JP2009030752A - 電磁弁および電磁弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁弁１におけるスプール３のロックを解除しようとする際に、スプール３を一方側に付勢する一方側付勢力を磁気吸引力の上限以上に強化してロック解除不能の虞を低減する。
【解決手段】電磁弁１は、スプール３を軸方向一方側に付勢するとともに、シャフト９およびプランジャ６を軸方向他方側に付勢する第２バネ２９を備える。これにより、スプール３がロックされて変位不能のときに、磁気吸引力を小さくして第２バネ２９の付勢力によりシャフト９およびプランジャ６を軸方向他方側に変位させることで、スプール３とシャフト９との当接を解除することができる。次に、磁気吸引力を大きくして、シャフト９をスプール３に当接させて衝撃力を発生させ、この衝撃力によりスプール３を軸方向一方側に付勢することができる。このため、一方側付勢力を磁気吸引力の上限以上に強化できるので、ロック解除不能の虞を低減することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、弁体としてのスプールをソレノイドコイルへの通電により駆動して流路開閉等を行う電磁弁、およびこの電磁弁を備える電磁弁装置に関する。

従来から、自動変速機の油圧回路における油路の切替や、可変バルブタイミング機構における進角動作または遅角動作を実現するために、電磁弁や電磁弁装置を用いて作動油の流路切替が行われている（例えば、特許文献１参照）。

すなわち、電磁弁は、通電により磁気吸引力を発生するソレノイドコイルと、この磁気吸引力を受けて軸方向に変位するプランジャと、このプランジャから磁気吸引力を伝達されて軸方向一方側に変位する弁体としてのスプールと、このスプールを軸方向に摺動自在に収容するスリーブと、スプールを軸方向他方側に付勢する復元バネとを備える。また、電磁弁装置は、この電磁弁と、電磁弁の動作を制御する電子制御装置（ＥＣＵ）とを備える。そして、ＥＣＵからの指令によりソレノイドコイルへの通電が制御されることで、スプールが目標とする位置に変位して作動油の流路切替が実行される。

ところで、この電磁弁によれば、作動油に含まれる異物がスプールとスリーブとの間に噛み込まれ、スプールがロックされて変位不能になる虞がある。そして、ＥＣＵには、異物の噛み切りや異物の開放によりスプールのロックを解除するため、ソレノイドコイルへの通電量を高電流と低電流とに交互に切り替える低電流／高電流切替手段が具備されている。

低電流／高電流切替手段によれば、高電流の通電により磁気吸引力が大きい状態と、低電流の通電により磁気吸引力が小さい状態とが交互に繰り返される。すなわち、磁気吸引力が大きくなってスプールを軸方向一方側に付勢する付勢力が強化された状態と、磁気吸引力が小さくなってスプールを軸方向他方側に付勢する付勢力が強化された状態とが交互に繰り返される。

そして、スプールを軸方向一方側に付勢する付勢力（以下、一方側付勢力と呼ぶ）が強化された状態と、スプールを軸方向他方側に付勢する付勢力が強化された状態とを交互に繰り返すことで、異物の噛み切りや異物の開放を実現してスプールのロックを解除することを意図している。

しかし、一方側付勢力は、通電量の最大値により定まる磁気吸引力の上限以上に強化することができない。このため、例えば、異物を噛み切るためにスプールを軸方向一方側に強力に付勢する必要がある場合でも、磁気吸引力の上限以上に一方側付勢力を強化することができず、結果的にロックを解除することができない虞がある。
特開２００３−９７７５６号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、電磁弁における異物の噛み込みによるスプールのロックに対し、低電流／高電流切替手段を機能させてロックを解除しようとする際に、一方側付勢力を磁気吸引力の上限以上に強化してロック解除不能の虞を低減することにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の電磁弁は、ソレノイドコイルへの通電により生じる磁気吸引力を受けて軸方向に変位するプランジャと、プランジャから磁気吸引力を伝達されて軸方向一方側に変位するとともに、復元バネにより軸方向他方側に付勢されるスプールと、スプールとプランジャとの間に配されてスプールとプランジャとを連動させるシャフトと、スプールとプランジャとの間に配され、スプールを軸方向一方側に付勢するとともに、プランジャを軸方向他方側に付勢する第２バネとを備える。

これにより、スプールがロックされて変位できないときに、磁気吸引力を小さくして第２バネにプランジャを軸方向他方側に付勢させることで、スプールとシャフトとの当接（または、シャフトとプランジャとの当接）を解除することができる。そして、次に磁気吸引力を大きくして、シャフトをスプールに（または、プランジャをシャフトに）当接させて衝撃力を発生させ、この衝撃力によりスプールを軸方向一方側に付勢することができる。このため、一方側付勢力を磁気吸引力の上限以上に強化できるので、ロック解除不能の虞を低減することができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の電磁弁によれば、第２バネの付勢力の最大値は、復元バネの付勢力の最小値よりも小さい。
これにより、スプールがロックされていない通常運転時において、スプールとシャフトとの当接（または、シャフトとプランジャとの当接）が解除される虞が最も高いとき、つまり、磁気吸引力が最も小さくなりスプールが最も軸方向他方側に変位して復元バネの付勢力が最も小さくなったときでも、スプールとシャフトとの間（または、シャフトとプランジャとの間）の当接を確実に維持することができる。このため、通常運転時の電磁弁の動作に対する信頼性を損なうことなく、ロック解除不能の虞を低減することができる。

〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の電磁弁装置は、ソレノイドコイルへの通電量を制御する制御装置を備える。そして、制御装置は、スプールのロックを解除するために、ソレノイドコイルへの通電量を第１電流値と第１電流値よりも大きい第２電流値とに交互に切り替える低電流／高電流切替手段を有し、第２バネの付勢力の最小値は、ソレノイドコイルへの通電量を第１電流値にしたときの磁気吸引力よりも大きくなっている。

これにより、スプールがロックされて変位できないときに、低電流／高電流切替手段が機能して磁気吸引力が第１電流値に応じた小さいものになると、第２バネがプランジャを軸方向他方側に付勢して、スプールとシャフトとの当接（または、シャフトとプランジャとの当接）が確実に解除される。このため、次に磁気吸引力が第２電流値に応じた大きいものになるとシャフトがスプールに（または、プランジャがシャフトに）当接し、この当接による衝撃力がスプールを軸方向一方側に付勢する。この結果、一方側付勢力を磁気吸引力の上限以上に確実に強化できるので、ロック解除不能の虞をさらに低減することができる。

最良の形態の電磁弁は、ソレノイドコイルへの通電により生じる磁気吸引力を受けて軸方向に変位するプランジャと、プランジャから磁気吸引力を伝達されて軸方向一方側に変位するとともに、復元バネにより軸方向他方側に付勢されるスプールと、スプールとプランジャとの間に配されてスプールとプランジャとを連動させるシャフトと、スプールとプランジャとの間に配され、スプールを軸方向一方側に付勢するとともに、プランジャを軸方向他方側に付勢する第２バネとを備える。

また、第２バネの付勢力の最大値は、復元バネの付勢力の最小値よりも小さい。
さらに、最良の形態の電磁弁装置は、ソレノイドコイルへの通電量を制御する制御装置を備える。そして、制御装置は、スプールのロックを解除するために、ソレノイドコイルへの通電量を第１電流値と第１電流値よりも大きい第２電流値とに交互に切り替える低電流／高電流切替手段を有し、第２バネの付勢力の最小値は、ソレノイドコイルへの通電量を第１電流値にしたときの磁気吸引力よりも大きくなっている。

〔実施例１の構成〕
実施例１の電磁弁１および電磁弁装置２の構成を、図１を用いて説明する。
電磁弁１は、弁体としてのスプール３をソレノイドコイル４への通電により駆動して作動油の流路切替等を行うものであり、自動変速機の油圧回路における油路の切替や、可変バルブタイミング機構における進角動作または遅角動作の実現に利用されている。

この電磁弁１は、通電により磁気吸引力を発生するソレノイドコイル４と、この磁気吸引力を受けて軸方向一方側に変位するプランジャ６と、プランジャ６から磁気吸引力を伝達されて軸方向一方側に変位するスプール３と、スプール３を軸方向に摺動自在に収容するスリーブ７と、スプール３を軸方向他方側に付勢する復元バネ８と、スプール３とプランジャ６との間に配されてスプール３とプランジャ６とを連動させるシャフト９とを備える。

また、電磁弁装置２は、電磁弁１と、電磁弁１の動作を制御する電子制御装置（ＥＣＵ）１１とを備える。そして、ＥＣＵ１１からの指令によりソレノイドコイル４への通電が制御されることで、スプール３が目標とする位置に変位して作動油の流路切替が実行される。

すなわち、端子１３を介してソレノイドコイル４に通電が行われると、ステータコア１４、ヨーク１５およびプランジャ６には、通電量に応じた磁束密度の磁気回路が形成され、プランジャ６は、磁束密度に応じた磁気吸引力により軸方向一方側に付勢される。

これにより、プランジャ６、シャフト９およびスプール３は、プランジャ６とシャフト９とが当接し、かつシャフト９とスプール３とが当接した状態で一体となって軸方向に変位する。そして、プランジャ６、シャフト９およびスプール３は、復元バネ８の付勢力と磁気吸引力とが拮抗する位置まで変位し、この変位により、スプール３が目標とする位置に到達して所望の流路切替が実行される。

ＥＣＵ１１は、制御機能および演算機能を具備するＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶装置、入力装置、ならびに出力装置を有する周知のコンピュータであり、トランスミッションまたはエンジンの運転状態を示す各種センサから得られる検出値に基づいて、電磁弁１の動作を制御するための指令信号を出力する。

そして、ＥＣＵ１１は、作動油に含まれる異物がスプール３とスリーブ７との間に噛み込まれ、スプール３がロックされて変位不能になったときに、異物の噛み切りや異物の開放によりスプール３のロックを解除するため、ソレノイドコイル４への通電量を第１電流値とこの第１電流値よりも大きい第２電流値とに交互に切り替える低電流／高電流切替手段の機能を具備する。

異物の噛み込みは、例えば、スリーブ７に設けられたポート１８の内周側開口縁とスプール３の大径ランド部１９の外周面とにより異物が挟まれることで発生する。そして、噛み込まれた異物がスプール３に対し変位しようとする方向と逆の方向に抵抗力を及ぼすことで、スプール３がロックされて変位不能となる。

このようなスプール３のロックに対し、低電流／高電流切替手段は、第１電流値の通電により磁気吸引力が小さい状態と、第２電流値の通電により磁気吸引力が大きい状態とを交互に繰り返す。すなわち、低電流／高電流切替手段は、磁気吸引力が小さくなってスプール３を軸方向他方側に付勢する付勢力が強化された状態と、磁気吸引力が大きくなってスプール３を軸方向一方側に付勢する付勢力が強化された状態とを交互に繰り返す。

そして、スプール３を軸方向一方側に付勢する付勢力（以下、一方側付勢力と呼ぶ）が強化された状態と、スプール３を軸方向他方側に付勢する付勢力が強化された状態とを交互に繰り返すことで、異物の噛み切りや異物の開放を実現してスプール３のロックを解除することを意図する。
なお、第１電流値には、例えば通電量ゼロが設定され、第２電流値には、例えば、電源を含む電気回路の能力により定まる通電量最大値が設定され、第１、第２電流値は、例えば、１２０Ｈｚの周期で切り替えられる。

シャフト９は、中空部２１を有する筒状に設けられている。シャフト９の軸方向一方側の部分は、スプール３の他端に設けられた嵌合穴２２に嵌合する嵌合部２３をなし、嵌合穴２２および嵌合部２３には、各々、テーパ面２４、２５が設けられている。そして、嵌合部２３は、テーパ面２４、２５が互いに面接触するように嵌合穴２２に嵌合し、スプール３とシャフト９とは、面接触を維持しながら当接した状態で一体となって軸方向に変位する。

また、シャフト９の軸方向他端には鍔部２７が設けられ、鍔部２７の他端面とプランジャ６の一端面とが面接触するように配されている。そして、シャフト９とプランジャ６とは、鍔部２７の他端面とプランジャ６の一端面との面接触により当接した状態を維持し一体となって軸方向に変位する。
また、鍔部２７は、以下に述べる第２バネ２９の他端を支持する座として機能する。

第２バネ２９は、シャフト９の外周側でスプール３とプランジャ６との間に配され、スプール３を軸方向一方側に付勢するとともに、プランジャ６を軸方向他方側に付勢するように装着される。すなわち、第２バネ２９の一端は、スプール３の他端面に当接してスプール３の他端に支持され、第２バネ２９の他端は、鍔部２７の一端面に当接して鍔部２７に支持されている。これにより、第２バネ２９は、スプール３を軸方向一方側に付勢するとともに、鍔部２７を介して、シャフト９およびプランジャ６を一体的に軸方向他方側に付勢する。

また、第２バネ２９の付勢力の最大値は、復元バネ８の付勢力の最小値よりも小さい。ここで、復元バネ８の付勢力が最小になるのは、ソレノイドコイル４への通電が停止されて磁気吸引力が消滅したときであり、このとき、スプール３、シャフト９およびプランジャ６は、最も軸方向他方側に変位しており、復元バネ８は、軸方向に最も長く伸びている。そして、第２バネ２９の付勢力の最大値は、復元バネ８が最も長く伸びて付勢力が最小になったときでも、復元バネ８の付勢力よりも小さくなるように設定されている。

この結果、スプール３、シャフト９およびプランジャ６は、異物の噛み込みによるロック等の事態が生じない限り、スプール３とシャフト９との間およびシャフト９とプランジャ６との間の当接を維持して一体となって変位する。

また、第２バネ２９の付勢力の最小値は、ソレノイドコイル４への通電量を第１電流値にしたときの磁気吸引力よりも大きい。ここで、第１電流値の通電が行われているときとは、低電流／高電流切替手段が実行されているときであり、スプール３がロックされて変位不能になっているときである。また、スプール３が変位不能でも、シャフト９およびプランジャ６は、シャフト９がスプール３から離脱することで軸方向他方側に変位することが可能であり、第２バネ２９の付勢力は、このようなシャフト９およびプランジャ６の軸方向他方側への変位をアシストするものである。

そして、第２バネ２９の付勢力の最小値を、ソレノイドコイル４への通電量を第１電流値にしたときの磁気吸引力（スプール３がロックされたときの磁気吸引力の最小値）よりも大きくなるように設定しておくことで、第１電流値の通電時に、シャフト９は、スプール３から確実に離脱することができる。

すなわち、第１電流値の通電時には、プランジャ６を軸方向一方側に付勢する磁気吸引力が最小になるので、プランジャ６およびシャフト９を軸方向他方側に付勢する第２バネ２９の付勢力により、シャフト９がスプール３から離脱する可能性が最も高まる。そして、第２バネ２９の付勢力がこの最小の磁気吸引力よりも大きいことにより、シャフト９は、第１電流値の通電時にスプール３から確実に離脱することができる。

〔実施例１の効果〕
実施例１の電磁弁１は、スプール３とプランジャ６との間に配され、スプール３を軸方向一方側に付勢するとともに、シャフト９およびプランジャ６を軸方向他方側に付勢する第２バネ２９を備える。
これにより、スプール３がロックされて変位不能のときに、磁気吸引力を小さくして第２バネ２９の付勢力によりシャフト９およびプランジャ６を軸方向他方側に変位させることで、スプール３とシャフト９との当接を解除することができる。そして、次に磁気吸引力を大きくして、シャフト９をスプール３に当接させて衝撃力を発生させ、この衝撃力によりスプール３を軸方向一方側に付勢することができる。このため、一方側付勢力を磁気吸引力の上限以上に強化できるので、ロック解除不能の虞を低減することができる。

また、第２バネ２９の付勢力の最大値は、復元バネ８の付勢力の最小値よりも小さい。
これにより、スプール３がロックされていない通常運転時において、スプール３とシャフト９との当接、およびシャフト９とプランジャ６との当接が解除される虞が最も高いとき、つまり、磁気吸引力が最も小さくなりスプール３が最も軸方向他方側に変位して復元バネ８の付勢力が最も小さくなったときでも、スプール３とシャフト９との間の当接、およびシャフト９とプランジャ６との当接を確実に維持することができる。このため、通常運転時の電磁弁１の動作に対する信頼性を損なうことなく、ロック解除不能の虞を低減することができる。

また、ＥＣＵ１１は、スプール３のロックを解除するために、ソレノイドコイル４への通電量を第１電流値と第１電流値よりも大きい第２電流値とに交互に切り替える低電流／高電流切替手段を有し、第２バネ２９の付勢力の最小値は、ソレノイドコイル４への通電量を第１電流値にしたときの磁気吸引力よりも大きくなっている。
これにより、スプール３がロックされて変位できないときに、低電流／高電流切替手段が機能して磁気吸引力が第１電流値に応じた小さいものになると、第２バネ２９がプランジャ６およびシャフト９を軸方向他方側に付勢して、スプール３とシャフト９との当接が確実に解除される。このため、次に磁気吸引力が第２電流値に応じた大きいものになるとシャフト９がスプール３に当接し、この当接による衝撃力がスプール３を軸方向一方側に付勢する。この結果、一方側付勢力を磁気吸引力の上限以上に確実に強化できるので、ロック解除不能の虞をさらに低減することができる。

実施例２の電磁弁１によれば、図２に示すように、第２バネ２９はシャフト９の中空部２１に配され、第２バネ２９の一端はシャフト９の内部で嵌合部２３に支持され、第２バネ２９の他端はプランジャ６の一端面に当接してプランジャ６に支持されている。これにより、第２バネ２９は、嵌合部２３を介して、シャフト９およびスプール３を一体的に軸方向一方側に付勢するとともに、プランジャ６を軸方向他方側に付勢する。

このため、低電流／高電流切替手段が実行されてソレノイドコイル４への通電量が第１電流値になったとき、シャフト９がプランジャ６から離脱する。そして、次にソレノイドコイル４への通電量が第２電流値になるとプランジャ６がシャフト９に当接し、この当接による衝撃力がスプール３を軸方向一方側に付勢する。この結果、一方側付勢力が磁気吸引力の上限以上に強化され、ロック解除不能の虞が低減される。

実施例３の電磁弁１によれば、図３に示すように、シャフト９は、丸棒状に設けられ、軸方向他方側の部分がプランジャ６の圧入穴３１に圧入されてプランジャ６と一体化している。そして、シャフト９の一端がスプール３の他端面に当接し、スプール３とシャフト９とは、当接を維持しながら一体となって軸方向に変位する。

また、第２バネ２９はシャフト９の外周側に配され、第２バネ２９の一端はスプール３の他端面に当接してスプール３に支持され、第２バネ２９の他端はプランジャ６の一端面に当接してプランジャ６に支持されている。これにより、第２バネ２９は、スプール３を軸方向一方側に付勢するとともに、シャフト９およびプランジャ６を一体的に軸方向他方側に付勢する。

このため、低電流／高電流切替手段が実行されてソレノイドコイル４への通電量が第１電流値になったとき、シャフト９がスプール３から離脱する。そして、次にソレノイドコイル４への通電量が第２電流値になるとシャフト９がスプール３に当接し、この当接による衝撃力がスプール３を軸方向一方側に付勢する。この結果、一方側付勢力が磁気吸引力の上限以上に強化され、ロック解除不能の虞が低減される。

実施例４の電磁弁１によれば、図４に示すように、シャフト９は、丸棒状に設けられ、軸方向一方側の部分がスプール３の圧入穴３３に圧入されてスプール３と一体化している。そして、シャフト９の他端がプランジャ６の一端面に当接し、シャフト９とプランジャ６とは、当接を維持しながら一体となって軸方向に変位する。

また、第２バネ２９はシャフト９の外周側に配され、第２バネ２９の一端はスプール３の他端面に当接してスプール３に支持され、第２バネ２９の他端はプランジャ６の一端面に当接してプランジャ６に支持されている。これにより、第２バネ２９は、シャフト９およびスプール３を一体的に軸方向一方側に付勢するとともに、プランジャ６を軸方向他方側に付勢する。

このため、低電流／高電流切替手段が実行されてソレノイドコイル４への通電量が第１電流値になったとき、シャフト９がプランジャ６から離脱する。そして、次にソレノイドコイル４への通電量が第２電流値になるとプランジャ６がシャフト９に当接し、この当接による衝撃力がスプール３を軸方向一方側に付勢する。この結果、一方側付勢力が磁気吸引力の上限以上に強化され、ロック解除不能の虞が低減される。

（ａ）は電磁弁の構成を示す断面図であり、（ｂ）は低電流／高電流切替手段が実行されてソレノイドコイルへの通電量が第１電流値になったときの電磁弁の構成を示す断面図である（実施例１）。 （ａ）は電磁弁の構成を示す断面図であり、（ｂ）は低電流／高電流切替手段が実行されてソレノイドコイルへの通電量が第１電流値になったときの電磁弁の構成を示す断面図である（実施例２）。 （ａ）は電磁弁の構成を示す断面図であり、（ｂ）は低電流／高電流切替手段が実行されてソレノイドコイルへの通電量が第１電流値になったときの電磁弁の構成を示す断面図である（実施例３）。 （ａ）は電磁弁の構成を示す断面図であり、（ｂ）は低電流／高電流切替手段が実行されてソレノイドコイルへの通電量が第１電流値になったときの電磁弁の構成を示す断面図である（実施例４）。

符号の説明

１ 電磁弁
２ 電磁弁装置
３ スプール
４ ソレノイドコイル
６ プランジャ
８ 復元バネ
９ シャフト
１１ ＥＣＵ（制御装置）
２９ 第２バネ

Claims (3)

1. ソレノイドコイルへの通電により生じる磁気吸引力を受けて軸方向に変位するプランジャと、
   このプランジャから磁気吸引力を伝達されて軸方向一方側に変位するとともに、復元バネにより軸方向他方側に付勢されるスプールと、
   このスプールと前記プランジャとの間に配されて前記スプールと前記プランジャとを連動させるシャフトと、
   前記スプールと前記プランジャとの間に配され、前記スプールを軸方向一方側に付勢するとともに、前記プランジャを軸方向他方側に付勢する第２バネとを備える電磁弁。
2. 請求項１に記載の電磁弁において、
   前記第２バネの付勢力の最大値は、前記復元バネの付勢力の最小値よりも小さいことを特徴とする電磁弁。
3. 請求項１または請求項２に記載の電磁弁と、
   前記ソレノイドコイルへの通電量を制御する制御装置とを備え、
   この制御装置は、前記スプールのロックを解除するために、前記ソレノイドコイルへの通電量を第１電流値とこの第１電流値よりも大きい第２電流値とに交互に切り替える低電流／高電流切替手段を有し、
   前記第２バネの付勢力の最小値は、前記ソレノイドコイルへの通電量を前記第１電流値にしたときの磁気吸引力よりも大きいことを特徴とする電磁弁装置。

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