JP5301256B2 - ソレノイド - Google Patents

Description

本発明は、コイルに発生する磁界によってシャフトを軸方向に移動させるソレノイドに関するものである。

従来、例えば油圧機器等の母機に取り付けられるソレノイドの場合、母機からソレノイドに導かれる作動油は、母機内に発生する摩耗粉等からなるコンタミが含まれる。このコンタミがソレノイドの強磁界部に堆積すると、ソレノイド推力が弱まったり、シャフト移動時の摺動抵抗が増え、ソレノイドの作動不良を来す可能性がある。

特許文献１、２に開示されたソレノイドは、いずれも、磁気回路を構成するベースとスリーブとの間にプランジャを摺動可能に設け、コイルに発生する磁界によってプランジャを駆動し、プランジャに結合されたシャフトを軸方向に移動させ、弁体を駆動するものである。

特許文献１に開示されたソレノイドは、シャフトを摺動可能に嵌合させる環状の部材（コンタミブロック７１）を設け、母機から流入する作動油を環状の部材（コンタミブロック７１）によってせき止めて外部に逃がし、プランジャ収容室にコンタミを含む作動油が流入しないように構成されている。

特許文献２に開示されたソレノイドは、シャフトを摺動可能に嵌合させる環状のフィルタ（リングフィルタ１１）を設けるとともに、このフィルタの近傍にコンタミを溜める室（コンタミ溜まり１２）を設け、母機から流入する作動油のコンタミがプランジャ収容室に侵入しないように構成されている。
特開２００６−６４０７６号公報 特開平１１−３１６１７号公報

しかしながら、このような従来のソレノイドにあっては、ソレノイド推力によってシャフトが往復動するのに伴って、シャフトが移動する体積分の作動油が母機側とソレノイドの間を移動するため、ソレノイド内に侵入するコンタミを十分に抑えることが難しいという問題点があった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、コンタミの影響を抑えるソレノイドを提供することを目的とする。

本発明は、コイルに発生する磁界によってプランジャを駆動し、このプランジャに結合されたシャフトを軸方向に移動させ、母機を駆動するソレノイドであって、シャフトを貫通させるベースと、このベースに対してシャフトを摺動可能に支持する軸受と、この軸受より母機側に画成される軸受前室と、ベースを貫通して母機側と軸受前室とを連通するベース貫通路とを備え、シャフトの移動に伴って作動油がベース貫通路を通って母機側と軸受前室との間を移動する構成とし、シャフトはベース貫通路を貫通するシャフトベース貫通部を軸受によって支持されるシャフト支持部より細く形成する構成とした。

本発明によると、ベースに対するシャフトの移動体積が削減されることによって、シャフトが往復動する際にベース貫通路を通って母機側と軸受前室の間で移動する作動油の流量が低減される。これにより、作動油のコンタミがソレノイド内に侵入することを抑えられ、コンタミに起因するソレノイドの作動不良を防止し、ソレノイドが安定作動する可動時間を延長できる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１はソレノイド１の正面図であり、図２は図１のＡ−Ｏ−Ａ線に沿う断面図である。

ソレノイド１は、コイル１２に発生する磁界によってプランジャ４を駆動し、このプランジャ４に結合されたシャフト５を軸方向に移動させる電磁アクチュエータである。

ソレノイド１は、図示しない油圧機器の母機に取り付けられる。シャフト５の前端部５９は、母機に備えられる油圧バルブに連携し、この油圧バルブを開閉駆動する。

なお、これに限らず、ソレノイド１は、空圧機器や他の機械、設備に設けられ、空圧バルブや他の可動部を駆動してもよい。

ソレノイド１は、その構成部品として、ケース９、ベース２、スリーブ３、プランジャ４、シャフト５、ギャップ埋設体６、第一、第二軸受７，８、対のＯリング１９、コイルアッシ１０等を備える。

コイルアッシ１０は、両端に鍔部を有する円筒状のボビン１１と、このボビン１１にマグネットワイヤが巻回して形成されるコイル１２と、このコイル１２のマグネットワイヤの両端部に結合される対のターミナル１３と、コイル１２を包囲するモールド樹脂１４とを備える。

モールド樹脂１４は、ボビン１１及びコイル１２が収まる円筒状の抱囲部１６と、この抱囲部１６の一端から突出しターミナル１３が臨むコネクタ部１５を有する。このコネクタ部１５に図示しない相手コネクタが差し込まれる。この相手コネクタを介してコイル１２が通電されると、コイル１２のまわりに磁界が発生する。これに限らず、リード線を介してコイル１２が通電される構成としてもよい。

コイル１２の磁束を導く磁路構成部材として、ケース９、ベース２、プランジャ４、スリーブ３を備え、これらがそれぞれ磁性材によって形成される。

ケース９は、有底円筒状に形成され、その開口端部から突出する対のフランジ部９１を有する。各フランジ部９１にはボルト穴９８が開口し、各ボルト穴９８を挿通する図示しない２本のボルトによって母機の取付座に締結される。

ケース９の内側にコイルアッシ１０が収容される。ケース９の側面に開口する切り欠き部９７が形成され、この切り欠き部９７からコネクタ部１５が突出する。

図１、２において、Ｏはシャフト５の中心線である。図１において、各フランジ部９１は中心線Ｏに直交するように左右方向に突出し、コネクタ部１５は中心線Ｏに直交するように上方向に突出している。

これに限らず、フランジ部９１、コネクタ部１５が突出する方向は、ソレノイド１が取り付けられる相手側の形状に対応して任意に配置される。例えば、コネクタ部１５を中心線Ｏ方向に突出させ、相手コネクタが中心線Ｏ方向に挿抜されるようにしてもよい。

円筒状のベース２及びスリーブ３は、ケース９の内側に並んで中心線Ｏと同軸上に配置され、それぞれの内側にシャフト５及びプランジャ４が挿通される。ベース２はケース９の開口端側に配置され、スリーブ３はケース９の奥側に配置される。

スリーブ３は、その外周面３１がボビン１１の内周面に嵌合し、その端面３２がケース９の底面９３に当接し、シャフト５の中心線Ｏと同軸上に配置される。

ベース２は、その外周面３０がボビン１１の内周面に嵌合し、シャフト５の中心線Ｏと同軸上に配置される。

ベース２の一端に円盤状のベース鍔部２１が形成され、このベース鍔部２１がケース９の開口端部に結合される。これによっても、ケース９は、シャフト５の中心線Ｏと同軸上に配置される。

ケース９の開口端部には環状段部９２が形成される。この環状段部９２は、中心線Ｏに直交する平面状に形成され、ベース２に対する座面を構成する。ベース鍔部２１の端面２２がケース９の環状段部９２に当接し、ベース鍔部２１の外周面２３がケース９の内周面９４に嵌合する。

ベース鍔部２１の外周面には環状段部２４が形成される。ケース９の開口端部にカシメ部９５が形成され、このカシメ部９５が環状段部２４に係合することによって、ベース２の抜け止めが行われる。

ケース９がボルトによって母機の取付座に締結されることにより、ケース９の端面９６は、図示しない相手側母機の取付座に当接する。

シャフト５は、非磁性材からなり、スリーブ３及びベース２を貫通する。

円柱状のシャフト５は、小径の前端側のシャフトベース貫通部５１と、大径の後端側のシャフト支持部５３とを有する。

シャフト支持部５３は、第一、第二軸受７，８を介して中心線Ｏ方向に摺動可能に支持される。円筒状のプランジャ４は、第一、第二軸受７，８の間に配置される。プランジャ４は、シャフト支持部５３の外周面５４に嵌合し、溶接またはカシメ等によって結合される。スリーブ３は、その内周に小径のスリーブ内周面３３と大径のスリーブ内周面３４とを有する。

小径のスリーブ内周面３３に軸受８の外周面８１が嵌合して取り付けられる。

大径のスリーブ内周面３４とプランジャ外周面４１と間に環状の間隙５５が形成される。

ベース２は、シャフト５の中心線Ｏに対して傾斜する環状テーパ端面４５を有する。一方、スリーブ３は、シャフト５の中心線Ｏに対して直交する環状端面３５を有する。ベース２の環状テーパ端面４５とスリーブ３の環状端面３５との間に環状の磁気ギャップが形成される。なお、環状端面３５は中心線Ｏに対して直交させず、傾斜させてもよい。

磁気ギャップに非磁性材からなるギャップ埋設体６が介装される。ベース２の環状テーパ端面４５とスリーブ３の環状端面３５との間にギャップ埋設体６を介装せず、空隙としてもよい。

コイル１２の内側に生じる磁束は、ケース９、ベース２、プランジャ４、スリーブ３によって導かれる。ベース２とスリーブ３との間を通る磁束は、磁気ギャップによって遮られるため、プランジャ４を経由して導かれ、ベース２からプランジャ４に向かう磁束が確保される。

磁気ギャップの形状、位置は、任意に設定され、プランジャ４が中心線Ｏ方向に移動するストロークに応じたソレノイド推力が得られるように構成される。

コイルアッシ１０はそのボビン１１の両端鍔部にＯリング１９がそれぞれ介装される。一方のＯリング１９がベース鍔部２１に当接し、他方のＯリング１９がケース９の底面９３に当接する。ベース２、コイルアッシ１０（ボビン１１）、ケース９は、プランジャ４及びシャフト５を収容する圧力容器を構成している。これによっても、母機からソレノイド１内に流入する作動油がソレノイド１の外部に洩れ出すことを防止する。

ソレノイド１は、シャフト５、プランジャ４のまわりに、軸受前室７３、プランジャ前室７４、プランジャ背後室７５、軸受背後室７６が設けられ、これらに母機からの作動油が導かれる。

プランジャ前室７４とプランジャ背後室７５との間にプランジャ４が介在する。スリーブ３とプランジャ４の磁気吸着を防止するため、プランジャ外周面４１のまわりに環状の間隙５５を画成する。この環状の間隙５５が、プランジャ前室７４とプランジャ背後室７５とを連通するプランジャ外周路６３を構成する。

プランジャ外周路６３として、プランジャ外周面４１には複数の溝４２が形成される。作動油は、これらの溝４２を通ってプランジャ前室７４とプランジャ背後室７５との間を流れるように構成される。

複数の溝４２によってプランジャ外周路６３を画成することにより、間隙５５のクリアランスを小さくすることが可能になる。間隙５５のクリアランスを小さくすることによって、プランジャ４を駆動する磁気効率を高めれられる。

プランジャ外周路６３の流路断面積が十分に確保されることにより、プランジャ４が移動する際にプランジャ４まわりにおける作動油の流動を促進し、プランジャ４に付与される作動油の粘性抵抗を小さくし、ソレノイド１の作動応答性を高められる。プランジャ４が高速で移動することにより、プランジャ外周面４１に堆積したコンタミが払い落とされる。

軸受背後室７６は、軸受８の背後に設けられ、軸受８とケース９の底面９３との間に画成される。

プランジャ背後室７５は、プランジャ４の端面４８と軸受８との間に画成される。プランジャ背後室７５と軸受背後室７６との間に軸受８が介在する。軸受８の外周面８１には複数の溝８２が形成される。これらの溝８２によっては、プランジャ背後室７５と軸受背後室７６とを連通する軸受貫通路６４を構成する。

プランジャ前室７４は、軸受７とプランジャ前端面４７の間に画成される。軸受前室７３とプランジャ前室７４との間に軸受７が介在する。軸受７の外周面７１には複数の溝７２が形成される。これらの溝７２によって軸受前室７３とプランジャ前室７４とを連通する軸受貫通路６８が構成される。

軸受前室７３は、軸受７の手前に設けられ、ベース２と軸受７との間に画成される。軸受前室７３は、シャフト５とベース２の間に画成される間隙５６と環状凹部３５を介して母機側に連通し、母機からの作動油が導かれる。この間隙５６が母機側と軸受前室７３とを連通するベース貫通路６２を構成する。

ベース２は、その内周に径の異なる第一〜第五ベース内周面２５〜２９を有する。

径が最も大きい第五ベース内周面２９とプランジャ外周面４１と間に環状の間隙５５が形成される。

第四ベース内周面２８は、第五ベース内周面２９より前端側に位置する。ベース２には第四ベース内周面２８と第五ベース内周面２９の間に環状段部４６が形成される。この環状段部４６はシャフト５の中心線Ｏと直交する平面状に形成され、プランジャ前端面４７に平行に対峙する。

第三ベース内周面２７は、第四ベース内周面２８より前端側に位置する。第三ベース内周面２７に軸受７の外周面７１が嵌合して取り付けられる。

第二ベース内周面２６は、第三ベース内周面２７より前端側に位置する。径が最も小さい第二ベース内周面２６は、シャフト５の外周面５２との間に間隙５６を画成する。

第一ベース内周面２５は、第二ベース内周面２６より前端側に位置する。第一ベース内周面２５は、シャフト５の外周面５２との間に環状の環状凹部３５を画成し、この環状凹部３５がベース２の前端面４９に開口する。環状凹部３５は、母機側に連通し、母機からの作動油が導かれる。

環状凹部３５には濾過材からなるフィルタ３６が介装される。このフィルタ３６は、その中心部に内周穴３７を有する円筒状に形成され、この内周穴３７にシャフト５のシャフトベース貫通部５１を摺動可能に挿通させる。

こうしてベース貫通路６２に介装されるフィルタ３６は、母機から導かれる作動油を濾過し、作動油中に含まれるコンタミをソレノイド１内に侵入させないようにする。

フィルタ３６の内周穴３７にはダストシール３８が介装される。このダストシール３８にシャフトベース貫通部５１を摺動可能に挿通させる。このダストシール３８は、内周穴３７のベース２の前端面４９に対する開口端に結合される。

ダストシール３８は、シャフトベース貫通部５１の外周面５２に摺接するリップ部（図示せず）を有し、このリップ部がシャフトベース貫通部５１の外周面５２に付着したコンタミを掻き落とし、コンタミをソレノイド１内に侵入させないようにする。

円柱状のシャフト５は、小径のシャフトベース貫通部５１と大径のシャフト支持部５３との間に段部５８を有する。この段部５８が軸受７より前方に位置するように形成され、シャフト支持部５３が軸受７と軸受８に摺動可能に支持される。

シャフト支持部５３の直径Ｄ５３は、プランジャ４を支持する剛性が十分に確保されるように設定される。

一方、シャフトベース貫通部５１は、ベース貫通路６２を貫通し、その前端部５９がベース２の前端面４９に突出している。シャフトベース貫通部５１の前端部５９が母機に備えられる油圧バルブに連携し、シャフト５がソレノイド推力によって往復動することによって母機の油圧バルブを開閉駆動する。

シャフトベース貫通部５１の直径Ｄ５１は、母機の油圧バルブを開閉駆動する剛性が十分に確保される範囲内で最小限に設定される。これにより、シャフト５がソレノイド推力によって往復動する際に、母機側とソレノイド１内の軸受前室７３と間で移動する作動油の流量が最小限に抑えられる。

以上のように構成される本発明の実施の形態につき、次に作用を説明する。

ソレノイド１が母機に組み付けられ、母機の油圧回路（図示せず）に作動油が充填されると、母機からの作動油が以下の経路を通ってソレノイド１内に充填される。

・母機からの作動油は、フィルタ３６によって濾過され、ベース貫通路６２（間隙５６）を通って軸受前室７３に充填される。

・軸受前室７３の作動油は、軸受貫通路６８（溝７２）を通ってプランジャ前室７４に充填される。

・プランジャ前室７４の作動油は、（間隙５５、溝４２）を通ってプランジャ背後室７５に充填される。

・プランジャ背後室７５の作動油は、軸受貫通路６４（溝８２）を通って軸受背後室７６に充填される。

コイル１２に通電されてシャフト５が前方（図２の左方向）に移動するとき、シャフトベース貫通部５１が前方に移動することにより、シャフトベース貫通部５１が軸受前室７３から退出する体積分の作動油が、母機→フィルタ３６→ベース貫通路６２→軸受前室７３に流入する。

このとき、シャフト支持部５３が前方に移動することにより、シャフト支持部５３が軸受背後室７６から退出する体積分の作動油が、軸受前室７３→軸受貫通路６８→プランジャ前室７４→プランジャ外周路６３→プランジャ背後室７５→軸受貫通路６４を通って軸受背後室７６に流入する。

さらに、プランジャ４が前方に移動することにより、プランジャ４の移動体積分の作動油が、収縮するプランジャ前室７４からプランジャ外周路６３を通って拡張するプランジャ背後室７５に流入する。

コイル１２の通電が止められると、シャフト５は、母機の油圧バルブから受ける反力によって後方（図２の右方向）に移動し、母機の油圧バルブを開閉駆動する。

シャフト５が後方に移動するとき、シャフトベース貫通部５１が後方に移動することにより、シャフトベース貫通部５１が軸受前室７３に進入する体積分の作動油が、軸受前室７３→ベース貫通路６２→フィルタ３６→母機へと流出する。

このとき、シャフト支持部５３が後方に移動することにより、シャフト支持部５３が軸受背後室７６に進入する体積分の作動油が、軸受背後室７６→軸受貫通路６４→プランジャ背後室７５→プランジャ外周路６３→プランジャ前室７４→軸受貫通路６８を通って軸受前室７３に流入する。

さらに、プランジャ４が後方に移動することにより、プランジャ４の移動体積分の作動油が、収縮するプランジャ背後室７５からプランジャ外周路６３を通って拡張するプランジャ前室７４に流入する。

ところで、母機からソレノイド１に導かれる作動油は、母機内に発生する摩耗粉等からなるコンタミが含まれる。このコンタミのうち磁性を有する鉄粉等は、ソレノイド１のプランジャ前室７４、プランジャ背後室７５に入ると、ベース２とプランジャ４の端部との間にて磁束が集中する強磁界部Ｂに集まる。多くのコンタミが強磁界部Ｂを構成する磁性材（ベース２、プランジャ４）の表面に付着し、堆積すると、以下の不具合が生じる。

・磁束が集中する強磁界部Ｂの磁束密度が変化して、ソレノイド１の特性が変化する。

・プランジャ４の摺動抵抗が増えたり、プランジャ４が摺動するストローク範囲が狭まる。

これに対処して、シャフト５がベース貫通路６２を貫通するシャフトベース貫通部５１を、軸受７によって支持されるシャフト支持部５３より細く形成したため、シャフト５の移動体積が削減されることによってベース貫通路６２を通って母機側と軸受前室７３の間で移動する作動油の流量が低減される。これにより、作動油のコンタミがソレノイド１内に侵入することを抑えられ、作動油のコンタミに起因するソレノイド１の作動不良を防止し、ソレノイド１が安定作動する可動時間を延長できる。

一方、シャフトベース貫通部５１は、ベース貫通路６２を貫通し、その前端部５９がベース２の前端面４９に突出している。シャフトベース貫通部５１の前端部５９が母機に備えられる油圧バルブに連携し、シャフト５がソレノイド推力によって往復動することによって母機の油圧バルブを開閉駆動する。

シャフトベース貫通部５１の直径Ｄ５１は、母機の油圧バルブを開閉駆動する剛性が十分に確保される範囲内で最小限に設定される。これにより、シャフト５がソレノイド推力によって往復動する際に、母機側とソレノイド１内の軸受前室７３と間で移動する作動油の流量が最小限に抑えられる。

軸受貫通路６８に介装されるフィルタ３６は、母機から導かれる作動油を濾過し、作動油中に含まれるコンタミをソレノイド１内に侵入させないようにする。

フィルタ３６の内周穴３７に介装されるダストシール３８は、シャフトベース貫通部５１の外周面５２に摺接し、シャフトベース貫通部５１の外周面５２に付着したコンタミを掻き落とし、コンタミをソレノイド１内に侵入させないようにする。

以上のとおり、本実施の形態では、コイル１２に発生する磁界によってプランジャ４を駆動し、このプランジャ４に結合されたシャフト５を軸方向に移動させ、母機を駆動するソレノイド１であって、シャフト５を貫通させるベース２と、このベース２に対してシャフト５を摺動可能に支持する軸受７と、この軸受７より母機側に画成される軸受前室７３と、ベース２を貫通して母機側と軸受前室７３とを連通するベース貫通路６２とを備え、シャフト５の移動に伴って作動油がベース貫通路６２を通って母機側と軸受前室７３との間を移動する構成とし、シャフト５はベース貫通路６２を貫通するシャフトベース貫通部５１を軸受７によって支持されるシャフト支持部５３より細く形成する構成とした。

上記構成に基づき、ベース２に対するシャフト５の移動体積が削減されることによって、シャフト５が往復動する際にベース貫通路６２を通って母機側と軸受前室７３の間で移動する作動油の流量が低減される。これにより、作動油のコンタミがソレノイド１内に侵入することを抑えられ、コンタミに起因するソレノイド１の作動不良を防止し、ソレノイド１が安定作動する可動時間を延長できる。

本実施の形態では、ベース貫通路６２に作動油を濾過するフィルタ３６を介装する構成とした。

上記構成に基づき、母機からソレノイド１内に流入する作動油がフィルタ３６によって濾過されることにより、作動油のコンタミがソレノイド１内に侵入することを抑えられ、コンタミに起因するソレノイド１の作動不良を防止し、ソレノイド１が安定作動する可動時間を延長できる。

本実施の形態では、フィルタ３６の内側にシャフト５に摺接するダストシール３８を介装する構成とした。

上記構成に基づき、フィルタ３６の内側にてシャフト５の外周面５２に付着したコンタミがダストシール３８によって掻き落とされることにより、コンタミがフィルタ３６の内側を通ってソレノイド１内に侵入することを抑えられ、コンタミに起因するソレノイド１の作動不良を防止し、ソレノイド１が安定作動する可動時間を延長できる。

次に図３に示す他の実施の形態を説明する。これは基本的には図１〜３の実施の形態と同じ構成を有し、相違する部分のみ説明する。なお、前記実施の形態と同一構成部には同一符号を付す。

シャフト５は、シャフトベース貫通部５１とシャフト支持部５３が別体で形成された後に結合される構成とする。

シャフトベース貫通部５１とシャフト支持部５３とは、ネジによる締結によって結合される。なお、これに限らず、両者を圧入等によって結合してもよい。

この場合、シャフト支持部５３に結合されるシャフトベース貫通部５１の寸法、形状を変更することにより、ソレノイド１の基本構造を変更することなく、母機側に設けられる油圧バルブ等の仕様に対応することができる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明のソレノイドは、油圧機器、空圧機器、他の機械、設備に有用である。

本発明の実施の形態を示すソレノイドの正面図。 同じく図１のＡ−Ｏ−Ａ線に沿うソレノイドの断面図。 他の実施の形態を示すソレノイドの断面図。

符号の説明

１ ソレノイド
２ ベース
３ スリーブ
４ プランジャ
５ シャフト
７ 軸受
８ 軸受
９ ケース
１２ コイル
３６ フィルタ
３８ ダストシール
５１ シャフトベース貫通部
５２ 外周面
５３ シャフト支持部
６２ ベース貫通路
７３ 軸受前室

Claims (4)

1. コイルに発生する磁界によってプランジャを駆動し、このプランジャに結合されたシャフトを軸方向に移動させ、母機を駆動するソレノイドであって、
   前記シャフトを貫通させるベースと、
   このベースに対して前記シャフトを摺動可能に支持する軸受と、
   この軸受より前記母機側に画成される軸受前室と、
   前記ベースを貫通して前記母機側と前記軸受前室とを連通するベース貫通路とを備え、
   前記シャフトの移動に伴って作動油が前記ベース貫通路を通って前記母機側と前記軸受前室との間を移動する構成とし、
   前記シャフトは前記ベース貫通路を貫通するシャフトベース貫通部を前記軸受によって支持されるシャフト支持部より細く形成したことを特徴とするソレノイド。
2. 前記ベース貫通路に作動油を濾過するフィルタを介装したことを特徴とする請求項１に記載のソレノイド。
3. 前記フィルタの内側に前記シャフトに摺接するダストシールを介装したことを特徴とする請求項２に記載のソレノイド。
4. 前記シャフトは、前記シャフトベース貫通部と前記シャフト支持部が互いに別体で形成されたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のソレノイド。

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