JP2009203991A - 電磁弁 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気吸引力を増加させ得る電磁弁を提供する。
【解決手段】プランジャ２４には、磁性材料で形成されるシャフト２５が、その圧入部２５ａを当該プランジャ２４に設けられる中心孔２４ｃに挿入し、その基部２５ｃ，絞り部２５ｂおよび先端部２５ｄを突出部２４ｂのスプール側端面から突出させるように、同軸的に固定される。絞り部２５ｂは、プランジャ２４の突出部２４ｂのスプール側端面から突出するシャフト２５の部位を一部径を小さくするように形成されている。そして、このシャフト２５は、その先端部２５ｄの外周面にて、ステータコア２３のコア部４０の内周面４５により摺動自在に支持されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、コイルに供給される電流に応じたプランジャの移動によりスプールを作動させる電磁弁に関するものである。

従来より、コイルに供給される電流に応じたプランジャの移動によりスプールを作動させる電磁弁として、下記特許文献１に示す電磁弁装置が知られている。この電磁弁装置は、コイルに電流を供給することにより、ヨーク、プランジャおよびステータコアによって構成された磁気回路に磁束を流す。これにより、ステータコアの吸引部とプランジャとの間に磁気吸引力が発生する。

このとき、コイルに供給する電流値が制御されることにより、プランジャが当該プランジャに圧入固定されるシャフトを介してスプールを反リニアソレノイド方向へ押す力を調整し、出力ポートから流出する作動油の油圧が調整される。
特開２００１−０６８３３５号公報

ところで、プランジャに圧入されるシャフトをステータコアのコア部により摺動自在に支持する場合には、プランジャからシャフトを介してコア部に磁束が漏れないように、非磁性材料のシャフトが採用される。

しかしながら、非磁性材料のシャフトをプランジャに圧入すると、この圧入された部分を磁気回路構成材として使用することができないため、磁気吸引力を増加させることが困難であった。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、磁気吸引力を増加させ得る電磁弁を提供することにある。

上記目的を達成するため、特許請求の範囲に記載の請求項１の電磁弁では、互いに同軸的に配置されたヨーク部（３０）とコア部（４０）とそれらの間に設けられた磁気抵抗部（５１，５４）とを有するステータコア（２３）と、前記ステータコア内に配置されて前記コア部の吸引部（４２）との間に生じる磁気吸引力により軸方向に移動するプランジャ（２４）と、前記ステータコアを励磁して前記磁気吸引力を発生させるコイル（２２）と、前記ステータコアに取り付けられる弁スリーブ（７０）と、前記弁スリーブに摺動自在に案内支持されて前記プランジャの移動に応じて作動するスプール（８０）と、を備える電磁弁（１０）であって、前記プランジャには、磁性材料で形成されるシャフト（２５）が、その一部（２５ａ）を当該プランジャのスプール側端面に設けられる凹部（２４ｃ）に挿入し当該シャフトの他部（２５ｂ〜２５ｄ）を前記スプール側端面から突出させるように、同軸的に固定され、前記シャフトの他部には、前記プランジャ近傍に一部径を小さくした絞り部（２５ｂ）が形成され、前記シャフトの他部のうち前記絞り部よりも反プランジャ側の部位（２５ｄ）の外周面は、前記ステータコアのコア部の内周面（４５）により摺動自在に支持されることを技術的特徴とする。

請求項１の発明では、プランジャには、磁性材料で形成されるシャフトが、その一部を当該プランジャのスプール側端面に設けられる凹部に挿入し当該シャフトの他部をスプール側端面から突出させるように、同軸的に固定される。このシャフトの他部には、プランジャ近傍に一部径を小さくした絞り部が形成される。そして、シャフトの他部のうち絞り部よりも反プランジャ側の部位の外周面は、ステータコアのコア部の内周面により摺動自在に支持される。

このように、プランジャの凹部には磁性材料で形成されるシャフトの一部が挿入されているので、この挿入部位が磁気回路構成材として使用でき、磁気吸引力を増加させることができる。

また、プランジャのスプール側端面から突出するシャフトの他部にはプランジャ近傍に一部径を小さくした絞り部が形成されているので、プランジャに挿入されるシャフトの一部から絞り部を介する反プランジャ側の部位への磁束の漏れが抑制される。これにより、プランジャは、シャフトの他部のうち絞り部よりも反プランジャ側の部位、すなわち、磁束の漏れが抑制されたシャフトの部位の外周面によりステータコアのコア部の内周面にて摺動自在に支持されることとなるので、支持部であるシャフトからコア部への磁束の漏れを防止することができる。
したがって、プランジャとステータコアとの間の磁気吸引力を増加させることができる。また、このような磁気吸引力の増加により、電磁弁の小型化を図ることもできる。

請求項２の発明では、コア部の内周面のプランジャ側縁は、絞り部を除くシャフトの他部のうち当該絞り部に連結するプランジャ側の端面外縁に近接するように形成される。絞り部を除くシャフトの他部のうち当該絞り部に連結するプランジャ側の部位には、凹部に挿入されるシャフトの一部を介してプランジャから磁束が流れるので、絞り部に連結するプランジャ側端面外縁とコア部の内周面のプランジャ側縁との間に磁気吸引力が生じることとなる。このように生じる磁気吸引力と、プランジャとコア部の吸引部との間に生じる磁気吸引力とをともに利用することで、磁気吸引力をさらに増加させることができる。

請求項３の発明では、ステータコアは、ヨーク部とコア部とを連結する薄肉部により上記磁気抵抗部を構成する。これにより、ステータコアにおいて、ヨーク部とコア部とが磁気抵抗部となるエアギャップを介して対向するように別体で形成される場合と比較して、同軸度が小さくなり、磁気吸引力を増加させる効果に加えてプランジャの摺動不良を抑制することができる。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について図１を参照して説明する。図１は、本第１実施形態に係る電磁弁１０の構成概要を示す断面図である。
電磁弁１０は、例えば、車両用自動変速機のオイルパン内部において油圧制御に用いられるもので、ソレノイド部２０と、そのソレノイド部２０の一端に設けられたスプール部６０とによって構成されている。ソレノイド部２０は、主に、磁性材料により有底円筒状に形成されるカバー２１、コイル２２、ステータコア２３およびプランジャ２４等を備えており、スプール部６０は弁スリーブ７０とスプール８０等を備えている。

ステータコア２３は、磁性材料よりなるヨーク部３０及びコア部４０を備えており、ヨーク部３０およびコア部４０は、磁気抵抗部（エアギャップ）５１により磁気的に分離された状態にて、非磁性材料よりなるステンレスリング５２を介して互いに同軸的に配置されている。

ヨーク部３０は、環状のフランジ部３１とこのフランジ部３１の中央から円筒状に突出する円筒部３２とを備えている。

コア部４０は、略環状のフランジ部４１の中央近傍から吸引部４２が突出するように形成されている。吸引部４２は、プランジャ２４に対して磁気吸引力を発揮する役割を果たすもので、この吸引部４２には、要求される吸引力特性等に応じて所定の勾配を有するようにテーパ部４２ａが形成されている。

コア部４０には、反スプール側から内周面４３を有する第１内周穴と、この内周面４３よりも径の小さい内周面４４を有する第２内周穴と、この内周面４４よりも径の小さい内周面４５を有する第３内周穴とが同軸的に形成されている。第１内周穴は、その内径がヨーク部３０における円筒部３２の中心穴の内径に等しくなるように形成されている。また、内周面４３と内周面４４とを連結する断部には磁気吸引力によりスプール側へ移動したプランジャ２４を所定の位置までの移動に制限するためのストッパ５３が固定されている。

ヨーク部３０は、フランジ部３１がカバー２１の底部に嵌合するようにカバー２１に収納されている。また、コア部４０は、フランジ部４１がカバー２１の開口端に嵌合されるようにカバー２１に収納されている。フランジ部３１とフランジ部４１との間であって円筒部３２および吸引部４２の外周にはボビンに巻回されたコイル２２が配置されている。

プランジャ２４は、磁性材料からなるプランジャ本体２４ａとこのプランジャ本体２４ａのスプール側端面から同軸的に小径の円筒状に突出する突出部２４ｂとが一体に成形されており、突出部２４ｂのスプール側端面中央にはプランジャ本体２４ａまで貫通する中心孔２４ｃが形成されている。プランジャ本体２４ａは、その外径がヨーク部３０における円筒部３２の中心穴の内径よりも僅かに小さくなるように形成されている。突出部２４ｂは、その外径がコア部４０の第２内周穴の内径よりも僅かに小さくなるように形成されている。

プランジャ２４の中心孔２４ｃには、磁性材料にて形成されるシャフト２５がその一部（以下、圧入部２５ａともいう）の圧入によりプランジャ２４に対して同軸的に固定されている。

このとき、プランジャ２４から突出するシャフト２５の部位の突出部２４ｂ近傍には、一部径を小さくした円筒状の絞り部２５ｂが形成されており、この絞り部２５ｂにより突出部位のプランジャ側部位（以下、基部２５ｃともいう）と突出部位の反プランジャ側部位（以下、先端部２５ｄともいう）とが一体に連結されている。

この絞り部２５ｂの外径は、基部２５ｃから当該絞り部２５ｂを介する先端部２５ｄへの磁束の漏れが抑制可能であって、当該シャフト２５に要求される強度を損なわない程度に設定されている。また、基部２５ｃは、その外径がコア部４０の第３内周穴の内径よりも僅かに小さくなるように形成されている。

シャフト２５は、その先端部２５ｄの外周面にて、ステータコア２３のコア部４０の内周面４５に摺動自在に支持されている。これにより、プランジャ２４は、ステータコア２３内に同軸的であって摺動自在に支持されることとなる。

プランジャ２４およびシャフト２５は、プランジャ本体２４ａのコア側端面外縁近傍とコア部４０の吸引部４２との間に生じる磁気吸引力に加えて、突出部２４ｂのコア側端面外縁近傍とコア部の内周面４４のプランジャ側縁近傍との間に生じる磁気吸引力、および、シャフト２５の基部２５ｃのプランジャ側の端面外縁とコア部の内周面４５のプランジャ側縁近傍との間に生じる磁気吸引力により、コア部４０に近接する軸方向（スプール側）に移動する。

このようにソレノイド部２０が構成されることにより、コイル２２への通電に応じて、カバー２１、ステータコア２３およびプランジャ２４に加えてシャフト２５の圧入部２５ａおよび基部２５ｃとでもって磁気回路が構成されることとなる。

このとき、プランジャ２４は、シャフト２５の先端部２５ｄによりステータコア２３のコア部４０の内周面４５にて摺動自在に支持されることとなるので、支持部であるシャフト２５の先端部２５ｄからコア部４０へ磁束が漏れることもない。

カバー２１の開口端側に位置するフランジ部４１の外側面には、スプール８０を摺動可能に嵌装する弁スリーブ７０が配設されている。そして、カバー２１の開口側筒状端部２１ａを、弁スリーブ７０に形成されたフランジ部７１とフランジ部４１とを接合させた状態でかしめることにより、ソレノイド部２０とスプール部６０とが一体結合されている。

弁スリーブ７０には、径の異なる第１弁孔７２と第２弁孔７３が形成されるとともに、この第２弁孔７３に接続するばね収容孔７４が形成されている。これら各弁孔７２、７３およびばね収容孔７４は、ステータコア２３およびプランジャ２４と同軸上に延びるように形成されている。

スプール８０には、第１弁孔７２に嵌合する第１ランド部８１および第２ランド部８２と、第２弁孔７３に嵌合する第３ランド部８３が設けられており、第２ランド部８２と第３ランド部８３は互いに隣接して設けられている。

第１ランド部８１および第２ランド部８２は軸方向に所定量離間して設けられ、小径部８４によって互いに連結されている。小径部８４に対応して環状溝７５が前記弁スリーブ７０に形成され、この環状溝７５に制御圧を出力する出力ポート７６が連通されている。

また、弁スリーブ７０には、第１ランド部８１および第２ランド部８２の互いに対向する端面にそれぞれ対応して開口する排出ポート７７および供給ポート７８が形成されている。さらに、弁スリーブ７０には、ばね収容孔７４に開口するドレンポート７９が形成されている。なお、スプール８０の一端には、シャフト２５の先端部２５ｄのスプール側端面に当接するシャフト部８５が突設されている。

ばね収容孔７４の開口端はその内周面に形成されたねじ孔に螺合するプラグ９０によって閉塞され、このプラグ９０とスプール８０の間にばね９１が設けられている。スプール８０は、ばね９１の付勢力によってプランジャ２４に向けて押圧され、これにより、スプール８０のシャフト部８５を介してプランジャ２４が、通常カバー２１の底面に当接する初期位置に保持されている。かかるプランジャ２４の初期位置において、プランジャ本体２４ａのスプール側端縁は、コア部４０の吸引部４２の端部に軸方向にてほぼ一致するように配置されている（図１参照）。

このように構成される本第１実施形態に係る電磁弁１０の作用について、以下に説明する。コイル２２が非励磁状態の場合には、スプール８０は、ばね９１の付勢力によりプランジャ２４を反スプール方向に押圧し、プランジャ２４をカバー２１の底面に当接する初期位置に保持している。この非励磁状態においては、出力ポート７６は、供給ポート７８との連通が遮断されているとともに、排出ポート７７に連通され、これによって出力ポート７６は低圧に保持されている。

一方、コイル２２に通電して励磁すると、カバー２１、ステータコア２３、プランジャ２４およびシャフト２５の圧入部２５ａおよび基部２５ｃでもって構成される磁気回路に磁束が流れる。これにより、プランジャ本体２４ａのコア側端面外縁近傍とコア部４０の吸引部４２との間、突出部２４ｂのコア側端面外縁近傍とコア部４０の内周面４４のプランジャ側縁近傍との間、および、シャフト２５の基部２５ｃのプランジャ側の端面外縁とコア部４０の内周面４５のプランジャ側縁近傍との間に、それぞれ磁気吸引力が発生する。

これらの磁気吸引力により、プランジャ２４およびシャフト２５がコア部４０に近接する軸方向へ引き寄せられて、スプール８０がばね９１の付勢力に抗して反プランジャ方向に移動する。この移動により、第２ランド部８２が供給ポート７８を開口し始めるとともに、第１ランド部８１が排出ポート７７の開口面積を制限し始めるので、出力ポート７６の制御圧は次第に上昇される。

このように本第１実施形態に係る電磁弁１０では、コイル２２に通電される電流値に応じて発生する上記各磁気吸引力と、ばね９１の付勢力とがバランスする位置にスプール８０が保持され、これによって上記制御圧はコイル２２に通電された電流値に応じた圧力に制御される。

以上説明したように、本実施形態に係る電磁弁１０では、プランジャ２４には、磁性材料で形成されるシャフト２５が、その圧入部２５ａを当該プランジャ２４に設けられる中心孔２４ｃに挿入し基部２５ｃ，絞り部２５ｂおよび先端部２５ｄを突出部２４ｂのスプール側端面から突出させるように、同軸的に固定される。そして、このシャフト２５は、その先端部２５ｄの外周面にて、ステータコア２３のコア部４０の内周面４５により摺動自在に支持されている。

このように、プランジャ２４の中心孔２４ｃには磁性材料で形成されるシャフト２５の圧入部２５ａが挿入されているので、この圧入部２５ａが磁気回路構成材として使用でき、磁気吸引力を増加させることができる。

また、プランジャ２４の突出部２４ｂのスプール側端面から突出するシャフト２５の部位には一部径を小さくした絞り部２５ｂが形成されているので、圧入部２５ａおよび基部２５ｃから絞り部２５ｂを介する先端部２５ｄへの磁束の漏れが抑制される。これにより、プランジャ２４は、先端部２５ｄ、すなわち、磁束の漏れが抑制されたシャフト２５の部位の外周面によりステータコア２３のコア部４０の内周面４５にて摺動自在に支持されることとなるので、支持部であるシャフト２５の先端部２５ｄからコア部４０への磁束の漏れを防止することができる。
したがって、プランジャ２４とステータコア２３との間の磁気吸引力を増加させることができる。また、このような磁気吸引力の増加により、電磁弁１０の小型化を図ることもできる。

また、本実施形態に係る電磁弁１０では、コア部４０の内周面４５のプランジャ側縁は、シャフト２５の基部２５ｃのプランジャ側の端面外縁に近接するように形成されている。この基部２５ｃには、中心孔２４ｃに挿入される圧入部２５ａを介してプランジャ２４から磁束が流れるので、基部２５ｃのプランジャ側端面外縁とコア部４０の内周面４５のプランジャ側縁との間に磁気吸引力が生じることとなる。このように生じる磁気吸引力と、プランジャ本体２４ａのコア側端面外縁近傍とコア部４０の吸引部４２との間に生じる磁気吸引力および突出部２４ｂのコア側端面外縁近傍とコア部４０の内周面４４のプランジャ側縁近傍との間に生じる磁気吸引力とをともに利用することで、磁気吸引力をさらに増加させることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について図２を参照して説明する。図２は、本発明の第２実施形態に係る電磁弁１０の構成概要を示す断面図である。
本第２実施形態に係る電磁弁１０は、上記第１実施形態にて述べた磁気抵抗部５１およびステンレスリング５２に代えて、薄肉部５４を採用している点が、上記第１実施形態に係る電磁弁と異なる。したがって、第１実施形態の電磁弁と実質的に同一の構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。

図２に示すように、ステータコア２３は、上述したヨーク部３０の円筒部３２とコア部４０の吸引部４２とを薄肉部５４により一体に連結するように構成されている。薄肉部５４は、上記磁気回路において、磁気抵抗部５１と同様に、ヨーク部３０とコア部４０との間の磁束の漏れを低減して、基部２５ｃのプランジャ側端面外縁とコア部４０の内周面４５のプランジャ側縁との間、プランジャ本体２４ａのコア側端面外縁近傍とコア部４０の吸引部４２との間、および、突出部２４ｂのコア側端面外縁近傍とコア部の内周面４４のプランジャ側縁近傍との間のそれぞれに生じる磁気吸引力を増加させる磁気抵抗部としての役割を果たす。なお、ヨーク部３０のフランジ部３１は、円筒部３２および吸引部４２の外周にボビンに巻回されたコイル２２を配置するために、円筒部３２と別部材になっている。

これにより、ステータコア２３において、ヨーク部３０とコア部４０とが磁気抵抗部となるエアギャップを介して対向するように別体で形成される場合と比較して、同軸度が小さくなり、上記第１実施形態にて述べた各磁気吸引力を増加させる効果に加えてプランジャ２４の摺動不良を抑制することができる。

なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよく、その場合でも、上記各実施形態と同等の作用・効果が得られる。
（１）シャフト２５に形成される絞り部２５ｃは、円筒状に形成されることに限らず、切欠き形状や穴明き形状のように、基部２５ｃから先端部２５ｄへの磁束の漏れが抑制可能であって、当該シャフト２５に要求される強度を損なわない形状であればどのような形状であってもよい。

（２）ステータコア２３のコア部４０の第２内周穴およびプランジャ２４の突出部２４ｂを廃止して、基部２５ｃのプランジャ側端面外縁とコア部４０の内周面４５のプランジャ側縁との間に生じる磁気吸引力、および、プランジャ本体２４ａのコア側端面外縁近傍とコア部４０の吸引部４２との間に生じる磁気吸引力のみを利用するようにしてもよい。この場合、プランジャ２４およびシャフト２５をコア部４０に近接する軸方向に移動させるための磁気吸引力は多少低下するが、コア部４０の第２内周穴やプランジャ２４の突出部２４ｂの加工が不要になり製造コストを低減することができる。

（３）シャフト２５の圧入部２５ａは、プランジャ２４の中心孔２４ｃに圧入されて固定されることに限らず、同軸的に固定される方法であればどのような固定方法であってもよい。

（４）プランジャ２４には、スプール側端面中央に中心孔２４ｃが形成されることに限らず、スプール側端面に凹部が形成されてもよい。このとき、シャフト２５の圧入部２５ａは、この凹部に圧入等により固定可能に形成され、シャフト２５の基部２５ｃ，絞り部２５ｂ，先端部２５ｄはプランジャ２４に対し同軸的に突出するように形成される。

（５）プランジャ２４およびシャフト２５は、別体であることに限らず、同一材料にて一体に形成されてもよい。

本発明の第１実施形態に係る電磁弁の構成概要を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る電磁弁の構成概要を示す断面図である。

符号の説明

１０…電磁弁
２０…ソレノイド部
２２…コイル
２３…ステータコア
２４…プランジャ
２４ａ…プランジャ本体
２４ｂ…突出部
２４ｃ…中心孔
２５…シャフト
２５ａ…圧入部
２５ｂ…絞り部
２５ｃ…基部
２５ｄ…先端部
３０…ヨーク部
４０…コア部
４２…吸引部
４３，４４，４５…内周面
５１…磁気抵抗部
５４…薄肉部
６０…スプール部
７０…弁スリーブ
８０…スプール

Claims (3)

1. 互いに同軸的に配置されたヨーク部とコア部とそれらの間に設けられた磁気抵抗部とを有するステータコアと、
   前記ステータコア内に配置されて前記コア部の吸引部との間に生じる磁気吸引力により軸方向に移動するプランジャと、
   前記ステータコアを励磁して前記磁気吸引力を発生させるコイルと、
   前記ステータコアに取り付けられる弁スリーブと、
   前記弁スリーブに摺動自在に案内支持されて前記プランジャの移動に応じて作動するスプールと、
   を備える電磁弁であって、
   前記プランジャには、磁性材料で形成されるシャフトが、その一部を当該プランジャのスプール側端面に設けられる凹部に挿入し当該シャフトの他部を前記スプール側端面から突出させるように、同軸的に固定され、
   前記シャフトの他部には、前記プランジャ近傍に一部径を小さくした絞り部が形成され、
   前記シャフトの他部のうち前記絞り部よりも反プランジャ側の部位の外周面は、前記ステータコアのコア部の内周面により摺動自在に支持されることを特徴とする電磁弁。
2. 前記コア部の前記内周面のプランジャ側縁は、前記絞り部を除く前記シャフトの他部のうち前記絞り部に連結するプランジャ側の端面外縁に近接するように形成されることを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
3. 前記ステータコアは、前記ヨーク部と前記コア部の前記吸引部とを連結する薄肉部により前記磁気抵抗部を構成することを特徴とする請求項１または２に記載の電磁弁。

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