JPH0346292Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、ソレノイドの励磁電流に応じて油
の流量を制御する比例ソレノイド形スプール弁に
関する。

〔従来の技術〕

従来の比例ソレノイド形スプール弁としては、
例えば第１図に示すようなものがある。

このスプール弁は、ボデイ１に形成した摺動孔
２内にスプール３を摺動可能に設け、両側のスプ
リング室４，５内に設けたスプリング６，７によ
つて、それぞれワツシヤ８，９を介してこのスプ
ール３を押圧して図示の位置に保持している。

ボデイ１にはさらに、油の流入口１０及び流出
口１１と、この流出口１１に続く環状溝１２が設
けられており、図示の状態ではスプール３のラン
ド部３ａによつて環状溝１２が閉じられて、流入
口１０と流出口１１との間が遮断されている。

そして、このボデイ１に右端に固設した密封構
造の比例ソレノイド１３を励磁すると、その励磁
電流の大きさに応じて可動鉄心１４が左行し、そ
のプツシユロツド１４ａによつてスプール３を左
方へ移動させる。

それによつて、ボデイ１の流入口１０から流出
口１１への流路が開き、励磁電流の大きさに応じ
た流量の油が流れる。

〔考案が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような従来の比例ソレノイ
ド形スプール弁にあつては、スプールを比例ソレ
ノイドによつて直接駆動するため、スプールとボ
デイ間の摩擦力や流体反力等の影響を直接受ける
ので、それに打ち勝つために大きなソレノイド力
を必要とする。また、この摩擦力や流体反力によ
りスプール位置決め精度が低かつた。

したがつて、駆動力の大きい大型で消費電力の
大きい比例ソレノイドを使用しなければならず、
しかもその制御精度が低かつた。

また、例えば特開昭54−20275号公報に見られ
るように、スプールの一端にノズルを突設して押
力モータ棒の平坦面と対向させて形成した可変オ
リフイスと、３個の固定オリフイスとをスプール
の両端の室とパイロツト油圧源及びタンクとを接
続する流路にそれぞれ介挿してパイロツト圧力ブ
リツジを構成し、押力モータ棒の移動に応じて可
変オリフイスの面積を変化させることによりスプ
ールを移動させるようにしたサーボ弁もある。

しかしながら、このような従来のサーボ弁は構
造が複雑で高価になるばかりか、スプールを一方
向へ駆動させるのに、パイロツト流体の供給側と
流出側にそれぞれ２個ずつのオリフイスがシリー
ズに介在することになるので、大きな抵抗となつ
て応答性を損ね、且つエネルギ消費量も増加す
る。

さらに、各オリフイスはその形状や作り方によ
り、流体の粘度を含む抵抗に差が生ずるので、４
個もあるオリフイスの管理が難しく、どちらへド
リフトするか判らないという問題もある。

また、固定オリフイスにゴミ粒子が詰まる機会
も多く、しかもその詰まる位置によつて故障状況
が一定しないため、不安定で点検にも時間がかか
るという問題もある。

さらに、実開昭49−122287号公報に見られるよ
うに、スプールの一端に突設したノズルをフオー
スモータによつて変位されるフラツパと対向さ
せ、そのノズルにオリフイスを介してパイロツト
油を導入して噴出させるようにすると共に、その
スプールの他端の油室にも別のオリフイスを介し
てパイロツト油を導入して、その油圧力によつて
スプールを上記フラツパの方向に押圧し、その油
圧を調整するために別のノズル・フラツパ機構を
設け、スプールをその両端にかかる油圧力のバラ
ンスによつて位置決めするようにしたものもあ
る。

しかしながら、フオースモータのムービングコ
イルは移動ストロークが小さく、その力も弱いの
で、スプールの調整ストロークも充分に得られ
ず、その位置決めも不確実になりがちである。

また、スプールの後端の油室におけるパイロツ
ト油圧をノズル・フラツパ機構によつて調整する
構成になつているので、構造が複雑で高価になる
ばかりか、その押圧力が不安定になる恐れもあ
る。

さらに、パイロツト油を両方のノズル・フラツ
パ機構に並列に供給しなければならないので、そ
の流量が多くなる等の問題があつた。

この考案は、これらの点に鑑みてなされたもの
であり、スプールを消費電力の小さい比例ソレノ
イドで応答性よく確実に比較的大きなストローク
で駆動できるようにし、且つゴミ粒子の詰まりに
よる動作不良を起こしにくく安定性もあり、しか
も構造が簡単で安価に製造でき、パイロツト油の
流量も少なくて済む比例ソレノイド形スプール弁
を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この考案による比例ソレノイド形スプール弁
は、上記の目的を達成するため、ボデイに形成し
た摺動孔内に油の流入口または流出口を開閉する
ランド部を有するスプールを摺動可能に設けると
ともに、上記ランド部の後端部側にパイロツト油
を導入する油室を形成し、そのパイロツト油圧の
力によつて前記スプールを一方向に押圧させ、そ
のスプールの一端にノズルを突設して上記摺動孔
の一端に設けた制御油室に突出させ、比例ソレノ
イドのブツシユロツドに取り付けてスプリングで
負荷したフラツパを上記ノズルと対向配置し、上
記スプールにノズル先端に至る油路を設ける。

さらに上記ボデイに、パイロツト油を上記油室
へ供給するパイロツト油供給口とその油室のパイ
ロツト油を上記制御油室へ導く油路とを設け、そ
の油路の途中にオリフイスを形成し、さらに上記
ノズルから上記スプール中の油路を介して流出し
た油をタンクへ排出する排出口を設ける。

そして、上記スプールを上記フラツパに追従し
て移動させるようにしたものである。

〔作用〕

このように構成した比例ソレノイド形スプール
弁によれば、フラツパの位置決めは比例ソレノイ
ドの出力と、スプリング負荷及び制御油室内のパ
イロツト油圧との関係で定まり、スプールに起因
する摩擦力や流体力は殆んど影響せず、そのフラ
ツパ位置に追従してスプールがその一方向への押
圧力と制御油室内のパイロツト油圧による反対方
向への押圧力とがバランスする位置へ速やかに移
動するので、比較的消費電力の小さい比例ソレノ
イドによつて比較的大きなストローク範囲内で応
答性よく確実にスプールを駆動して、流入口から
流出口へ流れる油の流量を精度よく制御できる。

しかも、スプールを押圧付勢するパイロツト油
を１個の固定オリフイスを介してノズル・フラツ
パ機構に供給するようにしたので、構造が簡単で
あると共にパロツト油の油量が少なくて済み、省
エネルギ効果があり、しかも前述の従来例によう
なオリフイスによる抵抗の増加及びオリフイスの
管理の困難さやゴミの詰まりによる動作不良の発
生等の問題も殆んど解消できる。

〔実施例〕

以下、この考案の実施例を第２図を参照して説
明する。

第２図は、この考案の一実施例を示す要部を断
面にした側面図であり、第１図と対応する部分に
は同一符号を付しており、それらの説明は省略す
る。

このスプール弁のスプール２０は、ランド部２
０ｂの前端面に短かいノズル２０ｄを一体に突設
し、そのノズル先端からスプール２０の全長に亘
つて中心部を貫通する油路２０ｅを形成してい
る。

そして、このスプール２０のスプリング室４側
のランド部２０ａの後端部に、ランド部２０ａの
断面積の約1/2の断面積の小径部２０ｆを形成し
てあり、それによつて摺動孔２内に油室３０が形
成される。

一方、ボデイ１に設けた比例ソレノイド側のス
プリング室５を制御油室（以下「制御油室５」と
いう）に兼用し、スプール２０のノズル２０ｄと
比例ソレノイド１３のプツシユロツド１４ａに取
付けたフラツパ１８とを小間隙を設けて対向さ
せ、ランド部２０ｂを押えるワツシヤ９とフラツ
パ１８の基部との間にスプリング７を係着して、
スプール２０を左方に軽く付勢している。

さらに、ボデイ１には、油室３０にパイロツト
油を供給するパイロツト油供給口３１と、この油
室３０のパイロツト油を制御油室５へ導く油路３
２とが設けられており、その油路３２の途中には
オリフイス３３が形成されている。

また、制御油室５からノズル２０ｄ内の油路２
０ｅを通してスプリング室４へ流出する油を、タ
ンクＴへ排出させるための排出口２２もボデイ１
に形成している。

この実施例によれば、パイロツト油が油室３０
を介して制御油室５に導入されるため、油室３０
内のパイロツト油圧によつてスプール２０のラン
ド部２０ａを右方へ押す力が発生し、スプール２
０を右方へ戻す力を増加させることができる。

なお、この実施例において、スプール２０に対
する左側に油室３０内の油圧による有効押圧面積
をAa、右側の制御油室５内の油圧による有効押
圧面積をAbとすると、Aa：Ab＝１：２とし、
スプール２０がある位置に静止しているものとす
る。

ここで、スプリング６の付勢力とフローホース
（流体力）などを無視すれば（油室３０，５内の
油圧による駆動力に対してかなり小さいので）、
油室３０にパイロツト油を導入してその圧力Ｐを
作用させると、スプール２０を図で右方向へ押す
力Aa×ｐが発生する。

これに対して、スプール２０を左方向に押す力
を発生する制御油室５の圧力をPbとすると、ス
プール２０の静止という条件から次式を満たす。

Ab×Pb＝Aa×ｐ そして、上記のように、Aa：Ab＝１：２であ
るから、Ab：＝2Aaなので、 2Aa×Pb＝Aa×Ｐ、すなわちPb＝Ｐ／２とな
る。

この時、パイロツト油供給口３１から油室３０
に流入したパイロツト油は、オリフイス３３が形
成された油路３２を通つて制御油室５に流入す
る。さらに、ノズル２０ｄとフラツパ１８の間隙
からスプール２０内の油路２０ｅに流入し、第２
図で左方へ流れてスプリング室４内に流出し、排
出口２２からタンクＴに排出される。

この時スプール２０は静止しているので、オリ
フイス３３を通過するパイロツト油の流量と、ノ
ズル２０ｄとフラツパ１８との間隙を通つて油路
２０ｅに流入する流量は等しい。

そして、制御油室５の圧力Pbは、Ｐ／２なの
で、ノズル２０ｄとフラツパ１８との間隙をオリ
フイス状抵抗とみなせば、オリフイス３３の開口
面積と、ノズル２０ｄとフラツパ１８との間隙の
抵抗即ちノズル２０ｄの先端開口の円周と上記間
隙との積は同一となる。

例えば、オリフイス３３の径を0.7mm、ノズル
２０ｄの先端開口径を1.2mm、ノズル２０ｄとフ
ラツパ１８との間隙をＸとすると、 π／４×0.7²＝π×1.2X であるから、Ｘ＝0.1mmとなる。

すなわち、ノズル２０ｄとフラツパ１８との間
隙Ｘは一定である。

なお、上記で無視したフローホースなどが大き
い場合にはPb＞Ｐ／２となるが、その圧力上昇
はスプール２０がフラツパ１８に近づくことによ
つて得られる。すなわちノズル２０ｄとフラツパ
１８との間隙が狭まることによつて発生する。

そして、このフローホースなどの外力に打ち勝
つための圧力上昇は、上記例ではわずか0.1mm以
内の変位（ノズル２０ｄがフラツパ１８との間隙
0.1mmを狭める量）で強大な駆動力が得られる。

この0.1mmは、比例ソレノイドの全ストローク
（例えば５mm）に対して僅かであり、精度の高い
スプール３の位置制御が可能である。

すなわち、ノズル２０ｄとフラツパ１８との間
隙とノズル２０ｄの先端開口の円周との積がオリ
フイス３３の開口面積と同じになる一定間隙Ｘを
保つ位置で、スプール２０はその左右両側からの
押圧力がバランスして位置決めされる。

ここで、比例ソレノイド１３に通電すると、可
動鉄心１４が左方に移動するため、プツシユロツ
ド１４ａに押されてフラツパ１８がスプリング７
を圧縮しながら左方に移動し、励磁電流に応じた
比例ソレノイド１３の出力とスプリング７の反力
が釣り合つた位置に停止する。

そのため、ノズル２０ｄの開口が閉鎖され、制
御油室５内のパイロツト油圧が上昇し、スプール
２０をスプリング６及び油室３０側のパイロツト
油圧による押圧力に抗して左方に押圧して左行さ
せる。

それによつて、油溝１２がスプール２０のラン
ド部２０ａから開放され、流入口１０より流入し
た油が流出口１１から流出する。

もし、スプール２０のノズル２０ｄとフラツパ
１８との間隙が大きくなりすぎると、制御油室５
内のパイロツト油圧が低下し、スプール２０がス
プリング６の復帰力及び油室３０側のパイロツト
油圧力によつて右方へ戻される。

すなわち、スプール２０はスプリング６及び油
室３０側のパツロツト油圧力による右方への押圧
力と制御油室５のパイロツト油圧による左方への
押圧力とがバランスする位置へ、フラツパ１８に
追従して速やかに位置決めされることになり、流
入口１０から流出口１１へ流れる油の流量は高精
度で制御される。

すなわち、比例ソレノイド１３によつてフラツ
パ１８が移動されると、ノズル２０ｄとフラツパ
１８との間隙が変化して一時的に上述のバランス
状態がくずれるが、それをバランス状態に戻すよ
うに、油室３０側と制御油室５側のスプール２０
に対する押圧力の関係が大きく変化して、スプー
ル２０に大きな駆動力を与える。

したがつて、ゴミ等があつてもそれを押し切つ
てスプール２０を新たなバランス位置に精度良く
位置決め制御することができる。

このように、この実施例によれば、フラツパ１
８の位置決めは比例ソレノイド１３の出力とスプ
リング７による負荷及び制御油室５内のパイロツ
ト油圧との関係で定まり、スプール２０に起因す
る摩擦力や流体力は殆んど影響せず、そのフラツ
パ１８位置に追従してスプール２０がスプリング
６の付勢力及び油室３０内のパイロツト油圧によ
る一方向への押圧力と制御油室５内のパイロツト
油圧による反対方向への押圧力とがバランスする
位置へ速やかに移動するので、消費電力の小さい
比例ソレノイド１３によつて比較的大きなストロ
ーク範囲で応答性よく確実にスプール２０を駆動
して、流入口１０から流出口へ流れる油の流量を
精度よく制御できる。

また、パイロツト油路供給口３１から排出口２
２までのパイロツト油路中の流量制御手段として
は、１個の固定オリフイスとノズル・フラツパ機
構とが介在するだけであるから、構造が簡単であ
ると共に、前述の従来例のような多数のオリフイ
スによる抵抗の増加及びオリフイスの管理の困難
さやゴミの詰まりによる動作不良の発生等の問題
も殆んど生じることなく、パイロツト油の流量も
少なくて済むので、省エネルギ効果もある。

〔考案の効果〕

以上説明してきたように、この考案による比例
ソレノイド形スプール弁は、スプールに起因する
摩擦力や流体力の影響を殆んど受けず、消費電力
の小さい比例ソレノイドによつてフラツパ位置を
位置決めすることによつて、そのフラツパに追従
してスプールを比較的大きなストローク範囲で応
答性よく確実に駆動して、流入口から流出口へ流
れる油の流量を精度よく制御できる。

しかも、パイロツト油路中の流量制御手段とし
ては、１個の固定オリフイスとノズル・フラツパ
機構とを介在させるだけであるから、構造が簡単
であると共に、オリフイスによる抵抗の増加及び
オリフイスの管理の困難さやゴミの詰まりによる
動作不良の発生等の問題も殆んど生じることな
く、パイロツト油の流量も少なくて済むので、省
エネルギ効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の比例ソレノイド形スプール弁の
一例を示す要部を断面にした側面図、第２図はこ
の考案の一実施例を示す要部を断面にした側面図
である。 １……ボデイ、２……摺動孔、４……スプリン
グ室、５……制御油室（スプリング室）、６，７
……スプリング、１０……流入口、１１……流出
口、１３……比例ソレノイド、１４……可動鉄
心、１４ａ……プツシユロツド１８……フラツ
パ、２０……スプール、２２ａ，２０ｂ……ラン
ド部、２０ｄ……ノズル、２０ｅ……油路、２２
……流出口、３０……油室、３１……パイロツト
圧供給口。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 ボデイ１に形成した摺動孔２内に油の流入口１
   ０または流出口１１を開閉するランド部２０ａを
   有するスプール２０を摺動可能に設けるととも
   に、 前記ランド部２０ａの後端部側にパイロツト油
   を導入する油室３０を形成し、そのパイロツト油
   圧の力によつて前記スプール２０を一方向に押圧
   させ、 該スプール２０の一端にノズル２０ｄを突設し
   て前記摺動孔２の一端に設けた制御油室５に突出
   させ、比例ソレノイド１３のブツシユロツド１４
   ａに取り付けてスプリング７で負荷したフラツパ
   １８を前記ノズル２０ｄと対向配置し、 前記スプール２０にノズル先端に至る油路２０
   ｅを設け、 前記ボデイ１に、パイロツト油を前記油室３０
   へ供給するパイロツト油供給口３１と前記油室３
   ０のパイロツト油を前記制御油室５へ導く油路３
   ２とを設け、該油路３２の途中にオリフイス３３
   を形成し、さらに前記ノズル２０ｄから前記スプ
   ール２０中の油路２０ｅを介して流出した油をタ
   ンクへ排出する排出口２２を設け、 前記スプール２０を前記フラツパ１８に追従し
   て移動させるようにしたことを特徴とする比例ソ
   レノイド形スプール弁。