JP2007333071A - 流体制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流体制御性の製品間ばらつきを抑制する流体制御装置の提供。
【解決手段】ポート形成部材３０は、流体が入力される入力ポート３２と、入力ポート３２への入力流体を出力する出力ポート３３と、ポート形成部材３０及びスプール３１間の摺動クリアランスを通じて入力ポート３２から分配される流体を取出する取出ポート３６と、出力ポート３３からの出力流体が入力される第一フィードバックポート３７と、取出ポート３６からの取出流体が入力される第二フィードバックポート３８とを形成する。第二フィードバックポート３８への入力流体の圧力によるスラスト力は、第一フィードバックポート３７への入力流体の圧力によるスラスト力とソレノイド２によるスラスト力とは反対方向にスプール３１に作用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体制御装置に関する。

従来、ソレノイドによるスラスト力、出力流体のフィードバック圧によるスラスト力及び弾性部材によるスラスト力をスプール弁のスプールに作用させ、それら力の釣合位置にスプールを移動させることで出力流体を制御する流体制御装置が知られている。例えば特許文献１に開示の流体制御装置では、弾性部材によるスラスト力をソレノイドによるスラスト力とフィードバック圧によるスラスト力とは反対方向にスプールに作用させることで、スプールを所望の位置に移動させている。
特許第２８４１８９１号公報

しかし、特許文献１に開示の流体制御装置では、ソレノイドによるスラスト力とフィードバック圧によるスラスト力との和に対して弾性部材によるスラスト力が釣り合うようになっているため、弾性部材により大きな荷重を発生する必要がある。故にスプールは、弾性部材が係合する比較的小面積の部分で弾性部材の大きな荷重を受けなければならないため、当該部分の加工精度の製品間ばらつきがスプール位置の制御性、ひいては出力流体の制御性を左右することになる。また、特許文献１に開示のようにコイルスプリングが弾性部材として用いられる場合、スプールのラジアル方向に働く偏心力がコイルスプリングの倒れ具合等により増大するおそれがある。こうした偏心力は、スプールとそれを摺動支持する部材との間において摺動抵抗を変化させるため、出力流体の制御性に製品間ばらつきを生む要因となっている。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、流体制御性の製品間ばらつきを抑制する流体制御装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明によると、ポート形成部材及びスプール間の摺動クリアランスを通じて入力ポートから分配された流体は、取出ポートから取出されて第二フィードバックポートに入力される。ここで、第二フィードバックポートへの入力流体の圧力によるスラスト力は、入力ポートへの入力流体を出力する出力ポートから第一フィードバックポートに入力される流体の圧力によるスラスト力並びにソレノイドによるスラスト力とは反対方向にスプールに作用する。これにより、第二フィードバックポートへの入力流体の圧力によるスラスト力を、従来装置の弾性部材によるスラスト力に代えてスプール移動に利用できるので、弾性部材を用いる必要がない。したがって、請求項１に記載の発明によれば、従来装置の弾性部材に起因する問題を解消して、出力ポートからの出力流体の制御性に製品間ばらつきが生じることを抑制できる。

請求項２に記載の発明によると、フィードバックポートへの入力流体の圧力によるスラスト力とソレノイドによるスラスト力と同一方向である第一方向にスプールが移動するほど、第二フィードバックポートへの入力流体の圧力は増大する。また逆に、フィードバックポートへの入力流体の圧力によるスラスト力とソレノイドによるスラスト力とは反対方向である第二方向にスプールが移動するほど、第二フィードバックポートへの入力流体の圧力は減少する。このように請求項２に記載の発明は、従来装置の弾性部材と略同等の機能を第二フィードバックポートへの入力流体により発揮できるので、従来装置の代替品としてそのまま利用可能である。

請求項３に記載の発明によると、取出ポートを挟んで入力ポートとは反対側に設けられる大気開放のドレンポートと、入力及び取出ポート間でスプールを摺動支持する入力側支持部と、取出及びドレンポート間でスプールを摺動支持するドレン側支持部とが形成される。このような構成下、スプールが第一方向に移動するほど、入力側支持部によるスプールの支持長さが短くなる一方、ドレン側支持部によるスプールの支持長さが長くなる。これにより、第一方向への移動時には、取出ポートから取出されて第二フィードバックポートに入力される流体圧力が増大するので、当該圧力によってスプールに作用するスラスト力も増大する。またこれに対し、スプールが第二方向に移動するほど、入力側支持部によるスプール支持長さが長くなる一方、ドレン側支持部によるスプール支持長さが短くなるので、第二方向への移動時には、第一方向への移動時とは逆の原理によって第二フィードバックポートへの入力流体の圧力によるスラスト力が減少する。このような請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明を比較的簡素な構成により実現できる。

請求項４に記載の発明によれば、第二フィードバックポートへの入力流体の圧力によるスラスト力はスプールの端部に作用するので、スプールに対する当該圧力の作用面積を確保し易い。故に、第二フィードバックポートへの入力流体の圧力が作用するスプールの端部について、要求される加工精度を下げることが可能となる。

請求項５に記載の発明によれば、スプールは、第二フィードバックポートへの入力流体の圧力が作用するランドを端部に有するので、スプールに対する当該圧力の作用面積を大きく確保できる。したがって、第二フィードバックポートへの入力流体の圧力によるスラスト力を増大できるのみならず、ランドについての要求加工精度を十分に下げることができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態による流体制御装置１を示している。流体制御装置１はソレノイド２及びスプール弁４を備え、それらの協働により、車両用自動変速機の油圧制御装置等に供給する作動油を制御する。

（ソレノイド２）
ソレノイド２は、コアステータ１０、プランジャ１６及びコイル２０等から構成されている。コアステータ１０は鉄等の磁性材により筒状に形成されており、収容部１１及び吸引部１２を有している。収容部１１はプランジャ１６を内周側に収容している。吸引部１２は収容部１１よりもスプール弁４側に設けられており、プランジャ１６を吸引する磁気吸引力をプランジャ１６との間に発生する。プランジャ１６は鉄等の磁性材により柱状に形成されており、収容部１１内に同心的に配置されてスラスト方向に往復摺動可能となっている。コイル２０は収容部１１の外周側に巻装されており、外部電源（図示しない）からの電力供給を受ける。電力供給によりコイル２０が通電されるときには、コアステータ１０及びプランジャ１６を通過する磁束が発生し、吸引部１２とプランジャ１６との間に磁気吸引力が働く。ここで磁気吸引力は、コイル２０への通電電流が大きいほど、増大する。磁気吸引力の発生により本実施形態のプランジャ１６は、スプール弁４側（Ｌ方向）へと移動する。

（スプール弁４）
スプール弁４は、スリーブ３０及びスプール３１等から構成されている。スリーブ３０は筒状に形成され、コアステータ１０と同軸上に配置されている。スリーブ３０はスプール３１を内周側に収容している。スリーブ３０は、それをラジアル方向に貫通する流体ポートとして、入力ポート３２、出力ポート３３、第一ドレンポート３４、第二ドレンポート３５、取出ポート３６、第一フィードバックポート３７及び第二フィードバックポート３８を形成している。

入力ポート３２には、ポンプ３９側から作動油が入力される。出力ポート３３は入力ポート３２よりもソレノイド２から遠い側に設けられ、入力ポート３２への入力作動油をスリーブ３０の外部の供給対象側に出力する。

第一ドレンポート３４は出力ポート３３よりもソレノイド２から遠い側に設けられ、ポンプ３９のオイルパン４０に連通することで大気開放されている。第二ドレンポート３５は入力ポート３２よりもソレノイド２に近い側に設けられ、オイルパン４０に連通することで大気開放されている。取出ポート３６は入力ポート３２と第二ドレンポート３５との間に設けられ、入力ポート３２から分配されて第二ドレンポート３５側に向かう作動油を取出する。

第一フィードバックポート３７は第二ドレンポート３５よりもソレノイド２に近い側に設けられ、スリーブ３０の外部で出力ポート３３に連通している。これにより、出力ポート３３から出力された作動油は、その一部が第一フィードバックポート３７に入力される。第二フィードバックポート３８は第一ドレンポート３４よりもソレノイド２から遠い側に設けられ、スリーブ３０の外部で取出ポート３６に連通している。これにより、取出ポート３６から取出された作動油は第二フィードバックポート３８に入力される。

スプール３１は串形に形成されており、スリーブ３０内に同心的に配置されてスラスト方向に往復摺動可能となっている。スプール３１のソレノイド２側の端部３１ａは、プランジャ１６のスプール弁４側の端部に当接している。故に、ソレノイド２の電磁駆動によりプランジャ１６からスプール３１に働く力は、スプール３１をソレノイド２とは反対側（Ｌ方向）に押圧するスラスト力となる。

スプール３１は、プランジャ１６と当接する一端部３１ａ側から他端部３１ｂ側に向かって順に第一ランド４１、第二ランド４２，第三ランド４３及び第四ランド４４を有している。図２に示すように第一ランド４１は、スリーブ３０がポート３５よりもソレノイド２に近い側に形成する第一支持部５１により摺動支持される。第二ランド４２は、スリーブ３０がポート３５，３６間に形成する第二支持部５２及び上記第一支持部５１により摺動支持される。第三ランド４３は、スリーブ３０がポート３２，３６間に形成する第三支持部５３により摺動支持される。第四ランド４４はスプール３１の端部３１ｂを構成しており、スリーブ３０がポート３２，３４間及びポート３４，３８間にそれぞれ形成する第四支持部５４及び第五支持部５５により摺動支持される。

出力ポート３３から出力される作動油の油圧は、第四支持部５４による第四ランド４４のスラスト方向の支持長さ（即ち、シール長さ）Ａと、第四支持部５４による第三ランド４３のスラスト方向の支持長さ（シール長さ）Ｄとに応じて変化する。具体的に本実施形態では、支持長さＡが短くなるほど、第四支持部５４と第四ランド４４との間の摺動クリアランスを通じて出力ポート３３から第一ドレンポート３４側に分配される作動油が増大する。このとき支持長さＤが長くなるので、第四支持部５４と第三ランド４３との間の摺動クリアランスを通じて入力ポート３２から出力ポート３３側に抜ける作動油が減少する。こうした作動油流れの増減により出力ポート３３からの出力油圧が減少する。また逆の原理により、支持長さＡが長くなると同時に支持長さＤが短くなるほど、出力ポート３３からの出力油圧が増大する。

出力ポート３３から出力された作動油の油圧は、第一フィードバックポート３７に入力されてランド４１，４２に作用する。ここで、ソレノイド２から遠い側の第二ランド４２は、ソレノイド２に近い側の第一ランド４１よりも受圧面積が大きいので、第一フィードバックポート３７への入力油圧によりスプール３１に働く力は、スプール３１をソレノイド２とは反対側（Ｌ方向）に押圧するスラスト力となる。

取出ポート３６から取出されて第二フィードバックポート３８に入力される作動油の油圧は、第三支持部５３による第三ランド４３のスラスト方向の支持長さ（シール長さ）Ｂと、第二支持部５２による第二ランド４２のスラスト方向の支持長さ（シール長さ）Ｃとに応じて変化する。具体的に本実施形態では、支持長さＢが短くなるほど、第三支持部５３と第三ランド４３との間の摺動クリアランスを通じて入力ポート３２から取出ポート３６側に分配される作動油が増大する。このとき、支持長さＣは長くなるので、第二支持部５２と第二ランド４２との間の摺動クリアランスを通じて取出ポート３６側から第二ドレンポート３５側に抜ける作動油が減少する。こうした作動油流れの増減により、取出ポート３６から第二フィードバックポート３８への入力油圧が増大する。また逆の原理により、支持長さＢが長くなると同時に支持長さＣが短くなるほど、取出ポート３６から第二フィードバックポート３８への入力油圧が減少する。

取出ポート３６から第二フィードバックポート３８に入力された作動油の油圧は、スプール３１において端部３１ｂの第四ランド４４のみに作用する。故に、第二フィードバックポート３８への入力油圧によりスプール３１に働く力は、スプール３１をソレノイド２側（Ｒ方向）に押圧するスラスト力となる。即ち、第二フィードバックポート３８への入力油圧によるスラスト力は、第一フィードバックポート３７への入力油圧によるスラスト力とソレノイド２の電磁駆動によるスラスト力とは反対方向にスプール３１に作用する。

（全体作動）
上述した構成によりスプール３１は、第一フィードバックポート３７への入力油圧によるスラスト力とソレノイド２の電磁駆動によるスラスト力との和に対して、第二フィードバックポート３８への入力油圧によるスラスト力が釣り合う位置に移動する。

具体的には、コイル２０への通電電流の増大によりプランジャ１６が図１，２のＬ方向に移動するときには、プランジャ１６により押圧駆動されるスプール３０もまた、当該Ｌ方向に移動する。この移動に伴って、第四支持部５４による第四ランド４４の支持長さＡが短くなると同時に、第四支持部５４による第三ランド４３の支持長さＤが長くなるので、出力ポート３３からの出力油圧が減少する。それと同時に、第三支持部５３による第三ランド４３の支持長さＢは短くなる一方、第二支持部５２による第二ランド４２の支持長さＣは長くなるので、図３に示すように第二フィードバックポート３８への入力油圧がＬ方向への移動ストロークに対して線形増大する。したがって、第二フィードバックポート３８への入力油圧によるスラスト力もまた、図４に示すようにＬ方向への移動ストロークに対して線形増大する。尚、図３，４における初期値Ｐ０，Ｆ０は、スプール３１が図１，２のＲ方向の移動端に達した状態において支持長さＣが０にならないことによって発生する。

これに対し、コイル２０への通電電流の減少によりプランジャ１６が図１，２のＲ方向に移動するときには、第二フィードバックポート３８への入力油圧により押圧されるスプール３０もまた、当該Ｒ方向に移動する。この移動に伴って、第四支持部５４による第四ランド４４の支持長さＡが長くなると同時に、第四支持部５４による第三ランド４３の支持長さＤが短くなるので、出力ポート３３からの出力油圧が増大する。それと同時に、第三支持部５３による第三ランド４３の支持長さＢは長くなる一方、第二支持部５２による第二ランド４２の支持長さＣは短くなるので、第二フィードバックポート３８への入力油圧がＲ方向への移動ストロークに対して線形減少する。したがって、第二フィードバックポート３８への入力油圧によるスラスト力もまた、Ｒ方向への移動ストロークに対して線形減少する。

このように本実施形態によると、第二フィードバックポート３８への入力油圧を利用して、従来装置の弾性部材と同等の機能を果たすことができる。故に、コイルスプリング等といった弾性部材を用いる必要がないので、部品点数を削減できるのみならず、スプール３１のラジアル方向に働く偏心力を低減してスプール３１の円滑な移動を実現できる。しかも、第二フィードバックポート３８への入力油圧は、スプール３１の端部３１ｂに設けられた第四ランド４４に作用するので、その作用面積を大きく確保できる。故に、第四ランド４４の加工精度が比較的ラフであっても、スプール３１の移動に与える影響を少なくできる。これらのことから本実施形態によれば、スプール３１の位置制御性、ひいては出力ポート３３からの出力制御性について、製品間ばらつきが生じることを抑制できる。

以上説明した本実施形態では、スリーブ３０が特許請求の範囲に記載の「ポート形成部材」に相当する。また、図１，２のＬ方向が特許請求の範囲に記載の「第一方向」に相当し、図１，２のＲ方向が特許請求の範囲に記載の「第二方向」に相当する。さらに、第二ドレンポート３５が特許請求の範囲に記載の「ドレンポート」に相当し、第三支持部５３が特許請求の範囲に記載の「入力側支持部」に相当し、第二支持部５２が特許請求の範囲に記載の「ドレン側支持部」に相当する。またさらに、第四ランド４４が特許請求の範囲に記載の「ランド」に相当する。

さて、ここまで本発明の一実施形態について説明してきたが、本発明は当該実施形態に限定して解釈されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。

例えば、第二フィードバックポート３８への入力油圧を受ける第五ランドを第四ランド４４の第三ランド４３とは反対側に設けて、当該第五ランドの受圧面積を第四ランド４４よりも小さくすることにより、上述の実施形態と同様な作動を実現してもよい。この場合、第五ランドの第四ランド４４とは反対側に少なくとも一つのランドをさらに追加してもよい。

本発明の一実施形態による流体制御装置の構成を示す断面模式図である。 図１の要部を拡大して示す断面模式図である。 本発明の一実施形態による流体制御装置の特性を示すグラフである。 本発明の一実施形態による流体制御装置の特性を示すグラフである。

符号の説明

１ 流体制御装置、２ ソレノイド、４ スプール弁、１６ プランジャ、２０ コイル、３０ スリーブ、３１ スプール（ポート形成部材）、３１ｂ 端部、３２ 入力ポート（流体ポート）、３３ 出力ポート（流体ポート）、３４ 第一ドレンポート（流体ポート）、３５ 第二ドレンポート（流体ポート、ドレンポート）、３６ 取出ポート（流体ポート）、３７ 第一フィードバックポート（流体ポート）、３８ 第二フィードバックポート（流体ポート）、３９ ポンプ、４０ オイルパン、４１ 第一ランド、４２ 第二ランド、４３ 第三ランド、４４ 第四ランド（ランド）、５１ 第一支持部、５２ 第二支持部（ドレン側支持部）、５３ 第三支持部（入力側支持部）、５４ 第四支持部、５５ 第五支持部

Claims (5)

1. 複数の流体ポートを形成するポート形成部材と、前記ポート形成部材内をスラスト方向に往復摺動することにより前記流体ポートの流通流体を制御するスプールと、前記スプールを電磁駆動するソレノイドとを備えた流体制御装置において、
   前記ポート形成部材は、流体が入力される入力ポートと、前記入力ポートへの入力流体を出力する出力ポートと、前記ポート形成部材及び前記スプール間の摺動クリアランスを通じて前記入力ポートから分配される流体を取出する取出ポートと、前記出力ポートからの出力流体が入力される第一フィードバックポートと、前記取出ポートからの取出流体が入力される第二フィードバックポートとを、前記流体ポートとして形成し、
   前記第二フィードバックポートへの入力流体の圧力によるスラスト力は、前記第一フィードバックポートへの入力流体の圧力によるスラスト力と前記ソレノイドによるスラスト力とは反対方向に前記スプールに作用することを特徴とする流体制御装置。
2. 前記フィードバックポートへの入力流体の圧力によるスラスト力と前記ソレノイドによるスラスト力と同一方向である第一方向に前記スプールが移動するほど、前記第二フィードバックポートへの入力流体の圧力は増大し、
   前記フィードバックポートへの入力流体の圧力によるスラスト力と前記ソレノイドによるスラスト力とは反対方向である第二方向に前記スプールが移動するほど、前記第二フィードバックポートへの入力流体の圧力は減少することを特徴とする請求項１に記載の流体制御装置。
3. 前記ポート形成部材は、前記取出ポートを挟んで前記入力ポートとは反対側に設けられ大気に開放される前記流体ポートとしてのドレンポートと、前記入力ポート及び前記取出ポート間において前記スプールを摺動支持する入力側支持部と、前記取出ポート及び前記ドレンポート間において前記スプールを摺動支持するドレン側支持部とを形成し、
   前記スプールが前記第一方向に移動するほど、前記入力側支持部による前記スプールの支持長さが短くなる一方、前記ドレン側支持部による前記スプールの支持長さが長くなり、
   前記スプールが前記第二方向に移動するほど、前記入力側支持部による前記スプールの支持長さが長くなる一方、前記ドレン側支持部による前記スプールの支持長さが短くなることを特徴とする請求項２に記載の流体制御装置。
4. 前記第二フィードバックポートへの入力流体の圧力によるスラスト力は、前記スプールの端部に作用することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の流体制御装置。
5. 前記スプールは、前記第二フィードバックポートへの入力流体の圧力が作用するランドを前記端部に有することを特徴とする請求項４に記載の流体制御装置。

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