JP3345103B2 - 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、ステッピングモータの
回転を減速機構を介して伝達することでスプールをスリ
ーブに対し相対回転させて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
補助力を制御する油圧パワーステアリング装置において
用いることができる。

【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７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、このス
プール１０２をスリーブ１０１に対し相対的に回転駆動
させるステッピングモータ１０５と、このステッピング
モータ１０５の回転を減速してスプール１０２に伝達す
る減速機構１０８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１０
２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とスプール１０２の油路１０４との重なり
部分が圧油の絞り部とされている。その絞り部の流路面
積は、スプール１０２のスリーブ１０１に対する相対回
転により可変とされる。

【０００４】従来、その減速機構１０８は、そのモータ
１０５の出力軸に取り付けられた駆動平歯車１０９に噛
み合う第１中間平歯車１０８ａと、この平歯車１０８ａ
に一体化された第２中間平歯車１０８ｂと、この第２中
間平歯車１０８ｂに噛み合うようにスプール１０２に取
り付けられた従動平歯車１０８ｃとで構成されていた。

【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、減速機構１０８の減速比を大きくす
るには第１中間平歯車１０８ａと従動平歯車１０８ｃの
径を大きくする必要があるが、車体内部はスペースが制
限されるため減速比も制限されていた。そのため、ステ
ッピングモータ１０５の１ステップ当たりのスプール１
０２の回転角度が大きくなり、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と共に流路面積変化
精度も低下する。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、また、車速に応じ正確に操舵補助
力を制御できないため操舵フィーリングが低下するとい
う問題がある。また、中間平歯車１０８ａ、１０８ｂ
や、中間平歯車１０８ａ、１０８ｂを支持する軸が必要
なため部品点数が多く、加工工数の増大により回転伝達
精度が低下し、さらに噛み合いによる騒音が大きいとい
う問題がある。

【０００６】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、減速機構を介しステ
ッピングモータによってスプールをスリーブに対し相対
回転させるバルブ装置であれば同様に問題になる。

【０００７】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。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴とするとこ
ろは、バルブハウジングに取り付けられるステッピング
モータの回転を減速機構を介して伝達することでスプー
ルをスリーブに対し相対回転させて絞り部の開度を変化
させるバルブ装置において、その減速機構が、ステッピ
ングモータの出力軸に取り付けられるウォームギアと、
このウォームギアに噛み合うようにスプールおよびスリ
ーブの一方に取り付けられるウォームホイールとにより
構成され、そのウォームホイールは切欠き部を有し、そ
のバルブハウジングに調整ねじがねじ込まれ、その調整
ねじと切欠き部との当接位置がウォームギヤとウォーム
ホイールとの噛み合い基準位置とされ、その調整ねじの
バルブハウジングへのねじ込み量の変化によりその噛み
合い基準位置は変化するものとされ、その噛み合い基準
位置から一定のステップ数だけステッピングモータの出
力軸が回転した位置を起点としてステッピングモータは
制御される点にある。

【０００９】

【作用】本発明の構成によれば、ステッピングモータの
回転をウォームギアとウォームホイールとにより減速し
てスプールまたはスリーブに伝達しているので、平歯車
により減速する場合に比べ、減速機構を小型化して減速
比を大きくすることができ、ウォームギアとウォームホ
イールとの間に中間歯車を介在させていないので部品点
数が少なく加工工数が低減されて回転伝達精度が向上
し、また、噛み合いにより発生する音を平歯車の噛み合
いの場合よりも小さくできる。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。

【００１１】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。

【００１２】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。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。

【００１３】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。

【００１４】すなわち、図６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６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。

【００１５】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。

【００１６】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、このスプール６２をスリーブ６１に対し相対的に回
転駆動させるステッピングモータ９０と、このステッピ
ングモータ９０の回転を減速してスプール６２に伝達す
る減速機構９１とを備えている。

【００１７】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４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。

【００１８】図２、図５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。そのスプール６２に径方向に沿う第
３油路７７が形成され、また、そのスプール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。そのスリーブ６１の第
１油路７３とスプール６２の第３油路７７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。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６３に前記圧油排出路６５が接続され
ている。

【００１９】そのステッピングモータ９０は、図２、図
３に示すように、バルブハウジング７に取り付けられ、
そのモータ出力軸９０ａの軸心方向とスプール６２の軸
心方向とは直角とされる。そのモータ出力軸９０ａの回
転をスプール６２に伝達する減速機構９１は、そのモー
タ出力軸９０ａに取り付けられるウォームギア９２と、
このウォームギア９２に噛み合うようスプール６２に取
り付けられるウォームホイール９３とで構成されてい
る。前記圧油の絞り部の基準開度を調整するため調整ね
じ９５がバルブハウジング７にねじ込まれている。すな
わち、ウォームホイール９３は、外周の一部に切欠き部
９３ａを有し、スプール６２の端部の小径部６２ａに圧
入されており、軸方向下方への移動はスプール６２の外
周の段差６２ｂにより規制され、軸方向上方へはスプー
ル６２の端部の小径部６２ａと押さえ蓋９７とにより規
制される。その調整ねじ９５の先端のテーパ部９５ａと
ウォームホイール９３の切欠き部９３ａの一端との当接
位置がウォームギヤ９２とウォームホイール９３との噛
み合い基準位置とされ、この噛み合い基準位置から一定
のステップ数だけモータ出力軸９０ａが回転した位置が
制御基準位置とされ、この制御基準位置を起点としてモ
ータ出力軸９０ａは車速に応じたステップ数だけ回転す
る。これにより、その調整ねじ９５のバルブハウジング
７へのねじ込み量を変化させることで、ウォームホイー
ル９３とウォームギヤ９２との噛み合い基準位置を変化
させ、前記絞り部の基準開度を調整できる。なお、調整
ネジ９５にはロックナット９６がねじ合わされている。

【００２０】そのステッピングモータ９０は制御装置９
４により車速に応じ制御され、車速に応じたステップ信
号の数に対応する角度だけモータ出力軸９０ａは前記制
御基準位置から回転し、スプール６２がスリーブ６１に
対し回転する。図５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と第３油路７７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。車
両速度が増加してスプール６２がスリーブ６１に対し回
転すると、図５の（２）に示すように、第１油路７３と
第３油路７７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。

【００２１】上記構成によれば、ステッピングモータ９
０の回転をウォームギア９２とウォームホイール９３と
により減速してスプール６２に伝達しているので、平歯
車により減速する場合に比べ、減速機構９１を小型化し
て減速比を大きくすることができ、ウォームギア９２と
ウォームホイール９３との間に中間歯車を介在させてい
ないので部品点数が少なく加工工数の低減により回転伝
達精度が向上する。これにより、ステッピングモータ９
０の１ステップ当たりの絞り部の流路面積変化を小さく
且つ精度良く制御し、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し、また、車速に応じ正確に操舵
補助力を制御でき、操舵フィーリングを向上することが
できる。また、噛み合いにより発生する音を平歯車の噛
み合いの場合よりも小さくして騒音を低減できる。

【００２２】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、ウォームホイール９３をスリー
ブ６１に取り付け、スプール６２をバルブハウジング７
に固定するようにしてもよい。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、減速機構
を介しステッピングモータによってスプールをスリーブ
に対し相対回転させることで絞り部の開度を変化させる
バルブ装置であれば本発明を適用できる。

【００２３】

【発明の効果】本発明のバルブ装置によれば、減速機構
をウォームギアとウォームホイールとにより構成するこ
とで、コンパクト化を図り、部品点数を削減し、ステッ
ピングモータの１ステップ当たりの絞り部の流路面積変
化を小さく且つ精度良く制御し、ギヤの噛み合いによる
騒音を低減することができる。

【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線断面図

【図３】図２のＩＩＩ‐ＩＩＩ線断面図

【図４】図２のＩＶ‐ＩＶ線に沿うバルブハウジングの
断面図

【図５】（１）は本発明の実施例のバルブ装置の低速状
態での横断面図、（２）はそのバルブ装置の高速状態で
の横断面図

【図６】本発明の実施例の制御バルブの要部の横断面図

【図７】従来のバルブ装置の断面図

【符号の説明】

６０ バルブ装置 ６１ スリーブ ６２ スプール ９０ ステッピングモータ ９１ 減速機構 ９２ ウォームギア ９３ ウォームホイール

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−287673（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−186012（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−293270（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−263784（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−182882（ＪＰ，Ａ) 特公 平２−1716（ＪＰ，Ｂ２) 実公 昭63−14140（ＪＰ，Ｙ２) 実公 昭60−17580（ＪＰ，Ｙ２) 実公 昭34−19622（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16K 31/00 - 31/05 B62D 5/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】バルブハウジングに取り付けられるステッ
   ピングモータの回転を減速機構を介して伝達することで
   スプールをスリーブに対し相対回転させて絞り部の開度
   を変化させるバルブ装置において、その減速機構が、ス
   テッピングモータの出力軸に取り付けられるウォームギ
   アと、このウォームギアに噛み合うようにスプールおよ
   びスリーブの一方に取り付けられるウォームホイールと
   により構成され、そのウォームホイールは切欠き部を有
   し、そのバルブハウジングに調整ねじがねじ込まれ、そ
   の調整ねじと切欠き部との当接位置がウォームギヤとウ
   ォームホイールとの噛み合い基準位置とされ、その調整
   ねじのバルブハウジングへのねじ込み量の変化によりそ
   の噛み合い基準位置は変化するものとされ、その噛み合
   い基準位置から一定のステップ数だけステッピングモー
   タの出力軸が回転した位置を起点としてステッピングモ
   ータは制御されることを特徴とするバルブ装置。