(57)【要約】【課題】最大弁開度で得られる最大流量が各部品の寸法公差に影響されない電磁比例絞り弁及びパワーステアリング装置を提供する。【解決手段】弁体２５の変位に伴ってバルブ穴１６のシート部２９との間で画成される可変絞り部２２の開口面積Ａｖを可変とする電磁比例絞り弁３０であって、弁体２５がシート部２９からバルブ穴１６に挿入されて可変絞り部２２の開口面積Ａｖが弁体２５の変位に伴って変化する開口面積可変領域と、弁体２５がシート部２９と同一ストロークまたはシート部２９よりバルブ穴１６から離れるストロークにあって可変絞り部２２の開口面積Ａｖが弁体２５の変位に伴って変化しない最大開口面積一定領域とを有する構成とした。【選択図】図２
2010169181.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力源側と負荷側を連通するバルブボディに形成されるシート部と、
このシート部に開口するバルブ穴と、
このバルブ穴に挿入されその軸方向について変位可能に支持される弁体と、
この弁体を軸方向に付勢するスプリングと、
ソレノイド推力によって前記スプリングに抗して前記弁体を前記シート部よりバルブ穴から離れる方向に駆動する電磁コイルとを備え、
前記弁体の変位に伴って前記シート部との間で画成される可変絞り部の開口面積を可変とする電磁比例絞り弁であって、
前記弁体が前記シート部から前記バルブ穴に挿入されて前記可変絞り部の開口面積が弁体の変位に伴って変化する開口面積可変領域と、
前記弁体が前記シート部と同一ストロークまたは前記シート部より前記バルブ穴から離れるストロークにあって前記可変絞り部の開口面積が前記弁体の変位に伴って変化しない最大開口面積一定領域とを有することを特徴とする電磁比例絞り弁。
【請求項２】
前記弁体はその断面積が軸方向について一定となるストレート弁体部を有し、このストレート弁体部が前記シート部に挿入されて前記可変絞り部の開口面積が弁体の変位に伴って変化しない最小開口面積一定領域を有することを特徴とする請求項１に記載の電磁比例絞り弁。
【請求項３】
車輪の操舵力を付与するパワーステアリング装置であって、
請求項１または２に記載の前記電磁比例絞り弁と、
前記電磁比例絞り弁の前後差圧をほぼ一定に保つ圧力補償弁とを備え、
前記電磁比例絞り弁が車輪の操舵力を発生するパワーステアリングシステムに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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、励磁電流に応じて可変絞り部の開口面積を調整して作動流体の流量を制御する電磁比例絞り弁及びパワーステアリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、車両に設けられるパワーステアリング装置の作動を電気制御するのに電磁比例絞り弁（電磁比例流量制御弁）がひろく用いられている。
【０００３】
従来、この種の電磁比例絞り弁として、図７に示すものがある（特許文献１参照）。
【０００４】
これについて説明すると、電磁比例絞り弁は、ポンプボディに挿入して取り付けられる円筒状のスリーブ１及びベース１１と、このスリーブ１及びベース１１に摺動可能に挿入されるシャフト２を備える。円柱状のシャフト２はスリーブ１に軸受３を介して摺動可能に支持される。
【０００５】
シャフト２を開弁方向（図において右方向）に付勢するスプリング１３と、閉弁方向（図において左方向）に付勢するスプリング１４が設けられる。
【０００６】
シャフト２の途中にプランジャ（可動鉄心）６が固定され、ベース１１の外側にプランジャ６を駆動する電磁コイル１５が設けられる。プランジャ６は電磁コイル１５に生じるソレノイド推力によってシャフト２を開弁方向（図において右方向）に駆動する。電磁コイル１５に流れる電流が増えるのにしたがって、シャフト２がスプリング１３、１４のバネ力に抗して図において右方向に変位する。
【０００７】
図８にも示すように、スリーブ１にはポンプの吐出側に連通する弁室２１と、シャフト２との間で可変絞り部２２を画成するバルブ穴１６と、負荷側に連通する弁室２３が形成される。ポンプから吐出される作動流体は、図中矢印で示すように弁室２１、バルブ穴１６、弁室２３を通って負荷へと流れる。
【０００８】
シャフト２はその先端に円錐状の弁体２５が形成され、この弁体２５がバルブ穴１６に挿入される。シャフト２が図において右方向に変位するのに伴って、弁体２５とバルブ穴１６との間で画成される可変絞り部２２の開口面積が次第に大きくなる。
【０００９】
図７に示すように、シャフト２が移動してプランジャ６がギャップワッシャ１８に当接すると、可変絞り部２２の開口面積がそれ以上に拡大せず、これが最大開口面積となる。
【００１０】
シャフト２の最大ストロークである最大弁開度Ｘ１は、図９に示す部品寸法Ｌ１〜Ｌ６に基づき次式で計算される。
【００１１】
Ｘ１＝（Ｌ１＋Ｌ２−Ｌ３−Ｌ４）−(Ｌ５＋Ｌ６)  …（１）
【００１２】
電磁比例絞り弁は、電磁コイル１５に励磁電流が流れると、シャフト２に対して電磁コイル１５のソレノイド推力が開弁方向に働き、スプリング１３、１４のバネ力、可変絞り部２２の前後差圧による力、可変絞り部２２に発生する流体力が開弁方向に働き、これらの力がバランスする位置にシャフト２が移動する。これによって得られた可変絞り部２２の開口面積及び可変絞り部２２の前後差圧に比例した制御流量の作動流体が可変絞り部２２を流れる。
【００１３】
図１０は、電磁比例絞り弁の弁開度と流量との関係を示す特性図である。これに示すように、電磁比例絞り弁３０の弁開度が最小弁開度から最大弁開度Ｘ１に達するまでは、弁開度に流量が一次的に比例して増加し、流量が最小流量から最大流量Ｑ１へと増加する。
【特許文献１】特開２００３−１７６８７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、このような従来の電磁比例絞り弁にあっては、その最大弁開度Ｘ１は、式（１）で表されるように、各部品寸法（Ｌ１〜Ｌ６）のバラツキに起因して変わるため、最大弁開度Ｘ１で得られる最大流量Ｑ１を仕様公差内に収めるように各部品の寸法公差を厳しく管理する必要があり、製品のコストアップを招くという問題点があった。
【００１５】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、最大弁開度で得られる最大流量が各部品の寸法公差に影響されない電磁比例絞り弁及びパワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、圧力源側と負荷側を連通するバルブボディに形成されるシート部と、このシート部に開口するバルブ穴と、シート部からバルブ穴に挿入されその軸方向について変位可能に支持される弁体と、この弁体を軸方向に付勢するスプリングと、ソレノイド推力によってスプリングに抗して弁体をシート部よりバルブ穴から離れる方向に駆動する電磁コイルとを備え、弁体の変位に伴ってシート部との間で画成される可変絞り部の開口面積を可変とする電磁比例絞り弁であって、弁体がシート部からバルブ穴に挿入されて可変絞り部の開口面積が弁体の変位に伴って変化する開口面積可変領域と、弁体がシート部と同一ストロークまたはシート部よりバルブ穴から離れるストロークにあって可変絞り部の開口面積が弁体の変位に伴って変化しない最大開口面積一定領域とを有する構成したことを特徴とするものとした。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、最大開口面積一定領域では、弁体がシート部と同一ストロークまたはシート部よりバルブ穴から離れるストロークにあることにより、弁体の変位に伴って可変絞り部の開口面積が変化しない。このため、弁体の最大弁開度が各部品寸法のバラツキに起因して増減しても、最大弁開度で得られる最大流量が増減することを回避できる。
【００１８】
これにより、電磁比例絞り弁は、最大弁開度を決める各部品の寸法公差を大きく設定することが可能となり、製品のコストダウンがはかれる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態を示すパワーステアリング装置の油圧回路図。
【図２】同じく電磁比例絞り弁の断面図。
【図３】同じく最小弁開度における電磁比例絞り弁の一部を拡大した断面図。
【図４】同じく中間弁開度における電磁比例絞り弁の弁開度と流量の関係を示す特性図。
【図５】同じく最大弁開度における弁体を示す断面図。
【図６】同じく電磁比例絞り弁の弁開度と流量との関係を示す特性図。
【図７】従来例を示す電磁比例絞り弁の断面図。
【図８】同じく電磁比例絞り弁の一部を拡大した断面図。
【図９】同じく電磁比例絞り弁の部品寸法を示す断面図
【図１０】同じく電磁比例絞り弁の弁開度と流量の関係を示す特性図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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。
【００２１】
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、電磁比例絞り弁（電磁比例流量制御弁）３０は作動流体（作動油）を吐出するポンプ３７をパワーステアリングシステム３６に接続している。電磁比例絞り弁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。電磁比例絞り弁３０に電流Ｉが流れると、電流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。
【００２２】
このパワーステアリング装置では、非操舵時に、電磁比例絞り弁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、電磁比例絞り弁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。
【００２３】
これに対して、操舵時には、電磁比例絞り弁３０の上流側の圧力Ｐ１も高く調整され、電磁比例絞り弁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、電磁比例絞り弁３０の開口面積に応じて制御された流量Ｑ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。
【００２４】
図２は、上記パワーステアリング装置に適用される本発明の電磁比例絞り弁３０を示す断面図である。以下、これについて説明するが、電磁比例絞り弁３０は、前記図７に示す従来例と基本的に同様に構成され、前記従来例と同一構成部には同一符号を付してその説明を省略する。
【００２５】
電磁比例絞り弁３０は、前記従来例と同様に、バルブ穴１６が開口するスリーブ１（バルブボディ）と、スリーブ１に対して軸受３を介して軸方向に変位可能に支持されるシャフト２と、電磁コイル１５のソレノイド推力によってシャフト２を駆動するプランジャ６とを備える。
【００２６】
円筒状のスリーブ１はポンプ３７に備えられる図示しないポンプボディに挿入して取り付けられる。
【００２７】
シャフト２を開弁方向（図において右方向）に付勢するスプリング１３と、閉弁方向（図において左方向）に付勢するスプリング１４が設けられる。コイル状のスプリング１３は、軸受３とプランジャ６の間に圧縮して介装される。コイル状のスプリング１４は、シャフト２の基端部とアジャスタボルト１２の間に圧縮して介装される。
【００２８】
ベース１１に螺合するアジャスタボルト１２が設けられ、アジャスタボルト１２のベース１１に対する螺合位置が変えられることにより、シャフト２に加わるスプリング１３、１４のバネ力が調整される。
【００２９】
シャフト２の途中にプランジャ（可動鉄心）６が固定され、スリーブ１の外側にプランジャ６を駆動する電磁コイル１５が設けられる。電磁コイル１５のまわりに生じる磁束は、ケース１０、スリーブ１、プランジャ６、ベース１１、エンドキャップ９によって導かれる。プランジャ６は電磁コイル１５に生じるソレノイド推力によってシャフト２を開弁方向（図において右方向）に駆動される。電磁コイル１５に流れる電流が増えるのにしたがって、シャフト２がスプリング１３、１４のバネ力に抗して図において右方向に変位する。
【００３０】
円柱状のシャフト２は、その先端部に先細の弁体２５が形成される。一方、スリーブ１の内側には、この弁体２５を挿入させるバルブ穴１６と、このバルブ穴１６の開口縁部として環状のシート部２９とが形成される。このシート部２９と弁体２５の間に可変絞り部２２が断面環状の流路として画成される。
【００３１】
弁体２５は、電磁コイル１５のソレノイド推力によって前記スプリング１３、１４に抗してバルブ穴１６のシート部２９から離れる方向に移動し、可変絞り部２２の開口面積Ａｖが増大する。
【００３２】
円筒状のスリーブ１の内側には、弁室３１、バルブ穴１６、弁室３２が、それぞれシャフト２と同軸上に形成される。スリーブ１には複数の通孔１７が放射状に形成され、この通孔１７がポンプの吐出側と弁室３１とを連通する。バルブ穴１６の下流側に形成される弁室３２は負荷側に連通する。
【００３３】
作動流体は、図２に矢印で示すように、各通孔１７を通ってシャフト２のまわりの弁室３１に流入し、この弁室３１からバルブ穴１６とシャフト２の弁体２５との間に画成される可変絞り部２２を通って弁室３２へと流出する。
【００３４】
なお、これに限らず、作動流体が図２に矢印で示す方向と逆方向に流れる構成としてもよい。
【００３５】
図３〜５は、それぞれスリーブ１のバルブ穴１６とシャフト２の弁体２５とを示す断面図である。
【００３６】
スリーブ１のバルブ穴１６は、開口径Ｄの直円柱穴状に形成され、シャフト２と同軸上に延びる。
【００３７】
弁体２５は、直円柱状に突出するストレート弁体部２７と、このストレート弁体部２７の先端から先細の円錐状に突出するテーパ弁体部２６とを有する。
【００３８】
円柱状のストレート弁体部２７の外径ｄは、バルブ穴１６の開口径Ｄより所定値だけ小さく形成される。
【００３９】
電磁比例絞り弁３０は、弁体２５のストレート弁体部２７がシート部２９に挿入されて可変絞り部２２の開口面積Ａｖが弁体２５の変位に伴って変化しない最小開口面積一定領域と、弁体２５がシート部２９からバルブ穴１６に挿入されて可変絞り部２２の開口面積Ａｖが弁体２５の変位に伴って変化する開口面積可変領域と、弁体２５がシート部２９と同一ストロークまたはシート部２９よりバルブ穴１６から離れるストロークにあって可変絞り部２２の開口面積Ａｖが弁体２５の変位に伴って変化しない最大開口面積一定領域とを有する。
【００４０】
図３は、最小弁開度（シャフト２の最小ストローク）における弁体２５を示す断面図である。この最小弁開度において、バルブ穴１６に弁体２５のストレート弁体部２７が挿入され、可変絞り部２２はシート部２９とストレート弁体部２７の間に断面環状の流路として画成される。最小弁開度における可変絞り部２２の流路断面積Ａｖは、次式で計算される。
【００４１】
Ａｖ＝(π／４)(Ｄ2−ｄ2)  …（２）
【００４２】
弁体２５が最小弁開度以下の開度にある領域を最小開口面積一定領域とする。最小開口面積一定領域では、弁体２５のストレート弁体部２７がシート部２９に挿入されているため、可変絞り部２２の開口面積Ａｖが弁体２５の変位に伴って変化しない。これにより、可変絞り部２２の開口面積Ａｖが弁体２５の最小弁開度Ｘ０の誤差（シャフト２の最小ストロークのバラツキ）によって変化することを抑えられる。
【００４３】
図４は、中間弁開度（シャフト２の中間ストローク）における弁体２５を示す断面図である。この中間弁開度において、バルブ穴１６に弁体２５のテーパ弁体部２６が挿入され、可変絞り部２２はシート部２９とテーパ弁体部２６の間に断面環状の流路として画成される。中間弁開度における可変絞り部２２の流路断面積Ａｖは、図４に示すように、弁開度をＸ、テーパ弁体部２６の頂角をθとすると、次式で計算される。
【００４４】
Ａｖ＝πＤＸｓｉｎ（θ／２）  …（３）
【００４５】
弁体２５が最小弁開度Ｘ０より大きく、かつ後述する最大弁開度より小さい開度にある領域を開口面積可変領域とする。開口面積可変領域では、弁体２５がシート部２９からバルブ穴１６に挿入されているため、可変絞り部２２の開口面積Ａｖが弁体２５の変位に伴って変化する。
【００４６】
図５は、最大弁開度（シャフト２の最大ストローク）における弁体２５を示す断面図である。この最大弁開度において、弁体２５のテーパ弁体部２６の先端部がシート部２９と同一ストローク、もしくはシート部２９よりバルブ穴１６から離れるストロークにある。これにより、弁体２５がバルブ穴１６から弁体２５が抜き取られ、可変絞り部２２はシート部２９によって断面円形の流路として画成される。最大弁開度における可変絞り部２２の流路断面積Ａｖは、次式で計算される。
【００４７】
Ａｖ＝(π／４)Ｄ2  …（４）
【００４８】
弁体２５が最大弁開度以上の開度にある領域を最大開口面積一定領域とする。この最大開口面積一定領域では、弁体２５がシート部２９と同一ストロークにあるか、またはシート部２９よりバルブ穴１６から離れるストロークにあるため、可変絞り部２２の開口面積Ａｖが弁体２５の最大弁開度Ｘ１の誤差（シャフト２の最大ストロークのバラツキ）によって変化することを抑えられる。
【００４９】
電磁比例絞り弁３０はシャフト２に対してスプリング１３のバネ力と電磁コイル１５のソレノイド推力Ｆとが開弁方向に働き、可変絞り部２２の前後差圧ΔＰによる力、可変絞り部２２に発生する流体力とスプリング１４のバネ力が閉弁方向に働き、これらの力がバランスする位置にシャフト２が移動し、これによって得られた可変絞り部２２の開口面積Ａｖ及び可変絞り部２２の前後差圧ΔＰに比例した制御流量Ｑが流れる。この制御流量Ｑは、次式で計算される。ただし、Ｃは流体力、ρは作動油の密度とする。
【００５０】
Ｑ＝Ｃ・Ａｖ・√（２・ΔＰ／ρ）  …（５）
【００５１】
図６は、可変絞り部２２の前後差圧ΔＰが一定に保たれた状態における電磁比例絞り弁３０の弁開度と流量との関係を示す特性図である。
【００５２】
電磁比例絞り弁３０の弁開度が最小弁開度Ｘ０以下の開口面積一定領域では、可変絞り部２２を通過する作動流体の流量がほぼＱｍｉｎに保たれる。
【００５３】
電磁比例絞り弁３０の弁開度が最小弁開度Ｘ０から最大弁開度Ｘ１に達するまでの開口面積可変領域では、可変絞り部２２を通過する作動流体の流量が弁開度に一次的に比例して増加し、可変絞り部２２を通過する作動流体の流量が最小流量ＱｍｉｎからＱｍａｘへと増加する。
【００５４】
電磁比例絞り弁３０の弁開度が最大弁開度Ｘ１を超えて増加する開口面積一定領域では、可変絞り部２２を通過する作動流体の流量がほぼＱｍａｘに保たれる。
【００５５】
以上のように本実施の形態では、圧力源側と負荷側を連通するバルブボディ（スリーブ１）に形成されるシート部２９と、このシート部２９に開口するバルブ穴１６と、シート部２９からバルブ穴１６に挿入されその軸方向について変位可能に支持される弁体２５と、この弁体２５を軸方向に付勢するスプリング１３、１４と、ソレノイド推力によってスプリング１３、１４に抗して弁体２５をシート部２９よりバルブ穴１６から離れる方向に駆動する電磁コイル１５とを備え、弁体２５の変位に伴ってシート部２９との間で画成される可変絞り部２２の開口面積Ａｖを可変とする電磁比例絞り弁３０であって、弁体２５がシート部２９からバルブ穴１６に挿入されて可変絞り部２２の開口面積Ａｖが弁体２５の変位に伴って変化する開口面積可変領域と、弁体２５がシート部２９と同一ストロークまたはシート部２９よりバルブ穴１６から離れるストロークにあって可変絞り部２２の開口面積Ａｖが弁体２５の変位に伴って変化しない最大開口面積一定領域とを有する構成とした。
【００５６】
上記構成に基づき、最大開口面積一定領域では、弁体２５がシート部２９と同一ストロークまたはシート部２９よりバルブ穴１６から離れるストロークにあることにより、可変絞り部２２の開口面積Ａｖが弁体２５の変位に伴って変化しない。このため、弁体２５の最大弁開度Ｘ１が各部品寸法（図９、参照）のバラツキに起因して増減しても、最大弁開度Ｘ１で得られる最大流量Ｑ１が増減することを回避できる。
【００５７】
これにより、電磁比例絞り弁３０は、最大弁開度Ｘ１を決める各部品の寸法公差を大きく設定することが可能となり、製品のコストダウンがはかれる。
【００５８】
本実施の形態では、弁体２５は、その断面積が軸方向について一定となるストレート弁体部２７を有し、弁体２５のストレート弁体部２７がシート部２９に挿入されて可変絞り部２２の開口面積Ａｖが弁体２５の変位に伴って変化しない最小開口面積一定領域を有する構成とした。
【００５９】
上記構成に基づき、最小開口面積一定領域では、弁体２５は、そのストレート弁体部２７がシート部２９に対峙することにより、可変絞り部２２の開口面積Ａｖが弁体２５の最小弁開度Ｘ０の誤差（シャフト２の最小ストロークのバラツキ）によって変化しない、このため、弁体２５の最小弁開度Ｘ０が各部品寸法（図９、参照）のバラツキに起因して増減しても、最小弁開度Ｘ０で得られる最大流量Ｑ０が増減することを回避できる。
【００６０】
本実施の形態では、車輪の操舵力を付与するパワーステアリング装置であって、電磁比例絞り弁３０と、電磁比例絞り弁３０の前後差圧ΔＰをほぼ一定に保つ圧力補償弁３３とを備え、電磁比例絞り弁３０が車輪の操舵力を発生するパワーステアリングシステム３６に供給される作動流体の流量を制御する構成とした。
【００６１】
上記構成に基づき、電磁比例絞り弁３０の最大弁開度Ｘ１が各部品寸法のバラツキに起因して変わっても、電磁比例絞り弁３０によってパワーステアリングシステム３６に供給される作動流体の最大流量がほぼ一定に保たれる。
【００６２】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、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。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明の電磁比例絞り弁は、にパワーステアリング装置に用いられる電磁比例絞り弁に限らず、産業機械等に用いられる電磁比例絞り弁等に利用できる。
【符号の説明】
【００６４】
１    スリーブ（バルブボディ）
１６    バルブ穴
２２    可変絞り部
２５    弁体
２６    テーパ弁体部
２７    ストレート弁体部
２９    シート部
３０    電磁比例絞り弁
【図１】
2010169181.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2010169181.tif 000007
【図６】
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【図７】
2010169181.tif 000009
【図８】
2010169181.tif 000010
【図９】
2010169181.tif 000011
【図１０】
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