JP5124426B2 - 油圧式パワーステアリング用コントロールバルブ - Google Patents

Description

本発明は、例えば車両に適用される油圧式パワーステアリング装置に用いられ、該油圧式パワーステアリング装置のいわゆるパワーシリンダに供給する作動油量を制御する油圧式パワーステアリング用コントロールバルブの改良に関する。

従来の油圧式パワーステアリング用コントロールバルブとしては、例えば以下の特許文献１に記載されたラックピニオン式ステアリング装置に適用された油圧式パワーステアリング用コントロールバルブが知られている。

概略を説明すれば、このコントロールバルブは、一端が開口形成されたハウジング内に収容されていて、一端がステアリングホイールに連係された入力軸と、一端がトーションバーを介して入力軸に相対回転可能に連結され、他端が転舵輪に連係された出力軸と、の相対回転に基づき、トーションバーの捩れ量に応じて外部の油圧源から供給される作動油をパワーシリンダの各圧力室へ選択的に供給するようになっている。

また、前記ハウジングの一端開口部には、当該開口部を閉塞するカバー部材が設けられていると共に、このカバー部材の内周側には、入力軸を回転自在に支持するボールベアリングが収容保持されている。そして、前記カバー部材は、ハウジングの開口端面に、複数のボルトによって固定されている。

このようにして、前記コントロールバルブでは、入力軸をカバー部材とボールベアリングとを介してハウジングによって支持する構成を採用したことにより、該入力軸の支持安定性の向上が図れ、車両の振動により入力軸に径方向の荷重が作用した場合でも、該入力軸の径方向の撓み変形を抑制することが可能となっている。
特開２００５−２２５３７０号公報

しかしながら、前記従来のコントロールバルブにあっては、ボールベアリングを保持するカバー部材がハウジングにボルトによって固定されていることから、カバー部材に収容されるボールベアリングの軸心は、ハウジングのねじ部の加工精度やカバー部材の組み付け精度に依存することになる。

このため、カバー部材のボールベアリング収容部と、ハウジングの第１軸受収容部と、の軸心ずれの要因が多く、当該両軸心を一致させることが困難であって、入力軸を適正に支持することができないという技術的課題を招来していた。

本発明は、かかる技術的課題に着目して案出されたものであって、入力軸を適正に支持しつつ当該入力軸の撓み変形を抑制し得る油圧式パワーステアリング用コントロールバルブを提供するものである。

本願発明は、一端が開口形成されたハウジング内に収容され、入力軸と出力軸との相対回転に基づきトーションバーの捩れ量に応じて外部の油圧源から供給される作動油をパワーシリンダの各圧力室へ選択的に供給するバルブ要素と、前記ハウジングの一端開口部を閉塞すると共に内周部によって入力軸を支持する支持部材と、を備えた油圧式パワーステアリング用コントロールバルブであって、前記支持部材に圧入部を設け、該支持部材を、前記圧入部を介して前記ハウジングの一端開口部から圧入したことを特徴としている。

この発明によれば、入力軸を支持する支持部材をハウジングに圧入することにより、該支持部材とハウジングを一体的に構成し、支持部材とハウジングの軸心を限りなく一致させることが可能となり、入力軸を支持部材によって適正に支持することができる。

以下、本発明に係る油圧式パワーステアリング用コントロールバルブを、いわゆるラックピニオン式ステアリング装置に適用した実施の形態を図面に基づいて説明する。

まず、本発明に係るコントロールバルブが適用されるパワーステアリング装置について説明すれば、図１に示すように、一端が図外のステアリングホイールに連係された入力軸１と、該入力軸１の他端にトーションバー２を介して連結され、先端側外周にピニオン歯３ａを有する出力軸３と、軸方向の所定範囲にピニオン歯３ａに噛合するラック歯４ａを有し、車体幅方向に延出して両端が図外のナックルを介して左右の転舵輪に連係されたラック軸４と、該ラック軸４をピストンロッドとして構成されたパワーシリンダ５と、該パワーシリンダ５内を循環する作動油を貯留させるリザーバタンク６と、該リザーバタンク６から作動油を吸い上げてこれをパワーシリンダ５へと圧送するオイルポンプ７と、トーションバー２の捩れをもって入力軸１と出力軸３とが相対回転することによって開閉して、前記両軸１，３の相対回転量（前記トーションバー２の捩れ量）に応じてパワーシリンダ５に供給する作動油量を制御するコントロールバルブ１０と、を備えている。

そして、かかる構成に基づき、前記パワーステアリング装置は、ステアリングホイールに追従して回転する出力軸３の回転に伴ってラック軸４が軸方向へ移動することによって転舵輪の向きが変更され、その際に、コントロールバルブ１０によって運転者の操舵操作に基づくステアリングホイールの回転トルクに応じた油圧がパワーシリンダ５内に作用することにより、運転者の操舵操作が補助されるようになっている。

前記入力軸１は、ほぼ筒状を呈し、内周側にトーションバー２が挿通するようになっていて、該トーションバー２の一端部が入力軸１の一端部にピン８により連結されている。また、入力軸１は、一端が開口形成されたハウジング１１内に他端側が収容されていると共に、該入力軸１の他端側には、ハウジング１１に内においてコントロールバルブ１０の一部を構成する第１ロータ１ａが一体に形成されている。

前記出力軸３は、全体がハウジング１１内に収容され、該ハウジング１１内に収容保持された第１軸受９ａ、第２軸受９ｂ及び第３軸受９ｃによって一端部、中間部及び他端部がそれぞれ回転自在に支持されている。また、出力軸３の一端側には、ほぼ有底円筒状を呈し、ハウジング１１内において第１ロータ１ａと協働してコントロールバルブ１０を構成する第２ロータ３ｂが一体に形成されている。この第２ロータ３ｂは、入力軸１の第１ロータ１ａに被嵌して、第１ロータ１ａに対し径方向に重合することにより、該第１ロータ１ａと共にコントロールバルブ１０を構成している。

前記パワーシリンダ５は、ほぼ円筒状に形成されたシリンダチューブ５ａと、該シリンダチューブ５ａ内に軸方向へ移動可能に設けられたピストン５ｂと、該ピストン５ｂの外周に嵌着された図外のピストンシールと、を備えていて、ピストンシールによってシリンダチューブ５ａ内が図５中の左側の第１圧力室Ｐ１と右側の第２圧力室Ｐ２とに隔成されている。

すなわち、前記パワーシリンダ５は、前記各圧力室Ｐ１，Ｐ２のうち、ラック軸４を推進する側の圧力室にオイルポンプ７から吐出された作動油が供給され、反対側の圧力室内の作動油がリザーバタンク６へと排出されることにより、前記両圧力室Ｐ１，Ｐ２の間に発生した差圧に基づく推進力をラック軸４に付与するようになっている。

前記コントロールバルブ１０は、図１及び図２に示すように、ハウジング１１の内部において前記一端開口部１１ａに対し段差縮径状に形成されて該一端開口部１１ａに臨むように設けられたバルブ収容室１１ｂ内に収容され、第１ロータ１ａと第２ロータ３ｂとからなるバルブ要素１２と、前記一端開口部１１ａから圧入され、この一端開口部１１ａを閉塞しつつ内周側において入力軸１を回転自在に支持する支持部材１３と、前記一端開口部１１ａの内周面において開口側の所定の軸方向範囲に設けられた雌ねじ部１１ｃに螺着され、支持部材１３の一端側に設けられた後述する受け面１３ｈ（図４参照）に圧接することによって当該支持部材１３の軸方向の移動を規制する規制部材１４と、該規制部材１４をハウジング１１に固定する固定部材であるロックナット１５と、を備えている。

また、前記コントロールバルブ１０には、図１に示すように、オイルポンプ７に連通する供給油路２０ａと、リザーバタンク６に連通する排出油路２０ｂと、パワーシリンダ５における図中の左側の第１圧力室Ｐ１に連通する第１油路２０ｃと、パワーシリンダ５における図中の右側の第２圧力室Ｐ２に連通する第２油路２０ｄと、が接続されている。

そして、前記コントロールバルブ１０は、ステアリングホイールの回転方向、つまり出力軸３に対する入力軸１の回転方向に応じて、供給、排出油路２０ａ，２０ｂと第１、第２油路２０ｃ，２０ｄとの接続を選択的に切り換えることで、当該コントロールバルブ１０を介して前記各圧力室Ｐ１，Ｐ２の一方の圧力室にオイルポンプ７から吐出された作動油が選択的に供給されると共に他方の圧力室内の作動油がリザーバタンク６へと還流されるようになっている。

前記バルブ要素１２は、第２ロータ３ｂに対する第１ロータ１ａの相対回転に基づき、該各ロータ１ａ，３ｂ間に画成された周方向に隣接する油路を選択的に切り換えることによって供給、排出油路２０ａ，２０ｂと第１、第２油路２０ｃ，２０ｄとの選択的な接続を行うように構成されたもので、具体的な構造については、周知のコントロールバルブ（ロータリバルブ）と同様であることから、説明は省略する。

前記支持部材１３は、図２〜図６に示すように、ほぼ筒状に形成されていて、軸方向の中間部内周には、径方向内側へ突出して縮径形成された軸受保持部となる支持部１３ａが設けられている。そして、この支持部１３ａには、樹脂材によりほぼ円筒状に形成された軸受部材であるブッシュ１６が図中の上端側から嵌挿されている。また、前記支持部１３ａには、図中の軸方向の下端部に、より内方へ突出する突起部である環状の係止突起１３ｂが設けられていて、この係止突起１３ｂによってブッシュ１６の図中の下方への移動が規制されている。

なお、前記軸受１６の内径Ｒ１は、入力軸１との間の径方向隙間Ｃ１が前記両ロータ１ａ，３ｂの間の径方向隙間であるバルブクリアランスＣ２よりも大きくなるように設定されている。これによって、支持部材１３やブッシュ１６の加工精度に依存することなく適正なバルブクリアランスＣ２を確保することが可能となり、支持部材１３やブッシュ１６の加工精度がコントロールバルブ１０の常用時のバルブ特性に悪影響を与えてしまうおそれがなくなる。

また、前記支持部材１３は、前記支持部１３ａに対応する外周部が縦断面ほぼ円弧状となるように突出形成され、かかる突出部の外径が支持部材１３のハウジング１１内に収容される軸方向領域において最大となるように構成されると共に、該突出部の最大外径Ｒ２がハウジング１１の一端開口部１１ａの内径Ｒ３よりも僅かに大きくなるように設定されていて、該突出部によって本発明に係る圧入部１３ｃが構成されている。すなわち、この支持部材１３は、かかる構成に基づき、前記圧入部１３ｃを介してハウジング１１の一端開口部１１ａ内に圧入固定されている。

前記支持部材１３の他端側の外周面には、周方向に沿って連続する環状溝１３ｄが切欠形成されていて、該環状溝１３ｄに、ハウジング１１の一端開口部１１ａの内周面に弾接してバルブ収容室１１ｂ内を液密に保持する第１シール部材であるＯリング１７が嵌着されている。

さらに、前記支持部材１３の他端側は、圧入部１３ｃ近傍に対して縮径形成されていて、ハウジング１１の一端開口部１１ａの内周面との間に、Ｏリング１７に対してコントロールバルブ１０内の油圧を作用させるための油圧導入通路１８を形成するように構成されている。すなわち、前記油圧導入通路１８を介してＯリング１７に油圧を作用させることで、該油圧によってＯリング１７を偏平状に径方向へ膨出変形させ、該Ｏリング１７が前記環状溝１３ｃの底面とハウジング１１の一端開口部１１ａの内周面に対してより強く付勢されるようになっており、かかる油圧導入作用によってＯリング１７のシール性の向上が図られている。

そして、前記支持部材１３の他端面には、当該支持部材１３をハウジング１１に組み付けた状態で第１軸受９ａのアウターレースに当接するほぼ円環状の当接面１３ｅが設けられていて、当該支持部材１３の組み付け状態において、該支持部材１３が一端開口部１１ａ内に締め付け固定されることにより、第１軸受９ａのアウターレースが、ハウジング１１内において一端開口部１１ａとバルブ収容室１１ｂとの境界部分に形成された段部１１ｄと前記当接面１３ｅとの間で挟持固定されるようになっている。なお、第１軸受９ａのインナーレースは、出力軸３の一端部に設けられた段部においてナットによって挟持固定されている。

また、前記支持部材１３の一端部の内周面には、周方向に沿って連続する環状溝１３ｆが切欠形成されていて、該環状溝１３ｆに、入力軸１の外周面に弾接して第１ロータ１ａと第２ロータ３ｂのバルブクリアランスＣ２を液密に保持する第２シール部材であるオイルシール１９が嵌着されている。つまり、このオイルシール１９によって前記バルブクリアランスＣ２を通じた作動油の外部への漏出が防止されている。

一方、前記支持部材１３の一端部は、外周側が前記圧入部１３ｃに対して段差縮径状に形成された段差縮径部１３ｇが形成されていて、この段差縮径部１３ｇの段部に係る周方向に連続した平面が規制部材１４から軸力を受ける受け面１３ｈとして構成されている。

前記規制部材１４は、図６に示すように、一端側の内周に拡径状に設けられた環状凹部１４ａを有し、組み付け時において、前記環状凹部１４ａが支持部材１３の段差縮径部１３ｇに外嵌するようになっている。そして、この環状凹部１４ａの内端面には、かかる組み付け状態においてオイルシール１９に対し軸方向に重合する範囲に、外端側（軸方向外側）へ突出する突出部である環状凸部１４ｂが設けられていて、前記組み付け状態においてかかる環状凸部１４ｂを支持部材１３の環状溝１３ｆに保持されたオイルシール１９の外端面に当接させることで、前記環状溝１３ｆからのオイルシール１９の脱落防止が図られている。

また、前記規制部材１４は、外周面に設けられた雄ねじ部１４ｃを介して一端側がハウジング１１の一端開口部１１ａの雌ねじ部１１ｃに螺着されると共に、他端側に螺着されたロックナット１５によってハウジング１１に締結され、当該規制部材１４自体の軸力とロックナット１５の締結力によって支持部材１３の軸方向移動を強固に規制している。

以上のような構成を有する本実施の形態に係るコントロールバルブ１０を組み付けるには、まず、図１及び図２に示すように、入力軸１と出力軸３をトーションバー２によって連結して、これらバルブ要素１２を構成する部品を、出力軸３のピニオン歯３ａをラック軸４のラック歯４ａに噛合させながら出力軸３を前記一端開口部１１ａからハウジング１１内に嵌挿する。その後、第１軸受９ａを介して出力軸３を前記ナットによって前記段部１１ｄに固定する。

次に、図５に示すように、支持部材１３の前記支持部１３ａ内にブッシュ１６を嵌挿させ、その後、当該支持部材１３の前記環状溝１３ｆにオイルシール１９を嵌着させる。さらに、支持部材１３の前記環状溝１３ｄにＯリング１７を嵌着させた後、図７に示すように、当該支持部材１３をハウジング１１の一端開口部１１ａから嵌挿し、他端側外周に嵌着されたＯリング１７が前記雌ねじ部１１ｃを通過して前記一端開口部１１ａの内周壁に弾接するところまで挿入することにより、当該支持部材１３をハウジング１１に仮組みする。

この際、前記一端開口部１１ａ内に挿入される支持部材１３は、軸方向領域において前記圧入部１３ｃの外径を最大として、該圧入部１３ｃに対して両端側が縮径形成されていることから、この支持部材１３の挿入時における引っかかり等を抑制することができ、該支持部材１３の挿入作業性が良好となっている。しかも、挿入する側である支持部材１３の他端側は、挿入方向に向かって段階的に縮径する形状とされているため、当該支持部材１３の挿入作業性がより一層良好となっている。

続いて、規制部材１４を支持部材１３の前記段差縮径部１３ｇに外嵌させた後、当該規制部材１４を、その一端面が支持部材１３の受け面１３ｈに当接するまで締め込んで、前記雌ねじ部１１ｃに螺着させる。その後、規制部材１４の他端部にロックナット１５を螺着させて、該ロックナット１５を締め込んで図２に示すように規制部材１４をハウジング１１に締結させることにより、本コントロールバルブ１０の組み付けが完了する。

前記規制部材１４をねじ込みによりハウジング１１の一端開口部１１ａに取り付けるように構成したことで、上述のように当該規制部材１４をねじ込むことによって支持部材１３を前記一端開口部１１ａ内に自動的に圧入することが可能となっており、当該支持部材１３の圧入作業性が良好となっている。換言すれば、規制部材１４のねじ込み作業のみによって、当該規制部材１４の組み付けと支持部材１３の組み付けとを同時に行うことができ、コントロールバルブ１０の組み付け作業性の向上が図れる。

したがって、本実施の形態によれば、前記圧入部１３ａを介して支持部材１３をハウジング１１の一端開口部１１ａに圧入固定するようにしたことから、当該支持部材１３がハウジング１１と一体的に構成され、支持部材１３と前記一端開口部１１ａの軸心を限りなく一致させることが可能となる。この結果、支持部材１３の加工精度や組み付け精度等に依らずに、該支持部材１３によって入力軸１を適正に支持することができる。

さらに、前記圧入部１３ｃを支持部材１３の外周面に形成したことから、入力軸１によって内周側から入力された荷重を外周側の圧入部１３ｃによって支えることとなり、入力軸１の支持安定性を向上させることができる。

また、前記圧入部１３ｃについては、縦断面ほぼ円弧状となるように形成したことから、支持部材１３の圧入時における前記圧入部１３ｃとハウジング１１の一端開口部１１ａの内周面との接触面積を極力低減することができる。このため、当該圧入によるスラッジの発生を最小限に抑えることが可能となり、バルブ収容室１１ｂ内への前記スラッジの混入を抑制することができる。さらに、前記接触面積の低減化により支持部材１３を圧入する際の圧入抵抗を低減することができ、当該支持部材１３の圧入作業性の向上も図れる。

また、前記支持部１３ａにはブッシュ１６を設けるように構成したことから、支持部材１３とは異なる材料、つまり支持部材１３よりも摩擦係数の小さい材料（例えばＰＴＦＥ等）を選択することが可能となり、入力軸１をより円滑に支持することが可能となる。これにより、支持部材１３が入力軸１からラジアル方向の入力を受けた場合における当該入力によるバルブ特性への影響を小さく抑えることができる。

また、前記支持部材１３の固定に際して規制部材１４を用いたことから、入力軸１や出力軸３から支持部材１３の圧入固定を解除するような大きな入力を受けた場合でも、規制部材１４の軸力によって支持部材１３をハウジング１１内に保持することができる。

さらに、前記規制部材１４の固定に際してロックナット１５を用いたことから、入力軸１や出力軸３から過大な入力を受けて、支持部材１３の圧入及び規制部材１４の軸力が無効となった場合であっても、支持部材１３をハウジング１１内に確実に保持して、バルブ機能を確保することができる。

また、前記支持部材１３にあっては、規制部材１４の軸力を受ける前記受け面１３ｈが環状に形成されているため、該受け面１３ｈの面積をより広く確保することが可能となっている。これにより、規制部材１４の座面強度の信頼性の向上が図れる。

本発明は、前記実施の形態の構成に限定されるものではなく、例えば支持部材１３や規制部材１４の形状については、コントロールバルブ１０やこれを用いるパワーステアリング装置の仕様に応じて適宜変更することが可能である。

特に、前記圧入部１３ｃの形状については、縦断面ほぼ円弧形状に限定されるものではなく、ハウジング１１の一端開口部１１ａの内周面に対する接触面積を低減可能な構成であれば、いかなる構成を採用することも可能である。

本発明の実施の形態に供されるコントロールバルブ及びこれを用いた油圧式パワーステアリング装置の概略を示す縦断面図である。 図１の要部拡大図である。 図２のＡ部拡大図である。 支持部材単体を示す縦断面図である。 支持部材とこれに付随する部品の組立状態を示す縦断面図である。 規制部材単体を示す縦断面図である。 コントロールバルブの組立過程を示す縦断面図である。

符号の説明

１…入力軸
１ａ…第１ロータ
２…トーションバー
３…出力軸
３ｂ…第２ロータ
５…パワーシリンダ
７…オイルポンプ（油圧源）
１０…コントロールバルブ
１１…ハウジング
１１ａ…一端開口部
１２…バルブ要素
１３…支持部材
１３ａ…支持部
１３ｃ…圧入部
１６…ブッシュ（支持部材の内周部）
Ｐ１…第１圧力室（パワーシリンダの圧力室）
Ｐ２…第２圧力室（パワーシリンダの圧力室）

Claims (10)

1. 一端がステアリングホイールに連係され、該ステアリングホイールから入力される操舵力により回転する入力軸と、
   一端が前記入力軸にトーションバーを介して相対回転可能に連結され、該トーションバーの捩れ変形の復元力により回転して他端に連係される転舵輪に操舵力を出力する出力軸と、
   該出力軸に連係され、ピストンによって隔成された二つの圧力室の差圧により操舵アシスト力を発生させるパワーシリンダと、を備えた油圧式パワーステアリング装置に用いる油圧式パワーステアリング用コントロールバルブであって、
   少なくとも一端が開口形成されたハウジング内において、前記入力軸の他端側に設けられた第１ロータと該第１ロータに対し径方向に重合するように前記出力軸の一端側に設けられた第２ロータとから構成され、外部の油圧源から供給される作動油を前記入力軸と出力軸の相対回転による前記トーションバーの捩れ量に応じて前記パワーシリンダの各圧力室に選択的に供給するバルブ要素と、
   その外周面に縦断面ほぼ円弧状に形成された圧入部を介して前記ハウジングの一端開口部から圧入され、前記ハウジングの一端開口部を閉塞すると共に内周部によって前記入力軸を支持する支持部材と、を備えたことを特徴とする油圧式パワーステアリング用コントロールバルブ。
2. 前記支持部材と前記入力軸の径方向隙間を、前記第１ロータと前記第２ロータとの径方向隙間よりも大きく設定したことを特徴とする請求項１に記載の油圧式パワーステアリング用コントロールバルブ。
3. 前記支持部材の圧入方向先端側の外径を、前記圧入部の外径よりも小さく設定したことを特徴とする請求項１に記載の油圧式パワーステアリング用コントロールバルブ。
4. 前記支持部材の前記ハウジングに収容される軸方向領域において、前記圧入部の外径が最大となるように設定したことを特徴とする請求項３に記載の油圧式パワーステアリング用コントロールバルブ。
5. 前記支持部材の前記圧入部よりも圧入方向先端側の外周面に環状溝を設けて、該環状溝に環状の第１シール部材を嵌着すると共に、
   前記支持部材の前記環状溝よりも圧入方向先端側の外周面と前記ハウジングの内周面との間に、前記第１シール部材を前記ハウジングの内周面へと付勢するように作用する油圧を導く油圧導入通路を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の油圧式パワーステアリング用コントロールバルブ。
6. 前記支持部材の内周部に軸受保持部を設け、該軸受保持部に前記入力軸を支持する軸受部材を嵌着したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の油圧式パワーステアリング用コントロールバルブ。
7. 前記軸受保持部において前記軸受部材が嵌入される側と反対側の端部に、内方へ突出する突起部を設けたことを特徴とする請求項６に記載の油圧式パワーステアリング用コントロールバルブ。
8. 前記支持部材の圧入方向後端側に、該支持部材の軸方向移動を規制する規制部材を設けたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の油圧式パワーステアリング用コントロールバルブ。
9. 前記支持部材に、前記規制部材から軸力を受ける環状の受け面を設けたことを特徴とする請求項８に記載の油圧式パワーステアリング用コントロールバルブ。
10. 前記支持部材と前記規制部材との間に、前記支持部材と前記入力軸との径方向隙間を液密にシールする第２シール部材を設けたことを特徴とする請求項８又は９に記載の油圧式パワーステアリング用コントロールバルブ。

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