JPS61287862A - パワ−ステアリング装置の回転弁コア - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、パワーステアリングギヤの回転弁コア、特に
この弁コアがステアリングギヤに対する入力軸をなす型
式の回転弁コアに関するものである。

（従来の技術） このような回転弁の弁コアの外周は、ランド部によって
互いに分離された盲端を有する長手方向に延びる複数個
の溝孔を有するのが一般的である。

弁コアに弁スリーブを支承し、この弁スリーブの孔には
弁コアの溝孔に整合するが部分的に重なり合う同様の盲
端を有し長手方向に延びる溝孔を設け、弁コアおよび弁
スリーブのうちの一方の溝孔を他方のランド部の幅より
も幅広にし、弁コアと弁スリーブとの間に相対回転を生
じたとき開閉する長手方向に延びるオリフィスの組を生
ずるようにする。

弁コアおよび弁スリーブにおけるドルリ穿孔した通路並
びに弁スリーヲの周縁に形成した周溝はともに、弁コア
および弁スリーブにおける溝孔間のオイルを機関駆動の
オイルポンプとステアリングギヤに組み込んだ左右のア
シストシリンダとに連通させる作用を行う。

このようなすべてのことは、弁コアに組み込んだトーシ
ョンバーを使用するものを含めてパワーステアリングギ
ヤの設計技術においてよく知られている（例えば米国特
許第３０２２７２２号に記載されている）。トーション
バーはパワーアシストが必要でないとき弁コアおよび弁
スリーブをニュートラルな中心状態にバイアスする作用
を行う。

ドライバーからハンドルにトルクが加わると、トーショ
ンバーは変形し弁スリーブと弁コアをニュートラル状態
から相対回転させ、オイルを右および左のアシストシリ
ンダに指向させる。

弁素子のこのような相対回転はドライバにより加えられ
るトルクに直接比例し、溝孔の端縁が直線的であれば上
述のオリフィスの面積変化も線形変化し、このような弁
の技術においてよくしられているように、この結果とし
てアシストシリンダに加わる圧力上昇が指数関数的にな
る。このような弁により得られるアシスト特性は、従っ
て非線形傾向が強い。これに対してより複雑であるがか
つて広く使用されていだ液圧反作用（ｈｙｄｒａｕｌｉ
ｃｒｅａｃｔ　１ｏｎ）パワーステアリング弁により得
られるアシスト特性は操作範囲の大部分にわたり真に線
形を示す（ｒＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅｔｅｃｈｎｉｃｈｅ
　Ｚｅｉｔｓｃｈｒｉｆｔ７４Ｊ　、１９７２年第６２
頁参照）。液圧反作用弁の優れた機能に模擬動作する比
較的簡単なトーションバーを中心に配置した回転弁を製
造する手段は米国特許第３５９１１３６号に記載されて
いる。

この米国特許によれば、弁コアの溝孔の端縁は、弁の軸
線に対してほぼ半径方向に指向して形成され、弁コアの
長さ方向に沿って輪郭形成されており、弁素子の相対回
転の陳弁に沿って徐々に遮断を生ずる。この遮断の進行
段階は、面積変化の割合が指数関数的であり、従ってオ
イル圧の増加はドライバーがハンドルにトルクを加えた
ときの弁の回転に直接比例し、弁は液圧反作用弁の動作
特性に模擬動作する。

（発明が解決しようとする問題点） 閉止に近づき、弁が最大圧力に近い圧力で作動するとき
、限定された半径方向の深さのある短いポケットがオイ
ル流に対して開口するが、液圧反作用弁でみられるのと
同様にそれ以上弁素子が相対回転を続けると急激に閉じ
てしまう。従って、弁がニュートラルな直進走行領域に
あるときの弁の機能に関する液圧反作用弁の他の重要な
点を以下に説明するように上述の米国特許により形成し
た弁は不完全にしか模擬動作しない。

米国特許第３５９１１３６号に順する弁は、数年間にわ
たって一体ステアリングギヤに広く採用さていたが、最
近の優れたラックアンドピニオン型のパワーステアリン
グギヤに使用する場合十分満足のいく結果が得られない
ことがわかった。即ち、この米国特許に記載の型式の弁
調量は低圧力以外で作動するとき一シニーシューという
ヒスノイズが発生するためである。現在ラックアンドビ
ニオンステアリングギアはよくエンジンルームの隔壁に
直接取付けられており、このようなノイズは車の内部に
直接伝わり、ドライバの耳によ（聞こえる。

しかしこれらの雑音は、弁コアの溝孔の端縁の輪郭の設
計を変えて、オイル流が薄い「シート」または薄い「羽
根」のように流れるようにすることによって大幅１く低
減することができることがわかった。このことは高圧で
作動する弁コアの溝孔の端縁を、長さ全体にたりほぼ同
じ断面形状にし、数ミクロンの厚さの細長シートの形状
のオイルジェットを生ずるようにすることにって達成で
きる。

これは弁が高圧で作動し、上述の短いポケットのみが開
いているとき短くて厚味のあるオイルジェットを生ずる
米国特許第３５９１１３６号に記載の溝孔の端縁形状と
は異なる。「シート流」を使用してヒスノイズ抑止技術
の例としては、幾つかの日本製のステアリングギヤに見
られ、これらの溝孔の端縁は、弁コアに平行な回転軸線
を有する大きな円筒形研磨ホイールを弁コアの周縁にほ
ぼ正接させて溝孔の端縁に１個またはそれ以上の短い平
坦面を研削することよって弁軸線に沿って全長にわたり
研削するものである。

本発明によれば、面積遮断を指数関数的に変化させ、液
圧反作用型の弁に模擬動作するに必要な以下に述べる他
の幾何学的形状を有する弁コアの溝孔端縁を得るため、
弁コアの端縁には種々の特別な比例配分を必要とする。

先ず、指数関数的に面積を変化させることができる一定
断面の溝孔端縁は、介層縁の約０．６ｍｍにわたり延在
するスクロール状輪郭（ｓｃｒｏｌｌ−１１ｋｅｃｏｎ
ｔｏｕｒ）を設け、このスクロール状輪郭は、高圧端部
で弁の軸線にほぼ同心状となる表面に終端させる。

弁素子が直進走行領域に近づくときの弁素子の状態に対
応する輪郭の低圧端部においては、溝孔端縁は、表面に
対して約４５°の角度をなすようにする。第２に、液圧
反作用弁の急閉正特性に模擬動作させるために、弁の最
終閉止を急激に生ずるようにしなければならず、従って
高圧端部での輪郭の曲率は、閉止の割合がほぼゼロとな
っている点を越える部分で逆向きの曲率にしなければな
らない。

本発明による弁コアの好適な実施例によれば、直進走行
における弁の動作に関連する液圧反作用弁の特性を一層
改善することができる。この状況においては、ステアリ
ングギヤはほぼ全くブーストまたはアシストなく動作す
ることが望ましく、タイヤの自動アラインメント力がス
テアリングギヤによって打ち消されることがないように
し、ドライビング感覚を維持できるようにしなければな
らない。トーションバーを中心に配置した回転弁がこの
特性を模擬動作することができるようにするため、弁コ
アと弁スリーブの溝孔端縁により生ずるオリフィス面積
は、弁が中心状態にあるとき大きくし、弁素子の初期回
転ではこの面積が比例的に僅かな量しか変化しないよう
にしなければならない。しかし、このことは、トーシン
バーのねじれ量が大きくなってからアシストシリンダの
圧力が上昇してステアリングギヤが極めて容易にこれに
従動するようにし、直進走行ではステアリングギヤのレ
スポンスがないようにすることを意味する。このことは
液圧反作用弁が直進走行でも鋭敏なレスポンスを示すの
とは対照的であり、液圧反作用弁は、弁素子の極めて僅
かな回転でも非作用モードから作用モードに変化してし
まう。

（問題点を解決するための手段） 本発明はこのような従来技術の欠点を解決するため、少
なくとも２組の弁コア端縁が、端縁長さの大部分にわた
り弁コア軸線にほぼ平行に延在する輪郭を有するパワー
ステアリング装置の回転弁コアにおいて、前記輪郭が断
面で見て連続曲線を描き、この連続曲線における高作動
圧力領域の近傍の点では曲率半径が大きくかつ弁コアの
周縁にほぼ平行になり、弁がニュートラル状態にあると
き前記連続曲線に沿う隣接の弁スリーブランド部の端縁
に近接す点では徐々に半径が小さくなる曲線により弁コ
ア周縁に対して急峻勾配をなす形状にしたことを特徴と
する。

好適な実施例においては、低圧作動領域に向かう方向の
輪郭は、曲率が逆転し、弁コアの端縁輪郭が再び弁コア
周縁に平行に近似していく形状とする。

更に好適な実施例においては、弁のニュートラル状態で
は、どちらかの流れの方向に対して滑らかかつ連続的に
断面積が拡大するオリフィスをなすよう前記弁コアの端
縁輪郭が平行ではなくする。

（作用効果） 本発明による好適な実施例の弁コアは、弁表面に４５°
の角度をなして連続する上述した領域を越えて輪郭の湾
曲を再び弁表面に同心状にすることによって上述の従来
技術の欠点を回避する。好適には上述の領域においては
輪郭を例えば４５”の角度を見込む円弧とし、この円弧
の中心は、中心状態にある弁の弁スリーブの溝孔端縁に
隣接の弁コアの表面に近接するが、はみ出て溝孔相互が
重なる領域にずれて位置するものとする。輪郭が弁コア
の軸線に同心状になる点を越える部分では再び弁の軸線
に向かって湾曲させる。この構成によれば、弁スリーブ
の円筒形内面の下方における弁コアの端縁輪郭に「こぶ
」形状を与え、弁素子が中心状態から初期回転を行う際
、弁スリーブと弁コアとの間のギャップにより生ずる面
積は変化しないようになる。これにより直進走行状態で
は「ブースト」またはアシストが起こらない。しかしそ
れ以上での回転を行うと液圧反作用弁と同様にブースト
作用が急激に始まる。

更に、上述の輪郭を注意深く比例配分することにより、
直進走行領域にあるときオリフィスが最小断面を有する
短い領域を有し、この最小断面領域の両側では断面積が
徐々に大きくなる領域に連続するベンチュリとして作用
する形状にすることができ、この構成によれば、同一断
面を有する鋭利端縁よりも流体流に対する圧力低下がは
るかに少な（なる。このことにより弁の背圧を減少し、
ステアリング動作の主たるモードであるこの中心走行領
域におけるパワーステアリングポンプにより消費される
エネルギを節減することができる。

この背圧減少は上述のはみ出して重なり合う領域を大き
くとる（従来技術においては採用さている）ことなく達
成することができる。

本発明の好適な実施例においては、弁コアの溝孔端縁は
上述の高圧領域では３個の変曲点を有して滑らかに変化
する輪郭をとるものとし、低圧の中心領域では２個の変
曲点を有して滑らかに変化する輪郭を有するものとする
。後者の２個の変曲点は、中心に最小断面積領域があり
、その両側に徐々に断面積が拡大する領域があるベンチ
ニリ状のオリフィスをなすものとする。若干の弁回転後
にはこのベンチュリ状オリフィスが急激に閉じる。

この複雑な輪郭を形成する実用的な手段としては同時係
属出願である特願昭６０−２２０４７３号（「押付は加
工装置およびそのグイヘッド」）に記載されている。

上述の本発明により構成した弁の代表的なものとしては
、弁スリーブに６個の溝孔、弁コアに６個の溝孔を設け
、弁コアの溝孔の１２個の端縁のすべてに上述の輪郭を
形成する。（場合によっては、弁コンポーネントにおけ
る溝孔の組を２セット以上であればそれ以上多くしたり
少なくしたりしてもよい）。これら１２個の端縁の対は
、上述の弁スリーブおよび弁コアにドリル穿孔した通路
を経てポンプに対する流入ボートおよびリターンボート
、アシストシリンダに接続し、各対における第１端縁が
オイルのシリンダへの流入を制御し、各対における第２
端縁がシリンダからリターンボートへの流出を制御する
。従って３組の端縁のすべてが同時に並列的に作動する
。

当業界でよく知られているようにすべての端縁を同じ輪
郭に形成する必要はなく、ステアリングギヤが対称的な
作動が要求されことを除き、端縁　　。

輪郭が異なる弁を使用することもできる。

本発明が主目的とする弁コアの溝孔端縁の輪郭に関して
、輪郭の端縁から端縁即ち輪郭の長さに沿って形状を異
ならせることは最適な性能を損なう。しかし、上述の最
適な輪郭がいくつかの溝孔端縁ただし少なくとも２組（
４個の端縁）溝孔端縁の大部分に沿って形成されていれ
ば端縁の残りの部分にわたって好ましくない一般的な形
状であってもその性能損失は容認しうるちのである。好
ましい端縁輪郭の長さを少なくし、全長の残りの部分を
好ましくない形状にすると高圧動作の羽根状オリフィス
に求められる精度要求はそれ程必要でなくなる。しかし
、このような好ましくない一般的な形状の部分をベンチ
ニリ部分に組み込んでもよい。

（実施例） 次に、図面につき本発明の詳細な説明する。

弁ハウジング１にはポンプ流入ボート２およびポンプリ
ターンボート３と、右シリンダボート４および左シリン
ダポート５とを設ける（第１図参照）。この弁ハウジン
グ１を取付けるステアリングギヤハウジング６には、機
械的ステアリング素子、例えばビニオン７を設け、この
ピニオン７をボールレース８により支承し、シール９を
設ける。

３個の主要な弁素子として、弁コア１０、この弁コアに
支承した弁スリーブ１１およびトーションバー１２があ
る。このトーションバーの一端をピン１２ａにより弁コ
アに取付け、また他端をピン１２１１によりピニオン７
に取付ける。更に、入力軸としての弁コア１０の支承を
ブシュ１４により行う。弁スリーブ１１には環状の突出
部を設け、この突出部に溝孔１５を設け、この溝孔にビ
ニオン７から半径方向に突出するピン１６を掛合させる
。

弁コア１０および弁スリーブ１１の互いに整合する表面
に、それぞれ複数個の長手方向に延びる盲端を有する溝
孔１８．１９を設ける（第２図参照）。弁スリーブ１１
の外周面には、更に一連の軸線方向に互いに離れる周溝
１７ａ、　１７ｂ、　１７ｃを設け、これら周溝はシー
ルにより互いに分離する。弁コア１０の半径方向孔即ち
横孔２０により、−個おきの溝孔１８を弁コアの中心孔
１０ａに接続し、帰還オイルがポンプリターンポート３
に流れることができるようにする。

弁スリーブ１１の半径方向孔即ち横孔２１により弁コア
の残りの１個おきの溝孔１８を弁スリーブの中心の周溝
１７ｂに、従って流入ポート２に接続する。

弁スリーブの溝孔１９は半径方向孔即ち横孔２２により
周溝１７ａ、　１７ｃ、従ってシリンダポート４，５に
接続する。

第２図に示すように、図示のニュートラル状態では、弁
コアおよび弁スリーブのそれぞれにおける１２個の長手
方向に延びる溝孔１８．１９が１２個の細長のオリフィ
ス２３をなす形状にし、弁スリーブと弁コアの相対回転
によりオリフィスの面積が変化すようにする。

弁を操作してオイルを左右のシリンダポート４゜５に流
入させる方法は、この種の弁の技術分野でよく知られて
おり、弁の変調を改善する上での溝孔１８の端縁の整形
も慣用技術である。

第３図には、弁が中心状態にあるときの１２個のオリフ
ィス２３のうちの１個の輪郭の拡大縦断面図を示す。

溝孔１８からこのオリフヘス領域に流入するオイルは、
弁スリーブ端縁２５が弁コアの隣接の整形溝孔端縁に最
も接近する点２６において最小断面積を有し滑らかに狭
まっていくオリフィスまたはスロートに出合う。この点
を越えて角部２７にいたるまでこのオリフィスは、弁コ
アの溝孔端縁が弁スリーブの溝孔端縁２５の左側に位置
する点２８の周りの半径円弧として断面積が徐々に拡大
していく。

この通路はベンチスリオリフィスを構成し、このオリフ
ィスによるオイル流の収縮は、例えば点線２９で示した
形状を有する弁コアの溝孔端縁で見られる急峻な角度を
有するオリフィスよりもはるかに少ない。このような端
縁形状は先に述べた研削した弁に典型的なものである。

オリフィスがベンチュリ形状であるため、図示の状態に
おけるオイル流の収縮は、点２７−２５間の距離が点２
５−２６間の距離よりも大きいにもかかわらず、点線で
示す形状のものよりはるかに小さい。

これは、点線２９で示した型式の弁では境界層はがれが
４個所部ち角部２５の両側と角部２７の両側で生ずるの
対し、本発明により形成した弁では弁スリーブの溝孔の
角部２５の左側端縁でのみ生ずるためである。

ニュートラル即ち中心走行状態における弁を通過する圧
力低下は、直進高速走行におけるパワーステアリングポ
ンプにより消費されるエネルギに影響し、このエネルギ
は最小値に維持すべきこと勿論である。

弁素子の中心走行状態およびそれに近似する状態では点
２５−２６間の距離は一定であり、１２個のいかなるオ
リフィスにおける収縮量の変化はなく、従ってアシスト
シリンダにおける圧力上昇もない。

従ってこの操作領域では、液圧シアスト量はゼロとなる
。

弁スリーブ１１が反時計方向に十分相対回転すると、点
２７は図示の点２６がとるのと同じ距離だけ弁スリーブ
の溝孔端縁２５から離れた状態となり、べンチュリ効果
はなくなる。それ以上回転すると、オリフィス面積の急
激な減少を生じ、従ってオイル流の収縮は急激に増加し
、急激な圧力増加を生ずる。このとき弁コア１８の反対
側のオリフィス（図示せず）はオイル流に対してほとん
ど収縮を生ずることなく、増加した圧力で右側のアシス
トシリンダに流入する。このように図示のオリフィス輪
郭の設計は、上述の液圧反作用弁の２つの重要な特性を
満たす。即ち中心液圧アシストがゼロということと、回
転したときのアシスト量が急激に増加することである。

本発明の好適な実施例によれば、第３図の点２７の左側
の弁コアの輪郭は、第４図に示すように細長いスクロー
ル状にする。

弁スリーブの溝孔端縁２５は第３図に示す中心状態での
位置に対応し、２５ａは点２５−２６間の距離（第３図
参照）が点２５ａ−２７間の距離に等しくなるときの位
置に対応する。

弁スリーブの溝孔端縁２５ａのその後の順次の変位を点
２５ｂ、・・・・・・、２５ｅで示し、これら点におけ
る法線距離は、先ず２５ａで急激に減少し、輪郭３ｏが
弁コアの周縁に平行に近づく即ち弁コアの軸線に対して
同心状になる点２５ｅで緩慢に減少する。

点２５ａ、　　・・・２５Ｃにおける法線距離は、指数
関数的に減少し、オリフィスのこの高作動圧力領域での
圧力増加は弁スリーブ１１と弁コア１ｏの相対角度移動
に比例する。

このことにより、点２５ａに達して若干の相対回転閾値
を越えるとアシスト比が一定になる。従って第５図に示
すようになり、Ｐは左右シリンダにおける差圧を示し、
αはトーションバーの角度変位を示す。弁スリーブの溝
孔端縁２５ａの位置に対応する点３１ａに至までは差圧
Ｐの増加はほとんどない。この閾値を越えるとＰは点３
１に対するαの増加に比例して差圧Ｐが増加する。本発
明により形成した代表的な弁コアにおいては、端縁２５
が弁コアに接近する割合は、点２５ｂにおける１７０μ
ｍ／ｄｅｇ。

から弁コア表面に同心状となる点２５ｅにおける１５μ
ｍ／ｄｅｇ、まで減少する。

点２５が点２５ｆに接近するとき見られるように弁スリ
ーブ１１が更に一層相対回転すると、弁スリーブの端縁
２５と弁コアの溝の曲面３０との間の法線距離は再び急
激に減少し、第５図のライン３３で示すように差圧は急
激に増加する。

点２５ｄで操舵を停止したときでさえも、オリフィスは
この点の右側に徐々に拡大するオリフィスを有するため
、境界層のはがれ、従ってキャビテーションを引き起こ
す弁内のヒスノイズの発生を防止することができる。

第６図において、他の実施例を示し、この実施例におい
ては上述の弁の態様を、第６Ｂ図の断面図に示すように
、ハウジングの点３５．３６間における弁の輪郭の長さ
にわたってのみ適用したものである。点３６．３７間で
は断面は第６Ａ図に示すものとする。

【図面の簡単な説明】

第１図は、パワーステアリング装置の回転弁の縦断面図
、 第２図は、第１図の弁コアと弁スリーブを示すＡ−Ａ線
上の断面図、 第３図は、本発明による弁コアおよび弁スリーブのオイ
ル流のためのオリフィスをなす部分の拡大断面図、 第４図は、オリフィス部分の拡大断面図、第５図は、弁
の回転量と左右のアシストシリンダ間のオイルの差圧と
の関係を示すグラフ、第６図は、一点鎖線で示す弁スリ
ーブの端縁の半径方向内側に見える弁コアの溝孔の一方
の端縁の平面図、 第６Ａおよび６Ｂ図は、それぞれ第６図のＢ−Ｂ線およ
びＣ−Ｃ線上の断面図である。 １・・・弁ハウジング　　　２・・・流入ポート３・・
・リターンポート　　４，５・・・シリンダポート６・
・・ステアリングギヤハウジング ７・・・ピニオン　　　　　訃・・ボールレース９・・
・シール　　　　　　１０・・・弁コア１１・・・弁ｘ
リ−：７’　　　　　１２・・・トーションバー１４・
・・ブシュ　　　　　　１８．１９・・・溝孔１７ａ、
　１７ｂ、　１７ｃ　−−−周溝　２０．２１．２２・
＊孔２３・・・オリフィス 図面の浄１！Ｆ（内容に変更なし） Ｆ／（ｙ、５ 手　　続　　補　　正　　書（方式） 昭和６１年６月２５日 特許庁長官　　宇　　賀　　道　　部　　殿１、事件の
表示 昭和６１年特許願第６６０８５号 ２、発明の名称 パワーステアリング装置の回転弁コア ３、？＊正をする者 事件との関係　特許出願人 氏　名　　アーサー・アーネスト・ビショップ氏　名　
　クラウス・ニージン・ロースケ４、代理人 ６、補正の対象　　願書の「前記以外の特許出願人」の
欄、（１）訂正願書のとおり、特許出願人中「クラウス
・ニージンロースケ」の国籍を「ドイツ連邦共和国」に
訂正する。 （２）願書に最初に添付した図面の浄書（内容に変更な
し）８、添付書類の目録 （１）訂正願書　　　　１通

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも２組の弁コア端縁が、端縁長さの大部分
   にわたり弁コア軸線にほぼ平行に延在する輪郭を有する
   パワーステアリング装置の回転弁コアにおいて、前記輪
   郭が断面で見て連続曲線を描き、この連続曲線における
   高作動圧力領域の近傍の点では曲率半径が大きくかつ弁
   コアの周縁にほぼ平行になり、弁がニュートラル状態に
   あるとき前記連続曲線に沿う隣接の弁スリーブランド部
   の端縁に近接す点では徐々に半径が小さくなる曲線によ
   り弁コア周縁に対して急峻勾配をなす形状にしたことを
   特徴とする回転弁コア。 ２、低圧作動領域に向かう方向の輪郭は、曲率が逆転し
   、弁コアの端縁輪郭が再び弁コア周縁に平行に近似して
   いく形状としたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の回転弁コア。 ３、弁のニュートラル状態では、どちらかの流れの方向
   に対して滑らかかつ連続的に断面積が拡大するオリフィ
   スをなすよう前記弁コアの端縁輪郭が平行ではなくなる
   形状にしたことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記
   載の回転弁コア。 ４、高作動圧力領域の近傍の前記点を越える輪郭は弁コ
   アの周縁に向かって収斂する形状としたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１乃至３項のうちのいずれか一項に
   記載の回転弁コア。