JPH11500687A - クローズドセンタ形かじ取り弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 制御部材への液圧供給用のクローズドセンタ形かじ取り弁、それも入力軸３と、出力軸４と、一端が入力軸に他端が出力軸に結合された捩り弾性部材と、制御圧切換装置と、トルク／軸方向力変換ユニットとを備えている形式のかじ取り弁の動的応答性を改善するために、かじ取り弁１が、液圧案内用の少なくとも１つの軸方向孔２０を有するようにし、この軸方向孔の一端が、トルク／軸方向力変換ユニット１０により液圧に抗して負荷を与えられる弁によって閉じられるようにすることを提案する。

Description

【発明の詳細な説明】 クローズドセンタ形かじ取り弁 本発明は、制御部材に液圧を供給するためのクローズドセンタ形かじ取り弁（ Lenkventil mit geschlossener Mitte）、それも入力軸と、出力軸と、一端が入 力軸に他端が出力軸に連結された捩り弾性部材と、制御圧切換装置（Steuerdruc k-Schalteinrichtung ）と、トルク／軸方向力変換ユニット（Drehmoment/Axial kraft-Wandlereinheit）とを有する形式のものに関する。 この形式のかじ取り弁は特にパワーステアリング装置に用いられている。この 種のパワーステアリング装置の構造は自体公知である。その場合、入力軸がステ アリングロッドと連結され、さらにピニオンを有する出力軸と連結されている。 これら２個の軸の間には、公知の形式で捩り弾性部材、例えばトーションバー（ Torsionsstab）を間挿しておくことができる。ピニオンはステアリングのラック に作用するようにする。この種のパワーステアリング装置には、周知のようにか じ取り弁が用いられる。この目的のために制御圧切換装置が備えられている。こ の制御圧切換装置は、例えば、出力軸とかみ合い、入力軸を取囲む弁スリーブ 弁スリーブに対する入力軸の相対回動時に、液圧が液圧モータへ供給され、液圧 モータが可能な方向へのラックの運動を支持する。 パワーステアリング装置内に用いるかじ取り弁は、大きく２種類に組分けされ る。すなわち、一つはいわゆるオープンセンタ形かじ取り弁（Lenkventil mit s ogenannter offener Mitte ）である。この形式のかじ取り弁の場合、弁の中立 位置ではポンプから低圧の圧媒液が開放された弁を通過してリザーバへ送られる 。液圧は弁スリーブに対する入力軸の相対回動により増圧され、この圧力がサー ボモータへ供給される。しかしこの種のかじ取り弁の欠点は中立位置でも絶えず 圧媒液流を維持せねばならない点である。このため主としてよどみ圧（Staudruc k）と体積流量（Volumenstrom）とにより駆動モータの出力損が生じる。 ドイツ連邦共和国特許第４３１７８１８号（ＤＥ４３ １７ ８１８ Ｃ１） には、オープンセンタを除いて、この種の弁のすべての特徴を備えたかじ取り弁 が開示されている。このかじ取り弁には、トルク／軸方向力変換ユニットとして 電気・液圧式変換器（elektrohydraulischen Wandler）ＥＨＷを有する反動ピス トン（Reaktionskolben ）が用いられている。 またドイツ連邦共和国特許公開第２４２６２０１号（ＤＥ２４ ２６ ２０１ Ａ１）により、オープンセンタ形かじ取り弁を備えた自動車用パワーステアリ ング装置が公知である。この装置の場合、寸法を最小化する目的からトーション Leitung ）が構成されている。 最後にドイツ連邦共和国特許公開第２７５８３２１号（ＤＥ ２７ ５８ ３ ２１ Ａ１）により公知のオープンセンタ形かじ取り弁の場合、入力軸を貫通し て軸方向孔が設けられている。 パワーステアリング装置に用いる別の種類のかじ取り弁は、いわゆるクローズ ドセンタ形かじ取り弁である。この形式の弁の場合、中間位置では閉弁されるた め、シリンダ両側への圧媒液流が中立位置（Neutralstellung ）では遮断される 。このため中立位置では圧媒液流は流れない。ポンプからは事実上閉じられた弁 に対し作動圧力が加えられ、開弁時には作動するポンプによってこの作動圧力が 所定限界内で維持されねばならない。オープンセンタ形かじ取り弁の場合にはス テアリングの非操作時にも損失出力が生じるため、出力を考慮した場合には中立 位置についてはクローズドセンタ形かじ取り弁が勝っている。しかしこの形式の かじ取り弁の場合、入力モーメントとシリンダ内の作動圧力との間には事実上直 接の関係（Zuordnung ）が存在しない点が欠点である。このため、従来技術では 使用者が入力すべきかじ取り力とその結果生じる液圧とを関係づける措置が、付 加的に講じられている。また従来のシート弁形式（Sitzventilanordnungen ）に も問題がある。なぜなら、シート弁は一定の摩耗を生じかつ製造・組立費が高い からである。加えてシート弁の場合、使用者には限界モーメント（Schwellmomen t）が障害になる。 ドイツ連邦共和国特許公開第２８４３４２１号（ＤＥ２８ ４３ ４２１ Ａ １）により、この種のクローズドセンタ形かじ取り弁が公知である。このかじ取 り弁はトルク／軸方向力変換ユニットを備え、シート弁によって閉じられる軸方 向孔を有し、この軸方向孔によって液圧が案内される。この付加シート弁は付加 的な構成部品として製造・組立て費を増大させるのみでなく、騒音を発生しやす いため騒音防止措置が必要である。 入力モーメントとシリンダ内の作動圧力との関連に欠けるという、クローズド センタ形かじ取り弁の特殊な問題は、一般には臨界的（kritisch）と分類される ステアリング挙動（Anlenkverhalten ）に現れる。圧媒液が永続的に最大使用圧 力で制御圧切換装置に作用することから、制御圧切換装置の操作時には衝撃的に 使用圧力が作用し、このため極めて高い動圧が生じる。 このことを前提として本発明が解決すべき課題は、この種のクローズドセンタ 形かじ取り弁についてその動的応答性を十分に改善し、また簡単かつ経済的に製 造可能にし、さらにコンパクトかつ動作性に信頼がおけるように構成することに ある。 技術面の解決策としては、かじ取り弁が液圧導通用の少なくとも１つの軸方向 孔を有するようにし、この軸方向孔の一端を液圧に抗してトルク／軸方向力変換 ユニットにより負荷される弁によって閉じるようにすることを提案する。 また、トルク／軸方向力変換ユニットによって入力軸を介して作用するトルク が、例えばばね弾性部材に抗して軸方向力に変換されるようにする。液圧に抗し て変換ユニットによって負荷される弁は、したがって衝撃的には開かず、トルク と、ばね弾性部材のばね特性と、トルク／軸方向力変換ユニットとに依存して開 弁する。こうすることによって、動的応答性は圧力調整により著しく改善される 。 変換ユニットにより負荷される弁はシート弁とするのが好ましい。このシート 弁は軸方向孔の一端を完全に密封状態にすることができる。このため漏れ損失を ほとんど完全に防止できる。トルク／軸方向力変換ユニットは制御スライダを有 するようにするのが好ましい。制御スライダにより、変換ユニットはばね弾性部 材の力を負荷されるだけでなく、相応に案内される液圧の負荷をも受けられるこ とになる。制御スライダはボールカップリング（Kugelkupplung）と協働させ、 それによってトルクと軸方向力との変換を達成するのが好ましい。本発明の一提 案によれば、ボールカップリングは制御スライダと協働し、制御スライダはシー ト弁と協働する。また制御スライダは入力軸内の軸方向孔内に配置するのが好ま しい。本発明の構成によって、制御スライダにはコイルばねにより負荷を与える ことができる。制御スライダを介してボールカップリング両半部の一方に相応の 負荷が与えられる。複数の球が球欠形部（Kugelkalotten ）を有するボールカッ プリング両半部間に配置され、この結果、トルク導入時には先ずコイルばねの力 を克服せねばならず、それによって、ボールカップリング両半部は球が凹部から 押し出されることで互いに離間することができる。好ましくはコイルばねを入力 軸内に設けた軸方向孔内に配置しておく。例えば入力軸の軸方向孔内に変換ユニ ットの個別部材をまとめて配置しておくことで、かじ取り弁をコンパクトな構成 にすることが確実に可能になる。 シート弁は、制御スライダの反動ピストンに対して軸方向遊びをもって配置し ておくのが好ましい。また、シート弁は、制御スライダに対しばね力が負荷され るように配置するのが好ましい。そうすることにより、シート弁は軸方向遊び以 内で制御スライダに対し運動でき、しかもこの運動はトルク／液圧関係に基づい て与えられる弁位置とは無関係に可能である。遊び調節（Spielausgleich）後、 圧力調整は連結部（Kopplung）の固定によって中断され、かじ取り弁内に最大サ ーボ作用が発生する。 好ましくは、軸方向孔内にはシート弁と制御スライダとの間に制御間隙を設け ておく。シート弁の閉弁中、制御間隙内にはタンク圧のみが支配する。シート弁 の開弁時は、制御間隙内には相応の導管、孔、その他を介して液圧モータに供給 される圧力が支配する。 制御間隙は半径方向孔と連通するようにするのが好ましい。制御圧切換装置は 好ましくは入力軸を取囲む弁スリーブを有しており、この結果、制御圧を有する 半径方向孔が入力軸と弁スリーブとの間の区域に通じることになる。 軸方向孔はかじ取り弁の可動部材内に設けておくのが好ましい。本発明の一提 案によれば、軸方向孔は軸方向に出力軸を貫通するようにする。加えて軸方向孔 は入力軸を貫通するようにしておく。漏れ損失を防止し全高を低くするために、 更に軸方向孔が捩り弾性部材を貫通するようにする。捩り弾性部材はトーション 管とするのが好ましい。 本発明の構成により、クローズドセンタ形かじ取り弁の動的応答性は著しく改 善される。この目的のために集中的な圧力調整を提案する。軸方向孔と協働する シート弁を用いることによって、かじ取り弁の中立位置での漏れ損失が防止され る。その結果、弁製造費が低減される。なぜなら、従来の弁に比して使用する構 成部材が少ないからである。シート弁をトルク／軸方向力変換ユニットと連結す ることにより、シリンダ圧力の調整を入力軸の回動角に応じて行うことができる 。これによって弁特性線を簡単に調節できる。なぜなら、ばね弾性部材のばね剛 性は容易に変更できるからである。入力軸の軸方向孔内に挿入するコイルばねの 場合、その予圧を孔内へ螺入された調節ねじによりばねを調節することで変更で きる。調節ねじはシールと協働する。加えて変換ユニットは中心へ定心するため の定心装置でもある。シート弁・制御スライダ間の自由な軸方向遊びを変更する ことにより、弁特性線の各カットオフ点（Abschneidpunkt）を調節できる。制御 スライダのほうは、ボールカップリングと協働する。 トーション管を使用することによって、外方から接近可能な液圧供給導管を外 端からトーション管を貫通させ、出力軸を貫通させて入力軸内へ挿入することが できる。これによって他の場合に必要な入力軸・出力軸間のシールが不要となり 、これによって摩擦が決定的に低減される。トーション管は外端が好ましくは出 力軸内に固定され、トーション管外径より内径の大きい軸方向孔内に、回動可能 に一定長さにわたり支承されている。従来のかじ取り弁の場合、トーションバー は通常入力軸内に配置される一方、トーションバーの捩り特性を保証するための 最小限の長さは有していなければならなかった。本発明の場合は、出力軸内にト ーション管を配置することによって入力軸を相応に短縮することができる。した がって本発明のかじ取り弁は従来の弁に比して著しく全高が低く、このことが本 発明の１つの特別の態様をなしている。 シート弁の使用により漏れ発生が防止されることで、制御縁（Steuerkanten） 特性が著しく改善される。最後に本発明の特別の利点は、かじ取り弁が双方の制 御側へ向かって対称的であり、言い換えるとかじ取り側当たり各１つのばね弾性 部材を有するように構成されている点である。このため、ばねの故障時に突然に 一方の側に昇圧が生じるようなことはない。 以下で本発明のこのほかの利点及び特徴を図面につき説明する。 図面： 第１図はかじ取り弁の一実施例の断面図。 第２図は第１図のＡ−Ａ線に沿った断面図。 第３図はトルク／軸方向力変換ユニットの一実施例の略示側面図。 第４図は第１図のＢ−Ｂ線に沿った断面図。 第５ａ図から第５ｃ図はかじ取り弁特性線調節の線図。 図示のかじ取り弁１はハウジング２を有し、ハウジング内には入力軸３と出力 軸４とが軸受又はシール５，６を介してはめ込まれている。入力軸３は弁スリー ブ７によって取囲まれている。弁スリーブ７は出力軸４と相対回動不能に結合し ている。入力軸３はトーション管８を介して出力軸４と結合され、出力軸４とひ いては弁スリーブ７とも相対回動が可能である。出力軸４はピニオン９を備え、 ピニオン９は、これ以外は図示されていないステアリングのラックと協働する。 弁スリーブ７の端側端部区域には、トルク／軸方向力変換ユニット１０が配置 されている。第２図及び第３図から分かるように、変換ユニット１０は２つのカ ップリング板１１，１２から成り、これらカップリング板にはいわゆる斜面１４ が形成され、カップリング板の間には球１３が配置されている。いま、カップリ ング板が互いに相対回動すると、球１３が斜面１４と協働し、その結果、双方の カップリング板１１，１２が軸方向に互いに離間する。作用するトルクと軸方向 運動との接続はばねの負荷に応じて造出される。図示の実施例では、カップリン グ板１２がピン１５と結合している。ピン１５のほうは、入力軸３内の半径方向 孔内を軸方向に移動可能である。更にピン１５は、入力軸の中心軸方向孔内に配 置された制御スライダ１６と結合されている。制御スライダ１６はピン１５と共 に入力軸の軸方向孔内を軸方向移動可能である。制御スライダ１６の端側端部は コイルばね１７により負荷されている。コイルばね１７は、入力軸３の自由端部 を閉じる調節ねじ１８と、制御スライダ１６の端側との間に配置されている。コ イルばね１７と調節ねじ１８との間には、加えてシール１９が間挿されている。 したがってコイルばねの予圧は調節ねじ１８を介して調節できる。 図示の実施例では、かじ取り弁１の全長にわたって延びる軸方向孔２０は、出 力軸４内の軸方向孔２１と、トーション管８内の軸方向孔２８と、入力軸３内の 軸方向孔２９とから成っている。外部からかじ取り弁１へ導かれている液圧導管 ２２は、リンク形環状導管２３を介して、軸方向孔２０に接続されている。この 目的のために、接続片内には半径方向孔２４が設けられている。接続片は環状導 管２３内に配置されている。シール２５，２６は下部接続区域をハウジング内部 と軸方向孔とに対し密封している。したがって液圧は最下区域の出力軸４内の軸 方向孔２１内まで達することができる。液圧は更に半径方向孔２７を介してトー ション管８内の軸方向孔２８内へ案内される。液圧は軸方向孔２８を通過して上 方の自由端部まで送られる。 図示の実施例では、トーション管８の外径は、シール２５が配置されている固 定区域を除いて、出力軸内の軸方向孔２１の内径より小さい。こうすることによ り出力軸内でトーション管の捩り弾性を得ることができる。したがって、従来の かじ取り弁に比較して入力軸を著しく短縮でき、このことがまたかじ取り弁１の 短縮に役立っている。 トーション管８はその自由端部が入力軸３と結合されている。この目的のため に、トーション管８は入力軸３の軸方向孔２９内に嵌挿されている。同時に、入 力軸３の軸方向孔２９内にはシート弁３０が配置されている。シート弁３０はば ね弾性が作用する形式で制御スライダ１６と連結されている。図示の実施例では 、シート弁３０と制御スライダ１６とは軸方向遊びを有する連結部３２を介して 連結され、この結果、シート弁３０は遊びの範囲内で制御スライダ１６に対し軸 方向に可動である。また、シート弁３０は、遊びの範囲内で、ばね３３を介して 弾性的に連結されている。制御スライダ１６の下端部とシート弁３０のばね板と の間の間隙が、いわゆる制御間隙であり、この制御間隙が、半径方向孔３５を介 して、弁スリーブ７内の制御溝３４と連通している。この様子は第４図の断面図 が最もよく示している。 純機械式に見た場合、図示のかじ取り弁１は、次のように機能する： 入力軸３にトルクが作用すると、トルク／軸方向力変換ユニット１０のカップ リング板１２が垂直の球（vertikalen Kugeln ）を介して動かされ、それによっ てトルクが、カップリング板１１，１２の間でコイルばね１７に抗して作用する 。よって中心に定心され、最終的にトルクがコイルばね１７の力を上回り、この 結果、入力軸３と出力軸４との、ひいては弁スリーブ７との相対回動が生じる。 この場合、決定的に重要なのはトーション管８の捩り剛性である。 液圧式には、次のように機能する： かじ取りが行われない間、つまり入力軸３にトルクが作用しない間は、制御ス ライダ１６の反動ピストンの両側はタンクに接続されており、言い換えると、両 側にはタンク圧が支配している。シート弁３０はトーション管８の軸方向孔２８ を漏れなしに閉鎖している。このことは制御溝区域での正重合を小さくするのに 役立つ。これにより、かじ取り弁１の動的特性が改善される。入力軸を介してト ルクが導入されると共に、先ず、主としてコイルばね１７の力と変換ユニット１ ０とによって達せられる既述の、弁の中心への定心が克服される。次いで、入力 軸３が弁スリーブ７に対し相対回動し、かじ取り弁の応答閾値（Ansprechschwel le）を超えると、ばね３３の予圧減少により、シート弁３０が支配的なタンク圧 に抗して開弁する。開弁開始時には、少量の体積流量が制御間隙内へ流入し、制 御間隙内の圧力が上昇する。制御圧力は同時にシート弁の裏側とも対応し、制御 間隙圧力の加圧面及び圧力孔の面積に比例する軸方向力を生じさせる。この圧力 は、軸方向力がシート弁を再び閉じ、当初の閉じ力が得られるまで、上昇する。 このことは、入力軸の回動運動に応じてシリンダ内への制御圧力が連続的に調整 され、その結果、かじ取り域が不安定にならないことを意味している。コイルば ね３３のばね剛性を変更することによって所望の弁特性線を調整できる。第５図 の線図にはトルクに応じた圧力の変化が示してある。 調節ねじ１８によってコイルばね１７を調節でき、それによって、第５ａ図に 示した中心への定心が調節される。コイルばね１７の予圧の調節に応じて克服を 要するトルク値が調節され、そのトルク値を超えるとシート弁３０が開弁し、圧 力変化が達せられる。 制御スライダ１６とシート弁３０との間のばね３３のばね剛性を変更すること で、第５ｃ図に示した圧力変化の勾配を調節できる。使用者が入力するトルクは 、その場合、その時々のシリンダ圧に比例する。これにより、液圧再循環式かじ 取 り弁に相応するかじ取り挙動が達成される。パワーステアリングの反作用は、純 機械式ステアリングと同等である。 パーキング域では、最大手動力が、ステアリング装置によって制限されるのが 望ましい。シート弁３０・制御スライダ１６間の遊び調節後、シート弁・制御ス ライダ間の連結は固定される。従って、遊びの変更によって第５ｂ図に見られる ようにいわゆるカットオフ点が変更される。それぞれ調節したカットオフ点に達 すると圧力調整が阻止され、各ピストン側が最大使用圧に調節される。 以上説明した実施例は本発明を説明するためのものに過ぎず、本発明はこの具 体的な実施形態に限定されるものではない。特に、軸方向孔の位置、シート弁と 変換ユニットとの連結、変換ユニットの実施形態は、本発明の枠内で変更可能で ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 プリッチャード，ジェフリー イギリス国 ビーエス18 ７ピーアール ブリストル，リングトン，リングトン ヒ ル ファーム

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 制御部材に液圧を供給するためのクローズドセンタ形かじ取り弁であっ て、入力軸（３）と、出力軸（４）と、一端が入力軸に他端が出力軸に結合され た捩り弾性部材と、制御圧切換装置と、トルク／軸方向力変換ユニットとを備え ている形式のものにおいて、 かじ取り弁（１）が、液圧案内用の少なくとも１つの軸方向孔（２０）を有し 、この軸方向孔（２０）の一端が、トルク／軸方向力変換ユニット（１０）によ り液圧に抗して負荷を与えられる弁によって閉じられることを特徴とするかじ取 り弁。 ２． 前記弁がシート弁（３０）であることを特徴とする請求項１に記載され たかじ取り弁。 ３． トルク／軸方向力変換ユニット（１０）が制御スライダ（１６）を有す ることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載されたかじ取り弁。 ４． トルク／軸方向力変換ユニット（１０）がボールカップリングを有する ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載されたかじ取 り弁。 ５． トルク／軸方向力変換ユニット（１０）が制御スライダ１６と結合して いることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載されたか じ取り弁。 ６． 制御スライダ（１６）が入力軸（３）内の軸方向孔（２９）内に配置さ れていることを特徴とする請求項５に記載されたかじ取り弁。 ７． 制御スライダ（１６）がばね力を負荷されていることを特徴とする請求 項５又は請求項６に記載されたかじ取り弁。 ８． 制御スライダ（１６）にばね力を負荷するために、コイルばね（１７） が入力軸（３）内の軸方向孔（２９）内に配置されていることを特徴とする請求 項７に記載されたかじ取り弁。 ９． 弁（３０）が制御スライダ（１６）のところに、軸方向遊びを有する連 結部を介して結合されていることを特徴とする請求項１から請求項８までのいず れか１項に記載されたかじ取り弁。 １０． 弁（３０）が制御スライダ（１６）に対しばね力を負荷されているこ とを特徴とする請求項９に記載されたかじ取り弁。 １１． 入力軸（３）の軸方向孔（２９）内の弁（３０）の区域に制御間隙が 設けられていることを特徴とする請求項１から請求項１０までのいずれか１項に 記載されたかじ取り弁。 １２． 制御間隙が半径方向孔（３５）と接続されていることを特徴とする請 求項１１に記載されたかじ取り弁。 １３． 制御間隙が制御圧切換装置と接続されていることを特徴とする請求項 １から請求項１２までのいずれか１項に記載されたかじ取り弁。 １４． 制御圧切換装置が弁スリーブ（７）を有することを特徴とする請求項 １から請求項１３までのいずれか１項に記載されたかじ取り弁。 １５． 軸方向孔がかじ取り弁（１）の可動部材の１つに設けられていること を特徴とする請求項１から請求項１４までのいずれか１項に記載されたかじ取り 弁。 １６． 軸方向孔が出力軸（４）を軸方向に貫通して延びていることを特徴と する請求項１から１５までのいずれか１項に記載されたかじ取り弁。 １７． 軸方向孔が入力軸（３）を貫通して延びていることを特徴とする請求 項１から請求項１６までのいずれか１項に記載されたかじ取り弁。 １８． 軸方向孔が捩り弾性部材を貫通して延びていることを特徴とする請求 項１から請求項１７までのいずれか１項に記載されたかじ取り弁。 １９． 捩り弾性部材がその長さの大部分にわたって出力軸（４）の軸方向孔 （２１）内に配置されていることを特徴とする請求項１から１８までのいずれか １項に記載されたかじ取り弁。 ２０． 複数ばね部材の少なくとも１つが調節可能であることを特徴とする請 求項１から請求項１９までのいずれか１項に記載されたかじ取り弁。