JP2816898B2

JP2816898B2 - 流量制御弁

Info

Publication number: JP2816898B2
Application number: JP2316182A
Authority: JP
Inventors: 茂伊藤
Original assignee: 株式会社ゼクセル
Priority date: 1990-11-22
Filing date: 1990-11-22
Publication date: 1998-10-27
Anticipated expiration: 2013-10-27
Also published as: JPH04191533A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はたとえば油圧クラッチの制御に好適な流量制
御弁に関する。

〔従来の技術及びその技術的課題〕

ギヤトレーンの断接を油圧クラッチで行うことで変速
するオートマチック油圧クラッチの制御に関しては、最
初にクラッチパック（油圧シリンダの油室）のボリュー
ムを迅速に油圧で満たし、かつ、制御域すなわち半接続
状態から接続完了までの範囲では良好な分解能が要求さ
れる。かかる特性を電磁比例弁だけで実現するのは、元
来パイロット要素として分解能には優れる反面、流量の
小さいこの種の弁では無理があり、電力消費量も嵩む。
そこでこの対策として、特開昭62−224730号公報や実開
平１−154335号公報において、電磁比例弁と検出弁を用
いた流量制御弁が提案されている。

これら先行技術においては、第６図に示すように、電
磁比例弁V₁と検出弁V₂がそれぞれ別体の弁として第１ボ
デイBD₁と第２ボデイBD₂に組み込まれ、そして、電磁比
例弁V₁と検出弁V₂の両入力ポートP₁,P₂は互いに接続さ
れて配管を介して油圧供給源に接続され、また、電磁比
例弁V₁と検出弁V₂の両出力ポートA₁,A₂も互いに接続さ
れて配管を介してクラッチパックＣに接続されるように
なっていた。

詳しくは、電磁比例弁V₁は、第１ボデイBD₁のスプー
ル穴に配されたスプールs₁と、このスプールｓを供給電
流の大きさに対応してばねsp₁に抗して移動させ、入力
ポートと出力ポート間の開度を制御する比例ソレノイド
S₀とを備え、検出弁V₂は、第２ボデイBD₂のスプール穴
に配され入力ポートと出力ポート間を開閉するスプール
s₂と、該スプールs₂を閉じ側に付勢する戻しばねsp₂と
を有しており、かつ前記電磁比例弁V₁の出力ポート下流
側の流路に絞りｅを設け、この絞りｅの前後の圧力差に
より前記スプールs₂を戻しばねsp₂の付勢力に抗して開
方向に移動させるようになっていた。

そして、油圧クラッチの制御に際しては、まず比例ソ
レノイドS₀により電磁比例弁V₁を全開状態にする。これ
により、電磁比例弁V₁を介して圧油がクラッチパックに
流入し、このときに絞りｅの前後の圧力差が生ずるた
め、検知弁V₂のスプールs₁も戻しばねsp₁に抗して開弁
し、圧油がクラッチパックＣに大量に充満される。そし
てクラッチパックが作動し、半クラッチ状態になるとク
ラッチパック内の圧力の上昇が絞りｅに伝達され、絞り
前後の圧力差が小さくなるため、検出弁V₂のスプールs₂
が戻しばねsp₂により閉じ位置に戻される。このストロ
ークを検出して電磁比例弁V₁への供給電流を制御する
と、スプールs₁の開度に応じてクラッチパックＣへの流
量がコントロールされ、クラッチが接続状態に移行す
る。

しかしながら、先行技術においては、先のように電磁
比例弁V₁と検出弁V₂とが別々の弁機構となっていて、そ
れらが各ボデイBD₁,BD₂にそれぞれ組込まれるため、構
造が複雑で大型かつ重量化する。したがって、搭載、設
置スペースを広く取れる大型建設車輌の場合には支障が
ないが、乗用車等の小型車輌には適用しがたいという問
題があった。

また、先行技術においては、電磁比例弁V₁のスプール
ポジションがＰ−Ａ接続とＡ−Ｔ接続のいずれかであ
る。このため、検出弁V₂が作動してクラッチパックに圧
油を満たしている間（電磁比例弁V₁を開弁したままにす
ると電力消費が増すため、通常、閉弁されている）、電
磁比例弁V₁のＡ→Ｔが開口しており、したがって、検出
弁の入力ポートからの圧油の一部がタンクに連続的に流
れてしまう。このため、フィリング効率が悪く、応答性
の点でも問題があつた。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は前記のような問題点を解消するために創案さ
れたもので、その目的とするところは、油圧クラッチの
制御で代表されるような、アクチュエータの圧力室を油
で満たし、次いで圧力室に被作動物からの力で負荷圧が
立った後にその負荷圧に抗して圧力室の圧力を比例的に
高めるような流量制御を、非常に小型、軽量な構造で実
現することができるとともに、良好な応答性も実現させ
ることができる新規な流量制御弁を提供することにあ
る。

上記目的を達成するため本発明は、一つのボデイのス
プール穴に電磁比例弁と検出弁とを巧みに複胴スプール
形式として組み込み、関連作動させるようにしたもので
ある。

すなわち、本発明の特徴とするところは、スプール穴
とスプール穴と交差する関係で入力ポートと出力ポート
およびタンクポートを形成したボデイと、前記スプール
穴に摺動自在に内挿された筒状の第１スプールと、該第
１スプールに相対移動自在に内挿され、ソレノイド部に
より動かされる第２スプールとを備え、前記筒状の第１
スプールが、前記ポートに対応する入力用、出力用およ
びタンク用の各通孔を有するとともに、外側には入力用
と出力用の通孔の間に前記ボデイの入力ポートと出力ポ
ート間を開閉するランド部と、入力ポートから出力ポー
トへの圧油の流れを制限する絞りを有し、内側には、出
力用通孔とタンク用通孔間の部位に前記ランド部よりも
受圧面積の小さい内向きランドを有し、入力ポートより
外れた領域には受圧面を持つシリンダ室を有し、そのシ
リンダ室は細孔により外部の低圧室に通じており、第２
スプールが、常態において前記第１スプールの入力用通
孔と出力用通孔間を遮断するメインランド部と、常態に
おいて前記内向きランドとアンダーラップしかつ前記メ
インランド部よりも受圧面積の小さい洩れ防止用ランド
部と、前記シリンダ室に位置するピストン用ランド部と
を有している構成としたものである。

〔作用〕

常態においては、第１スプールと第２スプールはそれ
ぞれ初期位置設定用のばねにより戻され、第１スプール
に設けた入力用通孔と出力用通孔が第２スプールに設け
たメインランド部により遮断され、また、ボデイに設け
た入力ポートと出力ポートが第１スプールのランド部に
より遮断される。一方、第２スプールの洩れ防止用ラン
ドは内向きランドとアンダーラップにあるため、ボデイ
の出力ポートとタンクポートとは連通している。したが
って、油圧源からの圧油は出力ポートに供給されず、ア
クチュエータの油はタンクに戻される。

この状態で、ソレノイド部に大電流を流すと第２スプ
ールがフロストローク移動（全開）する。すなわち、第
２スプールのピストン用ランド部が第１スプールのシリ
ンダ室を急激に軸線方向移動する。このとき、シリンダ
室に満たされている油は粘性抵抗により細孔からすぐに
は低圧室に排出されないため、シリンダ室には圧力が立
ち、第１スプールの受圧面を押圧する。これにより、第
２スプールの移動とほぼ同時に第１スプールもスプール
穴内を移動（開弁）する。これにより第１スプールのラ
ンド部がスプール穴のスイツチング凸壁から離間し、圧
油はボデイの入力ポートから絞りを経て出力ポートに流
れ、アクチュエータに送り込まれる。

前記のように第１スプールが動いたならば、すぐにソ
レノイド部への印加電流を減少させる。すると、第２ス
プールは第１スプール内径にガイドされて戻るが、第１
スプールは、出力ポート領域にある絞り部の前後に生ず
る圧力差により開弁状態に保持されるため、圧油の供給
は持続する。このとき、第２スプールの戻りに伴い、第
２スプールの洩れ防止用ランドが第１スプールの内向き
ランドにラップする。したがって、出力用の通孔とタン
ク用の通孔との連通が遮断され（出力ポートとタンクポ
ートが遮断）た状態で送油が行われ、圧油を効率よくア
クチュエータに送ることができる。

アクチュエータのボリュームが圧油で満たされると、
ボデイの出力ポートに圧力が立ち始める。第１スプール
の内向きランドの受圧面積はランド部の受圧面積よりも
小さく、かつ絞り前後の圧力差も漸次なくなる。したが
って、第１スプールは受圧面積差により閉じ側に移動さ
れる。

この状態からソレノイド部への通電を比例制御すれ
ば、第２スプールが通電量に応じて移動し、良好な分解
能で流量制御される。このときには、第１スプールは前
記受圧面積差により閉弁したままの状態に保たれる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を添付図面に基いて説明する。

第１図ないし第４図は本発明にかかる流量制御弁の一
実施例を示している。

１はボデイ、２は筒状をなした検出用の第１スプー
ル、３は軸状をなした電磁比例用の第２スプールであ
る。第２スプール３は第１スプール２に同軸に内挿さ
れ、ボデイ１の右端に固定されたソレノイド部５により
動かされるようになっている。

詳述すると、まず、ボデイ１は長手方向にスプール穴
10を有しており、スプール穴10の左端側は貫通し、ここ
に栓体11が嵌着されている。勿論、袋穴であってもよ
い。

前記ボデイ１には、油圧源４に接続する入力ポートＰ
と、アクチュエータたとえばクラッチパックＣに接続す
る出力ポートＡ、およびタンクに通じるタンクポートＴ
が、前記スプール穴10と交差する関係でかつ互いに所定
の間隔をおいて形成されている。

前記各ポートは溝を含むもので、それらポートのうち
少なくとも出力ポートＡは、後述する絞り部を組み込み
得るように第２図のようにドーム状の幅広溝となってお
り、その出力ポートＡの入力ポート寄りには、絞り部を
摺動ガイドさせるための環状凹部12が隣設され、該環状
凹部12に続くスプール穴には、環状のスイツチング凸壁
13が突出形成されている。また、入力ポートＰより右方
のスプール穴部分には、環状をなしたガイド用凸壁14を
介して径の大きな筒穴15が形成されている。

次に、第１スプール２は、第１図に示されるように、
前記ボデイ１のスプール穴10に摺動自在に嵌められてい
る。この第１スプール２は、ガイド用凸壁14に摺接する
大径部2aが右端から所要長さにわたり形成され、この大
径部2aにより前記筒穴15との間にリング状のドレーン室
Drが画成されている。

また、この大径部2aの終わりから所定の距離を置いた
部位に、前記スイツチング凸壁13に接離するランド部2b
が形成されており、ランド部2bより左方には、出力ポー
トＡとタンクポートＴ間のスプール穴に常時摺接する中
径部2cが形成されている。そして、それよりも左方には
細径部2dを介してこれよりさらに細径の先端部2eが形成
され、その先端部2eがスプール穴先端域に嵌まり、先端
部2eと細径部2dの境界をなす段部2fがタンクポートＴの
左壁に当接することで移動が規制されるようになってい
る。

そして、前記大径部2aとランド部2bとの間には複数個
の入力用通孔20が、また、中径部2cには複数個の出力用
通孔21が、さらに細径部2dには複数個のタンク用通孔22
がそれぞれ筒壁を貫いて形成されている。

前記出力用通孔21の端とランド部2bとの間の中径部2c
外周には、前記環状凹部12に摺接するリング状の絞り部
材７が圧入等により一体に固定されており、この絞り部
材７には、第２図のごとく全周に等間隔で複数個の絞り
穴70が配設されている。絞り穴70は、第１スプール２の
開弁時に入力ポートＰから出力ポートＡへの圧油の良好
な流通を許しつつ、第２スプール３の全開時に入力ポー
ト側の圧力が出力ポート側の圧力よりも高くなるような
差圧を創成するためのもので、絞り部材７の全面積の50
％以下好ましくは40〜47％程度の開口率とされる。な
お、前記絞り部材７は、第１スプール２をスプール穴10
に組み込むときに予め出力ポートＡ内に挿入され、第１
スプール２の嵌挿により一体化されるため、組立ては容
易である。

一方、第１スプール２の内側は、前記大径部2aの領域
に受圧部としての段部24を有する拡大穴23が形成され、
この拡大穴23は左端に近い部位で細孔230によりドレー
ン室Drと通じている。前記段部24よりランド部2bに到る
領域にはストレート状の中径穴25が形成され、前記入力
用通孔20はこの中径穴25の部位に設けられている。

この中径穴25の左方には第１リング溝26が形成され、
ここに前記出力用通孔21が設けられている。この第１リ
ング溝26よりも左方は、先端に到るまで中径穴25よりも
さらに径の小さい細径穴27となっており、この細径穴27
の始端領域すなわち出力ポートＡとタンクポートＴの間
の領域には、内向きランド29を有せしめるように第２リ
ング溝28が形成されている。

そして、前記第１スプール２は、先端部2eの端面とス
プール穴底（図面では栓体11）の間には、初期位置設定
用のほとんどセット力のないばね６が介装され、このば
ね６により、大径部2aの端面がソレノイド部５のハウジ
ング5aに当接され、その状態で入力用通孔20が入力ポー
トＰに、出力用通孔21が出力ポートＡに、またタンク用
通孔22がタンクポートＴにそれぞれ臨み、ランド部2bが
スイツチング凸壁13にオーバラップすることで入力ポー
トＰと出力ポートＡを遮断している。

なお、前記ランド部2bの受圧面積S₁は、内向きランド
部29の受圧面積S₂よりも大きく作られていることが必要
である。

次に第２スプール３は、右端側から左端側に向かっ
て、前記拡大穴23に摺接するピストン用ランド部3aと、
前記入力用通孔20よりも右方の中径穴25に摺接し前記ピ
ストン用ランド部3aとの間の拡大穴中にシリンダ室Crを
画成するための仕切りランド部3bと、入力用通孔20より
も左方の中径穴25に摺接し入力用通孔20と出力用通孔21
間を開閉するメインランド部3cと、前記内向きランド29
と協働する洩れ防止用ランド部3dと、細径穴27に摺接す
る端部ランド部3eとを有している。メインランド部3cは
洩れ防止用ランド部3dよりも大きな受圧面積を有してい
る。

前記端部ランド部3eは、端面に凹入部31を有し、これ
とスプール穴底（図面では栓体11）の間に介装した初期
位置設定用のほとんどセット力のないばね８により、第
２スプール３は右端ソレノイド部５のハウジング5aに当
接される。この状態が閉弁状態であり、この状態でメイ
ンランド部3cが第１リング溝26に隣接する中径穴25にオ
ーバラップし、洩れ防止用ランド部3dが内向きランド29
からアンダーラップし、第２リング溝28内に位置するよ
うになっている。

ソレノイド部５は、公知のものと同様にハウジング5a
の内部にソレノイド5bが配置され、その内側にアーマチ
ュア5cが配され、そのアーマチュア5cは軸孔50に配した
強い押しばね5dを介して前記第２スプール３の頭部に接
している。前記ソレノイド5bは外部のコントローラ5eに
電気的に接続され、該コントローラ5eによりたとえば第
５図のような通電パターンに制御されるようになってい
る。

そして、前記第１スプール２の右端面に対応するハウ
ジング5aの端面には、第１スプール２の動きすなわちフ
ィリングを検出するスイッチ９が埋め込まれ、前記コン
トローラ5eに電気的に接続されている。このスイッチ９
としては、圧電素子のような機械−電気変換素子が好適
である。

前記軸孔50は、油導孔51,51により前記ドレーン室Dr
と常時通じ、これから導入された油によりソレノイド5b
が油冷されるようになっている。スプール３は軸線方向
にドレーン用の貫通孔32を有し、該貫通孔32はタンクポ
ートＴに臨む部位に排出孔33を分岐している。したがっ
て、油冷の役目をはたしたドレーン油は軸孔50から貫通
孔32および排出孔33を経てタンクポートＴに流される。

〔実施例の作用〕

第１図の状態は第１スプール２が閉じ、第２スプール
もソレノイド5bに通電されず閉じている状態である。こ
のときには、第１スプール２のランド部2aがボデイ１の
スイツチング凸壁13にオーバーラップし、第２スプール
３に設けられているメインランド部3cが第１スプール２
の中径穴25にオーバーラップしているため、入力ポート
Ｐと出力ポートＡ間は閉じられている。

一方、このときには第２スプール３の洩れ防止用ラン
ド部3dは第２リング溝28内に位置し、内向きランド部29
とはアンダーラップ状態にあるため、出力ポートＰとタ
ンクポートＴは、第１スプール２と第２スプール３とで
作られる内部通路により連通している。したがって、ア
クチュエータＣの油は円滑にタンクに戻される。

この状態で第５図のステップのように、まずソレノイ
ド5bに大電流を流せば、アーマチュア5cが最大にリフト
し、第２スプール３は押しばね5dにより急激に全開位置
まで移動される。第２スプール３は右端側にピストン用
ランド部3aを有しているため、前記ピストン用ランド部
3aの急激な左方への移動によりシリンダ室Crは容積が縮
められる。シリンダ室Crに予め満たされている油は細孔
230からドレーン室Drに流出しようとするが、粘性抵抗
により流出が遅滞するため、シリンダ室Crには圧力が創
成され、その圧力が段部24に作用する。

このため、第１スプール２は第２スプール３の移動と
ほぼ同時に一体となって左方に移動し、ランド部2bがス
イツチング凸壁13から離間する。これにより圧力源４か
らの圧油は、ランド部2bとスイツチング凸壁13の間の隙
間から流出し、絞り孔70を経て出力ポートＡへと流れ、
それにより絞り部材７の前後に圧力差が生ずるため、第
１スプール２は左端側の段部2fがタンクポートＴの左壁
に接するまで移動する。したがって、圧油は大流量でア
クチュエータ４に送り込まれる。

次いで、第５図のようにソレノイド5bに印加される電
流が減少される。これにより第２スプール３は戻され
る。この状態が第４図であり、このときには、絞り穴70
を通過するフローフオースにより第１スプール２は開弁
状態に保たれるため、圧油は第５図の矢印のように、入
力ポートＰから出力ポートＡへと流れ、アクチュエータ
Ｃのボリュームを持続的に満たす。このとき、第２スプ
ール３の洩れ防止用ランド部3dは内向きランド部29と接
触関係にある。このため、出力ポートＡとタンクポート
Ｔは遮断され、出力ポートＡ側の圧油がタンクに洩れな
い。それゆえ圧油を効率よくアクチュエータＣに供給す
ることができ、フイリングタイムをより一層短縮するこ
とができる。

かくしてアクチュエータＣのボリュームが圧油で満た
されると、出力ポートＡには圧力P₂が立ち始める。油圧
クラッチにおいては半接続状態である。この出力ポート
Ａの圧力P₂は第２スプール３のメインランド部3cと洩れ
防止用ランド部3dに作用するが、前者の受圧面積が後者
のそれより大きいため、第２スプール３は動かない。ま
た、第１スプール２のランド部2bの受圧面積S₁と内向き
ランド部29の受圧面積S₂はS₁＞S₂の関係にある。このた
め、受圧面積差により第１スプール２は右方へと移動し
始める。この移動で入力ポートＰから出力ポートＡへの
圧油の流れが絞られることと、出力ポートＡの圧力P₂の
増大により、絞り部材７の上流側と下流側の圧力P₁とP₂
はほとんど等しくなる。このため、第１スプール２は入
力ポートＰの圧力P₀が高いにもかかわらず右方へと押動
される。それによりランド部2bがスイツチング凸壁13と
接し、入力ポートＰと出力ポートＡ間が遮断される。

このように第１スプール２が初期位置に戻ると、ハウ
ジング5aの端面に埋め込んだフイリング検出スイッチ９
により検出され、制御開始信号がコントローラ5eに送ら
れる。それにより第４図のように落されていた電流値
が、徐々に大きくなるように比例制御される。これによ
り、第２スプール３だけが第１図の状態から左方に徐々
に動かされ、メインランド部3cが中径穴25から離間し、
圧油は入力用通孔20から第１スプール２内を通り、出力
用通孔21から出力ポートＡへと流れる。この場合、第２
スプール３は小径であるため分解能が良く、良好な制御
を行える。

前記フイリング検出スイッチ９として圧電素子を用い
た場合、第１スプール２の当接力により歪み、起電力に
変換されてコントローラ5eに信号が送られる。この方式
は、先行技術のような機械的動きによりスイッチでない
ため、摩擦部の摩滅による接触不良や動きの遅れなどの
不具合がなく、信頼性が高い。また、構造も簡素化され
るため、より小型化を実現できる。さらに、単純なオン
オフだけでなく、第１スプール２の軸線方向に作用する
アクチュエータ7Cの圧力（たとえばクラッチ圧）を随時
取り出すことができるため、精密な制御を行う場合に有
利である。

前記フィリング間の電流値の下限保持は、本発明にお
いては出力ポートからタンクポートへの洩れ防止のため
の制御電流値ではなく、次のステップとしての比例制御
の立上りをスムーズにするためであり、したがって、必
要最少限の微弱電流値で足りる。

なお、ソレノイド部５の作動に悪影響をもたらすゴミ
の進入は、仕切りランド部3bとピストン用ランド部3aの
存在で防止することができる。しかし、必要に応じ、ピ
ストン用ランド部3aの左方と第１スプール２の大径部2a
とをダイヤフラムで連結してもよいのは勿論である。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明によるときには、電磁比例用のス
プールと検出用のスプールを複胴式としてボデイ内に組
み込んでいるため、電磁比例と検出の両機能を有しなが
ら構造を非常に小型、軽量なものにすることができ、し
たがって、小型車両の油圧クラッチ制御手段等に適用す
ることができ、しかも、アクチュエータに油を満たすフ
ィリング時に出力ポートからタンクポートへの油漏れが
生じないため、小型でありながら応答性を良好にするこ
とができるなどのすぐれた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による流量制御弁の一実施例を示す縦断
側面図、第２図は第１図II−II線に沿う断面図、第３図
は本発明における検出弁と電磁比例弁の分解斜視図、第
４図は検出弁作動時の状態を示す断面図、第５図は本発
明によりクラッチ制御を行う場合の電流制御パターンを
例示する説明図、第６図は従来の流量制御弁の断面図で
ある。１……ボデイ、２……筒状の第１スプール、2a……大径
部、2b……ランド部、３……第２スプール、3a……ピス
トン用ランド部、3c……メインランド部、3d……洩れ防
止用ランド部、５……ソレノイド部、6,8……ばね、７
……絞り部材、10……スプール穴、24……段部、29……
内向きランド部、70……絞り穴、230……細孔、Cr……
シリンダ室、Dr……ドレーン室

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】スプール穴とスプール穴と交差する関係で
入力ポートと出力ポートおよびタンクポートを形成した
ボデイと、前記スプール穴に摺動自在に内挿された筒状
の第１スプールと、該第１スプールに相対移動自在に内
挿され、ソレノイド部により動かされる第２スプールと
を備え、前記筒状の第１スプールが、前記ポートに対応する入力
用、出力用およびタンク用の各通孔を有するとともに、
外側には、入力用と出力用の通孔の間に前記ボデイの入
力ポートと出力ポート間を開閉するランド部と、入力ポ
ートから出力ポートへの圧油の流れを制限する絞りを有
し、内側には、出力用通孔とタンク用通孔間の部位に前
記ランド部よりも受圧面積の小さい内向きランドを有
し、入力ポートより外れた領域には受圧面を持つシリン
ダ室を有し、そのシリンダ室は細孔により外部の低圧室
に通じており、第２スプールが、常態において前記第１スプールの入力
用通孔と出力用通孔間を遮断するメインランド部と、常
態において前記内向きランドとアンダーラップしかつ前
記メインランド部よりも受圧面積の小さい洩れ防止用ラ
ンド部と、前記シリンダ室に位置するピストン用ランド
部とを有していることを特徴とする流量制御弁。