JP2000035152A - ソレノイドバルブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大流量を制御するソレノイドバルブの構成の
簡素化及び小型化を図ること、かつ該ソレノイドバルブ
の制御特性を向上させる。 【解決手段】 スプールバルブＳＶのスプール３は、オ
リフィス３ｇの設けられた隔壁３ａと、隔壁３ａにより
分離されスプール３の両端部に開口するパイロット室３
ｂ及び制御流体の導入される流体室３ｃを備え、パイロ
ットバルブＰＶによりパイロット室３ｂの圧力を制御
し、パイロット室３ｂと流体室３ｃとの圧力差により、
スプール３を軸方向に移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はソレノイドバルブに
関し、大流量を制御すると共に構成の簡素化及び小型化
を図ること、また制御特性を向上させる技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８は、従来より使用されているソレノ
イドバルブ１０１の一例を説明するための図であり、バ
ルブ部Ｖ１０１を断面化して表している。このソレノイ
ドバルブ１０１は、バルブ部Ｖ１０１がスプールバルブ
となっており、円筒状のバルブスリーブ１０２の内筒部
１０２ａを摺動面として軸方向に移動するスプール１０
３が備えられている。

【０００３】このスプール１０３は、ロッド１０９によ
りソレノイド部Ｓ１０１に備えられたプランジャ１１０
と連結され、プランジャ１１０の動作に従って軸方向の
移動が行われる。そして軸方向両端部に外周部の一部を
外側に拡径するように突出させたフランジ部１０３ａ，
１０３ｂを備え、このフランジ部１０３ａ，１０３ｂの
外周面とバルブスリーブ１０２の内筒部１０２ａが摺動
面となっている。尚、１０８は、スプール１０３をソレ
ノイド部Ｓ１０１方向に付勢するスプリングである。

【０００４】ソレノイド部Ｓ１０１にはコイル１１１、
コイル１１１へ通電するためのコネクタ１１２、コイル
１１１により発生する磁束をプランジャ１１０に効果的
に通過するように収束させるセンタポスト１１３及びサ
イドリング１１４等が備えられている。

【０００５】バルブスリーブ１０２は、開口する端部に
第１の流入ポート１０４、バルブスリーブ１０２の側壁
面に流出ポート１０５及び第２の流入ポート１０６を第
１の流入ポート１０４側から順に備えている。

【０００６】図８（ａ）は、ソレノイド部Ｓ１０１が通
電状態ではなく、スプリング１０８によりスプール１０
３が図において右側に付勢されている状態である。この
状態では、第１の流入ポート１０４から矢印Ｐ１のよう
に流入する流体は、流出ポート１０５から矢印Ｄ１のよ
うに排出される。

【０００７】また、図８（ｂ）は、ソレノイド部Ｓ１０
１が通電された状態であり、スプリング１０８の付勢力
に抗してスプール１０３を図において左側に移動させて
いる状態である。この状態では、第２の流入ポート１０
６から矢印Ｐ２のように流入する流体は、流出ポート１
０５から矢印Ｄ１のように排出される。

【０００８】従って、このソレノイドバルブ１０１で
は、ソレノイド部Ｓ１０１の駆動によりスプール１０３
が軸方向に移動することでバルブ部Ｖ１０１の流路の開
閉を行い流体のシーケンス的な制御を可能としている。

【０００９】さらに、ソレノイド部Ｓ１０１は、コイル
への電流を変化させることでプランジャの推力を変化さ
せた比例制御方式のものを採用した場合には、流体の流
量や圧力を電気信号に比例させて制御可能としている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この図
８のように、ソレノイド部Ｓ１０１により直接スプール
１０３が駆動される構成においては、流体のより大きな
流量や圧力に対応させようとした場合には、弁の開口径
を拡大したり、それに伴いプランジャの推力を増加させ
る必要があるため、ソレノイド部Ｓ１０１を大型化する
必要がある。

【００１１】反対にソレノイド部Ｓ１０１の大きさを制
限すると、プランジャの推力は小さくなり、よって制御
可能となる流体の流量や圧力が低下することになる。ま
た、バルブ部Ｖ１０１の開口径が制限されるので、大流
量を流した場合には、流体の圧力損失が大きくなること
も考慮する必要がある。

【００１２】大流量を制御するメインスプールバルブと
小型のパイロットバルブとの２つのスプールバルブを組
み合わせ、ソレノイドによってパイロットバルブを制御
し、ソレノイドの力をパイロットバルブによって制御さ
れた油圧を利用して増幅することによりメインスプール
バルブを駆動制御する方法もあるが、従来技術において
は、パイロットバルブの入力及び出力経路をメインスプ
ールバルブ等に対して接続させる配管や経路を備えるハ
ウジングの構成が複雑であり、ソレノイドバルブ自体の
大型化や製造コストの増加等の問題となっていた。

【００１３】また、従来のパイロットバルブでは、プラ
ンジャを付勢するスプリングに抗するソレノイド（プラ
ンジャ）の推力によってニードルをバルブシートに押し
付けて作用させるためにリリーフバルブ的な特性を示
し、従ってメインスプールバルブによる制御特性は定圧
バルブ的な制御特性となる傾向が強い。

【００１４】従って出力圧力が流量に比例的であり、か
つコイルへの印加電流を変化させることで出力圧力を増
減したいという場合には使用が困難である。

【００１５】本発明は上記従来技術の問題を解決するた
めになされたもので、その目的とするところは、大流量
を制御するソレノイドバルブの構成の簡素化及び小型化
を図ること、かつ該ソレノイドバルブの制御特性を向上
させることにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明にあっては、ソレノイドによって制御されるパ
イロットバルブと、バルブスリーブの内筒部に配置され
るスプールを有するスプールバルブと、を備えたソレノ
イドバルブであって、前記スプールバルブのスプール
は、オリフィスの設けられた隔壁と、該隔壁により分離
され該スプールの両端部に開口するパイロット室及び制
御流体の導入される流体室を備え、前記パイロットバル
ブは、バルブスリーブの前記パイロット室に開口する側
に配置された弁座と、該弁座を開閉するために前記ソレ
ノイドにより駆動される弁体を備え、前記パイロットバ
ルブによりパイロット室の圧力を制御し、該パイロット
室と前記流体室との圧力差により、前記スプールを軸方
向に移動させることを特徴とする。

【００１７】この構成により、ソレノイドによって制御
されたパイロットバルブによりスプールの隔壁の両側に
おけるパイロット室と流体室に圧力差が生じスプールが
軸方向に移動してスプールバルブが駆動されるので、ソ
レノイドの力を実質的に増幅することができ、小さなソ
レノイドでより大流量、高圧力な流体の制御が可能とな
る。

【００１８】スプールバルブのスプールは、オリフィス
の設けられた隔壁により分離されスプールの両端部に開
口するパイロット室及び制御流体の導入される流体室を
備えることで、軸方向の寸法がコンパクトなものとな
る。

【００１９】前記パイロットバルブは、前記スプールが
配置されるバルブスリーブの内筒部に同軸的に配置さ
れ、弁体の弁座に対する開閉位置に応じて流量が変更さ
れる流量制御弁であることも好適である。

【００２０】これにより、パイロット室とパイロットバ
ルブの弁座を直接的に対向させることができ、パイロッ
ト室の圧力を制御するためのパイロットバルブからの経
路や配管等は不要であると共に、パイロット室の圧力を
オリフィスからパイロット室への流入流量と、パイロッ
ト室からの流出流量に応じた圧力とすることが可能とな
る。

【００２１】前記パイロットバルブまたは前記スプール
バルブは、少なくとも２つの付勢手段により異なる軸方
向に付勢されることで付勢力のバランスがほぼ保たれた
状態にあることも好適である。

【００２２】これにより、パイロットバルブにおいて
は、印加される電流の大きさに比例して発生するソレノ
イドの推力を、弁体駆動力に効率良く使用することがで
き、より正確な流量制御を行なうことができる。また、
スプールバルブに作用する荷重を抑えることで、低流量
から高流量までの動きがスムーズになる。

【００２３】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）図１は、本発明
を適用した第１の実施の形態であるソレノイドバルブ１
を説明する断面構成説明図である。ソレノイドバルブ１
の概略構成としては、図において左側より、スプールバ
ルブＳＶ、パイロットバルブＰＶ、ソレノイドＳＬとか
ら構成され、以下にそれぞれの構成から説明する。

【００２４】スプールバルブＳＶは、円筒状のバルブス
リーブ２と、バルブスリーブ２の内筒部２ａに装填され
て軸方向に移動可能とされたスプール３を備えている。

【００２５】バルブスリーブ２のソレノイドＳＬと反対
側の端部（図において左側）は開口され、制御流体が導
入されると共に圧力が制御される制御ポート２ｂとされ
ている。制御ポート２ｂに隣接してスプール３を内筒部
２ａに保持するための環状の保持リング４がねじ込み固
定されている。また、バルブスリーブ２のソレノイドＳ
Ｌ側には、パイロットバルブＰＶのバルブハウジング１
１が嵌合固定されている。

【００２６】さらに、バルブスリーブ２の側壁面部に
は、スプールバルブＳＶのドレンとなる流出ポート５と
パイロットバルブＰＶのドレンとなる流出ポート６を制
御ポート２ｂから所定距離離れて順に備えている。

【００２７】スプール３は、一方の側をスプリング７に
よりソレノイドＳＬ側から付勢されている。従って、ス
プール３は、制御流体の圧力が低圧であったり、または
導入されていない場合にはソレノイドＳＬとは反対方向
に付勢され、流出ポート５を閉弁状態としている。

【００２８】スプール３は、内周側の軸方向略中央部に
隔壁３ａと、隔壁３ａを挟むようにスプール３の両端部
に開口するパイロット室３ｂと制御流体の流入する流体
室３ｃとを備えた略円筒形状を呈する部材である。ま
た、外周側には、両端部に拡径されたフランジ部３ｄ，
３ｅと、フランジ部３ｄ，３ｅの間にくびれ部３ｆが備
えられている。

【００２９】そして、隔壁３ａにはオリフィス３ｇが設
けられ、パイロット室３ｂと流体室３ｃとを流体の通過
量を制限させながら接続している。

【００３０】くびれ部３ｆには孔３ｈが複数箇所設けら
れ、図１のようにスプール３が開弁している状態でくび
れ部３ｆを介して流体室３ｃから流出ポート５へと制御
流体を流出可能としている。

【００３１】パイロットバルブＰＶは、バルブスリーブ
２のソレノイドＳＬ側に嵌合固定されるバルブハウジン
グ１１の内筒部１１ａに、パイロット室３ｂに開口する
側に配置された弁座としてのバルブシート１２と、内筒
部１１ａの軸方向中央部を弁室１１ｂとして摺動する弁
体としてのニードルバルブ１３とを備えた流量制御弁で
ある。バルブシート１２にはニードルバルブ１３の先端
が進入するオリフィス１２ａが形成されている。

【００３２】ニードルバルブ１３のソレノイドＳＬ側は
拡径されたフランジ部１３ａとなっており、付勢手段と
してのスプリング１４によってソレノイドＳＬ側へと付
勢されている。従って、ソレノイドＳＬが通電されてい
ない状態では、ニードルバルブ１３がバルブシート１２
から離間して開弁状態となっている。

【００３３】バルブハウジング１１には弁室１１ｂと流
出ポート６を接続する孔１１ｃが設けられている。

【００３４】そして、パイロットバルブＰＶは、パイロ
ット室３ｂから制御流体を所定量流出させてパイロット
室３ｂの圧力を制御することを可能としている。

【００３５】ソレノイドＳＬは、コイル２１に印加され
る電流の大きさによってプランジャ２２の推力を変える
ことができる印加電流可変タイプのものであり、プラン
ジャ２２とニードルバルブ１３とをロッド２３により接
続している。

【００３６】ソレノイドＳＬに所定の値の電流をコイル
２１に印加すると、スプリング１４の付勢力に抗して釣
り合う開弁位置にニードルバルブ１３を位置させてパイ
ロット室３ｂからオリフィス１２ａを介して制御流体の
流出量を規制し、オリフィス３ｇからの制御流体の流入
量（及びオリフィス３ｇとの径寸法）の関係によって、
パイロット室３ｂの圧力が制御される。

【００３７】尚、以上説明した図１は、ソレノイドＳＬ
に電流を通電せずニードルバルブ１３を開弁させた状態
であり、図２は、ソレノイドＳＬに所定の値の電流を通
電して、ニードルバルブ１３を閉弁させた状態の断面構
成説明図である。

【００３８】次に、図１と図２を参照しながら、ソレノ
イドバルブ１の作動を説明する。

【００３９】制御流体が、制御ポート２ｂから流体室３
ｃに導入されると、スプール３がソレノイドＳＬ側に付
勢され、流体室３ｃから孔３ｈとくびれ部３ｆを通過し
て流出ポート５へと制御流体が流れるので（矢印Ａ１の
流れ）、圧力の昇圧はない（図１の状態）。

【００４０】この状態では、パイロット弁ＰＶは開弁
し、パイロット室３ｂの圧力も低く維持されている。

【００４１】そして、ソレノイドＳＬに所定の値の電流
を通電すると、電流値に応じてパイロット弁ＰＶのニー
ドルバルブ１３が閉弁方向に移動し始め、オリフィス１
２ａからの制御流体の流出量を規制する。

【００４２】この動作に伴い、パイロット室３ｂの圧力
が昇圧して流体室３ｃとの圧力差においてバランスの取
れた位置までスプール３を軸方向に移動させて、流出ポ
ート５からの流出量を絞り、制御ポート２ｂに流入する
制御流体の圧力を昇圧させることが可能となる。

【００４３】従って、ソレノイドＳＬによって制御され
たパイロットバルブＰＶによりスプール３の隔壁３ａの
両側におけるパイロット室３ｂと流体室３ｃに圧力差が
生じスプール３が軸方向に移動してスプールバルブＳＶ
が駆動されるので、ソレノイドＳＬの力を実質的に増幅
することができ、ソレノイドバルブ１は小さなソレノイ
ドＳＬでより大流量、高圧力な制御流体の制御が可能と
なる。

【００４４】また、スプールバルブＳＶのスプール３の
構成によって、パイロット室３ｂと流体室３ｃをスプー
ル３の全長の中に収めることができ、ソレノイドバルブ
１の軸方向の寸法をコンパクトなものとすることができ
る。

【００４５】パイロットバルブＰＶは、スプール３が配
置されるバルブスリーブ２の内筒部２ａに、同軸的に配
置されるので、パイロット室３ｂとパイロットバルブＰ
Ｖのバルブシート１２を直接的に対向させることがで
き、パイロット室３ｂの圧力を制御するためのパイロッ
トバルブＰＶからの経路や配管等は不要である。

【００４６】図３は、この実施の形態におけるソレノイ
ドバルブ１の流量−制御圧特性を計測した表図であり、
ソレノイドＳＬに対する印加電流を０から１．６アンペ
アまで０．２アンペア毎に増加させたそれぞれの場合の
計測値である。

【００４７】一定の流量が与えられた制御流体におい
て、印加電流を変化させることにより、制御流体の圧力
を制御することが可能である。

【００４８】（実施の形態２）図４（ａ）は、本発明を
適用した第２の実施の形態におけるソレノイドバルブ３
１を説明する断面構成説明図である。このソレノイドバ
ルブ３１は、第１の実施の形態におけるソレノイドバル
ブ１よりも、出力特性において、圧力が流量により比例
的であり、かつソレノイドＳＬに印加される電流値によ
って発生圧力を制御（よりリニアに）させることを可能
とするものである。

【００４９】ソレノイドバルブ３１において、スプール
バルブＳＶ、パイロットバルブＰＶの構成は、ソレノイ
ドバルブ１と同じであるので、第１の実施の形態の説明
を準用し、ここでの説明は省略する。

【００５０】第２の実施の形態では、図４（ｂ）に模式
的に示されるように、ソレノイドバルブ３１のソレノイ
ドＳＬ２に特徴を備えている。プランジャ２２は、スプ
リング１４とスプリング３２による２つの付勢手段によ
って、異なる軸方向（この実施の形態では向かい合う方
向）に付勢されることで付勢力のバランスがほぼ保たれ
た状態にある。

【００５１】これにより、印加される電流の大きさに比
例して発生するソレノイドＳＬ２の推力を効率良く使用
することができ、パイロットバルブＰＶのニードルバル
ブ１３をより比例的に移動させ流量制御を行なうことが
可能となる。

【００５２】これは、プランジャ２２に働くばね定数Ｋ
がスプリング１４とスプリング３２とのばね定数Ｋａと
Ｋｂの合わさったものＫａ＋Ｋｂとなり、系のばね定数
ＫとソレノイドＳＬ２の推力との関係でより比例的にニ
ードルバルブ１３の位置を変化させることが可能となる
からである。

【００５３】そして、ニードルバルブ１３のそれぞれの
位置における絞り特性を満たすようにニードルバルブ１
３の形状を設定することにより、所望の流量−制御圧特
性を得ることが可能となる。

【００５４】尚、スプリング３２は、スリーブ３３の内
径部３３ａに挿入され、付勢力の強さをねじ込み式のプ
ラグ３４によって調節可能としている。

【００５５】図５は、この実施の形態におけるソレノイ
ドバルブ３１の流量−制御圧特性を計測した表図であ
り、ソレノイドＳＬ２に対する印加電流を０から１．６
アンペアまで０．２アンペア毎に増加させたそれぞれの
場合の計測値である。

【００５６】図３と比較すると、図５においては、印加
電流が大きくよりパイロットバルブＰＶが絞られている
状態においても、より低い流量からリニアな流量−制御
圧特性を得ることが可能となっており、より圧力を電流
に比例させて制御可能としている。

【００５７】（実施の形態３）図６（ａ）は、本発明を
適用した第３の実施の形態におけるソレノイドバルブ４
１のスプールバルブＳＶ３を説明する断面構成説明図で
ある。

【００５８】ソレノイドバルブ４１において、図示され
ないソレノイドＳＬ２は、第２の実施の形態と同じ構成
となっている。

【００５９】スプールバルブＳＶ３において、スプール
３を閉弁方向に付勢するスプリング７に加え、開弁方向
に付勢するスプリング４２を追加した構成となってい
る。

【００６０】スプール３は２つのスプリング７，４２に
より閉弁側でバランスし、スプール３に作用する荷重は
閉弁時にほぼ０となり、軸方向の移動がスムーズなもの
となる。従って、低流量から高流量までの制御特性をよ
りリニアで作動ヒステリシスの少ないものとすることが
可能となる。

【００６１】図７は、この実施の形態におけるソレノイ
ドバルブ４１の流量−制御圧特性を計測した表図であ
り、ソレノイドＳＬ２（不図示）に対する印加電流を０
から１．６アンペアまで０．２アンペア毎に増加させた
それぞれの場合の計測値である。

【００６２】図５と比較すると、図７においては、より
リニアで作動ヒステリシスの少ない流量−制御圧特性を
得ることが可能となっている。

【００６３】尚、このソレノイドバルブ４１のスプール
３におけるオリフィスは、プラグ４３に設けられたもの
であり、オリフィス径の異なるプラグ４３を適宜使用す
ることで、制御特性の設定を容易に変更することが可能
である。

【００６４】

【発明の効果】本発明は以上の構成および作用を有する
もので、大流量を制御するソレノイドバルブの構成の簡
素化及び小型化とソレノイドバルブの制御特性を向上さ
せることが可能となる。

【００６５】スプールバルブのスプールの構成によっ
て、パイロット室と流体室をスプールの全長の中に収め
ることができ、ソレノイドバルブの軸方向の寸法をコン
パクトなものとすることができる。

【００６６】パイロットバルブをバルブスリーブと同軸
的に配置した流量制御弁とすることにより、パイロット
室とパイロットバルブのバルブシートを直接的に対向さ
せることができ、パイロット室の圧力を制御するための
パイロットバルブからの経路や配管等は不要となる。

【００６７】プランジャに対する付勢手段の付勢力のバ
ランスがとれた状態とすることにより、印加される電流
の大きさに比例して発生するソレノイドの推力を効率良
く使用することができ、パイロットバルブの弁体をより
比例的に移動させ所望の特性の流量制御を行なうことが
可能となる。

【００６８】パイロットバルブまたはスプールバルブの
荷重のバランスをとることにより、パイロットバルブに
おいては、印加される電流の大きさに比例して発生する
ソレノイドの推力を、弁体駆動力に効率良く使用するこ
とができ、より正確な流量制御を行なうことができる。
また、スプールバルブに作用する荷重を抑えることで、
低流量から高流量までの動きがスムーズになり、よりリ
ニアで作動ヒステリシスの少ない流量−制御圧特性を得
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明による第１の実施の形態のソレノ
イドバルブの断面構成説明図（電流を印加させない状
態）。

【図２】図２は本発明による第１の実施の形態のソレノ
イドバルブの断面構成説明図（電流を印加させた状
態）。

【図３】図３は本発明による第１の実施の形態のソレノ
イドバルブの流量−制御圧特性を計測した表図。

【図４】図４は本発明による第２の実施の形態のソレノ
イドバルブの断面構成説明図（電流を印加させない状
態）。

【図５】図５は本発明による第２の実施の形態のソレノ
イドバルブの流量−制御圧特性を計測した表図。

【図６】図６は本発明による第３の実施の形態のソレノ
イドバルブの断面構成説明図（電流を印加させない状
態）。

【図７】図７は本発明による第３の実施の形態のソレノ
イドバルブの流量−制御圧特性を計測した表図。

【図８】図８は従来のソレノイドバルブの断面構成説明
図。

【符号の説明】

１ ソレノイドバルブ ２ バルブスリーブ ２ａ 内筒部 ２ｂ 制御ポート ３ スプール ３ａ 隔壁 ３ｂ パイロット室 ３ｃ 流体室 ３ｄ，３ｅ フランジ部 ３ｆ くびれ部 ３ｇ オリフィス ３ｈ 孔 ４ 保持リング ５，６ 流出ポート ７ スプリング １１ バルブハウジング １１ａ 内筒部 １１ｂ 弁室 １２ バルブシート（弁座） １２ａ オリフィス １３ ニードルバルブ（弁体） １３ａ フランジ部 １４ スプリング（付勢手段） ２１ コイル ２２ プランジャ ２３ ロッド ＳＶ スプールバルブ ＳＰ パイロットバルブ ＳＬ ソレノイド

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ソレノイドによって制御されるパイロッ
   トバルブと、バルブスリーブの内筒部に配置されるスプ
   ールを有するスプールバルブと、を備えたソレノイドバ
   ルブであって、 前記スプールバルブのスプールは、オリフィスの設けら
   れた隔壁と、該隔壁により分離され該スプールの両端部
   に開口するパイロット室及び制御流体の導入される流体
   室を備え、 前記パイロットバルブは、バルブスリーブの前記パイロ
   ット室に開口する側に配置された弁座と、該弁座を開閉
   するために前記ソレノイドにより駆動される弁体を備
   え、 前記パイロットバルブによりパイロット室の圧力を制御
   し、該パイロット室と前記流体室との圧力差により、前
   記スプールを軸方向に移動させることを特徴とするソレ
   ノイドバルブ。
2. 【請求項２】 前記パイロットバルブは、前記スプール
   が配置されるバルブスリーブの内筒部に同軸的に配置さ
   れ、弁体の弁座に対する開閉位置に応じて流量が変更さ
   れる流量制御弁であることを特徴とする請求項１に記載
   のソレノイドバルブ
3. 【請求項３】 前記パイロットバルブまたはスプールバ
   ルブは、少なくとも２つの付勢手段により異なる軸方向
   に付勢されることで付勢力のバランスがほぼ保たれた状
   態にあることを特徴とする請求項１または２に記載のソ
   レノイドバルブ。