JPH04231782A - 電気機械式装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ソレノイドのアーマチ
ュアの移動位置の幅広い範囲に亙ってほぼ一定の出力及
びほぼ直線の出力と電流との関係を達成するソレノイド
に関する。更に詳細には、本発明は、アーマチュアとソ
レノイドコアとの間の初期の半径方向作動空隙を最小に
しかつ補助の平坦な作動空隙を与えるアーマチュア形状
を有する可変力ソレノイド液圧制御弁組立体に関する。 作動空隙を横切って発生される力及び液圧によって発生
される力は、制御された圧力出力を発生するために与え
られた入力電流に対して種々のアーマチュア位置におい
てソレノイド戻しばねと釣り合わせ、同時にソレノイド
形状の寸法を最小にする。

【０００２】

【従来の技術】可変力ソレノイドは、ソレノイドのアー
マチュアの移動量すなわちストロークに関係なく、与え
られた入力電流において一定の出力が要求される幾つか
の用途に有用である。このようなソレノイドに対する共
通の用途は自動車の伝動装置内においてであり、そこに
おいてソレノイドは液圧クラッチパックを動作させ或い
は解除するために流量制御弁と組合わされる。アーマチ
ュアのストローク全体に亙って設定された入力電流に対
して、与えらかつ制御された液圧出力に関係してほぼ一
定の出力を発生するようにソレノイドをつくることによ
って、アーマチュアの位置（同様にアーマチュアに作動
的に接続された制御弁の位置）は液圧で作動される装置
の動作を調節するために使用される。

【０００３】力の合力はソレノイドの機能を達成するた
めに釣り合わされる。第１の力は弾性戻しばねによって
アーマチュアに加えられる力によって画定される。第１
の力すなわちばね力は戻しばねのばね率及びアーマチュ
アの移動量によって決定される。第２の力はアーマチュ
アに作動的に接続された制御弁の表面に作用する液圧に
よって画定される。第３の力はソレノイドに電流を流す
ことによって得られる電磁気力によって画定される。戻
しばねのばね定数を適切に調整することによって、制御
弁を可変オリフィスとして動作させるように制御弁の表
面の有効面積、得られる電磁気力の範囲、与えられた入
力電流は第１、第２及び第３の力を釣り合わすために使
用される。このようなオリフィスは出力圧力を調節する
のに有用である。

【０００４】そのような液圧制御システムを動作させる
のに必要な第３の力すなわち電磁気力は、導体巻線の数
に、流された電流及び磁束回路の構造に依存する。磁束
回路の構造は幾つかのファクタに依存し、その一つは磁
束通路に存在するエアギャップの透過性である。過去の
ソレノイドの形状において、自動車の限られたスペース
内でソレノイドの全体の大きさを大きくできないことに
より、有効なエアギャップはアーマチュアと極片との間
の非常に密な公差に制限された。このようなソレノイド
の形状の例はレイバー（Ｌｅｉｂｅｒ）その他への米国
特許第４，５７９，１４５号に示される。比較的高いコ
スト及び非常に密なギャップの公差による低い信頼性の
代わりに公差を大きく取ると、ソレノイドの全体の大き
さが大きくなる。従って、小さく、経済的に作れるユニ
ットで有用な出力を発生できるソレノイドが要求される
。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、有用
な出力を発生するソレノイドを提供することである。本
発明の他の目的は、ソレノイドの有用性を広げるように
ソレノイドの大きさを明らかに増加することなく最大の
可能なソレノイド出力を得るように試みることである。 本発明の更に他の目的は、磁束エアギャップ面積を増加
することによってソレノイドの磁束回路の透過性を増加
することであり、そこにおいて、磁束強度はギャップの
間隔に逆比例しかつギャップの面積に比例する。

【０００６】本発明の更に別の目的は、初期のアーマチ
ュア位置の関係なくソレノイド入力電流と制御弁出力圧
力との間でほぼ直線の関係に従って動作する液圧制御弁
に使用するためのソレノイドを提供することである。本
発明の更に別の目的は、液圧制御弁の入力圧力に関係な
くソレノイド入力電流と制御弁出力圧力との間でほぼ直
線の関係に従って動作する液圧制御弁に使用するための
ソレノイドを提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願の一つの発明の電気
機械式装置は、ハウジングと、前記ハウジング内に配置
されかつ電気巻線を含む磁気コイルと、前記ハウジング
内の前記コイル内に配置された軸方向長さを有しかつ前
記コイルの前記電気巻線を越えて伸びている第１の端部
を有する極片と、前記ハウジング内に配置されかつ中央
部分、中間部分及び外側部分を有する磁気アーマチュア
と、前記極片内に配置されたシート部材と、前記シート
部材と前記アーマチュアの中央部分との間に配置されて
いて、前記アーマチュアと前記シート部材から離す方向
に偏倚するようになっているばね装置とを備え、前記外
側部分が前記中間部分を介して前記中央部分と接続され
、前記外側部分が軸方向長さを有しかつ前記極片の前記
第１の端部の半径方向外側に配置されて前記外側部分と
前記極片との間で第１の半径方向に可変の作動エアギャ
ップを限定し、前記中間部分がほぼ円形の平面を限定し
、前記中間部分が軸方向に可変の作動エアギャップを限
定するように前記極片の前記第１の端部から軸方向に移
動可能であり、前記外側部分は第２の半径方向の作動エ
アギャップを限定するように前記ハウジングの半径方向
内側に配置されかつそれから隔てられた外周面を有し、
前記ハウジング、アーマチュア及び極片は、前記磁気コ
イルを附勢すると前記アーマチュアを前記極片の前記第
１の端部に向けて移動させるように磁束回路を形成し、
前記アーマチュアの移動中の前記アーマチュアの外側部
分の軸方向移動は磁束通路内の前記外側部分の軸方向長
さの部分を変えかつそれによって前記第１の半径方向の
可変の作動エアギャップの軸方向長さを変えるように構
成されている。本願の他の発明の電気機械式装置は、ハ
ウジングと、前記ハウジング内に配置されかつ電気巻線
を含む磁気コイルと、前記ハウジング内の前記コイル内
に配置された軸方向長さを有しかつ前記コイルの前記電
気巻線を越えて伸びている第１の端部を有する極片と、
前記ハウジング内に配置されかつ中央部分、中間部分及
び外側部分を有する磁気アーマチュアと、前記極片内に
配置されたシート部材と、前記シート部材と前記アーマ
チュアの中央部分との間に配置されていて、前記アーマ
チュアを前記シート部材から離す方向に偏倚するように
なっているばね装置と、前記アーマチュアに作動的に接
続された弁装置であって、流体入口、流体出口、及び前
記流体入口と流体出口との間で選択的に流体の流れを許
容するように前記流体入口及び流体出口と作動的に連通
している流体導管を有する弁装置とを備え、前記外側部
分が前記中間部分を介して前記中央部分と接続され、前
記外側部分が軸方向長さを有しかつ前記極片の前記第１
の端部の半径方向外側に配置されて前記外側部分と前記
極片との間で第１の半径方向に可変の作動エアギャップ
を限定し、前記中間部分がほぼ円形の平面を限定し、前
記中間部分が軸方向に可変の作動エアギャップを限定す
るように前記極片の前記第１の端部から軸方向に移動可
能であり、前記外側部分は第２の半径方向の作動エアギ
ャップを限定するように前記ハウジングの半径方向内側
に配置されかつそれから隔てられた外周面を有し、前記
ハウジング、アーマチュア及び極片は、前記磁気コイル
を附勢すると前記アーマチュアを前記極片の前記第１の
端部に向けて移動させるように磁束回路を形成し、前記
アーマチュアの移動中の前記アーマチュアの外側部分の
軸方向移動は磁束通路内の前記外側部分の軸方向長さの
部分を変えかつそれによって前記第１の半径方向の可変
の作動エアギャップの軸方向長さを変え、前記アーマチ
ュアの移動が前記流体入口から流体出口への前記流体の
流れを許容するのに効果があるように構成されている。

【０００８】

【作用】本発明は液圧制御弁に使用するための電気的に
動作されるソレノイドを備えている。本発明はソレノイ
ド入力電流の関数として主に所定の出力圧力を発生する
ことが可能な制御弁を提供する。制御弁に与えられる入
力圧力は、入力圧力の大きさ又は変化に関係なく所望の
最大の制御された出力圧力を与えるように、調節される
。したがって、入力圧力が所望の最大の制御された出力
圧力を超えるところでは、過剰の入力圧力はソレノイド
のアーマチュアに作動的に接続された制御弁の移動によ
って低圧液圧戻し回路に選択的に逃がされる。

【０００９】低い接続された出力圧力が望まれるとき、
ソレノイドはソレノイドのアーマチュアを含む磁束回路
をソレノイド内につくるように入力電流が供給される。 磁束回路は、低圧液圧戻し回路に逃がされる圧力を増加
しかつ制御された出力圧力を減少するように、アーマチ
ュアを移動しかつ制御弁を更に移動する。

【００１０】ソレノイドは、極片に関するアーマチュア
の移動に関係なくソレノイドの入力電流とのほぼ直線の
関係にのみ依存する選択可能な出力を与える増強された
アーマチュア及び極片の形状を、提供する。エアギャッ
プの表面積を増加することによってかつエアギャップの
透過性を増加することによって、増強された形状は比較
的小さな物理的寸法のソレノイドから得られる出力を有
効に増加する。その結果としての改良された電流対出力
特性により本発明のソレノイドが液圧制御弁に使用でき
る。

【００１１】このように、ソレノイド入力電流の通電開
始時に入力液圧によって決定されるような、制御弁及び
アーマチュアの組み合わせの初期の移動に関係なく、予
測可能なかつ反復可能な制御された出力圧力が小さな、
比較的安価なユニットで得られる。

【００１２】

【実施例】図面は正確な寸法ではなく、実施例のある面
は図式記号、概略表示及び断面図で示されることを理解
すべきである。更に、「上」、「下」、「上方」、「下
方」、「垂直」、「水平」、「左」、「右」等のような
用語による構成要素の物理的関係に言及するとき、図に
示された方向のみに関係し、実際の実施例又はその説明
は異なる。用語「通路」は管状の通路に限定される必要
はなく、連通間隙、チャンバ等を包含してもよい。

【００１３】特例の実施例の描写する他の平面図及び断
面図を含む多くの機構上の詳細は省略され、そのような
詳細はそれ自体本発明の部分ではなくかつこの開示に鑑
み当業者がよく理解していると考えられる。単純化した
表示はより読み易く、有益でありかつ当業者に容易に理
解し易い。本発明は示された実施例に限定されるべきで
はない。

【００１４】図において、図面全体を通して同じ参照は
同じ特徴の要素を示している。図１は、好ましくは鉄の
ような磁束を通す材料で作られたハウジング１２内に配
置されたソレノイド１０の一つの実施例を示す。ハウジ
ング１２の中心軸線に沿って極片１４が配置され、その
極片は好ましくは磁束を通す。環状の空洞１６内には電
気巻線すなわち導体コイル１８がハウジング１２と極片
１４との間の中間の半径方向位置に配置されている。好
ましくは銅で作られた導体コイル１８は、周知の方法で
電源（図示せず）に接続される。電流が流されたときコ
イル１８は磁界を誘発し、ハウジング１２、極片１４及
びアーマチュアの少なくとも一部によっておおよそ限定
されるフラックスすなわち磁束の線に沿った周知の円形
の通路内で流す。極片１４はアーマチュア２０に向かっ
てコイル１８を超えて伸びかつフランジ２２が設けられ
ている。フランジ面２３はアーマチュア２０に最も近い
面上でフランジに形成されている。フランジ２２はコイ
ル１８を固定する作用を行い、後述するように極片１４
の磁気的動作面を形成するように作用する。

【００１５】極片１４の軸線を通して円筒状空洞２４が
伸び、その空洞はソレノイド１０の外部から押しねじ２
６に接近できるようにしている。円筒状の空洞２４は、
好ましくは、ねじ付き円筒状チャンネルを形成するよう
にねじ切りされている。押しねじ２６は空洞２４に合う
ねじが形成されかつトルクを加える手段が前以て形成さ
れていて、押しねじ２６を空洞２４で回転すると円筒状
の空洞２４内で押しねじ２６がその長手方向に移動する
。戻しばね３０と押しねじ２６との間に配置されたソレ
ノイドのばねシート２８は、ほぼ直線のソレノイド出力
と入力電流との関係の傾斜を変えるようにソレノイド１
０の中心軸線に沿って配置される。

【００１６】好ましくは非磁性材料で作られたソレノイ
ドばねシート２８は所定の位置に保持されかつアーマチ
ュア２０と作動接触した戻しばね３０によって加えられ
る圧縮力によってばね押しねじ２６に向かって偏倚され
る。ばねシート２８は、戻しばね３０が半径方向に移動
するのをまた不整合になるのを抑制するように、保持縁
３２が設けられている。ばね３０は取付け時に最初に圧
縮されかつその後も圧縮された状態を保つ。しかしなが
ら、初期の戻しばね３０の圧縮は上述のように押しねじ
２６によって調節される。アーマチュア２０に形成され
たアーマチュアの凹所３４がばねシート２８と反対側に
ありかつ戻しばね３０と作動的に接触している。凹所３
４は円筒状空洞３８及び円筒状支持面３６を限定し、そ
れを通して戻しばね３０はその戻しばねの圧縮に比例し
てアーマチュア２０に力を加える。円筒状空洞３８の直
径は、戻しばね３０の半径方向運動及び不整合を阻止し
かつアーマチュア２０が物理的干渉なくばねシート２８
の保持リップ３２に接近できるようにその戻しばね３０
を十分収容できる。

【００１７】アーマチュア２０は円形の面４０が設けら
れ、その面は極片１４のフランジ２２のフランジ面２３
と反対に距離ＦＦで配置されている。外面４１は面４０
と反対に配置されている。円形の面４０の外周は環状の
リング４２を限定する。環状のリング４２の内周面はア
ーマチュアの半径方向作動ギャップ面４４を限定してい
る。協働する半径方向の極片の作動ギャップ面４８は、
全体の作動ギャップが好ましくはほぼ０．３８ｍｍ（０
．０１５インチ）であるように、フランジ２２の外面に
作動的に配置されている。リング４２の外周面によって
限定されるアーマチュアの戻しギャップ面４６は、戻し
ギャップＲＲを形成するようにハウジング１２の内周面
によって限定された往復動作可能なハウジングの戻しギ
ャップ面５０と協働する。戻しギャップＲＲは好ましく
は約０．３８ｍｍ（０．０１５インチ）である。

【００１８】アーマチュア２０はダイヤフラムばね５３
を介して軸方向位置に保持され、そのダイヤフラムばね
は弁連結ピン５２及びねじ付きリテーナによってアーマ
チュア２０に取り付けられている。弁連結ピン５２はア
ーマチュア２０に設けられたねじ付きオリフィス５６と
ねじ係合している。オリフィス５６はアーマチュア２０
の平面６０を通して円形の支持面３６まで伸びている。 平面すなわち平らな基部６０はねじ切りされたリテーナ
５４及び弁連結ピン５２によってダイヤフラムばね５３
に対して位置決めされかつ保持されている。ダイヤフラ
ムばね５３は、その外周がハウジング１２の内周面５０
に形成されたリブ６２に対して係合するように半径方向
外側に伸びている。このように、ダイヤフラムばね５３
の外周の軸方向移動は阻止される。

【００１９】本発明のソレノイドは図２に示されるよう
に、流量制御弁に取り付けられる。制御弁組立体７０は
ソレノイド１０と二つのハウジング部材７９及び８９内
に配置された弁組立体７２を備えている。制御弁組立体
７０は一つの流体入口と二つの流体出口とを備えている
。流体入口ポート７８はゲージ圧で約４．２２ｋｇ／ｃ
ｍ２（６０ｐｓｉｇ）より低くないシステム液圧流体が
供給される。流体はこのようにして制御弁組立体１０内
に入りかつ制限オリフィス９４（好ましくは０．７６ｍ
ｍ（０．０３インチ）の大きさ）及び入口オリフィス７
３を介して第１の制御チャンバ８０内に流れる。制御さ
れた流体出口ポート９０は第２の制御チャンバ８８及び
制御された流体出口オリフィス８５を介して第１の制御
チャンバ８０と連通している。バイパス圧力出口９２は
バイパスオリフィス９６を介してバイパスチャンバ９４
と連通している。制御チャンバ８０及び８８並びにバイ
パスチャンバ９４は弁組立体７２と選択的に連通する。

【００２０】弁組立体７２は、更に、弁シート９５内に
配置された制御オリフィス７６を介して流体を選択的に
流すように配置されたポペット弁７４を備えている。ポ
ペット弁７４は接続部材６６を備え、その接続部材は前
述の弁連結ピン５２にねじ接続されているねじ切りされ
た円筒状の空洞７５が設けられている。弁組立体７２は
更に伝達ピン７７及び圧力応答面部材８２を備え、それ
らはポペット弁７４の反対端に固定されている。面部材
８２は平面９３と小さな反対側の環状面８７とが設けら
れている。伝達ピン７７のねじ付き端とねじ係合してい
るテーパ付きの円筒状の空洞８６が設けられている。

【００２１】弁組立体２７はダイヤフラムばね８３を介
して軸方向位置に保持され、そのダイヤフラムばねは伝
達ピン７７と面部材８２との間で弁組立体に固定されて
いる。ダイヤフラムばね８３は、外周が制御弁組立体７
０の二つの部材７９と８９との間の境界面において受け
られるように、半径方向外側に伸びている。このように
ダイヤフラムばね８３の外周軸方向運動は阻止される。 ダイヤフラムばね８３は、更に、第１制御チャンバ８０
と第２制御チャンバ８８との間に一定の流体の連通を与
えるように、ダイヤフラムばねの中心と周辺との中間に
穴が設けられている。

【００２２】前述のように、ソレノイドアーマチュア２
０に作用する幾つかの力から得られる合成力は制御弁組
立体７０の動作を選択的に調整するために使用される。 制御弁組立体７０は基本的にバイパス弁として動作する
。少なくともゲージ圧で約４．２２ｋｇ／ｃｍ２（６０
ｐｓｉｇ）液圧流体の入力圧力は入口ポート７８に供給
される。制限オリフィス９４は大きな流量を減ずるよう
に作用するが、約０．７６ｍｍ（０．０３インチ）の好
ましい内径において、比較的流量の低い忠実な圧力信号
を第１の制御チャンバ８０及び第２の制御チャンバ８８
に通じるのに十分である。圧力応答面部材８２は入口圧
力にさらされる。面部材８２の平面９３が面部材８２の
環状面８７より大きいので、第１の制御チャンバ８０内
の圧力は戻しばね３０に抗して弁部材８２、伝達ピン７
７、ポペット弁７４接続部材６６、弁連結ピン５２及び
アーマチュア２０を偏倚する第２の力を発生する。

【００２３】しかしながら、戻しばね３０は圧縮された
とき、アーマチュアを最初の位置に戻そうとする第１の
力を発生する。入口圧力がゲージ圧で約４．２２ｋｇ／
ｃｍ２（６０ｐｓｉｇ）又はそれより低いとき、第２の
すなわち圧力の力は第１の力すなわちばね力より小さい
。このように、面部材８２、伝達ピン７７、ポペット弁
７４、接続部材６６、弁連結ピン５２及びアーマチュア
２０は第１の力の影響の下で制止している。このような
状況の下で、弁組立体は、第２の力がポペット弁７４を
弁シート９５から離すのに十分でないので、閉鎖された
ままである。第１の制御チャンバ８０及び第２の制御チ
ャンバ８８内への圧力信号は、制御された出口オリフィ
ス８５及び制御された出口ポート９０を介してのみ液圧
クラッチパックのような液圧作動装置に流される。

【００２４】もし入口圧力がゲージ圧で約４．２２ｋｇ
／ｃｍ２（６０ｐｓｉｇ）より大きいと、第２の力すな
わち圧力の力は第１の力すなわちばね力を超えるように
調節される。このように、面部材８２、伝達ピン７７、
ポペット弁７４、接続部材６６、弁連結ピン５２及びア
ーマチュア２０は第２の力により右に僅かに移動される
。弁組立体７２は第２の力がポペット弁７４を弁シート
９５から離すのに十分になると僅かに開く。第１の制御
チャンバ８０及び第２の制御チャンバ８８内への圧力信
号はバイパスチャンバ９４、バイパスオリフィス９６及
びバイパス出口ポート９２を介して低圧戻し回路に流れ
ることが許容され、同様に制御された出口オリフィス８
５及び制御された出口ポート９０を介して液圧作動装置
に流れることが許容される。比較的低い流れ抵抗がバイ
パス出口ポート９２を助けるので、ゲージ圧で約４．２
２ｋｇ／ｃｍ２（６０ｐｓｉｇ）のあつりょくは制御チ
ャンバ８０内の圧力が再びゲージ圧で約４．２２ｋｇ／
ｃｍ２（６０ｐｓｉｇ）に戻るまで弁組立体７２を介し
て逃がされる。したがって、調整された最大圧力は約４
．２２ｋｇ／ｃｍ２（６０ｐｓｉｇ）以上の入力圧力の
大きさに関係なく液圧作動装置に一貫して与えられる。

【００２５】第３の力すなわち電磁力はソレノイド１０
及びアーマチュア２０を通して流れる磁束から発生し、
かつ弁組立体７２を制御された出口圧力を最大の調整さ
れた圧力と最小のすなわち非常に低い圧力との間で選択
的に制御する可変オリフィスとして動作させる。制御さ
れた出力ポート９０によって供給され制御された出力圧
力が減少されたとき（例えば、液圧作動装置に供給され
た圧力を減少するために）、入力電流がコイル１８に流
される。制御された出力圧力の所望の減少に比例する入
力電流は、極片１４、ハウジング１２、アーマチュア２
０、作動ギャップＧＧ及び戻しギャップＲＲによって作
られる磁束通路に沿って固定した大きさの磁束密度を誘
発する。

【００２６】第３の力すなわち電磁力は一定で、アーマ
チュア２０は、第１の力を発生する戻しばね３０の圧縮
が増加しかつ第３の力に等しくなるまで、右に移動され
る。したがって、面部材８２、伝達ピン７７、ポペット
弁７４、接続部材６６、弁連結ピン５２はアーマチュア
２０と同様に右に移動される。この運動により弁組立体
７２は開きかつ流れはバイパスチャンバ９４、バイパス
オリフィス９６及びバイパス出口ポート９２を介して低
圧戻し回路に優先的に逃がされる。制御された出口オリ
フィス８５及び制御された出口ポート９０を通して液圧
作動装置への圧力信号は、このようにして非常に低い最
小値（例えばゲージ圧で約０．１４ないし０．２１ｋｇ
／ｃｍ２（２ないし３ｐｓｉｇ））に減少される。制御
チャンバ８０及び８８内の低い最小圧力は、入力電流が
ゼロに減少するとき戻しばね３０からヒステリシス効果
を表すことが発見された。このように、入力電流の追加
の増加又は減少はアーマチュア２０及び取り付けられた
弁組立体７２の位置を変え、制御された出力圧力を制御
する。

【００２７】前述のように、磁束は導体コイル１８に電
流を流すことによって発生される。アンペア・ターンで
表される結果として生じる電磁力は電流とコイル１８の
巻数の積である。電磁力はこのようにアーマチュア２０
を磁束回路の中心を形成している極片１４に向かってソ
レノイド１０の軸線に沿って引き付ける。

【００２８】単位面積に作用する磁束は磁束密度として
表される。ソレノイド１０の磁束回路の形状によって制
御される種々の磁気抵抗を通して作用する磁束密度は、
通常、好ましくは約０．３８ｍｍ（０．０１５インチ）
に保たれるエアギャップＧＧ及びＲＲの透過性によって
のみ制限される。磁束密度の大きさは入力電流、コイル
１８の巻数、ソレノイド１０の固定した強磁性の要素の
形状及びアーマチュアをソレノイド１０の構造体から隔
てているエアギャップＧＧ及びＲＲの透過性によって制
御される。

【００２９】アーマチュア２０が右に動かされると、有
効作動ギャップＧＧの表面積は増加する。容易に決定さ
れるように、有効作動ギャップＧＧの面積はアーマチュ
ア２０が右に移動すると直線的に増加する。対応して、
作動ギャップＧＧの透過性は増強されかつソレノイド１
０を通過する磁束は直線的に増加される。しかしながら
、磁束は大きな面積に亙って動作するので磁束密度は与
えられたあらゆる電流に対して一定である。したがって
、アーマチュア２０に作用する第３の力すなわち電磁力
は与えられたあらゆる入力電流に対して運動の全範囲に
亙って一定である。これは、弁組立体７２の圧力調整関
数に起因するアーマチュア２０の初期移動により好まし
い。弁組立体が過剰の圧力を制御チャンバ８０及び８８
の外に逃がすとき仮にアーマチュア２０が右に動かされ
ても第３の力は単に入力電流に依存する。第１及び第２
の力は既に釣り合いの相対状態にあるので、追加の第３
の力は、戻しばねを更に圧縮することによって発生され
る、追加の直線的に増加する第１の力すなわちばね力に
よってのみ反作用される。

【００３０】ソレノイドのエアギャップＧＧ及びＲＲは
、一般的に、アーマチュア２０を極片１４の外周の回り
に同心に配置することによってアーマチュアの全ストロ
ークに亙って密な公差（ｆｉｘｅｄ　　ｔｏｌｅｒａｎ
ｃｅ）に保たれている。作動ギャップの面積はアーマチ
ュア２０の内面及び極片１４の外面４８によって限定さ
れる。

【００３１】アーマチュア２０及び極片１４のほぼ円筒
状の形状に対し、作動ギャップＧＧの面積はその作動ギ
ャップＧＧの表面の比較的大きな半径方向位置により顕
著に増加される。それ故、作動ギャップＧＧの透過性も
大きなギャップ面積によって増大される。小さなギャッ
プの隔たり、多くのソレノイドの設計におけるエアギャ
ップの透過性を改良する方法は、典型的に非常に密な製
造公差（すなわち約０．１７８ｍｍ（０．００７インチ
））を必要とする。このような公差は装置のコストを増
加しかつ不整合又は不適当な公差に起因する接合になる
。

【００３２】したがって、本発明は作動ギャップＧＧが
作用する有効半径を増大することによって透過性を増大
するために、小さなエアギャップに対する要件を克服す
ることである。このように、作動ギャップＧＧは増加さ
れ、装置の外側の大きさを増大することなく、大きなギ
ャップの公差を許容して等しい力のプロフィル又は小さ
なギャップの隔たりを保ち均一な大きな力を達成する。

【００３３】作動エアギャップＧＧの表面積が増大する
と、磁束回路へのエアギャップＧＧの透過性は増大する
。作動ギャップＧＧは全体の磁束回路を調節するのに重
要になる。これが起こると、磁束回路の強磁性要素の磁
気領域は完全に整合されかつ磁束をそれ以上直線的に増
幅する能力を失う。これは飽和状態として知られている
。飽和状態が発生すると、作動ギャップＧＧはアーマチ
ュア２０に作用する第３の力すなわち電磁力にもはや影
響を及ぼさず、別の動作はその他の点で終わる。作動的
な磁束回路を保つために、半径方向作動エアギャップＧ
Ｇの表面積はアーマチュア２０の円形の面４０で補足さ
れて第２の作動ギャップＦＦを形成することが好ましい
。アーマチュア２０が極片１４の上に引かれると、円形
の面４０は極片２２の面２３にごく接近する。このよう
に、エアギャップＦＦは減少されかつその透過性は増大
される。また、磁束回路へのアーマチュア２０の追加の
強磁性材料は飽和状態によって失われた磁束回路材料に
置き換わりかつそれによって追加の有用な第３の力すな
わち電磁力を発生するソレノイド１０の能力を保つ。 もちろん、非常に短い範囲において、第３の力すなわち
電磁力は、作動ギャップＦＦが１／２減少されたら第３
の力すなわち電磁力が４倍に増加するように、ギャップ
の距離の二乗の関数となるように設計される。

【００３４】このソレノイドのアーマチュア２０の形状
の別の特徴は、直線の第３の力対ストローク曲線の傾斜
が作動ギャップＦＦの初期の長さを変えることによって
調整されることである。このように、降下する、一定の
又は上昇する第３の力対ストローク曲線は、第３の力の
どのような要件がソレノイド１０に必要とされても達成
される。

【００３５】円形の面４０及び面２３によって作られた
追加の作動エアギャップＦＦに対処するために、戻しエ
アギャップＲＲは環状のリング４２によって与えられる
ように比較的大きくなければならず、そのリング４２は
アーマチュア２０の円形の両面４０及び４１を超えて伸
びている。この面積の増加がなくして有用な牽引力を与
えない戻しエアギャップは作動ギャップ面積ＦＦの有効
性を敏速に制限する。

【００３６】図３において本発明の第２の実施例が示さ
れている。明らかなように、同じ構造及び特徴は同じ機
能及び限定を有する。ソレノイド２１０は好ましくは鉄
のような磁束を通す材料で作られたハウジング２１２内
に配置されている。ハウジング２１２の中心軸線に沿っ
て磁気を通す極片２１４が配置されている。ハウジング
２１２と極片２１４との間の中間の半径方向位置に配置
された環状の空洞２１６内には導体コイル２１８がある
。好ましくは銅で作られた導体コイル２１８は電気接点
２１５を介して電源２１９に接続されている。電流が流
されたとき、コイル２１８は磁界を誘発してハウジング
２１２、極片２１４、及びアーマチュア２２０の少なく
とも一部によっておおよそ限定される磁束の線に沿う公
知の円形通路内に流す。極片２１４はコイル２１８を超
えてアーマチュア２２０に向かって伸びかつフランジ２
２２が設けられている。フランジの面２２３がアーマチ
ュア２２０に最も接近した面でフランジ２２２に形成さ
れている。フランジ２２２はコイル２１８を固定するよ
うに作用し、かつ極片２１４の磁気的に動作可能な表面
を形成するように作用する。

【００３７】極片２１４の反対側のねじ付き端２１１は
、ソレノイド２１０を単一のユニットとして保持するよ
うに端部ディスク２１３に形成されたねじ付き穴２１７
内に伸びている。極片２１４のねじ付き端２１１は、穴
２１５内の極片２１４の回転により極片２１４が軸方向
に移動しかつソレノイド２１０内で面２２３が移動して
初期の作動ギャップＦＦを変えるように、トルクを加え
る手段が設けられる。

【００３８】極片２１４の軸線を通して円筒状空洞２２
４が伸び、その空洞は停止押さえねじ２２６及びシート
押しねじ２２１にソレノイド２１０の外部から接近でき
るようにしている。円筒状空洞２２４の一部はねじ付き
円筒状チャンネルを形成するように好ましくはねじが切
られている。停止押さえねじ２２６はシート押しねじ２
２１に形成された空洞２２５に合うねじが形成されかつ
好ましくはトルクを加える手段が設けられ、空洞２２５
内の停止押さえねじ２２６を回転すると停止押さえねじ
２２６がアーマチュアステム２２７の一端に向かって長
手方向に移動し、アーマチュアの運動を制限する。シー
ト押しねじ２２１は空洞２２４に合うねじが設けられか
つ好ましくはトルクを加える手段が設けられ、空洞内で
シート押しねじ２２１を回転するとシート押しねじ２２
１が円筒状空洞２２４内で長手方向に移動しかつ円筒状
空洞２２４内でばねシート２２８が長手方向に移動する
。ソレノイドのばねシート２２８はソレノイド２１０の
中心軸線に沿って選択的に位置決めされてソレノイドの
出力対入力電流の関係を変える。

【００３９】ソレノイドのばねシート２２８はアーマチ
ュアのステム２２７と作動接触しているソレノイドのば
ね２３０によって加えられる圧縮力に反作用する。ステ
ム２２７は複数の底摩擦案内２２９が設けられ、その摩
擦案内はステム２２７に沿った環状の稜すなわちリッジ
を形成しかつ空洞２２４の内径にほぼ等しい外径を有し
ている。ばね２３０は取り付け時に最初に圧縮されかつ
その後圧縮された状態に保たれる。しかしながら、初期
の戻しばね２３０の圧縮は上述のシート押しねじ２２１
によって調節される。

【００４０】アーマチュア２２０は円形の面２４０が設
けられ、その面２４０は極片２１４のフランジ２２２の
フランジ面２２３と反対に距離ＦＦで配置されている。 外面２４１は面２４０の反対に配置されている。円形の
面２４０の外周は環状のリング２４２によって限定され
ている。環状のリング２４２の内周面はアーマチュアの
半径方向の作動ギャップ表面２４４を限定している。協
働する極片の作動ギャップ表面２４８は、全体の作動ギ
ャップが好ましくは約０．３８ｍｍ（０．０１５インチ
）であるように、フランジ２２２の外面上に作動的に配
置されている。リング２４２の外周面によって限定され
たアーマチュアの戻しギャップ表面２４６はハウジング
２１２の内周面によって限定された往復動作可能なハウ
ジングの戻しギャップ表面２５０と協働して戻しギャッ
プＲＲを形成する。戻しギャップＲＲは好ましくは約０
．３８ｍｍ（０．０１５インチ）である。

【００４１】アーマチュア２２０はステム２２７に沿っ
て配置された底摩擦案内２２９を介して軸方向位置に保
持される。伝達ピン２７７がアーマチュア２２０に設け
られたテーパ付きオリフィス２５６とねじ係合している
。オリフィス２５６は円形のアーマチュア２２０の平面
２６０を通して円形の面２４０まで伸びる。

【００４２】図３に示された流量制御弁に適用されて、
制御弁組立体２７０はソレノイド２１０と、ハウジング
部材２７９内に配置された弁組立体２７２とを備えてい
る。制御弁組立体２７０はハウジング部材２７９に設け
られた一つの流体入口と二つの流体出口とを有している
。流体入口ポート２７８はゲージ圧で約６．３３ｋｇ／
ｃｍ２（９０ｐｓｉｇ）より低くないシステム液圧流体
が供給される。流体はこのように制御弁組立体２７０を
介して入りかつ制限オリフィス２９４を介して制御チャ
ンバ２８０内に流れる。一対の制御された流体出口オリ
フィス２９０（好ましくは内径が約５ｍｍ（０．１９７
インチ））がバイパスチャンバ２９４と連通している。 制御チャンバ２８０及びバイパスチャンバ２９４は弁組
立体２７２を経て選択的に連通される。

【００４３】弁組立体２７２は、更に、弁シート２９５
内に配置された制御オリフィス２７６を介して流体を選
択的に流すように配置されたポペット弁２７４を備えて
いる。ポペット弁２７４は伝達ピン２７７の一部を備え
ている。ポペット弁２７４は圧力応答表面２８２を形成
している。

【００４４】弁組立体２７２は、ハウジング２７９とア
ーマチュア２２０との間において弁ハウジング２７９に
固定された案内部材２８３によって軸方向位置に保持さ
れている。案内部材２８３は伝達ピン２７７を滑り可能
に受ける軸方向通路２８１が設けられている。

【００４５】第１の実施例で記載されているように、ソ
レノイドのアーマチュア２２０に作用する幾つかの力か
ら得られる合成力は制御弁組立体２７０の動作を選択的
に調節するために使用される。制御弁組立体２７０は、
より高い入力圧力においてであるが、バイパス弁として
動作する。ゲージ圧で約６．３３ｋｇ／ｃｍ２（９０ｐ
ｓｉｇ）の最小値における液圧流体の入力圧力は入口ポ
ート２７８に供給される。制限オリフィス２９４は大き
な流量を減少させるように作用するが、好ましくは約０
．７６ｍｍ（０．０３インチ）の内径において忠実な圧
力信号を制御チャンバ２８０内に比較的低い流量で通じ
るのに十分である。入口圧力はしたがってポペット弁２
７４の圧力応答表面２８２にさらされる。制御チャンバ
２８０内の圧力は表面２８２、ポペット弁２７４、伝達
ピン２７７、アーマチュア２２０を戻しばね２３０に抗
して偏倚する第２の力を発生しようとする。

【００４６】しかしながら、戻しばね２３０は圧縮され
たときアーマチュアを初期の位置に戻そうとする第１の
力を発生する。入口圧力が約６．３３ｋｇ／ｃｍ２（９
０ｐｓｉｇ）又はそれより低いとき、第２の力すなわち
圧力の力は第１の力すなわちばね力より小さい。したが
って、表面２８２、ポペット弁２７４、伝達ピン２７７
及びアーマチュア２２０は第１の力により静止状態を保
とうとする。このような状態の下で、弁組立体２７２は
、第２の力がポペット弁２７４を弁シート２９５から離
すのに不十分なので、閉じたままである。制御チャンバ
２８０内への圧力信号は制御された出口オリフィス２９
０を通してのみ液圧クラッチのような液圧作動装置に流
される。

【００４７】もし入口圧力がゲージ圧で約６．３３ｋｇ
／ｃｍ２（９０ｐｓｉｇ）より大きいと、第２の力すな
わち圧力の力は第１の力すなわちばね力を超過するよう
に調節される。したがって、表面２８２、ポペット弁２
７４、伝達ピン２７７及びアーマチュア２２０は第２の
力によって右に僅かに移動される。弁組立体２７２は、
第２の力がポペット弁２７４を弁シート２９５から離す
のに十分であるので僅かに開く。制御チャンバ２８０内
への圧力信号はバイパスチャンバ２９４及びバイパス圧
力出口２９２を介して低圧戻し回路に流れることができ
、同様に制御された出口オリフィス２９０を介して液圧
作動装置に流れることができる。比較的低い流れ抵抗が
バイパス圧力出口２９２を助けるので、ゲージ圧で約６
．３３ｋｇ／ｃｍ２（９０ｐｓｉｇ）以上の圧力は制御
チャンバ２８０内の圧力がえゲージ圧で約６．３３ｋｇ
／ｃｍ２（９０ｐｓｉｇ）に戻されるまで弁組立体２７
２を介して逃がされる。したがって、調節された最大圧
力はゲージ圧で約６．３３ｋｇ／ｃｍ２（９０ｐｓｉｇ
）以上の入力圧力の大きさに関係なく液圧作動装置に絶
えず供給される。

【００４８】第３の力すなわち電磁力はソレノイド２１
０及びアーマチュア２２０を通して流れる磁束から発生
し、かつ弁組立体２７２を、制御された出口圧力を最大
の調整された圧力と最小のすなわち非常に低い圧力との
間で選択的に制御する可変オリフィスとして動作させる
。制御された出力ポート２９０によって供給された制御
された出力圧力が減少されたとき（例えば、液圧作動装
置に供給された圧力を減少するために）、入力電流がコ
イル２１８に流される。制御された出力圧力の所望の減
少に比例する入力電流は、極片２１４、ハウジング２１
２、アーマチュア２２０、作動ギャップＧＧ及び戻しギ
ャップＲＲによって作られる磁束通路に沿って固定した
大きさの磁束密度を誘発する。

【００４９】第３の力すなわち電磁力は一定で、アーマ
チュア２２０は、第１の力を発生する戻しばね２３０の
圧縮が増加しかつ第３の力とあらゆる存在する第２の力
との合計に等しくなるまで、右に移動される。したがっ
て、表面２８２、伝達ピン２７７及びポペット弁２７４
はアーマチュア２２０と同様に右に移動される。この運
動により弁組立体２７２は開きかつ流れはバイパスチャ
ンバ２９４及びバイパス圧力出口２９２を介して低圧戻
し回路に優先的に逃がされる。制御された出口オリフィ
ス２９０を通して液圧作動装置への圧力信号は、このよ
うにして非常に低い最小値（例えばゲージ圧で約０．１
４ないし０．２１ｋｇ／ｃｍ２（２ないし３ｐｓｉｇ）
）に減少される。前のように、制御チャンバ２８０内の
低い最小圧力は、入力電流がゼロに減少するとき戻しば
ね２３０からヒステリシス効果を表すことが発見された
。このように、入力電流の追加の増加又は減少はアーマ
チュア２２０及び取り付けられた弁組立体２７２の位置
を変え、制御された出力圧力を制御する。

【００５０】ソレノイド２１０は前述のソレノイド１０
の機能上の特徴と同じ特徴を有するので、アーマチュア
の形状と対応するギャップの作用については繰り返し述
べない。したがって読者はソレノイド２１０を完全に理
解するために前述の説明を参照することを勧める。しか
しながら、半径方向作動ギャップＧＧを形成している環
状のリム２４２の軸方向長さを減少したことは特に注目
すべきである。作動ギャップＦＦの存在を有効に利用す
るために作動ギャップＧＧの面積は低い電流値で飽和を
もたらすように減少される。ソレノイド２１０の全体の
動作は変化されず、当業者はソレノイド２１０の全体の
調整の観点としてこの改良を認識する。

【００５１】

【発明の効果】本発明によるソレノイドはほぼ平らな第
３の力対ストローク曲線及び理にかなった直線の第３の
力対電流特性を有する。設計は流量制御弁に使用するた
めに理にかなった製造公差を使用しながら大きさ及びコ
ストを最小にするように最適にされている。前述の記載
及び説明は、本発明を上述の実施例に限定することなく
発明を明らかにするものである。ここに記載された発明
は本発明の範囲を外れることなく他の手段によっても実
施可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による改良したソレノイドのアーマチュ
ア及び極片の形状を示している可変力ソレノイドの長手
方向軸線に沿った断面図である。

【図２】液圧作動装置を動作するようになっている液圧
回路に使用するための液圧制御弁と組み合わせた本発明
の可変力ソレノイドの長手方向軸線に沿った第１の実施
例の断面図である。

【図３】液圧作動装置を動作するようになっている液圧
回路に使用するための液圧制御弁と組み合わせた本発明
の可変力ソレノイドの長手方向軸線に沿った第２の実施
例の断面図である。

【符号の説明】 １０　　ソレノイド　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　１２　　ハウジング １４　　極片　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　１８　　コイル２０　　アーマチュア　
　　　　　　　　　　　　　　　　　２４　　空洞２８
　　ばねシート　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　３０　　ばね３６　　支持面　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　３８　　空洞４６、４８
　　ギャップ面　　　　　　　　　　　　　　５２　　
弁連結ピン ５６　　オリフィス　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　７０　　制御弁組立体 ７２　　弁組立体　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　７４　　ポペット弁 ７５　　空洞　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　７８　　入口ポート ８０、８８　　制御チャンバ　　　　　　　　　　　　
９０　　出口ポート ２１０　　ソレノイド　　　　　　　　　　　　　　　
　　　２１２　　ハウジング ２１４　　極片　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　２１８　　コイル２２０　　アーマチュア
　　　　　　　　　　　　　　　　２２４　　空洞２２
８　　ばねシート　　　　　　　　　　　　　　　　　
　２３０　　ばね２４０　　面　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　２４４　　ギャップ表
面 ２７０　　制御弁組立体　　　　　　　　　　　　　　
　　２７４　　ポペット弁 ２７８　　入口ポート　　　　　　　　　　　　　　　
　　　２８０　　制御チャンバ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ハウジングと、前記ハウジング内に配
   置されかつ電気巻線を含む磁気コイルと、前記ハウジン
   グ内の前記コイル内に配置された軸方向長さを有しかつ
   前記コイルの前記電気巻線を越えて伸びている第１の端
   部を有する極片と、前記ハウジング内に配置されかつ中
   央部分、中間部分及び外側部分を有する磁気アーマチュ
   アと、前記極片内に配置されたシート部材と、前記シー
   ト部材と前記アーマチュアの中央部分との間に配置され
   ていて、前記アーマチュアと前記シート部材から離す方
   向に偏倚するようになっているばね装置とを備え、前記
   外側部分が前記中間部分を介して前記中央部分と接続さ
   れ、前記外側部分が軸方向長さを有しかつ前記極片の前
   記第１の端部の半径方向外側に配置されて前記外側部分
   と前記極片との間で第１の半径方向に可変の作動エアギ
   ャップを限定し、前記中間部分がほぼ円形の平面を限定
   し、前記中間部分が軸方向に可変の作動エアギャップを
   限定するように前記極片の前記第１の端部から軸方向に
   移動可能であり、前記外側部分は第２の半径方向の作動
   エアギャップを限定するように前記ハウジングの半径方
   向内側に配置されかつそれから隔てられた外周面を有し
   、前記ハウジング、アーマチュア及び極片は、前記磁気
   コイルを附勢すると前記アーマチュアを前記極片の前記
   第１の端部に向けて移動させるように磁束回路を形成し
   、前記アーマチュアの移動中の前記アーマチュアの外側
   部分の軸方向移動は磁束通路内の前記外側部分の軸方向
   長さの部分を変えかつそれによって前記第１の半径方向
   の可変の作動エアギャップの軸方向長さを変える電気機
   械式装置。
2. 【請求項２】　　前記アーマチュアが、前記ハウジング
   内での前記アーマチュアの半径方向移動を実質的に阻止
   するための中心決め装置を備え、前記中心決め装置が前
   記アーマチュアに作動的に取り付けられている請求項１
   に記載の電気機械式装置。
3. 【請求項３】　　前記中心決め装置が、前記アーマチュ
   アから半径方向に伸びかつ前記ハウジングに固定された
   ダイヤフラムばねを備える請求項２に記載の電気機械式
   装置。
4. 【請求項４】前記中心決め装置が、前記極片の中心内に
   配置されたアーマチュアステム部材を備えている請求項
   ２に記載の電気機械式装置。
5. 【請求項５】前記シート部材が前記電気巻線内の前記極
   片の前記軸方向長さ内に配置され、前記シート部材が前
   記極片内に螺合された軸方向に移動可能な部材である請
   求項１に記載の装置。
6. 【請求項６】前記極片の前記第１の端部が、前記アーマ
   チュアの外側部分に向かって半径方向に伸びているフラ
   ンジ部分を備えている請求項１に記載の電気機械式装置
   。
7. 【請求項７】前記フランジ部分が半径方向長さを限定し
   、前記アーマチュアの外側部分が半径方向幅を限定し、
   前記フランジの半径方向長さが前記アーマチュアの外側
   部分の半径方向幅よい実質的に大きい請求項６に記載の
   電気機械式装置。
8. 【請求項８】前記アーマチュアの外側部分が、前記アー
   マチュアの中間部分を越えて二つの方向に軸方向に伸び
   ている請求項６に記載の電気機械式装置。
9. 【請求項９】前記アーマチュアの中央部分が円筒状の凹
   所を限定し、前記円筒状の凹所が前記ばね装置を受ける
   ように形成されている請求項８に記載の電気機械式装置
   。
10. 【請求項１０】ハウジングと、前記ハウジング内に配置
    されかつ電気巻線を含む磁気コイルと、前記ハウジング
    内の前記コイル内に配置された軸方向長さを有しかつ前
    記コイルの前記電気巻線を越えて伸びている第１の端部
    を有する極片と、前記ハウジング内に配置されかつ中央
    部分、中間部分及び外側部分を有する磁気アーマチュア
    と、前記極片内に配置されたシート部材と、前記シート
    部材と前記アーマチュアの中央部分との間に配置されて
    いて、前記アーマチュアを前記シート部材から離す方向
    に偏倚するようになっているばね装置と、前記アーマチ
    ュアに作動的に接続された弁装置であって、流体入口、
    流体出口、及び前記流体入口と流体出口との間で選択的
    に流体の流れを許容するように前記流体入口及び流体出
    口と作動的に連通している流体導管を有する弁装置とを
    備え、前記外側部分が前記中間部分を介して前記中央部
    分と接続され、前記外側部分が軸方向長さを有しかつ前
    記極片の前記第１の端部の半径方向外側に配置されて前
    記外側部分と前記極片との間で第１の半径方向に可変の
    作動エアギャップを限定し、前記中間部分がほぼ円形の
    平面を限定し、前記中間部分が軸方向に可変の作動エア
    ギャップを限定するように前記極片の前記第１の端部か
    ら軸方向に移動可能であり、前記外側部分は第２の半径
    方向の作動エアギャップを限定するように前記ハウジン
    グの半径方向内側に配置されかつそれから隔てられた外
    周面を有し、前記ハウジング、アーマチュア及び極片は
    、前記磁気コイルを附勢すると前記アーマチュアを前記
    極片の前記第１の端部に向けて移動させるように磁束回
    路を形成し、前記アーマチュアの移動中の前記アーマチ
    ュアの外側部分の軸方向移動は磁束通路内の前記外側部
    分の軸方向長さの部分を変えかつそれによって前記第１
    の半径方向の可変の作動エアギャップの軸方向長さを変
    え、前記アーマチュアの移動が前記流体入口から流体出
    口への前記流体の流れを許容するのに効果がある電気機
    械式装置。