JP2010501798A - バイパス弁 - Google Patents

Abstract

【課題】機能を損なうことなく、従来に比して構造が簡易であり、かつ、故障を招きにくいバイパス弁を提供すること。
【解決手段】油圧システムに対して後置された冷却装置用のバイパス弁であって、油圧システムと冷却装置を連通させる接続開口部８，１２，１８を有する弁ケーシング２と、該弁ケーシング２に設けられつつバイパス管路１６を開閉する閉鎖部材２２と、閉鎖部材２２をその閉鎖方向へ付勢するバルブスプリング３２と、作動油が所定温度より低くなった場合に閉鎖部材２２を開状態とするよう作用する感温手段とを備えたバイパス弁において、感温手段をバルブスプリング３２で形成するとともに、作動油温度が所定温度より低くなった場合にバルブスプリング３２の付勢力が消失し、これにより閉鎖部材２２が作動油の圧力によって開状態となるよう、所定温度において特性が変化する形状記憶合金でバルブスプリング３２を形成した。

Description

本発明は、油圧システムに対して後置された冷却装置に用いる請求項１の前提部分に記載のバイパス弁に関するものである。

上記のようなバイパス弁の典型的な応用分野としては、例えば、オートマチックトランスミッション又は原動機付き車両のトルクコンバータに対して後置される作動油冷却装置が挙げられる。このような冷却装置は、作動油の温度が適当な温度範囲の上限を超えることがないよう設定されている。一方、始動時、あるいは外気温が極端に低い場合に、作動油温度が適当な温度範囲の下限を下回れば、すぐに（又は再び）適当な温度に昇温させるために、作動油が冷却装置を通過しないようにする必要がある。

特許文献１には、閉鎖部材をその閉鎖位置へ付勢するバルブスプリングが感温式のアクチュエータで支持され、このアクチュエータが、通常動作時すなわち作動油温度が通常の範囲内にある際にバルブスプリングを付勢して閉鎖部材を弁座に対して押圧し、これによりバイパス管路が閉鎖されるよう構成された請求項１の前提部分に記載されたようなバイパス弁が開示されている。

ここで、作動油温度が適当な温度範囲の下限を下回ると、戻しバネにより閉鎖部材が開放位置へ摺動してバイパス管路が開放されるよう、バルブスプリングが感温式のアクチュエータにより付勢される。これにより、油圧システムからの作動油の少なくとも一部は、冷却装置を通過しないことになる。１つの実施形態によれば、このとき、冷却装置への供給管路も閉鎖され、冷却装置が隔離されるようになっている。このような場合には、すべての作動油は、冷却装置を通過せず、冷却されることなく油圧システムへと戻される。

また、感温式のアクチュエータはピストン−シリンダ型となっており、シリンダは、例えばワックスなどの感温性の材料で満たされている。そして、この感温性の材料は、温度に応じて膨張又は収縮する。また、閉鎖部材は、アクチュエータの軸上に摺動可能に設けられたリングとして形成されており、該リングは、感温式のアクチュエータによってバイパス管路を閉鎖位置に付勢されているにもかかわらず、所定以上の作動油圧力が生じた場合には弁座から離間するようになっている。

米国特許第６，２５３，８３７号明細書

しかしながら、上記従来のバイパス弁はその構造が比較的複雑であるため、生産コストが大きくなってしまうという問題がある。さらに、特殊なアクチュエータを用いること、及び閉鎖部材を摺動可能に支持することによって故障を招きやすいという問題もある。

本発明は上記問題にかんがみてなされたもので、その目的とするところは、機能を損なうことなく、従来に比して構造が簡易であり、かつ、故障を招きにくいバイパス弁を提供することにある。

上記目的は、独立請求項に記載した特徴により達成される。また、本発明の他の好ましい実施形態は、従属請求項に記載されている。

本発明は、バルブスプリングと感温式のアクチュエータの機能を集約しつつ非常に簡易な構造のバイパス弁を達成するという考えに基づいたものである。すなわち、本発明は、油圧システムに対して後置された冷却装置に用いるバイパス弁であって、前記油圧システムと前記冷却装置を連通させる複数の接続開口部を有する弁ケーシングと、該弁ケーシングに設けられつつ所定のバイパス管路を開閉する閉鎖部材と、該閉鎖部材をその閉鎖方向へ付勢するバルブスプリングと、作動油が所定温度より低くなった場合に前記閉鎖部材を開状態とするよう作用する感温手段とを備えて成る前記バイパス弁を基本としたものである。

上記目的を達成するため、本発明は、記感温手段を前記バルブスプリングで形成するとともに、作動油温度が前記所定温度より低くなった場合に該バルブスプリングの付勢力が消失し、これにより前記閉鎖部材が作動油の圧力によって開状態となるよう、前記所定温度において特性が変化する形状記憶合金で前記バルブスプリングを形成したことを特徴としている。

ここで、形状記憶合金は、作動油が約８０℃より高い温度にある油圧システムの通常の動作範囲においてバルブスプリングの機能を発揮するように設定されている。すなわち、閉鎖部材がその弁座に対して押圧され、バイパス管路が閉鎖される。

一方、油圧システムの動作温度が低下し、これに伴い作動油温度が約８０℃より低くなれば、バルブスプリングによる当該バルブスプリングの形状に応じた付勢力が、形状記憶合金の急激な特性変化により消失することになる。これにより、閉鎖部材がもはや閉鎖方向へ付勢されず、例えば作動油の圧力によって閉鎖部材が弁座から離間し、バイパス管路が開放される。このとき、通常、油圧システムからの作動油は、バイパス管路を介した直接の管路及び冷却装置を介して油圧システムへ戻る管路に分配される。そのため、作動油の昇温及び油圧システムの昇温が生じることになる。

また、本発明の一実施形態は、閉鎖部材を弁ケーシング内のシリンダ室において案内されるピストンに結合させるとともに、該ピストンを、前記閉鎖部材が閉状態にあるとき冷却装置の流出管路に接続する第１の接続開口部と油圧システムの流入管路に接続する第２の接続開口部とを連通し、前記閉鎖部材が開状態にあるとき前記第２の接続開口部と冷却装置の流入管路から分岐したバイパス管路に接続された第３の接続開口部とを連通しつつ前記第１の接続開口部を閉鎖するよう構成したことを特徴としている。

このような構成によれば、バイパス管路が開放された場合には冷却装置への作動油の供給が完全になくなり、油圧システムからのすべての作動油が冷却されることなく再び油圧システムに供給される。そのため、油圧システムにおける適当な動作温度が迅速に達成される。

また、本発明の一実施形態は、バルブスプリングを、作動油温度が前記所定温度より高い場合には作動油の圧力に抗して前記閉鎖部材を閉状態に維持しつつも、作動油の圧力が所定以上となった場合には前記閉鎖部材を開放するよう設定したことを特徴としている。こうすることで、他の構造的な手段を用いることなく、冷却装置を油圧回路における異常な高圧から保護することが可能である。

また、本発明の一実施形態は、前記ピストンを円筒状に形成するとともにその外径を前記シリンダ室の内径よりも小さく形成し、前記ピストンを、前記閉鎖部材近傍領域においては前記シリンダ室の内壁面に形成したガイドフランジにより案内するとともに、前記閉鎖部材の長手方向反対側の所定の領域においては前記シリンダ室を密封するシール部材の開口部内で案内し、前記バルブスプリングを、前記ピストンを包囲しつつ一端を前記ガイドフランジで支持するとともに他端を前記シール部材で支持するよう配置したことを特徴としている。

また、本発明の一実施形態は、前記ピストンを中空状に形成するとともに、前記バルブスプリングを該ピストンの中空部内に配置し、該バルブスプリングの一端を前記中空部内における段差部で支持するとともに、他端を、前記ピストンが収容される前記シリンダ室を密封する前記シール部材で支持するよう構成したことを特徴としている。

さらに、閉鎖部材の弁座からの離間をサポートするために、本発明の一実施形態は、前記閉鎖部材における前記バルブスプリングとは反対側に、該バルブスプリングとは逆方向の付勢力を発生する更なるスプリングを設けたことを特徴としている。

バイパス弁を、その機能を損なうことなく、従来に比して構造が簡易であり、かつ、故障を招きにくく形成することが可能である。

バイパス管路が閉鎖されている状態におけるバイパス弁の軸方向断面図である。 バイパス管路が開放されている状態における図１と同様な図である。 図１及び図２に示すものに類似した本発明の他の実施形態を示す図である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１及び図２に示すバイパス弁は、弁ケーシング２及び該弁ケーシング２内に形成されたシリンダ室４を含んで構成されている。ここで、シリンダ室４は、図１及び図２における左側においては閉鎖されている一方、同右側においては開口されている。

また、シリンダ室４には、冷却装置流出管路６に接続された第１の接続開口部８と、油圧システム流入管路１０に接続された第２の接続開口部１２と、冷却装置流入管路１４から分岐したバイパス管路１６に接続された第３の接続開口部１８とが形成されている。

このシリンダ室４内にはピストン２０が摺動可能に収容されており、このピストン２０には、第３の接続開口部１８側の端部においてバルブヘッド状の閉鎖部材２２が設けられている。そして、この閉鎖部材２２によってバイパスの開閉がなされるようになっている。さらに、シリンダ室４の内部における第３の接続開口部１８側には段差部が形成されており、この段差部は、閉鎖部材２２の弁座２４の機能を果たすものとなっている。

図１及び図２における右側、すなわちシリンダ室４の開口した端部は、シール部材２６によって密閉されている。このシール部材２６は、そのピストン２０側の端部に、ピストン２０を収容及び案内する開口部２８を備えている。また、この開口部２８近傍におけるシール部材２６の円筒状の壁面部は、開口部２８が第１の接続開口部８と連通するように開口して形成されている。

図１及び図２に示す例においては、ピストン２０の外径は、該ピストン２０を収容するシリンダ室４の内径よりも小さく形成されている。このシリンダ室４における閉鎖部材２２側の端部領域には、シリンダ室４の壁面部に接したガイドフランジ３０が形成されており、該ガイドフランジ３０を介してピストン２０がシリンダ室４内で案内される。なお、上述のとおり、ピストン２０における第１の接続開口部８側の端部は、シール部材２６の開口部２８によって案内される。

また、ピストン２０は中空に形成されており、その内壁面には、第１の接続開口部８側とは反対側の端部において、ガイドフランジ３０の軸方向前後に開口部３１，３３が形成されている。そのため、ピストン２０の内部空間３４は、外部と連通することになる。また、シリンダ室４の内壁面は、開口部２８で案内されるピストン２０の端部において閉鎖されている一方、中空に形成されたピストン２０の右側の端部３６は開口している。さらに、シール部材２６の収容空間には少なくとも１つの開口部３５が形成されており、該開口部３５によりシール部材２６の収容空間と第１の接続開口部８が連通する。

ところで、ピストン２０はコイルスプリングとして形成されたバルブスプリング３２によって包囲されており、このバルブスプリング３２は、その一端をシール部材２６の端面に接するとともに他端をガイドフランジ３０の端面に接して、これら両端面の間に縮装されている。そのため、このバルブスプリング３２は、閉鎖部材２２を弁座２４方向へ付勢するものとなっている。

しかして、バルブスプリング３２は、作動油の所定の温度で特性が変化する形状記憶合金で形成されており、その結果、前記所定の温度より作動油温度が低ければ、付勢力が作用せず、例えばバイパス管路１６からの作動油の圧力によって閉鎖部材２２が開状態となる。

ここで、上記のような構成を有するバイパス弁の機能について説明する。

仮に作動油温度が通常動作時の温度より高温（例えば８０℃より高温）であれば、閉鎖部材２２はバルブスプリング３２によって弁座２４に対して押圧され、第３の接続開口部１８を介して作動油が流入することはない。一方、このとき、図１及び図２の右側のピストン端部３６がシール部材２６から離間して開放されているため、第１の接続開口部８、開口部３５、ピストン２０の端部３６、ピストン２０の内部空間３４、ピストン２０の壁面部における開口部３３及び第２の接続開口部１２を介して、冷却装置流出管路６と油圧システム流入管路１０の間の連通が達成される。このような冷却形態においては、すべての作動油が冷却装置を通過し、冷却される。

一方、作動油温度が８０℃を下回った場合には、バルブスプリング３２の特性により付勢力が作用しないため、バイパス管路１６からの作動油の圧力によって閉鎖部材２２が図中右方へ摺動し、ピストン２０の端部３６がシール部材２６に当接する（図２）。これにより第１の接続開口部８が閉鎖される一方、第３の接続開口部１８、ピストン２０の壁面部における開口部３１、ピストン２０の内部空間３４、ピストン２０の壁面部における開口部３３及び第２の接続開口部１２を介して、バイパス管路１６と油圧システム流入管路１０の間の連通が達成される。このような冷却形態においては、すべての作動油は冷却装置を通過せず、冷却は行われない。

なお、作動油の一部が冷却装置を通過するような冷却形態とするには、例えばピストン２０の壁面部における開口部を介して、第１の接続開口部８とピストン２０の内部空間３４を連通させればよい（不図示）。

図３には、他の実施形態によるバイパス弁が示されている。その機能は図１及び図２に示すものと同様であるが、構造がわずかに異なっている。図３に示すものは、図１及び図２に示すものと違い、形状記憶合金で形成されたバルブスプリング４２が、ピストン４４の内部空間において、一端がシール部材４６に接し、例えばピストン４４の内部空間に形成された段差部に他端が接している。なお、冷却形態などについては図１及び図２と同様なので、これについての再度の説明は省略する。

また、弁座５０からの閉鎖部材４８の離間を補助するために、図３における左側に形成された径がシリンダ室５２の径よりも小さい端領域に更なるバルブスプリング５６を設けている。このバルブスプリング５６は、その一端が端領域の端部で支持され、他端が閉鎖部材４８に当接している。

２ 弁ケーシング
４ シリンダ室
６ 冷却装置流出管路
８ 第１の接続開口部
１０ 油圧システム流入管路
１２ 第２の接続開口部
１４ 冷却装置流入管路
１６ バイパス管路
１８ 第３の接続開口部
２０ ピストン
２２ 閉鎖部材
２４ 弁座
２６ シール部材
２８ 開口部
３０ ガイドフランジ
３１，３３ 開口部
３２ バルブスプリング
３４ ピストンの内部空間
３５ 開口部
３６ ピストンの端部
４２ バルブスプリング
４４ ピストン
４６ シール部材
４８ 閉鎖部材
５０ 弁座
５２ シリンダ室
５４ 端領域
５６ バルブスプリング
５８ 端部

Claims (7)

1. 油圧システムに対して後置された冷却装置に用いるバイパス弁であって、
   前記油圧システムと前記冷却装置を連通させる複数の接続開口部（８，１２，１８）を有する弁ケーシング（２）と、
   該弁ケーシングに設けられつつ所定のバイパス管路を開閉する閉鎖部材（２２）と、
   該閉鎖部材（２２）をその閉鎖方向へ付勢するバルブスプリング（３２）と、
   作動油が所定温度より低くなった場合に前記閉鎖部材を開状態とするよう作用する感温手段と
   を備えて成る前記バイパス弁において、
   前記感温手段を前記バルブスプリング（３２，４２）で形成するとともに、作動油温度が前記所定温度より低くなった場合に該バルブスプリングの付勢力が消失し、これにより前記閉鎖部材（２２）が作動油の圧力によって開状態となるよう、前記所定温度において特性が変化する形状記憶合金で前記バルブスプリングを形成したことを特徴とするバイパス弁。
2. 前記弁ケーシング（２）を、前記冷却装置の流出管路（６）に接続する第１の接続開口部（８）と、前記油圧システムの流入管路（１０）に接続する第２の接続開口部（１２）と、前記冷却装置の流入管路（１４）から分岐した前記バイパス管路（１６）に接続された第３の接続開口部（１８）とを備える構成とし、前記閉鎖部材（２２）を弁ケーシング（２）内のシリンダ室（４）において案内されるピストン（２０）に結合させるとともに、該ピストンを、前記閉鎖部材（２２）が閉状態にあるとき前記第１の接続開口部（８）と前記第２の接続開口部（１２）を連通し、前記閉鎖部材（２２）が開状態にあるとき前記第２の接続開口部（１２）と前記第３の接続開口部（１８）を連通しつつ前記第１の接続開口部（８）を閉鎖するよう構成したことを特徴とする請求項１記載のバイパス弁。
3. 前記バルブスプリング（３２，４２）を、作動油温度が前記所定温度より高い場合には作動油の圧力に抗して前記閉鎖部材（２２）を閉状態に維持しつつも、作動油の圧力が所定以上となった場合には前記閉鎖部材（２２）を開放するよう設定したことを特徴とする請求項１又は２記載のバイパス弁。
4. 前記ピストン（２０）を円筒状に形成するとともにその外径を前記シリンダ室（４）の内径よりも小さく形成し、
   前記ピストン（２０）を、前記閉鎖部材（２２）近傍領域においては前記シリンダ室（４）の内壁面に形成したガイドフランジ（３０）により案内するとともに、前記閉鎖部材（２２）の長手方向反対側の所定の領域においては前記シリンダ室（４）を密封するシール部材（２６）の開口部（２８）内で案内し、
   前記バルブスプリング（３２）を、前記ピストン（３２）を包囲しつつ一端を前記ガイドフランジ（３０）で支持するとともに他端を前記シール部材（２６）で支持するよう配置した
   ことを特徴とする請求項２又は３記載のバイパス弁。
5. 前記ピストン（４４）を中空状に形成するとともに、前記バルブスプリング（４２）を該ピストンの中空部内に配置し、該バルブスプリングの一端を前記中空部内における段差部で支持するとともに、他端を、前記ピストンが収容される前記シリンダ室（５２）を密封する前記シール部材（４６）で支持するよう構成したことを特徴とする請求項２又は３記載のバイパス弁。
6. 前記閉鎖部材（４８）における前記バルブスプリング（４２）とは反対側に、該バルブスプリング（４２）とは逆方向の付勢力を発生する更なるスプリング（５６）を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のバイパス弁。
7. 形状記憶合金で形成された前記バルブスプリング（３２，４２）の特性が変化する前記所定温度を約８０℃に設定したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のバイパス弁。

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