JP2003185052A - 電磁比例流量制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低流量側の作動領域にてきめ細かな流量制御
を実現できる電磁比例流量制御弁を提供する。 【解決手段】 圧力源側と負荷側を連通するバルブ穴１
６と、バルブ穴１６に対して軸方向に変位可能に支持さ
れるシャフト２と、シャフト２を軸方向に付勢するスプ
リング１３，１４と、ソレノイド推力によってスプリン
グ１３，１４に抗してシャフト２を駆動する電磁コイル
１５とを備え、シャフト２の変位に伴ってバルブ穴１６
との間で画成される可変絞り部２２の開口面積Ａｖを可
変とする電磁比例流量制御弁３２において、電磁コイル
１５に流れる同一の電流Ｉに対してシャフト２がバルブ
穴１６に近づくのにしたがって電磁コイル１５のソレノ
イド推力Ｆが次第に小さくなる構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車のパワース
テアリング装置や産業機械等に用いられる電磁比例流量
制御弁の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、パワーステアリング装置に用いら
れる電磁比例流量制御弁として、例えば特開２００１−
１６３２３３号公報に開示されたものや、図６に示すも
のがある。

【０００３】これについて説明すると、電磁比例流量制
御弁は、ポンプボディ８に挿入して取り付けられる円筒
状のベース１と、ベース１に摺動可能に挿入されるシャ
フト２を備える。ベース１にはポンプの吐出側に連通す
る上流室２１と、シャフト２との間で可変絞り部２２を
画成するバルブ穴１６と、負荷側に連通する下流室２３
が形成される。ポンプから吐出される作動流体は、図中
矢印で示すように上流室２１、バルブ穴１６、下流室２
３を通って負荷へと流れる。

【０００４】円柱状のシャフト２はベース１とスリーブ
１０に渡って一対の軸受３，９を介して摺動可能に介装
される。シャフト２はその先端に円錐状の弁体部２ａが
形成され、この弁体部２ａがバルブ穴１６に挿入され
る。シャフト２が図において右方向に変位するのに伴っ
て、弁体部２ａとバルブ穴１６との間で画成される可変
絞り部２２の開口面積Ａｖが次第に大きくなる。

【０００５】シャフト２を開弁方向（図において右方
向）に付勢するスプリング１３と、閉弁方向（図におい
て左方向）に付勢するスプリング１４が設けられる。

【０００６】シャフト２の途中にプランジャ（可動鉄
心）６が固定され、スリーブ１０の外側にプランジャ６
を駆動する電磁コイル１５が設けられる。プランジャ６
は電磁コイル１５に生じるソレノイド推力Ｆｓｏｌによ
ってシャフト２を閉弁方向（図において左方向）に駆動
する。つまり、電磁コイル１５に流れる電流Ｉが増える
のにしたがって、シャフト２がスプリング１３，１４の
バネ力に抗して図において左方向に変位する。

【０００７】電磁比例流量制御弁は以上のように構成さ
れて、シャフト２に対して電磁コイル１５のソレノイド
推力Ｆが閉弁方向に働き、スプリング１３，１４のバネ
力、可変絞り部２２の前後差圧ΔＰによる力、可変絞り
部２２に発生する流体力が開弁方向に働き、これらの力
がバランスする位置にシャフト２が移動し、これによっ
て得られた可変絞り部２２の開口面積Ａｖおよび可変絞
り部２２の前後差圧ΔＰに比例した制御流量Ｑｃが流れ
る。

【０００８】ソレノイドバルブの吸引特性は、通常、入
力電流を大きくすれば吸引力も大きくなり、吸着部から
の距離（ストローク）によっても吸引力は変化する。し
かしながら、ストロークによって吸引力が変化するのは
好ましくないため、吸引部の形状を変化させることで吸
引力がストロークに関係なく電流だけに比例するような
特性とするのが一般的である。

【０００９】この関係を示したのが図７である。図７は
シャフト２のストロークＳに対する電磁コイル１５のソ
レノイド推力Ｆの関係を電流Ｉの変化に基づいて示した
ものである。この図からわかるように、シャフト２のス
トロークＳが変化してもソレノイド推力Ｆが一定に保た
れ（水平吸引特性）、これにより、ソレノイド推力Ｆが
シャフト２のストロークＳに関係なく電流Ｉにだけ比例
する。したがって、電流Ｉに応じて可変絞り部２２を通
過する流量を調節することができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記図
７の如く、ストロークＳとソレノイド推力Ｆとの関係が
全域においてフラット（水平吸引力特性）になるように
すると、電流Ｉとソレノイド推力Ｆの関係は図８に示す
ように、電磁コイル１５に流れる電流Ｉが増えるのにし
たがってソレノイド推力Ｆは急激に立ち上がる特性とな
る。

【００１１】このため、電磁コイル１５の電流Ｉと制御
流量Ｑｃの関係においても、電磁コイル１５に流れる電
流Ｉが増えるのにしたがって制御流量Ｑｃは急に減少す
る（図９）。

【００１２】このことは、低流量域において、僅かな電
流値変動で大きな流量変動が発生してしまうことにな
り、このため、きめ細かな流量制御が困難になるという
問題点が生じていた。

【００１３】本発明は上記の問題点を鑑みてなされたも
のであり、低流量側の作動領域にてきめ細かい流量制御
を実現できる電磁比例流量制御弁を提供することを目的
とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、圧力源側
と負荷側を連通するバルブ穴と、バルブ穴に対して軸方
向に変位可能に支持されるシャフトと、シャフトを軸方
向に付勢するスプリングと、ソレノイド推力によってス
プリングに抗してシャフトを駆動する電磁コイルとを備
え、シャフトの変位に伴ってバルブ穴との間で画成され
る可変絞り部の開口面積を可変とする電磁比例流量制御
弁に適用する。

【００１５】そして、電磁コイルに流れる同一の電流Ｉ
に対してシャフトがバルブ穴に近づくのにしたがって電
磁コイルのソレノイド推力Ｆが次第に小さくなる構成と
したことを特徴とするものとした。

【００１６】第２の発明は、第１の発明において、シャ
フトのまわりに磁気回路を構成する部材の内周面に環状
に窪む磁界調整凹部を形成したことを特徴とするものと
した。

【００１７】第３の発明は、第１または第２の発明にお
いて、シャフトのまわりに磁気回路を構成する部材に環
状の磁界調整テーパ部を形成したことを特徴とするもの
とした。

【００１８】

【発明の作用および効果】第１の発明によると、ストロ
ークＳに対してソレノイド推力Ｆを吸着側で落ち込ませ
るような特性、すなわち、シャフトがバルブ穴に近づく
にしたがってソレノイド推力Ｆが次第に小さくなる構成
としたため、電流Ｉとソレノイド推力Ｆとの関係で、電
流値Ｉの増加に伴ってソレノイド推力Ｆの急激な立ち上
がりを抑制できるとともに、電流値Ｉと制御流量Ｑｃの
関係においても、電流増加に伴う制御流量Ｑｃの急な減
少が抑止される。

【００１９】これにより、低流量側の作動領域にて電流
値Ｉに対する制御流量Ｑｃの変化が小さく抑えられ、微
小流量の制御を正確に行うことが可能となる。この結
果、例えばパワーステアリング装置の微小なアシスト力
の制御が可能となり、ステアリングを中立に保つ適度な
ステアリングの剛性感が得られ、操舵フィーリングの向
上がはかられる。

【００２０】第２の発明によると、磁界調整凹部の内径
を変えることでストロークＳに対する吸着側のソレノイ
ド推力Ｆを変化させることができるため、吸着側でソレ
ノイド推力Ｆが小さくなるように磁界調整凹部の内径を
調整すれば上記第１の発明と同様の効果が得られる。

【００２１】第３の発明によると、磁界調整テーパ部の
傾斜角度を変えることでストロークＳに対する吸着側の
ソレノイド推力Ｆを変化させることができるため、吸着
側でソレノイド推力Ｆが小さくなるように磁界調整テー
パ部の傾斜角度を調整すれば上記第１の発明と同様の効
果が得られる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。

【００２３】図１は自動車のパワーステアリング装置の
油圧回路図である。これについて説明すると、電磁比例
流量制御弁３２はポンプ３１をパワーステアリングシス
テム３６に接続している。電磁比例流量制御弁３２の前
後差圧ΔＰ（＝Ｐ₁−Ｐ₂）は圧力補償弁３３によって略
一定に保たれる。電磁比例流量制御弁３２に電流Ｉが流
れると、前後差圧ΔＰに応じた開度調整が行われ、その
開度に応じた制御流量Ｑｃが流れる。リリーフ弁３５は
回路の最高圧を決定するもので、安全弁として機能し、
オリフィス３４は回路の応答性、安定性に寄与する。

【００２４】このパワーステアリング装置では、非操舵
時に、パワーステアリングシステム３６の負荷圧Ｐ₂が
低くなっているので、電磁比例流量制御弁３２の上流側
の圧力も低く、この電磁比例流量制御弁３２は最小開度
を保っている。パワーステアリングシステム３６は、そ
の最小開度で決められた最低流量のみが供給され、パワ
ーステアリングシステム３６に供給される制御流量を少
なくして、エネルギーロスを低減している。

【００２５】これに対して、操舵時には、パワーステア
リングシステム３６の負荷圧Ｐ₂が高くなるので、電磁
比例流量制御弁３２がその開度を大きくする。パワース
テアリングシステム３６は、電磁比例流量制御弁３２の
開度に応じて制御された流量Ｑが供給され、必要とされ
るアシスト力を付与する。

【００２６】ところで、この種のパワーステアリング装
置にあっては、電磁比例流量制御弁３２の低流量側で電
流値変動に対する制御流量Ｑｃの変動を小さくして、ア
シスト力をきめ細かに調節したいという要求がある。

【００２７】図２は、上記パワーステアリング装置の電
磁比例流量制御弁３２に本発明を適用したものである。
以下、これについて説明するが、前記図６に示す従来例
と同一構成部には同一符号を付してその説明を省略す
る。

【００２８】電磁比例流量制御弁３２は、前記従来例と
基本的に同様に構成され、バルブ穴１６が開口するベー
ス１と、ベース１に対して軸受３，９を介して軸方向に
変位可能に支持されるシャフト２と、電磁コイル１５の
ソレノイド推力Ｆｓｏｌによってシャフト２を駆動する
プランジャ６とを備える。円筒状のベース１はポンプボ
ディ８に挿入して取り付けられる。

【００２９】シャフト２はその先端に略球面状の弁体部
２ａが形成され、この弁体部２ａがバルブ穴１６に挿入
され、弁体部２ａとバルブ穴１６との間で画成される可
変絞り部２２が形成される。シャフト２が軸方向に変位
するのに伴って、可変絞り部２２の開口面積Ａｖが増減
する。

【００３０】図３はシャフト２のストロークＳに対する
電磁コイル１５のソレノイド推力Ｆの関係を電流Ｉの変
化に応じて示す特性図である。図３において実線で示す
線が電流Ｉの電流値毎にソレノイド推力Ｆがストローク
Ｓに応じて変化する様子を示している。

【００３１】そして本発明の要旨とするところである
が、上記図３に示すように、電磁コイル１５に流れる同
一の電流Ｉに対して、シャフト２がバルブ穴１６（吸着
部）に近づくのにしたがって電磁コイル１５のソレノイ
ド推力Ｆが次第に小さくなる構成とする。すなわち、シ
ャフト２がバルブ穴１６に近づいた吸着側の作動領域で
は、シャフト２がバルブ穴１６に近づくのにしたがって
ソレノイド推力Ｆが次第に低下し、弁体部２ａがバルブ
穴１６に接する吸着部（ストロークＳ＝０）でソレノイ
ド推力Ｆが最も小さくなる。

【００３２】ただし、シャフト２がバルブ穴１６から離
れた反吸着側の作動領域では、従来と同様に、シャフト
２のストロークＳが変化してもソレノイド推力Ｆが一定
に保たれる。

【００３３】これにより、反吸着側のストローク領域で
は、ソレノイド推力ＦがストロークＳに関係なく電流Ｉ
にだけ比例するため、電流Ｉに応じて可変絞り部２２を
通過する流量が調節される。

【００３４】図４は電磁コイル１５の電流Ｉとソレノイ
ド推力Ｆの関係を示す特性図である。図３に示す特性と
することによって、この図に見られるように電磁コイル
１５に流れる電流Ｉの増加とともにソレノイド推力Ｆも
一次的に比例して増加する。

【００３５】具体的には、ベース１のシャフト２に対峙
する内周面に環状に窪む磁界調整凹部１ａを形成し、こ
の磁界調整凹部１ａの内径ｄが先端側（図中左側）の内
周面の内径より大きくなる構成とした。

【００３６】また、これとは別にベース１のスリーブ１
０に対峙する環状の磁界調整テーパ部１ｂを形成し、そ
の傾斜角度θを大きくするように任意に設定してもよ
い。

【００３７】なお、上記磁界調整凹部１ａを形成すると
ともに、磁界調整テーパ部１ｂを形成してもよいのはも
ちろんである。

【００３８】以上の如く、磁界調整凹部１ａの内径ｄや
磁界調整テーパ部１ｂの傾斜角度θを任意に設定するこ
とで、図３に示すソレノイド推力Ｆの特性を得ることが
できる。

【００３９】図５は電磁コイル１５の電流Ｉと制御流量
Ｑｃの関係を示す特性図である。この図においても、図
３、図４の特性に起因して、制御流量Ｑｃが電流Ｉに対
して比例的に減少する。

【００４０】この制御流量Ｑｃの特性が得られるよう
に、シャフト２の弁体部２ａは円錐状に形成され、シャ
フト２が図２において右方向に変位するのに伴って、弁
体部２ａとバルブ穴１６との間で画成される可変絞り部
２２の開口面積Ａｖが一次的に比例して大きくなる。

【００４１】以上のように電磁比例流量制御弁３２は構
成されており、次に作用について説明する。

【００４２】シャフト２に対して電磁コイル１５のソレ
ノイド推力Ｆが閉弁方向に働き、スプリング１３，１４
のバネ力、可変絞り部２２の前後差圧ΔＰによる力、可
変絞り部２２に発生する流体力が開弁方向に働き、これ
らの力がバランスする位置にシャフト２が移動し、これ
によって得られた可変絞り部２２の開口面積Ａｖおよび
可変絞り部２２の前後差圧ΔＰに比例した制御流量Ｑｃ
が流れる。

【００４３】電磁コイル１５に流れる電流Ｉが増える
と、ソレノイド推力Ｆが大きくなり、シャフト２がスプ
リング１３，１４のバネ力に抗して図２において左方向
に変位する。これに伴って、可変絞り部２２の開口面積
Ａｖが小さくなり、制御流量Ｑｃが減少し、パワーステ
アリング装置のアシスト力が減少する。

【００４４】一方、電磁コイル１５に流れる電流Ｉが減
ると、ソレノイド推力Ｆが小さくなり、シャフト２がス
プリング１３，１４のバネ力によって図２において右方
向に変位する。これに伴って、可変絞り部２２の開口面
積Ａｖが大きくなり、制御流量Ｑｃが増加し、パワース
テアリング装置のアシスト力が増す。

【００４５】本発明は、図３に示すように、ストローク
Ｓに対してソレノイド推力Ｆを吸着側で落ち込ませるよ
うな特性、すなわち、シャフト２がバルブ穴１６に近づ
くにしたがってソレノイド推力Ｆが次第に小さくなる構
成としたため、電流Ｉとソレノイド推力Ｆとの関係で、
電流値Ｉの増加に伴ってソレノイド推力Ｆの急激な立ち
上がりを抑制できるとともに、電流値Ｉと制御流量Ｑｃ
の関係においても、電流増加に伴う制御流量Ｑｃの急な
減少が抑止される。

【００４６】そして、図５に示すように、電磁コイル１
５に流れる電流Ｉが増えるのにしたがって可変絞り部２
２を通過する流量を一次的に減少させ、低流量側の作動
領域にて電流値Ｉに対する制御流量Ｑｃの変化が小さく
抑えられることにより、微小流量の制御を正確に行うこ
とが可能となる。

【００４７】これにより、電磁コイル１５に流れる電流
Ｉが増える低流量側の作動領域にて電流値Ｉの僅かな変
動で大きな流量変動が生じることが回避され、微小流量
の制御を正確に行うことが可能となる。この結果、パワ
ーステアリング装置の微小なアシスト力の制御が可能と
なり、ステアリングを中立に保つ適度なステアリングの
剛性感が得られ、操舵フィーリングの向上がはかられ
る。

【００４８】なお、弁体部２ａの断面形状は、前記実施
の形態のように略三角形のテーパ状限らず、略半円形に
したり、略楕円形としてもよい。

【００４９】本発明は上記の実施の形態のようにパワー
ステアリング装置に用いられる電磁比例流量制御弁に限
らず、産業機械等に用いられる電磁比例流量制御弁に適
用しても良く、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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示すパワーステアリング
装置の油圧回路図。

【図２】同じく電磁比例流量制御弁の断面図。

【図３】同じくシャフトのストロークＳとソレノイド推
力Ｆの関係を示す特性図。

【図４】同じく電流Ｉとソレノイド推力Ｆの関係を示す
特性図。

【図５】同じく電流Ｉと制御流量Ｑｃの関係を示す特性
図。

【図６】従来例を示す電磁比例流量制御弁の断面図。

【図７】同じくシャフトのストロークＳとソレノイド推
力Ｆの関係を示す特性図。

【図８】同じく電流Ｉとソレノイド推力Ｆの関係を示す
特性図。

【図９】同じく電流Ｉと制御流量Ｑｃの関係を示す特性
図。

【符号の説明】

１ ベース １ａ 磁界調整凹部 １ｂ 磁界調整テーパ部 ２ シャフト ２ａ 弁体部 １０ スリーブ １３、１４ スプリング １５ 電磁コイル １６ バルブ穴 ２２ 可変絞り部 ３２ 電磁比例流量制御弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3D033 EB07 3H106 DA05 DA23 DB02 DB12 DB23 DB32 DC02 DC17 DD02 EE07 EE16 GA10 GA11 GA13 HH02 KK17

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧力源側と負荷側を連通するバルブ穴と、 前記バルブ穴に対して軸方向に変位可能に支持されるシ
   ャフトと、 前記シャフトを軸方向に付勢するスプリングと、 ソレノイド推力によって前記スプリングに抗して前記シ
   ャフトを駆動する電磁コイルとを備え、 前記シャフトの変位に伴って前記バルブ穴との間で画成
   される可変絞り部の開口面積を可変とする電磁比例流量
   制御弁において、 前記電磁コイルに流れる同一の電流Ｉに対して前記シャ
   フトが前記バルブ穴に近づくのにしたがって前記電磁コ
   イルのソレノイド推力Ｆが次第に小さくなる構成とした
   ことを特徴とする電磁比例流量制御弁。
2. 【請求項２】前記シャフトのまわりに磁気回路を構成す
   る部材の内周面に環状に窪む磁界調整凹部を形成したこ
   とを特徴とする請求項１に記載の電磁比例流量制御弁。
3. 【請求項３】前記シャフトのまわりに磁気回路を構成す
   る部材に環状の磁界調整テーパ部を形成したことを特徴
   とする請求項１または２に記載の電磁比例流量制御弁。