JP2020193627A - リニアソレノイドバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】圧力制御精度が向上したリニアソレノイドバルブを提供する。【解決手段】スプール２２が移動範囲の軸方向一方側の端に位置するストローク無し状態にてフィードバック圧室４６と供給圧室４４との間には、スリーブ２１の内壁とスプール２２の外壁とから構成される第１摺動部４１が形成される。スプール２２は、ストローク無し状態において第１摺動部４１に位置する第１調心溝５１を有する。ストローク無し状態において供給圧室４４と制御圧室４５との間には、スリーブ２１の内壁とスプール２２の外壁とから構成される第２摺動部４２が形成される。スプール２２は、ストローク無し状態において供給圧室４４に位置する第２調心溝５２を有する。ストローク無し状態において、第１摺動部４１の軸方向一方側の端から第２調心溝５２の軸方向一方側の端までの軸方向距離をＬ１とし、第２摺動部４２の軸方向距離をＬ２とすると、Ｌ１≦Ｌ２である。【選択図】図２

Description

本発明は、リニアソレノイドバルブに関する。

従来、ソレノイドの電磁力によりシャフトを介してスプール弁のスプールを押圧し、シャフトの押圧力とスプリングの付勢力とスプールに作用する油圧力との釣り合いによりスプールのストロークを制御するリニアソレノイドバルブが知られている。特許文献１に開示されたリニアソレノイドバルブは、制御圧力にヒステリシスが生じることを抑制するために、スプールとスプリングとの間に伝達部材を配置してスプリングの残留ねじれ力を低減している。

特開平８−０６１５４１号公報

特許文献１では、スプールの軸心ずれに起因して圧力制御精度が損なわれるおそれがある。本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧力制御精度が向上したリニアソレノイドバルブを提供することである。

本発明のリニアソレノイドバルブ（１０）は、スリーブ（２１）と、スリーブの内部で軸方向へ移動可能なスプール（２２、６２）と、スプールに軸方向一方側への軸方向力を作用させるスプリング（２３）と、電磁力を発生させ、スプールに軸方向他方側への軸方向力を作用させるソレノイド（３３）とを備える。リニアソレノイドは、ソレノイドの電磁力とスプリングの軸方向力とスプールに作用する油圧力との釣り合いによりスプールのストロークを制御する。

スリーブは、供給圧ポート（２４）と、供給圧ポートに対して軸方向一方側に位置する制御圧ポート（２５）と、供給圧ポートに対して軸方向他方側に位置し、制御圧ポートに接続されるフィードバック圧ポート（２６）とを有する。スリーブの内壁とスプールの外壁との間には、供給圧ポートに接続する供給圧室（４４）と、制御圧ポートに接続する制御圧室（４５）と、フィードバック圧ポートに接続するフィードバック圧室（４６）とが区画形成される。

スプールが当該スプールの移動範囲の軸方向一方側の端に位置する状態（以下、ストローク無し状態）においてフィードバック圧室と供給圧室との間には、スリーブの内壁とスプールの外壁とから構成される第１摺動部（４１）が形成される。スプールは、ストローク無し状態において第１摺動部に位置する第１調心溝（５１）を有する。

本発明によれば、供給圧室から第１摺動部のクリアランスを経由して第１調心溝に油圧が供給され、第１調心溝の油圧力によりスプールの調心がなされる。そのため、スプールの軸心ずれに起因する圧力制御精度の低下が抑制される。

ここで、ストローク無し状態においては、供給圧室と制御圧室との連通がスプールのランド部（以下、ＩＮランド部）により遮断されており、制御圧室およびフィードバック圧室の油圧は低くなっている。そのため、ソレノイドの電磁力によりスプールが軸方向他方へ移動し、第１調心溝と供給圧室との距離が長くなるに従って、第１調心溝の油圧が低下し、調心効果が低減する問題がある。

この問題に対して、本発明の第１態様では、ストローク無し状態において供給圧室と制御圧室との間には、スリーブの内壁とスプールの外壁とから構成される第２摺動部（４２）が形成される。スプールは、ストローク無し状態において供給圧室に位置する第２調心溝（５２）を有する。ストローク無し状態において、第１摺動部の軸方向一方側の端から第２調心溝の軸方向一方側の端までの軸方向距離をＬ１とし、第２摺動部の軸方向距離をＬ２とすると、Ｌ１≦Ｌ２である。

本発明の第１態様によれば、第１調心溝の油圧が低下するストローク位置において、第２調心溝の油圧力によりスプールの調心がなされるため、調心効果を維持することができる。また、ＩＮランド部による供給圧室と制御圧室との遮断が解除されるとき、供給圧室から制御圧室への作動油流入に伴い発生する流体力によるスプールの軸心ずれを、第２調心溝の油圧力により抑制することができる。

本発明の第２態様では、第１摺動部のうち第１調心溝に対して軸方向一方側の部分（６５）の径方向クリアランスをＣＬ１とし、第１摺動部のうち第１調心溝に対して軸方向他方側の部分（６６）の径方向クリアランスをＣＬ２とすると、ＣＬ１＞ＣＬ２である。

本発明の第２態様によれば、ＣＬ２が比較的大きくなっていることで、ＣＬ１＝ＣＬ２の場合と比べて、スプールの軸方向他方への移動に伴う第１調心溝の油圧の低下が抑制されるため、調心効果を維持することができる。

第１実施形態のリニアソレノイドバルブの断面図。 図１のＩＩ部分拡大図。 図１のＩＩＩ部分拡大図。 図１の第１摺動部の一部の軸方向距離と第１調心溝の油圧との関係を示す図。 第２実施形態のリニアソレノイドバルブの要部拡大図であって、第１実施形態における図２に対応する図。 図５のスプールのストロークと各所の油圧との関係を、比較形態と比較して示す図。

以下、リニアソレノイドバルブの複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

［第１実施形態］
第１実施形態のリニアソレノイドバルブは、自動車用ドライブトレインの油圧を制御するために用いられる。先ず、リニアソレノイドバルブの基本構成について説明する。図１に示すようにリニアソレノイドバルブ１０は、スプール弁部２０およびソレノイド部３０を備える。

スプール弁部２０は、各種ポート２４〜２７を有するスリーブ２１と、スリーブ２１内で軸方向へ移動可能なスプール２２と、スプール２２に軸方向に作用するバネ力を発生させ、スプール２２を軸方向の一方へ付勢するスプリング２３とを有する。スリーブ２１の端部には押さえ部材３５が設けられており、スプリング２３はスプール２２と押さえ部材３５との間に設けられている。供給圧ポート２４には、図示しないオイルポンプから圧送された作動油が流入する。制御圧ポート２５は油圧制御対象に接続される。フィードバック圧ポート２６には、制御圧ポート２５から出力された作動油の一部が流入する。排出圧ポート２７はドレン空間に接続される。以下の説明において、スプール２２の軸方向の一方、すなわちスプリング２３がスプール２２を付勢する方を「軸方向一方」と記載する。また、スプール２２の軸方向の他方を「軸方向他方」と記載する。

ソレノイド部３０は、スプール２２の軸心ＡＸ１上であってスプール２２に対して軸方向一方側に設けられているプランジャ３１と、プランジャ３１とスプール２２との間に設けられているシャフト３２と、プランジャ３１に作用する電磁力を発生させるソレノイド３３とを有する。ソレノイド３３は、電磁力によりプランジャ３１を軸方向他方へ移動させ、シャフト３２を介してスプール２２に軸方向の押圧力を作用させて、スプール２２を軸方向他方へ押圧する。電磁力は、ソレノイド３３の電流に応じて変わる。

スプール２２は、プランジャ３１およびシャフト３２と共に軸方向へ移動して、供給圧ポート２４と制御圧ポート２５との連通度合い、および、排出圧ポート２７と制御圧ポート２５との連通度合いを変化させる。供給圧ポート２４は、スプール２２のＩＮランド部２８に開閉される。排出圧ポート２７は、スプール２２のＥＸランド部２９に開閉される。出力油圧は、スプール２２のストロークに応じて変化する。

スプール２２のストロークは、シャフト３２の押圧力（すなわちソレノイド３３の電磁力）と、スプリング２３の付勢力（すなわちスプリング２３のバネ力）と、フィードバック圧ポート２６に流入する作動油によりスプール２２に作用するフィードバック力（すなわち油圧力）とが釣り合う位置になる。油圧制御対象には、スプール８４のストロークに応じた油圧が供給される。リニアソレノイドバルブ１０は、上記の力の釣り合いによりスプール２２のストロークを制御し、供給圧力を制御する。

次に、リニアソレノイドバルブ１０の特徴構成について説明する。図１および図２に示すように、制御圧ポート２５は、供給圧ポート２４に対して軸方向一方側に位置する。フィードバック圧ポート２６は、供給圧ポート２４に対して軸方向他方側に位置し、制御圧ポート２５に接続される。排出圧ポート２７は、制御圧ポート２５に対して軸方向一方側に位置する。つまり、軸方向他方から軸方向一方に向かって順にフィードバック圧ポート２６、供給圧ポート２４、制御圧ポート２５、および排出圧ポート２７が位置している。

スリーブ２１の内壁とスプール２２の外壁との間には、供給圧ポート２４に接続する供給圧室４４と、制御圧ポート２５に接続する制御圧室４５と、フィードバック圧ポート２６に接続するフィードバック圧室４６と、排出圧ポート２７に接続する排出圧室４７と、図示しないドレン圧ポートに接続するドレン圧室４８とが区画形成されている。ドレン圧室４８は、排出圧室４７に対して軸方向一方側に位置する。

以下の説明において、図１に示すようにスプール２２が当該スプール２２の移動範囲の軸方向一方側の端に位置する状態をストローク無し状態とする。

図２に示すように、ストローク無し状態においてフィードバック圧室４６と供給圧室４４との間には、スリーブ２１の内壁とスプール２２の外壁とから構成される第１摺動部４１が形成されている。ストローク無し状態において供給圧室４４と制御圧室４５との間には、スリーブ２１の内壁とスプール２２の外壁とから構成される第２摺動部４２が形成されている。

スプール２２は、ストローク無し状態において、第１摺動部４１に位置する第１調心溝５１と、供給圧室４４に位置する第２調心溝５２とを有する。第１調心溝５１および第２調心溝５２は、軸心ＡＸ１まわりの周方向に延びる環状の溝である。第１調心溝５１および第２調心溝５２には、供給圧室４４から第１摺動部４１の径方向クリアランスを経由して油圧が供給される。スプール２２は、第１調心溝５１および第２調心溝５２の油圧力により調心される。スプール２２の調心とは、スプール２２とスリーブ２１との軸心ずれを小さくすることである。

ストローク無し状態において、第１摺動部４１の軸方向一方側の端から第２調心溝５２の軸方向一方側の端までの軸方向距離をＬ１とし、第２摺動部４２の軸方向距離をＬ２とすると、Ｌ１≦Ｌ２である。Ｌ２は、供給圧室４４の軸方向一方側の端から制御圧室４５の軸方向他方側の端（すなわちスプール２２のＩＮランド部２８の軸方向一方側の端）までの軸方向距離である。

図３に示すように、ストローク無し状態において排出圧室４７に対して軸方向一方側、すなわち排出圧室４７とドレン圧室４８との間には、スリーブ２１の内壁とスプール２２の外壁とから構成される第３摺動部４３が形成されている。スプール２２は、ストローク無し状態において第３摺動部４３に位置する第３調心溝５３を有する。第３調心溝５３には、排出圧室４７から第３摺動部４３の径方向クリアランスを経由して油圧が供給される。スプール２２は、第３調心溝５３の油圧力により調心される。

ストローク無し状態において、排出圧室４７の軸方向他方側の端からＥＸランド部２９の軸方向他方側の端までの軸方向距離をＬ３とし、第３摺動部４３のうち第３調心溝５３に対して軸方向他方側の部分５５の軸方向距離をＬ４とすると、Ｌ３≦Ｌ４である。

（効果）
以上説明したように、第１実施形態では、ストローク無し状態においてフィードバック圧室４６と供給圧室４４との間には、スリーブ２１の内壁とスプール２２の外壁とから構成される第１摺動部４１が形成される。スプール２２は、ストローク無し状態において第１摺動部４１に位置する第１調心溝５１を有する。

第１実施形態によれば、供給圧室４４から第１摺動部４１のクリアランスを経由して第１調心溝５１に油圧が供給され、第１調心溝５１の油圧力によりスプール２２の調心がなされる。そのため、スプール２２の軸心ずれに起因する圧力制御精度の低下が抑制される。

ここで、ストローク無し状態においては、供給圧室４４と制御圧室４５との連通がスプール２２のＩＮランド部２８により遮断されており、制御圧室４５およびフィードバック圧室４６の油圧は低くなっている。そのため、ソレノイド３３の電磁力によりスプール２２が軸方向他方へ移動し、第１調心溝５１と供給圧室４４との距離が長くなるに従って、第１調心溝５１の油圧が低下し、調心効果が低減する問題がある。図４に示すように、供給圧室４４から第１調心溝５１までの間の摺動部の長さが長くなるに従って、第１調心溝５１の油圧が低下する。

この問題に対して、第１実施形態では、ストローク無し状態において供給圧室４４と制御圧室４５との間には、スリーブ２１の内壁とスプール２２の外壁とから構成される第２摺動部４２が形成される。スプール２２は、ストローク無し状態において供給圧室４４に位置する第２調心溝５２を有する。ストローク無し状態において、第１摺動部４１の軸方向一方側の端から第２調心溝５２の軸方向一方側の端までの軸方向距離をＬ１とし、第２摺動部４２の軸方向距離をＬ２とすると、Ｌ１≦Ｌ２である。

上記Ｌ１とＬ２の関係を満たすように第２調心溝が構成されることで、第１調心溝５１の油圧が低下するストローク位置において、第２調心溝５２の油圧力によりスプール２２の調心がなされるため、調心効果を維持することができる。また、ＩＮランド部２８により供給圧室４４と制御圧室４５との遮断が解除される前後のタイミングにおいて第２調心溝５２が第１摺動部４１に位置することで、供給圧室４４から制御圧室４５への作動油流入の急増に伴い発生する流体力によるスプール２２の軸心ずれを、第２調心溝５２の油圧力により抑制することができる。

また、第１実施形態では、ストローク無し状態において排出圧室４７に対して軸方向一方側、すなわち排出圧室４７とドレン圧室４８との間には、スリーブ２１の内壁とスプール２２の外壁とから構成される第３摺動部４３が形成されている。スプール２２は、ストローク無し状態において第３摺動部４３に位置する第３調心溝５３を有する。ストローク無し状態において、排出圧室４７の軸方向他方側の端からＥＸランド部２９の軸方向他方側の端までの軸方向距離をＬ３とし、第３摺動部４３のうち第３調心溝５３に対して軸方向他方側の部分５５の軸方向距離をＬ４とすると、Ｌ３≦Ｌ４である。

軸方向距離Ｌ３がゼロに近づくと制御圧室４５から排出圧室４７への流出作動油の流速が高くなるため、動圧が高まり、スプール２２の壁面に作動する油圧分布に偏りが生じやすい。これに対して、上記Ｌ３とＬ４の関係を満たすように第３調心溝が構成され、ＥＸランド部２９により排出圧室４７と制御圧室４５との連通が遮断されるタイミングにおいて第３調心溝５３が第３摺動部４３に位置することで、制御圧室４５から排出圧室４７への作動油流出に伴い発生する流体力によるスプール２２の軸心ずれを、第３調心溝５３の油圧力により抑制することができる。

［第２実施形態］
第２実施形態では、図５に示すように、スプール６２に第１調心溝５１が設けられているが、第１実施形態の第２調心溝５２は設けられていない。それに代えて、第１摺動部６１の径方向クリアランスに特徴がある。具体的には、第１摺動部６１のうち第１調心溝５１に対して軸方向一方側の部分６５の径方向クリアランスをＣＬ１とし、第１摺動部６１のうち第１調心溝５１に対して軸方向他方側の部分６６の径方向クリアランスをＣＬ２とすると、ＣＬ１＞ＣＬ２である。

例えば、ＩＮランド部６８のうち部分６５に対応する箇所の外径を部分６６に対応する箇所の外径よりも小さくすることで、ＣＬ１＞ＣＬ２とすることができる。なお、他の実施形態では、スリーブ２１の内径を変更することでＣＬ１＞ＣＬ２としてもよい。

上記ＣＬ１とＣＬ２の関係を満たすように部分６５および部分６６の径方向クリアランスを設定することで、スプール６２が軸方向他方へ移動して（すなわちストロークが大きくなって）第１調心溝５１と供給圧室４４との距離が長くなっても、第１調心溝５１の油圧が低下しにくくなる。つまり、ＣＬ２が比較的大きくなっていることで、ＣＬ１＝ＣＬ２の比較形態と比べて、スプール６２の軸方向他方への移動に伴う第１調心溝５１の油圧の低下が抑制されるため、調心効果を維持することができる。

図６に示すように、スプール６２のストロークが０の状態（すなわちストローク無し状態）から大きくなるにしたがい、ＣＬ１＝ＣＬ２の比較形態では破線で示すように第１調心溝５１の油圧が低下する。これに対して、第２実施形態では実線で示すように第１調心溝５１の油圧の低下が抑制される。

［他の実施形態］
第１実施形態では、ソレノイドはシャフトを介してスプールに軸方向の押圧力を作用させていた。これに対して、他の実施形態では、ソレノイドはシャフトを介してスプールに軸方向の引張力を作用させてもよい。そして、スプリングはスプールに軸方向の引張力を作用させてもよい。

他の実施形態では、リニアソレノイドバルブは、自動車用ドライブトレインに限らず、他の装置に用いられてもよい。また、リニアソレノイドバルブは、油圧以外の圧力を制御してもよい。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１０：リニアソレノイドバルブ、 ２１：スリーブ、 ２２，６２：スプール
２３：スプリング、 ３３：ソレノイド、 ２４：供給圧ポート、 ２５：制御圧ポート
２６：フィードバック圧ポート、 ４４：供給圧室、 ４５：制御圧室
４６：フィードバック圧室、 ４１：第１摺動部、 ４２：第２摺動部
５１：第１調心溝、 ５２：第２調心溝

Claims (3)

1. スリーブ（２１）と、
   前記スリーブの内部で軸方向へ移動可能なスプール（２２）と、
   前記スプールに軸方向一方側への軸方向力を作用させるスプリング（２３）と、
   電磁力を発生させ、前記スプールに軸方向他方側への軸方向力を作用させるソレノイド（３３）と、
   を備え、前記ソレノイドの電磁力と前記スプリングの軸方向力と前記スプールに作用する油圧力との釣り合いにより前記スプールのストロークを制御するリニアソレノイドバルブ（１０）であって、
   前記スリーブは、供給圧ポート（２４）と、前記供給圧ポートに対して軸方向一方側に位置する制御圧ポート（２５）と、前記供給圧ポートに対して軸方向他方側に位置し、前記制御圧ポートに接続されるフィードバック圧ポート（２６）とを有し、
   前記スリーブの内壁と前記スプールの外壁との間には、前記供給圧ポートに接続する供給圧室（４４）と、前記制御圧ポートに接続する制御圧室（４５）と、前記フィードバック圧ポートに接続するフィードバック圧室（４６）とが区画形成され、
   前記スプールが当該スプールの移動範囲の軸方向一方側の端に位置する状態をストローク無し状態とすると、
   ストローク無し状態において前記フィードバック圧室と前記供給圧室との間には、前記スリーブの内壁と前記スプールの外壁とから構成される第１摺動部（４１）が形成され、
   ストローク無し状態において前記供給圧室と前記制御圧室との間には、前記スリーブの内壁と前記スプールの外壁とから構成される第２摺動部（４２）が形成され、
   前記スプールは、ストローク無し状態において前記第１摺動部に位置する第１調心溝（５１）と前記供給圧室に位置する第２調心溝（５２）とを有し、
   ストローク無し状態において、前記第１摺動部の軸方向一方側の端から前記第２調心溝の軸方向一方側の端までの軸方向距離をＬ１とし、前記第２摺動部の軸方向距離をＬ２とすると、
   Ｌ１≦Ｌ２であるリニアソレノイドバルブ。
2. 前記スリーブは、前記制御圧ポートに対して軸方向一方側に位置する排出圧ポート（２７）を有し、
   前記スリーブの内壁と前記スプールの外壁との間には、前記排出圧ポートに接続する排出圧室（４７）が区画形成され、
   ストローク無し状態において前記排出圧室に対して軸方向一方側には、前記スリーブの内壁と前記スプールの外壁とから構成される第３摺動部（４３）が形成され、
   前記スプールは、前記制御圧室と前記排出圧室との連通を遮断可能なＥＸランド部（２９）と、ストローク無し状態において前記第３摺動部に位置する第３調心溝（５３）とを有し、
   ストローク無し状態において、前記排出圧室の軸方向他方側の端から前記ＥＸランド部の軸方向他方側の端までの軸方向距離をＬ３とし、前記第３摺動部のうち前記第３調心溝に対して軸方向他方側の部分（５５）の軸方向距離をＬ４とすると、
   Ｌ３≦Ｌ４である請求項１に記載のリニアソレノイドバルブ。
3. スリーブと、
   前記スリーブの内部で軸方向へ移動可能なスプール（６２）と、
   前記スプールに軸方向一方側への軸方向力を作用させるスプリングと、
   電磁力を発生させ、前記スプールに軸方向他方側への軸方向力を作用させるソレノイドと、
   を備え、前記ソレノイドの電磁力と前記スプリングの軸方向力と前記スプールに作用する油圧力との釣り合いにより前記スプールのストロークを制御するリニアソレノイドバルブであって、
   前記スリーブは、供給圧ポートと、前記供給圧ポートに対して軸方向一方側に位置する制御圧ポートと、前記供給圧ポートに対して軸方向他方側に位置し、前記制御圧ポートに接続されるフィードバック圧ポートとを有し、
   前記スリーブの内壁と前記スプールの外壁との間には、前記供給圧ポートに接続する供給圧室と、前記制御圧ポートに接続する制御圧室と、前記フィードバック圧ポートに接続するフィードバック圧室とが区画形成され、
   前記スプールが当該スプールの移動範囲の軸方向一方側の端に位置する状態をストローク無し状態とすると、
   ストローク無し状態において前記フィードバック圧室と前記供給圧室との間には、前記スリーブの内壁と前記スプールの外壁とから構成される第１摺動部（６１）が形成され、
   前記スプールは、ストローク無し状態において前記第１摺動部に位置する第１調心溝を有し、
   前記第１摺動部のうち前記第１調心溝に対して軸方向一方側の部分（６５）の径方向クリアランスをＣＬ１とし、前記第１摺動部のうち前記第１調心溝に対して軸方向他方側の部分（６６）の径方向クリアランスをＣＬ２とすると、
   ＣＬ１＞ＣＬ２であるリニアソレノイドバルブ。

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