JP7350423B2 - ソレノイド装置 - Google Patents

Description

本発明は、プランジャによりロッドを駆動させるソレノイド装置に関する。

従来からプランジャを電磁的に動作させることにより、ロッドを駆動させるソレノイド装置が利用されている。このようなソレノイド装置として、例えば、特許文献１に示されるように、ソレノイドを用いた駆動部により軸方向に移動可能なスプールを用いて、流体回路における制御流体の圧力や流量を制御するものがある。

特許文献１のソレノイド装置は、油浸形のソレノイドバルブであって、ステータと、ステータの外周側に配置されるコイルと、ステータの内部に往復移動自在に収納されるプランジャと、ステータの一方側に接続されたスリーブと、スリーブの内部に往復移動自在に収納されるスプール（ロッド）と、を備えている。ステータは、底に位置する壁部と側方に位置する筒部とからなる有底円筒状に形成されており、壁部に形成された孔には、スプールの端部が挿入されてプランジャに当接可能に配置されている。コイルに通電することによりステータ及びプランジャによって形成される磁気回路に磁束が流れ、プランジャをステータの壁部に向けて移動させる磁気吸引力が発生し、プランジャはステータの壁部側に移動する。このときスプールの端部にプランジャが当接した状態で、スプールは軸方向に変位し、スリーブに設けられた各種ポートの連通状態を調整できるようになっている。

また、特許文献１のソレノイド装置におけるプランジャには、軸方向に貫通する連通孔が形成されており、プランジャを挟んだステータ内部の一方側の空間と他方側の空間とが連通している。該連通孔は、プランジャ移動時の呼吸通路として機能しており、プランジャの移動方向の空間の作動油を移動方向とは反対側の空間に移動させて作動油によるプランジャの移動抵抗を軽減させている。

また、ソレノイド装置は、プランジャとステータの壁部との間に介在する非磁性プレート（シム）を備えており、残留磁束によりプランジャが壁部に吸着されることを抑制している。詳細には、この非磁性プレートは、外周縁に切欠部が形成された略Ｙ字形状であり、プランジャの貫通孔の縁部にはめ込まれ、スプールの端部とプランジャとで挟持されており、非磁性プレートの切欠部を介して作動油を呼吸させることができるようになっている。このようにして、プランジャが円滑に動作できるようになっている。

特開２００２－２４３０５７号公報（第４頁、第２図）

しかしながら、特許文献１のソレノイド装置にあっては、非磁性プレートの外周縁が切り欠かれて開放しているので、プランジャがスプール側に移動したときに、作動油が非磁性プレートの外周縁の切欠部からプランジャの外周面とステータの筒部の内周面との間に回り込むようになるため、作動油内に混入したコンタミがプランジャとステータの筒部との間に噛み込み、プランジャの動作不良が発生する虞があった。尚、本願において、「コンタミ」とはコンタミネーション（ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏ）の略称であり、多細粒子状の導電性異物などの「粒子状異物」を意味する。

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、プランジャの動作の信頼性が高いソレノイド装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明のソレノイド装置は、
ステータと、前記ステータ内に電磁的に往復移動可能に配置され、移動方向に貫通する連通孔が形成されたプランジャと、前記プランジャの移動により駆動されるロッドと、前記プランジャと前記ロッドとの間に配置され、前記プランジャが前記ロッド側に移動したときに前記ステータのロッド側端部と前記プランジャとの間に狭持される非磁性体のシムと、を備えるソレノイド装置であって、
前記シムは、板状であって、前記ロッドが当接する中心部と、無端状に連続する外周部と、を備え、前記中心部と前記外周部とを残して貫通孔が形成されていることを特徴としている。
この特徴によれば、プランジャがロッド側に移動したときに、シムの外周部がステータのロッド側端部とプランジャとの間で狭持されるので、ステータとプランジャのロッド側の空間は外径側がシムの外周部によって仕切られて、当該空間の作動油は内径側の貫通孔に誘導され、プランジャの外周面とステータの内周面との間にコンタミが回り込むことを抑制できるため、プランジャの動作信頼性が高い。また、貫通孔の外径側に外周部が無端状に連続しているため、シムの構造強度が高くなっている。

好適には、前記貫通孔は周方向に等配置されている。
これによれば、作動油を周方向にバランスよく連通孔に向けて通すことができるとともに、シムの構造強度も周方向に均一にできる。

好適には、前記貫通孔は前記中心部から前記外周側に向かうにつれて面積が大きくなっている。
これによれば、シムの外周部側の作動油を効率よく貫通孔に通過させることができる。

好適には、前記シムは円板状である。
これによれば、プランジャが移動するときにシムにかかる負荷を周方向に均一に分散できる。

好適には、前記連通孔は、前記プランジャの中心に形成されている。
これによれば、プランジャの移動を安定させることができる。

好適には、前記ロッドは前記プランジャ側の端部が先細りテーパ形状をなしている。
これによれば、プランジャの移動力がロッドに集中して伝達されるともに、貫通孔に出入する流体が流れ易くなっている。

本発明の実施例におけるソレノイドバルブの斜視図である。 ソレノイドバルブをハウジングに装着した状態を示す側断面図である。 シムの構造を示す斜視図である。 プランジャの構造を示す斜視図である。 ソレノイドバルブのオフ状態を示す要部拡大側断面図である。 ソレノイドバルブのオン状態を示す要部拡大側断面図である。 （ａ）はシムの変形例１を示す概略図、（ｂ）はシムの変形例２を示す概略図、（ｃ）はシムの変形例３を示す概略図である。 プランジャの別形態を示す要部拡大側断面図である。

本発明に係るソレノイド装置を実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。

実施例に係るソレノイド装置につき、図１から図６を参照して説明する。以下、図２の紙面左側をソレノイド装置の軸方向一端側とし、図２の紙面右側をソレノイド装置の軸方向他端側として説明する。

図１に示されるように、本実施例のソレノイド装置は、スプールタイプのソレノイドバルブ１であって、例えば車両の自動変速機等の油圧により制御される装置に用いられるものである。尚、ソレノイドバルブ１は、バルブハウジング８の装着穴８ａ（図２参照）に水平方向に取付けられ、バルブハウジング８内の作動油（液体）に浸漬される、いわゆる油浸形（液浸形）のソレノイドバルブとして使用される。尚、図２は、バルブハウジング内の作動油がソレノイドバルブ１全体を浸漬させる所定高さ位置に油面Ｌ１が維持された状態を示すものである。

図１および図２に示されるように、ソレノイドバルブ１は、流体（オイル等の制御流体）の流量を調整するバルブ部２が電磁駆動部としてのソレノイド部３に一体に取付けられて構成されている。尚、図２は、ソレノイド成形体３１のコイル３４に通電されていないソレノイドバルブ１のオフ状態を示すものである。

先ず、バルブ部２の構造について説明する。図１及び図２に示されるように、バルブ部２は、バルブハウジング８の装着穴８ａ内に設けられた流路と接続される入力ポート２４、出力ポート２５、排出ポート２６ａ，２６ｂ、ドレンポート２７、フィードバックポート２８等の各種ポートの開口が設けられたスリーブ２１と、スリーブ２１の内径側において軸方向に形成される貫通孔２１ａに液密に収容されるスプール２２と、スプール２２を軸方向一端側に付勢するコイル状のスプリング２９と、スプリングを保持するリテーナ２３と、から構成されている。

スリーブ２１には、軸方向一端側から軸方向他端側に向けて、ドレンポート２７、フィードバックポート２８、入力ポート２４、出力ポート２５、排出ポート２６ａ，２６ｂの順に形成されている。後述のように、スプール２２は、軸方向に往復移動可能となっており、スプール２２を軸方向に往復移動させることにより、各種ポートの連通状態を変化させ、作動油の圧力や流量を制御するようになっている。尚、スリーブ２１、スプール２２、リテーナ２３は、アルミ、鉄、ステンレス、樹脂等の材料により形成されている。

次に、ソレノイド部３の構造について説明する。図２に示されるように、ソレノイド部３は、鉄等の磁性を有する金属材料から形成されるソレノイドケース３０と、ソレノイドケース３０に収容されるソレノイド成形体３１と、ソレノイド成形体３１の内側に配置されるステータ３２（固定鉄心）と、被磁性体から成るシム３７と、から主に構成されている。

ソレノイド成形体３１は、コイル３４を樹脂３５によりモールド成形することにより形成され、ソレノイドケース３０の径方向下方側に設けられる開口部３０ｊから外部に延び出ているコネクタ部３５ａのコネクタから制御電流がコイル３４へ供給されるようになっている。

ステータ３２は、軸方向他端部（図２の紙面右側）に底部３２ｆ（ロッド側端部）を有する断面Ｕ字状の円筒部３２ａと、円筒部３２ａの軸方向他端部において径方向に延びるフランジ部３２ｃと、から構成されるフランジ付き円筒状に構成されており、円筒部３２ａの収容部３２ｄには、プランジャ４（可動鉄心）が配置され、円筒部３２ａの底部３２ｆには、ロッド５を収容可能な貫通孔３２ｇが形成されている。円筒部３２ａの軸方向一端側（図２の紙面左側）の開口端には、樹脂等から構成されるホルダ３６が取付けられている。また、プランジャ４とロッド５との間には、シム３７がスプリング２９の付勢力により狭持されている。

また、ステータ３２の円筒部３２ａには、外周面の軸方向略中央が内径側に周方向に亘って断面視等脚台形状に凹むことにより板厚が薄く形成される薄肉部３２ｂが設けられている。

ステータ３２のフランジ部３２ｃには、軸方向他端側の端面の径方向の中心に軸方向一端側に凹む凹部３２ｅが設けられ、凹部３２ｅにスリーブ２１の軸方向一端部が挿嵌された状態で該フランジ部３２ｃにソレノイドケース３０が外嵌されカシメ固定されている。尚、ソレノイド成形体３１はステータ３２の外径側に一体に形成されている。

次に、シム３７の具体的な構造について説明する。図３に示されるように、シム３７は、金属製の非磁性体（例えば、ステンレスやアルミ等）の円板から構成されており、板厚方向に貫通する貫通孔３７ａが複数（本実施例では４つ）形成されている。

具体的には、シム３７には、その中心部３７ｂと、無端状に連続する外周部３７ｃと、を残して貫通孔３７ａが周方向に離間して等配置されるように形成されている。すなわち、隣接する貫通孔３７ａ同士の間には、中心部３７ｂ、外周部３７ｃ、貫通孔３７ａ以外の部位である残存部３７ｄが中心部３７ｂから放射状に延びており、中心部３７ｂと外周部３７ｃとは、残存部３７ｄにより連結されている。また、貫通孔３７ａは、中心部３７ｂ側から外周部３７ｃ側に向かうにつれて該貫通孔３７ａの面積が大きくなっており、平面視台形形状を成している。また、中心部３７ｂは、ロッド５の軸方向一端側の先端面に接触している（図２、図５及び図６参照）。

次に、プランジャ４の構造について説明する。図４に示されるように、プランジャ４は、円柱状に形成され、径方向の中心に軸方向に貫通する連通孔４ａが設けられている。また、プランジャ４おける連通孔４ａの軸方向両端部の周縁には、ザグリ部４ｂ，４ｂが形成されている。ザグリ部４ｂは、連通孔４ａが外側に向けて拡大するようにテーパ形状に形成されており、ザグリ部４ｂの最大径（ザグリ部４ｂの端部）は、シム３７の径よりも小径となっている（図２、図５及び図６参照）。尚、シム３７は、外周部３７ｃがザグリ部４ｂの外縁に対して溶接などで固定されることで、ザグリ部４ｂを被覆するように配置されている。

次いで、ソレノイドバルブ１の動作について説明する。図２及び図５に示されるソレノイドバルブ１のオフ状態においては、スプリング２９の付勢力によりスプール２２が軸方向一端側へ移動し、スプール２２の軸方向他端側の端面がステータ３２の凹部３２ｊに当接しスプール２２の移動が規制され、プランジャ４およびロッド５が軸方向一端側に位置する。

また、ソレノイドバルブ１のオフ状態において、コイル３４への通電によりソレノイドケース３０、ステータ３２、プランジャ４により磁気回路を形成し、ステータ３２の底部３２ｆとプランジャ４との間に磁力を発生させることにより、図６に示されるように、プランジャ４をステータ３２の底部３２ｆ側に向けて軸方向他端側へ駆動させることができる。これにより、スプール２２が軸方向他端側に移動してスリーブ２１の各種ポートの連通状態を変更することができる。尚、ステータ３２は、円筒部３２ａの一部の板厚を周方向に薄くして磁気抵抗を大きくした薄肉部３２ｂが形成されている。

また、プランジャ４は、その外周面が円筒部３２ａにおける収容部３２ｄの内周面に案内されて軸方向に移動可能となっている。尚、プランジャ４の外周面と収容部３２ｄの内周面との間には、径方向に僅かなクリアランスが設けられており、プランジャ４は軸方向に円滑に移動できるようになっている。

また、図５及び図６に示されるように、円筒部３２ａの収容部３２ｄは、プランジャ４により軸方向一端側の空間Ｓ１と軸方向他端側の空間Ｓ２とに区画されており、空間Ｓ１と空間Ｓ２とは、シム３７の貫通孔３７ａ及びプランジャ４の連通孔４ａを通して連通している。これによれば、プランジャ４の駆動時には、プランジャ４の駆動方向の空間に充填されている作動油を貫通孔３７ａ及び連通孔４ａを通じて他方側の空間に移動させることができるため、作動油による抵抗を抑え、ソレノイドバルブ１のオン・オフの切換によるプランジャ４の駆動を正確かつ迅速に行うことができる。

また、図６に示されるように、ソレノイドバルブ１のオン状態にあっては、プランジャ４とステータ３２の底部３２ｆとの間にシム３７が狭持される。シム３７は、非磁性体であるため、ソレノイドバルブ１をオフ状態に切り換えたときに、磁気回路の残留磁束によりプランジャ４が底部３２ｆに吸着され、スプール２２が軸方向一端側へ移動できないといった事態を回避できるようになっている。

以上説明したように、本実施例のソレノイドバルブ１におけるシム３７は、板状であって、ロッド５が当接する中心部３７ｂと、無端状に連続する外周部３７ｃと、を備え、中心部３７ｂと外周部３７ｃとを残して貫通孔３７ａが形成されており、プランジャ４がロッド５側に駆動したときに、シム３７の外周部３７ｃがステータ３２の底部３２ｆとプランジャ４との間で狭持されるようになっている。したがって、ステータ３２の収容部３２ｄにおけるプランジャ４よりも底部３２ｆ側の空間Ｓ２は、外径側がシム３７の外周部３７ｃによって仕切られることとなり、空間Ｓ２の作動油は内径側のシム３７の貫通孔３７ａ及びプランジャ４の連通孔４ａに誘導され、作動油中に混入するコンタミがプランジャ４の外周面とステータ３２の収容部３２ｄの内周面との間に回り込むことを抑制できるため、プランジャ４の動作信頼性が高い。

また、シム３７は、隣接する貫通孔３７ａの間に存在する残存部３７ｄを有し、中心部３７ｂと外周部３７ｃとが残存部３７ｄにより連結されている。言い換えれば、各残存部３７ｄの外径側端部が外周部３７ｃにより無端状に連結されているので、シム３７の構造強度が高くなっている。これにより、ソレノイドバルブ１のオン・オフの切換時にロッド５から受けるシム３７の中心部３７ｂへの押圧力によりシム３７が変形することを抑制できる。

また、シム３７の貫通孔３７ａは周方向に等配置されているので、作動油を周方向にバランスよくプランジャ４の連通孔４ａに向けて通すことができるとともに、シム３７の構造強度も周方向に均一にできる。

また、シム３７の貫通孔３７ａは中心部３７ｂから外周側に向かうにつれて面積が大きくなっているので、シム３７の外周部３７ｃ側の作動油を効率よく内側に誘導して貫通孔３７ａに通過させることができる。

また、シム３７は円板状であり、各残存部３７ｄの大きさが均一となるため、プランジャ４が軸方向に移動するときにシム３７にかかる負荷を周方向に均一に分散できる。

また、プランジャ４の中心に連通孔４ａが形成されている。これによれば、プランジャ４が連通孔４ａを移動する作動油から軸方向に均等に力を受けるため、プランジャ４の移動に影響を与えず、例えば、中心よりもずれた位置に連通孔が設けられるプランジャに比べ、プランジャ４の移動を安定させることができる。

また、図５及び図６に示されるように、ロッド５はプランジャ４側の端部が先細りテーパ形状のテーパ部５ａをなしている。これによれば、プランジャ４の移動力がロッド５に集中して伝達されるともに、ロッド５の移動力がプランジャ４に集中して伝達されるので、スプール２２を円滑に駆動させることができる。さらに、シム３７の貫通孔３７ａに出入する作動油がテーパ部５ａ及びザグリ部４ｂに沿って移動して円滑に流れ易くなっている。より具体的には、シム３７の貫通孔３７ａに出入する作動油がシム３７の周辺で乱流になりにくく、プランジャ４の移動に影響を与えることを抑制できる。

また、シムの変形例１として次のようなものがある。図７（ａ）に示されるように、変形例１のシム３７１は、中心部３７ｂと外周部３７ｃとを残して平面視略半円形状の貫通孔３７１ａが周方向に離間して２つ設けられている。

また、シムの変形例２として次のようなものがある。図７（ｂ）に示されるように、変形例２のシム３７２は、中心部３７２ｂと外周部３７２ｃとを残して平面視円形状の貫通孔３７２ａが６つ設けられている。各貫通孔３７２ａは、それぞれ異なる径で形成されている。

また、シムの変形例３として次のようなものがある。図７（ｃ）に示されるように、変形例３のシム３７３は、多角形（本実施例では八角形）の板材から構成されており、中心部３７３ｂと外周部３７３ｃとを残して平面視矩形状の貫通孔３７３ａが設けられている。

このように、シムに設けられる貫通孔の形状、大きさ、数量や、シムを構成する板材の形状は自由に変更することができる。また、複数の貫通孔は、周方向に等配置されることに限られず、板材に対して無作為な配列で形成されていてもよい。

また、プランジャの別形態として次のようなものがある。図８に示されるように、プランジャ４０は、径方向の中心からずれた位置に軸方向に貫通する連通孔４０ａが設けられており、プランジャ４０おける連通孔４０ａは、プランジャ４０の軸方向両端に設けられたザグリ部４０ｂ，４０ｂに連通している。このように、連通孔４０ａは、プランジャ４０に対して偏心した位置に設けられていてもよい。尚、連通孔４０ａは、プランジャ４０に対して複数設けられていてもよい。

以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

例えば、前記実施例では、シム３７がプランジャ４に固定される形態を例示したが、ロッド５に固定されていてもよいし、プランジャ４とロッド５との狭持力のみによってプランジャ４とロッド５との間に保持されていてもよい。また、シム３７は、溶接以外の固定手段でプランジャ４に固定されていてもよい。

また、前記実施例では、ロッド５とスプール２２とが別部材により構成される形態を例示したが、ロッド５とスプール２２とが一体に固定されていてもよい。

また、前記実施例では、ロッド５の先端にテーパ部５ａが形成されている形態を例示したが、シム３７の中心部３７ｂとロッド５とを同径とすれば、貫通孔３７ａを出入りする作動油が乱流を形成しにくいため、この場合、テーパ部５ａが形成されていなくてもよい。

また、前記実施例では、スプールタイプのソレノイドバルブに本発明のシムが適用される形態を例示したが、本発明のシムが適用されるソレノイド装置は、ロッドにより所定の機能を有する部材を駆動させるものであればよく、ソレノイドバルブに限定されない。

また、前記実施例では、プランジャ４がステータ３２の収容部３２ｄに収容され、収容部３２ｄの内周面により移動がガイドされる形態を例示したが、プランジャ４がステータ３２とは別のガイド部材に収容され該ガイド部材によりガイドされていてもよいし、プランジャ４とステータ３２の収容部３２ｄとの間に前記ガイド部材が配置されていてもよい。

１ ソレノイドバルブ
４ プランジャ
４ａ 連通孔
４ｂ ザグリ部
５ ロッド
５ａ テーパ部
３２ ステータ
３２ｆ 底部（ロッド側端部）
３７ シム
３７ａ 貫通孔
３７ｂ 中心部
３７ｃ 外周部
３７ｄ 残存部
４０ プランジャ
４０ａ 連通孔
３７１～３７３ シム

Claims (6)

1. ステータと、前記ステータ内に電磁的に往復移動可能に配置され、移動方向に貫通する連通孔が形成されたプランジャと、前記プランジャの移動により駆動されるロッドと、前記プランジャと前記ロッドとの間に配置され、前記プランジャが前記ロッド側に移動したときに前記ステータのロッド側端部と前記プランジャとの間に狭持される非磁性体のシムと、を備えるソレノイド装置であって、
   前記シムは、板状であって、前記ロッドが当接する中心部と、無端状に連続する外周部と、を備え、前記中心部と前記外周部とを残して貫通孔が形成されており、
   前記プランジャと前記シムとの間には空間が形成されており、
   前記空間は、前記連通孔に向けて傾斜する傾斜面により画成されており、
   前記貫通孔は、前記空間を介して前記連通孔と連通し、
   前記ロッドは、前記プランジャ側の先端が前記空間に向けて縮径するテーパ面を有し、前記傾斜面と前記ロッドのテーパ面とは、共に前記連通孔に向けて外径側から内径側に縮径する方向に傾斜しているとともに前記貫通孔を介して対向し、共に前記連通孔に向けて傾斜する前記傾斜面と前記ロッドのテーパ面との間に前記貫通孔を介して連通する流路が形成され、
   前記傾斜面が前記連通孔に向けて縮径する角度は、前記ロッドのテーパ面が前記連通孔に向けて縮径する角度よりもゆるやかであり、前記流路の軸方向の幅が外径側から前記連通孔に向けて縮小していることを特徴とするソレノイド装置。
2. 前記貫通孔は周方向に等配置されている請求項１に記載のソレノイド装置。
3. 前記貫通孔は前記中心部から前記外周側に向かうにつれて面積が大きくなっている請求項１または２に記載のソレノイド装置。
4. 前記シムは円板状である請求項１ないし３のいずれかに記載のソレノイド装置。
5. 前記連通孔は、前記プランジャの中心に形成されている請求項１ないし４のいずれかに記載のソレノイド装置。
6. 前記ロッドは前記プランジャ側の端部が先細りテーパ形状をなしている請求項１ないし５のいずれかに記載のソレノイド装置。

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