(57)【要約】【課題】流量制御の精度の向上を図った弁構造を提供する。【解決手段】ソレノイド部Ｓによって往復移動するプランジャ１３と、プランジャ１３の先端側に設けられ、ゴム製のＯリング３２を有する弁体部３１と、Ｏリング３２が第１弁座面３５ａに着座することによって閉じられる第１弁孔３５ｃと、一端が弁体部３１に固定された第２スプリング３３と、第２スプリング３３の他端に固定された球３４と、球３４が第２弁座面３５ｂに着座することによって閉じられる第２弁孔３５ｄと、を備え、プランジャ１３が自身の先端側に移動している状態では、第２スプリング３３が圧縮された状態で、第１弁孔３５ｃ及び第２弁孔３５ｄが閉じられており、ソレノイド部Ｓが作動するにつれてプランジャ１３が後端方向へ移動するようにした。【選択図】図３
2014137077.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
往復動用のアクチュエータによって往復移動する往復動部材と、
前記往復動部材の先端側に設けられ、ゴム状弾性体製の部位を有する第１弁体と、
前記ゴム状弾性体製の部位が第１弁座面に着座することによって閉じられ、離間することによって開かれる第１弁孔と、
前記第１弁体より更に前記往復動部材の先端側に設けられ、一端が前記第１弁体に固定された弾性部材と、
前記弾性部材より更に前記往復動部材の先端側に設けられ、前記弾性部材の他端が固定された剛体からなる第２弁体と、
前記第２弁体が第２弁座面に着座することによって閉じられ、離間することによって開かれる第２弁孔と、
を備え、
前記往復動部材が該往復動部材の先端側に移動している状態では、前記弾性部材が圧縮された状態で、前記第１弁孔及び前記第２弁孔が閉じられており、前記アクチュエータが作動するにつれて前記往復動部材が該往復動部材の後端方向へ移動することを特徴とする弁構造。
【請求項２】
前記第１弁座面及び前記第２弁座面は、単一の弁座に形成されることを特徴とする請求項１に記載の弁構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弁構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、流量や流量に伴う流体圧力の制御を行うために、ソレノイドバルブが広く利用されている。また、ソレノイドバルブにおいては、コイルへの通電量と流量を比例させるリニアソレノイドを用いたものが知られている。図４〜図６を参照して、リニアソレノイドを用いた従来例に係るソレノイドバルブについて説明する。図４は従来例に係るソレノイドバルブにおいて、バルブ部付近における弁が閉じた状態を示す模式的断面図である。図５は従来例に係るソレノイドバルブにおいて、バルブ部付近における弁が開いた状態を示す模式的断面図である。図６は従来例に係るソレノイドバルブにおけるコイルへの通電量と流量との関係を示すグラフである。
【０００３】
この従来例に係るソレノイドバルブにおいては、コイルへの通電量に応じて往復移動するロッド１００の先端面１１０の中央から更に先端方向に突出する弁体部１２０がロッド１００に一体的に設けられている。そして、この弁体部１２０の外周にゴム製のＯリング３００が装着されている。また、弁座２００には、弁孔２１０が設けられている。
【０００４】
以上の構成により、コイルに対して通電されていない状態では、ロッド１００の弁体部１２０が弁座２００の弁孔２１０内に入り込み、Ｏリング３００が、ロッド１００の先端面１１０と弁座２００の座面２２０との間に挟まれた状態となっている。これにより、弁孔２１０は弁体部１２０とＯリング３００によって塞がれた状態となる（図４参照）。そして、コイルに対して通電されると、ロッド１００の先端面１１０が座面２２０から離れる方向にロッド１００が移動していく。これにより、弁孔２１０から弁体部１２０が抜け、かつＯリング３００が座面２２０から離れるため、弁孔２１０が開いた状態となる（図５参照）。
【０００５】
ここで、ゴム製のＯリング３００は、粘着性を有している。また、上記従来例においては、Ｏリング３００は、ロッド１００の先端面１１０と弁座２００の座面２２０との間に挟まれた状態となっている。そのため、弁が閉じた状態から、ロッド１００が移動し始めた直後においては、Ｏリング３００は、座面２２０との粘着により、軸線方向に少し伸びた後に、座面２２０から離れて元の形状に戻るように変形する。なお、図５中、点線で示すＯリング３００ａは、座面２２０との粘着により、軸線方向に伸びた様子を示している。そのため、図６中のグラフのＸ部に示すように、通電開始直後において、流体の流量が一瞬高くなるといった現象が生じてしまう。なお、図６中、Ｌ１は非通電の状態から電流値が増加していく際の様子を示し、Ｌ２は電流値が高い状態から電流値が低減していき非通電になるまでの様子を示している。このグラフから分かるように、同じ電流値でもＬ１とＬ２では流量が異なっている。この流量の差はヒステリシスと呼ばれており、このヒステリシスが大きいほど、ある通電量に対する流量の誤差が大きくなってしまうことが分かる。このヒステリシスが生じる原因の一つとして、上述したＯリング３００の粘着の問題があると考えられている。
【０００６】
このように、Ｏリング３００が座面２２０に対して粘着してしまうことが、通電開始直後（弁が開き始めた直後）において流量制御を不安定にし、また、ヒステリシスを大きくしてしまい、流量制御の精度を低下させる原因となっている。なお、上記の説明においては、ソレノイドバルブにおける弁構造についての問題を説明したが、駆動源がソレノイド以外のもの（空圧アクチュエータ、油圧アクチュエータ、圧電アクチュエータ等）におけ
る弁構造であっても、同様の問題が起こり得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２２６３５２号公報
【特許文献２】実公平３−２９６４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、流量制御の精度の向上を図った弁構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
すなわち、本発明の弁構造は、
往復動用のアクチュエータによって往復移動する往復動部材と、
前記往復動部材の先端側に設けられ、ゴム状弾性体製の部位を有する第１弁体と、
前記ゴム状弾性体製の部位が第１弁座面に着座することによって閉じられ、離間することによって開かれる第１弁孔と、
前記第１弁体より更に前記往復動部材の先端側に設けられ、一端が前記第１弁体に固定された弾性部材と、
前記弾性部材より更に前記往復動部材の先端側に設けられ、前記弾性部材の他端が固定された剛体からなる第２弁体と、
前記第２弁体が第２弁座面に着座することによって閉じられ、離間することによって開かれる第２弁孔と、
を備え、
前記往復動部材が該往復動部材の先端側に移動している状態では、前記弾性部材が圧縮された状態で、前記第１弁孔及び前記第２弁孔が閉じられており、前記アクチュエータが作動するにつれて前記往復動部材が該往復動部材の後端方向へ移動することを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、往復動部材が該往復動部材の先端側に移動している状態では、一端が第１弁体に固定され、他端が第２弁体に固定された弾性部材が圧縮された状態で、第１弁孔及び第２弁孔が閉じるように構成される。つまり、第２弁体は、圧縮された弾性部材の弾性力によって付勢されながら第２弁座面に着座することによって第２弁孔を閉じている。なお、第１弁体は、第１弁体が有するゴム状弾性体製の部位を第１弁座面に着座させることによって第１弁孔を閉じている。そして、アクチュエータが作動するにつれて往復動部材が該往復動部材の後端方向へ移動する。つまり、往復動部材の先端側に設けられた第１弁体は、往復動部材の移動開始直後から第１弁座面から離れる方向に移動する。ここで、第１弁体の移動によって、第１弁体に固定された弾性部材の一端も同じ方向に移動するため、弾性部材は圧縮された状態から伸長する。このようにして弾性部材自体が伸長することにより、弾性部材の他端は、弾性部材の一端の移動より遅れて動き出す。つまり、弾性部材の他端に固定された第２弁体は、弾性部材の一端に固定された第１弁体よりも遅れて動き出す。なお、第２弁体が動き出す方向は、第２弁体が付勢される方向とは逆の方向、すなわち、第２弁座面から離れる方向である。したがって、本発明によれば、第１弁体を第１弁座面から離れる方向へ移動させた後に、第２弁体を第２弁座面から離れる方向へ移動させることが可能になる。これにより、第１弁孔が開いた後に第２弁孔を開くようにすることができる。その結果、第１弁孔が開いた直後に流体が流通することが抑制されるため、第１弁座面に着座していたゴム状弾性体製の部位が、第１弁座面から離間した直後に変形しても、弁構造から流出される流体の流量が不安定になるような現象が回避される。
【００１１】
なお、本発明によれば、アクチュエータが更に作動して往復動部材が更に後端方向へ移動すると、第２弁体が第２弁座面から離れる方向へ移動する。ここで、本発明においては、第２弁体は剛体からなるため、第２弁体が移動して第２弁座面から離間するときに、第２弁体が変形することが抑制される。つまり、第２弁体の変形に因る流体流量の変化が抑制される。その結果、第２弁孔が開いた直後に流体が流通しても、弁構造から流出される流体の流量が不安定になるような現象が回避される。
【００１２】
以上のことから、本発明によれば、往復動部材の移動開始直後から流体制御を安定的に行うことが可能となる。また、第２弁体が、実質的に変形しない、座面から離れやすいものであるため、ヒステリシスによる流量制御の誤差も少なくすることができる。
【００１３】
また、本発明においては、第１弁座面及び第２弁座面は、単一の弁座に形成されているとよい。これにより、部品数を少なくすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明によれば、流量制御の精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は本発明の実施例に係るソレノイドバルブの模式的断面図である。
【図２】図２は本発明の実施例に係る弁座を説明する図である。
【図３】図３は本発明の実施例に係るソレノイドバルブにおいて、第１弁孔及び第２弁孔の開閉状態を示す模式的断面図である。
【図４】図４は従来例に係るソレノイドバルブにおいて、バルブ部付近における弁が閉じた状態を示す模式的断面図である。
【図５】図５は従来例に係るソレノイドバルブにおいて、バルブ部付近における弁が開いた状態を示す模式的断面図である。
【図６】図６は従来例に係るソレノイドバルブにおけるコイルへの通電量と流量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。なお、以下の説明においては、弁構造が適用される装置の一例として、ソレノイドバルブの場合を例にして説明する。
【００１７】
（実施例）
図１〜図３を参照して、本発明の実施例に係るソレノイドバルブについて説明する。
＜ソレノイドバルブの構成＞
図１を参照して、本発明の実施例に係るソレノイドバルブの全体構成を説明する。図１は、本発明の実施例に係るソレノイドバルブの模式的断面図であり、通電開始前の状態を示している。
【００１８】
図１に示すように、ソレノイドバルブＳＶは、往復動用のアクチュエータとしてのソレノイド部Ｓと、弁構造としてのバルブ部Ｖと、これらソレノイド部Ｓとバルブ部Ｖを構成する各種部材を収容するハウジング部Ｈとから構成される。ソレノイド部Ｓは、ボビン１１と、ボビン１１に巻かれ、通電により磁界を発生するコイル１２とを備えている。なお、コイル１２によって発生した磁界により磁気回路が形成されることで、詳細は後述する往復動部材としてのプランジャ１３がセンターポスト１４に磁気的に吸引される。ソレノ
イド部Ｓは、上記の磁気回路を形成するべく、いずれも磁性部材からなる一対のプレート１５ａ，１５ｂ及びケース１５ｃも備えている。また、ソレノイド部Ｓは、プランジャ１３をセンターポスト１４から離れる方向に付勢する第１スプリング１６ａと、この第１スプリング１６ａを受けるスプリング受け１６ｂと、スプリング受け１６ｂの位置調整を行うアジャストスクリュ１６ｃとを備えている。更に、ソレノイド部Ｓは、コイル１２に電気的に接続された端子１７も備えている。
【００１９】
ハウジング部Ｈは、ソレノイド部Ｓとバルブ部Ｖを構成する各種部材を収容するハウジング本体２１と、ハウジング本体２１に固定されるカバー２２と、ハウジング本体２１を補強する補強部材２３とから構成される。ハウジング本体２１には、入力側（元圧側）から流体を流入させるための入力ポート部２１ａと、出力側（制御圧側）に流体を排出させるための出力ポート部２１ｂが設けられている。また、ハウジング本体２１には、外部電源からの電気供給を得るために電気的な接続を行うためのコネクタ部２１ｃも設けられている。
【００２０】
バルブ部Ｖは、ソレノイド部Ｓによって往復移動する往復動部材としてのプランジャ１３を備えている。プランジャ１３は、ロッド３０が挿通される挿通孔が設けられた円筒形状を有している。また、バルブ部Ｖは、プランジャ１３に挿通されて固定されたロッド３０の先端に形成された第１弁体としての弁体部３１と、弁体部３１の先端の外周に装着されたゴム状弾性体製の部位であるゴム製のＯリング３２とを備えている。更に、バルブ部Ｖは、弁体部３１に対して一端（プランジャ１３側の端部）が固定された弾性部材としての第２スプリング３３を備えている。そして、バルブ部Ｖは、第２スプリング３３の他端に固定された第２弁体としての球３４を備えており、更に、Ｏリング３２が着座する第１弁座面３５ａ及び球３４が着座する第２弁座面３５ｂが設けられた弁座３５を備えている。なお、球３４は、例えばステンレス等の剛性の高い剛体から製造されている。また、バルブ部Ｖは、弁座３５の外周面とハウジング本体２１の内周面との間の隙間を封止するシールリング３６と、弁座３５を支持する支持部材３７とを備えている。
【００２１】
弁体部３１は、ソレノイドバルブＳＶにおける入力側が開口した円筒形状を有しており、内部には第２スプリング３３が収容されるようにして固定されている。なお、本実施例においては、弁体部３１は、ロッド３０の先端に一体的に形成されることによって、プランジャ１３の先端に設けられる構成となっているが、弁体部３１を別個の部品で構成してロッド３０の先端に固定してもよい。つまり、弁体部３１は、往復動部材としてのプランジャ１３の先端側に設けられる限りにおいて、種々の形態によって構成することができる。
【００２２】
また、第２スプリング３３は、図１に示されるような、プランジャ１３が自身の先端側に移動している状態となる、コイル１２への通電量が零のときにおいては、圧縮された状態となるように構成されている。ここで、通電量が零のときには、プランジャ１３に磁気吸引力が作用しないため、第２スプリング３３は、同じく圧縮された状態にある第１スプリング１６ａの弾性力（付勢力）によって付勢されている。なお、上述したアジャストスクリュ１６ｃによってスプリング受け１６ｂの位置調整を行うことによって、このときにおける付勢力を調節することができる。ここで、第２スプリング３３の弾性部材としての特性（バネ定数や自然長等）は、Ｏリング３２が第１弁座面３５ａから離間するまでは圧縮された状態が維持されるように設定されている。
【００２３】
次に、特に、図２を参照して、弁座３５の構成についてより詳細に説明する。なお、図２は、弁座３５の構成を説明する図であって、図２（ａ）は、弁座３５を第１弁座面３５ａ側（下流側）から見た正面図、図２（ｂ）は、弁座３５の断面斜視図である。なお、説明のために、図２（ｂ）には球３４も図示されている。
【００２４】
図２に示すように、弁座３５は、流体が流通する流路が形成された略円筒形状の部材であり、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂等のある程度硬質な材料からなる。弁座３５は、ソレノイドバルブＳＶ内に装着されたときに流体の流通方向の下流側となる端面に、第１弁座面３５ａと第１弁孔３５ｃの開口端が設けられている。第１弁孔３５ｃは、弁体３１に装着されたＯリング３２が第１弁座面３５ａに着座することによって閉じられる弁孔である。また、第１弁孔３５ｃは、球３４の直径よりも大きい内径を有する内周面を備えている。そして、第１弁孔３５ｃの上流側には、更に上流側へ向かって縮径するテーパ面で構成された第２弁座面３５ｂが形成されている。つまり、図１に示されるように、弁座３５がソレノイドバルブＳＶに装着された際には、第２弁座面３５ｂは、第２スプリング３３側へ向かって拡径するテーパ面となる。そして、第２弁座面３５ｂの上流側には、第２弁孔３５ｄが形成されている。第２弁孔３５ｄは、球３４が第２弁座面３５ｂに着座することによって閉じられる弁孔である。つまり、球３４が第２弁座面３５ｂに着座した際には、図２（ａ）に示されるような環状のシール線Ｒが形成されることによって、第２弁孔３５ｄが閉じられる。なお、シール線Ｒで示されるように、球３４と第２弁座面３５ｂは互いに線接触状態となる。また、シール線Ｒの形成位置は、第２弁座面３５ｂのテーパ角や球３４の直径によって定まる。ここで、第２弁座面３５ｂのテーパ角や球３４の直径は、シール線Ｒが形成される限りにおいて適宜定めればよい。なお、第２弁座面３５ｂのテーパ角が大きいほど、また、球３４の直径が小さいほど、第２弁孔３５ｄが開いた後における、球３４の移動量に対する流体流量の増大量が大きくなる。特に、テーパ角を大きくすれば、第２弁孔３５ｄが開いたときの最大流量を大きくすることができる。
【００２５】
また、第２弁座面３５ｂにおける、シール線Ｒよりも下流側には、周方向に間隔を空けて複数（本実施例においては８個）の溝部３５ｅが形成されている。このような溝部３５ｅが形成されることによって、球３４と第２弁座面３５ｂとの隙間で形成される環状の流体流路の断面積（流体の流れる方向に垂直な断面による断面積）を大きくさせることができる。これにより、球３４の移動量に対する流体流量の増大量を大きくすることができ、また、最大流量を大きくすることができる。なお、溝部３５ｅの個数、深さ、幅等を適宜調節することにより、球３４の移動量に対する、流体流量の増大量を調節することが可能になる。
【００２６】
以上のように、第１弁座面３５ａ及び第２弁座面３５ｂは、単一の弁座３５に形成されている。このような構成とすることにより、部品数を少なくすることができるため、製造コストを低減させることができる。
【００２７】
＜ソレノイドバルブの作動メカニズム＞
次に、図面を参照して、ソレノイドバルブＳＶの作動メカニズムについて説明する。
図１に示されるように、プランジャ１３が自身の先端側に移動している状態（ソレノイド部Ｓのコイル１２に対して通電されていない状態）では、第１スプリング１６ａ及び第２スプリング３３は共に圧縮された状態にある。上述のように、コイル１２には磁力は発生していないため、第２スプリング３３は、第１スプリング１６ａの弾性力（付勢力）によって、プランジャ１３を介して圧縮された状態にある。なお、プランジャ１３は、第１スプリング１６ａによって付勢されてセンターポスト１４から離れる方向に移動している。これにより、プランジャ１３の先端側に設けられた弁体部３１のＯリング３２が、弁座３５の第１弁座面３５ａに着座するため、第１弁孔３５ｃが閉じられる。このとき、Ｏリング３２は、弁体部３１と第１座面３５ａとの間に挟まれた状態となるため、良好な密封性能が発揮される。
【００２８】
一方、第２弁孔３５ｄは、図３（ａ）に示されるように、第２スプリング３３によって付勢された球３４が第２弁座面３５ｂに着座することによって閉じられている。なお、図
３（ａ）は、第１弁孔３５ｃ及び第２弁孔３５ｄが共に閉じられた状態を示す模式的断面図である。上述のように、第２弁座面３５ｂは、第２スプリング３３側へ向かって拡径したテーパ面で構成されているため、付勢された球３４が第２弁座面３５ｂに着座すると、環状のシール線Ｒが形成される。このようにして、第１弁孔３５ｃと第２弁孔３５ｄの双方が閉じられることによって、入力ポート部２１ａから出力ポート部２１ｂへと至る流路が遮断される。なお、球３４は剛体であるため、シール線Ｒの密封性能は、Ｏリング３２のそれよりは小さいが、ソレノイドバルブＳＶ全体としての密封性能はＯリング３２によって発揮される。
【００２９】
次に、特に図３を参照して、ソレノイドバルブＳＶが開いたときについて説明する。なお、図３（ｂ）は、第１弁孔３５ｃのみが開いた状態を示す模式的断面図であり、図３（ｃ）は、第１弁孔３５ｃ及び第２弁孔３５ｄが共に開いた状態を示す模式的断面図である。
【００３０】
ソレノイド部Ｓを作動させるにつれて、すなわち、ソレノイド部Ｓのコイル１２に対する通電量を増加させるに従い、磁気吸引力が高まるため、第１スプリング１６ａによる付勢力に抗して、プランジャ１３はセンターポスト１４に向かって移動する。つまり、プランジャ１３は、自身の後端方向へ移動することになる。これに伴って、プランジャ１３に固定されたロッド３０の先端に設けられた弁体部３１もセンターポスト１４に向かって移動するため、弁体部３１に装着されたＯリング３２も第１弁座面３５ａから離間するように移動する。このとき、弁体部３１に一端が固定されている第２スプリング３３は、弁体部３１の移動によって圧縮された状態から伸長される。つまり、球３４が固定されている第２スプリング３３の他端は、第２スプリング３３の一端と同時に移動せず、より遅れて動き出す。なお、その方向は、第２弁座面３５ｂから離れる方向である。これにより、第１弁孔３５ｃが開いた後に第２弁孔３５ｄを開くようにすることができる。なお、以下において、本実施例における球３４の動きをより詳細に説明する。
【００３１】
弁体部３１の移動によって、第２スプリング３３が圧縮された状態から伸長されると、第２スプリング３３の弾性力は減少するが、本実施例における第２スプリング３３は、弁体部３１が移動してＯリング３２が第１弁座面３５ａから離間するまでは、圧縮された状態が維持されるようにバネ定数や自然長が設定されている。つまり、Ｏリング３２が第１弁座面３５ａから離間するときにおける弁体部３１の移動量と、第２スプリング３３の伸長量とが等しくなるまでは、少なくとも圧縮された状態が維持されるようにバネ定数や自然長が設定されている。したがって、伸長量が当該移動量に達するまでは第２スプリング３３が弾性力（付勢力）を有するため、図３（ｂ）に示されるように、第１弁孔３５ｃが開くまでは、球３４に上流側（入力側）から作用する流体圧力に抗して、球３４を第２弁座面３５ｂに着座させ続けることができるようになる。これにより、第２弁孔３５ｄを、第１弁孔３５ｃより遅らせて開くことができるようになるため、第１弁孔３５ｃが開いた直後（または開くのとほぼ同時）に第１弁孔３５ｃを流体が流通するような事態を回避することが可能になる。その結果、仮に、Ｏリング３２と第１弁座面３５ａとの間の粘着によって、通電が開始されて弁体部３１が移動し始めた直後にＯリング３２が変形する現象が生じても、ソレノイドバルブＳＶの出力ポート部２１ｂから排出される流体の流量が一瞬高くなるような現象が、設計上は回避される。
【００３２】
そして、Ｏリング３２が第１弁座面３５ａから離間して弁孔３５ｃが開いてから、更にソレノイド部Ｓが作動して（通電量が増加して）プランジャ１３の移動量が増大すると、第２スプリング３３は更に伸長する。これにより、第２スプリング３３による弾性力は低下していくため、球３４を第２弁座面３５ｂに対して付勢する弾性力が減少する。やがて、ソレノイドバルブＳＶの入力側、すなわち弁座３５の上流側から球３４に作用する流体圧力が第２スプリング３３による弾性力を上回ると、球３４が第２弁座面３５ｂから離れ
るように移動する。このようにして第２弁孔３５ｄが開くと、図３（ｃ）に示すように、第２弁座面３５ｂと球３４との間に隙間ができて、第２弁孔３５ｄから、既に開いている第１弁孔３５ｃへ通じる流路が形成される（図３の矢印Ａ参照）。したがって、入力ポート部２１ａから流入された流体は、出力ポート部２１ｂから排出される。この場合において、球３４と第２弁座面３５ｂとの隙間で形成される環状の流体流路を流通する流体の流量は、上述のように、第２弁座面３５ｂのテーパ角や溝部３５ｅの形状等に応じて定まる。
【００３３】
ここで、本実施例においては、球３４は剛体から製造されているため、球３４が第２弁座面３５ｂに対して粘着することはない。したがって、球３４が第２弁座面３５ｂから離間するときに、球３４が変形することが回避されるため、第２弁孔３５ｄが開いた直後における流体流量の変化を抑制することができる。
【００３４】
また、第２弁孔３５ｄが開いた状態において、球３４に作用する弁座３５の中心軸方向の力は概ね釣り合っている。つまり、球３４に入力側から作用する流体の圧力が略一定である場合には、プランジャ１３の移動によって第２スプリング３３による付勢力が流体圧力を下回る程度まで低下すると、球３４が第２弁座面３５ｂから離間する。そして、離間とほぼ同時に、第２スプリング３３が流体圧力によって圧縮されるため、球３４に作用する流体圧力と弾性力が概ね釣り合うようになる。この状態で更に通電量が増えると、通電量に応じてプランジャ１３と共に弁体部３１が後端方向へと移動するが、第２スプリング３３の長さは、球３４における力の釣り合いにより略一定に保たれる。これにより、通電量に応じて、球３４の位置が概ね定まるため、球３４と第２弁座面３５ｂとの隙間の大きさを定めることができる。したがって、コイル１２への通電量を制御することによって、出力ポート部２１ｂから排出される流体の流量や流体圧力を制御することが可能となる。
【００３５】
一方、第２弁孔３５ｄが開いた状態において、流体圧力が変動する場合には、第２スプリング３３が伸縮して、球３４に作用する流体圧力と弾性力とがほぼ釣り合う状態となる。例えば、通電量を所定の一定量にしてプランジャ１３の位置を一定にした場合には、弁体部３１の位置も一定となる。このような場合に流体圧力が変動すると、弾性力が球３４を介して流体圧力と釣り合うように、第２スプリング３３は伸縮する。これにより、流体圧力の増減に応じて流量を増減させるような制御も行うことが可能になる。
【００３６】
＜本実施例に係るソレノイドバルブの優れた点＞
本実施例に係るソレノイドバルブＳＶによれば、プランジャ１３が自身の先端側に移動している状態では（ソレノイド部Ｓのコイル１２への通電量が零のときには）、一端が弁体部３１に固定され、他端が球３４に固定された第２スプリング３３が圧縮された状態で、第１弁孔３５ｃ及び第２弁孔３５ｄが閉じるように構成される。つまり、球３４は、圧縮された第２スプリング３３の弾性力によって付勢されながら第２弁座面３５ｂに着座することによって第２弁孔３５ｄを閉じている。なお、弁体部３１は、弁体部３１が有するゴム状弾性体製のＯリング３２を第１弁座面３５ａに着座させることによって第１弁孔３５ｃを閉じている。そして、コイル１２に対して通電が開始されてソレノイド部Ｓが作動し始めると、作動するにつれてプランジャ１３が後端方向へ移動する。つまり、プランジャ１３の先端側に設けられた弁体部３１は、プランジャ１３の移動開始直後から第１弁座面３５ａから離れる方向に移動する。ここで、弁体部３１の移動によって、弁体部３１に固定された第２スプリング３３の一端も同じ方向に移動するため、第２スプリング３３は圧縮された状態から伸長する。このようにして第２スプリング３３自体が伸長することにより、第２スプリング３３の他端は、第２スプリング３３の一端の移動より遅れて動き出す。つまり、第２スプリング３３の他端に固定された球３４は、第２スプリング３３の一端に固定された弁体部３１よりも遅れて動き出す。なお、球３４が動き出す方向は、球３４が付勢される方向とは逆の方向、すなわち、第２弁座面３５ｂから離れる方向である。
したがって、本実施例によれば、弁体部３１を第１弁座面３５ａから離れる方向へ移動させた後に、球３４を第２弁座面３５ｂから離れる方向へ移動させることが可能になる。これにより、第１弁孔３５ｃが開いた後に第２弁孔３５ｄを開くようにすることができる。その結果、第１弁孔３５ｃが開いた直後に流体が流通することが抑制されるため、第１弁座面３５ａに着座していたＯリング３２が、第１弁座面３５ａから離間した直後に変形しても、ソレノイドバルブＳＶから流出される流体の流量が不安定になるような現象が回避される。
【００３７】
なお、本実施例によれば、更にソレノイド部Ｓが作動して（通電量が増えて）プランジャ１３が更に後端方向へ移動すると、球３４が第２弁座面３５ｂから離れる方向へ移動する。ここで、本発明においては、球３４は剛体からなるため、球３４が移動して第２弁座面３５ｂから離間するときに、球３４が変形することが抑制される。つまり、球３４の変形に因る流体流量の変化が抑制される。その結果、第２弁孔３５ｄが開いた直後に流体が流通しても、ソレノイドバルブＳＶから流出される流体の流量が不安定になるような現象が回避される。
【００３８】
以上のことから、本発明によれば、プランジャ１３の移動開始直後から流体制御を安定的に行うことが可能となる。また、球３４が、実質的に変形しない、座面から離れやすいものであるため、ヒステリシスによる流量制御の誤差も少なくすることができる。
【００３９】
また、本実施例によれば、第２スプリング３３は、弁体部３１が移動してＯリング３２が第１弁座面３５ａから離間するまでは、圧縮された状態が維持されるようにバネ定数や自然長が設定されている。したがって、第１弁孔３５ｃが開くまでは、第２スプリング３３が弾性力（付勢力）によって、作用する流体圧力に抗して、球３４を第２弁座面３５ｂに着座させ続けることができる。したがって、第２弁孔３５ｄを、第１弁孔３５ｃより遅らせて開くことができるようになるため、第１弁孔３５ｃが開いた直後（または開くのとほぼ同時）に第１弁孔３５ｃを流体が流通するような事態を回避することが可能になる。その結果、Ｏリング３２の変形によって、ソレノイドバルブＳＶの出力ポート部２１ｂから排出される流体の流量が一瞬高くなるような現象が、設計上は回避される。
【００４０】
また、本実施例によれば、第１弁座面３５ａ及び第２弁座面３５ｂは、単一の弁座に形成されている。これにより、部品数を少なくすることができるため、ソレノイドバルブＳＶの製造コストを低減することができる。
【００４１】
また、ソレノイドバルブＳＶにおける第２弁座面３５ｂは、第２スプリング３３側へ向かって拡径するテーパ面となる。これにより、球３４が、第２弁座面３５ｂから離間する方向へ移動した際に、移動量に対する流体流量の増大量をより大きくすることができ、また、最大流量を大きくすることができる。また、第２弁座面３５ｂにおける、シール線Ｒよりも下流側には、溝部３５ｅが形成されている。これにより、球３４の移動量に対する流体流量の増大量をより大きくすることができ、また、最大流量を大きくすることができる。なお、第２弁座面３５ｂのテーパ角や、溝部３５ｅの個数、幅、深さを適宜変更することによって、最大流量を調整することができる。
【００４２】
なお、Ｏリング３２と第１弁座面３５ａとの間の粘着を低減させるために、これらの一方または双方にフッ素コーティングなどの処理を施してもよい。また、本実施例においては、第１弁座面３５ａと第２弁座面３５ｂは、単一の部材である弁座３５に形成されているが、別個の部材に形成してもよい。また、本実施例においては、本発明における第２弁体として球３４を採用しているが、他の形状を有する剛体を用いてもよい。例えば、第２スプリング３３に固定される側を平面で形成した半球であってもよい。
【００４３】
また、上記実施例においては、弁構造がソレノイドバルブに適用される場合を例にして説明した。しかしながら、本発明の弁構造は、ソレノイドバルブ以外の弁構造にも適用可能である。すなわち、往復動部材を往復移動させるための往復動用のアクチュエータとしては、ソレノイドには限られず、空圧アクチュエータ，油圧アクチュエータ及び圧電アクチュエータなども適用可能である。本発明は、これらの各種往復動用のアクチュエータによって往復移動するように構成された往復動部材に弁体が設けられた弁構造に対しても適用可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１２  コイル
１３  プランジャ
３０  ロッド
３１  弁体部
３２  Ｏリング
３３  第２スプリング
３４  球
３５  弁座
３５ａ  第１弁座面
３５ｂ  第２弁座面
３５ｃ  第１弁孔
３５ｄ  第２弁孔
３５ｅ  溝部
ＳＶ  ソレノイドバルブ
Ｈ  ハウジング部
Ｓ  ソレノイド部
Ｖ  バルブ部
Ｒ  シール線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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