JP2013151968A - 流量制御弁 - Google Patents

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昭洋 植木
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Abstract

【課題】 流量制御弁の弁子の位置誤差に伴う流量制御の精度低下を補償する。
【解決手段】 入口ポート23および出口ポート24が形成された弁孔12に摺動自在に嵌合する弁子13の軸線方向位置をソレノイド14で制御することで、オイルポンプ27から入口ポート23に供給されたオイルを弁子13で流量制御して出口ポート24からトランスミッションの油圧アクチュエータ28に供給することができる。弁子13の外周面には径方向の深さが軸線方向に階段状に変化する凹部26が形成されるので、弁子13を軸線方向に移動させると、入口ポート23および出口ポート24間の通油面積が凹部26により階段状に変化する。弁子13の軸線方向の位置が変化しても通油面積が変化しない部分でオイルの流量を制御することで、弁子13の位置に誤差が存在してもオイルの流量を一定に保つことが可能になり、流量制御弁Vの弁子13の位置誤差に伴う流量制御の精度低下を補償することができる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、入口ポートおよび出口ポートが形成された弁孔と、前記弁孔に摺動自在に嵌合する弁子と、前記弁子の軸線方向位置を制御するソレノイドとを備え、オイルポンプから前記入口ポートに供給されたオイルを前記弁子で流量制御して前記出口ポートから油圧機器に供給する流量制御弁に関する。
ベルト式無段変速機のドライブプーリの油室およびドリブンプーリの油室に供給するオイルの流量を制御して変速比を変更すべく、弁孔に摺動自在に嵌合する弁子の位置をリニアソレノイドで制御することで、入口ポートおよび出口ポート間の通油面積を変更してオイルの流量を変化させる流量制御弁が、下記特許文献1により公知である。
特許第2625746号公報
ところで、かかる流量制御弁は、リニアソレノイドの電流値(即ち、弁子の位置)に対して、入口ポートおよび出口ポート間の通油面積がリニアに変化する特性を有するため、リニアソレノイドの電流値が変動して弁子の位置が不安定になると、通油面積が変化してオイルの流量が直ちに変化してしまい、流量制御の精度が低下する問題がある。
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、流量制御弁の弁子の位置誤差に伴う流量制御の精度低下を補償することを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項1に記載された発明によれば、入口ポートおよび出口ポートが形成された弁孔と、前記弁孔に摺動自在に嵌合する弁子と、前記弁子の軸線方向位置を制御するソレノイドとを備え、オイルポンプから前記入口ポートに供給されたオイルを前記弁子で流量制御して前記出口ポートから油圧機器に供給する流量制御弁において、前記弁子の外周面には径方向の深さが軸線方向に階段状に変化する凹部が形成され、前記弁子の軸線方向の移動に伴って、前記入口ポートおよび前記出口ポート間の通油面積が前記凹部により階段状に変化することを特徴とする流量制御弁が提案される。
また請求項2に記載された発明によれば、請求項1の構成に加えて、前記凹部は軸線方向に延びるノッチにより構成されることを特徴とする流量制御弁が提案される。
また請求項3に記載された発明によれば、請求項1または請求項2の構成に加えて、前記弁子の軸線方向の移動端において前記出口ポートは大気開放されることを特徴とする流量制御弁が提案される。
また請求項4に記載された発明によれば、請求項1〜請求項3の何れか1項構成に加えて、前記弁子の軸線方向一端側には前記ソレノイドが接続され、前記弁子の軸線方向他端側の前記弁孔には第1オイル溜まりが形成され、前記第1オイル溜まりは絞りを介して第2オイル溜まりに連通することを特徴とする流量制御弁が提案される。
また請求項5に記載された発明によれば、請求項4の構成に加えて、前記入口ポートと前記第1オイル溜まりとは、前記弁子および前記弁孔間に形成された環状の隙間を介して連通することを特徴とする流量制御弁が提案される。
また請求項6に記載された発明によれば、請求項1〜請求項5の何れか1項の構成に加えて、前記油圧機器は前記トランスミッションのシンクロ装置であり、前記シンクロ装置のスリーブがニュートラル位置から移動開始するときの前記通油面積は、移動開始後の前記通油面積よりも大きいことを特徴とする流量制御弁が提案される。
また請求項7に記載された発明によれば、請求項1〜請求項5の何れか1項の構成に加えて、前記油圧機器は前記トランスミッションのシンクロ装置であり、前記シンクロ装置のスリーブのチャンファがブロッキングリングのチャンファを掻き分け開始するときの前記通油面積は、掻き分け開始後の前記通油面積よりも大きいことを特徴とする流量制御弁が提案される。
また請求項8に記載された発明によれば、請求項1〜請求項5の何れか1項の構成に加えて、前記油圧機器は前記トランスミッションのシンクロ装置であり、前記シンクロ装置のスリーブのチャンファがギヤのドグ歯を掻き分け開始するときの前記通油面積は、掻き分け開始後の前記通油面積よりも大きいことを特徴とする流量制御弁が提案される。
尚、実施の形態のシンクロ装置Sは本発明の油圧機器に対応する。
請求項1の構成によれば、入口ポートおよび出口ポートが形成された弁孔に摺動自在に嵌合する弁子の軸線方向位置をレノイドで制御することで、オイルポンプから入口ポートに供給されたオイルを弁子で流量制御して出口ポートから油圧機器に供給することができる。弁子の外周面には径方向の深さが軸線方向に階段状に変化する凹部が形成されるので、弁子を軸線方向に移動させると、入口ポートおよび出口ポート間の通油面積が凹部により階段状に変化する。弁子の軸線方向の位置が変化しても通油面積が変化しない部分でオイルの流量を制御することで、弁子の位置に誤差が存在してもオイルの流量を一定に保つことが可能になり、流量制御弁の弁子の位置誤差に伴う流量制御の精度低下を補償することができる。
また請求項2の構成によれば、弁子の凹部を軸線方向に延びるノッチにより構成したので、通油面積の制御精度を高めることができる。
また請求項3の構成によれば、弁子の軸線方向の移動端において出口ポートが大気開放されるので、油圧機器に連通する油路を大気開放するための特別の弁を必要とせずに、その弁の機能を流量制御弁に発揮させることで部品点数およびコストを削減することができる。
また請求項4の構成によれば、弁子のソレノイドと反対側の端部に形成された第1オイル溜まりが、絞りを介して第2オイル溜まりに連通するので、弁子の軸線方向の振動を第1、第2オイル溜まりのオイルが絞りを介して行き来することで減衰させ、弁子の振動を抑制して流量制御の精度を更に高めることができる。
また請求項5の構成によれば、入口ポートと第1オイル溜まりとを、弁子および弁孔間に形成された環状の隙間を介して連通させたので、第1オイル溜まりにオイルを供給するための特別の油路が不要になって構造が簡素化される。
また請求項6の構成によれば、流量制御弁により作動するトランスミッションのシンクロ装置のスリーブがニュートラル位置から移動開始するときの通油面積は、移動開始後の通油面積よりも大きいので、スリーブの移動をスムーズに開始させて応答性を高めながら、スリーブのチャンファがブロッキングリングのチャンファに高速で衝突して騒音を発するのを防止することができる。
また請求項7の構成によれば、流量制御弁により作動するトランスミッションのシンクロ装置のスリーブのチャンファがブロッキングリングのチャンファを掻き分け開始するときの通油面積は、掻き分け開始後の通油面積よりも大きいので、ブロッキングリングのチャンファの掻き分け開始速度を高めて応答性を高めながら、スリーブのチャンファがギヤのドグ歯に高速で衝突して騒音を発するのを防止することができる。
また請求項8の構成によれば、流量制御弁により作動するトランスミッションのシンクロ装置スリーブのチャンファがギヤのドグ歯を掻き分け開始するときの通油面積は、掻き分け開始後の通油面積よりも大きいので、ギヤのドグ歯の掻き分け開始速度を高めて応答性を高めながら、スリーブが作動完了位置に高速で衝突して騒音を発するのを防止することができる。
流量制御弁の縦断面図。 図1の2−2線断面図。 流量制御弁の作用説明図の第1分図。 流量制御弁の作用説明図の第2分図。 流量制御弁の電流値と通油面積との関係を示すグラフ。 シンクロ装置の作用説明図。
以下、図1〜図6に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図1および図2に示すように、本実施の形態の流量制御弁Vは、ハウジング11に形成した弁孔12に摺動自在に嵌合する略円柱状の弁子13を備えており、ハウジング11の一端に固定したソレノイド14の出力ロッド15が弁子13の一端に当接する。弁孔12の他端側には第1オイル溜まり16および第2オイル溜まり17が形成されており、第1、第2オイル溜まり16,17は絞り18を介して相互に連通する。第1オイル溜まり16の内部にリターンスプリング19が縮設されており、このリターンスプリング19の弾発力で弁子13がソレノイド14の出力ロッド15に当接する方向に付勢される。第2オイル溜まり17の上部は大気に開放する。
弁孔12の内周面には第1環状溝20、第2環状溝21および第3環状溝22が形成されており、第1環状溝20に入口ポート23が連通し、第2環状溝21に出口ポート24が連通し、第3環状溝22に大気開放ポート25が連通する。弁子13の外周面には軸線L方向に延びる2本の階段状の凹部26が形成される。弁子13の外周面に形成されたノッチである凹部26は、径方向の深さが小さい第1溝aと、径方向の深さが大きい第3溝cと、第1、第3溝a,cに挟まれた径方向の深さが中程度の第2溝bとで構成される。入口ポート23はオイルポンプ27に連通し、出口ポート24はトランスミッションのシンクロ装置を作動させる油圧アクチュエータ28に連通する。
ソレノイド14の電流値を増加させると出力ロッド15が突出し、弁子13をリターンスプリング19の弾発力に抗して図1の左方向に移動させる。弁子13が図示位置から左方向に移動すると、入口ポート23と出口ポート24とが凹部26を介して連通し、その通油面積(第1環状溝20と凹部26との軸線L方向のオーバーラップ量)が弁子13の左動量の増加に応じて増加し、入口ポート23から出口ポート24に流れるオイルの流量が増加する。また弁子13が図示位置から右方向に移動すると、出口ポート24と大気開放ポート25とが凹部26を介して連通し、出口ポート24は大気圧になる。
次に、図3〜図5に基づいて流量制御弁Vの作用を説明する。
図3(A)に示すように、弁子13の凹部26の第1溝aの左端が入口ポート23に連なる第1環状溝20の右端に一致しているとき、弁子13の凹部26の第3溝cの右端は大気開放ポート25に連なる第3環状溝22の左端に一致している。この状態では、入口ポート23、出口ポート24および大気開放ポート25間の連通が全て遮断され、入口ポート23から出口ポート24への通油面積はゼロになる(図5の(A)位置参照)。
この状態からソレノイド14の電流を増加させて弁子13が左動するとき、図3(B)に示すように、凹部26の第1溝aの左端が第1環状溝20の左端に達するまでの間は、入口ポート23および出口ポート24が凹部26の浅い第1溝aを介して連通し、かつ大気開放ポート25は入口ポート23および出口ポート24から遮断される。図3(A)から図3(B)に至るまでの間、凹部26の第1溝aと第1環状溝20とのオーバーラップ量がゼロからTへと次第に増加することで、入口ポート23から出口ポート24への通油面積はゼロからA1へと次第に増加する(図5の(A)〜(B)間の位置参照)。
ソレノイド14の電流を増加させて弁子13が更に左動するとき、図3(C)に示すように、凹部26の第2溝bの左端が第1環状溝20の右端に達するまでの間は、第1環状溝20および第1溝aのオーバーラップ量は一定値Tに維持されるため、入口ポート23から出口ポート24への通油面積は一定値A1に維持される(図5の(B)〜(C)間の位置参照)。
この状態からソレノイド14の電流を増加させて弁子13が更に左動するとき、図3(D)に示すように、凹部26の第2溝bの左端が第1環状溝20の左端に達するまでの間は、入口ポート23および出口ポート24が凹部26の中間の深さの第2溝bを介して連通する。図3(C)から図3(D)に至るまでの間、凹部26の第2溝bと第1環状溝20とのオーバーラップ量がゼロからTへと次第に増加することで、入口ポート23から出口ポート24への通油面積はA1からA2へと次第に増加する(図5の(C)〜(D)間の位置参照)。
ソレノイド14の電流を増加させて弁子13が更に左動するとき、図4(E)に示すように、凹部26の第3溝cの左端が第1環状溝20の右端に達するまでの間は、第1環状溝20および第2溝bのオーバーラップ量は一定値Tに維持されるため、入口ポート23から出口ポート24への通油面積は一定値A2に維持される(図5の(D)〜(E)間の位置参照)。
この状態からソレノイド14の電流を増加させて弁子13が更に左動するとき、図4(F)に示すように、凹部26の第3溝cの左端が第1環状溝20の左端に達するまでの間は、入口ポート23および出口ポート24が凹部26の深い第3溝cを介して連通する。図4(E)から図4(F)に至るまでの間、凹部26の第3溝cと第1環状溝20とのオーバーラップ量がゼロからTへと次第に増加することで、入口ポート23から出口ポート24への通油面積はA2からA3へと次第に増加する(図5の(E)〜(F)間の位置参照)。
ソレノイド14の電流を増加させて弁子13が更に左動するとき、図4(G)に示すように、第1環状溝20および第3溝cのオーバーラップ量は一定値Tに維持されるため、入口ポート23から出口ポート24への通油面積は一定値A3に維持される(図5の(F)〜(G)間の位置参照)。
また図3(A)の位置からソレノイド14の電流値を減少させて弁子13を右動すると、図4(H)に示すように、出口ポート24が凹部26を介して大気開放ポート25に連通するとともに、入口ポート23が出口ポート24から隔絶される(図5の(H)位置参照)。図5の(A)から(H)へのストローク変化は、排出量のコントロールを行うことができ、油圧アクチュエータ28のピストン室からの排油をコントロールすることも可能となる。
以上のように、ソレノイド14の電流値をリニアに増加させたとき、入口ポート23および出口ポート24間の通油面積はリニアに増加せず、一定値A1,A2,A3を挟んで階段状に増加する。従って、流量制御弁Vを三つの通油面積A1,A2,A3で制御する必要があるとき、ソレノイド14の電流値と弁子13の位置との関係に若干の誤差が存在しても、通油面積が一定値A1,A2,A3になる範囲でソレノイド14の電流値を制御することで、その電流値に若干の変動が生じても通油面積を安定させることができる。
またオイルが入口ポート23および出口ポート24間を流れるとき、弁子13がオイルから受ける圧力で振動してしまい、通油面積が不安定になる可能性があるが、弁子13の振動によって第1オイル溜まり16の容積が増減すると、第1オイル溜まり16および第2オイル溜まり17のオイルが絞り18を通って行き来することで、ダッシュポットの機能が発揮されて減衰力が発生するため、弁子13の振動を抑制して通油面積を安定させることができる。
また弁孔12と第1オイル溜まり16とは、弁子13の外周面および弁孔12の内周面間の微小な環状隙間α(図1参照)を介して連通するため、第1オイル溜まり16および第2オイル溜まり17にオイルを補給する特別の油路を設けることなく、第1オイル溜まり16および第2オイル溜まり17にオイルを補給することができる。
しかもシンクロ装置の油圧アクチュエータ28に連なる出口ポート24を大気に開放するとき、大気開放用の特別の弁を必要とせず、流量制御弁Vのソレノイド14の電流値を減少させるだけで済むため、部品点数およびコストの削減に寄与することができる。
また弁子13の凹部26を軸線L方向に延びるノッチにより構成したので、通油面積の制御精度を高めることができる。
次に、上述した流量制御弁Vの使用例を説明する。
図6はトランスミッションの変速時におけるシンクロ装置Sの作用を経時的に示すもので、図6(A)の状態からシンクロ装置Sの油圧アクチュエータ28を駆動すると、そのピストンに押圧されたシフトフォーク31が前進し、回転軸に固定したハブ32にスプライン嵌合するスリーブ33が前進する。スリーブ33が前進する荷重がシンクロナイザースプリング34を介してブロッキングリング35に伝達され、ブロッキングリング35がギヤ36に向けて付勢される(図6(B)参照)。
スリーブ33が更に前進すると、スリーブ33のチャンファ33a…の歯先とブロッキングリング35のチャンファ35a…の歯先とが当接し、かつギヤ36のコーン面とブロッキングリング35のコーン面とが接触して摩擦力によるトルクが発生する(図6(C)参照)。スリーブ33が更に前進すると、前記トルクによりギヤ36の回転にスリーブ33の回転(つまり回転軸の回転)が同期し、スリーブ33のチャンファ33a…がブロッキングリング35のチャンファ35a…を掻き分けることが可能になる(図6(D)参照)。
ギヤ36の回転にスリーブ33の回転が同期すると前記トルクが消滅するため、スリーブ33が更に前進すると、スリーブ33のチャンファ33a…がブロッキングリング35のチャンファ35a…を掻き分けてスリーブ33およびブロッキングリング35が一体に結合され、更にスリーブ33のチャンファ33a…の歯先がギヤ36のドグ歯36a…の歯先に係合する(図6(E)参照)。スリーブ33が更に前進すると、スリーブ33のチャンファ33a…がギヤ36のドグ歯36a…を掻き分け(図6(F)参照)、最終的にスリーブ33のチャンファ33a…がギヤ36のドグ歯36a…に係合して変速が完了する(図6(G)参照)。
図6(A)のニュートラル状態から、流量制御弁Vを介してシンクロ装置Sの油圧アクチュエータ28にオイルを供給してスリーブ33の移動を開始するとき、静摩擦力に抗してスリーブ33の移動を直ちに開始させて制御応答性を高めるべく、流量制御弁Vの通油面積は図5の最大面積A3に設定される。スリーブ33が移動を開始すると、流量制御弁Vの通油面積を図5の中間面積A2に設定することで、スリーブ33の移動速度が過大にならないように抑制し、図6(C)のボーク行程でスリーブ33のチャンファ33a…の歯先がブロッキングリング35のチャンファ35a…の歯先に当接したときに大きな騒音が発生するのを防止することができる。
続く図6(D)のブロッキングリング掻き分け行程の開始時には、スリーブ33が大きな反力を受けて速度が大幅に低下する可能性があるため、流量制御弁Vの通油面積を最大面積A3に設定することで、ブロッキングリング35のチャンファ35a…の掻き分けを速やかに開始して制御応答性を高めることができる。そしてブロッキングリング35のチャンファ35a…の掻き分けが開始すると、スリーブ33の移動速度が過大にならないように流量制御弁Vの通油面積を中間面積A2に設定することで、図6(E)のドグ歯接触行程でスリーブ33のチャンファ33a…の歯先がギヤ36のドグ歯36a…の歯先に当接したときに大きな騒音が発生するのを防止することができる。
続く図6(F)のドグ歯掻き分け行程の開始時には、スリーブ33が大きな反力を受けて速度が大幅に低下する可能性があるため、流量制御弁Vの通油面積を最大面積A3に設定することで、ギヤ36ドグ歯36a…の掻き分けを速やかに開始して制御応答性を高めることができる。そしてギヤ36ドグ歯36a…の掻き分けが開始すると、スリーブ33の移動速度が過大にならないように流量制御弁Vの通油面積を中間面積A2に設定することで、図6(G)のインギヤ行程の最終段階でスリーブ33が移動端に達して大きな騒音が発生するのを防止することができる。
尚、流量制御弁Vの通油面積を中間面積A2に設定するだけでは騒音の発生を充分に低減できない場合には、必要に応じて流量制御弁Vの通油面積を最小面積A1に設定することができる。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
例えば、図5において、流量制御弁Vの通油面積の最大面積A1、中間面積A2および最小面積A3は一定値になっているが、実際には電流値の増加に伴って僅かに増加する場合がある。この場合でも、その通油面積の増加率は小さいため、オイルの流量制御の精度は充分に高く確保される。
また実施の形態では弁子13が2個の凹部26を備えているが、凹部26の個数は2個に限定されるものではない。
また弁子13の凹部26は必ずしもノッチ状である必要はなく、弁子13の外周を取り巻く環状のものであっても良い。
また本発明の流量制御弁は、シンクロ装置S以外の任意の油圧機器に対して使用することができる。
12 弁孔
13 弁子
14 ソレノイド
16 第1オイル溜まり
17 第2オイル溜まり
18 絞り
23 入口ポート
24 出口ポート
26 凹部
27 オイルポンプ
33 スリーブ
33a スリーブのチャンファ
35 ブロッキングリング
35a ブロッキングリングのチャンファ
36 ギヤ
36a ギヤのドグ歯
S シンクロ装置(油圧機器)
α 隙間

Claims (8)

  1. 入口ポート(23)および出口ポート(24)が形成された弁孔(12)と、前記弁孔(12)に摺動自在に嵌合する弁子(13)と、前記弁子(13)の軸線方向位置を制御するソレノイド(14)とを備え、オイルポンプ(27)から前記入口ポート(23)に供給されたオイルを前記弁子(13)で流量制御して前記出口ポート(24)から油圧機器(S)に供給する流量制御弁において、
    前記弁子(13)の外周面には径方向の深さが軸線方向に階段状に変化する凹部(26)が形成され、前記弁子(13)の軸線方向の移動に伴って、前記入口ポート(23)および前記出口ポート(24)間の通油面積が前記凹部(26)により階段状に変化することを特徴とする流量制御弁。
  2. 前記弁子(13)の軸線方向の移動端において前記出口ポート(24)は大気開放されることを特徴とする、請求項1に記載の流量制御弁。
  3. 前記凹部(26)は軸線方向に延びるノッチにより構成されることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の流量制御弁。
  4. 前記弁子(13)の軸線方向一端側には前記ソレノイド(14)が接続され、前記弁子(13)の軸線方向他端側の前記弁孔(12)には第1オイル溜まり(16)が形成され、前記第1オイル溜まり(16)は絞り(18)を介して第2オイル溜まり(17)に連通することを特徴とする、請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の流量制御弁。
  5. 前記入口ポート(23)と前記第1オイル溜まり(16)とは、前記弁子(13)および前記弁孔(12)間に形成された環状の隙間(α)を介して連通することを特徴とする、請求項4に記載の流量制御弁。
  6. 前記油圧機器は前記トランスミッションのシンクロ装置(S)であり、前記シンクロ装置(S)のスリーブ(33)がニュートラル位置から移動開始するときの前記通油面積は、移動開始後の前記通油面積よりも大きいことを特徴とする、請求項1〜請求項5の何れか1項に記載の流量制御弁。
  7. 前記油圧機器は前記トランスミッションのシンクロ装置(S)であり、前記シンクロ装置(S)のスリーブ(33)のチャンファ(33a)がブロッキングリング(35)のチャンファ(35a)を掻き分け開始するときの前記通油面積は、掻き分け開始後の前記通油面積よりも大きいことを特徴とする、請求項1〜請求項5の何れか1項に記載の流量制御弁。
  8. 前記油圧機器は前記トランスミッションのシンクロ装置(S)であり、前記シンクロ装置(S)のスリーブ(33)のチャンファ(33a)がギヤ(36)のドグ歯(36a)を掻き分け開始するときの前記通油面積は、掻き分け開始後の前記通油面積よりも大きいことを特徴とする、請求項1〜請求項5の何れか1項に記載の流量制御弁。
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