ソレノイドバルブ
【課題】少流量を精度よく調節することと、大流量を応答性よく調節することを両立するソレノイドバルブを提供すること。
【解決手段】流出側サブパイロット通路４６、４７に介装されるサブシート５１と、ソレノイド推力に応じてサブシート５１に対して変位することによってサブシート５１の開口面積を変えるピンポペット６０と、を備え、サブシート５１が円錐面状に形成されるとともに、サブシート５１に着座するピンポペット６０のピンシート６２がサブシート５１と略同一頂角を有する円錐面状に形成され、ピンポペット６０の開弁時にサブシート５１とピンシート６２の間に作動流体の流れを絞る絞り間隙６３が画成され、ピンポペット６０がソレノイド推力によって開弁方向に駆動される構成とした。
【解決手段】流出側サブパイロット通路４６、４７に介装されるサブシート５１と、ソレノイド推力に応じてサブシート５１に対して変位することによってサブシート５１の開口面積を変えるピンポペット６０と、を備え、サブシート５１が円錐面状に形成されるとともに、サブシート５１に着座するピンポペット６０のピンシート６２がサブシート５１と略同一頂角を有する円錐面状に形成され、ピンポペット６０の開弁時にサブシート５１とピンシート６２の間に作動流体の流れを絞る絞り間隙６３が画成され、ピンポペット６０がソレノイド推力によって開弁方向に駆動される構成とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ソレノイド推力に応じて作動流体の流量を調節するソレノイドバルブに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のソレノイドバルブとして、例えば特許文献１に開示されたものは、ソレノイド推力に応じて移動するピンポペットがパイロット圧力を調節し、このパイロット圧力に応じて移動するポペットがバルブシートの開口面積を変えることによって、バルブシート（バルブ通路）を通過する作動流体の流量を調節するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１３８９２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような従来のソレノイドバルブにあっては、ピンポペットの開度が小さいときに、ピンポペットに働く流体力が急変するため、少流量を精度よく調節することと、大流量を応答性よく調節することを両立することが難しいという問題点があった。
【０００５】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、少流量を精度よく調節することと、大流量を応答性よく調節することを両立するソレノイドバルブを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、ソレノイド推力に応じてバルブ通路の流入側から流出側へと流れる作動流体の流量を調節するソレノイドバルブであって、バルブ通路に介装されるメインシートと、このメインシートに対して変位することによってメインシートの開口面積を変えるポペットと、このポペットを閉弁方向に付勢するサブパイロット圧力が生じるサブパイロット室と、このサブパイロット室をメインシートより流入側のバルブ通路に連通する流入側サブパイロット通路と、この流入側サブパイロット通路に介装されるサブオリフィスと、サブパイロット室をメインシートより流出側のバルブ通路に連通する流出側サブパイロット通路と、この流出側サブパイロット通路に介装されるサブシートと、ソレノイド推力に応じてサブシートに対して変位することによってサブシートの開口面積を変えるピンポペットと、を備え、サブシートが円錐面状に形成されるとともに、サブシートに着座するピンポペットのピンシートがサブシートと略同一頂角を有する円錐面状に形成され、ピンポペットの開弁時にサブシートとピンシートの間に作動流体の流れを絞る絞り間隙が画成され、ピンポペットがソレノイド推力によって開弁方向に駆動される構成とした。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によると、絞り間隙を流れる作動流体は、ピンシートに沿って流れることにより、その粘性抵抗によってピンポペットを閉弁方向に付勢する。この粘性抵抗による閉弁方向の付勢力とピンポペットに働く流体力がピンポペットを開弁方向に駆動するソレノイド推力と釣り合い、ピンポペットをソレノイド推力に応じて漸次変位させることが可能となり、ピンポペットにより少流量を精度よく調節することと、ポペットを介して大流量を応答性よく調節することが両立される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態を示すソレノイドバルブの構成図。
【図２】同じくソレノイドバルブの構成図。
【図３】同じくソレノイドバルブの一部を示す断面図。
【図４】同じくソレノイド電流値とバルブ通路の流量の関係を示す線図。
【図５】同じくピンポペットの変位とポペットに働く流体力の関係を示す線図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１、２は、ソレノイドバルブ１の概略構成を示す図であり、以下、これについて説明する。
【００１１】
ソレノイドバルブ１は、流入側（圧力源側）と流出側（負荷側）を連通するバルブ通路２の開口面積をソレノイド推力に応じて変え、このバルブ通路２を通過する作動油（以下作動流体と呼ぶ）の流量を調節するものである。
【００１２】
バルブハウジング９にはバルブ通路２を構成するバルブポート１２、１３が形成される。バルブポート１２、１３の一方が図示しない配管等を介して圧力源に連通し、バルブポート１２、１３の他方が図示しない配管等を介して負荷に連通する。
【００１３】
ソレノイドバルブ１は、両方向開閉タイプのものであり、図１に矢印で示すようにバルブポート１２からバルブポート１３に向かう作動流体の流れ（以下、第一流れと呼ぶ）に対して開閉作動するとともに、図２に矢印で示すようにバルブポート１３からバルブポート１２に向かう作動流体の流れ（以下、第二流れと呼ぶ）に対しても開閉作動する。
【００１４】
ソレノイドバルブ１は、上記した第一、第二流れの流量を調節する弁体として、大流量を制御するメインポペット２０と、小流量を制御するポペット４０と、微少流量を制御するピンポペット６０とを備える。円筒状のメインポペット２０の内側にポペット４０が摺動可能に嵌合し、メインポペット２０とポペット４０とピンポペット６０とは、同軸上に直列に配置される。
【００１５】
ソレノイドバルブ１のバルブ通路２は、メインポペット２０によって開閉されるメイン通路１０と、ポペット４０によって開閉されるメインパイロット通路１００、１１０と、ピンポペット６０によって開閉されるサブパイロット通路３０、５０とによって構成される。このメイン通路１０とメインパイロット通路１００、１１０とサブパイロット通路３０、５０とは、互いに並列に設けられる。
【００１６】
円筒状のメインポペット２０は、バルブハウジング９内に摺動可能に介装され、メイン通路１０を開閉する。
【００１７】
メイン通路１０は、単一のバルブポート１２と、複数のバルブポート１３とによって構成される。
【００１８】
バルブポート１２は、メインポペット２０が摺動する軸方向に延びる円筒面によって形成され、バルブポート１２の開口端に環状のバルブシート１１が形成される。
【００１９】
メインポペット２０は、バルブシート１１に着座する円錐面状のテーパ部２０ａを有する。
【００２０】
メインポペット２０は、そのテーパ部２０ａがバルブシート１１に着座することによって閉弁し、この閉弁状態から図１、図２にて上方に摺動し、テーパ部２０ａがバルブシート１１から離れることによって開弁する。メインポペット２０は、このバルブシート１１に対して軸方向に変位し、メイン通路１０の開口面積を変える。
【００２１】
メインポペット２０は、バルブシート１１より内側に設けられる円盤状の受圧部と、バルブシート１１より外側に設けられる環状の受圧部とを有する。メインポペット２０は、これらの受圧部が受けるバルブポート１２、１３の供給圧力によって開弁方向に付勢される。
【００２２】
バルブハウジング９にはメインポペット２０の背後にメインパイロット室２１が画成される。メインポペット２０は、その背面に受けるメインパイロット室２１のメインパイロット圧力によって閉弁方向に付勢される。
【００２３】
バルブハウジング９とメインポペット２０の間にはメインリターンスプリング８が介装される。メインポペット２０は、メインリターンスプリング８のバネ力によって閉弁方向に付勢される。
【００２４】
バルブポート１２、１３の供給圧力による開弁力が、メインパイロット室２１のメインパイロット圧力による閉弁力とメインリターンスプリング８のバネ力（閉弁力）とを合わせた力より大きくなると、メインポペット２０は図１、図２にて上方に摺動して開弁可能なように構成される。
【００２５】
メインパイロット室２１に生じるメインパイロット圧力を制御する手段として、バルブシート１１を迂回してバルブ通路２を流れる作動流体を導くメインパイロット通路１００、１１０が設けられる。
【００２６】
このメインパイロット通路１００、１１０に、メインパイロットオリフィス２４、２５、メインパイロット室２１、メインシート３１とがそれぞれ介装される。
【００２７】
メインパイロット通路１００は、バルブポート１２からバルブポート１３に向かう作動流体の第一流れに対して開通し、作動流体を図１に矢印で示すようにバルブポート１２→メインパイロットオリフィス２４→メインパイロット室２１→メインシート３１→バルブポート１３の順に導く。一方、メインパイロット通路１１０は、バルブポート１３からバルブポート１２に向かう作動流体の第二流れに対して開通し、作動流体を図２に矢印で示すようにバルブポート１３→メインパイロットオリフィス２５→メインパイロット室２１→メインシート３１→バルブポート１２の順に導く。
【００２８】
ポペット４０がメインシート３１の開口面積を変えて、メインパイロット通路１００、１１０を流れる作動流体の流量を調節することにより、メインパイロットオリフィス２４、２５とメインシート３１との間に生じるメインパイロット圧力（中間圧力）が制御される。
【００２９】
メインパイロット通路１００、１１０は、メインパイロット室２１をバルブシート１１より流入側のバルブ通路２に連通する第一、第二流入側メインパイロット通路２２、２３と、メインパイロット室２１をバルブシート１１より流出側のバルブ通路２に連通する第一、第二流出側メインパイロット通路２６、２７とを備える。
【００３０】
メインパイロット通路１００におけるバルブポート１２からバルブポート１３に向かう作動流体の第一流れは、図１に矢印で示すように、第一流入側メインパイロット通路（流入側メインパイロット通路）２２と第一流出側メインパイロット通路（流出側メインパイロット通路）２６とを通る。
【００３１】
第一流入側メインパイロット通路２２は、その上流端がバルブポート１２に連通し、その下流端がメインパイロット室２１に連通する。
【００３２】
第一流入側メインパイロット通路２２には、チェック弁３４とメインパイロットオリフィス２４とがそれぞれ介装される。このチェック弁３４は、バルブポート１２から第一流入側メインパイロット通路２２を通ってメインパイロット室２１に向かう作動流体の流れに対して開弁し、逆方向の流れに対して閉弁する。
【００３３】
メインパイロット室２１から延びる第一流出側メインパイロット通路２６は、メインポペット２０に形成される通孔２９と、メインポペット２０とポペット４０の間に画成されるポペット間室４８と、ポペット４０の先端に開口するポペット内室４９とを介して連通し、その下流端がバルブポート１３に連通する。
【００３４】
第一流出側メインパイロット通路２６には、メインシート３１とチェック弁３６とが介装される。このチェック弁３６は、第一流出側メインパイロット通路２６を通ってバルブポート１３に向かう作動流体の流れに対して開弁し、逆方向の流れに対して閉弁する。
【００３５】
一方、メインパイロット通路１１０におけるバルブポート１３からバルブポート１２に向かう作動流体の第二流れは、図２に矢印で示すように、第二流入側メインパイロット通路２３と第二流出側メインパイロット通路２７とを通る。
【００３６】
第二流入側メインパイロット通路２３は、その上流端がバルブポート１３に連通し、その下流端がメインパイロット室２１に連通する。
【００３７】
第二流入側メインパイロット通路２３には、チェック弁３５とメインパイロットオリフィス２５とがそれぞれ介装される。このチェック弁３５は、バルブポート１３から第二流入側メインパイロット通路２３を通ってメインパイロット室２１に向かう作動流体の流れに対して開弁し、逆方向の流れに対して閉弁する。
【００３８】
メインパイロット室２１から延びる第二流出側メインパイロット通路２７は、メインポペット２０に形成される通孔２９と、メインポペット２０とポペット４０の間に画成されるポペット間室４８と、ポペット４０の先端に開口するポペット内室４９とを介して連通し、その下流端がバルブポート１２に連通する。
【００３９】
第二流出側メインパイロット通路２７には、メインシート３１とチェック弁３７とが介装される。このチェック弁３７は、第二流出側メインパイロット通路２７を通ってバルブポート１２に向かう作動流体の流れに対して開弁し、逆方向の流れに対して閉弁する。
【００４０】
円筒状のポペット４０は、メインポペット２０内に摺動可能に介装される。メインポペット２０内には、圧力補償スリーブ８１が介装され、この圧力補償スリーブ８１にメインシート３１が形成される。ポペット４０はメインシート３１に対して変位することによってメインシート３１の開口面積を変える。
【００４１】
圧力補償機構８０として、ポペット４０を着座させる圧力補償スリーブ８１がメインポペット２０内に摺動可能に介装され、この圧力補償スリーブ８１に形成されるメインシート３１をポペット４０に押し付ける方向に付勢する圧力補償スプリング８２が介装される。後述するサブパイロット圧力が上昇するのに伴ってサブシート５１が図１、図２において下方に移動し、ピンポペット６０を開弁させるソレノイド推力（開弁力）が高まることが抑えられる。
【００４２】
ポペット４０は、メインシート３１より外側に設けられる環状の受圧部を有し、この受圧部にメインパイロット室２１のメインパイロット圧力がポペット間室４８を介して導かれ、このメインパイロット圧力によって開弁方向に付勢される。
【００４３】
メインポペット２０内にはポペット４０の背後にサブパイロット室４１が画成される。ポペット４０は、その背面が受けるサブパイロット室４１のサブパイロット圧力によって閉弁方向に付勢される。
【００４４】
メインポペット２０のサブパイロット室４１に対する受圧面積は、メインパイロット室２１に対する受圧面積より小さく設定される。
【００４５】
ポペット４０とバルブハウジング９の間にはサブリターンスプリング７が介装される。ポペット４０は、サブリターンスプリング７のバネ力によって閉弁方向に付勢される。
【００４６】
ポペット４０は、メインパイロット圧力による開弁力が、サブパイロット室４１のサブパイロット圧力による閉弁力とサブリターンスプリング７のバネ力（閉弁力）とを合わせた力より大きくなると、図１、図２にて上方に摺動して開弁する。
【００４７】
サブパイロット室４１に生じるサブパイロット圧力を制御する手段として、バルブシート１１を迂回してバルブ通路２を流れる作動流体を導くサブパイロット通路３０、５０が設けられる。
【００４８】
このサブパイロット通路３０、５０に、サブオリフィス４４、４５、サブパイロット室４１、サブシート５１とがそれぞれ介装される。ピンポペット６０がサブシート５１の開口面積を変えて、サブパイロット通路３０、５０を流れる作動流体の流量を調節することにより、サブオリフィス４４、４５とサブシート５１との間に生じるサブパイロット圧力が制御される。
【００４９】
サブパイロット通路３０は、バルブポート１２からバルブポート１３に向かう作動流体の第一流れに対して開通し、作動流体を図１に矢印で示すようにバルブポート１２→サブオリフィス４４→サブパイロット室４１→サブシート５１→バルブポート１３の順に導く。一方、サブパイロット通路５０は、バルブポート１３からバルブポート１２に向かう作動流体の第二流れに対して開通し、作動流体を図２に矢印で示すようにバルブポート１３→サブオリフィス４５→サブパイロット室４１→サブシート５１→バルブポート１２の順に導く。
【００５０】
サブパイロット通路３０、５０は、サブパイロット室４１をバルブシート１１より流入側のバルブ通路２に連通する第一、第二流入側サブパイロット通路４２、４３と、サブパイロット室４１をバルブシート１１より流出側のバルブ通路２に連通する第一、第二流出側サブパイロット通路４６、４７とを備える。
【００５１】
サブパイロット通路３０におけるバルブポート１２からバルブポート１３に向かう作動流体の第一流れは、図１に矢印で示すように、第一流入側サブパイロット通路（流入側サブパイロット通路）４２と第一流出側サブパイロット通路（流出側サブパイロット通路）４６とを通る。一方、サブパイロット通路５０におけるバルブポート１３からバルブポート１２に向かう作動流体の第二流れは、図２に矢印で示すように、第二流入側サブパイロット通路４３と第二流出側サブパイロット通路４７とを通る。
【００５２】
第一流入側サブパイロット通路４２は、その上流端がバルブポート１２に連通し、その下流端がサブパイロット室４１に連通する。
【００５３】
第一流入側サブパイロット通路４２には、チェック弁３４とサブオリフィス４４とがそれぞれ介装される。
【００５４】
このチェック弁３４は、バルブポート１２から第一流入側サブパイロット通路４２を通ってサブパイロット室４１に向かう作動流体の流れに対して開弁し、逆方向の流れに対して閉弁する。
【００５５】
第一流入側サブパイロット通路４２は、第一流入側メインパイロット通路２２に対して、チェック弁３４とこのチェック弁３４より上流側の通路部分が共通して設けられており、構造の簡素化がはかられている。なお、これに限らず、第一流入側サブパイロット通路４２と第一流入側メインパイロット通路２２とをそれぞれ独立して設けてもよい。
【００５６】
第二流入側サブパイロット通路４３は、その上流端がバルブポート１３に連通し、その下流端がサブパイロット室４１に連通する。
【００５７】
第二流入側サブパイロット通路４３には、チェック弁３５とサブオリフィス４５とがそれぞれ介装される。このチェック弁３５は、バルブポート１３から第二流入側サブパイロット通路４３を通ってサブパイロット室４１に向かう作動流体の流れに対して開弁し、逆方向の流れに対して閉弁する。
【００５８】
第二流入側サブパイロット通路４３は、第二流入側メインパイロット通路２３に対して、チェック弁３５とこのチェック弁３５より上流側の通路部分が共通して設けられており、構造の簡素化がはかられている。なお、これに限らず、第二流入側サブパイロット通路４３と第二流入側メインパイロット通路２３とをそれぞれ独立して設けてもよい。
【００５９】
そして本発明の要旨とするところであるが、ピンポペット６０に働く流体力を調節するために、サブシート５１が円錐面状に形成されるとともに、サブシート５１に着座するピンポペット６０のピンシート６２がサブシート５１と略同一頂角を有する円錐面状に形成され、ピンポペット６０の開弁時にサブシート５１とピンシート６２の間に作動流体の流れを絞る絞り間隙６３が画成される。
【００６０】
図３は、ピンポペット６０のピンシート６２及びサブシート５１を示す断面図である。
【００６１】
サブシート５１は、ピンポペット６０が中心軸Ｏ方向の通路長さ（深さ）ｓが、その開口径ｄより大きい深穴形状に形成される。
【００６２】
ピンシート６２の頂角θ６２は、サブシート５１の頂角θ５１と略等しい所定角度（例えば３０度）に形成される。
【００６３】
実際には、ピンシート６２の頂角（シート角）θ６２は、サブシート５１の頂角（シート角）θ５１よりわずかな角度差αだけ小さく形成される。これにより、ピンポペット６０の閉弁時に、ピンシート６２の先端角部６２ａがサブシート５１に環状の線上に着座し、ピンシート６２とサブシート５１間の密封性が確保される。
【００６４】
なお、これに限らず、ピンポペット６０の閉弁時に、ピンシート６２の先端がサブシート５１の先端から突出し、ピンシート６２の外周面がサブシート５１の開口先端角部５１ａに環状の線上に着座する構成としてもよい。これによっても、ピンシート６２とサブシート５１間の密封性が確保される。
【００６５】
また、ピンシート６２の頂角θ６２は、サブシート５１の頂角θ５１よりわずかな角度だけ大きく形成される構成としてもよい。この場合には、ピンポペット６０の閉弁時に、ピンシート６２がサブシート５１の開口基端角部５１ｂに環状の線上に着座し、ピンシート６２とサブシート５１間の密封性が確保される。
【００６６】
図３に示すように、ピンポペット６０の開弁時に、ピンポペット６０が中心軸Ｏ方向に移動し、ピンシート６２がサブシート５１から離れると、サブシート５１とピンシート６２の間に作動流体の流れを絞る絞り間隙６３が円筒状に画成される。
【００６７】
これにより、絞り間隙６３を通る作動流体は、ピンシート６２に沿って流れることにより、その粘性抵抗によってピンポペット６０を閉弁方向に付勢する。
【００６８】
ピンシート６２の頂角θ６２、サブシート５１の頂角θ５１、角度差αは、シミュレーション、実験に基づいて設定され、ピンポペット６０の変位（流量）に応じて適度な粘性抵抗が生じるように構成される。
【００６９】
第一流出側サブパイロット通路４６は、その上流端がサブパイロット室４１に連通し、その下流端がバルブポート１３に連通する。
【００７０】
第一流出側サブパイロット通路４６には、サブシート５１とチェック弁３６とが介装される。このチェック弁３６は、サブパイロット室４１から第一流出側サブパイロット通路４６を通ってバルブポート１３に向かう作動流体の流れに対して開弁し、逆方向の流れに対して閉弁する。
【００７１】
第一流出側サブパイロット通路４６と第一流出側メインパイロット通路２６とは、両者の間で共通のチェック弁３６が用いられ、チェック弁３６の前後通路部分を共用することによって、構造の簡素化がはかられている。なお、これに限らず、第一流出側サブパイロット通路４６と第一流出側メインパイロット通路２６とをそれぞれ独立して設けてもよい。
【００７２】
第二流出側サブパイロット通路４７は、その上流端がサブパイロット室４１に連通し、その下流端がバルブポート１２に連通する。
【００７３】
第二流出側サブパイロット通路４７には、サブシート５１とチェック弁３７とが介装される。このチェック弁３７は、サブパイロット室４１から第二流出側サブパイロット通路４７を通ってバルブポート１２に向かう作動流体の流れに対して開弁し、逆方向の流れに対して閉弁する。
【００７４】
第二流出側サブパイロット通路４７と第二流出側メインパイロット通路２７とは、両者の間で共通のチェック弁３７が用いられ、チェック弁３７の前後通路部分を共用することによって、構造の簡素化がはかられている。なお、これに限らず、第二流出側サブパイロット通路４７と第二流出側メインパイロット通路２７とをそれぞれ独立して設けてもよい。
【００７５】
図１には、バルブポート１２からバルブポート１３に向かう作動流体の第一流れが矢印で示されている。以下、この第一流れについて説明する。
【００７６】
・ソレノイド推力によってピンポペット６０がサブシート５１から離れ、サブパイロット通路３０が開通すると、作動流体は、バルブポート１２→第一流入側サブパイロット通路４２（チェック弁３４、サブオリフィス４４）→サブパイロット室４１→絞り間隙６３→第一流出側サブパイロット通路４６（サブシート５１、ポペット内室４９、チェック弁３６）→バルブポート１３の順に流れる。
【００７７】
・上記サブパイロット通路３０の流量が増加するのに伴ってサブパイロット室４１のサブパイロット圧力が低下すると、サブパイロット圧力とメインパイロット圧力との差圧力によってポペット４０がサブリターンスプリング７に抗してメインシート３１より離れ、メインパイロット通路１００が開通する。こうしてメインパイロット通路１００が開通すると、作動流体は、バルブポート１２→第一流入側メインパイロット通路２２（チェック弁３４、メインパイロットオリフィス２４）→メインパイロット室２１→第一流出側メインパイロット通路２６（メインシート３１、ポペット内室４９、チェック弁３６）→バルブポート１３の順に流れる。
【００７８】
・メインパイロット通路１００の流量が増加するのに伴ってメインパイロット室２１のメインパイロット圧力が低下すると、メインパイロット圧力とバルブポート１２に導かれる圧力源からの圧力の差圧力によってメインリターンスプリング８に抗してメインポペット２０がバルブシート１１より離れ、メイン通路１０が開通する。こうしてメイン通路１０が開通すると、作動流体は、バルブポート１２→バルブシート１１→バルブポート１３の順に流れる。
【００７９】
図２には、バルブポート１３からバルブポート１２に向かう作動流体の第二流れが矢印で示されている。以下、この第二流れについて説明する。
【００８０】
・ソレノイド推力によってピンポペット６０がサブシート５１から離れ、サブパイロット通路５０が開通すると、作動流体は、バルブポート１３→第二流入側サブパイロット通路４３（チェック弁３５、サブオリフィス４５）→サブパイロット室４１→絞り間隙６３→第二流出側サブパイロット通路４７（サブシート５１、ポペット内室４９、チェック弁３７）→バルブポート１２の順に流れる。
【００８１】
・上記サブパイロット通路５０の流量が増加するのに伴ってサブパイロット室４１のサブパイロット圧力が低下すると、サブパイロット圧力とメインパイロット圧力との差圧力によってポペット４０がサブリターンスプリング７に抗してメインシート３１より離れ、メインパイロット通路１１０が開通する。こうしてメインパイロット通路１１０が開通すると、作動流体は、バルブポート１３→第二流入側メインパイロット通路２３（チェック弁３５、メインパイロットオリフィス２５）→メインパイロット室２１→第二流出側メインパイロット通路２７（メインシート３１、ポペット内室４９、チェック弁３７）→バルブポート１２の順に流れる。
【００８２】
・メインパイロット通路１１０の流量が増加するのに伴ってメインパイロット室２１のメインパイロット圧力の低下すると、メインパイロット圧力とバルブポート１２に導かれる圧力源からの圧力の差圧力によってメインリターンスプリング８に抗してメインポペット２０がバルブシート１１より離れ、メイン通路１０が開通する。こうしてメイン通路１０が開通すると、作動流体は、バルブポート１３→バルブシート１１→バルブポート１２の順に流れる。
【００８３】
図４は、ソレノイドに流れるソレノイド電流値Ｉと、バルブ通路２の流量Ｑの関係を示す線図である。
【００８４】
ソレノイド電流値Ｉが零の場合、バルブ通路２の流量Ｑは零である。
【００８５】
ソレノイド電流値Ｉが小さい場合、サブパイロット通路３０、５０のみが開通し、バルブ通路２の流量Ｑはソレノイド電流値Ｉに応じて零から低い増加率で漸次増加する。
【００８６】
これについて詳述すると、ピンポペット６０を開弁方向に駆動するソレノイド推力は、ピンポペット６０に働く流体力Ｆｆと、ピンポペット６０に働く作動流体圧力Ｆｐと、ピンポペット６０を閉弁方向に付勢するリターンスプリング（図示せず）のバネ力Ｆｓと、を合わせた力とバランスする位置にピンポペット６０を変位させる。
【００８７】
上記のピンポペット６０に働く流体力Ｆｆは、サブシート５１に対峙する部位に生じる前後差圧力ΔＰと、サブシート５１からポペット内室４９へと流出する作動流体の流量、流速、流出角に応じて増減する流体力ｆ（ｆ＝ρＱｖCOSθ、ρ：定数、Ｑ：流量、ｖ：流速、θ：流出角）と、作動流体がピンポペット６０に付与する粘性抵抗による流体力（剪断力）Ｔと、を合わせた力となる。
【００８８】
図５は、ピンポペット６０の変位Ｘと、ピンポペット６０に働く流体力Ｆｆの関係を示す線図である。
【００８９】
図５の線図にて波線で示す特性は、絞り間隙６３を備えない従来装置のものであり、ピンポペット６０の変位Ｘが大きくなるのに伴って、ピンポペット６０の開弁方向に働く流体力Ｆｆが一旦増加した後に減少する。これは、ピンポペット６０の変位Ｘが大きくなるのに伴って、粘性抵抗による流体力Ｔが一旦増加した後に減少するためである。
【００９０】
図４の線図にて波線で示す特性は、絞り間隙６３を備えない従来装置のものであり、ソレノイド電流値Ｉが小さいときに、バルブ通路２の流量Ｑが段差をもって変化する。
【００９１】
図５の線図にて実線で示す特性は、絞り間隙６３を備える本発明のソレノイドバルブ１のものであり、ピンポペット６０の変位Ｘが大きくなるのに伴って、ピンポペット６０の開弁方向に働く流体力Ｆｆが漸次増加している。これは、ピンポペット６０の変位Ｘが大きくなるのに伴って、絞り間隙６３を流れる作動流体の速度が高まり、粘性抵抗による流体力Ｔが漸次増加するためである。
【００９２】
これにより、本発明のソレノイドバルブ１は、図３の線図に実線で示すように、バルブ通路２の流量Ｑがソレノイド電流値Ｉに応じて零から低い増加率で漸次増加する。
【００９３】
ソレノイド電流値Ｉが所定値Ｉ１を超えて大きくなると、サブパイロット通路３０、５０に加えてメインパイロット通路１００、１１０が開通し、バルブ通路２の流量Ｑはソレノイド電流値Ｉに応じて中程度の増加率で次第に増加する。
【００９４】
ソレノイド電流値Ｉが所定値Ｉ２を超えて大きくなると、サブパイロット通路３０、５０及びメインパイロット通路１００、１１０に加えてメイン通路１０が開通し、バルブ通路２の流量Ｑはソレノイド電流値Ｉに応じて高い増加率で次第に増加する。
【００９５】
このように、ソレノイド電流値Ｉ（ソレノイド推力）が大きくなるのに伴ってバルブ通路２の流量Ｑは段階的に増加率を高められる。
【００９６】
以下、本実施形態の要旨と作用、効果を説明する。
【００９７】
本実施の形態では、ソレノイド推力に応じてバルブ通路２の流入側から流出側へと流れる作動流体の流量を調節するソレノイドバルブ１であって、バルブ通路２に介装されるメインシート３１と、このメインシート３１に対して変位することによってメインシート３１の開口面積を変えるポペット４０と、このポペット４０を閉弁方向に付勢するサブパイロット圧力が生じるサブパイロット室４１と、このサブパイロット室４１をメインシート３１より流入側のバルブ通路２に連通する流入側サブパイロット通路４２、４３と、この流入側サブパイロット通路４２、４３に介装されるサブオリフィス４４、４５と、サブパイロット室４１をメインシート３１より流出側のバルブ通路２に連通する流出側サブパイロット通路４６、４７と、この流出側サブパイロット通路４６、４７に介装されるサブシート５１と、ソレノイド推力に応じてサブシート５１に対して変位することによってサブシート５１の開口面積を変えるピンポペット６０と、を備え、サブシート５１が円錐面状に形成されるとともに、サブシート５１に着座するピンポペット６０のピンシート６２がサブシート５１と略同一頂角を有する円錐面状に形成され、ピンポペット６０の開弁時にサブシート５１とピンシート６２の間に作動流体の流れを絞る絞り間隙６３が画成され、ピンポペット６０がソレノイド推力によって開弁方向に駆動される構成とした。
【００９８】
上記構成に基づき、ソレノイド推力に応じて移動するピンポペット６０がサブパイロット圧力を調節し、サブパイロット圧力に応じて移動するポペット４０がメインシート３１の開口面積を変えることによって、メインシート３１（メインパイロット通路１００、１１０）を通過する作動流体の流量が調節される。
【００９９】
絞り間隙６３は、互いに略平行に対峙するサブシート５１とピンシート６２の間に円筒状の流路として画成される。絞り間隙６３を流れる作動流体は、ピンシート６２に沿って流れることにより、その粘性抵抗によってピンポペット６０を閉弁方向に付勢する。この粘性抵抗による閉弁方向の付勢力とピンポペット６０に働く流体力がピンポペット６０を開弁方向に駆動するソレノイド推力と釣り合い、ピンポペット６０をソレノイド推力に応じて漸次変位させることが可能となり、ピンポペット６０により少流量を精度よく調節することと、ポペット４０を介して大流量を応答性よく調節することが両立される。
【０１００】
なお、前記実施形態は、メイン通路１０における作動流体の一方向の流れと逆方向の流れに対して開弁作動する両方向開閉タイプのソレノイドバルブ１であるが、これに限らず、２系統の通路構成と、これを切換えるチェック弁３４〜３７等とを廃止した、一方向開閉タイプのソレノイドバルブに本発明を適用してもよい。
【０１０１】
また、前記実施形態は、メインポペット２０、ポペット４０、ピンポペット６０を介して流量を３段階に調節するソレノイドバルブ１であるが、これに限らず、メインポペット２０を廃止し、ポペット４０、ピンポペット６０を介して流量を２段階に調節するソレノイドバルブに本発明を適用してもよい。
【０１０２】
本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【符号の説明】
【０１０３】
１ ソレノイドバルブ
２ バルブ通路
７ サブリターンスプリング
８ メインリターンスプリング
９ バルブハウジング
１０ メイン通路
１１ バルブシート
２０ メインポペット
３０ サブパイロット通路
３１ メインシート
４０ ポペット
４１ サブパイロット室
４２、４３ 流入側サブパイロット通路
４４ サブオリフィス
４６、４７ 流出側サブパイロット通路
５１ サブシート
６０ ピンポペット
６２ ピンシート
６３ 絞り間隙
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ソレノイド推力に応じて作動流体の流量を調節するソレノイドバルブに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のソレノイドバルブとして、例えば特許文献１に開示されたものは、ソレノイド推力に応じて移動するピンポペットがパイロット圧力を調節し、このパイロット圧力に応じて移動するポペットがバルブシートの開口面積を変えることによって、バルブシート（バルブ通路）を通過する作動流体の流量を調節するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１３８９２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような従来のソレノイドバルブにあっては、ピンポペットの開度が小さいときに、ピンポペットに働く流体力が急変するため、少流量を精度よく調節することと、大流量を応答性よく調節することを両立することが難しいという問題点があった。
【０００５】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、少流量を精度よく調節することと、大流量を応答性よく調節することを両立するソレノイドバルブを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、ソレノイド推力に応じてバルブ通路の流入側から流出側へと流れる作動流体の流量を調節するソレノイドバルブであって、バルブ通路に介装されるメインシートと、このメインシートに対して変位することによってメインシートの開口面積を変えるポペットと、このポペットを閉弁方向に付勢するサブパイロット圧力が生じるサブパイロット室と、このサブパイロット室をメインシートより流入側のバルブ通路に連通する流入側サブパイロット通路と、この流入側サブパイロット通路に介装されるサブオリフィスと、サブパイロット室をメインシートより流出側のバルブ通路に連通する流出側サブパイロット通路と、この流出側サブパイロット通路に介装されるサブシートと、ソレノイド推力に応じてサブシートに対して変位することによってサブシートの開口面積を変えるピンポペットと、を備え、サブシートが円錐面状に形成されるとともに、サブシートに着座するピンポペットのピンシートがサブシートと略同一頂角を有する円錐面状に形成され、ピンポペットの開弁時にサブシートとピンシートの間に作動流体の流れを絞る絞り間隙が画成され、ピンポペットがソレノイド推力によって開弁方向に駆動される構成とした。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によると、絞り間隙を流れる作動流体は、ピンシートに沿って流れることにより、その粘性抵抗によってピンポペットを閉弁方向に付勢する。この粘性抵抗による閉弁方向の付勢力とピンポペットに働く流体力がピンポペットを開弁方向に駆動するソレノイド推力と釣り合い、ピンポペットをソレノイド推力に応じて漸次変位させることが可能となり、ピンポペットにより少流量を精度よく調節することと、ポペットを介して大流量を応答性よく調節することが両立される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態を示すソレノイドバルブの構成図。
【図２】同じくソレノイドバルブの構成図。
【図３】同じくソレノイドバルブの一部を示す断面図。
【図４】同じくソレノイド電流値とバルブ通路の流量の関係を示す線図。
【図５】同じくピンポペットの変位とポペットに働く流体力の関係を示す線図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１、２は、ソレノイドバルブ１の概略構成を示す図であり、以下、これについて説明する。
【００１１】
ソレノイドバルブ１は、流入側（圧力源側）と流出側（負荷側）を連通するバルブ通路２の開口面積をソレノイド推力に応じて変え、このバルブ通路２を通過する作動油（以下作動流体と呼ぶ）の流量を調節するものである。
【００１２】
バルブハウジング９にはバルブ通路２を構成するバルブポート１２、１３が形成される。バルブポート１２、１３の一方が図示しない配管等を介して圧力源に連通し、バルブポート１２、１３の他方が図示しない配管等を介して負荷に連通する。
【００１３】
ソレノイドバルブ１は、両方向開閉タイプのものであり、図１に矢印で示すようにバルブポート１２からバルブポート１３に向かう作動流体の流れ（以下、第一流れと呼ぶ）に対して開閉作動するとともに、図２に矢印で示すようにバルブポート１３からバルブポート１２に向かう作動流体の流れ（以下、第二流れと呼ぶ）に対しても開閉作動する。
【００１４】
ソレノイドバルブ１は、上記した第一、第二流れの流量を調節する弁体として、大流量を制御するメインポペット２０と、小流量を制御するポペット４０と、微少流量を制御するピンポペット６０とを備える。円筒状のメインポペット２０の内側にポペット４０が摺動可能に嵌合し、メインポペット２０とポペット４０とピンポペット６０とは、同軸上に直列に配置される。
【００１５】
ソレノイドバルブ１のバルブ通路２は、メインポペット２０によって開閉されるメイン通路１０と、ポペット４０によって開閉されるメインパイロット通路１００、１１０と、ピンポペット６０によって開閉されるサブパイロット通路３０、５０とによって構成される。このメイン通路１０とメインパイロット通路１００、１１０とサブパイロット通路３０、５０とは、互いに並列に設けられる。
【００１６】
円筒状のメインポペット２０は、バルブハウジング９内に摺動可能に介装され、メイン通路１０を開閉する。
【００１７】
メイン通路１０は、単一のバルブポート１２と、複数のバルブポート１３とによって構成される。
【００１８】
バルブポート１２は、メインポペット２０が摺動する軸方向に延びる円筒面によって形成され、バルブポート１２の開口端に環状のバルブシート１１が形成される。
【００１９】
メインポペット２０は、バルブシート１１に着座する円錐面状のテーパ部２０ａを有する。
【００２０】
メインポペット２０は、そのテーパ部２０ａがバルブシート１１に着座することによって閉弁し、この閉弁状態から図１、図２にて上方に摺動し、テーパ部２０ａがバルブシート１１から離れることによって開弁する。メインポペット２０は、このバルブシート１１に対して軸方向に変位し、メイン通路１０の開口面積を変える。
【００２１】
メインポペット２０は、バルブシート１１より内側に設けられる円盤状の受圧部と、バルブシート１１より外側に設けられる環状の受圧部とを有する。メインポペット２０は、これらの受圧部が受けるバルブポート１２、１３の供給圧力によって開弁方向に付勢される。
【００２２】
バルブハウジング９にはメインポペット２０の背後にメインパイロット室２１が画成される。メインポペット２０は、その背面に受けるメインパイロット室２１のメインパイロット圧力によって閉弁方向に付勢される。
【００２３】
バルブハウジング９とメインポペット２０の間にはメインリターンスプリング８が介装される。メインポペット２０は、メインリターンスプリング８のバネ力によって閉弁方向に付勢される。
【００２４】
バルブポート１２、１３の供給圧力による開弁力が、メインパイロット室２１のメインパイロット圧力による閉弁力とメインリターンスプリング８のバネ力（閉弁力）とを合わせた力より大きくなると、メインポペット２０は図１、図２にて上方に摺動して開弁可能なように構成される。
【００２５】
メインパイロット室２１に生じるメインパイロット圧力を制御する手段として、バルブシート１１を迂回してバルブ通路２を流れる作動流体を導くメインパイロット通路１００、１１０が設けられる。
【００２６】
このメインパイロット通路１００、１１０に、メインパイロットオリフィス２４、２５、メインパイロット室２１、メインシート３１とがそれぞれ介装される。
【００２７】
メインパイロット通路１００は、バルブポート１２からバルブポート１３に向かう作動流体の第一流れに対して開通し、作動流体を図１に矢印で示すようにバルブポート１２→メインパイロットオリフィス２４→メインパイロット室２１→メインシート３１→バルブポート１３の順に導く。一方、メインパイロット通路１１０は、バルブポート１３からバルブポート１２に向かう作動流体の第二流れに対して開通し、作動流体を図２に矢印で示すようにバルブポート１３→メインパイロットオリフィス２５→メインパイロット室２１→メインシート３１→バルブポート１２の順に導く。
【００２８】
ポペット４０がメインシート３１の開口面積を変えて、メインパイロット通路１００、１１０を流れる作動流体の流量を調節することにより、メインパイロットオリフィス２４、２５とメインシート３１との間に生じるメインパイロット圧力（中間圧力）が制御される。
【００２９】
メインパイロット通路１００、１１０は、メインパイロット室２１をバルブシート１１より流入側のバルブ通路２に連通する第一、第二流入側メインパイロット通路２２、２３と、メインパイロット室２１をバルブシート１１より流出側のバルブ通路２に連通する第一、第二流出側メインパイロット通路２６、２７とを備える。
【００３０】
メインパイロット通路１００におけるバルブポート１２からバルブポート１３に向かう作動流体の第一流れは、図１に矢印で示すように、第一流入側メインパイロット通路（流入側メインパイロット通路）２２と第一流出側メインパイロット通路（流出側メインパイロット通路）２６とを通る。
【００３１】
第一流入側メインパイロット通路２２は、その上流端がバルブポート１２に連通し、その下流端がメインパイロット室２１に連通する。
【００３２】
第一流入側メインパイロット通路２２には、チェック弁３４とメインパイロットオリフィス２４とがそれぞれ介装される。このチェック弁３４は、バルブポート１２から第一流入側メインパイロット通路２２を通ってメインパイロット室２１に向かう作動流体の流れに対して開弁し、逆方向の流れに対して閉弁する。
【００３３】
メインパイロット室２１から延びる第一流出側メインパイロット通路２６は、メインポペット２０に形成される通孔２９と、メインポペット２０とポペット４０の間に画成されるポペット間室４８と、ポペット４０の先端に開口するポペット内室４９とを介して連通し、その下流端がバルブポート１３に連通する。
【００３４】
第一流出側メインパイロット通路２６には、メインシート３１とチェック弁３６とが介装される。このチェック弁３６は、第一流出側メインパイロット通路２６を通ってバルブポート１３に向かう作動流体の流れに対して開弁し、逆方向の流れに対して閉弁する。
【００３５】
一方、メインパイロット通路１１０におけるバルブポート１３からバルブポート１２に向かう作動流体の第二流れは、図２に矢印で示すように、第二流入側メインパイロット通路２３と第二流出側メインパイロット通路２７とを通る。
【００３６】
第二流入側メインパイロット通路２３は、その上流端がバルブポート１３に連通し、その下流端がメインパイロット室２１に連通する。
【００３７】
第二流入側メインパイロット通路２３には、チェック弁３５とメインパイロットオリフィス２５とがそれぞれ介装される。このチェック弁３５は、バルブポート１３から第二流入側メインパイロット通路２３を通ってメインパイロット室２１に向かう作動流体の流れに対して開弁し、逆方向の流れに対して閉弁する。
【００３８】
メインパイロット室２１から延びる第二流出側メインパイロット通路２７は、メインポペット２０に形成される通孔２９と、メインポペット２０とポペット４０の間に画成されるポペット間室４８と、ポペット４０の先端に開口するポペット内室４９とを介して連通し、その下流端がバルブポート１２に連通する。
【００３９】
第二流出側メインパイロット通路２７には、メインシート３１とチェック弁３７とが介装される。このチェック弁３７は、第二流出側メインパイロット通路２７を通ってバルブポート１２に向かう作動流体の流れに対して開弁し、逆方向の流れに対して閉弁する。
【００４０】
円筒状のポペット４０は、メインポペット２０内に摺動可能に介装される。メインポペット２０内には、圧力補償スリーブ８１が介装され、この圧力補償スリーブ８１にメインシート３１が形成される。ポペット４０はメインシート３１に対して変位することによってメインシート３１の開口面積を変える。
【００４１】
圧力補償機構８０として、ポペット４０を着座させる圧力補償スリーブ８１がメインポペット２０内に摺動可能に介装され、この圧力補償スリーブ８１に形成されるメインシート３１をポペット４０に押し付ける方向に付勢する圧力補償スプリング８２が介装される。後述するサブパイロット圧力が上昇するのに伴ってサブシート５１が図１、図２において下方に移動し、ピンポペット６０を開弁させるソレノイド推力（開弁力）が高まることが抑えられる。
【００４２】
ポペット４０は、メインシート３１より外側に設けられる環状の受圧部を有し、この受圧部にメインパイロット室２１のメインパイロット圧力がポペット間室４８を介して導かれ、このメインパイロット圧力によって開弁方向に付勢される。
【００４３】
メインポペット２０内にはポペット４０の背後にサブパイロット室４１が画成される。ポペット４０は、その背面が受けるサブパイロット室４１のサブパイロット圧力によって閉弁方向に付勢される。
【００４４】
メインポペット２０のサブパイロット室４１に対する受圧面積は、メインパイロット室２１に対する受圧面積より小さく設定される。
【００４５】
ポペット４０とバルブハウジング９の間にはサブリターンスプリング７が介装される。ポペット４０は、サブリターンスプリング７のバネ力によって閉弁方向に付勢される。
【００４６】
ポペット４０は、メインパイロット圧力による開弁力が、サブパイロット室４１のサブパイロット圧力による閉弁力とサブリターンスプリング７のバネ力（閉弁力）とを合わせた力より大きくなると、図１、図２にて上方に摺動して開弁する。
【００４７】
サブパイロット室４１に生じるサブパイロット圧力を制御する手段として、バルブシート１１を迂回してバルブ通路２を流れる作動流体を導くサブパイロット通路３０、５０が設けられる。
【００４８】
このサブパイロット通路３０、５０に、サブオリフィス４４、４５、サブパイロット室４１、サブシート５１とがそれぞれ介装される。ピンポペット６０がサブシート５１の開口面積を変えて、サブパイロット通路３０、５０を流れる作動流体の流量を調節することにより、サブオリフィス４４、４５とサブシート５１との間に生じるサブパイロット圧力が制御される。
【００４９】
サブパイロット通路３０は、バルブポート１２からバルブポート１３に向かう作動流体の第一流れに対して開通し、作動流体を図１に矢印で示すようにバルブポート１２→サブオリフィス４４→サブパイロット室４１→サブシート５１→バルブポート１３の順に導く。一方、サブパイロット通路５０は、バルブポート１３からバルブポート１２に向かう作動流体の第二流れに対して開通し、作動流体を図２に矢印で示すようにバルブポート１３→サブオリフィス４５→サブパイロット室４１→サブシート５１→バルブポート１２の順に導く。
【００５０】
サブパイロット通路３０、５０は、サブパイロット室４１をバルブシート１１より流入側のバルブ通路２に連通する第一、第二流入側サブパイロット通路４２、４３と、サブパイロット室４１をバルブシート１１より流出側のバルブ通路２に連通する第一、第二流出側サブパイロット通路４６、４７とを備える。
【００５１】
サブパイロット通路３０におけるバルブポート１２からバルブポート１３に向かう作動流体の第一流れは、図１に矢印で示すように、第一流入側サブパイロット通路（流入側サブパイロット通路）４２と第一流出側サブパイロット通路（流出側サブパイロット通路）４６とを通る。一方、サブパイロット通路５０におけるバルブポート１３からバルブポート１２に向かう作動流体の第二流れは、図２に矢印で示すように、第二流入側サブパイロット通路４３と第二流出側サブパイロット通路４７とを通る。
【００５２】
第一流入側サブパイロット通路４２は、その上流端がバルブポート１２に連通し、その下流端がサブパイロット室４１に連通する。
【００５３】
第一流入側サブパイロット通路４２には、チェック弁３４とサブオリフィス４４とがそれぞれ介装される。
【００５４】
このチェック弁３４は、バルブポート１２から第一流入側サブパイロット通路４２を通ってサブパイロット室４１に向かう作動流体の流れに対して開弁し、逆方向の流れに対して閉弁する。
【００５５】
第一流入側サブパイロット通路４２は、第一流入側メインパイロット通路２２に対して、チェック弁３４とこのチェック弁３４より上流側の通路部分が共通して設けられており、構造の簡素化がはかられている。なお、これに限らず、第一流入側サブパイロット通路４２と第一流入側メインパイロット通路２２とをそれぞれ独立して設けてもよい。
【００５６】
第二流入側サブパイロット通路４３は、その上流端がバルブポート１３に連通し、その下流端がサブパイロット室４１に連通する。
【００５７】
第二流入側サブパイロット通路４３には、チェック弁３５とサブオリフィス４５とがそれぞれ介装される。このチェック弁３５は、バルブポート１３から第二流入側サブパイロット通路４３を通ってサブパイロット室４１に向かう作動流体の流れに対して開弁し、逆方向の流れに対して閉弁する。
【００５８】
第二流入側サブパイロット通路４３は、第二流入側メインパイロット通路２３に対して、チェック弁３５とこのチェック弁３５より上流側の通路部分が共通して設けられており、構造の簡素化がはかられている。なお、これに限らず、第二流入側サブパイロット通路４３と第二流入側メインパイロット通路２３とをそれぞれ独立して設けてもよい。
【００５９】
そして本発明の要旨とするところであるが、ピンポペット６０に働く流体力を調節するために、サブシート５１が円錐面状に形成されるとともに、サブシート５１に着座するピンポペット６０のピンシート６２がサブシート５１と略同一頂角を有する円錐面状に形成され、ピンポペット６０の開弁時にサブシート５１とピンシート６２の間に作動流体の流れを絞る絞り間隙６３が画成される。
【００６０】
図３は、ピンポペット６０のピンシート６２及びサブシート５１を示す断面図である。
【００６１】
サブシート５１は、ピンポペット６０が中心軸Ｏ方向の通路長さ（深さ）ｓが、その開口径ｄより大きい深穴形状に形成される。
【００６２】
ピンシート６２の頂角θ６２は、サブシート５１の頂角θ５１と略等しい所定角度（例えば３０度）に形成される。
【００６３】
実際には、ピンシート６２の頂角（シート角）θ６２は、サブシート５１の頂角（シート角）θ５１よりわずかな角度差αだけ小さく形成される。これにより、ピンポペット６０の閉弁時に、ピンシート６２の先端角部６２ａがサブシート５１に環状の線上に着座し、ピンシート６２とサブシート５１間の密封性が確保される。
【００６４】
なお、これに限らず、ピンポペット６０の閉弁時に、ピンシート６２の先端がサブシート５１の先端から突出し、ピンシート６２の外周面がサブシート５１の開口先端角部５１ａに環状の線上に着座する構成としてもよい。これによっても、ピンシート６２とサブシート５１間の密封性が確保される。
【００６５】
また、ピンシート６２の頂角θ６２は、サブシート５１の頂角θ５１よりわずかな角度だけ大きく形成される構成としてもよい。この場合には、ピンポペット６０の閉弁時に、ピンシート６２がサブシート５１の開口基端角部５１ｂに環状の線上に着座し、ピンシート６２とサブシート５１間の密封性が確保される。
【００６６】
図３に示すように、ピンポペット６０の開弁時に、ピンポペット６０が中心軸Ｏ方向に移動し、ピンシート６２がサブシート５１から離れると、サブシート５１とピンシート６２の間に作動流体の流れを絞る絞り間隙６３が円筒状に画成される。
【００６７】
これにより、絞り間隙６３を通る作動流体は、ピンシート６２に沿って流れることにより、その粘性抵抗によってピンポペット６０を閉弁方向に付勢する。
【００６８】
ピンシート６２の頂角θ６２、サブシート５１の頂角θ５１、角度差αは、シミュレーション、実験に基づいて設定され、ピンポペット６０の変位（流量）に応じて適度な粘性抵抗が生じるように構成される。
【００６９】
第一流出側サブパイロット通路４６は、その上流端がサブパイロット室４１に連通し、その下流端がバルブポート１３に連通する。
【００７０】
第一流出側サブパイロット通路４６には、サブシート５１とチェック弁３６とが介装される。このチェック弁３６は、サブパイロット室４１から第一流出側サブパイロット通路４６を通ってバルブポート１３に向かう作動流体の流れに対して開弁し、逆方向の流れに対して閉弁する。
【００７１】
第一流出側サブパイロット通路４６と第一流出側メインパイロット通路２６とは、両者の間で共通のチェック弁３６が用いられ、チェック弁３６の前後通路部分を共用することによって、構造の簡素化がはかられている。なお、これに限らず、第一流出側サブパイロット通路４６と第一流出側メインパイロット通路２６とをそれぞれ独立して設けてもよい。
【００７２】
第二流出側サブパイロット通路４７は、その上流端がサブパイロット室４１に連通し、その下流端がバルブポート１２に連通する。
【００７３】
第二流出側サブパイロット通路４７には、サブシート５１とチェック弁３７とが介装される。このチェック弁３７は、サブパイロット室４１から第二流出側サブパイロット通路４７を通ってバルブポート１２に向かう作動流体の流れに対して開弁し、逆方向の流れに対して閉弁する。
【００７４】
第二流出側サブパイロット通路４７と第二流出側メインパイロット通路２７とは、両者の間で共通のチェック弁３７が用いられ、チェック弁３７の前後通路部分を共用することによって、構造の簡素化がはかられている。なお、これに限らず、第二流出側サブパイロット通路４７と第二流出側メインパイロット通路２７とをそれぞれ独立して設けてもよい。
【００７５】
図１には、バルブポート１２からバルブポート１３に向かう作動流体の第一流れが矢印で示されている。以下、この第一流れについて説明する。
【００７６】
・ソレノイド推力によってピンポペット６０がサブシート５１から離れ、サブパイロット通路３０が開通すると、作動流体は、バルブポート１２→第一流入側サブパイロット通路４２（チェック弁３４、サブオリフィス４４）→サブパイロット室４１→絞り間隙６３→第一流出側サブパイロット通路４６（サブシート５１、ポペット内室４９、チェック弁３６）→バルブポート１３の順に流れる。
【００７７】
・上記サブパイロット通路３０の流量が増加するのに伴ってサブパイロット室４１のサブパイロット圧力が低下すると、サブパイロット圧力とメインパイロット圧力との差圧力によってポペット４０がサブリターンスプリング７に抗してメインシート３１より離れ、メインパイロット通路１００が開通する。こうしてメインパイロット通路１００が開通すると、作動流体は、バルブポート１２→第一流入側メインパイロット通路２２（チェック弁３４、メインパイロットオリフィス２４）→メインパイロット室２１→第一流出側メインパイロット通路２６（メインシート３１、ポペット内室４９、チェック弁３６）→バルブポート１３の順に流れる。
【００７８】
・メインパイロット通路１００の流量が増加するのに伴ってメインパイロット室２１のメインパイロット圧力が低下すると、メインパイロット圧力とバルブポート１２に導かれる圧力源からの圧力の差圧力によってメインリターンスプリング８に抗してメインポペット２０がバルブシート１１より離れ、メイン通路１０が開通する。こうしてメイン通路１０が開通すると、作動流体は、バルブポート１２→バルブシート１１→バルブポート１３の順に流れる。
【００７９】
図２には、バルブポート１３からバルブポート１２に向かう作動流体の第二流れが矢印で示されている。以下、この第二流れについて説明する。
【００８０】
・ソレノイド推力によってピンポペット６０がサブシート５１から離れ、サブパイロット通路５０が開通すると、作動流体は、バルブポート１３→第二流入側サブパイロット通路４３（チェック弁３５、サブオリフィス４５）→サブパイロット室４１→絞り間隙６３→第二流出側サブパイロット通路４７（サブシート５１、ポペット内室４９、チェック弁３７）→バルブポート１２の順に流れる。
【００８１】
・上記サブパイロット通路５０の流量が増加するのに伴ってサブパイロット室４１のサブパイロット圧力が低下すると、サブパイロット圧力とメインパイロット圧力との差圧力によってポペット４０がサブリターンスプリング７に抗してメインシート３１より離れ、メインパイロット通路１１０が開通する。こうしてメインパイロット通路１１０が開通すると、作動流体は、バルブポート１３→第二流入側メインパイロット通路２３（チェック弁３５、メインパイロットオリフィス２５）→メインパイロット室２１→第二流出側メインパイロット通路２７（メインシート３１、ポペット内室４９、チェック弁３７）→バルブポート１２の順に流れる。
【００８２】
・メインパイロット通路１１０の流量が増加するのに伴ってメインパイロット室２１のメインパイロット圧力の低下すると、メインパイロット圧力とバルブポート１２に導かれる圧力源からの圧力の差圧力によってメインリターンスプリング８に抗してメインポペット２０がバルブシート１１より離れ、メイン通路１０が開通する。こうしてメイン通路１０が開通すると、作動流体は、バルブポート１３→バルブシート１１→バルブポート１２の順に流れる。
【００８３】
図４は、ソレノイドに流れるソレノイド電流値Ｉと、バルブ通路２の流量Ｑの関係を示す線図である。
【００８４】
ソレノイド電流値Ｉが零の場合、バルブ通路２の流量Ｑは零である。
【００８５】
ソレノイド電流値Ｉが小さい場合、サブパイロット通路３０、５０のみが開通し、バルブ通路２の流量Ｑはソレノイド電流値Ｉに応じて零から低い増加率で漸次増加する。
【００８６】
これについて詳述すると、ピンポペット６０を開弁方向に駆動するソレノイド推力は、ピンポペット６０に働く流体力Ｆｆと、ピンポペット６０に働く作動流体圧力Ｆｐと、ピンポペット６０を閉弁方向に付勢するリターンスプリング（図示せず）のバネ力Ｆｓと、を合わせた力とバランスする位置にピンポペット６０を変位させる。
【００８７】
上記のピンポペット６０に働く流体力Ｆｆは、サブシート５１に対峙する部位に生じる前後差圧力ΔＰと、サブシート５１からポペット内室４９へと流出する作動流体の流量、流速、流出角に応じて増減する流体力ｆ（ｆ＝ρＱｖCOSθ、ρ：定数、Ｑ：流量、ｖ：流速、θ：流出角）と、作動流体がピンポペット６０に付与する粘性抵抗による流体力（剪断力）Ｔと、を合わせた力となる。
【００８８】
図５は、ピンポペット６０の変位Ｘと、ピンポペット６０に働く流体力Ｆｆの関係を示す線図である。
【００８９】
図５の線図にて波線で示す特性は、絞り間隙６３を備えない従来装置のものであり、ピンポペット６０の変位Ｘが大きくなるのに伴って、ピンポペット６０の開弁方向に働く流体力Ｆｆが一旦増加した後に減少する。これは、ピンポペット６０の変位Ｘが大きくなるのに伴って、粘性抵抗による流体力Ｔが一旦増加した後に減少するためである。
【００９０】
図４の線図にて波線で示す特性は、絞り間隙６３を備えない従来装置のものであり、ソレノイド電流値Ｉが小さいときに、バルブ通路２の流量Ｑが段差をもって変化する。
【００９１】
図５の線図にて実線で示す特性は、絞り間隙６３を備える本発明のソレノイドバルブ１のものであり、ピンポペット６０の変位Ｘが大きくなるのに伴って、ピンポペット６０の開弁方向に働く流体力Ｆｆが漸次増加している。これは、ピンポペット６０の変位Ｘが大きくなるのに伴って、絞り間隙６３を流れる作動流体の速度が高まり、粘性抵抗による流体力Ｔが漸次増加するためである。
【００９２】
これにより、本発明のソレノイドバルブ１は、図３の線図に実線で示すように、バルブ通路２の流量Ｑがソレノイド電流値Ｉに応じて零から低い増加率で漸次増加する。
【００９３】
ソレノイド電流値Ｉが所定値Ｉ１を超えて大きくなると、サブパイロット通路３０、５０に加えてメインパイロット通路１００、１１０が開通し、バルブ通路２の流量Ｑはソレノイド電流値Ｉに応じて中程度の増加率で次第に増加する。
【００９４】
ソレノイド電流値Ｉが所定値Ｉ２を超えて大きくなると、サブパイロット通路３０、５０及びメインパイロット通路１００、１１０に加えてメイン通路１０が開通し、バルブ通路２の流量Ｑはソレノイド電流値Ｉに応じて高い増加率で次第に増加する。
【００９５】
このように、ソレノイド電流値Ｉ（ソレノイド推力）が大きくなるのに伴ってバルブ通路２の流量Ｑは段階的に増加率を高められる。
【００９６】
以下、本実施形態の要旨と作用、効果を説明する。
【００９７】
本実施の形態では、ソレノイド推力に応じてバルブ通路２の流入側から流出側へと流れる作動流体の流量を調節するソレノイドバルブ１であって、バルブ通路２に介装されるメインシート３１と、このメインシート３１に対して変位することによってメインシート３１の開口面積を変えるポペット４０と、このポペット４０を閉弁方向に付勢するサブパイロット圧力が生じるサブパイロット室４１と、このサブパイロット室４１をメインシート３１より流入側のバルブ通路２に連通する流入側サブパイロット通路４２、４３と、この流入側サブパイロット通路４２、４３に介装されるサブオリフィス４４、４５と、サブパイロット室４１をメインシート３１より流出側のバルブ通路２に連通する流出側サブパイロット通路４６、４７と、この流出側サブパイロット通路４６、４７に介装されるサブシート５１と、ソレノイド推力に応じてサブシート５１に対して変位することによってサブシート５１の開口面積を変えるピンポペット６０と、を備え、サブシート５１が円錐面状に形成されるとともに、サブシート５１に着座するピンポペット６０のピンシート６２がサブシート５１と略同一頂角を有する円錐面状に形成され、ピンポペット６０の開弁時にサブシート５１とピンシート６２の間に作動流体の流れを絞る絞り間隙６３が画成され、ピンポペット６０がソレノイド推力によって開弁方向に駆動される構成とした。
【００９８】
上記構成に基づき、ソレノイド推力に応じて移動するピンポペット６０がサブパイロット圧力を調節し、サブパイロット圧力に応じて移動するポペット４０がメインシート３１の開口面積を変えることによって、メインシート３１（メインパイロット通路１００、１１０）を通過する作動流体の流量が調節される。
【００９９】
絞り間隙６３は、互いに略平行に対峙するサブシート５１とピンシート６２の間に円筒状の流路として画成される。絞り間隙６３を流れる作動流体は、ピンシート６２に沿って流れることにより、その粘性抵抗によってピンポペット６０を閉弁方向に付勢する。この粘性抵抗による閉弁方向の付勢力とピンポペット６０に働く流体力がピンポペット６０を開弁方向に駆動するソレノイド推力と釣り合い、ピンポペット６０をソレノイド推力に応じて漸次変位させることが可能となり、ピンポペット６０により少流量を精度よく調節することと、ポペット４０を介して大流量を応答性よく調節することが両立される。
【０１００】
なお、前記実施形態は、メイン通路１０における作動流体の一方向の流れと逆方向の流れに対して開弁作動する両方向開閉タイプのソレノイドバルブ１であるが、これに限らず、２系統の通路構成と、これを切換えるチェック弁３４〜３７等とを廃止した、一方向開閉タイプのソレノイドバルブに本発明を適用してもよい。
【０１０１】
また、前記実施形態は、メインポペット２０、ポペット４０、ピンポペット６０を介して流量を３段階に調節するソレノイドバルブ１であるが、これに限らず、メインポペット２０を廃止し、ポペット４０、ピンポペット６０を介して流量を２段階に調節するソレノイドバルブに本発明を適用してもよい。
【０１０２】
本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【符号の説明】
【０１０３】
１ ソレノイドバルブ
２ バルブ通路
７ サブリターンスプリング
８ メインリターンスプリング
９ バルブハウジング
１０ メイン通路
１１ バルブシート
２０ メインポペット
３０ サブパイロット通路
３１ メインシート
４０ ポペット
４１ サブパイロット室
４２、４３ 流入側サブパイロット通路
４４ サブオリフィス
４６、４７ 流出側サブパイロット通路
５１ サブシート
６０ ピンポペット
６２ ピンシート
６３ 絞り間隙
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソレノイド推力に応じてバルブ通路の流入側から流出側へと流れる作動流体の流量を調節するソレノイドバルブであって、
前記バルブ通路に介装されるメインシートと、
前記メインシートに対して変位することによって前記メインシートの開口面積を変えるポペットと、
前記ポペットを閉弁方向に付勢するサブパイロット圧力が生じるサブパイロット室と、
前記サブパイロット室を前記メインシートより流入側の前記バルブ通路に連通する流入側サブパイロット通路と、
前記流入側サブパイロット通路に介装されるサブオリフィスと、
前記サブパイロット室を前記メインシートより流出側の前記バルブ通路に連通する流出側サブパイロット通路と、
前記流出側サブパイロット通路に介装されるサブシートと、
ソレノイド推力に応じて前記サブシートに対して変位することによって前記サブシートの開口面積を変えるピンポペットと、を備え、
前記サブシートが円錐面状に形成されるとともに、
前記サブシートに着座する前記ピンポペットのピンシートが前記サブシートと略同一頂角を有する円錐面状に形成され、
前記ピンポペットの開弁時に前記サブシートと前記ピンシートの間に作動流体の流れを絞る絞り間隙が画成され、
前記ピンポペットがソレノイド推力によって開弁方向に駆動されることを特徴とするソレノイドバルブ。
【請求項１】
ソレノイド推力に応じてバルブ通路の流入側から流出側へと流れる作動流体の流量を調節するソレノイドバルブであって、
前記バルブ通路に介装されるメインシートと、
前記メインシートに対して変位することによって前記メインシートの開口面積を変えるポペットと、
前記ポペットを閉弁方向に付勢するサブパイロット圧力が生じるサブパイロット室と、
前記サブパイロット室を前記メインシートより流入側の前記バルブ通路に連通する流入側サブパイロット通路と、
前記流入側サブパイロット通路に介装されるサブオリフィスと、
前記サブパイロット室を前記メインシートより流出側の前記バルブ通路に連通する流出側サブパイロット通路と、
前記流出側サブパイロット通路に介装されるサブシートと、
ソレノイド推力に応じて前記サブシートに対して変位することによって前記サブシートの開口面積を変えるピンポペットと、を備え、
前記サブシートが円錐面状に形成されるとともに、
前記サブシートに着座する前記ピンポペットのピンシートが前記サブシートと略同一頂角を有する円錐面状に形成され、
前記ピンポペットの開弁時に前記サブシートと前記ピンシートの間に作動流体の流れを絞る絞り間隙が画成され、
前記ピンポペットがソレノイド推力によって開弁方向に駆動されることを特徴とするソレノイドバルブ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２１５１８６（Ｐ２０１２−２１５１８６Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７９２０２（Ｐ２０１１−７９２０２）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（００００００９２９）カヤバ工業株式会社 (2,151)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（００００００９２９）カヤバ工業株式会社 (2,151)
【Ｆターム（参考）】
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