JP3558731B2 - パワーステアリング装置のバルブ機構 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、パワーステアリング装置に係り、特にロータリースプールとスリーブからなるバルブ機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８〜１０に、従来例のパワーステアリング装置のバルブ機構を示す。
図８に示すように、ギヤケース１内にナット２を摺動自在に組み込んで、このギヤケース１内を第１室１ａと第２室１ｂに区画している。さらに、ナット２にラック３を形成し、このラック３をセクタギヤ４にかみあわせている。
このようにしたギヤケース１の一方をバルブケース５で塞ぐとともに、このバルブケース５内にはバルブ機構Ｖを設けている。
バルブ機構Ｖは、スリーブ６とロータリースプール７から構成され、これらスリーブ６とロータリースプール７を相対回転させることで切り換わるものである。
上記スリーブ６には、ウォームシャフト８を連結する。つまり、ウォームシャフト８の基端に形成したフランジ部９で、スリーブ６の一端を塞ぎ、これらフランジ部９とスリーブ６をピン１０で連結している。
スリーブ６には、図９に示すように、ポンプＰに接続する３つの入力ポート１１を形成するとともに、これら各入力ポート１１を挟んで、その一方の側には第１供給溝１２を、他方の側には第２供給溝１３を形成している。そして、第１供給溝１２はギヤケース１の第１室１ａに、また、第２供給溝１３は第２室１ｂに、それぞれ連通させている。
【０００３】
上記スリーブ６内にはロータリースプール７を回転自在に設けるとともに、このロータリースプール７にはスタブシャフト１４を貫通させている。そして、これらスタブシャフト１４とロータリースプール７に形成したピン孔１４ａ、７ａに、ピン１５をはめ込むことで、これらを連結している。したがって、スタブシャフト１４が回転すればロータリースプール７も回転することになる。
また、ロータリースプール７には、３つの凹溝１６とドレン溝１７とを形成するとともに、これら凹溝１６とドレン溝１７とを直径方向において対向させている。
そして、上記ウォームシャフト８の先端とスタブシャフト１４とを、トーションバー１８で連係させている。
以上述べたロータリースプール７とスリーブ６をバルブケース５内に収容するが、上記フランジ部９とバルブケース５の一端に形成した鍔部１９との間に第１軸受け２０を設けている。この第１軸受け２０はスラスト荷重を受ける軸受けであり、スリーブ６の一端は、フランジ部９を介してこの第１軸受け２０によって支持されていることになる。
なお、鍔部１９の開口部分とウォームシャフト８との間には、これらが接触して焼き付きを起こさないようにクリアランスを形成している。ただし、図面では、このクリアランスが表されていない。
【０００４】
さらに、バルブケース５の外方からプラグ２１をはめ込むが、このプラグ２１に設けた軸受け２２でスタブシャフト１４を支持するとともに、シール部材２３でスタブシャフト１４の外周面をシールしている。
また、プラグ２１にはスラスト荷重を受ける第２軸受け２４を設けている。そして、プラグ２１をバルブケース５にはめ込んだとき、この第２軸受け２４がスリーブ６の他端に当接するようにしている。
以上述べたように、バルブケース５とフランジ部９の間に第１軸受け２０を設け、かつ、第１軸受け２０の反対側には、スリーブ６とプラグ２１の間に第２軸受け２４を設けている。つまり、スリーブ６とフランジ部９とをこれら両軸受け間で支持することになる。
なお、上記ウォームシャフト８の周囲にガイドボール２５を設け、このガイドボール２５をウォームシャフト８の内周に形成したネジ部に螺合させている。
【０００５】
次に、従来例におけるパワーステアリング装置のバルブ機構Ｖの作用を説明する。
図９に示す中立状態からハンドルをきると、セクタギヤ４側の負荷が大きいので、ハンドルに連係するスタブシャフト１４がトーションバー１８をねじりながら回転する。そして、スタブシャフト１４の回転によってロータリースプール７が回転し、バルブ機構Ｖが切り換わる。
例えば、図９の矢印ｋ方向にロータリースプール７を回転させたとする。このときポンプＰと接続する入力ポート１１が、凹溝１６を介して第１供給溝１２に連通するとともに、第２供給溝１３はドレン溝１７に連通することになる。
なお、ドレン溝１７に導かれた流体は、図８に示すように、プラグ２１側におけるロータリースプール７の外周面に形成されたドレン通路２６を通って、第２軸受け２４内と通路３０を通ってタンクに導かれることになる。
上記のようにバルブ機構Ｖが切り換わると、ギヤケース１の第１室１ａに流体が導かれるとともに、第２室１ｂはドレン溝１７を介してタンクに連通するので、ナット２が図面右方向に移動し、セクタギヤ４を回動させることになる。そして、所定の方向に操舵アシスト力を付与する。
【０００６】
上記の状態からハンドルを止めると、ロータリースプール７は停止するが、スプール７とスリーブ６とが相対変位している間は、ナット２が移動しつづける。このようにナット２が移動すると、ウォームシャフト８が回転し、それにともなってスリーブ６も回転するので、ロータリースプール７との相対関係を中立状態に戻すことになる。そして、バルブ機構Ｖが中立状態になると、その位置での転舵角を維持することになる。
なお、ハンドルを反対にきったときの作用も同様であるので、その説明は省略する。
【０００７】
以上述べたパワーステアリング装置では、図１０に示すように、ロータリースプール７に形成したピン孔７ａと、ピン１５の間に隙間２７を形成して、遊びを持たせている。
なぜなら、上記のバルブ機構Ｖでは、後述する理由によって、スリーブ６が傾いてしまうことがあったからである。
もし、スリーブ６が傾いてしまうと、スリーブ６と、その内部に組み込まれているロータリースプール７とが平行を保つことができず、両者の特定の箇所が強く接触してしまう。そして、ロータリースプール７とスリーブ６が強く接触してしまうと、バルブ機構Ｖの切り換えをスムーズに行うことができず、操舵フィーリングが悪くなるということがあった。
そこで、この点を解決するために、上記のようにピン孔７ａとピン１５との間に隙間２７を形成し、遊びを持たせたのである。つまり、この遊びを持たせれば、スリーブ６の傾きに対して、ロータリースプール７が追従して動くことができ、両者が強く接触してしまうことがなくなり、バルブ機構Ｖの切り換えをスムーズに行うことができる。
【０００８】
次に、スリーブ６が傾いてしまう理由を述べる。
第１の理由は、次のとおりである。このバルブ機構Ｖは上記のように、バルブケース５とフランジ部９の間に第１軸受け２０を設け、かつ、第１軸受け２０の反対側には、スリーブ６とプラグ２１の間に第２軸受け２４を設けるというように、それら各部材を軸方向に並べている。そして、これらの部品の一つでもその端面の直角度が狂っていると、スリーブ６そのものが傾いてしまう。
第２の理由は、次のとおりである。すなわち、ナット２とウォームシャフト８とを螺合しているが、その螺合は多少のがたつきがあるので、ナット２が移動すると、ウォームシャフト８にスラスト方向だけではなく、ラジアル方向にも荷重が作用することがある。しかも、ウォームシャフト８を支持する第１、２軸受け２０、２４は、スラスト方向からの荷重しか受けることができない。また、鍔部１９の開口部分にクリアランスを形成していることもあって、ラジアル方向の荷重が作用すると、ウォームシャフト８が斜めになってしまう。
このようにして、ウォームシャフト８が斜めになると、ウォームシャフト８に連結するスリーブ６も一緒に動いてしまい、結局は、スリーブ６も傾いてしまう。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のバルブ機構Ｖでは、そのバルブ機構Ｖの切り換えをスムーズに行うために、ピン孔７ａとピン１５の間に隙間２７を形成し、十分な遊びを持たせている。しかし、この隙間２７は、ロータリースプール７が、この隙間２７の範囲内でがたついてしまうという別の問題発生の原因となっていた。
特に、ハンドルを急激にきったり、繰り返しきったりすると、戻り側の流量変化が大きくなって、その圧力損失による圧力変動も大きくなる。そして、この圧力変動が繰り返されることによって、バルブ機構Ｖに振動が発生してしまうという問題があった。
この発明の目的は、スリーブが傾いたとしてもバルブ機構をスムーズに切り換えることができるとともに、バルブ機構の振動を防止することができるパワーステアリング装置のバルブ機構を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明は、ハウジングと、ハウジング内に設けたスリーブと、スリーブ内に回転自在に組み込んだロータリースプールと、ロータリースプールの外周面に形成したドレン溝と、ハウジング内に形成したタンク通路と、ロータリースプールの外周面に形成するとともに、タンク通路とドレン溝を連通するドレン通路と、ロータリースプールに形成したピン孔と、ハンドルに連係するとともに、ロータリースプールの内径部を貫通するスタブシャフトと、これらロータリースプールとスタブシャフトを連結するために上記ピン孔にはめ込むピンと、出力機構に連係するウォームシャフトと、スリーブの一端を塞ぐとともに、スリーブに連結させたウォームシャフト基端のフランジ部と、スタブシャフトとウォームシャフトを連係するトーションバーとを備え、ハウジング内で、ハウジングとフランジ部の間に第１軸受けを設け、かつ、第１軸受けの反対側には、スリーブとハウジングの間に第２軸受けを設け、スリーブとフランジ部とをこれら両軸受け間で支持するパワーステアリング装置のバルブ機構を前提にする。
そして、第１の発明は、上記ピンとピン孔の間に隙間を形成するとともに、ロータリースプールとスタブシャフトとの間に隙間を形成してその隙間を流路とする一方、ロータリースプールの外周面にドレン通路を形成し、上記ドレン溝からドレン通路に導かれた流体が、ロータリースプールの内径部に形成された隙間からなる上記流路の一端側から他端側に向かって流通して、上記タンク通路に導かれる構成にした点に特徴を有する。
第２の発明は、第１の発明において、ロータリースプールの内径部に形成された隙間からなる流路に絞りを設けた点に特徴を有する。
【００１１】
第３の発明は、第１または第２の発明において、上記ピン孔の直径とピンの直径をほぼ同じにするとともに、ピン孔内に位置するピンヘッドの、少なくともピン孔と接触する面を球面とした点に特徴を有する。
第４の発明は、第３の発明において、タンク通路とは反対側におけるロータリースプールの外周面にドレン通路を形成し、上記ドレン溝からドレン通路に導かれた流体が、ロータリースプールの内径部とスタブシャフトとの隙間を通って、上記タンク通路に導かれるような流路を形成した点に特徴を有する。
【００１２】
【作用】
第１の発明では、ピンとピン孔に隙間を形成して、遊びを持たせているので、スリーブ６の傾きに対して、ロータリースプール７が追従して動くことができる。したがって、スリーブ６が傾いても、スリーブ６とロータリースプール７が強く接触してしまうことがない。
しかも、ロータリースプール外周面に、ドレン溝と連通するドレン通路を形成している。したがって、ドレン溝からドレン通路に導かれた流体は、ロータリースプールの内径部に形成された隙間からなる流路の一端側から他端側に向かって流通して、上記タンク通路に導かれる。このときに、上記流路途中で圧力損失が発生するとともに、この差圧がロータリースプールの端面に作用するので、ロータリースプールに形成したピン孔がピンに押し付けられる。そして、この押し付け力によって、ロータリースプールががたつくことがない。
第２の発明では、絞りによって、流路途中の圧力損失を積極的に発生させている。したがって、ロータリースプールの端面に作用する圧力差が大きくなり、ピン孔をピンに押し付ける力も大きくなる。そして、押し付け力が大きくなった分だけ、さらにロータリースプールのがたつきを抑えることができる。
【００１３】
第３の発明では、ピンヘッドを球面としているので、ピンヘッドの直径と、ピン孔の直径とをほぼ同じにして隙間をなくしても、球面を形成した分だけピンがピン孔内で自由に動くことができる。
したがって、スリーブが傾いても、その傾きに追従してロータリースプールが動くことができ、両者の特定の箇所が強く接触してしまうことがない。
しかも、ピンとピン孔の間に隙間を形成していないので、ロータリースプールががたついてしまうこともない。
第４の発明では、タンク通路と反対側におけるロータリースプール外周面に、ドレン溝と連通するドレン通路を形成している。
したがって、ピンとピン孔の間に隙間が形成されたとしても、ロータリースプールの両端に作用する圧力差によって、ピン孔がピンに押し付けられることになる。そして、この押し付け力によって、ロータリースプールががたつくこともない。
【００１４】
【実施例】
図１〜３に示す第１実施例のバルブ機構Ｖでは、ウォームシャフト８側におけるロータリースプール７の外周面にドレン通路２６を形成している。
また、この第１実施例では、ロータリースプール７とフランジ部９との間、ロータリースプール７の内径部とスタブシャフト１４との間、およびロータリースプール７とプラグ２１との間に隙間を形成している。
したがって、ドレン溝１７に導かれた流体は、図１の矢印に示すように、ドレン通路２６を介して、ロータリースプール７とフランジ部９の隙間→ロータリースプール７の内径部とスタブシャフト１４の隙間→ロータリースプール７とプラグ２１の隙間からなる流路３１を通ることになる。そして、この流体は、第２軸受け２４内と通路３０からなるタンク通路に導かれる。言い換えると、ドレン溝１７からドレン通路２６に導かれた流体は、ロータリースプール７の内径部に形成された隙間からなる流路の一端側から他端側に向かって流通して、上記タンク通路に導かれる。
【００１５】
つまり、ウォームシャフト８に隣接するロータリースプール７の端部に作用する圧力の方が、プラグ２１に隣接するロータリースプール７の端部に作用する圧力よりも高くなり、ロータリースプール７はプラグ２１側に押し付けられる。したがって、図３に示すようにロータリースプール７に形成したピン孔７ａも、ピン１５に押し付けられることになる。
このように、ピン孔７ａがピン１５に押し付けられるので、その押し付け力でロータリースプール７のがたつきを抑えることができる。したがって、ロータリースプール７のがたつきが原因となって発生していたバルブ機構Ｖの振動を防止することができる。
しかも、上記ピン孔７ａとピン１５との間に形成した隙間２７によって、十分な遊びを持たせることができるので、たとえスリーブ６が傾いたとしても、スリーブ６とロータリースプール７の特定の箇所が強く接触することがなく、バルブ機構Ｖの切り換えをスムーズに行うことができる。したがって、操舵フィーリングを損なうこともない。
【００１６】
図４に示す第２実施例は、スタブシャフト１４の外周面に、カラー部材２８を圧入するとともに、このカラー部材２８をロータリースプール７の内径部に位置させた例である。つまり、流路３１途中にカラー部材２８を位置させることで、流路３１に絞りを設け、圧力損失を積極的に発生させるようにしたものである。
このように積極的に圧力損失を発生させているので、当然ロータリースプール７の両端に作用する圧力差は大きくなり、ピン孔７ａをピン１５に押し付ける力も大きくなる。
そして、ピン孔７ａをピン１５に押し付ける力が大きくなると、より確実にロータリースプール７のがたつきを抑えることができる。
もちろん、隙間２７によって、スリーブ６とロータリースプール７の特定の箇所が強く接触することがなく、バルブ機構Ｖの切り換えをスムーズに行えることは第１実施例と同様である。
なお、その他の構成についても第１実施例と同様であり、その詳細な説明は省略する。また、絞りを構成するものとして、カラー部材２８を用いたが、例えば、スタブシャフト１４の外周面に凸部を形成するなどしてもよい。
【００１７】
図５、図６に示す第３実施例は、ピン孔７ａ内に位置するピンヘッド１５ａに球面２９を形成することで、ロータリースプール７がスリーブ６の傾きに追従して動けるようにしたものである。例えば、図６（ａ）に示すように、ピン孔７ａと接触する部分のピンヘッド１５ａに球面２９を形成している。また、図６（ｂ）に示すように、ピン孔７ａに位置するピンヘッド１５ａのすべてを球面としても構わない。
このように、少なくともピン孔７ａに接触するピンヘッド１５ａを球面２９としているので、ピンヘッド１５ａの直径と、ピン孔７ａの直径とをほぼ同じにして隙間２７をなくしても、球面２９を形成した分だけピン１５がピン孔７ａ内で自由に動くことができる。したがって、スリーブ６が傾いても、その傾きに追従してロータリースプール７が動くことができ、両者の特定の箇所が強く接触してしまうことがなく、バルブ機構Ｖの切り換えをスムーズに行うことができる。
しかも、隙間２７を形成していないので、当然ロータリースプール７ががたついてしまうこともない。したがって、がたつきによって発生するバルブ機構Ｖの振動を防止することもできる。
【００１８】
そして、この第３実施例は、ピンヘッド１５ａに球面２９を形成した点が第１、２実施例と相違するものでその他は第１、２実施例と同様である。
したがって、ドレン通路２６からタンク通路までの流路３１での圧力損失によって、第１実施例の場合と同様に、そのがたつきを防止できる。
なお、この第３実施例においても、第２実施例で述べたように、流路３１に絞り部材を設けることで、より積極的に圧力損失を発生させてもよい。
【００１９】
図７に示す第４実施例は、第１実施例と同様に、ピン孔７ａとピン１５との間に隙間２７を設けるとともに、第１軸受けとして、スラスト及びラジアル両方からの荷重を受けることができる軸受け３２を用いた例である。
この軸受け３２は、外レース部材３３と、内レース部材３４と、これらレース部材３３、３４の間に設けたボール３５とからなる。そして、ボール３５は、これらレース部材３３、３４の対向面３３ａ、３４ａの間に挟まれている。
さらに、これら対向面３３ａ、３４ａには、ボール３５が軸方向に移動するのを阻止するボール押え凸部３６、３７を形成している。そして、ボール３５を、これら両凸部３６、３７の間に挟むようにして位置させている。
したがって、ラジアル方向の荷重は、両レース部材３３、３４の対向面３３ａ、３４ａで受け、スラスト荷重は、ボール押え凸部３６、３７で受けることになる。つまり、この軸受け３２によれば、ラジアル及びスラスト両方向の荷重を支えることができる。
【００２０】
このように、両荷重を支えることができるので、その荷重の作用でウォームシャフト８に連結したスリーブ６が傾いてしまうこともなくなる。
したがって、寸法誤差を考慮したスリーブ６の傾きのみを考慮すればよい。実際には、寸法誤差はそれほど大きくないので、隙間２７をかなり小さくすることができる。そして、隙間２７を小さくできれば、それだけロータリースプール７ががたついてしまう範囲を小さくすることができる。
なお、この軸受け３２は、第４実施例のみではなく、その他の実施例のいずれに用いても効果的であることはいうまでもない。
以上述べた第１〜第４実施例では、出力機構としてナット２とセクタギヤ４からなるインテグラルタイプについて説明したが、この発明は、ロータリーバルブを用いたすべてのパワーステアリング装置に適用できるものである。
なお、ギヤケース１、バルブケース５、鍔部１９、及びプラグ２１が相まってこの発明のハウジングを構成している。
【００２１】
【発明の効果】
この発明のパワーステリング装置のバルブ機構では、ロータリースプールとスリーブの特定の箇所が強く接触してしまうことがないので、バルブ機構Ｖの切り換えをスムーズに行うことができる。
しかも、ロータリースプールががたついてしまうこともないので、バルブ機構に発生する振動を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
第１実施例のバルブ機構の断面図である。
【図２】
第１実施例のバルブ機構のロータリースプールの斜視図である。
【図３】
第１実施例のバルブ機構で、ピン孔とピンの関係を示した図である。
【図４】
第２実施例のバルブ機構の断面図である。
【図５】
第３実施例のバルブ機構の断面図である。
【図６】
第３実施例のバルブ機構のピンを示した図であり、図(ａ)はピン孔に接触する
部分のピンヘッドを球面としたピンを示し、図(ｂ)はピン孔にはめ込まれるピン
ヘッドすべての面を球面としたピンを示す。
【図７】
第４実施例のバルブ機構の断面図である。
【図８】
従来例のパワーステアリング装置のバルブ機構の断面図である。
【図９】
従来例のバルブ機構を示す図であり、ロータリースプールとスリーブの中立状態を示す。
【図１０】
従来例のバルブ機構で、ピン孔とピンの関係を示した図である。
【符号の説明】
６ スリーブ
７ ロータリースプール
７ａ ピン孔
８ ウォームシャフト
９ フランジ部
１４ スタブシャフト
１５ ピン
１５ａ ピンヘッド
１７ ドレン溝
１８ トーションバー
２０ 第１軸受け
２４ 第２軸受け
２６ ドレン通路
２７ 隙間
２８ カラー部材
２９ 球面
３１ 流路
３２ 軸受け

Claims (4)

1. ハウジングと、ハウジング内に設けたスリーブと、スリーブ内に回転自在に組み込んだロータリースプールと、ロータリースプールの外周面に形成したドレン溝と、ハウジング内に形成したタンク通路と、ロータリースプールの外周面に形成するとともに、タンク通路とドレン溝を連通するドレン通路と、ロータリースプールに形成したピン孔と、ハンドルに連係するとともに、ロータリースプールの内径部を貫通するスタブシャフトと、これらロータリースプールとスタブシャフトを連結するために上記ピン孔にはめ込むピンと、出力機構に連係するウォームシャフトと、スリーブの一端を塞ぐとともに、スリーブに連結させたウォームシャフト基端のフランジ部と、スタブシャフトとウォームシャフトを連係するトーションバーとを備え、ハウジング内で、ハウジングとフランジ部の間に第１軸受けを設け、かつ、スリーブを挟んで第１軸受けとは反対側におけるスリーブとハウジングの間に第２軸受けを設け、スリーブとフランジ部とをこれら両軸受け間で支持するパワーステアリング装置のバルブ機構において、上記ピンとピン孔の間に隙間を形成するとともに、ロータリースプールとスタブシャフトとの間に隙間を形成してその隙間を流路とする一方、ロータリースプールの外周面にドレン通路を形成し、上記ドレン溝からドレン通路に導かれた流体が、ロータリースプールの内径部に形成された隙間からなる上記流路の一端側から他端側に向かって流通して、上記タンク通路に導かれる構成にしたことを特徴とするパワーステアリング装置のバルブ機構。
2. ロータリースプールの内径部に形成された隙間からなる流路に絞りを設けたことを特徴とする請求項１記載のパワーステアリング装置のバルブ機構。
3. 上記ピン孔の直径とピンの直径をほぼ同じにするとともに、ピン孔内に位置するピンヘッドの、少なくともピン孔と接触する面を球面とした請求項１または２記載のパワーステアリング装置のバルブ機構。
4. タンク通路とは反対側におけるロータリースプールの外周面にドレン通路を形成し、上記ドレン溝からドレン通路に導かれた流体が、ロータリースプールの内径部とスタブシャフトとの隙間を通って、上記タンク通路に導かれるような流路を形成したことを特徴とする請求項３記載のパワーステアリング装置のバルブ機構。

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