(57)【要約】【課題】  被付勢部材に作用するコイルスプリングの横力を抑制できるコイルスプリングを用いた付勢構造を有する車両搭載機器を提供する。【解決手段】  リリーフバルブスプリング37は、スプール29のバルブ孔34にリリーフバルブスプリング37を圧縮状態でセットしたときの有効巻数をN1、N1の整数の値をn1、自然長さのときの有効巻数をN0、N0の整数の値をn0としたとき、式１：0≦N1-ｎ1≦0.25および式３：N1-ｎ1＜N0-ｎ0を満足する。【選択図】  図３
2018071711.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルスプリングを用いた付勢構造を有する車両搭載機器であって、
内部に収容部を有するハウジング部材と、
前記収容部内に移動可能に設けられた被付勢部材と、
前記収容部内に設けられ前記被付勢部材を付勢するコイルスプリングであって、前記収容部内に圧縮状態でセットされ、
前記圧縮状態における前記コイルスプリングの有効巻数をN1、有効巻数の整数の値をｎ1とし、前記コイルスプリングの長さが自然長さのときの前記コイルスプリングの有効巻数をN0、有効巻数の整数の値をｎ0としたとき、
式１：0≦N1-ｎ1≦0.25
または
式２：0.75≦N1-ｎ1＜1
を満足するものであって、
前記圧縮状態における前記コイルスプリングの有効巻数N1が前記式１を満足するとき、
式３：N1-ｎ1＜N0-ｎ0
を満足し、
前記圧縮状態における前記コイルスプリングの有効巻数N1が前記式２を満足するとき、
式４：N0-ｎ0＜N1-ｎ1
を満足するコイルスプリングと、
を有するコイルスプリングを用いた付勢構造を有する車両搭載機器。
【請求項２】
請求項１に記載のコイルスプリングを用いた付勢構造を有する車両搭載機器において、
前記コイルスプリングは、変形特性が非線形であるコイルスプリングを用いた付勢構造を有する車両搭載機器。
【請求項３】
請求項２に記載のコイルスプリングを用いた付勢構造を有する車両搭載機器において、
前記コイルスプリングは、樽形状を有するコイルスプリングを用いた付勢構造を有する車両搭載機器。
【請求項４】
請求項１に記載のコイルスプリングを用いた付勢構造を有する車両搭載機器において、
前記ハウジング部材は、内部に作動液が流通する作動液通路と、前記被付勢部材の移動方向の一方側において前記被付勢部材の移動を規制する規制部と、を有し、
前記コイルスプリングは、前記被付勢部材の移動方向の他方側に設けられ、
前記被付勢部材は弁体であり、前記規制部側に向かって前記コイルスプリングによって付勢され、前記規制部に当接した第１の状態から前記コイルスプリングの付勢力に抗して前記規制部から離間した第２の状態に移動することで前記作動液連通路の連通状態を切り替えるコイルスプリングを用いた付勢構造を有する車両搭載機器。
【請求項５】
請求項４に記載のコイルスプリングを用いた付勢構造を有する車両搭載機器において、
前記規制部は、前記被付勢部材が当接する弁座であって、
前記被付勢部材は、前記第１の状態において前記作動液通路を遮断し、前記第２の状態において前記作動液通路を連通させる一方向弁であるコイルスプリングを用いた付勢構造を有する車両搭載機器。
【請求項６】
請求項５に記載のコイルスプリングを用いた付勢構造を有する車両搭載機器において、
前記収容部の前記被付勢部材の移動方向に延びる軸線との直交断面における前記収容部の中心を通りかつ前記軸線と平行な仮想線を中心軸線としたとき、
前記規制部である前記弁座は、
前記軸線の方向に貫通するように前記規制部に設けられた軸方向孔であって、前記規制部の前記軸線の方向との直交断面における形成位置が、前記収容部の断面のほぼ中心に位置するように設けられた貫通孔と、
前記弁座の前記移動方向の他方側に設けられ、前記貫通孔を包囲するように環状に形成され、前記軸線の方向との直交断面における中心が前記中心軸線に対しオフセットするように配置された弁座部と、
を有し、
前記被付勢部材である前記弁体は、前記貫通孔の開閉を行う球状を有するコイルスプリングを用いた付勢構造を有する車両搭載機器。
【請求項７】
請求項６に記載のコイルスプリングを用いた付勢構造を有する車両搭載機器において、
前記弁体が前記弁座部に当接した状態において、前記環状の弁座部よりも内側の領域において前記弁体が受ける前記貫通孔内の作動液の圧力のうち前記中心軸線に対する径方向成分をF1、前記中心軸線に対する前記弁体の傾きによって前記F1を減少させる前記中心軸線に対する径方向の力をF2、前記コイルスプリングの付勢力のうち前記F1を減少させる前記中心軸線に対する径方向の力をF3としたとき、前記弁座部は、
式５：F1＞F2+F3
を満足するように形成されているコイルスプリングを用いた付勢構造を有する車両搭載機器。
【請求項８】
請求項４に記載のコイルスプリングを用いた付勢構造を有する車両搭載機器において、
前記作動液通路は、第１の作動液通路と第２の作動液通路を有し、
前記被付勢部材は、前記第１の状態のとき前記第１の作動液通路を連通状態とし、前記第２の状態で前記第２の作動液通路を連通状態とするように切り替えるスプール弁体であるコイルスプリングを用いた付勢構造を有する車両搭載機器。
【請求項９】
請求項１に記載のコイルスプリングを用いた付勢構造を有する車両搭載機器において、
前記コイルスプリングは、前記式１を満足するものであるコイルスプリングを用いた付勢構造を有する車両搭載機器。
【請求項１０】
請求項１に記載のコイルスプリングを用いた付勢構造を有する車両搭載機器において、
前記コイルスプリングは、前記被付勢部材の移動方向における両端部の巻きピッチが中央部の巻きピッチよりも小さく形成されているコイルスプリングを用いた付勢構造を有する車両搭載機器。
【請求項１１】
請求項１に記載のコイルスプリングを用いた付勢構造を有する車両搭載機器において、
前記被付勢部材は、ボールねじのナットであるコイルスプリングを用いた付勢構造を有する車両搭載機器。
【請求項１２】
請求項１に記載のコイルスプリングを用いた付勢構造を有する車両搭載機器において、
前記被付勢部材は、ラックアンドピニオンのラックを付勢する部材であるラックリテーナであるコイルスプリングを用いた付勢構造を有する車両搭載機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイルスプリングを用いた付勢構造を有する車両搭載機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来技術としては、例えば、特許文献１に記載の可変容量型ベーンポンプが知られている。このベーンポンプは、過剰な圧力の上昇から油圧機器を保護するためのリリーフバルブを有する。リリーフバルブは、圧縮状態でバルブ孔内にセットされ、ボール（被付勢部材）をバルブシート部材側へ付勢するコイルスプリングを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2012-82762号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術にあっては、弁体に作用するコイルスプリングの付勢力の横方向成分、すなわちコイルスプリングの横力が大きいと、安定した弁体の作動が得られないという問題があった。
本発明の目的の一つは、被付勢部材に作用するコイルスプリングの横力を抑制できるコイルスプリングを用いた付勢構造を有する車両搭載機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施形態におけるコイルスプリングを用いた付勢構造を有する車両搭載機器は、収容部内に設けられ被付勢部材を付勢するコイルスプリングを備え、コイルスプリングは、収容部内に圧縮状態でセットされ、圧縮状態におけるコイルスプリングの有効巻数をN1、有効巻数の整数の値をｎ1とし、コイルスプリングの長さが自然長さのときのコイルスプリングの有効巻数をN0、有効巻数の整数の値をｎ0としたとき、
式１：0≦N1-ｎ1≦0.25
または
式２：0.75≦N1-ｎ1＜1
を満足するものであって、
前記圧縮状態における前記コイルスプリングの有効巻数N1が前記式１を満足するとき、
式３：N1-ｎ1＜N0-ｎ0
を満足し、
前記圧縮状態における前記コイルスプリングの有効巻数N1が前記式２を満足するとき、
式４：N0-ｎ0＜N1-ｎ1
を満足する。
【発明の効果】
【０００６】
よって、本発明にあっては、被付勢部材に作用するコイルスプリングの横力を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態１の可変容量型ベーンポンプ1を示す軸方向断面図である。
【図２】図１のS2-S2線矢視断面図である。
【図３】実施形態１のリリーフバルブ33の詳細を示す拡大図である。
【図４】円筒圧縮コイルスプリング（以下、コイルスプリング）50に負荷を加えたときの端部の状態を示す図である。
【図５】コイルスプリング50を軸線方向一方側から見た図である。
【図６】コイルスプリング50における両接点相対角[deg]と横力レベル[N]との関係を示す図である。
【図７】コイルスプリング50を圧縮したときの一方側の接点53の位置変化を示す図である。
【図８】コイルスプリング50を圧縮したときの他方側の接点55の位置変化を示す図である。
【図９】リリーフバルブスプリング37のセット状態での有効巻数N1に対する横力レベル[N]の検証データである。
【図１０】実施形態２のラックピニオン式ステアリング装置60を示す要部断面図である。
【図１１】実施形態３の電動ブレーキ80を示す要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
〔実施形態１〕
図１は実施形態１の可変容量型ベーンポンプ（車両搭載機器）1を示す軸方向断面図、図２は図１のS2-S2矢視断面図である。
可変容量型ベーンポンプ1は、ポンプボディ4およびポンプ要素5を有する。可変容量型ベーンポンプ1は、駆動軸6によりポンプ要素5を回転駆動することでポンプ作用を行う。ポンプボディ4は、フロントボディ2およびリアボディ3を突き合わせて形成されている。ポンプボディ4は、収容空間4a内にポンプ要素5を収容する。ポンプ要素5は、ロータ7、カムリング8、アダプタリング9およびプレッシャプレート10を有する。ロータ7は、駆動軸6と一体に回転する。カムリング8は、ロータ7の外周側に位置し、略円環状を有する。カムリング8は、ロータ7に対する偏心量が変化する方向に揺動可能である。アダプタリング9は、カムリング8の外周側に位置し、略円環状を有する。アダプタリング9は、収容空間4aの外周円筒面に固定されている。プレッシャプレート10は、収容空間4aのフロントボディ2の内底面2aに位置し、略円盤状を有する。
【０００９】
アダプタリング9およびプレッシャプレート10は、位置決めピン11によりポンプボディ4に対する相対回転が規制されている。位置決めピン11の図２中時計回り方向側（後述する第１流体圧室14a側）には、板部材12が設置されている。板部材12は、カムリング8の揺動支点機能と、カムリング8およびアダプタリング9間をシールするシール機能とを有する。アダプタリング9の内周面のうち径方向で板部材12と対向する位置には、アダプタリング9とカムリング8との間をシールするシール部材13が配置されている。シール部材13および板部材12は、カムリング8およびアダプタリング9間に一対の流体圧室14a,14bを形成する。つまり、カムリング8の径方向一方側には第１流体圧室14aが形成され、径方向他方側には第２流体圧室14bが形成されている。両流体圧室14a,14b間の圧力差によりカムリング8が揺動することで、カムリング8のロータ7に対する偏心量が増減する。カムリング8は、リターンスプリング15によりロータ7との偏心量が最大となる方向に常時付勢されている。
【００１０】
ロータ7はその外周部に、径方向に沿って切り欠かれた複数のスロット7aを有する。各スロット7aは、周方向に等ピッチで並ぶ。各スロット7aには、略平板状のベーン16がロータ7の径方向で出没自在に収容されている。各ベーン16がカムリング8およびロータ7間の環状空間を周方向で仕切ることにより、複数のポンプ室17が形成されている。ロータ7を駆動軸6により図２中反時計回り方向に回転駆動することで、各ポンプ室17がその容積を増減させながら周回移動してポンプ作動が行われる。各ベーン16は、各スロット7aの内周側に形成された背圧室7bに導入される作動油の圧力により、カムリング8の内周面に押し付けられる。
リアボディ3のうち収容空間4aに臨む内側面3aには、ロータ7の回転に伴い各ポンプ室17の容積が漸次拡大する吸入領域に該当する部分には、周方向に沿う正面視略三日月状の第１吸入ポート18が形成されている。第１吸入ポート18は、リアボディ3に形成された吸入通路19aと連通する。これにより、図示外のリザーバタンクに接続される吸入パイプ20を介して吸入通路19a内に導入された作動油が、上記吸入領域におけるポンプ吸入作用によって各ポンプ室17に吸入される。
【００１１】
プレッシャプレート10のうちロータ7と対向する面には、第１吸入ポート18と対向する位置に、その第１吸入ポート18と略同形状の第２吸入ポート21が形成されている。第２吸入ポート21は、フロントボディ2に形成された還流通路22と連通する。還流通路22は、フロントボディ2のうち駆動軸6との間をシールするシール部材が収容された凹部と連通する。上記シール部材の余剰油が、上記吸入領域におけるポンプ吸入作用により各ポンプ室17へ供給されることで、上記余剰油の外部への漏出が防止される。
プレッシャプレート10のうちロータ7と対向する面には、ロータ7の回転に伴って各ポンプ室17の容積が漸次縮小する吐出領域に該当する部分に、周方向に沿う正面視略三日月状の第１吐出ポート23が形成されている。第１吐出ポート23は、フロントボディ2のうちプレッシャプレート10に対向する内底面2aに凹設された圧力室24を介して吐出通路19bと連通する。これにより、上記吐出領域におけるポンプ吐出作用により各ポンプ室17から吐出された作動油が、圧力室24および吐出通路19bを通じてポンプボディ4外へ吐出され、図示外のパワーステアリング装置の油圧パワーシリンダに送られる。プレッシャプレート10は、圧力室24内の圧力によりロータ7側へ押圧されている。
リアボディ3の内側面3aのうち第１吐出ポート23と対向する位置に、その第１吐出ポート23と略同形状の第２吐出ポート25が形成されている。両吸入ポート18,21および両吐出ポート23,25を、それぞれ各ポンプ室17を挟んで軸方向対称に配置することにより、上記各ポンプ室17の軸方向両側の圧力バランスが保たれている。
【００１２】
フロントボディ2のうち上端側の内部には、ポンプ吐出圧を制御するコントロールバルブ26が、駆動軸6と直交する方向（図２の左右方向）に設けられている。コントロールバルブ26は、フロントボディ2に図２中左側から右側に向けて形成されている。コントロールバルブ26は、弁孔28、スプール（ハウジング部材）29およびコントロールバルブスプリング30を有する。弁孔28の図２中左側の開口部はプラグ（規制部）27により閉塞されている。スプール29は、弁孔28内に軸方向摺動自在に収容されている。スプール29は略有底円筒状を有するスプール弁体である。コントロールバルブスプリング30は、スプール29をプラグ27側に向けて付勢する。コントロールバルブスプリング30は、円筒圧縮コイルスプリングである。
弁孔28内には、高圧室（第２の作動液通路）28a、中圧室28bおよび低圧室（第１の作動液通路）28cがスプール29により隔成されている。高圧室28aには、吐出通路19bに形成された図示外のメータリングオリフィスの上流側の油圧、つまり圧力室24の油圧が導入される。中圧室28bは、コントロールバルブスプリング30を収容し、上記メータリングオリフィスの下流側の油圧が導入される。低圧室28cは、スプール29の外周側に形成され、低圧通路31を介して吸入通路19aからポンプ吸入圧が導入される。
【００１３】
スプール29は、中圧室28bおよび高圧室28a間の圧力差に応じて軸方向に移動する。具体的には、中圧室28bおよび高圧室28a間の圧力差が比較的小さく、スプール29がプラグ27と当接した状態（第１の状態）にあるときには、第１流体圧室14aおよび弁孔28間を連通する連通路（第１の作動液通路、第２の作動液通路）32が低圧室28cに開口し、低圧室28cの比較的低い油圧が第１流体圧室14aに導入される。一方、中圧室28bおよび高圧室28a間の圧力差が増大し、スプール29がコントロールバルブスプリング30の付勢力に抗して軸方向に移動（第２の状態）すると、低圧室28cおよび第１流体圧室14a間の連通が漸次遮断され、高圧室28aが連通路32を介して第１流体圧室14aに連通する。これにより、高圧室28aの比較的高い油圧が第１流体圧室14aに導入される。つまり、第１流体圧室14aには、低圧室28cまたは高圧室28aの油圧が選択的に導入される。
【００１４】
第２流体圧室14bにはポンプ吸入圧が常時導入される。第１流体圧室14aに低圧室28cの油圧が導入されているときには、リターンスプリング15の付勢力によりロータ7との偏心量が最大となる位置（図２中左側の位置）にカムリング8が位置する。このとき、ポンプ吐出量は最大となる。一方、第１流体圧室14aに高圧室28aの油圧が導入されると、その第１流体圧室14aの圧力により、カムリング8がリターンスプリング15の付勢力に抗して第２流体圧室14bの容積を狭めるように揺動し、当該カムリング8とロータ7との偏心量が減少する。偏心量の減少によりポンプ吐出量は減少する。
スプール29の内部にはリリーフバルブ33が形成されている。リリーフバルブ33は、中圧室28bの圧力が所定未満の場合は閉弁状態（第１の状態）を維持する。リリーフバルブ33は、中圧室28bの圧力が所定以上になったとき、つまりパワーステアリング装置側（負荷側）の圧力が所定以上になったときに開弁状態（第２の状態）となってリリーフ動作し、低圧室28cおよび低圧通路31を介して吸入通路19aに作動油を還流させる。換言すれば、リリーフバルブ33は、吐出通路19bおよび吸入通路19a間の油通路を開閉する。
【００１５】
図３は、実施形態１のリリーフバルブ33の詳細を示す拡大図である。リリーフバルブ33は、バルブ孔（収容部）34、リリーフ孔（作動液通路）29a、ボール（被付勢部材）35、バルブシート部材（規制部）36、リリーフバルブスプリング37およびリテーナ38を有する。バルブ孔34は、スプール29の内周側に形成され、略円筒形状を有する。リリーフ孔29aは、バルブ孔34および低圧室28c間を連通するようにスプール29に形成されている。ボール35は、バルブ孔34内に配置された球状の弁体である。バルブシート部材36は、ボール35が当接する弁座であって、バルブ孔34のうちボール35を挟んで軸方向一方側に固定されている。リリーフバルブスプリング37は、バルブ孔34のうちボール35を挟んで他方側に圧縮変形した状態で配置されている。リリーフバルブスプリング37は、変形特性が非線形となるコイルスプリングであって、実施形態１では、樽型ばねとする。リテーナ38は、ボール35およびリリーフバルブスプリング37間に介装されている。リテーナ38は、リリーフバルブスプリング37の圧縮変形に基づく復元力によりボール35をバルブシート部材36側へ向けて付勢する。リテーナ38は、軸部39およびボール保持部40を有する。軸部39は、リリーフバルブスプリング37の内周側に挿入されている。ボール保持部40は、軸部39のうちバルブシート部材36側の端部に拡径状に形成され、リリーフバルブスプリング37のうちバルブシート部材36側の第２座巻部37bに着座する。
【００１６】
軸部39は、ボール保持部40側に向かって漸次拡径するテーパ状に形成されている。軸部39のうちボール保持部40に対する根元部の外周面とリリーフバルブスプリング37の第２座巻部37bとの当接により、第２座巻部37bとリテーナ38との径方向における相対変位が規制されている。
ボール保持部40は、ボール保持部40のうち軸部39側の端面に凹設されたボール保持凹部41にボール35を保持する。ボール保持部40は、ボール保持部40および軸部39間の段状部42がリリーフバルブスプリング37の第２座巻部37bに着座する。ボール保持凹部41は、リテーナ38の軸心A2を中心として回転対称な略偏平すり鉢状に形成されている。ボール保持凹部41にボール35が着座することにより、そのボール35とリテーナ38との径方向における相対変位が規制され、ボール35の中心Cがリテーナ38の軸心A2上に位置する。
【００１７】
一方、バルブ孔34の底部には円形状に凹んだスプリング着座部43が形成されている。スプリング着座部43は、その軸心がバルブ孔34の軸心A1と一致する。スプリング着座部43にリリーフバルブスプリング37のうちバルブシート部材36側の第１座巻部37aが着座することで、第１座巻部37aの軸心とバルブ孔34の軸心A1とが一致する。
バルブシート部材36は、貫通孔44およびシート面（弁座部）45を有する。貫通孔44は、バルブ孔34の軸心A1に沿って形成され、中圧室28bを介して吐出通路19bに連通する。貫通孔44は、バルブ孔34の略円形の断面のほぼ中心に位置する。シート面45は、環状であって、貫通孔44のうちボール35側であって拡径された開口部44aの端部に形成されている。リリーフバルブ33は、シート面45にボール35が着座することで閉弁する。
シート面45は、リリーフバルブ33の閉弁時、すなわちシート面45にボール35が着座したとき、ボール35の中心Cが、第１座巻部37aおよび貫通孔44と共通したバルブ孔34の軸心A1に対して径方向で所定のオフセット量だけオフセットするように形成されている。その結果、リテーナ38のボール保持部40はバルブ孔34の軸心A1に対して径方向でオフセットし、リテーナ38の軸心A2はバルブ孔34の軸心A1に対して角度δ1だけ傾斜する。
また、シート面45は、シート面45よりも内側の領域においてボール35が受ける貫通孔44内の油圧のうち軸線A1に対する径方向成分をF1、軸線A1に対するボール35の傾きによってF1を減少させる軸線A1に対する径方向の力をF2、リリーフバルブスプリング37の付勢力のうちF1を減少させる軸線A1に対する径方向の力（横力）をF3としたとき、F1＞F2+F3を満足するように形成されている。ボール35が受ける作動液の径方向成分F1を減少させる力の成分の合計F2+F3がF1よりも大きくなると、ボール35が不安定となり、リリーフバルブ33から異音が発生する原因となるため、F1＞F2+F3を満足するようにシート面45を形成することにより、リリーフバルブ33の開弁時におけるボール35の安定化を図り、リリーフバルブ33からの異音の発生を抑制できる。
【００１８】
実施形態１の可変容量型ベーンポンプ1では、リリーフバルブ33の開弁時、ボール35の中心Cがバルブ孔34の軸心A1に対して径方向にオフセットし、リテーナ38の軸心A2が軸心A1に対して傾斜する。これにより、リリーフバルブ33の開弁時には、ボール35が軸心A1の径方向一方側に向かって開きやすくなる。このため、ボール35の一部分では開弁時にもシート面45との当接状態を維持し、ボール35がリテーナ38とシート面45との間で挟まれた、安定した開弁状態が保たれる。この結果、リリーフバルブ33の開弁時におけるボール35の振動を抑制でき、リリーフバルブ33からの異音の発生を抑制できる。
ここで、リリーフバルブ33の開弁時、ボール35に作用するリリーフバルブスプリング37の横力が、ボール35をシート面45から離間させる方向に発生する場合、当該横力が大きいほど、ボール35が不安定となり、上述した異音抑制効果の低下を招く。そこで、実施形態１では、リリーフバルブスプリング37の横力の抑制を狙いとし、下記の式１および式３の条件を満足するようにリリーフバルブスプリング37を設計した。
式１：0≦N1-ｎ1≦0.25
式３：N1-ｎ1＜N0-ｎ0
ここで、N1はスプール29のバルブ孔34にリリーフバルブスプリング37を圧縮状態でセットしたときの有効巻数、n1はN1の整数の値、N0は自然長さのときの有効巻数、n0はN0の整数の値である。
【００１９】
以下、式１および式３の条件を満たすリリーフバルブスプリング37が横力を抑制できる理由について説明する。
図４は、一般的な円筒圧縮コイルスプリング（以下、コイルスプリング）50に負荷を加えたときの端部の状態を示す図である。コイルスプリング50は、ばね部51と座巻部52とを有する。ばね部51は、ばねとして作用する部分である。座巻部52は、ばね部51の両端に形成された平坦部分であって、ばねとして作用しない部分である。コイルスプリング50の一方側において、コイルスプリング50に負荷（圧縮荷重）を加えると、ばね部51と座巻部52との接点53には、ばね部51の弾性力Fが作用する。弾性力Fは、コイルスプリング50の軸線方向に対してピッチ角βだけ角度を持つ。よって、接点53に作用する弾性力Fの軸線方向成分Fyおよび軸線直交方向成分Fx1は、Fy=FcosβおよびFx1=Fsinβとなる。軸線直交方向成分Fx1の方向は、図５に示すように、コイルスプリング50を軸線方向一方側から見たとき、接点53を通りコイルスプリング50の中心軸線O上に中心を持つ円の接線方向のうち、座巻部52からばね部51へ向かう方向となる。コイルスプリング50の他方側の座巻部54および接点55についても同様である。よって、コイルスプリング50の横力Fxは、接点53に作用する弾性力Fの軸線直交方向成分Fx1と、他方側の接点55に作用する弾性力Fの軸線直交方向成分Fx2との合成力となる。
【００２０】
上記のように、理論上、両接点53,55の軸線直交方向成分Fx1,Fx2は同じ大きさとなるが、その向きは軸線方向から見たときの両接点53,55の位置関係によって変化する。つまり、コイルスプリング50の横力Fxは、両接点53,55間の相対角θによって大きさや向きが変化する。両接点相対角θは、中心軸線Oおよび接点53を通過する直線と、中心軸線Oおよび接点55を通過する直線とがなす角度である。
図６は、コイルスプリング50における両接点相対角θ[deg]と横力レベル（横力Fxの絶対値）[N]との関係を示す図である。図６に示すように、横力レベルは、両接点相対角θに対して略正弦波状の特性を持つ。両接点相対角θが0°のとき、両軸線直交方向成分Fx1,Fx2は互いに反対方向を向くため、横力レベルは最小となる。一方、両接点相対角θが180°のとき、両軸線直交方向成分Fx1,Fx2は同一方向を向くため、横力レベルは最大となる。また、両接点相対角θが90°および270°のとき両軸線直交方向成分Fx1,Fx2は互いに直行する向きとなるため、横力レベルは中間値をとる。
したがって、コイルスプリング50の横力を小さくするためには、両接点相対角θを0°≦θ≦90°または270°≦θ≦360°の範囲内に設定すればよい。このためには、コイルスプリング50の有効巻数Nの小数点以下の値を0〜0.25または0.75〜1の範囲内とする必要がある。
【００２１】
一方、コイルスプリング50の有効巻数Nは、コイルスプリング50の圧縮時に小さくなる。つまり、コイルスプリング50の両接点53,55は圧縮状態に応じて変化する。図７に示すように、コイルスプリング50を軸線方向一方側から見たとき、コイルスプリング50を圧縮すると、一方側の接点53は、図７の○の位置から△の位置へと変化する。また、図８に示すように、コイルスプリング50を軸線方向一方側から見たとき、コイルスプリング50を圧縮すると、他方側の接点55は、図８の○の位置から△の位置へと変化する。したがって、コイルスプリング50を収容部内に圧縮状態でセットし、被付勢部材を付勢する付勢構造に用いる場合には、セット前の自然長さ状態における有効巻数よりもセット状態における有効巻数をより整数に近づけ、かつ、セット状態における有効巻数の小数点以下の値が0〜0.25または0.75〜1の範囲内とする必要がある。そして、上記の条件を満足するには、コイルスプリング50のセット状態での有効巻数をN1、N1の整数の値をn1、自然長さの状態での有効巻数をN0、N0の整数の値をn0としたとき、下記の式１および式３の条件を満足するか、下記の式２および式４の条件を満足するようにコイルスプリング50を設計すればよい。
式１：0≦N1-ｎ1≦0.25
式２：0.75≦N1-ｎ1＜1
式３：N1-ｎ1＜N0-ｎ0
式４：N0-ｎ0＜N1-ｎ1
これにより、コイルスプリング50のセット状態での有効巻数N1を、セット前の自然長さの状態での有効巻数N0よりも整数に近づけ、かつ整数近傍にできる。よって、コイルスプリング50の横力が小さく抑えられるため、被付勢部材をより真っ直ぐ付勢でき、被付勢部材の作動性を向上できる。
【００２２】
以上の理由から、実施形態１の可変容量型ベーンポンプ1では、リリーフバルブ33のリリーフバルブスプリング37を、式１および式３を満足するように設計した。これにより、リリーフバルブ33の開弁時におけるコイルスプリング50の横力を小さくできる。図９は、リリーフバルブスプリング37のセット状態での有効巻数N1に対する横力レベル[N]の検証データである。図９から明らかなように、横力レベルは有効巻数N1が整数(10)近傍のとき最も小さく抑えられている。なお、この検証データは有効巻数N1が9.3〜10.5の範囲のものであるが、他の範囲の場合も同様の結果が得られた。
リリーフバルブ33のボール35は、バルブ孔34内においてバルブ孔34に対し所定のクリアランスをもって移動可能に設けられている。このため、ボール35は、リリーフバルブスプリング37の横力によりその作動状態が大きく影響を受ける。よって、リリーフバルブスプリング37の横力を抑制することにより、ボール35の作動性を向上できる。また、一方向弁であるリリーフバルブ33は、作動液の圧力によって開弁するとき、リリーフバルブスプリング37の横力の影響により傾き、姿勢が安定しないと、異音が発生するおそれがある。よって、リリーフバルブスプリング37の横力を抑制することにより、安定したボール35の作動が得られる。また、開弁時におけるボール35の振動が抑えられ、リリーフバルブ33からの異音の発生を抑制できる。
【００２３】
さらに、ボール35の作動に伴いリリーフバルブスプリング37がセット状態からさらに圧縮されると、その圧縮状態におけるリリーフバルブスプリング37の有効巻数はより整数に近づく（小数点以下の値が小さくなる）ため、リリーフバルブスプリング37が式２および式４の条件を満足する場合と比べて、リリーフバルブスプリング37の横力をより抑制できる。
実施形態１では、リリーフバルブスプリング37の変形特性を非線形とした。非線形のコイルスプリングは、変形特性が線形のコイルスプリングと比べて倒れにくいため、横力をさらに抑制できる。さらに、リリーフバルブスプリング37を樽型ばねとした。樽型ばねは、両端部が中央部よりも小径であるから、両端部は中央部よりも剛性が高い。よって、負荷に対する中央部の圧縮率は両端部の圧縮率よりも高いため、リリーフバルブスプリング37がセット状態からさらに圧縮されたとき、有効巻数が整数近傍の値から離れて横力が増大するのを抑制できる。また、リリーフバルブスプリング37のセット前後での有効巻数の変化量は不確定要素でもあるため、できるだけ小さい方が好ましい。そこで、リリーフバルブスプリング37として樽型ばねを用いることにより、座巻部付近では巻きピッチを小さく、ばね部では巻きピッチを大きくし、セット前後では主に有効巻数の領域で圧縮するようにする。巻きピッチが大きい（ピッチ角βが大きい）領域では、圧縮に伴う有効巻数の変化も小さいため、セット前後での有効巻数の変化を小さくできる。この結果、横力の増大を抑制できる。
【００２４】
〔実施形態２〕
図１０は、実施形態２のラックピニオン式ステアリング装置（車両搭載機器）60を示す要部断面図である。
ピニオン軸61は、図外のステアリングホイールと接続する。ピニオン軸61の先端には、ピニオンギア61aが形成されている。ラックバー62は、車幅方向に延び、その両端が前輪と接続する。ラックバー62には、ピニオンギア61aと噛み合うラックギア62aが形成されている。ステアリングホイールへの回転入力は、ピニオン軸61およびラックバー62からなるラックアンドピニオン機構63によりラックバー62の軸方向移動に変換され、前輪が転舵される。
ハウジング（ハウジング部材）64は、ラックアンドピニオン機構63を収容する。ピニオン軸61の下端は、ハウジング64内に設置されたベアリング65に支持されている。ハウジング64のラックバー62を挟んでピニオン軸61と反対側には、ラックリテーナ収容部66が形成されている。ラックリテーナ収容部66は、車両前後方向（図１０中左右方向）に延びる。ラックリテーナ収容部（収容部）66は、ラックリテーナ（被付勢部材）67、アジャストスクリュー68およびコイルスプリング69を収容する。ラックリテーナ67は、ラックバー62と当接し、ラックリテーナ収容部66内を車両前後方向に摺動可能である。アジャストスクリュー68は、ラックリテーナ収容部66の開口端を塞ぐ。コイルスプリング69は、円筒圧縮コイルスプリングであり、ラックリテーナ収容部66内のラックリテーナ67およびアジャストスクリュー68間に圧縮状態でセットされている。コイルスプリング69は、ラックリテーナ67を介してラックバー62をピニオン軸61側へ付勢する。アジャストスクリュー68を車両前後方向に進退移動させることによりコイルスプリング69のセット荷重を調整できる。アジャストスクリュー68は、ロックナット70によりハウジング64に対し車両前後方向への移動が規制されている。ラックリテーナ67およびアジャストスクリュー68間には、ゴムリング71が介装されている。ゴムリング71は、コイルスプリング69と共にラックリテーナ67を介してラックバー62をピニオン軸61側へ付勢する。
実施形態２のコイルスプリング69は、実施形態１に示した式１および式３の条件を満足するように設計されている。これにより、コイルスプリング69のセット状態での有効巻数N1を、セット前の自然長さの状態での有効巻数N0よりも整数に近づけ、かつ整数近傍にできる。よって、コイルスプリング69の横力が小さく抑えられるため、ラックリテーナ67の傾きを抑制でき、ラックリテーナ67の作動性を向上できる。
【００２５】
〔実施形態３〕
図１１は、実施形態３の電動ブレーキ（車両搭載機器）80を示す要部断面図である。
同軸モータ81は、ハウジング（ハウジング部材）82に固定されたステータおよびステータに対しエアギャップをもって配置されたナット（ロータ）83を有する。ナット83はベアリング84を介してハウジング82に支持されている。ボールねじ機構85は、同軸モータ81のナット回転力を軸方向の推力に変換して軸（被付勢部材）86に伝達する。ハウジング82内（収容部）において、ハウジング82の内壁82aおよび軸86間には、コイルスプリング88が圧縮状態でセットされている。コイルスプリング88は、円錐型ばねであり、軸86を後退方向（図１１中右方向）に付勢する。電動ブレーキ80は、同軸モータ81を回転駆動させると、軸86と一体のロッド87が前進方向（図１１中左方向）に移動し、ブレーキキャリパのブレーキパッドをディスクロータに押し付けることで車輪に制動力を付与される。同軸モータ81の駆動を停止すると、ロッド87はコイルスプリング88の付勢力によって後退し、ブレーキパッドおよびディスクロータ間に所定のクリアランスが確保される。
実施形態３のコイルスプリング88は、実施形態１に示した式１および式３の条件を満足するように設計されている。これにより、コイルスプリング88のセット状態での有効巻数N1を、セット前の自然長さの状態での有効巻数N0よりも整数に近づけ、かつ整数近傍にできる。よって、コイルスプリング88の横力が小さく抑えられるため、ナット83の傾きを抑制でき、ボールねじ機構85の作動性を向上できる。
【００２６】
〔実施形態４〕
実施形態４は、実施形態１のコントロールバルブスプリング30を、実施形態１に示した式１および式３の条件を満足するように設計した点で実施形態１と相違する。これにより、コントロールバルブスプリング30のセット状態での有効巻数N1を、セット前の自然長さの状態で有効巻数N0よりも整数に近づけ、かつ整数近傍にできる。よって、コントロールバルブスプリング30の横力が小さく抑えられる。スプール（被付勢部材）29は、フロントボディ（ハウジング部材）2に形成された弁孔（収容部）28内で移動するために径方向クリアランスが必要であり、コントロールバルブスプリング30の横力が大きいと、その傾き量が大きくなるおそれがある。コントロールバルブスプリング30の横力を抑制することにより、安定したスプール29の作動が得られる。
【００２７】
以上説明した実施形態から把握し得る技術的思想について、以下に記載する。
コイルスプリングを用いた付勢構造を有する車両搭載機器は、その一つの態様において、内部に収容部を有するハウジング部材と、前記収容部内に移動可能に設けられた被付勢部材と、前記収容部内に設けられ前記被付勢部材を付勢するコイルスプリングであって、前記収容部内に圧縮状態でセットされ、前記圧縮状態における前記コイルスプリングの有効巻数をN1、有効巻数の整数の値をｎ1とし、前記コイルスプリングの長さが自然長さのときの前記コイルスプリングの有効巻数をN0、有効巻数の整数の値をｎ0としたとき、式１：0≦N1-ｎ1≦0.25または式２：0.75≦N1-ｎ1＜1を満足するものであって、前記圧縮状態における前記コイルスプリングの有効巻数N1が前記式１を満足するとき、式３：N1-ｎ1＜N0-ｎ0を満足し、前記圧縮状態における前記コイルスプリングの有効巻数N1が前記式２を満足するとき、式４：N0-ｎ0＜N1-ｎ1を満足するコイルスプリングと、を有する。
より好ましい態様では、上記態様において、前記コイルスプリングは、変形特性が非線形である。
別の好ましい態様では、上記態様のいずれかにおいて、前記コイルスプリングは、樽形状を有する。
【００２８】
さらに別の好ましい態様では、上記態様のいずれかにおいて、前記ハウジング部材は、内部に作動液が流通する作動液通路と、前記被付勢部材の移動方向の一方側において前記被付勢部材の移動を規制する規制部と、を有し、前記コイルスプリングは、前記被付勢部材の移動方向の他方側に設けられ、前記被付勢部材は弁体であり、前記規制部側に向かって前記コイルスプリングによって付勢され、前記規制部に当接した第１の状態から前記コイルスプリングの付勢力に抗して前記規制部から離間した第２の状態に移動することで前記作動液連通路の連通状態を切り替える。
さらに別の好ましい態様では、上記態様のいずれかにおいて、前記規制部は、前記被付勢部材が当接する弁座であって、前記被付勢部材は、前記第１の状態において前記作動液通路を遮断し、前記第２の状態において前記作動液通路を連通させる一方向弁である。
さらに別の好ましい態様では、上記態様のいずれかにおいて、前記収容部の前記被付勢部材の移動方向に延びる軸線との直交断面における前記収容部の中心を通りかつ前記軸線と平行な仮想線を中心軸線としたとき、前記規制部である前記弁座は、前記軸線の方向に貫通するように前記規制部に設けられた軸方向孔であって、前記規制部の前記軸線の方向との直交断面における形成位置が、前記収容部の断面のほぼ中心に位置するように設けられた貫通孔と、前記弁座の前記移動方向の他方側に設けられ、前記貫通孔を包囲するように環状に形成され、前記軸線の方向との直交断面における中心が前記中心軸線に対しオフセットするように配置された弁座部と、を有し、前記被付勢部材である前記弁体は、前記貫通孔の開閉を行う球状を有する。
【００２９】
さらに別の好ましい態様では、上記態様のいずれかにおいて、前記弁体が前記弁座部に当接した状態において、前記環状の弁座部よりも内側の領域において前記弁体が受ける前記貫通孔内の作動液の圧力のうち前記中心軸線に対する径方向成分をF1、前記中心軸線に対する前記弁体の傾きによって前記F1を減少させる前記中心軸線に対する径方向の力をF2、前記コイルスプリングの付勢力のうち前記F1を減少させる前記中心軸線に対する径方向の力をF3としたとき、前記弁座部は、式５：F1＞F2+F3を満足するように形成されている。
さらに別の好ましい態様では、上記態様のいずれかにおいて、前記作動液通路は、第１の作動液通路と第２の作動液通路を有し、前記被付勢部材は、前記第１の状態のとき前記第１の作動液通路を連通状態とし、前記第２の状態で前記第２の作動液通路を連通状態とするように切り替えるスプール弁体である。
さらに別の好ましい態様では、上記態様のいずれかにおいて、前記コイルスプリングは、前記式１を満足するものである。
さらに別の好ましい態様では、上記態様のいずれかにおいて、前記コイルスプリングは、前記被付勢部材の移動方向における両端部の巻きピッチが中央部の巻きピッチよりも小さく形成されている。
さらに別の好ましい態様では、上記態様のいずれかにおいて、前記被付勢部材は、ボールねじのナットである。
さらに別の好ましい態様では、上記態様のいずれかにおいて、前記被付勢部材は、ラックアンドピニオンのラックを付勢する部材であるラックリテーナである。
【符号の説明】
【００３０】
1  可変容量型ベーンポンプ（車両搭載機器）
2  フロントボディ（ハウジング部材）
29  スプール（ハウジング部材）
30  コントロールバルブスプリング（コイルスプリング）
34  バルブ孔（収容部）
35  ボール（被付勢部材）
37  リリーフバルブスプリング（コイルスプリング）
60  ラックピニオン式ステアリング装置（車両搭載機器）
64  ハウジング（ハウジング部材）
66  ラックリテーナ収容部（収容部）
67  ラックリテーナ（被付勢部材）
69  コイルスプリング
80  電動ブレーキ（車両搭載機器）
82  ハウジング（ハウジング部材）
86  軸（被付勢部材）
88  コイルスプリング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2018071711.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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