JP4758626B2 - ソレノイドバルブ - Google Patents

Description

本発明は、流体の流量制御に適用されるソレノイドバルブに関する。

ブリードタイプの比例ソレノイドバルブにおいては、弁が開ききって制御圧が終了した時に、通常はオイル（流体）が垂れ流しになるため、オイルの消費流量が増え、燃費の悪化につながる。

そこで、オイルの消費流量を抑えるために、弁が開ききるとほぼ同時に球体で流入口を平面シールし、オイルの流れを止めるタイプのソレノイドバルブが開発された。このタイプのソレノイドバルブは、クローズドエンドタイプと呼ばれており、特許文献１〜４に開示されている。
特開平７−２３９０５３号公報 特表２００１−５１２８６６号公報 特開平８−１０５５６３号（特許第３２１９６１１号）公報 特表２００１−５２１６６２号公報

しかし、このクローズドエンドタイプのソレノイドバルブは、通常、ステップＡＴで使用されるため、変速される度にＯＮ状態或いはＯＦＦ状態に変化するため、球体とそのシール面の摩耗によりシール径が変化し、特性が変化する懸念がある。

また、弁体となる球体は、ソレノイド制御中は常にソレノイド部に押されているため、元圧とソレノイド部の吸引力の関係から球体径はある程度以下にしなければならず、球体を押すバルブ部の支持部先端径と球体がシールする面に形成された孔はオリフィスの役割を果たすため、支持部先端径はかなり細くしなければならなくなる。つまり、球体径＞シール面形成孔径＞支持部先端径の関係を満たさなければならない。よって、支持部先端の強度の問題、加工性の問題、取扱いの問題等があった。

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、長期にわたって特性を維持し、かつ、支持部先端の強度が向上し、加工性及び取扱い性に優れるソレノイドバルブを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、
電磁力により駆動力を得るソレノイド部と、該ソレノイド部の駆動力によって弁の開閉を行うバルブ部と、を備え、
前記バルブ部は、元圧を流入させる元圧ポートと制御圧を入出させる制御圧ポートとの連通を開閉する第１弁部と、前記制御圧ポートとドレインを排出させるドレインポートとの連通を開閉する第２弁部と、を有し、
前記ソレノイド部の駆動力を用いることによる前記第１弁部の第１弁体と該第１弁体にロッドを介してつながった前記第２弁部の第２弁体との移動によって、前記第１弁部と前記第２弁部との開閉が相互に逆に行われるソレノイドバルブにおいて、
前記第１弁部は、閉弁時に、球体である前記第１弁体が、前記第１弁体との間でクリアランスシールを形成する円筒状シール面である円筒状内壁の内側に、前記円筒状シール面と前記第１弁体との間を通って前記元圧ポート側から前記制御圧ポート側への少量の流体の流入があるように前記円筒状シール面との間に隙間を有して収められるように構成されており、
前記円筒状シール面は、前記第１弁体の開弁方向側端部に、前記第１弁体の開弁方向に拡径するしぼり部としてのテーパ部を有し、
前記第１弁部の閉弁は、前記第１弁体が、前記円筒状内壁内を前記ソレノイド部に移動し前記しぼり部としての前記テーパ部を通って前記円筒状シール面に収められることにより、前記元圧ポートから前記制御圧ポートへの前記流体の流入を少なくすることによって行なわれ、前記第１弁部の開弁は、前記ロッドが前記第１弁体を押して、前記第１弁体が前記円筒状内壁内を前記円筒状シール面に収められた状態から前記開弁方向に拡径する前記テーパ部を通って前記円筒状シール面から離れることにより、前記元圧ポートから前記制御圧ポートへの前記流体の流入を増やすことによって行なわれることを特徴とするソレノイドバルブである。

本発明の第１弁部は、球体の第１弁体が円筒状内壁の内側に収められるので、完全なシールはできず、流体中のコンタミを許容して流せる程度のクリアランスシールとなっている。このようなクリアランスシールであると、元圧の流体消費は生じるが、球体の第１弁体と円筒状内壁との隙間を極力小さくすることで、流体消費をなるべく抑えることができる。

また、このクリアランスシールとして、球体の第１弁体を用いることで、例えば弁体が円柱状や円錐状であると傾いた場合に形状が変化して円筒状内壁と接触するカジリが生じるが、本発明の球体の第１弁体では傾いても形状変化せずカジリが生じず、弁体制御がカジリによって滞ることがないと共に、カジリが生じる限界まで球体の第１弁体と円筒状内壁との隙間を極力小さくすることができ、シール性を向上できる。

本発明によれば、クリアランスシールとなって球体の第１弁体とそのシール面とは接触しないことから摩耗せず、シール径が変化して特性が変化することがなく、長期にわたって特性を維持することができる。

また、球体の第１弁体が円筒状内壁の内側に収められるため、球体径＞シール面形成孔径＞支持部先端径の関係を満たす必要がなく、球体を押す支持部先端径を細くする必要がなく、球体の第１弁体の径よりも小さければその範囲で太くすることができ、支持部先端の強度向上を図ることができる。加えて、支持部先端径を太くできることは、細かい加工が必要無くなり、加工性に優れるし、強度が強く取扱いも簡易になるので、取扱い性にも優れる。

さらに、従来の球体の弁体が完全に閉じる構造の場合には、第１弁部を閉じる前（又は開く直後）に急に圧力が落ち（上がり）、油圧制御システムへショックを与えることになるが、本発明では球体の第１弁体は完全には閉じないので、制御圧特性が第１弁部を閉じる前（又は開く直後）でも滑らかになり、油圧制御システムへショックを与えることがない。

これによると、閉弁時にテーパ部によって球体の第１弁体の動きが徐々に絞られるので、球体の第１弁体の動きがスムーズになり、弁体制御が滞ることがない。

本発明によると、長期にわたって特性を維持でき、かつ、支持部先端の強度が向上し、加工性及び取扱い性に優れる。

（第１の実施の形態）
図１〜図６を参照して、第１の実施の形態について説明する。図１は第１の実施の形態に係るソレノイドバルブを示す断面図である。図２は第１の実施の形態に係るソレノイドバルブの鋼球による第１弁部の開閉状態を示す拡大図である。図３は第１の実施の形態に係るソレノイドバルブの制御圧特性及び流量特性を示す図である。

図１に示すソレノイドバルブ１は、ノーマルクローズのもので、ＡＴユニットの変速制御等に適用される。

ソレノイドバルブ１は、電磁力により駆動力を得るソレノイド部２と、ソレノイド部２
の駆動力によって弁の開閉を行うバルブ部３と、を備える。

ソレノイド部２は、ケース４に取り囲まれていて、スリーブ５を内包するボビン６に巻き付けられたコイル７と、コイル７の一方端に配置されたセンタポスト８と、センタポスト８と同軸的にコイル７内部で軸受９に可動に案内されたプランジャ１０と、を有する。センタポスト８にはシム１１が取り付けられていて、シム１１とプランジャ１０の間にスプリング１２が介在しており、スプリング１２によってプランジャ１０がセンタポスト８から離れる方向に付勢されている。また、ソレノイド部２のバルブ部３との接続部分には、ブラケット１３が側方に延出して設けられている。

このようなソレノイド部２では、センタポスト８、ケース４、ブラケット１３、スリーブ５、プランジャ１０、センタポスト８というように巡る磁気力がコイル７への通電によって形成され、この磁気力によりプランジャ１０がスプリング１２の付勢力に抗してセンタポスト８へ吸引される吸引力を発生する。

次に、バルブ部３は、元圧を流入させる元圧ポート１３と制御圧を入出させる制御圧ポート１４との連通を開閉する第１弁部１５と、制御圧ポート１４とドレインを排出させるドレインポート１６との連通を開閉する第２弁部１７と、を有する。これら元圧ポート１３、制御圧ポート１４、ドレインポート１６はバルブボディ１８に形成される。

第１弁部１５は、球体である第１弁体としての鋼球１９が円筒状内壁であるシール面２０の内側に収められる構成であり、閉弁は鋼球１９がソレノイド部２側（図示上方）に動くことによって行われる。図２に示すように、円筒状の内壁をしたシール面２０の径は鋼球１９の径よりもやや大きい程度で、完全なシールはできず、オイル中のコンタミを許容して流せる程度のクリアランスシールとなっている。このようなクリアランスシールであると、元圧のオイル消費は生じるが、鋼球１９とシール面２０との隙間を極力小さくすることで、オイル消費をなるべく抑えることができる。

また、このクリアランスシールとして、鋼球１９を用いることで、例えば弁体が円柱状や円錐状であると傾いた場合に形状が変化して円筒状内壁と接触するカジリが生じるが、本実施の形態に係る鋼球１９では傾いても鋼球１９の径は変化せず形状変化がないためにシール面２０との間にカジリが生じず、弁体制御がカジリによって滞ることがないと共に、カジリが生じる限界まで鋼球１９とシール面２０との隙間を極力小さくすることができ、シール性を向上できる。

このように本実施の形態によれば、クリアランスシールとなって鋼球１９とシール面２０とは接触しないことから摩耗せず、シール径が変化して特性が変化することがなく、長期にわたって特性を維持することができる。

また、図２に示すように、シール面２０の鋼球１９の開弁方向側端部には、鋼球１９の開弁方向に拡径するテーパ部としてのしぼり部２１を有する。このしぼり部２１を設けることにより、閉弁時にしぼり部２１によって鋼球１９の動きが徐々に絞られるので、鋼球１９の動きがスムーズになり、弁体制御が滞ることがない。

また、第２弁部１７は、第２弁体としての円柱状弁体２２と、円柱状弁体２２の反プランジャ１０側端面が当接するバルブシート面２３と、で構成され、閉弁は円柱状弁体２２が反ソレノイド部４側（図示下方）に動くことによって行われる。円柱状弁体２２は、プランジャ１０に接触するように、ソレノイド部２のスリーブ５に軸受２４を介して保持されている。

そして、鋼球１９と円柱状弁体２２とはロッド２５を介して接続されている。ロッド２５は、鋼球１９側が小径円柱部（支持部先端）２６となり、円柱状弁体２２側が大径円柱部２７となり、２段階に太さが変化している。

小径円柱部２６は、鋼球１９が収められるシール面２０内に余裕を持って進入できる太さであり、鋼球１９を押すためのものである。このように、小径円柱部２６は、鋼球１９の径よりも小さければその範囲で太くすることができ、強度向上を図ることができる。加えて、小径円柱部２６の径を太くできることは、細かい加工が必要無くなり、加工性に優れるし、強度が強く取扱いも簡易になるので、取扱い性にも優れる。

また、大径円柱部２７は、円柱状弁体２２が塞ぐバルブシート面２３の孔径よりも小さく、バルブシート面２３の内側孔内で円柱状弁体２２の端面に接地している。

このようなバルブ部３では、ソレノイド部２が通電されていない電力ＯＦＦ時には、ソレノイド部２のプランジャ１０がスプリング１２に付勢されてセンタポスト８から離れているため、円柱状弁体２２もプランジャ１０に押されてバルブシート面２３に当接して閉弁する。また、円柱状弁体２２によってロッド２５も押され、ロッド２５が鋼球１９を押すために鋼球１９はシール面２０から離れ開弁する。すなわち、第１弁部１５は開弁し、第２弁部１７は閉弁するため、元圧ポート１３と制御圧ポート１４とが連通し、制御圧ポート１４とドレインポート１６とが閉じられるために、元圧が制御圧となる。

次に、ソレノイド部２が通電される電力ＯＮ時には、ソレノイド部２のプランジャ１０がセンタポスト８へ吸引されていくことから、円柱状弁体２２はバルブシート面２３から離れ開弁する。また、円柱状弁体２２に続いてロッド２５もソレノイド部２側（図示上方）へ移動するので、鋼球１９も徐々にシール面２０に近づいていく。すなわち、第１弁部１５及び第２弁部１７は開弁するため、元圧ポート１３、制御圧ポート１４、ドレインポート１６のいずれもが連通するために、元圧からドレインを除いた圧が制御圧となり流体制御を行う。

そして、最終的に、ソレノイド部２の通電が最大となる最大電力ＯＮ時には、鋼球１９がシール面２０に収められ、第１弁部１５が閉弁する。すなわち、第１弁部１５は閉弁し、第２弁部１７は開弁するため、元圧ポート１３と制御圧ポート１４とが閉じられ、制御圧ポート１４とドレインポート１６とが連通するために、制御圧とドレインが同圧となる。ただし、第１弁部１５は完全には閉じられていないので、元圧から少量の流入がある。

このように、第１弁部１５と第２弁部１７との開閉はソレノイド部２への通電によって相互に逆に行われる。

以上の制御圧特性及び流量特性は、図３に示すものとなる。制御圧特性は、電流の増加によって制御圧がしだいに減少するカーブを描く。流量特性は、最大電流間際までは電流の増加によって流量が増加し、最大電流間際で流量が急に減少するカーブを描く。

ここで特に、図３の（Ａ）に示すように、制御圧特性は、第１弁部１５の閉弁時にも元圧からの少量の流入がある。このため、制御圧特性が第１弁部１５を閉じる前でも滑らかになり、油圧制御システムへショックを与えることがない。

（比較例）
以上の第１の実施の形態に係るソレノイドバルブ１の効果を検証するため、従来のソレノイドバルブ１００を作製した。図４は比較例に係るソレノイドバルブを示す断面図である。図５は比較例に係るソレノイドバルブの鋼球による第１弁部の開閉状態を示す拡大図
である。図６は比較例に係るソレノイドバルブの制御圧特性及び流量特性を示す図である。

図４の比較例に係るソレノイドバルブ１００のソレノイド部２やバルブ部３の第２弁部１７は第１の実施の形態に係るソレノイドバルブと同様なものであるので説明は省略する。比較例に係るソレノイドバルブ１００は、バルブ部３の第１弁部１５が図５に拡大して示すように、テーパ部がシール面２８となっており、端面シールで完全にシールを行うポペット弁タイプの弁部を有する。

この比較例のソレノイドバルブ１００では、ＯＮ状態或いはＯＦＦ状態に何度も変化することで、鋼球１９とそのシール面２８の摩耗によりシール径が変化し、特性が変化する。また、鋼球１９の径＞シール面２８の形成孔２９の径＞支持部先端（小径円柱部３０）径の関係を満たさなければならないので、支持部先端（小径円柱部３０）の強度の問題、加工性の問題、取扱いの問題等がある。

また、比較例のソレノイドバルブ１００でも、図６に示すように制御圧特性及び流量特性は第１の実施の形態のソレノイドバルブ１とほぼ等しくなる。ただし、図６の（Ｂ）に示すように、制御圧特性は、第１弁部１５の閉弁時に元圧から完全に流入が阻止される。このため、制御圧特性が第１弁部１５を閉じる前でも急に変化し、油圧制御システムへショックを与えることになる。

以上の比較例に係るソレノイドバルブ１００の検証から第１の実施の形態に係るソレノイドバルブ１の効果を確認できた。

（第２の実施の形態）
図７、図８を参照して、第２の実施の形態について説明する。図７は第２の実施の形態に係るソレノイドバルブを示す断面図である。図８は第２の実施の形態に係るソレノイドバルブの制御圧特性及び流量特性を示す図である。

本実施の形態に係るソレノイドバルブ１’は、ノーマルオープンのものである点が第１の実施の形態と異なる。

ソレノイドバルブ１’は、電磁力により駆動力を得るソレノイド部２と、ソレノイド部２の駆動力によって弁の開閉を行うバルブ部３と、を備える。

ソレノイド部２は、ケース４に取り囲まれていて、スリーブ５及びセンタポスト８を内包するボビン６に巻き付けられたコイル７と、コイル７のバルブ部３側の内部に配置されたセンタポスト８と、センタポスト８と同軸的にコイル７内部で軸受９に可動に案内されたプランジャ１０と、を有する。センタポスト８の内側には円柱状弁体２２を案内する軸受２４が取り付けられていて、軸受２４とプランジャ１０の間にスプリング３１が介在しており、またプランジャ１０とケース４端部との間にもスプリング３２が介在しており、スプリング３１によってプランジャ１０がセンタポスト８から離れる方向（図示上方）に付勢されている。また、ソレノイド部２のバルブ部３との接続部分には、ブラケット１３が側方に延出して設けられている。

このようなソレノイド部２では、センタポスト８、ブラケット１３、ケース４、スリーブ５、プランジャ１０、センタポスト８というように巡る磁気力がコイル７への通電によって形成され、この磁気力によりプランジャ１０がスプリング３１の付勢力に抗してセンタポスト８へ吸引される吸引力を発生する。

次に、バルブ部３は、第１の実施の形態と同様であるので、同符号を付して説明を省略する。

このようなバルブ部３では、ソレノイド部２が通電されていない電力ＯＦＦ時には、ソレノイド部２のプランジャ１０がスプリング３１に付勢されてセンタポスト８から離れているため、円柱状弁体２２もプランジャ１０側に引き寄せられてバルブシート面２３から離れて開弁している。また、ロッド２５も押されず、ロッド２５や鋼球１９もプランジャ１０側に引き寄せられるために鋼球１９はシール面２０内に収まり閉弁する。すなわち、第１弁部１５は閉弁し、第２弁部１７は開弁するため、元圧ポート１３と制御圧ポート１４とが閉じられ、制御圧ポート１４とドレインポート１６とが連通するために、制御圧とドレインが同圧となる。ただし、第１弁部１５は完全には閉じられていないので、元圧から少量の流入がある。

次に、ソレノイド部２が通電される電力ＯＮ時には、ソレノイド部２のプランジャ１０がセンタポスト８へ吸引されていくことから、円柱状弁体２２はバルブシート面２３へ近づいていく。また、円柱状弁体２２に続いてロッド２５もバルブ部３側（図示下方）へ移動するので、鋼球１９もシール面２０から離れ、第１弁部１５が開弁する。すなわち、第１弁部１５及び第２弁部１７は開弁するため、元圧ポート１３、制御圧ポート１４、ドレインポート１６のいずれもが連通するために、元圧からドレインを除いた圧が制御圧となり流体制御を行う。

そして、最終的に、ソレノイド部２の通電が最大となる最大電力ＯＮ時には、円柱状弁体２２がプランジャ１０に押されてバルブシート面２３に当接して閉弁する。すなわち、第１弁部１５は開弁し、第２弁部１７は閉弁するため、元圧ポート１３と制御圧ポート１４とが連通し、制御圧ポート１４とドレインポート１６とが閉じられるために、元圧が制御圧となる。

以上の制御圧特性及び流量特性は、図８に示すものとなる。制御圧特性は、電流の増加によって制御圧がしだいに増加するカーブを描く。流量特性は、電流ＯＦＦ間際では電流の増加によって流量が急に増加し、電流ＯＦＦ間際を越えると流量が緩やかに減少するカーブを描く。

ここで特に、図８の（Ｃ）に示すように、制御圧特性は、第１弁部１５の閉弁時にも元圧からの少量の流入がある。このため、制御圧特性が第１弁部１５を開く直後でも滑らかになり、油圧制御システムへショックを与えることがない。

第１の実施の形態に係るソレノイドバルブを示す断面図。 第１の実施の形態に係るソレノイドバルブの鋼球による第１弁部の開閉を示す図。 第１の実施の形態に係るソレノイドバルブの制御圧特性及び流量特性を示す図。 比較例に係るソレノイドバルブを示す断面図。 比較例に係るソレノイドバルブの鋼球による第１弁部の開閉を示す図。 比較例に係るソレノイドバルブの制御圧特性及び流量特性を示す図。 第２の実施の形態に係るソレノイドバルブを示す断面図。 第２の実施の形態に係るソレノイドバルブの制御圧特性及び流量特性を示す図。

符号の説明

１ ソレノイドバルブ
２ ソレノイド部
３ バルブ部
７ コイル
８ センタポスト
１０ プランジャ
１３ 元圧ポート
１４ 制御圧ポート
１５ 第１弁部
１６ ドレインポート
１７ 第２弁部
１９ 鋼球
２０ シール面
２１ しぼり部
２２ 円柱状弁体
２３ バルブシート面
２５ ロッド
２６ 小径円柱部
２７ 大径円柱部
２８ シール面
２９ 形成孔
３０ 小径円柱部

Claims (1)

1. 電磁力により駆動力を得るソレノイド部と、該ソレノイド部の駆動力によって弁の開閉を行うバルブ部と、を備え、
   前記バルブ部は、元圧を流入させる元圧ポートと制御圧を入出させる制御圧ポートとの連通を開閉する第１弁部と、前記制御圧ポートとドレインを排出させるドレインポートとの連通を開閉する第２弁部と、を有し、
   前記ソレノイド部の駆動力を用いることによる前記第１弁部の第１弁体と該第１弁体にロッドを介してつながった前記第２弁部の第２弁体との移動によって、前記第１弁部と前記第２弁部との開閉が相互に逆に行われるソレノイドバルブにおいて、
   前記第１弁部は、閉弁時に、球体である前記第１弁体が、前記第１弁体との間でクリアランスシールを形成する円筒状シール面である円筒状内壁の内側に、前記円筒状シール面と前記第１弁体との間を通って前記元圧ポート側から前記制御圧ポート側への少量の流体の流入があるように前記円筒状シール面との間に隙間を有して収められるように構成されており、
   前記円筒状シール面は、前記第１弁体の開弁方向側端部に、前記第１弁体の開弁方向に拡径するしぼり部としてのテーパ部を有し、
   前記第１弁部の閉弁は、前記第１弁体が、前記円筒状内壁内を前記ソレノイド部に移動し前記しぼり部としての前記テーパ部を通って前記円筒状シール面に収められることにより、前記元圧ポートから前記制御圧ポートへの前記流体の流入を少なくすることによって行なわれ、前記第１弁部の開弁は、前記ロッドが前記第１弁体を押して、前記第１弁体が前記円筒状内壁内を前記円筒状シール面に収められた状態から前記開弁方向に拡径する前記テーパ部を通って前記円筒状シール面から離れることにより、前記元圧ポートから前記制御圧ポートへの前記流体の流入を増やすことによって行なわれることを特徴とするソレノイドバルブ。

Images