JP7455053B2

JP7455053B2 - 電磁バルブ

Info

Publication number: JP7455053B2
Application number: JP2020205716A
Authority: JP
Inventors: 圭亮藤田
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2020-12-11
Filing date: 2020-12-11
Publication date: 2024-03-25
Anticipated expiration: 2040-12-11
Also published as: JP2022092800A

Description

本発明は、電磁バルブに関する。

ソレノイドに通電し、固定コアからの磁束を、可動コアに作用させることにより、可動コアの作動に伴いスプール等を作動させる電磁バルブとして特許文献１に記載されるものが存在する。

特許文献１に記載される電磁バルブは、ハウジングに、弁シャフトと一体的に直線的に作動する可動コアを備え、この可動コアを取り囲む位置にソレノイド部を備え、このソレノイド部からの磁束を導く固定コアが、可動コアの作動端の側に配置している。

この特許文献１では、可動コアのうち、固定コアと対向する位置に非磁性材料製のマグネットキラーを備えることにより、ソレノイドの通電が停止した後の残留磁気の影響によって可動コアが固定コアに吸着された状態が継続する不都合を防止している。

特開２００９－８５３２１号公報（段落番号〔００２１〕）

しかしながら、特許文献１の技術では、ソレノイドの通電時に可動コアと固定コアとの間の間隙部分が負圧になり、可動コアを固定コアから離間させる際の応答性が低下してしまう場合がある。

このような理由から、ソレノイドの通電を停止した際に、可動コアと固定コアとを確実に離間させることが可能な電磁バルブが求められる。

本発明に係る電磁バルブの特徴構成は、軸芯を中心とする円筒状のソレノイドと、少なくとも一部が前記ソレノイドの内部空間に配置された固定コアと、前記固定コアと前記ソレノイドの軸芯方向に対向するように前記ソレノイドの内部空間に配置され、前記ソレノイドの通電時に前記固定コアから作用する磁力により前記軸芯に沿う方向に沿って前記固定コア側に吸引される可動コアと、前記ソレノイドの通電時に前記可動コアに当接することで前記可動コアと前記固定コアとの間に間隙を形成する非磁性材料製の規制部材とを備え、前記可動コアと一体的に作動する作動ロッドが、前記固定コアに形成された貫通孔を通って前記軸芯と同軸芯上に配置され、前記規制部材は、内部に前記作動ロッドが挿通された筒状で、前記固定コアにおける前記可動コアとの対向面側に備えられており、前記可動コアは、前記軸芯に沿う方向視において筒状の前記規制部材と重複する位置に前記軸芯と平行姿勢となる複数の呼吸孔が形成されており、前記ソレノイドの通電時に、前記可動コアと前記固定コアとの間に形成される前記間隙と前記呼吸孔とが連通し、前記固定コアに形成された前記貫通孔と前記作動ロッドとの間に形成され外部と連通する呼吸油路を備え、前記ソレノイドの通電時に、前記可動コアと前記固定コアとの間に形成される前記間隙と前記呼吸孔と前記呼吸油路とが連通し、前記軸芯に沿う方向視において、前記規制部材の円周状となる突出端が、前記複数の前記呼吸孔が配置される仮想円と重なり合う位置に配置され、前記突出端の内径側の端部は前記呼吸孔の前記軸芯側の端部よりも前記軸芯から遠い側に配置されており、且つ前記突出端の外径側の端部は前記呼吸孔の前記軸芯から遠い側の端部よりも前記軸芯に近い側に配置されている点にある。

この特徴構成によると、ソレノイドに通電され固定コアの端部ヨーク部に可動コアが接近した場合、可動コアの移動端部側に規制部材が当接し、固定コアと可動コアとの間に間隙を形成し、固定コアと可動コアとが密着する不都合が解消される。また、規制部材が非磁性材料製であるため、ソレノイドに通電した後に固定コアに磁気が残留しても、可動コアを磁気により吸着する不都合を招くことがない。また、可動コアに複数形成された呼吸孔と間隙とが連通するため、可動コアが移動する場合に間隙と呼吸孔との間で、作動油や空気が流れることにより可動コアの迅速な作動を可能にする。
従って、ソレノイドの通電を停止した際に、可動コアと固定コアとを確実に離間させることが可能な電磁バルブが構成された。

また、可動コアが移動する際に間隙と呼吸油路との間で、作動油が流れることにより可動コアの迅速な作動を可能にする。

上記構成に加えた構成として、前記可動コアに対して前記固定コアが配置されている側とは前記軸芯方向に沿って反対側の位置に、前記可動コアを前記軸芯方向に付勢するバネを収容するバネ室が形成されており、前記呼吸孔は、前記可動コアにおける前記固定コア側の端面から前記バネ室側の端面に貫通しても良い。

これによると、可動コアが作動する際に、バネ室の空気やオイルが複数の呼吸孔に流れることにより可動コアの迅速な作動を円滑に行わせる。

上記構成に加えた構成として、前記規制部材における前記可動コア側の端縁に、周方向に沿って、軸芯に沿う方向に突出する凸部と、軸芯に沿う方向に窪む凹部とが交互に形成されても良い。

これによると、規制部材の当接側の端縁が可動コアに当接した場合に、複数の凸部が可動コアに当接し、凹部が可動コアとの間に間隙を作ることにより、規制部材の当接部が可動コアに密着する不都合を抑制できる。

電磁バルブのコイルユニット部の断面図である。電磁バルブの通電時のコイルユニット部の断面図である。別実施形態（ａ）の規制部材の斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔基本構成〕
図１に示すように、コイルユニットＣと、コイルユニットＣの駆動力により作動するスプール１と、スプール１を収容するバルブハウジング２と、スプール１を付勢するスプールスプリング３とを備えて電磁バルブＶが構成されている。

図１には示していないが、スプール１には作動油を制御するランド部が形成され、バルブハウジング２には作動油を給排する複数のポートが形成されている。このような構成からコイルユニットＣのソレノイド５に通電することにより、図２に示すようにスプール１を軸芯Ｘに沿う方向に作動させ、作動油の給排の制御を実現する。

尚、電磁バルブＶは、スプール１を操作するものに限らず、例えば、ポペット弁やチェック弁を開閉作動させる構成のものであっても良い。

〔コイルユニット〕
図１、図２に示すように、コイルユニットＣは、軸芯Ｘを中心とする円柱状の内部空間Ｓを取り囲む領域に形成された円筒状のソレノイド５と、ソレノイド５の通電時に発生する磁束を導く磁性材料製の固定コア６と、内部空間Ｓに配置され、固定コア６から作用する磁力により軸芯に沿う方向に移動自在な磁性材料製で、プランジャとして機能する可動コア７と、可動コア７の作動力をスプール１に伝える作動ロッド８とを備えている。

コイルユニットＣは、内部空間Ｓのうち可動コア７を基準に作動ロッド８と反対側に配置された支持体９と、支持体９と可動コア７との間に配置された圧縮コイル型の保持スプリング１０（バネの一例）とを備えている。また、支持体９と可動コア７との間にバネ室が形成され、このバネ室に保持スプリング１０が収容され、このバネ室は、可動コア７の呼吸孔７ａが連通している。

ソレノイド５は、樹脂材等の非磁性材料製のボビン５ａに良導体で成るコイル５ｂを巻回した構造であり、ボビン５ａの内周の一部を内部空間Ｓに露出させている。

固定コア６は、ソレノイド５の外周を取り囲む環状ヨーク部６ａと、軸芯Ｘに沿う方向でスプール１が配置された側に配置された環状の第１壁状ヨーク部６ｂと、軸芯Ｘに沿う方向で第１壁状ヨーク部６ｂの反対側に配置された第２壁状ヨーク部６ｃと、第１壁状ヨーク部６ｂの内周からボビン５ａの内周に亘る領域に配置された端部ヨーク部６ｄと、第２壁状ヨーク部６ｃの内周からボビン５ａの内周に亘る領域に配置される筒状ヨーク部６ｅとで構成されている。

この固定コア６は、環状ヨーク部６ａと、第１壁状ヨーク部６ｂと、第２壁状ヨーク部６ｃと、端部ヨーク部６ｄと、筒状ヨーク部６ｅとの全てが鉄等の磁性材料で構成されている。また、端部ヨーク部６ｄには、作動ロッド８が挿通する貫通孔Ｈが軸芯Ｘと同軸芯で穿設されている。特に、貫通孔Ｈに作動ロッド８が挿通する状態で、貫通孔Ｈの内周と作動ロッド８の外周との間に円筒状の空間が形成され、この空間は、可動コア７が作動する際に作動油の流動を可能にする呼吸油路として機能する。なお、作動ロッド８として中空状の部材を用い、この作動ロッド８に規制部材１６の内径側の空間と作動ロッド８の内部とを連通させる連通孔を形成しておき、作動ロッド８の内部を呼吸油路として機能させてもよい。

特に、端部ヨーク部６ｄの一部の内周側、及び、筒状ヨーク部６ｅの内周側に内部空間Ｓが形成され、この内部空間Ｓにおいて端部ヨーク部６ｄと、支持体９とに挟まれる領域に可動コア７が配置されている。可動コア７は、内部空間Ｓの内径より僅かに小さい外径の円柱状に成形されることで、内部空間Ｓに対し軸芯Ｘに沿って移動自在となる。

可動コア７は、作動ロッド８が配置された側の反対側に凹状部が形成され、保持スプリング１０は、可動コア７の凹状部に一端側を嵌め込み、他端側を支持体９の内面に当接させている。また、可動コア７は、軸芯Ｘに沿う姿勢の複数の呼吸孔７ａが貫通孔状に形成されている。

このコイルユニットＣは、内部空間Ｓに作動油の一部の流入を許す構造であり、可動コア７が作動する際には、呼吸孔７ａの内部に作動油が流動することにより、可動コア７の円滑な作動を可能にしている。図１，２に示すように呼吸孔７ａの一方の端部が、固定コア６の端部ヨーク部６ｄと可動コア７との間に形成される間隙に連通し、他方の端部が、前述したバネ室とを連通している。

〔規制部材〕
コイルユニットＣは、可動コア７のうち、端部ヨーク部６ｄに対向する面を可動コア端面７ｓと称し、端部ヨーク部６ｄのうち可動コア７に対向する面をヨーク端面６ｓと称している。特に、固定コア６の端部ヨーク部６ｄにおいて、ヨーク端面６ｓの近傍の貫通孔Ｈの内径を拡大した形状となる嵌合保持部１５が形成され、この嵌合保持部１５に一端を挿入する嵌合状態で筒状の規制部材１６を備えている。このような構成から、規制部材１６の内部に作動ロッド８が配置されることになる。

この規制部材１６は、ステンレス材等の非磁性の材料で形成されるものであり、この規制部材１６の突出端１６ａの端縁がヨーク端面６ｓより可動コア７の方向に設定量Ｔだけ突出している。また、この規制部材１６の突出端１６ａは、当接面積を縮小するように先細りに成形されている。尚、規制部材１６はステンレス材の他に樹脂材を用いても良い。

特に、軸芯Ｘに沿う方向視において、規制部材１６の円周状となる突出端１６ａを、複数の呼吸孔７ａが配置される仮想円と重なり合う位置に配置している。より具体的には、突出端１６ａの内径側の端部は呼吸孔７ａの軸芯Ｘ側の端部よりも軸芯Ｘから遠い側に配置されており、且つ突出端１６ａの外径側の端部は呼吸孔７ａの軸芯Ｘから遠い側の端部よりも軸芯Ｘに近い側に配置されている。これにより、図２に示すように、可動コア端面７ｓがヨーク端面６ｓに最も接近したときに、内部空間Ｓが呼吸孔７ａを介して作動ロッド８と貫通孔Ｈの壁面との間に形成される外部と連通する空間（呼吸油路）と連通する。

また、規制部材１６の基端側（スプール１に近い側）の端部に、軸芯Ｘに沿う姿勢の切り込み（スリット）を形成することで、この基端部分を半径方向に弾性変形できるように構成し、この規制部材１６の基端部分を嵌合保持部１５の内面に弾性力によって圧着させるように構成しても良い。

図１は、ソレノイド５のコイル５ｂに電流を供給しないＯＦＦ状態における（ソレノイド５の非通電時における）コイルユニットＣを示している。このようにソレノイド５がＯＦＦ状態にある場合には、スプール１に作用するスプールスプリング３から作用する付勢力が作動ロッド８から可動コア７に作用するため、保持スプリング１０の付勢力に抗して、ヨーク端面６ｓから可動コア端面７ｓが離間する状態が維持される。

図２は、ソレノイド５のコイル５ｂに電流を供給したＯＮ状態における（ソレノイド５の通電時における）コイルユニットＣを示している。このようにソレノイド５がＯＮ状態にある場合には、ソレノイド５から固定コア６を介して可動コア７に作用する磁力により可動コア７が作動し、可動コア端面７ｓがヨーク端面６ｓに接近するものの、可動コア端面７ｓが規制部材１６の突出端１６ａに当接するため、可動コア端面７ｓとヨーク端面６ｓとの間に間隙が形成される。この間隙は前述した設定量Ｔと一致する値である。

つまり、可動コア７と固定コア６とが磁性材料で形成されるため、例えば、可動コア端面７ｓとヨーク端面６ｓとが密着する構成では、ソレノイド５が通電状態から非通電状態に切り換わった後であっても、残留磁気の作用や、密着面を維持する力の作用等により、可動コア端面７ｓとヨーク端面６ｓとが密着する状況が継続する不都合を招くことも想像される。

これに対し、本実施形態では、ソレノイド５がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り換わった場合には、規制部材１６によってヨーク端面６ｓと可動コア端面７ｓとの間に間隙が既に形成されているため、残留磁気が作用する状況であっても可動コア７を迅速に非通電時の位置まで移動させ、応答性の向上を実現している。

また、突出端１６ａの内径側の端部は呼吸孔７ａの軸芯Ｘ側の端部よりも軸芯Ｘから遠い側に配置されており、且つ突出端１６ａの外径側の端部は呼吸孔７ａの軸芯Ｘから遠い側の端部よりも軸芯Ｘに近い側に配置されているので、可動コア端面７ｓとヨーク端面６ｓとの間の内部空間Ｓを可動コア７に形成された呼吸孔７ａと連通させることができる。
あるいは、内部空間Ｓを、呼吸孔７ａを介して作動ロッド８と貫通孔Ｈの壁面との間の呼吸油路と連通させることができる。
これにより、保持スプリング１０が配置されているバネ室内の作動油を逃がすための呼吸孔７ａを利用して内部空間Ｓの作動油を逃がすことができるので、可動コア端面７ｓやヨーク端面６ｓに内部空間Ｓの溝等を加工することなく、簡便な構成で内部空間Ｓの負圧を軽減して応答性を向上させることができる。

〔実施形態の作用効果〕
このような構成から、ソレノイド５がＯＮ状態に設定された場合に、規制部材１６の突出端１６ａが可動コア端面７ｓに当接することにより、可動コア端面７ｓと、ヨーク端面６ｓとの間に間隙が形成される。このため、ソレノイド５がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り換わった場合には、残留磁気が作用する状況であっても可動コア７を迅速に非通電時の位置まで移動させ、応答性の向上を実現する。

また、ソレノイド５がＯＮ状態に設定された場合には、可動コア７において複数の呼吸孔７ａが形成された領域に規制部材１６の突出端１６ａが当接するため、規制部材１６の突出端１６ａの全周が可動コア端面７ｓに密着する不都合を防止し、ソレノイド５がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り換わった場合の応答性の一層の向上を実現する。

〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い（実施形態と同じ機能を有するものには、実施形態と共通の番号、符号を付している）。

（ａ）図３に示すように、規制部材１６の突出端１６ａの端縁を、周方向に沿って設定間隔で切り欠くことにより、複数の凸部１６ｃと凹部１６ｄと交互に形成しても良い。このように構成することにより、ソレノイド５がＯＮ状態に設定された場合に、可動コア端面７ｓに規制部材１６の突出端１６ａの端縁の全周が密着する不都合を防止し、ソレノイド５がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り換わった場合の応答性の向上を実現する。

（ｂ）規制部材１６を、実施形態と同様に軸芯Ｘと同軸芯上に配置される円筒状に形成すると共に、可動コア端面７ｓのうち、規制部材１６の突出端１６ａの端縁に当接する領域に、狭小の多数の溝を形成する、あるいは、粗面を形成することにより、規制部材１６の突出端１６ａの端縁の全周のうちの一部と、可動コア端面７ｓとの間に僅かな間隙を形成しても良い。これにより、ソレノイド５がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り換わった場合の密着を解消し、応答性の向上を実現する。

（ｃ）ヨーク端面６ｓに軸芯Ｘと同軸芯となる環状の溝部を形成し、この溝部に対して筒状の規制部材１６を填め込み、突出端１６ａがヨーク端面６ｓから突出する状態で固定する。このように構成したものでも、ソレノイド５がＯＮ状態に達した場合に可動コア端面７ｓと、ヨーク端面６ｓとの間に間隙を形成できる。

本発明は、ソレノイドの通電により可動コアを作動させる制御バルブに利用することができる。

５ソレノイド
６固定コア
７可動コア
７ａ呼吸孔
８作動ロッド
１０保持スプリング（バネ）
１６規制部材
１６ｃ凸部
１６ｄ凹部
Ｈ貫通孔
Ｓ内部空間
Ｘ軸芯

Claims

軸芯を中心とする円筒状のソレノイドと、
少なくとも一部が前記ソレノイドの内部空間に配置された固定コアと、
前記固定コアと前記ソレノイドの軸芯方向に対向するように前記ソレノイドの内部空間に配置され、前記ソレノイドの通電時に前記固定コアから作用する磁力により前記軸芯に沿う方向に沿って前記固定コア側に吸引される可動コアと、
前記ソレノイドの通電時に前記可動コアに当接することで前記可動コアと前記固定コアとの間に間隙を形成する非磁性材料製の規制部材とを備え、
前記可動コアと一体的に作動する作動ロッドが、前記固定コアに形成された貫通孔を通って前記軸芯と同軸芯上に配置され、
前記規制部材は、内部に前記作動ロッドが挿通された筒状で、前記固定コアにおける前記可動コアとの対向面側に備えられており、
前記可動コアは、前記軸芯に沿う方向視において筒状の前記規制部材と重複する位置に前記軸芯と平行姿勢となる複数の呼吸孔が形成されており、
前記ソレノイドの通電時に、前記可動コアと前記固定コアとの間に形成される前記間隙と前記呼吸孔とが連通し、
前記固定コアに形成された前記貫通孔と前記作動ロッドとの間に形成され外部と連通する呼吸油路を備え、
前記ソレノイドの通電時に、前記可動コアと前記固定コアとの間に形成される前記間隙と前記呼吸孔と前記呼吸油路とが連通し、
前記軸芯に沿う方向視において、前記規制部材の円周状となる突出端が、前記複数の前記呼吸孔が配置される仮想円と重なり合う位置に配置され、
前記突出端の内径側の端部は前記呼吸孔の前記軸芯側の端部よりも前記軸芯から遠い側に配置されており、且つ前記突出端の外径側の端部は前記呼吸孔の前記軸芯から遠い側の端部よりも前記軸芯に近い側に配置されている電磁バルブ。
前記可動コアに対して前記固定コアが配置されている側とは前記軸芯方向に沿って反対側の位置に、前記可動コアを前記軸芯方向に付勢するバネを収容するバネ室が形成されており、
前記呼吸孔は、前記可動コアにおける前記固定コア側の端面から前記バネ室側の端面に貫通している請求項１に記載の電磁バルブ。
前記規制部材における前記可動コア側の端縁に、周方向に沿って、軸芯に沿う方向に突出する凸部と、軸芯に沿う方向に窪む凹部とが交互に形成されている請求項１又は２に記載の電磁バルブ。