JPS6376973A - 磁性流体式流量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は磁性流体式流量制御装置に関し、更に詳細には
例えばオイルなどの流量を電気的に制御するオリアイス
を備える流量制御装置に関する。

（従来の技術） 従来、この種の流量制御装置としてはオリアイスを形成
する弁体の変移量をリニアンレノイド、リニアモータ、
或いはステップモータ等によシミ気的に制御するもので
あった。このような従来の流ｌ′制御装置のうち、リニ
アソレノイド式流量制御装Ｗｔを第５図と参照して説明
する。

従来の＋７　ニアンレノイド式流量制御装置１は、第５
図に示されるようにオリアイス制御部本体２とリニアソ
レノイド本体３とから構成されている。

オリフィス制御部本体２はハウジング４内に形成された
通路５′ｔ−有し、該通路５にはスプール６が摺動可能
に嵌入されている。このスプール６はその摺動方向（通
路５の伸長方向）の一方に突出するニードル状弁体６ａ
ｉ備えている。

通路５の軸線方向一端部におけるハウジング２には出力
ポードアが形成され、該出力ポードアはニードル状弁体
６ａの摺動によってその尖端部が嵌合し得るように形成
され、これによってニードル状弁体６ａの尖端傾斜面部
６ｂと出力ポードアの内側（通路５側）開口周縁部７ａ
との間にオリフィス８が形成される。このオリフィス８
は、従って、スプール６が通路５内を摺動することによ
ってその大きさを変化する。他方、ニードル状弁体６ａ
の位置する通路５の周壁には入力ポート９が形成されて
いる。また、ニードル状弁体６ａの周囲にはコイルスプ
リング１０が配置され、その一端はスプール６に且つ他
端は通路５の一端部壁面に夫々当接してスツール６と共
にニードル状弁体６ａｋ出カポ−ドアから離す方向に付
勢する偏位力を付与する。

出力ポードアとは反対側のハウジング４端面°側にはリ
ニアソレノイド本体３が取付けられ、このリニアソレノ
イド本体３はソレノイドコイル１１、プランジャ１２お
よびヨーク１３全備え、プランジャ１２とスツール６と
はヨーク１３を貫通して伸長するロッド１４によって連
結されている。

次に、この従来のリニアンレノイド式流量制御装置１の
動作について説明する。

リニアソレノイド本体３が無励磁状態では、スツール６
のニードル状弁体６ａと出力ポードアの内側開口周縁部
７ａとの間のオリフィス８はスプＩＪ　ｙグｌＯの作用
で全開（オリフィス口径が最大）の状態に置かれている
。そして、リニアソレノイド本体３が励磁状態になシ、
プランジャ１２に作用する吸引力がスプリング１０の反
発力に打ち勝つと該プランジャ１２はロッド１４によっ
て連結されたスプール６と共に第５図でみて右方向へ移
動し、その結果オリフィス８が絞られる。この絞ｂｉは
ソレノイドコイル１１への励磁電流によって直線的に変
化さ・ぜられる。

また、ソレノイドコイル１１への通ｔｉ遮断すれば、ス
プリング１０の反発作用でニードル状弁体６ａは元のオ
リフィス全開位置まで復元される。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、従来のりニアソレノイド式流量制御装置
１では、オリフィス８の制御精度がスプール６の位置決
め精度に依存し、このスツール６の位置決め精度はプラ
ンジャ１２に作用する吸引力とスプリング１０の反発力
との釣合い精度に依存する。ところが、プランジャ１２
に作用する吸引力はソレノイドコイル１１の周囲温度（
温度上昇又は気温変化）によって変動すること、またス
プリング１０のはね特性もばねの初期性能のばらつき、
ばねセット時の倒れ、或いはばねの劣化等の変動要因に
よシかなシ変動することなどからりニア制御領域がンレ
ノイド駆動電流のある限られた範囲に制限されるという
欠点がある。

また、制御流体が油等の液体の場合には油中に浸入した
ごみ等によシスツール又はニードル状弁体に生ずるステ
ィック現象等による摩擦力が存在し、このＭ振力がオリ
フィス絞り曾の直線性に障害を与えると共に該摩擦力自
体も周囲温度によって大幅に変動する。従って、このよ
うな従来装置においてはオリアイスの制御精度を上げる
ことについて限界があった。

また、ステップモータ式流量制御装置については、出力
部辷りニア変換のためのボールネジ等が必要となり、制
御特性がゾールネジの精度に左右されること、しかもこ
のリニア変換機構のために小型化が難しいこと、更には
ボールネジのｔめに価格的にも高価となる等の欠点を生
ずる。

更に、リニアモータ式流量制御装置については制御性は
良いが機構が複雑化、長大化するためコスト高となるな
どの欠点があった。

本発明の目的は、かかる従来の欠点を解決してオリフィ
ス制御の特性変動を除去しその制御精度を一段と向上さ
せ且つ安定化を計った磁性流体式流量制御装＃を提供す
ることにある。

（問題点全解決するための手段） 本発明の磁性流体式流量制御装置は、ハウジング内に形
成された通路と、該通路に連通して前記ハウジングに形
成された出力ポートと、前記摺動可能に配置され前記出
力ポートを開閉するニードル状弁体と、該ニードル状弁
体を電磁力により摺動させるべく前記ニードル状弁体に
ロッドを介して連結されたプランジャを有するソレノイ
ド装置と、前記通路を介して前記出力ポートに連通すべ
く前記ハウジングに形成された入力ポートと、前記出力
ポート又は前記入力ポートの側壁内に弾性膜を介して封
入された磁性流体と、該磁性流体の封入部を包囲するよ
うに配置された制御コイル装置とを含んで構成されてい
る。

（作　用） 本発明の磁性流体式流量制御装置によると、制御コイル
装置の制御コイルが通電され、励磁状態になると、制御
コイルから発生する磁場の作用で磁性流体が変形（横長
の形状）し、その結果弾性膜体が入力ポート又は出刃ポ
ートの中心部へ膨出するように変形させられる。これに
より、入力ポート又は出力ポートは実質的に弾性膜体に
よってその口径が絞られる。従って、弾性膜体によって
絞られる入力ポートの口径部がオリアイスとして作用し
、流量制御機能を有する。

（実施例） 以下、本発明の磁性流体式流量制御装置’ｔ−添付図面
に示された好適な実施例について更に詳細に説明する。

第１図には、本発明の第１の実施例に係る磁性流体式流
量制御装置（以下単に流量制御装置と称す）２０が示さ
れている。この流量制御装置２０はハウジング２）の一
方の端面から内部に向って形成された通路２２を有し、
該通路２２にはスプール２３が摺動可能に嵌合配置され
ている。スプール２３はその摺動方向（通路２２の長手
方向）であって通路２２の終端面へ向って突出し且つ通
路径よシ小さい径のニードル状弁体２３ａｋ一体的に備
えている。

ニードル状弁体２３ａが対向する通路終端面中央部には
出力ポート２４が形成され、該出力ポート２４はニード
ル状弁体２３ａの摺動によってその尖端部が荻合し得る
ように形成され、これによって出力ポート２４の開閉程
度がニードル状弁体２３ａの変移によって調整される。

ニードル状弁体２３ａの周囲にはコイルスプリング２５
が配置され、その一端はスプール２３に且つ他端は通路
終端面に夫々尚接してスツール２３と共にニードル状弁
体２３ａｋ出力ポート２４から離す方向に付勢する偏位
力を付与している。出力ポート２４とは反対側のノ・ウ
ジフグ２）端面にはりニアンレノイド装置が取付けられ
ている。このリニアンレノイド装置は第５図に示された
従来の装置におけるリニアンレノイド本体３と同一であ
るので同一の参照符号を付してその説明を省略する。

他方、ニードル状弁体２３ａの位置する通路２２の周壁
には入力ポート２８が形成されている。この入力ポート
２８の側壁には環状の凹部２９が形成され、該凹部２９
には磁性流体３０が充填されている。この凹部２９は入
力ポート２８の内壁面とｔ’ｓは同一面になるように同
じ厚み深さの取付は溝に接着などの方法によって固着さ
れた弾性膜体３１によって外部へ漏れのないように完全
に封入されている。そして、ハウジング２）には、磁性
流体３０が封入され九環状の凹部２９を更に包囲するよ
うに制御コイル装置たる制御コイル３２が配置され、こ
の制御コイル３２によって磁性流体３０に磁場を加える
。

次に、本実施例の流量制御装置２０の動作について第１
図および第２図を参照して説明する。

第１図に示された流量制御装置２０は制御コイル３２が
無励磁状態の場合であジ、従って磁性流体３０は形状変
形を受けず、よって弾性膜体３１もその形状全変形しな
い。そのため、入力ポート２８は全開（全く絞シのない
状態に置かれる。制御コイル３２が通電され、励磁状態
に、なると、第２図に示されるように制御コイル３２か
ら発生する磁場の作用で磁性流体３０が変形（横長の形
状）し、その結果弾性膜体３１が入力ポート中心部へ膨
出するように変形させられる。これによシ、入力ポート
２８は実質的に弾性膜体３１によってその口径が絞られ
る。従って、弾性膜体３ｊによつて絞られる入力ポート
の口径部がオリフィスとして作用し、流量制御機能を有
する。

ところで、磁性流体３０の変形ｆ（横方向の伸び）は磁
場の函数となシ、磁性流体３０が磁気飽和するまではそ
の変形量は磁場の強さに比例する。

従って、制御コイル３２の励磁電流をリニアに制御する
ことによって弾性膜体３１によ）入力ポート２８に形成
されるオリアイスがリニアに制御される。なお、磁性流
体の飽和する以上の磁場を作用させた場合、磁性流体の
変形量は一定値になることは言うまでもない。

第３図には本発明の第２の実施例に係るａ性流体式流量
制御装置４０が示されている。

第２の実施例の流量制御装置４０では、制御コイル装置
として制御コイル３２の内周面および外周面側にそれぞ
れ密着してリング状の鉄心４１１゜４１ｂが配置され、
外周側の鉄心４１ｂの更に外周部には永久磁石４２が配
置され、これにより磁性流体３０を基準位置（制御原点
）Ｋ常時保持している。その他の構成については第１の
実施例と同様であるので第３図において第１図で示した
と同一の符号を付してその説明を省略する。

この第２の実施例に係る流量制御装置４０において制御
コイル３２に通電して励磁状態となシ、変形した弾性膜
体３１によって入力ポート２８が絞られた状態が第４図
に示されているが、この場合の動作も第１の実施例に係
る流量制御装置２０で説明した動作と同じである。この
ように制御コイルの磁路中に永久磁石を設けて磁性流体
を常時は基準位置に保持することによシ制御特性を安定
化できる。

上述の如き流量制御装置２０．４０は、リニアンレノイ
ド装ｆ）ｔ３によって変移されるニードル状弁体２３ａ
の制御量の変動分を磁性流体と弾性膜体とによる入力ポ
ート２８のオリフィス制御作用で補正制御することがで
きることと、またニードル状弁体２３ａｔ−開閉操作弁
としてリニア制御機能を磁性流体オリフィスによシ行な
わせることによシ制御の安定化を計ることができること
、などの応用面が考えられる。

なお、前述した各実施例では、オリアイスを構成する磁
性流体、弾性膜体、制御コイル装置等を入力ポートに設
けた例について説明されたが、これらを出力ポートに設
けても同様の効果を奏する。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の磁性流体式流量制御装置
によれば、磁性流体の変形量により弾性膜を直接変形さ
せて入力ポート径を絞るというきわめて単純な構造によ
シ制御オリアイスが形成でき、制御オリフィスの小型化
に有利となるたけでなく、機械的な摩擦要因、摩耗劣化
要因も存在せず、信頼性の高い且つ制御特性の安定化し
た流量制御装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係る磁性流体式流量制
御装置を示す断面図、第２図は第１図に示された実施例
の磁性流体式流量制御装置の動作・、　状！Ｉを示す断
面図、第３図は本発明の第２の実施例に係る磁性流体式
流量制御袋ａｔ−示す断面図、第４図は第３図に示され
た実施例の動作状態を示す断面図、第５図は従来のりニ
アンレノイド式流量制御装置を示す断面図であ、る。 ３・・・ソレノイド装置、２０・・・磁性流体式ｋｎ制
御装置、２）・・・ハウジング、２２・・・通路、２３
・・・スプール、２３ａ・・・ニードル状弁体、２４・
・・出力ポート、２８・・・入力ポート、３０・・・磁
性流体、３１・・・弾性膜体、３２・・・制御コイル。 なお、図中同一符号は同一部分又は相当する部分を示す
。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ハウジング内に形成された通路と、該通路に連通
   して前記ハウジングに形成された出力ポートと、前記摺
   動可能に配置され前記出力ポートを開閉するニードル状
   弁体と、該ニードル状弁体を電磁力により摺動させるべ
   く前記ニードル状弁体にロッドを介して連結されたプラ
   ンジャを有するソレノイド装置と、前記通路を介して前
   記出力ポートに連通すべく前記ハウジングに形成された
   入力ポートと、前記出力ポート又は前記入力ポートの側
   壁内に弾性膜を介して封入された磁性流体と、該磁性流
   体の封入部を包囲するように配置された制御コイル装置
   とを含んでなる磁性流体式流量制御装置。
2. （２）前記制御コイル装置が制御コイルと、該制御コイ
   ルの円周部および外周部に配置された鉄心部と、前記制
   御コイルの外周部に配置された前記鉄心部の更に外周に
   配置された永久磁石とを含んでなる特許請求の範囲第１
   項に記載の磁性流体式流量制御装置。