JP5982832B2 - ソレノイドバルブ - Google Patents

Description

本発明は、流体の供給先を切り換え可能なソレノイドバルブに関する。
具体的には、通電によってプランジャを往復移動制御するソレノイド部と、取付対象物に挿入しつつ取り付けるスリーブと、このスリーブの内部で前記プランジャの作用で往復移動するバルブとを備える。スリーブは筒状であり、その周壁部には複数の流体連通開口を有する。バルブの外周面には、環状に突出する複数のランドが形成してあり、スリーブの往復移動によって前記流体連通開口を連通・遮断して所定の流体供給箇所に対流体の供給制御を行う。

従来、このようなソレノイドバルブとしては、例えば特許文献１に示すものがある。この種のソレノイドバルブにおいて、例えばバルブを構成するのによくアルミニウム材が用いられる。アルミニウム材は軽量であり、ソレノイド部の往復駆動に応答性良く追随するため制御性に優れたソレノイドバルブを得ることができる。

一方、流体の供給・停止制御を確実に行うためには、スリーブとバルブとの間の流体のリークを極力減らす必要がある。つまり、両者の隙間を最小限に抑えるべく、スリーブおよびバルブに高い加工精度が要求される。従来は、アルミニウムのパイプ材を切削加工することでその要求を満たしていた。しかし、従来の手法ではバルブの加工工数が増大し、ソレノイドバルブのコストが高くなる等の不都合が生じていた。

この不都合を解決するべく、このようなバルブを樹脂成形によって形成する技術（特許文献２）がある。
ここでは、樹脂材料として例えばカーボンファイバを添加したポリフェニレンサルファイド樹脂を用いている。樹脂を射出成形してバルブを形成する場合、例えば、射出後の各部の冷却条件が異なるため、完成したバルブに変形が生じる場合がある。この不都合を防止するためにこの従来技術では、内側の金型温度を外側の金型温度に対して１０〜４０℃低く設定しておき、冷却時の内側の金型への放熱量を多くして、内外双方の金型への放熱量を等しくする手法を採用している。

特開平１１−２３５４ （〔０００４〕〜〔０００７〕段落） 特開平１０−１９６８０９ （〔０００３〕〜〔０００６〕段落）

しかしながら、樹脂成形時の金型温度を誤差なく管理するのは不可能であり、完成したソレノイドバルブの使用環境温度も一定であるとは限らない。よって、完成時にはバルブが所期の形状を備えていたとしても、長期間の使用に際して変形する可能性がある。その場合には、スリーブの内部でバルブが円滑に摺動できなくなり、場合によってはバルブがロックすることとなる。

そこで、本発明は、作動の信頼性に優れ合理的に形成可能なバルブを備えたソレノイドバルブを提供することを目的とする。

〔第１の特徴構成〕
本発明に係るソレノイドバルブの第１特徴構成は、通電によってプランジャを往復移動制御するソレノイド部と、取付対象物に挿入した状態で取り付けられ、周壁部に複数の流体連通開口を有する筒状のスリーブと、前記プランジャの移動に伴ない、前記スリーブの内周面に沿って摺動可能な、樹脂で構成された筒状のバルブとを備え、
前記バルブが、自身の外周部に環状に突出形成した複数のランドであって、当該複数のランドのうち前記バルブの軸方向に沿って最も外側に位置して前記スリーブの内周面に摺接しない小径ランドと、前記スリーブの内周面に摺接する他の大径ランドと、前記小径ランドとこれに隣接する大径ランドとの間の筒壁部に前記バルブの中央空間と連通するよう形成した第１ドレン孔とを備え、
前記第１ドレン孔に対向する前記スリーブの周壁部に、前記取付対象物の側の空間と連通する第２ドレン孔を形成した点にある。

〔作用効果〕
本構成のごとく、バルブに複数のランドを形成し、そのうち最も外側のランドを小径ランドとすることで、ソレノイドバルブの使用中に仮にバルブに曲がり変形が生じても、スリーブに対するバルブの干渉を抑制することができる。

ただし、小径ランドは他の大径ランドに対して径が小さいとはいえ、バルブの筒壁部に対して環状に突出する構成を有する。よって、スリーブの周壁部に形成した第２ドレン孔からドレン溝に流入した作動流体を保持することができる。

さらに、小径ランドを複数のランドのうちバルブの軸方向に沿った最も外側に配置し、この小径ランドに隣接する大径ランドの間の空間をドレン用の溝としてあるから、大径ランドどうしの間に位置する溝であって流体圧を各部に切換供給するための溝部とは干渉しない。よって、スリーブと取付対象物との間に漏れ出た流体を、流体圧の供給切換制御を阻害することなく外部に排出することができる。

〔第２の特徴手段〕
本発明のソレノイドバルブの第２の特徴構成は、前記バルブが、前記樹脂に強化繊維を含み、前記強化繊維が前記樹脂の表面から突出していない状態に維持した点に特徴を有する。

〔作用効果〕
本構成のごとく、樹脂に強化繊維を含むことで、成形後のバルブの強度が向上し、耐変形性が向上する。さらに、本構成のごとく、強化繊維が前記樹脂の表面から突出していない状態に維持することで、強化繊維の端部がバルブの表面から突出した毛羽立ち状態になるのを防止する。その結果、バルブが摺接するスリーブの磨耗が軽減され、ソレノイドバルブの耐久性を高めることができる。

本発明の要部を示す断面図

（概要）
本発明に係るソレノイドバルブを、以下、図面を用いて説明する。
図１（ａ）に示すごとく、本発明のソレノイドバルブは、取付対象物１の外側に露出した状態で取り付けられるソレノイド部Ａと、取付対象物１の内部に挿入した状態で取り付けられる流路切換部Ｂとを備えている。
ソレノイド部Ａには、通電によって磁界を発生させるコイル２、及び、発生した磁界によってコイル２の中心位置で往復移動するプランジャ３等を備えている。コイル２に供給する電力は、ソレノイド部Ａを内包するケース４の端部に設けられたコネクタ５から入力する。

流路切換部Ｂは、主にプランジャ３によって押し動作されるバルブ６と、当該バルブ６を往復移動自在に内挿するスリーブ7とバネ8とを備えている。バルブ６はプランジャ３によって一方の端部を押し操作される。バルブ６の他方の端部は、当該バルブ６とスリーブ７との間に設けられたバネ８によってプランジャ３の側に付勢されている。

（スリーブ）
ソレノイドバルブの一方側には、自身の周壁部７１に複数の流体連通口７２を有する筒状のスリーブ７を設けてある。複数の流体連通口７２は、たとえば、当該ソレノイドバルブに入る流体の供給口７２ａの他に、ソレノイドバルブから他の流体供給先に流体を排出する複数の排出口７２ｂを備えている。
また、スリーブ７は、これら複数の流体連通口７２の他に、ドレイン孔を備えている。このドレン孔（第２ドレン孔７３）は、複数の流体連通口７２の並びの外側に設けてあり、スリーブの外部に漏れ出た余分の流体を排出する機能を有する。この第２ドレン孔７３は、後述するバルブ６に備えた第１ドレン孔６１に対向しており、ソレノイドバルブの外部に排出可能である。図１（ａ）に示すごとく、第２ドレン孔７３の位置からソレノイド部Ａの側には、取付対象物１とスリーブ７との間をシールするＯリング９を設けてある。これにより、スリーブ７の外側の余剰の流体がソレノイド部Ａの側に漏洩するのを防止している。

スリーブ７は、各種の材料で構成することができる。例えば、鋼やアルミニウムなどの金属材料で構成可能である。また、各種の樹脂材料あるいは強化繊維を混入した樹脂材料で構成することもできる。

（バルブ）
バルブ６は、図１（ａ）に示すごとく円筒形状を呈する。バルブ６は、プランジャ３の押し操作とバネ８の戻し操作とによってスリーブ７の内周面に沿って摺動する。バルブ６の外周部には、環状に突出形成した複数のランドを備えている。図１（ａ）では三つのランドを示している。このうちバネ８の側に設けた二つのランドＬはスリーブ７の内周面に摺接するよう大きな外径を有する。これらを大径ランドＬ１と称する。一方、プランジャ３の側のランドＬは、図１（ｂ）に示すように大径ランドＬ１に比べて僅かに小径に形成してある。これを小径ランドＬ２と称する。

このように、小径ランドＬ２の外径と大径ランドＬ１の外径との間に僅かに差ｈを設けたのは、バルブ６の軸方向に沿って最も外側にある小径ランドＬ２がスリーブ７の内周面に当接しないようにするためである。バルブ６の製造に際しては、製造誤差の為にバルブ６に僅かな曲がりが生じたり、使用に際して不適切な温度変化が生じてバルブ６が撓む場合がある。よって、上記のごとく予め外径差を設けておくことで、スリーブ７の内部でバルブ６にコジリが生じるのを有効に防止することができる。

ただし、小径ランドＬ２の外径を小さくし過ぎると、小径ランドＬ２とスリーブ７との隙間から流体が漏洩する。よって、小径ランドＬ２とスリーブ７の内周面との隙間は、例えば１０ミクロン程度に設定する。この程度の隙間であれば、例えば流体としてオイルを使用した場合でも、当該隙間からの漏れは実害のないものとなる。

本実施形態では、バルブ６の筒壁部６２のうち二つの大径ランドＬ１どうしの間には特に孔部は形成しない。この部分は、バルブ６の移動に伴なってスリーブ７に形成した複数の流体連通口７２との連通状態を切り換え、流体の供給状態を制御する部分である。この部分に孔部を形成しないことで、二つの大径ランドＬ１で挟まれた領域の強度を高く維持し、バルブ６に曲がりが生じるのを最小限に留めている。

一方、バルブ６の筒壁部６２のうち、小径ランドＬ２とそれに隣接する大径ランドＬ１との間には第１ドレン孔６１を設けてある。第１ドレン孔６１は図１（ａ）に示すごとくバルブ６の内部空間６３と連通している。また第１ドレン孔６１は、スリーブ７に設けた第２ドレン孔７３と対向している。ソレノイドバルブの内部であって、スリーブ７の外部に漏洩した流体を第２ドレン孔７３から第１ドレン孔６１に導き、さらに、バルブ６の内部空間６３およびドレン通路１０を介してソレノイドバルブの外部に流体を排出する。

この排出に際して、大径ランドＬ１の側面と小径ランドＬ２の側面とには、当該領域を流通する流体の圧力が作用する。小径ランドＬ２の外径と大径ランドＬ１の外径とは異なるがその差は僅かである。よって、第１ドレン孔６１および第２ドレン孔７３を介して排出される流体の圧力が双方の側面に作用する圧力の差も僅かである。このため、バルブ６が不意に何れかの方向に移動するといった不都合は生じない。

尚、バルブ６の端部のうち、プランジャ３の側の端部近傍に形成した小孔６４は、ソレノイド部Ａの内部に存在する流体をバルブ６の内部空間６３に連通させるものである。これにより、ソレノイド部Ａの内部に残存する流体がバルブ６の往復移動の妨げになるのを防止している。

バルブ６を構成する材質としては、本発明では樹脂材料を用いる。例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）やＰＥＳ（ポリエーテルサルホン樹脂）等が好適である。樹脂を用いることで、従来のアルミニウムなどで構成したものに比べて軽量となり加工も容易となる。
これら樹脂のみでバルブ６を構成しても良いが、本実施形態では、これに強化繊維を混入させている。強化繊維としては、例えばカーボン繊維を用いる。カーボン繊維の混入により、樹脂の強度及び剛性を大幅に向上させることができる。
このようにバルブ６を樹脂材料により構成することで、その軽量性のために応答性に優れ、より安価に製造できるバルブ６を得ることができる。

バルブ６を形成するのに、上記強化繊維を混入した場合には、少なくともランドＬの最外周面は研磨加工を行なわないのが好ましい。例えば、バルブ６を形成するのに、強化繊維を混入させた樹脂をモールド成形したのち表面を鋳放し状態に維持しておくとよい。そうすることで、特に、ランドＬの最外周面において強化繊維が表面から突出するのを防止する。強化繊維が樹脂の表面から露出すると、当該面がスリーブ７と摺接する際にスリーブ７の内周面が早く磨耗する。その場合、流体の密封性が早期に損なわれる。そこで、例えば、強化繊維入りの樹脂を射出成形したのち表面を鋳放し状態に維持することで、強化繊維の端部がバルブ６の表面から突出せず、毛羽立ち状態になるのを防止する。その結果、ソレノイドバルブの耐久性を高めることができる。

本発明のソレノイドバルブは、例えば、エンジンの各部にオイルを供給する制御部として用いるなど、流体制御により機械的要素を動作制御する各種の装置に適用することができる。

３ プランジャ
６ バルブ
６１ 第１ドレン孔
６２ 筒壁部
７ スリーブ
７１ 周壁部
７３ 第２ドレン孔
Ｌ ランド
Ｌ１ 大径ランド
Ｌ２ 小径ランド

Claims (2)

1. 通電によってプランジャを往復移動制御するソレノイド部と、
   取付対象物に挿入した状態で取り付けられ、周壁部に複数の流体連通開口を有する筒状のスリーブと、
   前記プランジャの移動に伴ない、前記スリーブの内周面に沿って摺動可能な、樹脂で構成された筒状のバルブとを備え、
   前記バルブが、
   自身の外周部に環状に突出形成した複数のランドであって、当該複数のランドのうち前記バルブの軸方向に沿った最も外側に位置して前記スリーブの内周面に摺接しない小径ランドと、前記スリーブの内周面に摺接する他の大径ランドと、前記小径ランドとこれに隣接する大径ランドとの間の筒壁部に前記バルブの中央空間と連通するよう形成した第１ドレン孔とを備え、
   前記第１ドレン孔に対向する前記スリーブの周壁部に、前記取付対象物の側の空間と連通する第２ドレン孔を形成してあるソレノイドバルブ。
2. 前記バルブが、前記樹脂に強化繊維を含み、前記強化繊維が前記樹脂の表面から突出していない状態に維持してある請求項１に記載のソレノイドバルブ。

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