(57)【特許請求の範囲】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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３１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１１Ａ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１３Ａ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１１Ｃ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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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