JPH11287348A - 比例電磁弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヒステリシスの悪化を最小限としつつ、全閉
状態又は全開状態に近付いた時点で発生する制御特性を
改善する。 【解決手段】 コア７にプランジャ１２の一端を収容す
る収容部１９を設ける。収容部１９が開口する凸部１７
の外形形状をテーパ状とし、かつそのテーパ角を、プラ
ンジャ１２がコア吸引平面に近接するに従いプランジャ
１２に及ぼす吸引力が小さくなる角度に設定する。プラ
ンジャ１２がコア７側の移動限界付近にあるときプラン
ジャ１２に生ずるコア７側への振幅力を小さくし、周期
的に値が微動する駆動電流をソレノイドに供給する場合
に、プランジャ１２と共に移動する弁体５が、弁座に対
し当接・離間を繰り返すことを抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば自動車用の
自動変速機のライン圧制御に用いられる比例電磁弁に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の比例電磁弁においては、
スプリングのばね力により開位置（又は閉位置）に付勢
された弁体（又はそれが一体化されたプランジャ）が、
ソレノイドに供給される駆動電流に比例して移動するこ
とにより流体の通過量または圧力を調整するものが一般
に用いられている。また、こうした比例電磁弁の使用に
際しては、ソレノイドに供給する駆動電流の値を高い周
波数で微動させることにより弁体を微振動させ、これに
より、弁体の動作時におけるフリクションを低減し制御
精度、応答性を向上させている。さらに、駆動電流の周
波数を低くすることによりヒステリシスを小さくしてい
る。

【０００３】一方、前述したような駆動電流の生成に
は、要求される弁開度に応じた大きさの指令電流に小さ
いパルス数の制御電流を重畳させる方式（以下、ディザ
方式と称す）と、ＰＷＭ方式とがある。ＰＷＭ方式は、
図１３に示すように、弁開度に応じた大きさの指令電流
値を、駆動電圧のパルス幅を変化させることにより、周
期的に微動させるものである。かかるＰＷＭ方式は、Ｃ
ＰＵから出力されるパルス波形を用いれば比較的簡単な
回路で駆動電流の生成が可能であり、比例電磁弁の制御
装置がディザ方式による場合に比べ安価となる利点があ
る。このため、近年ではＰＷＭ方式により駆動電流を行
う場合が多い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
比例電磁弁においては、前述したように微動する駆動電
流により弁体を駆動すると、前述したように弁体が微振
動するため、弁体が全閉位置に近接する状態下（図１２
のＰ領域）においては、弁座に一度当接した弁体がリバ
ウンドし弁座から離間した後、瞬時に弁座に再び当接す
ると言うように、弁座に対して当接・離間を繰り返すこ
ととなる。

【０００５】このため、ノーマルオープン型のものにあ
っては、全閉状態直前から全閉状態における油圧静特性
が、図１３（ａ）に示す線形特性とならず、同図（ｂ）
に示すような変曲特性となる。またノーマルクローズ型
のものにあっては、全開状態での残圧特性が変曲特性と
なる。従って、ヒステリシスが向上する反面、流体の制
御精度が低下するという問題があった。

【０００６】無論、かかる問題は、ソレノイドに通電す
る駆動電流の周波数を高くすれば回避できるが、その場
合には制御特性のヒステリシスが大きくなり、これによ
り制御精度が低下するという別の問題が生じるというも
のであった。

【０００７】本発明は、かかる従来の課題に鑑みてなさ
れたものであり、ヒステリシスの悪化を最小限としつ
つ、ヒステリシスの悪化を最小限としつつ、制御特性を
改善することができる比例電磁弁の提供を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
にソレノイドと、このソレノイドに供給される駆動電流
に比例し閉弁方向と開弁方向とに移動するプランジャ
と、前記ソレノイドの励磁に伴い前記プランジャを吸引
するコアとを備え、このコア吸引平面に、前記プランジ
ャが近接するに従い前記プランジャに及ぼす吸引力が小
さくなる形状を有したものとした。

【０００９】かかる構成においては、ソレノイドに供給
される駆動電流の値が周期的に微動し、プランジャが開
閉方向（移動方向）に微振動する場合においても、プラ
ンジャが全閉（又は全開）方向であるコア側の移動限界
付近にあるときには、プランジャに生ずるコア側への振
幅力が小さくなる。従って、プランジャ又はプランジャ
と共に移動する弁体は、開閉方向への微動を抑制され
る。

【００１０】これに加え、請求項２の発明にあっては、
前記コアに、前記プランジャの一端が収容される収容部
が開口する凸部が設けられ、この凸部の外形形状が前記
収容部の開口縁に近づくにつれ断面積が減少するテーパ
状で、かつそのテーパ角が、前記プランジャがコア吸引
面に近接するに従い前記プランジャに及ぼす吸引力が小
さくなる角度に設定されたものとした。かかる構成にお
いては、磁気受渡し部の形状が簡単であり、コアの成形
を容易に行い得る。

【００１１】また、請求項３の発明にあっては、ソレノ
イドと、このソレノイドに供給される駆動電流に比例し
閉弁方向と開弁方向とに移動するプランジャと、このプ
ランジャと磁気回路を構成するとともに、前記プランジ
ャの移動方向の一方側の端部を収容する収容部が開口す
る磁気受渡し部が設けられたコアとを備え、前記収容部
が、前記プランジャが移動方向の一端側へ移動するに従
い前記プランジャの摺動抵抗が増大する形状を有したも
のとした。

【００１２】かかる構成においては、磁気受渡し部の収
容部が、プランジャが移動方向の一端側へ移動するに従
いプランジャの摺動抵抗が増大する形状を有することか
ら、プランジャの動作位置が移動限界付近にあるとき、
つまり全閉（又は全開）状態に近付いた状態にあるとき
には、プランジャの摺動抵抗が大きい。

【００１３】このため、ソレノイドに供給される駆動電
流の値が周期的に微動し、プランジャが開閉方向（移動
方向）に微振動する場合においても、前記状態下におい
てプランジャに生ずる移動限界側への振幅力が小さくな
る。従って、プランジャ又はプランジャと共に移動する
弁体は、開閉方向への微動を抑制される。

【００１４】また、請求項４の発明にあっては、ソレノ
イドに供給される駆動電流に比例し閉弁方向と開弁方向
とに移動するプランジャを備えた比例電磁弁において、
前記ソレノイド及び前記プランジャと共に磁気回路を構
成する磁路構成部材に、前記磁気回路内の他の部分より
も磁束密度を増大させる磁束飽和部を設けたものとし
た。

【００１５】かかる構成においては、磁路構成部材に磁
束飽和部が存在することにより、ソレノイドに供給され
る駆動電流の値が一定値よりも高くなると、プランジャ
に働く吸引力が飽和状態となる。

【００１６】従って、プランジャの動作位置が移動限界
付近にあるとき、つまり全閉（又は全開）状態に近付く
に従い、プランジャに働く吸引力が飽和状態に近付くよ
うに磁束飽和部の寸法や形状を設定しておけば、ソレノ
イドに供給される駆動電流の値が周期的に微動し、プラ
ンジャが開閉方向（移動方向）に微振動する場合におい
ても、全閉（又は全開）状態に近付いた状態下において
プランジャに生ずる移動限界側への振幅力が小さくな
り、プランジャ又はプランジャと共に移動する弁体は、
開閉方向への微動を抑制される。

【００１７】これに加え、請求項５の発明にあっては、
前記磁束飽和部を、前記ソレノイド及び前記プランジャ
と共に磁気回路を構成する１つあるいは複数の磁路構成
部材に設けたものとした。かかる構成においては、前述
した磁束飽和部の設定を容易、かつ精密に行い得る。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
にしたがって説明する。図１は、本発明の第１の実施の
形態にかかる比例電磁弁１を示す断面図である。なお、
この比例電磁弁１は自動車の自動変速機のライン圧制御
に用いられるものである。

【００１９】比例電磁弁１は、ライン圧側に接続される
出力ポート２と、ドレンポート３が設けられたノズルブ
ロック４を有しており、ノズルブロック４内で弁体５が
弁座２ａに当接又は離間し出力ポート２を開閉すること
により、ライン圧を制御する。

【００２０】ノズルブロック４にはソレノイド６とコア
７とヨーク８とが、磁性材からなる筒状のカバー９によ
りカシメ固定されている。ヨーク８は、ソレノイド７に
内嵌する円筒部１０と、ソレノイド６の端部に押圧され
たヨーク側フランジ１１とを有している。プランジャ１
１は連結軸１３を介して前記弁体５に一体化されてい
る。

【００２１】連結軸１３は、コア７側およびヨーク８側
にそれぞれ設けられたベアリング１４ａ，１４ｂによっ
て支持されており、これによりプランジャ１１つまり弁
体５が小さな力で開閉方向へ移動できるようになってい
る。プランジャ１１の一端側の軸心部には孔１５が設け
られており、孔１５内に収容されるとともに連結軸１３
に遊挿されたコイルバネ１６によって、プランジャ１１
は常に開方向へ付勢されている。

【００２２】コア７は、ソレノイド６に内嵌する凸部１
７と、ソレノイド６の端部に押圧されたコア側フランジ
１８とを有しており、凸部１７には、プランジャ１１の
一端が収容された収容部１９が開口している。図２に示
すように、凸部１７の突出端部１７ａは、収容部１９の
開口縁１９ａに近づくに従い断面積が減少するテーパ状
であって、ソレノイド６と、コア７、プランジャ１１、
ヨーク８、カバー９が構成する磁気回路におけるコア７
とプランジャ１１との間の磁気受渡し部を構成してお
り、そのテーパ角θが３５度に設定されている。

【００２３】図３は、本実施の形態において、プランジ
ャ１１におけるコア７からの離間量（ストローク）と、
プランジャ１１に及ぶコア７の吸引力との関係を示す特
性図であって、図に示すように、プランジャ１１がコア
７から離間するに従いプランジャ１１に及ぶコア７の吸
引力が大きくなるようになっている。

【００２４】以上の構成にかかる本実施の形態において
は、ソレノイド６に従来技術で説明したような、電流値
が周期的に微動する駆動電流を供給して弁体５を駆動し
た場合、プランジャ１１が全閉方向であるコア７側の移
動限界付近、つまり弁体５が弁座２ａに近接する全閉付
近における位置にあるときには、プランジャ１１に生ず
るコア７側への振幅力が従来に比べて小さくなる。従っ
て、プランジャ１１に一体化された弁体５は、弁座２ａ
に対し当接・離間を繰り返すことを抑制される。

【００２５】このため、前述した駆動電流により比例電
磁弁１を制御する場合には、駆動電流の周波数を高くし
なくとも、全閉状態に近付いた時点で発生する制御特性
の変曲特性を改善することができる。よって、ヒステリ
シスの悪化を最小限としつつ、全閉状態に近付いた時点
で発生する制御特性の変曲特性を改善することが可能と
なる。

【００２６】また、弁体５が弁座２ａに対し当接・離間
を繰り返すことを抑制されることから、着座音が小さく
なり静粛性が向上する。同時に、使用期間に経過に伴う
弁体５と弁座２ａの摩耗度合が低下するため長期に亘り
安定した制御特性が得られる。

【００２７】なお、テーパ角θは、使用される駆動電流
値の値幅等にもよるが、約３０度〜４５度の範囲であれ
ば前述した効果が得られる。

【００２８】図４は、本発明の第２の実施の形態を示す
図２に対応した断面図である。すなわち本実施の形態に
おいては、図１に示した比例電磁弁１において、コア７
の凸部１７に設けられた収容部１９における開口側の内
径がプランジャ１１の外形寸法よりも大きな寸法に設定
されており、これにより収容部１９が、底部に近づくに
従い断面積が減少するテーパ孔となっている。

【００２９】かかる構成においては、プランジャ１１が
コア７に近接するに従いプランジャ１１の摺動抵抗が増
大する。これは、コア７底部にプランジャ１１が近接す
るに従いプランジャ１１の円筒部からコア７の内テーパ
部へ流れる磁束が増加することによりプランジャ１１の
横力が増大することによる（なお、横力＝軸受荷重で、
軸受荷重×軸受摩擦係数がフリクションとなる。）。従
って、本実施の形態においても、電流値が周期的に微動
する駆動電流をソレノイド６に供給して弁体５を駆動し
た場合、プランジャ１１が全閉方向であるコア７側の移
動限界付近、つまり弁体５が弁座２ａに近接する全閉付
近における位置にあるときには、プランジャ１１に生ず
るコア７側への振幅力が従来に比べて小さくなる。よっ
て、第１の実施の形態で説明したものと、同様の効果が
得られる。

【００３０】また、図５は、本発明の第３の実施の形態
を示す比例電磁弁３１の断面図である。以下、図１に示
したものと同一の部分には同一の符号を付し、異なる部
分についてのみ説明する。すなわち、この比例電磁弁３
１のプランジャ１１には、前述した孔１５とは別に、ヨ
ーク８の円筒部１０にほぼ重なる長さで円筒孔３２が設
けられている。

【００３１】この円筒孔３２は、前述した磁気構成回路
の他の部分よりも磁束を飽和させる磁束飽和部であり、
かかる円筒孔３２の寸法及び形状は、ソレノイド６に供
給される駆動電流の値が一定値よりも高くなると、プラ
ンジャ１１に働く吸引力が飽和状態となり、かつプラン
ジャ１１の動作位置が移動限界付近にあるとき、つまり
全閉状態に近付くに従い、プランジャ１１に働く吸引力
が飽和状態に近付くように予め設定されている。

【００３２】従って、本実施の形態において、図６の特
性図（ａ）、（ｂ）に示すように、高い電流域になるに
従って吸引力増加が小さくなる。このため、電流値が周
期的に微動する駆動電流をソレノイド６に供給して弁体
５を駆動した場合、プランジャ１１が全閉方向（高い電
流域）であるコア７側の移動限界付近、つまり弁体５が
弁座２ａに近接する全閉付近における位置にあるときに
は、プランジャ１１に生ずるコア７側への振幅力が従来
に比べて小さくなる。よって、前述した第１及び第２の
実施の形態で説明したものと同様の効果が得られる。

【００３３】また、本発明の磁束飽和部は前述した円筒
孔３２に限らず、他の部材に設けるようにしてもよい。
すなわち、図７〜図１１は本発明の第４〜第７の実施の
形態における比例電磁弁４１，５１，６１，７１，８１
を示す図であって、図７の比例電磁弁４１においては、
ヨーク８の円筒部１０の先端側の外周面に設けた環状溝
４２により本発明の磁束飽和部が構成されている。

【００３４】同様に図８の比例電磁弁５１においては円
筒部１０の基端側の外周面に設けた環状溝５２により、
図９の比例電磁弁６１においては、前記ヨーク側フラン
ジ１１の表面であって、円筒部１０の外周に対応する位
置に設けた環状溝６２により本発明の磁束飽和部が構成
されている。

【００３５】さらに、図１０の比例電磁弁７１において
はカバー９の外周に外周面に設けた環状溝７２により、
また図１１の比例電磁弁８１においては、コア側フラン
ジ１８のノズルブロック４に接する表面であって、コア
７の前記凸部１７の外周に対応する位置に設けた環状溝
６２により本発明の磁束飽和部が構成されている。

【００３６】かかる第４〜第７の実施の形態において
も、ソレノイド６に供給される駆動電流の値が一定値よ
りも高くなると、プランジャ１１に働く吸引力が飽和状
態となる。従って、駆動電流の値が、プランジャ１１を
全閉方向であるコア７側の移動限界付近、つまり弁体５
が弁座２ａに近接する全閉付近に移動させる値となった
とき、プランジャ１１に働く吸引力が飽和状態となるよ
うに、前述した環状溝４２，５２，６２，７２，８２の
溝幅や深さを設定しておくことによって、弁体５が弁座
２ａに近接する全閉付近における位置にあるときには、
プランジャ１１に生ずるコア７側への振幅力が従来に比
べて小さくなる。よって、前述した他の実施の形態で説
明したものと同様の効果が得られる。

【００３７】また、これにとどまらず、前述した環状溝
４２，５２，６２，７２，８２を同一の比例電磁弁に選
択的に複数設けるようにすれば、磁束飽和部の設定を容
易、かつ精密に行うことができる。よって、比例電磁弁
における設計の自由度が広がるとともに、制御特性をよ
り一層向上させることができる。

【００３８】さらには、前述した全ての実施の形態で説
明した技術を適宜組み合わせて同一の比例電磁弁に適用
するようにしてもよい。

【００３９】また、以上述べた各実施の形態において
は、従来から存在する比例電磁弁の構成部材の一部を変
更すればよく、大幅な設計変更が不要である。よって、
その製造に際しては従来部品の殆どが使用可能であるた
め、コスト増を招くことなく制御特性を向上させること
ができる。

【００４０】また、以上の実施の形態においては、主と
して本発明をノーマルオープン方式の比例電磁弁に適用
した場合を示したが、これに限らず、本発明をノーマル
クローズ方式の比例電磁弁に適用してもよい。その場合
においては、弁体が全閉付近に位置するときに生じる弁
体の開閉方向への微動を抑制することができる。よっ
て、制御における残圧を低減させることができ、閉弁側
での制御特性を改善することができる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように請求項１，３，４の
比例電磁弁においては、値が周期的に微動する駆動電流
がソレノイドに供給された場合においても、全閉（又は
全開）状態に近付いた状態にあるとき、プランジャ又は
プランジャと共に移動する弁体が開閉方向への微動を抑
制されるようにした。

【００４２】よって、前述した駆動電流により比例電磁
弁を制御する場合には、駆動電流の周波数を高くするこ
となく、ヒステリシスの悪化を最小限としつつ、制御特
性を改善することができる。

【００４３】特に、ノーマルオープン方式の比例電磁弁
にあっては、着座音が小さくなり静粛性が向上すると同
時に、使用期間に経過に伴う弁体と弁座との摩耗度合が
低下するため長期に亘り安定した制御特性が得られる。

【００４４】これに加え、請求項２の発明では、磁気受
渡し部の形状が簡単であり、コアの成形を容易に行い得
るようにした。よって、請求項１の比例電磁弁の低コス
ト化が可能となる。

【００４５】また、請求項５の発明にあっては、請求項
４の比例電磁弁において磁束飽和部の設定を容易、かつ
精密に行い得るようにした。よって、比例電磁弁におけ
る設計の自由度が広がるとともに、制御特性をより一層
向上させることができる。

【００４６】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示すの断面図であ
って、左半分が非通電時の状態、右半分が通電時の状態
を示す図である。

【図２】同実施の形態におけるコアの磁気受渡し部を示
す、図１のＡ部拡大図である。

【図３】同磁気受渡し部の外部テーパ角が３５度である
場合のプランジャに作用する吸引力とプランジャのスト
ロークとの関係を示す特性図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態を示す、図２に対応
する断面図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態を示す、図１に対応
する断面図である。

【図６】同実施の形態において、プランジャに作用する
吸引力と電流（ａ）およびプランジャのストローク
（ｂ）との関係を示す特性図である。

【図７】同第４の実施の形態を示す、図１に対応する断
面図である。

【図８】同第５の実施の形態を示す、図１に対応する断
面図である。

【図９】同第６の実施の形態を示す、図１に対応する断
面図である。

【図１０】同第７の実施の形態を示す、図１に対応する
断面図である。

【図１１】同第８の実施の形態を示す、図１に対応する
断面図である。

【図１２】従来技術におけるＰＷＭ方式の駆動電流、弁
の動作、出力圧の対応関係を示す図である。

【図１３】比例電磁弁の特性図であって、（ａ）は要求
される特性、（ｂ）従来技術における比例電磁弁の特性
を示す図である。

【符号の説明】

５ 弁体 ２ａ 弁座 ６ ソレノイド ７ コア ８ ヨーク ９ カバー １２ プランジャ １９ 収容部 １９ａ 開口縁 ３２ 円筒孔 ４２，５２，６２，７２，８２ 環状溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 雅仁 神奈川県座間市相武台２丁目215番地 ト ーソク株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ソレノイドと、このソレノイドに供給さ
   れる駆動電流に比例し閉弁方向と開弁方向とに移動する
   プランジャと、前記ソレノイドの励磁に伴い前記プラン
   ジャを吸引するコアとを備え、このコア吸引平面に、前
   記プランジャが近接するに従い前記プランジャに及ぼす
   吸引力が小さくなる形状を有したことを特徴とする比例
   電磁弁。
2. 【請求項２】 前記コアに、前記プランジャの一端が収
   容される収容部が開口する凸部が設けられ、この凸部の
   外形形状が前記収容部の開口縁に近づくにつれ断面積が
   減少するテーパ状で、かつそのテーパ角が、前記プラン
   ジャがコア吸引平面に近接するに従い前記プランジャに
   及ぼす吸引力が小さくなる角度に設定されたことを特徴
   とする請求項１記載の比例電磁弁。
3. 【請求項３】 ソレノイドと、このソレノイドに供給さ
   れる駆動電流に比例し閉弁方向と開弁方向とに移動する
   プランジャと、このプランジャと磁気回路を構成すると
   ともに、前記プランジャの移動方向の一方側の端部を収
   容する収容部が開口する磁気受渡し部が設けられたコア
   とを備え、前記収容部が、前記プランジャが移動方向の
   一端側へ移動するに従い前記プランジャの摺動抵抗が増
   大する形状を有したことを特徴とする比例電磁弁。
4. 【請求項４】 ソレノイドに供給される駆動電流に比例
   し閉弁方向と開弁方向とに移動するプランジャを備えた
   比例電磁弁において、前記ソレノイド及び前記プランジ
   ャと共に磁気回路を構成する磁路構成部材に、前記磁気
   回路内の他の部分よりも磁束密度を増大させる磁束飽和
   部を設けたことを特徴とする比例電磁弁。
5. 【請求項５】 前記磁束飽和部を、前記ソレノイド及び
   前記プランジャと共に磁気回路を構成する１つあるいは
   複数の磁路構成部材に設けたことを特徴とする請求項４
   記載の比例電磁弁。