| 【発明の名称】 |
電磁弁 |
| 【発明者】 |
【氏名】大石 健一
【氏名】安藤 元良
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| 【要約】 |
【課題】支持部材で可動鉄心を支持する場合でも、油圧制御の精度低下を防止することができ、油圧制御特性のヒステリシスを低減することができる電磁弁を提供する。
【解決手段】コイル１４に電流を印加することにより発生する磁気回路中に、磁気回路の磁束と同一方向の磁束を発生する永久磁石５０を配設している。永久磁石５０はコイル１４に印加される電流が小さいとき板ばね１７の付勢力を打ち消すことができるため、スプールバルブ３０の移動量に対するコイル１４の吸引力特性をスプリング４０の付勢力特性に近づけることができる。したがって、特に印加電流が０．３Ａ以下の低電流領域においてフィードバックされる油圧力の低下を防止することができ、油圧制御の精度低下を防止することができる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 通電することにより電磁力を発生するコイルと、第１固定子と、前記第１固定子に対向して設けられ、前記コイルに発生する電磁力により前記第１固定子方向に吸引される可動子と、前記第１固定子および前記可動子とともに磁気回路を構成する第２固定子と、前記可動子に連動し、往復移動する位置により出力圧を調整する可動部材と、前記コイルに発生する電磁力から前記可動部材が受ける力と反対方向に前記可動部材を付勢する付勢部材と、前記可動子の反可動部材側の端部を支持する板ばねとを備え、出力圧をフィードバックしたフィードバック圧により受ける力で前記可動部材の位置を規定する電磁弁であって、前記磁気回路中に、前記第１固定子と前記可動子との間に発生する磁束と同一方向の磁束を発生する永久磁石を備えることを特徴とする電磁弁。
【請求項２】 前記永久磁石は、前記磁気回路の磁路面積が大きい部位に設けられることを特徴とする請求項１記載の電磁弁。
【請求項３】 前記永久磁石は、形状が円環状であることを特徴とする請求項１記載の電磁弁。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、可動部材の位置に応じて出力圧を制御する電磁弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、オートマチックトランスミッションに供給される油圧を制御するための電磁弁として、図１０に示すような電磁弁１００が知られている。図１０に示すような電磁弁１００では、可動子としてのプランジャ１０１の摺動抵抗を低減しスプール１０２のストロークに対する吸引力のヒステリシスを小さくするために、第１固定子としてのステータコア１０３と一体に組み付けられている第２固定子としてのヨーク１０４の中空部１０４ａにプランジャ１０１が支持されている。プランジャ１０１をヨーク１０４の中空部１０４ａに支持するために、プランジャ１０１の反スプール側の端部１０１ａは板ばね１０５により支持されている。プランジャ１０１の端部１０１ａを板ばね１０５で支持することにより、プランジャ１０１とヨーク１０４の中空部１０４ａとが接触するのを防止し、摺動抵抗および移動抵抗を低減する構造となっている。
【０００３】図１０に示す電磁弁１００は、可動部材としてのスプール１０２が移動することにより油圧出力を制御している。スプール１０２は、第１固定子としてのステータコア１０３に巻回されたコイル１０６に通電されることによりプランジャ１０１に発生する電磁吸引力と板ばね１０５からプランジャ１０１に作用するばね力との合力、電磁吸引力によりスプール１０２が移動する方向とは逆方向にスプール１０２を付勢する付勢部材としてのスプリング１０７の付勢力、ならびに出力された油圧の一部がフィードバックして作用する力がつり合った位置で停止し、入力ポート１０８、出力ポート１０９、フィードバックポート１１０および排出ポート１１１をそれぞれ連通あるいは遮断することにより油圧出力を制御している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１０に示すようにプランジャ１０１の端部１０１ａを板ばね１０５により支持すると、例えばコイル１０６に流れる電流が０．３Ａ以下の低電流領域において板ばね１０５のばね力がコイル１０６の電磁吸引力よりも大きくなる。そのため、スプール１０２のストロークに対する、プランジャ１０１に作用する電磁吸引力とばね力との合力の変化率が、図１１に示すようにスプール１０２のストロークに対するスプリング１０７の付勢力の変化率と逆になる。そのため、特に低電流領域でコイル１０６への供給電流に対するスプール１０２の位置が所定の位置よりも反スプリング１０７側に位置してしまう。その結果、油圧制御の精度が低下するという問題がある。なお、図１１の横軸に示すストロークは、スプール１０２の移動量を示したものであり、図１０においてコイル１０６の電磁吸引力によりスプール１０２が最もスプリング１０７側に移動した位置を０としている。
【０００５】また、板ばね１０５による支持を廃止し、プランジャ１０１の一部または両端部を例えば軸受けなどによって支持する構造とすると、上記のような油圧制御の精度が低下するという問題は解決できるものの、プランジャ１０１と軸受けなどとの間に摺動抵抗が生じ、図１２に示すようにコイル１０６への供給電流に対する油圧制御特性のヒステリシスが増大するという問題がある。
【０００６】そこで、本発明の目的は、板ばねで可動子を支持することにより油圧制御特性のヒステリシスを低減し、かつコイルに供給する電流が小さい場合でも油圧制御の精度低下を防止することができる電磁弁を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の電磁弁によると、可動子の反可動部材側の端部は板ばねにより支持されている。また、電磁弁は第１固定子、可動子および第２固定子により構成される磁気回路中に永久磁石を有している。永久磁石は、コイルに通電することにより第１固定子と可動子との間に発生する磁束と同一方向の磁束を発生する。永久磁石により発生する磁気吸引力は、可動子が第１固定子に吸引される場合に板ばねから可動子に対し作用するばね力とは逆方向に作用し、板ばねから可動子に作用するばね力を相殺する。そのため、コイルに流れる電流が例えば０．３Ａ以下の低電流時、可動部材の移動量に対する可動子へ作用するばね力と電磁力の合力の変化率と可動部材の移動量に対する付勢部材の変化率とを近づけることができる。したがって、低電流領域においてフィードバックされる油圧力の低下を防止することができ、油圧制御の精度低下を防止することができる。
【０００８】また、可動子を板ばねで支持しているので、可動子と例えば軸受けなどとの接触による接触抵抗の発生を防止することができ、コイルへの供給電流に対する油圧制御特性のヒステリシスを低減することができる。
【０００９】本発明の請求項２記載の電磁弁によると、永久磁石は両固定子および可動子により形成される磁気回路において磁路面積が大きい部位に設けられている。したがって、磁気回路中に永久磁石を設けても、磁束の飽和を防止することができる。本発明の請求項３記載の電磁弁によると、永久磁石は形状が円環状であるため、電磁弁への組付けが容易である。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を示す複数の実施例を図に基づいて説明する。
（第１実施例）本発明の第１実施例による電磁弁を図１に示す。電磁弁１は、自動車のオートマチックトランスミッションの作動油の油圧制御に用いられるスプール型油圧制御弁である。
【００１１】可動子としてのスプール３０は、第１固定子としてのステータコア１１、第２固定子としてのヨーク１２、可動子としてのプランジャ１３、コイル１４、エンドプレート１５、シャフト１６などによって構成されるリニアソレノイド１０によって駆動される。
【００１２】磁性体からなる円筒形状のヨーク１２は、円筒形状のステータコア１１の端部にかしめ固定されている。コイル１４は樹脂によって円筒形状にモールド成型され、ヨーク１２およびステータコア１１により固定されている。磁性体からなるエンドプレート１５はステータコア１１の端部にヨーク１２とともにかしめ固定されている。磁性体からなるプランジャ１３はステータコア１１と同軸上で対向しており、反スプール側の端部１３ａが板ばね１７によりヨーク１２内部の中空部１２ａ内を往復移動可能に支持されている。プランジャ１３にはシャフト１６が圧入固定され、シャフト１６の一端がスプール３０の一端に当接している。シャフト１６はプランジャ１３とともに一体に移動し、ステータコア１１に設けられている軸受け部材１８によって中空部１１ｂ内を往復摺動可能に支持されている。
【００１３】コイル１４に電気的に接続されている図示しないターミナルからコイル１４に電流が供給されると、図２に示すようにヨーク１２、プランジャ１３、ステータコア１１によって構成された磁気回路Ｍに磁束が発生し、ステータコア１１とプランジャ１３との間に磁気吸引力が発生する。
【００１４】板ばね１７は、プランジャ１３の反スプール側の端部１３ａを支持している。プランジャ１３の端部１３ａが板ばね１７により支持されることでプランジャ１３と中空部１２ａの内壁との接触を防止でき、プランジャ１３を支持する軸受けなどを用いる必要がない。プランジャ１３と中空部１２ａの内壁との接触を防止することで、プランジャ１３の移動抵抗が低減され、スプール３０のストロークに対する吸引力特性のヒステリシスを低減することが可能である。
【００１５】スプール３０のハウジング３１はリニアソレノイド１０のステータコア１１の端部１１ａにかしめ固定されている。また、ハウジング３１は、スプール３０を往復移動自在に内包している。ハウジング３１には、入力ポート３２、出力ポート３３、フィードバックポート３４および排出ポート３５が形成されている。入力ポート３２は、図示しないタンクからポンプによって供給される作動油が流入するポートである。出力ポート３３は図示しないオートマチックトランスミッションのクラッチに作動油を供給するポートである。出力ポート３３とフィードバックポート３４とは電磁弁１の外部で連通しており、出力ポート３３から流出する作動油の一部がフィードバックポート３４に導入される。フィードバック室３６はフィードバックポート３４と連通している。排出ポート３５はタンクに作動油を排出するポートである。
【００１６】スプール３０には反リニアソレノイド側から大径ランド３７、大径ランド３８、小径ランド３９がこの順で形成されている。小径ランド３９は大径ランド３７、３８よりも外径が小さい。スプール３０はリニアソレノイド１０のシャフト１６と常に当接し、シャフト１６を介してプランジャ１３の動きが伝達されハウジング３１内を往復移動する。スプール３０の反リニアソレノイド側に設けられている付勢部材としてのスプリング４０は、スプール３０をリニアソレノイド１０方向へ付勢している。
【００１７】フィードバック室３６は大径ランド３８と小径ランド３９との間に形成されており、ランドの外径の差によりフィードバックされた油圧が作用する面積が異なる。そのため、フィードバック室３６の油圧は反リニアソレノイド方向にスプール３０を押圧するように作用する。スプール３０は、スプリング４０の付勢力と、コイル１４に供給される電流によりステータコア１１に発生する電磁吸引力および板ばね１７のばね力の合力によりプランジャ１３がスプール３０を押す力と、フィードバック室３６の油圧からスプール３０が受ける力とがつり合う位置で静止する。
【００１８】入力ポート３２から出力ポート３３へ流通する作動油の流量は、ハウジング３１の内周壁と大径ランド３８の外周壁との重なり部分の長さであるシール長によって決定される。シール長が短くなるとシール部を流通する作動油の流量が増大し、シール長が長くなるとシール部を流通する作動油の流量が減少する。同様に、出力ポート３３から排出ポート３５へ流通する作動油の流量は、ハウジング３１の内周壁と大径ランド３７の外周壁とのシール長によって決定される。そのため、コイル１４に電流が供給されスプール３０をスプリング４０方向へ移動すると、ハウジング３１と大径部３８とのシール部のシール長が長くなりハウジング３１と大径部３７とのシール長が短くなるため、入力ポート３２から出力ポート３３へ流通する作動油の流量が減少し、出力ポート３３から排出ポート３５へ流通する作動油の流量が増大する。その結果、出力ポート３３から流出する作動油の油圧が減少する。
【００１９】一方、スプール３０がリニアソレノイド１０方向へ移動すると、ハウジング３１と大径部３８とのシール部のシール長が短くなりハウジング３１と大径部３７とのシール長が長くなるため、入力ポート３２から出力ポート３３へ流通する作動油の流量が増大し、出力ポート３３から排出ポート３５へ流通する作動油の流量が減少する。その結果、出力ポート３３から流出する作動油の油圧が増大する。
【００２０】電磁弁１は、コイル１４に通電する電流値を制御することでリニアソレノイド１０がスプール３０を反リニアソレノイド１０方向へ押す力を調整し、出力ポート３３から流出する作動油の油圧を調整する。コイル１４に通電する電流値を増大させると、電流値に比例してステータコア１１の電磁吸引力が増大し、シャフト１６がスプール３０を反リニアソレノイド１０方向に押す力が増大する。この電磁吸引力による力と板ばね１７との合力によりプランジャ１３からスプール３０に作用する力、スプリング４０の付勢力、ならびにフィードバックされる作動油の圧力によってスプール３０が反リニアソレノイド１０方向へ押される力とがつり合う位置でスプール３０は静止する。したがって、コイル１４に通電する電流値に比例して出力ポート３３から流出する作動油の油圧が増大する。
【００２１】以下、電磁弁１の油圧制御について詳細に説明する。電磁弁１において出力される油圧の一部をフィードバックするのは、供給される油圧すなわち入力圧の変動により出力圧が変動することを防止するためである。
【００２２】コイル１４に電流を供給することにより生じる電磁吸引力によってプランジャ１３が吸引される力をＦp、プランジャ１３の移動によって生じる板ばね１７のばね力をＦi、スプリング４０の付勢力をＦs、ならびにフィードバックされる油圧により生じる力をＦfとすると、スプール３０の力のつり合いは以下の式■により表される。電磁弁１のスプール３０の位置は、Ｆp、Ｆi、ＦsならびにＦfの力がつり合う位置で決定される。すなわち、コイル１４に供給する電流を制御することでＦpを変化させ、スプール３０の位置を制御することが可能である。
Ｆs＝Ｆp＋Ｆi＋Ｆf ■【００２３】プランジャ１３にかかる総吸引力をＦp＋Ｆi＝Ｆmとすると、つり合いの式■は式■のようになる。
Ｆs＝Ｆm＋Ｆf ■【００２４】また、スプリング４０の付勢力Ｆsは、コイル１４に電流が供給されずスプール３０の移動がない状態での付勢力である初期付勢力ｆsに、スプリング４０のばね定数ｋとスプール３０の移動量ｘとの積を加えたもの、すなわち式■で表すことができる。
Ｆs＝ｆs＋ｋ・ｘ ■【００２５】さらに、フィードバックされる油圧により生じる力Ｆfは、フィードバック室３６の大径ランド３８と小径ランド３９の受圧面積の差Ｓとフィードバックされる油圧力をＰとの積、すなわち式■となる。
Ｆf＝Ｓ・Ｐ ■【００２６】以上より、式■および式■を式■に代入すると、以下の式■が得られる。
（ｆs＋ｋ・ｘ）＝Ｆm＋（Ｓ・Ｐ） ■【００２７】ここで、出力圧の変動が生じないようにフィードバックされる油圧力Ｐの制御が確実に行なわれていると仮定すると、油圧力Ｐは一定と考えることができる。また、スプリング４０の初期付勢力ｆsおよびばね定数ｋ、ならびにフィードバック室３６の受圧面積の差Ｓは一定であるため、入力圧が変動するとき、スプール３０のつり合いは、ｋΔｘ＝ΔＦm ■であり、すなわちΔＦs＝ΔＦm ■となる。
【００２８】式■および■は、スプール３０の移動量ｘの変化率、ならびにスプール３０の移動量ｘに対するスプリング４０の付勢力Ｆsの変化率は、プランジャ１３にかかる総吸引力Ｆmの変化率に等しくなることを示している。
【００２９】すなわち、図３および図１１に示すグラフにおいて、スプール３０のストロークに対するスプリング４０の付勢力の変化率と、プランジャ１３に作用する電磁吸引力および板ばね１７のばね力の合力の変化率とが等しければ、精密なフィードバック制御が可能であることを示している。なお、図３の横軸に示すストロークは、スプール３０の移動量を示したものであり、図１においてコイル１４の電磁吸引力によりスプール３０が最もスプリング４０側に移動した位置を０としている。
【００３０】ところが、プランジャ１３の反スプール側の端部１３ａを板ばね１７で支持すると、図１１に示すようにスプール３０のストロークに対する、スプリング４０の付勢力の変化量とプランジャ１３に作用する合力の変化量とが、特にコイル１４への供給電流が小さな低電流領域（０．３Ａ、０Ａ）で逆になってしまう。これは、板ばね１７によるばね力がスプリング４０による付勢力の方向と同じ方向、すなわちコイル１４に生じる電磁吸引力によりプランジャ１３が吸引される方向とは逆方向に作用しているためである。特にコイル１４への供給電流が小さくコイル１４で生じる電磁吸引力が小さいとき、プランジャ１３に作用する板ばね１７のばね力がコイル１４による電磁吸引力よりも大きいため、フィードバックの力関係が崩れ、所望の油圧制御を行なうことができず油圧制御の精度が低下する。
【００３１】そこで、本実施例では図２に示すように磁気回路Ｍ中に、ステータコア１１とプランジャ１３との間に磁力を発生するように永久磁石５０を配設することで、プランジャ１３に作用する板ばね１７のばね力を相殺している。そして、スプール３０のストロークに対するスプリング４０の付勢力の変化率とプランジャ１３に作用する合力の変化率とを近似させている。
【００３２】本実施例では、図１に示すようにプランジャ１３の板ばね１７側の端部１３ａに永久磁石５０を配設している。図４に示すように永久磁石５０は、円環形状の永久磁石である。コイル１４に通電することにより磁気回路Ｍに生じる磁束が図２の矢印に示すような方向である場合、永久磁石５０の磁極もコイル１４により生じる磁束の方向と同一の方向の磁束を発生するように配設されている。磁気回路Ｍおよび永久磁石５０の磁束の方向は、図２に示す方向と逆であってもよい。
【００３３】図１に示すように永久磁石５０は、磁気回路Ｍの磁路面積が大きいプランジャ１３の板ばね１７側の端部１３ａに配設されており、コイル１４および永久磁石５０によって生じる磁束が磁気回路Ｍ中で飽和するのを防止している。上記のようにコイル１４によって生じる磁気回路Ｍ中に永久磁石５０を配設することで、図３に示すようにスプリング４０の付勢力の変化率と低電流領域でプランジャ１３に作用する合力とを従来と比較して近似することが可能である。
【００３４】次に、図１に示す電磁弁１の作動について説明する。
■ コイル非通電時コイル１４に供給される電流が０のとき、図５（Ａ）に示すようにスプリング４０の付勢力、板ばね１７のばね力、永久磁石５０の磁力、および油圧フィードバックにより作用する力がつり合った位置でスプール３０は停止する。すると、入力ポート３２と出力ポート３３とが連通し入力ポート３２から出力ポート３３へ流れる作動油の流量が増加するとともに、排出ポート３５が閉塞されるので、トランスミッションへの供給油圧出力は最大となる。
【００３５】■ コイル通電時（作動油排出時）
コイル１４に供給される電流が最大になると、プランジャ１３とステータコア１１との間に生じる電磁吸引力が最大となり、プランジャ１３がステータコア１１に吸引されスプリング４０の付勢力に抗しスプール３０とともに図５（Ｂ）に示す位置に移動する。すると、入力ポート３２が閉塞され、かつ出力ポート３３から排出ポート３５へ流れる作動油の流量が増加するので、トランスミッションへの供給油圧出力は０となる。
【００３６】■ コイル通電時（作動油出力制御時）
コイル１４に供給される電流が■の状態よりも小さくなるように制御されているとき、プランジャ１３とステータコア１１との間に生じる電磁吸引力が小さくなり、プランジャ１３およびスプール３０は図５（Ａ）に示す位置と図５の（Ｂ）に示す位置との中間に位置する。スプール３０が移動することにより前述したシール部のシール長が変化するため、トランスミッションへの供給油圧出力が変化する。コイル１４に供給する電流を制御することにより、スプール３０の位置が変化しトランスミッションへの供給油圧出力を変化することが可能である。
【００３７】以上説明したように第１実施例では、コイル１４に電流を供給することにより磁気回路Ｍを流れる磁束と同一方向の磁束を発生する永久磁石５０を配設している。永久磁石５０はコイル１４に供給される電流が小さいときプランジャ１３に作用する板ばね１７のばね力を相殺することができるため、スプール３０のストロークに対しプランジャ１３に作用する合力の変化率をスプリング４０の付勢力の変化率に近づけることができる。したがって、特に供給電流が０．３Ａ以下の低電流領域において、油圧制御の精度低下を防止することができる。
【００３８】また、プランジャ１３を中空部１２ａに板ばね１７で支持しているのでプランジャ１３とヨーク１２との接触による接触抵抗の発生を防止することができ、かつプランジャ１３を軸受けなどにより支持する必要がないのでプランジャ１３と軸受けなどとによる摺動抵抗の発生を防止することができる。プランジャ１３とヨーク１２との間に生じる接触抵抗および摺動抵抗を防止することができるので、図６に示すようにコイル１４への供給電流に対する油圧制御特性のヒステリシスを低減することができる。
【００３９】（第２実施例）図７は、本発明の第２実施例を示している。第１実施例と実質的に同一の構成部位には、同一の符号を付している。図７に示すように第２実施例では、シャフト１６とプランジャ１３との接続部に永久磁石６０を配設している。永久磁石６０は、第１実施例と同様にコイル１４により発生する磁束の方向と同一の磁束の方向となるように配設されている。永久磁石６０の組付けは、シャフト１６とプランジャ１３とを組付けるとき、プランジャ１３の内孔部１３ｂに永久磁石６０を圧入した後、シャフト１６を圧入することにより行なうことができる。
【００４０】第２実施例では、永久磁石６０の形状は円環状に限らず円柱状であってもよい。第２実施例では、第１実施例と同様に磁気回路Ｍの磁路面積が大きな部位に永久磁石６０が配設されているので、磁気回路Ｍ中での磁束の飽和を防止することができる。
【００４１】（第３実施例）図８は、本発明の第３実施例を示している。第１実施例と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付している。図８に示すように第３実施例では、ヨーク１２のつば部１２ｂに永久磁石７０を配設している。永久磁石７０は第１実施例と同様に形状が円環状であり、コイル１４により発生する磁束の方向と同一の磁束の方向となるように配設されている。
【００４２】第３実施例では、永久磁石７０をヨーク１２のつば部１２ｂに配設しているので、永久磁石７０の組付けが容易である。また、上記の複数の実施例と同様に磁気回路Ｍの磁路面積が大きな部位に永久磁石７０が配設されているので、磁気回路Ｍ中での磁束の飽和を防止することができる。
【００４３】（第４実施例）図９は、本発明の第４実施例を示している。第１実施例と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付している。図９に示すように第４実施例では、ステータコア１１の中空部１１ｂ内周側のスプール側端部１１ｃに永久磁石８０を配設している。永久磁石８０は第１実施例および第３実施例と同様に形状が円環状であり、コイル１４により発生する磁束の方向と同一の磁束の方向となるように配設されている。
【００４４】第４実施例では、永久磁石８０をステータコア１１の中空部１１ｂ内周側に配設しているので、永久磁石８０の組付けが容易である。永久磁石８０の組付けは、ハウジング３１をステータコア１１にかしめ固定する前に行なう。また、上記の複数の実施例と同様に磁気回路Ｍの磁路面積が大きな部位に永久磁石８０が配設されているので、磁気回路Ｍ中での磁束の飽和を防止することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４２６０
【氏名又は名称】株式会社デンソー
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| 【出願日】 |
平成１１年４月１３日（１９９９．４．１３） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９３７７９
【弁理士】
【氏名又は名称】服部 雅紀
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２９１８２０（Ｐ２０００−２９１８２０Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１０月２０日（２０００．１０．２０） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１０５０６３ |
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