WO2016006436A1 - ソレノイドバルブ - Google Patents

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WO2016006436A1
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solenoid valve
plunger
spring
spool
coil
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Inventor
剛史 弘中
Original Assignee
Ｋｙｂ株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/06—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/06—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
    • F16K31/0644—One-way valve
    • F16K31/0668—Sliding valves
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/16—Rectilinearly-movable armatures

Definitions

  • the present invention relates to a solenoid valve.
  • the solenoid valve generates an attracting force toward the stator core with respect to the plunger by the magnetic force of the coil, and moves the spool by a balance between the attracting force acting via the plunger and the biasing force by the spring member.
  • JP2012-229738A includes a sleeve having a plurality of fluid flow paths on a cylindrical wall, a fixed iron core that is integrally engaged with the sleeve via a body, and a spool that reciprocates in the sleeve to switch the fluid flow path.
  • a plunger that is arranged in series in the axial direction of the spool and is slidably fitted into the body, a cylindrical core that supports the plunger, a case that holds a coil that applies electromagnetic force, and the spool toward the plunger
  • a solenoid valve with a biasing spring is disclosed.
  • An object of the present invention is to provide a solenoid valve in which a useless movable region of a plunger is reduced.
  • a solenoid valve for controlling the flow rate of the working fluid, the housing having a valve passage through which the working fluid flows, and the opening of the valve passage that is movably provided in the housing.
  • a spool to be adjusted; a coil that generates a magnetic force when a current flows; a stator core that is provided inside the coil and is excited by the magnetic force of the coil; a shaft that is movable along an axial direction together with the spool; and the shaft
  • a plunger that moves in the axial direction by an attractive force acting between the stator core and the magnetic force of the coil, and a spring member that urges the spool to resist the operation of the plunger,
  • the spring constant of the spring member increases as the adsorption force increases as the plunger moves.
  • FIG. 1 is a sectional view of a solenoid valve according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a graph showing the relationship between the current value flowing through the coil and the spool displacement in the solenoid valve according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the amount of plunger movement and the adsorption force in the solenoid valve according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an enlarged view of a portion A in FIG.
  • FIG. 5 is a diagram showing the spring characteristics of the spring member in the solenoid valve according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the solenoid valve according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a solenoid valve according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a view showing a comparative example of the solenoid valve according to the first embodiment of the present invention.
  • the solenoid valve controls the flow rate of the working fluid guided from a fluid pressure supply source (not shown) to a fluid pressure device or the like (not shown).
  • a fluid pressure supply source not shown
  • a fluid pressure device or the like not shown.
  • the working fluid is not limited to working oil, and may be other incompressible fluid or compressible fluid.
  • the solenoid valve 100 includes a bottomed cylindrical housing 1, a spool 2 provided in the housing 1 so as to be movable in the axial direction, and a bias provided in the housing 1 for biasing the spool 2. And a coil spring 9 as a spring member.
  • an inflow passage 1A and an outflow passage 1B as valve passages through which hydraulic oil flows are formed side by side in the axial direction.
  • the inflow passage 1A communicates with the interior of the housing 1 and communicates with a fluid pressure supply source via a pipe or the like (not shown).
  • the outflow passage 1B communicates with the inside of the housing 1, and communicates with hydraulic equipment and the like via a pipe (not shown).
  • the spool 2 has a first land portion 3 and a second land portion 4 that slide along the inner peripheral surface of the valve body 1, and an outer diameter smaller than that of the first land portion 3 and the second land portion 4.
  • a small-diameter portion 5 that connects the first land portion 3 and the second land portion 4 and a tip portion 6 that comes into contact with a shaft 16 of a solenoid portion 10 to be described later are included.
  • a spring accommodating recess 7 in which a part of the coil spring 9 is accommodated is formed at the end of the first land portion 3.
  • the second land portion 4 slides along the inner peripheral surface of the housing 1 and adjusts the opening degree of the outflow passage 1B.
  • the small diameter portion 5 is formed to have a smaller diameter than the outer diameters of the first land portion 3 and the second land portion 4, and forms an annular fluid chamber 8 between the inner peripheral surface of the housing 1.
  • the fluid chamber 8 communicates with the inflow passage 1A and the outflow passage 1B, and guides the hydraulic oil that has passed through the inflow passage 1A to the outflow passage 1B.
  • the coil spring 9 is interposed in a compressed state between the spring accommodating recess 7 of the first land portion 3 of the spool 2 and the bottom 1C of the housing 1.
  • the coil spring 9 biases the spool 2 in the direction in which the second land portion 4 opens the outflow passage 1B (rightward in FIG. 1).
  • the solenoid valve 100 further includes a solenoid unit 10 that drives the spool 2 in the axial direction.
  • the solenoid unit 10 includes a yoke 11 formed of a magnetic material, a coil 12 that generates a magnetic force when a current flows, a stator core 13 that is provided inside the coil 12 and is excited by the magnetic force of the coil 12, and a shaft together with the spool 2.
  • the shaft 16 is movable along the direction, and the plunger 17 is fixed to the outer periphery of the shaft 16.
  • the yoke 11 is formed in a bottomed cylindrical shape, and is fixed in contact with the end face of the housing 1 on the opening side.
  • An opening 11 ⁇ / b> A through which the stator core 13 is inserted is formed on the end surface of the yoke 11 that contacts the housing 1.
  • the coil 12 is molded with a resin material 12 ⁇ / b> A and provided inside the yoke 11.
  • the coil 12 generates a magnetic force when a current supplied through a terminal (not shown) flows.
  • the stator core 13 is a cylindrical member provided inside the coil 12.
  • the stator core 13 includes a first stator core 14 that is inserted through the opening 11A of the yoke 11 and a part of which is accommodated in the housing 1, a second stator core 15 that is disposed in series with the first stator core 14, and a second stator core 15. 13 A of connection members which connect the outer periphery of the one stator core 14 and the 2nd stator core 15 are comprised.
  • the first stator core 14 and the second stator core 15 are formed of a magnetic material, and the connecting member 13A is formed of a nonmagnetic material.
  • the shaft 16 is slidably supported in the axial direction by a first bearing 18 provided on the inner periphery of the first stator core 14 and a second bearing 19 provided on the inner periphery of the second stator core 15.
  • the tip of the shaft 16 contacts the tip 6 of the spool 2. Thereby, the spool 2 moves with the movement of the shaft 16.
  • the plunger 17 is made of a magnetic material.
  • the plunger 17 is fixed to the shaft 16 by caulking or the like so that no displacement occurs with respect to the shaft 16.
  • the plunger 17 is attracted to the first stator core 14 by the magnetic force of the coil 12 so as to move toward the first stator core 14.
  • FIG. 2 shows a relationship between the amount of displacement of the spool 2 in the direction in which the coil spring 9 is compressed (the left direction in FIG. 1) and the value of the current flowing in the coil 12 with reference to the position of the spool 2 in the non-energized state shown in FIG. It is a graph which shows a relationship.
  • the solenoid valve 100 is a normally open type in which the inflow passage 1A and the outflow passage 1B communicate with each other when not energized.
  • the solenoid valve 100 is not limited to the normally open type, and may be a normally closed type.
  • the spool 2 moves to a position where the adsorption force acting via the shaft 16 and the biasing force by the coil spring 9 are balanced. As the magnitude of the current flowing through the coil 12 increases, the attractive force between the plunger 17 and the first stator core 14 increases. For this reason, as shown in FIG. 2, the spool 2 moves in the direction of compressing the coil spring 9 against the urging force of the coil spring 9 as the value of the current applied to the coil 12 increases.
  • the solenoid valve 100 controls the current value supplied to the coil 12 and moves the spool 2 in the axial direction, thereby adjusting the flow rate of the hydraulic fluid guided from the inflow passage 1A to the outflow passage 1B.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the amount of movement of the plunger 17 toward the first stator core 14 and the attractive force.
  • 4 is an enlarged view of portion A in FIG. 1
  • FIG. 5 is a spring characteristic diagram of the coil spring 9. As shown in FIG.
  • a solenoid valve 400 in which a spring member is a linear spring 401 having a spring characteristic in which a deflection and a load are proportional will be described with reference to FIG.
  • the characteristics of the coil 12 are set so that the attracting force acting on the plunger 17 is substantially constant with respect to the amount of movement of the plunger 17 toward the first stator core 14 from the viewpoint of ease of control.
  • the position of the spool 2 can be proportionally controlled by the value of the current supplied to the coil 12. Therefore, the solenoid valve 400 can be easily controlled.
  • the adsorption force between the plunger 17 and the first stator core 14 may increase rapidly.
  • a region where the attracting force is constant regardless of the amount of movement of the plunger 17 is a “steady region”, and a region where the plunger 17 is in contact with the first stator core 14 and the attracting force rapidly increases is an “unsteady region”.
  • the movement amount of the plunger 17 when changing from the steady region to the unsteady region is “S1”
  • the displacement of the spool 2 at this time is “L1”
  • the current value flowing through the coil 12 is “C1”.
  • the spacer 402 is provided between the plunger 17 and the first stator core 14 so that the plunger 17 does not move to the unsteady region. That is, in the solenoid valve 400, only the steady region is a stroke region in which the plunger 17 moves toward the first stator core 14.
  • the coil spring 9 is an unequal pitch spring in which the spring pitch is not constant.
  • the pitch P1 on the bottom side of the housing 1 is small, and the pitch P2 on the spring accommodating recess 7 side of the spool 2 is larger than P1.
  • the coil spring 9 has a non-linear spring characteristic in which the spring constant increases in a state where the deflection exceeds the deflection X1 as a threshold value.
  • the bending X1 when the spring constant changes in the coil spring 9 is set so as to be the bending of the coil spring 9 when the movement amount of the plunger 17 is S1, that is, when the displacement of the spool 2 is L1.
  • the coil spring 9 is formed so as to be in the most contracted state and bend to the maximum value X2 immediately before the plunger 17 moves and contacts the first stator core 14.
  • the coil spring 9 Since the coil spring 9 has such a non-linear spring characteristic, when the suction force increases in the unsteady region, the biasing force with which the spool 2 is biased by the coil spring 9 also increases. For this reason, it is possible to cancel the abruptly increasing adsorption force by the biasing force of the coil spring 9. In other words, the spring constant of the coil spring 9 cancels out the increased adsorption force from the adsorption force in the steady region in the unsteady region, so that the adsorption force acting on the shaft 16 appears to be the same as that in the steady region. Spring constant.
  • the plunger 17 immediately before the contact between the plunger 17 and the first stator core 14, there may be a remaining region in which the increased attracting force cannot be canceled even by the coil spring 9 having a non-linear spring characteristic (see FIG. 2).
  • the coil spring 9 since the coil spring 9 is formed so as to be in the most contracted state immediately before the plunger 17 and the first stator core 14 come into contact with each other, further movement of the plunger 17 toward the first stator core 14 is restricted. . Therefore, the plunger 17 does not move to the remaining region, and the solenoid valve 100 can be easily controlled.
  • the solenoid valve 100 when the plunger 17 moves close to and contacts the first stator core 14 and the adsorption force increases, the spring constant of the coil spring 9 increases. Therefore, the adsorption force increases as the plunger 17 moves. Can be canceled by the biasing force of the coil spring 9. For this reason, even if the plunger 17 moves to near the first stator core 14, the force acting on the spool 2 does not increase rapidly. Therefore, even in the vicinity where the plunger 17 and the first stator core 14 abut, the controllability is not deteriorated, and the plunger 17 can be moved to the vicinity where the plunger 17 abuts on the first stator core 14. Accordingly, it is possible to reduce the useless region of the plunger 17 in the solenoid valve 100.
  • the solenoid valve 100 can be reduced in size.
  • the coil spring 9 is formed so as to be in the most contracted state immediately before the plunger 17 moves toward the first stator core 14 and comes into contact therewith. For this reason, it is possible to prevent the plunger 17 from moving to the remaining region of the unsteady region.
  • the solenoid valve 100 generates a constant suction force regardless of the amount of movement of the plunger 17 in the steady region.
  • the suction force in the steady region is not constant.
  • an apparently constant attracting force is applied to the shaft 16 by canceling the increasing attracting force in the unsteady region, and an apparently constant attracting force is applied to the shaft 16 also in the steady region.
  • the spring characteristics of the coil spring 9 can be set.
  • the coil spring 9 is an unequal pitch spring having a non-linear spring characteristic.
  • the coil spring 9 may be another spring having a non-linear spring characteristic, such as a taper coil spring.
  • the spring member of the solenoid valve 100 is the coil spring 9 which is an unequal pitch spring.
  • the solenoid valve 200 according to the second embodiment is different from the solenoid valve 100 according to the first embodiment in that it has a cylindrical elastic member 201 formed in a cylindrical shape as shown in FIG. Is different.
  • the spring member in the solenoid valve 200 includes a cylindrical elastic member 201 and a linear spring 210 provided inside the cylindrical elastic member 201 and having a linear spring characteristic.
  • the cylindrical elastic member 201 is a metal member having non-linear spring characteristics.
  • the cylindrical elastic member 201 is not limited to metal, but may be made of resin as long as it can exert a biasing force.
  • the cylindrical elastic member 201 includes a cylindrical cylindrical portion 202 and an elastic portion 203 that is connected to the cylindrical portion 202 and extends toward the inside of the cylindrical portion 202 and bends in the axial direction.
  • One end of the cylindrical portion 202 is accommodated in the bottom portion 1 ⁇ / b> C of the housing 1, and the other end is accommodated in the spring accommodating recess 7 of the spool 2.
  • the other end of the cylindrical portion 202 is connected to an elastic portion 203 that contacts the bottom of the spring accommodating recess 7.
  • the elastic portion 203 is a disc spring-like annular member having non-linear spring characteristics, and comes into contact with the bottom of the spring accommodating recess 7 while being bent in the axial direction. As the elastic portion 203 bends with respect to the axial direction, the spool 2 is biased in a direction to open the outflow passage 1B.
  • the linear spring 210 has a linear spring characteristic in which a deflection amount and a load are linearly proportional.
  • the linear spring 210 is provided inside the cylindrical portion 202 of the cylindrical elastic member 201 and is in contact with the inside of the elastic portion 203. For this reason, when the elastic portion 203 is bent in the axial direction, the linear spring 210 is also bent and exerts an urging force against the spool 2.
  • the spring characteristic of the spring member in the solenoid valve 200 is a non-linear spring characteristic obtained by synthesizing the spring characteristic of the linear spring 210 and the elastic portion 203 of the cylindrical elastic member 201.
  • the combined spring characteristic cancels out the adsorption force that is increased from the adsorption force in the steady region in the unsteady region, similarly to the coil spring 9 in the solenoid valve 100 according to the first embodiment. Therefore, the spring characteristic of the spring member in the solenoid valve 200 is set to a spring constant such that the suction force acting on the spool 2 appears to be the same suction force as that in the steady region.
  • the cylindrical elastic member 201 is formed such that the elastic portion 203 is bent in the axial direction and is perpendicular to the axis of the cylindrical portion 202 before the plunger 17 contacts the first stator core 14.
  • the elastic portion 203 is bent so as to be perpendicular to the axis of the cylindrical portion 202, the movement of the spool 2 toward the cylindrical elastic member 201, that is, the plunger 17 toward the first stator core 14 is moved. Since the movement is restricted, the contact between the plunger 17 and the first stator core 14 can be prevented.
  • the linear spring 210 is provided inside the cylindrical elastic member 201.
  • an unequal pitch spring having a non-linear spring characteristic may be provided inside the cylindrical elastic member 201.
  • the spring characteristic of the elastic portion 203 may be set so as to cancel the increased attractive force in the unsteady region.
  • the elastic portion 203 is an annular member, but it does not have to be formed in an annular shape, and a plurality of plate members extend inward from the cylindrical portion 202 and are formed like claws. It may be.
  • the spring characteristics can be arbitrarily set by changing the length or the like for each plate member.
  • the spring member of the solenoid valve 200 has the cylindrical elastic member 201 having one elastic portion 203 and the linear spring 210 having linear spring characteristics.
  • the solenoid valve 300 according to the third embodiment as shown in FIG. 7, the solenoid valve 200 according to the second embodiment is that the spring member is a cylindrical elastic member 301 having a plurality of elastic portions. And different.
  • the cylindrical elastic member 301 in the solenoid valve 300 includes a cylindrical portion 302 and an elastic portion that is connected to the cylindrical portion 302 and extends toward the inside of the cylindrical portion 302 and bends in the axial direction.
  • the solenoid valve 300 includes, as an elastic part, a first elastic part 303 provided at an end of the cylindrical part 302 so as to be in contact with the bottom of the spring accommodating recess 7, and a first elastic part 303 provided inside the cylindrical part 302.
  • the cylindrical elastic member 301 having the first, second, and third elastic portions 303, 304, and 305, only the force due to the bending of the first elastic portion 303 is biased when the coil 12 is not energized. Acting on the spool 2. When the coil 12 is energized and the spool 2 moves and the first elastic portion 303 bends in the axial direction, the first elastic portion 303 and the second elastic portion 304 come into contact with each other. The urging force by the spring characteristic which combined the spring characteristic of 303 and the 2nd elastic part 304 acts. When the spool 2 further moves, the second elastic portion 304 and the third elastic portion 305 come into contact with each other.
  • the spool 2 has spring characteristics of the first elastic portion 303, the second elastic portion 304, and the third elastic portion 305.
  • the urging force by the spring characteristic that combines
  • the number of elastic portions that are deflected in the axial direction to exert the urging force increases, and the cylindrical elastic member 301 As a non-linear spring characteristic.
  • the spring characteristics of the cylindrical elastic member 301 as a whole which combines the spring characteristics of the three elastic portions, are set so as to exert a biasing force that cancels the attracting force that increases in the unsteady region.
  • the cylindrical elastic member 301 is formed such that the first elastic portion 303 is bent in the axial direction and is perpendicular to the axis of the cylindrical portion 302 before the plunger 17 abuts on the first stator core 14.
  • the spring characteristic of the cylindrical elastic member 301 in the solenoid valve 300 is a combination of the spring characteristics of the three elastic portions, the spring characteristics of the cylindrical elastic member 301 as a whole can be changed by arbitrarily changing each spring characteristic. Various spring characteristics can be realized.
  • the cylindrical elastic member 301 has three elastic portions. However, the cylindrical elastic member 301 may have two elastic portions or may have four or more elastic portions. .
  • each elastic portion of the cylindrical elastic member 301 is formed in an annular shape, but may not be formed in an annular shape, and each elastic portion is formed by a plurality of plate members as in the second embodiment. It may be formed.
  • the spool 2, the shaft 16, and the plunger 17 are formed as separate bodies.
  • the shaft 16 and the plunger 17 may be integrally formed, or the spool 2 and the shaft 16 may be integrally formed. Further, the spool 2, the shaft 16, and the plunger 17 may all be formed integrally.

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Abstract

ソレノイドバルブ（１００）であって、バルブ通路を有する筒状のハウジング（１）と、バルブ通路の開度を調節するスプール（２）と、電流が流れると磁力を発生するコイル（１２）と、コイル（１２）の磁力によって励磁される第一、第二ステータコア（１４，１５）と、スプール（２）と共に軸方向に沿って移動自在なシャフト（１６）と、シャフト（１６）に固定されコイル（１２）の磁力により第一ステータコア（１４）との間に作用する吸着力によって軸方向に移動するプランジャ（１７）と、プランジャ（１７）に作用する吸着力に抗するようにスプール（２）を付勢するコイルばね（９）と、を備え、コイルばね（９）は、プランジャ（１７）の移動によって吸着力が大きくなる程、ばね定数が大きくなる。

Description

ソレノイドバルブ
　本発明は、ソレノイドバルブに関するものである。
　ソレノイドバルブは、コイルの磁力によりプランジャに対してステータコアへ向かう吸着力を発生させ、プランジャを介して作用する吸着力とばね部材による付勢力との力のつり合いによってスプールを移動させるものである。
　ＪＰ２０１２－２２９７３８Ａには、円筒壁に複数の流体流路を有するスリーブと、ボディを介してスリーブに一体的に係合する固定鉄心と、スリーブ内を往復動することにより流体流路を切り換えるスプールと、スプールの軸心方向に直列に配置されボディに摺動自在に嵌挿されたプランジャと、プランジャを支持する円筒形状のコア及び電磁力を付与するコイルを保持するケースと、スプールをプランジャ側へ付勢するばねと、を備えたソレノイドバルブが開示されている。
　一般に、ソレノイドバルブにおいて、プランジャがステータコアに当接する付近まで接近した領域では、ステータコアとの間でプランジャに作用する吸着力が急激に増大する。
　このような領域においては、プランジャのわずかな移動によっても吸着力が急激に増大するため、ソレノイドバルブにおけるスプールの制御が困難である。このため、吸着力が急激に増大する領域は、スプールの制御のためにプランジャを移動させる領域としては使用できず、スプールの制御のためには無駄な可動領域となる。
　本発明は、プランジャの無駄な可動領域を低減したソレノイドバルブを提供することを目的とする。
　本発明のある態様によれば、作動流体の流量を制御するソレノイドバルブであって、作動流体が流れるバルブ通路を有するハウジングと、前記ハウジング内に移動自在に設けられて前記バルブ通路の開度を調節するスプールと、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、前記スプールと共に軸方向に沿って移動自在なシャフトと、前記シャフトに固定され前記コイルの磁力によって前記ステータコアとの間に作用する吸着力によって軸方向に移動するプランジャと、前記プランジャの作動に抗するように前記スプールを付勢するばね部材と、を備え、前記ばね部材は、前記プランジャの移動によって前記吸着力が大きくなる程、ばね定数が大きくなる。
図１は、本発明の第１実施形態に係るソレノイドバルブの断面図である。 図２は、本発明の第１実施形態に係るソレノイドバルブにおけるコイルに流れる電流値とスプール変位との関係を示すグラフ図である。 図３は、本発明の第１実施形態に係るソレノイドバルブにおけるプランジャの移動量と吸着力との関係を示すグラフ図である。 図４は、図１におけるＡ部の拡大図である。 図５は、本発明の第１実施形態に係るソレノイドバルブにおけるばね部材のばね特性を示す図である。 図６は、本発明の第２実施形態に係るソレノイドバルブの断面図である。 図７は、本発明の第３実施形態に係るソレノイドバルブの断面図である。 図８は、本発明の第１実施形態に係るソレノイドバルブの比較例を示す図である。
　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。
　ソレノイドバルブは、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の流量を制御するものである。以下の各実施形態では、作動流体が作動油である場合について説明する。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。
　（第１実施形態）
　まず、図１を参照して、本発明の第１実施形態に係るソレノイドバルブ１００の全体構成について説明する。
　図１に示すように、ソレノイドバルブ１００は、有底筒状のハウジング１と、ハウジング１内に軸方向に沿って移動自在に設けられるスプール２と、ハウジング１内に設けられスプール２を付勢するばね部材としてのコイルばね９と、を備える。
　ハウジング１には、作動油が流れるバルブ通路としての流入通路１Ａ及び流出通路１Ｂが軸方向に並んで形成される。流入通路１Ａは、ハウジング１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１Ｂは、ハウジング１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２は、バルブボディ１の内周面に沿って摺動する第一ランド部３及び第二ランド部４と、外径が第一ランド部３及び第二ランド部４よりも小径に形成され第一ランド部３と第二ランド部４とを連結する小径部５と、後述するソレノイド部１０のシャフト１６と接触する先端部６と、を有する。
　第一ランド部３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７が形成される。第二ランド部４は、ハウジング１の内周面に沿って摺動し、流出通路１Ｂの開度を調節する。
　小径部５は、第一ランド部３及び第二ランド部４の外径よりも小径に形成されて、ハウジング１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１Ａ及び流出通路１Ｂと連通し、流入通路１Ａを通過した作動油を流出通路１Ｂへと導く。
　コイルばね９は、スプール２における第一ランド部３のばね収容凹部７とハウジング１の底部１Ｃとの間に圧縮状態で介装される。コイルばね９は、第二ランド部４が流出通路１Ｂを開く方向（図１中右方向）にスプール２を付勢する。
　ソレノイドバルブ１００は、スプール２を軸方向に駆動するソレノイド部１０をさらに備える。
　ソレノイド部１０は、磁性体によって形成されるヨーク１１と、電流が流れると磁力を発生するコイル１２と、コイル１２の内側に設けられコイル１２の磁力によって励磁されるステータコア１３と、スプール２と共に軸方向に沿って移動自在なシャフト１６と、シャフト１６の外周に固定されるプランジャ１７と、を有する。
　ヨーク１１は、有底円筒状に形成され、ハウジング１における開口側の端面に当接して固定される。ハウジング１と当接するヨーク１１の端面には、ステータコア１３が挿通する開口部１１Ａが形成される。
　コイル１２は、樹脂材１２Ａによってモールドされ、ヨーク１１の内側に設けられる。コイル１２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１３は、コイル１２の内側に設けられる円筒状部材である。ステータコア１３は、ヨーク１１の開口部１１Ａを挿通し一部がハウジング１内に収容される第一ステータコア１４と、第一ステータコア１４と隙間を空けて直列に配置される第二ステータコア１５と、第一ステータコア１４と第二ステータコア１５との外周を連結する連結部材１３Ａと、から構成される。第一ステータコア１４及び第二ステータコア１５は磁性体によって形成され、連結部材１３Ａは非磁性体によって形成される。
　シャフト１６は、第一ステータコア１４の内周に設けられる第一軸受１８及び第二ステータコア１５の内周に設けられる第二軸受１９によって、軸方向に摺動自在に支持される。シャフト１６の先端は、スプール２の先端部６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２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、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には、コイル１２の磁力によって第一ステータコア１４との間で第一ステータコア１４へ向かうように吸着力が作用する。
　次に、ソレノイドバルブ１００の動作について説明する。
　図２は、図１に示す非通電状態におけるスプール２の位置を基準として、コイルばね９を圧縮する方向（図１中左方向）へのスプール２の変位量とコイル１２に流れる電流値との関係を示すグラフ図である。
　コイル１２に電流が流れない非通電状態においては、プランジャ１７には吸着力が作用しないため、スプール２は、コイルばね９の付勢力によって流出通路１Ｂ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１Ａと流出通路１Ｂ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。つまり、ソレノイドバルブ１００は、非通電時において流入通路１Ａと流出通路１Ｂとが連通するノーマルオープン型である。ソレノイドバルブ１００は、ノーマルオープン型に限られず、ノーマルクローズ型であってもよい。
　コイル１２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には第一ステータコア１４へ向かう方向（図１中左方向）の吸着力が作用する。つまり、スプール２には、シャフト１６を介してコイルばね９を圧縮する方向へ向かう力が作用する。
　スプール２は、シャフト１６を介して作用する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１２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１４との吸着力は大きくなる。このため、図２に示すように、コイル１２に通電する電流値が大きくなる程、スプール２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１２に通電する電流値を大きくしてスプール２をコイルばね９の付勢力に抗して移動させると、第二ランド部４によって流出通路１Ｂが徐々に閉じられる。これにより、流体室８に対する流出通路１Ｂの開口面積が減少する。このため、流体室８から流出通路１Ｂを通じて導かれる作動油の流量が減少する。
　コイル１２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１４へ向かうプランジャ１７の軸方向の移動量を増大させると、第二ランド部４によって流出通路１Ｂが完全に閉じられる。よって、流入通路１Ａと流出通路１Ｂとの連通が遮断される。
　このように、ソレノイドバルブ１００は、コイル１２に通電する電流値を制御して、スプール２を軸方向に移動させることにより、流入通路１Ａから流出通路１Ｂへ導かれる作動油の流量を調整する。
　次に、主に図２から図５を参照して、コイルばね９の詳細な構造と作用について説明する。
　図３は、第一ステータコア１４へ向かうプランジャ１７の移動量と吸着力との関係を示すグラフ図である。また、図４は図１におけるＡ部の拡大図、図５はコイルばね９のばね特性図である。
　ここで、比較例として、図８を参照して、ばね部材が、撓みと荷重が比例するばね特性を有する線形ばね４０１であるソレノイドバルブ４００について説明する。
　ソレノイドバルブ４００では、制御のしやすさの観点から、プランジャ１７に作用する吸着力が第一ステータコア１４へ向かうプランジャ１７の移動量に対してほぼ一定となるように、コイル１２の特性が設定される。一般的に、コイル１２の特性をこのように設定することにより、コイル１２へ通電する電流値によってスプール２の位置を比例的に制御することができる。よって、ソレノイドバルブ４００の制御を容易に行うことができる。
　しかしながら、プランジャ１７の移動量に依存せず吸着力が一定となるようにコイル１２の特性等を設定した場合であっても、プランジャ１７と第一ステータコア１４とが当接する直前まで接近すると、図３に示すように、プランジャ１７と第一ステータコア１４との吸着力が急激に増大することがある。以下、プランジャ１７の移動量によらず吸着力が一定である領域を「定常領域」、プランジャ１７が第一ステータコア１４に当接する付近であって吸着力が急激に増加する領域を「非定常領域」と称する。また、定常領域から非定常領域に変化する際におけるプランジャ１７の移動量を「Ｓ１」、この際のスプール２の変位を「Ｌ１」、コイル１２に流れる電流値を「Ｃ１」とする。
　非定常領域では、プランジャ１７がわずかに移動した場合であっても、プランジャ１７と第一ステータコア１４との間の吸着力が急激に増加する。つまり、非定常領域においては、図２に破線で示すように、コイル１２へ通電する電流値を増加させプランジャ１７の移動量がわずかに増加しただけでも、スプール２に作用する力が急激に増大しスプール２の位置が大きく変化する。このため、非定常領域においては定常領域のように電流値によってスプール２の位置を比例的に制御することはできず、コイル１２に通電する電流値の制御が困難である。
　このため、ソレノイドバルブ４００では、プランジャ１７と第一ステータコア１４との間にスペーサ４０２を設け、プランジャ１７が非定常領域まで移動しないようにしている。つまり、ソレノイドバルブ４００では、定常領域のみが第一ステータコア１４へ向かってプランジャ１７が移動するストローク領域となる。
　これに対して、ソレノイドバルブ１００では、図４に示すように、コイルばね９が、ばねのピッチが一定でない不等ピッチばねである。コイルばね９は、ハウジング１の底側のピッチＰ１が小さく、スプール２のばね収容凹部７側のピッチＰ２がＰ１より大きいものである。
　コイルばね９は、図５に示すように、撓みが閾値としての撓みＸ１を超えた状態において、ばね定数が大きくなるような非線形のばね特性を有する。コイルばね９においてばね定数が変化する際の撓みＸ１は、プランジャ１７の移動量がＳ１となった状態、つまりスプール２の変位がＬ１となった状態におけるコイルばね９の撓みとなるように設定される。
　また、コイルばね９は、プランジャ１７が第一ステータコア１４に向かって移動して当接する直前において、最収縮状態となって撓みが最大値Ｘ２となるように形成される。
　コイルばね９がこのような非線形のばね特性を有することによって、非定常領域において吸着力が大きくなると、コイルばね９によってスプール２が付勢される付勢力も大きくなる。このため、急激に増大する吸着力をコイルばね９の付勢力によって打ち消すことができる。言い換えれば、コイルばね９のばね定数は、非定常領域において定常領域の吸着力から増大した分の吸着力を打ち消して、シャフト１６に作用する吸着力が見掛け上定常領域と同じ吸着力となるようなばね定数に設定される。
　このため、非定常領域においてプランジャ１７が移動しても、スプール２に作用する力が増大することが防止される。つまり、プランジャ１７が第一ステータコア１４に当接する付近までプランジャ１７を移動させることができるため、図２に実線で示すように、定常領域だけでなく非定常領域の一部もプランジャ１７のストローク領域とすることができる。
　また、プランジャ１７と第一ステータコア１４との当接直前においては、非線形のばね特性を有するコイルばね９によっても増大する吸着力を打ち消すことができない残存領域が生じることがある（図２参照）。しかし、コイルばね９は、プランジャ１７と第一ステータコア１４とが当接する直前において、最収縮状態となるように形成されるため、第一ステータコア１４へ向かうプランジャ１７のそれ以上の移動が規制される。したがって、プランジャ１７が残存領域まで移動することがなく、ソレノイドバルブ１００の制御を容易に行うことができる。
　以上の第１実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。
　ソレノイドバルブ１００によれば、プランジャ１７が第一ステータコア１４に近づいて当接する付近まで移動して吸着力が大きくなると、コイルばね９のばね定数が大きくなるため、プランジャ１７の移動により増大する吸着力をコイルばね９の付勢力によって打ち消すことができる。このため、プランジャ１７が第一ステータコア１４に当接する付近まで移動しても、スプール２に作用する力が急激に増大することはない。よって、プランジャ１７と第一ステータコア１４とが当接する付近であっても、制御性が悪化することがなく、第一ステータコア１４に当接する付近までプランジャ１７を移動させることができる。したがって、ソレノイドバルブ１００における無駄なプランジャ１７の可動領域を低減することができる。
　また、プランジャ１７の無駄な可動領域を低減することができるため、ソレノイドバルブ１００を小型化することができる。
　また、プランジャ１７が第一ステータコア１４に当接する付近まで移動しないようにプランジャ１７と第一ステータコア１４との間にスペーサ４０２を設ける必要がないため、部品点数を削減でき、低コスト化することができる。
　また、コイルばね９は、プランジャ１７が第一ステータコア１４に向かって移動して当接する直前において最収縮状態となるように形成される。このため、プランジャ１７が非定常領域の残存領域まで移動することを防止することができる。
　第１実施形態に係るソレノイドバルブ１００は、定常領域において、プランジャ１７の移動量によらず一定の吸着力を生じるものである。しかしながら、定常領域における吸着力が一定ではないソレノイドバルブもある。このような場合には、非定常領域において増大する吸着力を打ち消して見掛け上一定の吸着力をシャフト１６に作用させると共に、定常領域においても見掛け上一定の吸着力をシャフト１６に作用させるように、コイルばね９のばね特性を設定することができる。
　また、第１実施形態では、コイルばね９は非線形のばね特性を有する不等ピッチばねである。これに代えて、コイルばね９は、非線形のばね特性を有するその他のばね、例えばテーパコイルスプリングなどであってもよい。
　（第２実施形態）
　次に、図６を参照して、本発明の第２実施形態に係るソレノイドバルブ２００について説明する。以下では、上記第１実施形態と異なる点を中心に説明し、上記第１実施形態のソレノイドバルブ１００と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
　上記第１実施形態では、ソレノイドバルブ１００のばね部材は、不等ピッチばねであるコイルばね９であった。これに対して、第２実施形態に係るソレノイドバルブ２００では、図５に示すように、筒状に形成される筒状弾性部材２０１を有する点において、第１実施形態に係るソレノイドバルブ１００とは相違する。
　ソレノイドバルブ２００におけるばね部材は、筒状弾性部材２０１と、筒状弾性部材２０１の内側に設けられ線形のばね特性を有する線形ばね２１０と、を有する。
　筒状弾性部材２０１は、非線形のばね特性を有する金属製の部材である。筒状弾性部材２０１は、金属製に限らず、付勢力を発揮することができるものであれば樹脂製であってもよい。筒状弾性部材２０１は、円筒状の円筒部２０２と、円筒部２０２に連結され円筒部２０２の内側に向かって延在して軸方向に撓む弾性部２０３と、を有する。
　円筒部２０２は、一端がハウジング１の底部１Ｃに収容され、他端がスプール２のばね収容凹部７に収容される。円筒部２０２の他端には、ばね収容凹部７の底と接触する弾性部２０３が連結される。
　弾性部２０３は、非線形のばね特性を有する皿ばね状の環状部材であって、軸方向に撓んだ状態でばね収容凹部７の底と接触する。弾性部２０３が軸方向に対して撓むことにより、スプール２が流出通路１Ｂを開く方向へと付勢される。
　線形ばね２１０は、撓み量と荷重とが一次比例する線形のばね特性を有する。線形ばね２１０は、筒状弾性部材２０１における円筒部２０２の内側に設けられ、弾性部２０３の内側と接触する。このため、弾性部２０３が軸方向に撓むことにより、線形ばね２１０も撓んでスプール２に対して付勢力を発揮する。
　ソレノイドバルブ２００におけるばね部材のばね特性は、線形ばね２１０と筒状弾性部材２０１における弾性部２０３とのばね特性を合成した非線形のばね特性となる。ソレノイドバルブ２００では、このように合成されたばね特性が、第１実施形態に係るソレノイドバルブ１００におけるコイルばね９と同様に、非定常領域において定常領域の吸着力から増大した分の吸着力を打ち消す。よって、ソレノイドバルブ２００におけるばね部材のばね特性は、スプール２に作用する吸着力が見掛け上定常領域と同じ吸着力となるようなばね定数に設定される。
　また、筒状弾性部材２０１は、プランジャ１７が第一ステータコア１４に当接する前に、弾性部２０３が軸方向に撓んで円筒部２０２の軸に対して垂直となるように形成される。弾性部２０３が円筒部２０２の軸に対して垂直となるように撓むことにより、筒状弾性部材２０１に向かう方向へのスプール２の移動、つまり第一ステータコア１４に向かう方向へのプランジャ１７の移動が規制されるため、プランジャ１７と第一ステータコア１４との当接を防止することができる。
　以上の第２実施形態に係るソレノイドバルブ２００によれば、第１実施形態と同様の効果を奏する。
　ソレノイドバルブ２００では、筒状弾性部材２０１の内側に線形ばね２１０が設けられているが、これに代えて筒状弾性部材２０１の内側に非線形のばね特性を有する不等ピッチばね等を設けてもよい。また、筒状弾性部材２０１の内側にばねを設けなくてもよく、この場合には、非定常領域において増大した吸着力を打ち消すことができるように弾性部２０３のばね特性を設定すればよい。
　第２実施形態では、弾性部２０３は環状部材であるが、環状に形成されなくてもよく、円筒部２０２から内側に向かって複数の板部材が延在して爪のように形成されるものであってもよい。この場合には、板部材ごとに長さ等を変更してばね特性を任意に設定することもできる。
　（第３実施形態）
　次に、図７を参照して、本発明の第３実施形態に係るソレノイドバルブ３００について説明する。以下では、上記第２実施形態と異なる点を中心に説明し、上記第２実施形態のソレノイドバルブ２００と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
　上記第２実施形態では、ソレノイドバルブ２００のばね部材は、一つの弾性部２０３を有する筒状弾性部材２０１と、線形のばね特性を有する線形ばね２１０と、を有するものであった。これに対し、第３実施形態に係るソレノイドバルブ３００では、図７に示すように、ばね部材が複数の弾性部を有する筒状弾性部材３０１である点において、第２実施形態に係るソレノイドバルブ２００と相違する。
　ソレノイドバルブ３００における筒状弾性部材３０１は、円筒部３０２と、円筒部３０２に連結され円筒部３０２の内側に向かって延在して軸方向に撓む弾性部と、を有する。
　ソレノイドバルブ３００は、弾性部として、ばね収容凹部７の底と接触するように円筒部３０２の端部に設けられる第一弾性部３０３と、円筒部３０２の内側に設けられ第一弾性部３０３が撓むことにより当該第一弾性部３０３と接触する第二弾性部３０４と、円筒部３０２の内側に設けられ第二弾性部３０４が撓むことにより当該第二弾性部３０４と接触する第三弾性部３０５と、を有する。
　このような第一、第二、第三弾性部３０３，３０４，３０５を有する筒状弾性部材３０１によれば、コイル１２の非通電時では、第一弾性部３０３の撓みによる力のみが付勢力としてスプール２に作用する。コイル１２に通電し、スプール２が移動して第一弾性部３０３が軸方向に撓むと、第一弾性部３０３と第二弾性部３０４とが接触するため、スプール２には、第一弾性部３０３及び第二弾性部３０４のばね特性を合成したばね特性による付勢力が作用する。さらにスプール２が移動すると、第二弾性部３０４と第三弾性部３０５とが接触するため、スプール２には、第一弾性部３０３、第二弾性部３０４、及び第三弾性部３０５のばね特性を合成したばね特性による付勢力が作用する。このように、スプール２が筒状弾性部材３０１の付勢力に抗して移動するのに伴い、軸方向に撓んで付勢力を発揮する弾性部の数が増加し、筒状弾性部材３０１は全体として非線形のばね特性を発揮する。
　ソレノイドバルブ３００では、このように３つの弾性部のばね特性を合成した筒状弾性部材３０１全体としてのばね特性を、非定常領域において増大する吸着力を打ち消す付勢力が発揮されるように設定される。
　また、筒状弾性部材３０１は、プランジャ１７が第一ステータコア１４に当接する前に、第一弾性部３０３が軸方向に撓んで円筒部３０２の軸に対して垂直となるように形成される。
　このため、第３実施形態に係るソレノイドバルブ３００によれば、第２実施形態と同様の効果を奏する。
　また、ソレノイドバルブ３００における筒状弾性部材３０１のばね特性は、３つの弾性部のばね特性を合成したものとなるため、それぞれのばね特性を任意に変更することにより、筒状弾性部材３０１全体として様々なばね特性を実現することができる。
　第３実施形態では、筒状弾性部材３０１が３つの弾性部を有するものであったが、２つの弾性部を有するものであってもよく、４以上の弾性部を有するものであってもよい。
　また、本実施形態では、筒状弾性部材３０１の各弾性部は環状に形成されるが、環状に形成されなくてもよく、第２実施形態のように、各弾性部が複数の板部材により形成されてもよい。
　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。
　上記各実施形態では、スプール２、シャフト１６、及びプランジャ１７は、それぞれ別体として形成されるものである。これに代えて、シャフト１６とプランジャ１７とを一体として形成してもよいし、スプール２とシャフト１６とを一体として形成してもよい。また、スプール２、シャフト１６、及びプランジャ１７を全て一体として形成してもよい。
　また、上記各実施形態では、コイル２に通電して磁力を発生させることにより、第一ステータコア１４へ向かう吸着力がプランジャ１７に作用して、シャフト１６がソレノイド部１０からハウジング１へ向かってばね部材の付勢力に抗して移動するものである。これに代えて、ばね部材はシャフト１６がハウジング１に向かって移動する方向にシャフト１６又はスプール２を付勢し、プランジャ１７にはコイル２への通電によって第二ステータコア１５へ向かう吸着力が作用するように構成してもよい。この場合は、コイル２への通電によって、シャフト１６はハウジング１からソレノイド部１０に向かって移動する。
　本願は２０１４年７月８日に日本国特許庁に出願された特願２０１４－１４０６２１に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (6)

  1. 　作動流体の流量を制御するソレノイドバルブであって、
    　作動流体が流れるバルブ通路を有するハウジングと、
    　前記ハウジング内に移動自在に設けられて前記バルブ通路の開度を調節するスプールと、
    　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、
    　前記スプールと共に軸方向に沿って移動自在なシャフトと、
    　前記シャフトに固定され前記コイルの磁力により前記ステータコアとの間に作用する吸着力によって軸方向に移動するプランジャと、
    　前記プランジャの移動に抗するように前記スプールを付勢するばね部材と、を備え、
    　前記ばね部材は、前記プランジャの移動によって前記吸着力が大きくなる程、ばね定数が大きくなるソレノイドバルブ。
  2. 　請求項１に記載のソレノイドバルブであって、
    　前記ばね部材は、非線形のばね特性を有するソレノイドバルブ。
  3. 　請求項２に記載のソレノイドバルブであって、
    　前記ばね部材は、不等ピッチばねを有するソレノイドバルブ。
  4. 　請求項２に記載のソレノイドバルブであって、
    　前記ばね部材は、筒状に形成される筒状弾性部材を有し、
    　前記筒状弾性部材は、円筒状の円筒部と、前記円筒部に連結され前記円筒部の内側に向かって延在して軸方向に撓む弾性部と、を有し、前記弾性部が軸方向に撓むことによって前記スプールを付勢するソレノイドバルブ。
  5. 　請求項４に記載のソレノイドバルブであって、
    　前記筒状弾性部材は、
    　複数の前記弾性部を有し、
    　前記プランジャと前記ステータコアとが近づくことにより前記プランジャに作用する吸着力が大きくなる程、軸方向に撓む前記弾性部の数が増加するソレノイドバルブ。
  6. 　請求項４に記載のソレノイドバルブであって、
    　前記筒状弾性部材は、前記スプールと接触する前記弾性部が前記円筒部の軸に対して垂直となるように撓んだ状態において、前記ステータコアへ向かう前記プランジャの移動を規制するように形成されるソレノイドバルブ。
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