| 【発明の名称】 |
切換弁 |
| 【発明者】 |
【氏名】橋田 浩一
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| 【要約】 |
【課題】構造が簡素で安価に作れ、しかも広範な状況下で作動音が効果的に低減される作動流体用の流路開閉のための切換弁を提供する。
【解決手段】ボディ１０内の流路中に弁座３を通過した流体の流れ方向をほぼ１８０°反転させて出口ポート２に向かわせる流路反転部８を含ませ、その流路反転部を上流側８ａと下流側８ｂに区画する区画手段９と、絞り１２を設け、区画手段９に対向して加わる流体に絞り１２で圧力差を生じさせ、この圧力差による閉弁方向の力を弁体４に加えて弁体４と弁座３間の隙間が微小量に制御されるようにした。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 入口ポートから出口ポートに至る流路を備えたボディ、前記流路の途中に設ける弁座と弁体及び弁体の駆動手段を有し、前記弁体を位置固定の前記弁座よりも出口ポートに近い流路の下流側に配置し、この弁体を弁座に接離させて流路を開閉する切換弁において、前記弁座から出口ポートに至る間の流路に、弁座を通過した流体の流れ方向をほぼ１８０°反転させる流路反転部を含ませ、この流路反転部内に、流路反転部を弁座に近い上流側と出口ポートに近い下流側とに区画し、上流側と下流側の流体圧を有効面積の等しい対向受圧面で各々受ける区画手段を設け、さらに、その区画手段によって区画された流路反転部の上流側と下流側を連通させる絞り通路を設け、前記区画手段が流路中の作動流体から受ける閉弁方向の力を前記弁体に伝えるようにしたことを特徴とする切換弁。
【請求項２】 前記ボディの内部に円筒状突出部を形成してその円筒状突出部の先端に前記弁座を、外周に前記流路反転部を各々設け、前記区画手段を前記円筒状突出部の外側に嵌まる形状にしてこの区画手段の内周面と円筒状突出部の外周面との間及び区画手段の外周面とボディの内面との間に前記絞り通路となる隙間を各々形成した請求項１記載の切換弁。
【請求項３】 弁体の駆動手段が電磁石であり、この電磁石の可動子を前記区画手段として兼用した請求項１又は２記載の切換弁。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、車両用アンチロックブレーキシステムの液圧制御装置用電磁弁として特に好適な、作動音低減策を講じた作動流体用切換弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】車両用アンチロック液圧制御装置では、快適性の観点から近年、電磁弁の作動に伴う作動音が問題にされるようになり、様々な対策が提案されている。
【０００３】その策のひとつに、特開平１１−７２１７６号公報に開示されている方法がある。その方法では、弁体を弁座（開口部）の上流側に置き、作動流体が弁体と弁座との間の隙間を通過することによって弁体に開弁方向の力を働かせる共に、弁体と弁座間の隙間を所定の微小量に維持する弁体維持機構を備えさせ、その機構で作動中の隙間を微小量に保つことにより作動音を低減させる。
【０００４】また、他の策として、上記公報に従来技術として述べられている方法もある。この方法は、流体が流れることによって弁体に働く吸引作用を利用するものである。即ち、弁座の座面（シート面）と弁体間の隙間を流れる流速が速いため弁体にシート面に向かう力が発生する。この力で弁体とシート面との間が微小に開いた絞り状態を維持して弁体の急激な開きによる流体の脈動等を抑制する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述した２つの方法のうち、後者は、特開平１１−７２１７６号公報にも指摘されているように、流速の特に速くなる状況でないと閉弁方向の力が十分に発生せず、作動音低減効果が十分に発揮されない。
【０００６】一方、前者の方法は、かかる不具合の解決策として提案されているものであって、確実な作動が期待されるが、比較的複雑な構造となり、コスト増を招く可能性が高い。
【０００７】そこで、この発明は、構造が簡素で、しかも流速が遅い状況下でも弁部に確実に絞り効果が生じて作動音の低減効果が生じる切換弁を提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するため、この発明においては、入口ポートから出口ポートに至る流路を備えたボディ、前記流路の途中に設ける弁座と弁体及び弁体の駆動手段を有し、前記弁体を位置固定の前記弁座よりも出口ポートに近い流路の下流側に配置し、この弁体を弁座に接離させて流路を開閉する切換弁において、前記弁座から出口ポートに至る間の流路に、弁座を通過した流体の流れ方向をほぼ１８０°反転させる流路反転部を含ませ、この流路反転部内に、流路反転部を弁座に近い上流側と出口ポートに近い下流側とに区画し、上流側と下流側の流体圧を有効面積の等しい対向受圧面で各々受ける区画手段を設け、さらに、その区画手段によって区画された流路反転部の上流側と下流側を連通させる絞り通路を設け、前記区画手段が流路中の作動流体から受ける閉弁方向の力を前記弁体に伝えるようにしたのである。
【０００９】この切換弁は、前記ボディの内部に円筒状突出部を形成してその円筒状突出部の先端に前記弁座を、外周に前記流路反転部を各々設け、前記区画手段を前記円筒状突出部の外側に嵌まる形状にしてこの区画手段の内周面と円筒状突出部の外周面との間及び区画手段の外周面とボディの内面との間に前記絞り通路となる隙間を各々形成したものにするとより好ましい。
【００１０】また、アンチロック液圧制御装置等に採用される切換弁は、弁体を電磁石で駆動する電磁弁が一般的である。その電磁弁にこの発明を適用する場合は、電磁石の可動子を前記区画手段として兼用することができ、そのようにするのも好ましい。
【００１１】
【作用】この発明の切換弁は、開弁状態で入口ポート側が出口ポート側よりも高圧になって入口ポートから出口ポートに向かう流れが発生すると、絞り通路による絞り効果によって区画手段を境にした上流側と下流側に流れの大きさ（流量）に応じた差圧が発生し、この差圧による力が区画手段から弁体に閉弁力として伝わる。
【００１２】しかし、この力で切換弁が完全に閉弁することはない。何故なら、区画手段に働く力は流れの大きさに応じるものであり、完全に閉弁して流れが止まった状態では前述の差圧がゼロになって区画手段に働く力もゼロになるので、弁体は弁座との接触点よりも内側部分に加わる流体圧で押されて開弁する。
【００１３】即ち、この発明の切換弁では、区画手段に働く力と、弁体を押し開こうとする流体圧力（開弁の確実化のために弁体をスプリング等の付勢手段で付勢したものはその付勢手段の力を加算した力）とが平衡する位置に弁体が自動的に動いて保持される。このときの弁体と弁座間の隙間は絞り通路の絞り度合によって決まる。従って、その絞り度合を適切に設定することにより、弁体と弁座間の隙間を微小にしてかつ必要十分な大きさに自動調整することが可能になる。
【００１４】その自動調整の結果、開閉切換時に作動流体に発生する脈動が低減され、脈動等に起因する作動音も低減される。
【００１５】作動音の低減については、上記の自動調整作用で弁体と弁座間の隙間が小さく保たれることにより、電磁石等の駆動手段から弁体に閉弁力が加えられた瞬間に弁体が動く距離が短くなって弁体の閉弁速度が小さくなることも有効に作用すると考えられる。
【００１６】微視的に見れば、駆動手段から閉弁力が加えられた場合も、その力を含めた形で上記の平衡状態が維持されたまま閉弁に至り、その間、区画手段に働く閉弁方向の力が漸減するため、弁体の閉弁速度は更に小さくなり、その速度低下で作動流体の脈動や弁座に対する弁体の接触音がより小さくなる。
【００１７】このように、この発明では、区画手段に働く流体圧の差圧を利用して弁体と弁座間の隙間を自動調整するので、上記の隙間を小さくする効果が不十分になったり、その効果が生じる状況が限定されたりすることが無く、流れの大きいとき、小さいときとも作動音の低減効果を十分に発揮させることができる。また、弁体維持機構を採用したものに比べて構造を簡素化できる。
【００１８】なお、ボディの内部に円筒状突出部を設けてその先端に弁座を、外周に流路反転部を各々形成し、区画手段を円筒状突出部の外側に嵌めてその区画手段の内周部と外周部に生じさせた隙間を絞り通路となすものや、電磁石の可動子を区画手段として兼用するものは、部品加工の容易化や部品数削減が図れ、コスト面でより有利になる。
〔発明の詳細な説明〕
【００１９】図１に、この発明の切換弁の第１実施形態を示す。図中１０は切換弁のボディであり、入口ポート１、出口ポート２、弁座３を設けている。４は弁体であり、その内部に後述する流路反転部を作り出すための内部流路１１を設けている。
【００２０】５は弁体駆動用の電磁石であり、コイル７に通電して発生した磁力で可動子６を図中上向きに吸引し、その可動子６で弁体４に閉弁方向の付勢力を加える。
【００２１】８は、入口ポート１から出口ポート２に至る流路中に含ませる流路反転部であり、内部流路１１通過後の作動流体の流れ方向をほぼ１８０°反転させて出口ポート２に向かわせる。９は、流路反転部８内に設ける区画手段であり、この区画手段９によって、流路反転部８を弁座３に近い上流側８ａと出口ポートに近い下流側８ｂとに区画している。この区画手段９には、流路反転部の上流側８ａと下流側８ｂを連通させる絞り（オリフィス）１２を設けている。また、区画手段９は、弁体４に係止させて図中上向きの力が弁体４に伝わるようにしている。
【００２２】以下、図１の切換弁の動作について詳しく述べる。
【００２３】入口ポート１の作動流体圧力をＰ１、出口ポート２の圧力をＰ２とし、Ｐ１＞Ｐ２であるとする。コイル７に通電している間は可動子６に図中上方に向かう電磁力が発生し、その力が弁体４に伝えられるので弁体４は弁座３に接触して閉弁状態を維持する。
【００２４】ここでコイル７への通電をやめると、電磁力が無くなるので、弁体４は弁座３によるシール点の内側即ち図１（ｂ）の面積Ｂの部分にＰ１−Ｐ２の差圧を受けて図中下方に移動し、弁部が開く。
【００２５】すると、作動流体は、入口ポート１→弁座３→内部流路１１→流路反転部の上流側８ａ→絞り１２→流路反転部の下流側８ｂ→出口ポート２、の経路を辿って流れる。その時、絞り１２の前後即ち区画手段９の前後に差圧ΔＰが発生する。その結果区画手段９は弁体４を閉弁方向にＦ１＝ΔＰ×Ａ（Ａは区画手段９の有効受圧面積）の力で付勢する。
【００２６】すると、弁座３と弁体４との間の隙間が小さくなり、通過流量は区画手段９からの付勢力Ｆ１が無い場合に比べてやや少なくなり、ΔＰもその流量に応じた値になる。最終的には区画手段９に働く力Ｆ１と、弁体４を押し下げる流体圧力Ｆ２とが平衡する位置で弁体４が自動的に保持され、通過流量が定まる。
【００２７】このように弁体４の位置が、作動流体から受ける力のバランスによって定まるので、部品精度の制約を受けることなく弁座３と弁体４との間の隙間を小さく維持することができる。
【００２８】この状態で再びコイル７へ通電すると、電磁力Ｆｍが発生する。この電磁力の発生は速やかなものであるが、詳しく見れば時間と共に電磁力が増えていくことが知られている。この状況では弁体４は、区画手段９に働く力Ｆ１と、弁体４を押し下げる流体圧力Ｆ２と、徐々に増加する電磁力Ｆｍの３者が平衡するように移動していくことになる。この間通過流量は漸減するので、区画手段９に働く力Ｆ１も漸減する。従って、閉弁方向の力、即ち（Ｆ１＋Ｆｍ）の時間あたりの増加勾配はＦｍの時間あたりの増加勾配より小さくなる。このことと元々の開弁時の隙間が小さいこととが相まって閉弁完了時の弁体の速度が小さくなるので閉弁に伴う作動流体の脈動も小さくなり、作動音が低減される。
【００２９】ここで、絞り１２による絞り効果、即ちΔＰを大きく設定する必要はない。ΔＰ自体は小さくとも、ΔＰが作用する有効受圧面積Ａを弁座３と弁体４との封止面積Ｂに対して大きくできるので区画手段９が弁体４に与える力は自由に大きくすることができる。
【００３０】また、Ｐ１＞Ｐ２がこの発明固有の作用を発揮するための条件であるが、この切換弁にてＰ１＜Ｐ２として逆向きに作動流体を流しても問題ない。この時は区画手段９には開弁状態を維持するような力が作用するだけである。
【００３１】図２はより実用に適した第２実施形態の切換弁を示す。２０はボディであり、入口ポート２１、出口ポート２２、弁座２３を設けており、弁座２３はポディ２０の内部に設けた円筒状突出部３０上に設けられている。２４は弁体である。
【００３２】２６、２７は弁体駆動用電磁石２５の可動子及びコイル、２８は円筒状突出部３０の外周に設けた流路反転部、２９は流路反転部２８を上流側２８ａと下流側２８ｂに区画する区画手段である。円筒状突出部３０の外側に嵌めたこの区画手段２９の内外周には絞り通路となる隙間３１、３２が設けられている。区画手段２９は延伸部３３で弁体２４に係合するが、この係合部分は圧入等の方法で固定してもよいし、固定しなくてもよい。また、延伸部３３には横穴３４を設ける。その横穴３４は作動流体が通過する際に抵抗にならないように十分大きいことが望ましく、また、必要に応じて複数設けてもよい。さらにこの実施例では開弁状態を確実にするためのスプリング３５を設けている。
【００３３】この図２の切換弁は、図１の切換弁における絞り１２の役割を隙間３１、３２が果たす。
【００３４】作動原理は図１の切換弁とほぼ同じであり、区画手段２９に働く力Ｆ１と、弁体２４を押し下げる流体圧力Ｆ２と、スプリング３５により付勢力とが平衡する位置で弁体２４が自動的に保持され、通過流量が定まる。
【００３５】また、図２の構造では、図１で弁体に設けた内部流路１１は不要になる。これは弁座２３が円筒状突出部３０の先端にあるので、弁座２３から出口ポート２２に向かう流路が自ずと反転流路となることによる。これにより、延伸部３３を備えた区画手段２９を設けるだけで発明の目的を果たすことができ、加工等が容易になって、コストも下がる。
【００３６】図３は、第３実施形態の切換弁である。４０はボディであり、入口ポート４１、出口ポート４２、弁座４３を有している。弁座４３は、図２の切換弁と同様、ポディ４０内に円筒状突出部５０を設けてその突出部の先端に設けている。５３は弁体の開きを確実にするスプリングである。
【００３７】４６は、電磁石４５の可動子であり、一体的に形成された弁体４４を有しており、同時に流路反転部４８を上流側４８ａと下流側４８ｂに区画する区画手段でもある。この可動子４６の内外周とボディ４０との間には絞り通路となる隙間５１、５２が設けられ、さらに、可動子４６の内部に流路５５が設けられている。電磁石４５は、可動子４６の図中上側の端面とこれに対向するボディ４０の面との間に磁気吸引力が働くように構成する。４７はコイルである。
【００３８】このように、図３の切換弁は、電磁石の可動子４６が流路反転部４８の区画手段を兼ねるので、部品点数が少なく、非常に簡素で加工性にも優れ、コスト低減が図り易くなっている。
【００３９】この図３の切換弁は、隙間５１、５２が絞り通路となって可動子４６の前後に差圧が生じ、図２の切換弁とほぼ同じ原理で作動する。
【００４０】なお、図３の切換弁は、電磁石の可動子４６が区画手段を兼ねているので、外周隙間５２は電磁石設計上の制約からかなり小さくする必要があり、そのため、絞り流路の主体は内周側隙間５１となり、外周隙間５２の寄与度は小さくなるが、この外周隙間５２を通る流体の流量が極く少ないとしても流路５５を省略することはできない。その流路５５が無いと、可動子４６（即ち区画手段）に流路反転部の上流側４８ａと下流側４８ｂの流体圧を対向して作用させることができず、通過流量に応じて区画手段に働く力が全て開弁方向を向くものになって発明の趣旨に反する。
【００４１】このように、区画手段の設置状況によっては、区画手段の受圧面が流路反転部の上流側に直接に対面しない例が考えられ、この場合には、図３の如き流路５５を設けて流路反転部の上流側と下流側の流体圧が有効面積の等しい受圧面に対向して働くようにする必要がある。
【００４２】また、加工性の面であまり好ましいことではないが、絞り通路は、例えば図１、図２の切換弁の場合、ボディ１０、２０に、区画手段９、２９によって区画された流路反転部の上流側と下流側を連通させるバイパス路を設け、そのバイパス路に絞りを設ける方法でも形成でき、そのような構成でもこの発明の目的が達成される。
【００４３】
【発明の効果】以上述べたように、この発明の切換弁は、流路反転部内の区画手段に対向して作用する流体圧の差圧を利用して開弁した弁体に閉弁方向の力を加えるので、流体の流れが大きいときは勿論、小さいときにも確実に弁座と弁体間の隙間を必要最小限の大きさに制御することができ、切換時の作動流体の脈動、弁体の早い速度の閉弁を抑制して作動音を低減することができ、この切換弁を用いるアンチロック液圧制御装置等の静粛性を高めることができる。
【００４４】また、構造が複雑にならないので、コスト増も回避できる。特に図２の構造の切換弁や図３の構造の切換弁は、簡素で作り易く、また、図３の切換弁は部品点数も増えず、コスト低減の効果が大きく発揮される。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００２１３０
【氏名又は名称】住友電気工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年５月１４日（１９９９．５．１４） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７４２０６
【弁理士】
【氏名又は名称】鎌田 文二 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−３２０７０２（Ｐ２０００−３２０７０２Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１１月２４日（２０００．１１．２４） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１３４０４３ |
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