JPH1165674A - 比例圧力制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スプールを駆動力に応じた位置に移動させて
制御対象に接続される第２ポートの圧力をスプール駆動
力に応じた値に制御する比例圧力制御弁の液粘度が高い
場合の加圧制御時の応答性と減圧制御時の応答性を共に
良くすることである。 【解決手段】 スプール１１に、そのスプールが図の位
置にあるときに第１ポート３に連通する第１表面通路１
２と、第２ポート４に常時連通する第２表面通路１３
と、第３ポート５に常時連通し、スプール１１が第２液
室７側への移動端にあるときに第２ポート４に連通する
第３表面通路１４を設け、スプール変位で第１弁部１７
が閉じ、更なるスプール変位で第２弁部１８が開くよう
にしたので、第１弁部１７が開弁する加圧制御時も、第
２弁部１８が開弁する減圧制御時も、スプール１１に弁
部を開かせる方向の力（第１、第３表面通路内で発生す
る液圧差による力）が作用して制御弁の応答性が良くな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、自動車のブレー
キシステム、パワーステアリング、トランスミッション
などに用いられる比例圧力制御弁に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】出力を電気的に制御できる駆動手段（電
磁石が一般的）によってスプールを駆動力に応じた位置
に移動させ、液圧源に接続される第１ポート及びリザー
バに接続される第３ポートに対する第２ポート（制御対
象に接続される）の接続の切り替えと、第２ポートを第
１ポートに連通させる第１弁部及び第２ポートを第３ポ
ートに連通させる第２弁部の開度調整を行わしめ、第２
ポートの圧力を駆動手段の駆動力に応じた値に制御する
比例圧力制御弁としては、例えば、特開平１−２６１５
８１号公報や特開平３−６９８７７号公報に開示される
ものがある。

【０００３】前者の公報の圧力制御弁（制御バルブ）
は、図１４に示すように、スプール１１に形成された第
１、第２、第３表面通路（いずれも環状凹溝）のうち、
第１表面通路１２が常時第１ポート（供給ポート）３に
連通し、また、第３表面通路１４が常時第３ポート（タ
ンクポート）５に連通しており、スプール１１の変位
で、第１表面通路１２と第２ポート（負荷ポート）４と
の間に形成される第１弁部１７又は第３表面通路１４と
第２ポート４との間に形成される第２弁部１８が開いて
第２ポート４の圧力が制御される。

【０００４】また、後者の圧力制御弁（電磁制御スプー
ル弁）は、図１５に示すように、スプール１１に形成さ
れた第２表面通路（第２環状溝部）１３が常時第２ポー
ト（出力ポート）４に連通しており、スプール１１の変
位で第２表面通路１３が第１ポート（供給通路）３又は
第３ポート（ドレン通路）５に連通し、第２ポート４の
圧力が制御される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図１４の圧力制御弁
は、加圧制御時に第１表面通路１２の右端が第２ポート
４に連通するので、液粘度（作動液の粘度）が高いと第
１表面通路１２の右側の圧力が左側の圧力よりも低下し
てスプール１１に図中左向きの力が加わり、そのために
第１弁部１７が閉じ勝手になって図１６のように加圧時
の応答性が悪くなる。

【０００６】一方、図１５の圧力制御弁は、減圧制御時
に第２表面通路１３の左端が第３ポート５に連通するの
で、液粘度が高いと左側の圧力が低下してスプール１１
が図中右向きの力を受け、第２弁部１８が閉じ勝手とな
って図１７のように減圧時の応答性が悪くなる。

【０００７】そこで、この発明の課題は、加圧制御時も
減圧制御時も弁部の開きがスムーズになされて応答遅れ
が出ないようにすることである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明の比例圧力制御弁は、スプールガイド孔
と、各々がスプールガイド孔の長手途中に開口する第１
ポート、第２ポート及び第３ポートと、スプールガイド
孔の一端と他端に設けてそれぞれリザーバに連通させる
第１液室及び第２液室とを有し、第１ポートが液圧源
に、第２ポートが制御対象に、第３ポートがリザーバに
それぞれ接続される筐体と、前記スプールガイド孔にほ
ぼ液密に、かつ摺動自在に挿入して両端を第１液室及び
第２液室に臨ませたスプールと、スプールの駆動手段と
から成り、前記スプールには、常時第２ポートに連通
し、スプールが第１液室側への移動端にあるときに第１
ポートに連通する第１表面通路と、第２ポートに常時連
通する第２表面通路と、第３ポートに常時連通し、スプ
ールが第２液室側への移動端にあるときに第２ポートに
連通する第３表面通路が設けられ、かつ、そのスプール
は、第２ポートからの圧力を第１液室側に向けて受ける
面積と第２液室側に向けて受ける面積に任意の差を有し
て第２ポートの圧力に比例した軸方向の推力を受け、さ
らに、スプールと筐体間に、スプール変位に応じて第１
表面通路と第１ポートを連通、遮断する第１弁部と、第
３表面通路と第２ポートを連通、遮断する第２弁部が各
々形成され、前記スプールが液圧による推力と前記駆動
手段による駆動力とのバランス点に移動し、そのスプー
ル移動で第１ポート又は第３ポートに対する第２ポート
の連通状態が切り替り、かつ第１弁部又は第２弁部の開
度が調整されて第２ポートの圧力が駆動手段の駆動力に
応じた値に制御されるようにしたのである。

【０００９】なお、スプールの第２ポートからの圧力を
対向して受ける面積に差を生じさせるのは、スプール外
径とスプールガイド孔の孔径を長手途中において変化さ
せる方法やスプールに第２表面通路に連通する内部通路
を設け、その内部通路の第１液室側スプール端への開放
口に反力ピンをほぼ液密に、かつ、軸方向摺動自在に挿
入し、この反力ピンの第１液室への突出端を筐体に当接
させて反力ピンの断面積相当分の差を生じさせる方法な
どで実現できる。後者の方法は、スプール外径及びスプ
ールガイド孔の孔径を途中で変化させる必要が無く、加
工性の面で前者の方法よりも有利である。

【００１０】また、スプールに、第１表面通路と第２表
面通路を連通させる内部通路を設けると、第２ポートと
その第２ポートに接続される制御対象との間の配管を簡
素化できるが、第２ポートを、第１表面通路に常時連通
するポートと、第２表面通路に常時連通するポートの２
つに分けて形成し、その２つのポートを外部配管等を利
用して制御弁の外部で連通させることも可能である。

【００１１】このほか、この制御弁のスプール駆動手段
は、スプールを一方向に付勢するスプリングと、そのス
プリング力に抗してスプールを電磁力で動かす電磁石と
から成るものが好ましい。

【００１２】また、第１液室又は第２液室と、リザーバ
とを連通させる通路にオリフィスを設けるのも好まし
い。

【００１３】

【作用】この発明の制御弁は、加圧制御のモードになっ
て図４のように第１弁部１７が僅かに開いたとき、第１
表面通路１２の図中右端が液圧源からの圧液流入により
左端よりも高圧になってスプール１１が図中右方に押さ
れ、第１弁部１７の開弁力が増す。従って、第１弁部１
７の開弁が早くなって加圧制御時の応答性が良くなる。

【００１４】また、減圧制御のモードに変わって図５の
ように第２弁部１８が僅かに開いたとき、第３表面通路
１４の図中左端の圧力が右端の圧力よりも高まり、この
圧力差でスプール１１が図中左方に押されて第２弁部１
８の開弁力が増し、これにより第２弁部１８の開弁が早
くなって減圧制御時の応答性も良くなる。

【００１５】なお、スプールの駆動手段がスプリングと
電磁石から成るものは簡素で、部品数が少なく、低コス
トの高精度制御弁を実現できる。

【００１６】また、第１液室又は第２液室とリザーバと
を連通させる通路にオリフィスを設けたものは、オリフ
ィスによる液流制限でスプールの過敏な反応による過大
変位（オーバーシュート）を抑えることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１に、この発明の比例圧力制御
弁の実施形態を示す。

【００１８】この比例圧力制御弁は、筐体１、スプール
１１、スプールの一端に挿入する反力ピン１６、スプー
ル付勢用のスプリング１９及びスプール１１をスプリン
グ１９による付勢方向とは反対向きに引き動かす電磁石
２０から成る。

【００１９】筐体１には、スプール１１をほぼ液密に、
かつ軸方向摺動自在に挿入するスプールガイド孔２と、
各々がスプールガイド孔２の長手途中に開口する第１ポ
ート３、第２ポート４及び第３ポート５と、スプール１
１の一端を臨ませる第１液室６と、スプール１１の他端
を臨ませる第２液室７が設けられている。また、第１液
室６と第２液室７を個々にリザーバ（図示せず）に連通
させる通路８、９が設けられている。

【００２０】この筐体１の第１ポート３は高液圧源（図
示せず）に、第２ポート４は圧力の制御対象（図示せ
ず）に、第３ポート５はリザーバ（図示せず）に各々接
続される。

【００２１】スプール１１には、そのスプールが第１液
室６側への移動端にあるときに第１ポート３に連通する
第１表面通路１２と、第２ポート４に常時連通する第２
表面通路１３と、第３ポート５に常時連通する第３表面
通路１４と、第１表面通路１２と第２表面通路１３を連
通させる内部通路１５が設けられている。内部通路１５
は、スプール１１の一端に開放しており、その開放口に
反力ピン１６がほぼ液密に、かつ摺動自在に挿入されて
いる。

【００２２】なお、第１表面通路１２の図中上側の縁部
と第１ポート３との間には第１弁部１７が形成され、ま
た、第３表面通路１４の図中下側の縁部と第２ポート４
との間には第２弁部１８が形成される。これ等の弁部１
７、１８の開閉及び開度調整はスプール変位によってな
される。

【００２３】スプリング１９は、スプール１１を第１液
室６側に向けて付勢している。

【００２４】電磁石２０は、筐体１に接続されるハウジ
ング２１と、そのハウジング２１内に組込んだコイル２
２と、電磁力を作用させて第２液室７側に引き動かす駆
動子（アーマチュア）２３とから成る。駆動子２３は、
スプール１１と一体に形成されており専用のスライドガ
イドを必要としないが、スプール１１と一体加工するこ
とは必須のことではない。

【００２５】このように構成した図１の比例圧力制御弁
は、電磁石２０に電流が流されていない非制御時には、
図１に示すように、スプール１１がスプリング１９によ
る付勢端にあって第１弁部１７が開き、第２弁部１８は
閉じている。この状態では、スプール１１に反力ピン１
６の断面積相当分の受圧面積差があるために、スプール
１１に対して第２ポート４の圧力による推力が図中下向
きに働くが、スプリング１９の初期セット力を、第２ポ
ート４の圧力が制御上限値に達しても液圧によるスプー
ル推力に打ち勝つように定めてあるので、第１弁部１７
の開弁状態が維持される。

【００２６】次に、電磁石２０に通電するとスプール１
１が電磁力で引かれて図中下向きに加わる力と上向きに
加わる力のバランス点に移動する。

【００２７】スプール１１に加わる力の平衡式は、下式
(1) で表わされ、第１弁部１７が閉弁するまではコイル
２２の励磁電流値Ｉが増大するにつれて第２ポート圧力
とスプール移動量が大きくなっていく。

【００２８】Ｆｓｐ＝Ｆｐｒ＋Ｆｓｏｌ …… 式(1) Ｆｓｐ；スプリング力 Ｆｐｒ；第２ポートの圧力によるスプール推力 Ｆｐｒ；（第２ポート圧力×反力ピン１６の断面積） Ｆｓｏｌ；電磁石による駆動力 （Ｆｓｏｌ∝Ｉ² ） 次に、スプール１１が図２の位置に移動すると第１弁部
１７が閉弁して第２ポート圧力の昇圧が止まり、その後
の更なるスプール移動で図３に示すように第２弁部１８
が開弁して第２ポート４の圧力が低下する。

【００２９】従って、コイル２２に流す電流値Ｉを制御
することによって第２ポート４を第１ポート３と第３ポ
ート５に選択的に連通させ、場合によっては両ポート
３、５との連通を共に断って第２ポート４の圧力を電流
値Ｉに応じた値に制御することができる。

【００３０】また、作用の欄で既に述べたように、液粘
度が高い場合には、第１弁部１７や第２弁部１８が開弁
するときに圧力バランスが崩れてスプール１１に第１弁
部１７や第２弁部１８の開弁を助ける力が働くため、第
２ポート４の圧力を高める加圧制御時、第２ポート４の
圧力を下げる減圧制御時のどちらにおいても応答性が犠
牲になることがない。

【００３１】なお、図１或いは後述する図７、図８、図
１１の構造でスプール１１が過敏に反応してオーバーシ
ュートする場合には、図６に示すように、通路８（通路
９でもよい）にオリフィス１０を設け、スプール１１が
移動するときの第１液室６又は第２液室７の体積変化を
そのオリフィス１０で制限してオーバーシュート対策と
することができる。

【００３２】また、図７に示すように、スプリング１９
によるスプール１１の付勢方向と電磁石２０によるスプ
ール１１の駆動方向を図１とは逆にすることによって非
通電時は第２ポート４の圧力をリザーバ圧と同等に保つ
ノーマル減圧タイプの制御弁となすことも可能である。
このタイプの制御弁は、スプール１１に加わる力の平衡
式が下式(2) で表わされ、そのため、図１のノーマル加
圧タイプの制御弁とは逆に電流値Ｉの増大に応じて第２
弁部１８が閉弁し、第１弁部１７が開弁して制御圧が高
まる。 Ｆｓｐ＋Ｆｐｒ＝Ｆｓｏｌ …… (2) 次に、反力ピンを用いずにスプール１１が第２ポート圧
力を対向して受ける部分の面積に差を生じさせた例を図
８〜図１０に示す。この比例圧力制御弁は、第２表面通
路１３の位置から第２液室７に至る部分のスプール外径
を、第２表面通路１３から第１液室６に至る部分のスプ
ール外径よりも大きくし、それに合わせてスプールガイ
ド孔２の孔径も途中で変化させている。この構造でも反
力ピンを設けたものと同様にスプール１１に対して第２
ポート４の圧力による推力を働かせることができる。な
お、スプール１１の内部通路１５は、反力ピンを省いた
ので、第１表面通路１２から第２表面通路１３に至る間
に設けている。その他の構成は、図１の比例圧力制御弁
と同じであるので、要部に同一符号を付して説明を省
く。図９は、第１弁部１７が閉じた状態を、図１０はフ
ル減圧状態を各々示している。

【００３３】図１１〜図１３は、第２ポートを、第１表
面通路１２に常時連通するポート４−１と、第２表面通
路１３に常時連通するポート４−２の２つに分けて形成
したものである。この分割したポート４−１と４−２を
外部配管（図示せず）等で連通させて制御対象に接続す
る構造でも、スプール１１に設けた内部通路によって第
１、第２表面通路１２、１３を連通させるものと機能上
は差の無い比例圧力制御弁を実現できる。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたように、この発明の比例圧力
制御弁は加圧制御時、減圧制御時のどちらかで弁部が閉
じ勝手になって応答遅れが出る従来の制御弁と違って、
加圧制御時、減圧制御時とも弁部の開弁が促進されて応
答性が良くなる。

【００３５】また、１個のスプリングと１組の電磁石で
スプールを駆動できるので、構造の複雑化及びそれによ
るコストアップも回避できる。

【００３６】さらに、第１液室又は第２液室からリザー
バに至る通路にオリフィスを設けたものは、スプールの
動きを抑制してオーバーシュートによる制御精度の悪化
を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の比例圧力制御弁の一例を示すフル加
圧状態の断面図

【図２】スプール移動により第１弁部が閉じた状態を示
す図

【図３】スプールの更なる移動で第２弁部が開いてフル
減圧状態になった図

【図４】第１弁部が開弁するときの作用説明図

【図５】第２弁部が開弁するときの作用説明図

【図６】オーバーシュート防止用のオリフィスを追設し
た比例圧力制御弁の断面図

【図７】ノーマル減圧タイプの制御弁を示す断面図

【図８】他の実施形態を示すフル加圧状態の断面図

【図９】同上の制御弁の第１弁部閉弁状態を示す断面図

【図１０】同上の制御弁のフル減圧状態の断面図

【図１１】更に他の実施形態を示すフル加圧状態の断面
図

【図１２】同上の制御弁の第１弁部閉弁状態の断面図

【図１３】同上の制御弁のフル減圧状態の断面図

【図１４】従来の制御弁の作用説明図

【図１５】従来の他の制御弁の作用説明図

【図１６】図８の制御弁の加圧制御時の特性を示す図表

【図１７】図９の制御弁の減圧制御時の特性を示す図表

【符号の説明】

１ 筐体 ２ スプールガイド孔 ３ 第１ポート ４ 第２ポート ５ 第３ポート ６ 第１液室 ７ 第２液室 ８、９ 通路 １０ オリフィス １１ スプール １２ 第１表面通路 １３ 第２表面通路 １４ 第３表面通路 １５ 内部通路 １６ 反力ピン １７ 第１弁部 １８ 第２弁部 １９ スプリング ２０ 電磁石 ２１ ハウジング ２２ コイル ２３ 駆動子

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スプールガイド孔と、各々がスプールガ
   イド孔の長手途中に開口する第１ポート、第２ポート及
   び第３ポートと、スプールガイド孔の一端と他端に設け
   てそれぞれリザーバに連通させる第１液室及び第２液室
   とを有し、第１ポートが液圧源に、第２ポートが制御対
   象に、第３ポートがリザーバにそれぞれ接続される筐体
   と、 前記スプールガイド孔にほぼ液密に、かつ摺動自在に挿
   入して両端を第１液室及び第２液室に臨ませたスプール
   と、 スプールの駆動手段とから成り、 前記スプールには、常時第２ポートに連通し、スプール
   が第１液室側への移動端にあるときに第１ポートに連通
   する第１表面通路と、第２ポートに常時連通する第２表
   面通路と、第３ポートに常時連通し、スプールが第２液
   室側への移動端にあるときに第２ポートに連通する第３
   表面通路が設けられ、かつ、そのスプールは、第２表面
   通路を介して第２ポートからの圧力を第１液室側に向け
   て受ける面積と第２液室側に向けて受ける面積に任意の
   差を有して第２ポートの圧力に比例した軸方向の推力を
   受け、 さらに、スプールと筐体間に、スプール変位に応じて第
   １表面通路と第１ポートを連通、遮断する第１弁部と、
   第３表面通路と第２ポートを連通、遮断する第２弁部が
   各々形成され、 前記スプールが液圧による推力と前記駆動手段による駆
   動力とのバランス点に移動し、そのスプール移動で第１
   ポート又は第３ポートに対する第２ポートの連通状態が
   切り替り、かつ第１弁部又は第２弁部の開度が調整され
   て第２ポートの圧力が駆動手段の駆動力に応じた値に制
   御される比例圧力制御弁。
2. 【請求項２】 前記スプールに第２表面通路に連通する
   内部通路を設け、その内部通路の第１液室側スプール端
   への開放口に反力ピンをほぼ液密に、かつ、軸方向摺動
   自在に挿入し、この反力ピンの第１液室への突出端を筐
   体に当接させてスプールの第２ポートからの圧力を対向
   して受ける面積に反力ピンの断面積相当分の差を生じさ
   せた請求項１記載の比例圧力制御弁。
3. 【請求項３】 前記スプールに、第１表面通路と第２表
   面通路を連通させる内部通路を設けた請求項１又は２記
   載の比例圧力制御弁。
4. 【請求項４】 前記第２ポートを、第１表面通路に常時
   連通するポートと、第２表面通路に常時連通するポート
   の２つに分けて形成した請求項１又は２記載の比例圧力
   制御弁。
5. 【請求項５】 スプールの駆動手段が、スプールを一方
   向に付勢するスプリングと、そのスプリング力に抗して
   スプールを電磁力で動かす電磁石とから成る請求項１乃
   至４のいずれかに記載の比例圧力制御弁。
6. 【請求項６】 第１液室又は第２液室と、リザーバとを
   連通させる通路にオリフィスを設けた請求項１乃至５の
   いずれかに記載の比例圧力制御弁。