特開 2023-141546 ソレノイド装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023141546

(43)【公開日】2023-10-05

(54)【発明の名称】ソレノイド装置

(51)【国際特許分類】

   H01F 7/16 20060101AFI20230928BHJP

   F16K 31/06 20060101ALN20230928BHJP

【ＦＩ】

H01F7/16 E

H01F7/16 N

H01F7/16 D

F16K31/06 305E

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022047920

(22)【出願日】2022-03-24

(71)【出願人】

【識別番号】000220505

【氏名又は名称】ニデックパワートレインシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100179969

【弁理士】

【氏名又は名称】駒井 慎二

(74)【代理人】

【識別番号】100116687

【弁理士】

【氏名又は名称】田村 爾

(74)【代理人】

【識別番号】100098383

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 純子

(74)【代理人】

【識別番号】100155860

【弁理士】

【氏名又は名称】藤松 正雄

(72)【発明者】

【氏名】高田 勇司

【テーマコード（参考）】

3H106

5E048

【Ｆターム（参考）】

3H106DA02

3H106DB02

3H106DB12

3H106DB23

3H106DB32

3H106EE07

3H106GA13

3H106GA15

5E048AA08

5E048AD03

(57)【要約】

【課題】プランジャの移動終了位置の付近において、プランジャがコアの底部に近づく方向への吸引力を強めたソレノイド装置を提供する。
【解決手段】ソレノイド装置１は、軸方向に沿って貫通した貫通孔を有する筒状のボビン２と、ボビン２の外周部に巻回されたコイル３と、磁性材からなり、ボビン３の貫通孔内に配置され、軸方向一方側に底部を有する筒状のコア４と、コア４の内側に配置され、コイル３の通電に伴う磁力によってコア４の底部に向かって移動する柱状又は筒状のプランジャ８とを備え、コア４の内周面は、軸方向一方側の底部から軸方向他方側に向かって内径が漸減するテーパー状傾斜面を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸方向に沿って貫通した貫通孔を有する筒状のボビンと、
前記ボビンの外周部に巻回されたコイルと、
磁性材からなり、前記ボビンの貫通孔内に配置され、軸方向一方側に底部を有する筒状のコアと、
前記コアの内側に配置され、前記コイルの通電に伴う磁力によって前記コアの底部に向かって移動する柱状又は筒状のプランジャとを備え、
前記コアの内周面は、軸方向一方側の前記底部から軸方向他方側に向かって内径が漸減するテーパー状傾斜面を有するソレノイド装置。

【請求項2】

前記コアは、前記貫通孔内の軸方向一方側に配置された第１コア部材と、磁気ギャップを介して前記第１コア部材に隣り合う、前記貫通孔内の軸方向他方側に配置された第２コア部材とを含み、
前記第１コア部材の内周面に前記テーパー状傾斜面が設けられる、請求項１に記載のソレノイド装置。

【請求項3】

前記第１コア部材は、内周面の全体が前記テーパー状傾斜面である、請求項２に記載のソレノイド装置。

【請求項4】

前記プランジャは、前記テーパー状傾斜面に対向する区間の外径が一定である、請求項１から３のいずれか１項に記載のソレノイド装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ソレノイド装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ソレノイド装置の一例として、特許文献１に記載のソレノイド装置が知られている。特許文献１に記載のソレノイド装置は、軸方向に沿って貫通した筒状のボビンと、ボビンの外周部に巻回されたコイルと、磁性材からなり、貫通孔の軸方向一方側に配置された筒状のコアと、磁性材からなり、貫通孔の軸方向他方側に配置され、コアに対し磁性的に連続しないで隣り合う筒状のヨークと、コアとヨークとを磁気的に不連続な状態で保持する筒状の樹脂部材とを備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１２６９１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載のソレノイド装置は、コアの内周面の全体をストレートに形成してある。つまり、コア内に収納されるプランジャとの間隔が、コアの内周部の口元側と底部側で一定に保たれている。したがって、プランジャの外周部からコアの内周部への磁気の流れは、プランジャのストローク全域で一定に保たれる。

【0005】

ソレノイド装置に求められる要件は、ソレノイド装置の用途に応じて異なる。一例として、プランジャがコアの底部に最も近づく移動終了位置の付近において、プランジャがコアの底部に近づく方向への吸引力を強めることが要求される場合がある。しかしながら、コアの内周部がストレートに加工されたソレノイド装置では、上記の要求を満たすことは難しい。

【0006】

本発明の目的は、プランジャの移動終了位置の付近において、プランジャがコアの底部に近づく方向への吸引力を強めたソレノイド装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本願の例示的な第１発明は、軸方向に沿って貫通した貫通孔を有する筒状のボビンと、ボビンの外周部に巻回されたコイルと、磁性材からなり、ボビンの貫通孔内に配置され、軸方向一方側に底部を有する筒状のコアと、コアの内側に配置され、コイルの通電に伴う磁力によってコアの底部に向かって移動する柱状又は筒状のプランジャとを備え、コアの内周面は、軸方向一方側の底部から軸方向他方側に向かって内径が漸減するテーパー状傾斜面を有するソレノイド装置である。

【発明の効果】

【0008】

本願の例示的な第１発明によれば、プランジャの移動終了位置の付近において、プランジャがコアの底部に近づく方向への吸引力を強めたソレノイド装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係るソレノイド装置の断面図である。

【図2A】図２Ａは、図１に示すソレノイド装置のプランジャ移動前の状態を示す部分断面図である。

【図2B】図２Ｂは、図１に示すソレノイド装置のプランジャ移動後の状態を示す部分断面図である。

【図3A】図３Ａは、テーパー無しのフロントコアを用いた場合の磁束の流れを示す部分断面図である。

【図3B】図３Ｂは、テーパー有りのフロントコアを用いた場合の磁束の流れを示す部分断面図である。

【図4】図４は、テーパー無しのフロントコアを用いた場合の吸引力特性およびテーパー有りのフロントコアを用いた場合の吸引力特性を示す図である。

【図5】図５は、図１に示すソレノイド装置の変形例を示す断面図である。

【図6】図６は、図１に示すソレノイド装置の別の変形例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係るソレノイド装置について説明する。
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軸を含むＸＹ平面が水平となり、Ｚ軸が鉛直となる。本明細書において、上下方向、水平方向、上側および下側などの位置関係を表す用語は、単に各部の相対的な位置関係を説明するために使用している。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。また、本明細書では、コイルの通電に伴う磁力によってプランジャが移動する方向、つまり、コアの底部側を「軸方向一方側」と言う。また、軸方向一方側の反対側を「軸方向他方側」と言う。

【0011】

図１に示すソレノイド装置１は、ボビン２と、コイル３と、コア４と、プランジャ８と、ピン９と、ケース１０とを有している。
ケース１０は、筒状の部材である。ケース１０は、鉄等の磁性を有する金属材料、すなわち、磁性材で構成されている。

【0012】

ケース１０の内側には、ボビン２が配置されている。ボビン２は、Ｘ軸と平行に延びる貫通孔を有する筒状の部材である。貫通孔の内径は、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。

【0013】

ボビン２の外周部には、導電性を有するコイル３が巻回されている。また、ボビン２の貫通孔内には、コア４が配置されている。コア４は、全体として円筒状に形成されている。コア４は、フロントコア５と、バックコア６とを有している。フロントコア５は、ボビン２の貫通孔内の軸方向一方側に配置される第１コア部材である。バックコア６は、ボビン２の貫通孔内の軸方向他方側に配置される第２コア部材である。フロントコア５およびバックコア６は、鉄等の磁性を有する金属材料、すなわち、磁性材で構成されている。

【0014】

フロントコア５とバックコア６の間には、Ｘ軸方向に磁気を流れにくくするための磁気ギャップ部７が設けられている。つまり、コア４は、フロントコア５と、磁気ギャップ部７を介してフロントコア５に隣り合うバックコア６とを含んでいる。磁気ギャップ部７は、例えば、非磁性の樹脂カラー部材で構成される。したがって、フロントコア５とバックコア６は、磁気ギャップ部７の存在によって、Ｘ軸方向において磁気的に分離された状態となる。

【0015】

なお、磁気ギャップ部７は、非磁性の部材を用いた構成に限定されない。一例として、フロントコア５とバックコア６を単一の部材で形成し、フロントコア５とバックコア６の間に、極肉薄に形成したくびれ部を磁気ギャップ部７として設けてもよい。別の例として、フロントコア５とバックコア６を単一の部材で形成し、フロントコア５とバックコア６の間に、多数の孔を径方向に貫通させて形成した磁気ギャップ部７を設けてもよい。あるいは、フロントコア５とバックコア６を空間的に離間させるだけでもよい。また、フロントコア５またはバックコア６の少なくとも一方の表面に非磁性化加工を施した場合には、フロントコア５とバックコア６を互いに接触するように配置しても構わない。

【0016】

フロントコア５は、軸方向一方側の端部に底部５１を有している。フロントコア５の底部５１には、フロントコア５の底部５１をＸ軸方向に貫通する開口部５２を設けてある。ピン９は、フロントコア５の底部５１に設けられた開口部５２を通り、軸方向一方側の端部がケース１０から突き出るように配置される。

【0017】

コア４の内側、すなわち、フロントコア５とバックコア６の内側には、プランジャ８がＸ軸方向に沿って往復動可能に配置されている。プランジャ８は、内部に空洞を有する円筒状でもよく、内部に空洞を有しない円柱状でもよい。プランジャ８は、鉄等の磁性を有する金属材料、すなわち、磁性材で構成されている。ボビン２、コア４およびプランジャ８は、共通の軸Ｏを中心として同心状に配置されている。

【0018】

プランジャ８は、全体としてＸ軸方向に沿って外径が変化しないストレート形状である。ただし、プランジャ８は、完全なストレート形状であることは要求されず、少なくとも、後述するテーパー状傾斜面に対向する区間の外径が一定であればよい（図２Ｂ参照）。また、プランジャ８の軸方向一方側の端部は、Ｃ面カットやＲ面カットなどの面取り加工が施されていてもよい。つまり、「テーパー状傾斜面に対向する区間の外径が一定」とは、プランジャの端部に施される一般的な加工を排除するものではない。

【0019】

プランジャ８は、コイル３の通電に伴う磁力によって、軸方向一方側に向かって移動、すなわち、フロントコア５の底部５１に向かって移動する。また、コイル３の通電を解除することで、コイルバネ等の不図示の付勢部材の作用によって、軸方向他方側に向かって移動、すなわち、フロントコア５の底部５１から離れる方向に移動する。このプランジャ８の往復動は、ピン９を介して不図示の外部装置に伝達される。

【0020】

ここで、コア４の内周面は、軸方向一方側の底部から軸方向他方側に向かって内径が漸減するテーパー状傾斜面を有している。つまり、コア４の内周面の内径は、軸方向一方側の底部が最大であり、プランジャ８の外径と略同じになるまで軸方向他方側に向かって徐々に小さくなる。本実施形態では、フロントコア５の内周面にテーパー状傾斜面５５を設けてある。以下、テーパー状傾斜面５５について、図２Ａおよび図２Ｂを参照して説明する。

【0021】

図２Ａは、プランジャ８の移動前の状態を示している。また、図２Ｂは、プランジャ８の移動後の状態を示している。図２Ａおよび図２Ｂにおいて、「Ｐ１」は、Ｘ軸方向におけるプランジャ８の底面８１の移動開始位置であり、ストローク開始点とも称される。また、「Ｐ２」は、Ｘ軸方向におけるプランジャ８の底面８１の移動終了位置であり、ストローク終了点とも称される。図２Ａおよび図２Ｂでは、移動開始位置Ｐ１をフロントコア５の内側面の上端に合わせてあり、移動終了位置Ｐ２をフロントコア５の内側面の下端に合わせてある

【0022】

テーパー状傾斜面５５は、例えば、フロントコア５の内周面のうち、移動開始位置Ｐ１から移動終了位置Ｐ２までの区間に設けられる。本実施形態では、フロントコア５の内周面の上端および下端と移動開始位置Ｐ１および移動終了位置Ｐ２とが一致しているので、フロントコア５の内周面の全体をテーパー状傾斜面５５にしてある。一方、バックコア６は、内側面の全体をストレートに形成してある。

【0023】

テーパー状傾斜面５５は、Ｘ軸方向に沿った長さＬと、Ｘ軸に直交する方向に沿った深さＤによって規定することができる。テーパー状傾斜面５５の長さＬは、テーパー状傾斜面５５の上端と下端の間の距離である。テーパー状傾斜面５５の深さＤは、テーパー状傾斜面５５の上端での内径φ１と、テーパー状傾斜面５５の下端での内径φ２との差分である。また、テーパー状傾斜面５５の傾斜角度θは、長さＬと深さＤによって定まる。すなわち、θ＝ｔａｎ^-1（Ｄ／Ｌ）である。長さＬと深さＤの比（Ｌ：Ｄ）は、望ましくは（２：３）～（２：４）の範囲である。すなわち、Ｌ／Ｄ＝１．５～２であることが望ましい。また、傾斜角度θは、望ましくは０．２５°～５°の範囲である。

【0024】

上記のようなテーパー状傾斜面５５をフロントコア５に設けることで、プランジャ８が移動終了位置Ｐ２に近づいた際に、プランジャ８の底面８１からフロントコア５の底部５１に流れる磁束量を増加させることができる。図３Ａには、比較例として、テーパー無しのフロントコア５’を用いた場合の磁束の流れを示してある。テーパー無しのフロントコア５’は、内側面の全体をストレートに形成してある。図３Ｂには、テーパー有りのフロントコア５を用いた場合の磁束の流れを示してある。テーパー有りのフロントコア５は、上述したようなテーパー状傾斜面５５を有している。

【0025】

図３Ａおよび図３Ｂでは、磁束の流れを黒矢印で表現している。ここで、コイル３の通電に伴ってプランジャ８内を流れる磁束量を６ｇと仮定する。テーパー無しのフロントコア５’を用いた場合には、図３Ａに示すように、プランジャ８の外周面からフロントコア５’の内周面に向かって４ｇの磁束が流れ、プランジャ８の底面からフロントコア５’の底部に向かって２ｇの磁束が流れる。これに対し、テーパー有りのフロントコア５を用いた場合には、図３Ｂに示すように、プランジャ８の外周面からフロントコア５の内周面に向かって２ｇの磁束が流れ、プランジャ８の底面からフロントコア５の底部に向かって４ｇの磁束が流れる。

【0026】

つまり、テーパー有りのフロントコア５を用いることで、プランジャ８が移動終了位置Ｐ２に近づくにつれて、プランジャ８の外周面とフロントコア５の内周面の間の距離が徐々に大きくなる。したがって、プランジャ８の外周面からフロントコア５の内周面に向かって流れる磁束量が減少していき、これに伴って、プランジャ８の底面からフロントコア５の底部に向かって流れる磁束量が相対的に増加することになる。

【0027】

図４には、比較のために、テーパー無しのフロントコア５’を用いた場合の吸引力特性Ｃ１と、テーパー有りのフロントコア５を用いた場合の吸引力特性Ｃ２とを示してある。図４に示すグラフにおいて、横軸はストローク位置（ｍｍ）であり、縦軸は吸引力（Ｎ）である。

【0028】

図４によれば、ストローク位置が０～２．６（ｍｍ）の区間では、テーパー無しのフロントコア５’の方がテーパー有りのフロントコア５よりも吸引力が強い。一方、ストローク位置が２．６～３．０（ｍｍ）の区間では、テーパー有りのフロントコア５の方がテーパー無しのフロントコア５’よりも吸引力が強くなっている。

【0029】

以上のように、図１に示すソレノイド装置１は、軸方向に沿って貫通した貫通孔を有する筒状のボビン２と、ボビン２の外周部に巻回されたコイル３と、磁性材からなり、ボビン３の貫通孔内に配置され、軸方向一方側に底部を有する筒状のコア４と、コア４の内側に配置され、コイル３の通電に伴う磁力によってコア４の底部に向かって移動する柱状又は筒状のプランジャ８とを備え、コア４の内周面は、軸方向一方側の底部から軸方向他方側に向かって内径が漸減するテーパー状傾斜面を有している。

【0030】

このように、内周面にテーパー状傾斜面を有するコアを用いることで、プランジャの移動終了位置の付近において、プランジャの底面からコアの底部に向かって流れる磁束量を相対的に増加させることができる。その結果、プランジャがコアの底部に近づく方向への吸引力が強められる。したがって、外乱などによって外部装置からピンを介して伝達される、吸引力とは逆方向の力に対する耐力を高めることが可能である。

【0031】

また、コア４は、軸方向一方側に配置されたフロントコア５と、磁気ギャップ部７を介してフロントコア５に隣り合う、軸方向他方側に配置されたバックコア６とを含み、フロントコア５の内周面にテーパー状傾斜面５５を設けてある。つまり、フロントコアとバックコアを含むコアによって形成される磁気回路において、プランジャからの磁束が流れ込むフロントコア側にテーパー状傾斜面を設けてある。したがって、プランジャの底面からコアの底部に向かって流れる磁束量を効率よく増加させることができる。

【0032】

また、フロントコア５は、内周面の全体がテーパー状傾斜面５５となっている。したがって、フロントコアの全域において、プランジャの外周面からフロントコアの内周面に向かって流れる磁束量を徐々に減少させながら、プランジャの底面からコアの底部に向かって流れる磁束量を相対的に増加させることができる。

【0033】

ここで、上記の説明では、フロントコア５の内周面の全体をテーパー状傾斜面５５にしているが、これは一例に過ぎない。例えば、図５に変形例を示すように、フロントコア５の内周面における底面側の一部区間のみにテーパー状傾斜面５６を設けてもよい。また、図６に別の変形例を示すように、フロントコア５の内周面の全体をテーパー状傾斜面５７とすると共に、バックコア６の内周面における底面側の一部区間にもテーパー状傾斜面６５を設けてもよい。つまり、ソレノイド装置のコアの内周面に対し、ソレノイド装置に求められる要件に応じた任意のテーパー状傾斜面を設けることができる。

【0034】

また、上記の説明では、ボビン２、コア４およびプランジャ８は、全体として円筒状または円柱状であるが、これに限定されない。例えば、ボビン２、コア４およびプランジャ８は、角筒状または角柱状であってもよい。

【0035】

以上、本発明に係るソレノイド装置について図面を参照して説明したが、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、ソレノイド装置に任意の構成物が付加されていてもよい。

【符号の説明】

【0036】

１…ソレノイド装置、２…ボビン、３…コイル、４…コア、５…フロントコア、６…バックコア、７…磁気ギャップ部、８…プランジャ、９…ピン９、１０…ケース、５１…底部、５２…開口部、５５，５６，５７，６５：テーパー状傾斜面、Ｏ…軸、Ｐ１…移動開始位置、Ｐ２…移動終了位置、Ｌ…長さ、Ｄ…深さ、φ１，φ２…内径、θ…傾斜角度

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】