JP3890593B2 - スプール弁装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スプール弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動変速機のライン圧調圧弁には、複数のランドを有しているスプールを用いたスプール弁装置が知られている（特許文献１参照。）。
特許文献１のようにスプールを用いた従来のスプール弁装置を図７に示す。スプール弁装置１１０は収容部材１１１、スプール１１２、コイルスプリング１１４等を備えている。収容部材１１１は筒部１２０および複数の流体通路等を有している。スプール１１２は第１大径ランド１３１、第２大径ランド１３２、第３大径ランド１３３、中径ランド１３４および小径ランド１３５を有し一部材で構成されており、筒部１２０に往復移動可能に収容されている。コイルスプリング１１４は、スプール１１２を第１大径ランド１３１側から小径ランド１３５側へと付勢している。スプール１１２の位置により、入出力ポート１２５および出力ポート１２６の出力圧が調節される。
【０００３】
【特許文献１】
特開平４−１８５９６３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、スプール弁装置１１０の出力圧を高精度に調節するためには筒部１２０の内周壁と各ランド１３１、１３２、１３３、１３４、１３５の外周面との隙間を狭くし、隙間からの流体の漏れが微小であることが望ましい。そのためには、各ランド１３１、１３２、１３３、１３４、１３５の同軸度を高くすることが望ましい。同一外径のランドだけを有するスプールを加工する場合、各ランドの同軸度を高めることは容易であるが、図７のように異なる外径のランドを有する多段のスプール１１２を加工する場合、各ランドの同軸度を高めることは困難であり、軸ずれが生じやすい。各ランドに軸ずれがあると、収容部材１１１とスプール１１２との摺動抵抗が増加し、スプール１１２の滑らかな往復移動が妨げられる恐れがある。
【０００５】
そこで、図７のような多段のスプール１１２を加工する場合、スプール１１２全体のランド径を小さくすることにより、ランド同士に軸ずれがあってもスプール１１２を滑らかに往復移動させることが考えられる。しかし、スプール１１２全体のランド径を小さくすると、筒部１２０とスプール１１２の各ランド１３１、１３２、１３３、１３４、１３５との間に形成される摺動隙間が大きくなり、流体の漏れが増加するという問題がある。
【０００６】
そこで、筒部１２０の内周壁と各ランド１３１、１３２、１３３、１３４、１３５の外周面とが重なり合うシール長を長くすれば、流体の漏れを少なくして出力圧を高精度に調節できる。しかし、収容部材１１１およびスプール１１２の軸長が長くなり、スプール弁装置１１０が大きくなるという問題がある。
【０００７】
また、スプール１１２を製造する工程において、軸長の長いスプール１１２を焼き入れするとスプール１１２に曲がりが生じるので、各ランド１３１、１３２、１３３、１３４、１３５の同軸度が高いスプール１１２を効率良く量産することは困難である。
上記のようなランドの同軸度および焼き入れによる曲がりの問題は、スプール弁装置１１０が調圧弁ではなく流路を切り換える切換弁であっても生じる問題である。
【０００８】
本発明の目的は、効率良く量産可能であって、漏れの少ないスプール弁装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載のスプール弁装置によると、スプールは複数のランドの外径の大きい方から第１径部、第２径部をこの順で有している。第１径部は１つまたは複数の最大外径のランドを有し、第２径部は第１径部のランドよりも外径が小さく１つまたは異なる外径の複数のランドを有している。第１径部および第２径部は別部材であり、第１径部および第２径部の互いに突き合うランドには流体圧力が作用していない。スプールを第１径部と第２径部との別部材にすることにより、第１径部および第２径部の軸長が短くなる。すると、製造時における焼き入れ等による第１径部および第２径部の曲がりが発生しにくくなるので、歩留まりが良くなり、第１径部および第２径部を量産することが可能となる。また、第１径部は１つまたは複数の最大外径のランドを有している。すなわち、第１径部が有しているランドは同一外径であり各ランドの同軸度が高いので、第１径部のランドの外周面と第１径部を収容している収容部材内周壁との隙間を狭くすることが可能である。したがって、第１径部において隙間からの流体の漏れを低減できる。また、流体の漏れを少なくするために、第１径部においてシール長を長くしてスプールの軸長を長くする必要がないので、スプール弁装置の軸長が長くなることを防止できる。
本発明の請求項２記載のスプール弁装置は、スプールが変位することにより出力圧を調節する調圧弁である。流体の漏れを低減できるので、出力圧を高精度に調圧できる。
【００１０】
本発明の請求項３記載のスプール弁装置によると、収容部材および第２径部はアルミニウムを使用している。アルミニウムは膨張係数が小さいので、スプール弁装置の温度が変化しても収容部材の筒部の内径および第２径部のランドの外径の変化は小さく、同材質であるため変化量は等しい。そのため、第２径部のランドの外周面と第２径部を収容している筒部の内周壁との隙間を温度変化に関わらず狭くすることが可能となり、隙間からの流体の漏れが微小となる。また、第１径部にもアルミニウムを使用してよいと考えられるが、上記のように、第１径部のランドは複数であっても同一のランド径であるから、第１径部の同軸度は高い。材質がアルミニウムでなくても第１径部において隙間からの流体の漏れが微小となるので、スプール弁装置のコストアップを最小限に抑えるために第２径部のみにアルミニウムを使用している。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す一実施例を図に基づいて説明する。
本発明のスプール弁装置を自動変速機用油圧制御装置に適用した一実施例を図２に示す。図示しない油ポンプは、オイルパンから作動油を吸入し、各摩擦要素に作動油を供給する。スプール弁装置としてのライン圧制御弁１０は、電磁弁４４の指示圧に基づき、セカンダリ弁４３とともに各摩擦要素に加える油圧の元圧（ライン圧）を生成する。
【００１２】
以下、油圧回路を制御する油圧の生成について説明する。
図示しないオイルパンから油ポンプによって作動油が吸入され、連通路１００へ高圧となって吐出される。電磁弁４４は、スロットル開度およびエンジントルク等の車両の運転状態に応じた適切なライン圧を設定するようにエンジン制御装置（ＥＣＵ）から電流指令値を受け、ライン圧制御弁１０に送出する指示圧を制御する。電磁弁４４がＥＣＵからの電流指令値により指示圧を制御し、この指示圧にしたがいライン圧制御弁１０が油ポンプから送られてきた作動油の一部を連通路１０１、１０２に放出することにより、連通路１００のライン圧が制御される。
【００１３】
上述のライン圧制御弁１０の詳細な構成を図１に示す。
ライン圧制御弁１０は収容部材１１、第１径部１２、第２径部１３、コイルスプリング１４、栓部材１５、抜け防止部材１６を有している。ライン圧制御弁１０の油路は図示しない油路ボディの油路に連通している。
【００１４】
収容部材１１はアルミニウム製であり、筒部としての第１筒部２２と第２筒部２３とを有している。第１筒部２２は第１径部１２を往復移動可能に収容している。第１筒部２２は、第１径部１２の往復移動方向のいずれか一方に開口部２１を形成し、開口部２１と直角方向に開口部２１ａを形成している。第２筒部２３は第２径部１３を往復移動可能に収容している。第１径部１２および第２径部１３は特許請求の範囲に記載したスプールを構成している。
【００１５】
第１径部１２は、鉄製であり、第１筒部２２の開口部２１側からランドとしての第１大径ランド３１、第２大径ランド３２および第３大径ランド３３を有している。各ランド３１、３２、３３の外径は等しい。また、各ランド３１、３２、３３は後述する第２径部１３の中径ランド３４の外径より大きい。第１径部１２は、入力ポート２４から供給される作動油の圧力の増減により第１筒部２２内を往復移動する。第１径部１２の第３大径ランド３３は後述する第２径部１３の中径ランド３４と往復移動方向の一方で当接しているので、第１径部１２が往復移動するとともに第２径部１３は同時に往復移動する。
【００１６】
第２径部１３は、鉄製であり、第１筒部２２の開口部２１側からランドとしての中径ランド３４および小径ランド３５を有している。中径ランド３４は第３大径ランド３３より外径が小さく、小径ランド３５は中径ランド３４より外径が小さい。第２径部１３の中径ランド３４は第１径部１２の大径ランド３３と往復移動方向の一方で当接しているので、第２径部１３が往復移動するとともに第１径部１２は同時に往復移動する。
コイルスプリング１４は、第１径部１２の往復移動方向の一方である第１筒部２２の開口部２１と反対側に第１径部１２と第１径部１２を介して第２径部１３とを付勢している。
【００１７】
栓部材１５は、入力ポート２４に供給される作動油が漏れないように第１筒部２２の開口部２１側にはめられている。
抜け防止部材１６は開口部２１ａから第１径部１２、第２径部１３、コイルスプリング１４、栓部材１５が抜け出ることを防止するために栓部材１５を係止している。
【００１８】
収容部材１１は、周壁を貫通している流体通路としての入力ポート２４、入出力ポート２５、出力ポート２６、フィードバックポート２７ａ、フィードバックポート２７ｂ、排出ポート２８および連通ポート２９を有している。入力ポート２４は、電磁弁４４から第１径部１２を往復移動させるために作動油が供給されるポートである。入出力ポート２５は図２に示す連通路１００と連通しており、図示しない油ポンプから作動油が供給され、図示しない摩擦要素に作動油を供給するポートである。出力ポート２６は図２に示す連通路１０１と連通しており、、入出力ポート２５から出力される作動油の一部をセカンダリ弁４３に供給するポートである。入出力ポート２５とフィードバックポート２７ａとは、ライン圧制御弁１０の外部で連通しており、入出力ポート２５に供給する作動油の一部がフィードバックポート２７ａに導入される。フィードバックポート２７ｂには図示しない装置から供給される作動油の一部が随時導入される。排出ポート２８は図２に示す連通路１０２と連通しており、ドレインに作動油を排出するポートである。連通ポート２９は、第１径部１２および第２径部１３がともに往復移動しているとき、第１径部１２の第２径部１３側の空間２９ａがダンパとならないように空間２９ａと外部とを連通しているポートである。
【００１９】
フィードバック室２７ｃは小径ランド３５の先端側に形成されている。そのため、フィードバック室２７ｃの油圧は栓部材１５方向に第２径部１３を押圧するように作用する。また、フィードバック室２７ｄは中径ランド３４と小径ランド３５との間に形成されており、ランドの外径の差によりフィードバックした油圧が作用している面積が異なる。そのため、フィードバック室２７ｄの油圧は栓部材１５方向に第２径部１３を押圧するように作用する。ライン圧制御弁１０において出力される油圧の一部をフィードバックするのは、供給される油圧すなわち入出力の変動により出力が変動することを防止するためである。第２径部１３は、コイルスプリング１４の付勢力および入力ポート２４に供給される作動油の圧力が第１径部１２を介して第２径部１３を押す力とフィードバック室２７ｃおよびフィードバック室２７ｄの油圧から第２径部１３が受ける力とがつり合う位置で静止する。
【００２０】
次にライン圧制御弁１０の作動油の流れについて説明する。
コイルスプリング１４の付勢力および入力ポート２４に供給される作動油の圧力が第１径部１２を介して第２径部１３を押す力とフィードバック室２７ｃおよびフィードバック室２７ｄの油圧から第２径部１３が受ける力とがつり合っているとき、第１径部１２および第２径部１３は図３に示す位置付近で小刻みに摺動している。作動油は入出力ポート２５から第１大径ランド３１の切り欠き部を通じて出力ポート２６へ流出する。また、第２大径ランド３２と内周壁２２ｂとは摺動の状態によりわずかに重なり合ったり、離れたりを繰り返し、作動油が入出力ポート２５から排出ポート２８に流出したり、しなかったりを繰り返している。
【００２１】
コイルスプリング１４の付勢力および入力ポート２４に供給される作動油の圧力が第１径部１２を介して第２径部１３を押す力よりフィードバックポート２７ａおよびフィードバックポート２７ｂの油圧から第２径部１３が受ける力のほうが小さいとき、第１径部１２および第２径部１３は図４に示す位置から移動しない。また、エンジン停止時も、ライン圧制御弁１０は図４の状態である。
【００２２】
コイルスプリング１４の付勢力および入力ポート２４に供給される作動油の圧力が第１径部１２を介して第２径部１３を押す力よりフィードバック室２７ｃおよびフィードバック室２７ｄの油圧から第２径部１３が受ける力のほうが大きいとき、第１径部１２および第２径部１３は図３に示す位置から図５に示す方向に移動しようとする。すると、作動油は入出力ポート２５から出力ポート２６および排出ポート２８へ流出する。作動油が入出力ポート２５から排出ポート２８へ流出することにより、入出力ポート２５に供給される作動油の圧力は低下する。すると、フィードバック室２７ｃおよびフィードバック室２７ｄの油圧から第２径部１３が受ける力が小さくなるので、第１径部１２および第２径部１３は図５に示す方向から図４に示す方向へ移動し、入出力ポート２５から排出ポート２８への流出が中止されることにより、入出力ポート２５に供給される作動油の圧力は上昇する。すると、またフィードバック室２７ｃおよびフィードバック室２７ｄの油圧から第２径部１３が受ける力が大きくなり、第１径部１２および第２径部は図３に示す方向へ移動する。結果的に図３に示す上記のつり合い状態付近を小刻みに変位する。
【００２３】
上記の様にフィードバック室２７ｃ、２７ｄの油圧とコイルスプリング１４の付勢力と入力ポート２４に供給される作動油の圧力とに応じて第１径部１２および第２径部１３は変位することにより、入出力ポート２５および出力ポート２６から出力される作動油量は増減する。これにより、入出力ポート２５および出力ポート２６の出力圧は調節される。
【００２４】
次に第１筒部２２および第２筒部２３の製造方法について説明する。
最初に第１筒部２２および第２筒部２３をまとめて切削可能な刃物を用いて粗加工を行ない、収容部材１１に第１筒部２２および第２筒部２３を形成する。
次に、粗加工された第１筒部２２を切削可能な刃物を用いて第１筒部２２の仕上げ加工を行なう。
次に、粗加工された第２筒部２３を切削可能な刃物を用いて第２筒部２３の仕上げ加工を行なう。
第１筒部２２と第２筒部２３の仕上げ加工の順番は反対でもよいし、第１筒部２２と第２筒部２３とをまとめて切削可能な刃物で仕上げ加工を行なってもよい。
【００２５】
上述の一実施例によると、スプールを第１径部１２と第２径部１３との別部材にすることにより、第１径部１２および第２径部１３の軸長が短くなる。すると、製造時における第１径部１２および第２径部１３の焼き入れ等による曲がりが発生しにくくなるので、歩留まりが良くなり、第１径部１２および第２径部１３を効率良く量産することが可能となる。また、第１径部１２は外径の等しい各ランド３１、３２、３３を有しているので、第１径部１２の各ランド３１、３２、３３の同軸度は高い。第１径部１２の各ランド３１、３２、３３の外周面と第１径部１２を収容している第１筒部２２の内周壁２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄとの隙間を狭くすることが可能となり、隙間からの作動油の漏れが微小となる。例えば、ライン圧制御弁１０の温度が変化して出力ポート２６から入力ポート２４へ作動油の漏れが発生し、入力ポート２４に導入されている作動油の圧力が上昇して第１径部１２および第２径部１３が開口部２１と反対側に変位することにより、入出力ポート２５からの出力圧、すなわち、ライン圧制御弁１０の出力圧が上昇したときでも、図６に示すように、スプールを一体にした従来のスプール弁装置と比べてライン圧制御弁１０の出力圧の上昇代が低くなる。また、仮に出力ポート２６が排出ポートであって、例えば、ライン圧制御弁１０の温度が変化して入力ポート２４から排出ポートへの作動油の漏れが発生し、入力ポート２４に導入されている作動油の圧力が低下して第１径部１２および第２径部１３が開口部２１側に変位することにより、入出力ポート２５からの出力圧、すなわち、ライン圧制御弁１０の出力圧が低下したときでも、スプールを一体にした従来のスプール弁装置と比べてライン圧制御弁１０の出力圧の低下代が低くなる。したがって、ライン圧制御弁１０は出力圧を高精度に調節することが可能となる。また、作動油の漏れを少なくするために、シール長を長くしてスプールの軸長を長くすることはないので、ライン圧制御弁１０の軸長が長くなることを防止できる。
【００２６】
さらに第１筒部２２と第２筒部２３との軸ずれを生じた場合でも、スプールの摺動性に影響を与えにくい。すなわち、スプールの第１径部１２と第２径部１３とは別部材であるので、第１筒部２２と第２筒部２３との間に軸ずれが生じても、その軸ずれに合わせて第１筒部２２に第１径部１２を、第２筒部２３に第２径部１３を収容できる。
【００２７】
上記実施例では、第１径部１２および第２径部１３を鉄製としたが、第２径部１３を収容部材１１と同じアルミニウム製としてもよい。収容部材１１および第２径部１３に用いられるアルミニウムは、鉄と比較して膨張係数が低いので、ライン圧制御弁１０の温度が変化しても、第２径部１３の各ランド３４、３５の外径および第２筒部２３の内径の変化量は小さく、同材質であるため変化量は等しい。そのため、第２径部１３のランド３４、３５のランド径が異なっていても、各ランド３４、３５と第２筒部２３の各内周壁２３ａ、２３ｂとの隙間を狭くすることが可能となり、隙間からの作動油の漏れが微小となる。フィードバックポート２７ｂには随時フィードバック圧が導入されるので、例えば、フィードバックポート２７ｂにフィードバック圧が導入されていないとき、ライン圧制御弁１０の温度が変化してフィードバックポート２７ａからフィードバックポート２７ｂへの作動油の漏れが発生し、フィードバックポート２７ａに導入されている作動油の圧力が低下して第１径部１２および第２径部１３が開口部２１と反対側に変位することにより、入出力ポート２５からの出力圧、すなわち、ライン圧制御弁１０の出力圧が上昇したときでも、図６に示すように、スプールを一体にした従来のスプール弁装置と比べてライン圧制御弁１０の出力圧上昇代が低くなる。また、フィードバックポート２７ｂにフィードバック圧が導入されているとき、ライン圧制御弁１０の温度が変化してフィードバックポート２７ｂから連通ポート２９への作動油の漏れが発生し、フィードバックポート２７ａに導入されている作動油の圧力が低下して第１径部１２および第２径部１３が開口部２１と反対側に変位することにより、入出力ポート２５からの出力圧、すなわち、ライン圧制御弁１０の出力圧が上昇したときでも、図６に示すように、スプールを一体にした従来のスプール弁装置と比べてライン圧制御弁１０の出力圧上昇代が低くなる。したがって、ライン圧制御弁１０は出力圧を高精度に調節することが可能となる。また、第１径部１２にもアルミニウムを使用してよいと考えられるが、上記のように、第１径部１２の各ランド３１、３２、３３の外径は等しく同軸度が高いので、材質が鉄製であっても隙間からの作動油の漏れが微小となる。したがって、ライン圧制御弁１０のコストアップを最小限に抑えるために第２径部１３のみにアルミニウムを使用している。
【００２８】
上記実施例では、第２径部１３は、外径の異なる２つの各ランド３４、３５が有しているが、１つのランドでもよい。第２径部１３が１つのランドしか有していないとき、第２径部１３のランドの外周面と第２筒部２３の内周壁との隙間をさらに狭くすることが可能となるので、隙間からの作動油の漏れが微小となり、ライン圧制御弁１０は出力圧を高精度に調節することが可能となる。また、第２径部１３がアルミニウム製で１つのランドを有している場合、さらに作動油の漏れがさらに微小となる。
上記実施例では、本発明のスプール弁装置を調圧弁に適用したが、流路を切り換える切換弁に本発明のスプール弁装置を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に示すスプール弁装置の断面図である。
【図２】本発明の一実施例によるスプール弁装置を適用した自動変速機装置の一部を示す概略図である。
【図３】本発明の一実施例に示すスプール弁装置の断面図である。
【図４】本発明の一実施例に示すスプール弁装置の断面図である。
【図５】本発明の一実施例に示すスプール弁装置の断面図である。
【図６】本発明の一実施例によるスプール弁装置の温度と出力圧低下代との関係を示すグラフである。
【図７】従来のスプール弁装置の断面図である。
【符号の説明】
１０ ライン圧制御弁（スプール弁装置）
１１ 収容部材
１２ 第１径部（スプール）
１３ 第２径部（スプール）
１４ コイルスプリング
２２ 第１筒部（筒部）
２３ 第２筒部（筒部）
２４ 入力ポート（流体通路）
２５ 入出力ポート（流体通路）
２６ 出力ポート（流体通路）
２７ａ、２７ｂ フィードバックポート（流体通路）
２８ 排出ポート（流体通路）
２９ 連通ポート（流体通路）
３１ 第１大径ランド（ランド）
３２ 第２大径ランド（ランド）
３３ 第３大径ランド（ランド）
３４ 中径ランド（ランド）
３５ 小径ランド（ランド）

Claims (3)

1. 筒状に形成され、周壁を貫通して複数の流体通路を一部材で構成する収容部材と、
   前記収容部材の筒部に往復移動可能に収容され、複数のランドが一方から他方へと外径の小さい順または大きい順に形成されており、前記収容部材の内壁と直接摺動するスプールと、
   を備え、
   前記スプールは前記複数のランドの外径の大きい方から第１径部、第２径部をこの順で有し、前記第１径部は１つまたは複数の最大外径のランドを有し、前記第２径部は前記第１径部のランドよりも外径が小さく１つまたは異なる外径の複数のランドを有し、前記第１径部および前記第２径部は別部材であるとともに往復移動方向で当接し、前記第１径部および前記第２径部の互いに突き合うランドには流体圧力が作用しないことを特徴とするスプール弁装置。
2. 前記スプールの変位に応じて出力圧が調節されることを特徴とする請求項１記載のスプール弁装置。
3. 前記収容部材および前記第２径部はアルミニウムを使用していることを特徴とする請求項１または２記載のスプール弁装置。

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