JP5976593B2 - ソレノイドバルブ - Google Patents

Description

本発明は、流体圧力の制御が可能なソレノイドバルブに関するものである。

従来、スプール弁を備えたソレノイドバルブが知られている（特許文献１参照）。かかるソレノイドバルブにおいては、ソレノイドによって往復移動するスプールによって、複数のポートを一度に開閉できる長所を有する。そのため、多方弁として、広く用いられている。しかしながら、スプール弁の場合には、ポペット弁に比べてシール性が劣るといった短所を有している。従って、多方弁において、シール性が要求される弁部を必要とする場合に、従来例に係るスプール弁を備えたソレノイドバルブでは、満足する品質を得ることが難しかった。

特開２００９−６３０２２号公報

本発明の目的は、多方弁として用いられる場合であっても、シール性の高い弁部の実現を可能とするソレノイドバルブを提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

すなわち、本発明のソレノイドバルブは、
ソレノイドによって、バルブスリーブ内を往復移動する筒状のスプールを有するソレノイドバルブであって、
前記バルブスリーブは、中空内部から側面側に貫通する３つの貫通孔を有しており、これら３つの貫通孔における側面側への開口部が、先端側から後端側の前記ソレノイドに向かって順に、それぞれ流体の出入り口となる第１ポート，第２ポート，第３ポートとして用いられ、かつ中空内部における先端側の端部に開口する開口部が流体の出入り口となる第４ポートとして用いられると共に、
前記バルブスリーブの内周面のうち第１ポートと第２ポートとの間の領域と、前記スプールの外周面とによってスプール弁部が構成されるソレノイドバルブにおいて、
前記バルブスリーブの中空内部のうち前記スプールよりも先端側に設けられ、前記バルブスリーブの内周面に対して密着した状態を維持可能に設けられた筒状の第１弁座部材を備え、第１弁座部材における第１座面と、第１座面に対して着座及び離間可能な前記スプールにおける先端側の端部とによって第１ポペット弁部が構成され、
前記バルブスリーブの内周面のうち第２ポートと第３ポートとの間の領域に設けられ、後端側に向く段差面で構成される第２座面と、第２座面に対して着座及び離間可能に設けられ、かつ前記スプールの外周面に設けられ先端側に向く段差面とによって第２ポペット弁部が構成され、
前記バルブスリーブの中空内部のうち前記スプールよりも後端側に設けられ、前記バルブスリーブの内周面に対して密着した状態を維持可能に設けられた筒状の第２弁座部材を備え、第２弁座部材における第３座面と、第３座面に対して着座及び離間可能な前記スプールにおける後端側の端部とによって第３ポペット弁部が構成されると共に、
第１弁座部材は、前記スプールの移動方向に伸縮可能に構成されることを特徴とする。

本発明のソレノイドバルブによれば、４つのポートを備えているので、多方弁として用いることができる。そして、４か所の弁部のうち、３か所をポペット弁部としたので、これらの弁部のシール性を高めることができる。また、第１弁座部材は、スプールの移動方向に伸縮可能なため、第１ポペット弁部と第２ポペット弁部の両方を、同時かつ高いシール性を保った状態で閉じることが可能となる。

第１弁座部材は、
前記スプールの移動方向に伸縮可能なベローズ部と、
該ベローズ部よりも後端側に設けられ、かつ、前記バルブスリーブの内周面に摺動自在に設けられた外周面部と、その後端側に第１座面とを有する弁座部と、を備えることを特徴とする。

これにより、第１弁座部材をスプールの移動方向に収縮可能にしつつ、バルブスリーブの内周面に対して密着した状態を維持することができる。

以上説明したように、本発明によれば、多方弁として用いられる場合であっても、シール性の高い弁部が実現できる。

図１は本発明の実施例に係るソレノイドバルブの模式的断面図である。 図２は本発明の実施例に係るソレノイドバルブの模式的断面図である。 図３は本発明の実施例に係るスプールについての説明図である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例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。

（実施例）
図１〜図３を参照して、本発明の実施例に係るソレノイドバルブについて説明する。図１は本発明の実施例に係るソレノイドバルブの模式的断面図であり、ソレノイドに通電した状態を示している。図２は本発明の実施例に係るソレノイドバルブの模式的断面図であり、ソレノイドに通電していない状態を示している。図３は本発明の実施例に係るスプールについての説明図である。なお、図３においては、中央にスプールの外観図の一部を示し、左側にＸＸ断面図を示し、右側にＹＹ断面図（図１中のＹ１Ｙ１断面図に相当）を示している。

＜ソレノイドバルブの全体構成＞
図１を参照して、本発明の実施例に係るソレノイドバルブ１００の全体構成を説明する。ソレノイドバルブ１００は、往復動用のアクチュエータとして機能するソレノイド部２００と、ソレノイド部２００により制御される多方弁として機能するバルブ部３００とから構成される。以下の説明においては、適宜、バルブ部３００が設けられている側の端部側（図１〜図３中左側）を先端側、その反対側（ソレノイド部２００が設けられている側）を後端側と称する。

ソレノイド部２００は、ボビン２１１と、ボビン２１１に巻かれ、通電により磁界を発生するコイル２１２と、コイル２１２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２３０の磁気吸着面２３１に磁気的に吸引されるプランジャ２２０とを備えている。プランジャ２２０には、プランジャ２２０が往復移動する際に受ける流体の抵抗を抑制するために、外周面にスリット２２１が設けられている。また、プランジャ２２０の先端側には、プランジャ２２０と共に往復移動するロッド２４０が設けられている。このロッド２４０は、筒状のセンターポスト２３０の挿通孔２３２を通って、その先端側がバルブ部３００の内部に至るように配置されている。

また、ソレノイド部２００は、上記の磁気回路を形成するべく、いずれも磁性部材からなる一対のプレート２５１，２５２及びケース２５３も備えている。また、ソレノイド部２００は、センターポスト２３０及びプランジャ２２０の外周面側に、非磁性部材からなる軸受２６０も備えている。更に、ソレノイド部２００の後端側には、プレート２５２を一体的に備えたコネクタ部２７０も備えている。このコネクタ部２７０には、コイル２１２に電気的に接続された端子２７１が設けられている。なお、コネクタ部２７０とケース２５３との間の環状隙間はＯリングＯ１によって封止されている。更に、ソレノイド部２００には、プランジャ２２０をセンターポスト２３０から引き離す方向に付勢するスプリング２８０が設けられている。

＜バルブ部＞
バルブ部３００について、詳細に説明する。バルブ部３００は、バルブスリーブ３１０と、バルブスリーブ３１０内を往復移動するように構成される筒状のスプール３２０とを備えている。

バルブスリーブ３１０は、中空内部から側面側に貫通する３つの貫通孔を有している。そして、これら３つの貫通孔における側面側への開口部が、先端側から後端側に向かって順に、それぞれ流体の出入り口となる第１ポートＰ１，第２ポートＰ２，第３ポートＰ３として用いられる。また、中空内部における先端側の端部に開口する開口部が流体の出入り口となる第４ポートＰ４として用いられる。

スプール３２０は、ロッド２４０に固定されており、ロッド２４０と共に往復移動するように構成されている。なお、ロッド２４０は、スプール３２０の内側に固定されたアダプター３２２によって、固定されている。このアダプター３２２は、ロッド２４０の外周に嵌着される筒状部３２２ａと、この筒状部３２２ａから突出する３か所の爪部３２２ｂとを備えている（図３参照）。これら３か所の爪部３２２ｂがスプール３２０の内周面に嵌るように構成されている。このような構成により、アダプター３２２を介してロッド２４０とスプール３２０とが固定されている。また、これら３か所の爪部３２２ｂは、周方向に間隔を空けて設けられているため、筒状のスプール３２０における内周面側には、先端側から後端側に至る流路が確保される。

そして、スプール３２０の先端側は、中央部分に比べて外径が大きな第１大径部３２３により構成されている。また、スプール３２０の後端側は、第１大径部３２３よりも更に外径が大きな第２大径部３２４により構成されている。

バルブスリーブ３１０の内周面のうち、第１ポートＰ１と第２ポートＰ２との間の領域には、内周面側に向かって突出した環状突出部３１１が設けられている。この環状突出部３１１の内径は、第１大径部３２３の外径と等しくなるように設計されている。そして、スプール３２０が往復移動する際には、第１大径部３２３の外周面が、環状突出部３１１の内周面に摺動するように構成されている。また、第１大径部３２３には、中央部分との段差付近における周方向の一部に切欠部３２３ａが設けられている。以上の構成により、バルブスリーブ３１０の内周面における環状突出部３１１と、スプール３２０における第１大径部３２３の外周面とによって、スプール弁部ＳＶが構成される。

バルブスリーブ３１０の中空内部のうちスプール３２０よりも先端側には、筒状の金属製の第１弁座部材３３０が設けられている。この第１弁座部材３３０は、ベローズ部３３１と、ベローズ部３３１の先端側に一体的に設けられた環状の支持部３３２と、ベローズ部３３１の後端側に一体的に設けられた環状の弁座部３３３とから構成される。

支持部３３２は、その外周面がバルブスリーブ３１０の内周面に密着した状態で固定されている。また、この支持部３３２の内周面３３２ａの内側は流路を形成しており、その開口部が上述した第４ポートＰ４としての役割を担っている。そして、弁座部３３３は、その後端側の外周面部３３３ａがバルブスリーブ３１０の内周面に摺動自在に設けられている。また、弁座部３３３は、その後端側に第１座面３３３ｂを有している。この第１座面３３３ｂは、後端に向かうにつれて拡径するテーパ面で構成されている。そして、スプール３２０における先端側の端部３２５は、この第１座面３３３ｂに対して着座及び離間可能に構成されている。これら第１座面３３３ｂと、スプール３２０における先端側の端部３２５とによって、第１ポペット弁部ＰＶ１が構成される。

バルブスリーブ３１０の内周面のうち第２ポートＰ２と第３ポートＰ３との間の領域には、後端側に向く段差面で構成される第２座面３１２が設けられている。また、上記の通り、スプール３２０の後端側は、中央部分に比べて外径が大きな第２大径部３２４により構成されている。これにより、スプール３２０における外周面には、先端側に向く段差面３２６が形成されている。この段差面３２６は、第２座面３１２に対して着座及び離間可能に構成されている。これら第２座面３１２と、スプール３２０における段差面３２６とによって、第２ポペット弁部ＰＶ２が構成される。

バルブスリーブ３１０の中空内部のうちスプール３２０よりも後端側には、上述した筒状のセンターポスト２３０が設けられている。このセンターポスト２３０は、バルブスリーブ３１０の内周面に対して密着した状態で固定されている。そして、このセンターポスト２３０の先端側には第３座面２３３が形成されている。つまり、このセンターポスト２３０は、第２弁座部材としての役割を担っている。なお、第３座面２３３は、先端側に向かうにつれて拡径するテーパ面で構成されている。そして、スプール３２０における後端側の端部３２７は、この第３座面２３３に対して着座及び離間可能に構成されている。これら第３座面２３３と、スプール３２０における後端側の端部３２７とによって、第３ポペット弁部ＰＶ３が構成される。

なお、バルブスリーブ３１０の外周面には、ソレノイドバルブ１００が所定の取り付け箇所に取付けられた場合に、各流路への流体漏れを抑制するためのＯリングＯ２，Ｏ３，Ｏ４，Ｏ５が装着されている。

＜ソレノイドバルブの動作説明＞
ソレノイドバルブの動作について説明する。上述した４つのポートについては、様々な利用態様が可能である。ここでは、第１ポートＰ１と第３ポートＰ３を入力ポートとして用い、第２ポートＰ２を出力ポートとして用い、第４ポートＰ４をドレインポートとして用いる場合を例にして説明する。

ソレノイド部２００におけるコイル２１２に通電した状態では、プランジャ２２０がセンターポスト２３０の磁気吸着面２３１に磁気的に吸引される。これにより、スプリング２８０の付勢力に抗して、プランジャ２２０と共にロッド２４０及びスプール３２０が先端側に移動する（図１参照）。

これにより、スプール３２０における段差面３２６はバルブスリーブ３１０の内周面に
設けられた第２座面３１２に着座した状態となる。つまり、第２ポペット弁部ＰＶ２は弁が閉じた状態となる。

また、スプール３２０における先端側の端部３２５は、第１弁座部材３３０における弁座部３３３の第１座面３３３ｂに着座した状態となる。つまり、第１ポペット弁部ＰＶ１も弁が閉じた状態となる。このとき、第１弁座部材３３０は、スプール３２０における先端側の端部３２５によって先端側に押されるため、ベローズ部３３１は圧縮した状態となる。

また、スプール３２０における後端側の端部３２７は、センターポスト２３０の第３座面２３３から離間した状態となる。つまり、第３ポペット弁部ＰＶ３は弁が開いた状態となる。

更に、スプール３２０における第１大径部３２３のうち切欠部３２３ａの先端側の端部が、バルブスリーブ３１０に設けられた環状突出部３１１よりも先端側に移動する。これにより、スプール弁部ＳＶは弁が開いた状態となる。

以上より、入力ポートである第１ポートＰ１から出力ポートである第２ポートＰ２に至る流路が開通し、かつ第１ポートＰ１からドレインポートである第４ポートＰ４に至る流路は遮断される。また、入力ポートである第３ポートＰ３から出力ポートである第２ポートＰ２に至る流路が遮断され、かつ第３ポートＰ３からドレインポートである第４ポートＰ４に至る流路は開通される。従って、第２ポートＰ２から排出される流体の圧力（制御圧）は、第１ポートＰ１から送られる流体の圧力となる。なお、第３ポートＰ３から送られる流体は、ドレインポートである第４ポートＰ４から排出される。

ソレノイド部２００におけるコイル２１２に通電しない状態では、スプリング２８０の付勢力によって、プランジャ２２０はセンターポスト２３０の磁気吸着面２３１から離れる方向に移動する。これにより、スプリング２８０の付勢力により、プランジャ２２０と共にロッド２４０及びスプール３２０が後端側に移動する（図２参照）。

これにより、スプール３２０における先端側の端部３２５は、第１弁座部材３３０における弁座部３３３の第１座面３３３ｂから離間した状態となる。つまり、第１ポペット弁部ＰＶ１は弁が開いた状態となる。このとき、第１弁座部材３３０は、スプール３２０における先端側の端部３２５からの押圧力がなくなるために、ベローズ部３３１は伸びて元の状態となる。

また、スプール３２０における段差面３２６はバルブスリーブ３１０の内周面に設けられた第２座面３１２から離間した状態となる。つまり、第２ポペット弁部ＰＶ２は弁が開いた状態となる。

また、スプール３２０における後端側の端部３２７は、センターポスト２３０の第３座面２３３に着座した状態となる。つまり、第３ポペット弁部ＰＶ３は弁が閉じた状態となる。

更に、スプール３２０における第１大径部３２３が、全周に亘って環状突出部３１１の内周面に密着した状態となる。これにより、スプール弁部ＳＶは弁が閉じた状態となる。

以上より、入力ポートである第１ポートＰ１から出力ポートである第２ポートＰ２に至る流路が遮断し、かつ第１ポートＰ１からドレインポートである第４ポートＰ４に至る流路は開通される。また、入力ポートである第３ポートＰ３から出力ポートである第２ポー
トＰ２に至る流路が開通され、かつ第３ポートＰ３からドレインポートである第４ポートＰ４に至る流路は遮断される。従って、第２ポートＰ２から排出される流体の圧力（制御圧）は、第３ポートＰ３から送られる流体の圧力となる。なお、第１ポートＰ１から送られる流体は、ドレインポートである第４ポートＰ４から排出される。

＜本実施例に係るソレノイドバルブの優れた点＞
本実施例に係るソレノイドバルブ１００によれば、４つのポートを備えているので、多方弁として用いることができる。そして、４か所の弁部のうち、３か所をポペット弁部としたので、これらの弁部のシール性を高めることができる。つまり、一般的に、ポペット弁はスプール弁に比べてシール性が高く、第１ポペット弁部ＰＶ１，第２ポペット弁部ＰＶ２及び第３ポペット弁部ＰＶ３のシール性を高めることができる。

ここで、本実施例においては、ソレノイド部２００におけるコイル２１２に通電した状態では、第１ポートＰ１から第２ポートＰ２に至る流路が開通した状態となる。このとき、第１ポペット弁部ＰＶ１と第２ポペット弁部ＰＶ２は弁が閉じた状態となっている。従って、出力ポートである第２ポートＰ２から排出される制御圧を、入力ポートである第１ポートＰ１から送られる流体の圧力にする場合には、圧力制御の精度について、ポペット弁を用いた場合と同等にすることが可能となる。

ここで、第１弁座部材３３０は、スプール３２０の移動方向に伸縮可能なため、第１ポペット弁部ＰＶ１と第２ポペット弁部ＰＶ２の両方を、同時かつ高いシール性を保った状態で閉じることが可能となる。この点について、簡単に説明する。仮に第１弁座部材３３０が伸縮可能に構成されない場合には、第１ポペット弁部ＰＶ１と第２ポペット弁部ＰＶ２の両方を同時に閉じた状態にするのは技術的に困難性を伴う。つまり、両方同時に弁を閉じた状態にするためには、スプール３２０における先端側の端部３２５からスプール３２０における段差面３２６までの距離と、第１座面３３３ｂから第２座面３１２までの距離を等しくしなければ高いシール性を得ることができない。従って、高い寸法精度が要求される。これに対し、本実施例においては、第１弁座部材３３０は伸縮可能なため高い寸法精度は要求されない。

（その他）
上記実施例に示したソレノイドバルブ１００において、第３座面２３３に関しても、スプール３２０の移動方向に伸縮可能に構成可能な場合には、スプール弁部をポペット弁部にすることが可能となる。

１００ ソレノイドバルブ
２００ ソレノイド部
２１１ ボビン
２１２ コイル
２２０ プランジャ
２２１ スリット
２３０ センターポスト
２３１ 磁気吸着面
２３２ 挿通孔
２３３ 第３座面
２４０ ロッド
２５１，２５２ プレート
２５３ ケース
２６０ 軸受
２７０ コネクタ部
２７１ 端子
２８０ スプリング
３００ バルブ部
３１０ バルブスリーブ
３１１ 環状突出部
３１２ 第２座面
３２０ スプール
３２１ 内周面
３２２ 突出部
３２３ 第１大径部
３２３ａ 切欠部
３２４ 第２大径部
３２５ 端部
３２６ 段差面
３２７ 端部
３３０ 第１弁座部材
３３１ ベローズ部
３３２ 支持部
３３２ａ 内周面
３３３ 弁座部
３３３ａ 外周面部
３３３ｂ 第１座面
Ｐ１ 第１ポート
Ｐ２ 第２ポート
Ｐ３ 第３ポート
Ｐ４ 第４ポート
ＰＶ１ 第１ポペット弁部
ＰＶ２ 第２ポペット弁部
ＰＶ３ 第３ポペット弁部
ＳＶ スプール弁部

Claims (2)

1. ソレノイドによって、バルブスリーブ内を往復移動する筒状のスプールを有するソレノイドバルブであって、
   前記バルブスリーブは、中空内部から側面側に貫通する３つの貫通孔を有しており、これら３つの貫通孔における側面側への開口部が、先端側から後端側の前記ソレノイドに向かって順に、それぞれ流体の出入り口となる第１ポート，第２ポート，第３ポートとして用いられ、かつ中空内部における先端側の端部に開口する開口部が流体の出入り口となる第４ポートとして用いられると共に、
   前記バルブスリーブの内周面のうち第１ポートと第２ポートとの間の領域と、前記スプールの外周面とによってスプール弁部が構成されるソレノイドバルブにおいて、
   前記バルブスリーブの中空内部のうち前記スプールよりも先端側に設けられ、前記バルブスリーブの内周面に対して密着した状態を維持可能に設けられた筒状の第１弁座部材を備え、第１弁座部材における第１座面と、第１座面に対して着座及び離間可能な前記スプールにおける先端側の端部とによって第１ポペット弁部が構成され、
   前記バルブスリーブの内周面のうち第２ポートと第３ポートとの間の領域に設けられ、後端側に向く段差面で構成される第２座面と、第２座面に対して着座及び離間可能に設けられ、かつ前記スプールの外周面に設けられ先端側に向く段差面とによって第２ポペット弁部が構成され、
   前記バルブスリーブの中空内部のうち前記スプールよりも後端側に設けられ、前記バルブスリーブの内周面に対して密着した状態を維持可能に設けられた筒状の第２弁座部材を備え、第２弁座部材における第３座面と、第３座面に対して着座及び離間可能な前記スプールにおける後端側の端部とによって第３ポペット弁部が構成されると共に、
   第１弁座部材は、前記スプールの移動方向に伸縮可能に構成されることを特徴とするソレノイドバルブ。
2. 第１弁座部材は、
   前記スプールの移動方向に伸縮可能なベローズ部と、
   該ベローズ部よりも後端側に設けられ、かつ、前記バルブスリーブの内周面に摺動自在に設けられた外周面部と、その後端側に第１座面とを有する弁座部と、を備え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。

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