JPS6139111A - 位置追従式比例ソレノイド形スプ−ル弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この饗；は、ソレノイドを励磁する入力電流の大きさに
応じて油の流量を制御する位置追従式比例ソレノイド形
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
７図に示すようなものがある。

このスプール弁は、ボディ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によってそれぞれワッシャ
８，９を介してこのスプール３を押圧して、閉弁時には
図示の位置に保持している。

ボディ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、
図示の閉弁状態ではスプール乙のランド部３ａによって
環状溝１２を閉鎖して、流入口１０と流出口１１との間
を遮断している。

そして、このボディ１の一端番子固設した密封構造の比
例ソレノイド１３を励磁すると、その入力電流の大きさ
に応じて可動鉄心１４が左行し、そのブツシュロッド１
４ａによってスプール３を左方へ移動させる。

それによって、ホデイ１の流入口１０から流出口１１へ
の流路が開き、入力電流の大きさに応じた流量の油が流
れる。

二′のような比例ソレノイド形スプール弁にあっては、
図示のように全開状態におけるスプール３と環状溝１２
との間のシール幅Ｘｏは、流体のリークを防止するため
に適当量必要とされる。

また、第８図に示すようなパイロット作動による位置追
従形の比例ソレノイド形ズプール弁もある。なお、この
第８図において第７図と対応する部分には同一符号を付
しである。

このスプール弁は、ノズル・フラッパ機構を用いたもの
で、スプール乙にランド部３ｂの前端部すなわち摺動孔
２の右端部に制御油室１５を形成しており、スプール乙
の一端（ランド部３ｂ側）にノズル３ｃを突設し、ボデ
ィ１に設けたシール壁１ａを通してノズル・フラッパ室
１６に突出すせ、このスプール３をスプリング６によっ
て一方向（図で右方向）に押圧している。

ノズル・フラッパ室１６内では、比例ソレノイド１３の
可動鉄心１４のブツシュロッド１４ａ（７）先端に固着
されたフラッパ１７が、ノズル３ｃの先端と小間隔で対
向配置され、シール壁１ａとの間に係着されたスプリン
グ１８によって、比例ソレノイド１３による押圧力に抗
する付勢力を与えられている。

そして、パイロット油供給０１日からオリフィス１９ａ
を介して制御油室１５に導入したパイロット油を、ノズ
ルろＣ内の油路３ｄを通してノズル３ｃの先端とフラッ
パ１７との間隙からがら流出させ、パイロット油圧によ
りスプール６を左方へ押圧する力を作用させる。

一方、スプール６のスプリング室４側のランド部３８に
連設した小径部３ｅによって摺動孔２の左端部に形成さ
れた油室２０にも、油路１９ｂを通してパイロン１〜油
を導入し、スプリング４の付勢力に加えてこのパイロッ
ト油圧によってもスプール３を右方に押圧する。

そして、図示の状態から比例ソレノイド１３を励磁する
と、ブツシュロッド１４ａがスプリング１８に抗して左
行し、フラッパ１７がノズル３Ｃの開口を閉鎖しようと
するため、制御油室１５内の圧力が高くなり、スプール
３が左方に押圧されてスプリング４及び油室２０内のパ
イロット油圧に抗して左行し、環状溝１２を開く。

したがって、流入口１０から流出口１１へ流れる油の流
量は、比例ソレノイド１３を励磁する入力電流によって
制御される。

このような比例ソレノイド形スプール弁は、パイロット
油圧駆動のため、小型の比例ソレノイドでスプールを強
力に駆動できるが、やはり、全開時における流体のリー
クを防止するために、シール幅Ｘｏが必要である。

〔発明が解決しようする問題点〕

このような従来の比例ソレノイド形スプール弁において
は、いずれもスプールが往動変位する場合と復動変位す
る場合とでは、比例ソレノイドのスプリング負荷に対す
る変位特性が異なるため、第９図に示すように同じ入力
電流に対してスプールの往動時（開弁時）と復動時（閉
弁時）との間に変位差（ヒステリシス）が生じる。

特に、スプールがシール幅Ｘｏを変位する間は油の流路
が遮断されているため、第１０図に示すように入力電流
Ｉ　（Ａ）が増加しても油が流れない不感帯部分となり
、有効な流量制御範囲が狭くなるばかりか、この付近の
小流量域では、第９図に示すようにスプール変位のヒス
テリシスが特に大きいという問題点があった。

この発明は、このような従来の問題点を解決して、入力
電流に対する不感帯の幅を小さくすると共に、弁開閉時
のヒステリシスも小さくして、広範な制御域に亘って安
定した流量制御を行なえるようにすることを目的とする
。

〔問題点を解決するための手段〕

そのため、この発明による位置追従式比例ソレノイド形
スプール弁は、第８図に示したようなノズル・フラッパ
機構を用いたパイロワ１−作動の比例ソレノイド形スプ
ール弁において、フラッパを比例ソレノイドによる押圧
力に抗して付勢するスプリングとして、比例ソレノイド
の小出力域で作用するハネ定数の小さい第１のスプリン
グと、比例ソレノイドのそれ以上の出力域で作用するバ
ネ定数の大きい第２のスプリングとを設けたものである
。

［作　用〕 このようにすることにより、比例ソレノイドの入力電流
が小さい小出力域で、フラッパは第１のスプリングの弱
い付勢力に抗してノズルに接近する方向に大きく変位す
るため、スプールもそれに追従して大きく変位して、前
述のシール幅ＸＯを越えて開弁する。その後節２のスプ
リングの強い付勢力が作用するので、比例ソレノイドの
入力電流とスプールの変位及び流量との関係は第２図及
び第３図に示すようになり、不感帯が極めて小さくなる
と共に、弁開閉時のヒステリシスも小さくなる。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は、この発明の一実施例を示す位置追従式比例ソ
レノイド形スプール弁の縦断面図で、第８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、ボディ１に形成し
たノズルフラッパ室１６に突出する比例ソレノイド１３
のブツシュロッド１４ａに、フランジ付有底円筒状のフ
ラッパ２１を一体に嵌着しており、このフラッパ２１と
スプール乙に突設したノズル３ｃとが常時小間隙ΔＸＯ
を隔て対向するように配設している。

また、段付フランジを有する円筒状のスプリング受け２
２をこのフラッパ２１に摺動自在に嵌合し、フラッパ２
１のフランジ２１　、ａとスプリング受け２２の内周側
段部２２ａとの間に、バネ定数の小さい第１のスプリン
グ２３を介装している。

さらに、スプリング受け２２のフランジ２２ｂと、ノズ
ル３ｃを挿通させてシール壁１ａのノズル・フラッパ室
１６側に設けた円板状のスプリング受け２５との間に、
バネ定数の大きい第２のスプリング２４を介装している
。

これらの第１．第２のスプリング２５，２４はいずれも
フラッパ２１に対して、比例ソレノイド１３による押圧
力に抗する付勢力を作用させるスプリングである。

第１図に示す状態はソレノイド１６に通電していない状
態であり、フラッパ″２１が第１．第２のスプリング２
３．２４の付勢力によって押し戻されて右行端位置にあ
り、スプール３は、スプリング６の押圧力及びパイロッ
ト油圧ｐｐによりラント部３ａの油室２０側の面積Ａ１
の端面を押す右方への押圧力と、オリフィス１９．を通
った制御油室のパイロット油圧がランド部３ｂの面積Ａ
２（Ａ２＝’ＡＩＸ　２）の端面を押す左方への抑圧力
との釣合いによって、流出口１１に通じる環状溝１２を
シール幅Ｘｏで閉鎖して全開状態にある。

この時、フラッパ２１のフランジ２１ａとスプリング受
け２２のフランジ２２ｂとの対向面の間隔Ｙｏがスプー
ル３と環状溝１２のシール幅ＸＯと等しくなるように設
定しておく。

この状態から、比例ソレノイド１３に通電されると、そ
の入力電流■が小さい小出力域では、ブツシュロッド１
４ａの押圧力によってフラッパ２１が第１のスプリング
２３のみを圧縮しながら左方に移動し、それに追従して
パイロット油圧によりスプール３も左方へ移動する。

そして、例えば比例ソレノイド１３の入力電流■が全開
時の電流の５％になると、フラッパ２１のフランジ２１
ａがスプリング受け２２のフランジ２２ｂに当接し、ス
プール６はシール幅Ｘ。

（Ｘｏ＝Ｙｏ）だけ左行して環状溝１２を開き始める。

そして、比例ソレノイド１３の入力電流■が５３以上の
出力域では、その出力の増加に伴って。

フラッパ２１がスプリング受け２２に係合した状態で第
２のスプリング２４を圧縮しながら左方に移動し、スプ
ール３がそれに追従して左行して。

徐々に大きく環状溝１２を開き、流入口１０から流出１
１へ流れる油の流量Ｑが増加する。

すなわち、比例ソレノイド１３への入力電流Ｉが５％以
下の小出力域においては、フラッパ２１の移動に抗する
付勢力としてはバネ定数の小さい（弱い）第１のスプリ
ング２３のみが作用するので、比例ソレノイド１３に対
するスプリング負荷はわずかであり、ストロークｙｏだ
け容易に移動してスプール３を第２図に示すようにシー
ル幅Ｘｏたけ移動させることができ、この小出力域では
ヒステリシスも小さい。

そして、この場合の流量特性は第３図に示すようになり
、不感帯部分は比例ソレノイド１３の入力電流Ｉが０〜
５％までと極めて小さくなり、少ない入力電流域から開
弁じて流量制御が始まるので、第１０図と比較すれば明
らかなように、低流量域におけるヒステリシスが極めて
小さくなる。

次に、第４図を参照してこの発明の他の実施例を説明す
る。なお、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。

この実施例においては、大径の環状段部３１ａ及び小径
の環状段部３１ｂを形成したフランジ５１ｃを有するフ
ラッパ乙１を比例ソレノイド１３のブツシュロッド１４
ａに嵌着すると共に、ノズル３ｃを挿通させてシール壁
１ａに密着する円板状スプリング受け３５にも大径の環
状段部３５ａ及び小径の環状段部３５ｂを形成している
。

そして、フラッパ３１の段部３１ａとスプリング受け３
５の段部３５ａとの間にバネ定数の小さい第１のスプリ
ング３３を介装し、この第１のスプリング３３の内側に
、この第１のスプリング３３よりバネ定数の大きい第２
のスプリング３４を、フラッパ３１の段部３１ｂからシ
ール幅Ｘ。

に等しい間隙ＹＯだけ離して配設し、一端をスプリング
受け３５の段部３５ｂに係着する。

このようにすれば、前実施例と同様に、比例ソレノイド
１３の入力電流■が例えば５％以下の４１出力域では、
フラッパ３１の段部３１ｂが第２のスプリング３４には
当接せず、ノベネ定数の小さｂｌ（弱い）第１のスプリ
ング３３のみを圧縮しな力〜らフラッパ６１が左方へ移
動するので、比例ソレノイド１３に対するスプリング負
荷番よ小さく、このフラッパ６１に追従してスプール３
がシール幅ＸＯ分だけわずかな出力で移動し、開弁じ始
める。

そして、比例ソレノイド１３の入力電流Ｉ′ＩＪＳ５％
以上の出力域では、フラツノ見１の段部３１ｂがバネ定
数の大きい（強い）第２のスジ１ノング３４に係合して
、それを圧縮しながら比例ソレノイド１６の出力に応じ
て左方へ移動し、スプール乙もそれに追従して左方へ移
動して流量Ｑを徐々に増大させる。

したがって、比例ソレノイド１３の入力電流Ｉに対する
スプール乙の変位Ｘ及び出力流量Ｑの特性は第２図及び
第３図と同様になり、第１図の実施例と同様な効果が得
られる。

領ζＭけ一箪１図に示した実施例と同様なノズル・フラ
ッパ機構をスプール弁の両側しこ対称的番こ設けて方向
切換弁を構成したものであり、第１図と対応する部分に
は同一符号を付してそれらの説明は省略する。

この実施例では、図示の中立（閉弁）状態力１ら、ボデ
ィ４１の両端に設けた比例ソレノイド１３゜１３のいず
れか一方を駆動することによって、一方のフラッパ２１
をスプール４ろの両端に突設したノズル４３ｃ、４３ｃ
の一方に接近する方向へ移動させ、それに追従してスプ
ール４３カへ摺動することにより、そのランド部４３ａ
、４３ｂ＆こよってボディ４１に成形したボートＡ、Ｂ
をボートＰ、Ｔに切換えて連通させるようになってｔ）
る。

そして、スプール４３の両端に突設したノズル４３ｃ内
にそれぞれ油路４３ｄを形成して、両側のノズル・フラ
ッパ室１６をそれぞれこの油路４３ｄによってタンクボ
ート（ボートＴ）　４こ連通させると共に、パイロット
油供給口１９力１らそれぞれオリフィス０１．０２を介
してノ（イロット油を導入して、第１図における制御油
室１５の役目も兼ねさせている。

なお、各ノズル４３ｃと比例ソレノイド１５のブツシュ
ロッド１４ａに取付けたフラッパ２１との間には、スプ
ール４３の摺動代をとるために、図示の中立状態でそれ
ぞれΔＸ、よりかなり太き□１１７□□□ い間隙Ｚを設けている。

各フラッパ２１のフランジと摺動自在なスプリング受け
２２の内周側段部との間にバネ定数の小さい第１のスプ
リング２３を介装し、スプリング受け２２のフランジと
スプリング受け２５との間にバネ定数の大きい第２のス
プリングを介装している点は第１図の実施例と同様であ
る。

ここで、各フラッパ２１のフランジとスプリング受け２
２のフランジとの対向面の間隙Ｙｏを、スプール４３と
ポートＡ、Ｂ用環状溝どの間のシール幅Ｘ。、前述した
中立状態でのノズル４３ｃとフラッパ２１との間隙２、
及び比例ソレノイドに通電した切換作動時においてノズ
ル４′５Ｃとフラッパ２１との間に保たれる小間隙へＸ
Ｏに対し、Ｙｏ＝Ｘｏ＋Ｚ−ΔＸＯ の関係になるように設定する点が第１図の実施例の場合
と相違する。

なお、両端のノズル・フラッパ室１６内の一番外側のス
プリング４６が、第１図のスプリング６に相当するスプ
ール４３を一方向に押圧するスプリングである。

この実施例において、右側のソレノイド１３（ＳＱＬ　
Ａ）に通電して、例えばその入力電流Ｉが５％以上にな
ると、ボートＢとＰ、及びボートＡとＴがそれぞれ連通
し、第６図に示すように、ボートＰからＢへ入力電流■
に応じた流量ＱＢの油が流れる。

反対に左側のソレノイド１　！＋（ＳＱＬ　Ｂ）に通電
して、同様にその入力電流■が５％以上になると、ボー
トＡとＰ、ボートＢとＴがそれぞれ連通し、第６図に示
すように、ボートＰからＡへ入力電流■の大きさに応じ
た流量ＱＡの油が流れる。

この実施例でも、中立（、閉弁）状態からいずれか一方
の比例ソレノイド１′５に通電して開弁するときの不感
帯部分が小さくなり、また小流量域でのヒステリシスも
小さくなる。

なお、以上の実施例においては、第１のスプリングが比
例ソレノイドの入力電流５％以下の小出力域で圧縮され
るようにしているが、シール幅に応じて適宜節１のスプ
リングのバネ定数及び長さを変更すればよく、それによ
って不感帯部分を多くても１０％以下に押えることがで
きる。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、この発明による位置追従式比
例ソレノイド形スプール弁は、ノズル・フラッパ機構を
用いてスプールを摺動させるが。

そのフラッパに対して比例ソレノイドによる押圧力に抗
する付勢力を作用させるスプリングをバネ定数の小さい
第１のスプリングとバネ定数の大きい第２のスプリング
によって溝成し、比例ソレノイドの小出力域ではバネ定
数の小さい第１のスプリングのみが作用するようにした
ので、比例ソレノイドに対する小出力域でのスプリング
負荷が小さくなり、小出力でスプールをシール幅分だけ
摺動させることができ、入力電流に対する不感帯部分を
小さくすることができる。また、小流量域でのヒステリ
シスが小さくなり、開弁時と閉弁時の特性がほぼ同じに
なる。。

したがって、広い制御範囲に亘って入力電流に応じた安
定した流量制御を行なうことができ、また全閉時にはシ
ール幅を大きくとってリークを完全に防止することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を示す位置追従式比例ソ
レノイド形スプール弁の縦断面図、第２図及び第３図は
、それぞれ第１図の実施例による比例ソレノイドの入力
電流に対するスプールの変位及び出力流量の関係を示す
特性曲線図、 第４図及び第５図は、それぞれこの発明の他の異なる実
施例を示す第１図と同様な縦断面図、第６図は、第５図
の実施例による各比例ソレノイドの入力電流に対する出
力流量特性を示す特性曲線図である。 第７図及び第８図は、それぞれ従来の比例ソレノイド形
スプール弁の異なる例を示す縦断面図、 第Ｓ図及び第１０図は、それぞれ第８図のスプール弁に
よる比例ソレノイドの入力電流に対するスプールの変位
及び出力流量の関係を示す特性曲線図である。 １．４１・・・ボディ　　　　３，４６・・・スプール
３ｃ、、４３ｃ・・・ノズル　　１０・・・流入口１１
・・・流出口　　　　　　１２・・・環状溝１３・・・
比例ソレノイド　１４ａ・・・ブツシュロッド１６・・
・ノズル・フラッパ室 １日・・・パイロット油供給口 ２１．３１・・・フラッパ ２２・・・摺動自在なスプリング受け ２３、？）３・・・第１のスプリング ２４．３４・・・第２のスプリング ２５、：５５・・・円板状のスプリング受は第１　図 第２図　　　　　第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　ボディ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、スプリングあ
   るいはパイロット油圧による力によつて前記スプールを
   一方向へ押圧させ、該スプールの一端に突設したノズル
   と比例ソレノイドのプッシュロッドに取り付けたフラッ
   パとを対向配置し、オリフィスを介してこのノズルとフ
   ラッパ間に導入したパイロット油圧により前記スプール
   に前記押圧力と逆方向の押圧力を作用させて、該スプー
   ルを前記フラッパに追従して変位させるようにした位置
   追従式比例ソレノイド形スプール弁において、 前記フラッパに前記比例ソレノイドによる押圧力に抗す
   る付勢力を作用させるスプリングとして、前記比例ソレ
   ノイドの小出力域で作用するバネ定数の小さい第１のス
   プリングと、該比例ソレノイドの前記出力域より大きい
   出力域で作用させるバネ定数の大きい第２のスプリング
   とを設けたことを特徴とする位置追従式比例ソレノイド
   形スプール弁。