JP2019152250A - スプール弁装置 - Google Patents

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寛 白井
栽賢 金
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栽賢 金
俊晃 中村
Toshiaki Nakamura
俊晃 中村
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Abstract

【課題】接着剤を用いることなく、スプールにマグネットを簡単かつ迅速に固定することができるスプール弁装置を提供する。【解決手段】スプール弁装置1は、スプール穴20を備える筐体10と、スプール穴20内に、軸方向に沿って変位可能に配置され、外周部31に凹部70を備えるスプール30と、凹部70に配置されたマグネット50と、筐体10に設けられ、マグネット50の磁界の変化を検出し、磁界の変化を電気量に変換する磁気センサ60と、非磁性体で構成され、マグネット50及びスプール30を径方向外側から包み込んで、マグネットをスプールに固定するバンドル部材80と、を備える。【選択図】図1

Description

本発明は、スプール弁装置に関する。
マグネットの往復移動に伴ってする磁力を検出し、検出した磁力に応じた出力信号を出力するセンサユニットに関する技術が開示されている(特許文献1参照)。この技術は、マグネットホルダにマグネットを固定し、さらにセンサユニットのレールに嵌める作業を要するので、組立作業が繁雑で、作業性が悪い。バルブボディの外にスプール弁体とマグネットホルダを配置しており、センサユニット及び装置全体の占有スペースが大型化する。
特開2008−144834号公報
スプールにマグネットを直接接着する構成とし、組立作業性の向上及び装置のコンパクト化を図ることが考えられる。しかし、接着剤とスプールとの境界面に温度変化が生じると、両素材の線膨張係数の差により境界面が剥離し、マグネットが脱落する虞がある。また、マグネットの接着の際に接着剤が硬化するまでの時間が必要となり、組立工程に要する時間が長くなる。
本発明は、上記事情に鑑みて、接着剤を用いることなく、スプールにマグネットを簡単かつ迅速に固定できるスプール弁装置を提供することを目的の一つとする。
本発明に係るスプール弁装置の一態様は、スプール穴を備える筐体と、前記スプール穴内に、軸方向に沿って変位可能に配置され、外周部に凹部を備えるスプールと、前記凹部に配置されたマグネットと、前記筐体に設けられ、前記マグネットの磁界の変化を検出し、前記磁界の変化を電気量に変換する磁気センサと、非磁性体で構成され、前記マグネット及び前記スプールを径方向外側から包み込んで、前記マグネットを前記スプールに固定するバンドル部材と、を備える。
本発明の一態様によれば、接着剤を用いることなく、スプールにマグネットを簡単かつ迅速に固定することができる。
図1は、本実施形態のスプール弁装置の分解斜視図である。 図2は、本実施形態のスプール弁装置の軸方向縦断面図である。 図3は、本実施形態のバンドル部材を装着した状態のスプールの斜視図である。 図4は、本実施形態のバンドル部材を装着した状態のスプールの部分断斜視図である。 図5は、本実施形態のバンドル部材を装着した状態のスプールの径方向断面図である。
以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、各図においてZ軸方向は、上下方向Zとする。X軸方向は、上下方向Zと直交する水平方向のうちの幅方向Xとする。Y軸方向は、上下方向Zと直交する水平方向のうち幅方向Xと直交する軸方向Yとする。上下方向Zのうちの正の側を「上側」と呼び、負の側を「下側」と呼ぶ。軸方向Yのうちの正の側を「開口側」と呼び、負の側を「閉塞側」と呼ぶ。開口側は軸方向一方側に相当し、閉塞側は軸方向他方側に相当する。なお、上側、下側、開口側、閉塞側、上下方向、および幅方向とは、単に各部の相対位置関係を説明するための名称であり、実際の配置関係等は、これらの名称で示される配置関係等以外の配置関係等であってもよい。
図1から図5を参照して、本発明の一実施の形態に係るスプール弁装置の構成について説明する。図1は、本実施形態のスプール弁装置の分解斜視図である。図2は、本実施形態のスプール弁装置の軸方向縦断面図である。
スプール弁装置は、例えば、自動車などの輸送機器に搭載され、輸送機機内の無段変速機にオイル(オートマチック・トランスミッション・フルード:ATF)を供給することにより、無段変速機の駆動を制御する装置である。図1に示すように、スプール弁装置1は、筐体10、スプール穴20、スプール30、凹部70、マグネット50、磁気センサ60、及びバンドル部材80を備える。
筐体10は、内部に図示しない複数の油路を有する金属製のバルブボディ(以下、筐体は「バルブボディ」と称する。)である。複数の油路は、バルブボディ10の内部において、複雑に入り組んでいる。バルブボディ10は、複数(例えば2〜3枚)の略板状の部材を、上下に多段に積層することにより構成される。複数の部材は、例えば、積層方向にねじ止め等されることによって、互いに固定される。なお、図1では、バルブボディ10の一部分が示されている。
図2に示すように、バルブボディ10は、下部ボディ11と上部ボディ12とから構成される。下部ボディ11は、下部ボディ本体11aと、下部ボディ本体11aの上側に重ねて配置されるセパレートプレート11bと、を有する。本実施形態において下部ボディ11の上面は、セパレートプレート11bの上面に相当し、上下方向Zと直交する。上部ボディ12は、下部ボディ11の上側に重ねて配置される。上部ボディ12の下面は、上下方向Zと直交する。上部ボディ12の下面は、下部ボディ11の上面、即ちセパレートプレート11bの上面と接触する。
スプール穴20は、円柱状の空間であって、上部ボディ12内に設けられている。スプール穴20は、上部ボディ12を構成する部材の側面から、当該部材の内部へ向けて、軸方向に延びている。即ち、図1に示すように、上部ボディ12は、軸方向Yに延びるスプール穴20を有する。本実施形態においてスプール穴20の軸方向Yと直交する断面形状は、中心軸Jを中心とする円形状である。中心軸Jは、軸方向Yに延びる。なお、中心軸Jを中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、中心軸Jを中心とする周方向を単に「周方向」と呼ぶ。
本実施形態のスプール穴20の軸方向Yの一端部には、開口部21を有する(以下、軸方向Yの一端側は「開口側」と称する。)。スプール穴20の軸方向他端部は、閉塞されている(以下、軸方向Yの他端側は「閉塞側」と称する。)。スプール穴20は、スプール穴本体20aと、導入穴部20bと、を有する。導入穴部20bの内径は、スプール穴本体20aの内径よりも大きく設定される。導入穴部20bは、スプール穴本体20aに繋がっている。なお、スプール穴20は、例えば、軸方向Yの両側に開口してもよい。スプール穴20は、複数の油路に繋がっている。
上部ボディ12は、上部ボディ12の開口側の端部に、貫通孔22a,22b,22cを有する。貫通孔22aは、上部ボディ12における上部ボディ12の上面から導入穴部20bの内周面までの部分を上下方向Zに貫通する。貫通孔22bは、上部ボディ12における上部ボディ12の下面から導入穴部20bの内周面までの部分を上下方向Zに貫通する。図1に示すように、貫通孔22aおよび貫通孔22bは、上側から視て幅方向Xに長い長方形状である。貫通孔22aと貫通孔22bとは、上側から視て互いに重なり合う。
貫通孔22cは、上部ボディ12における上部ボディ12の開口面から貫通孔22bまでの部分を軸方向Yに貫通する。貫通孔22cは、上部ボディ12の前面における下端部に設けられる。貫通孔22cは、下側に開口する。図1に示すように、貫通孔22cは、前側から視て左右方向Xに長い長方形状である。貫通孔22a,22b,22cの幅方向Xの中心は、例えば、中心軸Jの幅方向Xの位置と同じである。
図1に示すように、上部ボディ22におけるスプール穴20が設けられる部分は、上部ボディ12の他の部分よりも上側に突出する。この突出する部分のうち開口側の端部における上面は、上側に凸となる半円弧状の曲面である。貫通孔22aは、この半円弧状の曲面の上端部に開口する。下部ボディ本体11aとセパレートプレート11bと上部ボディ12とは、例えば、それぞれ単一の部材である。下部ボディ本体11aとセパレートプレート11bと上部ボディ12とは、例えば、アルミニウム合金等の金属のダイカストにより形成され、非磁性体で構成される。
スプール30は、スプール穴20内に配置され、中心軸Jを中心として軸方向Yに延びる異形円柱状の部材である。スプール30は、上下方向Zと交差する軸方向Yに延びる中心軸Jに沿って配置される。スプール30は、大径部30a、中径部30b及び小径部30cを有する。大径部30aは、導入穴部20bの内径と略同等の外径を有する。中径部30bは、大径部30aよりも小さい外径を有し、スプール穴本体23aの内径と略同等の外径を有する。小径部30cは、中径部30bよりもさらに小さい外径を有する。
大径部30aは、スプール30の軸方向Yの一方側端部に配置される。大径部30aは、導入穴部20bの内部に、軸方向Yに変位可能に配置される。中径部30bは、スプール穴本体20aの内周面に対して滑りながら軸方向Yに変位可能である。中径部30bは、スプール穴本体20aの内周面に開口する油路を開閉する弁部として機能する。
スプール30は、スプール穴20内に、軸方向Yに沿って変位可能に配置される。スプール30は、スプール穴本体20a内を軸方向Yに変位して、スプール穴本体20aの内周面に開口する油路を開閉する。図示は省略するが、スプール30の後側の端部には、オイルの油圧あるいはソレノイドアクチュエータ等の駆動装置から信号圧が加えられる。
スプール30の軸方向一方端部側は、スプール穴20の開口側に臨んで、収納凹部33を備える。収納凹部33には、図2の状態で、少なくとも、コイルばね40の軸方向他方側の端部が収納される。コイルばね40は、スプール30を軸方向他方側(閉塞側)へ付勢する。コイルばね40は、自然長よりも軸方向に圧縮された状態で、スプール穴20内に配置される。このため、スプール30は、コイルばね40から常に軸方向閉塞側へ向かう反発力を受ける。また、スプール30の位置が軸方向開口側に変位するほど、コイルばね40は圧縮されるため、コイルばね40からスプール30が受ける反発力は、より大きくなる。
本実施形態では、スプール30の大径部30aが導入穴部20bの内周面に対して滑りながら軸方向Yに沿って変位する。スプール穴本体20aと導入穴部20bとの間には、段差面23が設けられている。大径部30aの他方側面34は、スプール穴本体20aと導入穴部20bとの間の段差面23に接触可能である。大径部30aの他方側面34と段差面23とが接触することにより、スプール30及びマグネット50の軸方向閉塞側への変位が規制される。
図1及び図2に示すように、凹部70は、スプール30の大径部30aの外周部31に備えられる。凹部70は、スプール30の開口側の端部に設けられている。凹部70の底部71は、平面によって構成される。凹部70の幅方向Xの両端は、スプール30の外周部31に開放している。即ち、凹部70は、円弧と弦で囲まれた一対の壁部72,73と平面からなる底部71とによって区画されている。
マグネット50は、スプール30の大径部30aの凹部70に配置される。マグネット50は、強磁性体でなる永久磁石である。マグネット50としては、例えば、格子変態型のKS磁石、析出型のMK磁石及び粉末型のフェライト磁石などが挙げられる。マグネット50は、シリンドリカルレンズ状の外形を有する。即ち、マグネット50は、直方体の外周部51が、例えば、周方向に沿って円弧状に湾曲する面によって構成される。
磁気センサ60は、マグネット50の磁界の変化を検出し、磁界の変化を電位差に変換する素子である。磁気センサ60は、ケーシング61内に設けられる。ケーシング61は、上下方向Zに扁平の直方体箱状であり、上部ボディ12上に設けられる。磁気センサ60は、ケーシング61を介して、上部ボディ12の上部に取り付けられる。磁気センサ60は、例えば、ホール素子などの非接触型の素子である。ここで、「ホール効果」とは、物質に流れる電流に対して垂直方向に磁場をかけると、電流と磁場の両方に直交する方向に起電力が現れる現象をいう。ケーシング61内には、磁気センサ60の他に、例えば、アンプ、コンパレータ、シュミットトリガなどが組み込まれており、全体として磁気センサモジュールを構成する。磁気センサ60は、ホール素子に限定されず、例えば、磁気抵抗素子であってもよい。
マグネット50は、スプール30の軸方向Yに沿った変位に伴って軸方向Yに変位する。マグネット50の軸方向Yの位置が変化すると、磁気センサ60を通るマグネット50の磁界が変化する。磁気センサ60がマグネット50の磁界の変化を検出し、磁界の変化を電気量に変換することで、マグネット50の軸方向Yの位置を検出することができる。ここで、「電気量」とは、電位差(電圧出力)を意味する。具体的には、Z方向の磁束と周方向の磁束をAtan2演算して得られた角度を電圧出力に変換する。即ち、マグネット50の軸方向Yの位置を検出することで、スプール30の軸方向Yの位置を検出することができる。
マグネット50の少なくとも一部は、磁気センサ60と、上下方向Zと平行な方向に重なる。なお、「マグネット50の少なくとも一部が磁気センサ60と上下方向Zに重なる」とは、マグネット50が直接的に固定されたスプール30が軸方向に移動する範囲内の少なくとも一部の位置において、マグネット50の少なくとも一部が磁気センサ60と上下方向Zに重なればよい。本実施形態では、マグネット50は、スプール30が軸方向Yに移動する範囲内であれば、いずれの位置においても、一部が磁気センサ60と上下方向Zに重なる。そのため、マグネット50の磁界を磁気センサ60によって検出しやすい。したがって、磁気センサ60によって、マグネット50の軸方向Yの変位、即ちスプール30の軸方向Yの変位をより精度よく検出できる。
図3は、本実施形態のバンドル部材を装着した状態のスプールの斜視図である。図1から図3に示すように、バンドル部材80は、マグネット50及びスプール60を径方向外側から包み込んで、マグネット50をスプール30に固定する部材である。本実施形態のバンドル部材80は、例えば、径方向断面がC形状の板ばねによって構成される。C形状の板ばねは、帯状の金属製ばね材をC形状に成形した弾性部材である。バンドル部材80は、弾性部材によって構成されていればよく、例示のC形状の板ばねに限定されない。バンドル部材80は、例えば、径方向断面がC形の線状ばねであってもよいが、板ばね方がマグネット50の外周部51及びスプール30の外周部31との密着性に優れている。
バンドル部材80は、磁束検出を妨げない材料(例えば非磁性体)で構成される。バンドル部材80を非磁性体で構成するのは、マグネット50が発生する磁界を阻害しないようにするためである。バンドル部材80は、例えば、非磁性の金属製であってもよいし、樹脂製であってもよい。バンドル部材80が金属製の場合、バンドル部材80の寸法精度を向上することができる。非磁性の金属としては、例えば、高炭素量を含有するばね用オーステナイト系ステンレス鋼が挙げられる。バンドル部材80が樹脂製の場合、バンドル部材80の製造が容易であり、製造コストを低減することができる。樹脂製のバンドル部材80としては、弾性力を有する樹脂バンドなどを用いることができる。
図4は、本実施形態のバンドル部材を装着した状態のスプールの部分断斜視図である。図5は、本実施形態のバンドル部材を装着した状態のスプールの径方向断面図である。図3及び図4に示すように、バンドル部材80は、スプール30の大径部30aの凹部70に装着されている。図4及び図5に示すように、バンドル部材80が装着された状態において、バンドル部材80の内周部81と凹部70に配置されたマグネット50の外周部51及びスプール30の外周部31とが接触している。マグネット50は、バンドル部材80によって、凹部70の底部71に押し付けられている。
上述したように、凹部70は、円弧と弦で囲まれた一対の壁部72,73と平面からなる底部71とによって区画されている。図5に示すように、バンドル部材80は、マグネット50及びスプール60を径方向外側から包み込んで、マグネット50をスプール30に固定する。ここで、マグネット50の外周部51の曲率R1は、スプール30の大径部30aの外周部31の曲率R2と一致している。したがって、バンドル部材80が装着されると、マグネット50の配置が凹部70の幅方向Xの中央位置へと調節される。このバンドル部材80の装着状態において、マグネット50は、凹部70の幅方向Xの中央位置に配置される。
図1及び図2に示すように、スプール弁装置1は、上部ボディ12に取り付けられた固定部材90をさらに備える。本実施形態の固定部材90は、リテーナ部材によって構成される(以下、固定部材は「リテーナ部材」と称する。)。リテーナ部材90は、板面が幅方向Xと平行な板状である。リテーナ部材90は、延伸部91と、屈曲部92と、を有する。延伸部90aは、上下方向Zに延びる。延伸部91は、開口側から視て上下方向Zに長い長方形状である。延伸部91は、貫通孔22bを介して導入穴部20bの内部に挿入される。延伸部91の上端部は、貫通孔22aに挿入される。延伸部91aは、導入穴部20bの前側の開口の一部を塞ぐ。屈曲部92は、延伸部91の下側の端部から開口側に屈曲する。屈曲部92は、貫通孔22cに挿入される。リテーナ部材90は、コイルばね40の開口側に配置される。
コイルばね40の他方側の端部は、収容凹部33の底面に接触する。コイルばね40の開口側の端部は、リテーナ部材90と接触する。これにより、コイルばね40の開口側の端部は、リテーナ部材90によって支持される。リテーナ部材90は、コイルばね40から開口側向きの弾性力を受け、延伸部91が貫通孔22a,22b内で開口側の内側面に押し付けられる。
コイルばね40の開口側の端部がリテーナ部材90に支持されることで、コイルばね40は、スプール30に閉塞側向きの弾性力を加える。そのため、例えば、スプール30の閉塞側の端部に加えられるオイルの油圧あるいはソレノイドアクチュエータ等の駆動装置から加えられる力と、コイルばね40の弾性力とが釣り合う位置に、スプール30の軸方向Yの位置を維持することができる。これにより、スプール30の閉塞側の端部に加えられる力を変化させることで、スプール30の軸方向Yの位置を変化させることができ、スプール穴30に開口された油路の開閉を切り換えることができる。
本実施形態において、リテーナ部材90は、上部ボディ12と下部ボディ11とを重ね合わせる前に、上部ボディ12の下面に開口する貫通孔22bの開口部から、貫通孔22b及び導入穴部20bを介して貫通孔22aまで挿入される。そして、図2に示すように、上部ボディ12と下部ボディ11とが上下方向Zに積層されて組み合わされることで、貫通孔22cに挿入された屈曲部90bが下部ボディ11の上面によって下側から支持される。これにより、バルブボディ10に対して、リテーナ部材90が取り付けられる。
即ち、本実施形態のスプール弁装置1では、まず、スプール30の大径部30aに形成された凹部70にマグネット50が配置される。次に、バンドル部材80が、マグネット50及び大径部30aの外周部31を包み込むように固定される。バンドル部材80によってマグネット50が装着されたスプール30がスプール穴20内に挿入される。次に、スプール30の収納凹部33に、コイルばね40の他方側端部が収容される。そして、貫通孔22a,22bに、下方から上方へリテーナ部材90が挿入される。リテーナ部材90によって、コイルばね40が開口側から収容凹部33内へと押さえられる。その後、下部ボディ11の上側に上部ボディ12が重ね合わせられて、スプール弁装置1が組み立てられる。
以上説明したように、本実施形態のスプール弁装置1は、非磁性体で構成されたバンドル部材80を備える。バンドル部材80は、マグネット50及びスプール30を径方向外側から包み込んで、マグネット50をスプール30に固定する。したがって、本実施形態のスプール弁装置1によれば、バンドル部材80によって、接着剤を用いることなく、スプール30にマグネット50を簡単かつ迅速に固定することができる。
また、本実施形態のスプール弁装置1は、バンドル部材80がスプール30に装着されている状態において、バンドル部材80の内周部81と、凹部70に配置されたマグネット50の外周部51及びスプール30の外周部31とが接触する。したがって、マグネット50が凹部70の底部71に押し付けられて、簡単かつ迅速に固定することができる。
さらに、本実施形態のスプール弁装置1は、マグネット50の外周部51の曲率R1とスプール30の外周部31の曲率R2とが一致している。したがって、本実施形態のスプール弁装置1によれば、バンドル部材80が装着されている状態において、マグネット50の配置が凹部70の幅方向Xの中央位置に調節されるという、セルフセンターリング機能を発揮する。
また、本実施形態のスプール弁装置1は、凹部70の幅方向Xの両端がスプール30の外周部31に開放している。したがって、本実施形態のスプール弁装置1によれば、凹部70の平面からなる底面71において、マグネット50が幅方向Xに滑りやすい。よって、セルフセンターリング機能により、マグネット50が幅方向Xの中央位置に調整される。
さらに、本実施形態のスプール弁装置1は、マグネット50が装着される凹部70が、スプール30の開口側の端部に設けられている。スプール30の開口側の端部に凹部70が位置するので、スプール30の軸方向Yの変位に影響を及ばさない。また、バンドル部材80によるマグネット50の固定作業を行いやすい。
そして、本実施形態のスプール弁装置1は、バンドル部材80が弾性部材によって構成される。したがって、バンドル部材80が弾性力により、バンドル部材80によるセルフセンターリング機能が働きやすい。
加えて、本実施形態のスプール弁装置1の弾性部材は、径方向断面がC形状の板ばねで構成される。C形状の板ばねは、マグネット50の外周部51及びスプール30の外周部31との密着性に優れている。このC形状の板ばねは、部品調達がしやすく、汎用性に富んでいる。
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。
上記の実施形態では、輸送機器の無段変速機を制御対象としているが、本発明のスプール弁装置1は、無段変速機以外の自動変速機を、制御対象とするものであってもよい。また、本発明のスプール弁装置は、オイルにより制御される自動変速機以外の機器を、制御対象とするものであってもよい。
また、上記の実施形態では、スプールが水平方向に変位しているが、スプール弁装置の使用時の姿勢において、スプールの変位方向は、必ずしも水平方向でなくてもよい。
さらに、スプール弁装置の本発明の構成要件以外の部分については、特に限定されない。また、バルブボディ、スプール等の細部の形状については、本願の各図に示された形状と、相違していてもよい。
本実施形態のマグネットは、凹部に接着されないが、必ずしも接着剤によって凹部にマグネットを接着することを排除するものではない。
1 スプール弁装置
10 筐体
20 スプール穴
30 スプール
31 スプールの外周部
50 マグネット
51 マグネットの外周部
60 磁気センサ
70 凹部
71 凹部の底部
80 バンドル部材
81 バンドル部材の内周部
R1 スプールの外周部の曲率
R2 スプールの外周部の曲率

Claims (8)

  1. スプール穴を備える筐体と、
    前記スプール穴内に、軸方向に沿って変位可能に配置され、外周部に凹部を備えるスプールと、
    前記凹部に配置されたマグネットと、
    前記筐体に設けられ、前記マグネットの磁界の変化を検出し、前記磁界の変化を電気量に変換する磁気センサと、
    非磁性体で構成され、前記マグネット及び前記スプールを径方向外側から包み込んで、前記マグネットを前記スプールに固定するバンドル部材と、
    を備える、スプール弁装置。
  2. 前記電気量は電位差である、請求項1に記載のスプール弁装置。
  3. 前記バンドル部材が前記スプールに装着されている状態において、前記バンドル部材の内周部と前記凹部に配置された前記マグネットの外周部及び前記スプールの外周部とが接触し、前記凹部の底部に前記マグネットが押し付けられる、請求項1または2に記載のスプール弁装置。
  4. 前記マグネットの外周部の曲率と前記スプールの外周部の曲率とが一致しており、前記バンドル部材が装着されている状態において、前記マグネットの配置が前記凹部の幅方向の中央位置に調節されている、請求項1から3のいずれか一項に記載のスプール弁装置。
  5. 前記凹部の幅方向の両端は、前記スプールの外周部に開放している、請求項1から4のいずれか一項に記載のスプール弁装置。
  6. 前記スプール穴は、前記筐体の外側に開放する開口部を備え、
    前記凹部は、前記スプールの前記開口側の端部に設けられている、請求項1から5のいずれか一項に記載のスプール弁装置。
  7. 前記バンドル部材は弾性部材によって構成される、請求項1から6のいずれか一項に記載のスプール弁装置。
  8. 前記弾性部材は、径方向断面がC形状の板ばねによって構成される、請求項7に記載のスプール弁装置。

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