JP2014127492A - 油浸型ソレノイド - Google Patents

Abstract

【課題】空気抜き機能を不要としながら、所望のダンピング特性を得ることができる油浸型ソレノイドを提供する。
【解決手段】ケーシングと、ケーシングの中空内部に摺動自在に挿入され磁性体から成る可動鉄心と、ケーシングと可動鉄心との間におけるケーシングの内側に設けた励磁コイルと、可動鉄心の軸心と同じ軸心となるように可動鉄心と対向してケーシングに設けられ磁性体から成る固定鉄心とを備え、可動鉄心によってケーシングの内部の空間が二分されて設けられた前室及び後室と、ケーシングの内部が作動油で満たされている油浸型ソレノイドにおいて、ケーシングにおける貫通孔を密閉する密閉手段を備え、可動鉄心には前室及び後室を連通させる通路を有し、励磁コイルが非励磁状態であるときに、前室と後室の容積に差を設定して構成した。
【選択図】図２

Description

本発明は建設機械などに使用される弁装置等の油圧機器に用いられる油浸型ソレノイドに関する。

従来、油浸型ソレノイド（以下ソレノイドと示す）内の空間は通常作動油等で満たされている。その中に空気や気泡が存在すると、可動鉄心の運動に不規則な変化を生じさせ、発振やチャタリングなどの現象の原因となることがある。

そこで、ソレノイド内の空間に存在している空気や気泡を抜き取るため、ソレノイドの後部開口部に空気抜きプラグを螺合して設け、さらに調整ネジを空気抜きプラグに螺合するように設けている。空気抜きプラグは調整ネジの移動方向において予め定めた取り付け位置に位置決めして取り付けることができるため、調整バネの付勢力を一度調整すれば、調整バネの付勢力を変化させることなく空気抜きを行うことができる。

また、発振やハンチングを防ぎ、可動鉄心の安定性を向上させるため、可動鉄心の両端面に開口する貫通孔及び絞り口を軸方向に平行に形成し、可動鉄心が移動するときに作動油などの油を絞り口に通して、可動鉄心にダンピング特性を持たせているものがある（特許文献１参照）。

特開２０１０−６７８５７号公報

しかしながら、上述した従来技術は、調整バネの付勢力を変化させずに空気抜きを行うことができるが、空気抜きの構造を追加で設ける必要があり、その分、空気抜き構造を有していないソレノイドと比較してソレノイドが大型化し、また部品点数が多くなり、製造コストが高くなるという問題がある。

さらに、この油浸型のソレノイドでは空気抜きを行う作業により空間内の空気や気泡が完全に抜けたことを確認することは困難であるが、実際に油圧機器の動作確認を行い異常な動作がないことを確認することによって空気や気泡が抜けていることを判断する必要がある。そのため、空気や気泡が抜けにくい箇所に留まり、一度の空気抜き作業で抜けなかった場合を想定したチェックには、空気抜き作業と油圧機器の動作確認作業を繰り返す等の煩わしい作業が必要になる。

また、可動鉄心に設ける絞り口の径は要求されるダンピング特性によって決まるが、加工上の制約からその径を小さくするには限界があり、所望のダンピング特性を得ることが難しい問題がある。

本発明の目的は、空気抜き作業を不要としながら、所望のダンピング特性を得ることができる油浸型ソレノイドを提供することにある。

本請求項１に係る発明の特徴は、内部が中空のソレノイド本体をなすケーシングと、前記ケーシングの中空内部に摺動自在に挿入され磁性体から成る可動鉄心と、前記ケーシングと前記可動鉄心との間における前記ケーシングの内側に設けられた励磁コイルと、前記可動鉄心の軸心と同じ軸心となるように前記可動鉄心と対向して前記ケーシングに設けられ磁性体から成る固定鉄心と、前記可動鉄心によって前記ケーシングの内部の空間が二分されて設けられた前室及び後室とを備え、前記ケーシングの内部が作動油で満たされた油浸型ソレノイドにおいて、前記ケーシングにおける前記貫通孔を密閉する密閉手段と、前記可動鉄心には前記前室及び前記後室を連通させる通路を有し、この油路には絞りを備え、前記励磁コイルが非励磁状態にあるときに、前記前室と前記後室の容積に差を設定して構成したことにある。

請求項２に記載の発明の特徴は、前記前室の容積に比べて前記後室の容積を小さく設定し、前記後室を、前記固定鉄心が位置する側へ配置して構成したことにある。

請求項３に記載の発明の特徴は、請求項１及び２の発明に係り、前記密閉手段は、シール部材からなり、前記貫通孔に前記シール部材を介装し、前記ロッドを摺動可能に挿通する構成にしたことにある。

本発明によれば、ガイド部材の中心孔にシール部材を設けることによりソレノイド内の空間を密閉したため、空間内の空気や気泡を取り除いた状態で組立てを行うことにより、空間内には空気や気泡は混入せず、組み立てた後においては空気抜き作業を行う必要が無くなり作業効率を向上させることができる。また、組み立てた後においては空間内に空気や気泡が混入しないため、空気抜き構造を別途設ける必要が無くなり、ソレノイドの大型化及び部品点数の増加を防ぐことができる。

また、本発明によれば、前室と後室を連通する油路に絞りを付加して、その油路を通過する作動油の流量を制限し、後室内の作動油を圧縮させることによってダンピング特性を追加し、後室の容積を前室の容積と比べて小さく設定し、可動鉄心が後室側に変位した場合の後室内の作動油の圧縮率を大きくするように構成したため、可動鉄心に作用するダンピング特性を従来のソレノイドと比べて強く設定することができる。

本発明の実施形態に係る電磁比例リリーフ弁の全体構造を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る油浸型ソレノイドの全体構成を示す断面図である。

以下、本発明に係る油浸型ソレノイドの実施形態を、図１及び２を参照して説明する。

図１に示す電磁比例リリーフ弁２１は、油浸型ソレノイド（以下ソレノイドと示す）２２とリリーフ弁部２３を組み合わせたものであり、例えば建設機械（図示せず）等に用いられ、当該弁装置内を通る作動油等の流体の油圧を制御するために使用されるものである。

図２に示すソレノイド２２は、主に、金属製の略短円筒形の本体ケース２８と、本体ケース２８内に設けられた略短円筒形のガイド部材２９と、本体ケース２８とガイド部材２９との間に配置され、端子２４を介して指令電気信号（励磁電流）が供給される励磁コイル２５と、本体ケース２８内に設けられ励磁コイル２５によって磁極が生成される固定鉄心２６と、ガイド部材２９内を摺動可能に設けられ固定鉄心２６によって吸引される可動鉄心２７とを大略備えている。本体ケース２８とガイド部材は、ソレノイド２２本体のケーシングを成している。

励磁コイル２５は電気的に絶縁され略短円筒形状に形成されており、金属製の略短円筒形の本体ケース２８の内周側であって、ガイド部材２９及び固定鉄心２６の外周側に形成された空間に収容されている。

固定鉄心２６は、略短円柱形状の磁性体であり励磁コイル２５の内側に設けられている。この固定鉄心２６の外周面のうち、他端部（自由端側）には固定ナット３０に螺合される雌ネジ部が形成されている。固定鉄心２６の一端部側には磁気制御部が設けられ、この磁気制御部は端部に行くに従って外径が小さくなる円環状を成している。磁気制御部の内径は、可動鉄心２７の直径よりもわずかに大きい寸法に設定され、所定の深さ（図２における左右方向の深さ寸法）を有している。固定鉄心２６は、励磁コイル２５によって磁極が生成されると、この磁極により励磁コイル２５に供給される指令電気信号の大きさに応じた吸引力で可動鉄心２７を吸引する。

可動鉄心２７は、略短円柱形状に形成され、略短円筒形状のガイド部材２９の内側に配置され、このガイド部材２９の内面に沿って、図２における左右方向に移動自在に設けられている。

ガイド部材２９の外周面のうち、ガイド部材２９の他端部は、後述するガイド３１の一端部の内側に配置され、中央部が励磁コイル２５の一端部の内側及び本体ケース２８の一端部の内側に配置されている。そして、ガイド部材２９の一端部には、雄ねじ部が形成されリリーフ弁部２３のボディ３２における雌ねじ部に螺合している。

固定鉄心２６とガイド部材２９のそれぞれの外周の端部には段部が形成され、それら段部には円筒状に形成された非磁性体の金属製のガイド３１が溶接等によって取り付けられている。これにより、固定鉄心２６とガイド部材２９とがガイド３１を介し所定寸法を隔てて連結されている。より詳しくは、固定鉄心２６に形成された磁気制御部から所定寸法離れた位置においてガイド３１と固定鉄心２６とが溶接されている。

これら固定鉄心２６、ガイド３１、及びガイド部材２９によってそれらの内側に空間３３が形成され、空間３３は内部に配置されている可動鉄心２７によって前室３４及び後室３５に分割されている。

ガイド部材２９及び固定鉄心２６の可動鉄心２７に対面するそれぞれの軸方向内側には非磁性体で形成されたストッパとしての役目を担う規制部材３６が嵌め込まれており、可動鉄心２７が固定鉄心２６に吸着しないように可動鉄心２７と固定鉄心２６との距離を、確保及び調整するために設けている。本実施形態では、図２に示すように、ソレノイド２２が非励磁状態にあるときには、後述するパイロットポペット４０における中央部４０ａがシート部４９に当接しているため、ガイド部材２９側に嵌められた規制部材３６は可動鉄心２７に吸着しない構造となっている。ソレノイド２２が励磁されたときも同様にガイド部材２９側に嵌められた規制部材３６は可動鉄心２７に吸着することはない構造となっている。

ガイド部材２９の中心に貫通して形成された中心孔３７にはシール部材３８が介装され、空間３３を密閉している。可動鉄心２７の軸心に貫通し固定されているロッド３９は、このシール部材３８に摺動可能に挿通されている。ロッド３９の一端側はリリーフ弁部２３のパイロットポペット４０の後端部と当接可能に設けてある。

油路４１は、可動鉄心２７に形成され前室３４と後室３５とを連通するように設けてある。具体的には、油路４１は可動鉄心２７に貫通して設けた貫通孔４２と、この貫通孔４２の途中に設けた絞り４２ａとから構成されている。厳密には、可動鉄心２７とガイド部材２９との間における間隙４３も前室３４と後室３５とを連通するものであるが、上記貫通孔４２や絞り４２ａの径に比べて間隙４３の寸法は非常に小さいため油路４１とは別ものとする。更に、後室３５の容積は、前室３４の容積と比較して小さく設定した構造となっている。この後室３５の容積は、前室３４における軸方向長さに基づいて設定してある。

固定鉄心２６の他端側（図２における右側）の外周側には雄ねじを形成し、その雄ねじに螺合する固定ナット３０を取り付けている。これにより、ガイド31及び固定鉄心２６、ガイド部材２９、本体ケース２８は、固定ナット３０によって締め付けられ固定されている。

調整ねじ４４は固定鉄心２６の他端側より固定鉄心２６に対し螺合されており、この調整ねじ４４の一端側には段差部が形成され、その段差部には調整ばね４５の他端側が嵌め込まれている。この調整ネジ４４を操作することによって、調整ばね４５の付勢力を調整し、可動鉄心２７に設けられているロッド３９がパイロットポペット４０を押圧する力を調整することができるようにしてある。この調整ばね４５の一端側は、可動鉄心２７に対し当接可能に設けている。

このように、ロッド３９によるパイロットポペット４０に対する押圧力を調整するのは、指令電気信号が励磁コイル２５に供給されたときに、リリーフ弁部２３内を通る圧油の圧力が、その指令電気信号と対応する所定の圧力となるように調整するためである。

図１に示すリリーフ弁部２３は、ハウジング４６に設けられた穴に螺合されるケーシング４７と、ケーシング４７内部に配置されているボディ３２とシート部材４８、ボディ３２内部に配置され、ロッド３９によってボディ３２内側のパイロットシート部４９に押圧されているパイロットポペット４０と、シート部材４８の内側に配置され、第１リターンスプリング５０によって付勢されているメインポペット５１から構成されている。

ケーシング４７は、長径部と短径部を有した略短円筒形状を成し、短径部が位置する一端側にハウジング４６に螺合する雄ねじ部が設けられ、他端側に後述のボディ３２と螺合する雌ねじ部が設けられている。

ボディ３２は、長径部と短径部を有した略短円筒形状を成し、ケーシング４７の内側に配置されている。このボディ３２の外周面のうち前後長さにおける中央付近にはケーシング４７の雌ねじ部と螺合する雄ねじ部が備えられ、短径部が位置する一端部はケーシング４７の内側にケーシング４７と間隙を有して配置されている。また、後端部の内面にはガイド部材２９と螺合する雌ネジ部が設けられている。

ボディ３２には、ガイド部材２９の外形とボディ３２の内形（内壁）によって囲まれ形成された空間５２と、ケーシング４７，ボディ３２，シート部材４８によって囲まれボディ３２の外側に形成された空間５３とを連通する連通路５４が備えられている。この空間５３はケーシング４７とシート部材４８の間隙に形成されているドレン通路５５によって、タンクポート５６に連通している。

パイロットポペット４０は円筒形状であり、ボディ３２の内側に配置されている。パイロットポペット４０の後端はロッド３９に当接しており、可動鉄心２７に作用する調整ばね力及び吸引力によって、パイロットポペット４０の軸方向における中央部４０ａは円錐形状を成しボディ３２内側のパイロットシート部４９に押圧されている。

シート部材４８は長径部と短径部を有した略短円筒形状であり、シート部材４８の外周面はケーシング４７と間隙を有して配置されており、シート部材４８の後端部はボディ３２の外周面に対し摺動自在に支持されており、第２リターンスプリング５７によって付勢され、シート部材４８の一端部はケーシング４７から突出し、ハウジング４６に形成された高圧油路５９の開口部に設けられたハウジングシート部５８に押圧されている。

シート部材４８の先端部には、高圧油路５９及びタンクポート５６にそれぞれ連通可能な連通孔６０が設けられている。その連通孔６０は、シート部材４８の先端部内側に貫通して形成されている。そのシート部材４８における先端部内側にはメインシート部６１に押圧されたメインポペット５１が配置され、連通孔６０はメインポペット５１によって遮られている。

メインポペット５１は長径部と短径部を有した略短円筒形状であり、シート部材４８の内側に摺動自在に支持されている。メインポペット５１の先端部は、リターンスプリング５０によって後述するピストン６２を介してメインシート部６１に押圧されている。また、シート部材４８の内壁，ボディ３２の先端部，メインポペット５１の基端部によって囲まれた空間はパイロット室６３として形成されている。

ピストン６２は、円柱形状を成し、メインポペット５１の内側においてメインポペット５１に対し摺動自在に支持され、リターンスプリング５０によってメインポペット５１の後端側に押圧されている。ピストン６２内部には、高圧油路５９とパイロット室６３を繋ぐ貫通孔６４が軸方向に貫通して形成されている。その貫通孔６４の先端側には絞り６５が形成されており、貫通孔６４がパイロット室６３に臨むピストン６２の後端側はパイロットポペット４０の先端部に嵌合可能な形状となっている。

次に、上記構成の本実施の形態における動作を説明する。

図１に示す電磁比例リリーフ弁２１において、指令電気信号（励磁電流）が励磁コイル２５に供給されると、励磁コイル２５は、この指令電気信号によって固定鉄心２６に磁極を生成する。可動鉄心２７には、この指令電気信号の大きさに応じた吸引力（図１における右方向の吸引力）が発生する。この指令電気信号は、制御部（図示せず）によって、予め定めた範囲内でその大きさが自由に調整された上で励磁コイル２５に供給される。可動鉄心２７に働く吸引力と可動鉄心２７に作用する調整バネ４５による付勢力の合力は、ロッド３９を介して、パイロットポペット４０へ作用する。

高圧油路５９の圧力はピストン６２の絞り通路６５、貫通孔６４を経由してパイロット室６３へと導かれる。パイロットポペット４０には、ロッド３９を介して、可動鉄心２７に作用する吸引力と調整バネ４５による付勢力の合力及び、パイロット室６３の油圧力が作用する。

パイロット室６３の圧力が高くなり、パイロットポペット４０に作用する油圧力が、パイロットポペット４０をパイロットシート部４９に押圧する力よりも大きくなると、パイロットポペット４０が他方側（図１における右側）に押し上げられ、パイロットシート部４９が開口し、作動油は高圧油路５９から絞り通路６５，貫通孔６４，パイロット室６３，空間５２，連通路５４，空間５３，ドレン通路５５の順に経由してタンクポート５６へ流れる。

パイロット室６３の圧力が低下すると、ピストン６２に設けられた絞り６５によって、高圧油路５９とパイロット室６３で差圧が発生する。差圧によってメインポペット５１に作用する力がリターンスプリング５０による付勢力に比べて大きくなるとメインポペット５１が開口し、高圧油路５９の油がシート部材４８に設けられた連通路６０を経由してタンクポート５６へ流れる。これにより高圧油路５９の圧力が低下する。高圧油路５９の圧力が低下したことに伴い、高圧油路５９とパイロット室６３の差圧による力がリターンスプリング５０の付勢力より小さくなり、メインポペット５１が閉まる。

以上の動作により、電磁比例リリーフ弁２１内の作動油の圧力が、指令電気信号によって制御される。

ただし、図２に示すソレノイド２２では、同一の規格のものであっても、ソレノイド２２自体の個々の特性や、それぞれのソレノイド２２を構成する各部品の寸法のばらつきによって、同一の指令電気信号が供給された場合であっても、可動鉄心２７に作用する吸引力にばらつきが生じる。そのため、作動油の圧力にばらつきが生じるが、そのばらつきを許容範囲内に収めることが必要となる。

そこで、作業者による操作に応じて、図１に示す調整ネジ４４を締め付ける方向又は緩める方向に回動させることによって、調整バネ４５の付勢力を調整することができるようにしてある。

以上、説明した本実施形態によれば、次のような効果が得られる。

調整バネ４５の付勢力を調整することによって、可動鉄心２７を固定鉄心２６側に向かわせる方向（図２における右方向）の付勢力を調整することができる。これによって、リリーフ弁部２３を通る作動油等の油圧が、所定の許容範囲内となるように、予め又はその都度、調整ネジ４４で調整することができる。

また、図１に示す電磁比例リリーフ弁２１では、リリーフ弁２２の発振やハンチング、ショック動作を防ぎ、安定性を向上させるために、可動鉄心２７にダンピング特性を持たせている。そのダンピング特性は、前室３４と後室３５を連通する油路４１に絞りを付加して、その油路４１を通過する作動油の流量を制限し、後室３５内の作動油を圧縮させることによってもたらされている。本発明では、後室３５の容積を前室３４の容積と比べて小さく設定し、可動鉄心２７が後室３５側に変位した場合の後室３５内の作動油の圧縮率を大きくするようにしている。そのため、可動鉄心２７に作用するダンピング特性を従来のソレノイドと比べて強く設定することができる。

ガイド部材２９の中心孔３７にシール部材３８を設けることによりソレノイド２２内の空間３３を密閉しているため、空間３３内の空気や気泡を取り除いた状態で組立てを行えば、空間３３には空気や気泡は混入せず、そのためソレノイド２２を組み立てた後においては空気抜き作業を行う必要はなくなり作業効率が向上する。また、空間３３内に空気や気泡が混入しないため、別途空気抜き構造を設ける必要がなく、ソレノイド２２の大型化及び部品点数の増加を防ぐことができる。

なお、上述した実施形態では図１等に示すようにプル型の油浸型のソレノイド２２を例として説明したが、本発明はプッシュ型の油浸型ソレノイドに対しても同様に適用できることは言うまでもない。

また、上記実施形態では図１等に示すように後室３５の容積を前室３４の容積と比較して小さく設定することでダンピング力を大きくしたが、これに限定されるものではなく、前室３４と後室３５の容積比は所望するダンピング性能に応じ自由に設定することが可能である。

２１ 電磁比例リリーフ弁
２２ ソレノイド
２３ リリーフ弁部
２７ 可動鉄心
３４ 前室
３５ 後室
３７ 中心孔
３８ シール部材
４１ 油路
４２ 貫通孔
４３ 間隙
４８ シート部材
５６ タンクポート
５９ 高圧油路
６３ パイロット室
６７ 軸受

Claims (3)

1. 内部が中空のソレノイド本体をなすケーシングと、
   前記ケーシングの中空内部に摺動自在に挿入され磁性体から成る可動鉄心と、
   前記ケーシングと前記可動鉄心との間における前記ケーシングの内側に設けられた励磁コイルと、
   前記可動鉄心の軸心と同じ軸心となるように前記可動鉄心と対向して前記ケーシングに設けられ磁性体から成る固定鉄心と、
   前記可動鉄心によって前記ケーシングの内部の空間が二分されて設けられた前室及び後室とを備え、
   前記ケーシングの内部が作動油で満たされた油浸型ソレノイドにおいて、
   前記ケーシングにおける前記貫通孔を密閉する密閉手段と、
   前記可動鉄心には前記前室及び前記後室を連通させる通路を有し、
   この油路には絞りを備え、
   前記励磁コイルが非励磁状態にあるときに、前記前室と前記後室の容積に差を設定して構成したことを特徴とする油浸型ソレノイド。
2. 前記前室の容積に比べて前記後室の容積を小さく設定し、前記後室を、前記固定鉄心が位置する側へ配置したことを特徴とする請求項１記載の油浸型ソレノイド。
3. 前記密閉手段は、シール部材からなり、前記貫通孔に前記シール部材を介装し、前記ロッドを摺動可能に挿通することを特徴とする請求項１または２に記載の油浸型ソレノイド。

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