(57)【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穴と、前記バルブ穴に対して軸方向に変位可能に支持されるシャフトと、前記シャフト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シャフトに連結したプランジャを駆動する電磁コイルとを備え、前記シャフトの変位に伴って前記バルブ穴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流量制御弁において、前記シャフトのまわりに磁気回路を構成する部材の内周面にこの内周面より大きい内径を持って環状に窪む磁界調整凹部を形成し、前記磁界調整凹部が前記プランジャを収容する凹部に対して前記プランジャを吸着する部位に開口し、前記電磁コイルに流れる同一の電流Ｉに対して前記シャフトが前記バルブ穴に近づくのにしたがって前記電磁コイルのソレノイド推力Ｆが次第に小さくなる構成としたことを特徴とする電磁比例流量制御弁。
【請求項２】
前記シャフトのまわりに磁気回路を構成する部材に環状の磁界調整テーパ部を形成したことを特徴とする請求項１に記載の電磁比例流量制御弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のパワーステアリング装置や産業機械等に用いられる電磁比例流量制御弁の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、パワーステアリング装置に用いられる電磁比例流量制御弁として、例えば特開２００１−１６３２３３号公報に開示されたものや、図６に示すものがある。
【０００３】
これについて説明すると、電磁比例流量制御弁は、ポンプボディ８に挿入して取り付けられる円筒状のベース１と、ベース１に摺動可能に挿入されるシャフト２を備える。ベース１にはポンプの吐出側に連通する上流室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、負荷側に連通する下流室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上流室２１、バルブ穴１６、下流室２３を通って負荷へと流れる。
【０００４】
円柱状のシャフト２はベース１とスリーブ１０に渡って一対の軸受３，９を介して摺動可能に介装される。シャフト２はその先端に円錐状の弁体部２ａが形成され、この弁体部２ａ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、弁体部２ａ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Ａｖが次第に大きくなる。
【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、スリーブ１０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Ｆｓｏｌによってシャフト２を閉弁方向（図において左方向）に駆動する。つまり、電磁コイル１５に流れる電流Ｉ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左方向に変位する。
【０００７】
電磁比例流量制御弁は以上のように構成されて、シャフト２に対して電磁コイル１５のソレノイド推力Ｆが閉弁方向に働き、スプリング１３，１４のバネ力、可変絞り部２２の前後差圧ΔＰ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が移動し、これによって得られた可変絞り部２２の開口面積Ａｖおよび可変絞り部２２の前後差圧ΔＰに比例した制御流量Ｑｃが流れる。
【０００８】
ソレノイドバルブの吸引特性は、通常、入力電流を大きくすれば吸引力も大きくなり、吸着部からの距離（ストローク）によっても吸引力は変化する。しかしながら、ストロークによって吸引力が変化するのは好ましくないため、吸引部の形状を変化させることで吸引力がストロークに関係なく電流だけに比例するような特性とするのが一般的である。
【０００９】
この関係を示したのが図７である。図７はシャフト２のストロークＳに対する電磁コイル１５のソレノイド推力Ｆの関係を電流Ｉの変化に基づいて示したものである。この図からわかるように、シャフト２のストロークＳが変化してもソレノイド推力Ｆが一定に保たれ（水平吸引特性）、これにより、ソレノイド推力Ｆがシャフト２のストロークＳに関係なく電流Ｉにだけ比例する。したがって、電流Ｉに応じて可変絞り部２２を通過する流量を調節することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記図７の如く、ストロークＳとソレノイド推力Ｆとの関係が全域においてフラット（水平吸引力特性）になるようにすると、電流Ｉとソレノイド推力Ｆの関係は図８に示すように、電磁コイル１５に流れる電流Ｉが増えるのにしたがってソレノイド推力Ｆは急激に立ち上がる特性となる。
【００１１】
このため、電磁コイル１５の電流Ｉと制御流量Ｑｃの関係においても、電磁コイル１５に流れる電流Ｉが増えるのにしたがって制御流量Ｑｃは急に減少する（図９）。
【００１２】
このことは、低流量域において、僅かな電流値変動で大きな流量変動が発生してしまうことになり、このため、きめ細かな流量制御が困難になるという問題点が生じていた。
【００１３】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、低流量側の作動領域にてきめ細かい流量制御を実現できる電磁比例流量制御弁を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、圧力源側と負荷側を連通するバルブ穴と、バルブ穴に対して軸方向に変位可能に支持されるシャフトと、シャフト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シャフトに連結したプランジャを駆動する電磁コイルとを備え、シャフトの変位に伴ってバルブ穴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流量制御弁に適用する。
【００１５】
そして、シャフトのまわりに磁気回路を構成する部材の内周面にこの内周面より大きい内径を持って環状に窪む磁界調整凹部を形成し、この磁界調整凹部が部材のプランジャを収容する凹部に対してプランジャを吸着する部位に開口し、電磁コイルに流れる同一の電流Ｉに対してシャフトがバルブ穴に近づくのにしたがって電磁コイルのソレノイド推力Ｆが次第に小さくなる構成としたことを特徴とするものとした。
【００１７】
第２の発明は、第１の発明において、シャフトのまわりに磁気回路を構成する部材に環状の磁界調整テーパ部を形成したことを特徴とするものとした。
【００１８】
【発明の作用および効果】
第１の発明によると、ストロークＳに対してソレノイド推力Ｆを吸着側で落ち込ませるような特性、すなわち、シャフトがバルブ穴に近づくにしたがってソレノイド推力Ｆが次第に小さくなる構成としたため、電流Ｉとソレノイド推力Ｆとの関係で、電流値Ｉの増加に伴ってソレノイド推力Ｆの急激な立ち上がりを抑制できるとともに、電流値Ｉと制御流量Ｑｃの関係においても、電流増加に伴う制御流量Ｑｃの急な減少が抑止される。
【００１９】
これにより、低流量側の作動領域にて電流値Ｉに対する制御流量Ｑｃの変化が小さく抑えられ、微小流量の制御を正確に行うことが可能となる。この結果、例えばパワーステアリング装置の微小なアシスト力の制御が可能となり、ステアリングを中立に保つ適度なステアリングの剛性感が得られ、操舵フィーリングの向上がはかられる。
【００２０】
そして、磁界調整凹部の内径を変えることでストロークＳに対する吸着側のソレノイド推力Ｆを変化させることができるため、吸着側でソレノイド推力Ｆが小さくなるように磁界調整凹部の内径を調整すれば上記と同様の効果が得られる。
【００２１】
第２の発明によると、磁界調整テーパ部の傾斜角度を変えることでストロークＳに対する吸着側のソレノイド推力Ｆを変化させることができるため、吸着側でソレノイド推力Ｆが小さくなるように磁界調整テーパ部の傾斜角度を調整すれば上記第１の発明と同様の効果が得られる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
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。
【００２３】
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、電磁比例流量制御弁３２はポンプ３１をパワーステアリングシステム３６に接続している。電磁比例流量制御弁３２の前後差圧ΔＰ（＝Ｐ1−Ｐ2）は圧力補償弁３３によって略一定に保たれる。電磁比例流量制御弁３２に電流Ｉが流れると、前後差圧ΔＰに応じた開度調整が行われ、その開度に応じた制御流量Ｑｃ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、安全弁として機能し、オリフィス３４は回路の応答性、安定性に寄与する。
【００２４】
このパワーステアリング装置では、非操舵時に、パワーステアリングシステム３６の負荷圧Ｐ2が低くなっているので、電磁比例流量制御弁３２の上流側の圧力も低く、この電磁比例流量制御弁３２は最小開度を保っている。パワーステアリングシステム３６は、その最小開度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。
【００２５】
これに対して、操舵時には、パワーステアリングシステム３６の負荷圧Ｐ2が高くなるので、電磁比例流量制御弁３２がその開度を大きくする。パワーステアリングシステム３６は、電磁比例流量制御弁３２の開度に応じて制御された流量Ｑが供給され、必要とされるアシスト力を付与する。
【００２６】
ところで、この種のパワーステアリング装置にあっては、電磁比例流量制御弁３２の低流量側で電流値変動に対する制御流量Ｑｃの変動を小さくして、アシスト力をきめ細かに調節したいという要求がある。
【００２７】
図２は、上記パワーステアリング装置の電磁比例流量制御弁３２に本発明を適用したものである。以下、これについて説明するが、前記図６に示す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。
【００２８】
電磁比例流量制御弁３２は、前記従来例と基本的に同様に構成され、バルブ穴１６が開口するベース１と、ベース１に対して軸受３，９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Ｆｓｏｌ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。円筒状のベース１はポンプボディ８に挿入して取り付けられる。
【００２９】
シャフト２はその先端に略円錐状の弁体部２ａが形成され、この弁体部２ａがバルブ穴１６に挿入され、弁体部２ａとバルブ穴１６との間で画成される可変絞り部２２が形成される。シャフト２が軸方向に変位するのに伴って、可変絞り部２２の開口面積Ａｖが増減する。
【００３０】
図３はシャフト２のストロークＳに対する電磁コイル１５のソレノイド推力Ｆの関係を電流Ｉの変化に応じて示す特性図である。図３において実線で示す線が電流Ｉの電流値毎にソレノイド推力ＦがストロークＳに応じて変化する様子を示している。
【００３１】
そして本発明の要旨とするところであるが、上記図３に示すように、電磁コイル１５に流れる同一の電流Ｉに対して、シャフト２がバルブ穴１６（吸着部）に近づくのにしたがって電磁コイル１５のソレノイド推力Ｆが次第に小さくなる構成とする。すなわち、シャフト２がバルブ穴１６に近づいた吸着側の作動領域では、シャフト２がバルブ穴１６に近づくのにしたがってソレノイド推力Ｆが次第に低下し、弁体部２ａがバルブ穴１６に接する吸着部（ストロークＳ＝０）でソレノイド推力Ｆが最も小さくなる。
【００３２】
ただし、シャフト２がバルブ穴１６から離れた反吸着側の作動領域では、従来と同様に、シャフト２のストロークＳが変化してもソレノイド推力Ｆが一定に保たれる。
【００３３】
これにより、反吸着側のストローク領域では、ソレノイド推力ＦがストロークＳに関係なく電流Ｉにだけ比例するため、電流Ｉに応じて可変絞り部２２を通過する流量が調節される。
【００３４】
図４は電磁コイル１５の電流Ｉとソレノイド推力Ｆの関係を示す特性図である。図３に示す特性とすることによって、この図に見られるように電磁コイル１５に流れる電流Ｉの増加とともにソレノイド推力Ｆも一次的に比例して増加する。
【００３５】
具体的には、ベース１のシャフト２に対峙する内周面に環状に窪む磁界調整凹部１ａを形成し、この磁界調整凹部１ａの内径ｄが先端側（図中左側）の内周面の内径より大きくなる構成とした。
【００３６】
また、これとは別にベース１のスリーブ１０に対峙する環状の磁界調整テーパ部１ｂを形成し、その傾斜角度θを大きくするように任意に設定してもよい。
【００３７】
なお、上記磁界調整凹部１ａを形成するとともに、磁界調整テーパ部１ｂを形成してもよいのはもちろんである。
【００３８】
以上の如く、磁界調整凹部１ａの内径ｄや磁界調整テーパ部１ｂの傾斜角度θを任意に設定することで、図３に示すソレノイド推力Ｆの特性を得ることができる。
【００３９】
図５は電磁コイル１５の電流Ｉと制御流量Ｑｃの関係を示す特性図である。この図においても、図３、図４の特性に起因して、制御流量Ｑｃが電流Ｉに対して比例的に減少する。
【００４０】
この制御流量Ｑｃの特性が得られるように、シャフト２の弁体部２ａは円錐状に形成され、シャフト２が図２において右方向に変位するのに伴って、弁体部２ａ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Ａｖが一次的に比例して大きくなる。
【００４１】
以上のように電磁比例流量制御弁３２は構成されており、次に作用について説明する。
【００４２】
シャフト２に対して電磁コイル１５のソレノイド推力Ｆが閉弁方向に働き、スプリング１３，１４のバネ力、可変絞り部２２の前後差圧ΔＰ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が移動し、これによって得られた可変絞り部２２の開口面積Ａｖおよび可変絞り部２２の前後差圧ΔＰに比例した制御流量Ｑｃが流れる。
【００４３】
電磁コイル１５に流れる電流Ｉが増えると、ソレノイド推力Ｆが大きくなり、シャフト２がスプリング１３，１４のバネ力に抗して図２において左方向に変位する。これに伴って、可変絞り部２２の開口面積Ａｖが小さくなり、制御流量Ｑｃが減少し、パワーステアリング装置のアシスト力が減少する。
【００４４】
一方、電磁コイル１５に流れる電流Ｉが減ると、ソレノイド推力Ｆが小さくなり、シャフト２がスプリング１３，１４のバネ力によって図２において右方向に変位する。これに伴って、可変絞り部２２の開口面積Ａｖが大きくなり、制御流量Ｑｃが増加し、パワーステアリング装置のアシスト力が増す。
【００４５】
本発明は、図３に示すように、ストロークＳに対してソレノイド推力Ｆを吸着側で落ち込ませるような特性、すなわち、シャフト２がバルブ穴１６に近づくにしたがってソレノイド推力Ｆが次第に小さくなる構成としたため、電流Ｉとソレノイド推力Ｆとの関係で、電流値Ｉの増加に伴ってソレノイド推力Ｆの急激な立ち上がりを抑制できるとともに、電流値Ｉと制御流量Ｑｃの関係においても、電流増加に伴う制御流量Ｑｃの急な減少が抑止される。
【００４６】
そして、図５に示すように、電磁コイル１５に流れる電流Ｉが増えるのにしたがって可変絞り部２２を通過する流量を一次的に減少させ、低流量側の作動領域にて電流値Ｉに対する制御流量Ｑｃの変化が小さく抑えられることにより、微小流量の制御を正確に行うことが可能となる。
【００４７】
これにより、電磁コイル１５に流れる電流Ｉが増える低流量側の作動領域にて電流値Ｉの僅かな変動で大きな流量変動が生じることが回避され、微小流量の制御を正確に行うことが可能となる。この結果、パワーステアリング装置の微小なアシスト力の制御が可能となり、ステアリングを中立に保つ適度なステアリングの剛性感が得られ、操舵フィーリングの向上がはかられる。
【００４８】
なお、弁体部２ａの断面形状は、前記実施の形態のように略三角形のテーパ状限らず、略半円形にしたり、略楕円形としてもよい。
【００４９】
本発明は上記の実施の形態のようにパワーステアリング装置に用いられる電磁比例流量制御弁に限らず、産業機械等に用いられる電磁比例流量制御弁に適用しても良く、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。
【図面の簡単な説明】
【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】同じく電磁比例流量制御弁の断面図。
【図３】同じくシャフトのストロークＳとソレノイド推力Ｆの関係を示す特性図。
【図４】同じく電流Ｉとソレノイド推力Ｆの関係を示す特性図。
【図５】同じく電流Ｉと制御流量Ｑｃの関係を示す特性図。
【図６】従来例を示す電磁比例流量制御弁の断面図。
【図７】同じくシャフトのストロークＳとソレノイド推力Ｆの関係を示す特性図。
【図８】同じく電流Ｉとソレノイド推力Ｆの関係を示す特性図。
【図９】同じく電流Ｉと制御流量Ｑｃの関係を示す特性図。
【符号の説明】
１  ベース
１ａ  磁界調整凹部
１ｂ  磁界調整テーパ部
２  シャフト
２ａ  弁体部
１０  スリーブ
１３、１４  スプリング
１５  電磁コイル
１６  バルブ穴
２２  可変絞り部
３２  電磁比例流量制御弁
【図１】
0004185687.tif 000002
【図２】
0004185687.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004185687.tif 000008
【図８】
0004185687.tif 000009
【図９】
0004185687.tif 000010