JP2008309298A - 電磁弁 - Google Patents

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Abstract

【課題】ポンプのエネルギ消費を抑制しながら油圧制御の応答性を向上させる。
【解決手段】入力ポートと出力ポートとドレンポートとフィードバックポートとが形成された円筒状のスリーブと、このスリーブに挿入され各ポートを塞ぐ複数のランドと各ポート間を連通させる連通部とが形成されたスプールとを備える電磁弁において、入力ポートの周辺に位置するランドの端縁に入力ノッチを形成すると共にドレンポートの周辺に位置するランドの端縁にドレンノッチを形成し、入力ノッチの軸方向の高さHinとドレンノッチの軸方向の高さHdrとを、HinとHdrとの和に対するHinの割合α(=Hin/(Hin+Hdr))が0.72以上(好ましくは0.85以上)で1.0未満の範囲内となるよう設定する。これにより、電磁弁の消費流量を増大を抑制しながら吐出流量を大きくすることができ、油圧制御の応答性を向上させることができる。
【選択図】図4

Description

本発明は、電磁弁に関し、詳しくは、入力ポートと出力ポートとドレンポートとが形成された内部空間を有するスリーブと、前記内部空間に挿入された軸状部材であって軸方向の移動により各ポート間の連通と遮断とが可能なスプールと、該スプールを軸方向に移動させる電磁部とを備える電磁弁に関する。
従来、この種の電磁弁としては、オイルが流出入する各種ポートとして入力ポートと出力ポートとドレンポートとフィードバックポートとが形成された円柱状のバルブ室を有するスリーブと、バルブ室に挿入される軸状部材であってバルブ室の内径と略同一の外径の円柱形状の複数のランドとランドの外径よりも小さな外径の円柱形状で各ポート間を連通させる連通部とを有するスプールと、スプールを軸方向に移動させるソレノイドとを備えるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この電磁弁では、ランドの端縁にノッチが形成されており、入力ポートから入力された作動油の一部をノッチを介してドレンポートから排出させることにより、作動油の圧力変動を抑制することができるとしている。
特開2004−176895号公報
上述した電磁弁では、ノッチを介して作動油をドレンポートからドレンすることにより作動油の圧力変動が過大となるのを抑制してスムーズな調圧制御を実現することができるものの、ドレンされる分だけ出力ポートから出力される流量が減少し、出力圧が低下してしまう。このため、要求される出力油圧を得るためには作動油を圧送するポンプの回転数を上げる等の必要が生じ、エネルギ消費が増大してしまう。
本発明の電磁弁は、スムーズな調圧制御を実現しながらエネルギ消費増大させることなく出力圧の低下を抑制することを主目的とする。
本発明の電磁弁は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明の電磁弁は、
入力ポートと出力ポートとドレンポートとが形成された内部空間を有するスリーブと、前記内部空間に挿入された軸状部材であって軸方向の移動により各ポート間の連通と遮断とが可能なスプールと、該スプールを軸方向に移動させる電磁部とを備える電磁弁であって、
前記入力ポートにノッチを介して作動油が流入するよう前記スリーブと前記スプールの一方に入力ノッチが形成されると共に前記ドレンポートからノッチを介して作動油がドレンするよう前記スリーブと前記スプールの一方にドレンノッチが形成され、
前記入力ノッチと前記ドレンノッチは、該入力ノッチの軸方向の長さをHinとし該ドレンノッチの軸方向の長さとHdrとしたときに、0.72≦Hin/(Hin+Hdr)<1.0が成立するよう形成されてなる
ことを要旨とする。
この本発明の電磁弁では、入力ポートにノッチを介して作動油が流入するようスリーブとスプールの一方に入力ノッチが形成されると共にドレンポートからノッチを介して作動油がドレンするようスリーブとスプールの一方にドレンノッチが形成され、入力ノッチとドレンノッチは入力ノッチの軸方向の長さをHinとしドレンノッチの軸方向の長さとHdrとしたときに0.72≦Hin/(Hin+Hdr)<1.0が成立するよう形成されてなる。したがって、入力ノッチとドレンノッチとを形成してスムーズな調圧制御を実現させると共にドレンノッチを介してドレンポートから流出される作動油の量を減らして入力した作動油を効率よく出力することができる。この結果、油圧発生源の駆動に必要なエネルギを大きくすることなく必要な作動油の出力を確保することができる。
こうした本発明の電磁弁において、前記入力ノッチと前記ドレンノッチは、0.85≦Hin/(Hin+Hdr)<1.0が成立するよう形成されてなるものとすることもできる。こうすれば、製造公差の範囲内でできる限りドレンノッチを介してドレンポートから流出される作動油の量を減らすことができ、本発明の効果を更に顕著なものとすることができる。
また、本発明の電磁弁において、前記電磁弁は、レギュレータバルブによって調圧されたライン圧を前記入力ポートを介して入力すると共に該入力したライン圧を調圧し、油圧の供給を受けて作動するオートマチックトランスミッションに組み込まれるクラッチまたはブレーキに前記出力ポートを介して直接油圧を出力可能な弁であるものとすることができる。従来のようなライン圧を一定圧に減圧してモジュレータ圧を入力として調圧し出力する電磁弁に比して、本発明の電磁弁は入力圧がライン圧であるため非常に高圧であることから、調圧の際にドレンポートから流出される作動油の量も多くなり、即ち必要なエネルギも格段に大きくなるが、本発明の電磁弁によれば、油圧発生源の駆動に必要なエネルギを大きくすることなく、クラッチやブレーキを素早く作動させることができる。
さらに、本発明の電磁弁において、入力ノッチおよび/または前記ドレンノッチは、円弧状に形成されてなるものとすることもできるし、前記入力ノッチおよび/または前記ドレンノッチは、V字状に形成されてなるものとすることもできる。前者の場合には、スプールの移動に対する作動油の流量変動を比較的大きくすることができ、後者の場合には、スプールの移動に対する作動油の流量変動を比較的小さくすることができる。
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。
図1は、本発明の一実施例としての電磁弁20の構成の概略を示す構成図である。実施例の電磁弁20は、例えばオートマチックトランスミッションに組み込まれたクラッチの油圧制御に用いられ、オイルポンプ12から圧送されリニアソレノイド14を用いてレギュレータバルブ16により調圧された油圧(ライン油圧)から最適なクラッチ圧を生成してクラッチCLをダイレクトに制御可能なダイレクト制御用のリニアソレノイドバルブとして構成されており、図示するように、ソレノイド部30と、このソレノイド部30により駆動されてライン油圧を入力すると共に入力したライン油圧を調圧して出力する調圧バルブ部40とを備える。
ソレノイド部30は、底付き円筒部材としてのケース31と、ケース31の内周側に配置され絶縁性のボビン32aに絶縁導線が巻回されてなるコイル32と、ケース31の開口端部にフランジ外周部が固定されたフランジ部34aとフランジ部34aからコイル32の内周面に沿って軸方向に延伸された円筒部34bとが形成された第1のコア34と、ケース31の内周面と接触すると共にコイル32の内周面に沿って第1のコア34の円筒部34bと所定間隔を隔てた位置まで軸方向に延伸された円筒状の第2のコア35と、第2のコア35に挿入され第2のコア35の内周面および第1のコア34の内周面を軸方向に摺動可能なプランジャ36と、第1のコア34の円筒部34bに挿入されプランジャ36の先端に当接すると共に円筒部34bの内周面を軸方向に摺動可能なシャフト38とを備える。また、ソレノイド部30は、コイル32に電気的に接続された端子39が外周部に設けられており、端子39を介してコイル32に給電することができるようになっている。
ケース31と第1のコア34と第2のコア35とプランジャ36は、いずれも純度の高い鉄などの強磁性材料により形成されており、第1のコア34の円筒部34bの端面と第2のコア35の端面との間の空間は、非磁性体として機能するよう形成されている。なお、この空間は、非磁性体として機能させればよいから、ステンレススチールや黄銅などの非磁性金属を設けるものとしても構わない。
こうしたソレノイド部30では、端子39を介してコイル32に通電すると、ケース31,第2のコア35,プランジャ36,第1のコア34,ケース31の順にコイル32の周囲を周回するよう磁束が流れる磁気回路が形成され、これにより第1のコア34とプランジャ36との間に吸引力が作用してプランジャ36が吸引される。前述したように、プランジャ36の先端には第1のコア34の内周面を軸方向に摺動可能なシャフト38が当接されているから、プランジャ36の吸引に伴ってシャフト38は前方(図中左方向)に押し出される。
調圧バルブ部40は、一端がソレノイド部30のケース31および第1のコア34に取り付けられた略円筒状のスリーブ42と、スリーブ42の内部空間に挿入され一端がソレノイド部30のシャフト38の先端に連結されたスプール44と、スリーブ42の他端にネジ止めされたエンドプレート46と、エンドプレート46とスプール44の他端との間に設けられてスプール44をソレノイド部30側の方向へ付勢するコイルバネ48とを備える。なお、エンドプレート46は、そのネジ位置を調整することにより、コイルバネ48の付勢力を微調整することができるようになっている。
スリーブ42は、その内部空間の開口部として、図中のスリーブ42における略中央位置に形成され図示しないオイルポンプから圧送された作動油を入力する入力ポート52と、図中の左寄りの位置に形成されクラッチCL側に作動油を吐出する出力ポート54と、図中の左端の位置に形成され作動油をドレンするドレンポート56と、図中の右寄りの位置に形成され出力ポート54から吐出された作動油を外部に形成された油路58aを介して入力してスプール44をフィードバックするフィードバックポート58とが形成されている。また、スリーブ42の両端部には、スプール44の摺動に伴ってスリーブ42の内周面とスプール44の外周面との間から漏れ出た作動油を排出するための排出孔59a,59bも形成されている。
スプール44は、スリーブ42の内部に挿入される軸状部材として形成されており、図示するように、スリーブ42の内径と略同一の外径の円柱状の三つのランド62,64,66と、図中の中央のランド62と左側のランド64との間を連結しランド62,64の外径よりも小さな外径で且つ互いのランド62,64から中央部に向かうほど小さな外径となるようテーパ状に形成され入力ポート52と出力ポート54とドレンポート56の各ポート間を連通可能な連通部68と、図中の中央のランド62と右側のランド66との間を連結しスプール44をフィードバックするための連結部69とを備える。
図2は、スプール44の外観を示す外観斜視図であり、図3は、スプール44を正面から見た正面図である。図1〜図3に示すように、入力ポート52の周辺に位置するランド62には、連通部68側の端縁に円弧状のノッチ(以下、これを入力ノッチ62aと呼ぶ)が軸心周りに180度の角度間隔をもって且つランド62の端面からのスプール44の軸方向の入力ノッチ62aの高さが「Hin」(図3参照)となるよう形成されており、ドレンポート56の周辺に位置するランド64には、連通部68側の端縁に円弧状のノッチ(以下、これをドレンノッチ64aと呼ぶ)が同じく軸心周りに180度の角度間隔をもって且つランド64の端面からのスプール44の軸方向のドレンノッチ64aの高さが「Hdr」(図3参照)となるよう形成されている。なお、入力ノッチ62aの高さHinとドレンノッチ64aの高さHdrの設定について後述する。
こうして構成された実施例の電磁弁20の動作について説明する。いま、コイル32に通電されていない場合を考える。この場合、スプール44はコイルバネ48の付勢力によりソレノイド部30側へ移動しているから(図1の状態)、連通部68により入力ポート52と出力ポート54とが連通すると共にドレンポート56がドレンノッチ64aを介して連通する。したがって、入力ポート52に入力された作動油は出力ポート54から出力されると共に入力ポート52に入力された作動油の一部がドレンノッチ64aを介してドレンポート56から排出されて、クラッチCLに作用する油圧が上昇する。一方、コイル32に通電されると、コイル32に印加される電流の大きさに応じた吸引力で第1のコア34にプランジャ36が吸引され、これに伴って先端にスプール44が連結されたシャフト38が前方(図1中の左方向)に押し出されることによりスプール44がコイルバネ48側へ移動する。この際、スプール44は、プランジャ36の推力(吸引力)とコイルバネ48の付勢力と出力ポート54からフィードバックポート58へ入力される作動油の圧力によりスプール44に作用するフィードバック力とが丁度釣り合う位置で停止し、スプール44がコイルバネ48側に移動するほど入力ポート52の開口面積を狭めると共にドレンポート56の開口面積を広げ、スプール44が最もコイルバネ48側に移動したときにランド62により入力ポート52が完全に塞がれると共に出力ポート54とドレンポート56とが連通する。これにより、クラッチCLに作用している油圧は下降する。このように、実施例の電磁弁20は、コイル32が通電していない場合に入力ポート52と出力ポート54とを連通させるからノーマルオープン型のソレノイドバルブとして機能することが解る。
ここで、前述した入力ノッチ62aの高さHinとドレンノッチ64aの高さHdrは、次式(1)が成立するように設計される。図4に、入力ノッチ62aの高さHinとドレンノッチ64aの高さHdrとの和に対する入力ノッチ62aの高さHinの割合Hin/(Hin+Hdr)と消費流量に対する吐出流量の割合としての吐出効率αとの関係を示す。ここで、「消費流量」は、定常状態(クラッチCLへの油圧の供給を維持している状態)において入力ポート52に入力された作動油の流量のうち出力ポート54から吐出されずに消費(排出)される作動油の流量を示し、「吐出流量」は、過渡状態(クラッチCLへの油圧の供給を開始している状態)において入力ポート52に入力された作動油の流量のうち出力ポート54から吐出された作動油の流量を示す。上述した実施例の電磁弁20の動作を適正に行なうためには、入力ノッチ62aの高さHinとドレンノッチ64aの高さHdrとの和の高さについては、スリーブ42やスプール44の仕様による制約を受け、自由に定めることはできないが、吐出効率αができる限り大きくなるよう割合Hin/(Hin+Hdr)を定めて、この割合Hin/(Hin+Hdr)となるよう入力ノッチ62aの高さHinとドレンノッチ64aの高さHdrとを定めることにより、消費流量を減らすと共に吐出流量を増やすことができることが解る。したがって、オイルポンプを駆動するための動力(エネルギ)を大きくすることなく、クラッチCLに迅速に油圧を作用させることが可能となる。実施例では、割合Hin/(Hin+Hdr)を値0.72として入力ノッチ62aの高さHinとドレンノッチ64aの高さHdrとを定めたときに、従来品に対してクラッチCLの応答性が14%以上向上することを確認した。図示するように、割合Hin/(Hin+Hdr)は値1.0に近づくほど吐出効率αが大きくなるから、製造公差によるバラツキを考慮すると値0.85以上とすることが望ましい。
0.72≦Hin/(Hin+Hdr)<1.0 (1)
以上説明した実施例の電磁弁20によれば、入力ポート52の周辺に位置するランド62に連通部68側の端縁に入力ノッチ62aを形成すると共にドレンポート56の周辺に位置するランド64に連通部68側の端縁にドレンノッチ64aを形成し、入力ノッチ62aの高さHinとドレンノッチ64aの高さHdrとを、割合Hin/(Hin+Hdr)が0.72以上(好ましくは0.85以上)で1.0未満の範囲内となるよう設定するから、消費流量を減らすと共に吐出流量を大きくすることができる。この結果、オイルポンプを駆動するための動力(エネルギ)を大きくすることなく、クラッチCLに迅速に油圧を作用させることができ、クラッチCLの応答性を向上させることができる。
実施例の電磁弁20では、スプール44のランド62に入力ノッチ62aを形成すると共にランド64にドレンノッチ64aを形成するものとしたが、スプール44に形成するものに限定されるものではなく、スリーブ42に入力ノッチを形成すると共にドレンノッチを形成するものとしてもよい。この場合の変形例の電磁弁20Bの一例を図5に示す。変形例の電磁弁20Bでは、図示するように、スリーブ42の入力ポート52が形成された部位の内縁に入力ノッチ62bが形成され、ドレンポート56が形成された部位の内縁にドレンノッチ64bが形成されている。また、こうした入力ノッチ62bとドレンノッチ64bとをスリーブ42に形成するものの他、入力ノッチをスプールのランドに形成すると共にドレンノッチをスリーブに形成するものとしてもよいし、入力ノッチをスリーブに形成すると共にドレンノッチをスプールのランドに形成するものとしても差し支えない。
実施例の電磁弁20では、入力ノッチ62aとドレンノッチ64aとを軸中心周りに180度の角度間隔で二つずつ形成するものとしたが、一つだけ形成するものとしてもよいし、三つ以上形成するものとしてもよい。ただし、スプール44の動作を安定化させるためには、等角度間隔で二つ以上形成するものとすることが望ましい。
実施例の電磁弁20では、入力ノッチ62aとドレンノッチ64aの形状を円弧状に形成するものとしたが、円弧状に限定されるものではなく、図6に例示するスプール44Bに示すように、入力ノッチ62cとドレンノッチ64cとをV字状に形成するものなどとしても構わない。この場合、入力ノッチとドレンノッチを円弧状に形成するものに比して作動油の圧力変動がより小さくなる。また、こうした入力ノッチとドレンノッチとを同一の形状とするものの他、入力ノッチを円弧状に形成すると共にドレンノッチをV字状に形成するなど異なる形状に形成するものとしても差し支えない。
実施例の電磁弁20では、コイル32に通電していないときに入力ポート52と出力ポート54とを連通させるノーマルオープン型のリニアソレノイドバルブとして構成するものとしたが、コイルに通電していないときには入力ポートを塞ぐノーマルクローズ型のリニアソレノイドバルブとして構成するものとしてもよい。図7に変形例の電磁弁120の構成の概略を示す。なお、変形例の電磁弁120の各構成のうち、実施例の電磁弁20と同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。図示するように、スリーブ142は、その内部空間の開口部として、図中のスリーブ142における略中央位置に形成され図示しないオイルポンプから圧送された作動油を入力する入力ポート152と、図中の右寄りの位置に形成されクラッチCL側に作動油を吐出する出力ポート154と、図中の右端の位置に形成され作動油をドレンするドレンポート156と、図中の左寄りの位置に形成され出力ポート154から出力された作動油を外部に形成された油路158aを介して入力してスプール144をフィードバックするフィードバックポート158とが形成されている。また、スプール144は、スリーブ142の内径と略同一の外径の円柱状の三つのランド162,164,166と、図中の中央のランド162と右側のランド164との間を連結しランド162,164の外径よりも小さな外径で且つ互いのランド162,164から中央部に向かうほど小さな外径となるようテーパ状に形成され入力ポート152と出力ポート154とドレンポート156の各ポート間を連通可能な連通部168と、図中の中央のランド162と左側のランド166との間を連結しスプール144をフィードバックするための連結部169とを備える。また、スプール144には、入力ポート152の周辺に位置するランド162には、連通部168側の端縁に円弧状の入力ノッチ162aが軸心周りに180度の角度間隔をもって且つランド162の端面からのスプール144の軸方向の入力ノッチ162aの高さが「Hin」となるよう形成されており、ドレンポート156の周辺に位置するランド164には、連通部168側の端縁に円弧状のドレンノッチ164aが同じく軸心周りに180度の角度間隔をもって且つランド164の端面からのスプール144の軸方向のドレンノッチ64aの高さが「Hdr」となるよう形成されている。この入力ノッチ高さHinとドレンノッチ高さHdrは前述したように式(1)を満たすように形成される。こうして構成された変形例の電磁弁120では、コイル32が通電されていない場合には、スプール144はコイルバネ148の付勢力によりソレノイド部30側へ移動しているから(図7の状態)、ランド162により入力ポート152が塞がると共に連通部168により出力ポート154とドレンポート156とが連通する。したがって、クラッチCLに作用している油圧は下降する。一方、コイル32が通電されると、コイル32に印加される電流の大きさに応じた吸引力で第1のコア34にプランジャ36が吸引され、これに伴って先端にスプール144が連結されたシャフト38が前方(図7中の左方向)に押し出されることによりスプール144がコイルバネ148側へ移動する。この際、スプール144は、プランジャ36の推力(吸引力)とコイルバネ148の付勢力と出力ポート154からフィードバックポート158へ入力される作動油の圧力によりスプール144に作用するフィードバック力とが丁度打ち合う位置で停止し、スプール144がコイルバネ148側に移動するほど入力ポート152の開口面積を広げると共にドレンポート56の開口面積を狭め、スプール144が最もコイルバネ148側に移動したときには入力ポート152と出力ポート154とが完全に連通する。したがって、クラッチCLに作用する油圧は上昇する。このように、変形例の電磁弁120は、コイル32が通電していないときに入力ポート152を塞ぐからノーマルクローズ型のソレノイドバルブとして機能することが解る。
実施例の電磁弁20では、オートマチックトランスミッションに組み込まれたクラッチCLの油圧制御に用いるものとしたが、油圧により作動する如何なる作動機構の油圧制御に用いるものとしてもよい。
以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
本発明は、電磁弁の製造産業に利用可能である。
本発明の一実施例としての電磁弁20の構成の概略を示す構成図である。 スプール44の外観を示す外観斜視図である。 スプール44を正面から見た正面図である。 、入力ノッチ62aの高さHinとドレンノッチ64aの高さHdrとの和に対する入力ノッチ62aの高さHinの割合Hin/(Hin+Hdr)と消費流量に対する吐出流量の割合としての吐出効率αとの関係を示す説明図である。 変形例の電磁弁20Bの構成の概略を示す構成図である。 変形例のスプール44Bの外観を示す外観斜視図である。 変形例の電磁弁120の構成の概略を示す構成図である。
符号の説明
12 ポンプ、14 リニアソレノイド、16 レギュレータバルブ、20,20B,120 電磁弁、30 ソレノイド部、31 ケース、32 コイル、32a ボビン、34 第1のコア、34a フランジ部、34b 円筒部、35 第2のコア、36 プランジャ、38 シャフト、39 端子、40,140 調圧バルブ部、42,142 スリーブ、44,144 スプール、46,146 エンドプレート、48,148 コイルバネ、52,152 入力ポート、54,154 出力ポート、56,156 ドレンポート、58,158 フィードバックポート、58a,158a 油路、59a,59b 排出孔、62,64,66,162,164,166 ランド、62a,62b,162a 入力ノッチ、64a,64b,164a ドレンノッチ、68,168 連通部、69,169 連結部。

Claims (5)

  1. 入力ポートと出力ポートとドレンポートとが形成された内部空間を有するスリーブと、前記内部空間に挿入された軸状部材であって軸方向の移動に伴って各ポート間の連通と遮断とが可能なスプールと、該スプールを軸方向に移動させる電磁部とを備える電磁弁であって、
    前記入力ポートにノッチを介して作動油が流入するよう前記スリーブと前記スプールの一方に入力ノッチが形成されると共に前記ドレンポートからノッチを介して作動油がドレンするよう前記スリーブと前記スプールの一方にドレンノッチが形成され、
    前記入力ノッチと前記ドレンノッチは、該入力ノッチの軸方向の長さをHinとし該ドレンノッチの軸方向の長さとHdrとしたときに、0.72≦Hin/(Hin+Hdr)<1.0が成立するよう形成されてなる
    電磁弁。
  2. 前記入力ノッチと前記ドレンノッチは、0.85≦Hin/(Hin+Hdr)<1.0が成立するよう形成されてなる請求項1記載の電磁弁。
  3. 前記電磁弁は、レギュレータバルブによって調圧されたライン圧を前記入力ポートを介して入力すると共に該入力したライン圧を調圧し、油圧の供給を受けて作動するオートマチックトランスミッションに組み込まれるクラッチまたはブレーキに前記出力ポートを介して直接油圧を出力可能な弁である請求項1または2記載の電磁弁。
  4. 前記入力ノッチおよび/または前記ドレンノッチは、円弧状に形成されてなる請求項1ないし3いずれか記載の電磁弁。
  5. 前記入力ノッチおよび/または前記ドレンノッチは、V字状に形成されてなる請求項1ないし3いずれか記載の電磁弁。
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