JP4774819B2 - 電磁弁 - Google Patents

Description

本発明は、ソレノイドの励磁によりプランジャを駆動してスプールを変位させる電磁弁、特にオートマチックトランスミッションのクラッチ圧を制御するのに好適な電磁弁に関するものである。

一般に、車両に装備されたオートマチックトランスミッションのクラッチ圧を制御するために電磁弁が設けられており、その電磁弁によりクラッチ圧が所定の圧力に制御されるようになっている。

この種の電磁弁において、コアの先端部に所定角度で傾斜するテーパ部を形成した電磁弁として、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。かかる電磁弁においては、プランジャのストロークに応じて、コアの磁気絞り部の面積が増加し、磁気抵抗が減少することから、プランジャのストロークに対する磁気飽和の程度が小さくなり、プランジャのストロークに対して吸引力の変化の少ないフラットな吸引力特性となる。この特性により、高い電流がソレノイドに印加されクラッチに高い圧力が供給されているとき、プランジャに作用する減衰力が大きくなり、クラッチが圧力変動により振動することが防止できる。

特許文献２には、テーパ部の後端から円筒部を突設し、プランジャの前端が円筒部端と整列するときの磁気吸引力を高くするものが記載されている。
特開平１１−２８７３４８号公報（段落００２２〜００２３、図２） 特開２０００−２７４５４６号公報（段落０００９、図１）

電磁弁では、ソレノイドに印加される電流が小さく、クラッチに供給される液圧が低いとき、クラッチの応答性を高めるために、入力ポートと出力ポートとの連通面積を増大することが有効である。また、プランジャのストロークに対して吸引力の変化の少ないフラットな吸引力特性は、プランジャに作用する減衰力を増大し、ソレノイドに印加される電流が大きく、クラッチに供給される液圧が高いとき、クラッチの圧力変動による振動を防止するのに有効である。従って、ソレノイドに低電流が印加されているときにクラッチの応答性がよく、高電流が印加されているときにクラッチが振動することを防止できる電磁弁が望まれていた。

本発明は、上記した従来の不具合を解消するためになされたもので、薄肉円筒部を有しながらテーパ部を所要の角度に保持できるようにし、これによって、応答性を向上しつつ、高電流領域での減衰性をも高めた電磁弁を提供せんとするものである。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、ソレノイドユニット部によって弁スリーブに収容されたスプールを変位させる電磁弁であって、前記ソレノイドユニット部は、ソレノイドと、ヨークと、このヨークの内周に摺動可能に嵌合され前記ソレノイドに供給される電流に応じて移動するプランジャと、前記ヨークに軸方向に所定量離間して配置され前記ソレノイドの励磁に伴い前記プランジャを吸引するコアとを備え、このコアのプランジャとの対向面に、前記プランジャの一端を収容可能な収容凹部を開口した環状の突出部を設け、この突出部の外形形状を前記収容凹部の開口端に近づくにつれて断面積が減少するテーパ部と、このテーパ部の先端に前記プランジャの移動方向に対して直角な端面によって接続されテーパ部の小径部より小径の薄肉円筒部にて構成したことを特徴とするものである。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記電磁弁の出力ポートに、ピストンを摺動可能に設けたクラッチが接続され、前記ソレノイドに印加される電流値が、前記ピストン停止時のバランス位置における前記プランジャの前端面が薄肉円筒部内に位置する低電流領域にある間は、前記ピストン停止時のバランス位置に位置する前記プランジャに作用する電磁吸引力は、前記ピストン移動時のバランス位置に位置する前記プランジャに作用する電磁吸引力より小さく、前記ソレノイドに印加される電流値が、前記ピストン停止時のバランス位置における前記プランジャの前端面が前記薄肉円筒部内に位置する高電流領域にある間は、前記ピストン停止時のバランス位置に位置する前記プランジャに作用する電磁吸引力は、前記ピストン移動時のバランス位置に位置する前記プランジャに作用する電磁吸引力と略同一となることを特徴とするものである。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２において、前記スプールには、少なくとも２つのランド部が離間して設けられ、これら２つのランド部の一方に対応して作動油が供給される供給ポートを設け、前記２つのランド部の他方に対応して作動油が排出される排出ポートを設け、前記供給ポートと排出ポートの間に前記スプールの変位によって制御される制御圧を出力する出力ポートを設け、前記ランド部の一方には前記制御圧が作用する面積差を有するフィードバック部を設け、前記スプールを介してプランジャを、プランジャに作用する吸引力に抗し、かつ前記フィードバック部に作用するフィードバック力と同方向に押圧するばねを設けたことを特徴とするものである。

上記のように構成した各請求項に係る発明によれば、ヨークに軸方向に所定量離間して配置されソレノイドの励磁に伴いプランジャを吸引するコアを備え、このコアのプランジャとの対向面に、プランジャの一端を収容可能な収容凹部を開口した環状の突出部を設け、この突出部の外形形状を収容凹部の開口端に近づくにつれて断面積が減少するテーパ部と、このテーパ部の先端にプランジャの移動方向に対して直角な端面によって接続されテーパ部の小径部より小径の薄肉円筒部にて構成したので、円筒部を薄肉にしたにも拘らず、テーパ部を任意所望の傾きに形成でき、低電流領域において電磁弁から制御圧を供給される装置の応答性を向上できるばかりでなく、高電流領域でのプランジャ延いては電磁弁から制御圧を供給される装置の減衰性も向上させることができる効果がある。

以下、本発明の実施の形態を図１に基づいて説明する。本実施の形態の電磁弁１０は、主として、ソレノイドユニット部１１と、そのソレノイドユニット部１１の一端に設けられたスプール弁部１２とによって構成されている。ソレノイドユニット部１１は、カバー１４、コア１５、ヨーク１６、ソレノイド１７、およびプランジャ１８等を備えており、スプール弁部１２は弁スリーブ１９とスプール２０等を備えている。

磁性体からなるカバー１４は、有底円筒状をなし、このカバー１４の底部側に全体として筒状をなす磁性体からなるヨーク１６が収納されている。また、カバー１４の開口部側に、貫通穴を形成した磁性体からなるコア１５が収納されている。コア１５にはカバー１４の開口端側にフランジ部２１が形成されているとともに、このフランジ部２１よりカバー１４の底部側に突設する円筒部２２が形成されている。ヨーク１６にはカバー１４の底部側にフランジ部２３が形成されているとともに、このフランジ部２３よりカバー１４の開口端側に突設する円筒部２４が形成されている。

コア１５の円筒部２２とヨーク１６の円筒部２４は軸方向に所定量離間して対向配置され、これら円筒部２２、２４の外周に非磁性体からなるステンレスリング２５の両端が嵌合されている。これによってコア１５とヨーク１６は、磁気的に分離された状態で互いに同心に保持されている。ヨーク１６の内周には磁性体からなるプランジャ１８が摺動可能に嵌合されている。

前記ヨーク１６のフランジ部２３はカバー１４の底部に嵌合され、コア１５のフランジ部２１はカバー１４の開口端に嵌合され、これら両フランジ部２１、２３の間に環状空間部２６が両円筒部２２、２４の周りに形成されている。環状空間部２６にはソレノイド１７を巻回したボビン２７が嵌入固定されている。

前記ヨーク１６に対向するコア１５の一端には、前記プランジャ１８の外径より僅かに大きな内径の収容凹部３０が所定の深さに亘って開口され、これによってコア１５の一端に環状の突出部３１を形成している。収容凹部３０にはプランジャ１８の端部が収容可能となっており、収容凹部３０の深さはプランジャ１８に必要なストロークより僅かに大きく設定されている。

前記コア１５の突出部３１は、図２に詳細図示するように、前記収容凹部３０の開口端に近づくにつれて断面積が減少するテーパ部３２と、このテーパ部３２の先端に接続された薄肉円筒部３３とによって構成されている。薄肉円筒部３３の肉厚は０．３〜０．５ｍｍとするのが後述する特性上好ましい。テーパ部３２の小径側の径は薄肉円筒部３３の外径より大径に形成され、テーパ部３２の小径側端部と薄肉円筒部３３は、プランジャ１８の移動方向に直角な端面３４を介して接続されている。このように、テーパ部３２の小径側端部と薄肉円筒部３３とを端面３４によって接続することにより、突出部３１の先端に薄肉円筒部３３を所定の厚みに形成したにも拘らず、テーパ部３２の傾きを任意所望に設定できるようにしている。すなわち、テーパ部３２の勾配（傾斜角）が薄肉円筒部３３の存在によって大きくなるのを防止している。

かかる突出部３１は、ソレノイド１７と、コア１５、ヨーク１６、プランジャ１８、およびカバー１４とで構成される磁気回路におけるコア１５とプランジャ１８間の磁気受渡し部を構成している。

カバー１４の開口端側に位置するコア１５の端面には、スプール２０を摺動可能に嵌装する弁スリーブ１９が配設されている。そして、カバー１４の開口側筒状端部１４ａを、弁スリーブ１９に形成されたフランジ部とコア１５のフランジ部２１とを接合させた状態でかしめることにより、弁スリーブ１９に対してソレノイドユニット部１１を一体結合している。これにより、カバー１４内に収納されたコア１５とヨーク１６は、カバー１４の底部と弁スリーブ１９のフランジ部との間で軸方向に固定されるようになっている。

前記弁スリーブ１９には、径の異なる第１の弁孔３５と第２の弁孔３６が形成されるとともに、この第２の弁孔３６に接続するばね収容孔３７が形成されている。これら各弁孔３５、３６およびばね収容孔３７は、前記コア１５およびプランジャ１８と同軸上に延びるように形成されている。

前記スプール２０には、前記第１の弁孔３５にそれぞれ嵌合する第１および第２のランド部４１、４２と、前記第２の弁孔３６に嵌合する第３のランド部４３が設けられている。第２のランド部４２と第３のランド部４３は互いに隣接して設けられ、その境界部に段差部４４が設けられている。段差部４４に連通するフィードバックポート４５が弁スリーブ１９に形成されている。

前記第１および第２のランド部４１、４２は軸方向に所定量離間して設けられ、小径部４６によって互いに連結されている。小径部４６に対応して環状溝４７が前記弁スリーブ１９に形成され、この環状溝４７に制御圧を出力する出力ポート４８が連通されている。出力ポート４８は、図略の連通路を介して前記フィードバックポート４５に連通されている。また、前記弁スリーブ１９には、前記第１および第２のランド部４１、４２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４９および供給ポート５０が形成されている。さらに、前記弁スリーブ１９には、ばね収容孔３７に開口するドレンポート５１が形成されている。

なお、前記スプール２０の一端には、コア１５の貫通穴を貫通してプランジャ１８に当接するシャフト部５２が突設されている。

前記ばね収容孔３７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５３によって閉塞され、このプラグ５３とスプール２０の間にばね５４が設けられている。スプール２０はばね５４の付勢力によってプランジャ１８に向けて押圧され、これにより、スプール２０のシャフト部５２を介してプランジャ１８が、通常カバー１４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１８の初期位置において、図１及び図２に示すように、コア１５の突出部３１の端縁とプランジャ１８の端縁とが軸方向に一致されている。

前記供給ポート５０には圧油供給源より、図略のレギュレータバルブによって定圧に制御された作動油が供給されるようになっている。一方、出力ポート４８は、図３に示すオートマチックトランスミッションのクラッチ６０に供給ライン６１を介して接続されている。クラッチ６０は、供給された作動油によって摺動するピストン６３と、このピストン６３の摺動によって摩擦係合する多板のクラッチプレート６４とによって構成されている。ピストン６３はばね６５によってクラッチプレート６４から離間する方向に付勢されている。

次に、上記した構成の本実施の形態における作用について説明する。ソレノイド１７が非励磁状態の場合には、スプール２０は、ばね５４の付勢力によりプランジャ１８を図１の右方向に押圧し、プランジャ１８をカバー１４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４８は、供給ポート５０との連通が遮断されているとともに、排出ポート４９に連通され、これによって出力ポート４８は低圧に保持されている。

ソレノイド１７を励磁すると、プランジャ１８がコア１５側へ引き寄せられることにより前記ばね５４の付勢力に抗してスプール２０が変位する。その結果、第２のランド部４２が供給ポート５０を開口し始めるとともに、第１のランド部４１が排出ポート４９の開口面積を制限し始めるので、出力ポート４８の制御圧は次第に上昇され、この制御圧によってクラッチ６０が制御される。

前記制御圧は、また、フィードバックポート４５に導入され、第２のランド部４２と第３のランド部４３の境界部に設けられた段差部４４に作用する。このため、第２のランド部４２と第３のランド部４３との面積差と制御圧との積によって求められるフィードバック力がばね５４の付勢方向と同方向に作用する。

すなわち、かかる電磁弁１０においては、ソレノイド１７に通電される電流値に応じてコア１５がプランジャ１８を吸引する吸引力と、ばね５４の付勢力および前記フィードバック力の合力とがバランスする位置にスプール２０が保持され、これによって制御圧はソレノイド１７に通電された電流値に応じた圧力に制御される。

すなわち、下記のつりあい関係式より、制御圧Ｐが決定される。
Ｆ（Ｉｘ）＝Ｐ・Ｓ＋ｋ（ａ＋Ｌ−ｘ）

ここで、Ｉはソレノイド１７に供給した電流、ｋはばね５４のばね定数、Ｌはプランジャ１８のフルストローク量、ｘはスプール２０がプラグ５３に当接する摺動端位置を原点としたプランジャ１８の実ストローク量、Ｓはフィードバック部(４４)の受圧面積、ａはばね５４の初期たわみ量、Ｆ（Ｉｘ）は吸引力を表わしている。

本実施の形態においては、突出部３１の先端に薄肉円筒部３３を設けたことにより、起磁力の小さい低電流領域においても、磁気飽和の度合いが大きくなり、このために、図４の吸引力特性図に示すように、プランジャ１８のストロークが小さな領域（図２および図４のＲａ）においては、プランジャ１８の実ストローク量ｘに対して吸引力が低下する右下がりの吸引力特性となる。一方、プランジャ１８が所定量ストロークして、プランジャ１８の端縁が突出部３１のテーパ部３２に対応する領域（図２および図４のＲｂ）に達すると、テーパ部３２に付与した角度の影響によって、プランジャ１８の実ストロークｘに対して吸引力がほとんど変化しないほぼフラットな吸引力特性となる。

ところで、前述したように、スプール２０は、コア１５がプランジャ１８を吸引する吸引力と、ばね５４の付勢力およびフィードバック力の合力とがバランスするように制御されるため、クラッチ６０が移動し終わってピストン６３が停止した状態（以下この状態をピストン停止時という）でのばね５４の付勢力およびフィードバック力の合力は、図４の二点鎖線で示す線図Ｂのように変化するのに対し、制御圧によってピストン６３が移動しているピストン移動時におけるばね５４の付勢力およびフィードバック力の合力は、図４の一点鎖線で示す線図Ａのように変化する。これは、ピストン移動時においては、クラッチ６０に大容量の圧油を供給するために、制御圧Ｐが低下しプランジャ１８が図１の初期位置からより多く変位することを表している。

なお、図４の吸引力特性図は、横軸の右端がプランジャ１８の初期位置における吸引力を示し、左端がプランジャ１８のフルストローク状態における吸引力を示している。また、線図Ａ、Ｂは、ソレノイド１７に供給された各電流値に応じた吸引力と、ばね５４の付勢力およびフィードバック力の合力とがバランスする位置をそれぞれ結んだものである。ソレノイドに供給される電流値が同じ場合において、プランジャ１８はピストン移動時にピストン停止時より多く初期位置から変移される。

電流がソレノイド１７に印加されると、プランジャ１８およびスプール２０は、先ずピストン移動時のバランス位置に移動され、制御圧Ｐ１が出力ポート４８からクラッチ６０に供給される。ピストン６３がクラッチプレート６４に当接し、プランジャ１８およびスプール２０がピストン停止時のバランス位置に移動すると、制御圧がＰ２に上昇してクラッチプレート６４を互いに摩擦係合させる。図５のクラッチ圧力特性図は、このようにクラッチ６０に供給される制御圧が時間の経過とともに上昇する特性を示している。 また、ピストン移動時における制御圧Ｐ１は、ピストン停止時における制御圧Ｐ２より、圧力低下量ΔＰ（＝Ｐ２−Ｐ１）だけ低い。ピストン移動時およびピストン停止時における制御圧は、図６のグラフが示すように、ソレノイド１７に印加される電流値の変化に応じて変化する。

ピストン移動時における制御圧Ｐ１がピストン停止時における制御圧Ｐ２より低下する圧力低下量は、下記式より求められる。
ΔＰ＝（ΔＦ（Ｉｘ）−ｋΔｘ）／Ｓ

ここで、ΔＦ（Ｉｘ）はピストン停止時とピストン移動時の吸引力差、Δｘはピストン停止時とピストン移動時のプランジャ１８のストローク差を表し、ｋは先に述べた如くばね５４のばね定数を表している。

ソレノイド１７に印加される電流値が、ピストン停止時のバランス位置におけるプランジャ１８の前端面の位置が範囲Ｒａとなる低電流領域にある間は、ピストン停止時のバランス位置に位置するプランジャ１８に作用する電磁吸引力は、ピストン移動時のバランス位置に位置するプランジャ１８に作用する電磁吸引力より小さい。そして、ソレノイド１７に印加される電流値が、ピストン停止時のバランス位置におけるプランジャ１８の前端面の位置が範囲Ｒｂとなる高電流領域にある間は、ピストン停止時のバランス位置に位置するプランジャ１８に作用する電磁吸引力は、ピストン移動時のバランス位置に位置するプランジャ１８に作用する電磁吸引力と殆ど変わらない。図４のグラフがかかる特性を示している。

もし、圧力低下量ΔＰがあると、ピストン移動時とピストン停止時のバランス位置のスプール２０の実ストローク量ｘの差Δｘは、ピストン移動時とピストン停止時のバランス位置においてプランジャ１８に作用する磁気吸引力の差ΔＦ（Ｉｘ）に応じて増大する。即ち、ピストン移動時のスプール２０のバランス位置は、スプール２０の第２ランド部４２が、供給ポート５０と出力ポート４８との連通面積を増大する。これにより、電流値がピストン移動時とピストン停止時に磁気吸引力差がある低電流領域であるとき、供給ポート５０および出力ポート４８を介してクラッチ６０に供給される流量が増大し、クラッチ６０の応答性が向上する。

クラッチ６０は、ピストン停止時にソレノイド１７に印加される高電流が増加されて磁気吸引力が増大し、制御圧が増加すると、振動する傾向がある。本実施の形態では、図４の楕円Ｚに囲まれる部分において、磁気吸引力を示す略水平な線と二点鎖線で示される線とのなす角度θが大きいので、ソレノイド１７に印加される電流が高電流領域であるときに、プランジャ１８およびスプール２０に作用する減衰力が増大する。二点鎖線で示される線は、ばね５４の付勢力とフィードバック力との合力を示す。制御圧を増大するためにソレノイド１７に印加される電流値が増加された場合、プランジャ１８はピストン停止時のバランス位置をオーバランする傾向がある。しかしながら、角度θが大きくなるほどプランジャ１８およびスプール２０をバランス位置に戻す減衰力が増大する。これにより、プランジャ１８およびスプール２０の減衰性が向上し、クラッチ６０が制御圧の変動により振動されることが防止できる。

特に本実施の形態においては、テーパ部３２と薄肉円筒部３３との間に段差をもつ端面３４を設けることにより、薄肉円筒部３３の肉厚を十分薄くしても、テーパ部３２の傾きを適切な値にすることができる。これにより、テーパ部３２の先端部における磁気絞り面積が大きくなって、磁気抵抗が低下し、テーパ部３２の先端部での吸引力を増加させることができる。これにより、プランジャ１８のストロークが大きな高電流領域での領域においても、吸引力がストロークに対して変化の少ないフラットな特性に維持できる。

本発明の実施の形態を示す電磁弁の断面図である。 図１の要部を拡大して図である。 オートマチックトランスミッションのクラッチを示す図である。 本発明の実施の形態における吸引力特性を示す図である。 クラッチの圧力特性を示す図である。 本発明の実施の形態における圧力特性を示す図である。

符号の説明

１０… 電磁弁、１１…ソレノイドユニット部、１２…スプール弁部、１４…カバー、１５…コア、１６…ヨーク、１７…ソレノイド、１８…プランジャ、１９…弁スリーブ、２０…スプール、３０…収容凹部、３１…突出部、３２…テーパ部、３３…薄肉円筒部、３４…端面、３５、３６…弁孔、４１、４２、４３…ランド部、４５…フィードバックポート、４８…出力ポート、４９…排出ポート、５０…供給ポート、５４…ばね、６０…クラッチ。

Claims (3)

1. ソレノイドユニット部によって弁スリーブに収容されたスプールを変位させる電磁弁であって、
   前記ソレノイドユニット部は、ソレノイドと、ヨークと、このヨークの内周に摺動可能に嵌合され前記ソレノイドに供給される電流に応じて移動するプランジャと、前記ヨークに軸方向に所定量離間して配置され前記ソレノイドの励磁に伴い前記プランジャを吸引するコアとを備え、このコアのプランジャとの対向面に、前記プランジャの一端を収容可能な収容凹部を開口した環状の突出部を設け、この突出部の外形形状を前記収容凹部の開口端に近づくにつれて断面積が減少するテーパ部と、このテーパ部の先端に前記プランジャの移動方向に対して直角な端面によって接続されテーパ部の小径部より小径の薄肉円筒部にて構成したことを特徴とする電磁弁。
2. 請求項１において、前記電磁弁の出力ポートに、ピストンを摺動可能に設けたクラッチが接続され、前記ソレノイドに印加される電流値が、前記ピストン停止時のバランス位置における前記プランジャの前端面が薄肉円筒部内に位置する低電流領域にある間は、前記ピストン停止時のバランス位置に位置する前記プランジャに作用する電磁吸引力は、前記ピストン移動時のバランス位置に位置する前記プランジャに作用する電磁吸引力より小さく、前記ソレノイドに印加される電流値が、前記ピストン停止時のバランス位置における前記プランジャの前端面が前記薄肉円筒部内に位置する高電流領域にある間は、前記ピストン停止時のバランス位置に位置する前記プランジャに作用する電磁吸引力は、前記ピストン移動時のバランス位置に位置する前記プランジャに作用する電磁吸引力と略同一となることを特徴とする電磁弁。
3. 請求項１または請求項２において、前記スプールには、少なくとも２つのランド部が離間して設けられ、これら２つのランド部の一方に対応して作動油が供給される供給ポートを設け、前記２つのランド部の他方に対応して作動油が排出される排出ポートを設け、前記供給ポートと排出ポートの間に前記スプールの変位によって制御される制御圧を出力する出力ポートを設け、前記ランド部の一方には前記制御圧が作用する面積差を有するフィードバック部を設け、前記スプールを介してプランジャを、プランジャに作用する吸引力に抗し、かつ前記フィードバック部に作用するフィードバック力と同方向に押圧するばねを設けたことを特徴とする電磁弁。

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