特許 7513891 ノーマルオープン型電磁弁

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-02

(45)【発行日】2024-07-10

(54)【発明の名称】ノーマルオープン型電磁弁

(51)【国際特許分類】

   F16K 31/06 20060101AFI20240703BHJP

【ＦＩ】

F16K31/06 305H

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2020196829

(22)【出願日】2020-11-27

(65)【公開番号】P2022085243

(43)【公開日】2022-06-08

【審査請求日】2023-10-03

(73)【特許権者】

【識別番号】000005197

【氏名又は名称】株式会社不二越

(74)【代理人】

【識別番号】100120400

【弁理士】

【氏名又は名称】飛田 高介

(74)【代理人】

【識別番号】100124110

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 大介

(72)【発明者】

【氏名】福居 慶祐

(72)【発明者】

【氏名】江末 健太

(72)【発明者】

【氏名】谷口 和成

(72)【発明者】

【氏名】古野 貴広

【審査官】高吉 統久

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－１２１０７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０７５７６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１４５８６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－２２８１７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１１２５１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００６／００６５３１５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】独国特許出願公開第１０２０１１０５３０３３（ＤＥ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｋ ３１／０６－３１／１１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも入力ポートと出力ポートとドレンポートを有するスリーブと、
前記スリーブ内に摺動可能に支持されたスプールと、
前記スプールを一方に向かって付勢するスプリングと、
前記スプールを他方に向かって駆動する電磁部と、
前記電磁部の前記スプール側に配置されたストッパとを備えたノーマルオープン型電磁弁において、
前記ストッパの前記スプール側にオリフィスを設けたプレートを配置し、
前記プレートの前記スプール側にダンパ室を形成し、
前記プレートの前記電磁部側に外部へと連通する油排出路を形成して、
前記ダンパ室と前記油排出路が前記オリフィスによって連通していて、
さらに、前記プレートの中央には中央穴が形成されていて、
前記スプールの電磁部側には前記中央穴に挿通される小径軸が設けられていて、
前記小径軸は、前記プレートに対応する位置において、前記スプールがストロークの両端域にあるときの外径は前記中央穴の内径に沿う形状であり、ストロークの調圧域には中央穴との隙間から油を通すための溝が形成されていることを特徴とするノーマルオープン型電磁弁。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、自励振動を抑えることが可能なノーマルオープン型電磁弁に関する。

【背景技術】

【0002】

電磁弁において、通常時は開いていて駆動時に閉じるものをノーマルオープン型、通常時は閉じていて駆動時に開くものをノーマルクローズ型という。特許文献１はノーマルオープン型の例であり、特許文献２はノーマルクローズ型の例である。

【0003】

これらの電磁弁では、フィードバックポートが設けられる場合がある。特許文献１に示されるように、ノーマルオープン型では電磁部側にフィードバックポートが配置されて、リターンスプリングに抗する方向にフィードバック力を与えられ、スプリング力がフィードバック力と電磁部のプランジャ推力と釣り合うように構成される。特許文献２に示されるように、ノーマルクローズ型ではリターンスプリング側にフィードバックポートが配置されて、スプリング力とフィードバック力が電磁部のプランジャ推力と釣り合うように構成される。

【0004】

電磁弁において、入力ポートまたは出力ポートに印加される油圧が急激に上昇する場合がある。ノーマルオープン型の電磁弁においては油圧が高くなると、電磁部が動作していなくても、フィードバック力によってスプールが移動して、弁が閉じてしまう場合がある。弁が閉じると出力の圧力が低下するのでフィードバック力も低下し、スプリング力によってスプールが戻り、弁が開く。これを繰り返すことにより弁の自励振動が発生してしまう。

【0005】

特許文献１（ノーマルオープン型）では、スプールのリターンスプリング側への軸方向の移動を、出力ポートと排出とを連通させ、入力ポートを閉塞させる位置で規制するストローク範囲規制手段を備えることが記載されている。ただし油圧振動が発生した際に抑制する機構がなく、振動を抑えられない。

【0006】

特許文献２（ノーマルクローズ型）では、スプリング室のドレンポートに絞り部（オリフィス）を設けて、ダンパ効果でスプール弁を制振することが開示されている。これにより流入流量が不安定になる外的要因に対する耐油振性が確保できると述べている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特許第５７４７７４４号公報

【文献】特許第４６９２４１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

特許文献２（ノーマルクローズ型）の構成にあっては、スプリング室（ほぼ常圧（大気圧））の隣のフィードバック室は高圧であるから、これらの室の間に圧力差があり、油がスリーブとスプールのクリアランス間を漏れてスプリング室に油がたまっていくため、オリフィスによるダンパ効果を得ることができる。しかしながら特許文献１のようにノーマルオープン型の場合には、スプリング室の隣にはドレン室が配置されるため、これらの室の間にはほとんど圧力差がない。すると油がスプリング室に漏れていかないため、ダンパ効果を得ることができないという問題がある。

【0009】

そこで本発明は、ノーマルオープン型の電磁弁においてもダンパ効果を得て自励振動を抑えることができ、さらに応答性の悪化を抑制することが可能なノーマルオープン型電磁弁を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0010】

発明者らは、まずダンパ効果を得るために、スプールのストッパ側にオリフィスを設けたプレートを配置し、ダンパ室と油排出路を形成することによって、自励振動を抑えられる着想を得た。しかしながらダンパ効果が常に機能していると、スプールが通常の動作として移動するときにもダンパ室の容積変化に対して抵抗が生じてしまうため、電磁弁としての応答性が低下してしまうという問題がある。そこで発明者らはさらに検討を重ね、本発明を完成するに至った。

【0011】

上記課題を解決するために、本発明の代表的な構成は、少なくとも入力ポートと出力ポートとドレンポートを有するスリーブと、スリーブ内に摺動可能に支持されたスプールと、スプールを一方に向かって付勢するスプリングと、スプールを他方に向かって駆動する電磁部と、電磁部のスプール側に配置されたストッパとを備えたノーマルオープン型電磁弁において、ストッパのスプール側にオリフィスを設けたプレートを配置し、プレートのスプール側にダンパ室を形成し、プレートの電磁部側に外部へと連通する油排出路を形成して、ダンパ室と油排出路がオリフィスによって連通していて、さらに、プレートの中央には中央穴が形成されていて、スプールの電磁部側には中央穴に挿通される小径軸が設けられていて、小径軸は、プレートに対応する位置において、スプールがストロークの両端域にあるときの外径は中央穴の内径に沿う形状であり、ストロークの調圧域には中央穴との隙間から油を通すための溝が形成されていることを特徴とする。

【0012】

上記構成によれば、常圧のダンパ室は高圧のフィードバック室と隣接しているため、フィードバック室から漏れた油がダンパ室にたまる。このためオリフィスによるダンパ効果を得ることができ、スプールの自励振動を抑えることが可能となる。

【0013】

さらにスプールのストロークの調圧域では、オリフィスに加えて小径軸に形成された溝とプレートの中央穴の隙間から油が通るため、流路面積が拡大する。このためストロークの調圧域ではダンパ効果を低減させることができ、スプールの移動を阻害しないため、応答性の悪化を抑制することが可能となる。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、ノーマルオープン型の電磁弁においてもダンパ効果を得て自励振動を抑えることができ、さらに応答性の悪化を抑制することが可能なノーマルオープン型電磁弁を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施形態にかかるノーマルオープン型電磁弁を説明する図である。

【図2】要部を説明する図である。

【図3】ロッド溝の構成を説明する図である。

【図4】ロッド溝の作用を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示または説明を省略する。

【0017】

図１は本実施形態にかかるノーマルオープン型電磁弁（以下単に「電磁弁１００」という。）を説明する図である。図１は弁が開の状態（非励磁の状態）を示している。

【0018】

図１に示す電磁弁１００は三方弁であり、弁の開度に応じて油の流量を調整できる比例弁である。電磁弁１００は、ほぼ筒状のスリーブ１１０と、スリーブ１１０の内側に摺動可能に支持されたスプール１３０を備える。

【0019】

スリーブ１１０の一端にはスプリング１５０が内蔵されていて、スプール１３０を電磁部１６０に向かって付勢している。スリーブ１１０の他端に取り付けられた電磁部１６０は、コイル１６２が励磁されることによってプランジャ１６４を移動させて、プッシャ１６８を介しスプール１３０をスプリング１５０に向かって移動させる。電磁部１６０のスプール１３０側にはストッパ１７０が備えられていて、スリーブ１１０が突き当てられている。

【0020】

スリーブ１１０には、作動油が供給される入力ポート１１２、電磁弁１００が開の時に作動油を出力する出力ポート１１４が備えられている。出力ポート１１４の周囲は内径が広くなっていて、これを調圧室１１４ａという。出力ポート１１４は分岐して一部の作動油がフィードバックポート１１６に戻される。フィードバックポート１１６の周囲は内径が広くなっていて、これをフィードバック室１１６ａという。ドレンポート１１８の周囲は内径が広くなっていて、これをドレン室１１８ａという。スプリング１５０の周囲も内径が広くなっていて、これをスプリング室１５０ａという。スプリング室１５０ａはスプリング１５０の荷重を調整するアジャスタ１２０に設けられた排出ポート１２２によって外部と連通している。

【0021】

スプール１３０にはスリーブ１１０の各ポートを開閉するための複数の異径の段差が形成されている。大径部はランドといい、基本的には油が流れない箇所（ポートを閉じる箇所）であるが、室間に圧力差があるとクリアランス（隙間）から作動油が漏れる。第１ランド１３２はドレンポート１１８を開閉する。第２ランド１３４は入力ポート１１２を開閉する。第３ランド１３６は、フィードバック室１１６ａと、後述するダンパ室１９０とを仕切っている。またスプール１３０の電磁部１６０側には電磁部１６０のプッシャ１６８に押される小径軸１４０が設けられている。

【0022】

電磁部１６０が非励磁のとき、スプール１３０はスプリング１５０に押されて図１に示すように電磁部１６０側に寄って位置している。このとき第１ランド１３２と第２ランド１３４の間の小径部１３８によって、入力ポート１１２と出力ポート１１４が連通し、作動油が出力される。この状態を、電磁弁１００が開であるという（ノーマルオープン）。

【0023】

電磁部１６０が励磁されると、スプール１３０は電磁部１６０のプッシャ１６８に押されて図示左方向に移動する。このとき第２ランド１３４によって入力ポート１１２が閉鎖されると共に、小径部１３８によって出力ポート１１４とドレンポート１１８が連通する。出力ポート１１４の圧力はドレンポート１１８と同じになり、常圧になるため、出力側には圧力は伝わらない。この状態を、電磁弁１００が閉であるという。

【0024】

ここで、フィードバックポート１１６に印加される圧力は出力ポート１１４と同じになる。電磁弁１００が閉の時はフィードバックポート１１６も常圧になるが、電磁弁１００が開であるときは入力ポート１１２の圧力（高圧）がフィードバックポート１１６にもかかる。第２ランド１３４の径は第３ランド１３６よりも大きくなっていて、径の差によって受圧面積が変わることから、フィードバック室１１６ａの内圧によってスプール１３０はスプリング１５０に向かって付勢される。この付勢力をフィードバック力という。これによりフィードバック力と電磁部のプランジャ推力がスプリング力と釣り合うように構成される。

【0025】

しかしながら、入力ポート１１２または出力ポート１１４に印加される油圧が急激に上昇すると、電磁部１６０が動作していなくても、フィードバック力によってスプール１３０が移動して、電磁弁１００が閉になってしまう場合がある。電磁弁１００が閉になると出力ポート１１４の圧力が低下するのでフィードバック力も低下し、スプリング力によってスプール１３０が戻り、弁が開く。これを繰り返すことにより弁の自励振動が発生してしまう。

【0026】

そこで本実施形態においては、フィードバック室１１６ａに隣接する電磁部１６０側にダンパ機構を構成する。

【0027】

図２は要部を説明する図である。図１および図２（ａ）に示すように、ストッパ１７０のスプール１３０側にオリフィス１８２（図２参照）を設けたプレート１８０を配置する。図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、プレート１８０の中央にはスプール１３０の小径軸１４０を挿通する中央穴１８４が設けられている。すると、プレート１８０のスプール１３０側には、スリーブ１１０の内面と小径軸１４０の外面とプレート１８０によって囲まれたダンパ室１９０が形成される。

【0028】

一方、図１に示すように、プレート１８０の電磁部１６０側に、外部へと連通する油排出路１６６が形成される。ダンパ室１９０と油排出路１６６はオリフィス１８２によって連通している。

【0029】

詳細には、図２（ｃ）に示すように、ストッパ１７０は、スプール１３０の小径軸１４０を挿通し、かつプレート１８０を支持する円筒形ボス１７２を備えている。円筒形ボス１７２にはオリフィス１８２と対応する位置に径方向溝１７４が形成されている。円筒形ボス１７２の外周が油排出路１６６となっていて、径方向溝１７４と連通している。油排出路１６６は、すなわち、円筒形ボス１７２の外周面と、ストッパの前面１７６（ストッパ１７０のスリーブ１１０側の面）と、電磁部１６０のケーシングのカシメ部１６０ａと、スリーブ１１０に取り付けられたカシメられるためのフランジ１２４とによって囲まれた空間である。フランジ１２４には切欠きが設けられていて、この切欠きが排出ポート１２４ａとなっている。

【0030】

上記構成によれば、常圧のダンパ室１９０は高圧のフィードバック室１１６ａと隣接しているため、フィードバック室１１６ａから漏れた油がダンパ室１９０にたまる。このためオリフィス１８２によるダンパ効果を得ることができ、スプール１３０の高速な移動を緩和することができるため、スプール１３０の自励振動を抑えることが可能となる。

【0031】

ただし、オリフィス１８２によるダンパ効果が常に機能していると、スプール１３０が通常の動作として移動するときにもダンパ室１９０の容積変化に対して抵抗が生じてしまうため、電磁弁としての応答性が低下してしまう。そこで、小径軸１４０に溝（以下、「ロッド溝１４２」という。）を設けている。

【0032】

図３はロッド溝１４２の構成を説明する図である。図３（ａ）はスプールのストロークの始点域、図３（ｂ）はストロークの調圧域、図３（ｃ）はストロークの終点域を示している。図３（ａ）、（ｃ）に示すように、小径軸１４０は、プレート１８０に対応する位置において、始点域および終点域、すなわち両端域にあるときの外径は中央穴１８４の内径に沿う形状である。「内径に沿う形状」とはマイナス公差のことを意味していて、摺動可能であるが、油はほぼ通さない程度のクリアランスを有していることを意味している。このとき、油はオリフィス１８２からのみ流れることができるため、振動に対してダンパ機能が作用する。

【0033】

そして図３（ｂ）に示すように、スプール１３０がストロークの調圧域（中央の領域）にあるときは、ロッド溝１４２がプレート１８０の位置と重なる。すると、オリフィス１８２の開口面積に加えて、隙間１８６からも油が流れることになる。なお、このとき形成されるロッド溝１４２とプレート１８０の中央穴１８４との隙間１８６（環状の隙間になる）の開口面積が、オリフィス１８２の開口面積よりも大幅に大きくなるようにロッド溝１４２の幅と深さを設定することが好ましい。

【0034】

図４はロッド溝１４２の作用を説明する図である。図４（ａ）はコイル１６２の電流に対する出力ポート１１４の圧力を示す図である。電流が０のときはスプール１３０が始点域にあり、出力ポート１１４の圧力が高くなっているから、ダンパ室１９０にはフィードバック室１１６ａから高圧の油が漏れてきて、ダンパ室１９０内の圧力も高くなる。そして電流が流れてスプール１３０が調圧域にあるときは、出力ポート１１４およびフィードバックポート１１６の圧力が徐々に下がってくるため、これに伴ってダンパ室１９０内の圧力も低下していく。そして電流が大きくなってスプールのストロークが終点域に至ると、入力ポート１１２が閉じられるため、フィードバック室１１６ａの圧力も常圧となる。

【0035】

図４（ｂ）はスプール１３０の移動量に対する開口面積を示す図である。両端域（始点域および終点域）にあるときは、オリフィス１８２の開口面積のみが開いている。そしてロッド溝１４２がプレート１８０にさしかかると、ロッド溝１４２とプレート１８０の中央穴１８４との隙間１８６の開口面積が大きくなっていく。

【0036】

このように、スプール１３０のストロークの調圧域では、オリフィス１８２に加えてプレート１８０溝と中央穴１８４の隙間１８６から油が通るため、流路面積が拡大する。このためストロークの調圧域ではダンパ効果を低減させることができ、スプール１３０の移動を阻害しないため、応答性の悪化を抑制することが可能となる。

【0037】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【産業上の利用可能性】

【0038】

本発明は、自励振動を抑えることが可能なノーマルオープン型電磁弁として利用することができる。

【符号の説明】

【0039】

１００…電磁弁、１１０…スリーブ、１１２…入力ポート、１１４…出力ポート、１１４ａ…調圧室、１１６…フィードバックポート、１１６ａ…フィードバック室、１１８…ドレンポート、１１８ａ…ドレン室、１２０…アジャスタ、１２２…排出ポート、１２４…フランジ、１２４ａ…排出ポート、１３０…スプール、１３２…第１ランド、１３４…第２ランド、１３６…第３ランド、１３８…小径部、１４０…小径軸、１４２…ロッド溝、１５０…スプリング、１５０ａ…スプリング室、１６０…電磁部、１６０ａ…カシメ部、１６２…コイル、１６４…プランジャ、１６６…油排出路、１６８…プッシャ、１７０…ストッパ、１７２…円筒形ボス、１７４…径方向溝、１７６…ストッパの前面、１８０…プレート、１８２…オリフィス、１８４…中央穴、１８６…隙間、１９０…ダンパ室、２００…プレート、２０２…切欠き、２１０…プレート、２１２…切欠き、２２０…プレート、２２２…切り起こし、２２４…隙間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】