WO2016035595A1 - ソレノイドバルブ - Google Patents

Abstract

　ソレノイドバルブ１００であって、バルブ通路１Ａ，１Ｂを有するハウジング１と、バルブ通路１Ａ，１Ｂの開閉を切り換えるスプール２と、電流が流れると磁力を発生するコイル部２０と、コイル部２０を覆うヨーク１１と、コイル部２０の外側に設けられ作動油が通過する流体通路３０と、流体通路３０と連通しハウジング１内の作動油を流体通路３０へ導く導入通路３２と、流体通路３０と連通し流体通路３０を通過した作動油をヨーク１１外へ排出する排出通路３３と、を備える。

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、コイルへの通電により発生する磁力によって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付勢部材による付勢力との力のつり合いによって弁体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。

　ＪＰ２０１２－２２９７３８Ａに開示のソレノイドバルブでは、コイルへの通電によってコイルが発熱することがある。コイルの発熱量が大きくなると、ケース内に熱溜りが発生し、コイル温度が上昇するおそれがある。

　本発明は、ソレノイドバルブにおけるコイルの温度上昇を防止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前記バルブ通路の開閉を切り換える弁体と、電流が流れると磁力を発生するコイル部と、前記コイル部を囲うヨークと、前記コイル部の内側に設けられ前記コイル部の磁力によって励磁されるステータコアと、前記弁体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、前記コイル部の外側に設けられ作動流体が通過する流体通路と、前記流体通路と連通し前記ハウジング内の作動流体を前記流体通路へ導く導入通路と、前記流体通路と連通し前記流体通路を通過した作動流体を前記ヨーク外へ排出する排出通路と、を備える。

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の変形例を示す断面図である。 図３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。

　以下、図面を参照して、本発明の各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内に移動自在に設けられる弁体としてのスプール２と、ハウジング１内に設けられスプール２を付勢する付勢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の内部空間と連通し、図示しない配管等を介して流体圧供給源と連通して、作動油をハウジング１の内部空間に導く。流出通路１Ｂは、ハウジング１の内部空間と連通し、図示しない配管等を介して油圧機器等と連通して、ハウジング１の内部空間から流出する作動油を油圧機器等に導く。

　スプール２は、ハウジング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入通路１Ａの開度を調節する。このように、スプール２は、第二ランド部４によってバルブ通路としての流入通路１Ａと流出通路１Ｂの開閉を切り換える。

　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が流入通路１Ａ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、電流が流れると磁力を発生するコイル部２０と、磁性体によって形成されコイル部２０を囲う筒状のヨーク１１と、コイル部２０の内側に設けられコイル部２０が発生する磁力によって励磁されるステータコア１２と、スプール２と共に軸方向に沿って移動可能なシャフト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１２が挿通する開口部１１Ａが形成される。

　コイル部２０は、筒状のボビン２１と、ボビン２１に巻きつけられ電流が流れると磁力を発生するコイル２２と、ボビン２１及びコイル２２を包囲してモールド成形されるモールド樹脂２３と、を有する。

　ボビン２１は、両端にツバ部２１Ａ，２１Ｂを有する筒状に形成される。ツバ部２１Ａ，２１Ｂの間の胴部２１Ｃに電線を巻付けることにより、コイル２２が形成される。

　コイル２２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。

　モールド樹脂２３は、ボビン２１及びコイル２２を包囲するようにモールド成形によって一体成形される。モールド樹脂２３は、熱伝導性に優れると共に耐油性を備えた樹脂である。

　ステータコア１２は、コイル部２０におけるボビン２１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１１の開口部１１Ａを挿通しバルブボディ１内に一部が収容さ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。

　シャフト１６は、第一ステータコア１３の内周に設けられる第一軸受１８及び第二ステータコア１４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、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２２の磁力によって第一ステータコア１３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。

　コイル部２０のコイル２２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２は、コイルばね９の付勢力によって流入通路１Ａ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、コイル部２０のコイル２２に電流を通電しない状態においては、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。

　コイル２２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２２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との間に作用する吸着力は大きくなる。このため、コイル２２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２２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２を移動させると、第二ランド部４によって流入通路１Ａが徐々に閉じられる。これにより、流体室８に対する流入通路１Ａの開口面積が減少する。よって、流入通路１Ａから流体室８を通じて導かれる作動油の流量が減少する。

　コイル２２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４によって流入通路１Ａ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２２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、ソレノイドバルブ１００における冷却通路２４について説明する。

　ソレノイドバルブ１００は、作動油が通過することによってコイル部２０を冷却する冷却通路２４をさらに備える。

　冷却通路２４は、コイル部２０の外側に設けられ作動油が通過する流体通路３０と、ヨーク１１に形成され流体通路３０と連通する導入口３１と、導入口３１を介して流体通路３０と連通しハウジング１内の作動油を流体通路３０へ導く導入通路３２と、流体通路３０と連通し流体通路３０を通過した作動油をヨーク１１外へ排出する排出通路３３と、を有する。

　流体通路３０は、コイル部２０におけるモールド樹脂２３の外周とヨーク１１の内周との間に形成される環状の第一流体通路３４と、導入口３１と第一流体通路３４とを連通するようにヨーク１１における端面の内側とボビン２１のツバ部２１Ａとの間に形成される第二流体通路３５と、を有する。第二流体通路３５は、図１に示すように、ヨーク１１における端面の内側とボビン２１のツバ部２１Ａとの間において環状の隙間として形成される。これに代えて、第二流体通路３５は、径方向に向かって延在する溝としてヨーク１１の内側に形成されてもよい。

　導入口３１は、ヨーク１１の端面のうちハウジング１と当接する側の端面に貫通孔として形成され、導入通路３２及び第二流体通路３５と連通する。

　導入通路３２は、ハウジング１に形成され、流入通路１Ａと連通すると共に導入口３１を介して第二流体通路３５と連通する。このように、導入通路３２は、ハウジング１に形成される流入通路１Ａと連通することにより、ハウジング１内の作動油としての流入通路１Ａを通過する作動油を流体通路３０へ導く。ソレノイドバルブ１００では、単一の導入通路３２が形成されるが、これに限らず、複数形成してもよい。導入通路３２を複数形成する場合には、導入通路３２に合わせて導入口３１や第二流体通路３５を形成すればよい。

　排出通路３３は、ヨーク１１の底部に貫通孔として形成され、流体通路３０の第一流体通路３４を通過した作動油をヨーク１１外のタンク４０へ排出する。つまり、タンク４０からバルブボディ１内に導かれる作動油の一部は、流体通路３０を通過し排出通路３３を通じて再びタンク４０に導かれて環流される。排出通路３３は、単一の導入通路３２及び導入口３１が形成される場合には、図１に示すように、ヨーク１１の底部であって、導入口３１が形成される位置に対してヨーク１１の周方向に１８０°ずれるような位置に形成されることが好ましい。この場合、導入口３１から導かれた作動油が、コイル部２０の外周を周方向に通過して排出通路３３からタンク４０へ環流される。よって、コイル部２０全体を効率的に冷却することができる。なお、排出通路３３は、これに限らず、任意の位置に形成することができる。

　次に、冷却通路２４を通過する作動油の作用について説明する。

　ソレノイドバルブ１００では、図１に矢印で示すように、作動油が循環する。

　流体圧供給源から流入通路１Ａへ導かれる作動油の一部は、導入通路３２及び導入口３１を通じて第二流体通路３５に導かれる。

　第二流体通路３５を通過した作動油は、第一流体通路３４へ導かれる。第一流体通路３４を通過した作動油は、ヨーク１１の底部に形成される排出通路３３を介してタンク４０に環流される。

　このように、コイル部２０の外側に第一流体通路３４及び第二流体通路３５を設けて、コイル部２０の外周に作動油を通過させることにより、コイル部２０全体が冷却される。

　導入通路３２、流体通路３０、及び排出通路３３は、ソレノイド部１０の磁気特性及びソレノイドバルブ１００を通過する作動油の流量に対して、大きな影響を与えない形状に形成される。このため、ソレノイドバルブ１００の性能やソレノイドバルブ１００を通過して作動油が導かれる流体圧機器等が発揮する性能に対して影響を与えることなく、コイル部２０全体を冷却することができる。

　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、作動油が、導入通路３２を介してコイル部２０の外側に設けられる第二流体通路３５及び第一流体通路３４に導かれ、排出通路３３から環流される。したがって、作動油の流れによってコイル部２０を冷却することができるため、コイル部２０の温度上昇を防止することができる。

　また、コイル部２０の温度上昇が防止されることにより、コイル部２０の破損やコイル２２における抵抗の変化を防止することができる。よって、ソレノイドバルブ１００の耐久性が向上すると共に制御が容易となる。

　上記実施形態ではソレノイドバルブ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。また、導入通路３２は、流入通路１Ａと連通する。このため、コイル２２への通電により流入通路１Ａと流出通路１Ｂとの連通が完全に遮断された状態となっても、導入通路３２は作動油を流体通路３０に導くことができる。したがって、コイル２２に通電した状態においては、常にコイル２２を冷却することができるため、コイル２２の温度上昇を防止することができる。なお、ソレノイドバルブ１００がノーマルオープン型であって、導入通路３２が流出通路１Ｂと連通してもよい。

　また、ソレノイドバルブ１００は、図２に示すように、コイル部２０のコイル２２に電流を通電しない状態において、流入通路１Ａと流出通路１Ｂとが遮断されるノーマルクローズ型でもよい。この場合にも、導入通路３２は、流入通路１Ａと連通してもよいし、流出通路１Ｂと連通してもよい。ソレノイドバルブ１００がノーマルクローズ型である場合は、コイル２２に通電すると流入通路１Ａと流出通路１Ｂとが連通する。このため、導入通路３２が流入通路１Ａ及び流出通路１Ｂのいずれに連通しても、コイル２２へ通電している状態では、常に流体通路３０に作動油を導くことができる。

　（第２実施形態）
　次に、図３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実施形態に係るソレノイドバルブ１００は、コイル部２０がボビン２１及びコイル２２を包囲してモールド成形されるモールド樹脂２３を有するものである。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３に示すように、ボビン２１及びコイル２２を包囲するモールド樹脂２３を有さず、コイル２２の外周を覆うように設けられるシート部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と相違する。

　ソレノイドバルブ２００におけるコイル部１２０は、筒状のボビン２１と、ボビン２１に巻きつけられ電流が流れると磁力を発生するコイル２２と、コイル２２の外周を覆うシート部としての放熱シート１２３と、を有する。

　放熱シート１２３は、コイル２２が露出しないようにコイル２２の外周を覆って設けられる。放熱シート１２３は、熱伝導性に優れると共に耐油性を備えた樹脂材（例えば、ポリイミド樹脂）によって形成される。

　流体通路３０の第一流体通路３４は、コイル部２０における放熱シート１２３の外周とヨーク１１の内周との間に形成される。

　流体圧供給源から流入通路１Ａへ導かれる作動油の一部は、上記第一実施形態に係るソレノイドバルブ１００と同様に、導入通路３２、導入口３１、及び第二流体通路３５を通じて第一流体通路３４に導かれる。第一流体通路３４を通過した作動油は、ヨーク１１の底部に形成される排出通路３３を介してタンク４０に環流される。

　このように、コイル部１２０の外側に第一流体通路３４及び第二流体通路３５を設けて、コイル部１２０の外周に作動油を通過させることにより、コイル部１２０全体が冷却される。

　放熱シート１２３の外周とヨーク１１の内周との間に設けられる第一流体通路３４は、上記第１実施形態の第一流体通路３４と同様に、ソレノイドバルブ２００の磁気特性やソレノイドバルブ２００を通過する作動油の流量に大きな影響を与えないように形成される。

　以上の第二実施形態に係るソレノイドバルブ２００によれば、第一実施形態と同様の効果を奏する。

　また、一般に、コイル部におけるボビンとコイルとを包囲するモールド樹脂を有していないモールドレス化されたソレノイドバルブは、モールド樹脂を有しているソレノイドバルブと比較して、ヨーク内部に熱が溜りやすく、コイルの温度が上昇するおそれがある。したがって、一般には、ソレノイドバルブにおいて、モールド成形を廃止してモールドレス化することは困難である。

　これに対して、ソレノイドバルブ２００では、コイル２２の外周に放熱シート１２３が設けられ、放熱シート１２３とヨーク１１との間の隙間は、作動油が導かれる第一流体通路３４である。このため、モールド樹脂２３を有していないソレノイドバルブ２００において、作動油の流れにより発熱するコイル２２を冷却し、コイル部１２０の温度上昇を防止することができる。したがって、ソレノイドバルブ２００は、モールド成形を廃止することができ、コスト低減や小型化をすることができる。

　また、ソレノイドバルブ２００は、放熱シート１２３の外周に作動油が流れることにより、コイル２２に対する作動油中のコンタミネーションの接触が防止される。したがって、コイル２２がモールド樹脂２３によって包囲されていないソレノイドバルブ２００では、放熱シート１２３を設けることにより、コイル２２の温度上昇を防止すると共に、コンタミからコイル２２を保護することができる。

　上記第２実施形態に係るソレノイドバルブ２００は、第１実施形態に係るソレノイドバルブ１００と同様に、ノーマルクローズ型でもよい。また、導入通路３２は、流入通路１Ａと連通してもよく、流出通路１Ｂと連通してもよい。

　また、上記第２実施形態に係るソレノイドバルブ２００のシート部は、熱伝導性に優れる樹脂材（例えば、ポリイミド樹脂）によって形成される放熱シート１２３である。シート部は、コイル２２の外周を覆う限りは、樹脂材によって形成される放熱シート１２３以外のものでもよく、例えば、コンタミネーションの通過を許容しないフィルタであってもよい。

　上記各実施形態では、導入通路３２は、流入通路１Ａ又は流出通路１Ｂと連通するものである。これに代えて、導入通路３２は、ハウジング１の内部空間と連通するものでもよい。つまり、導入通路３２は、ハウジング１内の作動油として、流入通路１Ａまたは流出通路１Ｂから作動油を導いてもよいし、流入通路１Ａまたは流出通路１Ｂと連通する流体室から作動油を導いてもよい。いずれの場合においても、コイル２２に通電して流入通路１Ａと流出通路１Ｂが遮断された状態において、コイル２２を冷却することができように導入通路３２を形成することが好ましい。

　また、上記各実施形態では、ソレノイドバルブ１００，２００は、弁体としてスプール２を備え、流入通路１Ａの開度を調整して作動油の流量を調整するいわゆるスプール式の流量調整弁である。ソレノイドバルブ１００，２００は、これに限らず、例えば弁体がポペットであるポペット式でもよいし、方向切換弁や圧力制御弁などでもよい。

　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。

　本願は２０１４年９月４日に日本国特許庁に出願された特願２０１４－１８０５１６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 (7)

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前記バルブ通路の開閉を切り換える弁体と、
   　電流が流れると磁力を発生するコイル部と、
   　前記コイル部を囲うヨークと、
   　前記コイル部の内側に設けられ前記コイル部の磁力によって励磁されるステータコアと、
   　前記弁体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、
   　前記コイル部の外側に設けられ作動流体が通過する流体通路と、
   　前記流体通路と連通し前記ハウジング内の作動流体を前記流体通路へ導く導入通路と、
   　前記流体通路と連通し前記流体通路を通過した作動流体を前記ヨーク外へ排出する排出通路と、を備え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、
   　前記バルブ通路は、前記コイル部に電流を通電しない状態においては連通し、
   　前記導入通路は、前記バルブ通路が遮断された状態において、前記ハウジング内に流入する作動流体を前記流体通路へ導くソレノイドバルブ。
3. 　請求項１に記載のソレノイドバルブであって、
   　前記バルブ通路は、前記コイル部に電流を通電しない状態においては遮断され、
   　前記導入通路は、前記バルブ通路が遮断された状態において、前記ハウジング内に流入する作動流体または前記ハウジングから流出する作動流体を前記流体通路へ導くソレノイドバルブ。
4. 　請求項１に記載のソレノイドバルブであって、
   　前記バルブ通路は、前記ハウジングに流入する作動流体が通過する流入通路を有し、
   　前記導入通路は、前記流入通路と連通するソレノイドバルブ。
5. 　請求項１に記載のソレノイドバルブであって、
   　前記バルブ通路は、前記ハウジングから流出する作動流体が通過する流出通路を有し、
   　前記導入通路は、前記流出通路と連通するソレノイドバルブ。
6. 　請求項１に記載のソレノイドバルブであって、
   　前記コイル部は、
   　筒状のボビンと、
   　前記ボビンに巻きつけられ電流が流れると磁力を発生するコイルと、
   　前記コイルの外周を覆うシート部と、を有し、
   　前記流体通路は、前記シート部と前記ヨークとの間に形成されるソレノイドバルブ。
7. 　請求項６に記載のソレノイドバルブであって、
   　前記シート部は、放熱シートであるソレノイドバルブ。

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