JP6317975B2

JP6317975B2 - ソレノイド装置

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Publication number: JP6317975B2
Application number: JP2014070591A
Authority: JP
Inventors: 元良安藤; 鈴木　健吾; 健吾鈴木; 高生石田
Original assignee: Hamanakodenso Co Ltd
Current assignee: Hamanakodenso Co Ltd
Priority date: 2014-03-28
Filing date: 2014-03-28
Publication date: 2018-04-25
Anticipated expiration: 2034-03-28
Also published as: US9371932B2; JP2015192129A; US20150280541A1

Description

本発明は、往復移動可能なプランジャを備えるソレノイド装置に関する。

従来より、ソレノイド装置によってバルブ装置を駆動する電磁弁が知られている。
例えば、特許文献１には、自動変速機に用いられる電磁油圧制御弁が開示されている。
ソレノイド装置は、磁力によって軸方向へ駆動されるプランジャ、プランジャの軸方向一方側に配される対向壁との間に形成されるとともに、プランジャの移動によって容積変動する容積変動室、容積変動室と外部空間とを連通する呼吸孔とを備える。
そして、プランジャが軸方向に往復移動することにより、呼吸孔を介して容積変動室からの流体の出入り（呼吸）がなされる。

このようなソレノイド装置の問題点として、呼吸孔からのソレノイド装置内への異物の侵入がある。
特に電磁油圧制御弁の場合、オイル内で用いられており、オイル内に存在する金属磨耗粉等の異物が呼吸によって容積変動室に流入する虞がある。金属磨耗粉がプランジャに付着するとプランジャの摺動不良を生じる虞もある。

特許第４０９３０９２号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、プランジャの移動に伴う呼吸によって異物がソレノイド装置内に侵入するのを抑制することにある。

本発明のソレノイド装置は、以下に説明するプランジャ、容積変動室、及び呼吸孔を備える。
プランジャは、磁力によって軸方向一端側へ駆動される機械要素である。
容積変動室は、プランジャの軸方向他端側に配されるプレートとの間に形成されるとともに、プランジャの移動によって容積変動する空間である。
呼吸孔は、プレートに形成されるとともに、容積変動室の内外を連通する。
そして、プランジャの移動によって、所定体積の流体が呼吸孔を介して容積変動室から流出もしくは容積変動室へ流入する。

また、ソレノイド装置は、呼吸孔の開口を容積変動室の外側から覆うとともに、呼吸孔に連通する空間と、この空間と外部空間とを連通する開口とを形成する呼吸孔カバーを備える。呼吸孔カバーが形成する呼吸孔と連通する空間の容積は、呼吸孔を介して呼吸により移動する流体の体積（前記所定体積）よりも大きい。
また、呼吸孔と連通する空間は、外部空間への開口から呼吸孔に至る経路に屈曲部を有し、ラビリンス状に設けられ、さらに、プレートおよび呼吸孔カバーの２部品で形成されている。
なお、プレートは、非磁性材料からなり、プランジャの軸方向他端側への移動を規制する。また、呼吸孔カバーは、磁性材料にて形成されている。

これによれば、呼吸孔の開口を呼吸孔カバーで覆うため、異物が侵入しにくくなる。また、空間の体積が呼吸孔を介して呼吸により移動する流体の体積よりも大きいため、プランジャ移動に伴う呼吸は、空間内の流体が外部空間との間で行き来することで完結する。従って、吸い込み時に空間内に異物が侵入してしまった場合でも、次の吐き出し時に空間から排出できる。このため、異物が呼吸孔に至る可能性は低く、異物の侵入を抑制できる。

ソレノイド装置を適用した油圧制御弁の断面図である（実施例）。ソレノイド装置を適用した油圧制御弁の断面図である（実施例）。電磁油圧制御弁の油圧制御装置への組付け状態を説明する説明図である（実施例）。電磁油圧制御弁を軸方向一端側からみた平面図である（実施例）。ソレノイド装置の要部の斜視図である（実施例）。呼吸孔カバーが形成する空間のラビリンス構造を説明する説明図である（実施例）。ソレノイド装置の要部拡大断面図である（実施例）。

本発明を実施するための形態を以下の実施例により詳細に説明する。

〔実施例１〕
〔実施例１の構成〕
実施例１のソレノイド装置１を、図１〜図６を用いて説明する。
なお、図１は図４のI−I断面図となっている。
本実施例のソレノイド装置１は、自動変速機の電磁油圧制御弁２に適用される。
自動変速機は、変速制御やロックアップ制御等を行うための油圧コントローラを搭載しており、油圧コントローラは油圧制御を行うための電磁油圧制御弁２を搭載している。

〔油圧制御弁の基本構成〕
まず、電磁油圧制御弁２の基本構成を図１〜３を用いて説明する。
電磁油圧制御弁２は、三方弁３と、この三方弁３を駆動するソレノイド装置１とを結合して構成される。
電磁油圧制御弁２は、図３に示すように、オイルパン４内で用いられるものである。すなわち、オイルパン内のオイル貯留空間でオイルに浸かった状態で使用されるものである。

三方弁３は、バルブハウジング７、ボール弁８、ブリード弁９、およびシャフト１０等で構成される。バルブハウジング内に配されるシャフト１０がソレノイド装置１によって軸方向に駆動されることで、シャフト１０の移動に連動して移動するボール弁８及びブリード弁９が駆動して、流路の切替を行うものである。

バルブハウジング７は、略筒形状を呈しており、内部には軸方向一端側より他端側へ向かって入力室１２、出力室１３、排出室１４が形成されるとともに、シャフト１０が軸方向に移動可能に配されている。

入力室１２は、オイルが圧送供給される入力流路１６（図３参照）に連通する入力ポート１７と、出力室１３に連通する第１開口１８とを有する空間である。そして、第１開口１８の周囲に形成される第１弁座１９に離着座することで第１開口１８を開閉するボール弁８を収容する。

排出室１４は、オイルパン４内のオイル貯留空間に連通してオイルを排出する排出ポート２１と、出力室１３に連通する第２開口２２を有する空間である。そして、第２開口２２の周囲に形成される第２弁座２３に離着座することで第２開口２２を開閉するブリード弁９を収容する。

出力室１３は、入力室１２と排出室１４との間に配されて、油圧制御対象の油路への出力を行う出力流路２４（図３参照）に連通する出力ポート２５を有する。そして、ボール弁８の第１開口１８の開閉によって、入力室１２との間が連通及び遮断される。また、ブリード弁９の第２開口２２の開閉によって、排出室１４との間が連通及び遮断される。

第１開口１８及び第２開口２２は、シャフト１０の軸線上に設けられており、シャフト１０は第１開口１８及び第２開口２２に挿通可能に配されている。
また、バルブハウジング７の排出室１４の軸方向他端側の筒内部はシャフト１０が摺動する摺動孔２６に形成されている。そして、この摺動孔２６が形成されたバルブハウジング７の部分は、後述するソレノイド装置１の固定磁気回路の一部をなす。

ボール弁８は、円球形状を呈した金属ボールであり、入力室１２内に配置されて、シャフト１０の先端に押圧されることで離座方向（軸方向一端側）へ移動する。
なお、ボール弁８は、入力ポート１７の内部に固定されるボールホルダ２８の内部に保持されている。ボールホルダ２８は、ボール弁８がシャフト１０の先端に押圧されていない状態において、入力ポート１７から供給される油圧により、ボール弁８を第１弁座１９に確実に着座させる範囲にボール弁８を保持するものである。そして、入力ポート１７と第１開口１８との間が閉塞しないように開口部を備えている。

ブリード弁９は、排出室１４内のシャフト１０にフランジ状に形成されたものであり、ソレノイド装置１の駆動力によって、第２弁座２３に着座する。

シャフト１０は、略棒形状を呈する非磁性体金属製であって、摺動孔２６内において軸方向へ摺動自在に支持される。
排出室１４内のシャフト１０において、ブリード弁９より軸方向他端側の部分は、排出室１４を形成するバルブハウジング７の内周面との間に空間が形成されており、この空間にスプリング３０が配されている。

スプリング３０は、一端が排出室１４に形成された段部（本実施例では第２弁座２３の外側）に、他端がシャフト１０に形成された段部１０ａに支持され、シャフト１０を軸方向他端側へ付勢する。
シャフト１０は、後述するソレノイド装置１のプランジャ３２と常時当接する部材であるため、スプリング３０はプランジャ３２を軸方向他端側へ付勢する部材ともいえる。

ソレノイド装置１は、コイル３３、プランジャ３２、固定磁気回路、プレート３４、コネクタ３５等で構成される。

コイル３３は、通電されると磁力を発生して、プランジャ３２と固定磁気回路を通る磁束ループを形成させるものであり、樹脂性のボビンの周囲に、絶縁被覆が施された導線（エナメル線等）を多数巻回したものである。
プランジャ３２は、コイル３３内で軸方向（断面図における図示左右方向）へ摺動自在に支持され、スプリング３０によって軸方向他端側（図示右側）に付勢されている。そして、コイル３３の発生磁力により軸方向一端側（図示左側）に駆動する。

固定磁気回路は、プランジャ３２の軸方向一端側に軸方向に対向して配されるステータ３７と、ステータ３７に接続されるとともにコイル３３を囲うヨーク３８とを有する。
ステータ３７及びヨーク３８は、磁性体金属（例えば、鉄などの強磁性材料）で形成されている。
なお、前述のバルブハウジング７の一部がステータ３７として機能する。すなわち、バルブハウジング７の摺動孔２６の形成された部分はコイル３３内に挿入されて、プランジャ３２に対向配置されることで、磁気回路の一部を形成する。

ヨーク３８は、コイル３３の外周を覆う筒状の外周ヨーク３８ａ、外周ヨーク３８ａの軸方向他端から径方向内側に延設されて環状を呈する端部ヨーク３８ｂ、端部ヨーク３８ｂの径方向内側端から軸方向一端側に突出してコイル３３の内部に配される内周ヨーク３８ｃとからなる。
プランジャ３２はこの内周ヨーク３８ｃの内側を摺動する。
なお、外周ヨーク３８ａの一端部とステータ３７との間には磁性プレート３９が介在している。

プレート３４は、プランジャ３２の後方への移動を規制する円板プレートであり、端部ヨーク３８ｂの軸方向他端面上に固定される。すなわち、内周ヨーク３８ｃの開口を塞ぎ、プランジャ３２の軸方向他端側に対向するように固定されている。

プランジャ３２とプレート３４との間には、プランジャ３２の移動によって容積変動する容積変動室４１が形成される（図２参照）。
そして、プレート３４の中心部には、軸方向に貫通して容積変動室４１の内外を連通する呼吸孔４２が形成されている。

プランジャ３２が軸方向に往復移動することにより、呼吸孔４２を介して容積変動室４１の流体の出入り（呼吸）がなされる。呼吸については後に詳述する。なお、電磁油圧制御弁２はオイルパン４内で用いられるものであり容積変動室４１にはオイルが充填されているため、呼吸により出入りする流体はオイルである。

〔電磁油圧制御弁２の作動〕
電磁油圧制御弁２は、図１に示すようにコイル３３に通電されていないソレノイドＯＦＦ状態では、スプリング３０によって、プランジャ３２が軸方向他端側に付勢されている。このとき、ボール弁８は第１弁座１９に着座しており、ブリード弁９は第２弁座２３から離座している。
このため、出力ポート２５と排出ポート２１とが連通し、入力ポート１７と出力ポート２５との間が遮断されている。

そして、出力油圧を昇圧したい場合には、コイル３３への通電を開始してソレノイドＯＮ状態とする。
これにより、図２に示すように、プランジャ３２とともにシャフト１０が軸方向一端側へ移動し、ボール弁８は軸方向一端側へ押圧され第１弁座１９から離座し、ブリード弁９は第２弁座２３に着座する。
このため、入力ポート１７と出力ポート２５とが連通し、出力ポート２５と排出ポート２１との間が遮断される。

〔プランジャ移動に伴う呼吸について〕
図１に示すソレノイドＯＦＦの状態から、図２に示すソレノイドＯＮ状態へ移行する際、プランジャ３２とプレート３４との間が離れていく過程で、呼吸孔４２を介して容積変動室４１へ所定体積のオイルが吸い込まれる（吸い込み行程と呼ぶ）。

そして、図２に示すソレノイドＯＮの状態から、図１に示すソレノイドＯＦＦ状態へ移行する際、プランジャ３２とプレート３４との間が近づいていく過程で、呼吸孔４２を介して容積変動室４１から所定体積のオイルが吐出される（吐出行程と呼ぶ）。

なお、本実施例では、容積変動室４１がプランジャ３２に形成された孔３２ａを介してプランジャ３２の軸方向一端の空間４３にも連通している。このため、吸い込み行程では、孔３２ａを介する容積変動室４１へのオイルの流入も生じる。また、吐出行程では、孔３２ａを介する容積変動室４１へのオイルの流出も生じる。

〔本実施例の特徴〕
ソレノイド装置１は、呼吸孔４２の開口４２ａを容積変動室４１の外側から覆う呼吸孔カバー５０を備える。この呼吸孔カバー５０は、呼吸孔４２に連通する空間５１と、この空間５１と外部空間５２（オイルパン４内のオイル貯留空間）とを連通する開口５１ａとを形成する。

呼吸孔カバー５０は、プレート３４の軸方向他端に配されてプレート３４との間に空間５１を形成する。具体的には、呼吸孔カバー５０は、金属板で形成されており、プレス加工により形成された***部５０ａを有し、この***部５０ａとプレート３４とで空間５１が形成される（図５参照）。
プレート３４と呼吸孔カバー５０とは、軸方向に重なった状態で、端部ヨーク３８ｂに形成されたかしめ部によりかしめ固定されている。

そして、空間５１の容積は、呼吸孔４２を介して呼吸により移動するオイルの体積（前記所定体積）よりも大きい。つまり、吸い込み行程または吐出行程において呼吸孔４２を通過するオイルの体積よりも大きい。

そして、図３及び図４に示すように、空間５１の外部空間５２への開口５１ａは、重力方向下側に向かって開口している。

また、空間５１は、開口５１ａから呼吸孔４２に至る経路に屈曲部５４を有し、ラビリンス状に設けられている。
すなわち、空間５１は、開口５１ａから呼吸孔４２に直線的に向かわないようにラビリンス状に形成されている。

具体的には、図４に示す軸方向から見た平面図において、空間５１は、以下に説明する第１流路５１ｂ、第２流路５１ｃ、第３流路５１ｄ、及び第４流路５１ｅを有する（図６参照）。

第１流路５１ｂは、開口５１ａから重力方向上へ向かう流路である。
第２流路５１ｃ及び第３流路５１ｄは、第１流路５１ｂから周方向両側に分岐する流路であって、呼吸孔４２の位置を避けて呼吸孔４２の位置の径方向外側に円弧状に形成され、第１流路５１ｂから１８０度隔てた位置で合流する。なお、第２流路５１ｃ及び第３流路５１ｄとは呼吸孔４２と同心円状に形成され、第２流路５１ｃと第３流路５１ｄとで平面視において呼吸孔４２の周囲を囲うリング状の流路を形成する。
第４流路５１ｅは、第２流路５１ｃと第３流路５１ｄとの合流部から呼吸孔４２に連通させるべく重力方向下側へ向かう流路である。

これによれば、第１流路５１ｂから分岐する際と、第４流路５１ｅへ合流する際に屈曲部５４が形成されるため、ラビリンス状となる。

また、呼吸孔カバー５０は、磁性材料にて形成されている。なお、プレート３４は、非磁性材料である。

〔本実施例の作用効果〕
本実施例によれば、ソレノイド装置１は、呼吸孔４２の開口４２ａを容積変動室４１の外側から覆うとともに、呼吸孔４２に連通する空間５１と、この空間５１と外部空間５２とを連通する開口とを形成する呼吸孔カバー５０を備える。これにより、呼吸孔４２を介する容積変動室４１への異物吸い込みリスクを低減できる。

従来は、オイルパン４内のオイル貯留空間（外部空間５２）のオイルには金属磨耗粉等の異物が存在しているため、吸い込み行程の際に呼吸孔４２から金属磨耗粉をソレノイド装置内に吸い込んでしまう虞があった。本実施例では、呼吸孔４２の開口を呼吸孔カバー５０で覆っているため、呼吸孔４２を介する容積変動室４１への異物吸い込みリスクを低減できる。

また、空間５１の体積が呼吸孔４２を介して呼吸により移動するオイルの体積よりも大きいため、プランジャ移動に伴う呼吸は、空間５１内のオイルが外部空間５２との間で行き来することで完結する。

すなわち、プランジャ３２が軸方向一端側に移動することで容積変動室４１が拡大する吸い込み行程では、呼吸孔４２を介して容積変動室４１へのオイルの吸い込みが生じるが、このとき吸い込まれるオイルは空間５１内のオイルである。すなわち、空間５１の体積が呼吸孔４２を介して呼吸により移動するオイルの体積よりも大きいため、空間５１内のオイルの吸い込みのみで足りる。そして、空間５１内には外部空間５２からのオイルが吸い込まれる。

そして、プランジャ３２が軸方向他端側に移動することで容積変動室４１が縮小する吐出行程では、呼吸孔４２を介して容積変動室４１からのオイルの吐き出しが生じるが、このとき吐き出されるオイルは空間内にとどまる。そして、空間５１内のオイルは外部空間５２へと吐き出される。

このように、呼吸に伴う外部空間５２とのオイルのやり取りをするのは空間５１となるため、吸い込み行程で空間内に異物を吸い込んでしまったとしても、吐出行程で異物を空間外に吐き出すことができる。このため、呼吸に伴う外部空間５２とのオイルのやりとりを空間５１を介さずに呼吸孔４２で実施する場合と比較して、呼吸孔４２を介する容積変動室４１への異物吸い込みリスクを低減できる。

また、本実施例では、空間５１の外部空間５２への開口５１ａは、重力方向下側に向かって開口している。
これによれば、空間５１への異物吸い込みリスクを低減できる。異物の主たるものは金属磨耗粉であり、金属磨耗粉はオイルパン４内で重力方向下側へ向かうからである。

また、空間５１は、開口５１ａから呼吸孔４２に至る経路に屈曲部５４を有し、ラビリンス状に設けられている。
これによれば、図６に示すように、仮に空間内に異物を吸い込んでしまった場合でも、ラビリンス状となっているため、異物が呼吸孔４２に向かいにくい。例えば、本実施例では、異物は慣性により第１流路５１ｂを直進するため、第２流路５１ｃ及び第３流路５１ｄへ侵入しにくい。
したがって、呼吸孔４２を介する容積変動室４１への異物吸い込みリスクを低減できる。

また、呼吸孔カバー５０は、磁性材料にて形成されている。
これによれば、仮に空間内に異物を吸い込んでしまった場合でも、プランジャ３２及び固定磁気回路で形成される磁気回路の影響を受けて、呼吸孔カバー５０の内壁面が金属磨耗粉を吸着する（図７参照）。このため、呼吸孔４２を介して容積変動室４１へ吸い込んでしまわないように防止できる。
すなわち、呼吸孔４２を介する容積変動室４１への異物吸い込みリスクを低減できる。

〔変形例〕
実施例では、開口５１ａが重力方向下側を向いていたが、開口５１ａが重力方向下側を向いていなくてもよい。

また、実施例では、容積変動室４１がプランジャ３２に形成された孔３２ａを介してプランジャ３２の軸方向一端の空間４３にも連通していたが、プランジャ３２に孔３２ａが形成されておらず、空間４３と連通していなくてもよい。

実施例では、自動変速機の油圧制御に用いられる電磁油圧制御弁２に適用されるソレノイド装置１に本発明を適用した例を示したが、自動変速機以外において油圧やオイル流量を制御する電磁油圧制御弁に本発明を適用してもよい。
また、実施例のソレノイド装置１はオイル内で使用されるものであり、呼吸孔を出入りする流体はオイルであったが、オイルとは異なる液体や気体であってもよい。

１ソレノイド装置、２電磁油圧制御弁、３２プランジャ、３４プレート、４１容積変動室、４２呼吸孔、４２ａ呼吸孔４２の開口、５０呼吸孔カバー、５１空間、５１ａ空間５１と外部空間５２とを連通する開口、５２外部空間

Claims

磁力によって軸方向一端側へ駆動されるプランジャ（３２）と、
前記プランジャ（３２）の軸方向他端側に対向して配されるプレート（３４）との間に形成されるとともに、前記プランジャ（３２）の移動によって容積変動する容積変動室（４１）と、
前記プレート（３４）に形成されるとともに、前記容積変動室（４１）の内外を連通する呼吸孔（４２）とを備え、
前記プランジャ（３２）の移動によって、所定体積の流体が前記呼吸孔（４２）を介して前記容積変動室（４１）から流出もしくは前記容積変動室（４１）へ流入するソレノイド装置であって、
前記呼吸孔（４２）の開口（４２ａ）を前記容積変動室（４１）の外側から覆うとともに、前記呼吸孔（４２）に連通する空間（５１）と、この空間（５１）と外部空間（５２）とを連通する開口（５１ａ）とを形成する呼吸孔カバー（５０）を備え、
前記空間（５１）の容積は、前記所定体積よりも大きく、
前記空間（５１）は、前記開口（５１ａ）から前記呼吸孔（４２）に至る経路に屈曲部（５４）を有し、ラビリンス状に設けられ、さらに、前記プレート（３４）および前記呼吸孔カバー（５０）の２部品で形成され、
前記プレート（３４）は、非磁性材料からなり、前記プランジャ（３２）の軸方向他端側への移動を規制し、
前記呼吸孔カバー（５０）は、磁性材料にて形成されていることを特徴とするソレノイド装置。