JPS6142150B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜技術分野＞ この発明は、一般に困難な低圧からの電流−圧
力特性の直線性を良好にした電磁比例形圧力制御
弁に関する。

＜従来の技術＞ 従来一般に、電磁比例形圧力制御弁は、本体内
の弁室に設けたポペツトを弁座にコイルスプリン
グで押し付ける一方、上記本体に固定した比例電
磁石の吸引力をコイルスプリングを介してポペツ
トに伝達し、該ポペツトを弁座に向けて押し付け
て、印加電流により設定圧力を制御できるような
構造になつている。

ところで、この種の電磁比例形圧力制御弁は、
比例電磁石への印加電流を変化させることによつ
て、設定圧力を遠隔操作できるという利点を有す
るが、次の如き欠点を有する。すなわち、この電
磁比例形圧力制御弁は、コイルスプリングを介し
てポペツトに働らく比例電磁石の吸引力と流体圧
力とをバランスさせるような構造になつているた
めに、第１図中O′で示す磁気飽和点までの小電
流域イに比例電磁石の電流値を設定して、設定圧
力を小さくした場合においては、磁気飽和点
O′までは磁心材料が非飽和で、電流の一部が磁
心を飽和させるために使用されるので、電流ｉと
吸引力Ｆの関係が直線の関係にならない。また、
磁気飽和点O′以降の大電流域ロでは、電流の増
加に伴つて吸収力が直線的に増加する。このよう
に、小電流域において、比例電磁石の電流値とコ
イルスプリングの圧縮量とが大電流域と同じ比例
した関係にならず、このため電流−圧力特性の直
線性が悪くなるのである。

＜発明の目的＞ そこで、この発明の目的は、比例電磁石により
発生する吸引力が比例領域になるまで、ポペツト
が弁座体に比例電磁石の吸引力で押し付けられな
いようにすることによつて、電流−圧力特性の直
線性を向上させることにある。

＜発明の構成＞ 上記目的を達成するため、この発明は、第２，
３図に例示するように、弁座体５と対向し、この
弁座体５の連通孔１３を開閉するポペツト３と、
上記ポペツト３の前面とこのポペツト３を収納す
る弁室４の側壁もしくは上記弁座体５との間に介
設した補助スプリング２８と、上記ポペツト３の
後面と弁室４の側壁に当接する座体３２との間に
介設した中間スプリング３１と、上記座体３２と
中間スプリング３１とを介して上記ポペツト３へ
吸引力を作用させる比例電磁石２とからなり、上
記比例電磁石２へ印加する電流によつて発生する
吸引力が比例領域に達するまで上記ポペツト３の
平衡位置を保持するように、上記両スプリング２
８，３１力を設定したことを特徴としている。

＜発明の作用＞ 上記構成により、比例電磁石２に印加する電流
が比例領域に達するまで、中間スプリング３１と
補助スプリング２８のバネ力により、座体３２は
弁室４の側壁に押し付けられ、ポペツト３は平衡
位置に保持され、比例電磁石２の比例領域のみに
おいて、座体３２が上記側壁から離れ、ポペツト
３は弁座体５に押し付けられ、圧力制御が行なわ
れる。したがつて、電流−圧力特性の直線性が良
くなる。

＜実施例＞ 以下、この発明を図示の実施例により詳細に説
明する。

第２，３図において、１は本体、２は該本体１
の図中右端に固定したいわゆる比例電磁石、３は
上記本体１内に形成した小径シリンダ室４ａと大
径シリンダ室４ｂとからなる弁室４に軸方向に進
退自在に収納したポペツト、５は上記本体１の図
中左端部に固定して上記ポペツト３の前面３ａに
相対するようにした弁座体である。

上記弁座体５はロツド部６と雄ねじ部７とから
成り、ロツド部６を上記小径シリンダ室４ａに摺
動自在に嵌合すると共に、雄ねじ部７を本体１の
雌ねじ部８に螺合して、軸方向に自在に螺進でき
るようになつている。また上記弁座体５はねじ部
７に螺合したロツクナツト９により、軸方向の任
意の位置に固定できるようになつている。

上記ロツド部６には、本体１に設けた１次ポー
トとしてのポンプポートＰに連通する外周環状溝
１１と、該環状溝１１と連通する半径方向の貫通
孔１２と、該貫通孔１２に弁室４を連通させる連
通孔としての軸心孔１３とを設けて、上記ポンプ
ポートＰに、弁室４に連通するよう２次ポートと
してのタンクポートＴを連通できるようにしてい
る。上記軸心孔１３の内周面の弁室４側の部分は
末広がりのテーパ面１３ａにしてシート部１４を
形成している。なお、上記ロツド部６の外周面の
両端部つまり環状溝１１の両側には夫々Ｏリング
１５，１６を嵌め込んで環状溝１１内の流体をシ
ールしており、また上記ロツド部６とねじ部７と
の間に設けた係合溝１７の段部１７ａには、本体
１に螺着したボルト１８の先端部をストツパーと
して係合できるようにして、弁座体５の本体１か
らの脱落を防止している。

一方、上記比例電磁石２は第１図中ロに示す如
く大電流域では印加電流値と略比例する吸引力を
生じる直流電磁石で、かつ、可動鉄心２１のスト
ローク範囲において、吸引力が変化しないような
特性を有するものである。上記可動鉄心２１は、
比例電磁石２のケース２２の一部に摺動自在に嵌
め込んだアクチユエータとしてのプツシユピン２
３を軸方向弁座体５に向けて駆動するようになつ
ている。もつとも上記プツシユピン２３は可動鉄
心２１と一体構造であつてもよい。

一方、上記ポペツト３は、大略段付円筒体２４
の前端に円錐体２５を一体に設けて、前面３ａの
一部を円錐面に形成してなり、該円錐体２５に設
けたＴ字形通路２６によりポペツト３の前面側
と、後面側の軸心孔３６とを連通させるようにし
ている。該ポペツト３の前面３ａの段部３ａ−１
と、本体１の内壁である大径シリンダ室４ｂと小
径シリンダ室４ａとの間の段部２７との間にたと
えば比較的小さいバネ定数を有するコイルスプリ
ングからなる補助スプリング２８を一定のバネ力
Ｋで縮装する一方、該ポペツト３の後面段部３ｂ
−１と上記プツシユピン２３との間に、たとえば
比較的大きいバネ定数を有するコイルスプリング
からなる中間スプリング３１を、上記弁室４の側
壁に当接する中間スプリング用座体３２を介して
やはりバネ力Ｋで縮装している。すなわち、上記
ポペツト３は、比例電磁石２に通電しない状態
で、かつ弁座体５に接触していない状態では、補
助スプリング２８と中間スプリング３１とが互い
にバネ力Ｋで圧縮されて釣り合つた一定の位置つ
まり平衡位置に停止するようになつている。上記
中間スプリング用座体３２は、軸心に大径孔３４
ａと小径孔３４ｂとからなる貫通孔３４を有する
と共に、一端に外鍔３５を有する円筒体から成
る。上記中間スプリング用座体３２は、中間スプ
リング３１の内側に嵌め込んで、その一端の外鍔
３５を中間スプリング３１に当接させている。ま
た、上記中間スプリング用座体３２の他端部をポ
ペツト３の後面の軸心孔３６に摺動自在に嵌め込
むと共に、大径孔３４ａをプツシユピン２３の先
端部に摺動自在に嵌め込んで、ポペツト３の倒れ
を防止している。さらに、上記比例電磁石２への
通電および非通電時をとわずに上記スプリング用
座体３２の大径孔３４ａと小径孔３４ｂとの間の
段部３４ｃにプツシユピン２３の先端が当接した
状態で、ポペツト３の軸心孔３６の底部とスプリ
ング用座体３２の先端との間には間隙が存在する
ようにして、プツシユピン２３の押圧力が直接に
ポペツト３に作用しないようにしている。なお、
上記中間スプリング用座体３２の小径孔３４ｂ
は、該中間スプリング用座体３２がプツシユピン
２３に対して相対移動した際に、それらの間隙に
対して流体が自在に流入、流出するようにして、
それらの相対移動に対して制動がかからないよう
にしている。

一方、上記本体１には通路４１，４２を設け
て、弁室４のポペツト３の前面３ａ側と後面３ｂ
側とを連通させて、ポペツト３の動作時にその前
面側と後面側とに流体が自在に流通するようにし
て、ポペツト３の動作に制動がかからないように
している。

上記構成の電磁比例形圧力制御弁は次のように
動作する。

今、この電磁比例形圧力制御弁は、第２，３図
に示す如く、比例電磁石２に通電していなくてポ
ペツト３を補助スプリング２８と中間スプリング
３１とのバランスしたバネ力で停止させ、かつ弁
座体５のシート部１４をポペツト３の前面に接触
圧力略零で接触させた設定圧力が略零近くの状態
にあるとする。ただし、制御流量は小量としてい
る。

この状態で、比例電磁石２に通電すると、吸引
力が生じて、可動鉄心２１はプツシユピン２３を
介して中間スプリング用座体３２を押圧する。こ
の吸引力Ｆは第１図に示す如く電流値に応じて増
大するが、直線性の悪い電流値ｉ_A以下の小電流
域においては、次の理由により吸引力Ｆの影響は
ポペツト３に現われず、設定圧力は略零のままで
ある。すなわち、中間スプリング３１は補助スプ
リング２８により予めバネ力Ｋで予圧縮されてい
るので、そのバネ力Ｋで中間スプリング用座体３
２はプツシユピン２３に向けて押圧されることに
なり、したがつて吸引力Ｆが上記バネ力Ｋに等し
い第１図中Ｆ_A以上になるまでは、吸引力つまり
プツシユピン２３は中間スプリング用座体３２を
移動させることができなくて、ポペツト３を可動
弁座体５に向けて押し付ける力が依然として生じ
ないからである。

次に、印加電流値を上記電流値ｉ_A以上の直線
性の良い大電流域にすると、吸引力Ｆは第１図中
Ｆ_Aつまり上記バネ力Ｋ以上となるので、次のよ
うに所定の圧力に設定される。すなわち、吸引力
Ｆにより駆動されるプツシユピン２３は中間スプ
リング用座体３２を第３図中左方に移動させて、
中間スプリング３１をそのバネ力と吸引力Ｆとが
バランスするまで圧縮して、該中間スプリング３
１を介してポペツト３を弁座体５に押し付ける。
このポペツト３に対する中間スプリング３１の押
圧力Ｆに対して、補助スプリング２８のバネ力Ｋ
＝Ｆ_Aが対向しているので、結局、ポペツト３は
弁座体５のシート部１４に対して、（Ｆ−Ｋ）つ
まり（Ｆ−Ｆ_A）の力で押圧されることになり、
この押圧力（Ｆ−Ｆ_A）は、第１図に示す如くｉ
＞ｉ_Aなる大電流域では電流−圧力特性の直線性
が良いので、電流ｉの上記電流値ｉ_Aに対する増
大分に比例する。換言すると、第１図中座標原点
ＯをO′に移動したのと同じことになり、電流値
の差（ｉ−ｉ_A）と上記押圧力（Ｆ−Ｆ_A）との関
係は新しい座標軸の原点O′を通る直線となる。
したがつて、電流値の差（ｉ−ｉ_A）と上記押圧
力（Ｆ−Ｆ_A）つまり設定圧力とは比例した関係
になるので精度の高い圧力制御ができ、しかも最
低圧力を極低圧である０Kg/cm²近傍に圧力設定で
きる。

この圧力制御動作時において、ポペツト３は上
記押圧力（Ｆ−Ｆ_A）と、ポペツト３の前面３ａ
の一部である、シート部１４よりも内側の部分に
働らくポンプポートＰ側の流体圧力とにより前後
進させられ、ポンプポートＰとタンクポートＴと
の間を開閉して、ポンプポートＰ側の圧力を上記
押圧力（Ｆ−Ｆ_A）に対応した設定圧力に制御す
る。

上記圧力制御動作中において、上記ポペツト３
はプツシユピン２３に嵌合した中間スプリング用
座体３２に摺動しながら案内されて前後進するの
で、シート部１４に対して倒れることがなくて、
常に軸心線上に姿勢が維持される。したがつて、
異常者等が発生することがない。また上記ポペツ
ト３の動作には、通路４１，４２，２６の存在の
ために制動がかかることがなくて、ポペツト３の
応答性が良い。さらに、上記圧力制御中に次のよ
うにしてマイナーループをかけることができる。
すなわち、可動鉄心２１とポペツト３との間に中
間スプリング３１を介設しているので、電流値を
ｉ_A以上にすれば、可動鉄心２１は、たとえポペ
ツト３と弁座体５とが密着していても中間スプリ
ング３１を圧縮して電流値の変化ｉ−ｉ_Aに応じ
てほぼ比例的に変位するので、この変位をたとえ
ば差動トランス等の検出器（図示せず）により検
出してこの検出信号によりマイナループをかけ得
る。これに対して、従来のたとえばポペツトを可
動鉄心で直接押圧する構造のものは、電流値に応
じて可動鉄心がほとんど変位しないので、マイナ
ーループをかけることができない。

次に、上記比例電磁石２への印加電流によりデ
イザーを与えると、プツシユピン２３とポペツト
３との間に中間スプリング３１が介在しているの
で、その固有振動数の影響によりポンプによる流
体の脈動とポペツト３とが共振することはない。
また、このデイザーをかけた際には、中間スプリ
ング用座体３２とポペツト３とは相対運動である
微振動を行なつているので、静止摩擦の影響がな
くなり、設定圧力の再現性を初め圧力−電流特性
のヒステリシスが良くなる。

次に、上記弁座５を第２，３図中右方に移動さ
せてポペツト３を右方に移動させ、中間スプリン
グ３１を圧縮する一方、補助スプリング２８を伸
長させた状態にすると、中間スプリング３１のバ
ネ力Ｋ_Aは前記バランス時のバネ力Ｋよりも強く
なり、補助スプリング２８のバネ力Ｋ_Bは上記バ
ネ力Ｋよりも弱くなり、つまり、Ｋ_A＞Ｋ＞Ｋ_B、
となり、設定しうる最低圧力は高くなるが、上記
と同様に電流−圧力特性の直線性は良好であり、
他の特性も全く同様でる。又、非通電時（停電
等）に、可動弁座体５を右方に移させてＫ_A−Ｋ_B
を大きくすることにより、圧力の手動設定がおこ
なえる。

一方、弁座体５を第２，３図に示す状態から図
中左方に移動させると、ポペツト３は補助スプリ
ング２８と中間スプリング３１とがバランスした
位置に停止したままであるので、ポペツト３の前
面３ａと、弁座体５のシート部１４との間に間隙
が生じる。したがつて、制御流量の大きい場合に
は、弁座体５を操作して、上記間隙を大きくする
ことにより、最低圧力を零圧に近づけることがで
きる。即ち弁座体５とポペツト３との間隙を調節
することにより、制御流量の大小に拘らず最低圧
力を最小値に設定することができるのである。

第４図に示す変形例は、ポペツト３の後面と比
例電磁石２のケース２２との間にコイルスプリン
グ５０を縮装した点のみが第３図に示す実施例と
異なるものである。このようにコイルスプリング
５０をポペツト後面３ｂとケース２２または本体
との間に縮装すれば圧力制御時における過渡時の
安定性が増す利点がある。

上記実施例では、可動鉄心２１、プツシユピン
２３および中間スプリング用座体３２を別体構造
としたが、これらを一体構造としてもよい。ま
た、上記各実施例では、電磁比例形圧力制御弁を
主弁として説明したが、リリーフ弁や減圧弁のパ
イロツト弁としても構成し得ることは勿論であ
る。

＜発明の効果＞ 以上の説明より明らかな如く、この発明の電磁
比例形圧力制御弁は、ポペツトの前面とこのポペ
ツトを収納する弁室の側壁もしくは弁座体との間
に補助スプリングを介設すると共に、該ポペツト
の後面と弁室の側壁に当接する座体との間に中間
スプリングを介設して、比例電磁石へ印加する電
流によつて発生する吸引力が比例領域に達するま
でポペツトの平衡位置を保持するように、両スプ
リングのバネ力を設定しているので、電流−圧力
特性の直線性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は比例電磁石の電流−吸引力特性を示す
グラフ、第２図はこの発明の１実施例に係る電磁
比例形圧力制御弁の一部断面正面図、第３図は第
２図の要部拡大断面図、第４図は変形例の要部拡
大図である。 １……本体、２……比例電磁石、３……ポペツ
ト、４……弁室、５……弁座体、２３……アクチ
ユエータ、２８……補助スプリング、３１……中
間スプリング、３２……中間スプリング用弁体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 弁座体５と対向し、この弁座体５の連通孔１
   ３を開閉するポペツト３と、 上記ポペツト３の前面とこのポペツト３を収納
   する弁室４の側壁もしくは上記弁座体５との間に
   介設した補助スプリング２８と、 上記ポペツト３の後面と弁室４の側壁に当接す
   る座体３２との間に介設した中間スプリング３１
   と、 上記座体３２と中間スプリング３１とを介して
   上記ポペツト３へ吸引力を作用させる比例電磁石
   ２とからなり、 上記比例電磁石２へ印加する電流によつて発生
   する吸引力が比例領域に達するまで上記ポペツト
   ３の平衡位置を保持するように、上記両スプリン
   グ２８，３１力を設定したことを特徴とする電磁
   比例形圧力制御弁。