JPS6261829B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は流体の流量をソレノイドによつて駆動
されるスプール弁により制御する車両用流量制御
弁に関するものである。

最近の制御システムにおける流量制御弁は弁体
の操作部も含めて広い流量範囲において流量の微
調整が可能な制御精度の高い比例制御弁が要望さ
れている。

流量制御精度の高い制御弁はニードル弁である
が流量制御範囲が狭く、広い流量範囲で制御可能
な制御弁はバタフライ弁、座弁であるが、アクチ
ユータの操作荷重とバネ荷重とのバランス点で弁
体を静止させ流量制御する方式においては弁体に
流体圧力の影響を受け、弁体に荷重が加わること
により弁体位置が変動し、精度の高い流量制御は
困難な点が多い。

前述の負圧の影響を少なくすることが可能で、
広い流量範囲で流量制御精度の高い制御弁とし
て、スプール弁が適している。

しかし、スプール弁においては、流体が油系以
外の場合全閉時の弁部漏れ流量を極力小とするた
めに、あるいは作動耐久性を向上させるためにＯ
リング、ピストンリングが必要となるが、該Ｏリ
ング、ピストンリングを用いることにより弁体摺
動荷重が増加し、流体の増減の制御時、ヒステリ
シスの増加の原因となり、又作動耐久性が問題と
なり流量制御精度の高い制御弁は望めない。

又、流量制御弁の全閉時の弁部漏れ流量が極力
小さいことを望むスプール弁においては弁体と弁
座間のクリアランスは弁体の摺動に支障のない範
囲で（0.02〜0.1〔mm〕）で小さくする必要があ
る。

しかし、２ケ所の軸受部により弁体を保持する
スプール弁においては弁体と弁座間のクリアラン
スは弁部におけるこじり荷重の発生防止のため弁
部を構成する各部品の寸法のバラツキ、及び偏心
による軸受間の軸中心のズレ量（0.3〜0.5
〔mm〕）以上の値に前記弁体と弁座間のクリアラン
スを大きくする必要があるが、これでは全閉時の
弁部漏れ流量が増加する。

又、弁体を軸とし、弁座側を軸受として弁体を
保持する構造の流量制御弁は弁体と弁座間のクリ
アランスを小さくでき、弁部の全閉時漏れ流量は
満足するが被制御流体が油以外の特に油を使用し
ない気体の流量制御弁においては使用頻度が高い
作動耐久性を要求される場合、弁部の耐摩耗性に
問題がある。

前記の耐摩耗性のある摺動部材を弁部に使用し
ても、流量を確保するための弁体、弁座の開口部
の製作、加工が材料的に困難な場合が多い。特に
アクチユエータにソレノイドを使用した場合、ソ
レノイド吸引面のエアギヤツプのアンバランスに
よる偏荷重が生じ、この荷重は軸受部にこじり荷
重として作用しこの値は大きく無視できない値と
して軸受荷重となり軸受材の耐摩耗性が問題とな
る。

本発明は耐摩耗性に優れており、弁体摺動を円
滑にするためにこじり荷重の発生を防止し得るソ
レノイドで駆動される車両用流量制御弁を提供す
ることを目的とするものである。

以下本発明弁の一実施例を図面に示して説明す
る。

この実施例は上記の目的を達成するために、弁
体を、弁体とは別に設けた少なくとも１ケ所の軸
受部で保持し、軸受荷重が弁体に加わるのを防止
し、弁体がシヤフトに対してラジアル方向に移動
できるようにし、弁体が調心作用をなすように構
成している。

第１図および第２図において１はハウジング、
１ａ，１ｂはそれぞれハウジング１と１体化した
インレツトボート１ａ、アウトレツトボート１ｂ
である。２は弁座であり、ハウジング１に固定さ
れている。３は弁体、２ａは弁体３の位置により
流量を制御する弁座２の開口部である。尚、本図
の弁体３の位置は全閉時の位置を示す。

シヤフト４は弁体３を駆動して弁座２内を摺動
させる操作用の駆動軸であり、２ケ所の軸受５，
１７によりハウジング１に対して摺動可能に保持
されている。弁体３のシヤフト４への保持構造が
本発明の特徴とする点であり、弁体３はバネ材
６、ワツシヤ７、サークリツプ８、スラストワツ
シヤ９の構成部品によりシヤフト４に保持されス
トローク方向にはシヤフト４に設けたシヤフト段
部４ａとシヤフト４の凹部４ｂに埋設されたサー
クリツプ８との間に生じる間げきにバネ材６を挿
入し、弁体３はバネ荷重以下の荷重には軸方向に
移動しない様固定されている。

しかし、シヤフト４の外径D₁に対する弁体３
の内径側３ａの内径D₂のクリアランスg₁は0.3〜
0.5〔mm〕と大きくなつており、シヤフト４と弁
体３は、相対的に該クリアランスg₁分だけラジア
ル方向に移動可能な寸法関係となつている。そし
て、このラジアル方向の移動荷重を安定させるた
めスラストワツシヤ９を弁体３両端面に取りつけ
ている。

尚、弁体３、弁座２間のクリアランスg₂は0.02
〜0.1〔mm〕となつており弁体３の中心位置は弁
座２の内径２ｂにより決まることになる。又、弁
体３の摺動荷重を小とする目的で弁体の外径３ｂ
は低摩擦材よりなる摺動部材（第１図の破線部お
よび第２図の２点鎖線部）がコーテイングされて
いる。

１１は弁体３操作用のソレノイドであり、ソレ
ノイド１１の吸引力とスプリング１２とのバラン
ス点により弁体３は静止し、ソレノイド１１の吸
引力を電気的入力信号により可変とすることによ
り、弁体３の静止位置を可変とし、電気的入力信
号により流量を比例制御している。尚スプリング
１２は弁体３を全閉方向に付勢している。ソレノ
イド１１の構成部品である可動鉄心１３はシヤフ
ト４と１体に固定され弁体３と可動鉄心１３は１
体で摺動する。１４はコイル、１５は固定鉄心で
あり該固定鉄心１５の内径１５ａはシヤフト４が
摺動可能に非干渉の寸法関係を保つている。１６
はスプール、１８はカバーである。スプール１６
の内径と可動鉄心１３の外径とは摺動可能に非干
渉の寸法関係を保つている。

以上の構成において、本発明の目的とする弁座
２の内径２ｂと弁体外径３ｂ間のクリアランスg₂
を弁体摺動可能の範囲で極力小とし弁部漏れ流量
を小さくした場合、「(1)弁部に軸受荷重が加わら
ない。(2)弁体３の摺動に支障となる軸受５，１７
間の偏心、軸受５，１７と弁座２内径２ｂ間の偏
心による弁体外径３ｂでのこじり荷重の発生防
止」の２点の効果を発揮する。以下、具体的に説
明する。

図面に示す構成で組立られたスプール弁部１
０、ソレノイド１１において、軸受１７はソレノ
イド１１の固定鉄心１５に固定され、軸受５は弁
部１０の弁座２に固定されている。又、この軸受
５，１７の夫々の中心軸（センターライン）は、
弁座２の凹部２ｂとソレノイド１１のコイル１４
の内側に挿入されたスプール１６外径とが凹凸嵌
合により組立てられる事により決まる。

ここで従来の制御弁の欠点を図面を緩用して更
に説明する。従来においては、シヤフト４と弁体
３とを一体に固定した時、シヤフト４、弁座２の
２ａ，２ｂ部間、スプール１６の内外径、軸受
５，１７の内外径、及び固定鉄心１５の外径に対
する軸受固定部１５ｂ間の偏心と軸受５，１７の
内径とシヤフト４の外径間、及び弁座２の凹部２
ｂとスプール１６外径間の凹凸嵌合部のクリアラ
ンスにより、シヤフト４に固定された弁体３の中
心位置は相対的に大きく振れが生じ、弁体外径３
ｂと弁座２の外径２ｂ間にこじり荷重が発生し、
弁体３の円滑な摺動は望めない。又円滑な摺動が
得られたとしても弁座内側２ｂには軸受荷重が加
わり弁体３、弁座２の材料の耐摩耗性が問題とな
る。

一方、本発明になる図示の構造で弁体３とシヤ
フト４とを相対的にラジアル方向にシヤフト４と
弁体３の内径３ａ間のクリアランス量だけ移動可
能に弁体３を保持することにより、弁体３の中心
位置は弁座２の内径２ｂにより決り、それに対し
てシヤフト４の中心位置は軸受５，１７の位置に
より決まるが、この弁体３の中心とシヤフト４の
中心位置のズレはシヤフト４と弁体３の内径３ａ
間のクリアランスg₁により弁体３に対してシヤフ
ト４が相対的に自在に動く調心作用を行なうため
に吸収され、弁体３には軸受荷重が印加されず、
又、こじり荷重の発生を防止することができる。

尚、弁体３のラジアル方向の移動荷重はバネ材
６のセツト荷重により決り、このセツト荷重を小
さくすることにより弁体３の摺動荷重は小さくな
り、さらに弁体３の外径３ｂを低摩擦材よりなる
摺動部材で構成するか又はテフロン等の摺動部材
をコーテイングすることにより更に弁体３の摺動
荷重を小さくできる。又、弁体３の内径３ａとシ
ヤフト４とのクリアランスg₁は前述の構成部品の
偏心等による弁体３に対するシヤフト４の最大振
れ量以上に取つている。

上述のように上記一実施例においては、弁部１
０、ソレノイド１１の各構成部品の軸中心に対す
る傾きにより弁体３の全閉時と全開時の位置にお
いて弁体３の中心位置とシヤフト４の中心位置の
ズレ量は変化するが、弁体３のどの位置において
も調心作用により該ズレ量は吸収され弁体３の全
閉から全開にいたる摺動を円滑に行うことができ
る。

特にソレノイド１１の吸引力は吸引面のエアー
ギヤツプのアンバランスにより、軸受５，１７部
分をこじらす方向の偏向重が必ず生じ、この荷重
が大きく弁体３の摺動を円滑に行うためには、軸
受５，１７の材料の選定と同時に弁体３、シヤフ
ト４、プランジヤ１３等の偏心による弁体３での
こじり荷重の発生防止に十分配慮する必要があ
り、この点上記調心作用は重要な役割を果たす。

又、上記調心作用により弁体３、弁座２、シヤ
フト３、固定鉄心１５その他の構成部品の寸法公
差、偏心量、垂直度の精度を低くすることが可能
となり構成部品コストを低減できる。又、前述の
作用をさらに有効に発揮させ弁体摺動荷重の低減
と摺動の安定をはかるために弁体外径３ｂ又は弁
座内径２ｂに低摩擦材よりなる摺動部材を用いる
か、又は摺動部材をコーテイングすることによ
り、弁体３には軸受荷重は加わらず、接触圧のみ
であり、耐摩耗性を考えなくても樹脂系の摺動部
材で成形するか又は摺動部材をコーテイングする
程度で目的をはたすことができる。

又、摺動部材をコーテイングする場合、複雑な
形状の弁体３弁座２を摺動部材で成形製作する必
要がなくなり部品は安価となる。

なお、本発明においては、シヤフト４の細径部
に摺動自在に弁体３を取り付けているため、次の
ような作用効果を発揮する。第３図は、本発明の
構成を模式的に図示したものであり、シヤフト４
の細径部、すなわち外径D₁を有する部分上に弁
体３が摺動自在に挿入されている状態を図示して
いる。そして、弁体３は、細径部と大径部との境
界部に位置するシヤフト段部４ａによつて位置決
めされている。このように、細径部上に弁体３を
保持する構成は、第４図のように細径部を設けな
いシヤフト上に弁体を取り付ける構成に比べ、シ
ヤフト４が軸受５内で傾いた場合、弁体とシヤフ
トとが当接してこじりが発生し、弁体の動きが悪
くなるといつたことのないようにすることができ
る。第４図は比較例として図示したものであり、
シヤフト４には細径部がなく、したがつてシヤフ
ト４の途中に溝ｆを設け、この溝の中にスナツプ
ワツシヤｇを取り付けることによつて、弁体３の
動きを規制するものである。そして、この第４図
の比較例に示したような構造においては、シヤフ
ト４の細径部先端b′点から軸受５の中心d′点まで
の直線距離が第３図の直線距離よりも大きくなる
という特徴がある。すなわち、本発明に関わる第
３図において、直線距離はｂ点とｄ点とを結ぶ距
離であり、一方、比較例を示す第４図における直
線距離は、b′点とd′点とを結ぶ直線距離である。
この場合、第３図のａ点とｂ点とを結ぶ直線距離
と、第４図のa′点とd′点とを結ぶ直線距離とは、
互いに等しいのと、角度θ_２が角度θ_１より大き
いため、必然的に直線距離b′、d′は直線距離ｂ、
ｄより大きくなるのである。したがつて、第３
図、第４図のような状態において、軸受５の中心
ｄもしくはd′点を中心として、シヤフト４が傾く
現象が発生すると（この傾き現象は軸受５とシヤ
フト４との間にクリアランスが存在すること、お
よびアクチユエータが可動鉄心と固定鉄心とを持
つたものであるということから、必然的に発生す
る）、シヤフト４の先端部分ｂもしくはb′点が弁
体３に当接し、摩擦力によつて弁体３のスムーズ
な左右の動きが損なわれるという問題がある。こ
の場合、第３図のものよりも、第４図の構造の方
が弁体３の動きが大きく損なわれる。この理由
は、直線寸法ｂ，ｄが直線寸法b′，d′より小さい
からである。第５図はこの状態を説明する説明図
であり、軸受５の中心ｄ，d′から点ｂ、もしくは
b′点までの直線距離を示しており、分かりやすく
するために、b′がｂよりかなり前方に位置するも
のとして図示してある。このような状態におい
て、シヤフト４が所定の角度デルタθだけ傾く
と、点ｂは新たな位置(b)へ移動するが、この移動
距離ｂ(b)は、移動距離b′（b′）よりも小さくなる
ことが判明する。すなわち、第３図においてシヤ
フト４がある微少角度デルタθだけ傾いた場合、
シヤフト４の先端部ｂ点が移動する距離よりも、
第４図において同様に傾いた場合に、シヤフト４
の先端部b′点が移動する距離の方が大きいのであ
る。逆い言えば、ｂ→ｃ、b′→c′移動に必要な角
度θ_３、θ_４はθ_３＞θ_４となる。このことは、
弁体３とシヤフト４との間に同じ量のクリアラン
スg₁を与えたとしても、第４図の方がシヤフト４
が弁体３に当接する確率が大きいということであ
り、シヤフト４のわずかな傾きによつて第４図に
おいては、弁体３の左右への移動が損なわれる。
すなわち、シヤフト４が弁体３に当接し、このた
め、弁体３が弁体２の内壁部分２ｂに押し付けら
れ、弁体３が弁座内壁２ｂ内で左右に動くことが
妨げられるのである。

したがつて本発明のように、シヤフト４に細径
部を設け、この細径部上に弁体３を挿入して組み
付けることにより、シヤフト４が傾いた場合に、
同じクリアランスを与えた状態であつても、より
一層弁体３のこじりによる摺動不良を防止できる
という作用効果のあることが明らかである。

以上述べたように本発明においては弁体３と軸
受５とアクチユエータ１１とが一直線上に配列さ
れているので、アクチユエータ１１としてソレノ
イドを使用すると、吸引面の傾きにより、軸受５
を中心として弁体３が弁座２に対して、こじれる
ことになるが、シヤフト４と弁体３との間のクリ
アランスg₁を、クリアランスg₂に比し、0.3〜0.5
〔mm〕の如く大きくしたため、弁体３の半径方向
への移動すなわち調心作用が得られ、こじり荷重
が発生せず弁体３の全閉から全開にいたる摺動作
用を円滑に行うことができるという効果がある。
又、弁体３つまりスプール弁の近傍にシヤフト４
を支持する軸受５を設けているため、シヤフト４
の直線性が精度の悪化により損なわれても、弁体
３が弁座２との間で大きな摺動摩擦を生じること
がないという効果もある。さらに、シヤフトに細
径部を設け、この細径部上に弁体３を摺動自在に
取り付け、この細径部と大径部の境界であるシヤ
フト段部４ａにて弁体３の位置決めをしているか
ら、弁体３の中を貫通するシヤフトの径を小さく
できるため、軸受５からシヤフト細径部先端まで
の寸法を極力小さくすることができ、シヤフトが
軸受を中心に傾いても、シヤフト細径部先端が弁
体３に衝突する度合が少なくなり、シヤフトの傾
き、つまりこじりにより、弁体３のスムーズな動
きが損なわれることのない流量制御性能の優れた
車両用流量制御弁が得られるという優れた効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる流量制御弁の一実施例を
示す縦断面図、第２図は第１図図示弁の一部拡大
図である。第３図ないし第５図は本発明装置の作
用を説明するための模式図である。 １……ハウジング、１ａ……インレツトポー
ト、１ｂ……アウトレツトポート、２……弁座、
３……弁体、４……シヤフト、D₁……シヤフト
４の外径、D₂……弁体３の内径、g₁……クリア
ランス、２ｂ又は３ｂ……弁体３と弁座２との摺
動面、１１……アクチユエータとなるソレノイ
ド。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ インレツトポート１ａとアウトレツトポート
   １ｂとを有するハウジング１、 該ハウジング１内に設けられた弁座２、 該弁座２と共にスプール弁を構成し、該弁座２
   内に摺動自在に設けられた弁体３、 該弁体３を貫通し、かつ、該弁体３と一体とな
   つて前記ハウジング１内の前記スプール弁近傍に
   固定された軸受５内を摺動する一直線状のシヤフ
   ト４、および 前記軸受５の反弁体３側において前記シヤフト
   ４に結合され該シヤフト４に摺動力を付与するア
   クチユエータ１１を備え、 該アクチユエータ１１は前記シヤフト４に固定
   された可動鉄心１３と、該可動鉄心１３とエアー
   ギヤツプを介して相対向する固定鉄心１５と、こ
   れらの鉄心同志を吸引させるコイルとを持つたソ
   レノイドから成り、前記可動鉄心と前記固定鉄心
   間で発生するアクチユエータの操作荷重とバネ荷
   重とのバランス点で前記弁体を静止させ、流量制
   御する車両用流量制御弁において、 前記弁体３と弁座２間の第２のクリアランスg₂
   を0.02〜0.1〔mm〕に設定し、かつ前記シヤフト
   ４の細径部上に前記弁体３を取り付け、該シヤフ
   ト４の細径部と大径部の境界に位置するシヤフト
   段部４ａにて前記弁体３の一方の動きを規制し、
   前記シヤフト４の前記細径部の外径D₁に対する
   前記弁体３の内径D₂の第１のクリアランスg₁を
   0.3ないし0.5〔mm〕と前記第２のクリアランスg₂
   よりも大きく設定し、前記第１のクリアランスg₁
   分だけ前記弁体３に対し前記シヤフト４の中心が
   該シヤフト４の半径方向に相対的に移動可能とし
   たことを特徴とする車両用流量制御弁。 ２ 前記弁体３と前記弁座２との摺動面２ｂ又は
   ３ｂに合成樹脂よりなる低摩擦材を配設したこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の車両用
   流量制御弁。