JPWO2009025298A1 - 制御弁 - Google Patents

Abstract

本発明は、弁体の開閉弁の応答性を良好にした制御弁を提供する。本発明の制御弁は、第１と第２弁室内に弁座面を配置した本体、本体の供給ポートと出力ポートと排出ポート、排出ポートと連通可能な第２連通路を有する第１感圧装置、第２連通路と連通する第１連通路と第１弁座面とポペットを成す第１弁部面と第２弁部面とを設けた弁体、弁体の第２弁部面と第２ポペットを成す第２弁座面と第１連通路と連通可能な第１内部通路とを有する弁座体、及び、第２弁室内の弁座体に連結して第１内部通路と連通可能な第２内部通路を有する第２感圧装置および弁座体に連結するソレノイド部を具備し、第１感圧装置の第１有効受圧面積と、第１弁座面の接合内部の第１受圧面積と、第２弁座面の接合内部の第２受圧面積とをほぼ等しく形成し、第２感圧装置の第２有効受圧面積を第１有効受圧面積よりも大きく構成したものである。

Description

本発明は、流体の圧力制御、例えば動力伝達装置などの圧力制御に用いられる制御弁に関する。特に、圧力比例制御において、弁体に作用する作動流体圧力の不釣り合いによる作動不良、又は制御弁の作動時の摺動抵抗に伴う作動不良、或いは弁体の速い作動に伴うばね手段等の遅れを改善する制御弁に関する。

本発明の関連技術として圧力比例制御弁が知られている。この圧力比例制御弁は、図５に示すような構成である（例えば、日本国特許出願公開２００４−１９７８５８号公報（特許文献１）を参照）。この圧力比例制御弁は、例えば、ＡＴ（自動変速）車の駆動装置や油圧の制御装置などに用いられる３方弁である。

この圧力比例制御弁の構成について説明する。図５において、圧力比例制御弁１００は、弁本体１０１とソレノイド１５０とから構成されている。弁本体１０１の骨組みを成す本体１０２は、内部に連通室１０３が形成されている。この連通室１０３には、外部から連通する入力ポート１０５と出力ポート１０６と排出ポート１０７とが形成されている。そして、連通室１０３は、入力ポート１０５が連通する第１連通室１０３Ａと、出力ポート１０６が連通する第２連通室１０３Ｂとに仕切板１１０によって仕切られている。仕切板１１０の中心には第１弁孔周面１１０Ａが形成されている。この第１弁孔周面１１０Ａの第１連通室１０３Ａ側には、第１弁座面１１０Ｂが形成されている。また、第１弁孔周面１１０Ａの第２連通室１０３Ｂ側の一部には、周面に沿って複数の通路溝１１０Ｃが形成されている。この通路溝１１０Ｃは、第１弁体１２０の第１弁面１２０Ａが第１弁座面１１０Ｂから離れて開弁したときに、第１弁体１２０の小径面と協働して作動流体が流れる流体通路となる。

また、本体１０２には、第１連通室１０３Ａと、排出ポート１０７との間に第１圧力室１０８が形成されている。この第１圧力室１０８には第１摺動周面１０８Ａが設けられている。この第１摺動周面１０８Ａには、第１シールリングＳ１を装着する第１環状溝が設けられている。さらに、本体１０２には、第２連通室１０３Ｂに連通する第２圧力室１０９が形成されている。この第２圧力室１０９の外周には第２摺動周面１０９Ａが設けられている。この第２摺動周面１０９Ａには、第２シールリングＳ２を装着する第２環状溝が設けられている。

また、本体１０２の第１摺動周面１０８Ａと仕切板１１０の第１弁孔周面１１０Ａとに移動自在に嵌合する外周面１２０Ｃを設けた第１弁体１２０が配置されている。この第１弁体１２０の軸芯には第１圧力室１０８と第２圧力室１０９とに連通する連通路１２０Ｄを設けている。また、この第１弁体１２０は、第１圧力室１０８に配置された第１スプリング１４０Ａにより弾発に第２弁体１２５側へ押圧されている。また、第１弁体１２０には、中間部に第１弁面１２０Ａが設けられているとともに、先端部に第２弁面１２０Ｂを設けている。また、第１弁体１２０と第２弁体１２５との間には第２スプリング１４０Ｂが配置されており、第２スプリング１４０Ｂにより第１弁体１２０と第２弁体１２５を相反する方向へ弾発に押圧している。

さらに、本体１０２の第２摺動周面１０９Ａに移動自在に嵌合する第２弁体１２５が配置されている。第２弁体１２５は円筒状に形成されて一端部の内部周面にテーパ面の第２弁座面１２５Ａを設けている。また、第２弁体１２５の他端部に周面に沿って複数の通路１２５Ｃを設けた嵌着穴にソレノイドロッド１５１の一端を結合している。ソレノイドロッド１５１は、両端側が第１軸受１５４Ａと第２軸受１５４Ｂにより摺動自在に案内されている。そして、ソレノイド１５０に流れる電流の大きさに応じてソレノイドロッド１５１を作動させて第２弁体１２５の第２弁座面１２５Ａを第２弁面１２０Ｂと開閉弁させる。

このように構成された圧力比例制御弁１００の作動は、第１スプリング１４０Ａの弾発により第１弁体１２０の第１弁面１２０Ａが第１弁座面１１０Ｂに閉弁する。そして、入力ポート１０５から流入する作動流体は、この第１弁面１２０Ａの閉弁により遮断される。また、ソレノイド１５０が作動すると、第１弁体１２０の第２弁面１２０Ｂと第２弁体１２５の第２弁座面１２５Ａとが接合して閉弁すると共に、第１弁体１２０の第１弁面１２０Ａが第１弁座面１１０Ｂから離脱して開弁する。この第１弁面１２０Ａの開弁により、入力ポート１０５から流入する作動流体は、第２連通室１０３Ｂ側へ流出する。なお、図５に示す開閉弁の状態では、第１弁体１２０と第２弁体１２５が開弁しているので、作動流体は出力ポート１０６から排出ポート１０７へ流出する

そして、圧力比例制御弁１００において、第１弁体１２０は、外周面１２０Ｃと第１摺動周面１０８Ａとが摺動しながら開閉弁するとともに、この摺動面間に設けた第１シールリングＳ１と外周面１２０Ｃとが強く摩擦した状態で摺動する。このため、第１弁体１２０は開閉弁の作動時の摺動抵抗が大きくなる。特に、作動流体の圧力が高いときには、第１シールリングＳ１が、この圧力により径方向へ延ばされて弾性変形状態になるので、密接する第１弁体１２０と強く摩擦しながら摺動する。このため、第１弁体１２０は、摺動抵抗が大きくなるので、圧力比例制御弁１００の開閉弁の応答性能が低下する。

また、第１弁体１２０の外周面１２０Ｃは、第１摺動周面１０８Ａと摺動する。この摺動面間には作動流体が浸入するので、外部で作動流体に含まれる不純物がこの摺動面間に介在することがある。したがって、変位する位置で力が変わる第１スプリング１４０Ａにより押圧された第１弁体１２０は、作動中に応答の遅れを惹起する恐れがある。更には、この第１弁体１２０は片側の面に押圧されて摺動面間に張り付き現象（所謂、ハイドロロック）を惹起する恐れもある。その結果、圧力比例制御弁１００の作動特性が変化して作動流体の圧力と流量との関係にヒステリシス現象を増大させることになる。さらには、第１弁体１２０を第１周動周面１０８Ａと第１弁孔周面１１０Ａとの離れた２つの軸芯にあわせて同時に摺動させる構成は、組み立てと加工コストを高揚させる。

さらに、本発明の関連技術として図６に示すようなソレノイドバルブが存在する（例えば、日本国特許公開公報２００２−２９５７０８号公報（特許文献２）を参照）。図６は、バルブ部２１０とソレノイド２３０とを一体にした構成である。このバルブ部２１０は、バルブスリーブ２１１の内部に貫通孔２１１Ａが設けられている。このバルブスリーブ２１１の貫通孔２１１Ａは、第１バルブシート２１２と、第２バルブシート２１３と、スクリュ２１４とにより仕切られて流入室２１５Ａと圧力制御室２１５Ｂと流出室２１５Ｃとに形成されている。この流入室２１５Ａには流入ポート２１５Ａ１が連通している。また、圧力制御室２１５Ｂには圧力制御ポート２１５Ｂ１が連通している。さらに、流出室２１５Ｃには流出ポート２１５Ｃ１が連通している。

また、流入室２１５Ａ内には第１弁体２１６Ａが配設されている。この第１弁体２１６Ａは、スプリング２１９により弾発に押圧されて第１バルブシート２１２の第１弁座面２１２Ａと離接して第１ポペット弁を構成する。この第１ポペット弁は、ソレノイド２３０とスプリング２１９との作用力により開閉して流入室２１５Ａと圧力制御室２１５Ｂとの通路を開閉する。また、第２弁体２１６Ｂは、圧力制御室２１５Ｂ内に配設されている。そして、第１弁体２１６Ａと第２弁体２１６Ｂとは連結部２１６Ｃを介して結合し、全体が連結弁体２１６に構成されている。この第２弁体２１６Ｂは、第２バルブシート２１３の第２弁座面２１３Ａと離接して第２ポペット弁を構成する。この第２ポペット弁は、ソレノイド２３０とスプリング２１９との作用力により開閉されて圧力制御室２１５Ｂと流出室２１５Ｃとの通路を開閉する。

このように構成されたバルブ部２１０は、前述の圧力比例制御弁１００と同様な作動をする。そして、ソレノイド２３０に流れる電流の大きさに応じて第１ポペット弁と第２ポペット弁を開閉し、作動流体を制御する。一方、流入ポート２１５Ａ１から流入室２１５Ａへ流入する作動流体の圧力は、ポンプにより圧送されるので作動流体は脈動（変動）することがある。この流入ポート２１５Ａ１から流入した脈動圧力は、連結弁体２１６に作用するが、この作動流体の圧力に対し、連結弁体２１６は両側に作用する圧力をキャンセルできる構成に成されていないから、連結弁体２１６を脈動させることがある。このため、第１ポペット弁と第２ポペット弁は、作動流体を正確に制御することが困難になることがある。

日本国特許出願公開２００４−１９７８５８号公報 日本国特許出願公開２００２−２９５７０８号公報

本発明は、上述のような問題点に鑑み成されたものであって、その発明が解決しようとする課題は、弁体の摺動抵抗を小さくして弁体の作動力に対する開閉弁の応答能力を向上することにある。そして、制御弁のヒステリシス現象を低減することにある。また、作動流体が高圧であっても、弁体の摺動抵抗を小さくして弁体の開閉する応答能力を向上することにある。さらに、制御弁における加工、部品の組立てコストを低減することにある。

本発明は、上述のような技術的課題を解決するために成されたものであって、その技術的解決手段は以下のように構成されている。

すなわち、本発明の制御弁は、ソレノイド部により制御弁部を開閉させて作動流体の圧力を制御する制御弁であって、 内部に第１弁室と、第２弁室とを有するとともに前記第１弁室と前記第２弁室との間に設けた仕切部を貫通する弁孔面の前記第１弁室側の周面に設けた第１弁座面を有する本体、前記本体を貫通して前記第１弁室に連通するとともに供給圧力の流体を流す供給ポート、前記本体を貫通して前記第２弁室に連通するとともに制御圧力の流体を流す出力ポート、前記第１弁室内に配置されて筒状の一端周部が本体に密封に連結するとともに前記筒状内が第２連通路に形成されたばね手段を有する第１ベローズ装置、前記本体を貫通して前記第２連通路に連通するとともに排出圧力の流体を流す排出ポート、前記第１ベローズ装置の他端周部に一端部が連結して前記第２連通路と連通する第１連通路を有するとともに前記第１弁座面と離接して第１ポペット弁を構成する一方の第１弁部面と、前記弁孔面内に移動自在に配置されて前記弁孔面との間に前記供給ポートと連通可能な第１流通路を有する胴体部と、前記胴体部に一体で前記第２弁室に配置された第２弁部面を有する弁体、前記弁体の第２弁部面と対向する内周面の角部に設けられて前記第２弁部面と離接して第２ポペット弁を構成する一方の第２弁座面を有するとともに前記第１連通路と連通可能な前記内周面内に第１内部通路を有する弁座体、前記第２弁室内に配置されて筒状の一端周部が本体に連結されるとともに他端周部が前記弁座体に密封に連結して前記第１内部通路と連通可能な第２内部通路を有し且つばね手段に構成された第２ベローズ装置および前記第２内部通路を通って前記弁座体に連結するソレノイドロッドを有し、前記ソレノイドロットを電流の大きさに応じて移動させる前記ソレノイド部を具備し、前記第１ベローズ装置の第１有効受圧面積と、前記第１弁座面と第１弁部面とが接合する内部の流体圧力を受ける第１受圧面積と、前記第２弁座面と第２弁部面とが接合する内部の流体圧力を受ける第２受圧面積とをほぼ等しく形成されるとともに、前記第２ベローズ装置の第２有効受圧面積を前記第１有効受圧面積よりも大きく形成したものである。

このような構成の制御弁によれば、第１受圧面積と第１有効受圧面積とを略同じ受圧面積にしたので、供給圧力が弁体へ作用しても不釣合となる力が防止できる（弁体に作用する圧力の相反する力は、キャンセルされる）。その結果、供給圧力により左右されない弁体の開閉弁は、制御圧力の流体を設定値の通りに制御することができる。さらに、弁体が供給圧力により変動することもないので、第１ポペット弁の接合面の摩耗も防止できる。また、第１受圧面積と第１有効受圧面積を同じくする弁体は、ほぼ同じ径の第１ベローズ装置によって直列に弁体を支持することができる。その結果、弁体を本体により案内する必要もないので、弁の構造が簡単になり、コストを低減できる。また、弁体および弁座体とともに作動する第１ベローズ装置および第２ベローズ装置は相対部品と摺動する面がないから、作動流体中に含む不純物が作動時に摺動面に付着して作動不良を惹起するのが防止できる。また、第１ベローズ装置および第２ベローズ装置は、ばね手段と作動流体の流通路を兼ね備えているので、本体及び弁体の構造を簡単にできるとともに、製作コストを大きく低減できる効果を奏する。

好適には、本発明の制御弁は、前記第２ベローズ装置は前記第２弁座体を前記弁体に向かって押圧するバネ手段に構成するとともに、前記ソレノイド部は電流の大きさに応じて前記ソレノイドロッドを前記弁体から離れる方向へ移動させる構成にし、前記ソレノイド部へ電流を流したときに前記第２弁部から前記弁座体が開弁するとともに、前記ソレノイド部への電流を遮断したときに前記弁座体が前記第２弁部と閉弁するものである。

このような構成の制御弁によれば、第２ベローズ装置は、段発的に支持されるので、弁座体を弁体に対向して安定に保持することができる。このため、弁座部及び第２ベローズ装置は、横揺れのガイドを不要にし、ソレノイドロッドの押圧力に対向して安定に支持することが可能になる。したがって、流体に含まれる不純物が付着しても、摺動面がないから、不純物によって摺動面の摺動抵抗が増大するのを効果的に防止できる。また、このような構成の制御弁によれば、ソレノイド部に流れる電流が事故により遮断されても、第２ポペットは緊急に閉弁する構成であるから、制御機械の作動流体は排出されることもなく、作動流体の排出により、制御機械が誤作動するのも防止できる。

なお、このようなバネ手段の押圧方向、あるいは、ソレノイド部におけるソレノイドロッドの移動方向は、制御弁を使用する相手側の使用条件に応じて適宜に選択することができるものであり、なんら特定の方向に限定されるものではない。

また好適には、本発明の制御弁は、前記弁座体は前記弁座部の内周側側面に筒部を有するとともに前記筒部は前記第２ベローズ装置の内周面に遊合しているものである。

このような構成の制御弁によれば、弁座体には鍔部の内周側に筒部が形成されおり、この筒部の内周面の角部に第２弁座面が設けられている。そして、鍔部が大径の第２ベローズ装置により支持された構成であるから、弁体が第１ベローズ装置のみにより支持されていても、第２ポペット弁を成す第２弁座面と第２弁部面が確実に閉弁することができる。そのために、弁体と弁座体との作動面には摺動する面がないから、摺動抵抗がなく弁体の応答能力に優れ、弁体による圧力制御が発揮される。

また好適には、本発明の制御弁は、前記第１流通路は前記胴体部と前記弁孔面との間の環状空間により形成されているとともに、第１弁部面は前記胴体部に向かってテーパ面にしたものである。

このような構成の制御弁によれば、弁体の第１弁部と第２弁部の間の胴体部を弁孔面と空隙間を設けて嵌合するとともに、第１弁部面をテーパ面にしてポペット弁に構成したものであるから、弁体には摺動する面がない。このため、弁体は開閉弁時に摺動抵抗なく制御圧力の流体を制御することができる、また、弁体には摺動面がないから、不純物により摺動抵抗が増大することもない。このため、弁体の応答能力に優れて制御圧力の流体を確実に制御できる効果を奏する。

図１は、本発明の第１実施例に係わる制御弁の全断面図である。 図２は、図１の第１作動状態を示す制御弁の全断面図である。 図３は、図１の第２作動状態を示す制御弁の全断面図である。 図４は、本発明の第２実施例に係わる制御弁の全断面図である。 図５は、本発明に先行する制御弁の全断面図である。 図６は、本発明に先行する他の制御弁の全断面図である。

以下、本発明に係わる実施の形態の制御弁を図面に基づいて詳述する。
図１は、本発明に係わる実施例１を示す制御弁１の断面図である。図１に於いて、制御弁１は、圧力比例制御である。この制御弁１は、制御弁部１Ａとソレノイド部１Ｂとを一体に形成する。この制御弁部１Ａは、本体２により外枠を形成する。この本体２の内部には、軸方向に長い形の弁空間室３を設ける。この弁空間室３は、仕切部２Ａにより分断することにより、仕切部２Ａの一方側に第１弁室３Ａを形成するとともに、他方側に第２弁室３Ｂを形成する。さらに、仕切部２Ａには、軸芯に第１弁室３Ａと第２弁室３Ｂとに貫通する弁孔の周面に弁孔面２Ｂを設ける。また、この弁孔面２Ｂには、第１弁室３Ａ側の端の角部に第１弁座面２Ｂ１を形成する。そして、本体２は、鉄、真鍮、銅、アルミニウム、ステンレス等の金属、合成樹脂材等で製作する。

さらに、本体２には、供給ポート４Ａを外周面から第１弁室３Ａに貫通するとともに、第１弁室３Ａの中央から外方へ排出ポート４Ｃを形成する。なお、供給ポート４Ａは本体２の外周方向に沿って複数個を設けると良い。また、本体２の外周面から第２弁室３Ｂに貫通する出力ポート４Ｂは、この外周面に沿って複数個に設けると良い。さらに、本体２の第２弁室３Ｂのソレノイド部１Ｂ側の他端部には、軸方向へ貫通するソレノイドロッド３６用の貫通孔６を設ける。さらに、本体２の貫通孔６を設けた端部には、ソレノイド部１Ｂを取り付ける取付面５を設ける。なお、供給ポート４Ａは、供給圧力Ｐｓの流体が流入可能にする。また、出力ポート４Ｂは、制御圧力Ｐｃの流体が流出または流入可能にする。さらに、排出ポート４Ｃは、排出圧力Ｐｄの流体が排出可能にする。

弁体１０は、胴体部１０Ｃの一端に第１弁部１０Ａを設けるとともに、組み立て上から、他端に第２弁部１０Ｂを結合する。なお、弁体１０は、金属、例えば、真鍮、銅、アルミニウム、ステンレス等、或いは合成樹脂材等で製作する。弁孔面２Ｂ内には、弁体１０の胴体部１０Ｃが空間隙を設けて配置する。この胴体部１０Ｃと弁孔面２Ｂとの嵌合間は、供給ポート４Ａと連通する第１流通路３Ｃに形成する。

そして、弁体１０は、胴体部１０Ｃの第１弁室３Ａ側に胴体部１０Ｃと一体の第１弁部１０Ａを形成する。この第１弁部１０Ａには、胴体部１０Ｃに向かってテーパにした第１弁部面１０Ａ１を設ける。そして、第１弁部面１０Ａ１は、弁孔面２Ｂ内に入り込んで第１弁座面２Ｂ１と線接触状態に接合すると閉弁し、第１弁座面２Ｂ１から離脱すると開弁する。つまり、第１弁部面１０Ａ１と第１弁座面２Ｂ１とは、第１ポペット弁Ｂ１を構成する。なお、この第１弁部面１０Ａ１と第１弁座面２Ｂ１との接合する内部は、作動流体の圧力を受ける第１受圧面積Ａ１となる。そして、第１弁部面１０Ａ１が第１弁座面２Ｂ１から開弁すると、供給圧力Ｐｓの流体は、第１弁室３Ａの外周側の流通路から第１流通路３Ｃを通って第２弁室３Ｂへ供給される。また、胴体部１０Ｃの第２弁室３Ｂ内には、胴体部１０Ｃと一体の第２弁部１０Ｂを配置する。この第２弁部１０Ｂにも先端に向かってテーパ面にした第２弁部面１０Ｂ１を設ける。また、この弁体１０の内部には、第１弁部１０Ａから第２弁部１０Ｂへ貫通した第１連通路１１を形成する。

また、第１弁室３Ａ内に配置された第１感圧装置２０は、円筒形の断面が波にしてバネ手段を付与した第１ベローズ装置（以下、単に第１ベローズと略称する）２０Ｂに形成されている。この内部には、第２連通路２０Ａを設ける（第１感圧装置２０は第１ベローズ装置２０Ｂの総称である。本発明では、感圧装置とベローズ装置とは同一である）。この第１ベローズ２０Ｂにおいて、作動流体の圧力が受圧する面積は、第１有効受圧面積Ｓ１である。また、第１ベローズ２０Ｂのばね手段は、弁体１０を先端へ押圧する圧縮ばねであり、このばね力はＦ２である。この第１ベローズ２０Ｂの円筒状の他端周部は第１連通路１１を中心にして第１弁部１０Ａの端部と密封に連結するとともに、一端周部は排出ポート４Ｃを中にして本体２に連結する。この第１弁体１０の端部の外径と結合する第１ベローズ２０Ｂの外径とは、ほぼ同一寸法にすることが好ましい。つまり、この第１ベローズ２０Ｂの第２連通路２０Ａは、弁体１０の第１連通路１１と連通するとともに、排気ポート４Ｃとも連通する。また、第１ベローズ２０Ｂのばね力Ｆ２により弾発に弁体１０をソレノイド部１Ｂの方向へ押圧する。なお、第１連通路１１は、第２弁部面１０Ｂ１が弁座体１５の第２弁座面１５Ａから離れて開弁すると、第２弁室３Ｂ内と排気ポート４Ｃとを連通可能にする。

さらに、弁座体１５は、リング状の弁座部（以下、鍔部と名付ける）の内周側の側面に第２ベローズ装置２５Ｂの内周面と遊合する有底円筒部１５Ｂを一体に形成する。なお、この弁座体１５は、ソレノイドロッド３６と連結できるとともに、第２弁座面１５Ａが形成できる構成で、且つ第２ベローズ装置２５Ｂと連結できる形状であれば、図１の形状でなくとも良い。例えば、弁座体１５は、弁座部の内周側の側面に筒部を設けた形状でも良く、さらには、弁座体１５はリング板に形成された弁座部でも良い。この鍔部の内周面における第２弁部１０Ｂ側の角部には、第２弁座面１５Ａを形成する。この第２弁座面１５Ａは、第２弁部１０Ｂの第２弁部面１０Ｂ１とは、閉弁するとともに、開弁して制御圧力Ｐｃの流体の流量を調節する。この第２弁部面１０Ｂ１と第２弁座面１５Ａとは、開閉弁して線接触状態に接合する第２ポペット弁Ｂ２を構成する。なお、この第２弁部面１０Ｂ１と第２弁座面１５Ａとの接合する内部の作動流体（制御圧力Ｐｃの流体）が受圧する面積は、第２受圧面積Ａ２である。そして、弁座体１５の有底円筒部１５Ｂをソレノイドロッド３６の下端部に接合し、ソレノイド部１Ｂの作動により第２弁座面１５Ａと第２弁部面１０Ｂ１とを離接させて開閉弁する。また、有底円筒部１５Ｂには複数の第１内部通路１２を設けて、第１内部通路１２から作動流体を第２ベローズ２５Ｂ内に設けた第２内部通路２５Ａに導入できるようにする。同時に、第１内部通路１２は、第２内部通路２５Ａと排出ポート４Ｃとを常に連通可能にする。そして、第２内部通路２５Ａ側の各部品に作用する作動流体の圧力が一方の面のみに不釣り合いに作用しないように圧力をバランスさせるものである。なお、この第１ベローズ２０Ｂは、ばね手段の機能とともに、第１連通路１１及び排出ポート４Ｃと連通して作動流体を流すことができる第２連通路２０Ａの機能を備えている。

また、第２弁室３Ｂ内における弁座体１５の鍔部と本体２との間には、第２感圧装置２５を配置する。この第２感圧装置２５は第２ベローズ装置（以下、単に第２ベローズと略称する）２５Ｂの総称で（本発明では、第２感圧装置と第２ベローズ装置とは同じである）、円筒形の断面が波形に形成してバネ手段を付与するとともに、内周面内に第２内部通路２５Ａを形成する。この第２ベローズ２５Ｂは、弁座体１５をソレノイド部１Ｂ側へ引っ張る伸張ばねで、ばね力はＦ１である。この第２ベローズ２５Ｂの円筒状の他端周部は、有底円筒部１５Ｂと遊合して弁座体１５の鍔部と密封に連結するとともに、一端周部はソレノイドロッド３６を軸心にして本体２に連結して支持される。この弁座体１５は有底円筒状の形状とは限らない。例えば、ソレノイドロッド３６を二股にして前述した筒部と連結しても良い。そして、第２ベローズ２５Ｂのばね力Ｆ１により弁座体１５を弁体１０から開弁する方向へ引っ張る。なお、この第２感圧装置２５である第２ベローズ２５Ｂは、ばね手段としての機能とともに、他の流体通路と連通して作動流体を流すことができる第２内部通路２５Ａの機能を備えている。

ソレノイド部１Ｂは、前述したように制御弁部１Ａの取付面５に接合する。このソレノイド部１Ｂは、従来から知られた構成を制御弁部１Ａの作動に応用したものであるから、簡単に説明する。ソレノイド部１Ｂは、内部に可動芯３１を設けるとともに、可動芯３１にはソレノイドロッド３６を結合する。また、可動芯３１の対向した位置には固定芯３２を設ける。そして、可動芯３１と固定芯３２の外周囲には電磁コイル３３を配置して電磁回路を構成する。この電磁コイル３３に電流が印可されると、その電流の大きさに応じて電磁回路に発生する磁力に応じて可動芯３１を固定芯３２に吸引する。この可動芯３１が吸引されると、可動芯３１と一体のソレノイドロッド３６は、前進して第２ベローズ２５Ｂを伸張しながら、弁座体１５を前方へ移動させる。同時に、弁座体１５が移動すると、弁座体１５は弁体１０を押圧して移動させ、第１弁部面１０Ａ１を第１弁座面２Ｂ１から離脱させて開弁する。このとき、第１ベローズ２０Ｂは圧縮される。

次に、この制御弁１の作動状態を図１、図２および図３に基づいて説明する。図２に示す制御弁１は、図１の制御弁１と同一符号で示すように同一構成である。図２は、ソレノイド部１Ｂに電流が印加されていない場合の制御弁部１Ａの作動状態である。この図２の第１ポペット弁Ｂ１及び第２ポペット弁Ｂ２の開閉弁の作動状態は、図２に示すような形になる。つまり、可動芯３１と固定芯３２との間には互いに磁界が作用しないから、可動芯３１と固定芯３２とは、離間可能な状態になる。同時に、第１弁座体１５は、第２ベローズ２５ＢのＦ１（図１参照）の弾性収縮力により、ソレノイド部１Ｂ側へ移動する。そして、第２弁座面１５Ａが第２弁部面１０Ｂ１から離間する。この第２弁部面１０Ｂ１と第２弁座面１５Ａからなる第２ポペット弁Ｂ２は、開弁状態になるから、第２弁室３Ｂと第１連通路１１との流体の流れは開通する。そして、第２ポペット弁Ｂ２が開弁すると、例えば、図示しないオートマチックトランスミッションの油圧ブレーキ用の作動流体（制御圧力Ｐｃの流体）を第２弁室３Ｂから第１連通路１１を通して排出ポート４Ｃへ排出することができる。つまり、ソレノイド部１Ｂを停止すると制御圧力Ｐｃの流体を停止することができる。また、第２ポペット弁Ｂ２は開弁状態になると、第２内部通路２５Ａは第１内部通路１２を介して第２弁室３Ｂと同一圧力状態になる。このため、弁座体１５は、第１ベローズ２０Ｂより大きな径に形成された第２ベローズ２５Ｂの弾性収縮力により第２弁部面１０Ｂ１と第２弁座面１５Ａとの間に流通路を形成し、この流通路を形成する開弁の開度は、第２ベローズ２５Ｂの弾性収縮力により急速にすることができる。

第２ポペット弁Ｂ２の開弁と同時に、弁体１０は、第１ベローズ２０ＢによるＦ２（図１参照）の弾性伸張力により押圧されて第１弁部面１０Ａ１を第１弁座面２Ｂ１に接合する。そして、第１弁部面１０Ａ１と第１弁座面２Ｂ１からなる第１ポペット弁Ｂ１は、閉弁する。このため、供給ポート４Ａから供給する供給圧力Ｐｓの流体は、第１ポペット弁Ｂ１により遮断されるので第１ベローズ２０Ｂの外周側流通路に停滞して、第１流通路３Ｃを介して第２弁室３Ｂへ流入するのが防止される。

図３に示す制御弁１は、図１の制御弁１と同一符号で示すように同一構成である。そして、図３は、図１に示す制御弁１の作動状態よりもソレノイド部１Ｂに電流が大きく印加された場合である。この場合は、第１ポペット弁Ｂ１及び第２ポペット弁Ｂ２の開閉弁の作動状態は、図３に示すような形になる。つまり、可動芯３１と固定芯３２との間には互いに磁界が大きく作用するから、可動芯３１と固定芯３２とは、更なる近接状態になる。そして、可動心３１に連結したソレノイドロッド３６は、第２ベローズ２５Ｂ（図１参照）を弾性的に伸張させながら弁座体１５を弁体１０側へ移動させる。そして、第２弁座面１５Ａが第２弁部面１０Ｂ１に接合して第２ポペット弁Ｂ２を閉弁状態にする。このため、第２弁室３Ｂと第１連通路１１との流体の流れは遮断されるので、出力ポート４Ｂを流れる制御圧力Ｐｃの流体は、排出ポート４Ｃ側へ流出しない。

同時に、第１ポペット弁Ｂ１は開弁するから、供給ポート４Ａから供給される供給圧力Ｐｓの流体は、第１ベローズ２０Ｂの外周側の流通路を流れ、さらに、第１弁座面２Ｂ１と第１弁部面１０Ａ１との間の開弁した第１流通路３Ｃを流れて第２弁室３Ｂへ流入する。そして、出力ポート４Ｂ側の例えば、油圧ブレーキの制御圧力Ｐｃの流体の流量を増大させる。この供給ポート４Ａからの供給圧力Ｐｓの流体は、第１弁室３Ａに流入する。この第１弁室３Ａ内の弁体１０と第１ベローズ２０Ｂとの結合は、弁体１０の端部面又は端部外周の段部面を囲むようにして第１ベローズ２０Ｂの他端周部が接合している。そして、第１弁室３Ａ内において供給圧力Ｐｓの流体が弁体１０に作用しても、第１受圧面積Ａ１と第１有効受圧面積Ｓ１がほぼ等しく形成されているので、弁体１０に対しては不釣り合いな力が作用しないようにできる。このため、油圧ポンプから供給される供給圧力Ｐｓの流体が変動しても、供給圧力Ｐｓによって弁体１０が変動（脈動）するのを効果的に防止し、第１ポペット弁Ｂ１の開閉の開度が設定通りに作動する。また、第１弁体１０の各弁部１０Ａ，１０Ｂはポペット形であり、第１ベローズ２０Ｂは、断面が波形円筒形であって、内外周面側が第２連通路２０Ａと流通路となっているから、従来技術のように相対摺動部品と摺動する構成ではない。このため、供給圧力Ｐｓの流体に微粉末等の不純物が含まれていても、この微粉末等の不純物が弁体１０に付着しても問題にならない。このため、弁体１０は、作動流体中の微粉末等の不純物によって、作動不良を惹起することなく、設定通りに開閉弁の作動をすることができる。

図１は、図２に示す制御弁１と、図３に示す制御弁１との作動状態における中間の作動状態である。この図１の制御弁１の作動状態は、図３に示す制御弁１の作動状態よりもソレノイド部１Ｂに流れる電流が小さく、しかも、制御された電流が流れる状態における弁体１０の開閉弁の一形態を示す。この場合は、第２ポペット弁Ｂ２が閉弁した作動状態で、第１ポペットＢ１がソレノイド部１Ｂに流れる電流に応じて制御された開閉をする。また、第２ポペット弁Ｂ２は、ソレノイド部１Ｂの推力と、第１有効受圧面積Ｓ１と第２有効受圧面積Ｓ２との差の面積に作用する制御圧力Ｐｃによる力のバランスで、開閉が成されて制御圧力Ｐｃの流体を制御する。そして、電流に応じた吸引力による可動芯３１は、固定芯３２との距離が制御されるから、可動心３１と一体のソレノイドロッド３６もそれに応じて移動させる。このソレノイドロッド３６と連結した弁座体１５は、第２ベローズ２５Ｂを弾性に伸縮させながら、第２弁部１０Ｂと閉弁状態に接合し、弁体１０を応動させる。この弁体１０の応動は、第１弁座面２Ｂ１から第１弁部面１０Ａ１を離接して第１ポペット弁Ｂ１の開閉弁の開度を制御する。このため、第１ポペットＢ１の制御された開閉により第１弁室３Ａから第２弁室３Ｂへ流れる供給圧力Ｐｓの流体は、設定通りに制御して流すことができる。

この制御弁１は、ソレノイド部１Ｂによって制御圧力Ｐｃを圧力比例制御できる構成について述べる。この制御弁１において、図１に示すような第１ポペット弁Ｂ１と第２ポペット弁Ｂ２とが閉弁状態の時の制御弁部１の力の釣り合い式は、以下のようになる。

ただし、
Ｆｓは、ソレノイド部１Ｂの推力
Ｆ２は、第１ベローズ２０Ｂの付勢力
Ｆ１は、第２ベローズ２５Ｂの付勢力
Ｓ１は、第１ベローズ２０Ｂの第１有効受圧面積
Ｓ２は、第２ベローズ２５Ｂの第２有効受圧面積
Ａ１は、第１ポペットＢ１の閉弁接合面内の第１受圧面積
Ａ２は、第２ポペットＢ２の閉弁接合面内の第２受圧面積
Ｐｓは、供給圧力
Ｐｃは、制御圧力
Ｓ１＝Ａ１＝Ａ２＝Ｓｔである。

〔数１〕
そして、Ｆｓ−Ｐｃ（Ｓ２−Ａ２）−Ｆ１−Ｐｃ（Ａ２−Ａ１）＋Ｐｓ（Ｓ１−Ａ１）−Ｆ２＝０

この数（式）１を整理すると、
Ｆｓ−Ｐｃ（Ｓ２−Ｓｔ）−Ｆ１−Ｆ２＝０
この式を変形すると、Ｐｃ＝（Ｆｓ−Ｆ１−Ｆ２）／（Ｓ２−Ｓｔ）となる。
したがって、制御弁１は、ソレノイド部１Ｂの推力Ｆｓにより弁体１０を作動させて制御圧力Ｐｃを圧力比例制御することができる。また、制御弁１は、第２ベローズ２５Ｂの推力Ｆ１及び第１有効受圧面積Ｓ１と第２有効受圧面積Ｓ２との差の面積値を変更することによって、機種に応じた圧力比例制御を容易に変更することが可能になる。

従来の制御弁の圧力比例制御においては、弁体の作動時に摺動抵抗が惹起すると、設定通りの圧力制御を行うことが困難になる。しかし、本発明の制御弁１において、弁体１０、第１ベローズ２０Ｂ，第２ベローズ２５Ｂおよび弁座体１５が作動するときに摺動する摺動面が設けられていない。つまり、弁体１０は、第１ポペット弁Ｂ１と第２ポペットＢ２とが線接触に近い接合であり、且つ他の応動面は摺動しない。しかも、第１ポペット弁Ｂ１と第２ポペットＢ２は、スプール形ではなく、ポペット弁であるから、接触面に微粉末等の不純物が付着して摺動抵抗を増加させるのを効果的に防止できる。また、第１ベローズ２０Ｂおよび第２ベローズ２５Ｂは、断面が波形円筒状のべローズ形であって軸方向へ弾性伸縮して弁体１０とともに応動し、且つ、内周側と外周側が流体の流通路となっているので、弾性的に変位するときに嵌合面が不用である。したがって、作動流体に微粉末等の不純物を含んでいても、弁体１０は作動不良を惹起するのが防止できる。また、第１ベローズ２０Ｂは、作動方向に対して供給圧力Ｐｓから受ける力がキャンセルされるから、弁体１０が開閉弁するときに変動するのも防止できる。

さらに、制御弁１の作動において、作動流体が弁体１０に作用する圧力状態は、第１ベローズ２０Ｂの第１有効受圧面積Ｓ１と、第１ポペット弁Ｂ１の接合面内（シール面内）の第１受圧面積Ａ１と、第２ポペット弁Ｂ２の接合面内（閉弁したシール面内）の第２受圧面積Ａ２と、が同一に構成されているから、供給圧力Ｐｓから受ける弁体１０に対する圧力は、作動方向に対して互いにキャンセルされる。このため、弁体１０には、供給圧力Ｐｓから受ける推力は発生しない。このため、弁体１０は不用な力を受けることなく作動することができる。一方、第２ベローズ２５Ｂの第２有効受圧面積Ｓ２は、第１ベローズ２０Ｂの第１有効受圧面積Ｓ１より大きく形成されているから、第１ベローズ２０Ｂの第１有効受圧面積Ｓ１と第２ベローズ２５Ｂの第２有効受圧面積Ｓ２との面積差の受圧面積に対して制御圧力Ｐｃが作用する。そして、この受圧面積の差に受ける制御圧力Ｐｃの力と、ソレノイド部１Ｂに流れる電流に応じた推力とのバランスにより第２ポペット弁を開閉して圧力制御を行うことができる効果を奏する。

次に、図４は、本発明に係わる実施例２の制御弁１の全断面図である。図４の制御弁１において、ソレノイド部１Ｂは図１と略同一であるが、制御弁部１Ａは同一発明であるが、一部の構成を変更した。つまり、制御弁部１Ａの変更した構成は、本体２の第１弁室３Ａをソレノイド部１Ｂ側に設けるとともに、第２弁室３Ｂを排出ポート４Ｃ側に設ける。また、第２弁室３Ｂに第２ベローズ２５Ｂと弁座体１５を配置する。さらに、第１弁室３Ａには第１ベローズ２０Ｂを配置する。そして、弁体１０を図１とは逆向きに配設して第１弁部１０Ａと第１ベローズ２０Ｂとを連結するとともに、第２弁室３Ｂ内において第２弁部１０Ｂの第２弁部面１０Ｂ１と弁座体１５の第２弁座面１５Ａとからなる第２ポペット弁Ｂ２を開閉可能に配置する。なお、弁座体１５は図１の弁座体１５とは逆向きになる。また、ソレノイドロット３６は、弁体１０の第１連通路１１に嵌通するとともに、先端部を弁座体１５に連結する。そして、ソレノイドロット３６の作動に応じて弁座体１５と第２ベローズ２５Ｂを応動可能にする。

また、第１ベローズ２０Ｂの第１有効受圧面積Ｓ１と、第１ポペット弁Ｂ１の第１受圧面積Ａ１と、第２ポペット弁Ｂ２の第２受圧面積Ａ２とを同一面積にする。さらに、第２ベローズ２５Ｂの第２有効受圧面積Ｓ２は、第１ベローズ２０Ｂの第１有効受圧面積Ｓ１よりも大きくする。そして、第１ベローズ２０Ｂは、弾性圧縮型に構成する。また、第２ベローズ２５Ｂも弾性圧縮型に構成する。その他の構成は図１の制御弁１と略同様である。そして、図４は、図１と対応する作動位置であるが、その他の作動は、図２及び図３で説明した制御弁１と同様な作動をする。つまり、ソレノイド部１Ｂに電流が最大に流れたときは、第２ポペット弁Ｂ２が開弁する構成である。本発明は、制御弁１で制御される装置に応じ、ソレノイド弁１Ｂに電流が流れないときに、この装置から制御圧力Ｐｃの作動流体が排出するのを防止する。反対に、ソレノイド弁１Ｂに電流が流れたときに、この装置から制御圧力Ｐｃの作動流体を排出させることができる。そして、ソレノイド弁１Ｂに流れる電流の大きさと、第１有効受圧面積Ｓ１と第２有効受圧面積Ｓ２との面積差に応じて制御弁１を圧力比例制御することができる。また、実施例２においても、上述した実施例１と同様な作用効果を奏する。

産業上の利用分野

以上のように、本発明の制御弁は、車両の油圧系統や、動力伝達装置などの油圧・空圧系統を流れる流体の制御弁として有用である。特に、制御弁は安価であり、且つ作動不良のない制御弁として有用である。

Claims (4)

1. 作動流体の圧力を制御する制御弁であって、
   内部に第１弁室と、第２弁室とを有するとともに前記第１弁室と前記第２弁室との間に設けた仕切部を貫通する弁孔面の前記第１弁室側の周面に設けた第１弁座面を有する本体、
   前記本体を貫通して前記第１弁室に連通するとともに供給圧力の流体を流す供給ポート、
   前記本体を貫通して前記第２弁室に連通するとともに制御圧力の流体を流す出力ポート、
   前記第１弁室内に配置されて筒状の一端周部が本体に密封に連結するとともに前記筒状内が第２連通路に形成されたばね手段を有する第１ベローズ装置、
   前記本体を貫通して前記第２連通路に連通するとともに排出圧力の流体を流す排出ポート、
   前記第１ベローズ装置の他端周部に一端部が連結して前記第２連通路と連通する第１連通路を有するとともに前記第１弁座面と離接して第１ポペット弁を構成する一方の第１弁部面と、前記弁孔面内に移動自在に配置されて前記弁孔面との間に前記供給ポートと連通可能な第１流通路を有する胴体部と、前記胴体部に一体で前記第２弁室に配置された第２弁部面を有する弁体、
   前記弁体の第２弁部面と対向する内周面の角部に設けられて前記第２弁部面と離接して第２ポペット弁を構成する一方の第２弁座面を有するとともに前記第１連通路と連通可能な前記内周面内に第１内部通路を有する弁座体、
   前記第２弁室内に配置されて筒状の一端周部が本体に連結されるとともに他端周部が前記弁座体に密封に連結して前記第１内部通路と連通可能な第２内部通路を有し且つばね手段に構成された第２ベローズ装置および
   前記第２内部通路を通って前記弁座体に連結するソレノイドロッドを有し、前記ソレノイドロットを電流の大きさに応じて移動させるソレノイド部を具備し、
   前記第１ベローズ装置の第１有効受圧面積と、前記第１弁座面と第１弁部面とが接合する内部の流体圧力を受ける第１受圧面積と、前記第２弁座面と第２弁部面とが接合する内部の流体圧力を受ける第２受圧面積とをほぼ等しく形成されるとともに、前記第２ベローズ装置の第２有効受圧面積を前記第１有効受圧面積よりも大きく形成したことを特徴とする制御弁。
2. 前記第２ベローズ装置は前記第２弁座体を前記弁体に向かって押圧するバネ手段に構成するとともに、前記ソレノイド部は電流の大きさに応じて前記ソレノイドロッドを前記弁体から離れる方向へ移動させる構成にされて前記ソレノイド部へ電流を流したときに前記第２弁部から前記弁座体が開弁するとともに、前記ソレノイド部への電流を遮断したときに前記弁座体が前記第２弁部と閉弁することを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
3. 前記弁座体は前記弁座部の内周側側面に筒部を有するとともに前記筒部は前記第２ベローズ装置の内周面に遊合していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の制御弁。
4. 前記第１流通路は前記胴体部と前記弁孔面との間の環状空間により形成されているとともに、第１弁部面は前記胴体部に向かってテーパ面にしたことを特徴とする請求項１または請求項２にまたは請求項３に記載の制御弁。

Images