(57)【要約】【課題】  チェック弁を大型化することなく必要流量を確保したチェック弁およびパワーステアリング装置を提供する。【解決手段】  ハウジングに格納された弁体と、前記弁体と当接することで作動油のシールを行うシート面とを有するチェック弁において、開弁時における前記弁体と前記シート面との間の流路面積は、このチェック弁における最小流路面積であることとした。【選択図】        図２
2009132341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングに格納された弁体と、
前記弁体と当接することで作動油のシールを行うシート面と
を有するチェック弁において、
開弁時における前記弁体と前記シート面との間の流路面積は、このチェック弁における最小流路面積であること
を特徴とするチェック弁。
【請求項２】
転舵輪に連結された操舵機構の操舵力を補助し、第１油圧室および第２油圧室を有する油圧パワーシリンダと、
前記第１油圧室に接続する第１油路と、
前記第２油圧室に接続する第２油路と、
前記第１油路と前記第２油路に接続され、前記油圧パワーシリンダに対し油圧を供給する可逆式ポンプと、
前記第１油路および前記第２油路に接続するリザーバタンクと
を有するパワーステアリング装置において、
前記第１油路および前記第２油路と前記リザーバタンクとの間にチェック弁を設け、
前記チェック弁は、ハウジングに格納された弁体と、前記弁体と当接することで作動油のシールを行うシート面と
を有し、
開弁時における前記弁体と前記シート面との間の流路面積は、このチェック弁における最小流路面積であること
を特徴とするパワーステアリング装置。
【請求項３】
請求項２に記載のパワーステアリング装置において、
作動油の最大流量は、前記操舵機構の最大操舵速度時に発生し、
前記最大流量発生時における前記チェック弁の上流と下流の差圧は、大気圧以下であること
を特徴とするパワーステアリング装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載のパワーステアリング装置において、
前記第１油路および前記第２油路の一部にゴム配管を設けたこと
を特徴とするパワーステアリング装置。
【請求項５】
請求項４に記載のパワーステアリング装置において、
前記最大流量は、前記油圧パワーシリンダ内を摺動するラックの移動量と、前記ゴム配管の膨張量によって決定されること
を特徴とするパワーステアリング装置。
【請求項６】
請求項３ないし請求項５のいずれか１項に記載のパワーステアリング装置において、
前記チェック弁の流量は、作動油の粘度が高い場合であっても、前記最大流量を満足すること
を特徴とするパワーステアリング装置。
【請求項７】
請求項３ないし請求項６のいずれか１項に記載のパワーステアリング装置において、
前記チェック弁のレイノルズ数は２０００以下であること
を特徴とするパワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーステアリング装置のチェック弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、油圧式パワーステアリング装置にあっては、電動機で駆動される可逆式ポンプからの液圧を左右のシリンダ室にそれぞれ選択的に供給することにより操舵アシスト力を得ている。ポンプの両ポートはチェック弁を介してリザーバタンクと接続する。容積が縮小する側のシリンダ室から作動油を吸込む際は管路抵抗等によって応答が遅れるため、高応答が要求されるアシスト開始時にはこのチェック弁を介して作動油を吸入し、容積拡大側のシリンダに作動油を供給する。
【特許文献１】特開２００６−１０３５１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら上記従来技術にあっては、必要流量を満足させるためのチェック弁の構成が開示されていない。チェック弁の弁体のストローク量に対する流路面積が不十分である場合、弁体のストローク量を大きくしなければ必要流量が得られず、チェック弁が弁体ストローク方向に大型化するという問題があった。
【０００４】
本発明は上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、チェック弁を大型化することなく必要流量を確保したチェック弁およびパワーステアリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の目的を達成するため、本発明では、ハウジングに格納された弁体と、前記弁体と当接することで作動油のシールを行うシート面とを有するチェック弁において、開弁時における前記弁体と前記シート面との間の流路面積は、このチェック弁における最小流路面積であることとした。
【０００６】
よって、チェック弁を大型化することなく必要流量を確保したチェック弁およびパワーステアリング装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明のチェック弁およびパワーステアリング装置を実現する最良の形態を、図面に示す実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
［パワーステアリング装置のシステム構成］
実施例１につき説明する。図１は、本願パワーステアリング装置１のシステム構成図である。運転者がステアリングホイールＳＷ（操舵輪）を操舵すると、シャフト２を介してピニオン４が駆動され、所謂ラック＆ピニオン機構（操舵機構）によりラック５が軸方向に移動し、前輪を操舵する。シャフト２には、運転者の操舵トルクを検出するトルクセンサＴＳが設けられ、コントロールユニット７（電動機制御手段）に対しトルク信号を出力する。
【０００９】
ラック５には、運転者の操舵トルクに応じてラック５の移動をアシストするパワーステアリング機構が設けられている。このパワーステアリング機構は、モータＭ（電動機）により駆動する可逆式のポンプＰと、ラック５を左右に移動させる油圧パワーシリンダ８が設けられている。
【００１０】
このポンプＰは可逆式の双方向ポンプであって、油圧パワーシリンダ８の内部には軸方向移動可能なピストン８ｃが設けられ、このピストン８ｃにより第１シリンダ８ａ及び第２シリンダ８ｂが画成される。
【００１１】
第１シリンダ８ａは第１油路２１と接続し、第１油路２１とポンプＰとは第３油路２３を介して接続されている。また、第２シリンダ８ｂは第２油路２２と接続し、第２油路２２とポンプＰは第４油路２４を介して接続されている。第１、第２油路２１，２２は鋼管であって、この第１、第２油路２１，２２の一部にはゴム配管７１，７２が設けられ、膨張によって第１、第２油路２１，２２内の圧力の急上昇を吸収するとともに、配管取り回し性を向上させる。
【００１２】
第３、第４油路２３、２４にはそれぞれ第１、第２供給油路６１，６２が設けられ、それぞれリザーバタンク９と接続する。この第１、第２供給油路６１，６２にはそれぞれチェック弁１００，２００が設けられてリザーバタンク９への作動油の逆流を防止するとともに、第１、第２油路２１，２２における作動油が不足した場合にはリザーバタンク９から作動油を補給可能な構成となっている。
【００１３】
また、直進時（非アシスト時）では作動油の流れが止まっているため、直進時からアシストを開始する際、両シリンダ室８ａ，８ｂのうち容積が縮小する側のシリンダ室から作動油を汲み出すよりも、第１、第２供給油路６１，６２を介してリザーバタンク９から作動油を汲み出すほうが応答性がよい。したがって、アシスト開始時には第２供給油路６１，６２を介してリザーバタンク９から作動油を汲み出し、その後容積が縮小する側のシリンダ室から作動油を汲み出す。
【００１４】
第１、第２油路２１，２２であってポンプＰと油圧パワーシリンダ８との間には機械式の第１、第２切換弁３１，３２が設けられている。第１、第２切換弁３１，３２はそれぞれ第１、第２油路２１，２２と接続する。
【００１５】
また、第１、第２切換弁３１，３２はそれぞれドレン油路５０を介してリザーバタンク９と接続する。さらに、第１切換弁３１は第１パイロット油路４１を介して第２油路２２と接続し、第２切換弁３２は第２パイロット油路４２を介して第１油路２１と接続する。
【００１６】
第１、第２切換弁３１，３２は第１、第２パイロット油路４１，４２を介して供給される第１、第２油路２１，２２の圧力差によって開閉を切り換える弁である。第１油路２１の圧力が第２油路２２の圧力よりも高くなると、第２切換弁３２が開弁し、第１切換弁３１が閉弁される。逆に第２油路２２が第１油路２１よりも高圧になると、第１切換弁３１が開弁し、第２切換弁３２が閉弁される。
【００１７】
ドレン油路５０にはドレン油路５０からリザーバタンク９への流れのみを許容する背圧弁３３が設けられ、リザーバタンク９からの逆流を防止するとともに、ドレン油路５０内の圧力が背圧弁３３の設定背圧以上となった場合、作動油をリザーバタンク９に排出する。
【００１８】
コントロールユニット７には、モータ回転数センサ７ａからのモータ回転数信号Ｎｍ、トルクセンサＴＳからのトルク信号Ｔ、イグニッションスイッチからのスイッチ信号ＩＧＮ、エンジン回転数センサからのエンジン回転数信号Ｎｅ、車速センサからの車速信号Ｖ等が入力され、これら各種信号に基づいて操舵アシスト力を決定し、バッテリＢＡＴＴの電流を制御してモータＭに対し指令信号を出力する。
【００１９】
［チェック弁］
図２はチェック弁１００，２００の軸方向断面図である。各チェック弁１００，２００は同一形状であるためチェック弁１００についてのみ示す。なお、スプリング１３０の伸縮方向をｙ軸とし、伸張側を正方向とする。
【００２０】
チェック弁１００はハウジング１１０、弁体１２０、およびスプリング１３０を有する。ハウジング１１０は第１、第２供給油路６１を構成するとともに弁体１２０を収容するハウジング１１０を有し、このハウジング１１０のｙ軸正、負両方向側はそれぞれ弁体１２０の直径以下に縮径されて弁体１２０を収容する。
【００２１】
ハウジング１１０のｙ軸正方向側にはテーパ状のシート面１１２が設けられるとともに、リザーバタンク９と接続する。一方、ハウジング１１０のｙ軸負方向側はスプリング１３０を係止する係止部１１３が設けられ、また係止部１１３の外周側に流量確保のための流路１１４が設けられて第３油路２３と接続する。
【００２２】
スプリング１３０によって弁体１２０をシート面１１２に押しつけることでチェック弁１００は閉弁され、第３油路２３の圧力が低くなってリザーバタンク９側の圧力がスプリング１３０の付勢力よりも大きくなると、チェック弁１００は開弁される。
【００２３】
［チェック弁圧力降下］
ここで、以下の各流路面積を定義する。
ｙ軸正方向側の開口部１１５における流路面積＝ｓ１
弁体１２０とシート面１１２間の流路面積＝ｓ２
弁体１２０−ハウジング１１０の内周１１１ａ間の流路面積＝ｓ３
ｙ軸負方向側の開口部１１６および流路１１４における流路面積の和＝ｓ４
とする。
【００２４】
ｓ２は開弁時における弁体１２０とシート面１１２との間の流路面積ｓ２であり、ｓ１〜ｓ４のうちｓ２が最小であるものとする。すなわち、このｓ２をチェック弁１００，２００における最小流路面積とする。
【００２５】
これにより、チェック弁１００の流路面積はｓ２により規定され、弁体１２０のｙ軸方向ストローク量もこのｓ２に依存することとなる。したがって軸方向に大型化することなく必要流量を確保したチェック弁１００を提供するものである。
【００２６】
また、オリフィスにおける圧力降下ΔＰは
ΔＰ＝Ｐｉｎ−Ｐｏｕｔ＝（ρ／２）・｛Ｑｃ／（ｃｄ・ｓ）｝２・・・（１）
で表される。なお、上記（１）では
Ｐｉｎ，Ｐｏｕｔ    オリフィス上流、下流圧
ρ    流体の密度
ｃｄ    流量係数
ｓ    オリフィス流路面積
である。
【００２７】
ここで、
リザーバタンク９の圧力（大気圧）＝Ｐ０
各流路面積ｓ１〜ｓ４通過後の圧力＝Ｐ１〜Ｐ４
とすると、それぞれの流路面積ｓ１〜ｓ４における圧力降下ΔＰｓ１〜ΔＰｓ４は
ΔＰｓ１＝Ｐ０−Ｐ１＝（ρ／２）・｛Ｑｃ／（ｃｄ・ｓ１）｝２
ΔＰｓ２＝Ｐ１−Ｐ２＝（ρ／２）・｛Ｑｃ／（ｃｄ・ｓ２）｝２
ΔＰｓ３＝Ｐ２−Ｐ３＝（ρ／２）・｛Ｑｃ／（ｃｄ・ｓ３）｝２
ΔＰｓ４＝Ｐ３−Ｐ４＝（ρ／２）・｛Ｑｃ／（ｃｄ・ｓ４）｝２
である。
【００２８】
したがって、各流路面積ｓ１〜ｓ４における圧力降下の和は
ΔＰ＝ΔＰ１＋ΔＰ２＋ΔＰ３＋ΔＰ４
＝｛（ρ／２）・（Ｑｃ／ｃｄ）２｝・（ｓ１−２＋ｓ２−２＋ｓ３−２＋ｓ４−２）
となる。
【００２９】
［アシスト必要流量を満たすチェック弁の仕様］
流路面積Ａの単一オリフィスにおいて、アシスト時における最大流量をＱｍａｘ、その際の圧力差をΔＰｍａｘとすると、以下の式が成立する。
ΔＰｍａｘ＝（ρ／２）・｛Ｑｍａｘ／（ｃｄ・Ａ）｝２
Ａ＝｛（１／２）・（ρ／ΔＰｍａｘ）｝１／２・（Ｑｍａｘ／ｃｄ）
となる。
【００３０】
したがって、チェック弁１００がアシスト時最大流量を満足するためには、チェック弁１００の流路面積ｓ１〜ｓ４の和Ｓ≧上記単一オリフィスの流路面積Ａとなればよい。
すなわち、
Ｓ≧Ａ  であるから
Ｓ＝ｓ１＋ｓ２＋ｓ３＋ｓ４≧｛（１／２）・（ρ／ΔＰｍａｘ）｝１／２・（Ｑｍａｘ／ｃｄ）・・・（２）
この式（２）を満たすようにチェック弁１００の流路ｓ１〜ｓ４を設定することで、アシスト時に必要な最大流量Ｑｍａｘを確保することが可能となる。
【００３１】
また、作動油の最大流量Ｑｍａｘは、ラック５およびピニオン４の最大操舵速度時に発生し、最大流量Ｑｍａｘ発生時におけるチェック弁１００，２００の上流と下流の差圧ΔＰｍａｘは、大気圧Ｐ０以下に設定する。
【００３２】
チェック弁１００，２００における上下流差圧が大気圧を超えてしまうと、ポンプＰによってリザーバタンク９からチェック弁１００，２００を介して作動油を吸込む際の抵抗が大きくなり、吸入不足に陥るおそれがある。したがってチェック弁１００，２００の上流と下流の差圧ΔＰｍａｘを大気圧Ｐ０以下とすることで、吸入不足を回避する。
【００３３】
［具体例への適用］
図３〜図９は、本願パワーステアリング装置１の諸元とチェック弁１００の仕様の表である。本願におけるアシスト時の最大操舵速度は８００ｄｅｇ／ｓｅｃであって（図３参照）、図３、図４の表に従って各パラメータを設定する。その場合、第１、第２油路２１，２２内の圧力によって図５のように配管の膨張量ΔＶが決定される。配管内圧力が８Ｍｐａの場合、膨張量ΔＶを補償するための必要吸入流量Ｌ／ｍｉｎは図６の表に従う。
【００３４】
また、ラック５の移動によって容積膨張側のシリンダ室に流入されるべき流量（シリンダが要求する流量）は、図７の表に従って決定される（ラック５のストローク量の分だけ作動油を捨てた場合）。
【００３５】
このため、アシスト時にチェック弁１００，２００に流れるトータル流量は、シリンダ室に流入する流量と、鋼管である第１、第２油路２１，２２の膨張量と、ゴム配管７１，７２の膨張量との和である（図８参照）。なお、鋼管の第１、第２油路２１，２２の膨張量を無視して容易に設計を行うこととしてもよい。
【００３６】
図９はチェック弁１００，２００に要求される条件を示す表である。本願パワーステアリング装置１のトータル流量の最大値は、操舵速度８００ｄｅｇ／ｍｉｎにおいて１１．１１７Ｌ／ｍｉｎである（図８参照）。したがってチェック弁１００の最大流量Ｑｍａｘを１１．１１７Ｌ／ｍｉｎに設定する。なお、動粘度νの単位はｃＳｔ（センチストークス）である。
【００３７】
［低温時］
図１０は、低温時において上記最大流量Ｑｍａｘ＝１１．１１７Ｌ／ｍｉｎを満たす単一オリフィスの流路面積Ａを示す表である。低温時（−３０℃）では作動油の粘度が上昇するため、常温時（２０℃）と比べて最大流量Ｑｍａｘ＝１１．１１７Ｌ／ｍｉｎを満たすための流路面積Ａが大幅に増大する。
【００３８】
したがって、チェック弁１００，２００の流路面積ｓ１〜ｓ４の和Ｓを、低温時における流路面積Ａ＝２５．６ｍｍ２よりも大きく設定し、低温時であっても十分な流路面積を担保する。
【００３９】
［高温時］
図１１は高温時において上記最大流量Ｑｍａｘ＝１１．１１７Ｌ／ｍｉｎを満たす単一オリフィスの流路面積Ａを示す表である。高温時（８０℃以上）では作動油の粘度が低下して乱流が発生しやすいため、チェック弁１００，２００のレイノルズ数Ｒｅ≦２０００となるようにチェック弁１００，２００の流路面積ｓ１〜ｓ４の和Ｓを設定し、乱流を回避して騒音を低減する。乱流を回避することで吸入不足も低減される。
【００４０】
［実施例１の効果］
（１）（２）開弁時における弁体１２０とシート面１１２との間の流路面積ｓ２は、このチェック弁１００，２００における最小流路面積であることとした。
【００４１】
これにより、軸方向に大型化することなく必要流量を確保したチェック弁１００，２００およびそれを用いたパワーステアリング装置１を提供することができる。
【００４２】
（３）作動油の最大流量Ｑｍａｘは、ラック５およびピニオン４の最大操舵速度時に発生し、最大流量Ｑｍａｘ発生時におけるチェック弁１００，２００の上流と下流の差圧ΔＰｍａｘは、大気圧Ｐ０以下であることとした。
【００４３】
これにより、アシスト時の最大流量Ｑｍａｘを確保することができる。また、チェック弁１００，２００における上下流差圧が大気圧を超えてしまうと、ポンプＰによってリザーバタンク９からチェック弁１００，２００を介して作動油を吸込む際の抵抗が大きくなり、吸入不足に陥るおそれがある。したがってチェック弁１００，２００の上流と下流の差圧ΔＰを大気圧Ｐ０以下とすることで、吸入不足を回避することができる。
【００４４】
（４）第１油路２１および第２油路２２の一部にゴム配管７１，７２を設けた。これにより、膨張によって第１、第２油路２１，２２内の圧力の急上昇を吸収するとともに、配管取り回し性を向上させることができる。
【００４５】
（５）最大流量Ｑｍａｘは、油圧パワーシリンダ８内を摺動するラック５の移動量と、ゴム配管７１，７２の膨張量によって決定されることとしてもよい。鋼管の第１、第２油路２１，２２の膨張量を無視することで、容易に設計を行うことができる。
【００４６】
（６）チェック弁１００，２００の流量は、作動油の粘度が高い場合であっても、最大流量Ｑｍａｘを満足することとした。
【００４７】
低温時（−３０℃）では作動油の粘度が上昇するため、常温時（２０℃）と比べて最大流量Ｑｍａｘ＝１１．１１７Ｌ／ｍｉｎを満たすための流路面積Ａ（単一オリフィス）が大幅に増大する。したがって、チェック弁１００，２００の流路面積ｓ１〜ｓ４の和Ｓを、低温時における必要流路面積Ａよりも大きく設定し、低温時であっても十分な流路面積を担保することができる。
【００４８】
（７）チェック弁１００，２００のレイノルズ数は２０００以下であることとした。
【００４９】
高温時（８０℃以上）では作動油の粘度が低下して乱流が発生しやすいため、チェック弁１００，２００のレイノルズ数Ｒｅ≦２０００となるようにチェック弁１００，２００の流路面積ｓ１〜ｓ４の和Ｓを設定することで、乱流を回避して騒音を低減することができる。乱流を回避することで吸入不足も低減される。
（他の実施例）
【００５０】
以上、本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて説明してきたが、本発明の具体的な構成は各実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
【００５１】
実施例１では球形の弁体１２０を用いたが、図１２に示すようにポペットタイプの弁体１２０'としてもよい。
【００５２】
また、実施例１では第１、第２油路２１，２２の一部にゴム配管７１，７２を設けたが、図１３のように省略してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本願パワーステアリング装置のシステム構成図である。
【図２】チェック弁１００，２００の軸方向断面図である。
【図３】本願パワーステアリング装置１の諸元表である。
【図４】配管体積の表である。
【図５】配管膨張量の表である。
【図６】配管膨張量を補償する必要吸入流量の表である。
【図７】ラック５の移動によってシリンダが要求する流量表である。
【図８】トータル流量表である。
【図９】チェック弁１００，２００に要求される条件を示す表である。
【図１０】最大流量Ｑｍａｘを満たす単一オリフィスの流路面積Ａを示す表である（低温時）。
【図１１】最大流量Ｑｍａｘを満たす単一オリフィスの流路面積Ａを示す表である（高温時）。
【図１２】他の実施例を示す図である。
【図１３】他の実施例を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１    パワーステアリング装置
４    ピニオン
５    ラック
８    油圧パワーシリンダ
８ａ，８ｂ    第１、第２シリンダ室
９    リザーバタンク
２１，２２    第１、第２油路
７１，７２    ゴム配管
１００，２００    チェック弁
１１０    ハウジング
１１２    シート面
１２０    弁体
Ｐ    ポンプ
Ｐ０    大気圧
Ｑｍａｘ    最大流量
ｓ２    流路面積
【図１】
2009132341.tif 000003
【図２】
2009132341.tif 000004
【図３】
2009132341.tif 000005
【図４】
2009132341.tif 000006
【図５】
2009132341.tif 000007
【図６】
2009132341.tif 000008
【図７】
2009132341.tif 000009
【図８】
2009132341.tif 000010
【図９】
2009132341.tif 000011
【図１０】
2009132341.tif 000012
【図１１】
2009132341.tif 000013
【図１２】
2009132341.tif 000014
【図１３】
2009132341.tif 000015