JP3593862B2 - 電磁流量制御弁 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はソレノイドへの通電に応じて連続的に開度が変化するスプール式の電磁流量制御弁で、例えば動力舵取装置において車速等の走行状態に応じて操舵力を制御するために使用するのに適したものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の電磁流量制御弁には、例えば図６に示すように、バルブ本体１０の内孔１１に軸線方向摺動可能に嵌装したスプール２をソレノイド１７への通電に応じて変位させて、第１及び第２ポート１３，１４の間の流量を制御するようにしたものがある。スプール２の外周には内孔１１の内周面との間に中間室Ｒ２が形成され、スプール２に軸線方向に貫通して形成されて一端側が第１ポート１３に連通されたパス穴３は横穴４により中間室Ｒ２に連通され、中間室Ｒ２と第２ポート１４の間にはスプール２０の変位に応じて開度が変化する可変絞りＳが設けられている。パス穴３の一部である延長部３ａはスプール２を貫通して内孔１１の奥部との間に形成されるバランス室Ｒ３に開口している。図に示す作動状態では、ソレノイド１７により磁化されたヨーク１６の吸引力とスプリング２５の弾性力が釣り合ってスプール２の軸線方向位置が定まり、従って可変絞りＳの開度も定まる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この種の電磁流量制御弁を使用した動力舵取装置には、図４及び図５に示すようなものがある。ロータリータイプのサーボ弁４０は、図４に示すように、操舵ハンドルから加わる操舵トルクに応じて相対回動するバルブボディ４１とバルブロータリ４２よりなり、この両部材４１，４２の間には相対回動によりそれぞれ開度が変化するクローズドバルブＴ１，Ｔ２、低速用オープンバルブＬ１〜Ｌ６及び高速用オープンバルブＨ１，Ｈ２が形成されている。クローズドバルブＴ１，Ｔ２及び低速用オープンバルブＬ１，Ｌ２は、図５に示すように、四角いループ状に連結されて一方の対角線となる頂点部がそれぞれポンプ３５とリザーバ３６に連通され、他方の対角線となる頂点部の間には動力舵取装置のパワーシリンダＣが接続されている。残りの低速用オープンバルブＬ３〜Ｌ６と高速用オープンバルブＨ１，Ｈ２も、図５に示すように、六角のループ状に連結されて図示の対角線となる頂点部がそれぞれポンプ３５とリザーバ３６に連通され、リザーバ３６側となる２つの頂点部の間は図６に示すような電磁流量制御弁ＶＡを設けたバイパス通路３７により連通されている。
【０００４】
操舵トルクが０となる中立位置からのバルブボディ４１とバルブロータリ４２の相対回動に対する各バルブの開度の変化特性につき述べれば、先ず図５において対称に配置された各１対のバルブ（例えばＴ１とＴ２）の特性は、何れも逆向きで同一である。各クローズドバルブＴ１，Ｔ２は操舵トルクが０となる中立位置で完全に閉じており、それから所定の向きに所定角度相対回動すれば開き始めるものである（逆向きの相対回動では閉じたまま）。各オープンバルブＬ１〜Ｌ６，Ｈ１，Ｈ２は中立位置で開いており、それから前記と逆の所定の向きに所定角度相対回動すれば閉じるものである（逆向きの相対回動では開度が次第に増大する）が、その所定角度は低速用オープンバルブＬ１〜Ｌ６の方が小さく高速用オープンバルブＨ１，Ｈ２の方が大きい。
【０００５】
図４及び図５に示す動力舵取装置では、操舵トルクによるバルブボディ４１とバルブロータリ４２の相対回動及び車速による電磁流量制御弁ＶＡの開度に応じてパワーシリンダＣに加わる流体圧が変化して操舵アシスト力が適切に制御される。しかしながらこのような動力舵取装置では、作動状態によってはバイパス通路３７を通る流量がかなり増大することがある。例えば、クローズドバルブＴ２が開く直前までバルブロータリ４２がバルブボディ４１に対し時計回転方向に回動された状態では、低速用オープンバルブＬ３，Ｌ６の開度はかなり小さくなり、低速用オープンバルブＬ４，Ｌ５の開度はかなり大きくなる（高速用オープンバルブＨ１の開度はあまり小さくなく、高速用オープンバルブＨ２の開度は非常に大きい）。この状態ではポンプ３５からの作動流体は全量が電磁流量制御弁ＶＡ側のループを通り、しかもその大部分は高速用オープンバルブＨ２、低速用オープンバルブＬ４からバイパス通路３７を通って低速用オープンバルブＬ５に流れるので、電磁流量制御弁ＶＡを通る流量が相当増大する。バルブボディ４１とバルブロータリ４２が更に相対回動してクローズドバルブＴ２が開き始めれば、電磁流量制御弁ＶＡ側のループを通る流量は全体としては減少し始めるが、対象に配置されたバルブＬ３とバルブＬ４の開度の差、及びバルブＬ５とバルブＬ６の開度の差は何れも増大するので、バイパス通路３７を通る流量はあまり減少しない。すなわちクローズドバルブＴ２が開いた後でもその開度がある程度大きくなるまでは、電磁流量制御弁ＶＡを通る流量は相当増大した状態のままである。
【０００６】
ところで図６に示すような従来技術では、一方の向き（例えば右向き）にハンドルを切った場合にパス穴３を実線矢印のように流れる作動流体によりパス穴３の第１ポート１３側開口と横穴４の間にΔＰａなる圧力損失が生じたとすれば、スプール２の両側となる第１室Ｒ１とバランス室Ｒ３の間の圧力差もΔＰａとなるので、スプール２には実線矢印の向きに次の力Ｆ１が加わる。
【０００７】
Ｆ１＝ΔＰａ・π（Ｄ^２−ｄ^２）／４
但し Ｄ：スプール２の外径
ｄ：パス穴３の内径
また逆向き（例えば左向き）にハンドルを切ってパス穴３に破線矢印のように作動流体が流れれば、スプール２には破線矢印の向きに力Ｆ１が加わる。パス穴３を通る作動流体の流量が少ない場合はこの力Ｆ１は特に問題にはならないが、図４及び図５で説明した理由などにより、電磁流量制御弁ＶＡ従ってパス穴３を通る流量が多くなって圧力損失ΔＰａが大きくなるとこの力Ｆ１も大きくなり、このためスプール２は、ソレノイド１７とスプリング２５による釣り合い位置からハンドルを切る向きに応じて軸線方向何れかの向きに変位する。これによりソレノイド１７への印加電流が変わらなくても、ハンドルを切る向きにより可変絞りＳの開度が減少または増大するので、パワーシリンダＣに加わる作動流体圧が変化し、右切りと左切りとでハンドルトルク特性が異なったものとなってしまう。
【０００８】
電磁流量制御弁において作動流体が流れる向きにより作動特性が異なることは、上述したような動力舵取装置の場合に限らず、種々の不都合をもたらす原因になる。
本発明はパス穴を通る作動流体の圧力損失によりスプールに加わる軸線方向の力を減少させあるいはほゞ０にして、このような問題を解決することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による電磁流量制御弁は、内孔とこの内孔を介して互いに連通する第１及び第２ポートを有するバルブ本体と、内孔に軸線方向摺動可能に嵌装されこの内孔の内周面及び奥部との間に中間室及びバランス室を形成するスプールと、このスプールを軸線方向に貫通して一端側が第１ポートに連通され他端側がバランス室に連通されるパス穴と、このパス穴から分岐されて中間室に開口する横穴と、中間室と第２ポートの間に形成されスプールの軸線方向変位に応じて開度が連続的に変化する可変絞りと、スプールを軸線方向に付勢するスプリングと、印加される制御電流に応じてスプリングに抗してスプールを連続的に変位させるソレノイドを備えてなる電磁流量制御弁に関するものであり、パス穴及び横穴により構成される連通路に対し並列に配置された外周通路をスプールに形成し、第１ポートと中間室を、パス穴及び横穴を介して連通するとともに、外周通路を介して連通したことを特徴とするものである。
【００１０】
前項の電磁流量制御弁は、パス穴、横穴及び外周通路の流通抵抗及び通路面積を、
（Ｐ１−Ｐ３）・π（Ｄ^２−ｄ^２）／４ − （Ｐ１−Ｐ２）・Ｂ
但し Ｄ：スプールの外径
ｄ：パス穴の内径
Ｂ：外周通路の断面積の合計
Ｐ１：第１ポートにおける作動流体圧
Ｐ２：中間室内の作動流体圧
Ｐ３：バランス室内の作動流体圧
がほゞ０となるように選択することが好ましい。このようにすれば、パス穴を通る作動流体の圧力損失によりスプールに軸線方向の力が加わらなくなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に図１〜図５により、本発明を動力舵取装置用の電磁流量制御弁に適用した場合の実施の形態の説明をする。なお図１〜図３に示す電磁流量制御弁Ｖは、スプール２０の構造を除き、図６に示す従来技術の電磁流量制御弁ＶＡと実質的に同じであるので、同一部分には同一符号を付して示す。
主として図１に示すように、電磁流量制御弁Ｖのバルブ本体１０は鉄などの磁性体のケース部１０ｂとその先に一体的に嵌合固着された非磁性体のスリーブ部１０ａよりなり、ケース部１０ｂにはスリーブ部１０ａと反対側に非磁性体のスペーサを介して磁性体のヨーク１６が一体的に固着されている。スリーブ部１０ａ、ケース部１０ｂ、スペーサ及びヨーク１６は同軸的に結合され、それらの内周には連続した内孔１１が形成され、内孔１１の先端部が第１ポート１３を構成している。スリーブ部１０ａには、その軸線方向中間位置となる内孔１１の内周に環状溝１２が形成され、この環状溝１２の内部は円周方向等間隔に配置された４個の第２ポート１４を介してスリーブ部１０ａの外周面に開口されている。ヨーク１６とカラーとこれに続くケース部１０ｂの一部には、ソレノイド１７が巻き付けられている。
【００１２】
図１〜図３に示すように、スプール２０は磁性体の本体部とその先端側の多少小径とした部分の外周に嵌合固着したスリーブ２０ａよりなり、それらの外周面は内孔１１の内周面に軸線方向摺動可能に嵌合するように仕上げられている。スプール２０の小径部の根本側となる段部と、これと対向するスリーブ２０ａの端面の間には多少の間隔が設けられている。このスプール２０を内孔１１に嵌合すれば、内孔１１の内周面とスプール２０の間に環状の中間室Ｒ２が形成され、また内孔１１の奥部とスプール２０の間にはバランス室Ｒ３が形成される。第１ポート１３と中間室Ｒ２はスプール２０を同軸的に貫通するパス穴２１とその途中から分岐される横穴２２により連通されている。
【００１３】
スリーブ２０ａが嵌合固着されるスプール２０の本体の小径部は全長にわたり二面取りされ、この二面取りの表面とスリーブ２０ａの内面との間に形成されるかまぼこ形断面形状の２つの外周通路２４によっても、第１ポート１３は中間室Ｒ２に連通される。すなわち第１ポート１３と中間室Ｒ２は、パス穴２１及び横穴２２により構成される連通路とこれに対し並列に配置された外周通路２４とにより連通されている。なお横穴２２の中間室Ｒ２側は、二面取りの表面に開口されている。中間室Ｒ２側となるスリーブ２０ａの端縁には、後述するように環状溝１２と協働して可変絞りＳを形成する２個のＵ字状のスリット２３が形成されている。
【００１４】
内孔１１の内周面に摺動可能に嵌合されたスプール２０は、ヨーク１６に同軸的に設けた調節ねじとの間に介装したスプリング２５により第１ポート１３側に付勢され、ソレノイド１７に電流を印加しない自由状態では、第１ポート１３側となる内孔１１の内周面に係止した止め輪１５に当たって停止されている。ソレノイド１７に電流を印加すれば、スプール２０は磁化されたヨーク１６による吸引力とスプリング２５の弾性力が釣り合う軸線方向位置まで移動する。スリーブ２０ａが止め輪１５と当接している自由状態では、スリット２３の大部分が環状溝１２内に入り、スリット２３と環状溝１２が重なる部分で構成される可変絞りＳの開度は最大となり、ヨーク１６の吸引力によりスプール２０がスプリング２５に抗して移動するにつれて可変絞りＳの開度は減少し、スプール２０後端に固定したカラー２６がヨーク１６と当接する最大ストローク位置では可変絞りＳの開度は最小となる。
【００１５】
電磁流量制御弁Ｖは、図１に示すように、取付基体３０にねじ込んで取り付けられる。スリーブ部１０ａの先端部は取付基体３０に形成した嵌合孔３１に液密に差し込まれ、これにより取付基体３０との間には、第１ポート１３と連通される第１室Ｒ１及び第２ポート１４と連通される第２室Ｒ４が形成される。第１室Ｒ１と第２室Ｒ４には、二分されたバイパス通路３７の一方と他方が連通されている。
【００１６】
この実施の形態では、電磁流量制御弁Ｖは図４及び図５に示すような車速感応式の動力舵取装置に組み込まれて使用される。この動力舵取装置は、車速センサ４５により検出された車速に基づき電磁流量制御弁Ｖのソレノイド１７への印加電流を制御するコントローラ４６を備えている。コントローラ４６は、車速が上昇するにつれてソレノイド１７への印加電流を減少させて、電磁流量制御弁Ｖの開度を大きくするものである。これ以外のこの動力舵取装置の作用は従来技術の説明の際に詳細に述べてあるのでここでは説明を省略する。
【００１７】
次に上記実施の形態の電磁流量制御弁Ｖを図４及び図５に示すような動力舵取装置に適用した場合の作動の説明をする。クローズドバルブＴ２が開くまでハンドルを右向きに切ればパワーシリンダＣにはアシスト力が生じ、低速用オープンバルブＬ３，Ｌ６の開度はかなり小さくなり、低速用オープンバルブＬ４，Ｌ５の開度はかなり大きくなり（高速用オープンバルブＨ１の開度はあまり小さくなく、高速用オープンバルブＨ２の開度は非常に大きい）、バイパス通路３７には作動流体が図５において右向き（図４では上向き）に流れる。この状態で車速が上昇すればソレノイド１７への印加電流が減少し、電磁流量制御弁Ｖの開度が大きくなるので、パワーシリンダＣに加わる作動流体圧が減少してアシスト力も減少する。これと逆に車速が低下すればパワーシリンダＣのアシスト力は増大する。すなわち車速に感応する操舵力制御が行われる。ハンドルを左向きに切った場合は、作動流体が左向きに流れる点を除き、同様な操舵力制御が行われる。
【００１８】
図１に示す電磁流量制御弁Ｖでは、例えば右向きにハンドルを切った場合、作動流体は実線矢印に示すように第１ポート１３からパス穴２１の一部と横穴２２を通って中間室Ｒ２に流れる。パス穴２１の横穴２２から第１ポート１３までの間の部分の管路抵抗と横穴２２の管路抵抗を考慮すれば、第１室Ｒ１、中間室Ｒ２及びバランス室Ｒ３内の圧力Ｐ１，Ｐ２及びＰ３は異なったものとなり、各圧力の間の関係は Ｐ１＞Ｐ３＞Ｐ２ となる。これらの圧力の差によりスプール２０に実線矢印の向きに加わる力Ｆａとこれと逆向きに加わる力Ｆｂとは次のようになる。
【００１９】
Ｆａ＝Ｐ１｛π（Ｄ^２−ｄ^２）／４ − Ｂ｝＋Ｐ２・Ｂ
Ｆｂ＝Ｐ３・π（Ｄ^２−ｄ^２）／４
但し Ｄ：スプール２０の外径
ｄ：パス穴２１の内径
Ｂ：外周通路２４の断面積の合計
スプール２０に加わる実線矢印の向きの力Ｆ２は、差し引き Ｆａ−Ｆｂ で、これを整理すれば次の通りとなる。
【００２０】

但し ΔＰａ＝Ｐ１−Ｐ３
ΔＰｂ＝Ｐ１−Ｐ２
この力Ｆ２が０となるように、作動流体が通るパス穴２１、横穴２２及び外周通路２４の流通抵抗及び通路面積を選択すれば、このような力のために作動流体の流れる向きにより電磁流量制御弁Ｖの作動特性が異なったものとなり、右切りと左切りとでハンドルトルク特性が異なったものとなるという問題はなくなる。なお上記式から導かれることであるが、外周通路２４の断面積Ｂが０の場合は力Ｆ２は実線矢印の向きとなり、横穴２２の通路面積が０の場合は力Ｆ２はこれと逆向きとなるので、上述したような選択が可能なことは明らかである。なおハンドルを左向きに切って作動流体が破線矢印で示す向きに流れる場合には、各圧力の関係は Ｐ２＞Ｐ３＞Ｐ１ となるが、右切りのときにＦ２＝０となるようにすれば、左切りのときにもＦ２＝０となる。
【００２１】
上記実施の形態では、Ｆ２＝０となるようにパス穴２１、横穴２２及び外周通路２４の流通抵抗及び通路面積を選択したが、本発明は力Ｆ２が実用上問題とならない程度に低くすれば充分で、必ずしも０にする必要はない。上記実施の形態の力Ｆ２と先に述べた図６の従来技術における力Ｆ１とを比較すれば、ΔＰｂ＝Ｐ１−Ｐ２＞０ であるので、常に Ｆ２＜Ｆ１ となる。すなわちこの実施の形態においてスプール２０に加わる力は、パス穴２１を通る作動流体の圧力損失ΔＰａにより前述した従来技術の場合よりも常に減少する。従って、電磁流量制御弁Ｖを通る作動流体の流量が多くなった場合に右切りと左切りとでハンドルトルク特性が異なったものとなるという問題は少なくなる。
【００２２】
上記実施の形態では、外周通路２４は、スプール２０の本体の小径部に全長にわたり形成した二面取りとスリーブ２０ａにより形成したが、二面取りの代わりに軸線方向の縦溝としてもよく、縦溝の数も任意である。またスプール２０はスリーブ２０ａを用いない一体削り出しとし、外周通路２４はパス穴２１と平行な孔としてもよい。
【００２３】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば、電磁流量制御弁のスプールのパス穴を通る作動流体の圧力損失によりスプールに加わる軸線方向の力が減少するので、作動流体が流れる向きにより作動特性が異なることによる不都合を減少させることができる。
【００２４】
また、パス穴、横穴及び外周通路の流通抵抗及び通路面積を、
（Ｐ１−Ｐ３）・π（Ｄ２−ｄ２）／４ − （Ｐ１−Ｐ２）・Ｂ
がほぼ０となるように選択したものによれば、パス穴を通る作動流体の圧力損失によりスプールに加わる軸線方向の力が０になるので、作動流体が流れる向きにより作動特性が異なることによる不都合をなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電磁流量制御弁の一実施形態の縦断面図である。
【図２】図１の２−２断面図である。
【図３】図２の３−３断面図である。
【図４】図１の電磁流量制御弁を使用した動力舵取装置の構造図で、サーボ弁の横断面を主体とする図である。
【図５】図１の電磁流量制御弁を使用した動力舵取装置の全体構成図である。
【図６】従来技術による電磁流量制御弁の一例の縦断面図である。
【符号の説明】
１０…バルブ本体、１１…内孔、１３…第１ポート、１４…第２ポート、１７…ソレノイド、２０…スプール、２１…パス穴、２２…横穴、２４…外周通路、２５…スプリング、Ｒ２…中間室、Ｒ３…バランス室、Ｓ…可変絞り、Ｖ…電磁流量制御弁。

Claims (2)

1. 内孔とこの内孔を介して互いに連通する第１及び第２ポートを有するバルブ本体と、前記内孔に軸線方向摺動可能に嵌装されこの内孔の内周面及び奥部との間に中間室及びバランス室を形成するスプールと、このスプールを軸線方向に貫通して一端側が前記第１ポートに連通され他端側が前記バランス室に連通されるパス穴と、このパス穴から分岐されて前記中間室に開口する横穴と、前記中間室と前記第２ポートの間に形成され前記スプールの軸線方向変位に応じて開度が連続的に変化する可変絞りと、前記スプールを軸線方向に付勢するスプリングと、印加される制御電流に応じて前記スプリングに抗して前記スプールを連続的に変位させるソレノイドを備えてなる電磁流量制御弁において、前記パス穴及び横穴により構成される連通路に対し並列に配置された外周通路を前記スプールに形成し、前記第１ポートと中間室を、前記パス穴及び横穴を介して連通するとともに、前記外周通路を介して連通したことを特徴とする電磁流量制御弁。
2. 前記パス穴、横穴及び外周通路の流通抵抗及び通路面積を、
   （Ｐ１−Ｐ３）・π（Ｄ^２−ｄ^２）／４ − （Ｐ１−Ｐ２）・Ｂ
   但し Ｄ：スプールの外径
   ｄ：パス穴の内径
   Ｂ：外周通路の断面積の合計
   Ｐ１：第１ポートにおける作動流体圧
   Ｐ２：中間室内の作動流体圧
   Ｐ３：バランス室内の作動流体圧
   がほゞ０となるように選択したことを特徴とする請求項１に記載の電磁流量制御弁。

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