JP5720738B2 - スプール弁 - Google Patents

Description

本発明は、入力ポートに流体の流入のみを許容するリードバルブが設けられたスプール弁に関し、例えばＶＶＴ（可変バルブタイミング装置）等に用いて好適な技術に関する。

（従来技術）
入力ポートにリードバルブを設けたスプール弁の一例として、特許文献１が知られている。
この特許文献１は、帯状部材（バンド）に設けたリードバルブを、入力ポートを覆うようにスリーブの周囲に巻き付けて配置するものである。

特許文献１のリードバルブは、その外周に配置した筒状のガイドにより外径側への変位が規制されて、内径側のみに変位可能なものであり、外径方向から内径方向に向かうオイルによって内径側へ変位して、入力ポートに流入するオイルのみを許容する。

（問題点１）
しかしながら、特許文献１のリードバルブは、リードバルブの外周に、リードバルブが外径側へ変位するのを規制する「別体のガイド」を設ける必要があり、部品点数の増加により製造コストが高くなってしまう問題があった。

（問題点２）
また、特許文献１のリードバルブは、内径側へ変位した際に、スリーブの内部で摺動するスプールに接触したり、巻き込まれる可能性があり、スプールが摺動不良を発生する懸念があった。

（問題点３）
さらに、特許文献１のリードバルブは、筒状に設けられた状態でスリーブの周囲において回転可能なものであった。
このため、リードバルブの位置（具体的には弁体の位置）と、スリーブに形成される入力ポートとが径方向に一致せず、入力ポートに導かれるオイルの通過抵抗を増加させてしまう不具合があった。

米国特許第６８９９１２６号明細書

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、リードバルブが外径側へ変位するのを規制する「別体のガイド」を廃止することのできるスプール弁の提供にある。

本発明のスプール弁は、２重巻きされる帯状部材の「内巻範囲」にリードバルブを設け、帯状部材の「外巻範囲」にフィルタを設けるものであり、フィルタが濾過機能の他に、リードバルブの外径側への変位を規制する規制機能を果たすものである。
具体的には、請求項１に記載の発明によれば、このスプール弁は、２重巻きされる帯状部材を備え、この帯状部材において内径側に巻かれる内巻範囲には、外部から入力ポートへ流体の流入のみを許容するリードバルブが設けられるとともに、外径側に巻かれる外巻範囲には、流体を濾過しリードバルブの外径側への変位を規制するフィルタが設けられている。そして、スリーブには、帯状部材の内径側への移動を規制する段差（組付溝）が設けられ、この段差には、帯状部材のリードバルブの幅よりもスリーブの軸方向幅（スプールの移動方向の幅）の方が大きく形成されてリードバルブが内径方向に開閉可能なストッパ溝が設けられ、このストッパ溝の底面（内径）側には、リードバルブの内径側の最大開度を規制するストッパ面が設けられることを特徴としている。
この構成により、リードバルブとは「別体にガイド」を設ける必要がなく、従来技術に比較して部品点数を減らすことができ、製造コストを抑えることができる。

帯状部材の平面図である（実施例１）。 スプール弁の要部断面図である（実施例１）。 リードバルブの作動説明図である（実施例１）。 ＶＶＴの概略図である（実施例１）。 ＯＣＶの軸方向に沿う断面図である（実施例１）。 （ａ）帯状部材に設けたリードバルブの説明図、（ｂ）エッチング技術により除去される部位を示すリードバルブの断面図である（実施例２）。 薄肉部の有無における供給油圧と通過流量の関係図である（実施例２）。

以下、発明を実施するための形態を、図面を用いて詳細に説明する。

以下で開示する実施例は、本発明の具体的な一例であって、本発明が実施例に限定されないことは言うまでもない。

［実施例１］
実施例１を図１〜図５を参照して説明する。
先ず、図４を参照してＶＶＴを説明する。
ＶＶＴは、
・エンジンのカムシャフトの進角量を可変することでバルブの開閉タイミングを可変可能な油圧式のＶＣＴ（可変カムシャフトタイミング機構）１と、
・このＶＣＴ１における進角室αと遅角室βの油圧を制御するＯＣＶ（オイル・コントロール・バルブ）２と、
・このＯＣＶ２の作動を電気的に制御するＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）３と、
を用いて構成される。

（ＶＣＴ１の説明）
ＶＣＴ１は、エンジンのクランクシャフトに同期して回転駆動されるシューハウジング４と、カムシャフトと一体に回転するベーンロータ５とを備えるものであり、シューハウジング４に対してベーンロータ５を相対的に回転駆動することで、カムシャフトを進角側あるいは遅角側へ変化させるものである。

ベーンロータ５は、シューハウジング４に対して所定角度内で回動可能に設けられており、ベーンロータ５には、シューハウジング４の内部空間を進角室αと遅角室βに区画するベーン５ａが設けられている。
進角室αおよび遅角室βは、ベーン５ａを進角側あるいは遅角側へ駆動するための油圧室である。

（ＯＣＶ２の説明）
ＯＣＶ２の具体的な一例を図５を参照して説明する。
なお、以下では、説明の便宜上、図５左側を前、図５右側を後と称して説明するが、この前後方向は、説明のための方向であり、実際の搭載方向を限定するものではない。

ＯＣＶ２は、四方弁構造を有するスプール弁６と、このスプール弁６を駆動する電磁アクチュエータ（リニアソレノイド）７とを、軸方向に結合した電磁スプール弁であり、スプール弁６がエンジン部品（シリンダヘッド等）に形成されたＯＣＶ装着穴（内周面が円筒形状を呈する穴）の内部に挿入され、電磁アクチュエータ７がエンジン部品に固定されるものである。

（スプール弁６の説明）
スプール弁６は、エンジン部品に設けられたＯＣＶ装着穴に挿入されるスリーブ１１と、このスリーブ１１の内部において軸方向へ摺動自在に支持され、各ポートの連通状態を調整するスプール１２と、このスプール１２を後方へ付勢するリターンスプリング１３とを備えて構成される。

スリーブ１１は、略円筒形状を呈し、外周面がＯＣＶ装着穴の内部に微細なクリアランスを介して挿入配置される。
このスリーブ１１の内部には、スプール１２を軸方向へ摺動自在に支持する摺動穴が形成されており、この摺動穴の内周面においてスプール１２が軸方向へ摺動自在に支持される。

スリーブ１１には、複数の入出力ポートが形成されている。
具体的に、スリーブ１１の径方向には、オイルポンプ１０の吐出した作動油の供給を受ける入力ポート１４、進角室αに通じる進角ポート１５、遅角室βに通じる遅角ポート１６が設けられている。
これらの径方向のポートは、スリーブ１１の前側から後側に向かって、進角ポート１５、入力ポート１４、遅角ポート１６の順に配置されている。
一方、スリーブ１１の前端には、ドレン空間（ドレンパンに通じる空間）に通じるドレンポート１７が設けられている。

スプール１２は、略円筒形状を呈し、外周面がスリーブ１１の内周面に対して微細なクリアランスを介して挿入配置される。
そして、スプール１２が後方から前方へスライド変位することで、各ポートの切替え状態が変化して、遅角状態（カムシャフトを遅角側へ駆動する状態）、保持状態（カムシャフトの進角量を保持する状態）および進角状態（カムシャフトを進角側へ駆動する状態）が達成される。

スプール１２の外周には、スリーブ１１に対してスプール１２が軸方向の中間位置に駆動された状態において、進角ポート１５を閉塞する第１ランド２１（大径部）と、遅角ポート１６を閉塞する第２ランド２２（大径部）とが設けられている。

スプール１２の外周には、第１ランド２１と第２ランド２２の間に全周溝２３（小径部）が設けられている。
この全周溝２３は、入力ポート１４と常に連通するものであり、
（ｉ）スプール１２が前方へ移動した際に入力ポート１４と進角ポート１５を連通して進角室αの油圧を上昇させ、
（ｉｉ）スプール１２が後方へ移動した際に入力ポート１４と遅角ポート１６を連通して遅角室βの油圧を上昇させる分配室の機能を果たすものである。

スプール１２は、上述したように略円筒形状を呈するものであり、スプール１２の内部には、軸方向に延び、前方においてドレンポート１７と常時連通するオイルドレン経路２４が形成されている。

スプール１２における第１ランド２１の前方には、径方向に貫通した進角用排出ポート２５が設けられている。この進角用排出ポート２５は、スプール１２が後方へ移動した際に進角ポート１５とオイルドレン経路２４とを連通して、進角室αの油圧を下降させるためのものである。

スプール１２における第２ランド２２の後方には、径方向に貫通した遅角用排出ポート２６が設けられている。この遅角用排出ポート２６は、スプール１２が前方へ移動した際に遅角ポート１６とオイルドレン経路２４とを連通して、遅角室βの油圧を下降させるためのものである。

（実施例の特徴技術１）
この実施例の特徴技術１を、図１〜図３を参照して説明する。
入力ポート１４は、上述したように、オイルポンプ１０からオイルの供給を受ける。
オイルポンプ１０に吸い込まれるオイルは、エレメントにより濾過されている。しかし、オイルの供給途中で生じた異物（はがれ落ちたバリや不純物の蓄積により生じたデポジット等）が、オイルとともに入力ポート１４へ導かれる懸念がある。
このような異物がスプール弁６の内部に侵入すると、スプール１２の摺動性が阻害される懸念がある。そこで、このスプール弁６の入力ポート１４に、異物の侵入を阻止するフィルタ３１を設ける。

一方、カムシャフトがバルブを駆動する際のトルク変動の影響により、進角室αおよび遅角室βには脈動が生じる。この脈動により、進角室αおよび遅角室βから、入力ポート１４に向かってオイルが逆流する懸念がある。
このような逆流が生じると、カムシャフトの進角量を可変させる際の応答性が劣化したり、進角量の保持性能が劣化する懸念がある。そこで、この実施例のスプール弁６の入力ポート１４に、オイルの逆流（内径方向から外径方向への流れ）を阻止するリードバルブ３２を設ける。

この実施例では、フィルタ３１とリードバルブ３２を一部品によって設けている。
具体的に、この実施例のフィルタ３１とリードバルブ３２は、内外が略密着した状態で２重巻きされる帯状部材３０によって設けられるものであり、巻かれる前の状態の帯状部材３０を図１に示す。

帯状部材３０は、図１に示すように、
（ｉ）帯状部材３０において内径側に巻かれる「内巻範囲Ｘ」に、外径方向から入力ポート１４へオイルの流入のみを許容｛図３（ａ）の矢印〇参照｝するリードバルブ３２が設けられ、
（ｉｉ）帯状部材３０において外径側に巻かれる「外巻範囲Ｙ」に、オイルの濾過を行うとともに、リードバルブ３２の外径側への変位を規制｛図３（ｂ）の矢印×参照｝するフィルタ３１が設けられる。

フィルタ３１とリードバルブ３２を成す帯状部材３０は、耐腐食性に優れた金属（ステンレス等）の薄板によって設けられる。
具体的に、帯状部材３０は、切断技術とエッチング技術を用いて形成されるものであり（一例であり、限定するものではない）、
（ａ）帯状部材３０の外径形状や、リードバルブ３２を形成するスリットは切断技術によって設けられ、
（ｂ）フィルタ３１を成す多数の小さな貫通穴はエッチング技術によって設けられる。

なお、図１では、帯状部材３０に３つのリードバルブ３２を設ける例を示す。
３つのリードバルブ３２のうち、
・２つのリードバルブ３２（図１中、幅の広いリードバルブ３２）は、スリーブ１１に形成される２つの入力ポート１４と径方向において一致する部位に配置されるメインバルブであり、
・他のリードバルブ３２（図１中、幅の狭いリードバルブ３２）は、流路抵抗の増加を抑える補助バルブである。

（特徴技術１の効果）
この実施例のスプール弁６は、上述したように、２重巻きされる帯状部材３０の「内巻範囲Ｘ」にリードバルブ３２を設け、帯状部材３０の「外巻範囲Ｙ」にフィルタ３１を設けるものであり、フィルタ３１が濾過機能の他に、リードバルブ３２の外径側への変位を規制する規制機能を果たすものである。
このため、リードバルブ３２とは別体に「リードバルブ３２の外径側の変位を規制するためのガイド」を設ける必要がなく、スプール弁６の部品点数を減らすことができる。
これにより、フィルタ３１によるオイルの濾過機能（異物によりスプール弁６が作動不良を発生するのを防ぐ機能）と、リードバルブ３２により進角量可変の応答性および進角量の保持性能を高める機能とを備えた信頼性の高いＶＶＴのコストを抑えることができる。

（実施例の特徴技術２）
この実施例は、リードバルブ３２の内径方向の最大開度を規制するストッパ面Ａをスリーブ１１に設けている。
具体的に、帯状部材３０が組み付けられるスリーブ１１には、図２に示すように、外周面より一段下がったバンド組付溝３３が全周に亘って設けられており、このバンド組付溝３３の底面において帯状部材３０が略密着した状態で２重巻き配置される。

また、バンド組付溝３３の底面には、さらに一段下がったストッパ溝３４が設けられている。
このストッパ溝３４の前後幅Ｂ（スプール１２の移動方向の幅）は、リードバルブ３２の前後幅Ｃより大きく設けられており（Ｂ＞Ｃ）、このストッパ溝３４の内部でリードバルブ３２が開閉変位する。そして、ストッパ溝３４の底面にリードバルブ３２の最大開度を規制するストッパ面Ａが設けられる。

具体的に、入力ポート１４は、図２に示すように、ストッパ面Ａの底面において開口する。そして、リードバルブ３２の前後幅Ｃに比較して、入力ポート１４の内径寸法Ｄが小径に設けられている（Ｃ＞Ｄ）。
この構成により、リードバルブ３２が所定開度に達すると、リードバルブ３２がストッパ面Ａに当接して、リードバルブ３２が入力ポート１４の内側へ侵入するのを防ぐ。

（特徴技術２の効果）
この実施例のスプール弁６は、上述したように、リードバルブ３２が所定開度に達すると、リードバルブ３２がストッパ面Ａに当接して、リードバルブ３２が入力ポート１４の内側へ侵入するのを阻止するため、リードバルブ３２がスリーブ１１内で摺動するスプール１２に接触したり、巻き込まれる不具合がない。
これにより、スプール弁６の信頼性を高めることができ、結果的にＶＶＴの信頼性を高めることができる。

（実施例の特徴技術３）
この実施例は、スリーブ１１に組付けた帯状部材３０がスリーブ１１に対して周方向へ回転しないように設けられている。
ここで、帯状部材３０の組付手段を説明する。
この実施例は、帯状部材３０の巻始端に、前後幅方向へ突出する突起部３５を設けている。
一方、スリーブ１１には、突起部３５に係合可能な切欠部３６を設けている。

帯状部材３０の組付時は、先ず、帯状部材３０の突起部３５をスリープの切欠部３６に係合させ、続いて帯状部材３０を上述したバンド組付溝３３の内部で２重巻きする。
次に、その状態を維持したまま帯状部材３０の巻終端を、レーザ溶接等により帯状部材３０に結合する。
以上により、帯状部材３０の突起部３５がスリーブ１１の切欠部３６に係合した状態で、２重巻きされた帯状部材３０（即ち、フィルタ３１およびリードバルブ３２）がスリーブ１１に組み付けられる。

（特徴技術３の効果）
この実施例は、上述した突起部３５と切欠部３６の係合によって、スリーブ１１の周囲でリードバルブ３２が回転不能に設けられるとともに、入力ポート１４に対してリードバルブ３２が位置決めされる。
このため、リードバルブ３２と入力ポート１４とを常に径方向に一致させることができる。即ち、リードバルブ３２と入力ポート１４が位置ズレすることにより生じる「オイルの通過抵抗の増加」を回避することができる。

［実施例２］
実施例２を図６、図７を参照して説明する。なお、以下の実施例２において上記実施例１と同一符合は同一機能物を示すものである。

（実施例の特徴技術４）
帯状部材３０の各リードバルブ３２には｛図６（ａ）参照｝、板厚の一部を除去した薄肉部３７が設けられる｛図６（ｂ）参照｝。

薄肉部３７は、リードバルブ３２の弾性変形を容易化するものである。
具体的に、薄肉部３７は、
（ａ）リードバルブ３２に部分的（１箇所または複数箇所）に設けられるものであっても良いし、
（ｂ）リードバルブ３２の全面に設けられるものであっても良いし、
（ｃ）リードバルブ３２の付け根部とその周囲に設けられるものであっても良い。

薄肉部３７を設ける具体的な一例として、この実施例２では、上記（ｂ）、（ｃ）を満足するべく、図６（ａ）の「ハッチング範囲」に示すように、薄肉部３７をリードバルブ３２の全域より少し広い範囲まで設けている。
即ち、薄肉部３７をリードバルブ３２の全域と、リードバルブ３２の付け根部を含むその周囲（リードバルブ３２の外部の帯状部材３０）とに設けている。

（特徴技術４の効果）
このように、リードバルブ３２に薄肉部３７を設けて、リードバルブ３２の弾性変形を容易化することにより、リードバルブ３２の開閉の応答性を改善することができる。
また、薄肉部３７を設けて、リードバルブ３２の弾性変形を容易化することで、リードバルブ３２の開弁度合を大きくすることができ、リードバブル３２の圧力損失を低減できる。

（実施例の特徴技術５）
リードバルブ３２が形成される帯状部材３０は、極めて薄いステンレス等の薄板（例えば板厚０．１ｍｍ程）であり、切削加工技術を用いることが困難である。
そこで、薄肉部３７は、エッチング技術によってリードバルブ３２の片面のみに設けられる。エッチング技術によってリードバルブ３２から除去する部分（除去部３７ａ）を、図６（ｂ）の「ハッチング」に示す。

リードバルブ３２にエッチング技術を施す面（エッチング技術によって帯状部材３０の一部を除去する面）は、帯状部材３０がスリーブ１１に巻き付けられた際の内径側の面（フィルタ３１の逆面）に設けられる。これにより、リードバルブ３２が閉弁した際、リードバルブ３２の外面とフィルタ３１の内面との密着性が、除去部３７ａによる段差や隙間にって阻害される不具合がない。

（特徴技術５の効果）
このように、エッチング技術を用いることで、板厚ｔが０．１ｍｍ程の極めて薄い帯状部材３０であっても「部分的」かつ「均一」に薄くすることができる。即ち、薄い帯状部材３０によって設けられるリードバルブ３２の板厚を、エッチング技術を用いることで任意の範囲で薄くすることができる。
また、実施例１で示したように、フィルタ３１を形成する際（具体的には、フィルタ３１を成す多数の小さな貫通穴を形成する際）にエッチング技術を用いる。このため、薄肉部３７を形成するためにエッチング技術を用いても、エッチング工程が増加する不具合が生じない。

（実施例の特徴技術６）
薄肉部３７は、上述したように、リードバルブ３２の付け根部とその周囲を含んで設けられる。即ち、この実施例では、図６（ａ）に示すように、リードバルブ３２の全域だけでなく、リードバルブ３２の付け根部を含むその周囲（リードバルブ３２の外部の帯状部材３０）まで薄肉部３７を設けている。

（特徴技術６の効果）
このように、付け根部を含むその周囲（リードバルブ３２の外部の帯状部材３０）まで薄肉部３７を広げることにより、リードバルブ３２の開閉時の変形範囲を広く分散させて、局所的な集中変形を防いでいる。これにより、薄肉化されたリードバルブ３２の付け根部に応力が集中する不具合を回避でき、応力集中によるリードバルブ３２の破損を防ぐことができる。即ち、薄肉部３７によって性能を向上させたスプール弁６の信頼性を高めることができる。

（実施例２の捕捉説明）
ここで、エッチング技術によって薄肉化される薄肉部３７の板厚を説明する。
薄肉部３７の板厚は限定するものではなく、薄肉化によって変形が容易で、且つ長期に使用しても金属疲労等による破損が防止できる板厚に設けられる。
理解補助の目的で、具体的な一例を説明する。帯状部材３０の板厚をｔとした場合、薄肉部３７の板厚を帯状部材３０の板厚の半分に設けている。即ち、薄肉部３７の板厚は、ｔ／２に設けられる（限定しない）。

次に、薄肉部３７を設けることによる圧力損失の低減効果の具体例を、図７のグラフを用いて説明する。
図７の実線Ｅ１〜Ｅ４は、リードバルブ３２に薄肉部３７を設けない場合の流量特性を示し、実線Ｆ１〜Ｆ４は、リードバルブ３２に板厚２／ｔの薄肉部３７を設けた場合の流量特性を示す。
また、実線Ｅ１、Ｆ１は湯温４０℃の場合の流量特性であり、実線Ｅ２、Ｆ２は湯温５６℃の場合の流量特性であり、実線Ｅ３、Ｆ３は湯温８０℃の場合の流量特性であり、実線Ｅ４、Ｆ４は湯温１２０℃の場合の流量特性である。

この図７のグラフから明らかなように、リードバルブ３２に薄肉部３７を設けることで、入力ポート１４（フィルタ３１）を通過するオイル流量が増す。即ち、リードバルブ３２に薄肉部３７を設けたことで、リードバルブ３２の圧力損失が小さくなったことが解る。

上記実施例で示したフィルタ３１およびリードバルブ３２の形状や数などは、具体的な一例であり、限定するものではない。
また、上記実施例で示した帯状部材３０の組付方法も具体的な一例であり、限定するものではない。

上記実施例では、ＶＶＴのＯＣＶ２に本発明を適用する例を示したが、ＶＶＴとは異なる他の用途のスプール弁６に本発明を適用しても良い。
具体的には、四方弁構造のスプール弁６に限定するものではなく、三方弁構造のスプール弁６など他のスプール弁６に本発明を適用しても良い。
また、自動変速機の油圧制御装置に用いられるスプール弁６など、他の用途のスプール弁６に適用しても良い。
さらに、スプール弁６の駆動手段は電磁アクチュエータ７に限定するものではなく、他の駆動手段であっても良い。

６ スプール弁
１１ スリーブ
１４ 入力ポート
３０ 帯状部材
３１ フィルタ
３２ リードバルブ
Ｘ 内巻範囲
Ｙ 外巻範囲

Claims (6)

1. 外部から流体の供給を受ける入力ポート（１４）が形成されたスリーブ（１１）を有するスプール弁（６）において、
   このスプール弁（６）は、２重巻きされる帯状部材（３０）を備え、
   この帯状部材（３０）において内径側に巻かれる内巻範囲（Ｘ）には、外部から前記入力ポート（１４）へ流体の流入のみを許容するリードバルブ（３２）が設けられ、
   前記帯状部材（３０）において外径側に巻かれる外巻範囲（Ｙ）には、流体の濾過を行うとともに、前記リードバルブ（３２）の外径側への変位を規制するフィルタ（３１）が設けられ、
   前記スリーブ（１１）には、前記帯状部材（３０）の内径側への移動を規制する段差（３３）が設けられ、
   この段差（３３）には、前記帯状部材（３０）のリードバルブ（３２）の幅（Ｃ）よりも前記スリーブ（１１）の軸方向幅（Ｂ）の方が大きく形成されて前記リードバルブ（３２）が内径方向に開閉可能なストッパ溝（３４）が設けられ、
   このストッパ溝（３４）の底面側には、前記リードバルブ（３２）の内径側の最大開度を規制するストッパ面（Ａ）が設けられることを特徴とするスプール弁。
2. 請求項１に記載のスプール弁（６）において、
   前記帯状部材（３０）の巻始端は、前記スリーブ（１１）に形成された切欠部（３６）に係合し、
   前記帯状部材（３０）の巻終端は、溶接技術により当該帯状部材（３０）の一部に結合されることを特徴とするスプール弁。
3. 請求項１または請求項２に記載のスプール弁（６）において、
   このスプール弁（６）は、エンジンのカムシャフトの進角量を可変するＶＣＴ（１）の作動油圧を制御するＯＣＶ（２）に用いられることを特徴とするスプール弁。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のスプール弁（６）において、
   前記リードバルブ（３２）は、板厚の一部を除去して薄肉化した薄肉部（３７）を備えることを特徴とするスプール弁。
5. 請求項４に記載のスプール弁（６）において、
   前記薄肉部（３７）は、エッチング技術によって前記リードバルブ（３２）の片面のみを除去して設けられることを特徴とするスプール弁。
6. 請求項４または請求項５に記載のスプール弁（６）において、
   前記薄肉部（３７）は、前記リードバルブ（３２）の付け根部とその周囲を含んで設けられることを特徴とするスプール弁。

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