JP2008179172A - パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パワーステアリング装置の油圧パワーシリンダと油圧ポンプとを接続する油路を短くし、操舵応答性の向上を図ったパワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】リザーバタンク９と油圧ポンプ１０および電動モータ１１を一体化してポンプユニット３を構成するとともに、そのポンプユニット３のうちリザーバタンク９のタンク本体部１２を油圧パワーシリンダ２のシリンダチューブ２ａと一体成形し、油圧ポンプ１０と油圧パワーシリンダ２の両油圧室を第１油路５および第２油路６をもって接続する。
【選択図】図２

Description

本発明はパワーステアリング装置に関し、特に電動の油圧ポンプにより発生した油圧をもって操舵力を補助するいわゆる電動油圧式のパワーステアリング装置の改良に関する。

この種のパワーステアリング装置では、例えば特許文献１に記載されているように、いわゆるラックアンドピニオン式のステアリングギアのラック軸と同軸上に油圧パワーシリンダを配置するとともに、例えばエンジンルーム内の空きスペースに電動の油圧ポンプを配置し、その油圧ポンプと油圧パワーシリンダとを管路をもって接続している。すなわち、運転者の操舵力およびその操舵方向に応じて油圧ポンプを駆動し、パワーシリンダの両圧力室に選択的に作動油を供給することで操舵力を補助するようになっている。
特開２００５−４７２９６号公報

上記従来のパワーステアリング装置では、油圧パワーシリンダと別体の油圧ポンプをエンジンルーム内の空きスペースに配置するようにしているため、その油圧シリンダとパワーシリンダを接続する管路が長くなってコストアップを余儀なくされるほか、油圧ポンプからの作動油の供給に対する油圧パワーシリンダの応答に遅れが生じ、パワーステアリング装置の操舵応答性が低下する恐れがある。

本発明は以上の課題に鑑みてなされたものであって、特に操舵応答性の向上を図ったパワーステアリング装置を提供することを目的としている。

本発明では、転舵輪に連結された操舵機構の操舵力を補助する油圧パワーシリンダと、その油圧パワーシリンダに直接的または間接的に支持されていて、油圧パワーシリンダの両圧力室に第１油路および第２油路を介して選択的に油圧を供給する油圧ポンプと、その油圧ポンプに供給される作動油を貯留するリザーバタンクと、油圧ポンプを駆動する電動機と、を備えていることを特徴としている。

したがって、本発明では、油圧ポンプを直接的または間接的に油圧パワーシリンダに支持させることで、油圧ポンプと油圧パワーシリンダとを実質的に一体化しているため、上記第１油路および第２油路が短縮されてコスト的に有利となる上に、操舵応答性が向上するメリットがある。

図１，２は本発明のより具体的な実施の形態を示す図であって、図１は自動車のパワーステアリング装置の概略を示す平面図、図２は図１におけるＡ−Ａ線に沿った部分断面図である。

図１に示すパワーステアリング装置は、いわゆるラックアンドピニオン式のステアリングギアユニット１と、運転者の操舵力を補助する油圧パワーシリンダ２と、その油圧パワーシリンダ２に油圧を供給するポンプユニット３を主要な構成要素としている。

油圧パワーシリンダ２の周壁部たるシリンダチューブ２ａとポンプユニット３の一部およびステアリングギアユニット１のギアボックス１ａは、例えばアルミダイカストにより一体成形されていて、ステアリングギアユニット１の出力軸であるラック軸４がシリンダチューブ２ａ内を挿通している。そして、ラック軸４の中間部には図示外のピストンが固定されており、そのピストンをもってシリンダチューブ２ａ内が二つの圧力室に隔成されているとともに、その両圧力室が第１油路５および第２油路６によりポンプユニット３と接続されている。

一方、ステアリングギアユニット１にはトルクセンサ７が設けられていて、このトルクセンサ７により検出した操舵方向と操舵力に応じ、図示外のコントロールユニットがポンプユニット３を駆動するようになっている。

つまり、ステアリングギアユニット１の入力軸であるピニオン軸８は図示外のステアリングホイールに接続されている一方で、ステアリングギアユニット１のラック軸４は操舵輪に連結されていて、運転者により図示外のステアリングホイールが操舵されると、トルクセンサ７により検出した操舵方向および操舵力に応じて図示外のコントロールユニットがポンプユニット３を駆動し、油圧パワーシリンダ２の両圧力室に選択的に作動油を供給することで、運転者の操舵力を補助するようになっている。

ここで、ポンプユニット３はシリンダチューブ２ａのうち反ギアボックス１ａ側に設けられている。すなわち、右ハンドル車と左ハンドル車の双方に対応できるように設計された車体では、ギアボックス１ａを収容するスペースを車両の左右両側に設けていることから、ポンプユニット３をシリンダチューブ２ａの反ギアボックス１ａ側に設けることにより、反ギアボックス１ａ側の車体の空きスペースにポンプユニット３を収容するようにしている。そのため、車両の左右方向における中心からギアボックス１ａまでの距離と、車両の左右方向における中心からポンプユニット３までの距離がほぼ等しくなるように、ギアボックス１ａとポンプユニット３がレイアウトされている。

ポンプユニット３は図２に示すようにリザーバタンク９と油圧ポンプ１０および電動機たる電動モータ１１から構成されていて、ポンプユニット３のうちリザーバタンク９のタンク本体部１２が油圧パワーシリンダ２のシリンダチューブ２ａと一体成形されている。そして、そのタンク本体部１２をもってシリンダチューブ２ａにポンプユニット３が車両前方に突出するようにして支持されている。

リザーバタンク９は、略有底円筒状のタンク本体部１２と、そのタンク本体部１２を上方に延長する略円筒状のシリンダ部１３と、から構成されていて、シリンダ部１３が上方に開口するようになっている。

なお、本実施の形態ではタンク本体部１２とシリンダ部１３を別体のものとして構成しているが、必要に応じてシリンダ部１３をタンク本体部１２と一体成形してもよい。

シリンダ部１３内には分離壁たるピストン１４が進退移動可能に設けられていて、そのピストン１４によってリザーバタンク９内がピストン１４よりもタンク本体部１２側の作動油室９ａとその反対側の空気室９ｂとに隔成されている。つまり、ピストン１４は大気圧により常時作動油室９ａ側に付勢されているとともに、例えば温度変化により作動油の体積が変化した場合に、その体積変化に応じてピストン１４が上下し、作動油室９ａの容積を変化させることでその体積変化を吸収するようになっている。

なお、シリンダ部１３の上端にはストッパ部１３ａが形成されていて、そのストッパ部１３ａによりピストン１４のシリンダ部１３からの抜け出しを防止するようになっている。

また、ピストン１４には空気室９ｂ側に突出する突出部１４ａが設けられていて、その突出部１４ａがリザーバタンク９外に突出している。すなわち、突出部１４ａのシリンダ部１３からの突出量を確認することで、リザーバタンク９内の作動油量が確認できるようになっている。

さらに、作動油室９ａに開口するブリーダバルブ１５がシリンダ部１３の下端部に設けられている一方で、シリンダ部１３の上端部にはその開口部を閉蓋するようにしてダストブーツ１６が取り付けられている。

ここで、パワーステアリング装置の油圧回路に作動油を充填する際には、ダストブーツ１６を取り外した状態で、突出部１４ａを掴んでピストン１４を正規の油面位置に移動させてその位置にピストン１４を保持し、ブリーダバルブ１５を開放する。この状態でいわゆる真空引きを行った後に作動油を充填し、その作動油を作動油室９ａに充満させてブリーダバルブ１５を閉じることで、正規の量の作動油がパワーステアリング装置に充填される。また、作動油の充填後にいわゆるエア抜きが必要となった場合には、ブリーダバルブ１５を緩めた上でピストン１４を作動油室９ａ側へ押圧して作動油に圧力を付与し、ブリーダバルブ１５からエア抜きを行うこととなる。

油圧ポンプ１０はリザーバタンク９のタンク本体部１２のうち反油圧パワーシリンダ２側に図示外のボルトをもって取り付けられているとともに、電動モータ１１は油圧ポンプ１０のさらに反油圧パワーシリンダ２側に図示外のボルトをもって取り付けられている。換言すれば、油圧パワーシリンダ２側からリザーバタンク９、油圧ポンプ１０、電動モータ１１の順に積み重ねることでポンプユニット３が構成されていて、油圧ポンプ１０は油圧パワーシリンダ２にリザーバタンク９を介して間接的に支持されている。

図３は図２における油圧ポンプ１０のＢ―Ｂ断面図である。

油圧ポンプ１０はいわゆる可逆式の内接歯車ポンプであって、ポンプボディ１７とカムリング１８およびリアカバー１９を有しており、そのカムリング１８およびリアカバー１９がリザーバタンク９の作動油室９ａ内で作動油に浸かっている。すなわち、油圧ポンプ１０はリザーバタンク９の作動油室９ａから作動油を直接吸入するようになっているとともに、リザーバタンク９の作動油室９ａへ直接作動油を排出するようになっている。

油圧ポンプ１０のカムリング１８の内周には、図３に示すように複数の内歯が形成されたアウタロータ２０と、そのアウタロータ２０の内歯に噛合う外歯が複数形成されたインナロータ２１が収容されていて、インナロータ２１に結合された駆動軸２２を電動モータ１１によって回転駆動することで、周知のようにアウタロータ２０の内歯とインナロータ２１の外歯の間に形成された複数のポンプ室２３がその容積を増減しながら周回移動して作動油の吸入および吐出を行い、油圧パワーシリンダ２の両油圧室に選択的に作動油を供給することとなる。

なお、電動モータ１１は図２に示すように正逆転可能ないわゆる三相ブラシレスＤＣモータであって、ロータ位置信号用ケーブル１１ａによりロータ位置信号を図示外のコントロールユニットに出力し、そのロータ位置に応じて図示外のコントロールユニットがモータ駆動用ケーブル１１ｂにより駆動信号を電動モータ１１に出力するようになっている。

したがって、本実施の形態によれば、ポンプユニット３が油圧パワーシリンダ２に間接的に支持されて実質的に一体化しているため、第１油路５および第２油路６が短くてすみ、コスト的に有利となる上に、パワーステアリング装置の操舵応答性が向上するメリットがある。

また、リザーバタンク９内のピストン１４が大気圧をもって作動油室９ａ側に常時付勢されているため、例えばパワーステアリング装置に作動油を充填した状態でそのパワーステアリング装置を運搬した際に、リザーバタンク９のシリンダ部１３が下向きになったとしても作動油が漏れることもなければ、パワーシリンダ装置の油圧回路に空気が混入することもない。すなわち、パワーステアリング装置の車体への組付時において、予め作動油を充填したパワーステアリング装置を車両に組付けることで、パワーステアリング装置の組付後における作動油の充填作業およびエア抜き作業が不要となるメリットがある。

さらに、ポンプユニット３と油圧パワーシリンダ２とを一体化しているため、パワーステアリング装置を車両に搭載する際の作業性が飛躍的に向上する。

その上、比較的簡単な構造のリザーバタンク９をシリンダチューブ２ａと一体成形したため、例えばアルミダイカストにより得られた中間成形体の二次加工が容易となるメリットがある。

なお、本実施の形態ではポンプユニット３を油圧パワーシリンダ２から車両前方に突出するようにして設けたが、ポンプユニット３はその向きを問わずに設置可能であることは言うまでもない。

また、本実施の形態ではブリーダバルブ１５をリザーバタンク９のシリンダ部１３に設けたが、エア抜き作業の作業性を向上させるべく、ブリーダバルブ１５をピストン１４に設けてもよい。

図４，５は本発明の第２の実施の形態を示す図であって、図４はそのポンプユニットを示す平面図、図５は図４におけるＣ―Ｃ断面図である。なお、図４，５において第１の実施の形態と同一または相当部分には同様の符号を付してある。

図４，５に示す第２の実施の形態は、油圧パワーシリンダ２４側から油圧ポンプ２５、リザーバタンク２６、電動モータ１１の順に積み重ねることでポンプユニット２７を構成したものであって、油圧ポンプ２５取り付け用の台座部２４ａが例えばアルミダイカストをもって油圧パワーシリンダ２４のシリンダチューブ２４ｂと一体成形されている。言い換えれば、油圧ポンプ２５が油圧パワーシリンダ２４に直接的に支持されている。なお、ポンプユニット２７は油圧ポンプ２５の軸心を延長した仮想線Ｄが油圧パワーシリンダ２４の軸心Ｅと交わるように配置されている。

台座部２４ａは実質的に第１の実施の形態における油圧ポンプ１０のポンプボディ１７と同様に構成されていて、その台座部２４ａ内にパワーステアリング装置の油圧回路の一部が形成されており、その台座部２４ａ上に油圧ポンプ２５のカムリング３０およびリアカバー３１が配置されている。

そして、その台座部２４ａと油圧パワーシリンダ２４の両圧力室を第１油路２８および第２油路２９をもってそれぞれ接続している。

リザーバタンク２６は、台座部２４ａと電動モータ１１との間に挟持状態で固定されていて、シリンダチューブ２４ａの軸方向に突出形成されたシリンダ部３２を備えている。シリンダ部３２は略有底円筒状であって、そのシリンダ部３２内にピストン３３を収容しているとともに、そのシリンダ部３２内の作動油室２６ａに開口するようにブリーダバルブ３４が設けられていて、ピストン３３の突出部３３ａがシリンダ部３２の底壁からその空気室２６ｂを挿通してリザーバタンク２６外に突出している。すなわち、突出部３３ａのリザーバタンク２６からの突出量をもってリザーバタンク２６内の作動油量を外部から確認できるようになっている。なお、リザーバタンク２６の空気室２６ｂ内の圧力は大気圧に設定されている。

したがって、本実施の形態によれば、油圧ポンプ２５が油圧パワーシリンダ２４により近接して設置されているため、第１油路２８および第２油路２９がより短縮されてパワーステアリング装置の操舵応答性がさらに向上する上に、コスト的により有利となるメリットがある。

なお、本実施の形態では実質的に油圧ポンプ２５の一部をシリンダチューブ２４ｂと一体成形して台座部２４ａとし、その台座部２４ａ内に油圧回路の一部が形成されているものとしたが、油圧回路を有しない台座部をシリンダチューブ２４ｂと一体成形し、その台座部上に第１の実施の形態における油圧ポンプ１０のポンプボディ１７を配置するようにしてもよい。この場合には、大物であるシリンダチューブ２４ｂと一体の台座部に油路を形成せずに、その台座部上に配置されるポンプボディ１７に油路を形成することとなるため、その加工が容易となるメリットがある。

図６は第２の実施の形態の変形例を示す図であって、この変形例では第１油路３５ａおよび第２油路３６ａを有する中空の凸条部３５，３６を油圧パワーシリンダ３７のシリンダチューブ３７ａと一体成形している。詳細には、シリンダチューブ３７ａと一体成形された台座部３７ｂからシリンダチューブ３７ａの軸方向両側に延出するようにして凸条部３５，３６がシリンダチューブ３７ａと一体成形されていて、その凸条部３５，３６内に第１油路３５ａおよび第２油路３６ａがそれぞれドリル加工により形成されている。なお、そのドリル加工により穿設された穴の開口部はプラグ３８により封止されている。

したがって、この変形例では、第１油路３５ａおよび第２油路３６ａの剛性が向上してパワーステアリング装置の操舵応答性がより向上する上に、油圧ポンプ２５と油圧パワーシリンダ３７の両油圧室を接続する配管が不要となりコスト的にさらに有利となるメリットがある。

なお、この変形例では台座部３７ｂからシリンダチューブ３７ａの軸方向両側に延出する凸条部３５，３６内に第１油路３５ａおよび第２油路３６ａを形成したが、台座部内に第１油路および第２油路を形成し、その台座部と油圧パワーシリンダの両油圧室を直接接続することも可能である。

図７は本発明の第３の実施の形態を示していて、ポンプユニットを示す側面図である。なお、図７において第１の実施の形態と同一または相当部分には同様の符号を付してある。

図７に示す第３の実施の形態は、油圧パワーシリンダ３９側から電動モータ４０、油圧ポンプ１０、リザーバタンク４１の順に積み重ねることでポンプユニット４２を構成したものであって、油圧パワーシリンダ３９のシリンダチューブ３９ａに電動モータ４０取り付け用の台座部３９ｂが一体成形されている。そして、その台座部３９ｂに電動モータ４０を取り付けることでポンプユニット４２が油圧パワーシリンダ３９に支持されている。換言すれば、油圧ポンプ１０は電動モータ４０を介して油圧パワーシリンダ３９に間接的に支持されている。

また、リザーバタンク４１は略有底円筒状であって、そのリザーバタンク４１内の突出部４３ａを有するピストン４３は、リザーバタンク４１の空気室４１ｂに配置された付勢手段たるコイルスプリング４４によって作動油室４１ａ側に常時付勢されている。つまり、ピストン４３により作動油に常時所定の圧力を付与してキャビテーションの発生を防止するようにしている。

そして、リザーバタンク４１の作動油室４１ａのうち油圧ポンプ１０側端部にブリーダバルブ４５が設けられている。

したがって、この第３の実施の形態によれば、重量物である電動モータ４０を油圧パワーシリンダ３９側に配置しているため、シリンダチューブ３９ａの台座部３９ｂに作用するモーメントが小さくなり、台座部３９ｂを小さくしてパワーステアリング装置を小型化することができるメリットがある。

なお、第２の実施の形態の変形例として示したように、第１油路および第２油路をシリンダチューブに一体成形する構造は、上述した第１の実施の形態および第３の実施の形態においても適用可能であることはいうまでもない。

上記実施の形態から把握される上記請求項に記載した以外の技術的思想について以下に説明する。
（１） リザーバタンクが油圧ポンプと一体に構成されていることを特徴とする請求項１に記載のパワーステアリング装置。

リザーバタンクと油圧ポンプを接続する油路を短縮し、その油路を作動油が流れる際の抵抗を減ずることができる。
（２） リザーバタンク内を作動油室と空気室とに隔成する分離壁を備えていることを特徴とする（１）に記載のパワーステアリング装置。

リザーバタンクがその設置方向を問わずに車両に搭載可能となり、パワーステアリング装置の設計自由度が向上する。
（３） 上記分離壁が作動油室および空気室の容積を増減する方向で変位可能になっていることを特徴とする（２）に記載のパワーステアリング装置。

例えば作動油の温度変化により作動油室内の作動油の体積が変化した場合に、上記分離壁が作動油室の容積を増減することで作動油の体積変化を吸収することができる。
（４） 上記分離壁がリザーバタンク外に突出する突出部を備えていることを特徴とする（３）に記載のパワーステアリング装置。

上記突出部によりリザーバタンク外から上記分離壁を変位させることで、作動油室の容積を変化させることができるほか、リザーバタンクからの上記突出部の突出量を確認することでリザーバタンク内の作動油量をリザーバタンク外から容易に確認できるようになる。
（５） 上記分離壁を作動油室側に付勢する付勢手段を備えていることを特徴とする（３）または（４）に記載のパワーステアリング装置。

上記分離壁を作動油室側に付勢することで作動油室内の作動油に常時所定の圧力を付与し、リザーバタンクから油圧回路への作動油の供給効率を高めることができる上に、キャビテーションの発生を防止できる。
（６） 油圧回路内の作動油を外部に排出するブリーダバルブを備えていることを特徴とする（３）〜（５）のいずれかに記載のパワーステアリング装置。

油圧回路内に作動油を充填した後に、上記ブリーダバルブから余剰油を排出して作動油量を調整することができる。
（７） 上記ブリーダバルブがリザーバタンクの作動油室に開口することを特徴とする（６）に記載のパワーステアリング装置。

油圧回路内の作動油を上記ブリーダバルブから効率よく排出できるようになる。
（８） 油圧パワーシリンダの周壁部に油圧ポンプ取り付け用の台座が設けられていて、その台座が油圧パワーシリンダと一体成形されていることを特徴とする請求項１に記載のパワーステアリング装置。

上記台座をもって油圧パワーシリンダに油圧ポンプが直接的に支持されることとなり、その取付剛性が向上する。
（９） 上記台座内に油路を有していないことを特徴とする（８）に記載のパワーステアリング装置。

大物である油圧パワーシリンダと一体に形成された上記台座に油路を形成せず、その油圧パワーシリンダと別体の部材に油路を形成することで、その加工が容易となる。
（１０） 上記台座内に油圧回路の一部が形成されていることを特徴とする（８）に記載のパワーステアリング装置。

上記台座内に油圧回路の一部を形成することで、パワーステアリング装置の小型化を図ることができる。
（１１） 上記第１油路および第２油路が上記台座内に形成されていて、その台座と油圧パワーシリンダの両油圧室が直接接続されていることを特徴とする（１０）に記載のパワーステアリング装置。

上記台座内に上記第１油路および第２油路を形成することで、油圧による上記第１油路および第２油路の膨張を防止してパワーステアリング装置の操舵応答性を向上させることができる。
（１２） 上記台座から油圧パワーシリンダの軸方向に向けて延出するように上記第１油路および第２油路が油圧パワーシリンダの周壁部と一体成形されていて、その第１油路および第２油路が上記台座内の油圧回路と油圧パワーシリンダの両油圧室を接続していることを特徴とする（１０）に記載のパワーステアリング装置。

上記第１油路および第２油路を油圧パワーシリンダと一体成形することで、油圧による上記第１油路および第２油路の膨張を防止してパワーステアリング装置の操舵応答性を向上させることができる。
（１３） 油圧ポンプの軸心を延長した仮想線が、油圧パワーシリンダの軸心とほぼ交わるようになっていることを特徴とする（８）に記載のパワーステアリング装置。

上記台座のうち油圧ポンプを取り付ける取り付け面を広く確保することができる。
（１４） 油圧ポンプとリザーバタンクおよび電動機がポンプユニットとして一体化されていて、そのポンプユニットが油圧パワーシリンダの周壁部に支持されていることを特徴とする請求項１に記載のパワーステアリング装置。

上記ポンプユニットと油圧パワーシリンダがユニットとして一体化されるため、パワーステアリング装置の車体への取付が容易となる。
（１５） 油圧パワーシリンダ側からリザーバタンク、油圧ポンプ、電動機の順に積み重ねることで上記ポンプユニットが構成されていることを特徴とする（１４）に記載のパワーステアリング装置。

比較的簡単な構造のリザーバタンクを油圧パワーシリンダ側に配置することで、そのリザーバタンクを容易に油圧パワーシリンダと一体成形することができる。
（１６） 油圧パワーシリンダ側から油圧ポンプ、リザーバタンク、電動機の順に積み重ねることで上記ポンプユニットが構成されていることを特徴とする（１４）に記載のパワーステアリング装置。

油圧ポンプを油圧パワーシリンダに近接配置することで、上記第１油路および第２油路を短くすることが可能となり、パワーステアリング装置の操舵応答性が向上するメリットがある。
（１７） 油圧パワーシリンダ側から電動機、油圧ポンプ、リザーバタンクの順に積み重ねることで上記ポンプユニットが構成されていることを特徴とする（１４）に記載のパワーステアリング装置。

重量物である電動機を油圧パワーシリンダに近接配置することで、油圧パワーシリンダとポンプユニットの取り付け部に作用するモーメントが小さくなり、その取り付け部を小さくしてパワーステアリング装置の小型化を図ることができる。

本発明の第１の実施の形態を示す図であって、パワーステアリング装置の平面図。 図１におけるＡ−Ａ断面図。 図２における油圧ポンプのＢ−Ｂ断面図。 本発明の第２の実施の形態を示す図であって、ポンプユニットを示す平面図。 図４におけるＣ―Ｃ断面図。 図４に示すパワーステアリング装置の変形例を示す斜視図。 本発明の第３の実施の形態を示す図であって、ポンプユニットを示す側面図。

符号の説明

２…油圧パワーシリンダ
５…第１油路
６…第２油路
９…リザーバタンク
１０…油圧ポンプ
１１…電動モータ（電動機）
２４…油圧パワーシリンダ
２５…油圧ポンプ
２６…リザーバタンク
２８…第１油路
２９…第２油路
３５ａ…第１油路
３６ａ…第２油路
３７…油圧パワーシリンダ
３９…油圧パワーシリンダ
４０…電動モータ（電動機）
４１…リザーバタンク

Claims (1)

1. 転舵輪に連結された操舵機構の操舵力を補助する油圧パワーシリンダと、
   その油圧パワーシリンダに直接的または間接的に支持されていて、油圧パワーシリンダの両圧力室に第１油路および第２油路を介して選択的に油圧を供給する油圧ポンプと、
   その油圧ポンプに供給される作動油を貯留するリザーバタンクと、
   油圧ポンプを駆動する電動機と、
   を備えていることを特徴とするパワーステアリング装置。

Images