JPH09152048A - 切換弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ポペット型の切換弁を、構造を簡略化し安価
に製造可能とする。 【解決手段】 Ｂポート４１とＡポート４０との間を開
閉するポペット部３３が形成されるスプール３１には、
基端側に反力室４３が形成される。反力室４３は連通孔
４４を介してＡポート側の油室３７に連通し、Ａポート
の圧力が反力室４３内に導かれる。反力室４３に一端が
臨む反力ピストン５０は、他端がケーシング３０の内壁
面に当接する。このため反力室４３内では、反力ピスト
ン５０の軸線方向に垂直な断面積に相当する部分へ圧力
によって作用する力が、スプール３２をソレノイド３９
側に押圧するように作用する。この力は、ポペット部３
３がボディ３１に形成されるシート部３４と密着してブ
ロックしている際に、ポペット部３３の外周側に作用す
る力と釣り合って、スプール３２の摺動変位に必要な駆
動力を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、油圧回路に介装さ
れて、ソレノイドやパイロット圧などによって駆動され
るポペット型の切換弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、油圧回路の切換弁としては、
一般的にはスプール切換型のものが広く用いられている
けれども、作動油の漏れを嫌う場合はポペット型の切換
弁が用いられる。ポペット型の切換弁を用いれば、ポー
ト間をほぼ確実に遮断することができるけれども、ポペ
ットのシート部より外周部分が高圧条件である場合、ポ
ペットの切換えまたは復帰の際に圧力差に打勝つ大きな
駆動力を発生する必要がある。

【０００３】図４は、ポペット型の切換弁についての先
行技術として、特開平６−１８５６３８の図２に開示さ
れている構造を示す。ボディ１内には軸線方向に摺動変
位可能なスプール２が収納され、径が大きくなっている
ポペット部３が形成されている。ボディ１内には、径が
小さくなるバルブシート４，５がそれぞれスプール２の
作動油通路６，７に臨む位置に配置されている。ボディ
１の一端側には、プランジャ８がスプール２の一端に当
接するソレノイド９が取付けられる。ボディ１の側面に
は、複数のポート１０，１１，１２が設けられ、各ポー
ト１０，１１，１２に対応してボディ１内には油室Ａ，
Ｂ，Ｃが形成されている。油室ＡとＢとの間を作動油通
路６が連通可能であり、油室ＢとＣとの間を作動油通路
７が連通可能である。作動油通路６に臨むポペット部３
と同様に、作動油通路７に臨んでポペット部１３が設け
られている。スプール２の抜止めのため、ストッパ１４
が設けられ、ストッパ１４はばね１５の一端によって押
圧される。ばね１５の他端側には、バルブシート５を介
在させて、シールケース１６がボディ１の端面側から装
着されている。ボディ１のもう一端側の端面側からは、
シールケース１７が装着されている。シールケース１
６，１７内には、シール１８，１９によって摺動変位可
能に封止される突出部２０，２１が、スプール２の両端
側で軸線方向に延びるように突出している。突出部２
０，２１の外径は、シート部４，５の内径とほぼ等しく
なるように形成されている。このように、軸線方向の両
側で同様な突出部２０，２１を設けているので、スプー
ル２に作用する切換圧力は、軸線方向の両側でキャンセ
ルされ、スプール２の摺動変位に要する駆動力を抑制す
ることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図４に示すような先行
技術の構造では、スプール２の軸線方向の中央部は、ポ
ペット部３，１３によって、突出部２０，２１よりも外
径が大きくなっている。このため、ボディ１には、軸線
方向の両側からシールケース１６，１７を装着する必要
がある。しかも、シール１８，１９を保持するため、油
室Ｂ，Ｃの周囲は別体で形成する必要がある。すなわ
ち、ボディ１の両側からシールケース１６，１７を装入
するという複雑な入れ子構造を用いて、ポペット外周部
に作用する圧力をキャンセルする必要がある。このよう
な複雑な構造であると、切換弁の構成部品が多くなり、
組立てに要する時間や部品コストが上昇する。また小形
化が困難となり、切換弁の設置場所等に制約が生じやす
くなる。

【０００５】ポペットの切換えに要する駆動力を抑制す
るためには、切換圧力を駆動部分にも導いて切換圧力の
増大による駆動圧力の増大分をキャンセルさせる構造も
考えられる。しかしながら、駆動部分に設けるソレノイ
ド等に耐圧性を有する大きなものが必要となるので、切
換弁の小形化や低コスト化を達成することはできない。

【０００６】本発明の目的は、簡単な構造で駆動力を抑
制することができ、安価に製造することができるポペッ
ト型の切換弁を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、軸線に沿って
複数のポートが配置されるバルブ本体内で、隣接するポ
ート間に形成される環状のシート部と、バルブ本体内に
挿通され、軸線方向に摺動変位可能なスプールに形成さ
れるポペット部との間の開閉によって、隣接するポート
間を連通状態または遮断状態に切換える切換弁におい
て、ポペット部よりも軸線方向端部寄りのスプール内
に、ポートに連通する反力室が形成されており、反力室
とスプールの端面との間に形成される挿通路に収納さ
れ、一端が反力室に臨み、他端がバルブ本体の内壁に当
接する反力ピストンを備え、ポペット部のシート部より
も外周側についての軸線方向に垂直な断面積と、反力ピ
ストンの軸線方向に垂直な断面積とが等しくなるように
設定されていることを特徴とする切換弁である。本発明
に従えば、ポペット部とシート部とが密着してポート間
を遮断している状態で、ポートの圧力はシート部よりも
外周側のポペット部に加わる。ポペット部よりも軸線方
向端部寄りのスプール内には、ポートに連通する反力室
が形成されているので、ポートの圧力は反力室内にも伝
わる。反力室のスプール端面側には、一端が反力室に臨
み、他端がバルブ本体の内壁に当接する反力ピストンが
挿通されているので、反力室に働く圧力のうち、反力ピ
ストンに作用する圧力を除く圧力が反力室内に作用す
る。反力ピストンの軸線方向に垂直な断面積は、ポペッ
ト部のシート部よりも外周側についての軸線方向に垂直
な断面積と等しくなるように設定されているので、反力
室内にはポペット部の外周側に作用する力と反対方向の
力が作用し、相互に打消し合うのでポペット外周部に作
用する圧力の作用力が含まれず、スプールを駆動するの
に必要な力が抑制される。また、ポペット部とシート部
が開離した開弁状態でポート間に油が導通している状態
から、閉弁させようとする時も同様にポペットの外周部
に作用する圧力の作用力は影響しない。

【０００８】また本発明は、前記スプールの端部での軸
線方向に垂直なスプールの断面積と、軸線方向に垂直な
シート部の断面積とが等しくなるように設定されている
ことを特徴とする。本発明に従えば、スプールの端部に
は、タンク圧が作用する。スプールの端部の軸線方向に
垂直な断面積は、シート部の軸線方向に垂直な断面積と
等しくなるように設定されているので、スプールの両端
からタンク圧によって作用する力を抑制することができ
る。

【０００９】また本発明は、前記ポートは２つ設けられ
ることを特徴とする。本発明に従えば、切換弁には２つ
のポートが設けられ、２ポート２位置切換弁として動作
する。ポート間にシート部とポペット部とを１つずつ形
成すればよいので、簡単な構造で切換弁を実現すること
ができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態に
よるソレノイド駆動型の２ポート２位置切換弁の構成を
示す。ケーシング３０内に収納されるボディ３１は、ボ
ディ本体を構成し、その内部には、スプール３２が軸線
方向に摺動変位可能に収納されている。スプール３２に
は、ポペット部３３が形成され、ボディ３１側のシート
部３４に密着可能である。ポペット部３３およびシート
部３４は、ボディ３１内に形成される油室３５からスプ
ール３２に形成される作動油通路３６を介して他の油室
３７に至る経路を連通または遮断する切換えを行う。図
１の右方であるボディ３１の先端側には、プランジャ３
８を有するソレノイド３９が装着され、プランジャ３８
の先端はスプール３２の軸線方向の先端に当接する。ボ
ディ３１には、軸線方向に沿ってポート４０，４１，４
２が形成される。軸線方向で中寄りのポート４１は、た
とえば１次側に接続される。図１の左方である軸線方向
の基端寄りのポート４０は、２次側に接続される。軸線
方向先端寄りのポート４２は、タンクに接続される。ポ
ペット部３３およびシート部３４は、ポート４０とポー
ト４１との間を開閉する。

【００１１】スプール３２の基端側には、反力室４３が
形成される。反力室４３は、連通孔４４を介して油室３
７からポート４０に連通する。スプール３２の先端側に
は、ばね４５が挿通される。ばね４５の基端側は、ボデ
ィ３１によって支えられる。ばね４５の軸線方向先端側
は、ばね受４７および止め輪４８を介してスプール３２
を軸線方向の先端側に付勢する。スプール３２の作動油
通路３６よりも先端側の中寄りの部分には、Ｏリング４
９によるシール部が形成されている。

【００１２】スプール３２の軸線方向基端側に形成され
る反力室４３に先端が臨む反力ピストン５０が、反力室
４３とスプール３２の基端との間に形成される挿通孔５
１に挿通される。反力ピストン５０の基端側は、ケーシ
ング３０の内壁面に当接する。スプール３２の基端側
で、ケーシング３０はポート４２と連通路５２を介して
連通している。ポート４２はタンクに接続され、一般的
には低い圧力となる。

【００１３】スプール３２の外径は、Ｏリング４９が挿
通されている部分でシート部３４の内径と等しいｄ１で
あり、反力ピストン５０の外径がｄ２であり、ポペット
部３３の最大径がｄ３である。

【００１４】図２は、図１のソレノイド駆動型２ポート
２位置切換弁５３を用いる油圧装置の簡略化した系統を
示す。Ａポートには、たとえば油圧ポンプ５４から突出
される作動油を供給する。Ｂポートには、シリンダ５５
を接続する。Ｂポートは、図１のポペット部３３をシー
ト部３４に密着させた状態では油漏れがきわめて少ない
状態となるので、シリンダ５５に荷重がかかっていて
も、作動油通路３６を介して漏れるリークはきわめて少
なくすることができ、シリンダ５５の変位状態を安定に
継続することができる。

【００１５】ソレノイド３９を励磁すると、スプール３
２は右方向、すなわち図１の左方向に摺動変位し、Ｂポ
ート４１とＡポート４０との間がブロック状態からオー
プン状態に変化する。ソレノイド３９への励磁を停止す
ると、ばね４５の押圧力によってスプール３２は図１の
右側に摺動変位して、ポペット部３３によってシート部
３４をブロックする。Ｂポート４１とＡポート４０との
間をオープンする方向に切換えるときには、通常の条件
ではＡポート４０側に圧力が立ち、ポペット部３のシー
ト部３４よりも外周側には圧力に応じた力が作用する。

【００１６】図３は、ポペット部３３および反力室４３
に関連してスプール３２に作用する力を示す。Ａポート
における圧力をＰ_Aとすると、ポペット部３３の外周側
に作用する力Ｆ_Aは、次の第１式のようにして算出され
る。

【００１７】

【数１】

【００１８】反力ピストン５０の先端面には、次の第２
式によって表される力Ｆ_Pが作用する。

【００１９】

【数２】

【００２０】反力室４３内では、作動油の圧力Ｐ_Aがす
べての方向にわたって均一に作用するけれども、反力ピ
ストン５０の先端に作用する力はケーシング３０の内壁
面からの反力と釣り合い、スプール３２には作用しな
い。このためＦ_P分の力は、反力室４３内でスプール３
２を軸線方向の先端側に押圧するだけに作用し、他の方
向の力は反力室４３内で相互に打消し合う。したがって
次の第３式に示す条件が成立すれば、スプール３２を軸
線方向に駆動するために必要な駆動力を抑制し、ばね４
５などのばね力を低減することができる。ばね４５のば
ね力が小さくてもよい場合は、ばね４５として小形のも
のを使用し、ばね４５の収納されるばね受４７やシール
ケース４６を小形化し、ボディ３１も小形にできる。さ
らにばね４５の力が小さくてもよいということは、ばね
力に打勝ってスプールを動かす機能を有するソレノイド
３９の磁気力を小さくできるので、ソレノイド３９を小
型にできる。これらのことによって製造原価を低減する
ことができる。

【００２１】 ｄ₃ ² − ｄ₁ ² ＝ ｄ₂ ² …（３） 第３式の条件が成立すれば、ポートＡの圧力によるスプ
ール３２の摺動変位に対する駆動力を抑制することがで
きる。

【００２２】図１のＴポートは、タンクに接続されるけ
れども、場合によってはかなりの圧力が発生する場合も
ある。このようにタンク通路に圧力が立っても、スプー
ル３２の摺動変位の駆動力を抑制することができる条件
として、図１の右側ではタンクの圧力を受ける面積が最
終的にシート部３２の内径に相当するので、次の第４式
が成立つ。

【００２３】

【数３】

【００２４】ここでＰ_Tはタンク通路の圧力を示す。第
４式から、次の第５式が得られる。

【００２５】 ｄ₃ ² − ｄ₂ ² ＝ ｄ₁ ² …（５） 第５式と第３式とは、ｄ₁とｄ₂とを入れ換えた関係にあ
る。すなわち第３式と第５式とは同一の関係を表し、ス
プール３２の両端側にタンク圧Ｐ_Tを作用させれば、Ａ
ポートについての圧力を相殺する条件を満たす限り、タ
ンク圧を相殺する条件も自動的に満たされることが判
る。

【００２６】図１に示す実施形態では、スプール３２を
ソレノイド３９によって駆動しているけれども、パイロ
ット圧力で駆動するようにすることもできる。また、図
１の実施形態では、２ポート２位置切換弁について説明
しているけれども、スプールの軸線方向両端側で切換え
を行うように、切換えに関連するポートを３以上形成す
ることもできる。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ポペット
部よりも軸線方向端部寄りのスプール内に反力室を形成
し、反力室に一端が臨む反力ピストンの他端をバルブ本
体の内壁面に当接させるので、反力室内ではポペット部
に作用する圧力と反対方向の圧力がスプールの軸線方向
に作用する。シート部よりも外周側のポペット部の軸線
方向に垂直な断面積と、反力ピストンの軸線方向に垂直
な断面積とを等しく設定するので、ポペット部と反力室
とに作用する力は、大きさが等しく方向が逆方向となる
ので、相互に打消し合う。このため、ポペット部に作用
する力はスプールを摺動変位させる際に駆動力を増大さ
せる要因とはならず、簡単な構造で駆動力の増大を抑制
することができる。

【００２８】また本発明によれば、スプールの軸線方向
両端におけるタンク圧などの相殺を図ることができるの
で、スプールの摺動変位に要する駆動力を抑制すること
ができる。

【００２９】また本発明によれば、ポペットシート部を
有する２ポート２位置切換弁を、簡単な構造で安価に製
造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態の概略的な構成を示す断
面図である。

【図２】図１の実施形態による２ポート２位置切換弁を
用いる油圧系統図である。

【図３】図１の切換弁において、ポペット部３３および
反力室４３に関連する面積関係を示す断面図である。

【図４】先行技術による切換弁の構造を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

３０ ケーシング ３１ ボディ ３２ スプール ３３ ポペット部 ３４ シート部 ３５，３７ 油室 ３６ 作動油通路 ３９ ソレノイド ４０，４１，４２ ポート ４３ 反力室 ４４ 連通孔 ４５ ばね ４９ Ｏリング ５０ 反力ピストン ５２ 連通路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸線に沿って複数のポートが配置される
   バルブ本体内で、隣接するポート間に形成される環状の
   シート部と、バルブ本体内に挿通され、軸線方向に摺動
   変位可能なスプールに形成されるポペット部との間の開
   閉によって、隣接するポート間を連通状態または遮断状
   態に切換える切換弁において、 ポペット部よりも軸線方向端部寄りのスプール内に、ポ
   ートに連通する反力室が形成されており、 反力室とスプールの端面との間に形成される挿通路に収
   納され、一端が反力室に臨み、他端がバルブ本体の内壁
   に当接する反力ピストンを備え、 ポペット部のシート部よりも外周側についての軸線方向
   に垂直な断面積と、反力ピストンの軸線方向に垂直な断
   面積とが等しくなるように設定されていることを特徴と
   する切換弁。
2. 【請求項２】 前記スプールの端部での軸線方向に垂直
   なスプールの断面積と、軸線方向に垂直なシート部の断
   面積とが等しくなるように設定されていることを特徴と
   する請求項１記載の切換弁。
3. 【請求項３】 前記ポートは２つ設けられることを特徴
   とする請求項１または２記載の切換弁。