JP5733472B2 - 油圧制御バルブおよび油圧制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、油路を開閉することにより油圧を制御するバルブおよびそのバルブを備えている装置に関し、特にバランスピストン式バルブおよびそのバランスピストン式バルブを備えた油圧制御装置に関するものである。

油圧の制御は、制御対象物に対して圧油を供給し、あるいは制御対象物から圧油を排出することにより行われるのが一般的であり、さらにその制御対象物に対して供給され、もしくは制御対象物から排出される圧油の圧力を調整することも油圧制御に含まれる。そして、油圧を使用すれば、離れた箇所に動力を伝達でき、また油圧には、信号を伝達する機能もあり、そのため車両を含む各種の移動体や産業機器などで油圧あるいは油圧制御装置が多用されている。車両における油圧制御装置の一例が特開２０１１−１６３３９３号公報に記載されている。

この公報に記載されている油圧制御装置は、車両用のベルト式無段変速機における油圧制御装置であり、プライマリープーリにおける油圧室に対して供給する油圧を制御する増圧用開閉弁とその油圧室から排出する油圧を制御する減圧用開閉弁とを備えている。また同様に、セカンダリープーリにおける油圧室に対して供給する油圧を制御する増圧用開閉弁とその油圧室から排出する油圧を制御する減圧用開閉弁とを備えている。これらの各開閉弁は、高い油圧が掛かる入力ポートと、その入力ポートから流入した圧油を排出する出力ポートとを備えており、さらにその入力ポートを開閉するソレノイドを備えている。入力ポートを閉じる弁体は、ソレノイドの電磁力で軸線方向に移動させられるプランジャと一体になっており、そのプランジャおよび弁体をスプリングによって入力ポートに向けて押圧し、スプリングによる弾性力に抗する電磁力をソレノイドで発生させるように構成されている。したがって、このような構成のバルブは、スプリングの弾性力で入力ポートを閉じるように構成されているから、入力ポートに作用する油圧が高い場合には、弾性力の大きいスプリング、すなわちばね係数の大きいスプリングを使用することになり、それに伴って大きい電磁力を発生することのできる大型のソレノイドを使用することになる。

一方、特開平１１−１０１３６０号公報には、バランス式電磁弁が記載されている。この電磁弁は、弁体と一体化されているピストンの正面側の正圧室とこれとは反対側の背圧室とを連通する連通路を有し、そのピストンは例えば背圧室に設けたスプリングによって正圧室側に押圧され、そのピストンと一体の弁体を出力ポートに押し付けて閉弁状態となるように構成されている。したがって、供給圧が高いとしても、同様の圧力が背圧室にも作用するので、供給圧がいわゆる開弁方向の荷重として作用することがなく、そのためスプリングの弾性力を供給圧に応じて高くする必要はない。そして、背圧室には電磁開閉弁が連通されており、その電磁開閉弁に通電して背圧室を圧力の低い箇所に連通させると、正圧室と背圧室との間に圧力差が生じ、その圧力差に応じた押圧力がスプリングの弾性力に打ち勝つとピストンが背圧室側に移動して出力ポートを開く。したがって、コイルで発生させる電磁力を特に大きくする必要がなく、入力ポートに作用する圧力が高い場合であっても、電磁弁あるいはそのコイルを特に大型化する必要はない。

したがって、この種のバランスピストン式の開閉バルブを前述した特開２０１１−１６３３９３号公報に記載されている油圧制御装置の増圧用開閉弁あるいは減圧用開閉弁に使用すれば、各プーリにおける油圧室の油圧が高い場合であっても、その開閉弁を相対的に小型化することができる。しかしながら、上述した一般的な構成のバランスピストン式のバルブでは、ポートもしくは油路の開閉を行うことができるとしても、流量の制御が困難である。すなわち、バランスピストン式のバルブは上述したように正圧室と背圧室との圧力差がスプリングの弾性力以上となることにより開弁動作するので、スプリングの弾性力を小さくすると、小さい圧力差で敏感に開動作するが、圧力差が大きい場合には、急激に開動作し、かつ開度が大きくなるので、圧油の流量が急激に増大してしまう。その結果、ソレノイドに流す電流の僅かな変化で流量が大きく、また急激に変化してしまい、流量の制御が困難になる。また、反対にスプリングの弾性力を大きくすると、ピストンを挟んだ両側での圧力差が小さい場合には、バルブの開度が過度に小さくなり、応答性の悪いバルブになるなどの課題が生じる。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、バランスピストン式バルブにおける差圧の大小に拘わらず穏やかな開弁動作を生じさせて制御性を向上させることを目的とするものである。

この発明は、上記の目的を達成するために、シリンダ部の内部を軸線方向に前後動するピストンを挟んだ一方側に、入力ポートと出力ポートとが開口している正圧室が形成され、かつ前記ピストンを挟んだ他方側に背圧室が形成され、その出力ポートを開閉する弁体が前記ピストンに連結されて設けられ、前記正圧室と背圧室とがこれら正圧室と背圧室との間に圧力差を生じさせる第１の絞り部を介して連通されるとともに、前記背圧室を該背圧室より低圧の部分に選択的に連通させる開閉弁が接続され、前記入力ポートが高圧部に連通され、かつ前記出力ポートが前記高圧部より圧力の低い低圧部に連通されている油圧制御バルブであって、前記入力ポートを介して前記正圧室に流入する圧油の流動を制限する第２の絞り部が設けられていることを特徴とするものである。

この発明では、前記ピストンおよび弁体は、前記出力ポートを密閉している全閉位置から前記出力ポートを開く全開位置に移動するように構成し、前記第２の絞り部は、前記ピストンおよび弁体が前記全開位置に到る前までの所定範囲で、前記入力ポートから前記正圧室に向けて流入する圧油の流動を制限するように構成し、前記ピストンおよび弁体が前記所定範囲を超えて移動した状態では前記入力ポートから前記正圧室に流入する圧油の流動が前記第２の絞り部による制限を受けないように構成することができる。

また、この発明では、前記開閉弁は、電流に応じて開度が増大する電磁弁を含み、前記ピストンおよび弁体は、前記電磁弁の電流の増大に応じて開弁方向への移動量が増大するように構成し、前記低圧部に対して急速に圧油を供給する要求がある場合に、前記ピストンおよび弁体が前記所定範囲を超えて移動するように前記電流を制御するコントローラを更に備えることができる。

さらに、この発明における第２の絞り部は、前記ピストンおよび弁体の前記出力ポートを開く方向への移動量に応じて開口面積が増大して絞りの程度を減じるように構成されていてよい。

あるいはこの発明における前記第２の絞り部は、前記ピストンおよび弁体が前記出力ポートを開く方向に予め定めた所定距離移動した後は全開されて前記圧油の流動に対して絞り作用が生じなくなるように構成されていてよい。

さらにまた、この発明における前記第２の絞り部は、前記ピストンの外周面と前記シリンダ部の内周面との間に形成された、前記圧油が前記正圧室に向けて流れる隙間であってよい。

一方、この発明における前記ピストンは、前記シリンダ部の内周面に液密状態で摺接するベース部と、そのベース部より小さい外径でかつベース部から前記正圧室の内部に突出した突出部とを有し、前記正圧室には、前記突出部の先端部を所定の深さで嵌合させる小径部が形成され、前記第２の絞り部は、前記突出部の先端部の外周面と前記小径部の内周面との間に形成されていてよい。

この発明における前記突出部と前記小径部との嵌合長さは、前記ピストンおよび弁体の全閉状態から全開状態までの移動長さより短くすることができる。

また、この発明における前記第２の絞り部は、前記入力ポートの前記正圧室に対する開口端と、その開口端の一部に重なり合って前記開口端の開口面積を減じる前記ピストンの外周面とによって形成され、前記開口端の形状は、前記シリンダ部の円周方向に測った幅が、前記シリンダ部の軸線方向の位置毎に異なる形状であってよい。

またさらにこの発明における前記第２の絞り部は、前記ピストンの外周部に、前記入力ポートと前記正圧室とに開口するように形成された溝部によって形成することができる。

あるいはこの発明における前記第２の絞り部は、前記ピストンを貫通し、かつ前記入力ポートと前記正圧室とに開口するように形成された貫通孔によって形成することができる。

そして、この発明に係る油圧制御装置は、上記の油圧制御バルブが、ベルト式無段変速機のプーリにおける油圧室と油圧源との間に設けられ、前記出力ポートおよび前記開閉弁が前記油圧室に連通された構成とすることができる。

この発明に係る油圧制御バルブでは、開閉弁を開いて背圧室を所定の低圧の部分に連通させると、背圧室の油圧が正圧室の油圧より低くなるので、その圧力差によってピストンおよびこれに連結されている弁体が移動し、出力ポートが開かれる。すなわち開弁する。それに伴って入力ポートを経て正圧室に圧油が流入するが、その圧油に対しては第２の絞り部による抵抗が作用するので、入力ポートに向けて供給される油圧が高い場合であっても、背圧室と正圧室との圧力差が特には大きくならない。そのため、この発明によれば、第２の絞り部を備えていない場合に比較して、ピストンや弁体がゆっくり移動し、流量の急激な増大が生じないので、制御性が良好になる。

また、このような第２の絞り部により圧油の流動に抵抗を与える範囲を、弁体が出力ポートを完全に閉じている全閉状態から全開状態に到る前の所定の範囲に設定し、その範囲を超えてピストンおよび弁体が移動した場合には、第２の絞り部による抵抗が圧油の流動に対して作用しないように構成すれば、制御対象箇所である前記低圧部に急速に圧油を供給する必要がある場合、開閉弁の開度を大きくすることにより、出力ポートから低圧部に送る油量を増大させることができる。

そして、この発明によれば、開閉弁を電磁弁によって構成し、その電磁弁の電流を要求されている油量に応じて増大させることにより、要求に即した急速な制御を行うことができる。

さらに、この発明では、第２の絞り部をピストンとそのピストンを収容しているシリンダ部の内面との間に形成することにより、新たな部品を追加することなく、ピストンやシリンダ部の形状の変更によって第２の絞り部を構成することができ、油圧制御バルブの構成やその油圧制御バルブを備えている油圧制御装置の構成を小型化することができる。

この発明に係る油圧制御バルブおよび油圧制御装置の一例を模式的に示す図である。 その絞り部の構成を示す部分図である。 その油圧制御バルブの開弁状態を示す図である。 上流圧が高い場合と低い場合とにおけるピストンおよび弁体のストローク量と正圧室の油圧との関係を示す図である。 上流圧が高いことにより差圧が大きい場合と、上流圧が低いことにより差圧が小さい場合とにおけるソレノイドバルブの開口面積と背圧との関係を示す図である。 ソレノイドバルブの電流値と流量との関係を示す図である。 この発明に係る油圧制御バルブの他の例を示す図である。 その絞り部の構成を示す部分図である。 その中間まで開度が増大した状態を示す図である。 その全開状態を示す図である。 そのピストンおよび弁体のストローク量と正圧室の油圧との関係を示す図である。 図７に示す油圧制御バルブについてのソレノイドバルブの電流と圧油の流量との関係を示す図である。 図７に示す油圧制御バルブについて、絞り部が圧油の流動に抵抗を与えない程度まで開弁した後にソレノイドバルブの電流値を下げた場合の電流と正圧室および背圧室の油圧との関係を示す図である。 図７に示す油圧制御バルブについて、絞り部が圧油の流動に抵抗を与えない程度まで開弁した後にソレノイドバルブの電流値を下げた場合の電流と油圧の流量との関係を示す図である。 この発明に係る油圧制御バルブの更に他の例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断側面図である。 その絞り部の構成を示す部分図である。 （ａ）ないし（ｉ）のそれぞれは絞り部を構成する入力ポートの開口形状を示す平面図である。 ピストンの設けた溝部によって絞り部を構成した例を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断側面図である。 その絞り部の構成を示す部分図である。 ピストンの先端部側に絞り部を形成した例を示す部分図である。 入力ポートを細くして絞り部とした例を示す部分図である。 ピストンの内部に形成した貫通孔を絞り部とした例を示す部分図である。

この発明に係る油圧制御バルブおよび油圧制御装置は、車両や航空機などの移動体あるいは定置式の各種の産業機械に使用することができ、この発明は例えば車両におけるベルト式無段変速機の油圧を制御する装置に適用することができる。その一例を図１に模式的に示してある。ここに示す例は、ベルト式無段変速機におけるプーリ１に対して油圧を供給する装置にこの発明を適用した例であり、そのプーリ１は従来知られている駆動側のプライマリープーリあるいは従動側のセカンダリープーリのいずれであってもよい。そのプーリ１の構成について簡単に説明すると、従来のプーリと同様に、固定シーブとその固定シーブに対して接近し、また離隔するように軸線方向に前後動する可動シーブとによってプーリ１が構成されている。その固定シーブと可動シーブとの間がベルトを巻き掛ける溝であり、各シーブ同士の間隔に応じてその溝の幅が広狭に変化するように構成されている。そして、その可動シーブを固定シーブ側に押圧する荷重を生じさせる油圧室（油圧アクチュエータ）２が設けられている。すなわち、この油圧室２における油圧を増大させることにより、可動シーブが固定シーブ側に押され、その結果、溝幅が狭くなってベルトの巻き掛け半径が増大し、あるいはベルトを挟み付ける挟圧力が増大するように構成されている。

油圧源３から上記の油圧室２に油圧を供給する供給油路４の途中に、この発明に係る油圧制御バルブに相当するバランスピストン式バルブからなる供給弁５が設けられている。その油圧源３は、オイルポンプであってもよく、あるいはオイルポンプで発生した油圧を調圧して得られたライン圧の油路であってもよく、さらには所定の圧力で油圧を蓄えるアキュムレータであってもよい。

この供給弁５を構成しているバランスピストン式バルブはこの発明に特有のものであって、その構成を具体的に説明すると、円筒状の部分であるシリンダ部６の内部にピストン７が液密状態を維持して軸線方向に前後動するように収容されている。したがって、シリンダ部６の内部には、ピストン７を挟んだ一方側（図１では右側）に正圧室８が形成され、これとは反対側（図１の左側）に背圧室９が形成されている。なお、図１に示す例では、正圧室８に隣接して副室１０が形成されている。

正圧室８には、前述した油圧源３の油圧が供給される入力ポート１１と、正圧室８から油圧を流出させる出力ポート１２とが開口するように設けられている。その入力ポート１１は、図１に示す例では、シリンダ部６における円筒状の外周部分に形成されている。これに対して出力ポート１２はシリンダ部６におけるエンドプレートに相当する部分に形成されており、したがって正圧室８と副室１０とが出力ポート１２によって連通するように構成されている。さらに、副室１０にはプーリ１における油圧室２に連通された接続ポート１３が形成されている。

そして、ピストン７の正圧室８側の中央部に、弁体１４が設けられている。弁体１４は、出力ポート１２の前記正圧室８側の開口端部に突き当てられて出力ポート１２を閉じるように構成され、図１に示す例では、先端部が出力ポート１２の内径より大きい直径の半球状に形成され、かつピストン７と一体化されている。また、背圧室９の内部には、ピストン７を正圧室８側に押すスプリング１５が配置されている。そして、背圧室９には背圧ポート１６が開口するように形成されており、その背圧ポート１６と前述した入力ポート１１とが連通路１７によって連通されている。その連通路１７の途中には、制御オリフィス１８が設けられており、正圧室８もしくは背圧室９の圧力が変動した場合、連通路１７を流れる圧油に抵抗を与えて正圧室８と背圧室９とに圧力差を生じさせるようになっている。この制御オリフィス１８がこの発明における第１の絞り部に相当し、制御オリフィス１８は正圧室８と背圧室９との間に圧力差を生じさせるように構成されていればよいので、この発明における第１の絞り部は、連通路１７を構成している管路自体を内径の小さいものとし、これによって上記の圧力差を生じさせるように構成されたものであってもよい。

さらに、背圧室９をその内部の圧力より低圧の部分に選択的に連通させるソレノイドバルブ１９が設けられている。このソレノイドバルブ１９はこの発明における開閉弁に相当し、通電されることにより開弁動作するように構成され、かつ電流に応じて開度が変化するように、すなわち増大するように構成されている。なお、図１に示す例では、背圧室９より低圧の部分は前述したプーリ１における油圧室２であり、したがってソレノイドバルブ１９はその油圧室２に連通されている。

上記の供給弁５を構成しているバランスピストン式バルブには、正圧室８に流入する圧油の流動に対して抵抗を与える絞り部２０が設けられている。絞り部２０は、この発明における第２の絞り部に相当し、正圧室８に向けた圧油の流路断面積を部分的に小さくし圧油の流動に対して抵抗となる部分であり、その位置は、要は、正圧室８に流入する圧油が通過する位置であればよい。図１に示す例では、ピストン７の外周面とシリンダ部６の内周面との間に形成されている。図２はその絞り部２０の一例を示している。図２に示すようにピストン７の先端側（正圧室８側）の外径は、シリンダ部６の内径より小さくなっていて両者の間に、圧油が流れることのできる隙間が形成されている。また、入力ポート１１の位置は、弁体１４が出力ポート１２から離れて十分開弁した位置にピストン７が後退した状態であってもそのピストン７の外周面に対向し、かつピストン７の外周面とシリンダ部６の内周面との間の隙間に開口した位置に設定されている。したがって、その隙間が、正圧室８に向けて流動する圧油に抵抗を与える絞り部２０を形成している。なお、絞り部２０はその機能から明らかなように、入力ポート１１の開口面積（流路断面積）より小さい開口面積（流路断面積）となるように構成されている。また、図２に示す構成では、入力ポート１１からピストン７の先端部までの長さが絞り部２０の長さであるから、弁体１４がピストン７と共に後退し、その後退移動量の増大によって出力ポート１２の開口量が増大した場合、絞り部２０の長さが短くなって絞り部２０による流動抵抗が小さくなる。

一方、前記油圧室２の油圧を低下させるための構成について説明すると、図１に示す例では、従来知られているバランスピストン式バルブが排出弁２１として用いられ、その排出弁２１が油圧室２とドレイン箇所２２との間に配置されている。

上記のように構成された油圧制御バルブおよび油圧制御装置の作用について説明すると、図１は供給弁５が閉じている状態を示しており、ソレノイドバルブ１９がＯＦＦになっていて閉じている。したがって、正圧室８と背圧室９とが等しい圧力になるので、ピストン７はスプリング１５によって正圧室８側に押され、その結果、弁体１４が出力ポート１２の開口端に押し付けられて出力ポート１２を密閉している。この状態におけるピストン７を挟んだ両側から掛かる力のバランスは以下のとおりである。

先ず、ピストン７を正圧室８側に押す荷重は、スプリング１５による荷重Ｆｓと、背圧室９の油圧Ｐ２による荷重Ｆｐ２との和である。スプリング１５による荷重Ｆｓは、スプリング１５をシリンダ部６の内部に組み込んだ初期状態での圧縮量で決まる荷重である。また、ピストン７の背圧Ｐ２を受ける面積はピストン７の断面積Ａｐであるから、背圧Ｐ２による荷重Ｆｐ２は、背圧Ｐ２と受圧面積Ａｐ２との積（Ａｐ×Ｐ２＝Ｆｐ２）である。これに対してピストン７およびこれと一体の弁体１４とを背圧室９側に押す荷重は、正圧室８の油圧Ｐ１による荷重Ｆｐ１と、副室９の油圧Ｐ３が弁体１４に作用することによる荷重Ｆｐ３との和である。正圧室８の油圧は入力ポート１１から供給される油圧であり、これを仮に上流圧と称すると、ピストン７に上流圧Ｐ１が作用する面積は、断面積Ａｐから弁体１４によるシール面積Ａｓを減じた面積であるから、上流圧Ｐ１がピストン７を押す荷重Ｆｐ１は上流圧Ｐ１とこれが作用する面積（Ａｐ−Ａｓ）との積（（Ａｐ−Ａｓ）×Ｐ１）である。また、副室９は正圧室８から圧油が流れ出る箇所であるからその油圧を仮に下流圧Ｐ３と称すると、下流圧Ｐ３による荷重Ｆｐ３は、下流圧Ｐ３と上記のシール面積Ａｓとの積（Ｐ３×Ａｓ）である。

ピストン７を図１の右方向すなわち閉弁方向に押す荷重（Ｆｓ＋Ｆｐ２）と、ピストン７を図１の左方向すなわち開弁方向に押す荷重（Ｆｐ１＋Ｆｐ３）との差を求めると、
（Ｆｓ＋Ｆｐ２）−（Ｆｐ１＋Ｆｐ３）＝Ｆｓ＋Ａｐ・Ｐ２−（Ａｐ−Ａｓ）・Ｐ１−Ａｓ・Ｐ３
ソレノイドバルブ１９が閉じている状態では、上流圧Ｐ１と背圧Ｐ２とは等しい圧力であるから、上記の式は、
（Ｆｓ＋Ｆｐ２）−（Ｆｐ１＋Ｆｐ３）＝Ｆｓ＋Ａｓ・Ｐ１−Ａｓ・Ｐ３
＝Ｆｓ＋Ａｓ（Ｐ１−Ｐ３）
となる。ここで、上流圧Ｐ１が下流圧Ｐ３よりも高圧であるから、結局、上記の式の値は正になり、弁体１４はスプリング１５の弾性力と、上流圧Ｐ１と下流圧Ｐ３との圧力差に基づく荷重とによって出力ポート１２の開口端に押し付けられて閉弁状態を維持している。

この閉弁状態から前記ソレノイドバルブ１９に通電すると、背圧室９が前記油圧室２などの低圧部分に連通されて背圧室９の圧力が低下する。その場合、背圧室９と正圧室８とが連通路１７によって連通されているとしても、連通路１７には制御オリフィス１８が設けられているので、背圧室９と正圧室８との間で圧力差が生じる。すなわち、ピストン７および弁体１４を正圧室８側に押す荷重が低下するので、その荷重の低下分が上記の式で示してあるいわゆる閉弁状態を維持する荷重を超えると、ピストン７および弁体１４が背圧室９側に移動し、出力ポート１２の開口端から弁体１４が離れて出力ポート１２が開かれる。すなわち、開弁状態となる。したがって、圧油は入力ポート１１から正圧室８に流入し、さらに出力ポート１２および副室９ならびに接続ポート１３を経てプーリ１の油圧室２に向けて流れる。その場合、入力ポート１１と正圧室８との間には、ピストン７の外周面とシリンダ部６の内周面との間の隙間に相当する絞り部２０が形成され、油圧がその絞り部２０を通過するので、その流路抵抗により流量が減じられ、正圧室８の油圧の上昇が抑制される。

このような開弁状態を図３に示してあり、この状態でピストン７および弁体１４に掛かる荷重のバランスは以下のとおりである。
Ｆｓ＋Ｆｐ２＝Ｆｐ１＋Ｆｐ３
なお、開弁状態では、上記のように、絞り部２０で油圧が低下させられるので、正圧室８の油圧は上流圧Ｐ１より低い油圧Ｐ４となり、したがって正圧室８の油圧Ｐ４によってピストン７を背圧室９側に押す荷重Ｆｐ１は、
Ｆｐ１＝（Ａｐ−Ａｓ）×Ｐ４
となる。また、ピストン７の移動量（ストローク）を「ｓ」で表し、スプリング１５の定数を「ｋ」で表すと、
Ｆｓ＝ｓ×ｋ
となる。これを上記の荷重がバランスする状態の式に代入してストロークｓについて解くと、
ｓ＝（Ｆｐ１−Ｆｐ２＋Ｆｐ３）／ｋ
となる。この式における「Ｆｐ１」は、上記のように、正圧室８の油圧Ｐ４で決まるから、上流圧Ｐ１が高いとしても絞り部２０によって正圧室８の油圧Ｐ４は上流圧Ｐ１に対して低圧になっているので、ピストン７および弁体１４に作用する荷重がバランスするまでのストロークｓは、絞り部２０による油圧の低下がない場合に比較して短くなる。

正圧室８の油圧Ｐ４とストロークｓとの関係を図４に示してある。この図４から知られるように、上流圧Ｐ１すなわち油圧源３の油圧が高い場合であっても、ピストン７および弁体１４を開弁方向に移動させるように作用する正圧室８の油圧Ｐ４を、絞り部２０によって大きく低下させることになるので、ピストン７および弁体１４を開弁方向に移動させる差圧が大きくなることを抑制できる。

一方、背圧室９から油圧を流出させるように作用するソレノイドバルブ１９は、電流に応じて開度が増大するように構成されているから、電流を増大させることにより背圧室９の油圧の低下が大きくなる。その傾向を図に示すと図５のとおりであり、電流が小さいことによりソレノイドバルブ１９の開口面積が小さい状態では、背圧室９の油圧の低下がソレノイドバルブ１９で抑制されるので、背圧室９の油圧の低下が少なく、差圧も小さい。そして、電流の増大によって開口面積が大きくなると、背圧室９とこれが連通されている低圧部分との間の抵抗が小さくなるので、背圧室９の油圧の低下の度合いが大きくなる。その傾向は上流圧Ｐ１が高いほど顕著であり、背圧Ｐ２が大きく低下する。

このように、電流を増大させることによりピストン７および弁体１４を開弁方向に移動させる差圧が大きくなるから、電流と供給弁５での流量とには相関関係があり、ソレノイドバルブ１９の電流によって供給弁５での流量を制御することができる。具体的に説明すると、ソレノイドバルブ１９の電流を増大させると、上記の差圧が大きくなって流量が電流に応じて増大する。その状態を図６に概念的に示してある。上流圧Ｐ１が相対的に低い場合には、差圧も小さくなり、したがって電流の増大に対する流量の増大の勾配が小さくなる。すなわち、流量が徐々に増大することになる。また、この発明に係る上記の油圧制御装置では、上流圧Ｐ１が高いことにより差圧が大きくなるとしても、前述したように絞り部２０による流路抵抗で正圧室８の油圧Ｐ４が低くなるから、差圧が急激に増大したり、それに伴ってピストン７および弁体１４が急激に開弁方向に移動することがなく、したがって図５に示すように、流量の増大勾配が小さくなる。図６には比較のために、上記の絞り部２０がない場合の高差圧時の流量特性を破線で示してある。絞り部２０が設けられていないと、上流圧Ｐ１がそのまま正圧室８の油圧になるので、ピストン７および弁体１４を開弁方向に移動させる差圧あるいは荷重が急激に大きくなり、それに伴って流量が急激に増大してしまう。

この発明に係る上記の油圧制御装置によれば、バランスピストン式バルブで構成されている供給弁５の入力ポート１１に掛かる油圧が高い場合であっても、開弁させるための電流の変化に対する圧油の流量の変化の勾配を緩やかにすることができる。そのため、油圧の高低に拘わらず、電流に対する流量の関係が安定し、制御性を向上させることができる。

つぎにこの発明の他の例について説明する。この発明では、バランスピストン式バルブが全開状態のときに正圧室８に流入する圧油に対して絞りを作用させないように構成することができる。図７はその一例を示しており、ここに示すバランスピストン式バルブである供給弁５におけるピストン７は、シリンダ部６の内径と等しいベース部７Ａとそのベース部７Ａより外径の小さい突出部７Ｂとを備えている。その突出部７Ｂはベース部７Ａから正圧室８側に突出しており、その突出部７Ｂの先端面の中央部に前述した弁体１４が突出した状態に形成されている。また、シリンダ部６の前記正圧室８は、ピストン７のベース部７Ａが液密状態でかつ前後動可能に嵌合している大径部８Ａと、その大径部８Ａより内径が小さく、前記突出部７Ｂが緩く嵌合する小径部８Ｂとを備えており、その小径部８Ｂは、大径部８Ａよりも、前記出力ポート１２が形成されているエンドプレート側に形成されている。

前記ピストン７における突出部７Ｂが正圧室８における小径部８Ｂに嵌合している状態で突出部７Ｂの外周面と小径部８Ｂの内周面との間に、絞り部２０が形成されている。その絞り部２０の一部を図８に示してある。したがって、突出部７Ｂの外形が小径部８Ｂの内径よりも、絞り部２０の寸法分、小さくなっている。また、弁体１４が出力ポート１２の開口端に押し付けられて閉弁状態となるまでピストン７が前進している状態における突出部７Ｂと小径部８Ｂとの嵌合長さｄは、供給弁５が全開状態となるピストン７の最大ストローク量ｃより短く設定されている。すなわち、ピストン７が全開位置まで後退した場合には突出部７Ｂが小径部８Ｂから抜け出るように構成されている。そして、入力ポート１１は正圧室８のうち大径部８Ａに開口するように形成されている。他の構成は、前述した図１に示す構成と同様であるから、図７には図１と同一の符号を付してその説明を省略する。

図７に示す構成の供給弁５を備えている油圧制御装置であっても、背圧室９に連通されているソレノイドバルブ１９に通電して背圧室９をプーリ１の油圧室２などの所定の低圧部分に連通させると、背圧室９の油圧が低下して背圧室９と正圧室８との油圧に差圧が生じる。その差圧による荷重が、弁体１４を出力ポート１２の開口端に押し付けている荷重より大きくなると、ピストン７および弁体１４が図７の左方向すなわち開弁方向に移動する。図９は全開に到らない中間の開弁状態を示しており、ピストン７における突出部７Ｂがシリンダ部６における小径部８Ｂに未だ嵌合している。すなわち、これら突出部７Ｂと小径部８Ｂとの間に絞り部２０が形成されている。

弁体１４が出力ポート１２の開口端から離れて出力ポート１２が開かれたことにより、入力ポート１１から正圧室８に油圧が流入し、また正圧室８から出力ポート１２を経て副室９側に油圧が流出する。その場合、圧油は絞り部２０を通過して出力ポート１２側に流れるから、絞り部２０の流路抵抗を受けて圧力が低下し、また流量が絞り部２０の寸法および油圧に応じて減じられる。その状況は、前述した図１ないし図６に示す例と同様である。

このいわゆる中間の開弁状態においてピストン７に作用する荷重のバランス状態は以下のとおりである。スプリング１５による荷重Ｆｓは、
Ｆｓ＝ｓ×ｋ
背圧Ｐ２による荷重Ｆｐ２は、
Ｆｐ２＝Ａｐ×Ｐ２
下流圧Ｐ３による荷重Ｆｐ３は、
Ｆｐ３＝Ａｓ×Ｐ３
小径部８Ｂの内部である実質的な正圧室８の油圧Ｐ４による荷重Ｆｐ４は、
Ｆｐ４＝（Ａａ−Ａｓ）×Ｐ４
なお、Ａａは突出部７Ｂの断面積である。中間の開弁状態では、これらの荷重がバランスしているから、
Ｆｓ＋Ｆｐ２＝Ｆｐ１＋Ｆｐ３＋Ｆｐ４
となり、これをストロークｓについての式に書き換えれば、
ｓ＝（Ｆｐ１−Ｆｐ２＋Ｆｐ３＋Ｆｐ４）／ｋ
となる。

全開付近で背圧Ｐ２と下流圧Ｐ３とがほぼ等しくなるので、前述した図１に示すような構成では、突出部７Ｂが存在していなくてＡａ＝Ａｐであるから、
Ｆｓ＝（Ｐ４−Ｐ３）×（Ａｐ−Ａｓ）
となる。したがって、絞り部２０が維持され続けるとすれば、正圧室８の油圧Ｐ４が低くなってストロークが制限され、流量が増大しにくくなる。

これに対して図７に示す構成では、全開付近までストロークすると、前述した嵌合長さｄを超えた時点で突出部７Ｂが小径部８Ｂから抜け出て、絞り部２０が解消される。その状態を図１０に示してある。この状態では、正圧室８の油圧Ｐ４が入力ポート１１に掛かる油圧Ｐ１とほぼ等しくなる。その結果、上記のストロークｓについての式における荷重Ｆｐ４が急に大きくなってストロークｓが増大する。すなわち急速に開弁し、開度が大きくなることにより流量が急速に増大させられる。また、正圧室８の油圧Ｐ４（≒Ｐ１）と下流圧Ｐ３との差が大きくなるので、この点でも流量が増大する。

図７に示すように構成した場合の正圧室８の油圧Ｐ４とピストン７および弁体１４のストロークｓとの関係を図１１に示してある。また、ソレノイドバルブ１９の電流と圧油の流量との関係を図１２に示してある。図７に示す構成では、ピストン７および弁体１４が、前記突出部７Ｂと小径部８Ｂとの嵌合長さｄすなわち絞り部２０の最長長さ以上、後退移動すると、その嵌合が外れて絞り部２０が解消され、直ちに、正圧室８の油圧Ｐ４が上流圧Ｐ１とほぼ等しい圧力に増大する。そのために、ピストン７を挟んだ両側の圧力差が大きくなるために、圧油の流量が急激に増大する。したがって、図７に示すように構成すれば、プーリ１の油圧室２などの制御対象部に対する油圧の供給量を急速に増大させる必要がある場合には、油圧の供給量の増大要求に即した制御を行うことが可能になる。

ところで、図７に示す構成では、ピストン７および弁体１４が開弁方向に移動して突出部７Ｂが小径部８Ｂから抜け出し、その結果、絞り部２０が解消されて正圧室８の油圧Ｐ４が上流圧Ｐ１にほぼ等しくなる。このような状態になると、ピストン７および弁体１４が全閉状態近くまで戻るまでは、電流に応じた流量を設定することができない。差圧が生じている状態で正圧室８の油圧Ｐ４を低下させる手段がないからである。このような状況を図１３および図１４に示してある。

図１３は、ソレノイドバルブ１９の電流と背圧Ｐ２および正圧室８の油圧Ｐ４との関係を示しており、弁体１４が出力ポート１２を閉じている全閉状態での電流値を「ｆ」とすると、その状態では正圧室８の油圧Ｐ４は上流圧Ｐ１になり、また背圧Ｐ２はそれより幾分低い圧力になっている。電流を次第に増大させると、前述したように背圧Ｐ２がソレノイドバルブ１９の開度に応じて次第に低下し、また弁体１４が出力ポート１２を開き、かつ正圧室８に流入する圧油は絞り部２０での流路抵抗を受けるから、正圧室８の油圧Ｐ４は、電流に応じて次第に低下する。そして、突出部７Ｂが小径部８Ｂから抜け出て絞り部２０が解消される電流値ｅ，ｅ'になると、正圧室８の油圧Ｐ４は上流圧Ｐ１にまで直ちに増大する。その状態で電流を低下させて背圧Ｐ２を高くしても正圧室８の油圧Ｐ４（Ｐ１）の方が高圧であるから、ピストン７および弁体１４が出力ポート１２側に移動したり、それに伴って出力ポート１２の開度を減じたりすることがない。そのため、流量は図１４に示すように最大量に維持され、絞り部２０が有効に機能している場合の特性とのヒステリシスが大きくなる。そして、ソレノイドバルブ１９の電流が図１３および図１４に符号「ｆ」あるいは「ｆ'」で示す程度まで更に低下してソレノイドバルブ１９がほぼ閉じた状態になると、背圧室９と正圧室８とが連通路１７によって連通されているので、これら背圧室９と正圧室８との圧力がほぼ等しくなる。その結果、ピストン７および弁体１４はスプリング１５によって押されて出力ポート１２側に移動し、それに伴って出力ポート１２の開度が次第に減じられ、ついには出力ポート１２が閉じられる。すなわち、全閉状態になる。

ピストン７および弁体１４のストローク量が増大した場合に前述した絞り部２０が解消され、あるいは無効となるように構成されたバランスピストン式バルブにあっては、絞り部２０が有効に機能する範囲では、ソレノイドバルブ１９の電流に応じて流量を増減することができ、いわゆる精密制御が可能である。これに対して電流を増大させてピストン７および弁体１４のストローク量を、絞り部２０が解消もしくは無効になる程度に増大させた場合には、流量を急速に最大まで増大させることができる。このような機能を有効に利用するために、前述した油圧室２などの制御対象部で要求される圧油の量が少ない場合、あるいは要求される油圧が低い場合、すなわち精密制御の場合は、電流を上述した符号「ｅ」もしくは「ｅ'」で示す範囲で制御する。これに対して要求されている流量が多い場合、あるいは油圧が高い場合、すなわち急速制御の場合には、電流を上述した符号「ｅ」もしくは「ｅ'」で示す値以上に制御する。そして、急速制御から精密制御に復帰する場合には、電流を一旦、符号「ｆ」もしくは「ｆ'」で示す値にまで低下させ、その後、電流を上述した符号「ｅ」もしくは「ｅ'」で示す範囲で制御する。

なお、上記の各電流値ｅ，ｅ'，ｆ，ｆ'はバランスピストン式バルブの構造や各部の寸法、ソレノイドバルブ１９の構造などによって決まるから、理論式による計算や実験、シミュレーションなどによって予め求めておくことが好ましい。また、その制御は、油量や油圧の要求値に基づいてソレノイドバルブ１９の電流を制御して行われるので、マイクロコンピュータを主体とするコントローラＥＣＵを使用して実行することができる。そのコントローラＥＣＵによる電流値の演算は、理論式あるいは実験式もしくはマップを使用して行うようにプログラムを組むことにより可能である。

ここで、この発明における第２の絞り部について説明すると、上述した各具体例では、ピストン７の外周面とシリンダ部６の内周面との間の隙間を絞り部２０としたが、この発明における第２の絞り部は、要は、入力ポート１１を経由して正圧室８に流入する圧油の流れに対して流路抵抗を与えることのできる部分であればよく、したがって入力ポート１１に接続されている流路に設けたオリフィスであってもよい。あるいはこの発明の第２の絞り部は、ピストン７の位置に応じて、入力ポート１１の正圧室８側の開口面積が変化するように構成されていてもよい。

その例を示すと、図１５の（ａ）および（ｂ）に示す例は、入力ポート１１をピストン７の移動方向に長い矩形状に形成した例である。すなわち、ピストン７の外径とシリンダ部６の内径とは、ピストン７が液密状態を維持して前後動できるように、ほぼ等しく設定され、矩形形状の入力ポート１１が、そのピストン７の前端エッジ部の移動範囲に亘って形成されている。したがって、図１６に拡大して示してあるように、ピストン７が出力ポート１２側に位置している状態では、入力ポート１１の正圧室８側の開口端の殆どがピストン７によって覆われ、正圧室８に対する開口面積が狭くなり、このようにして圧油の流れる面積を減じる部分が絞り部２０となっている。そのピストン７が背圧室９側に後退すると絞り部２０の開口面積が増大する。その場合の開口面積の増大割合は、入力ポート１１の開口形状が単純な矩形状であれば、ピストン７のストローク量に比例したものとなる。

したがって、入力ポート１１の開口形状によって、ピストン７のストローク量に応じた絞り部２０の開口面積の変化の態様が様々に異なるので、必要に応じて適宜な開口形状を設定することができる。図１７には、上記のように絞り部２０として機能する入力ポート１１の開口形状の例を示してあり、（ａ）は背圧室９側を底辺とした三角形状、（ｂ）はこれとは反対向きの三角形状、（ｃ）はシリンダ部６の軸線方向に長い五角形状、（ｄ）はシリンダ部６の軸線方向に長い菱形をそれぞれ示す。これらの形状であれば、ピストン７が開弁方向に移動するのに従って絞り部２０の開口面積が次第に増大するが、その増大割合が、各形状に応じて次第に大きくなり、あるいは反対に小さくなり、さらには大きくなった後に小さくなる。

また、（ｅ）は同じ内径の丸孔をピストン７のストローク方向に並べた形状、（ｆ）は背圧室９側の丸孔を相対的に大径にした形状、（ｇ）は丸孔の数を背圧室９側で次第に多くした形状、（ｈ）は鋭角三角形の底辺側に鈍角三角形を一部重ねて接続した形状、（ｉ）は長孔と丸孔とを組み合わせた形状をそれぞれ示す。これらの形状であれば、ピストン７が開弁方向に移動するのに従って絞り部２０の開口面積が次第に増大するが、その増大割合が、各形状に応じて次第に、あるいはステップ的に大きくなる。これら図１７に示す形状は、シリンダ部６の円周方向で測った寸法が、シリンダ部６の軸線方向の位置毎に異なる形状であり、絞り部２０の開口面積の増大の割合がピストン７のストローク量に応じて異なる形状である。

これら図１５ないし図１７に示す例から知られるように、この発明における第２の絞り部はピストンとシリンダ部との間に形成することができるから、ピストン７を加工して絞り部２０を形成してもよい。図１８および図１９にその例を示してあり、ここに示す例は、シリンダ部６に形成されている入力ポート１１を単純な円形形状とし、ピストン７の外周部のうち入力ポート１１に対向する箇所に、軸線方向に沿った溝部７Ｃを形成した例である。その溝部７Ｃは、ピストン７の軸線方向での中間部から先端部（弁体１４が形成されている端部）に亘って形成されている。したがって、図１９に示すように、溝部７Ｃのエッジ部と、入力ポート１１の開口端の輪郭を形成しているエッジ部との間が絞り部２０となっており、ピストン７が閉弁方向に前進している状態では、溝部７Ｃと入力ポート１１との重なりの程度が少ないので、絞り部２０の開口面積が小さく、ピストン７が開弁方向に後退すると、溝部７Ｃと入力ポート１１とが大きく重なるので、絞り部２０の開口面積が大きくなる。

さらに、この発明では、ピストン７の外周側に絞り部２０を設けるだけでなく、ピストン７の軸線方向での端部側に第２の絞り部を設けることもできる。図２０はその例を示しており、ここに示す例は、前述した突出部７Ｂをピストン７に形成した場合に、その突出部７Ｂの先端部側に絞り部２０Ａを形成した例である。すなわち、正圧室８のうち、シリンダ部６の内周面と出力ポート１２が形成されているエンドプレートとのコーナー部に、前記弁体１４の外径より大きくかつ突出部７Ｂの外径より小さい内径の段差部６Ａが正圧室８の内側に向けて突き出た状態に形成されている。そして、この段差部６Ａの軸線方向の長さ（幅）は、ピストン７が全閉状態にまで前進している場合であっても、突出部７Ｂの先端面との間に僅かな隙間すなわち絞り部２０Ａが形成される寸法に設定されている。入力ポート１１から正圧室８に流入する圧油はこの絞り部２０Ａを通過するから、その流路抵抗によって油圧が低下させられ、また圧油の流量が減じられる。そして、ピストン７が開弁方向に後退すると、段差部６Ａと突出部７Ｂの先端面との間隔が開くので、絞り部２０Ａの開口面積が増大し、したがって可変特性のある絞り部２０Ａとなる。

上述した各具体例は、いわゆる可変特性のある第２の絞り部を設けた例であるが、この発明における第２の絞り部は、開口面積が一定であって絞り特性が固定されたものであってもよい。例えば図２１に示すように、入力ポート１１の正圧室８に対する開口端の面積を、それより上流側の流路面積より狭くし、その細い部分１１Ａをこの発明における第２の絞り部としてもよい。あるいは図２２に示すように、ピストン７の内部に、その外周面から正圧室８側の端面に到る貫通孔７ｄを形成し、その貫通孔７ｄの断面積を入力ポート１１の開口面積より小さく設定し、その貫通孔７ｄをこの発明における第２の絞り部としてもよい。すなわち、貫通孔７ｄはピストン７の移動範囲の全体に亘って、入力ポート１１に向けて開口する位置に形成されており、入力ポート１１に供給された圧油は、その入力ポート１１より狭い断面積の貫通孔７ｄを通ることによりその絞り作用で圧力および流量が減じられる。これら図２１および図２２に示すいずれの例であっても、正圧室８に向けて供給される圧油の流路の面積が、ピストン７のストローク量に拘わらず一定になり、したがって絞り特性が固定されたものとなる。

Claims (12)

1. シリンダ部の内部を軸線方向に前後動するピストンを挟んだ一方側に、入力ポートと出力ポートとが開口している正圧室が形成され、かつ前記ピストンを挟んだ他方側に背圧室が形成され、その出力ポートを開閉する弁体が前記ピストンに連結されて設けられ、前記正圧室と背圧室とがこれら正圧室と背圧室との間に圧力差を生じさせる第１の絞り部を介して連通されるとともに、前記背圧室を該背圧室より低圧の部分に選択的に連通させる開閉弁が接続され、前記入力ポートが高圧部に連通され、かつ前記出力ポートが前記高圧部より圧力の低い低圧部に連通されている油圧制御バルブであって、
   前記入力ポートを介して前記正圧室に流入する圧油の流動を制限する第２の絞り部が設けられていることを特徴とする油圧制御バルブ。
2. 前記ピストンおよび弁体は、前記出力ポートを密閉している全閉位置から前記出力ポートを開く全開位置に移動するように構成され、
   前記第２の絞り部は、前記ピストンおよび弁体が前記全開位置に到る前までの所定範囲で、前記入力ポートから前記正圧室に向けて流入する圧油の流動を制限するように構成され、
   前記ピストンおよび弁体が前記所定範囲を超えて移動した状態では前記入力ポートから前記正圧室に流入する圧油の流動が前記第２の絞り部による制限を受けないように構成されている
   ことを特徴とする請求項１の記載の油圧制御バルブ。
3. 前記開閉弁は、電流に応じて開度が増大する電磁弁を含み、
   前記ピストンおよび弁体は、前記電磁弁の電流の増大に応じて開弁方向への移動量が増大するように構成され、
   前記低圧部に対して急速に圧油を供給する要求がある場合に、前記ピストンおよび弁体が前記所定範囲を超えて移動するように前記電流を制御するコントローラを更に備えている
   ことを特徴とする請求項２に記載の油圧制御バルブ。
4. 前記第２の絞り部は、前記ピストンおよび弁体の前記出力ポートを開く方向への移動量に応じて開口面積が増大して絞りの程度を減じるように構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の油圧制御バルブ。
5. 前記第２の絞り部は、前記ピストンおよび弁体が前記出力ポートを開く方向に予め定めた所定距離移動した後は全開されて前記圧油の流動に対して絞り作用が生じなくなるように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の油圧制御バルブ。
6. 前記第２の絞り部は、前記ピストンの外周面と前記シリンダ部の内周面との間に形成された、前記圧油が前記正圧室に向けて流れる隙間を含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の油圧制御バルブ。
7. 前記ピストンは、前記シリンダ部の内周面に液密状態で摺接するベース部と、そのベース部より小さい外径でかつベース部から前記正圧室の内部に突出した突出部とを有し、
   前記正圧室には、前記突出部の先端部を所定の深さで嵌合させる小径部が形成され、
   前記第２の絞り部は、前記突出部の先端部の外周面と前記小径部の内周面との間に形成されている
   ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の油圧制御バルブ。
8. 前記突出部と前記小径部との嵌合長さは、前記ピストンおよび弁体の全閉状態から全開状態までの移動長さより短いことを特徴とする請求項７に記載の油圧制御バルブ。
9. 前記第２の絞り部は、前記入力ポートの前記正圧室に対する開口端と、その開口端の一部に重なり合って前記開口端の開口面積を減じる前記ピストンの外周面とによって形成され、
   前記開口端の形状は、前記シリンダ部の円周方向に測った幅が、前記シリンダ部の軸線方向の位置毎に異なる形状を含む
   ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の油圧制御バルブ。
10. 前記第２の絞り部は、前記ピストンの外周部に、前記入力ポートと前記正圧室とに開口するように形成された溝部を含むことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の油圧制御バルブ。
11. 前記第２の絞り部は、前記ピストンを貫通し、かつ前記入力ポートと前記正圧室とに開口するように形成された貫通孔を含むことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の油圧制御バルブ。
12. 請求項１ないし１１のいずれかに記載の油圧制御バルブが、ベルト式無段変速機のプーリにおける油圧室と油圧源との間に設けられ、前記出力ポートおよび前記開閉弁が前記油圧室に連通されていることを特徴とする油圧制御装置。

Images