JP2544153B2 - 油圧制御弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は油圧制御弁に関し、特に、油圧シリンダを駆
動源とする油圧式の動力舵取装置（パワーステアリン
グ）に適用するのに好適な油圧制御弁に関する。

〔従来技術〕

自動車、特に大型の自動車においては、車輪に路面か
ら作用する抵抗力により、舵取りのための舵輪の操作に
は相当の力が必要である。そこでこの操作に要する力を
舵取機構中に配設した油圧シリンダにより補助し、運転
者の労力負担を軽減せしめ、快適な操舵感覚を提供する
油圧式の動力舵取装置が広く普及している。

この動力舵取装置は、舵輪に連動連結された入力軸と
車輪側に連なる出力軸とをトーションバーを介して同軸
上に連結し、舵輪の回動操作に伴い前記トーションバー
に生じる捩れにより前記両軸間に円周方向の相対変位を
生じさせる一方、この変位に応じて前記油圧シリンダへ
の圧油の送給方向を切換えるべく、両軸の連結部分に油
圧制御弁を装着して構成されている。この油圧制御弁
は、軸長方向に延びる複数本の長溝をその外周面に等配
してなる円筒状の弁体と、同本数の長溝をその内周面に
等配してなる円筒状のケーシングとからなり、該ケーシ
ングを、前記出力軸の連結側端部にこれと同軸をなして
固着する一方、前記弁体を、前記出力軸の連結側端部に
固着せしめると共に、該弁体の長溝がケーシングの長溝
と互い違いになり、相隣する長溝がその両側のわずかな
間隙を介して互いに連通するように位置決めして、前記
ケーシングに回動自在に内嵌せしめ、舵輪の回動操作に
応じて弁体とケーシングとが周方向に相対変位した場合
に、この変位に応じて前記間隙の面積が変化するように
構成されたものであり、弁体の長溝は油圧発生源たる油
圧ポンプと無圧状態に維持された油タンクとに交互に連
通せしめてあり、ケーシングの長溝は前記油圧シリンダ
の両側の油室に交互に連通せしめてある。

従って、運転者により舵輪に一方向の操作力が加えら
れた場合、油圧ポンプにより弁体の長溝内に導入されて
いる圧油は、この長溝の両側に相隣するケーシングの長
溝の内の一方に、前記操作力により前述如く生じる相対
変位に伴いその面積が増大した側の間隙を通過して流入
し、このケーシングの長溝に連通された前記油圧シリン
ダの油室に送給される結果、該油圧シリンダが前記操作
力の方向に対応する方向の操舵補助力を発生し、この操
舵補助力と前記操作力との相乗操作により舵取りがなさ
れるのである。

さて自動車の舵取りに要する力、その時点における走
行速度により異なり、低速走行中又は停止中の自動車に
おいては、その舵取りのために大きい力が必要であるの
に対し、高速走行中の自動車においては、わずかな力に
より舵取りすることができる。従って、動力舵取装置と
しては、低速走行中及び停止中には、運転者による舵輪
の操作力を可及的に低減せしめるべく、大きい操舵補助
力を発生せしめる一方、高速走行中には、舵輪に適度の
剛性を与えることにより走行安定性を高めるべく、操舵
補助力を殆ど反省させない挙動を示すことが望ましく、
換言すれば、舵輪に加えられる操作力が所定の大きさに
達するまでは、前記油圧シリンダの両側の油室間に生じ
る圧力差が前記操作力の増加に応じて略直線的に漸増
し、該シリンダが発生する操舵補助力を小さい値に保
ち、前記操作力が所定の大きさに達した後は、前記圧力
差が操作力の増加に応じて急増し、油圧シリンダが大き
い操舵補助力を発生するような特性を有することが望ま
しい。

このような特性は、特公昭52−4807号、特開昭57−19
8170号又は特開昭59−118577号に開示されているよう
に、油圧制御弁における前記間隙の面積、即ち圧油の通
流面積が、弁体とケーシングとの間に生じる相対変位の
大きさに応じて異なる変化状態を示すように、前記弁体
の長溝の側壁と該弁体の外周面との間の角部、又はケー
シングの長溝と該ケーシングの内周面との間の角部に切
欠部を形成することにより実現される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

これらの油圧制御弁は、いずれも相応の特性改善効果
を得ることができるものであるが、特公昭52−4807号公
報に開示されている如き切欠部形状を、該公報中に示さ
れているような転造加工により形成するためには、大嵩
且つ特殊な加工設備を必要とするという難点がある。そ
こで、その回転軸を含む研削面の一部の断面形状が、前
記切欠部形状に対応するような回転砥石を用い、該砥石
の回転軸を弁体の軸心と直交させて前記角部を研削して
前記切欠部を得ることも可能であるが、特殊な回転砥石
を必要とすると共に、該砥石の回転軸を弁体の軸心に直
交させた状態で切欠部の研削を行うから、欠切部の研削
面に長溝の長手方向に沿う、換言すれば圧油の通流方向
に直交する研削痕が形成され、この研削痕に起因する耳
障りな流動音が発生するという難点があった。

また特開昭57−198170号の油圧制御弁において所望の
特性を得るためには、切欠部と弁体の外周面との交叉部
に、長溝の長手方向に可及的に長くこれと平行なエッジ
を形成せしめることが必要であるが、このエッジ形状を
実現するためには切削面直径の小さい回転砥石を用いら
ざるを得ず、砥石の目詰りが生じ易く、加工精度が低下
するという難点がある上、前記特公昭52−4807号の場合
と同様、切欠部の切削面に圧油の通流方向に直交する研
削痕が形成され、前記流動音が発生するという難点があ
った。

これに対して特開昭59−118577号の油圧制御弁に開示
されている切欠部は、弁体の軸心に平行な回転軸を有
し、円板状をなす回転砥石を用いた研削加工により形成
でき、特殊な設備及び工具を必要とせず容易に形成し得
る上、その研削面に生じる研削痕は圧油の送給方向に平
行であり、前述の流動音の発生は大幅に軽減される。と
ころが、舵輪に加えられる操作力が小さいときの操舵補
助力の漸増特性を重視して切欠部の形状を決定した場
合、操作力が大きいときの操舵補助力の急増特性が十分
に得られず、逆にこの急増特性を重視して切欠部の形状
を決定した場合、前記漸増特性が十分に得られないとい
う難点があった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、特
殊且つ大嵩な加工設備を必要とせず、一般的に用いられ
ている回転砥石を用いた研削加工により特性改善のため
の切欠部が容易に形成可能であると共に、該切欠部を設
けたことにより十分な特殊改善効果が得られる油圧制御
弁を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る油圧制御弁は、軸長方向に延びる長溝を
その内周面に複数本等配してなる筒状のケーシングと、
該ケーシングにこれと動軸回動可能に内嵌され、前記長
溝と同本数の軸長方向に延びる長溝をその外周面に等配
してなる弁体とを備え、相隣する夫々の長溝間を通流す
る圧油の流れを、前記弁体の回動に応じて制御する油圧
制御弁において、前記弁体の外周面と該弁体の長溝の側
壁との間の角部に、該長溝の長手方向に延びる切欠部が
形成されており、この切欠部が、軸断面形状が前記側壁
に向かって傾斜する円弧状をなし、前記長溝の略全長に
亘る範囲に形成された第１の部分と、軸断面形状が前記
側壁に向かって傾斜する円弧状をなし、前記第１の部分
よりも小さい交角にて前記側壁と交わると共に、前記長
溝の長手方向に第１の部分より短い長さ範囲に、また第
１の部分の前記側壁側に連なる態様にて形成された第２
の部分とからなることを特徴とする。

〔作用〕

本発明においては、弁体の回動によって該弁体とケー
シングとの間に相対変位が生じ、ケーシングの長溝の縁
部の周方向位置が弁体の長溝に形成された切欠部の前記
第２の部分と第１の部分との境界に形成されるエッジに
達するまでの間において、第１の部分と第２の部分との
相互作用により前記相対変位量に応じて圧油の通流面積
が緩やかな変化状態を示し、前記エッジから第１の部分
と弁体の外周面との間に形成されるエッジに達するまで
の間において、第１の部分の作用により前記通流面積が
急激な変化状態を示す。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面に基づいて詳述す
る。第１図は本発明に係る油圧制御弁の正面断面図であ
る。図において１は円筒状をなすケーシングであり、該
ケーシング１には、この内径と略同径の外径を有する円
筒状の弁体２が、これと同軸をなした状態で軸心回りに
回動自在に内嵌されている。

この油圧制御弁を、例えばラックアンドピニオン式の
運動変換機構を有する舵取機構を備えた自動車の動力舵
取装置に適用する場合、その上端部を舵輪に連動連結し
てなる入力軸（図示せず）の下端部と、その下端部を前
記運動変換機構中のピニオン軸に連動連結してなる出力
軸（図示せず）の上端部とを、トーションバー４を介し
て同軸上に連結する一方、前記弁体２を入力軸の下端部
に形成すると共に、前記ケーシング１を出力軸の上端部
にこれと同軸をなして装着し、出力軸と入力軸とを囲繞
する筒状の軸体ケーシング３に軸心回りに回動自在に内
嵌せしめた状態で支承させる。従って前記トーションバ
ー４は、図示の如く弁体２の軸心上に位置し、該トーシ
ョンバー４と弁体２の内周面との間の環状の部分は、後
述する戻り油路20となる。

ケーシング１の内周面には、矩形断面をなし、適宜の
軸長方向寸法を有する８本の長溝5,5…が、周方向に等
配をなした状態に形成してあり、また弁体２の外周面に
は、矩形断面をなし、前記長溝5,5…と略等しい軸長方
向寸法を有する８本の長溝6,6…が、周方向に等配をな
して形成してある。ケーシング１と弁体２とは、これら
の初期組立ての段階で、第１図に示す如く、前記長軸5,
5…と長溝6,6…とが千鳥配置されるように周方向に位置
決めされており、また長溝5,6は、ケーシング１と弁体
２とが前述の位置関係にある場合に、互いに相隣するも
のの間に周方向に一定のわずかな間隙が形成されるよう
に夫々の幅寸法が設定してある。従って、トーションバ
ー４に捩りトルクが作用していない場合、長溝5,5…と
長溝6,6とは、夫々の両側に形成された周方向に一定の
間隙を介して相互に連通されている。

ケーシング１の外周面には、軸長方向に適宜の間隔を
隔てて、３本の環状溝7,7,7（中央の一本のみ図示）が
形成してある。この内の中央の環状溝７には、エンジン
によって駆動される油圧ポンプＰが発生する圧油が導入
されており、他の２本の環状溝７は、前記運動変換機構
中のラック軸70の一部にこれと同心をなして形成したピ
ストン71を有する操舵補助用の油圧シリンダＳの両側の
油室に夫々連通せしめてある。

前記中央の環状溝７は、弁体２に形成された８本の長
溝6,6…の内の一つ置きに位置する４本の長溝6,6…の外
側に夫々開口部を有し、ケーシング１を半径方向に貫通
する態様にて形成された油導入孔10,10…により、ケー
シング１の内部に連通せしめてあり、前記油圧ポンプＰ
からの圧油は、前記環状溝７及び油導入孔10,10…を経
て、前記４本の長溝6,6…とケーシング１の内周面との
間に形成される空間内に導入されるようになっている。

また両側に位置する２つの環状溝7,7の内の一方の環
状溝７は、ケーシング１の内周面に形成された８本の長
溝5,5…の内の一つ置きに位置する４本の長溝5,5…に、
これらの幅方向略中央部に夫々開口部を有し、ケーシン
グ１を半径方向に貫通する態様にて形成してある第１の
油導出孔11,11…により連通せしめてあり、他方の環状
溝７は、同様に形成された第２の油導出孔12,12…によ
り、他の４本の長溝5,5…に連通せしめてある。従っ
て、前記油圧シリンダＳのピストン71の両側には、互い
に相隣する長溝5,5内の圧力が夫々作用し、該油圧シリ
ンダＳは、これらの長溝5,5間に生じる圧力差に応じた
操舵補助力を発生する。

更に前記長溝6,6…の内、油導入孔10,10…の開口部の
内側に位置していない４本の長溝6,6は、これらの幅方
向略中央に夫々開口部を有し、弁体２を半径方向に貫通
する態様にて形成された戻り油孔13,13…により、前記
戻り油路20に連通され、該戻り油路20を介して無圧状態
に維持された油タンクＴに連通せしめられている。

而して、舵輪に操作力が加えられておらず、トーショ
ンバー４に捩りトルクが作用していない場合、前述した
如く、長溝6,6…とこれらに相隣する長溝5,5…とは、夫
々の幅方向両側に形成された一定幅の間隙を介して連通
されているから、油圧ポンプＰにて昇圧された圧油は、
中央の環状溝７及び油導入孔10を経て、長溝６とケーシ
ング１の内周面との間に形成される空間内にに導入され
た後、これの両側に相隣する長溝5,5に等分配されて流
入する結果、これらの長溝5,5間に圧力差が発生しな
い。従って、これらの長溝5,5内の圧油は、油圧シリン
ダＳのいずれの油室にも送給されることなく、前記長溝
６の反対側においてこれらと夫々相隣する長溝6,6内に
導入され、該長溝6,6の中央に開口する戻り油孔13,13及
び戻り油路20を経て油タンクＴに還流する。その結果、
前記油圧シリンダＳのピストン71両側の圧力はバランス
し、ラック軸70は、車輪を介してこれに作用する路面か
らの抵抗により、その移動範囲の中央に移動せしめられ
た後、停止状態に保たれ、自動車は直進状態に維持され
る。

一方舵輪に加えされた操作力に応じてトーションバー
４に捩れが生じ、ケーシング１と弁体２とが周方向に相
対変位した場合、油圧ポンプＰからの圧油が導入されて
いる長溝６と、この両側に相隣する長溝5,5との間の間
隙の面積が変化する。例えば、弁体２がケーシング１に
対して第１図に白抜矢符にて示す方向に相対変位した場
合、前記長溝６の両側において、前記第１の油導出孔11
に連通する長溝５側の間隙のの面積が増大する一方、第
２の油導出孔12に連通する長溝５側の間隙の面積が減少
し、両長溝5,5間に、前者内の圧力が後者内の圧力より
も大となるような圧力差が生じる結果、油圧シリンダＳ
においては、第１の油導出孔11,11…に連通する側の油
室内の圧力が、第２の油導出孔12,12…に連通する側の
油室内の圧力よりも大となるような圧力差が生じ、油圧
シリンダＳは、この圧力差にピストン71の面積を乗じた
大きさの操舵補助力を発生する。

本発明に係る油圧制御弁においては、第２図に部分拡
大図を示すように、弁体２の外周面と長溝６の側壁との
間の角部に、長溝６の側壁と交角αにて交わり、弁体２
の軸心に向かって凸の半径Ｒの円弧をなす第１の部分８
と、前記長溝６の側壁側に第１の部分８に連なる態様に
て、該側壁と前記αよりも小さい交角βにて交わり、第
１の部分８と同様、弁体２の軸心に向かって凸の円弧を
なす第２の部分９とからなる切欠部が形成されている。
第３図は第２図のIII−III線による矢視図であり、本図
に示す如く、前記第１の部分８は、長溝の長手方向にそ
の略全長に亘って形成されているのに対し、第２の部分
９は第１の部分８よりも短い長さ範囲に亘って形成され
ており、長溝６の側壁と第１の部分８及び第２の部分９
との境界部分に、長溝６の略全長に亘る第１のエッジE₁
が、また第２の部分９と第１の部分８との境界部分に、
長溝６の長手寸法よりも短い長さ寸法を有する第２のエ
ッジE₂が、更に第１の部分８と弁体２の外周面との境界
部分に第３のエッジE₃が構成される。

第４図は、前記切欠部の第１の部分８と第２の部分９
との形成状態を示す模式図である。第１の部分８及び第
２の部分９は、共に半径Ｒの円弧状をなすから、該半径
Ｒと等しい半径の研削面を有する回転砥石30を用い、以
下に示す手順に従って行う研削加工により形成される。
まず、前記回転砥石30の回転軸を、弁体２の軸心に対し
て平行に保つと共に、弁体２の軸心線から第４図にS₁及
びS₂として示す離隔距離に保ち、回転砥石30を弁体２の
長溝６の長手方向略全長に亘って移動せしめつつ前記第
１の部分８を形成し、その後、離隔距離S₁を所定量増加
せしめると共に、離隔距離S₂を所定量減少せしめた状態
で、回転砥石30を前記長溝６の長手方向に所定の長さ範
囲に亘って移動せしめつつ前記第２の部分９を形成す
る。このように、第１の部分８と第２の部分９は容易に
形成でき、また弁体２の軸心に平行な回転軸を有する回
転砥石30による研削加工によって形成されるから、第１
の部分８及び第２の部分９の研削面には、弁体２に軸心
に直交する方向、換言すれば長溝６の長手方向に直交す
る方向の研削痕が形成され、圧油が長溝６を直交する方
向に通流する場合に、耳障りな流動音が発生することが
ない。前記第１の部分８と第２の部分９とは、第２図に
示す如く同一の半径Ｒを有する必要はなく、互いに異な
る半径の円弧により構成してもよいが、この場合には、
異なる研削面半径を有する回転砥石による研削加工が必
要となり、切欠部形成のための加工手順が若干面倒とな
る。

第５図は、本発明に係る油圧制御弁を備えた動力舵取
装置において、舵輪に加えられた操舵トルクに対する、
操舵補助用の油圧シリンダＳの両側の油室間に生じる圧
力差、換言すれば該シリンダＳが発生する操舵補助力の
関係を示すグラフであり、図中に実線にて示す本発明に
係る油圧制御弁を用いた場合の特性の他に、これと比較
するために、長溝６の側壁と弁体２の外面との間の角部
に一個の円弧状をなす切欠部を形成してある特開昭59−
118577号に開示されている油圧制御弁を用いた場合の同
様のグラフを破線により、また動力舵取装置に用いる油
圧制御弁に要求される理想的な関係を示すグラフを一点
鎖線により夫々示している。

前記第１の部分８と第２の部分９とからなる切欠部を
備えた本発明に係る油圧制御弁においては、舵輪に加え
られた操舵トルクに応じてケーシング１と弁体２との間
に相対変位が生じた場合、この相対変位に伴い、ケーシ
ング１の長溝５の側壁とその内周面との間に形成された
角部の周方向位置が、前記第１のエッジE₁に達した後、
該エッジE₁から前記第２のエッジE₂に至るまでの間にお
いては、前記長溝５とこれに相隣する弁体２の長溝６と
の間の連通部の面積は、前記第１の部分８と第２の部分
９との相乗作用により、前記相対変位に対して緩やかな
変化状態を示すから、前記面積が増大する側に相隣する
長溝５と、反対側に相隣する長溝５との間に生じる圧力
差、換言すれば、前記油圧シリンダＳの両側の油室間に
生じる圧力差は、第５図のＡ〜Ｂ間に示す如く、前記相
対変位の大きさ、即ち舵輪に加えられた操舵トルクの増
加に対して略直線的に漸増し、油圧シリンダＳにて発生
される操舵補助力は小さく、高速走行中に舵輪に適宜の
剛性を付与せしめることができる。

また、舵輪に大きい操舵トルクが加えられ、ケーシン
グ１の長溝５の側壁とその内周面との間に形成された角
部の周方向位置が、前記第２のエッジE₂から前記第３の
エッジE₃に至るまでの間においては、前記連通部の面積
が急激な変化状態を示すから、油圧シリンダＳの両側の
油室間に生じる圧力差は、第５図のＢ〜Ｃ間に示す如
く、舵輪に加えられた操舵トルクの増加に対して急増す
る特性を示し、油圧シリンダＳは大きい操舵補助力を発
生する。従って、運転者は、低速走行中又は停止中にお
いても、Ｂ点に相当する操舵トルクを舵輪に加えるだけ
でよく、その後は油圧シリンダＳが発生する大きい操舵
補助力によって舵取りが行われ、舵輪操作に要する力が
大幅に軽減される。前記Ｂ〜Ｃ間の圧力差の急増部は、
第５図中に一点鎖線にて示す理想的な特性に比較してそ
の傾斜、即ち増加度合が若干緩やかであるが、実用上に
おいて特に問題となるものではない。

第６図は、本発明の他の実施例を示す弁体２の外周面
の展開図である。本発明に係る油圧制御弁は、本図に示
す如く、長溝６とこれに相隣する長溝６との間の凸部の
両側の角部に、前記第１の部分８のみからなる切欠部を
形成すると共に、該凸部に相隣する凸部の両側の角部
に、前記第２の部分９のみからなる切欠部を形成したも
のであってもよく、このような切欠部を有する弁体２を
用いた場合においても、弁体２全体として見た場合、前
記連通部の面積は前述の説明の如き変化状態を示し、第
５図に示す如き圧力差の変化特性が得られる。

なお本実施例においては動力舵取装置に適用した場合
について述べたが、本発明に係る油圧制御弁の用途はこ
れに限るものでなく、前述した如き圧力差の変化特性が
要求されるあらゆる用途に適用可能であることは言うま
でもない。

〔効果〕

以上詳述した如く本発明に係る油圧制御弁において
は、弁体の長溝と該弁体の外周面との間の角部に形成さ
れた切欠部の作用により、ケーシングと弁体との相対変
位が小さい場合には、該変位に対して弁体の長溝とケー
シングの長溝との間の連通部の面積が緩やかに変化し、
前記相対変位が所定の大きさに達した後は、該変位に対
して前記面積が急激に変化するから、これを自動車の動
力舵取装置に適用した場合、操舵補助用の油圧シリンダ
は、舵輪に加えられる操舵トルクが小さい高速走行時に
はほとんど操舵補助力を発生せず、舵輪に適度の剛性が
付与され、安定した走行状態が得られる一方、低速走行
時又は停止時において舵輪に所定の操作トルクを加えら
れた後は、大きい操舵補助力を発生し、舵輪操作に要す
る力が大幅に軽減される。また、本発明に係る油圧制御
弁においては、その切欠部を適宜の研削面半径を有する
円板状の回転砥石による研削加工により容易に形成する
ことができると共に、この研削により切欠部の表面に生
じる研削痕は油の通流方向に平行となるから、圧油の通
流に伴う耳障りな流動音の発生の虞もない等優れた効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すものであり、第１図は本発
明に係る油圧制御弁の正面断面図、第２図は弁体の長溝
の部分拡大断面図、第３図は第２図のIII−III線による
矢視図、第４図は切欠部の形成状態を示す模式図、第５
図は本発明に係る油圧制御弁を用いた場合の操舵トルク
と操舵補助用の油圧シリンダの両油室間に生じる圧力差
との関係を示すグラフ、第６図は本発明の他の実施例を
示す弁体の外周面の展開図である。 １……ケーシング、２……弁体、４……トーションバ
ー、5,6……長溝、８……第１の部分、９……第２の部
分、10……油導入孔、11,12……油導出孔、13……戻り
油孔、20……戻り油路、Ｐ……油圧ポンプ、Ｓ……油圧
シリンダ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸長方向に延びる長溝をその内周面に複数
   本等配してなる筒状のケーシングと、該ケーシングにこ
   れと同軸回動可能に内嵌され、前記長溝と同本数の軸長
   方向に延びる長溝をその外周面に等配してなる弁体とを
   備え、相隣する夫々の長溝間を通流する圧油の流れを、
   前記弁体の回動に応じて制御する油圧制御弁において、 前記弁体の外周面と該弁体の長溝の側壁との間の角部
   に、該長溝の長手方向に延びる切欠部が形成されてお
   り、 この切欠部が、軸断面形状が前記側壁に向かって傾斜す
   る円弧状をなし、前記長溝の略全長に亘る範囲に形成さ
   れた第１の部分と、軸断面形状が前記側壁に向かって傾
   斜する円弧状をなし、前記第１の部分よりも小さい交角
   にて前記側壁と交わると共に、前記長溝の長手方向に第
   １の部分より短い長さ範囲に、また第１の部分の前記側
   壁側に連なる態様にて形成された第２の部分とからなる
   ことを特徴とする油圧制御弁。