JP2018155341A - ソレノイドバルブ及びこれを備える流体圧アクチュエータの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ソレノイドバルブの制御性を向上させる。【解決手段】第１バルブ１００は、バルブハウジング２０に設けられるポンプポート２１及びシリンダポート２２と、バルブハウジング２０に設けられる収容穴２０Ａに摺動自在に挿入されポンプポート２１からシリンダポート２２への作動油の流れを制御するスプール３０と、通電によって生じる電磁力によりスプール３０を駆動するソレノイド４０と、ソレノイド４０の駆動力に抗するようにスプール３０を付勢するスプリング５０と、スプール３０の第１ランド部３１に臨む第１端部室２３と、第１端部室２３の作動油を排出するドレン通路２５と、ドレン通路２５に設けられ通過する作動油の流れに抵抗を付与するオリフィスプラグ２６と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、ソレノイドバルブ及びこれを備える流体圧アクチュエータの制御装置に関するものである。

特許文献１には、バルブボディと、バルブボディの一端側に設けられた電磁駆動部と、バルブボディの内部に軸心方向へ移動自在に収容されて、電磁駆動部の駆動力によって電磁駆動部側へプランジャによって引き付けられて移動するスプール弁と、を備える電磁制御弁が開示されている。この電磁制御弁では、スプール弁の各ランド部によって、供給ポート及びドレンポートと、第１，第２出力ポートと、の連通を制御する。また、この電磁制御弁では、スプール弁の良好な摺動性を確保するために、バルブボディの底壁に排出孔が形成される。

特開２００８−６４１３２号公報

特許文献１に開示される電磁制御弁では、スプール弁の端部とバルブボディとの間の部屋内の作動油は、排出孔を通じてタンクに排出される。これにより、スプール弁の軸方向の移動性が作動油等によって阻害されることがなく、常時スムーズな移動性が確保される。

ここで、特許文献１に開示される電磁制御弁では、スプールの端部とバルブボディとの間の端部室はタンクに連通するため、端部室の圧力はタンク圧となる。よって、この電磁制御弁では、端部室の圧力と供給ポートや当該供給ポートから作動油が導かれる第１，第２出力ポートとの圧力差が大きい。この圧力差が大きいと、供給ポート等を通過する作動油がスプールの外周を通じて端部室へと漏れやすくなる。

スプールの外周を通じた作動油の漏れが生じると、漏れた作動油の流れにより生じる力によってスプール弁が弁孔内で傾いたり、径方向の一方へ押し付けられるおそれがある。

弁孔内でのスプール弁の傾きや押し付けが生じると、スプールの摺動抵抗が増加するため、ヒステリシスが増大してしまう。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ソレノイドバルブ及びこれを備える流体圧アククエータの制御装置における制御性を向上させることを目的とする。

第１の発明は、ソレノイドバルブであって、バルブハウジングに設けられる上流ポート及び下流ポートと、バルブハウジングに設けられる収容穴に摺動自在に挿入され上流ポートから下流ポートへの作動流体の流れを制御するスプールと、通電によって生じる電磁力によりスプールを駆動するソレノイドと、ソレノイドの駆動力に抗するようにスプールを付勢する付勢部材と、スプールの端面に臨む端部室と、端部室の作動流体を排出するドレン通路と、ドレン通路に設けられ通過する作動流体の流れに抵抗を付与する絞り部と、を備えることを特徴とする。

第１の発明では、端部室の作動流体を排出するドレン通路には、絞り部が設けられるため、絞り部による抵抗によって端部室の圧力低下が抑制される。よって、上流ポートから下流ポートへ導かれる作動油と端部室との圧力差が減少し、スプールの外周を通じた端部室への作動流体の漏れが抑制される。このため、スプールに対する摺動抵抗の増加が抑制される。

第２の発明は、上流ポートと下流ポートとが連通した状態において、下流ポートの作動流体を端部室へと導く下流圧通路をさらに備えることを特徴とする。

第３の発明は、下流圧通路が、スプールの外周面に軸方向に沿って形成される外周溝であることを特徴とする。

第４の発明は、下流圧通路が、絞り部において圧力損失が発生するような流量の作動流体を端部室へ導くことを特徴とする。

第２から第４の発明では、より確実に絞り部において圧力損失を発生させることができるため、端部室の圧力低下をより確実に抑制することができる。

第５の発明は、上流ポートと下流ポートとが遮断された状態において、下流ポートの作動流体圧を排出する戻り通路をさらに備えることを特徴とする。

第５の発明では、上流ポートと下流ポートとが遮断されることによる下流ポートでの圧力のこもりが戻り通路によって防止される。

第６の発明は、流体圧アクチュエータの制御装置であって、ポンプから流体圧アクチュータへ供給される作動流体の流れを制御するソレノイドバルブと、ソレノイドバルブの上流圧と下流圧との差圧によって作動して、差圧が設定圧を超えるとポンプから前記ソレノイドバルブに導かれる作動流体の一部を逃がす圧力補償弁と、ソレノイドバルブから流体圧アクチュエータに導かれる作動流体の流れのみを許容するチェック弁と、を備えることを特徴とする。

第７の発明は、ソレノイドバルブが、上流ポートと下流ポートとを連通する開ポジションと、上流ポートと下流ポートとの連通を遮断すると共に下流ポートを端部室を通じてタンクに連通する閉ポジションと、を有することを特徴とする。

第６及び第７の発明では、ソレノイドバルブとチェック弁との間の圧力をタンクへ排出しつつ、端部室と下流ポートとの圧力差を低減して、ヒステリシスを改善することができる。

本発明によれば、ソレノイドバルブ及び流体圧アクチュエータの制御装置の制御性が向上する。

本発明の実施形態に係る流体圧アクチュータの制御装置及び流体圧アクチュエータユニットの構成を示す概略図である。 本発明の実施形態に係るソレノイドバルブの断面図であり、閉ポジションにある状態を示す。 本発明の実施形態に係るソレノイドバルブの断面図であり、開ポジションにある状態を示す。 本発明の実施形態に係るソレノイドバルブの側面図である。 本発明の実施形態に係るソレノイドバルブの拡大断面図であり、スプールの第１ランド部周辺を示す。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るソレノイドバルブ１００及びこれを備える流体圧アクチュエータの制御装置１０１について説明する。

まず、図１を参照して、流体圧アクチュエータの制御装置１０１（以下、単に「制御装置１０１」と称する。）を備える流体圧アクチュエータユニット１０の全体構成について説明する。

流体圧アクチュエータユニット１０は、作業車両としてのトラクタに搭載され、トラクタの後部に設けられる負荷（作業機）１を昇降するものである。負荷１は、例えば、農地を耕す耕耘装置（図示省略）がヒッチ装置（図示省略）を介してリンク機構に着脱可能に取り付けられる作業機である。なお、流体圧アクチュエータユニット１０は、その他にも、例えば、フォークリフトに搭載され、作動流体の流体圧によってリフトシリンダを伸縮作動させて積荷を昇降するものでもよい。

以下では、作動流体として作動油が使用され、作業者による操作レバー（図示省略）の操作入力に応じて負荷１を鉛直上下方向に駆動する流体圧アクチュエータユニット１０について説明する。

流体圧アクチュエータユニット１０は、図１に示すように、作動油の給排によって伸縮作動して負荷１を鉛直上下方向に駆動する流体圧アクチュエータとしての油圧シリンダ２と、油圧シリンダ２に作動油を供給するポンプ８と、油圧シリンダ２から排出される作動油が導かれるタンク９と、油圧シリンダ２へ給排される作動油の流量を制御して油圧シリンダ２の伸縮作動を制御する制御装置１０１と、を備える。

油圧シリンダ２は、円筒状のシリンダチューブ３と、シリンダチューブ３内に挿入されるピストンロッド４と、ピストンロッド４の端部に設けられシリンダチューブ３の内周面に沿って摺動するピストン５と、を有する。

シリンダチューブ３の内部は、ピストン５によって、ロッド側室６とボトム側室７とに仕切られる。油圧シリンダ２は、ロッド側室６が大気開放され、ボトム側室７には作動油が充填される単動型の油圧シリンダ２である。油圧シリンダ２は、ボトム側室７に供給される作動油の圧力によって伸長作動する。ボトム側室７の作動油が排出されると、負荷１の自重によってピストンロッド４及びピストン５が下方へと移動し、油圧シリンダ２が収縮作動する。

制御装置１０１は、ポンプ８から油圧シリンダ２に供給される作動油の流れを制御する第１バルブ（ソレノイドバルブ）１００と、油圧シリンダ２から排出される作動油の流れを制御する第２バルブ６０と、第１バルブ１００及び第２バルブ６０への通電量を制御して第１バルブ１００及び第２バルブ６０の作動を制御するコントローラ７０と、を備える。

第１バルブ１００は、ソレノイド４０への通電によって生じる電磁力とスプリング５０及び補助スプリング５１（図２参照）のばね力とが釣り合う位置にスプール３０（図２参照）が移動して、スプール３０の位置に応じた開口面積で開弁する比例ソレノイドバルブである。同様に、第２バルブ６０は、ソレノイド６１への通電によって生じる電磁力とスプリング６２のばね力とが釣り合う位置にスプール（図示省略）が移動して、スプールの位置に応じた開口面積で開弁する比例ソレノイドバルブである。第１バルブ１００及び第２バルブ６０は、ソレノイド４０，６１への通電量に応じて開口面積が変化することにより、通過する作動油の流量を制御する。

第１バルブ１００には、ポンプ８に接続されてポンプ８から吐出される作動油が導かれる吐出通路１１と、油圧シリンダ２のボトム側室７に連通する供給通路１２と、が接続される。

第１バルブ１００は、吐出通路１１と供給通路１２との連通を遮断する閉ポジション１００Ａから、吐出通路１１と供給通路１２とを連通する開ポジション１００Ｂへと、ソレノイド４０への通電量に応じて連続的に切り換わる。第１バルブ１００は、ソレノイド４０への通電量がゼロ又は所定の通電量以下である場合には、スプリング５０のばね力によって閉ポジション１００Ａとなる。閉ポジション１００Ａでは、供給通路１２は、戻り通路３５に連通する。第１バルブ１００は、ソレノイド４０への通電量が増加することにより供給通路１２に対する吐出通路１１の開口面積（流路面積）が増加して、吐出通路１１から供給通路１２へと導かれる作動油の流量を制御する。第１バルブ１００の詳細な説明は、後述する。

第２バルブ６０には、タンク９に接続されるタンク通路１３と、油圧シリンダ２のボトム側室７に連通する排出通路１４と、が接続される。第２バルブ６０は、タンク通路１３から排出通路１４への作動油の流れのみを許容するチェックポジション６０Ａから、排出通路１４からタンク通路１３への作動油の流れを許容する連通ポジション６０Ｂへと、ソレノイド６１への通電量に応じて連続的に切り換わる。第２バルブ６０は、ソレノイド６１への通電量がゼロ又は所定の通電量以下である場合には、スプリング６２のばね力によってチェックポジション６０Ａとなる。つまり、第２バルブ６０は、ソレノイド６１への通電量を増加させることにより、排出通路１４とタンク通路１３とが連通する開口面積、言い換えれば排出通路１４からタンク通路１３への導かれる作動油の流路面積が増加して、排出通路１４からタンク通路１３へと導かれる作動油の流量を制御する。

供給通路１２と排出通路１４とは、両者が合流する共通通路１５を介して油圧シリンダ２のボトム側室７に連通する。これに代えて、供給通路１２と排出通路１４とは、互いに独立して油圧シリンダ２のボトム側室７に連通してもよい。

また、制御装置１０１は、供給通路１２に設けられポンプ８から油圧シリンダ２のボトム側室７への作動油の流れのみを許容するチェック弁１６と、第１バルブ１００の上流と下流との差圧が予め設定される設定圧を超えた場合に、ポンプ８からの作動油をタンク９やその他の制御弁（図示省略）に戻すアンロード機能付きの圧力補償弁１７と、を備える。差圧によって作動する圧力補償弁１７が設けられることにより、第１バルブ１００の前後差圧が一定に保たれる。これにより、第１バルブ１００を通過する流量は、第１バルブ１００の開度、つまり作業者による操作入力に基づくソレノイド４０への通電量によって決まり、負荷圧に依存しないため、制御性が向上する。

コントローラ７０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、及びＩ／Ｏインターフェース（入出力インターフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。ＲＡＭはＣＰＵの処理におけるデータを記憶し、ＲＯＭはＣＰＵの制御プログラム等を予め記憶し、Ｉ／Ｏインターフェースは接続された機器との情報の入出力に使用される。コントローラ７０は、複数のマイクロコンピュータで構成されてもよい。

コントローラ７０は、操作レバーを通じて入力される操作入力と、ストロークセンサ（図示省略）が検知する油圧シリンダ２の実位置と、に基づくフィードバック制御により、油圧シリンダ２の作動を制御する。

操作レバーを通じて油圧シリンダ２を伸長作動させる操作入力があると、コントローラ７０は、第１バルブ１００のソレノイド４０へ電流を供給して第１バルブ１００の作動を制御する一方、第２バルブ６０のソレノイド６１への電流の供給を遮断する。これにより、第１バルブ１００は、閉ポジション１００Ａから通電量に応じた開度で開弁し、吐出通路１１と供給通路１２とを連通する。また、第２バルブ６０は、チェックポジション６０Ａとなり、排出通路１４からタンク通路１３への作動油の流れを遮断する。よって、ポンプ８から吐出される作動油は、第１バルブ１００の開口面積に応じた流量に制御され、ボトム側室７に導かれる。これにより、油圧シリンダ２は、ボトム側室７に供給される作動油によって伸長作動して負荷１を上昇させる。

操作レバーを通じて油圧シリンダ２を収縮作動させる操作入力があると、コントローラ７０は、第２バルブ６０のソレノイド６１へ電流を供給して第２バルブ６０の作動を制御する一方、第１バルブ１００のソレノイド４０への電流の供給を遮断する。これにより、第２バルブ６０は、チェックポジション６０Ａから通電量に応じた開度で開弁し、排出通路１４とタンク通路１３と連通する。第１バルブ１００は、閉ポジション１００Ａとなり、吐出通路１１から供給通路１２への作動油の通過を遮断する。また、供給通路１２には、チェック弁１６が設けられるため、ボトム側室７の作動油が供給通路１２を通じて排出されることはない。よって、ボトム側室７の作動油は、第２バルブ６０の開口面積に応じた流量に制御されてタンク９へ排出される。これにより、負荷１の自重によってボトム側室７から作動油が排出され、油圧シリンダ２は収縮作動して負荷１を下降させる。

次に、図２〜図４を参照して、本実施形態に係る第１バルブ１００の具体的構成について説明する。

第１バルブ１００は、図２に示すように、バルブハウジング２０と、バルブハウジング２０に設けられる収容穴２０Ａに摺動自在に挿入されるスプール３０と、スプール３０の一端側に設けられ通電によって生じる電磁力によりシャフト４１を移動させてスプール３０を駆動するソレノイド４０と、ソレノイド４０の駆動力に抗するようにスプール３０を付勢する付勢部材としてのスプリング５０と、を備える。

第１バルブ１００のバルブハウジング２０は、第２バルブ６０及び圧力補償弁１７と共通に使用される。なお、これに限らず、第１バルブ１００、第２バルブ６０、及び圧力補償弁１７は、それぞれ独立したハウジングを有していてもよい。

収容穴２０Ａは、バルブハウジング２０の両端面に開口する貫通孔として形成される。収容穴２０Ａの一方の開口には、ソレノイド４０が設けられる。収容穴２０Ａの他方の開口は、キャップ２８によって封止される。

バルブハウジング２０には、吐出通路１１に接続されポンプ８に連通する上流ポートとしてのポンプポート２１と、供給通路１２に接続され油圧シリンダ２のボトム側室７に連通する下流ポートとしてのシリンダポート２２と、が軸方向に並んで形成される。ポンプポート２１及びシリンダポート２２は、収容穴２０Ａに開口する環状の溝として形成される。

スプール３０は、収容穴２０Ａの内周面に摺接する第１及び第２ランド部３１，３２と、第１及び第２ランド部３１，３２を接続する接続部３３と、を有する。第１及び第２ランド部３１，３２の外周には、それぞれ環状の溝として形成されるラビリンス溝３１Ａ，３２Ａが設けられる。接続部３３は、第１及び第２ランド部３１，３２のよりも小さい外径を有し、収容穴２０Ａの内周面との間で環状通路３４を区画する。

第１ランド部３１とキャップ２８との間には、第１ランド部３１に臨む第１端部室（端部室）２３が形成される。第１端部室２３には、スプリング５０が圧縮状態で収容される。スプリング５０は、第１ランド部３１の端面から突出する第１支持部３１Ｂにより内周が支持され、ばね座５０Ａを介して第１ランド部３１の端部に接触する。

第２ランド部３２とソレノイド４０との間には、第２端部室（端部室）２４が形成される。また、第２端部室２４には、スプリング５０と共にスプール３０を支持する補助スプリング５１が圧縮状態で収容される。補助スプリング５１は、第２ランド部３２の端面から突出する第２支持部３２Ｂにより内周が支持される。第１バルブ１００の非通電時において、スプール３０は、スプリング５０及び補助スプリング５１の付勢力によって、閉ポジション１００Ａとなるように位置決めされて支持される。

スプール３０には、第１端部室２３と第２端部室２４とを連通する接続通路３６が形成される。接続通路３６は、スプール３０の軸方向に延び第１ランド部３１の第１支持部３１Ｂの端面に開口する軸方向通路３６Ａと、第２ランド部３２の第２支持部３２Ｂの外周面に開口する径方向通路３６Ｂと、を有する。

第１ランド部３１には、径方向に貫通すると共に接続通路３６の軸方向通路３６Ａに連通するランド通路３７が形成される（図４参照）。ランド通路３７は、第１バルブ１００が閉ポジション１００Ａとなった際、第１ランド部３１の外周面に開口する連通ポート３７Ａを通じてシリンダポート２２に連通する。これにより、ランド通路３７は、接続通路３６を通じてシリンダポート２２の作動油を第１端部室２３に導く。つまり、接続通路３６の一部、ランド通路３７、及び連通ポート３７Ａにより戻り通路３５が構成される（図１参照）。

また、図２に示すように、第１ランド部３１の外周には、軸方向に沿って外周溝３８が形成される。本実施形態では、図４に示すように、４つの外周溝３８が周方向に均等に配置されて形成される。外周溝３８は、図３に示すように、環状通路３４を通じてポンプポート２１とシリンダポート２２とが連通する状態において、シリンダポート２２と第１端部室２３とを連通する。外周溝３８は、環状通路３４を通じてポンプポート２１とシリンダポート２２とが連通する状態では、シリンダポート２２と第１端部室２３とを常に連通するように形成されることが望ましい。このように、外周溝３８が、図３に示す開ポジション１００Ｂにおいて、シリンダポート２２と第１端部室２３とを連通する下流圧通路に相当する。なお、図２及び３では、説明の便宜上、単一の外周溝３８を図示すると共に、戻り通路３５と同一断面にて図示する。

また、バルブハウジング２０には、図２に示すように、第１端部室２３の作動油を排出するドレン通路２５が形成される。ドレン通路２５は、第１端部室２３に連通すると共にタンク９に連通する。ドレン通路２５には、通過する作動油の流れに抵抗を付与する絞り部としてのオリフィスプラグ２６が設けられる。オリフィスプラグ２６は、流路面積がドレン通路２５よりも小さく作動油の流れに抵抗を付与する絞り通路２７を有し、ドレン通路２５に着脱可能に設けられる。

ソレノイド４０は、通電により磁力を発生するコイル（図示省略）を有し、コイルが発生する磁力によりシャフト４１を軸方向に駆動するものである。スプール３０は、第２ランド部３２の先端部３２Ｃにおいてシャフト４１に固定されシャフト４１と共に軸方向へ移動する。

次に、第１バルブ１００の作用について説明する。

ソレノイド４０への通電が遮断された状態では、第１バルブ１００はスプリング５０の付勢力によって閉ポジション１００Ａに切り換えられ、シリンダポート２２がスプール３０の第１ランド部３１の外周面によって塞がれる（図２参照）。これにより、環状通路３４を通じたシリンダポート２２とポンプポート２１との連通が遮断される。

なお、ここでいう「ポンプポート２１とシリンダポート２２との連通が遮断される」とは、後述する第１ランド部３１と収容穴２０Ａとの間にクリアランスＣ（図５参照）が生じることにより、クリアランスＣを通じてポンプポート２１とシリンダポート２２とが連通することは含まない意味である。つまり、ソレノイド４０への非通電時において「ポンプポート２１とシリンダポート２２との連通が遮断される」とは、第１ランド部３１と収容穴２０Ａとの間に、クリアランスＣが生じないことを意味するものではない。

本実施形態では、油圧シリンダ２の収縮作動時にボトム側室７から排出される作動油が第１バルブ１００に導かれないよう、第１バルブ１００と油圧シリンダ２との間（第１バルブ１００の下流）の供給通路１２にはチェック弁１６が設けられている（図１参照）。このため、第１バルブ１００は、スプール３０とチェック弁１６との間の圧力を逃がすために、閉ポジション１００Ａにおいて、シリンダポート２２と第１端部室２３とが戻り通路３５を通じて連通すると共に、ドレン通路２５を通じて第１端部室２３がタンク９と連通するように構成される。

具体的には、閉ポジション１００Ａにおいて、シリンダポート２２は、ランド通路３７及び接続通路３６の軸方向通路３６Ａを通じて第１端部室２３に連通する。これにより、第１バルブ１００が閉ポジション１００Ａとなった際、第１バルブ１００とチェック弁１６との間の圧力をランド通路３７、接続通路３６、第１端部室２３、及びドレン通路２５を通じて逃がすことができる。つまり、第１バルブ１００が閉ポジション１００Ａに切り換えられることで第１バルブ１００とチェック弁１６との間でポンプ圧がこもることが防止される。このように非通電時において第１バルブ１００の下流圧がタンク９へ逃がされるため、第１バルブ１００の上流圧（ポンプ圧）により圧力補償弁１７が作動して（図１中右側ポジション）、ポンプ圧が低下（アンロード）する。これにより、ポンプ８の負荷が低下するため、ポンプ８を駆動するエンジン負荷が低減され、省エネ化をすることができる。

ソレノイド４０に電流が供給されると、ソレノイド４０のシャフト４１が通電量に応じて移動し、シャフト４１の移動に伴いスプール３０がスプリング５０の付勢力に抗して移動する。これにより、ポンプポート２１とシリンダポート２２とが環状通路３４を通じて連通し（開ポジション１００Ｂ）、ポンプポート２１とシリンダポート２２との連通開度に応じて通過する作動油の流量が制御される。

ここで、スプール３０の加工精度等の影響により、スプール３０の第１ランド部３１と収容穴２０Ａとの間には、図５に示すように、クリアランスＣが生じてしまう。また、上述のように、本実施形態では、閉ポジション１００Ａにおいて戻り通路３５を通じて第１バルブ１００とチェック弁１６との間の圧力を逃がすために、第１端部室２３はドレン通路２５を通じてタンク９に連通される。このような場合において、第１端部室２３がタンク圧（例えば、大気圧）となると、第１端部室２３の圧力とシリンダポート２２の圧力との圧力差が大きくなる。よって、第１バルブ１００が開ポジション１００Ｂの状態では、ポンプポート２１からシリンダポート２２に導かれる作動油が、第１ランド部３１と収容穴２０Ａとの間のクリアランスＣを通じて低圧側である第１端部室２３へと漏れやすくなる。第１ランド部３１と収容穴２０Ａとの間のクリアランスＣを通じて第１端部室２３への作動油の漏れが生じると、その流れによって第１ランド部３１には径方向に作用する力（ラジアル力）が作用する。このようなラジアル力が作用すると、収容穴２０Ａ内でのスプール３０の傾きや、収容穴２０Ａに対して径方向の一方へ押し付けが生じるおそれがある。スプール３０の傾きや押し付けが生じると、収容穴２０Ａ内でのスプール３０の摺動抵抗（摩擦力）が増加し、第１バルブ１００のヒステリシスが大きくなるおそれがある。

これに対し、本実施形態では、第１端部室２３に連通するドレン通路２５には、作動油の流れに抵抗を付与する絞り通路２７を有するオリフィスプラグ２６が設けられる。よって、作動油が絞り通路２７を通過する抵抗により、第１端部室２３の圧力低下が抑制され、第１端部室２３がタンク圧よりも高い圧力に保たれる。このようにして、第１端部室２３がタンク圧となることが防止されるため、ポンプポート２１からシリンダポート２２へ導かれる作動油の圧力と第１端部室２３との圧力差が低下し、第１端部室２３への作動油の漏れが生じにくくなる。第１ランド部３１と収容穴２０Ａとの間のクリアランスＣを通過する作動油の漏れが生じにくくなることで、その流れによるラジアル力の発生も抑制され、スプール３０の摺動抵抗の増加を招くことも防止される。一方、ドレン通路２５にはオリフィスプラグ２６が設けられるものの、第１端部室２３はタンク９と連通するものである。このため、第１バルブ１００が閉ポジション１００Ａの状態において、ドレン通路２５を通じてシリンダポート２２の圧力を逃がす機能が損なわれることはない。したがって、ドレン通路２５を通じて第１バルブ１００とチェック弁１６との間の圧力（シリンダポート２２の圧力）を逃がしつつ、第１バルブ１００のヒステリシスが改善され、制御性を向上させることができる。

また、絞り通路２７を通過する作動油の流量が少ない場合には、絞り通路２７において作動油の流れに抵抗がほとんど付与されず、第１端部室２３の圧力低下を抑制することはできない。これに対し、本実施形態では、第１バルブ１００が開ポジション１００Ｂの状態において、外周溝３８によってシリンダポート２２の作動油が第１端部室２３に導かれる。外周溝３８を通じて第１端部室２３に導かれる作動油は、ドレン通路２５に設けられる絞り通路２７により抵抗が付与されて、タンク９へと排出される。よって、絞り通路２７を通過する作動油の流量が増え、第１端部室２３の圧力を比較的高圧に維持してより一層ポンプ圧に近づけることができる。

このように、第１バルブ１００では、クリアランスＣを通じてシリンダポート２２から第１端部室２３へ作動油の流れが生じる場合において、外周溝３８を通じて第１端部室２３へ作動油を積極的に導くように構成することによって、第１端部室２３とシリンダポート２２との圧力差をさらに小さくする。これにより、クリアランスＣからの漏れを抑制して、スプール３０の摺動抵抗を低減することができる。なお、外周溝３８を通じて第１端部室２３へ導かれる流量は、油圧シリンダ２の作動に影響がない程度に設定される。

また、４つの外周溝３８は、全体として（下流圧通路として）、絞り通路２７において所望の抵抗が付与される流量の作動油が通過するように、流路面積が設定される。より具体的には、４つの外周溝３８の全体としての流路面積は、絞り通路２７に所望の圧力損失が生じる流量が導かれるように、絞り通路２７のオリフィス径（絞り径）に応じて設定される。これにより、クリアランスＣ及び下流圧通路としての外周溝３８によって、絞り通路２７に所望の圧力損失が発生するような流量を第１端部室２３に導くことができる。したがって、第１ランド部３１と収容穴２０Ａとの間のクリアランスＣを通じた作動油の漏れをより確実に抑制することができる。

また、本実施形態では、シリンダポート２２と第１端部室２３との圧力差を小さくすることで、第１ランド部３１と収容穴２０Ａとの間のクリアランスＣを通じた第１端部室２３への作動油の漏れを抑制する。このため、例えば、第１ランド部３１と収容穴２０Ａとが嵌合する軸方向長さ（嵌合長）が短い場合であっても、摺動抵抗の増加を抑制して、ヒステリシスを改善することができる。言い換えれば、第１ランド部３１と収容穴２０Ａとの嵌合長を長くすることで両者間のクリアランスＣを通じた作動油の漏れを抑制する方法と比較して、第１バルブ１００の大型化を招くことなくヒステリシスを改善することができる。

また、下流圧通路は、周方向に均等に配置される４本の外周溝３８により構成される。よって、外周溝３８を通過する作動油の流れにより第１ランド部３１に生じる径方向の力は、互いに打ち消される。つまり、外周溝３８における作動油の流れにより第１ランド部３１（スプール３０）にラジアル力が作用することが抑制されるため、外周溝３８の作動油の流れによる傾きや収容穴２０Ａへの押し付けの発生を抑制することができる。

また、第２ランド部３２と収容穴２０Ａとの間のクリアランス（図示省略）を通じて第２端部室２４へ作動油が漏れことも考えられる。これに対し、本実施形態では、接続通路３６を通じて第１端部室２３と第２端部室２４とが連通するため、オリフィスプラグ２６によって第２端部室２４の圧力低下も抑制される。よって、第２ランド部３２と収容穴２０Ａとの間のクリアランスを通じた第２端部室２４への作動油の漏れも抑制することができる。したがって、第１バルブ１００の制御性をより一層向上させることができる。

次に、本実施形態の変形例について説明する。

上記実施形態では、外周溝３８は、ポンプポート２１とシリンダポート２２とが連通した状態において、シリンダポート２２と第１端部室２３とを常に連通するように構成されることが望ましい。しかしながら、これに限らず、所望のヒステリシス特性が得られる場合には、ポンプポート２１とシリンダポート２２とが連通した状態において、外周溝３８がシリンダポート２２と第１端部室２３とを常に連通するものでなくてもよい。つまり、外周溝３８は、ポンプポート２１とシリンダポート２２とが連通した状態において、シリンダポート２２と第１端部室２３とを連通するものであればよく、ポンプポート２１とシリンダポート２２とが遮断された状態では、シリンダポート２２と第１端部室２３とを連通するものでもよいし、連通しないものでもよい。

また、上記実施形態では、４つの外周溝３８が周方向に均等に配置される。作動油が外周溝３８を通過することによるラジアル力の発生を防止するためには、複数の外周溝３８が周方向に均等に配置されることが望ましい。しかしながら、所望のヒステリシス特性が得られる場合には、複数の外周溝３８が均等に配置されない構成としてもよいし、単一の外周溝３８が形成される構成でもよい。

また、上記実施形態では、下流圧通路は、スプール３０の軸方向に延びるように第１ランド部３１の外周に形成される外周溝３８により構成される。これに対し、下流圧通路は、絞り通路２７により所定の圧力損失が生じ、第１端部室２３の圧力低下を抑制できるような流量を第１端部室２３に導くことができる限り、任意の構成とすることができる。例えば、下流圧通路は、第１ランド部３１の外周面に形成される溝ではなく、スプール３０の内部に形成される通路でもよい。また、ランド通路３７や接続通路３６に連通する通路を設け、この通路とランド通路３７や接続通路３６により下流圧通路が構成されてもよい。つまり、下流圧通路は、第１バルブ１００が閉ポジション１００Ａの状態においてシリンダポート２２の圧力を逃がす戻り通路３５を利用してもよい。これによれば、下流圧通路と戻り通路３５との一部又は全部を共通化することができる。

また、上記実施形態では、第１ランド部３１と収容穴２０ＡとのクリアランスＣ以外にも、スプール３０に形成される下流圧通路によってシリンダポート２２と第１端部室２３とが連通する。これによれば、第１ランド部３１と収容穴２０Ａとの間のクリアランスＣを大きくすることなく、クリアランスＣを通じた作動油の漏れをより確実に抑制して、第１バルブ１００のヒステリシスを改善することができる。つまり、クリアランスＣを通じたシリンダポート２２から第１端部室２３への流れのみでは、絞り通路２７によって十分な抵抗が付与されず、第１端部室２３の圧力低下が抑制できないような場合には、スプール３０に下流圧通路を設けることが望ましい。

これに対し、絞り通路２７により所定の圧力損失が生じ、第１端部室２３の圧力低下が抑制される場合には、第１ランド部３１に下流圧通路を設けなくてもよい。具体的には、第１ランド部３１と収容穴２０ＡとのクリアランスＣを通じて作動油が第１端部室２３に導かれることで、絞り通路２７の圧力損失によって第１端部室２３の圧力低下が抑制される場合には、このクリアランスＣとは別に下流圧通路を設けなくてもよい。つまり、絞り通路２７により所定の圧力損失が生じるように作動油を導く下流圧通路のようにクリアランスＣを機能させてもよい。この場合、クリアランスＣを通じた作動油の流れは生じるものの、ドレン通路２５にオリフィスプラグ２６が設けられず第１端部室２３がタンク圧となる場合と比較すると、第１端部室２３とシリンダポート２２との圧力差を小さくし、クリアランスＣを通じた流量（漏れ量）を低減することができる。よって、この場合であっても、第１端部室２３がタンク圧となる場合と比較して、スプール３０の摺動抵抗を低減して、ヒステリシスを向上させることができる。なお、クリアランスＣとは別に下流圧通路を設けない場合であっても、非通電時にシリンダポート２２の圧力を逃がす戻り通路３５をスプール３０に設けることが望ましい。非通電時にアンロード機能を発揮する必要がない場合には、戻り通路３５を設けなくてもよい。

また、上記実施形態では、第２端部室２４には、スプリング５０と共にスプール３０を支持する補助スプリング５１が設けられる。これに対し、例えば、ソレノイド４０の内部等にスプール３０を支持するスプリングが設けられるような場合には、第２端部室２４内に補助スプリング５１を設けなくてもよい。

また、上記実施形態では、端部室としての第１端部室２３及び第２端部室２４が接続通路３６によって連通する。これに対し、第１端部室２３と第２端部室２４とは、互いに連通しないものでもよい。この場合において、第１端部室２３及び第２端部室２４が同圧になる場合には、作動油を排出するドレン通路及びドレン通路に設けられるオリフィスプラグを第１端部室２３及び第２端部室２４のそれぞれに対して設けてもよい。また、第１端部室２３及び第２端部室２４が連通せず、これらのいずれか一方に、作動油を排出するドレン通路及びドレン通路に設けられるオリフィスプラグを設ける構成でもよい。

また、ソレノイドバルブ１００は、直動式の制御弁であれば、油圧シリンダ２のボトム側室７に供給される作動油の流れを制御する第１バルブ１００に限らず、任意の制御弁に適用することができる。

また、上記実施形態では、流体圧アクチュエータは、ピストン５によってシリンダチューブ３の内部がロッド側室６及びボトム側室７に仕切られて、負荷１を鉛直方向に移動させる単動型の油圧シリンダ２である。これに代えて、流体圧アクチュエータは、ラム式の単動型油圧シリンダであってもよい。また、流体圧アクチュエータは、ロッド側室６が大気開放されるものではなくタンク９に接続され、ボトム側室７に供給される作動油によって伸長作動し、負荷荷重またはスプリング等の付勢力によって収縮する単動型の油圧シリンダであってもよい。また、流体圧アクチュエータの伸縮方向は、鉛直方向に限らず、任意の方向としてよい。また、流体圧アクチュエータは、ロッド側室６及びボトム側室７の両方に作動油が充填され、両者の作動油圧の圧力差によって伸縮作動する複動型の油圧シリンダであってもよい。流体圧アクチュエータが複動型の油圧シリンダである場合には、ロッド側室６及びボトム側室７に給排される作動油の流れを制御するコントロールバルブにおいて、本実施形態のように、スプールの端部に臨む端部室に連通するドレン通路及びドレン通路に設けられるオリフィスプラグを設けてもよい。

以上の実施形態によれば以下の効果を奏する。

第１バルブ１００では、作動油がドレン通路２５に設けられる絞り通路２７を通過する抵抗によって、第１端部室２３の圧力低下が抑制される。よって、ポンプポート２１からシリンダポート２２へ導かれる作動油の圧力と第１端部室２３との圧力差が低下し、第１端部室２３への作動油の漏れが生じにくくなる。これにより、第１ランド部３１と収容穴２０Ａとの間のクリアランスＣを通過する作動油の流れよるラジアル力の発生も抑制され、スプール３０の摺動抵抗の増加を招くことも防止される。したがって、ドレン通路２５を通じて第１バルブ１００とチェック弁１６との間の圧力を逃がしつつ、第１バルブ１００のヒステリシスが改善され、制御性を向上させることができる。

また、第１バルブ１００では、開ポジション１００Ｂの状態において、外周溝３８を通じてシリンダポート２２から第１端部室２３に導かれる作動油は、ドレン通路２５に設けられる絞り通路２７により抵抗が付与されて、タンク９へと排出される。よって、絞り通路２７を通過する作動油の流量が増え、第１端部室２３の圧力を比較的高圧に維持してより一層シリンダポート２２の圧力と近づけることができる。よって、第１端部室２３とシリンダポート２２との圧力差をさらに小さくして、スプール３０の摺動抵抗の増加を抑制することができる。

また、４つの外周溝３８の全体としての流路面積は、絞り通路２７において所望の圧力損失が発生するために充分な流量で作動油を第１端部室２３に導くように設定される。このため、外周溝３８を通じて第１端部室２３に導かれる作動油によって第１端部室２３の圧力低下を充分抑制することができ、第１ランド部３１と収容穴２０Ａとの間のクリアランスＣを通じた作動油の流れをより確実に抑制できる。よって、第１バルブ１００のヒステリシスをより一層改善することができる。

以下、本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。

第１バルブ１００は、バルブハウジング２０と、バルブハウジング２０に設けられるポンプポート２１及びシリンダポート２２と、バルブハウジング２０に設けられる収容穴２０Ａに摺動自在に挿入されポンプポート２１からシリンダポート２２への作動油の流れを制御するスプール３０と、通電によって生じる電磁力によりスプール３０を駆動するソレノイド４０と、ソレノイド４０の駆動力に抗するようにスプール３０を付勢するスプリング５０と、スプール３０の第１ランド部３１に臨む第１端部室２３と、第１端部室２３の作動油を排出するドレン通路２５と、ドレン通路２５に設けられ通過する作動油の流れに抵抗を付与するオリフィスプラグ２６と、を備える。

この構成では、第１端部室２３の作動油を排出するドレン通路２５には、オリフィスプラグ２６が設けられるため、オリフィスプラグ２６による抵抗によって第１端部室２３の圧力低下が抑制される。よって、ポンプポート２１からシリンダポート２２へ導かれる作動油圧と第１端部室２３との圧力差が減少し、スプール３０の外周を通じた第１端部室２３への作動油の漏れが抑制される。このため、スプール３０に対する摺動抵抗の増加が抑制され、第１バルブ１００及び流体圧アクチュエータの制御装置１０１の制御性が向上する。

また、第１バルブ１００は、ポンプポート２１とシリンダポート２２とが連通した状態において、シリンダポート２２の作動油を第１端部室２３へと導く下流圧通路（外周溝３８）をさらに備える。

また、下流圧通路は、スプール３０の第１ランド部３１の外周面に軸方向に沿って形成される外周溝３８である。

これらの構成では、下流圧通路（外周溝３８）を通じて第１端部室２３へ作動油を導くことで、第１ランド部３１の外周を通さずにオリフィスプラグ２６を通過する作動油の流量を増加させることができる。よって、第１端部室２３の圧力低下をより一層抑制し、スプール３０の外周を通じた作動油の流れを抑制することができる。

また、第１バルブ１００では、下流圧通路（外周溝３８）が、オリフィスプラグ２６において圧力損失が発生するような作動油の流量を第１端部室２３へ導く。

この構成では、より確実にオリフィスプラグ２６において圧力損失を発生させることができるため、第１端部室２３の圧力低下をより確実に抑制することができる。

また、第１バルブ１００は、ポンプポート２１とシリンダポート２２とが遮断された状態において、シリンダポート２２の油圧を逃がす戻り通路３５をさらに備える。

この構成では、ポンプポート２１とシリンダポート２２とが遮断されることによるシリンダポート２２内での圧力のこもりが、戻り通路３５によって防止される。

流体圧アクチュエータの制御装置１０１は、ポンプ８から油圧シリンダ２へ供給される作動油の流れを制御する第１バルブ１００と、第１バルブ１００の上流圧と下流圧との差圧によって作動して、差圧が設定圧を超えるとポンプ８から第１バルブ１００に導かれる作動油の一部を逃がす圧力補償弁１７と、第１バルブ１００から油圧シリンダ２に導かれる作動油の流れのみを許容するチェック弁１６と、を備える。

また、流体圧アクチュエータの制御装置１０１では、第１バルブ１００が、ポンプポート２１とシリンダポート２２とを連通する開ポジション１００Ｂと、ポンプポート２１とシリンダポート２２との連通を遮断すると共にシリンダポート２２を第１端部室２３を通じてタンク９に連通する閉ポジション１００Ａと、を有する。

これらの構成では、第１バルブ１００とチェック弁１６との間の圧力をタンク９へ排出しつつ、第１端部室２３とシリンダポート２２との圧力差を低減して、ヒステリシスを改善することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

２…油圧シリンダ（流体圧アクチュエータ）、８…ポンプ、９…タンク、１６…チェック弁、１７…圧力補償弁、２０…バルブハウジング、２０Ａ…収容穴、２１…ポンプポート（上流ポート）、２２…シリンダポート（下流ポート）、２３…第１端部室（端部室）、２４…第２端部室（端部室）、２５…ドレン通路、２６…オリフィスプラグ（絞り部）、３０…スプール、３１…第１ランド部、３２…第２ランド部、３３…接続部、３４…環状通路、３８…外周溝（下流圧通路）、４０…ソレノイド、５０…スプリング（付勢部材）、１００…第１バルブ（ソレノイドバルブ）、１０１…制御装置（流体圧アクチュエータの制御装置）

Claims (7)

1. バルブハウジングと、
   前記バルブハウジングに設けられる上流ポート及び下流ポートと、
   前記バルブハウジングに設けられる収容穴に摺動自在に挿入され前記上流ポートから前記下流ポートへの作動流体の流れを制御するスプールと、
   通電によって生じる電磁力により前記スプールを駆動するソレノイドと、
   前記ソレノイドの駆動力に抗するように前記スプールを付勢する付勢部材と、
   前記スプールの端面に臨む端部室と、
   前記端部室の作動流体を排出するドレン通路と、
   前記ドレン通路に設けられ通過する作動流体の流れに抵抗を付与する絞り部と、を備えることを特徴とするソレノイドバルブ。
2. 前記上流ポートと前記下流ポートとが連通した状態において、前記下流ポートの作動流体を前記端部室へと導く下流圧通路をさらに備え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. 前記下流圧通路は、前記スプールの外周面に軸方向に沿って形成される外周溝であることを特徴とする請求項２に記載のソレノイドバルブ。
4. 前記下流圧通路は、前記絞り部において圧力損失が発生するような流量の作動流体を前記端部室へ導くことを特徴とする請求項２又は３に記載のソレノイドバルブ。
5. 前記上流ポートと前記下流ポートとが遮断された状態において、前記下流ポートの作動流体圧を排出する戻り通路をさらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のソレノイドバルブ。
6. 流体圧アクチュエータの制御装置であって、
   ポンプから前記流体圧アクチュエータへ供給される作動流体の流れを制御する請求項１から５のいずれか一つに記載のソレノイドバルブと、
   前記ソレノイドバルブの上流圧と下流圧との差圧によって作動して、前記差圧が設定圧を超えると前記ポンプから前記ソレノイドバルブに導かれる作動流体の一部を逃がす圧力補償弁と、
   前記ソレノイドバルブから前記流体圧アクチュエータに導かれる作動流体の流れのみを許容するチェック弁と、を備える流体圧アクチュエータの制御装置。
7. 前記ソレノイドバルブは、
   前記上流ポートと前記下流ポートとを連通する開ポジションと、
   前記上流ポートと前記下流ポートとの連通を遮断すると共に前記下流ポートを前記端部室を通じてタンクに連通する閉ポジションと、を有することを特徴とする請求項６に記載の流体圧アクチュエータの制御装置。

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