JP6131726B2

JP6131726B2 - 電磁弁

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Publication number: JP6131726B2
Application number: JP2013124107A
Authority: JP
Inventors: かおり藤田; 高西　孝一; 孝一高西; 敏夫村上; 樹小野
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2013-06-12
Filing date: 2013-06-12
Publication date: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2033-06-12
Also published as: JP2014240697A

Description

本発明は、コイルに供給される励磁電流に応じて作動油を出力する電磁弁に関する。

従来、筒状のスリーブ内に軸方向移動可能に収容された軸状のスプール弁を備え、このスプール弁を軸方向移動させることで、作動油の流路及び流路面積が変化するように構成された電磁弁が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の電磁弁は、電磁コイルの磁力によってプランジャを移動させるソレノイド部と、ソレノイド部の作動によって押圧され、スリーブの弁孔内を移動するスプール弁と、スプール弁をソレノイド部側に付勢するスプリングとを有している。

特開２００６−１１２５１４号公報

ところで、近年、この種の電磁弁の小型化が求められている。例えばこの種の電磁弁を車両の自動変速機における油圧制御装置に適用した場合、複数の電磁弁をエンジンルーム内に配置しなければならないので、個々の電磁弁の寸法が大きいと、他の補機類との干渉等によって配置が困難となる場合がある。また、小型化に伴いスプール弁内の空間が狭くなるため、作動油に混入した鉄粉等の異物がスプール弁内における各部材の隙間に噛み込みやすくなる。その結果、電磁弁の円滑な動作が妨げられるおそれがある。

そこで、本発明は、小型化を可能としながら、耐異物性を向上させることができる電磁弁を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決することを目的として、下記の［１］乃至［３］に記載の電磁弁を提供する。

［１］作動油が供給される供給ポート、及び作動油を出力する出力ポートを有する筒状のスリーブと、前記スリーブに形成された弁孔に軸方向移動可能に収容され、その軸方向移動によって前記供給ポートと前記出力ポートとの間の流路面積を変化させるスプール弁と、励磁電流の供給を受けて作動し、前記スプール弁を軸方向の一側に押圧するソレノイド部と、前記スプール弁を前記ソレノイド部側に付勢する弾性部材と、前記スプール弁の前記弾性部材側の端部に形成された有底穴形状の収容部に収容され、前記スプール弁に対してその中心軸に沿って相対移動可能なピストン部材とを備え、前記スプール弁には、前記出力ポートから出力される作動油の圧力を前記収容部の底面と前記ピストン部材の一端面との間の空間に導入する導入孔が形成され、前記収容部には、その内周面に前記ピストン部材の前記ソレノイド部側の一端部を支える第１案内面と前記ソレノイド部とは反対側の他端部を支える第２案内面とが形成され、前記作動油に混入した異物を収容可能な凹部が前記第１案内面と前記第２案内面との間に形成されている電磁弁。

［２］前記収容部は、大径部と、前記大径部を挟む位置に設けられた２つの小径部とを有し、前記大径部の内周面が前記凹部の底面として形成され、前記２つの小径部の内周面が、それぞれ前記第１案内面及び前記第２案内面として形成されている［１］に
記載の電磁弁。

［３］前記凹部の深さが０．５ｍｍ以上である［１］又は［２］に記載の電磁弁。

本発明によれば、小型化を可能としながら、耐異物性を向上させることができる。

本実施の形態に係る電磁弁の構成例を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は外観図である。（ａ）は、図１（ａ）におけるスプール弁の収容孔及びその周辺部の拡大図である。（ｂ）は、図１（ａ）における収容孔の底部付近をさらに拡大して示す拡大図である。（ａ）は、図２（ｂ）のＡ―Ａ線断面図であり、（ｂ）は、図２（ｂ）のＢ―Ｂ線断面図である。

本発明の実施の形態について、図１乃至図３を参照して説明する。

図１は、本実施の形態に係る電磁弁の構成例を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は外観図である。図１（ａ）では、上半分に非作動状態を、下半分に作動状態を示している。図２（ａ）は、図１（ａ）におけるスプール弁の収容孔及びその周辺部の拡大図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）における収容孔の底部付近をさらに拡大して示す拡大図である。図３（ａ）は、図２（ｂ）のＡ―Ａ線断面図、図３（ｂ）は、図２（ｂ）のＢ―Ｂ線断面図である。

この電磁弁１は、例えば車両に設けられた電子制御式自動変速装置に用いられ、変速時におけるシフト操作力を流体圧でアシストするアクチュエータへの流体圧の供給通路に介装して用いられる。

電磁弁１は、励磁電流の供給を受けて作動するソレノイド部２と、ソレノイド部２に連結されたスプール制御弁３とを備えて構成されている。

ソレノイド部２は、電磁コイル２０と、磁性体からなる筒状のカバー部材２１と、同じく磁性体からなるコア部材２２と、カバー部材２１及びコア部材２２に対して軸方向移動するプランジャ２３とを有している。

電磁コイル２０は、カバー部材２１に形成された環状のコイル収容空間２１ａに収容され、カバー部材２１の外周に固定されたコネクタ部２０１から励磁電流の供給を受けて磁界を発生させる。電磁コイル２０は、軸方向の一端をカバー部材２１のコイル収容空間２１ａにおける底部２１１に対向させ、他端をコア部材２２に対向させてコイル収容空間２１ａに収容されている。

カバー部材２１は、電磁コイル２０を収容するコイル収容空間２１ａの内側に、プランジャ２３を収容する円筒状のシリンダ部２１ｂが形成されている。シリンダ部２１ｂは、シリンダ底部２１２、及びシリンダ底部２１２からコア部材２２側に突出した円筒状の突出部２１３から構成されている。突出部２１３の内側には、プランジャ２３の軸方向移動を案内する軸受ブッシュ２１４が配置されている。

コア部材２２は、電磁コイル２０に軸方向に向かい合うフランジ部２２１と、フランジ部２２１からカバー部材２１のシリンダ底部２１２及び突出部２１３に向かって突出した円筒状のフランジ突出部２２２とを一体に有している。コア部材２２には、軸方向の貫通孔２２ａが形成され、この貫通孔２２ａ内に軸受ブッシュ２２３が配置されている。コア部材２２のフランジ突出部２２２の先端とカバー部材２１の突出部２１３の先端との間には、空隙２ａが形成されている。

プランジャ２３には、シリンダ部２１ｂ内で軸方向移動可能であり、中心部に貫通孔２３ａが形成されている。この貫通孔２３ａ内には軸状のロッド２４の基端部が固定されている。ロッド２４には、その外周にプランジャ２３のコア部材２２側への移動を規制するストッパ体２４１が固定されている。

ロッド２４は、軸受ブッシュ２２３に案内されてコア部材２２に形成された貫通孔２２ａを挿通し、その先端部がコア部材２２のフランジ部２２１側から突出している。コア部材２２から突出したロッド２４の先端部は、次に述べるスプール制御弁３のスプール弁３０の一端に当接し、スプール弁３０をその中心軸Ｃに沿って軸方向の一側に押圧する。

スプール制御弁３は、軸状のスプール弁３０と、スプール弁３０を軸方向移動可能に収容する弁孔４ａが形成された筒状のスリーブ４とを備えて構成されている。スリーブ４は、その一端がコア部材２２のフランジ部２２１と共にカバー部材２１の加締め部２１ｃに加締め固定されている。

スプール弁３０は、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とし、例えば銅（Ｃｕ）、マンガン（Ｍｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）等の金属を含有させて強度を高めたアルミニウム合金からなる。このスプール弁３０は、ソレノイド部２側から順に、第１ランド部３１と、第１ランド部３１よりも細径の細径部３２と、第２ランド部３３と、筒状突起部３４とを一体に有している。

また、スプール弁３０は、第２ランド部３３と筒状突起部３４との段差部に当接する弾性部材としてのコイルばね５０によって弾性的にソレノイド部２側に付勢されている。第１ランド部３１には、ソレノイド部２側に突出する突起３１１が形成され、この突起３１１の先端部がロッド２４の先端部に当接している。ソレノイド部２の非作動状態では、図１（ａ）の上側に示すように、ロッド２４の基端部がカバー部材２１のシリンダ底部２１２に当接する。

スプール弁３０には、ソレノイド部２とは反対側の端部に中心軸Ｃに沿って有底穴形状の収容孔３００が形成され、この収容孔３００に円柱状のピストン部材６が収容されている。収容孔３００は、ピストン部材６を収容する本発明の収容部の一態様である。ピストン部材６の外周面６ａには、周方向に延びる環状溝６１がその全周に亘って形成されている。

ピストン部材６は、スプール弁３０に対し、収容孔３００内で中心軸Ｃに沿って移動可能である。ピストン部材６は、例えば軸方向長さが直径の２倍以上であり、かつ収容孔３００の深さよりも短く設定されている。ピストン部材６は、例えばスプール弁３０と同様のアルミニウム合金からなる。

スリーブ４は、図略のオイルポンプの吐出ポートから作動油が供給される供給ポート４１と、ソレノイド部２の作動状態において供給ポート４１と連通し、作動油を制御対象（例えば電子制御式自動変速装置のクラッチ）に出力する出力ポート４２と、ソレノイド部２の非作動状態において出力ポート４２と連通し、作動油を排出するドレンポート４３と、コイルばね５０を収容するばね室４４ａを内部に有する筒部４４とを備えている。

供給ポート４１には、スリーブ４の弁孔４ａ内への異物の侵入を抑制する第１ストレーナ５１が装着され、出力ポート４２には、異物の排出を抑制する第２ストレーナ５２が装着されている。また、ドレンポート４３から排出された作動油は、図略のドレンタンクに導かれる。

供給ポート４１、出力ポート４２、及びドレンポート４３の間の連通状態は、スプール弁３０の軸方向移動によって切り替えられる。つまり、ソレノイド部２が図１（ａ）の上半分に示す非作動状態にあるとき、供給ポート４１と出力ポート４２との連通はスプール弁３０の第２ランド部３３によって遮断される一方、出力ポート４２とドレンポート４３とはスプール弁３０の細径部３２の外周側を介して連通する。また、ソレノイド部２が図１（ａ）の下半分に示す作動状態にあるとき、供給ポート４１と出力ポート４２とは細径部３２の外周側を介して連通する一方、出力ポート４２とドレンポート４３との連通は、スプール弁３０の第１ランド部３１によって遮断される。

筒部４４には、ばね室４４ａに連通する絞り孔４４１が形成されている。絞り孔４４１は、スリーブ４の外周に形成されたスリーブ環状溝４４２（図１（ｂ）に示す）に連通している。筒部４４は、スリーブ４におけるソレノイド部２とは反対側の端部に設けられ、その開口４４ｂが有底筒状の栓体７によって閉塞されている。

栓体７は、コイルばね５０の一端が当接する円板状の栓体底部７０と、栓体底部７０の中心部に設けられ、スプール弁３０に向かって突出する突起７１と、栓体底部７０の周縁部に設けられ、スリーブ４の筒部４４の内面に螺着によって結合される円筒部７２とを一体に有している。

スプール弁３０の細径部３２は、第１ランド部３１側の円筒部３２１と、第２ランド部３３側の括れ（くびれ）部３２２とからなる。括れ部３２２は、軸方向の中央部において小径となるように、軸方向断面における外周面が湾曲している。

細径部３２には、収容孔３００に供給ポート４１から供給された作動油の圧力を導入するための導入孔３２０が形成されている。この導入孔３２０は、図２（ｂ）に示すように、その一端部においてスプール弁３０の細径部３２における外周面に外側開口３２０ａを有し、他端部において収容孔３００に形成されている収容孔底部３０３の内周面に内側開口３２０ｂを有している。外側開口３２０ａは、括れ部３２２において最も小径となる最小径部３２２ａよりも第２ランド部３３側に形成されている。

収容孔３００は、作動油に混入した異物を収容可能な凹部としての大径部３０１と、
大径部３０１よりもソレノイド部２側に位置する第１小径部３０２ａと、大径部３０１よりもコイルばね５０側に位置する第２小径部３０２ｂと、第１小径部３０２ａよりも底面３００ｂ側の収容孔底部３０３とで形成されている。

また、収容孔３００には、その内周面３００ａに、ピストン部材６のソレノイド部２側の一端部を支える第１案内面３００ｅとソレノイド部２側とは反対側の他端部を支える第２案内面３００ｆとが形成されている。第１案内面３００ｅは、第１小径部３０２ａにおける大径部３０１側の内周面として形成されている。第２案内面３００ｆは、第２小径部３０２ｂにおける大径部３０１側の内周面として形成されている。すなわち、内周面３００ａは、第１案内面３００ｅと、第２案内面３００ｆと、大径部３０１の内周面３００ｄとを含んでいる。

収容孔３００は、例えば次のようにして加工することができる。すなわち、スプール弁３０の端部から中心軸Ｃに沿ってドリルを挿入してその先端部が収容孔底部３０３となる円筒状のドリル穴を形成し、その後エンドミル等の工具によって収容孔底部３０３を除く開口側の内径を拡大し、さらにチップ加工によって大径部３０１と、第１小径部３０２ａと、第２小径部３０２ｂとを形成する。

図３（ａ）に示すように、ピストン部材６の外径をＤ_１とし、第１小径部３０２ａの内径をＤ_２とすると、Ｄ_２はＤ_１よりも僅かに大きく、Ｄ_２とＤ_１との差によって第１案内面３０２ａの内周面とピストン部材６の外周面６ａとの間にスプール弁３０とピストン部材６とを相対移動可能とする隙間が形成される。なお、第２小径部３０２ｂの内径は第１小径部３０２ａの内径Ｄ_２と同じである。大径部３０１の内周面３００ｄと、ピストン部材６の外周面６ａとの間には、作動油に混入した異物を収容して蓄積することが可能な環状の収容空間３０４が形成される。

また、大径部３０１の深さは、例えば０．５ｍｍ以上であることが望ましく、大径部３０１の中心軸Ｃ方向の長さは、例えば、スプール弁３０のストロークＬ_１（図２（ａ）に示す）と環状溝６１の溝幅Ｌ_２（図２（ｂ）に示す）とを合算した寸法に１ｍｍを加えた長さ以上であることが望ましい。図３（ｂ）に示すように、大径部３０１の内径をＤ_３とすると、大径部３０１の深さは、（Ｄ_３−Ｄ_２）／２の演算式で表すことができる。

スプール弁３０には、収容孔３００の内周面３００ａを含む領域に、その表面硬度を高めるため処理が施されている。

ピストン部材６は、その外周面６ａが第１案内面３００ｅ及び第２案内面３００ｆと摺動して軸方向に案内される。また、ピストン部材６の軸方向の一端面６ｂと収容孔３００の底面３００ｂとの間の空間３００ｃには、ソレノイド部２の作動時に、供給ポート４１に供給される作動油の圧力が導入孔３２０によって導入される。つまり、ソレノイド部２が作動してスプール弁３０が栓体７側に移動し、供給ポート４１と出力ポート４２とが細径部３２の外周側を介して連通すると、導入孔３２０の外側開口３２０ａにおける作動油の圧力が出力ポート４２から出力される作動油の圧力となり、この圧力が導入孔３２０によって空間３００ｃに導入される。

空間３００ｃに導入された圧力は、収容孔３００の底面３００ｂに作用し、スプール弁３０をソレノイド部２側に押圧するフィードバック圧となる。これにより、例えばオイルポンプの吐出圧の変動が出力ポート４２から出力される作動油の圧力に与える影響を抑制することができ、出力ポート４２から出力される油圧を電磁コイル２０に供給する励磁電流によって高精度に制御することができる。

また、空間３００ｃに導入された圧力は、ピストン部材６の一端面６ｂに作用し、ピストン部材６を栓体７の突起７１に向かって押圧する。

栓体７の突起７１の先端面７１ａは、ピストン部材６の軸方向の他端面６ｃ（一端面６ｂとは反対側の端面）に対向する。突起７１は、円柱状であり、その外径は、収容孔３００の内径よりも小さく形成されている。突起７１の先端面７１ａは、ソレノイド部２の非作動状態においても、収容孔３００内に位置している。すなわち、突起７１の先端面７１ａは、ソレノイド部２の非作動状態から作動状態において収容孔３００内に位置している。

つまり、突起７１の先端面７１ａを含む先端部は、常に収容孔３００の内部にあり、スプール弁３０が軸方向移動しても、先端面７１ａ及びピストン部材６の他端面６ｃが収容孔３００の外部に出ることがない。これにより、筒状突起部３４の先端がピストン部材６の外周面６ａに接触することがなく、スプール弁３０に対してピストン部材６が円滑にスライドする。

ピストン部材６の他端面６ｃは、突起７１側に突出する凸曲面であり、突起７１の先端面７１ａは、その中心軸に直交する平坦な面である。これにより、ピストン部材６と突起７１とが径方向に相対移動しやすくなっている。このため、突起７１の中心軸がスプール弁３０の中心軸Ｃに対してずれていても、そのずれによってスプール弁３０がスリーブ４の弁孔４ａに対して偏心することがなく、作動油の漏れが抑制される。

栓体７の栓体底部７０は、スプール弁３０に対向する内面７０ａにおける突起７１の基端部の周囲にコイルばね５０の一端が当接する。栓体底部７０の外面７０ｂは、凹曲面状に形成されている。コイルばね５０の他端は、第２ランド部３３における筒状突起部３４との間の段差面３３ａに当接する。

上記のように構成された電磁弁１は、電磁コイル２０に励磁電流が供給されると、その磁力によってプランジャ２３がコア部材２２側に移動し、ロッド２４がスプール弁３０を押圧し、スプール弁３０が弁孔４ａを中心軸Ｃに沿って軸方向に移動する。スプール弁３０が軸方向に移動すると、細径部３２を介して供給ポート４１と出力ポート４２とが連通し、出力ポート４２から作動油が制御対象に出力される。また、供給ポート４１に供給される作動油の圧力が導入孔３２０によって収容孔３００の空間３００ｃに導入され、スプール弁３０をソレノイド部２側に押圧するフィードバック圧が発生する。

スプール弁３０は、その軸方向移動によって、供給ポート４１と出力ポート４２との間の流路面積、及び出力ポート４２とドレンポート４３との間の流路面積を変化させる。スプール弁３０は、電磁コイル２０の磁力とコイルばね５０の付勢力及びフィードバック圧とが釣り合う位置に定位する。

作動油に混入した微細な異物は、供給ポート４１から供給され、導入孔３２０を通って内周面３００ａにおける第１案内面３００ｅとピストン部材６の外周面６ａとの隙間を経由した後に、大径部３０１の内周面３００ｄとピストン部材６の外周面６ａとの間に形成される収容空間３０４に収容され、蓄積される。収容空間３０４は、ピストン部材６の外周面６ａを囲む環状であるので、スプール弁３０が中心軸Ｃを軸として回転しても、重力によって沈殿する異物を収容空間３０４に収容及び蓄積することが可能である。

このように、収容孔３００に大径部３０１が形成されていることにより、作動油に混入した微細な鉄粉等の異物を収容空間３０４に収容することができ、耐異物性が向上する。また、大径部３０１の深さを例えば０．５ｍｍ以上とすれば、車両の長期に亘る使用によっても、大径部３０１における収容空間３０４に蓄積された異物が溢れ出すことが抑制される。

また、収容孔３００の内周面３００ａとピストン部材６の外周面６ａとの隙間に異物が滞留することを抑制することができ、異物による収容孔３００の内周面３００ａ及びピストン部材６の外周面６ａの摩耗を低減することができる。これにより、この隙間を介した作動油の漏れを抑制できる。

また、収容孔３００の空間３００ｃに、導入孔３２０によって供給ポート４１に供給される作動油の圧力を導入してフィードバック圧を発生させることにより、例えば特許文献１に記載の電磁弁のように、従来必要だった作動油の圧力を制御するためのフィードバックポート及びランド部を不要とし、電磁弁１の軸方向寸法を短縮することができる。

このように、本実施の形態によれば、小型化を可能としながら、耐異物性を向上させることができる。

以上、本発明の実施の形態の一例について説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態では、収容空間３０４が環状である場合について説明したが、これに限らない。つまり、異物を収容可能な凹部は、第１案内面３００ｅと第２案内面３００ｆとの間に形成されていれば、その形状は特に限定されず、例えば収容孔３００の内周面３００ａにおいて中心軸Ｃに沿って形成された複数の溝であってもよく、収容孔３００の内周面３００ａに螺旋状に形成された溝であってもよい。また、この凹部が例えば半球状の複数の窪みであってもよい。

１…電磁弁、２…ソレノイド部、２ａ…空隙、３…スプール制御弁、４…スリーブ、４ａ…弁孔、６…ピストン部材、６ａ…外周面、６ｂ…一端面、６ｃ…他端面、７…栓体、２０…電磁コイル、２１…カバー部材、２１ａ…コイル収容空間、２１ｂ…シリンダ部、２１ｃ…加締め部、２２…コア部材、２２ａ…貫通孔、２３…プランジャ、２３ａ…貫通孔、２４…ロッド、３０…スプール弁、３１…第１ランド部、３２…細径部、３３…第２ランド部、３３ａ…段差面、３４…筒状突起部、４１…供給ポート、４２…出力ポート、４３…ドレンポート、４４…筒部、４４ａ…ばね室、４４ｂ…開口、５０…コイルばね、５１…第１ストレーナ、５２…第２ストレーナ、６１…環状溝、７０…栓体底部、７０ａ…内面、７０ｂ…外面、７１…突起、７１ａ…先端面、７２…円筒部、２０１…コネクタ部、２１１…底部、２１２…シリンダ底部、２１３…突出部、２１４…軸受ブッシュ、２２１…フランジ部、２２２…フランジ突出部、２２３…軸受ブッシュ、２４１…ストッパ体、３００…収容孔、３００ａ…内周面、３００ｂ…底面、３００ｃ…空間、３００ｄ…内周面、３００ｅ…第１案内面、３００ｆ…第２案内面、３０１…大径部、３０２ａ…第１小径部、３０２ｂ…第２小径部、３０３…収容孔底部、３０４…収容空間、３１１…突起、３２０…導入孔、３２０ａ…外側開口，３２０ｂ…内側開口、３２１…円筒部、３２２…括れ部、３２２ａ…最小径部、４４１…絞り孔、４４２…スリーブ環状溝、Ｃ…中心軸、ストローク…Ｌ_１、溝幅…Ｌ_２

Claims

作動油が供給される供給ポート、及び作動油を出力する出力ポートを有する筒状のスリーブと、
前記スリーブに形成された弁孔に軸方向移動可能に収容され、その軸方向移動によって前記供給ポートと前記出力ポートとの間の流路面積を変化させるスプール弁と、
励磁電流の供給を受けて作動し、前記スプール弁を軸方向の一側に押圧するソレノイド部と、
前記スプール弁を前記ソレノイド部側に付勢する弾性部材と、
前記スプール弁の前記弾性部材側の端部に形成された有底穴形状の収容部に収容され、前記スプール弁に対してその中心軸に沿って相対移動可能なピストン部材とを備え、
前記スプール弁には、前記出力ポートから出力される作動油の圧力を前記収容部の底面と前記ピストン部材の一端面との間の空間に導入する導入孔が形成され、
前記収容部には、その内周面に前記ピストン部材の前記ソレノイド部側の一端部を支える第１案内面と前記ソレノイド部側とは反対側の他端部を支える第２案内面とが形成され、前記作動油に混入した異物を収容可能な凹部が、前記第１案内面と前記第２案内面との間に形成されている、
電磁弁。
前記収容部は、大径部と、前記大径部を挟む位置に設けられた２つの小径部とを有し、
前記大径部の内周面が前記凹部の底面として形成され、前記２つの小径部の内周面が、それぞれ前記第１案内面及び前記第２案内面として形成されている、
請求項１に記載の電磁弁。
前記凹部の深さが０．５ｍｍ以上である、
請求項１又は２に記載の電磁弁。