JP5416366B2

JP5416366B2 - 電磁スプール弁装置

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Publication number: JP5416366B2
Application number: JP2008138274A
Authority: JP
Inventors: 直樹及川
Original assignee: Keihin Corp
Current assignee: Keihin Corp
Priority date: 2008-05-27
Filing date: 2008-05-27
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2028-05-27
Also published as: JP2009287613A

Description

本発明は、リニアソレノイド部及びスプールを含む電磁スプール弁装置に関する。

従来から、外形形状が略円柱状を呈するスプール弁と、前記スプール弁を駆動させる電磁アクチュエータとして機能するソレノイド部とから構成される電磁スプール弁が知られている。

この種の電磁スプール弁に関し、本出願人は、可動コアに対する吸引力をより一層向上させることが可能なリニアソレノイドバルブを提案している（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１に開示されたリニアソレノイドバルブでは、略円筒状に形成された弁ボデイの外周にインレットポート及びアウトレットポートが形成され、前記弁ボデイの内部には、軸方向に沿って移動することで前記インレットポート及びアウトレットポートの連通状態と非連通状態とを切り換える単一のスプールが配設されている。
特開２００５−２８６２３６号公報

ところで、前記特許文献１に開示されたリニアソレノイドバルブでは、例えば、制御装置から出力される制御信号に基づいてソレノイド部（コイル）のオフ状態（非通電状態）とオン状態（通電状態）とがデューティ比制御されることによって、インレットポート及びアウトレットポートの連通状態と非連通状態との２段階に切り換え、前記２段階の切換状態に対応した油圧が制御可能に設けられている。

この場合、前記特許文献１に開示されたリニアソレノイドバルブでは、単一のスプールを摺動させることによってアウトレットポートから導出される油圧を２段階の状態に切換制御しているが、前記油圧をより一層多段階に且つ高精度に切換制御することが産業界から希求されている。

本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、複数のスプールを用いて油圧を３段階の状態に高精度に切換制御することが可能な電磁スプール弁装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明は、圧力流体が流通する複数のポートを有するバルブボデイとハウジングとを含む本体部と、前記ハウジングに設けられ、コイルボビンに巻回されたコイルと、前記コイルに対する通電作用下に固定コアに吸引される可動コアとを有するリニアソレノイド部と、前記バルブボデイの空間部内に同軸状に配設され、前記複数のポート間の連通状態と非連通状態とを切り換える第１スプール及び第２スプールを有する弁機構部と、前記第１スプールと前記第２スプールとの間に介装される第１ばね部材と、前記バルブボデイの一端部と前記第２スプールとの間に介装される第２ばね部材とを備え、
前記複数のポートは、前記圧力流体が導入される第１インレットポート、第２インレットポートと、前記圧力流体が導出される第１〜第４アウトレットポートとを含み、前記第１、第２インレットポート及び前記第１〜第４アウトレットポート間で、前記可動コアが原位置にある原位置状態と、前記リニアソレノイド部に対して通電され前記可動コアが変位して中間位置にある第１リフト状態と、前記リニアソレノイド部に対して通電され前記可動コアが変位終端位置にある第２リフト状態からなる３段階にそれぞれ切換制御され、前記原位置状態では、前記第１インレットポートと前記第１アウトレットポートとが連通して前記第１アウトレットポートから圧力流体が導出されると共に、前記第２インレットポートと前記第３アウトレットポートとが連通して前記第３アウトレットポートから圧力流体が導出され、前記第１リフト状態では、前記第１インレットポートと前記第２アウトレットポートとが連通して前記第２アウトレットポートから圧力流体が導出されると共に、前記第２インレットポートと前記第３アウトレットポートとが連通して前記第３アウトレットポートから圧力流体が導出され、前記第２リフト状態では、前記第１インレットポートと前記第１アウトレットポートとが連通して前記第１アウトレットポートから圧力流体が導出されると共に、前記第２インレットポートと前記第４アウトレットポートとが連通して前記第４アウトレットポートから圧力流体が導出され、前記バルブボデイは、単一として構成され、前記第１スプール及び前記第２スプールは、前記バルブボデイの前記空間部に沿ってそれぞれ摺動可能に設けられ、前記第２スプールの最大外径は、前記第１スプールの最大外径よりも大きく設定されることを特徴とする。

本発明では、バルブボデイに設けられる複数のポートとして、第１インレットポート、第２インレットポート、第１アウトレットポート、第２アウトレットポート、第３アウトレットポート及び第４アウトレットポートが設けられる。

本発明によれば、第１、第２インレットポート及び第１〜第４アウトレットポート間で、原位置状態と、第１リフト状態と、第２リフト状態からなる３段階の状態にそれぞれ切換制御される。この結果、本発明では、バルブボデイの空間部に沿ってそれぞれ摺動可能に設けられる第１スプール及び第２スプールを用いて圧力流体（例えば、油圧）を３段階の状態に高精度に切換制御することができる。

可動コアが原位置にある原位置状態では、前記第１インレットポートと前記第１アウトレットポートとが連通して前記第１アウトレットポートから圧力流体が導出されると共に、前記第２インレットポートと前記第３アウトレットポートとが連通して前記第３アウトレットポートから圧力流体が導出される。前記第１リフト状態では、前記第１インレットポートと前記第２アウトレットポートとが連通して前記第２アウトレットポートから圧力流体が導出されると共に、前記第２インレットポートと前記第３アウトレットポートとが連通して前記第３アウトレットポートから圧力流体が導出される。前記第２リフト状態では、前記第１インレットポートと前記第１アウトレットポートとが連通して前記第１アウトレットポートから圧力流体が導出されると共に、前記第２インレットポートと前記第４アウトレットポートとが連通して前記第４アウトレットポートから圧力流体が導出される。

このように本発明では、圧力流体を供給する第１〜第４アウトレットポートからなる４つのポート間で３段階の状態に切換制御することができるため、多数の各種圧力流体機器に対応することができ、汎用性を向上させることができる。

さらにまた、本発明によれば、可動コアが原位置にある原位置状態では、前記リニアソレノイド部で発生する電磁推力が零（Ｆ＝０）、又は、電磁推力Ｆ０が前記第１ばね部材のスプリング荷重Ｌ１及び前記第２ばね部材の第２スプリング荷重Ｌ２よりも小さいＦ＜Ｌ１＜Ｌ２の関係に設定される。前記原位置状態では、第１スプール及び第２スプールに駆動力が伝達されることがなく、前記第１スプール及び第２スプールは原位置にある。

前記第１リフト状態では、前記リニアソレノイド部で発生する電磁推力Ｆ１が、前記第１ばね部材のスプリング荷重Ｌ１よりも大きく、第２ばね部材のスプリング荷重Ｌ２より小さいＬ１＜Ｆ１＜Ｌ２の関係に設定される。前記第１リフト状態では、可動コアに対して電磁推力Ｆ１が付与されて第１スプールを付勢する第１ばね部材のスプリング荷重Ｌ１に打ち勝って前記第１スプールを摺動させる。なお、前記電磁推力Ｆ１は、第２ばね部材のスプリング荷重Ｌ２よりも小さいため、第２スプールは摺動することがなく第１スプールのみが摺動する。

前記第２リフト状態では、前記リニアソレノイド部で発生する電磁推力Ｆ２が、前記第１ばね部材のスプリング荷重Ｌ１及び第２ばね部材のスプリング荷重Ｌ２よりも大きいＬ１＜Ｌ２＜Ｆ２の関係に設定される。前記第２リフト状態では、可動コアに対して電磁推力Ｆ２が付与されて第２ばね部材のスプリング荷重Ｌ２に打ち勝って第１スプール及び第２スプールを一体的に摺動させる。
なお、リニアソレノイド部への非通電状態と第１リフト状態との間に、リニアソレノイド部へ微小電流を供給する準備段階を設けることで、第１リフト状態へ迅速に移行させ切換制御時における弁動作の遅延を抑制して弁作動応答性を向上させることができる。

本発明では、複数のスプールを用いて流体圧（油圧）を３段階の状態に高精度に切換制御することが可能な電磁スプール弁装置が得られる。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１〜図４は、本発明の実施形態に係る電磁スプール弁装置の軸方向に沿った縦断面図、図５〜図７は、図１、図３、図４の部分拡大縦断面図、図８は、前記電磁スプール弁装置を構成する第１スプール及び第２スプールの軸方向に沿った縦断面拡大図、図９は、前記電磁スプール弁装置を構成するバルブボデイの軸方向に沿った縦断面拡大図である。

図１〜図４に示されるように、電磁スプール弁装置１０は、例えば、磁性金属材料によって有底円筒状に形成され、内部に直動リニアソレノイドからなるリニアソレノイド部１２が配設されたハウジング１４と、前記ハウジング１４と一体的に結合され、内部に弁機構部１６が設けられたスリーブ状のバルブボデイ１８とを含む。なお、前記ハウジング１４及びバルブボデイ１８は、本体部として機能するものである。

前記ハウジング１４は、軸方向に沿って長尺に形成された円筒部１４ａと、前記円筒部１４ａの内側に所定間隔離間して形成され該円筒部１４ａと略平行に延在し且つ短尺に形成された円筒状ヨーク１４ｂと、前記円筒部１４ａ及び円筒状ヨーク１４ｂの一端部に形成され内部に縦断面矩形状の凹部を有する膨出部１４ｃとから構成される。この場合、前記円筒部１４ａ、円筒状ヨーク１４ｂ及び膨出部１４ｃが一体化されて形成される。

なお、前記円筒状ヨーク１４ｂは、例えば、ハウジング１４と別体で構成された略円筒体からなる他のヨーク（図示せず）を、ハウジング１４の膨出部１４ｃの内周面に形成した図示しない圧入嵌合部に圧入嵌合するように形成してもよい。

前記リニアソレノイド部１２は、ハウジング１４内に収容されるコイル組立体と、前記ハウジング１４の閉塞端側に該ハウジング１４と一体的に形成され前記コイル組立体の内部に配置される円筒状ヨーク１４ｂと、前記ハウジング１４の開口端部に結合されると共に、コイル組立体の内側で軸方向に沿って円筒状ヨーク１４ｂと所定のクリアランスを介して配置される固定コア２０と、前記円筒状ヨーク１４ｂ及び固定コア２０に対して摺動可能に嵌挿された可動コア２２とを有する。

なお、所定間隔離間して前記可動コア２２と対向する前記固定コア２０の一端部には、外周面が徐々に縮径するテーパ面を有し、縦断面が鋭角状に形成された環状の鍔部２０ａが設けられる。また、前記コイル組立体は、樹脂製材料によって形成され軸方向に沿って両端部にフランジを有するコイルボビン２４と、前記コイルボビン２４に巻回されるコイル２６とから構成される。

前記ハウジング１４と前記コイル２６との間には、前記コイル２６の外周面等をモールドする樹脂封止体２８が設けられ、前記樹脂封止体２８は、前記コイル２６に連通するカプラ部３０に連続して樹脂製材料によって一体成形される。前記カプラ部３０には、前記コイル２６と電気的に接続されるターミナルの端子部３２が露呈するように設けられる。

前記可動コア２２には、その中心部を貫通するシャフト３４が固定され、前記シャフト３４の軸方向に沿った一端部（上端部）には、ハウジング１４の膨出部１４ｃの凹部に装着された第１平軸受け３６ａを介して軸方向に摺動可能に軸支され、該シャフト３４の他端部（下端部）は、固定コア２０の中心部を貫通する貫通孔内に装着された第２平軸受け３６ｂを介して軸方向に摺動可能に軸支される。なお、前記可動コア２２とシャフト３４とを別体で構成することがなく、前記シャフト３４を含んで可動コア２２を一体成形するようにしてもよい。

前記第１平軸受け３６ａ及び第２平軸受け３６ｂを介して、前記シャフト３４の両端部をそれぞれ摺動自在に軸支する両端支持構造とすることにより、該シャフト３４と一体的に変位する可動コア２２の安定した直進性を確保することができる。

固定コア２０に対向する可動コア２２の端面には、非磁性材料によって形成され、コイル２６に対する通電が停止されたとき、残留磁気の影響によって可動コア２２が固定コア２０に吸着されたままになることを防止する機能（貼り付き防止機能）を有するリング体３８がシャフト３４を介して装着される。

この場合、図示しない電源をオンにしてコイル２６に電流を流すことにより励磁作用が発生し、前記励磁作用によって可動コア２２及びシャフト３４が固定コア２０側に向かって一体的に変位することにより、後記する第１スプール４０及び／又は第２スプール４２を作動（進退動作）させることができる。

前記弁機構部１６は、第１インレットポート４４ａ、第２インレットポート４４ｂ、第１アウトレットポート４６ａ、第２アウトレットポート４６ｂ、第３アウトレットポート４６ｃ、第４アウトレットポート４６ｄ、ドレンポート４８及び呼吸ポート５０がそれぞれ一側部に並設されたバルブボデイ１８と、リニアソレノイド部１２のシャフト３４の一端部と当接し前記シャフト３４によって押圧されることにより、前記バルブボデイ１８内部の空間部５２に沿ってそれぞれ摺動可能に配設された第１スプール４０及び第２スプール４２とを含む。換言すると、前記弁機構部１６には、圧油が導入される２つのポートと、圧油を導出する４つのポートと、ドレンを排出する１つのポートがそれぞれ設けられる。

なお、呼吸ポート５０は、可動コア２２の進退動作に対応してハウジング１４内のエアを給排気するものである。また、前記第１インレットポート４４ａ、第２インレットポート４４ｂ、第１アウトレットポート４６ａ、第２アウトレットポート４６ｂ、第３アウトレットポート４６ｃ、第４アウトレットポート４６ｄ及びドレンポート４８は、圧力流体が流通する複数のポートとして機能するものである。

前記第１スプール４０と前記第２スプール４２とは、それぞれ別体で略円筒状に構成され、前記バルブボデイ１８の空間部５２内に略同軸状に配設される。この場合、図８に示されるように、前記第２スプール４２の最大外径Ｄ２（後記する第７ランド６０ｇ〜第１０ランド６０ｊの外径）は、前記第１スプール４０の最大外径Ｄ１（後記する第１〜第６ランド６０ａ〜６０ｆの外径）よりも大きく設定される（Ｄ１＜Ｄ２）。

なお、図１に示されるように、前記各ポートの近傍部位には、前記バルブボデイ１８が、例えば、自動車用エンジン等の他の部材５４の側壁に装着された際、各ポートと他の部材５４との連結部位をシールする単一のシール部材５６が設けられる。

第１スプール４０には、図８に示されるように、軸方向に沿って延在しリニアソレノイド部１２側の上端部で閉塞すると共に、第２スプール４２側の下端部で開口する長孔５８が形成される。また、前記第１スプール４０の上端部の近傍であって、後記する第１ランド６０ａと第２ランド６０ｂとの間には、前記長孔５８に連通し且つ軸方向と直交する方向に貫通する第１連通孔６２ａが形成される。

さらに、前記第１スプール４０の下端と後記する第６ランド６０ｆとの間には、前記長孔５８に連通し且つ軸方向と直交する方向に貫通する第２連通孔６２ｂが形成される。この場合、図３に示される第１リフト状態（後記する）において、第１アウトレットポート４６ａ、第１連通孔６２ａ、長孔５８、第２連通孔６２ｂ、後記する第３連通孔６２ｃ及びドレンポート４８が相互に連通することにより、第１アウトレットポート４６ａ側の圧油をドレンポート４８から好適に排出することができる。

第２スプールの上端部には、図８に示されるように、第１スプール４０の下端部が臨むと共に、前記下端部が当接可能に設けられた窪み部６４が形成される。また、前記窪み部６４の側壁には、第１スプール４０の第２連通孔６２ｂと連通可能に設けられ、第２スプール４２の軸方向と直交する方向に貫通する第３連通孔６２ｃが形成される。さらに、第２スプール４２には、前記窪み部６４に連通して軸方向に沿って貫通する段付き貫通孔６６が形成される。

さらに、弁機構部１６は、図１に示されるように、前記第２スプール４２の端面と対向するように配置されバルブボデイ１８の空間部５２を閉塞するキャップ部材６８と、第１スプール４０と第２スプール４２との間の重畳部位に介装された第１ばね部材７０と、前記第２スプール４２とキャップ部材６８との間に介装された第２ばね部材７２とを有する。なお、前記キャップ部材６８は、バルブボデイ１８の一端部として機能するものである。また、前記キャップ部材６８の外周面には、環状溝を介して装着部位を液密乃至気密に保持するシールリング７４が設けられ、バルブボデイ１８の孔部に対して前記キャップ部材６８が圧入嵌合される。

この場合、前記第２ばね部材７２のスプリング荷重（ばね定数）Ｌ２は、前記第１ばね部材７０のスプリング荷重（ばね定数）Ｌ１よりも大きく設定されている（Ｌ１＜Ｌ２）。

本実施形態では、それぞれコイルスプリングからなる第１ばね部材７０及び第２ばね部材７２を用いて説明しているが、これに限定されるものではなく、例えば、図示しない板ばねやゴム等の弾性部材であって、第１スプール４０及び第２スプール４２を付勢（押圧力を付与）する付勢部材であればよい。

前記第１インレットポート４４ａ及び第２インレットポート４４ｂは、供給油路を介して油圧ポンプ等の図示しない油圧源（圧力流体供給源）にそれぞれ接続され、前記第１〜第４アウトレットポート４６ａ〜４６ｄは、出力油路を介して図示しない油圧機器の油圧作動部に接続され、ドレンポート４８は、図示しないリザーバタンクに接続される。なお、本実施形態では、圧油を用いて説明しているが、これに限定されるものではなく、例えば、圧縮エア等を含む圧力流体を作動媒体として用いることが可能である。

第１スプール４０の外周面には、図８に示されるように、半径外方向に向かって所定長だけ膨出形成された環状突起部からなり、リニアソレノイド部１２側からキャップ部材６８側に向かう軸方向に沿って順に第１〜第６ランド６０ａ〜６０ｆが所定間隔離間して形成される。前記第１〜第６ランド６０ａ〜６０ｆは、それぞれ同一外径からなり、第１スプール４０の最大外径Ｄ１を構成するものである。

この場合、第１スプール４０の相互に隣接する第２ランド６０ｂと第３ランド６０ｃとの間には、第１インレットポート４４ａと第１アウトレットポート４６ａとを連通させる第１環状凹部７６ａが形成される（図４の第２リフト状態参照）。また、第１スプール４０の相互に隣接する第３ランド６０ｃと第４ランド６０ｄの間には、第１インレットポート４４ａと第１アウトレットポート４６ａとを連通させる第２環状凹部７６ｂが形成される（図１のリニアソレノイド部オフ状態、図２の弁初期状態参照）。

さらに、第１スプール４０の相互に隣接する第４ランド６０ｄと第５ランド６０ｅの間には、第１インレットポート４４ａと第２アウトレットポート４６ｂとを連通させる第３環状凹部７６ｃが形成される（図３の第１リフト状態参照）。さらにまた、第１スプール４０の相互に隣接する第５ランド６０ｅと第６ランド６０ｆの間には、第２アウトレットポート４６ｂとドレンポート４８とを連通させる第４環状凹部７６ｄが形成される（図４の第２リフト状態参照）。またさらに、第１スプール４０の第６ランド６０ｆと下端部との間には、第２アウトレットポート４６ｂとドレンポート４８とを連通させる第５環状凹部７６ｅが形成される（図１のリニアソレノイド部オフ状態、図２の弁初期状態参照）。

第１スプール４０に近接する第２スプール４２の上端部には、軸方向に沿って所定長だけ延在する窪み部６４が形成され、前記窪み部６４の内壁面に第１ばね部材７０の一端部が係着され、第１スプール４０の第６ランド６０ｆの側壁に前記第１ばね部材７０の他端部が係着される。この場合、第２スプール４２の窪み部６４の内径は、第１スプール４０の下端部の外径よりも大きく設定されており、第１スプール４０の下端部は、第１ばね部材７０を圧縮させながら第２スプール４２の窪み部６４に沿って挿入されると共に、前記窪み部６４の底壁６４ａと当接可能に設けられている（図６及び図７参照）。

第２スプール４２の外周面には、図８に示されるように、軸方向に沿って幅広な第７ランド６０ｇ及び軸方向に沿って幅狭な第８ランド６０ｈ〜第１０ランド６０ｊが半径外方向に向かって膨出形成される。この場合、前記第７ランド６０ｇと第８ランド６０ｈとの間には、第２インレットポート４４ｂと第４アウトレットポート４６ｄとを連通させる第６環状凹部７６ｆが形成され（図４の第２リフト状態参照）、前記第８ランド６０ｈと第９ランド６０ｉとの間には、第７環状凹部７６ｇが形成される。

さらに、前記スプール４２の前記第９ランド６０ｉと第１０ランド６０ｊとの間には、第２インレットポート４４ｂと第３アウトレットポート４６ｃとを連通させる第８環状凹部７６ｈが形成される（図１のリニアソレノイド部オフ状態、図２の弁初期状態、図３の第１リフト状態参照）。なお、前記第６環状凹部７６ｆは、図１及び図２に示されるように、第４アウトレットポート４６ｄとドレンポート４８とを連通させる機能をも併有する。

バルブボデイ１８の内壁には、図９に示されるように、空間部５２に向かって突出し軸方向に沿って幅広な第１環状突出部７８ａと、軸方向に沿って幅狭な第２〜第９環状突出部７８ｂ〜７８ｉとがそれぞれ形成され、前記第１〜第９環状突出部７８ａ〜７８ｉは、リニアソレノイド部１２側からキャップ部材６８側に向かって所定間隔だけ離間して順に配置される。

前記したように、第１スプール４０の最大外径Ｄ１と第２スプール４２の最大外径Ｄ２とが異なるように設定されているため、この最大外径の相違（Ｄ１＜Ｄ２）に対応して、前記バルブボデイ１８の空間部５２に設けられた第１〜第９環状突出部７８ａ〜７８ｉの内径もそれぞれ異なるように設定される。すなわち、図９に示されるように、バルブボデイ１８の略中央部を基点としてハウジング１４側に近接する第１〜第５環状突出部７８ａ〜７８ｅの内径ｄ１は、略中央部からキャップ部材６８側に近接する第６環状突出部７８ｆ〜第９環状突出部７８ｉの内径ｄ２と比較して小さく設定されている（ｄ１＜ｄ２）。

従って、バルブボデイ１８の内径は、リニアソレノイド部１２側からキャップ部材６８側に向かって小径から大径となるように形成されることにより、前記大径側からの空間部５２の切削加工や第１スプール４０、第２スプール４２等の組付作業（後記する）を簡便に遂行することができる。また、図５及び図９に示されるように、バルブボデイ１８の空間部５２に設けられた第５環状突出部７８ｅに隣接する部位には、リニアソレノイド部１２がオフ状態のときに第２スプール４２の上端部が当接してストッパとして機能する環状段差部８０が設けられる。

本実施形態に係る電磁スプール弁装置１０は、基本的に以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。

先ず、電磁スプール弁装置１０の組み付け作業について、説明する。
バルブボデイ１８の内壁の内径は、リニアソレノイド部１２側からキャップ部材６８側に向かって小径から大径となるように形成され、図１０に示されるように、バルブボデイ１８の大径側開口部１８ａから空間部５２に沿って第１スプール４０及び第１ばね部材７０を装填し、続いて、第２スプール４２及び第２ばね部材７２をそれぞれ装填した後、キャップ部材６８を圧入して、前記大径側開口部１８ａを閉塞する。

この場合、第１ばね部材７０に係着する第２スプール４２の一端部は、バルブボデイ１８の内壁の略中央部に形成された環状段差部８０に当接し（図１０中の破線参照）、空間部５２内で所定位置に位置決めされる。従って、第１スプール４０が組み付け時に空間部５２内である程度フリー状態であっても、第２スプール４２が第２ばね部材７２の押圧力によって環状段差部８０に当接した位置で保持されるため、組み付け作業が容易となって組み付け性を向上させることができる。

なお、バルブボデイ１８の小径側開口部１８ｂは、予めユニット化して構成されたリニアソレノイド部１２の端面薄肉部を内側に加締めることにより（図１乃至図４参照）、バルブボデイ１８とハウジング１４とが一体的に結合されて閉塞される。

次に、電磁スプール弁装置１０の動作について説明する。
リニアソレノイド部１２の非通電時には、図１に示されるように、前記リニアソレノイド部１２の電磁力（電磁推力）が何ら発生しないため（電磁推力Ｆ＝０）、第１スプール４０は、第１ばね部材７０のばね力（Ｌ１）によってリニアソレノイド部１２側に向かって押圧された状態にあると共に、第２スプール４２は、第２ばね部材７２のばね力（Ｌ２）によって第１スプール７０側に向かって押圧され、前記第２スプール４２の上端部が環状段差部８０に当接して上方への変位が規制された状態にある。

従って、リニアソレノイド部１２のオフ状態では、図１に示されるように、第１スプール４０の外周面に形成された第２環状凹部７６ｂによって、第１インレットポート４４ａと第１アウトレットポート４６ａとが連通した状態にあり、第１インレットポート４４ａから導入された圧油が第２環状凹部７６ｂ及び第１アウトレットポート４６ａ（ＯＵＴ１）を経由して他の部材５４に供給される。さらに、リニアソレノイド部１２のオフ状態では、第２スプール４２の外周面に形成された第８環状凹部７６ｈによって、第２インレットポート４４ｂと第３アウトレットポート４６ｃとが連通した状態にあり、第２インレットポート４４ｂから導入された圧油が第８環状凹部７６ｈ及び第３アウトレットポート４６ｃ（ＯＵＴ３）を経由して他の部材５４に供給される。

本実施形態では、リニアソレノイド部１２のオフ状態において、第１アウトレットポート４６ａ（ＯＵＴ１）及び第３アウトレットポート４６ｃ（ＯＵＴ３）からなる２つのポート（ＯＵＴ１、ＯＵＴ３）を通じて、圧油が他の部材５４に供給される。

リニアソレノイド部１２のオフ状態では、図１に示されるように、第１スプール４０の下端部分と第２スプール４２の上端部分とが重畳する。従って、第２アウトレットポート４６ｂは、第１スプール４０の第５環状凹部７６ｅを介してドレンポート４８と連通した状態にあり、第２アウトレットポート４６ｂに残存する圧油がドレンポート４８から排出される。また、第４アウトレットポート４６ｄは、第２スプール４２の第６環状凹部７６ｆを介してドレンポート４８と連通した状態にあり、第４アウトレットポート４６ｄに残存する圧油がドレンポート４８から排出される。

このように、リニアソレノイド部１２のオフ状態では、第１ばね部材７０のスプリング荷重Ｌ１が第２ばね部材７２のスプリング荷重Ｌ２よりも小さく設定されていると共に、前記リニアソレノイド部１２の電磁推力Ｆが零で第１ばね部材７０のスプリング荷重Ｌ１よりも小さくなっているため、可動コア２２が最上端の原位置にある（Ｆ＜Ｌ１＜Ｌ２、Ｆ＝０）。

続いて、図示しない電流値切換装置（例えば、制御機構から導出される制御信号によって制御され、コイル２６に電流を供給して前記コイル２６を付勢する図示しないドライバ等）によって所定の小電流（例えば、微小電流）をリニアソレノイド部１２に供給することにより、リニアソレノイド部１２が弁初期状態となる。この弁初期状態では、図２に示されるように、オフ状態にあるリニアソレノイド部１２に対して小電流が供給されても、前記第１スプール４０及び第２スプール４２は何ら変位することがなく、リニアソレノイド部１２のオフ状態と同様な弁位置に保持される。

すなわち、前記弁初期状態では、リニアソレノイド部１２に対して小電流が供給されコイル２６によって微小な電磁推力Ｆ０が発生するが、前記電磁推力Ｆ０は、第１ばね部材７０のスプリング荷重Ｌ１及び第２ばね部材７２の第２スプリング荷重Ｌ２よりも小さいＦ０＜Ｌ１＜Ｌ２の関係に設定されている。従って、前記リニアソレノイド部１２の弁初期状態では、前記リニアソレノイド部１２で発生する電磁推力Ｆ０が、前記第１ばね部材７０のスプリング荷重Ｌ１及び前記第２ばね部材７２の第２スプリング荷重Ｌ２よりも小さく設定されているため、第１スプール４０及び第２スプール４２に駆動力が伝達されることがなく、前記第１スプール４０及び第２スプール４２は、リニアソレノイド部１２のオフ状態と同様な弁位置に保持される。なお、可動コア２２が原位置にある原位置状態とは、前記リニアソレノイド部１２がオフ状態にある場合と、前記リニアソレノイド部１２に対して小電流が供給された弁初期状態にある場合の両方が含まれる。

続いて、図示しない電流値切換装置によって電流値（Ｉ）を切換制御し前記小電流よりも大なる所定の中間電流をリニアソレノイド部１２に供給することにより（図１１参照）、リニアソレノイド部１２の第１リフト状態となる。この第１リフト状態では、図３に示されるように、コイル２６へ流れる電流値に比例した電磁力（電磁推力Ｆ１）によって可動コア２２が固定コア２０側に向かって吸引され、前記可動コア２２が中間位置で停止する。

すなわち、可動コア２２及びシャフト３４の変位が第１スプール４０に伝達され、前記第１スプール４０が第１ばね部材７０のばね力（Ｌ１）に抗して第２スプール４２側に向かって接近する方向に変位し、第１スプール４０の下端部が第２スプール４２の窪み部６４の底部６４ａに当接することによってその変位が規制される（図６参照）。

従って、図３に示されるように、第１スプール４０の第３ランド６０ｃとバルブボデイ１８の第３環状突出部７８ｃとが当接して第１インレットポート４４ａと第１アウトレットポート４６ａとの連通状態が遮断されると共に、第１スプール４０の外周面に形成された第３環状凹部７６ｃによって第１インレットポート４４ａ及び第２アウトレットポート４６ｂ間が連通した状態に弁位置が切り換えられる。この結果、第１インレットポート４４ａから導入された圧油は、第３環状凹部７６ｃ及び第２アウトレットポート４６ｂ（ＯＵＴ２）を経由して他の部材５４に供給される。

同時に、第１リフト状態では、第２スプール４２の外周面に形成された第８環状凹部７６ｈによって、第２インレットポート４４ｂと第３アウトレットポート４６ｃとが連通した状態にあり、第２インレットポート４４ｂから導入された圧油が第８環状凹部７６ｈ及び第３アウトレットポート４６ｃ（ＯＵＴ３）を経由して他の部材５４に供給される。

本実施形態では、第１リフト状態において、第２アウトレットポート４６ｂ（ＯＵＴ２）及び第３アウトレットポート４６ｃ（ＯＵＴ３）からなる２つのポート（ＯＵＴ２、ＯＵＴ３）を通じて、圧油が他の部材５４に供給される。

図６に示されるように、第１スプール４０の下端部分と第２スプール４２の上端部分との重畳部位において、第１スプール４０の第２連通孔６２ｂと第２スプール４２の第３連通孔６２ｃとが略水平方向でラップする。従って、図３に示されるように、第１アウトレットポート４６ａは、第１スプール４０の第１連通孔６２ａ、長孔５８、第２連通孔６２ｂ、第２スプール４２の第３連通孔６２ｃを経由してドレンポート４８と連通した状態となり、前記第１アウトレットポート４６ａに残存する圧油がドレンポート４８から好適に排出される。また、第４アウトレットポート４６ｄは、第２スプール４２の第６環状凹部７６ｆを介してドレンポート４８と連通した状態にあり、第４アウトレットポート４６ｄに残存する圧油がドレンポート４８から排出される。

弁初期状態の小電流から電流値（Ｉ）が切り換えられて前記小電流よりも大なる所定の中間電流がリニアソレノイド部１２に供給された第１リフト状態では、第１ばね部材７０のスプリング荷重Ｌ１よりも大きく、且つ、第２ばね部材７２のスプリング荷重Ｌ２よりも小さい電磁推力Ｆ１がリニアソレノイド部１２で発生するため、可動コア２２が中間位置で停止する（Ｌ１＜Ｆ１＜Ｌ２）。従って、リニアソレノイド部１２で発生する電磁推力Ｆ１によって第１スプール弁４０のみを押圧して変位させることができるが、第２スプール４２を押圧して変位させることはできない。

この結果、第１リフト状態では、第１スプール４０のみが変位して第２スプール４２に当接してその変位が規制されると共に、第２スプール４２はそのまま原位置に停止した状態にある。

本実施形態では、弁初期状態から第１リフト状態に変位する際、リニアソレノイド部１２に対して予め小電流が供給された状態にあるため、リニアソレノイド部１２に対して何ら電流が供給されていないリニアソレノイド部１２のオフ状態（図１参照）から第１リフト状態（図３参照）に変位した場合と比較して、弁初期状態から第１リフト状態へ迅速に移行することができ、切換制御時における弁動作の遅延を極力抑制して、弁作動応答性を向上させることができる。

換言すると、本実施形態では、リニアソレノイド部１２のオフ状態（図１参照）からリニアソレノイド部１２の第１リフト状態（図３参照）へ直接的に移行することがなく、前記オフ状態と前記第１リフト状態との間に、リニアソレノイド部１２へ微小電流を供給する準備段階（弁初期状態）を設けることにより、図１１に示されるように、電流値切換時におけるパルス信号の立ち上がり波形を良好なものとして、弁作動応答性を向上させることができる。

次に、図示しない電流値切換装置によって電流値（Ｉ）を切換制御し前記中間電流よりも大なる所定の大電流をリニアソレノイド部１２に供給することにより（図１１参照）、リニアソレノイド部１２の第２リフト状態となる。この第２リフト状態では、図４に示されるように、コイル２６へ流れる電流値に比例した電磁力（電磁推力Ｆ２）によって可動コア２２が固定コア２０側に向かってさらに吸引され、前記可動コア２２が最下端位置（変位終端位置）で停止する。

すなわち、可動コア２２及びシャフト３４のさらなる変位が第１スプール４０を通じて第２スプール４２に伝達され、前記第２スプール４２が第２ばね部材７２のばね力（Ｌ２）に抗してキャップ部材６８側に向かって接近する方向に変位する。

従って、図４に示されるように、第１スプール４０の第４ランド６０ｄとバルブボデイ１８の第４環状突出部７８ｄとが当接して第１インレットポート４４ａと第２アウトレットポート４６ｂとの連通状態が遮断されると共に、第１スプール４０の外周面に形成された第１環状凹部７６ａによって第１インレットポート４４ａ及び第１アウトレットポート４６ａ間が連通した状態に弁位置が切り換えられる。同時に、第２スプール４２の外周面に形成された第６環状凹部７６ｆを介して第２インレットポート４４ｂと第４アウトレットポート４６４とが連通状態となる。

この結果、第１インレットポート４４ａから導入された圧油は、第１環状凹部７６ａ及び第１アウトレットポート４６ａ（ＯＵＴ１）を経由して他の部材５４に供給されると共に、第２インレットポート４４ｂから導入された圧油は、第６環状凹部７６ｆ及び第４アウトレットポート４６ｄ（ＯＵＴ４）を経由して他の部材５４に供給される。

本実施形態では、第２リフト状態において、第１アウトレットポート４６ｂ（ＯＵＴ１）及び第４アウトレットポート４６ｄ（ＯＵＴ４）からなる２つのポート（ＯＵＴ１、ＯＵＴ４）を通じて、圧油が他の部材５４に供給される。

第２アウトレットポート４６ｂは、第１スプール４０の外周面に形成された第４環状凹部７６ｄを介してドレンポート４８と連通した状態となり、前記第２アウトレットポート４６ｂに残存する圧油がドレンポート４８から好適に排出される。

この場合、図７に示されるように、第２スプール４２の上端面と第１スプール４０の下端部側に形成された第６ランド６０ｆの側壁面とが略同一の高さＨに設定されているため、第２アウトレットポート４６ｂからドレンポート４８への圧油の流れを円滑にすることができる。

また、図７に示されるように、第２スプール４２には、軸方向に沿って貫通する段付き貫通孔６６が設けられているため、第２スプール４２の下端部とキャップ部材６８との間に存在する圧油は、前記段付き貫通孔６６、第２連通孔６２ｂ及び第３連通孔６２ｃを経由して、ドレンポート４８から好適に排出することができる。

第１リフト状態の中間電流から電流値（Ｉ）が切り換えられて前記中間電流よりも大なる所定の大電流がリニアソレノイド部１２に供給された第２リフト状態では、第１ばね部材４０のスプリング荷重Ｌ１よりも大きく、さらに、第２ばね部材４２のスプリング荷重Ｌ２よりも大きい電磁推力Ｆ２がリニアソレノイド部１２で発生することにより、可動コア２２が最下端位置（変位終端位置）で停止する（Ｌ１＜Ｌ２＜Ｆ２）。従って、リニアソレノイド部１２で発生する電磁推力Ｆ２によって第１スプール弁４０及び第２スプール弁４２をそれぞれ略同時に押圧して変位させることができる。

この結果、第２リフト状態では、リニアソレノイド部１２で発生する電磁推力Ｆ２によって、第１ばね部材７０及び第２ばね部材７２のスプリング荷重Ｌ１、Ｌ２にそれぞれ抗して、第１スプール４０及び第２スプール４２をそれぞれ同軸状に変位させることにより、第１インレットポート４４ａと第１アウトレットポート４６ａとを相互に連通させると共に、第２インレットポート４４ｂと第４アウトレットポート４６ｄとを相互に連通させて、第１アウトレットポート４６ａ（ＯＵＴ１）及び第４アウトレットポート４６ｄ（ＯＵＴ４）を通じて他の部材５４に圧油を供給することができる。

このように、本実施形態では、リニアソレノイド部１２のオフ状態（図１参照）及び弁初期状態（図２参照）と、リニアソレノイド部１２に中間電流を供給した第１リフト状態（図３参照）と、リニアソレノイド部１２に大電流を供給した第２リフト状態（図４参照）との３段階の状態に確実に高精度に切換制御することができる。

また、本実施形態では、他の部材５４に対して圧油が供給される４つのポート（第１〜第４アウトレットポート４６ａ〜４６ｄ）間で前記３段階の状態に切換制御することができるため（例えば、オフ状態及び弁初期状態では、第１アウトレットポート４６ａ及び第３アウトレットポート４６ｃからそれぞれ圧油を供給、第１リフト状態では、第２アウトレットポート４６ｂ及び第３アウトレットポート４６ｃからそれぞれ圧油を供給、第２リフト状態では、第１アウトレットポート４６ａ及び第４アウトレットポート４６ｄからそれぞれ圧油を供給）、前記他の部材５４として多数の各種機器に対応することができ、汎用性を向上させることができる。

さらに、本実施形態では、第１〜第４アウトレットポート４６ａ〜４６ｄからなる４つのポートに対し、共通化された単一のドレンポート４８を設けているため、通常の場合（出力ポートが４つであれば、ドレンポートが２つ以上）と比較して前記ドレンポート４８の個数を減少させることができる。

さらにまた、本実施形態では、図７に示されるように、バルブボデイ１８の空間部５２内に同軸状に配置された第１スプール４０の下端部分と第２スプール４２の上端部分とが重畳するように設けられているため、ドレンポート４８の軸方向の長さを短縮してバルブボデイ１８の軸方向寸法をより一層短縮することができる。

なお、本実施形態では、図示しない電流値切換装置によってリニアソレノイド部１２に通電される電流値（Ｉ）を、小電流、中間電流、大電流に順次切り換えた状態（図１１参照）を例示しているが、これに限定されるものではなく、例えば、図１２に示されるように、弁初期状態の小電流からいきなり第２リフト状態の大電流に電流値（Ｉ）を切り換えることが可能である。また、前記とは逆に、リニアソレノイド部１２に通電される電流値（Ｉ）を減少させる方向に、例えば、大電流、中間電流、小電流に順次切り換えることや、大電流からいきなり小電流に切り換えることができる。このように、本実施形態では、図示しない電流値切換装置によってリニアソレノイド部１２に通電される電流値（Ｉ）を、小電流と中間電流と大電流との３つの電流値間で自在に切り換えることができる。

次に、本実施形態と同様に油圧を３段階に切り換えることが可能な比較例を図１３に示す。この比較例では、第１の３ポート２位置電磁弁１００ａ（以下、第１の３方弁１００ａという）と第２の３ポート２位置電磁弁１００ｂ（以下、第２の３方弁１００ｂという）からなる同一の２つの電磁弁を組み合わせることによって油圧を３段階に切換制御している。

比較例に係る弁装置の動作を概略説明すると、図１３（ａ）では、第１の３方弁１００ａ及び第２の３方弁１００ｂをそれぞれオフ状態とすることにより、第１の３方弁１００ａのＯＵＴ１から圧油を導出させると共に、第２の３方弁１００ｂのＯＵＴ３から同時に圧油を導出させている。図１３（ｂ）では、第１の３方弁１００ａをオン状態とすると共に、第２の３方弁１００ｂをオフ状態とすることによって、第１の３方弁１００ａのＯＵＴ２から圧油を導出させると共に、第２の３方弁１００ｂのＯＵＴ３から同時に圧油を導出させている。図１３（ｃ）では、第１の３方弁１００ａをオフ状態とすると共に、第２の３方弁１００ｂをオン状態とすることによって、第１の３方弁１００ａのＯＵＴ１から圧油を導出させると同時に第２の３方弁１００ｂのＯＵＴ４から圧油を導出させている。

このように、第１の３方弁１００ａと第２の３方弁１００ｂとの２つの電磁弁を組み合わせ、圧油が導出される４つのポート（ＯＵＴ１〜４）間で油圧を３段階の状態に切換制御する比較例では、電磁弁を２個使用するため（ソレノイド部も２個となる）、弁ボデイが大型化して重量が増大すると共に、コストが高騰するという不具合がある。

これに対して、本実施形態では、単一の本体部（ハウジング１４及びバルブボデイ１８の結合体）内に第１スプール４０及び第２スプール４２を同軸状に配設して連動させ、さらに、スプリング荷重がそれぞれ異なる第１ばね部材７０及び第２ばね部材７２を配設する構成を採用することにより、前記比較例と比較して、装置全体の小型・軽量化を達成することができると共に、コストを低減することができる。

本発明の実施形態に係る電磁スプール弁装置の軸方向に沿った縦断面図である。図１に示すリニアソレノイド部のオフ状態から前記リニアソレノイド部に小電流が供給された弁初期状態を示す縦断面図である。図２に示すリニアソレノイド部の弁初期状態から前記リニアソレノイド部に中間電流が供給されて弁位置が切り換えられた第１リフト状態を示す縦断面図である。図３に示す第１リフト状態から前記リニアソレノイド部に大電流が供給されて弁位置が切り換えられた第２リフト状態を示す縦断面図である。図１に示すリニアソレノイド部のオフ状態において、前記電磁スプール弁装置を構成する第１スプールと第２スプールとの重畳部位を示す部分拡大縦断面図である。図３に示す第１リフト状態において、第１スプールと第２スプールとの重畳部位を示す部分拡大縦断面図である。図４に示す第２リフト状態において、第１スプールと第２スプールとの重畳部位を示す部分拡大縦断面図である。前記電磁スプール弁装置を構成する第１スプール及び第２スプールの軸方向に沿った縦断面拡大図である。前記電磁スプール弁装置を構成するバルブボデイの軸方向に沿った縦断面拡大図である。前記バルブボデイに対して第１スプール及び第２スプールを組み付ける状態を示す縦断面図である。オフ状態にあるリニアソレノイド部に対して、小電流、中間電流及び大電流からなる電流値に順次切り換えて供給した特性図である。オフ状態にあるリニアソレノイド部に対して、小電流からいきなり大電流からなる電流値に切り換えて供給した特性図である。（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、比較例に係る弁装置の回路構成図である。

符号の説明

１０電磁スプール弁装置
１２リニアソレノイド部
１４ハウジング
１６弁機構部
１８バルブボデイ
２０固定コア
２２可動コア
２６コイル
３４シャフト
４０第１スプール
４２第２スプール
４４ａ第１インレットポート
４４ｂ第２インレットポート
４６ａ第１アウトレットポート
４６ｂ第２アウトレットポート
４６ｃ第３アウトレットポート
４６ｄ第４アウトレットポート
６８キャップ部材
７０第１ばね部材
７２第２ばね部材

Claims

圧力流体が流通する複数のポートを有するバルブボデイとハウジングとを含む本体部と、
前記ハウジングに設けられ、コイルボビンに巻回されたコイルと、前記コイルに対する通電作用下に固定コアに吸引される可動コアとを有するリニアソレノイド部と、
前記バルブボデイの空間部内に同軸状に配設され、前記複数のポート間の連通状態と非連通状態とを切り換える第１スプール及び第２スプールを有する弁機構部と、
前記第１スプールと前記第２スプールとの間に介装される第１ばね部材と、
前記バルブボデイの一端部と前記第２スプールとの間に介装される第２ばね部材と、
を備え、
前記複数のポートは、前記圧力流体が導入される第１インレットポート、第２インレットポートと、前記圧力流体が導出される第１〜第４アウトレットポートとを含み、
前記第１、第２インレットポート及び前記第１〜第４アウトレットポート間で、前記可動コアが原位置にある原位置状態と、前記リニアソレノイド部に対して通電され前記可動コアが変位して中間位置にある第１リフト状態と、前記リニアソレノイド部に対して通電され前記可動コアが変位終端位置にある第２リフト状態からなる３段階にそれぞれ切換制御され、
前記原位置状態では、前記第１インレットポートと前記第１アウトレットポートとが連通して前記第１アウトレットポートから圧力流体が導出されると共に、前記第２インレットポートと前記第３アウトレットポートとが連通して前記第３アウトレットポートから圧力流体が導出され、
前記第１リフト状態では、前記第１インレットポートと前記第２アウトレットポートとが連通して前記第２アウトレットポートから圧力流体が導出されると共に、前記第２インレットポートと前記第３アウトレットポートとが連通して前記第３アウトレットポートから圧力流体が導出され、
前記第２リフト状態では、前記第１インレットポートと前記第１アウトレットポートとが連通して前記第１アウトレットポートから圧力流体が導出されると共に、前記第２インレットポートと前記第４アウトレットポートとが連通して前記第４アウトレットポートから圧力流体が導出され、
前記バルブボデイは、単一として構成され、
前記第１スプール及び前記第２スプールは、前記バルブボデイの前記空間部に沿ってそれぞれ摺動可能に設けられ、
前記第２スプールの最大外径は、前記第１スプールの最大外径よりも大きく設定されることを特徴とする電磁スプール弁装置。
請求項１記載の電磁スプール弁装置において、
前記原位置状態では、前記リニアソレノイド部で発生する電磁推力が零（Ｆ＝０）、又は、電磁推力Ｆ０が前記第１ばね部材のスプリング荷重Ｌ１及び前記第２ばね部材の第２スプリング荷重Ｌ２よりも小さいＦ０＜Ｌ１＜Ｌ２の関係にあり、
前記第１リフト状態では、前記リニアソレノイド部で発生する電磁推力Ｆ１が、前記第１ばね部材のスプリング荷重Ｌ１よりも大きく、第２ばね部材のスプリング荷重Ｌ２より小さいＬ１＜Ｆ１＜Ｌ２の関係にあり、
前記第２リフト状態では、前記リニアソレノイド部で発生する電磁推力Ｆ２が、前記第１ばね部材のスプリング荷重Ｌ１及び第２ばね部材のスプリング荷重Ｌ２よりも大きいＬ１＜Ｌ２＜Ｆ２の関係に設定されることを特徴とする電磁スプール弁装置。
請求項１又は２記載の電磁スプール弁装置において、
前記リニアソレノイド部への非通電状態と前記第１リフト状態との間には、前記リニアソレノイド部へ微小電流を供給する準備段階が設けられることを特徴とする電磁スプール弁装置。