JP2001074158A - ソレノイド及び流体制御弁 - Google Patents

ソレノイド及び流体制御弁

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JP2001074158A JP24884599A JP24884599A JP2001074158A JP 2001074158 A JP2001074158 A JP 2001074158A JP 24884599 A JP24884599 A JP 24884599A JP 24884599 A JP24884599 A JP 24884599A JP 2001074158 A JP2001074158 A JP 2001074158A
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solenoid
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fluid control
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圭瑞 高橋
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 プランジャー内部に空気が溜ることがなく、
プランジャーやスプールの振動がなく動作が安定し、且
つプランジャーや周囲部材の酸化により、摩擦が大きく
なったり、性能が劣化することのないソレノイド及び該
ソレノイドを用いた流体制御弁を提供すること。 【解決手段】 円筒状の励磁コイル14と、移動可能な
プランジャー12を備え、励磁コイル14に電流を供給
することにより、プランジャー12を移動させる電磁力
を発生するソレノイドにおいて、プランジャー12を収
容するプランジャー収容空間20の側面を施蓋する蓋体
16に、ソレノイド外部から該プランジャー収容空間2
0に連通する貫通孔21、22を上下に設け、上側の貫
通孔21の最上面をプランジャー収容空間20の最上面
より高いか又は等しい位置とし、下側貫通孔21の最下
面はプランジャー収容空間の最下面より低いか又は等し
い位置とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は流体制御弁のスプー
ルを駆動する比例型のソレノイド及び該ソレノイドを使
用した流体制御弁に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図1は、従来のこの種のソレノイドの断
面構成例を示す図である。該ソレノイドは励磁コイルに
供給する電流に比例した電磁力を発生する比例型のソレ
ノイドである。ソレノイド100は円筒状のケーシング
101を具備し、該ケーシング101内に軸方向に移動
可能なプランジャー102と、該プランジャー102の
外周を取り囲むようにボビン103に巻かれた励磁コイ
ル104が配置されている。ケーシング101の側面が
カバー105と蓋体106で施蓋されている。
【0003】プランジャー102の発生する力及び変位
をソレノイド100の外部に伝達するプッシュピン10
7が蓋体106の中心部を貫通して突出している。蓋体
106は磁性体からなり円板状の蓋部106aからプラ
ンジャー102の外周の一部を取り巻くように突出した
円筒状部106bを有している。該円筒状部106bの
先端がテーパ形状になっており、該テーパ形状部には非
磁性円筒体108のテーパ形状部が係合している。非磁
性円筒体108の反蓋体106側には磁性円筒体109
が係合し、蓋体106の円筒状部106bと非磁性円筒
体108と磁性円筒体109でプランジャー102を取
り囲むように構成されている。
【0004】上記円筒状部106bのテーパ形状部と非
磁性円筒体108のテーパ形状部は励磁コイル104が
発生する軸方向の磁束の一部を外周側に逃がし、プラン
ジャー102の軸方向の吸引力をプランジャーの位置に
依らず一定に保つようになっている。蓋体106にはプ
ランジャー102が収容される空間110に連通する貫
通孔111が設けられている。この貫通孔111はプラ
ンジャー102が変位すると空間110の内部の流体の
容積が変化するので、変化分の流体を外部へ出し入れす
るための孔である。
【0005】図1において、プランジャー102が実線
の位置から右にdxだけ移動し破線の位置まで変位する
と、プランジャー102の左側空間ではAPLdx分だけ
流体が右側空間から流れ込む。一方、右側空間では(A
PL−APIN)dx分の流体が排出される。これらの容積
の差APINdxがソレノイド100の外部から貫通孔1
11を通って該ソレノイド100の内部へ吸い込まれ
る。ここで、APLはプランジャーの断面積、APINはプ
ッシュピン107の断面積である。
【0006】上記従来のソレノイド100では、蓋体1
06に形成された貫通孔111はプランジャー102を
収容する円筒孔の空間110の上面よりも低い位置にあ
るため、空間110の内部に空気溜り112ができてし
まう。即ち、図1において、プランジャー102の軸心
から貫通孔111の最上面までの距離Dhが、プランジ
ャー102の軸心から空間110の最上面までの距離D
iより小さい。このため、空間110内部の空気が抜け
ずに上方に溜まる(空気溜り112を形成する)構造と
なっている。
【0007】上記空気溜り112が無い場合に、例えば
プランジャー102が図中の右側へ変位すると、プラン
ジャー102の右側の流体が左側へ流れることになる
が、このとき左右を入れ替わる流体の粘性によってプラ
ンジャー102に適度なダンピング作用を与えている。
しかし、空間110内に空気があると、該空気は作動流
体として使用する液体に比べると粘性が極めて小さいた
めに、プランジャー102に与えるダンピング作用が小
さくなり、振動するという問題が発生する。
【0008】また、後述するダンピング絞りを備えた流
体制御弁においてソレノイド100内部に空気溜り11
2が存在すると、スプールの変位に伴うソレノイド側の
空間の容積変化が空気の圧縮性によって吸収されてしま
い、ダンピング絞りとしての作用が得られずスプールが
振動し、流体制御弁の動作が安定しないという問題が発
生する。
【0009】更に、作動流体に水を使用する場合、空間
110の内部に空気があるとプランジャー102や周囲
の部材を酸化させ、摩擦が大きくなったり、性能が劣化
するという問題が生じる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の点に鑑
みてなされたもので、ソレノイドの内部空間に空気が溜
ることがなく、プランジャーやスプールの振動がなく動
作が安定し、且つプランジャーや周囲部材の酸化によ
り、摩擦が大きくなったり、性能が劣化することのない
ソレノイド及び該ソレノイドを用いた流体制御弁を提供
することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項1に記載の発明は、円筒状の励磁コイルと、該励
磁コイル内を移動可能なプランジャーを備え、該励磁コ
イルに電流を供給することにより、プランジャーを移動
させる電磁力を発生するソレノイドにおいて、プランジ
ャーを収容するプランジャー収容空間の側面を施蓋する
蓋体に、ソレノイド外部から該プランジャー収容空間に
貫通する貫通孔を上下に設け、上側の貫通孔の最上面を
プランジャー収容空間の最上面より高いか又は等しい位
置とし、下側貫通孔の最下面はプランジャー収容空間の
最下面より低いか又は等しい位置とすることを特徴とす
る。
【0012】また、請求項2に記載の発明は、スリーブ
内を摺動するスプールを有する流体制御弁本体と、プラ
ンジャーと該プランジャーを移動させる磁気力を発生す
る励磁コイルを有し、該流体制御弁本体に取り付けら
れ、該プランジャーの移動でスプールに移動力を与える
ソレノイドを具備する流体制御弁において、ソレノイド
の流体制御弁本体取付け面側の蓋体にプランジャーを収
容する空間に連通する貫通孔を上下に設け、上側の貫通
孔の最上面はプランジャー収容空間の最上面より高いか
又は等しい位置とし、下側貫通孔の最下面はプランジャ
ー収容空間の最下面より低いか又は等しい位置とし、流
体制御弁本体に前記ソレノイドの蓋体に設けた上下の貫
通孔より高い位置と低い位置に該貫通孔に連通する縦穴
を設け、上側の縦穴をタンクポートへ連通させたことを
特徴とする。
【0013】上記のようにソレノイドの蓋体に、プラン
ジャー収容空間に貫通する貫通孔を上下に設け、上側の
貫通孔の最上面をプランジャー収容空間の最上面より高
いか又は等しい位置とし、下側貫通孔の最下面はプラン
ジャー収容空間の最下面より低いか又は等しい位置とす
ることにより、ソレノイド内部の空気を外部へ排出する
ことができるので、ソレノイドのプランジャー、流体制
御弁のスプールの動作を安定化させることができる。
【0014】また、下側の貫通孔によって、ソレノイド
内部に発生する摩耗粉を外部に排出するので、摩耗粉の
中をプランジャーが摺動して摩耗が促進することを防
ぎ、耐久性を向上させることができる。
【0015】流体制御弁の作動流体として水を使用した
場合に、ソレノイド内部の空気を排除するから、構成部
材の接水部の酸化を防ぐことができる。
【0016】流体制御弁本体側にソレノイドの蓋体の上
側に設けた貫通孔より高い位置に縦穴を設け、タンクポ
ートに連通するように構成したので、ソレノイドの内部
の空気を流体制御弁の外部に排出することができる。
【0017】流体制御弁本体側にソレノイドの蓋体の下
側に設けた貫通孔より低い位置に縦穴を設けたので、プ
ランジャーの摺動により発生した摩擦粉は該縦穴内に堆
積させることができる。しかも、該縦穴内に堆積した摩
耗粉が流体制御弁の動作によって拡散したり、逆流する
ことがない。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態例を図
面に基づいて説明する。図2は本発明に係るソレノイド
の断面構成例を示す図である。本ソレノイドも図1のソ
レノイドと同様、励磁コイルに供給する電流に比例した
電磁力を発生する従来の比例型のソレノイドである。本
ソレノイド10は円筒状のケーシング11を具備し、該
ケーシング11内に軸方向に移動可能なプランジャー1
2と、該プランジャー12の外周を取り囲むようにボビ
ン13に巻かれた励磁コイル14が配置されている。ケ
ーシング11の側面がカバー15と蓋体16で施蓋され
ている。
【0019】プランジャー12の発生する力及び変位を
ソレノイド10の外部に伝達するプッシュピン17が蓋
体16の中心部を貫通して突出している。蓋体16は磁
性体からなり円板状の蓋部16aからプランジャー12
の外周の一部を取り巻くように突出した円筒状部16b
を有している。該円筒状部16bの先端がテーパ形状に
なっており、該テーパ形状部には非磁性円筒体18のテ
ーパ形状部が係合している。非磁性円筒体18の反蓋体
16側には磁性円筒体19が係合し、蓋体16の円筒状
部16bと非磁性円筒体18と磁性円筒体19でプラン
ジャー12を取り囲むように構成されている。
【0020】上記円筒状部16bのテーパ形状部と非磁
性円筒体18のテーパ形状部は励磁コイル14が発生す
る軸方向の磁束の一部を外周側に逃がし、プランジャー
12の軸方向の吸引力をプランジャーの位置に依らず一
定に保つようになっている。以上の構成、作用は従来の
比例型ソレノイドと全く同じである。
【0021】本ソレノイド10はプランジャー12を収
容する円筒状の空間20に連通する貫通孔21、22を
蓋体16の上下の2箇所に設けている。そして、貫通孔
21、22のそれぞれの端面は空間20の軸心から離れ
た位置に位置している。即ち、空間20の軸心から上側
貫通孔21の最上面までの距離Dhを軸心から空間20
の最上面までの距離(空間20の断面半径)Diより大
きくし、空間20の軸心から下側貫通孔22の最下面ま
での距離Dhを軸心から空間20の最上面までの距離D
iより大きくしている。なお、距離Dhと距離Diを等
しく(Dh=Di)してもよい。
【0022】上記のように蓋体16の上下に貫通孔2
1、22を設けることにより、プランジャー12を収容
する空間20に残留する空気は上側の貫通孔21を通っ
てソレノイド10の外部に排出する。そして空気が排出
された分の流体は下側の貫通孔22を通ってソレノイド
10の内部に吸込まれる。
【0023】プランジャー12が空間20内を摺動する
際、プランジャー12の外側面と空間20の内周面とが
擦れ、長時間使用を続けると、摩耗粉が発生する。下側
の貫通孔22はこの摩耗粉を外部に排出する作用を果た
す。プランジャー12が収容される空間20に摩耗粉が
堆積すると、プランジャー12が摩耗粉の中を摺動する
ことになり、空間20の内面の摩耗を促進する。このた
め、下側の貫通孔22を通して発生した摩耗粉を排出す
ることにより、ソレノイドの使用時間、即ち耐久性を向
上させることができる。
【0024】次に、上記構成のソレノイド10を用いた
本発明に係る流体制御弁について説明する。図3は本発
明に係る流体制御弁の断面構成を示す図である。本流体
制御弁は流体制御弁本体30に中間プレート50を介し
てソレノイド10を取り付けた構成である。なお、60
は変位センサである。
【0025】ソレノイド10は先に説明したように、蓋
体16にプランジャー12を収容する空間20に連通す
る2個の貫通孔21、22を上下に設けており、それぞ
れの貫通孔21、22が空間20の上方、下方にその最
上面、最下面が来るように位置している。中間プレート
50には、ソレノイド10の蓋体16に形成した2個の
貫通孔21、22よりも高い位置と低い位置にそれぞれ
中間プレート50を貫通するように貫通孔51、52が
形成されている。即ち、上側の貫通孔51の最上面の軸
心からの距離Dpはソレノイド10の貫通孔21の最上
面の軸心からの距離Dhより大きく(Dp≧Dh)、下
側の貫通孔52の最下面の軸心からの距離Dpはソレノ
イド10の貫通孔22の最下面の軸心からの距離Dhよ
り大きく(Dp≧Dh)なっている。
【0026】中間プレート50の上側の貫通孔51の更
に上にはダンピング絞り部53を取り付けた横穴54が
該中間プレート50の途中まで設けられている。そして
中間プレート50の下面からは上記横穴54に連通する
深さの縦穴55が設けられている。該縦穴55は中間プ
レート50に形成した3つの孔、即ち、貫通孔51、5
2、横穴54に連通するようになっている。この縦穴5
5は加工後に、下からプラグ56等で封止する。
【0027】ソレノイド10の内部に空気が存在した場
合、該ソレノイド10の上側に設けた貫通孔21から空
気が外部に排出され、次に中間プレートの貫通孔51を
通って縦穴55に流れ、横穴54のダンピング絞り部5
3を通って排出される。該ダンピング絞り部53の下流
まで空気が出てしまえば、流体制御弁本体30の上部の
流路に空気が溜まっても弁の動作、機能には影響がな
い。また、本実施形態例の流体制御弁本体30はスプー
ル33の両端部に静圧軸受31、32を設けているた
め、スプール33の左右の流体を常に排除し、タンクポ
ート(図示せず)に導くような流れができるため、空気
が排除されやすくなる。
【0028】ソレノイド10の内部のプランジャー12
の摺動によって発生する摩耗粉は下側の貫通孔22から
外部に排出され中間プレート50の下側貫通孔52を通
って縦穴55に入るようになっている。スプール33が
動作しても中間プレート50内の流体が動いても、摩擦
粉は縦穴55に入り込んでいるため、攪拌されたり、逆
流することなく底に堆積する。
【0029】図4は中間プレート50の側面を示す図
で、図3のA−A矢視図である。ソレノイド10が発生
する摩耗粉は微量であるため、縦穴55に堆積した摩耗
粉はそのまま堆積させても問題はないが、図4に示すよ
うに中間プレートに横穴57を設け、使用中はプラグ5
8等で封止しておき、弁が動作していないときに排出す
るように構成することも可能である。この際、プラグ5
8を取り付ける時に流体制御弁本体30の内部に空気が
混入しても、上方の縦穴55から排出されるようになっ
ている。このように摩耗粉をソレノイド10の外部へ排
出することにより、ソレノイド10の耐久性が格段に向
上する。
【0030】次に上記構成の流体制御弁の構成及び動作
について説明する。流体制御弁本体30は、該流体制御
弁本体30に収容されたスリーブ35と、該スリーブ3
5内を摺動可能に嵌装されたスプール33と、ソレノイ
ド10によりスプール33を軸方向に移動させようとす
る力に対抗して力を発生するバネ36を備えている。ス
リーブ35には供給される流体の流路を切り換える複数
のポート(ポンプポート37、制御ポート39、40、
タンクポート)が形成され、スプール33がスリーブ3
5内を摺動することによって中立位置からいずれかの方
向へ変位し、流路が切り換えられる。スプール33をス
リーブ35内の任意の位置に定位させることにより流路
の開度(弁開度)を連続的に変化させ、流体の流れ方向
を切り換える(ポンプポート37→制御ポート39へ或
いはポンプポート37→制御ポート40へと切り換え
る)と共に、流量或いは圧力を連続的にコントロールす
ることができる。
【0031】スプール33の目標位置を入力端子71か
ら入力すると、該目標位置信号と変位センサ60からフ
ィードバックされた実際のスプール位置信号とにより偏
差信号を作り、この偏差信号がソレノイド10のコント
ローラ70へ入力される。コントローラ70は偏差信号
を直接増幅すると共に、偏差信号を積分して対抗するバ
ネ36の弾発力と釣り合うような励磁電流をソレノイド
10に供給してスプール33を目標位置に定位させてい
る。
【0032】本流体制御弁はスリーブ35に静圧軸受3
1、32が形成されており、該静圧軸受31、32にポ
ンプポート37からの高圧流体を導き、静圧軸受絞り3
8を介して内周側へ噴出させることにより、スプール3
3をスリーブ35とは非接触状態に支持するようになっ
ている。このような静圧軸受31、32を設けることに
より、作動流体に潤滑性の低い流体(例えば、水)を使
用してもスプール33をスリーブ35内で滑らかに摺動
させることができる。
【0033】なお、流体制御弁本体30の構成は一例で
あり、流体制御弁本体の構成はこれに限定されるもので
はない。また、上記例では、中間プレート50に、横穴
54、貫通孔51、52及び縦穴55を設けているが、
これらは流体制御弁本体30に設けても良い。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、各請求項に記載の
発明によれば、下記のような優れた効果が得られる。
【0035】請求項1に記載の発明によれば、ソレノイ
ドの蓋体にプランジャー収容空間に貫通する貫通孔を上
下に設け、上側の貫通孔の最上面をプランジャー収容空
間の最上面より高いか又は等しい位置とし、下側貫通孔
の最下面はプランジャー収容空間の最下面より低いか又
は等しい位置とすることにより、ソレノイド内部の空気
を外部へ排出することができるので、プランジャーの動
作が安定化したソレノイドを提供できる。
【0036】また、下側の貫通孔によって、ソレノイド
内部に発生する摩耗粉を外部に排出するので、摩耗粉の
中をプランジャーが摺動して摩耗が促進することを防
ぎ、耐久性を向上させることができる。更に、流体制御
弁の作動流体として水を使用した場合に、ソレノイド内
部の空気を排除するから、構成部材の接水部の酸化を防
ぐことができる。
【0037】請求項2に記載の発明によれば、流体制御
弁本体に上記ソレノイドを取り付け、流体制御弁本体側
にソレノイドの蓋体の上側に設けた貫通孔より高い位置
に縦穴を設け、タンクポートに連通するように構成した
ので、ソレノイドの内部の空気を流体制御弁の外部に排
出することができ、スプールの振動がなく流体制御弁の
動作が安定化する。
【0038】また、流体制御弁本体側にソレノイドの蓋
体の下側に設けた貫通孔より低い位置に縦穴を設けたの
で、プランジャーの摺動により発生した摩擦粉は該縦穴
内に堆積させることができる。しかも、該縦穴内に堆積
した摩耗粉が流体制御弁の動作によって拡散したり、逆
流することがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のソレノイドの断面構成例を示す図であ
る。
【図2】本発明に係るソレノイドの断面構成例を示す図
である。
【図3】本発明に係る流体制御弁の断面構成を示す図で
ある。
【図4】図3のA−A矢視図である。
【符号の説明】
10 ソレノイド 11 ケーシング 12 プランジャー 13 ボビン 14 励磁コイル 15 カバー 16 蓋体 17 プッシュピン 18 非磁性円筒体 19 磁性円筒体 20 空間 21 貫通孔 22 貫通孔 30 流体制御弁本体 31 静圧軸受 32 静圧軸受 33 スプール 35 スリーブ 36 バネ 37 ポンプポート 38 静圧軸受絞り 39 制御ポート 40 制御ポート 50 中間プレート 51 貫通孔 52 貫通孔 53 ダンピング絞り部 54 横穴 55 縦穴 56 プラグ 57 横穴 58 プラグ 60 変位センサ 70 コントローラ 71 入力端子

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 円筒状の励磁コイルと、該励磁コイル内
    を移動可能なプランジャーを備え、該励磁コイルに電流
    を供給することにより、前記プランジャーを移動させる
    電磁力を発生するソレノイドにおいて、 前記プランジャーを収容するプランジャー収容空間の側
    面を施蓋する蓋体に、ソレノイド外部から該プランジャ
    ー収容空間に貫通する貫通孔を上下に設け、上側の貫通
    孔の最上面をプランジャー収容空間の最上面より高いか
    又は等しい位置とし、下側貫通孔の最下面はプランジャ
    ー収容空間の最下面より低いか又は等しい位置とするこ
    とを特徴とするソレノイド。
  2. 【請求項2】 スリーブ内を摺動するスプールを有する
    流体制御弁本体と、プランジャーと該プランジャーを移
    動させる磁気力を発生する励磁コイルを有し、該流体制
    御弁本体に取り付けられ、該プランジャーの移動で前記
    スプールに移動力を与えるソレノイドを具備する流体制
    御弁において、 前記ソレノイドの前記流体制御弁本体取付け面側の蓋体
    にプランジャーを収容する空間に連通する貫通孔を上下
    に設け、上側の貫通孔の最上面はプランジャー収容空間
    の最上面より高いか又は等しい位置とし、下側貫通孔の
    最下面はプランジャー収容空間の最下面より低いか又は
    等しい位置とし、前記流体制御弁本体に前記ソレノイド
    の蓋体に設けた上下の貫通孔より高い位置と低い位置に
    該貫通孔に連通する縦穴を設け、上側の縦穴をタンクポ
    ートへ連通させたことを特徴とする流体制御弁。
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