JPH0346293Y2 - - 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図に示すようにものがある。

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の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、この摩擦力や流体力により、
スプールの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。

この考案は、このような従来の問題点を解決し
ようとするものであり、消費電力の小さい比例ソ
レノイドでスプールを確実に駆動できるように
し、しかも高精度な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。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで、この考案による比例ソレノイド形スプ
ール弁は、油の流入口または流出口を開閉するス
プールの一端にノズルを突設し、摺動孔の一端に
シール壁を設けて、上記ノズルをこのシール壁を
貫通させてスプールの一端とこのシール壁との間
に制御油室を形成し、上記スプールをスプリング
あるいはパイロツト油圧による力によつて一方向
に押圧するとともに、比例ソレノイドのプツシユ
ロツドに取り付けてスプリング負荷したフラツパ
を上記ノズルと対向させて配置し、上記制御油室
へオリフイスを介してパイロツト油を導入して、
上記ノズルを通して該ノズルとフラツパとの間隙
から流出させることにより、上記スプールをフラ
ツパに追従させて移動させるようにしたものであ
る。

〔作用〕

この考案による比例ソレノイド形スプール弁は
このように構成したので、ノズル・フラツパによ
る駆動力増幅機構を用いてスプールを駆動するこ
とになり、スプールは比例ソレノイドによつて変
位されるフラツパに追従するように、制御油室内
のパイロツト油圧によつて駆動される。

その駆動力は比例ソレノイドの駆動力に比して
遥かに大きいので、スプールに作用する摩擦力や
流体力などの妨害力の影響は相対的に小さくな
り、制御精度が向上する。

そして、比例ソレノイドの小型化により省電力
化を図ることができる。

〔実施例〕

以下、この考案の実施例を第２図及び第３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あり、それらの説明は省略す
る。

このスプール弁のスプール３′は、ランド部３
ｂの前端面に小径部３ｃを設け、その先端にノズ
ル３ｄを一体に突設してシール壁１６を貫通さ
せ、スプール３′の右端とシール壁の左端との間
に制御油室１５を形成している。

そして、ノズル３ｄは比例ソレノイド１３側の
スプリング室５内に露出し、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
をノズル３ｄと小間隙を設けて対向させて配置
し、このフラツパ１８の基部とシール壁の右端面
との間にスプリング１９を係着して、フラツパ１
８を右方に軽く付勢して負荷を与えている。

したがつて、スプール３′はスプリング６によ
つて左方向から押圧されて図示の位置に係止され
ている。

また、ボデイ１′には、制御油室１５にパイロ
ツト油を導入するために途中にオリフイス１７ａ
を部材したパイロツト油供給口１７と、スプリン
グ室５に流入した油をタンクＴへ排出するための
排出口２０とが設けられている。２１は反対側の
スプリング室４に漏れた油を排出するための排出
口である。

したがつて、パイロツト油供給口１７からオリ
フイス１７ａを通つて制御油室１５へ流入したパ
イロツト油は、スプール３′の小径部３ｃ内及び
ノズル３ｄ内の油路を通つてノズル３ｄとフラツ
パ１８との間隙からスプリング室５へ流出し、排
出口２０からタンクＴへ排出される。

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１
９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１９の
反力が釣合つた位置に停止する。

そのため、ノズル３ｄの開口が閉鎖され、制御
油室１５内のパイロツト油圧が上昇し、スプール
３′をスプリング６の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３′のラン
ド部３ａから開放され、流入口１０より流入した
油が流入口１１から流出する。

もし、ノズル３ｄとフラツパ１８との間隙が大
きくなりすぎると、制御油室１５内のパイロツト
油圧が低下し、スプール３′がスプリング６の力
によつて右方へ戻される。

すなわち、制御油室１５のパイロツト油圧によ
つて、スプール３′はフラツパ１８に追従して位
置決めされることになり、流入口１０から流出口
１１へ流れる油の流量制御が行なわれる。

なお、この実施例においては、パイロツト圧力
を一定に保つことにより、流体力が摩擦力等のス
プール３′への外力が小さく無視できる場合には、
ノズル３ｄとフラツパ１８との間隙が一定とな
り、また、オリフイス１７ａを圧力補償付オリフ
イスとすることによつてもまた一定となる。

なお、スプール３′に対する外力が増加した場
合、そのための駆動力は、この外力によりスプー
ル３′がフラツパ１８に近づいてノズル３ｄとの
間のギヤツプが小さくなり、制御油室１５内にそ
の対向圧力を発生させることにより生ずる。しか
し、それによる変位量は極めて僅かである。

次に、第３図を参照してこの考案の他の実施例
を説明するが、第２図と対応する部分には同一符
号を付してあり、それらの説明は省略する。

このスプール弁は、スプール３″のスプリング
室４側のランド部３ａの後端部に小径部３ｆを形
成し、それによつて摺動孔２内に油室３０が形成
されている。

そして、この油室３０内の油圧によるランド部
３ａの有効押圧面積をAfとし、制御油室１５内
の油圧によるランド部３ｂ及び小径部３ｃの有効
押圧面積をAcとすると、 Af：Aa＝１：２ の関係になるようにしている。

一方、ボデイ１″には、この制御油室１５にオ
リフイス１７ａを介してパイロツト油を供給する
パイロツト油供給口１７と連通し、油室３０へパ
イロツト油を導く油路３２が設けられている。

この実施例によれば、パイロツト油が油室３０
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３″のランド部３ａを右方へ押
す力が発生し、スプール３″を右方へ戻す力が増
加させることができる。

なお、この実施例において、前述のようにスプ
ール３″の左側油室３０の油圧による有効押圧面
積をAfと、制御油室１５の圧力による有効押圧
面積をAcの比を、Af：Ac＝１：２とし、スプー
ル３″がある位置に静止しているとすると、スプ
リング６とフローホース（流体力）などを無視す
れば（油室３０，１５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
油の圧力Ｐを作用させると、スプール３″を右方
向へ押圧するAf×Ｐの力が発生し、スプール
３″を左方向へ押圧する力を発生する油室１５の
圧力Pbは、スプール３″の静止という条件から
Ac×Pb＝Af×Ｐとなる。

そして、Af：Ac＝１：２であるから Ac＝2Afなので、2Af×Pb＝Af×Ｐ すなわち、Pb＝P/2となる。

この時、パイロツト油供給口１７からオリフイ
ス１７ａを通つて制御油室１５に流入したパイロ
ツト油は、スプール３″の小径部３ｃ内及びノズ
ル３ｄ内の油路を通つてノズル３ｄとフラツパ１
８との間隙からスプリング室５へ流出し、排出口
２０からタンクＴへ排出される。

そして、この時スプール３″は静止しているの
で、パイロツト油がオリフイス１７ａを通過する
流量と、ノズル３ｄとフラツパ１８との間隙を通
過する流量は等しい。

また、上述のように制御油室１５の圧力Pbは
Ｐ／２なので、ノズル３ｄとフラツパ１８との間隙
をオリフイス状抵抗とみなせば、その等価的絞り
開口面積は上記間隙ノズル３ｄの先端開口の円周
との積であり、それがオリフイス１７ａの開口面
積と同一になる。

これについてさらに説明すると、パイロツト油
圧Ｐをオリフイス１７ａでP/2だけ圧力降下させ
て制御油室１５内ではPb＝P/2とし、さらにノズ
ル３ｄとフラツパ１８との間でP/2だけ圧力降下
させてスプリング室５内では大気圧又はタンク圧
（圧力０）にすることになる。

したがつて、この時オリフイス１７ａによる圧
力降下と、ノズル３ｄとフラツパ１８間での絞り
による圧力降下とが等しく、しかも前述のよう
に、パイロツト油がオリフイス１７ａを通過する
流量と、ノズル３ｄとフラツパ１８との間隙を通
過する流量とが等しいのであるから、オリフイス
１７ａの開口面積と、ノズル３ｄとフラツパ１８
間における等価的絞り開口面積が同じになる。

例えば、オリフイス１７ａの径を0.7mm、ノズ
ル３ｄの先端開口径を1.2mm、ノズル３ｄ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３ｄ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３″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３ｄとフラツパ
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、上記の例ではわずか0.1mm
以内の変位（ノズル３ｄ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。

そして、この0.1mmは比例ソレノイドの全スト
ローク（例えば５mm）に対して極めて僅かであ
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３ｄとフラツパ１８との間隙
とノズル３ｄの先端開口の円周との積（等価的絞
り開口面積）がオリフイス１７ａ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３″
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。

ところで、上述した各実施例のいずれもノズ
ル・フラツパを用いた駆動力増幅機構によつてス
プールを駆動するように構成しており、その作用
をさらに詳細に説明する。

第２図において、外部からパイロツト油圧供給
口１７へ供給されるパイロツト油が、オリフイス
１７ａを通して制御油室１５へ入り、その圧力で
スプール３′のランド部３ｂ側の有効押圧面積部
分を押す。

そのパイロツト油はノズル３ｄの先端開口から
スプリング室５内へ流出し、その流出口部は比例
ソレノイド１３によつて変位されるフラツパ１８
の押圧力によつて絞られ、その絞り具合によつて
制御油室１５内の油圧力は調整される。それによ
つて、比例ソレノイド１３の押圧力にほぼ比例し
て、制御油室１５内の油圧力が変化する。

なお、比例ソレノイド１３によつて押されて変
位するフラツパ１８が、ノズル３ｄの先端開口に
接近して油の流出口を押し絞る時、フラツパ１８
が受ける反力は、ノズル先端の小さな開口に対向
する狭い受圧面積部分が受ける圧力のもであるか
ら僅かな力である。

ノズル３ｄからの流出口が絞られると、制御油
室１５内の油圧力は上昇し、その圧力でより大き
い有効押圧面積を有するスプール３′の受圧部が
押されるから、この圧力によるスプル駆動力は比
例ソレノイド１３の押圧力の何倍（面積比によ
る）にもなる。

そして、ノズル３ｄの先端にフラツパ１８を介
して作用する比例ソレノイド１３の押圧力と、そ
れが上述のようにノズル・フラツパ部を絞つたこ
とにより発生した上記スプールの有効押圧面積部
に作用する圧力による推力との合力が、スプール
駆動力となる。

そして、これらの動きは従来のノズル・フラツ
パ式の油圧サーボ機構と同様に制御され、スプー
ル３′の位置はフラツパ１８に追従することにな
る。

このように、パイロツト油圧がスプール３′の
有効押圧面積部にかかることによる駆動力は、比
例ソレノイド１３の押圧力に比べると非常に大き
いので、スプール３′に作用する摩擦力や流体力
などの外乱的な妨害力は相対的に小さくなり、制
御精度が向上する。

また、比例ソレノイドは小型のものを使用でき
るので省電力化を図ることができる。

すなわち、パイロツト油圧のエネルギによつ
て、比例ソレノイドのスプル駆動力を増幅してい
るので、このような作用効果が得られる。

さらに、そのためにパイロツトスプールを用い
ず、ノズル・フラツパ機構を使用しているため、
オリフイス１７ａ、ノズル３ｄの先端開口、及び
ノズル３ｄとフラツパ１８との間隙（ギヤツプ）
のいずれもが、一般に使用される油に含まれる汚
染粒子の大きさに対して遥かに大きいので、その
汚染粒子の影響も殆んど受けない。

第２図の実施例について説明したが、第３図の
実施例についても同様である。

〔考案の効果〕

以上説明したきたように、この考案によれば、
制御油室のパイロツト油圧によつてスプールがフ
ラツパに追従して位置決めされるから、消費電力
の小さい小型の比例ソレノイドを使用しても大き
なスプール駆動力が得られ、高精度で確実な流量
制御を行なうことができる。

しかも、パイロツトスプールを使用せず、構造
が比較的単純で加工し易いので安価に製造でき、
小型化も容易である。

また、ノズル・フラツパ機構による駆動力増幅
機構を用いているので、油中の汚染粒子（ゴミ）
の影響も殆んど受けることがない。

【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
要部を断面にした側面図、第２図及び第３図は
夫々この考案の異なる実施例を示す要部を断面に
した側面図である。 １，１′，１″……ボデイ、２……摺動孔、３，
３′，３″……スプール、３ｄ……ノズル、４，５
……スプリング室、６……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、１５……制御油室、１７……パイロツト圧供
給口、１８……フラツパ、１９……スプリング、
２０，２１……排出口。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. ボデイに形成した摺動孔内に油の流入口または
   流出口を開閉するスプールを摺動可能に設けると
   ともに、スプリングあるいはパイロツト油圧によ
   る力によつて前記スプールを一方向に押圧させ、
   該スプールの一端にノズルを突設し、前記摺動孔
   の一端にシール壁を設け、前記ノズルを該シール
   壁を貫通させて前記スプールの一端とシール壁と
   の間に制御油室を形成し、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負荷したフラ
   ツパを前記ノズルと対向させて配置し、前記ボデ
   イにパイロツト油を前記制御油室へ供給するパイ
   ロツト油供給口を設け、該供給口と前記制御油室
   との間にオリフイスを形成し、前記制御油室に供
   給されたパイロツト油を前記ノズルを通して該ノ
   ズルと前記フラツパーとの間から流出させ、その
   流出した油をタンクへ排出する排出口を前記ボデ
   イに設け、前記スプールを前記フラツパに追従し
   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。