JPH06507363A - 動力操向装置の回転弁 - 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】 動力操向装置の回転弁 本発明は、自動車の液圧動力操向装置、また特にそのような操向装置に使用する 回転弁に関するものである。

液圧動力操向装置の回転弁は、通常、可撓性継手によって車輌の操向ハンドルに 連結された入力軸を有し、この入力軸の外周縁にランドによって分離され軸線方 向に延び端部が行き止まった複数個の溝を有する。一方、軸線方向に延び端部か 行き止まった一連の溝孔を孔の中に有するスリーブを入力軸に支承し、この溝孔 を一部はみ出して入力軸の溝に重ねる。スリーブの溝孔の幅を入力軸のランドの 幅より広くして軸線方向に延びるオリフィスの組を画成し、入力軸とスリーブと か相対的に回転する時、オリフィスか開閉するよう構成している。これ等のオリ フィスは、平行して作動する液圧ホイートストンブリッジの組を形成するような ネットワークとして開口している。

入力軸とスリーブとに穿孔して形成した通路と、スリーブの周縁の円周溝とは、 入力軸の溝と、スリーブの溝孔と、機関により駆動されるオイルポンプと、操向 装置に組込んだ右側及び左側の液圧補助シリンダ室とに液圧部を連通させる。

入力軸に組込んだ捩じり棒は、操向操作を動力で補助することが必要でない時に 、入力軸とスリーブとを中立中心位置に向は押圧する作用をする。運転者が操向 ハンドルに入力トルクを加えた時、捩じり棒か変形し、スリーブと入力軸とを中 立位置から相対回転させる。この相対角度がいわゆる「弁作動角」てあって、こ の角度によって液圧ホイートストンブリッジの組の平衡を破り、右側及び左側の 液圧補助シリンダ室間に差圧を発生させる。回転弁の「ブースト特性」、即ち上 述の入力トルクと差圧との間の機能的関係は、所定の操向装置に関して、入力軸 の外径に隣接してこの入力軸に設けた溝の端縁に形成した軸線方向に延びる幾何 学的輪郭によって決定される。

このような通常の回転弁を操作する一般的な方法は、動力操向装置の設計の技術 分野においてよく知られており、ここでは詳細に説明しない。この操作に関する 優れた説明は、回転弁の概念を開示している「初期の特許Ｊとして常に援用して いる米国特許第３０２２７７２号（Ｚｅｉｇｌｅｒ）に記載されている。

弁作動角が最大０．３度である通常の中立位置での運転中、即ち高速道路での運 転のように、オンセンタでの運転中、このような弁における捩じり棒の存在は、 （動力の補助を受けない）手動部片に比較し、動力操向装置の剛性を著しく減少 させている。その理由は、捩じり欅は、操向装置の機械的な駆動系列内で最も柔 軟な素子であること、及び動力操向装置の弁のオンセンタ作動区域に関連する液 圧補助圧力の圧力レベルか低いので操向装置のサーボ作用によって発生する「液 圧剛さ」が殆ど発生しないためである。回転弁て作動するラックピニオン動力操 向装置の剛さについては「動力補助ラックピニオン操向装置の剛さと感触との分 析（ＳＡＥ技術報告書Ｎｏ、８８０７０６）　Ｊに詳細に報告されており、この ような動力操向装置のオンセンタにおける剛さは、同等の手動操向装置の剛さよ り通常５〜１０倍低いことか示されている。

操向装置のオンセンタにおける全体にわたる剛さについての捩じり棒の柔軟性の 優れた作用は、動力操向装置の産業分野において認められている。従来の回転弁 では、もっと剛性の高い捩じり欅を弁に使用することは可能であるが、車輌がカ ーブを走る時や駐車する時でも、許容させる小さな操向力で済むようにするため には、弁作動角が対応して減少してしまうことは避けられない。このため、動力 操向装置の弁の構成部材の精度が高いことが要求され、特に入力軸の溝の端縁と 、スリーブの端部が行き止まった溝孔の相手端縁とに形成した上述の軸線方向に 延びる輪郭の幾何学的形状に高い精度が要求される。また、左側の入力トルクと 右側の入力トルクに対してブースト特性が対称になるよう入力軸と捩じり棒とを 高い精度の角度になるようピン止めする製作組立て操作において、弁の平衡、又 は心決めを行うことは、剛強な捩じり棒について制御することが困難である。こ のような製造上の問題は、所定の軸線方向長さを有するこのような剛強な捩じり 捧に関連する高い応力レベルと結びついて、通常の回転弁における実際の捩じり 棒の剛性を最大で約２Ｎｍ／度に限定している。

この理由のため、過去ｌＯ年間にわたり、新しい動力操向装置の弁システムは実 際的な剛性のある捩じり棒を利用可能にするように発達して来た。しかし、この 捩じり欅は、中立位置になるように弁にプリロードを加えるよう作用する心決め 機構によって増強されている。このようなシステムでは、限界入力トルク値まで 捩じり棒の無限の剛性を少なくとも理論的に高めることができる。通常の弁にお けるように、この限界値を越えると入力軸とスリーブ素子との間に回転移動が起 こる。この限界入力トルク値は、通常、オンセンタ駆動に関連するトルクの範囲 を少なくとも包含するような範囲であり、従って、その操向システムはこのよう な条件下で、最高の精度と感触である「手動感触」を基本的に生ずる。

これ等の新しいシステムは圧力変調６決め機構と機械的０決め機構との２個のカ テゴリーに広く分類される。

圧力変調６決め機構は、車輌の速度につれて徐々に操向作用を増大させるため、 従来の速度検知弁システムに使用されており、主要な３個のタイプがある。

まず、米国特許第４８１９５４５号（Ｄｙｍｏｎｄ）と米国特許第４５９３７８ ３号（Ｈｏｎａｇａ等）に記載された機構は、回転弁の２個の相対的に軸線方向 に摺動てきるプランジャの対向する三角形の切欠の組の間に捕捉したボールを使 用し、プランジャに作用する液圧によってこれ等ボールを互いに押し付け（又は 釈放）している。通常、切欠形成プランジャの一方を回転できるよう剛固に入力 軸に取り付け、他方をスリーブ、又はビニオンに取り付ける。従って、この機構 は、スリーブと、入力軸との間に回転止めを有効に形成しており、この回転止め の限界トルクに相当するスリーブと入力軸との間の心決めトルクは、所定の液圧 において弁の全ての作動角に関して一定である。この一定の心決めトルクは捩じ り棒の直線的に増大する心決めトルクに代数的に加わる。制御弁に通る液圧の量 を変化させることによってこの一定の心決めトルクを変調することができる。こ のような構成は、回転弁の軸線方向の長さを通常２０ｍｍ実質的に増大させる。

また、ボールと切欠との間の相互面に本質的に点接触が存在するから、非常に高 い繰返し応力が生じ、このような装置の作動寿命が短くなる。応答の「デッド区 域Ｊをオンセンタ駆動時に避けるべきであるならば、対向するプランジャに極端 に精密に切欠を位置させることが必要である。

第２に、英国特許第２１９９０００号（Ａｄａｍｓ）、及び米国特許第４５９３ ７８３号（Ｈｏｎａｇａ等）、第４６１９３３９号（Ｆｕｔａｂａ等）、第４６ ５１６２２号（Ｙｏｓｈｉｄａ）、第４７５９４２０号（Ｓｃｈｉｐｐｅｒ等） 、及びも止めを利用しているが、この止めは、軸線方向でなく半径方向に配置さ れている。これ等プランジャは、ボール、又は先端が球状のピストンから成り、 これ等プランジャはスリーブ、又はビニオンの正確な半径方向孔内で摺動し、入 力軸の外径上の切欠内に液圧によって押圧される。止め作用は上述の場合と同様 であるが、相違するのは、転動することがないため、摺動戻り止めの相互面に大 きな摩擦力を発生し、そのため弁ブースト特性に対応するヒステリヒス現象が起 きることである。この摩擦は、ボールと切欠との間の本質的な点接触の高い繰返 し接触応力特性によって更に悪化し、大きな摩耗を発生するため、接触面の状態 か急速に悪（なる。米国特許第４５９３７８３号（Ｈｏｎａｇａ等）、第４６１ ９３３９号（Ｆｕｔａｂａ等）、及び第４６５１６２２号（Ｙｏｓｈｉｄａ）の 機構においては、ピストンの先端に円筒接触表面を利用することは、実質的に不 可能である。これはピストンの軸線方向に対称な幾何学的形状は、それぞれの切 欠の軸線に平行にこのような円筒表面の方向を維持するのを困難にするからであ る。このような円筒接触表面は（点接触でなく）線接触となり、それにつれて繰 返し応力と摩耗程度が著しく減少する。プランジャをこのように半径方向に配置 しているので、回転弁の軸線方向の長さだけでなく、多くの場合、その直径をも 増大させることになるのがこの構成の主要な欠点である。

第３に、米国特許第４６３７４８４号（Ｉｊｉｒｉ等）、第４６８１１８４号（ Ｓｕｚｕｋｉ等）、及び第４９０５７８４号（Ｙａｍａ　ｓ　ｈ　ｉ　ｔ　ａ） に記載された機構は、対向する捕捉されたピストンの平行な２組を採用し、これ 等ピストンは、液圧を受けて、入力軸と、スリーブ又はビニオンとの間に心決め トルクを作用させ、捩じり棒を増強している。ピストンの端部の突起を入力軸上 の半径方向延長部の対向側部に接触させ、これにより心決め力を変調圧力に比例 したものにしている。この種の機構は、比較的摩擦はないが、４個のピストンを 組み込んでいるので、弁の軸線方向の長さが著しく長くなり、弁の全体としての 直径も著しく大きくなる欠点がある。このことは４個のピストンの作用を同期さ せる問題を一層困難にする。この同期か行われないと、オンセンタ駆動中に、上 述した応動の「デッド区域」が生ずる。

圧力変調機構めシステムの３種類の機構は全て液圧作用が複雑である欠点があり 、回転弁内に付加的なポートとシールとが必要であり、回転弁までの液圧回路に 、ソレノイド、又は段歩電動機によって駆動される変調弁を介挿することか必要 である。

成るシステムでは、プランジャに油圧を供給するために別個の液圧ポンプすら必 要になる。付加的シール等を通じて液圧変調圧力を高速で弁に供給すると、これ 等のシステムは通常の回転弁よりもオンセンタ時に高い摩擦を生ずることは避け られない。

また、車輌速度の関数として心決めトルクを変化させることが必要な速度検知弁 の成る用途では、複雑であることと、これ等システムの製造費か高いことは、多 分正当化されるであろうが、多くの速度検知の用途、及び殆と全ての非速度検知 の用途に対しては、わざわざこのようなものを使用しなくとも、最適のオンセン タ駆動精度と感触とに関し両立し得る上述の一定限界入力トルク値を生ずる心決 め機構を理想的に役立てることができ、十分である。

従来の機械的６決め機構は、すべてオンセンタ駆動中に、捩じり棒のどんな変形 においても通常０．５〜１．ＯＮｍから零までの一定限界入力トルクを生ずるこ とを狙っており、作動のために付加的な液圧サブシステムを必要としない。これ 等機構も２個の主要なカテゴリーに分類される。

まず、英国特許第２１６５５０２号（Ａｄａｍｓ）、及び米国特許第４４２８３ ９９号（Ｍａｓｕｄａ）に記載された機構は大きなＣ字状はねて回転弁の周囲を 包囲し、このＣ字状はねによって捩じり棒を強化する。或いは代案として、実際 に捩じり棒の代わりにＣ字状ばねを使用している。ビニオン（又はスリーブ）及 び入力軸から延びる半径方向のピンは二重に捕捉されており、Ｃ字状ばねの２個 の隣接するアーム間の軸線方向に配列された位置でこの半径方向のピンにプリロ ードを加える。

従って、弁作動角が生ずる以前に、限界入力トルクを入力軸に加える必要かある 。Ｃ字状ばねの構成は、その変形が正規の全弁作動角（代表的には±４度）を包 含しなければならないだけでなく、いわゆる「フェイルセーフ」角（代表的には ±７度）で過大応力を生じないように設計しなければならない欠点かある。この 大きなフェイルセーフ角は通常の回転弁では、から動き駆動構成によって決定さ れ、捩じり棒の破損の時、又はポンプからの液圧供給が停止した時、弁作動角を 機械的に制限する。

Ｃ字状はわが、上に述べた０、５〜１．ＯＮｍの限界入力軸トルクを生ずるため には、約７度のフェイルセーフ角での過大な応力を防止するため（回転弁の軸線 に平行に測って）軸線方向に長くすることが必要であり、従って、回転弁の軸線 方向の長さか長くなる。また、捩じり棒の代わりに使用するのでなく、増強のた めＣ字状ばねの構成を使用する場合には、上述の平衡作動に関して製造上の問題 かあり、Ｃ字状はねによって画成する作動中心に対し、捩じり棒によって画成す る弁作動中心を正確に合致させるための製造上の問題かある。このように設計製 造上の問題があることは、この技術がこの産業分野で広く採用されなかったこと を意味している。

第２に、米国特許第４７７４８４７号（Ｂｒ　ｅ　ｉ　ｔｗｅｇ）に記載された 機構は、相対的に軸線方向に摺動できる２個のプランジャの３角形切欠の対向す る組の間に捕捉されたボールを使用しており、この場合、この構成は、米国特許 第４５９３７８３号（Ｈｏｎａｇａ等）を援用して既に説明した圧力変調機構に 類似している。しかし、全体の構成は、軸線方向に小さくなっており、捩じり棒 を包囲しており、従って通常の製造作業によって平衡させることができる捩じり 棒組立体を形成している。移動可能のプランジャをベロースはねによって固定プ ランジャに向は押圧し、このベロースばねは、また捩じり棒組立体の適当な端部 に移動可能のプランジャを回転可能に取り付ける役割を果たしている。通常の回 転弁ては捩じり棒によって入力軸の内側に全体の組立体を包み込むから、組立体 の外径（通常約１６ｍｍ）を収容するため、入力軸は、本質的に管状である必要 がある。現在までのところ、この構成は、外径２２ｍｍの入力軸を有するＺＦ弁 に採用されている。外径２１ｍｍ以下の入力軸を採用する多数の動力操向弁に採 用できる程、この組立体を更に小形化することは困難である。また、止め作用を 達成するため小形のボールを使用すると高い繰返し接触宅力を生ずる。止め作用 を受ける捩じり棒組立体の複雑さと共にこれ等の事実は、このシステムの限界コ ストが高いことを意味し、また通常の直径の回転弁には実際上「付加」の構成と して提供することかできないことを意味する。ドイツ特許第３６３４２１５号（ Ｂ　ｒ　ｅ　ｉ　ｔｗｅ　ｇ）に示された他のＺＦ機械的心決め機構ては、３角 形切欠の対向する組の間に拘束されたボールの同様の原理か使用されている。し かし、このドイツ特許では、切欠の単一の組を使用し、一方の切欠をスリーブの 軸線方向端面に機械加工して設け、対向する他方の切欠をばね鋼のカラーに形成 し、このカラーを入力軸の外径にクランプしている。しかし、この組立体は、捩 じりに対して比較的従順であるように期待されており、従って、捩じり棒の剛性 にオンセンタ時の剛性が殆と加わらない。米国特許第４７７４８４７号（Ｂｒｅ ｉｔｗｅｇ）の場合のように、単一の平行側部二重Ｖ字状切欠の構成は、弾性部 材の変形が動力操向装置の弁の全ての「フェイルセーフ角」を包含しなければな らないことを意味する。従って、弾性部材は、適切な量の歪エネルギーを蓄えな ければならず、そのため微小化が困難であり、動力操向装置の弁の寿命中、予測 される数百万回の作動サイクルに、過大な応力を受けることを避けることが困難 である。

第３に、ドイツ特許第３０１３５３５号（Ｊａｂｌｏｎｓｋｙ）に記載された機 構は、所定の限界値を越える入力トルクか入力軸に加えられた時、直径的に配置 した鋼板の主柱を座屈により軸線方向に変形させている。この限界値は、この機 構の運動学と、鋼板素子の主柱の強度とによって決定される。適切な心決めトル クは、座屈が発生する程度まで比較的大きいが、この心決めトルクは、徐々の座 屈変形につれて減少する。座屈は、その性質上、正確に分析し予測することは困 難であり、しかも、製造時に制御するのが非常に困難な非常に多くのパラメータ の関数である。例えば、上記ドイツ特許にも認められているように、この主柱素 子内に予め僅かな曲げを設定することによって、この素子の座屈に対する強度が 甚だしく減少するから、限界入力トルクも減少する。これ等の理由から、この上 記ドイツ特許の機構は、決して生産に利用されなかったと信する。

この先行技術の欠点に徴して、本発明の目的は、通常的３７．５ｍｍである標準 の外径の従来の速度検知回転弁、又は非速度検知回転弁に組み込むことができる 心決め機構を提供するにある。また、この装置は、回転弁に付加される長さを最 小にし、他の標準型回転弁のオンセンタ時の性能を向上するよう「付加」の構成 、又は随意の要旨として使用することができる。前に説明したように、この心決 め機構は、オンセンタ駆動でも両立し得る（はぼ）０．５〜１．ＯＮｍの限界入 力トルクまで弁をその中立状態になるようプリロードを加えることを目的として いる。このような状態下での精密さと感触とは、弁の摩擦が絶対的に最小になっ た時に、初めて完璧なものになる。転勤接触のみを採用する全く機械的な心決め 機構はこの目的に合致し、従ってこの心決め機構は、この発明の一要素である。

従来の機械的に作動する全ての心決め機構の欠点は、約７度である弁のフェイル セーフ角で過大の応力を受けることなく、オンセンタで必要な限界トルクを生ず るはね素子の能力にある。この問題は、ばね鋼の所定の容積内に歪エネルギーを 蓄える容量に基本的に関するものであり、本発明では、限界入力トルクを越えた 後、弁作動角の関数として、発生する直線性の、又はほぼ直線性の心決め力を必 要としないようにすることによって、この問題を解決する。明らかなように、機 械的に作動し、止めに基礎を置〈従来の心決めシステムは、もともと、この直線 性を発揮しており、このことは、必要な限界入力トルクを達成するのに必要なエ ネルギーに比較し、過大に大きな量のエネルギーをはね素子に蓄えることを意味 する。

本発明動力操向装置の回転弁は、入力軸と、スリーブと、被動部材と、全く機械 的に作動する心決め機構とを具え、この心決め機構は、１個、又はそれ以上の転 勤素子と、この各転勤素子をそれぞれ間に配置したそれぞれ１対の対向する切欠 形成素子とを具え、前記それぞれ１対の切欠形成素子の内の一方の切欠形成素子 を前記入力軸に対し回転可能に固着するか一体にし、前記それぞれ１対の切欠形 成素子の内の他方の切欠形成素子を前記スリーブ、又は前記被動部材に対し回転 可能に固着するか一体にし、前記それぞれ１対の切欠形成素子間に前記転勤素子 の一方を拘束するよう前記それぞれ１対の対向する切欠形成素子を互いに押圧す るばね手段を設け、前記入力軸と前記スリーブ又は前記被動部材との間に止め作 用を生せしめ、所定の限界値を越える入力トルクか加えられた時のみ前記入力軸 と前記スリーブ又は前記被動部材との間に相対回転が発生するようにした動力操 向装置の回転弁において、入力トルクが所定の限界値を越えた後、前記それぞれ １対の対向する切欠形成素子の対向する表面輪郭間に各前記転勤素子を転動させ 、中立位置から離れる前記回転弁の回転の量を増大させるため前記入力軸と前記 スリーブ又は前記被動部材との間に生ずる心決めトルクが減少るよう凸形表面を 含む前記輪郭を定めたことを特徴とする。

切欠の幾何学的形状、及び心決めトルクの適切な減少は、ばねの変形を制限する 効果がある。これは、切欠の形状が３角形で、従って、心決めトルクの減少かな い先行技術の場合と異なっている。このため、ばねに蓄えるべき必要な歪エネル ギーを制限するから、実際にばねを一層コンパクトに設計することができる。実 際上、オンセンタ駆動に関連しない大きな弁作動角の場合の転勤素子に対する切 欠の関連する接触表面が入力軸とスリーブ（又は被動部材）との間の相対移動の 方向に平行になるよう切欠の幾何学的形状を配置するのが好適である。このよう にすれば、心決めトルクは、実際に零に減少し、このような大きな弁作動角でも 捩じり棒の増強を生じない。従って、上述の製造上の不利益によって必ずしも弁 作動角を減少させることなく、標準範囲の弁作動角（上述したように通常４度） を回転弁の設計にあたり使用することかできる。心決めトルクを零に減らすよう に配置した状態では、切欠の平行な部分に衝合を生せしめ、ローラか逸脱するの を制限し、弁がその中立位置に復帰する際、ローラが確実に切欠内に再び入るよ うにする。

また、転勤素子の形状を円筒形にし、切欠形成素子のプリズム状の切欠に基本的 に線接触させるのが好適である。これにより切欠の輪郭と所定の直径の転勤素子 との間の繰返し応力を減らし、従って、同等の応力を受ける球状素子に比較し、 転勤素子の直径を著しく減らすことができる。

線接触を使用することは、転勤素子の半径より実質的に一層小さい半径を有する 切欠の輪郭を選択することができることを意味する。鋭い端縁を有する輪郭の場 合でも同様であるが、接触点における応力か実際の技術材料（例えば焼入れ鋼） についての限界値を越えないことが必要である。従って、止めが中心を占めた時 、転勤素子との接触線に密接する点まで切欠の輪郭の幾何学的形状は、Ｖ字状で あることが好適である。しかし、限界トルクを超過すると、転勤素子は、この輪 郭の小さな半径の周り転動し、転勤素子の中心の軌跡は、転勤素子の半径より僅 かに大きい半径の弓形になる。このことは、直径が小さい転勤素子を使用するこ とと結びついて、限界入力トルクを超過した後、ばねの必要な変形を制限するの に役立ち、従って、ばねの寸法を小さくすることができ、実際上、心決め機構を 標準の回転弁の構成内に一層よく詰め込むことができる。

回転弁の中心軸線及び円筒形の転勤素子の軸線に対し基本的に半径方向に止め作 用か働くように、しかもこの軸線に平行に切欠形成素子の対応するプリズム状切 欠が形成されるよう心決め機構を配置するのが好適である。この心決め機構をス リーブのいずれかの端部に位置させることができ、捩じり棒を増強するよう入力 軸とスリーブとの間に直接作用するようこの心決め機構を配置することができる 。入力軸の外径に直径的に対向し軸線方向に一線の２個の切欠を設け、内側切欠 素子を形成する。

第１の好適な実施例では、支持体をスリーブの端面に位置させ、２個の直径的に 対向し半径方向に延びる溝をこの支持体に設ける。このような溝のそれぞれに長 方形の切欠形成プランジャを収容し、実質的に零の側部間隙でこのプランジャを 溝内に半径方向に摺動させる。各プランジャの切欠と入力軸の外径の隣接する切 欠との間に転勤素子を拘束する。支持体の外径の周りに延びる円周溝を設け、２ 個の三カ月形のアームをこの円周溝内に設置する。各アームの中心は、各プラン ジャの半径方向最外側の面に接触する。各アームの端部に形成したフックを引張 りコイルはねによってそれぞれ連結し、この引張りコイルはねにより２個のアー ム、即ち２個のプランジャを弁の中心軸線に向は互いに接近するよう押圧する。

このようにして、プランジャのそれぞれの切欠と、入力軸の外径上の隣接する切 欠との間で各円筒ローラに負荷を加え、止めの限界入力トルクを超過しない入力 トルクの場合、２個の転勤素子のおのおのについて４個の線接触を生せしめる。

この限界値を越える入力トルクが加えられた時、はね負荷に起因する反力に抗し て切欠形成プランジャを半径方向外方に駆動し、弁作動角が発生するにつれて、 転勤素子は、隣接する切欠間に２個の線接触で転動する。この回転弁の製造中、 機械的平衡作用を行い、入力トルクが零の時に転勤素子とその隣接する接触切欠 との間に４個の線接触が発生するようスリーブの端面上での支持体の角度方向を 確実に定める。また、この平衡作用によって、左側に操向した時と、右側に操向 した時との限界入力トルクをほぼ等しくし、弁のブースト特性によって定まる中 立状態に関してこれ等限界入力トルクを等しいものにする。

標準スリーブの外径によって画成する円筒面内にこの構成を詰め込み、回転弁に 付加する必要がある長さが最小に済むようにする。従って、この装置を標準回転 弁の剛さと感触とを向上させるよう「付加」の構成、又は随意の要旨として包含 させることができる。

本発明の第２の好適な実施例では、支持体を平坦面に構成し、ねじ、その他の取 付は手段によってこの支持体をスリーブの端面に取り付ける。プランジャの半径 方向最内側の面に接触する２個のＣ字状はねによって切欠形成プランジャに半径 方向内方の負荷を加える。切欠形成プランジャと、転勤素子と、Ｃ字状ばねとを カバー板によって軸線方向に拘束し、このカバー板を取付ねじのための回転防止 座金、及びロック垂片としても作用させる。取付ねし、又はその他の固定手段の 主要外径に比較し、支持体の取り付札を大きくし、支持体を取り付ける前に、ス リーブの端面に対し半径方向、及び回転方向の両方向にこの支持体を僅かな角度 ［浮動Ｊできるようにする。このようにして、取付は後、捩じり棒により供給さ れる心決め力に対し、心決め機構を精密に回転して整合させることができる。即 ち、捩じり棒の心決めトルクが零の場合、対向する円筒ローラを、止め作用の切 零に４個の線接触で掛合させる。即ち、入力軸の外径のプリズム状の切欠と２個 の線接触で掛合させ、同時に切欠形成プランジャの内方に向く面のプリズム状の 切欠と２個の線接触て掛合させる。

添付図面を参照して、例として本発明を説明する。

第１図は、本発明の第１実施例の動力操向装置の回転弁の断面図である。

第２図は、第１図の回転弁の心決め機構の構成部材の組立ての詳細を示す分解斜 視図である。

第３図は、第１図のＡ−Ａ線に沿う心決め機構の部分断面図である。

第４図は、第３図のＢ−Ｂ線に沿う心決め機構の断面図である。

第５ａ図は、弁が中立位置にある時の心決め機構内の止めを構成する切欠と転勤 素子との断面図である。

第５ｂ図は、弁が中立位置から角度移動した時の心決め機構内の止めを構成する 切欠と転勤素子との断面図である。

第６図は、弁か中立位置から徐々に角度移動した時の転勤素子の中心の軌跡を詳 細に示す図である。

第７図は、弁作動角の関数として心決めトルクをプロットしたグラフである。

第８図は、代案としての切欠の幾何学的形状と、転勤素子の中心の適切な軌跡と の詳細を示す図である。

第９図は、更に代案としての切欠の幾何学的形状と、転勤素子の中心の適切な軌 跡との詳細を示す図である。

第１Ｏ図は、本発明の第２実施例を構成する回転弁の分解斜視図である。

第１１図は、本発明の第２実施例による心決め機構の弁軸線の方向に見た部分断 面図である。

第１２図は、第１１図のＣの方向に見た平面図である。

第１３図は、第１１図のＤの方向に見た側面図である。

第１４図は、３個の切欠形成プランジャと、３個の相互連結Ｃ字状ばねとを採用 した本発明の第２実施例の変形を示す図である。

（後半に続く） 第１図は、スリーブ２内に支承した入力軸ｌを組み込んだ弁組立体を示し、捩じ り捧４によってこの入力軸１をピニオン３（被動部材）に弾性的に連結する。ス リーブ駆動ピン５によって回転するようスリーブ２をピニオン３に連結すると共 に、捩じり捧４の左端を捩じり捧ピン６によって入力軸ｌに固着し、捩じり捧４ の右端を据込み連結部７によってピニオン３に固着する。従って、入力軸１に加 えた入力トルクにより捩じり捧４を角度的に変形させ、弁作動角として知られる 角度だけ入力軸ｌとスリーブ２との間を角度移動させる。この弁作動角によって 操向装置に液圧補助力を生せしめ、従ってラック８に軸線方向出力を与える。こ のことは動力操向装置の技術分野の当業者にはよく知られており、これ以上の説 明は省略する。

また、この弁組立体は、ピニオン３から遠い側のスリーブ２の端部に取り付けた 心決め機構９を組み込んでいる。この機構を第２．３、及び４図に一層詳細に示 す。心決め機構９を入力軸１とスリーブ２との間に直接作用するよう配置し、こ れ等素子間に心決めトルクを生せしめる。この心決めトルクは捩じり捧４から生 ずる直線６決めトルクを増強するものである。入力軸Ｉは、その外径上に直径的 に対向し軸線方向に配列した２個のプリズム状の切欠１０を有する。支持体１１ をスリーブ２の端面１２に当てて位置させ、スリーブ２の枠部１３を支持体ｌｌ の円筒フランジ１４に掛合させることによって支持体１１がスリーブ２に対して 中心を占めるようにする。枠部１３の穿孔点凹所Ｉ５にビン１６によってフラン ジ１４を変形可能に止めることによって、支持体１１を回転方向、及び軸線方向 にスリーブに対し取り付ける。支持体１１には、直径的に対向し、半径方向に延 びる２個の溝１７を設ける。四角形の切欠形成プランジャＩ８を谷溝１７に収容 し、溝１７の平行な側面１９に沿って実際的に零の間隙で半径方向にプランジャ Ｉ８を摺動させる。プランジャ１８の半径方向最内側の面のプリズム状の切欠２ ０を弁の中心軸線２１に平行に配列する。各プランジャ１８の切欠２０と入力軸 ｌの外径上の隣接切欠１ｏとの間に円筒ローラ２２を拘束する。支持体１１の外 径の周りに延びる円周溝２４内に三カ月形のアーム２３を設置し、半径方向の溝 １７と交差させる。各アーム２３の中心内面に小さな凹所２５を設け、プランジ ャ１８の半径方向最外側の面の溝２６内にこの凹所２５を嵌着する。各アームの 末端にフック２７を形成し、対向する２個のアームの隣接するフックを連結する よう引張りコイルばね２８をフック２７に支持し、２個のアーム２３、従って対 向するプランジャ１８を互いに引き寄せる。Ｕ字状クリップ２９によって円筒ロ ーラ２２を軸線方向に対し保持すると共に、全体の心決め機構を単一ユニットと して合体保持し、製造中、心決め機構を回転弁に組み立てるのを容易にする。

プランジャ１８を中心に向は押圧することによって、プランジャ１８の切欠２０ と入力軸ｌの外径上の隣接切欠１０との間の転動作用止めとしての各円筒ローラ ２２に負荷を加える。この転動作用止めの限界入力１ヘルクを超過しない入力ト ルクの場合には、第５ａ図の接触点３０ａ〜３０ｄにおけるように、各円筒ロー ラ２２に４個の線接触が生ずる。各接触点３０ａ〜３０ｄにおいて、それぞれ切 欠ｌＯ１又は２０の輪郭は、円筒ローラ２２の円筒表面に対し接線方向に形成さ れる。また、この転動作用止めの実際の幾何学的形状と心決め機構９の残りの構 成とに関する知識により、限界入力トルクの簡単な計算が可能である。中立位置 でそれぞれ力Ｆのプリロードを受ける２個の円筒ローラ２２と２個のはね２８と を組み込んだ図示の実施例について、限界入力トルクＴは次の式によって与えら れる。

Ｔ＝２ＦＸ半径３１Ｘｔａｎ　（角度３２）ここに半径３１は弁の軸線２１と円 筒ローラ２２の中心３３との間の半径距離であり、角度３２は、中心３３に関す る接触点３０ａと３０ｂとの中心角の１／２である。

この限界値を越える入力トルクが入力軸１に加えられた時、プランジャ１８は、 ばね２８によって加わる反力に抗して徐々に半径方向外方に駆動され、弁作動角 が発生するにつれて、円筒ローラ２２は、入力軸ｌとプランジャ１８との隣接す る切欠間に２個の線接触で転勤する。これ等２個の接触線を第５ｂ図に接触点３ ０ａ、３０ｄとして示す。このようにして移動した位置においては、上記転動作 用止めから生ずる心決めトルクは、角度３２が角度３２ａに減少したことに起因 して、著しく減少してしまっていること明らかである。以上の構成が、中立位置 から離れる弁作動角の量を増大させる目的で、入力軸１とスリーブ２との間の心 決めトルクを減少させ、それによりはね２８の変形を制限する基本的機構である 。

この現象に関する幾何学的関係を第６図に示し、この第６図は、円筒ローラ２２ が中立位置からいずれかの側に移動する際の円筒ローラ２２の中心３３の軌跡を プロットしている。時計方向の入力トルクの場合、円筒ローラ２２は、位置３３ ．３３ａ、３３ｂ、３３ｃを経て、入力軸の切欠１０に対し左に転勤する。位置 ３３ａは、第５ｂ図に示す位置に相当しており、円筒ローラ２２は、支持体１１ の側面１９にまさに衝合しようとしている。しかし、その他の位置３３ｂ、３３ ｃも実際に必要な止め作用に応する全く現実的な位置である。反時計方向の入力 トルクの場合、円筒ローラ２２は、位置３３．３３ｄ、３３ｅ、３３ｆを経て、 入力軸の切欠ｌＯに対し右に転勤する。入力軸ｌの切欠ｌＯの輪郭は、中立位置 における接触点３０ａ、３０ｂに密接するほぼ鋭い端縁から成るから、軌跡３３ 〜３３ｂ、３３〜３３ｅの部分はこれ等の点の周りにそれぞれ弓形になり、円筒 ローラ２２の中心３３が距離３５まで半径方向に持ち上がるのを有効に制限する 。これは、この距離３５の４倍のばね２８の変形に相当する。しかし、先行技術 の機械的０決め機構におけるように、単純な３角形の切欠である場合の円筒ロー ラ２２の中心３３の半径方向上昇距離に相当する距離３６に対し距離３５は何分 の−と小さい。従って、はね２８の変形は、著しく小さくなり、スリーブ２の端 面に取り付けた支持体１１内にはね２８を詰め込むことかできる。

第７図には、捩じり棒の直線作用に組み合わせた時の、弁作動角の機能としての 心決めトルクの対応する関係をプロットしている。この組み合わせた関係を曲線 ３７〜３７ｃとしてプロットした。３７ｃの点は、代表的な回転弁のフェイルセ ーフ角Ｆである７度に相当する。図面に示すように、弁がオンセンタ位置、即ち 中立位置にある時、心決め機構によって生ずる心決め力は、最大であり、点３７ における限界入力トルクＴに相当する。この心決めトルクは角度３２が点３７ｂ における零まで減少するにつれて弱くなる。この点３７ｂから点３７ｃのフェイ ルセーフ角Ｆまでは、この機構による捩じり棒の心決め作用の増強は生じない。

言い換えれば、線３７ｂ〜３７ｃは、線３８と同一直線上にあり、捩じり棒のみ についての単純な直線関係に相当する。

ばね２８か、適切なはね常数を有すれば、曲線３７〜３７ｂは、代わりの曲線３ ９に示すように上方に膨らむ傾向がある。

この状態は、図示のケースのように心決めトルクの関係の全体としての傾斜が常 に単調に増大する限り、厳密なものでない。

このシステムに極端に剛いはね２８を使用すると、曲線４０に示すように一層膨 らみ、区域４１ては負の傾斜になる。このようになると、回転弁の作動は不安定 になり、運転者か入力トルクを徐々に加えても、弁作動角は、不連続に増大する 。

曲線３７〜３７ｃから明らかなように、フェイルセーフ角Ｆにおける所定の入力 トルクによる弁の作動角は、捩じり棒のみを組み込んだ（即ち、機械的０決め機 構が無い）単純回転弁の作動角と同一である。曲線４２に相当する３角形の切欠 を採用すれば、同一の入力トルクに対し、著しく減少したフェイルセーフ角Ｇと なる。上述したように、従来の機械的０決め機構で使用する構成は、弁作動角が 全体として減少（即ち、Ｇ対Ｆ）するので、著しく製造が困難になる。

第６図に示すほぼ鋭い端縁から成る輪郭は、円筒ローラ２２の中心３３が半径方 向に上昇する距離３５を制限するために最適である。上述したように、球状部材 とは異なり、円筒ローラを使用すれば、接触点３０ａ〜３０ｄの線に沿って負荷 を分散する効果があり、従って、このようなほぼ鋭い端縁を採用することができ る。特殊な材料を使用することにより、切欠１０．２０の輪郭にこのようなほぼ 鋭い端縁を採用することが適当でなくなる程度まで、繰返し応力を制限できる場 合には、第８図に示す代案の構成を採用することができる。この構成においては 、はぼ鋭い端縁３０ａ、３０ｂの代わりに、プリズム状の隅肉半径４３ａ、４３ ｂを使用し、円筒ローラ２２の中心３３の新たな軌跡４４をこれ等隅肉の半径の 中心４５．４６の周りに弓形にする。中心３３の半径方向の上昇距離、従っては ね２８の全体の変形は、距離４５まで僅かに増大する。しかし、繰返し接触応ツ ノは著しく減少する。代案として、第６図の運動学を維持して、僅かに小さいロ ーラを使用してもよい。他の代案として、第９図の輪郭４６として示すように、 異なる半径の輪郭を切欠に採用してもよい。円筒ローラ２２の中心３３の半径方 向の上昇距離４７は、輪郭４８の形状の関数である。しかし、従来の３角形切欠 に比較し、はね２８に生ずる最大変形（この場合、距離４７の４倍）は、著しく 減少する。

上述の第８図、及び第９図の場合、入力軸１の切欠ｌＯの輪郭の形状をプランジ ャ１８の切欠２０の輪郭の形状と同一にすれば、円筒ローラ２２に作用する力を バランスさせることを実現し得ることもちろんである。そうでないと、円筒ロー ラ２２は転動せず、摺動する傾向となり、従って円筒ローラの方向が不正確にな る。それにも係わらず、円筒ローラ２２の移動を制限するように位置する支持体 １１の側面１９が弁のフェイルセーフ角に見合うものであれば、この円筒ローラ 素子が切欠ｌＯ１又は２０のいずれかに対して２個の線接触位置（即ち中心位置 ）を通過した時、円筒ローラは、転動を停止し、正規の転動作用止めが再発生す るまで、円筒ローラは、反対側の切欠との２個の線接触か生ずるまで待っている 。従って、この構成によって、対向する切欠間のローラの正しい方向が常時確保 される。

第１Ｏ１１１，１２，１３及び１４図を参照して本発明の第２実施例を説明する 。

この第２実施例では、入力軸５０、プリズム状切欠５１、及び円筒ローラ５２は 上述の第１実施例における部材とほぼ同一であり、第２〜９図の符号１．１０、 及び２２の部材にそれぞれ対応している。支持体５３は、平坦面を有し、スリー ブ５４の端面に穿孔して形成したねじ孔５６に螺着した２個の六角ヘッドのねじ ５５によってスリーブ５４の端面に取り付けられている。４角形の切欠形成プラ ンジャ５７を支持体５３の溝５９の平行な側面５８に沿って実質的に零の間隙で 半径方向に摺動させる。プリズム状の切欠５Ｉ、６０（切欠６０はプランジャ５ ７に形成）と、円筒ローラ５２との幾何学的形状から生ずる二重拘束転動作用は 、第１実施例の場合と正確に同一である。

しかし、この第２実施例では、第１実施例の側面１９におけるように、切欠形成 プランジャ５７の最内側部にも半径方向デッドストップ６１を設け、円筒ローラ ５２の方向が狂うのを修正し、円筒ローラ５２が移動するのを制限する。また、 第１実施例のようなコイルはね２８によらず、切欠形成プランジャ５７の輪郭部 ６３に支持した２個のＣ字状はね６２によって、この切欠形成プランジャ５７に 半径方向内方の負荷を加える。円筒ローラ５２、切欠形成プランジャ５７、及び Ｃ字状はね６２の軸線方向の拘束は、カバー板６３によって行う。カバー板６３ は、六角ヘッドのねじ５５の回転止め座金としても作用し、垂片６４によってこ れ等ねじのロックを容易にする。Ｃ字状はね６２は、その厚さが均一なように図 示されているが、軸線方向に測定した幅を変化させている。Ｃ字状ばねの設計に おける通常のブラクテスに従って、最大の曲げモーメントを支持する中心区域を 最大幅にし、切欠形成プランジャ５７の輪郭部６３との接触点に隣接するＣ字状 ばねの端部は小さな曲げモーメントを受けるので幅を狭くする。このようにして 、Ｃ字状ばねを均一な幅にする場合に比較し、曲げ応力をＣ字状はねに一層均一 に分散させることができ、しかも、所定の最大応力レベルに対し、はね常数を最 小にすることができる。

Ｃ字状ばねを対称に構成配置することによって、溝５９の側面５８と切欠形成プ ランジャ５７の摺動面との間の側方負荷を最小にすることができ、摩擦と摩耗と を最小にすることができる。成る用途では、この弾性部材を単一のＣ字状はねの みで構成することができることもちろんである。またＣ字状ばねをばね鋼の単一 シートで製造することができ、又は代案として多層、即ち重ねた状態に製造する こともできる。

大きな止め作用を必要とする用途に対しては、入力軸の周りに約１２０度に相互 に半径方向に配置した３個の切欠形成プランジャを機械的止め機構に採用するこ とができる。次に、３個のＣ字状ばねを使用してこれ等３個のプランジャを相互 に連結し、上述の側方への負荷を防止する（第１４図参照）。更に代案として、 入力軸の周りにほぼ９０度離間して４個の切欠形成プランジャと４個のＣ字状ば ねの適切な組を使用することもできる。しかし、一般に、プランジャとＣ字状は ねとの数が多ければ、取付けねじのために必要なスペース、即ち［足跡」も少な くなってしまう。今までの用途では、２個のプランジャ（及び２個のＣ字状はね ）が最適であった。

しかし、弾性部材がどんな形状を取るかには関係なく、この第２実施例の特殊な 要旨は、支持体５３をスリーブ５４に取り付けている間に、心決め機構を完全に 配列する手段にある。捩じり捧４によって供給される心決めトルクに心決め機構 は精密に回転整合することが観念的に必要であり、更にこの捩じり棒の心決めト ルクが零である場合には、対向する円筒ローラ５２は、止め作用をする切欠に４ 個の線接触（即ち各プリズム状切欠５１．６０についてそれぞれ２個の線接触） で掛合することが必要である。このような構成部材についての通常の技術公差に 対しこのことを両立させるためには、最終的に取り付ける前に、支持体５３を回 転方向（即ち第１１図のＥの方向）と、半径方向（即ちＣの方向、又はＤの方向 、又はそれ等を組み合わせた方向）との両方向に微細に調整できることが必要で ある。

支持体５３に２個の大きな設置孔６５を設け、ねじ５５のねじ山の外径が緩く嵌 着するようにする。従って、組立て中にねじ５５をまだ締め付けていない状態で 、全体の機構にこの理想的な位置を占めさせることができる。次に、ねじ５５を 締め付けて、支持体５３をスリーブ５４に剛固に取り付けるだけでよい。更に、 カバー板６３の垂片６４をねじ５５の六角ヘッドの周りに変形させ、操向装置の 使用寿命中にこれ等ねじ５５を恒久的にロックする。

最初に述べた第１実施例を含めて実質的に全ての他の設計に成る心決め装置では 、捩じり棒に対する心決め装置の整合は精密な心決め技術によって達成しなけれ ばならず、対向する（又は４個の）別個の止めによる心決め作用は極端に精密な 製造技術によって行わなければならなかったことに注意されたい。ここに記載し た第２実施例では、このように極端に精密な部片を製造する必要はない。

本発明は多数の変更を加えることができ、それにより最も宥和な効果を達成し得 ることは動力操向装置の技術の当業者には明らかである。

ξ−へ１ 特表十６−５０７３６３　（９）

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．入力軸と、スリーブと、被動部材と、全く機械的に作動する心決め機構とを 具え、この心決め機構は、１個、又はそれ以上の転動素子と、この各転勤素子を それぞれ間に配置したそれぞれ１対の対向する切欠形成素子とを具え、前記それ ぞれ１対の切欠形成素子の内の一方の切欠形成素子を前記入力軸に対し回転可能 に固着するか一体にし、前記それぞれ１対の切欠形成素子の内の他方の切欠形成 素子を前記スリーブ、又は前記被動部材に対し回転可能に固着するか一体にし、 前記それぞれ１対の切欠形成素子間に前記転動素子の一方を拘束するよう前記そ れぞれ１対の対向する切欠形成素子を互いに押圧するばね手段を設け、前記入力 軸と前記スリーブ又は前記被動部材との間に止め作用を生ぜしめ、所定の限界値 を越える入力トルクが加えられた時のみ前記入力軸と前記スリーブ又は前記被動 部材との間に相対回転が発生するようにした動力操向装置の回転弁において、入 力トルクが所定の限界値を越えた後、前記それぞれ１対の対向する切欠形成素子 の対向する表面輪郭間に各前記転勤素子を転動させ、中立位置から離れる前記回 転弁の回転の量を増大させるため前記入力軸と前記スリーブ又は前記被動部材と の間に生ずる心決めトルクが減少するよう凸形表面を含む前記輪郭を定めたこと を特徴とする動力操向装置の回転弁。
2. ２．前記伝動素子を円筒形に構成し、前記切欠形成素子のプリズム状の輪郭に線 接触させる請求の範囲１に記載の回転弁。
3. ３．前記転勤素子を前記回転弁の中心軸線に平行に配置した請求の範囲２に記載 の回転弁。
4. ４．相対回転中の各前記転動素子の中心の軌跡が前記転動素子の半径にほぼ等し くて、しかも僅かに大きい半径を有する曲線である請求の範囲１に記載の回転弁 。
5. ５．オンセンタ駆動に関連しない大きな弁作動角では、前記切欠形成素子の前記 輪郭の前記凸形表面が、前記入力軸と前記スリーブ又は前記被動部材との間の相 対移動の方向に平行になるよう構成した請求の範囲１に記載の回転弁。
6. ６．止め作用を生ずるため前記ばね手段によって発生する力が前記回転弁の中心 軸線に対し本質的に半径方向に作用するよう構成した請求の範囲１に記載の回転 弁。
7. ７．前記それぞれ１対の切欠形成素子は、前記入力軸に対し半径方向に移動する よう前記スリーブ又は前記被動部材の端面に取り付けた支持体に支持したプラン ジャに形成した第１素子と、前記入力軸の表面に形成した切欠から成る第２素子 とから構成されている請求の範囲６に記載の回転弁。
8. ８．直径的に対向して離間するよう前記プランジャを配置し、各前記プランジャ に負荷を加えるよう配置したコイルばね、又は複数個のコイルバばねで前記ばね 手段を構成した請求の範囲７に記載の回転弁。
9. ９．直径的に対向して離間するよう前記プランジャを配置し、対向するプランジ ャに作用するよう配置したＣ字状ばね、又は複数個のＣ字状ばねで前記ばね手段 を構成した請求の範囲７に記載の回転弁。
10. １０．前記入力軸の周りに円周に離間した３個、又はそれ以上のプランジャを設 け、隣接するプランジャにそれぞれ作用する複数個のＣ字状ばねで前記ばね手段 を構成した請求の範囲７に記載の回転弁。