| 【発明の名称】 |
ソレノイド及び流体制御弁 |
| 【発明者】 |
【氏名】高橋 圭瑞
【氏名】山科 智四郎
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| 【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２０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。 |
【特許請求の範囲】
【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。
【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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【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１０７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（ＡPL−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１１１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１０６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Ｄｉ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１１２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１２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Ｄｉ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２１、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、５２、横穴５４に連通するようになっている。この縦穴５５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５３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５８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５８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３５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３５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３１、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３８を介して内周側へ噴出させることにより、スプール３３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。
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| 【出願人】 |
【識別番号】００００００２３９
【氏名又は名称】株式会社荏原製作所
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| 【出願日】 |
平成１１年９月２日（１９９９．９．２） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８７０６６
【弁理士】
【氏名又は名称】熊谷 隆 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−７４１５８（Ｐ２００１−７４１５８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年３月２３日（２００１．３．２３） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２４８８４５ |
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