JP3412967B2 - 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、例えば各種油，空圧機
器等の制御に用いられる制御弁に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来のこの種の制御弁としては、例えば
図４に示すようなものがある。即ち、この制御弁はソレ
ノイドバルブ１００であり、軸方向に貫通する中空部１
０１を有するソレノイド１０２と、このソレノイド１０
２の中空部１０１内に往復移動自在に挿入される弁体と
しての磁性体製のプランジャ１０３と、プランジャ１０
３と対向して中空部１０１内に挿入固定される固定鉄心
１０４と、プランジャ１０３及び固定鉄心１０４の外周
に設けられるコイル１０５と、プランジャ１０３と対向
する位置に設けられる弁座１０６と、弁座１０６に開口
する制御流体が流れる制御流路１０７とを備えている。 【０００３】そして、このソレノイドバルブ１００は、
ソレノイド１０２のコイル１０５への非通電時、プラン
ジャ１０３と固定鉄心１０４間に設けられている付勢手
段としてのスプリング１０８のスプリング力によって、
プランジャ１０３が弁座１０６側に付勢され、プランジ
ャ１０３が弁座１０６に当接し、制御流路１０７が閉ざ
される。 【０００４】また、ソレノイド１０２のコイル１０５へ
の通電時は、スプリング１０８のスプリング力に抗して
プランジャ１０３が固定鉄心１０４に磁気吸引され、プ
ランジャ１０３は弁座１０６から離間する。これによ
り、制御流路１０７が開口し、制御流路１０７とソレノ
イド１０２に取付けられている入力流路１０８とが連通
し、入力流路１０８からの流体が制御流路１０７側に流
れることになる。 【０００５】即ち、プランジャ１０３を弁座１０６に接
離して制御流路１０７を開閉制御して、流量の制御を行
っている。そこで、その流量制御をソレノイド１０２に
印加する電圧のデューティー比を変えることにより行っ
た場合、図５に示すようなデューティー比−流量特性
（Ａ線）となる。つまり、デューティー比（％）が高く
なるほど流量が大きくなっている。プランジャ３が全開
となるデューティー比１００％が最大流量を表してい
る。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、低デュ
ーティー比領域、特に立ち上がり直後のデューティー比
においては、制御流量がばらつくために、その制御時に
おける制御流量のばらつきの許容範囲（以下、制御流量
の公差という）が非常に小さくなった場合、装置での対
応が困難であった。 【０００７】このため、各構成部品の寸法公差を小さく
管理したり、ソレノイド１０２の構成部品（スプリング
１０８，コイル１０５等）を規格に合う様に変更した
り、あるいは低デューティー比領域用のソレノイドバル
ブと高デューティー比領域用のソレノイドバルブとの２
個を使用したりする必要があった。 【０００８】また、上記したように低デューティー比領
域（立ち上がりデューティー比付近）の制御流量の公差
を小さく、しかも流量を小さくする必要が生じた場合、
小径のオリフィスを制御流路１０７の途中に設けること
が考えられるが、デューティー比１００％であっても、
図５に示すＡ線における最大流量までの確保が難しくな
る（図５中Ｂ線参照）。そのため、最大流量を確保し得
る大流量用のソレノイドバルブが必要となり、上記した
ようにソレノイドバルブが２個となり、大型化となる。 【０００９】本発明は上記した従来技術の課題を解決す
るためになされたもので、その目的とするところは、制
御流量のばらつきの大きい流量制御の初期時におけるば
らつきを小さくできると共に、大流量の制御も可能と
し、小型化をも図り得る制御弁を提供することにある。 【００１０】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明にあっては、弁体を、流路の中途部に有する
弁座に接離して、前記流路を開閉制御する制御弁におい
て、前記弁座の下流側流路を形成する流路形成部と、該
流路形成部内周に摺動自在に挿入され、往復移動可能な
可動部材と、該可動部材に軸方向に貫通形成されるオリ
フィスと、前記流路形成部に設けられ、前記可動部材の
移動によって可動部材の上流側と下流側とが連通する第
２流路とを備えたことを特徴とする。 【００１１】 【作用】上記構成の制御弁にあっては、弁座の下流側流
路を形成する流路形成部内周に摺動自在に挿入され、往
復移動可能なオリフィスを有する可動部材は、可動部材
の上流側と下流側との差圧によって移動することにな
り、この移動により流路形成部に設けられた第２流路が
連通することになる。 【００１２】そのため、制御弁を、例えば、弁体の駆動
手段をソレノイドとし、このソレノイドに印加する電圧
のデューティー比を変えることにより、バルブの開閉を
制御し、流量制御するものとした場合には次の通りとな
る。 【００１３】初期時、即ち低デューティー比領域では、
弁座下流側流路を流れる流量が小さいため、可動部材の
上流側と下流側との差圧が小さくなる。そのため、可動
部材は移動しなくなり、第２流路は遮断され、流路は可
動部材のオリフィスのみとなる。 【００１４】従って、低デューティー比領域での流量
は、可動部材に有するオリフィスの径のみによって決定
される。そのため、制御流量のばらつきの範囲としての
制御流量公差は、オリフィスの径の寸法公差のみに影響
されるだけなので、そのときの制御流量のばらつきを小
さくすることができる。 【００１５】そして、デューティー比が増加し（中，高
デューティー比領域）、弁座下流側流路を流れる流量が
大きくなっていくと、可動部材の上流側と下流側との差
圧が大きくなっていく。これにより、可動部材は移動
し、第２流路が開いていき、第２流路にて可動部材の上
流側と下流側とが連通することになる。 【００１６】従って、弁座下流側流路は、オリフィスの
径と第２流路の２つとなるため、制御流量は増大するこ
とになり、高デューティー比領域での大流量の制御が可
能となる。 【００１７】このように、大流量用の制御弁を別に用意
することなく、大流量の制御が可能となるので、大型に
なることもない。 【００１８】 【実施例】以下に本発明を図示の実施例に基づいて説明
する。本発明の一実施例に係る制御弁を示す図１及び図
２において、１は制御弁としてのソレノイドバルブ全体
を示すもので、アクチュエータとしてのソレノイド本体
２と弁本体２０とを備えている。 【００１９】ソレノイドバルブ１は、概略、ソレノイド
本体２と、ソレノイド本体２により往復駆動される弁体
としての磁性体製のプランジャ３と、プランジャ３が接
離する流路４の中途部に設けられた弁座５とを備えてお
り、プランジャ３が弁座５に接離することによって流路
４を開閉し、流量を制御するもので、かつ弁座５の下流
側流路である制御流路６内に弁機構７を設けたものであ
る。 【００２０】ソレノイド本体２は、ケース８と、ケース
８内にモールド化して収納される軸方向に貫通した中空
部９を有するボビン１０に巻付けられたコイル１１と、
中空部９内に挿入固定される固定鉄心１２と、固定鉄心
１２と対向して設けられ、往復移動自在に軸受１３を介
して挿入されるプランジャ３と、固定鉄心１２を位置決
めすると共に固定鉄心１２からの磁路をケース８に案内
するための環状のアッパープレート１４と、ボビン１０
を介してコイル１１を保持すると共にケース８からの磁
路をプランジャ３に案内するための環状のロアプレート
１５と、プランジャ３と固定鉄心１２との間に設けられ
るプランジャ３を固定鉄心１２から離間する方向に付勢
する付勢手段としてのスプリングＡ１６とを備えてい
る。 【００２１】プランジャ３は、有底の筒状部材で、底の
ほぼ中央部には孔３１を有するもので、その孔３１を介
して底の両側端面にゴム状弾性体１７が固定されてい
る。このゴム状弾性体１７の弁座５側端面は、弁座５に
接離可能に幅広くなっており、その弁座５１に接する部
分は、弁座５側に若干突出している。このように、ゴム
状弾性体１７を設けていることから、プランジャ３が弁
座５に衝突した際の衝撃音が低減される。 【００２２】一方、プランジャ３の弁座５側の開口端部
周縁にはゴム状弾性体製のシム１８が設けられている。
これにより、磁気吸引時にプランジャ３が固定鉄心１２
に衝突した際の衝撃音の低減を図っている。 【００２３】そして、プランジャ３内にスプリングＡ１
６が挿入されており、このスプリングＡ１６は、一端が
プランジャ３の底のゴム状弾性体１７に当接し、他端が
固定鉄心１２の端面に当接してプランジャ３を弁座５側
に付勢している。 【００２４】このように構成されたソレノイド本体２の
図中下側に弁本体２０が、その制御流路６とプランジャ
３とが同軸上となるようにケース８にて一体的に取付け
られている。 【００２５】弁本体２０は、制御流路６を形成する流路
形成部としてのプランジャ３と同軸上に伸びる管Ａ２１
と、管Ａ２１内に設けられる弁機構７と、管Ａ２１に対
してほぼ直角の位置に設けられ、流体を入力するための
入力流路２２を形成するための管Ｂ２３と、管Ａ２１と
管Ｂ２３とが接続される略凹形状のボディ部２４とを備
えており、管Ｂ２４と管Ａ２１とでボディ部２４内部を
介して流体が入力流路２２から制御流路６に流れる流路
４を形成している。 【００２６】管Ａ２１は、ボディ部２４の内部まで伸び
ており、その先端部が弁座５を成している。そして、ボ
ディ部２４より外部の管Ａ２１内に弁機構７が設けられ
ている。 【００２７】弁機構７は、スリーブ７１と、スリーブ７
１の内周に摺動自在に挿入され、往復移動可能な可動部
材７２と、可動部材７２のほぼ中心軸線上に貫通形成さ
れたオリフィス７３と、スリーブ７１に設けられ、可動
部材７２が移動することにより、可動部材７２の上流側
と下流側とを連通する第２流路としてのスリーブ流路７
４とを備えている。 【００２８】一方、管Ａ２１のボディ部２４の外部側
は、ボディ部２４の内部側の内径より段を有して大きく
なっており、その大径部２１Ａの内周面に密接状態でス
リーブ７１が段差面に当接して取付けられている。即
ち、スリーブ７１も制御流路６の流路形成部を成してい
る。 【００２９】スリーブ７１の内径は、弁座５側から段々
大きくなっており、順に小径部７１Ａ、中径部７１Ｂ、
大径部７１Ｃを有している。中径部７１Ｂは、小径部７
１Ａと大径部７１Ｃに比べて長くなっており、この中径
部７１Ｂにスリーブ流路７４が形成されている。 【００３０】スリーブ流路７４は、図１及び図２に示す
ように断面で見て両側に設けられており、断面コ字状を
成している。詳述すると、スリーブ流路７４は、軸方向
所定間隔を有して可動部材７２の上流側と下流側に設け
られる中径部７１Ｂを径方向に貫通する孔７４Ａ，７４
Ｂと、その孔７４Ａと孔７４Ｂとの間の外径が他の小径
部７１Ａと大径部７１Ｃより小径となっていることから
による、その外周面と管Ａ２１の大径部２１Ａの内周面
との空隙７４Ｃとから成っている。 【００３１】そして、スリーブ７１の中径部７１Ｂの内
周に摺動自在にオリフィス７３を有した可動部材７２が
挿入される。この可動部材７２は、断面凸形状で、大径
部が弁座５側となっており、その端面が後述するスプリ
ングＢ７５のスプリング力にてスリーブ７１の小径部７
１Ａとの段差面に当接するようになっている。 【００３２】スリーブ７１の大径部７１の内周面にはス
プリング座７６が取付けられている。このスプリング座
７６は、座を成す径方向内方に伸びるフランジ部７６Ａ
を有する筒状部材で、その筒状部７６Ｂの内径は、スリ
ーブ７１の中径部７１Ｂとほぼ同径となっている。 【００３３】このスプリング座７６のフランジ部７６Ａ
の座面と可動部材７２の大径部と小径部の段差面間にス
プリングＢ７５が介装されており、可動部材７２の端面
がスリーブ７１の小径部７１Ａと中径部７１Ｂとの段差
面に当接するようにしている。 【００３４】この当接時、可動部材７２にてスリーブ流
路７４の可動部材７２の上流側の孔７４Ａを塞ぐように
なっている。 【００３５】ここで、上記構成のソレノイドバルブ１の
作用について説明する。 【００３６】ソレノイド本体２のコイル１１への非通電
時には、プランジャ３と固定鉄心１２間に設けられてい
るスプリングＡ１６のスプリング力によって、プランジ
ャ３が弁座５側に付勢され、プランジャ３が弁座５に当
接し、制御流路６が閉ざされる。従って、入力流路２２
からの流体は制御流路６側に流れない。 【００３７】また、ソレノイド本体２のコイル１１への
通電時には、スプリングＡ１６のスプリング力に抗して
プランジャ３が固定鉄心１２に磁気吸引され、プランジ
ャ３は弁座５から離間する。これにより、制御流路６が
開口し、制御流路６と入力流路２２とが連通し、入力流
路２２からの流体が制御流路６側に流れることになる。 【００３８】即ち、プランジャ３を弁座５に接離して制
御流路６を開閉制御して、流量の制御を行っている。 【００３９】次に、その流量制御をソレノイド本体２に
印加する電圧のデューティー比を変えることによりプラ
ンジャ３の開閉制御を行った場合について説明する。 【００４０】初期時、即ちセット時及び低デューティー
比領域（以下、デューティー域と略称する）において、
流路４に負圧（例えば、−６６．７kPa[−５００mmH
g］）が印加された場合、制御流路６を流れる流量が０
あるいは小さいため、可動部材７２の上流側と下流側と
の差圧が小さい。 【００４１】そのため、可動部材７２はスプリングＢ７
５のスプリング力によりスリーブ７１の小径部７１Ａと
中径部７１Ｂとの段差面に当接して移動しなくなり、孔
７４Ａが塞がれてスリーブ流路７４は遮断され、流路は
オリフィス７３のみとなる（図２（ａ）参照）。 【００４２】従って、低デューティー域での流量は、可
動部材７２に有するオリフィス７３の径のみによって決
定される。そのため、制御流量のばらつきの範囲として
の制御流量公差は、オリフィス７３の径の寸法公差のみ
に影響されるだけなので、制御流量のばらつきを小さく
することができる。 【００４３】そして、デューティー比が増加し（中デュ
ーティー域）、制御流路６を流れる流量が大きくなる
と、可動部材７２の上流側と下流側との差圧が大きくな
るため、可動部材７２はスプリングＢ７５のスプリング
力に抗して図２中左側に移動することになる。これによ
り、孔７４Ａが開き、スリーブ流路７４にて可動部材７
２の上流側と下流側とが連通することになる（図２
（ｂ）参照）。 【００４４】従って、制御流路６は、オリフィス７３の
径とスリーブ流路７４の２つとなるため、制御流量が増
大する。 【００４５】さらに、デューティー比が増加すると（高
デューティー域）、可動部材７２はスプリングＢ７５の
スプリング力に抗してさらに図２中左側に移動し、孔７
４Ａが全開となり（図２（ｃ）参照）、弁機構７を有し
ていない従来のソレノイドバルブと同様な最大流量の確
保が可能となる。 【００４６】尚、本実施例では可動部材７２の先端部に
縮径となるテーパ面を有しているため、スリーブ流路７
４の孔７４Ｂからの流体の流れがスムーズである。 【００４７】以上のことから、本実施例に係るデューテ
ィー比−流量特性は、図３に示すような破線となると予
想される。尚、図３中Ａ線は従来のソレノイドバルブの
特性であり、Ｂ線は単にオリフィスを設けた場合の特性
を示している（従来技術で示した内容）。 【００４８】即ち、ばらつきの大きい流量制御の初期時
における制御流量のばらつきを小さくできると共に、大
流量の制御も可能となる。 【００４９】このことから、各構成部品の寸法公差を小
さく管理することなく、可動部材７２のオリフィス７３
の径の寸法公差のみを管理すれば良いので、製作の容易
化を図ることができる。 【００５０】加えて、小制御流量用のソレノイドバルブ
と大制御流量用のソレノイドバルブとの２つを用いるこ
となく、制御流路６内に弁機構７を設けるだけで良いた
め、大型になることはない。言い換えれば小型化を図る
ことができる。 【００５１】尚、上記実施例では、制御方法としてデュ
ーティー制御を用いたものを例にとって説明したが、こ
れに限るものではなく、その他比例制御等に用いても同
様に適用することができる。 【００５２】また、弁体の駆動手段として、弁体をプラ
ンジャ３としソレノイド本体２を用いたものを例にとっ
て説明したが、弁体の駆動手段としてはソレノイドに限
るものではなく、その他油圧等の流体圧を利用するもの
についても同様に適用することができる。 【００５３】さらに、弁座下流側流路である制御流路６
を形成する形成部としての管Ａ２１内にスリーブ７１を
設け、そのスリーブ７１に第２流路としてスリーブ流路
７４を設けたものを例にとって説明したが、弁座下流側
流路を形成する形成部に直接第２流路を設けたものであ
っても良い。この場合、構成部品が少なくて済む。 【００５４】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
弁座の下流側流路を形成する流路形成部内周に摺動自在
に挿入され、往復移動可能なオリフィスを有する可動部
材を設けたので、可動部材の上流側と下流側との差圧に
よって移動することになり、この移動により流路形成部
に設けられた第２流路を連通するようにしている。 【００５５】このため、制御弁を、例えば、弁体の駆動
手段をソレノイドとし、このソレノイドに印加する電圧
のデューティー比を変えることにより、バルブの開閉を
制御し、流量制御するものとした場合に、次に示す効果
を奏する。 【００５６】初期時、即ち低デューティー比領域では、
弁座下流側流路を流れる流量が小さいので、可動部材の
上流側と下流側との差圧が小さい。そのため、可動部材
は移動しなくなり、第２流路は遮断され、流路は可動部
材のオリフィスのみとなる。 【００５７】従って、低デューティー比領域での流量
は、可動部材に有するオリフィスの径のみによって決定
される。そのため、制御流量のばらつきの範囲としての
制御流量公差は、オリフィスの径の寸法公差のみに影響
されるだけなので、そのときの制御流量のばらつきを小
さくすることができる。 【００５８】そして、デューティー比が増加し（中，高
デューティー比領域）、弁座下流側流路を流れる流量が
大きくなっていくと、可動部材の上流側と下流側との差
圧が大きくなっていく。これにより、可動部材は移動
し、第２流路が開いていき、第２流路にて可動部材の上
流側と下流側とが連通することになる。 【００５９】従って、弁座下流側流路は、オリフィスの
径と第２流路の２つとなるため、制御流量は増大するこ
とになり、高デューティー比領域での大流量の制御が可
能となる。 【００６０】このように、ばらつきの大きい流量制御の
初期時において制御流量のばらつきを小さくできると共
に、大流量の制御も可能となり、品質の向上を図ること
ができる。 【００６１】このことから、各構成部品の寸法公差を小
さく管理することなく、可動部材のオリフィスの径の寸
法公差のみを管理すれば良いので、製作の容易化を図る
ことができる。 【００６２】加えて、小制御流量用の制御弁と大制御流
量用の制御弁との２つを用いることなく、流路形成部内
に上記した弁機構を設けるだけで良いため、大型になる
ことがない。言い換えれば小型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】図１は本発明の一実施例に係る制御弁としての
ソレノイドバルブの断面図である。 【図２】図２は図１のソレノイドバルブの弁機構の作用
を示す要部拡大図であり、同図（ａ）はセット時及び低
デューティー域の状態を示し、同図（ｂ）は中デューテ
ィー域の状態を示し、同図（ｃ）は高デューティー域の
状態を示している。 【図３】図３は図１のソレノイドバルブのデューティー
比−流量特性を示す線図である。 【図４】図４は従来の制御弁としてのソレノイドバルブ
の断面図である。 【図５】図５は従来のソレノイドバルブのデューティー
比−流量特性を示す線図である。 【符号の説明】 １ ソレノイドバルブ（制御弁） ２ ソレノイド本体 ３ プランジャ（弁体） ３１ 孔 ４ 流路 ５ 弁座 ６ 制御流路（弁座下流側流路） ７ 弁機構 ７１ スリーブ（流路形成部） ７１Ａ 小径部 ７１Ｂ 中径部 ７１Ｃ 大径部 ７２ 可動部材 ７３ オリフィス ７４ スリーブ流路（第２流路） ７４Ａ，７４Ｂ 孔 ７４Ｃ 空隙 ７５ スプリングＢ ７６ スプリング座 ７６Ａ フランジ部 ７６Ｂ 筒状部 ８ ケース ９ 中空部 １０ ボビン １１ コイル １２ 固定鉄心 １３ 軸受 １４ アッパープレート １５ ロアプレート １６ スプリングＡ １７ ゴム状弾性体 １８ シム ２０ 弁本体 ２１ 管Ａ（流路形成部） ２２ 入力流路 ２３ 管Ｂ ２４ ボディ部

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−156569（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−83457（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−174138（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−300150（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−310849（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−69979（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−62279（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16K 17/00 F16K 31/06 G05D 7/00 G05D 16/00

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 弁体を、流路の中途部に有する弁座に接
   離して、前記流路を開閉制御する制御弁において、 前記弁座の下流側流路を形成する流路形成部と、 該流路形成部内周に摺動自在に挿入され、往復移動可能
   な可動部材と、 該可動部材に軸方向に貫通形成されるオリフィスと、 前記流路形成部に設けられ、前記可動部材の移動によっ
   て可動部材の上流側と下流側とが連通する第２流路とを
   備えたことを特徴とする制御弁。