JP3274468B2

JP3274468B2 - ソレノイドバルブ組立体

Info

Publication number: JP3274468B2
Application number: JP51215094A
Authority: JP
Inventors: チャールズエヌガロッフ; ジョセフライリー; ロナルドイートロスト; ジレークリバーファーブ
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1992-11-10
Filing date: 1993-11-01
Publication date: 2002-04-15
Anticipated expiration: 2017-04-15
Also published as: EP0630453A1; WO1994011661A1; KR940703981A; DE69316741T2; CA2126859A1; AU663990B2; EP0630453B1; AU5545194A; US5564676A; JPH07503525A; DE69316741D1

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明は、一般的にソレノイドバルブに関する。一態
様において、ソレノイドバルブの組立体に関する。他の
態様においては、機械的応力を受けるソレノイドバルブ
組立体の損傷に対する抵抗を改良することに関する。

背景技術ソレノイドバルブは、日常的な機械操作において中心
的存在となってきた。これらソレノイドバルブは、家庭
に於ける冷暖房システムから自動車の内燃機関にいたる
まで使用され、殆どの最近の機械装置を制御するように
なっている。ソレノイドバルブは、瞬時の反応を必要す
るような使用において特に重要である。

取替え可能なソレノイド組立体を備えたソレノイドバ
ルブは、近年、コンピュータを利用して設計されてきて
おり、大きさ、重量、機械の材質及び特殊な用途におい
て改良される要因となる全てのものを最適なものにす
る。これら特殊な用途の環境が近年ますます悪化してき
ており、特殊な目的のために設計されたバルブは、操作
の際に、これらの設計上の限界に近い応力を含むような
状態にあうことがある。例えば、最近の設計からなる重
機械の用途において、バルブは従前の重機器の振動回転
周波数をはるかに越える高振動回転周波数が与えられ、
その結果、機械交差による小さな設計上のギャップでさ
えも大きな応力を生み出すことになり、部品の機械的一
体性を脅かすようになる。

このようなソレノイドバルブが長時間、構造的な一体
性を維持することが重要なことである。作動状態におい
て、ソレノイドバルブの早期の構造的一体性の喪失は実
質的にも深刻な結果となるからである。更に、早期に一
体性を喪失したソレノイドバルブを修復することは、予
想外のメンテナンスを必要とし、作業者に対してもより
高いコストがかかることになる。更に、大きな移動型建
設機械を短時間でも使用しないことは不経済である。

このような装置で使用され、ソレノイドハウジングシ
ェルがマウントから延びた状態で標準的構造で据え付け
られ、工業上の標準的な内部公差で組立てられたソレノ
イドバルブは過度の振動を起こすような条件にさらされ
ることがあり、固定されたクラッパ上で振動するベルの
ように作動し、カンチレバータイプの応力を作り出す。
その結果コイルとバルブ組立体の機械的損傷を受けるこ
とになる。

本発明のきっかけとなった振動の問題をうけるソレノ
イドバルブ組立体において、ソレノイドバルブ列に取り
つけられたマウントアダプタはソレノイドバルブ列の外
面でフラックスリングの内面と重ねられている。嵌合
は、特定の公差内にされ、マウントアダプタとボビンと
の間のエアギャップが最小になるようにされているが、
ハウジングシェルの開口端部でのマウントアダプタとフ
ラックスリングとの間の公差をもってしてもバルブ列の
上部でナットを締めることにより加えられた軸方向の圧
力は、固定されたクラッパとして作用するバルブ列に対
してハウジングシェルがベルのような振動をおこすこと
を防ぐためのアライメントと安定性を達成するには十分
ではない。このために、例えばマウントアダプタとチュ
ーブとのジョイントで、バルブ列に損傷を与えるのに充
分なカンチレバー応力が発生することになる。

この問題を修正することは、バルブ列組立体をソレノ
イド組立体に固定して、悪影響を及ぼす振動を除去する
だけではなく、バルブ組立体内で他の応力を発生させず
にこれを達成することを含んでいる。バルブ列組立体を
ソレノイド組立体に固定する工程では、縦軸方向に沿っ
てソレノイド組立体を圧縮するような圧力を加える過程
を伴うので、しかも部品を熱膨張可能な状態で収容する
空間を持ち、ソレノイド自身が機械的に圧縮されず、巻
線が破損したり、弛められたりするような力が加えられ
ることがないように特別な注意が払われなければならな
い。更に、ソレノイドバルブを製造する際にかなりの費
用がかかるぴったりとした機械公差を必要とすることな
く、バルブ列組立体をソレノイド組立体に固定する過程
が達成されなければならない。本発明はこれらの問題を
解決するものである。

本発明は、ソレノイドバルブ組立体の機械的一体性が
経済的な方法でより良好に保証される手段を提供してい
る。

本発明は、ソレノイドバルブ組立体において振動応力
がおきる可能性を減少させる手段を提供している。

本発明は、ソレノイドに損傷を与えることなく縦方向
に沿ってソレノイドバルブ組立体に圧力を加える手段を
提供する。

本発明は、当技術分野において、組立体を完全に取り
替えることなく、ソレノイドバルブ組立体に対して、現
存する組立体になされることができる変更を提供する。

これらと、本発明の他の態様と利点は、この明細書を
読み、図面と添付の請求の範囲を参照することで明らか
になるであろう。

発明の開示本発明において、バルブ組立体にとって望ましくな
い、付加的な応力を与えることなく、ソレノイドバルブ
組立体の機械的一体性を改良することを提供している。

本発明は、構成部品の中に、（１）ソレノイドバルブ
列を収納するようになっている、中央に配置され、開口
した、円筒形ボアと、（２）前記ボアを囲み、該ボアと
同軸である中空の円筒形ソレノイドコイルと、（３）一
端が開き、内部を挿通する前記中央ボアを除いて他端が
閉じており、前記ソレノイドコイルを囲み、該ソレノイ
ドコイルと同軸である、中空で円筒形のハウジングシェ
ルとを備えるソレノイド組立体（Ａ）と、ソレノイドバ
ルブ列（Ｂ）と、前記ソレノイド組立体を取外し可能
に、前記ハウジングシェルの前記閉じた端部で前記ソレ
ノイドバルブ列に取り付ける第一手段（Ｃ）と、前記ソ
レノイド組立体を前記ハウジングシェルの前記開いた端
部で前記ソレノイドバルブ列に取り付ける第二手段
（Ｄ）とを備えたソレノイドバルブ組立体を提供する。
ソレノイド組立体をハウジングシェルの開いた端部でバ
ルブ列に取り付けるこの第二手段は、前記ハウジングシ
ェルの開いた端部でフラックスリングとかみ合い可能で
相互に作用しあう外面を有する、ソレノイドバルブ列に
取り付けられたマウントアダプタ（１）と、第一表面上
で前記マウントアダプタの外面とかみ合い可能に相互に
作用しあい、第二表面上で前記ハウジングシェルの内面
と並置可能であるフラックスリング（２）とを備えてい
る。

図面の簡単な説明図１は、直円錐台形状にかみ合い可能な表面と肩つき
フラックスリングを表す本発明のソレノイドバルブ組立
体の概略断面図である。

図２は、分割型フラックスリングの概略断面図であ
る。

図３は、溝が付けられた、肩付きフラックスリングを
表す本発明のソレノイドバルブ組立体の一部の概略断面
図である。

図４は、ベルビル型ワッシャの概略断面図である。

図５は、直円錐台形状にかみ合い可能な表面を表すソ
レノイドバルブ組立体の一部の概略断面図である。

全ての図において、同じ符号は同じ部分を表す。

発明を実施するための最良の形態図１を参照すると、本発明の目的のためにソレノイド
バルブ組立体１が２つの主な部分（Ａ）と（Ｂ）を有す
るものとして述べられている。即ち一つの部分（Ａ）は
ソレノイド組立体３である。組立体３はハウジングシェ
ル５と、導電性金属巻き線13が巻かれている重合体ボビ
ン11を構成するソレノイドコイル９を含み、更に中央に
位置し、開いた状態の円筒形状ボア15を有しており、ハ
ウジングの内部の残りの部分は、軽量で、非導電性の樹
脂材料17で充填されている。もう一つの部分（Ｂ）はソ
レノイドバルブ列19である。このソレノイドバルブ列19
は、列の本体を形成するケージ21と、ケージ内でスライ
ドし、ポート25とドレン26を開閉するスプール23と、ソ
レノイド組立体３内の列の本体を形成し、ソレノイドコ
イル９を介して電流の流れがボア15内に磁界を発生させ
ることによって作用し、スプリング33とポール35及び金
属ワッシャ37に対して移動するようになっているアマー
チュア31を備える管29とを含んでいる。

図からわかるように、ソレノイドが作動し、スプール
23が前方に引っ張られたときには、入口ポート25aはカ
バーされておらず、ドレン26は閉じられている。このた
め、流体が一組のポート25aに流れて、システムを加圧
するように常に開いた状態のポート25bから流出する。
ソレノイドが作動しないときには、入口ポート25aは閉
じられており、ドレン26が開いて、流体がドレンを介し
て流出するようになっており、システムに加圧をおこな
わない。いろいろなシステムにおいて、ポートにはスク
リーンが設けられており、汚れがシステム内に入らない
ようになっている。

フラックスリング７とマウントアダプタ27は、ソレノ
イド組立体３とソレノイドバルブ列19との間で固定嵌合
を達成するように働くものであり、本発明の目的のため
には、これらは、ソレノイド組立体及びソレノイドバル
ブ列とは別個のものとされている。実際の実施におい
て、マウントアダプタは、別個の部品として、バルブ組
立体が取りつけられるべき機械と一体に構成することも
できる。この場合には、例えばマウントアダプタには、
バルブ列を該マウントアダプタに取り付けるためのねじ
手段を設けることができる。マウントアダプタは、ま
た、ここで示されているように、ねじで取り付けられた
り、或いはブレイズ溶接によって永久的に取り付けられ
たりすることによってバルブ列の一部分とすることがで
きる。同様に、フラックスリングはソレノイド組立体の
一部分として製造可能である。

また、本発明の目的において、ハウジングシェルの閉
じた端部で、ソレノイド組立体をソレノイドバルブ列に
取り外し可能で、固定的に取り付ける第一手段はねじが
ついた端部39として図示されている。この端部39はソレ
ノイド組立体の外側方向に延びており、通常ロックナッ
ト43とワッシャ45との組み合わせを有するロック手段41
に適合している。しかしながら、この第一手段は、穴と
コッタピン、或いはＣリングのようなシステムであれば
いかなるものでもよく、ソレノイドバルブ列を分割する
ことなく、ソレノイド組立体を選択的に取り替える間に
ハウジングシェルの閉じた端部でソレノイド組立体をソ
レノイドバルブに固定的に取り付ける。

ソレノイドは磁界の発生に基づいて作動するので、ソ
レノイドバルブ組立体の全ての部分は金属であり、殆ど
が鋼鉄である。ワッシャ37は真鍮であり、管29とバネ33
とともに磁力がない。ボビン11とハウジングの充填物が
磁力を有さない樹脂から形成されていることは先に述べ
た。

ソレノイド組立体をソレノイドバルブ列に取り付ける
第二の手段の機能は図面を参照しながら説明する。図１
を参照すると、ハウジングシェルの開いた端部で有効な
手段は、ソレノイドバルブ列19に取り付けられたマウン
トアダプタ27と、ハウジングシェル５の内側に隣接する
表面上に肩部47を有するフラックスリング７との組み合
わせを用いている。この肩部47は、ハウジングシェル５
の開いた端部のベースとして作用している。このため、
ナット43を締めたり、或いはハウジングシェル上部の他
の装置を締めることによって軸方向の圧力が、ハウジン
グシェル５の閉じた端部から加えられるときに、ハウジ
ングシェルはこの肩部を通過して滑ることができず、ま
た損傷をソレノイドコイル９に与えず（ハウジングシェ
ルを撓めるように過度の圧力が加えられない限り）、更
に、十分な軸方向の圧力がバルブ列にかけられて安定性
を与えている。

図１を参照すると、マウントアダプタとフラックスリ
ングの双方は、かみ合い可能で、相互に作用しあう直円
錐台形状で隣接する表面49を形成するようになってい
る。このことにより、マウントアダプタ27が取りつけら
れたバルブ列19と、フラックスリング７と結合している
ソレノイド組立体３は、互いにより固定的に配置され
て、ソレノイド組立体上に大きな軸方向の圧力荷重を必
要とすることなく、十分な半径方向の抑制力を形成して
いる。このようなかみ合い可能で相互に作用しあう表面
を形成することによって、不経済な製造費用で過度にき
つい公差の部品を製造する必要がなく、安定した配置を
得ることができる。更に、かみ合い可能な相互に作用し
あう表面によって、フラックスリングとソレノイド組立
体に渦巻き電流と残留磁気とを減少させるという他の利
点も得ることができる。このためにバルブの応答時間が
より早くなる。

図１と図２を参照すると、分割型フラックスリング51
を、マウントアダプタ27について使用することができ
る。分割型フラックスリング51は半径方向のクランプと
して作用し、軸方向の圧力がハウジングシェル５の閉じ
た端部から加えられ、軸方向に動くことができる間の半
径方向の振動を防いでいる。

図３は、ハウジングシェル５に隣接する側上で肩部55
を有するフラックスリングの変形例を示している。肩部
は曲線状の溝57を有しており、十分な軸方向の圧力がか
けられたときにハウジングシェル５の開口端部59を内側
に曲がるようにガイドする表面を形成している。このこ
とにより、システム内に依然として存在する圧力量につ
いてのガイドが与えられ、ハウジングシェルの閉じた端
部に加えられる圧力を最大にすることができる。

ソレノイド組立体３をハウジングシェル５の閉じた端
部でバルブ列19に取り付ける手段について説明すると、
図１ではロックナット43とワッシャ45を用いる通常の手
段を示しており、ハウジングシェル５の閉じた端部にお
いて、バルブ列19上で締められている。この手段は、上
述した手段のいかなる手段でも使用することができ、ソ
レノイドバルブ組立体１上で軸方向の圧力をかけるため
に従前より使用されてきた構造を改良するものである。
上述したように、他の手段は、ソレノイド組立体３をハ
ウジングシェルの閉じた端部でバルブ列19に取り付ける
のに用いることができる。

上述した平坦なワッシャ45をベルビル型ワッシャ61
（図４参照）に取り替えることによってソレノイドコイ
ル９のプラスチック変形における軸方向の圧力を維持す
る手段を形成する。このことは軸方向の圧力をかける場
合において、誤差に対する付加的なマージンが得られ融
通性を高めることになる。

図５で示されているバルブ組立体において、他の手段
が示されている。この実施例において、本明細書では通
常のロックナット43と変形されたワッシャ63とからなる
ロック手段とハウジングシェル５の双方ともが直円錐台
形状で、かみ合い可能な表面65を形成するように形作ら
れている。このことにより、ロック手段43と63が取り付
けられているバルブ列19と、ハウジングシェル５が一部
分となるソレノイド組立体３とがより正確に、かつより
安定して互いに配置されるようになっている。更に、本
実施例は、本技術分野において現在、存在するソレノイ
ドバルブ組立体に容易に採用できるものであり、これ
が、本発明の利点の少なくとも一部分である。

本明細書において、“直円錐台形状にかみ合い可能な
表面”という用語は、相互に作用しあう表面のいずれか
が直円錐台形状の表面、即ち、突出した表面、即ち凸部
の表面でありうるという意味を有している。

上述したように、ソレノイドバルブ組立体に軸方向に
圧力をかける本発明の手段は、ハウジングシェルリスト
の開いた端部からのものと、閉じた端部からのものとし
て使用することに限定されるべきではない。例えば、直
円錐台形状でかみ合い可能な表面と、ハウジングシェル
の開口端部でのフラックスリングのハウジングシェル側
上の肩部との双方を同時に使用できるというすぐれた利
点がある。

産業上の利用性ソレノイド組立体をソレノイドバルブ列に取り付ける
手段の部品は協働して作用し、バルブ列とソレノイド組
立体の部品上に軸方向の圧縮力を生み出すことになる。
この力はソレノイドバルブ組立体を軸方向に配置し、軸
方向、或いは半径方向のいずれかの方向のバルブ列の振
動を防いでいる。同時に、ソレノイドコイルに損傷を与
えるのに充分な量の圧力がソレノイド組立体にかからな
いような注意が払われている。軸方向の圧力はソレノイ
ドの巻き線を分離させたり、破損させたりする。分離し
た巻き線は、互いに摩擦することによって振動による損
傷を受け入れることになり、コイルの短回路を絶縁した
り、破損するような損傷が生じる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ガロッフチャールズエヌアメリカ合衆国イリノイ州 61771 セコールーラルルート１ピーオーボックス 66 (72)発明者ライリージョセフアメリカ合衆国イリノイ州 60304 オークパークサウステイラー 1129 (72)発明者トロストロナルドイーアメリカ合衆国イリノイ州 60120 エルジンアップルヒルコート 1129 (72)発明者リバーファーブジレークアメリカ合衆国イリノイ州 60053 モートングローヴカプリレーン 5627 (56)参考文献特開昭61−233280（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−112876（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−67479（ＪＰ，Ａ) 特開平１−247877（ＪＰ，Ａ) 特開平１−316585（ＪＰ，Ａ) 特開平４−311007（ＪＰ，Ａ) 米国特許3707992（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16K 31/00 - 31/11

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）ソレノイドバルブ列（19）を収納す
るようになっている、中央に配置され、開口した円筒形
シャフト（15）と、該シャフト（15）と同軸であり、該シャフト（15）の少
なくとも一部を囲んでいる中空でほぼ円筒形のソレノイ
ドコイル（９）と、一端が開いており、内部を貫通する前記シャフトを除い
て他端が閉じている、前記ソレノイドコイル（９）の少
なくとも一部を取り囲んでいる中空のハウジングシェル
（５）と、を備えるソレノイド組立体（３）と、（Ｂ）ソレノイドバルブ列（19）と、（Ｃ）該ソレノイド組立体（３）を前記ハウジングシェ
ル（５）の前記閉じた端部において前記ソレノイドバル
ブ列（19）に取付ける手段と、（Ｄ）前記ハウジングシェル（５）の前記開いた端部に
おいて、前記ソレノイド組立体（３）を前記ソレノイド
バルブ列（19）にかみ合い可能に接続する手段と、から
なり、該手段は、前記ハウジングシェル（５）の前記開いた端部に配置さ
れたフラックスリング（７）の外側第１の面とかみ合い
可能に相互作用する非平面の外面を有する、前記ソレノ
イドバルブ列（19）に取付けられたマウントアダプタ
（27）を備え、前記フラックスリングが前記ハウジングシェル（５）の
内面と第２の面上で並置可能である状態で、前記フラッ
クスリング（７）の前記外側第１の面が非平面であり、
前記フラックスリングの前記外側第１の面上で、前記マ
ウントアダプタ（27）の前記外面とかみあい可能に相互
に作用しあうようになっている、ソレノイドバルブ組立
体（１）。
【請求項２】前記マウントアダプタ（27）の前記外面
は、前記フラックスリング上で前記外側第１の面と相互
作用する直円錐台形状にかみあい可能な面（65）を備
え、前記フラックスリング上の前記外側第１の面は、前記マ
ウントアダプタ（27）上で直円錐台形状にかみあい可能
な面（65）と相互に作用する直円錐台形状にかみあい可
能な面（65）を備えていることを特徴とする請求項１に
記載のソレノイドバルブ組立体（１）。
【請求項３】前記フラックスリング（７）は分割型フラ
ックスリング（51）であることを特徴とする請求項１に
記載のソレノイドバルブ組立体（１）。
【請求項４】前記フラックスリング（７）の前記第２の
面上に肩部（47）を備え、該肩部（47）は前記ハウジン
グシェル（５）の前記開いた端部と係合可能であること
を特徴とする請求項１に記載のソレノイドバルブ組立体
（１）。
【請求項５】前記肩部（47）は、前記ハウジングシェル
（５）が軸線方向に圧縮されるときに、該ハウジングシ
ェル（５）を内側に曲げるのに十分な凹部を有する曲線
状の肩部（55）であることを特徴とする請求項４に記載
のソレノイドバルブ組立体（１）。
【請求項６】前記フラックスリング（７）は分割型フラ
ックスリング（51）を備えることを特徴とする請求項２
に記載のソレノイドバルブ組立体（１）。
【請求項７】前記フラックスリング（７）の前記第２の
面上に肩部（47）を備えており、該肩部（47）は、前記
ハウジングシェル（５）の前記開いた端部と係合可能で
あることを特徴とする請求項２に記載のソレノイドバル
ブ組立体（１）。
【請求項８】前記肩部（47）は、前記ハウジングシェル
（５）が前記軸線方向に圧縮されるときに、前記ハウジ
ングシェル（５）を内側に曲げるのに十分な凹部を有す
る曲線状の肩部（55）を備えていることを特徴とする請
求項７に記載のソレノイドバルブ組立体（１）。
【請求項９】前記ハウジングシェルの前記閉じた端部に
おいて前記ソレノイド組立体を前記ソレノイドバルブ列
に取付けるための手段は、前記ソレノイドバルブ列（1
9）とねじで係合可能になっている前記ロック手段（4
1）を含むことを特徴とする請求項１に記載のソレノイ
ドバルブ組立体（１）。
【請求項１０】前記ハウジングシェルの前記閉じた端部
において前記ソレノイド組立体を前記ソレノイドバルブ
列に取付ける前記手段は、（ａ）前記ソレノイドバルブ
列（19）とねじで係合可能なロック手段（41）と、
（ｂ）前記ロック手段（41）と前記シェル（５）の前記
閉じた端部との間に並置されたベルビル型ワッシャ（6
1）と、を組み合せてなることを特徴とする請求項１に
記載のソレノイドバルブ組立体（１）。
【請求項１１】前記ハウジングシェルの前記閉じた端部
において前記ソレノイド組立体を前記ソレノイドバルブ
列に取付ける前記手段は、前記ハウジングシェル（５）
の前記閉じた端部上で外面と相互作用する直円錐台形状
にかみ合わせ可能な外面（65）を有するようになってい
る、前記ソレノイドバルブ列（19）とねじで係合可能な
ロック手段（41）と組み合わされてなり、前記ハウジングシェルの前記閉じた端部の前記外面が、
前記ロック手段（41）上で前記直円錐台形状にかみあい
可能な面（65）と相互作用する直円錐台形状にかみ合い
可能な面（65）を備えていることを特徴とする請求項１
に記載のソレノイドバルブ組立体（１）。
【請求項１２】前記フラックスリングは、分割型フラッ
クスリングを備えていることを特徴とする請求項11に記
載のソレノイドバルブ組立体（１）。