JP2007154947A

JP2007154947A - ソレノイドバルブ

Info

Publication number: JP2007154947A
Application number: JP2005348727A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Nakane; 浩幸中根
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-12-02
Filing date: 2005-12-02
Publication date: 2007-06-21

Abstract

【課題】プランジャ１２の連通穴１６の設置位置の適正化により、プランジャ１２の磁気特性の違い（アンバランス）を解消し、径方向にバランスのある吸引力を発生するソレノイドバルブ１を提供すること。
【解決手段】ステータコア１１の内部に軸方向に往復移動可能に収容されるプランジャ１２の移動方向の前後に構成される空間と、呼吸経路１８、１９を通じて外部と連通（呼吸）されるソレノイド部１０において、プランジャ１２の前後面に軸方向に貫通する連通穴１６をプランジャ１２の軸方向中心軸対称に設けることによって、プランジャ１２の磁気特性のアンバランスを解消し、サイドフォースの発生を低減する。
【選択図】図１

Description

本発明は、コイルの励磁でプランジャを駆動させるソレノイド部と、摺動可能なスプールを内蔵するスプール弁部とを一体的に構成したソレノイドバルブに関し、特に、プランジャの前後空間に外部と連通する呼吸通路を設けているソレノイドバルブの構造に関するものである。

〔従来の技術〕
一般に、ソレノイドバルブは、ソレノイド部と、スプールを内蔵したスプール弁部とを一体的に結合して構成される。ソレノイドバルブは、ソレノイド部のプランジャが通電により駆動されるとともにスプールが往復摺動することにより、流体（作動油）の流れる通路、つまり流路を開閉したり、もしくは開度を変えることによって作動油の流量や圧力を制御する。

ソレノイドバルブが適正に作動し、正確な制御ができるためには、プランジャが往復移動するときプランジャの往復移動方向の前後の空間の容積が変化しても、プランジャの往復移動方向の前後の空間がダンパにならないことが望ましい。プランジャの往復移動方向の前後の空間がダンパになると、プランジャの往復移動が妨げられ、つまりスプールの往復摺動が妨げられ、正確な制御ができなくなる。

従来、プランジャの往復移動を妨げないように、プランジャの往復移動方向の前後の空間をプランジャの前後面の一箇所に貫通する連通穴を開けて、さらにプランジャ収容部と外部との間に呼吸経路を形成することが行われている。例えば、特許文献１に開示されるソレノイドバルブでは、プランジャの前後面の一箇所を貫通する連通穴と、プランジャ収容部の反スプール弁体部側の空間と外部との間に呼吸経路が形成されている（図４参照）。

特許文献１に開示されるソレノイドバルブ１００は、図４に示すように、ソレノイド部１１０とスプール弁部１２０とを備えている。スプール弁部１２０は、スリーブ１２２内にスプール１２１を摺動可能に配設させている。スプール１２１のソレノイド部１１０側端部（図中右方）に形成する軸部１２５には異物侵入防止用のダイアフラム１２６を嵌着する構成となっている。また、スプール弁部１２０の反ソレノイド側端部（図中左方）には、図示右方向に付勢する付勢手段であるばね１２４が備えられている。

ソレノイド部１１０は、ヨーク１１４と、フランジ部を有するステータコア１１１と、ステータコア１１１に外装するコイル１１３と、ステータコア１１１内を移動可能に配置するプランジャ１１２と、ヨーク１１４に一体的に装着するコネクタ１１５とを備えている。プランジャ１１２には前後面の一箇所を貫通する連通穴１１６が備えられ、プランジャ１１２とプランジャ１１２を移動可能に収容するステータコア１１１とによって形成されるプランジャ１１２の前後の空間がダンパにならないように構成されている。

また、ヨーク１１４はコイル１１３を収容し磁路を形成するヨーク筒部と、ステータコア１１１の後方に嵌着して同様に磁路を形成するリングコア筒部の二段の段差筒型構造を備えている。そして、リングコア筒部の底部には円形状の凹部１１７が備えられ、凹部１１７に連通する放射状に少なくとも一条の溝部が備えられ、内部呼吸経路１１８を構成している。リングコア筒部の内壁にはその底部の溝部と連続する軸方向に少なくとも一条の溝部が備えられ、同じく内部呼吸経路１１８を構成している。また、リングコア筒部の前端段差面に内部呼吸経路１１８に連続する放射状に少なくとも一条の細い溝部が設けられ呼吸経路１１８ａを形成している。同時に、ヨーク筒部の内壁には、上記のリングコア筒部の前端段差面に備えられた呼吸経路１１８ａと連続し、軸方向に少なくとも一条の溝部が備えられて、外部呼吸経路１１９を構成している。そして、この外部呼吸経路１１９はコネクタ１１５の取付け位置に、コネクタ１１５と干渉しないようにヨーク筒部に逃しの切り欠きを備えた部位に位置し、外部に開放されている。

図４に示すように、内部呼吸経路１１８と外部呼吸経路１１９と呼吸経路１１８ａとは折れ曲がった形状で連通し、呼吸可能となっている。従って、プランジャ１１２の往復移動は、前後の空間がダンパとして作用することなく、円滑な往復移動が達成できる。

〔従来技術の不具合〕
しかし、特許文献１のプランジャは、前後面を貫通する連通穴が一箇所、プランジャの中心軸からずれた位置に形成されている。プランジャの中心軸はスプールに推力を加える当接位置であり、中心に連通穴を設置することを避け、中心より偏心した位置に連通穴を一個設置している。このことより、このプランジャ形状では、連通穴のある側とない側で磁気特性に違いが生じ、バランスがくずれ、プランジャの径方向に吸引される力、つまりサイドフォースが大きくなる欠点がある。サイドフォースが大きくなると、ソレノイド特性において、ヒステリシスが増大する問題が発生する。
特開２００３−３２９１６４号公報

そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、プランジャの連通穴の設置位置の適正化により、プランジャの磁気特性の違いを解消し、径方向にバランスのある吸引力を発生するソレノイドバルブを提供することを目的とする。

〔請求項１の手段〕
本発明では、内部にプランジャを軸方向へ移動可能に収容し、プランジャに磁気吸引力を作用するための磁路を形成するステータコアと、ステータコアに外装して磁束を生じるコイルと、コイルを覆って磁路とカバーを兼ねるヨークとからなるソレノイド部を備え、
一端がプランジャに当接し、プランジャの移動とともに摺動するスプールと、スプールの他端には、スプールを閉弁方向に付勢する付勢手段を備え、スプールの往復摺動による流体通路の開閉によって流量を制御するスプール弁部とを備えたソレノイドバルブにあって、スプール弁部のプランジャ側端部に設置され、プランジャ側にスプール弁部側から異物が侵入することを防止する異物遮断部材とを備え、ステータコア内をプランジャの往復移動により形成されるプランジャの前後の空間を、プランジャの前後面に軸方向に貫通する呼吸通路を設けて連通させ、同時に、空間はカバーを兼ねるヨークの内周面に形成された呼吸経路と連通させ、カバー（ヨーク）の内部と外部を呼吸させる呼吸経路を備えるソレノイドバルブにおいて、プランジャの呼吸通路は、プランジャの軸方向中心軸対称に設けられたことを特徴としている。

これによれば、プランジャの呼吸通路を除く中実部の軸方向各断面において磁気特性のバランスを改善することができ、プランジャの径方向の吸引力、つまりサイドフォースを低減することができる。よって、このサイドフォースの低減により、ソレノイドバルブのヒステリシスを低減することができる。

〔請求項２の手段〕
請求項１に記載のソレノイドバルブにおいて、プランジャの軸方向の任意の断面において、その中心を通る直線にて分けられる二つの断面積を等しくすることを特徴としている。

これによれば、請求項１と同様な効果が得られるが、二つの断面積を等しくさせればよいので穴あけ加工以外の加工法、例えば成形加工が採用でき、簡単に、精度よく、また歩留まりを向上させることが可能となる。

本発明の最良の実施形態を、図に示す実施例１とともに説明する。

〔実施例１の構成〕
図１（ａ）は、本実施例におけるソレノイドバルブの軸方向断面図であり、同図（ｂ）は、本実施例におけるプランジャの斜視図である。

図１（ａ）に示すように、本発明のソレノイドバルブ１は、ソレノイド部１０とスプール弁部２０とから構成される。
スプール弁部２０は、可動部材としてのスプール２１が固定部材であるスリーブ２２内を軸方向に往復移動自在に収容され、ソレノイド部１０の駆動によって、このスプール２１の位置を調整することにより、作動油の流量もしくは圧力を制御するようになっている。

なお、本実施例の棒状の形状を有するソレノイドバルブ１において、軸方向のスプール弁部２０側を前方と称し、ソレノイド部１０側を後方と称して、以下前後方向はこれに従うものとする。

スプール２１は、複数の異径の段差部を備えており、スリーブ２２の内周面に挿入される。また、スリーブ２２の内周面にはポートが備えられ、スプール２１の各段差部との間に空間を構成し、ソレノイド部１０の駆動によるスプール２１の移動によって、各空間と各ポートをそれぞれ遮断あるいは連通させて、作動油の流入および流出量を変えて、作動油の流量もしくは圧力を制御するようになっている。作動油に含まれる異物がソレノイド部１０内に侵入することを防止する異物遮断部材であるダイアフラム２６がスプール２１後端の軸部２５の略中央に備えられた円環状の溝部に嵌着されている。また、スプール弁部２０の前端部には、スプール２１に突出軸部が形成されて、突出軸部にスプール２１もしくはプランジャ１２を図示右方向に付勢する付勢手段であるばね２４が装着されている。

スプール２１の移動（ストローク）のための推力は、ソレノイド部１０のプランジャ１２に作用する磁気吸引力により駆動され、ストロークがソレノイド部１０に印加する電流によって制御される。

ソレノイド部１０は、磁気吸引力を生じるプランジャ１２と、プランジャ１２を収容するステータコア１１と、ステータコア１１の外周には励磁のためのコイル１３と、コイル１３に電気的通電を図るコネクタ１５と、コイル１３に生じる磁束の通り道（磁路）を形成するヨーク１４によって構成される。また、ステータコア１１の内周には磁気抵抗を大きくした薄肉部が設けられている。ソレノイド部１０は、この磁気回路によって駆動される。通電によりコイル１３を励磁することで発生する磁束は、この磁気回路を流れるが、ステータコア１１の薄肉部によってプランジャ１２へ流れ、プランジャ１２には磁気吸引力が発生する。

図１（ａ）において、ヨーク１４は、前端が開口し、後端が有底の筒型の中空筒体で、その前端の開口筒部には後述するステータコア１１のフランジ部とスリーブ２２の鍔部とをかしめ加工により固定するための肉盗みが備えられている。また、ヨーク１４の後端の有底筒部には段差を設けて径小の筒状部を形成し、ステータコア１１の円筒後端部と嵌着可能に形成されて、磁気回路としてのリングコアを兼ねている。ここで、リングコアを兼ねる段差構造の径小の筒状部をリングコア筒部と呼び、一方、前端の開口筒部をヨーク筒部と呼ぶこととする。

また、ヨーク１４はコイル１３を収容し磁路を形成するヨーク筒部と、ステータコア１１の後方に嵌着して同様に磁路を形成するリングコア筒部の二段の段差筒型構造を備えている。そして、リングコア筒部の底部には円形状の凹部１７が備えられ、凹部１７に連通する放射状に少なくとも一条の溝部が備えられ、内部呼吸経路１８を構成している。リングコア筒部の内壁にはその底部の溝部と連続する軸方向に少なくとも一条の溝部が備えられ、同じく内部呼吸経路１８を構成している。また、リングコア筒部の前端段差面に内部呼吸経路１８に連続する放射状に少なくとも一条の細い溝部が設けられ呼吸経路１８ａを形成している。同時に、ヨーク筒部の内壁には、呼吸経路１８ａと連続し、軸方向に少なくとも一条の溝部が備えられて、外部呼吸経路１９を構成している。そして、この外部呼吸経路１９はコネクタ１５の取付け位置に、コネクタ１５と干渉しないようにヨーク筒部に逃しの切り欠きを備えた部位に位置し、外部に開放されている。

ステータコア１１は、内部にプランジャ１２を往復自在に移動支持する円筒部と、スプール弁部２０にダイアフラム２６を挟装するフランジ部を有し、フランジ部と円筒部は磁路を構成している。また、ステータコア１１の円筒部の磁路内には、その前端近傍に、薄肉部からなる磁気遮断部が形成されている。磁気遮断部は磁気抵抗が大きく、磁束が磁気遮断部を流れる代りに内部に収容されるプランジャ１２側に流れる。

コイル１３は樹脂によって円筒形状にモールド成形され、同時にコイル１３に給電するコネクタ１５と一体的に成形され、コイル１３の導線とコネクタ１５のターミナルは電気的に接続され、コネクタ１５の通電によりコイル１３を励磁するようになっている。そして、ステータコア１１の外周面に同軸的に嵌着されるよう滑らかな内周面を有している。

また、プランジャ１２はステータコア１１の内周に所定の隙間（磁気クリアランス）を確保して滑らかな往復移動可能な中実の円筒体であり、その前後面に貫通する連通穴１６が少なくともプランジャ１２の軸方向中心軸対称に設けられている。図示例では、二個の一様な連通穴１６が中心軸対称に開けられ、貫通している。この連通穴１６は、ステータコア１１の内部をプランジャ１２が往復移動するに際し、プランジャ１２の移動方向の前後に形成される空間を連通して、プランジャ１２が移動しても空間がダンパとして作用しないための呼吸通路である。

〔実施例１の作用〕
次に、上記した構造および組付けになる本発明によるソレノイドバルブ１の作動について説明する。
コネクタ１５の通電によりコイル１３を励磁することで磁束が発生する。発生した磁束は、ステータコア１１とヨーク１４の磁路を循環して流れる。しかし、ステータコア１１の薄肉部においては磁気抵抗が大きく、磁束はプランジャ１２に流れ込むこととなる。このときプランジャ１２を吸引する磁気吸引力が発生する。この磁気吸引力は前方に作用し、プランジャ１２はスプール２１を付勢手段であるばね２４の付勢力に抗して押圧し、スプール２１に推力とストロークを発生させる。このストロークによってスプール２１の各段差部とスリーブ２２の各ポートとのシール部のシール長さが変わり、流入もしくは流出する作動油の流量を変化させることとなる。

そして、通電がオフされると、スプール２１とプランジャ１２はスプール２１の前端部に備えられた付勢手段であるばね２４の付勢力によって、初期停止位置まで押し戻されることとなる。

以上より、所望の流量もしくは圧力の設定には、ソレノイド部１０のプランジャ１２の磁気吸引力による円滑な移動によりスプール２１にストロークを与え、このストロークによってシール長さを変え、流量もしくは圧力を簡単に、かつ迅速に設定できる。このとき、プランジャ１２の前後に構成される空間は外部と呼吸可能に連通しており、結果、正確に、かつ迅速に流量もしくは圧力の設定がされる。

〔実施例１の効果〕
本実施例では、プランジャ１２の前後に構成される空間は外部と呼吸可能に連通しており、しかもプランジャ１２の前後面を貫通する連通穴１６は、プランジャ１２の軸方向中心軸対称に設けられているので、プランジャ１２の連通穴１６を除く残る中実部の軸方向各断面において磁気特性のバランスを改善することができ、プランジャ１２の径方向の吸引力、つまりサイドフォースを低減することができる。よって、このサイドフォースの低減により、ソレノイドバルブ１のヒステリシスを低減することができる。

〔変形例１〕
実施例１では、ステータコア１１の内周に所定の磁気クリアランスを確保して滑らかな往復移動可能なプランジャ１２の前後面に貫通する一様な連通穴１６が少なくともプランジャ１２の軸方向中心軸対称に設けられている。しかし、これに限ることなく、図２（ａ）に示すように、中心軸対称に設けられる連通穴１６は、軸方向に漸次大径化、もしくは小径化する、つまり緩やかな勾配を有するテーパ穴であっても構わない。テーパ穴であれば、テーパ抜き勾配が得られるので成形加工手段が採用可能となって、切削による穴あけ加工に比べ簡単かつ迅速に、つまり製造コストの低減が可能な構造とすることができる。

また、他の変形例として、軸方向中心軸対称に設けられた連通穴１６が緩やかな勾配を有するテーパ穴に限ることなく、図２（ｂ）に示すように、軸方向に貫通する連通穴１６が、小径穴と大径穴との段差構造にて連続する連通穴１６であっても構わない。この段差構造による連通穴１６では、成形加工手段の採用時において、成形型構造のピン径が大きく採れるので剛性が高く、加工が容易となる。また、図２（ｃ）に示すように、段差構造による連通穴１６が大径穴部において、一つに連なって軸中心に特大径の連通穴１６を一個設けるのみで、この特大径の連通穴１６の前端部に小径の連通穴１６が中心軸対称に設けられた段差構造の連通穴構造であってもよい。これにより、さらにピン径が大きく、剛性が強くなるので、加工がより容易となる。
これら変形例の連通穴１６は、中心軸対称に設けられており、さらに、プランジャ１２の軸方向の任意の断面において、その中心を通る直線にて分けられる二つの断面積を等しくする連通穴構造であるため、磁気特性のバランスを改善することができ、プランジャ１２の径方向の吸引力、つまりサイドフォースを低減することができる。

〔変形例２〕
実施例１では、ステータコア１１の内周に所定の磁気クリアランスを確保して滑らかな往復移動可能なプランジャ１２の前後面に貫通する一様な連通穴１６がプランジャ１２の内部に、軸方向中心軸対称に設けられている。しかし、これに限ることなく、図３（ａ）に示すように、プランジャ１２の外部に、プランジャ１２の前後面を連通する溝形状の一様な連通穴１６が、プランジャ１２の軸方向中心軸対称に設けられていても良い。
これによれば、実施例１と同様な効果が得られるが、プランジャ１２の外部に設けることが可能となって、穴あけ加工以外の加工法、例えば成形加工が採用できるので、簡単に、精度よく、また歩留まりを向上させることが可能となる。

また、他の変形例として、プランジャ１２の外部に、軸方向中心軸対称に設けられた連通穴１６が、プランジャ１２の前後面を連通する溝形状に限ることはなく、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、プランジャ１２の前後面を連通する切り欠き形状の一様な連通穴１６であってもよい。また、切り欠き形状の連通穴１６は、プランジャ１２の軸方向に一様な切り欠き形状を備えていてもよく、また、その切り欠き形状は軸方向に緩やかな勾配を有して、もしくは段差を有して漸次大きく、または小さくなる切り欠き形状であってもよい。これによれば、溝形状加工よりも簡単に、迅速に加工ができ、また、成形加工時でも成形型構造が剛性を高めることができ、加工が容易となる。
これら変形例の連通穴１６は、中心軸対称に連通穴１６が設けられており、さらに、プランジャ１２の軸方向の任意の断面において、その中心を通る直線にて分けられる二つの断面積を等しくする連通穴構造であるため、磁気特性のバランスを改善することができ、プランジャ１２の径方向の吸引力、つまりサイドフォースを低減することができる。

（ａ）はソレノイドバルブの軸方向断面図であり、（ｂ）はプランジャの斜視図である（実施例１）。（ａ）〜（ｃ）は、それぞれプランジャの斜視図である（変形例１）。（ａ）〜（ｃ）は、それぞれプランジャの斜視図である（変形例２）。（ａ）はソレノイドバルブの軸方向断面図であり、（ｂ）はプランジャの斜視図である（従来例）。

符号の説明

１ソレノイドバルブ
１０ソレノイド部
１１ステータコア
１２プランジャ
１３コイル
１４ヨーク
１５コネクタ
１６連通穴（呼吸通路）
１７凹部
１８内部呼吸経路
１８ａ呼吸経路
１９外部呼吸経路
２０スプール弁部
２１スプール
２２スリーブ
２４ばね
２５スプールの後端の軸部
２６ダイアフラム（異物遮断部材）

Claims

内部にプランジャを軸方向へ移動可能に収容し、該プランジャに磁気吸引力を作用するための磁路を形成するステータコアと、該ステータコアに外装して磁束を生じるコイルと、該コイルを覆って前記磁路とカバーを兼ねるヨークとからなるソレノイド部を備え、
一端が前記プランジャに当接し、前記プランジャの移動とともに摺動するスプールと、前記スプールの他端には、前記スプールを閉弁方向に付勢する付勢手段を備え、前記スプールの往復摺動による流体通路の開閉によって流量を制御するスプール弁部とを備えたソレノイドバルブにあって、
前記スプール弁部の前記プランジャ側端部に設置され、前記プランジャ側に前記スプール弁部側から異物が侵入することを防止する異物遮断部材とを備え、
前記ステータコア内を前記プランジャの往復移動により形成される前記プランジャの前後の空間を、前記プランジャの前後面に軸方向に貫通する呼吸通路を設けて連通させ、同時に、前記空間は前記カバーを兼ねる前記ヨークの内周面に形成された呼吸経路と連通させ、前記カバー（ヨーク）の内部と外部を呼吸させる前記呼吸経路を備えるソレノイドバルブにおいて、
前記プランジャの呼吸通路は、前記プランジャの軸方向中心軸対称に設けられたことを特徴とするソレノイドバルブ。
請求項１に記載のソレノイドバルブにおいて、
前記プランジャの軸方向の任意の断面において、その中心を通る直線にて分けられる二つの断面積を等しくすることを特徴とするソレノイドバルブ。