JPH0668334B2 - 油圧切換弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は油圧切換弁に関するもので、、例えば自動車の
アンチスキッド制御装置のホイルシリンダ圧制御用アク
チュエータ内に設けられる油圧切換弁として用いて有効
である。

〔従来の技術および問題点〕

従来、油圧回路中に設けられる油圧開閉弁としては、例
えば特開昭60−33158号公報に開示されているように、
一般に電磁弁が用いられる。電磁弁はソレノイドコイル
に通電した時に発生する電磁力によって弁体を吸引し、
弁体を弁座に対して接離させることにより流路の開閉を
行なう。ところが電磁弁は、ソレノイドコイルのインダ
クタンスの影響のために、通電してから弁体が作動する
まで一定の時間を要し、応答性が充分ではない。またア
ンチスキッドに制御装置のように、高速な応答が要求さ
れ、高圧が作用する中で流路を開閉する必要がある場
合、大きな電磁力を発生させるためにソレノイドコイル
を大型化しなければならない。

一方、応答性の優れた電歪式アクチュエータを油圧開閉
弁の駆動源として用いることが考えられるが、この電歪
式アクチュエータを用いても通電時における弁開度は一
定であるため、アンチスキッド制御装置のように例えば
ブレーキペダルの踏力の大きさによって制御油圧が大幅
に変化するような場合には、油圧変化の特性が変わって
しまい制御の精度が低いという問題を有する。

本発明は、小型であって応答性が良く、かつ、制御油圧
が変化しても安定した特性を発揮できる油圧開閉弁を提
供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

油圧切換弁の外形を形成するハウジングは、内部にシリ
ンダ部を有する。このハウジングには、油圧源から前記
シリンダ部内に圧油を導くための高圧ポート、前記シリ
ンダ部内と油圧消費部とを連通する制御ポート及び前記
シリンダ部内と油溜め部とを連通する低圧ポートを形成
する。前記シリンダ部内には、前記高圧ポートと前記制
御ポートとの間に第１弁座部が形成され、前記制御ポー
トと前記低圧ポートとの間には第２弁座部が形成され
る。前記シリンダ部内にはスプールバルブが摺動自在に
配される。このスプールバルブの一端側には前記高圧ポ
ートに連通する高圧導入室が形成され、他端側には圧力
変動可能な油圧室が形成される。この油圧室の圧力変動
は、印加電圧に応じて伸縮する圧電素子によって行われ
る。前記油圧室内の圧力が増圧されると前記第１弁部が
前記第１弁座部に着座し、且つ前記第２弁部が前記第２
弁座部より開離するように前記スプールバルブが移動す
る。また、前記油圧室内の圧力が減圧されると前記第１
弁部が前記第１弁座部より開離し、前記第２弁部が前記
第２弁座部に着座するように前記スプールバルブが移動
する。以上を特徴とする油圧切換弁とした。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例に係る油圧開閉弁を示す断面
図である。この図において、ハウジング10は高圧源（省
図示）に連通する高圧ポート11と油圧消費源（省図示）
に連通する制御ポート12と、油溜め部（省図示）に連通
する低圧ポート31を有する。これらの高圧ポート11と制
御ポート12、制御ポート12と低圧ポート31はスプールバ
ルブ13により連通もしくは遮断される。

ハウジング10内には、ピストンシリンダ14と、このピス
トンシリンダ14に連通し、ピストンシリンダ14の約１／
４の内径を有するスプールシリンダ15とが形成される。
ピストンシリンダ14の端部すなわち開口部はカバー16に
より閉塞される。圧電素子を多数積層して成る電歪式ア
クチュエータ17は、一端がカバー16に固定されてピスト
ンシリンダ14内に収容され、印加電圧に応じて図中矢印
Ｔに沿って伸縮する。電歪式アクチュエータ17に電圧を
印加するため、リード線18,19がカバー16を貫通して設
けられる。ピストン20は電歪式アクチュエータ17のスプ
ールシリンダ15側の端部に固定され、ピストンシリンダ
14内のスプールシリンダ15側に油圧室21を形成する。油
圧室21内には、ピストン20を電歪式アクチュエータ17側
に付勢するベルビルスプリング22が設けられる。ピスト
ン20の外周面はピストンシリンダ14の壁面に摺動自在に
支持され、Ｏリング23によりシ−ルされる。しかしてピ
ストン20に電歪式アクチュエータ17の伸縮に応じて変位
し、油圧室21を膨張収縮させる。

前記スプールシリンダ15の端部にはキャップ24が配さ
れ、このキャップ24は内部に高圧導入室32を形成し、さ
らにこの高圧導入室32と図示しない油圧源と連通する高
圧ポート11を有している。前記スプールバルブ13は前記
スプールシリンダ15内を摺動自在に配されており、一端
が前記油圧室21に、他端が前記高圧導入室32にそれぞれ
対面している。

前記スプールシリンダ15の図中上方部には、他の部分よ
り径が大きくなった中径部15aと、この中径部15aよりさ
らに径が大きくなった大径部15bが形成されている。そ
して、前記中径部15aに対向する位置に前記低圧ポート3
1が開口し、前記大径部15bに対向する位置に前記制御ポ
ート31が開口している。

前記スプールバルブ13の図中上方部には、他の部位より
も径が大きくなった膨出部13aが形成されており、この
膨出部13aは前記大径部15b内に位置している。そして、
この膨出部13aの一斜面131は前記キャップ24の肩部24a
に当接・開離することにより、前記高圧ポート11と制御
ポート12とを連通・遮断し、他斜面132は前記大径部15b
と中径部15aとの間の段部151に当接・開離することによ
り制御ポート12と低圧ポート31とを連通・遮断する。す
なわち、前記膨出部13aの一斜面131が第１弁体、前記肩
部24aが第１弁座の作用をなし、前記膨出部13aの他斜面
132が第２弁体、前記段部151が第２弁座部の作用をなし
ている。以下、一斜面131と肩部24aとを第１弁、他斜面
132と段部151とを第２弁と呼ぶ。

前記高圧導入室32内にはスプリング25が配されており、
前記スプールバルブ13を前記油圧室21側に向けて付勢し
ている。また、前記スプールバルブ13の中心部には前記
高圧導入室32と前記油圧室21とを連通する連通路27が形
成されており、この連通路27の前記油圧室21側端には絞
り27aが形成されている。

尚、本実施例では、前記スプールバルブ13の移動量を約
0.1mm、前記圧電素子17の伸縮量を約40〜50μ、前記ピ
ストン20の外径を5.5mm、前記肩部24aの内径を5.2mm、
前記段部151の内径を5.8mm、スプリング25の付勢力を50
0グラム、絞り27aの径を0.3mmとしている。また、前記
制御ポート12は他のポートよりも内径が小さくなってお
り、本実施例では内径を0.5mmとしている。

本実施例は次のように作用する。

電歪式アクチュエータ17に電圧を印加しない時、スプー
ルバルブ13はスプリング25および油圧により図の下方へ
付勢されて前記第２弁は閉弁し、前記第１弁は開弁す
る。すなわち、高圧ポート11と制御ポート12のみが連通
し、圧力源からの圧油が高圧ポート11から制御ポート12
を介し、油圧消費部に流れる。この状態において、スプ
ールバルブ13を図中下方へ付勢する力は、スプリング25
の付勢力以外にスプールバルブ13を下方へ付勢する力が
作用する受圧面積とスプールバルブ13を上方へ付勢する
力が作用する受圧面積の差、すなわち他斜面132と段部1
51の当接面積Ｓ_Ｂとスプールシリンダ15内に挿嵌合され
ているスプールバルブの断面積Ｓ_ｃとの差に、高圧ポー
ト11内の圧力Ｐ_Ｈと低圧ポート31内の圧力Ｐ_Ｌとの差を
乗じた大きさである。しかしてスプールバルブ13の他斜
面132は段部151への着座状態を維持する。

ここで電歪式アクチュエータ17に瞬間的に高電圧を印加
すると、この電歪式アクチュエータ17の伸長によりピス
トン20はベルビルスプリング22に抗して図中上方へ変位
して油圧室21の容積を減少させる。したがって油圧室21
内の圧力は急激に上昇し、第２図に示す様にスプールバ
ルブ13はスプリング25に抗して上方へ変位する。この
時、ピストン20の変位は微少であるが、油圧室21よりも
スプールシリンダ15の方が小さい断面積を有することに
より、スプールバルブ13は比較的大きく上方へ変位して
一斜面131が肩部24aに当接すると共に、他斜面132が段
部151より離座する。この結果、高圧ポート11と制御ポ
ート12とは遮断され、制御ポート12と低圧ポート31とが
連通する。よって、油圧消費部内の圧力が制御ポート12
から低圧ポート31を介し、油溜め部へと流出する。また
この時、油圧室21内の作動油は絞り27a及び連通路27を
通って高圧導入室32側へ流動する。しかして油圧室21内
の圧力は徐々に低下し、スプールバルブ13は徐々に下方
へ変位して他斜面132が段部151に着座する。

このように、電歪式アクチュエータ17に瞬間的に電圧を
印加する（例えば500Vの電圧を矩形波として付与する）
ことにより、第１弁は一時的に閉弁し、第２弁は一時的
に開弁する。この時の第２弁の開弁の大きさおよび時間
は、電歪式アクチュエータ17への印加電圧の大きさおよ
び矩形波の周波数を変化させることにより制御される。

尚、第１弁が閉弁し第２弁が開弁し、制御ポート12が低
圧ポート31に連通している状態において、スプール13に
作用する荷重Fdは、第１図中上方向に＋符号をとって Fd＝−ｆ_SP＋（Ｐ_Ｈ−Ｐ_Ｌ）（Ｓ_Ｃ−Ｓ_Ａ）…（１） ｆ_SP：スプリング14の付勢力 Ｐ_Ｈ ：高圧ポート11内の圧力 Ｐ_Ｌ ：低圧ポート31内の圧力 Ｓ_Ａ ：斜面132と肩部24aの当接面積 Ｓ_Ｃ ：スプールバルブ13の段面積 で表される。本実施例ではＰ_Ｈ＞Ｐ_Ｌ、Ｓ_Ｃ＞Ｓ_Ａであ
るから、Pd＝（Ｐ_Ｈ−Ｐ_Ｌ）（Ｓ_Ｃ−Ｓ_Ａ）＞０とな
り、またPd＞ｆ_SPであるからスプール13の位置が安定す
る。

次に、圧電素子17に印加した高電圧を短絡するか、また
は逆電圧を印加すると、圧電素子17は瞬時に縮小し、油
圧室21の容積が増大して、油圧室21内の圧力が減少す
る。その結果、スプールバルブ13は第３図に示す様に図
中下方に移動し、一斜面131が肩部24aより離座すると共
に他斜面132が段部151に着座する。すなわち、高圧ポー
ト11と制御ポート12とが連通し、油圧減からの圧油が高
圧ポートから制御ポート12を経てて、油圧消費部に送り
こまれる。

その時、スプールバルブ13に作用する荷重Fuは、第１図
中下方に＋符号をとって、 Fu＝ｆ_SP＋（Ｐ_Ｈ−Ｐ_Ｌ）（Ｓ_Ｂ−Ｓ_Ｃ）…（２） となる。但し、Ｓ_Ｂは他斜面132と段部151との当接面積
である。本実施例ではＳ_Ｂ＞Ｓ_Ｃ、Ｐ_Ｈ＞Ｐ_Ｌであるか
らFu＞０となり、スプールバルブ13の位置が安定する。

高圧ポート11と制御ポート12とが連通している増圧状態
から、制御ポート12と低圧ポート31とが連通している減
圧状態への切換りは、前述のごとく、電圧素子17への高
電圧の印加により行なう。この時の圧電素子17の伸張は
極めて高速に作用するため、油圧室21内の作動油は、絞
り27a、連通路27を介して高圧導入室32側への流出が間
に合わず、油圧室21内に急激な圧力上昇が発生する。こ
の時スプールバルブ13に作用する下方向荷重Fu′は、圧
力上昇を△Puとして Fu′＝ｆ_SP＋（Ｐ_Ｈ−Ｐ_Ｌ）（Ｓ_Ｂ−Ｓ_Ｃ） −△Pu・Si …（３） となるが、△Puの上昇が極めて大であることからFu′＜
０となってスプールバルブ13は上方向に移動する。この
時の移動量は、一斜面131が肩部24aに当接しないとすれ
ば、ほぼピストン20の断面積Ｓ_Ｄとスプールバルブ13の
断面積Ｓ_Ｃの比の２乗に、圧電素子17の伸張量ｌを乗じ
た値となる。本実施例では、約0.7mmとなり、実際のス
プールバルブの変位量0.2mmと較べて十分大きく設定さ
れていることから、一斜面131は容易に肩部24aに当接す
る。そして、他斜面132が段部151より離座し、制御ポー
ト12と低圧ポート31が連通して、制御ポート12内の圧力
Ｐ_Ｍが低圧ポート内の圧力Ｐ_Ｌと略等しくなる。この
時、スプールバルブ13には前述の（１）式で示したFdの
荷重が図中上方向に作用し、着座が安定する。なお、油
圧室21内の圧力上昇分は絞り27a、連通路27を介して高
圧導入室32に流出し、再び油圧室21の圧力はＰ_Ｈとな
る。

減圧から増圧への移行は、圧電素子の高電圧を短絡又は
逆電圧を印加することにより行なう。圧電素子が瞬時に
縮小し油室21内の圧力が急激に低下すると、スプールバ
ルブ13に作用する上方向荷重Fd′は圧力低下△Pdとして Fd′＝−ｆ_SP＋（Ｐ_Ｈ−Ｐ_Ｌ）（Ｓ_Ｃ−Ｓ_Ａ） −△Pd・Ｓ_Ｃ …（４） となる。ここで△Pdが大きな値を示すためFd′＜０とな
りスプールバルブ13は下方向に移動し、第１弁は開弁
し、第２弁は閉弁する。この時、油圧室21内圧力は直ち
に高圧ポート11内圧力Ｐ_Ｈに上昇し、前述の（２）式で
示したFuの荷重が安定的にスプールバルブ13に作用す
る。

圧電素子10に対する高電圧の印加、短絡又は逆電圧の印
加は数100μsec程度と短く、スプールバルブ13の応答も
1msec以下の極めて高速応答性に優れた油圧切換弁を提
供できる。

第４図に本発明による油圧切換弁を組み込んだ自動車用
アンチスキッド装置を示す。

マスタシリンダ100の高圧は電磁弁500を経てホイルシリ
ンダ200に導かれるとともに、本実施例による油圧切換
弁‘の高圧ポート11及び油圧ポンプ400の吐出側に連結
される。また本油圧切換弁１の制御ポート12は油圧消費
部であるホイルシリンダ200に、低圧ポート31は油溜め
部であるリザーバ300と油圧ポンプ400の吸入側に結ばれ
ている。

第４図に示したアンチスキッド装置は、ホイルジリンダ
油圧を適切に制御することにより車両の制動を良好に行
うもので、その詳細については述べないが、本油圧切換
弁の作動例に関して簡単に述べる。

第５図に示す通り、制動時のホイルシリンダ油圧の上昇
がある程度高くなると制御回路が電磁弁500を遮断する
とともに、油圧ポンプ400が回転を開始する。それと同
時に油圧切換弁１の圧電素子17には高圧電圧が印加され
る。これにより、ホイルシリンダ油圧すなわち制御ポー
ト12内の油圧は低圧ポート151と連結するリザーバに抜
け、減圧が開始される。ホイルシリンダ油圧が十分低下
すると油圧切換弁１の圧電素子17は短絡され、油圧ポン
プによりリザーバ300から汲み上げられた高圧油がホイ
ルシリンダ200に導かれ増圧される。図示しない制御回
路は、車輪の回転状態等の情報をもとにホイルシリンダ
油圧の増減を極めて高速かつきめ細く行なうべく油圧切
換弁１の圧電素子に高電圧のON−OFF命令として指令す
る。

次に本発明の第２実施例について説明する。第６図は第
２実施例を示す断面図である。本実施例では高圧ポート
11に連通する高圧導入室32を、スプールバルブ13の側周
部に形成し、スプールバルブ13の端部には高圧ポート11
内の圧力と略等しい圧力Ｐ_Ｈ′が均圧ポート11aを介し
て導入される均圧導入室321を形成している。尚、スプ
ールバルブ13の端部が均圧導入室321に対向する面積Ｓ
_Ａ′と、前記面積Ｓ_Ａとは等しくなっている。

ここで、完全にＰ_Ｈ′＝Ｐ_Ｈとすれば、本実施例の作動
は前述の実施例と全く同一になるが、実際のアンチスキ
ッド制御装置に組み込んだ時、均圧ポート11aを脈動の
比較的少ない部位に連結させることにより、高圧ポート
11内の圧力Ｐ_Ｈの脈動がかなり存在しても油圧切換弁の
作動を安定させる効果がある。すなわち、第１の実施例
による油圧切換弁において、高圧ポート11内に極めて急
激な油圧低下が発生した場合には、油圧室21内が高圧導
入室32内圧力より高くなって、スプールバルブ13が図中
上方に上昇してしまい、誤作動を生ずる恐れがあるが、
第２の実施例では、均圧ポート11aに安定した油圧
Ｐ_Ｈ′を導くことにしているため、前記高圧Ｐ_Ｈの変動
によるスプールバルブ13′の荷重変動は無く油圧切換弁
の誤作動は発生しないというメリットがある。

第７図に第２の実施例による油圧切換弁１′を組み込ん
だアンチスキッド装置を示す。

本システムでは、マスタシリンダ100の油圧が油圧切換
弁１′の均圧ポート11aを介して均圧導入室321内に導か
れており、制御時にはこの均圧導入室321はホイルシリ
ンダ200、油圧ポンプ400等からは分離されるため、
Ｐ_Ｈ′の油圧変動はほとんど発生しない。高圧ポート11
には油圧ポンプ400の吐出側が導かれ、制御ポート12は
ホイルシリンダ200、低圧ポート31は油圧ポンプ400の吸
入側及びホイルシリンダ上のリザーブタンク300に導か
れている。又、油圧ポンプ400の吐出側から吸入側へ
は、マスタシリンダ油圧によって制御されるバイパス弁
が設けられ、油圧ポンプ400の異常高圧上昇を防止して
いる。

このアンチスキッド装置の作動例を第８図に示す。同図
の作動例では、油圧切換弁１′の圧電素子に供給する高
電圧を一定周期τにとり、高電圧状態と短絡状態の時間
比率を変化させることによりホイルシリンダ油圧の増圧
・減圧を行い制御時の車輪のスキッドを回避している。

〔発明の効果〕

以上説明した様に本発明の油圧切換弁を用いれば、小型
であって且つ高応答性でもって油圧の切換えを行なうこ
とができる。特に、自動車用アンチスキッド装置などの
ように、高精度、高応答性が必要とされる装置に組み込
まれる場合には、上記必要性を充分に満足することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１実施例を示す断面図、第２図及び第３図は
作動を説明する模式断面図、第４図は油圧回路図、第５
図は作動説明図、第６図は第２実施例を示す断面図、第
７図は油圧回路図、第８図は作動説明図である。 11……高圧ポート,12……制御ポート,13……スプールバ
ルブ,17……圧電素子,24a……肩部（第１弁座部）,131
……斜面部（第１弁部）,132……斜面部（第２弁部）,1
51……段部（第２弁座部）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 笹谷 英顕 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 服部 義之 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−101373（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−89875（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−206668（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−33158（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−155073（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−136680（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（ａ）油圧切換弁の外形を形成し、内部に
   シリンダ部を有するハウジングと、 （ｂ）前記シリンダ部内に油圧源からの油圧を導くた
   め、前記ハウジングに形成された高圧ポートと、 （ｃ）前記シリンダ部内と油圧消費部とを連通する制御
   ポートと、 （ｄ）前記シリンダ部内と油溜め部とを連通する低圧ポ
   ートと、 （ｅ）前記シリンダ部内であって、前記高圧ポートと前
   記制御ポートとの間に形成される第１弁座部と、 （ｆ）前記シリンダ部内であって、前記制御ポートと前
   記低圧ポートとの間に形成される第２弁座部と、 （ｇ）前記シリンダ部内を摺動自在に配され、一端側に
   前記高圧ポートに連通する高圧導入室、他端側に油圧室
   が形成されると共に、前記第１弁座部に着座する第１弁
   座部及び前記第２弁座部に着座する第２弁部を有するス
   プールバルブと、 （ｈ）印加電圧に応じて伸縮し、この伸縮によって前記
   油圧室の容積を減少、増大せしめ、もって前記油圧室内
   の圧力を増圧、減圧せしめる圧電素子と、 （ｉ）前記油圧室内の圧力を所定時間内に前記高圧導入
   室内の圧力と略等しくする絞り手段とを備え、 （ｊ）前記油圧室内の圧力が増圧されると、前記スプー
   ルバルブはこの増圧圧力を受けて前記第１弁部を前記第
   １弁座部に着座させ、前記第２弁部を前記第２弁座部か
   ら開離させる方向に移動し、 （ｋ）前記油圧室内の圧力が減圧されると、前記スプー
   ルバルブは前記第１弁部を前記第１弁座部から開離さ
   せ、前記第２弁部を前記第２弁座部に着座させる方向に
   移動することを特徴とする油圧切換弁。