JP2017198233A - 圧力均衡常閉型ソレノイドバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】種々の適用対象に対し容易且つ適切に所期のシール径を確保し得る圧力均衡常閉型ソレノイドバルブを提供する。
【解決手段】流体が収容されるシリンダ１０を保持するハウジング１と、ハウジングに形成されシリンダ内に連通する第１及び第２の連通路１１、１２と、両者間に配設され、ハウジングに対し着脱自在に保持される弁座部材２０と、シリンダ内に摺動自在に支持され、弁座部材に対し近接離隔作動可能な弁体部３１を有する弁部材３０と、弁部材を付勢する付勢部材４０と、ハウジングに支持されるソレノイド５０と、ソレノイドの励磁に応じて、弁体部が弁座部材から離隔する方向に弁部材を駆動するプランジャ６０とを備え、ソレノイドの非励磁時は、第１の連通路内の流体と第２の連通路内の流体の圧力差の大小に拘らず弁体部が弁座部材に着座した状態に維持される。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧力均衡常閉型ソレノイドバルブに関し、例えば車両のサスペンション等に供される流体圧制御装置に好適なソレノイドバルブに係る。

圧力均衡ソレノイドバルブに関し、例えば下記の特許文献１には、その図１に示す常開型のソレノイドバルブについて第２柱第５行乃至第１２行に「電気エレルギーがコイルに供給されると、コアは第２位置方向の下方に駆動され、（二つの）ポート間の流体の流れが阻止される。これに対し、電気エレルギーがコイルから除かれると、スプリング力がコアを上方の開位置に駆動し（二つの）流体ポート間を連通する」（但し、引用符合省略）と説明されている。そして、同文献の第２柱第５８行乃至第６０行には「スプールを二つの位置の一方から他方に移動させるのに必要な力を最小とすべく、バルブが圧力均衡状態とされる」旨記載されている。更に、同文献の第４柱第４５行乃至第４８行には「スプリングと励磁コイルの機能を逆にすることにより常閉型のバルブを構成し得る」と付言されている。

米国特許第５４９７９７５号公報

然し乍ら、上記特許文献１には常閉型の圧力均衡ソレノイドバルブについての具体的な開示はなく、同文献に開示された特有の構成が前提となり、単に「スプリングと励磁コイルの機能を逆に」しただけでは、常閉型の圧力均衡ソレノイドバルブを構成し得るものではない。ましてや、種々の適用対象に対し所謂シール径を適宜設定し得る圧力均衡常閉型ソレノイドバルブを構成することはできない。

そこで、本発明は、種々の適用対象に対し容易且つ適切に所期のシール径を確保し得る圧力均衡常閉型ソレノイドバルブを提供することを課題とする。

上記の課題を達成するため、本発明は、流体が収容されるシリンダを保持するハウジングと、該ハウジングに形成され前記シリンダ内に連通する第１の連通路及び第２の連通路と、前記第１の連通路と前記第２の連通路との間に配設され、前記ハウジングに対し着脱自在に保持される弁座部材と、前記シリンダ内に摺動自在に支持され、前記弁座部材に対し近接離隔作動可能な弁体部を有する弁部材と、前記ハウジング内に支持され前記弁体部が前記弁座部材に着座する方向に前記弁部材を付勢する付勢部材と、前記ハウジングに支持されるソレノイドと、該ソレノイド内に収容され、当該ソレノイドの励磁に応じて、前記付勢部材の付勢力に抗して前記弁体部が前記弁座部材から離座し、前記弁体部が前記弁座部材から離隔する方向に前記弁部材を駆動するプランジャとを備え、前記ソレノイドの非励磁時は、前記第１の連通路内の流体と前記第２の連通路内の流体の圧力差の大小に拘らず前記弁体部が前記弁座部材に着座した状態に維持されるように構成したものである。

上記の圧力均衡常閉型ソレノイドバルブにおいて、前記弁座部材が円断面の開口を有し、該開口に当接して着座する前記弁体部が、少なくとも当該開口の内径に一致する外径から、当該開口から離座する方向に移動する距離に応じて増加する外径となるテーパ状の外側面を有する構成とするとよい。

更に、前記弁座部材を構成する部材は、前記弁体部を構成する部材より低い硬度に設定されているものとするとよい。

本発明は上述のように構成されているので以下の効果を奏する。即ち、本発明の圧力均衡常閉型ソレノイドバルブは、流体が収容されるシリンダを保持するハウジングと、このハウジングに形成されシリンダ内に連通する第１の連通路及び第２の連通路と、第１の連通路と第２の連通路との間に配設され、ハウジングに対し着脱自在に保持される弁座部材と、シリンダ内に摺動自在に支持され、弁座部材に対し近接離隔作動可能な弁体部を有する弁部材と、ハウジング内に支持され弁体部が弁座部材に着座する方向に弁部材を付勢する付勢部材と、ハウジングに支持されるソレノイドと、このソレノイド内に収容され、ソレノイドの励磁に応じて、付勢部材の付勢力に抗して弁体部が弁座部材から離座し、弁体部が弁座部材から離隔する方向に弁部材を駆動するプランジャとを備え、ソレノイドの非励磁時は、第１の連通路内の流体と第２の連通路内の流体の圧力差の大小に拘らず弁体部が弁座部材に着座した状態に維持されるように構成されており、常時は付勢部材の付勢力及びシリンダに対する弁部材の摺動抵抗によって第１及び第２の連通路間を閉状態に維持し、ソレノイドによる最小の駆動力で弁部材を駆動し第１及び第２の連通路間を連通させることができる。特に、弁座部材はハウジングに対し着脱自在に保持されているので、種々の適用対象における弁座部材と弁体部の接触径を予め設定しておき、適用対象に応じた弁座部材をハウジングに保持することにより、ソレノイドが非励磁状態においては、発生し得る圧力差によって弁体部が開放することなく第１及び第２の連通路間を閉状態に維持し得るように構成することができる。更に、例えば種々の内径の弁座部材を用意しておき、適用対象（例えば車種）に応じて適宜選択してハウジング内に保持することにより、容易且つ適切に所期のシール径を確保することができる。

上記の圧力均衡常閉型ソレノイドバルブにおいて、弁座部材が円断面の開口を有し、この開口に当接して着座する弁体部が、少なくとも当該開口の内径に一致する外径から、当該開口から離座する方向に移動する距離に応じて増加する外径となるテーパ状の外側面を有する構成とすれば、容易且つ適切にシール径を設定することができるだけでなく、弁座部材を交換することによって容易にシール径を変更することができる。尚、弁体部におけるテーパ状の外側面は円錐面あるいは曲面とすることができるが、曲面が望ましい。

また、弁座部材を構成する部材が、弁体部を構成する部材より低い硬度に設定されておれば、弁座部材と弁体部の接触部の気密シール性を適切に確保し維持することができる。

本発明の一実施形態に係る圧力均衡常閉型ソレノイドバルブの縦断面図である。 本発明の一実施形態に係る圧力均衡常閉型ソレノイドバルブの一部を拡大して示す断面図である。

以下、本発明の望ましい実施形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に係る圧力均衡常閉型ソレノイドバルブを示すもので、流体として例えばオイルが収容されるハウジング１にソレノイドアセンブリ２が接合されている。本実施形態においては、金属製のハウジング１に大径孔１ａ、中径孔１ｂ及び小径孔１ｃの段付孔が形成されており、従って、大径孔１ａと中径孔１ｂとの間に段部１ｄが形成され、中径孔１ｂと小径孔１ｃとの間に段部１ｅが形成されている。更に、中径孔１ｂの内面には環状溝１ｆが形成されており、この環状溝１ｆに連通する第１の連通路１１と、小径孔１ｃに連通する第２の連通路１２が形成されている。

そして、ハウジング１の段付孔内に、シリンダ１０、弁座部材２０、弁部材３０及び付勢部材４０が収容され、シリンダ１０及び弁座部材２０は、中径孔１ｂに螺合される保持部材２ａによって中径孔１ｂ内に保持され、弁部材３０はシリンダ１０内（シリンダボア）に摺動自在に支持されると共に、圧縮コイルばねの付勢部材４０によって保持部材２ａ方向に付勢されている。シリンダ１０の側壁には、環状溝１ｆに連通する連通孔１３が形成されており、従って、シリンダ１０内（シリンダボア）が連通孔１３及び環状溝１ｆを介して第１の連通路１１に連通するように構成されている。本実施形態においては、シリンダ１０の一端面と段部１ｅとの間に弁座部材２０が挟持されるように配設されており、シリンダ１０内（シリンダボア）が弁座部材２０の開口及び小径孔１ｃを介して第２の連通路１２に連通し得るように形成されている。

而して、ハウジング１にはシリンダ１０が保持され、このシリンダ１０内に連通する第１の連通路１１及び第２の連通路１２が形成されており、弁座部材２０が第１の連通路１１と第２の連通路１２との間に配設され、ハウジング１に対し着脱自在に保持されている。そして、弁部材３０がシリンダ１０内に摺動自在に支持され、弁体部３１が弁座部材２０に対し近接離隔作動可能に配設されており、付勢部材４０によって弁体部３１が弁座部材２０に着座する方向に付勢されている。更に、弁部材３０の本体部の外側面に形成された環状溝３０ａには、内側にＯリング７１、外側に樹脂リング７２が嵌着され、これらによってシール部材が構成されている。尚、ハウジング１に形成された第１及び第２の連通路１１、１２の開口端部は、夫々プラグ８１及び８２によって封止されている。

図２に拡大して示すように、弁座部材２０は円断面の開口を有し、弁部材３０の弁体部３１はテーパ状の外側面３１ｃを有し、その外側面３１ｃが弁座部材２０の開口に当接して着座するようにシリンダ１０内に収容され、所定の軸方向距離を摺動可能に支持されている。具体的には、弁体部３１の外側面３１ｃが、少なくとも弁座部材２０の開口の内径に一致する外径（図２では当該内径より小の外径）から、当該開口から離座する方向に移動する距離に応じて増加する外径となるテーパ状の円錐面あるいは球面に形成されているが、球面が望ましい。弁部材３０には軸方向に段付孔３２が形成されており、その大径孔３２ａ内にフィルタ３４が圧入され、このフィルタ３４を介して小径孔１ｃが段付孔３２に連通するように構成されている。更に、大径孔３２ａの開口部には筒体の支持部材３３が嵌合され、図１に示すように、ハウジング１の小径孔１ｃ内に収容された付勢部材４０が、小径孔１ｃの底部と支持部材３３との間に張設されている。

一方、ソレノイドアセンブリ２は、ハウジング１に支持されるソレノイド５０と、ソレノイド５０内に収容され、ソレノイド５０の励磁に応じて、付勢部材４０の付勢力に抗して弁体部３１が弁座部材２０から離座し、弁体部３１が弁座部材２０から離隔する方向に弁部材３０を駆動するプランジャ６０を備えている。プランジャ６０は、保持部材２ａに軸方向移動可能に支持されたロッド６１を介して、弁部材３０を駆動可能に配設されている。保持部材２ａには、弁部材３０の軸方向移動を許容する凹部２ｂが形成されており、弁部材３０の径方向に形成された小孔３２ｂを介して凹部２ｂ内と段付孔３２が連通するように構成されている。

プランジャ６０の回りには樹脂製のボビン５１が配設され、これにコイル５２が巻装され、その回りに円筒状の固定コア５３が配設され、その一端部がハウジング１の段部１ｄに当接するように大径孔１ａに圧入されている。そして、コイル５２に電気的に接続されるコネクタ５４と共に、これらを収容する樹脂製のケース５５がシール部材Ｓを介してハウジング１に接合されている。尚、プランジャ６０の軸方向の両端には、段付孔３２、小孔３２ｂ、凹部２ｂ、ロッド６１回りの間隙、及びプランジャ６０回りの空隙を介して流体が充填されており、両端面に付与される圧力が相殺されるので、プランジャ６０に対する駆動力が流体の圧力に左右されることはない。

本実施形態における所謂シール径に関し、シリンダ１０とシール部材（７１、７２）のシール径Ａはシリンダ１０の内径（シリンダボア）によって決定され、弁座部材２０と弁部材３０のシール径Ｂは弁座部材２０と弁部材３０（弁体部３１）の接触径によって決定される。そして、シール径Ａ＝シール径Ｂの寸法関係のときに圧力均衡状態が成立し、第１の連通路１１内の圧力（Ｐ１とする）と第２の連通路１２内の圧力（Ｐ２とする）の大小に拘らず、付勢部材４０の荷重（Ｔ１とする）とシール部材（７１、７２）の摺動抵抗（Ｔ２とする）によって、弁座部材２０と弁部材３０（弁体部３１）との間は密着状態が保持され、第１の連通路１１と第２の連通路１２との間は気密シールされた状態に維持される。

これに対し、シール径Ａ＞シール径Ｂの寸法関係では、圧力（Ｐ１）＞圧力（Ｐ２）のときにはΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２の圧力差が生じ、Ｆ１＝ΔＰ×｛（シール径Ａ−シール径Ｂ）の環状面積｝の力が弁部材３０を閉保持する方向に作用する。逆に、圧力（Ｐ１）＜圧力（Ｐ２）のときにはΔＰ＝Ｐ２−Ｐ１の圧力差が生じ、Ｆ２＝ΔＰ×｛（シール径Ａ−シール径Ｂ）の環状面積｝の力が弁部材３０を開放する方向に作用する。

一方、シール径Ａ＜シール径Ｂの寸法関係では、圧力（Ｐ１）＞圧力（Ｐ２）のときにはΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２の圧力差が生じ、Ｆ３＝ΔＰ×｛（シール径Ｂ−シール径Ａ）の環状面積｝の力が弁部材３０を開放する方向に作用する。逆に、圧力（Ｐ１）＜圧力（Ｐ２）のときにはΔＰ＝Ｐ２−Ｐ１の圧力差が生じ、Ｆ４＝ΔＰ×｛（シール径Ｂ−シール径Ａ）の環状面積｝の力が弁部材３０を閉保持する方向に作用する。

而して、種々の適用対象に応じて弁座部材２０と弁部材３０（弁体部３１）の接触径を予め各種設定しておくことにより、ソレノイド５０が非励磁状態で、両者間で発生し得る圧力（Ｐ１）と圧力（Ｐ２）の圧力差（ΔＰ）によって弁部材３０（弁体部３１）が開放することなく着座状態（閉状態）を維持し得るように構成することができる。例えば、種々の内径の弁座部材２０を用意しておき、適用対象（車種）に応じて適宜選択してハウジング１内に保持することにより、所期のシール径Ｂに設定することができる。更に、本実施形態においては、弁座部材２０を構成する部材が、弁体部３１を構成する部材より低い硬度に設定（軟質部材で形成）されているので、弁座部材２０と弁部材３０（弁体部３１）の接触部の気密シール性が適切に確保され、確実に維持される。

上記の構成になる圧力均衡常閉型ソレノイドバルブの全体作動を説明すると、図１に示すソレノイド５０（コイル５２）の非励磁時は、シール径Ａ＝シール径Ｂの圧力均衡状態にあり、第１の連通路１１内の圧力（Ｐ１）と第２の連通路１２内の圧力（Ｐ２）の大小に拘らず、付勢部材４０の荷重（Ｔ１）とシール部材（７１、７２）の摺動抵抗（Ｔ２）によって、弁座部材２０と弁部材３０の弁体部３１との間は密着状態が保持され、第１の連通路１１と第２の連通路１２との間は気密シールされた状態に維持されている。そして、ソレノイド５０が励磁されたときには、プランジャ６０の駆動力と付勢部材４０の付勢力の差に基づき弁体部３１が弁座部材２０から離座し、第１及び第２の連通路１１、１２間が連通する。而して、常時は第１及び第２の連通路１１、１２間を閉状態に維持し、最小の駆動力で弁部材３０を駆動し第１及び第２の連通路１１、１２間を連通させることができる。

例えばシール径Ａ＞シール径Ｂである場合には、前述のように、圧力（Ｐ１）＞圧力（Ｐ２）でΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２の圧力差が生じたときには、Ｆ１＝ΔＰ×｛（シール径Ａ−シール径Ｂ）の環状面積｝の力が弁部材３０を閉保持する方向に作用するが、圧力（Ｐ１）＜圧力（Ｐ２）であってΔＰ＝Ｐ２−Ｐ１の圧力差が生じたときには、Ｆ２＝ΔＰ×｛（シール径Ａ−シール径Ｂ）の環状面積｝の力が弁部材３０を開放する方向に作用する。この点に鑑み、弁座部材２０と弁部材３０（弁体部３１）の接触径を適宜設定すれば、シール径Ｂをシール径Ａと等しくなるように調整することができ、圧力差（ΔＰ）の大小に拘らず弁体部３１は弁座部材２０に着座した状態に維持される。

しかも、弁座部材２０はハウジング１に対し着脱自在に保持されているので、種々の適用対象における弁座部材２０と弁体部３１の接触径を予め設定しておき、（弁部材３０を変更することなく）適用対象に応じた弁座部材２０をハウジング１に保持することにより、ソレノイド５０が非励磁状態において、発生し得る圧力差（ΔＰ）に基づき弁体部３１が開放することなく第１及び第２の連通路１１、１２間を閉状態に維持することができる。更に、例えば種々の内径の弁座部材２０を用意しておき、適用対象（例えば車種）に応じて適宜選択してハウジング１内に保持することにより、容易且つ適切に所期のシール径Ｂを確保することができる。

尚、上記の構成になる圧力均衡常閉型ソレノイドバルブの適用対象としては、車両の車高制御サスペンションや減衰力可変サスペンション等があるが、これらに限らず種々の流体圧制御装置に適用することができ、更には、車両に限らず航空機等の流体圧制御装置にも適用可能である。

１ ハウジング
２ ソレノイドアセンブリ
１０ シリンダ
１１ 第１の連通路
１２ 第２の連通路
２０ 弁座部材
３０ 弁部材
３１ 弁体部
４０ 付勢部材
５０ ソレノイド
６０ プランジャ
６１ ロッド
７１ Ｏリング（シール部材）
７２ 樹脂リング（シール部材）

Claims (3)

1. 流体が収容されるシリンダを保持するハウジングと、該ハウジングに形成され前記シリンダ内に連通する第１の連通路及び第２の連通路と、前記第１の連通路と前記第２の連通路との間に配設され、前記ハウジングに対し着脱自在に保持される弁座部材と、前記シリンダ内に摺動自在に支持され、前記弁座部材に対し近接離隔作動可能な弁体部を有する弁部材と、前記ハウジング内に支持され前記弁体部が前記弁座部材に着座する方向に前記弁部材を付勢する付勢部材と、前記ハウジングに支持されるソレノイドと、該ソレノイド内に収容され、当該ソレノイドの励磁に応じて、前記付勢部材の付勢力に抗して前記弁体部が前記弁座部材から離座し、前記弁体部が前記弁座部材から離隔する方向に前記弁部材を駆動するプランジャとを備え、前記ソレノイドの非励磁時は、前記第１の連通路内の流体と前記第２の連通路内の流体の圧力差の大小に拘らず前記弁体部が前記弁座部材に着座した状態に維持されるように構成されていることを特徴とする圧力均衡常閉型ソレノイドバルブ。
2. 前記弁座部材が円断面の開口を有し、該開口に当接して着座する前記弁体部が、少なくとも当該開口の内径に一致する外径から、当該開口から離座する方向に移動する距離に応じて増加する外径となるテーパ状の外側面を有することを特徴とする請求項１記載の圧力均衡常閉型ソレノイドバルブ。
3. 前記弁座部材を構成する部材が、前記弁体部を構成する部材より低い硬度に設定されていることを特徴とする請求項１又は２記載の圧力均衡常閉型ソレノイドバルブ。

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