(57)【要約】【課題】最小弁開度で得られる最小流量についても、作動流体の温度に影響されない、電磁比例絞り弁およびパワーステアリング装置を提供する。【解決手段】パワーステアリング装置に用いる電磁比例絞り弁において、弁体２５がバルブ穴２４に挿入されて可変絞り部４１の開口面積が弁体２５の軸方向への変位に伴って変化する開口面積可変領域を設定する一方、バルブ穴２４を薄刃オリフィスに形成する。【選択図】図２
2011007249.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力源側と負荷側との間を連通するバルブ穴と、前記バルブ穴に対して軸方向へ変位可能な弁体と、前記バルブ穴と前記弁体との間に形成される可変絞り部と、前記弁体を軸方向へ駆動するソレノイドと、を備える電磁比例絞り弁において、前記弁体が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前記弁体の軸方向への変位に伴って変化する開口面積可変領域を設定する一方、前記バルブ穴を薄刃オリフィスに形成したことを特徴とする電磁比例絞り弁。
【請求項２】
車両の操舵力をアシストするパワーステアリング装置において、請求項１に記載の電磁比例絞り弁と、前記電磁比例絞り弁の上流側に接続されるポンプなどの圧力源と、前記電磁絞り弁の下流側に接続されるパワーステアリング機構と、前記電磁比例絞り弁の前後差圧を一定に保つ圧力補償弁と、を備え、前記電磁比例絞り弁が前記圧力源からパワーステアリング機構へ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、電磁比例絞り弁およびパワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に装備さ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が広く用いられる（特許文献１、参照）。
【０００３】
図４は、電磁比例絞り弁３０のバルブ部を例示するものであり、バルブボディ１に２つの室２，３が画成され、これらの間を連通するバルブ穴４が形成される。バルブ穴４に挿入可能な円錐状の弁体５がシャフト７の先端に形成され、バルブ穴４との間に可変絞り部８を形成する。
【０００４】
２つの室２，３のうち、一方の室２は、一次側（ポンプ側）通路に連通され、他方の室３は、二次側（パワーステアリングシステム側）通路に連通される。
【０００５】
シャフト７は  バルブ穴４に対して軸方向へ変位可能に支持される。図示しないが、シャフト７を軸方向へ付勢するバルブスプリングが配置され、シャフト７をバルブスプリングに抗して軸方向へ駆動するソレノイドが備えられる。ソレノイドは、シャフト７に固定されるプランジャ（可動鉄芯）と、固定鉄芯となるベースと、その外周に組み付けられる電磁コイルと、を備える。
【０００６】
シャフト７のストロークＳ（弁体５の弁開度）は、可変絞り部８が最小開口面積となる位置（最小弁開度）と、最大開口面積となる位置（最大弁開度）と、の間に規制される。
【０００７】
ソレノイドの電磁コイルに電流が流れると、その電流値に応じて発生するソレノイド推力によってシャフト７がバルブスプリングに抗して図上の右方向へストロークする。これによって得られる可変絞り部８の開口面積および可変絞り部８の前後差圧に比例した流量の作動流体が可変絞り部８を流れるのである。
【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】
【０００８】
このような電磁比例絞り弁にあっては、作動流体が可変絞り部８を通過する際の流れは、バルブ穴の流路長さＬ1の影響でチョーク絞りとなる。図４において、Ｓの矢印は、シャフトのストロークが大きくなる方向を示す。
【０００９】
チョーク絞りの流量Ｑは、次式(1)から計算される。ここで、Ｄ1はバルブ穴４の内径であり、△Ｐは可変絞り部８の前後差圧であり、Ｌ1は可変絞り部８の流路長さであり、μは粘性係数であり、νは動粘度であり、ρは密度である。
【００１０】
Ｑ＝π・Ｄ14・△Ｐ／（１２８μ／Ｌ1）…(1)                μ＝ν・ρ
【００１１】
チョーク絞りの流量Ｑは、(1)式の因数に粘性係数μを含むので、作動流体の温度によって左右される。このため、低温時においては、粘性係数μの値が大きくなるので、流量Ｑが不足する。更に粘性抵抗の影響により、流量制御の応答性も悪化する。
【００１２】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、作動流体の温度に影響されない、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】
【００１３】
本発明は、圧力源側と負荷側との間を連通するバルブ穴と、前記バルブ穴に対して軸方向へ変位可能な弁体と、前記バルブ穴と前記弁体との間に形成される可変絞り部と、前記弁体を軸方向へ駆動するソレノイドと、を備える電磁比例絞り弁において、前記弁体が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前記弁体の軸方向への変位に伴って変化する開口面積可変領域を設定する一方、前記バルブ穴を薄刃オリフィスに形成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、バルブ穴が薄刃オリフィスのため、粘性抵抗の影響も受けず、作動流体の温度に依存しない流量特性が得られる。この結果、最小弁開度で得られる最小流量についても、作動流体の温度に左右されない。従って、低温時においても、任意の流量が得られ、最小流量が不足を来すこともなく、流量制御の応答性も良好に確保される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態を説明するパワーステアリング装置の油圧回路図である。
【図２】同じくパワーステアリング装置に適用される電磁比例絞り弁の断面図である。
【図３】同じく電磁比例絞り弁の要部説明図である。
【図４】従来の電磁比例絞り弁を例示する説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
このパワーステアリング装置においては、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。
【００１９】
これに対して、操舵時には、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る流量の作動流体が供給され、必要とされる車両の操舵力を付与する。
【００２０】
図２は、電磁比例絞り弁３０の構成を説明する断面図であり、電磁比例絞り弁３０は、円筒状のスリーブ１１と、これと同軸にフィラーリング１２を介して接続されるベース１３と、スリーブ１１およびベース１３の内部に挿入されるシャフト１４を備える。
【００２１】
円柱状のシャフト１４は、スリーブ１１に軸受１５を介して軸方向へ摺動可能に支持される。シャフト１４を開弁方向（図上の右方向）へ駆動するソレノイド２０が設けられる。ソレノイド２０は、シャフト１４に固定されるプランジャ１９（可動鉄芯）と、固定鉄芯となるベース１３と、その外周に組み付けられる電磁コイル１６と、を備える。
【００２２】
シャフト１４を開弁方向へ付勢するコイル状のバルブスプリング１７と、閉弁方向（図上の左方向）へ付勢するコイル状のバルブスプリング１８が設けられる。バルブスプリング１７は、軸受１５とプランジャ１９との間に圧縮して介装される。バルブスプリング１８は、シャフトとアジャスタ２１との間に圧縮して介装される。アジャスタ２１は、バルブスプリング１７，１８のバネ力を調整するためのものである。
【００２３】
スリーブ１１（バルブボディ）に２つの室２２，２３が画成され、これらの間を連通するバルブ穴２４が形成される。バルブ穴２４に挿入可能な円錐状の弁体２５がシャフト１４の先端に形成され、バルブ穴２４との間に可変絞り部４１を形成する。
【００２４】
２つの室２２，２３のうち、一方の室２２は、一次側（ポンプ側）通路に連通され、他方の室２４は、二次側（パワーステアリングシステム側）通路に連通される。これに限らず、作動流体が図２の矢印と逆方向へ流れるように構成してもよい。
【００２５】
シャフト１４のストローク（弁体２５の弁開度）は、可変絞り部４１が最小開口面積となる位置（最小弁開度）と、可変絞り部４１が最大開口面積となる位置（最大弁開度）と、の間に規制される。
【００２６】
スリーブ１１の中空部にプランジャ１９を軸方向へ摺動自由に支持する案内穴２９が形成され、案内穴２９が開口するスリーブ１１の端面に対向する側のベース１３の端面にプランジャ１９を進退可能に受け入れる凹部２８が形成される。
【００２７】
プランジャ１９のストローク（シャフト１４のストローク）は、プランジャ１９の一方の端面がスリーブ１１の案内穴２９の底に突き当たる位置（弁体２５の最小弁開度）と、プランジャ１９の他方の端面がベース１３の凹部２８の底（ギャップワッシャ）に突き当たる位置（最大弁開度）と、の間に規制される。
【００２８】
ソレノイド２０の電磁コイル１６に電流が流れると、その電流値に応じて発生するソレノイド推力によってシャフト１４がバルブスプリング１８に抗して図上の右方向へストロークする。これによって得られる可変絞り部４１の開口面積および可変絞り部４１の前後差圧に比例した流量の作動流体が可変絞り部４１を流れるのである。
【００２９】
図３は、本発明の要部を示すものであり、図３において、Ｓの矢印は、シャフトのストロークが大きくなる方向を示す。
【００３０】
バルブ穴２４は、薄刃オリフィスに形成される。弁体２５は、円柱状に突出するストレート弁体部２７と、その先端から円錐状に突出するテーパ弁体部２６と、を備える。ストレート弁体部２７およびテーパ弁体部２６は、シャフト１４と同軸上に形成される。
【００３１】
バルブ穴２４はその内径Ｄ2がシャフト１４の外径Ｄよりも小さく形成され、弁体２５のストレート弁体部２７は、その外径ｄがバルブ穴２４の内径Ｄ2よりも所定値だけ小さく形成される。
【００３２】
可変絞り部４１を通過する作動流体の流量は、バルブ穴２４が薄刃オリフィスのため、次式(2)から計算される。ここで、Ｃは流量係数、Ａは可変絞り部４１の開口面積（通路面積）、△Ｐは可変絞り部４１の前後差圧、ρは作動流体の密度である。
【００３３】
Ｑ＝Ｃ・Ａ√（２・△Ｐ／ρ）…(2)
【００３４】
薄刃オリフィスの流量Ｑは、(1)式の因数に粘性係数μを含ないので、粘性抵抗の影響も受けず、作動流体の温度に依存しない流量特性が得られる。
【００３５】
この結果、最小弁開度で得られる最小流量および最大弁開度で得られる最大流量についても、作動流体の温度によって左右されない。従って、低温時においても、任意の流量が得られ、最小流量についても、不足を来すことはない。また、粘性抵抗の影響を受けないので、低温時の流量制御の応答性も良好に確保される。
【００３６】
薄刃オリフィスの流路長さＬ2は、Ｌ2＝０が理想的であるが、これに限定されない。強度などの要素を加味すると、例えば、Ｌ2≦0.4mmに設定するとよい。また、図４の従来例のものと等価の流量を確保するため、(2)式を用いて、Ｃ・Ａ√（２・△Ｐ／ρ）＝π・Ｄ24・△Ｐ／（１２８μ／Ｌ2）から、バルブ穴の流路長さＬ2を求めることもできる。
【００３７】
本発明は、上記の実施形態に限定されず、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】
【００３８】
本発明の電磁比例絞り弁は、パワーステアリング装置に好適なばかりでなく、産業機械等の電磁比例絞り弁として広く利用できる。
【符号の説明】
【００３９】
１１  スリーブ（バルブボディ）
１３  ベース
１４  シャフト
１６  電磁コイル
１７，１８  バルブスプリング
１９  プランジャ
２０  ソレノイド
２３，２３  室
２４  バルブ穴
２５  弁体
２６  テーパ弁体部
２７  ストレート弁体部
４０  円錐状のテーパ面
４１  可変絞り部
【図１】
2011007249.tif 000003
【図２】
2011007249.tif 000004
【図３】
2011007249.tif 000005
【図４】
2011007249.tif 000006