JP3945271B2 - ソレノイドバルブ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種流体圧力制御等に好適に用いられるソレノイドバルブに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のソレノイドバルブとしては、たとえば、図１１に示すようなソレノイドバルブが提案されている。図１１は従来技術に係るソレノイドバルブの概略構成断面図である。
【０００３】
ソレノイドバルブ２００は、ソレノイド部２００Ａとバルブ部２００Ｂとから構成される。
【０００４】
ここで、バルブ部２００Ｂは、図示の例では、スプールのストロークに応じて弁の開口面積を変化させて、流体の流入量や流出量を制御できるスプールバルブタイプを示している。
【０００５】
ソレノイド部２００Ａは、概略、通電により磁界を発生する略円筒状のコイル２０３と、コイル２０３により発生した磁界によってセンターポスト２０２に磁気的に吸引されるプランジャ２０１と、プランジャ２０１の駆動をバルブ部２００Ｂ（具体的にはスプール）に伝達するためにプランジャ２０１に連結されたロッド２０４と、を備えている。
【０００６】
また、プランジャ２０１がセンターポスト２０２から離間しやすくするためのシム２０５を備えている。
【０００７】
ここで、プランジャ２０１は、通常状態、すなわちコイル２０３に通電していない状態では、センターポスト２０２から離間する方向に位置する構成となっている。
【０００８】
なお、一般的にはスプリング等の付勢部材によって、プランジャ２０１をセンターポスト２０２から離間する方向に付勢するように構成されている。図示の例では、スプールをソレノイド部２００Ａ方向に付勢するスプリングを設けることによって、プランジャはスプールを介してセンターポスト２０２から離間されるように構成されている。
【０００９】
そして、コイル２０３に通電することによって、コイル２０３は磁界を発生して、磁路が形成され、プランジャ２０１はセンターポスト２０２に磁気的に吸引される。
【００１０】
従って、コイル２０３に通電する電流の大きさによって、磁気力を制御することができ、これによりプランジャ２０１の移動量を制御することでスプールのストローク量を制御でき、これにより流体の流量を制御し、油圧制御などの各種流体圧力制御等を行うことができるというものである。
【００１１】
ここで、従来技術に係るソレノイドバルブ２００において、ソレノイド内部の可動部品であるプランジャ２０１とロッド２０４との結合方法においては、一方の部品を変形して、他方に食い込ませ固定する方法、いわゆるカシメにより行われていた。
【００１２】
また、図１２に示すようにプランジャの先端にシムを結合する場合もあり、プランジャ２０１にロッド２０４及びシム２０５を固定する場合には、プランジャ２０１にロッド２０４を貫通させ、プランジャ２０１とロッド２０４に設けた段の間にシム２０５を挟み込むと同時に、プランジャ２０１のもう一方の端部２０６において、ロッド２０４とプランジャ２０１をカシメにより固定する方法がとられる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来技術の場合において、カシメによりプランジャ２０１とロッド２０４を結合するには、少なくとも一方のプランジャ端面をカシメのためのスペースとして確保する必要があり、以下に示すような機能を追加することができないという欠点がある。
【００１４】
（１）応答性の向上を目的として可動部を軽量化するために、プランジャ２０１の端部に穴２０７をあける場合（図１３）。
【００１５】
（２）プランジャ２０１の両端にシム２０５を設ける必要がある場合（図１４）。
【００１６】
本発明は上記の従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、カシメを行うことなくプランジャとロッドとを結合させて応答性を向上させたソレノイドバルブを提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明にあっては、
励磁されたコイルによりセンターポストに磁気吸引されるプランジャと、
前記プランジャの駆動をバルブ部に伝達するために該プランジャに連結されたロッドと、
前記プランジャの両端部から該プランジャと前記ロッドとの間に圧入して設けられ、該プランジャと該ロッドとを結合するとともに、該プランジャと前記センターポストとの間に隙間を形成させる１組のシムと、
を備えたソレノイドバルブであって、
前記プランジャと前記ロッドとの間に圧入される前記シムの圧入方向に該シムが圧入された場合に、該ロッドと該シムとの間及び、該シムと該プランジャとの間の結合状態が締まりばめとなるように、該ロッドと該シムとの接触部及び、該シムと該プランジャとの接触部において、該プランジャと該ロッドと該シムとのうち少なくともいずれかに傾斜面を設けたことを特徴とする。
【００１８】
従って、カシメによっては得ることのできないプランジャ，ロッド，シムの結合構造を得ることができるので、ソレノイドの制御特性及び設計の自由度の向上を図ることが可能となる。
【００１９】
前記シムには、軸方向に貫通している切り欠き状部が設けられていることも好適である。
【００２０】
従って、プランジャ内部をソレノイド作動時の作動流体の逃げ道として利用することができる。ここで、切り欠き状部としては作動流体の逃げ道となればよく、その形状は限定されるものではないが、切り欠きや貫通孔であるとよい。
【００２１】
さらに、シムの外周部を切り欠きとすれば、これにより形成される凸部をプランジャの内径部に食い込ませることができるので、シムとプランジャとの結合強度の向上を図ることができる。
【００２２】
また、シムが接触する相手部材に対する接触面にまで、切り欠きを設けることにより、相手部材との接触面積を減少させることができ、これにより作動流体の影響（例えば相手部材との粘着）を抑制することができ、プランジャの作動が良好となり応答性を向上させることができる。
【００２３】
また、従来ではシムが相手部材に接近する動作が行われた場合に、シムと相手部材との間に介在している作動流体がシムの動作を緩衝させてしまい（ダンパ作用）、良好な制御特性が保てない虞があったが、作動流体の逃げ道となる切り欠き状部を設けて常に作動流体の流れを作り出すことにより、シムが緩衝されることはなく、良好な制御特性を得ることができる。
【００２４】
そして、切り欠き状部を、シムが接触する相手部材に対する接触面にまで設けることにより、シムが相手部材に接近する動作が行われた場合に、シムと相手部材との間に介在している作動流体の流れを効率良く作り出す（作動流体が緩衝作用を起こすことなく、シムと相手部材との間から排除される）ことができ、また、シムと相手部材とが接触した状態から離間する場合でも接触面積が減少しているので、粘着の影響が抑制され良好な制御特性を得ることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２６】
まず、図１を参照して、本発明の実施の形態に係るソレノイドバルブについて説明する。図１は本発明の実施の形態に係るソレノイドバルブの概略構成断面図である。
【００２７】
ソレノイドバルブ１００は、ソレノイド部１００Ａとバルブ部１００Ｂとから構成される。
【００２８】
ソレノイド部１００Ａは、概略、通電により磁界を発生する略円筒状のコイル３と、コイル３への通電によって発生した磁界により磁気回路が形成されることでセンターポスト２に磁気的に吸引されるプランジャ１と、プランジャ１の駆動をバルブ部１００Ｂの弁体としてのスプール７に伝達するためにプランジャ１に連結されたロッド４と、を備えている。
【００２９】
また、プランジャ１の両端側には、プランジャ１の軸受となるシム５，６が設けられており、センターポスト２側のシム５においては、プランジャ１をセンターポスト２から離間しやすくしている。
【００３０】
バルブ部１００Ｂは、図示の例ではスプールバルブの場合を示しており、バルブスリーブ８の内部にスプール７が往復動自在に備えられており、このスプール７のストロークに応じてバルブスリーブ８に形成した弁の開口面積が変化するため、ソレノイドによりスプール７のストローク量を制御することによって流体の流入量や流出量を制御できる構成となっている。
【００３１】
次に、ソレノイドバルブ１００の動作について説明する。
【００３２】
プランジャ１は、通常状態、すなわちコイル３に通電していない状態では、センターポスト２から離間する方向に位置する構成となっており、すなわち、本実施の形態では、上述のようにスプール７を、リターンスプリング９によってソレノイド部１００Ａ方向に付勢することによって、プランジャ１はセンターポスト２から離間される。
【００３３】
そして、コイル３に通電することによって、磁路が形成されて、プランジャ１はセンターポスト２に磁気的に吸引される。
【００３４】
従って、コイル３に通電する電流の大きさによって、磁気力を制御することができ、これによりリターンスプリング９による付勢力とのバランス制御によりプランジャ１の移動量を制御することでスプール７のストローク量を制御でき、これにより流体の流量を制御し、油圧制御などの各種流体圧力制御等を行うことができるというものである。
【００３５】
次に、本実施の形態の特徴的な構成について説明する。本実施の形態においては、シム５，６とプランジャ１とロッド４との結合部において特徴を有するものである。
【００３６】
図２（ａ）は、シム５，６とプランジャ１とロッド４との結合状態を示す図であり、同図（ｂ）は（ａ）のＣ部拡大図、同図（ｃ）は他の実施形態を示す、（ａ）のＣ部拡大図である。
【００３７】
本実施の形態において、プランジャ１の両端に設けられたシム５，６により、プランジャ１とロッド４とは結合されている。ここで、シム５，６は、外周にプランジャ内径と圧入となるような傾斜面としてのテーパ面５ａ，６ａを有し、内径寸法はロッド４と中間ばめとなる貫通孔５ｂをもつ略円筒形状をなしている。
【００３８】
そして、プランジャ１は、シム５，６が圧入される貫通孔１ａを有する略円筒形状をなしている。
【００３９】
また、ロッド４には、シム５，６との接触部において、１つ以上の溝４ａが加工されている。溝４ａは、ロッド４とシム５，６との結合を強化するためのものであり、溝に限るものではなく、表面を粗く加工したものであってもよい。
【００４０】
以下に、シム５，６とプランジャ１とロッド４との結合（組み付け）方法について説明する。図３は、シム５，６とプランジャ１とロッド４との結合方法を説明するための図である。
【００４１】
まず、図３（ａ）に示すように、１組のシム５，６のうち一方のシム５をロッド４に挿通させて、ロッド４の溝４ａの位置に位置させる。この状態では、シム５とロッド４とは中間ばめの状態である。
【００４２】
そして、図３（ｂ）に示すように、矢印Ａの方向に移動させて、他方のシム６が結合される溝が設けられている側のロッド端部から、プランジャ１に挿通させていく。
【００４３】
そして、シム５が組まれたロッド４がプランジャ１に挿通された状態から、シム５とロッド４との位置関係を保持したまま、シム５をプランジャ１に圧入する。
【００４４】
ここで、シム５に設けられたテーパ面５ａは、図２（ｂ）で示したように圧入方向（矢印Ａ，他方のシム６が設けられる側）に向かって、縮径となるような傾斜面となっている。
【００４５】
したがって、圧入深さが大きくなるに従い、シム５は径方向に圧縮され、また、シム５の内径も縮小するためにロッド４とシム５との間は締まりばめの関係となる。さらに、ロッド４表面に設けられた溝４ａの凸部がシム５の内径に食い込むこととなり、結合が強化されるものである。
【００４６】
次に、もう一方のプランジャ１の端部にシム６を圧入する（図３（ｃ））。シム６に設けられたテーパ面６ａは、圧入方向（矢印Ｂ，一方のシム５が設けられる側）に向かって、縮径となるような傾斜面となっているので、シム５と同様に、圧入深さが大きくなるとともにロッド４とシム６との間は締まりばめとなる。
【００４７】
ここで、図２（ｃ）に示すように、シム５の軸方向に略平行な外周面に対してプランジャ１の内径部の軸方向端部が傾斜面１ｂ（圧入方向に向かって内径が縮径となる）となるようにしても同様である。
【００４８】
このように結合されることにより、図に示す矢印Ａの向き（組み付け時にシム５が圧入される方向）に力が加えられた場合にはシム５が、矢印Ｂの向き（組み付け時にシム５が圧入される方向）に力が加えられた場合にはシム６が力を受けるので、圧入部の抜け荷重以下の外力に確実に耐えることができる。
【００４９】
ここで、ロッド４とシム５，６との結合は同等ではない。最初に圧入される部分では、圧入作業時にロッド，シム間の位置ずれは起こらないのに対し、後から圧入される部分では、圧入方向へのずれが発生する。このため、同等の圧入荷重では最初に圧入される側の結合力が強くなる。各位置での結合力はロッド，シム、シム，プランジャ間の各クリアランス、テーパ角度、圧入深さ等で最適な条件を選択することができる。
【００５０】
図４は本発明の他の実施形態を示す概略図である。図４に示す実施形態では、ロッドに傾斜面を設けたものである。
【００５１】
すなわち、図４に示すシムとプランジャとロッドとの結合状態において、ロッド１４に他の部位よりも径が大きい大径部１４ａを設け、大径部１４ａの両端に傾斜面としてのテーパ面１４ｂ，１４ｃを設けている。
【００５２】
シム１５，１６は内外周とも略均一の径をなす略円筒形状であり、プランジャ１１はシム１５，１６が挿通される貫通孔１１ａを有する略円筒形状をなしている。ここで、シム１５，１６とプランジャ１１との嵌め合いは、中間ばめに設定されている。
【００５３】
シム１５，１６とプランジャ１１とロッド１４との結合（組み付け）方法については、図３で説明したものと同様であるが、ロッド１４にテーパを設けているので、シムの圧入時においては、ロッド１４とプランジャ１１との位置関係を保持したまま、シム１５，１６を両側から（または片側ずつ）シムをロッド１４のテーパ面１４ｂ（１４ｃ）に圧入していく。
【００５４】
圧入動作（作業）が進むにつれて、シム１５，１６の外径が拡大するため、シム１５，１６とプランジャ１１との間は、締りばめとなり結合されることとなる。ここで、プランジャ１１においてシム１５，１６の接触部に例えば溝１１ｂを設けることにより、シム１５，１６とプランジャ１１との結合を強固にすることができる。
【００５５】
なお、圧入により締まりばめとすることができればよいので、ロッドとシムとの接触部及び、シムとプランジャとの接触部において、プランジャとロッドとシムとのうち少なくともいずれかに傾斜面が設けられていればよい。
【００５６】
図５は、切り欠き２１ａが設けられたシム２１を示す概略図である。切り欠き２１ａは、軸方向に切り欠かれており、プランジャの両側の室を連通させるものである。
【００５７】
ソレノイドバルブ１００においては、上述したシムに代わってシム２１を設けることにより、プランジャ内部をソレノイド作動時の作動流体の逃げ道として利用することができるので、作動流体の流れを常に作り出すことができ、作動流体の移動（流れ）が阻害されたり、作動流体によりシムとセンターポストが粘着してしまうようなことはなく、ソレノイドの応答性を向上させることができる。
【００５８】
また、切り欠きが設けられたことにより形成されるシム外周の凸部２１ｂがプランジャ内径部に食い込むことにより、結合強度（回りトルク）が向上する。さらに、シムと接触する相手側との接触面積が減少することにより、プランジャの作動が容易となり応答性が向上する等の効果を得ることができる。
【００５９】
また、従来では、プランジャ１の作動により、プランジャ１がセンターポスト２に吸引された場合に、プランジャ１とセンターポスト２との隙間が微小になると、シム近傍の作動流体の流れが絞られ規制されて、作動流体がダンパとして働いてしまい、ソレノイドの応答性を悪化させる可能性があったが、シム２１により、作動流体の流れを常に作り出すことができるので、従来のような作動流体がダンパとして働く虞もなくなり、ソレノイドの応答性を向上させることができる。また、プランジャ１の作動により、プランジャ１がセンターポスト２に吸引され続けた場合でも、作動流体は常に流れ続けているので、作動流体が溜まってソレノイドが発熱したり、環境温度の変化により作動流体が劣化してプランジャとシムが固着することもない。
【００６０】
図６〜８は、シムに切り欠きを設けた他の実施形態を示すものである。
【００６１】
図６は、フランジ２２ａを有するシム２２を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００６２】
シム２２は、フランジ２２ａと円筒部２２ｂとからなり、フランジ２２ａと円筒部２２ｂの外周とを連通するスリット状の切り欠き２２ｃが設けられているものである。
【００６３】
図７は、フランジ２３ａを有するシム２３を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【００６４】
シム２３は、フランジ２３ａと円筒部２３ｂとからなり、フランジ２３ａのセンターポスト２側に向く表面部２３ｄと円筒部２３ｂの内周とを連通するスリット状の切り欠き２３ｃ，２３ｅが設けられているものである。図７に示すシム２３において、切り欠き２３ｃは表面部２３ｄにおいて放射線状に設けられている。
【００６５】
シム２３においては、内周側に作動流体を流す場合に用いられ、また、内周側に凸部が形成されるので、ロッドとの結合を強化することができる。
【００６６】
図８は、フランジ２４ａを有するシム２４を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【００６７】
図８に示すシム２４も、フランジ２４ａと円筒部２４ｂとからなり、シム２２同様にシム外周に設けられた切り欠き２４ｃから流体を流すものである。
【００６８】
ここで、シム２２，２３，２４は、それぞれの円筒部２２ｂ，２３ｂ，２４ｂがプランジャに圧入されるものである。また、切り欠きを内周及び外周の両方に設けてもよい。これにより、作動流体の流れを作り出すとともに、ロッド及びプランジャとの結合をより強化することができる。
【００６９】
これまで述べてきたシムは、プランジャに結合したものであったが、図６〜８を用いて説明した切り欠きを有するシム２２，２３，２４は、センターポストに嵌着される場合においても、適用することができ、また、ロッドを支持する軸受けとしても適用することができる。その一例として、シム２２がセンターポストに嵌着された状態を図９を用いて説明する。
【００７０】
シムは、センターポスト３２とプランジャ３１との間に生じている残留磁気による吸着防止用として、プランジャ３１をセンターポスト３２から離間しやすくするために設けられるが、従来では、ソレノイドＯＮ時に、シムとプランジャが接触して室３０が密閉されてしまうと、作動流体の移動（流れ）が阻害されるため、また、作動流体によりシムとプランジャ自体が粘着してしまうため、ソレノイドの応答性が悪くなってしまう可能性があった。
【００７１】
そこで、シム２２を適用することで、ソレノイドＯＮ時においても、シムの油路（切り欠き２２ｃ）により室３０が密閉状態となることはなく、また、シム２２とプランジャ３１とが面全体で接触するようなことはなく粘着することがなくなるので、ソレノイドの応答性の向上を図ることができるものである。
【００７２】
また、従来では、プランジャ３１の作動により、プランジャ３１がセンターポスト３２に吸引された場合に、プランジャ３１とセンターポスト３２との隙間が微小になると、シム近傍の作動流体の流れが絞られ規制されて、作動流体がダンパとして働いてしまい、ソレノイドの応答性を悪化させる可能性があった。
【００７３】
シム２２の適用により、図９（ｂ）に示すように、作動流体の流れ（矢印Ｄ）を常に作り出すことができるので、従来のように作動流体がダンパとして働く虞もなくなり、ソレノイドの応答性を向上させることができる。また、プランジャ３１の作動により、プランジャ３１がセンターポスト３２に吸引され続けた場合でも、作動流体は常に流れ続けているので、作動流体が溜まってソレノイドが発熱したり、環境温度の変化により作動流体が劣化してプランジャとシムや軸受けが固着することもない。
【００７４】
これまで述べてきたシムのように、作動流体を介して２つの部材が密着する場合において、密着する面に例えば切り欠きを設けることにより面接触しない構造とすることで、作動流体による粘着の影響を抑制することができる。密着する面とはシムに限らず、他の一例として、バルブスリーブ４３の端部４３ａに密着するスプール先端部４２ａにスリット４２ｂを設けたソレノイドバルブを図１０を用いて説明する。
【００７５】
スプール４２の先端部４２ａがバルブスリーブ４３の端部４３ａに密着した状態から、ソレノイド部４１の動作及びスプリング４４によりスプール先端部４２ａが端部４３ａから離間する場合に、スリット４２ｂを設けたことによりスプール先端部４２ａと端部４３ａとが粘着してしまうことはなく、スムーズにスプール先端部４２ａが端部４３ａから離間することができ、すなわち、ソレノイドの応答性の向上を図ることができる。
【００７６】
スプリング４４が設けられている室４０が密閉室である場合には、スプール先端部４２ａからソレノイド部４１側に連通する油路４２ｃを設けることにより、室４０が密閉されることを防ぐことができ、作動流体の流れを常に作り出すことができる。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、カシメによっては得ることのできないプランジャ，ロッド，シムの結合構造を得ることができるので、ソレノイドの制御特性及び設計の自由度の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るソレノイドバルブの概略構成断面図である。
【図２】（ａ）は、シムとプランジャとロッドとの結合状態を示す図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ部拡大図、（ｃ）は他の実施形態を示すＣ部拡大図である。
【図３】シムとプランジャとロッドとの結合方法を説明するための図である。
【図４】本発明の他の実施形態を示す概略図である。
【図５】切り欠きが設けられたシムを示す概略図である。
【図６】シムに切り欠きを設けた他の実施形態を示す図である。
【図７】シムに切り欠きを設けた他の実施形態を示す図である。
【図８】シムに切り欠きを設けた他の実施形態を示す図である。
【図９】シムがセンターポストに嵌着された状態を示す模式図である。
【図１０】他の実施形態のソレノイドバルブを示す図である。
【図１１】従来技術に係るソレノイドバルブを示す模式図である。
【図１２】従来技術を説明するための模式図である。
【図１３】従来技術を説明するための模式図である。
【図１４】従来技術を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１ プランジャ
１ａ 貫通孔
１ｂ 傾斜面
２ センターポスト
３ コイル
４ ロッド
４ａ 溝
５，６ シム
５ａ，６ａ テーパ面
５ｂ 貫通孔
７ スプール
８ バルブスリーブ
９ リターンスプリング
１１ プランジャ
１１ａ 貫通孔
１１ｂ 溝
１４ ロッド
１４ａ 大径部
１４ｂ，１４ｃ テーパ面
１５，１６ シム
２１，２２，２３，２４ シム
２１ａ，２２ｃ，２３ｃ，２３ｅ，２４ｃ 切り欠き
２１ｂ 凸部
２２ａ，２３ａ，２４ａ フランジ
２２ｂ，２３ｂ，２４ｂ 円筒部
２３ｄ 表面部
３０，４０ 室
３１ プランジャ
３２ センターポスト
４１ ソレノイド部
４２ スプール
４２ａ スプール先端部
４２ｂ スリット
４２ｃ 油路
４３ バルブスリーブ
４３ａ 端部
４４ スプリング
１００ ソレノイドバルブ
１００Ａ ソレノイド部
１００Ｂ バルブ部

Claims (2)

1. 励磁されたコイルによりセンターポストに磁気吸引されるプランジャと、
   前記プランジャの駆動をバルブ部に伝達するために該プランジャに連結されたロッドと、
   前記プランジャの両端部から該プランジャと前記ロッドとの間に圧入して設けられ、該プランジャと該ロッドとを結合するとともに、該プランジャと前記センターポストとの間に隙間を形成させる１組のシムと、
   を備えたソレノイドバルブであって、
   前記プランジャと前記ロッドとの間に圧入される前記シムの圧入方向に該シムが圧入された場合に、該ロッドと該シムとの間及び、該シムと該プランジャとの間の結合状態が締まりばめとなるように、該ロッドと該シムとの接触部及び、該シムと該プランジャとの接触部において、該プランジャと該ロッドと該シムとのうち少なくともいずれかに傾斜面を設けたことを特徴とするソレノイドバルブ。
2. 前記シムには、軸方向に貫通している切り欠き状部が設けられ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。

Images