JP2010121656A - 電磁比例絞り弁及びパワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】最大開度で得られる最大流量が各部品の寸法公差に影響されない電磁比例絞り弁及びパワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】弁体２５の変位に伴ってバルブ穴１６のシート部２９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絞り弁３０において、可変絞り部２２の開口面積Ａｖが弁体２５の開度の増減に応じて変化する開口面積可変領域と、可変絞り部２２の開口面積Ａｖが弁体２５の最大開度Ｘ１の増減に応じて変化しない開口面積一定領域とを有する構成とした。
【選択図】図２

Description

本発明は、励磁電流に応じて可変絞り部の開口面積を調整して作動流体の流量を制御する電磁比例絞り弁及びパワーステアリング装置に関するものである。

一般に、車両に設けられるパワーステアリング装置の作動を電気制御するのに電磁比例絞り弁（電磁比例流量制御弁）がひろく用いられている。

従来、この種の電磁比例絞り弁として、図５に示すものがある（特許文献１参照）。

これについて説明すると、電磁比例絞り弁は、ポンプボディに挿入して取り付けられる円筒状のスリーブ１及びベース１１と、このスリーブ１及びベース１１に摺動可能に挿入されるシャフト２を備える。円柱状のシャフト２はスリーブ１に軸受３を介して摺動可能に支持される。

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。

シャフト２の途中にプランジャ（可動鉄心）６が固定され、ベース１１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によってシャフト２を開弁方向（図において右方向）に駆動する。電磁コイル１５に流れる電流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右方向に変位する。

図６にも示すように、スリーブ１にはポンプの吐出側に連通する弁室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、負荷側に連通する弁室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弁室２１、バルブ穴１６、弁室２３を通って負荷へと流れる。

シャフト２はその先端に円錐状の弁体２５が形成され、この弁体２５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２５とバルブ穴１６との間で画成される可変絞り部２２の開口面積が次第に大きくなる。

図５に示すように、シャフト２が移動してプランジャ６がギャップワッシャ１８に当接すると、可変絞り部２２の開口面積がそれ以上に拡大せず、これが最大開口面積となる。

シャフト２の最大ストロークである最大開度Ｘ１は、図７に示す部品寸法Ｌ１〜Ｌ６に基づき次式で計算される。
Ｘ１＝（Ｌ１＋Ｌ２−Ｌ３−Ｌ４）−(Ｌ５＋Ｌ６) …（１）

電磁比例絞り弁は、電磁コイル１５に励磁電流が流れると、シャフト２に対して電磁コイル１５のソレノイド推力が開弁方向に働き、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が移動する。これによって得られた可変絞り部２２の開口面積及び可変絞り部２２の前後差圧に比例した制御流量の作動流体が可変絞り部２２を流れる。

図８は、電磁比例絞り弁の弁開度と流量との関係を示す特性図である。これに示すように、電磁比例絞り弁３０の弁開度が最小開度から最大開度Ｘ１に達するまでは、弁開度に流量が一次的に比例して増加し、流量が最小流量から最大流量Ｑ１へと増加する。
特開２００３−１７６８７７号公報

しかしながら、このような従来の電磁比例絞り弁にあっては、その最大開度Ｘ１は、式（１）で表されるように、各部品寸法（Ｌ１〜Ｌ６）のバラツキに起因して変わるため、最大開度Ｘ１で得られる最大流量Ｑ１を仕様公差内に収めるように各部品の寸法公差を厳しく管理する必要があり、製品のコストアップを招くという問題点があった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、最大開度で得られる最大流量が各部品の寸法公差に影響されない電磁比例絞り弁及びパワーステアリング装置を提供することを目的とする。

本発明は、圧力源側と負荷側を連通するバルブボディに形成されたバルブ穴と、バルブ穴に対して軸方向に変位可能に挿入支持される弁体と、弁体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弁体をバルブ穴のシート部から離れる方向に駆動する電磁コイルとを備え、弁体の変位に伴ってシート部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絞り弁において、可変絞り部の開口面積が弁体の開度の増減に応じて変化する開口面積可変領域と、可変絞り部の開口面積が弁体の最大開度の増減に応じて変化しない開口面積一定領域とを有する構成としたことを特徴とするものとした。

本発明によると、弁体の最大開度が各部品寸法のバラツキに起因して増減しても、最大開度で得られる最大流量がほぼ一定に保たれる。

これにより、電磁比例絞り弁は、最大開度を決める各部品の寸法公差を大きく設定することが可能となり、製品のコストダウンがはかれる。

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。

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、電磁比例絞り弁（電磁比例流量制御弁）３０は作動流体（作動油）を吐出するポンプ３７をパワーステアリングシステム３６に接続している。電磁比例絞り弁３０の前後差圧ΔＰ（＝Ｐ1−Ｐ2）は圧力補償弁３３によってほぼ一定に保たれる。電磁比例絞り弁３０に電流Ｉが流れると、電流に応じた開度調整が行われ、その開口面積に応じた制御流量Ｑｃの作動流体が流れる。リリーフ弁３５は回路の最高圧を決定するもので、安全弁として機能する。オリフィス３４は回路の応答性、安定性に寄与する。

このパワーステアリング装置では、非操舵時に、電磁比例絞り弁３０の開口面積を小さく保っている。パワーステアリングシステム３６は、電磁比例絞り弁３０の小さい開口面積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。

これに対して、操舵時には、電磁比例絞り弁３０の上流側の圧力Ｐ１も高く調整され、電磁比例絞り弁３０はその開口面積を大きくする。パワーステアリングシステム３６は、電磁比例絞り弁３０の開口面積に応じて制御された流量Ｑが供給され、必要とされる車輪の操舵力を付与する。

図２は、上記パワーステアリング装置に適用される本発明の電磁比例絞り弁３０を示す断面図である。以下、これについて説明するが、電磁比例絞り弁３０は、前記図５に示す従来例と基本的に同様に構成され、前記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。

電磁比例絞り弁３０は、前記従来例と同様に、バルブ穴１６が開口するスリーブ１（バルブボディ）と、スリーブ１に対して軸受３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。円筒状のスリーブ１は図示しないポンプボディに挿入して取り付けられる。

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。スプリング１４はシャフト２の基端部とアジャスタボルト１２の間に介装され、アジャスタボルト１２のベース１１に対する螺合位置が変えられることにより、シャフト２に加わるスプリング１３、１４のバネ力が調整される。

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１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。電磁コイル１５のまわりに生じる磁束は、ケース１０、スリーブ１、プランジャ６、ベース１１、エンドキャップ９によって導かれる。プランジャ６は電磁コイル１５に生じるソレノイド推力によってシャフト２を開弁方向（図において右方向）に駆動される。電磁コイル１５に流れる電流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右方向に変位する。

スリーブ１には複数の通孔１７が放射状に形成され、作動流体が図２に矢印で示すように各通孔１７を通ってシャフト２のまわりの弁室３１に流入し、この弁室３１からバルブ穴１６とシャフト２の弁体２５との間に画成される可変絞り部２２を通って弁室３２へと流出する。

なお、これに限らず、作動流体が図２に矢印で示す方向と逆方向に流れる構成としてもよい。

シャフト２はその先端に弁体２５が形成される。この弁体２５がバルブ穴１６に挿入され、バルブ穴１６のシート部２９とシャフト２の弁体２５との間に可変絞り部２２が断面環状の流路として画成される
図３は、スリーブ１のバルブ穴１６とシャフト２の弁体２５とを示す断面図である。

スリーブ１のバルブ穴１６は、開口径Ｄの円柱穴状に形成され、シャフト２と同軸上に延びる。

弁体２５は、円錐状に先細となるテーパ弁体部２６と、このテーパ弁体部２６の先端から円柱状に突出するストレート弁体部２７とを有する。

円柱状のストレート弁体部２７の外径ｄは、バルブ穴１６の開口径Ｄより所定値だけ小さく形成される。これにより、最大開度（シャフト２の最大ストローク）における可変絞り部２２の流路断面積Ａｖは、次式で計算される。
Ａｖ＝π(Ｄ²−ｄ²)／４ …（２）

電磁比例絞り弁３０は、バルブ穴１６のシート部２９に弁体２５のテーパ弁体部２６が対峙して可変絞り部２２の開口面積Ａｖが弁体２５の開度（シャフト２のストローク）に応じて増減する開口面積可変領域と、バルブ穴１６に弁体２５のストレート弁体部２７が対峙して可変絞り部２２の開口面積Ａｖが弁体２５の最大開度Ｘ１の増減に応じて変化しない開口面積一定領域とを有する。

図４は、電磁比例絞り弁３０の弁開度と流量との関係を示す特性図である。これに示すように、電磁比例絞り弁３０の弁開度が最小開度から最大開度Ｘ１に達するまでの開口面積可変領域は、弁開度に流量が増加し、可変絞り部２２を通過する作動流体の流量が最小流量からＱ１へと増加する。電磁比例絞り弁３０の弁開度が最大開度Ｘ１を超えて増加する開口面積一定領域では、可変絞り部２２を通過する作動流体の流量がほぼＱ１に保たれる。

電磁比例絞り弁３０はシャフト２に対してスプリング１３のバネ力と電磁コイル１５のソレノイド推力Ｆとが開弁方向に働き、可変絞り部２２の前後差圧ΔＰによる力、可変絞り部２２に発生する流体力とスプリング１４のバネ力が閉弁方向に働き、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及び可変絞り部２２の前後差圧ΔＰに比例した制御流量Ｑｃが流れる。

ストレート弁体部２７の先端には円錐状に先細となる面取り部２８が形成される。これにより、可変絞り部２２を通って弁室３２に流出する作動流体の流れに渦流が発生することを抑えられ、作動流体の流量制御が的確に行われる。

本実施の形態では、圧力源側と負荷側を連通するバルブボディ（スリーブ１）に形成されたバルブ穴１６と、このバルブ穴１６に対して軸方向に変位可能に挿入支持される弁体２５と、この弁体２５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に抗して弁体２５をバルブ穴１６のシート部２９から離れる方向に駆動する電磁コイル１５とを備え、弁体２５の変位に伴ってシート部２９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絞り弁３０において、可変絞り部２２の開口面積Ａｖが弁体２５の開度の増減に応じて変化する開口面積可変領域と、可変絞り部２２の開口面積Ａｖが弁体２５の最大開度Ｘ１の増減に応じて変化しない開口面積一定領域とを有する構成とした。

上記構成に基づき、弁体２５の最大開度Ｘ１が各部品寸法（図７、参照）のバラツキに起因して増減しても、最大開度Ｘ１で得られる最大流量Ｑ１がほぼ一定に保たれる。

これにより、電磁比例絞り弁３０は、最大開度Ｘ１を決める各部品の寸法公差を大きく設定することが可能となり、製品のコストダウンがはかれる。

本実施の形態では、弁体２５は、円錐状に先細となるテーパ弁体部２６と、このテーパ弁体部２６の先端から円柱状に突出するストレート弁体部２７とを有し、開口面積可変領域にてシート部２９に弁体２５のテーパ弁体部２６が対峙し、開口面積一定領域にてシート部２９に弁体２５のストレート弁体部２７が対峙する構成とした。

上記構成に基づき、弁体２５の最大開度Ｘ１が各部品寸法（図７、参照）のバラツキに起因して変わっても、最大開度Ｘ１で得られる最大流量Ｑ１がほぼ一定に保たれる。

これにより、電磁比例絞り弁３０は、最大開度Ｘ１を決める各部品の寸法公差を大きく設定することが可能となり、製品のコストダウンがはかれる。

上記構成に基づき、電磁比例絞り弁３０の最大開度Ｘ１が各部品寸法のバラツキに起因して変わっても、最大開度Ｘ１でバルブ穴１６に弁体２５のストレート弁体部２７が対峙することにより、可変絞り部２２の開口面積Ａｖが一定に保たれ、最大開度Ｘ１で得られる最大流量Ｑ１がほぼ一定になる。

本実施の形態では、車輪の操舵力を付与するパワーステアリング装置であって、電磁比例絞り弁３０と、電磁比例絞り弁３０の前後差圧ΔＰをほぼ一定に保つ圧力補償弁３３とを備え、電磁比例絞り弁３０が車輪の操舵力を発生するパワーステアリングシステム３６に供給される作動流体の流量を制御する構成とした。

上記構成に基づき、電磁比例絞り弁３０の最大開度Ｘ１が各部品寸法のバラツキに起因して変わっても、電磁比例絞り弁３０によってパワーステアリングシステム３６に供給される作動流体の最大流量がほぼ一定に保たれる。

本発明は上記の実施の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。

本発明の電磁比例絞り弁は、にパワーステアリング装置に用いられる電磁比例絞り弁に限らず、産業機械等に用いられる電磁比例絞り弁等に利用できる。

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。 同じく電磁比例絞り弁の断面図。 同じく電磁比例絞り弁の一部を拡大した断面図。 同じく電磁比例絞り弁の弁開度と流量の関係を示す特性図。 従来例を示す電磁比例絞り弁の断面図。 同じく電磁比例絞り弁の一部を拡大した断面図。 同じく電磁比例絞り弁の部品寸法を示す断面図 同じく電磁比例絞り弁の弁開度と流量の関係を示す特性図。

符号の説明

１ スリーブ（バルブボディ）
１６ バルブ穴
２２ 可変絞り部
２５ 弁体
２６ テーパ弁体部
２７ ストレート弁体部
２８ 面取り部
２９ シート部
３０ 電磁比例絞り弁

Claims (3)

1. 圧力源側と負荷側を連通するバルブボディに形成されたバルブ穴と、
   このバルブ穴に対して軸方向に変位可能に挿入支持される弁体と、
   この弁体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弁体を前記バルブ穴のシート部から離れる方向に駆動する電磁コイルとを備え、
   前記弁体の変位に伴って前記シート部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絞り弁において、
   前記可変絞り部の開口面積が前記弁体の開度の増減に応じて変化する開口面積可変領域と、
   前記可変絞り部の開口面積が前記弁体の最大開度の増減に応じて変化しない開口面積一定領域とを有する構成としたことを特徴とする電磁比例絞り弁。
2. 前記弁体は、
   円錐状に先細となるテーパ弁体部と、
   このテーパ弁体部の先端から円柱状に突出するストレート弁体部とを有し、
   前記開口面積可変領域にて前記シート部に前記テーパ弁体部が対峙し、
   前記開口面積一定領域にて前記シート部に前記ストレート弁体部が対峙する構成としたことを特徴とする請求項１に記載の電磁比例絞り弁。
3. 車輪の操舵力を付与するパワーステアリング装置であって、
   請求項１または２に記載の前記電磁比例絞り弁と、
   前記電磁比例絞り弁の前後差圧をほぼ一定に保つ圧力補償弁とを備え、
   前記電磁比例絞り弁が車輪の操舵力を発生するパワーステアリングシステムに供給される作動流体の流量を制御する構成としたパワーステアリング装置。

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