JP2006349172A - 嵌合ショルダを備えるソレノイド弁 - Google Patents

Abstract

【課題】より安価に製造し得るソレノイド弁構造を設計し、材料、労働時間、又は、機械時間の浪費を削減する。
【解決手段】流体回路内の流体の流れを制御するためのソレノイド弁は、少なくとも１つの流体ダクト（１ａ−１ｃ）と、流体ダクト内の流体の流れを許容し或いは阻止するためのストッパ（１ｄ）と、ストッパを作動するための機械接続とを有する弁本体（１）と、機械接続（２）を作動するために配置された電磁アクチュエータ（３）と、電磁アクチュエータ（３）を取り囲み且つ弁本体（１）のショルダ（５０）に係合されたジャケット（４）を介した、電磁アクチュエータ（３）と弁本体（１）との間のカップリングとを含む。ジャケット（４）は、軸方向係合の電磁アクチュエータを弁本体に対して係合方向（ｌ−ｌ）に保持する。ショルダ（５０）は、弁本体（１）の周縁溝（１２）に径方向に係入される２つの適合する半ワッシャ（１３ａ，１３ｂ）を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車のエンジン内のピストンの冷却及び潤滑のための流体の流れを制御するために用いられるソレノイド弁のような、流体回路内の流体の流れを制御するためのソレノイド弁に関する。

一般的な方法で、並びに、例えば日本国公報ＪＰ２０００−１３６８８８号、米国特許出願公開第ＵＳ２０００／０１１３１１２Ａ１号、及び、米国特許第４，５７８，６６２Ａ号の文献に記載されているように、流体回路内の流体の流れを制御するためのソレノイド弁は、
− 少なくとも１つの流体ダクトと、流体ダクト内の流体の流れを許容又は阻止するためのストッパと、ストッパを作動する機械接続とを有する弁本体と、
機械接続を作動するよう配置された電磁アクチュエータと、
電磁アクチュエータを取り囲み且つ弁本体から突出するショルダに係合されたジャケットを介して、軸方向係合の電磁アクチュエータを弁本体に対して係合方向に保持する、電磁アクチュエータと弁本体との間のカップリングとを含む。

制御されるべき流体が循環する水圧ブロック内に設けられたハウジング内に封止された状態で係合され且つ取り付けられるために、弁本体は概ね円筒形である。普通、電磁アクチュエータは水圧ブロックから突出し、そのカップリングによって弁本体に保持されている。弁本体から突出するショルダに係合するジャケットを介してカップリングは、十分な出力の磁性アクチュエータを取り付けることを可能にし、従って、その外径は弁本体のそれよりも大きい。

突出するショルダを介した、弁本体と電磁アクチュエータとの間のこの様式のカップリングは、労働及び機械時間におけると全く同様に使用される材料においても、製造するのにコストがかかる。

普通は軸対称な片である弁本体上で突出するショルダを製造するために、ショルダの外径と同一又は僅かに大きな外径を有する片から開始し、その外径を実質的に減少させるために、実際上その全長に亘ってこの片を機械加工することが必要である。

具体的には旋盤を用いてこの操作を遂行し得る。

よって、単一ブロック弁本体ブランクは、大量の材料を取り除くことによって得られ、ショルダは、普通、最終的な弁本体の極めて短い長さに亘って存在するだけである。

弁本体が、水圧ブロック内の封止係合を保証するのに必要且つ十分な幾何学的及び寸法品質を有するために、その全長に亘る精密研削が必要である。

突出ショルダの存在の故に、プランジカット精密研削を使用することが必要である。プランジカット精密研削は、研削ミルの径方向前進動作によって遂行され、径方向前進動作は、ミルがショルダを精密研削するようになるか、或いは、ミルが、その直径が以前に荒削り中に減少された弁本体の一部を精密研削するようになるかに依存して異なる。その場合には、普通は弁本体ブランクの長さよりも短い精密研削ミルの限定的な幅の故に、複数の通過が必要とされる。

従って、このプランジカット精密研削の方法は、機械加工、労働、及び、検査にコストがかかる。

その結果、突出ショルダを備える弁本体の製造は、幾何学的及び寸法的な品質条件を満足する弁本体を達成するための荒削り中及び精密研削中の双方にコストがかかる。しかしながら、この幾何学的及び寸法的品質は、流体回路内の流体の流れの制御における漏れ又は欠陥なく流体回路内の流体の良好な循環を保証するために、ソレノイド弁中の弁本体の正に操作に依然として必要である。

さらに、ドイツ国公報ＤＥ第３８１４１５６Ａ１号、及び、その均等物である米国特許第４，９７９，５４２Ａ号の文献から、アクチュエータが弁本体に嵌合され且つ材料の割り戻しを介して取り付けられた軸対称片から成るショルダ自体に係合されたジャケットを介して弁本体に結合されたソレノイド弁（図２）が既知である。弁本体上の単一ブロック突出ショルダの不存在の故に、これはプランジカット精密研削ステップで施される。しかしながら、弁本体に嵌合された軸対称片を取り付けるために、追加的且つ高価な材料割戻し操作を提供することが必要である。加えて、材料割戻しの機械的強度は保証されず、その結果、隙間が漸進的に現れてカップリングが破壊される危険性がある。加えて、嵌合される軸対称片は、製造コストを増大する複雑な形状を有する。

本発明によって提案される第一の問題は、より安価に製造し得るソレノイド弁構造を設計し、材料、労働時間、さもなければ、機械時間の浪費を削減することである。

他の特徴によれば、本発明の目的は、弁本体が、現在の幾何学的及び寸法的要件と適合し続け、且つ、電磁アクチュエータによって生成される作動力が、全状況で流体を制御するためのストッパの信頼性のある作動要件と適合し続けるようなソレノイド弁を製造することである。

同時に、本発明は、信頼性があり且つソレノイド弁の動作に関連する機械的応力に容易に耐えうる弁本体上のショルダを製造するよう努める。

これらの及び他の目的を達成するために、本発明は、
− 少なくとも１つの流体ダクトと、少なくとも１つの周縁溝と、流体ダクト内の流体の流れを許容し或いは阻止するためのストッパと、ストッパを作動するための機械接続とを有する弁本体と、
− 機械接続を作動するために配置された電磁アクチュエータと、
− 電磁アクチュエータを取り囲み且つ弁本体から突出するショルダに係合されたジャケットを介して、軸方向係合の電磁アクチュエータを弁本体に対して係合方向に保持する、電磁アクチュエータと弁本体との間のカップリングとを含み、
− ショルダは、周縁溝内に径方向に係入し且つジャケットによって周縁溝内に径方向に保持される２つの適合する半ワッシャの組立体を含む、
流体回路内の流体の流れを制御するためのソレノイド弁を提案する。

そのようなソレノイド弁構造を用いることで、弁本体自体と、より小さな寸法片から適合する保持半ワッシャとを別個に製造することによって、大きな材料浪費なしに、製造及び組立てにおける大幅なコスト削減を達成することが可能である。半ワッシャは、その単純な形状を低コストで製造し得る片を形成する。その場合には、送り(throughfeed)精密研削を用いてより少ないコストで、ショルダを有さない弁本体ブランクを精密研削し得る。組立中、適合半ワッシャが径方向溝内に挿入された後にジャケットを適合することは、単一操作で、半ワッシャを弁本体に取り付け、電磁アクチュエータを弁本体に取り付ける。

有利に、本発明は、その外径が係合方向の周りで弁本体の外径よりも著しく大きくあり得る電磁アクチュエータの結合も可能にする。

特にこのように形成されたソレノイド弁の使用条件において大幅な作動力が必要な場合に、嵌合ショルダをこのように備える弁本体を大きな寸法の電磁アクチュエータと共に用い得る。

この実施は迅速でもあり、このように製造されるショルダは、ソレノイド弁の動作中、極めて強力な機械的応力に耐え得る。

有利に、弁本体は概ね軸対称な外部円筒形状を有し得る。

よって、最早プランジカット精密研削プロセスによることなく、送り精密研削によってブランクを精密研削し得る。送り精密研削プロセスは、プランジカット精密研削プロセスよりも低コスト且つ簡単である。

本発明の１つの実施態様によれば、電磁アクチュエータは、
− 係合方向に沿ってその中心に第一端部と第二端部との間に円筒形ハウジングを定める概ね円筒形状の巻線と、
− 巻線の周りに配置され、第一端部で巻線の円筒形ハウジングを閉塞し、且つ、磁性回路の第一極を形成するために、強磁性ワッシャを第一端部に対して保持するケーシングと、
− 巻線の円筒形ハウジング内で縦並進で移動され得る磁性コアと、
を含み得る。

ケーシングをプラスチックで形成してよく、それはそのようにして形成されるソレノイド弁を大幅に軽量化することを可能にし、それによって製造コストを削減する。

好ましくは、機械接続は、可動な磁性コアの動作中にストッパを作動するために、弁本体の軸方向シンンダボア内を摺動するロッドを含み得る。

有利に、弁本体は、巻線の円筒形ハウジング内に部分的に係入され且つ磁性回路の第二極を形成する軸方向ノーズを含み得る。

よって、ソレノイド弁は取付けがより容易であり、軸方向ノーズは電磁アクチュエータの巻線に対する弁本体の容易な心出しをもたらす。弁本体が強磁性体から成るとき、よって、後者は電磁アクチュエータの磁気ループを有効に閉塞するようになり、それに優れた操作を提供する。

本発明によれば、軸方向ノーズは、弁本体の端部に嵌合された固定された強磁性コアであり得る。

具体的には、これは、弁本体を形成するために、例えば、ソレノイド弁の正しい動作を妥協することなしに、ソレノイド弁の使用の具体的要件により適した材料を使用することを可能にする。ソレノイド弁の重量を軽減する目的のために、例えば、弁本体をアルミニウムで製造することが可能である。

有利に、固定コアは、少なくとも１つのコア保持片によって電磁アクチュエータに保持され、固定コアの周縁に嵌合され且つ取り付けられ、ジャケットによって保持され得る。

従って、ショルダの製造が不要であり、嵌合保持片を用いて弁本体上にショルダを製造するときと同一の利点がそこから導出されるので、固定コアの取付けは簡単、安全、且つ、低コストである。

この場合には、コア保持片は強磁性材料から成り、固定コアをジャケットに磁性的に接続し、弁本体は非磁性材料から成り得る。

代替的に、弁本体は強磁性材料から成り、適合する半ワッシャの少なくとも１つは強磁性材料から成り、弁本体をジャケットに磁気的に接続し得る。

本発明の他の目的、特徴、及び、利点は、添付の図面を参照して与えられる以下の具体的な記載から明らかになるであろう。

図１及び２に示される実施態様において、本発明に従った流体回路内の流体の流れを制御するためのソレノイド弁は、具体的には、１つの軸方向流体ダクト１ａと、２つの横方向流体ダクト１ｂ，１ｃとを備える弁本体１を含む。弁本体１は、流体ダクト１ａ，１ｂ，１ｃ内の流体の流れを許容し或いは阻止するボール形状のストッパ１ｄを含む。ボール１ｄは、バネ１ｆによって第一シート１ｅに対して押圧された状態で保持されている。しかしながら、ボール１ｄは、第一シート１ｅから押し離され、対向する第二シート１ｇに押し付けられ得る。

ボール１ｄが第一シート１ｅに対して押圧されるとき、後者は横方向流体ダクト１ｂと横方向流体ダクト１ｃとの間の如何なる連絡も阻止する。その場合には、流体は、横方向ダクト１ｂと軸方向ダクト１ａとの間を循環し得る。他方、ボール１ｄが第二シートに対して押圧されるとき、後者は軸方向ダクト１ａを閉塞し、流体が軸方向シリンダボア１ｈを介して横方向ダクト１ｂ及び１ｃの間で循環することを許可し、軸方向シリンダボア内には、ロッド２が間隙を備えて係合されている。

この横方向ダクト１ｂ及び１ｃ間の流体循環は、本体１の軸方向シリンダボア１ｈの直径Ｄ１と、ボール１ｄを作動するようになるために軸方向シリンダボア１ｈ内で摺動するよう係合されたロッド２の直径Ｄ２との間の差によって可能とされている。

ソレノイド弁は、それ自体が機械的接続を形成するロッド２を作動するよう配置された電磁アクチュエータ３も含む。

カップリングが、電磁アクチュエータ３と弁本体１との間に設けられている。カップリングは、電磁アクチュエータ３を取り囲み且つ弁本体１に嵌合されるショルダ５０上に係合されるジャケット４を含む。よって、このジャケット４は、軸方向係合の電磁アクチュエータ３を弁本体１に対して係合方向ｌ−ｌに保持する。

本発明によれば、弁本体１は、その端部に周縁溝１２を含む。本体保持ショルダ５０は、図２に示されるように周縁溝１２内に径方向に係合される、２つの適合する半ワッシャ１３ａ，１３ｂの組立体を含む。次に、半ワッシャ１３ａ，１３ｂは、図１に示されるように、ジャケット４によって周縁溝１２内に径方向に保持される。

嵌合本体保持ショルダ５０の実施は、単純、迅速、且つ、低コストである。

具体的には、それは概ね軸対称な外部円筒形状を有する弁本体１の低コストな製造を可能にする。

これは特に多くの高価な機械加工操作を抑え、大量の材料の節約を可能にする。

加えて、弁本体のそのような概ね軸対称な外部円筒形状は、それに用いられたプランジカット精密研削よりも安価な送り精密研削操作を可能にする。

弁本体１の外径Ｄ３は、ソレノイド弁の使用に特有である。エンジンブロック内に形成された流体回路内の流体の流れを制御するために、弁本体１を、例えば、エンジンブロックのボア内に係合し得る。従って、エンジンブロックのボアは、弁本体１に付与されなければならない外径Ｄ３を直接的に決定する。

電磁アクチュエータ３に関しては、後者は、流体回路内の流体の流れを制御するためにボール１ｄに加えられなければならない力の関数である外径Ｄ４を有する。従って、この力は、バネ１ｆによって加えられる反発力、及び、ダクト１ａ，１ｂ，１ｃ内を循環する流体の圧力に依存する。よって、作動力は、ソレノイド弁によってなされることが好ましい使用、及び、それに依存する外径Ｄ４に特有である。

外径Ｄ３及びＤ４は結果的に極めて異なり得ることが強調される。よって、ショルダ５０は、かなりであり得る高さｈを有し得るし、本発明によれば、これはソレノイド弁を製造するコストを増大しない。一方、それに使用される技術を用いることで、中実な軸対称の円筒形弁本体を製造するコストは、その高さｈに比例する。

電磁アクチュエータ３は、概ね円筒形状の巻線５を含み、係合方向ｌ−ｌに沿って、その中心に、第一端部５ｂと第二端部５ｃとの間の円筒形ハウジング５ａを定める。

電磁アクチュエータ３は、巻線５の周囲に配置されたケーシング６を含み、第一端部５ｂで巻線５の円筒形ハウジング５ａを閉塞している。ハウジング６はプラスチック製であってよく、それは強磁性ワッシャ１４を磁気回路の第一極１４ａを形成する第一端部５ｂに対して保持している。ジャケット４を有利に強磁性材料で形成し得る。よって、ジャケットは巻線５によって発生する磁界を伝導する主電機子片を形成する。

プラスチックケーシング６は薄い厚さｅを有し、強磁性ジャケットとワッシャとの間で磁気伝導が可能であるよう、強磁性ジャケット４とワッシャ１４とを分離している。この磁気伝導を向上するために、ワッシャ１４が、プラスチックケーシング６の全長に亘って形成される溝に係入する周縁歯、次に空隙なくジャケット４と接触するようになる歯を含むことも可能である。

磁性コア７は、巻線５の円筒形ハウジング５ａ内で係合方向ｌ−ｌに縦並進して移動可能であるよう取り付けられている。

ロッド２は、可動な磁性コア７を軸方向に押し、後者が巻線５の円筒形ハウジング５ａ内を摺動するときに、巻線５の圧力下で弁本体１の円筒形軸方向ボア１ｈ内を摺動する。ダクト１ａ，１ｂ，１ｃ内の流体の流れを許容し或いは阻止するよう、ボール１ｄはこのように作動される。

図１乃至５の実施態様において、巻線５の円筒形ハウジング５ａ内の可動な磁性コア７の動作は、強磁性固定コア８によって制限される。固定コア８は、巻線５の円筒形ハウジング５ａ内に部分的に係入され、磁性回路の第二極８ａを形成する。ロッド２が自由に摺動するよう、それは軸方向ボア８ｂで穿孔される。

この固定コア８は、固定コア８の周縁に適合され且つ取り付けられたコア保持片９によって電磁アクチュエータ３上に保持され、ジャケット４によって保持されている。

コア保持片９を有利に強磁性材料で構成し、ジャケット４を同様に強磁性材料で構成され得る固定コア８に磁性的に接続し得る。よって、ジャケット４、コア保持片９、固定コア８、及び、ワッシャ１４によって、磁性ループが形成される。この磁性ループは、可動な磁性コア７を円筒形ハウジング５ａ内で移動するために作動力を発生するよう、巻線５によって発生する磁界を導く。

巻線５が給電されると、可動な磁性コア７は、円筒形ハウジング５ａ内で係合方向ｌ−ｌに固定コアに向かって移動し、よって、ボール１ｄをバネ１ｆによって加えられる復元力に抗して押すために、ロッド２を弁本体１の軸方向シリンダボア１ｈ及び固定コア８の軸方向ボア８ｂ内で摺動させる。よって、軸方向ダクト１ａ内の流体の循環を阻止し、次に、流体が横方向ボア１ｂ，１ｃ内で循環するのを許容するよう、ボール１ｄは第二シート１ｇを閉塞するようになり、軸方向シリンダボア１ｈの内径よりも小さなロッド２の直径Ｄ１の故に、流体は軸方向シリンダボア１ｈ内を循環し得る。

巻線５が最早給電されないと、後者は可動な磁性コア７に作動力を加えず、バネ１ｆはボール１ｄを第一シート１ｅに対して押し、ロッド２を軸方向シリンダボア１ｈ内で摺動させ、円筒形ハウジング５ａ内の可動な磁性コア７を係合方向ｌ−ｌに第一極１４ａに向かって摺動させる。

図１に例証される実施態様において、弁本体１の外径Ｄ３は、円筒形ハウジング５ａの直径よりも大きい。この場合には、固定コア８はより小さな直径を有し、巻線５の第二端部５ｃで円筒形ハウジング５ａを閉塞すると同時に、弁本体１を電磁アクチュエータ３上で心出しするのに適している。固定コア８は、その他端で弁本体１の適合する軸方向ハウジング１ｉ内に係入している。

しかしながら、もし外径Ｄ３が巻線５の円筒形ハウジング５ａの直径と同一であるならば、弁本体１自体が巻線５の円筒形ハウジング５ａ内に部分的に係入される軸方向ノーズを含み、磁性回路の第二極８ａを形成することを想定し得る。磁気ループを閉塞するために、弁本体１、及び、本体１を保持するための適合半ワッシャ１３ａ，１３ｂの少なくとも１つを、強磁性材料で形成し得る。

一方では、本体１の外径Ｄ３が円筒形ハウジング５ａの直径と異なるとき、他方では、ソレノイド弁を軽量化するために、或いは、ソレノイド弁の使用の脈絡で弁本体１に特定の非強磁性材料が必要とされるので、弁本体１を非強磁性材料、例えば、アルミニウムから製造することが望ましいとき、固定コア８を用いることはこのように有用である。

図面に示される具体的な実施態様において、適合半ワッシャの１つ、この場合には、半ワッシャ１３ａは、それ自体がソレノイド弁の取付ラグ４０ａを形成するために径方向に引き延ばされている。取付ラグ４０ａは、例えば、締結ネジが通過するための孔４０ｂで穿孔されている。取付ラグ４０ａは、弁本体１と電磁アクチュエータ３との間の接合面にあり、弁本体１が挿入される水圧ブロックの外面を押圧し得る。

図面に例証される実施態様において、ケーシング６は、軽量且つ低コストな材料、例えば、プラスチックで形成される。

しかしながら、必要な場合には、ケーシング６が強磁性材料から成ることも着想可能である。その場合には、ケーシング６は磁界を磁性ループ内に伝導することに関与する。

これはより大きな作動力を得るのに役立つ。

本発明は明示的に記載された実施態様に限定されず、それは請求項の範囲内に含まれる多様な変形及び普遍化を含む。

本発明の１つの実施態様に従ったソレノイド弁を示す断面図である。 図１の実施態様における弁本体上の２つの適合する半ワッシャの組立体を示す斜視図である。

符号の説明

１ 弁本体
１ａ 軸方向ダクト
１ｂ 横方向ダクト
１ｃ 横方向ダクト
１ｄ ストッパ
１ｅ 第一シート
１ｆ バネ
１ｇ 第二シート
１ｉ 軸方向ハウジング
２ ロッド
３ 電磁アクチュエータ
４ ジャケット
５ 巻線
５ａ 円筒形ハウジング
５ｂ 第一端部
５ｃ 第二端部
６ ハウジング（ケーシング）
７ 磁性コア
８ 強磁性固定コア
８ａ 第二極
８ｂ 軸方向ボア
１２ 周縁溝
１３ａ 半ワッシャ
１３ｂ 半ワッシャ
１４ ワッシャ
１４ａ 第一極
４０ａ 取付ラグ
４０ｂ 孔
５０ ショルダ

Claims (11)

1. 流体回路内の流体の流れを制御するためのソレノイド弁であって、
   少なくとも１つの流体ダクトと、少なくとも１つの周縁溝と、前記流体ダクト内の流体の流れを許容し或いは阻止するためのストッパと、該ストッパを作動するための機械接続とを有する弁本体と、
   前記機械接続を作動するために配置された電磁アクチュエータと、
   該電磁アクチュエータを取り囲み且つ前記弁本体から突出するショルダに係合されたジャケットを介して、軸方向係合の電磁アクチュエータを弁本体に対して係合方向に保持する、前記電磁アクチュエータと前記弁本体との間のカップリングとを含み、
   前記ショルダは、前記周縁溝内に径方向に係入し且つ前記ジャケットによって前記周縁溝内に径方向に保持される２つの適合する半ワッシャの組立体を含むことを特徴とするソレノイド弁。
2. 前記電磁アクチュエータの外径は、係合方向の周りで、前記弁本体の外径よりも著しく大きいことを特徴とする、請求項１に記載のソレノイド弁。
3. 前記弁本体は、概ね軸対称な外部円筒形状を有することを特徴とする、請求項１に記載のソレノイド弁。
4. 前記電磁アクチュエータは、
   前記係合方向に沿ってその中心に第一端部と第二端部との間に円筒形ハウジングを定める概ね円筒形状の巻線と、
   該巻線の周りに配置され、前記第一端部で前記巻線の前記円筒形ハウジングを閉塞し、且つ、磁性回路の第一極を形成するために、強磁性ワッシャを前記第一端部に対して保持するケーシングと、
   前記巻線の前記円筒形ハウジング内で縦並進で移動され得る磁性コアとを含むことを特徴とする、請求項１に記載のソレノイド弁。
5. 前記機械接続は、前記可動な磁性コアの動作中にストッパを作動するために、前記弁本体の軸方向シンンダボア内を摺動するロッドを含むことを特徴とする、請求項４に記載のソレノイド弁。
6. 前記弁本体は、前記巻線の前記円筒形ハウジング内に部分的に係入され且つ前記磁性回路の第二極を形成する軸方向ノーズを含むことを特徴とする、請求項４に記載のソレノイド弁。
7. 前記軸方向ノーズは、前記弁本体の端部に嵌合された固定された強磁性コアであることを特徴とする、請求項６に記載のソレノイド弁。
8. 前記固定コアは、少なくとも１つのコア保持片によって前記電磁アクチュエータに保持され、前記固定コアの周縁に嵌合され且つ取り付けられ、前記ジャケットによって保持されることを特徴とする、請求項７に記載のソレノイド弁。
9. 前記少なくとも１つのコア保持片は強磁性材料から成り、前記固定コアを前記ジャケットに磁性的に接続し、前記弁本体は非磁性材料から成ることを特徴とする、請求項８に記載のソレノイド弁。
10. 前記弁本体は強磁性材料から成り、前記適合する半ワッシャの少なくとも１つは強磁性材料から成り、前記弁本体を前記ジャケットに磁気的に接続することを特徴とする、請求項４に記載のソレノイド弁。
11. 当該ソレノイド弁の取付ラグを形成するために、前記適合する半ワッシャの少なくとも１つは、径方向に引き延ばされていることを特徴とする、請求項１に記載のソレノイド弁。

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