| 【発明の名称】 |
電磁比例圧力制御弁 |
| 【発明者】 |
【氏名】土屋 秀樹
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| 【要約】 |
【課題】エアブリーダ等の特別な装備を必要としないで、弁内部の作動油に混入しているエアを自動的に排出し得る電磁比例圧力制御弁を提供する。
【解決手段】制御圧力Ｐｃが導かれる圧力室４における受圧面積差によりスリーブ３に作用する力と、コイル２０による電磁力により可動鉄心１５が摺動してスリーブ３に及ぼす力とのバランスする位置にスリーブ３を摺動させ、このスリーブ３の摺動位置に応じて制御ポート３に導入される制御圧力Ｐｃを制御するとともに、可動鉄心１５の貫通孔１５Ａに形成したオリフィス１８に作動油を流通させることにより可動鉄心１５の摺動に減衰力を与え、弁の作動を安定化する電磁比例圧力制御弁において、スプール３に形成した貫通孔３Ｃ、３Ｄが制御ポート５から戻りポート７への流体通路を構成するようにし、貫通孔３Ｃと貫通孔１５Ａを連通させることで、オリフィス１８を流通する作動流体が自動的に入れ替えられるようにした。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】高圧の供給圧が導入される供給ポートと、ドレーン側に通じる戻りポートと、制御ポートへの前記供給ポートの開口面積が拡大していく一方で前記制御ポートへの前記戻りポートの開口面積が縮小していく供給方向と、前記制御ポートへの前記供給ポートの開口面積が縮小していく一方で前記制御ポートへの前記戻りポートの開口面積を拡大していく戻り方向とに摺動可能なスプールと、コイルへの通電で発生した推力で摺動して前記スプールを前記供給方向に付勢する可動鉄心と、前記制御ポートの制御圧力にしたがって前記スプールを前記戻り方向に付勢する付勢手段と、前記可動鉄心の摺動に減衰力を付与するオリフィスと、このオリフィスを流通する作動流体が充填される流体室と、を備えた電磁比例圧力制御弁において、前記制御ポートから前記戻りポートへの流体通路と前記流体室とを連通させたことを特徴とする電磁比例圧力制御弁。
【請求項２】前記流体室は前記制御ポートから前記戻りポートへの流体通路の一部を構成することを特徴とする請求項１に記載の電磁比例圧力制御弁。
【請求項３】前記流体室を前記スプールの一端付近に設けるとともに、前記戻りポートを前記スプールの他端付近に設け、前記スプールの軸上に貫通穴を形成し、前記制御ポートから前記戻りポートへの流体通路は、前記制御ポートから低圧ポートを通って前記スプールの一端側に達して流体室側に連通したのち前記貫通穴を通って前記スプールの他端側に達して前記戻りポートに通じる通路であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電磁比例圧力制御弁。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばアクチュエータの圧力制御等に用いられる電磁比例圧力制御弁の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、自動車や産業車両における圧力制御、特にアクチュエータの圧力制御には、例えば図２に示すような、制御圧力Ｐｃを制御する電磁比例圧力制御弁が用いられる。
【０００３】図示されるように、この電磁比例圧力制御弁では、ハウジング１０１に形成されたシリンダ１０２には、同軸上にスプール１０３が収容され、このスプール１０３は軸方向に摺動自在となっている。このスプール１０３の両端には、拡径されたランド部１０３Ａ、１０３Ｂが備えられ、シリンダ１０２内周面に接している。これらのランド部１０３Ａ、１０３Ｂの径は、後述のロッド１１１側（図２の右側）のランド部１０３Ｂの方が大きくなっており、後述するように、この径の違いに基づく受圧面積の差によってスプール１０３にロッド１１１方向に向かう力が作用するようになっている。なお、シリンダ１０２内径は、これらのランド部１０３Ａ、１０３Ｂの径の大小に合わせて、段部１０２Ａからランド部１０３Ａ側が細くなっている。
【０００４】シリンダ１０２内周面には、制御圧力Ｐｃが通じる制御ポート１０５と、図示されないポンプからの供給圧力Ｐｓが導入される供給ポート１０６と、ドレーン側の戻り圧力Ｐｒが通じる戻りポート１０７が、それぞれ開口している。
【０００５】これらのうち、制御ポート１０５は、ランド部１０３Ａ、１０３Ｂの間に画成される圧力室１０４に連通する。
【０００６】また、供給ポート１０６および戻りポート１０７は、スプール１０３の摺動位置に応じて、供給ポート１０６はランド部１０３Ａにより、また戻りポート１０７はランド部１０３Ｂにより、圧力室１０４との間の開口面積が変化するようになっている。なお、スプール１０３両端の端室１０８、１０９は、連絡通路１１０で互いに連通するとともに、戻りポート１０７とも連通し、戻り圧力Ｐｒが導かれている。
【０００７】スプール１０３のランド部１０３Ｂ側端部には、同軸的に配設されたロッド１１１の先端が当接する。このロッド１１１は、固定鉄心１１２の軸上に相対運動可能に貫通するとともに、基端部を可動鉄心１１３に同軸的に固定されている。
【０００８】固定鉄心１１２は、ハウジング１０１の端室１０９側に取り付けられている。また、この固定鉄心１１２のハウジング１０１と反対側には、パイプ１１４を介してスリーブ１１５が同軸的に固定されている。可動鉄心１１３は、このスリーブ１１５の同軸上に、非磁性材料からなる摺動部材１１６を介して、摺動自在に収容されている。
【０００９】可動鉄心１１３（スリーブ１１５）の外周側には、コイル１１７が配設され、このコイル１１７への通電により発生した電磁力により、可動鉄心１１３が軸方向に駆動される。このコイル１１７は、筒体１１８と一対のリング状ヨーク１１９、１２０からなるケース１２１に収容され、このケース１２１内に充填されたモールド樹脂１２２により固定されている。
【００１０】また、この可動鉄心１１３の摺動に減衰力を付与するために、可動鉄心１１３が収容されるスリーブ１１５（摺動部材１１６）、固定鉄心１１２およびプラグ１２３により画成される空間には作動油が充填されるとともに、可動鉄心１１３の両端の端室１２４、１２５を連通する通孔１２６が、可動鉄心１１３の軸と平行に形成され、かつプラグ１２３側の端室１２５への通孔１２６の出口にはオリフィス１２７が設けられる。これにより、端室１２４、１２５間を流通する作動油の流れにはオリフィス１２７による抵抗が与えられ、可動鉄心１１３の摺動には減衰力が付与され、可動鉄心１１３の安定性が確保される。
【００１１】このような構成により、コイル１１７に通電がなされると、可動鉄心１１３が軸方向に駆動され、ロッド１１１先端に押されたスプール１０３は、定常位置から、図の左方向に摺動する。すると、供給ポート１０６と圧力室１０４（制御ポート１０５）間の開口面積が大きくなり、供給圧Ｐｓが制御ポート１０５へと導かれ、制御圧Ｐｃが上昇する。
【００１２】ところで、スプール１０３には、ランド部１０３Ａ、１０３Ｂの受圧面積の差ΔＡに起因した力ΔＡ×（Ｐｃ−Ｐｒ）が、ロッド１１１の押圧力に対抗する方向に作用しているが、この力は制御圧Ｐｃに比例して上昇する。したがって、制御圧Ｐｃがロッド１１１の押圧力と釣り合うところまで上昇すると、スプール１０３はロッド１１１を押し返す方向に移動し、供給ポート１０６の開口面積は再び小さくなる一方で、戻りポート１０７の開口面積が大きくなるので、今度は戻りポート１０７から戻り圧力Ｐｒが導入される。このようにして、圧力室１０４内の制御圧Ｐｃがコイル１１７による電磁力と釣り合うところで、スプール１０３は定常位置に戻り、制御圧力Ｐｃは所望の圧力に安定するように制御される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような電磁比例圧力制御弁では、前述したとおり、オリフィス１２７により可動鉄心１１３の摺動に減衰力を与えているが、この減衰力は作動油にエアが混入しているときには、著しく低下してしまう。このため、この従来の電磁比例圧力制御弁では、プラグ１２３にエアブリーダ１２９を取り付け、可動鉄心１１３周囲に充填されている作動油からエアを強制的に排出させていた。
【００１４】しかしながら、このように、エアブリーダ１２９を用いてエア排出するのでは余計な手間がかかるうえ、エアブリーダ１２９の分だけ、電磁比例圧力制御弁の全長が長くなってしまい、またコストもアップしてしまう。
【００１５】本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、エアブリーダ等の特別な装備を必要としないで、弁内部の作動油に混入しているエアを自動的に排出し得る電磁比例圧力制御弁を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】第１の発明では、高圧の供給圧が導入される供給ポートと、ドレーン側に通じる戻りポートと、制御ポートへの前記供給ポートの開口面積が拡大していく一方で前記制御ポートへの前記戻りポートの開口面積が縮小していく供給方向と、前記制御ポートへの前記供給ポートの開口面積が縮小していく一方で前記制御ポートへの前記戻りポートの開口面積を拡大していく戻り方向とに摺動可能なスプールと、コイルへの通電で発生した推力で摺動して前記スプールを前記供給方向に付勢する可動鉄心と、前記制御ポートの制御圧力にしたがって前記スプールを前記戻り方向に付勢する付勢手段と、前記可動鉄心の摺動に減衰力を付与するオリフィスと、このオリフィスを流通する作動流体が充填される流体室とを備えた電磁比例圧力制御弁において、前記制御ポートから前記戻りポートへの流体通路と前記流体室とを連通させた。
【００１７】第２の発明では、前記流体室は前記制御ポートから前記戻りポートへの流体通路の一部を構成する。
【００１８】第３の発明では、前記流体室を前記スプールの一端付近に設けるとともに、前記戻りポートを前記スプールの他端付近に設け、前記スプールの軸上に貫通穴を形成し、前記制御ポートから前記戻りポートへの流体通路は、前記制御ポートから低圧ポートを通って前記スプールの一端側に達して流体室側に連通したのち前記貫通穴を通って前記スプールの他端側に達して前記戻りポートに通じる通路である。
【００１９】
【発明の作用および効果】本発明では、付勢手段は制御ポートに導かれた制御圧力にしたがってスプールを戻り方向に付勢する一方で、可動鉄心はコイルへの通電量にしたがってスプールを供給方向に付勢しており、スプールは、この付勢手段による力が可動鉄心からの力とちょうどバランスするように、制御圧力が導入される位置に保持されている。このように付勢手段からの力と可動鉄心からの力とがバランスしている状態から、コイルへの通電量を増加して可動鉄心からの力を増加させると、スプールは供給方向に摺動し、供給ポートとの間の開口面積が大きくなった制御ポートの制御圧力は、可動鉄心からの力とバランスするまで上昇し、その位置でスプールの摺動が止まる。また、コイルへの通電量を減少して可動鉄心からの力を減少させると、スプールは戻り方向に摺動し、戻りポートとの間の開口面積が大きくなった制御ポートの制御圧力は、可動鉄心からの力とバランスするまで下降し、その位置でスプールの摺動が止まる。このようにして制御ポートの圧力は、コイルへの通電量により制御される。
【００２０】ところで、このような制御における可動鉄心の摺動には、オリフィスにより減衰力が付与され、弁の作動の安定性向上が図られているが、本発明では、このオリフィスを流通する作動流体が充填される流体室は、制御ポートから戻りポートに至る流体通路と連通しているので、制御圧力を減少させるとき、制御ポートから戻りポートに大量に作動流体が流れると、流体室に充填されていた流体は排出されて、制御ポートからの流体に入れ替わる。特に第２の発明では、流体室が流体通路の途上にあるので、流体室の作動油は完全に入れ替えられる。
【００２１】したがって、オリフィスを流通する流体室内の作動流体は、常にエアが混入していない作動流体に自動的に維持され、オリフィスによる減衰力の発生が弱められてしまうことはない。また、流体室内の作動流体からエア抜きをするために、特にメンテナンスが必要となることはなく、また、エア抜き用の装備も必要なくなるので、電磁比例圧力制御弁の小型化および低コスト化を図ることが可能となる。
【００２２】また、第３の発明では、スプールを挟んで反対側に流体室と反対側とが設けられており、流体通路は流体室側から戻りポート側に流体を導く必要があるが、スプールには軸上を貫通する貫通穴が形成されており、制御ポートから流体室側を通って戻りポートに抜ける流体通路は、制御ポートから低圧ポートを通り、貫通穴の流体室側端部から戻りポート側端部に抜ける通路として構成できる。したがって、バルブボディは流体通路を形成しなくてよい分だけ小さくすることができ、スプールを小さくしないで弁全体の小型化を図ることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。
【００２４】図１には、本発明の電磁比例圧力制御弁の全体構成を示す。
【００２５】図示されるように、ハウジング１に形成されたシリンダ２の同軸上には、スプール３が軸方向に摺動自在に収容されている。このスプール３の両端には、シリンダ２内周面に摺接するランド部３Ａ、３Ｂが備えられる。このうち、後述する可動鉄心１５側（図の右側）にあるランド部３Ｂの径は、反対側のランド部３Ａの径よりも大きくなっており、これに対応して、シリンダ２内径は、段部２Ａからランド部３Ａ側が細くなっている。なお、ハウジング１はブラケット１９に位置決め固定されている。
【００２６】ランド部３Ａ、３Ｂの間には、圧力室４が画成される。シリンダ２内周面に開口した制御ポート５は、この圧力室４に常時連通し、制御圧力Ｐｃが導入されている。電磁比例圧力制御弁は、この制御圧力Ｐｃを制御する。
【００２７】また、シリンダ２内周面には、供給ポート６が圧力室４と連通するように開口し、この供給ポート６には、図示されないポンプからの高圧の供給圧力Ｐｓが導入されている。この場合、供給ポート６と圧力室４（制御ポート５）との間の開口面積は、スプール１０３の摺動位置に応じてランド部３Ａにより変えられるようになっている。すなわち、スプール３が定常位置から可動鉄心１５に押されて端室８方向（図の左方向）に移動する（供給方向に移動する）と、圧力室４と供給ポート６との間の開口面積が拡大され、圧力室４（制御ポート５）に高圧が導入されるようになっている。
【００２８】また、シリンダ２内周面には、ドレーン側の戻り圧力Ｐｒが導かれる戻りポート７が開口している。この戻りポート７は、スプール３基端部によりシリンダ２内に画成される端室８と常時連通する。
【００２９】可動鉄心１５と当接するスプール３先端の外周には、端室９が形成されている。この端室９には、スプール３の軸上を貫通する貫通孔３Ｃおよび分岐孔３Ｄを介して、端室８から戻り圧力Ｐｒが導入される。
【００３０】さらに、この端室９は、シリンダ２内周面に圧力室４と連通するように開口する低圧ポート１０と、連通孔１１を介して連通する。この低圧ポート１０と圧力室４（制御ポート５）との間の開口面積は、スプール３の移動によりランド部３Ｂによって変えられる。すなわち、制御圧力Ｐｃが高まりスプール３が定常位置から可動鉄心１５を押す方向（図の右方向）に移動する（戻り方向に移動する）と、圧力室４と低圧ポート１０との間の開口面積が大きくなり、圧力室４（制御ポート５）の圧力がドレーン側に逃がされるようになっている。
【００３１】ハウジング１の端部には、非磁性材料からなるパイプ１２を介してスリーブ１３が固定され、可動鉄心１５は、このスリーブ１３の同軸上に、摺動部材１４を介して摺動自在に収容される。
【００３２】この可動鉄心１５には、軸上を貫通するように貫通孔１５Ａが形成され、スプール３に形成された貫通孔３Ｃと連通している。また、スリーブ１３のスプール３と反対側の端部は、非磁性材料からなるプラグ１６で閉鎖され、このプラグ１６と可動鉄心１５の間には、端室１７が画成される。貫通孔１５Ａの、この端室１７への開口部には、オリフィス１８が設けられている。
【００３３】可動鉄心１５を駆動するコイル２０は、スリーブ１３の外周から、パイプ１２およびハウジング１の外周にかけて配設される。コイル２０は、筒体２１と一対のリング状ヨーク２２、２３とからなるケース２４内に収容され、このケース２４内に充填されたモールド樹脂２５により固定されている。
【００３４】つぎに作用を説明する。
【００３５】電磁比例圧力制御弁では、スプール３には、コイル２０への通電により発生した電磁力が可動鉄心１５を介して作用している一方で、ランド部３Ａ、３Ｂの受圧面積の差ΔＡに起因して、可動鉄心１５側に向かう流体力ΔＡ×（Ｐｃ−Ｐｒ）が作用している。そして、スプール３は、この流体力が電磁力とちょうどバランスするように、圧力室４（制御ポート５）に制御圧力Ｐｃが導入される位置に保持されている。
【００３６】この状態から制御圧力Ｐｃを上昇させるときには、コイル２０への通電量を、目標圧力に相当する通電量にまで増大させ、これにより増大した電磁力により、可動鉄心１５をスプール３側に移動させる。これにより、可動鉄心１５に押されたスプール３は端室８方向に移動し、供給ポート６の圧力室４への開口面積が拡大するので、制御ポート５には供給ポート６から高圧の供給圧力Ｐｓが導入され、制御ポート５の制御圧力Ｐｃは上昇していく。そして、流体力ΔＡ×（Ｐｃ−Ｐｒ）が電磁力とバランスするまで上昇したところで、すなわち、制御圧力Ｐｃが目標圧力に達したところで、スプール３の摺動は停止して、制御圧力Ｐｃは目標圧力に保持される。
【００３７】一方、制御圧力Ｐｃを下降させるときには、コイル２０への通電量を少なくし、スプール３をランド部３Ａ、３Ｂの受圧面積差に基づく流体力ΔＡ×（Ｐｃ−Ｐｒ）によって可動鉄心１５側に移動させ、低圧ポート１０と圧力室４との開口面積を拡大する。すると、作動油は、制御ポート５から、圧力室４、低圧ポート１０、連通孔１１、端室９、貫通孔３Ｃ、端室８を順次通って、戻りポート７へと大量に流れ込む。これにより制御ポート５の圧力Ｐｃは減少し、スプール３は流体力と電磁力がバランスするところで止まる。
【００３８】ところで、このような圧力制御において、可動鉄心１５が摺動するとき、拡大縮小する端室１７には貫通孔１５Ａを介して作動油が流出および流入するが、この流れにはオリフィス１８において抵抗が発生する。これにより、可動鉄心１５の摺動には減衰力が与えられ、可動鉄心１５の動きの安定化が図られている。
【００３９】この場合、端室９は制御ポート５から戻りポート７への作動油の流れの中に配置されており、端室９内の作動油は制御圧力Ｐｃを下降させる制御を行うごとに入れ替えられる。すなわち、制御ポート５の作動油は制御圧力Ｐｃの上昇時に供給ポート５から大量に供給されたものであり、端室９内の作動油は、制御圧力Ｐｃの下降時に戻りポート７へと排出され、制御ポート５からの作動油と入れ替わる。したがって、端室９内から貫通孔１５Ａ、端室１７にかけての作動油にエアが混入したとしても、制御圧力Ｐｃを下降させるたびに、このエアが混入した作動油は、端室９から戻りポート７側に自動的に排出される。
【００４０】このように、本発明によれば、可動鉄心１５の周囲の作動油から自動的にエアを排出することができ、作動油に混入したエアが原因で、オリフィス１８により発生する可動鉄心１５の摺動に対する減衰力が弱まってしまうことはないので、作動油からのエア排出作業を特に行う必要がなくなる。また、このようなエア排出のためにエアブリーダを備える必要もなくなるので、電磁比例圧力制御弁を小型化することができる。
【００４１】また、制御ポート５から戻りポート７に至る流体通路は、スプール３を貫通しする貫通穴３ｃにより構成されているので、流体通路を形成しなくてよい分だけハウジング（バルブボディ）１を小さくすることができ、弁の小型化を図ることができる。また、この場合、スプール３の径が小さくなる訳ではないので、弁を小型化したとしても、流体力ΔＡ×（Ｐｃ−Ｐｒ）を得るための受圧面積差ΔＡを十分に確保することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】００００００９２９
【氏名又は名称】カヤバ工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）１０月２７日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】後藤 政喜 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１３２３５３ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）５月２１日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−２９３８３３ |
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