JP7716896B2 - ソレノイド装置および電磁弁 - Google Patents

Description

本発明は、ソレノイド装置および電磁弁に関する。

リニアソレノイド（ソレノイド装置）を利用した電磁油圧制御弁（電磁弁）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
このリニアソレノイドは、ケースと、ケース内に配置された摺動ステータと、摺動ステータ内で摺動し、シャフトを軸方向に移動させるプランジャとを有している。また、ケース内には、摺動ステータとケースとの磁気的結合を補強するために、リング状の補助コアが設けられている。

特開２０１２－１３４２３４号公報

しかしながら、上記構成のリニアソレノイドでは、部品点数が増大する上、組付作業の工数が増加して、製造コストが上昇し易い。
本発明の目的は、部品点数を削減することにより、組付作業の効率化を図り、製造コストを低減することができるソレノイド装置、および、かかるソレノイド装置を有する電磁弁を提供することにある。

本発明のソレノイド装置の一つの態様は、筒状のボビンと、
前記ボビンの軸方向一方側に挿入された筒状のコアと、
前記ボビンの軸方向他方側に挿入された筒状のヨークと、
前記ヨークに挿入され、軸方向に沿って移動可能なプランジャと、
前記ボビンの外周部に巻回され、通電に伴い磁力を生じて前記プランジャを軸方向に沿って移動させるコイルと、
前記コアに挿入され、前記プランジャとともに軸方向に沿って移動可能なピンと、
軸方向一方側が開口し、かつ、他方側が閉塞する有底筒状のケースであって、前記ボビン、前記プランジャ、前記コイル、前記ヨーク、前記コアおよび前記ピンを収容し、磁性材料で構成されるケースとを備え、
前記ケースは、底部に軸方向一方側に向かって突出する筒状の突き当て部を有し、前記突き当て部の軸方向に直交する端面がボビンの軸方向他方側の端面に接触し、かつ、内周面が前記ヨークの外周面に接触していることを特徴とする。

また、本発明の電磁弁の一つの態様は、前記磁性材料として鉄系材料で構成される前記ケースを備える上記ソレノイド装置と、前記ソレノイド装置の軸方向一方側に装着された弁機構とを有し、
前記弁機構は、筒状をなし、アルミニウム系材料で構成されるノズルと、前記ノズル内に配置され、前記ピンとともに軸方向に沿って移動可能な弁体とを有し、
前記ノズルは、軸方向他方側の端部に、径方向外側に向かって突出するフランジ部を有し、
前記カシメしろにより前記フランジ部を覆うことにより、前記ノズルを前記ソレノイド装置に連結するとともに、鉄およびアルミニウムを含有する溶接合金部により、前記カシメしろの径方向内側の端部を前記フランジ部に接合したことを特徴とする。

本発明のソレノイド装置の一つの態様によれば、部品点数を削減することにより、組付作業の効率化を図り、製造コストを低減することができる。

図１は、本発明の電磁弁の実施形態を示す断面図である。 図２は、図１に示す電磁弁の正面図である。

図１および図２を参照して、本発明のソレノイド装置および電磁弁の実施形態について説明する。
なお、以下では、説明の便宜上、互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を設定する。一例として、Ｘ軸とＹ軸とを含むＸＹ平面が水平、Ｚ軸が鉛直となっている。
また、Ｘ軸方向が「軸Ｏ方向」であり、軸Ｏを中心とする径方向を単に「径方向」と言い、軸Ｏを中心とする周方向を単に「周方向」と言うことがある。

そして、Ｘ軸方向正側が「軸Ｏ方向一方側」に対応し、Ｘ軸方向負側が「軸Ｏ方向他方側」に対応する。
本明細書中において、上下方向、水平方向、上側および下側とは、単に各部の相対的な位置関係を説明するために使用する用語である。したがって、各部の実際の位置関係等は、これらの用語で示される位置関係等と異なっていてもよい。

図１および図２に示すように、電磁弁１００は、ソレノイド装置１と、ソレノイド装置１のＸ軸方向正側に装着された弁機構１０とを有している。
弁機構１０は、スプール穴２０１を有する円筒状のノズル２０と、ノズル２０（スプール穴２０１）内にＸ軸方向に沿って移動可能に配置されたスプール弁（弁体）３０とを備えている。
ノズル２０は、その筒壁を貫通し、流体（例えば、オイル）が通過する複数の貫通孔（ポート）を備え、スプール弁３０のＸ軸方向に沿った移動により、貫通孔の接続状態が変更される。

また、ノズル２０は、そのＸ軸方向負側の端部に、径方向外側に向かって突出するフランジ部２０２を備えている。図２に示すように、後述するソレノイド装置１のケース９（胴部９１１）には、その開口縁部を加締め（以下、「カシメ」と記載する。）により変形させた複数のカシメしろ９１１ａが形成されている。そして、これらのカシメしろ９１１ａがフランジ部２０２を覆うことにより、弁機構１０がソレノイド装置１に連結されている。
ノズル２０は、例えば、アルミニウム系材料（アルミニウム単体、アルミニウム合金等）で構成されている。
なお、スプール弁３０は、図示しないスプール穴２０１内に配置されたコイルバネ（付勢部材）により、Ｘ軸方向負側に向かって付勢されている。

図１に示すように、ソレノイド装置１は、ボビン２と、プランジャ３と、コイル４と、ヨーク５と、コア６と、ピン７と、ケース９とを有している。
ボビン２は、貫通孔２１を有する筒状の部材である。貫通孔２１は、Ｘ軸方向に沿ってボビン２を貫通している。また、貫通孔２１の内径は、Ｘ軸方向に沿って一定である。
ボビン２は、例えば、ポリエステルやポリイミド等の各種樹脂材料で構成されている。

ボビン２の外周部２２には、導電性を有する線材が巻回されることにより形成されたコイル４が配置されている。
このコイル４への通電に伴って、ボビン２とヨーク５とコア６とで磁気回路が形成されて磁力が生じる。これにより、プランジャ３をＸ軸方向に沿って移動させることができる。

ボビン２の貫通孔２１には、ヨーク５およびコア６が挿入されている。さらに、ヨーク５の内側にプランジャ３が挿入され、コア６の内側にピン７が挿入されている。換言すれば、ヨーク５は、ボビン２とプランジャ３との間に配置され、コア６は、ボビン２とピン７との間に配置されている。
ボビン２に対して、ヨーク５は、Ｘ軸方向負側に配置され、コア６は、Ｘ軸方向正側に配置されている。

ヨーク５は、Ｘ軸方向に沿って貫通する貫通孔５０を有する円筒状の部材であり、Ｘ軸方向に沿って配置されている。また、コア６も、Ｘ軸方向に沿って貫通する貫通孔６０を有する円筒状の部材であり、Ｘ軸方向に沿って配置されている。
ヨーク５およびコア６は、例えば、鉄のような軟磁性材料（軟磁性の金属材料）で構成されている。これにより、プランジャ３を十分に移動させ得る程度の磁気回路を生じさせることができる。

ヨーク５のＸ軸方向正側の端部は、その厚さがＸ軸方向正側に向かって減少してテーパ状をなしている。また、コア６のＸ軸方向負側の端部は、その厚さがＸ軸方向負側に向かって減少してテーパ状をなしている。
かかる構成により、形成される磁気回路による磁力をプランジャ３に優先して作用させ易くなる。

プランジャ３は、ヨーク５の内側に配置（貫通孔５０に挿入）され、Ｘ軸方向に沿って正側と負側とに交互に移動可能（すなわち、往復動可能）に支持されている。また、プランジャ３は、Ｘ軸方向正側に移動すると、そのＸ軸方向正側の端部がコア６のＸ軸方向負側に形成された凹部６８内に位置する。この凹部６８の内径は、貫通孔５０の内径と同一であるか、若干大きい。
プランジャ３は、円柱状をなし、Ｘ軸方向に沿って貫通孔３１が形成されている。この貫通孔３１を介してソレノイド装置１内の気体が移動する。これにより、プランジャ３のＸ軸方向に沿った移動が円滑になされる。

コア６の内側に配置された（貫通孔６０に挿入された）ピン７は、柱状をなし、プランジャ３に押圧されることにより、Ｘ軸方向に向かって移動可能となっている。このピン７がスプール弁３０を押圧することにより、スプール弁３０がＸ軸方向正側に向かって移動する。
一方、コイル４への通電を解除すると、スプール弁３０は、スプール穴２０１内のコイルバネの付勢力によりＸ軸方向負側に向かって移動する。そして、スプール弁３０がピン７およびプランジャ３を押圧してＸ軸方向負側に移動させる。

ピン７は、例えば、アルミニウム等の軽量の金属材料で構成されている。
本実施形態のピン７は、ピン本体７１と、このピン本体７１のＸ軸方向負側の端部に設けられ、貫通孔６０（コア６）の内径よりも拡径した拡径部７２とを有している。ピン７が最もＸ軸方向正側に移動すると、拡径部７２は、貫通孔６０のＸ軸方向負側の開口縁部に接触する。かかる構成により、ソレノイド装置１の保管時や、弁機構１０への装着時等にピン７がコア６（ソレノイド装置１）から簡単に脱落するのを防止することができる。

また、コア６は、その凹部６８の底面に、Ｘ軸方向正側に凹む凹部６９を有している。この凹部６９は、ピン７の拡径部７２を収容可能である。凹部６９および凹部６８を設けることにより、ソレノイド装置１のＸ軸方向の長さを短くすることができる。
拡径部７２は、凹部６９に収納された状態で、その一部が凹部６９よりＸ軸方向負側に突出するように構成されている。これにより、プランジャ３でピン７をＸ軸方向正側に向かって確実に押圧することができる。

また、拡径部７２のＸ軸方向負側の面７２１は、球面状をなしている。この場合、ピン７の傾きの影響を小さくして、プランジャ３の押圧力をピン７のＸ軸方向に伝達し易くなる。
ピン７は、さらに、ピン本体７１と拡径部７２との境界部に、ピン本体７１の外径より縮径した縮径部７３を有している。この縮径部７３を設けることにより、ピン本体７１と拡径部７２との境界部において、コア６（特に、貫通孔６０のＸ軸方向負側の開口縁部）との干渉を防止し易い。

コア６は、そのＸ軸方向正側の端部に、径方向外側に突出するフランジ部６１を備えている。
ケース９は、ボビン２、プランジャ３、コイル４、ヨーク５、コア６およびピン７を収納している。ケース９は、ケース本体９１と、コネクタ部材９２とを有している。
コネクタ部材９２には、コイル４への通電を行うコネクタ（図示せず）が接続される。このコネクタ部材９２は、ボビン２と同様に、例えば、樹脂材料で構成されている。
ケース本体９１は、Ｘ軸方向に沿って延びる筒状の胴部９１１と、胴部９１１のＸ軸方向負側を塞ぐ底部９１２とを備える有底筒状の部材である。したがって、ケース本体９１は、そのＸ軸方向正側が開口している。

そして、ノズル２０のフランジ部２０２は、コア６のフランジ部６１に接触させた状態で、その外周縁部がケース９の開口縁部に形成された３つのカシメしろ９１１ａで覆われている。
これにより、ボビン２、プランジャ３、コイル４、ヨーク５、コア６およびピン７がケース９内に収容されるとともに、コア６はＸ軸方向正側への移動が規制された状態となることで、各部が固定されて、ソレノイド装置１が組み立てられる。また、この状態で、弁機構１０がソレノイド装置１に連結される。

ケース本体９１は、例えば、鉄系材料（鉄単体、鉄合金等）のような磁性材料で構成されている。
そして、本実施形態では、各カシメしろ９１１ａは、その径方向内側の端部が、鉄およびアルミニウムを含有する溶接合金部９４によりフランジ部２０２に接合されている。これにより、弁機構１０をソレノイド装置１に強固に固定することができる。また、溶接合金部９４を形成する作業（溶接作業）の際には、カシメしろ９１１ａによりノズル２０がケース本体９１に固定されているため、その作業をより正確に行うことができる。
本実施形態では、３つのカシメしろ９１１ａは、フランジ部２０２の周方向に沿ってほぼ等間隔で配置されている。これにより、弁機構１０のソレノイド装置１に対する安定した装着状態を保証することができる。
なお、本明細書中において、「ほぼ等間隔」とは、間隔が一定である態様の他、若干変化している態様を含む概念である。

溶接合金部９４は、図２に示すように、スポット状をなし、カシメしろ９１１ａおよびフランジ部２０２にわたって位置している。これにより、弁機構１０をソレノイド装置１により強固に固定することができる。
また、溶接合金部９４をＸ軸方向正側からみたとき、カシメしろ９１１ａ上に位置する部分９４ｂの面積に対するフランジ部２０２上に位置する部分９４ａの面積の比は、４／６～６／４であることが好ましく、５／６～５／４であることがより好ましい。この場合、溶接合金部９４の強度をより高めることができる。
溶接合金部９４におけるアルミニウムの含有量は、４５質量％以下であることが好ましく、５～４０質量％であることがより好ましく、１０～３３質量％であることがさらに好ましい。この場合、溶接合金部９４における鉄とアルミニウムとの量比が適切となり、その強度および耐摩耗性をより向上させることができる。

各溶接合金部９４は、レーザー溶接による溶接合金部であることが好ましい。レーザー溶接によれば、所望のサイズ（換言すれば、アルミニウムの含有量が所望の値）である溶接合金部９４を形成し易い。
レーザー溶接を使用する場合、レーザー光のスポット径は、特に限定されないが、０．１５～０．３５ｍｍ程度であることが好ましく、０．２～０．３ｍｍ程度であることがより好ましい。
また、使用可能なレーザー光には、例えば、気体レーザー、固体レーザー、半導体レーザー、液体レーザーが存在するが、炭酸ガスレーザー、ＹＡＧレーザーが好ましい。

また、ケース９は、その底部９１２にＸ軸方向正側に向かって突出する円筒状の突き当て部９１３を有している。この突き当て部９１３は、そのＸ軸方向に直交する端面９１３ａがボビン２のＸ軸方向負側の端面２３に接触し、かつ、内周面９１３ｂがヨーク５の外周面５１に接触している。
かかる構成によれば、ソレノイド装置１の部品点数を削減することにより、組付作業の効率化を図り、製造コストを低減することができる。また、ケース９とヨーク５との間で乱れなくかつ確実に磁束が受け渡され、よって、プランジャ３のより正確な移動が可能となる。

ボビン２の端面２３もＸ軸方向に直交している。換言すれば、突き当て部９１３の端面９１３ａおよびボビン２の端面２３がＸ軸方向に対して傾斜していない。このため、ソレノイド装置１を組み付ける際に、ケース９とボビン２とが径方向にズレ難くなる。その結果、ボビン２の内周面とヨーク５の外周面５１とが離間するのを阻止して、磁束に乱れが生じるのを防止することができる。
ケース９は、さらに、底部９１２に突き当て部９１３の径方向外側に位置するとともに、Ｘ軸方向負側に凹んで設けられた円環状の溝９１４を有している。この溝９１４は、ケース９とボビン２との間に空間を確保するように機能する。かかる溝９１４の存在により、ボビン２の不要な箇所がケース９の底部９１２と干渉するの阻止して、この干渉によるボビン２の変形により、ボビン２の内周面とヨーク５の外周面５１とが離間するのをより確実に阻止することができる。

以上、本発明のソレノイド装置および電磁弁を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、ソレノイド装置および電磁弁を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。
また、上記実施形態では、コア６は、Ｘ軸方向正側がケース９のカシメしろ９１１ａでフランジ部２０２を介して間接的に覆われることにより、Ｘ軸方向正側への移動が規制されている。しかしながら、弁機構１０を省略する場合、コア６（フランジ部６１）は、Ｘ軸方向正側がケース９のカシメしろ９１１ａで直接的に覆われることにより、Ｘ軸方向正側への移動が規制されてもよい。この場合、ソレノイド装置１をバルブボディ等の被装着体に装着して使用することができる。

また、カシメしろ９１１ａの数は、３つに限らず、１つ、２つまたは４つ以上であってもよい。
また、各カシメしろ９１１ａに対して、１つの溶接合金部９４を設ける場合について示したが、複数の溶接合金部９４を設けるようにしてもよい。なお、溶接合金部９４の形状は、スポット状に限らず、カシメしろ９１１ａの径方向内側の端部に沿った円弧状であってもよい。
また、ノズル内に配置される弁体は、スプール弁３０に限らず、その他の機能を有する弁体であってもよい。

１００…電磁弁、１…ソレノイド装置、２…ボビン、２１…貫通孔、２２…外周部、２３…端面、３…プランジャ、３１…貫通孔、４…コイル、５…ヨーク、５０…貫通孔、５１…外周面、６…コア、６０…貫通孔、６１…フランジ部、７…ピン、７１…ピン本体、７２…拡径部、７２１…面、７３…縮径部、９…ケース、９１…ケース本体、９１１…胴部、９１１ａ…カシメしろ、９１２…底部、９１３…突き当て部、９１３ａ…端面、９１３ｂ…内周面、９１４…溝、９２…コネクタ部材、９４…溶接合金部、９４ａ，９４ｂ…部分、１０…弁機構、２０…ノズル、２０１…スプール穴、２０２…フランジ部、３０…スプール弁、Ｏ…軸

Claims (9)

1. 筒状のボビンと、
   前記ボビンの軸方向一方側に挿入された筒状のコアと、
   前記ボビンの軸方向他方側に挿入された筒状のヨークと、
   前記ヨークに挿入され、軸方向に沿って移動可能なプランジャと、
   前記ボビンの外周部に巻回され、通電に伴い磁力を生じて前記プランジャを軸方向に沿って移動させるコイルと、
   前記コアに挿入され、前記プランジャとともに軸方向に沿って移動可能なピンと、
   軸方向一方側が開口し、かつ、他方側が閉塞する有底筒状のケースであって、前記ボビン、前記プランジャ、前記コイル、前記ヨーク、前記コアおよび前記ピンを収容し、磁性材料で構成されるケースとを備え、
   前記ケースは、底部に軸方向一方側に向かって突出する筒状の突き当て部を有し、前記突き当て部の軸方向に直交する端面がボビンの軸方向他方側の端面に接触し、かつ、内周面が前記ヨークの外周面に接触し、
   前記ボビンの軸方向他方側の端面は前記ボビンの軸方向一方側に凹む凹部を有し、当該凹部に前記突き当て部の前記端面が収容され、
   前記ケースは、前記底部に、さらに、前記突き当て部の径方向外側に位置するとともに、軸方向他方側に凹んで設けられ、前記ボビンとの間に空間を確保する環状の溝を有し、
   前記環状の溝は、前記ボビンの軸方向他方側の端面のうち、前記凹部以外の端面と、前記凹部の一部とを覆い、前記環状の溝の一部は前記突き当て部により形成されることを特徴とするソレノイド装置。
2. 前記コアは、軸方向一方側が前記ケースの開口縁部をカシメにより変形させた少なくとも１つのカシメしろで直接的または間接的に覆われることにより、軸方向一方側への移動が規制されている請求項１に記載のソレノイド装置。
3. 前記磁性材料として鉄系材料で構成される前記ケースを備える請求項２に記載のソレノイド装置と、前記ソレノイド装置の軸方向一方側に装着された弁機構とを有し、
   前記弁機構は、筒状をなし、アルミニウム系材料で構成されるノズルと、前記ノズル内に配置され、前記ピンとともに軸方向に沿って移動可能な弁体とを有し、
   前記ノズルは、軸方向他方側の端部に、径方向外側に向かって突出するフランジ部を有し、
   前記カシメしろにより前記フランジ部を覆うことにより、前記ノズルを前記ソレノイド装置に連結するとともに、鉄およびアルミニウムを含有する溶接合金部により、前記カシメしろの径方向内側の端部を前記フランジ部に接合したことを特徴とする電磁弁。
4. 前記ケースは、前記フランジ部の周方向に沿ってほぼ等間隔で配置された複数の前記カシメしろを有する請求項３に記載の電磁弁。
5. 前記溶接合金部は、スポット状をなし、前記カシメしろおよび前記フランジ部にわたって位置している請求項３または４に記載の電磁弁。
6. 前記溶接合金部を軸方向一方側からみたとき、前記カシメしろ上に位置する部分の面積に対する前記フランジ部上に位置する部分の面積の比が４／６～６／４である請求項５に記載の電磁弁。
7. 前記溶接合金部は、レーザー溶接による溶接合金部である請求項３～６のいずれか１項に記載の電磁弁。
8. 前記溶接合金部におけるアルミニウムの含有量は、４５質量％以下である請求項３～７のいずれか１項に記載の電磁弁。
9. 前記弁体は、前記ピンとともに軸方向に沿って移動可能なスプール弁である請求項３～８のいずれか１項に記載の電磁弁。