JP6375185B2 - ソレノイド及びソレノイドバルブ - Google Patents

Description

本発明は、ソレノイド及びソレノイドバルブに関するものである。

特許文献１には、通電によって磁力を発生するコイルと、軸方向へ移動可能に設けられたプランジャと、コイルの発生した磁力をプランジャの軸方向の対向位置へ導くステータと、シャフトを軸方向へ変位可能に支持する軸受と、プランジャを軸方向へ変位可能に収容するプランジャ収容室と、被駆動体を収容するハウジングに形成されハウジングの内外を連通する呼吸孔と、呼吸孔とプランジャ収容室とを連通する呼吸通路と、を備えるソレノイドバルブが開示されている。このソレノイドバルブでは、呼吸通路にフィルタが設けられる。

特開２００５−１５５７９４号公報

一般に、ソレノイドは、主に金属粉からなるコンタミネーション（以下、「コンタミ」と称する。）がプランジャ収容室内に侵入すると、プランジャ収容室内で移動するプランジャがコンタミを噛みこんで動作不良を起こすおそれがある。このため、特許文献１に開示のソレノイドバルブでは、プランジャ収容室とハウジング内部とを連通する呼吸通路にフィルタを設けることにより、プランジャ収容室内へのコンタミの侵入を防止している。

しかしながら、特許文献１に開示のソレノイドバルブは、ハウジング内部からプランジャ収容室内に向かって積極的に作動流体が流れるものではない。つまり、作動流体内のコンタミをフィルタによって積極的に除去するものではないため、特許文献１に開示のソレノイドバルブでは、十分にコンタミが除去されず、ソレノイドが動作不良を起こすおそれがある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ソレノイドの動作不良を低減することを目的とする。

本発明は、ソレノイドであって、電流が流れると磁力を発生するコイルと、前記コイルの内側に設けられ前記コイルの磁力によって励磁されるステータコアと、前記ステータコアの内側に形成されるプランジャ室に収容され、前記コイルの磁力によって前記プランジャ室内の吸着部へ向かって移動するプランジャと、前記プランジャと共に軸方向に沿って移動可能に設けられるシャフトと、前記ステータコアの内側に設けられるフィルタと、を備え、前記フィルタは、前記プランジャから見て前記吸着部側であって、前記コイルが設けられる軸方向の範囲内に設けられることを特徴とする。

本発明によれば、コイルへ通電することにより、プランジャから見て吸着部側であって、コイルが設けられる軸方向の範囲内における金属粉からなるコンタミは、磁力によってプランジャ室に向かって吸い寄せられる。プランジャよりも吸着部側であって、コイルが設けられる軸方向の範囲内には、フィルタが設けられるため、磁力によって吸い寄せられるコンタミはフィルタに付着する。したがって、コイルの磁力によって積極的にコンタミをフィルタに付着させて除去することができるため、プランジャ室へのコンタミの侵入が防止され、ソレノイドの動作不良を低減することができる。

本発明の実施形態に係るソレノイドを備えるソレノイドバルブの断面図である。 図１におけるＡ部の拡大図である。 プランジャに作用する吸着力とプランジャのストロークとの関係を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

ソレノイドは、コイルへの通電によって磁力を発生させ、磁力によってプランジャを駆動する電磁アクチュエータである。以下の実施形態では、作動流体の流量を制御するソレノイドバルブ１に用いられるソレノイド１００について説明する。

まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係るソレノイド１００を備えたソレノイドバルブ１の全体構成について説明する。

ソレノイドバルブ１は、流体圧供給源（図示省略）から流体圧機器等（図示省略）に導かれる作動流体としての作動油の流量を制御するものである。作動流体は、作動油に限らず、他の非圧縮性流体または圧縮性流体であってもよい。

図１に示すように、ソレノイドバルブ１は、有底筒状のバルブボディ２と、バルブボディ２内に移動自在に設けられる弁体としてのスプール３と、バルブボディ２内に設けられスプール３を付勢する付勢部材としてのコイルばね９と、を備える。

バルブボディ２には、作動油が流れるバルブ通路としての流入通路２Ａ及び流出通路２Ｂが軸方向に並んで形成される。流入通路２Ａは、バルブボディ２の内部と連通し、図示しない配管等を介して流体圧供給源と連通する。流出通路２Ｂは、バルブボディ２の内部と連通し、図示しない配管等を介して油圧機器等と連通する。

スプール３は、バルブボディ２の内周面に沿って摺動する第一ランド部４及び第二ランド部５と、第一ランド部４及び第二ランド部５より小径に形成され第一ランド部４と第二ランド部５とを連結する小径部６と、後述するソレノイド１００のシャフト１６と接触する先端部７と、を有する。

第一ランド部４の端部には、コイルばね９の一部が収容されるばね収容凹部４Ａが形成される。第二ランド部５は、バルブボディ２の内周面に沿って摺動し流入通路２Ａの開度を調整する。

小径部６は、第一ランド部４及び第二ランド部５よりも小径に形成されて、バルブボディ２の内周面との間に環状の流体室８を形成する。流体室８は、流入通路２Ａ及び流出通路２Ｂと連通し、流入通路２Ａを通過した作動油を流出通路２Ｂへと導く。

コイルばね９は、スプール３における第一ランド部４のばね収容凹部４Ａとバルブボディ２の底部２Ｃとの間に圧縮状態で介装されソレノイド１００のプランジャ１７の移動に抗するようにスプール３を付勢する。つまり、コイルばね９は、第二ランド部５が流入通路２Ａを開く方向（図１中右方向）にスプール３を付勢する。

ソレノイド１００は、このようなソレノイドバルブ１に設けられ、スプール３を軸方向に駆動する。

ソレノイド１００は、磁性体によって形成される筒状のヨーク１０と、ヨーク１０の内側に設けられ電流が流れると磁力を発生するコイル１１と、コイル１１の内側に設けられコイル１１の磁力によって励磁されるステータコア１２と、ステータコア１２を挿通し軸方向に沿って移動可能に設けられるシャフト１６と、シャフト１６の外周に固定されるプランジャ１７と、を備える。

ヨーク１０は、有底円筒状に形成され、バルブボディ２における開口側の端面に当接して固定される。

コイル１１は、樹脂材１１Ａによってモールドされ、ヨーク１０の内側に設けられる。コイル１１は、端子（図示省略）を通じて供給される電流が流れることによって磁力を発生する。

ステータコア１２は、コイル１１の内側に設けられる円筒状部材である。ステータコア１２は、ヨーク１０における開口部１０Ａの内側に設けられる第一ステータコア１３と、第一ステータコア１３と隙間を空けて直列に配置される第二ステータコア１４と、第一ステータコア１３と第二ステータコア１４との外周を連結する連結部材１５と、から構成される。第一ステータコア１３及び第二ステータコア１４は磁性体によって形成され、連結部材１５は非磁性体によって形成される。

第一ステータコア１３及び第二ステータコア１４には、それぞれシャフト１６が挿通する挿通孔１３Ａ，１４Ａが形成される。また、第一ステータコア１３及び第二ステータコア１４の内側には、プランジャ１７が収容されるプランジャ室１９が形成される。プランジャ室１９は、挿通孔１３Ａ，１４Ａよりも大きい径で形成される。プランジャ室１９と第一ステータコア１３の挿通孔１３Ａとの間の段差面が、コイル１１の磁力によってプランジャ１７がステータコア１２に吸着される吸着部としての吸着面１９Ａとなる。言い換えれば、プランジャ室１９の第一ステータコア１３側の端部における端面が、吸着面１９Ａとなる。

シャフト１６は、第一ステータコア１３の挿通孔１３Ａに設けられるシャフト軸受としての第一軸受２０と第二ステータコア１４の挿通孔１４Ａに設けられる第二軸受３０とによって軸方向に沿って摺動自在に支持されて、第一ステータコア１３及び第二ステータコア１４を挿通する。シャフト１６の先端は、スプール３の先端部７と接触する。これにより、シャフト１６の移動に伴いスプール３が移動する。

プランジャ１７は、磁性体によって形成される。プランジャ１７は、第一ステータコア１３及び第二ステータコア１４の内側に形成されるプランジャ室１９に収容され、シャフト１６に対してずれが生じないように、かしめ等の方法によりシャフト１６に固定される。プランジャ１７は、コイル１１の磁力によって、プランジャ室１９における一方の端部である吸着面１９Ａへ向かう吸着力が作用して、プランジャ室１９内を移動する。

次に、ソレノイドバルブ１の動作について説明する。

コイル１１に電流が流れない非通電状態においては、プランジャ１７には吸着力が作用せず、スプール３は、コイルばね９の付勢力によって流入通路２Ａを開く方向（図１中右方向）に付勢される。このため、図１に示すように、流入通路２Ａと流出通路２Ｂとが流体室８を介して連通し、作動油の通過が許容される。

コイル１１に電流が流れて磁力が発生すると、プランジャ１７が励磁され、プランジャ１７に第一ステータコア１３の吸着面１９Ａへ向かう方向（図１中左方向）の吸着力が作用する。このような吸着力によって、プランジャ１７は吸着面１９Ａに向かって移動する。

スプール３には、シャフト１６を介して作用する吸着力によって、コイルばね９を圧縮する方向へ向かう力が作用する。このため、スプール３は、吸着力とコイルばね９による付勢力とが釣り合う位置まで移動する。コイル１１に通電する電流の大きさが大きくなる程、プランジャ１７と第一ステータコア１３との吸着力は大きくなる。このため、コイル１１に通電する電流値が大きくなる程、スプール３はコイルばね９の付勢力に抗してコイルばね９を圧縮する方向へ移動する。

コイル１１に通電する電流値を大きくしてコイルばね９の付勢力に抗してスプール３を移動させると、第二ランド部５によって流入通路２Ａが徐々に閉じられ、流体室８に対する流入通路２Ａの開口面積が減少する。このため、流入通路２Ａを通じて流体室８へ導かれる作動油の流量が減少する。

コイル１１に通電する電流値をさらに大きくして第一ステータコア１３へ向かうプランジャ１７のストローク量を増大させると、第二ランド部５によって流入通路２Ａが完全に閉じられ、流入通路２Ａと流出通路２Ｂとの連通が遮断される。

このように、ソレノイドバルブ１は、コイル１１に通電する電流値を制御して、スプール３を軸方向に移動させることにより、流入通路２Ａから流出通路２Ｂへ導かれる作動油の流量を調整する。

次に、第一軸受２０及び第一軸受２０に設けられるフィルタ１８の構成について詳しく説明する。

ソレノイド１００は、ステータコア１２における第一ステータコア１３の内側に設けられるフィルタ１８をさらに備える。

フィルタ１８は、作動油の通過は許容すると共に、金属粉などのコンタミの通過は規制するものである。フィルタ１８は、磁性体によって形成されて、第一ステータコア１３の挿通孔１３Ａに設けられるシャフト軸受としての第一軸受２０に設けられる。

第一軸受２０は、非磁性体によって形成される。具体的には、非磁性の樹脂材によって形成される。

図２に示すように、第一軸受２０は、円筒状の円筒部２１と、円筒部２１の一端から径方向に環状に突出して形成されるフランジ部２２と、を有する。

円筒部２１は、第一ステータコア１３の挿通孔１３Ａに圧入される。このため、第一軸受２０が、第一ステータコア１３に対して固定される。

フランジ部２２は、一方の端面が吸着面１９Ａと当接してプランジャ室１９内に収容される。つまり、フランジ部２２は、第一ステータコア１３の吸着面１９Ａとプランジャ１７との間に設けられる。このようにフランジ部２２が設けられることにより、第一ステータコア１３の吸着面１９Ａとプランジャ１７との当接が防止される。

第一軸受２０には、軸方向に沿って円筒部２１及びフランジ部２２を貫通する２つの吸込通路２３が形成される。吸込通路２３を介して第一ステータコア１３の挿通孔１３Ａとプランジャ室１９とが連通する。吸込通路２３は、２つに限らず、任意の数であってよい。

フィルタ１８は、円環状に形成され、吸込通路２３を覆うように第一軸受２０のフランジ部２２に設けられる。フィルタ１８は、インサート成形によって第一軸受２０と一体成形される。より具体的には、図１に示すように、第一軸受２０を第一ステータコア１３に固定した状態において、コイル１１が設けられる軸方向の範囲内にフィルタ１８が位置するように、第一軸受２０とフィルタ１８とは一体成形される。なお、フィルタ１８は、第一軸受２０の円筒部２１に設けられてもよい。また、フィルタ１８は、吸込通路２３を覆うように設けられる限りは、任意の形状であってよい。

このように、フィルタ１８は、プランジャ１７から見て吸着面１９Ａ側（図１中左側）であって、コイル１１が設けられる軸方向の範囲内に位置するように設けられる。

以上のように第一軸受２０を形成することにより、コイル１１に通電すると、コイル１１が設けられる軸方向の範囲内には、コイル１１の磁力が作用する。このため、プランジャ１７から見て吸着面１９Ａ側であって、コイル１１が設けられる軸方向の範囲内における金属粉からなるコンタミは、磁力によってプランジャ室１９へ向かって吸い寄せられる。

プランジャ室１９へ向かって吸い寄せられるコンタミは、第一軸受２０の吸込通路２３を介して、フィルタ１８に付着する。このように、コイル１１の磁力により、積極的にコンタミをフィルタ１８に付着させて除去することができる。

また、フィルタ１８は磁性体により形成されるため、コイル１１に通電すると、フィルタ１８自体が励磁される。このため、フィルタ１８に付着したコンタミは、再び作動油中を漂うことはなく、付着したコンタミをそのままフィルタ１８に留めておくことができる。

フィルタ１８は、吸着面１９Ａにより近い位置に設けられることが好ましい。フィルタ１８が吸着面１９Ａに近い位置に設けられるほど、より大きな磁力によって、コンタミを吸い寄せてフィルタ１８に付着させたまま留めておくことができる。このように、プランジャ１７が磁力によって吸着される吸着面１９Ａ付近にフィルタ１８を設けることによって、より大きな磁力がコンタミに作用するため、コンタミが受けるフィルタ１８への吸着力を高めることができる。

また、第一軸受２０の吸込通路２３は、軸方向に沿って形成される。第一軸受２０は、コイル１１の内側に設けられるため、第一軸受２０を通る磁力線は、第一軸受２０の軸に沿って略平行となる。このように、吸込通路２３と磁力線とが略平行であるため、磁力によって効率よくコンタミを吸い寄せることができる。

ここで、コイルに通電してプランジャが第一ステータコアに対してストロークして当接する直前まで近づくと、図３に示すように、プランジャと第一ステータコアとの吸着力が急激に増大することがある。このような領域Ｒでは、コイルへ通電する電流値を増加させプランジャのストロークがわずかに増加しただけでも、吸着力が急激に増大するため、コイルに通電する電流値の制御が困難である。したがって、一般には、急激に吸着力が増大する領域Ｒまでプランジャが第一ステータコアへ近づくことを防止するために、吸着面とプランジャとの間には非磁性体によって形成されるスペーサが設けられる。

これに対して、ソレノイド１００では、非磁性体によって形成される第一軸受２０のフランジ部２２が、プランジャ１７と第一ステータコア１３との間に設けられる。このため、フランジ部２２によって、プランジャ１７は第一ステータコア１３の吸着面１９Ａに当接することが防止され、吸着力が急激に増大する領域Ｒまで近づくことはない。言い換えると、第一軸受２０のフランジ部２２は、吸着力が急激に増大する前に、プランジャ１７が第一軸受２０のフランジ部２２に当接するような厚さに形成される。

このように、ソレノイド１００は、フランジ部２２を有する第一軸受２０を備えることにより、プランジャ１７が第一ステータコア１３に対して当接する付近まで近づいて、コイル１１に通電する電流値の制御が困難となることを防止することができる。したがって、第一軸受２０は、シャフト１６を支持する軸受として機能すると共に、第一ステータコア１３とプランジャ１７との当接を防止するスペーサとしても機能することができるため、スペーサを別に設ける必要がなく、部品点数を削減することができる。

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

ソレノイド１００によれば、コイル１１へ通電することにより、プランジャ１７から見て吸着面１９Ａ側であってコイル１１が設けられる軸方向の範囲内における金属粉からなるコンタミは、磁力によってプランジャ室１９に向かって吸い寄せられる。プランジャ１７から見て吸着面１９Ａ側であって、コイル１１が設けられる軸方向の範囲内には、フィルタ１８が設けられるため、磁力によって吸い寄せられるコンタミはフィルタ１８に付着する。したがって、コイル１１の磁力によってコンタミを積極的にフィルタ１８に付着させて除去することができるため、プランジャ室１９へのコンタミの侵入が防止され、ソレノイド１００の動作不良を低減することができる。

また、第一軸受２０のフランジ部２２は、第一ステータコア１３の吸着面１９Ａとプランジャ１７との間に設けられるため、吸着力が急激に増大する領域までプランジャ１７が第一ステータコア１３の吸着面１９Ａに近づくことを防止することができる。このように、第一軸受２０は、第一ステータコア１３とプランジャ１７との当接を防止するスペーサとしても機能することができるため、スペーサを別に設ける必要がなく、部品点数を削減することができる。

また、フィルタ１８は、非磁性の樹脂材によって形成される第一軸受２０とインサート成形により一体成形される。このため、低コストでフィルタ１８を有する第一軸受２０を形成することができる。

また、フィルタ１８が磁性体によって形成されることにより、コイル１１の磁力によってフィルタ１８が励磁されるため、より確実にコンタミを付着したままフィルタ１８に留めておくことができる。

また、吸込通路２３は、第一軸受２０の軸に沿って形成され、コイル１１の磁力線と略平行となるため、磁力によって効率よくコンタミを吸い寄せることができる。

上記実施形態では、ソレノイド１００は、作動油の流量を制御するソレノイドバルブ１に用いられるものである。ソレノイド１００は、これに限られず、その他の用途に用いてもよい。

また、上記実施形態では、フィルタ１８は、第一軸受２０と一体成形されるものである。これに代えて、別体として第一軸受２０にフィルタ１８を設けてもよい。また、フィルタ１８は、第一軸受２０に設けなくてもよく、例えば第一軸受２０とは別のケースを設けて当該ケース内に設けてもよい。このように、フィルタ１８は、プランジャ１７から見て吸着面１９Ａ側であって、コイル１１が設けられる軸方向の範囲内に設けられるものであればよい。

また、上記実施形態では、フィルタ１８は磁性体によって形成されるものである。コンタミをフィルタ１８に付着したまま留めておくには、フィルタ１８は磁性体であることが好ましいが、非磁性体のフィルタ１８を設けてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

１ ソレノイドバルブ
２ バルブボディ
３ スプール（弁体）
９ コイルばね（付勢部材）
１００ ソレノイド
１０ ヨーク
１１ コイル
１２ ステータコア
１３ 第一ステータコア
１４ 第二ステータコア
１６ シャフト
１７ プランジャ
１８ フィルタ
１９ プランジャ室
１９Ａ 吸着面
２０ 第一軸受（シャフト軸受）
２１ 円筒部
２２ フランジ部
２３ 吸込通路
３０ 第二軸受

Claims (6)

1. ソレノイドであって、
   電流が流れると磁力を発生するコイルと、
   前記コイルの内側に設けられ前記コイルの磁力によって励磁されるステータコアと、
   前記ステータコアの内側に形成されるプランジャ室に収容され、前記コイルの磁力によって前記プランジャ室内の吸着部へ向かって移動するプランジャと、
   前記プランジャと共に軸方向に沿って移動可能に設けられるシャフトと、
   前記ステータコアの内側に設けられるフィルタと、を備え、
   前記フィルタは、前記プランジャから見て前記吸着部側であって、前記コイルが設けられる軸方向の範囲内に設けられることを特徴とするソレノイド。
2. 前記ステータコアの内側に設けられ、前記シャフトを軸方向に沿って摺動自在に支持し、軸方向に沿って貫通して形成される吸込通路を有するシャフト軸受をさらに備え、
   前記フィルタは、前記吸込通路に設けられることを特徴とする請求項１に記載のソレノイド。
3. 前記ステータコアは、前記シャフトが挿通する挿通孔を有し、
   前記プランジャ室は、前記挿通孔よりも大きな径で形成され、
   前記吸着部は、前記プランジャ室と前記挿通孔との間に生じる段差面であり、
   前記シャフト軸受は、円筒状の円筒部と、前記円筒部の一端から径方向に環状に突出して形成されるフランジ部と、を有して非磁性体によって形成され、
   前記円筒部は前記挿通孔内に設けられ、前記フランジ部は前記吸着部に当接して前記プランジャ室内に設けられることを特徴とする請求項２に記載のソレノイド。
4. 前記フィルタは、前記シャフト軸受と一体成形されることを特徴とする請求項３に記載のソレノイド。
5. 前記フィルタは、磁性体によって形成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のソレノイド。
6. 請求項１から５のいずれか一つに記載のソレノイドと、
   バルブボディと、
   前記バルブボディ内に移動自在に設けられる弁体と、
   前記バルブボディ内に設けられ前記ソレノイドにおける前記プランジャの移動に抗するように前記弁体を付勢する付勢部材と、を備えたソレノイドバルブ。

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