JP3175061B2 - 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】出願人は平成４年３月２５日に特願平４
−６６６８６号として、この種の電磁式圧力制御弁の発
明を出願した。この発明の電磁式圧力制御弁の構成が、
図６に示されている。

【０００３】図６において、１２はリリーフ弁、４０は
減圧弁、５０はパイロット操作形の電磁式圧力制御弁で
ある。５４はプランジャ、５５はプランジャ５４と一体
のノズル、５６はシート、５８はポペット、５９はバネ
定数が一定のパイロットバネである。シート５６とポペ
ット５８及びパイロットバネ５９によりパイロット弁Ｖ
p が構成される。６１はフラッパ、６２はフラッパバ
ネ、６４は比例ソレノイドである。フラッパ６１はノズ
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。Ｌp はパイロット流体、Ｌm は主回路流体であ
る。

【０００４】このような構成の先願発明の装置におい
て、比例ソレノイド６４に供給する励磁電流の大きさに
応じてプランジャ５４の位置決めを行いバネ定数が一定
の単一のパイロットバネ５９を圧縮してパイロット流体
Ｌp の圧力によりパイロットバルブＶp が制御される。
即ち、比例ソレノイド６４の励磁電流に対応させて、パ
イロットバネ５９の弾性力とシート５６及びポペット５
８の有効受圧面積に加わるパイロット流体Ｌp の油圧力
とを力平衡させる。そして、このパイロット弁Ｖp の圧
力に対応して、リリーフ弁１２による主回路流体Ｌm の
圧力制御が行われる。

【０００５】この装置によれば、パイロット流体Ｌp の
油圧力でノズル５５と一体のプランジャ５４をフラッパ
６１の変位に追随させて位置決めするので、制御トルク
が極めて大きい。この結果、シート５６とポペット５８
の有効受圧面積を広くでき、絞りｒやシート５６の内径
の断面積が拡大されてパイロット流体Ｌp の通過する流
量を増加することができる。したがって、結果的に高速
応答で、高圧の圧力制御が実現される特長がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
電磁式圧力制御弁は上述したように、パイロット弁Ｖp
のパイロットバネ５９にはバネ定数が一定の単一の螺旋
状バネが用いられている。このため、図７のほぼ線形の
圧力特性で示すように、制御対象の圧力が単一のパイロ
ットバネ５９のバネ定数で定まり、圧力レンジが一定範
囲に限定される。したがって、低圧から高圧まで圧力に
対応した緻密な圧力制御を実施することができない等の
問題点があった。

【０００７】この発明は、先願発明のこのような問題点
を解消するためになされたもので、パイロット弁にバネ
定数の異なる複数のバネを組み合わせた複合バネを用い
て、低圧から高圧まで圧力に見合った圧力制御のできる
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。

【０００８】

【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、パイロット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
ット弁のパイロット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
ズル及びこの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、パイ
ロットバネにバネ定数の異なる複数のバネを組み合わせ
た複合バネを用いて、この複合バネを制御流体の圧力領
域の変化に追随して切り換え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。

【０００９】また、パイロット弁に別ラインのパイロッ
ト流体を供給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。さらに、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。

【００１０】

【作用】２つのバネからなる複合型のパイロットバネを
構成した場合は、低圧域の圧力制御は小さいバネ定数の
バネを伸縮して圧力制御が行なわれる。また、高圧域の
圧力制御に移ると低感度のバネの機能が押さえられて、
大きなバネ定数のバネにより圧力制御が行なわれる。

【００１１】即ち、ソレノイドの入力電流でパイロット
バネを伸縮したときの圧力勾配が低い圧力領域で小さ
く、高圧領域で大きくなる。したがって、低い圧力領域
のプランジャの出力変位量が大きくなり、感度が高くな
って低圧領域に見合った緻密な圧力制御が実施される。
さらに、３個以上の複合バネのパイロットバネを構成す
れば、圧力範囲が拡張されて広いレンジの圧力制御が行
われる。

【００１２】

【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。

【００１３】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はリリーフバネ、１４は排出口、１
５は弁座、Ｌm は主回路流体である。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１
２の弁座１５が開放されると流入口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。

【００１４】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はスプリング
である。スリーブ４４は環状溝４２内の流体の入力圧の
増減に対応してスプリング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。

【００１５】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はパイロットバネである。

【００１６】特に、本発明実施例ではパイロットバネ５
９に、バネ定数が異なる２つのバネ５９a と５９b を組
合わせた複合型のバネが用いられている。バネ５９a は
バネ５９b よりバネ定数が小さく作られ、このバネ５９
a がプランジャ５４側に配置されている。５９c は、断
面がほぼ十字状に形成されたバネ座である。そして、バ
ネ座５９c の長軸と短軸がそれぞれバネ５９a と５９b
に挿入されて、２つのバネ５９a と５９b とを移動可能
に連結する。

【００１７】而して、プランジャ５４とパイロットバネ
５９等により、パイロット弁Ｖp を構成する。環状溝５
２にはノズル５５の背圧が帰還されて、パイロット弁Ｖ
p を制御するフィードバック室Ｒが形成されている。６
１はフラッパ、６２はフラッパバネである。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５
５に対向してノズル・フラッパ機構Ｎが構成されてい
る。

【００１８】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、
Ｌp はパイロット流体で、前述の図６と同じ符号が用い
られている。

【００１９】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。予め、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 の圧力とリリーフバネ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。

【００２０】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。

【００２１】而して、比例ソレノイド６４の入力電流が
零又は基準の値に対応する推力でフラッパ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５５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Ｌ
p 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
のパイロットバネ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、
ポペット５８がシート５６を塞いで平衡して図示のよう
な基準状態が保持されてにいるものとする。

【００２２】ここで、主回路流体Ｌm の圧力が増加して
クラッキング圧力に達すると、パイロット流路ｐ8 内の
パイロット流体Ｌp の圧力が上昇してパイロット弁Ｖp
のポペット５８を押し上げる。同時に、パイロットバネ
５９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。

【００２３】この場合、パイロット流体Ｌp （又は主回
路流体Ｌm ）が低圧領域のときは、パイロットバネ５９
のバネ定数の小さいバネ５９a が比例ソレノイド６４の
推力を受けて収縮してプランジャ５４を追随させる。そ
して、比例ソレノイド６４の推力，即ち入力電流Ｉが一
定値のＩx に対応する圧力Ｐx を越えると、バネ座５９
c がバネ５９a を圧縮して長軸の端部がプランジャ５４
に接触する。

【００２４】この結果、バネ定数の小さいバネ５９a の
バネ機能が喪失されて、バネ定数の大きいバネ５９b に
よる圧力Ｐx 以上の高圧領域の追随動作に切換えられ
る。比例ソレノイド６４の入力電流Ｉが増加してフラッ
パ６１が図１より下降して、バネ座５９c がプランジャ
５４に接触したときの動作状態が図２に示されている。
また、圧力勾配の特性が、図３に示されている。

【００２５】前記の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１２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。

【００２６】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。

【００２７】実施例２ 図４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、図示のように減圧弁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。

【００２８】実施例３ また、図５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、パイロットバネ５
９により弱いバネ圧が与えられるフラッパ６９を対向さ
せて、ノズル６８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。

【００２９】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、要するにパイロットバネにバネ定数
の異なる複数のバネを組合わせた複合型のバネを用いて
各バネを圧力の変化に対応させる構成のものであればよ
い。

【００３０】

【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、パイロ
ットバネにバネ定数の異なる複数のバネを組み合わせた
複合バネを用いて、この複合バネを制御流体の圧力領域
の変化に追随して切り換えるパイロット操作形の電磁式
圧力制御弁を構成した。

【００３１】また、パイロット弁に別ラインのパイロッ
ト流体を供給するパイロット操作形の電磁式圧力制御弁
を構成した。さらに、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。

【００３２】この結果、低圧域の圧力制御は小さいバネ
定数のバネで圧力制御が行なわれ、プランジャの変位量
が大きくなり感度が高くなって緻密な圧力制御を実施す
ることができる。また、高い圧力領域に移ると大きなバ
ネ定数のバネに換えられて、圧力勾配が大きくなり圧力
範囲が拡張されて広いレンジの圧力制御を行なうことが
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。

【００３３】よって、本発明によれば、高低の圧力の変
化に対応する適切な制御ができ、しかも広いレンジの圧
力制御が可能な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。

【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１の動作説明図である。

【図３】本発明実施例１の特性を示す説明図である。

【図４】本発明実施例２の構成説明図である。

【図５】本発明実施例３の構成説明図である。

【図６】先願発明の構成説明図である。

【図７】先願発明の特性を示す説明図である。

【符号の説明】

１２ リリーフ弁 １３ リリーフバネ １４ 排出口 １５ 弁座 ４０ 減圧弁 ４６ スプリング 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 パイロットバネ ６１ フラッパ ６２ フラッパバネ 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 (56)参考文献 実開 昭56−49364（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−570（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭48−7817（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭50−6818（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−104578（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−123165（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16K 17/06 F16K 17/10

Claims (3)

(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、パイロットバネにより
   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、該パイロット弁のパイロットバネに
   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、 前記パイロットバネにバネ定数の異なる複数のバネを組
   み合わせた複合バネを用いて、該複合バネを制御流体の
   圧力領域の変化に追随して切り換え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別ラインのパイロッ
   ト流体を供給する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。
3. 【請求項３】 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。