(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
ソレノイド部、バルブ本体及びリテーナを有し、前記バルブ本体の一方の端部に前記リテーナが装着され、前記バルブ本体の他方の端部には前記ソレノイド部が装着されているソレノイドバルブであって、
前記バルブ本体は、
軸方向に連続する内部通路を有する筒状のバルブスリーブと、
前記バルブスリーブの前記内部通路に前記軸方向移動自在に配置されるスプールとを有し、
前記ソレノイド部は、
前記バルブスリーブの前記内部通路に連通する貫通孔を有し、磁性材料で構成される筒状のセンターポストと、
前記スプールとの間に前記センターポストを前記軸方向に挟んで、前記バルブスリーブ及び前記センターポストに対して前記軸方向移動自在に配置され、磁性材料で構成されるプランジャと、
一方の端面が前記スプールに当接されるとともに他方の端面が前記プランジャの端面に取付けられ前記センターポストの前記貫通孔の内部を前記軸方向に移動する軸部と、前記軸部と一体に形成されており、前記軸部から径方向に突出して、前記プランジャがセンターポストに接近した際に、前記プランジャと前記センターポストとの間に挟まれる鍔部と、を有し非磁性材料によって構成されるシャフトと、
前記センターポストに伝える磁力を発生させるためのコイルを有し、前記センターポスト、前記プランジャ及び前記シャフトを内部に収納するケース部と、を有し、
前記シャフトにおける前記軸部の横断面外周形状は、前記軸部の中心を基準として対称に配置される複数の円弧状部分と、前記円弧状部分を連結する複数の切り欠き部分と、を有することを特徴とするソレノイドバルブ。
前記シャフトの前記軸部は、前記貫通孔の内壁に対して摺動する複数の大径部と、前記軸方向の両側を前記大径部に挟まれて配置されており、横断面形状において前記大径部より小さい最大径を有する小径部と、を有する請求項1または請求項2に記載のソレノイドバルブ。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、従来技術に係るソレノイドバルブでは、プランジャに形成された貫通孔にシャフトの一部を差し込む構造を有しているため、プランジャに対して、貫通孔の形成等、高い精度が要求される機械加工を施す必要がある。また、シャフトの作製においても、非金属の薄板を略パイプ状に形成する際に、高い精度の機械加工が必要となる。
【0006】
したがって、従来のソレノイドバルブは、生産効率及びコストに課題を有していた。なぜなら、プランジャやシャフトの機械加工の精度が不十分である場合、シャフトの軸心ズレが発生してしまうからである。また、シャフトとプランジャの間にプレートを挟む技術は、組立に手間がかかるという問題があり、シャフトに屈曲部を設ける技術も、加工精度及び強度の点で問題を有する。
【0007】
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、部品作製時において要求される機械加工が少なく容易に製造できるプランジャ及びシャフトを用いることによって良好な生産性を有し、組立も容易なソレノイドバルブを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上述の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、軸方向に連続する内部通路を有する筒状のバルブスリーブと、
前記バルブスリーブの前記内部通路に前記軸方向移動自在に配置されるスプールと、
前記バルブスリーブの前記内部通路に連通する貫通孔を有し、磁性材料で構成される筒状のセンターポストと、
前記スプールとの間に前記センターポストを前記軸方向に挟んで、前記バルブスリーブ及び前記センターポストに対して前記軸方向移動自在に配置され、磁性材料で構成されるプランジャと、
一方の端面が前記スプールに当接されるとともに他方の端面が前記プランジャの端面に取付けられ前記センターポストの前記貫通孔の内部を前記軸方向に移動する軸部と、前記軸部と一体に形成されており、前記軸部から径方向に突出して、前記プランジャが前記センターポストに接近した際に、前記プランジャと前記センターポストとの間に挟まれる鍔部と、を有し、非磁性材料によって構成されるシャフトと、
前記センターポストに伝える磁力を発生させるためのコイルを有し、前記センターポスト、前記プランジャ及び前記シャフトを内部に収納するケース部と、
を有する。
【0009】
本発明に係るソレノイドバルブは、センターポストの貫通孔の内部を移動する軸部と、軸部から径方向に突出してプランジャとセンターポストとの間に挟まれる鍔部とが一体となったシャフトを有する。プランジャとセンターポストの接触を防ぐ鍔部が軸部と一体であるシャフトを採用することにより、本発明に係るソレノイドバルブは、別途プランジャとセンターポストの接触を防ぐ部材を組み立てる必要がなく、組立が容易である。
【0010】
また、シャフトは、軸部の他方の端部がプランジャの端面に取り付けられるため、プランジャにシャフトを取り付けるための貫通孔等を形成する必要がない。また、シャフトが鍔部を有するため、プランジャに、センターポストとの磁気的結合を妨げるための突起等を形成する必要もない。したがって、本発明に係るプランジャは、製造の際に必要な機械加工が少なく、作製が容易である。
【0011】
また、前記シャフトは、樹脂材料によって構成されていることが好ましい。シャフトを樹脂材料で構成することによって、鍔部と軸部が一体となった形状を容易に成型することが可能となるため、製造の際に必要な機械加工を減少させ、シャフトを容易に製造することができる。
【0012】
また、前記シャフトにおける前記軸部の横断面外周形状は、前記軸部の中心を基準として対象に配置される複数の円弧状部分と、前記円弧状部分を連結する複数の切り欠き部分と、を有しても良い。
【0013】
このような横断面外周形状を有する軸部は、円弧状部分が貫通孔の内壁と摺動し、切り欠き部分と貫通孔の内壁との間に形成された隙間が油路となるため、安定した軸方向の移動および力の伝達を、単純な形状で実現することができる。
【0014】
また、前記シャフトは、前記切り欠き部分にパーティングラインが位置するキャビティによって成型されても良い。成型によってシャフトを製造すると、パーティングラインにバリが発生する場合があるが、シャフトの切り欠き部分は貫通孔の内壁と摺動せず油路となるため、この部分にバリやバリ除去後の加工痕が残存したとしても、シャフトの移動にほとんど影響を及ぼすことがない。
【0015】
また、前記シャフトの前記軸部は、前記貫通孔の内壁に対して摺動する複数の大径部と、前記軸方向の両側を前記大径部に挟まれて配置されており、横断面形状において前記大径部より小さい最大径を有する小径部と、を有しても良い。
【0016】
小径部と大径部を有するシャフトは、シャフトに対して大きな負荷が掛かり、シャフトが若干湾曲したような場合にでも、貫通孔内で引っ掛かることによって軸方向への円滑な移動が妨げられることを防止することができる。小径部を有するシャフトは、貫通孔内で許容される曲がり量が、大径部のみを有するシャフトに比べて大きいからである。
【発明を実施するための形態】
【0018】
図1は、本発明の一実施形態に係るソレノイドバルブ10の断面図である。本実施形態に係るソレノイドバルブ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負圧の制御を行うために好適に用いられるが、ソレノイドバルブ10の用途は特に限定されない。
【0019】
図1に示すように、ソレノイドバルブ10は、電動駆動部としてのソレノイド部(リニアソレノイド)16、バルブ本体14及びリテーナ12を有する。ソレノイドバルブ10では、バルブ本体14の一方の端部にリテーナ12が装着され、バルブ本体14の他方の端部には、ソレノイド部16が装着されている。ソレノイドバルブ10を構成する各部材の説明においては、プランジャ50、シャフト60及びスプール30が配列されている軸Z方向に沿って、リテーナ12に近接する側を先端側、ソレノイド部16のエンドプレート78に近接する側を後端側として説明を行う。
【0020】
バルブ本体14は、軸Z方向に連続する内部通路22を有する筒状のバルブスリーブ20と、内部通路22に配置されるスプール30とを有する。バルブスリーブ20の周壁には、バルブスリーブ20の内部通路22と外部とを連通させる複数のポート24が形成されている。複数のポート24は、ドレインポート、制御ポート、入力ポート及びフィードバックポート等によって構成され、制御流体(例えば作動油等)は、これらのポート24を介して内部通路22に流入し、又は内部通路22から他の部材へ流出する。
【0021】
スプール30は、バルブスリーブ20の内部通路22に、軸Z方向に沿って移動自在に配置されている。スプール30は、軸方向に沿って配置される複数のランド31を有している。ランド31は、スプール30の他の部分より外径が大きく、また、各ランド31の外径は、スプール30が制御流体から適切な圧力を受けることができるように設計される。また、各ランド31の軸方向の位置は、スプール30の移動に伴って、各ランド31が各ポート24の開口量を適切に調整できるように設計される。
【0022】
スプール30における先端側の端面であるスプール先端面32には、リテーナ12の内部に収納されているスプリング18が当接されている。スプリング18は、スプール30とリテーナ12によって軸Z方向の両側を挟まれており、スプール30を後端側に向かって押圧するスプリング力を発生させる。リテーナ12は、バルブスリーブ20の先端に、カシメ止め等によって固定されている。
【0023】
バルブスリーブ20、リテーナ12及びスプール30の材質は特に限定されないが、例えば、アルミニウム、鉄、樹脂等が例示される。また、バルブスリーブ20、リテーナ12及びスプール30は、磁性材料で構成されてもよく、また、非磁性材料で構成されても良い。
【0024】
ソレノイド部16は、センターポスト40、プランジャ50、シャフト60及びこれらを内部に収納するケース部70を有する。センターポスト40は、バルブスリーブ20の内部通路22に連通する貫通孔42を有し、軸Z方向に伸びる筒状の形状を有している。また、貫通孔42の後端側の開口周辺には、シャフト60の鍔部68が接触する段差面44が形成されている。
【0025】
センターポスト40は、鉄等の磁性材料で構成されており、ケース部70のコイル75で発生した磁力を受けて磁化される。これにより、センターポスト40は、磁性材料によって構成されるプランジャ50をセンターポスト40に向かって引き寄せ、この力がシャフト60を介してスプール30へ伝達されることによって、スプール30を軸Z方向の先端側へ押圧する力(電磁力)となる。
【0026】
プランジャ50は、センターポスト40の後端側に配置される。すなわち、プランジャ50は、バルブ本体14のスプール30との間に、センターポスト40を軸Z方向に挟んで、軸方向移動自在に配置される。プランジャ50は、鉄等の磁性材料で構成されており、コイル75で発生した磁力によって磁化されたセンターポスト40に引き寄せられる。
【0027】
シャフト60は、プランジャ50とスプール30の間に配置され、電磁力による押圧力を、プランジャ50からスプール30に伝達する。
図2及び
図3に示すように、シャフト60は、軸Z方向に伸びる軸部62と、シャフト60の後端側に形成されており軸部62から径方向に突出する鍔部68とを有する。
【0028】
図1に示すように、軸部62における先端側の端面である第1端面62aは、スプール30の後端側の端面であるスプール後端面34に当接している。また、軸部62における後端側の端面である第2端面62bは、プランジャ50の先端側の端面であるプランジャ先端面52に取り付けられている。軸部62は、後端側の一部分を除き、センターポスト40の貫通孔42の内部に配置されている。軸部62は、センターポスト40の軸Z方向の移動に伴い、貫通孔42の内部を軸Z方向に移動する。
【0029】
図2及び
図3に示すように、シャフト60の鍔部68は、軸部62と一体に形成されている。鍔部68は、軸部62から径方向(軸Z方向に直交する方向)に突出しており、鍔部68の最大径は、センターポスト40における貫通孔42の開口径より大きい。したがって、鍔部68は、
図5に示すように、プランジャ50がセンターポスト40に接近した際に、プランジャ50とセンターポスト40との間に挟まれる。
【0030】
シャフト60は、樹脂材料、オーステナイト系ステンレス材料、銅などの非磁性材料によって構成されるが、樹脂材料によって構成されることが好ましい。シャフト60を樹脂材料によって構成することによって、軸部62と鍔部68が一体となったシャフト60を、成型等により容易に作製することができる。
【0031】
図1に示すケース部70は、プランジャ50、センターポスト40及びシャフト60等を内部に収納する筒状の部材である。ケース部70は、ソレノイドケース71、ロアプレート72、ベアリング73、ボビン74、コイル75、スペーサ76、サイドリング77、エンドプレート78、ターミナル79、モールド成型体80等を有する。
【0032】
ソレノイドケース71は、ソレノイド部16の筐体であり、ソレノイド部16とバルブ本体14とを連結する。ロアプレート72は、センターポスト40、ボビン74及びコイル75等を設置するための部材であり、ソレノイドケース71の内部における先端側に配置される。サイドリング77は主としてプランジャ50を支持するための部材であり、ソレノイドケース71の内部における中央部から後端側に配置される。ベアリング73は、サイドリング77の内周面とプランジャ50の外周面の間に配置されており、プランジャ50をケース部70に対して軸方向移動自在に支持する。なお、サイドリング77及びベアリング73と、センターポスト40の間には、スペーサ76が配置されている。
【0033】
ボビン74及びボビン74の外周面に巻回されたコイル75は、センターポスト40の外周面に接触するように配置されており、コイル75で発生した磁力は、センターポスト40に対して、効率的に伝達される。モールド成型体80は、ソレノイド部16を構成する各部材の隙間に配置されて各部材間を連結するとともに、ターミナル79に接続される外部端子のためのコネクタを形成している。ソレノイドバルブ10の使用時には、ターミナル79に外部端子が接続され、ターミナル79を介してコイル75への給電が行われる。
【0034】
エンドプレート78は、ケース部70の後端に配置され、エンドプレート78の先端側にプランジャ50等を収納する蓋の役割を果たす。また、エンドプレート78には、プランジャ50の軸Z方向への移動の際に、ケース部70の内部に存在する制御流体を流動させるための呼吸孔が形成されている。
【0035】
図2は、
図1に示すソレノイドバルブ10に含まれるシャフト60を、スプール30側から見た側面図であり、
図3は、シャフト60の正面図である。
図2及び
図3に示すように、シャフト60の横断面形状において、軸部62の最大外径は鍔部68の最大外径よりも小さいが、軸部62は、当該軸部62の中において相対的に最大外径の大きい大径部64と、大径部64より小さい最大外径を有する小径部66とを有する。
【0036】
図3に示すように、軸部62は、2つの大径部64と1つの小径部66を有し、小径部66は、軸Z方向の両側を大径部64に挟まれて配置されている。なお、軸部62の先端側の端部には、スプール30のスプール後端面34(
図1参照)と当接する軸先端69が形成されている。
【0037】
図4は、
図1における断面線IV−IVに沿う断面図であり、軸部62の大径部64の横断面形状を図示したものである。大径部64の横断面外周形状は、軸部62の中心を基準として対称に配置される2つの円弧状部分64aと、2つの円弧状部分64aを連結する2つの
切り欠き部分としての直線状部分64bとを有する。
【0038】
大径部64の最大外径D1は、
図4において軸部62の中心を通り2つの円弧状部分64aを連結する直線の長さであり、最大外径D1は、横断面形状が略円形である貫通孔42の径D2と略等しいか、あるいは貫通孔42の径D2より僅かに小さい。したがって、シャフト60が軸Z方向に移動する際、軸部62の円弧状部分64aは、貫通孔42の内壁42aと摺動し、シャフト60は、軸Z方向に伸びる貫通孔42に沿って円滑に移動することができる。
【0039】
また、
図4に示すように、大径部64の直線状部分64bと、貫通孔42の内壁42aとの間に形成される隙間82は、シャフト60が軸方向に移動する際に、貫通孔42の内部及びプランジャ50の周辺に存在する制御流体を流動させるための呼吸路となる。なお、
図3に示す小径部66の横断面形状は円形状であり、小径部66の外径は、大径部64における2つの直線状部分64b間の距離(
図4参照)に略等しいが、小径部66の形状は、これに限定されない。
【0040】
図1に示すスプール30は、スプール30のランド41が制御流体から受けるフィードバック力、スプリング18によるスプリング力、センターポスト40及びプランジャ50等を介して伝えられる電磁力の3つの力のバランスにより、軸Z方向の位置が決定される。ソレノイドバルブ10は、コイル75に供給される電流を調整することによって電磁力をコントロールし、スプール30の軸Z方向の位置を制御することによって、バルブスリーブ20の制御ポートから流出する制御流体について、所望の出力圧を得る。
【0041】
図5は、プランジャ50、シャフト60及びセンターポスト40の相対位置の関係を表す断面図であり、プランジャ50及びシャフト60が、最も先端側に移動した状態を表している。プランジャ50及びシャフト60が最も先端側に移動した状態では、鍔部68の先端側の端面である鍔部先端面68aは、センターポスト40の段差面44と接触する。
【0042】
ここで、鍔部68の後端側の端面である鍔部後端面68bは、軸部62の第2端面62bと同様に、プランジャ50のプランジャ先端面52に接触するように、プランジャ50に対して取り付けられている。したがって、
図5に示す状態において、鍔部68は、プランジャ50のプランジャ先端面52と、センターポスト40の段差面44との間に挟まれることによって、プランジャ50の先端側への移動を阻止するとともに、プランジャ50とセンターポスト40の磁気的結合を妨げる緩衝材の役割を果たす。プランジャ50とセンターポスト40の距離が近くなりすぎると、プランジャ50とセンターポスト40が引き合う力が急激に変化してプランジャ50の位置制御が難しくなるが、非磁性材料で構成される鍔部68を挟むことによって、プランジャ50の位置制御を好適に行うことができる。
【0043】
図6は、シャフト60及びシャフト60を成形するための金型83の一例を表す断面図である。金型83は、互いに分離している第1金型83a及び第2金型83bによって構成されており、金型83のパーティングライン84は、大径部64の直線状部分64bに位置する。成型によってシャフト60を製造すると、パーティングライン84に沿ってバリが発生する場合があり、製造後のシャフト60に、パーティングライン84に沿うバリや、バリ除去後の加工痕が残存する可能性がある。しかし、
図4に示すように、直線状部分64bは、貫通孔42の内壁42aと摺動せず油路となるため、たとえ直線状部分64bに上述のバリやバリ除去後の加工痕が存在したとしても、これらがシャフト60の円滑な摺動を妨げる危険性は低い。従って、
図6に示すように、直線状部分64bにパーティングライン84が位置する金型83を用いてシャフト60を成型することにより、円滑な移動を行えるシャフト60を、容易に製造することができる。
【0044】
上述のように、
図1等に示すソレノイドバルブ10は、センターポスト40の貫通孔42の内部を移動する軸部62と、軸部62から径方向に突出する鍔部68とが一体となったシャフト60を有する。プランジャ50とセンターポスト40の接触を防ぐ鍔部68が、軸部62と一体となっているシャフト60を採用することにより、本発明に係るソレノイドバルブ10は、別途プランジャ50とセンターポスト40の接触を防ぐ部材を組み立てる必要がなく、組立が容易である。
【0045】
また、シャフト60は、軸部62の第2端面62bをプランジャ50のプランジャ先端面52に設置することにより、プランジャ50に取り付けられる(
図5等参照)。従って、プランジャ50には、シャフト60を取り付けるための貫通孔等を形成する必要がない。また、シャフト60が鍔部68を有するため、プランジャ50に、センターポスト40との磁気的結合を妨げるための突起等を形成する必要もない。したがって、プランジャ50は、製造の際に必要な機械加工が少なく、作製が容易である。
【0046】
図4に示すように、軸部62における大径部64の横断面外周形状は、円弧状部分64aと直線状部分64bとを有する小判型形状である。このような軸部62は、円弧状部分64aが貫通孔42の内壁42aと摺動し、直線状部分64bと貫通孔42の内壁42aとの間に形成された隙間82が油路となるため、安定した軸方向の移動および力の伝達を、単純な形状で実現することができる。
【0047】
また、
図3に示すように、軸部62は、2つの大径部64と、大径部64に挟まれた小径部66を有する。このような軸部62を有するシャフト60は、シャフト60に対して大きな負荷が掛かり、シャフト60が若干湾曲したような場合にでも、貫通孔42内で引っ掛かり難く、軸Z方向への円滑な移動が妨げられることを防止することができる。
【0048】
その他の実施形態
上述の実施形態に示すソレノイドバルブ10においては、
図3に示すように、シャフト60の軸部62は、2つの大径部64と1つの小径部66を有するが、軸部62が有する大径部64及び小径部66の数は特に限定されず、軸部62は、より多くの大径部64及び小径部66を有していても良い。また、
図4に示すように、軸部62における大径部64の横断面外周形状は、2つの円弧状部分64aと直線状部分64bとを有するが、大径部64の横断面外周形状はこれに限定されない。大径部64の横断面外周形状は、3以上の円弧状部分を有していても良く、また、円弧状部分を連結する切り欠き部分の形状は、直線状に限定されず、曲線状としても良い。