JP3952694B2 - Variable throttle valve and power steering device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステッピングモータ等の回転駆動源からの伝動により軸長方向に摺動する円筒形のスプールをハウジングの内部に備え、該ハウジングと前記スプールとの嵌合周上に形成された絞り部の絞り面積を増減する構成とした可変絞り弁に関し、またこの可変絞り弁を用いてなる動力舵取装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
各種の液圧(主として油圧)作動装置に送給される作動用の液圧を得ることを目的として、液圧回路中に介装されて絞り抵抗を付与する可変絞り弁が広く用いられている。この種の可変絞り弁の多くは、ハウジングの内部に軸長方向への摺動自在に保持された筒形のスプールを備え、該スプールと前記ハウジングとの嵌合周上に形成された絞り部の絞り開度を前記スプールの摺動により増減する構成となっており、前記絞り開度に応じた絞り抵抗を液圧回路の中途に付与し、自身の上流側又は下流側に所望の液圧及び液量を得るべく用いられている。
【0003】
このような可変絞りの一用途として、車両の舵取りを油圧力により補助する油圧式の動力舵取装置(パワーステアリング装置)がある。油圧式の動力舵取装置は、車両の舵取機構中に配されて操舵補助力を発生する油圧アクチュエータと、舵取りのために舵輪(ステアリングホイール)に加えられる操舵トルクに応じて圧油の給排動作をなす油圧制御弁とを備えて構成されており、油圧源としての油圧ポンプから供給される作動用の圧油を前記油圧制御弁を経て前記油圧アクチュエータに送給し、この送給に応じて該油圧アクチュエータが発する油圧力(操舵補助力)を舵取機構に加えることにより、舵取りに要する運転者の労力負担を軽減する動作を行う。
【0004】
このような動力舵取装置において、舵輪に加えられる操舵トルクと、これに応じて得られる操舵補助力との対応関係(補助力特性)は、前記油圧制御弁の動作特性により一義的に決定され、操舵トルクの増加に応じて操舵補助力が比例的に増加する補助力特性が得られるが、この補助力特性は、車両の実際の舵取りにおいて好ましい特性ではない。
【0005】
車両の舵取りは、操向用の車輪(一般的には前輪)に作用する路面反力に抗して行われ、この路面反力は、車速の高低、操舵角度の大小等、走行状態に応じて大小に変化する。従って、前記油圧制御弁の動作特性が、停止時又は低速走行時に大なる舵取りがなされるとき、即ち、路面反力が大であるときを想定して選定された場合、高速走行中に舵輪に加わるわずかな力により舵取りがなされ、直進安定性が損なわれる不具合が生じる一方、前記動作特性が、高速走行中に小なる舵取りが行われるとき、即ち、路面反力が小さいときを想定して選定された場合、多大の力を要する停止中の舵取り、所謂、据え切りに際して十分な操舵補助力が得られないという不具合が生じる。
【0006】
このような不具合を解消し、車速の遅速、操舵角度の大小等、走行状態の如何に拘わらず良好な操舵感覚を得るための構成が、従来から種々提案されており、そのうちの一つに、前述した可変絞りを用いてなる動力舵取装置がある。この動力舵取装置は、油圧源としての油圧ポンプから、前記油圧制御弁及び油圧アクチュエータを経て排油先となる油タンクに戻る油圧回路の中途に、前述した可変絞り弁を介装してなり、該可変絞り弁の絞り開度を、車速、操舵角度等の走行状態の検出結果に基づいて増減制御し、前記油圧制御弁の出側又は入側の油圧及び油量を変化せしめることにより、走行状態に適合した望ましい補助力特性が得られるようにしたものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
さて、以上の如く油圧式の動力舵取装置において用いられる可変絞り弁においては、所望の補助力特性を高精度に実現するため、絞り開度の増減のための前記スプールの摺動位置の調整を精度良く行うことが要求されており、この要求に応えるべく米国特許4730687号等には、前記スプールの摺動のための駆動源として、高精度での回転位置の制御が可能なステッピングモータ等の回転駆動源を用いてなる可変絞り弁が用いられている。
【0008】
ところが、この可変絞り弁は、ステッピングモータの出力端にねじ軸を連結する一方、前記スプールの軸心部にねじ孔を形成し、該ねじ孔に前記ねじ軸を螺合せしめ、前記ステッピングモータからの伝動によるねじ軸の回動を、これに螺合するねじ孔の螺進を利用してスプールの摺動に変換する構成となっており、この変換に伴う動力損失が大きく、駆動源として用いるステッピングモータが大形化するという問題がある。
【0009】
また、前記スプールを滑らかに摺動させるためには、前記ねじ軸と前記ねじ孔との間に適宜の螺合隙間を確保する必要があるが、この場合、ステッピングモータの回転制御が高精度に実現されたとしても、スプールの摺動位置に前記隙間に起因する誤差が発生し、所望の位置精度が得られないという問題があり、この問題を解消すべく前記螺合隙間を零とした場合、螺合部における摩擦抵抗の増大により動力損失が大きくなり、駆動源としてのステッピングモータの更なる大型化を招来する。
【0010】
特に、前述した如く油圧式の動力舵取装置に用いられる可変絞り弁は、油圧制御弁との間の連結配管を不要とし、また配設位置の確保を容易化すべく、前記油圧制御弁のハウジングの外側に一体に並設するのが望ましいが、前述の如く大型のステッピングモータを駆動手段として備える可変絞り弁は、前記油圧制御弁と並設することが難しいという問題があった。
【0011】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、回転駆動源の回転をスプールの軸長方向の摺動に高精度に変換する高効率の運動変換機構を採用することにより、スプールの滑らかな摺動及び正確な位置決めと、ステッピングモータ等の回転駆動源の小型化とを併せて達成し、各種の液圧回路に介装して用いることにより所望の液圧を精度良く実現することができる可変絞り弁を提供し、更にこの可変絞り弁を圧油の給排のための油圧制御弁に並設することにより、走行状態に適応した補助力特性を実現し得る動力舵取装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1発明に係る可変絞り弁は、ハウジングの内部に嵌合保持された円筒形のスプールを回転駆動源からの伝動により軸長方向に摺動させ、両者の嵌合周上に形成された絞り部の絞り開度を増減する可変絞り弁において、前記スプールは、該スプールの軸心に対して偏心した位置に貫通形成された挿通孔と、該挿通孔の一側を拡径して、前記スプールと略同軸をなして連設された保持室とを有しており、前記回転駆動源の出力端に連結され、前記挿通孔に挿通されたねじ軸と、前記保持室に内嵌保持され、その内周面に周設された係合突起を前記ねじ軸外面のねじ溝に周方向の一か所にて係合させてある送りベアリングとを備えることを特徴とする。
【0013】
本発明においては、ステッピングモータ等の回転駆動源からの伝動によりねじ軸が回動すると、その内周面に周設された係合突起を前記ねじ軸外周のねじ溝に係合させた送りベアリングが転動し、この転動に伴ってねじ溝の傾斜に沿って加わる作用力の軸方向分力により前記送りベアリングを内嵌保持するスプールが押圧され、該スプールがハウジングの内部において軸方向に摺動し、該ハウジングとの間に形成された絞り部の絞り開度が増減される。このとき、ステッピングモータの回転からスプールの摺動への運動変換は、送りベアリングの転がり抵抗下にて、滑らかに、しかも高効率にてなされる。送りベアリングを保持する保持室をスプールと同軸に形成し、この保持室の一側に偏心して設けた挿通孔にねじ軸を挿通させ、スプールの滑らかな摺動を維持しながら、ねじ軸の回動に伴うスプールの連れ回りを専用の手段を設けることなく防止する。
【0016】
また本発明の第2発明に係る可変絞り弁は、第1発明におけるスプールに軸長方向の一側から付勢力を加え、前記ねじ溝と送りベアリングとの係合を強化する付勢手段を備えることを特徴とする。
【0017】
この発明においては、スプールの軸長方向の一側に弾接するばね等の付勢手段により他側に向かう付勢力を加え、該スプールに内嵌保持された送りベアリングをねじ軸外周のねじ溝に押し付けて両者の係合部に予圧を付与し、前述した運動変換を高精度に行わせる。
【0018】
更に本発明の第3発明に係る動力舵取装置は、車両の舵取機構に操舵補助力を加える油圧アクチュエータと、該油圧アクチュエータの作動用の圧油を舵取り操作に応じて給排する油圧制御弁とを備える動力舵取装置において、前記油圧制御弁と油圧源又は排油先との間に介装された第1又は第2発明に係る可変絞り弁と、該可変絞り弁の絞り開度を前記車両の走行状態に応じて増減する制御手段とを備えることを特徴とする。
【0019】
この発明においては、操舵補助用の油圧アクチュエータに対して舵取り操作に応じて圧油の給排動作をなす油圧制御弁と油圧源又は排油先との間に第1又は第2発明の可変絞り弁を介装し、この可変絞り弁の絞り開度を車両の走行状態に応じて増減制御し、前記油圧制御弁の動作特性を変更して、走行状態に適応した補助力特性を実現する。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図1及び図2は、本発明に係る可変絞り弁の構成を示す縦断面図である。
【0021】
これらの図に示す如く本発明に係る可変絞り弁1は、軸心部に円形断面のスプール室 10aが貫通形成されたハウジング10と、前記スプール室 10aの内部に軸長方向への摺動自在に嵌合保持された円筒形のスプール11と、該スプール11の駆動源となるステッピングモータ12とを備えてなる。
【0022】
前記スプール室 10aの一側の開口部は、これにねじ込み固定されたストッパプラグ13により封止してあり、該スプール室 10aの内部に保持された前記スプール11は、前記ストッパプラグ13の内側端面との間に介装された押しばね14により他側に向けて付勢されている。
【0023】
一方スプール室 10aの他側には、その内径を適長に亘って拡径してなる拡径部15が、径方向の一側に適長偏心して連設されており、該拡径部15には、短寸円筒形をなすシール筒16が嵌着されている。また拡径部15の他側には、その内径を更に拡径してなる円形断面のモータ室17が、前記拡径部15と同心をなして連設されており、このモータ室17の内部には、これの開口部を覆うようにねじ止め固定された蓋板18を支持部材として前記ステッピングモータ12が収納されている。
【0024】
このように収納されたステッピングモータ12の出力軸は、前記拡径部15の内側においてねじ軸19の一端部に同軸的に連結されている。このねじ軸19は、中途部外周をシール筒16に内嵌保持されたXリングにより封止し、前記スプール室 10aの内部に延長されて、該スプール室 10a内に保持された前記スプール11に挿通されており、前記ステッピングモータ12からの伝動により、スプール室 10aの軸心に対して偏心した軸回りに回動するようになしてある。
【0025】
図3は、スプール11の内部へのねじ軸19の挿通部分の拡大断面図である。本図に示す如くスプール11には、径方向に適長偏心した位置を軸長方向に貫通形成された挿通孔 11aを備えており、前記ねじ軸19の挿通は、この挿通孔 11aに対してなされている。該挿通孔 11aの一側には、その内径を適長に亘って拡径してなる保持室 11bが、スプール11と略同軸をなして連設されており、該保持室 11bの内部には送りベアリングRが内嵌固定されている。
【0026】
図示の如く送りベアリングRは、内輪と外輪との間に多数のボールを介在させてなる玉軸受であり、内輪の内周面には、半円形断面を有する係合突起が周設されている。また前記ねじ軸19の外周面には、半円形断面を有するねじ溝 19aが、スプール室 10a内への延長部の略全長に亘って形成されており、このねじ溝 19aには、前記送りベアリングRの内周に周設された係合突起が、周方向の一か所、具体的には、挿通孔 11aに対する保持室 11bの偏心によりねじ軸19に近づいた周方向位置において係合させてある。
【0027】
図4は、送りベアリングRの動作説明図であり、図3と直交する方向の断面が示されている。前述した如く送りベアリングRは、これの内側に挿通されたねじ軸19外周のねじ溝 19aと、内周面に周設された係合突起を介して係合している。この状態において、前記ステッピングモータ12からの伝動によってねじ軸19が回動すると、送りベアリングRは、図中にAとして示す係合点でのねじ溝 19aとの係合状態を保って転動し、この係合点Aにねじ溝 19aの傾斜に沿った力Fが作用することとなり、該送りベアリングRを保持するスプール11には、前記作用力Fの軸方向分F1 及び周方向分力F2 が作用する
【0028】
ここで、前記ねじ軸19が挿通された挿通孔 11aは、前述の如く、スプール11及びこれを保持するスプール室 10aの軸心に対して偏心しているため、前記スプール11は、前記周方向分力F2 の作用によりスプール室 10aの内部で連れ回りすることなく保持され、前記軸方向分力F1 の作用により押され、前記ねじ溝 19aの傾斜に沿った係合点Aの位置変化に応じて、図3及び図4中に白抜矢符にて示す如く軸長方向に摺動する。この摺動の向き及び量は、ねじ軸19の回動方向及び回動量に対応するから、該ねじ軸19の駆動源となるステッピングモータ12の回転制御によりスプール11の摺動位置を自在に変更することができる。
【0029】
前述の如くスプール11は、スプール室 10aの一側を封止するストッパプラグ13との間に介装された押しばね14により、他側、即ち、ステッピングモータ12の取付け側に向けて付勢されており、この付勢力は、前記スプール11に保持された送りベアリングRと前記ねじ軸19外周のねじ溝 19aとの係合部に予圧を付与し、両者の係合を強化する作用をなす。これにより、ねじ軸19の回転に伴うスプール11の摺動は、前記予圧の作用下にて位置ずれなく生じ、該スプール11は、高精度での回転制御をなし得るステッピングモータ12の回転に応じて高精度に位置決めされる。
【0030】
一方、ねじ軸19の回動からスプール11の摺動への運動変換は、前記送りベアリングRの転がり抵抗下にて滑らかになされるから、前記予圧が付与された状態においても高い変換効率が得られ、駆動源としてのステッピングモータ12の小型化を図ることができる。
【0031】
このように摺動するスプール11の外周面には、環状の絞り溝 11cが周設されており、該絞り溝 11cは、スプール11の周壁を貫通する連通路により、内側の挿通孔 11aに連通させてある。またスプール11を嵌合保持する前記スプール室 10aの中途部内周面には、環状の絞り溝 10cが周設されハウジング10の周壁を貫通する導入孔 10bを介して外部に連通されており、この絞り溝 10cと、スプール11外周の絞り溝 11cとにより、該スプール11の摺動変位に応じて連通面積(絞り面積)を変える絞り部が構成されている。
【0032】
図1は、スプール11がストッパプラグ13から離反した状態を示しており、このときスプール11外周の絞り溝 11cは、スプール室 10a内周の絞り溝 10cと広幅に亘ってオーバラップし、両者間の絞り面積は大となる。また図2は、スプール11がストッパプラグ13に接近し、該ストッパプラグ13の内側端に当接した状態を示しており、このときスプール11外周の絞り溝 11cは、スプール室 10a内周の絞り溝 10cとわずかにオーバラップし、両者間の絞り面積は最小となる。
【0033】
前述の如くストッパプラグ13は、スプール室 10aの一側の開口端にねじ込み固定してあり、前記スプール11に当接するストッパプラグ13の内側端の位置は、ねじ込み長さの変更により自在に設定可能である。即ち、ストッパプラグ13は、前記絞り部の絞り面積を最小とするスプール11の摺動位置をハウジング10の外部から設定するための手段として利用することができる。
【0034】
前記ハウジング10の周壁には、前記ストッパプラグ13の内側端近傍に連通する導出孔 10dが貫通形成されている。スプール11の同側端部には、この導出孔 10dと対応する周方向位置に切欠き部 11dが設けてあり、該切欠き部 11dとの整合により前記導出孔 10dは、スプール11の摺動位置の如何に拘らずスプール室 10aの内部に常時連通された状態にある。
【0035】
以上の如く構成された可変絞り弁1は、前記導入孔 10bのハウジング10外への開口端を給油源に接続し、該給油源からの給油を導入する一方、前記導出孔 10dのハウジング外への開口端を圧油の排油先に接続し、該排油先への排油を導出するように、適宜の油圧回路(液圧回路)に介装して用いられる。この使用状態において前記導入孔 10bへの導入油は、該導入孔 10bに連通する絞り溝 10cと、スプール11外周の絞り溝 11cとの間の絞り部を通過し、該絞り溝 11cに連通するスプール11内側の挿通孔 11aを経てスプール室 10a内に流入し、該スプール室 10aの内部に開口する前記導出孔 10dを経て排油先に導出される。
【0036】
このように流れる圧油には、前記絞り部の通過に際し、該絞り部の絞り開度に応じて大小に変化する絞り抵抗が加わる。この絞り抵抗は、図1に示すように絞り開度が大なるときに小さく、図2に示すように絞り開度が小なるときに大きくなり、これらの間でのスプール11の摺動変位に応じて連続的に変化する。従って前記導入孔 10bの上流側には、前記シール筒16の側から前記ストッパプラグ13に向かうスプール11の摺動変位に応じて高くなる油圧を得ることができ、また前記導出孔 10dの下流側には、同向きの摺動変位に応じて逆に低くなる油圧を得ることができる。
【0037】
ここで、本発明に係る可変絞り弁1においては、スプール室 10a内部でのスプール11の摺動が、高精度での位置制御が可能なステッピングモータ12の回転を、前記押しばね14による予圧の付与下にて前記ねじ軸19外周のねじ溝 19aに沿って生じる送りベアリングRの転動により変換せしめて行われるから、この摺動に応じて前述の如く得られる油圧を精度良く実現することができ、各種の用途に好便に用いることができる。
【0038】
図5は、本発明に係る可変絞り弁1を備えるラックピニオン式の動力舵取装置の全体構成を示す模式図である。ラックピニオン式の舵取装置は、舵輪(ステアリングホイール)20の下側に同軸的に連設された舵輪軸2の下端にピニオン21を固設し、該ピニオン21を車体の前部に左右方向に延設されたラック軸22の中途部に噛合せしめてなり、舵取りのための舵輪20の回転をラック軸22の軸方向の摺動に変換し、該ラック軸22の両端に各別のナックルアームを介して連結された左右一対の操向車輪(一般的には前輪)23,23の向きを変えて舵取りを行わせる公知の構成を備えている。
【0039】
このような舵取動作を油圧により補助する動力舵取装置は、油圧源となる油圧ポンプPと作動油を収納する油タンクTとを循環する油圧回路の中途に、前記舵輪軸2の下部に構成された油圧制御弁3と、前記ラック軸22の中途部に構成された操舵補助用のパワーシリンダSとを配し、油圧ポンプPから供給される作動用の圧油を、舵輪20の操作に応じた油圧制御弁3の後述する動作によりパワーシリンダSに送給し、この送給に応じて該パワーシリンダSが発する油圧力(操舵補助力)により前記ラック軸22を軸長方向に押圧せしめ、該ラック軸22の摺動により前述の如く行われる舵取りを補助する構成となっており、本発明に係る可変絞り弁1は、前記油圧制御弁3の下流側に並設されている。
【0040】
図6は、前記油圧制御弁3の構成部分近傍の縦断面図である。図中2aは、中空の入力軸、同じく2bは、ピニオン軸であり、これらは、筒形をなすバルブハウジングH1 の内部に同軸上での回動自在に支承され、前記舵輪軸2の下部を構成している。入力軸2aの下端部は、ピニオン軸2bの上端部に適長内嵌されて相対回転自在に支持されており、これら両軸2a,2bは、入力軸2aの中空部に挿通されたトーションバー4を介して同軸的に連結されている。
【0041】
前記入力軸2aの上部は、バルブハウジングH1 の上部に適長突出され前記舵輪20に連結されている。またピニオン軸2bの下半部には、前記ピニオン21が形成してあり、該ピニオン21は、バルブハウジングH1 の下部に交叉するように配された前記ラック軸22に噛合させてある。
【0042】
而して、舵輪20が回動操作された場合、これに伴う舵輪軸2の回転が入力軸2a及びトーションバー4を介してピニオン軸2bに伝達され、これの下半部のピニオン21と噛合するラック軸22の軸長方向の摺動に変換されて舵取りが行われるが、このとき、入力軸2aとピニオン軸2bとの間には、トーションバー4の捩れを伴って舵輪20に加わる操舵トルクに応じた相対角変位が生じる。
【0043】
前記油圧制御弁3は、このように生じる相対角変位を利用して前記パワーシリンダSに送給される圧油を給排制御する動作をなすものであり、前記バルブハウジングH1 の内部に同軸回動自在に内嵌された円筒形のバルブボディー30と、これの内側に嵌合するバルブスプール31とを備えて構成されている。
【0044】
バルブボディー30は、その一側をピニオン軸2bの上端部外周に打設されたダウエルピン2cに係合させ、該ピニオン軸2bと共に回転するようになしてある。またバルブスプール31は、バルブボディー30の内側に嵌合する入力軸2aの中途部外周に一体的に構成されている。これにより、油圧制御弁3のバルブボディー30とバルブスプール31との間には、舵輪20の操作に伴って入力軸2aとピニオン軸2bとの間に生じる相対角変位、即ち、舵輪20に加わる操舵トルクの方向及び大きさに応じた相対角変位が生じる。バルブボディー30とバルブスプール31との嵌合周上には、前記相対角変位に応じて絞り面積を変える絞り部が並設されている。
【0045】
このような油圧制御弁3には、前記油圧ポンプPから供給される圧油が、バルブハウジングH1 の外側に開口するポンプポート32を経て導入されており、この圧油は、バルブボディー30とバルブスプール31との嵌合周上並ぶ前記絞り部の面積変化に応じてにより振り分けられて、バルブハウジングH1 に形成された一対のシリンダポート(図示せず)のいずれか一方に送出され、これらに接続されたパワーシリンダSの一方の油室SR (又はSL )(図7参照)に送給される。この圧油の送給に伴いパワーシリンダSは、他側の油室SL (又はSR )との間に生じる圧力差に応じた油圧力を発生し、前述した如く、この油圧力が操舵補助力としてラック軸22に加えられる。
【0046】
またバルブハウジングH1 の内側には、バルブボディー30の上部に位置し、タンクポート33を経て前記油タンクTに接続された還流室34が形成してあり、パワーシリンダSの前述した動作に伴って他側の油室SL (又はSR )から押し出される作動油は、対応するシリンダポートを経て油圧制御弁3に還流した後、前記還流室34及びタンクポート33を経て油タンクTに還流せしめられるようになしてある。
【0047】
本発明に係る可変絞り弁1は、前記還流室34の形成位置に対応するようにバルブハウジングH1 の外側に設けた取付け座35に前記ハウジング10を固定し、この取付け座35に互いに交叉するように設けた各別の連通孔36,37により、前記導入孔 10bを油圧制御弁3の外側に、前記導出口 10dを還流室34に夫々連通させて取付けられており、前述の如く油圧制御弁3に還流する作動油を導入孔 10bを経て受け入れ、内部の絞り部を通過せしめた後、導出孔 10dを経て還流室34に導出するように用いられている。なお図6においては、図面の煩雑化を避けるべく、可変絞り弁1における参照符号を主たる構成部品(ハウジング10、スプール11、ステッピングモータ12、ストッパプラグ13及び押しばね14)に限り、細部の参照符号を省略している。
【0048】
このような可変絞り弁1の駆動源となるステッピングモータ12には、特性制御のための制御部5からの動作指令が与えられている。該制御部5には、車両の走行速度を検出する車速センサ50、操向車輪23,23の操向角度を検出する舵角センサ51等、車両の走行状態を検出する各種のセンサの検出結果が与えられており、前記ステッピングモータ12は、これらの検出結果に基づき前記制御部5が発する動作指令に応じて駆動され、スプール11を摺動させて前記絞り部の絞り開度を増減するようになしてある。
【0049】
図7は、以上の如く構成された動力舵取装置の油圧回路図である。本図において油圧制御弁3は、油圧源たる油圧ポンプPと前記パワーシリンダSの一対の油室SL ,SR との間、及びこれらの油室SL ,SR と排油先となる油タンクTとの間に介装され、前記舵輪20に加わる操舵トルクに応じて相異なる向きに面積変化する各2個の絞り部S1 ,S2 として表され、前述の如く取付けられた可変絞り弁1は、前記油圧制御弁3と油タンクTとの間に介装され、走行状態に応じて面積変化する絞り部S3 として表される。
【0050】
以上の如く構成された油圧回路において、舵輪20の操作に応じて油圧制御弁3の一方の絞り部S1 の絞り面積が減少し、他方の絞り部S2 の絞り面積が増大した場合、前述の如く、油圧ポンプPから供給される圧油は、図中に矢符により示す如く前記絞り部S2 の側に連通するパワーシリンダSの油室SR に送給され、該パワーシリンダSは、油室SR から油室SL に向かう操舵補助力を発生する。
【0051】
一方、このようなパワーシリンダSの動作により他方の油室SL から押し出される作動油は、図中に矢符により示す如く油圧制御弁3に還流し、この還流部の一側にて絞り面積を増した絞り部S2 を経て同側に連通する油タンクTに還流する。この還流油は、前述の如く用いられた可変絞り弁1の絞り部S3 を通過することになり、該絞り部S3 の絞り抵抗が付与される結果、前記絞り部S2 の下流側の油圧、即ち、油圧制御弁3の背圧が前記絞り抵抗に応じて増大する。これにより、前記パワーシリンダSにおいては、前記油室SL の内圧が高くなり、この内圧と他方の油室SR への送給油圧との差圧により発せられる操舵補助力が制限される。
【0052】
従って、前記制御部5からの動作指令に応じた可変絞り弁1の絞り開度の増減を、車速センサ50により検出される車速の遅速に応じて大小となるように行わせれば、高速走行中には可変絞り弁1による絞り抵抗が大となり、パワーシリンダSが発生する操舵補助力が小となる結果、高速走行中に舵輪に加わるわずかな力により舵取りがなされて直進安定性が損なわれる不具合が解消され、逆に、低速走行中又は停止中には、可変絞り弁1による絞り抵抗が小となり、パワーシリンダS発生する操舵補助力が大となる結果、据え切りに際して操舵補助力が不足するという不具合が解消されて望ましい補助力特性を実現することができる。
【0053】
また可変絞り弁1の絞り開度の増減を、舵角センサ51により検出される舵角の大小を含む走行状態の検出結果に応じて行わせれば、車両の走行状態に細かく対応した一層望ましい補助力特性を実現することができる。また、本発明に係る可変絞り弁1は、前記油圧制御弁3の上流側に介装してもよく、これによっても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【0054】
また本発明に係る可変絞り弁1は、本願出願人による特開平8-159323号公報に開示されているように、バルブボディー30とバルブスプール31との嵌合周上に2組の絞り部を備えた特殊な油圧制御弁を備えた動力舵取装置において、一方の組の絞り部の下流側又は上流側に介装して用いることも可能であり、更に、以上の実施の形態に示すラックピニオン式の動力舵取装置に限らず、ボールねじ式等、他の形式の動力舵取装置においても、所望の補助力特性を得るべく全く同様に用いることができる。
【0055】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明の第1発明に係る可変絞り弁においては、軸長方向に摺動するスプールに略同軸をなして設けた保持室に送りベアリングを内嵌保持させ、この送りベアリングを、回転駆動源からの伝動により回動するねじ軸外周のねじ溝に周方向の一か所にて係合させた構成としたから、前記ねじ軸の回動から前記スプールの摺動への運動変換を、前記ねじ溝に沿って転動する送りベアリングの転がり抵抗下にて滑らかに、しかも高効率に行わせることができ、高精度での絞り開度の増減と回転駆動源の小型化とを併せて実現することが可能となる。
【0056】
また、スプールの軸心に対して偏心した位置に形成した挿通孔にねじ軸を挿通保持させたから、ねじ軸の回動によるスプールの滑らかな摺動を維持しながら、該スプールの連れ回りを専用の手段を用いることなく防止することが可能であり、構成の簡素化を図ることができる。
【0057】
また第2発明に係る可変絞り弁においては、スプールに軸長方向の一側から付勢力を加える付勢手段を備えたから、スプールに保持された送りベアリングとねじ軸外周のねじ溝との係合部に予圧を付与し、前述した運動変換を高精度に行わせることが可能となる。
【0058】
更に第3発明に係る動力舵取装置においては、操舵補助用の油圧アクチュエータに圧油を給排する油圧制御弁の下流側又は上流側に第1〜第2発明の可変絞り弁を並設し、この可変絞り弁の絞り開度を車両の走行状態に応じて増減する構成としたから、該可変絞り弁の絞り開度の増減により前記油圧制御弁の動作特性を補完して走行状態に適応した補助力特性を簡易に実現することが可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る可変絞り弁の構成を示す縦断面図である。
【図2】本発明に係る可変絞り弁の構成を示す縦断面図である。
【図3】スプールの内部へのねじ軸の挿通部分の拡大断面図である。
【図4】送りベアリングの動作説明図であり、
【図5】本発明に係る可変絞り弁を備えるラックピニオン式の動力舵取装置の全体構成を示す模式図である。
【図6】図5に示す動力舵取装置の油圧制御弁の構成部分近傍の縦断面図である。
【図7】図5に示す動力舵取装置の油圧回路図である。
【符号の説明】
1 可変絞り弁
2 舵輪軸
3 油圧制御弁
4 トーションバー
5 制御部
10 ハウジング
10c 絞り溝
11 スプール
11c 絞り溝
12 ステッピングモータ
13 ストッパプラグ
14 押しばね
19 ねじ軸
19a ねじ溝
20 舵輪
21 ピニオン
22 ラック軸
30 バルブボディー
31 バルブスプール
P 油圧ポンプ
S パワーシリンダ
T 油タンク[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention includes a cylindrical spool that slides in the axial length direction by transmission from a rotational drive source such as a stepping motor, and a throttle portion formed on a fitting periphery of the housing and the spool. The present invention relates to a variable throttle valve configured to increase or decrease the throttle area, and to a power steering apparatus using this variable throttle valve.
[0002]
[Prior art]
For the purpose of obtaining hydraulic pressure for operation to be supplied to various hydraulic pressure (mainly hydraulic pressure) actuators, variable throttle valves that are provided in the hydraulic pressure circuit and provide throttle resistance are widely used. . Many of the variable throttle valves of this type include a cylindrical spool that is slidably held in the axial direction inside a housing, and a throttle portion formed on a fitting circumference between the spool and the housing. The throttle opening is increased or decreased by sliding the spool, and a throttle resistance corresponding to the throttle opening is provided in the middle of the hydraulic circuit, and a desired hydraulic pressure is provided upstream or downstream of itself. And used to obtain a liquid amount.
[0003]
As one application of such a variable throttle, there is a hydraulic power steering device (power steering device) that assists steering of a vehicle with oil pressure. The hydraulic power steering device is provided in a steering mechanism of a vehicle to generate a steering assist force, and to supply pressure oil according to a steering torque applied to a steering wheel (steering wheel) for steering. A hydraulic control valve that performs a draining operation, and pressure oil for operation supplied from a hydraulic pump as a hydraulic power source is supplied to the hydraulic actuator via the hydraulic control valve. In response, the hydraulic pressure (steering assisting force) generated by the hydraulic actuator is applied to the steering mechanism to perform an operation to reduce the labor burden on the driver required for steering.
[0004]
In such a power steering apparatus, the correspondence relationship (auxiliary force characteristics) between the steering torque applied to the steered wheels and the steering assist force obtained in accordance therewith is uniquely determined by the operation characteristics of the hydraulic control valve. An assist force characteristic in which the steering assist force increases proportionally with an increase in the steering torque is obtained, but this assist force characteristic is not a preferable characteristic in actual steering of the vehicle.
[0005]
The steering of the vehicle is performed against the road surface reaction force acting on the steering wheel (generally the front wheel), and this road surface reaction force depends on the running conditions such as the vehicle speed and the steering angle. Change to large or small. Therefore, when the operation characteristic of the hydraulic control valve is selected when the steering is greatly stopped or stopped at a low speed, that is, when the road surface reaction force is large, the operation characteristics of the hydraulic control valve will be Steering is performed with a slight force applied, and there is a problem that the straight running stability is impaired.On the other hand, the operation characteristics are selected assuming that steering is performed at a low speed during high-speed driving, that is, when the road reaction force is small. In such a case, there arises a problem that a sufficient steering assist force cannot be obtained at the time of steering that requires a great amount of force, that is, so-called stationary.
[0006]
Various configurations have been proposed in the past for solving such problems and obtaining a good steering feeling regardless of the running state, such as the slow speed of the vehicle, the magnitude of the steering angle, etc. There is a power steering apparatus using the variable aperture described above. This power steering device is provided with the above-described variable throttle valve in the middle of a hydraulic circuit that returns from a hydraulic pump as a hydraulic source to an oil tank as a drain destination through the hydraulic control valve and hydraulic actuator. The throttle opening of the variable throttle valve is increased / decreased controlled based on the detection result of the running state such as the vehicle speed and the steering angle, and the hydraulic pressure and oil amount on the outlet side or the inlet side of the hydraulic control valve are changed, A desirable assisting force characteristic adapted to the running state is obtained.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the variable throttle valve used in the hydraulic power steering apparatus, in order to achieve a desired assist force characteristic with high accuracy, the sliding position of the spool is adjusted to increase or decrease the throttle opening. In order to meet this requirement, U.S. Pat. No. 4,730,687 discloses a stepping motor capable of controlling the rotational position with high accuracy as a driving source for sliding the spool. A variable throttle valve using a rotational drive source is used.
[0008]
However, this variable throttle valve connects a screw shaft to the output end of the stepping motor, while forming a screw hole in the axial center of the spool, and screwing the screw shaft into the screw hole. The rotation of the screw shaft due to the transmission of the shaft is converted into the sliding of the spool using the screwing of the screw hole screwed into the shaft, and the power loss accompanying this conversion is large, and it is used as a drive source. There is a problem that the stepping motor becomes larger.
[0009]
In addition, in order to smoothly slide the spool, it is necessary to secure an appropriate screwing gap between the screw shaft and the screw hole. In this case, the rotation control of the stepping motor is highly accurate. Even if it is realized, there is a problem that an error due to the gap occurs in the sliding position of the spool, and the desired position accuracy cannot be obtained, and when the screwing gap is made zero to solve this problem As a result, the power loss increases due to the increase in the frictional resistance at the screwing portion, and the stepping motor as a drive source is further increased in size.
[0010]
In particular, the variable throttle valve used in the hydraulic power steering device as described above does not require a connecting pipe to the hydraulic control valve, and the housing of the hydraulic control valve can be easily secured. However, the variable throttle valve provided with the large stepping motor as the driving means as described above has a problem that it is difficult to arrange the variable throttle valve in parallel with the hydraulic control valve.
[0011]
The present invention has been made in view of such circumstances, and by adopting a highly efficient motion conversion mechanism that converts the rotation of the rotational drive source into sliding in the axial direction of the spool with high accuracy, the smoothness of the spool is improved. That achieves the desired hydraulic pressure with high accuracy by using it in combination with various hydraulic circuits. Provides a variable throttle valve that can be operated, and further provides a power steering device that can realize auxiliary force characteristics adapted to the running state by arranging this variable throttle valve in parallel with a hydraulic control valve for supplying and discharging pressure oil. The purpose is to do.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The variable throttle valve according to the first aspect of the present invention is formed on the fitting circumference of a cylindrical spool fitted and held in the housing in the axial direction by transmission from a rotational drive source. In the variable throttle valve that increases or decreases the throttle opening of the throttle partThe spool has an insertion hole formed at a position eccentric with respect to the axial center of the spool, and a holding chamber which is continuously provided so as to increase the diameter of one side of the insertion hole so as to be substantially coaxial with the spool. AndConnected to the output end of the rotational drive source,InsertionA screw shaft inserted through the hole;Holding roomAnd a feed bearing in which an engagement protrusion provided on the inner peripheral surface of the screw is engaged with a thread groove on the outer surface of the screw shaft at one place in the circumferential direction. .
[0013]
In the present invention, when the screw shaft is rotated by transmission from a rotational drive source such as a stepping motor, a feed bearing is formed by engaging engagement protrusions provided on the inner peripheral surface of the screw shaft with a screw groove on the outer periphery of the screw shaft. The spool that holds the feed bearing is pressed by the axial component of the acting force applied along the inclination of the thread groove along with the rolling, and the spool is axially moved inside the housing. It slides, and the throttle opening degree of the throttle part formed between the housings is increased or decreased. At this time, the motion conversion from the rotation of the stepping motor to the sliding of the spool is performed smoothly and with high efficiency under the rolling resistance of the feed bearing.A holding chamber that holds the feed bearing is formed coaxially with the spool, and the screw shaft is inserted into an insertion hole that is eccentric to one side of the holding chamber, and the screw shaft rotates while maintaining smooth sliding of the spool. Spooling of the spool accompanying movement is prevented without providing a dedicated means.
[0016]
The first aspect of the present invention2The variable throttle valve according to the invention is the firstIn one inventionAn urging means for applying an urging force to the spool from one side in the axial length direction to reinforce the engagement between the thread groove and the feed bearing is provided.
[0017]
In the present invention, a biasing force directed to the other side is applied by a biasing means such as a spring that elastically contacts one side in the axial direction of the spool, and the feed bearing that is internally fitted and held in the spool is formed in the thread groove on the outer periphery of the screw shaft. By pressing, a preload is applied to the engaging portions of both, and the motion conversion described above is performed with high accuracy.
[0018]
Furthermore, the first of the present invention3A power steering apparatus according to the invention includes a hydraulic actuator that applies a steering assist force to a steering mechanism of a vehicle, and a hydraulic control valve that supplies and discharges pressure oil for operating the hydraulic actuator according to a steering operation. In the take-off device, the hydraulic control valve is interposed between the hydraulic pressure source or the oil discharge destination.According to the first or second inventionA variable throttle valve, and a control unit that increases or decreases the throttle opening of the variable throttle valve according to the traveling state of the vehicle.
[0019]
In the present invention, the first is provided between the hydraulic control valve that performs the supply and discharge operation of the pressure oil according to the steering operation with respect to the hydraulic actuator for assisting steering, and the hydraulic source or the oil discharge destination.Or the variable throttle valve of the second inventionThis variable aperture is interposedvalveThe throttle opening degree is increased / decreased controlled according to the traveling state of the vehicle, and the operating characteristic of the hydraulic control valve is changed to realize the assisting force characteristic adapted to the traveling state.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings illustrating embodiments thereof. 1 and 2 are longitudinal sectional views showing the configuration of a variable throttle valve according to the present invention.
[0021]
As shown in these drawings, the
[0022]
The opening on one side of the spool chamber 10a is sealed by a
[0023]
On the other hand, on the other side of the spool chamber 10a, a diameter-enlarged
[0024]
The output shaft of the stepping
[0025]
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a portion where the
[0026]
As shown in the figure, the feed bearing R is a ball bearing in which a large number of balls are interposed between an inner ring and an outer ring, and an engagement protrusion having a semicircular cross section is provided on the inner peripheral surface of the inner ring. . A screw groove 19a having a semicircular cross section is formed on the outer peripheral surface of the
[0027]
FIG. 4 is an operation explanatory view of the feed bearing R, and shows a cross section in a direction orthogonal to FIG. As described above, the feed bearing R is engaged with the screw groove 19a on the outer periphery of the
[0028]
Here, the insertion hole 11a through which the
[0029]
As described above, the
[0030]
On the other hand, the motion conversion from the rotation of the
[0031]
An
[0032]
FIG. 1 shows a state in which the
[0033]
As described above, the
[0034]
A lead-out
[0035]
In the
[0036]
The pressure oil flowing in this way is subjected to a throttle resistance that changes in magnitude according to the throttle opening of the throttle when passing through the throttle. This throttle resistance is small when the throttle opening is large as shown in FIG. 1, and is large when the throttle opening is small as shown in FIG. It changes continuously in response. Accordingly, on the upstream side of the
[0037]
Here, in the
[0038]
FIG. 5 is a schematic diagram showing an overall configuration of a rack and pinion type power steering apparatus including the
[0039]
A power steering apparatus that assists such a steering operation with hydraulic pressure is provided in the lower part of the
[0040]
FIG. 6 is a longitudinal sectional view of the vicinity of the components of the
[0041]
The upper part of the input shaft 2a is a valve housing H.1A suitable length protrudes from the upper part of the wheel and is connected to the
[0042]
Thus, when the
[0043]
The
[0044]
One side of the
[0045]
In such a
[0046]
Valve housing H1Is formed in the upper part of the
[0047]
The
[0048]
An operation command from the
[0049]
FIG. 7 is a hydraulic circuit diagram of the power steering apparatus configured as described above. In this figure, the
[0050]
In the hydraulic circuit configured as described above, one throttle portion S of the
[0051]
On the other hand, the operation of the power cylinder S causes the other oil chamber S to move.LThe hydraulic oil pushed out from the refrigerant flows back to the
[0052]
Therefore, if the increase / decrease of the throttle opening degree of the
[0053]
Further, if the throttle opening of the
[0054]
The
[0055]
【The invention's effect】
As described above in detail, in the variable throttle valve according to the first aspect of the present invention, the spool slides in the axial direction.The feed bearing is placed in a holding chamber that is substantially coaxial.Keep fit inside,thisSince the feed bearing is configured to engage with the thread groove on the outer periphery of the screw shaft rotated by transmission from the rotational drive source at one place in the circumferential direction, the sliding of the spool from the rotation of the screw shaft. Can be smoothly and efficiently performed under the rolling resistance of the feed bearing that rolls along the thread groove, and the throttle opening degree can be increased and decreased with high accuracy. It becomes possible to realize this together with downsizing.
[0056]
MaTheFormed at an eccentric position with respect to the spool axisSince the screw shaft is inserted and held in the insertion hole,By turning the screw shaftWhile maintaining smooth sliding of the spool,Prevent spool rotation without using any special meansIs possible andThe configuration can be simplified.
[0057]
The second2In the variable throttle valve according to the present invention, the spool is provided with a biasing means for applying a biasing force from one side in the axial direction to the spool. It is possible to perform the above-described motion conversion with high accuracy.
[0058]
In addition3In the power steering apparatus according to the invention, the first to first downstreams or upstreams of the hydraulic control valve that supplies and discharges the pressure oil to the steering assist hydraulic actuator.2Since the variable throttle valve of the present invention is arranged side by side and the throttle opening degree of the variable throttle valve is increased or decreased according to the running state of the vehicle, the operation of the hydraulic control valve is performed by increasing or decreasing the throttle opening degree of the variable throttle valve The present invention has an excellent effect such that it is possible to easily realize the assisting force characteristic adapted to the traveling state by complementing the characteristic.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a variable throttle valve according to the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a variable throttle valve according to the present invention.
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a portion through which a screw shaft is inserted into a spool.
FIG. 4 is an operation explanatory diagram of a feed bearing;
FIG. 5 is a schematic diagram showing an overall configuration of a rack and pinion type power steering apparatus including a variable throttle valve according to the present invention.
6 is a longitudinal sectional view of the vicinity of the components of the hydraulic control valve of the power steering apparatus shown in FIG.
7 is a hydraulic circuit diagram of the power steering apparatus shown in FIG. 5. FIG.
[Explanation of symbols]
1 Variable throttle valve
2 Rudder axle
3 Hydraulic control valve
4 Torsion bar
5 Control unit
10 Housing
10c Aperture groove
11 Spool
11c Aperture groove
12 Stepping motor
13 Stopper plug
14 Pressing spring
19 Screw shaft
19a Thread groove
20 helm
21 Pinion
22 Rack shaft
30 Valve body
31 Valve spool
P Hydraulic pump
S Power cylinder
T Oil tank
Claims (3)
前記スプールは、該スプールの軸心に対して偏心した位置に貫通形成された挿通孔と、該挿通孔の一側を拡径して、前記スプールと略同軸をなして連設された保持室とを有しており、
前記回転駆動源の出力端に連結され、前記挿通孔に挿通されたねじ軸と、
前記保持室に内嵌保持され、その内周面に周設された係合突起を前記ねじ軸外面のねじ溝に周方向の一か所にて係合させてある送りベアリングと
を備えることを特徴とする可変絞り弁。A variable throttle that increases or decreases the throttle opening of the throttle formed on the fitting circumference of a cylindrical spool that is fitted and held inside the housing, sliding in the axial length direction by transmission from a rotary drive source In the valve
The spool has an insertion hole formed at a position eccentric with respect to the axial center of the spool, and a holding chamber which is continuously provided so as to increase the diameter of one side of the insertion hole so as to be substantially coaxial with the spool. And
A screw shaft connected to the output end of the rotational drive source and inserted through the insertion hole;
A feed bearing that is fitted and held in the holding chamber , and is engaged with a thread groove on the outer surface of the screw shaft at one location in the circumferential direction. Characteristic variable throttle valve.
前記油圧制御弁と油圧源又は排油先との間に介装された請求項1又は請求項2に記載の可変絞り弁と、
該可変絞り弁の絞り開度を前記車両の走行状態に応じて増減制御する制御手段と
を備えることを特徴とする動力舵取装置。In a power steering apparatus comprising a hydraulic actuator that applies a steering assist force to a steering mechanism of a vehicle, and a hydraulic control valve that supplies and discharges pressure oil for operating the hydraulic actuator according to a steering operation,
The variable throttle valve according to claim 1 or 2 , wherein the variable throttle valve is interposed between the hydraulic control valve and a hydraulic pressure source or an oil discharge destination.
A power steering apparatus comprising: control means for increasing / decreasing the throttle opening of the variable throttle valve in accordance with the traveling state of the vehicle.
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