JP2009002444A - 電動スプール弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＯＣＶにおける排出ポートの数を１つにしても、電磁アクチュエータを大型化することなく電磁アクチュエータ内の第１、第２容積変動室への異物の侵入を防ぐ。
【解決手段】 排出ポート１３ｂを左端の１つにしてエンジンヘッド内に開放させることで、取付対象油路構造を簡単化できる。シャフト内呼吸通路２５ａをスプール呼吸孔１４ｂに連通させることで電磁アクチュエータ１２内の呼吸通路を簡素化でき、小型化できる。軸方向貫通穴１４ａの内部に通路区画部材３１を配置し、軸方向貫通穴１４ａの内部にスプール内呼吸通路３１ａを区画形成することで、全呼吸通路の全長と容積が大きくなり、第１、第２容積変動室α、βへの異物の侵入を抑えることができる。通路区画部材３１の左端を、遅角側スプールドレイン孔１４ｇより左側に設けることで、排出オイルがスプール内呼吸通路３１ａの内部に侵入するのを防ぐことができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、オイルの入力ポート、出力ポート、排出ポートをそれぞれ１つ以上備えた、即ち切り替えポート数が３つ以上（三方弁以上）の電動スプール弁に関する。

（従来技術）
三方弁以上のポート切替数を有する電動スプール弁の一例として、１つの入力ポート、２つの出力ポート、２つの排出ポートを備える五方弁構造の電磁スプール弁が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１に示される電磁スプール弁は、内燃機関（以下、エンジンと称す）のカムシャフトの進角量を油圧制御するオイル・フロー・コントロール・バルブ（以下、ＯＣＶと称す）であり、吸気バルブまたは排気バルブの少なくても一方の開閉タイミングを可変させるバルブタイミング調整装置（以下、ＶＶＴと称す）に用いられる。
ここで、ＶＶＴは、油圧制御により機械的にカムシャフトを駆動するバルブタイミング可変機構（以下、ＶＣＴと称す）と、このＶＣＴの油圧制御を行う油圧回路と、油圧回路に設けられるＯＣＶを電気的に制御するＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニットの略：制御装置）とから構成される。

ＶＶＴに用いられるＯＣＶは、スリーブとスプールを組み合わせたスプール弁と、このスプール弁の一端に設けられて、スプールを軸方向に駆動する電磁アクチュエータ（電動アクチュエータの一例）とからなる。
スリーブには、１つの入力ポートと、進角室の油圧をコントロールする進角室出力ポートと、遅角室の油圧をコントロールする遅角室出力ポートと、進角室の油圧をドレインさせる進角室排出ポートと、遅角室の油圧をドレインさせる遅角室排出ポートとが設けられ、スプールの軸方向位置が電磁アクチュエータでコントロールされることで、進角室出力ポートと遅角室出力ポートの発生油圧がコントロールされ、その結果、エンジンのバルブタイミングがコントロールされるようになっている。

一方、電磁アクチュエータの内部には、作動に伴って空間容積が変化する容積変動室（以下、プランジャのスプールに近い側の容積変動室を第１容積変動室、プランジャのスプールから離れた側の容積変動室を第２容積変動室と称す）がある。特許文献１に開示される技術では、第１、第２容積変動室の容積変動を可能にするように、電磁アクチュエータ内の第１、第２容積変動室が、スリーブに形成された電磁アクチュエータ用呼吸孔を介して外部に連通するように設けられていた。
また、スプール弁の他端（電磁アクチュエータとは異なる側の端部）には、スリーブとスプールで囲まれるバネ室が形成されている。このバネ室は、スリーブに形成されたバネ室用呼吸孔を介して外部に連通するように設けられていた。

即ち、ＶＶＴに用いられる従来のＯＣＶは、外部と連通する排出ポートとして、２つの排出ポート（進角室排出ポート、遅角室排出ポート）と、２つの呼吸孔（電磁アクチュエータ用呼吸孔、バネ室用呼吸孔）が設けられていた。

（問題点）
近年、ＯＣＶの取付側（エンジン）の油路構造を簡単化するとともに、ＯＣＶを小型化するために、スリーブに形成される排出ポートの数を１つにする要求がある。
この例を、図３を参照して説明する。なお、この図３は、問題点を説明するための参考図（後述する実施例１で用いる図）であって、周知技術ではない。

この図３のＯＣＶ３は、排出ポート１３ｂをスリーブ１３の他端（電磁アクチュエータ１２とは異なる側の端部）の１つだけにしたものである。ＶＣＴ側（進角室および遅角室）から排出されるオイルは、スプール１４内に形成した軸方向貫通穴１４ａ内に導かれる。
軸方向貫通穴１４ａの一端（電磁アクチュエータ１２側）に、電磁アクチュエータ１２内に通じる呼吸孔（以下、スプール呼吸孔１４ｂと称す）を設けると、ＶＣＴ側（進角室および遅角室）から排出されるエンジンオイルが、スプール呼吸孔１４ｂを通って電磁アクチュエータ１２内に導かれてしまう。
具体的に、スプール１４に設けた２つの内外貫通穴（進角室および遅角室から排出されるオイルを軸方向貫通穴１４ａ内に導くそれぞれに対応した孔：以下、進角側スプールドレイン孔１４ｆ、遅角側スプールドレイン孔１４ｇと称す）のうち、特にスプール呼吸孔１４ｂに近い遅角側スプールドレイン孔１４ｇから軸方向貫通穴１４ａの内部に排出されたエンジンオイルが、スプール呼吸孔１４ｂを通って電磁アクチュエータ１２内に導かれてしまう。

ＶＣＴ側（進角室および遅角室）から排出されるエンジンオイルの量は、ＶＶＴの作動に伴うものであるため多い。
このため、大量のエンジンオイルがスプール呼吸孔１４ｂを介して電磁アクチュエータ１２内の第１、第２容積変動室α、βに出入りすることで、エンジンオイルに含まれる異物が第１、第２容積変動室α、βに侵入する可能性が高まる。特に、スプール呼吸孔１４ｂに近い第１容積変動室αは、スプール呼吸孔１４ｂから第１容積変動室αに至る呼吸通路の長さが短く、容積も小さいものになるため、第１容積変動室αの容積変動に伴い、軸方向貫通穴１４ａの内部からスプール呼吸孔１４ｂを介して第１容積変動室αへエンジンオイルが容易に導かれてしまう。
即ち、スリーブ１３に設けられる排出ポート１３ｂの数を１つにすると、電磁アクチュエータ１２内の第１、第２容積変動室α、βに、オイルに混入した異物が侵入し易くなる問題があった。

第１容積変動室αは、スプール１４とプランジャ１７の間に形成されて、スプール１４とプランジャ１７の摺動クリアランスに通じており、第２容積変動室βは、プランジャ１７と固定部材（例えば、カップガイドＧ）の間に形成されて、プランジャ１７の摺動クリアランスに通じている。このため、第１、第２容積変動室α、βに異物が侵入すると、スプール１４およびプランジャ１７の作動が妨げられる懸念がある。
なお、図には示さないが、スプール呼吸孔１４ｂから第１、第２容積変動室α、βまでの呼吸通路（スプール呼吸孔１４ｂから第１容積変動室αまでの呼吸通路を第１呼吸通路、スプール呼吸孔１４ｂから第２容積変動室βまでの呼吸通路を第２呼吸通路と称す）の距離を長くし、且つ第１、第２呼吸通路の容積を大きくすることで、第１、第２容積変動室α、βに新しく入れ代わるオイル量を減少させ、異物の侵入を抑えることが考えられる。
しかし、スプール呼吸孔１４ｂから第１、第２容積変動室α、βに至る第１、第２呼吸通路の距離を長くし、且つ第１、第２呼吸通路の容積を大きくしようとすると、電磁アクチュエータ１２が大型化することとなり、ＯＣＶ３に要求される小型化が達成できなくなってしまう。
特開２００５−１２１１３６号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、スリーブに設けられる排出ポートの数を１つにしても、電動アクチュエータを大型化することなく電動アクチュエータ内の容積変動室への異物の侵入を防ぐことのできる電動スプール弁の提供にある。

［請求項１の手段］
請求項１の手段を採用する電動スプール弁は、排出ポートがスリーブに１つだけ設けられるものである。そして、軸方向貫通穴の内部は、通路区画部材によってスプール呼吸孔に連通するスプール内呼吸通路が区画される。即ち、スプールの内部に呼吸通路（スプール内呼吸通路）が設けられる。これにより、スプール内呼吸通路の全長および容積が得られ、容積変動室の容積変動に伴ってオイルが移動しても、容積変動室に吸い込まれるオイル量のうち、新しく入れ代わるオイル量を抑えることができ、容積変動室への異物の侵入率を抑えることができる。
即ち、スリーブに設けられる排出ポートの数を１つにするものであるが、スプール内に通路区画部材によってスプール内呼吸通路が設けられるため、電動アクチュエータを大型化することなく、電動アクチュエータにおける容積変動室への異物の吸込みを防ぐことができる。

［請求項２の手段］
請求項２の手段を採用する電動スプール弁においてスリーブに１つだけ設けられる排出ポートは、スリーブの他端（電動アクチュエータとは異なる側）に設けられるものである。

［請求項３の手段］
請求項３の手段を採用する電動スプール弁において通路区画部材によってスプール内呼吸通路の区画が無くなる位置は、内外貫通穴の軸方向位置より、排出ポート側（スリーブの他端側、即ち電動アクチュエータとは異なる側）である。
内外貫通穴より軸方向貫通穴の内部に流入して排出ポートに向かう排出オイルの流れ向きと、電動アクチュエータに吸い込まれるオイルの流れ向きとが逆向きになる。
内外貫通穴より軸方向貫通穴の内部に流入して排出ポートに向かう排出オイルには、慣性力が付与されているため、排出オイルの流れ作用によって排出オイルがスプール内呼吸通路に侵入することを防ぐことができる。これにより、排出オイルに含まれる異物が電動アクチュエータ内へ侵入する不具合を回避することができる。

［請求項４の手段］
請求項４の手段を採用する電動スプール弁においてスリーブに１つだけ設けられる排出ポートは、外部と区画された大気圧空間（例えば、エンジンのシリンダヘッドとカムカバーで囲まれる空間）に向けて開放されるものである。
これにより、内外貫通穴より軸方向貫通穴の内部に流入した排出オイルが、排出ポートに向かって効率的に流れ、排出オイルがスプール内呼吸通路に流入し難くなる。
従って、スプール内呼吸通路から電動アクチュエータ内へ流入するオイル量を減少させることができ、電動アクチュエータ内への異物の吸込みを抑えることができる。

［請求項５の手段］
請求項５の手段を採用する電動スプール弁において通路区画部材によって区画されるスプール内呼吸通路の容積は、「電動アクチュエータ内の容積変動に伴う呼吸によりスプール呼吸孔の内側を通過するオイル量」以上である。
これにより、スプール呼吸孔の内側を通過するオイルがスプール内呼吸通路に保持されることになり、容積変動室に吸い込まれるオイル量のうち、新しく入れ代わるオイルを極めて小さくすることができる。即ち、新たな異物が容積変動室へ侵入するのを防ぐことができる。

［請求項６の手段］
請求項６の手段を採用する電動スプール弁の通路区画部材は、内部が容積変動室に通じる筒状を呈するものである。

［請求項７の手段］
請求項７の手段を採用する電動スプール弁の通路区画部材は、軸方向貫通穴の内部を軸方向から見て、周方向の区画を行う板状を呈するものである。

［請求項８の手段］
請求項８の手段を採用する電動スプール弁の通路区画部材は、スプールに固定されるものである。

［請求項９の手段］
請求項９の手段を採用する電動スプール弁の通路区画部材は、電動アクチュエータの出力をスプールに伝達するシャフトに固定されるものである。

［請求項１０の手段］
請求項１０の手段を採用する電動スプール弁の電動アクチュエータは電磁アクチュエータであり、プランジャの移動をスプールに伝達するシャフトの軸心には、一方がスプール呼吸孔に連通し、他方がプランジャの軸心に形成されたプランジャ内呼吸通路に連通するシャフト内呼吸通路が形成される。そして、シャフトは、シャフト内呼吸通路と第１容積変動室とを連通させる内外に貫通したシャフト呼吸孔を備える。
これにより、スプール呼吸孔と第１容積変動室とを連通する呼吸通路を極めて短くでき、電磁アクチュエータを小型化できる。
また、スプール呼吸孔と第１容積変動室とを連通する呼吸通路が極めて短いものであるが、スプール内に、長く容積の大きいスプール内呼吸通路が設けられているため、第１容積変動室への異物の吸込みを防ぐことができる。

最良の形態の電動スプール弁は、スプール弁と、このスプール弁の一端に設けられてスプール弁を駆動する電動アクチュエータ（例えば、電磁アクチュエータなど）とからなる。
スプール弁は、内部に軸方向へ伸びる挿通穴が形成されたスリーブと、このスプール弁の挿通穴の内周面において軸方向へ摺動自在に支持され、スリーブに形成されたオイルの入力ポート、オイルの出力ポート、オイルの排出ポートの連通状態を変化させるスプールとからなる。
電動アクチュエータ内に形成される容積変動室は、スプールの一端に設けられたスプール呼吸孔を介してスプール内を軸方向に貫通する軸方向貫通穴の内部に連通する。
軸方向貫通穴は、スリーブに１つだけ設けられた排出ポートに連通する。
出力ポートからスリーブ内に戻された排出オイルは、スプールの内外を貫通する内外貫通穴（スプールドレイン孔）を介して軸方向貫通穴内に導かれて、スリーブに１つだけ設けられた排出ポートから排出される。
軸方向貫通穴の内部には、スプール呼吸孔に連通するスプール内呼吸通路を区画形成する通路区画部材が設けられ、電動アクチュエータ内の容積変動室は、スプール内呼吸通路を介して呼吸（容積変動）を行う。
電動アクチュエータ内の容積変動室は、スプール内において通路区画部材で区画されたスプール内呼吸通路を介して呼吸を行うものであるため、電動アクチュエータが小型化されても、スプール内呼吸通路の長さおよび容積を確保することができ、呼吸により容積変動室に吸い込まれるオイル量のうち、新しく入れ代わるオイル量を抑え、容積変化室に異物が新たに侵入するのを防ぐことができる。

本発明をＶＶＴにおけるＯＣＶに適用した実施例１を、図１〜図３を参照して説明する。この実施例１では、先ず図２を参照して「ＶＶＴの構造」を説明し、次に図３を参照して本発明の要部が設けられていない「ＯＣＶの基本構造」を説明し、その後で図１を参照して「実施例１の特徴」を説明する。
なお、以下では実施例の理解補助のために、ＯＣＶの軸方向に沿う断面図の左側を左とし、右側を右として説明するが、実際の搭載方向に関わるものではない。

〔ＶＶＴの構造〕
ＶＶＴは、エンジンのカムシャフト（吸気バルブ用、排気バルブ用、吸排気兼用カムシャフトのいずれか）に取り付けられて、バルブの開閉タイミングを連続的に可変可能なＶＣＴ１と、このＶＣＴ１の作動を油圧制御する油圧回路２と、油圧回路２に設けられるＯＣＶ３を電気的に制御するＥＣＵ４とから構成されている。

（ＶＣＴ１の説明）
ＶＣＴ１は、エンジンのクランクシャフトに同期して回転駆動されるシューハウジング５と、このシューハウジング５に対して相対回転可能に設けられ、カムシャフトと一体に回転するベーンロータ６とを備えるものであり、シューハウジング５内に構成される油圧アクチュエータによってシューハウジング５に対してベーンロータ６を相対的に回転駆動して、カムシャフトを進角側あるいは遅角側へ変化させるものである。

シューハウジング５は、エンジンのクランクシャフトにタイミングベルトやタイミングチェーン等を介して回転駆動されるスプロケットにボルト等によって結合されて、スプロケットと一体回転するものである。このシューハウジング５の内部には、図２に示すように、略扇状の凹部７が複数（この実施例１では３つ）形成されている。なお、シューハウジング５は、図２において時計方向に回転するものであり、この回転方向が進角方向である。
一方、ベーンロータ６は、カムシャフトの端部に位置決めピン等で位置決めされて、ボルト等によってカムシャフトの端部に固定されるものであり、カムシャフトと一体に回転する。

ベーンロータ６は、シューハウジング５の凹部７内を進角室７ａと遅角室７ｂに区画するベーン６ａを備えるものであり、ベーンロータ６はシューハウジング５に対して所定角度内で回動可能に設けられている。
進角室７ａは、油圧によってベーン６ａを進角側へ駆動するための油圧室であってベーン６ａの反回転方向側の凹部７内に形成されるものであり、逆に、遅角室７ｂは油圧によってベーン６ａを遅角側へ駆動するための油圧室である。なお、各室７ａ、７ｂ内の液密性は、シール部材８等によって保たれる。

（油圧回路２の説明）
油圧回路２は、進角室７ａおよび遅角室７ｂのオイルを給排して、進角室７ａと遅角室７ｂに油圧差を発生させてベーンロータ６をシューハウジング５に対して相対回転させるための手段であり、クランクシャフト等によって駆動されるオイルポンプ９と、このオイルポンプ９によって圧送されるオイル（油圧）を進角室７ａまたは遅角室７ｂに切り替えて供給するＯＣＶ３とを備える。

〔ＯＣＶ３の基本構造〕
ＯＣＶ３は、スプール弁１１と電磁アクチュエータ１２（電動アクチュエータの一例）とを結合した電磁スプール弁（電動スプール弁の一例）である。
（スプール弁１１の説明）
スプール弁１１は、スリーブ１３、スプール１４およびリターンスプリング１５を備える。
スリーブ１３は、略円筒形状を呈してエンジンの外部よりエンジンに挿入固定されるものであり、スリーブ１３の内部には、スプール１４を軸方向へ摺動自在に支持する挿通穴１３ａが形成されている。

スリーブ１３には、左側から右へ向かって、エンジンヘッド内（エンジンのシリンダヘッドとカムカバーで囲まれる空間：外部と区画された大気圧空間）に開口する排出ポート１３ｂ、進角室７ａに連通する進角室出力ポート１３ｃ、オイルポンプ９からオイルの供給を受ける入力ポート１３ｄ、遅角室７ｂに連通する遅角室出力ポート１３ｅが形成されている。

排出ポート１３ｂは、スリーブ１３に１つだけ設けられるものであり、スリーブ１３の左端（特許請求の範囲における他端に相当する）に形成され、外部（エンジンヘッド内）と内部（挿通穴１３ａ内）とを連通する比較的大きい開口面積（排出オイルの通過抵抗が極めて小さい開口面積）を有する軸方向の貫通穴である。
入力ポート１３ｄ、進角室出力ポート１３ｃおよび遅角室出力ポート１３ｅは、スリーブ１３の側面に形成された穴であり、各軸方向位置において外部（エンジンに形成された油路）と内部（挿通穴１３ａ内）とを連通する径方向の貫通穴である。

スプール１４は、スリーブ１３の内径寸法（挿通穴１３ａの径）にほぼ一致した外径寸法を有するポート遮断用の大径部（ランド）を４つ備える。
また、スプール１４の軸心には、軸方向へ貫通した軸方向貫通穴１４ａが形成されている。軸方向貫通穴１４ａの左端は、比較的大きい開口面積（排出オイルの通過抵抗が極めて小さい開口面積）に設けられている。一方、軸方向貫通穴１４ａの右端（特許請求の範囲における一端に相当する）には、比較的小さい開口面積（排出オイルの通過抵抗が軸方向貫通穴１４ａの中間部の通過抵抗より大きくなる開口面積）のスプール呼吸孔１４ｂが設けられている。

各大径部の間には、スプール１４の軸方向位置に応じて複数の入出力ポート（１３ｃ〜１３ｅ）の連通状態を変更する進角室ドレイン用小径部１４ｃ、オイル出力用小径部１４ｄ、遅角室ドレイン用小径部１４ｅが形成されている。
進角室ドレイン用小径部１４ｃは、遅角室７ｂに油圧が供給されている時に進角室７ａの油圧をドレインするためのものであり、進角室ドレイン用小径部１４ｃに導かれた排出オイルは、進角室ドレイン用小径部１４ｃの底と軸方向貫通穴１４ａ内とを連通する進角側スプールドレイン孔１４ｆ（スプールに２つ設けられる内外貫通穴のうち、電磁アクチュエータ１２から離れた側の内外貫通穴）を介して軸方向貫通穴１４ａの内部に導かれ、排出ポート１３ｂを通ってエンジンヘッド内に排出される。

オイル出力用小径部１４ｄは、進角室７ａまたは遅角室７ｂへ油圧を供給するためのものである。
遅角室ドレイン用小径部１４ｅは、進角室７ａに油圧が供給されている時に遅角室７ｂの油圧をドレインするためのものであり、遅角室ドレイン用小径部１４ｅに導かれた排出オイルは、遅角室ドレイン用小径部１４ｅの底と軸方向貫通穴１４ａ内とを連通する遅角側スプールドレイン孔１４ｇ（スプールに２つ設けられる内外貫通穴のうち、電磁アクチュエータ１２に近い側の内外貫通穴）を介して軸方向貫通穴１４ａの内部に導かれ、排出ポート１３ｂを通ってエンジンヘッド内に排出される。

リターンスプリング１５は、スプール１４を右側に向けて付勢する圧縮コイルスプリングであり、スリーブ１３の左側のバネ室１３ｆ内において、スリーブ１３の軸端壁面とスプール１４の間で軸方向に圧縮された状態で配置される。

（電磁アクチュエータ１２の説明）
電磁アクチュエータ１２は、コイル１６、プランジャ１７、ステータ１８、ヨーク１９、コネクタ２０を備える。
コイル１６は、通電されるとプランジャ１７を磁気吸引するための磁力を発生する磁力発生手段であり、樹脂製のボビン２１の周囲に絶縁被覆された導線（エナメル線等）を多数巻回したものである。

プランジャ１７は、磁気吸引ステータ２２（後述する）に磁気吸引される磁性体金属（例えば、鉄：磁気回路を構成する強磁性材料）によって形成された円柱体であり、ステータ１８の内側（具体的には、オイルシール用のカップガイドＧの内側）で軸方向へ摺動自在に支持される。

ステータ１８は、プランジャ１７を軸方向に磁気吸引する磁気吸引ステータ２２と、カップガイドＧの外周を覆い、プランジャ１７の周囲と磁気の受け渡しを行う磁気受渡ステータ２３とからなる。
磁気吸引ステータ２２は、スリーブ１３とコイル１６との間に挟まれて配置される円盤部２２ａと、この円盤部２２ａの磁束をプランジャ１７の近傍まで導く筒状部２２ｂとからなる磁性体金属（例えば、鉄：磁気回路を構成する強磁性材料）であって、プランジャ１７と筒状部２２ｂとの軸方向間には磁気吸引ギャップ（メインギャップ）が形成される。
筒状部２２ｂは、プランジャ１７と軸方向に交差可能に設けられている。筒状部２２ｂの端部にはテーパが形成されており、プランジャ１７のストローク量に対して磁気吸引力が変化しない特性に設けられている。

磁気受渡ステータ２３は、カップガイドＧを介してプランジャ１７の外周を覆うとともに、ボビン２１の内周に挿入配置されるステータ筒部２３ａ、およびこのステータ筒部２３ａから外径方向に向かって形成され、外周に配置されるヨーク１９と磁気結合されるステータフランジ２３ｂからなる磁性体金属（例えば、鉄：磁気回路を構成する強磁性材料）であり、ステータ筒部２３ａとプランジャ１７の径方向には磁束受渡ギャップ（サイドギャップ）が形成される。

ヨーク１９は、コイル１６の周囲を覆う円筒形状を呈した磁性体金属（例えば、鉄：磁気回路を構成する強磁性材料）であり、左端に形成された爪部をカシメることでスリーブ１３と結合される。
コネクタ２０は、コイル１６等を樹脂モールドする２次成形樹脂２４の一部によって形成された結合手段であり、その内部には、コイル１６の導線端部とそれぞれ接続されるコネクタ端子２０ａが配置されている。このコネクタ端子２０ａは、一端がコネクタ２０内で露出するとともに、他端がボビン２１に差し込まれた状態で２次成形樹脂２４により樹脂モールドされている。

（シャフト２５の説明）
ＯＣＶ３は、プランジャ１７による左側への駆動力をスプール１４へ伝えるとともに、スプール１４に与えられたリターンスプリング１５の付勢力をプランジャ１７へ伝えるシャフト２５を備える。
このシャフト２５は、非磁性体の金属板（例えば、ステンレス板等）をカップ形状に加工した中空部品であり、内部の中空部によりシャフト内呼吸通路２５ａが形成される。

シャフト２５内に形成されたシャフト内呼吸通路２５ａは、シャフト２５の左端に形成された穴を介してスプール１４の右側のスプール呼吸孔１４ｂと連通する。即ち、シャフト内呼吸通路２５ａは、スプール呼吸孔１４ｂ、軸方向貫通穴１４ａを介して排出ポート１３ｂに連通する。
シャフト２５には、軸方向の中間部において内外を連通するシャフト呼吸孔２５ｂが形成されている。これにより、スプール１４とプランジャ１７の間（プランジャ１７の左側）の第１容積変動室αは、シャフト呼吸孔２５ｂ→シャフト内呼吸通路２５ａ→スプール呼吸孔１４ｂ→軸方向貫通穴１４ａを介して排出ポート１３ｂと連通し、プランジャ１７の移動に伴う容積変動（呼吸）が可能になる。

一方、カップ形状に加工されたシャフト２５の右端には、カップ開口が設けられている。このカップ開口は、プランジャ１７の軸心に形成されたプランジャ内呼吸通路１７ａと連通する。これにより、プランジャ１７の右側の第２容積変動室βは、プランジャ内呼吸通路１７ａ→シャフト内呼吸通路２５ａ→スプール呼吸孔１４ｂ→軸方向貫通穴１４ａを介して排出ポート１３ｂと連通し、プランジャ１７の移動に伴う容積変動（呼吸）が可能になる。

ここで、カップガイドＧの左側には、磁気吸引ステータ２２と磁気結合してプランジャ１７の吸引力を高める磁性体金属製の磁気対向部材２６が挿入されており、この磁気対向部材２６は、非磁性体金属（例えば、ステンレス板等）よりなる板バネ２７によって固定されている。
なお、図３中に示す符号２８はシール用のＯリング、符号２９はＯＣＶ３をエンジンに固定するためのブラケットである。

（ＥＣＵ４の説明）
ＥＣＵ４は、周知のコンピュータである。このＥＣＵ４は、各種センサ等により読み込まれたエンジン運転状態（乗員による運転状態を含む）と、メモリに記憶されたプログラムとに基づいてコイル１６の通電量（供給電流）をデューティ比制御するＶＶＴ制御機能を備えており、コイル１６の通電量が制御されることでスプール１４の軸方向位置が制御され、その結果、進角室７ａおよび遅角室７ｂの油圧が制御されて、カムシャフトの進角位相をエンジン運転状態に応じた進角位相に制御する。

（ＶＶＴの作動説明）
車両の運転状態に応じてＥＣＵ４がカムシャフトを進角させる際、ＥＣＵ４はコイル１６への供給電流量を増加させる。すると、コイル１６の発生する磁力が増加し、プランジャ１７とシャフト２５とスプール１４が左側（進角側）へ移動する。すると、入力ポート１３ｄと進角室出力ポート１３ｃの連通割合が増加するとともに、遅角室出力ポート１３ｅと排出ポート１３ｂの連通割合が増加する。この結果、進角室７ａの油圧が増加し、逆に遅角室７ｂの油圧が減少して、ベーンロータ６がシューハウジング５に対して相対的に進角側へ変位し、カムシャフトが進角する。

逆に、車両の運転状態に応じてＥＣＵ４がカムシャフトを遅角させる際、ＥＣＵ４はコイル１６への供給電流量を減少させる。すると、コイル１６の発生する磁力が減少し、プランジャ１７とシャフト２５とスプール１４が右側（遅角側）へ移動する。すると、入力ポート１３ｄと遅角室出力ポート１３ｅの連通割合が増加するとともに、進角室出力ポート１３ｃと排出ポート１３ｂの連通割合が増加する。この結果、遅角室７ｂの油圧が増加し、逆に進角室７ａの油圧が減少して、ベーンロータ６がシューハウジング５に対して相対的に遅角側へ変位し、カムシャフトが遅角する。

〔実施例１の特徴〕
（実施例１の背景１）
上述のように、スリーブ１３に形成される排出ポート１３ｂの数を１つにし、排出ポート１３ｂをエンジンヘッド内に開放させることで、ＯＣＶ３が取り付けられるエンジンの油路構造を簡単化することができる。
また、第１、第２容積変動室α、βに連通するシャフト内呼吸通路２５ａを、スプール１４に設けたスプール呼吸孔１４ｂを介して軸方向貫通穴１４ａに連通させることで、電磁アクチュエータ１２内の呼吸通路を簡素化でき、電磁アクチュエータ１２の小型化が可能になる。

しかるに、図３に示すように、スプール呼吸孔１４ｂを単に軸方向貫通穴１４ａに連通させるだけの構造であると、スプール１４内に設けた軸方向貫通穴１４ａには進角室７ａおよび遅角室７ｂから排出されたオイル（エンジンオイル）が導かれるものであるため、軸方向貫通穴１４ａに排出されたオイルがスプール呼吸孔１４ｂを通って電磁アクチュエータ１２の第１、第２容積変動室α、βへ導かれてしまい、第１、第２容積変動室α、βへオイルに含まれる異物が侵入する可能性が高まってしまう。

（不具合を解決する技術１）
この実施例１のＯＣＶ３は、上記の不具合を回避する技術として、図１に示すように、軸方向貫通穴１４ａの内部に通路区画部材３１を配置し、軸方向貫通穴１４ａの内部にスプール呼吸孔１４ｂに連通するスプール内呼吸通路３１ａを区画形成する技術を採用する。
この実施例においてスプール１４内に設けられる通路区画部材３１は、内部がシャフト内呼吸通路２５ａを介して第１、第２容積変動室α、βに通じるものであり、図１（ｂ）に示すように、円筒形状を呈する。

この通路区画部材３１は、スプール１４に固定されるものである。具体的に、この実施例では、スプール呼吸孔１４ｂの内周面に圧入等の固定技術で結合されたものである。
通路区画部材３１の材質および固定技術は、特に限定するものではないが、スプール呼吸孔１４ｂの内周面に圧入固定する場合は、圧入による破損が生じない材質および厚みで設けられる。具体的な一例を示すと、通路区画部材３１は、アルミニウム、ステンレス、黄銅等により設けられている。
スプール内呼吸通路３１ａを形成する通路区画部材３１の内径寸法は、呼吸が容易に実施できる径に設定される。具体的に、プランジャ１７の移動時には、第１容積変動室αと第２容積変動室βの容積変化量の差がスプール内呼吸通路３１ａによる呼吸量となり、その呼吸量を伴う呼吸が円滑に行われるように、通路区画部材３１の内径寸法が設定される。

このように、軸方向貫通穴１４ａの内部に通路区画部材３１を設け、スプール１４の内部にスプール内呼吸通路３１ａを設けることで、スプール内呼吸通路３１ａのオイル取入口から第１、第２容積変動室α、βへ至る呼吸通路の全長が長くなるとともに、その呼吸通路の全容積が大きくなる。即ち、少なくてもスプール内呼吸通路３１ａが設けられることで、スプール内呼吸通路３１ａの長さおよび容積が確保される。これにより、第１、第２容積変動室α、βの容積変動に伴ってスプール呼吸孔１４ｂ内をオイルが移動しても、第１、第２容積変動室α、βに吸い込まれるオイル量のうち、新しく入れ代わるオイル量を抑えることができ、第１、第２容積変動室α、βへの異物の侵入率を抑えることができる。
即ち、この実施例１のＯＣＶ３は、スリーブ１３に設けられる排出ポート１３ｂの数を１つにするものであるが、スプール１４内に通路区画部材３１を設けてスプール内呼吸通路３１ａを設けることにより、電磁アクチュエータ１２を大型化することなく、第１、第２容積変動室α、βへの異物の吸込みを防ぐことができる。

（実施例１の背景２）
進角側スプールドレイン孔１４ｆより軸方向貫通穴１４ａの内部に流入した排出オイル（進角室７ａから排出されたオイル）は、図１（ａ）の矢印に示すように、進角側スプールドレイン孔１４ｆに近い排出ポート１３ｂに向かって流れる。即ち、進角側スプールドレイン孔１４ｆより軸方向貫通穴１４ａの内部に流入した排出オイルは、スプール内呼吸通路３１ａの内部へ流れ込み難い。

一方、遅角側スプールドレイン孔１４ｇより軸方向貫通穴１４ａの内部に流入した排出オイルは、排出ポート１３ｂから離れているため、軸方向貫通穴１４ａの流れ抵抗等によりスプール内呼吸通路３１ａに侵入する可能性がある。軸方向貫通穴１４ａに排出された排出オイルが、排出オイルの流れ作用でスプール内呼吸通路３１ａに侵入すると、スプール内呼吸通路３１ａの内部のオイルの入れ代わりが生じる。このため、第１、第２容積変動室α、βの呼吸により、スプール内呼吸通路３１ａの内部に新たに侵入したオイルが第１、第２容積変動室α、βに導かれ、異物が侵入する可能性が生じる。

（不具合を解決する技術２）
そこで、この実施例１では、遅角側スプールドレイン孔１４ｇより軸方向貫通穴１４ａの内部に流入した排出オイルが、スプール内呼吸通路３１ａに侵入しないようにするために、通路区画部材３１によってスプール内呼吸通路３１ａの区画が無くなる位置（即ち、通路区画部材３１の左端）を、遅角側スプールドレイン孔１４ｇの軸方向位置より、排出ポート１３ｂ側（左側）に設け、スプール内呼吸通路３１ａのオイル吸込口を左向きに開口させる技術を採用している。

遅角側スプールドレイン孔１４ｇより軸方向貫通穴１４ａの内部に流入した排出オイル（遅角室７ｂから排出されたオイル）は、図１（ｃ）に示すように、排出ポート１３ｂに向かって流れる。即ち、遅角側スプールドレイン孔１４ｇより軸方向貫通穴１４ａの内部に流入した排出オイルは、軸方向貫通穴１４ａ内において左側へ向かって流れる。

一方、電磁アクチュエータ１２の作動に伴い、電磁アクチュエータ１２内に吸い込まれるオイルの流れ方向は、反排出ポート１３ｂ側（右向き）となり、遅角側スプールドレイン孔１４ｇより軸方向貫通穴１４ａの内部に流入して排出ポート１３ｂに向かう排出オイルと逆になる。
遅角側スプールドレイン孔１４ｇより軸方向貫通穴１４ａの内部に流入して排出ポート１３ｂに向かう排出オイルには、慣性力が付与されている。このため、排出オイルの流れ作用によって排出オイルがスプール内呼吸通路３１ａの内部に侵入することを防ぐことができる。即ち、排出オイルの流れ作用により、排出オイルがスプール内呼吸通路３１ａの内部に侵入するのを防ぐことができ、結果的に電磁アクチュエータ１２内へ異物が侵入する不具合を回避することができる。

図４を参照して、実施例２を説明する。なお、以下の各実施例において、上記実施例１と同一符号は、同一機能物を示すものである。
上記実施例１では、円筒形状を呈する通路区画部材３１を用いる例を示した。
これに対し、この実施例の通路区画部材３１は、図４（ｂ）に示すように、軸方向貫通穴１４ａの内部を軸方向から見て、周方向の区画を行う板状を呈するものである。
なお、この実施例２の通路区画部材３１は、実施例１と同様、スプール呼吸孔１４ｂの内周面に圧入等の固定技術で結合されたものであり、通路区画部材３１においてスプール呼吸孔１４ｂに結合される部分には、スプール内呼吸通路３１ａとシャフト内呼吸通路２５ａとを連通する連通孔３１ｂが形成されている。
この実施例２を採用しても、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。

図５を参照して、実施例３を説明する。
この実施例３は、実施例１と同様、円筒形状を呈する通路区画部材３１を用いるものであるが、この実施例３の通路区画部材３１は、実施例１に比較して軸方向に長く延ばして設けられ、通路区画部材３１によって区画されるスプール内呼吸通路３１ａの容積を、第１容積変動室αと第２容積変動室βの容積変化量の差（つまり、呼吸によりスプール呼吸孔１４ｂの内側を通過するオイル量）以上に設けたものである。

これにより、容積変動により第１、第２容積変動室α、βに出入りするオイルは、常にスプール内呼吸通路３１ａに保持されることになり、第１、第２容積変動室α、βに吸い込まれるオイル量のうち、新しく入れ代わるオイルを極めて小さくすることができる。即ち、スプール内呼吸通路３１ａのオイル吸込口から吸われて第１、第２容積変動室α、βに到達するオイルを無くすことができる。このため、電磁アクチュエータ１２の作動により第１、第２容積変動室α、βが容積変動を行っても、新たな異物が第１、第２容積変動室α、βへ侵入するのを防ぐことができる。

また、この実施例３では、通路区画部材３１が軸方向に長く延ばされて、通路区画部材３１によってスプール内呼吸通路３１ａの区画が無くなる位置（即ち、スプール内呼吸通路３１ａのオイル吸込口：通路区画部材３１の左端）が、進角側スプールドレイン孔１４ｆの軸方向位置より、排出ポート１３ｂ側（左側）に設けられ、スプール内呼吸通路３１ａのオイル吸込口が左向きに開口する構造を採用している。
具体的には、スプール内呼吸通路３１ａのオイル吸込口が、排出ポート１３ｂの近くで開口するように設けられている。
進角側スプールドレイン孔１４ｆより軸方向貫通穴１４ａの内部に流入して排出ポート１３ｂに向かう排出オイルには、慣性力が付与されているため、排出オイルの流れ作用によって排出オイルがスプール内呼吸通路３１ａへ侵入することを防ぐことができる。即ち、排出オイルに含まれる異物が、排出オイルの流れ作用により電磁アクチュエータ１２内へ侵入する不具合を確実に回避することができる。

図６を参照して、実施例４を説明する。
この実施例４は、実施例２と同様、板状を呈する通路区画部材３１を用いるものであるが、この実施例４の通路区画部材３１は、実施例３と同様、実施例２に比較して軸方向に長く延ばして設けられ、通路区画部材３１によって区画されるスプール内呼吸通路３１ａの容積を、第１容積変動室αと第２容積変動室βの容積変化量の差（つまり、呼吸によりスプール呼吸孔１４ｂを通過するオイル量）以上に設けたものである。
この実施例４を採用しても、実施例３と同様の作用効果を得ることができる。

図７を参照して、実施例５を説明する。
上記実施例１〜４では、通路区画部材３１をスプール１４に固定する例を示した。
これに対し、この実施例５は、通路区画部材３１をシャフト２５に固定するものである。

具体的に、この実施例５は、実施例３と同様に軸方向に長く延ばされた円筒形状の通路区画部材３１を用いるものであるが、この実施例５の通路区画部材３１はシャフト２５に固定したものである。
通路区画部材３１とシャフト２５とは、別体で設けて接合技術（例えばろう付け、溶接、圧入等）で結合するものであっても良いし、プレス加工等の加工技術で一体的に設けるものであっても良い。
なお、この実施例５ではスプール１４とシャフト２５が環状に当接するものであるため、軸方向貫通穴１４ａの内側と第１容積変動室αとの直接連通が阻止されるようになっている。
この実施例５を採用することで、実施例３と同様の効果を得ることができる。また、通路区画部材３１とシャフト２５をプレス加工等で一体に設ける場合は、部品点数を減らすことができ、コストを抑えることが可能になる。

〔変形例〕
上記の実施例では、電動アクチュエータの一例として電磁アクチュエータ１２を用いる例を示したが、作動に伴って内部で容積変動を行う他の電動アクチュエータであっても良い。
上記の実施例では、磁気吸引ステータ２２と磁気受渡ステータ２３とを別体に設ける例を示したが、磁気吸引ステータ２２と磁気受渡ステータ２３とを一体のステータ１８として設け、磁気吸引ステータ２２と磁気受渡ステータ２３の間に磁気遮断部や磁気抵抗部を設けても良い。

上記の実施例で示したＶＣＴ１および油圧回路２は一例であって、他の構成を備えたＶＣＴ１および油圧回路２を用いても良い。
上記の実施例では、ＶＶＴに用いられるＯＣＶ３に本発明を適用する例を示したが、ＶＶＴ以外の用途に用いられる電動スプール弁（例えば、自動変速機の油圧制御用の電動スプール弁等）に本発明を適用しても良い。

（ａ）遅角作動時におけるＯＣＶの軸方向に沿う断面図、（ｂ）Ａ−Ａ線に沿う断面図、（ｃ）進角作動時におけるＯＣＶの軸方向に沿う断面図である（実施例１）。 ＶＶＴの概略図である。 本発明の要部が搭載されていないＯＣＶの軸方向に沿う断面図である。 （ａ）遅角作動時におけるＯＣＶの軸方向に沿う断面図、（ｂ）Ａ−Ａ線に沿う断面図、（ｃ）進角作動時におけるＯＣＶの軸方向に沿う断面図である（実施例２）。 （ａ）遅角作動時におけるＯＣＶの軸方向に沿う断面図、（ｂ）Ａ−Ａ線に沿う断面図、（ｃ）進角作動時におけるＯＣＶの軸方向に沿う断面図である（実施例３）。 （ａ）遅角作動時におけるＯＣＶの軸方向に沿う断面図、（ｂ）Ａ−Ａ線に沿う断面図、（ｃ）進角作動時におけるＯＣＶの軸方向に沿う断面図である（実施例４）。 （ａ）遅角作動時におけるＯＣＶの軸方向に沿う断面図、（ｂ）Ａ−Ａ線に沿う断面図、（ｃ）進角作動時におけるＯＣＶの軸方向に沿う断面図である（実施例５）。

符号の説明

３ ＯＣＶ（電動スプール弁）
１１ スプール弁
１２ 電磁アクチュエータ（電動アクチュエータ）
１３ スリーブ
１３ａ 挿通穴
１３ｂ 排出ポート
１３ｃ 進角室出力ポート
１３ｄ 入力ポート
１３ｅ 遅角室出力ポート
１４ スプール
１４ａ 軸方向貫通穴
１４ｂ スプール呼吸孔
１４ｆ 進角側スプールドレイン孔（内外貫通穴）
１４ｇ 遅角側スプールドレイン孔（内外貫通穴）
１６ コイル
１７ プランジャ
１７ａ プランジャ内呼吸通路
２５ シャフト
２５ａ シャフト内呼吸通路
２５ｂ シャフト呼吸孔
３１ 通路区画部材
３１ａ スプール内呼吸通路
α 第１容積変動室
β 第２容積変動室

Claims (10)

1. 内部に軸方向へ伸びる挿通穴が形成されたスリーブを有するとともに、前記挿通穴の内周面において軸方向へ摺動自在に支持され、前記スリーブに形成されたオイルの入力ポート、オイルの出力ポート、オイルの排出ポートの連通状態を変化させるスプールを有するスプール弁と、
   前記スリーブの一端に設けられ、前記スプールに軸方向の駆動力を与える電動アクチュエータとを具備する電動スプール弁において、
   前記電動アクチュエータ内に形成される容積変動室は、前記スプールの一端に設けられたスプール呼吸孔を介して前記スプール内を軸方向に貫通する軸方向貫通穴の内部に連通し、
   前記軸方向貫通穴は、前記スリーブに１つだけ設けられた前記排出ポートに連通し、
   前記出力ポートから前記スリーブ内に戻されたオイルは、前記スプールの内外を貫通する内外貫通穴を介して前記軸方向貫通穴内に導かれて、前記スリーブに１つだけ設けられた前記排出ポートから排出され、
   前記軸方向貫通穴の内部には、前記スプール呼吸孔に連通するスプール内呼吸通路を区画形成する通路区画部材が設けられることを特徴とする電動スプール弁。
2. 請求項１に記載の電動スプール弁において、
   前記スリーブに１つだけ設けられる前記排出ポートは、前記スリーブの他端に設けられることを特徴とする電動スプール弁。
3. 請求項２に記載の電動スプール弁において、
   前記通路区画部材によって前記スプール内呼吸通路の区画が無くなる位置は、前記内外貫通穴の軸方向位置より、前記スリーブの他端に設けられた前記排出ポート側であることを特徴とする電動スプール弁。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の電動スプール弁において、
   前記スリーブに１つだけ設けられる前記排出ポートは、外部と区画された大気圧空間に向けて開放されることを特徴とする電動スプール弁。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の電動スプール弁において、
   前記通路区画部材によって区画される前記スプール内呼吸通路の容積は、前記電動アクチュエータ内の容積変動に伴う呼吸により前記スプール呼吸孔の内側を通過するオイル量以上であることを特徴とする電動スプール弁。
6. 請求項１〜請求項５のいずれかに記載の電動スプール弁において、
   前記通路区画部材は、内部が前記容積変動室に通じる筒状を呈することを特徴とする電動スプール弁。
7. 請求項１〜請求項５のいずれかに記載の電動スプール弁において、
   前記通路区画部材は、前記軸方向貫通穴の内部を軸方向から見て、周方向の区画を行う板状を呈することを特徴とする電動スプール弁。
8. 請求項１〜請求項７のいずれかに記載の電動スプール弁において、
   前記通路区画部材は、前記スプールに固定されることを特徴とする電動スプール弁。
9. 請求項１〜請求項７のいずれかに記載の電動スプール弁において、
   前記通路区画部材は、前記電動アクチュエータの出力を前記スプールに伝達するシャフトに固定されることを特徴とする電動スプール弁。
10. 請求項１〜請求項９のいずれかに記載の電動スプール弁において、
    前記電動アクチュエータは、通電により磁力を発生するコイル、このコイルの発生した磁力により軸方向へ駆動されるプランジャを備えた電磁アクチュエータであり、
    この電磁アクチュエータは、前記プランジャの前記スプール側に第１容積変動室が形成され、前記プランジャの前記スプールとは異なった側に第２容積変動室が形成され、
    前記プランジャの移動を前記スプールに伝達するシャフトの軸心には、一方が前記スプール呼吸孔に連通し、他方が前記プランジャの軸心に形成されたプランジャ内呼吸通路に連通するシャフト内呼吸通路が形成され、
    前記シャフトは、前記シャフト内呼吸通路と前記第１容積変動室とを連通させる内外に貫通したシャフト呼吸孔を備えることを特徴とする電動スプール弁。

Images