JP2012149681A - スプール弁 - Google Patents

Abstract

【課題】スプール弁において、スプールへの加工によらず、ポートの開弁初期時の急激な流量変化を防止することにある。
【解決手段】スプール弁１は、出力ポート１２が第１の孔２１と第２の孔２２とを有しており、出力ポート１２の開弁初期時に、第１の孔２１は、第２の孔２２よりも先に開口する。これによれば、出力ポート１２の開弁初期時には、第１の孔２１しか開口しないため、流量が絞られて、出力ポート１２から流出する流量は急激に変化しない。つまり、スプール８への加工によらず、スリーブ７への加工によって、出力ポート１２の開弁初期時の急激な流量変化を抑える構成を形成することができる。このため、スプール８に加工する場合のような仕切り長による制限等はなく、流量の絞り効果を自由に設定しやすくなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、スプール弁に関する。

従来より、自動車の自動変速機等の油圧制御装置に用いられるスプール弁として、特許文献１に開示されるようなものがある。
図７に示すように、スプール弁１００は、入力ポート１０３と出力ポート１０４とドレンポート１０５とを有するスリーブ１０９、およびスリーブ１０９内を軸方向に変位することで各ポートの連通・遮断を切り替えるスプール１１０を有する。
電磁アクチュエータ１０１により発生する推力が伝達されることでスプール１１０は軸方向に変位し、各ポートの開閉を行う弁体として機能する。

また、このスプール弁１００は、入力ポート１０３の開口量をスプール１１０により調節することで、出力ポート１０４からの出力される油圧を制御している（メータイン制御）。
そして、入力ポート１０３の開口量を徐変させることで、出力ポート１０４から出力される油圧の急変を回避するべく、スプール１１０にノッチ１１２を設ける技術が開示されている。
つまり、スプール１１０が入力ポート１０３を開弁する初期段階では、ノッチ１１２の部分のみが開口量となるため、流量を絞りながら入力ポート１０３を開口することができる。このため、入力ポート１０３の開口量を徐変することができる。

しかしながら、従来のスプール弁１００のように、スプール１１０にノッチ１１２を設ける構成によると、加工方法によって、加工できるノッチ１１２の大きさに限界ができてしまう。
例えば、エンドミルＥにより加工する場合には、スプール１１０の仕切り長（ランド間長さ）より大きな径を持つエンドミルＥでは加工できないため、加工できるノッチ１１２の大きさには、仕切り長に応じて限界が生じてしまう。

特開２００７−３０９４５９号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、スプール弁において、スプールへの加工によらず、ポートの開弁初期時の急激な流量変化を防止することを目的とする。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載のスプール弁は、筒状に形成されて、筒内部と筒外部とを連通するように外周面に開口するポートを有するスリーブと、スリーブ内を軸方向に変位することで、ポートを開閉するスプールとを備える。

ポートは、第１の孔および第２の孔を有し、第１の孔と第２の孔とは、ポート内において、周方向に互いに異なる位置に開口しており、第１の孔と第２の孔には、スリーブの軸方向における開口位置または軸方向における開口長さの少なくとも一方に差が設けられていることにより、第１の孔は、スプールによるポートの開弁初期時に、第２の孔よりも先行して開口することを特徴とする。

これによれば、スプールへの加工によらず、スリーブへの加工によって、ポートの開弁初期時の急激な流量変化を抑える構成を形成することができる。
すなわち、開弁初期時には、第１の孔しか開口しないため、流量が絞られて、ポートから流入または流出する流量は急激に変化しない。

そして、この第１の孔は、スリーブへの加工によって形成されるため、スプールに加工する場合のような仕切り長による制限等はなく、任意の大きさまたは位置に形成することができる。つまり、開弁初期時の第１の孔による流量の絞り効果を自由に設定しやすくなる。

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載のスプール弁によれば、第１の孔は、第２の孔よりも、スリーブの外周に開口する開口面積が小さい。

〔請求項３の手段〕
請求項３に記載のスプール弁によれば、第１の孔は、スプールの軸線に対して対称となるように対をなして設けられており、第２の孔も、スプールの軸線に対して対称となるように対をなして設けられている。

ポートの開弁初期時には、第１の孔しか開口せず、遅れて第２の孔が開口することになるため、スプールの周方向位置において不均等に第１の孔及び第２の孔が配置されていると、スプールが流れの影響を受けて片当たりが生じるおそれがある。
これに対し、本手段では、第１の孔が対になり径方向に向き合って開口し、第２の孔も対になり径方向に向き合って開口することで、スプールが流れの影響を受けにくくなり、片当たりを防ぐことができる。

スプール弁（非通電時）の断面図である（実施例１）。 （ａ）は出力ポートがスプールにより閉じたられた状態のスプール弁の断面図であり、（ｂ）は（ａ）のスリーブのＡ−Ａ断面図であり、（ｃ）は（ａ）の状態から開弁側にスプールが変位した状態のスプール弁の断面図である（実施例１）。 （ａ）は図２（ｃ）のＢ視図であり、（ｂ）は図２（ｃ）のＣ視図である（実施例１）。 （ａ）はスプール弁の要部拡大図であり、（ｂ）は（ａ）のスリーブのＤ−Ｄ断面図である（実施例２）。 （ａ）はスプール弁の要部拡大図であり、（ｂ）は（ａ）のスリーブのＥ−Ｅ断面図である（実施例３）。 （ａ）はスプール弁の要部拡大図であり、（ｂ）は（ａ）のスリーブのＦ−Ｆ断面図である（実施例４）。 （ａ）はスプール弁の断面図であり、（ｂ）はスプールの拡大図である（従来例）

本発明を実施するための形態のスプール弁は、筒状に形成されて、筒内部と筒外部とを連通するように外周面に開口するポートを有するスリーブと、スリーブ内を軸方向に変位することで、ポートを開閉するスプールとを備える。

そして、ポートは、第１の孔および第２の孔を有し、第１の孔と第２の孔とは、ポート内において、周方向に互いに異なる位置に開口しており、第１の孔と第２の孔には、スリーブの軸方向における開口位置または軸方向における開口長さの少なくとも一方に差が設けられていることにより、第１の孔は、スプールによるポートの開弁初期時に、第２の孔よりも先行して開口することを特徴とする。

〔実施例１の構成〕
実施例１のスプール弁１の構成を、図１〜図３を用いて説明する。
スプール弁１は、例えば、自動車の自動変速機の油圧制御装置における油圧制御に用いられるものであって、電磁アクチュエータ２によって駆動される。そして、油圧制御装置のバルブボディ３に設けられたバルブ装着穴４に挿入される。

スプール弁１は、複数の外部流路に通じる流体の各ポート（後述する）を備えるスリーブ７と、スリーブ７内を軸方向に変位することで各ポートの連通・遮断を切り替えるスプール８とを有する。

電磁アクチュエータ２は、スプール８を軸方向に変位させるための推力を発生させるものであり、推力はシャフト（図示せず）を介してスプール８に伝達される。

スリーブ７は、円筒形状を呈しており、筒内部はスプール８が収容される弁室となっている。
スリーブ７には、筒内部（弁室）に連通して、入力ポート１１と出力ポート１２とドレンポート１３とが少なくとも１つずつ設けられている。

入力ポート１１は、バルブボディ３に形成された入力流路１５に連通し、出力ポート１２は、バルブボディ３に形成された出力流路１６に連通し、ドレンポート１３は、バルブボディ３に形成された排出流路１７に連通している。

なお、入力流路１５は、油圧源であるポンプに接続されており、出力流路１６は、例えば自動変速機のアクチュエータに接続されている。そして、排出流路１７は、作動油のタンクに接続されている。

ポート１１〜１３は、それぞれ、スリーブ７の外周に形成された周溝１９と、この周溝１９と連通するようにスリーブ７の外周壁に軸方向に直交して貫通する貫通穴２０とにより構成されている。つまり、各ポート１１〜１３はスリーブ７の筒内部と筒外部とを連通するように開口している。

なお、本実施例のスプール弁１は、出力ポート１２の開口量を調節することにより、出力ポート１２から出力される油圧を制御する（メータアウト制御）。
そして、出力ポート１２の貫通穴２０は、本発明の特徴である「第１の孔２１」と「第２の孔２２」とからなっている。この点については後に詳述する。

また、スリーブ７の軸方向一端部には、スプール８を軸方向他端側に付勢するスプリング２６を収容するためのスプリング室２７が形成されている。そして、スリーブ７には、軸方向一端側から、入力ポート１１、出力ポート１２、ドレンポート１３が順に形成されている。

スプール８は、スリーブ７の内周面に摺接するランド３１、３２、３３を有している。
ランド３１は、スプリング室２７の軸方向他端側、且つ入力ポート１１の軸方向一端側において、スリーブ７の内周面（第１内周面３５）に摺接している。
また、ランド３２は、入力ポート１１と出力ポート１２との間のスリーブ７の内周面（第２内周面３６）に摺接しており、出力ポート１２の開度調整を行う。
また、入力ポート１１と出力ポート１２との間には、入力ポート１１と連通する油室３８が形成されている。

ランド３３は、ランド３２の軸方向他端側にランド３２よりも径小に設けられており、出力ポート１２とドレンポート１３との間のスリーブ７の内周面（第３内周面３９）に摺接している。これにより、ドレンポート１３の開度調整を行う。

また、出力ポート１２とドレンポート１３との間には、出力ポート１２に連通するフィードバック室４１が形成されている。
そして、フィードバック室４１では、ランド３３よりも径大に形成されたランド３２の軸方向他端面が、出力油圧をフィードバック圧として受ける（図１の太線矢印参照）。

なお、上述のように、スプール８は、スプリング２６により軸方向他端側に付勢されている。そして、電磁アクチュエータ２によりスプール８は軸方向一端側に移動する。電磁アクチュエータ２の非通電時には、スプール８が軸方向他端側に付勢されており、ランド３２が出力ポート１２を開弁した状態（入力ポート１１と出力ポート１２とが連通した状態）となっている。すなわち、スプール弁１は、ノーマリオープン（Ｎ／Ｏ）タイプである。

つまり、スプール８の軸方向他端側への移動（主にスプリング２６の付勢力による）が出力ポート１２の開弁側への移動となり、軸方向一端側への移動（主に電磁アクチュエータ２の推力による）が出力ポート１２の閉弁側への移動となる。

なお、図１は、非通電時のスプール位置を示す図である。
そして、図２（ａ）は、電磁アクチュエータ２への通電により、スプリング２６の付勢力に抗してスプール８が軸方向一端側に移動し、スプール８が出力ポート１２を閉じる所定の弁位置にいる状態を示している。

なお、上述のようなスプール弁１の基本構成（ランド３２がフィードバック圧を受け、ポートの並び順が軸方向一端側から入力ポート１１、出力ポート１２、ドレンポート１３となっているＮ／Ｏのスプール弁の構成）についての詳細は、本出願人が出願した特願２０１０−２５８６８４添付の明細書及び特許請求の範囲に記載されている。

〔実施例１の特徴〕
本実施例では、出力ポート１２に第１の孔２１と第２の孔２２とを有している。
そして、第１の孔２１と第２の孔２２とは、出力ポート１２内において、周方向に互いに異なる位置に開口している。本実施例では、第１の孔２１と第２の孔２２とは周方向に１８０度離れた位置に開口している。つまり、第１の孔２１は図示上側、第２の孔２２は図示下側に開口している（図１、図２参照）。

また、第１の孔２１と第２の孔２２とは、スリーブ７の軸方向における開口長さが異なっており、第１の孔２１の方が第２の孔２２よりも軸方向の開口長さが軸方向一端側に長い。すなわち、図２（ｃ）に示すように、第１の孔２１の軸方向の開口長さは、第２の孔２２の開口長さよりも軸方向一端側に長くなっている（開口長さの差ｊ）。

このため、スプール８が出力ポート１２を閉じる所定の弁位置にいる状態での、ランド３２と第２内周面３６とのオーバーラップ量ＯＬが第２の孔２２側（ＯＬ＝ｋ２）の方が、第１の孔２１側（ＯＬ＝ｋ１）よりも大きい（図２（ａ）参照）。

この結果、スプール８が図２（ａ）の状態から開弁側に移動すると、ＯＬ量の少ない第１の孔２１が、第２の孔２２よりも先に開口する。図２（ｃ）は、図２（ａ）からスプール８が開弁側に移動し、第１の孔２１のみがスプール８により開口している状態を示している。

図３（ａ）は図２（ｃ）の第１の孔２１を上から視た図であり、図３（ｂ）は図２（ｃ）の第２の孔２２を下から視た図であるが、同じスプール位置において、第１の孔２１は、ランド３２が第２内周面３６とオーバーラップしておらず、わずかに開口しているのに対して、第２の孔２２は、ランド３２が第２内周面３６とオーバーラップしており、まだ開口していない。

つまり、ランド３２の移動による出力ポート１２の開弁初期時には、第２の孔２２よりも第１の孔２１が先行して開口し、第２の孔２２は第１の孔２１の開口に遅れて開口する。
このため、出力ポート１２の開弁初期時には、第１の孔２１の微小な開口から、入力ポート１１、油室３８を経たオイルが出力ポート１２から流出する。そして、第２の孔２２が開くと、第１の孔２１と第２の孔２２の両方からオイルが出力ポート１２から流出する。

なお、第１の孔２１および第２の孔２２はともに、総型バイトによる切削によって形成される。つまり、スリーブ７の外周面に円弧状の切れ込みを入れることによって、スリーブ７の外周面に矩形の孔が第１の孔２１および第２の孔２２として形成される（図２（ｂ）、図３参照）。

この加工方法では、スリーブ７の内径とバイトの切れ込み深さ（径方向内周側へのバイトの送り量）によって孔の周方向長さが決まる。本実施例では、第１の孔２１と第２の孔２２とは同じ周方向長さとなっている。

〔実施例１の作用効果〕
本実施例のスプール弁１では、出力ポート１２が第１の孔２１と第２の孔２２とを有しており、出力ポート１２の開弁初期時には、第１の孔２１の微小な開口のみから、入力ポート１１、油室３８を経たオイルが出力ポート１２から流出する。そして、第２の孔２２が開くと、第１の孔２１と第２の孔２２の両方からオイルが出力ポート１２から流出する。

これによれば、出力ポート１２の開弁初期時には、第１の孔２１しか開口しないため、流量が絞られて、出力ポート１２から流出する流量は急激に変化しない。これにより、油圧の上昇を徐変させることができる。
つまり、本実施例によれば、スプール８への加工によらず、スリーブ７への加工によって、出力ポート１２の開弁初期時の急激な流量変化を抑える構成を形成することができる。

このため、スプール８に加工する場合のような仕切り長による制限等はなく、任意の大きさまたは位置に第１の孔２１を形成することによって出力ポート１２の開弁初期時の流量を絞ることができる。すなわち、出力ポート１２の開弁初期時の第１の孔２１による流量の絞り効果を自由に設定しやすくなる。なお、絞り効果は、主に、開口長さの差ｊによって設定することができる。
また、本実施例のような総型バイトによる加工方法では加工が容易にでき、製造コストを低減することも可能となる。

〔実施例２の構成〕
実施例２のスプール弁１を、実施例１とは異なる点を中心に、図４を用いて説明する。
本実施例では、第１の孔２１は、スプール８の軸線に対して対称となるように対をなして設けられており、第２の孔２２も、スプール８の軸線に対して対称となるように対をなして設けられている。

すなわち、第１の孔２１は、スプール８の径方向に向かい合って開口する２つの孔４４、４５により構成されており、第２の孔２２は、孔４４、４５が形成された方向に直交して向かい合って開口する２つの孔４６、４７により構成されている。

そして、孔４４、４５は、孔４６、４７よりも軸方向一端側に長く開口している（図示した開口長さの差ｊを参照）。なお、孔４４と孔４５とは同じ大きさ、形状をしている。また、孔４６と孔４７とは同じ大きさ、形状をしている。

〔実施例２の作用効果〕
出力ポート１２の開弁初期時には、第１の孔２１しか開口せず、遅れて第２の孔２２が開口することになるため、スプール８の周方向位置において不均等に第１の孔２１及び第２の孔２２が配置されていると、スプール８が流れの響を受けて片当たりが生じるおそれがある。

これに対し、本実施例では、第１の孔２１が対になり径方向に向き合って開口し、第２の孔２２も対になり径方向に向き合って開口しているため、スプール８が流れの影響を受けにくくなり、片当たりを防ぐことができる。

〔実施例３の構成〕
実施例３のスプール弁１を、実施例２とは異なる点を中心に、図５を用いて説明する。
本実施例では、第１の孔２１の開口面積が、第２の孔２２の開口面積よりも小さい。具体的には、第１の孔２１を構成する孔４４、４５は、第２の孔２２を構成する孔４６、４７よりも周方向長さが小さく形成されている。

総型バイトによる加工方法では、スリーブ７の内径とバイトの切れ込み深さによって孔の周方向長さが決まる。
そこで、本実施例では、第１の孔２１を加工する際のバイトの切れ込み深さを、第２の孔２２を加工する際のバイトの切れ込み深さよりも少なくすることで、孔４４、４５の周方向長さｈ１が孔４６、４７の周方向長さｈ２よりも小さくされている。

これによれば、出力ポート１２の開弁初期時に先行して開口する第１の孔２１の開口面積を小さくすることで、第１の孔２１による流量絞り効果を任意に設定することができる。

〔実施例４の構成〕
実施例４のスプール弁１を、実施例１とは異なる点を中心に、図６を用いて説明する。
本実施例では、出力ポート１２が、周方向の異なる位置に３つの貫通穴２０を有しており、３つの貫通穴２０の内、１つが第１の孔２１となっており、２つが第２の孔２２となっている。これら３つの貫通穴２０はスリーブ７の周方向に１２０度間隔に設けられている。
なお、３つの貫通穴２０の内、２つが第１の孔２１であり、１つが第２の孔２２であってもよい。

〔変形例〕
スプール弁１の態様は、実施例に限定されず、様々な変形例を考えることができる。例えば、実施例１〜４のスプール弁１はＮ／Ｏタイプのものであったが、ノーマリクローズ（Ｎ／Ｃ）タイプのものにも本発明を適用できる。

また、実施例１〜４のスプール弁１は自動変速機の油圧制御装置における油圧制御に用いられるものであったが、これ以外の装置の油圧制御に用いてもよい。
また、実施例１〜４のスプール弁１は３方弁構造であったが、２方弁構造であってもよく、また、その他の構造のスプール弁であってもよい。

また、実施例１〜４では、第１の孔２１と第２の孔２２とを出力ポート１２に設けていたが、メータイン制御方式の油圧制御用スプール弁の場合には、出力ポート１２ではなく、入力ポート１１のみ、または入力ポート１１とドレンポート１３の両方に本発明を適用して、第１の孔と第２の孔を設けることができる。

また、実施例１〜４では、第１の孔２１と第２の孔２２とは総型バイトによる切削により形成されていたが、加工方法はこれに限らず、例えばドリルによる加工であってもよい。
また、実施例１〜４では、第１の孔２１と第２の孔２２とが矩形状の孔であったが、孔の形状はこれに限定されず、例えば、円形や楕円等であってもよい。

また、実施例２、３では、第１の孔２１の対と第２の孔２２の対とが１つずつ設けられていたが、対の数は１つに限らない。例えば、１対の第１の孔２１、２対の第２の孔２２の合計６つの孔を出力ポート１２内に有していてもよい。

また、実施例１〜４では、第１の孔２１と第２の孔２２の軸方向における開口長さに差を設けていたが、開口長さは等しいまま、第１の孔２１の軸方向一端を第２の孔２２の軸方向一端よりも軸方向一端側に位置させることによって（すなわち、第１の孔２１と第２の孔２２との開口位置に差を設けることによって）、開弁初期時に第１の孔２１が第２の孔２２よりも先に開口するようにしてもよい。

１ スプール弁
７ スリーブ
８ スプール
１２ 出力ポート（ポート）
２１ 第１の孔
２２ 第２の孔

Claims (3)

1. 筒状に形成されて、筒内部と筒外部とを連通するように外周面に開口するポートを有するスリーブと、
   このスリーブ内を軸方向に変位することで、前記ポートを開閉するスプールとを備えるスプール弁であって、
   前記ポートは、第１の孔および第２の孔を有し、
   前記第１の孔と前記第２の孔とは、前記ポート内において、周方向に互いに異なる位置に開口しており、
   前記第１の孔と前記第２の孔には、前記スリーブの軸方向における開口位置または軸方向における開口長さの少なくとも一方に差が設けられていることにより、
   前記第１の孔は、前記スプールによる前記ポートの開弁初期時に、前記第２の孔よりも先行して開口することを特徴とするスプール弁。
2. 請求項１に記載のスプール弁において、
   前記第１の孔は、前記第２の孔よりも、前記スリーブの外周に開口する開口面積が小さいことを特徴とするスプール弁。
3. 請求項１または２に記載のスプール弁において、
   前記第１の孔は、前記スプールの軸線に対して対称となるように対をなして設けられており、
   前記第２の孔も、前記スプールの軸線に対して対称となるように対をなして設けられていることを特徴とするスプール弁。

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