JPS61192980A - 流体開閉弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は流体開閉弁に関するもので、例えば高速応答性
が必要とされる自動車用アンチスキッド装置の油圧開閉
弁として用いて有効である。

〔従来の技術〕

従来、油圧回路中に用いられる流体開閉弁は、ソレノイ
ドの電磁力を利用した電磁弁を用いるのが一般的である
。この電磁弁はソレノイドコイルに通電した時に発生す
る磁力によって弁体等を吸引し、弁体と弁座とを当接・
解離させることによって流体通路の開閉を行っている。

このような電磁弁は比較的高速応答するものとして知ら
れているが、ソレノイドコイルのインダクタンスの影響
のため通電開始から作動するまで時間遅れが尚存在して
いる。よって、自動車用アンチスキッド装置の様に極め
て高速な応答を必要とし、高荷重のもとて流体を開閉さ
せる必要が有る場合には、ソレノイドコイルを大型化し
て大きな電磁力を発生させなければならない。しかしな
がら、このようなソレノイドコイルの大型化は小型軽量
化という現代の技術思想に逆流するものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、応答性を向上させるにはソレノイドコイルを
大型化しなければならないという従来の電磁弁の問題点
を解決するものである。

（問題点を解決するための手段） そこで本発明では上記問題点に鑑み、小型でかつ極めて
高速応答の得られる流体開閉弁を提供することを目的と
し、次の様な手段を講じた。つまり、電圧を印加するこ
とによって伸長し、電圧の印加を停止することによって
元の状態まで収縮する電歪素子と、この電歪素子の伸縮
を受けてハウジング内を摺動するピストンと、このピス
トンの摺動によって容積が収縮膨張し内部圧力が変動す
る第１油圧室と、圧力流体が導入される第２油圧室と、
流体の入口孔と出口孔とを結ぶ流体通路と、前記第１油
圧室の内部圧力変動を一端面に受け前記第２油圧室内の
圧力を他端面に受け、この第１油圧室と第２油圧室の差
圧で変位することによって゛前記流体通路の通路開閉を
行うスプールパルプと、このスプールバルブを前記第１
油圧室方向に押圧する付勢手段と、前記流体通路に設け
られた絞り部と、前記第１油圧室と前記流体通路の絞り
部下流側とを連通し、絞り効果を有することによって前
記第１油圧室の圧力変動が停止した時のみ前記第１油圧
室内の流体を前記流体通路の絞り部下流側に流出させる
減圧通路とを備え、前記スプールパルプは前記第１油圧
室内の圧力が上昇した時に開弁方向に変位する流体開閉
弁とした。

〔作　用〕

電歪素子に電圧を印加すると電歪素子が伸長し、ピスト
ンが移動して第１油圧室の容積が減少する。

第１油圧室の容積が減少すると内部圧力が上昇し、この
圧力を受けてスプールパルプが第１油圧室方向に付勢す
る付勢力に打ち勝ち流体通路を開くように変位する。す
ると、流体が人口孔から流体通路を通って出口孔へ高速
で流れる。この時、流体通路には絞り部が形成されてい
るので、絞り部下流側は低圧となる。すると第１油圧室
内の作動油が減圧通路を通って絞り部下流側に流出する
ため第１圧室内の圧力が低下する。すると、第２油圧室
内の作動油がスプールバルブに及ぼす力の方が大きくな
り、第１油圧室方向に付勢する付勢手段の付勢力とによ
ってスプールバルブは流体通路を閉じるように変位する
。このようにして、流体通路の開閉が行われる。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例を示す断面図で図中符号１は開
閉弁１００の外形をなすノ１ウジングである。このハウ
ジング１は一端開放の有底円筒状をなし、開放端にカバ
ー２が配されることにより内部に円筒空間を形成してい
る。そして、この円筒空間には以下に述べるものが収納
されている。

まず、図中符号３で示されるものは積層型電歪素子（以
下、ＰＺＴ３と呼ぶ）で、複数枚の円板状電歪素子を積
層して構成される。この円板状電歪素子のそれぞれは上
下底面に電極が形成されており、この電極に高電圧を加
えることにより分極方向に伸長する。ＰＺＴ３はこよう
な円板状電歪素子が複数枚積層固定されたものであり、
各円板状電歪素子の電極は互いに結線されている。この
ＰＺＴ３の電極にリード線４を介して高電圧（３００〜
５００ボルト）を瞬時に印加すると、ＰＺＴ３全体とし
て数１０μｍ伸長する。尚、このＰＺＴ３の一端側３ａ
は前記ハウジング１の底部１ａの凹部１ｂに嵌入固定さ
れている。

また、前記リード線４は制御回路２００に結線されてお
り、この制御回路２００よりＰＺＴ３に電圧が供給され
る。制御回路２００は車速センサ（省図示）等からの検
知信号を受け、車両のスリップ状態に応じて前記ＰＺＴ
３にパルス電圧を供給するものである。

前記ＰＺＴ３の他端側３ｂにはコツプ状のピストン５が
被されるようにして配されており、前記ＰＺＴ３が伸縮
すると前記ハウジング１内部を前記ハウジング１内壁と
油密を保つて摺動可能となっている。このピストン５の
前記カバー２側（図中右方）には板ばね６を介してシー
ト部材７が配され、さらに図中右方にはガイド部材８が
配されている。このシート部材７及びガイド部材８はそ
の位置が固定されており、シート部材７と前記ピストン
５との間には第１油圧室９が形成されている。前記板ば
ね６はこの第１油圧室９内に位置するわけであるが、そ
の外周端は前記シート部材７に当接し、内周端は前記ピ
ストン５に当接している。そして、前記ピストン５を前
記ＰＺＴａ側（図中左方）に付勢している。

前記シート部材７及び前記ガイド部材８の中心部には貫
通孔が穿設されており、この貫通孔内にはスプールバル
ブ１０が配されている。このスプールバルブ１０の前記
ピストン５側の端面には、鋼球１１を受け入れるための
凹部１３が形成されており、この凹部１３内に鋼球１１
が配されている。前記鋼球１１と前記ピストン５のピス
トン受部５ａとの間には鋼球付勢スプリング１４が配さ
れており、前記鋼球１１を凹部１３内に形成した鋼球シ
ート部１２に向けて付勢している。この鋼球１１はスプ
ールバルブｌＯの中心を貫通する油通路１５を開閉する
もので、前記鋼球１１、鋼球シート部１２、及び鋼球付
勢スプリング１４とによって逆止弁機構が形成される。

前記油通路１５は前記スプールバルブ１０の中心部を軸
方向に貫通するもので、通路途中に通路面積を絞った絞
り部１７を有し、前記第１油圧室９と第２油圧室１６と
を連通ずる。この第２油圧室１６は前記スプールバルブ
１０の図中右側端面と前記カバー２との間に形成される
もので、前記逆止弁機構は前記第２油圧室１６から油通
路１５を通って第１油圧室９に向かう流体の流れは許容
するが、その逆方向の流れは阻止する。

前記スプールバルブ１０の軸方向略中間位置には、他の
部位よりも径が大きくなっているスカート部１８が形成
されており、このスカート部１８の斜面１８ａが前記シ
ート部材７の肩部７ａに当接解離することによって前記
油通路１５の枝道路１５ａと前記ガイド部材８に設けた
出口通路１９とが連通遮断する。前記油通路１５の枝通
路１５ａは油通路１５と垂直方向に分岐しており、前記
スプールバルブ１０の側周面２ケ所にて開口している。

ただし、この開口位置は前記スカート部１８よりもＰＺ
Ｔ３側（図中左方向）にて開口している。また、前記ガ
イド部材８には前記スカート部１８が移動可能なように
凹部８ａが形成されており、さらに、この凹部８ａより
前記ハウジング１側に向かって出口通路１９が穿設され
ている。

そして、前記ハウジング１の側壁には前記出口通路１９
と合致する位置に出口孔２０が形成され、この出口孔２
０、前記出口通路１９、及び前記凹部８ａは互いに連通
している。また、前記カバー２の前記第２油圧室１６に
対向する位置には入口孔２１が穿設されており、図に示
す様にスカート部１８の斜面１８ａがシート部材７の肩
部７ａに当接している時は、この人口孔２１と前記出口
孔２０との連通は遮断されるが、スカート部１８が肩部
７ａより解離すると油通路１５、枝通路１５ａ、凹部８
ａ、出口通路１９を介して両者は連通ずる。本実施例で
は第２油圧室１６、油通路１５、枝通路１５ａ、凹部８
ａ、出口通路１９によって入口孔２１と出口孔２０とを
結ぶ流体通路を形成している。

尚、前記第２油圧室１６内には、前記カバー２と前記ス
プールバルブｌＯとの間にバルブ付勢スプリング２２が
配されており、前記スカート部１８がシート部材７の肩
部７ａに当接する方向に前記スプールバルブ１０を付勢
している。また、前記ガイド部材８内壁と前記スプール
バルブ１０外壁との間には０リング２３が配されており
、前記ガイド部材８内壁と前記スプールバルブ１０外壁
との隙間を縫って前記第２油圧室１６と前記凹部８ａと
が連通ずるのを阻止している。

次に、以上述べてきた本実施例の作動について述べる。

前記ＰＺＴ３に電圧を印加しない状態では、前記スプー
ルバルブ１０はバルブ付勢スプリング２２の付勢力を受
け、スカート部１８の斜面１８ａはシート部材７の肩部
７ａに押し付けられて前記入口孔２１と出口孔２０は連
通を阻止されている。前記入口孔２１は例えば自動車プ
レキシステムのマスクシリンダ等の高圧発生源に接続さ
れており、入口孔２１を介して第２油圧室１６に高圧油
が導入されると、この高圧油は絞り部１７を有する油通
路１５を通り、鋼球１１を鋼球付勢スプリング１４の付
勢力に抗して押し開けて第１油圧室９に導びかれる。ス
プールパルプ１０のスカート部１８以外の部位の径と、
スカート部１８が肩部７ａに着座した時の着座面の径と
は、略同じに設定しであるため、第１油圧室９及び第２
油圧室１６に高圧が導入されてもスプールパルプ１０は
現状の位置を保持する。つまり、入口孔２１と出口孔２
０とは遮断されたままである。

このような状態でＰＺＴ３に３００〜５００ボルトの電
圧を瞬時に印加すると、ＰＺＴ３は数十μｍ伸長する。

ＰＺＴ３の一端側３ａは前記ハウジング１の底部１ａに
形成した凹部１ｂ内に最大しているので、ＰＺＴ３の伸
長はピストン５の移動量となって表れる。つまり、ＰＺ
Ｔ３が伸長するとピストン５は前記第１油圧室９の容積
が減少する方向（図中右方向）に移動する。前記第１油
圧室９内は非圧縮性の作動油で満たされているので、ピ
ストン５が図中右方向に移動すると第１油圧室９内の圧
力が上昇して容積が減少した分だけスプールパルプ１０
が第２油圧室１６側に移動する。すると、スプールパル
プ１０のスカート部１８とシート部材７の肩部７ａとが
離間し、油通路１５の枝通路１５ａが前記凹部８ａと連
通するので第２油圧室１６内の高圧作動油は油通路１５
、凹部８ａ、出口通路１９及び出口孔２０へと高速で順
次流れてゆく。この時、前記油通路１５には絞り部１７
が形成されているで、絞り部１７の上流側と下流側とで
は圧力差が生じ、絞り部１７の下流側は上流側に比べて
低圧となる。前記スプールパルプ１０の外壁とシート部
材７の内壁との間には減圧通路の作用をなす間隙りが存
在するために第１圧室９内の高圧油が前記間隙りを通っ
て出口通路１９及び出口孔２０側へと漏出する。その結
果、第１油圧室９内の圧力が低下し、前記第２油圧室１
６と第１油圧室９との差圧による力及びバルブ付勢スプ
リング２２の力でもって前記スプールパルプｌＯは第１
油圧室９側に移動する。そして、前記スカート部１８の
斜面１８ａがシート部材７の肩部７ａに当接し、枝通路
１１と凹部８ａの連通を遮断する。つまり、入口孔２１
と出口孔２０との連通が遮断される。

前記ＰＺＴ３は高電圧を印加すると伸長するが、電圧印
加を停止すると元の状態まで収縮する。そこで、このＰ
ＺＴ３に高周波パルス電圧を印加した場合の作動につい
て述べる。今、一定電圧Ｖボルトを印加した時のＰＺＴ
３の最大伸長量をし、伸長に要する時間をＴとする。Ｐ
ＺＴ３に印加するパルス電圧の１パルス供給時間をｔ＋
　　（＜Ｔ）に設定すると、最大伸長量りに達するまで
に電圧の供給が断たれるのでＰＺＴ３はｌ（＜Ｌ）だけ
伸長し、ピストン５が第１油圧室９の容積を減する方向
に動いてスプールパルプ１０は距離ａ１だけ移動する。

１パルスの供給が終わるとＰＺＴ３は元の状態に収縮す
るので、第１油圧室９の容積が拡大し、第１油圧室９内
の圧力が低下して前記第２油圧室１６内の作動油が油通
路１５より鋼球１１を押し開いて第１油圧室９内に流入
してくる。

この時、前記鋼球１１等によって構成される逆止弁機構
は非常に応答性の良いものであり、第１油圧室９内の圧
力が低下した際、スプールパルプ１０が第１油圧室９側
に引き寄せられる前に鋼球１１が開弁するようになって
いる。以上の様な動きをパルス電圧を供給することで繰
り返されるわけであるが、ＰＺＴ３に供給するパルス電
圧の周波数は約１００〜５００ヘルツであるため、実質
上第１油圧室９内の圧力はＰＺＴ３が伸長した時の圧力
に保たれ、スプールバルブｌＯも移動距離ａｌを保つ。

すなわち、スカート部１８とシート部材７の肩部７ａは
離間距離ａ、を保つ。また、第１油圧室９内の作動油が
間隙りを通って出口孔２０側に漏出する速さよりも、Ｐ
ＺＴ３が収縮した際に油通路１５を通り鋼球１１を押し
開いて第１油圧室９内に流入してくる速さの方が遥かに
速いものとなっている。

次に、ＰＺＴ３の供給するパルス電圧の１パルス供給時
間をｔｚ　　（≧Ｔ）に設定すると、１パルス供給時間
内にＰＺＴ３は最大伸長量り伸長する。

従って、ピストン５も距離りだけ移動し、第１油圧室９
の容積減少率も大きくなってスプールバルブ１０は距離
ａｔ（＞ａ＋）移動する。すなわち、スカート部１８と
肩部７ａとの離間距離もａｇとなり、前述した１パルス
供給時間ｔ、の時よりも入口孔２１から出口孔２０へ向
かって流れる作動量が増加する。尚、１パルスの次パル
スとの間の非通電時の作動は前述した通りである。

以上の様な作動を繰り返すことによって入口孔２１側と
出口孔２０側の連通を開閉制御するわけであるが、ＰＺ
Ｔ３に電圧を供給してから所定量伸長するまでに要する
時間、つまり応答時間は約０、０００５秒となっており
、極めて高速応答性の高い流体開閉弁を実現させている
。また、上述した様に１パルスの供給時間及びパルスの
供給回数つまり供給パルス電圧の周波数を適宜設定する
ことにより、通過許容流量を任意に選定することができ
るのである。また供給パルスの電圧を適宜変化させるこ
とによってもＰＺＴ３の伸長量が変化することにより通
過許容流量を任意に選定することができる。

第２図は第１図に示した本実施例の流体開閉弁１００を
、車両用アンチスキッドシステムに適用した時のシステ
ム図である０通常のブレーキ作動時には、ペダル２００
を踏み込むとマスクシリンダ３００内に高圧が発生し、
この高圧油は電磁弁４００を開いてホイルシリンダ５０
０に供給される。尚、この時、第１流量制御弁１００ａ
、第２流量制御弁１００ｂは共に閉弁状態である。そし
て、ペダル２００の踏み込みを解除するとホイルシリン
ダ５００内の作動油は逆止弁８００を介してマスクシリ
ンダ３００に還流する。

次に、ペダル２００を踏み込んだ状態で車輪９００がロ
ックし、車輪がスキッド（すべり）現象を起こし始める
と、それを車輪９００に設置した車輪速度センサ（略図
示）が感知し、前記電磁弁４００を閉じると共に油圧ポ
ンプ７００の作動を開始させる。そして、第２流体開閉
弁１００ｂのみを開弁させ、前記ホイルシリンダ５００
内の作動油を第２流体開閉弁１００ｂを介してリザーバ
６００内に還流させる。前記ホイルシリンダ５００内の
作動油がリザーバ６００に戻ると車輪９００のロック状
態が解除され、車輪回転速度が上昇しはじめる。そして
、所定値以上に上昇すると、第２流体開閉弁ｔｏｏｂを
閉弁させ、第１流体開閉弁１００ａを開弁させる。する
と、油圧ポンプ７００によって昇圧された作動油が第１
流体開閉弁１００ａを介してホイルシリンダ５００内に
供給され、再び車輪９００の回転を抑える。このよう、
第１流体開閉弁１００ａ、第２流体開閉弁１００ｂを開
閉制御することにより、ホイルシリンダ５００内の作動
油圧を制御し、車輪９００の回転をもっとも制動距離が
短くなるように制御するわけである。ここで、第１．２
流体開閉弁１００ａ、ｔｏｏｂは前述した様にＰＺＴ３
に供給するパルス電圧の周波数を変化させることにより
許容通過流量を変化させることができるので、ホイルシ
リンダ５００内の圧力も、（イ）急増圧、（ロ）緩増圧
、（ハ）急減圧、（ニ）緩減圧及び（ホ）油圧保持の５
つのモードで制御することができる。

つまり、本実施例では第１，２流体開閉弁１００ａ、１
００ｂに３００ボルトで２００ヘルクと４００ヘルツの
パルス電圧を与えたが、第２流体開閉弁１００ｂを閉じ
た状態で第１流体開閉弁１００ａに２００ヘルツのパル
ス電圧を与えると（イ）急増圧モードとなり、１００ヘ
ルツのパルス電圧を与えると（ロ）１１増圧モードとな
る。また、第１流体開閉弁１００ｂに２００ヘルツのパ
ルス電圧を与えると（ハ）急減圧モードとなり、１００
ヘルツのパルス電圧を与えると（ニ）緩減圧モードとな
る。この制御状態を第３図に示す。第３図中下方に示さ
れるのは時間経過に対してホイルシリンダ５００内の油
圧がどのように変化するかを示すグラフであり、その上
方にはホイルシリンダ５００内の油圧変化に対する第１
．第２流体制御弁ＩＱＯａ、１０Ｑｂへの供給パルス電
圧を示す。

図中（Ａ）が第１流体制御弁１００ａに供給するパルス
電圧、（Ｂ）が第２流体制御弁１００ｂに供給するパル
ス電圧を示す。

第４図は本発明の第２実施例を示すもので、第１実施例
と同一構成部品については同一番号を付した０本実施例
では第１油圧室９を第２絞り部３０（減圧通路）を介し
て直接枝通路１１に連通させ、ＰＺＴ３への電圧供給を
停止した際、第１油圧室９内の高圧油は鋼球１１の受け
入れ凹部１３を介し、第２絞り部３０を通って枝道路１
１、出口通路１９、出口孔２０へと流出する。また、第
２油圧室１６は油圧導入路２１ａによって入口孔２１側
と連通しており、入口孔２１より流入した高圧油がこの
油圧導入路２１ａを通って第２油圧室１６に導かれる。

また、前述の第１実施例では油通路１５及び絞り部１７
はスプールバルブ１０を貫通するようにして設けられ、
入口孔２１側と第１油圧室９とを連通させていたが、本
実施例では油通路１５及び絞り部１７は他の部材に設け
ている。その他の構成及び作動は第１実施例と同様であ
る。

第５図は、第２図に示した第１流体開閉弁１００ａと第
２流体開閉弁１００ｂとを一体にした例を示す断面図で
ある０図中上方側に示されるのが第２流体開閉弁１００
ｂで下方側に示されるのが第１流体開閉弁１ｏｏｂであ
る。第２流体開閉弁ｔｏｏｂの入口孔２１ｂはホイルシ
リンダ５００に接続され、出口孔２０ｂはリザーバ６０
０に接続されている。また、第１流体開閉弁１００ａの
入口孔２１ａはマスクシリンダ３００に接続されている
が、出口孔２０ａはガイド部材８に穿設した接続通路４
０によって第１流体開閉弁１０（）ａの第２油圧室１６
ｂに接続されている。その他の構成及び作動は前述の実
施例と同様であるが、このように構成することにより２
つの流体開閉弁の小型化を図ることができる。

〔発明の効果〕

以上述べた様に本発明では電歪素子を用い、この電歪効
果を利用してスプールバルブを駆動させているので非常
に応答性に優れる。つまり、電歪素子が伸長することに
よってスプールバルブは流体通路を開け、第１油圧室の
作動流体を流体通路絞り部下流側に流出させることによ
り第１油圧室と第２油圧室に差圧を生じさせ、この差圧
によってスプールバルブを閉弁方向に変位させているの
で、従来の電磁弁等に比べ遥かに応答性が良く、高圧流
体の開閉をも容易に行うことができる。また、外形も大
きくする必要はなく、小型のままで上記効果を奏するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す断面図、第２１１は
アンチスキッドシステムのシステム図、第３図は作動を
示す図、第４図は第２実施例を示す断面図、第５図は他
の適用例を示す断面図である。 １・・・ハウジング、２・・・カバー、３・・・積層型
電歪素子（ＰＺＴ）　、５・・・ピストン、９・・・第
１油圧室、１０・・・スプールバルブ、１５・・・油通
路、ｌｊａ・・・枝通路、１６・・・第２油圧室、１７
・・・絞り部、２゛０・・・出口孔、２１・・・入口孔
、３０・・・第２絞り部（減圧通路）、Ｌ・・・間隔（
減圧通路）。 代理人弁理士　　岡　部　　　隆 第２図 第３図 合部Ｃｆｌ＞ 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電圧を印加することによって伸長し、電圧の印加を停止
   することによって元の状態まで収縮する電歪素子と、こ
   の電歪素子の伸縮を受けてハウジング内を摺動するピス
   トンと、このピストンの摺動によって容積が収縮膨張し
   内部圧力が変動する第１油圧室と、圧力流体が導入され
   る第２油圧室と、流体の入口孔と出口孔とを結ぶ流体通
   路と、前記第１油圧室の内部圧力変動を一端面に受け前
   記第２油圧室内の圧力を他端面に受け、この第１油圧室
   と第２油圧室の差圧で変位することによって前記流体通
   路の通路開閉を行うスプールバルブと、このスプールバ
   ルブを前記第１油圧室方向に押圧する付勢手段と、前記
   流体通路に設けられた絞り部と、前記第１油圧室と前記
   流体通路の絞り部下流側とを連通し、絞り効果を有する
   ことによって前記第１油圧室の圧力変動が停止した時の
   み前記第１油圧室内の流体を前記流体通路の絞り部下流
   側に流出させる減圧通路とを備え、前記スプールバルブ
   は前記第１油圧室内の圧力が上昇した時に開弁方向に変
   位する流体開閉弁。