JP5687267B2 - ソレノイドバルブ - Google Patents
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Description
日本国特許第3994871号公報に記載されている圧力比例制御弁は、入力ポートと出力ポートとの間に形成された連通室に配設された仕切板に設置される第1のポペット弁と、出力ポートに連通する連通室の入力ポートに連通する側とは反対側に設置される第2のポペット弁とを有し、仕切板の内周孔のシール摺動径(第1のポペット弁の弁体のシール摺動径、第1シール摺動径)と、第1のポペット弁の弁部の着座径と、第2のポペット弁の着座径(当接径)とを等しくすることにより、ソレノイドの出力に対して比例的に流体の圧力を制御することができるようにしたものである。
また、このような制御弁では、高圧に耐え得るソレノイドバルブを形成する場合にはベローズの耐圧性を上げる必要があり、ベローズの板厚を厚くする必要があるが、そのような構成にするとベローズのばね定数が大きくなり、ソレノイド全体を大きくする必要があるという課題が生じる。
また、ベローズを用いるこのような構成の制御弁では、ベローズの傾きに起因する弁の着座時の傾きを補正し切れない場合に、弁の開閉が適切にできない可能性もある。
内部が軸方向に貫通した弁空間室に形成され、当該弁空間室が内周径が周囲より細径に形成された第1仕切部、第2仕切部及び第3仕切部により軸方向に順に第1感圧室、第1弁室、第2弁室及び第2感圧室に仕切られた本体、
前記本体の前記第1弁室に貫通して前記本体の外部との間で所望の供給圧力の流体が流入出される供給ポート、
前記本体の前記第2弁室に貫通して前記本体の外部との間で所望の制御圧力の流体が流入出される出力ポート、
前記本体の前記第1感圧室又は前記第2感圧室の一方あるいは両方に各々貫通して前記本体の外部との間で所望の排出圧力の流体が流入出される排出ポート、
前記本体の前記第1感圧室、前記第1弁室及び前記第2弁室の内部に軸方向に移動自在に配置される部材であって、当該部材を軸方向に貫通し前記第1感圧室側と前記第2弁室側とを連通する第1連通路を内部に有する第1弁部材、
前記第2弁室及び前記第2感圧室の内部に軸方向に移動自在に配置される部材であって、当該部材を軸方向に貫通し前記第2弁室側と前記第2感圧室側とを連通する第2連通路を内部に有する第2弁部材、
前記第1弁室と前記第2弁室を仕切る前記第2仕切部に形成される弁体又は弁座体のいずれか一方と、前記第1弁部材に形成される前記弁体又は弁座体のいずれか他方とを有し、前記供給ポートを介して流体が流される前記第1弁室と前記出力ポートを介して流体が流される前記第2弁室との間を開閉する第1ポペット弁、
前記第1弁部材の前記第2弁室側の端部であって当該第2弁室内に形成される弁体又は弁座体のいずれか一方と、前記第2弁部材の前記第2弁室側の端部であって当該第2弁室内に形成される弁体又は弁座体のいずれか他方とを有し、開弁状態においては前記第1連通路及び前記第2連通路と当該第2弁室とを連通し、閉弁状態においては前記第1連通路と前記第2連通路とを連通させる第2ポペット弁、
前記第1弁部材に一体に形成され、前記第1感圧室と前記第1弁室を仕切る前記第1仕切部の内周に摺動可能に配置される第1感圧部、
前記第2弁部材に一体に形成され、前記第2弁室と前記第2感圧室とを仕切る前記第3仕切部の内周に摺動可能に配置される第2感圧部、
印加される電流に応じて所定方向の磁力を発生し、当該磁力を前記第2弁部材に連結されたソレノイドロッドを介して前記第2弁部材に作用させるソレノイド部、
前記本体と第1弁部材との間に設置され前記第1弁部材に前記第2弁部材方向の弾性力を作用させる第1スプリング、及び
前記本体と第2弁部材との間に設置され前記第2弁部材に前記ソレノイド部により作用される磁力と反対方向の弾性力を作用させる第2スプリングを有し、
前記第1ポペット弁の着座面積である第1受圧面積と、前記第2ポペット弁の着座面積である第2受圧面積と、前記第1感圧部の受圧面積である第3受圧面積と、前記第2感圧部の受圧面積である第4受圧面積とをほぼ等しくしたことを特徴とする。
本発明の第1実施形態について図1を参照して説明する。
本実施形態においては、本発明に係るノーマルクローズ型のソレノイドバルブの基本的な構成について図1を参照して説明する。本実施形態のソレノイドバルブは、例えばオートマチックトランスミッションの油圧ブレーキ等の用途に用いられるものである。
図1は、本発明に係るソレノイドバルブ100の断面図である。
図1に示すように、ソレノイドバルブ100は、制御弁部101とソレノイド部102とを結合して一体に形成したものである。
なお、本体110は、鉄、真鍮、銅、アルミニウム、ステンレス等の金属、工業プラスチック、特殊樹脂等の合成樹脂材で製作される。
本体110の第1仕切部111の第1感圧室121と第1弁室122とを連通する孔の周面は、第1摺動面111Aに形成されている。第1摺動面111Aには、後述する弁体140の円筒形状を有する第1感圧部145の外周面が僅かなクリアランスを持って貫通され、軸方向に摺動される。
なお、弁体140は、例えば、第1弁部142の端部に設けた嵌合孔に胴体部141の端部外周面を嵌着して連結する等して組み立てられ、上記の配置に配される。
弁体140の材質は、例えば、真鍮、銅、アルミニウム、ステンレス等の金属、あるいは合成樹脂材等である。
なお、第1弁部面142Aと第1弁座面112Bとが接合する(着座する)内径部分の断面積(着座面積)は、作動流体の圧力を受ける第1受圧面積S1となる。
なお、第2弁部面143Aと第2弁座面152Bとが接合する(着座する)内径部分の断面積(着座面積)は、作動流体の圧力を受ける第2受圧面積S2となる。
なお、第1感圧部145が供給圧力Poを受ける面積は、第3受圧面積S3である。
弁座体150(特許請求の範囲における第2弁部材に相当する。)は、円柱状の胴体部151の弁体140側の端部に筒状の弁座部152が形成され、胴体部151のソレノイド部102側に第2感圧部155が形成されている。また、弁座体150のさらにソレノイド部102側の端部には、ソレノイドロッド186の端部が連結されている。また、弁座体150のソレノイド部102側の端部は、外径方向にフランジ部153が形成されており、フランジ部153と第3仕切部113のソレノイド部102側の環状側面との間に第2のスプリング162が設置されている。第2のスプリング162はソレノイドロッド186を図示右側、すなわちソレノイド部102側に付勢する伸長ばねである。
なお、第2感圧部155の受圧面積は、第4受圧面積S4である。
本実施形態においては、前述した第1受圧面積(第1ポペット弁103の着座面積)S1、第2受圧面積(第2ポペット弁104の着座面積)S2、第3受圧面積(第1感圧部145の受圧面積)S3及び第4受圧面積(第2感圧部155の受圧面積)S4は、いずれもほぼ等しく形成する。なお、ほぼ等しいとは、±6%の範囲内であれば、ほぼ同一の作用効果が達せられる。
第2感圧室124に流入した流体は、連通するソレノイド部102内の各部材に作用して流体の圧力が一方の面にのみ作用しないように圧力をバランスさせる(第2感圧室124からソレノイド部102の内部にも流体は流入する)。
ソレノイド部102は、内部に可動芯181を設けるとともに、可動芯181にはソレノイドロッド186を結合する。また、可動芯181の対向した位置には固定芯182を設け、可動芯181と固定芯182の周囲には電磁コイル183を配置して電磁回路を構成する。この電磁コイル183に電流が印可されると、その電流の大きさに応じて電磁回路に発生する磁力Fにより、可動芯181は固定芯182に吸引される。可動芯181が固定芯182に吸引されると、可動芯181と一体のソレノイドロッド186は可動芯181とともに移動して、第2のスプリング162を圧縮させながら弁座体150を押圧する。弁座体150が移動すると、弁座体150は弁体140と閉弁しながら弁体140を図示左方へ移動させ、第1弁部面142Aを第1弁座面112Bから離脱させて第1ポペット弁103を開弁する。このとき、第1のスプリング161も圧縮される。
まず、ソレノイド部102に電流が印加されていない状態においては、ソレノイド部102の可動芯181と固定芯182との間には磁力Fは作用せず、可動芯181と固定芯182とは離間した状態になり、弁座体150は、第2のスプリング162のばね力F2の伸長力によりソレノイド部102側へ押動された状態となる。その結果、弁座部152の第2弁座面152Bは弁体140の第2弁部面143Aから離間して、第2ポペット弁104はストローク(開口量)が最大の開弁状態となる。
また、第2ポペット弁104が開弁状態のときは、弁体140は、第1感圧室121に配置される第1のスプリング161のばね力F1により押圧され、第1弁部面142Aが第1弁座面112Bと接合した状態とされる。すなわち、第1弁部面142Aと第1弁座面112Bからなる第1ポペット弁103は、ストローク(開口量)がゼロの閉弁状態となる。このため、供給ポート132から供給される供給圧力Poの流体は、第1ポペット弁103により遮断され、第2弁室123への流入は停止される。
なお、この状態、すなわち弁座体150が単に第2弁座面152Bが第2弁部面143Aに接合する位置に移動した状態においては、第1ポペット弁103も未だストローク(開口量)がゼロの閉弁状態であり、第1ポペット弁103及び第2ポペット弁104が共に閉じた状態となる。
この状態においては、前述したように第2弁座面152Bが第2弁部面143Aに接合し第2ポペット弁104が閉じた状態なので、第2弁室123と第1連通路146との流体の流れは遮断され、出力ポート133を流れる制御圧力Pcの流体の排出ポート131側への流出は停止される。
第1のスプリング161と第2のスプリング162のばね力F1,F2とソレノイド部102の磁力Fにより制御された可動芯181は、固定芯182との距離が制御されるから、可動芯181と一体のソレノイドロット186も制御されて所望の距離だけ移動される。
また、ベローズを使用する場合と比較して高圧に耐え得るソレノイドバルブを構成することができる。換言すれば、ソレノイドバルブを小型の状態で、流量を確保することができる。
また、部品コストを低減することができ、装置を小型化することも可能となる。
本発明の第2実施形態について図2を参照して説明する。
本実施形態においては、本発明に係るノーマルオープン型のソレノイドバルブの基本的な構成について図2を参照して説明する。本実施形態のソレノイドバルブも、第1実施形態と同様に、例えばオートマチックトランスミッションの油圧ブレーキ等の用途に用いられるものである。
図2に示すように、ソレノイドバルブ200は、制御弁部201とソレノイド部202とを結合して一体に形成したものである。
なお、本体210は、鉄、真鍮、銅、アルミニウム、ステンレス等の金属、工業プラスチック、特殊樹脂等の合成樹脂材で製作される。
なお、弁体240は、例えば、第1弁部242の端部に設けた嵌合孔に胴体部241の端部外周面を嵌着して連結する等して組み立てられ、上記の配置に配される。
弁体240の材質は、例えば、真鍮、銅、アルミニウム、ステンレス等の金属、あるいは合成樹脂材等である。
なお、第1弁部面242Aと第1弁座面212Bとが接合する(着座する)内径部分の断面積(着座面積)は、作動流体の圧力を受ける第1受圧面積S1となる。
なお、第2弁部面243Aと第2弁座面252Bとが接合する(着座する)内径部分の断面積(着座面積)は、作動流体の圧力を受ける第2受圧面積S2となる。
なお、第1感圧部245が供給圧力Poを受ける面積は、第3受圧面積S3である。
弁座体250(特許請求の範囲における第2弁部材に相当する。)は、円柱状の胴体部251の弁体240側の端部に筒状の弁座部252が形成され、また、その弁体240側(ソレノイド部202側)の端部にソレノイドロッド286の端部が連結されている。また、弁座体250のソレノイド部202とは反対側の端部は、その端部側に開口した有底円筒形状に形成されており、第2感圧部255を形成している。その、円筒形状の第2感圧部255の内側に、第2のスプリング262が設置されている。第2のスプリング262はソレノイドロッド286を図示左側、すなわちソレノイド部202側に付勢する伸長ばねである。
なお、第2感圧部255の受圧面積は、第4受圧面積S4である。
本実施形態においては、前述した第1受圧面積(第1ポペット弁203の着座面積)S1、第2受圧面積(第2ポペット弁204の着座面積)S2、第3受圧面積(第1感圧部245の受圧面積)S3及び第4受圧面積(第2感圧部255の受圧面積)S4は、いずれもほぼ等しく形成する。
なお、第2連通路256の弁体240側の端部開口は、弁座体250の有底円筒形状の弁座部252の底面の中央部に形成されているが、ここには前述したようにソレノイドロッド286が連結されている。しかし第2連通路256の開口部は、図2に示すように、その一部がソレノイドロッド286の外径よりもさらに外周部に拡径され、あるいはそのような位置まで溝が形成され、ソレノイドロッド286により開口が閉塞されず、第2弁室223との間で十分な流体の流量が確保できるようにその流路が確保されている。
ソレノイド部202に電流が印加されていない状態において、ソレノイド部202の磁力Fは作用せず、弁座体250は、第2のスプリング262のばね力F2の伸長力により、弁体240側へ移動し、弁座体250の第2弁座面252Bが第2弁体243の第2弁部面243Aと接合して第2ポペット弁204をストローク(開口量)がゼロの閉弁状態にする。その結果、第2弁室223と第2連通路256との流体の流れは遮断され、出力ポート233を流れる制御圧力Pcの流体は、排出ポート231側へ流出させることができなくなる。
つまり、ソレノイド部102へ電流が流されないときに、制御圧力Pcを増大させることができる。
一方で、第2ポペット弁204がソレノイド部202から離れる方向に移動することで、第1ポペット弁203を形成する第1弁体242の第1弁部面242Aは第1弁座面212Bに近接し、第1ポペット弁203のストローク(開口量)は小さくなる。
なお、この第1ポペット弁203が閉弁した直後の状態においては、第2ポペット弁204も未だストローク(開口量)がゼロの閉弁状態であり、第1ポペット弁203及び第2ポペット弁204が共に閉じた状態となる。
つまり、ソレノイド部202への十分な電流が流されると、制御圧力Pcを低下させることができる。
また、ベローズを使用する場合と比較して高圧に耐え得るソレノイドバルブを構成することができる。換言すれば、ソレノイドバルブを小型の状態で、流量を確保することができる。
また、部品コストを低減することができ、装置を小型化することも可能となる。
本発明の第3実施形態について図3を参照して説明する。
本実施形態のソレノイドバルブは、図1に模式的に示した本発明に係るノーマルクローズ型のソレノイドバルブを実際に実現する場合の一構成例を示したものである。
従って、図3に示す第3実施形態のソレノイドバルブ300は、基本的に第1実施形態のソレノイドバルブ100と同じ構成であり、実質的に同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
本発明に係るソレノイドバルブは、このような構成とすることで実際に適切に実現することができる。
本発明の第4実施形態について図4を参照して説明する。
本実施形態のソレノイドバルブは、図2に模式的に示した本発明に係るノーマルオープン型のソレノイドバルブを実際に実現する場合の一構成例を示したものである。
従って、図4に示す第4実施形態のソレノイドバルブ400は、基本的に第2実施形態のソレノイドバルブ200と同じ構成であり、実質的に同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
本発明に係るソレノイドバルブは、このような構成とすることで実際に適切に実現することができる。
本発明の第5実施形態について図5を参照して説明する。
本実施形態のソレノイドバルブは、図1に模式的に示した本発明に係るノーマルクローズ型のソレノイドバルブを実際に実現する場合の他の構成例を示したものである。
従って、図5に示す第5実施形態のソレノイドバルブ500は、基本的に第1実施形態のソレノイドバルブ100、及び、第3実施形態のソレノイドバルブ300と同じ構成であり、実質的に同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
本発明に係るソレノイドバルブは、このような構成により実現してもよい。
なお、このようなOリングは、第1仕切部111及び第3仕切部113側、すなわち本体110側に設けるようにしてもよい。また、Oリング以外の任意のシール部材を用いるようにしてもよい。
本発明の第6実施形態について図6を参照して説明する。
本実施形態のソレノイドバルブは、図2に模式的に示した本発明に係るノーマルオープン型のソレノイドバルブを実際に実現する場合の他の構成例を示したものである。
従って、図6に示す第6実施形態のソレノイドバルブ600は、基本的に第2実施形態のソレノイドバルブ200、及び、第4実施形態のソレノイドバルブ400と同じ構成であり、実質的に同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
本発明に係るソレノイドバルブは、このような構成により実現してもよい。
なお、このようなOリングは、第1仕切部211及び第3仕切部213側、すなわち本体210側に設けるようにしてもよい。また、Oリング以外の任意のシール部材を用いるようにしてもよい。
Claims (2)
- 流体の流量を制御するソレノイドバルブであって、
内部が軸方向に貫通した弁空間室に形成され、当該弁空間室が細径に形成された第1仕切部、第2仕切部及び第3仕切部により順に第1感圧室、第1弁室、第2弁室及び第2感圧室に仕切られた本体、
前記第1弁室に貫通して流体が流入出される供給ポート、
前記第2弁室に貫通して流体が流入出される出力ポート、
前記第1感圧室又は前記第2感圧室の一方あるいは両方に各々貫通して流体が流入出される排出ポート、
前記第1感圧室、前記第1弁室及び前記第2弁室の内部に軸方向に移動自在に配置され、内部に軸方向に貫通し前記第1感圧室側と前記第2弁室側とを連通する第1連通路を有する第1弁部材、
前記第2弁室及び前記第2感圧室の内部に軸方向に移動自在に配置され、内部に軸方向に貫通し前記第2弁室側と前記第2感圧室側とを連通する第2連通路を有する第2弁部材、
前記第1弁室と前記第2弁室を仕切る前記第2仕切部に形成される弁体又は弁座体のいずれか一方と、前記第1弁部材に形成される前記弁体又は弁座体のいずれか他方とを有し、前記第1弁室と前記第2弁室との間を開閉する第1ポペット弁、
前記第1弁部材の前記第2弁室側の端部に形成される弁体又は弁座体のいずれか一方と、前記第2弁部材の前記第2弁室側の端部に形成される弁体又は弁座体のいずれか他方とを有し、開弁状態においては前記第1連通路及び前記第2連通路と当該第2弁室とを連通し、閉弁状態においては前記第1連通路と前記第2連通路とを連通させる第2ポペット弁、
前記第1弁部材に一体に形成され、前記第1感圧室と前記第1弁室を仕切る前記第1仕切部の内周に摺動可能に配置される第1感圧部、
前記第2弁部材に一体に形成され、前記第2弁室と前記第2感圧室とを仕切る前記第3仕切部の内周に摺動可能に配置される第2感圧部、
印加される電流に応じて所定方向の磁力を発生し、当該磁力を前記第2弁部材に連結されたソレノイドロッドを介して前記第2弁部材に作用させるソレノイド部、
前記第1弁部材に前記第2弁部材方向の弾性力を作用させる第1スプリング、及び
前記第2弁部材に前記ソレノイド部により作用される磁力と反対方向の弾性力を作用させる第2スプリングを有し、
前記第1ポペット弁の着座箇所の内径部分の断面積であって軸方向の受圧面積である第1受圧面積と、前記第2ポペット弁の着座箇所の内径部分の断面積であって軸方向の受圧面積である第2受圧面積と、前記第1感圧部の軸方向断面の面積であって当該第1感圧部の軸方向の受圧面積である第3受圧面積と、前記第2感圧部の軸方向断面の面積であって当該第2感圧部の軸方向の受圧面積である第4受圧面積とをほぼ等しくしたことを特徴とするソレノイドバルブ。 - 前記第1仕切部及び前記第3仕切部の少なくともいずれか一方において、当該仕切部の内周と、当該内周と摺動する前記第1感圧部又は前記第2感圧部の外周とのいずれか一方又は両方に、シール部材が配設されていることを特徴とする請求項1に記載のソレノイドバルブ。
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