JP2013221614A - 油圧制御バルブおよび油圧制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流量制御のための電流値と圧油の流量との線形特性を、正圧室に供給される油圧に拘わらず維持して制御性を向上させる。
【解決手段】ピストン７を開弁方向に押圧するための正圧室８と、ピストン７を閉弁方向に押圧するための背圧室９とがピストン７を挟んだ両側に形成され、ピストン７を閉弁方向に押圧する弾性体１５が設けられ、正圧室８と背圧室９とが連通路１６によって連通され、さらに背圧室９にはパイロット弁２０が連通され、ピストン７および弁体１４の閉弁方向への移動量に応じてポートの開口面積が増大して流量が増加するように構成された油圧制御バルブであって、ピストン７および弁体１４の開弁方向への移動量に応じて、正圧室８から背圧室９に流れる圧油の量を増大させ、あるいは背圧室９から流出する圧油の量を減少させて背圧室９の油圧を増大させる可変弁機構１６，１７を備えている。
【選択図】図１

Description

この発明は、ピストンを挟んで正圧室と背圧室とが形成され、これら正圧室と背圧室との圧力の差に応じてピストンが移動して開弁し、あるいは閉弁する油圧制御バルブおよびその油圧制御バルブを備えた油圧制御装置に関するものである。

油圧アクチュエータなどの所定の制御対象物における油圧を制御する場合、一つの制御バルブによって制御対象物に所期の油圧を供給して昇圧し、反対に制御対象物から排出して目的とする圧力に降圧するように構成された油圧制御装置が用いられることがある。また、制御対象物の圧力を上げる場合には、供給バルブを開いて油圧を供給するとともに、その供給バルブを制御対象物における圧力でフィードバック制御し、また圧力を下げる場合には、排出バルブを開くとともに、その排出バルブを制御対象物における圧力でフィードバック制御するように構成された油圧制御装置が用いられることがある。後者の供給用のバルブと排出用のバルブとを備えた油圧制御装置の一例が特許文献１に記載されている。

この特許文献１に記載されている油圧制御装置は、車両用のベルト式無段変速機における油圧制御装置であり、プライマリープーリにおける油圧室に対して供給する油圧を制御する増圧用開閉弁とその油圧室から排出する油圧を制御する減圧用開閉弁とを備えている。また同様に、セカンダリープーリにおける油圧室に対して供給する油圧を制御する増圧用開閉弁と、その油圧室から排出する油圧を制御する減圧用開閉弁とを備えている。これらの各開閉弁は、高い油圧が掛かる入力ポートと、その入力ポートから流入した圧油を排出する出力ポートとを備えており、さらにその入力ポートを開閉するソレノイドを備えている。入力ポートを閉じる弁体は、ソレノイドの電磁力で軸線方向に移動させられるプランジャと一体になっており、そのプランジャおよび弁体をスプリングによって入力ポートに向けて押圧し、スプリングによる弾性力に抗する電磁力をソレノイドで発生させるように構成されている。したがって、このような構成のバルブは、スプリングの弾性力で入力ポートを閉じるように構成されているから、入力ポートに作用する油圧が高い場合には、弾性力の大きいスプリング、すなわちばね係数の大きいスプリングを使用することになり、それに伴って大きい電磁力を発生することのできる大型のソレノイドを使用することになる。

一方、特許文献２には、バランス式電磁弁が記載されている。この電磁弁は、弁体と一体化されているピストンの正面側の正圧室とこれとは反対側の背圧室とを連通する連通路を有し、そのピストンは例えば背圧室に設けたスプリングによって正圧室側に押圧され、そのピストンと一体の弁体を出力ポートに押し付けて閉弁状態となるように構成されている。したがって、供給圧が高いとしても、同様の圧力が背圧室にも作用するので、供給圧がいわゆる開弁方向の荷重として作用することがなく、そのためスプリングの弾性力を供給圧に応じて高くする必要はない。そして、背圧室には電磁開閉弁が連通されており、その電磁開閉弁に通電して背圧室を圧力の低い箇所に連通させると、正圧室と背圧室との間に圧力差が生じ、その圧力差に応じた押圧力がスプリングの弾性力に打ち勝つとピストンが背圧室側に移動して出力ポートを開く。したがって、コイルで発生させる電磁力を特に大きくする必要がなく、入力ポートに作用する圧力が高い場合であっても、電磁弁あるいはそのコイルを特に大型化する必要はない。

特開２０１１−１６３３９３号公報 特開平１１−１０１３６０号公報

特許文献１に記載されているベルト式無段変速機は、ベルトを挟み付ける挟圧力に応じて伝達トルク容量が決まるから、大きいトルクを伝達できるように構成するためには、各プーリの油圧室に供給する油圧を高くすることになる。そうすると、増圧用開閉弁や減圧用開閉弁に高い油圧が作用するので、これらの開閉弁が大型化する可能性があり、このような不都合を解消もしくは抑制するために、これらの開閉弁のいずれか、もしくは両方を特許文献２に記載されているバランス式電磁弁で構成することが考えられる。しかしながら、特許文献２に記載されているような一般的な構成のバランスピストン式のバルブでは、ポートもしくは油路の開閉を行うことができるとしても、流量の制御が困難である。すなわち、バランスピストン式のバルブは上述したように正圧室と背圧室との圧力差がスプリングの弾性力以上となることにより開弁動作するので、スプリングの弾性力を小さくすると、小さい圧力差で敏感に開動作するが、圧力差が大きい場合には、急激に開動作し、かつ開度が大きくなるので、圧油の流量が急激に増大してしまう。また、ピストンがストロークエンドまで移動して全開状態になってしまい、電磁弁の電流をそれ以上に増大させても流量が増加しない。その結果、ソレノイドに流す電流の僅かな変化で流量が大きく、また急激に変化してしまい、流量の制御が困難になる。また、反対にスプリングの弾性力を大きくすると、電流に比例した流量を得ることができるが、ピストンを挟んだ両側での圧力差が小さい場合には、バルブの開度が過度に小さくなり、応答性の悪いバルブになるなどの課題が生じる。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、バランスピストン式バルブにおける差圧の大小に拘わらず、電流などの制御信号と流量との線形特性を維持して制御性を向上させることを目的とするものである。

この発明は、上記の目的を達成するために、ポートを開閉する弁体を移動させるピストンを開弁方向に押圧する油圧が供給される正圧室と、前記ピストンを閉弁方向に押圧する油圧が供給される背圧室とが前記ピストンを挟んだ両側に形成されるとともに、そのピストンを閉弁方向に押圧する弾性体が設けられ、前記正圧室と背圧室とが連通路によって連通され、さらに前記背圧室には電気的に制御されて開口することにより背圧室から油圧を流出させるとともにその開口面積が電流に応じて増大するパイロット弁が連通され、前記ピストンおよび弁体の閉弁方向への移動量に応じて前記ポートの開口面積が増大して流量が増加するように構成された油圧制御バルブにおいて、前記ピストンおよび弁体の開弁方向への移動量に応じて、前記正圧室から背圧室に流れる圧油の量を増大させ、あるいは前記背圧室から流出する圧油の量を減少させて前記背圧室の油圧を増大させる可変弁機構を備えていることを特徴とするものである。

その可変弁機構は、請求項２に記載されているように、前記ピストンを貫通している貫通孔と、その貫通孔に挿入されるとともに前記ピストンおよび弁体が開弁方向に移動することに伴って貫通孔に対する挿入長さが短くなって前記貫通孔の開口面積が増大するニードルバルブとを有した構成であってよい。

また、この発明は、請求項３に記載されているように、前記背圧室には前記パイロット弁によって開口させられる排出孔が形成され、前記可変弁機構は、前記ピストンおよび弁体が開弁方向に移動することに伴って前記排出孔の開口面積を減少させるように構成されていてよい。

あるいはこの発明における前記可変弁機構は、請求項４に記載されているように、前記ピストンに一体に設けられ、先端部がテーパ状に形成された軸状弁体を備え、その軸状弁体の前記排出孔への挿入長さに応じて前記排出孔の開口面積が減少するように構成されていてよい。

さらにこの発明は、請求項５に記載されているように、前記ピストンをその軸線方向に前後動可能に収容したシリンダ部を更に備え、前記正圧室は、前記シリンダ部の内部でかつ前記ピストンを挟んだ一方側に形成され、前記背圧室は、前記シリンダ部の内部でかつ前記ピストンを挟んだ他方側に形成され、前記可変弁機構は、前記シリンダ部の内周面に開口しかつ前記背圧室に連通している、前記ピストンの外周部に形成された凹部と、前記正圧室に連通されかつ前記ピストンが開弁方向に移動することに伴って前記凹部に対する開口面積が増大する、前記シリンダ部に形成された連通用ポート部とを備えている構成であってもよい。

さらにまた、この発明は、請求項６に記載されているように、前記ピストンをその軸線方向に前後動可能に収容したシリンダ部を更に備え、前記正圧室は、前記シリンダ部の内部でかつ前記ピストンを挟んだ一方側に形成され、前記背圧室は、前記シリンダ部の内部でかつ前記ピストンを挟んだ他方側に形成され、前記可変弁機構は、前記シリンダ部の内周面に前記背圧室から前記正圧室に到る範囲に形成された溝部を備え、その溝部の前記正圧室に対する開口面積が前記ピストンが開弁方向に移動することに伴って増大するように構成されていてよい。

そして、この発明に係る油圧制御装置は、請求項７に記載されているように、請求項１ないし６のいずれかに記載の油圧制御バルブが、ベルト式無段変速機のプーリにおける油圧室と油圧源との間に設けられ、前記出力ポートおよび前記開閉弁が前記油圧室に連通されていることを特徴とするものである。

この発明に係る油圧制御バルブでは、パイロット弁が通電されて開動作すると、その開度に応じて背圧室から油圧が排出され、それに伴って正圧室と背圧室との間に差圧が生じるので、ピストンおよび弁体はスプリングの弾性力に抗して開弁方向に移動する。その移動量に応じて前記ポートの開口面積が増大し、それに伴ってポートを流れる圧油の流量が増大する。また、ピストンが開弁方向すなわち背圧室側に移動すると、その移動量に応じて可変弁機構の開度が変化する。例えば可変弁機構が正圧室と背圧室との間に設けられていれば、ピストンの開弁方向への移動量に応じて、正圧室から背圧室に流れる圧油の流量が増大し、背圧室の圧力が高くなる。また、例えば可変弁機構が背圧室と開閉弁との間に設けられていれば、ピストンの開弁方向への移動量に応じて、背圧室から排出される圧油の量が減じられ、背圧室の圧力が高くなる。このように、ピストンおよびこれに連結されている弁体の移動が、背圧室の油圧を可変弁機構によって高くすることにより規制される。これは、弾性体の弾性力のみによるものではないから、弾性体の弾性力を小さくすることができる。また、パイロット弁の開度に応じて背圧室から圧油が流出し、それに応じてピストンの開弁方向への移動量が大きくなり、さらに可変弁機構により、その移動量に応じて正圧室から背圧室に流入する圧油の量が増加し、あるいは背圧室から流出する圧油が制限されて背圧室が昇圧されてピストンおよび弁体の開弁方向への移動が止まるので、パイロット弁の電流などの制御量と、弁体による前記ポートの開口面積すなわち流量との関係が線形特性を示す。その結果、この発明に係る油圧制御バルブおよびこれを備えている油圧制御装置の制御性を向上させることができる。

この発明の一例を示し、供給弁が閉じている状態の模式図である。 その供給弁が開いている状態の模式図である。 この発明の他の例を示し、供給弁が閉じている状態の模式図である。 その供給弁が開いている状態の模式図である。 この発明の更に他の例を示し、供給弁が閉じている状態の模式図である。 その供給弁が開いている状態の模式図である。 この発明のまた更に他の例を示し、供給弁が閉じている状態の模式図である。 図７のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 その供給弁が開いている状態の模式図である。

この発明に係る油圧制御バルブおよび油圧制御装置は、車両や航空機などの移動体あるいは定置式の各種の産業機械に使用することができ、この発明は例えば車両におけるベルト式無段変速機の油圧を制御する装置に適用することができる。その一例を図１に模式的に示してある。ここに示す例は、ベルト式無段変速機におけるプーリ１に対して油圧を供給する装置にこの発明を適用した例であり、そのプーリ１は従来知られている駆動側のプライマリープーリあるいは従動側のセカンダリープーリのいずれであってもよい。そのプーリ１の構成について簡単に説明すると、従来のプーリと同様に、固定シーブとその固定シーブに対して接近し、また離隔するように軸線方向に前後動する可動シーブとによってプーリ１が構成されている。その固定シーブと可動シーブとの間がベルトを巻き掛ける溝であり、各シーブ同士の間隔に応じてその溝の幅が広狭に変化するように構成されている。そして、その可動シーブを固定シーブ側に押圧する荷重を生じさせる油圧室（油圧アクチュエータ）２が設けられている。すなわち、この油圧室２における油圧を増大させることにより、可動シーブが固定シーブ側に押され、その結果、溝幅が狭くなってベルトの巻き掛け半径が増大し、あるいはベルトを挟み付ける挟圧力が増大するように構成されている。

油圧源３から上記の油圧室２に油圧を供給する供給油路４の途中に、この発明に係る油圧制御バルブに相当するバランスピストン式バルブからなる供給弁５が設けられている。その油圧源３は、オイルポンプであってもよく、あるいはオイルポンプで発生した油圧を調圧して得られたライン圧の油路であってもよく、さらには所定の圧力で油圧を蓄えるアキュムレータであってもよい。

この供給弁５を構成しているバランスピストン式バルブはこの発明に特有のものであって、その構成を具体的に説明すると、円筒状の部分であるシリンダ部６の内部にピストン７が液密状態を維持して軸線方向に前後動するように収容されている。したがって、シリンダ部６の内部には、ピストン７を挟んだ一方側（図１では右側）に正圧室８が形成され、これとは反対側（図１の左側）に背圧室９が形成されている。

正圧室８には、前述した油圧源３の油圧が供給される入力ポート１１と、正圧室８から油圧を流出させる出力ポート１２とが開口するように設けられている。その入力ポート１１は、図１に示す例では、シリンダ部６における円筒状の外周部分に形成されている。これに対して出力ポート１２はシリンダ部６におけるエンドプレートに相当する部分（以下、仮にエンドプレートと記す）１０に形成されており、したがって正圧室８とプーリ１の油圧室２とが出力ポート１を介して連通するように構成されている。

そして、ピストン７の正圧室８側の中央部に、弁体１４が設けられている。弁体１４は、出力ポート１２の前記正圧室８側の開口端部に突き当てられて出力ポート１２を閉じるように構成され、図１に示す例では、先端部が出力ポート１２の内径より大きい直径の半球状に形成され、かつピストン７と一体化されている。したがって、出力ポート１２の内側の開口端（正圧室８側の開口端）が、弁体１４が液密状態に当接する弁座部（弁座シート部）となっている。また、背圧室９の内部には、ピストン７を正圧室８側に押すスプリング１５が配置されている。

上記の正圧室８と背圧室９とは、ピストン７を移動させるように過渡的に差圧を生じさせ、またピストン７を所定の位置に静止させるために圧力を均衡させるように連通されている。すなわち、絞り機能（オリフィス機能）の有る油路によって連通されている。その油路は、シリンダ部６の外部に形成されていてもよいが、図１に示す例では、ピストン７を貫通して形成されている。すなわち、図１に示すように、ピストン７にはその軸線方向に貫通した油路１６が形成されている。この油路１６の開口面積を変化させるためのニードルバルブ１７が、油路１６と同一軸線上に配置されている。このニードルバルブ１７は、油路１６に挿入される先端部がテーパ状をなす軸状の部材であり、前述したエンドプレート１０の内面に、前記油路１６に向けて突き出た状態に取り付けられている。そして、その長さは、前記弁体１４が出力ポート１２の開口端に当接する状態に前記ピストン７が前進している状態では、上記のテーパ状の先端部が油路１６の内部に深く挿入されて油路１６の開口面積を減じ、ピストン７が開弁方向に移動した場合には、テーパ状の先端部の油路１６に対する嵌合長さが短くなって、油路１６の開口面積を減じる程度が少なくなる長さに設定されている。したがって、これら油路１６およびニードルバルブ１７がこの発明における可変弁機構を構成している。

上記の背圧室９には、その内部の圧油を流出させる排出孔１８が形成されている。この排出孔１８は、外部油路１９によって前述したプーリ１の油圧室２もしくは出力ポート１２に連通されている。そして、この排出孔１８を開閉し、かつ排出孔１８を介した圧油の流出を制限するパイロット弁２０が設けられている。具体的に説明すると、排出孔１８はシリンダ部６における背圧室９側のエンドプレート１３における中心部に形成されており、その排出孔１８と同一の軸線上にパイロット弁２０が配置されていてシリンダ部６に取り付けられている。このパイロット弁２０は電流によって制御されるソレノイドバルブであって、弁体として機能するプランジャ２１をその後端部側に配置したスプリング２２によって軸線方向に押圧し、またコイル２３に通電して発生させた電磁力によってプランジャ２１をスプリング２２の弾性力に抗して後退移動させるように構成されている。そして、排出孔１８の開口端（背圧室９側とは反対側の開口端）が弁座もしくはシート部となっており、ここにプランジャ２１の先端部を当接させることにより排出孔１８を閉じ、またプランジャ２１が離れるのに従って排出孔１８の開口面積が次第に増大するように構成されている。したがって、弁座もしくはシート部を形成している排出孔１８の開口端は、テーパ状に形成することが好ましい。

つぎに上記の供給弁５およびこれを含む油圧制御装置の作用について説明する。図１は油圧源３から油圧室２に向けた油圧の供給を止めている全閉状態を示し、図２は流量を制御しつつ油圧源３から油圧室２に油圧を供給している開弁状態を示している。前述したパイロット弁２０のコイル２３に通電すると、その電流に応じた電磁力が発生し、プランジャ２１をスプリング２２の弾性力に抗して後退させるように荷重が作用する。プランジャ２１に作用する荷重は、閉弁方向に作用するスプリング２２の弾性力とコイル２３で発生する電磁力とに加えて、プランジャ２１の先端部に作用する背圧室９の油圧に基づく押圧力であり、プランジャ２１はこれらの荷重がバランスする位置まで後退移動して停止する。すなわち、排出孔１８はプランジャ２１の移動量に応じて開口し、結局、パイロット弁２０は電流に応じた開度（開口面積）になる。

ピストン７および弁体１４が図１に示すように全閉位置にあるときは、ニードルバルブ１７の先端部がピストン７に形成されている油路１６に深く嵌合しており、油路１６の開口面積が最も小さくなっている。すなわち、油路１６は僅かに開口していて正圧室８と背圧室９とは、その僅かな開口面積の油路１６によって連通している。そのため、パイロット弁２０に通電して背圧室９から圧油を流出させると、背圧室９の圧力が正圧室８の圧力よりも低下し、圧力差が生じる。その結果、ピストン７および弁体１４は、その圧力差に基づく押圧力によって背圧室９側、すなわち開弁方向に移動する。こうして弁体１４が出力ポート１２の開口端である弁座部から離れて開弁し、その開度（開口面積）はピストン７および弁体１４の移動量（ストローク量）に応じた開度となり、その開度に応じた量の圧油が、油圧源３から上記の正圧室８および出力ポート１２を経由してプーリ１の油圧室２に供給される。

ピストン７が弁体１４と共に開弁方向に移動すると、ピストン７に形成されている油路１６がニードルバルブ１７の先端方向に移動して両者の嵌合長さが短くなる（もしくは嵌合深さが浅くなる）。そのニードルバルブ１７の先端部は先細りのテーパ状であるから、油路１６との嵌合長さが短くなると、油路１６の開口面積が次第に増大する。そして、正圧室８の油圧が背圧室９の油圧より高いので、正圧室８から背圧室９に向けた圧油の流れが促進され、あるいはその流れに対する抵抗が低下する。

そのため、弁体１４による出力ポート１２の開度が増大すると、背圧室９に対する圧油の流入が促進され、背圧室９の油圧が上昇する。こうして背圧室９の油圧が上昇すると正圧室８との圧力差が小さくなり、ついには背圧室９側からピストン７に作用する荷重と正圧室８側から作用する荷重とが均衡してピストン７および弁体１４の開弁方向への移動が止まる。このように背圧室９側からピストン７を押圧する荷重は、スプリング２２による弾性力だけでなく、油路１６を介して正圧室８側から圧油が供給されることによって上昇した油圧に応じた荷重であるから、油圧源３の油圧が高い場合であってもスプリング２２の弾性力あるいはばね定数を、上記の可変弁機構を設けていない場合に比較して小さくすることができる。

また一方、前述したように背圧室９の油圧は、パイロット弁２０によって制御され、その圧力は電流に応じた圧力であるから、結局、ピストン７および弁体１４の停止する位置、言い換えれば、ストローク量は電流に応じたものとなる。さらに出力ポート１２の開度およびそれに応じた流量は、ピストン７および弁体１４のストローク量に対応しているから、供給弁５からプーリ１の油圧室２に供給される圧油の流量はパイロット弁２０の電流に比例する。このように、この発明に係る上記の油圧制御バルブおよび油圧制御装置では、油圧源３の油圧の高低に拘わらずパイロット弁２０の電流に応じた（あるいは比例した）流量に制御できるので、油圧の制御性が向上する。また、ピストン７を閉弁方向に押圧するスプリング２２をばね定数が相対的に小さいものとすることができるので、油圧制御バルブ全体としての構成、あるいは油圧制御装置の全体としての構成を小型化することができる。

つぎにこの発明に係る油圧制御バルブおよび油圧制御装置の他の例を説明する。上述した具体例から知られるように、この発明は、ピストン７および弁体１４が開弁方向にストロークした場合、そのストローク量に応じて背圧室９の油圧を上昇させるように構成されていればよいのであり、したがって可変弁機構は、背圧室９に対する圧油の流入をピストン７および弁体１４のストローク量に応じて増大させる替わりに、背圧室９からの圧油の流出の制限をピストン７および弁体１４のストローク量に応じて強くするように構成されていてもよい。図３および図４にその一例を示してある。これらの図３および図４に示す例では、ピストン７に形成されている油路１６にオリフィス２４が設けられ、またニードルバルブ１７がピストン７における背圧室９側の端面中央部に、排出孔１８に向けて突出させて設けられている。したがって、ここに示す例における可変弁機構は、排出孔１８とピストン７に設けられたニードルバルブ１７とによって構成され、ピストン７の開弁方向へのストローク量が増大することに伴って、ニードルバルブ１７の先端部が排出孔１８に深く挿入され、それに伴って排出孔１８の開口面積が減じられるようになっている。したがって、このニードルバルブ１７がこの発明における軸状弁体に相当している。他の構成は、図１および図２に示す構成と同様であり、したがって図３および図４に図１および図２と同様の符号を付してその説明を省略する。

パイロット弁２０をオフにしてそのコイル２３に通電していない全閉状態では、図３に示すように、プランジャ２１の先端部が排出孔１８の開口端に突き当たって排出孔１８が閉じられている。そのため、背圧室９に正圧室８と同様の油圧が押し込められてこれら正圧室８と背圧室９との油圧がバランスし、ピストン７および弁体１４はスプリング２２によって正圧室８側に押され、弁体１４が出力ポート１２を閉じている。また、ピストン７に設けられているニードルバルブ１７が排出孔１８から抜け出ており、あるいは先端部が僅かに排出孔１８に入っている程度であって、排出孔１８は背圧室９に対してはほぼ全開になっている。

パイロット弁２０に通電すると、その電流に応じてプランジャ２１が引き戻されて排出孔１８の開口端から離れ、排出孔１８の開口面積が増大するので、背圧室９から圧油が流出する。こうして、正圧室８と背圧室９との間に圧力差が生じるので、その圧力差に基づく荷重によってピストン７および弁体１４が開弁方向に移動する。その場合、背圧室９は油路１６を介して正圧室８と連通しているが、オリフィス２４による絞り効果によって背圧室９の油圧が正圧室８の油圧より低い状態に維持される。

ピストン７が背圧室９側に移動すると、図４に示すように、その端面中央部に設けられているニードルバルブ１７が排出孔１８に次第に挿入される。前述したようにニードルバルブ１７の先端部はテーパ状に形成されているので、排出孔１８に対する挿入深さ（長さ）が増加すると、排出孔１８の中心部をニードルバルブ１７が占有してしまい、排出孔１８の開口面積が減少する。すなわち、背圧室９から排出孔１８を介して流出する圧油の量が制限される。ピストン７が背圧室９側に移動するのに対して背圧室９からの圧油の流出が制限されることにより、背圧室９の油圧が増大する。その増大傾向は、油圧源３の油圧が高いことにより正圧室８と背圧室９との間の差圧が大きいほど、急になる。

このようにして増大した背圧室９の油圧に基づく荷重と、スプリング２２が圧縮されることによる弾性力とが、正圧室８の油圧に基づいてピストン７に作用する押圧力とバランスする位置でピストン７および弁体１４が停止し、出力ポート１２の開口面積はその位置に応じたものとなる。したがって、図３および図４に示すように構成した場合であっても、前述した図１および図２に示す例と同様に、油圧源３の油圧の高低に拘わらずパイロット弁２０の電流に応じた（あるいは比例した）流量に制御でき、油圧の制御性が向上する。また、ピストン７を閉弁方向に押圧するスプリング２２をばね定数が相対的に小さいものとすることができるので、油圧制御バルブ全体としての構成、あるいは油圧制御装置の全体としての構成を小型化することができる。

この発明で採用できる可変弁機構の他の例を説明する。図５および図６に示す例は、スプール型に構成した例である。具体的に説明すると、ピストン７の外周部で軸線方向でのほぼ中央部に凹部７Ａが形成され、ピストン７の外周部はその凹部７Ａによって二つのランド部７Ｂ，７Ｃに区分されている。これらのランド部７Ｂ，７Ｃのうち背圧室９側の後端ランド部７Ｃには、凹部７Ａと背圧室９とを連通させる油路１６が形成されている。また、シリンダ部６の外周壁部には、内外に貫通した連通用ポート部６Ａが形成されている。この連通用ポート部６Ａは、凹部７Ａと入力ポート１１もしくは正圧室８とを連通させるためのものであって、上記の後端ランド部７Ｃによって開度が変化させられる位置に形成されている。すなわち、後端ランド部７Ｃと凹部７Ａとの境界部分である後端ランド部７Ｃのエッヂ部が前後動する範囲に形成されている。より具体的には、ピストン７が全閉位置に前進している状態で、後端ランド部７Ｃが連通用ポート部６Ａの大半を覆って、連通用ポート部６Ａが凹部７Ａに対して僅かに開口もしくは連通し、またピストン７が開弁方向に後退移動することにより、後端ランド部７Ｃの上記のエッヂ部が連通用ポート部６Ａの中心部を経て他方の周辺部に向けて移動し、連通用ポート部６Ａの開口端を覆う量が減少して凹部７Ａに対する連通用ポート部６Ａの開口面積が増大するようになっている。したがって、これら凹部７Ａおよび連通用ポート部６Ａがこの発明における可変弁機構を構成している。なお、図５および図６に示す構成では、前述したニードルバルブ１７やこれが挿入される貫通孔などは設けられておらず、他の構成は図１あるいは図２に示す構成と同様であるから、図５および図６に図１および図２と同様の符号を付してその説明を省略する。

これら図５および図６に示す例においても、上述した各具体例と同様に作用させることができる。すなわち、パイロット弁２０に通電すると、その電流に応じてプランジャ２１が引き戻されて排出孔１８の開口端から離れ、排出孔１８の開口面積が増大するので、背圧室９から圧油が流出する。こうして、正圧室８と背圧室９との間に圧力差が生じるので、その圧力差に基づく荷重によってピストン７および弁体１４が開弁方向に移動する。その場合、背圧室９は油路１６および連通用ポート部６Ａを介して正圧室８と連通しているが、連通用ポート部６Ａの凹部７Ａに対する開口面積が小さく、それによるオリフィス効果によって背圧室９の油圧が正圧室８の油圧より低い状態に維持される。

ピストン７が背圧室９側に移動すると、図６に示すように、後端ランド部７Ｃの連通用ポート部６Ａの開口端に重なる量が少なくなって連通用ポート部６Ａの実質的な開口面積が増大する。これは、前述した図１および図２に示す例ではニードルバルブ１７の油路１６に対する挿入長さが短くなるのと同様の作用であり、正圧室８から連通用ポート部６Ａおよび油路１６を介して背圧室９に流入する圧油の量が増加する。こうして背圧室９の油圧が増大し、その増大傾向は、油圧源３の油圧が高いことにより正圧室８と背圧室９との間の差圧が大きいほど、急になる。

このようにして増大した背圧室９の油圧に基づく荷重と、スプリング２２が圧縮されることによる弾性力とが、正圧室８の油圧に基づいてピストン７に作用する押圧力とバランスする位置でピストン７および弁体１４が停止し、出力ポート１２の開口面積はその位置に応じたものとなる。したがって、図５および図６に示すように構成した場合であっても、前述した図１ないし図４に示す各例と同様に、油圧源３の油圧の高低に拘わらずパイロット弁２０の電流に応じた（あるいは比例した）流量に制御でき、油圧の制御性が向上する。また、ピストン７を閉弁方向に押圧するスプリング２２をばね定数が相対的に小さいものとすることができるので、油圧制御バルブ全体としての構成、あるいは油圧制御装置の全体としての構成を小型化することができる。

図７ないし図９に示す例は、シリンダ部６の内壁面に軸線方向に沿う所定長さの溝部を形成し、その溝部を正圧室８と背圧室９とを連通させる連通路とするとともに、その溝部の正圧室８に対する開口面積あるいは背圧室９に対する開口面積をピストン７の位置に応じて変化させるように構成した例である。具体的に説明すると、図７および図８に示すように、シリンダ部６の内壁面に、ピストン７の軸線方向での長さと、ピストン７が前後動する長さとを加えた長さの範囲より幾分長い範囲に亘って溝部６Ｂが形成されており、その溝部６Ｂの正圧室８側の端部は、全閉位置まで前進しているピストン７の正圧室８側の前端縁にほぼ一致し、あるいはピストン７の前端縁よりも僅かに正圧室８側に寄った位置に設定されている。すなわち、ピストン７が全閉位置に前進している状態であっても正圧室８に対して溝部６Ｂが僅かに開口していて正圧室８と背圧室９とが溝部６Ｂによって連通し、また正圧室８に対する溝部６Ｂの開口面積が小さいことにより、その小さい開口面積の部分で絞り作用が生じるようになっている。また、溝部６Ｂの背圧室９側の端部は、全開位置まで後退しているピストン７の背圧室９側の後端縁よりも背圧室９を形成しているエンドプレート１３側に寄った位置に設定されており、したがって溝部６Ｂは背圧室９に対しては常時開口するように構成されている。したがって、これら溝部６Ｂおよびその開口面積を変化させるピストン７がこの発明における可変弁機構を構成している。なお、図５および図６に示す構成では、前述したニードルバルブ１７やこれが挿入される貫通孔などは設けられておらず、他の構成は図１あるいは図２に示す構成と同様であるから、図７ないし図９に図１および図２と同様の符号を付してその説明を省略する。

これら図７ないし図９に示す例においても、上述した各具体例と同様に作用させることができる。すなわち、パイロット弁２０に通電すると、その電流に応じてプランジャ２１が引き戻されて排出孔１８の開口端から離れ、排出孔１８の開口面積が増大するので、背圧室９から圧油が流出する。こうして、正圧室８と背圧室９との間に圧力差が生じるので、その圧力差に基づく荷重によってピストン７および弁体１４が開弁方向に移動する。その場合、背圧室９は溝部６Ｂを介して正圧室８と連通しているが、溝部６Ｂの正圧室８に対する開口面積が小さく、それによるオリフィス効果によって背圧室９の油圧が正圧室８の油圧より低い状態に維持される。

ピストン７が背圧室９側に移動すると、図９に示すように、ピストン７の前端縁が溝部６Ｂの正圧室８側の端部から離れるので、溝部６Ｂの正圧室８に対する開口面積が増大する。これは、前述した図１および図２に示す例ではニードルバルブ１７の油路１６に対する挿入長さが短くなるのと同様の作用であり、あるいは図５および図６に示す後端ランド部７Ｃが連通用ポート部６Ａの開口面積を増大させるのと同様の作用である。その結果、正圧室８から溝部６Ｂを介して背圧室９に流入する圧油の量がピストン７のストローク量の増大に応じて増加する。こうして背圧室９の油圧が増大し、その増大傾向は、油圧源３の油圧が高いことにより正圧室８と背圧室９との間の差圧が大きいほど、急になる。

このようにして増大した背圧室９の油圧に基づく荷重と、スプリング２２が圧縮されることによる弾性力とが、正圧室８の油圧に基づいてピストン７に作用する押圧力とバランスする位置でピストン７および弁体１４が停止し、出力ポート１２の開口面積はその位置に応じたものとなる。したがって、図７ないし図９に示すように構成した場合であっても、前述した図１ないし図６に示す各例と同様に、油圧源３の油圧の高低に拘わらずパイロット弁２０の電流に応じた（あるいは比例した）流量に制御でき、油圧の制御性が向上する。また、ピストン７を閉弁方向に押圧するスプリング２２をばね定数が相対的に小さいものとすることができるので、油圧制御バルブ全体としての構成、あるいは油圧制御装置の全体としての構成を小型化することができる。

なお、上述した各具体例は、プーリ１の油圧室２に油圧を供給するための油圧制御バルブあるいは油圧制御装置にこの発明を適用した例であるが、この発明は上記の油圧室などの制御対象部から油圧を排出するための油圧制御バルブや油圧制御装置に適用することができる。また、上記の各具体例では、パイロット弁をシリンダ部に一体に取り付けた例を示したが、この発明におけるパイロット弁は、要は、背圧室から圧油を排出する制御を行うよう構成されていればよく、その配置位置は上記の具体例で示した位置に限定されない。

１…プーリ、 ２…油圧室（油圧アクチュエータ）、 ３…油圧源、 ４…供給油路、 ５…供給弁、 ６…シリンダ部、 ７…ピストン、 ８…正圧室、 ９…背圧室、 １１…入力ポート、 １２…出力ポート、 １３…エンドプレート、 １４…弁体、 １５…スプリング、 １６…油路、 １７…ニードルバルブ、 １８…排出孔、 １９…外部油路、 ２０…パイロット弁、 ２１…プランジャ、 ２２…スプリング、 ２３…コイル、 ２４…オリフィス、 ７Ａ…凹部、 ７Ｂ，７Ｃ…ランド部、 ６Ａ…連通用ポート部、 ６Ｂ…溝部。

Claims (7)

1. ポートを開閉する弁体を移動させるピストンを開弁方向に押圧する油圧が供給される正圧室と、前記ピストンを閉弁方向に押圧する油圧が供給される背圧室とが前記ピストンを挟んだ両側に形成されるとともに、そのピストンを閉弁方向に押圧する弾性体が設けられ、前記正圧室と背圧室とが連通路によって連通され、さらに前記背圧室には電気的に制御されて開口することにより背圧室から油圧を流出させるとともにその開口面積が電流に応じて増大するパイロット弁が連通され、前記ピストンおよび弁体の閉弁方向への移動量に応じて前記ポートの開口面積が増大して流量が増加するように構成された油圧制御バルブにおいて、
   前記ピストンおよび弁体の開弁方向への移動量に応じて、前記正圧室から背圧室に流れる圧油の量を増大させ、あるいは前記背圧室から流出する圧油の量を減少させて前記背圧室の油圧を増大させる可変弁機構を備えていることを特徴とする油圧制御バルブ。
2. 前記可変弁機構は、前記ピストンを貫通している貫通孔と、その貫通孔に挿入されるとともに前記ピストンおよび弁体が開弁方向に移動することに伴って貫通孔に対する挿入長さが短くなって前記貫通孔の開口面積が増大するニードルバルブとを有することを特徴とする請求項１に記載の油圧制御バルブ。
3. 前記背圧室には前記パイロット弁によって開口させられる排出孔が形成され、
   前記可変弁機構は、前記ピストンおよび弁体が開弁方向に移動することに伴って前記排出孔の開口面積を減少させるように構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の油圧制御バルブ。
4. 前記可変弁機構は、前記ピストンに一体に設けられ、先端部がテーパ状に形成された軸状弁体を備え、その軸状弁体の前記排出孔への挿入長さに応じて前記排出孔の開口面積が減少するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の油圧制御バルブ。
5. 前記ピストンをその軸線方向に前後動可能に収容したシリンダ部を更に備え、
   前記正圧室は、前記シリンダ部の内部でかつ前記ピストンを挟んだ一方側に形成され、
   前記背圧室は、前記シリンダ部の内部でかつ前記ピストンを挟んだ他方側に形成され、
   前記可変弁機構は、前記シリンダ部の内周面に開口しかつ前記背圧室に連通している、前記ピストンの外周部に形成された凹部と、前記正圧室に連通されかつ前記ピストンが開弁方向に移動することに伴って前記凹部に対する開口面積が増大する、前記シリンダ部に形成された連通用ポート部とを備えている
   ことを特徴とする請求項１に記載の油圧制御バルブ。
6. 前記ピストンをその軸線方向に前後動可能に収容したシリンダ部を更に備え、
   前記正圧室は、前記シリンダ部の内部でかつ前記ピストンを挟んだ一方側に形成され、
   前記背圧室は、前記シリンダ部の内部でかつ前記ピストンを挟んだ他方側に形成され、
   前記可変弁機構は、前記シリンダ部の内周面に前記背圧室から前記正圧室に到る範囲に形成された溝部を備え、その溝部の前記正圧室に対する開口面積が前記ピストンが開弁方向に移動することに伴って増大するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の油圧制御バルブ。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の油圧制御バルブが、ベルト式無段変速機のプーリにおける油圧室と油圧源との間に設けられ、前記出力ポートおよび前記開閉弁が前記油圧室に連通されていることを特徴とする油圧制御装置。

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