JPH06171521A - 油圧パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 中立剛性の向上及びラトル音の低減を実現で
きるコンパクトな構造の油圧パワーステアリング装置を
提供する。 【構成】 入力軸２１と出力軸側のストッパ２２との間
にクリアランス２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄを設
け、トーションバー１０の過大捩れを制限するバルブス
トッパ部を形成する。入力軸２１のバルブストッパ部に
各々皿ばね２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄを取付け、
圧縮された皿ばね２３の反力がトーションバー１０の反
力に加わるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロータリーバルブ式の
油圧パワーステアリング装置における中立剛性の向上に
係り、特に、入力軸と出力軸との間に介在させたトーシ
ョンバーが操舵力を伝達するステアリング構造の中立剛
性を向上させた油圧パワーステアリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４はロータリーバルブ式油圧パワース
テアリング装置のステアリングギヤ＆リンケージを示し
たもので、１は油圧制御部、２はパワーシリンダ、３は
ラック、４はタイロッドインナボールジョイント、５は
タイロッドである。

【０００３】油圧制御部１にはコンパクトで信頼性の高
いロータリーバルブが採用されており、図示省略のステ
アリングホイールと連結された入力軸６に連動して、ピ
ストン７によって分割された左右のシリンダ室２ａ，２
ｂへパイプ８，９を介して供給する油圧の制御をしてい
る。この油圧制御部１には、図５に示したピニオン＆バ
ルブ組立体が内蔵されており、該組立体は、入力軸６、
トーションバー１０、ピニオンギヤ１１及びロータリー
バルブ１２から構成されている。中空の入力軸６は、内
部にトーションバー１０が組込まれており、その上端部
はピン１３をもってトーションバー１０に固定され、ま
た、下端部は出力軸となるピニオンギヤ１１内のブッシ
ュ１４で支持されている。トーションバー１０の下端部
にはセレーション１０ａが設けられ、該セレーションを
ピニオンギヤ１１に圧入して結合されている。そして、
ロータリーバルブ１２は、ダウエルピン１５をもってピ
ニオンギヤ１１の上方へ突設されたストッパ１６に固定
されている。

【０００４】すなわち、ドライバーがステアリングホイ
ールを操作すると、入力軸６が回転し、トーションバー
１０を介してピニオンギヤ１１を回転させるので、該ピ
ニオンギヤ１１は噛合するラック３を操舵方向に応じて
移動させることができる。また、これと同時に、ピニオ
ンギヤ１１はホイールの路面抵抗を受けるため、路面抵
抗分だけ回転を妨げられてトーションバー１０が捩られ
る。このため、入力軸６はトーションバー１０の捩れ角
分だけロータリーバルブ１２に対して余分に回転し、こ
の回転差に応じてロータリーバルブ１２が油路の開口面
積を変化させることにより、図示省略の油圧ポンプから
左右のシリンダ室２ａ，２ｂへ及び左右のシリンダ室２
ａ，２ｂから図示省略のリザーバへといった油圧回路の
油圧が制御される。従って、両シリンダ室間の油圧差に
応じたアシスト力がピストン７に作用してラック３を操
舵方向へ移動させるので、ドライバーがステアリングホ
イールを操作するのに必要な操舵力は軽減される。

【０００５】さて、上述した油圧パワーステアリング装
置においては、入力軸６と出力軸側になるピニオンギヤ
１１との間に介在させたトーションバー１０が、ステア
リングホイールに中立剛性を与えて操舵力を伝達するよ
うに構成されており、従って、トーションバー１０の捩
りを制限すると共に、油圧経路の故障時に入力軸６の回
転力を直接ピニオンギヤ１１へ伝達するバルブストッパ
部が必要となる。このバルブストッパ部は、図６に示す
如く、入力軸６とストッパ１６との間に左右両回転方向
のクリアランス１７を設けたもので、トーションバー１
０の捩れ角が所定値になると、入力軸６が回転方向の先
に位置するストッパ１６に当接し、以後同方向へは両者
が一体に回転するようになっている。

【０００６】これを図７に基づいて具体的に説明する。
入力軸６が時計方向（矢印１８の方向）への回転を開始
すると、ピニオンギヤ１１と一体のストッパ１６も路面
抵抗分だけ遅れて同方向へ回転し、クリアランス１７
ａ，１７ｃが徐々に小さくなると共に、クリアランス１
７ｂ，１７ｄが広がっていく。このため、中立位置（ス
テアリングホイールの舵角がゼロ）での捩れ角がゼロに
設定されているトーションバー１０は、クリアランス１
７の範囲内で入力軸６とストッパ１６との回転差分だけ
捩られ、この反力をステアリングホイールに作用させる
ことによって中立剛性を得ている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述した従
来構造の油圧パワーステアリング装置は、トーションバ
ーから受ける反力のみで中立剛性を確保していたため、
マニュアルステアリングと比較した場合、十分な中立剛
性を確保するのは困難だった。すなわち、トーションバ
ーの特性は、図３に二点鎖線で示す如く、入力軸トルク
と捩れ角とが比例するものであり、特にステアリングホ
イールが中立位置周辺にある時の反力（手応え）が不足
しがちであった。また、悪路での旋回時等に入力軸とス
トッパとがキックバックを受けて頻繁に当ることがあ
り、この打音がステアリング系のラトル音として問題に
なる不都合もあった。

【０００８】上述したような中立剛性の不足を解消する
方法のひとつに、ロータリーバルブの感度を上げてばね
定数の大きいトーションバーを採用するものがある。し
かし、このような方法ではロータリーバルブの加工・組
付けに高い精度が要求されるため、その実現には限度が
あった。

【０００９】また、他の方法としては、入力軸とピニオ
ンギヤとの間に反力室及び反力プランジャを設けた構造
がある。この構造では、コントロールバルブから反力室
へ供給される油圧（反力圧）を受けて反力プランジャが
作動し、入力軸を強く抑えてトーションバーに捩れが発
生しにくくしている。しかし、反力プランジャによる油
圧反力を利用して中立剛性を向上させる構造では、反力
プランジャ部でフリクションが発生しやすくなり、大き
な反力をつけると操舵時に違和感を生じる不都合があっ
た。

【００１０】なお、ロータリーバルブのかわりにスプー
ルバルブを採用した油圧パワーステアリング装置におい
ては、スプールバルブの端にばねでプリセット荷重をか
け、所定の入力トルクまでは入力軸と出力軸とが相対変
位をしないようにして中立剛性の向上を図ったものもあ
るが、これをロータリーバルブ式に採用しようとしても
構造上成立しない。

【００１１】そこで、本発明の目的は、ロータリーバル
ブ式の油圧パワーステアリング装置に容易に組込め、中
立剛性を向上させることができると共に、ラトル音の低
減をも実現できるコンパクトな構造を提供することにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題を
解決するもので、入力軸と出力軸との間にトーションバ
ーを介在させて操舵力を伝達するロータリーバルブ式の
油圧パワーステアリング装置において、前記トーション
バーの過大捩れを制限するバルブストッパ部に、相反す
る回転方向へ反力を与える皿ばねを少なくとも１組取付
け、前記トーションバーの反力に圧縮された皿ばねの反
力が加わるように構成したことを特徴とする油圧パワー
ステアリング装置である。

【００１３】

【作用】前述の手段によれば、入力軸と出力軸とが相対
的に捩れようとすると、トーションバーの捩れによって
生じる反力に、バルブストッパ部に取付けられて圧縮を
受ける側の皿ばねの反力が加わる。このため、中立域で
は皿ばねのばね定数が大きいため高剛性を得られ、ロー
タリーバルブ作動域では皿ばねのばね定数が小さいため
入力トルクの増加が抑えられて適度な操舵力とし、ロー
タリーバルブの閉じ切り後には再度皿ばねのばね定数が
大きくなってキックバック入力時のバルブストッパ打音
を低減する。

【００１４】

【実施例】本発明の一実施例を図１ないし図３に基づい
て説明する。

【００１５】図１は従来技術の図７に対応するもので、
外側に位置するロータリーバルブやダウエルピンは省略
されており、１０はトーションバー、２１は入力軸、２
２はストッパ、２３は皿ばねを各々示している。本実施
例では、入力軸２１と出力軸側になるストッパ２２との
間に９０度ピッチでクリアランス２４ａ，２４ｂ，２４
ｃ，２４ｄを設けてあり、該クリアランスを形成する入
力軸２１及びストッパ２２の面を総称してバルブストッ
パ部と呼ぶ。

【００１６】上述した４箇所のクリアランスは、ステア
リングホイールの中立位置でいずれも等しい値となるよ
うに設定されており、入力軸２１側のバルブストッパ部
には、各々１個の皿ばね２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２４
ｃが中立位置で非圧縮状態となるように取付けられてい
る。このうち皿ばね２３ａ，２３ｃは入力軸２１が時計
方向へ回転した時に圧縮され、残る皿ばね２３ｂ，２３
ｄは入力軸が反時計方向へ回転した時に圧縮される。な
お、皿ばね２３は、ストッパ２２側のバルブストッパ部
に取付けてもよいし、あるいは、相反する回転方向へ反
力を与えるようにすれば１組（２個）取付けるだけでも
よい。

【００１７】さて、皿ばね２３には、図３に実線で示す
如く、圧縮の初期及び後半のばね定数（直線の傾き）が
大きく、かつ、中間部のばね定数が小さいという特性が
あり、これを利用することにより次のような作用を得ら
れる。すなわち、皿ばね２３のばね定数が大きい圧縮初
期とステアリングホイールの中立域とが一致するように
調整し、かつ、皿ばね２３のばね定数が小さい中間部と
ロータリーバルブ作動域とが一致するように調整する
と、ステアリングホイールに作用する操舵反力は、従来
より剛性を低下させたトーションバー１０の特性（破線
で表示）に皿ばね２３の特性が合成されて、図３に一点
鎖線で示したような傾向となる。

【００１８】以下、本発明の作用を具体的に説明する。
舵角がゼロのステアリングホイールの中立位置から操舵
すると、入力軸２１はストッパ２２が一体に突設された
出力軸に対して路面抵抗分だけ余分に回転するので、入
力軸２１とストッパ２２との間にはこの回転差による捩
れが発生する。ここで、ステアリングホイールの操舵を
時計方向とすれば、入力軸２１及びストッパ２２は共に
時計方向へ回転するものの、両者間に生じる回転差によ
ってクリアランス２４ａ，２４ｃが小さくなり、皿ばね
２３ａ，２３ｃの圧縮が開始される。このような中立域
では、皿ばね２３ａ，２３ｃが圧縮初期の段階にあるた
めばね定数は大きく、従って、トーションバーの反力に
皿ばね２３ａ，２３ｃの大きな反力が加わって中立剛性
は向上する。

【００１９】また、ステアリングホイールをさらに切り
込んでロータリーバルブ作動域に入ると、皿ばね２３
ａ，２３ｃはさらに圧縮されてその変形量を増す。しか
し、この領域における皿ばね２３ａ，２３ｃのばね定数
は小さく設定されており、従って、トーションバー１０
に加算される反力の増加が抑えられて適度な操舵力を維
持することができる。

【００２０】そして、ロータリーバルブ閉じ切り後にさ
らにステアリングホイールを切り込むと、皿ばね２３
ａ，２３ｃは圧縮後半のばね定数が大きい領域まで圧縮
され、トーションバー１０の反力に大きな反力を加算し
ながら、やがてクリアランス２４ａ，２４ｃがゼロとな
るバルブストッパ作用点に到達する。従って、キックバ
ック入力が作用した場合であっても、接近したバルブス
トッパ部にはばね定数の高い皿ばね２３ａ，２３ｃが存
在しているため、これをさらに圧縮して打音を発生させ
るのは困難になる。また、たとえ打音が発生したとして
も、キックバック入力の大部分は皿ばね２３ａ，２３ｃ
に吸収されるので、打音が小さく抑えられると共にその
継続も短くなる。

【００２１】

【発明の効果】前述した本発明の油圧パワーステアリン
グ装置によれば、ステアリングの中立剛性がより一層向
上してステアリングホイール中立付近での操舵力（手応
え）が増し、より確かな安定感が得られるようになる。
しかも、通常のパワーステアリング（ロータリーバル
ブ）作動領域では従来どうりのアシスト特性を維持で
き、また、従来問題となっていたステアリング系のラト
ル音を低減する効果もある。なお、皿ばねを組込むだけ
の簡単かつコンパクトな構造のため、装置自体が大型に
なってスペース上の問題が生じることもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す要部断面図である。

【図２】図１の矢視Ａを示す図である。

【図３】本発明の作用を説明するための図で、入力軸ト
ルクと変形量の関係を示している。

【図４】ロータリーバルブ式油圧パワーステアリング装
置のステアリングギヤ＆リンケージを示す図である。

【図５】油圧制御部に内蔵されるピニオン＆バルブ組立
体を示す図である。

【図６】図５のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

【図７】従来構造の作動を説明するための図である。

【符号の説明】

１０ トーションバー ２１ 入力軸 ２２ ストッパ（出力軸） ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ 皿ばね ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ クリアランス（バル
ブストッパ部）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力軸と出力軸との間にトーションバーを
   介在させて操舵力を伝達するロータリーバルブ式の油圧
   パワーステアリング装置において、前記トーションバー
   の過大捩れを制限するバルブストッパ部に、相反する回
   転方向へ反力を与える皿ばねを少なくとも１組取付け、
   前記トーションバーの反力に圧縮された皿ばねの反力が
   加わるように構成したことを特徴とする油圧パワーステ
   アリング装置。