JP2008082430A - ソレノイドバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】ケース部材が固定コアをソレノイドコイルの軸芯に対してセンタリングする機能を併せ持ちながらも、ソレノイドコイルの内部の構成が損傷を受け難いソレノイドバルブを提供する。
【解決手段】ソレノイドコイル２と、ソレノイドコイル２の一端側に開放される有底筒状の固定コア３と、ソレノイドコイル２の他端側に内装された可動コア４と、ソレノイドコイル２の外周面及び端面と固定コア３の開口部３ｃとを覆い、固定コア３の内面を内嵌支持する突起部７ｃを備えたケース部材７と、可動コア４を固定コア３から離間する方向に付勢する付勢部材８と、を備えてなるソレノイドバルブとした。
【選択図】図１

Description

本発明はソレノイドバルブに関する。より具体的には本発明は、軸芯回りで環状に巻回されたソレノイドコイルと、ソレノイドコイルの一端側に係止された固定コアと、ソレノイドコイルの他端側に、軸芯に沿って往復可能に内装された磁性体の可動コアと、ソレノイドコイルの外周に沿って延びつつ固定コアを支持する磁性体のケース部材と、可動コアを固定コアから離間する方向に付勢する付勢部材と、可動コアの往復移動に基づいて開閉される流体ポートを有する弁ハウジングと、を備えてなるソレノイドバルブに関する。

この種のソレノイドバルブとしては、本発明に関連する先行技術文献情報として下記に示す特許文献１がある。この特許文献１に記されたソレノイドバルブでは、ソレノイドコイルに電流を流すと、固定コアから可動コア、ケース部材を経て固定コアに戻る磁気回路が形成され、磁気抵抗を減らすべく可動コアが固定コアに向けて吸引されるので、流体ポートの開放または閉鎖の操作が行われる。

また、特許文献１に記されたソレノイドバルブでは、中実の固定コアにその一端がソレノイドコイルから頭部が十分に突出する長さを持たせてあり、他方、ケース部材のソレノイドコイルの端面を覆うように延びた板状の部位に、固定コアの頭部を外嵌係止するための貫通孔を設けているので、ケース部材に固定コアをソレノイドコイルの軸芯に対してセンタリングする機能を併せ持たせた構成が実現されている。

特開平６−２７２７８３号公報（段落番号００１０、図１）

しかし、特許文献１に記されたソレノイドバルブでは、固定コアの頭部が露出しているために、前記頭部が何らかの外力によって衝撃を受けた場合に、この衝撃が固定コアの基端側に直接伝達され、ソレノイドコイルを巻回するために固定コアを包囲しているボビン等に損傷が発生し易いという問題があった。

そこで、本発明の目的は、上に例示した従来技術によるソレノイドバルブの持つ前述した欠点に鑑み、ケース部材が固定コアをソレノイドコイルの軸芯に対してセンタリングする機能を併せ持ちながらも、ソレノイドコイルの内部の構成が損傷を受け難いソレノイドバルブを提供することにある。

本発明の第１の特徴構成は、
軸芯回りで環状に巻回されたソレノイドコイルと、
前記ソレノイドコイルの一端側に内装され、前記一端側に向かって開放される開口部を備えた有底筒状の磁性体からなる固定コアと、
前記ソレノイドコイルの他端側に、前記軸芯に沿って往復移動可能に内装された磁性体の可動コアと、
前記ソレノイドコイルの外周面及び端面と前記固定コアの前記開口部とを覆い、且つ、前記固定コアの内面に内嵌して前記固定コアを支持する突起部を備えた磁性体のケース部材と、
前記可動コアを前記固定コアから離間する方向に付勢する付勢部材と、
前記可動コアの往復移動に基づいて開閉される流体ポートを有する弁ハウジングと、を備えたソレノイドバルブとした点にある。

したがって、本発明の第１の特徴構成によるソレノイドバルブでは、ケース部材に形成された突起部が、固定コアの有底シリンダの内面にピストン状に内嵌係入される形で、固定コアをソレノイドコイルの軸芯に対して精度良くセンタリングさせ、同時に、前記内嵌係入によって固定コアとケース部材とを一体化できるので、固定コアとケース部材とを溶接やカシメなどの煩雑な作業で接合する必要がない。また、固定コアの全体がケース部材によって覆われ、固定コアの頭部が外部に露出しないので、ソレノイドバルブが受ける衝撃によってソレノイドコイル内のボビン等が損傷を受ける虞が少ない。さらに、前記突起部の固定コアに対する係入深さを十分に確保すると、両部材が軸芯方向で十分に重ね合わされ、サイドギャップの面積を十分に確保できるので、可動コアに対する大きな磁気吸引力を得ることができる。

本発明の他の特徴構成は、前記ソレノイドコイルの他端側に、前記可動コアを収納するべく、前記他端側に向かって開放される有底筒状の非磁性体スリーブが内装されており、
前記ケース部材と前記固定コアの間に、前記固定コアの底面を前記非磁性スリーブの底面に押し付ける第２付勢部材が設置されている点にある。

本構成であれば、可動コアを収納した有底筒状の非磁性スリーブが設けられているので、ソレノイドコイルが通電から非通電に変化したとき、可動コアが固定コアの残留磁気の影響を受け難く、流体ポートの開放および閉鎖の両操作が円滑に行われる。また、第２付勢部材によって固定コアの底面と非磁性スリーブの底面とが面状に密着するので、両部材間の磁気抵抗が少なくなる。しかも、ケース部材と固定コアとは直接ではなく第２付勢部材を介して互いに軸芯方向で押し付け合っているので、一般に磁気損失を少なくするために可及的に薄くされている非磁性スリーブでも、ソレノイドバルブが受ける衝撃などによって変形や破損を受ける虞が少ない。

本発明の他の特徴構成は、前記第２付勢部材は、前記ケース部材の前記突起部の基端に外装設置された環状の弾性部材によって構成されている点にある。

本構成であれば、組立て時には、予め環状の弾性部材をケース部材の突起部の任意の箇所に外装させた上で、ケース部材の突起部を固定コアに係入させれば、環状の弾性部材からなる第２付勢部材は自然に前記突起部の基端部まで移動し、固定コアの筒状部の端面とケース部材の面との間に挟着された、正しい安定姿勢で確実に配置される。

本発明の他の特徴構成は、前記ケース部材に、前記弁ハウジングのフランジ部と係止するための係止部が設けられている点にある。

本構成であれば、例えば以下の要領で簡単にソレノイドバルブを組立てることができる。先ず、ケース部材の突起部の任意箇所に弾性部材を外嵌させ、次に、固定コアの開口部を突起部と対向させ、ソレノイドコイルの一端側をケース部材と固定コアとの間に挿入させ、非磁性体スリーブを、ソレノイドコイルの他端側に挿入し、非磁性体スリーブに付勢部材と可動コアとを挿入する。次に、弁ハウジングを非磁性体スリーブに当て付けて、ケース部材を弁ハウジングに近接するように変位させながらケース部材の係止部を弁ハウジングのフランジ部に係止させれば良い。この要領で組立て完了した状態では、収縮された環状の弾性部材（第２付勢部材）の復元力によって、磁気損失を抑制するように固定コアが非磁性スリーブの底面に押し付けられ、且つ、両部材がソレノイドコイルに対する移動を規制された正しい状態が得られる。

以下に本発明による最良の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１のソレノイドバルブは、主ハウジング２０Ａと、流体ポート１２を有する弁ハウジング２０Ｂとを備える。主ハウジング２０Ａには、ボビン１に導線を巻回して形成されたソレノイドコイル２が収納されている。ソレノイドコイル２の軸芯Ｘに沿った一端側２ａ（矢印Ａ方向寄りの部位）には固定コア３が内装され、ソレノイドコイル２の他端側２ｂ（矢印Ｂ方向寄りの部位）には可動コア４が内装されている。ソレノイドコイル２の外周面の大半と一方の端面２ｃ及び固定コア３の開口部３ａはケース部材７によって覆われている。主ハウジング２０Ａとボビン１とは非磁性体からなる。他方、固定コア３と可動コア４とケース部材７とは磁性体からなる。また、主ハウジング２０Ａにはソレノイドコイル２に給電するための電極部１９が設けられている。

固定コア３は円筒状のコア本体３ａと、コア本体３ａの一端を閉じる円板状の底部３ｂとが一体形成された、フランジ部のない有底筒状を呈しており、その開口部３ｃが矢印Ａ方向（前記一端側）に向かって開放される姿勢でソレノイドコイル２の内面に内嵌されている。
ケース部材７は、ソレノイドコイル２の外周面の大半を被覆する外装部７ａと、外装部７ａの一端から径方向内側に直角に延びた蓋状部７ｂとを有し、蓋状部７ｂの内面の中央からは、固定コア３の開口部３ｃの内部に向かって延びる中実で円柱状の突起部７ｃが一体的に立設されている。図１に示すように、この突起部７ｃは固定コア３の開口部３ｃ内に内嵌することで、固定コア３をソレノイドコイル２の軸芯Ｘと一致する位置に位置決め支持している。尚、ソレノイドコイル２によって発生する磁気の損失を少なくするために、固定コア３のコア本体３ａと突起部７ｃとの間には実質的に間隙が形成されていない。

ソレノイドコイル２の他端側には薄いステンレス鋼製の非磁性体スリーブ６が内装されている。非磁性体スリーブ６は、有底筒状のスリーブ本体６ａと、本体６ａの開口端に一体的に形成された環状のフランジ部６ｂとを備える。本体６ａは開口部が他端側に向かって開放される姿勢でソレノイドコイル２のボビン１に内装されており、非磁性体スリーブ６のフランジ部６ｂはソレノイドコイル２の外に位置する。可動コア４の主要部を非磁性体スリーブ６によって覆うことによって、ソレノイドコイル２が通電状態から非通電状態に変化したとき、可動コア４が固定コア３の残留磁気の影響を受け難くなり、可動コア４による流体ポート１２の開放（または閉鎖）の操作がより円滑に行われる。

可動コア４は、この非磁性体スリーブ６の内部に軸芯Ｘに沿って摺動自在に収納された可動コア本体４ａと、可動コア本体４ａから矢印Ｂの方向に向かって次第に縮径するように一体的に設けられた弁操作部４ｂとを有する。弁操作部４ｂは流体ポート１２に設けられたボール弁体１０と接当可能に設けられている。可動コア本体４ａの端面に形成された有底孔４ｃには、可動コア４を固定コア３から離間する方向に付勢するコイルバネ８（付勢部材の一例）が挿入されている。

外力が作用しない状態では、コイルバネ８の一部が有底孔４ａから非磁性体スリーブ６の底部に向かって突出することで、可動コア４を矢印Ｂ方向に付勢し、可動コア４と非磁性体スリーブ６の底部との間に一定長さの間隙を保持させている。他方、ソレノイドコイル２に流される駆動電流が所定値を超えると、図２に示すように、後述するソレノイドコイル２が形成する磁気回路の作用で、可動コア４は矢印Ａ方向に吸着され、コイルバネ８の付勢力に抗して非磁性体スリーブ６の底部に押し付けられる。

また、非磁性体スリーブ６はソレノイドコイル２のボビン１に対して直接内装されるのではなく、非磁性体スリーブ６とソレノイドコイル２の間には磁性体のヨーク５が介装されている。ヨーク５は、無底筒状の本体５ａと一方の開口端に一体的に形成された環状のフランジ５ｂとを備える。

ケース部材７と固定コア３の間には、固定コア３の底面を非磁性スリーブ６の底面に押し付けるための環状のウェーブワッシャ９（第２付勢部材の一例）が位置している。ウェーブワッシャ９は、ケース部材７の突起部７ｃの外径を僅かに超える内径と、固定コア３の外径と略等しい外径を備え、ケース部材７の突起部７ｃの基端に外装設置されている。
尚、固定コア３のコア本体３ａとケース部材７の突起部７ｃとは軸芯Ｘに沿って十分な長さにわたって重ね合わされているが、嵌合ケース部材７の突起部７ｃの長さは固定コア３の深さと略等しいので、突起部７ｃの先端と固定コア３の底面との間にはウェーブワッシャ９の厚さと略等しい距離の空間が形成される。

ソレノイドコイル２に流される駆動電流が所定値を超えると、図３(ｂ)に一点鎖線で例示するように、固定コア３→ケース部材７の突起部７ｃ→フランジ部７ｂ→外装部７ａ→可動コア４→ヨーク５→固定コア３の磁気回路が形成される。前述したように、固定コア３のコア本体３ａとケース部材７の突起部７ａとは軸芯Ｘに沿って十分な長さにわたって重なり合っており、しかも、固定コア３のコア本体３ａと突起部７ｃとの間には実質的に間隙が形成されていないので、突起部７ｃと固定コア３との間には軸芯Ｘと平行に延びる十分な面積のサイドギャップが得られており、両部材の境界における磁気損失が防がれている。

弁ハウジング２０Ｂの流体ポート１２は、入力ポート１２ａ、出力ポート１２ｂ、ドレンポート１２ｃ、入力ポート１２ａと出力ポート１２ｂの間に設けられた第１弁座１４ａ、及び、出力ポート１２ｂとドレンポート１２ｃの間に設けられた第２弁座１４ｂによって構成されている。

ソレノイドコイル２に流される駆動電流が所定値以下の状態では、図１に示されるように、可動コア４はコイルバネ８の付勢力によって矢印Ｂ方向に付勢されているので、ボール弁体１０を第１弁座１４ａから離間させるように矢印Ｂ方向に移動させることで、第１弁座１４ａを連通状態にし、同時に、可動コア４の円錐状弁体部が第２弁座１４ｂを閉鎖する。その結果、入力ポート１２ａと出力ポート１２ｂとが連通状態となり、ドレンポート１２ｃは他の２つのポート１２ａ，１２ｂに対して遮断される。

他方、ソレノイドコイル２に流される駆動電流が所定値を超えると、図２に示されるように、可動コア４は固定コア３の向きに吸着される形でコイルバネ８の付勢力に抗して矢印Ａ方向に移動し、非磁性体スリーブ６の底部に密着するので、ボール弁体１０も流体圧の作用で矢印Ａ方向に移動して第１弁座１４ａを閉鎖し、同時に、可動コア４の円錐状弁体部が第２弁座１４ｂから離れて連通状態にする。その結果、出力ポート１２ｂとドレンポート１２ｃとが連通状態となり、入力ポート１２ａは他の２つのポート１２ｂ，１２ｃに対して遮断される。

このソレノイドバルブは例えば以下の要領で合理的に且つ簡単に組立てることができる。図３（ａ）に例示するように、ケース部材７の突起部７ｃの任意箇所にウェーブワッシャ９を外嵌させ、次に、固定コア３の開口部３ｃを突起部７ｃと対向させ、ソレノイドコイル２の一端側をケース部材７の外装部７ａと固定コア３との間に挿入させる。そして、予めヨーク５を外嵌させた非磁性体スリーブ６を、ソレノイドコイル２の他端側に挿入し、非磁性体スリーブ６にコイルバネ８と可動コア４とを挿入する。さらに、弁ハウジング２０Ｂのフランジ部を非磁性体スリーブ６のフランジ部６ｂに当て付けて、ケース部材７を弁ハウジング２０Ｂに近接するように変位させながらケース部材７の係止部７ｄを曲げ加工して、弁ハウジング２０Ｂのフランジ部に係止させれば良い。

上記の組立てが完了した状態では、軸芯Ｘに沿って弾性的に収縮されたウェーブワッシャ９の復元力によって、固定コア３が非磁性スリーブ６の底面に押し付けられ、且つ、両部材３，６がソレノイドコイル２に対する移動を規制された正しい組立て状態が得られる。

〔別実施形態〕
〈１〉固定コア３のコア本体３ａに軸芯Ｘに沿って延びた１本または複数本のスリットを形成することが可能である。この形態では、組立て時における、固定コア３のコア本体３ａとケース部材７の突起部７ａとの製作時の精度が比較的低い場合でも、コア本体３ａと突起部７ａとの間の径方向での密着面積を十分に確保できる。

〈２〉本発明によるソレノイドバルブの主な特徴構成は、上記の実施形態以外の弁機構の常閉型のバルブ、例えば流体通路が可動コア内に形成された形態に適用しても良い。

本発明によるソレノイドバルブの断面図 別の状態におけるソレノイドバルブの断面図 組立て前と組立て後におけるソレノイドバルブの断面図

符号の説明

１ ボビン
２ ソレノイドコイル
３ 固定コア
３ｃ 開口部
４ 可動コア
５ ヨーク
６ 非磁性体スリーブ
７ ケース部材
７ａ 外装部
７ｂ 蓋状部
７ｃ 突起部
７ｄ 係止部
８ コイルバネ（付勢部材）
９ ウェーブワッシャ（第２付勢部材）
１０ ボール弁体
１２ 流体ポート
１２ａ 入力ポート
１２ｂ 出力ポート
１２ｃ ドレンポート
１９ 電極部
２０Ａ 主ハウジング
２０Ｂ 弁ハウジング
１４ａ 第１弁座
１４ｂ 第２弁座

Claims (4)

1. 軸芯回りで環状に巻回されたソレノイドコイルと、
   前記ソレノイドコイルの一端側に内装され、前記一端側に向かって開放される開口部を備えた有底筒状の磁性体からなる固定コアと、
   前記ソレノイドコイルの他端側に、前記軸芯に沿って往復移動可能に内装された磁性体の可動コアと、
   前記ソレノイドコイルの外周面及び端面と前記固定コアの前記開口部とを覆い、且つ、前記固定コアの内面に内嵌して前記固定コアを支持する突起部を備えた磁性体のケース部材と、
   前記可動コアを前記固定コアから離間する方向に付勢する付勢部材と、
   前記可動コアの往復移動に基づいて開閉される流体ポートを有する弁ハウジングと、を備えてなるソレノイドバルブ。
2. 前記ソレノイドコイルの他端側に、前記可動コアを収納するべく、前記他端側に向かって開放される有底筒状の非磁性体スリーブが内装されており、
   前記ケース部材と前記固定コアの間に、前記固定コアの底面を前記非磁性スリーブの底面に押し付ける第２付勢部材が設置されている請求項１に記載のソレノイドバルブ。
3. 前記第２付勢部材は、前記ケース部材の前記突起部の基端に外装設置された環状の弾性部材によって構成されている請求項２に記載のソレノイドバルブ。
4. 前記ケース部材に、前記弁ハウジングのフランジ部と係止するための係止部が設けられている請求項２または３に記載のソレノイドバルブ。

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