(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧アクチュエータに通じる２つの制御ポート、油圧源に通じる入口ポート及びタンクに通じる出口ポートを備えたハウジングと、回転自在な入力手段と一緒に回転するよう取り付けられた内側の円筒形スプール及びスプールと入れ子関係をなし該スプールに従動して回転する外側のスリーブにより構成され、スプールとスリーブの相対変位量に応じて中立位置とステアリング位置を定めるコントロールバルブと、入力手段の回転速度に比例して計量された量の圧油をコントロールバルブを経由して油圧アクチュエータに計量供給する計量機構部とより成り、コントロールバルブはスプール及びスリーブにそれぞれ設けられた組をなす貫通溝及び貫通穴により構成される可変オリフィスを有し、可変オリフィスは計量機構部及び油圧アクチュエータをバイパスする油圧回路を形成する全油圧式パワーステアリングシステム用流体制御装置において、
圧油が可変オリフィスを通過する際発生する騒音が低くなるように、スプールの円筒形外周面は貫通溝の開口領域に接線方向に平坦面が形成されるように平らに切削されていることを特徴とする流体制御装置。
【請求項２】
スプールの貫通溝の両側の半径方向に延びる側壁と、スプールの平坦面は、９０°の角度で交わっていることを特徴とする請求項１記載の流体制御装置。
【請求項３】
スプールの平坦面と、スリーブの円筒形内周面との間には、テーパした隙間空間が構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の流体制御装置。
【請求項４】
コントロールバルブが中立位置にあるとき、スプールの貫通溝とタンクに通じるスリーブの貫通穴とは互いに整列しており、油圧源からの圧油の一部が油圧アクチュエータバイパス回路を経由してタンクに戻ることを特徴とする請求項３記載の流体制御装置。
【請求項５】
コントロールバルブがステアリング位置にあるとき、スプールの貫通溝とスリーブの貫通穴とは隙間空間を介して連通し、隙間空間は横断面で見て、スリーブの貫通穴からスプールの貫通溝に向かって全体として滑らかに広がっており、油圧源からの圧油の一部が隙間空間を含む油圧アクチュエータバイパス回路を経由してタンクに戻ることを特徴とする請求項３記載の流体制御装置。
【請求項６】
スプールの貫通溝の側壁の端縁とスリーブの円筒形内周面との間における隙間空間の最大離間距離は、０．１mm台であることを特徴とする請求項５記載の流体制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば車両の車輪に作動的に連結されたパワーステアリングシリンダのような油圧アクチュエータと連携して用いられる流体制御装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
例えば、建設車両のような産業機械の全油圧式パワーステアリングシステムには、車輪に作動的に連結された複動形パワーステアリング油圧シリンダのようなアクチュエータと連携して上記形式の流体制御装置又は流体コントローラが広範に利用されている。かかる流体制御装置は、油圧シリンダに通じる２つの制御ポート、油圧源に通じる入口ポート及びタンクに通じる出口ポートを備えたハウジングと、回転自在な入力手段と一緒に回転するよう取り付けられた内側の円筒形スプール及びこれと入れ子関係をなしていてこれに従動して回転する外側のスリーブで構成されていて、スプールとスリーブの相対変位量に応じて中立位置とステアリング位置を定めるコントロールバルブ又は切換弁組立体と、入力手段の回転速度に比例して計量された量の圧油をシリンダ回路によりコントロールバルブを経由して油圧アクチュエータに計量供給する計量機構部（「ジロータセット」又は単に「ジロータ」と呼ばれることがある）とを有している。ジロータは典型的には、内歯部材（リングと呼ばれることがある）及びこの内歯部材内に設けられていて偏心的に自公転できると共にハウジング内で回転自在なドライブシャフトにスプライン連結された外歯部材（スターと呼ばれることがある）を含み、コントロールバルブを通る流体の流れを計量するようになっている。ジロータのスターの歯数は、周知のようにリングの歯数よりも一つ少ない。噛み合い状態の内歯と外歯の間には計量室が形成される。
【０００３】
コントロールバルブは、スプール及びスリーブにそれぞれ設けられた組をなす貫通溝及び穴により構成されていて、ジロータ及びかくして油圧アクチュエータをバイパスする油圧回路を形成する可変オリフィスを更に有している。
【０００４】
流体制御装置が組み込まれた全油圧式パワーステアリングシステムの作動を図１に示す代表的なオープンセンター方式の油圧回路及び図２に示す例示のコントロールバルブを参照して説明する。符号１０は、全油圧式パワーステアリングシステムに用いられる流体制御装置、１２は、流体制御装置内に組み込まれたジロータ、１４は、車輪に連結された複動形シリンダのような油圧アクチュエータ、１６は、油圧ポンプ、１８は、リザーバ又はタンク、２０は、ステアリングホイール、即ちハンドル、２２は、コントロールバルブ、２４は、コントロールバルブのスプール、２６は、コントロールバルブのスリーブ、２８は、ハンドルに連結された入力シャフトをそれぞれ示している。さらに、Ａ２〜Ａ５は、コントロールバルブ２２のスリーブ２６の貫通穴３０とスプール２４の貫通溝又は穴３２で形成され、シリンダ回路を構成する可変オリフィス（図１及び２参照）を示し、Ａｎは、スリーブ２６の貫通穴３４とスプール２４の貫通溝又は穴３６で形成され、シリンダバイパス回路を構成する可変オリフィス（図１及び２参照）を示している。
【０００５】
ユーザがハンドル２０を左右何れかの方向に回してコントロールバルブのスリーブに対するスプールの変位角度が一定角度を越えると、図示の可変オリフィスＡ２が開き、油圧ポンプ１６からの高圧作動油が入口ポート３８を経てジロータ１２へ流れる。それとほぼ同時に可変オリフィスＡ３，Ａ４が開き、ジロータにより計量された量Ｑ１の高圧作動油が制御ポート４０を経て油圧アクチュエータ１４のシリンダに流れて油圧アクチュエータを作動させる。かかるシリンダ回路を流れる高圧作動油の量Ｑ１は、ジロータの押し退け容積とハンドルの回転速度に比例する。他方、これに対応した量の作動油が油圧シリンダ１４の反対側のシリンダ室から制御ポート４２を通り、可変オリフィスＡ５、出口ポート４４を経てタンク１８に戻る。
【０００６】
シリンダ回路に分流されなかった油圧ポンプからの高圧作動油は、余剰流量Ｑ２として油圧アクチュエータをバイパスし、可変オリフィスＡｎを経てタンク１８に戻される。
【０００７】
ところで、かかる余剰流量の高圧作動油が、スリーブ２６の貫通穴３４とスプール２４の貫通溝又は穴３６で構成される可変オリフィスＡｎを通過する際、図５に示す従来構造では「シャー」という相当大きく耳障りな騒音が発生することが分かっている。
【０００８】
図５は、スプールとスリーブが約１０°の最大相対変位位置にある従来型可変オリフィスＡｎの部分断面図を示しており、スプール２４の段付き溝３６′とスリーブの穴３４′とから成るこの可変オリフィスの構造では、矢印で示された流線で分かるように図示のエッジ部のところで流れ場の乱れ（渦、流れの剥離現象、キャビテーション）が生じており、これにより大きな騒音が生じるものと考えられる。
【０００９】
図６は、これ又スプールとスリーブが約１０°の最大相対変位状態にある別の従来型可変オリフィス構造を示しており、この可変オリフィスは、スリーブ２６の貫通溝３４″と連通するスプール外周面に開口したスプール溝３６″の領域は、曲線状のプロフィール３７を備えている。かかる可変オリフィス構造では、曲線状プロフィール３７の採用により流路形状の急激な変化が回避され、図５と比べると騒音レベルは改善されている。しかしながら、このようにスプール溝の開口領域部を曲線状に形成するのは特殊な加工装置が必要になり、コスト高となる。また、スリーブの溝を構成するために２つの部品が用いられるので、これ又、コスト増加の原因となっている。
【００１０】
本発明の目的は、騒音レベルを非常に低くすると共に安価に製作できる全油圧式パワーステアリングシステム用流体制御装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を考慮して、本発明の要旨は、油圧アクチュエータに通じる２つの制御ポート、油圧源に通じる入口ポート及びタンクに通じる出口ポートを備えたハウジングと、回転自在な入力手段と一緒に回転するよう取り付けられた内側の円筒形スプール及びスプールと入れ子関係をなし該スプールに従動して回転する外側のスリーブにより構成され、スプールとスリーブの相対変位量に応じて中立位置とステアリング位置を定めるコントロールバルブと、入力手段の回転速度に比例して計量された量の圧油をコントロールバルブを経由して油圧アクチュエータに計量供給する計量機構部とより成り、コントロールバルブはスプール及びスリーブにそれぞれ設けられた組をなす貫通溝及び貫通穴により構成される可変オリフィスを有し、可変オリフィスは計量機構部及び油圧アクチュエータをバイパスする油圧回路を形成する全油圧式パワーステアリングシステム用流体制御装置において、圧油が可変オリフィスを通過する際発生する騒音が低くなるように、スプールの円筒形外周面は貫通溝の開口領域に接線方向に平坦面が形成されるように平らに切削されていることを特徴とする流体制御装置にある。
【００１２】
好ましい実施形態では、スプールの貫通溝の両側の半径方向に延びる側壁と、スプールの平坦面とのなす角度は、９０°である。スプールの平坦面と、スリーブの円筒形内周面との間には、テーパした隙間空間が構成されている。
【００１３】
本発明の特徴によれば、コントロールバルブが中立位置にあるとき、スプールの貫通溝とタンクに通じるスリーブの貫通穴とは、互いに整列し、コントロールバルブがステアリング位置にあるとき、スプールの貫通溝とスリーブの貫通穴とは、隙間空間を介して連通し、隙間空間は横断面で見て、スリーブの貫通穴からスプールの貫通溝に向かって全体として滑らかに広がっており、油圧源からの圧油の一部が隙間空間を含む油圧アクチュエータバイパス回路を経由してタンクに戻る。
【００１４】
好ましい実施形態では、スプールの貫通溝の側壁の端縁とスリーブの円筒形内周面との間における隙間空間の最大離間距離は、０．１mm台である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図３及び図４は、スプール２４のスロット状の貫通溝３６（図２参照）とスリーブ２６の円形の貫通穴３４で構成される本発明の可変オリフィスＡｎの構造を示す部分断面図である。図３は、コントロールバルブが中立位置にあるとき、即ち、スリーブの穴とスプールの貫通溝が整列した状態の可変オリフィスＡｎを示している。図４は、コントロールバルブがステアリング位置にあるとき、換言すると、スプール溝の中心線Ｌ１とスリーブ穴の中心線Ｌ２が０〜１０°の角度をなしている可変オリフィスＡｎを示している。
【００１６】
本発明の重要な特徴によれば、スプールの円筒形外周面へのスプール貫通溝３６の開口領域が、その接線方向に平らに切削されて平坦面４６が形成され、スプールの平坦面４６とスリーブの円筒形内周面４８との間には、図示のようにテーパした隙間空間５０が構成されている。また、注目されるべきこととして、スプール貫通溝３６の両側の半径方向に延びる側壁５２ａ，５２ｂと、スプールの平坦面４６とのなす角度αは、好ましくは約９０°である。本発明者は、この角度αを９０°、９５°、１００°にして実験を行ったが、その結果、角度αが９０°の場合に優れた騒音低減効果が得られた。これについては、以下に図７を参照して説明する。
【００１７】
また、図示の実施形態では、スプール貫通溝３６の側壁５２ａ，５２ｂの端縁５４とスリーブの円筒形内周面４８との間における隙間空間の最大離間距離は、０．１mm台である。
【００１８】
本発明の上記構成によれば、特に図４のコントロールバルブのステアリング位置において、高圧作動油がスリーブ貫通穴３４から隙間空間５０を経てスプール貫通溝３６に通っても、これにより生じる騒音レベルは、従来構成と比較して大幅に低い。本発明の構成により何故騒音レベルが低減するかの理論的説明は、明確には与えられない。しかしながら、かかる騒音低減効果は、以下の実験例により確実に得られることが分かった。
【００１９】
上述したように、スプール貫通溝３６の両側の半径方向に延びる側壁５２ａ，５２ｂと、スプールの平坦面４６とのなす角度αを９０°、９５°、１００°に設定して得られた結果が図７のグラフ図に示されている。縦軸は、音圧（単位：ｄＢ（Ａ））、横軸は、入口ポート３８のところでの負荷圧力（単位：ＭPa）を表している。スリーブの外径は約４２mm、スリーブ貫通穴の直径は約１．４mm、スプール外径は約３２mm、スプール貫通溝の幅（側壁５２ａ，５２ｂ相互間の距離）は約１．２mmであり、スプール貫通溝３６の側壁５２ａ，５２ｂの端縁５４とスリーブの円筒形内周面４８との間における隙間空間の最大離間距離は、上述したように約０．１mmであった。
【００２０】
図７において、「×」で示す曲線は、図５に示す従来構成の騒音レベルを示し、「■」で示す曲線は、角度αが９０°の場合の騒音レベル、「△」で示す曲線は、角度αが９５°の場合の騒音レベル、「◇」で示す曲線は、角度αが１００°の場合の騒音レベルを示している。かかるグラフ図から明らかなように、角度αが９０°の場合に大幅な騒音低減効果が得られていることが理解されよう。
【００２１】
本発明では、おそらくは高圧作動油の流路がスリーブ貫通穴から隙間空間を経てスプール貫通溝に流れる際に通る流路形状が比較的滑らか且つスプール貫通溝に向かって広がっているので、騒音発生の原因となる流れ場の乱れが制限され、騒音発生が抑制されるものと思われる。また、図６に示す曲面構造と比較して本発明のテーパ構造を得るための加工は容易であり、本発明により安価に流体制御装置を製作できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】オープンセンター方式の全油圧式パワーステアリングシステムの油圧回路図である。
【図２】本発明のコントロールバルブの分解斜視図であり、可変オリフィスを形成するスプールの溝、貫通溝又は貫通穴とスリーブの貫通穴を示す図である。
【図３】コントロールバルブが中立位置にある状態で本発明のスプールの貫通溝とスリーブの貫通穴により構成される可変オリフィスを示す部分断面図である。
【図４】コントロールバルブがステアリング位置にある状態で本発明のスプールとスリーブの貫通穴により構成される可変オリフィスを示す部分断面図である。
【図５】従来型可変オリフィスの部分断面図である。
【図６】別の従来型可変オリフィスの部分断面図である。
【図７】本発明の流体制御装置と従来型流体制御装置の騒音レベル比較図である。
【符号の説明】
１０  流体制御装置又はオービットロール
１２  計量機構部又はジロータ
１４  油圧アクチュエータ
１６  油圧ポンプ
１８  タンク又はリザーバ
２０  ハンドル
２２  コントロールバルブ
２４  スプール
２６  スリーブ
２８  入力シャフト
３０，３４  スリーブの貫通穴
３２  スプールの溝又は穴
３６  スプールの貫通溝
Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５，Ａｎ  可変オリフィス
【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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