JP4973570B2 - ブリード型電磁弁 - Google Patents

Description

本発明は、ブリード型電磁弁に関する。

従来、この種のブリード型電磁弁としては、軸方向に開口した連通孔と径方向に開口した連通孔とが形成されたベースと、軸方向に移動して連通孔の開閉の調整を行うシャフト部材と、励磁コイルに通電して発生させた吸引力によりシャフト部材を移動させる電磁部とを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この電磁弁では、通電状態でシャフト部材を軸方向の連通孔に当接する方向に移動させて連通孔間の流路断面を減少させる。
特開２００７−２５５５０２号公報

上述したタイプのブリード型電磁弁では、軸方向から流入する作動油によりシャフト部材に力が作用し、その力が電磁弁の動作を妨げるものとなる。このため、その力に対抗し得る吸引力を電磁部から発生させてシャフト部材を移動させる必要があるが、吸引力を上げようとすると電磁部の大型化に繋がってしまう。特に、高圧の作動油を直接コントロールするダイレクト制御に用いられる場合には、作動油の吐出量が多くなりシャフト部材に作用する力が大きくなるので電磁部に要求される吸引力が更に大きなものとなる。

本発明は、ブリード型電磁弁において比較的小さな吸引力で弁を駆動することを主目的とする。

本発明は、上述の目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のブリード型電磁弁は、
軸方向に作動流体を流入する入力ポートと側方に作動流体を出力する出力ポートと側方に作動流体を排出する排出ポートとが形成された中空の弁本体と、
前記弁本体の内部に挿入され、軸方向の移動に伴って前記入力ポートと前記出力ポートと前記排出ポートの各ポートの開閉状態の調節を行う開閉状態調節部が形成された弁軸と、
前記弁軸を軸方向に移動させる電磁部と、
前記入力ポートを介して流入された作動流体により前記弁軸に作用する力の少なくとも一部が打ち消されるよう該弁軸を軸方向に付勢する付勢手段と、
を備えることを要旨とする。

この本発明のブリード型電磁弁では、中空の弁本体の軸方向に形成された入力ポートを介して流入された作動流体により弁軸に作用する力の少なくとも一部が打ち消されるよう弁軸を軸方向に付勢する付勢手段を備えるから、弁軸に作用する力に対抗して弁軸を軸方向に移動させるのに必要な力が小さくなる。この結果、比較的小さな吸引力で弁を駆動することができる。ここで、「付勢手段」としては、例えば、スプリングを挙げることができる。

こうした本発明のブリード型電磁弁において、前記付勢手段は、前記入力ポートを介して流入される作動流体により前記弁軸に作用する力が大きいほど大きくなる特性の付勢力をもって前記弁軸を付勢する手段であるものとしてもよい。こうすれば、弁軸に作用する力に応じた適切な付勢力を付与することができる。

また、本発明のブリード型電磁弁において、前記開閉状態調節部は、端面が前記入力ポートに当接したときに該入力ポートを閉塞すると共に前記出力ポートと前記排出ポートとを連通可能で、前記端面が前記入力ポートから離間したときに該入力ポートを開放すると共に該端面が該入力ポートから離れるほど小さくなる流路をもって前記出力ポートと前記排出ポートとを連通可能な部であり、前記付勢手段は、前記開閉状態調節部が前記入力ポートに近づく方向に付勢されてなるものとしてもよい。こうすれば、比較的少ない吸引力で調圧することができる。この態様の本発明のブリード型電磁弁において、前記付勢手段は、前記開閉状態調節部が前記入力ポートから離れるほど大きくなる傾向の付勢力をもって前記弁軸を付勢する手段であるものとしてもよい。ここで、弁軸に作用する力は開閉状態調節部と入力ポートとの離間距離に比例する傾向にあるので、その傾向を予め実験などにより把握しておけば、弁軸に必要な付勢力をより適切に付与することができる。

さらに、本発明のブリード型電磁弁において、前記電磁部は、コイルと、コアと、前記コイルへの通電を伴って前記コアとの間で生じる吸引力により前記弁軸を押し出すプランジャと、がケースに収容されてなり、前記付勢手段は、前記ケース側の反力を用いて前記吸引力と同方向に前記プランジャが付勢されるよう該ケースと該プランジャとの間に介在されてなるものとしてもよい。こうすれば、電磁部や弁本体を大型化することなく付勢手段を配置することができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての電磁弁２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電磁弁２０は、例えばオートマチックトランスミッションに組み込まれたクラッチの油圧制御に用いられ、図示しないオイルポンプから圧送されレギュレータバルブにより調圧された油圧（ライン油圧）から最適なクラッチ圧を生成してクラッチをダイレクトに制御可能なダイレクト制御用のブリード型リニアソレノイドバルブとして構成されている。この電磁弁２０は、初期状態において入力ポート５２が開放されているノーマルオープン型のリニアソレノイドバルブとして構成され、ソレノイド部３０と、このソレノイド部３０により駆動されてライン油圧を入力すると共に入力したライン油圧を調圧して出力する調圧バルブ部４０とを備える。

ソレノイド部３０は、底付き円筒部材としてのケース３１と、ケース３１の内周側に配置され絶縁性のボビン３２ａに絶縁導線が巻回されてなるコイル（ソレノイドコイル）３２と、ケース３１の開口端部にフランジ外周部が固定されたフランジ部３４ａとフランジ部３４ａからコイル３２の内周面に沿って軸方向に延伸された円筒部３４ｂとが形成された第１のコア３４と、ケース３１の底部に形成された凹部の内周面と接触すると共にコイル３２の内周面に沿って第１のコア３４の円筒部３４ｂと所定間隔を隔てた位置まで軸方向に延伸された円筒状の第２のコア３５と、第２のコア３５に挿入され第１のコア３４の内周面および第２のコア３５の内周面を軸方向に摺動可能でありケース３１の凹部の底面に当接する後端側に凹部が形成されたプランジャ３６と、ケース３１の凹部の底面とプランジャ３６の凹部の底面との間に配置されプランジャ３６を前方（図中左方向）へ付勢するコイルスプリングであるスプリング３７とを備える。第１のコア３４の円筒部３４ｂにはバルブシャフト６０のシャフト部６２が挿入されプランジャ３６の先端に当接されると共に円筒部３４ｂの内周面を軸方向に摺動可能となっている。また、ソレノイド部３０は、コイル３２からの端子がケース３１の外周部に形成されたコネクタ部３９に配策されており、この端子を介してコイル３２への通電が行なわれる。

第１のコア３４の円筒部３４ｂの先端部は、外面には先端に向かうほど外径が小さくなるようテーパが形成され、内面にはシャフト部６２の外径よりも大きな外径のプランジャ３６の先端部が嵌挿可能にプランジャ受け３４ｃが形成されている。プランジャ受け３４ｃには、プランジャ３６が第１のコア３４に直接当接しないよう非磁性材料により形成された環状のリング３４ｄが設けられている。

ケース３１と第１のコア３４と第２のコア３５とプランジャ３６は、いずれも純度の高い鉄などの強磁性材料により形成されており、第１のコア３４の円筒部３４ｂの端面と第２のコア３５の端面との間の空間は、非磁性体として機能するよう形成されている。なお、この空間は、非磁性体として機能させればよいから、ステンレススチールや黄銅などの非磁性金属を設けるものとしても構わない。

ソレノイド部３０では、コイル３２に通電すると、ケース３１，第２のコア３５，プランジャ３６，第１のコア３４，ケース３１の順にコイル３２の周囲を周回するよう磁束が流れる磁気回路が形成され、これにより第１のコア３４とプランジャ３６との間に吸引力が作用してプランジャ３６が吸引される。前述したように、プランジャ３６の先端には第１のコア３４の内周面を軸方向に摺動可能なシャフト部６２が当接し、プランジャ３６の後端側にはプランジャ３６を前方（図中左方向）に付勢するスプリング３７が配置されているから、プランジャ３６に作用する吸引力とスプリング３７の付勢力とによってバルブシャフト６０は前方（図中左方向）に押し出される。なお、スプリング３７の付勢力の詳細については後述する。

調圧バルブ部４０は、図１に示すように、一端がソレノイド部３０のケース３１および第１のコア３４に取り付けられた略円筒状の中空のスリーブ４２と、スリーブ４２の他端に取り付けられたエンドプレート４６と、スリーブ４２の内部空間に挿入されシャフト部６２がプランジャ３６の先端に当接するバルブシャフト６０と、エンドプレート４６とバルブシャフト６０との間に設けられバルブシャフト６０をソレノイド部３０側へ付勢するスプリング４８とを備える。このスプリング４８は、コイル３２に通電されていない初期状態ではバルブシャフト６０をソレノイド部３０側に押し付け、コイル３２に通電された状態では電磁弁２０としての通常の機能が得られるよう、即ち、プランジャ３６の吸引力に対して伸縮することによりバルブシャフト６０の移動量をリニアに調節することができる付勢力が設定されている。

スリーブ４２は、その内部空間の開口部として、エンドプレート４６に形成され図示しないオイルポンプから圧送された作動油を軸方向に入力する入力ポート５２と、スリーブ４２の側面の略中央に形成されクラッチＣＬ側に作動油を出力する出力ポート５４と、スリーブ４２の側面の右寄りの位置に形成され作動油を排出するドレンポート５６と、出力ポート５４とドレンポート５６とを連通しバルブシャフト６０が挿入される連通部５５とが形成されている。この連通部５５は、バルブシャフト６０の外径よりも大きく形成され、バルブシャフト６０との隙間が流路となって作動油が流通可能となっている。

バルブシャフト６０は、スリーブ４２の内部空間に挿入される軸状部材として形成されており、プランジャ３６に当接し連通部５５に挿入される部分が一段小さな径となるよう形成されたシャフト部６２と、内部空間に流出入する作動油の流量を調整する流量調整部６４とを備える。流量調整部６４は、入力ポート５２よりも大きな外径に形成されエンドプレート４６に当接したときに入力ポート５２を閉塞する円柱部６４ａと、円柱部６４ａよりも大きな外径に形成されスプリング４８が当接するフランジ部６４ｂと、フランジ部６４よりも小さな外径を有しシャフト部６２へ向かうほど小さな外径となるようテーパ状に形成され連通部５５に当接したときに連通部５５とバルブシャフト６０との隙間の流路を遮断してドレンポート５６を遮断するテーパ部６４ｃとを有する。

ここで、スプリング３７の付勢力について説明する。このスプリング３７は、入力ポート５２から流入する作動油によりバルブシャフト６０に作用する力（以下、フローフォースＦ０という）に対向する向きにプランジャ３６を介してバルブシャフト６０を付勢するために配置されている。このため、まずフローフォースＦ０について説明する。所定圧の作動油が入力ポート５２から流入している状態で、バルブシャフト６０の移動に伴うフローフォースＦ０の変化の様子の一例を図２に示す。図２では、横軸にバルブシャフト６０の移動量Ｌをとり縦軸にフローフォースＦ０をとる。移動量Ｌは、バルブシャフト６０がエンドプレート４６に当接する位置を値０とし、ソレノイド部３０側に最大限移動した位置を最大値Ｌｍａｘとした（図１参照）。図示するように、フローフォースＦ０は、移動量Ｌが値０のときは作動油が流入せず入力ポート５２の開口面積分の作動油の圧力がバルブシャフト６０の円柱部６４ａの端面に掛かるだけなので最小値Ｆｍｉｎとなり、移動量Ｌが大きくなるにつれ略直線的に大きくなって、移動量Ｌが最大値Ｌｍａｘのときに最大値Ｆｍａｘとなる。次に、スプリング３７の付勢力Ｆ１について説明する。この付勢力Ｆ１の一例を図３に示す。図３では、横軸にスプリング３７のストローク量Ｘをとり縦軸に付勢力Ｆ１をとる。スプリング３７は、バルブシャフト６０の移動に伴って伸縮し、本実施形態では、移動量Ｌが値０のときにストローク量Ｘが最小値Ｘｍｉｎとなり移動量Ｌが最大値Ｌｍａｘのときにストローク量Ｘが最大値Ｘｍａｘとなるものとした。図示するように、付勢力Ｆ１は、バネ定数ｋによりその傾きが定まる一次関数のグラフとなり、このバネ定数ｋはフローフォースＦ０の傾きと略同じになるように設定されている。このため、ストローク量Ｘが最大値Ｘｍａｘのときに付勢力Ｆ１が最大値Ｆｍａｘと略同一の値となり、ストローク量Ｘが最小値Ｘｍｉｎのときに付勢力Ｆ１が最小値Ｆｍｉｎと略同一の値となる。こうして設定された付勢力Ｆ１とフローフォースＦ０とを合成した合力の一例を図４に示す。図４では、横軸にバルブシャフト６０の移動量Ｌをとり縦軸に合力をとる。図示するように、付勢力Ｆ１とフローフォースＦ０とが互いに打ち消し合うため、合力は値０に近づくことがわかる。このため、ソレノイド部３０の吸引力によりバルブシャフト６０を押し出す力がフローフォースＦ０によって妨げられることはない。

こうして構成された実施例の電磁弁２０の動作について図１，図５および図６に基づいて説明する。図５は、バルブシャフト６０に作用する力の関係を示す説明図、図６は、電磁弁２０の動作中の状態を示す説明図である。まず、コイル３２に通電されていない場合（図１参照）を考える。この場合、図５（ａ）に示すように、バルブシャフト６０には、フローフォースＦ０とスプリング３７の付勢力Ｆ１とスプリング４８の付勢力Ｆ２とが作用する。前述したようにフローフォースＦ０と付勢力Ｆ１とが打ち消し合い合力が略値０となるので、付勢力Ｆ２によりバルブシャフト６０がソレノイド部３０側に押し付けられている。このため、図１に示すように、入力ポート５２と出力ポート５４とを連通し、連通部５５に当接してドレンポート５６を遮断する状態となる。次に、コイル３２に通電が開始された場合を考える。この場合、コイル３２に印加される電流の大きさに応じた吸引力Ｆ３で第１のコア３４にプランジャ３６が吸引され、図５（ｂ）に示すように、バルブシャフト６０には、フローフォースＦ０と付勢力Ｆ１と付勢力Ｆ２と吸引力Ｆ３とが作用する。この場合もフローフォースＦ０と付勢力Ｆ１とが打ち消し合い合力が略値０となるので、付勢力Ｆ２と吸引力Ｆ３とが丁度釣り合う位置で停止する。このため、図６に示すように、入力ポート５２と出力ポート５４とを連通すると共に連通部５５を開通してドレンポート５６を連通する調圧状態となる。即ち、バルブシャフト６０がエンドプレート４６側に移動するほどドレンポート５６への作動油の排出量が増加して出力ポート５４への出力量が減少し、ソレノイド部３０側に移動するほどドレンポート５６への作動油の排出量が減少して出力ポート５４への出力量が増加する。ここで、スプリング３７を配置しない場合では、バルブシャフト６０の位置を保持するために吸引力Ｆ３がフローフォースＦ０と付勢力Ｆ２との合力となる必要がある。一方、本発明では、スプリング３７を配置することによりフローフォースＦ０が付勢力Ｆ１により打ち消され、吸引力Ｆ３は付勢力Ｆ２と釣り合うだけの力となればよく、ソレノイド部３０に要求される力が減少する。図５（ｂ）の状態から、吸引力Ｆ３が付勢力Ｆ２を上回りバルブシャフト６０が更に前方に押し出されるとエンドプレート４６に当接し入力ポート５２を閉塞する。このとき、入力ポート５２を完全に塞ぐと共に出力ポート５４とドレンポート５５とを連通し、クラッチＣＬに作用している油圧は下降する。この場合も図５（ｃ）に示すように、フローフォースＦ０と付勢力Ｆ１と付勢力Ｆ２と吸引力Ｆ３とが作用するが、付勢力Ｆ１とフローフォースＦ０とが打ち消し合い合力が略値０となる。なお、図５（ｃ）の状態でソレノイド部３０への通電が遮断されると、付勢力Ｆ２によりバルブシャフト６０が初期位置に戻される。このとき、バルブシャフト６０の移動に伴って、スプリング３７のストローク量Ｘに応じた付勢力Ｆ１によってバルブシャフト６０が付勢されると共に入力ポート５２から流入する作動油のフローフォースＦ０がバルブシャフト６０に作用するので、上述と同様に付勢力Ｆ１とフローフォースＦ０とが打ち消し合う。このため、付勢力Ｆ２は付勢力Ｆ１を打ち消す必要はなく、スプリング３７を配置しない場合に比べてスプリング４８のバネ定数が極端に大きくなることはない。

以上説明した実施例の電磁弁２０によれば、入力ポート５２を介して流入した作動油によりバルブシャフト６０に作用しバルブシャフト６０がソレノイド部３０側に移動するほど大きくなる傾向のフローフォースＦ０が打ち消されるよう、バルブシャフト６０がソレノイド部３０側に移動するほど付勢力Ｆ１が大きくなるように設定されたスプリング３７を備えるから、フローフォースＦ０に対抗してバルブシャフト６０を移動させるのに必要な力が小さくなる。この結果、ソレノイド部３０を大型化することなく小さな吸引力で電磁弁２０を駆動させることができる。

実施例の電磁弁２０では、スプリング３７の付勢力Ｆ１がフローフォースＦ０の全部を打ち消すものとしたが、これに限られるものではなく、フローフォースＦ０の一部のみを打ち消すものとしてもよい。

実施例の電磁弁２０では、バルブシャフト６０を付勢するものとしてコイルスプリングを用いるものとしたが、これに限られず、板バネ等バルブシャフト６０に付勢力を付与することができるものであれば如何なるものとしてもよい。

実施例の電磁弁２０では、オートマチックトランスミッションに組み込まれたクラッチＣＬの油圧制御に用いるものとしたが、油圧により作動する如何なる作動機構の油圧制御に用いるものとしてもよい。

以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、電磁弁の製造産業や自動車産業などに利用可能である。

本発明の一実施例としての電磁弁２０の構成の概略を示す構成図である。 バルブシャフト６０の移動に伴うフローフォースＦ０の変化の様子の一例を示す説明図である。 付勢力Ｆ１の一例を示す説明図である。 付勢力Ｆ１とフローフォースＦ０との合力の一例を示す説明図である。 バルブシャフト６０に作用する力の関係を示す説明図である。 電磁弁２０の動作中の状態を示す説明図である。

符号の説明

２０ 電磁弁、３０ ソレノイド部、３１ ケース、３２ コイル、３２ａ ボビン、３４ 第１のコア、３４ａ フランジ部、３４ｂ 円筒部、３４ｃ プランジャ受け、３４ｄ リング、３５ 第２のコア、３６ プランジャ、３７ スプリング、３９ コネクタ部、４０ 調圧バルブ部、４２ スリーブ、４６ エンドプレート、４８ スプリング、５２ 入力ポート、５４ 出力ポート、５５ 連通部、５６ ドレンポート、６０ バルブシャフト、６２ シャフト部、６４ 流量調整部、６４ａ 円柱部、６４ｂ フランジ部、６４ｃ テーパ部。

Claims (5)

1. 軸方向に作動流体を流入する入力ポートと側方に作動流体を出力する出力ポートと側方に作動流体を排出する排出ポートとが形成された中空の弁本体と、
   前記弁本体の内部に挿入され、軸方向の移動に伴って前記入力ポートと前記出力ポートと前記排出ポートの各ポートの開閉状態の調節を行う開閉状態調節部が形成された弁軸と、
   前記弁軸を軸方向に移動させる電磁部と、
   前記入力ポートを介して流入された作動流体により前記弁軸に作用する力の少なくとも一部が打ち消されるよう該弁軸を軸方向に付勢する付勢手段と、
   を備え、
   前記電磁部は、コイルと、コアと、前記コイルへの通電を伴って前記コアとの間で生じる吸引力により前記弁軸を押し出すプランジャと、がケースに収容されてなり、
   前記付勢手段は、前記ケース側の反力を用いて前記吸引力と同方向に前記プランジャが付勢されるよう該ケースと該プランジャとの間に介在されてなる
   ブリード型電磁弁。
2. 前記付勢手段は、前記入力ポートを介して流入される作動流体により前記弁軸に作用する力が大きいほど大きくなる特性の付勢力をもって前記弁軸を付勢する手段である請求項１記載のブリード型電磁弁。
3. 請求項１または２記載のブリード型電磁弁であって、
   前記開閉状態調節部は、端面が前記入力ポートに当接したときに該入力ポートを閉塞すると共に前記出力ポートと前記排出ポートとを連通可能で、前記端面が前記入力ポートから離間したときに該入力ポートを開放すると共に該端面が該入力ポートから離れるほど小さくなる流路をもって前記出力ポートと前記排出ポートとを連通可能な部であり、
   前記付勢手段は、前記開閉状態調節部が前記入力ポートに近づく方向に付勢されてなる
   ブリード型電磁弁。
4. 前記付勢手段は、前記開閉状態調節部が前記入力ポートから離れるほど大きくなる傾向の付勢力をもって前記弁軸を付勢する手段である請求項３記載のブリード型電磁弁。
5. 前記付勢手段は、スプリングである請求項１ないし４いずれか１項に記載のブリード型電磁弁。
   

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