(57)【要約】      （修正有）【課題】構造が簡単で、耐久性のあるソレノイド弁を提供する。【解決手段】ソレノイド１００弁は、弁管腔１２を画定する弁ブロック１０と、弁管腔１２内に摺動可能に配置されたポペット４０と、巻線管腔を画定する内面及び外面を有する環状巻線６４と巻線管腔内に配置された中心コア部分５２及び巻線の外面の外側に配置された環状コア部分５３を備えるコア５１とを備えるソレノイド５０と、巻線管腔内に配置された中心アーマチュア部分７２と巻線の外面の外側に配置された環状アーマチュア部分７３とを備えるアーマチュア７０であって、ポペット４０に一方の移動が他方の移動に変換されるように連動している、アーマチュア７０と、を備える。【選択図】図２
2020094682.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁管腔を画定する弁ブロックと、
前記弁管腔内に摺動可能に配置されたポペットと、
巻線管腔を画定する内面及び外面を有する環状巻線と、前記巻線管腔内に配置された中心コア部分及び前記巻線の前記外面の外側に配置された環状コア部分を備えるコアと、を備えるソレノイドと、
前記巻線管腔内に配置された中心アーマチュア部分と、前記巻線の前記外面の外側に配置された環状アーマチュア部分とを備えるアーマチュアであって、前記ポペットに一方の移動が他方の移動に変換されるように連動している、アーマチュアと、
を備える、ソレノイド弁。
【請求項２】
前記中心コア部分は、極面を有し、前記環状コア部分は、前記中心コア部分の前記極面と同一平面上にある極面を有し、前記中心アーマチュア部分は、極面を有し、前記環状アーマチュア部分は、前記中心アーマチュア部分の前記極面と同一平面上にある極面を有する、請求項１に記載のソレノイド弁。
【請求項３】
前記コアの同一平面上の前記極面は、前記アーマチュアの同一平面上の前記極面と向き合っている、請求項２に記載のソレノイド弁。
【請求項４】
前記コアの同一平面上の前記極面は、第１の平面を画定し、前記アーマチュアの同一平面上の前記極面は、第２の平面を画定し、前記第１及び第２の平面は、前記環状巻線を貫通している、請求項２に記載のソレノイド弁。
【請求項５】
前記弁が励磁された時、前記コアの前記同一平面上の極面及び前記アーマチュアの前記同一平面上の極面は、各々、前記巻線の両端間の実質的に中間に位置するようになっている、請求項４に記載のソレノイド弁。
【請求項６】
前記コアは、前記環状コア部分及び前記中心コア部分のそれぞれの前記極面の反対側にベースコア部分を備え、前記ベースコア部分は、前記環状コア部分及び前記中心コア部分と一体構造を形成している、請求項２に記載のソレノイド弁。
【請求項７】
前記コアは、前記ベースコア部分、前記環状コア部分、及び前記中心コア部分によって境界が定められた環状凹部を画定し、前記巻線は、前記コアの前記環状凹部内に少なくとも部分的に配置されている、請求項６に記載のソレノイド弁。
【請求項８】
前記アーマチュアは、前記環状アーマチュア部分及び前記中心アーマチュア部分のぞれぞれの前記極面の反対側にベースアーマチュア部分を備え、前記ベースアーマチュア部分は、前記環状アーマチュア部分及び前記中心アーマチュア部分と一体構造を形成している、請求項２に記載のソレノイド弁。
【請求項９】
前記アーマチュアは、前記ベースアーマチュア部分、前記環状アーマチュア部分、及び前記中心アーマチュア部分によって境界を定められた環状凹部を画定し、前記巻線は、前記アーマチュアの前記環状凹部内に少なくとも部分的に配置されている、請求項８に記載のソレノイド弁。
【請求項１０】
前記ベースアーマチュア部分及び前記中心アーマチュア部分は、アーマチュア管腔を画定し、前記ポペットの一部が前記アーマチュア管腔内を通って配置されている、請求項８に記載のソレノイド弁。
【請求項１１】
前記弁ブロックは、一体構造であり、
前記弁管腔は、中心軸を画定し、前記軸に沿って中間部分によって第２の部分から分離した第１の部分を備え、
前記第１の部分は、第１の一定弁直径を有する第１の内面を画定し、
前記第２の部分は、第２の一定弁直径を有する第２の内面を画定し、
前記中間部分は、前記第１及び第２の一定弁直径よりも大きい最大逃げ直径を有し、
第１のシートが、前記第１の内面と前記中間部分との交点に画定され、
第２のシートが、前記第２の内面と前記中間部分との交点に画定され、
前記ポペットは、最大外径を有する拡大環状シートリングを有し、前記最大外径は、前記第１及び第２の一定弁直径よりも大きく、前記最大逃げ直径よりも小さくなっている、
請求項１に記載のソレノイド弁。
【請求項１２】
前記第１の一定弁直径は、前記第２の一定弁直径と同一である、請求項１１に記載のソレノイド弁。
【請求項１３】
前記拡大環状シートリングは、前記ポペットのシャフトと別体であり、該シャフトの周りに配置されている、請求項１１に記載のソレノイド弁。
【請求項１４】
前記軸に沿った前記シートリングの長さは、前記軸に沿った前記中間部分の長さよりも短くなっている、請求項１１に記載のソレノイド弁。
【請求項１５】
前記ポペットの前記シートリングは、前記第１のシートに接触する第１の位置と前記第２のシートに接触する第２の位置との間で移動可能になっている、請求項１４に記載のソレノイド弁。
【請求項１６】
弁管腔を画定する弁ブロックと、
前記弁管腔内に摺動可能に配置されたポペットと、
ベース面及び反対側の極面を備える円筒状アーマチュアであって、前記極面の下方に、ベースアーマチュア部分、中心アーマチュア部分、及び環状アーマチュア部分によって境界が定められた環状凹部を画定し、前記ポペットに一方の移動が他方の移動に変換されるように連動している、円筒状アーマチュアと、
ベース面及び反対側の極面を有する円筒状コアであって、前記極面の下方に、ベースコア部分、中心コア部分、及び環状コア部分によって境界が定められた環状凹部を画定する円筒状コアと、前記コアの前記環状凹部及び前記アーマチュアの前記環状凹部内に少なくとも部分的に配置された環状巻線と、を備えるソレノイドと、
を備えるソレノイド弁。
【請求項１７】
弁管腔を画定する一体の弁ブロックであって、
前記弁管腔は、中心軸を画定し、前記軸に沿って中間部分によって第２の部分から分離した第１の部分を備え、
前記第１の部分は、第１の一定弁直径を有する第１の内面を画定し、
前記第２の部分は、第２の一定弁直径を有する第２の内面を画定し、
前記中間部分は、前記第１及び第２の一定弁直径よりも大きい最大逃げ直径を有し、
第１のシートが、前記第１の内面と前記中間部分との交点に画定され、
第２のシートが、前記第２の内面と前記中間部分との交点に画定される、
弁ブロックと、
前記弁管腔内に摺動可能に配置されたポペットであって、前記第１及び第２の一定弁直径よりも大きく、前記最大逃げ直径よりも小さい最大外径を備える拡大環状シートリングを有する、ポペットと、
前記ポペットに一方の移動が他方の移動に変換されるように連動しているアーマチュアと、
巻線及びコアを備えるソレノイドと、
を備えるソレノイド弁。
【請求項１８】
前記拡大環状シートリングは、前記ポペットのシャフトと別体であり、該シャフトの周りに配置されている、請求項１７に記載のソレノイド弁。
【請求項１９】
前記軸に沿った前記シートリングの長さは、前記軸に沿った前記中間部分の長さよりも短くなっている、請求項１７に記載のソレノイド弁。
【請求項２０】
前記弁管腔の前記中間部分は、前記弁ブロックの外面に延在する中間通路に向かって半径方向に開いている、請求項１７に記載のソレノイド弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本願は、２０１８年１２月１４日に出願された米国仮特許出願第６２／７７９，５７８号の出願日の利得を主張するものであり、この開示内容は、参照することによって、ここに含まれるものとする。
【０００２】
［発明の分野］
本発明は、一般的に、ソレノイド弁に関し、更に詳細には、新規のソレノイド形状を有し、組立部品の数をより少なくし、弁の寿命を延ばすことができるソレノイド弁に関する。
【背景技術】
【０００３】
ソレノイド弁は、多くの工業用途において有用であり、従来の機械弁を上回る多くの利点をもたらすものである。自動車分野では、高持続的振動を受ける環境での使用が挙げられる。ロケットのような航空装置では、超高振動環境での使用が多く、この環境では、交換前の高頻度の使用に耐える弁が必要とされている。これらの環境では、ソレノイド弁がいくらかの不都合を生じることがあり、これによって、該弁を用いる装置の使用に悪影響を及ぼすか又はその使用を妨げることがある。
【０００４】
先行技術による弁は、いくつかの部品から構成される弁ブロックを備えている。これは、ポペットの組立を容易にするために必要である。何故なら、ポペットの拡大部分を、管腔内の小径のシートと接触するために前後に往復運動することができるように、弁ブロックの中心区域に配置しなければならないからである。ポペットの拡大部分の寸法に適合するのに十分な空間幅が存在しなければ、一体品のポペットを弁ブロックの管腔内の適切な位置に装填することができない。これは、最初、弁ブロックの大きな通路を開放し、次いで、ポペットが設置されたなら、管腔の小さい部分を構成する相補的な部品によって閉鎖することを意味している。この多部品の弁ブロックは、摩耗及び故障を生じがちである。その理由の少なくとも一部は、部品の数及び正確な寸法並びに製造による総合的な公差によって時間の経過と共に弁の不正確又は不確実な動作をもたらすことにある。更に、先行技術による弁は、励磁された時に最適とはいえない力しかもたらさないソレノイドを用いている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ソレノイド弁は、その設計及び使用に関して依然として改良の余地がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様は、弁管腔を画定する弁ブロックと、弁管腔内に摺動可能に配置されたポペットと、巻線管腔を画定する内面及び外面を有する環状巻線と巻線管腔内に配置された中心コア部分及び巻線の外面の外側に配置された環状コア部分を備えるコアとを備えるソレノイドと、巻線管腔内に配置された中心アーマチュア部分と巻線の外面の外側に配置された環状アーマチュア部分とを備えるアーマチュアであって、ポペットに一方の移動が他方の移動に変換されるように連動している、アーマチュアと、を備えるソレノイド弁である。
【０００７】
第１の態様の他の実施形態によれば、中心コア部分は、極面を有してもよく、環状コア部分は、中心コア部分の極面と同一平面上にある極面を有してもよく、中心アーマチュア部分は、極面を有してもよく、環状アーマチュア部分は、中心ナーマチュア部分の極面と同一平面上にある極面を有してもよい。コアの同一平面上の極面は、アーマチュアの同一平面上の極面と向き合っていてもよい。コアの同一平面上の極面は、第１の平面を画定してもよく、アーマチュアの同一平面上の極面は、第２の平面を画定してもよく、第１及び第２の平面は、環状巻線を貫通していてもよい。弁が励磁された時、コアの同一平面上の極面及びアーマチュアの同一平面上の極面は、各々、巻線の両端間の実質的に中間に位置するようになっていてもよい。ソレノイドは、ソレノイドを包囲するコイルカバーを更に備えていてもよい。
【０００８】
コアは、環状コア部分及び中心コア部分のそれぞれの極面の反対側にベースコア部分を備えてもよく、ベースコア部分は、環状コア部分及び中心コア部分と一体構造を形成していてもよい。コアは、ベースコア部分、環状コア部分、及び中心コア部分によって境界が定められた環状凹部を画定してもよく、巻線は、コアの環状凹部内に少なくとも部分的に配置されていてもよい。
【０００９】
アーマチュアは、環状アーマチュア部分及び中心アーマチュア部分のぞれぞれの極面の反対側にベースアーマチュア部分を備えてもよく、ベースアーマチュア部分は、環状アーマチュア部分及び中心アーマチュア部分と一体構造を形成していてもよい。アーマチュアは、ベースアーマチュア部分、環状アーマチュア部分、及び中心アーマチュア部分によって境界を定められた環状凹部を画定してもよく、巻線は、アーマチュアの環状凹部内に少なくとも部分的に配置されていてもよい。ベースアーマチュア部分及び中心アーマチュア部分は、アーマチュア管腔を画定してもよく、ポペットの一部がアーマチュア管腔内を通って配置されていてもよい。アーマチュア管腔は、巻線管腔と同軸に配置されていてもよい。
【００１０】
弁ブロックは、一体構造であって、弁管腔は、中心軸を画定し、軸に沿って中間部分によって第２の部分から分離した第１の部分を備え、第１の部分は、第１の一定弁直径を有する第１の内面を画定し、第２の部分は、第２の一定弁直径を有する第２の内面を画定し、中間部分は、第１及び第２の一定弁直径よりも大きい最大逃げ直径を有し、第１のシートが、第１の内面と中間部分との交点に画定され、第２のシートが、第２の内面と中間部分との交点に画定される、一体構造であってもよく、ポペットは、第１及び第２の一定弁直径よりも大きく、最大逃げ直径よりも小さい最大外径を有する拡大環状シートリングを有してもよい。
【００１１】
第１の一定弁直径は、第２の一定弁直径と同一であってもよい。拡大環状シートリングは、ポペットのシャフトと別体であり、該シャフトの周りに配置されていてもよい。軸に沿ったシートリングの長さは、軸に沿った中間部分の長さよりも短くなっていてもよい。ポペットのシートリングは、第１のシートに接触する第１の位置と第２のシートに接触する第２の位置との間で移動可能になっていてもよい。弁管腔の中間部分は、弁ブロックの外面に延在する中間通路に向かって半径方向に開いていてもよい。
【００１２】
本発明の第２の態様は、弁管腔を画定する弁ブロックと、弁管腔内に摺動可能に配置されたポペットと、ベース面及び反対側の極面を備える円筒状アーマチュアであって、極面の下方に、ベースアーマチュア部分、中心アーマチュア部分、及び環状アーマチュア部分によって境界が定められた環状凹部を画定し、ポペットに一方の移動が他方の移動に変換されるように連動している、円筒状アーマチュアと、ベース面及び反対側の極面を有する円筒状コアであって、極面の下方に、ベースコア部分、中心コア部分、及び環状コア部分によって境界が定められた環状凹部を画定する円筒状コアとコアの環状凹部及びアーマチュアの環状凹部内に少なくとも部分的に配置された環状巻線とを備えるソレノイドと、を備えるソレノイド弁である。
【００１３】
第２の態様の他の実施形態によれば、コアの極面は、中心コア部分及び環状コア部分の特徴的な同一平面上の面を含んでもよく、アーマチュアの極面は、中心アーマチュア部分及び環状アーマチュア部分の特徴的な同一平面上の面を含んでもよい。コアの極面は、アーマチュアの極面と向き合っていてもよい。コアの極面は、第１の平面を画定してもよく、アーマチュアの極面は、第２の平面を画定してもよく、第１及び第２の平面は、環状巻線を貫通していてもよい。ベースコア部分は、環状コア部分及び中心コア部分と一体構造を形成していてもよい。ベースアーマチュア部分は、環状アーマチュア部分及び中心アーマチュア部分と一体構造を形成していてもよい。ソレノイド弁は、ソレノイドを包囲するコイルカバーを更に備えていてもよい。
【００１４】
アーマチュアは、アーマチュア管腔を画定してもよく、ポペットの一部がアーマチュア管腔を通って配置されていてもよい。巻線は、巻線管腔を画定する内面を有してもよく、アーマチュア管腔は、巻線管腔と同軸に配置されていてもよい。中心コア部分は、巻線管腔内に配置されていてもよく、環状コア部分は、巻線の外面の外側に配置されていてもよい。中心アーマチュア部分は、、巻線管腔内に配置されていてもよく、環状アーマチュア部分は、巻線の外面の外側に配置されていてもよい。
【００１５】
本発明の第３の態様は、弁を作動させるためのソレノイドであって、ベース面及び反対側の極面を備える円筒状コアであって、極面の下方に、ベースコア部分、中心コア部分、及び環状コア部分によって境界が定められた環状凹部を画定する、円筒状コアと、円筒状コアの環状凹部内に配置された第１の部分及び極面の上方に延在する第２の部分を有する環状巻線と、ベース面及び反対側の極面を備える円筒状アーマチュアであって、極面の下方に、ベースアーマチュア部分、中心アーマチュア部分、及び環状アーマチュア部分によって境界が定められた環状凹部を画定する、円筒状アーマチュアと、を備え、環状巻線の第２の部分は、アーマチュアがアーマチュア及びコアのそれぞれの極面が第１の距離を隔てて離間する第１の位置と該極面が第１の距離よりも大きい第２の距離を隔てて離間する第２の位置との間で往復運動することができるように、アーマチュアの環状凹部内に配置可能になっている、ソレノイドである。
【００１６】
本発明の第４の態様は、弁を作動させるためのソレノイドであって、コア長さを画定するベース面及び反対側の極面、及び外面を備え、且つコア直径を有する円筒状コアと、コア直径よりも小さい巻線直径及び巻線長さを有する環状巻線であって、巻線長さの一部がコアの極面から延出するようにコア内に埋設される、環状巻線と、アーマチュア長さを画定するベース面及び反対側の極面、及び外面を備え、且つ巻線直径よりも大きいアーマチュア直径を有する円筒状アーマチュアと、を備え、アーマチュアは、巻線を受け入れるために、極面から延在する開口を備え、コアの極面から延出する巻線長さの一部の長さと実質的に等しい開口長さを有する、ソレノイドである。  
【００１７】
本発明の第５の態様は、弁管腔を画定する一体の弁ブロックであって、弁管腔は、中心軸を画定し、軸に沿って中間部分によって第２の部分から分離した第１の部分を備え、第１の部分は、第１の一定弁直径を有する第１の内面を画定し、第２の部分は、第２の一定弁直径を有する第２の内面を画定し、中間部分は、第１及び第２の一定弁直径よりも大きい最大逃げ直径を有し、第１のシートが、第１の内面と中間部分との交点に画定され、第２のシートが、第２の内面と中間部分との交点に画定される、弁ブロックと、弁管腔内に摺動可能に配置されたポペットであって、第１及び第２の一定弁直径よりも大きく、最大逃げ直径よりも小さい最大外径を備える拡大環状シートリングを有する、ポペットと、ポペットに一方の移動が他方の移動に変換されるように連動しているアーマチュアと、を備えるソレノイド弁である。
【００１８】
第５の態様の他の実施形態によれば、第１の一定弁直径は、第２の一定弁直径と同一であってもよい。拡大環状シートリングは、ポペットのシャフトと別体であり、該シャフトの周りに配置されていてもよい。軸に沿ったシートリングの長さは、軸に沿った中間部分の長さよりも短くなっていてもよい。ポペットのシートリングは、第１のシートに接触する第１の位置と第２のシートに接触する第２の位置との間で移動可能になっていてもよい。弁管腔の中間部分は、弁ブロックの外面に延在する中間通路に向かって半径方向に開いていてもよい。ソレノイド弁は、ソレノイドを包囲するコイルカバーを更に備えていてもよい。
【００１９】
本発明の第６の態様は、第１の端から反対側の第２の端に延在する弁管腔と、第１の端における弁管腔への第１の入口開口と、第２の端における弁管腔への第２の入口開口と、第１及び第２の端間の中間位置における出口開口と、第１の端から出口開口に延在し、第１のシート面をもたらす第１の管腔通路と、第２の端から出口開口に延在し、第２のシート面をもたらす第２の管腔通路と、を画定する一体の弁ブロックであって、第１の管腔通路は、第１の一定弁直径を有し、第２の管腔通路は、第２の一定弁直径を有し、中間位置が第１及び第２の一定弁直径よりも大きい最大逃げ直径を有する、一体の弁ブロックと、中間位置に配置された弁シートリングであって、第１及び第２の一定弁直径よりも大きく、最大逃げ直径よりも小さい直径を有し、第１のシート面と第２のシート面との間で往復運動し、第１の管腔通路及び第２の管腔通路を交互に封止するようになっている、弁シートリングと、を備えるソレノイド弁である。
【００２０】
本発明の第７の態様は、ソレノイド弁に用いられる弁ブロックであって、弁管腔を画定する一体構造を備え、弁管腔は、中心軸を画定し、軸に沿って中間部分によって第２の部分から分離した第１の部分を備え、第１の部分は、第１の一定弁直径を有する第１の内面を画定し、第２の部分は、第２の一定弁直径を有する第２の内面を画定し、中間部分は、第１及び第２の一定弁直径よりも大きい最大逃げ直径を有し、第１のシートが、第１の内面と中間部分との交点に画定され、第２のシートが、第２の内面と中間部分との交点に画定される、弁ブロックである。
【００２１】
第７の態様の他の実施形態によれば、キットが、前述の弁ブロックと、弁管腔内に摺動可能に配置され、第１及び第２の一定弁直径よりも大きく、最大逃げ直径よりも小さい最大外径を有する拡大環状シートリングを有するポペットと、を備えていてもよい。
【００２２】
本発明の第８の態様は、弁管腔を画定する一体の弁ブロックを備えるソレノイド弁を組み立てる方法であって、弁管腔は、中心軸を画定し、軸に沿って中間部分によって第２の部分から分離した第１の部分を備え、第１の部分は、第１の一定弁直径を有する第１の内面を画定し、第２の部分は、第２の一定弁直径を有する第２の内面を画定し、中間部分は、第１及び第２の一定弁直径よりも大きい最大逃げ直径を有する、方法において、拡大環状シートリングを弁管腔の中間部分内に導入するステップであって、拡大環状シートリングは、第１及び第２の一定弁直径よりも大きく、最大逃げ直径よりも小さい最大外径を有する、ステップと、ポペットのシャフトをシートリングを通して弁管腔内に導入するステップと、を含む方法である。
【００２３】
第８の態様の他の実施形態によれば、この方法は、シートリングをポペットのシャフトに固定するすステップを更に含んでいてもよい。拡大環状シートリングを弁管腔の中間部分内に導入するステップは、拡大環状シートリングを弁ブロックの外面と弁管腔の中間部分との間に延在する中間通路内に通すことを含んでいてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施形態によるソレノイド弁の斜視図である。
【図２】図１に示される弁の平断面図である。
【図３】図１に示される弁のソレノイド及びアーマチュアの構成部品の斜視断面図である。
【図４】図１に示される弁のソレノイド及びアーマチュアの構成部品の平断面図である。
【図５】図１に示される弁の弁ブロックの斜視断面図である。
【図６】図１に示される弁の弁ブロックの平断面図である。
【図７】図１に示される弁の弁ブロック及びポペットの一部の平断面図である。
【図８】図１に示される弁の弁ブロック及びポペットの平断面図である。
【図９】図８の平断面図の一部の拡大図である。
【図１０】図１に示される弁のポペットの特定の構成部品の斜視図である。
【図１１】図１０に示されるポペットの第１のシャフト部の斜視図である。
【図１２】図１０に示されるポペットの第２のシャフト部の斜視図である。
【図１３】図１に示される弁及び先行技術によるソレノイド弁のそれぞれのプル動作曲線を示す試験結果のプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
ソレノイド弁１００の第１の実施形態が図１−９に示されている。ソレノイド弁１００は、弁ブロック１０、ポペット４０、ソレノイド５０、及びアーマチュア７０を備えている。コイルカバー５９が、ソレノイド５０及びアーマチュア７０を包囲し、弁ブロック１０にしっかりと固定して接続されている。
【００２６】
弁ブロック１０は、中心軸１６に沿って延在する管腔１２を画定する一体構造物である。管腔１２は、弁ブロック１０の第１の端１１における第１の入口開口１４と、弁ブロック１０の反対側の第２の端１３における第２の入口開口１５とを備えている。管腔１２の第１の部分１７は、管腔１２の第２の部分１８から軸１６に沿って分離しており、中間部分１９が第１及び第２の部分１７，１８間に配置されている。２つの直交する通路が、軸１６に沿った第１及び第２の入口開口１４，１５間の位置において、管腔１２に接続されている。図５，６に示されるように、これらの通路の第１のものは、出口２３である。出口２３は、中間部１９に位置し、出口開口２０を介して管腔１２に接続されている。これらの通路の第２のものは、第２の出口２４である。第２の出口２４は、出口開口２９によって、中間部分１９と第２の端１４との間の位置において管腔１２に接続されている。
【００２７】
図７に示されるように、管腔１２の第１及び第２の部分１７，１８は、それぞれの内面によって画定された一定の内径１７Ｄ，１８Ｄを有している。これらの部分１７，１８の一定の内径１７Ｄ，１８Ｄの値は、好ましくは、同一であるが、互いに異なっていてもよい。対照的に、中間部分１９は、内径１７Ｄ，１８Ｄのいずれよりも大きい最大逃げ直径１９Ｄを有している。中間部分１９は、出口開口２０を（そこから弁ブロック１０の外面に向かって半径方向に延在する通路として）備えているので、好ましくは殆ど円筒状である中間部分１９の内面が最大逃げ直径１９Ｄを画定することになる。
【００２８】
種々の部分及び種々の直径を有する管腔１２のこの輪郭によって、第１及び第２のシート２１，２２が一体弁ブロック１０内に画定されている。第１のシート２１は、第１の部分１７と中間部分１９との交点に画定されている。同様に、第２のシート２２は、第２の部分１８と中間部分１９との交点に画定されている。図６−９に示されるように、中間部分１９の内面は、その両端に一定の内径１７Ｄ，１８Ｄから最大逃げ直径１９Ｄに延びる移行面を有している。これらの移行面は、環状であり、軸１６に対していくらか傾斜している。第１及び第２のシート２１，２２は、それぞれ、第１及び第２の部分１７，１８に対する中間部分１９のこれらの移行部の交点に形成されている。従って、第１及び第２のシート２１，２２は、それぞれ、内径１７Ｄ，１８Ｄと同一の直径を有する環状縁によって管腔１２を取り囲む環状面である。
【００２９】
ポペット４０は、管腔１２内において前後に移動するように摺動可能に配置されており、中間部分１９内に配置された拡大環状シートリング４１を有している。シートリング４１は、ポペット４０の主シャフト４２と別体であり、最大逃げ直径１９Ｄよりも小さく、内径１７Ｄ，１８Ｄよりも大きい最大外径４１Ｄを有している。シートリング４１は、第１のシート２１と接触する第１の位置と第２のシート２２と接触する第２の位置との間で移動可能となるように、シャフト４２の周りに配置されている。また、シートリング４１は、この運動を容易にするために、（管腔１２の軸１６に沿った）中間部分１９の長さよりも短い（ポペット４０の軸に沿った）長さを有している。
【００３０】
ポペット４０は、種々の位置に、具体的には、シートリング４１が第１及び第２のシート２１，２２の一方に押圧され、このシートを封止し、他方のシートを効果的に開く位置に移動可能である。図８，９を参照すると、加えられた力がポペット４０を右方に移動させると、シートリング４１は、第２のシートに係合し、これによって、第１のシート２１の位置に環状空間である通路を開く。その結果、第１の端１１又は第１の入口開口１４から第１の部分１７を通って中間部分１９の下方の出口２３の出口開口２０に至る通路又は進路が開く。第３の出口２６が中間部分１９と第１の端１１との間に管腔１２と連通する出口開口を備える場合、第１の部分１７を通るこの通路は、第３の出口２６を第１の部分１７を介して出口２３に接続することができる。逆に、加えられた力がポペットを左方に移動させると、シートリング４１は、第１のシート２１に係合し、これによって、第２のシート２２の位置に環状空間である通路を開く。その結果、第２の部分１８の下方の第２の出口２４から第２の部分１８を通って出口２３の出口開口２３又は第２の端１３又は第２の開口１５に至る通路又は進路が開く。使用中、この動作によって、ポペット４０が右側に配置されて第２のシート２２に係合した時、出口２３，２４間の通路を封止し、ポペット４０が左方に配置されて第１のシート２１に係合した時、出口２３，２４間の通路が開くことになる。これは、オン・オフ構成であるが、他の実施形態では、弁１００を用いて、第２の出口２４と第３の出口２６との間から出口２３に向かう方に流れを切換えることもできる。
【００３１】
図１０−１２に示されるように、ポペットの主シャフト４２は、第１及び第２のシャフト部分４３，４４として設けられている。第１及び第２のシャフト部分４３，４４は、弁１００の使用中、互いに固定して接続されるようになっている。これによって、弁ブロック１０の輪郭付された管腔１２に対するポペット４０の組立が容易になる。すなわち、先行技術による装置の欠点、すなわち、中実の一体ポペットの組立体を収容するために弁ブロックが多くの部品から構成されるという欠点を解消するために、本発明のポペット４０は、３つの構成部品から構成され、これらの構成部品は、一体的に形成された単一表面を備える管腔１２を有する一体弁ブロク１００に組み込まれ、これによって、弁１００の寿命、精度、及び性能を全体として高めることが可能になる。その結果、弁１００の全体の部品又は構成要素の数を少なくとも２５％減らし、これによって、公差が弁１００の最終設計にもたらす悪影響を著しく減少させ、故障の可能性を低減させることになる。
【００３２】
最初、ポペット４０の第１のシャフト部４３を、その後中心端４５が中間部分１９に隣接して位置するように、第１の端１１又は第２の端１３を介して管腔１２内に装填する。次いで、ポペット４０の第２のシャフト部４４を、その前中心端４６が第１のシャフト部４３の後中心端４５と隣接して位置するように、第２の端１３を介して管腔１２内に装填する。更に、シートリング４１を、管腔１２内の中心に位置するまで、出口２３及び出口開口２０を通して管腔の中間部分１９内に導入する。この後、第１及び第２のシャフト部４３，４４をシートリング４１の開空間を通して互いに前進させ、次いで、互いに接続させる。この接続は、第２のシャフト部４４の遠位端８８を第１のシャフト部４３の凹部８９内にねじ込むことによって、圧入することによって、又は（シャフト部４３，４４を適切に固定する）任意の他の手段によって、行うことができ、これによって、第１及び第２のシャフト部４３，４４は、図１０に示されるように、１つの一体化主シャフト４２として機能することになる。この接続中、シートリング４１は、主シャフト４２の中心部分の周りに固定されており、これによって、このシートリング４１も、図８，９に示されるように、ポペット４０の一体部品になる。
【００３３】
第１のシャフト部４３は、その後中心端４５に環状リップ４７を有している。環状リップ４７は、シートリング４１の開口の内径よりも大きい直径を有している。同様に、第２のシャフト部４３は、その前中心端４６の内方に位置する同様の寸法の環状リップ４８を有している。これによって、第１及び第２のシャフト部４３，４４が互いに固定された時、リップ４７，４８間の距離は、シートリング４１の幅とぴったりと一致する。これによって、ポペット４０がその最終の使用形態に組立てられると、シートリング４１は、主シャフト４２の軸に沿って強固に固定されることになる。いったんポペット４０の３つの構成部品が弁ブロック１０の管腔１２内において互いに強固に固定されたなら、この構造体を弁１００の他の構成部品に組み合わせることができる。
【００３４】
図２−４に示されるように、ソレノイド５０が弁ブロック１０に隣接して配置されている。ソレノイド５０は、コア又はコイル組立体５１及び環状巻線６４を備えている。コア５１及び環状巻線６４は、アーマチュア７０と協働して、新規の幾何学的形状を形成している。巻線は、ブラケット上の巻コイルから構成されている。コイルは、巻線及びボビンをコア５１に固定するためにエポキシ樹脂又は埋込樹脂内にカプセル化されている。巻線６４は、外面６５と、管腔６７を画定する内面６６とを有している。内面６６は、管腔６７の中心軸の方を向いており、外面６５は、管腔６７の中心軸から離れる方を向いている。内外面６６，６７は、管腔６７の中心軸と略直交する環状の端面によって、互いに接続されている。外面６５は、巻線直径を画定し、巻線長さは、その環状端面間の長さである。
【００３５】
コア５１は、中心部分を有するカップ状に形作られている。中心部分は、カップの凹部の底からカップの蓋まで延び、これによって、環状凹部が形成されている。すなわち、コア５１は、中心コア部分５２と、環状コア部分５３と、ベース面５８を有するベースコア部分５４とを有する円筒状の一体構造物である。中心コア部分５２及び環状コア部分５３は、それぞれ、同一平面上の極面５５，５６を有している。これらの極面５５，５６は、協働して、ベースコア部分５４と向き合う１つの極面８４を構成する。この極面８４は、もしこの極面８４を１つの平面とみなした場合、巻線６４を貫通していることになる。環状コア部分５３の外面は、コア直径を画定し、コア５１の長さは、コア５１の中心軸に沿ってベース面５８と極面８４との間の距離として画定される。コア直径は、巻線直径よりも大きい。中心コア部分５２の中心軸に対する中心コア部分５２と環状コア部分５３との間の半径方向の空間が、コア５１の環状凹部５７を画定する。すなわち、環状凹部５７は、ベースコア部分５４、中心コア部分５２、環状コア部分５３，及び極面８４によって画定された面によって、境界が定められている。
【００３６】
アーマチュア７０は、ベースアーマチュア部分７４及び中心アーマチュア部分７２を貫通する中心管腔７８を備えることを除けば、コア５１と同様の形状を有している。弁１００において、管腔１２，６７，７８は、同軸且つ同心となるように配置されている。すなわち、アーマチュア７０は、中心アーマチュア部分７２、環状アーマチュア部分７３、及びベース面７９を有するベースアーマチュア部分７４を有する円筒状の一体構造物である。中心アーマチュア部分７２及び環状アーマチュア部分７３は、それぞれ、同一平面上の極面７５，７６を有している。極面７５，７６は、協働して、ベースアーマチュア部分７４と反対側に位置する極面８６を構成する。この極面８６は、もしこの極面８６を１つの平面とみなした場合、巻線６４を貫通していることになる。環状コア部分７３の外面は、巻線直径よりも大きいアーマチュア直径を画定し、アーマチュア７０の長さは、アーマチュア７０の中心軸に沿ったベース面７９と極面８６との間の距離として画定されている。中心アーマチュア部分７２の中心軸に対する中心アーマチュア部分７２と環状アーマチュア部分７３との間の半径方向の空間は、アーマチュア７０の環状凹部７７を画定する。すなわち、環状凹部７７は、ベースアーマチュア部分７４、中心アーマチュア部分７２、環状アーマチュア部分７３、及び極面８６によって画定された面によって、境界が定められている。
【００３７】
コア５１の中心コア部分５２及びアーマチュア７０の中心アーマチュア部分７２は、巻線６４の管腔６７内に半径方向に配置されている。コア５１の環状コア部分５３及びアーマチュア７０の環状アーマチュア部分７３は、巻線７０の外面６５の半径方向外方に配置されている。すなわち、巻線６４は、コア５１の環状凹部５７内に少なくとも部分的に半径方向に配置されると共に、アーマチュア７０の環状凹部７７内に少なくとも部分的に配置され、これによって、コア５１の同一平面上の極面５５，５６が、アーマチュア７０の同一平面上の極面７５，７６と向き合うことになる。換言すれば、巻線６４は、その長さの一部がコア５１の極面８４を超えて延出するように、コア５１の環状凹部５７内に埋設されている。アーマチュア７０の環状凹部７７の深さは、巻線の長さのこの延出部分と少なくとも等しく、これによって、巻線６４のこの延出部分は、環状凹部７７内に受け入れられることになる。
【００３８】
一実施形態では、コア５１の環状凹部５７の深さは、巻線長さの５０％と実質的に等しく、環状凹部７７の深さは、巻線長さの５０％と実質的に等しい。これによって、弁１００が励磁されると、コア５１の同一平面上の極面５５，５６及びアーマチュア７０の同一平面上の極面７５，７６が、各々、巻線６４の両端間の実質的に中央に位置することになる。他の実施形態では、環状凹部５７及び環状凹部７７の組合せ長さは、巻線長さと実質的に等しく、環状凹部５７及び環状凹部７７は、各々、巻線長さの少なくとも４５％からなる。換言すれば、弁１００が励磁されたなら、コア５１の同一平面上の極面５５，５６及びアーマチュア７０の同一平面上の極面７５，７６は、巻線の中心から１０％の範囲内に位置し、又は巻線の各端から巻線長さの少なくとも４５％の箇所に位置するようになっている。
【００３９】
ソレノイド５０の新規の幾何学的形状によれば、ソレノイド５０の作動中、巻線６４を貫通する極面８４，８６が磁気経路を横断する。先行技術による装置は、巻線を貫通する面によって画定される極面を備えていない。むしろ、先行技術による装置では、もしコア及びアーマチュアの一方が本明細書に記載される弁１００のコア５１又はアーマチュア７０のいずれかと同様に設計されたなら、この構造によって画定される環状凹部は、巻線の全体を収容する深さを有し、コア及び巻線の他方は、途切れの全くない円形の極面を有することになる。これによって、もし先行技術による装置のコア又はアーマチュアが２つの極面を有するなら、これらの極面は、巻線の端に位置し、巻線の長さの中央部分に位置しない。先行技術の設計の他の一般的な特徴として、空隙、すなわち、コア及びアーマチュアの互いに向き合った極面間の距離は、巻線管腔内にのみ位置するようになっている。
【００４０】
弁１００のこの設計によれば、弁１００が励磁された時、巻線６４の両端間の中心に位置する空隙において、コア５１とアーマチュア７０との間の最大力が生じる。この中心位置は、最大磁束の位置と一致する。何故なら、この位置は、巻線６４に沿った（磁気力が巻線６４の管腔の軸と平行又は実質的に平行となる）箇所だからである。磁束は、巻線の端では小さくなる。何故なら、磁束は、巻線の端において巻線の管腔の軸に対して大きく傾斜するからである。それ故、巻線の端に空隙を有する先行技術による装置は、小さい力しかもたらすことができず、従って、小さな力しか利用することができない。空隙を弁１００の巻線６４の中心に配置することによって、空隙の実際の幅にもよるが、２０％から５０％大きい力を生じさせることができる。
【００４１】
本発明による弁１００は、２つの同一平面上の極面５５，５６を有するコア５１と、２つの同一平面上の極面７５，７６を有するアーマチュアとを備え、これらの面は、いずれも、巻線６４の中心軸と同一線上の中心軸を有している。
【００４２】
アーマチュア７０は、中心管腔７８内を通る端部を有するポペット４０と連動しており、これによって、一方の移動が他の移動に変換されることになる。ポペットの第１のシャフト部４３の外端４９は、アーマチュアの管腔７８内に配置されるように寸法決めされている。バネ６０が、外端４９の周りに配置され、外端４９にねじ込まれたナットとアーマチュア７０のベース面７９の（管腔７８の端に対応する）位置におけるフランジとの間に固定されている。このように、バネ６０によって、アーマチュア７０及びポペット４０は、互いに付勢され、静止時に互いに緊密に接続されることになる。ポペット４０に向かうアーマチュア７０の移動によって、ポペット４０の対応する移動が生じるが、これは、バネ６０の張力及び図７に示されるポペット４０の環状面３９に直接作用するアーマチュアのベース面７９の力に基づくものである。ポペット４０から離れる方へのアーマチュア７０の移動によって、ポペット４０は、同一の方向に沿って、バネ６０の力を介して能動的に引っ張られることになる。アーマチュア７０及びポペット４０は、第１及び第２のシート２１，２２におけるポペット４０の位置ずれを防ぐために、接続されていない（すなわち、一体片ではなく別体である）。
【００４３】
弁１００が設置される時、コア５１、巻線６４、及びコイルカバー５９に接続されたソレノイドキャップ６８は、予め固定された定常状態にある。アーマチュア７０は、図３に示されるように、その環状凹部７７の下方に環状凹部７７に向かって開いた３つのバネ凹部８０を備えている。図２に示されるように、各バネ凹部８０内にバネ６１が配置されている。バネ６１は、巻線６４の隣接する端面及びアーマチュア７０のバネ凹部８０の底に圧力を加え、常時、アーマチュア７０を巻線６４及びコア５１から離れる方に押圧するものである。ソレノイドキャップ６８及びコイルカバー５９の定常構造は、コア５１及びアーマチュア７０の各々がこの定常構造内に装着される前に、コア５１がアーマチュア７０から離間することが可能な最大距離を画定している。これによって、バネ６１は、弁１００を静止位置に維持することになる。この静止位置は、アーマチュア７０が弁ブロック１０に向かって移動し、これに応じて、ポペット４０が（シートリング４１が第２のシート２２に接触する）脱磁位置に配置される、位置である。
【００４４】
弁の操作中、電流が巻線６４に流れると、電磁場がソレノイド５０の周りに生じ、これによって、アーマチュア７０をコア５１に対して吸引する。バネ６０を介するアーマチュア７０とポペット４０との接続によって、弁１００が励磁されると、ポペット４０が移動する。アーマチュア７０は、弁１００が励磁された時の第１の位置と弁１００が脱磁された時の第２の位置との間で往復運動することが可能である。第１の位置では、アーマチュア７０及びコア５１の極面８６，８４が第１の距離を隔てて互いに離間するか又は均一に接触し、第２の位置では、例えば、図２に示されるように、極面８６，８４が第２の大きな距離を隔てて互いに離間するようになっている。
【００４５】
この往復運動によって、ポペット４０は、弁１００のこれらの励磁状態及び脱磁状態に対応して、それぞれ、シート２１，２２に正確に接触することになる。第１及び第２のシート２１，２２間のポペット４０の移動距離は、約一万分の１インチである。但し、同様のソレノイド弁の種々の形態及び寸法によって、ポペットの移動長さは、異なることがある。このようにして、シートリング４１は、第１及び第２のシート２１，２２間で往復運動し、述したように、第１及び第２の部分１７，１８を交互に封止することになる。
【００４６】
弁１００のようなソレノイド弁を組み立てる時、第１のシート２１及び第２のシート２２のそれぞれに加えられる負荷は、適切に設定されるべきであり、且つ均衡化されるべきである。弁１００では、第１のシート２１は、励磁シートである。すなわち、励磁されたアーマチュア７０がコア５１に向かって移動し、ポペット４０が第１のシート２１に向かって移動し、これによって、ポペット４０が第１のシート２１に加圧接触するようになっている。一方、第２のシート２２は、脱磁シートである。すなわち、ポペット４０は、励磁されたアーマチュア７０によってもたらされる反力が失われることによって、バネ６１の影響によって第２のシート２２に対して付勢されるようになっている。
【００４７】
ポペット４０は、弁ブロック１０の管腔１２内における組立を容易にするために３つの部品から構成されると前述されているが、単一の一体装置として構成されてもよい。これは、付加製造又は３Ｄ印刷によって行うことができる。具体的には、ポペット４０及び弁ブロック１０は、付加製造手順において同時に製造される。これによって、シートリング４１を管腔１２の中間部分１９に配置し、ポペット４０及び弁ブロック１０を別体の相対的に移動可能な構成部品として作製することができる。これによって、全部品点数を更に削減し、弁１００の長期使用を可能とし、使用中の故障を未然に防ぐことができる。
【００４８】
ソレノイド５０は、弁１００の構成部品と別に供給され、特にアーマチュア７０又は異なる構成のアーマチュアと共に他の設備内において用いられてもよい。すなわち、ソレノイド５０は、それのみが梱包された状態で供給されてもよいし、アーマチュア７０又は別のアーマチュアと共にキット内に梱包された状態で供給されてもよいし、アーマチュア７０（又は異なるアーマチュア）及びポペット４０と共にキット内に梱包された状態で供給されてもよいし、弁１００の一部として梱包された状態で供給されてもよい。
【００４９】
弁１００の構造に用いられる材料として、以下のものが挙げられる。ポペット４０の第１及び第２のシャフト部４３，４４は、ステンレス鋼、青銅、ニッケル合金、等によって作製される。シートリング４１は、ポリイミド、ＰＥＥＫ、ＰＴＦＥ、ナイロン、ＰＣＴＦＥ、等のプラスチックによって作製される。コア５１及びアーマチュア７０は、低炭素鋼又は電気鉄によって作製される。コイルカバー５９及びコイル架台は、アルミニウムから作製される。弁１００の他の部分、例えば、弁ブロック１０は、アルミニウム、ステンレス鋼、青銅、ニッケル合金、等の金属によって作製される。勿論、これらの材料と特性及び性能において同様の材料が用いられてもよい。
【００５０】
弁１００の試験によって、先行技術によるソレノイド弁を上回る弁１００の性能が明らかになっている。特に、図１３は、弁１００及び先行技術によるソレノイド弁のそれぞれのプル動作曲線を示している。先行技術によるソレノイドは、平坦面を有するアーマチュアを有している。このアーマチュアは、ソレノイドの環状巻線の端、すなわち、図２に示される巻線組立体の右側に配置されている。先行技術による弁のコアは、弁１００のコア５１の環状凹部よりも深い環状凹部を有し、これによって、先行技術によるソレノイド弁の巻線組立体の全体が、コアによって画定された環状凹部内に配置されている。プル動作曲線は、各々、アーマチュアに作用する磁気コイル力（ポンド）対コア及びアーマチュアのそれぞれの極面間の空隙（ストローク）（インチ）の比較を示している。図１３に示されるように、ライン１０１は、弁１００のプル動作曲線を示し、ライン１は、先行技術による弁のプル動作曲線を示している。弁１００のアーマチュア７０に作用する磁気コイル力の値は、空隙の各値において、先行技術による弁のアーマチュアに作用する磁気コイル力の値よりも大きい。これは、コア５１の極面５５，５６及びアーマチュア７０の極面７５，７６が巻線６４の両端間の実質的に中央に配置されているからである。このデータは、ポペット４０を移動させるためのより大きな力が迅速に得られ、これによって、流路を開閉させる弁１００の動作の精度を高めることができることを示している。また、このデータは、弁ブロック１０内のシート２１，２２におけるポペット４０のシール性を維持するための大きな保持力が得られることを示している。これらの全てによって、（コイルの一端においてのみ空隙が巻線管腔の内側及び巻線外面の外側に位置する）平坦面アーマチュアを有する先行技術による弁と比較した時、弁１００のすぐれた性能が得られることになる。
【００５１】
以上、特定の実施形態を参照して、本発明を説明してきたが、これらの実施形態が本発明の原理及び応用の単なる例示にすぎないことを理解されたい。それ故、例示的実施形態に対して多数の修正がなされてもよいこと、及び添付の請求項に規定される本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、他の構成が考案されてもよいことを理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【外国語明細書】
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