JP2016161072A

JP2016161072A - 油圧制御弁

Info

Publication number: JP2016161072A
Application number: JP2015041409A
Authority: JP
Inventors: 辰徳清水; Tatsunori Shimizu
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2015-03-03
Filing date: 2015-03-03
Publication date: 2016-09-05
Also published as: WO2016140162A1

Abstract

【課題】シンプルな構成の組立ての容易な油圧制御弁を提供することである。
【解決手段】電動モータ１２、ボールねじ２１およびスプールバルブ４０をタンデムに配置し、電動モータの回転軸１２ａの回転をボールねじ２１によってスプールバルブ４０のスプール５１の軸方向への移動に変換する油圧制御弁において、ボールねじ２１のナット２４を電動モータ１２の回転軸１２ａに接続し、ねじ軸２２をスプール５１の端部に一体に設けて軸方向長さのコンパクト化を図る。
【選択図】図１

Description

この発明は、Ｖベルト式無段変速機の変速比切換用シリンダを油圧制御する場合やオートマチックトランスミッションに組み込まれたクラッチを油圧制御する場合等に用いられる油圧制御弁に関する。

オートマチックトランスミッションに組み込まれた変速比切換用クラッチの油圧制御に用いられる油圧制御弁には、応答性および位置制御性に優れ、流体圧力の影響を受けることが少ないスプールタイプのものが採用されるようになってきている。

スプールタイプの油圧制御弁として下記特許文献１に記載されたものが従来から知られている。この油圧制御弁においては、電動モータと、ボールねじと、スプールバルブとからなり、上記ボールねじによって電動モータの回転軸の回転をスプールバルブのスプールの軸方向への直線運動に変換して、スプールバルブの開閉を制御するようにしている。

ところで、上記油圧制御弁においては、電動モータ、ボールねじおよびスプールバルブをタンデムの配置としているため、軸方向長さが長く、ボールねじとスプールバルブが別体であるため、構造が複雑であり、組立てに手間がかかるという問題がある。

そのような問題点を解決するため、特許文献２に記載された油圧制御弁においては、ボールねじにおけるナットとスプールバルブのスプールを連結・一体化して、軸方向長さのコンパクト化を図るようにしている。

特開平１０−５８１１４号公報特開２０００−２８０２３号公報

ところで、上記特許文献２に記載された従来のスプールバルブにおいては、軸方向長さのコンパクト化を図ることができるものの、ボールねじのねじ軸を電動モータによって回転し、そのねじ軸の回転により軸方向に移動するナットを円筒状のスプールに一体的に結合する構成であるため、構造が複雑で組立てに手間がかかる不都合がある。

また、特許文献１に記載された油圧制御弁に比較して軸方向長さが短いものの、ナットの端部から外部に臨むねじ軸の端部を軸受で回転自在に支持する必要があるため軸方向長さが長く、その軸方向長さのコンパクト化を図る上において、改善すべき点が残されている。

この発明の課題は、シンプルな構成の組立ての容易な軸方向長さのコンパクトな油圧制御弁を提供することである。

上記の課題を解決するため、この発明においては、電動モータと、ボールねじと、バルブボディ内にスプールが組み込まれ、そのスプールの軸方向への移動によって流路を開閉するスプールバルブのそれぞれがタンデムの配置とされ、前記ボールねじによって前記電動モータの回転軸の回転運動を前記スプールバルブのスプールの軸方向への直線運動に変換して、スプールバルブを開閉操作する油圧制御弁において、前記ボールねじにおけるナットを前記電動モータの回転軸に接続して定位置で回転自在に支持し、前記ナットにボールを介してねじ係合するねじ軸を前記スプールの端部に一体に設けた構成を採用したのである。

上記の構成からなる油圧制御弁において、電動モータを回転すると、ナットが回転し、そのナットにボールを介してねじ係合するねじ軸が軸方向に移動する。このとき、ねじ軸はスプールに一体に設けられているため、スプールが軸方向に移動してスプールバルブにおける流路が開閉される。

この発明に係る油圧制御弁においては、電動モータの回転軸にナットを接続し、そのナットにねじ係合するねじ軸をスプールの端部に一体に設けているため、電動モータにねじ軸を接続し、そのねじ軸にねじ係合するナットをスプールに連結する油圧制御弁に比較して軸方向長さのコンパクト化を図ることができる。

すなわち、電動モータにねじ軸を接続し、そのねじ軸にねじ係合するナットをスプールに連結する油圧制御弁においては、ナットの端部から外部に臨むねじ軸の端部を軸受で回転自在に支持する必要があるため、軸方向長さが長くなる。

これに対して、この発明に係る油圧制御弁のように、電動モータの回転軸にナットを接続し、そのナットにねじ係合するねじ軸をスプールの端部に一体に設けることによって、ねじ軸を軸受によって回転自在に支持する必要がなくなり、軸受を不要とし得る分、軸方向長さのコンパクト化を図ることができる。

ここで、ナットの外径面に嵌合した軸受でナットを回転自在に支持し、その軸受の嵌合部位をナットの内径面に形成されたねじ溝と径方向で対向する部位とすることにより、ナットを精度よく回転自在に支持することができると共に、油圧制御弁の軸方向長さのよりコンパクト化を図ることができる。

また、電動モータの回転軸とナットをカップリングで接続し、そのカップリングおよびナットを一端部が電動モータに接続され、他端部がバルブボディの端部に嵌合されたナットケースで覆い、上記カップリングの前記ナットの端部から外部に露出する端部外径面と前記ナットケースの内径面の対向部間をオイルシールの組み込によって密封することにより、スプールバルブ内のオイルの外部への漏洩を防止することができる。

また、オイルシールはカップリングに対して並列の配置とされるため、軸方向長さのコンパクト化を図ることができる。

ここで、ナットケースをスプールバルブに向けて大径とされる多段円筒状とすることにより、プレス成形や鍛造によって簡単に製造することができる。

また、ねじ軸を転造により成形し、そのねじ軸の転造素材径（転造下径）をスプールにおけるランドの外径と同一径とすると、ねじ軸転造素材の下径加工とランドの外径加工を同時に行うことができ、ねじ軸付きスプールを旋削によって製作する場合に比較して製作の容易化と製作コストの低減を図ることができる。

この発明においては、上記のように、電動モータによってナットを回転し、そのナットにボールを介してねじ係合するねじ軸をスプールの端部に一体化したことにより、軸方向長さのコンパクトなシンプルな構成の組立ての容易な油圧制御弁を得ることができる。

この発明に係る油圧制御弁の実施の形態を示す縦断面図図１の運動変換機構部およびスプールバルブ部を拡大して示す断面図図２のIII−III線に沿った断面図（ａ）はねじ軸転造素材を示す正面図、（ｂ）は転造後のねじ軸を示す正面図スプールバルブの開放状態を示し、（I）は入力ポートと出力ポートが連通する開放状態の断面図、（II）は出力ポートとタンクポートが連通する開放状態の断面図

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、この発明に係る油圧制御弁は、電動モータ部１０と、回転運動を直線運動に変換する運動変換機構部２０と、スプールバルブ４０とからなり、上記電動モータ部１０、運動変換機構部２０およびスプールバルブ４０のそれぞれがタンデムの配置とされている。

電動モータ部１０は、モータケース１１と、その内部に収容された電動モータ１２とからなる。電動モータ１２として、ここでは、サーボモータが採用されているが、パルスモータであってもよい。この電動モータ１２の回転軸１２ａは、電動モータ１２にねじ止めされた後述のナットケース３２の内部に臨んでいる。

図２に示すように、運動変換機構部２０は、ボールねじ２１と、そのボールねじ２１を覆うナットケース３２からなる。ボールねじ２１は外周にねじ溝２３が形成されたねじ軸２２と、そのねじ軸２２の外側に嵌合されたナット２４と、そのナット２４の内周に形成されたねじ溝２５とねじ軸２２のねじ溝２３間に組み込まれたボール２６とからなり、上記ナット２４が電動モータ１２の回転軸１２ａにカップリング２７を介して接続されている。

ここで、カップリング２７は、図２および図３に示すように、円柱状をなし、その軸心上に形成された中心孔２８に電動モータ１２の回転軸１２ａが挿入されて回り止めされている。回り止めに際し、ここでは、カップリング２７と回転軸１２ａをセレーション２９の嵌合としている。

また、カップリング２７の先端部外周には一対の平坦部３０が対向位置に設けられている。カップリング２７はナット２４の後端部内に対する先端部の嵌合によって電動モータ１２の回転軸１２ａとナット２４を接続する。その接続状態で平坦部３０がナット２４の後端部内周に形成された平坦部３１に係合し、電動モータ１２によってナット２４が回転駆動される。

図２に示すように、ナットケース３２は、小径筒部３２ａの端部に中径筒部３２ｂが設けられ、その中径筒部３２ｂの端部に大径筒部３２ｃが設けられた多段円筒状のプレス成形品からなる。なお、プレス成形に代えて、鍛造により成形してもよい。

上記ナットケース３２は、小径筒部３２ａの端部から内向きに形成されたフランジ部３２ｄが電動モータ１２の先端面に衝合され、そのフランジ部３２ｄを貫通して電動モータ１２にねじ込まれるビス３３の締め付けで電動モータ１２に対しての取り付けとされており、大径筒部３２ｃがスプールバルブ４０に向く取り付けとされている。

また、ナットケース３２は、中径筒部３２ｂがモータケース１１の開口端部に設けられた大径の接続筒部１１ａに嵌合されて密封状の接続とされ、かつ、大径筒部３２ｃが後述するスプールバルブ４０のバルブボディ４１に対してオイル漏れのない密封状の接続とされる。

ナットケース３２における小径筒部３２ａの内径面には環状のオイルシール３４が組み込まれている。オイルシール３４の内径面はカップリング２７のナット２４の後端部から外部に臨む後端部の円筒状外径面に弾性接触して、スプールバルブ４０からナットケース３２内に浸入するオイルがオイルシール３４とカップリング２７の接触部から小径筒部３２ａの後端部内に漏洩するのを防止するようになっている。

また、ナットケース３２の大径筒部３２ｃ内には軸受３５が嵌合され、その軸受３５によってナット２４が回転自在に支持されている。ここで、軸受３５のナット２４に対する嵌合部位は、そのナット２４の内径面に形成されたねじ溝２５と径方向で対向する部位とされ、ナット２４の軸方向中央部の外径面に設けられた環状突出部３６により軸方向に位置決めされ、ナット２４の先端部外径面に取り付けられた止め輪３７によって抜止めされている。

図１および図２に示すように、スプールバルブ４０は、バルブボディ４１を有し、そのバルブボディ４１の一端部には段付き凹部４２が設けられ、その段付き凹部４２の大径凹部４２ａにナットケース３２の大径筒部３２ｃの先端部が嵌合されて密封状の接続状態とされている。

バルブボディ４１には一端から他端に貫通するスプール挿入孔４３が形成され、そのスプール挿入孔４３の先端はバルブボディ４１の他端面に取り付けられた端板４４によって閉塞されている。

スプール挿入孔４３の内径面には、ボールねじ２１側から順に第１周溝４５、第２周溝４６および第３周溝４７が設けられている。一方、バルブボディ４１の外周には、第１周溝４５に連通する入力ポート４８、第２周溝４６に連通する出力ポート４９および第３周溝４７に連通するタンクポート５０が設けられている。

スプール挿入孔４３には軸状のスプール５１が挿入されている。スプール５１のボールねじ２１側の一端部は、前述の凹部４２内に位置し、そのスプール５１の一端部にボールねじ２１のねじ軸２２が一体に設けられている。

スプール５１には、ねじ軸２２側の一端部から順にスプール挿入孔４３の内径面に沿って摺動可能な第１ランド５２、第２ランド５３および第３ランド５４が設けられ、隣接する第１ランド５２と第２ランド５３間に溝状の第１通油路５５が設けられている。また、第２ランド５３と第３ランド５４間に第２通油路５６が設けられている。

上記スプール５１は、第２ランド５３が入力ポート４８と出力ポート４９および出力ポート４９とタンクポート５０を遮断する中立位置（通路閉鎖位置）から図５（I）に示すように、第１通油路５５が入力ポート４８と出力ポート４９を連通させると共に第２ランド５３が出力ポート４９とタンクポート５０を遮断する第１の位置（第１通路開放位置）と、図５（II）に示すように、第２ランド５３が入力ポート４８と出力ポート４９を遮断すると共に第２通油路５６が出力ポート４９とタンクポート５０を連通する第２の位置（第２通路開放位置）との間で移動自在とされている。

ここで、ねじ軸２２が一体に設けられたスプール５１が回転自在の支持であると、ナット２４の回転によりねじ軸２２も回転して、スプール５１を軸方向に移動させることができない。そのため、スプール５１を回り止め機構５７により回り止めしている。

回り止め機構５７として、ここでは、図１に示すように、スプール５１における他端面の中心に対する偏心位置にピン５８を突設し、そのピン５８を端板４４に形成されたピン孔５９にスライド自在に挿入している。回り止め機構５７はこれに限定されるものではない。

図４（ｂ）に示すように、スプール５１の一端部に一体に設けられたねじ軸２２は、旋削により形成されたものでもよく、転造により成形されたものでもよい。実施の形態では転造により成形している。

ねじ軸２２の転造に際し、図４（ａ）に示すように、ねじ軸転造素材Ｗの外径（転造素材径）Ｄ_Ｗをランド５２乃至５４の加工前の外径Ｄ_０と同径とし、ねじ軸転造素材Ｗの下径加工とランド５２乃至５４の外径加工を同時に行い、その加工後、ねじ軸転造素材Ｗを転造加工してねじ溝２３を形成している。

ここで、図４（ｂ）において、Ｄ_１はランド５２の加工後の外径を示し、Ｄ_２はねじ軸転造素材Ｗの下径加工後の外径を示す。また、Ｄ_３はねじ溝２３の谷の径を示し、さらに、Ｄ_４はねじ軸２２の外径を示す。これらは、Ｄ_３≦Ｄ_１≦Ｄ_４の関係とされている。

実施の形態で示す油圧制御弁は上記の構造からなり、その油圧制御弁を採用して、例えば、図１に示すＶベルト式無段変速機（ＣＶＴ）の変速比切換用のシリンダＳを油圧制御する場合は、入力ポート４８とオイルポンプＰの吐出口を油路Ｔ_１で連通し、出力ポート４９とＶベルト式無段変速機（ＣＶＴ）の駆動プーリ６０を形成するスライドプーリ６１をフィックスプーリ６２に向けて移動させるシリンダＳの給・排油口を油路Ｔ_２で連通する。

ここで、Ｖベルト式無段変速機（ＣＶＴ）においては、フィックスプーリ６２に対するスライドプーリ６１の移動によって駆動プーリ６０に掛かるＶベルト６３の巻き径および従動プーリ６４に掛かるＶベルト６３の巻き径を変化させて変速比を変化させるようにしている。

図１は、スプールバルブのスプール５１が中立位置に位置する状態を示し、入力ポート４８と出力ポート４９および出力ポート４９とタンクポート５０は上記スプール５１で遮断されている。

図１に示す状態から電動モータ１２を駆動すると、ナット２４の回転によりねじ軸２２が軸方向に移動し、そのねじ軸２２に接続されたスプール５１が軸方向に移動される。

上記電動モータ１２の一方向への回転によりスプール５１を第１通路開放位置に向けて移動させると、図５（I）に示すように、入力ポート４８と出力ポート４９がスプール５１の第１通油路５５を介して連通すると共に、第２ランド５３が出力ポート４９とタンクポート５０を遮断し、オイルポンプＰから吐出されるオイルがシリンダＳ内に送り込まれ、駆動プーリ６０を形成するスライドプーリ６１がフィックスプーリ６２に向けて移動して、駆動プーリ６０が高速側に変速される。

一方、電動モータ１２の他方向への回転によりスプール５１を第２通路開放位置に向けて移動させると、図５（II）に示すように、スプール５１の第２ランド５３により入力ポート４８と出力ポート４９は遮断されると共に、第２通油路５６により出力ポート４９とタンクポート５０が連通し、シリンダＳのオイルはタンクポート５０に排油され、Ｖベルト６３の張力によりスライドプーリ６１がフィックスプーリ６２から離反する方向に向けて移動して、駆動プーリ６０が低速側に変速される。

Ｖベルト式無段変速機（ＣＶＴ）が所定の変速比に切り換えられると、電動モータ１２を逆転し、スプール５１を中立位置（通路閉鎖位置）に戻す。図１は、スプール５１を通路閉鎖位置に戻した状態を示し、その通路閉鎖位置において、入力ポート４８と出力ポート４９および出力ポート４９とタンクポート５０のそれぞれがスプール５１の第２ランド５３により遮断され、Ｖベルト式無段変速機（ＣＶＴ）は等速性が維持される。

図１に示す実施の形態のように、ボールねじ２１におけるナット２４にボール２６を介してねじ係合するねじ軸２２をスプール５１の端部に一体に設けることにより、電動モータ１２によってねじ軸２２を回転し、ナット２４を軸方向に移動させる場合に比較して、軸方向長さのコンパクトなシンプルな構成の組立ての容易な油圧制御弁を得ることができる。

また、ナット２４を覆うナットケース３２の内径面とナット２４の端部から外部に露出するカップリング２７の一端部外径面間をオイルシール３４で密封することにより、スプールバルブ４０内のオイルの外部への漏洩を防止することができる。また、オイル漏れを防止する上記オイルシール３４をカップリング２７に並列に配置することで軸方向長さのコンパクト化を図ることができる。

図４（ａ）、（ｂ）に示すように、ねじ軸２２を転造により成形し、そのねじ軸２２の転造素材の外径（転造下径）Ｄ_Ｗをスプール５１におけるランド５２乃至５４の外径と同一径とすると、ねじ軸転造素材Ｗの下径加工とランド５２乃至５４の外径加工を同時に行うことができるので、ねじ軸付きスプール５１を旋削によって製作する場合に比較して製作の容易化と製作コストの低減を図ることができる。

１２電動モータ
１２ａ回転軸
２１ボールねじ
２２ねじ軸
２３ねじ溝
２４ナット
２５ねじ溝
２６ボール
２７カップリング
３２ナットケース
３４オイルシール
３５軸受
４０スプールバルブ
４１バルブボディ
５１スプール
５２第１ランド
５３第２ランド
５４第３ランド

Claims

電動モータ（１２）と、ボールねじ（２１）と、バルブボディ（４１）内にスプール（５１）が組み込まれ、そのスプール（５１）の軸方向への移動によって流路を開閉するスプールバルブ（４０）のそれぞれがタンデムの配置とされ、前記ボールねじ（２１）によって前記電動モータ（１２）の回転軸（１２ａ）の回転運動を前記スプールバルブ（４０）のスプール（５１）の軸方向への直線運動に変換して、スプールバルブ（４０）を開閉操作する油圧制御弁において、
前記ボールねじ（２１）におけるナット（２４）が前記電動モータ（１２）の回転軸（１２ａ）に接続されて定位置で回転自在に支持され、前記ナット（２４）にボール（２６）を介してねじ係合するねじ軸（２２）が前記スプール（５１）の端部に一体に設けられていることを特徴とする油圧制御弁。
前記ナット（２４）が、その外径面に嵌合された軸受（３５）で回転自在に支持され、その軸受（３５）の嵌合部位がナット（２４）の内径面に形成されたねじ溝（２５）と径方向で対向する部位とされた請求項１に記載の油圧制御弁。
前記電動モータ（１２）の回転軸（１２ａ）と前記ナット（２４）をカップリング（２７）で接続し、そのカップリング（２７）およびナット（２４）を一端部が前記電動モータ（１２）に接続され、他端部が前記バルブボディ（４１）の端部に嵌合されたナットケース（３２）で覆い、前記カップリング（２７）の前記ナット（２４）の端部から外部に露出する端部外径面と前記ナットケース（３２）の内径面の対向部間をオイルシール（３４）の組込みにより密封した請求項１又は２に記載の油圧制御弁。
前記ナットケース（３２）が、前記スプールバルブ（４０）に向けて順次大径とされる多段円筒状とされた請求項３に記載の油圧制御弁。
前記ねじ軸（２２）が転造により成形され、そのねじ軸（２２）における転造素材径が前記スプール（５１）におけるランド（５２〜５４）の外径と同一径とされた請求項１乃至４のいずれか１項に記載の油圧制御弁。