JPH09269079A - 電磁弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プランジャにかかる油圧力をバランスさせて
高圧化、大流量化を可能にするとともに、微小粒子の蓄
積を防止し、応答性、耐久性に優れる電磁弁を提供す
る。 【解決手段】 供給ポート１１Ａ、出力ポート１１Ｂお
よびリターンポート１１Ｃを備える筒状ハウジング１１
内に、流路の切替えを行うプランジャ１３を配設し、こ
れを駆動するソレノイド部２を設ける。プランジャ１３
の上端面には供給ポート１１Ａからの供給圧による力が
かかっており、この力を打ち消すために、プランジャ１
３の下端面にバネ１５を介してバランスピストン１４を
対向配設する。バランスピストン１４下端面にオリフィ
ス１７Ａを介して供給圧を導入し、この力をバネ１５を
介してプランジャ１３に伝達して油圧バランスさせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は油圧制御を行うため
の電磁弁に関し、特にデューティ駆動されるデューティ
弁に適した電磁弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動変速装置等、自動車搭載装置の油圧
制御を行うためにデューティ制御電磁弁が使用されてい
る（「パワーデザイン」第２７巻 第３号 第２３頁〜
第２４頁、１９８９年発行）。かかる用途に使用される
従来の電磁弁の一例を図４に示すと、図中、筒状ハウジ
ング３内は上下２室に区画されており、下部室には底壁
に供給ポート３２が、側壁に出力ポート３３が形成され
ている。側壁にリターンポート３４を設けたハウジング
３の上部室内にはプランジャ３１が上下動自在に嵌装さ
れており、プランジャ３１先端のニードル弁３１Ａが、
上下室を区画する隔壁に設けた連通穴３５を貫通して下
部室内に配したボール３６に当接している。

【０００３】ハウジング３の上端には上端閉鎖の筒状ヨ
ーク４が覆着されており、その内部に配設されるコイル
４１によって、上記プランジャ３１が上下動されるよう
になしてある。上記プランジャ３１はその上端部に設け
た穴に保持されるバネ３７にて下方に付勢されており、
上記コイル４１に通電しない図の状態で、プランジャ３
１先端のニードル弁３１Ａがボール３６を押し下げて供
給ポート３２を閉鎖している。この時、出力ポート３３
とリターンポート３４が連通している。

【０００４】上記コイル４１に通電すると、上記プラン
ジャ３１がバネ３７のバネ力に抗して上方に移動し、供
給ポート３２と出力ポート３３が連通する。このよう
に、コイル４１への通電を制御することにより電磁力に
よってプランジャ３１とヨーク４の間に引力、斥力を発
生させてプランジャ３１を上下動し、出力される油圧を
所定値に制御している。

【０００５】ところで、上記従来の構成では、供給ポー
ト３２からの供給油圧が常にボール３６にかかってお
り、これによりプランジャ３１は常に上方向に押されて
いる。このため、このプランジャ３１にかかる力がさら
に大きくなるような高圧化、大流量化ができないという
問題があった。

【０００６】そこで、プランジャにかかる油圧力をキャ
ンセルするようにバランスした電磁弁が提案されてお
り、その構成を図５に示す。図中、筒状ハウジング５の
側壁には、上方より、リターンポート５４、出力ポート
５３、供給ポート５２が形成されている。ハウジング５
内に嵌装されるプランジャ５１は、リターンポート５４
と供給ポート５２に対向する部分を小径としてあり、こ
れらの間の大径部が、出力ポート５３に続くハウジング
５内周壁に設けた溝５５内を上下動することにより、出
力ポート５３とリターンポート５４、または出力ポート
５３と供給ポート５２を連通するようになしてある。

【０００７】ハウジング５の上端に覆着される筒状ヨー
ク６内には、上記プランジャ５１を駆動する筒状のコイ
ル６１が配設されている。該コイル６１に通電しない図
の状態では、上記プランジャ５１はその上端部の穴内に
保持されるバネ５６のバネ力で下方に付勢され、出力ポ
ート５３とリターンポート５４が連通している。上記コ
イル６１に通電すると、上記プランジャ５１がスプリン
グ５６のバネ力に抗して上方に移動し、供給ポート５２
と出力ポート５３が連通する。

【０００８】ここで、上記プランジャ５１にかかる油圧
力についてみてみる。供給ポート５２からの供給圧はこ
れに対向する小径部に導入されるが、この時、小径部上
方のプランジャ径と下方のプランジャ径はほぼ同径であ
るので、供給圧がプランジャ５１を上方に押す力と下方
に押す力がつりあう。すなわち、プランジャ５１にかか
る油圧力がキャンセルされ、高圧化、高流量化が可能と
なる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記図５の
構成では、摺動性をよくするために上記プランジャ５１
は先端部の径をハウジング５内径よりやや小さくしてハ
ウジング５との間に間隙５７を形成している。この時、
間隙５７から第２のリターンポート５８へのリーク量を
小さくするためには、プランジャ５１とハウジング５の
間隔を極力小さくするのがよいが、これを小さくすると
油中の微小粒子やゴミの粒子等が上記間隙５７につまり
やすくなる。そこで、この間隔を大きくしＯリング等で
シールすることが考えられるが、応答性、耐久性が低下
するという問題があった。

【００１０】しかして、本発明の目的は、プランジャに
かかる油圧力をバランスさせて高圧化、大流量化を可能
にするとともに、摺動部に微小粒子等がつまるのを防止
し、応答性、耐久性に優れる電磁弁を提供することにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明請求項１の構成において、電磁弁は、少な
くとも圧力源に連通する供給ポート、制御圧力を出力す
る出力ポートおよびリターンポートを備え、内部を流体
流路とする筒状ハウジングと、該筒状ハウジング内に配
設されて上記供給ポートと出力ポートを連通し、あるい
は上記出力ポートとリターンポートを連通するように流
路の切替えを行うプランジャと、該プランジャを駆動す
るソレノイド部とを具備している。そして、上記プラン
ジャの、上記供給ポートからの供給圧を受ける面と反対
側の端面にバネ部材を介して対向するバランスピストン
を設け、このバランスピストンに上記圧力源からの供給
圧を導入する手段を設けたものである。

【００１２】上記構成において、上記プランジャには一
方の端面に上記供給ポートからの供給圧による力が、こ
れと反対側の端面には、上記バランスピストンに加わる
供給圧による力が上記バネ部材を介してかかっている。
すなわち、バランスピストンにより上記プランジャにか
かる供給圧が打ち消され、バランスしているので、高圧
化、大流量化が可能となる。

【００１３】上記バランスピストンを、その外周に摺動
抵抗の小さい材料よりなるリング部材を配した構成とし
てもよい（請求項２）。また、上記供給圧導入手段は、
具体的には、上記バランスピストンの上記バネ部材との
当接面と反対側の端面に対向する上記ハウジング壁にオ
リフィスを設けてなり、該オリフィスを介して上記圧力
源からの供給圧を上記端面に導入するようになしてある
（請求項３）。

【００１４】このように、リング部材を配することで上
記ハウジングとの間を確実にシールし、ハウジングとの
間隔を微小粒子がつまらない程度に大きくすることがで
きる。この時、オリフィスを介して供給圧を導入するこ
とで、オリフィスのダンパ効果により上記バランスピス
トンが微小な上下動となり耐久性をより向上させる。ま
た、上記プランジャに伝達される力は、供給圧による力
からバランスピストンの摺動抵抗力を引いた値となる
が、摺動抵抗の小さいリング部材を用いることで、摺動
抵抗をごく小さくすることができ、上記プランジャへの
力の伝達にはほとんど影響しない。

【００１５】さらに、上記バランスピストン周りにおい
てハウジングとの間をシールしているので、プランジャ
とハウジングとの間隔を微小粒子がつまらない程度に大
きくすることができ、Ｏリング等を使用する必要もない
ので、応答性、耐久性に優れる。

【００１６】上記ソレノイド部は、具体的には、ヨーク
とこれに巻回されるコイルとからなり、上記コイルに外
部より一定周波数のパルス列を入力して上記プランジャ
をデューティー駆動するようになしている（請求項
４）。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の一
実施の形態を説明する。図１は本発明を電気等の入力信
号によって油圧制御を行う電磁弁、特にデューティ駆動
されるデューティ弁に適用した例を示す。デューティ弁
は流路切替部１とこれを制御するソレノイド部２とで構
成されている。

【００１８】上記流路切替部１は、略円筒状の磁性体よ
りなる外側ハウジング１１と内側ハウジング１２を有す
る。上記外側ハウジング１１は、上半部内径を下半部内
径よりやや大きく形成してあって、この上半部内に内径
を下半部内径と同じくした内側ハウジング１２を圧入固
定している。上記外側ハウジング１１の周壁には、上方
より油圧源に接続する供給ポート１１Ａ、制御油圧を出
力する出力ポート１１Ｂ、およびリターンポート１１Ｃ
がそれぞれ形成され、一方、上記供給ポート１１Ａ、出
力ポート１１Ｂに対向する上記内側ハウジング１２周壁
にはそれぞれ連通穴１２Ａ、１２Ｂが形成してあって、
ハウジング内空間と各ポートとが連通するようになして
ある。

【００１９】上記内側ハウジング１２内には略円柱状の
磁性体よりなるプランジャ１３が上下動自在に配設され
ており、該プランジャ１３は、先端の大径部１３Ａと基
端の小径部１３Ｂとを有している。上記小径部１３Ｂ
は、図２に示すように内側ハウジング１２内径よりやや
小径として、その外周の３箇所に軸方向に延びる凸状部
１３Ｅを設けている。これら凸状部１３Ｅにより上記内
側ハウジング１２内に確実に支持され、かつ、ハウジン
グ１２との間隔を大きくして油中の微小粒子等の蓄積を
抑制できる。また、ハウジング１２との摺動面積が小さ
くなり、摺動性が向上する。

【００２０】上記プランジャ１３は、上記供給ポート１
１Ａおよび連通穴１２Ａに対向する、大径部１３Ａ直上
の外周全周に一定幅の溝１３Ｃを有している。また、上
記内側ハウジング１２は先端部の内周全周に一定幅の溝
１２Ｄを有して、ここに上記出力ポート１１Ｂに続く連
通穴１２Ｂを開口させる一方、上記プランジャ１３の先
端大径部１３Ａがこの溝１２Ｄ内に位置するようになし
てある。

【００２１】上記ソレノイド部２は、上端閉鎖の略円筒
状の磁性体よりなるヨーク２１と、その内部に配設され
る筒状のコイル２２とからなる。上記ヨーク２１は下端
開口縁を上記外側ハウジング１１の上端外周に突設した
フランジにかしめ固定しており、このヨーク２１、外側
ハウジング１１、内側ハウジング１２、プランジャ１３
とで磁気回路を構成している。ヨーク２１とハウジング
内空間の間はＯリング２３にてシールされている。

【００２２】上記プランジャ１３は、上記コイル２２に
通電してヨーク２１とプランジャ１３とでつくられるギ
ャップＧに引力、斥力を発生させることにより、上下動
するように構成されている。すなわち、プランジャ１３
は、上端部に設けた穴１３Ｄ内に配設されるバネ１６に
て下方に付勢され、上記コイル２２に通電しない図の状
態では、大径部１３Ａの下端エッジ部１３Ｇが外側ハウ
ジング１１内周のテーパ部１１Ｄに当接している。この
時、供給ポート１１Ａと出力ポート１１Ｂが連通する。
上記コイル２２に通電すると、プランジャ１３がバネ力
に抗して上方に移動して、大径部１３Ａの上端エッジ部
１３Ｆが内側ハウジング１２内周のテーパ部１２Ｃに当
接し、出力ポート１１Ｂとリターンポート１１Ｃとが連
通する。

【００２３】上記プランジャ１３下方の外側ハウジング
１１内には、円筒状のバランスピストン１４が配設して
ある。該バランスピストン１４は上記プランジャ１３と
の間に配設されるバネ１５により下方に付勢されて外側
ハウジング１１下端に嵌着したエンドプレート１７に当
接しており、バネ１５が圧縮する分だけ上下動が可能で
ある。また、バランスピストン１４とハウジングの間
は、ピストン１４の中間部外周に配したリング部材たる
低摩擦パッキン１４Ａによってシールされている。該低
摩擦パッキン１４Ａは、Ｏリングと、その外周に配設さ
れる、例えば四ふっ化エチレン樹脂等の摺動抵抗の小さ
い材料よりなるウェアリングとで構成される。

【００２４】また、上記エンドプレート１７は中心に供
給圧導入手段となるオリフィス１７Ａを有し、該オリフ
ィス１７Ａを介して上記バランスピストン１４下端面に
油圧源からの供給圧を導入するように構成されている。

【００２５】以下、上記構成のデューティ弁の作動につ
いて説明する。油圧のかかった初期状態において、上記
プランジャ１３には、上端面に供給圧が下方に押す力：
Ｆ１とバネ１６が下方に押す力：Ｆｋがかかっており、
下端面にはオリフィス１７Ａを通った供給圧がバランス
ピストン１４を押す力：Ｆ２がばね部材１５を介してか
かっている。ここで、上記プランジャ１３の大径部１３
Ａとバランスピストン１４はほぼ同径としてあるため、
Ｆ１＝Ｆ２であり、よってプランジャ１３は見かけ上、
Ｆｋの力のみで下方に押されている。すなわち、プラン
ジャ１３は油圧バランスしており、この時、供給ポート
１１Ａと出力ポート１１Ｂが連通している。

【００２６】上記コイル２２に通電することによりヨー
ク２１とプランジャ１３とのギャップＧに吸引力が働
き、その力がＦｋ以上になると、プランジャ１３は大径
部１３Ａの上端エッジ部１３Ｆと内側ハウジング１２の
テーパ部１２Ｃが接触する位置まで上方に移動し、出力
ポート１１Ｂとリターンポート１１Ｃが連通する。

【００２７】ここで、デューティ弁は一定周波数のパル
ス列（駆動信号のＯＮ−ＯＦＦ）で駆動されるが、バル
ブの平均的な開口面積は図３に示すデューティ比（ＯＮ
時間Ｔ１／駆動周期Ｔｃ）に比例する。すなわち、出力
ポート１１Ｂと供給ポート１１Ａを連通する開口部１８
の面積、および出力ポート１１Ｂとリターンポート１１
Ｃを連通する開口部１９の面積がデューティ比に応じて
決定され、これにより出力油圧が決まる。

【００２８】この時、上記プランジャ１３にはＯリング
等のシール材を使用しておらず、また、下方のバランス
ピストン１４からはバネ１５を介して力のみが伝達され
るので、バランスピストン１４に関係なく高応答でデュ
ーティ駆動される。しかも微小粒子が蓄積するような微
小間隙が弁径全周に渡って形成されていないので、微小
粒子がつまって応答性を低下させるおそれがない。

【００２９】上記バランスピストン１４は外周に低摩擦
パッキン１４Ａを有するが、オリフィス１７Ａのダンパ
効果によりプランジャ１３に対し上下動量が十分小さく
なるので、耐久性に優れる。すなわち、バランスピスト
ン１４はプランジャ１３に追従して上下動せず、力のみ
をばね部材を介してプランジャ１３に伝達するので低摩
擦パッキン１４Ａの劣化を抑制できる。なお、伝達する
力は供給圧による力Ｆ２からバランスピストン１４の摺
動抵抗力を引いた値であるが、低摩擦パッキン１４Ａを
使用することにより摺動抵抗をコイルの吸引力に対し微
小なものとすることができ、その影響をごく小さくでき
る。また、低摩擦パッキン１４Ａを設けたことにより、
ハウジングとの間隔を比較的大きくできるので微小粒子
の蓄積を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施の形態を示す電磁弁の全
体断面図である。

【図２】図２は図１のII−II線断面図である。

【図３】図３は本発明の一実施の形態におけるデューテ
ィ比制御方法を示す図である。

【図４】図４は従来の電磁弁の全体断面図である。

【図５】図５は従来の電磁弁の全体断面図である。

【符号の説明】

１ 流路切替部 １１ 外側ハウジング １１Ａ 供給ポート １１Ｂ 出力ポート １１Ｃ リターンポート １１Ｄ テーパ部 １２ 内側ハウジング １２Ａ、１２Ｂ 連通穴 １２Ｃ テーパ部 １２Ｄ 溝 １３ プランジャ １３Ａ 大径部 １３Ｂ 小径部 １３Ｃ 溝 １４ バランスピストン １４Ａ 低摩擦パッキン（リング部材） １５ バネ（バネ部材） １６ バネ １７ エンドプレート １７Ａ オリフィス（供給圧導入手段） ２ ソレノイド部 ２１ ヨーク ２２ コイル Ｇ ギャップ

フロントページの続き (72)発明者 田中 均 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 宇野 春彦 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも圧力源に連通する供給ポー
   ト、制御圧力を出力する出力ポートおよびリターンポー
   トを備え、内部を流体流路とする筒状ハウジングと、該
   筒状ハウジング内に配設されて上記供給ポートと出力ポ
   ートを連通し、あるいは上記出力ポートとリターンポー
   トを連通するように流路の切替えを行うプランジャと、
   該プランジャを駆動するソレノイド部とを具備する電磁
   弁において、上記プランジャの、上記供給ポートからの
   供給圧を受ける面と反対側の端面にバネ部材を介して対
   向するバランスピストンを設け、このバランスピストン
   に上記圧力源からの供給圧を導入する手段を設けて、上
   記バランスピストンに加わる力を上記バネ部材を介して
   上記プランジャに伝達し、上記プランジャに加わる上記
   供給ポートからの供給圧を打ち消すようになしたことを
   特徴とする電磁弁。
2. 【請求項２】 上記バランスピストンの上記バネ部材と
   の当接面と反対側の端面に対向する上記ハウジング壁に
   オリフィスを設けて上記供給圧導入手段となし、該オリ
   フィスを介して上記圧力源からの供給圧を上記端面に導
   入するようになした請求項１記載の電磁弁。
3. 【請求項３】 上記バランスピストンの外周に摺動抵抗
   の小さい材料よりなるリング部材を配して上記ハウジン
   グとの間をシールした請求項１ないし２記載の電磁弁。
4. 【請求項４】 上記ソレノイド部が少なくともヨークと
   これに巻回されるコイルを備え、上記コイルに外部より
   一定周波数のパルス列を入力して上記プランジャをデュ
   ーティー駆動するようになした請求項１または３記載の
   電磁弁。