JPH0423125B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、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、閉弁時には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、図示の閉弁状態ではスプール３の
ランド部３ａによつて環状溝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、このボデイ１の一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、その入力
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、入力電流の大きさに応じ
た流量の油が流れる。

このような比例ソレノイド形スプール弁にあつ
ては、図示のように全閉状態におけるスプール３
と環状溝１２との間のシール幅X₀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ツト作動によ
る位置追従形の比例ソレノイド形スプール弁もあ
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てある。

このスプール弁は、ノズル・フラツパ機構を用
いたもので、スプール３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３の一端（ランド部３ｂ側）
にノズル３ｃを突設し、ボデイ１に設けたシール
壁１ａを通してノズル・フラツパ室１６に突出さ
せ、このスプール３をスプリング６によつて一方
向（図で右方向）に押圧している。

ノズル・フラツパ室１６内では、比例ソレノイ
ド１３の可動鉄心１４のプツシユロツド１４ａの
先端に固着されたフラツパ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によつて、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、パイロツト油供給口１９からオリフイ
ス１９ａを介して制御油室１５に導入したパイロ
ツト油を、ノズル３ｃ内の油路３ｄを通してノズ
ル３ｃの先端とフラツパ１７との間隙からから流
出させ、パイロツト油圧によりスプール３を左方
へ押圧する力を作用させる。

一方、スプール３のスプリング室４側のランド
部３ａに連設した小径部３ｅによつて摺動孔２の
左端部に形成された油室２０にも、油路１９ｂを
通してパイロツト油を導入し、スプリング４の付
勢力に加えてこのパイロツト油圧によつてもスプ
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、プツシユロツド１４ａがスプリング
１８に抗して左行し、フラツパ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内のパイロツト油圧
に抗して左行し、環状溝１２を開く。

したがつて、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
力電流によつて制御される。

このような比例ソレノイド形スプール弁は、パ
イロツト油圧駆動のため、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、全閉
時における流体のリークを防止するために、シー
ル幅X₀が必要である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

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X₀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
という問題点があつた。

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
範な制御域に亘つて安定した流量制御も行なえる
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・フラツパ機構を用いたパイロツト作動の比
例ソレノイド形スプール弁において、フラツパを
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
用するバネ定数の小さい第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、フラツパは第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X₀を
越えて開弁する。その後第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、ボデイ１に形成したノズル
フラツパ室１６に突出する比例ソレノイド１３の
プツシユロツド１４ａに、フランジ付有底円筒状
のフラツパ２１を一体に嵌着しており、このフラ
ツパ２１とスプール３に突設したノズル３ｃとが
常時小間隙ΔX₀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２２をこのフラツパ２１に摺動自在に嵌合
し、フラツパ２１のフランジ２１ａ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・フラツパ室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２３，２４は
いずれもフラツパ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１３に通電して
いない状態であり、フラツパ２１が第１、第２の
スプリング２３，２４の付勢力によつて押し戻さ
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ツト油圧P_pによりラン
ド部３ａの油室２０側の面積A₁の端面を押す右
方への押圧力と、オリフイス１９ａを通つた制御
油室のパイロツト油圧がランド部３ｂの面積A₂
（A₂＝A₁×２）の端面を押す左方への押圧力との
釣合いによつて、流出口１１に通じる環状溝１２
をシール幅X₀で閉鎖して全閉状態にある。

この時、フラツパ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Y₀がスプール３と環状溝１２のシール幅X₀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Ｉが小さい小出力域では、プ
ツシユロツド１４ａの押圧力によつてフラツパ２
１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ツト油圧によ
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
Ｉが全開時の電流の５％になると、フラツパ２１
のフランジ２１ａがスプリング受け２２のフラン
ジ２２ｂに当接し、スプール３はシール幅X₀（X₀
＝Y₀）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Ｉが５
％以上の出力域では、その出力の増加に伴つて、
フラツパ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１１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への入力電力Ｉ
が５％以下の小出力域においては、フラツパ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Y₀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
X₀だ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し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３
１ｃを有するフラツパ３１を比例ソレノイド１３
のプツシユロツド１４ａ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、フラツパ３１の段部３１ａとスプリン
グ受け３５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、
フラツパ３１の段部３１ｂからシール幅X₀に等
しい間隙Y₀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Ｉが例えば５％以下の小
出力域では、フラツパ３１の段部３１ｂが第２の
スプリング３４には当接せず、バネ定数の小さい
（弱い）第１のスプリング３３のみを圧縮しなが
らフラツパ３１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は小さく、こ
のフラツパ３１に追従してスプール３がシール幅
X₀分だけわずかな出力で移動し、開弁し始める。

そして、比例ソレノイド１３の入力電流Ｉが５
％以上の出力域では、フラツパ３１の段部３１ｂ
部がバネ定数の大きい（強い）第２のスプリング
３４に係合して、それを圧縮しながら比例ソレノ
イド１３の出力に応じて左方へ移動し、スプール
３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。

したがつて、比例ソレノイド１３の入力電流Ｉ
に対するスプール３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。

第５図は、第１図に示した実施例と同様なノズ
ル・フラツパ機構をスプール弁の両側に対称的に
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）状態か
ら、ボデイ４１の両端に設けた比例ソレノイド１
３，１３のいずれか一方を駆動することによつ
て、一方のフラツパ２１をスプール４３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が
摺動することにより、そのランド部４３ａ，４３
ｂによつてボデイ４１に成形したポートＡ，Ｂを
ポートＰ，Ｔに切換えて連通させるようになつて
いる。

そして、スプール４３の両端に突出したノズル
４３ｃ内にそれぞれ油路４３ｄを形成して、両側
のノズル・フラツパ室１６をそれぞれこの油路４
３ｄによつてタンクポート（ポートＴ）に連通さ
せると共に、パイロツト油供給口１９からそれぞ
れオリフイスO₁，O₂を介してパイロツト油を導
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１３の
プツシユロツド１４ａに取付けたフラツパ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ΔX₀よりかなり大きい
間隙Ｚを設けている。

各フラツパ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、各フラツパ２１のフランジとスプリン
グ受け２２のフランジとの対向面の間隙Y₀を、
スプール４３とポートＡ，Ｂ用環状溝との間のシ
ール幅X₀、前述した中立状態でのノズル４３ｃ
とフラツパ２１との間隙Ｚ、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４３ｃとフ
ラツパ２１との間に保たれる小間隙ΔX₀に対し、 Y₀＝X₀＋Ｚ−ΔX₀ 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・フラツパ室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
（SOL Ａ）に通電して、例えばその入力電流Ｉ
が５％以上になると、ポートＢとＰ、及びポート
ＡとＴがそれぞれ連通し、第６図に示すように、
ポートＰからＢへ入力電流Ｉに応じた流量QBの
油が流れる。

反対に左側のソレノイド１３（SOL Ｂ）に通
電して、同様にその入力電流Ｉが５％以上になる
と、ポートＡとＰ、ポートＢとＴがそれぞれ連通
し、第６図に示すように、ポートＰからＡへ入力
電流Ｉ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１３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
応じて適宜第１のスプリングのバネ定数及び長さ
を変更すればよく、それによつて不感帯部分を多
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・
フラツパ機構を用いてスプールを摺動させるが、
そのフラツ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のスプリングによつて構成し、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。

したがつて、広い制御範囲に亘つて入力電流に
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つてリークを完
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９図及び第１０図は、それぞれ第８図のス
プール弁により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……ボデイ、３，４３……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……プツシユロツド、１６……ノ
ズル・フラツパ室、１９……パイロツト油供給
口、２１，３１……フラツパ、２２……摺動自在
なスプリング受け、２３，３３……第１のスプリ
ング、２４，３４……第２のスプリング、２５，
３５……円板状のスプリング受け。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、
   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
   ツシユロツドに取り付けたフラツパとを対向配置
   し、オリフイスを介してこのノズルとフラツパ間
   に導入したパイロツ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
   プールを前記フラツ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、 前記フラツ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。