JP2005112131A - 動力舵取り装置用のサーボ弁 - Google Patents

Abstract

【課題】動力舵取装置用のサーボ弁において、トーションバーのねじり特性のヒステリシスを小さくして、操舵フィーリングを向上させること。
【解決手段】トーションバー７が入、出力軸間を連結する。入力軸に一体回転可能に固定されたスリーブ２１がトーションバー７の周囲を取り囲む。トーションバー７の軸方向中間部１２の大径部１３に収容孔１４を設ける。収容孔１４に進退自在に収容されたボールプランジャ１５をばね部材１６で進出方向に付勢する。ボールプランジャ１５のボール１８が転動しながらスリーブ２１の内周面２１ａの係合凹部２５にスムーズに係合し、また、スムーズに係合を解除する。トーションバー７のねじり剛性が高剛性と低剛性とに切り換わる。
【選択図】 図２

Description

本発明は入、出力軸間をトーションバーを介して連結した動力舵取装置のためのサーボ弁に関する。

この種の動力舵取装置用のサーボ弁では、運転者によって操作されるステアリングホイールに連結された入力軸と、例えばラックアンドピニオン機構を介して車輪に連結された出力軸との間をトーションバーを介して連結している。
そして、操舵時には、トーションバーが捩じられて生ずる入力軸と出力軸との間の相対変位に応じて圧油の流路を切り換え、パワーシリンダに給排して操舵補助力を得るようにしている。

高速走行時等でサーボ弁が中立状態にあるときには、入力軸側からの操作力によってトーションバーが捩じられることは少ないが、車輪からの僅かな力、例えば路面の凹凸又はタイヤのアンバランス等により発生する振動等による力が出力軸側から伝わることにより、僅かにトーションバーが捩じられる場合がある。このようにして生じたねじれは、サーボ弁を僅かに働かせることになり、走行方向を不安定にするおそれがある。これを解消するためには、中立位置近傍でのトーションバーのねじり剛性（ねじりに関するばね定数）を高くすることが好ましい。

一方、据え切り時にステアリング操作を軽くするためには、トーションバーのねじり剛性を低くして高い操舵補助力を得ることが好ましい。
そこで、従来、入力軸に固定されトーションバーの周囲を取り囲むスリーブと、スリーブに設けられた開口と、トーションバーの軸方向中間部に径方向に延びるように形成された収容孔に進退自在に収容されたプランジャと、プランジャを進出方向に付勢するばね部材とを備え、中立状態でプランジャをスリーブの開口の縁部に弾性的に係合させるサーボ弁が提供されている（例えば特許文献１）。

特許文献１では、中立位置近傍でのみトーションバーの剛性を高くすることにより、トーションバーのねじれ角に対するねじりトルクの変化特性を二段折れ特性にすることができるという利点がある。
特開平１１−５９４５４号公報

小型化の要求を満たすためにスリーブは比較的薄肉のものが採用されるので、スリーブの開口の縁部がエッジ状になり易い。このエッジ状の開口の縁部にプランジャが係合したり係合を解除したりするときのフリクションが大きくなる傾向にある。その結果、トーションバーのねじり剛性が変化するときに、ねじりトルクの変化特性のヒステリシスが大きくなり、操舵フィーリングが悪くなるという問題がある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、トーションバーのねじりトルク特性のヒステリシスを小さくして、操舵フィーリングを向上させることができる動力舵取装置用のサーボ弁を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、第１および第２の軸をそれぞれ連結する一対の端部を有するトーションバーと、トーションバーの周囲を取り囲み第１の軸と一体回転可能に連結されたスリーブと、スリーブの内周面に形成された断面湾曲状の係合凹部と、トーションバーの軸方向の中間部に径方向に沿って形成された収容孔と、収容孔に進退自在に収容されたプランジャと、プランジャを進出方向に付勢するばね部材とを備え、プランジャが、収容孔に摺動自在に収容され上記ばね部材により進出方向に付勢されたプランジャ本体と、転動体と、プランジャ本体に設けられ転動体を回転自在に保持する転動体保持部とを含み、トーションバーの所定のねじれ角範囲内でプランジャの転動体がスリーブの係合凹部に係合することでトーションバーのねじり剛性を増大させるようにしてあることを特徴とする。

本発明では、プランジャの転動体が転動しながらスリーブの断面湾曲状の係合凹部にスムーズに係合し、またスムーズに係合を解除することができる。したがって、トーションバーのねじり剛性が低剛性と高剛性との間で切り換わるときに生ずるトーションバーのねじりトルク特性のヒステリシスを小さくすることができ、その結果、操舵フィーリングを向上させることができる。

好ましくは上記転動体がボールを含む。この場合、いわゆるボールプランジャとして機能することで、よりスムーズに係合凹部に係合したり係合解除したりすることができ、したがって、トーションバーのねじり剛性の切り換わり時に生ずるねじりトルク特性のヒステリシスをより小さくすることができ、その結果、操舵フィーリングをより向上させることができる。

上記係合凹部が、ばね部材と共働して転動体を係合凹部の中心に導くためのカム面を含む場合には、転動体を係合凹部に安定して係合させることができる。
上記転動体保持部が、プランジャ本体の一端の壁部に設けられ転動体を回転自在に受ける受け凹部を含む場合には、転動体保持部の構造を簡単にでき、製造コストを安くすることができる。さらに、上記受け凹部が転動体をプランジャ本体の中心に導くためのカム面を含む場合には、プランジャ本体に転動体を安定して保持することができる。

以下、本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態としての動力舵取装置用のサーボ弁を示している。図１を参照して、本サーボ弁１は、ピニオン２により駆動されるラックバー３を備えたラックアンドピニオン式の動力舵取装置に適用されており、第１の軸としての筒状の入力軸４には、図示しないステアリングホイールが連結されている。

上記のラックバー３は、操舵補助力を発生する油圧アクチュエータとしてのパワーシリンダのピストンロッドを兼用している。このピストンロッドの両端には図示しないタイロッドが連結されている。そして、入力軸４に加えられるステアリングホイールからの操作力がピニオン２に伝達され、このピニオン２の回転により、ラックバー３を介してタイロッドが図示しない操舵車輪の向きを変えるようになっている。

上記第１の軸としての入力軸４と、上記ピニオン２を形成した第２の軸としての出力軸６とは、ハウジング５内に図示しない軸受を介して回転可能に支持されている。これら入力軸４と出力軸６とはトーションバー７によって相対回転可能に連結されている。ハウジング５については、入力軸４を収容した上部ハウジングのみを示し、ピニオン２を収容した下部ハウジングの図示は省略してある。

図１の要部の拡大図である図２を参照して、入力軸４は、出力軸６と一体回転可能に連結されたバルブスリーブ８によって包囲されており、これらに溝や油路が形成されることによって、ポンプ等の圧力源からの圧油をパワーシリンダの一対の油室に給排して操舵補助力を発生させる公知のロータリー型のバルブ機構９が構成されている。このバルブ機構９では、操舵時に入力軸４とバルブスリーブ８とが相対回転することによって、流路が制御されて、パワーシリンダの一方の油室へ圧油を供給する一方、他方の油室からの油を例えばリザーバタンクへ還流させる。

上記のトーションバー７の一対の端部７ａ，７ｂは、対応するピン１０およびピン１１によって入力軸４および出力軸６にそれぞれ一体回転可能に連結されている。また、トーションバー７の一対の端部７ａ，７ｂ間の中間部１２（軸方向中間部）には、大径部１３が形成されている。この大径部１３には、トーションバー７の径方向に延びる有底の収容孔１４が形成されている。この収容孔１４には、プランジャとしてのボールプランジャ１５が進退自在に収容されている。

図２、図３および図４を参照して、収容孔１４には、ボールプランジャ１５を進出方向に付勢するばね部材１６が収容されている。ボールプランジャ１５は筒状をなすプランジャ本体１７とプランジャ本体１７により保持される転動体としてのボール１８とを含む。プランジャ本体１７の一端１７ａは壁部１９により閉塞され、他端１７ｂは開放されている。プランジャ本体１７の壁部１９の表面には、ボール１８を回転自在に受けて保持するための転動体保持部としての受け凹部２０が設けられている。受け凹部２０は例えば円錐面からなるカム面２０ａを含み、カム面２０ａの働きで、転動体としてのボール１８をプランジャ本体１７の中心に保持しようとするカム状効果が得られるようになっている。

ばね部材１６は例えば圧縮コイルばねからなり、その大部分が筒状のプランジャ本体１７内に収容される。ばね部材１６は、収容孔１４の底部１４ａとプランジャ本体１７の壁部１９との間に介在し、プランジャ本体１７を進出方向に弾性的に付勢する。
ボールプランジャ１５は、バルブ中立時において、トーションバー７の軸方向中間部１２の大径部１３を、後述するスリーブ２１を介して入力軸４に連結させてトーションバー７のねじり剛性を高めるためのものである。スリーブ２１としては、例えば一般の配管用炭素鋼管をプレス加工したものをコスト安価に用いることができる。

入力軸４に一体回転可能に連結されているトーションバー７の端部７ａから、トーションバー７の軸方向中間部１２の大径部１３までは、スリーブ２１によって覆われている。このスリーブ２１は、ピン２２によってトーションバー７の端部７ａに固定された第１の端部としての固定部２３を有している。これにより、スリーブ２１は実質的に入力軸４と一体に回転するようにしてある。なお、上記の固定部２３では、トーションバー７の外周に対してろう付け等を施すことにより連結強度を向上させることもできる。

また、スリーブ２１は、大径部１３の周囲に沿う第２の端部としての拡径部２４を有している。スリーブ２１の内周面２１ａには拡径部２４に対応して、ボールプランジャ１５のボール１８と係合する係合凹部２５が形成されている。係合凹部２５は、非操舵時、すなわちバルブが中立状態にあるときに、ボールプランジャ１５のボール１８を係合させることができる位置に設けられている。

係合凹部２５はスリーブ２１の内周面２１ａの周方向の一部に形成される。係合凹部２５は丸形をなし、例えばボール１８と同径の球面部２６を含むとともに、球面部２６の周囲には円錐面からなるカム面２７を含む。スリーブ２１の内周面２１ａが円錐面からなるカム面２７を介して係合凹部２５の中心の球面部２６に滑らかに連続するようになっている。

ばね部材１６により付勢されたボールプランジャ１５のボール１８がカム面２７に係合することにより、ボール１８を係合凹部２５の中心である球面部２６に保持しようとするカム状効果が得られるようになっている。カム面２３の傾斜角度としては、例えば３０〜１２０度の範囲、特に６０度が好ましい。
トーションバー７のねじり剛性を高めるための構成を換言すると、スリーブ２１の係合凹部２５がボールプランジャ１５を介してトーションバー７の軸方向中間部１２の大径部１３を把持していることになる。ボール１８には焼入れを施しておくことが耐久性を向上させるうえで好ましい。

さらにスリーブ２１よりもボール１８の硬度を高くしておくことで、スリーブ２１の方が摩耗して両者の接触角が略一定を維持し、後述するねじりトルクの変位点を略一定に維持することが可能となる。
本実施形態によれば、以下の優れた利点がある。すなわち、
非操舵時である直進走行時、例えば高速走行時に、ばね部材１６によって付勢されたプランジャ本体１５のボール１８を係合凹部２５に係合させてトーションバー７の軸方向中間部１２と入力軸４とを連結する。これにより、トーションバー７のねじりに関与する有効長さを短くしてトーションバー７のねじり剛性を高めることができる。したがって、非操舵時すなわちバルブ中立時のステアリング剛性を高めることができる。

また、操舵時には、ボール１８と係合凹部２５の係合を解除して、トーションバー７のねじりに関与する有効長さを長くし、トーションバー７のねじり剛性を低くすることができる。したがって、特に据え切り時に、トーションバー７のねじれ量を大きく確保して高い操舵補助力を得ることができ、その結果、据え切り時のステアリングホイールの操作力を軽くすることができる。

しかも、ボールプランジャ１５のボール１８が転動しながらスリーブ２１の係合凹部２５に係合したり、係合を解除したりするので、図５に示すＢ点やＣ点でトーションバー７のねじり剛性が低剛性と高剛性との間で切り換わるときに生ずるトーションバー７のねじりトルク特性のヒステリシスを小さくできる結果、操舵フィーリングを向上させることができる。いわゆるフリクション感のない操舵フィーリングを達成することができる。

係合凹部２５が、ばね部材１６と共働してボール１８を係合凹部２５の中心に導くための円錐面からなるカム面２７を含むので、ボール１８を係合凹部２５の中心である球面部２６に安定して係合させることができる。
転動体保持部として、プランジャ本体１７の一端１７ａの壁部１９にボール１８を回転自在に受ける受け凹部２０を含むので、転動体保持部の構造を簡単にでき、製造コストを安くすることができる。さらに、上記受け凹部２０がボール１８をプランジャ本体１７の中心に導くためのカム面２０ａを含むので、プランジャ本体１７にボール１８を安定して保持することができる。

また、トーションバー７のねじり剛性を高める機構をトーションバー７自体に、ばね部材内蔵のボールプランジャ１５という簡単な構造にて組み込むことができ、したがって、サーボ弁１を大型化することなく所望の操舵性能を達成することができる。
また、ボールプランジャ１５を係合させるための係合部を、スリーブ２１の内周面２１ａに形成した係合凹部２５により構成したので、加工が非常に簡単になる。というのは、この場合、入力軸４内に組み込む前のスリーブ２１にプレス加工を施して係合凹部２５を形成すれば良く、加工が簡単である。

また、ばね部材１６およびボールプランジャ１５を組み込んだトーションバー７をスリーブ２１で覆ってユニット化することが可能となり、サーボ弁１の組立が容易となる結果、製造コストを安価にすることができる。
また、ばね部材１６の大部分を筒状のプランジャ本体１７内に入り込ませているので、収容孔１４の径をトーションバー７のねじり応力の限界付近まで大きくしても、ばね部材１６のセット長として十分な長さを確保することができる。結果として、ばね部材１６の線径や撓み量を多く確保してセット荷重を大きくすることができ、ひいては、図５に示すように、トーションバー７のねじれ角θがより大きい領域にトーションバー７のねじりトルクＴの変位点Ｂ，Ｃを設定できるようになる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、例えば、図６に示すように、トーションバー７の軸方向中間部１２の大径部１３にトーションバー７の径方向に沿って互いに逆向きに形成された一対の収容孔１４をトーションバー７の軸方向に相互に離隔するように並べて設け、各収容孔１４のそれぞれにボールプランジャ１５を収容し、さらに各収容孔１４にそれぞれ対応するボールプランジャ１５を互いに逆向きに付勢するばね部材１６を収容しても良い。この場合、各ばね部材１６が対応するボールプランジャ１５を互いに逆向きに付勢するので、トーションバー７に不必要に曲げが生じることがないという利点がある。

また、転動体としてボール１８に代えて、トーションバー７の軸線に平行な軸線を有する円筒ころを用いても良い。この場合、転動体保持部としての受け凹部２０はＶ字形形状の溝により形成すれば良く、また、係合凹部としては、その中央に円筒ころと同径の円筒面部を設け、この円筒面部の端部とスリーブの内周面を滑らかに接続する傾斜面部を設けるようにすれば良い。

本発明の一実施の形態の動力舵取装置用のサーボ弁の内部構成を示す概略断面図である。 図１の要部の拡大図である。 図２の要部の拡大図である。 図３のIV−IV線に沿う断面図である。 トーションバーのねじれ角とねじりトルクの関係を示すグラフ図である。 本発明の別の実施の形態の動力舵取装置用のサーボ弁の要部の拡大断面図である。

符号の説明

１ サーボ弁
２ ピニオン
３ ラックバー
４ 入力軸（第１の軸）
５ ハウジング
６ 出力軸（第２の軸）
７ トーションバー
８ バルブスリーブ
９ バルブ機構
１２ 軸方向中間部
１３ 大径部
１４ 収容孔
１４ａ 底部
１５ ボールプランジャ（プランジャ）
１６ ばね部材
１７ プランジャ本体
１７ａ 一端
１７ｂ 他端
１８ ボール（転動体）
１９ 壁部
２０ 受け凹部（転動体保持部）
２０ａ カム面
２１ スリーブ
２１ａ 内周面
２４ 拡径部
２５ 係合凹部
２６ 球面部
２７ カム面

Claims (5)

1. 第１および第２の軸をそれぞれ連結する一対の端部を有するトーションバーと、
   トーションバーの周囲を取り囲み第１の軸と一体回転可能に連結されたスリーブと、
   スリーブの内周面に形成された断面湾曲状の係合凹部と、
   トーションバーの軸方向の中間部に径方向に沿って形成された収容孔と、
   収容孔に進退自在に収容されたプランジャと、
   プランジャを進出方向に付勢するばね部材とを備え、
   プランジャが、収容孔に摺動自在に収容され上記ばね部材により進出方向に付勢されたプランジャ本体と、転動体と、プランジャ本体に設けられ転動体を回転自在に保持する転動体保持部とを含み、
   トーションバーの所定のねじれ角範囲内でプランジャの転動体がスリーブの係合凹部に係合することでトーションバーのねじり剛性を増大させるようにしてあることを特徴とする動力舵取装置用のサーボ弁。
2. 請求項１において、上記転動体はボールを含むことを特徴とする動力舵取装置用のサーボ弁。
3. 請求項１又は２において、上記係合凹部が、ばね部材と共働して転動体を係合凹部の中心に導くためのカム面を含むことを特徴とする動力舵取装置用のサーボ弁。
4. 請求項１，２又は３において、上記転動体保持部が、プランジャ本体の一端の壁部に設けられ転動体を回転自在に受ける受け凹部を含むことを特徴とする動力舵取装置用のサーボ弁。
5. 請求項４において、上記受け凹部が転動体をプランジャ本体の中心に導くためのカム面を含むことを特徴とする動力舵取装置用のサーボ弁。

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