| 【発明の名称】 |
スプール弁型電磁弁 |
| 【発明者】 |
【氏名】山田 直樹
【氏名】宮川 浩
|
| 【要約】 |
【課題】スプールの固着を解除するため、リニアソレノイドへの通電制御によってリニアソレノイドの最大出力よりも遥かに大きな力をスプールに加えることができるようにする。
【解決手段】リニアソレノイド２０のプランジャー２２を復帰させるスプリング２９を設置し、リニアソレノイド２０の非通電時はプランジャー２２とスプール１６の対向端間に隙間δを発生させる。リニアソレノイド２０の通電制御中にスプール１６が固着したときは、リニアソレノイド２０の通電を中断した後、リニアソレノイド２０を一時的に最大電流を通電してプランジャー２２を加速シスプール１６に衝突させ、その衝撃力でスプール１６の固着を解除する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 シリンダボアとこのシリンダボアにそれぞれ開口する圧油の入口、出口および排出口を設けたバルブボデーの前記シリンダ内に、前記入口から前記出口へ流れる圧油の通路面積および前記出口から前記排出口へ流れる圧油の通路面積をそれらの増減が反対となるようにそれぞれ可変させるスプールを摺動自在に設置し、このスプールには少なくともリニアソレノイドの出力と第１スプリングの力を互いに対抗するように加えるとともに前記第１スプリングの力による前記スプールの一方向へのストローク端を限定するストッパーを設置し、更に、前記リニアソレノイドの出力がゼロの場合に前記リニアソレノイドのプランジャーを所定の復帰位置まで復帰させて前記プランジャーと前記スプールの対向端部間に所定量以上の隙間を生じさせる第２スプリングを設置したことを特徴とするスプール弁型電磁弁。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、流量制御弁や圧力制御弁に適用するスプール弁型電磁弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のスプール型電磁弁においては、一般的に、圧油の入口、出口および排出口を有するバルブボデーの内部に摺動自在に設置したスプールにリニアソレノイドの出力とスプリングの力とを互いに対抗するように加えるか、或いはリニアソレノイドの出力と出口油圧（またはリニアソレノイドの出力および出口油圧とスプリングの力）とを互いに対抗するように加えてスプールを駆動する。この場合、リニアソレノイドのプランジャーとスプールとは常に一体的に動き、リニアソレノイドによってスプールに加えることができる力はリニアソレノイドの最大出力である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来のスプール型電磁弁の問題点として、リニアソレノイドの出力およびスプリングの力を小さくした場合に作動油に混入した異物の噛み込み等によってスプールの固着が発生し易く、スプールの固着が発生したときにはスプールの固着を解除することができないために油圧システムが機能しなくなると言うことが挙げられる。
【０００４】そのようなスプールの固着を抑制する方法として、リニアソレノイドの出力およびスプリングの力を大きくすることが挙げられるが、リニアソレノイドの出力を大きくするとその発熱が増大し、耐熱性確保のためにリニアソレノイドを大型化せざるを得ず、インダクタンスが大きくなって応答性が悪化する。
【０００５】この出願の発明は、スプールの固着を解除するために、リニアソレノイドへの通電制御によってリニアソレノイドの最大出力よりも遥かに大きな力をスプールに加えることができるようにしたスプール型電磁弁を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この出願の請求項１の発明は、シリンダボアとこのシリンダボアにそれぞれ開口する圧油の入口、出口および排出口を設けたバルブボデーの前記シリンダ内に、前記入口から前記出口へ流れる圧油の通路面積および前記出口から前記排出口へ流れる圧油の通路面積をそれらの増減が反対となるようにそれぞれ可変させるスプールを摺動自在に設置し、このスプールには少なくともリニアソレノイドの出力と第１スプリングの力を互いに対抗するように加えるとともに前記第１スプリングの力による前記スプールの一方向へのストローク端を限定するストッパーを設置し、更に、前記リニアソレノイドの出力がゼロの場合に前記リニアソレノイドのプランジャーを所定の復帰位置まで復帰させてこのプランジャーと前記スプールの対向端部間に所定量以上の隙間を生じさせる第２スプリングを設置したことを特徴とするスプール弁型電磁弁である。
【０００７】このようなスプール弁型電磁弁においては、リニアソレノイドへの通電中にスプールが固着した場合（スプールの固着の検出は、例えば、この電磁弁により作動油を給排されるアクチュエータの動作とリニアソレノイドに流す電流値の変化との間の対応関係を監視することで検出できる）、リニアソレノイドへの通電を中断し、第２スプリングによりリニアソレノイドのプランジャーを所定の復帰位置まで復帰させてプランジャーとスプールの対向端間に所定量以上の隙間（固着したスプールに位置に応じて変わる）を発生させ、その後リニアソレノイドに対し、例えばその最大出力に対応する電流値を一時的に流してプランジャーを加速しスプールに衝突させ、リニアソレノイドの最大出力よりも遥かに大きな力をスプールに加える。プランジャーをスプールに衝突させることによってスプールに加えることができる力は、リニアソレノイドの最大出力の１０倍〜１００倍であり、このような大きな力はリニアソレノイドの通電制御により繰り返し加えることができ、従ってスプールの固着を解除することができる。
【０００８】尚、プランジャーとスプールは、できるだけ固い材料で製作すると共に両者の固さを同等にすることが望ましい。
【０００９】また、スプールが固着していない場合は、リニアソレノイドへの通電開始当初の電流増加率を小さくしてプランジャーのスプールへの衝突を防止すればよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１は、この出願の発明に係る流量制御用のスプール弁型電磁弁の構成を示す略図である。図１に示すように、スプール弁型電磁弁１０は、シリンダボア１２とこのシリンダボア１２にそれぞれ開口する圧油の入口１３、出口１４および排出口１５を設けたバルブボデー１１と、ランド１７、１８および１９を有し、シリンダボア１２内に摺動自在に嵌挿したスプール１６と、バルブボデー１１に固定された固定のコア２１、可動のプランジャー２２、ヨーク２３およびコイル２４を有し、スプール１６を図１で左方向へ付勢する出力を発生するリニアソレノイド２０と、スプール１６を図１で右方向へ付勢する力を発生するコイルスプリング２５および２６と、スプール１６のスプリングリテーナ２７が当接、離間するようにリニアソレノイド２０のコア２１に設けられたストッパ２８と、プランジャー２２を図１で右方向へ付勢するコイルスプリング２９とからなる。
【００１１】コイルスプリング２５および２９の力はコイルスプリング２２の力に比べて遥かに小さいものであり、リニアソレノイドの出力と実質的に対抗する力はコイルスプリング２２により発生される。
【００１２】入口１３は所定圧力範囲の圧油を蓄積するアキュームレーター３０と接続され、出口１４は油圧作動のアクチュエーター３１と接続され、排出口１５はリザーバー３２と接続される。
【００１３】コイルスプリング２５、２６および２９は線形特性を有するものである。また、リニアソレノイド２０はそのコイル２４に流れる電流値に対応した出力を発生するものである。リニアソレノイド２０のコイル２４に電流を流さない場合、コイルスプリング２２および２３がスプール１６を、図１に示すようにリテーナ２７がストッパー２８に当接した所定の初期位置に位置決めする。また、リニアソレノイド２０のコイル２４に電流を流さない場合、プランジャー２２がコイルスプリング２９によって図１に示す所定の復帰位置に復帰させられる。図１においては、プランジャー２２とスプール１６の対向端間には所定量の隙間δが存在する。コイルスプリング２９に抗してプランジャー２２をスプール１６側へ摺動させるためにコイル２４に流さなければならない電流値は、スプール１６をコイルスプリング２２に抗して摺動させるためにコイル２４にながさなければならない電流値に比べて遥かに小さいものである。従って、スプール１６は、実質的にコイルスプリング２２の力とリニアソレノイド２０の出力とがバランスする位置へ摺動するので、スプール１６の初期位置からのストローク量はリニアソレノイド２０への電流値によって制御できる。
【００１４】図１の状態では、入口１３から出口１４への圧油の通路が完全に遮断されると共に出口１４から排出口１５への圧油の通路が最大に開かれる。リニアソレノイド２０に電流を流しかつその電流値を所定の最大値に向けて逐次増大させていくと、プランジャー２２が図１で左方向に摺動してスプール１６に当接し、その後はプランジャー２２とスプール１６とが一体的に左方向へ摺動する。スプール１６の左方向への摺動に伴い、出口１４から排出口１５への圧油の通路面積が逐次減少し、出口１４が入口１３および排出口１５の両方から遮断された状態に至り、更には入口１３から出口１４への圧油の通路が開かれかつその通路面積が逐次増大し、最後には入口１３から出口１４への圧油の通路面積が最大となる。従って、リニアソレノイド２０への通電制御によって、アクチュエータ３１の可動部材の位置および移動速度を制御することができる。
【００１５】ところで、リニアソレノイド２０に通電してアクチュエータ３１の作動を制御している最中に作動油中に混入している異物の噛み込みなどによりスプール１６が固着すると、アクチュエータ３１の可動部材の位置が固定化し、油圧システムが機能しなくなる。この出願の発明に係るスプール弁型電磁弁１０は、図１に示されるように、リニアソレノイド２０に通電しない状態では、プランジャー２２とスプール１６の対向端間に少なくとも所定量δの隙間が存在する。従って、図１の状態においてリニアソレノイド２０にその最大出力に対応する電流値を一時的（パルス的）に流すと、プランジャー２２が左方向に最大に加速されてスプール１６に衝突し、スプール１６に左方向の大きな力が加わる。このようにしてスプール１６に大きな力を加えることによってスプール１６の固着を解除することができる。
【００１６】プランジャー２２をスプール１６に衝突させることによってスプール１６に加えることができる力をシミュレーションによって求めた際のシミュレーションモデルを図２に、またプランジャーのストローク量に対するプランジャーの運動エネルギーの関係を図３に、更にプランジャーのストローク量に対する衝突力（スプールが受ける力）の関係を図４にそれぞれ示す。図２において、Ｋｐはコイルスプリング２２のばね定数（Ｋｇｆ／ｍｍ）、Ｃｐはスプール１６の摺動部の摩擦などによる減衰係数（Ｎ ｓ／ｍｍ）、Ｍｐはプランジャー２２の質量（ｇ）、Ｖｐはプランジャー２２の速度（ｍｍ／ｓｅｃ）、Ｆｐはリニアソレノイド出力（Ｎ）、Ｘｐはプランジャー２２のストローク量（ｍｍ）、Ｋはプランジャー２２およびスプール１６の表面剛性で決まるばね定数、Ｘｓはばね定数Ｋによる撓み量である。使用したプランジャーの運動方程式は次の通りである。
【００１７】Ｍｐ・ｄ２Ｘｐ ／ｄｔ２ ＝Ｆｐ−Ｃｐ・ｄＸｐ ／ｄｔ−Ｋｐ・Ｘｐまた、プランジャー２２の運動エネルギーＥｐは、次の式で表わされる。
【００１８】Ｅｐ＝１／２・Ｍｐ・Ｖｐ２更に、衝突力（スプール１６が受ける力）Ｆｓは、次の式で表わされる。
【００１９】Ｆｓ＝ｋ・ＸｓＭｐを３０（ｇ）、Ｋｐを０．２（ｋｇｆ／ｍｍ）、ｋを１．１８ｅ８（Ｎ／ｍ）、Ｃｐを０．０６（N ｓ／ｍｍ）、Ｆｐを１６（Ｎ）とした場合のＥｐ、Ｆｓが図３、図４にそれぞれ示される。図４に示されるように、プランジャー２２のストローク量が約３．５ｍｍに達するまでの範囲ではリニアソレノイド２０の出力１６（Ｎ）の１０倍を超える衝突力が得られるので、スプール１６の固着を容易に解除することができる。
【００２０】尚、図１には流量制御用のスプール弁型電磁弁を示したが、この出願の発明は圧力制御用のスプール弁型電磁弁にも適用できるものである。
【００２１】
【発明の効果】以上に説明したように、この出願の請求項１のスプール弁型電磁弁は、リニアソレノイドへの通電制御によってリニアソレノイドの最大出力よりも遥かに大きな力をスプールに加えることができるようにしたので、スプールの固着が発生してもリニアソレノイドの通電制御によって容易に固着を解除することができ、油圧システムの機能を回復させることができる。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００００００１１
【氏名又は名称】アイシン精機株式会社
|
| 【出願日】 |
平成１０年１０月１９日（１９９８．１０．１９） |
| 【代理人】 |
|
| 【公開番号】 |
特開２０００−１２０９０９（Ｐ２０００−１２０９０９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年４月２８日（２０００．４．２８） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−２９６６７４ |
|