JP2010203497A - Power cylinder and hydraulic power steering device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ラック軸をアシストするためのパワーシリンダ及びこれを用いた油圧式パワーステアリング装置に関する。 The present invention relates to a power cylinder for assisting a rack shaft and a hydraulic power steering apparatus using the same.
自動車に用いられるラックアンドピニオン式の油圧式パワーステアリング装置は、油圧の供給によって操舵補助力を発生させるパワーシリンダを備えている。このパワーシリンダは、シリンダチューブと、前記シリンダチューブ内を軸方向に移動するピストンロッドとしての機能を有するラック軸と、前記ラック軸に固定され前記シリンダチューブ内を二つの油室に分けるピストンとを備えている。ピストンとシリンダチューブとの間には、両者の間を密封するためのピストンリングが介在している。 A rack-and-pinion type hydraulic power steering apparatus used in an automobile includes a power cylinder that generates a steering assist force by supplying hydraulic pressure. The power cylinder includes a cylinder tube, a rack shaft that functions as a piston rod that moves in the axial direction in the cylinder tube, and a piston that is fixed to the rack shaft and divides the cylinder tube into two oil chambers. I have. A piston ring for sealing between the piston and the cylinder tube is interposed.
図5は、従来のパワーシリンダのピストン周辺の部分断面図である。図に示すように、ピストン101は、ラック軸102に固定されシリンダチューブ103内を第一及び第二油室104,105に分けている。ピストン101の外周面には、径方向内側に凹む周溝106が形成されており、この周溝106の内部にピストンリング107及びOリング108が配置されている。
ピストンリング107は、シリンダチューブ103の内周面に接した状態で周溝106内に配置されている。また、Oリング108は、ピストンリング107の内周面と周溝106の底面とに当接した状態で両者の間に介在している。
FIG. 5 is a partial cross-sectional view around the piston of a conventional power cylinder. As shown in the figure, the
The
図5では、第一油室104の油圧が第二油室105の油圧よりも高い状態にある場合を示している。第一油室104の油圧が第二油室105の油圧よりも高い場合、その油圧差によって、ピストンリング107及びOリング108は、周溝106の第二油室105側の側壁に移動し、さらにOリング108が油圧によって押圧されることで、ピストンリング107をシリンダチューブ103の内周面に向けて押圧するように変形する。これによって、ピストンリング107をシリンダチューブ103に押圧し、両者の間の密封性を確保するように構成されていた(例えば、特許文献1参照)。
FIG. 5 shows a case where the hydraulic pressure in the
上記従来のパワーシリンダでは、ピストン101とピストンリング107との間にOリング108を介在させてピストンリング107とシリンダチューブ103との間の密封性を確保するといった比較的簡易な構造で構成されている一方、近年、自動車部品においては、低コスト化の要請が強く、パワーシリンダにおいても、さらなる低コスト化を図るための方策が嘱望されていた。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、より簡易な構成とすることで、低コスト化を図ることができるパワーシリンダ、及びこれを用いた油圧式パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
The above-described conventional power cylinder has a relatively simple structure in which an O-
The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a power cylinder capable of reducing the cost by using a simpler configuration, and a hydraulic power steering apparatus using the same. With the goal.
上記目的を達成するための本発明は、シリンダチューブと、前記シリンダチューブ内を軸方向に移動可能なピストンロッドと、前記ピストンロッドに固定され前記シリンダチューブ内をそれぞれに油圧が供給される二つの油室に分け、これら二つの油室の油圧差により前記シリンダチューブ内を軸方向に移動するピストンと、前記ピストンの外周側に形成された周溝に配置され、前記シリンダチューブの内壁と、ピストンとの間をシールするピストンリングと、を備えたパワーシリンダにおいて、前記周溝の底面には、当該周溝の側壁面の径方向内側端から前記周溝の軸方向中央に向かって径方向内側に傾斜し、前記ピストンリングが前記シリンダチューブの内壁に接触した状態で当該ピストンリングの径方向内側の角部が当接可能な傾斜面が形成されていることを特徴としている。 In order to achieve the above object, the present invention includes a cylinder tube, a piston rod that is movable in the axial direction in the cylinder tube, and two cylinders that are fixed to the piston rod and are supplied with hydraulic pressure in the cylinder tube. It is divided into oil chambers, a piston that moves in the axial direction in the cylinder tube due to a hydraulic pressure difference between these two oil chambers, a circumferential groove formed on the outer peripheral side of the piston, an inner wall of the cylinder tube, and a piston And a piston ring that seals between each of the circumferential grooves, the bottom surface of the circumferential groove has a radially inner side from a radially inner end of a side wall surface of the circumferential groove toward an axial center of the circumferential groove. Inclined surface that can be in contact with the radially inner corner of the piston ring while the piston ring is in contact with the inner wall of the cylinder tube It is characterized by being formed.
上記のように構成されたパワーシリンダによれば、前記周溝の底面に、ピストンリングがシリンダチューブの内壁に接触した状態で当該ピストンリングの径方向内側の角部が当接可能な傾斜面が形成されているので、一方の油室の油圧が高まり、その油圧によってピストンリングが周溝の側壁面に向けて軸方向に押圧されると、当該ピストンリングは側壁面に接触する前に径方向内側の角部が傾斜面に当接する。さらに油圧によって側壁面側へ押圧されると、ピストンリングの径方向内側の角部は、傾斜面に沿って径方向外側に押し上げられ、当該ピストンリング全体に対して、径方向外側へ押し上げられる力が作用する。これにより、ピストンリングはシリンダチューブの壁面に押圧され、この結果、ピストンリングとシリンダチューブとの間の密封性を確保することができる。
このように、本発明によれば、上記従来例のようにOリングを用いずともピストンリングとシリンダチューブとの間の密封性を確保することができるので、部品点数を削減でき、かつより簡易な構成とすることで、低コスト化を図ることができる。
According to the power cylinder configured as described above, there is an inclined surface on the bottom surface of the circumferential groove on which the piston ring can come into contact with the radially inner corner of the piston ring in a state where the piston ring is in contact with the inner wall of the cylinder tube. As a result, the hydraulic pressure of one oil chamber increases, and when the piston ring is pressed in the axial direction toward the side wall surface of the circumferential groove by the hydraulic pressure, the piston ring is in the radial direction before contacting the side wall surface. The inner corner contacts the inclined surface. When the oil pressure is further pressed to the side wall surface side, the radially inner corner of the piston ring is pushed radially outward along the inclined surface, and the force that pushes the entire piston ring radially outward. Works. Thereby, a piston ring is pressed by the wall surface of a cylinder tube, As a result, the sealing performance between a piston ring and a cylinder tube can be ensured.
Thus, according to the present invention, the sealing performance between the piston ring and the cylinder tube can be ensured without using an O-ring as in the above-described conventional example, so that the number of parts can be reduced and simpler. By adopting a simple configuration, the cost can be reduced.
上記パワーシリンダにおいて、前記二つの油室の油圧差がない状態において、前記傾斜面が、前記ピストンリングの径方向内側の角部に当接していることが好ましい。
この場合、二つの油室に油圧差が生じると、すでに傾斜面に当接しているピストンリングの径方向内側の角部は、傾斜面によって径方向外側へ押し上げられ、ピストンリングとシリンダチューブとの間が密封される。つまり、上記構成の場合、油圧差が生じた後、傾斜面に角部を当接させるべくピストンリングを軸方向へ移動させる必要がないため、当該パワーシリンダの応答性を高めることができる。
In the power cylinder, it is preferable that the inclined surface is in contact with a radially inner corner of the piston ring in a state where there is no difference in hydraulic pressure between the two oil chambers.
In this case, when a hydraulic pressure difference occurs between the two oil chambers, the radially inner corner of the piston ring that is already in contact with the inclined surface is pushed up radially outward by the inclined surface, and the piston ring and the cylinder tube The space is sealed. That is, in the case of the above-described configuration, it is not necessary to move the piston ring in the axial direction in order to bring the corner portion into contact with the inclined surface after the hydraulic pressure difference occurs, so that the responsiveness of the power cylinder can be improved.
また、前記ピストンリングの径方向内側の角部が、前記傾斜面の傾斜に対応した傾斜面に形成されているものであってもよく、この場合、周溝の傾斜面によるピストンリングの角部の押し上げをスムーズにでき、より確実にピストンリングをシリンダチューブの壁面に押圧することができる。 In addition, a corner portion on the radially inner side of the piston ring may be formed on an inclined surface corresponding to the inclination of the inclined surface. In this case, the corner portion of the piston ring by the inclined surface of the circumferential groove Can be smoothly pushed up, and the piston ring can be more reliably pressed against the wall surface of the cylinder tube.
また、本発明は、油圧の供給によって操舵補助力を発生するパワーシリンダを備えた油圧式パワーステアリング装置において、前記パワーシリンダが、上述のパワーシリンダであることを特徴としている。
上記構成の油圧式パワーステアリング装置によれば、上述のように、低コスト化を図ることができる。
According to the present invention, in the hydraulic power steering apparatus including a power cylinder that generates a steering assist force by supplying hydraulic pressure, the power cylinder is the above-described power cylinder.
According to the hydraulic power steering apparatus having the above-described configuration, as described above, cost reduction can be achieved.
本発明のパワーシリンダ及び油圧式パワーステアリング装置によれば、より簡易な構成とすることで、低コスト化を図ることができる。 According to the power cylinder and the hydraulic power steering apparatus of the present invention, the cost can be reduced by adopting a simpler configuration.
次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の第一の実施形態に係るパワーシリンダを備えたラックアンドピニオン式の油圧式パワーステアリング装置の構成を示す模式図である。
図1中、油圧式パワーステアリング装置PSは、ステアリングホイールSが取り付けられた入力軸1と、入力軸1の端部に設けられたピニオン2とラックピニオンを構成するラック軸3と、ラック軸3をピストンロッドとして構成されるパワーシリンダ10と、図示しない油圧ポンプに接続され入力軸1の回転(操舵)に応じてパワーシリンダ10に油圧を供給する油圧制御バルブ4とを備えている。ラック軸3の両端には、それぞれタイロッド等(図示せず)を介して操舵輪Wが接続されている。
Next, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a rack and pinion type hydraulic power steering apparatus including a power cylinder according to a first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, a hydraulic power steering apparatus PS includes an input shaft 1 to which a steering wheel S is attached, a pinion 2 provided at an end of the input shaft 1, a
パワーシリンダ10は、ラック軸3を覆うハウジング等により構成されるシリンダチューブ11と、ピストンロッドとしてのラック軸3に固定されシリンダチューブ11内を軸方向に移動するピストン12とを備えている。
The
ピストン12は、シリンダチューブ11内を二つの油室(第一油室13及び第二油室14)に分けている。第一油室13及び第二油室14には、それぞれ油圧制御バルブ4から延びる油圧配管13a,14aが接続されており、両油室13,14内に油圧が供給される。
油圧制御バルブ4は、入力軸1の回転に応じて、両油室13,14に供給する油圧を調整し、両油室13,14に油圧差を生じさせる。この両油室13,14の油圧差によって、ピストン12は、シリンダチューブ11内で軸方向に移動し、ラック軸3を軸方向に移動させる操舵補助力を発生させる。
The
The
図2(a)は、パワーシリンダのピストン周辺の部分断面図であり、両油圧室13,14間の油圧差が生じていない状態を示している。
図に示すように、ピストン12は、ラック軸3に固定され、シリンダチューブ11内を第一油室13及び第二油室14に分けている。
ピストン12の外周面12aには、径方向内方に凹む周溝15が全周に亘って形成されている。周溝15内には、シリンダチューブ11の内壁11aとピストン12との間をシールするためのピストンリング16が配置されている。
FIG. 2A is a partial cross-sectional view around the piston of the power cylinder, and shows a state where no hydraulic pressure difference is generated between the
As shown in the figure, the
A
ピストンリング16は、合成樹脂等により形成された環状の部材であり、その断面は、軸方向に沿う辺が径方向に沿う辺より長いほぼ矩形形状とされている。また、各角部は、R面取されており、所定のR面とされている。ピストンリング16は、その外周面16aがシリンダチューブ11の内壁11aに摺接可能に当接している。
The
ピストン12は、ラック軸3の外周面に固定された環状の部材であり、外周面12aと、シリンダチューブ11の内壁11aとの間には、僅かな隙間が設けられている。
ピストン12の外周面12aに形成された周溝15は、底面17と、軸方向両側の側壁面18とによって構成されている。また、周溝15の深さ寸法及び軸方向幅寸法は、それぞれ、ピストンリング16の内周面16b及び両端面16cに対して、僅かな隙間が形成可能な寸法に設定されている。
The
The
周溝15の側壁面18は、軸方向に対して直交するように形成されている。
周溝15の底面17は、軸方向両側の側壁面18それぞれの径方向内側端18aから周溝15の軸方向中央に向かって傾斜する一対の傾斜面17aと、これら一対の傾斜面17aを繋ぐ円筒面17bとによって構成されている。
傾斜面17aは、軸方向に対して一様の角度で傾斜する円すい面状に形成されており、ピストンリング16がシリンダチューブ11の内壁11aに接触した状態で、当該ピストンリング16の径方向内側の角部16dが当接可能に形成されている。
The
The
The
図2(b)は、両油圧室13,14間の油圧差が生じている状態のピストン周辺を示している。図2(b)においては、第一油室13の油圧が第二油室14よりも高く、ピストン12が紙面右側に移動しようとする場合を示している。
FIG. 2B shows the periphery of the piston in a state where a hydraulic pressure difference between the
図において、ピストンリング16は、第一油室13からの油圧によって、周溝15内において第二油室14側に軸方向に押圧され、第二油室14側の側壁面18に向けて外周面16aを内壁11aに摺接させつつ移動する。
In the figure, the
本実施形態のパワーシリンダ10において、周溝15の底面17には、ピストンリング16がシリンダチューブ11の内壁11aに接触した状態で、当該ピストンリング16の径方向内側の角部16dが当接可能な傾斜面17aが形成されているので、油圧によってピストンリング16が第二油室14側の側壁面18に向けて軸方向に押圧され移動すると、当該ピストンリング16は側壁面18に接触する前に径方向内側の角部16dが傾斜面17aに当接する(図2(b)中、破線Hの位置)。
In the
さらに油圧によって第二油室14側の側壁面18に向けて押圧されると、ピストンリング16の径方向内側の角部16dは、傾斜面17aに沿って径方向外側に押し上げられ、当該ピストンリング16全体に対して、径方向外側へ押し上げられる力が作用する。これにより、ピストンリング16は、図2(b)に示すように、シリンダチューブ11の壁面11aに押圧され、この結果、ピストンリング16とシリンダチューブ11との間の密封性を確保することができる。
このように、本実施形態のパワーシリンダ10では、上記従来例のようにOリングを用いずともピストンリング16とシリンダチューブ11との間の密封性を確保することができるので、部品点数を削減でき、かつより簡易な構成とすることで、低コスト化を図ることができる。さらに、Oリングの配置スペースを確保するために周溝15を径方向に深く形成する必要がなくなるので、周溝15を形成するための加工が容易となり、この点においても、低コスト化を図ることができる。
When the oil pressure is further pressed toward the
Thus, in the
本実施形態において、傾斜面17aの軸方向に対する角度は、20〜60度の範囲に設定されていることが好ましい。前記角度が20度よりも小さいと、ピストンリング16が傾斜面17aに沿って移動しようとする際の径方向外側への移動量が十分に確保できないおそれがあり、また、前記角度が60度よりも大きいと、ピストンリング16が、スムーズに傾斜面17aに沿って移動するのが困難となり、ピストンリング16を径方向外側へ押し上げる力が十分得られないおそれがあるからである。
In the present embodiment, the angle of the
図3は、本発明の第二の実施形態に係るパワーシリンダのピストン周辺の部分断面図であり、両油室間の油圧差が生じていない状態を示している。本実施形態と上記第一の実施形態との相違点は、両油室13,14の油圧差がない状態において、周溝15の傾斜面17aが、ピストンリング16の径方向内側の角部16dに当接している点である。
FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the periphery of the piston of the power cylinder according to the second embodiment of the present invention, showing a state in which there is no hydraulic pressure difference between the two oil chambers. The difference between the present embodiment and the first embodiment described above is that the
図に示すように、本実施形態では、両油室13,14の油圧差がない状態において、径方向内側の軸方向両側の角部16dそれぞれが、周溝15における底面17の軸方向両端に設けられた傾斜面17aに当接するように構成されている。
As shown in the drawing, in the present embodiment, in the state where there is no hydraulic pressure difference between the two
この場合、両油室13,14に油圧差が生じると、すでに傾斜面17aに当接しているピストンリング16の径方向内側の角部16dは、傾斜面17aによって径方向外側へ押し上げられ、ピストンリング16とシリンダチューブ11との間が密封される。つまり、上記構成の場合、油圧差が生じた後、傾斜面17aに角部16dを当接させるべくピストンリング16を軸方向へ移動させる必要がないため、当該パワーシリンダ10の応答性を高めることができる。
In this case, when a hydraulic pressure difference occurs between the
なお、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではない。上記各実施形態では、ピストンリング16の径方向内側の角部16dをR面取することによってR面としており、周溝15の傾斜面17aによる角部16dの押し上げがスムーズに行われるようにしているが、例えば、図4(a)に示すように、周溝15の傾斜面17aに対応した傾斜面とすることもできる。
この場合、周溝15の傾斜面17aによるピストンリング16の角部16dの押し上げをよりスムーズにでき、かつ、角部16dが押し上げられる方向を確実に径方向外側に向けることができる。このため、より確実にピストンリング16をシリンダチューブ11の壁面11aに押圧することができる。
The present invention is not limited to the above embodiments. In each of the above embodiments, the
In this case, the
また、上記各実施形態では、周溝15の傾斜面17aを、軸方向に対して一様の角度で傾斜する円すい面状に形成した場合を例示したが、例えば、図4(b)に示すように、断面凹湾曲状の曲面に形成することもできる。
Further, in each of the above embodiments, the case where the
3 ラック軸(ピストンロッド)
10 パワーシリンダ
11 シリンダチューブ
11a 内壁
12 ピストン
13 第一油室
14 第二油室
15 周溝
16 ピストンリング
16d 角部
17 底面
17a 傾斜面
18 側壁面
18a 径方向内側端
PS 油圧式パワーステアリング装置
3 Rack shaft (piston rod)
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記シリンダチューブ内を軸方向に移動可能なピストンロッドと、
前記ピストンロッドに固定され前記シリンダチューブ内をそれぞれに油圧が供給される二つの油室に分け、これら二つの油室の油圧差により前記シリンダチューブ内を軸方向に移動するピストンと、
前記ピストンの外周側に形成された周溝に配置され、前記シリンダチューブの内壁と、ピストンとの間をシールするピストンリングと、を備えたパワーシリンダにおいて、
前記周溝の底面には、当該周溝の側壁面の径方向内側端から前記周溝の軸方向中央に向かって径方向内側に傾斜し、前記ピストンリングが前記シリンダチューブの内壁に接触した状態で当該ピストンリングの径方向内側の角部が当接可能な傾斜面が形成されていることを特徴とするパワーシリンダ。 A cylinder tube;
A piston rod movable in the axial direction in the cylinder tube;
A piston that is fixed to the piston rod and is divided into two oil chambers in which oil pressure is supplied to the inside of the cylinder tube, and a piston that moves in the cylinder tube in the axial direction due to a hydraulic pressure difference between the two oil chambers;
In a power cylinder that is disposed in a circumferential groove formed on the outer peripheral side of the piston, and includes a piston ring that seals between the inner wall of the cylinder tube and the piston,
The bottom surface of the circumferential groove is inclined radially inward from the radially inner end of the sidewall surface of the circumferential groove toward the axial center of the circumferential groove, and the piston ring is in contact with the inner wall of the cylinder tube The power cylinder is characterized in that an inclined surface is formed on which a radially inner corner of the piston ring can abut.
前記パワーシリンダが、請求項1〜3のいずれか一項に記載のパワーシリンダであることを特徴とする油圧式パワーステアリング装置。 In a hydraulic power steering apparatus having a power cylinder that generates a steering assist force by supplying hydraulic pressure,
The hydraulic power steering device according to any one of claims 1 to 3, wherein the power cylinder is the power cylinder according to any one of claims 1 to 3.
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