JP7091681B2

JP7091681B2 - 制御弁

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Publication number: JP7091681B2
Application number: JP2018018602A
Authority: JP
Inventors: かおり藤田; 敏夫村上
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2018-02-05
Filing date: 2018-02-05
Publication date: 2022-06-28
Anticipated expiration: 2038-02-05
Also published as: JP2019135409A

Description

本発明は、バルブボディに対するスプールの軸方向移動によって作動油の吐出圧を可変とする制御弁に関する。

従来、供給ポート、出力ポート、及び排出ポートを有するバルブボディと、バルブボディに設けられた孔内を移動することにより各ポート間の連通状態を可変とするスプールと、スプールを軸方向一側に押圧するソレノイドと、スプールを軸方向他側に付勢する戻しばねとを備えた制御弁が、例えば自動車用の自動変速機においてクラッチ等を動作させる油圧の制御用に用いられている。このような制御弁には、スプールの振動によって出力ポートから出力される油圧の脈動を抑制するための構成を備えたものがある（例えば、特許文献１，２参照）。

特許文献１，２に記載の制御弁は、バルブボディにダンパ室、油溜め室、及びダンパ室と油溜め室とを接続するオリフィスが設けられている。油溜め室には、オリフィスよりも高い位置でドレン管が上方に開口している。戻しばねは、スプールの一端部に当接しており、このスプールの一端部と共にダンパ室に収容されている。オリフィスは、ダンパ室に発生した気泡を油溜め室に排出できるように、ダンパ室の上端部に開口している。この制御弁において、スプールが軸方向に移動すると、それに伴うダンパ油の容積変化によってダンパ室と油溜め室との間で作動油がオリフィスを介して流動する。そして、作動油の粘性による減衰効果により、スプールの軸方向振動を抑えることができるとされている。

特開２００２－１３０５１３号公報特開２００９－１０３２１９号公報

上記のように構成された制御弁は、戻しばねが圧縮される方向にスプールが移動すると、ダンパ室の容積が小さくなり、ダンパ室から油溜め室に作動油が流動する。これにより油溜め室における油面の高さがドレン管の開口の位置よりも高くなると、ドレン管を通じて一部の作動油がオイルタンクに戻される。一方、戻しばねが伸長する方向にスプールが移動すると、ダンパ室の容積が拡大し、油溜め室からダンパ室に作動油が流動する。この際、油溜め室からの作動油が円滑にダンパ室に流動しないと、オリフィスに空気が流れ込み、作動油の流動抵抗が急激に減少してしまう。そして、この流動抵抗の急激な減少がスプールの振動発生原因になってしまうおそれがある。

そこで、本発明は、スプールの移動に伴ってダンパ室に円滑に作動油が流れ込むようにすることで、スプールの振動をより確実に抑制することが可能な制御弁を提供することを目的とする。

本発明は、上記の目的を達成するため、取付対象に取り付けられ、作動油が供給される供給ポート、作動油を出力する出力ポート、作動油を排出する排出ポート、及び前記各ポートに連通する弁孔を有するバルブボディと、前記弁孔内を軸方向移動することにより前記各ポート間の連通状態を可変とするスプールと、前記スプールを軸方向一側に移動させる移動力を前記スプールに付与する移動部と、前記スプールを軸方向他側に付勢する弾性体と、を備え、前記弾性体は、前記弁孔の一端部を閉塞する底壁と前記スプールの一端部との間に形成されたダンパ室に収容され、前記ダンパ室に満たされた作動油によって前記スプールのダンピング効果が得られ、前記バルブボディは、前記取付対象の鉛直方向下面に取り付けられ、前記各ポートが前記鉛直方向下面に向かい合う上面に開口しており、かつ前記取付対象に取り付けられた状態において前記ダンパ室の鉛直方向上方にあたる位置に、前記ダンパ室に連通して作動油を貯留することが可能な貯留部を有しており、前記貯留部は、前記バルブボディが前記取付対象に取り付けられた状態において鉛直方向上方に開口している、制御弁を提供する。

本発明に係る制御弁によれば、バルブボディに対するスプールの振動を確実に抑制することが可能となる。

（ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る制御弁を示す上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ線断面図である。（ａ）及び（ｂ）は、図１（ａ）及び（ｂ）の部分拡大図である。図２（ａ）のＢ－Ｂ線断面における制御弁をトランスミッションケースと共に示す断面図である。（ａ）は第１の実施の形態の変形例に係るバルブボディの一部を上面から見た上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ―Ｃ線断面図である。（ａ）は本発明の第２の実施の形態に係るバルブボディの一部を上面から見た上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＤ－Ｄ線断面図である。

［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態について、図１乃至図３を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。

図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る制御弁を示す上面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ線断面図である。図２（ａ）及び（ｂ）は、図１（ａ）及び（ｂ）の部分拡大図である。図３は、図２（ａ）のＢ－Ｂ線断面における制御弁を取付対象としての自動車のトランスミッションケースと共に示す断面図である。図３では、トランスミッションの内部における油路を模式的に示している。

制御弁１は、取付対象であるトランスミッションケース６の鉛直方向下面６ａに取り付けられるバルブボディ２と、バルブボディ２に形成された弁孔２０に収容されたスプール３と、スプール３を軸方向一側に移動させる移動力をスプール３に付与する移動部としての電磁ソレノイド４と、スプール３を軸方向他側に付勢する弾性体としてのリターンスプリング５と、を備えている。本実施の形態では、バルブボディ２に６つの弁孔２０が互いに平行に形成され、それぞれの弁孔２０にスプール３が収容されている。スプール３は軸状であり、弁孔２０内を軸方向に移動可能である。

バルブボディ２は、鋳型を用いた鋳造により成形された金属からなり、それぞれの弁孔２０に対応して、作動油が供給される供給ポート２１、作動油を出力する出力ポート２２、作動油を排出する排出ポート２３、出力ポート２２と排出ポート２３との間に設けられた中間ポート２４、及びフィードバック圧を供給するフィードバックポート２５を有している。供給ポート２１、出力ポート２２、排出ポート２３、中間ポート２４、及びフィードバックポート２５は、弁孔２０の軸方向の異なる位置で弁孔２０に連通している。これらの各ポート間の連通状態は、スプール３が弁孔２０内を軸方向移動することにより可変である。

バルブボディ２は、上面２ａがトランスミッションケース６の鉛直方向下面６ａに向かい合うように、複数のボルト挿通孔２９に挿通されるボルトによってトランスミッションケース６に取り付けられる。供給ポート２１、出力ポート２２、排出ポート２３、中間ポート２４、及びフィードバックポート２５は、上面２ａに開口している。なお、図１及び図２では、スプール３の図示を省略している。

トランスミッションケース６には、供給ポート２１に連通して作動油を供給する供給油路６１、出力ポート２２に連通して作動油をクラッチ等の動作部に導く出力油路６２、排出ポート２３から排出された作動油をオイルタンク８に導く排出油路６３、及び出力油路６２から分岐して作動油の一部をフィードバックポート２５に導くフィードバック油路６４が形成されている。供給油路６１は、図略のポンプから吐出された作動油を供給ポート２１に導く。ポンプは、オイルタンク８から作動油を組み上げて供給油路６１に吐出する。

また、バルブボディ２は、電磁ソレノイド４を保持する保持部２６を有している。電磁ソレノイド４は、６つのスプール３のそれぞれに対応して配置され、本実施の形態ではバルブボディ２に６つの保持部２６が設けられている。スプール３は、電磁ソレノイド４から移動力としての軸方向の押圧力を受け、弁孔２０の長手方向において電磁ソレノイド４が配置される側とは反対側におけるバルブボディ２の側壁２７に向かって弁孔２０内を移動する。

側壁２７には、ねじ孔２７０が設けられ、このねじ孔２７０に栓体２８が螺合している。栓体２８は、例えば加締めによってねじ孔２７０に対して緩み止めされている。また、栓体２８は、円盤状の底部２８１及び円筒状の円筒部２８２を一体に有する有底円筒状であり、円筒部２８２の外周面に雄ねじが形成されている。底部２８１は、弁孔２０の一端部を閉塞する底壁の一態様である。

電磁ソレノイド４は、バルブボディ２の保持部２６に固定されたソレノイドケース４１と、ソレノイドケース４１に保持されたボビン４２と、ボビン４２に巻き回された電磁コイル４３と、電磁コイル４３が発生する磁束を受けてソレノイドケース４１に対して軸方向に移動する円筒状のプランジャ４４と、プランジャ４４と一体に軸方向移動してスプール３を押圧するシャフト４５と、シャフト４５を挿通させる挿通孔を有してソレノイドケース４１の内側に配置されたソレノイドコア４６と、プランジャ４４及びシャフト４５の軸方向移動をガイドするブッシュ４７，４８と、シャフト４５に外嵌されたリング状のストッパ４９とを有している。

ソレノイドケース４１は、円筒状の本体部４１１と円板状の底部４１２と、底部４１２から本体部４１１の内側に突出した円筒状の突出部４１３とを一体に有している。本体部４１１と突出部４１３との間には、電磁コイル４３及びボビン４２の軸方向の一部が収容されている。ソレノイドコア４６は、ソレノイドケース４１の本体部４１１の一端部を加締めることで、ソレノイドケース４１に固定されている。プランジャ４４及びシャフト４５は、ストッパ４９がソレノイドコア４６に当接することで軸方向一側への移動が規制され、シャフト４５の後端部がソレノイドケース４１の底部４１２に当接することで軸方向他側への移動が規制される。

スプール３は、ストッパ４９がソレノイドコア４６に当接した前進端位置と、シャフト４５の後端部がソレノイドケース４１の底部４１２に当接した後退端位置との間で軸方向に進退移動する。図３では、スプール３及びシャフト４５の中心軸Ｏよりも上側にスプール３が前進端位置にある状態を示し、中心軸Ｏよりも下側にスプール３が後退端位置にある状態を示している。

スプール３には、電磁ソレノイド４側から側壁２７側に向かって、第１乃至第４のランド３１～３４が形成されている。第１乃至第３のランド３１～３３の外径はそれぞれ等しく、第４のランド３４の外径は第１乃至第３のランド３１～３３の外径よりも小さく形成されている。第３のランド３３と第４のランド３４との径差により、フィードバックポート２５に供給される作動油の圧力に応じてスプール３を電磁ソレノイド４側に押圧する力が発生する。

第３のランド３３は、スプール３の軸方向移動に応じて、供給ポート２１と出力ポート２２との間の流路面積を変化させる。第２のランド３２は、スプール３の軸方向移動に応じて、出力ポート２２と中間ポート２４との間の流路面積を変化させる。また、第１のランド３１は、スプール３の軸方向移動に応じて中間ポート２４と排出ポート２３の間の流路面積を変化させる。これにより、スプール３の軸方向移動によって出力ポート２２から出力される作動油の圧力が変化する。

スプール３における電磁ソレノイド４とは反対側の一端部には、第４のランド３４よりも栓体２８側に、外径側に張り出した環状の鍔部３５が設けられている。鍔部３５と栓体２８の底部２８１との間には、コイルばねからなるリターンスプリング５が軸方向に圧縮された状態で配置されている。リターンスプリング５は、その復元力により、スプール３を電磁ソレノイド４側に弾性的に付勢している。

電磁ソレノイド４は、電磁コイル４３の磁力によって磁性体からなるプランジャ４４がシャフト４５を介してスプール３を押圧する。電磁コイル４３に励磁電流が供給されない非作動状態では、リターンスプリング５の復元力によりスプール３が後退端位置に移動する。このとき、供給ポート２１と出力ポート２２との連通が第３のランド３３によって遮断され、出力ポート２２と排出ポート２３とが中間ポート２４を介して連通する。これにより、作動油が出力油路６２に出力されなくなる。

この状態から、電磁コイル４３に励磁電流が供給されて作動状態となると、電磁コイル４３の磁力を受けたプランジャ４４と共に移動するシャフト４５がスプール３を押圧し、スプール３が軸方向に移動する。これに伴い、供給ポート２１と出力ポート２２とが連通すると共に、出力ポート２２と中間ポート２４との連通が第２のランド３２によって遮断され、中間ポート２４と排出ポート２３との連通が第１のランド３１によって遮断される。これにより、供給油路６１に供給された作動油が出力油路６２に出力される。

栓体２８の底部２８１とスプール３の第４のランド３４との間の空間は、第４のランド３４の外周面と弁孔２０の内周面２０ａとの間の僅かな隙間から漏れ出た作動油で満たされ、スプール３の振動を抑制するダンパ室２００となる。ダンパ室２００には、フィードバックポート２５との差圧によって作動油が流れ込む。リターンスプリング５は、このダンパ室２００に収容されている。スプール３が栓体２８側に移動すると、ダンパ室２００の容積が小さくなり、スプール３が電磁ソレノイド４側に移動すると、ダンパ室２００の容積が大きくなる。

バルブボディ２は、ダンパ室２００に連通して作動油を貯留することが可能な貯留部２０１を有している。貯留部２０１は、バルブボディ２がトランスミッションケース６に取り付けられた状態において、ダンパ室２００の鉛直方向上方にあたる位置に設けられており、連通孔２０２を介してダンパ室２００と連通している。本実施の形態では、連通孔２０２がバルブボディ２の上面２ａと平行で、スプール３の中心軸Ｏに対して垂直な方向（図１及び図２の左右方向）に長い長孔として形成されている。

貯留部２０１に貯留することが可能な作動油の量は、スプール３が栓体２８の底部２８１から最も離間した後退端位置から栓体２８の底部２８１に最も接近した前進端位置まで移動したときにダンパ室２００から排出される作動油の量よりも多い。これにより、スプール３が前進端位置と後退端位置との間を進退移動しても、ダンパ室２００には常に作動油が満たされた状態となる。そして、このダンパ室２００に満たされた作動油によって、スプール３が軸方向移動する際の防振効果、すなわちダンピング効果が得られる。

貯留部２０１は、バルブボディ２がトランスミッションケース６に取り付けられた状態において、鉛直方向上方に開口している。貯留部２０１に面した部分のトランスミッションケース６の下面６ａは平坦な面であり、貯留部２０１の上端開口部からの作動油の漏出がトランスミッションケース６によって抑止されている。

バルブボディ２の側壁２７には、貯留部２０１とバルブボディ２の外部とを連通させるオリフィス２７１が形成されている。オリフィス２７１の流路面積は、連通孔２０２の流路面積よりも狭く、オリフィス２７１を介して貯留部２０１からバルブボディ２の外部に作動油が流出する際には、所定の流動抵抗が発生する。オリフィス２７１は、スプール３の中心軸Ｏと平行に側壁２７を貫通し、中心軸Ｏよりも高い位置（トランスミッションケース６側の位置）に形成されている。オリフィス２７１は、その延伸方向に対して直交する断面の形状が円形であり、その直径が例えば１．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下である。

オリフィス２７１は、バルブボディ２の鋳造後においてドリルを用いた機械加工により穿設されている。オリフィス２７１の上端部とバルブボディ２の上面２ａとの間の距離ｄ（図３参照）は、１．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であることが望ましい。この距離ｄが１．５ｍｍ未満であると、機械加工の際に側壁２７にひび割れ等が発生するおそれがあり、距離ｄが３．０ｍｍを超えると、貯留部２０１に貯留可能な作動油の量を確保するために必要なバルブボディ２の上下方向の厚みが大きくなってしまうためである。

オリフィス２７１からは、貯留部２０１における作動油の油面Ｓ_１の位置が貯留部２０１の内面におけるオリフィス２７１の開口位置よりも高い状態でスプール３が栓体２８側に移動したとき、余剰な作動油がバルブボディ２の外部に排出される。オリフィス２７１から排出された作動油は、オイルタンク８に流れ落ちる。なお、図３では、オイルタンク８における作動油の油面Ｓ_２がスプール３の中心軸Ｏよりも下方にあり、バルブボディ２の一部がオイルタンク８の作動油に浸かった状態を図示しているが、オイルタンク８における作動油の油面Ｓ_２は、中心軸Ｏよりも上方であってもよく、例えばオリフィス２７１やバルブボディ２の上面２ａより上方にあってもよい。

（第１の実施の形態の作用及び効果）
以上説明した第１の実施の形態によれば、ダンパ室２００の鉛直方向上方にあたる位置に貯留部２０１が設けられており、スプール３が後退端位置に向かって移動してダンパ室２００の容積が大きくなると、貯留部２０１からダンパ室２００に作動油が供給される。これにより、ダンパ室２００の作動油によるスプール３のダンピング効果が得られ、出力ポート２２から出力される作動油の圧力が脈動してしまうことが抑制されるので、クラッチ等の動作部を安定して動作させることが可能となる。

また、貯留部２０１に貯留することが可能な作動油の量を、スプール３が後退端位置から前進端位置まで移動したときにダンパ室２００から排出される作動油の量よりも多くすることにより、ダンパ室２００に空気が流れ込むことがなくなり、スプール３の全行程においてダンパ室２００内の作動油によるダンピング効果が確実に得られる。

また、貯留部２０１は、バルブボディ２の上面２ａに開口しているので、バルブボディ２の鋳造時に鋳抜きによって形成することができ、製造工程を簡略化することが可能である。また、オリフィス２７１は、バルブボディ２の側壁２７に形成されているので、例えば機械加工による穿孔により容易に形成することが可能である。

［第１の実施の形態の変形例］
次に、本発明の第１の実施の形態の変形例について、図４を参照して説明する。図４（ａ）は、本実施の形態に係るバルブボディ２の一部を上面２ａから見た上面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＣ―Ｃ線断面図である。

第１の実施の形態では、オリフィス２７１が断面円形の孔である場合について説明したが、本変形例では、オリフィス２７１がバルブボディ２の上面２ａに中心軸Ｏと平行に設けられた溝であり、その断面形状が半円状である。そして、バルブボディ２がトランスミッションケース６に取り付けられることによってオリフィス２７１の上面２ａ側の開口が閉塞され、作動油の流路となる。

この変形例によっても、上記と同様の作用及び効果を得ることができる。また、オリフィス２７１をより高い位置に設けることができるので、貯留部２０１に貯留することが可能な作動油の量を多くすることができる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の実施の形態について、図５を参照して説明する。図５（ａ）は、第２の実施の形態に係るバルブボディ２の一部を上面２ａから見た上面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＤ－Ｄ線断面図である。

本実施の形態では、バルブボディ２が貯留部２０１と堰部２７２によって区画された凹部２０４を有すると共に、オリフィス２７１が凹部２０４とバルブボディ２の外部とを連通させるように側壁２７に形成されている。また、オリフィス２７１は、断面円形であり、堰部２７２の上端面２７２ａよりも鉛直方向下方に形成されている。

堰部２７２は、連通孔２０２が開口する貯留部２０１の下面２０１ａから上方（トランスミッションケース６側）に突出しており、上端面２７２ａとトランスミッションケース６の下面６ａとの間には作動油が流通する流路２０３が形成される。ダンパ室２００から貯留部２０１に余剰な作動油が流入すると、作動油が堰部２７２を乗り越えて凹部２０４に流れ込む。凹部２０４に流れ込んだ作動油は、凹部２０４内の圧力に応じて、オリフィス２７１からバルブボディ２の外部に排出される。

また、貯留部２０１において下面２０１ａと堰部２７２の上端面２７２ａとの間に貯留することが可能な作動油の量は、スプール３が後退端位置から前進端位置まで移動したときにダンパ室２００から排出される作動油の量よりも多い。

本実施の形態によっても、第１の実施の形態と同様の作用及び効果を得ることが可能となる。また、オリフィス２７１の上端部とバルブボディ２の上面２ａとの間の距離を十分に確保できるので、オリフィス２７１を機械加工する際に側壁２７にひび割れ等が発生するおそれがない。

（付記）
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、これらの実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。例えば、上記の実施の形態では、バルブボディ２がトランスミッションケース６の鉛直方向下面６ａに取り付けられる場合について説明したが、これに限らず、バルブボディ２をトランスミッションケース６の鉛直方向上面に取り付けるように変形してもよい。この場合、貯留室２０１は、ダンパ室２００に対してトランスミッションケース６側とは反対側の上方に設けられる。

１…制御弁２…バルブボディ
２０…弁孔２１…供給ポート
２２…出力ポート２３…排出ポート２３
２００…ダンパ室２０１…貯留部
２０４…凹部２７…側壁
２７１…オリフィス２７２…堰部
２７２ａ…上端面２８…栓体
２８１…底部（底壁）３…スプール
４…電磁ソレノイド（移動部）４３…電磁コイル
４４…プランジャ５…リターンスプリング（弾性体）
６…トランスミッションケース（取付対象）６ａ…下面

Claims

取付対象に取り付けられ、作動油が供給される供給ポート、作動油を出力する出力ポート、作動油を排出する排出ポート、及び前記各ポートに連通する弁孔を有するバルブボディと、
前記弁孔内を軸方向移動することにより前記各ポート間の連通状態を可変とするスプールと、
前記スプールを軸方向一側に移動させる移動力を前記スプールに付与する移動部と、
前記スプールを軸方向他側に付勢する弾性体と、を備え、
前記弾性体は、前記弁孔の一端部を閉塞する底壁と前記スプールの一端部との間に形成されたダンパ室に収容され、前記ダンパ室に満たされた作動油によって前記スプールのダンピング効果が得られ、
前記バルブボディは、前記取付対象の鉛直方向下面に取り付けられ、前記各ポートが前記鉛直方向下面に向かい合う上面に開口しており、かつ前記取付対象に取り付けられた状態において前記ダンパ室の鉛直方向上方にあたる位置に、前記ダンパ室に連通して作動油を貯留することが可能な貯留部を有しており、
前記貯留部は、前記バルブボディが前記取付対象に取り付けられた状態において鉛直方向上方に開口している、
制御弁。
前記貯留部に貯留することが可能な作動油の量は、前記スプールが前記底壁から最も離間した位置から前記底壁に最も接近した位置まで移動したときに前記ダンパ室から排出される作動油の量よりも多い、
請求項１に記載の制御弁。
前記貯留部の上端開口部からの作動油の漏出が前記取付対象によって抑止されている、
請求項１又は２に記載の制御弁。
前記バルブボディには、前記弁孔の長手方向において前記移動部が配置される側とは反対側の端部における側壁に、前記貯留部と前記バルブボディの外部とを連通させるオリフィスが形成されている、
請求項１乃至３の何れか１項に記載の制御弁。
前記バルブボディは、前記貯留部と堰部によって区画された凹部を有すると共に、前記弁孔の長手方向において前記移動部が配置される側とは反対側の端部における側壁に凹部と前記バルブボディの外部とを連通させるオリフィスが形成され、
前記オリフィスが前記堰部の上端面よりも鉛直方向下方に形成されている、
請求項１乃至３の何れか１項に記載の制御弁。
前記移動部は、電磁コイルの磁力によって磁性体からなるプランジャが前記スプールを押圧する電磁ソレノイドである、
請求項１乃至５の何れか１項に記載の制御弁。