JPS649508B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電磁制御弁に関するものであり、特に
スプールがノーマル位置の片側において不連続な
複数位置に段階的に位置決めされ得る多段電磁制
御弁に関するものである。

電磁制御弁の一種に、複数のポートを有する弁
体に軸方向に摺動可能に嵌合されたスプールが、
常にはばね手段によつてノーマル位置に保持さ
れ、電磁駆動装置によつてそのばね手段の抑制力
に抗してノーマル位置から移動させられて複数の
ポートの連通状態、すなわち連通方向や連通面積
を変えるものがあり、方向切換弁、絞り弁、開閉
弁等として使用されている。たとえば、方向切換
弁においてはスプールが択一的に位置決めされる
位置の数によつて３位置切換弁および２位置切換
弁と称されている。３位置切換弁はスプールがば
ね手段によつて常には中立位置に保持され、両側
のソレノイドのいずれかが励磁されることによつ
て中立位置のいずれか片側へ移動させられて弁本
体に設けられた複数のポートの連通状態を切り換
えるものであり、２位置切換弁はスプールがばね
手段によつて片側に寄つた位置に保持されてお
り、ソレノイドが励磁されることによつてもう一
方の側に移動させられて複数のポートの連通状態
を切り換えるものである。また、絞り弁および開
閉弁は常にはばね手段によつてノーマル位置に保
たれているスプールがソレノイドの励磁によつて
移動させられ、流体通路の流路面積を段階的に変
え、または流体通路を開閉するものである。

従来のこの種の電磁制御弁は、ソレノイドの励
磁によつてスプールが、ばね手段によつて通常保
持されているノーマル位置の片側においては、予
め定められている１つの位置にのみ位置決めされ
得るものであつた。もつとも手動操作の方向切換
弁等においては４位置切換弁のようにノーマル位
置の片側の２位置にスプールが位置決めされ得る
ものも知られていたが、電磁制御弁においてはこ
のようなものは知られていなかつたのである。ま
た、電磁制御弁であつても比例制御弁のように弁
子が一定範囲内の任意の連続的な位置に位置決め
され得るものが知られているが、その作動を制御
するための制御回路が複雑となり、このような制
御弁を使用すれば油圧回路、空気圧回路等が高価
となつてしまう欠点があつた。

本発明は上記のような事情を背景として、スプ
ールをノーマル位置の片側において不連続な２位
置以上に段階的に位置決めし得る多段電磁制御弁
を提供することを目的としてなされたものであ
り、本発明の要旨は、複数のポートを有する弁本
体と、その弁本体に嵌合され、軸方向に移動して
複数のポート間の連通状態を変えるスプールと、
その弁子のノーマル位置からの移動を抑制するば
ね手段と、可動鉄芯、ソレノイドおよびそのソレ
ノイドに電力を供給する電気回路を備えてスプー
ルをばね手段の抑制力に抗してノーマル位置から
移動させる電磁駆動手段とを含む電磁制御弁にお
いて、ばね手段を、各々予荷重を与えて配設され
た２個以上のばねを含み、前記スプールが前記ノ
ーマル位置から一方向に移動するにつれて該スプ
ールに各段階間に段差を有して複数段階に増大す
る抑制力を加えるものとするとともに、前記電磁
駆動手段を、各段階間に段差を有して複数段階に
増大し、前記複数段階の抑制力の各々に抜ち勝つ
て前記スプールをステツプ的に移動させ、前記ノ
ーマル位置の一側において不連続な２位置以上に
位置決めする電磁力を発生させるものとし、か
つ、前記スプールを、前記２位置以上の各位置に
おいて前記複数のポートの連通状態を変えるもの
とした点にある。

このようにすれば、スプールをノーマル位置の
片側において不連続な２位置以上に停止させるこ
とが可能となる。一般に、電磁駆動手段の駆動力
の制御は容易ではなく、相当なばらつきが生ずる
ことを避け得ない。そのため、もし、電磁駆動手
段の駆動力もばね手段の抑制力も連続的に変化す
るものであり、両者が釣り合つた位置でスプール
が停止するのであれば、スプールの停止位置は駆
動力のばらつきに応じて種々に変化してしまうこ
ととなる。それに対して、本発明は電磁駆動手段
の駆動力もばね手段の抑制力もそれぞれ段差を有
して複数段階に変化するようにしたものであるた
め、電磁駆動手段の駆動力に相当なばらつきが生
じても、スプールは確実に予定の位置まで移動
し、かつ、その予定の位置を越えて移動すること
はない。その結果、従来手動操作式に限られてい
た多段制御弁を電磁操作式に置き換えることが可
能となり、また、従来複数の電磁制御弁を組み合
わせることによつて達成されていた機能を１個の
電磁制御弁に果たさせることが可能となつて、油
圧回路、空気圧回路等の流体圧回路を単純化し得
る効果が得られるのである。

以下、本発明を電磁方向切換弁に適用した場合
の実施例を図面に基いて詳細に説明する。

第１図は、第２図に示すような記号で表わされ
る４ポート５位置方向切換弁１を示す図である。
第１図において２は弁本体であり、この弁本体２
にはポンプ等の圧力源に接続される圧力ポート
４、タンクに接続されるタンクポート６および油
圧シリンダ等の作用機器に接続される作用ポート
たるＡポート８およびＢポート１０の４つのポー
トが形成されている。そして、これらのポートに
またがつてスプール１２が軸方向に摺動可能に設
けられている。スプール１２は２個のランド１４
および１６と、両端の突起１８および２０とを備
えたものである。

弁本体２の両端にはスプール１２と同軸に１個
ずつのソレノイドチユーブ２２および２４が螺合
により固定されている。ソレノイドチユーブ２
２，２４と弁本体２との液密はＯリング２５によ
つて保持されており、またソレノイドチユーブ２
２，２４の弁本体２に螺合された側とは反対側の
端は閉塞されている。これら各ソレノイドチユー
ブ２２および２４と、スプール１２の突起１８お
よび２０に嵌められたばね座２６および２８との
間にはコイルスプリング３０および３２が一定の
予荷重を与えられて配設されている。ばね座２
６，２８は、常には弁本体２の段付面に当接して
スプール１２を第１図に示す中立位置に保持して
いる。

ソレノイドチユーブ２２にはソレノイドピン３
４、可動鉄芯３６およびプランジヤ３８が直列に
かつ軸方向に移動可能に嵌合されている。これら
ソレノイドピン３４、可動鉄芯３６およびプラン
ジヤ３８とソレノイドチユーブ２２との間にはシ
ール部材は設けられておらず、作動油がソレノイ
ドチユーブ２２内に流入可能とされており、本方
向切換弁は所謂ウエツトタイプとなつている。プ
ランジヤ３８は常には予荷重を与えられたコイル
スプリング４０によつて前進方向すなわちスプー
ル１２に向かう方向に付勢されており、この前進
の限度はソレノイドチユーブ２２の段付部とプラ
ンジヤ３８の頭部との間に挾まれたシム４２の脱
着によつて調節可能とされている。プランジヤ３
８が前進限度にある状態では、スプール１２、ソ
レノイドピン３４、可動鉄芯３６およびプランジ
ヤ３８の間に一定の隙間が存在し、この隙間が消
滅するまでスプール１２がコイルスプリング３０
の弾性力に抗して移動させられたとき、コイルス
プリング４０の予荷重を受けているプランジヤ３
８によつてスプール１２の前進が阻止され、スプ
ール１２のランド１４および１６と弁本体２との
間に微小な隙間が生じて圧力ポート４とＢポート
１０、ならびにタンクポート６とＡポート８が絞
られた流路面積で連通させられるようにされてい
る。すなわち本実施例においてはコイルスプリン
グ３０とコイルスプリング４０とがスプール１２
に複数段階に増大し、かつ各段階間に段差を有す
る抑制力を加えるばね手段を構成しているのであ
る。

ソレノイドチユーブ２２の外側には合成樹脂層
４４で固められたソレノイド４６が嵌合されてお
り、スペーサ４８およびワツシヤ５０を介してナ
ツト５２によつて弁本体２に締め付けられてい
る。

以上、弁本体２の左側の構造を詳細に説明した
が、右側も全く対称に構成されており、ソレノイ
ドピン５４、可動鉄心５６、プランジヤ５８、コ
イルスプリング６０、シム６２、合成樹脂層６
４、ソレノイド６６、スペーサ６８、ワツシヤ７
０およびナツト７２等を備えている。

ソレノイド４６は、第３図に示すように２つの
巻線４６ａおよび４６ｂを備えており、これらの
巻線にはそれぞれ接点７４および７６が閉じられ
るとき電力が供給されるようになつている。ソレ
ノイド６６についても同様である。これらソレノ
イド４６，６６は上記電気回路、ソレノイドチユ
ーブ２２，２４および可動鉄芯３６，５６等と共
にスプール１２の電磁駆動手段を構成している。

以上のように構成された方向切換弁１を使用す
れば、従来、第４図のように構成されていた油圧
回路を第５図のように構成することが可能とな
る。すなわち、第４図においてはタンク７８から
フイルタ８０を経てポンプ８２によつて汲み上げ
られた作動油は、４ポート３位置方向切換弁８４
を経て油圧モータ８６に送られてこれを回転さ
せ、その結果、油圧モータ８６から排出される作
動油は方向切換弁８４のみならず３ポート２位置
方向切換弁８８をも経てタンク７８に還流させら
れるようになつており、方向切換弁８４が中立状
態（スプール１２が中立位置にある状態）から右
または左の状態に切り換えられた直後の一定短時
間およびこれらの状態から中立状態へ切り換えら
れる直前の一定短時間の間は、方向切換弁８８が
右側の状態に切り換えられて油圧モータ８６から
の排出油の流れが絞り弁９０によつて絞られるよ
うになつている。これによつて油圧モータ８６は
緩やかに作動を開始し、また、滑らかに作動を停
止するようになるのであり、このようなことは油
圧モータ８６によつて駆動される装置に衝撃が加
えられることを防止し、また、その装置の停止位
置を正確に制御する上で有効なのである。しか
し、第４図の場合には方向切換弁８４の他に別の
方向切換弁８８および絞り弁９０を必要とするう
え、これらを接続するための配管や継手部材およ
び制御回路を必要とし、装置が高価となり、ま
た、所要スペースが大きくなるうえ組立作業が面
倒となり、かつ作動油漏れの発生率が増大する不
都合が生ずる。

これに対して本実施例の４ポート５位置方向切
換弁１を使用すれば、油圧モータ８６の制御はこ
れ１個によつて行なうことができ、上記のような
不都合が悉く解消されるのである。すなわち、第
３図における接点７４が閉じられればソレノイド
４６の一方の巻線４６ａに電力が供給され、その
結果生ずる磁力によつて可動鉄芯３６が第１図に
おいて右方へ吸引される。この吸引力は、第１１
図に曲線Ａで示す傾向を示して変化するのである
が、大きさには相当なばらつきが生ずることを避
け得ない。しかし、線分PQで示すコイルスプリ
ング３２の弾性力より小さくなることはない。し
たがつて、可動鉄芯３６がソレノイドピン３４を
介してスプール１２を右方へ押すにつれてスプー
ル１２がコイルスプリング３２の弾性力に抗して
移動し、ソレノイドピン５４および可動鉄芯５６
をプランジヤ５８に押し付ける。したがつて可動
鉄芯５６がプランジヤ５８に後退方向の力を加え
ることとなるが、このプランジヤ５８はコイルス
プリング６０によつて前進方向すなわち左方へ付
勢されており、可動鉄芯３６の作動力はいかにば
らついても、コイルスプリング３２の弾性力とコ
イルスプリング６０の予荷重との和（点Ｒで表さ
れる）よりは必ず小さくなるようにされているた
め、プランジヤ５８を押し戻すには至らず、スプ
ール１２は第６図に示すようにソレノイドピン５
４および可動鉄芯５６を介してプランジヤ５８に
当接した位置で停止する。この位置を第１段停止
位置と称し、この位置へのスプール１２の移動を
第１段移動と称することとする。第６図から明ら
かなようにスプール１２が第１段停止位置にある
状態ではランド１４および１６と弁本体２との間
には微小な隙間が生じており、この隙間を経てタ
ンクポート６とＢポート１０、および圧力ポート
４とＡポート８が連通し、ポンプ８２から圧送さ
れた作動油は圧力ポート４から上記隙間を経てＡ
ポート８に至り、Ａポート８から油圧モータ８６
に供給され、油圧モータ８６はゆつくり作動を開
始する。その結果、油圧モータ８６から排出され
た作動油はＢポート１０からランド１４と弁本体
２との僅かな隙間を経てタンクポート６に至り、
タンク７８へ還流させられる。すなわち、本実施
例においては油圧モータ８６に供給される作動油
の流れも油圧モータ８６から排出される作動油の
流れも絞られた状態にあり、所謂メータインとメ
ータアウトの両方が実現されているのであるが、
たとえばランド１４および１６の一方を短くする
ことによつてメータインまたはメータアウトのい
ずれか一方のみを実現することも可能である。第
５図においてはメータアウトが実現された状態が
図示されている。

以上のようにして油圧モータ８６がゆつくり作
動を開始して一定短時間の後、第３図における接
点７６が閉じられればソレノイド４６の残る巻線
４６ｂにも電力が供給され、可動鉄芯３６の作動
力が第１１図に曲線Ｂで示す大きさに増大する。
そして、この作動力はコイルスプリング３２とコ
イルスプリング６０との弾性力の和（線分RSで
表される）に打ち勝つようにされているため、可
動鉄芯３６はソレノイドチユーブ２２の端壁に当
接するまで移動し、スプール１２を第７図に示す
第２段停止位置まで移動させる。その結果、圧力
ポート４とＡポート８、ならびにタンクポート６
とＢポート１０は十分な流路面積で連通させら
れ、ポンプ８２から圧送される作動油のほぼ全量
が油圧モータ８６に供給されて油圧モータ８６は
高速で作動することとなる。

そして、油圧モータ８６によつて駆動される装
置が停止位置の近くまで移動したとき第３図にお
ける接点７６が開かれ、ソレノイド４６ｂに対す
る電力の供給が断たれる。その結果、可動鉄芯３
６の作動力がコイルスプリング３２および６０の
弾性力の和より小さくなつてスプール１２は第６
図の第１段停止位置に押し戻され、作動油の流れ
は再び絞られることとなつて油圧モータ８６の作
動速度が低下させられる。

この状態で一定短時間油圧モータ８６が作動さ
せられた後、接点７４が開かれソレノイド４６に
対する電力の供給が完全に断たれて、スプール１
２がコイルスプリング３２の弾性力によつて中立
位置に復帰させられ、油圧モータ８６への作動油
の供給が断たれて油圧モータ８６が停止させられ
る。

以上の説明から明らかなように、本実施例の方
向切換弁においては、可動鉄芯５６の後退限度よ
り手前の位置で可動鉄芯５６に当接するプランジ
ヤ５８を軸方向に移動可能に設け、これをコイル
スプリング６０によつて前進方向に付勢するとい
う極めて簡単な手段によつて、従来３位置の切換
弁であつたものが５位置の切換弁となり、そのう
ちの２位置においては絞り効果が得られることと
なつたのである。

尚、上記の実施例においてはスプール１２が第
１段停止位置にある状態においてランド１４，１
６と弁本体２との間に微小な隙間が形成されるこ
とによつて絞り効果が得られるようにされていた
が、弁本体２またはランド１４，１６の一部に溝
または切欠を形成して、スプール１２が第１段移
動した際、この溝または切欠を通じて圧力ポート
またはタンクポートと作用ポートとが連通させら
れることによつて絞り効果が得られるようにする
ことも可能であり、この場合にはスプール１２の
第１段停止位置が多少不正確であつても正確な絞
り効果が得られる利点が生ずる。

また、接続ポートの数を増してスプールの第１
段および第２段の停止位置への移動によつてこれ
らの接続ポートの連通状態を変えることによつて
更に複雑な作動油の方向切換を行なうことが可能
であり、また、スプールの停止位置はノーマル位
置の片側において３段以上設けることも可能であ
る。更に、スプールの片側にのみ２個以上のばね
を配設してスプールがノーマル位置の片側におい
てのみ複数段に停止させられ得るようにすること
も可能である。

また、ウエツトタイプの電磁方向切換弁におい
てはプランジヤ３８，５８やコイルスプリング４
０，６０を配設することが容易であるため、本発
明はウエツトタイプの電磁方向切換弁に適用する
ことが最も有効であるが、ドライタイプの電磁方
向切換弁に本発明を適用することも可能であり、
ばね手段および電磁駆動手段等も前記実施例のも
のに限定されるわけではない。第８図乃至第１０
図に電磁駆動手段の別の実施例を示す。第８図の
ものは切換スイツチ９４の切り換えによつてソレ
ノイド９６に抵抗９８を介して、または介さない
で電流が供給され、結局ソレノイド９６を流れる
電流が段階的に変化させられるものである。ま
た、第９図のものはトランス１００の２次巻線か
ら複数引き出されたタツプにダイオード１０１を
介して接点１０２，１０４，１０６等が接続され
ており、これらの接点が択一的に閉じられること
によつてソレノイド１０８に段階的に異なる電圧
が加えられるものである。なお、１１０は平滑コ
ンデンサである。また、第１０図に示すものはソ
レノイド１１２が太い巻線１１２ａと細い巻線１
１２ｂとから成るものであり、接点１１４が閉じ
られたときと接点１１６が閉じられたときとで電
流量はそれ程変化せず、通電される部分の巻数が
段階的に変化することによつて、起磁力が段階的
に変化するものである。なお、上記各ソレノイド
に供給される電流は交流でも差支えないことは勿
論である。

更に付言すれば、本発明は方向切換弁のみでは
なく、開閉弁に適用して、スプールがノーマル位
置にあるときは流通路が遮断され、第１段停止位
置にあるときには流通路が絞り効果を持つて連通
させられ、第２段停止位置にあるときには流通路
が完全に連通させられるようにすることも可能で
ある。このような開閉弁は所謂ウオータハンマ現
象の発生を防止し得る。更に、絞り弁に適用して
スプールが多段的に移動させられるとき、絞りの
度合が段階的に変化させられるようにすることも
可能であり、更にいちいち例示することはしない
が、本発明の趣旨を逸脱することなく種々の変
形・改良を施した態様で本発明を実施し得ること
は勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である多段電磁方向
切換弁を示す正面断面図であり、第２図はその切
換弁を記号で示す図である。第３図は第１図に示
す方向切換弁のソレノイドに電力を供給するため
の電気回路の一例を示す回路図である。第４図は
従来の電磁方向切換弁を使用した油圧回路の一例
を示す図であり、第５図は第１図に示した方向切
換弁を使用した場合の油圧回路の一例を示す図で
ある。第６図および第７図は、第１図に示した方
向切換弁のそれぞれ異なる作動状態を示す説明図
である。第８図乃至第１０図は、それぞれ本発明
の別の実施例においてソレノイドに電力を供給す
る電気回路を示す図である。第１１図は第１図な
いし第３図の多段電磁方向切換弁における磁気吸
引力とコイルスプリングの弾性力との関係を示す
グラフである。 ２：弁本体、４：圧力ポート、６：タンクポー
ト、８：Ａポート、１０：Ｂポート、１２：スプ
ール、２２，２４：ソレノイドチユーブ、３０，
３２，４０，６０：コイルスプリング、３４，５
４：ソレノイドピン、３６，５６：可動鉄芯、３
８，５８：プランジヤ、４２，６２：シム、４
６，６６，９６，１０８，１１２：ソレノイド、
７４，７６，１０２，１０４，１０６：接点、９
４：切換スイツチ、９８：抵抗。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数のポートを有する弁本体と、該弁本体に
   嵌合され、軸方向に移動して前記複数のポート間
   の連通状態を変えるスプールと、該スプールのノ
   ーマル位置からの移動を抑制するばね手段と、可
   動鉄芯、ソレノイドおよび該ソレノイドに電力を
   供給する電気回路を備えて前記スプールを前記ば
   ね手段の抑制力に抗して前記ノーマル位置から移
   動させる電磁駆動手段とを含む電磁制御弁におい
   て、 前記ばね手段を、各々予荷重を与えて配設され
   た２個以上のばねを含み、前記スプールが前記ノ
   ーマル位置から一方向に移動するにつれて該スプ
   ールに各段階間に段差を有して複数段階に増大す
   る抑制力を加えるものとするとともに、前記電磁
   駆動手段を、各段階間に段差を有して複数段階に
   増大し、前記複数段階の抑制力の各々に打ち勝つ
   て前記スプールをステツプ的に移動させ、前記ノ
   ーマル位置の一側において不連続な２位置以上に
   位置決めする電磁力を発生させるものとし、か
   つ、前記スプールを、前記２位置以上の各位置に
   おいて前記複数のポートの連通状態を変えるもの
   としたことを特徴とする多段電磁制御弁。