JP4872946B2 - 電磁スプール弁 - Google Patents

Description

本発明は、スプールの軸方向一端側に油圧室を形成し、この油圧室の油圧を電磁ソレノイドの動作に応じて増減することでスプールを軸方向に変位させる電磁スプール弁に関する。

従来から、電磁スプール弁１００には、図６に示すように、スプール１０１の軸方向一端側に油圧室１０２を形成し、油圧室１０２の油圧を介してスプール１０１を変位させるものがあり、例えば、自動変速機（図示せず）の油圧回路における油圧の調圧に利用されている。
この電磁スプール弁１００は、略円筒状のスリーブ１０３と、スリーブ１０３に摺動自在に支持されるスプール１０１とを備え、油圧室１０２の油圧を電磁ソレノイド１０４の動作に応じて増減することで、スプール１０１を軸方向に変位させる。

ここで、油圧室１０２の軸方向一端側は、スリーブ１０３に固定されて収容されるシール部材１０６により区画され、軸方向他端側がスプール１０１により区画されている。すなわち、油圧室１０２は、スプール１０１の軸方向への変位により拡縮自在となるように形成されている。なお、シール部材１０６は、スプール１０１の軸方向一端側への変位量を規制する機能を有し、スプール１０１の軸方向一端側への変位量は、スプール１０１の一端がシール部材１０６の他端に当接することにより規制される。

油圧室１０２への作動油の流入口１０７はスリーブ１０３に設けられ、流入口１０７の油圧室１０２に対する開度は、スプール１０１の一端がシール部材１０６の他端に近づくとともに縮小する。なお、流入口１０７には、作動油の流量を規制する第１のオリフィス１０８が設けられている。

また、油圧室１０２からの作動油の流出口１０９は、シール部材１０６に設けられ、電磁ソレノイド１０４の動作に応じて開閉される。すなわち、電磁ソレノイド１０４は、ソレノイドコイル１１０への通電により、軸方向他端側に付勢されて変位するシャフト１１１を有し、シャフト１１１の他端に流出口１０９の開度を操作する弁体１１２が設けられている。

以上の構成により、ソレノイドコイル１１０に通電が行われていない状態では、シャフト１１１が油圧室１０２の油圧により付勢されて軸方向一端側に変位し、流出口１０９の開度が拡大する。これにより、油圧室１０２からの作動油の流出が促されて油圧室１０２の油圧が低下するので、スプール１０１は、復元バネ１１４に付勢されて自身の一端がシール部材１０６の他端に当接するまで軸方向一端側に変位する。また、シャフト１１１は、スプール１０１の一端がシール部材１０６の他端に当接しているときの油圧室１０２の油圧に応じた位置まで変位する。

そして、ソレノイドコイル１１０に通電が行われると、シャフト１１１が軸方向他端側に変位し、流出口１０９の開度が縮小する。これにより、油圧室１０２の油圧が上昇するので、スプール１０１は、シール部材１０６から離脱して軸方向他端側に変位を開始する。そして、スプール１０１は、軸方向に作用する力が釣り合う位置まで軸方向他端側に変位して停止する。

ところで、この電磁スプール弁１００では、ソレノイドコイル１１０への通電開始に伴うスプール１０１の動作応答性、つまり、スプール１０１をシール部材１０６に当接した状態から所望の位置に変位させることに対する応答性の確保が問題視されている。そして、この通電開始時のスプール１０１の動作は、通電開始時の油圧室１０２の油圧の上昇速度に左右され、この油圧の上昇速度が大きいほど応答性が高くなる。

そこで、シール部材１０６の他端に溝１１６を設け、スプール１０１の一端がシール部材１０６の他端に当接しているときに、溝１１６を、流入口１０７と油圧室１０２とを連通する第２のオリフィス１１７として機能させる技術が考えられている（例えば、特許文献１参照）。この技術によれば、スプール１０１がシール部材１０６に当接している状態でも、油圧室１０２には、第２のオリフィス１１７を経由する一定流量の作動油の流入が維持されている。このため、通電開始により流出口１０９の開度縮小が始まると、迅速に油圧室１０２の油圧が上昇できるので、通電開始時の応答性が高い。

しかし、通電開始時の応答性の向上に対する要求は極めて高く、特に、低温時のように作動油の粘性が大きいときの応答性に関しては、さらなる改善が期待されている。なお、第２のオリフィス１１７の孔径を拡大して作動油の流量を大きくすることでも、通電開始時の応答性を向上することが可能であるが、作動油の流量増加は油圧ポンプ（図示せず）の負荷を増加させ、結果的に燃費の悪化につながる。このため、第２のオリフィス１１７の孔径拡大によらない別途の対策が求められている。
特開２００２−３５７２８１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、その目的は、スプールの軸方向一端側に油圧室を形成し、油圧室の油圧を電磁ソレノイドへの通電により上昇させてスプールを軸方向他端側に変位させる電磁スプール弁において、通電開始時のスプールの動作応答性を向上することにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の電磁スプール弁は、略円筒状のスリーブと、スリーブに摺動自在に支持されるスプールとを備え、スプールの軸方向一端側に油圧室を形成し、油圧室の油圧を電磁ソレノイドの動作に応じて増減することで、スプールを軸方向に変位させるものである。
また、油圧室の軸方向一端側は、スリーブに固定されて収容されるシール部材により区画され、油圧室は、スリーブに設けられる流入口、およびシール部材に設けられて電磁ソレノイドの動作に応じて開閉される流出口を介して作動油が流出入することで油圧が増減され、流入口には、作動油の流量を規制する第１のオリフィスが設けられている。

また、スプールは、流出口の開度が拡大して油圧室の油圧が低下することで軸方向一端側に変位し、流出口の開度が縮小して油圧室の油圧が上昇することで軸方向他端側に変位し、スプールの軸方向一端側への変位量は、スプールの一端がシール部材の他端に当接することにより規制され、流入口の開度は、スプールの一端がシール部材の他端に近づくとともに縮小する。
さらに、スプールの一端およびシール部材の他端の少なくとも一方には、溝が設けられ、溝は、スプールの一端がシール部材の他端に当接しているときに、流入口と油圧室とを連通する第２のオリフィスを形成する。そして、第１のオリフィスと第２のオリフィスとは、直線的に連通している。

これにより、第１、第２のオリフィスは、迷路状に配されることなく１本の直線で貫通できるようになるので、油圧室への作動油の流入に対する抵抗が小さくなる。このため、油圧室への作動油の流入が速くなり、油圧室の油圧の上昇速度が大きくなるので、通電開始時のスプールの動作応答性が向上する。

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の電磁スプール弁によれば、第２のオリフィスは、第１のオリフィスよりも径小であり、第１のオリフィスの流路軸と第２のオリフィスの流路軸とは平行である。そして、第１のオリフィスの流路軸に垂直な第１のオリフィスの断面、および第２のオリフィスの流路軸に垂直な第２のオリフィスの断面を想定し、第１のオリフィスの断面に第２のオリフィスの断面を投影すると、第２のオリフィスの断面は、第１のオリフィスの断面に含まれる。
これにより、第１のオリフィスを通過した作動油は、第１のオリフィスの断面よりも外側への広がりが抑制されて第２のオリフィスに流入する。このため、第１、第２のオリフィスにおける油圧室への作動油の流入に対する抵抗がさらに小さくなる。

最良の形態の電磁スプール弁は、略円筒状のスリーブと、スリーブに摺動自在に支持されるスプールとを備え、スプールの軸方向一端側に油圧室を形成し、油圧室の油圧を電磁ソレノイドの動作に応じて増減することで、スプールを軸方向に変位させるものである。
また、油圧室の軸方向一端側は、スリーブに固定されて収容されるシール部材により区画され、油圧室は、スリーブに設けられる流入口、およびシール部材に設けられて電磁ソレノイドの動作に応じて開閉される流出口を介して作動油が流出入することで油圧が増減され、流入口には、作動油の流量を規制する第１のオリフィスが設けられている。

また、スプールは、流出口の開度が拡大して油圧室の油圧が低下することで軸方向一端側に変位し、流出口の開度が縮小して油圧室の油圧が上昇することで軸方向他端側に変位し、スプールの軸方向一端側への変位量は、スプールの一端がシール部材の他端に当接することにより規制され、流入口の開度は、スプールの一端がシール部材の他端に近づくとともに縮小する。
さらに、スプールの一端およびシール部材の他端の少なくとも一方には、溝が設けられ、溝は、スプールの一端がシール部材の他端に当接しているときに、流入口と油圧室とを連通する第２のオリフィスを形成する。そして、第１のオリフィスと第２のオリフィスとは、直線的に連通している。

また、第２のオリフィスは、第１のオリフィスよりも径小であり、第１のオリフィスの流路軸と第２のオリフィスの流路軸とは平行である。そして、第１のオリフィスの流路軸に垂直な第１のオリフィスの断面、および第２のオリフィスの流路軸に垂直な第２のオリフィスの断面を想定し、第１のオリフィスの断面に第２のオリフィスの断面を投影すると、第２のオリフィスの断面は、第１のオリフィスの断面に含まれる。

〔実施例１の構成〕
実施例１の電磁スプール弁１の構成を、図１を用いて説明する。
電磁スプール弁１は、略円筒状のスリーブ２と、スリーブ２に摺動自在に支持されるスプール３とを備え、スプール３の軸方向一端側に油圧室４を形成し、油圧室４の油圧を電磁ソレノイド５の動作に応じて増減することでスプール３を軸方向に変位させるものであり、例えば、自動変速機（図示せず）の油圧回路における油圧の調圧に利用されている。

すなわち、電磁スプール弁１の内、スリーブ２とスプール３とにより構成される軸方向他端側の部分は、入力された油圧をスプール３の位置に応じて調圧して出力する調圧弁部６であり、電磁ソレノイド５および油圧室４を含む軸方向一端側の部分は、調圧弁部６を動作させる駆動部７である。
そこで、最初に調圧弁部６における調圧機能について説明する。

まず、スリーブ２には、油圧ポンプ（図示せず）の吐出側に連通して調圧前の油圧が入力される入力ポート１０、調圧後の油圧が出力される出力ポート１１、調圧弁部６内の余剰の作動油をオイルパン（図示せず）等の低圧側に排出するための排出ポート１２が、軸方向他端側から一端側に向かって順次に設けられている。

また、スプール３には、スリーブ２の内周に摺接する径大の２つの大径ランド部１４、１５が設けられている。２つの大径ランド部１４、１５の内、軸方向他端側の大径ランド部１４は入力ポート１０を開閉するものであり、軸方向一端側の大径ランド部１５は排出ポート１２を開閉するものである。そして、大径ランド部１４、１５間には、常時、調圧後の作動油が流動して出力ポート１１に連通する分配室１６が形成されている。

つまり、後記するように、油圧室４の油圧に応じてスプール３が所望の位置に変位すると、分配室１６は、入力ポート１０に対してスプール３の位置に応じた開度で連通する。これにより、入力ポート１０に流入した作動油は、油圧が調圧されて分配室１６に流入し、調圧された作動油が出力ポート１１から流出する。

さらに、スプール３には、大径ランド部１４、１５の軸方向他端側に大径ランド部１４、１５よりも小径の小径ランド部１８が設けられてスリーブ２の内周に摺接する。そして、小径ランド部１８は、スリーブ２の内周と大径ランド部１４の他端との間に、スプール３に対して調圧後の油圧をフィードバックさせて作用させるためのＦ／Ｂ室１９を形成する。

ここで、Ｆ／Ｂ室１９は、大径ランド部１４を貫通するＦ／Ｂポート２０により分配室１６に連通しており、Ｆ／Ｂポート２０を介して分配室１６から調圧後の油圧の供給を受ける。そして、Ｆ／Ｂ室１９の油圧は、大径ランド部１４と小径ランド部１８との径差に基づく付勢力をスプール３に対して軸方向一端側に及ぼす。つまり、調圧後の油圧は、Ｆ／Ｂ室１９に供給されてスプール３に対して軸方向一端側に作用することで、スプール３の位置に対してフィードバックされている。

すなわち、調圧後の油圧が過大である場合、Ｆ／Ｂ室１９の油圧による付勢力が大きいので、スプール３は軸方向一端側に微小変位する。この結果、入力ポート１０の分配室１６に対する開度が縮小するので、調圧後の油圧が低下する。また、調圧後の油圧が過小である場合、Ｆ／Ｂ室１９の油圧による付勢力が小さいので、スプール３は軸方向他端側に微小変位する。この結果、入力ポート１０の分配室１６に対する開度が拡大するので、調圧後の油圧が上昇する。

このように、調圧弁部６では、調圧後の油圧による軸方向の付勢力をスプール３に作用させることで、調圧後の油圧をスプール３の位置に対してフィードバックし、スプール３の位置を微修正して安定させる。これにより、調圧弁部６は、調圧後の油圧、つまり出力する油圧を安定させている。

なお、Ｆ／Ｂポート２０には、オリフィス２１が設けられている。このオリフィス２１は、分配室１６からＦ／Ｂ室１９への油圧の供給を緩やかするものであり、スプール３の位置の安定に寄与している。また、小径ランド部１８の軸方向他端側には、復元バネ２３がセットされており、復元バネ２３は、スプール３を軸方向一端側に付勢している。

次に、駆動部７について説明する。
駆動部７は、油圧室４の油圧を電磁ソレノイド５の動作に応じて増減することで、スプール３を軸方向に変位させて調圧弁部６を動作させるものである。

まず、油圧室４の軸方向一端側は、スリーブ２に固定されて収容されるシール部材２５により区画され、軸方向他端側がスプール３の大径ランド部１５により区画されている。すなわち、油圧室４は、スプール３の軸方向への変位により拡縮自在となるように形成されている。なお、シール部材２５は、スプール３の軸方向一端側への変位量を規制する機能を有し、スプール３の軸方向一端側への変位量は、スプール３の一端（大径ランド部１５の一端）がシール部材２５の他端に当接することにより規制される。

油圧室４への作動油の流入口は、スリーブ２において排出ポート１２よりも軸方向一端側に設けられた流入ポート２７である。流入ポート２７は、油圧ポンプの吐出側に連通している。また、流入ポート２７の油圧室４に対する開度は、大径ランド部１５の一端がシール部材２５の他端に近づくとともに縮小する。なお、流入ポート２７には、油圧室４への作動油の流入流量を規制する第１のオリフィス２８が設けられている。

油圧室４からの作動油の流出口は、シール部材２５に設けられた流出ポート２９であり、流出ポート２９は、電磁ソレノイド５の動作に応じて開閉される。ここで、シール部材２５の内周面は、軸方向一端側に向かいテーパ状に縮径して油圧室４を形成するテーパ面３０を含んでおり、テーパ面３０の一端に流出ポート２９が接続するように設けられている。また、テーパ面３０の軸方向他端側は大径のままシール部材２５の他端に開口し、シール部材２５の他端は環状をなしている。そして、シール部材２５の他端は、大径ランド部１５の一端と環状に当接する。

また、シール部材２５の軸方向一端側には、流出ポート２９から流出した作動油が流入する流出室３２が形成され、流出室３２に流入した作動油は、スリーブ２において流入ポート２７よりも軸方向一端側に設けられた第２排出ポート３３により低圧側に排出される。そして、流出ポート２９の流出室３２に対する開度は、電磁ソレノイド５のシャフト３４の他端に設けられた弁体３５により操作される。

なお、流出室３２の軸方向一端側は、電磁ソレノイド５の内部を封鎖するダイヤフラム３７の軸方向他端側の前面に配された防圧遮蔽板３８により区画されている。この防圧遮蔽板３８は、流出室３２の油圧が直接的にダイヤフラム３７に作用するのを防止するものである。また、ダイヤフラム３７は、外周部がスリーブ２とステータコア３９とに挟持され、内周部がシャフト３４の外周に設けられた溝に嵌め合わされて、スリーブ２内から作動油等が電磁ソレノイド５の内部に浸入するのを防止している。

電磁ソレノイド５は、通電を受けるソレノイドコイル４１、ソレノイドコイル４１の内周側および軸方向他端側に配されて磁気回路をなすステータコア３９、ステータコア３９の内周側に摺動自在に配され、ソレノイドコイル４１への通電により励磁されて軸方向他端側に変位するムービングコア４２、ムービングコア４２に圧入されてムービングコア４２とともに変位するシャフト３４、ソレノイドコイル４１の外周側および軸方向一端側に配されて磁気回路をなすヨーク４３、電源（図示せず）からの電力の入力端をなすコネクタ端子４４等を有する。
また、シャフト３４の他端には、上記のように、流出ポート２９の流出室３２に対する開度を操作する弁体３５が設けられている。

このような構成により、ソレノイドコイル４１に通電が行われていない状態では、シャフト３４が油圧室４の油圧により付勢されて軸方向一端側に変位し、流出ポート２９の流出室３２に対する開度が拡大する。これにより、油圧室４からの作動油の流出が促されて油圧室４の油圧が低下するので、スプール３は、復元バネ２３に付勢されて大径ランド部１５の一端がシール部材２５の他端に当接するまで軸方向一端側に変位する。また、シャフト３４は、大径ランド部１５の一端がシール部材２５の他端に当接しているときの油圧室４の油圧に応じた位置まで変位する。

そして、ソレノイドコイル４１に通電が行われると、ムービングコア４２とともにシャフト３４が軸方向他端側に変位し、流出ポート２９の流出室３２に対する開度が縮小する。これにより、油圧室４の油圧が上昇するので、大径ランド部１５がシール部材２５から離脱し、スプール３は軸方向他端側に変位を開始する。そして、スプール３は、軸方向に作用する力、つまり、油圧室４の油圧による付勢力、復元バネ２３による付勢力、およびＦ／Ｂ室１９の油圧による付勢力が釣り合う位置まで軸方向他端側に変位して停止する。

ここで、油圧室４の油圧は流出ポート２９の開度に応じて定まり、流出ポート２９の開度はシャフト３４の変位量、つまりソレノイドコイル４１への通電量に応じて定まるから、スプール３が停止する位置は、結果的にソレノイドコイル４１への通電量に応じて定まる。

なお、シャフト３４の軸方向一端側には、シャフト３４の軸方向一端側への変位を規制するアジャスタ４６がヨーク４３に螺合されて配されている。また、アジャスタ４６とシャフト３４との間には、シャフト３４に対して軸方向他端側に付勢力を及ぼすコイルバネ４７が装着され、このコイルバネ４７により、シャフト３４は緩やかに変位することができる。

〔実施例１の特徴〕
実施例１の電磁スプール弁１によれば、シール部材２５の他端には、図２、図３に示すように、１本の溝４９が設けられている。そして、この溝４９は、大径ランド部１５の一端がシール部材２５の他端に当接しているときに、流入ポート２７と油圧室４とを連通する第２のオリフィス５０を形成する。そして、第１のオリフィス２８と第２のオリフィス５０とは、直線的に連通している。

また、第２のオリフィス５０は、第１のオリフィス２８よりも径小であり、第１のオリフィス２８の流路軸（第１の流路軸５２とする）と第２のオリフィス５０の流路軸（第２の流路軸５３とする）とは同軸上にある。そして、第１の流路軸５２に垂直な第１のオリフィス２８の断面５４、および第２の流路軸５３に垂直な第２のオリフィス５０の断面５５を想定し、断面５４に断面５５を投影すると断面５５は断面５４に含まれる。

〔実施例１の効果〕
実施例１の電磁スプール弁１は、シール部材２５の他端に溝４９が設けられ、溝４９は、大径ランド部１５の一端がシール部材２５の他端に当接しているときに、流入ポート２７と油圧室４とを連通する第２のオリフィス５０を形成する。そして、第１のオリフィス２８と第２のオリフィス５０とは直線的に連通している。
これにより、第１、第２のオリフィス２８、５０は、迷路状に配されることなく１本の直線で貫通できるようになるので、油圧室４への作動油の流入に対する抵抗が小さくなる。このため、油圧室４への作動油の流入が速くなるので、通電開始による油圧室４の油圧の上昇に関して、油圧の上昇速度が大きくなる。この結果、通電開始時のスプール３の動作応答性が向上する。

また、第１の流路軸５２に垂直な第１のオリフィス２８の断面５４、および第２の流路軸５３に垂直な第２のオリフィス５０の断面５５を想定し、断面５４に断面５５を投影すると断面５５は断面５４に含まれる。
これにより、第１のオリフィス２８を通過した作動油は、断面５４よりも外側への広がりが抑制されて第２のオリフィス５０に流入する。このため、第１、第２のオリフィス２８、５０における油圧室４への作動油の流入に対する抵抗がさらに小さくなる。

〔変形例〕
実施例１の第１、第２のオリフィス２８、５０は、第１、第２の流路軸５２、５３が同軸上にあるように設けられていたが、図４、図５に示す設定範囲５７、５８で第１、第２の流路軸５２、５３が互いに平行となるように第２のオリフィス５０の設定位置を変更してもよい。つまり、第２のオリフィス５０の設定位置は、第１のオリフィス２８と１本の直線で貫通できる範囲であれば変更可能である。

また、実施例１の溝４９は、シール部材２５の他端に１本のみ設けられていたが、スプール３の一端に溝４９を設けてもよく、溝４９の本数を複数にしてもよい。
さらに、実施例１の電磁スプール弁１は、自動変速機の油圧回路における油圧の調圧に利用されていたが、自動変速機以外の油圧回路における油圧の調圧に電磁スプール弁１を利用することもできる。

電磁スプール弁の構成を示す断面図である（実施例１）。 電磁スプール弁の要部を示す部分拡大断面図である（実施例１）。 （ａ）は図２のＡ−Ａ断面図であり、（ｂ）は図２のＢ−Ｂ断面図である（実施例１）。 第２のオリフィスの設定範囲を示す部分拡大断面図である（変形例）。 第２のオリフィスの設定範囲を示す図４のＣ−Ｃ断面図である（変形例）。 （ａ）は電磁スプール弁の構成を示す断面図であり、（ｂ）は電磁スプール弁の要部を示す部分拡大断面図である（従来例）。

符号の説明

１ 電磁スプール弁
２ スリーブ
３ スプール
４ 油圧室
５ 電磁ソレノイド
２５ シール部材
２７ 流入ポート（流入口）
２８ 第１のオリフィス
２９ 流出ポート（流出口）
４９ 溝
５０ 第２のオリフィス
５２ 第１の流路軸（第１のオリフィスの流路軸）
５３ 第２の流路軸（第２のオリフィスの流路軸）
５４ 断面（第１のオリフィスの断面）
５５ 断面（第２のオリフィスの断面）

Claims (2)

1. 略円筒状のスリーブと、このスリーブに摺動自在に支持されるスプールとを備え、このスプールの軸方向一端側に油圧室を形成し、この油圧室の油圧を電磁ソレノイドの動作に応じて増減することで、前記スプールを軸方向に変位させる電磁スプール弁において、
   前記油圧室の軸方向一端側は、前記スリーブに固定されて収容されるシール部材により区画され、
   前記油圧室は、前記スリーブに設けられる流入口、および前記シール部材に設けられて前記電磁ソレノイドの動作に応じて開閉される流出口を介して作動油が流出入することで油圧が増減され、
   前記流入口には、作動油の流量を規制する第１のオリフィスが設けられ、
   前記スプールは、前記流出口の開度が拡大して前記油圧室の油圧が低下することで軸方向一端側に変位し、前記流出口の開度が縮小して前記油圧室の油圧が上昇することで軸方向他端側に変位し、
   前記スプールの軸方向一端側への変位量は、前記スプールの一端が前記シール部材の他端に当接することにより規制され、前記流入口の開度は、前記スプールの一端が前記シール部材の他端に近づくとともに縮小し、
   前記スプールの一端および前記シール部材の他端の少なくとも一方には、溝が設けられ、
   この溝は、前記スプールの一端が前記シール部材の他端に当接しているときに、前記流入口と前記油圧室とを連通する第２のオリフィスを形成し、
   前記第１のオリフィスと前記第２のオリフィスとは、直線的に連通していることを特徴とする電磁スプール弁。
2. 請求項１に記載の電磁スプール弁において、
   前記第２のオリフィスは、前記第１のオリフィスよりも径小であり、
   前記第１のオリフィスの流路軸と前記第２のオリフィスの流路軸とは平行であり、
   前記第１のオリフィスの流路軸に垂直な前記第１のオリフィスの断面、および前記第２のオリフィスの流路軸に垂直な前記第２のオリフィスの断面を想定し、
   前記第１のオリフィスの断面に前記第２のオリフィスの断面を投影すると、前記第２のオリフィスの断面は、前記第１のオリフィスの断面に含まれることを特徴とする電磁スプール弁。

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