JP7463355B2 - ソレノイドバルブ - Google Patents

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Description

本発明は、例えば油圧回路の油圧制御に用いられるソレノイドバルブに関する。
従来の油圧制御用のソレノイドバルブとして、スリーブに収納された円柱状のスプールを有するスプール弁部と、ステータ、プランジャおよびコイルが樹脂により覆われたソレノイド成形体を収容するソレノイドケースを有しスプールを軸方向に駆動させるソレノイド部と、を具備し、ポンプやアキュムレータ等の圧力源と供給先との間に配置され、スプールを移動させることにより圧力や流量が調整された流体を供給先に供給できるようになっている。
ところで、スプールは、スリーブ内における移動ストロークが比較的大きいため、ソレノイド部の駆動により移動する場合、ソレノイド部の内部の流体が抵抗となってプランジャの迅速な移動を阻害する虞がある。
例えば、特許文献1に開示されているソレノイドバルブは、プランジャの外周面とコイルの内周面との間にベアリングが配設され、プランジャの移動方向の両側にベアリングにより区画された空間が形成されている。プランジャの中心には軸方向に沿って貫通する貫通孔が形成されており、該プランジャの貫通孔に筒状のロッドが挿入・固定された状態で、ロッドの一端にスプールが当接可能に配置され、プランジャの貫通孔とロッドの貫通孔は連通している。このスプールの端部には径方向に開放し一方の空間に連通するとともに軸方向に開放しロッドの貫通孔に連通可能な通孔が形成されている。プランジャが一方側に移動する際には、一方の空間内の流体が通孔、ロッドの貫通孔、プランジャの貫通孔を通じて他方の空間に移動し、プランジャが他方側に移動する際には、他方の空間内の流体がプランジャの貫通孔、ロッドの貫通孔、通孔を通じて一方の空間に移動するようになっている。このように、プランジャが移動する際に、移動方向に形成される空間の流体を移動方向とは反対側の空間に移動させることにより、プランジャに作用する流体による抵抗を小さくするようにしている。
また、特許文献2に開示されているソレノイドバルブのように、プランジャの中心にロッドが接続されており、プランジャの外周面に該プランジャの移動方向に亘って延びるスリットが形成されており、該スリットによりプランジャの移動方向の両側の空間に存在する流体を移動させるようにしているものもある。
実願平2-14728号(実開平3-106702号)のマイクロフィルム(第4,5頁、第4図) 特開2014-214806号公報(第4頁、第1図)
しかしながら、特許文献1のソレノイドバルブにあっては、プランジャの外周面とソレノイド部の内周面との間に配設されるベアリングによりプランジャが移動しやすくなっているが、プランジャの外周面とコイルの内周面との間は流体が略通過しないため、ロッドに大きな貫通孔を形成する必要があり、これによりロッドの強度が低くなり、ロッドが変形してロッドの貫通孔内で流体の流れに乱れが生じる虞があった。また、特許文献2のソレノイドバルブにあっては、プランジャの中心軸から偏芯した位置にスリットが形成されているので、プランジャの径方向に流体抵抗が作用するとともにプランジャを通過する磁束に偏りが生じてプランジャの動作が安定しない虞があった。
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、プランジャを円滑に、かつ安定して動作させることができるソレノイドバルブを提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明のソレノイドバルブは、
電磁力によりステータに接離するプランジャによりロッドを移動させて弁を開閉する弁体を往復移動させるソレノイドバルブであって、
前記プランジャの移動方向の両側には空間が形成されており、
前記プランジャには、一方の空間と他方の空間とを連通する貫通孔が中心軸と同心に形成されており、
前記ロッドは一部が前記貫通孔に嵌入された状態で前記一方の空間に配置されており、前記一部が前記貫通孔に嵌入された前記ロッドの外側には前記一方の空間に連通する連通路が形成されている。
これによれば、強度の高いプランジャの貫通孔を通って一方の空間と他方の空間との間を流体が移動するので、一方および他方の空間の間を移動する流体に乱れが生じることを抑制できる。また、貫通孔がプランジャの中心軸と同心に形成されているので、流体抵抗がプランジャの径方向に偏って作用することが抑制されるとともに、磁束がプランジャに均等に作用するので、プランジャを安定して軸方向に移動させることができる。
前記ロッドは、外側に切欠きが形成された箇所が前記貫通孔に嵌入固定されていてもよい。
これによれば、ロッドのプランジャの貫通孔に嵌入される箇所に切欠きが形成されているので、プランジャの容積を大きく確保して、プランジャにおける磁束の有効領域をバランスよく広く形成できる。
前記切欠きは前記一方の空間に延びて形成されていてもよい。
これによれば、流体は切欠きに案内されて連通路と一方の空間との間を流れるから確実に流体を出し入れすることができる。
前記切欠きは周方向に等配されていてもよい。
これによれば、流体抵抗がプランジャにバランスよく作用するとともに、プランジャにおける磁束の有効領域をバランスよく形成できるのでプランジャの移動を安定させることができる。
前記ロッドの嵌入側端部は先細り形状を成していてもよい。
これによれば、ロッドを貫通孔に嵌入しやすく、且つ流体を連通路に円滑に移動させることができる。
前記ロッドには、前記プランジャの端面に接触する嵌入規制部が形成されていてもよい。
これによれば、嵌入規制部がプランジャの端面に接触することでプランジャに対するロッドの嵌入深度を決定できる。
本発明の実施例におけるソレノイドバルブの斜視図である。 ソレノイドバルブの側断面図である。尚、説明の便宜上、スプールおよびロッドについては側面図で図示する。 ロッドの軸方向他端側の形状を示す斜視図である。 ロッドの第3部位とプランジャの貫通孔との嵌入状態を示す断面図である。 (a)はソレノイドバルブのオフ状態からオン状態にした様子を示す側断面図、(b)はソレノイドバルブのオン状態からオフ状態にした様子を示す側断面図である。
本発明に係るソレノイドバルブを実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。
実施例に係るソレノイドバルブにつき、図1から図5を参照して説明する。以下、図2の紙面右側をソレノイドバルブの軸方向一端側とし、図2の紙面左側をソレノイドバルブの軸方向他端側として説明する。
図1に示されるように、本実施例のソレノイドバルブ1は、スプールタイプのソレノイドバルブであって、例えば車両の自動変速機等の油圧により制御される装置に用いられるものである。尚、ソレノイドバルブ1は、装置側のバルブハウジングの装着穴に水平方向に取付けられ、バルブハウジング内の液体である作動油に浸漬される、いわゆる油浸形のソレノイドバルブとして使用される。
図1および図2に示されるように、ソレノイドバルブ1は、流体、すなわち作動油等の制御流体の流量を調整するバルブ部2がソレノイド部3に一体に取付けられて構成されている。尚、図2は、ソレノイド成形体31のコイル34に通電されていないソレノイドバルブ1のオフ状態を示すものである。
先ず、バルブ部2の構造について説明する。図1および図2に示されるように、バルブ部2は、バルブハウジングの装着穴内に設けられた流路と接続される入力ポート24、出力ポート25、排出ポート26、ドレンポート27、フィードバックポート28等の各種ポートの開口が設けられたスリーブ21と、スリーブ21の内径側において軸方向に形成される貫通孔21aに液密に収容される弁体としてのスプール22と、スプール22を軸方向他端側に付勢するコイル状のスプリング29と、スプリング29を保持するリテーナ23と、から構成されている。
スリーブ21には、軸方向一端側から軸方向他端側に向けて、排出ポート26、出力ポート25、入力ポート24、フィードバックポート28、ドレンポート27の順に形成されている。スプール22は、軸方向に往復移動可能となっており、スプール22を軸方向に往復移動させることにより、各種ポートの連通状態を変化させ、作動油の圧力や流量を制御するようになっている。尚、スリーブ21、スプール22、リテーナ23は、アルミ、鉄、ステンレス、樹脂等の材料により形成されている。
次に、ソレノイド部3の構造について説明する。図2に示されるように、ソレノイド部3は、鉄等の磁性を有する金属材料から形成されるソレノイドケース30と、ソレノイドケース30に収容されるソレノイド成形体31と、ソレノイド成形体31の内側に配置されるステータ32と、ステータ32の軸方向他方側に軸方向に移動可能な状態で配置されるプランジャ4と、から主に構成されている。
ソレノイド成形体31は、コイル34を樹脂35によりモールド成形することにより形成され、ソレノイドケース30の外径側に設けられる開口部30jから外部に延び出ているコネクタ部35aのコネクタから制御電流がコイル34へ供給されるようになっている。このソレノイド成形体31はステータ32の外径側に一体に形成されている。また、ソレノイドケース30は軸方向他端が開口となっており、該開口は蓋部材10がかしめ固定されることにより閉塞されている。
ステータ32は、その中央部に軸方向に貫通する貫通孔32aを有する筒状体であり、鉄等の磁性を有する金属材料から形成される。ステータ32は、軸方向他端に軸方向一端側に凹む凹部32bが形成されており、該凹部32bは貫通孔32aに連通している。また、凹部32bの底部には、樹脂やゴムなどの非磁性体から構成されるリング状のダンパ部材6が固着されている。また、ステータ32の軸方向一端側の端面にはスプール22の軸方向他端部が接触しており、スプール22は軸方向他方側への移動が規制されている。
また、ステータ32の軸方向他端側には非磁性体から構成される第1筒状体7が配設され、第1筒状体7の軸方向他端側には磁性体から構成される第2筒状体8が配設されており、第1筒状体7および第2筒状体8の内側には磁性体から構成される第3筒状体9が第1筒状体7および第2筒状体8に亘って配設されている。第3筒状体9は、内周面が低摩擦加工されており、プランジャ4に対する摺動性が高くなっている。
プランジャ4は、鉄等の磁性を有する金属材料により円筒状に形成されており、第3筒状体9の内周面に摺接可能に配置されている。プランジャ4の外周面と第3筒状体9の内周面との間は僅かに離間しており、その隙間からはほとんど流体が通過しないようになっている。
プランジャ4の軸方向一方側には、一方の空間としての空間S1が形成され、プランジャ4の軸方向他方側には、他方の空間としての空間S2が形成されている。プランジャ4には、中心軸と同心に貫通する貫通孔4aが形成されている。空間S1は、プランジャ4、ステータ32の貫通孔32a、凹部32b、スプール22により区画されており、空間S2は、プランジャ4、第2筒状体8、蓋部材10により区画されている。尚、スリーブ21内の空間S3は、スプール22により空間S1と区画されており、空間S1,S2とは異なる第3の空間として機能している。
プランジャ4の貫通孔4aの軸方向一端側には、ステータ32の貫通孔32aに挿通されるロッド5の一部である後述する第3部位53である他方側端部が嵌入固定されており、ロッド5の軸方向一端側の先端がスプール22の軸方向他端側の端面に当接している。すなわち、ロッド5は空間S1内に配置されている。尚、ロッド5の軸方向一端側の先端はスプール22の軸方向他端側の端面に当接していなくてもよい、或いは、固定されていてもよい。
次いで、ロッド5の構造について説明する。図2および図3に示されるように、ロッド5は、金属や樹脂などの非磁性体から構成され、軸方向一端側から軸方向他端側に向けて第1部位51、第2部位52、第3部位53が形成されている。尚、ロッド5は、鉄等の磁性を有する金属材料により構成されていてもよい。
第1部位51は、断面視円形状を成しており、第2部位52は断面視略正三角形状を成し、第3部位53は第2部位52よりも小さい断面視略正三角形状を成している。これら第2部位52、第3部位53は円柱状の棒部材を切欠き加工することにより形成されている。
軸方向から見た第2部位52の角部の外周面は、第1部位51の外周面に沿って軸方向に平坦に延びている。また、軸方向から見た第3部位53の角部は、第2部位52の角部よりも内径側に配置されており、第3部位53の角部の外周面53aと第2部位52の軸方向他端側の端面52aとで段部54が形成されている。また、第2部位52の角部同士、第3部位53の角部同士の間の切欠面55は軸方向に平行に延びる同一面を成している。また、第3部位53の軸方向他端部に形成される嵌入側端部53bは、軸方向他端側に向けて先細りする形状を成し、その先端が軸方向に直交して形成されている。
尚、切欠面55は第2部位52および第3部位53に亘って同一平面を成す形態を例示したが、切欠面55は同一平面ではなく、例えば、第2部位52および第3部位53の間で若干段差や傾斜等が形成されていてもよい。また、第3部位53の嵌入側端部53bは、先細りせずに軸方向他端側の先端まで延びていてもよい。
図3および図4に示されるように、ロッド5は、プランジャ4の貫通孔4aの軸方向一端側に第3部位53が嵌入固定される。すなわち、第3部位53の角部の外周面53aとプランジャ4の貫通孔4aの内周面とは圧接されている。第3部位53を貫通孔4aに嵌入する際には、第3部位53の嵌入側端部53bが先細りした形状であるので、嵌入側端部53bがプランジャ4の貫通孔4aの縁部に案内されて第3部位53を貫通孔4aに嵌入しやすい。
また、第3部位53を貫通孔4aに所定長さ嵌入すると、第3部位53よりも外径側に張り出した第2部位52の端面52aがプランジャ4の軸方向一端側の端面4bに接触する(特に図2参照)。このように、第2部位52の端面52aがプランジャ4の軸方向一端側の端面4bに接触することで、ロッド5の嵌入が規制されプランジャ4に対するロッド5の嵌入深度を決定できるので、プランジャ4に対してロッド5を精度よく固定することができる。すなわち、第2部位52の端面52aはロッド5の嵌入規制部として機能している。
プランジャ4の貫通孔4aにロッド5の第3部位53が挿入された状態にあっては、プランジャ4の貫通孔4aを区画するプランジャ4の内面4cとロッド5における第3部位53の外面である切欠面55に囲まれた空間が形成され、該空間は連通路P(図4参照)となっている。また、プランジャ4の貫通孔4aの内、ロッド5の第3部位53が挿入されない箇所は連通路Qとなっており、連通路Qは連通路Pと連通しているとともに空間S2に開口・連通している。本実施例の連通路Pは、第3部位53の周方向に3つ等配されている。また、第2部位52はプランジャ4の端面4bよりも軸方向一方側、つまり空間S1に配置されており、第3部位53および第2部位52に亘って形成される切欠面55は空間S1まで延びている。
次いで、ソレノイドバルブ1の動作について説明する。図2に示されるソレノイドバルブ1のオフ状態において、コイル34への通電によりソレノイドケース30、第2筒状体8、第3筒状体9、プランジャ4、ステータ32により磁気回路を形成し、ステータ32とプランジャ4との間に磁力を発生させることにより、図5(a)に示されるように、プランジャ4およびロッド5をステータ32へ向けて軸方向一方側に移動させることができる。これにより、ロッド5の軸方向一端側の先端がスプール22の軸方向他端側の端面を押し、スプール22をスプリング29の付勢力に抗して軸方向一方側に移動させ、スリーブ21の入力ポート24から出力ポート25へ流れる制御流体の量を変化させることができる。
このとき、プランジャ4が軸方向一方側に移動することに伴って、空間S1内の流体は第2部位52の切欠面55に案内され、連通路P、連通路Qを通って空間S2に移動する。また、プランジャ4が軸方向一方側に移動した際には、非磁性体から構成されるダンパ部材6にプランジャ4の端面4bが当接する。これにより、プランジャ4がステータ32に張り付くことが防止される。
また、コイル34への通電が遮断され、ステータ32とプランジャ4との間に発生していた磁力が相対的に弱まると、図5(b)に示されるように、スプリング29の付勢力によりスプール22が軸方向他方側に移動し、これに伴いプランジャ4およびロッド5が軸方向他方側に移動する。また、スプール22の軸方向他端側の端面はステータ32の軸方向一端側の端面に当接しスプール22の移動が規制される。
このとき、プランジャ4が軸方向他方側に移動することに伴って、空間S2内の流体はプランジャ4の貫通孔4a、連通路P、第2部位52の切欠面55に案内され空間S1に移動する。プランジャ4およびロッド5がステータ32へ向けて軸方向一方側に移動した状態(図5(a)の状態)にあっては、ダンパ部材6によりプランジャ4がステータ32に張り付くことが防止されているので、コイル34への通電が遮断された際には、スプリング29の付勢力によりプランジャ4およびロッド5を即座に軸方向他方側に移動させることができる。
このように、プランジャ4の中心軸と同心に形成された貫通孔4aを用いて形成された連通路P、Qを通して空間S1および空間S2の間で流体を移動させ、プランジャ4に作用する流体抵抗を抑制してプランジャ4の移動を円滑に行うことができるようになっている。プランジャ4の貫通孔4aの軸方向一端側にロッド5の第3部位53が嵌入固定されているので、貫通孔4aの一部はロッド5により閉塞されるが、プランジャ4の内周面とロッド5の第3部位の切欠面55との間で連通路Pが形成されるので、プランジャ4の中心軸から偏芯した位置に空間S1および空間S2を連通する通路を別個に形成する必要がない。
これにより、プランジャ4の移動時に、空間S1と空間S2との間で流出入する流体の流体抵抗がプランジャ4に不均一に作用、例えばプランジャ4の径方向に偏って作用することが抑制されるとともに、ソレノイド部3で発生する磁束がプランジャ4に略均等に作用するので、プランジャ4を円滑に、且つ安定して軸方向に移動させることができる。言い換えれば、プランジャ4の推力の低下を抑制することができる。
また、プランジャ4自身の容積を大きく形成することができるので、プランジャ4の強度を確保でき、プランジャ4が変形して貫通孔4a内に乱流が発生することを抑制できるとともに、磁束を効率的に作用させることができるのでソレノイドバルブ1を小型とすることができる。
また、ロッド5は、その外側に切欠面55が形成された第3部位が貫通孔4aの軸方向一端側に嵌入固定されており、プランジャ4の内面4cとロッド5に形成された切欠きである切欠面55との間に構成される連通路Pとなっている。この連通路Pは空間S1,連通路Qに連通しているので、連通路Pおよび連通路Qを通して空間S1および空間S2の間で流体を移動させることができる。これによれば、貫通孔4aと空間S1とを連通する通路をプランジャ4に別途形成する必要がないので、プランジャ4の容積を大きく確保して、プランジャ4における磁束の有効領域をバランスよく形成できる。さらに、貫通孔4aを利用してロッド5をプランジャ4に嵌入固定しているので、プランジャ4にロッド5を固定するための取付穴を別個に形成する必要がなく、プランジャ4の加工コストを低減できる。
また、第2部位52は空間S1に配置されており、第3部位53および第2部位52に亘って形成される切欠面55の一部は空間S1に配置されている。すなわち、切欠面55は連通路Pから空間S1側まで延びて形成されているので、空間S1から連通路Pに確実に流体を出し入れすることができる。また、切欠面55は平坦に形成されているので、流体を円滑に移動させることができる。
また、連通路Pは、ロッド5の周囲に3つ等配されているので、流体抵抗がプランジャ4にバランスよく作用するとともに、プランジャ4における磁束の有効領域をバランスよく形成できるのでプランジャ4の移動を安定させることができる。尚、本実施例では、連通路P、すなわちロッド5の切欠きがロッド5の周方向に3つ形成される形態を例示したが、1~2つ、または4つ以上複数形成されていてもよく、好ましくは、周方向に等配されていればよい。
また、本実施例では、ロッド5が非磁性体である形態を例示したが、磁性体により構成されていてもよく、この場合、ロッド5の周囲に連通路Pが等配されていることにより、ロッド5における磁束の有効領域をバランスよく形成できるのでプランジャ4およびロッド5の移動を安定させることができる。
また、第3部位53の嵌入側端部53bが先細りしているので、嵌入側端部53bの形状に沿って流体を円滑に移動させることができる。
また、スリーブ21内の空間S3は、スプール22により空間S1,S2と区画されているので、空間S3内の流体に含まれるコンタミが空間S1,S2に進入し難くなっており、コンタミによりプランジャ4の動作不良が生じることを抑制できる。
尚、本実施例では、プランジャ4の内面4cすなわち貫通孔4aを区画する面とともに連通路Pを形成する切欠き(切欠面55)は、ロッド5を切欠き加工することで形成されていたが、これに限られず、ロッドの外周面からプランジャ内面に圧接されるように外径側に突出する突出部が複数形成された構造とすることで、突出部間に軸方向に延びる溝が形成されるようになっていてもよい。
以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。
例えば、前記実施例では、ロッド5がプランジャ4の貫通孔4aに対して嵌入固定される形態を例示したが、ロッド5がプランジャ4の貫通孔4aに対してボルト等の固定部材や溶接または接着などにより固定されていてもよい。
また、前記実施例では、ロッド5がプランジャ4と別体である形態を例示したが、プランジャ4とロッド5が一体に形成されていてもよい。
また、前記実施例では、ロッド5の切欠面55が連通路Pと空間S1に位置する形態を例示したが、例えば、プランジャに溝やスリットを設けて連通路Pを形成し、ロッドを貫通孔に嵌入固定可能にしつつ、空間S1,S2間で流体を移動可能とさせるようにしてもよい。
また、前記実施例では、ソレノイドバルブ1のオフ状態においてプランジャ4が軸方向他方側に移動し、ソレノイドバルブ1のオン状態においてプランジャ4が軸方向一方側に移動する形態を例示したが、ソレノイドバルブ1のオフ状態においてプランジャ4が軸方向一方側に移動し、ソレノイドバルブ1のオン状態においてプランジャ4が軸方向他方側に移動するようなものであってもよい。
また、前記実施例では、ソレノイドバルブ1のオン状態において、ダンパ部材6によりプランジャ4がステータ32に非接触状態となっている形態を例示したが、プランジャ4がステータ32に接触するようになっていてもよい。
また、前記実施例では、スプール22に接触するロッド5の軸方向一端側の端面が平面となっていたが、例えば曲面に形成されていてもよい。
また、前記実施例では、弁体にスプールを用いるスプールタイプのソレノイドバルブとして説明したが、これに限られず、グローブ弁やゲート弁等を用いたソレノイドバルブであってもよい。
1 ソレノイドバルブ
2 バルブ部
3 ソレノイド部
4 プランジャ
4a 貫通孔
4b 端面
4c 内面
5 ロッド
21 スリーブ
22 スプール
29 スプリング
30 ソレノイドケース
32 ステータ
34 コイル
51 第1部位
52 第2部位
53 第3部位
53b 嵌入側端部
55 切欠面
P 連通路
Q 連通路
S1 空間(一方の空間)
S2 空間(他方の空間)
S3 空間(第3の空間)

Claims (5)

  1. 電磁力によりステータに接離するプランジャによりロッドを移動させて弁を開閉する弁体を往復移動させるソレノイドバルブであって、
    前記プランジャの移動方向の両側には一方の空間と他方の空間とが形成されており、
    前記プランジャには、貫通孔が中心軸と同心に形成されており、
    前記ロッドは前記一方の空間に配置されており、前記プランジャの内面と前記ロッドの外面との間に前記一方の空間と前記他方の空間との間を連通する連通路が形成されており、
    前記ロッドは、外側に切欠きが形成された箇所が前記貫通孔に嵌入固定され、前記プランジャの内面と前記ロッドの外面とが圧接されているソレノイドバルブ。
  2. 前記切欠きは前記一方の空間に延びて形成されている請求項に記載のソレノイドバルブ。
  3. 前記切欠きは周方向に等配されている請求項またはに記載のソレノイドバルブ。
  4. 前記ロッドの嵌入側端部は先細り形状を成している請求項ないしのいずれかに記載のソレノイドバルブ。
  5. 前記ロッドには、前記プランジャの端面に接触する嵌入規制部が形成されている請求項ないしのいずれかに記載のソレノイドバルブ。
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