JP2634344B2

JP2634344B2 - 回転弁

Info

Publication number: JP2634344B2
Application number: JP3312499A
Authority: JP
Inventors: ジュエルゲンレズケクラウス; アーネストビショップアーサー
Original assignee: EI II BISHOTSUPU ANDO ASOSHEITSU Pty Ltd
Current assignee: EI II BISHOTSUPU ANDO ASOSHEITSU Pty Ltd
Priority date: 1990-11-29
Filing date: 1991-11-27
Publication date: 1997-07-23
Anticipated expiration: 2012-07-23
Also published as: DE4139506C2; DE4139506A1; JPH04266571A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スリーブ中に支持され
た入力軸と、前記スリーブの一端にある液圧流体戻しポ
ートと、前記スリーブの内部穴内に形成された第１と第
２の実質上弓状のスロットの列を備え、前記第１スロッ
トの少なくとも１つは前記穴の端部に届かない箇所で止
められ、第１と第２のスロットは前記戻しポートから遠
ざかる方向において実質上同じ軸線方向長さを有してな
る回転弁、詳細には車両の液圧動力式かじ取り用の回転
弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】典型的には、かかる弁は入力軸を含み、
この入力軸は通常は可撓性継手によって車両のかじ取り
車輪に連結され、また外周に複数の行き止まり端付の長
手方向に延在すると共に平坦部分によって分離されたス
ロットをもつ。入力軸上に支持されるスリーブ部材はそ
の穴内に、入力軸の行き止まり端付スロットに適合する
が上下重なり状態で長手方向に延在する行き止まり端付
スロットの同様の列をもち、その内の１つのスロットは
他のスロットの平坦部分より幅が広く、１組の長手方向
に延在するオリフィスを画成し、前記オリフィスは入力
軸と前記スリーブ間に相対的回転が起こったとき開閉す
るようになしている。

【０００３】入力軸とスリーブ中の穿孔通路はスリーブ
周囲の円周方向の溝と共に、入力軸とスリーブ中のスロ
ット、エンジン駆動されるオイルポンプ、かじ取り齒車
装置に備えた右側と左側の液圧補助シリンダチャンバの
間でオイルを連通させる働きをする。

【０００４】入力軸中に備えたねじり棒は補助動力を必
要としないときに入力軸とスリーブを中立の中心設定位
置に向かって押圧する働きをする。トルクが運転者によ
ってかじ取り車輪に与えられると、ねじり棒は、スリー
ブの相対的回転を起こして、入力軸の中立位置から撓
み、オイルを右側補助シリンダチャンバから左側補助シ
リンダチャンバに送る。

【０００５】かかる回転弁の一般的作動方法は動力かじ
取り装置の分野では周知であるから詳細な説明は本明細
書では省略する。この作動についての詳細な説明は回転
弁の概念を開示する最初の明細書として一般に認められ
ている米国特許第3,022,772 号（ツァイグラー）に記載
されている。

【０００６】本発明に最も近い先行技術は米国特許第4,
454,801 号（スパン）に開示されている。この特許はス
ロットを遮断するために、スリーブの各端部の端ぐり中
に圧入された端部止めリングと共に、スリーブの内部穴
中に軸線方向の直線状オイル戻しスロットを必要とする
弁を示す。直線状スロットは供給スロットと戻しスロッ
トとして円周方向に交互に配置され、供給スロットは端
部止めリングをしてこれらのスロットを液圧的に封鎖さ
せるために十分浅く切削加工されるのに対して、戻しス
ロットはオイルを端部止めリングの下にスリーブから戻
させるために比較的深く切削加工される。

【０００７】本発明の本質は、スリーブ端部止めリング
の排除と共に、弁からオイルを排出するための最適な戻
し通路を提供するためにスリーブに延長した弓状のスロ
ットを備えたことにある。米国特許第4,454,801 号（ス
パン）に開示したものに比してかかる構造の利点は以下
に記載する通りである。

【０００８】第１に、端部止めリングがないため、また
スリーブの各端部に端ぐりを設ける必要がないため、ス
リーブに極めて薄い壁構造を与えることができ、従って
所定の内径に対してその外径を減少させることができ、
更に、作業中構成部品中に液圧によって印加される応力
に耐えさせるのに十分なフープ強度を与えることができ
る。穴と平行な軸線方向に測定したスリーブの長さはか
なり減少する。スリーブの外径と長さの減少及びそれに
対応する弁と弁ハウジングの全体の寸法の減少の“フロ
ーオン（flow on ）”は材料の使用量を、それ故、かじ
取り装置全体のコストと重量をかなり減少させる。

【０００９】第２に、一体のスリーブ構造は先行技術の
３部片構成型のスリーブ構造に比して本質的に信頼性が
大きく、緩んだり、オイル漏れを起こしたりする端部止
めリングをもたない。米国特許第3,591,139 号（ビショ
ップ）は全製品の信頼性に関して一体構造のスリーブの
利点を明らかに指摘している。

【００１０】第３には、スリーブのオイル戻しスロット
の弓状の横断面はオイルが最後の調整供給縁を通ってこ
れらのスロットに入るとき本質的にオイル集めのための
深いマニホルド領域を与えるが、オイルはスリーブから
出るオイルの排出点における比較的小さい横断面積の鋭
い縁付のオリフィスを通って強制的に流される。

【００１１】かかる鋭い縁付のオリフィスはスリーブか
ら出るオイル流に適当に小さい絞りを与えるために目的
に応じて使用される。オイル戻りの前に最後の調整供給
縁の直後で液圧回路内に配置されるかかる絞り部は弁の
“ヒス”騒音の減少に大きな効果を与えることができ
る。前記騒音は典型的には、最大の動作圧力条件（例え
ばパーキング操作）中にかかる弁の調整供給縁によって
発生するものである。この絞りは、例えば30〜50kPa の
動力かじ取り弁に加わる背圧の増加をもたらすに過ぎな
いが、オイルが弁の調整供給縁を越えて出るときオイル
キャビテイションを減少させるのに大きな効果がある。
液圧システムの更に下流側に、即ち液圧容器の最後のオ
イル戻り点により近い箇所に配置された小さい絞りは弁
ヒスを抑制する効果はずっと小さくなることが経験上示
された。

【００１２】自動車の動力かじ取り技術分野では周知の
如く、弁ヒスは通常、液圧オイル温度の上昇につれて騒
音レベルを上昇させる。それは流体の蒸気圧が前記温度
上昇に対応して上昇するためである。もしスリーブ中の
オイル流が例えば弁戻しポートの減少した直径のドリル
孔によって絞られるならば、この絞りによって生じる背
圧はオイル温度の増大につれて、オイル粘度の前記減少
に起因して、劇的に減少する。ドリル孔は、少なくとも
その直径の２倍の長さをもつが、かかるオリフィス中の
オイル流の層流性に起因する本質的に粘性のエネルギー
ロスによって流れに対して背圧を生じる。それ故、もし
単純なドリル孔がオイル絞りとして設けられるならば、
最大背圧がヒス騒音を抑制するのに実際に必要とされる
ときの温度で背圧は最小になるだろう。

【００１３】一方、スリーブ中の延長した弓状の戻しス
ロットによって提供される鋭い縁付のオリフィスは粘度
への依存がもっと小さくなる。即ち、前記オリフィスは
オイル温度とは無関係にオイルの所定の流量に対して殆
ど一定の背圧を生じる。鋭い縁付のオリフィスは一般に
特定クラスのオリフィスと定義される、即ち、オリフィ
スの横断面積が流体流れの方向で流体流れの方向に垂直
をなす単一平面内で最小の面積に急激に減少し、その後
横断面積が急激に増大するようなオリフィスと定義され
る。鋭い縁付のオリフィス対孔又はチューブ型オリフィ
スの流体力学はハーバート・イー・メリットによる“液
圧制御システム”なるテキスト（ジョン・ウイリ・アン
ド・サンズ、インコーポレーテッド、1967年）で詳細に
扱われているので、本文での詳述は省略する。従って、
鋭い縁付のオリフィスは高いオイル温度での動力かじ取
り弁の騒音抑制器として特に有効であり、かかる装置は
スリーブの延長した鋭い縁付の戻しスロットの形状によ
って余分のコストなしでかつ煩わしさもなしに提供する
ことができる。

【００１４】米国特許第4,454,801 号（スパン）に開示
された直線状又はプリズム状のオイル戻しスロットは本
質的にスリーブからの排出点のオイル流に対して鋭い縁
付のオリフィス型の絞りを提供するために使用すること
はできない。実際、この特許明細書では、その構造は特
に動力かじ取り弁の液圧背圧を減少させることを目的と
している。

【００１５】第４には、延長した弓状の戻しスロット
は、米国特許第4,454,801 号（スパン）に開示された直
線状スロットとは異なり、スリーブの一端のみに延長す
るように配置することができる。上記特許のスロットは
それらの製造に使用されるブローチ削り方法に起因し
て、必然的にスリーブの両端に延長しなければならな
い。動力かじ取りの分野で既知の如く、オイル戻りは通
常、スリーブの一側のみから抽出される。それ故、スリ
ーブの一端のみに延長する弓状のスロットは、米国特許
第4,454,801 号（スパン）に開示された機能的に余計な
配置よりもずっと望ましい。

【００１６】本発明に関連のある先行技術の他の構造は
米国特許第3,393,608 号（サウンダーズ）に開示されて
おり、本発明とは、スリーブ中の直線状スロットと組合
せて軸線方向のオイル戻りのために入力軸に延長した弓
状のスロットを備えた点で異なる。入力軸が軸線方向に
延長し、従って弓状の戻しスロットが比較的深いという
理由から、入力軸の捩じり強度が大きく減少する。入力
軸が、ねじり棒が故障した場合に全手動のかじ取りトル
クに耐えることが要求されるような、フェイルセイフ方
式の条件の下では、このことは極めて重要である。米国
特許第3,393,608 号（サウンダーズ）に開示された大き
な直径の入力軸（典型的には、22〜23mm直径）の減少し
たねじり強度は、1960年代における構成部品の設計に存
在した大きな余計な強度に起因して、許容できる。しか
し、入力軸に存在する軸線方向に延長したオイル戻しス
ロットは、典型的には、ほぼ18〜19mm直径の入力軸をも
つ現代の“小型”の動力かじ取り弁におけるねじり強度
の観点からすれば全く許容できない。ねじり強度の観点
からすれば、オイル戻り用のスリーブ中のスロットを軸
線方向に延長させることははるかに有利である。という
のは、この構成部品はフェイルセイフ方式における作動
においても、大きなねじり応力を与えられないからであ
る。

【００１７】米国特許第3,591,139 号（ビショップ）は
弓状の行き止まり端付のスロットをスリーブに設けてい
ることを除外すれば、上記米国特許第3,393,608 号（サ
ウンダーズ）と同様である。従って、前者の構造は前述
の如くフェイルセイフ方式の作動で重要な入力軸のねじ
り強度の減少をもたらす。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記先行技術
の欠点を解消した回転弁、特に車両の液圧動力かじ取り
用の回転弁を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の回転弁は、少なくとも１つの第２スロットは前
記液圧流体戻しポートを提供すべく液圧流体戻しポート
に面する前記穴の軸線方向先端まで延長し、前記ポート
は前記入力軸の周囲と前記少なくとも１つの第２スロッ
トとによって画成されかつ鋭い縁付きのオリフィスの形
をなすことを特徴とする。

【００２０】本発明の好適実施例では、スロットは円の
１区分の形をなし、第２スロットの曲率半径は第１スロ
ットの曲率半径より大きい。

【００２１】他の実施例では、第２スロットの最大半径
方向深さは第１スロットの最大半径方向深さより大き
い。

【００２２】好適実施例では、スリーブ中の弓状の戻し
スロットは比較的大きな半径をもち、その曲率中心は弓
状の供給スロットに比して軸線方向に変位している。こ
のことによって、戻しスロットの径方向外方の貫通深さ
を制限する効果が与えられる。勿論、前記深さは供給ス
ロットより長い。弓状の内部スロットをもつスリーブは
例えば米国特許第4,154,145 号（ビショップ）に開示さ
れた型式の立て削り盤を用いて大量生産方式で製造でき
る。種々のスロット半径と、戻しと供給の弓状のスロッ
トの曲率中心は２つの立て削り盤により部品を二重に処
理することによって製造中に容易に行うことができる。
８スロット型のスリーブでは、例えば第１立て削り盤が
４つの長い大きな半径の戻しスロットを穴開けし、第２
の立て削り盤が４つの短い小さい半径の供給スロットを
穴開けすることができる。

【００２３】本発明の回転弁の応答はスロットの調整供
給縁の全長にわたってスリーブスロットと入力軸スロッ
トの前述の上下重なり関係を維持することによって最大
にされる。このことは本発明によって達成される。関連
する流体戻しポートから遠方の位置で関連するスリーブ
スロットと入力軸スロットの端部を軸線方向に整列させ
ることによって達成される。関連するスリーブスロット
と入力軸スロットの端部の不整列は弁の調整供給長さを
有効に短縮させ、従ってその応答性を低下させる。以
下、本発明を図示の実施例につき説明する。

【００２４】

【実施例】図１、２は弁組立体１と、弁組立体１の部分
Ａを示し、この弁組立体１は主な構成部品として、スリ
ーブ２、入力軸３、ピニオン４、ねじり棒５を含む。前
記ねじり棒は入力軸３とピニオン４を可撓状に連結す
る。多数のシール、ピン、クリップ、軸受と共に弁組立
体１は弁ハウジング６内に収容される。前記弁ハウジン
グはラック・ピニオン式かじ取り齒車装置のハウジング
７にボルト止めされる。

【００２５】弁組立体から液圧容器へオイルを戻す方法
に関する弁組立体１の特別の作用のみが本発明に関連す
る。従って前述の如く、弁組立体の作動方法の一般的説
明は本明細書では省略する。

【００２６】スリーブ２は１例として６スロット型の構
造とし、従って穴８の回りに円周方向に離間して３つの
供給スロット９と３つの戻しスロット１０をもつ。これ
らの供給スロットと戻しスロットは前述の通常の回転弁
における上下重なり状態で６つの入力軸スロット１１の
間に交互に介在する。

【００２７】供給スロット９は通常の弓状の行き止まり
端付のスロットであるが、弓状の戻しスロット１０は延
長していて、戻りオイル流１２を鋭い縁付のオリフィス
１３の絞りを経てスリーブ２から軸線方向に排出させ
る。鋭い縁付のオリフィス１３は弓状の戻しスロット１
０が入力軸３の外径２２に隣接するがスリーブスカート
部１５内にあるスリーブ２の軸線方向先端１４と交わる
結果として形成される。その後、戻りオイル流１２はス
リーブスカート部１５とピニオン４を分離する大きな環
状空洞部１６を経て進み、次いで、動力かじ取り弁ハウ
ジング６からオイル戻し通路１７へ入る。

【００２８】鋭い縁付のオリフィス１３によって生じる
液圧絞りはオイルがそれらを通過するときこれらのオリ
フィスを挟んで圧力差を生ぜしめる。従って、その結果
生じた背圧はこれらのオリフィスが液圧ポンプに戻る前
に全液圧回路に印加される。前述の如く、戻しスロット
１０の弓状形状によりもたらされるこれらのオリフィス
の鋭い縁付の形状はこの追加の背圧の大きさをオイル温
度に対して比較的不変となし、それ故、弁のヒス騒音を
減少させる理想的な極めて低コストの手段である。前記
ヒス騒音は典型的には、高温でのオイルキャビテイショ
ンに起因して起こる。

【００２９】図１、２に示すように、スリーブ２中の延
長した弓状の戻しスロット１０は大きな半径をもち、弓
状の供給スロット９に比して、右方に変位した曲率中心
をもつが、オリフィス１３から遠ざかる方向において同
じ軸線方向長さを維持する。前述の如く、このことによ
って、戻しスロット１０は入力軸３の外径２２に隣接し
てスリーブ２の軸線方向先端１４を“通り抜ける”こと
ができるが、スロット１０は供給スロット９の深さにほ
ぼ等しい深さに限定される。従ってスリーブ２の構造的
完全性は損なわれない。

【００３０】図３、４では、図１、２の構成部品に対応
しかつ米国特許第4,454,801 号( スパン) と米国特許第
3,591,139 号（ビショップ）に開示された先行技術に対
応する構成部品は同じ参照数字を付されているので、こ
れらの先行技術と本発明の実施例との間の構造上の差は
容易に理解されるであろう。

【００３１】図３の場合、戻しスロット１０は直線形を
なし、オイルは長くて狭い空洞部１９を経て軸線方向に
止めリング１８の下に戻る。前述の如く、空洞部１９は
弁キャビテイションのヒス騒音を減少させるために弁に
背圧を与えるオリフィスとしての意図をもたない（事実
は全くその逆である）。しかし、もしこれらの空洞部が
かかる背圧を生じる程に十分に狭く設計されておれば、
これらのオリフィスは高いオイル温度で相当の弁ヒス減
少を実現するのには粘性が高過ぎる。その理由は、これ
らの空洞部は前述のパイプ型式のオリフィスに類するか
らである。

【００３２】図４の場合、オイルは入力軸３の延長した
弓状のスロット２０を経て戻される。延長していない弓
状のスロット２１はオイル供給部に連通するが、スリー
ブ２の行き止まり端付の弓状のスロット２３は液圧シリ
ンダ連結部に連結する。この回転弁の作動方法は本発明
の実施例の何れとも異なり、事実、図３に示す米国特許
第4,454,801 号（スパン）に示すものとは全く異なる。
しかし、図３はこの構成部品のねじり強度に大きなロス
が生じることに起因して入力軸中に延長した弓状の戻り
スロットを使用する実際的でない例を示す。

【００３３】本発明は上述した処に限定されることな
く，本発明の範囲内で種々の変更を加えることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の弁組立体の断面図である。

【図２】図１の領域Ａの拡大図である。

【図３】図２と同様の図で、米国特許第4,454,801 号
（スパン）の発明の本質的特徴を有する構造を示す図で
ある。

【図４】図２と同じ領域の拡大図で、米国特許第3,591,
139 号（ビショップ）の弁組立体を示す図である。

【符号の説明】

１弁組立体２スリーブ３入力軸４ピニオン５ねじり棒６ハウジング７かじ取り齒車装置のハウジング９供給スロット１０戻しスロット１１入力軸スロット１２戻りオイル流１３オリフィス１６環状空洞部１８止めリング１９狭い空洞部２０延長した弓状のスロット２１延長していない弓状のスロット２３行き止まり端付の弓状のスロット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者アーサーアーネストビショップオーストラリア国 2066 ニューサウスウェールズノースウッドノースウッドロード 65 (56)参考文献特開昭59−37373（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】スリーブ中に支持された入力軸と、前記
スリーブの一端にある液圧流体戻しポートと、前記スリ
ーブの内部穴内に形成された第１と第２の実質上弓状の
スロットの列を備え、前記第１スロットの少なくとも１
つは前記穴の端部に届かない箇所で止められ、第１と第
２のスロットは前記戻しポートから遠ざかる方向におい
て実質上同じ軸線方向長さを有してなる回転弁におい
て、少なくとも１つの第２スロットは前記液圧流体戻し
ポートを提供すべく液圧流体戻しポートに面する前記穴
の軸線方向先端まで延長し、前記ポートは前記入力軸の
周囲と前記少なくとも１つの第２スロットとによって画
成されかつ鋭い縁付きのオリフィスの形をなすことを特
徴とする回転弁。
【請求項２】弓状のスロットは円の１区分の形をなす
ことを特徴とする請求項１に記載の回転弁。
【請求項３】前記列の第２スロットの曲率中心は前記
列の第１スロットの曲率中心に対して軸線方向に変位し
ていることを特徴とする請求項２に記載の回転弁。
【請求項４】前記列の第２スロットの曲率半径は前記
列の第１スロットの曲率半径より大きいことを特徴とす
る請求項２に記載の回転弁。
【請求項５】前記列の第２スロットの最大半径方向深
さは前記列の第１スロットの最大半径方向深さより大き
いことを特徴とする請求項１に記載の回転弁。
【請求項６】前記列の第１スロットは該弁に対する供
給ポートとして配置されることを特徴とする請求項１に
記載の回転弁。