JP2010025217A - 電磁弁 - Google Patents

Abstract

【課題】プランジャの摺動抵抗をなくし得る電磁弁を提供する。
【解決手段】スプール部７０には、軸方向に延びるスプール側油路８５とこのスプール側油路８５に連通されて供給ポート６６からの作動油が流入可能な連通孔８６とが形成されている。また、プランジャ部２４には、そのスプール側端部２４ａおよび反スプール側端部２４ｂより外径の小さな環状凹部８２が外周に形成されるとともに、スプール側油路８５に連通するプランジャ側油路８３とこのプランジャ側油路８３および環状凹部８２を連通する連通孔８４とが形成されている。
【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に示す電磁弁が知られている。この電磁弁は、コイルを励磁することにより、ヨークおよびプランジャ等でコイルを周る様に磁束を発生させ、この磁力によりスプールおよびプランジャからなる摺動部材を摺動させている。そして、ヨークとプランジャとの環状隙間に作動油を流動させることにより、ヨークとプランジャとの間の摺動抵抗を低減している。
特開２００３−０４２３２８号公報

しかしながら、電磁弁の作動性のさらなる向上が求められており、そのためには、プランジャの摺動抵抗のさらなる低減が必要となる。
また、プランジャの偏心が大きくなるほど、磁気吸引力に応じてプランジャをヨークに引きつける径方向の力が大きくなり、プランジャの摺動抵抗が増大する。このプランジャの偏心を小さくするためには、プランジャにＮｉＰメッキ等の表面処理を施してその膜厚を厚くする必要があり、製造コストが増大してしまう。また、このように膜厚を厚くしてもプランジャの摺動抵抗の低減には限度があり、さらなるプランジャの摺動抵抗の低減は困難である。

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、プランジャの摺動抵抗をなくし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）およびコア部（４０）とそれらの間に設けられた磁気抵抗部（５１）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（２４，２４ｃ）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前記プランジャと同軸的に弁孔（６２）が形成されるとともにこの弁孔に作動油を供給するための供給ポート（６６）が形成される弁スリーブ（６０）と、前記弁孔に摺動自在に案内支持されるとともに前記プランジャに連結されこのプランジャの移動に応じて前記供給ポートの開口度を制御するスプール（７０，７０ａ）と、を備える電磁弁（１０）であって、前記スプールには、軸方向に延びる第１油路（８５）とこの第１油路に連通されて前記供給ポートからの前記作動油が流入可能な第１連通孔（８６）とが形成され、前記プランジャには、そのスプール側端部（２４ａ）および反スプール側端部（２４ｂ）より外径の小さな環状凹部（８２，８２ｂ）が外周に形成されるとともに、当該プランジャと前記スプールとを連結するとき前記第１油路に連通する第２油路（８３）とこの第２油路および前記環状凹部を連通する第２連通孔（８４）とが形成されることを技術的特徴とする。

請求項１の発明では、スプールには、軸方向に延びる第１油路とこの第１油路に連通されて供給ポートからの作動油が流入可能な第１連通孔とが形成されている。また、プランジャには、そのスプール側端部および反スプール側端部より外径の小さな環状凹部が外周に形成されるとともに、当該プランジャとスプールとを連結するとき第１油路に連通する第２油路とこの第２油路および環状凹部を連通する第２連通孔とが形成されている。

このため、供給ポートからの作動油が、スプールの第１連通孔および第１油路とプランジャの第２油路および第２連通孔とを介して、プランジャの外周に形成される環状凹部内に流入される。これにより、プランジャとステータコアとの間に所定の圧力の作動油が導入され、この作動油の圧力に応じた調心力がプランジャに作用するため、プランジャとステータコアとの摺動をなくすことができる。
したがって、プランジャの摺動抵抗をなくすことができる。

特に、上述したプランジャの調心作用は、プランジャの偏心率の低減に相当する効果があるため、プランジャの表面に表面処理を施す場合であっても、その膜厚を薄くすることができ、膜厚を形成するための製造コストを低減することができる。

請求項２の発明では、環状凹部は、その軸方向中央からスプール側端部および反スプール側端部の双方に向けてそれぞれ外径が大きくなるように形成されている。これにより、環状凹部内に流入する作動油がプランジャとステータコアとの間に円滑に導入されることとなり、上述した調心力をプランジャに好適に作用させることができる。

請求項３の発明では、環状凹部は、その軸方向中央における径方向の深さ（以下、中央部深さＨともいう）が２．５μｍ以上７．５μｍ以下に設定されている。これは、図３に示すように、中央部深さＨとプランジャに作用する調心力Ｆとの関係を解析したところ、中央部深さＨが２．５μｍ未満では中央部深さＨの増加に応じて調心力Ｆが急増し、７．５μｍを超えると中央部深さＨにかかわらず調心力Ｆがほぼ一定となる。中央部深さＨを大きくするほどプランジャにおける磁路面積が減少することから、調心力Ｆの安定性とプランジャにおける磁路面積の確保とを両立させるために、中央部深さＨが２．５μｍ以上７．５μｍ以下に設定される。これにより、プランジャにおける磁路面積を確保しつつ、プランジャに作用する調心力を安定させることができる。

請求項４の発明では、スプールおよびプランジャは、第１油路および第２油路が連通するように一体に形成されている。これにより、供給ポートからの作動油を確実に環状凹部内に流入させることができる。

以下、本発明の一実施形態について図１を参照して説明する。図１は、本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。図２は、プランジャ部２４の詳細断面図である。なお、図２においては、説明のために環状凹部８２のテーパの角度を誇張して示している。

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出力する作動油を制御して油圧制御を実現するもので、図１に示すように、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、プランジャ部２４、弁スリーブ６０およびスプール部７０等を備えている。そして、プランジャ部２４とスプール部７０とは、連結部８１により連結されるように一体に形成されている。

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、例えば、ステンレスにより形成されるリング５２を介して互いに同軸的に配置されている。なお、リング５２は、ステンレスにより形成されることに限らず、アルミや銅等の非磁性材料で形成されてもよい。

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、環状のフランジ部４１の中央から吸引部４２が突出するように形成されている。吸引部４２は、プランジャ部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、同軸であって径の異なる２つの中心穴４３，４４が形成されている。中心穴４３は、その内径がヨーク部３０の中心穴の内径に等しくあるいはそれ以上になるように形成されており、その深さがプランジャ部２４に必要なストロークより僅かに大きくなるように設定されている。

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。

ヨーク部３０の円筒部３２とコア部４０の吸引部４２との内周には、磁性材料からなるプランジャ部２４が同軸的であって軸方向に移動可能に挿入されており、このプランジャ部２４は、吸引部４２との間に生じる磁気吸引力により当該吸引部４２に近接する軸方向に移動する。

図２に示すように、プランジャ部２４には、そのスプール側端部２４ａおよび反スプール側端部２４ｂより外径の小さな環状凹部８２が外周に形成されている。この環状凹部８２は、その軸方向中央部８２ａの深さ（以下、中央部深さＨともいう）が５μｍに設定されており、この軸方向中央部８２ａからスプール側端部２４ａおよび反スプール側端部２４ｂの双方に向けてそれぞれ外径が大きくなるようテーパ状に形成されている。

また、図１および図２に示すように、プランジャ部２４には、その軸中心にて軸方向に延びる穴（以下、プランジャ側油路８３ともいう）が形成されるとともに、このプランジャ側油路８３と環状凹部８２とを連通する２つの連通孔８４が形成されている。なお、連通孔８４は、２つに限らず、等間隔であって放射状に複数形成されてもよい。

このように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およびプランジャ部２４とでもって磁気回路が構成されることとなる。

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、スプール部７０を摺動可能に嵌装する弁スリーブ６０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６０に形成されたフランジ部６１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、ステータコア２３と弁スリーブ６０とが同軸的に結合されている。

弁スリーブ６０には、径の異なる第１弁孔６２と第２弁孔６３が形成されるとともに、この第２弁孔６３に接続するばね収容孔６４が形成されている。これら各弁孔６２、６３およびばね収容孔６４は、ステータコア２３およびプランジャ部２４と同軸上に延びるように形成されている。

スプール部７０の外周には、第１弁孔６２に嵌合する第１ランド部７１および第２ランド部７２と、第２弁孔６３に嵌合する第３ランド部７３が設けられている。

第１ランド部７１および第２ランド部７２は軸方向に所定量離間して設けられ、小径部７４によって互いに連結されている。第１弁孔６２には、小径部７４に対応して環状溝６２ａが形成されており、この環状溝６２ａには、制御圧としての作動油を出力する出力ポート６５が連通されている。

弁スリーブ６０には、第１ランド部７１および第２ランド部７２の互いに対向する端面にそれぞれ対応して第１弁孔６２に作動油を供給するための供給ポート６６および第１弁孔６２から作動油を排出するための排出ポート６７が形成されている。

第２ランド部７２と第３ランド部７３との間には段差部７５が設けられており、この段差部７５に連通するフィードバックポート６８が弁スリーブ６０に形成されている。このフィードバックポート６８は、図略の連通路を介して出力ポート６５に連通されている。また、弁スリーブ６０には、ばね収容孔６４に連通するドレンポート６９が形成されている。

スプール部７０には、その軸中心にて軸方向に延びる穴（以下、スプール側油路８５ともいう）が形成されている。このスプール側油路８５は、連結部８１の連通路８１ａを介してプランジャ部２４のプランジャ側油路８３に連通している（図１参照）。このスプール側油路８５、プランジャ側油路８３および連通路８１ａは、スプール側端面またはプランジャ側端面から貫通しない軸中心穴を加工するとともにこの軸中心穴の開口部を図略の栓部材等で閉塞して形成されている。

また、スプール部７０には、スプール側油路８５と弁スリーブ６０の供給ポート６６とを連通する２つの連通孔８６が形成されている。なお、連通孔８６は、２つに限らず、等間隔であって放射状に複数形成されてもよい。

ばね収容孔６４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とスプール部７０の間にばね９１が設けられている。このばね９１の付勢力によってスプール部７０がこのばね９１から離間する方向（以下、減圧方向ともいう）に押圧されることにより、このスプール部７０と一体に形成されるプランジャ部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。かかるプランジャ部２４の初期位置において、プランジャ部２４のスプール側端部は、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）。

ここで、上述したプランジャ部２４の環状凹部８２のテーパ形状について図３を用いて詳細に説明する。図３は、環状凹部８２の中央部深さＨとプランジャ部２４に作用する調心力Ｆとの関係を示すグラフである。

上述のように環状凹部８２の中央部深さＨを５μｍに設定しているのは、以下の理由による。
図３に示すように、中央部深さＨが大きくなるほど、すなわち、環状凹部８２のテーパ角度が大きくなるほど、環状凹部８２内に流入する作動油の量が増えて環状凹部８２内が高圧になり、プランジャ部２４に作用する調心力Ｆが大きくなる。特に、中央部深さＨが２．５μｍを超えるまでは調心力Ｆが急増し、中央部深さＨが７．５μｍを超えると調心力Ｆがほぼ一定になることがわかる。なお、本解析においては、流体中の物体に作用する調心力（流体固着力）に関する一般式を用いており、環状凹部８２内の作動油の圧力として、例えば、４００ｋＰａが設定されている。

一方、中央部深さＨを大きくするほどプランジャ部２４の外径が小さくなることから、プランジャ部２４における磁路面積が減少してしまう。

そこで、本実施形態における電磁弁１０では、調心力Ｆの安定性とプランジャ部２４における磁路面積の確保とを両立させるために、環状凹部８２の中央部深さＨが５μｍになるように設定されている。なお、中央部深さＨが２．５μｍ以上７．５μｍ以下になるように設定されてもよい。

このように構成される本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、プランジャ部２４およびスプール部７０は、ばね９１の付勢力により減圧方向に押圧され、プランジャ部２４はカバー２１の底面に当接する初期位置に保持されている。この非励磁状態においては、出力ポート６５は、供給ポート６６との連通が遮断されているとともに、排出ポート６７に連通され、これによって出力ポート６５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およびプランジャ部２４でもって磁気回路が構成されて、コア部４０の吸引部４２とプランジャ部２４との間に磁気吸引力が発生する。この磁気吸引力により、プランジャ部２４が吸引部４２側へ引き寄せられて、スプール部７０がばね９１の付勢力に抗して加圧方向（反減圧方向）に移動する。この移動により、第２ランド部７２が供給ポート６６を開口し始めるとともに、第１ランド部７１が排出ポート６７の開口面積を制限し始めるので、出力ポート６５の制御圧は次第に上昇される。

また、出力ポート６５から出力される制御圧に応じた作動油は、上記連通路を介してフィードバックポート６８に供給される。フィードバックポート６８に供給された作動油は、段差部７５に作用して、第１ランド部７１と段差部７５の面積差を乗じたフィードバック力をばね９１の付勢力と同方向にプランジャ部２４に作用させる。

このように本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コア部４０の吸引部４２とプランジャ部２４との間で発生する磁気吸引力と、ばね９１の付勢力と、段差部７５に作用するフィードバック力とがバランスする位置にスプール部７０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。

本実施形態においては、作動油が供給ポート６６に供給されるとき、この作動油は、スプール部７０の連通孔８６およびスプール側油路８５と、連結部８１の連通路８１ａと、プランジャ部２４のプランジャ側油路８３および連通孔８４とを介して、環状凹部８２内に流入される。これにより、プランジャ部２４とステータコア２３との間に所定の圧力の作動油が導入され、この作動油の圧力に応じた調心力Ｆがプランジャ部２４に作用するため、プランジャ部２４とステータコア２３との摺動をなくすことができる。

特に、環状凹部８２はテーパ状に形成されているので、環状凹部８２内に流入する作動油がプランジャ部２４とステータコア２３との間に円滑に導入される。また、環状凹部８２の中央部深さＨが５μｍに設定されているので、プランジャ部２４における磁路面積が確保され、プランジャ部２４に作用する調心力Ｆが安定する。

以上説明したように、本実施形態に係る電磁弁１０では、スプール部７０には、軸方向に延びるスプール側油路８５とこのスプール側油路８５に連通されて供給ポート６６からの作動油が流入可能な連通孔８６とが形成されている。また、プランジャ部２４には、そのスプール側端部２４ａおよび反スプール側端部２４ｂより外径の小さな環状凹部８２が外周に形成されるとともに、スプール側油路８５に連通するプランジャ側油路８３とこのプランジャ側油路８３および環状凹部８２を連通する連通孔８４とが形成されている。

このため、供給ポート６６からの作動油が、スプール部７０の連通孔８６およびスプール側油路８５とプランジャ部２４のプランジャ側油路８３および連通孔８４等とを介して、プランジャ部２４の外周に形成される環状凹部８２内に流入される。これにより、プランジャ部２４とステータコア２３との間に所定の圧力の作動油が導入され、この作動油の圧力に応じた調心力Ｆがプランジャ部２４に作用するため、プランジャ部２４とステータコア２３との摺動をなくすことができる。
したがって、プランジャ部２４の摺動抵抗をなくすことができる。

また、本実施形態に係る電磁弁１０では、環状凹部８２は、その軸方向中央部８２ａからスプール側端部２４ａおよび反スプール側端部２４ｂの双方に向けてそれぞれ外径が大きくなるようテーパ状に形成されている。これにより、環状凹部８２内に供給される作動油がプランジャ部２４とステータコア２３との間に円滑に導入されることとなり、上述した調心力Ｆをプランジャ部２４に好適に作用させることができる。

さらに、本実施形態に係る電磁弁１０では、環状凹部８２の中央部深さＨが５μｍに設定されている。これにより、プランジャ部２４における磁路面積を確保しつつ、プランジャ部２４に作用する調心力Ｆを安定させることができる。

さらに、本実施形態に係る電磁弁１０では、スプール部７０およびプランジャ部２４は、スプール側油路８５およびプランジャ側油路８３が連通路８１ａを介して連通するように一体に形成されている。これにより、供給ポート６６からの作動油を確実に環状凹部８２内に流入させることができる。

なお、本発明は上記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、上記実施形態と同等の作用・効果が得られる。
（１）図４は、本実施形態の第１の変形例に係る電磁弁１０の構成概要を示す断面図である。
プランジャ部およびスプール部は連結部８１により連結されるように一体に形成されることに限らず、プランジャ部とスプール部とを別体として構成し、両部材を組み付けることでプランジャ側油路８３とスプール側油路８５とを連通するようにしてもよい。例えば、図４に示すように、プランジャ部２４ｃに一体形成される連結部８１をスプール部７０ａのプランジャ側端面に形成される凹部に嵌合させることによりプランジャ側油路８３とスプール側油路８５とを連通するようにしてもよい。

（２）図５は、本実施形態の第２の変形例に係る電磁弁１０の要部であるプランジャ部２４の詳細断面図である。
プランジャ部２４の環状凹部は、テーパ状に形成されることに限らず、スプール側端部２４ａおよび反スプール側端部２４ｂより外径が小さくなるように環状に形成されてもよい。例えば、図５に示すように、環状凹部８２ｂは、複数の環状段部から形成されてもよい。

（３）プランジャ部２４の外周には、メッキ等の表面処理を施してもよい。この場合、上述したプランジャ部２４の調心作用は、プランジャ部２４の偏心率の低減に相当する効果があるため、プランジャ部２４の表面に表面処理を施す場合であっても、その膜厚を薄くすることができ、膜厚を形成するための製造コストを低減することができる。

本実施形態に係る電磁弁の構成概要を示す断面図である。 プランジャ部の詳細断面図である。 環状凹部の中央部深さとプランジャ部に作用する調心力との関係を示すグラフである。 本実施形態の第１の変形例に係る電磁弁の構成概要を示す断面図である。 本実施形態の第２の変形例に係る電磁弁の要部であるプランジャ部の詳細断面図である。

符号の説明

１０…電磁弁
２３…ステータコア
２４，２４ｃ…プランジャ部（プランジャ）
２４ａ…スプール側端部
２４ｂ…反スプール側端部
６０…弁スリーブ
６６…供給ポート
７０，７０ａ…スプール部（スプール）
８２，８２ｂ…環状凹部
８２ａ…軸方向中央部
８３…プランジャ側油路（第２油路）
８４…連通孔（第２連通孔）
８５…スプール側油路（第１油路）
８６…連通孔（第１連通孔）
Ｆ…調心力
Ｈ…中央部深さ

Claims (4)

1. 互いに同軸的に配置されたヨーク部および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前記プランジャと同軸的に弁孔が形成されるとともにこの弁孔に作動油を供給するための供給ポートが形成される弁スリーブと、
   前記弁孔に摺動自在に案内支持されるとともに前記プランジャに連結されこのプランジャの移動に応じて前記供給ポートの開口度を制御するスプールと、
   を備える電磁弁であって、
   前記スプールには、軸方向に延びる第１油路とこの第１油路に連通されて前記供給ポートからの前記作動油が流入可能な第１連通孔とが形成され、
   前記プランジャには、そのスプール側端部および反スプール側端部より外径の小さな環状凹部が外周に形成されるとともに、当該プランジャと前記スプールとを連結するとき前記第１油路に連通する第２油路とこの第２油路および前記環状凹部を連通する第２連通孔とが形成されることを特徴とする電磁弁。
2. 前記環状凹部は、その軸方向中央から前記スプール側端部および前記反スプール側端部の双方に向けてそれぞれ外径が大きくな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. 前記環状凹部は、その軸方向中央における径方向の深さが２．５μｍ以上７．５μｍ以下に設定されることを特徴とする請求項２に記載の電磁弁。
4. 前記スプールおよび前記プランジャは、前記第１油路および前記第２油路が連通するように一体に形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電磁弁。

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