JP2007085522A - バルブ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 バルブハウジング3は、金属製のベース金属Aと、外周形状を形成する樹脂製の外周形状形成樹脂Bとを備える。この外周形状形成樹脂Bは、外部Oリング溝43の奥側のOリング樹脂内壁B1を備える。このOリング樹脂内壁B1は、外部Oリング溝43の底面には配置されず、外部Oリング溝43の底面においてベース金属Aが露出する。このように、複雑な表面形状は外周形状形成樹脂Bによって設けられるため、コストを抑えることができる。また、ベース金属Aと外部Oリング33の間には、樹脂部材が介在されないため、ベース金属Aと外部Oリング33の間に樹脂部材の割れによる隙間は生じない。この結果、三方電磁弁の製造コストを抑えることができるとともに、作動流体の漏れに対して高い信頼性を得ることができる。
【選択図】 図1
Description
この種のバルブ装置の一例を、図5に示す三方弁を参照して説明する。
三方弁のバルブハウジング3は、流体(作動流体:オイル等)の供給を受ける流入ポート11、出力流体を発生させる出力ポート12、低圧側に連通する排出ポート13を備えるものであり、バルブハウジング3と挿入穴101(図中、一部省略)との間の環状隙間は、(1)高圧側(供給側)と出力側を区画シールする内部Oリング31、(2)出力側と低圧側を区画シールする中間Oリング32、(3)低圧側と外部を区画シールする外部Oリング33によってシールされる。
この3つのOリング31〜33は、バルブハウジング3の外周に保持されるものであり、バルブハウジング3の外周には3つのOリング31〜33を保持するための3つのOリング溝41〜43が形成されている。
図5に示すバルブハウジング3は、上述したように、複雑な形状を樹脂成形によって設けるため、バルブハウジング3の製造コストを安価に抑えることができる。
しかし、樹脂は母材強度が金属より低いため、バルブハウジング3に予期せぬ外力が加わった場合に、バルブハウジング3に割れや破損が生じる懸念がある。
予期せぬ要因によって万が一、樹脂製のバルブハウジング3に割れや破損が発生した場合、図5中の破線矢印αや実線矢印βに示すように、作動流体が外部に漏れる可能性がある。
上記従来技術1の不具合を回避し、外力が加わっても母材の割れや破損が防がれるバルブハウジング3として、図6に示すように、バルブハウジング3自身を金属によって設けることが一般に実施されている。
図6に示すバルブハウジング3は、上述したように、外力に対する割れや破損に対して高い信頼性を得ることができる。
しかし、金属製のバルブハウジング3の外周面に3つのOリング溝41〜43を形成するには、アンダーカットなどの切削加工による2次加工が必要となる。このため、バルブハウジング3の製造コストが高くなってしまい、バルブ装置が高価なものになってしまう。
上記従来技術2の不具合を回避し、バルブハウジング3の外周面の複雑な形状のみ安価に製造できるバルブハウジング3として、図7に示すように、内側を金属製のベース金属Aで形成し、3つのOリング溝41〜43など複雑な形状が要求される外側を樹脂製の外径形状形成樹脂Bで形成することが考えられる。
図7に示すバルブハウジング3は、ベース金属Aをプレス加工や鍛造等の金属加工によって製造し、外径形状形成樹脂Bをインサート成形等の樹脂加工によって設けることで、比較的安価にバルブハウジング3を製造することができる。
しかし、外径形状形成樹脂Bと、その内側のベース金属Aとは、熱膨張率に差異があるため、冷熱環境に晒されると両者の密着境界面に隙間が生じる懸念がある。例えば外部Oリング33を保持する部分の外径形状形成樹脂Bとベース金属Aの密着境界面に隙間が生じると、図7中の破線矢印αに示すように、隙間を介して作動流体が外部に漏れる可能性がある。
また、バルブハウジング3に予期せぬ外力が加わった場合に、母材強度が金属より低い外径形状形成樹脂Bに割れや破損が生じる懸念がある。そして、外径形状形成樹脂Bのうち、例えば外部Oリング33を保持する部分の外径形状形成樹脂Bに割れや破損が生じると、図7中の実線矢印βに示すように、作動流体が外部に漏れる可能性がある。
請求項1の手段を採用するバルブ装置におけるバルブハウジングは、挿入穴の外部から挿入穴の内部に挿入される略筒形状を呈した金属製のベース金属と、このベース金属に固定されて、当該バルブハウジングの外周形状の少なくとも一部を形成する樹脂製の外周形状形成樹脂とを備える。そして、外周形状形成樹脂は、Oリングを保持するOリング溝の底面には配置されずに、Oリング溝の底面においてベース金属を全周に亘って露出させ、Oリングの軸方向の移動を阻止するOリング樹脂壁を備えるものである。
(A)このように、バルブハウジングのうち、複雑な形状となる外周形状が、複雑な形状を安価に製造することが可能な外周形状形成樹脂によって形成されることで、バルブハウジングを比較的安価に製造することができる。
このため、外周形状形成樹脂(Oリング樹脂壁を含む)とベース金属との熱膨張率の差異により、両者の密着境界面に隙間が生じたとしても、ベース金属とOリングの間に流体が漏れる隙間は生じない。また、バルブハウジングに予期せぬ外力が加わったとしても、ベース金属とOリングの間には、強度の低い樹脂部材が介在されないため、ベース金属とOリングの間に流体が漏れる隙間は生じない。
上記(A)、(B)に示すように、請求項1の手段を採用するバルブ装置は、製造コストを抑えることができるとともに、流体のシール漏れに対して高い信頼性を得ることができる。
請求項2の手段を採用するバルブ装置は、Oリングが複数用いられるものであり、Oリング樹脂壁は、少なくとも最外部OリングのOリング溝の形成に用いられるものであり、最外部Oリングの内周はベース金属に直接当接するものである。
このように設けられることにより、少なくとも最外部Oリングにおいて流体の漏れを確実に防ぐことができ、相手側部材とバルブハウジングの隙間から流体が外部に漏れることがない。
請求項3の手段を採用するバルブ装置は、Oリング樹脂壁と、他の外周形状形成樹脂とが、軸方向に独立しているものである。
このように、Oリング樹脂壁が、他の外周形状形成樹脂と軸方向に独立して設けられることにより、Oリング樹脂壁とベース金属との間の熱膨張率の差異に伴うズレまたは歪みと、他の外周形状形成樹脂とベース金属との間の熱膨張率の差異に伴うズレまたは歪みとが個々に独立して局所的な範囲で生じる。
これによって、厳しい冷熱環境で使用されても、Oリング樹脂壁とベース金属の密着境界面のズレ量または歪み量と、他の外周形状形成樹脂とベース金属の密着境界面のズレ量または歪み量とが、相互に累積することなく低く抑えられるため、厳しい冷熱環境においても剥がれや割れ等が発生することなく高い信頼性を得ることができる。
請求項4の手段を採用するバルブ装置は、通電量に応じた駆動出力を発生する電動アクチュエータと組み合わされて電動バルブ装置を構成するものである。即ち、電動バルブ装置におけるバルブハウジングに本発明が適用されるものである。
このため、電動バルブ装置は、製造コストを抑えることができるとともに、流体のシール漏れに対して高い信頼性を得ることができる。
請求項5の手段を採用する電動バルブ装置は、流体の供給側に接続される流入ポート、出力流体を発生させる出力ポート、および流体の低圧側に連通する排出ポートの連通状態や度合を変化させることで、出力流体の圧力切替や調圧あるいは流量を調整する三方電動弁である。
このため、三方電動弁は、製造コストを抑えることができるとともに、流体のシール漏れに対して高い信頼性を得ることができる。
このバルブ装置のバルブハウジングは、挿入穴の外部から挿入穴の内部に挿入される略筒形状を呈した金属製のベース金属と、このベース金属に固定されて、当該バルブハウジングの外周形状の少なくとも一部を形成する樹脂製の外周形状形成樹脂とを備え、この外周形状形成樹脂は、Oリングを保持するOリング溝の底面には配置されずに、Oリング溝の底面においてベース金属を全周に亘って露出させ、Oリングの軸方向の移動を阻止するOリング樹脂壁を備える。
三方電磁弁の基本構造を図1を参照して説明する。
三方電磁弁は、例えば自動車の自動変速機において油圧制御を行う油圧コントローラにおいてオイル流路を形成する金属ケース100(相手側部材の一例)に組み付けられるものであり、流路切替部1と、この流路切替部1を駆動する電磁アクチュエータ2(電動アクチュエータの一例)とを備える。
なお、この実施例1では、電磁アクチュエータ2がOFF(通電停止)の状態で、後述する入力ポート11と出力ポート12の連通度合が最小になるとともに、出力ポート12と排出ポート13の連通度合が最大になるノーマリクローズ(N/C)型の三方電磁弁を例示する。
流路切替部1は、バルブハウジング(バルブベース)3、ボール弁4、シャフト5およびリターンスプリング6を備える。
バルブハウジング3は、略円筒形状を呈するものであり、図示しない油圧コントローラの金属ケース100に形成された挿入穴101(図中、一部省略)の内部に外部から挿入される。
バルブハウジング3は、図示しないオイルポンプから圧送されたオイル(流体の一例)が入力される入力ポート11と、オイルを油圧作動部等(自動変速機のクラッチにおける油圧室等)に出力する出力ポート12と、オイルをオイルパン等の低圧側へ排出する排出ポート13とを備える。
なお、この実施例1では、入力ポート11はバルブハウジング3の端部(図1左端)に設けられ、出力ポート12と排出ポート13は、バルブハウジング3の径方向に設けられている。
ここで、入力室14と出力室15は、入力側隔壁17によって区画されるものであり、出力室15と排出室16は、排出側隔壁18によって区画されるものである。
入力側隔壁17の中心には入力室14と出力室15を連通する入力弁口21が設けられている。一方、排出側隔壁18の中心にも、出力室15と排出室16を連通する排出弁口22が設けられている。なお、入力弁口21と排出弁口22は、ともにシャフト5の軸線上に設けられている。
押圧軸25は、シャフト5の図1左側の先端に設けられ、入力弁口21および排出弁口22より小径の軸であり、出力室15側から入力弁口21の内側に挿入されてボール弁4を入力室14側へ変位させることが可能なものである。
中径軸26は、押圧軸25よりやや大径に設けられたものであり、排出室16内において軸方向へ移動する。
押圧軸25と中径軸26の間の段差には、排出室16側から排出弁口22のシート部に着座して排出弁口22を閉塞可能な段差弁28が設けられている。即ち、シャフト5は、軸方向の途中位置に段差弁28を備えている。
大径軸27は、中径軸26よりやや大径に設けられるものであり、電磁アクチュエータ2内に支持されたスリーブ29の内周面によって軸方向へ摺動自在に支持される。
電磁アクチュエータ2は、コイル、ムービングコア、ステータおよびヨーク等よりなる周知の構造のものであり、コイルに与えられる通電量に応じてムービングコアに図1左方向へ向かう移動力が与えられる。ムービングコアの軸方向の移動力はシャフト5に与えられるものであり、コイルに与えられる通電量が大きくなるに従ってムービングコアがシャフトを図1左方向へ駆動する。
バルブハウジング3は、上述したように、外部と連通する流入ポート11、出力ポート12、排出ポート13を備える。このため、バルブハウジング3と挿入穴101との間の環状隙間は、(1)高圧側(供給側)と出力側を区画シールする内部Oリング31、(2)出力側と低圧側を区画シールする中間Oリング32、(3)低圧側と外部を区画シールする外部Oリング33(最外部Oリングに相当する)によってシールされる。
具体的に、バルブハウジング3の外周には、内部Oリング31を保持する内部Oリング溝41、中間Oリング32を保持する中間Oリング溝42、外部Oリング33を保持する外部Oリング溝43が形成されている。
このようにバルブハウジング3は、3つのOリング溝41〜43を備えるものであるため、バルブハウジング3の外周形状は複雑になる。
しかし、樹脂でバルブハウジング3を形成した場合、樹脂は母材強度が金属より低いため、バルブハウジング3に予期せぬ外力が加わった場合に、バルブハウジング3に割れや破損が生じ、オイルが外部に漏れる可能性がある。このため、信頼性の面から樹脂製のバルブハウジング3を採用することができなかった。
しかし、金属製のバルブハウジング3の外周面に3つのOリング溝41〜43を形成するには、アンダーカットなどの切削加工による2次加工が必要となる。このため、バルブハウジング3の製造コストが高くなってしまい、三方電磁弁が高価なものになってしまう。
そこで、この実施例1の三方電磁弁は、コストを抑え、オイル漏れに対して高い信頼性を得る手段として、次の技術を採用している。
バルブハウジング3は、金属ケース100に設けられた挿入穴101の外部から挿入穴101の内部に挿入される略筒形状を呈した金属製のベース金属Aと、このベース金属Aに固定されて、バルブハウジング3の外周形状の少なくとも一部を形成する樹脂製の外周形状形成樹脂Bとを備える。
一方、外周形状形成樹脂Bは、冷熱環境や耐オイルなど使用条件を満足する樹脂(例えば、PPSなどの熱硬化樹脂等)よりなり、ベース金属Aの表面にインサート成形されたものである。なお、外周形状形成樹脂Bをベース金属Aに固着する手段は、インサート成形に限定されるものではなく、圧入(嵌め合せ)や、接着など、他の手段を用いても良い。
このOリング樹脂内壁B1は、外部Oリング33を保持する外部Oリング溝43の底面には配置されずに、外部Oリング溝43の底面においてベース金属Aを全周に亘って露出させるものである。なお、この実施例1における外部Oリング溝43は、底面とともに、図1右側(外側)における外側Oリング壁はベース金属Aによって形成されるものである。
このようにして、外部Oリング33は、ベース金属Aの外周面に全周に亘って直接当接するものであり、ベース金属Aと金属ケース100の間を確実にシールする。
実施例1の三方電磁弁のバルブハウジング3は、アンダーカットなどの高価な加工が必要なく、金属によって形成しても比較的コストを抑えることの可能な部分をベース金属Aによって製造し、インサート成形等によって形成される外周形状形成樹脂B(Oリング樹脂内壁B1を含む)によって複雑な外周形状が設けられる構造であるため、バルブハウジング3を比較的安価に製造することができる。
このため、外周形状形成樹脂B(Oリング樹脂内壁B1を含む)とベース金属Aとの熱膨張率の差異により、両者の密着境界面に隙間が生じたとしても、ベース金属Aと外部Oリング33の間にオイルが漏れる隙間(樹脂部材の割れ)は生じない。また、バルブハウジング3に予期せぬ外力が加わったとしても、ベース金属Aと外部Oリング33の間には、強度の低い樹脂部材が介在されないため、ベース金属Aと外部Oリング33の間にオイルが漏れる隙間(樹脂部材の割れ)は生じない。
即ち、三方電磁弁の製造コストを抑えることができるとともに、オイル漏れに対して高い信頼性を得ることができる。
上記の実施例1では、Oリング樹脂内壁B1と、他の外周形状形成樹脂Bとを一体に設けた例を示した。
これに対して、この実施例2は、Oリング樹脂内壁B1と、他の外周形状形成樹脂Bとを軸方向に独立して設けたものである。
このように設けることにより、実施例1と同様の効果を得ることができるとともに、厳しい冷熱環境で使用されても、Oリング樹脂内壁B1とベース金属Aの密着境界面のズレ量または歪み量と、他の外周形状形成樹脂Bとベース金属Aの密着境界面のズレ量または歪み量とが、相互に累積することなく低く抑えられるため、厳しい冷熱環境においても剥がれや割れ等が発生することなく高い信頼性を得ることができる。
上記の実施例1、2では、外部Oリング溝43における奥側のOリング壁をOリング樹脂内壁B1で形成し、外部Oリング溝43における外側のOリング壁をベース金属Aの段差によって形成した例を示した。
これに対し、この実施例3は、外部Oリング溝43における奥側のOリング壁をOリング樹脂内壁B1で形成するとともに、外部Oリング溝43における外側のOリング壁も、樹脂よりなるOリング樹脂外壁(Oリング樹脂壁の一例)B2で形成したものである。
このように設けることにより、実施例1と同様の効果を得ることができるとともに、外部Oリング溝43における外側のOリング壁のための段差をベース金属Aに形成しなくても良いため、ベース金属Aの加工コストを下げることが可能になる。
実施例4は、外部Oリング33の外側が、実施例3と同様のOリング樹脂外壁B2によって軸方向に規制されるものであるが、外部Oリング33の奥側が挿入穴101内に形成された段差102によって軸方向に規制されるものである。
このように設けることにより、実施例1と同様の効果を得ることができるとともに、上記実施例で示したOリング樹脂内壁B1を廃止できる。
上記の実施例では、3つのOリング溝41〜43のうち、最も外側の外部Oリング溝43の底面だけ、ベース金属Aを露出させた例を示したが、内部Oリング溝41や、中間Oリング溝42の底面においてベース金属Aを露出させても良い。
上記の実施例では、内部Oリング溝41と中間Oリング溝42を一体の外周形状形成樹脂Bで設ける例を示したが、内部Oリング溝41と中間Oリング溝42を独立した外周形状形成樹脂Bで設けても良い。
上記の実施例では、自動変速機の油圧コントローラに用いられる三方電磁弁に本発明を適用する例を示したが、自動変速機以外の三方電磁弁に本発明を適用しても良い。
上記の実施例では、ボールの弁体を用いた三方電磁弁に本発明を適用する例を示したが、円錐形状の弁体や円筒スプール型などその他の弁体を用いた電磁弁、あるいは二方弁や四方弁など他の切替形式のバルブ装置に本発明を適用しても良い。また、防水機能や耐圧性を必要とするその他のアクチュエータ装置、あるいはセンサ機器のハウジングのシール部に本発明を適用しても良い。
2 電磁アクチュエータ(電動アクチュエータ)
3 バルブハウジング
11 流入ポート
12 出力ポート
13 排出ポート
31 内部Oリング
32 中間Oリング
33 外部Oリング(最外部Oリング)
41 内部Oリング溝
42 中間Oリング溝
43 外部Oリング溝
100 金属ケース(相手側部材)
101 挿入穴
A ベース金属
B 外周形状形成樹脂
B1 Oリング樹脂内壁(Oリング樹脂壁)
B2 Oリング樹脂外壁(Oリング樹脂壁)
Claims (5)
- 相手側部材に設けられた挿入穴の内部に外部から挿入可能なバルブハウジングを備え、 当該バルブハウジングと前記挿入穴との間の環状隙間がOリングによってシールされる構造のバルブ装置において、
前記バルブハウジングは、
前記挿入穴の外部から前記挿入穴の内部に挿入される略筒形状を呈した金属製のベース金属と、
このベース金属に固定されて、当該バルブハウジングの外周形状の少なくとも一部を形成する樹脂製の外周形状形成樹脂とを備え、
この外周形状形成樹脂は、前記Oリングを保持するOリング溝の底面には配置されずに、前記Oリング溝の底面において前記ベース金属を全周に亘って露出させ、前記Oリングの軸方向の移動を阻止するOリング樹脂壁を備えることを特徴とするバルブ装置。 - 請求項1に記載のバルブ装置において、
前記Oリングは、複数用いられるものであり、
前記Oリング樹脂壁は、少なくとも最も大気圧力側の外部に近い部位に配置される最外部OリングのOリング溝の形成に用いられて、前記最外部Oリングの内周は前記ベース金属に直接当接することを特徴とするバルブ装置。 - 請求項2に記載のバルブ装置において、
前記Oリング樹脂壁は、他の前記外周形状形成樹脂に対して軸方向に独立していることを特徴とするバルブ装置。 - 請求項1〜請求項3のいずれかに記載のバルブ装置において、
このバルブ装置は、通電量に応じた駆動出力を発生する電動アクチュエータと組み合わされて電動バルブ装置を構成することを特徴とするバルブ装置。 - 請求項4に記載のバルブ装置において、
前記電動バルブ装置は、流体の供給側に接続される流入ポート、出力流体を発生させる出力ポート、および流体の低圧側に連通する排出ポートの連通状態や度合を変化させることで、出力流体の圧力切替や調圧あるいは流量を調整する三方電動弁であることを特徴とするバルブ装置。
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