NACHITECHNICALREPORT

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October/2016■ 技術講座知りたい油圧講座⑤

機能部品事業「自動車変速用ソレノイドバルブ」
Things to Know about Hydraulic Technology:
Solenoid Valve for Automobile Transmission〈キーワード〉AT・CVT・DCT・ON/OFFソレノイドバルブ
リニアソレノイドバルブ・自動車用自動変速機

カーハイドロリクス事業部／技術部

吉井 一博

Kazuhiro Yoshii

カーハイドロリクス事業部／技術部

古野 貴広

Takahiro Furuno

知りたい油圧講座⑤「自動車変速用ソレノイドバルブ」

要旨

自動車を走らせるためには、エンジンで生み出し1. 自動車に備わる自動変速機とその種類についてた力をタイヤに伝達するまで、変速機や伝達軸などが必要で、これら一連の機構はドライブトレインと図1に自動変速機の搭載位置を示します。自動呼ばれます。このドライブトレインの１つを構成する変速機を英語で書くと“Automatic Transmission”

変速機には多彩な種類が存在します。となり、略して、“ＡＴ”と呼ばれますが、一般に多段変速機の自動化には、センサーやコンピュータ式自動変速機を意味します。カタログを見ますと、制御とともに、油圧技術が使われています。油圧は“6ＡＴ”などありますが、この場合は6段の変速段数小さな動力源で 大きな力を得られる利点があり、をもつ自動変速機です。

この油圧をうまく制御することでエンジンの力を車の走行エネルギーに効率的に変換することが可能となります。

エンジン

それでは、自動変速機と、その油圧制御を担うソレノイドバルブについて説明します。

Abstract
I n or d er t o p ower a n a ut o m o bile, atransmission and drive shafts are required totransmit power produced by an engine to tires.
This area is called Powertrain and it consists ofvarious components. The transmission is the main
component of Powertrain and there are manyt y p e s of t r a n s m i s s io n s s u c h a s m a n u a ltransmission (MT), automatic transmission (AT),CVT and DCT.
In the transmissions other than MT, hydraulictechnology is primarily used, meaning automationof transmission. The advantage of using hydraulictechnology is that it can generate large powerfrom small power. With effective control, engine
power can be efficiently converted to drive energy.
Let us deeply examine the automatic transmission
and solenoid valve that performs hydraulic control.

1

自動変速機
図1

自動変速機の搭載位置

その他に自動変速 機には、CVTやDCTなどがあります。図2にCVTのカットモデルを示します。
CVTを 英 語 で 書 くと“Continuously VariableTransmission”となり、無段変速機を意味します。
CVTはとくに日本で多くの車に搭載されていますが、最近では日本以外でも採用がすすんでいます。
その理由は、ベルトとプーリーを使って無段階で変速するため、走行負荷に応じたエンジン効率の良い回転数で走行できるので、燃費が良くなり、さらに変速時の切り換えショックがない利点があるからです。

また、DCTは、 英 語 で 書くと“ Dual ClutchTransmission”となり、2つの入力軸とギヤとクラッチを持ち、奇数段と偶数段とを交互に切り替えていくマニュアルトランスミッションに近い構造の変速方式です。伝達効率が高く、変速が早いのが特長です。
これら自動変速機にはギヤとクラッチ、ベルトとプーリーなど動力伝達部がありますが、油圧はこれらのクラッチやプーリーなどを大きな力で押し付けたり、切り離したりすることが比較的簡単にできます。
その制御は運転者の操作を判断するコンピュータ（ECU）であり、そのコンピュータの信号で油圧の制御を行なうのがソレノイドバルブです。

図2

CVTカットモデル

2. 自動変速機の油圧制御を担うコントロールバルブ
油圧制御で必要なのは、油圧源であるポンプと、発生した油圧を制御するバルブと、制御された油圧することで、複雑な形状を安定して大量に生産することが可能です。

で作動するアクチュエータです。アクチュエータとは、自動変速機内で回転を伝達したり遮断したりするクラッチやブレーキなどを指します。

バルブボディ
スプールバルブ

ソレノイドバルブ

コントロールバルブとは、油圧を制御する部分であり、図3に示 す迷 路 のような油 圧の回 路がはりめぐらされた上下2つに分かれたバルブボディ、両バルブボディに挟まれたセパレートプレート、この回路の流れを変更するソレノイドバルブ、スプールとスプリングで構成されるスプールバルブなどで構成されています。バルブボディは、主に軽量なアルミダイキャストでつくられ、金型を用いたアルミ鋳造とNACHI TECHNICAL REPORT

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スプールバルブ

ソレノイドバルブ

図3

コントロールバルブ

2知りたい油圧講座⑤「自動車変速用ソレノイドバルブ」

3. 自動変速を制御するソレノイドバルブ
図4 にＮＡＣＨＩのソレノイドバルブを示します。
ソレノイドバルブは、バルブボディに組み付けられ、バルブボディにはりめぐらされた油圧回路の油の流れを切り換える役目を担っています。ソレノイド
バルブの電磁部は、電気を流すと巻いたコイルの中に磁界を発生させる電磁石です。
電磁部の可動鉄心、すなわちプランジャの動きを用いて、プランジャに追従するスプール、ピン、ボールなどを作動させることで、ECUの信号により油の流れを制御することが可能となるわけです。
それでは、自動変速機によく使われている ON
図4／OFFソレノイドバルブと、リニアソレノイドバルブにNACHIのソレノイドバルブついて詳しく見てみましょう。

4. ON／OFFソレノイドバルブの概要
図5にON／OFFソレノイドバルブの断 面 構 造

すると、図の 供 給 ポートを塞 いでいたボールがを示します。OFF時はスプリング力でプランジャと図の左手方向に移 動し、供 給ポートの穴が開口ピンを介してボールで供給ポートの穴を塞ぐことで、して油の流れが図6 のON状態のようになります。

供給ポートから制御ポートへの油の流れをストップ

このソレノイドの OFF状 態とON状 態 で 油 圧 のします。一方、ON時はスプリングに打ち勝つ吸引力流れを切り換えるのが ON／OFFソレノイドバルブを得て、プランジャは図の左手方向に動きます。

で あり、OFF 状 態 をノー マ ル 状 態 と すると、上 記 の 例 で は 油 圧 回 路 を 閉じた 状 態 になるので、「ノーマルクローズタイプ」と呼 ばれます。

コネクタ
ドレンポートストッパー
ボディ

主に、ON／OFFソレノイドバルブは流せる油量が最大2L／min程度と小さいので、クラッチなどを制御ポート直接動かす制御には使用しません。多くの場合は、スプールバルブを切り換えてクラッチなどを間接的スプリング
プランジャ ボール3なるタイプは「ノーマルオープンタイプ」と呼ばれます。

ピンコイル

図5

逆に、OFF状態で油圧回路を開けている状態に供給ポート

ON ／ OFFソレノイドバルブの構造に動かす目的で使用されます。大流 量が必要な場合には、後述のリニアソレノイドバルブが多く使われます。

OFF状態

では、次にＮＡＣＨＩが製品化している

ON状態

ON ／ OFFソレノイドバルブの特長にボールの開閉で圧力、流量を圧力、流量負荷（スプールバルブ）に伝える負荷ついて説明します。

ドレンポート

制御ポート

電源ONで制御圧が高くなり負荷が左へ移動
電源OFFで制御圧が0になり負荷が右に戻る
供給ポート

図6

ON／OFFソレノイドバルブの作動説明図

5. ON／OFFソレノイドバルブの特長
ＮＡＣＨＩで製品化しているON／OFFソレノイド
バルブの特長は、電磁部サイズがφ20と小 型で、この吸引力を活かして、流量を増やすなどの機能ＵＰも可能となります。

かつ低電 圧作動を実現しています。小 型化には搭載性やコストに大きなメリットがある反面、性能確保が難しくなります。しかしながら、ＮＡＣＨＩの現行品（1.4倍）

ON／OFFソレノイドバルブは、磁 場 解 析による吸引力を確保し、自動変速機の制御用途にマッチした性能を得ています。
また、近年の自動車には、アイドリングストップ

吸引力

磁気回路 の最 適化により、図7に示すような高い機能の採用が増えています。この場合、エンジンが止まることで、発電が停止して車の電圧が12Ｖよりも下がる場合があります。冬場や古いバッテリー

従来品

ではその傾向が高まります。電圧が低くなると、電気エネルギーが少なくなるため、ON／OFFソレ
ノイドバルブは作動しづらくなります。ＮＡＣＨＩのON／OFFソレノイドバルブは、従 来の最 低作 動ストローク
図7

吸引力の従来品との比較

電圧10 ～ 11Ｖに対し、同等仕様で8 ～ 9Ｖまで電次に、クラッチなどをON／OFFで 制御するの圧低下した場合でも作動を実現しています。このではなく、ちょうど良い圧力に調整し、ダイレクト作動 電圧の低減は、図7に示すように従来よりもにクラッチ 圧 やスプールバルブなどを制 御 する

高い吸引力を確保していることによるものであり、リニアソレノイドバルブについて説明します。

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知りたい油圧講座⑤「自動車変速用ソレノイドバルブ」

6. リニアソレノイドバルブの概要
リニアソレノイドバルブは比例弁やVFS（Variable

このような制御を行なうリニアソレノイドバルブ

Force Solenoid）とも呼ばれ、電流入力値に応じてには、図9に示 すように、主に2 種 類のバルブがリニアソレノイドバルブ上流の圧力を所望する圧力に存在します。1つはアクチュエータであるクラッチを減圧して下流に出力する機能を持つ減圧弁の一種

直接リニアソレノイドバルブで制御する大流量タイプです。その構造は、図8に示すように電磁部と油圧（ダイレクトタイプ）、もう1つはリニアソレノイドバルブ部で構成されています。ON／OFFソレノイドバルブ

でスプールバルブを動作させ、スプールバルブを介と同様、電磁部は電磁石の働きをしており、コイルでしてクラッチなどを制御する小流量タイプ（パイロット

発生させた磁界を、磁気回路を構成するボディ、プラタイプ）です。

ンジャ、ストッパーに流すと、プランジャとストッパーのそれぞれのバルブ特長として、大流量タイプはギャップを埋めようとする吸引力がプランジャに働き、直接クラッチを制御するため、その名の通り大流量この力が油圧部側に伝わります。油圧部は、スリーブを流す必要があり、高応答性が求められ、流量がと呼ばれる円筒の中空形状部品とその中にすきま不足した場合には変速遅れや変速ショックなどの嵌合されるスプールで構成されており、2 部品の嵌合不良に繋がります。一方、小流量タイプはリニアソレ長さを変化させることで絞り量と漏れ量を調整し、ノイドとクラッチの中間に配置されたスプールバルブ出力圧制御を行なっています。

を動作させるため、油圧部のサイズは大流量タイプ

自動車用自動変速機での用途としては、クラッチと比較し小さくなります。

を動作させ、遊星歯車で構成されたＡＴの変速

ＮＡＣＨＩ製リニアソレノイドバルブでは、大流量制御を行なうことや、CVTのスチールベルトを挟みと小流量の両タイプをラインナップしており、製品

込むプーリーのクランプ力調整、また高速走行時ごとに調圧特性や応答性などの細かな要望に対しにトルクコンバータのすべりを防止し燃費向上をてもチューニングを行ない、お客様の幅広いニーズ行なうロックアップ制御などに利用されています。に対応しています。

フィードバック 制御 供給
ポート ポート ポート
プランジャ

コイル

ストッパー

スプール

スリーブ

大流量タイプボディ

小流量タイプ
ベアリング

電磁部

図85

ドレン

油圧部

リニアソレノイドバルブの構造

図9

リニアソレノイドバルブの種類

7. リニアソレノイドバルブの特長
ＮＡＣＨＩ製 の小 型リニアソレノイドバルブ でこれにより他社で見られる金属摺動やブッシュ摺動は、電磁部 体 格φ29×L36、約2mmのストロークタイプと比較し摺動抵抗を1/10程度に抑制するこ

で1Ａ時に20Ｎの高吸引力を発 生させます。電磁とが可能で、油圧特性のヒステリシス低減や低温時部を小型化することでバルブの搭載 性が向上し、の高応答性を実現しています。

トランスミッションの小型化が可能となります。また、製造面では、組立時の異物混入リスクを最小限

油圧部内のバルブクリアランスに異物が侵入した際に抑えるため、図10に示すように、クリーンルーム内にも、高吸引力により異物を押し出し排出することで自動 機による組 立および性能試 験と梱包作業ができ、異物噛み込みによりバルブロックのリスクを行なっています。またトレーサビリティの観点からを低減させています。

製造したリニアソレノイドバルブの検査データ（吸引力

構造上の特長としては、軸受メーカとしてのノウハ

特性、油圧特性）は全数記録され、電磁部外 観ウを活かし可動鉄心であるプランジャを、ベアリングに刻印された2次元コード（図11）と紐 付きにされ、により片持ち支持する構造を採用しています。
（図8）

品質の保証体制を構築しています。

組立ライン
図11 2次元コードによるトレーサビリティ

性能試験ライン
図10

リニアソレノイドバルブの製造工程

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8. まとめ
自動車用自動変速 機におけるソレノイドバルブ
は、ユーザーの低燃費車種への需要の高まりなどから小型化、高圧化、低リーク化などさらなる技術革新に加え、品質やコスト面の要求も高まっており、お客様の様々なニーズにお応えすべく、今後も付加価値の高い製品の商品開発をすすめていきます。

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October / 2016〈発行〉2016 年 10 月 12 日
株式会社 不二越 技術開発本部
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