JP3175060B2 - パイロット操作形の電磁式圧力制御弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電磁式圧力制御弁に係
わり、更に詳しくはノズル・フラッパ機構を利用してパ
イロット流体でリリーフ弁等の主弁を開閉して主回路流
体を制御するパイロット操作形の電磁式圧力制御弁に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の電磁式圧力制御弁が、図
４に例示されている。

【０００３】図４において、１１は流入口、１２はリリ
ーフ弁、１３はバネ、１４は排出口、２０は手動の圧力
制御弁、３０は電磁式の圧力制御弁である。２１，３１
はシート（seat…弁座）、２２，３２はシート孔、２
３，３３は円錘状のポペット（POPPET…揚弁）、２４，
３４はバネ、２５．３５はプッシュロッドである。シー
ト２１のシート孔２２の直径は、シート３１側のシート
孔３２より大きく作られている。２６は手動圧力制御弁
２０のスクリュー、２７はロックナットである。３６は
電磁式圧力制御弁３０のソレノイド、３７はアマチュア
である。また、ｐはパイロット流路、ｄはドレン流路、
ｒ1 ，ｒ2 は絞り、ｔ，Ｔはドレンを溜めるタンク、Ｌ
m は主回路流体、Ｌp はパイロット流体である。

【０００４】このような構成の従来装置において、図示
のように電磁式と手動の圧力制御弁２０．３０のポペッ
ト２３と３３が共にシート孔２２と３２を塞いで、リリ
ーフ弁１２も閉じられているものとする。主回路流体Ｌ
m の圧力が増加すると、パイロット流体Ｌp の圧力も上
昇してポペット３３を右側に押してシート３１から引き
離す。ポペット３３が引き離されると、パイロット流路
Ｐに流れが発生する。このため、パイロット流体Ｌp に
より絞りｒ1 の前後に差圧が生じて、下流側の圧力が低
下してリリーフ弁１２を下に押す圧力が弱くなる。この
結果、リリーフ弁１２は上方に移動して弁座が開放さ
れ、主回路流体Ｌm が圧力が低下する。この圧力は、電
磁式圧力制御弁３０の設定に応じた値で平衡する。この
ようにして、主回路流体Ｌm の圧力が制御される。ま
た、手動圧力制御弁２０は流体回路の最高圧力の上昇が
一定圧を越えないように制御して、油圧機器等の安全を
保持するようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この種の圧力制御に用
いられる小形のソレノイド３６の最大推力は、普通５〜
１０Kgf 〔ほぼ５０〜１００Ｎ（Newton）〕程度であ
る。そして、従来の電磁式圧力制御弁は上述したよう
に、ソレノイド３６で発生させた推力とポペット３３の
有効面積に作用するパイロット流体Ｌp の圧力とを平衡
させて、主回路流体Ｌm の圧力が制御されるようになっ
ている。

【０００６】そこで、従来の電磁式圧力制御弁を改良し
て応答性が優れ、より高圧の主回路流体Ｌm を制御する
ためには、推力の大きい大形のソレノイド３６を使用す
るか、或いはポペット３３の有効面積を小さくすること
が必要になる。

【０００７】しかしながら、大形のソレノイド３６を使
用すると、弁の全体構造が大形になりコストアップの原
因になる。また、ソレノイド３６のインダクタンスが大
きくなるので、アマチュア３７の重量も増えて逆に応答
性に支障が生じる。一方、ポペット３３の有効面積を小
さくすると、ポペット３３と弁座を構成しているシート
３２の形状も小形になって、ポペット３３のテーパやシ
ート孔３２の孔等を小型で高精度に加工しなければなら
ず、加工技術に難点が伴う。しかも、シート孔３２や絞
りｒ1 の口径の縮小に連れてパイロット流体Ｌp の流量
も少なくなり、応答が一層遅くなるばかりか、混入する
夾雑物の影響を受ける等の問題点があった。

【０００８】この発明は、従来装置のこのような問題点
を解消するためになされたもので、ソレノイドとパイロ
ット弁の間にノズル・フラッパ機構を設けて、応答が速
く、しかも高圧の主回路流体Ｌm の圧力を制御するパイ
ロット操作形の電磁式圧力制御弁を実現することを目的
にするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は、入力電流に
対応した推力を発生してアマチュアを駆動するソレノイ
ドと、バネによりポペットをシートに接触させてパイロ
ット流路を開閉するパイロット弁と、パイロット弁のバ
ネに接触しパイロット流体の圧力の変化により摺動孔内
を摺動するプランジャと、プランジャに連結され一定圧
のパイロット流体が供給されるノズル及びノズルに対向
しアマチュアに連結されたフラッパとよりなるノズル・
フラッパ機構とを備え、このノズル・フラッパ機構のノ
ズル背圧をプランジャに帰還してソレノイドで変位する
フラッパに追随させてパイロット弁を介して主弁を開閉
して主回路流体を制御するパイロット操作形の電磁式圧
力制御弁を構成したものである。

【００１０】また、パイロット弁にノズル弁を用いたパ
イロット操作形の電磁式圧力制御弁を構成したものであ
る。

【００１１】

【作用】主回路流体の圧力が増加すると、パイロット流
路内のパイロット流体の圧力が上昇してパイロット弁の
ポペットが押し上げられる。同時に、バネを介してプラ
ンジャと一体のノズルが押し上げられ、ノズル間隙が狭
められノズル背圧が上昇する。上昇したノズルの背圧は
フィードバック室に帰還され、プランジャを僅かに移動
して新しい平衡位置に追随させる。

【００１２】また、押し上げられたパイロット弁のポペ
ットによりシート孔が開いて、パイロット流路からドレ
ン流路を経てタンクｔに向かうパイロット流体の流れが
発生する。このため、パイロット流体の絞りの前後の流
れに圧力差が生じて、パイロット流路の圧力が低下して
リリーフ弁を下に押す圧力が弱められる。この結果、リ
リーフ弁の平衡が崩れて、弁座が開放される。そして、
主回路流体の圧力の上昇が一定圧を越えないように制御
されて、油圧機器等の安全が保持されるようになってい
る。

【００１３】

【実施例】

実施例１ 図１は本発明実施例の構成説明図である。本発明実施例
の図面で従来装置と同一の部分に同じ符号を付してあ
り、一部説明が重複するがやや詳しく説明する。

【００１４】図１において、１は第１筐体、２は第１筐
体１をカートリッジ式に結合した第２筐体、３は第３筐
体である。１１は第１筐体１に設けられた流入口、１２
はリリーフ弁、１３はバネ、１４は排出口、１５は弁座
である。リリーフ弁１２は主回路流体Ｌm を制御する主
弁を構成し、リリーフ弁１２の弁座１５が開放されと流
入口１１から流入した主回路流体Ｌm が排出口１４から
排出される。

【００１５】４０は、第２筐体２に設けられた減圧弁で
ある。４１は減圧弁４０の摺動孔、４２は環状溝、４４
は摺動孔４１内に設けられたスリーブ、４５はスリーブ
４４の途中に形成されたポペット部、４６はバネであ
る。スリーブ４４は環状溝４２内の流体の入力圧の増減
に対応してバネ４６を圧縮または伸長させて、ポペット
部４５により出力圧を一定値に保持する。

【００１６】５０はパイロット操作形の電磁式圧力制御
弁である。５１は第２筐体２に形成された摺動孔、５
２，５３は摺動孔５２に設けられた環状溝、５４はプラ
ンジャ、５５はノズルである。ノズル５５はプランジャ
５４と一体構造に作られ、このプランジャ５４と共に摺
動孔５１内を摺動する。５６はシート、５７はシート
孔、５８はポペット、５９はバネで、パイロット弁Ｖp
を構成する。環状溝５２にはノズル５５の背圧が帰還さ
れて、パイロット弁Ｖp を制御するフィードバック室Ｒ
が形成されている。６１はフラッパ、６２はバネであ
る。また、６４は第３筐体３内に配置された比例ソレノ
イド、６５はアマチュア、６６はロッドである。ロッド
６６の先端にはフラッパ６１が固定され、このフラッパ
６１がノズル５５に対向してノズル・フラッパ機構Ｎが
構成されている。

【００１７】ｐ1 〜ｐ8 は、パイロット流体Ｌp が流れ
るパイロット流路、ｄ1 〜ｄ3 はドレンＬd の流れるド
レン流路、ｒ1 〜ｒ5 は絞りである。パイロット流路ｐ
1 は上記流入口１１から分岐され、主回路流体Ｌm の一
部がパイロット流路ｐ1 に流入する。ｔ，Ｔはタンク、
Ｌm は主回路流体、Ｌp はパイロット流体で、前述の図
４と同じ符号が用いられている。

【００１８】上述のような構成の本発明の圧力制御弁の
動作を、次に説明する。矢印のようにリリーフ弁１２の
下方の受圧面に主回路流体Ｌm の圧力が加えられてい
る。また、パイロット流路ｐ1 ，ｐ2 ，ｐ8 を通ったパ
イロット流体Ｌp が、絞りｒ1 とｒ2 を経てリリーフ弁
１２に下向きの圧力を加えている。そして、この下向き
のパイロット流体Ｌp の圧力とバネ１３の力とを加えた
合成力と、上記主回路流体Ｌm の上向きの力との差によ
りリリーフ弁１２が弁座１５を塞いでいる。

【００１９】一方、減圧弁４０により一定圧に調節され
たパイロット流体Ｌp が、パイロット流路ｐ5 ，ｐ6 ，
ｐ7 を介して環状溝５２，５３に導入されている。環状
溝５２に導入されたパイロット流体Ｌp は、プランジャ
５４に下向きの力を加えノズル５５の間隙Ｇから流出し
ている。また、環状溝５３に供給されたパイロット流体
Ｌp は、プランジャ５４に上向きの力を作用する。

【００２０】而して、比例ソレノイド６４の入力電流に
応じた推力でフラッパ６１が一定位置に静止し、ノズル
・フラッパ機構Ｎのノズル間隙Ｇを保つようにノズル５
５と一体のプランジャ５４を追随させている。ノズル間
隙Ｇから流出したパイロット流体Ｌp はドレンＬd とな
って、ドレン流路ｄ1 とｄ3 を介してタンクｔに戻され
ている。そして、パイロット弁Ｖp のバネ５９の力とポ
ペット５８に加えるパイロット流体Ｌp の上向きの圧力
による力との差により、図示のようにポペット５８がシ
ート５６を塞いだ状態が保持されている。

【００２１】ここで、主回路流体Ｌm の圧力が増加する
と、パイロット流路ｐ8 内のパイロット流体Ｌp の圧力
が上昇する。この値が電磁式圧力制御弁３０の設定以上
になると、ポペット５８を押し上げる。同時に、バネ５
９を介してプランジャ５４と一体にノズル５５が押し上
げられ、ノズル間隙Ｇが狭められノズル背圧が上昇す
る。上昇したノズル５５の背圧はフィードバック室Ｒに
帰還され、プランジャ５４を新しい平衡位置に追随させ
る。

【００２２】押し上げられたポペット５８によってシー
ト孔５７が開いて、パイロット流路ｐ2 にパイロット流
体Ｌp の流れが発生する。同時に、パイロット流体Ｌp
が絞りｒ1 で圧力損失を受けて圧力差が生じ、パイロッ
ト流路ｐ8 の圧力が低下する。この結果、リリーフ弁１
２の平衡が崩れて上方に移動し、弁座１５が開放され主
回路流体Ｌm がドレンとなって排出口１４に排出され
る。排出口１４に排出されたドレンは、タンクＴに溜め
られる。また、上記のポペット５８とシート５６から流
れ出たドレンＬd も、ドレン流路ｄ2 ，ｄ3 を経てタン
クｔに戻される。

【００２３】その後、主回路流体Ｌm の排出口１４から
の排出により、主回路流体Ｌm の圧力が低下し再びリリ
ーフ弁１２が弁座１５を閉鎖する。このようにして、主
回路流体Ｌm の圧力の上昇が一定圧を越えないように制
御されて、油圧機器等の安全が保持される。主回路流体
Ｌm の圧力をより高圧にする場合は、この圧力に対応す
るように比例ソレノイド６５の入力電流を増加させて同
様に圧力制御を行なうようにしている。

【００２４】実施例２ 図２は、本発明の実施例２の構成説明図である。本発明
の実施例２では、実施例１のようにパイロット流体Ｌp
として主回路流体Ｌm を利用しない。その代りに、パイ
ロット流体Ｌp のための、別ラインＰdが構成されてい
る。この実施例２の構成によれば、別ラインＰd を通し
て安定した圧力のパイロット流体Ｌp が供給されるの
で、減圧弁４０の内蔵を省略することも可能になる。し
たがって、ローコストでコンパクトなパイロット操作形
の電磁式圧力制御弁を用いた油圧機器を構成することが
できる。

【００２５】実施例３ また、図３は本発明の実施例３の構成説明図で、図１の
装置のパイロット弁Ｖp におけるシート５６の代りにノ
ズル６８が設けられている。そして、バネ５９により弱
いバネ圧が与えられるフラッパ６９を設けて、ノズル５
８の開口を開閉する弁構造Ｖn （ここでは、仮に“ノズ
ル弁”と呼ぶ）が構成されている。ノズル弁Ｖn を用い
た本発明の実施例３の構成によれば、入出力比，即ちゲ
インが高く応答の早い装置を提供できる利点がある。

【００２６】なお、上述の実施例では円筒状の弁で弁口
を開閉するリリーフ弁を用いて主回路流体Ｌm の圧力を
一定値以下に保持する場合を例示して説明したが、バラ
ンスピストン形のリリーフ弁や減圧弁を用いてもよい。
また、実施例１，２ではパイロット弁Ｖp に円錘状のポ
ペット５８を用いたが、球状のポペットでシート孔５７
を開閉してもよく、要するにソレノイドとパイロット弁
の間にノズル背圧をスプールに帰還してフラッパに追随
させるノズル・フラッパ機構を設けて、このノズル・フ
ラッパ機構によりパイロット弁を介して主回路流体の主
弁を制御する構成のものであればよい。

【００２７】

【発明の効果】本発明は、入力電流に対応した推力を発
生してアマチュアを駆動するソレノイドと、バネにより
ポペットをシートに接触させてパイロット流路を開閉す
るパイロット弁と、パイロット弁のバネに接触しパイロ
ット流体により摺動孔内を摺動するプランジャと、プラ
ンジャに連結され一定圧のパイロット流体が供給される
ノズル及びノズルに対向しアマチュアに連結されたフラ
ッパとよりなるノズル・フラッパ機構とを備え、このノ
ズル・フラッパ機構のノズル背圧をプランジャに帰還し
てソレノイドで変位するフラッパに追随させてパイロッ
ト弁を介して主弁を開閉して主回路流体を制御するパイ
ロット操作形の電磁式圧力制御弁を構成した。

【００２８】また、パイロット弁にノズル弁を用いたパ
イロット操作形の電磁式圧力制御弁を構成した。

【００２９】この結果、パイロット流体で駆動されるプ
ランジャを有するパイロット弁を介して主回路流体を制
御するので、直接ソレノイドの電磁力で駆動する従来装
置に比較して推力を大きくすることができる。したがっ
て、パイロット弁のシートとポペットで構成される弁構
造の受圧有効面積を大きくでき、パイロット弁のシート
孔や入力絞りの口径パイロット流体の流量を増加するこ
とができる。このほか、実施例２によれば、コストが安
価で、コンパクトな装置が構成できる。更に、実施例３
を構成すれば、ゲインが高く、一層高速応答の油圧機器
が期待できる。

【００３０】よって、本発明によれば、応答が速く、し
かも高圧の主回路流体の圧力を制御できるパイロット操
作形の電磁式圧力制御弁を提供することができる。

【００３１】因みに、本発明は４０MPa （Mega-Pascal)
の高圧の主回路流体を対象にして、例えばピストン径が
１６mmのリリーフ弁を２０m sec で全開及び全閉できる
能力を備えた装置が実現される。したがって、本発明を
高速応答で射出時の背圧を制御する必要のあるダイカス
ト射出成型機や広いレンジの圧力制御が要求されるホッ
トプレス機等に適用して、著しい効果が期待される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例１の構成説明図である。

【図２】本発明実施例２の構成説明図である。

【図３】本発明実施例３の構成説明図である。

【図４】従来装置の構成説明図である。

【符号の説明】

１２ リリーフ弁 １３ バネ １４ 排出口 １５ 弁座 ４０ 減圧弁 ５０ 電磁式圧力制御弁 ５１ 摺動孔 ５２ 環状溝 ５３ 環状溝 ５４ プランジャ ５５ ノズル ５６ シート ５７ シート孔 ５８ ポペット ５９ バネ ６１ フラッパ ６２ バネ ６４ 比例ソレノイド ６５ アマチュア ６６ ロッド ｐ，ｐ1 〜ｐ8 パイロット流路 ｒ1 〜ｒ5 絞り Ｌm 主回路流体 Ｌp パイロット流体 Ｎ ノズル・フラッパ機構 Ｒ フィードバック室 Ｖp パイロット弁 Ｐd 別ライン Ｖn ノズル弁

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F15B 13/043

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力電流に対応した推力を発生してアマ
   チュアを駆動するソレノイドと、バネによりポペットを
   シートに接触させてパイロット流路を開閉するパイロッ
   ト弁と、該パイロット弁のバネに接触しパイロット流体
   の圧力の変化により摺動孔内を摺動するプランジャと、
   該プランジャに連結され一定圧のパイロット流体が供給
   されるノズル及び該ノズルに対向し前記アマチュアに連
   結されたフラッパとよりなるノズル・フラッパ機構とを
   備え、 該ノズル・フラッパ機構のノズル背圧をプランジャに帰
   還して前記ソレノイドで変位するフラッパに追随させて
   前記パイロット弁を介して主弁を開閉して主回路流体を
   制御することを特徴とするパイロット操作形の電磁式圧
   力制御弁。
2. 【請求項２】 前記パイロット弁にノズル弁を用いたこ
   とを特徴とする請求項１記載のパイロット操作形の電磁
   式圧力制御弁。