JP5931742B2 - ソレノイドバルブ - Google Patents

Description

本発明は、例えば油圧装置等の油圧制御に適用して好適なソレノイドバルブに関する。

従来技術に係るソレノイドバルブとしては、例えば中空パイプ状のシャフトを、当該シャフトの一部をプランジャに形成された貫通孔に差し込んで固定し、シャフトの一部がプランジャを磁気吸引する磁気対向部の内部を移動するものが提案されている（特許文献１等参照）。

また、従来技術では、プランジャと磁気対向部とが磁気的に結合することを防止するために、シャフトとプランジャの間にプレートを挟む技術や、プランジャの端面に加工を施す技術や、シャフトの一部を屈曲させる技術などが提案されている。

特開２００９−３０６８２号公報

しかしながら、従来技術に係るソレノイドバルブでは、プランジャに形成された貫通孔にシャフトの一部を差し込む構造を有しているため、プランジャに対して、貫通孔の形成等、高い精度が要求される機械加工を施す必要がある。また、シャフトの作製においても、非金属の薄板を略パイプ状に形成する際に、高い精度の機械加工が必要となる。

したがって、従来のソレノイドバルブは、生産効率及びコストに課題を有していた。なぜなら、プランジャやシャフトの機械加工の精度が不十分である場合、シャフトの軸心ズレが発生してしまうからである。また、シャフトとプランジャの間にプレートを挟む技術は、組立に手間がかかるという問題があり、シャフトに屈曲部を設ける技術も、加工精度及び強度の点で問題を有する。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、部品作製時において要求される機械加工が少なく容易に製造できるプランジャ及びシャフトを用いることによって良好な生産性を有し、組立も容易なソレノイドバルブを提供することである。

上述の課題を解決するために、本発明に係るソレノイドバルブは、軸方向に連続する内部通路を有する筒状のバルブスリーブと、
前記バルブスリーブの前記内部通路に前記軸方向移動自在に配置されるスプールと、
前記バルブスリーブの前記内部通路に連通する貫通孔を有し、磁性材料で構成される筒状のセンターポストと、
前記スプールとの間に前記センターポストを前記軸方向に挟んで、前記バルブスリーブ及び前記センターポストに対して前記軸方向移動自在に配置され、磁性材料で構成されるプランジャと、
一方の端面が前記スプールに当接されるとともに他方の端面が前記プランジャの端面に取付けられ前記センターポストの前記貫通孔の内部を前記軸方向に移動する軸部と、前記軸部と一体に形成されており、前記軸部から径方向に突出して、前記プランジャが前記センターポストに接近した際に、前記プランジャと前記センターポストとの間に挟まれる鍔部と、を有し、非磁性材料によって構成されるシャフトと、
前記センターポストに伝える磁力を発生させるためのコイルを有し、前記センターポスト、前記プランジャ及び前記シャフトを内部に収納するケース部と、
を有する。

本発明に係るソレノイドバルブは、センターポストの貫通孔の内部を移動する軸部と、軸部から径方向に突出してプランジャとセンターポストとの間に挟まれる鍔部とが一体となったシャフトを有する。プランジャとセンターポストの接触を防ぐ鍔部が軸部と一体であるシャフトを採用することにより、本発明に係るソレノイドバルブは、別途プランジャとセンターポストの接触を防ぐ部材を組み立てる必要がなく、組立が容易である。

また、シャフトは、軸部の他方の端部がプランジャの端面に取り付けられるため、プランジャにシャフトを取り付けるための貫通孔等を形成する必要がない。また、シャフトが鍔部を有するため、プランジャに、センターポストとの磁気的結合を妨げるための突起等を形成する必要もない。したがって、本発明に係るプランジャは、製造の際に必要な機械加工が少なく、作製が容易である。

また、前記シャフトは、樹脂材料によって構成されていることが好ましい。シャフトを樹脂材料で構成することによって、鍔部と軸部が一体となった形状を容易に成型することが可能となるため、製造の際に必要な機械加工を減少させ、シャフトを容易に製造することができる。

また、前記シャフトにおける前記軸部の横断面外周形状は、前記軸部の中心を基準として対象に配置される複数の円弧状部分と、前記円弧状部分を連結する複数の切り欠き部分と、を有しても良い。

このような横断面外周形状を有する軸部は、円弧状部分が貫通孔の内壁と摺動し、切り欠き部分と貫通孔の内壁との間に形成された隙間が油路となるため、安定した軸方向の移動および力の伝達を、単純な形状で実現することができる。

また、前記シャフトは、前記切り欠き部分にパーティングラインが位置するキャビティによって成型されても良い。成型によってシャフトを製造すると、パーティングラインにバリが発生する場合があるが、シャフトの切り欠き部分は貫通孔の内壁と摺動せず油路となるため、この部分にバリやバリ除去後の加工痕が残存したとしても、シャフトの移動にほとんど影響を及ぼすことがない。

また、前記シャフトの前記軸部は、前記貫通孔の内壁に対して摺動する複数の大径部と、前記軸方向の両側を前記大径部に挟まれて配置されており、横断面形状において前記大径部より小さい最大径を有する小径部と、を有しても良い。

小径部と大径部を有するシャフトは、シャフトに対して大きな負荷が掛かり、シャフトが若干湾曲したような場合にでも、貫通孔内で引っ掛かることによって軸方向への円滑な移動が妨げられることを防止することができる。小径部を有するシャフトは、貫通孔内で許容される曲がり量が、大径部のみを有するシャフトに比べて大きいからである。

図１は、本発明の一実施形態に係るソレノイドバルブの断面図である。 図２は、図１に示すソレノイドバルブに含まれるシャフトをスプール側から見た側面図である。 図３は、図１に示すソレノイドバルブに含まれるシャフトの正面図である。 図４は、図１における断面線IV−IVに沿う断面図である。 図５は、プランジャ、シャフト及びセンターポストの相対位置の関係を表す断面図である。 図６は、シャフト及びシャフトを成形するための金型の一例を表す断面図である。

図１は、本発明の一実施形態に係るソレノイドバルブ１０の断面図である。本実施形態に係るソレノイドバルブ１０は、スプールタイプのソレノイドバルブであって、例えば自動車の自動変速機等の負圧の制御を行うために好適に用いられるが、ソレノイドバルブ１０の用途は特に限定されない。

図１に示すように、ソレノイドバルブ１０は、電動駆動部としてのソレノイド部（リニアソレノイド）１６、バルブ本体１４及びリテーナ１２を有する。ソレノイドバルブ１０では、バルブ本体１４の一方の端部にリテーナ１２が装着され、バルブ本体１４の他方の端部には、ソレノイド部１６が装着されている。ソレノイドバルブ１０を構成する各部材の説明においては、プランジャ５０、シャフト６０及びスプール３０が配列されている軸Ｚ方向に沿って、リテーナ１２に近接する側を先端側、ソレノイド部１６のエンドプレート７８に近接する側を後端側として説明を行う。

バルブ本体１４は、軸Ｚ方向に連続する内部通路２２を有する筒状のバルブスリーブ２０と、内部通路２２に配置されるスプール３０とを有する。バルブスリーブ２０の周壁には、バルブスリーブ２０の内部通路２２と外部とを連通させる複数のポート２４が形成されている。複数のポート２４は、ドレインポート、制御ポート、入力ポート及びフィードバックポート等によって構成され、制御流体（例えば作動油等）は、これらのポート２４を介して内部通路２２に流入し、又は内部通路２２から他の部材へ流出する。

スプール３０は、バルブスリーブ２０の内部通路２２に、軸Ｚ方向に沿って移動自在に配置されている。スプール３０は、軸方向に沿って配置される複数のランド３１を有している。ランド３１は、スプール３０の他の部分より外径が大きく、また、各ランド３１の外径は、スプール３０が制御流体から適切な圧力を受けることができるように設計される。また、各ランド３１の軸方向の位置は、スプール３０の移動に伴って、各ランド３１が各ポート２４の開口量を適切に調整できるように設計される。

スプール３０における先端側の端面であるスプール先端面３２には、リテーナ１２の内部に収納されているスプリング１８が当接されている。スプリング１８は、スプール３０とリテーナ１２によって軸Ｚ方向の両側を挟まれており、スプール３０を後端側に向かって押圧するスプリング力を発生させる。リテーナ１２は、バルブスリーブ２０の先端に、カシメ止め等によって固定されている。

バルブスリーブ２０、リテーナ１２及びスプール３０の材質は特に限定されないが、例えば、アルミニウム、鉄、樹脂等が例示される。また、バルブスリーブ２０、リテーナ１２及びスプール３０は、磁性材料で構成されてもよく、また、非磁性材料で構成されても良い。

ソレノイド部１６は、センターポスト４０、プランジャ５０、シャフト６０及びこれらを内部に収納するケース部７０を有する。センターポスト４０は、バルブスリーブ２０の内部通路２２に連通する貫通孔４２を有し、軸Ｚ方向に伸びる筒状の形状を有している。また、貫通孔４２の後端側の開口周辺には、シャフト６０の鍔部６８が接触する段差面４４が形成されている。

センターポスト４０は、鉄等の磁性材料で構成されており、ケース部７０のコイル７５で発生した磁力を受けて磁化される。これにより、センターポスト４０は、磁性材料によって構成されるプランジャ５０をセンターポスト４０に向かって引き寄せ、この力がシャフト６０を介してスプール３０へ伝達されることによって、スプール３０を軸Ｚ方向の先端側へ押圧する力（電磁力）となる。

プランジャ５０は、センターポスト４０の後端側に配置される。すなわち、プランジャ５０は、バルブ本体１４のスプール３０との間に、センターポスト４０を軸Ｚ方向に挟んで、軸方向移動自在に配置される。プランジャ５０は、鉄等の磁性材料で構成されており、コイル７５で発生した磁力によって磁化されたセンターポスト４０に引き寄せられる。

シャフト６０は、プランジャ５０とスプール３０の間に配置され、電磁力による押圧力を、プランジャ５０からスプール３０に伝達する。図２及び図３に示すように、シャフト６０は、軸Ｚ方向に伸びる軸部６２と、シャフト６０の後端側に形成されており軸部６２から径方向に突出する鍔部６８とを有する。

図１に示すように、軸部６２における先端側の端面である第１端面６２ａは、スプール３０の後端側の端面であるスプール後端面３４に当接している。また、軸部６２における後端側の端面である第２端面６２ｂは、プランジャ５０の先端側の端面であるプランジャ先端面５２に取り付けられている。軸部６２は、後端側の一部分を除き、センターポスト４０の貫通孔４２の内部に配置されている。軸部６２は、センターポスト４０の軸Ｚ方向の移動に伴い、貫通孔４２の内部を軸Ｚ方向に移動する。

図２及び図３に示すように、シャフト６０の鍔部６８は、軸部６２と一体に形成されている。鍔部６８は、軸部６２から径方向（軸Ｚ方向に直交する方向）に突出しており、鍔部６８の最大径は、センターポスト４０における貫通孔４２の開口径より大きい。したがって、鍔部６８は、図５に示すように、プランジャ５０がセンターポスト４０に接近した際に、プランジャ５０とセンターポスト４０との間に挟まれる。

シャフト６０は、樹脂材料、オーステナイト系ステンレス材料、銅などの非磁性材料によって構成されるが、樹脂材料によって構成されることが好ましい。シャフト６０を樹脂材料によって構成することによって、軸部６２と鍔部６８が一体となったシャフト６０を、成型等により容易に作製することができる。

図１に示すケース部７０は、プランジャ５０、センターポスト４０及びシャフト６０等を内部に収納する筒状の部材である。ケース部７０は、ソレノイドケース７１、ロアプレート７２、ベアリング７３、ボビン７４、コイル７５、スペーサ７６、サイドリング７７、エンドプレート７８、ターミナル７９、モールド成型体８０等を有する。

ソレノイドケース７１は、ソレノイド部１６の筐体であり、ソレノイド部１６とバルブ本体１４とを連結する。ロアプレート７２は、センターポスト４０、ボビン７４及びコイル７５等を設置するための部材であり、ソレノイドケース７１の内部における先端側に配置される。サイドリング７７は主としてプランジャ５０を支持するための部材であり、ソレノイドケース７１の内部における中央部から後端側に配置される。ベアリング７３は、サイドリング７７の内周面とプランジャ５０の外周面の間に配置されており、プランジャ５０をケース部７０に対して軸方向移動自在に支持する。なお、サイドリング７７及びベアリング７３と、センターポスト４０の間には、スペーサ７６が配置されている。

ボビン７４及びボビン７４の外周面に巻回されたコイル７５は、センターポスト４０の外周面に接触するように配置されており、コイル７５で発生した磁力は、センターポスト４０に対して、効率的に伝達される。モールド成型体８０は、ソレノイド部１６を構成する各部材の隙間に配置されて各部材間を連結するとともに、ターミナル７９に接続される外部端子のためのコネクタを形成している。ソレノイドバルブ１０の使用時には、ターミナル７９に外部端子が接続され、ターミナル７９を介してコイル７５への給電が行われる。

エンドプレート７８は、ケース部７０の後端に配置され、エンドプレート７８の先端側にプランジャ５０等を収納する蓋の役割を果たす。また、エンドプレート７８には、プランジャ５０の軸Ｚ方向への移動の際に、ケース部７０の内部に存在する制御流体を流動させるための呼吸孔が形成されている。

図２は、図１に示すソレノイドバルブ１０に含まれるシャフト６０を、スプール３０側から見た側面図であり、図３は、シャフト６０の正面図である。図２及び図３に示すように、シャフト６０の横断面形状において、軸部６２の最大外径は鍔部６８の最大外径よりも小さいが、軸部６２は、当該軸部６２の中において相対的に最大外径の大きい大径部６４と、大径部６４より小さい最大外径を有する小径部６６とを有する。

図３に示すように、軸部６２は、２つの大径部６４と１つの小径部６６を有し、小径部６６は、軸Ｚ方向の両側を大径部６４に挟まれて配置されている。なお、軸部６２の先端側の端部には、スプール３０のスプール後端面３４（図１参照）と当接する軸先端６９が形成されている。

図４は、図１における断面線IV−IVに沿う断面図であり、軸部６２の大径部６４の横断面形状を図示したものである。大径部６４の横断面外周形状は、軸部６２の中心を基準として対称に配置される２つの円弧状部分６４ａと、２つの円弧状部分６４ａを連結する２つの切り欠き部分としての直線状部分６４ｂとを有する。

大径部６４の最大外径Ｄ１は、図４において軸部６２の中心を通り２つの円弧状部分６４ａを連結する直線の長さであり、最大外径Ｄ１は、横断面形状が略円形である貫通孔４２の径Ｄ２と略等しいか、あるいは貫通孔４２の径Ｄ２より僅かに小さい。したがって、シャフト６０が軸Ｚ方向に移動する際、軸部６２の円弧状部分６４ａは、貫通孔４２の内壁４２ａと摺動し、シャフト６０は、軸Ｚ方向に伸びる貫通孔４２に沿って円滑に移動することができる。

また、図４に示すように、大径部６４の直線状部分６４ｂと、貫通孔４２の内壁４２ａとの間に形成される隙間８２は、シャフト６０が軸方向に移動する際に、貫通孔４２の内部及びプランジャ５０の周辺に存在する制御流体を流動させるための呼吸路となる。なお、図３に示す小径部６６の横断面形状は円形状であり、小径部６６の外径は、大径部６４における２つの直線状部分６４ｂ間の距離（図４参照）に略等しいが、小径部６６の形状は、これに限定されない。

図１に示すスプール３０は、スプール３０のランド４１が制御流体から受けるフィードバック力、スプリング１８によるスプリング力、センターポスト４０及びプランジャ５０等を介して伝えられる電磁力の３つの力のバランスにより、軸Ｚ方向の位置が決定される。ソレノイドバルブ１０は、コイル７５に供給される電流を調整することによって電磁力をコントロールし、スプール３０の軸Ｚ方向の位置を制御することによって、バルブスリーブ２０の制御ポートから流出する制御流体について、所望の出力圧を得る。

図５は、プランジャ５０、シャフト６０及びセンターポスト４０の相対位置の関係を表す断面図であり、プランジャ５０及びシャフト６０が、最も先端側に移動した状態を表している。プランジャ５０及びシャフト６０が最も先端側に移動した状態では、鍔部６８の先端側の端面である鍔部先端面６８ａは、センターポスト４０の段差面４４と接触する。

ここで、鍔部６８の後端側の端面である鍔部後端面６８ｂは、軸部６２の第２端面６２ｂと同様に、プランジャ５０のプランジャ先端面５２に接触するように、プランジャ５０に対して取り付けられている。したがって、図５に示す状態において、鍔部６８は、プランジャ５０のプランジャ先端面５２と、センターポスト４０の段差面４４との間に挟まれることによって、プランジャ５０の先端側への移動を阻止するとともに、プランジャ５０とセンターポスト４０の磁気的結合を妨げる緩衝材の役割を果たす。プランジャ５０とセンターポスト４０の距離が近くなりすぎると、プランジャ５０とセンターポスト４０が引き合う力が急激に変化してプランジャ５０の位置制御が難しくなるが、非磁性材料で構成される鍔部６８を挟むことによって、プランジャ５０の位置制御を好適に行うことができる。

図６は、シャフト６０及びシャフト６０を成形するための金型８３の一例を表す断面図である。金型８３は、互いに分離している第１金型８３ａ及び第２金型８３ｂによって構成されており、金型８３のパーティングライン８４は、大径部６４の直線状部分６４ｂに位置する。成型によってシャフト６０を製造すると、パーティングライン８４に沿ってバリが発生する場合があり、製造後のシャフト６０に、パーティングライン８４に沿うバリや、バリ除去後の加工痕が残存する可能性がある。しかし、図４に示すように、直線状部分６４ｂは、貫通孔４２の内壁４２ａと摺動せず油路となるため、たとえ直線状部分６４ｂに上述のバリやバリ除去後の加工痕が存在したとしても、これらがシャフト６０の円滑な摺動を妨げる危険性は低い。従って、図６に示すように、直線状部分６４ｂにパーティングライン８４が位置する金型８３を用いてシャフト６０を成型することにより、円滑な移動を行えるシャフト６０を、容易に製造することができる。

上述のように、図１等に示すソレノイドバルブ１０は、センターポスト４０の貫通孔４２の内部を移動する軸部６２と、軸部６２から径方向に突出する鍔部６８とが一体となったシャフト６０を有する。プランジャ５０とセンターポスト４０の接触を防ぐ鍔部６８が、軸部６２と一体となっているシャフト６０を採用することにより、本発明に係るソレノイドバルブ１０は、別途プランジャ５０とセンターポスト４０の接触を防ぐ部材を組み立てる必要がなく、組立が容易である。

また、シャフト６０は、軸部６２の第２端面６２ｂをプランジャ５０のプランジャ先端面５２に設置することにより、プランジャ５０に取り付けられる（図５等参照）。従って、プランジャ５０には、シャフト６０を取り付けるための貫通孔等を形成する必要がない。また、シャフト６０が鍔部６８を有するため、プランジャ５０に、センターポスト４０との磁気的結合を妨げるための突起等を形成する必要もない。したがって、プランジャ５０は、製造の際に必要な機械加工が少なく、作製が容易である。

図４に示すように、軸部６２における大径部６４の横断面外周形状は、円弧状部分６４ａと直線状部分６４ｂとを有する小判型形状である。このような軸部６２は、円弧状部分６４ａが貫通孔４２の内壁４２ａと摺動し、直線状部分６４ｂと貫通孔４２の内壁４２ａとの間に形成された隙間８２が油路となるため、安定した軸方向の移動および力の伝達を、単純な形状で実現することができる。

また、図３に示すように、軸部６２は、２つの大径部６４と、大径部６４に挟まれた小径部６６を有する。このような軸部６２を有するシャフト６０は、シャフト６０に対して大きな負荷が掛かり、シャフト６０が若干湾曲したような場合にでも、貫通孔４２内で引っ掛かり難く、軸Ｚ方向への円滑な移動が妨げられることを防止することができる。

その他の実施形態
上述の実施形態に示すソレノイドバルブ１０においては、図３に示すように、シャフト６０の軸部６２は、２つの大径部６４と１つの小径部６６を有するが、軸部６２が有する大径部６４及び小径部６６の数は特に限定されず、軸部６２は、より多くの大径部６４及び小径部６６を有していても良い。また、図４に示すように、軸部６２における大径部６４の横断面外周形状は、２つの円弧状部分６４ａと直線状部分６４ｂとを有するが、大径部６４の横断面外周形状はこれに限定されない。大径部６４の横断面外周形状は、３以上の円弧状部分を有していても良く、また、円弧状部分を連結する切り欠き部分の形状は、直線状に限定されず、曲線状としても良い。

１０…ソレノイドバルブ
１２…リテーナ
１４…バルブ本体
１６…ソレノイド部
１８…スプリング
２０…バルブスリーブ
２２…内部通路
２４…ポート
３０…スプール
３２…スプール先端面
３４…スプール後端面
４０…センターポスト
４２…貫通孔
４２ａ…内壁
４４…段差面
５０…プランジャ
５２…プランジャ先端面
６０…シャフト
６２…軸部
６２ａ…第１端面
６２ｂ…第２端面
６４…大径部
６４ａ…円弧状部分
６４ｂ…直線状部分
６６…小径部
６８…鍔部
７０…ケース部
７１…ソレノイドケース
７３…ベアリング
７５…コイル
７７…サイドリング
７８…エンドプレート
７９…ターミナル
８０…モールド成型体
８２…隙間
８３…金型
８４…パーティングライン

Claims (3)

1. ソレノイド部、バルブ本体及びリテーナを有し、前記バルブ本体の一方の端部に前記リテーナが装着され、前記バルブ本体の他方の端部には前記ソレノイド部が装着されているソレノイドバルブであって、
   前記バルブ本体は、
   軸方向に連続する内部通路を有する筒状のバルブスリーブと、
   前記バルブスリーブの前記内部通路に前記軸方向移動自在に配置されるスプールとを有し、
   前記ソレノイド部は、
   前記バルブスリーブの前記内部通路に連通する貫通孔を有し、磁性材料で構成される筒状のセンターポストと、
   前記スプールとの間に前記センターポストを前記軸方向に挟んで、前記バルブスリーブ及び前記センターポストに対して前記軸方向移動自在に配置され、磁性材料で構成されるプランジャと、
   一方の端面が前記スプールに当接されるとともに他方の端面が前記プランジャの端面に取付けられ前記センターポストの前記貫通孔の内部を前記軸方向に移動する軸部と、前記軸部と一体に形成されており、前記軸部から径方向に突出して、前記プランジャがセンターポストに接近した際に、前記プランジャと前記センターポストとの間に挟まれる鍔部と、を有し非磁性材料によって構成されるシャフトと、
   前記センターポストに伝える磁力を発生させるためのコイルを有し、前記センターポスト、前記プランジャ及び前記シャフトを内部に収納するケース部と、を有し、
   前記シャフトにおける前記軸部の横断面外周形状は、前記軸部の中心を基準として対称に配置される複数の円弧状部分と、前記円弧状部分を連結する複数の切り欠き部分と、を有することを特徴とするソレノイドバルブ。
2. 前記シャフトは、樹脂材料によって構成さ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。
3. 前記シャフトの前記軸部は、前記貫通孔の内壁に対して摺動する複数の大径部と、前記軸方向の両側を前記大径部に挟まれて配置されており、横断面形状において前記大径部より小さい最大径を有する小径部と、を有する請求項１または請求項２に記載のソレノイドバルブ。

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