(57)【要約】【課題】ソレノイド作動バルブにおいて、作動の信頼性を高め、かつ、構造を簡素化する。【解決手段】本発明に係るソレノイドバルブ１０は、スプールの流体計量機能をアーマチャ３０に組込んで簡素化された構造を有し、これにより、バルブに独立したスプール、ベアリング及びピンを不要にする。アーマチャ３０は、バルブボディ１４の少なくとも１つのポート３６に接続する開口３４を有している。バルブボディ１４のポート３６に対するアーマチャ３０の位置の相違がバルブボディ１４の出口から流出する流体の圧力を制御する。一実施形態では、同じバルブ全体構造で反比例バルブ及び正比例バルブの両方を形成するように修正することができる。本発明に係るバルブ１０は、スプールの流体計量機能を単一の開口３４が設けられたアーマチャ３０に組込むことによって、構造を簡素化してバルブ１０の部品点数を減少させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１開口部（３６ａ）及び第２開口部（３６ｂ）を有する流体通路を形成する少なくとも１つのポート（３６）が形成されたバルブボディ（１４）と、
磁力を発生するソレノイド（４２）と、
前記バルブボディの一部を取囲むアーマチャ（３０）とを備え、
前記アーマチャは、磁力に応じて前記バルブボディの少なくとも一部に沿って移動可能であり、前記第１開口部に選択的に接続して前記少なくとも１つのポートを通る流体の流体力を制御する開口（３４）を有していることを特徴とするソレノイド作動バルブ。
【請求項２】
更に、前記アーマチャにばね力を付与するスプリング（３８）を備えていることを特徴とする請求項１に記載のソレノイド作動バルブ。
【請求項３】
前記アーマチャが移動して、ばね力を磁力と流体力との和に等しくすることを特徴とする請求項２に記載のソレノイド作動バルブ。
【請求項４】
前記アーマチャが移動して、流体力を磁力とばね力との和に等しくすることを特徴とする請求項２に記載のソレノイド作動バルブ。
【請求項５】
更に前記ソレノイド及び前記アーマチャを覆うケース（１６）と、カバー（１８）とを有するハウジング（１２）を備えていることを特徴とする請求項１に記載のソレノイド作動バルブ。
【請求項６】
前記ケース及び前記カバーの少なくとも一方は磁極であることを特徴とする請求項５に記載のソレノイド作動バルブ。
【請求項７】
制御ポート（Ｐ２）、供給ポート（Ｐ１）及び排出ポート（Ｐ３）が形成されたバルブボディ（１４）と、
磁力を発生するソレノイド（４２）と、
前記ソレノイドの内側に配置されて前記バルブボディの一部を取囲み、磁力に応じて前記バルブボディの少なくとも一部に沿って移動可能であり、前記制御ポート、前記供給ポート及び前記排出ポートの少なくとも１つに接続して前記制御ポートを通る流体の流体力を制御する開口（３４）を有するアーマチャ（３０）と、
前記アーマチャにばね力を付与し、前記アーマチャの位置を磁力、流体力及びばね力の組合せによって制御するスプリング（３８）と、
前記ソレノイド及び前記アーマチャを覆うケース並びにカバーを有し、前記ケース及び前記カバーの少なくとも一方が磁極であるハウジング（１２）とを備えていることを特徴とするソレノイド作動バルブ。
【請求項８】
反比例バルブであって、前記ケースが磁極であり、前記アーマチャが移動して、ばね力を磁力と流体力との和に等しくすることを特徴とする請求項７に記載のソレノイド作動バルブ。
【請求項９】
磁力が減少したとき、流体力によって前記開口が前記制御ポートを前記供給ポートに接続し、磁力が増大したとき、流体力によって前記開口が前記制御ポートを前記排出ポートに接続することを特徴とする請求項８に記載のソレノイド作動バルブ。
【請求項１０】
正比例バルブであって、前記カバーが磁極であり、前記アーマチャが移動して、磁力をばね力と流体力との和に等しくすることを特徴とする請求項７に記載のソレノイド作動バルブ。
【請求項１１】
磁力が増大したとき、流体力によって前記開口が前記制御ポートを前記供給ポートに接続し、磁力が減少したとき、流体力によって前記開口が前記制御ポートを前記排出ポートに接続することを特徴とする請求項１０に記載のソレノイド作動バルブ。
【請求項１２】
更にばね力及びエアギャップの少なくとも一方を設定する校正アセンブリ（５０）を備えていることを特徴とする請求項７に記載のソレノイド作動バルブ。
【請求項１３】
制御ポート（Ｐ２）、供給ポート（Ｐ１）及び排出ポート（Ｐ３）が形成されたバルブボディ（１４）を形成し、
前記バルブボディの一部を取囲むようにアーマチャ（３０）を配置し、
磁力を発生するソレノイド（４２）を前記アーマチャの少なくとも一部を取囲むように配置し、
前記アーマチャ（３０）は、磁力に応じて前記バルブボディの少なくとも一部に沿って移動可能であり、前記制御ポート、前記供給ポート及び前記排出ポートの少なくとも１つに接続して前記制御ポートを通る流体力を制御する開口（３４）を有していることを特徴とするソレノイド作動バルブの製造方法。
【請求項１４】
更に、前記アーマチャを該アーマチャにばね力を付与するスプリングに連結して、磁力、流体力及びばね力の組合せによって前記アーマチャの位置が制御されるようにしたことを特徴とする請求項１３に記載のソレノイド作動バルブの製造方法。
【請求項１５】
更に、ハウジング内に前記バルブボディ、前記アーマチャ、前記ソレノイド及び前記スプリングを配置し、前記ハウジングは、前記バルブボディの第２部分が露出されるようにしていることを特徴とする請求項１４に記載のソレノイド作動バルブの製造方法。
【請求項１６】
前記ハウジングは、ケース（１６）及びカバー（１８）を備え、更に、前記ケース及び前記カバーの少なくとも一方を磁化して磁極を形成することを特徴とする請求項１５に記載のソレノイド作動バルブの製造方法。
【請求項１７】
更に、校正アセンブリ（５０）を取付け、該校正アセンブリによってエアギャップ（５２）及びばね力の少なくとも一方を調整することを特徴とする請求項１４に記載のソレノイド作動バルブの製造方法。
【請求項１８】
反比例バルブであって、前記校正アセンブリによって調整するステップは、定常状態において、ばね力を流体力と磁力との和に等しく調整することを含んでいることを特徴とする請求項１７に記載のソレノイド作動バルブの製造方法。
【請求項１９】
正比例バルブであって、前記校正アセンブリによって調整するステップは、定常状態において、ばね力を流体力と磁力との差に等しく調整することを含んでいることを特徴とする請求項１７に記載のソレノイド作動バルブの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気的に作動されるバルブ、より具体的には、ソレノイドを流れる電流に基づいて流体圧力を制御する電気的に作動されるソレノイドバルブに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ソレノイド作動バルブは、車両用自動シフトパワー変速機の油圧及び流体流量を制御するための車載用途に広く使用されている。一般的なソレノイドバルブ構造は、電流信号を受けるソレノイドと、その信号による磁力に応じて移動するアーマチャと、アーマチャの移動に応じてバルブの出口圧力を変化させるスプールと含んでいる。ピンがアーマチャとスプールとの間の機械的なインターフェイスとして作動する。ばね力がアーマチャに付与され、その結果、アーマチャ及びスプールの位置すなわちバルブの出口圧力は、ばね力とアーマチャの磁力と油圧とのつりあいに依存する。通常、スプールは、スプールに作用する圧力のアンバランス、ばね力、あるいは、これらの両方によって、常時、アーマチャに係合している。これにより、スプールは、アーマチャの位置に基づいて、バルブから流出する流体の流れを計量する。
【０００３】
ときどき、バルブに異物が侵入することがある。異物を解放してバルブの外へ洗い流すため、ディザ信号をアーマチャに作用させてアーマチャ及びこれによりスプールを連続的に振動させる。しかしながら、適当にバルブを作動させるためには、アーマチャとスプールとが常時接触していることが必要である。バルブ内の作動圧力が低いと、スプールとアーマチャとの接触が緩くなり、アーマチャからスプールへのディザ振動の伝達が妨げられる。その結果、スプールが更に移動するには、先ず静止摩擦に打勝たなければならず、非制御状態で引き剥がしながら移動し始めることになり、バルブ出力において望ましくない急激な圧力変動が生じることになる。
【０００４】
また、近年公知のバルブ構造は、緊密な製造公差を要求する。ピン、アーマチャ及びスプールの配置は、特に繊細であり、適当なバルブ作動のためには、完全に一直線上で同軸である必要がある。これらの部品の１つのアライメントが僅かにずれた場合、バルブは故障する。特にピンはスプールに完全に整合しなければならないが、ピン及びスプールの長さによってピンの不整合がスプール上で増幅されることになる。多数の部品を有する近年のバルブアセンブリは、製造が困難であり、また、故障の可能性が高くなっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現在公知のバルブアセンブリよりも作動の信頼性が高く、かつ、シンプルな構造のソレノイドバルブアセンブリが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、スプールの流体計量機能をアーマチャに組込み、これにより、アーマチャに独立したスプール、ベアリング及びピンを不要にする簡素化された構造を有するソレノイドバルブ及びその製造方法を目指している。本発明のバルブアセンブリは、ばね力、ソレノイドによって生じる磁力及びバルブ内の流体圧力に応答するアーマチャを含んでいる。このアーマチャは、バルブボディの少なくとも１つのポートに連通する開口を有している。バルブボディのポートに対するアーマチャの位置の相違によってバルブボディの出口から出力する流体圧力を制御する。一実施形態では、同じバルブ全体構造を磁極片の配置及びバルブボディのポートの配置を変更することによって、反比例バルブ及び正比例バルブの両方を形成するように修正することができる。
【０００７】
本発明のバルブアセンブリは、スプールの流体計量機能を単一のポートを有するアーマチャに組込むことによって、バルブのポート数を減少させ、バルブ内部の部品のアライメントを簡素化する。更に、簡素化されたバルブ構造は、小さな修正を加えるだけで、同じ全体構造を異なるタイプのバルブとして使用できるようにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図1を参照して、本発明に係る一体構造を有するバルブ１０は、ハウジング１２及びバルブボディ１４を含んでいる。ハウジング１２は、他のバルブ部品を収容し、ケース１６の部分及びカバー１８の部分を含んでいる。以下に詳細に説明するように、ケース１６又はカバー１８のいずれかは、バルブ１０の所望の作動に応じて、バルブ１０の磁極として作用させることができる。バルブボディ１４の露出部２０は、マニホールド（図示せず）に嵌合して流体を様々な圧力で流すことができる１つ以上の開口部３６ｂを有するように形成されている。
【０００９】
図２は、図１の２−２線に沿ったバルブ１０の断面図である。この実施形態では、ハウジング１２のカバー１６の部分は、バルブ１０の磁極として作用して反比例バルブを形成する。ハウジング１２は、バルブボディ１４の隠れた部分３２を取囲むアーマチャ３０を収容している。アーマチャ３０は、バルブボディ１４の１つ以上のポート３６に連通してポート３６の流体圧力の変化に応答して流体の流量を計量する開口３４を有している。ポート３６は、それぞれハウジング１２内の第１開口部３６ａ及びハウジング１２の外の第２開口部３６ｂを有して、流体がポート３６を介して、流体源（図示せず）、流体排出口（図示せず）及びマニホールド（図示せず）に自由に接続できるようにしている。開口３４内の流体圧力は、アーマチャ３０をケース１６に向って（図２に示される左方に向って）押圧する。また、スプリング３８は、アーマチャ３０に付勢力を付与してアーマチャ３０をカバー１８に向って（図２の右へ向って）、開口３４の流体圧力による力とは反対方向に押圧する。
【００１０】
アーマチャ３０は、非磁性ボビン４０の内側に配置され、このボビン４０は、導体を巻装して形成したソレノイド４２を支持している。従来技術において公知のように、ソレノイドを通る電流は、電流に比例する強さの磁力を発生させ、この磁力がアーマチャ３０に作用してアーマチャ３０をハウジング１２のケース１６に向って（図２に示される左方へ向って）引張る。その結果、アーマチャ３０の位置は、スプリング３０、磁力及び開口３４を通って流れる流体によって生じる流体力（流体圧力によって生じる力）により、アーマチャ３０に作用する反力に依存することになる。アーマチャ３０は、これらの力が互いに釣合って平衡状態になるまで移動する。この反比例バルブの例では、ばね力Ｆspringは、アーマチャ３０に作用する磁力Ｆmagnetと流体力Ｆfluidとの和に等しく、すなわち、Ｆmagnet＋Ｆfluid＝Ｆspringである。この例では、バルブ１０の出口圧力は、バルブ１０への電流を増大させると減少する。
【００１１】
その結果、ソレノイド４２を通る電流を変化させることによってポート３６の流体圧力を制御することができ、ソレノイド４２を通る電流は、アーマチャ３０に作用する磁力及びアーマチャ３０の移動位置を順次変化させて、内部の開口部３６ａが覆われ又は露出されてバルブ１４を通るポート３６の内部の制御圧力を変化させ、これにより、バルブ１０の出口圧力を変化させる。
【００１２】
校正アセンブリ５０は、ハウジング１２に連結されて、スプリング３８の張力、及び／又は、本実施形態において磁極として作用するケース１６とアーマチャ３０との間のエアギャップ５２の寸法を制御できるようにしている。校正アセンブリ５０は、あらゆる所望の構造とすることができ、これは請求項に係る発明を限定するものではない。一実施形態では、校正アセンブリ５０は、バルブボディ１４に係合してエアギャップ５２の寸法を設定する第１ねじ部５４及び第１ねじ部５４と係合してスプリング３８の張力を設定する第２ねじ部５８を含んでいる。一実施形態では、第１及び第２ねじ部５４、５８は、逆方向にねじが形成されており（すなわち、一方が左ねじを有し、他方が右ねじを有しており）、校正支持部５６が第１ねじ部５４及び第２ねじ部５８を共にロックする。
【００１３】
ハウジング１２のカバー１８の部分の近くでスプリングワッシャ６０が第１ねじ部５４の移動に対して機械的抵抗を生じさせて、エアギャップ５２の寸法を設定する。クリップ６２がバルブボディ１４に取付けられてバルブアセンブリ１０を一体に保持している。
【００１４】
図３乃至図５は、様々な作動状態のアーマチャ３０を示している。この実施形態では、バルブ１０は反比例バルブであるから、ソレノイド４２に流す電流が増大したとき、バルブ出口のポート３６の流体圧力は減少する。
【００１５】
バルブボディ１４の隠れた部分３２にあるポートの開口部３６ａは、供給ポートＰ１、制御ポートＰ２及び排出ポートＰ３を含んでいる。制御ポートＰ２は、開口３４を介してアーマチャ３０に常時流体接続されて、バルブ１０の出口圧力を制御する。図に示されるように、開口３４は、制御ポートＰ２が主に供給ポートＰ１又は排出ポートＰ３のいずれかに接続できるように形成されている。出口圧力を変化させるため、アーマチャ３０に作用する磁力Ｆmagnetを変化させてアーマチャ３０をバルブボディ１４に沿って移動させる。これにより、制御ポートＰ２の出口開口部３６ｂの流体圧力の増減に応じて、開口３４が制御ポートＰ２を供給ポートＰ１又は排出ポートＰ３のいずれかに接続する。この流体圧力の変化によってアーマチャ３０が平衡状態に復帰する。
【００１６】
図３は、アーマチャの定常状態位置を示している。この時点では、Ｆmagnet＋Ｆfluid＝Ｆspringであり、これにより、開口３４は、制御ポートＰ２にのみ臨んでおり、供給ポートＰ１及び排出ポートＰ３はほぼ覆われて漏れ流体のみが開口３４に流入又は流出するようにし、アーマチャ３０がその定常状態位置を維持できるようにしている。ソレノイド４２へ供給される電流がない場合、磁力Ｆmagnetはゼロであり、また、流体力Ｆfluidは、ばね力Ｆspringに等しい。製造中において、ばね力Ｆspringは、ソレノイド４２が非励磁状態のとき、所期の「定常状態」になる所望の流体圧力に基づいて校正アセンブリ５０によって校正される。
【００１７】
図４を参照して、ソレノイド４２を通る電流増大させると、制御ポートＰ２の流体圧力が低下し、これにより、対応する出口開口部３６ｂの流体圧力が低下する。より具体的には、電流の増大はアーマチャ３０に作用する磁力Ｆmagnetを増大させ、アーマチャ３０を磁極として作用するハウジング１２のケース１６に向って（左方に向って）移動させる。これにより、増大された磁力Ｆmagnetによって、磁力Ｆmagnetと流体力Ｆfluidとの和が、これを反力とするばね力Ｆspringよりも大きくなることにより、圧力のアンバランスが生じることになる。アーマチャ３０の新たな位置によって、図４に示されるように、開口３４を制御ポートＰ２及び排出ポートＰ３の両方に流体接続する。これにより、過剰の流体力Ｆfluidの原因となる流れが制御ポートＰ２から開口３４へ流入し、そして、排出ポートＰ３へ流出できるようにして、制御ポートＰ２の流体力Ｆfluidを減少させ、流体圧力の変化に応答してアーマチャ３０を移動させて計量する（すなわち、供給ポートＰ２及び／又は排出ポートＰ３を覆い及び／又は開放して開度を変化させる）。流体力Ｆfluidは、これと増大された磁力Ｆmagnetとの和がばね力Ｆspringに等しくなるまで減少し続ける。この時点で、アーマチャ３０は、アーマチャ３０が排出ポートＰ３をほぼ完全に覆うように計量して、新たな流体力Ｆfluidで定常状態（図３）になる。
【００１８】
電流が減少又は停止されたとき、磁力Ｆmagnetも同様に減少する。その結果、流体力Ｆfluidとばね力Ｆspringとの間のアンバランスにより、（この時点のばね力Ｆspringは、磁力Ｆmagnetと流体力Ｆfluidとの和よりも大きくなるので）開口３４内の流体力Ｆfluidが最初にアーマチャ３０をハウジング１２のカバー１８に向って押圧する。これにより、図５に示されるように、アーマチャ３０の開口３４を供給ポートＰ１と共に制御ポートＰ２に流体接続する。追加の流体が供給ポートＰ１から開口３４に流れて制御ポートＰ２の流体力Ｆfluidが増大し、開口３４内の流体力Ｆfluidがこれと減少された磁力Ｆmagnetとの和がばね力Ｆspringに等しくなるまで、アーマチャ３０を移動させて流体の流れを計量する。この状態が生じると、アーマチャ３０は、再び図３の定常状態に達し、供給ポートＰ１をほぼ閉じて、ソレノイド４２を通る電流に対応する流体圧力を維持する。
【００１９】
上述の例は、反比例バルブアセンブリに焦点を当てているが、同じ本発明の技術的思想は、比例バルブに使用することもできる。図６及び図７乃至図９は、本発明の一実施形態に係る比例バルブの構造及び作動を示している。この実施形態では、ハウジング１２のカバー１８の部分は、磁極として働く。この実施形態では、バルブ１０は、等式Ｆmagnet＝Ｆspring＋Ｆfluidに従って作動する。この極方向及びばねの張力によって、バルブ１０はバルブ１０への電流が増大することによってバルブ１０の出口圧力が増大するように作動する。
【００２０】
図７に示されるようにポート３６の入口開口部３６ａに対するアーマチャ３０の定常状態位置は、図３に示される位置と概念的に同じであり、アーマチャ３０の開口３４が制御ポートＰ２に流体接続し、供給ポートＰ１及び排出ポートＰ３を介して流れる漏れがあって、選択された流体圧力を維持する。流体圧力を増大させるため、ソレノイド４２を流れる電流が増大され、これにより、アーマチャ３０に作用する磁力Ｆmagnetが増大する。その結果、ばね力Ｆspringと増大された磁力Ｆmagnetとの組合せは、最初は流体力Ｆfluidよりも大きくて、アーマチャ３０をカバー１８（すなわち、図６の右方）に向って押圧する。その結果、開口３４は、供給ポートＰ１を露出させて、これを制御ポートＰ２に接続する（図９）。その後、流体は、増大された流体力Ｆfluidが磁力Ｆmagnetの増大を補うまで、供給ポートＰ１を介して制御ポートＰ２へ流れてアーマチャ３０によって計量される。
【００２１】
ソレノイド４２を流れる電流の減少は、磁力Ｆmagnetを減少させ、これにより、出力ポートＰ２に対応する出口開口部３６ｂの流体力Ｆfluidが減少する。より具体的には、磁力Ｆmagnetの減少によって、磁力Ｆmagnetとばね力Ｆspringとによってアーマチャ３０に付与される合力がアーマチャ３０を校正アセンブリ５０（図６の左方）に向って押圧する流体によって反対方向に付与される流体力Ｆfluidよりも小さくなる。これにより、開口３４が排出ポートＰ３を露出させて、これを制御ポートＰ２に接続し、そして、流体が開口３４及び排出ポートＰ３を介して制御ポートＰ２から外へ排出されて、流体圧力が減少する。開口３４の位置は、流体力Ｆfluidが充分に減少して磁力Ｆmagnetの低下に対して調整されるまで、調整及び計量する。
【００２２】
本発明の構造は、バルブボディ１４の入口開口部３６ａを通る流体の流れを計量する開口３４をアーマチャ３０に形成することにより、独立したスプール、ベアリング及びピンを不要にし、これにより、近年公知のアセンブリに比してバルブ１０の部品点数を減少させている。また、アーマチャ３０が管状でバルブボディ１４の周囲に嵌合しているので、本発明のバルブ１０の様々な部品の整合はシンプルであり、その結果、アーマチャ３０がバルブボディ１４の隠れた部分３２に適当に整合されていれば、バルブ１０は適当に作動する。この構造は、アーマチャ３０のバルブボディ１４に対する不整合を生じにくくし、また、万一生じた不整合がバルブボディ１４の全長にわたって増幅されるのを確実に防止する。
【００２３】
また、本発明のバルブ１０に独立したスプールがないことによって、アーマチャ３０と圧力制御部との間にいかなる分断も生じることがない。その結果、バルブへの通電電流を簡素に変動させることによってアーマチャのディザリングを確実に行うことができ、適切なディザリングがバルブ１０内の流体圧力に依存することがない。これらのファクタがバルブの信頼性及び堅牢性を改善する。また、このシンプルな構造は、異なるバルブタイプ（すなわち、比例、反比例）に対して、製造の複雑さを減少させて小さな機械加工の修正によって同じ全体構造のバルブを使用することを可能にする。
【００２４】
以上に本発明を図示された実施形態に関連して説明してきたが、本発明は、修正及び変形が可能であり、特許請求の範囲のみによって限定されることが分かるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係るソレノイドバルブを示す斜視図である。
【図２】図１に示すソレノイドバルブの図１における２−２線に沿った断面図である。
【図３】図１に示すソレノイドバルブの定常状態におけるアーマチャの開口とポートとの間の関係を示す概略図である。
【図４】図１に示すソレノイドバルブにおいて、アーマチャの開口と制御ポート及び排出ポートが連通した状態を示す概略図である。
【図５】図１に示すソレノイドバルブにおいて、アーマチャの開口と制御ポート及び供給ポートが連通した状態を示す概略図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係るソレノイドバルブの図１における２−２線に沿った断面図である。
【図７】図６に示すソレノイドバルブの定常状態におけるアーマチャの開口とポートとの間の関係を示す概略図である。
【図８】図６に示すソレノイドバルブにおいて、アーマチャの開口と制御ポート及び排出ポートが連通した状態を示す概略図である。
【図９】図６に示すソレノイドバルブにおいて、アーマチャの開口と制御ポート及び供給ポートが連通した状態を示す概略図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０  バルブ、１２  ハウジング、１４  バルブボディ、１６  ケース、１８  カバー、３０  アーマチャ、３４  開口、３６  ポート、３６ａ  開口部、３６ｂ  開口部、３８  スプリング、４２  ソレノイド、Ｐ１  供給ポート、Ｐ２  制御ポート、Ｐ３  排出ポート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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