JP3717293B2 - 動力舵取装置のサーボ弁 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
入力軸と出力軸とをトーションバーを介して連結した動力舵取装置のサーボ弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の動力舵取装置のサーボ弁では、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。
【０００３】
一方、非操舵時（直進走行時）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捩じれは、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。
【０００４】
そこで、従来、中立状態でのステアリング剛性を高めるために、入力軸を径方向に貫くプランジャを設け、走行状態に応じて外部からの油圧によってプランジャをトーションバーの軸方向中間部に押圧するようにした動力舵取装置のサーボ弁が提供されている（例えば、特公昭５３−４１８５１号公報および特公昭６１−４１７８７号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、プランジャに動作油圧を負荷する油圧機構や、この油圧機構の動作を走行状態に応じて制御する機構等が必要で、構造が非常に複雑なうえに、多大なスペースを要しサーボ弁が大型化するという問題があった。
そこで、本発明の目的は、簡単な構造で大型化を招くことなく中立時のステアリング剛性を確保できる動力舵取装置のサーボ弁を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための課題解決手段として、
請求項１記載の発明の態様は、筒状の第１軸と第２軸とをトーションバーによって連結する動力舵取装置のサーボ弁において、上記第１軸と一体回転可能に連結され、トーションバーの周囲を取り囲む筒状体と、この筒状体に形成された開口部と、上記トーションバーの軸方向中間部に径方向に沿って形成された収容孔に進退自在に収容され、付勢用のばね部材を含むプランジャとを備え、このプランジャの頂部は、非操舵時のトーションバーのねじり剛性を高めるように、上記ばね部材の付勢力によって上記開口部の縁部と弾性的に係合することを特徴とするものである。
【０００７】
この態様では、非操舵時にプランジャの頂部を筒状体の開口部の縁部に弾性的に係合させてトーションバーの軸方向中間部と第１軸、例えば入力軸とを連結することにより、トーションバー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。しかも、トーションバーのねじり剛性を高める機構をトーションバー自体に簡単な構造にて組み込むことができ、したがって動力舵取装置を大型化することなく所望の操舵性能を達成できる。
【０００８】
また、第１軸の内周面自体にプランジャと係合する凹部等を加工しようとすると、加工が非常に困難である。これに対して本態様では、第１軸内に組み込む前の筒状体に径方向に孔明け加工を施せば良いので、加工が非常に簡単となる。
なお、付勢用のばね部材を含むプランジャとは、ばね部材によって弾性的に付勢されて開口部の縁部に係合する場合のプランジャと、自身が弾性を持つ場合のプランジャとを含む趣旨である。また、第１軸は入力軸であっても出力軸であっても良い。
【０００９】
請求項２記載の発明の態様は、請求項１において、上記筒状体は、トーションバーの第１軸側固定端部に固定される固定部を含み、上記開口部は収容孔からのプランジャの抜脱を阻止する大きさを持つことを特徴とするものである。
この構成では、プランジャを収容孔に組み込んだトーションバーを、筒状体で覆ってユニット化することが可能となり、このユニット化により動力舵取装置の組立が容易となることを通じて製造コストを安価にすることができる。
【００１０】
請求項３記載の発明の態様は、請求項１又は２において、上記プランジャは、ばね部材としての圧縮コイルばねの少なくとも一部を入り込ませた筒体の頂部を開口部の縁部に係合させるものからなることを特徴とするものである。
圧縮コイルばねのセット荷重を増大させるためには、圧縮コイルばねの有効径を大きくして線径やセット時の撓み量を大きくすることが必要である。ところが、仮にプランジャとしてボールを用いる場合において、圧縮コイルばねの有効径を大きくするために収容孔の径を大きくすると、必然的にボール径が大きくなる結果、圧縮コイルばねの長さ方向に関してセットスペースが非常に狭くなり、逆に線径を小さくせざるを得なくなってセット荷重を高くすることができなくなる。
【００１１】
これに対して、本態様では、圧縮コイルばねを筒状のプランジャ内に入り込ませるようにしたので、収容孔の径をトーションバーのねじり応力の限界付近まで大きくしても、圧縮コイルばねのセット長を十分に長く確保できる。したがって、圧縮コイルばね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、トーションバーの捩じれ角が大きい領域にトーションバーのねじりトルクの変位点を設定できるようになる。
【００１２】
請求項４記載の発明の態様は、請求項１，２又は３において、上記収容孔はトーションバーの軸方向中間部を径方向に貫通しており、上記プランジャは一対が逆向きに配置されて互いの間に付勢用のばね部材を介在させていることを特徴とするものである。
この態様では、単一のばね部材によって一対のプランジャを互いに逆向きに働かせるので、トーションバーに不必要に曲げが生じることがない。
【００１３】
請求項５記載の発明の態様は、請求項１，２又は３において、上記収容孔は一対がトーションバーの軸方向に並んで設けられており、これら一対の収容孔にそれぞれ収容されたプランジャが、対応するばね部材によって互いに逆向きに付勢されるようにしてあることを特徴とするものである。
この態様では、別々の収容孔にそれぞれ収容された一対のプランジャをそれぞれ対応する一対のばね部材で付勢するので、２本のばね部材を並列で用いることになる結果、単一のばねで同じ収容孔に収容された一対のプランジャを付勢する場合と比較して、２倍のセット荷重を得ることができる。
【００１４】
請求項６記載の発明の態様は、請求項１ないし５の何れか一つにおいて、上記プランジャの頂部は、開口部の縁部との係合によって自身を開口部の中心に促すカム面を有し、プランジャの頂部の硬度を開口部の縁部の硬度よりも高くしてあることを特徴とするものである。
プランジャの作動をスムーズにするためには、ばね部材により付勢されたプランジャの頂部が開口部の縁部に係合することによって、プランジャの頂部を開口部の中心に促すためのカム状効果を持たせることが必要である。このカム状効果は、トーションバーの軸方向中間部と筒状体との間に回転変位が生じたときにプランジャを収容孔内にスムーズに後退させる効果をもたらす。ところで、開口部の縁部は筒状体の内周側となるので、この縁部に面取り加工を施すことは困難である結果、開口部の縁部はエッジ状となり易い。そこで、必然的にプランジャの頂部に傾斜状のカム面を設けることになる。
【００１５】
この場合において、仮に開口部の縁部の硬度がプランジャの頂部の硬度よりも高いと、プランジャの頂部のカム面が偏磨耗して傾斜角が変化し、傾斜角の変化したカム面に、エッジ状である開口部の縁部が食い込んでロックするおそれがある。ロックしてしまうと、トーションバーのいわゆる二段特性がなくなってしまい、また、筒状体が塑性変形を起こすことにもなる。
【００１６】
これに対して、本発明では、プランジャの頂部の硬度を相対的に高くしたので、プランジャの頂部が摩耗し難い結果、カム面の傾斜角を一定に維持することができる。また、開口部の縁部が摩耗しても、カム面の傾斜角になじむように（近づくように）摩耗するので、互いに食い込むようなことがなく、両者が係合するトーションバーの回転方向の位置（すなわちバルブ中立時の位置）を常に一定に維持することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施の形態としての動力舵取装置のサーボ弁の内部構成を示している。図１を参照して、このサーボ弁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、運転ハンドルはステアリングコラム（図示せず）を介して筒状の入力軸４に連結されている。
【００１８】
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。
【００１９】
ハウジング５内には、上記入力軸４と、上記ピニオン２を形成した出力軸６とが、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。
【００２０】
図１の要部の拡大図である図２を参照して、筒状の入力軸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、圧油をパワーシリンダへ給排する一方、非操舵時には圧油を例えばリザーバタンク側へ還流させる。
【００２１】
上記のトーションバー７の対向端部７ａ，７ｂは、ピン１０および圧入されたセレーション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は、軸方向中間部としての大径部１２を形成されている。この大径部１２には、一対のプランジャ１４，１４を進退自在に収容したプランジャ収容孔１３が径方向に貫通形成されている。これらのプランジャ１４，１４は、互いに逆向きに配置されていて両者の間には圧縮コイルばね１５が介在している。両プランジャ１４，１４は、バルブ中立時において、トーションバー７の軸方向中間部としての大径部１２を、後述する筒状体としてのトーションバーケース１６を介して入力軸４側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。
【００２２】
一方、トーションバー７の対向端部７ａ，７ｂの一方である入力軸４への固定端部７ａから、中間部としての大径部１２までは、筒状体としてのトーションバーケース１６によって覆われている。このトーションバーケース１６は、ピン１７によってトーションバー７の固定端部７ａに固定された第１の端部としての固定部２０を有している。これにより、トーションバーケース１６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２０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。
【００２３】
また、図２および図３を参照して、トーションバーケース１６は、大径部１２の周囲に沿う第２の端部としての拡径部１８を有しており、この拡径部１８には、上記一対のプランジャ１４，１４とそれぞれ係合する一対の開口部１９が貫通形成されている。これらの開口部１９は、非操舵時、すわなちバルブが中立状態にあるときに、プランジャ１４を係合させることができる位置に設けられている。また、各開口部１９は、プランジャ収容孔１３からのプランジャ１４の抜脱を阻止する大きさを持つ。すなわち開口部１９の径はプランジャ収容孔１３の径よりも小さくされている。
【００２４】
トーションバーケース１６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。
上記プランジャ１４は、圧縮コイルばね１５の少なくとも一部を入り込ませた筒体からなり、その頂部２１を上記開口部１９の係合部としての縁部２２に係合させるものからなる。プランジャ１４の頂部２１は、開口部１９の縁部２２と係合するカム面としての円錐面部２３と、この円錐面部２３の先端側に連続する球面部２４とを含んでいる。圧縮コイルばね１５により付勢されたプランジャ１４の傾斜した円錐面部２３が開口部１９の縁部２２に係合することにより、プランジャ１４を開口部１９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。カム面としての円錐面部２３の傾斜角度としては、例えば３５〜５５度の範囲、特に４５度が好ましい。
【００２５】
なお、プランジャ１４の頂部２１は、開口部１９の縁部２２と係合した状態で入力軸４の内周面との接触を回避してあるが、その理由は、入力時と反力時とのトルクのずれ、すなわちヒステリシスをなくすためである。
また、プランジャ１４の頂部をトーションバーケース１６よりも硬くしておくことが好ましい。例えばプランジャ１４の頂部の硬度をロックウェル硬さでＨＲＣ５５以上とし、トーションバーケース１６の硬度をＨＲＣ２５〜３０とすることが好ましい。上記の硬度を実現するため、プランジャ１４の頂部２１には焼き入れを施しておくことが好ましい。
【００２６】
本実施の形態によれば、以下の優れた利点がある。すなわち、
非操舵時（直進走行時）に圧縮コイルばね１５によって付勢されたプランジャ１４を開口部１９の縁部２２に係合させてトーションバー７の軸方向中間部と入力軸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。
【００２７】
しかも、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、ばね内蔵のプランジャ１４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、プランジャ１４を係合させるための係合部を、トーションバーケース１６に形成した開口部１９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内に組み込む前のトーションバーケース１６に径方向に孔明け加工を施して開口部１９を形成すれば良いので、入力軸４の内周面に直接加工を施す場合と比較して加工が非常に簡単になる。
【００２８】
また、圧縮コイルばね１５およびプランジャ１４，１４を組み込んだトーションバー７をトーションバーケース１６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、圧縮コイルばね１５を筒状のプランジャ１４内に入り込ませているので、プランジャ収容孔１３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、圧縮コイルばね１５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、圧縮コイルばね１５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４に示すように、トーションバー７の捩じれ角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。
【００２９】
また、単一の圧縮コイルばね１５によって一対のプランジャ１４，１４を互いに逆向きに働かせるので、トーションバー７に不必要に曲げが生じることがない。
また、トーションバーケース１６よりプランジャ１４の頂部２１の方が硬いため、プランジャ１４の頂部２１に形成されたカム面としての円錐面部２３は摩耗せず、トーションバーケース１６の開口部１９の縁部２２が摩耗することになり、その結果、両者の接触角を略一定を維持することができ、両者がロックするようなことがないと共に、上記のねじりトルクＴの変位点Ｂ，Ｃを略一定に維持することが可能となる。
【００３０】
次いで、図５は本発明の第２の実施の形態の要部を示している。同図を参照して、本実施の形態では、径方向に延びる一対のプランジャ収容孔２５，２６をトーションバー７の軸方向に並べて設け、各プランジャ収容孔２５，２６のそれぞれに、単一のプランジャ２７および単一の圧縮コイルばね２８を収容した。一対のプランジャ収容孔２５，２６は互いに逆向きに所定の深さを持つように形成されており、両プランジャ２７，２７は対応する圧縮コイルばね２８，２８によって互いに逆向きに付勢されている。
【００３１】
本実施の形態では、図１の実施の形態と同様の作用効果を奏することに加えて、２本の圧縮コイルばね２８，２８を並列で用いることになるので、単一の圧縮コイルばねを用いる場合と比較して、２倍のセット荷重を得られる。その結果、バルブ中立時のステアリング剛性を一層向上できる。
なお、上記第１および第２の実施の形態において、ボールプランジャを用いることも可能である。
【００３２】
また、上記第１および第２の実施の形態ではプランジャ１４，２７が入力軸４の内周面に接触しなかったが接触させても良い。さらに、プランジャを係合する凹部を入力軸の内周面に直接形成しても良い。
次いで、図６は第３の実施の形態を示している。この実施の形態はプランジャ自体が弾性を持つことを特徴としている。このプランジャ２９は、プランジャ収容孔１３に保持された本体部３０と、この本体部３０の端面に固定されたばね部材としての突面状の板ばね３１とを備えている。このプランジャ２９では、その頂部が板ばね３１により構成されており、板ばね３１が、筒状体としてのトーションバーケース１６の開口部１９の縁部２２に弾力的に係合する。
【００３３】
なお、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、例えばプランジャとしてボールプランジャを用いることも可能である。
また、上記各実施の形態ではプランジャ１４，２７が入力軸４の内周面に接触しなかったが接触させても良い。さらに、上記各実施の形態では、ラックアンドピニオン式の油圧式動力舵取装置に適用されたが、ボールねじ式の動力舵取装置や電動式の動力舵取装置にも適用可能である。その他、本発明の範囲で種々の変更を施すことができる。
【００３４】
【発明の効果】
請求項１記載の発明では、非操舵時にプランジャを用いてトーションバーの軸方向中間部を第１軸に連結し、これによりトーションバー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のねじり剛性を向上できる結果、バルブ中立時のステアリング剛性を向上できる。しかも、これを、トーションバー自体にばね部材内蔵のプランジャという簡単な構造を組み込むのみで、装置全体を大型化することなく実現できる。特にトーションバー単体でいわゆる２段特性が成立するためサーボ弁の中立位置にも何ら影響を受けないので、簡易なセンタ出し作業で組付けが可能である。また、第１軸内に組み込む前の筒状体に径方向に孔明け加工を施せば良いので、第１軸の内周面に加工を施す場合と比較して加工が非常に簡単となる。
【００３５】
請求項２記載の発明では、プランジャを収容孔に組み込んだトーションバーを、筒状体で覆ってユニット化することが可能となり、動力舵取装置の組立が容易となることを通じて製造コストを安価にすることができる。
請求項３記載の発明では、圧縮コイルばねからなるばね部材を筒状のプランジャ内に入り込ませているので、収容孔の径をトーションバーのねじり応力の限界付近まで大きくしても、ばね部材のセット長を十分長く確保できる。これにより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、トーションバーの捩じれ角が大きい領域にトーションバーのねじりトルクの変位点を設定できるようになる。
【００３６】
請求項４記載の発明では、単一のばね部材によって一対のプランジャを互いに逆向きに働かせるので、トーションバーに不必要に曲げが生じることがない。
請求項５記載の発明では、２本のばね部材を並列で用いることになるので、単一のばね部材を用いる場合と比較して、２倍のセット荷重を得られる結果、バルブ中立時のステアリング剛性を一層向上できる。
【００３７】
請求項６記載の発明では、プランジャの頂部が摩耗し難くカム面の傾斜角を一定に維持できるので、プランジャの頂部が開口部に食い込んでロックしてしまうようなことがなく、長期にわたって安定した作動を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態としての動力舵取装置のサーボ弁の内部構成を示す概略断面図である。
【図２】図１の要部の拡大図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図４】ステアリング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。
【図５】本発明の他の実施の形態としての動力舵取装置のサーボ弁の要部の断面図である。
【図６】本発明のさらに他の実施の形態としての動力舵取装置のサーボ弁の要部の断面図である。
【符号の説明】
４ 入力軸（第１軸）
６ 出力軸（第２軸）
７ トーションバー
７ａ 固定端部
９ バルブ機構
１０，１１ ピン
１２ 大径部（軸方向中間部）
１３ 収容孔
１４ プランジャ
１５ 圧縮コイルばね（ばね部材）
１６ トーションバーケース（筒状体）
１７ ピン
１８ 拡径部
１９ 開口部
２０ 固定部
２１ 頂部
２２ 縁部
２３ 円錐面部（カム面）
２５，２６ 収容孔
２７ プランジャ
２８ 圧縮コイルばね（ばね部材）
２９ プランジャ
３０ 本体部
３１ 板ばね（頂部，ばね部材）

Claims (6)

1. 筒状の第１軸と第２軸とをトーションバーによって連結する動力舵取装置のサーボ弁において、
   上記第１軸と一体回転可能に連結され、トーションバーの周囲を取り囲む筒状体と、
   この筒状体に形成された開口部と、
   上記トーションバーの軸方向中間部に径方向に沿って形成された収容孔に進退自在に収容され、付勢用のばね部材を含むプランジャとを備え、
   このプランジャの頂部は、非操舵時のトーションバーのねじり剛性を高めるように、上記ばね部材の付勢力によって上記開口部の縁部と弾性的に係合することを特徴とする動力舵取装置のサーボ弁。
2. 上記筒状体は、トーションバーの第１軸側固定端部に固定される固定部を含み、上記開口部は収容孔からのプランジャの抜脱を阻止する大きさを持つことを特徴とする請求項１記載の動力舵取装置のサーボ弁。
3. 上記プランジャは、ばね部材としての圧縮コイルばねの少なくとも一部を入り込ませた筒体の頂部を開口部の縁部に係合させるものからなることを特徴とする請求項１又は２記載の動力舵取装置のサーボ弁。
4. 上記収容孔はトーションバーの軸方向中間部を径方向に貫通しており、上記プランジャは一対が逆向きに配置されて互いの間に付勢用のばね部材を介在させていることを特徴とする請求項１，２又は３記載の動力舵取装置のサーボ弁。
5. 上記収容孔は一対がトーションバーの軸方向に並んで設けられており、これら一対の収容孔にそれぞれ収容されたプランジャが、対応するばね部材によって互いに逆向きに付勢されるようにしてあることを特徴とする請求項１，２又は３記載の動力舵取装置のサーボ弁。
6. 上記プランジャの頂部は、開口部の縁部との係合によって自身を開口部の中心に促すカム面を有し、
   プランジャの頂部の硬度を開口部の縁部の硬度よりも高くしてあることを特徴とする請求項１ないし５の何れか一つに記載の動力舵取装置のサーボ弁。

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