JP2001021059A - 比例制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ダンパ部材を不要とすることにより部品点数を
削減して製造コストを低減するとともに、ヒステリシス
を小さくすることにより流量制御の精度を向上させるこ
とにある。 【解決手段】ピン部材６０が固定鉄心５２に当接した状
態を保持しながら、コイル４４の励磁作用下に、板ばね
８０のばね力に打ち勝ってプランジャ５４が固定鉄心５
２側に変位することにより、前記プランジャ５４と一体
的に変位する弁体７０が着座部７４から離間するように
設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、コントロ
ーラ等の制御部から導出される入力信号に比例した圧力
流体の流量を出力することが可能な比例制御弁に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、例えば、シリンダのピストン
の変位速度を制御するために、前記シリンダに供給・排
出される圧力流体の流量を制御する比例制御弁が用いら
れている。この比例制御弁は、例えば、コントローラ等
の制御部から導出される入力信号（電圧または電流）に
比例した圧力流体の流量を流体圧アクチュエータに対し
て供給することにより、シリンダ室に沿って往復動作す
るピストンの変位速度を制御している。

【０００３】ここで、従来技術に係る比例制御弁（例え
ば、米国特許第５２３２１９６号参照）を図１０に示
す。この比例制御弁１は、コイル２が複数巻回されたボ
ビン３と前記ボビン３の貫通する孔部内に固定された固
定鉄心４とを有するソレノイド部５と、圧力流体供給ポ
ート６および圧力流体排出ポート７が形成されたバルブ
ボデイ８とを備える。

【０００４】前記ボビン３の孔部内には、コイル２の励
磁作用下に固定鉄心４側に向かって変位するプランジャ
９が設けられ、前記プランジャ９の一端部には板ばね１
０およびコイルスプリング１１が装着されている。ま
た、前記プランジャ９の一端部には、バルブボデイ８に
形成された着座部１２に着座しあるいは着座部１２から
離間することにより、オリフィス１３を開閉する弁体１
４が設けられている。なお、前記弁体１４と着座部１２
によってポペット弁が構成される。

【０００５】前記プランジャ９には、環状溝１５を介し
てゴム製のダンパ部材１６が装着され（図１１参照）、
コイル２の励磁作用下にプランジャ９が固定鉄心４側に
変位した際、プランジャ９が固定鉄心４に当接するのを
防止する機能を営む。

【０００６】従来技術に係る比例制御弁１の概略動作を
説明すると、図示しないコントローラからの入力信号
（電圧または電流）がコイル２に供給されることによ
り、前記コイル２が励磁される。前記コイル２の励磁作
用下にプランジャ９は板ばね１０のばね力に打ち勝って
固定鉄心４側に変位し、前記プランジャ９と一体的に弁
体１４も変位する。この場合、図１２に示されるよう
に、ダンパ部材１６の摺動作用によってプランジャ９の
一端部が固定鉄心４に当接することが阻止される。

【０００７】弁体１４がプランジャ９と一体的に変位し
て着座部１２から離間することによりオリフィス１３が
開成され、圧力流体供給ポート６と圧力流体排出ポート
７とが連通する。この結果、入力信号に比例した圧力流
体の流量を圧力流体排出ポート７に連通接続されたシリ
ンダ等の流体圧機器（図示せず）に供給することができ
る。

【０００８】なお、前記コイル２に対する励磁作用を解
除して非励磁状態とすることにより、前記プランジャ９
は、板ばね１０のばね力によって固定鉄心４から離間す
る方向に変位し、弁体１４が着座部１２に着座してオリ
フィス１３が閉塞される。この場合、弁体１４は、コイ
ルスプリング１１の弾発力によって着座部１２に押圧さ
れ、オリフィス１３が気密に閉塞される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術に係る比例制御弁では、プランジャにゴム製のダンパ
部材を装着することにより、摺動抵抗が増大してヒステ
リシスが大きくなる。従って、前記ヒステリシスが大き
くなることにより、圧力流体の流量制御に誤差が発生す
るという不都合がある。なお、前記ヒステリシスとは、
入力信号と出力流量との入出力静特性を示すヒステリシ
スループにおいて、出力流量の差の最大値をいう。

【００１０】本発明は、前記の不具合を考慮してなされ
たものであり、ダンパ部材を不要とすることにより部品
点数を削減して製造コストを低減するとともに、ヒステ
リシスを小さくすることにより流量制御の精度を向上さ
せることが可能な比例制御弁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】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、入力信号に比例した圧力流体の流量を
出力する比例制御弁において、ケーシング内に配設さ
れ、コイルに対する励磁作用下に固定鉄心側にプランジ
ャを吸引するソレノイド部と、圧力流体供給ポートおよ
び圧力流体排出ポートが形成され、前記ケーシングと一
体的に連結されるバルブボデイと、前記プランジャの一
端部に連結されたキャップ部材を介して保持され、着座
部に着座することにより圧力流体供給ポートと圧力流体
排出ポートとの連通を遮断する弁体と、前記プランジャ
の軸線方向に沿って延在する孔部内に配設され、一端部
が、該プランジャから突出して、常時、固定鉄心に当接
するように設けられたピン部材と、前記ピン部材の他端
部と前記弁体との間に介装され、弾発力の作用下に弁体
を着座部側に向かって押圧するとともに、ピン部材を固
定鉄心側に向かって押圧するコイルスプリングと、前記
プランジャに外嵌され、該プランジャと一体的に変位す
るキャップ部材が係合する板ばねと、を備え、前記プラ
ンジャは、ピン部材が固定鉄心に当接した状態を保持し
ながら、コイルの励磁作用下に、板ばねのばね力に打ち
勝って固定鉄心側に変位することにより、前記プランジ
ャと一体的に変位する弁体が着座部から離間するように
設けられることを特徴とする。

【００１２】この場合、前記板ばねを円板状に形成し、
略円形状の中心孔と、前記中心孔から半径外方向に向か
って延在する複数のスリットを設けるとよい。

【００１３】本発明によれば、ピン部材が固定鉄心に当
接した状態を保持しながら、コイルの励磁作用下に、板
ばねのばね力に打ち勝って固定鉄心側に変位することに
より、前記プランジャと一体的に変位する弁体が着座部
から離間するように設けられているため、ダンパ部材が
不要となる。従って、プランジャの変位によって摺動抵
抗が増大することがなく、ヒステリシスを抑制すること
ができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明に係る比例制御弁について
好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以
下詳細に説明する。

【００１５】図１において、参照数字２０は、本発明の
実施の形態に係る比例制御弁を示す。

【００１６】この比例制御弁２０は、軸線方向に沿って
延在する断面円形状の孔部２２が形成されたケーシング
２４と、圧力流体供給ポート２６および圧力流体排出ポ
ート２８が形成されたバルブボデイ３０とを有し、二方
弁として機能するものである。前記ケーシング２４の一
側面には、図２に示されるように、複数の取付用突起部
３２が突出して形成され、前記取付用突起部３２に係合
する取付用ピン３４によってケーシング２４とバルブボ
デイ３０とが一体的に連結される。なお、ケーシング２
４とバルブボデイ３０との連結面には気密性を保持する
ためにシール部材３６が設けられる。

【００１７】前記ケーシング２４の内部に形成された孔
部２２には、図１に示されるように、非磁性材料によっ
て形成された有底円筒状部材３８が挿入され、前記有底
円筒状部材３８の内部にはソレノイド部４０が配設され
る。

【００１８】このソレノイド部４０は、軸線方向に沿っ
て貫通する孔部４２が形成されコイル４４が複数巻回さ
れたボビン４６と、前記有底円筒状部材３８の孔部４８
内に一端部５０が係止されることにより前記ボビン４６
の孔部４２内に固定される固定鉄心５２とを有する。前
記ボビン４６の孔部４２内には、前記固定鉄心５２と同
軸状に略円筒状のプランジャ５４が変位自在に挿入さ
れ、前記プランジャ５４は、例えば、磁性を帯びたステ
ンレス鋼によって形成されている。なお、前記ボビン４
６は、有底円筒状部材３８の開口部に嵌合するリング体
５６によって保持されている。

【００１９】前記プランジャ５４の内部には、図１およ
び図３に示されるように、軸線方向に沿って延在する孔
部５８が形成され、前記孔部５８内には、例えば、樹脂
製材料によって形成されたピン部材６０が挿入されてい
る。小径に形成された前記ピン部材６０の一端部６２
は、プランジャ５４に形成された小孔６４を介して外部
に露呈し、後述するコイルスプリング６６の弾発力によ
って、常時、固定鉄心５２に当接するように設けられて
いる。

【００２０】前記プランジャ５４の一端部にはキャップ
部材６８が加締められて固定され、前記キャップ部材６
８の内部には、ゴム製の弁体７０と非磁性材料によって
形成されたばね受部材７２とが保持される。前記弁体７
０とばね受部材７２は、一体的に固着されている。前記
ピン部材６０の他端部とばね受部材７２との間には、コ
イルスプリング６６が介装されている。前記弁体７０の
一部は、キャップ部材６８から突出してバルブボデイ３
０に形成された着座部７４に着座するように設けられて
いる。なお、バルブボデイ３０には、着座部７４に連続
し圧力流体供給ポート２６に連通するオリフィス７６が
形成されている。

【００２１】前記プランジャ５４には、その外周面を囲
繞するように環状部材７８が装着され、前記環状部材７
８には、環状凹部とプランジャ５４が挿通する孔部とが
形成されている。また、前記プランジャ５４には略円形
状の板ばね８０が外嵌され、前記板ばね８０は、環状部
材７８の環状凹部とキャップ部材６８のフランジ部８２
との間に介装されている。

【００２２】前記板ばね８０は、図９に示されるよう
に、略円形状に形成された中心孔８４と、前記中心孔８
４から相互に直交する４方向（半径外方向）に向かって
延在するスリット８６が形成されている。このように、
板ばね８０を円板状に形成し、しかも複数のスリット８
６を設けることにより、プランジャ５４の微小な変位量
を微小荷重によってコントロールして制御性を向上させ
ることができるという利点がある。

【００２３】すなわち、図８から諒解されるように、ス
リット８６を設けていない板ばね（図示せず）を用いた
場合、付与される荷重に対応してばね定数が大きくなっ
てしまうという不具合がある。これに対して、板ばね８
０にスリット８６を設けることにより、始めにＢ部分
（キャップ部材６８のフランジ部８２が当接する部位）
が撓むときにはスリット８６によって容易に変形し、さ
らに板ばね８０が撓むとＢ部分とＣ部分とが加算された
範囲でばね定数が変化する。このように、板ばね８０に
スリット８６を設けることにより、プランジャ５４の微
小な変位量を精度良くコントロールすることができる。
なお、前記環状部材７８には、板ばね８０が変形しやす
いようにテーパ面８８が形成されている。

【００２４】本発明の実施の形態に係る比例制御弁２０
は、基本的には以上のように構成されるものであり、次
にその動作並びに作用効果について説明する。なお、以
下の説明では、図１に示されるように、コイル４４に電
圧が印加されていない非励磁状態にあって弁体７０が着
座部７４に着座した状態を初期位置として説明する。

【００２５】先ず、本実施の形態に係る一組の比例制御
弁２０ａ、２０ｂを組み込んで、シリンダ９０のピスト
ン９２の変位速度を制御する流体回路９４を構成する。
この流体回路９４は、圧力流体供給源９６に対してそれ
ぞれ直列に接続されるドレン排出付フィルタ９８および
リリーフ付減圧弁１００と、前記リリーフ付減圧弁１０
０の出力側に分岐通路１０２ａ、１０２ｂを介して並列
に接続される一組の比例制御弁２０ａ、２０ｂとを含
む。

【００２６】また、流体回路９４は、前記一組の比例制
御弁２０ａ、２０ｂの圧力流体排出ポート２８に接続さ
れるシリンダ９０と、前記一組の比例制御弁２０ａ、２
０ｂにそれぞれ入力信号を導出する一組のコントローラ
１０４ａ、１０４ｂと、各コントローラ１０４ａ、１０
４ｂに指令信号を導出する制御回路１０６と、ピストン
９２の位置を検出してその検出信号を前記制御回路１０
６に向かって導出する一組のセンサ１０８ａ、１０８ｂ
とを有する。

【００２７】図１に示す初期位置において、コントロー
ラ１０４ａ（１０４ｂ）は、制御回路１０６の指令信号
に基づいて比例制御弁２０ａ（２０ｂ）に対して入力信
号を導出することにより、前記比例制御弁２０ａ（２０
ｂ）がオン状態となる。なお、前記入力信号は、コイル
４４に印加される電圧またはコイル４４に通電される電
流のいずれであってもよい。前記入力信号に基づいてコ
イル４４が励磁され、プランジャ５４は固定鉄心５２側
に向かって吸引される。

【００２８】すなわち、プランジャ５４およびキャップ
部材６８は、固定鉄心５２に対してピン部材６０の一端
部６２が当接した状態を保持しながら、板ばね８０のば
ね力およびコイルスプリング６６の弾発力に打ち勝って
一体的に固定鉄心５２側に向かって変位する。この結
果、キャップ部材６８に保持された弁体７０が着座部７
４から離間してオリフィス７６が開口することにより、
圧力流体供給ポート２６と圧力流体排出ポート２８とが
連通する。

【００２９】前記プランジャ５４およびキャップ部材６
８が一体的に変位する際、キャップ部材６８のフランジ
部８２が板ばね８０を変位方向に向かって押圧するため
に、図５に示されるように、板ばね８０は、変位方向側
に向かって、しかも、環状部材７８のテーパ面８８に沿
って変形する。

【００３０】このようにして、シリンダ９０の一方のシ
リンダ室には、比例制御弁２０ａの圧力流体排出ポート
２８を介して、入力信号に比例した圧力流体の流量が供
給され、前記圧力流体の作用下にピストン９２が変位終
端位置まで移動する。前記ピストン９２が変位終端位置
に到達すると、センサ１０８ｂによって検出され、該セ
ンサ１０８ｂから出力される検出信号によって制御回路
１０６は、ピストン９２が変位終端位置に到達したこと
を確認する。

【００３１】コントローラ１０４ａ（１０４ｂ）から比
例制御弁２０ａ（２０ｂ）に対して導出される入力信号
に基づいて、比例制御弁２０ａ（２０ｂ）をオン状態か
らオフ状態とすることにより、コイル４４の励磁作用が
解除される。従って、プランジャ５４およびキャップ部
材６８は、板ばね８０のばね力とコイルスプリング６６
の弾発力との共働作用下に、固定鉄心５２から離間する
方向に向かって変位し、弁体７０が着座部７４に着座し
て圧力流体供給ポート２６と圧力流体排出ポート２８と
が非連通状態となる初期位置に復帰する。

【００３２】本実施の形態では、プランジャ５４の内部
に固定鉄心５２に常時当接するピン部材６０を挿入し、
前記ピン部材６０が固定鉄心５２に当接した状態でプラ
ンジャ５４が固定鉄心５２側に向かって変位するように
設けることにより、従来技術におけるダンパ部材が不要
となる。従って、部品点数を削減することにより、製造
コストを低減することができる。

【００３３】また、本実施の形態では、従来技術と比較
して、プランジャ５４が変位する際の摺動抵抗を抑制す
ることにより、ヒステリシスを小さくすることができ、
このことは、図７に示されるように、本実施の形態に係
る比例制御弁２０、２０ａ、２０ｂを用いた実験結果に
よって確認することができた。この結果、流量制御にお
ける誤差の発生を抑制することにより、入力信号に対す
る圧力流体の流量制御の精度を向上させることができ
る。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、以下の効果が得られ
る。

【００３５】すなわち、ピン部材が固定鉄心に当接した
状態を保持しながらプランジャを固定鉄心側に向かって
変位自在に設けることにより、ダンパ部材が不要とな
る。従って、部品点数を削減して製造コストを低減する
ことができる。

【００３６】また、従来技術と比較して、プランジャが
変位する際の摺動抵抗を減少させることにより、ヒステ
リシスを小さくして流量制御の精度を向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る比例制御弁の軸線方
向に沿った縦断面図である。

【図２】図１に示す比例制御弁の分解斜視図である。

【図３】プランジャおよびキャップ部材の軸線方向に沿
った縦断面図である。

【図４】図３の矢印Ａ方向からみた矢視図である。

【図５】図１に示すオフ状態からオン状態に変位したプ
ランジャの縦断面図である。

【図６】図１に示す比例制御弁が組み込まれた流体回路
の構成図である。

【図７】印加電圧と流量との関係に係るヒステリシスル
ープを示す説明図である。

【図８】スリットを設けた板ばねと前記スリットを設け
ていない板ばねとの撓み量を示す説明図である。

【図９】板ばねのスリットの形状を示すとともに、図８
の説明に供される図である。

【図１０】従来技術に係る比例制御弁の軸線方向に沿っ
た縦断面図である。

【図１１】図１０の部分拡大断面図である。

【図１２】図１１の状態からプランジャが変位してダン
パ部材が変形した状態を示す部分拡大断面図である。

【符号の説明】

２０、２０ａ、２０ｂ…比例制御弁 ２２、４２、４
８、５８…孔部 ２４…ケーシング ２６…圧力流体供
給ポート ２８…圧力流体排出ポート ３０…バルブボデ
イ ４０…ソレノイド部 ４４…コイル ４６…ボビン ５２…固定鉄心 ５４…プランジャ ５６…リング体 ６０…ピン部材 ６４…小孔 ６６…コイルスプリング ６８…キャップ部
材 ７０…弁体 ７４…着座部 ７６…オリフィス ７８…環状部材 ８０…板ばね ８２…フランジ部 ８８…テーパ面

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力信号に比例した圧力流体の流量を出力
   する比例制御弁において、 ケーシング内に配設され、コイルに対する励磁作用下に
   固定鉄心側にプランジャを吸引するソレノイド部と、 圧力流体供給ポートおよび圧力流体排出ポートが形成さ
   れ、前記ケーシングと一体的に連結されるバルブボデイ
   と、 前記プランジャの一端部に連結されたキャップ部材を介
   して保持され、着座部に着座することにより圧力流体供
   給ポートと圧力流体排出ポートとの連通を遮断する弁体
   と、 前記プランジャの軸線方向に沿って延在する孔部内に配
   設され、一端部が、該プランジャから突出して、常時、
   固定鉄心に当接するように設けられたピン部材と、 前記ピン部材の他端部と前記弁体との間に介装され、弾
   発力の作用下に弁体を着座部側に向かって押圧するとと
   もに、ピン部材を固定鉄心側に向かって押圧するコイル
   スプリングと、 前記プランジャに外嵌され、該プランジャと一体的に変
   位するキャップ部材が係合する板ばねと、 を備え、 前記プランジャは、ピン部材が固定鉄心に当接した状態
   を保持しながら、コイルの励磁作用下に、板ばねのばね
   力に打ち勝って固定鉄心側に変位することにより、前記
   プランジャと一体的に変位する弁体が着座部から離間す
   るように設けられることを特徴とする比例制御弁。
2. 【請求項２】請求項１記載の比例制御弁において、 前記板ばねは、円板状を呈し、略円形状の中心孔と、前
   記中心孔から半径外方向に向かって延在する複数のスリ
   ットとを有することを特徴とする比例制御弁。