JP4935590B2 - 圧力制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧力制御装置に関し、特に、弁体と弁座とを有する弁が開閉手段により開閉されることで、弁の閉弁側における流体の圧力である制御圧が制御される圧力制御装置に関する。

開閉手段により弁が開閉されることで、弁の閉弁側における流体の圧力である制御圧が制御される圧力制御装置が知られている。圧力制御装置として、例えば、制御圧の作動油を外部に供給する供給ラインと、相対的に高圧の作動油が流れる高圧ラインとの間に設けられた制御弁を開閉することにより制御圧を制御するものがある。開閉手段は、例えば、制御弁の弁座に着座している弁体を高圧ライン側に移動することで制御弁を開弁させ、制御弁の閉弁側における作動油の圧力である制御圧を制御する。

特開平６−１９３７６４号公報（特許文献１）には、シートバルブ内部から油路を通って油が流れる際に、油路に負圧が生じてボールがシートバルブ方向に吸引されるように構成された流量制御弁が開示されている。

特開平６−１９３７６４号公報

開閉手段により弁が開閉されることで、弁の閉弁側における流体の圧力である制御圧が制御される場合、制御圧が変動した場合に制御圧の制御性を確保することが困難となることがある。これは、弁を開弁させる、即ち弁座に着座した弁体を開弁側に移動させるために必要とされる力が制御圧の変動に応じて変化してしまうためである。

制御圧による力が弁体に作用している方向と同じ方向に開弁させる場合、制御圧が大きな値である場合には、制御圧が小さな値である場合に比べて、弁体を開弁側に移動させて弁を開弁するために必要とされる力が低下する。このように制御圧の変動に応じて弁を開弁させるために必要とされる力が変化してしまう結果、制御圧の制御性が低下してしまうことがある。

本発明の目的は、弁体と弁座とを有する弁が開閉手段により開閉されることで、弁の閉弁側における流体の圧力である制御圧が制御される圧力制御装置において、制御圧の変動に起因する制御圧の制御性の低下を抑制することができる圧力制御装置を提供することである。

本発明の圧力制御装置は、弁体と弁座とを有する弁が開閉手段により開閉されることで、前記弁の閉弁側における流体の圧力である制御圧が制御される圧力制御装置であって、前記制御圧よりも高圧の一定圧力の前記流体が供給される高圧ポート及び前記制御圧が制御された前記流体を供給する制御圧ポートを有するハウジングと、前記ハウジング内に設けられ前記高圧ポートと前記制御圧ポートとを連通させる高圧流路と、前記制御圧により前記弁体に作用する力と反対方向の力を前記弁体に作用させる作用手段とを備え、前記開閉手段は、前記ハウジング内に移動自在に支持された駆動部と、前記駆動部を駆動する駆動手段とを有し、前記弁は、前記高圧流路を開閉する増圧弁であり、前記弁座は、前記増圧弁の増圧弁弁座であり、前記弁体は、前記増圧弁弁座よりも開弁側である前記高圧ポート側に配置され、かつ前記駆動部により前記開弁側に移動される増圧弁弁体であり、前記ハウジングは、前記高圧流路の外部に設けられた外部圧力室と、前記外部圧力室と前記高圧流路とを連通する連通部とを有し、前記増圧弁弁体は、前記増圧弁弁体における前記閉弁側に設けられ前記増圧弁弁座に着座する弁部と、前記増圧弁弁体における前記開弁側に設けられ、かつ前記連通部に摺動可能に支持される軸部とを有し、前記作用手段は、前記外部圧力室に供給され、かつ前記軸部のうち前記外部圧力室に露出する部分に前記圧力を生じさせる前記流体であって、前記弁体の開弁側に前記制御圧の変動に応じて変化する圧力を加え、前記制御圧の変動に応じて前記反対方向の力を変動させ、前記軸部において、前記連通部で摺動可能に支持される部分の断面積は、前記弁部が前記増圧弁弁座に着座した際における前記弁部と前記増圧弁弁座との間のシール面積に基づいて設定され、前記圧力制御装置は、更に、前記ハウジングに設けられ前記増圧弁の前記閉弁側における前記流体を排出するための減圧ポートと前記制御圧ポートとを連通させる減圧流路と、前記駆動部の移動方向において前記増圧弁と直列に配置され、かつ前記開閉手段により前記減圧流路を開閉する減圧弁とを備え、前記開閉手段は、前記駆動部を駆動して前記増圧弁が閉弁すると共に前記減圧弁が開弁する第１の流路状態と、前記増圧弁が開弁すると共に前記減圧弁が閉弁する第２の流路状態とを切り替え、前記圧力制御装置は、更に、前記外部圧力室よりも前記閉弁側に前記ハウジング内を移動自在に設けられ、前記高圧ポートと前記制御圧ポートとを連通する貫通孔を有する外部ピストンと、前記外部圧力室に対して前記制御圧よりも高圧を供給することが可能な入力部とを備え、前記増圧弁弁座は、前記貫通孔における前記外部ピストンの内部側の開口部に沿って前記外部ピストンに形成され、前記増圧弁弁体は、前記外部ピストンの内部に配置され、前記入力部は、前記開閉手段によって前記増圧弁を制御できない場合、前記制御圧よりも高圧を前記外部圧力室に供給し、前記外部圧力室の圧力によって前記外部ピストンを前記駆動部に向けて押圧して前記増圧弁を開弁することを特徴とする。

本発明の圧力制御装置において、前記制御圧ポートは、マスタシリンダに前記制御圧を供給し、前記入力部には、前記マスタシリンダに蓄圧されたマスタ圧の前記流体が供給され、前記入力部は、前記マスタ圧の前記流体あるいは前記マスタ圧よりも高圧とした前記流体を前記外部圧力室に供給することを特徴とする。

本発明の圧力制御装置において、更に、前記駆動部と前記外部ピストンとの初期相対位置を調整する位置調整機構を備えることを特徴とする。

本発明によれば、弁体と弁座とを有する弁が開閉手段により開閉されることで、弁の閉弁側における流体の圧力である制御圧が制御される圧力制御装置において、制御圧の変動に起因する制御圧の制御性の低下を抑制することができる。

以下、本発明の圧力制御装置の一実施形態につき図面を参照しつつ詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１から図３を参照して、第１実施形態について説明する。本実施形態は、弁体と弁座とを有する弁が開閉手段により開閉されることで、弁の閉弁側における流体の圧力である制御圧が制御される圧力制御装置に関する。

本実施形態の圧力制御装置（図１の符号１参照）では、増圧弁弁体（弁体、図１の符号２２参照）と増圧弁弁座（弁座、図１の符号２１ｃ参照）とを有する増圧弁が押圧ピストン（開閉手段、図１の符号１９参照）により開閉されることで、増圧弁の閉弁側における作動油（流体）の圧力である制御圧が制御される。制御圧が制御された作動油は、圧力室（図１の符号Ｒ_３参照）から制御圧ポート（図１の符号Ｐ_３参照）を通って圧力供給部（図１の符号２６参照）に供給される。

従来は、制御圧の変動に応じて増圧弁弁座２１ｃに着座した状態の増圧弁弁体２２を開弁側に移動して増圧弁を開弁させるために必要とされる力（開弁力）が変化していた。開弁力を低減させるために作動油を排出するドレイン等が設定される場合があったが、ドレインが設定されたとしても制御圧の変動に伴う開弁力の変化を抑制することはできなかった。このため、制御圧の変動に起因して制御圧の制御性が低下していた。

本実施形態では、圧力室Ｒ_３の制御圧により増圧弁弁体２２に作用する力と反対方向の力が増圧弁弁体２２に加えられる。より具体的には、増圧弁弁体２２における圧力室Ｒ_３側と反対側（開弁側）に設けられた外部圧力室（図１の符号Ｒ_５参照）に制御圧が供給される。これにより、圧力室Ｒ_３の制御圧が変動した場合の開弁力の変動が抑制される。開弁力が安定することにより、制御圧の変動に起因する制御圧の制御性の低下が抑制される。

図１は、本実施形態に係わる装置の概略構成図である。符号１は、本実施形態の圧力制御装置としてのポペット式の三方弁を示す。三方弁１は、中空円筒形状をなすハウジング１１を有する。ハウジング１１は、上部ハウジング１２と下部ハウジング１３とから構成されている。上部ハウジング１２の一部が下部ハウジング１３内に嵌め合わせられると共に上下のハウジング１２，１３が一体に固定され、内部が密閉状態となっている。

ハウジング１１の中央部には、上下方向に貫通する支持孔１４が形成されている。支持孔１４には、駆動ピストン（駆動部）１５と中間ピストン１６が支持孔１４を移動自在に設けられている。駆動ピストン１５は、円柱形状をなし、基端部（図１にて下端部）に連結部１５ａが形成され、先端部（図１にて上端部）に減圧弁弁座１５ｂが形成されている。中間ピストン１６は、円柱形状をなし、基端部（図１にて下端部）に減圧弁弁座１５ｂに着座するボール１６ａが装着され、先端部（図１にて上端部）に押圧部１６ｂが形成されている。本実施形態の減圧弁は、減圧弁弁座１５ｂと中間ピストン１６のボール１６ａを含んで構成されている。

駆動ピストン１５と中間ピストン１６との間には、リターンスプリング１７が設けられている。リターンスプリング１７の付勢力により駆動ピストン１５と中間ピストン１６とが互いに離間する方向に付勢支持されることで、ボール１６ａが減圧弁弁座１５ｂから離間している。

上部ハウジング１２の下部には、鉄製のガイド１８が固定されている。下部ハウジング１３には、押圧ピストン１９が上下方向に沿って移動自在に支持されている。また、下部ハウジング１３には、ガイド１８及び押圧ピストン１９に対向してその外側にコイル２０が設けられている。押圧ピストン１９のロッド１９ａの先端部がガイド１８を貫通して駆動ピストン１５の連結部１５ａに当接している。本実施形態の駆動手段は、押圧ピストン１９とガイド１８とコイル２０を含んで構成されている。

駆動ピストン１５は、リターンスプリング１７の付勢力により下方に付勢されており、連結部１５ａが押圧ピストン１９のロッド１９ａに当接した位置に位置決めされている。コイル２０に電流が流されることでガイド１８に電磁力が付与され、ガイド１８の吸引力により押圧ピストン１９が上方に移動される。上方に移動された押圧ピストン１９が駆動ピストン１５を押圧し、駆動ピストン１５をリターンスプリング１７の付勢力に抗して上方に移動することで、ボール１６ａを減圧弁弁座１５ｂに着座させて減圧弁を閉弁させることができる。

ハウジング１１の支持孔１４における中間ピストン１６の上方には、円筒形状をなす外部ピストン２１が支持孔１４を移動自在に設けられている。外部ピストン２１の上部には、外部ピストン２１の内部（後述する高圧室Ｒ１）と外部ピストン２１の外部（後述する外部圧力室Ｒ５）とを連通する連通部２１ａが設けられている。外部ピストン２１の下部には、外部ピストン２１を上下方向に貫通する貫通孔２１ｂが形成されている。外部ピストン２１には、貫通孔２１ｂにおける外部ピストン２１の内部側の開口部に沿って増圧弁弁座２１ｃが形成されている。

外部ピストン２１の内部には、増圧弁弁体２２が設けられている。増圧弁弁体２２の上部（開弁側）には、軸部２２ａが形成されている。増圧弁弁体２２の下部（閉弁側）には、増圧弁弁座２１ａに着座する球状の弁部２２ｂが装着されている。増圧弁弁体２２の軸部２２ａは、連通部２１ｃに摺動可能に支持されており、増圧弁弁体２２が上下方向に移動自在となっている。本実施形態の増圧弁は、増圧弁弁体２２及び外部ピストン２１の増圧弁弁座２１ｃを含んで構成されている。

外部ピストン２１と増圧弁弁体２２との間には、リターンスプリング２３が設けられている。リターンスプリング２３の付勢力により、外部ピストン２１に対して増圧弁弁体２２を中間ピストン１６側に付勢支持することで、弁部２２ｂを増圧弁弁座２１ｃに着座させている。また、中間ピストン１６は、リターンスプリング１７の付勢力により外部ピストン２１及び増圧弁弁体２２側に付勢支持されており、押圧部１６ｂが貫通孔２１ｂを通して弁部２２ｂに当接している。リターンスプリング２３の付勢力は、リターンスプリング１７の付勢力よりも大きな値に設定されている。

ハウジング１１内には、外部ピストン２１と増圧弁弁体２２の間に形成された高圧室Ｒ_１、上部ハウジング１２と駆動ピストン１５の外周部の間に形成された減圧室Ｒ_２、上部ハウジング１２と中間ピストン１６の間に形成された圧力室Ｒ_３、及びガイド１８と駆動ピストン１５の下部の間に形成された下部圧力室Ｒ_６が設けられている。駆動ピストン１５には、圧力室Ｒ_３と下部圧力室Ｒ_６とを連通させる連通孔１５ｅが設けられている。これにより、下部圧力室Ｒ_６に圧力室Ｒ_３の圧力が導かれることができる。下部圧力室Ｒ_６の圧力により、駆動ピストン１５が上方に推進されることで、駆動ピストン１５を上方に駆動する際にコイル２０に供給する電流量を低減させることができる。

上部ハウジング１２及び外部ピストン２１には、高圧室Ｒ_１と上部ハウジング１２の外部とを連通する高圧ポートＰ_１が設けられている。高圧ポートＰ_１は、高圧ラインＬ_１を介して高圧源２４に連結されている。高圧源２４は、制御圧よりも高圧の一定圧力の作動油を高圧ポートＰ_１を介して高圧室Ｒ_１に供給する。上部ハウジング１２には、減圧室Ｒ_２と上部ハウジング１２の外部とを連通する減圧ポートＰ_２が設けられている。減圧ポートＰ_２は、減圧ラインＬ_２を介してリザーバタンク２５に連結されている。上部ハウジング１２には、圧力室Ｒ_３と上部ハウジング１２の外部とを連通する制御圧ポートＰ_３が設けられている。制御圧ポートＰ_３は、制御ラインＬ_３を介して圧力供給部２６に連結されている。

中間ピストン１６の押圧部１６ｂの外径は、外部ピストン２１の貫通孔２１ｂの内径よりも小さな値とされている。よって、押圧部１６ｂにより増圧弁弁体２２の弁部２２ｂが押圧されて増圧弁弁体２２が上方（開弁側）に移動した場合に、貫通孔２１ｂにより高圧室Ｒ_１と圧力室Ｒ_３とが連通可能となる。また、リターンスプリング２３の付勢力により増圧弁弁体２２と外部ピストン２１が相対移動して増圧弁弁体２２の弁部２２ｂが外部ピストン２１の増圧弁弁座２１ｃに着座することにより、高圧室Ｒ_１と圧力室Ｒ_３が遮断可能となっている。

駆動ピストン１５には、駆動ピストン１５を軸方向に沿って貫通する軸方向貫通孔１５ｃと、軸方向貫通孔１５ｃに交差して駆動ピストン１５を径方向に沿って貫通する径方向貫通孔１５ｄが形成されている。軸方向貫通孔１５ｃ及び径方向貫通孔１５ｄにより、減圧室Ｒ_２と圧力室Ｒ_３とが連通可能とされている。また、駆動ピストン１５と中間ピストン１６が相対移動して中間ピストン１６のボール１６ａが駆動ピストン１５の減圧弁弁座１５ｂに着座して軸方向貫通孔１５ｃを遮断することにより、減圧室Ｒ_２と圧力室Ｒ_３が遮断可能となっている。

上部ハウジング１２と外部ピストン２１の上部の間には、外部圧力室Ｒ_５が形成されている。上部ハウジング１２には、外部圧力室Ｒ_５と上部ハウジング１２の外部とを連通する外部圧力ポートＰ_５が設けられている。外部圧力ポートＰ_５は、外部圧力ラインＬ_５を介して入力部２７に連結されている。入力部２７には、外部制御圧ラインＬ_３１を通じて制御圧の作動油が供給される。入力部２７は、制御圧の作動油をそのまま外部圧力ラインＬ_５に供給することが可能であると共に、作動油の圧力をポンプ等により制御圧よりも高圧とした上で外部圧力ラインＬ_５に供給することが可能に構成されている。入力部２７は、通常時（後述するコイル２０の電源系や制御系が失陥した場合以外の場合）には、制御圧の作動油を外部圧力ラインＬ_５に供給する。外部ピストン２１及び増圧弁弁体２２の軸部２２ａのうち外部圧力室Ｒ_５に露出する部分には、外部圧力室Ｒ_５の圧力が作用する。

上部ハウジング１２には、ドレインポートＰ_４が形成されており、ドレインポートＰ_４はドレインラインＬ_４を介してリザーバタンク２５に連結されている。

コイル２０に通電しないとき、駆動ピストン１５はリターンスプリング１７の付勢力によりガイド１８に接触した位置に位置決めされており、中間ピストン１６のボール１６ａが駆動ピストン１５の減圧弁弁座１５ｂから離間して減圧弁が開弁され、減圧室Ｒ_２と圧力室Ｒ_３の間の通路（減圧流路）が連通されている。また、リターンスプリング２３の付勢力により増圧弁弁体２２の弁部２２ｂが外部ピストン２１の増圧弁弁座２１ｃに着座して増圧弁が閉弁され、高圧室Ｒ_１と圧力室Ｒ_３の間の通路（高圧流路）が遮断されている。これにより、第１の流路状態が実現される。

図２は、コイル２０に通電された状態を示す図である。コイル２０に通電されると、ガイド１８の吸引力により押圧ピストン１９が上方に移動して駆動ピストン１５を押圧し、駆動ピストン１５がリターンスプリング１７の付勢力に抗して上方に移動する。すると、駆動ピストン１５の減圧弁弁座１５ｂに中間ピストン１６のボール１６ａが着座して減圧弁が閉弁され、減圧室Ｒ_２と圧力室Ｒ_３の間の通路が遮断されることができる。駆動ピストン１５がさらに押圧ピストン１９により押圧されると、中間ピストン１６と一体となって上方に移動し、中間ピストン１６の押圧部１６ｂが増圧弁弁体２２を押圧する。これにより、増圧弁弁体２２がリターンスプリング２３の付勢力に抗して上方に移動し、弁部２２ｂが増圧弁弁座２１ｃから離間して増圧弁が開弁され、高圧室Ｒ_１と圧力室Ｒ_３の間の通路が連通されることができる。これにより、第２の流路状態が実現される。

本実施形態では、外部圧力室Ｒ_５に供給される制御圧が軸部２２ａのうち外部圧力室Ｒ_５に露出する部分に加えられる。即ち、増圧弁弁体２２の開弁側に制御圧が加えられる。これにより、制御圧により増圧弁弁体２２に対して下向き（圧力室Ｒ_３へ向かう方向）の力が作用する。言い換えると、増圧弁弁体２２に対して、圧力室Ｒ_３側（増圧弁の閉弁側）から制御圧により作用する力と反対方向に、制御圧に応じて変動する力を作用させることが可能となる。よって、以下に説明するように、制御圧の変動に起因する制御圧の制御性の低下が抑制されることができる。

図３は、図１における増圧弁弁体２２を中心とする部分を模式的に示した図である。

図３において、符号Ｓ１は外部圧力室Ｒ_５の圧力、符号Ｓ２は圧力室Ｒ_３の圧力（制御圧）、符号Ｓ３は高圧源２４から供給される圧力を示す。符号Ａ_１は、増圧弁弁体２２の軸部２２ａにおいて、外部ピストン２１の連通部２１ａで摺動可能に支持されている部分の断面積を示す。符号Ａ_２は、弁部２２ｂが増圧弁弁座２１ｃに着座した際における弁部２２ｂと増圧弁弁座２１ｃとの間のシール面積を示す。以下の説明では、断面積Ａ_１がシール面積Ａ_２と同じ値に設定されている場合を例に説明するが、断面積Ａ_１とシール面積Ａ_２との関係はこれには限定されない。断面積Ａ_１とシール面積Ａ_２とが異なる値であっても、本実施形態の制御圧の変動に起因する制御圧の制御性の低下を抑制する効果を奏することができる。この場合、断面積Ａ_１とシール面積Ａ_２とが近い値であるほど、制御圧の変動に起因する制御圧の制御性の低下を抑制する効果が高められることができる。

本実施形態では、断面積Ａ_１とシール面積Ａ_２とが同じ値に設定されることにより、高圧室Ｒ_１の圧力Ｓ３により増圧弁弁体２２に作用する上下方向の力が中立となっている。高圧室Ｒ_１の圧力Ｓ３により増圧弁弁体２２に作用する上向き（外部圧力室Ｒ_５向き）の力は断面積Ａ_１に対応し、下向き（圧力室Ｒ_３向き）の力はシール面積Ａ_２に対応している。断面積Ａ_１とシール面積Ａ_２とが等しい場合には、増圧弁弁体２２に作用する上向きの力と下向きの力とがバランスするため、高圧室Ｒ_１の圧力Ｓ３の影響を受けずに増圧弁弁体２２を上下方向に移動することが可能となる。

従来の圧力制御装置では、軸部２２ａ（増圧弁弁体２２の開弁側）に制御圧Ｓ２（制御圧Ｓ２に応じて変化する圧力）を作用させるものが存在しなかった。このため、以下に説明するように、増圧弁を開弁させるために必要な力、即ち、増圧弁弁座２１ｃに着座した状態の増圧弁弁体２２を開弁側に移動して増圧弁弁座２１ｃから離座させるために必要な力（開弁力）が制御圧Ｓ２の変動に伴って大きく変動してしまっていた。また、制御圧Ｓ２が変動した場合であっても確実に増圧弁を閉弁させておくためにリターンスプリング２３の付勢力が大きな値に設定されていた。そのため、増圧弁の開弁力が大きくなり、コイル２０において多くの電力が消費されていた。

図３において、外部圧力室Ｒ_５の圧力Ｓ１が制御圧Ｓ２に依存しない値、例えば、０であるとすれば、制御圧Ｓ２に抗して弁部２２ｂを増圧弁弁座２１ｃに着座させておくためには、リターンスプリング２３の付勢力Ｆｓは、
Ｆｓ ＞ Ｓ２ｍａｘ （１）
を満たすように設定される必要があった。ここで、Ｓ２ｍａｘは、制御圧Ｓ２の最大値である。

増圧弁を開弁させるために必要な力、即ち、開弁力Ｆ１は、
Ｆ１ ＝ Ｆｓ − Ｓ２×Ａ_２ ＋ フリクション （２）
となる。ここで、フリクションとは、増圧弁弁体２２等に働く各種の摺動抵抗を示す。

従来は、圧力室Ｒ_３の制御圧Ｓ２が変動した場合に、その制御圧Ｓ２の変動に応じて、開弁力Ｆ１が変化していた。圧力室Ｒ_３の制御圧Ｓ２は、圧力供給部２６（図１参照）で必要とされる圧力（目標圧）に応じて異なる値に制御され、目標圧に制御される過程においても圧力が変化する。数式２からわかるように、制御圧Ｓ２が変動すると開弁力Ｆ１も変化してしまう。

制御圧Ｓ２が低圧である場合には、開弁力Ｆ１が大きな値となる。一方、制御圧Ｓ２が高圧となると開弁力Ｆ１が小さな値となる。このため、制御圧Ｓ２が高圧である場合には、低圧である場合に比べて、コイル２０の電流値に対する制御圧Ｓ２の圧力特性の感度が増加してしまう。その結果、制御圧Ｓ２の制御性を確保することが困難となっていた。

これに対して、本実施形態では、増圧弁弁体２２に対して、圧力室Ｒ_３の制御圧Ｓ２による力と反対方向に、外部圧力室Ｒ_５の圧力Ｓ１による力が加えられる。この場合、開弁力Ｆ２は、
Ｆ２ ＝ Ｆｓ − Ｓ２×Ａ_２ ＋ Ｓ１×Ａ_１ ＋ フリクション （３）
となる。

数式３において、外部圧力室Ｒ_５の圧力Ｓ１が制御圧Ｓ２に応じて変化する値であれば、外部圧力室Ｒ_５の圧力Ｓ１が制御圧Ｓ２に依存しない値である場合に比べて、制御圧Ｓ２が変動した場合の開弁力Ｆ２の変動が抑制されることができる。本実施形態では、外部圧力室Ｒ_５に制御圧Ｓ２の作動油が供給されることにより、外部圧力室Ｒ_５の圧力Ｓ１は、制御圧Ｓ２と等しい圧力とされている。さらに、断面積Ａ_１がシール面積Ａ_２と同じ値に設定されている。よって、本実施形態の開弁力Ｆ２は、
Ｆ２ ＝ Ｆｓ ＋ フリクション （４）
となることができる。

増圧弁弁体２２に作用する圧力室Ｒ_３側の流体力（数式３の右辺第二項）と外部圧力室Ｒ_５側の流体力（数式３の右辺第三項）がバランスするため、制御圧Ｓ２によらず開弁力Ｆ２が一定であることができる。よって、制御圧Ｓ２の変動に起因する制御圧Ｓ２の制御性の低下を抑制することができる。また、開弁力Ｆ２を低減させることが可能となる。従来は、制御圧Ｓ２の変動に対応するため、リターンスプリング２３の付勢力Ｆｓにマージンをとる必要があった。即ち、リターンスプリング２３の付勢力Ｆｓは、数式１に示すように制御圧Ｓ２の最大値Ｓ２ｍａｘに応じた大きな値とされていた。本実施形態では、制御圧Ｓ２によらず増圧弁弁体２２に作用する上下方向の流体力がバランスしているため、制御圧Ｓ２等の流体力を上回るリターン力は不要となる。このため、リターンスプリング２３の付勢力Ｆｓをより小さな値とし、開弁力Ｆ２を低減させることができる。リターンスプリング２３の付勢力Ｆｓは、例えば、閉弁させる時のフリクションに打ち勝つリターン力が確保できる値であればよい。

開弁力Ｆ２が低減されることにより、増圧弁弁体２２を上方に移動して開弁させる際のコイル２０の消費電力を低減させることが可能となる。また、開弁力Ｆ２が低減されることで、増圧弁の開閉制御における応答性が向上し、制御圧Ｓ２の制御性が向上する。リターンスプリング２３の付勢力Ｆｓをより小さな値とすることができ、装置の小型化が可能となる。また、開弁力Ｆ２が安定することにより、増圧弁弁体２２等に生じる振動が抑制されることができる。

なお、図１に示すように、ハウジング１１と駆動ピストン１５、外部ピストン２１との間には、シール部材２８，２９，３０が介装され、外部ピストン２１と増圧弁弁体２２との間にはシール部材３１が介装されることでシール性が確保されている。また、ハウジング１１は、図示しないケーシングに支持されており、ハウジング１１とケーシングとの間には、シール部材３２が介装されることでシール性が確保されている。

ここで、本実施形態の圧力制御装置による圧力制御について説明する。

本実施形態の圧力制御装置において、コイル２０が消磁状態にあるとき、リターンスプリング１７の付勢力により駆動ピストン１５は減圧弁弁座１５ｂがボール１６ａから離間した状態となる位置にある。一方、増圧弁弁体２２は、リターンスプリング１７の付勢力よりも大きな付勢力のリターンスプリング２３により弁部２２ｂが増圧弁弁座２１ｃに着座した状態となる位置にある。従って、高圧室Ｒ_１と圧力室Ｒ_３とが遮断され、圧力室Ｒ_３と減圧室Ｒ_２とが連通している。

この状態から、コイル２０に通電されると、発生する電磁力により押圧ピストン１９が上方に移動して駆動ピストン１５を押圧し、リターンスプリング１７の付勢力に抗して上方に移動させる。駆動ピストン１５が上方に移動すると、まず、減圧弁弁座１５ｂが中間ピストン１６のボール１６ａに着座して軸方向貫通孔１５ｃを遮断する。さらに駆動ピストン１５が上方に移動すると、中間ピストン１６の押圧部１６ｂが増圧弁弁体２２をリターンスプリング２３の付勢力に抗して上方に移動させる。すると、増圧弁弁体２２の弁部２２ｂが外部ピストン２１の増圧弁弁座２１ｃから離間して貫通孔２１ｂを開放する。

駆動ピストン１５の減圧弁弁座１５ｂが中間ピストン１６のボール１６ａに着座していることで減圧室Ｒ_２と圧力室Ｒ_３との連通が遮断されると共に、増圧弁弁体２２の弁部２２ｂが外部ピストン２１の増圧弁弁座２１ｃから離間することで高圧室Ｒ_１と圧力室Ｒ_３とが連通される。そのため、図２に示すように、高圧源２４から高圧ポートＰ_１を通して高圧室Ｒ_１に作用する圧力、つまり、高圧の作動油は、増圧弁弁体２２の弁部２２ｂと外部ピストン２１の増圧弁弁座２１ｃとの隙間を通って圧力室Ｒ_３に流れ、制御圧ポートＰ_３から制御ラインＬ_３により制御圧として圧力供給部２６に供給されることとなる。

この状態から、コイル２０に通電する電流値を低下させると、発生する電磁力が減少して押圧ピストン１９による駆動ピストン１５への押圧が低下する。このため、駆動ピストン１５がリターンスプリング１７の付勢力により下方に移動すると共に、増圧弁弁体２２及び中間ピストン１６がリターンスプリング２３の付勢力により下方に移動する。このとき、中間ピストン１６のボール１６ａが駆動ピストン１５の減圧弁弁座１５ｂに着座して軸方向貫通孔１５ｃを遮断したままで駆動ピストン１５及び中間ピストン１６が下方に移動する。増圧弁弁体２２が下方に移動して弁部２２ｂが外部ピストン２１の増圧弁弁座２１ｃに着座することにより、まず貫通孔２１ｂが遮断される。さらに駆動ピストン１５が下方に移動すると、リターンスプリング１７の付勢力により、減圧弁弁座１５ｂが中間ピストン１６のボール１６ａから離間して軸方向貫通孔１５ｃが開放される。

増圧弁弁体２２の弁部２２ｂが外部ピストン２１の増圧弁弁座２１ｃに着座することで、高圧室Ｒ_１と圧力室Ｒ_３との連通が遮断されると共に、駆動ピストン１５の減圧弁弁座１５ｂが中間ピストン１６のボール１６ａから離間することで、減圧室Ｒ_２と圧力室Ｒ_３とが連通される。このため、圧力室Ｒ_３から制御圧ポートＰ_３及び制御ラインＬ_３を通して圧力供給部２６に作用する制御圧、つまり、作動油は、駆動ピストン１５の減圧弁弁座１５ｂと中間ピストン１６のボール１６ａとの隙間を通って軸方向貫通孔１５ｃ、径方向貫通孔１５ｄから減圧室Ｒ_２に流れ、減圧ポートＰ_２から減圧ラインＬ_２によりリザーバタンク２５に排出される。

ここで、コイル２０に連結された電源系や制御系が失陥した場合には、コイル２０に通電しても電磁力が発生せず、押圧ピストン１９により駆動ピストン１５及び増圧弁弁体２２を移動することができない。よって、高圧室Ｒ_１と圧力室Ｒ_３を連通させて圧力供給部２６に制御圧を供給することができない。

これに対して、本実施形態では、中間ピストン１６の上方に外部ピストン２１が設けられており、入力部２７から高圧の作動油を外部圧力ラインＬ_５に出力し、外部圧力ポートＰ_５から外部圧力室Ｒ_５に供給することで、外部ピストン２１を下方に押圧する。これにより、外部ピストン２１及び増圧弁弁体２２がリターンスプリング１７の付勢力に抗して中間ピストン１６を押圧しながら下方に移動し、中間ピストン１６のボール１６ａが駆動ピストン１５の減圧弁弁座１５ｂに着座して軸方向貫通孔１５ｃを遮断する。さらに、中間ピストン１６の押圧部１６ｂによりリターンスプリング２３の付勢力に抗して弁部２２ｂが押圧されることで、弁部２２ｂが外部ピストン２１の増圧弁弁座２１ｃから離間して貫通孔２１ｂが開放される。

従って、減圧室Ｒ_２と圧力室Ｒ_３との連通が遮断される一方、高圧室Ｒ_１と圧力室Ｒ_３とが連通し、高圧源２４から高圧ポートＰ_１を通して高圧室Ｒ_１に高圧の作動油が供給される。高圧の作動油は、増圧弁弁体２２の弁部２２ｂと外部ピストン２１の増圧弁弁座２１ｃとの隙間を通って圧力室Ｒ_３に流れ、制御圧ポートＰ_３から制御ラインＬ_３により制御圧として圧力供給部２６に供給されることとなる。よって、電源系や制御系が失陥した場合でも、適正に圧力制御が実行されることができる。

なお、電源系や制御系が失陥していない通常時に外部ピストン２１が外部圧力室Ｒ_５の圧力により下方に駆動されてしまうと、増圧弁弁体２２の開閉制御を妨げる等の悪影響を与えてしまう。これに対して、本実施形態では、以下に説明するように、通常時には外部ピストン２１が下方に駆動されないように、外部ピストン２１の径が設定されている。

外部ピストン２１に対して、圧力供給部２６に連結された圧力室Ｒ_３から制御圧が作用する一方、入力部２７に連結された外部圧力室Ｒ_５から外部圧（制御圧）が作用する。外部ピストン２１における圧力室Ｒ_３側の受圧面積が、外部圧力室Ｒ_５側の受圧面積よりも大きくなるように、外部ピストン２１の外径が設定されている。このため、外部ピストン２１に対して、圧力室Ｒ_３側から制御圧により作用する力が、外部圧力室Ｒ_５側から制御圧により作用する力に比べて大きな値となる。これにより、通常時に外部ピストン２１は移動可能な範囲で最も外部圧力室Ｒ_５側に位置する状態で静止している。よって、押圧ピストン１９により駆動ピストン１５、中間ピストン１６、及び増圧弁弁体２２を駆動する動作を外部ピストン２１が妨げるなどの悪影響を与えることはない。

（第１実施形態の第１変形例）
図４を参照して第１実施形態の第１変形例について説明する。

上記第１実施形態（図１）では、制御ラインＬ_３からの制御圧が外部圧力室Ｒ_５に供給された。これに代えて、本変形例では、マスタシリンダ（図４の符号３５参照）に蓄圧された圧力であるマスタ圧が外部圧力室Ｒ_５に供給される。

図４は本変形例に係わる装置の概略構成図である。上記第１実施形態の外部制御圧ラインＬ_３１に代えて、制御圧供給ラインＬ_３２が設けられている。圧力供給部２６は、制御圧供給ラインＬ_３２を介してマスタシリンダ３５の入力ポートに連結されている。マスタシリンダ３５には、制御圧供給ラインＬ_３２を通じて制御圧の作動油が供給される。制御圧供給ラインＬ_３２には、圧力センサＳが設けられている。マスタシリンダ３５の出力ポートは、マスタ圧ラインＬ_３３を介して入力部２７に接続されている。入力部２７には、マスタ圧ラインＬ_３３を通じて、マスタシリンダ３５に蓄圧されたマスタ圧の作動油が供給される。

入力部２７は、マスタ圧の作動油をそのまま外部圧力ラインＬ_５に供給することが可能であると共に、作動油の圧力をポンプ等によりマスタ圧よりも高圧とした上で外部圧力ラインＬ_５に供給することが可能に構成されている。入力部２７は、通常時（コイル２０の電源系や制御系が失陥した場合以外の場合）には、マスタ圧の作動油を外部圧力ラインＬ_５に供給する。

本変形例によれば、制御圧に応じて変化する圧力であるマスタ圧が増圧弁弁体２２の軸部２２ａのうち外部圧力室Ｒ_５に露出する部分に加えられる。これにより、制御圧の変動に起因する制御圧の制御性の低下が抑制される。

（第１実施形態の第２変形例）
第１実施形態の第２変形例について説明する。

上記第１実施形態（図１）及び上記第１変形例（図４）では、制御圧により増圧弁弁体２２に作用する力と反対方向の力を増圧弁弁体２２に作用させる手段として、増圧弁弁体２２の軸部２２ａのうち外部圧力室Ｒ_５に露出する部分（増圧弁弁体２２の開弁側）に、制御圧に応じて変化する圧力が加えられた。これに代えて、圧力以外の手段により、制御圧に応じて変化する力が増圧弁弁体２２の軸部２２ａ（開弁側）に加えられることができる。

この場合、作用手段として、制御圧に応じて変化する力を発生させると共に、その力を軸部２２ａに伝える手段が設けられる。作用手段は、例えば、制御圧に応じて変化する力を電磁力等により発生させ、その力をシャフト等を介して軸部２２ａに伝えるものであることができる。

（第２実施形態）
図５を参照して第２実施形態について説明する。第２実施形態については、上記第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。

第２実施形態の圧力制御装置の基本的な構成は、上記第１実施形態（図１）の圧力制御装置とほぼ同様であり、駆動ピストン１５と外部ピストン２１との初期相対位置を調整する位置調整機構が設けられた点のみ相違している。

図５は、本実施形態に係わる装置の概略構成図である。本実施形態の圧力制御装置としての三方弁１において、ハウジング１１の上部に駆動ピストン１５と外部ピストン２１（増圧弁弁体２２）における初期相対位置を調整する位置調整機構５１が設けられている。位置調整機構５１において、ハウジング１１（上部ハウジング１２）の上部には、支持孔１４に連通し、かつ支持孔１４より大径な取付孔５２、及び取付孔５２に連通し、かつ取付孔５２より大径なねじ孔５３が形成されている。

ねじ孔５３には、位置調整用円盤５４がねじ止めされている。位置調整用円盤５４には、外周部にねじ部５４ａが形成されると共に、下方に突出する環状部５４ｂが一体に形成されている。位置調整用円盤５４は、ねじ部５４ａがねじ孔５３にねじ込まれており、環状部５４ｂの外周面がシール部材５５を介してハウジング１１の取付孔５２に嵌合すると共に、内周面がシール部材５６を介して外部ピストン２１の外周面に嵌合している。

外部ピストン２１は、リターンスプリング２３により上方に付勢支持されており、外部ピストン２１の上面が位置調整用円盤５４の下面に当接することで外部ピストン２１の位置が規定されている。このため、位置調整用円盤５４を所定の工具により回動させることにより、ハウジング１１に対して位置調整用円盤５４を上下に移動させることができる。位置調整用円盤５４を上下に移動することで、外部ピストン２１の初期位置を調整することができる。位置調整用円盤５４の中心部には外部圧力室Ｒ_５として機能する貫通孔５７が形成されている。

本実施形態によれば、駆動ピストン１５に対する外部ピストン２１の初期相対位置を調整する位置調整機構５１が設けられている。従って、ハウジング１１内に駆動ピストン１５、中間ピストン１６、外部ピストン２１、増圧弁弁体２２などを組み付けた後で、位置調整機構５１により外部ピストン２１の初期相対位置を調整することができる。よって、バルブクリアランスを調整して応答性を向上させることができると共に、省電力化が可能となる。

本発明の圧力制御装置の第１実施形態の概略構成図である。 本発明の圧力制御装置の第１実施形態においてコイルに通電された場合の動作を説明するための図である。 本発明の圧力制御装置の第１実施形態における増圧弁弁体を中心とする部分の模式図である。 本発明の圧力制御装置の第１実施形態の第１変形例の概略構成図である。 本発明の圧力制御装置の第２実施形態の概略構成図である。

符号の説明

１１ ハウジング
１２ 上部ハウジング
１３ 下部ハウジング
１４ 支持孔
１５ 駆動ピストン
１５ａ 連結部
１５ｂ 減圧弁弁座
１５ｃ 軸方向貫通孔
１５ｄ 径方向貫通孔
１６ 中間ピストン
１６ａ ボール
１６ｂ 押圧部
１７ リターンスプリング
１８ ガイド
１９ 押圧ピストン
１９ａ ロッド
２０ コイル
２１ 外部ピストン
２１ａ 連通部
２１ｂ 貫通孔
２１ｃ 増圧弁弁座
２２ 増圧弁弁体
２２ａ 軸部
２２ｂ 弁部
２３ リターンスプリング
２４ 高圧源
２５ リザーバタンク
２６ 圧力供給部
２７ 入力部
２８，２９，３０，３１，３２ シール部材
５１ 位置調整機構
５２ 取付孔
５３ ねじ孔
５４ 位置調整用円盤
５４ａ ねじ部
５４ｂ 環状部
５５，５６ シール部材
５７ 貫通孔
Ｒ_１ 高圧室
Ｒ_２ 減圧室
Ｒ_３ 圧力室
Ｒ_５ 外部圧力室
Ｐ_１ 高圧ポート
Ｐ_２ 減圧ポート
Ｐ_３ 制御圧ポート
Ｐ_４ ドレインポート
Ｐ_５ 外部圧力ポート
Ｌ_１ 高圧ライン
Ｌ_２ 減圧ライン
Ｌ_３ 制御ライン
Ｌ_３１ 外部制御圧ライン
Ｌ_３２ 制御圧供給ライン
Ｌ_３３ マスタ圧ライン
Ｌ_４ ドレインライン
Ｌ_５ 外部圧力ライン

Claims (3)

1. 弁体と弁座とを有する弁が開閉手段により開閉されることで、前記弁の閉弁側における流体の圧力である制御圧が制御される圧力制御装置であって、
   前記制御圧よりも高圧の一定圧力の前記流体が供給される高圧ポート及び前記制御圧が制御された前記流体を供給する制御圧ポートを有するハウジングと、
   前記ハウジング内に設けられ前記高圧ポートと前記制御圧ポートとを連通させる高圧流路と、
   前記制御圧により前記弁体に作用する力と反対方向の力を前記弁体に作用させる作用手段とを備え、
   前記開閉手段は、前記ハウジング内に移動自在に支持された駆動部と、前記駆動部を駆動する駆動手段とを有し、
   前記弁は、前記高圧流路を開閉する増圧弁であり、前記弁座は、前記増圧弁の増圧弁弁座であり、前記弁体は、前記増圧弁弁座よりも開弁側である前記高圧ポート側に配置され、かつ前記駆動部により前記開弁側に移動される増圧弁弁体であり、
   前記ハウジングは、前記高圧流路の外部に設けられた外部圧力室と、前記外部圧力室と前記高圧流路とを連通する連通部とを有し、
   前記増圧弁弁体は、前記増圧弁弁体における前記閉弁側に設けられ前記増圧弁弁座に着座する弁部と、前記増圧弁弁体における前記開弁側に設けられ、かつ前記連通部に摺動可能に支持される軸部とを有し、
   前記作用手段は、前記外部圧力室に供給され、かつ前記軸部のうち前記外部圧力室に露出する部分に前記圧力を生じさせる前記流体であって、前記弁体の開弁側に前記制御圧の変動に応じて変化する圧力を加え、前記制御圧の変動に応じて前記反対方向の力を変動させ、
   前記軸部において、前記連通部で摺動可能に支持される部分の断面積は、前記弁部が前記増圧弁弁座に着座した際における前記弁部と前記増圧弁弁座との間のシール面積に基づいて設定され、
   前記圧力制御装置は、更に、
   前記ハウジングに設けられ前記増圧弁の前記閉弁側における前記流体を排出するための減圧ポートと前記制御圧ポートとを連通させる減圧流路と、
   前記駆動部の移動方向において前記増圧弁と直列に配置され、かつ前記開閉手段により前記減圧流路を開閉する減圧弁とを備え、
   前記開閉手段は、前記駆動部を駆動して前記増圧弁が閉弁すると共に前記減圧弁が開弁する第１の流路状態と、前記増圧弁が開弁すると共に前記減圧弁が閉弁する第２の流路状態とを切り替え、
   前記圧力制御装置は、更に、
   前記外部圧力室よりも前記閉弁側に前記ハウジング内を移動自在に設けられ、前記高圧ポートと前記制御圧ポートとを連通する貫通孔を有する外部ピストンと、
   前記外部圧力室に対して前記制御圧よりも高圧を供給することが可能な入力部とを備え、
   前記増圧弁弁座は、前記貫通孔における前記外部ピストンの内部側の開口部に沿って前記外部ピストンに形成され、
   前記増圧弁弁体は、前記外部ピストンの内部に配置され、
   前記入力部は、前記開閉手段によって前記増圧弁を制御できない場合、前記制御圧よりも高圧を前記外部圧力室に供給し、前記外部圧力室の圧力によって前記外部ピストンを前記駆動部に向けて押圧して前記増圧弁を開弁する
   ことを特徴とする圧力制御装置。
2. 請求項１記載の圧力制御装置において、
   前記制御圧ポートは、マスタシリンダに前記制御圧を供給し、
   前記入力部には、前記マスタシリンダに蓄圧されたマスタ圧の前記流体が供給され、
   前記入力部は、前記マスタ圧の前記流体あるいは前記マスタ圧よりも高圧とした前記流体を前記外部圧力室に供給する
   ことを特徴とする圧力制御装置。
3. 請求項１または２に記載の圧力制御装置において、
   更に、前記駆動部と前記外部ピストンとの初期相対位置を調整する位置調整機構を備える
   ことを特徴とする圧力制御装置。

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