JPH10231946A - リニアソレノイド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リニアソレノイドの電磁吸引力増大と小型化
とを両立させる。 【解決手段】 可動鉄心１６のボス部１６ａを磁性材料
製の板ばね１８の中心にかしめ付け、この板ばね１８の
外周部をヨーク１２の端縁にかしめ付ける。これによ
り、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。コイル１５に
流す電流が比較的少ない領域（低電流領域）でも、磁束
は、エアギャップの無い磁性の板ばね１８側の第２の磁
気回路を通って流れ、低電流領域において理想とするリ
ニアに近い吸引力特性が得られる。

Description

【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７
５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７
６→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７
６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】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１のリニアソレノイドは、ヨークに
磁性材料で形成した磁性の板ばねを取り付けると共に、
この板ばねに可動鉄心を取り付け、該可動鉄心を該板ば
ねによって支持する構成としたものである。

【０００８】この構成では、ヨークと可動鉄心との間の
磁気回路は、ヨーク→エアギャップ→可動鉄心を経由す
る磁気回路（以下「第１の磁気回路」という）と、ヨー
ク→磁性の板ばね→可動鉄心を経由する磁気回路（以下
「第２の磁気回路」という）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、磁性の板ばね側の第２
の磁気回路は、ヨークと磁性の板ばねと可動鉄心とが互
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
側の第２の磁気回路をも通って流れる。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。

【０００９】ところで、図６に示す従来構造のものは、
板ばね８０が非磁性材料で形成されたシャフト８１に固
定され、このシャフト８１に嵌着された可動鉄心７８は
板ばね８０から離れているため、たとえ板ばね８０を磁
性材料で形成したとしても、板ばね８０を経由する磁気
回路は形成されず、磁束が板ばね８０を流れない。

【００１０】また、この構成では、コイル７９と可動鉄
心７８との間にヨーク７７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。

【００１１】これに対し、本発明では、磁性の板ばね側
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→エアギャップ→可動鉄心）を通過させる
磁束が少なくて済む。従って、コイルと可動鉄心との間
にヨークの一部を介在させる必要がなく、請求項２のよ
うに、可動鉄心の外周面を、樹脂モールドしたコイルの
内周面に微小隙間を介して対向させるようにしても良
い。このようにすれば、リニアソレノイドの径寸法を大
きくすることなく、可動鉄心と固定鉄心との間のエアギ
ャップ部分の対向面積を増加させることができ、可動鉄
心と固定鉄心との間のエアギャップ部分の磁気抵抗も小
さくすることができる。

【００１２】また、板ばねを磁性材料で形成しない場合
には、請求項３のように、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に磁性材料で形成した磁性ばね
部材を介在させるようにしても良い。このようにすれ
ば、磁性カバーと磁性ばね部材とが上述した請求項１の
磁性の板ばねと同じ磁気的な役割を果たし、第２の磁気
回路がヨーク→磁性カバー→磁性ばね部材→可動鉄心の
経路で構成される。これにより、前述した請求項１の構
成と同じ作用・効果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ＳＵＳ
３０４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１
１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７
９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を介在させ、これら磁性カバー６
１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１
６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。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【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、 前記ヨークに磁性材料で形成した磁性の板ばねを取り付
   けると共に、この板ばねに前記可動鉄心を取り付け、該
   可動鉄心を該板ばねによって支持することを特徴とする
   リニアソレノイド。
2. 【請求項２】 前記可動鉄心の外周面を、樹脂モールド
   した前記コイルの内周面に微小隙間を介して対向させた
   ことを特徴とする請求項１に記載のリニアソレノイド。
3. 【請求項３】 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
   との間に磁性材料で形成したばね部材を介在させたこと
   を特徴とするリニアソレノイド。