JP2006038102A - オイルコントロールバルブ - Google Patents

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Abstract

【課題】 簡単かつ廉価に製作可能なオイルコントロールバルブを提案すること。
【解決手段】 オイルコントロールバルブ1は、バルブ本体部分2のスプール22がソレノイド3によって軸線方向に往復移動して、ポートの切り換えが行われる。ソレノイド3は磁力によって軸線方向に移動可能なプランジャ35を備え、プランジャ35を移動させる磁気回路を構成するための部品であるステータ31は、外側円筒41からなる外側ステータ42と、内側円筒42および円盤状端板部分44を備えたバックステータ43とがカシメ固定された構造となっている。ステータ31を簡単な形状の二部品から構成しているので、各部品を金属材料の絞り加工品として簡単かつ廉価に製作できる。また、外側円筒41を完全な円筒として精度良く製作できるので、ステータアセンブリ34の円周方向の磁気特性を均一にでき、また、外部からの埃などの侵入も確実に防止できる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、ソレノイドによってスプールの軸線方向の移動位置を制御することにより、作動油通路を切り換え可能となっている自動車用エンジンのバルブタイミング調整機構の制御弁などに用いられているオイルコントロールバルブに関するものである。更に詳しくは、ソレノイドのステータが簡単かつ廉価に製作できるように改良を図ったオイルコントロールバルブに関するものである。
自動車などに搭載されているエンジンには、運転条件に応じて吸排気弁の開閉タイミングを変更するためのバルブタイミング調整機構が搭載されている。バルブタイミング調整機構は油圧回路によって駆動され、油圧回路の切り換え制御は、ソレノイド式のオイルコントロールバルブによって行われるように構成されている。オイルコントロールバルブを備えたバルブタイミング調整機構は例えば下記の特許文献1に開示されている。
図8(a)は、一般的に使用されているオイルコントロールバルブの一例を示す縦断面図である。この図に示すように、オイルコントロールバルブ100は、円筒状のバルブボデー101およびこの内側に同軸状態に配置されたスプール102を備えたバルブ本体部分103と、スプール102を軸線方向に往復移動させるためのソレノイド104から基本的に構成されている。バルブボデー101には、その軸線方向に沿って所定の間隔で作動油流通用の複数のポート(貫通孔)が形成されており、スプール102にはその外周面に沿って複数の作動油通路が形成されている。スプール102の軸線方向の移動位置に応じて、バルブボデー側のポートとスプール側の作動油通路との連通状態が切り換わり、これにより、油圧源(図示せず)から当該オイルコントロールバルブ100を経由してバルブタイミング調整機構(図示せず)に到る油圧回路が切り換わる。
スプール102を移動させるためのソレノイド104は、外側円筒105aおよび内側円筒105bが一体形成されているステータ105と、外側円筒105aの内側位置において円筒状に巻かれているコイル106と、この内側において同軸状態で対向配置されている円筒状のヨーク107および円筒状のプランジャ108とを備えている。コイル106には、コイル106への通電用端子部106Aが接続されている。ヨーク107はステータ105に固定されており、コイル106への通電用端子部106Aを介してコイル106に通電すると、ヨーク107とプランジャ108の間に発生する磁力によって、プランジャ108が軸線方向に移動する。プランジャ108にはシャフト109が連結されており、シャフト109の先端がスプール102の後端に当接しているので、プランジャ108によってスプール102が軸線方向に移動する。また、スプール102の先端にはコイルばね110が圧縮状態で装着され、非励磁状態では、スプール102はプランジャ108の側に付勢され、そのノーマル位置に保持されている。
図8(b)はステータ105の縦断面図であり、図8(c)はその横断面図である。ステータ105は、金属部材にプレス加工、絞り加工、切削加工などを施すことにより、外側円筒105aおよび内側円筒105bが一体形成された形状とされている。図8(a)に示すように、コイル106への通電用端子部106Aを配置するために、外側円筒105aは完全な円筒ではなく、一定幅の軸線方向に延びるスリット105cが残ったままの形状となっている。
特開平7−139317号公報
上記構成のオイルコントロールバルブ100においては次のような解決すべき課題がある。すなわち、ソレノイド104の構成部品であるステータ105は、同心状に外側円筒105aおよび内側円筒105bが一体形成された部品である。このような複雑な形状の部品を金属素材から成形するためには、プレス加工、絞り加工、切削加工などを行う必要があるので、製造工程が複雑になり、生産効率が悪く、また、そのために製造コストが高いという問題がある。
また、コイル106への通電用端子部106Aを配置するために、外側円筒105aは一定幅のスリット105cで分断された状態となっている。このように外側円筒105aが分断されていると、外側円筒105aの円筒精度を保つことが困難であり、半径方向の外側あるいは内側に変形しやすいという問題点がある。さらには、ソレノイド104の磁気特性を考えた場合、外側円筒105aが分断されている部分においては断面欠損により磁気特性が不連続になるので、円周方向における磁気特性のバランスが悪くなるという問題点がある。これに加えて、外側円筒105aにおける分断されている部分から塵などの異物が内部に侵入する可能性が高いという問題点もある。
本発明の課題は、このような点に鑑みて、ソレノイドのステータを精度良く、しかも簡単かつ廉価に製作できるように改良を図ったオイルコントロールバルブを提案することにある。
上記の課題を解決するために、本発明は、円筒状のバルブボデーと、この中に同軸状態に装着されたスプールと、このスプールをバルブ軸線方向に移動させるためのソレノイドとを有し、前記スプールの軸線方向の移動位置に応じて、前記バルブボデーおよび前記スプールの間に区画形成される作動油通路を切り換え可能なオイルコントロールバルブにおいて、前記ソレノイドは、同軸状態に配置された外側円筒および内側円筒を備えたステータと、当該ステータの内側において円筒状に巻かれたコイルと、前記ステータの内側に配置された円筒状のヨークと、当該ヨークに同軸状態で対向配置され、当該ヨークとの間に発生する磁力によって前記バルブ軸線方向に往復移動可能なプランジャとを備え、前記ステータは、前記外側円筒からなる外側ステータ部材と、前記内側円筒を備えた内側ステータ部材の二部材から構成されており、これら外側ステータ部材および内側ステータ部材が連結固定されていることを特徴としている。
本発明のオイルコントロールバルブでは、そのソレノイドのステータが、外側ステータ部材と内側ステータ部材の二部品を連結固定した構造となっている。外側ステータ部材および内側ステータ部材はそれぞれ単純な断面形状とすることができる。よって、これらを一体成形する場合とは異なり、外側円筒をコイルへの通電用端子部に必要な開口部のみ設ける形状に成形することができる。この結果、ステータの外側円筒が分断されていることに起因する成形精度の劣化、磁気特性のアンバランス、異物の侵入といった弊害を回避できる。
また、本発明では、外側ステータ部材および内側ステータ部材は単純な形状であるので、金属部材に絞り加工のみを施すことにより製作できる。よって、ステータを極めて廉価に製造でき、その分、オイルコントロールバルブの製造コストを低減できる。
ここで、前記内側ステータ部材は、一般に、前記内側円筒と、この内側円筒におけるバルブ後端側の端を封鎖する状態に一体形成されている円盤状の端板部分とを備えた形状とされる。この場合には、前記端板部分の外周縁を、前記外側ステータ部材におけるバルブ後端側の開口縁部分にカシメ固定すればよい。
本発明のオイルコントロールバルブにおいては、そのソレノイドのステータが外側ステータ部材および内側ステータ部材の二部品を連結固定した構造となっている。したがって、外側ステータ部材をほぼ完全な円筒状に形成することができ、従来のようにスリットによって外側円筒が分断されている場合のような、成形精度が低い、円周方向における磁気特性が不均一である、スリット部分から異物が内部に侵入しやすいといった弊害を解消できる。
また、二部品で構成することにより、各部品の形状を単純化できるので、これらを絞り加工品として製造できる。よって、極めて廉価にステータを製造でき、その分、オイルコントロールバルブの製造コストを低減できるので好ましい。
以下に、図面を参照して本発明を適用したオイルコントロールバルブの一例を説明する。
(全体構成)
図1(a)は本例のオイルコントロールバルブをその軸線を含む平面で切断した場合の縦断面図であり、図1(b)は励磁状態を示す部分縦断面図であり、図2は当該バルブの構成部品を組立順に上から配列した部品図である。これらの図面を参照して説明すると、本例のオイルコントロールバルブ1は、バルブ本体部分2と、この後端に同軸状態に取り付けられているソレノイド3と、これらバルブ本体部分2とソレノイド3の連結部分に取り付けられている取付金具4から構成されている。取付金具4によって、オイルコントロールバルブ1は不図示の固定側部材に固定されるようになっている。
バルブ本体部分2は、円筒状のバルブボデー21と、この内部に同軸状態で挿入されているスプール22を備えている。スプール22の先端部の内部にはばね受けとして機能する衝撃吸収板23が配置されており、この衝撃吸収板23とスプール22の先端部分に形成したばね受け用凹部22aとの間に、コイルばね24が装着されている。ソレノイド3が非励磁状態においては、コイルばね24のばね力によって、スプール22は図1(a)に示すノーマル位置にある。ソレノイド3が励磁されると、スプール22はソレノイド3によってばね力に逆らって先端側に押される。図1(b)は、スプール22が軸線1aに沿って先端側に最大に移動した最大移動位置の状態を示してある。
バルブボデー21には、軸線1aの方向に沿って所定の間隔で、当該バルブボデー外周壁を円弧状に切り取った形状のバルブポート21a、21b、21c、21d、21eが形成されている。スプール22は、バルブボデー21の内周面21fの内径寸法に対応する外径寸法を備えた大径部分の間に小径部分22b、22c、22dが軸線方向に沿って所定の間隔で形成されている。例えば、スプール22が図1(a)に示すノーマル位置にある場合には、各ポート21a〜21eは閉鎖状態に保持され、この位置からスプール22が図1(b)の最大移動位置まで移動すると、ポート21bと21cが小径部分22cを介して連通し、ポート21dと21eが小径部分22dを介して連通した状態に切り換わる。この結果、当該オイルコントロールバルブ1を介して構成される油圧回路(図示せず)が切り換わることになる。
この構成のバルブ本体部分2の後端に取り付けられているソレノイド3は、同心状態に配置したステータ31、コイル32およびヨーク33を備えたステータアセンブリ34と、軸線1aの方向に往復移動可能なプランジャ35とを有している。プランジャ35はヨーク33に対して後側から同軸状態で対向配置された円筒形状のものであり、その中空部には前側から円筒状のシャフト36が圧入されている。シャフト36はヨーク33の中心を遊びのある状態で貫通して前方に延びており、その先端面36aがスプール22の後端面22eに当接している。この当接状態は、先に述べたコイルばね24のばね力によって保持されている。コイル32に通電すると、ヨーク33とプランジャ35の間に磁力が発生してプランジャ35が軸線1aの方向に移動する。プランジャ35に圧入されているシャフト36の先端がスプール22に当接しているので、プランジャ35によってスプール22が軸線1aの方向に移動する。
(ソレノイド)
ソレノイド3の構成を更に詳しく説明する。まず、ステータ31は、外側円筒41からなる外側ステータ42と、内側円筒43を備えたバックステータ44(内側ステータ)の二部品から構成されている。図3には外側ステータ42を示してあり、図4にはバックステータ44を示してある。これらの図も参照して説明すると、バックステータ44は、内側円筒43の後端に円盤状の端板部分45が一体成形された形状をしている。外側ステータ42の後端部分には、後端面から所定の幅および長さで矩形状に切り取った開口部42aが形成されている。また、後端縁には薄肉のカシメ部分42bが形成されており、ここに、バックステータ44の端板部分45の外周縁部分45aがカシメ固定され、ステータ31が構成されている。
内側円筒43の軸長は外側円筒41の略半分であり、同心状態に配置された外側円筒41および内側円筒43の間の円環状空間および、これよりも前方の外側円筒43の内側部分には、円筒状のコイルボビン46の外周面に巻き付けられたコイル32が配置されている。コイルボビン46の後端部分には、外側ステータ42に形成されている開口部42aから半径方向の外側に引き出されて外部接続用端子部47となっている部位が一体形成されている。従って、開口部42aは外部接続用端子部47の引き出しに必要な大きさのみ開口させればよいから、外側ステータ42の強度はほとんど低下することはない。
円筒状のコイルボビン46の内側には、その後端開口の側からバックステータ44の内側円筒43が同軸状態で挿入されており、その前端開口の側からはカップガイド50が装着されている。カップガイド50は、後端が封鎖されている小径部分51と、この小径部分51の前端にテーパ状部分52を介して連続して大径部分53と、大径部分53の前端開口縁から半径方向の外側に広がっている円環状のフランジ部分54を備えた形状をしている。小径部分51は内側円筒43にはめ込まれており、大径部分53はコイルボビン46の内側にはめ込まれた状態となっており、また、フランジ部分54が前側からコイルボビン46の円環状前端面に当接している。
ここで、円筒状のプランジャ35は、カップガイド50の小径部分51の内側に、当該小径部分51の内周面に沿って軸線1aの方向に摺動可能な状態で挿入されている。ヨーク33は、その大径部分53を挟み、コイルボビン46の内側に前方から同軸状態に圧入固定されている。ヨーク33は、大径のフランジ部分33aと、このフランジ部分33aの後端面から同軸状態で後方に突出している本体部分33bとを備えており、この本体部分33bがカップガイド50の大径部分53を挟み、コイルボビン46の内側に圧入固定されている。
ヨーク33の本体部分33bの先端部分は、先細りの円錐台形状をしており、その小径の先端面にはプランジャ35の先端部分を受入可能な所定深さの円形凹部33cが形成されている。したがって、本体部分33bの先端面は細幅の円環状先端面33dとなっており、これがプランジャ35の円環状先端面35aに対峙している。ヨーク33の前端側のフランジ部分33aはステータ31の外側円筒41の内側にはめ込み可能な大きさとされており、このフランジ部分33aとカップガイド50のフランジ部分54の間に、Oリング56が配置されている。
(プランジャの空気抜き構造)
次に、図5はプランジャ35およびシャフト36を取り出して示す説明図および横断面図である。プランジャ35は磁性材料からなる円筒形状のものであり、その中空部35bに前側から圧入されているシャフト36は非磁性材料からなる円筒形状をしている。例えば、シャフト36は、ステンレススチール製の絞り加工品であり、その先端36aが封鎖され、後端が開口部36bのままとなっている。また、シャフト36における後端側の圧入部分よりも前側の部位、すなわち、プランジャ35の端面35aから突出している突出部分には、その外周壁部分を貫通して延びる空気穴36dが形成されている。したがって、シャフト36をプランジャ35に圧入した状態では、この空気穴36dを介して、シャフト36の中空部36eと外側との連通状態が確保されている。
ここで、プランジャ35はカップガイド50における端が封鎖されている小径部分51に摺動可能な状態で挿入されている。したがって、ここに、先端が封鎖されている円筒状のシャフト36を圧入すると、シャフト36の中空部36eおよびプランジャ35の中空部35bは密閉空間となり、プランジャ35の軸線方向の移動が阻止されてしまう。本例では、シャフト36の外周面に空気穴36dを形成してあるので、ここを介して空気あるいは潤滑油が流通するので、プランジャ35の円滑な移動が確保される。
従来においては、空気抜き構造として、プランジャ35の中空部35bの内周面に軸線方向に延びる空気抜き用のスプライン溝を形成しておく構成が採用されていた。しかしながら、小径のプランジャ35の内周面にスプライン溝を刻む加工は煩雑であり、コストも嵩むという問題がある。これに対して、本例では、シャフト36の絞り加工工程において、外周壁部分を打ち抜いて空気穴36dを同時に形成することができる。よって、加工が簡単であり、製造コストも低減できるという利点がある。
シャフト36の外周壁部分に空気穴36aを開ける代わりに、図6に示す形状のシャフト36Aを用いることも可能である。このシャフト36Aは、例えばステンレススチールなどの非磁性金属材料を絞り加工することにより製作したものであり、その軸線方向の前側半部が先端が封鎖された小径の円筒部分361とされており、その後側半分が大径の円筒部分362とされている。また、大径の円筒部分362の外周面部分には絞り加工によって、軸線方向に延びる空気抜き溝363が形成されている。本例は90度間隔で4本の円弧状断面の空気抜き溝363が形成されている。これらの空気抜き溝363の底が小径の円筒部分362の外周面に一致している。
この形状のシャフト36Aの後側部分は、その大径の円筒部分362の前端側がプランジャ35から突出した状態となるように、当該プランジャ35の中空部35bに圧入される。この結果、各空気抜き溝363の前端がプランジャ25のの前端から外部に露出した状態になり、これらの空気抜き溝363を介して、シャフト36Aおよびプランジャ35の中空部が外部と連通した状態が形成される。この構成のシャフト36Aを用いる場合においても、絞り加工によって簡単に製造できるので、従来にようにプランジャ35の内周面に空気抜き用のスプライン溝を刻む構成に比べて、簡単かつ廉価に製造できるという利点がある。
(取付金具の固定構造)
次に、図7(a)、(b)は取付金具4を示す正面図および側面図である。図1、3および図7を主に参照して、ソレノイド3とバルブ本体部分2の連結構造を説明する。バルブ本体2のバルブボデー21の後端には前側部分よりも大径の円環状フランジ211が一体形成されている。一方、ソレノイド3における外側ステータ42の前端部分には、内径が僅かに大きくなった薄肉の一定幅の円環状カシメ部分42cが形成されている。この円環状カシメ部分42cには図3に示すように、円周方向の3箇所の部位に所定幅のすり割り42dが形成されている。一方、取付金具4は、円環状部分4aと、この円環状部分4aの外周面部分から一定の幅で半径方向に延びている突出板部分4bとを備えており、突出板部分4bの先端にはねじ穴4cが形成されている。円環状部分4aは、バルブボデー21における円環状フランジ211の前側に隣接して形成されている外周面部分212が丁度はまり込む内径寸法とされている。また、円環状カシメ部分42cにはめ込み可能な外径寸法とされている。同様に、バルブボデー21の円環状フランジ211も、円環状カシメ部分42cにはめ込み可能な外径寸法とされている。さらに、円環状カシメ部分42cの幅は、これらの部分211、4aの板厚の合計よりも僅かに広い寸法とされている。
ここで、ヨーク33のフランジ部分33aは、外側ステータ42の内側において、円環状カシメ部分42cに隣接する内周面部分にはめ込まれている。したがって、バルブボデー21の円環状フランジ211を、その内側にOリング61を装着した状態で、円環状カシメ部分42cにはめ込み、ヨークフランジ33aに当接状態にする。次に、取付金具4の円環状部分4aを円環状カシメ部分42cにはめ込み、バルブボデー21の円環状フランジ211に当接状態にする。すなわち、円環状カシメ部分42cにおける広幅のすり割り42dを通して突出部分4bを外側に引き出した状態で、取付金具4をはめ込む。しかる後に、円環状カシメ部分42cを半径方向の内側にカシメることにより、外側ステータ42の前端部分に、バルブボデー21の円環状フランジ211および取付金具4がカシメ固定された状態を形成できる。
このように、本例では、外側ステータ42の前端部分に形成した円環状カシメ部分42cをカシメることにより、取付金具4の円環状部分4aを介して、バルブボデー21の円環状フランジ211をソレノイド3の前端部分に連結固定している。バルブボデー21は一般にアルミニウム合金から形成されており、カシメ固定構造を形成するにはその硬度が十分でない場合がある。しかるに、本例では、硬度の高い金属材料からなる取付金具4を挟み、カシメ固定を行っているので、バルブボデー21の円環状フランジ211を変形させることなく、確実にカシメ固定構造を形成できる。
また、カシメ固定によって取付金具4も同時に外側ステータ42に固定される。従来では、取付金具4として、外側ステータ42の円形外周面に当接可能な円弧板部分を形成したものを用いており、当該円弧板部分をスポット溶接によって外側ステータ42に固定しているのが一般的である。スポット溶接は接合強度の信頼性が低く、取付不良状態が発生するおそれがある。しかるに、本例のようにカシメ固定構造とすれば、取付強度の信頼性が高いという利点がある。これに加えて、取付金具4はほぼフラットな部材でよいので、製作も容易であり、コストも低減できるという利点もある。
(実施の形態の効果)
以上説明したように、本例のオイルコントロールバルブ1においては、そのソレノイド3のステータ31を、外側円筒41からなる外側ステータ42と、内側円筒43および円環状端板部分45を備えたバックステータ(内側ステータ)44の二部品から構成し、これらをカシメ固定して組付けるようにしている。したがって、従来のように外側円筒、内側円筒および円環状端板部分を備えたステータを一体成形する場合とは異なり、金属板から絞り加工のみによって簡単にこれらの二部品を製作できる。よって、従来に比べて、ステータの製作が格段に簡単になり、そのコストも大幅に低減できる。
また、外側円筒41を、スリットによって分断された状態ではなく完全な円筒状態で製作することができる。よって、外側円筒が分断されていることに起因する、外側円筒の円筒精度の低下、円周方向における磁気特性の不均一化、分断している部分を介しての異物の侵入といった弊害を回避できるという利点もある。
本発明を適用したオイルコントロールバルブの縦軸断面図、およびそのプランジャが移動した状態を示す部分縦軸断面図である。 図1のオイルコントロールバルブの構成部品を示す部品図である。 外側ステータを示す断面図、前側端面図、後側端面図、および平面図である。 バックステータを示す断面図および前側端面図である。 プランジャ、シャフトおよびカップガイドを示す断面図である。 シャフトの別の例を示す縦断面図および横断面図である。 取付金具の正面図および側面図である。 従来のオイルコントロールバルブの含軸断面図である。
符号の説明
1 オイルコントロールバルブ
1a 軸線
2 バルブ本体部分
3 ソレノイド
4 取付金具
21 バルブボデー
22 スプール
31 ステータ
32 コイル
33 ヨーク
34 ステーアアセンブリ
35 プランジャ
36 シャフト
41 外側円筒
42 外側ステータ
42a 開口部
42b カシメ部分
43 内側円筒
44 バックステータ
45 円盤状端板部分

Claims (3)

  1. 円筒状のバルブボデーと、この中に同軸状態に装着されたスプールと、このスプールをバルブ軸線方向に移動させるためのソレノイドとを有し、前記スプールの軸線方向の移動位置に応じて、前記バルブボデーおよび前記スプールの間に区画形成される作動油通路を切り換え可能なオイルコントロールバルブにおいて、
    前記ソレノイドは、同軸状態に配置された外側円筒および内側円筒を備えたステータと、当該ステータの内側において円筒状に巻かれたコイルと、前記ステータの内側に配置された円筒状のヨークと、当該ヨークに同軸状態で対向配置され、当該ヨークとの間に発生する磁力によって前記バルブ軸線方向に往復移動可能なプランジャとを備え、
    前記ステータは、前記外側円筒からなる外側ステータ部材と、前記内側円筒を備えた内側ステータ部材の二部材から構成されており、これら外側ステータ部材および内側ステータ部材が連結固定されていることを特徴とするオイルコントロールバルブ。
  2. 請求項1において、
    前記外側ステータ部材および前記内側ステータ部材は絞り加工品であることを特徴とするオイルコントロールバルブ。
  3. 請求項1または2において、
    前記内側ステータ部材は、前記内側円筒と、この内側円筒におけるバルブ後端側の端を封鎖する状態に一体形成されている円盤状の端板部分とを備えており、
    前記端板部分の外周縁が、前記外側ステータ部材におけるバルブ後端側の開口縁部分にカシメ固定されていることを特徴とするオイルコントロールバルブ。
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JP2021009939A (ja) * 2019-07-02 2021-01-28 株式会社デンソー ソレノイド

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