JP2000120909A - スプール弁型電磁弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スプールの固着を解除するため、リニアソレ
ノイドへの通電制御によってリニアソレノイドの最大出
力よりも遥かに大きな力をスプールに加えることができ
るようにする。 【解決手段】 リニアソレノイド２０のプランジャー２
２を復帰させるスプリング２９を設置し、リニアソレノ
イド２０の非通電時はプランジャー２２とスプール１６
の対向端間に隙間δを発生させる。リニアソレノイド２
０の通電制御中にスプール１６が固着したときは、リニ
アソレノイド２０の通電を中断した後、リニアソレノイ
ド２０を一時的に最大電流を通電してプランジャー２２
を加速シスプール１６に衝突させ、その衝撃力でスプー
ル１６の固着を解除する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この出願の発明は、流量制御
弁や圧力制御弁に適用するスプール弁型電磁弁に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のスプール型電磁弁においては、一
般的に、圧油の入口、出口および排出口を有するバルブ
ボデーの内部に摺動自在に設置したスプールにリニアソ
レノイドの出力とスプリングの力とを互いに対抗するよ
うに加えるか、或いはリニアソレノイドの出力と出口油
圧（またはリニアソレノイドの出力および出口油圧とス
プリングの力）とを互いに対抗するように加えてスプー
ルを駆動する。この場合、リニアソレノイドのプランジ
ャーとスプールとは常に一体的に動き、リニアソレノイ
ドによってスプールに加えることができる力はリニアソ
レノイドの最大出力である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のスプール型電磁
弁の問題点として、リニアソレノイドの出力およびスプ
リングの力を小さくした場合に作動油に混入した異物の
噛み込み等によってスプールの固着が発生し易く、スプ
ールの固着が発生したときにはスプールの固着を解除す
ることができないために油圧システムが機能しなくなる
と言うことが挙げられる。

【０００４】そのようなスプールの固着を抑制する方法
として、リニアソレノイドの出力およびスプリングの力
を大きくすることが挙げられるが、リニアソレノイドの
出力を大きくするとその発熱が増大し、耐熱性確保のた
めにリニアソレノイドを大型化せざるを得ず、インダク
タンスが大きくなって応答性が悪化する。

【０００５】この出願の発明は、スプールの固着を解除
するために、リニアソレノイドへの通電制御によってリ
ニアソレノイドの最大出力よりも遥かに大きな力をスプ
ールに加えることができるようにしたスプール型電磁弁
を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この出願の請求項１の発
明は、シリンダボアとこのシリンダボアにそれぞれ開口
する圧油の入口、出口および排出口を設けたバルブボデ
ーの前記シリンダ内に、前記入口から前記出口へ流れる
圧油の通路面積および前記出口から前記排出口へ流れる
圧油の通路面積をそれらの増減が反対となるようにそれ
ぞれ可変させるスプールを摺動自在に設置し、このスプ
ールには少なくともリニアソレノイドの出力と第１スプ
リングの力を互いに対抗するように加えるとともに前記
第１スプリングの力による前記スプールの一方向へのス
トローク端を限定するストッパーを設置し、更に、前記
リニアソレノイドの出力がゼロの場合に前記リニアソレ
ノイドのプランジャーを所定の復帰位置まで復帰させて
このプランジャーと前記スプールの対向端部間に所定量
以上の隙間を生じさせる第２スプリングを設置したこと
を特徴とするスプール弁型電磁弁である。

【０００７】このようなスプール弁型電磁弁において
は、リニアソレノイドへの通電中にスプールが固着した
場合（スプールの固着の検出は、例えば、この電磁弁に
より作動油を給排されるアクチュエータの動作とリニア
ソレノイドに流す電流値の変化との間の対応関係を監視
することで検出できる）、リニアソレノイドへの通電を
中断し、第２スプリングによりリニアソレノイドのプラ
ンジャーを所定の復帰位置まで復帰させてプランジャー
とスプールの対向端間に所定量以上の隙間（固着したス
プールに位置に応じて変わる）を発生させ、その後リニ
アソレノイドに対し、例えばその最大出力に対応する電
流値を一時的に流してプランジャーを加速しスプールに
衝突させ、リニアソレノイドの最大出力よりも遥かに大
きな力をスプールに加える。プランジャーをスプールに
衝突させることによってスプールに加えることができる
力は、リニアソレノイドの最大出力の１０倍〜１００倍
であり、このような大きな力はリニアソレノイドの通電
制御により繰り返し加えることができ、従ってスプール
の固着を解除することができる。

【０００８】尚、プランジャーとスプールは、できるだ
け固い材料で製作すると共に両者の固さを同等にするこ
とが望ましい。

【０００９】また、スプールが固着していない場合は、
リニアソレノイドへの通電開始当初の電流増加率を小さ
くしてプランジャーのスプールへの衝突を防止すればよ
い。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は、この出願の発明に係る流
量制御用のスプール弁型電磁弁の構成を示す略図であ
る。図１に示すように、スプール弁型電磁弁１０は、シ
リンダボア１２とこのシリンダボア１２にそれぞれ開口
する圧油の入口１３、出口１４および排出口１５を設け
たバルブボデー１１と、ランド１７、１８および１９を
有し、シリンダボア１２内に摺動自在に嵌挿したスプー
ル１６と、バルブボデー１１に固定された固定のコア２
１、可動のプランジャー２２、ヨーク２３およびコイル
２４を有し、スプール１６を図１で左方向へ付勢する出
力を発生するリニアソレノイド２０と、スプール１６を
図１で右方向へ付勢する力を発生するコイルスプリング
２５および２６と、スプール１６のスプリングリテーナ
２７が当接、離間するようにリニアソレノイド２０のコ
ア２１に設けられたストッパ２８と、プランジャー２２
を図１で右方向へ付勢するコイルスプリング２９とから
なる。

【００１１】コイルスプリング２５および２９の力はコ
イルスプリング２２の力に比べて遥かに小さいものであ
り、リニアソレノイドの出力と実質的に対抗する力はコ
イルスプリング２２により発生される。

【００１２】入口１３は所定圧力範囲の圧油を蓄積する
アキュームレーター３０と接続され、出口１４は油圧作
動のアクチュエーター３１と接続され、排出口１５はリ
ザーバー３２と接続される。

【００１３】コイルスプリング２５、２６および２９は
線形特性を有するものである。また、リニアソレノイド
２０はそのコイル２４に流れる電流値に対応した出力を
発生するものである。リニアソレノイド２０のコイル２
４に電流を流さない場合、コイルスプリング２２および
２３がスプール１６を、図１に示すようにリテーナ２７
がストッパー２８に当接した所定の初期位置に位置決め
する。また、リニアソレノイド２０のコイル２４に電流
を流さない場合、プランジャー２２がコイルスプリング
２９によって図１に示す所定の復帰位置に復帰させられ
る。図１においては、プランジャー２２とスプール１６
の対向端間には所定量の隙間δが存在する。コイルスプ
リング２９に抗してプランジャー２２をスプール１６側
へ摺動させるためにコイル２４に流さなければならない
電流値は、スプール１６をコイルスプリング２２に抗し
て摺動させるためにコイル２４にながさなければならな
い電流値に比べて遥かに小さいものである。従って、ス
プール１６は、実質的にコイルスプリング２２の力とリ
ニアソレノイド２０の出力とがバランスする位置へ摺動
するので、スプール１６の初期位置からのストローク量
はリニアソレノイド２０への電流値によって制御でき
る。

【００１４】図１の状態では、入口１３から出口１４へ
の圧油の通路が完全に遮断されると共に出口１４から排
出口１５への圧油の通路が最大に開かれる。リニアソレ
ノイド２０に電流を流しかつその電流値を所定の最大値
に向けて逐次増大させていくと、プランジャー２２が図
１で左方向に摺動してスプール１６に当接し、その後は
プランジャー２２とスプール１６とが一体的に左方向へ
摺動する。スプール１６の左方向への摺動に伴い、出口
１４から排出口１５への圧油の通路面積が逐次減少し、
出口１４が入口１３および排出口１５の両方から遮断さ
れた状態に至り、更には入口１３から出口１４への圧油
の通路が開かれかつその通路面積が逐次増大し、最後に
は入口１３から出口１４への圧油の通路面積が最大とな
る。従って、リニアソレノイド２０への通電制御によっ
て、アクチュエータ３１の可動部材の位置および移動速
度を制御することができる。

【００１５】ところで、リニアソレノイド２０に通電し
てアクチュエータ３１の作動を制御している最中に作動
油中に混入している異物の噛み込みなどによりスプール
１６が固着すると、アクチュエータ３１の可動部材の位
置が固定化し、油圧システムが機能しなくなる。この出
願の発明に係るスプール弁型電磁弁１０は、図１に示さ
れるように、リニアソレノイド２０に通電しない状態で
は、プランジャー２２とスプール１６の対向端間に少な
くとも所定量δの隙間が存在する。従って、図１の状態
においてリニアソレノイド２０にその最大出力に対応す
る電流値を一時的（パルス的）に流すと、プランジャー
２２が左方向に最大に加速されてスプール１６に衝突
し、スプール１６に左方向の大きな力が加わる。このよ
うにしてスプール１６に大きな力を加えることによって
スプール１６の固着を解除することができる。

【００１６】プランジャー２２をスプール１６に衝突さ
せることによってスプール１６に加えることができる力
をシミュレーションによって求めた際のシミュレーショ
ンモデルを図２に、またプランジャーのストローク量に
対するプランジャーの運動エネルギーの関係を図３に、
更にプランジャーのストローク量に対する衝突力（スプ
ールが受ける力）の関係を図４にそれぞれ示す。図２に
おいて、Ｋｐはコイルスプリング２２のばね定数（Ｋｇ
ｆ／ｍｍ）、Ｃｐはスプール１６の摺動部の摩擦などに
よる減衰係数（Ｎ ｓ／ｍｍ）、Ｍｐはプランジャー２
２の質量（ｇ）、Ｖｐはプランジャー２２の速度（ｍｍ
／ｓｅｃ）、Ｆｐはリニアソレノイド出力（Ｎ）、Ｘｐ
はプランジャー２２のストローク量（ｍｍ）、Ｋはプラ
ンジャー２２およびスプール１６の表面剛性で決まるば
ね定数、Ｘｓはばね定数Ｋによる撓み量である。使用し
たプランジャーの運動方程式は次の通りである。

【００１７】Ｍｐ・ｄ^２Ｘｐ ／ｄｔ^２ ＝Ｆｐ−Ｃｐ・
ｄＸｐ ／ｄｔ−Ｋｐ・Ｘｐ また、プランジャー２２の運動エネルギーＥｐは、次の
式で表わされる。

【００１８】Ｅｐ＝１／２・Ｍｐ・Ｖｐ^２ 更に、衝突力（スプール１６が受ける力）Ｆｓは、次の
式で表わされる。

【００１９】Ｆｓ＝ｋ・Ｘｓ Ｍｐを３０（ｇ）、Ｋｐを０．２（ｋｇｆ／ｍｍ）、ｋ
を１．１８ｅ８（Ｎ／ｍ）、Ｃｐを０．０６（N ｓ／
ｍｍ）、Ｆｐを１６（Ｎ）とした場合のＥｐ、Ｆｓが図
３、図４にそれぞれ示される。図４に示されるように、
プランジャー２２のストローク量が約３．５ｍｍに達す
るまでの範囲ではリニアソレノイド２０の出力１６
（Ｎ）の１０倍を超える衝突力が得られるので、スプー
ル１６の固着を容易に解除することができる。

【００２０】尚、図１には流量制御用のスプール弁型電
磁弁を示したが、この出願の発明は圧力制御用のスプー
ル弁型電磁弁にも適用できるものである。

【００２１】

【発明の効果】以上に説明したように、この出願の請求
項１のスプール弁型電磁弁は、リニアソレノイドへの通
電制御によってリニアソレノイドの最大出力よりも遥か
に大きな力をスプールに加えることができるようにした
ので、スプールの固着が発生してもリニアソレノイドの
通電制御によって容易に固着を解除することができ、油
圧システムの機能を回復させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この出願の発明に係る流量制御用のスプール弁
型電磁弁の構成を示す概略図である。

【図２】スプールに加える衝突力をシミュレーションで
求めた際のシミュレーションモデルを示す図である。

【図３】プランジャーのストローク量に対するプランジ
ャーの運動エネルギーの関係を示す図である。

【図４】プランジャーのストローク量に対する衝突力の
関係を示す図である。

【符号の説明】

１０・・・スプール弁型油圧制御電磁弁 １１・・・バルブボデー １２・・・シリンダボア １３・・・入口 １４・・・出口 １５・・・排出口 １６・・・スプール １７、１８、１９・・・ランド ２０・・・リニアソレノイド ２１・・・コア ２２・・・プランジャー ２３・・・ヨーク ２４・・・コイル ２５、２６、２９・・・コイルスプリング ２８・・・ストッパー ３０・・・アキュムレーター ３１・・・アクチュエーター ３２・・・リザーバー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダボアとこのシリンダボアにそれ
   ぞれ開口する圧油の入口、出口および排出口を設けたバ
   ルブボデーの前記シリンダ内に、前記入口から前記出口
   へ流れる圧油の通路面積および前記出口から前記排出口
   へ流れる圧油の通路面積をそれらの増減が反対となるよ
   うにそれぞれ可変させるスプールを摺動自在に設置し、
   このスプールには少なくともリニアソレノイドの出力と
   第１スプリングの力を互いに対抗するように加えるとと
   もに前記第１スプリングの力による前記スプールの一方
   向へのストローク端を限定するストッパーを設置し、更
   に、前記リニアソレノイドの出力がゼロの場合に前記リ
   ニアソレノイドのプランジャーを所定の復帰位置まで復
   帰させて前記プランジャーと前記スプールの対向端部間
   に所定量以上の隙間を生じさせる第２スプリングを設置
   したことを特徴とするスプール弁型電磁弁。