JP2012202491A - ソレノイドバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】メインポペットやサブポペットの開弁特性を設定する自由度を大きくするソレノイドバルブを提供すること。
【解決手段】ソレノイド推力に応じて移動するピンポペット６０がサブパイロットシート５１の開口面積を変えることによってサブパイロット圧力が調節され、サブパイロット圧力に応じて移動するサブポペット４０がメインパイロットシート３１の開口面積を変えることによってメインパイロット圧力が調節され、メインパイロット圧力に応じて移動するメインポペット５がバルブシート１１の開口面積を変えるソレノイドバルブ１であって、メインポペット５が収容されるメインケース３と、サブポペット４０が摺動可能に嵌合するバルブハウジング１６と、を備え、サブポペット４０がメインポペット５と独立して変位する構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、ソレノイド推力に応じて作動流体の流量を調節するソレノイドバルブに関するものである。

従来、この種のソレノイドバルブとして、例えば特許文献１に開示されたものは、ソレノイド推力に応じて移動するピンポペットがサブパイロット圧力を調節し、このサブパイロット圧力に応じて移動するサブポペットがメインパイロット圧力を調節し、このメインパイロット圧力に応じて移動するメインポペットがバルブシートの開口面積を変えることによって、バルブシート（バルブ通路）を通過する作動流体の流量を調節するようになっている。

特開２０１０−１３８９２５号公報

しかしながら、このような従来のソレノイドバルブにあっては、サブポペットがメインポペットの内側に収容され、サブポペットがメインポペットと一緒に変位する構成のため、メインポペットやサブポペットの開弁特性を設定する自由度が小さいという問題点があった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、メインポペットやサブポペットの開弁特性を設定する自由度を大きくするソレノイドバルブを提供することを目的とする。

本発明は、ソレノイド推力に応じて移動するピンポペットがサブパイロットシートの開口面積を変えることによってサブパイロット圧力が調節され、サブパイロット圧力に応じて移動するサブポペットがメインパイロットシートの開口面積を変えることによってメインパイロット圧力が調節され、メインパイロット圧力に応じて移動するメインポペットがバルブシートの開口面積を変えるソレノイドバルブであって、メインポペットが収容されるメインケースと、サブポペットが摺動可能に嵌合するバルブハウジングと、を備え、サブポペットがメインポペットと独立して変位する構成とした。

本発明によると、サブパイロット圧力によって駆動されるサブポペットが、メインポペットと独立して変位するため、サブポペットの作動特性を設定する自由度が大きくなり、メインポペットやソレノイドバルブの開弁特性を多様に設定することができる。

本発明の実施形態を示すソレノイドバルブの断面図。 同じく図１の一部を拡大した断面図。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図1、２は、ソレノイドバルブ１の断面図である。ソレノイドバルブ１は、一方向開閉タイプのものであり、バルブ通路２を流れる作動流体の流量を調節する。

ソレノイドバルブ１のバルブ通路２は、メインポペット５によって開閉されるメイン通路１０と、サブポペット４０によって開閉されるメインパイロット通路２０と、ピンポペット６０によって開閉されるサブパイロット通路５０とによって構成される。

メインポペット５の背後にメインパイロット室２１が画成される。メインポペット５は、その背面に受けるメインパイロット室２１のメインパイロット圧力と、メインリターンスプリング８のバネ力によって閉弁方向に付勢される。

バルブポート１２に導かれる供給圧力による開弁力が、メインパイロット室２１のメインパイロット圧力による閉弁力とメインリターンスプリング８のバネ力（閉弁力）とを合わせた力より大きくなると、メインポペット５は図1、２にて左方向に摺動して開弁するように構成される。

サブポペット４０がメインパイロットシート３１に対して変位することによってメインパイロットシート３１の開口面積を変えて、メインパイロット通路２０を流れる作動流体の流量を調節する。これにより、メインパイロットオリフィス２５とメインパイロットシート３１との間に生じるメインパイロット圧力（中間圧力）が制御される。

メインパイロット通路２０は、メインパイロット室２１をバルブシート１１より流入側のバルブ通路２（バルブポート１２）に連通する流入側メインパイロット通路２３と、メインパイロット室２１をバルブシート１１より流出側のバルブ通路２（バルブポート１３）に連通する流出側メインパイロット通路２７とを備える。

サブパイロット通路５０に、サブパイロットオリフィス４５、サブパイロット室４１、サブパイロットシート５１とがそれぞれ介装される。

ピンポペット６０がサブパイロットシート５１に対して変位することによってサブパイロットシート５１の開口面積を変えて、サブパイロット通路５０を流れる作動流体の流量を調節することにより、サブパイロットオリフィス４５とサブパイロットシート５１との間に生じるサブパイロット圧力（中間圧力）が制御される。

サブパイロット通路５０は、サブパイロット室４１をバルブシート１１より流入側のバルブ通路２（バルブポート１２）に連通する流入側サブパイロット通路４３と、サブパイロット室４１をバルブシート１１より流出側のバルブ通路２（バルブポート１３）に連通する流出側サブパイロット通路４７とを備える。

流入側サブパイロット通路４３は、その上流端がバルブポート１２に連通し、その下流端がサブパイロット室４１に連通する。流入側サブパイロット通路４３には、サブパイロットオリフィス４５が介装される。

図1、２には、バルブポート１２からバルブポート１３に向かう作動流体の流れが矢印で示されている。以下、この作動流体の流れについて説明する。

・ソレノイド推力によってピンポペット６０がサブパイロットシート５１から離れ、サブパイロット通路５０が開通すると、作動流体は、バルブポート１２→流入側サブパイロット通路４３（サブパイロットオリフィス４５）→サブパイロット室４１→流出側サブパイロット通路４７（サブパイロットシート５１）→バルブポート１３の順に流れる。

・上記サブパイロット通路５０の流量が増加するのに伴ってサブパイロット室４１のサブパイロット圧力が低下すると、サブパイロット圧力とメインパイロット圧力との差圧力によってサブポペット４０がサブリターンスプリング７に抗してメインパイロットシート３１より離れ、メインパイロット通路２０が開通する。こうしてメインパイロット通路２０が開通すると、作動流体は、バルブポート１２→流入側メインパイロット通路２３（メインパイロットオリフィス２５）→メインパイロット室２１→流出側メインパイロット通路２７（メインパイロットシート３１）→バルブポート１３の順に流れる。

・メインパイロット通路２０の流量が増加するのに伴ってメインパイロット室２１のメインパイロット圧力が低下すると、メインパイロット圧力とバルブポート１２に導かれる圧力源からの圧力の差圧力によってメインリターンスプリング８に抗してメインポペット５がバルブシート１１より離れ、メイン通路１０が開通する。こうしてメイン通路１０が開通すると、作動流体は、バルブポート１２→バルブシート１１→バルブポート１３の順に流れる。

以上、ソレノイドバルブ１において作動流体が流れる回路構成について説明した。次に、ソレノイドバルブ１の具体的な構造について説明する。

ソレノイドバルブ１の筐体は、メインポペット５を収容するメインケース３と、サブポペット４０及びピンポペット６０を収容するサブケース９とを備える。

メインケース３には、メインポペット５が摺動可能に挿入される内周面３２が形成される。メインケース３には、この内周面３２と同一中心線上にバルブシート１１とバルブポート１２が形成される。メインケース３には、この内周面３２の中心線と略直交してバルブポート１３が形成される。バルブポート１２が図示しない配管等を介して圧力源に連通し、バルブポート１３が図示しない配管等を介して負荷に連通する。

流入側メインパイロット通路２３を画成する部位として、メインポペット５には、通孔２８と、複数のノッチ２９と、複数のノッチ２４とが形成される。

通孔２８にチェック弁２６が介装される。このチェック弁２６は、バルブポート１２からメインパイロット室２１に向かう作動流体の流れに対して開弁し、逆方向の流れに対して閉弁する。

ノッチ２４は、その深さがメインポペット５の軸方向について漸次減少する溝状に形成される。ノッチ２４は、メインケース３の内周面３２及び内周端部（角部）３３に対峙して開口し、内周端部３３との間にメインパイロットオリフィス２５を可変絞りとして画成する。メインパイロットオリフィス２５の開口面積は、図1、２に示すようにメインポペット５がバルブシート１１に着座する閉弁位置にて最小となり、メインポペット５が開弁作動するストロークに応じて漸次増大する。

メインポペット５が開弁作動するストロークに応じてメインパイロットオリフィス２５の開口面積が変えられることにより、メインポペット５の開弁特性に対する設定自由度を大きくすることができる。

メインケース３とサブケース９は図示しない複数ボルトを介して締結され、両者の間にはメインパイロット室２１が画成される。

サブケース９にはメインポペット５の背後に位置して凹部１５が形成され、この凹部１５によってメインパイロット室２１が画成される。凹部１５にはメインリターンスプリング８を囲むガイドスリーブ１４が介装される。作動流体がガイドスリーブ１４の外周面に沿って流れることにより、作動流体がコイル状のメインリターンスプリング８に干渉することが抑えられる。

サブケース９にはサブバルブアッシ３９が取り付けられる。このサブバルブアッシ３９は、サブポペット４０を収容する円筒状のバルブハウジング１６を備え、このバルブハウジング１６がサブケース９に取り付けられる。バルブハウジング１６の内周面４２にはサブポペット４０が摺動可能に介装される。ソレノイドバルブ１の仕様に応じて、サブポペット４０の大きさや形状が変更される場合には、バルブハウジング１６の内周面４２等の形状が変更されることにより、容易に対応できる。

なお、これに限らず、サブケース９とバルブハウジング１６を一体化して形成し、これをメインケース３と別体で形成してもよい。また、メインケース３とサブケース９を一体化して形成し、これとバルブハウジング１６を別体で形成してもよい。

メインパイロット室２１を画成する部位として、サブケース９には通孔９１が形成され、バルブハウジング１６には通孔３５が形成され、この通孔３５がバルブハウジング１６の内周面４２に開口される。

バルブハウジング１６の内周面４２に圧力補償スリーブ８１が摺動可能に介装される。圧力補償スリーブ８１には、メインパイロットシート３１及び通孔８３が、その中心線上に形成される。サブポペット４０はサブリターンスプリング７の付勢力によってメインパイロットシート３１に着座する。

円筒状のサブポペット４０には、サブパイロットシート５１及び通孔４９が、その中心線上に形成される。サブパイロットシート５１に着座するピンポペット６０は、サブポペット４０と同軸上に設けられる。

ピンポペット６０及びサブポペット４０の中心軸は、メインポペット５の中心軸と略直交するように配置される。これにより、メインケース３の内周面３２の中心線は、バルブハウジング１６の内周面４２の中心線と略直交するように形成され、メインパイロット通路２０を通過する作動流体がＵ字状に流れる構成とする。

サブケース９には、ソレノイドアッシ９４が取り付けられる。このソレノイドアッシ９４のケース９５は、ブロック９６を介してサブケース９に嵌合し、フランジ９７を介して固定される。フランジ９７は、複数本のボルト（図示せず）を介してサブケース９に締結される。バルブハウジング１６はその端面がブロック９６に当接することによってサブケース９内に固定される。

ピンポペット６０にはプランジャ６６が連結される。このプランジャ６６はケース９５の内側に画成されるプランジャ室７０に収容される。プランジャ室７０は、サブパイロット室４１に連通し、サブパイロット圧力が導かれる。

ケース９５の端部にはアジャスタスクリュ７１が締結される。ケース９５内にはアジャスタスクリュ７１に当接するリテーナ６７が摺動可能に介装される。リテーナ６７とピンポペット６０の端部の間にリターンスプリング６９が介装される。プランジャ６６とブロック９６の間には対向リターンスプリング８９が介装される。この対向リターンスプリング６８のバネ力はリターンスプリング６９のバネ力より小さく設定される。ピンポペット６０はその背面が受けるサブパイロット圧力とリターンスプリング６９と対向リターンスプリング６８のバネ力の差によって閉弁方向に付勢される。

ピンポペット６０は、図示しないコイルの磁界によって発生するソレノイド推力（開弁力）が、サブパイロット圧力による閉弁力とリターンスプリング６９と対向リターンスプリング６８のバネ力（閉弁力）とを合わせた力より大きくなると、図1、２において上方に移動して開弁する。

圧力補償機構８０は、サブケース９にはキャップ８８が取り付けられ、このキャップ８８と圧力補償スリーブ８１の間に皿バネ形の圧力補償スプリング８２が介装される。

圧力補償機構８０は、サブパイロット圧力が上昇するのに伴ってサブポペット４０が圧力補償スプリング８２に抗して圧力補償スリーブ８１と共に図1、２において下方に移動し、サブポペット４０に形成されたサブパイロットシート５１が一緒に移動する。これにより、サブパイロット圧力が上昇しても、サブパイロットシート５１がピンポペット６０と共に図1、２において下方に移動することにより、ピンポペット６０を閉弁方向に付勢するリターンスプリング６９が伸張してリターンスプリング６９のバネ力が小さくなり、ピンポペット６０を開弁させるソレノイド推力が高まることを抑えられる。

流出側メインパイロット通路２７（流出側サブパイロット通路４７）を画成する部位として、サブケース９には通孔９２が形成され、この通孔９２にチェック弁３４が介装される。このチェック弁３４は、メインパイロット室２１からバルブポート１３に向かう作動流体の流れに対して開弁し、逆方向の流れに対して閉弁する。

メインケース３には、チェック弁３４の出口側とバルブポート１３を連通する通孔１７が形成される。

サブポペット４０のまわりに画成されるメインパイロット室２１に導かれる作動流体は、メインパイロットシート３１→圧力補償スリーブ８１の通孔８３→サブケース９の通孔９２→チェック弁３４→メインケース３の通孔１７→バルブポート１２の順に流れ、流出側メインパイロット通路２７を通過する。

流入側サブパイロット通路４３を画成する部位として、サブケース９には通孔９３が形成され、バルブハウジング１６にはサブパイロットオリフィス４５が形成される。

メインポペット５のまわりに画成されるメインパイロット室２１に導かれる作動流体は、ガイドスリーブ１４まわりの間隙→サブケース９の通孔９３→サブパイロットオリフィス４５→サブパイロット室４１→サブパイロットシート５１の順に流れ、流入側サブパイロット通路４３を通過する。

流出側サブパイロット通路４７を画成する部位として、サブポペット４０には通孔４９が形成される。

サブパイロット室４１に導かれる作動流体は、サブパイロットシート５１→サブポペット４０の通孔４９→圧力補償スリーブ８１の通孔８３→サブケース９の通孔９２→チェック弁３４→メインケース３の通孔１７→バルブポート１３の順に流れ、流出側メインパイロット通路２７を通過する。

以上の構成により、ソレノイドバルブ１は、ソレノイド推力に応じて移動するピンポペット６０がサブパイロット圧力を調節し、サブパイロット圧力に応じて移動するサブポペット４０がメインパイロットシート３１の開口面積を変えることによって、メインパイロットシート３１（メインパイロット通路２０）を通過する作動流体の流量が調節される。

こうしてサブポペット４０によって調節されるメインパイロットシート３１（メインパイロット通路２０）の開口面積は、メインポペット５よって調節されるバルブシート１１（メイン通路１０）の開口面積より小さく設定されるため、サブポペット４０によって少流量を精度よく調節することができる。

そして、サブポペット４０がメインパイロットシート３１（メインパイロット通路２０）の開口面積を変えることによって、メインパイロット室２１に生じるメインパイロット圧力が調節される。このメインパイロット圧力に応じてメインポペット５が移動してバルブシート１１（メイン通路１０）の開口面積を変えることによってメイン通路１０を流れる流量を調節する。

こうしてメインポペット５によって調節されるメイン通路１０（バルブシート１１）の開口面積は、サブポペット４０によって調節されるメインパイロットシート３１（メインパイロット通路２０）の開口面積より大きく設定されるため、サブポペット４０によって大流量を応答性よく調節することができる。

サブパイロット圧力によって駆動されるサブポペット４０が、メインポペット５の変位と独立して変位するため、サブポペット４０の作動特性を設定する自由度が大きくなり、ソレノイドバルブ１の開弁特性を多様に設定することができる。

以下、本実施形態の要旨と作用、効果を説明する。

本実施形態では、ソレノイド推力に応じて移動するピンポペット６０がサブパイロットシート５１の開口面積を変えることによってサブパイロット圧力が調節され、サブパイロット圧力に応じて移動するサブポペット４０がメインパイロットシート３１の開口面積を変えることによってメインパイロット圧力が調節され、メインパイロット圧力に応じて移動するメインポペット５がバルブシート１１の開口面積を変えるソレノイドバルブ１であって、メインポペット５が収容されるメインケース３と、サブポペット４０が摺動可能に嵌合するバルブハウジング１６と、を備え、サブポペット４０がメインポペット５と独立して変位する構成とした。

上記構成に基づき、サブパイロット圧力によって駆動されるサブポペット４０が、メインポペット５と独立して変位するため、サブポペット４０の作動特性を設定する自由度が大きくなり、ソレノイドバルブ１の開弁特性を多様に設定することができる。

サブポペット４０が摺動可能に嵌合するバルブハウジング１６が、メインポペット５を収容するメインケース３と別部材によって構成されるため、サブポペット４０とバルブハウジング１６とをユニット化して設けることが可能となり、ソレノイドバルブ１の仕様に応じて、サブポペット４０の開弁特性を変えることが容易に行われる。

本実施の形態では、ピンポペット６０の中心軸がメインポペット５の中心軸と略直交する構成とした。

上記構成に基づき、メインパイロット通路２０を通過する作動流体がＵ字状に流れる構成とすることが可能となり、メインパイロット通路２０の通路長を短縮してその圧力損失を低減することができる。

本実施形態では、メインポペット５が開弁作動するストロークに応じてメインパイロットオリフィス２５の開口面積が変化する構成とした。

上記構成に基づき、メインポペット５が開弁作動するストロークに応じてメインパイロットオリフィス２５の開口面積が変えられることにより、メインポペット５の開弁特性に対する設定自由度を大きくすることができる。

なお、本実施形態は、メイン通路１０における作動流体の一方向の流れに対して開弁作動する一方向開閉タイプのソレノイドバルブ１であるが、これに限らず、
メイン通路１０における作動流体の一方向の流れと逆方向の流れに対して開弁作動する両方向開閉タイプのソレノイドバルブに本発明を適用してもよい。

本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

１ ソレノイドバルブ
２ バルブ通路
３ メインケース
５ メインポペット
９ サブケース
１０ メイン通路
１１ バルブシート
１６ バルブハウジング
２０ メインパイロット通路
２１ メインパイロット室
２４ ノッチ
２５ メインパイロットオリフィス
３１ メインパイロットシート
４０ サブポペット
４１ サブパイロット室
５０ サブパイロット通路
５１ サブパイロットシート
６０ ピンポペット

Claims (3)

1. ソレノイド推力に応じて移動するピンポペットがサブパイロットシートの開口面積を変えることによってサブパイロット圧力が調節され、
   前記サブパイロット圧力に応じて移動するサブポペットがメインパイロットシートの開口面積を変えることによってメインパイロット圧力が調節され、
   前記メインパイロット圧力に応じて移動するメインポペットがバルブシートの開口面積を変えるソレノイドバルブであって、
   前記メインポペットが収容されるメインケースと、
   前記サブポペットが摺動可能に嵌合するバルブハウジングと、を備え、
   前記サブポペットが前記メインポペットと独立して変位する構成としたことを特徴とするソレノイドバルブ。
2. 前記ピンポペットの中心軸が前記メインポペットの中心軸と略直交する構成とした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. 前記メインポペットが開弁作動するストロークに応じて前記メインパイロットオリフィスの開口面積が変化する構成とした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。

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