JP5256461B2

JP5256461B2 - 弁

Info

Publication number: JP5256461B2
Application number: JP2008042316A
Authority: JP
Inventors: 義一波田
Original assignee: 新電元メカトロニクス株式会社
Priority date: 2008-02-25
Filing date: 2008-02-25
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2028-02-25
Also published as: JP2009197953A

Description

本発明は、油圧制御等の流体圧力の制御を行うために用いられる弁に関する。

例えば、電子制御自動変速機のクラッチ油圧制御などにおいては、ソレノイドコイルへの通電量と制御圧が比例する、いわゆるリニアソレノイド弁が好適に利用されている。そして、このようなリニアソレノイド弁においては、少なくともソレノイドによる推力とソレノイドの推力に抗する抗力とを含む力の釣り合い（バランス）によってプランジャー及びプランジャーに固定されたロッドのストローク位置をコントロールする方式が好適に採用されている。このような従来技術に係るソレノイド弁について図８を参照して説明する。図８は、従来技術に係るソレノイド弁の模式的断面図である。

図８において、従来技術に係るソレノイド弁２００は、ソレノイド部２００Ａと弁部２００Ｂとから構成される。ソレノイド部２００Ａにおいては、電磁力を利用してロッド２０１の駆動を行っている。ロッド２０１は弁部２００Ｂにおける弁スリーブ２０７の内部まで伸びる構成である。このロッド２０１は、ソレノイド部２００Ａ側の大径部２０１ａと、これに隣接する小径部２０１ｂと、これに隣接する最も先端側の大径部２０１ｃとを備えている。このような構成により、ロッド２０１の弁部２００Ｂ側は、大径部２０１ａ，２０１ｃが弁スリーブ２０７の内周面に摺動可能に構成されたスプール弁として機能する。

そして、ロッド２０１の先端側には、ロッド２０１を、ソレノイドの推力が作用する方向（図中左方向）に抗する方向（図中右側）に付勢するスプリング２０２が設けられている。また、弁部２００Ｂの先端には、スプリング２０２の端部を固定すると共に、スプリング２０２の位置を調整するアジャストスクリュ２０８が設けられている。

そして、弁スリーブ２０７には、先端側から順に、供給ポート２０４，制御ポート２０５，ドレンポート２０６が設けられ、また、アジャストスクリュ２０８にもドレンポート２０３が設けられている。入力側となる供給ポート２０４は、供給圧力Ｐｏの流体が供給される開口部であり、出力側となる制御ポート２０５は、出力側の流体圧力を制御圧力Ｐｃに制御するために、流体を出力側に供給する開口部である。ドレンポート２０３，２０６は、余分な流体Ｄｒを排出するための開口部である。

ところが、上記の通り、スプール弁は、スプールが弁スリーブの内周面を摺動する構成であるため、スプールが好適に摺動するためには、スプールの外周面と弁スリーブの内周面との間にクリアランスが必要となる。したがって、スプール弁の場合には、一般的に閉状態であってもクリアランスの部分から流体が流れてしまうという特性を有する。

こうした問題に対応して、供給ポートと制御ポートとの間に、図６に示すようなステンレスまたは鋼材から作られたポペット弁３０を設けた弁が知られている（例えば、特許文献１参照。）

また、図７に示すように、プランジャーＡｓｓｙ５０と、鋼材からなるシートベース４１と、弁部とソレノイド部とを連結する磁性材料からなるジョイント６１と、磁性材料からなるベースコア６６と接合する磁性材料からなるケース６４と、ケース内部に設けられたコイル６２と、プランジャーＡｓｓｙが摺動するフィラーリング６３と、フィラーリング６３からの漏れを防止するＯリング６５とから構成されている。

また、プランジャーＡｓｓｙ５０は、磁性材料からなるプランジャー４５にカシメられて固定されたステンレス製のホルダ４３と、ホルダの先端部に溶接されたボール４２と、プランジャーを４５付勢するスプリング４４とから構成されたソレノイド弁が知られている。

このソレノイド弁は、コイルへの非通電状態では、ベースコア６６の端面に設けられたスプリング４４により、プランジャーＡｓｓｙ５０がシートベース４１に押しつけられ、ボール４２がシートベース４１に密着して、弁を閉状態とし、コイル６２への通電状態では、プランジャーＡｓｓｙ５０が、ベースコア６６に吸着され、これにより、ボール４２がシートベース４１から離れることにより、弁を開状態とする。
特開２００４−２５１４０４号公報

ところが、特許文献１に記載の技術においては、ポペット弁を精度よく作成する必要があり、製造コストが高く、しかも、ポペット弁を精度よく作成したとしても、弁内に装着したときに軸ずれを起こすと、流体が流れてしまうという状況を解決できないという問題があった。

また、図７に示すソレノイド弁では、ボールをホルダの先端部に精度よく溶接することが難しく、ボールをホルダの先端部に精度よく溶接したとしても、プランジャーとの軸ずれや、ソレノイド弁内にプランジャーＡｓｓｙを装着したときの軸ずれで流体が流れてしまうという状況を解決できないという問題があった。

そこで、本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、簡易な構成の弁を用いて、弁の閉状態において、流体の流れを的確に遮断する弁を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は以下の事項を提案している。

（１）本発明は、球状または半球状の第１の弁体と、円柱状で、かつ、外周に環状の溝が形成された第２の弁体（例えば、図１のホルダ６に相当）と、前記第１の弁体と前記第２の弁体とを連結する連結部材（例えば、図１の連結部材１０に相当）とからなることを特徴とする弁を提案している。

この発明によれば、弁が、球状または半球状の第１の弁体および外周に環状の溝が形成された第２の弁体を連結部材により一体化して形成されている。つまり、弁が第１の弁体、第２の弁体、連結部材の３つの部材からなる簡易な構成となっており、しかも、弁の作成において、高い精度を必要としない。

（２）本発明は、（１）の弁について、前記第１の弁体が、流体の流路（例えば、図１の第１の流路１および第２の流路２に相当）内に配置され、該流路を閉状態とするときに、該流路の一部に当接することを特徴とする弁を提案している。

この発明によれば、第１の弁体が、流体の流路内に配置され、流路を閉状態とするときに、流路の一部に当接する。つまり、弁が、第１の弁体と第２の弁体と第１の弁体と第２の弁体とを連結する連結部材とからなる簡易な構成であり、第１の弁体が、流体の流路内に配置され、流路が閉状態の場合に、球状または半球状からなる第１の弁体の円周部が流路の一部に当接するため、たとえ、弁に軸ずれが発生しても、流路の閉状態時には、第１の弁体が、第２の弁体を中心に回転するため、第１の弁体の円周部が、流路の一部に確実に当接することにより、的確に流体の流れを遮断することができる。

（３）本発明は、（１）または（２）の弁について、前記第２の弁体に当接するとともに、前記第２の弁体を前記第１の弁体側に摺動させる駆動体と、前記第１の弁体に当接するとともに、前記第１の弁体を前記第２の弁体側に付勢するスプリング（例えば、図１のスプリング５に相当）と、を備えたことを特徴とする弁を提案している。

この発明によれば、第２の弁体に当接するとともに、第２の弁体を第１の弁体側に摺動させる駆動体と、第１の弁体に当接するとともに、第１の弁体を第２の弁体側に付勢するスプリングと、を備えている。したがって、駆動体が非動作状態のときに、第１の弁体が、駆動体が作用する方向に抗する第２の弁体側に付勢をするスプリングにより、球状または半球状からなるその円周部が、流路の一部に当接することから、駆動体の非動作状態に、流路を閉状態として、的確に流体の流れを遮断することができる。

（４）本発明は、（１）または（２）の弁について、前記第１の弁体に当接するとともに、前記第１の弁体を前記第２の弁体側に摺動させる駆動体と、前記第２の弁体に当接するとともに、前記第２の弁体を前記第１の弁体側に付勢するスプリング（例えば、図３のスプリング５に相当）と、を備えたことを特徴とする弁を提案している。

この発明によれば、第１の弁体に当接するとともに、第１の弁体を第２の弁体側に摺動させる駆動体と、第２の弁体に当接するとともに、第２の弁体を第１の弁体側に付勢するスプリングと、を備えている。したがって、駆動体が非動作状態のときには、弁が開状態となり、駆動体が動作状態のときには、球状または半球状からなる第１の弁体の円周部が流路の一部に当接して、流路を閉状態として、的確に流体の流れを遮断することができる。

（５）本発明は、（１）から（４）の弁について、前記流路が、前記第２の弁体側（例えば、図１のホルダ６に相当）で縮径し、かつ、前記第１の弁体よりも径が小さい段部を形成していることを特徴とする弁を提案している。

この発明によれば、流路が、第２の弁体側で縮径し、かつ、第１の弁体よりも径が小さい段部を形成していることから、流路が閉状態の場合に、球状または半球状からなる第１の弁体の円周部が段部にしっかりと当接するため、的確に流体の流れを遮断することができる。

（６）本発明は、（５）の弁について、前記段部に前記第１の弁体の曲面部分の接線方向と略平行なテーパ（図２参照）が設けられていることを特徴とする弁を提案している。

この発明によれば、段部に第１の弁体の曲面部分の接線方向と略平行なテーパが設けられているため、第１の弁体と段部とが当接したときに、第１の弁体の円周部と段部のテーパがしっかりと密着して、高いシール効果を奏する。

（７）本発明は、（１）から（６）の弁について、前記第１の弁体が球状である場合に、前記第１の弁体がベアリングボールからなることを特徴とする弁を提案している。

この発明によれば、第１の弁体が球状である場合に、第１の弁体がベアリングボールであることから、低コストで弁を構成できるとともに、球状である第１の弁体の精度を高く維持することができる。

本発明によれば、弁の閉状態において、流体の流れを的確に遮断することができるという効果がある。また、弁が、第１の弁体、第２の弁体、連結部材の３つの部材からなるため、簡易な構成で弁を形成することができるという効果がある。

以下、本発明の実施形態に係る弁について、図面を用いて詳細に説明する。
なお、本実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組み合わせを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、本実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

＜第１の実施形態＞
図１および図２を用いて、本発明に係る第１の実施形態について説明する。なお、本実施形態に係る弁は、例えば、ソレノイド等の駆動体が非動作状態である場合に、弁を閉状態とするものである。

＜弁の構成＞
本実施形態に係る弁１００は、図１に示すように、第１の流路１と、第２の流路２と、スプリング５と、ホルダ６と、ジョイント７と、開閉部材１１とから構成されている。

第１の流路１及び第２の流路２には、先端側から順に、出力ポート４、図示しないドレンポートおよび入力ポート３が設けられている。第１の流路１は、入力ポート３に連結し、弁の中心部に所定の径を有する円柱状の流路を形成している。また、第１の流路１は、第１の流路１よりも径の大きな円柱状の流路である第２の流路２とともに段部を形成し、出力ポート４と連結されて構成されている。さらに、段部には、図２に示すように、後述する第１の弁体の接線方向と略平行なテーパが設けられている。

入力ポート３は、供給圧力Ｐ_Ａの流体が供給される開口部であり、出力側となる出力ポート４は、出力側の流体圧力を制御圧力Ｐ_Ｂに制御するために、流体を出力側に供給する開口部である。また、図示しないドレンポートは、余分な流体Ｄｒを排出するための開口部である。

スプリング５は、後述する開閉部材１１の一部をなす第１の弁体に当接し、例えば、ソレノイド等の駆動体が作用する方向に抗する方向、すなわち、第２の弁体側に開閉部材１１を付勢する。

ホルダ６は、第１の流路１に配置され、一端に後述する開閉部材１１の一部をなす例えば、剛球体９を保持する凹部を備え、他端が、例えば、ソレノイド等の駆動体と当接している。ジョイント７は、弁１００とソレノイド等の駆動体を結合するための連結部材である。

開閉部材１１は、球状または半球状の第１の弁体と、円柱状で、かつ、外周に環状の溝が形成された第２の弁体と、第１の弁体と第２の弁体とを連結する連結部材とから構成されている。そもそも、第１の弁体、第２の弁体および連結部材は別部材であるため、簡易な構成をなし、しかも、開閉部材１１の作成において、高い精度を必要としない。

また、流路は、第２の弁体側で縮径し、かつ、第１の弁体よりも径が小さい段部を形成している。したがって、流路が閉状態の場合に、球状または半球状からなる第１の弁体の円周部が段部にしっかりと当接するため、的確に流体の流れを遮断することができる。

ここで、第１の弁体をなす第１の剛球体８および第２の剛球体９には、ベアリングボールを用いてもよい。第１の弁体をなす第１の剛球体８および第２の剛球体９をベアリングボールで構成すれば、低コストで弁体を構成できるとともに、剛球体の精度を高く維持することができる。

＜弁の動作＞
次に、図１を用いて、本実施形態に係る弁の動作について説明する。
まず、ソレノイド等の駆動体が、非動作状態である場合には、スプリング５の付勢力により、第１の流路１と第２の流路２とにより形成される段部のテーパ部に第１の弁体をなす第１の剛球体８の円周部が当接される。

ここで、第１の流路１と第２の流路２とにより形成される段部のテーパ部は、第１の弁体をなす第１の剛球体８の接線方向と略平行な形状となっているため、第１の流路１と第２の流路２とにより形成される段部のテーパ部に第１の弁体をなす第１の剛球体８の円周部が十分に密着した状態になる。したがって、駆動体の非動作状態に、流路を閉状態とし、しかも、第１の弁体をなす第１の剛球体８の円周部と段部のテーパがしっかりと密着して、高いシール効果を奏するため、的確に流体の流れを遮断することができる。

一方で、ソレノイド等の駆動体が、動作状態である場合には、開閉部材１１およびホルダ６が直線移動し、第１の弁体をなす第１の剛球体８が、段部から離れることにより、流路を開状態とする。したがって、ソレノイド等の駆動体の駆動量を制御することで、出力ポート４における流体圧力Ｐ_Ｂを制御することができる。

＜第２の実施形態＞
図３を用いて、本発明に係る第２の実施形態について説明する。なお、本実施形態に係る弁は、例えば、ソレノイド等の駆動体が動作状態である場合に、弁を閉状態とするものである。

＜弁の構成＞
本実施形態に係る弁１１０は、図３に示すように、第１の流路１と、第２の流路２と、スプリング５と、ホルダ６と、ジョイント７と、開閉部材１１とから構成されている。なお、第１の実施形態と同一の符号を付す構成要素については、同一の機能を有することから、その詳細な説明は省略する。

スプリング５は、第２の弁体であるホルダ６に当接し、例えば、ソレノイド等の駆動体が作用する方向に抗する方向にホルダ６を付勢する。

第２の弁体であるホルダ６は、第１の流路１に配置され、一端に第２の剛球体９を保持する凹部を備え、他端が、スプリング５と当接している。また、第１の弁体をなす第１の剛球体８は、例えば、ソレノイド等の駆動体と当接している。

＜弁の動作＞
次に、図３を用いて、本実施形態に係る弁の動作について説明する。
まず、ソレノイド等の駆動体が、非動作状態である場合には、スプリング５の付勢力により、開閉部材１１が開いて、流路を開状態とする。

一方、ソレノイド等の駆動体が、動作状態である場合には、開閉部材１１およびホルダ６が直線移動し、第１の流路１と第２の流路２とにより形成される段部のテーパ部に第１の弁体をなす第１の剛球体８の円周部が当接される。

ここで、第１の流路１と第２の流路２とにより形成される段部のテーパ部は、第１の弁体をなす第１の剛球体８の接線方向と略平行な形状となっているため、第１の流路１と第２の流路２とにより形成される段部のテーパ部に第１の弁体をなす第１の剛球体８の円周部が十分に密着した状態になる。したがって、駆動体の動作状態に、流路を閉状態とし、しかも、第１の弁体をなす第１の剛球体８の円周部と段部のテーパがしっかりと密着して、高いシール効果を奏するため、的確に流体の流れを遮断することができる。

＜応用例１＞
図４を用いて、応用例１について説明する。

＜構成＞
本応用例１は、第１の実施形態に係る弁に駆動体としてソレノイドを用いたソレノイド弁である。本応用例１に係るソレノイド弁は、弁１００とソレノイド１２０とから構成されている。また、ソレノイド１２０は、ジョイント７により、弁１００と連結され、磁性材料からなるケース２０と、コイル２１と、シャフト２２と、磁性材料からなるベースコア２３とから構成されている。

＜動作＞
まず、ソレノイド１２０のコイル２１に電流が供給されていない場合、すなわち、ソレノイド１２０が非動作状態である場合には、スプリング５の付勢力により、第１の流路１と第２の流路２とにより形成される段部のテーパ部に第１の弁体をなす第１の剛球体８の円周部が当接される。

ここで、第１の流路１と第２の流路２とにより形成される段部のテーパ部は、第１の弁体をなす第１の剛球体８の接線方向と略平行な形状となっているため、第１の流路１と第２の流路２とにより形成される段部のテーパ部に第１の弁体をなす第１の剛球体８の円周部が十分に密着した状態になる。したがって、ソレノイド１２０が非動作状態の場合には、流路を閉状態とし、しかも、第１の弁体をなす第１の剛球体８の円周部と段部のテーパがしっかりと密着して、高いシール効果を奏するため、的確に流体の流れを遮断することができる。

一方で、ソレノイド１２０のコイル２１に電流が供給されている場合、すなわち、ソレノイド１２０が、動作状態である場合には、シャフト２２に与えられる推力により開閉部材１１および開閉部材１１と一体となったホルダ６が直線移動し、第１の弁体をなす第１の剛球体８が、段部から離れることにより、流路を開状態とする。したがって、ソレノイドの駆動量を制御することで、出力ポート４における流体圧力Ｐ_Ｂを制御することができる。

＜応用例２＞
図５を用いて、応用例２について説明する。

＜構成＞
本応用例２は、第２の実施形態に係る弁に駆動体としてソレノイドを用いたソレノイド弁である。本応用例２に係るソレノイド弁は、弁１１０とソレノイド１２０とから構成されている。また、ソレノイド１２０は、ジョイント７により、弁１１０と連結され、磁性材料からなるケース２０と、コイル２１と、シャフト２２と、磁性材料からなるベースコア２３とから構成されている。

＜動作＞
まず、ソレノイド１２０のコイル２１に電流が供給されていない場合、すなわち、ソレノイド１２０が非動作状態である場合には、スプリング５の付勢力により、開閉部材１１が開いて、流路を開状態とする。

一方、ソレノイド１２０のコイル２１に電流が供給されている場合、すなわち、ソレノイド１２０が、動作状態である場合には、シャフト２２に与えられる推力により開閉部材１１およびホルダ６が直線移動し、第１の流路１と第２の流路２とにより形成される段部のテーパ部に第１の弁体をなす第１の剛球体８の円周部が当接される。

以上、本発明の実施形態につき、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

第１の実施形態に係る弁の断面図である。第１の剛球体と段部との位置関係を示した図である。第２の実施形態に係る弁の断面図である。応用例１に係るソレノイド弁の断面図である。応用例２に係るソレノイド弁の断面図である。従来例に係る弁の断面図である。従来例に係るソレノイド弁の断面図である。従来例に係るソレノイド弁の断面図である。

符号の説明

１・・・第１の流路、２・・・第２の流路、３・・・入力ポート、４・・・出力ポート、５・・・スプリング、６・・・ホルダ、７・・・ジョイント、８・・・第１の剛球体、９・・・第２の剛球体、１０・・・連結部材、１１・・・開閉部材、２０・・・ケース、２１・・・コイル、２２・・・シャフト、２３・・・ベースコア、１００、１１０・・・弁、１２０・・・ソレノイド

Claims

球状または半球状の第１の弁体と、
円柱状で、かつ、外周に環状の溝が形成された第２の弁体と、
前記第１の弁体と前記第２の弁体とを連結する連結部材と、
前記第２の弁体に当接するとともに、前記第２の弁体を前記第１の弁体側に摺動させるソレノイドと、
前記第１の弁体に当接するとともに、前記第１の弁体を前記第２の弁体側に付勢するスプリングと、
前記第１の弁体が内部に配置され、閉状態とするときに前記第１の弁体が一部に当接すると共に、前記第２の弁体側で縮径し、かつ、前記第１の弁体よりも径が小さい段部が形成された円柱状の流路とからなる弁において、
前記第１の弁体、前記第２の弁体および前記連結部材は別部材であり、
前記流路は、第１の流路及び第２の流路を備え、前記第１の流路は、入力ポートに連結されると共に、前記第１の流路よりも径の大きな円柱状の流路である前記第２の流路とともに前記段部を形成し、前記段部に前記第１の弁体の曲面部分の接線方向と略平行なテーパが設けられ、前記流路が閉状態の場合に前記第１の弁体の円周部が前記段部の前記テーパに当接するようになされ、
前記第２の弁体は、前記第１の流路に配置されていることを特徴とする弁。
前記第１の弁体が球状である場合に、前記第１の弁体がベアリングボールからなることを特徴とする請求項１に記載の弁。