JP5640947B2

JP5640947B2 - 電磁弁

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Publication number: JP5640947B2
Application number: JP2011228771A
Authority: JP
Inventors: 兼久長崎; 元良安藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-10-18
Filing date: 2011-10-18
Publication date: 2014-12-17
Anticipated expiration: 2031-10-18
Also published as: JP2013087861A

Description

本発明は、筒状のスリーブと、スリーブ内で軸方向に摺動自在に支持されるスプールとを備え、電磁アクチュエータの磁気力によりスプールを軸方向に駆動する電磁弁に関する。

従来から、上記のような電磁弁の用途として、駆動対象に供給すべき油圧を制御するフィードバック機能付きの油圧調整弁や、駆動対象に供給する作動油の流量を制御する流量制御弁等が公知である（例えば、特許文献１、２参照。）。

従来の電磁弁１００によれば、図７に示すように、スリーブ１０１は、作動油の供給源（図示せず。）から加圧された作動油が流入する入力ポート１０２、作動油の供給先（図示せず。）に向かい作動油が流出する出力ポート１０３、および大気圧相当の雰囲気にあって作動油を供給源まで戻すための排出ポート１０４を有する。また、スプール１０５は、電磁アクチュエータ（図示せず。）の磁気力により軸方向一端側に駆動されるとともに付勢手段としてのコイルスプリング（図示せず。）により、常時、軸方向他端側に付勢されている。

そして、電磁弁１００は、電磁アクチュエータの磁気力、およびコイルスプリングの付勢力等に応じてスプール１０５を軸方向に移動させることで、入力ポート１０２と出力ポート１０３との連通状態、および出力ポート１０３と排出ポート１０４との連通状態を変化させて油圧を制御したり、作動油の流量を制御したりする。

すなわち、作動油を供給先に供給する必要がないとき、電磁アクチュエータへの通電量がゼロに設定され、スプール１０５は軸方向他端に位置している。これにより、入力ポート１０２と出力ポート１０３とは連通しておらず、出力ポート１０３と排出ポート１０４とが連通しており、出力ポート１０３を介して供給先に供給されていた作動油は、排出ポート１０４をから供給源まで戻されている（図７（ａ）参照。）。

そして、作動油を供給先に供給しなければならなくなると、電磁アクチュエータへの通電が始まり、スプール１０５は、出力ポート１０３と排出ポート１０４との間を閉鎖して入力ポート１０２と出力ポート１０３との間を開放するように軸方向一端側に移動を開始する。ここで、スプール１０５は、軸方向一端側への移動開始後、入力ポート１０２と出力ポート１０３との間を開放する前に出力ポート１０３と排出ポート１０４との間を閉鎖する。

そして、スプール１０５は、入力ポート１０２と出力ポート１０３との間、および、出力ポート１０３と排出ポート１０４との間を両方とも閉鎖した状態（以下、オーバーラップ状態と呼ぶ。）を保ったのち（図７（ｂ）参照。）、出力ポート１０３と排出ポート１０４との間を閉鎖したまま入力ポート１０２と出力ポート１０３との間を開放する（図７（ｃ）、（ｄ）参照。）。

すなわち、電磁弁１００によれば、図８に示すように、通電量が所定の境界値Ｉｃ’以下であるときには、通電量が増加してスプール１０５が軸方向一端側に移動しても入力ポート１０２と出力ポート１０３とが連通していない閉弁状態が保たれ、通電量が境界値Ｉｃ’を超えると、閉弁状態から入力ポート１０２と出力ポート１０３とが連通する開弁状態に移行する。そして、開弁状態においてさらに通電量が増加してスプール１０５が軸方向一端側に移動するほど、入力ポート１０２と出力ポート１０３との間の開口量が増加して供給源から供給先に向かう作動油の流量が増加する。

つまり、従来の電磁弁１００によれば、通電開始後も通電量が境界値Ｉｃ’に達するまで閉弁状態が保たれ、電磁弁１００の開弁動作では、オーバーラップ状態を経由して閉弁状態から開弁状態に移行する。
そして、開弁動作においてオーバーラップ状態を経由することにより、閉弁状態と開弁状態との臨界状態（通電量が境界値Ｉｃ’に達したときの状態）において、入力ポート１０２からスリーブ１０１内に流入した作動油が排出ポート１０４から多量に漏れて供給源に戻ってしまう事態を回避している。

このため、作動油の流量制御に関して使用可能な通電量の範囲は、境界値Ｉｃ’よりも大きい範囲に限定され、例えば、通電量の境界値Ｉｃ’に対して流量ゼロを対応させ、通電量の最大値（Ｍａｘ）に対して流量の最大値（Ｍａｘ）を対応させることになり、境界値Ｉｃ’よりも小さい通電量は流量制御に使用することができない。
この結果、通電量に対する流量の増加率が大きくなり、通電量の僅かな変動によって流量が大きく変動してしまい、より高精度な流量制御を実現する上で課題となっている。

特開平０９−１６６２３８号公報特開平１１−１１８０６３号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、電磁弁において、より高精度な流量制御を実現することにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１の手段によれば、電磁弁は、流体の供給源から流体が流入する入力ポート、および流体の供給先に向かい流体が流出する出力ポートを有する筒状のスリーブと、スリーブ内で軸方向に摺動自在に支持されて入力ポートと出力ポートとの連通状態を変化させるスプールと、通電量に応じた磁気力を発生し、磁気力によりスプールを軸方向一端側に駆動する電磁アクチュエータと、スプールを、常時、軸方向他端側に付勢する付勢手段とを備える。

また、通電量が所定の境界値以下であるときには、通電量が増加してスプールが軸方向一端側に移動しても入力ポートと出力ポートとが連通していない閉弁状態が保たれる。そして、通電量が境界値を超えると、閉弁状態から入力ポートと出力ポートとが連通する開弁状態に移行し、さらに、開弁状態において通電量が増加してスプールが軸方向一端側に移動するほど、供給源から供給先に向かう流体の流量が増加する。

そして、付勢手段は、バネ定数が異なる少なくとも２つのバネが軸方向に直列に配置されて設けられ、２つのバネの内、バネ定数が大きい第１バネは、少なくとも開弁状態において通電量の増加に伴い圧縮されて軸方向長さを短くする。また、バネ定数が小さい第２バネは、閉弁状態において通電量の増加に伴い軸方向に圧縮されて軸方向長さを短くし、開弁状態において、通電量が境界値に達したときの軸方向長さに固定される。

これにより、電磁アクチュエータへの通電開始後、通電量が境界値に達するまでの間、主にバネ定数が小さい第２バネが軸方向に圧縮されて縮むことで、スプールが軸方向一端側に移動する。このため、通電開始後、磁気力をさほど高めなくてもオーバーラップ状態を終了させて臨界状態に移行させることができるので、通電量の境界値を低減することができる。この結果、流量制御に関して使用可能な通電量の範囲を下限側で拡大することができる。

また、通電量が境界値に達した後、第２バネは軸方向長さが固定され、バネ定数が大きい第１バネが軸方向に圧縮されて縮むことで、スプールが軸方向一端側に移動する。これにより、流量制御に関して使用可能な通電量の範囲を下限側で拡大した上で、境界値に達した後の通電量に対する流量の増加率を、第１バネのバネ定数に応じて自在に低減することができる。

以上により、通電量の境界値を低減することで流量制御に関して使用可能な通電量の範囲を下限側で拡大することができるとともに、境界値に達した後の通電量に対する流量の増加率を自在に低減することができる。
したがって、オーバーラップ状態を経由して閉弁状態から開弁状態に移行する電磁弁において、通電量に対する流量の増加率を低減して通電量の変動に伴う流量の変動を抑制することができるので、より高精度な流量制御を実現することができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２の手段によれば、スプールは、閉弁状態においてスリーブの内周面に摺接して入力ポートと出力ポートとの間を仕切るランド部を有し、ランド部の外周およびスリーブの内周の少なくとも一方には、ノッチが設けられている。そして、通電量が増加して境界値に達すると、ノッチを介して入力ポートと出力ポートとが連通し始める。

これにより、通電量が境界値を超えた後の通電量と流量との相関に関し、流量がノッチに支配される通電量の区間と、流量がノッチに支配されない通電量の区間とに分けることができる。ここで、流量がノッチに支配される区間では、通電量に対する流量の増加率をさらに低減することができるので、さらに高精度な流量制御を実現することができる。このため、例えば、流量に関してより高精度に制御したい必要高精度範囲が存在する場合に、必要高精度範囲に対して、ノッチに支配される区間を対応させることで、必要高精度範囲の流量を確実に高精度に制御することができる。

〔請求項３の手段〕
請求項３の手段によれば、第２バネは、第１バネよりも軸方向他端側に配置され、付勢手段は、スリーブ内で軸方向に摺動自在に支持され、第１バネを収容する第１バネ室と、第２バネを収容する第２バネ室とを軸方向に仕切るサブスプールを有する。また、第１バネは、第１バネ室において、軸方向一端を固定されるとともに、軸方向他端をサブスプールに支持され、第２バネは、第２バネ室において、軸方向一端をサブスプールに支持されるとともに、軸方向他端をスプールに支持されている。

さらに、スプールは、通電量が境界値に達したときにサブスプールに当接し、第２バネは、開弁状態において、スプールがサブスプールに当接し続けることで軸方向長さが固定される。そして、サブスプールには、スプールとスリーブとの摺動クリアランスを介してスプールの軸方向一端側に漏れる流体を第２バネ室に導くとともに第２バネ室から第１バネ室に導く流路が設けられている。

これにより、摺動クリアランスを介してスプールの軸方向一端側に漏れる流体の圧力がサブスプールに対して軸方向一端側に向かって作用するのを阻止することができる。このため、開弁状態においてスプールとサブスプールとの当接を保って第２バネの軸方向長さを確実に固定することができるので、開弁状態において通電量と流量との相関を安定させることができる。この結果、さらに高精度な流量制御を実現することができる。

電磁弁の構成図である（実施例１）。（ａ）は電磁弁の非通電時の閉弁状態を示す説明図であり、（ｂ）は電磁弁のオーバーラップ状態を示す説明図である（実施例１）。（ａ）は電磁弁の臨界状態を示す説明図であり、（ｂ）は電磁弁の開弁状態を示す説明図である（実施例１）。（ａ）は通電量とスプールの軸方向移動量との相関図であり、（ｂ）は通電量と流量との相関図である（実施例１）。電磁弁の構成図である（実施例２）。通電量と流量との相関図である（実施例２）。（ａ）は電磁弁の非通電時の閉弁状態を示す説明図であり、（ｂ）は電磁弁のオーバーラップ状態を示す説明図であり、（ｃ）は電磁弁の臨界状態を示す説明図であり、（ｄ）は電磁弁の開弁状態を示す説明図である（従来例）。（ａ）は通電量とスプールの軸方向移動量との相関図であり、（ｂ）は通電量と流量との相関図である（従来例）。

実施形態１の電磁弁は、流体の供給源から流体が流入する入力ポート、および流体の供給先に向かい流体が流出する出力ポートを有する筒状のスリーブと、スリーブ内で軸方向に摺動自在に支持されて入力ポートと出力ポートとの連通状態を変化させるスプールと、通電量に応じた磁気力を発生し、磁気力によりスプールを軸方向一端側に駆動する電磁アクチュエータと、スプールを、常時、軸方向他端側に付勢する付勢手段とを備える。

また、第２バネは、第１バネよりも軸方向他端側に配置され、付勢手段は、スリーブ内で軸方向に摺動自在に支持され、第１バネを収容する第１バネ室と、第２バネを収容する第２バネ室とを軸方向に仕切るサブスプールを有する。また、第１バネは、第１バネ室において、軸方向一端を固定されるとともに、軸方向他端をサブスプールに支持され、第２バネは、第２バネ室において、軸方向一端をサブスプールに支持されるとともに、軸方向他端をスプールに支持されている。

実施形態２の電磁弁によれば、スプールは、閉弁状態においてスリーブの内周面に摺接して入力ポートと出力ポートとの間を仕切るランド部を有し、ランド部の外周およびスリーブの内周の少なくとも一方には、ノッチが設けられている。そして、通電量が増加して境界値に達すると、ノッチを介して入力ポートと出力ポートとが連通し始める。

〔実施例１の構成〕
実施例１の電磁弁１の構成を、図面を用いて説明する。
電磁弁１は、図１に示すように、筒状のスリーブ２と、スリーブ２内で軸方向に摺動自在に支持されるスプール３とを備え、電磁アクチュエータ４の磁気力によりスプール３を軸方向に駆動するものであり、例えば、駆動対象５に供給する作動油の流量を制御する流量制御弁として利用される（以下、駆動対象５を供給先５と呼ぶ。）。

すなわち、電磁弁１は、作動油の入力ポート７、作動油の出力ポート８および作動油の排出ポート９を有する筒状のスリーブ２と、スリーブ２内で軸方向に摺動自在に支持されて入力ポート７と出力ポート８との連通状態を変化させるスプール３と、通電量に応じた磁気力を発生し、磁気力によりスプール３を軸方向一端側に駆動する電磁アクチュエータ４と、スプール３を、常時、軸方向他端側に付勢する付勢手段１０とを備える。

そして、電磁弁１は、出力ポート８が、常時、開口する出力室１１をスリーブ２内に形成するとともに、スプール３を軸方向に移動させてスリーブ２内における入力ポート７と出力室１１との連通状態（入力ポート７と出力室１１との間の開口量）を変化させることで、出力ポート８から流出する作動油の流量を制御する。

なお、入力ポート７に作動油を流入させる供給源１２は、例えば、作動油のタンク１４から作動油を吸引するとともに加圧して吐出するポンプ１５である。また、供給先５は、例えば、自動変速機の係合要素であり、負荷１６により液密的に封鎖された作動油の充填空間１７を形成しており、充填空間１７に作動油が流入することで負荷１６が駆動され、作動油の流量に応じて負荷１６の移動速度が変化する。

スリーブ２およびスプール３は、電磁弁１の弁部１９をなすものである。
まず、スプール３は、スリーブ２の内周面に摺接する２つの大径ランド部３ａ、３ｂ、大径ランド部３ａ、３ｂを軸方向に連結する軸部３ｃ、ロッド２０の当接を受けて電磁アクチュエータ４の磁気力が伝達される端部３ｄを有する。

そして、大径ランド部３ａがスプール３の軸方向一端を占め、端部３ｄがスプール３の軸方向他端を占め、大径ランド部３ａと端部３ｄとの間で、軸部３ｃ、大径ランド部３ｂが軸方向他端側に向かって順次に設けられている。ここで、大径ランド部３ａ、３ｂ、軸部３ｃおよび端部３ｄは同軸である。また、大径ランド部３ａ、３ｂは同径であり、軸部３ｃは大径ランド部３ａ、３ｂよりも小径である。

また、スリーブ２は、軸方向他端側に向かって、入力ポート７、出力ポート８および排出ポート９が順次に設けられ、スリーブ２内において、大径ランド部３ａ、３ｂ間に出力室１１が形成される。さらに、大径ランド部３ａは、軸方向に移動することで入力ポート７と出力室１１との間の開口量を変化させ、大径ランド部３ｂは、軸方向に移動することで出力室１１と排出ポート９との間を開閉する。

以上により、電磁弁１は、電磁アクチュエータ４の磁気力、および付勢手段１０の付勢力等に応じてスプール３を軸方向に移動させることで、出力室１１と排出ポート９との間を開閉するとともに、入力ポート７と出力室１１との間の開口量を変化させて作動油の流量を制御する。

すなわち、作動油を供給先５に供給する必要がないとき、電磁アクチュエータ４への通電量がゼロに設定され、スプール３は軸方向他端に位置している。これにより、入力ポート７と出力室１１とは連通しておらず、出力室１１と排出ポート９とが連通しており、出力室１１および出力ポート８を介して供給先５に供給されていた作動油は、排出ポート９を介してタンク１４まで戻されている（図２（ａ）参照。）。

そして、作動油を供給先５に供給しなければならなくなると、電磁アクチュエータ４への通電が始まり、スプール３は、出力室１１と排出ポート９との間を閉鎖して入力ポート７と出力室１１との間を開放するように軸方向一端側に移動を開始する。ここで、スプール３は、軸方向一端側への移動開始後、入力ポート７と出力室１１との間を開放する前に出力室１１と排出ポート９との間を閉鎖する。

そして、スプール３は、入力ポート７と出力室１１との間、および、出力室１１と排出ポート９との間を両方とも閉鎖したオーバーラップ状態を保ったのち（図２（ｂ）参照）、出力室１１と排出ポート９との間を閉鎖したまま入力ポート７と出力室１１との間を開放する（図３（ａ）、（ｂ）参照）。

すなわち、電磁弁１によれば、図３に示すように、通電量が所定の境界値Ｉｃ以下であるときには、通電量が増加してスプール３が軸方向一端側に移動しても入力ポート７と出力室１１とが連通していない閉弁状態が保たれ、通電量が境界値Ｉｃを超えると、閉弁状態から入力ポート７と出力室１１とが連通する開弁状態に移行する。そして、開弁状態においてさらに通電量が増加してスプール３が軸方向一端側に移動するほど、入力ポート７と出力室１１との間の開口量が増加して供給源１２から供給先５に向かう作動油の流量が増加する。

つまり、電磁弁１によれば、通電開始後も通電量が境界値Ｉｃに達するまで閉弁状態が保たれ、開弁動作では、オーバーラップ状態を経由して閉弁状態から開弁状態に移行する。
そして、開弁動作においてオーバーラップ状態を経由することにより、閉弁状態と開弁状態との臨界状態（通電量が境界値Ｉｃに達したときの状態）において、出力室１１に流入した作動油が排出ポート９から多量に漏れて供給源１２に戻ってしまう事態を回避している。

なお、電磁アクチュエータ４は、通電により磁束を発生するコイル２１、コイル２１が発生する磁束を通すプランジャ２２、ステータ２３およびヨーク２４等からなる周知の構造を有し、プランジャ２２を軸方向一端側に磁気的に吸引することでロッド２０を介してスプール３を軸方向一端側に駆動する。また、電磁アクチュエータ４は、弁部１９の軸方向他端側に配置され、ヨーク２４の軸方向一端をスリーブ２の軸方向他端にかしめることで弁部１９に一体化されている。

〔実施例１の特徴〕
実施例１の電磁弁１の特徴を、図面を用いて説明する。
まず、付勢手段１０は、バネ定数が異なる２つのコイルスプリング２５ａ、２５ｂ、およびスプール３の軸方向一端側で軸方向に摺動自在に支持されるサブスプール２６を有する。ここで、サブスプール２６は、軸方向一端側、他端側それぞれに開口する筒部２６ａ、２６ｂ、および筒部２６ａ、２６ｂのそれぞれに形成される凹空間を仕切る仕切り部２６ｃを有する。また、スプール３の軸方向一端を占める大径ランド部３ａは、軸方向一端側に開口する凹空間を有する。

そして、仕切り部２６ｃの軸方向一端側、他端側の空間は、それぞれ、コイルスプリング２５ａ、２５ｂを軸方向に支持して収容する第１、第２バネ室２７ａ、２７ｂをなす。
すなわち、第１バネ室２７ａは、筒部２６ａの凹空間と、筒部２６ａの軸方向一端側のスリーブ２内の空間とにより形成され、コイルスプリング２５ａの軸方向一端は、スリーブ２内の空間を軸方向一端で封鎖するスクリュアジャスタ２８により支持され、軸方向他端は、仕切り部２６ｃにより支持されている。

また、第２バネ室２７ｂは、筒部２６ｂと大径ランド部３ａとが軸方向に離れて筒部２６ｂの凹空間と大径ランド部３ａの凹空間とが向かうようにして形成され、コイルスプリング２５ｂの軸方向一端は仕切り部２６ｃにより支持され、軸方向他端は大径ランド部３ａにより支持されている。
なお、スクリュアジャスタ２８は、スリーブ２内の空間を軸方向一端側で封鎖するとともに、コイルスプリング２５ａ、２５ｂの付勢力を調整するものである。

これにより、コイルスプリング２５ａ、２５ｂはサブスプール２６を介して軸方向に直列に配置され、サブスプール２６の仕切り部２６ｃは、第１、第２バネ室２７ａ、２７ｂを軸方向に仕切る。また、コイルスプリング２５ａは、軸方向一端がスクリュアジャスタ２８により固定され、かつ、軸方向他端がサブスプール２６とともに軸方向に移動することで軸方向に伸縮する。また、コイルスプリング２５ｂは、軸方向一端がサブスプール２６とともに軸方向に移動し、軸方向他端がスプール３とともに軸方向に移動することで軸方向に伸縮する。

また、付勢手段１０は、通電量が境界値Ｉｃに達したときに、大径ランド部３ａの軸方向一端が筒部２６ｂの軸方向他端に当接するように設けられている。すなわち、境界値Ｉｃ、コイルスプリング２５ａ、２５ｂのバネ定数、スクリュアジャスタ２８の捩り込み量、電磁アクチュエータ４の無通電時の大径ランド部３ａと筒部２６ｂとの軸方向における離間量Ｘ等は、通電量が境界値Ｉｃに達したときに、大径ランド部３ａの軸方向一端が筒部２６ｂの軸方向他端に当接するように設定されている。

これにより、閉弁状態において、コイルスプリング２５ａ、２５ｂは、両方とも圧縮されて軸方向長さが短くなり、付勢手段１０の全体の軸方向長さは、主に、バネ定数が小さい方のコイルスプリング２５ｂの圧縮により短くなる。
また、開弁状態において、コイルスプリング２５ｂは、大径ランド部３ａが筒部２６ｂに当接し続けることで軸方向長さが固定され、コイルスプリング２５ａは、さらに圧縮されて軸方向長さが短くなる。また、付勢手段１０の全体の軸方向長さは、コイルスプリング２５ａの圧縮のみにより短くなる。

さらに、仕切り部２６ｃには、第１バネ室２７ａと第２バネ室２７ｂとを連通する穴２９が設けられている。また、筒部２６ｂの軸方向一端に形成される当接面３０には、筒部２６ｂの内周側と外周側とを連通する溝３１が設けられている。

ここで、入力ポート７に流入した作動油の一部は、大径ランド部３ａの外周面とスリーブ２の内周面との間に形成される摺動クリアランスＬ１を介して軸方向一端側に漏れる。
そして、摺動クリアランスＬ１から漏れた作動油は、大径ランド部３ａと筒部２６ｂとが軸方向に離れているとき、主に、大径ランド部３ａと筒部２６ｂとの間の軸方向隙間から第２バネ室２７ｂに流入し、大径ランド部３ａと筒部２６ｂとが当接しているとき、溝３１から第２バネ室２７ｂに流入する。そして、第２バネ室２７ｂに流入した作動油は、さらに穴２９から第１バネ室２７ａに流入し、第１バネ室２７ａに開口する別の排出ポート９ａからタンク１４に戻る。

このように、溝３１は、主に開弁状態において、摺動クリアランスＬ１を介して漏れる作動油を第２バネ室２７ｂに導く流路として機能し、穴２９は、第２バネ室２７ｂに流入した作動油を第１バネ室２７ａに導く流路として機能する。
なお、排出ポート９の軸方向他端側にも別の排出ポート９ｂが設けられており、排出ポート９ｂには、大径ランド部３ｂの外周面とスリーブ２の内周面との間に形成される摺動クリアランスＬ２を介して軸方向他端側に漏れた作動油が流入する。そして、摺動クリアランスＬ２から漏れた作動油は、排出ポート９ｂからタンク１４に戻る。

〔実施例１の作用〕
実施例１の電磁弁１の作用を、主に、図２〜図４に基づいて説明する。
まず、電磁アクチュエータ４への通電量がゼロのとき、スプール３は軸方向他端に位置している。このとき、入力ポート７と出力室１１との間は大径ランド部３ａにより閉鎖されて連通しておらず、出力室１１と排出ポート９とが連通しており、出力室１１および出力ポート８を介して供給先５に供給されていた作動油は、排出ポート９を介してタンク１４まで戻されている。また、大径ランド部３ａと筒部２６ｂとは離間量Ｘだけ軸方向に離れている。

そして、作動油を供給先５に供給しなければならなくなると、電磁アクチュエータ４への通電が始まり、スプール３は軸方向一端側に移動を開始する。ここで、スプール３は、軸方向一端側への移動開始後、入力ポート７と出力室１１との間を開放する前に出力室１１と排出ポート９との間を大径ランド部３ｂにより閉鎖してオーバーラップ状態を保つ。やがて、通電量が境界値Ｉｃに達すると、電磁弁１は、閉弁状態と開弁状態との臨界状態になる。

また、電磁アクチュエータ４への通電開始から通電量が境界値Ｉｃに達するまでの間、コイルスプリング２５ａは、通電量に応じた磁気力により軸方向に圧縮され、コイルスプリング２５ｂは、通電量に応じた磁気力により軸方向に圧縮されながら軸方向一端側に移動する。また、サブスプール２６は、コイルスプリング２５ａの軸方向他端およびコイルスプリング２５ｂの軸方向一端を支持しながら軸方向一端側に移動する。

この間、コイルスプリング２５ｂのバネ定数が小さいことに起因して、スプール３は、少ない通電量の増加に対して大きく軸方向一端側に移動する。すなわち、コイルスプリング２５ｂのバネ定数が小さいことにより、電磁アクチュエータ４は、磁気力が小さくてもスプール３を軸方向一端側に大きく駆動することができる（図４（ａ）の閉弁状態における特性線を参照。）。また、大径ランド部３ａと筒部２６ｂとの軸方向距離は、通電量の増加に応じて、非通電時の離間量Ｘより小さくなっていく。

通電量が境界値Ｉｃに達して電磁弁１が臨界状態になると、入力ポート７と出力室１１との間が大径ランド部３ａにより閉鎖されなくなり、スプール３が臨界状態の位置から僅かでも軸方向一端側に移動すると、出力ポート８から供給先５に向かう作動油の実質的な流量が発生する。また、電磁弁１が臨界状態になると、大径ランド部３ａが筒部２６ｂに当接し、コイルスプリング２５ｂの軸方向長さが固定される。

その後、電磁弁１は開弁状態となり、通電量は目標値まで増加する。また、入力ポート７と出力室１１との間の開口量は通電量の目標値に応じたものとなり、作動油の流量は通電量の目標値に応じたものとなる。この間、スプール３とサブスプール２６とは軸方向に当接して一体となって軸方向一端側に移動し、コイルスプリング２５ｂは、軸方向長さを固定されたまま軸方向一端側に移動する。また、コイルスプリング２５ａは、通電量に応じた磁気力により圧縮されていく。

また、コイルスプリング２５ａのバネ定数が大きいことに起因して、スプール３は、閉弁状態ほど通電量の増加に対して軸方向一端側に移動しない。すなわち、コイルスプリング２５ａのバネ定数が大きいことにより、通電量に対するスプール３の移動量変化率は、閉弁状態よりも開弁状態の方が小さくなる（図４（ａ）の開弁状態における特性線を参照。）。

〔実施例１の効果〕
実施例１の電磁弁１は、オーバーラップ状態を経由して閉弁状態から開弁状態に移行するものであり、開弁状態において通電量が増加してスプール３が軸方向一端側に移動するほど、入力ポート７と出力室１１との間の開口量が大きくなって供給源１２から供給先５に向かう作動油の流量が増加する。

そして、付勢手段１０は、バネ定数が異なる２つのコイルスプリング２５ａ、２５ｂが軸方向に直列に配置されて設けられ、バネ定数が大きいコイルスプリング２５ａは閉弁状態および開弁状態を通じて通電量の増加に伴い圧縮されて軸方向長さを短くする。また、バネ定数が小さいコイルスプリング２５ｂは、閉弁状態において通電量の増加に伴い軸方向に圧縮されて軸方向長さを短くし、開弁状態において、通電量が境界値Ｉｃに達したときの軸方向長さに固定される。

これにより、電磁アクチュエータ４への通電開始後、通電量が境界値Ｉｃに達するまでの間、主にバネ定数が小さいコイルスプリング２５ｂが軸方向に圧縮されて縮むことで、スプール３が軸方向一端側に移動する。このため、通電開始後、磁気力をさほど高めなくてもオーバーラップ状態を終了させて臨界状態に移行させることができるので、通電量の境界値Ｉｃを低減することができる。この結果、流量制御に関して使用可能な通電量の範囲を下限側で拡大することができる。

また、通電量が境界値Ｉｃに達した後、コイルスプリング２５ｂは軸方向長さが固定され、バネ定数が大きいコイルスプリング２５ａのみが軸方向に圧縮されて縮むことで、スプール３が軸方向一端側に移動する。これにより、流量制御に関して使用可能な通電量の範囲を下限側で拡大した上で、境界値Ｉｃに達した後の通電量に対する流量の増加率を、コイルスプリング２５ａのバネ定数に応じて自在に低減することができる。

以上により、通電量の境界値Ｉｃを低減することで流量制御に関して使用可能な通電量の範囲を下限側で拡大することができるとともに、境界値Ｉｃに達した後の通電量に対する流量の増加率を自在に低減することができる。

例えば、コイルスプリング２５ｂのバネ定数を従来の電磁弁１００の付勢手段よりも小さくすることで、境界値Ｉｃを従来の境界値Ｉｃ’よりも低減することができる（図４および図８参照。）。また、境界値Ｉｃを従来の境界値Ｉｃ’よりも低減した上で、コイルスプリング２５ａのバネ定数を従来の付勢手段よりも大きくすることで、境界値Ｉｃに達した後の通電量に対する流量の増加率（図４（ｂ）参照。）を、従来の境界値Ｉｃ’に達した後の増加率（図８（ｂ）参照。）よりも低減することができる。

したがって、オーバーラップ状態を経由して閉弁状態から開弁状態に移行する電磁弁１において、通電量に対する流量の増加率を低減して通電量の変動に伴う流量の変動を抑制することができるので、より高精度な流量制御を実現することができる。

また、付勢手段１０は、スリーブ２内で軸方向に摺動自在に支持されるサブスプール２６を有し、サブスプール２６は、コイルスプリング２５ａ、２５ｂをそれぞれ収容する第１、第２バネ室２７ａ、２７ｂを軸方向に仕切る。また、スプール３は、通電量が境界値Ｉｃに達したときにサブスプール２６に当接し、コイルスプリング２５ｂは、開弁状態において、スプール３がサブスプール２６に当接し続けることで軸方向長さが固定される。

そして、サブスプール２６には、摺動クリアランスＬ１を介してスプール３の軸方向一端側に漏れる作動油を第２バネ室２７ｂに導く溝３１、第２バネ室２７ｂに流入した作動油をから第１バネ室２７ａに導く穴２９が設けられている。

これにより、摺動クリアランスＬ１を介してスプール３の軸方向一端側に漏れる作動油の圧力がサブスプール２６に対して軸方向一端側に向かって作用するのを阻止することができる。このため、開弁状態においてスプール３とサブスプール２６との当接を保ってコイルスプリング２５ｂの軸方向長さを確実に固定することができるので、開弁状態において通電量と流量との相関を安定させることができる。この結果、さらに高精度な流量制御を実現することができる。

〔実施例２〕
実施例２の電磁弁１によれば、図５に示すように、大径ランド部３ａの軸方向他端側にノッチ３３が設けられている。ノッチ３３は、例えば、大径ランド部３ａの軸方向他端面に傾斜して交差する平坦面を形成するように設けられるものである。そして、通電量が増加して境界値Ｉｃに達すると、ノッチ３３を介して入力ポート７と出力室１１とが連通し始める。

これにより、図６に示すように、通電量が境界値Ｉｃを超えた後の通電量と流量との相関に関し、流量がノッチ３３に支配される通電量の区間と、流量がノッチ３３に支配されない通電量の区間とに分けることができる。ここで、流量がノッチ３３に支配される区間では、通電量に対する流量の増加率をさらに低減することができるので、さらに高精度な流量制御を実現することができる。このため、例えば、流量に関してより高精度に制御したい必要高精度範囲が存在する場合に、必要高精度範囲に対して、ノッチ３３に支配される通電量の区間を対応させることで、必要高精度範囲の流量を確実に高精度に制御することができる。

〔変形例〕
電磁弁１の態様は、実施例１、２に限定されず種々の変形例を考えることができる。
例えば、付勢手段１０において、バネ定数の小さいコイルスプリング２５ｂの軸方向長さを閉弁状態において固定するための構成は、実施例１、２以外に様々な変形例を考えることができる。
また、ノッチ３３の形状や、サブスプール２６に設けられる流路の態様も実施例１、２以外に様々な変形例を考えることができる。

１電磁弁
２スリーブ
３スプール
３ａ大径ランド部（ランド部）
４電磁アクチュエータ
５供給先
７入力ポート
８出力ポート
１０付勢手段
１２供給源
２５ａコイルスプリング（第１バネ）
２５ｂコイルスプリング（第２バネ）
２６サブスプール
２７ａ第１バネ室
２７ｂ第２バネ室
２９穴（流路）
３１溝（流路）
３３ノッチ
Ｉｃ境界値
Ｌ１摺動クリアランス

Claims

流体の供給源から流体が流入する入力ポート、および流体の供給先に向かい流体が流出する出力ポートを有する筒状のスリーブと、
このスリーブ内で軸方向に摺動自在に支持されて前記入力ポートと前記出力ポートとの連通状態を変化させるスプールと、
通電量に応じた磁気力を発生し、この磁気力により前記スプールを軸方向一端側に駆動する電磁アクチュエータと、
前記スプールを、常時、軸方向他端側に付勢する付勢手段とを備え、
前記通電量が所定の境界値以下であるときには、前記通電量が増加して前記スプールが軸方向一端側に移動しても前記入力ポートと前記出力ポートとが連通していない閉弁状態が保たれ、
前記通電量が前記境界値を超えると、前記閉弁状態から前記入力ポートと前記出力ポートとが連通する開弁状態に移行し、
前記開弁状態において前記通電量が増加して前記スプールが軸方向一端側に移動するほど、前記供給源から前記供給先に向かう流体の流量が増加する電磁弁において、
前記付勢手段は、バネ定数が異なる少なくとも２つのバネが軸方向に直列に配置されて設けられ、
前記２つのバネの内、バネ定数が大きい第１バネは、少なくとも前記開弁状態において前記通電量の増加に伴い圧縮されて軸方向長さを短くし、
バネ定数が小さい第２バネは、前記閉弁状態において前記通電量の増加に伴い軸方向に圧縮されて軸方向長さを短くし、前記開弁状態において、前記通電量が前記境界値に達したときの軸方向長さに固定されることを特徴とする電磁弁。
請求項１に記載の電磁弁において、
前記スプールは、前記閉弁状態において前記スリーブの内周面に摺接して前記入力ポートと前記出力ポートとの間を仕切るランド部を有し、
前記ランド部の外周および前記スリーブの内周の少なくとも一方には、ノッチが設けられ、
前記通電量が増加して前記境界値に達すると、前記ノッチを介して前記入力ポートと前記出力ポートとが連通し始めることを特徴とする電磁弁。
請求項１または請求項２に記載の電磁弁において、
前記第２バネは、前記第１バネよりも軸方向他端側に配置され、
前記付勢手段は、前記スリーブ内で軸方向に摺動自在に支持され、前記第１バネを収容する第１バネ室と、前記第２バネを収容する第２バネ室とを軸方向に仕切るサブスプールを有し、
前記第１バネは、前記第１バネ室において、軸方向一端を固定されるとともに、軸方向他端を前記サブスプールに支持され、
前記第２バネは、前記第２バネ室において、軸方向一端を前記サブスプールに支持されるとともに、軸方向他端を前記スプールに支持され、
前記スプールは、前記通電量が前記境界値に達したときに前記サブスプールに当接し、
前記第２バネは、前記開弁状態において、前記スプールが前記サブスプールに当接し続けることで軸方向長さが固定され、
前記サブスプールには、前記スプールと前記スリーブとの摺動クリアランスを介して前記スプールの軸方向一端側に漏れる流体を前記第２バネ室に導くとともに前記第２バネ室から前記第１バネ室に導く流路が設けられていることを特徴とする電磁弁。