JP2019113161A - 電磁弁システム及び電磁弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】弁体の位置を容易に把握し、電磁弁の開閉駆動を正確に行う。【解決手段】電磁弁システムは、弁体７０の位置が軸方向他方側に保持された状態で、駆動部１ｂにより軸方向一方側へ向かう磁力が付与されると、プランジャ１０及び前記弁体が軸方向一方側へ移動し、バネ２６の付勢力によって前記プランジャ及び前記弁体の位置が軸方向一方側に保持され、前記弁体の位置が軸方向一方側に保持された状態で、前記駆動部により軸方向他方側へ向かう磁力が付与されると、前記プランジャ及び前記弁体が軸方向他方側へ移動し、永久磁石２３の吸引力によって前記プランジャ及び前記弁体の位置が軸方向他方側に保持される電磁弁１ａと、前記電磁弁システムが非稼働状態から稼働状態に切り替わると、正又は負のいずれか一方の所定極性の電圧を印加して、前記弁体を軸方向一方側又は他方側のいずれか一方の所定位置に位置させる駆動部と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、電磁弁システム及び電磁弁装置に関する。

ガス、水、油等の流体の流路の開閉には、電磁弁が広く使用される。なかでも、自己保持型又はラッチ型と呼ばれる電磁弁は、消費電力が少なく、バッテリーによる駆動が可能であることから、車両の自動変速機の油圧制御等に用いられる。

通常の電磁弁は、通電を継続する間だけ、流路を開く開位置か、又は流路を閉じる閉位置のいずれか一方に弁体を位置させる。例えば、常開型の電磁弁であれば、非通電時は弁体が開位置にあり、通電すると閉位置に移動する。通電を継続することにより閉位置を維持できるが、通電を停止すると元の開位置に戻る。これに対し、自己保持型の電磁弁は、一定時間通電して弁体の位置を移動すると、通電を停止しても移動後の弁体の位置が保持される。そのため、電磁弁を用いたシステムが稼働を停止して、電磁弁への電力供給を遮断すると、次に稼働を開始した時に電磁弁の弁体の位置を把握できない。弁体の現在の位置が分からないと、次に移動させるべき位置を決められないため、正確な開閉駆動ができない。

従来は、弁体を駆動するプランジャに、プランジャに連動して移動する移動部材とホール素子等の検出手段を設け、検出手段により検出した移動部材の位置から、プランジャにより駆動された弁体の位置を把握していた（例えば、特許文献１参照。）。

特開平９−１３３２４４号公報

しかしながら、位置検出のために、電磁弁に移動部材や検出手段等を設けなければならず、電磁弁が大型化しやすい。

本発明は、弁体の位置を容易に把握し、電磁弁の開閉駆動を正確に行うことを目的とする。

本願の例示的な第１発明は、軸方向に貫通穴を有する円筒状のボビンと、前記ボビンの周面に巻き回されたコイルと、磁性体部を有し、前記ボビンの貫通穴内を軸方向に移動可能なプランジャと、前記ボビンの貫通穴内において、前記プランジャの軸方向他方側に設けられるコアと、前記コアの軸方向他方側に設けられ、前記プランジャを軸方向他方側に吸引する永久磁石と、前記プランジャを軸方向一方側に付勢するバネと、前記プランジャの軸方向一方側に配置され、前記プランジャの軸方向一方側に接触することにより軸方向に移動して、流体の流路を開閉する弁体と、を有する電磁弁と、前記コイルに電圧を印加する駆動部と、を有する電磁弁システムであって、前記駆動部は、正又は負の極性のうち、一方の極性の電圧を前記コイルに印加することで、前記プランジャに、軸方向一方側に向かう、前記永久磁石の吸引力より大きい磁力を付与し、他方の極性の電圧を前記コイルに印加することで、軸方向他方側に向かう、前記バネの付勢力より大きい磁力を付与し、前記電磁弁は、前記プランジャとともに前記弁体の位置が軸方向他方側に保持された状態で、前記駆動部により軸方向一方側へ向かう磁力が付与されると、前記プランジャとともに前記弁体が軸方向一方側へ移動し、前記バネの付勢力によって前記プランジャ及び前記弁体の位置が軸方向一方側に保持され、前記プランジャとともに前記弁体の位置が軸方向一方側に保持された状態で、前記駆動部により軸方向他方側へ向かう磁力が付与されると、前記プランジャとともに前記弁体が軸方向他方側へ移動し、前記永久磁石の吸引力によって前記プランジャ及び前記弁体の位置が軸方向他方側に保持され、前記駆動部は、前記電磁弁システムが非稼働状態から稼働状態に切り替わると、正又は負のいずれか一方の所定極性の電圧を印加して、前記弁体を軸方向一方側又は他方側のいずれか一方の所定位置に位置させる電磁弁システムである。

本願の例示的な第２発明は、軸方向に貫通穴を有する円筒状のボビンと、前記ボビンの周面に巻き回されたコイルと、磁性体部を有し、前記ボビンの貫通穴内を軸方向に移動可能なプランジャと、前記ボビンの貫通穴内において、前記プランジャの軸方向他方側に設けられるコアと、前記コアの軸方向他方側に設けられ、前記プランジャを軸方向他方側に吸引する永久磁石と、前記プランジャを軸方向一方側に付勢するバネと、前記プランジャの軸方向一方側に配置され、前記プランジャの軸方向一方側に接触することにより軸方向に移動して、流体の流路を開閉する弁体と、を有する電磁弁と、前記コイルに電圧を印加する駆動部と、を有する電磁弁装置であって、前記駆動部は、正又は負の極性のうち、一方の極性の電圧を前記コイルに印加することで、前記プランジャに、軸方向一方側に向かう、前記永久磁石の吸引力より大きい磁力を付与し、他方の極性の電圧を前記コイルに印加することで、軸方向他方側に向かう、前記バネの付勢力より大きい磁力を付与し、前記電磁弁は、前記プランジャとともに前記弁体の位置が軸方向他方側に保持された状態で、前記駆動部により軸方向一方側へ向かう磁力が付与されると、前記プランジャとともに前記弁体が軸方向一方側へ移動し、前記バネの付勢力によって前記プランジャ及び前記弁体の位置が軸方向一方側に保持され、前記プランジャとともに前記弁体の位置が軸方向一方側に保持された状態で、前記駆動部により軸方向他方側へ向かう磁力が付与されると、前記プランジャとともに前記弁体が軸方向他方側へ移動し、前記永久磁石の吸引力によって前記プランジャ及び前記弁体の位置が軸方向他方側に保持され、前記駆動部は、電源から電力供給が開始されて前記電磁弁の駆動を開始する前に、正又は負のいずれか一方の所定極性の電圧を印加して、前記弁体を軸方向一方側又は他方側のいずれか一方の所定位置に位置させる電磁弁装置が提供される。

本願の例示的な第１及び第２発明によれば、弁体の位置を容易に把握し、電磁弁の開閉駆動を正確に行うことができる。

本発明の実施形態の電磁弁システムの構成を示すブロック図である。 電磁弁が流路を開いた状態にあるときの電磁弁装置の構成を示す断面図である。 電磁弁が流路を閉じた状態にあるときの電磁弁装置の構成を示す断面図である。 電磁弁を駆動制御する処理手順を示すフローチャートである。 駆動部により印加する電圧の一例を示すグラフである。 駆動部により印加する電圧の他の一例を示すグラフである。 駆動部により印加する電圧の他の一例を示すグラフである。

以下、本発明の電磁弁システム及び電磁弁装置の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本発明の範囲は、以下の実施形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。

以下の説明においては、図２に示す中心軸Ｊに平行な方向を単に「軸方向」と呼び、中心軸Ｊを中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、中心軸Ｊを中心とする周方向を単に「周方向」と呼ぶ。また、中心軸Ｊに沿って、図中の下側を「軸方向の一方側」と呼び、図中の上側を「軸方向の他方側」と呼ぶ。

（電磁弁システム）
図１は、本発明の実施形態の電磁弁システム１００の構成を示す。
本実施形態の電磁弁システム１００は、車両のエンジンの変速機２ａに供給するオイルの油圧制御システムである。
図１に示すように、電磁弁システム１００は、変速機２ａ、オイルポンプ２ｂ、電源２ｃ及びコントロールユニット２ｄを有する。また、電磁弁システム１００は、変速機２ａとオイルポンプ２ｂ間に電磁弁装置１を有する。電磁弁装置１は、電磁弁１ａと駆動部１ｂとを有する。

電磁弁システム１００では、オイルポンプ２ｂから変速機２ａへオイルが供給される。電磁弁装置１がオイルの流路を開閉することにより、油圧が制御される。コントロールユニット２ｄは、オイルポンプ２ｂから供給されるオイルの流量に応じて、電磁弁装置１の駆動部１ｂに対してオイルの流路の開閉を指示する。コントロールユニット２ｄは、例えばＥＣＵ（Engine Control Unit）、ＴＣＵ（Transmission Control Unit）等である。電源２ｃはバックアップ電源として、コントロールユニット２ｄへ電力を供給する。

電磁弁システム１００は、ドライバーの車両キー等の操作に応じて、エンジンが稼働を開始すると稼働状態になり、エンジンが稼働を停止すると非稼働状態となる。具体的には、エンジンの稼働開始の操作に応じて、電源２ｃから駆動部１ｂへの電力供給が開始される。また、コントロールユニット２ｄから駆動部１ｂへ、電磁弁システム１００が非稼働状態から稼働状態に切り替わったことを示す稼働開始信号Ｔ１が出力される。電磁弁装置１では、電源２ｃからの電力供給を受けて、駆動部１ｂが電磁弁１ａの開閉駆動を行う。一方、エンジンの稼働停止の操作に応じて、電源２ｃから駆動部１ｂへの電力供給が遮断される。コントロールユニット２ｄから駆動部１ｂへは、電磁弁システム１００が稼働状態から非稼働状態に切り替わったことを示す稼働停止信号Ｔ２が出力される。

（電磁弁装置）
図２及び図３は、電磁弁装置１を示す断面図である。図２は、流路を開いた電磁弁１ａの状態を示し、図３は流路を閉じた電磁弁１ａの状態を示す。

（電磁弁）
電磁弁１ａは、プランジャ１０と、ソレノイド部２０と、ノズル部５０とを有する。
電磁弁１ａは、ソレノイド部２０によりプランジャ１０を駆動して、ノズル部５０が有する弁体７０を軸方向に移動させて、流体の流路を開閉する。

（プランジャ）
プランジャ１０は、磁性体部を有し、軸方向に移動可能な可動コアである。本実施形態においては、プランジャ１０は、円筒部材１１とロッドピン１２とからなる。この構成によれば、円筒部材１１とロッドピン１２を別々に配置することができるため、電磁弁１ａの組立が容易である。

円筒部材１１は、軸方向他方側が開口した磁性体である。円筒部材１１の底には、軸方向に貫通する１又は複数の貫通穴が設けられる。貫通穴は、円筒部材１１内の空気の通気口であり、プランジャ１０の移動にともなう円筒部材１１内部の圧力変動を減らす。ロッドピン１２は、円筒部材１１の軸方向一方側に接触し、軸方向に移動可能に配置された非磁性体である。本実施形態において、円筒部材１１とロッドピン１２は、円筒部材１１が軸方向一方側に移動してロッドピン１２に接触し、円筒部材１１が軸方向他方側に移動してロッドピン１２から離間する。

ロッドピン１２は、それぞれ円柱状のロッド部１２１とピン部１２２からなる。ピン部１２２は、ロッド部１２１の軸方向一方側に繋がり、外径がロッド部１２１より小径である。ロッド部１２１は、軸方向一方側がピン部１２２に向かうにしたがって小径となるテーパー状の弁部１２３を有する。

（ソレノイド部）
ソレノイド部２０は、ボビン２１、コイル２２、永久磁石２３、コア２５及びバネ２６を有する。また、ソレノイド部２０は、ガイド２７、モールド２８、コネクタ２８２、Ｏリング２８４、プレート２９及びカバー３０を有する。

（ボビン）
ボビン２１は、軸方向に沿った円筒状であり、軸方向に貫通穴２１ｈを有する。プランジャ１０の円筒部材１１は、ボビン２１の貫通穴２１ｈの径方向内側において軸方向一方側に設けられ、貫通穴２１ｈ内を軸方向に移動する。本実施形態において、円筒状のボビン２１は、円筒部２１ａと、２つのフランジ部２１ｂと、を有する。２つのフランジ部２１ｂは、円筒部２１ａの軸方向の一方側と他方側においてそれぞれ径方向に延びる。

（コイル）
コイル２２は、ボビン２１の周面に巻き回される。

（永久磁石）
永久磁石２３は、コア２５の軸方向他方側に設けられる。例えば、永久磁石２３は円盤状であり、永久磁石２３の軸方向一方側の面がコア２５の軸方向他方側の面と接触する。また、永久磁石２３の軸方向他方側の面は、カバー３０の底面と接触する。

永久磁石２３は、例えば軸方向一方側がＳ極、軸方向他方側にＮ極を有する。永久磁石２３の磁束は、永久磁石２３の軸方向他方側の面からカバー３０に放出される。カバー３０に放出された磁束は、軸方向他方側から一方側へと流れ、プレート２９及びガイド２７を経由してプランジャ１０の円筒部材１１に流れる。そして、磁束は円筒部材１１を軸方向一方側から他方側へ流れて、コア２５から永久磁石２３の軸方向一方側の面へと戻る。

このように、永久磁石２３によって、コア２５、プランジャ１０、カバー３０、プレート２９及びガイド２７が励磁され、磁気回路を構成する。永久磁石２３の磁気回路において、プランジャ１０の円筒部材１１を軸方向他方側に吸引する吸引力が生じる。

（コア）
コア２５は、ボビン２１の貫通穴２１ｈの径方向内側において、プランジャ１０の軸方向他方側に設けられる。コア２５は、本実施形態において円柱状の磁性体であり、軸方向一方側及び他方側において径方向に延びるフランジ部を有する。コア２５の軸方向一方側のフランジ部が、ボビンの貫通穴２１ｈの径方向内側に設けられた窪みに嵌められ、軸方向他方側のフランジ部がボビン２１のフランジ部２１ｂと永久磁石２３の間に挟まれることで、コア２５の位置が固定される。

（バネ）
バネ２６は、プランジャ１０を軸方向一方側に付勢する。本実施形態において、バネ２６は、プランジャ１０の円筒部材１１の径方向内側の空間に配置される。このような配置により、軸方向におけるバネ２６の占有スペースを減らすことができるため、電磁弁１ａの小型化が可能である。バネ２６は、軸方向他方側がコア２５と接触し、軸方向一方側が円筒部材１１の底面と接触する。

（ガイド）
ガイド２７は、軸方向に沿った円筒状の磁性体である。ガイド２７は、ボビン２１の貫通穴２１ｈの径方向内側において軸方向一方側に設けられる。ガイド２７の内径はプランジャ１０の外径より大きく、ガイド２７の径方向内側にはプランジャ１０の円筒部材１１が配置される。プランジャ１０は、ガイド２７の径方向内側に沿って軸方向に移動する。ガイド２７とプランジャ１０は、間隙を有して非接触であってもよいし、ガイド２７又はプランジャ１０のいずれかの周面上に設けられた導電性のコート層を介して接触してもよい。

（モールド、コネクタ）
モールド２８は、カバー３０の内側において、ボビン２１及びコイル２２を被覆する。モールド２８の一部は、カバー３０に設けられた切り欠き部からカバー３０の径方向外側に突出する。

コネクタ２８２は、カバー３０から突出するモールド２８の一部に設けられる。コネクタ２８２は、駆動部１ｂに接続される２つの端子２８３を有する。各端子２８３は、コイル２２と電気的に接続され、駆動部１ｂからコイル２２へ電流を流す。

（プレート）
プレート２９は、本実施形態において円環状の磁性体であって、ボビン２１の軸方向一方側に設けられる。
プレート２９と、プレート２９の軸方向一方側の面と向き合うボビン２１のフランジ部２１ｂとの間には、Ｏリング２８４が配置される。Ｏリング２８４によりボビン２１とプレート２９間の密着性を高めて流体の漏れを抑えることができる。Ｏリング２８４は、例えばボビン２１のフランジ部２１ｂの軸方向他方側の面に溝を設け、この溝内に配置することができる。

（カバー）
カバー３０は、軸方向一方側に開口部を有する有底円筒状のケースである。カバー３０は、例えば中心軸Ｊと同心の円筒状であり、ボビン２１及びコイル２２の径方向外側及び永久磁石２３の軸方向他方側を覆う。カバー３０は、金属等の磁性体で構成される。カバー３０は、軸方向一方側の開口部周縁に加締め部３１を有する。加締め部３１は、プレート２９の軸方向一方側の面と接触する。

カバー３０は、軸方向一方側の内径が大きく、軸方向一方側の内周面に段部３２が設けられる。段部３２と加締め部３１との間にプレート２９が嵌められ、プレート２９と加締め部３１が接触することで、プレート２９の位置が固定される。

（ノズル部）
ノズル部５０は、ノズルボディ５１、弁室６０、第１弁孔６１、第２弁孔６２、インポート８１、アウトポート８２、ドレインポート８３、キャップ６４、フィルター６５及びＯリング８５、８６を有する。

（ノズルボディ）
ノズルボディ５１は、プランジャ１０の円筒部材１１の軸方向一方側に設けられる。ノズルボディ５１は、軸方向に貫通穴５１ｈを有し、貫通穴５１ｈの軸方向一方側に弁体７０の弁室６０を有する。貫通穴５１ｈ内には、プランジャ１０のロッドピン１２が設けられる。本実施形態において、ノズルボディ５１は、円柱状であり、軸方向一方側と他方側で径が異なる２つのボディ部５１１及び５１２からなる。軸方向一方側のボディ部５１１の貫通穴５１ｈには、弁室６０が設けられる。軸方向他方側のボディ部５１２は、ボディ部５１１よりも大径であり、貫通穴５１ｈの径方向内側にロッドピン１２が設けられる。

ボディ部５１１は、弁室６０の軸方向一方側に連通するインポート８１を有し、弁室６０の軸方向他方側に連通するアウトポート８２を有する。インポート８１は、流体の流入口であり、オイルポンプ２ｂからのオイルの流路に接続される。アウトポート８２は、流体の流出口であり、変速機２ａへのオイルの流路に接続される。アウトポート８２は、例えばボディ部５１１を径方向に貫通する。

弁室６０には、アウトポート８２に連通する第１弁孔６１が設けられる。第１弁孔６１は、弁室６０の軸方向他方側の開口部周縁に設けられる。すなわち、第１弁孔６１は、インポート８１から弁室６０へ流入し、弁室６０からアウトポート８２へ流出する流体の流路上に位置する。第１弁孔６１の内径は、弁室６０の内径よりも小径である。

（弁体）
弁室６０は、弁体７０を収容する。弁体７０は、例えば球状であり、直径が第１弁孔６１の内径より大きく、弁室６０の内径より小さい。弁室６０の径方向内側面には、径方向内側に向かって突出する複数のガイド材６３が設けられる。ガイド材６３は、弁体７０の軸方向の移動をガイドする。

弁体７０は、プランジャ１０の軸方向一方側に配置され、プランジャ１０の軸方向一方側に接触することにより軸方向に移動する。本実施形態では、弁体７０は、ロッドピン１２に接触して軸方向に移動する。具体的には、ロッドピン１２が軸方向一方側に移動すると、ロッドピン１２に接触して弁体７０が軸方向一方側に移動し、ロッドピン１２が軸方向他方側に移動すると、インポート８１から流入する流体の圧力によって弁体７０が軸方向他方側に移動してロッドピン１２に接触する。

弁体７０は、軸方向一方側に移動すると第１弁孔６１から離間し、インポート８１とアウトポート８２間の流路を開く。また、弁体７０は、軸方向他方側に移動すると第１弁孔６１に接触し、インポート８１とアウトポート８２間の流路を閉じる。軸方向一方側から他方側へ流れる流体の圧力を、流路を閉じる推力として利用することができるため、流路を閉じるときの弁体７０の移動に必要な消費電力を減らすことができる。

弁室６０の軸方向一方側には、円環状のキャップ６４が設けられる。キャップ６４の中央の穴はインポート８１及び弁室６０と連通し、穴の径は弁体７０より小さい。キャップ６４の軸方向一方側には、フィルター６５が設けられる。フィルター６５は、例えば有孔板、メッシュ等であり、インポート８１から流入する流体中の異物を取り除く。

ボディ部５１２は、軸方向他方側にロッドピン１２のガイド５１３を有する。ガイド５１３は、貫通穴５１ｈに沿った円筒状である。ガイド５１３の径方向外側の側面は、円環状のプレート２９の穴の径方向内側の側面と接触する。ガイド５１３は、径方向内側に配置されるロッドピン１２の軸方向への移動をガイドする。

ボディ部５１２は、貫通穴５１ｈに連通するドレインポート８３を有する。ドレインポート８３は、例えばボディ部５１２を径方向に貫通する。ドレインポート８３は、電磁弁１ａの外部に開放される。また、ボディ部５１２は、貫通穴５１ｈに設けられ、ドレインポート８３に連通する第２弁孔６２を有する。第２弁孔６２の内径は、ロッド部１２１の外径より小さく、ピン部１２２の外径より大きい。

本実施の形態において、第１弁孔６１と第２弁孔６２は、１つのシートボディ６６に設けられる。弁孔ボディ６６は、軸方向に沿った円筒状部材であり、貫通穴５１ｈの径方向内側面に設けられる。シートボディ６６の軸方向一方側に第１弁孔６１が設けられ、軸方向他方側に第２弁孔６２が設けられる。

ロッドピン１２のロッド部１２１は、第２弁孔６２より軸方向他方側に位置する。ロッド部１２１の弁部１２３は、ロッドピン１２が軸方向一方側に移動すると、第２弁孔６２に接触して、ドレインポート８３への流路を閉じる。また、弁部１２３は、ロッドピン１２が軸方向他方側に移動すると、第２弁孔６２から離間してドレインポート８３への流路を開く。これにより、弁室６０及びアウトポート８２に残った流体をドレインポート８３から外部へ排出することができる。第２弁孔６２は、ドレインポート８３に連通する開口部周縁の内径が軸方向一方側に向かうにしたがって小径となるテーパー状であると、弁部１２３との接触面が増え、密着性が向上するため、好ましい。

ボディ部５１１及び５１２の外周面には、それぞれＯリング８５及び８６が設けられる。具体的には、ボディ部５１１及び５１２の外周面の周方向に溝が設けられ、各溝内にＯリング８５及び８６が嵌め込まれる。Ｏリング８５及び８６は、電磁弁装置１を変速機２ａのコントロールバルブ等の被装着体に装着する場合に、ノズルボディ５１の外周と被装着体間の密封性を向上させる。

（駆動部）
駆動部１ｂは、コイル２２に電圧を印加する。電圧の印加によりコイル２２から磁束が発生する。例えば、磁束は、コア２５、プランジャ１０の円筒部材１１、ガイド２７、プレート２９及びカバー３０を流れて、コイル２２へ戻る。すなわち、コア２５、プランジャ１０、ガイド２７、プレート２９及びカバー３０によって、永久磁石２３とは別のコイル２２による磁気回路が構成される。コイル２２の磁気回路における磁束の向きは、コイル２２に流れる電流の向き、すなわち駆動部１ｂによって印加される電圧の極性によって反転する。

駆動部１ｂは、正又は負の極性のうち、一方の極性の電圧を印加することで、プランジャ１０の円筒部材１１に、軸方向一方側に向かう、永久磁石２３の吸引力より大きい磁力を付与する。また、駆動部１ｂは、他方の極性の電圧を印加することで、プランジャ１０の円筒部材１１に、軸方向他方側に向かう、バネ２６の付勢力より大きい磁力を付与する。

駆動部１ｂは、例えば演算回路、駆動回路等により構成することができる。演算回路は、コントロールユニット２ｄからの指示及び信号に基づき、コイル２２に印加する電圧の極性及び大きさを決定する。駆動回路は、電源２ｃから供給される電力を用いて電磁弁１ａへ電流を流し、演算回路により決定した極性及び大きさの電圧を印加する。

（電磁弁の基本動作）
上述のように、電磁弁１ａでは、永久磁石２３の磁気回路によって、円筒部材１１を軸方向他方側に吸引する吸引力が生じる。
図３に示すように、円筒部材１１が軸方向他方側に位置した状態では、永久磁石２３の磁気回路において円筒部材１１とコア２５間に生じる吸引力は、図２に示す状態よりも大きい。この円筒部材１１に対する永久磁石２３の吸引力とインポート８１から流入する流体の圧力とを足し合わせた力は、バネ２６の付勢力よりも大きいため、コイル２２に電圧が印加されていない状態であっても、図３に示す状態が保持される。

このように、プランジャ１０及び弁体７０の位置が永久磁石２３の吸引力によって軸方向他方側に保持された状態において、駆動部１ｂにより正又は負のいずれか一方の極性の電圧がコイル２２に印加されると、コイル２２から磁束が発生する。例えば、正の電圧の印加により、コイル２２から発生した磁束が、コア２５からプランジャ１０の円筒部材１１へ流れる場合、磁束はさらにガイド２７及びプレート２９を経由して、カバー３０の軸方向一方側から他方側へ流れてコイル２２へ戻る。すなわち、コア２５、プランジャ１０、ガイド２７、プレート２９及びカバー３０によって、永久磁石２３とは別のコイル２２による磁気回路が構成される。

上記コイル２２による磁気回路では、円筒部材１１に軸方向他方側から一方側へ向かう磁力が付与される。永久磁石２３の磁気回路による吸引力が、コイル２２の磁気回路による磁力によって弱められ、バネ２６の付勢力より小さくなる結果、円筒部材１１は軸方向一方側へ移動する。移動した円筒部材１１はロッドピン１２に接触し、ロッドピン１２は弁体７０に接触して、弁体７０が軸方向一方側へ移動する。図２に示すように、軸方向一方側へ移動した弁体７０は、第１弁孔６１から離間してインポート８１とアウトポート８２間の流路を開く。また、ロッドピン１２の弁部１２３が、第２弁孔６２と接触してドレインポート８３への流路を閉じる。そのため、インポート８１から流入した流体は、弁室６０を経由してアウトポート８２へと流れる。

駆動部１ｂにより一定時間電圧が印加され、その後電圧の印加が停止されると、コイル２２の磁気回路によって付与される磁力が消失する。図２に示すように、円筒部材１１が軸方向一方側に位置した状態では、円筒部材１１とコア２５が離間するため、永久磁石２３の磁気回路により生じる円筒部材１１とコア２５間の吸引力は、図３に示す状態よりも小さい。バネ２６の付勢力は、円筒部材１１に対する永久磁石２３の吸引力とインポート８１から流入する流体の圧力とを足し合わせた力よりも大きくなるため、コイル２２の磁気回路による磁力が消失しても、図２に示す状態が保持される。

このように、プランジャ１０とともに弁体７０の位置がバネ２６の付勢力によって軸方向一方側に保持された状態で、駆動部１ｂにより正又は負のいずれか他方の極性の電圧がコイル２２に印加されると、コイル２２から逆方向の磁束が発生する。例えば、負の電圧の印加により、コイル２２から発生した磁束がプレート２９からプランジャ１０の円筒部材１１へ流れる場合、磁束はさらにコア２５、カバー３０及びプレート２９を経由してコイル２２へ戻る。

この場合、プランジャ１０の円筒部材１１には、軸方向一方側から他方側へ向かう磁力が付与される。永久磁石２３の吸引力は、円筒部材１１に付与された磁力によって強められ、バネ２６の付勢力より大きくなる結果、円筒部材１１は軸方向他方側へ移動する。移動した円筒部材１１がロッドピン１２から離間すると、インポート８１から流入する流体の圧力により弁体７０が軸方向他方側へ移動する。

軸方向他方側へ移動した弁体７０は、第１弁孔６１に接触してインポート８１とアウトポート８２間の流路を閉じる。また、ロッドピン１２の弁部１２３が、第２弁孔６２から離間して、ドレインポート８３への流路を開く。弁室６０及びアウトポート８２に残留した流体は、ドレインポート８３へと流れ、排出される。駆動部１ｂにより一定時間電圧が印加され、その後電圧の印加が停止されると、コイル２２の磁気回路によって付与される磁力が消失するが、上述のように永久磁石２３の磁気回路によって弁体７０の位置は軸方向他方側に保持されるため、図３に示す流路を閉じた状態が保持される。

（電磁弁の駆動制御）
電磁弁１ａは、電圧を一定時間印加して弁体７０の位置を移動させた後は、電圧の印加を停止しても移動させた弁体の位置を保持できる自己保持型である。そのため、電磁弁システム１００が非稼働状態に切り替わると、次の稼働時に弁体７０が軸方向一方側と他方側のいずれに位置しているかが把握できない。本実施形態の電磁弁装置１では、下記処理手順によって、稼働時に弁体７０を軸方向一方側又は他方側のいずれか一方の所定位置に位置させることにより、正確な開閉駆動が可能である。

図４は、電磁弁装置１において、電磁弁１ａを駆動するときの処理手順を示す。
図４に示すように、エンジンの稼働開始の操作に応じて、電磁弁システム１００が稼働状態に切り替わると、電源２ｃから駆動部１ｂへ電力供給が開始される。コントロールユニット２ｄから駆動部１ｂに稼働開始信号Ｔ１が入力されると（ステップＳ１：ＹＥＳ）、駆動部１ｂは、正又は負のいずれか一方の所定極性の電圧を、電磁弁１ａのコイル２２に一定時間印加する（ステップＳ２）。所定極性の電圧の印加により、電磁弁１ａの弁体７０は所定極性に対応する軸方向一方側又は他方側のいずれか一方の所定位置に位置するため、稼働開始時の弁体７０の位置を常に同じ位置に初期化することができる。

所定極性は、正又は負のいずれでもよく、電磁弁システム１００において求められる弁体７０の位置に応じて、任意に決定される。例えば、稼働開始時は常に流路を開くことが求められる場合、所定位置は軸方向一方側の位置である。また、正の極性の電圧をコイル２２に印加することにより、弁体７０を軸方向一方側に位置させることができる場合は、所定極性は正の極性である。

弁体の位置を初期化後は、稼働停止信号Ｔ２が入力されるまで、コントロールユニット２ｄから流路の開閉の指示が入力されるごとに、駆動部１ｂは指示に応じた正又は負の電圧を印加し、インポート８１とアウトポート８２間の流路を開閉する（ステップＳ３：ＹＥＳ、Ｓ４、Ｓ５：ＮＯ）。そして、エンジンの稼働停止の操作に応じて、電磁弁システム１００が非稼働状態に切り替わると、電源２ｃから駆動部１ｂへの電力供給が遮断される。コントロールユニット２ｄから駆動部１ｂへ稼働停止信号Ｔ２が入力されると（ステップＳ５：ＹＥＳ）、駆動部１ｂは開閉駆動を終了する。

図５は、駆動部１ｂによる電圧の印加例を示す。図５に示す印加例は、流路を開く場合は正の電圧を印加し、流路を閉じる場合は負の電圧を印加する例である。
図５に示すように、駆動部１ｂは、稼働開始時に所定極性の電圧として＋１０Ｖの正の電圧を１００ｍｓの一定時間だけ印加した後、電圧の印加を停止する。これにより、稼働開始時は常に弁体７０が軸方向一方側の流路を開く所定位置に移動する。その後、コントロールユニット２ｄから流路を閉じる指示が入力されると、駆動部１ｂは−１０Ｖの負の電圧を１００ｍｓの一定時間だけ印加した後、電圧の印加を停止する。これにより、弁体７０が流路を閉じる軸方向他方側に位置する。

駆動部１ｂは、流路の開閉時に、弁体７０の位置を移動させるのに十分な大きさの第１電圧を一定時間印加した後、第１電圧と同じ極性で大きさが第１電圧よりも０Ｖに近い第２電圧を印加することもできる。第２電圧の印加を次の開閉まで継続して、コイル２２の磁気回路により弱い磁力を付与することにより、弁体７０の位置をより安定して保持することができる。車両本体等から伝わる大きな振動により、弁体７０の位置を保持する永久磁石２３の吸引力又はバネ２６の付勢力から一時的に解放され、弁体７０が意図しない位置へ移動してしまうことを防ぐことができ、耐震性が向上する。

第２電圧を印加する場合、次の開閉時に印加する電圧の大きさは、第１電圧より０Ｖに近くてもよく、０Ｖであってもよい。

図６は、第２電圧を印加する例を示す。
図６に示すように、駆動部１ｂは、流路を開く時の正の極性の第１電圧として＋１０Ｖの電圧を一定時間だけ印加した後、次に流路を閉じる時まで＋２．５Ｖの第２電圧の印加を継続する。次に流路を閉じる時、駆動部１ｂは負の極性の第１電圧として−１０Ｖを印加するのではなく、−１０Ｖよりも電圧値の絶対値が小さい−２．５Ｖを印加して、流路を閉じる位置に弁体７０を移動させる。次に流路を開く時まで、−２．５Ｖの電圧印加を継続することにより、流路を閉じる位置をより安定して保持することができる。

図７は、図６において流路を閉じる時に、印加する負の極性の電圧として０Ｖの電圧を印加する例を示す。
図７に示すように、駆動部１ｂは、＋２．５Ｖの第２電圧を印加して流路を開く位置を保持した後、流路を閉じる時に０Ｖの電圧を印加することにより、流路を閉じる位置に弁体７０を移動させることができる。

（１）以上のように、本実施形態によれば、電磁弁システム１００が非稼働状態から稼働状態に切り替わると、駆動部１ｂが正又は負のいずれか一方の所定極性の電圧を印加して、弁体７０を軸方向一方側又は他方側のいずれか一方の所定位置に位置させる。稼働開始時に弁体７０の位置が常に同じ所定位置に初期化されるため、稼働開始時の弁体７０の位置を容易に把握することができ、電磁弁１ａを正確に開閉駆動することが可能である。また、電磁弁１ａに弁体７０の位置検出用の部材やセンサ等を追加することなく、電圧を印加するだけの簡易な構成で弁体７０の位置を把握できるため、電磁弁１ａの大型化を回避できる。

（２）駆動部１ｂは、第１電圧を一定時間印加することで、弁体７０の位置を保持する永久磁石２３の吸引力又はバネ２６の付勢力に抗して、プランジャ１０が移動するのに十分な大きさの磁力を付与することができる。

（３）弁体７０の位置を移動した後は、永久磁石２３の吸引力又はバネ２６の付勢力によって弁体７０の位置を保持できるので、駆動部１ｂは、電圧の印加を停止することができる。弁体７０の位置の保持のために通電する必要がなく、消費電力を減らすことができる。

（４）弁体７０の位置を移動した後、駆動部１ｂは、第１電圧よりも０Ｖに近い大きさの第２電圧を印加することもできる。これにより、弁体７０の位置をより安定して保持することができ、電磁弁１ａの耐震性が向上する。また、第１電圧を印加して保持する場合に比べて消費電力を減らすことができる。

（５）本実施形態の電磁弁システム１００は、エンジンが停止して始動する時に電磁弁１ａの弁体７０の位置を把握することができる油圧制御システムであるため、油圧制御の信頼性が高まる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
例えば、上記プランジャ１０は、円筒部材１１が磁性体部であったが、永久磁石２３及びコイル２２の磁気回路を形成できるのであれば、円筒部材１１のなかでも一部が磁性体部であってもよいし、ロッドピン１２を含むプランジャ１０全体が磁性体部であってもよい。

上記実施形態において、プランジャ１０は、円筒部材１１とロッドピン１２が円筒部材１１の移動によって離間する構成であるが、円筒部材１１とロッドピン１２は接続され、ともに移動する構成でもよい。例えば、プランジャ１０は、円筒部材１１にロッドピン１２が圧入されて一体的に構成された圧入構造体でもよいし、円筒磁性材を加工して円筒部材１１とロッドピン１２が一体的に構成された構造体であってもよい。

また、プランジャ１０とともに移動するのであれば、弁体７０は、プランジャ１０と一体の構造体、例えばロッドピン１２に圧入されて一体とされた圧入構造体であってもよいし、プランジャ１０と同じ部材、すなわち一体的に構成された構造体であってもよい。

また、本発明の電磁弁システムは、流体の流路を開閉する電磁弁システムであれば、上述した油圧制御システムに限らず、ガス、水等の供給制御システム等であってもよい。

１００ 電磁弁システム
１ 電磁弁装置
１ａ 電磁弁
１０ プランジャ
１１ 円筒部材
１２ ロッドピン
２２ コイル
２３ 永久磁石
２６ バネ
６１ 第１弁孔
７０ 弁体
８１ インポート
８２ アウトポート
１ｂ 駆動部
２ｃ 電源
２ｄ コントロールユニット

Claims (11)

1. 軸方向に貫通穴を有する円筒状のボビンと、
   前記ボビンの周面に巻き回されたコイルと、
   磁性体部を有し、前記ボビンの貫通穴内を軸方向に移動可能なプランジャと、
   前記ボビンの貫通穴内において、前記プランジャの軸方向他方側に設けられるコアと、
   前記コアの軸方向他方側に設けられ、前記プランジャを軸方向他方側に吸引する永久磁石と、
   前記プランジャを軸方向一方側に付勢するバネと、
   前記プランジャの軸方向一方側に配置され、前記プランジャの軸方向一方側に接触することにより軸方向に移動して、流体の流路を開閉する弁体と、を有する電磁弁と、
   前記コイルに電圧を印加する駆動部と、
   を有する電磁弁システムであって、
   前記駆動部は、正又は負の極性のうち、一方の極性の電圧を前記コイルに印加することで、前記プランジャに、軸方向一方側に向かう、前記永久磁石の吸引力より大きい磁力を付与し、他方の極性の電圧を前記コイルに印加することで、軸方向他方側に向かう、前記バネの付勢力より大きい磁力を付与し、
   前記電磁弁は、
   前記プランジャとともに前記弁体の位置が軸方向他方側に保持された状態で、前記駆動部により軸方向一方側へ向かう磁力が付与されると、前記プランジャとともに前記弁体が軸方向一方側へ移動し、前記バネの付勢力によって前記プランジャ及び前記弁体の位置が軸方向一方側に保持され、
   前記プランジャとともに前記弁体の位置が軸方向一方側に保持された状態で、前記駆動部により軸方向他方側へ向かう磁力が付与されると、前記プランジャとともに前記弁体が軸方向他方側へ移動し、前記永久磁石の吸引力によって前記プランジャ及び前記弁体の位置が軸方向他方側に保持され、
   前記駆動部は、前記電磁弁システムが非稼働状態から稼働状態に切り替わると、正又は負のいずれか一方の所定極性の電圧を印加して、前記弁体を軸方向一方側又は他方側のいずれか一方の所定位置に位置させる
   電磁弁システム。
2. 前記駆動部は、前記電磁弁システムが非稼働状態から稼働状態に切り替わると、正又は負のいずれか一方の所定極性の第１電圧を一定時間印加して、前記弁体を軸方向一方側又は他方側のいずれか一方の所定位置に位置させる
   請求項１に記載の電磁弁システム。
3. 前記駆動部は、前記第１電圧を一定時間印加して、前記弁体を軸方向一方側又は他方側のいずれか一方の所定位置に位置させた後、電圧の印加を停止する
   請求項２に記載の電磁弁システム。
4. 前記駆動部は、前記第１電圧を一定時間印加して、前記弁体を軸方向一方側又は他方側のいずれか一方の所定位置に位置させた後、前記第１電圧よりも０Ｖに近い第２電圧を印加する
   請求項２に記載の電磁弁システム。
5. 前記プランジャは、
   軸方向他方側が開口した磁性体からなる円筒部材と、
   前記円筒部材の軸方向一方側に接触し、軸方向に移動可能に配置された非磁性のロッドピンと、からなる
   請求項１から４のいずれか一項に記載の電磁弁システム。
6. 前記電磁弁は、
   軸方向に沿った円筒状の磁性体であって、前記ボビンの貫通穴内の軸方向一方側に設けられるガイドと、
   円環状の磁性体であって、前記ボビンの軸方向一方側に設けられるプレートと、
   軸方向一方側に開口部を有する有底円筒状の磁性体であって、前記永久磁石の軸方向他方側と前記ボビン及び前記コイルの径方向を覆い、前記開口部周縁に前記プレートと接触する加締め部を有するカバーと、を有し、
   前記プランジャの前記円筒部材は、前記ガイドの径方向内側に配置される
   請求項５に記載の電磁弁システム。
7. 前記バネは、前記円筒部材の径方向内側に配置され、軸方向他方側が前記コアと接触し、軸方向一方側が前記円筒部材の径方向内側の底面と接触する
   請求項５又は６に記載の電磁弁システム。
8. 前記電磁弁は、
   前記円筒部材の軸方向一方側に設けられ、軸方向に貫通穴を有するノズルボディと、
   前記ノズルボディの貫通穴の軸方向一方側に設けられる前記弁体の弁室と、
   前記弁室の軸方向一方側に連通するインポートと、
   前記弁室の軸方向他方側に連通するアウトポートと、
   前記弁室に設けられ、前記アウトポートに連通する第１弁孔と、を有し、
   前記ロッドピンは、前記ノズルボディの貫通穴内に設けられ、
   前記弁体は、前記第１弁孔より大径の球状であり、前記ロッドピンとともに、前記軸方向一方側に移動して前記第１弁孔から離間することで前記インポートと前記アウトポート間の流路を開き、軸方向他方側に移動して前記第１弁孔と接触することで前記流路を閉じる
   請求項５から７のいずれか一項に記載の電磁弁システム。
9. 前記ノズルボディは、
   前記弁室より軸方向他方側において前記ノズルボディの貫通穴に連通するドレインポートと、
   前記ノズルボディの貫通穴に設けられ、前記ドレインポートに連通する第２弁孔と、を有し、
   前記ロッドピンは、
   前記第２弁孔より軸方向他方側に位置する円柱状のロッド部と、
   前記ロッド部の軸方向一方側に繋がる円柱状のピン部であって、前記ロッド部より小径のピン部と、を有し、
   前記ロッド部は、軸方向一方側が前記ピン部に向かうにしたがって小径となるテーパー状の弁部を有し、
   前記第２弁孔の内径は、前記ロッド部の外径より小さく、前記ピン部の外径より大きく、
   前記弁部は、前記ロッドピンが軸方向一方側に移動すると、前記第２弁孔に接触して前記ドレインポートへの流路を閉じ、前記ロッドピンが軸方向他方側に移動すると、前記第２弁孔から離間して前記ドレインポートへの流路を開く
   請求項８に記載の電磁弁システム。
10. 前記電磁弁システムは、エンジンの変速機に供給するオイルの油圧制御システムであり、前記エンジンが稼働開始すると稼働状態に、前記エンジンが稼働停止すると非稼働状態に切り替わる
    請求項１から９のいずれか一項に記載の電磁弁システム。
11. 軸方向に貫通穴を有する円筒状のボビンと、
    前記ボビンの周面に巻き回されたコイルと、
    磁性体部を有し、前記ボビンの貫通穴内を軸方向に移動可能なプランジャと、
    前記ボビンの貫通穴内において、前記プランジャの軸方向他方側に設けられるコアと、
    前記コアの軸方向他方側に設けられ、前記プランジャを軸方向他方側に吸引する永久磁石と、
    前記プランジャを軸方向一方側に付勢するバネと、
    前記プランジャの軸方向一方側に配置され、前記プランジャの軸方向一方側に接触することにより軸方向に移動して、流体の流路を開閉する弁体と、を有する電磁弁と、
    前記コイルに電圧を印加する駆動部と、
    を有する電磁弁装置であって、
    前記駆動部は、正又は負の極性のうち、一方の極性の電圧を前記コイルに印加することで、前記プランジャに、軸方向一方側に向かう、前記永久磁石の吸引力より大きい磁力を付与し、他方の極性の電圧を前記コイルに印加することで、軸方向他方側に向かう、前記バネの付勢力より大きい磁力を付与し、
    前記電磁弁は、
    前記プランジャとともに前記弁体の位置が軸方向他方側に保持された状態で、前記駆動部により軸方向一方側へ向かう磁力が付与されると、前記プランジャとともに前記弁体が軸方向一方側へ移動し、前記バネの付勢力によって前記プランジャ及び前記弁体の位置が軸方向一方側に保持され、
    前記プランジャとともに前記弁体の位置が軸方向一方側に保持された状態で、前記駆動部により軸方向他方側へ向かう磁力が付与されると、前記プランジャとともに前記弁体が軸方向他方側へ移動し、前記永久磁石の吸引力によって前記プランジャ及び前記弁体の位置が軸方向他方側に保持され、
    前記駆動部は、電源から電力供給が開始されて前記電磁弁の駆動を開始する前に、正又は負のいずれか一方の所定極性の電圧を印加して、前記弁体を軸方向一方側又は他方側のいずれか一方の所定位置に位置させる
    電磁弁装置。
    
    

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