JP2013060998A

JP2013060998A - コイルばねで固定された環状フィルタ要素を備えた油圧バルブ

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Publication number: JP2013060998A
Application number: JP2011199012A
Authority: JP
Inventors: Kirt N Stephens; エヌスティーブンスカート
Original assignee: Husco Automotive Holdings LLC
Current assignee: Husco Automotive Holdings LLC
Priority date: 2011-09-13
Filing date: 2011-09-13
Publication date: 2013-04-04
Anticipated expiration: 2031-09-13
Also published as: JP5778534B2

Abstract

【課題】油圧バルブにおける一体型フィルタを有するスプール型バルブを提供する。
【解決手段】長手方向ボア２１が内部に設けられたバルブ本体２０において、環状リセスが長手方向ボア内に形成されており、この環状リセスは、流体ポートが貫通して開口された内周面を有している。複数のアパーチャが貫通されたフィルタ・バンド８２が、環状リセス内に設けられており、内周面に当接されている。コイルばね９０は、互いに離隔された複数の渦巻き部を有しており、フィルタ・バンドと係合されて、フィルタ・バンドを長手方向ボアにおける環状リセスの内周面に対して保持する半径方向外側への力を及ぼすように構成されている。流体ポートを通る流体の流れを制御するために、スプールなどのバルブ要素４４が、長手方向ボア内にスライド可能に収容されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、油圧バルブに関するものであり、特に、前記バルブを流れる流体のための一体型フィルタを有するスプール型バルブに関するものである。

様々な機械には、油圧アクチュエータによって動作する移動可能部材が設けられている。例えば、内燃機関には、クランクシャフトと機械的に連結されて該クランクシャフトと連動して回転し、シリンダの吸気弁および排気弁を開閉するカムシャフトを有している。これまで、カムシャフトのタイミングは、エンジンの動作条件すべてにおいて最善の動作を生み出す設定に固定されていた。しかしながら、バルブのタイミングがエンジン速度、エンジン負荷その他のファクターの関数として変動すればエンジンパフォーマンスが改善されることが知られるようになっている。そこで、エンジンによっては油圧アクチュエータを用いてカムシャフトとクランクシャフトとの連結関係を変化させることが行われている。電磁弁（ソレノイドバルブ）は、加圧流体の供給を制御して油圧アクチュエータを動作させるものである。

時間の経過とともに、機械を流れる油圧油は、エンジン構成部品に由来する金属片などの小さな粒子を運ぶようになる。これらの粒子によってバルブにおけるオリフィスが閉塞されることもあり、詰まりが生じてバルブ構成部品の動作を妨げることも考えられる。また、粒子は油圧システムの他の構成部の動作に悪影響を及ぼすこともある。従来のバルブによっては、小さな粒子がバルブに進入するのを防止するための「ふるい（ｓｃｒｅｅｎ）」を設けているものもある。

本発明に係るバルブ構造は、長手方向ボアが内部に設けられた本体を備えており、この長手方向ボアには、内側環状リセスが形成されている。前記環状リセスには、流体ポートが貫通して開口された内周面が設けられている。複数のアパーチャが貫通されたフィルタ・バンドが、前記環状リセスの内周面に当接されている。前記フィルタ・バンドは、前記環状リセスに開口する流体ポートの開口全体にわたって延在されている。好ましくは、前記フィルタ・バンドは、リング状に構成され、特に、例えば、屈曲され、両端部を互いに重ねて筒状とされた、ストリップ材で構成されてもよい。

コイルばねが、前記フィルタ・バンドを前記内周面に対して保持するように前記環状リセス内に配置されている。前記コイルばねには、互いに離隔された複数の渦巻き部が設けられており、これらの渦巻き部は、前記フィルタ・バンドと係合されて、前記フィルタ・バンドが前記内周面に当接した状態を維持する半径方向外側への力を及ぼすように構成されている。

例えば、スプールなどのバルブ要素は、長手方向ボアにスライド可能に収容されて、流体ポートからの流体の流量を制御するように構成されている。

一実施形態に係る前記バルブ構造において、前記環状リセスは、前記内周面の対向する両側において２つの側面を有しており、前記コイルばねは、前記側面の両方と係合する。例えば、前記コイルばねは、２つの複数の渦巻き部が互いに当接する第１の端部と、この第１の端部の反対側において、他の一対の渦巻き部が互いに当接する対向する第２の端部と、を有していてもよい。前記スプリングの第１の端部および第２の端部は、前記環状リセスの２つの両側部と係合し、したがって、前記スプリングは、前記環状リセスの全幅にわたって延在されている。

本発明に係るフィルタ組立体を実装した電気油圧式バルブの長手方向断面図である。図１中の２−２線に沿う前記バルブの断面図である。入力ポートがバルブボアに開口しかつフィルタ組立体がその位置にある領域を示す図１の部分拡大図である。前記フィルタ組立体の構成部品としてのフィルタ・シートを示した図である。前記バルブに挿入されると生じる、前記フィルタ・シートが屈曲してバンドとなる状態を示した図である。前記フィルタ・バンドを前記バルブの定位置に保持するために用いられる保持スプリングを示した図である。

以下、図１および図２に示す例示的な電気油圧式バルブ１０の文脈で本発明を説明するものとするが、本発明を他の形式のバルブとともに実施することができることに留意すべきである。

電気油圧式バルブ（ｅｌｅｃｔｒｏｈｙｄｒａｕｌｉｃｖａｌｖｅ）１０は、使用状態において、マニホールド２４に設けられたアパーチャ２２に挿入される管状のバルブ本体２０を備えている。この管状のバルブ本体２０には、複数のポートが開口された長手方向ボア２１が設けられている。また、マニホールド２４内には、ポンプその他の供給源からの加圧流体をバルブ本体２０に設けられた複数のインレットポート２８へ送給するための供給通路２６が設けられている。

図２に示す例示的な電気油圧式バルブ１０には６つのインレットポート２８が設けられているけれども、ポート数はこれに限らない。各インレットポート２８は、内周面２７を貫通して設けられており、バルブ本体２０の長手方向ボア２１の湾曲表面に設けられた第１の環状リセス２９に開口している。また、管状のバルブ本体２０には、複数の第１のワークポート３０および第２のワークポート３２が設けられており、これらのワークポート３０，３２により長手方向ボア２１とマニホールド通路３４，３６との間の流体流路が構成されている。そして、これらのマニホールド通路３４，３６は、流体によって駆動される油圧アクチュエータに接続されている。

第１のワークポート３０および第２のワークポート３２は、長手方向ボア２１の湾曲表面において、第２の環状リセス３１および第３の環状リセス３３にそれぞれ開口されている。インレットポートと同様に、長手方向ボア２１の半径方向に離隔して設けられた複数の第１のワークポート３０と複数の第２のワークポート３２を設けてもよい。油圧システムのタンクに流体を送給し戻すために、マニホールド２４のアパーチャ２２の内側端部には戻り流路２５が設けられており、この戻り流路２５はバルブ本体２０に設けられたアウトレットポート３５と連通されている。

バルブ本体２０の長手方向ボア２１内には、バルブスプール４４として構成されたバルブ要素がスライド可能に収容されており、このバルブスプール４４には外側環状ノッチ４６が形成されている。前記外側環状ノッチ４６は、複数のバルブスプール位置の選択に対応して、インレットポート２８、アウトレットポート３５および２つのワークポート３０，３２の間の流体経路（したがって、対応するマニホールド通路間）を提供している。

図１に示すバルブスプール４４の運動距離における中間位置では、インレットポート２８は第１のワークポート３０および第２のワークポート３２の両方に対して閉じており、また、第１のワークポート３０および第２のワークポート３２もまたバルブスプール４４上のランド部分によってブロックされている。中央通路４８は、対向する両端部４７，４９の間においてバルブスプール４４を貫通して延在されており、左寄りバルブスプール位置において第１のワークポート３０とアウトレットポート３５との間に通路が提供されるようになっている。また、バルブスプール４４の外側端部４９からヘッド部５４が突出されており、このヘッド部５４には、その内部を貫通してアパーチャ５３が設けられている。さらに、バルブスプリング５０は、前記アウトレットポート３５が設けられたバルブ本体２０の端部をなす前金具５２から遠ざかる方向にバルブスプール４４の内側端部を付勢するように構成されている。

また、電気油圧式バルブ１０には、バルブ本体２０の反対端部に取り付けられたリニアアクチュエータ５１が備えられている。このリニアアクチュエータ５１には、非磁性のボビン６０に巻かれたソレノイドコイル５８を包囲するように金属で構成されたアウタハウジング５５が設けられている。２つの導磁性の磁極片６４，６６は、前記ボビン６０の対向する両端部内に延在されており、いずれも、その内部を貫通して延在された中央アパーチャを有している。アクチュエータプランジャ７０は、前記複数の磁極片６４，６６およびその複数の中央アパーチャ内に、したがって、前記ソレノイドコイル５８の中央開口内に、スライド可能に収容されている。このアクチュエータプランジャ７０には、強磁性物質で構成された筒状電機子（アーマチャ）７２と、この電機子７２を貫通するアパーチャ内に固定された管状の押し部材７４とが設けられている。押し部材７４は、前記リニアアクチュエータ５１から外側へ突出して、バルブスプール４４のヘッド部５４に当接している。

前記ソレノイドコイル５８に電流が印加されると、電機子７２と押し部材７４とをバルブスプール４４方向へ駆動させる電磁場が生成される。この動作が、バルブスプール４４をバルブスプリング５０の付勢力に抗して移動させ、それにより、バルブスプール４４をバルブ本体２０の長手方向ボア２１内でスライドさせる。ソレノイドコイル５８は、例えば、従来の態様にしたがって変化するデューティサイクルを有するパルス幅変調（ＰＷＭ）電気信号によって駆動されることができ、それによりバルブスプール４４をバルブ本体２０内における異なる所望のバルブスプール位置に移動させることができる。ＰＷＭ信号はコネクタ５７を介してリニアアクチュエータ５１に供給される。

引き続き図１を参照すると、セパレート型のフィルタ８０が、バルブ本体２０の長手方向ボア２１内における各環状リセス２９，３１，３３内に配置されており、インレットポート２８、第１のワークポート３０および第２のワークポート３２を流れる流体をフィルタするように構成されている。具体的に図４を参照すると、各フィルタ８０は、薄型の（例えば厚さ０．１ミリ）の矩形の金属製ストリップ８１で構成されており、このストリップ８１には、その２つの大きめ表面の間に複数のアパーチャ８４が設けられている。例えば、標準的なフォトリソグラフィ技術を用いたエッチング処理を用いることで、好ましからざる粒子が進入して前記電気油圧式バルブ１０の動作に悪影響を及ぼすのを防止するのに十分小さなサイズを有するアパーチャを形成することができる。

前記ストリップ８１は、第１の端部８６が第２の端部８８と重なるカーブ状に屈曲され、それにより、図５に具体的に示すように、環状フィルタ・バンド８２をなしている。

図１に示すように、セパレート型のフィルタ・バンド８２は、コイル状保持スプリング（コイルばね）９０によって、各環状リセス２９，３１，３３の湾曲した内周面２７に対して保持されている。複数設けられた前記コイル状保持スプリング９０の１つが図６に詳細に記載されている。コイルばね９０のらせん形状の中央の渦巻き部あるいは旋回部９２は、離隔して延在しているが、コイルばね９０のらせん形状の各端部における２つの渦巻き部９４，９６は、互いに対して当接しており、これにより略平らな端面９７，９８をそれぞれなしている。最も外側の渦巻きは閉じられている、すなわち、スプリングをなすワイヤの端部９９は、最も外側の渦巻き部の開始部分に近接して当該ワイヤに接触されており、中央の渦巻き部９２とは異なり離隔されていない。代替的には、各平らな端面９７，９８は、一重巻きの（ｓｉｎｇｌｅｃｌｏｓｅｄ）渦巻き部のみによって構成されてもよいであろう。

さらに図１、図２および図３を参照すると、前記コイル状保持スプリング９０が前記環状リセス２９，３１，３３のいずれかに設置されると、平らな端部が、当該環状リセスの内周面２７の対向する両側部において環状側壁９５と係合される。この結果、コイル状保持スプリング９０は、前記各環状リセス２９，３１，３３の全幅にわたって延在されて、対応するフィルタ・バンド８２の端部を内周面２７に対して保持する。したがって、前記環状リセス２９，３１，３３に開口された、インレットポート２８またはワークポート３０もしくはワークポート３２の開口は、それぞれ、前記フィルタ・バンド８２によってしっかりと覆われる。

前記コイル状保持スプリング９０によって前記フィルタ・バンド８２を拘束することで、各ポートからの流体の圧力および流れによって前記フィルタ・バンド８２が内周面２７から遠ざかる方向につぶれてしまい前記フィルタ８０の周囲において流体流路が開いてしまうことが防止される。また、前記コイル状保持スプリング９０は、流体の圧力および流れがフィルタ・バンド８２を部分的に各リセス２９，３１，３３の外へ、さらには環状ノッチ４６内へと移動させてしまいフィルタ・バンドがバルブスプール４４のスライド運動に干渉してしまうことを防止する。コイル状保持スプリング９０によるかかる保持は、フィルタ・バンド８２の全幅にわたって均質に力を及ぼすコイル状保持スプリング９０の複数の渦巻き部によって実現される。さらに、環状リセスの内周面２７の対向する両側における環状側壁９５と係合する前記コイル状保持スプリング９０の平らな端部によって、前記コイル状保持スプリング９０がフィルタ・バンド８２の幅方向にわたってスライドしてしまうことが防止される。

前記複数のフィルタ８０は、バルブスプール４４を長手方向ボア２１内に配置するのに先立って、バルブ本体２０内に１つずつ挿入される。この挿入工程のためにファンネル状の挿入工具を用いてもよいであろう。かかる挿入工具は、前記チューブの開放端が、前記フィルタ８０が内部に配置されるところの前記特定のリセス２９，３１，３３に隣接して位置づけられた状態で、長手方向ボア２１内に挿入される長尺なチューブを有している。筒状のフィルタ・バンド８２は、前記ファンネルに挿入されて挿入工具のチューブの内側へ押され、それにより、前記フィルタ・バンド８２の直径を縮小させて、フィルタ・バンド８２が前記チューブを通ってスライドすることが可能となる。最終的には、フィルタ・バンド８２は、挿入工具の端部より押し出されて、長手方向ボア２１における環状リセス内へ押し出される。この時、フィルタ・バンド８２の可撓性によって、フィルタ・バンド８２が湾曲した内周面２７に接して配置されるまで当該環状リセス内へ直径が拡大されることが引き起こされる。そして、同様の工程を用いて、コイル状保持スプリング９０を同一の環状リセス内に配置する。前記コイル状保持スプリング９０が前記挿入工具を出て直径的に拡大されると、前記らせんをなす各渦巻き部の外周端部が、フィルタ・バンド８２に対して半径方向外側への力を作用させて、前記環状リセスの湾曲した内周面２７に対してバンドを保持する。

このようにして設置されたコイル状保持スプリング９０の平らな端部は、環状リセスの対向する環状側壁９５とそれぞれ係合して、環状リセス内においてコイル状保持スプリング９０を中央に位置づける。設置された状態において、コイル状保持スプリング９０の端部における当接する複数の渦巻き部９４，９６が、フィルタ・バンド８２の端部を前記リセスの内周面２７に対して固定する。かかる固定力によって、各ポートにおける圧力がフィルタ・バンド８２を内周面２７から遠ざかる方向に屈曲させてしまうことが防止される。

以上、本発明に係るフィルタ・バンドは、電気油圧スプールバルブにおける使用という文脈において説明されたけれども、このフィルタ・バンドは他のタイプのバルブにおいて使用することもできることが理解されるべきである。さらに、バルブについては、バルブ本体の長手方向ボアにおけるポート数、したがってリセス数は上述したものより多くてもよく、少なくてもよいであろう。

上述した説明は、本発明の好ましい実施形態との関連において本発明を説明したものである。本発明の範囲内における様々な代替的形態についても焦点をあてたけれども、本発明の属する技術分野における知識を有する者であれば、本発明の実施形態の開示内容によって明らかとなるところの追加的な代替的形態を想起しうるものと想定される。したがって、本発明の範囲は、後続するところの請求項によって画定されるべきであって前記開示内容によって限定されるものではない。

１０電気油圧式バルブ
２０バルブ本体
２１長手方向ボア
２２アパーチャ
２４マニホールド
２５戻り流路
２６供給通路
２７内周面
２８インレットポート
２９第１の環状リセス
３０第１のワークポート
３１第２の環状リセス
３２第２のワークポート
３３第３の環状リセス
３４マニホールド通路
３５アウトレットポート
３６マニホールド通路
４４バルブスプール（バルブ要素）
４６外側環状ノッチ
４７両端部
４８中央通路
４９両端部
５０バルブスプリング
５１リニアアクチュエータ
５２前金具
５３アパーチャ
５４ヘッド部
５５アウタハウジング
５７コネクタ
５８ソレノイドコイル
６０ボビン
６４磁極片
６６磁極片
７０アクチュエータプランジャ
７２電機子（アーマチャ）
７４押し部材
８０フィルタ
８１ストリップ
８２フィルタ・バンド
８４アパーチャ
８６第１の端部
８８第２の端部
９０コイル状保持スプリング（コイルばね）
９２渦巻き部
９４渦巻き部
９６渦巻き部
９７端面
９８端面

Claims

（ａ）バルブ本体と、（ｂ）前記バルブ本体内に設けられた長手方向ボアと、（ｃ）前記長手方向ボアに設けられていて、流体ポートが貫通して開口された内周面を有する、環状リセスと、（ｄ）前記環状リセスの内周面に当接するように設けられていて、複数のアパーチャが貫通して設けられた、フィルタ・バンドと、（ｅ）互いに離隔された複数の渦巻き部を有していて、前記フィルタ・バンドと係合するように構成された、コイル状保持スプリングと、（ｆ）前記流体ポートを通る流体の流れを制御するために前記長手方向ボア内に移動可能に収容されたバルブ要素と、を有する油圧バルブであって、前記フィルタ・バンドを前記環状リセスの内周面に当接させた状態が、前記コイル状保持スプリングによって維持されていることを特徴とする油圧バルブ。
前記コイルばねが、前記フィルタ・バンドを前記内周面に当接させる半径方向力を前記フィルタ・バンドに及ぼすように、構成されていることを特徴とする請求項１に記載の油圧バルブ。
前記フィルタ・バンドが、対向する両端部を有するシートで構成され、かつ、前記シートが、その対向する両端部が互いに重ね合わされて筒状とされていることを特徴とする請求項１に記載の油圧バルブ。
前記環状リセスが、前記内周面の対向する両側部において２つの側面を有していて、前記コイルばねが、前記両側部と係合されていることを特徴とする請求項１に記載の油圧バルブ。
前記コイルばねが、対向する両端部を有し、かつ、前記両端部のそれぞれにおいて、閉じられた渦巻き部を有していることを特徴とする請求項１に記載の油圧バルブ。
前記コイルばねが、２つの渦巻き部が互いに当接された端部を有していることを特徴とする請求項１に記載の油圧バルブ。
前記コイルばねが、２つの渦巻き部が互いに当接された第１の端部と、他の２つの渦巻き部が互いに当接された第２の端部とを有していることを特徴とする請求項１に記載の油圧バルブ。
前記バルブ要素を前記長手方向ボア内において複数の異なる位置に移動させるように、該バルブ要素に連結されたアクチュエータが備えられていることを特徴とする請求項１に記載の油圧バルブ。
（ａ）バルブ本体と、（ｂ）前記バルブ本体に設けられたボアと、（ｃ）前記ボアに設けられた第１の内周面を有する第１の環状リセスおよび第２の内周面を有する第２の環状リセスと、（ｄ）前記第１の流体ポートおよび第２の流体ポートを選択的に接続および切断するために、前記バルブ本体の前記ボア内において複数の異なる位置に移動可能とされたバルブ要素と、（ｅ）前記バルブ要素を前記複数の異なる位置のいずれかに移動させるために該バルブ要素に連結されたアクチュエータと、
が設けられた油圧バルブであって、
（イ）前記バルブ本体には、前記第１の内周面を貫通している第１のポート開口と、前記第２の内周面を貫通している第２のポート開口とが設けられ、
（ロ）前記第１の環状リセスには、複数のアパーチャが貫通して設けられた第１のフィルタ・バンドが、前記第１の内周面に当接して配置され、
（ハ）前記第１のフィルタ・バンドが、前記第１の内周面を貫通している前記第１のポートの開口にわたって延在され、
（ニ）前記第１のフィルタ・バンドには、互いに離隔された複数の渦巻き部を有する第１のコイルばねが係合され、かつ、
（ホ）前記第１のコイルばねによって、前記第１のフィルタ・バンドが前記第１の内周面に対して保持されている
ことを特徴とする油圧バルブ。
前記コイルばねが、前記フィルタ・バンドを前記内周面に当接させる半径方向力を前記フィルタ・バンドに及ぼすように、構成されていることを特徴とする請求項９に記載の油圧バルブ。
前記フィルタ・バンドが、対向する両端部を有する金属で構成されたストリップで構成され、かつ、前記ストリップが、その対抗する両端部を重ね合わされて筒状とされていることを特徴とする請求項９に記載の油圧バルブ。
前記環状リセスが、前記内周面の対向する両側部において２つの側面を有していて、前記コイルばねが、前記両側部と係合されていることを特徴とする請求項９に記載の油圧バルブ。
前記コイルばねが、対向する両端部を有し、かつ、前記両端部のそれぞれにおいて、閉じられた渦巻き部を有していることを特徴とする請求項９に記載の油圧バルブ。
前記コイルばねが、２つの渦巻き部が互いに当接された端部を有していることを特徴とする請求項９に記載の油圧バルブ。
前記コイルばねが、２つの渦巻き部が互いに当接された第１の端部と、他の２つの渦巻き部が互いに当接された第２の端部とを有していることを特徴とする請求項９に記載の油圧バルブ。
（イ）前記第２の環状リセスには、複数のアパーチャが貫通して設けられた第２のフィルタ・バンドが、前記第２の内周面に当接して配置され、
（ロ）前記第２のフィルタ・バンドが、前記第２の内周面を貫通している前記第２のポートの開口にわたって延在され、
（ハ）前記第２のフィルタ・バンドには、互いに離隔された複数の渦巻き部を有する第２のコイルばねが係合され、かつ、
（ニ）前記第２のコイルばねによって、前記第２のフィルタ・バンドが前記第２の内周面に対して保持されている
ことを特徴とする請求項９に記載の油圧バルブ。
前記第１のコイルばねが、半径方向力を前記第１のフィルタ・バンドに及ぼすように構成され、かつ、前記第２のコイルばねが、半径方向力を前記第２のフィルタ・バンドに及ぼすように構成されていることを特徴とする請求項１６に記載の油圧バルブ。
前記第１のフィルタ・バンドと前記第２のフィルタ・バンドとが、それぞれ、対向する両端部を有する金属で構成されたストリップで構成され、かつ、前記ストリップが、その対抗する両端部を重ね合わされて筒状とされていることを特徴とする請求項１６に記載の油圧バルブ。
前記第１の環状リセスが、前記第１の内周面の対向する両側部において、第１の側部と第２の側部とを有していて、前記第１のコイルばねが、前記第１の側部および第２の側部と係合されるように構成され、かつ、
前記第２の環状リセスが、前記第２の内周面の対向する両側部において、第３の側部と第４の側部とを有していて、前記第２のコイルばねが、前記第３の側部および第４の側部と係合されるように構成されている
ことを特徴とする請求項１６に記載の油圧バルブ。
前記第１のコイルばねと第２のコイルばねコイルばねとが、それぞれ、２つの渦巻き部が互いに当接された第１の端部と、他の２つの渦巻き部が互いに当接された第２の端部とを有していることを特徴とする請求項１６に記載の油圧バルブ。