(57)【要約】【課題】ボール弁３を付勢するスプリング１５のセット荷重を略初期状態に維持することで、出力特性の変化を抑制できるデューティ駆動電磁弁１を提供する。【解決手段】電磁弁１は、弁座体１３に形成された流通口１３ａを閉塞可能なボール弁３と、このボール弁３を保持するボールホルダ１４を介してボール弁３を閉弁方向へ付勢するスプリング１５とを備える。ボールホルダ１４は、スプリング１５の一端側端部１５ａを平面で受けるスプリング受け部１４ｂを有している。この構成によれば、スプリング１５の一端側端部１５ａが真円でなくても、スプリング受け部１４ｂに対してスプリング１５の全周で線接触することが可能であり、スプリング受け部１４ｂに対する接触面圧を低くできる。その結果、スプリング１５の一端側端部１５ａが早期に摩耗することはなく、スプリング１５のセット荷重を略初期状態に維持できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が通過できる開口部と、
この開口部に対向して配設され、前記開口部を閉塞可能なボール弁と、
このボール弁を閉弁方向（前記開口部を閉じる方向）に付勢するスプリングと、
電磁コイルを内蔵し、この電磁コイルへの通電により発生する電磁力を利用して、前記スプリングの付勢力に抗して前記ボール弁を開弁方向へ駆動する駆動手段とを備え、前記電磁コイルに供給される電流がデューティ比制御されるデューティ駆動電磁弁であって、  前記ボール弁と前記スプリングとの間に配設されるボールホルダを備え、このボールホルダは、前記ボール弁の表面を保持する球面保持部と、この球面保持部の周囲に設けられて、前記スプリングの一端側端部を平面で受けるスプリング受け部とを有していることを特徴とするデューティ駆動電磁弁。
【請求項２】
請求項１に記載したデューティ駆動電磁弁において、
前記スプリングは、前記ボールホルダのスプリング受け部にて支持される一端側端部から他端側端部へ向かって、スプリング径が次第に大きくなるテーパ形状を有していることを特徴とするデューティ駆動電磁弁。
【請求項３】
請求項１に記載したデューティ駆動電磁弁において、
前記スプリングは、前記ボールホルダのスプリング受け部にて支持される一端側端部から他端側端部まで、スプリング径が同一に設定されたストレート形状を有していることを特徴とするデューティ駆動電磁弁。
【請求項４】
請求項１〜３に記載した何れかのデューティ駆動電磁弁は、車両に搭載される自動変速機の油圧制御弁として使用されることを特徴とするデューティ駆動電磁弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁コイルへの通電電流がデューティ比制御されるデューティ駆動電磁弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車等に搭載される自動変速機には、多板ブレーキや多板クラッチ等の摩擦要素に供給される油圧を制御するための油圧制御弁が用いられている（特許文献１、２参照）。
この油圧制御弁は、図５に示す様に、流入口１００から流出口１１０に向かって作動油が通過可能な連通路１２０と、この連通路１２０の入口側開口部を開閉するボール弁１３０と、このボール弁１３０を閉弁方向（開口部を閉じる方向）へ付勢するスプリング１４０と、シャフト１５０を介してボール弁１３０を開弁方向へ駆動する電磁アクチュエータ１６０等を備え、この電磁アクチュエータ１６０に内蔵される電磁コイル１７０への通電電流をデューティ比制御することにより、作動油の出力圧が制御される。
【特許文献１】特開２００３−２６９６４１号公報
【特許文献２】特願２００３−８４０５８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、上記の油圧制御弁に使用されるスプリング１４０は、ボール弁１３０を支持する最後の一巻（座巻と呼ぶ）が必ずしも真円ではないため、座巻の全周でボール弁１３０の表面（球面）に当接することが少なく、座巻とボール弁１３０とが点接触することが多い。この場合、スプリング１４０の座巻とボール弁１３０との接触面圧が高くなるため、ボール弁１３０の表面に当接する座巻の当接部（座面）が早期に摩耗して、スプリング１４０のセット荷重が低くなる。
【０００４】
上記の結果、図６に示す様に、出力特性（電磁コイル１７０の通電電流を制御するデューティ比と出力圧との関係）が、図中破線で示す初期時の特性と比較して大きく変化するという問題があった。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、ボール弁を付勢するスプリングのセット荷重を略初期状態に維持することで、出力特性の変化を抑制できるデューティ駆動電磁弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（請求項１の発明）
本発明は、流体が通過できる開口部を閉塞可能なボール弁と、このボール弁を閉弁方向（開口部を閉じる方向）に付勢するスプリングと、電磁コイルへの通電により発生する電磁力を利用してボール弁を開弁方向へ駆動する駆動手段とを備え、電磁コイルに供給される電流がデューティ比制御されるデューティ駆動電磁弁であって、ボール弁とスプリングとの間に配設されるボールホルダを備え、このボールホルダは、ボール弁の表面を保持する球面保持部と、この球面保持部の周囲に設けられて、スプリングの一端側端部を平面で受けるスプリング受け部とを有していることを特徴とする。
【０００６】
上記の構成によれば、スプリングの一端側端部がボール弁の表面（球面）に直接当接することはなく、ボールホルダに設けられたスプリング受け部に当接して、このスプリング受け部に平面で支持される。この場合、スプリングの一端側端部が真円でなくても、スプリング受け部に対してスプリングの全周で線接触することが可能である。これにより、スプリング受け部とスプリングとの接触面圧を低くできるので、スプリング受け部に当接するスプリングの一端側端部が早期に摩耗することはなく、スプリングのセット荷重を略初期状態に維持できる。その結果、出力特性が大きく変化することはなく、初期特性を長期に渡って維持できる。
【０００７】
（請求項２の発明）
請求項１に記載したデューティ駆動電磁弁において、スプリングは、ボールホルダのスプリング受け部にて支持される一端側端部から他端側端部へ向かって、スプリング径が次第に大きくなるテーパ形状を有していることを特徴とする。
テーパ形状のスプリング（所謂テーパスプリング）は、全長に渡ってスプリング径が同一であるストレート形状のスプリングと比較すると、一般的に製造が困難であり、特に、テーパ角が大きくなる（一端側端部と他端側端部とでスプリング径の差が大きくなる）程、要求されるバネ特性を実現することが困難になる。
【０００８】
これに対し、本発明の電磁弁は、スプリングがボール弁を直接支持することはなく、ボールホルダのスプリング受け部を介してボール弁を支持する構成であるため、スプリング受け部の形状に応じて、スプリングの設計自由度が増大する。つまり、ボールホルダは、ボール弁の球面を保持する球面保持部の周囲にスプリング受け部が設けられているので、スプリング受け部の形状を比較的自由に設計できる。その結果、スプリング（テーパスプリング）の設計自由度が増大し、スプリングの製造が容易になる。
【０００９】
（請求項３の発明）
請求項１に記載したデューティ駆動電磁弁において、スプリングは、ボールホルダのスプリング受け部にて支持される一端側端部から他端側端部まで、スプリング径が同一に設定されたストレート形状を有していることを特徴とする。
この場合、スプリングをテーパ形状に設ける必要がなく、全長に渡ってスプリング径を同一に設計できるので、スプリングの製造が容易である。
【００１０】
（請求項４の発明）
請求項１〜３に記載した何れかのデューティ駆動電磁弁は、車両に搭載される自動変速機の油圧制御弁として使用することができる。
本発明の電磁弁は、スプリングのセット荷重を略初期状態に維持でき、その結果、出力特性の変化を抑制できる（初期特性を維持できる）ので、自動変速機の油圧制御弁として用いた場合に、精度良く出力圧を制御できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１はデューティ駆動電磁弁１の全体断面図である。
本発明のデューティ駆動電磁弁（以下、電磁弁１と略す）は、例えば、自動車に搭載される自動変速機の多板ブレーキや多板クラッチ等に直接または間接的に供給される油圧を制御する油圧制御弁として用いられる。
この電磁弁１は、図１に示す様に、作動油が流通可能な通路を形成するハウジング２と、このハウジング２の内部に組み込まれる弁機構（後述する）と、この弁機構に設けられるボール弁３をシャフト４を介して駆動する駆動装置５等より構成される。
【００１３】
ハウジング２は、外径が大きいハウジング大径部２ａと、外径が小さいハウジング小径部２ｂとを有する段付き円筒形状に設けられている。
ハウジング大径部２ａには、油圧源（図示せず）より油圧が供給される油圧ポート６、油圧を出力する出力ポート７、油圧を排出するドレインポート８、油圧ポート６と出力ポート７とを連通するバルブ室９、ドレインポート８に通じるドレイン室１０等が形成されると共に、バルブ室９とドレイン室１０との間に中間プレート１１が配設されて、この中間プレート１１にバルブ室９とドレイン室１０とを連通する連通孔１１ａが形成されている。
【００１４】
ハウジング小径部２ｂには、前記シャフト４を挿通するためのガイド孔１２が形成され、このガイド孔１２がハウジング小径部２ｂを図示上下方向に貫通して、ドレイン室１０に通じている。
前記作動油が流通可能な通路としては、バルブ室９を介して油圧ポート６と出力ポート７とを連通する油圧通路と、バルブ室９と中間プレート１１の連通孔１１ａ及びドレイン室１０を介して出力ポート７とドレインポート８とを連通する排油通路とが形成される。  
【００１５】
弁機構は、中央部に流通口１３ａが開口する弁座体１３と、この弁座体１３の流通口１３ａを開閉する前記ボール弁３と、このボール弁３を保持するボールホルダ１４（後述する）と、このボールホルダ１４を介してボール弁３を閉弁方向（流通口１３ａを閉じる方向）へ付勢するスプリング１５より構成される。
弁座体１３は、図１に示す様に、円錐台形状に設けられ、バルブ室９において油圧ポート６と出力ポート７との間を遮る位置に配設され、流通口１３ａを通じて油圧ポート６と出力ポート７とを連通している。
【００１６】
ボール弁３は、弁座体１３の流通口１３ａに対して油圧ポート６側（図１の下側）に配設され、流通口１３ａを閉塞可能な大きさを有する球体として設けられている。
スプリング１５は、一端側端部１５ａから他端側端部１５ｂへ向かってスプリング径が次第に大きくなる様に形成された所謂テーパスプリングであり、スプリング径が小さい一端側端部１５ａがボールホルダ１４に支持され、スプリング径が大きい他端側端部１５ｂがフィルタ枠１６に支持されて、ボール弁３を図示上方へ付勢している。なお、フィルタ枠１６は、作動油に含まれる不純物を取り除くためのフィルタ１７を保持する外枠であり、油圧ポート６の開口部に配置されて、ハウジング大径部２ａの端部にかしめ固定されている。
【００１７】
駆動装置５は、通電時に磁力を発生する電磁コイル１８と、この電磁コイル１８の内側を往復動可能に配置された可動鉄心１９、この可動鉄心１９及びハウジング２と共に、電磁コイル１８の周囲に磁気回路を形成するヨーク２０と固定鉄心２１等より構成される。  電磁コイル１８は、樹脂製のボビン２２に巻線されて、一端がアース端子２３に接続され、他端がコネクタ２４に埋設されたターミナル２５に接続されて、図示しないエンジン制御装置（ＥＣＵ）により、電磁コイル１８に供給される通電電流がデューティ比制御される。
【００１８】
可動鉄心１９は、電磁コイル１８の内側に挿入されるハウジング小径部２ｂの端面に対向して配置され、両者間にエアギャップが確保された状態で、スプリング２６によりハウジング小径部２ｂの端面に向けて付勢されている。スプリング２６は、ヨーク２０の内周面に圧入等により取り付けられたアジャスタ２７に支持され、そのアジャスタ２７の圧入量を調整することで、可動鉄心１９を付勢するスプリング荷重が調整される。
この可動鉄心１９は、電磁コイル１８が通電されると、ハウジング小径部２ｂとの間に生じる磁気吸引力により吸引されて、エアギャップが消滅する方向（図１の下方向）に移動する。
【００１９】
シャフト４は、ハウジング小径部２ｂのガイド孔１２に摺動可能に挿通されると共に、ガイド孔１２より突き出る一端側端部が、可動鉄心１９の中央部を貫通する貫通孔１９ａを挿通して可動鉄心１９に固定され、可動鉄心１９と一体に可動する。シャフト４の他端側には、前記ドレイン室１０に配設される弁体部４ａが設けられている。この弁体部４ａは、ガイド孔１２の内径および中間プレート１１に形成された連通孔１１ａの内径より大きな外径を有する円柱形状に設けられて、その全長（図１の上下方向の長さ）がドレイン室１０の全長より短く形成されている。
【００２０】
さらに、弁体部４ａより他端側には、中間プレート１１に形成された連通孔１１ａの内径より外径が細く形成された小径軸部４ｂが設けられ、この小径軸部４ｂが連通孔１１ａを通り抜けてバルブ室９に至り、小径軸部４ｂの先端面がボール弁３の表面（球面）に当接している。この時、シャフト４の弁体部４ａは、小径軸部４ｂとの間に形成される段差面と中間プレート１１との間に隙間が確保されており、この隙間分だけ、シャフト４全体がボール弁３側（図１の下側）へ移動できる様に設けられている。
【００２１】
なお、可動鉄心１９を付勢するスプリング２６の付勢力は、ボールホルダ１４を介してボール弁３を付勢するスプリング１５の付勢力より小さく設定されている。従って、電磁コイル１８への通電が停止されている時は、ボール弁３が弁座体１３に形成された流通口１３ａを閉塞して、油圧ポート６と出力ポート７との連通を遮断している。一方、電磁コイル１８が通電されると、可動鉄心１９に作用する磁気吸引力の方がスプリング１５の付勢力より大きいため、スプリング１５に付勢されたボール弁３をシャフト４が押圧して、ボール弁３が弁座体１３の流通口１３ａを開くことができる。この時、弁体部４ａと小径軸部４ｂとの間に形成される段差面が中間プレート１１の表面に当接することで、中間プレート１１の連通孔１１ａが塞がれて、出力ポート７とドレインポート８との連通が遮断される。
【００２２】
上記のボールホルダ１４は、図２に示す様に、ボール弁３の表面（球面）を保持する球面保持部１４ａと、スプリング１５の一端側端部１５ａを平面で受けるスプリング受け部１４ｂとを有している。
球面保持部１４ａは、ボール弁３の半径と略同じ曲率半径で形成された断面円弧状に設けられ、ボール弁３を安定して保持することができる。
スプリング受け部１４ｂは、球面保持部１４ａの全周に渡ってリング板状に設けられ、スプリング１５の一端側端部１５ａを支持する平面部を有している。この平面部は、内周縁から外周縁まで所定の幅を有し、スプリング１５の一端側端部１５ａを安定して支持することができる。
【００２３】
次に、上記の構成を有する電磁弁１の作動を説明する。
電磁コイル１８に通電されると、可動鉄心１９とハウジング小径部２ｂとの間に働く磁気吸引力により、可動鉄心１９が吸引されて、図１の下方向へシャフト４と一体に移動する。
これにより、シャフト４の先端面（小径軸部４ｂの先端面）がボール弁３を押圧して、スプリング１５の付勢力に抗してボール弁３を開弁方向へ移動させることにより、弁座体１３に形成された流通口１３ａが開口する。この時、中間プレート１１に形成された連通孔１１ａがシャフト４の弁体部４ａによって閉塞されるため、排油通路が遮断されて油圧通路が開通し、油圧ポート６に供給される作動油が油圧通路を通って出力ポート７より流出する。出力ポート７の出力圧は、図３に示す様に、電磁コイル１８への通電電流を制御するデューティ比に応じて変化する。
【００２４】
電磁コイル１８への通電が停止されると、可動鉄心１９とハウジング小径部２ｂとの間で磁気吸引力が消滅するため、スプリング１５の付勢力でボール弁３が押し戻されると同時に、シャフト４と可動鉄心１９が一体に押し戻される。これにより、ボール弁３が弁座体１３の流通口１３ａを閉塞することで油圧通路が遮断され、且つシャフト４の弁体部４ａが中間プレート１１から離れて連通孔１１ａを開くことで、排油通路が開通して、出力ポート７に逆流する作動油が、排油通路を通ってドレインポート８より排出される。
【００２５】
（実施例１の効果）
上記の電磁弁１は、スプリング１５とボール弁３との間にボールホルダ１４が配設され、スプリング１５の一端側端部１５ａがボールホルダ１４のスプリング受け部１４ｂに平面で支持されている。この構成によれば、スプリング１５の一端側端部１５ａを球面で受ける必要がないので、スプリング１５の一端側端部１５ａが真円でなくても、スプリング受け部１４ｂに対してスプリング１５の全周で線接触することが可能である。つまり、スプリング１５の一端側端部１５ａが全周でスプリング受け部１４ｂに支持されるので、スプリング受け部１４ｂに対する接触面圧を低くできる。
【００２６】
これにより、スプリング受け部１４ｂに当接するスプリング１５の一端側端部１５ａが早期に摩耗することはなく、スプリング１５のセット荷重を略初期状態に維持できる。その結果、図３に示す様に、電磁コイル１８への通電電流を制御するデューティ比と出力圧との関係を示す出力特性が、破線で示す初期時の特性と比較して大きく変化することはなく、従来の電磁弁（スプリング１４０が直接ボール弁１３０の表面を支持している電磁弁）と比較すると、初期状態に対する出力圧の変化量を大幅に低減できる（図４参照）。
【００２７】
また、ボールホルダ１４は、スプリング受け部１４ｂの形状を比較的自由に変更できるので、それに応じて、スプリング１５の設計自由度が増大する。特に、実施例１に示したテーパ形状を有するスプリング１５（テーパスプリング）は、スプリング径が全長に渡って同一であるストレート形状のスプリングと比較すると、所望のバネ特性を実現する上で、一般的に製造が困難であるが、本実施例では、スプリング１５の設計自由度が増大することで、スプリング１５（テーパスプリング）の製造を容易にできる効果がある。
【００２８】
（変形例）
実施例１では、テーパ形状のスプリング１５（テーパスプリング）を使用しているが、例えば、スプリング受け部１４ｂの幅を大きくすること等により、ストレート形状のスプリングを使用することも可能である。
実施例１では、本発明の電磁弁１を油圧制御弁として用いた例を記載したが、油圧制御弁に限定されるものではなく、その他の用途（例えば流量調整弁）にも使用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】デューティ駆動電磁弁の全体断面図である（実施例１）。
【図２】ボールホルダの断面図である（実施例１）。
【図３】デューティ比と出力圧との関係を示す出力特性図である（実施例１）。
【図４】初期状態に対する出力圧の変化量を示す図面である。
【図５】油圧制御弁の全体断面図である（従来技術）。
【図６】デューティ比と出力圧との関係を示す出力特性図である（従来技術）。
【符号の説明】
【００３０】
１    デューティ駆動電磁弁
３    ボール弁
５    駆動装置（駆動手段）
１３ａ  流通口（開口部）
１４    ボールホルダ
１４ａ  球面保持部
１４ｂ  スプリング受け部
１５    スプリング
１５ａ  スプリングの一端側端部
１５ｂ  スプリングの他端側端部
１８    電磁コイル
【図１】
2005273810.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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