JPWO2009005149A1 - ソレノイドバルブ - Google Patents

Abstract

本発明は、ソレノイド内部への制御流体を媒介としたコンタミの浸入を防止でき、構造が簡単で小型で低コストなソレノイドバルブを提供する。フィードバックポート５３とソレノイド部２０のケース内部２８とをつなぐスプール６０の第３のランド６５の領域に漏れ流体用ドレインポート５６を設ける。ソレノイド部２０側に配置されるフィードバックポート５３からソレノイド部２０方向に制御流体が流れた場合に、その制御流体を第３のドレインポート５６からドレインに逃し、ソレノイド２０内部への浸入を防ぐ。

Description

本発明は、油圧装置等における油圧制御に適用して好適なスプールタイプのソレノイドバルブに関し、特に作動油等の制御流体に含まれるコンタミのソレノイドへの影響を適切に防ぐことができ、かつ、構造が簡単で小型で低コストなソレノイドバルブに関する。

ソレノイドバルブの使用に際して、制御流体にコンタミが混入している場合があるが、スプールタイプのソレノイドバルブにおいて、コンタミが混入した制御流体がスプール部からソレノイド内部に流入すると、ソレノイドの可動部の動きを妨げる可能性がある。また、磁性部品に磁性のコンタミが付着すると、ソレノイドの制御特性が変化する可能性がある。

従来、ソレノイド内部に制御流体が流入することを防止し、上述のような不具合を回避することのできるスプールタイプのソレノイドバルブとして、例えば、日本国特許出願公開２００４−１６９７５１号公報（特許文献１）に開示されている、図５にその構造を模式的に示すようなソレノイドバルブが知られている。
特開２００４−１６９７５１号公報

図５に示すソレノイドバルブ８０は、スプールの位置を制御する電磁駆動部としてのソレノイド部８１と、実際に制御流体の流量（圧力）を制御するバルブ部８６とを有する。
ソレノイド部８１は、電流が供給されるコイル８２、コイル８２により発生される磁界による磁気回路を形成するための図示せぬ種々の磁性部材、形成された磁気回路の磁力が作用して往復移動するプランジャ８３、プランジャ８３とバルブ部８６のスプール９２を接続し、これらとともに一体的に移動するロッド８４、及び、磁気回路の一部を形成するとともにこれら各部を収容するケース８５等を有する。

また、バルブ部８６は、管状に形成されたスリーブ８７、及び、スリーブ８７に挿入されるスプール９２を有する。スリーブ８７には、制御流体を供給する入力ポート８８、制御流体を負荷に送出する出力ポート８９、出力ポートが分岐して形成されるフィードバックポート９０及び制御流体を排出するドレインポート９１が、各々、例えば図示のごとく形成されている。また、スプール９２には、太径に形成されてその外周面がスリーブ８７の内周面とシール接触するように形成されたランド９３が、適宜所定の軸方向長さで所定の配置で形成されている。

このようなソレノイドバルブ８０においては、コイル８２に電流が供給されることによりプランジャ８３が移動され、プランジャ８３及びスプール９２の位置が制御され、各ポートを接続する流路が開閉され、その結果、出力ポート８９から送出される制御流体の流量及び圧力が制御される。

そして図５に示す従来のソレノイドバルブ８０においては、ソレノイド部８１とバルブ部８６とを連通する境界部分に、ダイアフラム９５が配置されている。
ダイアフラム９５は伸縮自在なゴム製部材であり、中央部は、バルブ部８６のスプール９２とソレノイド部８１のプランジャ８３との接合部に嵌合し、外周縁はソレノイド部８１のケース８５とバルブ部８６のスリーブ８７との間に挟持されている。そしてスプール９２の移動に伴ってダイアフラム９５は伸縮する。
従って、このような構成のソレノイドバルブ８０においては、ソレノイド部８１の内部空間とバルブ部８６の内部空間とはダイアフラム９５により完全に隔離されており、制御流体がソレノイド部８１の内部に流入することはなく、ソレノイド部８１が制御流体に混入するコンタミの影響を受けることは防止される。

しかしながら、図５に示す構成のソレノイドバルブ８０においては、ダイアフラム９５を設置するために、ソレノイド部８１とバルブ部８６との境界部分の空間を十分広く確保する必要があり、また構造が複雑になるという課題がある。またそのために、バルブ全体のサイズが大きくなるという課題がある。また、部品点数の増加及び前述のような構造上の制約からコストが増大するという課題もある。
近年、この種のソレノイドバルブにおいては、小型化及び低コスト化が特に要求されており、このような課題を解決するソレノイドバルブが望まれている。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、制御流体に含まれるコンタミのソレノイドへの影響を適切に防ぐことができ、かつ、構造が簡単で小型で低コストなソレノイドバルブを提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明に係るソレノイドバルブは、制御流体が供給される入力ポートと前記制御流体を負荷に送出する出力ポートと前記制御流体を排出するドレインポートとを有するスリーブと、前記スリーブ内に挿入され、前記スリーブの内周面とシール接触する外周面を有するシール部を有するスプールとを有し、前記スプールの位置により前記出力ポートから送出される制御流体の流量を制御するバルブ部と、入力電流をコイルに供給し、当該コイルにより発生される磁界による磁気吸引力を前記スプールと接続されたプランジャに作用させて当該プランジャ及び前記スプールを移動させることにより、入力電流に応じて前記スプールの位置を制御する前記バルブと連通されたソレノイド部とを有し、前記バルブ部は、前記ソレノイド部との連通箇所近傍の前記スリーブに、当該領域に浸入した前記制御流体を排出する漏れ流体用ドレインポートを有し、前記ソレノイド部と連通されている箇所に前記シール部を有することを特徴とする。

このような構成の本発明のソレノイドバルブによれば、バルブ部のスリーブ内においてソレノイド部との連通箇所の方向に浸入した制御流体は、その連通箇所の近傍に設けられたドレインポート（漏れ流体用ドレインポート）から排出される。従って、そのような制御流体がソレノイド部との連通箇所に形成されているシール部を通過してまでソレノイド内部に漏れ入ることを略確実に防ぐことができる。従って、制御流体に含まれるコンタミのソレノイドへの影響を適切に防ぐことができる。また、このような構成はバルブ部にドレインポートを追加するだけなので、ダイアフラムを設置する従来の構成と比較して構造が簡単で小型でコストダウンが可能となる。

好適には、本発明に係るソレノイドバルブは、ソレノイド部の内部は前記ドレインポートと略同じ圧力であり、前記漏れ流体用ドレインポートは、前記バルブ部の前記ソレノイド部との連通箇所側に形成される前記ドレインポートの圧力よりも高圧なポートと前記ソレノイド部との連通箇所との間に配置されることを特徴とする。

そのような構成の本発明のソレノイドバルブによれば、ドレインポートよりも圧力の高いポートに対して、ソレノイド内部との間にソレノイド内部と略同じ圧力のドレインポートが配置されるので、制御流体がソレノイド内部に浸入し易い条件においても、これを適切に漏れ流体用ドレインポートから排出することができ、制御流体のソレノイド内への浸入を防止することができる。

また好適には、本発明に係るのソレノイドバルブは、前記バルブ部は、前記出力ポートに連通するフィードバックポートを有し、前記漏れ流体用ドレインポートは、当該バルブ部の前記ソレノイド部との連通箇所側に配置される前記フィードバックポートと前記ソレノイド部との連通箇所との間に配置されることを特徴とする。

そのような構成の本発明のソレノイドバルブによれば、ドレインポートよりも圧力の高いフィードバックポートに対して、ソレノイド内部との間にソレノイド内部と略同じ圧力のドレインポート配置されるので、フィードバックポートからの制御流体も適切に漏れ流体用ドレインポートから排出することができ、制御流体のソレノイド内への浸入を防止することができる。

また好適には、本発明のソレノイドバルブは、前記漏れ流体用ドレインポートは、当該バルブ部の前記ソレノイド部との連通箇所側に配置される前記出力ポートと前記ソレノイド部との連通箇所との間に配置されることを特徴とする。

そのような構成の本発明のソレノイドバルブによれば、ドレインポートよりも圧力の高い出力ポートに対して、ソレノイド内部との間にソレノイド内部と略同じ圧力のドレインポート配置されるので、出力ポートからの制御流体も適切に漏れ流体用ドレインポートから排出することができ、制御流体のソレノイド内への浸入を防止することができる。

図１は、本発明の一実施形態のソレノイドバルブの構成を模式的に示す図である。 図２は、図１に示したソレノイドバルブの供給電流と出力流体圧力との関係を概略的に示す図である。 図３は、本発明の他の実施形態のソレノイドバルブの構成を模式的に示す図である。 図４は、図３に示したソレノイドバルブの供給電流と出力流体圧力との関係を概略的に示す図である。 図５は、従来のソレノイドバルブの構成を模式的に示す図である。

本発明の一実施形態について図１及び図２を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態の油圧制御用ソレノイドバルブ（以下、単にソレノイドバルブと称する）の構成を模式的に示す断面図である。

図１に示すソレノイドバルブ１０は、スプールタイプのソレノイドバルブであって、例えば自動車の自動変速機等の油圧の制御を行うためのソレノイドバルブである。
ソレノイドバルブ１０は、電磁駆動部としてのソレノイド部（リニアソレノイド）２０と、弁部としてのスプールバルブ部４０とを有する。ソレノイド部２０とスプールバルブ部４０とは、例えばソレノイド部２０のケース２１がスプールバルブ部４０のスリーブ４１の端部をかしめることにより結合される。

ソレノイド部２０は、主な構成部として、ケース２１、コイル２２、プランジャ２３及びロッド２４を有する。
ケース２１は、磁性材で形成され、一方の端部（スプールバルブ部４０が配される側とは反対側の端部）が底面として閉塞された筒状部材である。ケース２１は、内部にコイル２２等を収容するとともに、コイル２２により発生された磁界による磁気回路を形成するための部材である。

コイル２２は、図示せぬ制御回路から制御電流が供給されることにより所望の強さで所望の向きの磁界を発生する。この磁界により、後述するようにプランジャ２３が移動され、プランジャ２３と一体的に構成されるロッド２４及びスプール６０の位置が制御され、スプールバルブ部４０においてバルブ（後述する各ポート）が所望の状態に開閉される。

プランジャ２３は、ロッド２４と一体的に移動可能に構成された部材であり、ケース２１内の図示せぬ筒状部材（サイドリング）中に収容される。プランジャ２３は、通常は、スプールバルブ部４０のスプリング４２によりケース２１の底面方向（スプールバルブ部４０とは反対側方向）に押されて、ケース２１の底面側の所定位置に配置される。そして、コイル２２に通電が行われて磁気吸引力が作用すると、プランジャ２３はスプリング４２のバネ力に抗してスプールバルブ部４０方向に吸引され、その磁気吸引力に応じた位置に移動される。

ロッド２４は、プランジャ２３とスプールバルブ部４０のスプール６０とを接続する棒状部材であり、プランジャ２３の移動に伴ってプランジャ２３及びスプール６０と一体的に移動する。

ソレノイド部２０は、図示しないがその他に、プランジャ２３を往復移動可能に収容する筒状部材（例えばサイドリング）、磁気回路を構成してプランジャ２３を吸引する吸引部（例えばセンターポスト）、及び、サイドリングとプランジャとの間を磁気的に絶縁するスペーサ等を有する。

スプールバルブ部４０は、スリーブ４１、スプリング４２及びスプール６０を有する。

スリーブ４１は、スプール６０を往復移動可能に収容する。
また、スリーブ４１には、周壁を貫通する開口として入力ポート５１、出力ポート５２、フィードバックポート５３、及び、第１〜第３のドレインポート５４〜５６が形成されている。なお、入力ポート５１、出力ポート５２及び第１〜第３のドレインポート５４〜５６は、周方向に複数形成されている。

入力ポート５１は、図示しないタンクからポンプによって供給される制御流体（例えば作動油）が流入するポートである。

出力ポート５２は、図示しない自動変速機等の流体要求先（負荷）に制御流体（例えば作動油）を供給するポートである。
出力ポート５２とフィードバックポート５３とはソレノイドバルブ１０の外部で連通しており、出力ポート５２から流出する制御流体の一部がフィードバックポート５３に導入される。フィードバックポート５３は、フィードバック室６７と連通している。

第１のドレインポート５４は、出力ポート５２側の制御流体をドレインに排出するポートである。

第２のドレインポート５５は、スプール６０が往復移動するとき、スプール６０のスプリング４２側の空間がダンパとならないように、この空間を外部とを連通するポートである。

第３のドレインポート５６は、本発明に係る漏れ流体用ドレインポートであって、図示のごとく、フィードバックポート５３とソレノイド部２０のケース内部２８とをつなぐ後述するスプール６０の第３のランド６５が配される領域に対して、この空間を外部と連通してこの空間に浸入した制御流体をドレインに排出するポートである。このような第３のドレインポート５６を設けることにより、スプールバルブ部４０とソレノイド部２０との境界部においてスプールバルブ部４０側とソレノイド部２０側（ケース内部２８）との間の圧力差を無くすことができ、漏れ流体がソレノイド部２０のケース内部２８に流入するのを防いでいる。

スプリング４２は、スプール６０をプランジャ２３側に付勢する付勢手段である。

スプール６０には、スプリング４２が接続されている側（ソレノイド部２０のロッド２４と接続されている側の反対側から）から、スプール６０の軸６１に対して径が太くなった第１〜第３のランド６３〜６５が順に形成されている。第１及び第２のランド６３及び６４は、所定の太径に形成されている。これに対して第３のランド６５は、第１及び第２のランド６３及び６４より小さい外径で形成されている。

スプール６０のソレノイド部２０とは反対側の端部には、前述したようにスプリング４２が接続されている。
また、スプール６０のソレノイド部２０側の端部は常にロッド２４に当接しており、ロッド２４を介してプランジャ２３の動きが伝達されるようになっている。これによりスプール６０は、プランジャ２３の動き応じてスリーブ４１内を往復移動する。

フィードバック室６７は、大径の第２のランド６４と、第２のランド６４よりは小径の第３のランド６５との間に形成されている。フィードバック室６７の両側のランドのこのような外径の差により、フィードバック室６７にフィードバックされた制御流体がスプール６０に作用する面積が異なることとなり、フィードバック室６７の制御流体はスプール６０をソレノイド部２０側とは反対方向に押圧するように作用する。その結果、供給される制御流体の圧力すなわち入力圧に変動があっても、制御流体の出力の圧力が変動することを防止することができる。

このような構成のソレノイドバルブ１０においては、スプール６０は、スプリング４２の付勢力と、コイル２２に供給される電流により発生する磁界の磁気吸引力でプランジャ２３がスプール６０を押す力と、フィードバック室６７の制御流体の圧力からスプール６０が受ける力とがつり合う位置で静止する。

また、入力ポート５１から出力ポート５２へ流れる制御流体の量は、スリーブ４１の内周壁５７と、太径の第２のランド６４の外周壁との重なり部分（シール部）の長さであるシール長によって決定される。シール長が短くなると入力ポート５１から出力ポート５２へ流れる制御流体の量が増大し、シール長が長くなると入力ポート５１から出力ポート５２へ流れる制御流体の量が減少する。
同様に、出力ポート５２から第１のドレインポート５４へ流れる制御流体の量は、スリーブ４１の内周壁５８と太径の第１のランド６３の外周壁とのシール長によって決定される。

次に、このような構成のソレノイドバルブ１０の動作について、さらに図２を参照して説明する。
図２はソレノイド部２０のコイル２２に対する供給電流Ｉと制御流体の圧力Ｐｃとの関係を概略的に示す図である。なお、図２において圧力Ｐｏは、制御流体の入力圧である。
ソレノイドバルブ１０においては、図示せぬ制御回路からソレノイド部２０のコイル２２に電流が供給されることにより、コイル２２は所望の強さで所望の向きの磁界を発生し、この磁界による磁気吸引力によりプランジャ２３が移動される。

コイル２２に供給される電流量を大きくし、プランジャ２３に対して大きな磁気吸引力を作用させると、スプール６０がスプールバルブ部４０のスリーブ４１中を、ソレノイド部２０とは反対方向のスプリング４２方向に移動する。スプール６０がスリーブ４１中をスプリング４２方向に移動すると、スプールバルブ部４０のスリーブ４１の内周壁５７と第２のランド６４とのシール長が長くなり、スプールバルブ部４０のスリーブ４１の内周壁５８と第１のランド６３とのシール長が短くなるため、入力ポート５１から出力ポート５２へ流れる制御流体の量は減少し、出力ポート５２から第１のドレインポート５４へ流れる制御流体流量が増大する。その結果、出力ポート５２から流出する制御流体の圧力Ｐｃは低下する。

一方、コイル２２に供給される電流量を相対的に小さくし、プランジャ２３に対して作用する磁気吸引力を減少させると、スプール６０がスプールバルブ部４０のスリーブ４１中を、ソレノイド部２０方向に移動する。スプール６０がスリーブ４１中をソレノイド部２０方向に移動すると、内周壁５７と第２のランド６４とのシール長が短くなり、内周壁５８と第１のランド６３とのシール長が長くなるため、入力ポート５１から出力ポート５２へ流れる制御流体の量が増加し、出力ポート５２から第１のドレインポート５４へ流れる制御流体の量が減少する。その結果、出力ポート５２から流出する制御流体の圧力Ｐｃが上昇する。

すなわち、本実施形態のソレノイドバルブ１０においては、図２に示すように、コイル２２に供給する電流を増大させるほど出力ポート５２から出力する制御流体の圧力Ｐｃは減少し、コイル２２に供給する電流が小さいほど出力ポート５２から出力する制御流体の圧力Ｐｃは増大することとなる。

このようにソレノイドバルブ１０においては、コイル２２に供給する電流値を制御することにより、ソレノイド部２０がスプール６０を押す力を調整し、スプールバルブ部４０のバルブの開閉を調整し、出力ポート５２から流出する制御流体の圧力を制御する。

そして、本実施形態のソレノイドバルブ１０においては、フィードバックポート５３とソレノイド部２０のケース内部２８とをつなぐスプール６０の第３のランド６５の領域に第３のドレインポート５６を設けているので、フィードバックポート５３からソレノイド部２０方向に制御流体が浸入した場合に、その制御流体を第３のドレインポート５６からドレインに排出することができ、その制御流体のソレノイド部２０内部への浸入を防ぐことができる。
通常、フィードバックポート５３はドレインよりも高圧であり、ソレノイド部２０内部はドレインと同圧であるため、フィードバックポート５３からソレノイド部２０への制御流体の浸入はしばしば生じるが、ソレノイドバルブ１０においてはフィードバックポート５３とソレノイド部２０との間にソレノイド部２０と同圧の第３のドレインポート５６を設けているので、漏洩する制御流体を適切に排出することができる。

そしてその結果、本実施形態のソレノイドバルブ１０においては、ソレノイド部２０の内部への制御流体を媒介としたコンタミの浸入を適切に防ぐことができ、例えば作動油等の制御流体に含まれるコンタミのソレノイドへの影響を適切に防ぐことができる。
また、本実施形態のソレノイドバルブ１０は、ダイアフラム等を必要とせず、スプールバルブ部４０のスリーブ４１のソレノイド部２０側にドレインポートを１つ追加すればよい。従って、そのようなコンタミの影響を受けないソレノイドバルブ１０を、簡単な構造で小型に低コストで実現することができる。

なお、前述した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって本発明を何ら限定するものではない。本実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含み、また任意好適な種々の改変が可能である。

例えば、スプールバルブ部４０における入力ポート５１、出力ポート５２、フィードバックポート５３及び第１〜第３のドレインポート５４〜５６の配置は、図１に示す形態に限られるものではなく、任意の配置でよい。具体的には、例えば図３に示すように、図１に示す形態に対して出力ポート（５２ｂ）とフィードバックポート（５３ｂ）とを入れ替えた構成のソレノイドバルブ１０ｂであってもよい。
図３に示すこのような構成のソレノイドバルブ１０ｂにおいては、ソレノイド部２０のコイル２２に供給する電流と制御流体の出力圧との関係が図１及び図２に示したソレノイドバルブ１０とは反対になる。すなわち、ソレノイドバルブ１０ｂは、図４に示すように、コイル２２に供給する電流を増大させるほど出力ポート５２ｂから出力する制御流体の圧力Ｐｃは増大し、コイル２２に供給する電流が小さいほど出力ポート５２ｂから出力する制御流体の圧力Ｐｃは減少するという、図２に示した特性とは逆特性のソレノイドバルブとなる。

このようなソレノイドバルブ１０ｂにおいても、コイル２２に供給する電流値を制御することにより、ソレノイド部２０がスプール６０を押す力を調整し、スプールバルブ部４０ｂのバルブの開閉を調整し、出力ポート５２ｂから流出する制御流体の圧力が制御されることは同じである。
そしてまた、このような構成のソレノイドバルブ１０ｂにおいても、最もソレノイド部２０側に配置される出力ポート５２ｂからソレノイド部２０方向に制御流体が流れた場合に、その制御流体を第３のドレインポート５６からドレインに逃すことができ、その制御流体のソレノイド部２０内部への浸入を防ぐことができる。
本発明はこのような構成で実施してもよい。

産業上の利用分野

本発明に係るソレノイドバルブは、例えば車両の自動変速機、シリンダや油圧モータ等のアクチュエータの駆動、その他任意の油圧装置の油圧の制御のために適用することができる。

Claims (4)

1. 制御流体が供給される入力ポートと前記制御流体を負荷に送出する出力ポートと前記制御流体を排出するドレインポートとを有するスリーブと、前記スリーブ内に挿入され、前記スリーブの内周面とシール接触する外周面を有するシール部を有するスプールとを有し、前記スプールの位置により前記出力ポートから送出される制御流体の流量を制御するバルブ部と、
   入力電流をコイルに供給し、当該コイルにより発生される磁界による磁力を前記スプールと接続されたプランジャに作用させて当該プランジャ及び前記スプールを移動させることにより、入力電流に応じて前記スプールの位置を制御する前記バルブと連通されたソレノイド部とを有し、
   前記バルブ部は、
   前記ソレノイド部との前記連通箇所近傍において、前記スリーブに、当該領域に浸入した前記制御流体を排出する漏れ流体用ドレインポートを有し、
   前記ソレノイド部との前記連通箇所に前記シール部を有する
   ことを特徴とするソレノイドバルブ。
2. 前記ソレノイド部の内部は前記ドレインポートと略同じ圧力であり、
   前記漏れ流体用ドレインポートは、前記バルブ部の前記ソレノイド部との連通箇所側に形成される前記ドレインポートの圧力よりも高圧なポートと前記ソレノイド部との連通箇所との間に配置され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。
3. 前記バルブ部は、前記出力ポートに連通するフィードバックポートを有し、前記漏れ流体用ドレインポートは、当該バルブ部の前記ソレノイド部との連通箇所側に配置される前記フィードバックポートと前記ソレノイド部との連通箇所との間に配置されることを特徴とする請求項２に記載のソレノイドバルブ。
4. 前記漏れ流体用ドレインポートは、当該バルブ部の前記ソレノイド部との連通箇所側に配置される前記出力ポートと前記ソレノイド部との連通箇所との間に配置されることを特徴とする請求項２に記載のソレノイドバルブ。

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