JP4665226B2 - 電気式流体圧サーボ弁およびその製造方法 - Google Patents

電気式流体圧サーボ弁およびその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、電動弁に関し、詳しくは、ソレノイドに供給される電気信号に応答して弁を開閉させるソレノイドアクチュエータを用いた弁に関する。
ソレノイドは、自動車に搭載される比較的低電圧の直流電源による作動に適しているため、この種のソレノイド作動弁は、自動車の流体システム中の制御機能においてしばしば使用される。そのような応用例の一つは、自動車の駆動系で使用される自動変速装置における変速用クラッチアクチュエータの制御である。特に、変速装置のシフト動作を制御するための電子制御装置の使用が普及するにつれて、個々の変速用クラッチアクチュエータへの加圧作動流体の流れを制御するために、ソレノイド作動弁の使用が特に適していることが明らかになった。
近年の燃費および排出ガスに対する要求によって、自動車の自動変速装置におけるシフト動作をより正確に制御する必要性が生じ、その結果、最小の燃料消費率に対して最適なトルク出力の範囲内でエンジン速度を制御するために、変速段階またはギヤセットが増大している。電子制御式自動変速装置では、マニホールド上に配置された複数のソレノイド作動弁またはソレノイド作動弁のバンクを用いて、電子制御装置からの信号に応答してクラッチアクチュエータの様々な流体圧回路に加圧流体が分配される。変速中のトルク伝達を改善するために、変速用クラッチをより正確に制御できるように、変速装置の出力に伝達されるトルクに相当する信号を連続的に供給することが望まれてきた。そのような信号は、２００２年１２月２３日を出願日とし、『自動変速装置における変速用クラッチアクチュエータの閉ループ制御（Closed Loop Control Of Shifting Clutch Actuators In An Automatic Speed Change Transmission）』と称する同時係属中の特許出願（特許文献１）に、トルクに相当する圧力フィードバック信号として開示されており、そのような装置において圧力フィードバック信号を供給する圧力センサの具体例は、２００２年６月１０日を出願日とし、『自動変速装置のための電気流体圧制御装置（Electro-Hydraulic Controller For Automatic Transmission）』と称する同時係属中の特許出願（特許文献２）、および２００３年３月２８日を出願日とし、『リードフレームに取付けられた圧力センサを備えた電気流体圧マニホールドアセンブリ（Electro-Hydraulic Manifold Assembly With Lead frame Mounted Pressure Sensor）』と称する同時係属中の特許出願（特許文献３）に開示されている。これらの同時係属中の特許出願は、本出願の譲受人に譲渡されている。
米国特許出願第３２７，７９２号明細書 米国特許出願第１６５，９５０号明細書 米国特許出願第４０１，４０８号明細書
上述したような、自動車の自動変速装置で使用する弁の構成では、個々の弁のソレノイドアクチュエータへの電気的な接続を可能にするために、マニホールドおよび電気リードフレームのいずれかに取付けられた圧力センサが使用されている。しかし、この配置構成は、比較的製造コストが高く、その組立ておよび最終的な組立て作業における変速装置への組付けが困難であることが分かった。したがって、自動車で使用される自動変速装置における流体圧作動式の変速用クラッチアクチュエータのような流体圧作動システムにおいて、電動圧力制御弁の流体圧出力フィードバック信号を供給するための単純かつ低コストな方法または手段が望まれてきた。
本発明は、電動制御弁、好ましくはソレノイド作動式制御弁を提供するものであり、この弁は、弁の出口ポート（出口通路）に供給される圧力を示す電気信号をリアルタイムに提供するために、出口ポートに連結された圧力トランスデューサ（圧力センサ）を備えている。本発明に係る弁は、特に、自動車で使用される電子制御式自動変速装置において好適に使用される。
本発明に係る弁アセンブリは、流体の入口通路、流体の出口通路、該出口通路に連通する圧力信号ポート、および内部に配置された閉止部材を有し、かつ該閉止部材は前記入口通路の流体源への連結による前記入口通路と前記出口通路との間の流れを制御するために移動可能である弁本体と、前記弁本体に備えられ、通電により作動して前記閉止部材を移動させる電気アクチュエータと、圧力センサを備え、感知ポートおよび外部接続のための電気接続端子を有し、かつ前記弁本体の前記圧力信号ポート上に当該感知ポートが前記圧力信号ポートに連通するように配置される回路基板と、前記回路基板を前記圧力信号ポート上に固定するための手段とを含んでいる。
本発明は、入口ポート（入口通路）と出口ポート（出口通路）を有する弁本体を使用し、この弁本体には、弁本体中の閉止部材を移動させるための電気アクチュエータ、好ましくはソレノイドが取付けられており、これによって、入口ポートと出口ポートとの間の流れを制御するものである。また、弁本体には、出口ポートに連通する圧力感知ポート（圧力信号ポート）が備えられ、プリント回路基板上に実装された圧力トランスデューサは、トランスデューサの入口が圧力感知ポート上でシールされて、この圧力感知ポート上に取付けられる。弁本体、回路基板、および圧力トランスデューサの複合体は、一体としてマニホールド上に取付けられていてもよく、このマニホールドは、そのような弁のバンクを有して自動車の自動変速装置に組付けられる。
図１を参照すると、本発明に係る弁アセンブリ１０は、弁本体１２を含み、弁本体１２は、図１に破線で示す入口ポート（入口通路）１４をその下面に有しており、さらに、信号圧出口ポート（出口通路）１６、および通常はポンプ入口ポートまたは油溜めへの戻り路のための排出ポート１８を有している。本実施形態で使用される弁は、排出ポート１８に流体を流出させることによって信号圧出口ポート１６に所望の圧力を供給する圧力制御弁である。ただし、別の例として、自動変速装置の変速用クラッチアクチュエータを制御すること以外の応用のために、２ポート弁を使用することもできる。
弁本体１２は、図１に破線で示されている移動可能な閉止部材２０を含み、この閉止部材は、排出ポート１８への圧力ブリードを制御するためのスプールからなるものであってもよい。あるいは、閉止部材２０は、ポペットからなるものであってもよい。弁本体には、好ましくはソレノイド２２である電気アクチュエータが取付けられ、この電気アクチュエータには、例えば電子制御装置のような外部への電気的な接続のための接続端子２４が設けられている。
弁本体１２は、好ましくは、その一側に形成された平面状の表面２６を有し、さらに本実施形態における弁本体１２には、表面２６から弁本体を貫通して延在する一対の取付け孔２８が形成されている。
弁本体１２の表面２６には圧力感知ポート（圧力信号ポート）３０が形成され、このポートは、弁本体１２の内部で信号圧出口ポート１６に連通している。本実施形態では、圧力感知ポート３０は、表面２６に形成された深座ぐり３２の底部に形成されている。深座ぐり３２には、好ましくはＯリング３４である適切な弾性シール（シールリング）が装着され、後述するように、圧力感知ポート３０の回りがシールされる。
回路基板サブアセンブリ３６は、好ましくはプリント回路基板である回路基板３８を含んでいる。この回路基板には、外部への電気的な接続のための複数の電気接続ピン（電気接続端子）４０が設けられており、これらの電気接続ピンは、好ましくは回路基板３８の表面に垂直な方向に延びている。また、回路基板を貫通する一対の取付け孔４２が、弁本体の取付け孔２８と一致するように配置されて形成されている。
サブアセンブリ３６は、回路基板３８上に実装された圧力トランスデューサ（圧力センサ）４４を含んでいる。回路基板には、図１中に破線で示される感知用の開口部（感知ポート）４６が形成されており、この開口部は、弁本体の圧力感知ポート３０と揃うように配置されている。トランスデューサ４４は、トランスデューサの圧力入口ポート（図示せず）が開口部４６に揃うように回路基板３８上に実装されることは理解されるであろう。同様に、分かり易さのために図示は省略するが、トランスデューサ４４は、例えば半田付けのような周知の任意の適切な方法によって、回路基板３８上に設けられたリードに接続される電気的なリードを有しており、これによってピン４０に電気的に接続されていることも理解されるであろう。
回路基板サブアセンブリは、弁本体の表面２６上に装着される。Ｏリング３４によって、回路基板３８の下面の開口部４６の回りにシールが形成され、それによって、弁本体の圧力感知ポート３０の回りもシールされる。
本実施形態における応用例である自動変速装置では、弁アセンブリ１０はマニホールドブロック（マニホールド）４８に取付けられ、取付け孔２８を通じて挿入されてマニホールドブロックに形成されたネジ孔５２と係合するネジ部材５０によって固定される。
マニホールドブロック４８は、圧力供給ポート５４、圧力信号入口ポート５６、および油溜めへの戻りポート５８を有し、各ポート５４、５６、５８は、弁本体１２の入口ポート１４、信号圧出口ポート１６、および排出ポート１８にそれぞれ一致するように配置されている。本実施形態では、弁本体１２の下面とマニホールド４８の上面との間に、各ポート５４、５６、５８の回りをシールするためのシール用ガスケット６０が配置されている。
図１に示すように、マニホールドブロック４８は、アセンブリ１０と同様の弁アセンブリ６２〜７０をさらに含んでいてもよい。図示は省略するが、マニホールドの下面には、複数の弁アセンブリのそれぞれに対して、各ポート５４、５６、５８のような種々のポートに連通する適切なポートが含まれており、図示しないそれらのマニホールドのポートは、マニホールドが取付けられる自動変速装置の本体中のポートと対応するように配置されていることは、理解されるであろう。
このように、本発明は、自動変速装置のシフトアクチュエータのような流体圧作動装置のための、単純かつ比較的低コストであって製造および組付けの容易な制御弁を提供するものであり、弁上に直接取付けられた圧力トランスデューサによって弁の出口ポートの圧力フィードバック信号を制御装置に供給するものである。このように、本発明は、流体圧作動装置の電気的な閉ループ制御を提供する単純かつ比較的低コストな改善された方法を提供する。
以上、本発明を、図示された実施形態に関連させて説明してきたが、本発明は、修正および変更が可能であり、添付された請求項のみによって限定されることは理解されるであろう。
圧力出力フィードバック信号を供給するための圧力トランスデューサが取付けられた複数のソレノイド作動圧力制御弁を有するマニホールドを示す斜視図である。
符号の説明
１０ 弁アセンブリ
１２ 弁本体
１４ 入口ポート（入口通路）
１６ 信号圧出口ポート（出口通路）
２０ 閉止部材
２２ ソレノイド（電気アクチュエータ）
３０ 圧力感知ポート（圧力信号ポート）
３８ 回路基板
４０ 電気接続ピン（電気接続端子）
４４ 圧力トランスデューサ（圧力センサ）
４６ 開口部（感知ポート）
４８ マニホールドブロック（マニホールド）

Claims (11)

  1. （ａ）流体の入口通路(14)、流体の出口通路(16)、該出口通路に連通する圧力信号ポート(30)、および内部に配置された閉止部材(20)を有し、かつ該閉止部材は前記入口通路の流体源への連結による前記入口通路と前記出口通路との間の流れを制御するために移動可能である弁本体(12)と、
    （ｂ）前記弁本体に備えられ、通電により作動して前記閉止部材を移動させる電気アクチュエータ(22)と、
    （ｃ）圧力入口ポートを有する圧力センサ(44)を備え、感知ポート(46)および外部接続のための電気接続端子(40)を有する回路基板(38)と、
    （ｄ）前記回路基板を前記圧力信号ポート上に固定するための手段(50)と、を含んでおり、
    前記圧力信号ポート(30)は、前記弁本体(12)の平面状の表面(26)に設けられ、前記圧力センサ(44)は、前記圧力入口ポートが前記感知ポート(46)上に配置されるように前記回路基板(38)上に実装され、前記回路基板(38)は、前記感知ポート(46)が前記圧力信号ポート(30)上に配置されるように、前記弁本体(12)の平面状の表面(26)上に装着されるとともに、前記回路基板(38)の下面の前記感知ポート(46)の回りと前記弁本体(12)の前記圧力信号ポート(30)の回りをシールする環状のシールリング(34)を備えることを特徴とする電気式流体圧サーボ弁アセンブリ。
  2. 前記圧力センサはトランスデューサであり、前記回路基板は当該トランスデューサの出力信号を処理するための回路を含むことを特徴とする請求項１記載の弁アセンブリ。
  3. 前記圧力センサは、圧電トランスデューサを含むことを特徴とする請求項１記載の弁アセンブリ。
  4. 前記電気アクチュエータは、ソレノイドを含むことを特徴とする請求項１記載の弁アセンブリ。
  5. 前記感知ポートは、前記回路基板を貫通して形成された開口部を含むことを特徴とする請求項１記載の弁アセンブリ。
  6. 前記電気アクチュエータは、複数の個別の電気端子を含むことを特徴とする請求項１記載の弁アセンブリ。
  7. 複数の前記弁本体(62-70)が固定されたマニホールド(48)をさらに含み、かつ当該複数の弁本体のそれぞれの前記入口通路および前記出口通路は、当該マニホールドの対応する入口ポートおよび出口ポートに連通することを特徴とする請求項１記載の弁アセンブリ。
  8. （ａ）入口通路(14)、出口通路(16)、および該出口通路に連通する圧力信号ポート(30)を有する弁本体(12)を準備する工程と、
    （ｂ）前記弁本体の前記入口通路と前記出口通路との間に、それらの間の流れを制御するための移動可能な閉止部材(20)を配置する工程と、
    （ｃ）前記弁本体上に、通電により作動して前記閉止部材を移動させる電気アクチュエータ(22)を配置する工程と、
    （ｄ）圧力入口ポートを有する圧力センサ(44)を備えるとともに感知ポート(46)を有して前記弁本体の前記出口通路における感知圧力を示す電気信号を供給する回路基板(38)を、前記圧力信号ポート上に配置する工程と、を含んでおり、
    前記弁本体(12)を準備する工程は、前記圧力信号ポート(30)を、前記弁本体(12)の平面状の表面(26)に設けることを含み、前記回路基板を前記圧力信号ポート上に配置する工程は、前記圧力センサ(44)を、前記圧力入口ポートが前記感知ポート(46)上に配置されるように前記回路基板(38)上に実装し、前記回路基板(38)を、前記感知ポート(46)が前記圧力信号ポート(30)上に配置され、環状のシールリング(34)により前記回路基板(38)の下面の前記感知ポート(46)の回りと前記弁本体(12)の前記圧力信号ポート(30)の回りをシールするように、前記弁本体(12)の平面状の表面(26)上に装着することを含むことを特徴とする電気式流体圧サーボ弁アセンブリの製造方法。
  9. 前記弁本体をマニホールドブロック(48)上に配置し、前記入口通路および前記出口通路を当該マニホールドブロックの対応する入口ポートおよび出口ポートに連結する工程をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
  10. 前記回路基板を配置する工程は、圧電式圧力センサを備えた回路基板を配置することを含んでいる請求項８に記載の方法。
  11. 前記電気アクチュエータを配置する工程は、前記閉止部材を磁界によって移動させるソレノイドを配置することを含んでいる請求項８に記載の方法。
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