JP5276540B2 - 電磁比例流量制御弁およびパワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、電磁比例流量制御弁およびパワーステアリング装置の改良に関するものである。

自動車の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、特許文献１に開示のものや、図７に示すものがある。

図７において、電磁比例流量制御弁１０（電磁比例絞り弁）は、円筒状のスリーブ１と、これと同軸にフィラーリング２を介して接続されるベース３と、スリーブ１およびベース３の内部に挿入されるシャフト４を備える。

円柱状のシャフト４は、スリーブ１に軸受５を介して軸方向へ摺動可能に支持される。シャフト４を開弁方向（図上の右方向）へ駆動するソレノイド６が設けられる。ソレノイド６は、シャフト４に固定されるプランジャ７（可動鉄芯）と、固定鉄芯となるベース３と、その外周に組み付けられる電磁コイル８と、を備える。

シャフト４を開弁方向へ付勢するコイル状のスプリング９と、閉弁方向（図上の左方向）へ付勢するコイル状のスプリング１１が設けられる。１７はスプリング９，１１のバネ力を調整するためのアジャスタである。

スリーブ１（バルブボディ）に２つの室１４，１５が画成され、これらの間を連通するバルブ穴１２が形成される。バルブ穴１２に挿入可能な円錐状の弁体１３がシャフト４の先端に形成され、バルブ穴１２との間に絞り部Ｔを形成する。

２つの室１４，１５のうち、一方の室１４は、一次側（ポンプ側）通路に連通され、他方の室１５は、二次側（パワーステアリングシステム側）通路に連通される。

シャフト４のストローク（弁体１３の弁開度）は、絞り部Ｔが最小開口面積となる位置（最小弁開度）と、絞り部Ｔが最大開口面積となる位置（最大弁開度）と、の間に規制される。

ベース３のスリーブ１側の端面にプランジャ７を進退可能に受け入れる凹部１６が形成され、プランジャ７のストロークは、プランジャ７のベース３側の端面が凹部１６の開口に臨む位置（開口と同一ストローク）と、同じく端面がベース３の凹部１６の底（ギャップワッシャ）に突き当たる位置と、の間（コントロールゾーン）に規制される。

ソレノイド６の電磁コイル８に電流が流れると、その電流値に応じたソレノイド吸引力がプランジャ７に働き、このソレノイド推力によってプランジャ７がスプリング１１に抗して吸着部側（図上の右方向）へシャフト４を変位させる。これによって得られる絞り部Ｔの開口面積および絞り部Ｔの前後差圧に比例した流量の作動流体が絞り部Ｔを流れるのである。
特開２００３−１７６８７７号公報

このような電磁比例流量制御弁においては、流量制御の要求特性との関係から、弁体１３のストロークを大きく取ることが必要となる場合があるが、コントロールゾーンを長く設定（ベース３の凹部１６を深く形成）すると、ソレノイド推力（図５の各電流値に対応するソレノイド吸引力）が全体的に低下してしまう。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、コントロールゾーンのソレノイド推力を落とさずに弁体のストロークを大きく取れるような構成とすることを目的とする。

本発明は、作動流体が流れる一次側の室と二次側の室との間を連通するバルブ穴と、前記バルブ穴に対して軸方向へ変位可能な弁体と、前記弁体を軸方向へ付勢するスプリングと、前記バルブ穴と前記弁体との間で形成される絞り部と、前記弁体を前記スプリングに抗して駆動するソレノイドと、を備え、前記弁体の変位に伴って前記絞り部の開口面積が可変となる電磁比例流量制御弁において、前記ソレノイドは、前記弁体と一体に軸方向へ変位可能なプランジャと、その一方の端面に対向する側の端面に前記プランジャの軸方向への変位を受け入れる凹部を持つベースと、前記ベースの外周に組み付けられる電磁コイルと、を備え、前記プランジャは、前記ベースとの間に前記電磁コイルを流れる電流値に応じて発生するソレノイド推力により、前記ベース側の端面が前記凹部の内側に位置して駆動されるコントロールゾーンと、前記ベース側の端面が前記凹部から抜け出て駆動されるアプローチゾーンと、を変位可能に構成され、前記コントロールゾーンにおいて、前記プランジャがソレノイドの吸着部に近づくに従って前記ソレノイド推力が大きくなる特性に設定されると共に、前記電磁コイルを流れる電流値が大きくなる程ソレノイド推力の上昇率が大きくなる特性に設定されることを特徴とする電磁比例流量制御弁である。

本発明よると、プランジャのストロークの一部としてアプローチゾーンを使用するので、コントロールゾーンのソレノイド推力を低下させることなく、弁体のストロークを大きく取ることができる。

本発明の実施形態を示すパワーステアリング装置の油圧回路図である。 同じく電磁比例流量制御弁の断面図である。 同じく電磁比例流量制御弁の要部説明図である。 同じく電磁コイルに流れる電流値Ｉと絞り部を流れる作動流体の流量Ｑとの関係を示す特性図である。 同じくプランジャのストロークＳとソレノイド推力Ｆとの関係を電磁コイルに流れる電流値Ｉに応じて示す特性図である。 同じく電磁コイルに流れる電流値Ｉとソレノイド推力Ｆとの関係を示す特性図である。 従来技術を示す電磁比例流量制御弁の断面図である。

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、電磁比例流量制御弁３０（電磁比例絞り弁）は、作動流体（作動油）を吐出するポンプ３７と、パワーステアリングシステム３６との間に介装される。電磁比例流量制御弁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。電磁比例流量制御弁３０に電流が流れると、電流値に応じた弁開度調整が行われ、その開口面積に応じた制御流量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においては、非操舵時に、電磁比例流量制御弁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、電磁比例流量制御弁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、電磁比例流量制御弁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、電磁比例流量制御弁３０の開口面積に応じて制御される流量の作動流体が供給され、必要とされる車輪の操舵力を付与する。

図２は、電磁比例流量制御弁３０の構成を示す断面図であり、電磁比例流量制御弁３０は、円筒状のスリーブ２１と、これと同軸にフィラーリング２２を介して接続されるベース２３と、スリーブ２１およびベース２３の内部に挿入されるシャフト２４を備える。

円柱状のシャフト２４は、スリーブ２１に軸受２５を介して軸方向へ摺動可能に支持される。シャフト２４を開弁方向（図上の右方向）へ駆動するソレノイド２６が設けられる。ソレノイド２６は、シャフト２４に固定されるプランジャ２７（可動鉄芯）と、固定鉄芯となるベース２３と、その外周に組み付けられる電磁コイル２８と、を備える。

シャフト２４を開弁方向へ付勢するコイル状のスプリング２９と、閉弁方向（図上の左方向）へ付勢するコイル状のスプリング４１が設けられる。スプリング２９は、軸受２５とプランジャ２７との間に圧縮して介装される。スプリング４１は、シャフト２４とアジャスタ４７との間に圧縮して介装される。アジャスタ４７は、スプリング２９，４１のバネ力を調整するためのものである。

スリーブ２１（バルブボディ）に２つの室４４，４５が画成され、これらの間を連通するバルブ穴４２が形成される。バルブ穴４２に挿入可能な円錐状の弁体４３がシャフト２４の先端に形成され、バルブ穴４２との間に絞り部Ｔを形成する。

２つの室４４，４５のうち、一方の室４４は、一次側（ポンプ３７側）通路に連通され、他方の室４５は、二次側（パワーステアリングシステム３６側）通路に連通される。これに限らず、作動流体が逆方向へ流れるように構成してもよい。

スリーブ２１の中空部にプランジャ２７を軸方向へ摺動自由に支持する案内穴４８が形成され、案内穴４８が開口するスリーブ２１の端面に対向する側のベース２３の端面にプランジャ２７を進退可能に受け入れる凹部４６が形成される。

プランジャ２７のストロークは、プランジャ２７の一方の端面がスリーブ２１の案内穴４８の底４８ａに突き当たる位置と、プランジャ２７の他方の端面がベース２３の凹部４６の底４６ａ（ギャップワッシャ）に突き当たる位置と、の間に規制される。

ソレノイド２６の電磁コイル２８に電流が流れると、その電流値に応じたソレノイド吸引力がプランジャ２７に働き、このソレノイド推力によってプランジャ２７がスプリング４１に抗して吸着部側（図上の右方向）へシャフト２４を変位させる。これによって得られる絞り部Ｔの開口面積および絞り部Ｔの前後差圧に比例した流量の作動流体が絞り部Ｔを流れるのである。

図３は、本発明の要部を説明するものであり、プランジャ２７は、後述の最大開口面積一定領域との関係から、ベース２３側の端面が凹部４６の内側に位置して駆動されるコントロールゾーンＬcと、同じく端面が凹部４６から抜け出て駆動されるアプローチゾーンＬaと、を変位可能に構成される。

プランジャ２７は、スリーブ２１側の端面が案内穴４８の底４８ａに突き当たる位置（シャフト２４の最小ストローク）にあるときは、ベース２３側の端面が凹部４６の開口から所定値だけ離れる位置（アプローチゾーンＬa）にあり、電磁コイル２８に流れる電流値が大きくなるのに従って吸着部側（図上の右方向）へ変位し、ベース２３側の端面が凹部４６の内側（コントロールゾーンＬc）に入り、そこを吸着部側へ変位し、凹部４６の底４６ａに突き当たる位置へ達するのである。

プランジャ２７のストロークを規定する部品寸法のバラツキなどに起因する最大流量のバラツキを抑えるため、弁体４３の変位に伴って絞り部Ｔの開口面積が変化しない最大開口面積一定領域が設定される。

弁体４３は、プランジャ２７のスリーブ２１側の端面が案内穴４８の底４８ａに突き当たる位置（シャフト２４の最小ストローク）にあるときは、バルブ穴４２に対する挿入量が最大となる。絞り部Ｔは、最小開口面積に絞られ、弁体４３が図上の右方向へ変位するのに伴って絞り部Ｔの開口面積が大きくなり、弁体４３のバルブ穴４２に対する挿入量が０になると、最大開口面積となる。弁体４３は、その位置からさらに最大開口面積一定領域をプランジャ２７のベース２３側の端面が凹部４６の底４６ａに突き当たる位置まで変位する。

最大開口面積一定領域においては、弁体４３の変位に伴って絞り部Ｔの開口面積が変化しないため、プランジャ２７のストロークを規定する部品寸法のバラツキなどに起因する最大流量のバラツキが抑えられる。

電磁比例流量制御弁３０は、開口面積可変領域（弁体４３がバルブ穴４２に挿入され、絞り部Ｔの開口面積が弁体４３の軸方向への変位に伴って変化する）に加えて最大開口面積一定領域を備えるので、プランジャ２７のストロークを大きく取ることが必要となる。コントロールゾーンＬcを長く設定（ベース２３の凹部４６を深く形成）すると、コントロールゾーンＬcを含む全体のソレノイド推力の低下を招くことになる（図５、参照）が、プランジャ２７のストロークの一部としてアプローチゾーンＬaを使用するので、コントロールゾーンＬcを含む全体のソレノイド推力の低下を招くことなく、プランジャ２７のストロークを大きく取ることができる。

プランジャ２７のストロークの一部としてアプローチゾーンＬaを使用するので、必要に応じてコントロールゾーンＬcを狭める（凹部４６の深さを浅くする）ことも考えられる。その場合においても、アプローチゾーンＬaは、ソレノイド２６の電磁コイル２８に流れる制御電流が小さい低電流側で使用されるので、高電流側に比べると、ソレノイド吸引力の低下が小さく、流量制御への影響も殆ど生じない。

図４は、電磁コイル２８を流れる電流値Iと絞り部Ｔを流れる作動流体の流量Ｑとの関係を示す特性図であり、スプリング２９，４１のバネ力との関係からも、点線のように直線性を持つ特性が要求される。そのため、ソレノイド２６は、図５の特性および図６の特性を持つものに設計される。

図５は、プランジャ２７のストロークＳとソレノイド推力Ｆとの関係を示す特性図であり、図６は、電磁コイル２８に流れる電流値Ｉとソレノイド吸引力Ｆとの関係を示す特性図である。図５において、Ｐはソレノイド２６の動作直線の一例を示すものである。

図５のコントロールゾーンＬcにおいて、吸着側でソレノイド推力Ｆが高くなる特性に設定すると、図６のように制御電流値Iが大きく高電流側でソレノイド推力Ｆの上昇率が大きくなる特性が得られる。これにより、図４の実線で示す特性（制御電流値Iが大きく高電流側で絞り部Ｔを流れる作動流体の制御流量Ｑの増加率が徐々に小さくなる特性）から、点線のような直線性をもつ特性へ変えられるのである。

このような特性については、ベース２３の凹部４６の外径側に与える磁路調整用の傾斜面４９（図３、参照）によって設計される。傾斜面４９の角度θは、図５の特性および図６の特性が得られる角度に設定される。これにより、図４の点線に示す直線性を持つ特性が確保され、最大流量へ至るまでの流量の低下が抑えられることになる。

本発明は、上記の実施形態に限定されず、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。

本発明の電磁比例流量制御弁は、パワーステアリング装置に好適なばかりでなく、産業機械等の電磁比例流量制御弁として広く利用できる。

２１ スリーブ（バルブボディ）
２３ ベース
２４ シャフト
２６ ソレノイド
２７ プランジャ
４２ バルブ穴
４３ 弁体
４４，４５ 室

Claims (3)

1. 作動流体が流れる一次側の室と二次側の室との間を連通するバルブ穴と、前記バルブ穴に対して軸方向へ変位可能な弁体と、前記弁体を軸方向へ付勢するスプリングと、前記バルブ穴と前記弁体との間で形成される絞り部と、前記弁体を前記スプリングに抗して駆動するソレノイドと、を備え、前記弁体の変位に伴って前記絞り部の開口面積が可変となる電磁比例流量制御弁において、
   前記ソレノイドは、前記弁体と一体に軸方向へ変位可能なプランジャと、その一方の端面に対向する側の端面に前記プランジャの軸方向への変位を受け入れる凹部を持つベースと、前記ベースの外周に組み付けられる電磁コイルと、を備え、
   前記プランジャは、前記ベースとの間に前記電磁コイルを流れる電流値に応じて発生するソレノイド推力により、前記ベース側の端面が前記凹部の内側に位置して駆動されるコントロールゾーンと、前記ベース側の端面が前記凹部から抜け出て駆動されるアプローチゾーンと、を変位可能に構成され、
   前記コントロールゾーンにおいて、前記プランジャがソレノイドの吸着部に近づくに従って前記ソレノイド推力が大きくなる特性に設定されると共に、前記電磁コイルを流れる電流値が大きくなる程ソレノイド推力の上昇率が大きくなる特性に設定される
   ことを特徴とする電磁比例流量制御弁。
2. 前記アプローチゾーンは、前記電磁コイルを流れる電流値が小さくなる低電流側のストロークとして設定される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. 車両の操舵力をアシストするパワーステアリング装置において、請求項１または請求項２に記載の電磁比例流量制御弁と、前記電磁比例流量制御弁の上流側に接続されるポンプなどの圧力源と、前記電磁比例流量制御弁の下流側に接続されるパワーステアリング機構と、前記電磁比例流量制御弁の前後差圧を一定に保つ圧力補償弁と、を備え、前記電磁比例流量制御弁が前記圧力源から前記パワーステアリング機構へ供給される作動流体の流量を制御することを特徴とするパワーステアリング装置。

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