JPH0765690B2 - 流量制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は自動車のパワーステアリング装置等に施用さ
れ、パワーソースからこのパワーステアリング装置等に
供給される作動流体の流量を所定流量に調整する流量制
御装置に関する。

（従来の技術） 流体を作動媒体として手動操舵トルクを助勢するパワー
ステアリング装置に作動流体を供給するパワーソースと
してのオイルポンプは通常車両に搭載した内燃機関によ
って回転駆動され、その回転数の増加によって吐出流量
が増加する。

しかるに、パワーステアリング操作に必要な流量は、そ
の操作が車両の停車時あるいは低速走行時に十分に機能
すればよいものであるから、機関の比較的低速域におい
て確保されることを要するが、高速時は差程必要としな
い。従って、高速回転で生じる余剰流量は流量制御装置
によってバイパスさせ、リザーバタンク等に戻すのが普
通である。

ここに、この種の流量制御装置として本件出願人は第３
図に示すように、ポンプ１からの吐出油を導く導入通路
２に連通するメインオリフィス３を、これに直列配置し
た可変絞りのサブオリフィス４を介してパワーステアリ
ング装置５に連通し、感応オリフィス６及び通路７を介
してメインオリフィス３の前後の圧力をそれぞれサブス
プール８に作用させることにより、サブスプール８をメ
インオリフィス３の前後に生ずる差圧に応動させてサブ
オリフィス４を制御する一方、サブオリフィス４の前後
に生ずる差圧に応動するメインスプール９を、リザーバ
タンク（図示略）に通じるドレン通路10と適合させた流
量制御装置を提案している。

この流量制御装置の吐出流量特性は第４図（ｂ）に示す
如くであって、ポンプ１から吐出された作動油は、メイ
ンオリフィス３及びサブオリフィス４を通過する一方
で、サブオリフィス４に流入する作動油の増大に伴うサ
ブオリフィス４通過前後の差圧の増大によってメインス
プール９をこれのつり合いばね11のばね力に抗して右動
させてドレン通路10を開口させ、その一部がドレン通路
10に逃げる。斯くして、パワーステアリング装置５に送
出される作動油を、メインオリフィス３及びサブオリフ
ィス４による制御のもとに一定流量Q₂に維持する。ポン
プ吐出量が更に増大すると、これに伴うメインスプール
９の更なる右動と共に、メインオリフィス３前後に生ず
る差圧の増大によってサブスプール８をこれのつり合い
ばね12のばね力に抗して左動させ、サブオリフィス４を
絞る。この一連の動作で、パワーステアリング装置５に
送出される流量は、一定流量Q₂から漸減して、主にサブ
オリフィス４を通過することでもたらされる流量Q₁に制
御され、所謂フローダウン制御される。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、前記従来例にあっては、メインスプール９の
移動時にポンプ吐出油が固定絞りのメインオリフィス３
を通過してドレン通路に逃げる構成であるため、メイン
オリフィス３によって生ずる抵抗分導入通路２内の圧力
が上昇し、ポンプ１が無用の仕事を強いられる。即ち、
ポンプ負荷が増大しエネルギのロスが発生する上に、発
熱によりポンプ吐出油の油温が上昇し吐出油の劣化が早
まるという問題点があった。更に、油温が上昇すると、
ポンプ１やパワーステアリング装置５にはゴム製部品が
多数使用されているため、これらゴム製部品の劣化が促
進される上に、キャビテーションが発生し易くなってポ
ンプ１やパワーステアリング装置５の故障が増大すると
いう問題点もあった。

（問題点を解決するための手段） この発明は、上述した問題点に着目してなされたもの
で、導入通路、ドレン通路および吐出通路が形成された
ハウジング内にメインスプールおよび中心部に軸方向の
連通孔を有するサブスプールを変位可能に収納して、前
記導入通路と前記吐出通路との間に、前記サブスプール
の変位に応じて開口面積が変化する第１オリフィスおよ
び第２オリフィスを設定するとともに、前記第１オリフ
ィスと前記ドレン通路との間に前記メインスプールの変
位に応じて開口面積が変化するドレンオリフィスを設定
し、前記メインスプールを前記第２オリフィスの前後の
流体圧力差に応動させるとともに、前記サブスプールを
前記第１オリフィスの前後の流体圧力差及び前記第２オ
リフィスの前後の圧力差に応動させ、前記吐出通路から
流出する流体を所定の流量特性に維持する流量制御装置
において、前記ハウジング内に制御リングを嵌挿固定
し、該制御リングの嵌挿部外周面に軸方向の溝を設け
て、該溝と前記ハウジング内周面との間に固定オリフィ
スを形成するとともに、内周に形成された軸孔には前記
サブスプールの先端を所定長のラップ部を有して摺動可
能に嵌挿し、該サブスプールの所定長以上の移動によっ
て開口して前記導入通路から前記連通孔側へ前記固定オ
リフィスをバイパスする可変オリフィスを形成し、これ
ら固定オリフィスと可変オリフィスとによって前記第１
オリフィスを構成したことによって、上記問題点を解決
するものである。

（作用） この発明に係る流量制御装置によれば、導入通路に流入
する流体の低流量域においては、第１オリフィスが比較
的小さな開口面積をもって導入通路と吐出通路とを連通
し、また、導入通路に流入する流体の高流量域において
は、第１オリフィスを通過する流体の流量が増加するに
伴い制御リングが第１オリフィスの前後の流体圧力差に
応動するサブスプールの動きに応じて第１オリフィスの
開口面積を増大させる。このため、この流量制御装置に
よる流体回路の圧力損失が低減されて、ポンプ負荷が軽
減されるとともに流体圧力の上昇に起因した流体温度の
上昇が阻止されるものである。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図および第２図は、この発明の一実施例を車両のパ
ワーステアリング装置に適用したものを示している。

まず構成を説明すると、第１図において、21は図中左右
方向に延在し左端を開口した収容孔21aが形成されたケ
ーシング、22は孔22aが形成された中空状のコネクタで
あり、コネクタ22はケーシング21の収容孔21aの開口端
に螺着され、ケーシング21とともにバルブハウジング23
として機能する。ケーシング21には、収容孔21aに開口
する導入通路23aおよびドレン通路23bが形成されてい
る。そして、導入通路23aはポンプ24の吐出ポートに接
続され、ドレン通路23bはポンプ24の吸込ポートに接続
されている。ポンプ24は、図示しない車載エンジンによ
り駆動されリザーバ（図示省略）内の流体を加圧して吐
出するもので、その回転軸の１回転当り一定量の流体を
吐出する。コネクタ22の孔22aは図中左端に吐出通路23c
が連続して設けられ、この吐出通路23cが図示しないパ
ワーステアリング装置のコントロールバルブ（四方切換
弁）に接続されている。また、コネクタ22の孔22aは吐
出通路23cの右隣から順に小径部25および第１、第２、
第３の大径部26、27、28を有しており、第３大径部28に
は孔22aと導入通路23aとを連通する通孔29が形成されて
いる。31は第３大径部28に嵌着され、コネクタ22に植立
てられたピン32によって大径部28に嵌挿固定された中空
の制御リングである。この制御リング31は、その嵌挿部
外周面に軸方向に形成され通孔29と収容孔21aとを連通
する溝33と、軸孔31aと、を有している。そして、前記
溝33と大径部28との間で固定オリフィスを形成してい
る。40はコネクタ22の孔22aおよび制御リング31の軸孔3
1a内に軸方向摺動可能に嵌入され、大径部40aと小径部4
0bおよび連通孔42を有する略円筒状のサブスプールであ
る。そして、サブスプール40の先端部である一端小径部
40d外周面は軸孔31a内周面に対して所定長のラップ部を
有して摺動可能に嵌挿されており、サブスプール40が所
定長以上の移動によって小径部40d外周面と軸孔31a内周
面との間に開口部が形成され、この開口部はサブスプー
ル40の移動によって開口面積が可変となる可変オリフィ
スを形成している。この可変オリフィスは、前記固定オ
リフィスと共に、第１オリフィス34を構成していること
となる。従って、この第１オリフィス34は導入通路23a
と吐出通路23cとの間に位置して、サブスプール40の変
位に応じて開口面積が変化する。すなわち、サブスプー
ル40の一端小径部40dが制御リング31の軸孔31a内に位置
するときは、通孔29および制御リング31の溝33により決
定された開口面積を有し、また、サブスプール40の一端
小径部40dが制御リング31の軸孔31a内から抜け出すと、
該小径部40dの外周面と軸孔31aの内周面との間隙、およ
び、通孔29と溝33とにより決定される開口面積を有す
る。39は第２大径部27の一端面とサブスプール40の大径
部40aとの間に縮設され、サブスプール40を制御リング3
1の方向（図の右方向）へ常時付勢しているコイルスプ
リングである。サブスプール40の連通孔42の一端部（図
の左端部）にはメインオリフィス41が設けられており、
メインオリフィス41の近傍には連通孔42と直交し孔22a
の第１大径部26に開口する孔43が設けられている。この
結果、孔43、および第１大径部26とサブスプール40の他
端小径部40b外周面との間隙を介してメインオリフィス4
1の上流側と下流側とが連通している。そして、サブス
プール40の他端（吐出通路23c側の端部）の外周面は、
孔22aの小径部25と第１大径部26の間の肩部とともにサ
ブオリフィス44を構成しており、このサブオリフィス44
は、サブスプール40の図中左方向への変位に伴って閉止
され開口面積が変化する。すなわち、サブオリフィス44
はコネクタ22とサブスプール40との相対位置に応じた開
口面積を有している。このサブオリフィス44とメインオ
リフィス41は連通孔42と吐出通路23cとの間に並列的に
位置して第２オリフィス45を構成している。そして、第
２オリフィス45はサブオリフィス44の開口面積の変化に
応じてその開口面積が変化する。前記ピン32はサブスプ
ール40の図中右方向の移動範囲を規定するストッパとし
ても機能している。一方、ケーシング21の収容孔21aの
図中右方には、メインスプール47が摺動自在に嵌挿され
て、その両端に一次圧力室48と二次圧力室49とを画成し
ている。一次圧力室48は、通孔29と制御リング31の溝33
および制御リング31の軸孔31aとサブスプール40の一端
小径部外周面との間隙を介して導入通路23aに連通する
とともに、第２オリフィス45を介して吐出通路23cに連
通している。すなわち、一次圧力室48は第２オリフィス
45の上流側に位置し、第２オリフィス45を第１オリフィ
ス34を介して導入通路23aに連通させている。また、二
次圧力室49は、メインスプール47の（後述する）ランド
に形成された細孔50、ケーシング21に形成された導孔21
bおよびコネクタ22に形成された導孔22cを介して第２オ
リフィス45の下流の孔22aと連通している。51は二次圧
力室49内に縮設されメインスプール47を図中左方向へ付
勢しているコイルスプリングである。メインスプール47
の外周面には、ドレン通路23bに開口した条溝47aおよび
ケーシング21の導孔21bに開口した条溝47bが形成され、
３つのランド47c、47d、47eが形成されている。図中左
方のランド47cは、ドレン通路23bの収容孔21aにおける
開口縁との間にドレンオリフィス52を構成している。こ
のドレンオリフィス52は、一次圧力室48とドレン通路23
bとの間に位置し、メインスプール47の変位にともない
開口面積を変更する。すなわち、このドレンオリフィス
52は、メインスプール47の図中右動にともないドレン通
路23bの開口面積を増大し、一次圧力室48を介して導入
通路23aとドレン通路23bとをメインスプール47の変位に
応じた開口面積で連通する。また、図中右方のランド47
eには、条溝47bと二次圧力室49とを連通する前述の細孔
50が形成されている。この細孔50は、前述のように、コ
ネクタ22の導孔22c、ケーシング21の導孔21bおよび条溝
47bとともに二次圧力室49を第２オリフィス45の下流の
孔22a内に連通している。孔46を介して条溝47aと連通す
るメインスプール47の軸穴53内には、ボール弁体54をそ
の押圧ロッド55とともにチェックスプリング56で偏倚し
て軸穴53の開口端に固着した中空尾栓57の弁座に着座さ
せたリリーフ弁58が設けられている。このリリーフ弁58
は前記導孔22c、導孔21b、条溝47b、細孔50を介して二
次圧力室49内に導入される吐出通路23cの圧力超過をド
レン通路23bへ逃がすためのものである。

次に、作用を説明する。

この流量制御装置は、メインスプール47が第２オリフィ
ス45の前後の流体圧力差（一次圧力室48と二次圧力室49
との流体圧力差）を一定とするように変位し、ドレンオ
リフィス52の開口面積すなわちドレン通路23bの開口面
積を変更して導入通路23aに流入する流体の一部をドレ
ン通路23bから排出し、更に、サブスプール40が第１オ
リフィス34の前後の流体圧力差に応動することで吐出通
路23cからパワーステアリング装置へ供給する流体を第
４図（ｂ）に示す流量特性に維持する。すなわち、車載
エンジンにより駆動されるポンプ24は、その吐出量がエ
ンジンの回転数に略比例的な関係を有するため、流量制
御装置は、導入通路23aから流入する流体の一部をドレ
ン通路23bからポンプ24へ還流して、吐出通路23cからパ
ワーステアリング装置へ供給する流体を所定の流量特性
（第４図（ｂ））に維持するのである。

以下、第４図（ａ）、（ｂ）を参照して、この流量制御
装置の作動を説明する。なお、以下の説明においては、
導入通路23aから第１オリフィス34までの流体圧力、第
１オリフィス34から第２オリフィス45までの流体圧力お
よび第２オリフィス45から吐出通路23cまでの流体圧力
をそれぞれ符号P₁、P₂、P₃で表示する。

まず、導入通路23aに流入する流体流量Ｎが所定値N1に
満たない場合、メインスプール47はスプリング51により
付勢されて図中左方に位置している。また、サブスプー
ル40もスプリング39により付勢されて図中右方に位置
し、その一端小径部40dが制御リング31の軸孔31a内に位
置している。このため、第１オリフィス34は、通孔29お
よび制御リング31の溝33により決定される開口面積を有
し、第２オリフィス45は、メインオリフィス41およびサ
ブオリフィス44の開口面積の総和により決定された開口
面積を有し、また、ドレンオリフィス52は、メインスプ
ール47のランド47cがドレン通路23bを閉止しているため
閉じられた状態にある。したがって、導入通路23aに流
入した流体は、第１オリフィス34、一次圧力室48を経て
連通孔42内へ流入し、更にメインオリフィス41およびサ
ブオリフィス44を経て全量が吐出通路23cからパワース
テアリング装置へ供給される。

次に、導入通路23aに流入する流体流量Ｎが所定量N₁以
上に増大すると（N₁≦Ｎ＜N₂）、第２オリフィス45の前
後の流体圧力差（ΔP₂）、（ΔP₂＝P₂−P₃）が増大し、
メインスプール47は第２オリフィス45の前後の圧力差Δ
P₂すなわち一次圧力室48と二次圧力室49との流体圧力差
に応動してドレン通路23bを開口する。すなわち、メイ
ンスプール47は、スプリング51の弾性力に抗して第２オ
リフィス45の前後の流体圧力差ΔP₂を一定にするよう右
動してドレンオリフィス52を開く。このため、導入通路
23aに流入した流体は、一部が第１オリフィス34を経て
一次圧力室48に流入した後ドレン通路23bから排出さ
れ、吐出通路23cからパワーステアリング装置へ供給さ
れる流体流量Ｑが一定量Q₂になる。なお、この時、導入
通路23aと吐出通路23cとの間は、第１オリフィス34と、
メインオリフィス41およびこれと並列なサブオリフィス
44を介して連通しているため、流体流量を大きめのQ₂に
制御することが可能である。すなわち、メインオリフィ
ス41と並列に設けられたサブオリフィス44が、連通孔42
と吐出通路23cとの間を連通しているため、第２オリフ
ィス45の面積が大きくなっているためである。

導入通路23aに流入する流体流量Ｎが所定量N₂以上に増
大すると（N₂≦Ｎ＜N₃）、導入通路23aに流入した流体
の全流量が通過する第１オリフィス34の前後の流体圧力
差（ΔP₁）（ここで、ΔP₁は、（P₁−P₂）である）が増
大し、また、第２オリフィス45の前後の流体圧力差ΔP₂
も増大する。このため、サブスプール40は、スプリング
39の弾性力に抗して左動し、サブオリフィス44を閉止す
るため、サブオリフィス44はサブスプール40の変位に応
じた開口面積となる（開口面積が減少する）。したがっ
て、吐出通路23cからパワーステアリング装置へ供給さ
れる流体流量Ｑが減少する。これにより、パワーステア
リング装置は、パワーシリンダにより発生される操舵補
助力が減少し、高速走行時における操舵安定性が図れる
ものである。

次に、導入通路23aに流入する流体流量Ｎが前述の所定
量N₃以上に増大すると（N₃≦Ｎ＜N₄）、サブスプール40
がさらに図中左方へ変位して、サブオリフィス44が完全
に閉止される。したがって、導入通路23aと吐出通路23c
との間は、第１オリフィス34およびメインオリフィス41
を直列に介してのみ連通し、メインスプール47がメイン
オリフィス41の前後の流体圧力差ΔP₂を一定にするよう
に変位する。このため、第４図（ｂ）に示すように、吐
出通路23cからパワーステアリング装置へ供給される流
体流量Ｑはほぼ一定量Q₁となる。なお、上述の場合にあ
っては、サブスプール40の一端小径部40bがまだ制御リ
ング31の軸孔31a内に位置しているため、第１オリフィ
ス34の開口面積が変化することは無い。

この後、さらに導入通路23aに流入する流体流量Ｎが増
大すると（Ｎ≧N₄）、サブスプール40が更に左方へ変位
し、その一端小径部40dが制御リング31の軸孔31aから抜
け出すため、第１オリフィス34の開口面積が増大する。
すなわち、サブスプール40の一端小径部40dが制御リン
グ31の軸孔31aから抜け出すと、該小径部40dの外周面端
部と軸孔31aとの間に環状の間隙が形成される。このた
め、第１オリフィス34は、通孔29、制御リング31の溝33
および前記間隙により決定された開口面積を有し、その
開口面積は導入通路23aへ流入する流体流量Ｎの増加に
ともなうサブスプール40の左動に対応して増大する。し
たがって、導入通路23aの流体圧力P₁は、第４図（ａ）
に示すように、流量Ｎが増大してもその上昇率は極めて
緩やかとなって、ポンプ24の負荷を軽減するとともに、
流体圧力P₁の上昇に起因した流体温度の上昇を阻止す
る。

ところで、例えば、吐出通路23cからパワーステアリン
グ装置へ供給される流体流量Q₁が所定値に保持されてい
る場合（通常、車両の高速走行時等で導入通路23aへ流
入する流体流量Ｎが所定値N₃以上の場合）、パワーステ
アリング装置が作動すると、吐出通路23cの流体圧力P₃
が増大するため（増大圧力分をΔＰとする）、サブスプ
ール40が図中右方へ押圧される。しかしながら、流量制
御装置は、吐出流量Q₁を一定に維持するために第２オリ
フィス45の前後差圧を一定に保つように働く。

すなわち、吐出圧の増大分ΔＰが導孔22c、導孔21b、条
溝47b、細孔50を介して二次圧力室49に作用しメインス
プール47を左方へ動かしてドレンオリフィス52の開口面
積を狭くし一次圧力室48の圧をΔＰだけ上昇させる。

このため、サブスプール40の前後面圧はそれぞれΔＰ上
昇することになり、したがって、サブオリフィス44が開
口することも無く、第４図（ｂ）に示す流量特性は不変
的に維持される。

なお、吐出通路23cの流体圧力P₃が異常に高くなった場
合は、リリーフ弁58によってその圧力超過をドレン通路
23bへ逃がすことができる。

（発明の効果） 以上説明してきたように、この発明に係る流量制御装置
によれば、導入通路へ流入する流体流量の低流量域にお
いては導入通路と吐出通路との間で第２オリフィスの開
口面積が増大し、また、高流量域においては制御リング
とサブスプールの作用によって第１オリフィスの開口面
積が増大するため、全体としての抵抗が減少し、ポンプ
が無用の仕事を強いられることがなくなる。すなわち、
ポンプの負荷が減少するためエネルギのロスや発熱がな
くなり、流体（作動油）の温度も低下するため流体やゴ
ム製部品の劣化を防止することができ、また、キャビテ
ーションの発生も抑制できる。その結果、ポンプやパワ
ーステアリング装置の故障が減少する。

また、この発明は、ハウジング内に嵌挿固定した別体の
制御リングを用い、この制御リングは、次のように固定
オリフィスと可変オリフィスとで第１オリフィスを構成
し、固定オリフィスは、制御リングの嵌挿部外周面に軸
方向の溝を設けて、該溝と前記ハウジング内周面との間
で形成し、可変オリフィスは、制御リングの内周に形成
された軸孔には、サブスプールの先端を所定長のラップ
部を有して摺動可能に嵌挿し、該サブスプールの所定長
以上の移動によって開口して前記導入通路から前記連通
孔側へ前記固定オリフィスをバイパスして構成している
結果、制御リングの外周に設けた溝の断面積を選択する
ことによって、固定オリフィスの特性を変更することが
でき、制御リング内周の軸孔に対するサブスプール先端
のラップ長さ即ち制御リング内周の軸孔のサブスプール
とのラップ長さを選択することによって、可変オリフィ
スの特性を変更すれば良く、このことは、所望の特性に
応じて形成された制御リングを用意すれば、ハウジング
やサブスプールの形状を変更する必要ない。したがっ
て、ハウジングやサブスプールの複雑な構成を有する部
品の共用化を果たすことでき、この面からの流量制御装
置のコストダウンや部品管理の簡略化を果たすことがで
きることとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明に係る流量制御装置の一
実施例を示す図であり、第１図はその正面断面図但し制
御リング部についてはＩ−Ｉ断面図、第２図は制御リン
グの正面図、第３図は従来の流量制御装置を示す正面断
面図、第４図（ａ）は導入通路へ流入する流体の流量と
圧力との関係を示す図、第４図（ｂ）は流量特性を示す
図である。 23……バルブハウジング、23a……導入通路、23b……ド
レン通路、23c……吐出通路、31……制御リング、34…
…第１オリフィス、40……サブスプール、45……第２オ
リフィス、47……メインスプール、52……ドレンオリフ
ィス。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】導入通路、ドレン通路および吐出通路が形
   成されたハウジング内にメインスプールおよび中心部に
   軸方向の連通孔を有するサブスプールを変位可能に収納
   して、前記導入通路と前記吐出通路との間に、前記サブ
   スプールの変位に応じて開口面積が変化する第１オリフ
   ィスおよび第２オリフィスを設定するとともに、前記第
   １オリフィスと前記ドレン通路との間に前記メインスプ
   ールの変位に応じて開口面積が変化するドレンオリフィ
   スを設定し、前記メインスプールを前記第２オリフィス
   の前後の流体圧力差に応動させるとともに、前記サブス
   プールを前記第１オリフィスの前後の流体圧力差及び前
   記第２オリフィスの前後の圧力差に応動させ、前記吐出
   通路から流出する流体を所定の流量特性に維持する流量
   制御装置において、前記ハウジング内に制御リングを嵌
   挿固定し、該制御リングの嵌挿部外周面に軸方向の溝を
   設けて、該溝と前記ハウジング内周面との間に固定オリ
   フィスを形成するとともに、内周に形成された軸孔には
   前記サブスプールの先端を所定長のラップ部を有して摺
   動可能に嵌挿し、該サブスプールの所定長以上の移動に
   よって開口して前記導入通路から前記連通孔側へ前記固
   定オリフィスをバイパスする可変オリフィスを形成し、
   これら固定オリフィスと可変オリフィスとによって前記
   第１オリフィスを構成したことを特徴とする流量制御装
   置。