JP6411896B2 - 電磁弁 - Google Patents

Description

本発明は、電磁弁に関し、詳しくは電磁弁から排出される作動油の流量変化を緩やかにする技術に関する。

従来、ソレノイド部への通電により軸芯に沿って移動する筒状のスプールと、スプールを収容する筒状のスリーブとを備えた電磁弁が知られている（例えば、特許文献１−２参照）。

特許文献１に記載の電磁弁は、スプールが、互いに軸芯方向の位置をずらした第一ドレン孔と第二ドレン孔とを有し、これらドレン孔をスリーブの内表面に形成した環状溝と連通可能に構成している。スプールが移動すると、まず、第一ドレン孔が前記環状溝と連通し、次いで第一ドレン孔および第二ドレン孔が前記環状溝と連通する。これによって、電磁弁からドレンされる作動油の流量変化を緩やかにするものである。また、スプールの移動に伴って、前記環状溝に連通するドレン孔が大きくなるように、これらドレン孔を軸芯に垂直な方向視において三角形状にする実施例が開示されている。

特許文献２に記載の電磁弁は、外表面に溝部を有するスプールと、この溝部と連通可能な貫通孔部を有するスリーブとを備えている。また、貫通孔部を周方向に２箇所設け、一方の貫通孔部の軸芯方向の長さを、他方の貫通孔部の軸芯方向の長さより大きく形成している。スプールが移動すると、まず一方の貫通孔部が前記溝部と連通し、次いで両方の貫通孔部が前記溝部と連通する。これによって、電磁弁から排出される作動油の流量変化を緩やかにするものである。

特開２０００−２０５４３５号公報 特開２００７−９２７１４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の電磁弁にあっては、複数のドレン孔を軸芯方向にずらしているので、軸長が大きくなってしまう。また、スリーブの内表面に環状溝を形成するには、加工に手間を要する。さらに、ドレン孔を三角形状に構成した場合、尖った先端部分のみが環状溝と連通した状態では、電磁弁から作動油がほとんど排出されない不感帯領域が形成されてしまう。

特許文献２に記載の電磁弁にあっては、スリーブに形成される一方の貫通孔部の軸芯方向の長さを大きくしているため、軸長が大きくなってしまう。しかも、スプールのストローク量が大きくなってしまうので、ソレノイド部の必要電磁力を確保する上で、ソレノイド部の大型化や製造コストの増大を招いてしまう。また、スプールの溝部とスリーブの貫通孔部とを連通させるために、両部材の周方向の位置ズレを防止するガイド部材を別途設ける必要があり、部品点数が増加する。

そこで、本発明は、流量変化を緩やかにできる制御性の高い電磁弁を合理的に構成することを目的とする。

本発明に係る電磁弁の特徴構成は、外表面に作動油が供給される環状溝を有し、ソレノイド部への通電により軸芯に沿って移動する筒状のスプールと、前記環状溝と連通可能な貫通孔部を有し、前記スプールを収容する筒状のスリーブと、前記ソレノイド部への通電量を制御する制御部と、を備え、前記貫通孔部は、前記軸芯に垂直な方向視において、矩形状に形成される基部と、前記基部から前記軸芯方向に沿って延出し、先端に行くに連れて縮径する先細部とで構成され、前記スプールの移動に伴い、前記環状溝が前記先細部と連通し、前記ソレノイド部に通電しないとき、前記環状溝と前記貫通孔部とが非連通であると共に、前記基部の前記先細部とは反対側の後端から作動油がドレンされるドレン状態になり、前記ソレノイド部に通電したとき、前記環状溝と前記先細部の前記先端との連通が開始されて前記環状溝から前記先細部へ作動油が供給される供給状態になり、前記ドレン状態と前記供給状態とは、前記スリーブの前記貫通孔部の後端と前端との間で切換えられて、前記ドレン状態では前記先細部を介することなく作動油がドレンされ、前記供給状態では前記先細部に作動油が供給される点にある。

本構成のようにスプールに環状溝を形成すれば、スプールとスリーブとが周方向で位置ズレしたとしても、該環状溝とスリーブの貫通孔部とが連通するので、別途ガイド部材を設ける必要がない。また、スリーブの貫通孔部やスプールの外表面に形成される環状溝は、ダイカスト成形や切削加工によって容易に形成することができる。

さらに、本構成では、スリーブの貫通孔部を、矩形状の基部と基部から延出する先細部とで構成され、スプールの移動に伴い、環状溝が先細部と連通する。このため、スプールの環状溝を介して作動油が供給される電磁弁の場合、スプールの移動に伴って、先細部の最も縮径した先端から該環状溝に連通し始めるときは、次第に連通面積が拡大されるので、スリーブの貫通孔部を介して排出される作動油の流量変化を緩やかにすることができる。一方、スプールの移動に伴って、先細部と該環状溝との連通が終了するときは、次第に連通面積が縮小されるので、同様に作動油の流量変化を緩やかにすることができる。よって、電磁弁から排出される流量をきめ細かく調節することが可能となり、制御性を高めることができる。

また、従来のように、複数の貫通孔部の一方を長くしたり、双方の軸芯方向の位置をずらしたりする構成ではないため、スプールのストローク量や電磁弁の軸長を無駄に大きくすることがない。しかも、基部を矩形状に形成することで、貫通孔部全体を三角形状にする場合に比べ、周方向の占有面積が減少する。その結果、電磁弁の径寸法を無駄に大きくすることがない。
また、本構成によると、ソレノイド部に通電したとき、先細部の最も縮径した先端から環状溝に連通し始め、次第に連通面積が拡大されるので、単位電流値あたりの流量変化量が小さくなって電磁弁が流量調節できる分解能を高めることができる。しかも、スプールの環状溝を介して作動油が供給される電磁弁の場合、ドレン状態と供給状態とをスリーブの貫通孔部の後端と前端とで切換えることができるので、スプールのストローク量を小さくして、消費電力を節約することができる。

このように、本構成を採用することで、排出される作動油の流量変化を緩やかにできる電磁弁を合理的に構成できた。

他の特徴構成は、前記先細部が台形状に構成される点にある。

本構成のように、貫通孔部の先細部を台形状に構成することで、先端部分を尖らす場合のように、作動油の流通感度が低下するといった不都合を解消することができる。

他の特徴構成は、前記先細部の前記先端が円弧状に形成される点にある。

本構成のように、貫通孔部の先細部を円弧状に形成すれば、例えばダイカスト成形における溶湯の流動性が高まる。よって、加工精度が向上し、電磁弁による流量制御が確実なものとなる。

他の特徴構成は、前記貫通孔部は、前記軸芯方向に沿う側面どうしが前記スプールに近付くほど接近する傾斜面を有している点にある。

本構成の貫通孔部の側面に形成される傾斜面は、例えばダイカスト成形時における型抜き勾配として活用される。その結果、金型を円滑に移動させることが可能となるので、型寿命を延ばすことができる。

他の特徴構成は、前記貫通孔部の最大内径寸法Ｌが、前記スリーブの内径Ｄに対して、Ｌ／Ｄ＝０．７〜０．９６を満たす範囲に設定される点にある。

本実施形態に係る電磁弁の縦断面図である。 スリーブの貫通孔部の拡大平面図である。 スリーブの斜視図である。 電磁弁をオイルポンプに使用した場合の説明図である。 電磁弁の通電量を最大にした状態における縦断面図である。 電磁弁の通電量を最大にした状態における貫通孔部の拡大平面図である。 電磁弁に対する通電量と流量との関係を示す比較図である。 別実施形態１に係る貫通孔部の開口形状を示す平面図である。 別実施形態２に係る貫通孔部の開口形状を示す平面図である。 別実施形態３に係る貫通孔部の縦断面図である。

以下に、本発明に係る電磁弁の実施形態について、図面に基づいて説明する。ただし、以下の実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。

［基本構成］
図１に示すように、電磁弁Ｖは、取付対象物Ｔ（例えば、エンジンブロック）の外側に露出した状態で取り付けられる筒状のソレノイド部Ａと、取付対象物Ｔの内部に挿入した状態で取り付けられる流路切替部Ｂとを備えている。

ソレノイド部Ａは、ボビン２１ａに巻回され、通電によって磁束を発生させるコイル２１と、発生した磁束によって軸芯Ｘに沿って移動する円柱状のプランジャ２２と、発生した磁束を流してプランジャ２２を引き付けるフロントヨーク２３と、プランジャ２２に磁束を受け渡すリアヨーク２４と、これらを収容するケース２５とを備えている。また、ソレノイド部Ａと連接する筒状のコネクタ部２６を備え、制御部７によって制御された通電量（電流値）に応じて、コネクタ部２６からコイル２１に電力を供給する。

また、ソレノイド部Ａは、プランジャ２２の外表面に沿って配置されるガイド部材２７を備えている。このガイド部材２７は非磁性体で構成されており、プランジャ２２がリアヨーク２４に引き寄せられるのを防止する。なお、プランジャ２２、フロントヨーク２３、リアヨーク２４、およびケース２５は、磁束を流すことのできる各種磁性体材料で構成される。

通電によりコイル２１で発生した磁束は、フロントヨーク２３、ケース２５、リアヨーク２４、プランジャ２２の順番で流れ、プランジャ２２はフロントヨーク２３に引き付けられることで移動する。その際、プランジャ２２がフロントヨーク２３に吸着するのを防止するため、プランジャ２２の前方にはスペーサ２９を配設している。

流路切替部Ｂは、ソレノイド部Ａへの通電により軸芯Ｘに沿って移動するスプール３と、スプール３を収容するスリーブ４とを備え、スプール３の一方の端部とスリーブ４との間にはバネ６を備えている。ソレノイド部Ａに通電すると、スプール３の他方の端部がプランジャ２２によって押し操作されつつ、一方の端部がバネ６によってプランジャ２２の側に付勢され、ソレノイド部Ａの電磁力とバネ６の付勢力とが均衡した位置でスプール３が停止する。

また、取付対象物Ｔとスリーブ４との間をシールするＯリングＳ１を設けてあり、スリーブ４と取付対象物Ｔとの隙間から漏れ出た流体が、ソレノイド部Ａの側に漏洩するのを防止している。さらに、スリーブ４とフロントヨーク２３との間にもＯリングＳ２を設けており、ソレノイド部Ａに外部から水が侵入することを防止している。

スプール３の外表面には、第一環状溝３１（環状溝の一例）と、第二環状溝３２とが形成されると共に、スプール３の内部空間を形成する中空部３５と連通するように貫通形成された孔部３３が形成されている。詳細は後述するが、第一環状溝３１は、スプール３の移動に伴って、スリーブ４の給排口５との連通、非連通を切替えることが可能である。また、第二環状溝３２は、スプール３とスリーブ４との間隙から漏れ出た流体を、孔部３３を介して外部に排出するために形成されている。

スリーブ４には、供給元から流体を受け取る供給口４１と、スリーブ４の移動量に応じた流量を所定の流体供給先に対して給排する給排口５（貫通孔部の一例）と、給排口５に戻された流体をドレンするためのドレン口３４とが、径方向に貫通形成されている。本実施形態における供給口４１および給排口５は、スリーブ４の周方向に二箇所設け、夫々に段部４１ａ、５ａが形成されている。この段部４１ａ、５ａには、フィルタ部材Ｆが載置され、流体に混入した異物が取り除かれる。なお、フィルタ部材Ｆを設けずに、段部４１ａ、５ａを省略しても良い。

図２に示すように、本実施形態におけるスリーブ４の給排口５は、軸芯Ｘに垂直な方向視において、矩形状に形成される基部５１と、基部５１から軸芯Ｘ方向に沿って延出し、先端５２ａに行くに連れて縮径する先細部５２とで構成され、五角形状を呈している。

本実施形態では、図２に示す給排口５の最大内径寸法Ｌを、図１に示すスリーブ４の内径Ｄに対して、Ｌ／Ｄ＝０．７〜０．９６の範囲で設定している。この下限値は、電磁弁Ｖに求められる必要流量に基づいて設定している。また、スプール３とスリーブ４とのクリアランスに起因して、スプール３が給排口５に脱落することがあるので、この上限値は、スプール３の移動が阻害されない限界値として設定している。なお、流量確保とスプール３の円滑な移動性の観点から、好ましくは、Ｌ／Ｄ＝０．７５〜０．９であり、より好ましくは、Ｌ／Ｄ＝０．８〜０．８５である。

本実施形態におけるスリーブ４は、アルミ合金などの金属で構成され、金型およびダイカストマシンを用いてダイカスト成形される。図２〜図３に示すように、ダイカスト成形された給排口５には、軸芯Ｘに沿う側面どうしがスプール３に近付くほど近接する傾斜面５３が形成されている。この傾斜面５３は金型の抜き勾配として機能するので、金型の耐久性が高まる。また、スリーブ４をダイカスト成形すれば、例えば給排口５を切削加工によって成形する場合のように、給排口５の先端５２ａおよび後端５１ａと段部５ａとの間に、切削誤差を考慮した間隔を設ける必要がない。つまり、図２に示すように、給排口５の先端５２ａおよび後端５１ａと段部５ａとがオフセットされないので、電磁弁Ｖの軸長をコンパクトにすることができる。

［実施例］
ここで、エンジンオイル（以下、単に作動油と言う。）をエンジンＥに循環させるオイルポンプ１（以下、単にポンプ１と言う。）の吐出圧を調整するための流路に、本実施形態の電磁弁Ｖを配置した一例を説明する。

図４に示すように、ポンプ１は、ハウジング１１と、インナーロータ１２と、アウターロータ１３と、調整リング１４と、スプリングＳとを備えている。インナーロータ１２は、エンジンＥのクランクシャフトからの回転動力が伝達され、第一回転軸芯Ｙ１で回転する。アウターロータ１３は、第一回転軸芯Ｙ１に対して偏心する第二回転軸芯Ｙ２でインナーロータ１２の回転に応じて回転する。

ハウジング１１は、吸入ポート１５と吐出ポート１６とを備え、吐出ポート１６から吐出された作動油が流通する内部流路１９を有している。吐出ポート１６から吐出された作動油は、送給流路１７を経由してエンジンＥの被供給部材に循環すると共に、送給流路１７から分岐した分岐流路１８上にある電磁弁Ｖを介して内部流路１９に流通する。この電磁弁Ｖは、内部流路１９に作動油を供給する供給状態と、内部流路１９の作動油を排出するドレン状態とを切換え可能に構成されている。なお、電磁弁Ｖの取付対象物Ｔとポンプ１のハウジング１１とが同一であっても良いし、別々であっても良く、特に限定されない。

調整リング１４は、アウターロータ１３を径方向外側から相対回転自在に支持し、第二回転軸芯Ｙ２と同軸芯のリング状に形成され、径外方向に突出する操作部１４ａが接続されている。電磁弁Ｖが供給状態となり、調整リング１４の操作部１４ａに内部流路１９を流通する作動油の圧力が付与されると、操作部１４ａがハウジング１１の内部で移動して、調整リング１４が第二回転軸芯Ｙ２周りで公転する。その結果、ガイドピン１４ｂとガイド溝１４ｃとが互いに所期の範囲に亘って摺動し、第一回転軸芯Ｙ１と第二回転軸芯Ｙ２とが接近することで、ポンプ１の吐出圧が減少する。つまり、調整リング１４が公転することで、アウターロータ１３のインナーロータ１２に対する偏心量が調整され、ポンプ１の吐出圧が調整されるように構成されている。

（電磁弁の作動形態）
続いて、ポンプ１の吐出圧調整用に用いられる電磁弁Ｖの作動形態について説明する。

図１には、ソレノイド部Ａへの通電がＯＦＦのときのスプール３の位置が示される。ソレノイド部Ａへの通電をＯＦＦにしたときは、バネ６の付勢力によってスプール３およびプランジャ２２は右端まで移動する。このとき、供給口４１と給排口５との連通が遮断され、給排口５がドレン口３４と連通するドレン状態である。つまり、内部流路１９の作動油が電磁弁Ｖを介して外部に排出され、スプリングＳの付勢力により操作部１４ａが上方に移動し、アウターロータ１３のインナーロータ１２に対する偏心量が最大となる。その結果、ポンプ１から吐出される作動油の圧力が最高圧設定にシフトする。

電磁弁Ｖがドレン状態にあるとき、図２に示すように、基部５１の後端５１ａの周辺が開放され、基部５１の一部と先細部５２の全部とがスプール３の外面に閉塞される。その結果、図２の着色で示すように、基部５１の後端５１ａの周辺に流通した作動油は、ドレン口３４からドレンされる。

一方、ソレノイド部Ａに通電されると、プランジャ２２はフロントヨーク２３に向かって軸芯Ｘに沿って吸引され、バネ６の付勢力に抗してスプール３を左方向に移動させる。
そして、バネ６の付勢力とプランジャ２２の吸引力とが均衡する位置でスプール３が停止し、例えば、スプール３の最大移動位置を示す図５の状態となる。これは、供給口４１と給排口５とが、スプール３の第一環状溝３１を介して連通する供給状態である。これによって、図４に示す吐出ポート１６から吐出された作動油が電磁弁Ｖを介して内部流路１９に供給され、スプリングＳの付勢力に抗して操作部１４ａが下方に移動し、アウターロータ１３のインナーロータ１２に対する偏心量が最小となる。その結果、ポンプ１から吐出される作動油の圧力が最低圧設定にシフトする。

電磁弁Ｖが供給状態にあるとき、図６に示すように、先細部５２の先端５２ａの周辺が開放され、基部５１の全部と先細部５２の一部とがスプール３の外面に閉塞される。その結果、図６の着色で示すように、先細部５２の先端５２ａの周辺に流通した作動油は、給排口５を介して排出され、分岐流路１８を経由してポンプ１の内部流路１９に供給される。

図７には、電磁弁Ｖへの通電量と排出される作動油の流量との関係が示される。図７では、例えば図２に示す供給口４１のように、スリーブの給排口全体を矩形状にして周方向に１箇所設けた比較例と、上述した実施形態における給排口５を周方向に２箇所設けた本実施例とを比較している。

上述したように、電磁弁Ｖは、制御部７からの信号を受けて通電量が制御され、この通電量に応じてスプール３の位置が、図１の状態から図５の状態まで任意に変化する。このとき、本実施例における電磁弁Ｖは、給排口５に先細部５２を設けているので、図７に示すように、スプール３の移動位置（通電量）に応じて、ポンプ１の内部流路１９に供給される作動油の流量が緩やかな勾配で変化する。つまり、比較例に比べて、単位電流値あたりの流量変化量が小さくなる。その結果、電磁弁Ｖが流量調節できる分解能が高まり、ポンプ１の吐出圧をきめ細かく変化させることができる。

また、本実施例における電磁弁Ｖは、比較例のごとく急激に給排口５の開口面積が増大してスプール３の移動抵抗が減少されないので、スプール３の移動量当たりの必要電流値が大きくなる。このため、流量がゼロの状態から最大流量の状態に至る電流値の幅が拡大する。これによって、流量変化量の緩やかな状態が持続されるので、電磁弁Ｖが流量調節できる分解能を一層高めることができる。しかも、本実施形態のように給排口５を複数設ければ最大流量が大きくなるので、電磁弁Ｖにおける流量調節分解能をより一層高めることができる。

このように、流量変化を緩やかにして電磁弁Ｖの分解能を高めれば、エンジンＥの回転数に応じてポンプ１の吐出圧を精度よく調整することができる。その結果、ポンプ１の無駄な仕事量が低減され、燃費が向上する。しかも、本実施形態における電磁弁Ｖは、先細部５２を台形状に構成しているので、先端５２ａを尖らした場合のように、先端５２ａで作動油が流通し難いといった不都合が生じない。また、給排口５全体を三角形状にする場合に比べて、軸芯Ｘ方向や径方向の寸法の適正化が図られるため、電磁弁Ｖをコンパクトにすることができる。

以下、別実施形態について説明する。基本構成は、上述した実施形態と同様であるため、異なる構成についてのみ図面を用いて説明する。なお、図面の理解を容易にするため、上述した実施形態と同じ部材名称及び符号を用いて説明する。

［別実施形態１］
図８に示すように、給排口５の先細部５２の先端５２ａを円弧状に形成しても良い。本実施形態のように、先細部５２の先端５２ａを円弧状に形成すれば、ダイカスト成形における溶湯の流動性を高めることができる。この結果、先細部５２の加工精度が向上し、電磁弁Ｖによる流量制御がより正確なものとなる。

［別実施形態２］
図９に示すように、給排口５の先細部５２を、先端５２ａに行くほど辺勾配が大きくなるように変化点５２ｂを設定した三角形状に形成しても良い。この場合、変化点５２ｂを設けない三角形状に比べて、スプール３の移動量当たりの先端開口面積が大きくなるので、先端５２ａにおける作動油の流通感度を高めることができる。

［別実施形態３］
図１０に示すように、給排口５の段部５ａと基部５１および先細部５２との間に、切削誤差を吸収できる調整段部５ｂを設けても良い。これによって、給排口５の切削加工が可能となるので、少量生産の場合など、金型を用いるダイカスト成形に比べて製造コストを節約することができる。また、調整段部５ｂを設けることで、切削工具を用いた施工性を高めることができる。しかも、ダイカスト成形のように、給排口５に金型の抜き勾配となる傾斜面５３を要しないので、電磁弁Ｖの径方向の寸法をコンパクトなものにすることができる。

［その他の実施形態］
（１）上述した実施形態における給排口５の形状は一例にすぎず、基部５１を台形の矩形状に形成したり、先細部５２を先端５２ａに行くに連れて曲線状に縮径させたりするなど、要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
（２）上述した実施形態では、給排口５や供給口４１を周方向に沿って２箇所設けたが、１箇所や３箇所以上設けても良い。
（３）上述した実施形態では、スプール３の移動に伴って、ドレン状態と供給状態との２パターンで切換えられる例を示したが、ドレン状態や供給状態を複数設定しても良い。このとき、電磁弁Ｖの流量変化を緩やかにすることが要求される使用機器においては、給排口５を上述した実施形態のような形状に設定するのが好ましい。
（４）上述した実施形態では、電磁弁Ｖを用いてポンプ１の吐出量を調整する例を示したが、弁開閉時期制御装置のＯＣＶ（オイルコントロールバルブ）に用いるなど、様々な使用形態が考えられる。

本発明は、車両のオイルポンプの吐出量を調整するために用いられる電磁弁など、様々な機器に使用される電磁弁に利用可能である。

３ スプール
３１ 第一環状溝（環状溝）
４ スリーブ
５ 給排口（貫通孔部）
５１ 基部
５１ａ 後端
５２ 先細部
５２ａ 先端
５３ 傾斜面
７ 制御部
Ａ ソレノイド部
Ｘ 軸芯
Ｖ 電磁弁

Claims (5)

1. 外表面に作動油が供給される環状溝を有し、ソレノイド部への通電により軸芯に沿って移動する筒状のスプールと、
   前記環状溝と連通可能な貫通孔部を有し、前記スプールを収容する筒状のスリーブと、
   前記ソレノイド部への通電量を制御する制御部と、を備え、
   前記貫通孔部は、前記軸芯に垂直な方向視において、矩形状に形成される基部と、前記基部から前記軸芯方向に沿って延出し、先端に行くに連れて縮径する先細部とで構成され、前記スプールの移動に伴い、前記環状溝が前記先細部と連通し、
   前記ソレノイド部に通電しないとき、前記環状溝と前記貫通孔部とが非連通であると共に、前記基部の前記先細部とは反対側の後端から作動油がドレンされるドレン状態になり、
   前記ソレノイド部に通電したとき、前記環状溝と前記先細部の前記先端との連通が開始されて前記環状溝から前記先細部へ作動油が供給される供給状態になり、
   前記ドレン状態と前記供給状態とは、前記スリーブの前記貫通孔部の後端と前端との間で切換えられて、前記ドレン状態では前記先細部を介することなく作動油がドレンされ、前記供給状態では前記先細部に作動油が供給される電磁弁。
2. 前記先細部が台形状に構成される請求項１に記載の電磁弁。
3. 前記先細部の前記先端が円弧状に形成される請求項１に記載の電磁弁。
4. 前記貫通孔部は、前記軸芯方向に沿う側面どうしが前記スプールに近付くほど接近する傾斜面を有している請求項１から３のいずれか一項に記載の電磁弁。
5. 前記貫通孔部の最大内径寸法Ｌが、前記スリーブの内径Ｄに対して、Ｌ／Ｄ＝０．７〜０．９６を満たす範囲に設定される請求項１から４のいずれか一項に記載の電磁弁。

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