(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブボディと、前記バルブボディに形成されたスプールハウジング内に摺動自在に配設されたスプールと、前記スプールに形成された溝部と、前記バルブボディに形成されて前記スプールハウジングに連通する複数の流路とを備え、前記スプールを油圧によって摺動させることにより前記スプールハウジング内における前記溝部の位置を移動させて前記複数の流路の連通を切り替えるスプール弁において、
前記バルブボディには、信号圧を前記スプールに作用させて前記スプールを摺動させるための第１流路と、前記信号圧が作用して前記スプールが摺動されたときに連通される第２流路及び第３流路とを有し、
前記スプールは、同軸上に並んで形成された第１ランド部、第２ランド部及び第３ランド部を有し、前記第２ランド部と前記第３ランド部とが同一径ｄからなる大径部であり、前記第１ランド部が前記径ｄよりも縮径された小径部で、前記第１ランド部と前記第２ランド部との段差部に信号圧の受圧面を有する２段に形成され、
前記スプールの外周には、前記第２ランド部と前記第３ランド部との間に形成され前記信号圧が前記第１流路から前記受圧面に作用して前記スプールが摺動軸方向に移動したときに前記第２流路と連通するリング状の溝部を有し、
前記スプールの内部には、前記溝部と連通するとともに前記スプールの摺動軸方向に延びて前記第１ランド部側のスプール端部に解放され、前記第３流路と連通する貫通流路を有し、
前記貫通油路の解放端部と反対側に位置する前記第３ランド部側のスプール端部には、前記スプールを前記解放端部方向に付勢するスプリングが配設されており、
前記第１流路に前記信号圧が作用し前記スプリングの付勢力に抗して前記スプールが摺動軸方向に移動したときに、前記スプール内の前記貫通流路を介して前記第２流路と前記第３流路とが連通され、前記第２流路に作用する制御圧が前記貫通流路を通して前記第１ランド部側のスプール端部から前記第３流路に解放されるように構成したことを特徴とするスプール弁構造。
【請求項２】
前記制御圧は、車両の自動変速機に用いられて速度段を形成する油圧クラッチを係脱させるクラッチ油圧であり、前記スプール弁は、自動変速時に変速前の速度段のクラッチ油圧を急速に排出する残圧開放弁であることを特徴とする請求項１に記載のスプール弁構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油空圧等の流体制御に用いられるスプール弁の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
バルブボディのスプールハウジング内に摺動自在なスプールを有し、このスプールの移動を制御することにより流体流路の切り替えを行い、あるいは流量や圧力を制御するスプール弁は、油空圧を利用した機器に広く用いられている。このようなスプール弁の一例として、車両の自動変速機に用いられて自動変速時に変速前の速度段のクラッチ油圧を急速に排出する残圧開放弁がある。
【０００３】
図４は自動変速機における一つの変速段のクラッチ油圧制御回路を簡略化して例示しており、この油圧制御回路はポンプＰで発生されレギュレータバルブ８１で調圧されてライン９１に供給される制御油圧を、ソレノイドバルブ８３からの信号圧によってシフトバルブ８２の油路を切り替え、クラッチ８４の係脱を行う回路である。例えば、シフトバルブ８２に信号圧を作用させることによりライン９１とライン９２とを連通させて制御油圧をクラッチ８４の油室に作用させてクラッチ８４を摩擦係合させ、あるいは信号圧を解除することによりライン９１を遮断して制御油圧の供給を停止させるとともにクラッチ油室内の残圧をライン９２からライン９４を介してタンクＴにドレンさせてクラッチ８４の係合解除を行う。
【０００４】
クラッチ油圧回路には、ドレン回路の背圧等によってクラッチ８４の係合解除が遅れ、いわゆるクラッチプレートの引きずりを生じないように、クラッチ油室や配管内に残留する残圧を早期に開放する残圧開放回路（ライン１２２，残圧開放弁１０１，ライン１２３）が設けられている。ライン１２２はシフトバルブ８２への信号圧が解除されたときにライン９２と連通され、残圧開放弁１０１はソレノイドバルブ８６からライン１２１を介して信号圧が作用したときにライン１２２とライン１２３とを連通させて残圧をライン１２３を介してタンクＴにドレンさせる。
【０００５】
この残圧開放弁１０１に用いられるようなスプール弁には、バルブ動作の応答性及び作動確実性を向上させるため、制御流体の流路部に受圧面積の差を設けたいわゆる段付スプールを用いたものがある。図６及び図７は段付スプール１３０を用いたスプール弁の断面図を例示しており、このようなスプール弁では、図６に示すようにライン１２２とライン１２３とが遮断された状態から、ライン１２１に信号圧を作用させると、スプール１３０に形成された第１ランド部１３１と第２ランド部１３２との断面積差に比例した推力Ｆがスプール１３０に作用し、スプール１３０はこの推力Ｆにより内部に配設されたスプリング１５０の付勢力に抗して図における左方に摺動される（図６→図７）。
【０００６】
スプール１３０が左動すると第３ランド部１３３のスイッチングコーナがライン１２２の油溝上を通過し、ライン１２２に作用する制御油圧（残圧）が第３ランド部１３３と第２ランド部１３２間のロッド部１３５に形成された溝部１４１に作用するようになる。第２ランド部１３２と第３ランド部１３３とは直径が異なり油圧の受圧面積が異なっているため、スプール１３０には受圧面積差に応じた制御油圧による推力(静圧)が付加推力ｆとして作用する。
【０００７】
このためスプール１３０は一旦ライン１２２と溝部１４１とが連通すると、信号圧による推力Ｆと制御油圧による付加推力ｆとの合力で左方に付勢され、図７に示すようにライン１２２とライン１２３とが速やかにかつ完全に連通される。従って、上記のような残圧開放回路を有するクラッチ油圧回路では、図５にクラッチ油圧の開放特性を示すように、残圧開放弁１０１の作動点Ａを境に急速に油圧（残圧）が開放され、クラッチ８４の引きずり等を生じることがない。なお、図中にＸで示すラインはドレンポートを示す。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来のスプール弁では、作動確実性及び応答性を向上させる手段として、流体流路となる溝部（ロッド部）を挟む左右のランド部に受圧面積の差を設け、この二つの受圧面に作用する流体の静圧差を利用して付加推力を得る構成であるため、左右のランド部に得ようとする付加推力に対応した直径の差を設ける必要があった。
【０００９】
このため、弁が多段化してスプール及びスプールハウジングともに形状が複雑化するうえ、バルブの良好な作動性を確保するためにスプール、スプールハウジングともに各段間で形状精度や同軸度などについて高い加工精度が必要とされ、コスト上昇の要因になるという課題があった。また、受圧面積差を設けるためにバルブ直径を大径化させる必要があり、さらに制御油圧の油路と排出油路との間を両油路間の配設ピッチに対応した長さの流体流路を移動させる構成であるために、信号圧の油路との関係で一定のバルブ長さが必要であるなどバルブが大型化するという課題があった。
【００１０】
本発明は、上記のような課題に鑑みて成されたものであり、作動確実性及び作動応答性を確保した上で、弁を多段化することなく、さらに弁を小型化したスプール弁構造を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的達成のため、本発明は、バルブボディと、このバルブボディに形成されたスプールハウジング内に摺動自在に配設されたスプールと、スプールに形成された溝部と、バルブボディに形成されてスプールハウジングに連通する複数の流路とを備え、スプールを油圧によって摺動させることによりスプールハウジング内における溝部の位置を移動させて複数の流路の連通を切り替えるスプール弁の弁構造である。その上で、このスプール弁におけるバルブボディには信号圧を作用させてスプールを摺動させるための第１流路（例えば実施形態における信号ライン２１）と、信号圧が作用してスプールが摺動されたときに連通される第２流路（例えば実施形態における制御ライン２２）及び第３流路（例えば実施形態におけるドレンライン２３）とを有し、スプールは、同軸上に並んで形成された第１ランド部、第２ランド部及び第３ランド部を有し、第２ランド部と第３ランド部とが同一径ｄからなる大径部であり、第１ランド部が前記径ｄよりも縮径された小径部で、第１ランド部と第２ランド部との段差部に形成された信号圧の受圧面を有する２段に形成され、スプールの外周には、第２ランド部と第３ランド部との間に形成され信号圧が第１流路から受圧面に作用してスプールが摺動軸方向に移動したときに第２流路と連通するリング状の溝部（例えば実施形態における油溝４１）を有し、スプールの内部には上記溝部と連通するとともにスプールの摺動軸方向に延びて第１ランド部側のスプール端部に解放され第３流路と連通する貫通流路を有し、貫通油路の解放端部と反対側に位置する第３ランド部側のスプール端部には、スプールを解放端部方向に付勢するスプリングが配設されてスプール弁が構成され、第１流路に信号圧が作用しスプリングの付勢力に抗してスプールが摺動軸方向に移動したときに、スプール内の貫通流路を介して第２流路と第３流路とが連通され、第２流路に作用する制御圧が貫通流路を通して第１ランド部側のスプール端部から第３流路に解放されるように作用してスプール弁構造が構成される。
【００１２】
上記構成によれば、スプール弁の第１流路に信号圧が作用してスプールが摺動移動したときに、第２流路はスプール外周の溝部と連通する。この溝部はスプール内部を摺動軸方向に第１ランド側のスプール端部に貫通する貫通流路と連通しており、さらに貫通流路の解放部は第３流路と連通している。このため、スプール弁の第１流路に信号圧が作用しスプリングの付勢力に抗してスプールが摺動移動されると、第２流路と第３流路とが貫通流路を通して連通される。そして、一旦スプールが移動して第２流路と第３流路とが連通されると、貫通流路の解放端である第１ランド部側のスプール端部には、そのスプール径の面積から貫通流路の開口面積を差し引いた円環状の面積に応じた静圧が付加推力として作用し、第２流路と第３流路とを速やかにかつ確実に連通させる。
【００１３】
このような構成によれば、スプールに付加推力を発生させるための段付部を設ける必要がなく、さらに、第２流路と第３流路とは、これ等流路間の配設ピッチに対応した流体流路(溝部)を両流路間をまたぐように移動させて連通されるわけではないため、溝部の摺動軸方向長さは第２流路の開口幅と同一程度設ければ良い。従って、弁を多段化することなく、さらに弁を小型化したスプール弁構造を提供することができる。
【００１４】
また、上記第２流路には制御圧が作用しており、第１流路に信号圧が作用してスプールが摺動軸方向に移動したときに、制御圧が貫通流路を通してスプール端部から第３流路に解放されるようにスプール弁が構成される。そのため、第１流路に信号圧が作用してスプールが摺動軸方向に移動し第２流路とスプールの溝部とが連通すると、第２流路に作用する制御圧は貫通流路を通してスプール端部から第３流路に放出される。このときスプールには上述した静圧に加えて第１ランド部側のスプール端部から放出される流体の噴射に伴う推力(動圧)が作用し、バルブ作動時の付加推力をさらに高めることができる。従って、上述した効果に加えて、作動確実性及び応答性を改善したスプール弁構造を提供することができる。
なお、上記制御圧は、車両の自動変速機に用いられて速度段を形成する油圧クラッチを係脱させるクラッチ油圧であり、スプール弁は、自動変速時に変速前の速度段のクラッチ油圧を急速に排出する残圧開放弁であることが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係るスプール弁構造の好ましい実施形態について説明する。本実施例では本発明に係るスプール弁の一実施形態として、既に図４から図６を用いて説明した車両用自動変速機のクラッチ油圧制御回路における残圧開放弁(１０１)として適用される場合について説明する。なお以下の説明では、本発明に係るスプール弁１が接続される各油路の番号を図４中の油路に付記して示し、クラッチ油圧制御回路全体の重複説明を省略する。
【００１６】
本発明に係るスプール弁１は、油路２１に信号圧を作用させる以前のバルブ断面図を図１に、油路２１に信号圧を作用させてスプールが移動した後の断面図を図２に示すように、バルブボディ１０のスプールハウジング１１内に摺動自在に配設されたスプール３０、スプール３０を図における右方に付勢するスプリング５０、スプリング５０を保持するとともにスプール３０の逸脱を防止するプレート５５などから構成されている。
【００１７】
バルブボディ１０には、スプール３０に信号圧を作用させる信号ライン２１、制御油圧が作用する制御ライン２２、タンクＴに連通するドレンライン２３などがスプールハウジング１１に向けて形成されるとともに、各ラインがスプールハウジング１１と連通するハウジング内周部には信号圧や制御油圧がスプール全周に作用するようにリング状の油溝２１ａ，２２ａ等が形成されている。
【００１８】
スプール３０は、信号圧の受圧面を有して２段に形成され、縮径されて形成された第１ランド部３１、第１ランド部と同軸上に形成された同一径の第２ランド部３２及び第３ランド部３３、第２ランド部３２と第３ランド部３３との間に形成されたリング状の油溝４１などを有して形成されている。油溝４１は、この溝底面にスプールに直交して穿設された油路４２、及びスプール３０の軸端部からスプール３０の軸心を通って穿設され油路４２と連通する貫通油路４３，４４により、スプール３０の軸端部に解放されおり、この解放端部においてドレンライン２３に接続されている。
【００１９】
上記貫通油路が穿設された解放端部と反対側のスプール端部には、プレート５５に支持されたスプリング５０が配設されており、スプール３０はスプリング５０の付勢力により図中右方に付勢されている。スプリングの配設されたスプリング室はドレンＸに接続されており、スプール３０が摺動移動するときに流体負荷が背圧として作用しないように構成されている。
【００２０】
以下、このように構成されたスプール弁１の作用について説明する。まず、信号ライン２１に信号圧が作用する以前においては、スプール３０はこのスプールに作用するスプリング５０の付勢力により、図１に示すようにスプールハウジング１１の右方に付勢支持されている。このため、制御ライン２２に作用する制御油圧はスプール３０の第３ランド部３３によって閉塞され、その制御油圧はライン２２内に保持されている。
【００２１】
この状態から信号ライン２１に信号圧が作用すると、スプール３０にその信号圧及び受圧面積の大きさに比例した軸方向推力が作用する。スプール３０には段差が設けられており、第２ランド部３２の受圧面積の方が第１ランド部３１の受圧面積よりも大きい。このため、スプール３０はこの受圧面積の差に比例した推力を受け、信号圧による推力Ｆがスプリング５０の付勢力を超えるとスプール３０はスプリング５０の付勢力に抗して図中左方に摺動移動される。
【００２２】
スプール３０の移動が進行すると、第３ランド３３のスイッチングコーナが制御ライン２２の油溝２２ａの右端を越え、スプールの油溝４１とスプールハウジングの油溝２２ａとが連通するようになる。すると、それまで閉塞されていた制御ライン２２の制御油圧が油溝４１から油路４２を通して貫通油路４３，４４に開放されるため、作動油は噴流Ｓとなって貫通油路４３，４４からドレンライン２３に放出される。
【００２３】
このとき、スプール３０には、信号圧による推力Ｆに加えて、二つの付加推力ｆ，ｆsが作用する。第１の付加推力ｆは静圧による付加推力であり、第１ランド部３１の直径に相当する断面積から貫通油路４３の開口面積を差し引いた円環状の受圧面積に、解放端部の圧力(静圧)が作用することによってもたらされる付加推力である。第２の付加推力ｆsは動圧による付加推力であり、貫通油路４３，４４から放出される作動油の流体噴射に伴う反力(動圧)による付加推力である。
【００２４】
このため、一旦スプールの油溝４１とスプールハウジングの油溝２２ａとが連通すると、スプール３０には信号圧による推力Ｆに加えて上記二つの付加推力ｆ及びｆsが作用して図中左方への付勢力が増加し、スプール３０をより速やかに、かつ確実に移動させるように作用する。
【００２５】
ここで、上記効果を検証するために付加推力の概略値を例示すれば、例えば上記付加推力ｆsは、作動油の密度をρ[kg/m3]、作動油流量をＱ[m3/sec]、流速をｖ[m/sec]としたときに、算出式ｆs＝ρＱｖ[N]で表される。貫通油路４３の開口面積をＡとすれば流速ｖ＝Ｑ／Ａであるから、算出式はｆs＝ρＱ2／Ａ[N]と変形できる。ここで、例えば制御ライン２２に作用する制御油圧（開放クラッチ圧）を３[kgf/cm2]、貫通油路４３の開口直径を５[mm]、作動油の密度ρを0.875×103[kg/m3]とすれば、作動油の流量ＱはＱ＝474.4×10-6[m3/sec]と算出される。これ等の数値を上記算出式に代入すると付加推力ｆsは、ｆs＝ρＱ2／Ａ≒10[N]と求められる。
【００２６】
一般に、残圧開放弁として用いられるスプール弁におけるスプリング５０のバネ状数ｋはｋ＝1[N/mm]程度であり、ｆs＝10[N]の付加推力があれば、この付加推力ｆsのみでもスプール３０をフルストロークまで作動させることができる。
【００２７】
従って、このような構成のスプール弁１によれば、スプール３０を速やかに、かつ確実に摺動移動させて制御ライン２２内の残圧を早期に開放させることができる。このため図４に示したような残圧開放回路を有するクラッチ油圧回路では、図５にクラッチ油圧の開放特性を示すように、スプール弁（残圧開放弁）１におけるスプールの油溝４１とスプールハウジングの油溝２２ａとが連通する作動点Ａを境に急速にクラッチ油圧（残圧）を開放させることができ、これによりクラッチ８４に引きずり等を生じさせることがない。
【００２８】
図３はスプール弁の中心軸線を境に、上部に従来のスプール弁１０１を示し、下部に本発明に係るスプール弁１を示して両者を比較したものである。この比較図から明らかなように、従来のスプール弁１０１は段数が多くスプール１３０及びスプールハウジングともに形状が複雑であるのに比べ、本発明に係るスプール弁１は段数が少なく形状がシンプルである。また、従来のように第３ランド部を大径化する必用がなくスプール弁直径を第２ランドの直径に押さえることができるため、従来の弁直径ｄOよりも小径のｄNとすることができる。さらに、スプール弁の作動機構は従来のように制御油圧の油路１２２と排出油路１２３との間をまたぐような長さの流体流路１４１（ロッド部１３５）を移動させて連通させる構成でなく、制御油圧の油路２２を貫通油路４３，４４を通してスプール端部の排出油路２３に連通させる構成であるため、バルブ全長をｌOからｌNに短縮化することができる。従って、同一機能を持ちながら、バルブ段数と形状構成を簡素化して加工コストを低減させるとともに、バルブ全体を小型化して軽量かつ低コストなスプール弁構造を提供することができる。
【００２９】
なお、以上ではスプール弁の一例として、車両用変速機のクラッチ油圧を早期に開放する残圧開放弁を例に採り説明したが、本発明のスプール弁はこのような用途に限定されるものではなく、信号圧の作用によって少なくとも二つの流路の連通を継断させるスプール弁であればよい。また、作動流体は作動油等の油に限らず、例えば水や圧縮空気等の流体であっても良い。さらに、実施例では制御圧や信号圧として正の圧力を採り上げたが、これ等は発明の構成を害さない限り負の圧力であっても良い（例えば、図１における信号ライン２１に一定の負圧を与えておき、この圧力を上昇させて作動させるものや、図１におけるドレンポートＸを信号ラインとしてこのラインの圧を加減圧させたりするものであっても良い）。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、バルブボディのスプールハウジング内に摺動自在に配設されたスプールと、バルブボディに形成されてスプールハウジングに連通する複数の流路とを備え、油圧によってスプールを摺動させることにより複数の流路の連通を切り替えるスプール弁の弁構造において、バルブボディにはスプールに信号圧を作用させてスプールを摺動させるための第１流路と、この第１流路に信号圧が作用してスプールが移動したときに連通される第２流路及び第３流路とを有し、スプールは、同軸上に並んで形成された第１ランド部、第２ランド部及び第３ランド部を有し、第２ランド部と第３ランド部とが同一径ｄからなる大径部であり、第１ランド部が径ｄよりも縮径された小径部で、第１ランド部と前記第２ランド部との段差部に形成された信号圧の受圧面を有する２段に形成され、スプールの外周には、第２ランド部と第３ランド部との間に形成され信号圧が第１流路から受圧面に作用してスプールが移動したときに第２流路と連通するリング状の溝部を有し、スプールの内部にはスプール外周の溝部と連通するとともにスプールの摺動軸方向に延びて第１ランド部側のスプール端部に解放され第３流路と連通する貫通流路を有し、貫通油路の解放端部と反対側に位置する第３ランド部側のスプール端部には、スプールを解放端部方向に付勢するスプリングが配設されてスプール弁が構成され、第１流路に信号圧が作用しスプリングの付勢力に抗してスプールが摺動軸方向に移動したときに、スプール内の貫通流路を介して第２流路と第３流路とが連通され、第２流路に作用する制御圧が貫通流路を通して第１ランド部側のスプール端部から第３流路に解放されるように作用してスプール弁構造が構成される。
【００３１】
このようなスプール弁構造によれば、第１流路に信号圧が作用してスプールが摺動移動し、第２流路と第３流路とが連通されると、貫通流路の解放端である第１ランド部側のスプール端部には、そのスプール径の面積から貫通流路の開口面積を差し引いた円環状の面積に応じた静圧が付加推力として作用し、第２流路と第３流路とを速やかにかつ確実に連通させる。また、このような構成によれば、スプールに付加推力を発生させるために段付部を設ける必要がなく、さらに、スプールに設ける溝部の長さは第２流路の開口幅と同一幅程度設ければ良い。従って、弁を多段化することなく、さらに弁を小型化したスプール弁構造を提供することができる。
【００３２】
また、上記第２流路には制御圧が作用しており、第１流路に信号圧が作用してスプールが摺動軸方向に移動したときに、制御圧が貫通流路を通してスプール端部から第３流路に解放されるようにスプール弁が構成される。そのため、第１流路に信号圧が作用してスプールが摺動軸方向に移動し第２流路とスプールの溝部とが連通すると、第２流路に作用する制御圧は貫通流路を通して第１ランド部側のスプール端部から噴流となって第３流路に放出される。このときスプールには上記静圧に加えてスプール端部から放出される流体噴射に伴う動圧が推力として作用し、バルブ作動時の付加推力をさらに高めることができる。従って、上記効果に加えて、作動確実性及び応答性を改善したスプール弁構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスプール弁構造の一実施例を示す断面図であり、スプールが摺動移動する以前の状態を示す説明図である。
【図２】本発明に係るスプール弁構造の一実施例を示す断面図であり、信号圧が作用してスプールが摺動移動した後の状態を示す説明図である。
【図３】本発明に係るスプール弁（中心線から下方側）と、これと同一機能を有する従来のスプール弁（中心線から上方側）とを比較して示すバルブ断面図である。
【図４】本発明及び従来のスプール弁の一実施形態として示す車両用自動変速機の一変速段のクラッチ油圧回路構成を示すブロック図である。
【図５】上記油圧回路におけるスプール弁（残圧開放弁）のクラッチ油圧開放特性を示す説明図である。
【図６】従来のスプール弁構造を示す断面図であり、スプールが摺動移動する以前の状態を示す説明図である。
【図７】従来のスプール弁構造を示す断面図であり、信号圧が作用してスプールが摺動移動した後の状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１  スプール弁（残圧開放弁）
１０  バルブボディ
１１  スプールハウジング
３０  スプール
２１  信号ライン（第１流路）
２２  制御ライン（第２流路）
２３  ドレンライン（第３流路）
４１  スプールに形成された溝部
４２，４３，４４  貫通油路（貫通流路）
【図１】
0004371540.tif 000002
【図２】
0004371540.tif 000003
【図３】
0004371540.tif 000004
【図４】
0004371540.tif 000005
【図５】
0004371540.tif 000006
【図６】
0004371540.tif 000007
【図７】
0004371540.tif 000008