が巻回されたボビン２１とからなる組立体（同図では２組）が、プレス絞りで形成された底付き円筒状のフレームヨーク４１に収納され、この状態でフレームヨーク４１と励磁コイル３１との間に樹脂を注型して封止することにより電磁アクチュエータが作製される。

この電磁アクチュエータでは、ステータヨーク１１の外周部とフレームヨーク４１の内周面とが密着せずに、これらの間に隙間を有する状態でフレームヨーク４１の内部に上記の組立体が嵌入されているため、この隙間により磁気的なギャップが生じると磁気効率が低下する。

この磁気ギャップを小さくした電磁アクチュエータとして、図１１に示した構成を有するものが知られている。この電磁アクチュエータでは、磁気ギャップを小さくするために、その内径がステータヨーク１１の外径よりも小さくなるように鋼板を円筒状に巻いて作製したフレームヨーク４１を用いている。このフレームヨーク４１に対して、ステータヨーク１１と、励磁コイル３１が巻回されたボビン２１とからなる組立体２を、フレームヨーク４１が外側に押し広げられた状態で嵌着し、ステータヨーク１１の外周部をフレームヨーク４１の内面に圧接させることによって、磁気ギャップを小さくしている（特許文献１）。

この電磁アクチュエータでは、磁気ギャップを小さくすることは可能であるが、フレームヨーク４１を充分な真円度を有するように作製するためには高い寸法精度を要し、ステータヨーク４１の外周部に沿ってフレームヨーク４１の内面を充分に密着させることが難しい。また、組立体２をフレームヨーク４１に圧入する必要があり、この圧入工程では励磁コイル３１が巻回されたボビン２１の取り扱いに注意を要し、組立性に問題があった。
特開平１０−４６６８号公報

本発明は、上述したような従来技術における問題点を解決するためになされたものであり、部品の高い寸法精度を要せずにステータヨークとフレームヨークとを密着させ、これにより磁気回路効率を向上させることができる電磁アクチュエータを提供することを目的としている。

また、本発明は、磁気回路効率が高く、且つ容易に組立が可能な電磁アクチュエータを
提供することを目的としている。

本発明の電磁アクチュエータは、内周部に沿って複数の極歯を起立形成した円環状の一対のステータヨークが、これらの極歯が互いに対向するようにボビンに固定され、このボビンの外周部に励磁コイルが巻回されるとともに、前記円環状のステータヨークを円筒状のフレームヨークに嵌合することにより磁気回路が形成された電磁アクチュエータであって、
前記フレームヨークが、側周部の一部が開いた円筒状に形成された板金からなるとともに、前記フレームヨーク、ステータヨークおよびボビンからなる組立体が収納されたケース本体を備え、
前記フレームヨークが、前記ケース本体内に注型樹脂を注入した際における前記注型樹脂の硬化収縮により、前記ステータヨークの外周部に密着されていることを特徴とする。

上記の発明では、例えば鋼板などを円筒状に巻いて作製された、側周部の一部が開いた円筒状板金からなるフレームヨークを用い、ケース本体とボビンとの間に注型用樹脂を注入、硬化することにより樹脂封止している。硬化時に注型樹脂が液体状態から固体状態に変化する際に、注型樹脂はその体積が収縮し、フレームヨークと、ボビンおよびステータヨークからなる組立体との間に注入された注型樹脂の収縮力によって、フレームヨークは内方に収縮変形し、ステータヨークの外周部に引き寄せられる。この結果、フレームヨークはステータヨークの外周部に沿って変形して密着する。

したがって、ステータヨーク、フレームヨークなどの部品が高い寸法精度を有していなくても、ステータヨークの外周部とフレームヨークの内周面とが、フレームヨークの変形により充分に密着し、これにより磁気回路効率を向上させることができる。

また、ステータヨークの外径と同程度か、それよりも大きい内径を有するフレームヨークを使用しても、上記したように注型樹脂の硬化収縮によりフレームヨークが縮径するように変形し、ステータヨークの外周部に密着させることができる。このため、ステータヨークを固定したボビンを、径の小さいフレームヨークを拡径方向に押し広げて圧入する必要が無く、ボビンの取り扱い等が容易であり、組立性が良い。

本発明の電磁アクチュエータは、前記ケース本体に収納される前の前記フレームヨークの内径が、前記ステータヨークの外径と同等もしくはそれよりも大きいことを特徴とする。

このように構成することにより、組立時には、ステータヨークを固定したボビンを、その内径がステータヨークの外径と同等もしくはそれよりも大きいフレームヨークの内部に挿入するだけでよく、上記したように、磁気回路効率が高い電磁アクチュエータを容易に組立てることができる。

本発明の電磁アクチュエータは、前記組立体を前記ケース本体に収納し、前記フレームヨークが前記ケース本体に嵌着固定された状態で前記注型樹脂の注入および硬化を行い樹脂封止されていることを特徴とする。

上記の発明では、前記ケース本体の内周部に、複数本のリブが所定間隔を置いて突設され、前記各リブが前記フレームヨークに当接することにより前記嵌着固定された状態となることが好ましい。

あるいは、前記フレームヨークの外周部に、複数本のリブが所定間隔を置いて突設され
、前記各リブが前記ケース本体に当接することにより前記嵌着固定された状態となることが好ましい。

上記のように構成された本発明では、フレームヨークがケース本体に嵌着固定された状態で注型樹脂の注入および硬化を行っているので、フレームヨークと、ステータヨークを固定したボビンとの位置ずれが防止され、所定の位置関係で配置された状態で注型樹脂の注入および硬化を行っているので、ステータヨークの外周部とフレームヨークの内面とを確実に密着させることができ、これにより磁気回路効率を向上させることができる。

さらに、必要に応じて、フレームヨークがケース本体により外側から押圧され、フレームヨークが縮径方向に変形された状態でフレームヨークをケース本体に嵌着し、これによりフレームヨークの内周面と、ステータヨークの外周部との隙間を充分に小さくした状態で注型樹脂の注入および硬化を行うことにより、フレームヨークと、ステータヨークを固定したボビンとの位置ずれを確実に防止することができる。

また、ケース本体の内周面もしくはフレームヨークの外周面に設けたリブによってこれらを当接させることにより、フレームヨークをケース本体に押し込んで挿入する際に、ケース本体の奥まで容易に挿入することができる。

本発明の電磁アクチュエータは、前記ケース本体における前記フレームヨークが挿入される開口部の開口径が、該フレームヨークの挿入側端部の外径と同等もしくはそれよりも大きいことを特徴とする。

このように構成することにより、その外径がケース本体の奥側の内径と同等もしくはそれよりも大きいフレームヨークをケース本体に嵌合固定する際に、径の大きいケース本体の開口部にフレームヨークを挿入し、次いでケース本体の内周面に沿ってフレームヨークの外周面を摺動させながら嵌合すればよく、フレームヨークをケース本体に容易に嵌め込むことができる。

本発明の電磁アクチュエータは、部品の高い寸法精度を要せずともステータヨークとフレームヨークとが充分に密着し、磁気回路効率が高い。
また、本発明の電磁アクチュエータは、磁気回路効率が高く、且つ容易に組立が可能である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の電磁アクチュエータの実施形態を示した断面図、図２は、フレームヨークの斜視図、図３は、ボビンとステータヨークとの成形体の斜視図、図４は、カバー本体の斜視図、図５は、カバー本体の断面図、図６は、カバー本体にボビンとステータヨークとの成形体およびフレームヨークを嵌入した状態を示した斜視図である。なお、前述した従来技術に対応する部材には同一の符号を付している。

図１に示した本実施形態の電磁アクチュエータ１は、電動弁に使用されるものであり、図３にも示すように、円筒状の樹脂製ボビン２１と、円環状のステータヨーク１１とが一体に成形され、ボビン２１の外周部には励磁コイル３１が巻回されて成形体２が構成され、この成形体２が円筒状のフレームヨーク４１の内部に嵌入されている。この成形体２およびフレームヨーク４１は、ケース本体５１に収納され、ケース本体５１の内周側とボビン２１の外周側とにより形成される空間が注型樹脂６１により封止されている。

ステータヨーク１１は、その内周部に沿って、それぞれが磁極を構成する複数の極歯１２が軸方向に起立形成され、上下一対のステータヨーク１１，１１が、これらの極歯１２がボビン２１の内周面に沿って互いに対向するようにボビン２１に固定されている。

ボビン２１は、ステータヨーク１１と一体に成形され、電流を供給する端子７１が圧入されており、端子７１は基板７２を介してリード線７３に接続されている。また、図３に示したように、ボビン２１の一端面には、弁本体（図示せず）が挿入される貫通穴２２の開口周囲に、周状のリブ２３が形成されている。このリブ２３を、ケース本体５１の底面部に形成された図５の嵌合溝５２に嵌め込むことにより、底面部側を封止して開口部５５側から注型樹脂を流し込むようにしている。

フレームヨーク４１は、鋼板を円筒状に巻いて形成され、図２に示したように、鋼板の両端部４２が互いに離間して対向し、円筒の側周部が軸方向に沿って開いた形状になっている。これにより、フレームヨーク４１は、例えば縮径するように、横断面が元の形状から弾性変形できるようになっている。

図２のフレームヨーク４１の内径ｄ１は、図３のステータヨーク１１の外径Ｄ１よりも大きく形成されており、組立時に図３の成形体２をフレームヨーク４１の内部に嵌入する際に、フレームヨーク４１を押し広げることを要せずにそのまま挿入できるようになっている。

ケース本体５１は、樹脂で形成され、図５に示したように、その内周面の奥側（底面部側）に、軸方向に延びる複数本のリブ５３が、内周面の周方向に間隔を置いて突設形成されている。本実施形態では、３本のリブ５３を内周を３分割するように均等に配置している。リブ５３の本数は、特に限定されないが、好ましくは３本以上である。

リブ５３の突端部で規定される円周径ｄ２’は、図２のフレームヨーク４１の外径Ｄ２よりも小さい。これにより、フレームヨーク４１がケース本体５１により外側から押圧され、フレームヨーク４１が縮径方向に変形された状態でフレームヨーク４１をケース本体５１に嵌着している。これにより、フレームヨーク４１と、ステータヨーク１１との位置ずれが防止され、所定の位置関係で配置された状態で注型樹脂の注入および硬化を行うことができるので、ステータヨーク１１の外周部とフレームヨーク４１の内面とを注型樹脂の硬化収縮により確実に密着させることができる。さらに、ケース本体５１による押圧でフレームヨーク４１を縮径方向に変形させることにより、フレームヨーク４１の内周面と、ステータヨーク１１の外周部との隙間を充分に小さくした状態で注型樹脂の注入および硬化を行うことができ、フレームヨーク４１と、ステータヨーク１１との位置ずれを確実に防止することができる。

このように、ケース本体５１の外周面に設けたリブ５３によってケース本体５１とフレームヨーク４１とを当接させることにより、フレームヨーク４１をケース本体５１に押し込んで挿入する際に、ケース本体５１の奥まで容易に挿入することができる。例えば、ケース本体５１の内周面全体でフレームヨーク４１を押さえ込むようにしてもよいが、リブ５３を設けることによって挿入に力を要することなくスムーズに挿入することができる。

図８は、本発明の他の実施形態における電磁アクチュエータのフレームヨークおよびケース本体を示した斜視図（同図においてケース本体５１は内部を図示するために断面図としている）、図９はこのフレームヨークの上面図である。本実施形態では、フレームヨーク４１の外周面にリブ４３を突設している。フレームヨーク４１は、リブ４３の突端部でケース本体５１により外側から押圧され、フレームヨーク４１が縮径方向に変形された状態でフレームヨーク４１をケース本体５１に嵌着している。このように構成しても、ケー
ス本体５１側にリブ５３を設けた上記の場合と同様に、フレームヨーク４１と、ステータヨーク１１との位置ずれが防止され、所定の位置関係で配置された状態で注型樹脂の注入および硬化を行うことができる。

図５に示したように、ケース本体５１の開口部５５の近傍位置には、複数の突起部５４が、内周面の周方向に間隔を置いて突設形成されており、図１に示したように、ケース本体５１の底面部に一端部が当接したフレームヨーク４１が、他端部でこれらの突起部５４と係合することにより、フレームヨーク４１がケース本体５１に対して所定の位置関係で固定されるようになっている。

図５のケース本体５１における開口部５５の開口径ｄ２は、図２のフレームヨーク４１の外径Ｄ２よりも大きくなっている。このため、フレームヨーク４１をケース本体５１に嵌合固定する際に、径の大きいケース本体５１の開口部５５にフレームヨーク４１の端部を挿入し、次いでケース本体５１の軸方向に押圧することにより突起部５４に沿ってフレームヨーク５１を縮径変形させ、その外周面を摺動させながら嵌合すればよい。したがって、ケース本体５１の開口部５５にフレームヨーク４１を挿入する際に、例えばフレームヨーク４１を手で外側から押圧して弾性変形させながら挿入するといった操作は必要なく、フレームヨーク４１をケース本体５１に容易に嵌め込むことができる。

なお、図８の実施形態では、リブ４３を、フレームヨーク４１の挿入側端部４１ａから間隔を置いて形成しているので、フレームヨーク４１の挿入側端部４１ａにおける外径Ｄ２は、ケース本体５１における開口部５５の開口径ｄ２よりも充分に小さく、嵌合操作が容易になっている。

図６に示したように、ステータヨーク１１とボビン２１との成形体２、およびフレームヨーク４１は、フレームヨーク４１の内部に成形体２が配置された状態でケース本体５１内に収納される。同図のようにケース本体５１の開口部５５を上方とした状態で、ケース本体５１の内周側と、ボビン２１の外周側とにより形成される空間に、例えばウレタン樹脂、エポキシ樹脂などの注型樹脂を注ぎ込んで硬化させる。これにより、図１に示したように、ステータヨーク１１、フレームヨーク４１、励磁コイル３１、端子７１、基板７２、リード線７３などを樹脂封止する。

ケース本体５１とボビン２１との間に注入された液状の注型樹脂は、硬化反応が進行するとともに固体状態に変化するが、この際に注型樹脂はその体積が収縮する。フレームヨーク４１と、ステータヨーク１１との間における注型樹脂の収縮力によって、フレームヨーク４１は内方に変形し、ステータヨーク１１の外周部に沿うように引き寄せられる。この結果、フレームヨーク４１はステータヨーク１１の外周部に沿って変形して密着する。

なお、フレームヨーク４１の外周面とケース本体５１の内周面との間隙６２にも注型脂が注入されるが、この間隙６２に注入される注型樹脂の量は、フレームヨーク４１とステータヨーク１１との間に注入される注型樹脂の量よりも充分小さく、注型樹脂の収縮力は、フレームヨーク４１がステータヨーク１１へ密着する方向へ、内方に作用する。

このように、フレームヨーク４１とステータヨーク１１との間における注型樹脂の収縮力によってフレームヨーク４１をステータヨーク１１の外周部に沿って変形させ密着させているので、本実施形態の電磁アクチュエータ１は磁気回路効率が高い。

図７は、図１の実施形態の電磁アクチュエータを用いた電動弁の一例を示した断面図である。図示したように、電磁アクチュエータ１の貫通穴に電動弁本体８１を配置し、電磁作用により電動弁本体８１のねじ機構を駆動して弁を開閉する。図１および図４にも示し
たように、ケース本体５１にはブラケット５６が取り付けられ、ブラケット５６により電動弁本体８１を固定している。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形、変更が可能である。例えば、ステータヨーク１１とボビン２１とは一体に成形したものの他、単部品同士を組み合わせたものであってもよい。また、互いに対向するステータヨーク１１の対は、１対でも２対でもよい。

また、ケース本体５１をゴム材により形成し、ケース本体５１のゴム弾性によってフレームヨーク４１を押さえ込んで、その径が小さくなるように変形させ、これによってフレームヨーク４１とステータヨーク１１との位置ずれを防止するようにしてもよい。この場合、上述した実施形態のようにケース本体５１のリブ５３もしくはフレームヨーク４１のリブ４３を設けなくとも、フレームヨーク４１をケース本体５１へ容易に嵌め込むことができる。

図１は、本発明の電磁アクチュエータの実施形態を示した断面図である。 図２は、フレームヨークの斜視図である。 図３は、ボビンとステータヨークとの成形体の斜視図である。 図４は、カバー本体の斜視図である。 図５は、カバー本体の断面図である。 図６は、カバー本体にボビンとステータヨークとの成形体およびフレームヨークを嵌入した状態を示した斜視図である。 図７は、図１の実施形態の電磁アクチュエータを用いた電動弁の一例を示した断面図である。 図８は、本発明の他の実施形態における電磁アクチュエータのフレームヨークおよびケース本体を示した斜視図である。 図９は、図８のフレームヨークの上面図である。 図１０は、従来の電磁アクチュエータの構成を示した分解斜視図である。 図１１は、従来の電磁アクチュエータの構成を示した分解斜視図である。

符号の説明

１ 電磁アクチュエータ
２ 組立体（成形体）
１１ ステータヨーク
１２ 極歯
２１ ボビン
２２ 貫通穴
２３ 周状のリブ
３１ 励磁コイル
４１ フレームヨーク
４２ 端部
４３ リブ
５１ ケース本体
５２ 嵌合溝
５３ リブ
５４ 突起部
５５ 開口部
５６ ブラケット
６１ 注型樹脂
６２ 間隙
７１ 端子
７２ 基板
７３ リード線
８１ 電動弁本体

Claims (6)

1. 内周部に沿って複数の極歯を起立形成した円環状の一対のステータヨークが、これらの極歯が互いに対向するようにボビンに固定され、このボビンの外周部に励磁コイルが巻回されるとともに、前記円環状のステータヨークを円筒状のフレームヨークに嵌合することにより磁気回路が形成された電磁アクチュエータであって、
   前記フレームヨークが、側周部の一部が開いた円筒状に形成された板金からなるとともに、前記フレームヨーク、ステータヨークおよびボビンからなる組立体が収納されたケース本体を備え、
   前記フレームヨークが、前記ケース本体内に注型樹脂を注入した際における前記注型樹脂の硬化収縮により、前記ステータヨークの外周部に密着されていることを特徴とする電磁アクチュエータ。
2. 前記ケース本体に収納される前の前記フレームヨークの内径が、前記ステータヨークの外径と同等もしくはそれよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
3. 前記組立体を前記ケース本体に収納し、前記フレームヨークが前記ケース本体に嵌着固定された状態で前記注型樹脂の注入および硬化を行い樹脂封止されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電磁アクチュエータ。
4. 前記ケース本体の内周部に、複数本のリブが所定間隔を置いて突設され、前記各リブが前記フレームヨークに当接することにより前記嵌着固定された状態となることを特徴とする請求項３に記載の電磁アクチュエータ。
5. 前記フレームヨークの外周部に、複数本のリブが所定間隔を置いて突設され、前記各リブが前記ケース本体に当接することにより前記嵌着固定された状態となることを特徴とする請求項３に記載の電磁アクチュエータ。
6. 前記ケース本体における前記フレームヨークが挿入される開口部の開口径が、該フレームヨークの挿入側端部の外径と同等もしくはそれよりも大きいことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電磁アクチュエータ。

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