JPH11240456A - トルク発生ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】全長を縮小しかつコンパクトな改良型のトルク
発生ステアリング装置を提供すること。 【解決手段】トルク発生ステアリング装置11は、端部キ
ャップ15に隣接し、これと星形部材31を貫通する入力軸
21を有するジェロータ歯車組17を含んでおり、その弁機
構は、出力軸側のジェロータ歯車組17の側の出力軸側に
配置されたスプール弁37とスリーブ弁39を含み、好まし
くは、入力軸21がスプール弁37と一体に、スリーブ弁39
が出力軸23と一体に構成される。カップリング装置77
は、星形部材31の軌道および回転運動をスリーブ弁39の
回転従動運動に変化するために設けられ、その結果、装
置は、非常に短くかつコンパクトとなり、入力軸21と出
力軸23間のバックラッシが減少する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トルク発生ステア
リング装置に関し、特に、加圧流体源を利用して、相対
的に低いトルクのステアリング入力が、相対的に高いト
ルクのステアリング出力に変換される、このようなステ
アリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明に関連するこの形式のトルク発生
器は、長年にわたり商業的に使用され、かなり成功して
きた。また、このトルク発生器は、米国再発行特許第２
５，２９１号、及び米国特許第４，９３６，０９４号に
その詳細が例示されかつ記載されている。これら２つの
特許は、本発明の譲受人に譲渡され、ここに参考として
包含される。

【０００３】上記の特許に例示されかつ記載されている
この種の従来トルク発生器は、一般的に、次の３つの部
分、即ち、(1) 入力軸を含む入力部分、(2) 流体吐出機
構（一般的に、ジェロータ歯車組）、(3) 出力時を含む
弁部分、を有する。

【０００４】商業的に利用できるトルク発生器におい
て、これら３つの部分は、常に直列に、即ち、軸方向に
順次、最初に入力部分、最後に出力部分が配列されてき
た。その結果、商業的なトルク発生器は、かなり大型な
（即ち、軸方向に長い）ものであった。

【０００５】従来のトルク発生器は、商業的に成功して
きたが、その設計は、長い間、基本的に不変であり、こ
の市場では、装置の全体の大きさについては何となく不
問にしてきた。

【０００６】例えば、トルク発生ステアリング装置は、
「二番手市場」ベースに適用される多くの小型トラクタ
に使用されるが、従来のトルク発生器の全体の長さは、
多数のトラクタのステアリングコラムの利用可能な長さ
の範囲内で物理的に適合できることから、その長さを縮
小することを妨げてきた。

【０００７】本発明の譲受人により作られた最近の商業
的に利用可能なトルク発生器は、２組の内部スプライ
ン、３組の王冠状の外部スプラインを一体に含む２つの
ドッグボーン形シャフトを備えている。その結果、入力
軸と出力軸間の機械的連結における望ましくない遊び、
即ちバックラッシがある。そのため、所定の車両の利用
において、従来のトルク発生器の使用が抑えられてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このような事情に鑑み
て、本発明の目的は、従来のものよりも本来的により小
さくかつよりコンパクトな改良型のトルク発生ステアリ
ング装置を提供して、車両製造業者により多く価値を与
えるものである。

【０００９】さらに、本発明のより特別の目的は、個々
の部分を軸方向に配置するのではなくて、装置の全長を
実質的に減少させるために、各部分を重ね合わせたりま
たは入れ子式に構成する改良型のトルク発生ステアリン
グ装置を提供することである。

【００１０】さらに、本発明に関連する目的は、より少
ないスプライン連結で、結果的に装置のバックラッシを
減少する改良型のトルク発生ステアリング装置を提供す
ることである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の上記及び他の目
的は、加圧流体源によって、相対的に低いトルクのステ
アリング入力を受け入れ、相対的に高いトルクのステア
リング出力を発生するようにした、本発明の各請求項に
記載した改良型トルク発生ステアリング装置により達成
される。

【００１２】このステアリング装置は、流体源に連通す
る流体入力ポートと流体出力ポートを形成するハウジン
グ手段を含む。流体エネルギーを変換する流体吐出手段
は、ハウジング手段と関連し、この流体吐出手段を通る
加圧流体の流れに応じて相対的に高いトルクの回転運動
をする回転部材を含む。

【００１３】弁手段は、ハウジング手段に配置されて、
中立位置と作動位置を有し、弁手段とハウジング手段が
協動して、入口ポートから流体吐出手段に、また流体吐
出手段から出口ポートに、加圧流体を連通する流体路を
形成する。弁手段は、回転可能な第１弁部材と、相対的
に回転可能な従動弁部材を含む。

【００１４】入力軸は、相対的に低いトルクのステアリ
ング入力を、中立位置から作動位置への弁手段の運動に
変えて伝達するように作動できる。従動手段は、回転部
材の回転運動を作動位置から中立位置への弁手段の従動
運動に変えて伝達するように作動できる。出力軸は、回
転部材の相対的に高いトルクの回転運動を相対的に高い
トルクのステアリング出力に変えて伝達するように作動
できる。

【００１５】本発明のステアリング装置では、ハウジン
グ手段は、その上流端に入力軸が貫通する端部キャップ
部材を含んでいる。

【００１６】また、流体吐出手段は、端部キャップ部材
に隣接配置されたジェロータ歯車組で構成され、この歯
車組は、前記ハウジング手段に対して固定された内歯付
きリング部材と、このリング部材に対して軌道運動及び
回転運動する外歯付き星形部材からなる前記回転部材と
を含んでいる。

【００１７】入力軸は、前記星形部材を軸方向に貫通
し、前記第１弁部材に固定されてこの第１弁部材と共転
する。この第１弁部材および従動弁部材は、前記ジェロ
ータ歯車組の出力軸端に配置される。

【００１８】前記従動手段は、前記星形部材の間近に配
置された端子部分を含む前記従動弁部材から構成され、
前記端子部分と前記星形部材は、前記星形部材の回転運
動に応じて、前記軌道運動及び回転運動を前記従動弁部
材の回転従動運動に変えて伝達するように作動可能なカ
ップリング手段を有している。

【００１９】また、他の請求項によれば、カップリング
手段は、略円筒状で中空のカップリング部材からなり、
入力軸に取り囲まれ、かつ、前記従動弁部材の端子部分
と連動して作動可能である。

【００２０】また、カップリング部材は、前側端部分と
後側端部分を含み、前記前側端部分は、前記星形部材と
ともに軌道運動及び回転運動するために前記星形部材に
結合され、前記後側端部分は、前記従動弁部材とともに
回転するために前記従動弁部材に結合されている。

【００２１】さらに、中空で略円筒状のスリーブ弁部材
からなる前記従動弁部材を構成する前記端子部分は、前
側に縮径した部分を含み、前記カップリング部材の前記
後側端部分は、前記スリーブ弁部材の前記縮径した部分
を取り囲むように配置されている。

【００２２】

【発明の実施の形態】次に、図面を参照しながら説明す
るが、これらは本発明を限定するものではなく、図１
は、本発明に従うトルク発生ステアリング装置１１を例
示している。このステアリング装置は、複数のボルト１
３（その一部が図１で示されている）によって気密に係
合して保持されたいくつかの部分からなる。

【００２３】そして、このステアリング装置は、端部キ
ャップ部材１５、ジェロータ流体吐出機構１７と、弁ハ
ウジング部分１９を含む。入力軸２１が端部キャップ部
材１５の中央開口を貫通し、また出力軸２３が弁ハウジ
ング部分１９の中央開口に貫通する。

【００２４】弁ハウジング部分１９は、一般的に加圧流
体源（ここでは図示しない）に接続される流体入口ポー
ト２５と、システムリザーバまたは下流の流体圧作動装
置に接続される流体出口ポート２７とを形成している。

【００２５】ジェロータ流体吐出機構（流体吐出手段）
１７は、従来公知の形式であり、内歯付きリング部材２
９と、外歯付き星形部材３１を含んでいる。一般的に、
この星形部材３１は、リング部材１９よりも１つ歯が少
なく、偏心配置されて軌道運動及び回転運動をする。本
実施形態において、リング部材２９は、星形部材３１が
軌道運動及び回転運動を行えるように、複数のボルトに
より固定されている。

【００２６】星形部材３１の軌道運動及び回転運動が生
じると、当業者に良く知られたように、部材２９と部材
３１の間の歯の相互作用により、複数の膨張流体容積室
３３（図４参照）と複数の収縮流体容積室３５を形成す
る。

【００２７】弁ハウジング部分１９内には、適切な弁機
構が配置され、入口ポート２５から膨張流体容積室３３
へ、また、収縮流体容積室３５から出口ポート２７へ流
体が連通するようになる。

【００２８】従来公知のように、トルク発生弁機構は、
第１の回転弁部材３７、相対的に回転可能な従動弁部材
３９を含む。本発明の１つの重要な点は、第１弁部材３
７が、入力軸２１に固定されてこの入力軸２１とともに
回転し、また、従動弁部材３９が、出力軸２３に固定さ
れてこの出力軸２３とともに回転することである。さら
に、本実施形態では、第１弁部材３７は、入力軸２１と
一体に形成され、従来のトルク発生器に必要とされる全
体の部品数を削減する。

【００２９】弁ハウジング部分１９は、その中に比較的
密なはめ合い関係で従動弁部材３９を受け入れる弁孔４
１を形成している。同様に、従動弁部材３９は、その中
に比較的密なはめ合い関係で第１弁部材３７を受け入れ
る内部孔４３を形成する。これらの孔と弁部材の間のは
め合いは、現在のトルク発生器に利用されているものと
ほぼ同一であり、このようなはめ合いは、本発明の重要
な特徴ではないので、ここではこれ以上論じない。

【００３０】弁ハウジング１９は、入口ポート２５から
弁孔４１に伸びる流体通路４５と、弁孔４１から出口ポ
ート２７に伸びる流体通路４７を形成する。通路４５，
４７の両方または一方は、ハウジング部分１９とその内
周面の弁孔４１より形成される環状溝で構成することが
できる。

【００３１】さらに、弁ハウジング部分１９は、複数の
角度付け通路４９を形成し、各通路４９が容積室３３ま
たは容積室３５の一方と流体連通するような位置で、そ
れらの通路の各々は、弁孔４１からハウジング１９の後
部表面に連通する。

【００３２】図２において、トルク発生ステアリング装
置の弁動作が、かなり詳細に説明される。第１弁部材３
７は、スプール弁と呼ばれ、前記従動弁部材３９は、ス
リーブ弁と呼ばれる。スプール弁３７は、その左端部の
方に配置された環状溝５１を有し、さらに、この環状溝
５１と流体連通する複数の軸方向に伸びたスロット５３
を有する。

【００３３】隣接するスロット５３の各対の間には、短
い軸方向スロット５５が配置され、それらのスロットの
各々は、スロット５５と、中央にある軸方向のドレイン
孔（図１を参照）との間を連通する半径方向孔５７を有
する。

【００３４】スプール弁３７は、図２におけるスロット
５３，５５の右側に、一対の、径方向に対向し、円周回
りに細長い開口６１を形成している。この開口６１の右
側には、図２で最も良くわかるように、もう１つの一対
の、径方向に対向し、円周回りに細長い開口６３を形成
している。この開口６３は、さらに、開口６１よりも円
周方向に細長く伸びており、この理由は、以下で次第に
明らかにされる。

【００３５】まず、図３において、スリーブ弁部材３９
は、この弁部材３９と出力軸２３との接合部で縮径部分
６５を形成する。この縮径部分６５は、ドレイン孔５９
から出口ポート２７へ出るケースドレインの流体の連通
を容易にするいくつかの開口６７を形成する。

【００３６】スリーブ３９は、開口６７の右側に複数の
圧力ポート６９を形成し、これらのポートは、ポート６
９が入口ポート２５からの加圧流体を含むように、通路
（環状溝）４５と連続して流体連通する。

【００３７】ポート６９の右側には、スリーブ３９が複
数のメータポートを形成し、これらのメータポートは、
ステアリング技術における公知の方法で角度付き通路４
９と流体連通する。

【００３８】スリーブ３９は、メータポート７１の右側
に、径方向に対向する一対の開口７３を形成し、この開
口は、スリーブの右端に配置された縮径した端子部分７
５（図１を参照）に配置されている。また、端子部分７
５は、前側に縮径した部分７５ａを含み、カップリング
部材７９の後側端部分７９ｂは、スリーブ弁部材の縮径
した部分７５ａを取り囲むように配置されている。開口
７３と端子部分７５の機能は、以下で説明される。

【００３９】図２，図３で説明するように、本発明のト
ルク発生ステアリング装置は、「オープン・センター
形」と特徴づける弁機構を備えている。

【００４０】手動操作を用いないで、ステアリング入力
が入力軸２１を駆動し、中央スプリング７６がスプール
弁３７とスリーブ弁３９を互いに関して中立位置へと付
勢する。スプール弁３７とスリーブ弁３９が中立位置に
あるとき、メータポート７１の各々は、スロット５３と
隣接スロット５５の両方に重なる。

【００４１】それゆえ、入口ポート２５に流入する加圧
流体は、通路４５を介して流れ、さらに、圧力ポート６
９から環状溝５１へと流れる。そこから、流体は、スロ
ット５３に流れ、メータポート７１の１つから半径方向
に、さらに半径方向内側から隣接スロット５５へと移動
する。

【００４２】スロット５５内の流体は、半径方向内側か
ら孔５７を通り、そして、ドレイン孔５９における左側
を通り、スプール弁３７のノッチ６０（図２参照）を介
して半径方向に出て、さらに、開口６７を介して出口ポ
ート２７に至る。

【００４３】入力ステアリングトルクが入力軸２１に加
わると、スプール弁３７は、中央スプリング７６の付勢
力に対抗して、スリーブ弁３９に対して回転し、その結
果、メータポート７１の各々が、もはやスロット５３と
スロット５５と連通しなくなる。

【００４４】その代わり、角度付き通路４９の１つを介
して、膨張容積室３３と瞬間に連通する各メータポート
７１は、スロット５３にのみ連通し、入口ポート２５か
ら膨張容積室３３へ加圧流体を連通させる。同時に、角
度付き通路４９を介して収縮容積室３５の１つに連通す
る各メータポート７１は、軸方向スロット５５にのみ瞬
時に連通し、その結果、収縮容積室３５から排出される
流体は、前に記載したように、出口ポート２７に連通す
る。

【００４５】図１に関連して、最初に、図４において、
本発明のもう１つの重要な点を以下に記載する。

【００４６】従来の技術で記載したように、従来のトル
ク発生器は、２つのドッグボーン形シャフトを有し、そ
の一方は、星形部材の軌道運動及び回転運動を従動弁部
材の回転従動運動に変えて伝達し、他方は、星形部材の
軌道運動及び回転運動を出力軸の回転運動に変えて伝達
する。

【００４７】本発明に従えば、これらのドッグボーン形
シャフトを必要としなくなる。その代わりに、本発明で
は、ソーハン エル．アッパル氏の名のもとに発明の名
称が「ジェロータ装置とともに使用するための改良型カ
ップリング」という１９９７年５月２３日に出願した関
連の米国特許出願番号第８６２，８８７号に例示されか
つ記載されている形式のカップリング装置を用いてい
る。この文献は参考として、ここに包含される。

【００４８】このカップリング装置７７は、中空の略円
筒状のカップリング部材７９であり、好ましくは、かな
り単純で、低コストな部材、例えば、ダイカスト部材ま
たは粉末金属部品等で構成される。

【００４９】カップリング部材７９は、図４に最も良く
見られるように、均一な壁厚さを有しておらず、その代
わり、カップリング部材７９の外径形状は円筒であり、
一方その内径形状は、中央部から前側端部分７９ａ及び
後側端部分７９ｂに向けて増加（及び壁厚さが減少）す
る。

【００５０】カップリング部材７９は、互いに直径方向
に対向して配置される一対の前側ノッチ８１と、互いに
直径方向に対向して配置される一対の後側ノッチ８３と
を形成する。本発明の実施形態では、例としてのみであ
るが、これらのノッチ８１，８３は、互いに周方向に整
列している。

【００５１】カップリング装置７７は、スプール弁３７
内の開口６３を貫通し、かつカップリング部材７９の前
側ノッチ８１を貫通する前側ピン８５を含む。ピン８５
の外側の両端部は、星形部材３１の半径方向内側部分の
前側に形成された凹部８７に圧入される。カップリング
装置７７もまた、後側ピン８９を含み、このピンは、ス
プール弁３７内の開口６１を貫通し、スリーブ弁３９内
の開口７３を貫通し、さらに、カップリング部材７９内
の後側ノッチ８３を通る。

【００５２】ピン８９の両端部は、弁孔４１によって抑
制され、さもなくば、弁孔４１の前端部（図１の右端）
の方にわずかに大きなカウンタ孔が配置されている。

【００５３】こうして、前側端部分７９ａは、星形部材
３１とともに軌道運動及び回転運動するために星形部材
３１に結合され、後側端部分７９ｂは、従動弁部材３９
とともに回転するために従動弁部材３９に結合されてい
る、したがって、星形部材３１が軌道運動および回転運
動すると、前側端部分７９ａもピン８５とノッチ８１に
より軌道運動および回転運動する。この軌道運動および
回転運動は、当業者には従来公知であるように、後側端
部分７９ｂの純粋な回転運動に変換される。この後側端
部分７９ｂの回転運動は、ノッチ８３及びピン８６によ
ってスリーブ弁３９の従動回転に変換される。ピン８３
とピン８５は、周方向に細長い開口６１と開口６３にそ
れぞれが貫通しており、その結果、従動運動が星形部材
３１からスリーブ弁３９に伝達されるときでさえ、スプ
ール弁３７とスリーブ弁３９の間で許容される所定量の
相対回転がある。

【００５４】本発明は、当業者であれば理解できるよう
に、ここに示した特定のカップリング装置に制限される
ものではなく、本発明の重要な点は、スリーブ弁３９
が、星形部材３１に隣接配置された端子部分７５を含
み、その結果、星形部材３１の軌道運動及び回転運動
が、入力軸２１及びスプール弁３７に干渉しないで、ま
た、スプール弁に対してそれらの回転に干渉しないで、
直接スリーブ弁３９の従動運動に変換されることであ
る。

【００５５】以上、本発明を詳細に説明してきたが、明
細書を読んで理解すれば、当業者には本発明の様々な変
更および修正が明らかになると思われる。そのよう変更
および修正は、添付の請求項の範囲に入っている限り、
本発明に含まれるものとする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従って作られたトルク発生ステアリン
グ装置の軸方向断面図である。

【図２】図１のステアリング装置の第１弁部材を説明す
るために部分的に平らにして見た平面図である。

【図３】図１のステアリング装置の従動弁部材を説明す
るために、図２と同様な、部分的に平らにして見た平面
図である。

【図４】従動運動を従動弁部材に与えるための、本発明
のカップリング装置を説明する図１と同様の拡大部分図
である。

【図５】図４と同様に、本発明の重要な部分を構成する
カップリング部材だけを説明するための軸方向断面図で
ある。

【符号の説明】

１１ トルク発生ステアリング装置 １５，１９ 弁ハウジング １７ ジェロータ流体吐出機構（流体吐出手段） ２１ 入力軸 ２３ 出力軸 ２５ 流体入口ポート ２７ 流体出口ポート ２９ リング部材 ３１ 星形部材（回転部材） ３７ 第１弁部材 ３９ 従動弁部材 ７５ 端子部分 ７７ カップリング装置 ７９ カップリング部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 390033020 Ｅａｔｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｃｌｅｖｅｌ ａｎｄ，Ｏｈｉｏ 44114，Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 レスリー ジェームズ キャスパー アメリカ合衆国 オハイオ 44139 ソロ ン サウス ブル オーク 32523

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加圧流体の流体源によって、相対的に低い
   トルクのステアリング入力を受け入れて、相対的に高い
   トルクのステアリング出力を発生するトルク発生ステア
   リング装置(11)であって、 前記流体源に連通する流体入口ポート(25)と流体出口ポ
   ート(27)を形成するハウジング手段(15,19) と、 このハウジング手段(15,19) と組み合わされ、流体吐出
   手段(17)を通る加圧流体の流れに応じて相対的に高いト
   ルクの回転運動をする回転部材(31)を含むエネルギー変
   換用の流体吐出手段(17)と、 回転可能な第１弁部材(37)と相対的に回転可能な従動弁
   部材(39)を含む弁手段で構成され、前記ハウジング手段
   (15,19) に配置されて、中立位置と作動位置を有し、前
   記弁手段と前記ハウジング手段(15,19) が協動して、前
   記入口ポート(25)から流体吐出手段(17)に、また流体吐
   出手段(17)から前記出口ポート(27)に、前記加圧流体を
   連通させる流体路を形成するものと、 相対的に低いトルクのステアリング入力を、中立位置か
   ら作動位置への前記弁手段(37,39) の運動に変えて伝達
   するように作動可能な入力軸(21)と、 前記回転部材(31)の回転運動を作動位置から中立位置へ
   の前記弁手段(37,39)の従動運動に変えて伝達するよう
   に作動可能な従動手段と、 前記回転部材(31)の相対的に高いトルクの回転運動を相
   対的に高いトルクのステアリング出力に変えて伝達する
   ように作動可能な出力軸(23)とを備えており、 (a) 前記ハウジング手段(15,19) は、その上流端に前記
   入力軸(21)が貫通する端部キャップ部材(15)を含み、 (b) 前記流体吐出手段(17)は、前記端部キャップ部材(1
   5)に隣接配置されたジェロータ歯車組で構成され、この
   歯車組は、前記ハウジング手段(15,19) に対して固定さ
   れた内歯付きリング部材(29)と、このリング部材(29)に
   対して軌道運動及び回転運動をする外歯付き星形部材か
   らなる前記回転部材(31)とを含んでおり、 (c) 前記入力軸(21)は、前記星形部材(31)を軸方向に貫
   通し、前記第１弁部材(37)に固定されてこの第１弁部材
   と共転し、 (d) 前記第１弁部材(37)および従動弁部材(39)は、前記
   ジェロータ歯車組の出力軸端に配置され、 (e) 前記従動手段は、前記星形部材(31)の間近に配置さ
   れた端子部分(75)を含む前記従動弁部材(39)から構成さ
   れ、前記端子部分(75)と前記星形部材(31)は、前記星形
   部材(31)の回転運動に応じて、前記軌道運動及び回転運
   動を前記従動弁部材(39)の回転従動運動に変えて伝達す
   るように作動可能なカップリング手段(77)を有している
   ことを特徴とするトルク発生ステアリング装置。
2. 【請求項２】前記第１弁部材(37)は、略円筒状のスプー
   ル弁部材からなり、前記従動弁部材(39)は、前記スプー
   ル弁部材に取り囲まれ、中空の略円筒状スリーブ弁部材
   からなることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】前記スプール弁部材は、前記入力軸(21)と
   一体に形成されていることを特徴とする請求項２記載の
   装置。
4. 【請求項４】前記スリーブ弁部材は、前記出力軸(23)と
   一体に形成されていることを特徴とする請求項２記載の
   装置。
5. 【請求項５】前記カップリング手段(77)は、略円筒状で
   中空のカップリング部材(79)からなり、前記入力軸(21)
   に取り囲まれ、かつ、前記従動弁部材(39)の前記端子部
   分(75)と連動して作動可能であることを特徴とする請求
   項１記載の装置。
6. 【請求項６】前記カップリング部材(79)は、前側端部分
   (79a) と後側端部分(79b) を含み、前記前側端部分(79
   a) は、前記星形部材(31)とともに軌道運動及び回転運
   動するために前記星形部材(31)に結合され、前記後側端
   部分(79b) は、前記従動弁部材(39)とともに回転するた
   めに前記従動弁部材(39)に結合されていることを特徴と
   する請求項５記載の装置。
7. 【請求項７】中空で略円筒状のスリーブ弁部材からなる
   前記従動弁部材(39)を構成する前記端子部分(75)は、前
   側に縮径した部分(75a) を含み、 前記カップリング部材(79)の前記後側端部分(79b) は、
   前記スリーブ弁部材の前記縮径した部分(75a) を取り囲
   むように配置されていることを特徴とする請求項６記載
   の装置。