JP2000274546A - 電磁式油圧弁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スプールに作用する流体力を加味して、スプ
ール及びプランジャに働く軸力の値が、全ストローク範
囲内において大きく、かつ、一定の値となるようにす
る。 【解決手段】 ３ポート２位置切換型のスプール弁機構
部と、スプール６を駆動するソレノイド機構部と、から
なる電磁式油圧弁装置において、スプール弁機構部は、
油圧ポンプ側につながる供給ポート７１、所定の油圧機
構側につながる制御ポート７２、リザーブタンク側につ
ながるドレーンポート７３を有するポート部７と、これ
ら各ポートへの圧油の流れを切換制御するスプール６
と、からなる。ソレノイド機構部は、スプール６を駆動
するシャフト５と、シャフト５と一体的に形成されるプ
ランジャ２と、当該プランジャ２を一定の方向に駆動す
るソレノイドコア１と、ソレノイドコア１に磁力を与え
るソレノイド３と、プランジャ２及びシャフト５に反力
を与えるスプリング４と、からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁式油圧弁装置
に関するものであり、特に、スプールバルブを有する電
磁式油圧弁装置において、スプールに作用する軸力がス
プールの全ストローク範囲内において一定の値となるよ
うにした電磁式油圧弁装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の電磁式油圧弁装置においては、油
圧弁を駆動するソレノイド機構部におけるプランジャ吸
引力が、その全ストローク範囲内において一定の値とな
るようにするとともに、吸引力の絶対値が大きくなるよ
う種々の工夫が成されている（例えば特開平１０−１２
２４１２号公報等）。また、ソレノイド機構部の構成と
しては、例えば特公昭６０−４４５４０号公報に記載さ
れているようなものが知られている。このものは、ソレ
ノイドコアに、プランジャの一方の端部が挿入される凹
陥部を設け、この凹陥部の外周縁部の先端部のところに
テーパ部を設けるようにしたものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
ものは、油圧弁機構に作用する力、すなわち、ソレノイ
ド機構部におけるプランジャへの吸引力が、そのストロ
ーク範囲内において、一定の値となるように工夫されて
いるものであり、いわゆるリニアソレノイドを形成する
ようになっているものである。一方、油圧弁機構はスプ
ール弁からなり、リニアソレノイド機構によって駆動さ
れるスプール弁のランド部が油圧ポートの開度を制御す
るものであるが、スプール弁の切換作動中において、ス
プール弁のランド部と各油圧ポートとの間を圧油が噴流
となって流れると、上記スプール弁には、上記ランド部
が上記油圧ポートを閉じるように軸力が作用することと
なる。すなわち、スプール弁の軸方向には、ソレノイド
機構部の吸引力、スプリングの付勢力等の他に流体力が
作用することとなる。従って、このようなスプール弁を
有するソレノイドバルブ装置（電磁式油圧弁装置）にお
いては、スプール弁の全ストローク範囲にわたって、当
該スプール弁を駆動するソレノイドの、その吸引力を一
定の状態に保つ必要が無い。例えば、ソレノイド機構部
におけるプランジャ（スプール弁）への吸引力が、油圧
ポートを閉じる（あるいは開く）方向に働くように構成
されているものにおいては、むしろ、油圧ポートを塞ぐ
寸前においてはソレノイドの吸引力（作動力）を低下
（あるいは上昇）させる必要がある。また、特公昭６０
−４４５４０号公報に記載されたもの等においては、ソ
レノイドコアからプランジャに流れる磁束が、ソレノイ
ドコアのテーパ部で絞られ、この絞られた状態の磁束が
プランジャに作用することとなるので、プランジャに多
くの磁束を作用させることができず、ソレノイド機構部
を大型化しないと大きな吸引力を得ることはできない。
このような観点に立って、例えば３ポート２位置切換方
式のスプール弁を駆動する、その作動力を、上記流体力
を考慮した状態で、装置全体として一定の値となるよう
にした電磁式油圧弁装置を提供しようとするのが、本発
明の目的（課題）である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明においては次のような手段を講ずることとし
た。すなわち、スプール弁を駆動するプランジャと、当
該プランジャを吸引駆動するものであって固定鉄片から
なるソレノイドコアと、当該ソレノイドコアに磁力を生
じさせるソレノイドと、上記スプール弁及びプランジャ
を上記ソレノイドコアに生じた磁力に基づく吸引力に対
抗して駆動するようばね反力を発揮するスプリングと、
からなるスプール弁駆動用のソレノイド機構部を有する
電磁式油圧弁装置に関して、上記ソレノイドコアの上記
プランジャと対向する側に、当該プランジャを受け入れ
る凹部を設けるとともに、当該凹部の外周縁部のところ
に、その先端部側から、円筒部及び当該円筒部に連続し
て形成される円錐部を設けるようにした構成を採ること
とした。

【０００５】このような構成を採ることにより、本発明
のものにおいては次のような作用を呈することとなる。
すなわち、ソレノイド機構部におけるプランジャ吸引力
は、プランジャ及び当該プランジャにつながるスプール
のストロークエンド部付近において大きな値を得ること
ができるようになる。また、プランジャのストローク範
囲の中間部においては、プランジャ吸引力は低下するこ
ととなるが、当該プランジャにつながるスプールには各
ポート隙間を流れる流体の影響による流体力が作用しな
いようになる。この流体力と上記ソレノイドコアの吸引
力との相互作用を利用することにより、上記スプール及
びプランジャを、その全ストローク範囲内において、大
きな値の作動力を有する状態で、かつ、その作動力が略
一定の値を有する状態で駆動することができるようにな
る。その結果、上記スプール及びプランジャは、その位
置が正確に制御されることとなる。また、ソレノイドコ
アの円錐部で絞られた磁束の流れを、円筒部で、その絞
りを解いた状態でプランジャに伝播させることができる
ようになるので、プランジャに多くの磁束を作用させる
ことができるようになる。その結果、全ストローク範囲
内において全体的に大きな吸引力（作動力）を発揮させ
ることができるようになる。

【０００６】次に、請求項２記載の発明について説明す
る。このものも、その基本的な点は、上記請求項１記載
のものと同じである。その特徴とするところは、スプー
ル弁機構部を３ポート２位置切換型のものからなるよう
にしたことである。すなわち、本発明のものにおいて
は、３ポート２位置切換型のスプール弁機構部を有する
ものであって、そのスプール弁を駆動するソレノイド機
構部が、上記スプール弁を駆動するプランジャと、当該
プランジャを吸引駆動するものであって固定鉄片からな
るソレノイドコアと、当該ソレノイドコアに磁力を生じ
させるソレノイドと、上記スプール弁及びプランジャを
上記ソレノイドコアに生じた磁力に基づく吸引力に対抗
して駆動するようばね反力を発揮するスプリングと、か
らなる電磁式油圧弁装置に関して、上記ソレノイドコア
の上記プランジャと対向する側に、当該プランジャを受
け入れる凹部を設けるとともに、当該凹部の外周縁部の
ところに、その先端部側から、円筒部及び当該円筒部に
連続して形成される円錐部を設けるようにした構成を採
ることとした。このような構成を採ることにより、本発
明のものにおいても、上記請求項１記載のものと同様、
全ストローク範囲内において大きな吸引力（作動力）を
得ることができるようになる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、図
１ないし図３を基に説明する。本実施の形態に関するも
のの、その構成は、図１に示す如く、各ポート及び当該
各ポートの流量制御を行なうスプール６等から成る３ポ
ート２位置切換型のスプール弁機構部（Ｖ）と、当該ス
プール弁機構部（Ｖ）を形成するスプール６に連結して
当該スプール６を駆動するソレノイド機構部（Ｓ）と、
からなることを基本とするものである。このような構成
からなるものにおいて、上記スプール弁機構部（Ｖ）
は、油圧ポンプ側につながる供給ポート７１、所定の油
圧装置側につながる制御ポート７２、リザーブタンク側
につながるドレーンポート７３の三つのポートを有する
ポート部７と、これら各ポート７１、７２、７３への圧
油の流れを切換制御するものであって、少なくとも一以
上のバルブランド部６６を有するスプール６と、からな
るものである。

【０００８】次に、このような構成からなる上記スプー
ル６を、その軸方向に駆動するソレノイド機構部（Ｓ）
は、基本的には既存のソレノイド装置からなるものであ
り、上記スプール６に連結して当該スプール６を、その
軸方向に駆動するシャフト５と、当該シャフト５と一体
的に形成されるものであって可動鉄片からなるプランジ
ャ２と、当該プランジャ２を一定の方向に駆動するもの
であって固定鉄片からなるソレノイドコア１と、当該ソ
レノイドコア１に磁力を与えるソレノイドコイル（ソレ
ノイド）３と、当該ソレノイド３及びソレノイドコア１
の磁力により所定の方向に駆動（吸引）される上記プラ
ンジャ２及びシャフト５の、その駆動力（吸引力）に反
発するようにばね反力を発揮するスプリング４と、から
なることを基本とするものである。

【０００９】このような構成からなるものにおいて、上
記ソレノイドコア１は、強磁性体からなるものであっ
て、その基本形態は、図１及び図２に示す如く、同じ強
磁性体からなるプランジャ２の、その一方の端部２１と
対向する部分が、上記プランジャ２の一方の端部２１の
挿入される凹陥部１２を有するようになっているもので
ある。そして、この凹陥部１２の、その外周縁部の先端
部のところには円筒部１１が設けられ、更に、当該円筒
部１１のところからは、当該円筒部１１に連続して円錐
部１５が設けられるようになっているものである。な
お、このような構成からなるソレノイドコア１の上記凹
陥部１２内に、その一方の端部２１が挿入されるプラン
ジャ２は、全体が円筒状の形態から成るとともに、その
中心部のところには、上記スプール６の一方の先端部と
接触して、本スプール６を、その軸方向に駆動するシャ
フト５が一体的に設けられるようになっているものであ
る。そして、このようなシャフト５と上記スプール６と
の接触部のところには、これらシャフト５及びスプール
６を上記ソレノイドコア１に生じた磁力に基づく吸引力
に対抗するように付勢する（ばね反力を与える）スプリ
ング４が設けられるようになっている（図１参照）。な
お、この図１の上半部（Ａで示す部分）は、スプール６
が最小ストロークの状態を示すものであり、下半部（Ｃ
で示す部分）は、スプール６が最大ストロークの状態を
示すものである。そして、上記（Ａ）、（Ｃ）の状態
は、図２、図３における（Ａ）、（Ｃ）の状態に対応す
るようになっているものである。

【００１０】次に、このような構成からなる本実施の形
態のものについての、その作動態様等について、図２及
び図３を基に説明する。まず、プランジャ２がソレノイ
ドコア１の凹陥部１２に対して最も離れている図２の
（Ａ）の状態においては、ソレノイドコア１の先端部に
形成された円筒部１１とプランジャ２の一方の端部２１
との間における磁力線（磁束）の状態は、図２の（Ａ）
に示す如く、磁束の大部分が、ソレノイドコア１の円筒
部１１の端面１１ａまたはプランジャ２の端部２１を通
過して、ソレノイドコア１及びプランジャ２の軸線方向
に略沿った状態で伝播するようになっている。そして、
このときの磁束の状態は密になっている。また、軸線方
向の分力（Ｆ）の値も、適度の大きさを有するようにな
っている。従って、この状態においては、プランジャ吸
引力は、図３の（Ａ）に示す如く、ある程度の大きさを
有することとなる。特に、本実施の形態のものにおいて
は、図２の（Ａ）に示す如く、所定の厚み（ｄ）を有す
る円筒部１１が設けられるようになっていることより、
この円筒部１１を経由してプランジャ２の一方の端部２
１に伝播される磁束の量も、比較的多くなっている。ま
た、これら磁束（磁力線）の状態もプランジャ２の軸線
方向のベクトル値が大きくなるように成っている。これ
らのことからもプランジャ吸引力としてはある程度の値
が得られることとなる。なお、この（Ａ）の状態におい
てはスプール６のランド部６６により、制御ポート７２
とドレーンポート７３とが連通しており、ランド部６６
と制御ポート７２との間を油が噴流となって流れ、これ
によって、スプール６には、図１において左向きの流体
力、すなわち、制御ポート７２を閉ざす方向に働く軸力
が作用することとなる。

【００１１】次に、プランジャ２がある程度量移動した
中間部の位置においては、図２の（Ｂ）に示す如く、ソ
レノイドコア１の凹陥部１２内には、プランジャ２があ
る程度量進入した状態となる。ところで、この状態にお
いては、磁力線（磁束）の状態は、主にソレノイドコア
１の円筒部１１の内周面のところからプランジャ２の円
筒面２２のところへと、軸線に対して直交する方向へ伝
播するようになる。その結果、プランジャ２を、その軸
線方向に吸引するように作用するベクトル値（Ｆ）は小
さな値となる。すなわち、この中間位置におけるプラン
ジャ吸引力は、図３の（Ｂ）に示すように低下する。こ
の位置は、図１の（Ａ）と（Ｃ）との中間位置であり、
ランド部６６が制御ポート７２を閉ざした状態（位置）
であるので、当該プランジャ２に連結されるスプール６
の、その軸方向には流体力が作用しない。

【００１２】次に、プランジャ２がソレノイドコア１の
凹陥部１２内に深く進入したフルストロークの状態にお
いては、図２の（Ｃ）に示す如く、プランジャ２の一方
の端部２１は、ソレノイドコア１の凹陥部１２の底面に
限りなく近づくこととなる。そして、このときの磁力線
（磁束）の状態は、図２の（Ｃ）に示す如く、主にソレ
ノイドコア１の円筒部１１の内周面のところからプラン
ジャ２の円筒面２２のところへと伝播するようになって
いる。しかしながら、この場合においては、プランジャ
２の端部２１とソレノイドコア１の凹陥部１２の底面と
の間には大きな吸引力が作用している。すなわち、当該
磁力線のプランジャ軸線方向のベクトル値（Ｆ）は大き
な値となる。従って、プランジャ吸引力は、図３の
（Ｃ）に示す如く、大きな値となる。この（Ｃ）の状態
においては、図１の下半部に示す如く、ランド部６６の
右側において、制御ポート７２と供給ポート７１との間
が連通しており、当該ランド部６６の右側と制御ポート
７２との間を油が噴流となって流れている。従って、ス
プール６には、図１における右向きの流体力、すなわ
ち、制御ポート７２を閉じる方向に働く軸力が作用する
こととなる。

【００１３】このように、ソレノイド機構部（Ｓ）の吸
引力は、最小となる（Ｂ）位置（図３のＢ１からＢ２に
いたる範囲）を間に、（Ａ）位置または（Ｃ）位置へ向
けて漸増するような特性となっている。次に、スプール
６に作用する上記流体力とソレノイド機構部（Ｓ）の吸
引力との関係について説明する。まず、図３の（Ａ）位
置から（Ｂ１）位置へプランジャ２が移動する行程は、
スプール６のランド部６６が制御ポート７２を閉ざして
行くように作動する行程である。この状態においては、
スプール６には、図１において上半部に示す左向きの流
体力が作用している。そして、この流体力は流量に比例
して作用するため、上記制御ポート７２の開口面積が最
も大きくなる（Ａ）の位置（状態）で上記流体力は最大
の値となる。そして更に、（Ａ）の位置ではソレノイド
機構部（Ｓ）の吸引力もある程度の値を有するようにな
っている。このような最大の流体力とある程度の値を有
する吸引力との和に対抗するように上記スプリング４の
ばね反力が作用して、上記スプール６は所望の位置に保
持されることとなる。ついで、上記（Ａ）位置から（Ｂ
１）位置へとプランジャ２が移動し、制御ポート７２の
開口面積が減少して行くのにともない、上記流体力も減
少して行くこととなる。この行程においては、上記吸引
力及び流体力も漸減する。そして、これらの合算された
力に対抗するようにスプリング４のばね反力が作用し
て、上記スプール６は所望の位置に保持されることとな
る。また、（Ｂ）位置にあっては、上記のようにスプー
ル６に流体力が作用しなくなるので、この位置において
最小値を示す吸引力によって、上記スプール６は所望の
位置に保持されることとなる。次に、（Ｂ２）位置から
（Ｃ）位置へプランジャ２が移動する行程は、スプール
６のランド部６６が制御ポート７２の開口面積を漸増し
て行く行程である。この状態においては、スプール６に
は、図１の下半部に示す右向きの流体力が作用すること
となる。そして、この流体力は流量に比例することとな
るので、上記開口面積の増加に伴って流体力も増加して
行き、（Ｃ）の位置で最大となる。そして、ソレノイド
機構部（Ｓ）の吸引力も（Ｂ２）の位置から漸増し、
（Ｃ）の位置で最大となる。従って、（Ｂ２）の位置か
ら（Ｃ）の位置への行程においては、上記流体力に抗す
る吸引力が得られることとなり、これらが相互にキャン
セルしあってスプール６は所望の位置に保持されること
となる。このように本実施の形態にかかる電磁式油圧弁
装置においては、スプール弁機構部（Ｓ）のスプール６
に作用する流体力に基づく軸力を、ソレノイド機構部
（Ｓ）の吸引力と相互に作用し合うようにし、これによ
って、スプール６（プランジャ２）の全ストローク範囲
にわたって、その位置制御を正確に行なわしめることが
できるようになる。また、ソレノイドコア１の外周縁部
の先端部を、円錐部１５と、これに続く円筒部１１とか
らなるようにしたので、ソレノイドコア１からプランジ
ャ２に流れる磁束は、円錐部１５で一度絞られることと
なるが、上記円筒部１１のところで、その絞り状態が解
かれた状態でプランジャ２へと伝播されることとなる。
従って、プランジャ２には多くの磁束を作用させること
ができるようになり、ソレノイド機構部（Ｓ）を大型化
することなく大きな吸引力を得ることができるようにな
る。

【００１４】

【発明の効果】本発明によれば、例えば３ポート２位置
切換型のスプール弁機構部を有するものであって、その
スプール弁を駆動するソレノイド機構部が、上記スプー
ル弁を駆動するプランジャと、当該プランジャを吸引駆
動するものであって固定鉄片からなるソレノイドコア
と、当該ソレノイドコアに磁力を生じさせるソレノイド
と、上記スプール弁及びプランジャを上記ソレノイドコ
アに生じた磁力に基づく吸引力に対抗するように駆動す
るばね反力を発揮するスプリングと、からなる電磁式油
圧弁装置に関して、上記ソレノイドコアの上記プランジ
ャと対向する側に、当該プランジャを受け入れる凹部を
設けるとともに、当該凹部の外周縁部のところに、その
先端部側から、円筒部及び当該円筒部に連続して形成さ
れる円錐部を設けるようにした構成を採ることとしたの
で、ソレノイド機構部におけるプランジャ吸引力として
は、プランジャ及び当該プランジャにつながるスプール
のストロークエンド部付近において大きな値を得ること
がでるようになった。また一方、プランジャのストロー
ク範囲の中間部においては、プランジャ吸引力は低下す
ることとなるが、当該プランジャにつながるスプールに
は、各ポート隙間を流れる流体の影響による流体力が作
用しなくなるので、この間においては上記プランジャ及
びスプールには相対的にある程度の値を有する作動力を
作用させることができるようになった。このように、上
記スプール及びプランジャには、その全ストローク範囲
内において大きな作動力が一定の状態で作用するように
なり、その位置制御が正確に行なわれるようになった。
また、ソレノイドコアの円錐部で絞られた磁束の流れ
を、円筒部で、その絞りを解いた状態でプランジャに作
用させるようにしたので、プランジャに多くの磁束を作
用させることができるようになった。その結果、ソレノ
イド機構部を大型化することなく、全ストローク範囲内
において全体的に大きな作動力（吸引力）を発揮させる
ことができるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の全体構成を示す縦断面図である。

【図２】本発明の主要部を成すプランジャとソレノイド
コアとの間の作動状態を示す図である。

【図３】本発明の主要部を成すプランジャとソレノイド
コアとの間における軸力の変化状態を示す図である。

【符号の説明】

１ ソレノイドコア １１ 円筒部 １１ａ 端面 １２ 凹部（凹陥部） １５ 円錐部 ２ プランジャ ２１ 一方の端部 ２２ 円筒面 ３ ソレノイド（ソレノイドコイル） ４ スプリング ５ シャフト ６ スプール（スプール弁） ６６ バルブランド部 ７ ポート部 ７１ 供給ポート ７２ 制御ポート ７３ ドレーンポート

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スプール弁を駆動するプランジャと、当
   該プランジャを吸引駆動するものであって固定鉄片から
   なるソレノイドコアと、当該ソレノイドコアに磁力を生
   じさせるソレノイドと、上記スプール弁及びプランジャ
   を上記ソレノイドコアに生じた磁力に基づく吸引力に対
   抗して駆動するようばね反力を発揮するスプリングと、
   からなるスプール弁駆動用のソレノイド機構部を有する
   電磁式油圧弁装置において、上記ソレノイドコアの上記
   プランジャと対向する側に、当該プランジャを受け入れ
   る凹部を設けるとともに、当該凹部の外周縁部のところ
   に、その先端部側から、円筒部及び当該円筒部に連続し
   て形成される円錐部を設けるようにしたことを特徴とす
   る電磁式油圧弁装置。
2. 【請求項２】 ３ポート２位置切換型のスプール弁機構
   部を有するものであって、そのスプール弁を駆動するソ
   レノイド機構部が、上記スプール弁を駆動するプランジ
   ャと、当該プランジャを吸引駆動するものであって固定
   鉄片からなるソレノイドコアと、当該ソレノイドコアに
   磁力を生じさせるソレノイドと、上記スプール弁及びプ
   ランジャを上記ソレノイドコアに生じた磁力に基づく吸
   引力に対抗して駆動するようばね反力を発揮するスプリ
   ングと、からなる電磁式油圧弁装置において、上記ソレ
   ノイドコアの上記プランジャと対向する側に、当該プラ
   ンジャを受け入れる凹部を設けるとともに、当該凹部の
   外周縁部のところに、その先端部側から、円筒部及び当
   該円筒部に連続して形成される円錐部を設けるようにし
   たことを特徴とする電磁式油圧弁装置。