JP2989990B2 - バルブ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スリーブに挿入された
スプールの回転により絞り部の開度を変化させるバルブ
装置に関し、例えば、車速等の運転条件に応じ操舵補助
力を制御することのできる油圧パワーステアリング装置
に用いるのに適したものである。

【０００２】

【従来の技術】操舵抵抗に応じ相対回転する入出力軸
と、この入出力軸の相対回転量に応じて操舵補助力発生
用油圧を制御するロータリー式制御バルブとを備えたパ
ワーステアリング装置が従来より用いられている。この
ようなパワーステアリング装置において、その入出力軸
の相対回転を油圧に応じ規制する規制手段と、その規制
手段に作用する油圧をスプールの回転により圧油を絞る
ことで調節するバルブ装置と、そのスプールを運転条件
に応じてステッピングモータにより回転駆動する制御装
置とを設けることで、低速走行時における操舵の高応答
性と高速走行時における操舵の安定性を満足させること
が行なわれている。

【０００３】図９に示すように、そのバルブ装置１００
は、スリーブ１０１と、このスリーブ１０１に同軸中心
に相対回転可能に挿入されるスプール１０２とを備えて
いる。そのスリーブ１０１にポンプ側の油路１０３が形
成され、そのスプール１０２に入出力軸の相対回転を油
圧に応じ規制する規制手段側の油路１０４が形成されて
いる。そのスリーブ１０１の油路１０３の内周における
開口とスプール１０２の油路１０４の外周における開口
との重なり部分が圧油の絞り部とされているものであ
る。その絞り部の流路面積は、ステッピングモータ１０
５に減速機構１０８を介しスプール１０２を接続し、ス
プール１０２をスリーブ１０１に対し相対的に回転駆動
することで可変とされる。

【０００４】図７の（１）は、上記スリーブ１０１の内
周における油路１０３の開口１０３ａとスプール１０２
の外周における油路１０４の開口１０４ａとの相対位置
関係を、ステッピングモータ１０５の回転ステップ（１
ステップがスプール１０２のスリーブ１０１に対する単
位回転角度に相当し、車速が大きくなるに従い回転ステ
ップが大きくなる）に応じ示したもので、図において左
右方向はスリーブ１０１とスプール１０２の周方向であ
り、上下方向はスプール１０２のスリーブ１０１に対す
る回転軸方向であり、両開口１０３ａ、１０４ａの中心
位置はスリーブ１０１とスプール１０２の相対回転軸の
軸方向に関し互いに一致する。なお、絞り部となる両開
口１０３ａ、１０４ａの重なり部分をハッチングで示
す。そのステッピングモータ１０５は、高速になるに従
い絞り部の流路面積を大きくする方向に回転し、低速に
なるに従い絞り部の流路面積を小さくする方向に回転す
る。これにより、高速走行時は絞り部の流路面積が大き
くなって入出力軸の相対回転を規制する油圧が大きくな
り、図６に示すように、操舵入力トルクに対する操舵補
助力発生用油圧の増加割合が小さくなり、操舵の安定性
が図られる。また、低速走行時には絞り部の流路面積が
小さくなって入出力軸の相対回転を規制する油圧が小さ
くなり、図６に示すように、操舵入力トルクに対する操
舵補助力発生用油圧の増加割合が大きくなり、操舵の高
応答性が図られる。また、中速走行時にあっては、高速
走行時よりも操舵の高応答性が図られると共に低速走行
時よりも操舵の安定性が図られる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のバルブ装置
１００においては、ステッピングモータ１０５の１ステ
ップ当たりのスプール１０２の回転角度が大きいため、
その１ステップ当たりの絞り部の流路面積変化も大きく
なる。そうすると、車速の変化により操舵補助力が急激
に変化し、操舵フィーリングが低下するという問題があ
る。

【０００６】そこで、ステッピングモータ１０５の回転
を減速する減速機構１０８の減速比を大きくすること
で、ステッピングモータ１０５の１ステップ当たりの回
転に対する絞り部の流路面積変化量を小さくすることが
考えられる。しかし、減速機構１０８の減速比を大きく
すると装置が大型化するという問題がある。

【０００７】上記問題は、油圧パワーステアリング装置
に用いられるバルブ装置に限らず、スリーブの内周にお
ける油路の開口とスプールの外周における油路の開口と
の重なり部分が圧油の絞り部とされているバルブ装置に
おいて、その絞り部の開度調節により油圧を調節する場
合は同様に問題になる。

【０００８】本発明は、上記従来技術の問題を解決する
ことのできるバルブ装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、スリーブと、
このスリーブに同軸中心に相対回転可能に挿入されるス
プールとを備え、そのスリーブとスプールとにそれぞれ
油路が形成され、そのスリーブの内周における油路の開
口とスプールの外周における油路の開口との重なり部分
が圧油の絞り部とされ、この絞り部の流路面積がスリー
ブとスプールとの相対回転により可変とされ、ステッピ
ングモータによりスプールがスリーブに対して相対回転
するように駆動されるバルブ装置において、そのスリー
ブ側開口の中心位置とスプール側開口の中心位置とは前
記相対回転軸の軸方向に互いにずれていることを特徴と
するものである。

【００１０】

【作用】スプールとスリーブとの単位相対回転量当たり
の絞り部の流路面積変化量を小さくするため、スリーブ
の内周における油路の開口の面積を小さくしたり、ある
いは、スプールの外周における油路の開口の面積を小さ
くすることが考えられる。しかし、その開口の面積を小
さくしても流路面積変化量はそれ程小さくならない。

【００１１】例えば、図７の（２）は、図７の（１）に
おけるスプール１０２の外周における油路１０４の開口
１０４ａに対し開口径を２／３にした開口１０４ａ′
と、図７の（１）におけるスリーブ１０１の内周におけ
る油路１０３の開口１０３ａと同一径の開口１０３ａ′
との相対位置関係を、図７の（１）と同一の回転ステッ
プに応じ示したもので、両開口１０３ａ′、１０４ａ′
の重なり部分をハッチングで示し、両開口１０３ａ′、
１０４ａ′の中心位置は相対回転軸の軸方向に関し互い
に一致する。また、図８において、一点鎖線は図７の
（１）における回転ステップと絞り部の流路面積との関
係を示し、実線は図７の（２）における回転ステップと
絞り部の面積との関係を示したものである。これより、
単に油路の開口面積を小さくしても、スリーブとスプー
ルとの単位相対回転量当たりの絞り部の流路面積変化量
はそれ程小さくならないのを確認できる。これは、図７
の（１）におけるように両開口１０３ａ、１０４ａの径
が大きい場合は、回転ステップが大きくなっても両開口
１０３ａ、１０４ａは互いの中心から離れた位置で重な
るのに対し、図７の（２）におけるようにスプールの開
口１０４ａ′の径が小さい場合は、回転ステップが大き
くなるとスプールの開口１０４ａ′は自身の中心近くに
おいてスリーブの開口１０３ａ′と重なるため、開口１
０４ａ′そのものの面積は小さくなっても絞り部の流路
面積はそれ程小さくならないことによる。また、その開
口径を小さくし過ぎると、スプールがスリーブに対して
僅かに相対回転しただけで両開口が完全に重なってしま
ったり、開口が固定絞りとして作用し、可変絞りとして
機能しなくなる。

【００１２】これに対し本発明の構成によれば、スリー
ブとスプールとの相対回転角度が大きくなっても、スリ
ーブ側開口の中心とスプール側開口の中心とはスリーブ
とスプールの相対回転軸の軸方向に互いにずれているの
で、両開口の中心位置がその相対回転軸の軸方向に関し
互いに一致する場合に比べ、両開口は互いの中心から離
れた位置で重なる。これにより、スプールとスリーブと
の単位相対回転量当たりの絞り部の流路面積変化量を小
さくすることができる。

【００１３】すなわち、図７の（３）は、図７の（２）
におけるスプールの外周における油路の開口１０４ａ′
と同一径のスプール側開口７７ａと、図７の（１）、
（２）におけるスプールの外周における油路の開口１０
４ａ、１０４ａ′と同一径のスリーブ側開口７３ａとの
相対位置関係を、図７の（１）、（２）と同一の回転ス
テップに応じ示したもので、両開口７３ａ、７７ａの重
なり部分をハッチングで示し、スプール側開口７７ａの
中心はスリーブ側開口７３ａの中心に対し自身の直径の
８０％だけ相対回転軸の軸方向にずれている。また、図
８において、破線は図７の（３）における回転ステップ
と絞り部の流路面積との関係を示す。これより、油路の
開口面積を小さくするよりも、両開口の中心位置をスリ
ーブとスプールの相対回転軸の軸方向に互いにずらす方
が、単位相対回転量当たりの絞り部の流路面積変化量を
小さくできるのを確認できる。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。

【００１５】図１に示すラックピニオン式油圧パワース
テアリング装置１は、車両のハンドル（図示省略）に連
結される入力軸２と、この入力軸２にトーションバー６
を介し連結される出力軸３とを備えている。そのトーシ
ョンバー６は、ピン４を介し入力軸２に連結され、セレ
ーション５を介して出力軸３に連結されている。その入
力軸２は、ベアリング８を介しバルブハウジング７によ
り支持され、ベアリング１２を介し出力軸３により支持
されている。その出力軸３は、ベアリング１０、１１を
介してラックハウジング９により回転可能に支持されて
いる。その出力軸３にピニオン１５が形成され、このピ
ニオン１５に噛み合うラック１６に操舵用車輪（図示省
略）が連結される。これにより、操舵による入力軸２の
回転は、トーションバー６を介してピニオン１５に伝達
され、このピニオン１５の回転によりラック１６は車両
幅方向に移動し、このラック１６の移動により車両の操
舵がなされる。なお、入出力軸２、３とバルブハウジン
グ７との間にはオイルシール４７、４８が介在する。ま
た、ラック１６を支持するサポートヨーク４０がバネ４
１の弾性力によりラック１６に押し付けられている。

【００１６】操舵補助力を付与する油圧アクチュエータ
として油圧シリンダ２０が設けられている。この油圧シ
リンダ２０は、ラックハウジング９により構成されるシ
リンダチューブと、ラック１６に一体化されるピストン
２１とを備えている。そのピストン２１により仕切られ
る油室２２、２３に操舵方向と操舵抵抗に応じて圧油を
供給するため、ロータリー式油圧制御バルブ３０が設け
られている。

【００１７】その制御バルブ３０は、バルブハウジング
７に回転可能に挿入されている筒状の第１バルブ３１
と、この第１バルブ３１に相対回転可能に挿入されてい
る第２バルブ３２とを備えている。その第１バルブ３１
は出力軸３にピン（図示省略）を介して同行回転するよ
う連結されている。その第２バルブ３２は入力軸２と一
体的に成形され、入力軸２の外周部が第２バルブ３２と
され、これにより第２バルブ３２は入力軸２と同行回転
する。

【００１８】そのバルブハウジング７に、ポンプ４２に
接続されるポンプポート３４と、タンク４３に接続され
るタンクポート３６と、前記油圧シリンダ２０の一方の
油室２２に接続される第１ポート３７と、他方の油室２
３に接続される第２ポート３８とが設けられている。各
ポート３４、３６、３７、３８は、その第１バルブ３１
と第２バルブ３２との間に形成された弁間流路２７を介
し互いに連通する。その弁間流路２７の絞り度は、操舵
抵抗によるトーションバー６のねじれによる入出力軸
２、３の相対回転により変化する。

【００１９】すなわち、図５に示すように、第１バルブ
３１の内周に複数の第１バルブ側凹部５０が周方向に関
し互いに等間隔に形成され、第２バルブ３２の外周に複
数の第２バルブ側凹部５１が周方向に関し互いに等間隔
に形成されている。その第１バルブ側凹部５０は、前記
第１ポート３７に連通するものと第２ポート３８に連通
するものとが周方向に沿って交互に並列し、その第２バ
ルブ側凹部５１は、第前記ポンプポート３４に連通する
ものとトーションバー６と入力軸２との内外周間の空間
を介し前記タンクポート３６に連通するものとが周方向
に沿って交互に並列する。その第１バルブ側凹部５０の
軸方向に沿う縁と第２バルブ側凹部５１の軸方向に沿う
縁との周方向間が絞り部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとされている。
図５は操舵が行なわれていない状態を示し、ポンプポー
ト３４とタンクポート３６とが弁間流路２７を介し連通
し、ポンプ４２から制御バルブ３０に流入する油はタン
ク４３に還流し、操舵補助力は発生しない。この状態か
ら左右一方へ操舵することによって生じる操舵抵抗によ
り入出力軸２、３と共に第１バルブ３１と第２バルブ３
２とが相対回転すると、ポンプポート３４と第１ポート
３７との間の絞り部Ａの開度が大きくなり、第１ポート
３７とタンクポート３６との間の絞り部Ｂの開度が小さ
くなり、ポンプポート３４と第２ポート３８との間の絞
り部Ｃの開度が小さくなり、第２ポート３８とタンクポ
ート３６との間の絞り部Ｄの開度が大きくなる。これに
よって、油圧シリンダ２０の一方の油室２２に操舵方向
と操舵抵抗に応じた圧力の圧油が供給され、また、他方
の油室２３からタンク４３に油が還流し、車両の左右一
方への操舵補助力が油圧シリンダ２０からラック１６に
作用する。また、左右他方へ操舵すると第１バルブ３１
と第２バルブ３２とが左右一方へ操舵した場合と逆方向
に相対回転するので、各絞り部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの開度も
左右一方へ操舵した場合と逆になり、車両の左右他方へ
の操舵補助力が油圧シリンダ２０からラック１６に作用
する。

【００２０】図１に示すように、前記ポンプ４２から送
り出される油の圧力が作用することによりトーションバ
ー６のねじれを規制する規制手段４５が設けられてい
る。この規制手段４５は、出力軸３に形成された複数の
挿入孔５２に、出力軸３の径方向に沿って移動可能に挿
入されたプランジャ５３を有する。各プランジャ５３の
先端は入力軸２の外周に当接されている。各プランジャ
５３の図中上下位置において、出力軸３とバルブハウジ
ング７との間を油密状にシールするシール部材５５、５
６が設けられている。これにより、両シール部材５５、
５６の軸方向間が油室５７とされている。この油室５７
は前記ポンプポート３４にバルブ装置６０を介し接続さ
れる。これにより、油圧が各プランジャ５３に作用する
と、各プランジャ５３は出力軸３の径方向内方に移動し
て入力軸２を押し付け、入力軸２と出力軸３との相対回
転を規制する。

【００２１】そのバルブ装置６０は、図２にも示すよう
に、バルブハウジング７に形成された挿入孔６３と、こ
の挿入孔６３に挿入されたスリーブ６１と、このスリー
ブ６１に同軸中心に回転可能に挿入されたスプール６２
とを備えている。その挿入孔６３と制御バルブ３０のポ
ンプポート３４とを連通する圧油供給路６４と、その挿
入孔６３と制御バルブ３０のタンクポート３６とを連通
する圧油排出路６５と、その挿入孔６３と前記規制手段
４５の油室５７とを連通する圧油導入路６６とが、バル
ブハウジング７に形成されている。また、図３に示すよ
うに、その圧油排出路６５と挿入孔６３の内部とを連通
するドレン流路８３がバルブハウジング７に形成されて
いる。

【００２２】図２、図４に示すように、そのスリーブ６
１の外周に、その圧油供給路６４に連通する第１周溝７
０と、その圧油導入路６６に連通する第２周溝７２とが
形成され、その第１周溝７０とスリーブ６１の内部とを
連通する第１油路７３と、その第２周溝７２とスリーブ
６１の内部とを連通する第２油路７５とがスリーブ６１
に形成されている。また、そのスプール６２に径方向に
沿う第３油路７７が形成されている。そのスリーブ６１
の内周における第１油路７３の開口７３ａと、そのスプ
ール６２の外周における第３油路７７の開口７７ａと
は、前述の図７の（３）に示すように径方向視円形とさ
れ、両開口７３ａ、７７ａの重なり部分が圧油の絞り部
とされ、この絞り部の流路面積がスプール６２のスリー
ブ６１に対する回転により可変とされている。その第１
油路７３のスリーブ側開口７３ａの中心位置と第３油路
７７のスプール側開口７７ａの中心位置とが、図２、図
７の（３）に示すように、スプール６２とスリーブ６１
の相対回転軸の軸方向に互いにずれている。また、その
スプール６２に、第３油路７７とスプール６２の軸方向
一端外方とを連通する軸方向孔７８が形成され、この軸
方向孔７８は小径とされることで固定絞りを構成する。
そのスプール６２の軸方向一端外方において、挿入孔６
３に前記圧油排出路６５が接続されている。また、スプ
ール６２の外周に前記第２油路７５に連通する周溝８０
が形成され、この周溝８０と第３油路７７とを連通する
第４油路８１がスプール６２に形成されている。

【００２３】図２に示すように、バルブハウジング７に
ステッピングモータ９０が取り付けられている。このモ
ータ９０の出力軸はスプール６２の軸心に平行とされ、
その出力軸に取り付けられたピニオン９１に噛み合う減
速用ギヤ９２に、スプール６２に取り付けられた減速用
ギヤ９３が噛み合う。そのモータ９０は車速センサを備
えた制御装置９４により制御される。

【００２４】図４の（１）は低速あるいは停車状態を示
し、この状態では第１油路７３のスリーブ側開口７３ａ
と第３油路７７のスプール側開口７７ａとの重なり部分
である絞り部は全閉とされ、ポンプポート３４に連通す
る圧油供給路６４と規制手段４５の油室５７に連通する
圧油導入路６６との間はスプール６２により閉鎖されて
いる。よって、規制手段４５のプランジャ５３が入力軸
２を押し付けることはないため、入力軸２と出力軸３と
の相対回転は規制されない。これにより、操舵入力トル
クに対する操舵補助力を発生させる油圧の増加割合を大
きくし、操舵の高応答性を満足させている。

【００２５】図４の（２）、図７の（３）に示すよう
に、車両速度が増加するとステッピングモータ９０の回
転ステップが大きくなり、スプール６２のスリーブ６１
に対する相対回転によりスリーブ側開口７３ａとスプー
ル側開口７７ａとの重なり部分である絞り部の流路面積
が増加する。これにより、車速が増加するに従い規制手
段４５のプランジャ５３が入力軸２を押し付けるための
油圧が大きくなり、操舵抵抗によるトーションバー６の
ねじれの阻止力が大きくなり、操舵抵抗が大きくなって
も入力軸２と出力軸３との相対回転は規制されるため、
操舵入力トルクに対する操舵補助力を発生させる油圧の
増加割合が小さくなり、操舵の安定性が満足される。

【００２６】上記構成によれば、スプール６２とスリー
ブ６１との相対回転角度が大きくなっても、スリーブ側
開口７３ａの中心とスプール側開口７７ａの中心とは相
対回転軸の軸方向に互いにずれているので、両開口の中
心位置が相対回転軸の軸方向に関し互いに一致する場合
に比べ、両開口７３ａ、７７ａは互いの中心から離れた
位置で重なる。これにより、スリーブ６１とスプール６
２との単位相対回転量当たりのスリーブ側開口７３ａと
スプール側開口７７ａとの重なり部分である絞り部の流
路面積変化量を小さくすることができる。よって、ステ
ッピングモータ９０の１ステップ当たりのスプール６２
の回転角度が大きくても、その１ステップ当たりの絞り
部の流路面積変化量が小さくなることで、車速の変化に
より操舵補助力が急激に変化するのを防止でき、操舵フ
ィーリングが低下するという問題はなく、しかも、ステ
ッピングモータ９０の減速比を大きくする必要がないの
で装置が大型化することもない。

【００２７】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではない。例えば、上記実施例ではスプール６２を車
速に応じ回転制御したが、舵角等の他の運転条件に応じ
制御してもよい。また、油圧パワーステアリング装置に
用いられるバルブ装置に限らず、絞り部の流路面積がス
リーブとスプールとの相対回転により可変とされるバル
ブ装置であれば本発明を適用できる。

【００２８】

【発明の効果】本発明のバルブ装置によれば、装置を大
型化することなくスプールとスリーブとの単位相対回転
量当たりの絞り部の流路面積変化量を小さくすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の油圧パワーステアリング装置
の断面図

【図２】図１のＩＩ‐ＩＩ断面図

【図３】図２のＩＩＩ‐ＩＩＩ断面図

【図４】（１）は本発明の実施例の調節バルブの低速状
態での横断面図、（２）はその調節バルブの高速状態で
の横断面図

【図５】本発明の実施例の制御バルブの要部の横断面図

【図６】入力トルクと油圧との関係を示す図

【図７】本発明の作用説明図

【図８】スプールのスリーブに対する回転角度と絞り部
の面積との関係を示す図

【図９】従来の油圧パワーステアリング装置の平断面図

【符号の説明】

６０ バルブ装置 ６１ スリーブ ６２ スプール ７３ 第１油路 ７３ａ 開口 ７７ 第３油路 ７７ａ 開口

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スリーブと、このスリーブに同軸中心に
   相対回転可能に挿入されるスプールとを備え、そのスリ
   ーブとスプールとにそれぞれ油路が形成され、そのスリ
   ーブの内周における油路の開口とスプールの外周におけ
   る油路の開口との重なり部分が圧油の絞り部とされ、こ
   の絞り部の流路面積がスリーブとスプールとの相対回転
   により可変とされ、ステッピングモータによりスプール
   がスリーブに対して相対回転するように駆動されるバル
   ブ装置において、そのスリーブ側開口の中心位置とスプ
   ール側開口の中心位置とは前記相対回転軸の軸方向に互
   いにずれていることを特徴とするバルブ装置。