| 【発明の名称】 |
比例制御弁 |
| 【発明者】 |
【氏名】深野 喜弘
【氏名】佐々木 則也
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| 【要約】 |
【課題】ダンパ部材を不要とすることにより部品点数を削減して製造コストを低減するとともに、ヒステリシスを小さくすることにより流量制御の精度を向上させることにある。
【解決手段】ピン部材６０が固定鉄心５２に当接した状態を保持しながら、コイル４４の励磁作用下に、板ばね８０のばね力に打ち勝ってプランジャ５４が固定鉄心５２側に変位することにより、前記プランジャ５４と一体的に変位する弁体７０が着座部７４から離間するように設けられる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】入力信号に比例した圧力流体の流量を出力する比例制御弁において、ケーシング内に配設され、コイルに対する励磁作用下に固定鉄心側にプランジャを吸引するソレノイド部と、圧力流体供給ポートおよび圧力流体排出ポートが形成され、前記ケーシングと一体的に連結されるバルブボデイと、前記プランジャの一端部に連結されたキャップ部材を介して保持され、着座部に着座することにより圧力流体供給ポートと圧力流体排出ポートとの連通を遮断する弁体と、前記プランジャの軸線方向に沿って延在する孔部内に配設され、一端部が、該プランジャから突出して、常時、固定鉄心に当接するように設けられたピン部材と、前記ピン部材の他端部と前記弁体との間に介装され、弾発力の作用下に弁体を着座部側に向かって押圧するとともに、ピン部材を固定鉄心側に向かって押圧するコイルスプリングと、前記プランジャに外嵌され、該プランジャと一体的に変位するキャップ部材が係合する板ばねと、を備え、前記プランジャは、ピン部材が固定鉄心に当接した状態を保持しながら、コイルの励磁作用下に、板ばねのばね力に打ち勝って固定鉄心側に変位することにより、前記プランジャと一体的に変位する弁体が着座部から離間するように設けられることを特徴とする比例制御弁。
【請求項２】請求項１記載の比例制御弁において、前記板ばねは、円板状を呈し、略円形状の中心孔と、前記中心孔から半径外方向に向かって延在する複数のスリットとを有することを特徴とする比例制御弁。
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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、コントローラ等の制御部から導出される入力信号に比例した圧力流体の流量を出力することが可能な比例制御弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、例えば、シリンダのピストンの変位速度を制御するために、前記シリンダに供給・排出される圧力流体の流量を制御する比例制御弁が用いられている。この比例制御弁は、例えば、コントローラ等の制御部から導出される入力信号（電圧または電流）に比例した圧力流体の流量を流体圧アクチュエータに対して供給することにより、シリンダ室に沿って往復動作するピストンの変位速度を制御している。
【０００３】ここで、従来技術に係る比例制御弁（例えば、米国特許第５２３２１９６号参照）を図１０に示す。この比例制御弁１は、コイル２が複数巻回されたボビン３と前記ボビン３の貫通する孔部内に固定された固定鉄心４とを有するソレノイド部５と、圧力流体供給ポート６および圧力流体排出ポート７が形成されたバルブボデイ８とを備える。
【０００４】前記ボビン３の孔部内には、コイル２の励磁作用下に固定鉄心４側に向かって変位するプランジャ９が設けられ、前記プランジャ９の一端部には板ばね１０およびコイルスプリング１１が装着されている。また、前記プランジャ９の一端部には、バルブボデイ８に形成された着座部１２に着座しあるいは着座部１２から離間することにより、オリフィス１３を開閉する弁体１４が設けられている。なお、前記弁体１４と着座部１２によってポペット弁が構成される。
【０００５】前記プランジャ９には、環状溝１５を介してゴム製のダンパ部材１６が装着され（図１１参照）、コイル２の励磁作用下にプランジャ９が固定鉄心４側に変位した際、プランジャ９が固定鉄心４に当接するのを防止する機能を営む。
【０００６】従来技術に係る比例制御弁１の概略動作を説明すると、図示しないコントローラからの入力信号（電圧または電流）がコイル２に供給されることにより、前記コイル２が励磁される。前記コイル２の励磁作用下にプランジャ９は板ばね１０のばね力に打ち勝って固定鉄心４側に変位し、前記プランジャ９と一体的に弁体１４も変位する。この場合、図１２に示されるように、ダンパ部材１６の摺動作用によってプランジャ９の一端部が固定鉄心４に当接することが阻止される。
【０００７】弁体１４がプランジャ９と一体的に変位して着座部１２から離間することによりオリフィス１３が開成され、圧力流体供給ポート６と圧力流体排出ポート７とが連通する。この結果、入力信号に比例した圧力流体の流量を圧力流体排出ポート７に連通接続されたシリンダ等の流体圧機器（図示せず）に供給することができる。
【０００８】なお、前記コイル２に対する励磁作用を解除して非励磁状態とすることにより、前記プランジャ９は、板ばね１０のばね力によって固定鉄心４から離間する方向に変位し、弁体１４が着座部１２に着座してオリフィス１３が閉塞される。この場合、弁体１４は、コイルスプリング１１の弾発力によって着座部１２に押圧され、オリフィス１３が気密に閉塞される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技術に係る比例制御弁では、プランジャにゴム製のダンパ部材を装着することにより、摺動抵抗が増大してヒステリシスが大きくなる。従って、前記ヒステリシスが大きくなることにより、圧力流体の流量制御に誤差が発生するという不都合がある。なお、前記ヒステリシスとは、入力信号と出力流量との入出力静特性を示すヒステリシスループにおいて、出力流量の差の最大値をいう。
【００１０】本発明は、前記の不具合を考慮してなされたものであり、ダンパ部材を不要とすることにより部品点数を削減して製造コストを低減するとともに、ヒステリシスを小さくすることにより流量制御の精度を向上させることが可能な比例制御弁を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するために、本発明は、入力信号に比例した圧力流体の流量を出力する比例制御弁において、ケーシング内に配設され、コイルに対する励磁作用下に固定鉄心側にプランジャを吸引するソレノイド部と、圧力流体供給ポートおよび圧力流体排出ポートが形成され、前記ケーシングと一体的に連結されるバルブボデイと、前記プランジャの一端部に連結されたキャップ部材を介して保持され、着座部に着座することにより圧力流体供給ポートと圧力流体排出ポートとの連通を遮断する弁体と、前記プランジャの軸線方向に沿って延在する孔部内に配設され、一端部が、該プランジャから突出して、常時、固定鉄心に当接するように設けられたピン部材と、前記ピン部材の他端部と前記弁体との間に介装され、弾発力の作用下に弁体を着座部側に向かって押圧するとともに、ピン部材を固定鉄心側に向かって押圧するコイルスプリングと、前記プランジャに外嵌され、該プランジャと一体的に変位するキャップ部材が係合する板ばねと、を備え、前記プランジャは、ピン部材が固定鉄心に当接した状態を保持しながら、コイルの励磁作用下に、板ばねのばね力に打ち勝って固定鉄心側に変位することにより、前記プランジャと一体的に変位する弁体が着座部から離間するように設けられることを特徴とする。
【００１２】この場合、前記板ばねを円板状に形成し、略円形状の中心孔と、前記中心孔から半径外方向に向かって延在する複数のスリットを設けるとよい。
【００１３】本発明によれば、ピン部材が固定鉄心に当接した状態を保持しながら、コイルの励磁作用下に、板ばねのばね力に打ち勝って固定鉄心側に変位することにより、前記プランジャと一体的に変位する弁体が着座部から離間するように設けられているため、ダンパ部材が不要となる。従って、プランジャの変位によって摺動抵抗が増大することがなく、ヒステリシスを抑制することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明に係る比例制御弁について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００１５】図１において、参照数字２０は、本発明の実施の形態に係る比例制御弁を示す。
【００１６】この比例制御弁２０は、軸線方向に沿って延在する断面円形状の孔部２２が形成されたケーシング２４と、圧力流体供給ポート２６および圧力流体排出ポート２８が形成されたバルブボデイ３０とを有し、二方弁として機能するものである。前記ケーシング２４の一側面には、図２に示されるように、複数の取付用突起部３２が突出して形成され、前記取付用突起部３２に係合する取付用ピン３４によってケーシング２４とバルブボデイ３０とが一体的に連結される。なお、ケーシング２４とバルブボデイ３０との連結面には気密性を保持するためにシール部材３６が設けられる。
【００１７】前記ケーシング２４の内部に形成された孔部２２には、図１に示されるように、非磁性材料によって形成された有底円筒状部材３８が挿入され、前記有底円筒状部材３８の内部にはソレノイド部４０が配設される。
【００１８】このソレノイド部４０は、軸線方向に沿って貫通する孔部４２が形成されコイル４４が複数巻回されたボビン４６と、前記有底円筒状部材３８の孔部４８内に一端部５０が係止されることにより前記ボビン４６の孔部４２内に固定される固定鉄心５２とを有する。前記ボビン４６の孔部４２内には、前記固定鉄心５２と同軸状に略円筒状のプランジャ５４が変位自在に挿入され、前記プランジャ５４は、例えば、磁性を帯びたステンレス鋼によって形成されている。なお、前記ボビン４６は、有底円筒状部材３８の開口部に嵌合するリング体５６によって保持されている。
【００１９】前記プランジャ５４の内部には、図１および図３に示されるように、軸線方向に沿って延在する孔部５８が形成され、前記孔部５８内には、例えば、樹脂製材料によって形成されたピン部材６０が挿入されている。小径に形成された前記ピン部材６０の一端部６２は、プランジャ５４に形成された小孔６４を介して外部に露呈し、後述するコイルスプリング６６の弾発力によって、常時、固定鉄心５２に当接するように設けられている。
【００２０】前記プランジャ５４の一端部にはキャップ部材６８が加締められて固定され、前記キャップ部材６８の内部には、ゴム製の弁体７０と非磁性材料によって形成されたばね受部材７２とが保持される。前記弁体７０とばね受部材７２は、一体的に固着されている。前記ピン部材６０の他端部とばね受部材７２との間には、コイルスプリング６６が介装されている。前記弁体７０の一部は、キャップ部材６８から突出してバルブボデイ３０に形成された着座部７４に着座するように設けられている。なお、バルブボデイ３０には、着座部７４に連続し圧力流体供給ポート２６に連通するオリフィス７６が形成されている。
【００２１】前記プランジャ５４には、その外周面を囲繞するように環状部材７８が装着され、前記環状部材７８には、環状凹部とプランジャ５４が挿通する孔部とが形成されている。また、前記プランジャ５４には略円形状の板ばね８０が外嵌され、前記板ばね８０は、環状部材７８の環状凹部とキャップ部材６８のフランジ部８２との間に介装されている。
【００２２】前記板ばね８０は、図９に示されるように、略円形状に形成された中心孔８４と、前記中心孔８４から相互に直交する４方向（半径外方向）に向かって延在するスリット８６が形成されている。このように、板ばね８０を円板状に形成し、しかも複数のスリット８６を設けることにより、プランジャ５４の微小な変位量を微小荷重によってコントロールして制御性を向上させることができるという利点がある。
【００２３】すなわち、図８から諒解されるように、スリット８６を設けていない板ばね（図示せず）を用いた場合、付与される荷重に対応してばね定数が大きくなってしまうという不具合がある。これに対して、板ばね８０にスリット８６を設けることにより、始めにＢ部分（キャップ部材６８のフランジ部８２が当接する部位）が撓むときにはスリット８６によって容易に変形し、さらに板ばね８０が撓むとＢ部分とＣ部分とが加算された範囲でばね定数が変化する。このように、板ばね８０にスリット８６を設けることにより、プランジャ５４の微小な変位量を精度良くコントロールすることができる。なお、前記環状部材７８には、板ばね８０が変形しやすいようにテーパ面８８が形成されている。
【００２４】本発明の実施の形態に係る比例制御弁２０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。なお、以下の説明では、図１に示されるように、コイル４４に電圧が印加されていない非励磁状態にあって弁体７０が着座部７４に着座した状態を初期位置として説明する。
【００２５】先ず、本実施の形態に係る一組の比例制御弁２０ａ、２０ｂを組み込んで、シリンダ９０のピストン９２の変位速度を制御する流体回路９４を構成する。この流体回路９４は、圧力流体供給源９６に対してそれぞれ直列に接続されるドレン排出付フィルタ９８およびリリーフ付減圧弁１００と、前記リリーフ付減圧弁１００の出力側に分岐通路１０２ａ、１０２ｂを介して並列に接続される一組の比例制御弁２０ａ、２０ｂとを含む。
【００２６】また、流体回路９４は、前記一組の比例制御弁２０ａ、２０ｂの圧力流体排出ポート２８に接続されるシリンダ９０と、前記一組の比例制御弁２０ａ、２０ｂにそれぞれ入力信号を導出する一組のコントローラ１０４ａ、１０４ｂと、各コントローラ１０４ａ、１０４ｂに指令信号を導出する制御回路１０６と、ピストン９２の位置を検出してその検出信号を前記制御回路１０６に向かって導出する一組のセンサ１０８ａ、１０８ｂとを有する。
【００２７】図１に示す初期位置において、コントローラ１０４ａ（１０４ｂ）は、制御回路１０６の指令信号に基づいて比例制御弁２０ａ（２０ｂ）に対して入力信号を導出することにより、前記比例制御弁２０ａ（２０ｂ）がオン状態となる。なお、前記入力信号は、コイル４４に印加される電圧またはコイル４４に通電される電流のいずれであってもよい。前記入力信号に基づいてコイル４４が励磁され、プランジャ５４は固定鉄心５２側に向かって吸引される。
【００２８】すなわち、プランジャ５４およびキャップ部材６８は、固定鉄心５２に対してピン部材６０の一端部６２が当接した状態を保持しながら、板ばね８０のばね力およびコイルスプリング６６の弾発力に打ち勝って一体的に固定鉄心５２側に向かって変位する。この結果、キャップ部材６８に保持された弁体７０が着座部７４から離間してオリフィス７６が開口することにより、圧力流体供給ポート２６と圧力流体排出ポート２８とが連通する。
【００２９】前記プランジャ５４およびキャップ部材６８が一体的に変位する際、キャップ部材６８のフランジ部８２が板ばね８０を変位方向に向かって押圧するために、図５に示されるように、板ばね８０は、変位方向側に向かって、しかも、環状部材７８のテーパ面８８に沿って変形する。
【００３０】このようにして、シリンダ９０の一方のシリンダ室には、比例制御弁２０ａの圧力流体排出ポート２８を介して、入力信号に比例した圧力流体の流量が供給され、前記圧力流体の作用下にピストン９２が変位終端位置まで移動する。前記ピストン９２が変位終端位置に到達すると、センサ１０８ｂによって検出され、該センサ１０８ｂから出力される検出信号によって制御回路１０６は、ピストン９２が変位終端位置に到達したことを確認する。
【００３１】コントローラ１０４ａ（１０４ｂ）から比例制御弁２０ａ（２０ｂ）に対して導出される入力信号に基づいて、比例制御弁２０ａ（２０ｂ）をオン状態からオフ状態とすることにより、コイル４４の励磁作用が解除される。従って、プランジャ５４およびキャップ部材６８は、板ばね８０のばね力とコイルスプリング６６の弾発力との共働作用下に、固定鉄心５２から離間する方向に向かって変位し、弁体７０が着座部７４に着座して圧力流体供給ポート２６と圧力流体排出ポート２８とが非連通状態となる初期位置に復帰する。
【００３２】本実施の形態では、プランジャ５４の内部に固定鉄心５２に常時当接するピン部材６０を挿入し、前記ピン部材６０が固定鉄心５２に当接した状態でプランジャ５４が固定鉄心５２側に向かって変位するように設けることにより、従来技術におけるダンパ部材が不要となる。従って、部品点数を削減することにより、製造コストを低減することができる。
【００３３】また、本実施の形態では、従来技術と比較して、プランジャ５４が変位する際の摺動抵抗を抑制することにより、ヒステリシスを小さくすることができ、このことは、図７に示されるように、本実施の形態に係る比例制御弁２０、２０ａ、２０ｂを用いた実験結果によって確認することができた。この結果、流量制御における誤差の発生を抑制することにより、入力信号に対する圧力流体の流量制御の精度を向上させることができる。
【００３４】
【発明の効果】本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００３５】すなわち、ピン部材が固定鉄心に当接した状態を保持しながらプランジャを固定鉄心側に向かって変位自在に設けることにより、ダンパ部材が不要となる。従って、部品点数を削減して製造コストを低減することができる。
【００３６】また、従来技術と比較して、プランジャが変位する際の摺動抵抗を減少させることにより、ヒステリシスを小さくして流量制御の精度を向上させることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１０２５１１
【氏名又は名称】エスエムシー株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年７月９日（１９９９．７．９） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７７６６５
【弁理士】
【氏名又は名称】千葉 剛宏 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−２１０５９（Ｐ２００１−２１０５９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１月２６日（２００１．１．２６） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１９６６８４ |
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