JP3464675B2

JP3464675B2 - クローズドセンタ形かじ取り弁

Info

Publication number: JP3464675B2
Application number: JP52162997A
Authority: JP
Inventors: スピルナー，ロバート; プリッチャード，ジェフリー
Original assignee: テーエルヴェーファールヴェルクシステメゲゼルシャフトミットベシュレンクテルハフツングウントコンパニーコマンデイトゲゼルシャフト
Priority date: 1995-12-09
Filing date: 1995-12-09
Publication date: 2003-11-10
Anticipated expiration: 2015-12-09
Also published as: EP0807049A1; DE59508016D1; ES2146324T3; US5870941A; CZ230497A3; JPH11500687A; EP0807049B1; BR9510314A; WO1997021578A1

Description

【発明の詳細な説明】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 M
itte）、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（Steuerdruck−Schalteinrichtung）と、トルク／軸
方向力変換ユニット（Drehmoment/Axialkraft−Wandler
einheit）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（Torsionssta
b）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でよい。圧媒液（Hydrau
likflssigkeit）はポンプによって装置に給排され
る。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 sogenan
nter 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（Staudr
uck）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）EH
W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 2
6 201 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部
材のシールの摩耗を考慮に入れることなしに液圧導管
（hydraulikfhrende 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 2
7 58 321 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（Neutralstellun
g）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（Sitzventil
anordnungen）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（Sc
hwellmoment）が障害になる。

ドイツ連邦共和国特許公開第2834421号（DE28 34 4
21 A1）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（Spielausgl
eich）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）の正重合（positive berdeck
ung）を小さくでき、またそれによって、弁の動的特性
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（vertikal
en 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10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（Ansprechschwelle）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)発明者スピルナー，ロバートドイツ連邦共和国ディー−40476 デュッセルドルフ，グラーベロッテシュトラーセ２ (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 (56)参考文献特開平４−19268（ＪＰ，Ａ) 特開平７−89442（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B62D 5/083

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項４】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３までのいずれか１項に記載されたかじ取り
弁。
【請求項５】入力軸（３）の軸方向孔（29）内の弁（3
0）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４までのいずれか１項に記載され
たかじ取り弁。
【請求項６】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５までのいずれ
か１項に記載されたかじ取り弁。
【請求項７】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６までのいずれか１項に記載されたかじ取り弁。
【請求項８】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７までのい
ずれか１項に記載されたかじ取り弁。