JP7419699B2 - 電磁弁 - Google Patents

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Description

本発明は、電磁弁に関する。
従来、複数のポートが弁孔の中心軸方向に並んで形成された筒状のスリーブと、複数のポート間の連通を開閉する複数のランドが軸方向に並んで形成されたスプールと、スプールをスリーブの弁孔内で中心軸方向に移動させる電磁ソレノイドを備えた電磁弁が、例えば油圧アクチュエータを制御するために用いられている。
特許文献1に記載の電磁弁は、電磁ソレノイドに供給される電流に応じてスプール(スプールバルブ)がスリーブ(ハウジング)に対して円滑に移動するように、ランドの外周面に対向するスリーブの内周面に複数の調心溝が形成されている。また、特許文献2に記載の電磁弁では、複数のポートの間における弁孔の内周面が、高圧側のポートから低圧側のポートに向かって内径が小さくなるようテーパ状に形成されており、これによりスプールに作用する摺動抵抗の低減が図られている。
特開2001-263529号公報 特開2009-197848号公報
例えば自動車のトランスミッションの油圧アクチュエータを制御するために用いられる電磁弁では、停車時等において、油圧ポンプから作動油が供給される供給ポートと他のポートとの間の連通がランドによって閉塞された状態が長時間(例えば5分以上)にわたって継続する場合がある。このような場合には、油圧ポンプから供給される作動油の圧力によってスリーブに対してスプールが偏心し、ランドの外周面の周方向の一部が弁孔の内周面に押し付けられ、この当接箇所で固着現象が発生するおそれがある。このような固着現象が発生すると、電磁ソレノイドに供給する電流を変えてスプールを軸方向に移動させるとき、スプールの動き始めが円滑に行われず、スティックスリップ現象が発生しやすくなる。
特許文献1に記載の電磁弁では、スリーブの内周面に複数の調心溝を形成することによりスリーブの移動の円滑化が図られているが、調心溝を形成することにより、ランドの外周面が弁孔の内周面に押し付けられた場合の当接箇所の面圧が高まるので、ランドの外周面が弁孔の内周面に長時間押し付けられた後にスプールを動かす場合には、必ずしもスティックスリップ現象の発生を抑止することができないおそれがある。
また、特許文献2に記載の電磁弁では、摺動抵抗の低減効果とポート間での作動油の漏れを抑制する効果とが背反する関係にあり、テーパ角度を大きくして摺動抵抗を低減すればポート間での作動油の漏れ量が大きくなってしまう。このため、油圧ポンプから供給される作動油の圧力の大きさによっては、摺動抵抗の低減と作動油の漏れ量の抑制とを両立させることが難しくなるおそれがある。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、スプールのランドの外周面がスリーブの弁孔の内周面に長時間押し付けられた後にスプールをスリーブに対して移動させる場合にも、スプールを円滑に移動させることが可能な電磁弁を提供することにある。
本発明は、上記の目的を達成するため、中心部に弁孔が設けられ、内外周面間を貫通する複数のポートが前記弁孔の中心軸方向に並んで形成された筒状のスリーブと、前記弁孔の内周面に対向する外周面を有する複数のランドが軸方向に並んで形成されると共に、前記弁孔内を摺動可能に配置され、前記摺動することで前記複数のランドによって前記複数のポート間の連通を制御するスプールと、前記スプールを前記弁孔内で前記中心軸方向に移動させる電磁ソレノイドを備え、前記複数のポートは、作動油が供給される供給ポートを含み、前記複数のランドのうち少なくとも一つのランドの外周面に、当該外周面から前記中心軸方向に対して垂直な方向に窪む複数の凹部が周方向に並んで形成され、前記複数の凹部が区画部によって区画されて相互に連通しておらず、前記供給ポートに供給される作動油の圧力によって前記スプールが前記スリーブに対して偏心したとき、前記複数の凹部のうち前記偏心の方向にあたる少なくとも一つの凹部に貯溜された作動油の圧力が増大する、電磁弁を提供する。
本発明に係る電磁弁によれば、スプールのランドの外周面がスリーブの弁孔の内周面に長時間押し付けられた後にスプールをスリーブに対して移動させる場合にも、スプールを円滑に移動させることが可能となる。
本発明の第1の実施の形態に係る電磁弁の構成をバルブボディと共に示す断面図である。 スプールを示す外観図である。 図1のA-A線におけるスリーブ、スプール、及びバルブボディの一部の断面図であり、(a)はスリーブとスプールとが同心上にある状態を、(b)はスプールがスリーブに対して偏心した状態を、それぞれ示している。 第2の実施の形態に係るスプールを示す外観図である。 (a)は、第3の実施の形態に係るスリーブ、スプール、及びバルブボディのそれぞれの一部を示す断面図である。(b)及び(c)は、(a)のB-B線におけるスリーブ、スプール、及びバルブボディの断面図であり、(a)はスリーブとスプールとが同心上にある状態を、(b)はスプールがスリーブに対して偏心した状態を、それぞれ示す。
[第1の実施の形態]
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。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る電磁弁の構成をバルブボディと共に示す断面図である。電磁弁1は、電磁ソレノイド2と、中心部に弁孔30が設けられた筒状のスリーブ3と、弁孔30内に移動可能に配置されたスプール4と、スプール4を電磁ソレノイド2側に付勢する付勢部材としての復帰用スプリング11と、スリーブ3の端部を閉塞する栓体12とを備えている。この電磁弁1は、例えば自動車のトランスミッションの油圧アクチュエータを制御するために用いられる。
電磁ソレノイド2は、励磁電流の供給を受けて作動し、スプール4を弁孔30の中心軸線Cに沿った軸方向に移動させる。本実施の形態では、電磁ソレノイド2が励磁電流の大きさに応じた押圧力でスプール4を復帰用スプリング11側に押圧する。図1では、弁孔30の中心軸線Cよりも上側に励磁電流がゼロである状態を示し、中心軸線Cよりも下側に定格値の励磁電流が供給された状態を示している。
電磁弁1は、図1に示すように、バルブボディ5に形成された嵌合穴50にスリーブ3が嵌合した状態で使用される。バルブボディ5には、スリーブ3内に作動油を供給する供給通路51と、作動油を油圧アクチュエータ等の油圧供給対象に導く出力通路52と、出力通路52に連通するフィードバック通路53と、余剰な作動油を図略のドレンタンクに導くドレン通路54とが形成されている。供給通路51には、図略の油圧ポンプから吐出された作動油が供給される。
スリーブ3は、円筒状の本体部3A及び鍔部3Bを有し、鍔部3Bが後述するソレノイドコア26のフランジ部261に当接して電磁ソレノイド2に取り付けられている。スリーブ3には、供給通路51に連通して弁孔30に作動油を供給する供給ポート31、出力通路52に連通する出力ポート32、フィードバック通路53に連通するフィードバックポート33、ドレン通路54に連通するドレンポート34、及び嵌合穴50に連通するスプリング収容空間35が、本体部3Aの内外周面間を貫通して形成されている。
スリーブ3の本体部3Aにおける鍔部3Bとは反対側の端部の内面には、ねじ部3Cが形成されている。このねじ部3Cには、栓体12が螺合して固定されている。復帰用スプリング11は、例えばコイルバネからなり、栓体12とのスプール4の間で軸方向に圧縮された状態でスプリング収容空間35に収容されている。
弁孔30は、フィードバックポート33よりも鍔部3B側の第1孔部301、及びフィードバックポート33よりも栓体12側の第2孔部302からなり、第1孔部301の内径が第2孔部302の内径よりも大径に形成されている。各ポート(供給ポート31、出力ポート32、フィードバックポート33、及びドレンポート34)は、所定の間隔をあけて、中心軸線Cに沿って並んで形成されている。供給ポート31、出力ポート32、及びドレンポート34は、第1孔部301に連通している。フィードバックポート33は、第1孔部301と第2孔部302との間に跨って開口している。
スプール4には、鍔部3B側から栓体12側に向かって、円柱状の第1乃至第3のランド41~43が形成されている。第1乃至第3のランド41~43は、スプール4の軸方向に沿って所定の間隔をあけて並んで形成されている。第1のランド41の外径と第2のランド42の外径とは等しく、第3のランド43の外径は第1及び第2のランド41,42の外径よりも小さく形成されている。第2のランド42と第3のランド43との外径の差は、フィードバックポート33に供給された作動油のフィードバック圧の受圧面積の差となり、この受圧面積の差によってスプール4を電磁ソレノイド2側に押圧する押圧力が発生する。
スプール4は、弁孔30内を摺動可能に配置され、弁孔30内を摺動することで第1乃至第3のランド41~43によって各ポート31~34間の連通を制御する。第1のランド41は、出力ポート32とドレンポート34との間の連通を遮断及び開放可能である。第2のランド42は、供給ポート31と出力ポート32との間の連通を遮断及び開放可能であると共に、供給ポート31とフィードバックポート33との間の連通を遮断している。第3のランド43は、フィードバックポート33とスプリング収容空間35との間の連通を遮断している。なお、ここで遮断とは、僅かな作動油の漏れを除き、実質的に作動油の流れを遮ることをいう。
第1及び第2のランド41,42の外径は、弁孔30における第1孔部301の内径よりも僅かに小さく、第3のランド43の外径は、弁孔30における第2孔部302の内径よりも僅かに小さい。第1及び第2のランド41,42の外径と第1孔部301の内径との差、ならびに第3のランド43の外径と第2孔部302の内径との差は、作動油の漏れを遮るシール部としての効果を発揮する寸法であり、具体的には例えば20~30μmである。第1及び第2のランド41,42の外周面41a,42aは、弁孔30における第1孔部301の内周面301aに僅かな隙間を介して対向する。第3のランド43の外周面43aは、第2孔部302の内周面302aに僅かな隙間を介して対向する。
第1のランド41は、スプール4の軸方向移動に応じて出力ポート32とドレンポート34との間の流路面積を変化させる。第2のランド42は、スプール4の軸方向移動に応じて供給ポート31と出力ポート32との間との間の流路面積を変化させる。これにより、出力ポート32から出力される作動油の圧力がスプール4の位置に応じて変化する。
電磁ソレノイド2は、スリーブ3に固定されたソレノイドケース21と、ソレノイドケース21に保持されたボビン22と、ボビン22に巻き回された電磁コイル23と、電磁コイル23が発生する磁束を受けてソレノイドケース21に対して軸方向に移動する円筒状のプランジャ24と、プランジャ24と一体に軸方向移動してスプール4を押圧するシャフト25と、シャフト25を挿通させる挿通孔260を有してソレノイドケース21の内側に配置されたソレノイドコア26と、ソレノイドケース21に対するプランジャ24の軸方向移動をガイドする円筒状の第1ブッシュ27と、ソレノイドコア26に対するシャフト25の軸方向移動をガイドする円筒状の第2ブッシュ28と、シャフト25に外嵌されたリング状のストッパ29とを有している。
電磁コイル23の外周は、ボビン22と一体化されたモールド樹脂部221に覆われている。モールド樹脂部221には、ソレノイドケース21外に露出したコネクタ部222が設けられ、コネクタ部222に内蔵されたコネクタピン(図示せず)を介して図略の制御装置から電磁コイル23に励磁電流が供給される。
プランジャ24は、電磁コイル23に供給される励磁電流に応じて軸方向に移動する。より具体的には、電磁コイル23への通電により発生する磁力と、復帰用スプリング11に付勢されたスプール4からシャフト25を介して受ける力とが釣り合う位置にプランジャ24が定位する。シャフト25は、その先端部251がスプール4の軸方向端面4aに当接しており、スプール4と一体に軸方向に移動する。なお、スプール4は、スリーブ3やシャフト25に対して回り止めされていない。
電磁コイル23に励磁電流が供給されない電磁弁1の非作動状態では、シャフト25が復帰用スプリング11の付勢力をスプール4を介して受け、シャフト25の後端部252がソレノイドケース21の底部212に当接する。このとき、供給ポート31と出力ポート32との連通が第2のランド42によって遮断され、出力ポート32がドレンポート34に連通する。一方、電磁コイル23に励磁電流が供給されると、スプール4が栓体12に向かって移動し、供給ポート31と出力ポート32とが連通すると共に、第1のランド41によって出力ポート32とドレンポート34との連通が遮断される。
図2は、スプール4を示す外観図である。図3は、図1のA-A線におけるスリーブ3、スプール4、及びバルブボディ5の一部の断面図であり、(a)はスリーブ3とスプール4とが同心上にある状態を、(b)はスプール4がスリーブ3に対して偏心した状態を、それぞれ示している。なお、図3(a)及び(b)では、説明の明確化のため、スリーブ3の内径とスプール4の第2のランド42の外径との差を誇張して図示している。
本実施の形態では、第2のランド42の外周面42aに、作動油が貯溜される第1乃至第3の凹部421~423が形成されている。第1乃至第3の凹部421~423は、第2のランド42の周方向に沿って並び、外周面42aから中心軸線Cに対して垂直な径方向に窪んで形成されている。第1乃至第3の凹部421~423は、それぞれ区画壁420によって区画されている。
第1乃至第3の凹部421~423は、スプール4が軸方向に移動しても、供給ポート31には連通しない。また、本実施の形態では、スプール4が栓体12に向かって移動したとき、第1乃至第3の凹部421~423がフィードバックポート33に連通するが、スプール4が栓体12に向かって移動してもフィードバックポート33に連通しない位置に第1乃至第3の凹部421~423を形成してもよい。
第2のランド42の外周面42aの周方向における区画壁420の幅は、例えば1~2mmである。第2のランド42の周方向における第1乃至第3の凹部421~423の開口幅は互いに等しく、第1乃至第3の凹部421~423が周方向等間隔に形成されている。なお、第2のランド42の直径は、例えば15mmである。
図3(a)及び(b)の図示例では、第2の凹部422と第3の凹部423との間の区画壁420が供給通路51側に位置し、第1の凹部421が供給通路51とは反対側に位置している。この位置関係において、電磁コイル23の励磁電流がゼロとなって第2のランド42によって供給ポート31と出力ポート32との連通が遮断され、かつ油圧ポンプが作動し続けると、供給ポート31に供給される作動油の圧力により、スプール4が供給通路51から離れる方向に偏心する。そして、図3(b)に示すように、第2のランド42の第1の凹部421の周辺部における外周面42aが、供給通路51とは反対側のスリーブ3の第1孔部301の内周面301aに押し付けられる。
このように、スプール4がスリーブ3に対して偏心すると、この偏心によって第1の凹部421に貯溜された作動油の圧力が増大する。この第1の凹部421における作動油の圧力の増大は、スプール4のスリーブ3に対する偏心を抑制するように作用する。すなわち、スプール4がスリーブ3に対して偏心することにより、さらなるスプール4の偏心を抑制する力が発生し、これによりスプール4とスリーブ3との固着が抑止される。
なお、前述のように第2のランド41の外径と第1孔部301の内径との差は僅かであり、スプール4が供給通路51から離れる方向に偏心することにより第1の凹部421の周辺部における外周面42aと第1孔部301の内周面301aとの隙間がさらに狭くなるため、第1の凹部421における作動油は圧力が高くなった状態で閉じ込められ、スプール4の偏心を抑制する力が発生し続ける。そして、電磁コイル23に励磁電流が供給されたときには、スプール4が滑らかにスリーブ3に対して動き始める。
(第1の実施の形態の作用及び効果)
以上説明した本発明の第1の実施の形態によれば、スプール4がスリーブ3に対して偏心したとき、第1の凹部421における作動油の圧力の上昇によってさらなるスプール4の偏心が抑制されるので、スプール4とスリーブ3との固着が抑止され、第2のランド42の外周面42aが第1孔部301の内周面301aに長時間押し付けられた後にスプール4をスリーブ3に対して移動させる場合にも、スプール4を円滑に移動させることが可能となる。これにより、スプール4のスティックスリップ現象の発生が抑えられ、電磁コイル23の励磁電流に対する出力ポート32からの出力油圧の応答性や安定性を高めることができる。
また、第1の実施の形態では、第2のランド42の外周面42a第1乃至第3の凹部421~423が周方向に沿って並んで形成されているので、スプール4がスリーブ3に対して回っても、第1乃至第3の凹部421~423の何れかが供給通路51とは反対側に位置し、当該凹部によってスプール4の偏心を抑制する力を発生させることができる。
(第1の実施の形態の変形例)
上記第1の実施の形態では、第1乃至第3の凹部421~423を周方向等間隔に形成した場合について説明したが、凹部の数は複数であればよく、例えば二つあるいは四つ以上であってもよい。また、上記第1の実施の形態では、スプール4がスリーブ3に対して回り止めされていない場合について説明したが、スプール4をスリーブ3に対して回り止めしてもよい。この場合、供給通路51とは反対側にあたる位置に開口しかつ供給通路51に対向しない位置に一つの凹部が形成されていれば、上記と同様の作用及び効果を奏することができる。より具体的には、第1の実施の形態において図3(a)及び(b)に示す位置でスプール4をスリーブ3に対して回り止めすると共に、第2の凹部422及び第3の凹部423を省略してもよい。
また、上記第1の実施の形態では、供給ポート31とフィードバックポート33との間における第1孔部301の内周面301aに向かい合う部分に第1乃至第3の凹部421~423を形成した場合について説明したが、これに限らず、供給ポート31と出力ポート32との間における第1孔部301の内周面301aに向かい合う部分に、第1乃至第3の凹部421~423に相当する複数の凹部を形成してもよい。すなわち、スプール4の偏心により、さらなる偏心を抑制する力を発生させるための凹部は、供給ポート31と、供給ポート31に隣り合う他のポートとの間における弁孔30の内周面に向かい合う位置に形成されていればよい。
またさらに、第1のランド41や第3のランド43に、スプール4の偏心を抑制する力を発生させるための凹部を形成してもよい。この場合、スプール4が弁孔30の中心軸線Cに対して傾くことを抑えるため、第1のランド41及び第3のランド43の双方に当該凹部を設けることが望ましい。
[第2の実施の形態]
次に、図4を参照して、本発明の第2の実施の形態について説明する。図4(a)は、第2の実施の形態に係るスプール4を示す外観図である。図4(b)は、図4(a)のB-B線断面図であり、図4(c)は、図4(a)のC-C線断面図である。
第2の実施の形態は、スプール4における第2のランド42の形状が第1の実施の形態と異なり、その他は第1の実施の形態と同様であるので、この違いの部分について重点的に説明する。また、図4において、第1の実施の形態と共通する部分については、図2等に付したものと同一の符号を付して重複した説明を省略する。
第2の実施の形態に係るスプール4は、第1の実施の形態と同様に第1乃至第3の凹部421~423を有しているが、スプール4の軸方向に沿った第1乃至第3の凹部421~423の幅が第1の実施の形態よりも狭い。また、第2の実施の形態に係るスプール4は、第1乃至第3の凹部421~423に加えて、第4乃至第6の凹部424~426を有している。すなわち、第2の実施の形態では、第1乃至第6の凹部421~426が、軸方向に沿って並列する第1列401(図4(b)に示す)及び第2列402(図4(c)に示す)のそれぞれにおいて周方向に沿って並んで形成されている。
第2列402を構成する第4乃至第6の凹部424~426は、第1列401を構成する第1乃至第3の凹部421~423と同様に、それぞれ区画壁420によって区画されている。また、第1列401における複数の区画壁420と第2列402における複数の区画壁420とは、周方向の位置が同じ位置にならないように、換言すれば軸方向に並ばないように、それぞれ形成されている。
この第2の実施の形態に係るスプール4によれば、供給通路51と反対側にあたる位置に第1列401の区画壁420が来る場合であっても、第2列402の区画壁420が第1列401の区画壁420と軸方向に並ばないので、スプール4が偏心したとき、第2列402における第4乃至第6の凹部424~426の何れかの作動油の圧力が増大してさらなるスプール4の偏心が抑制される。なお、供給通路51と反対側にあたる位置に第2列401の区画壁420が来る場合についても同様である。これにより、スプール4の偏心を抑制する効果をより確実に奏することができる。
[第3の実施の形態]
次に、図5を参照して、本発明の第3の実施について説明する。第1及び第2の実施の形態では、スプール4に複数の凹部を形成する場合について説明したが、第3の実施の形態では、スリーブ3に凹部300が形成されており、この凹部300によってスリーブ3に対するスプール4の偏心が抑制される。図5において、第1の実施の形態と共通する部分については、図2等に付したものと同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図5(a)は、第3の実施の形態に係るスリーブ3、スプール4、及びバルブボディ5のそれぞれの一部を示す断面図である。図5(b)及び(c)は、図5(a)のD-D線におけるスリーブ3、スプール4、及びバルブボディ5の断面図であり、図5(b)はスリーブ3とスプール4とが同心上にある状態を、図5(c)はスプール4がスリーブ3に対して偏心した状態を、それぞれ示している。なお、図5(b)及び(c)では、説明の明確化のため、スリーブ3の内径とスプール4の第2のランド42の外径との差を誇張して図示している。
本実施の形態では、供給ポート31に供給される作動油の圧力によってスプール4が供給通路51から離れる方向に偏心したとき、凹部300の作動油の圧力が増大し、さらなるスプール4の偏心が抑制される。凹部300は、供給通路51とは反対側にあたる周方向位置におけるスリーブ3の第1孔部301の内周面301aに、中心軸線Cに対して垂直な径方向に窪んで形成されている。
なお、本実施の形態では、一例として、凹部300を供給ポート31とフィードバックポー33との間の弁孔30の第1孔部301の内周面301aに形成した場合について説明したが、同様の凹部を、例えば供給ポート31と出力ポート32との間における弁孔30の内周面など、他の部位に設けてもよい。
この第3の実施の形態によっても、第1の実施の形態と同様、スプール4を円滑に移動させることができ、スプール4のスティックスリップ現象の発生が抑えられる。そして、電磁コイル23の励磁電流に対する出力ポート32からの出力油圧の応答性や安定性を高めることができる。
(付記)
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、この実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で、一部の構成を省略し、あるいは構成を追加もしくは置換して、適宜変形して実施することが可能である。また、第1乃至第3の実施の形態ならびにその変形例を適宜組み合わせて実施してもよい。
1…電磁弁 2…電磁ソレノイド
3…スリーブ 30…弁孔
300…凹部 301a,302a…内周面
31…供給ポート 32…出力ポート
33…フィードバックポート 34…ドレンポート
4…スプール 41~43…第1乃至第3のランド
41a,42a,43a…外周面 421~423…第1乃至第3の凹部
424~426…第4乃至第6の凹部 401…第1列
402…第2列

Claims (3)

  1. 中心部に弁孔が設けられ、内外周面間を貫通する複数のポートが前記弁孔の中心軸方向に並んで形成された筒状のスリーブと、
    前記弁孔の内周面に対向する外周面を有する複数のランドが軸方向に並んで形成されると共に、前記弁孔内を摺動可能に配置され、前記摺動することで前記複数のランドによって前記複数のポート間の連通を制御するスプールと、
    前記スプールを前記弁孔内で前記中心軸方向に移動させる電磁ソレノイドを備え、
    前記複数のポートは、作動油が供給される供給ポートを含み、
    前記複数のランドのうち少なくとも一つのランドの外周面に、当該外周面から前記中心軸方向に対して垂直な方向に窪む複数の凹部が周方向に並んで形成され、前記複数の凹部が区画部によって区画されて相互に連通しておらず、
    前記供給ポートに供給される作動油の圧力によって前記スプールが前記スリーブに対して偏心したとき、前記複数の凹部のうち前記偏心の方向にあたる少なくとも一つの凹部に貯溜された作動油の圧力が増大する、
    電磁弁。
  2. 前記少なくとも一つのランドは、前記複数のポートのうち前記供給ポートと他のポートとの間の連通を遮断可能である、
    請求項に記載の電磁弁。
  3. 前記複数の凹部は、軸方向に沿って並列する第1列及び第2列のそれぞれにおいて周方向に沿って並んで形成されており、
    前記第1列の複数の凹部を区画する区画部と、前記第2列の複数の凹部を区画する区画部とが、軸方向に並ばないように形成されている、
    請求項又はに記載の電磁弁。
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