JP2011256893A - 電磁弁 - Google Patents

Abstract

【課題】体格を小型化し、かつ、流体圧の振動を抑制することの可能な電磁弁を提供する。
【解決手段】筒状のスリーブ１０の内側に軸方向に往復移動可能に設けられるスプール２０は、入力ポート１２を開閉する第１ランド２１、及び排出ポートを開閉する第２ランドを有する。電磁アクチュエータはスプール２０を軸方向の他方に移動させることで入力ポート１２と排出ポートとの連通状態を切り替える。スリーブ１０は、第１ランド２１の入力ポート１２と径方向の反対側に形成される圧力室６１と、入力ポート１２と圧力室６１との間の流体の流れを制限する絞り部６２とを有する。入力ポート１２と排出ポートとが連通状態から遮断状態に移行すると、絞り部６２によって圧力室６１の作動油と入力ポート１２の作動油とに差圧が生じ、第１ランド２１とスリーブ１０の内壁１８との摩擦力が大きくなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、スプール式の電磁弁に関する。

従来、車両用の自動変速機に用いられる作動油の圧力制御を行う電磁弁が公知である。
この種の電磁弁は、スリーブの内側に往復移動可能に設けられたスプールを軸方向の一方へ付勢するスプリングの付勢力と、フィードバック室に供給される油圧と、スプリングの付勢力に抗してスプールを軸方向の他方に移動させる電磁アクチュエータの吸引力とのバランスによりスプールを所定の位置に保持している。このため、電磁アクチュエータがスプールを急速に変位させると、その反動によりスプールが軸方向に揺れ動き、スリーブに形成された入力ポートの開口面積が変動することで、出力ポートから出力される油圧に振動が生じることがある。
特許文献１に記載の電磁弁では、スリーブの径方向外側に出力ポートと連通する緩衝装置を設けることで、上述した油圧の振動を抑制している。

米国特許出願公開第２００５／０１８３７８３Ａ１号明細書

しかしながら、スリーブの径方向外側に緩衝装置を設けると、電磁弁の体格が大きくなる。また、部品点数が増加し、電磁弁の製造コストが高くなることが懸念される。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、体格を小型化し、かつ、流体圧の振動を抑制することの可能な電磁弁を提供することにある。

請求項１に係る発明によると、筒状のスリーブは、流体圧の入力される入力ポート、流体圧を出力する出力ポート、及び流体を排出する排出ポートを有する。スリーブの内側に軸方向に往復移動可能に設けられるスプールは、スリーブの内壁に摺動し入力ポートを開閉する第１ランド、スリーブの内壁に摺動し排出ポートを開閉する第２ランド、及び第１ランドと第２ランドとを接続する軸部を有する。付勢手段はスプールを軸方向の一方へ付勢し、電磁アクチュエータは付勢手段の付勢力に抗してスプールを軸方向の他方に移動させることで入力ポートと排出ポートとの連通状態を切り替え、出力ポートから出力される流体圧を調節する。スリーブは、第１ランドの入力ポートと径方向の反対側に形成される圧力室と、入力ポートと圧力室との間の流体の流れを制限する絞り部とを有する。

入力ポートと圧力室とは絞り部を通じて連通しているので、スプールが一定の位置に停止しているとき、入力ポートと圧力室との流体圧は略同じである。このため、スプールとスリーブとは略同軸に位置している。その後、電磁アクチュエータがスプールを移動させ、第２ランドにより排出ポートを閉塞するとともに、第１ランドにより入力ポートの開口を大きくすると、出力ポートから流体圧が出力される。すると、入力ポートから出力ポートへ流れる流体の流速が速くなり、入力ポートの流体圧が低下する。このとき、圧力室と入力ポートとの流体の流れは絞り部により制限されているので、圧力室の流体と入力ポートの流体とに差圧が生じる。これにより、スプールが径方向の入力ポート側に偏り、スリーブの内壁と第１ランドとの摩擦力が大きくなる。このため、スプールの軸方向の揺れが抑制され、入力ポートの開口面積の変動が抑制される。したがって、出力ポートから出力される流体圧の振動を抑制することができる。これにより、特許文献１に記載されているような、流体圧の振動を抑制するために設けられていた緩衝装置を廃止することができるので、電磁弁の製造コストを低減し、電磁弁の体格を小型化することができる。

請求項２に係る発明によると、絞り部は、スリーブの内壁の周方向に形成された溝と第１ランドの径方向の外壁とにより形成される。スリーブの内壁に溝を形成することにより、簡素な構成で絞り部を形成することが可能であるので、電磁弁の製造コストを低減することができる。

請求項３に係る発明によると、絞り部は、入力ポートと排出ポートとが連通状態から遮断状態に移行するとき、入力ポートの流体と圧力室の流体とに差圧を生じさせることの可能な断面積に形成される。このため、電磁アクチュエータがスプールを移動させるとき、第１ランドとスリーブの内壁との摩擦力が大きくなり、出力ポートから出力される流体圧の振動を抑制することができる。
一方、スプールが一定の位置に停止しているとき、絞り部を流体が流れ、入力ポートと圧力室との流体圧が略同じとなるので、スプールとスリーブとは略同軸に位置する。これにより、電磁弁の応答性を高めることができる。

請求項４に係る発明によると、スリーブは、入力ポート及び出力ポートを有する。スプールは、入力ポートを開閉する第１ランドを有する。電磁アクチュエータは付勢手段の付勢力に抗してスプールを軸方向の他方に移動させることで入力ポートと出力ポートとの連通状態を切り替え、出力ポートから出力される流体圧を調節する。スリーブは、第１ランドの径方向の入力ポートと反対側に形成される圧力室と、入力ポートと圧力室との間の作動流体の流れを制限する絞り部とを有する。
電磁アクチュエータがスプールを移動し、第１ランドが入力ポートの開口を大きくすると、出力ポートから流体圧が出力される。すると、入力ポートから出力ポートへ流れる流体の流速が速くなり、入力ポートの流体圧が低下する。このとき、絞り部により圧力室の流体圧が維持されるので、圧力室の流体と入力ポートの流体とに差圧が生じる。このため、スプールが径方向の入力ポート側に偏り、第１ランドとスリーブの内壁との摩擦力が大きくなる。したがって、出力ポートから出力される流体圧の振動を抑制することができる。

請求項５に係る発明によると、スプールは、出力ポートを開閉する第２ランドを有する。スリーブは、第２ランドの径方向の出力ポートと反対側に形成される圧力室と、出力ポートと圧力室との間の流体の流れを制限する絞り部とを有する。
第２ランドにより出力ポートの開閉を行うことで流体の圧力制御を行う構成の電磁弁では、第２ランドの径方向の出力ポートと反対側に圧力室を形成し、出力ポートと圧力室との間の作動流体の流れを絞り部により制限することで、出力ポートから出力される流体圧の振動を抑制することができる。

本発明の第１実施形態による電磁弁の断面図である。 本発明の第１実施形態による電磁弁の断面図である。 本発明の第１実施形態による電磁弁の断面図である。 本発明の第２実施形態による電磁弁の断面図である。 図４のＶ−Ｖ線の断面図である。 本発明の第３実施形態による電磁弁の要部断面図である。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線の断面図である。 本発明の第４実施形態による電磁弁の要部断面図である。 図８のＩＸ−ＩＸ線の断面図である。

以下、本発明による複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による電磁弁を図１〜図３に示す。本実施形態の電磁弁１は、車両の自動変速機に用いられ、流体としての作動油の圧力制御を行うものである。
まず、電磁弁１の基本的構成を説明する。
図２に示すように、電磁弁１は、スリーブ１０、スプール２０、コイルスプリング３０及び電磁アクチュエータ４０等を備えている。
スリーブ１０は、筒状に形成され、軸方向のコイルスプリング３０側から順に、フィードバックポート１１、入力ポート１２、出力ポート１３及び排出ポート１４を有している。入力ポート１２は、図示しない油圧ポンプに接続し、油圧ポンプから油圧が入力される。出力ポート１３は、図示しない自動変速機の負荷に接続するとともに、図示しない油圧配管によりフィードバックポート１１に接続している。排出ポート１４は、大気開放されている。

スプール２０は、スリーブ１０の内側に軸方向に往復移動可能に設けられている。スプール２０は、外径がスリーブ１０の内径よりも僅かに小さく形成された第１ランド２１、第２ランド２２及び第３ランド２３を有している。また、スプール２０は、第１ランド２１及び第２ランド２２よりも外径が小さく形成され、第１ランド２１と第２ランド２２とを接続する軸部２４、及び第１ランド２１と第３ランド２３とを接続する接続部２５を有している。軸部２４の径外側に入力ポート１２と出力ポート１３又は排出ポート１４とを連通する連通室１５が形成され、接続部２５の径外側にフィードバックポート１１から油圧が供給されるフィードバック室１６が形成されている。
第１ランド２１はスリーブ１０の内壁１８と摺動し、入力ポート１２を開閉する。第２ランド２２はスリーブ１０の内壁１８と摺動し、排出ポート１４を開閉する。第１ランド２１及び第２ランド２２は、それぞれ、径方向に凹むノッチ２７、２８を有している。第３ランド２３は、外径が第１ランド２１及び第２ランド２２の外径よりも小さく形成されている。スリーブ１０は、第３ランド２３の外径に対応し、フィードバックポート１１のコイルスプリング側の内径がフィードバックポート１１の入力ポート１２側の内径よりも小さく形成されている。このため、第３ランド２３は、フィードバックポート１１のコイルスプリング３０側のスリーブ１０の内壁１８に摺接する。

コイルスプリング３０は、一端がスリーブ１０に固定された蓋部材３１の凹部３２に係止され、他端がスプール２０の電磁アクチュエータ４０と反対側の端部に設けられた凹部２６に係止されている。コイルスプリング３０は、スプール２０を電磁アクチュエータ４０側へ付勢している。

電磁アクチュエータ４０は、ヨーク４１、固定コア４２、可動コア４３、コイル４４等から構成されている。
ヨーク４１は、磁性体から筒状に形成されている。ヨーク４１は、軸方向の一端がスリーブ１０の径外側に設けられたフランジ１７にかしめられ、軸方向の他端がカバー４５にかしめられている。
固定コア４２は、磁性体から形成されている。固定コア４２は、可動コア４３を収容する円筒状の収容部４６、収容部４６の一方に設けられ可動コア４３を吸引する吸引部４７、及び収容部４６と吸引部４７との間で収容部４６よりも肉厚の薄い磁気絞り部４８を有し、一体に形成されている。
可動コア４３は、磁性体から形成され、固定コア４２の収容部の内側に軸方向へ往復移動可能に設けられている。
コイル４４は、固定コア４２とヨーク４１との間で、絶縁体から形成されたボビン４９に巻回され、コネクタ５０の端子５１と電気的に接続している。
固定コア４２の軸方向に形成された孔５２にプランジャ５３が軸方向に往復移動可能に設けられている。プランジャ５３は、一端が可動コア４３に当接し、他端がスプール２０の端部に当接している。
コネクタ５０からコイル４４に電流が供給されると、コイル４４は磁界を発生し、ヨーク４１、固定コア４２及び可動コア４３により形成された磁気回路に磁束が流れる。これにより、固定コア４２の吸引部４７に可動コア４３が磁力によって吸引される。すると、可動コア４３に当接するプランジャ５３が、コイルスプリング３０の付勢力に抗してスプール２０をコイルスプリング３０側に変位させる。

次に、本実施形態の電磁弁１の特徴的な構成を説明する。
図１に示すように、スリーブ１０の入力ポート１２のコイルスプリング３０側の内壁１８には、周方向に溝６０が形成されている。この溝６０と第１ランド２１の外壁により、第１ランド２１の入力ポート１２と径方向の反対側に圧力室６１が形成される。第１ランド２１が入力ポート１２を閉塞している状態のとき、圧力室６１の油圧が第１ランド２１に作用する面積と、入力ポート１２の油圧が第１ランド２１に作用する面積とが略同じとなるように圧力室６１は形成されている。このため、スプール２０が停止しているとき、スプール２０とスリーブ１０とは略同軸になる。
スリーブ１０の溝６０は、圧力室６１と入力ポート１２との間で、開口断面積が狭く、入力ポート１２と圧力室６１との間の作動油の流れを制限することの可能な絞り部６２を形成している。絞り部６２は、入力ポート１２から圧力室６１に向かって開口断面積が徐々に狭くなり、再び、開口断面積が徐々に広くなっている。この開口断面積の最も狭い部分の面積と長さにより、入力ポート１２と圧力室６１との間を一定の時間に流れる作動油の量が設定される。

続いて、電磁弁１の作動について説明する。
図２は、電磁アクチュエータ４０のコイル４４に通電されていない状態を示している。この状態で、第２ランド２２は排出ポート１４を開放している。このため、入力ポート１２から供給される油圧は、スリーブ１０の内壁１８と第１ランド２１との隙間、又は第１ランド２１のノッチ２７から連通室１５に入り、排出ポート１４から排出される。したがって、出力ポート１３から油圧は出力されない。
このとき、入力ポート１２と圧力室６１との油圧は略同じである。このため、スプール２０とスリーブ１０とは略同軸に位置している。

図３に示すように、電磁アクチュエータ４０のコイル４４に通電されると、上述したように、可動コア４３が固定コア４２の吸引部４７に吸引され、コイルスプリング３０の付勢力に抗してプランジャ５３がスプール２０をコイルスプリング３０側に変位させる。これにより、第２ランド２２は排出ポート１４を閉塞し、入力ポート１２と排出ポート１４とが連通状態から遮断状態に移行する。このため、入力ポート１２から供給される油圧は、連通室１５を経由し、出力ポート１３から出力される。
このとき、入力ポート１２から出力ポート１３へ流れる作動油の流れが速くなるので、入力ポート１２の油圧が低下する。一方、圧力室６１と入力ポート１２との作動油の流れは絞り部６２により制限されているので、圧力室６１の油圧はコイル４４に通電される前と略同じ圧力に維持される。このため、圧力室６１の作動油と入力ポート１２の作動油とに差圧が生じ、図１の矢印Ｆに示すように、スプール２０が径方向の入力ポート１２側に偏り、第１ランド２１とスリーブ１０の内壁１８との摩擦力が大きくなる。

出力ポート１３から出力された油圧の一部は、フィードバックポート１１からフィードバック室１６に供給される。第１ランド２１と第３ランド２３との外径の差分に相当する面積に作用する油圧と、コイルスプリング３０の付勢力と、電磁アクチュエータ４０の吸引力とのバランスによりスプール２０が所定に位置に定位する。これにより、出力ポート１３から出力される油圧が調節される。

本実施形態では、電磁アクチュエータ４０に通電され、入力ポート１２と排出ポート１４とが連通状態から遮断状態に移行するとき、圧力室６１の作動油と入力ポート１２の作動油とに差圧が生じる。このため、スプール２０が径方向の入力ポート１２側に偏り、スリーブ１０の内壁１８と第１ランド２１との摩擦力が大きくなる。したがって、電磁アクチュエータ４０がスプール２０を急速に変位させるとき、コイルスプリング３０の付勢力等によりスプール２０が軸方向に揺れ動くことが、スリーブ１０の内壁１８と第１ランド２１との摩擦力によって抑制される。これにより、スプール２０の軸方向の揺れ動きに伴う入力ポート１２の開口面積の変動が抑制されるので、出力ポート１３から出力される油圧の振動を抑制することができる。

本実施形態では、スリーブ１０の内壁１８に周方向に溝６０を設けることで、圧力室６１及び絞り部６２を形成している。このような簡素な構成で出力ポート１３から出力される油圧の振動を抑制することができるので、電磁弁１の製造コストを低減し、電磁弁１の体格を小型化することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による電磁弁を図４及び図５に示す。以下、複数の実施形態において上述した第１実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態では、電磁弁２は、自動変速機を構成する部品３等に形成された穴４に収容されている。圧力室７１は、スリーブ１０の径方向外側に開口している。圧力室７１は、開口が穴４の内壁によって塞がれている。

本実施形態では、圧力室７１及び絞り部７２をスリーブ１０の径外側から形成することが可能となるので、圧力室７１の加工を容易に行うことができる。このため、電磁弁２の製造コストを低減し、かつ、出力ポート１３から出力される油圧の振動を抑制することができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態による電磁弁の要部を図６及び図７に示す。本実施形態では、スリーブ１０は、入力ポート１２及び出力ポート１３を有し、排出ポートを有していない。スプール２０の第１ランド２１は入力ポート１２を開閉する。第２ランド２２は、出力ポート１３の入力ポート１２と反対側のスリーブ１０の内壁１８と摺動する。
第１実施形態と同様、スプール２０には、入力ポート１２の周方向に溝６０が形成されている。この溝６０と第１ランド２１の外壁により、第１ランド２１の入力ポート１２と径方向の反対側に圧力室６１が形成される。また、スプール２０の溝６０は、圧力室６１と入力ポート１２との間で、開口断面積が狭く、入力ポート１２と圧力室７１との間の作動油の流れを制限することの可能な絞り部６２を形成している。

本実施形態においても、スプール２０が図６の左側に変位し、入力ポート１２の開口が大きくなり、出力ポート１３から油圧が出力されると、絞り部６２によって圧力室６１の作動油と入力ポート１２の作動油とに差圧が生じる。このため、スプール２０が径方向の入力ポート１２側に偏り、第１ランド２１とスリーブ１０の内壁１８との摩擦力が大きくなる。したがって、スプール２０の軸方向の揺れ動きに伴う入力ポート１２の開口面積の変動が抑制されるので、出力ポート１３から出力される油圧の振動を抑制することができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態による電磁弁の要部を図８及び図９に示す。本実施形態は、第３実施形態の変形例である。本実施形態では、スプール２０の第２ランド２２が出力ポート１３を開閉する。第１ランド２１は、入力ポート１２の出力ポート１３の反対側の内壁１８と摺動する。
本実施形態では、スプール２０には、出力ポート１３の周方向に溝８０が形成されている。この溝８０と第２ランド２２の外壁により、第２ランド２２の出力ポート１３と径方向の反対側に圧力室８１が形成される。また、スプール２０の溝は、圧力室８１と出力ポート１３との間で、開口断面積が狭く、出力ポート１３と圧力室８１との間の作動油の流れを制限することの可能な絞り部８２を形成している。

本実施形態においても、スプール２０が図８の左側に変位し、出力ポート１３の開口が大きくなり、出力ポート１３から油圧が出力されると、絞り部８２によって圧力室８１の作動油と出力ポート１３の作動油とに差圧が生じる。このため、スプール２０が径方向の出力ポート１３側に偏り、第２ランド２２とスリーブ１０の内壁１８との摩擦力が大きくなる。したがって、スプール２０の軸方向の揺れ動きに伴う入力ポート１２の開口面積の変動が抑制されるので、出力ポート１３から出力される油圧の振動を抑制することができる。

（他の実施形態）
上述した第１実施形態において、車両の自動変速機に用いられる電磁弁について説明した。これに対し、本発明は、油圧式のバルブタイミング調整装置等、作動油の油圧制御を行う種々の機器に用いてもよい。
上述した第１実施形態において、スリーブは、軸方向のコイルスプリング側から順に、入力ポート、出力ポート及び排出ポートを有するものとした。これに対し、本発明は、スリーブは、軸方向コイルスプリング側から順に、出力ポート、入力ポート及び排出ポートを有するものとしてもよい。第１ランドは出力ポートを開閉し、第２ランドは排出ポートを開閉する。この場合、圧力室は第１ランドの出力ポートと径方向の反対側に形成され、絞り部は圧力室と出力ポートとの間に形成される。この構成においても、出力ポート１３から出力される油圧の振動を抑制することができる。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

１，２ ・・・電磁弁、
１２ ・・・入力ポート、
１３ ・・・出力ポート、
１４ ・・・排出ポート、
１０ ・・・スリーブ、
２１ ・・・第１ランド、
２２ ・・・第２ランド、
２４ ・・・軸部、
２０ ・・・スプール、
３０ ・・・コイルスプリング（付勢手段）、
４０ ・・・電磁アクチュエータ、
６１，７１，８１・・・圧力室、
６２，７２，８２・・・絞り部。

Claims (5)

1. 流体圧の入力される入力ポート、流体圧を出力する出力ポート、及び流体を排出する排出ポートを有する筒状のスリーブと、
   前記スリーブの内壁に摺動し前記入力ポートを開閉する第１ランド、前記スリーブの内壁に摺動し前記排出ポートを開閉する第２ランド、及び前記第１ランドと前記第２ランドとを接続する軸部を有し、前記スリーブの内側に軸方向に往復移動可能に設けられるスプールと、
   前記スプールを軸方向の一方へ付勢する付勢手段と、
   前記付勢手段の付勢力に抗して前記スプールを軸方向の他方に移動させることで前記入力ポートと前記排出ポートとの連通状態を切り替え、前記出力ポートから出力される流体圧を調節する電磁アクチュエータと、を備え、
   前記スリーブは、前記第１ランドの前記入力ポートと径方向の反対側に形成される圧力室と、前記入力ポートと前記圧力室との間の流体の流れを制限する絞り部とを有することを特徴とする電磁弁。
2. 前記絞り部は、前記スリーブの内壁の周方向に形成された溝と前記第１ランドの径方向の外壁とにより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. 前記絞り部は、前記入力ポートと前記排出ポートとが連通状態から遮断状態に移行するとき、前記入力ポートの流体と前記圧力室の流体とに差圧を生じさせることの可能な断面積に形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の電磁弁。
4. 流体圧の入力される入力ポート及び流体圧を出力する出力ポートを有する筒状のスリーブと、
   前記スリーブの内側に軸方向に往復移動可能に設けられ、前記スリーブの内壁に摺動し前記入力ポートを開閉する第１ランドを有するスプールと、
   前記スプールを軸方向の一方へ付勢する付勢手段と、
   前記付勢手段の付勢力に抗して前記スプールを軸方向の他方に移動させることで前記入力ポートと前記出力ポートとの連通状態を切り替え、前記出力ポートから出力される流体圧を調節する電磁アクチュエータと、を備え、
   前記スリーブは、前記第１ランドの径方向の前記入力ポートと反対側に形成される圧力室と、前記入力ポートと前記圧力室との間の作動流体の流れを制限する絞り部とを有することを特徴とする電磁弁。
5. 流体圧の入力される入力ポート及び流体圧を出力する出力ポートを有する筒状のスリーブと、
   前記スリーブの内側に軸方向に往復移動可能に設けられ、前記スリーブの内壁に摺動し前記出力ポートを開閉する第２ランドを有するスプールと、
   前記スプールを軸方向の一方へ付勢する付勢手段と、
   前記付勢手段の付勢力に抗して前記スプールを軸方向の他方に移動させることで前記入力ポートと前記出力ポートとの連通状態を切り替え、前記出力ポートから出力される流体圧を調節する電磁アクチュエータと、を備え、
   前記スリーブは、前記第２ランドの径方向の前記出力ポートと反対側に形成される圧力室と、前記出力ポートと前記圧力室との間の流体の流れを制限する絞り部とを有することを特徴とする電磁弁。

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