JP2005121046A - 電磁弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多種多様な外部機器に対応可能な汎用性を確保するとともに、リード線のレイアウトを簡素化することができる電磁弁装置を提供する。
【解決手段】ケーシング２５と、このケーシング２５に覆われた電磁弁コイル２８と、この電磁弁コイル２８からの電磁力によって軸方向に往復動するプランジャ２７と、このプランジャ２７の動作に伴って軸方向に移動し作動油の出力圧を調整する制御スプール７とを備えた電磁弁装置１において、電磁弁コイル２８の末端に接続された端子２９と、この端子２９に接続したリード線４０と、リード線４０に接続され、外部機器からの配線５０をリード線４０及び端子２９を介して電磁弁コイル２８に接続するコネクタ３８と、このコネクタ３８を取り付けるコネクタ固定ブラケット３９と、このコネクタ固定ブラケット３９をケーシング２５に取り付けるナット３１とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば、油圧ショベルや油圧クレーン等に代表される建設機械に搭載される電磁弁装置に関する。

近年の電子化に伴い、例えば油圧ショベルや油圧クレーン等に用いられる油圧制御装置の制御システムが高度化しており、この制御システムに用いられる電磁弁には、多種多様な外部機器に対する汎用性の高さが要求されるようになってきている。通常、電磁弁には、ソレノイド部に内蔵された端子に外部機器からの配線を接続するためのコネクタが設けられる。コネクタは、ソレノイド部に内蔵された電磁アクチュエータの端子に接続しており、コネクタを介して接続された外部機器からの電気信号が、いわゆる電磁アクチュエータに伝達される。こうした電磁弁に用いられるコネクタには、一般に、リード線を介してソレノイド部に接続したものと、例えば、特許文献１、特許文献２等に示されているように、ソレノイド部に一体成型されたものとがある。

特開平７−１６９５２７号公報

特開平６−２４１３４０号公報

しかしながら、従来の電磁弁装置には、以下のような課題が存在する。
例えば、コネクタがソレノイド部に一体成形された電磁弁では、容易にはコネクタを交換することができない。そのため、接続する外部機器側のコネクタ形状又は外部機器そのものを電磁弁のコネクタ形状に合わせて選択するか、あるいは接続する外部機器のコネクタ形状に応じて、電磁弁自体を取り替えるかしなければならない場合があり、多種多様なコネクタに対する汎用性にやや乏しい。また、コネクタがソレノイド部に固定されているため、コネクタの向きは、電磁弁の設置状態によって一意的に決まってしまい、配線のレイアウトにも大きな制約を受ける。

それに対し、コネクタがリード線を介してソレノイド部に接続された電磁弁においては、コネクタの交換も比較的容易であり、汎用性や配線のレイアウトの面ではコネクタを一体成形したものに比して優れている。しかしながら、上述したように、近年の建設機械の油圧制御装置は高度にシステム化されており、各油圧アクチュエータのそれぞれの動作方向に対応して多数設けられた電磁弁は互いに連結され、１つの電磁弁ユニットを構成することが一般的になってきている。

このように、コネクタをリード線を介して接続した電磁弁で電磁弁ユニットを構成した場合、各外部機器との配線への利便性を考慮して各電磁弁のコネクタが１箇所に集約配置されることが多いが、コネクタの集約位置までの距離が各電磁弁で異なるため、コネクタに接続するリード線の長さを個々の電磁弁で変更しなければならない。但し、電磁弁ユニットの各コネクタを１箇所に集約する限りにおいては、コネクタの集約位置からの距離が最も遠い電磁弁に他の電磁弁のリード線の長さを統一すれば足りるが、この場合、比較的コネクタの集約位置に近い電磁弁のリード線は、必要以上に長く余剰分を生じてしまい、その配線のレイアウトが繁雑化してしまう。

本発明の目的は、多種多様な外部機器に対応可能な汎用性を確保するとともに、リード線のレイアウトを簡素化することができる電磁弁装置を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、ケーシングと、このケーシングに覆われた電磁弁コイルと、この電磁弁コイルからの電磁力によって軸方向に往復動するプランジャと、このプランジャの動作に伴って軸方向に移動し作動油の出力圧を調整する制御スプールとを備えた電磁弁装置において、前記電磁弁コイルの末端に接続された端子と、この端子に接続したリード線と、前記リード線に接続され、外部機器からの配線を前記リード線及び前記端子を介して前記電磁弁コイルに接続するコネクタと、このコネクタを取り付けるコネクタ固定ブラケットと、このコネクタ固定ブラケットを、前記ケーシングに取り付ける取付手段とを備える。

本発明において、コネクタは、コネクタ固定ブラケットを介してケーシングに固定されている。そのため、コネクタから電磁弁コイルの端子までの距離は、コネクタ固定ブラケットの寸法や大きさに応じたものとなる。したがって、この電磁弁装置を複数集めて電磁弁ユニットを構成した場合においても、同様に成形されたコネクタ固定ブラケットを統一して用いれば、コネクタと端子との間の距離がほぼ同じになり、これらコネクタと端子とを接続するリード線の長さを、各電磁弁装置で統一することができ、なおかつ、リード線の配線のレイアウトを簡素化することができる。これと同時に、本発明においては、リード線を介することで、ケーシングとは独立させてコネクタを取り付けてあるので、コネクタの交換も容易に行うことができる。よって、接続する外部機器やそのハーネス配線のコネクタに応じた形状のコネクタを選定し取り付けることができ、多種多様な外部機器に対応可能な汎用性を十分に確保することができる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記コネクタ固定ブラケットは、取り付け方向が調整可能である。

（３）上記（１）において、また好ましくは、前記プランジャを収容するとともに、前記ケーシングの端面から突出した端部にネジ部を有するシリンダを備え、前記取付手段は、このシリンダのネジ部に螺合するようになっており、さらに、前記コネクタ固定ブラケットは、前記シリンダを通す穴を有し、この穴に前記シリンダを通した状態で、前記取付手段と前記ケーシングとの間に挟持され固定されている。

（４）上記（３）において、好ましくは、前記コネクタ固定ブラケットは、前記取付手段を緩めることによって、前記シリンダを軸に回転可能である。

本発明によれば、多種多様な外部機器に対応可能な汎用性を確保するとともに、リード線のレイアウトを簡素化することができる。

以下、本発明の電磁弁装置の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は本発明の電磁弁装置の一実施形態の全体構成を表す斜視図、図２はその内部構造を表す断面図である。
これら図１及び図２において、本実施形態における電磁弁装置１は、３ポート２位置の電磁比例弁であり、油圧アクチュエータに圧油を切り換え供給する対応のコントロールバルブ２の駆動部にパイロット圧を供給するようになっている。また、この電磁弁装置１は、複数で１つの電磁弁ユニットを構成しており、その１つ１つは、電磁弁本体部３と、ソレノイド部４と、コネクタ部５とで概略構成されている。なお、本例においては、図１に示すように、コントロールバルブ２は、複数接続されて１つのコントロールバルブユニットを構成している。

電磁弁本体部３は、図２に示すように、電磁弁本体部３の本体をなすボディ６と、このボディ６の内部に軸方向に往復動可能に設けられた制御スプール７と、この制御スプール７に付勢するスプリング８とを備えている。

ボディ６は、ポンプポート（供給通路）９と、コントロールバルブポート（出力通路）１０と、タンクポート（排出通路）１１とを有している。また、ボディ６には、上記制御スプール７を収容するスプール収容室１２が設けられている。このスプール収容室１２は、小径部１３と、この小径部１３よりも径が大きな大径部１４と、これら小径部１３及び大径部１４を接続する接続部１５とを有しており、上記ポンプポート９、コントロールバルブポート１０、タンクポート１１の一端は、それぞれ大径部１４、接続部１５、小径部１３に接続している。また、その一方で、ポンプポート（以下、「Ｐポート」と記載する）９の他端は、例えば、本電磁弁装置を搭載する建設機械のエンジン等によって駆動されるパイロットポンプ１６に接続されている。また、コントロールバルブポート（以下、「Ｃポート」と記載する）１０の他端は、対応するコントロールバルブ２の駆動部１７に接続されている。さらに、タンクポート（以下、「Ｔポート」と記載する）１１の他端は、作動油を貯留するタンク１８に接続している。

上記制御スプール７は、スプール収容室１２に挿通され、このスプール収容室１２内を軸方向に往復動するようになっている。また、その一端はプランジャ２７（後述）に当接し、他端は、スプール収容室１２の小径部１３内に設けたスプリング８によって付勢されている。制御スプール７は、スプール収容室１２の内径よりも小径であり、その外周部とスプール収容室１２の内壁との間に間隙を有する一方、大径部１４にほぼ内接するシール部１９及び受圧部２０と、小径部１３にほぼ内接する受圧部２１とを有している。

シール部１９は、Ｐポート９の設置位置よりもソレノイド部４側、すなわち図２中の左側に位置し、ソレノイド部４への作動油の侵入を防止している。受圧部２０，２１は、それぞれ大径部１４及び接続部１５の境界、接続部１５及び小径部１３の境界に位置している。受圧部２０には、Ｐポート９とＣポート１０とを連通させるための連通部２２が、大径部１４側から接続部１５に臨むか臨まないかという位置に設けられている。同じように、受圧部２１には、Ｃポート１０とＴポート１１とを連通させるための連通部２３が、小径部１３側から接続部１５に臨むか臨まないかという位置に設けられている。連通部２０，２１間の距離は、接続部１５の軸方向長さとほぼ同じかそれよりも僅かに大きい。

これにより、図２に示した状態において、Ｐポート９、Ｃポート１０、Ｔポート１１の間は、それぞれ受圧部２０，２１によって遮断されているが、制御スプール７が図２中右側に移動すると、連通部２２が接続部１５に臨み、Ｐポート９とＣポート１０とが連通部２２を介して連通する。反対に、制御スプール７が図２中左側に移動すると、連通部２３が接続部１５に臨み、Ｃポート１０とＴポート１１とが連通部２３を介して連通するようになっている。

次に、上記ソレノイド部４について説明すると、このソレノイド部４は、本体をなすケーシング２５と、このケーシング２５に挿通され、電磁弁本体部３のボディ６に螺合されたシリンダ２６と、このシリンダ２６の内部に軸方向に往復動（摺動）可能に設けられたプランジャ２７と、ケーシング２５に覆われ、シリンダ２６の外周部に間隙をもって巻線された電磁弁コイル２８と、このコイル２８の末端に接続した端子２９を備えている。

シリンダ２６の一端（図２中左端）には、雄ネジ部３０が設けられており、この雄ネジ部３０はケーシング２５の端面から所定長さ突出しており、この雄ネジ部３０には、ナット３１が螺合するようになっている。一方、シリンダ２６の他端（図２中右端）近傍には、雄ネジ部３２が設けられており、この雄ネジ部３２が、前述したスプール収容室１２に連続するように、ボディ６に穿設したネジ穴に締め込まれるようになっている。これにより、シリンダ２６が、電磁弁本体部３のボディ６に固定され、このシリンダ２６を挿通したケーシング２５が、ナット３１の締め付け力によって、電磁弁本体部３に対し固定されている。
なお、シリンダ２６の他端には、Ｐポート９からの作動油がソレノイド部４側に侵入することを防止するシールリング３３が取り付けてある。

シリンダ２７の内部には、プランジャ２７を収容するプランジャ収容室３４と、制御スプール７を挿通するスプール挿通部３５とを有している。これらプランジャ収容室３４及びスプール挿通部３５は連通しており、制御スプール７の先端部は、プランジャ収容室３４内に臨んでいる。プランジャ７の長さは、プランジャ収容室３４に対して短く、その他端側（図２中右端側）の端面は、制御スプール７の先端に当接している。一方、プランジャ収容室３４の一方側（図２中左側）は、キャップ３６によって閉塞されている。このキャップ３６は、シリンダ２６に対し嵌合しており、また、シリンダ２６との間に設けられたシールリング３７によって、プランジャ収容室３２内への異物の侵入が防止されている。

コネクタ部５について説明すると、このコネクタ部５は、外部機器からの配線５０（図１参照）の接続部であるコネクタ３８と、このコネクタ３８を取り付けるためのコネクタ固定ブラケット３９とで構成されている。

コネクタ固定ブラケット３９は、シリンダ２６を挿通するための穴を有しており、この穴をケーシング２５から突出したシリンダ２６の雄ネジ部３０に通した状態で、ソレノイド部４とともに、上記したナット３１で締め込まれている。すなわち、ナット３１がコネクタ固定ブラケット３９をケーシング２５に取り付ける取付手段の役割を果たし、コネクタ固定ブラケット３９は、ナット３１とケーシング２５との間に挟持され固定されている。また、ナット３１を緩めれば、コネクタ固定ブラケット３９は、ケーシング２７を通す穴を軸にして回転可能であり、その取付方向を調整可能な構成となっている。

コネクタ３８は、例えば、ネジ（図示せず）や接着剤等によってコネクタ固定ブラケット３９に固定されている。このコネクタ３８には、上記端子２９に接続したリード線４０が嵌合され取り付けられており、これによって、コネクタ３８は、リード線４０、端子２９を介して電磁弁コイル２８に接続している。

次に、本発明の電磁弁装置の動作及び作用を説明する。
例えば、操作レバー等、対応の機器から出力された電気信号が、その外部機器からのハーネス配線５０、コネクタ３８、リード線４０、端子２９を介して電磁弁コイル２８に通電されると、電磁弁コイル２８に、プランジャ２７を制御スプール７側に移動させるように作用する電磁力が生じる。これに伴い、プランジャ２７に押される形で、制御スプール７も図２中の右側に移動する結果、連通部２２を介してＰポート９がＣポート１０に接続する。このとき、Ｐポート９から作動油が流入することによりＣポート１０の圧力が上昇すると、受圧部２０の方が受圧部２１よりも受圧面積が大きいため、制御スプール７をプランジャ２７側に押し戻そうとする力（油圧反力）が生じ、制御スプール７は、この油圧反力がプランジャ２７を押し出す電磁力とバランスしたところに位置する。これにより、対応の機器から出力された電気信号（入力電流）の大きさに応じた圧力の作動油（パイロット圧）が、Ｃポート１０を介して対応のコントロールバルブ２の駆動部１７に出力される。そして、この作動油の出力圧に応じて作動するコントロールバルブ２からの圧油の供給方向及び流量（又は圧力）に応じて、対応の油圧アクチュエータが駆動する。

ここで、図３に、本発明の電磁弁装置との一比較例の内部構成の断面図を図２に対応させて示す。但し、図２と同様の部分には同符号を付し説明を省略する。また、この図３において、コントロールバルブ２やポンプ１６、タンク１８等の接続機器は、図示省略してある。
この図３に示した比較例の電磁弁装置１Ａにおいては、コネクタ固定ブラケット３９が省略されており、コネクタ３８は、リード線４０を介してソレノイド部４に接続しているのみで、特にソレノイド部４に固定されてはいない。一般に、このような電磁弁装置１Ａを複数集合させて電磁弁ユニットを構成する場合、接続する外部機器に対する配線の利便性を考慮して各電磁弁のコネクタが１箇所に集約配置されることが多い。しかし、コネクタ３８の集約位置までの距離が各電磁弁装置１Ａで異なるため、コネクタ３８に接続するリード線４０の長さを個々の電磁弁装置１Ａで変更しなければならない。但し、各コネクタ３８を１箇所に集約する限りにおいては、コネクタ３８の集約位置からの距離が最も遠い電磁弁装置１Ａに他の電磁弁装置１Ａのリード線４０の長さを統一すれば足りるが、この場合、比較的コネクタ３８の集約位置に近い電磁弁装置１Ａのリード線４０は、必要以上に長く余剰分を生じてしまい、その配線のレイアウトが繁雑化してしまう。

それに対し、本実施の形態の電磁弁装置においては、上述したように、コネクタ３８は、コネクタ固定ブラケット３９を介してソレノイド部４のケーシング２５に固定されている。そのため、コネクタ３８から電磁弁コイル２８の端子２９までの距離は、コネクタ固定ブラケット３９の寸法や大きさに応じたものとなる。したがって、本電磁弁装置１を複数集めて電磁弁ユニットを構成した場合においても、同様に成形されたコネクタ固定ブラケット３９を用いれば、コネクタ３８と端子２９との間の距離がほぼ同じになるため、これらコネクタ３８と端子２９とを接続するリード線４０の長さは、各電磁弁装置で同様となる。これにより、リード線の配線のレイアウトを簡素化することができる。

また、従来のコネクタ部がソレノイド部と一体成形された電磁弁においては、コネクタを取り換えることが困難であるため、特定のコネクタ形状のハーネス配線を備えた外部機器のみにしか接続できず、汎用性に乏しい面があった。

これに対しても、本実施の形態においては、リード線４０を介することで、ソレノイド部４とは独立させてコネクタ３８を取り付けてあるので、コネクタ３８の交換も容易に行うことができる。コネクタ３８をコネクタ固定ブラケット３９にネジ等で取り付ければ、なお一層コネクタ３８の交換を容易化することができる。仮に、コネクタ３８をコネクタ固定ブラケット３９に接着剤等で固定した場合でも、コネクタ固定ブラケット３９は、ケーシング２５に対してナット３１によって締結されているので、このコネクタ固定ブラケット３９ごと取り外し、容易に交換することができる。よって、接続する外部機器やそのハーネス配線５０のコネクタに応じた形状のコネクタ３８を選定しリード線４０に取り付けることができるので、多種多様な外部機器に対応可能な汎用性を十分に確保することができる。

さらに、図３のようにコネクタ固定ブラケット３９がない場合、該電磁弁装置１Ａを搭載した機械のエンジンの振動や車体の揺れ等によって、コネクタ３８とソレノイド部４とが互いに位相の異なる振動周波数で振動することになる。その結果、リード線４０のテンションによっては、リード線４０の断線や、コネクタ３８と外部ハーネス配線５０のコネクタとが外れてしまうことによる故障を引き起こす可能性もないとは言いきれない。したがって、こうした単にコネクタ３８がソレノイド部４にリード線４０を介して接続しているだけの電磁弁装置１Ａにおいては、上記のような不具合の可能性を低減させるために、一般に、図３のようにバンド４１によってリード線４０をソレノイド部４に共締めした状態で使用されていた。

それに対し、本発明の電磁弁装置１では、コネクタ固定ブラケット３９を介してコネクタ３８がソレノイド部４に取り付けられているので、コネクタ３８とコネクタ固定ブラケット３９とがほぼ同位相な振動周波数で振動する。そのため、この両者間を接続するリード線４０が断線したり、コネクタ３８と外部ハーネス配線５０のコネクタとが外れたりすることによる故障発生確立を極めて低く抑制することができ、高い信頼性を確保することができる。

その他にも、コネクタがソレノイド部に一体成形されている場合、コネクタの端子が破損したら、コネクタ部を交換しなければならないので修理にかかるコストが比較的高くなるが、本実施の形態においては、コネクタ３８が容易に交換可能であるため、低コストで端子破損に対応できるメリットもある。また、コネクタが一体成形であると、コネクタの方向は電磁弁装置本体の取り付けによって一意的に決まってしまうが、本実施の形態においては、コネクタ３８を取り付けるコネクタ固定ブラケット３９は、ナット３１を緩めればシリンダ２６を軸にして３６０度回転可能であるため、その分、接続機器側の配線レイアウトの自由度を向上させることができる。更には、コネクタが一体成形であると、これを製作するための型が必要になるので、製作コストもそれだけ高くなるが、本実施の形態の場合、コネクタは接続機器側に応じて市販品を取り付ければ良いので、製作コストが抑えられるのもメリットである。

以上のように、本実施の形態においては、多種多様な機器との接続の面での高い汎用性、製作コストの低さ、リード線のレイアウトの簡素化、コネクタの取り付け角度の自由度、コネクタ端子破損の修理に要するコストの低さ、リード線の断線等による不具合発生の低減等といった、コネクタ一体型のものと、単にコネクタをソレノイド部にリード線で接続したものとの両方の利点を、効果的に得ることができる。

なお、以上においては、コネクタ固定ブラケット３９の形状について、詳細には説明しなかった。図２においては、ケーシング２５の端面から外周方向に延在し、電磁弁本体部３と反対側に遠ざかるように、１段のステップ状にコネクタ３８の取り付け部が形成されているが、コネクタ固定ブラケット３９の形状については、適宜設計変更可能である。例えば、コネクタ３８の取り付け部を電磁弁本体部３側に近付くように形成しても良いし、コネクタ固定ブラケット３９自体をケーシング２５の外周方向でなく軸方向に延在させても構わない。要するに、コネクタ固定ブラケット３９の形状には、特別な限定はなく、接続する外部機器との配線レイアウトに対しコネクタ３８が好ましい位置及び角度で取り付け可能なように適宜設計変更して構わない。このようにコネクタ固定ブラケット３９を設計変更した場合でも、同様の効果が得られる。

また、コネクタ固定ブラケット３９をケーシング２５に取り付ける取付手段として、ナット３１を図示説明したが、これに限られる必要はない。例えば、シリンダ２７側に雌ネジ部を設け、ボルトをコネクタ固定ブラケット３９の穴を介してシリンダ２７にねじ込む構成としても良い。また、コネクタ固定ブラケット３９は、回転させ取付方向を調整可能にする必要がない場合には、ボルトやナットによって締結するのではなく、例えば溶接や接着剤等によってケーシング２５に固着しても良い。これらの場合も同様の効果を得る。

本発明の電磁弁装置の一実施形態の全体構成を表す斜視図である。 本発明の電磁弁装置の一実施形態の内部構造を表す断面図である。 本発明の電磁弁装置との一比較例の内部構成を表す断面図である。

符号の説明

１ 電磁弁装置
７ 制御スプール
２５ ケーシング
２６ シリンダ
２７ プランジャ
２８ 電磁弁コイル
２９ 端子
３０ 雄ネジ部（ネジ部）
３１ ナット（取付手段）
３８ コネクタ
３９ コネクタ固定ブラケット
４０ リード線
５０ 配線

Claims (4)

1. ケーシングと、このケーシングに覆われた電磁弁コイルと、この電磁弁コイルからの電磁力によって軸方向に往復動するプランジャと、このプランジャの動作に伴って軸方向に移動し作動油の出力圧を調整する制御スプールとを備えた電磁弁装置において、
   前記電磁弁コイルの末端に接続された端子と、
   この端子に接続したリード線と、
   前記リード線に接続され、外部機器からの配線を前記リード線及び前記端子を介して前記電磁弁コイルに接続するコネクタと、
   このコネクタを取り付けるコネクタ固定ブラケットと、
   このコネクタ固定ブラケットを、前記ケーシングに取り付ける取付手段と
   を備えたことを特徴とする電磁弁装置。
2. 請求項１記載の電磁弁装置において、前記コネクタ固定ブラケットは、取り付け方向が調整可能であることを特徴とする電磁弁装置。
3. 請求項１記載の電磁弁装置において、前記プランジャを収容するとともに、前記ケーシングの端面から突出した端部にネジ部を有するシリンダを備え、前記取付手段は、このシリンダのネジ部に螺合するようになっており、さらに、前記コネクタ固定ブラケットは、前記シリンダを通す穴を有し、この穴に前記シリンダを通した状態で、前記取付手段と前記ケーシングとの間に挟持され固定されていることを特徴とする電磁弁装置。
4. 請求項３記載の電磁弁装置において、前記コネクタ固定ブラケットは、前記取付手段を緩めることによって、前記シリンダを軸に回転可能であることを特徴とする電磁弁装置。

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