JP2004251294A - 比例電磁式リリーフ弁 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】比例ソレノイドからの入力の増加に伴ってリリーフ設定圧力を連続して最低から最高圧力に制御していく比例電磁式リリーフ弁において、バルブケースK内に入口ポート1と戻りポート2と、入口ポート1に並列に接続する第1の流路Aと第2の流路Bと、第1、第2の流路A,Bに接続する中間の第3の流路Cと、第3の流路Cと戻りポート2との間に並列に設けた第4、第5、第6の流路D,E,Fとを形成し、上記第1流路Aと第4の流路Dにそれぞれ第1オリフィス3Aと第2オリフィス3Bを設け、上記第5の流路E中に第1の弁体4を設け、第2の流路Bと第6の流路F中に切換弁5をもうけ、一方に第2のスプリングS2、他方に比例ソレノイドSOLを設けた。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、比例ソレノイドからの入力に基いてリリーフ設定圧力を最高圧力と最低圧力の間で可変制御することができる、例えば、鉄道車両の振動制御用ダンパ又は自動車の姿勢制御用ダンパ等への使用に好適な比例電磁式リリーフ弁に関する。
【0002】
【従来の技術】
比例ソレノイドのオフ時におけるリリーフ設定圧力を、最高圧力よりも低く且つソレノイドから最大入力で決まる最低圧力よりも高い任意の中間圧力に設定することで、鉄道車両の振動制御用ダンパ等の制御力を必要最小限に確保することができる比例電磁式リリーフとして例えば特開2001‐74154号公報(特許文献1)に開示されたものが開発されている。
【0003】
この比例電磁式リリーフ弁は、ソレノイド力の増加とともに最高制御圧力から最低制御圧力に制御する方式のもので、最高制御圧力を発生させるためにソレノイドに対向して大きなイニシャル荷重のスプリングを設けている。
【0004】
即ち、このリリーフ弁は、入口ポートと戻りポートとの間に第1,第2,第3の三つの流路を並列に設け、第1の流路中にオリフィスを設け、第2の流路中にはリリーフ圧力設定用の第1のスプリングで閉じ方向に付勢された第1の弁体と、当該第2の流路を開閉制御する切換弁とを直列に設け、第3の流路中にはリリーフ圧力設定用の第2のスプリングで閉じ方向に付勢された第2の弁体を設けている。
【0005】
更に、上記切換弁と第2の弁体とは同軸上に直列に設けられると共に切換弁の一端にはこの切換弁を開き方向に付勢する第3のスプリングを設け、同じく切換弁の端部には上記第2のスプリングと第3のスプリングに抗して第2の弁体を開き方向に付勢する比例ソレノイドを設けたものである。
【0006】
上記した比例電磁式リリーフ弁では、ソレノイドの消磁時には第1の弁体が第1のスプリングに抗して開いて流量に比例した中間のリリーフ圧力特性が得られる。
【0007】
ソレノイドを励磁して第3のスプリングに抗して切換弁を閉じると、第2の弁体が第2のスプリングに抗して開いて最大のリリーフ圧力特性が得られ、更にソレノイドの印加電流を増加して第2、第3のスプリングに抗して切換弁を押圧しながら第2の弁体をより大きく開くと最低のリリーフ圧力特性が得られるようになっている。
【0008】
【特許文献1】
特開2001−74154号公報(図1、図2参照)
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上記のリリーフ弁では、バルブの構成上、ソレノイド消磁時においては第1の弁体のクラッキング圧に対して第2の弁体が影響を及ぼさないように第2のスプリングのイニシャル荷重を大きくしてクラッキング圧を高くしなければならないため、最高制御圧力からソレノイド力によりクラッキング圧を下げ最低圧力まで制御する構成となっている。
【0010】
このため、機能上欠陥があるわけではないが、次のような不具合の改善が望まれている。
【0011】
第1に、リリーフ制御圧力を下げる場合には第2、第3のスプリング、いいかえればイニシャル荷重が大きいスプリングに抗して比例ソレノイドの発生力を増加しながら第2の弁体を開く方法を採用しているため、リリーフ制御力を低く保持するためには第2、第3のスプリングに抗する大きなソレノイド力、即ち、印加電流を増加させる必要がある。
【0012】
特に、低いリリーフ制御圧力の使用頻度が多い場合、例えば実際の鉄道車両の制御では走行条件により制御力を低くしている割合が多い場合には、ソレノイドの消費電力が多くなり経済性において不利であるばかりでなく、ソレノイドの発熱によるコイル抵抗値増大により性能が低下する不具合がある。
【0013】
第2に、第2の弁体と切換弁とを同軸上に二つ設け、第2の弁体の端部には閉じ方向に付勢する第2のスプリングを設け、切換弁の端部にはこれを開く方向に付勢する第3のスプリングを設けているため部品点数が多く、構造が複雑で、加工性、組付性、経済性に劣るものである。
【0014】
そこで、本発明の目的は、ソレノイドの消費電力を少なく出来、部品点数が少なく、構造がコンパクトで加工性、組付性、経済性にすぐれた比例電磁式リリーフ弁を提供することである。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するため、本発明の手段は、比例ソレノイドからの入力の増加に伴ってリリーフ設定圧力を連続して最低制御圧力から最高制御圧力に制御していく比例電磁式リリーフ弁において、バルブケース内に入口ポートと戻りポートと、入口ポートに並列に接続する第1の流路と第2の流路と、第1,第2の流路に接続する中間の第3の流路と、第3の流路と戻りポートとの間に並列に設けた第4、第5、第6の流路とを形成し、上記第1流路と第4の流路にそれぞれ第1オリフィスと第2オリフィスを設け、上記第5の流路中にリリーフ圧力設定用の第1のスプリングで同じ方向に付勢された第1の弁体を設け、第2の流路と第の流路中に当該第2、第6の流路を開閉制御する切換弁を設け、切換弁の一側には当該切換弁を第6の流路を閉じ方向に付勢する第2のスプリングを設け更に上記切換弁の他側には第2のスプリングに抗して当該切換弁を第2の流路を閉じる方向に付勢する比例ソレノイドを設けたことを特徴とするものである。
【0016】
この場合、第2の流路と第6の流路を弁孔で構成させ、切換弁を上記弁孔内に移動自在に挿入した一本のスプールと、スプールの中間に設けられてそれぞれ弁孔を開閉する一対の弁体とで構成されているのが好ましい。
【0017】
そして、一対の弁体が互いに反対方向に向いてポペット型に形成されていても良く、あるいは弁体が弁孔内に侵入可能なランドで構成されていても良い。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図にもとづいて説明するが、本発明の比例電磁式リリーフ弁は、比例ソレノイドからの入力の増加に伴ってリリーフ設定圧力を連続して最低制御圧力から最高制御圧力に制御していくものである。
【0019】
このリリーフ弁Vは、図1、図2に示すように、バルブケースK内に入口ポート1と戻りポート2と、入口ポート1に並列に接続する第1の流路Aと第2の流路Bと、第1,第2の流路A,Bに接続する中間の第3の流路Cと、第3の流路Cと戻りポート2との間に並列に設けた第4、第5、第6の流路D,E,Fとを形成し、上記第1流路Aと第4の流路Dにそれぞれ第1オリフィス3Aと第2オリフィス3Bを設け、上記第5の流路E中にリリーフ圧力設定用の第1のスプリングS1で閉じ方向に付勢された第1の弁体4を設け第2の流路Bと第6の流路F中に当該第2、第6の流路B,Fを開閉制御する切換弁5をもうけ、切換弁5の一側には当該切換弁5を第6の流路Fを閉じ方向に付勢する第2のスプリングS2を設け、更に上記切換弁の他側には第2のスプリングS2に抗して当該切換弁5を第2の流路Bを閉じる方向に付勢する比例ソレノイドSOLを設けたことを特徴とするものである。
【0020】
更に詳しく説明すると、バルブケースK内に弁座体7を設け、この弁座体7に並列に設けている第1の流路Aと第4の流路Dとが中間の通路Cに開口する直列な通孔8,9で構成されている。
【0021】
更に第2の流路Bと第6の流路Fを弁座体7に形成した弁孔15,16で構成させ、切換弁5を上記弁孔15,16内に移動自在に挿入した一本の中空なスプール6と、スプール6の中間に設けられてそれぞれ通孔15,16を開閉する一対の弁体6a,6bとで構成されている。
【0022】
この弁体6a,6bは、図1に示すように、一体に形成されると共に互いに反対方向に向いてポペット型に形成されているが、図7の他の実施形態に示すように、弁体6a,6bが弁孔15,16内に進入可能なランドで構成されるとしても良い。
【0023】
図1の実施の形態における弁孔は、図4に示すように、内径(φD2とφD3)が等しい弁孔15,16と、これより内径(φD1とφD4)が小径の弁孔を有し(φD2=φD3)(φD1=φD4)、小径な弁孔15a,16a内には弁体6a、6bの外径より小径のガイド6m,6nが挿入されている。他方図7の弁孔15,16の内径(φD5とφD7)は等しく、弁体6a,6bの外径(φD6)はこれより大きく成形されている(D5=D7<D6)。
【0024】
図1、図7の切換弁5は、構造が若干異なるだけで作用、効果は全て同一であるので、以後図1の実施の形態を中心に以下更に詳しく説明する。
【0025】
バルブケースK内に弁座体7が螺合されているが、このバルブケースKと弁座体7は入口ポート1と戻りポート2とを並列に形成させながら一体に成形しても良い。
【0026】
弁座体7には中間の第3の流路Cが形成され、この弁座体7には第2の流路Bたる弁孔15と第6の流路Fたる弁孔16が形成され、これらの弁孔15,16がそれぞれ第3の流路Cを入口ポート1と戻りポート2に連通させている。
【0027】
同じく、弁座体7には第1の流路Aたる通孔8と第4の流路Dたる通孔9を形成し、これらの各通孔8、9内に第1のオリフィス3Aと第2のオリフィス3Bを設け、各オリフィス3A,3Bを介して中間の流路Cが入口ポート1と戻りポート2に連通している。
【0028】
弁孔15,16内には切換弁5を構成する中空なスプール6が摺動自在に挿入され、このスプール6内には油を排出する通路9が形成され、この通路9は、スプール6両側の油室10,11と戻りポート2とに連通し、各油室10,11内に漏れた油をリザーバに戻すようにしている。
【0029】
スプール6の一側には第2のスプリングS2が設けられ、他側には可動鉄心12とこの可動鉄心を付勢する比例ソレノイドSOLが設けられている。
【0030】
室10内には調整ねじ13が螺合されて第2のスプリングS2が支持し、そのストローク量に応じて第2のスプリングS2のばね荷重を調整し、リリーフ圧力を調整するようになっている。
【0031】
更にバルブケースKには第5の流路Eを構成する通孔17,18と弁孔19が形成され、通孔17が中間の第3の流路Cと通孔18に開口し、弁孔19は通孔18と戻りポート2に連通している。
【0032】
通孔18と弁孔19との間には隔壁21に形成されたポート22が設けられ、このポート22内に開閉自在にポペット型弁頭を備えた第1の弁体4が挿入されている。
【0033】
第1の弁体4の背部に設けた第1のスプリングS1は弁孔19内に螺合された調整ねじ20のストロークによって第1のスプリングS1のばね荷重を調整するし、ばね荷重に応じたリリーフ圧力が設定されるようになっている。
【0034】
ソレノイドオフ時(パッシブ時)には図3に示すような油の流れとなり、入口ポート1より流入した油の一部は第2の流路Bから中間の第3の流路Cに流出し、一部は第1のオリフィス3Aを介して第3の流路Cに流出し、中間の第3の流路Cの油は第2のオリフィス3Bを介して戻りポート2に流出し、更に第5の流路Eを迂回する油は第1の弁体4を押し開いて戻りポート2に流出する。この時弁体6aが第2のスプリングS2で押されて第2の流路Bを全開しているので大きな圧力損失は生じない。よって流量―圧力特性(圧力差)は第2のオリフィス3Bと第1の弁体4により決定される。
【0035】
次に、所定の電流をソレノイドSOLに印加して励磁すると第5図、第6図の半開又は全閉状態で示すように、電流量に応じて可動鉄心12が押圧され、第2のスプリングS2に抗してスプール6を図において左行させ、弁体6aが第2の流路Bを電流量に応じて半開させ又は全閉させる。
【0036】
この際、ソレノイドSOLは、イニシャル荷重が小さい第2のスプリングS2のみに抗して切換弁5たるスプール6を移動させるから、従来のように最高制御圧力を発生させるためにイニシャル荷重の大きいスプリングに抗してスプールを移動させるのに比べて印加電流は少なくて良く、特に第2のスプリングS2のばね荷重を調整ねじ13のストローク調整で小さくしておけば、弁体6aによる第2の流路Bを閉じるためのソレノイド力は非常に小さくて良く消費電力を節約できる。
【0037】
そして、図5に示すように、入口ポート1より流入した油は弁体6aが半開している時はこの弁体6aの外周から一部流出すると共に主として第1のオリフィス3Aから中間の第3の流路Cに流出し、弁体6aが第2の流量Bを全閉している時は第1のオリフィス3Aを介して第3の流路Cに流出する。
【0038】
更に、中間の第3の流路C内の油は他方の弁体6bが流路Fを開いているので、第6の流路Fと第2のオリフィス3Bとを介して戻りポート2に流出する。
【0039】
よって、流量―圧力特性(圧力差)は第1のオリフィス3Aと弁体6aの開口量により決定される。切換弁5における上記弁体6aのクラッキング圧力は第2のスプリングS2のばね荷重と、ソレノイドSOLに印加する電流量によるソレノイド力、弁体6aの受圧部で決定される。
【0040】
上記作動中では、第6の流路Fでは弁体6bによる開口面積が大きいため大きな圧力損失は生じない。
【0041】
上記したように、ソレノイドSOLの消磁時には切換弁5における弁体6bが第6の流路Fを閉じているので油は第2のオリフィス3Bと第1の弁体4を介して流れ、第2のオリフィス3Bと第1のスプリングS1のばね荷重によりリリーフ圧力の制御が可能となる。
【0042】
他方、ソレノイドSOLを励磁した時印加電流に応じてスプール6が移動して切換弁5における一方の弁体6aが第2の流路Bを閉じ、他方の弁体6bが第6の流路Fを開き、ソレノイド推力が弁体6aを開く油圧反力に抗する方向に働くのでその分リリーフ圧力は増加する。
【0043】
従って、比例ソレノイドを用いることにより一定のストローク間でソレノイドSOLに通電する電流に対してほぼ比例した推力が得られるため、ソレノイドSOLに印加する電流を変化させることによりリリーフ圧力の制御が可能となる。
【0044】
上記の作動は、図7の他の実施形態も同じであるので詳細は省略する。
【0045】
図2は、本発明の比例電磁式リリーフ弁Vを鉄道車両の横揺れ制振用ダンパ、即ちセミアクティブ制御用ダンパに適用した一実施の形態を示す。
【0046】
この場合、リリーフ弁Vは、図1に示す各部材に対応する同一の符号を付すことで、詳細は省略する。
【0047】
上記セミアクティブ制御用ダンパDは、図2に示すように、シリンダ106とリザーバ107および減衰力制御回路108とからなっている。
【0048】
シリンダ106は、シリンダ106の内部を摺動自在のピストン110でヘッド側室111とロッド側室112とに区画し、且つ、ピストン110からは外部に向かってピストンロッド113が延びている。
【0049】
セミアクティブ制御用ダンパDは、それぞれオフの位置においてチェックバルブ116,117をもつ位置を、また、オンの位置において導通位置を保つ圧側用
と伸側用の二つのアンロードバルブ118,119を備えている。
【0050】
圧側用のアンロードバルブ118は、ヘッド側室111とリザーバ107を連通する流路120の途中に介装されており、且つ、オフの位置でヘッド側室111からリザーバ107に向う作動流体の流れをチェックバルブ116で阻止すると共に、オンの位置でヘッド側室111を流路120と流路125でリザーバ107に連通するように配置してある。
【0051】
それに対して、伸側用のアンロードバルブ119は、圧側用のアンロードバルブ118の入口側からロッド画室112に向って延びる流路121の途中に介装され、かつ、オフの位置でシリンダ106のロッド側室112からヘッド側室111に向う作動流体の流れをチェックバルブ117で阻止すると共に、オンの位置でロッド側室112をヘッド側室111に連通するように配設されている。
【0052】
また、ヘッド側室111は、サクションバルブ122をもつ吸込流路123によってもリザーバ107に通じており、且つ、ロッド側室112がフィルタ124から減衰力制御回路108を通じてリザーバ107に通じている。
【0053】
減衰力制御回路108には、上流側のロッド側室112から下流側のリザ―バ107へと向かって、最大発生減衰力を規制する本発明の比例電磁式リリーフ弁Vを位置してある。
【0054】
これにより、ソレノイドオフ時には第6の流路Fは閉じられており、オリフィス3Aと第1の弁体4が作動し、ソレノイドオフ時の特性を通常のダンパとして作用することができる。ソレノイドオフ時には次のように作動する。
【0055】
まず、シリンダ106のピストン110が動き始めの低速度領域ではロッド側室112から減衰力回路108に押し出されてきた作動流体が、オリフィス3A,3Bを通してリザーバ107に流れその圧損により減衰力が発生する。
【0056】
さらに、ピストン速度が中・高速度領域に入り比例電磁式リリーフ弁Vのリリーフ設定圧力に達する第1の弁体4が開き作動流体をリザーバ107に流し回路圧力を一定に保ち最大減衰力が制御される。
【0057】
台車の横揺れによって車体に横方向への振れが生じてこれら台車と車体の間に相対変位が生じたとすると、当該台車と車体の振れ方向に対応してこれら台車と車体との間に介装したシリンダ106が伸縮動作する。
【0058】
シリンダ106が伸長動作すると、リザーバ107内の作動流体をサクションバルブ122から吸込流路123を通してヘッド側室111に吸い込みつつ、ロッド側室112内の作動流体を減衰力制御回路108に向いフィルタ124を通して押し出す。
【0059】
反対に、シリンダ106が圧縮動作した場合には、サクションバルブ122が閉じてヘッド側室111内の作動流体をチェックバルブ12bを介してロッド側室112に流出させるとともに流路125から伸側用のアンロードバルブ119のチェックバルブ117を開いてロッド側室112に流し、ロッド側室112からピストンロッド113の侵入体積分に相当する量の作動流体をフィルタ124を通して減衰力制御回路108に押し出す。
【0060】
そして、これら減衰力制御回路108に向って押し出されてきた作動流体は、前述した絞りオリフィス3A,3Bと第1の弁体4と制御の下でリザーバ107に流れる。
【0061】
したがって、台車と車体の間の相対横揺れ速度に対比して比例電磁式リリーフ弁Vを適切に操作することにより、減衰力制御回路108が所定の減衰力を発生して車両の横揺れを効果的に抑える.
【0062】
【発明の効果】
本発明によれば、次の効果が得られる。
【0063】
1)請求項の発明によれば、制御圧力を低くする場合、ソレノイドが第2のスプリングに対向して設けられ、この第2のスプリングを小さいイニシャル荷重に設定できるから、従来のように、最高制御圧力を発生させる為にイニシャル荷重の高いスプリングを圧縮しバネ力を低下させて制御圧力を低くする方法に比べて、切換弁を切換えるソレノイド力は小さく済み、よってソレノイドに印加される電流量も少なくて済むので消費電力の省力化が図れる。
【0064】
即ち、第2のスプリングはソレノイドの消磁時に切換弁を戻すもであって小さいイニシャル荷重で充分であり、クラッキング圧はソレノイド力のみで決まるため、低い制御力ではソレノイド電流も少なくて済む。
【0065】
2)同じく、切換弁は一本の単一のスプールで成形可能であり、スプリングも一つで良いから、部品点数が少なく、構造がコンパクトで、加工性、組付性、経済性においてすぐれている。
【0066】
3)同じく、ソレノイドの発熱が抑制されるため、材料の寿命やコイル性能が向上する、
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る比例電磁式リリーフ弁の断面図である。
【図2】本発明に係る比例電磁式リリーフ弁を組み付けたダンパの回路図である。
【図3】ソレノイド消磁時の油の流れを示す断面図である。
【図4】切換弁の正面図である。
【図5】ソレノイド励磁時の油の流れを示す断面図である。
【図6】ソレノイド励磁時の油の流れを示す断面図である。
【図7】他の実施の形態に係る比例電磁式リリーフ弁の断面図である。
【符号の説明】
1,2 ポート
3A 第1のオリフィス
3B 第2のオリフィス
4 第1の弁体
5 切換弁
6 スプール
6A 第1のスプール
6B 第2のスプール
6a,6b 弁体
15,16 弁孔
S1 第1のスプリング
S2 第2のスプリング
A,B,C 第1、第2、第3の流路
D,E,F 第4、第5、第6の流路
K ポート
Claims (4)
- 比例ソレノイドからの入力の増加に伴ってリリーフ弁設定圧力を連続して最低制御圧力から最高制御圧力に制御していく比例電磁式リリーフ弁において、バルブケースK内に入口ポート1と戻りポート2と、入口ポート1に並列に接続する第1の流路Aと第2の流路Bと、第1,第2の流路A,Bに接続する中間の第3の流路Cと、第3の流路Cと戻りポート2との間に並列に設けた第4,第5,第6の流路D,E,Fとを形成し、上記第1流路Aと第4の流路Dにそれぞれ第1オリフィス3Aと第2オリフィス3Bを設け、上記第5の流路E中にリリーフ圧力設定用の第1のスプリングS1で閉じ方向に付勢された第1の弁体4を設け、第2の流路Bと第6の流路F中に当該第2,第6の流路B,Fを開閉制御する切換弁5を設け、切換弁5の一側には当該切換弁5を第6の流路Fを閉じ方向に付勢する第2のスプリングS2を設け、更に上記切換弁の他側には第2のスプリングS2に抗して当該切換弁5を第2の流路Bを閉じる方向に付勢する比例ソレノイドSOLを設けたことを特徴とする比例電磁式リリーフ弁。
- 第2の流路Bと第6の流路Fを弁孔15,16で構成させ、切換弁5を上記弁孔15,16内に移動自在に挿入した一本のスプール6と、スプール6の中間に設けられてそれぞれ弁孔15,16を開閉する一対の弁体6a,6bとで構成されている請求項1に記載の比例電磁式リリーフ弁。
- 一対の弁体6a,6bが互いに反対方向に向いてポペット型に形成されている請求項2に記載の比例電磁式リリーフ弁。
- 弁体6a,6bが弁孔15,16内に侵入可能なランドで構成されている請求項2に記載の比例電磁式リリーフ弁。
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