JP4110894B2 - ソレノイドバルブ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧などの流体圧力を制御するために用いられるソレノイドバルブに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のソレノイドバルブは、例えばオートマチック制御など、自動車のエンジンなどの油圧制御に利用されている。また、建設機械などの油圧を利用する分野にも広く用いられている。
【０００３】
油圧制御に用いられる、従来技術に係るソレノイドバルブについて図７を参照して説明する。図７は従来技術に係るソレノイドバルブの使用状態を示す模式的断面図である。
【０００４】
ソレノイドバルブ１００は、ソレノイド部１００Ａとバルブ部１００Ｂとから構成される。このソレノイドバルブ１００は、スプールバルブタイプの２方向制御弁である。
【０００５】
ソレノイド部１００Ａにおいては、電磁力によってプランジャ１０１を駆動する機能を有し、通電量に応じて、プランジャ１０１のストロークを制御することが可能である。
【０００６】
バルブ部１００Ｂにおいては、プランジャ１０１の移動と共に移動するスプール１０２が設けられている。なお、この従来例では、プランジャ１０１とスプール１０２が一体となった構成を示している。
【０００７】
スプール１０２の外周側には、スプール１０２を案内するバルブスリーブ１０３が設けられている。
【０００８】
そして、スプール１０２とバルブスリーブ１０３には、ドレインポートを形成するための貫通孔１０２ａ，１０３ａがそれぞれ設けられている。このように貫通孔１０２ａ，１０３ａによってドレインポートを形成したことによって、スプール１０２のストローク量に応じてドレインポートの開口面積が変化してドレイン量を制御することを可能としている。なお、図中、矢印Ｄがドレインの流れを示している。
【０００９】
この従来例の場合には、通電量を大きくするほど、プランジャ１０１がセンターポスト１０４方向に移動して、ドレインポートの開口面積を大きくする構成である。
【００１０】
そして、この従来例では、バルブ部１００Ｂの上流側を元圧側（図中矢印Ｐ０が元圧側の油の流れを示している）とし、下流側を制御圧側（図中矢印Ｐｃが制御圧側の油の流れを示している）とするように、バルブ部１００Ｂが取り付けられる。なお、図中Ｏはオリフィスを示している。
【００１１】
このような構成により、元圧側から流れてきた油は、制御圧側へと流れるが、その流量は、ドレイン量に応じて変化する。従って、上述のようにドレイン量を制御することによって、制御圧側に流れる油の流量を制御し、その流体圧力を制御することが可能となる。
【００１２】
このような制御システムにおける、ソレノイドへの通電量と制御圧とドレインの流量の関係を図８に示している。図８は従来技術に係るソレノイドにおける、ソレノイドへの通電量と制御圧とドレインの流量の関係を示すグラフである。
【００１３】
図示のように、ソレノイド部１００Ａへの通電量を大きくするにつれて、ドレインの流出量は増加する。これにより、制御圧側への流量が減っていくため、制御圧は下がっていく。
【００１４】
このように、制御圧を低くすればするほど、ドレイン量が増加するようになっていた。
【００１５】
ここで、上述した元圧側からの油は、オイルポンプ等の不図示のオイル供給装置によって供給される。
【００１６】
従って、ドレイン量が増加するほど、オイル供給装置によって供給される油の無駄な量が増加することになる。また、これにより、オイル供給装置への負荷が徒に大きくなってしまうことになる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来技術に係るソレノイドバルブを用いて流体制御を行う場合には、ドレイン量が大きくなり、オイル供給装置の負担が大きくなってしまうという問題があった。
【００１８】
本発明の目的は、流体制御を行う際のドレイン量の低減を図ったソレノイドバルブを提供することにある。
【００１９】
【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、いわゆるスプールバルブタイプの制御弁であり、ドレイン量により制御圧が制御される構成のソレノイドバルブにおいて、スプールの移動に応じてドレインポートの開口面積が大きくなるにつれて、供給ポートの開口面積が小さくなることを特徴とするものである。
【００２０】
より具体的には、励磁手段への通電及び非通電に応じて往復動するプランジャと、先端側から軸心に沿って流体の流路となる穴を有し、かつ側面側にはこの穴に連通する第１貫通孔及び第２貫通孔を有する、前記プランジャの動きに従って往復動するスプールと、該スプールに設けられた第１貫通孔及び第２貫通孔に対応する位置にそれぞれ第１貫通孔及び第２貫通孔が設けられており、内壁面により前記スプールの移動を案内する筒状のバルブスリーブと、前記スプールの移動に伴って開口面積が変化する、前記スプールの第２貫通孔と前記バルブスリーブの第２貫通孔によって形成される供給ポートと、前記スプールの移動に伴って開口面積が変化する、前記スプールの第１貫通孔と前記バルブスリーブの第１貫通孔によって形成されるドレインポートと、前記スプールの移動にかかわらず一定の開口面積を有する、前記スプールの前記穴の開口部と前記筒状のバルブスリーブの開口部によって形成される制御ポートと、を備えたソレノイドバルブにおいて、前記バルブスリーブに設けられた第２貫通孔は、該バルブスリーブの内壁面に設けられた溝の中に形成されており、前記ドレインポートの開口面積の変化に伴うドレイン量の変化に応じて、前記制御ポートからの流体圧力が制御されるソレノイドバルブであって、前記スプールの移動に応じて前記ドレインポートの開口面積が大きくなる過程において、前記供給ポートの開口面積は、前記ドレインポートの面積が所定面積に達するまでは一定に保った後に、最大面積から最小面積へと移行することを特徴とするものである。
【００２１】
ここで、最小面積には、面積が０の場合、すなわち、流路が遮断される場合も含まれる。本発明の構成によれば、ドレインポートの開口面積が大きくなるにつれて、供給ポートの開口面積が小さくなるため、流体の供給量を制限することができ、ドレイン量を低減させることが可能となる。また、ドレインポートの開口面積が所定面積になるまでは、供給ポートの開口面積を最大面積のままで制御圧を制御できる。つまり、この間は、供給ポート側の開口面積は一定であるため、ドレインポートの開口面積の変化のみに応じた制御圧の制御が可能となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２６】
（第１の実施の形態）
図１〜図４を参照して、本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドバルブについて説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドバルブの使用状態を示す模式的断面図である。図２は本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドバルブにおけるバルブスリーブの模式的断面図の一部である。図３は本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドバルブの駆動時の様子を示す模式的断面図である。図４は本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドにおける、ソレノイドへの通電量と制御圧とドレインの流量の関係を示すグラフである。
【００２７】
ソレノイドバルブ１は、ソレノイド部１Ａとバルブ部１Ｂとから構成される。本実施の形態に係るソレノイドバルブ１は、スプールバルブタイプの３方向制御弁である。
【００２８】
まず、ソレノイド部１Ａについて説明する。
【００２９】
ソレノイド部１Ａは、通電により磁界を発生する励磁手段であるコイル４と、コイル４によって発生した磁界により磁気回路が形成されることでセンターポスト３に磁気的に吸引されるプランジャ２と、プランジャ２の軸受となるスリーブ５と、磁気回路の一部となるアッパープレート６と、プランジャ２をセンターポスト３から離間させる方向に付勢する付勢手段であるスプリング７と、ケース８などを備えている。
【００３０】
また、ソレノイド部１Ａは、ケース８の外側に、コイル４に通電するために外部電源と電気的接続を行うコネクタ９や所定の位置にソレノイドバルブ１を固定するためのブラケット１４なども備えている。
【００３１】
バルブ部１Ｂは、プランジャ２に固定されたスプール１０と、スプール１０の動き（移動）を案内（ガイド）するバルブスリーブ１１と、を備えている。バルブスリーブ１１は、その中央付近の内径をプランジャ２の外径と略等しくして、プランジャ２の軸受としても機能している。
【００３２】
スプール１０は、その先端側から、軸心に沿って流体の流路となる穴１０ｄが設けられている。そして、スプール１０の側面側には、この穴１０ｄに連通する第１貫通孔１０ａ及び第２貫通孔１０ｂが設けられている。
【００３３】
一方、筒状のバルブスリーブ１１には、スプール１０に設けられた第１貫通孔１０ａ及び第２貫通孔１０ｂに対応する位置に、それぞれ第１貫通孔１１ａ及び第２貫通孔１１ｂが設けられている。
【００３４】
ここで、本実施の形態においては、図２に示すように、バルブスリーブ１１の第２貫通孔１１ｂは、バルブスリーブ１１の内壁面に設けられた溝１１ｄの中に形成されている。
【００３５】
そして、スプール１０に設けられた第１貫通孔１０ａとバルブスリーブ１１に設けられた第１貫通孔１１ａによってドレインポートを形成し、スプール１０に設けられた第２貫通孔１０ｂとバルブスリーブ１１に設けられた第２貫通孔１１ｂによって供給ポートを形成し、スプール１０に設けられた穴ｄの開口部１０ｃとバルブスリーブ１１の開口部１１ｃによって制御ポートを形成している。
【００３６】
なお、ソレノイドバルブ１が所定位置に取り付けられる場合には、バルブ部１Ｂに、図１に示すようにＯリング１２，１３が装着されて、各ポート間の流体の漏れが防止される。
【００３７】
次に、このように構成されたソレノイドバルブ１の動作について説明する。
【００３８】
プランジャ２は、コイル４に通電していない状態では、センターポスト３から離間する方向に位置する構成となっている。すなわち、本実施の形態では、プランジャ２を、スプリング７によってバルブ部１Ｂ方向に付勢することによって、プランジャ２をセンターポスト３から離間させている。
【００３９】
そして、コイル４に通電することによって、コイルの周りのアッパープレート６，プランジャ２，センターポスト３，ケース８などを通る磁気回路が形成され、プランジャ２はセンターポスト３に磁気的に吸引される。
【００４０】
従って、コイル４に通電する電流の大きさによって、磁気力を制御することができ、これによりプランジャ２の移動量を制御することでスプール１０のストローク量を制御できる。これにより流体の流量を制御し、油圧制御などの各種流体圧力制御等を行うことができる。
【００４１】
本実施の形態においては、ドレインポートと供給ポートは、スプール１０のストローク制御によって、第１貫通孔１０ａと第１貫通孔１１ａの孔軸の相対的な位置関係及び第２貫通孔１０ｂと第２貫通孔１１ｂの孔軸の相対的な位置関係が変化するため、ポートの開口面積が変化する構成である。
【００４２】
ただし、本実施の形態においては、バルブスリーブ１１の第２貫通孔１１ｂは、バルブスリーブ１１の内壁面に設けられた溝１１ｄの中に形成する構成を採用している。従って、実際上は、スプール１０に設けられた第２貫通孔１０ｂとバルブスリーブ１１の内壁面に設けられた溝１１ｄとの相対的な位置関係によって供給ポートの開口面積が変化する構成である。従って、供給ポートからの供給量制御を適正に行うために、スプール１０のストローク量により溝１１ｄとラップする面積が適正に変化するように、スプール１０に対する第２貫通孔１０ｂの位置・形状・大きさを設定する必要がある。
【００４３】
一方、制御ポートは、スプール１０に設けられた穴ｄの開口部１０ｃの中心とバルブスリーブ１１の開口部の中心との位置関係は、スプール１０の移動にかかわらず変化しないためポートの開口面積は一定である。
【００４４】
次に、特に図３を参照して、流体制御について更に詳しく説明する。
【００４５】
図３（Ａ）は通電量が小さく、制御圧が大きい状態におけるスプール１０とバルブスリーブ１１との位置関係を示している。
【００４６】
通電量が小さい場合には、上述のようにプランジャ２はセンターポスト３から離間する位置にある。従って、スプール１０は図３中右方に位置する。
【００４７】
通電量が０の場合には、スプール１０は最も右方に位置し、ドレインポートは完全に閉じた状態（開口面積が最小の状態）となり、一方、供給ポートは完全に開いた状態（開口面積が最大の状態）となる。
【００４８】
この場合には、供給ポートから供給される流体は、全て制御ポートに送られるため、制御ポートを流れる流量は最大となり、流体圧力も最大となる。なお、供給ポートにおいては、バルブスリーブ１１に設けられた第２貫通孔１１ｂから、バルブスリーブ１１の内壁面に設けられた溝１１ｄに送られて、この溝１１ｄからスプール１０に設けられた第２貫通孔１０ｂにより穴１０ｄ内へと送られる。第２貫通孔１０ｂはオリフィスの機能を発揮する。
【００４９】
そして、通電量を徐々に上げていくと、スプール１０は、その通電量に比例して、図３中左方へと移動する。これに伴って、ドレインポートが開いていく。一方、供給ポートの開口面積は、ドレインポートの開口面積がある面積に達するまでは一定（開口面積が最大の状態）のままである。図３（Ａ）では、ドレインポートが開き始めの状態を示している。
【００５０】
このように、ドレインポートが開いている状態では、供給ポートから供給される流体は、一部がドレインポートから流出し、残りが制御ポートに送られる。従って、ドレインポートの開口面積が増えて、ドレイン量が増加するにつれて、制御ポートに送られる流量が減少し、流体圧力（制御圧）も減少することになる。
【００５１】
そして、通電量が低い状態では、供給ポートの開口面積が一定であることから、制御圧はドレインポートの開口面積の変化によってのみ制御することが可能である。
【００５２】
そして、通電量がある一定値を越えて、スプール１０のストローク量がある一定値を越えると、スプール１０に設けられた第２貫通孔１０ｂがバルブスリーブ１１の内壁面に設けられた溝１１ｄの位置から外へと移動していく。これにより、供給ポートの開口面積が徐々に小さくなっていく。図３（Ｂ）は、供給ポートの閉じ始めの状態を示している。
【００５３】
このように通電量がある一定値を越えて、供給ポートが閉じていく過程においては、制御圧は、ドレインポートの開口面積の変化と供給ポートの開口面積の変化によって制御される。
【００５４】
そして、更に電流値が高くなると、スプール１０は更に左方へと移動して、供給ポートは完全に閉じた状態（開口面積が最小の状態）となる。一方、ドレインポートは完全に開いた状態（開口面積が最大の状態）となる。この状態を示したのが図３（Ｃ）である。
【００５５】
この状態では、供給ポートからの流体の供給がほとんどないため、ドレインポートから排出されるドレイン量、及び制御ポートに送られる流量はいずれもほとんど０となる。
【００５６】
このように、本実施の形態においては、ドレインポートの開口面積が徐々に増えていき、ある面積を越えると、供給ポートの開口面積が最大面積から最小面積へと移行していくようにした。なお、ドレインポートの開口面積が最大になる時と、供給ポートの開口面積が最小となる時の前後については、制御圧との関係で適宜定めればよい。
【００５７】
本実施の形態に係るソレノイドバルブを採用した制御システムにおける、ソレノイドへの通電量と制御圧とドレイン流量の関係を示したのが図４である。
【００５８】
図示のように、ソレノイド部１Ａへの通電量を大きくするにつれて、ドレインの流出量は増加する。これにより、制御圧側への流量が減っていくため、制御圧は下がっていく。
【００５９】
しかし、本実施の形態においては、従来技術の場合とは異なり、通電量がある値を越えると、供給ポートの開口面積が小さくなっていき、供給量が減少していくため、ドレインの流出量は減少していく。そして、ドレインの流出量が減少していく過程においてもドレインポートの開口面積は増えていくため、ドレインポートの開口面積の増加と供給ポートからの流体の供給量の減少により、制御圧に関しては、従来技術と同様に減少していく。
【００６０】
以上のように、本実施の形態に係るソレノイドバルブを採用したことによって、電流量が大きい状態、すなわち、制御圧が低い状態におけるドレイン流出量を低減することが可能となった。また、ソレノイド部への通電量に対する制御圧特性を簡単に従来技術と同様にすることもできた。
【００６１】
従って、無駄なドレインを低減することができ、オイルポンプなどの流体供給装置（オイル供給装置）への負荷を減少することが可能となった。また、オートマチック制御など、エンジンに本システムを採用することで、オイルポンプへの負担が減ることから、燃費の節約やオイルポンプの小型化を図ることもできるようになった。
【００６２】
また、従来利用しているシステムに対して、本実施の形態に係るソレノイドバルブを適用する場合であっても、制御圧特性を簡単に従来と同様にできるため、ソレノイドバルブ変更によるシステムへの影響を小さくしつつ、上記流体供給装置への負担を減少させることができるという利点もある。
【００６３】
（第２の実施の形態）
図５には、第２の実施の形態が示されている。本実施の形態では、バルブスリーブの軸受構造が上記第１の実施の形態とは異なる構成について説明する。
【００６４】
その他の構成および作用については第１の実施の形態と同一なので、同一の構成部分については、その説明は省略する。
【００６５】
図５は本発明の第２の実施の形態に係るソレノイドバルブの模式的断面図である。
【００６６】
図５中、２２はプランジャを示し、２３はスプールを示し、２４はバルブスリーブを示している。
【００６７】
上記第１の実施の形態においては、バルブスリーブの中央付近の内径をプランジャの外径と略等しくして、バルブスリーブの中央付近をプランジャの軸受として機能させていた。
【００６８】
これに対して、本実施の形態に係るソレノイドバルブ２１では、バルブスリーブ２４の中央付近の内径をスプール２３の外径と略等しくして、バルブスリーブ２４の中央付近をスプール２３の軸受として機能させる構成とした。つまり、図に示すように、バルブスリーブ２４の中央付近に、スプール２３の軸受部２４ａを設ける構成とした。
【００６９】
その他の構成、及び制御方法等については上記第１の実施の形態と同様であるので、その説明は省略する。
【００７０】
（第３の実施の形態）
図６には、第３の実施の形態が示されている。本実施の形態では、ドレインポートと供給ポートの構成が、上記第２の実施の形態とは異なる構成について説明する。
【００７１】
その他の構成および作用については第２の実施の形態と同一なので、同一の構成部分については、その説明は省略する。
【００７２】
図６は本発明の第３の実施の形態に係るソレノイドバルブの模式的断面図である。
【００７３】
本実施の形態に係るソレノイドバルブ３１においては、スプール３２の側壁面側の外周面に、ドレインポートから供給ポートに至る範囲にわたって流路となる溝３２ａを設けている。
【００７４】
そして、溝３２ａの中に、第２貫通孔３２ｂを設けている。本実施の形態では、上記第１，２の実施の形態における第１貫通孔に相当する貫通孔は設けられていない。
【００７５】
また、本実施の形態では、スプール３２の先端側に設けられた穴３２ｃは、上記第１，２の実施の形態の場合と比較して、深さが浅く構成されている。これは、制御ポートとドレインポートを繋ぐ流路が、上記第１，２の実施の形態の場合には、スプール先端側に設けられた穴と、スプールに設けた第１貫通孔によって構成されていたのに対して、本実施の形態では、穴３２ｃと、穴３２ｃの開口部側の近くに設けられた第２貫通孔３２ｂと溝３２ａとにより構成されているからである。
【００７６】
また、バルブスリーブ３３には、上記各実施の形態と同様に、第１貫通孔３３ａ及び第２貫通孔３３ｂを設けている。ただし、上記各実施の形態においては、スプールに設けた第２貫通孔をオリフィスとして機能させているのに対して、本実施の形態では、バルブスリーブ３３に設けた第２貫通孔３３ｂをオリフィスとして機能させている。
【００７７】
このように、本実施の形態では、バルブスリーブ３３に設けた第１貫通孔３３ａとスプール３２に設けた溝３２ａによってドレインポートを構成している。また、バルブスリーブ３３に設けた第２貫通孔３３ｂとスプール３２に設けた溝３２ａ及び第２貫通孔３２ｂによって供給ポートを構成している。
【００７８】
スプール３２のストローク量に応じて、ドレインポートの開口面積及び供給ポートの開口面積が変化する点、及び、その変化のさせ方による制御特性に関しては、上記第１の実施の形態で説明した通りであるので、その説明は省略する。
【００７９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のソレノイドバルブにより、流体制御を行う際のドレイン量の低減を図ることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドバルブの使用状態を示す模式的断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドバルブにおけるバルブスリーブの模式的断面図の一部である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドバルブの駆動時の様子を示す模式的断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドにおける、ソレノイドへの通電量と制御圧とドレインの流量の関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係るソレノイドバルブの模式的断面図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係るソレノイドバルブの模式的断面図である。
【図７】従来技術に係るソレノイドバルブの使用状態を示す模式的断面図である。
【図８】従来技術に係るソレノイドにおける、ソレノイドへの通電量と制御圧とドレインの流量の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ ソレノイドバルブ
１Ａ ソレノイド部
１Ｂ バルブ部
２ プランジャ
３ センターポスト
４ コイル
５ スリーブ
６ アッパープレート
７ スプリング
８ ケース
９ コネクタ
１０ スプール
１０ａ 第１貫通孔
１０ｂ 第２貫通孔
１０ｃ 開口部
１０ｄ 穴
１１ バルブスリーブ
１１ａ 第１貫通孔
１１ｂ 第２貫通孔
１１ｃ 開口部
１１ｄ 溝
１２，１３ Ｏリング
１４ ブラケット
２１ ソレノイドバルブ
２２ プランジャ
２３ スプール
２４ バルブスリーブ
２４ａ 軸受部
３１ ソレノイドバルブ
３２ スプール
３２ａ 溝
３２ｂ 第２貫通孔
３２ｃ 穴
３３ バルブスリーブ
３３ａ 第１貫通孔
３３ｂ 第２貫通孔

Claims (1)

1. 励磁手段への通電及び非通電に応じて往復動するプランジャと、
   先端側から軸心に沿って流体の流路となる穴を有し、かつ側面側にはこの穴に連通する第１貫通孔及び第２貫通孔を有する、前記プランジャの動きに従って往復動するスプールと、
   該スプールに設けられた第１貫通孔及び第２貫通孔に対応する位置にそれぞれ第１貫通孔及び第２貫通孔が設けられており、内壁面により前記スプールの移動を案内する筒状のバルブスリーブと、
   前記スプールの移動に伴って開口面積が変化する、前記スプールの第２貫通孔と前記バルブスリーブの第２貫通孔によって形成される供給ポートと、
   前記スプールの移動に伴って開口面積が変化する、前記スプールの第１貫通孔と前記バルブスリーブの第１貫通孔によって形成されるドレインポートと、
   前記スプールの移動にかかわらず一定の開口面積を有する、前記スプールの前記穴の開口部と前記筒状のバルブスリーブの開口部によって形成される制御ポートと、
   を備えたソレノイドバルブにおいて、
   前記バルブスリーブに設けられた第２貫通孔は、該バルブスリーブの内壁面に設けられた溝の中に形成されており、
   前記ドレインポートの開口面積の変化に伴うドレイン量の変化に応じて、前記制御ポートからの流体圧力が制御されるソレノイドバルブであって、
   前記スプールの移動に応じて前記ドレインポートの開口面積が大きくなる過程において、前記供給ポートの開口面積は、前記ドレインポートの面積が所定面積に達するまでは一定に保った後に、最大面積から最小面積へと移行することを特徴とするソレノイドバルブ。

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