JP3911422B2

JP3911422B2 - 液圧パワーシリンダ

Info

Publication number: JP3911422B2
Application number: JP2002032575A
Authority: JP
Inventors: 章浩豊嶋; 和彦高木
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2002-02-08
Filing date: 2002-02-08
Publication date: 2007-05-09
Anticipated expiration: 2022-02-08
Also published as: JP2003232306A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、自動車のパワーステアリング装置に利用される液圧パワーシリンダに関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
例えば、油圧式ラックアンドピニオン式パワーステアリング装置の操舵補助用の油圧パワーシリンダには、シリンダチューブの内部に摺動可能なピストンが配置され、このピストンを挟んで一対の圧力室が区画される。通例、この圧力室内に作動油が満たされていない状態で、パワーシリンダは車両に組み付けられる。次いで、配管を接続した後、パワーシリンダの圧力室に作動油が供給される。そして、パワーシリンダのピストンをストローク端まで移動させて、パワーシリンダ内のエアを、各圧力室に作動油を供給したり排出したりするための配管接続用のポートを通じて、作動油と共にシリンダ外へ排出するようにしている（いわゆるエア抜き作業）。
【０００３】
ところで、パワーシリンダを車両に組み付けた状態で、上述のポートがパワーシリンダのシリンダチューブの下側に配置される場合がある。このような場合、シリンダチューブ内のエアが排出され難く圧力室の上部に残り、残留エアとなる。この残留エアが原因で、ステアリングギヤの自励振動を誘発したり、ハンドル応答性を悪化させたりする場合がある。
その対策として、図５に示すように、シリンダチューブ９０の内周に沿う断面溝形の部材９１により環状の通路９２を区画し、部材９１の上部に開口９３を形成し、通路９２により、シリンダチューブ９０内にピストン９４により区画される圧力室９５の上部と下部のポート９６とを連通させ、作動油と共にエアを通路９２を通じて排出しようとする技術がある（例えば、特表平１０−５００７５９号等参照）。
【０００４】
しかし、通路９２を区画する部材９１としては、通路９２の内周および軸方向の両端面の３面を区画する必要があり、構造が複雑であった。さらに、圧力室９５内には、通路９２よりも奥のオイルシール９７側に空間９８が区画され、この空間９８にエアが残り易い傾向にある。
そこで、本発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、エアを確実に排出できて、しかも簡素な構造の液圧パワーシリンダを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
請求項１に記載の発明は、両端を一対の端部材により封止されたシリンダチューブと、このシリンダチューブ内を軸方向に移動自在に挿通するロッドと、このロッドに固定されてシリンダチューブ内周と摺接するピストンと、このピストンと一対の端部材とによりシリンダチューブ内に区画される一対の圧力室と、各圧力室への作動液の供給排出のために対応する端部材の近傍にそれぞれ配置される一対の配管接続部とを有する液圧パワーシリンダにおいて、上記液圧パワーシリンダが、適用される装置または機器に組み付けられた状態において、シリンダチューブはその軸方向がほぼ水平状態とされ、少なくとも一方の配管接続部とピストンとの間でシリンダチューブの内周とロッドの外周とに接触すると共に対応する圧力室内を一対の室に仕切る仕切部材をさらに備え、この仕切部材の最上部近傍部分に形成された連通開口を通じて一対の室が互いに連通することを特徴とする。
【０００６】
この発明によれば、配管接続部がパワーシリンダの下側に配置される場合であっても、圧力室内のエアを確実に排出できる。すなわち、例えば、エア抜き作業で、一方の圧力室内に作動液を溜めた状態でピストンを上記一方の圧力室の側のストローク端に移動させると、一方の圧力室内の作動液は、端部材と仕切部材との間に仕切られた室内で上から下へ流れ、これに伴い、圧力室の上部にあるエアも作動液とともに配管接続部を通じて排出される。
【０００７】
特に、作動液が端部材と仕切部材との間に仕切られた室の全体を流れるようになるので、この室内にエアを残すことなく確実に排出できる。しかも、エア抜き作業時の配管接続部への作動液の通路となる室を区画するのに、もともと必要なロッドとシリンダチューブと端部材とを利用できるので、室の残りの一端面を仕切部材で区画すればよく、従って、簡素な構造で済む。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の液圧パワーシリンダにおいて、上記仕切部材は、シリンダチューブの内周に固定されてロッドの外周に摺接することを特徴とする。この発明によれば、仕切部材として、例えば、汎用のオイルシールに連通開口を形成したものを利用でき、本発明を簡便に実施できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態の液圧パワーシリンダ（以下、単にパワーシリンダともいう。）を、これを用いたパワーステアリング装置を例に図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の一実施形態のパワーシリンダを有するパワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
パワーステアリング装置１は、ラックアンドピニオン式の舵取り機構３を有し、この舵取り機構３にパワーシリンダ１０、油圧ポンプ１２等の操舵補助用の油圧式パワーアシスト機構が設けられている。
【０００９】
舵取り機構３は、ラック軸２とピニオン（図示せず）とを有する。ラック軸２は、車体の左右方向に延びて配置され、ラック軸２と平行に長く延びる略筒状のラックハウジング４の内部に軸長方向へ摺動自在に支持されている。ラック軸２の両端はラックハウジング４の両側に突出し、それぞれ操向車輪５，５のナックルアーム６，６に連結されている。ラックハウジング４の長手方向の中間部には、これと交差するようにギヤハウジング７が固定されている。ギヤハウジング７の内部においてラック軸２とピニオンとが噛み合う。ピニオンは、ステアリングコラムのステアリングシャフト９の下端に一体回転可能に連結されていて、ステアリングシャフト９の上端に、ステアリングホイール８が一体回転可能に連結されている。これにより、ステアリングホイール８の回転が、ステアリングシャフト９、ピニオン等を介してラック軸２に伝達され、ラック軸２の軸長方向の摺動に変換されて舵取りを行わせる構成となっている。
【００１０】
パワーアシスト機構は、ラックハウジング４の長手方向の中間部に設けられた操舵補助力を発生するためのパワーシリンダ１０と、エンジン等の車両の駆動源１１により駆動されてパワーシリンダ１０の作動油圧を発生する油圧ポンプ１２と、ステアリングシャフト９の軸長方向の中間部に設けられてパワーシリンダ１０への作動油圧を制御する油圧制御弁１３とを有している。
この油圧制御弁１３は、ステアリングホイール８に加わる操舵トルクにより生じるねじれを利用して油圧の給排動作をなす油圧制御弁であり、給油路１４を介して油圧ポンプ１２の吐出側に接続され、またリターン油路１５を介して油タンク１６に接続されていると共に、各別の送油路１７，１８を介してパワーシリンダ１０の左右の圧力室２６，２７にそれぞれ接続されている。
【００１１】
油圧ポンプ１２は、油タンク１６の内部の作動油を吸込油路１９を介して吸い込み、吸い込んだ作動油を昇圧して給油路１４を経て油圧制御弁１３に供給する。供給された作動油は、油圧制御弁１３の動作により送油路１７または送油路１８に分配されて、パワーシリンダ１０の圧力室２６，２７のいずれかに供給される。供給油圧は、ラック軸２の軸長方向の中間部に固定されたパワーシリンダ１０のピストン２４の一面に作用し、このピストン２４を介してラック軸２の軸長方向の油圧力（操舵補助力）が加えられ、ラック軸２の摺動により舵取りが補助されることになる。
【００１２】
油圧制御弁１３における作動油の送油路１７，１８への分配の割合は、ステアリングシャフト９に生じているねじれの大きさに応じて決定され、送油路１７，１８のいずれに分配されるかは上述のねじれの方向に応じて決定される。従って、パワーシリンダ１０はステアリングホイール８に加わる操舵トルクの方向に、この操舵トルクの大きさに対応する操舵補助力を発生することになる。
図２は、パワーシリンダの縦断面図であり、そのピストン２４が右側のストローク端まで移動した状態を示す。
【００１３】
パワーシリンダ１０は、作動液として圧油を用いる油圧式直動アクチュエータであり、出力部材としてのロッド２３がその軸長方向に直線状に移動する。ロッド２３は、ラック軸２の一部により構成され、その外周３４は円柱面により形成されていて、シリンダチューブ２０と同軸に配置されている。なお、以下ではロッド２３の軸方向を、単に軸方向ともいう（中心軸線Ｃ参照）。
パワーシリンダ１０は、両端５１，５２を一対の端部材２１，２２により封止されたシリンダチューブ２０と、このシリンダチューブ２０内を軸方向に移動自在に挿通するロッド２３と、このロッド２３の軸長方向の中間部に固定されてシリンダチューブ２０の内周３８と摺接するピストン２４と、このピストン２４と一対の端部材２１，２２とによりシリンダチューブ２０内に区画される一対の圧力室２６，２７と、各圧力室２６，２７への作動液の供給排出のために対応する端部材２１，２２の近傍にそれぞれ配置される一対の配管接続部２８，２９とを有する。
【００１４】
シリンダチューブ２０は、ラックハウジング４の一部により構成され、筒状に形成されて、内周３８は円柱面により形成される。シリンダチューブ２０内に、軸方向に所定の距離を隔てて、環状の一対の端部材２１，２２が配置されている。各端部材２１，２２は、オイルシール等の封止部材２５により構成されている。封止部材２５は、シリンダチューブ２０の内周３８に固定され、ロッド２３の外周３４を液密的に封止する。端部材２１に隣接して、ラックストッパ４３がシリンダチューブ２０の内周３８に挿通されて固定されている。また、端部材２２に隣接して、ギヤハウジング７に設けられる筒状部４２が、シリンダチューブ２０の内周３８に挿通されて固定されている。
【００１５】
ピストン２４は、一対の端部材２１，２２の間に配置され、一対の端部材２１，２２の間となるシリンダチューブ２０の内部空間を、左右の圧力室２６，２７に仕切っている。ピストン２４は、シリンダチューブ２０の内径と略等しい外径を有する厚肉円板形の本体部３０と、本体部３０の外周に形成される周溝に収容されてシリンダチューブ２０の内周３８に摺接するシールリング３２とを有している。このシールリング３２によって左右の圧力室２６，２７は、互いに封止状態で仕切られている。本体部３０は、軸方向について一方の端部の内周縁部に、軸方向に延設されたスカート部４４を有し、このスカート部４４がロッド２３の外周３４にかしめられる。これとともに、本体部３０における軸方向の他方の端部の内周縁部が、ロッド２３の周溝に嵌め入れられた止め輪３６により受けられている。このようにして、ピストン２４がロッド２３に止定されている。
【００１６】
配管接続部２８は、圧力室２６に設けられ、これに作動油を給排するための送油路１７に連なる。配管接続部２９は、圧力室２７に設けられ、これに作動油を給排するための送油路１８に連なる。各配管接続部２８，２９は対応する端部材２１，２２の近傍位置に配置されている。各配管接続部２８，２９は、シリンダチューブ２０に形成されてその内部に開口する孔３１（図２には配管接続部２９の孔３１のみ図示した。）を有し、この孔３１を通じて、対応する各圧力室２６，２７と各送油路１７，１８とをそれぞれ連通する。なお、配管接続部２８，２９の孔３１を、対応する端部材２１，２２に形成する構成も考えられる。
【００１７】
以下では、配管接続部２９が下側に配置される場合の一方の圧力室２７について主に説明する。なお、他方の圧力室２６を、同様に構成してもよい。また、各図には必要に応じて上方を示す矢印Ｚを図示した。
パワーシリンダ１０は、一方の配管接続部２９とピストン２４との間に配置されてシリンダチューブ２０の内周３８とロッド２３の外周３４とに接触すると共に対応する圧力室２７内を一対の室３９，４０に軸方向に仕切る仕切部材４１をさらに備えている。この仕切部材４１の最上部近傍部分４５に形成された連通開口としての孔４６を通じて一対の室３９，４０が互いに連通する。室３９は環状をなし、シリンダチューブ２０、ロッド２３、ピストン２４、および仕切部材４１により区画される。室４０は、環状をなし、シリンダチューブ２０、ロッド２３、端部材２２、および仕切部材４１により区画され、配管接続部２９とつながる。上記パワーシリンダ１０が、適用される装置としてのパワーステアリング装置１に組み付けられた状態において、シリンダチューブ２０は、その軸方向がほぼ水平状態とされる。
【００１８】
これにより、配管接続部２９がパワーシリンダ１０の下側に配置される場合であっても、圧力室２７内の作動油中のエアを確実に排出できる。すなわち、例えば、エア抜き作業で、一方の圧力室２７内に作動油を溜めた状態でピストン２４を一方の圧力室２７の側のストローク端に移動させると、一方の圧力室２７内の作動油は室４０内で上から下へ向けて流れ、これに伴い、圧力室２７内の上部にあるエアは作動油と共に下方へ移動し配管接続部２９を通じて排出される。
【００１９】
特に、エア抜き作業時に、作動液が室４０の全体を流れるようになるので、この室４０内にエアを残すことなく確実に排出できる。さらに、仕切部材４１がシリンダチューブ２０とロッド１２との間を封止するので、ピストン２４の上述のストローク端への移動の際に、ピストン２４側の室３９内のエアは連通開口に確実に導かれる結果、確実に排出される。
しかも、エア抜き作業時の配管接続部２９への作動液の通路となる室４０を区画するのに、その外周と内周と一方の端面にパワーシリンダ１０にもともと必要なシリンダチューブ２０とロッド２３と端部材２２とを利用できるので、室４０の残りの一端面だけを仕切部材４１で区画するだけでよく、従って、簡素な構造で済む。
【００２０】
なお、配管接続部２９の配置としては、シリンダチューブ２０の下側に配置される場合に限定されず、シリンダチューブ２０の側方に配置される場合でもよく、配管接続部２９が最上部に配置されずにエアが排出され難くなる場合に、本発明の効果を得ることができる。また、圧力室２６の配管接続部２８とピストン２４との間に、シリンダチューブ２０の内周３８とロッド２３の外周３４との間を封止すると共に対応する圧力室２６内を一対の室に仕切る仕切部材（図示せず）を設けることも考えられ、このような仕切部材を少なくとも一方の圧力室に設けることができる。
【００２１】
仕切部材４１の外周４８がシリンダチューブ２０の内周３８に圧入により固定されて、仕切部材４１の内周４７がロッド２３の外周３４に摺接するようにされている。仕切部材４１の内周４７は、ゴム等の弾性部材によりシールリップに形成され、ロッド２３の外周３４を弾力的に接触する。このように仕切部材４１がシリンダチューブ２０の内周３８に固定され、ロッド２３の外周３４に摺接するものとしては、例えば、汎用のオイルシールに連通開口を形成したものを利用でき、本発明を簡便に実施できる。
【００２２】
また、オイルシールであれば、摺動するロッドの外周３４に対しての封止を確実且つ容易に達成できる。
仕切部材４１がシリンダチューブ２０の内周３８に固定される場合には、エア抜き作業時に圧力室２７のピストン２４側の室３９内の容積は減少して、この室３９内の作動油およびエアは連通開口に流れ易くなり、エアをより一層確実に排出するのに好ましい。
【００２３】
孔４６は、図３に示すように、仕切部材４１の最上部近傍部分４５としての、最上部となる周縁部と径方向の内方に隣接する部分に形成されている。孔４６は、仕切部材４１の内周４７と外周４８との間となる径方向の中間部に形成され、周方向に所定長さで延びる弧状の単一の長孔からなる。また孔４６は、弧状のものに限らず、丸孔等種々の形状としてもよい。なお、複数の孔により、連通開口を構成するようにしてもよい。このような孔が連通開口を構成する場合には、仕切部材４１をシリンダチューブ２０の内部に圧入して固定する場合に、仕切部材４１の内周４７と外周４８との同心を維持し易く、例えば、ロッド２３をスムーズに摺動させるのに好ましい。
【００２４】
連通開口としては、孔４６の他、例えば、図４に示すような切欠４９としてもよい。この切欠４９は、仕切部材４１の最上部近傍部分４５としての、最上部となる周縁部に配置され、略矩形に単一で形成され、内部を仕切部材４１の外周４８に開放している。なお、連通開口として切欠４９を用いる場合でも、他の部分を孔４６の場合と同様に構成できる。また、切欠４９は、略矩形のものに限らず、半円形等種々の形状としてもよい。また、複数の切欠により連通開口を構成してもよい。このように、連通開口が周縁部の切欠からなる場合には、連通開口を仕切部材４１の最上部に形成できるので、エアを通し易く、しかも、汎用のオイルシールに連通開口を追加工する場合に、その加工が容易である。
【００２５】
また、連通開口としての切欠４９および孔４６の開口面積（Ａ）は、対応する配管接続部２９の孔３１の最小となる開口面積（Ｂ）よりも大きくされるのが好ましい（Ａ＞Ｂ）。これにより、作動油が流れる際に連通開口により生じる抵抗が、配管接続部の孔により生じるもともとある抵抗よりも小さくて済み、パワーシリンダ１０内での作動油の流れ易さを維持できる。
特に、本パワーシリンダ１０は、自動車のパワーステアリング装置１に好ましく適用できる。すなわち、配管接続部がシリンダチューブ２０の下側に配置されるとしても、本発明により残留エアが生じずその悪影響の虞もないので、配管のレイアウトの自由度を高めることができ、周囲に取付用スペースが少ない傾向にある自動車のパワーステアリング装置を車体に無理なく配置できる。
【００２６】
また、本発明のパワーシリンダ１０をラックアンドピニオン機構以外の機構、例えば、ボールねじ機構を用いた舵取り機構を有するパワーステアリング装置にも適用することができる。また、本パワーシリンダ１０を、自動車のパワーステアリング装置の他、各種機械のアクチュエータとして利用しても良い。
その他、本発明の特許請求の範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の液圧パワーシリンダを有するパワーステアリング装置の概略構成の模式図。
【図２】図１に示すパワーシリンダおよびその周辺部分の正面一部断面図である。
【図３】仕切部材の側面図である。
【図４】仕切部材の変形例を示す側面図である。
【図５】従来のパワーシリンダの模式図である。
【符号の説明】
１パワーステアリング装置
１０液圧パワーシリンダ
２０シリンダチューブ
２１，２２端部材
２３ロッド
２４ピストン
２６，２７圧力室
２８，２９配管接続部
３４ロッドの外周
３８シリンダチューブの内周
３９室（ピストン側）
４０室（端部材側）
４１仕切部材
４５仕切部材の最上部近傍部分
４６孔（連通開口）
４９切欠（連通開口）
５１，５２シリンダチューブの端部
Ｃ軸方向

Claims

両端を一対の端部材により封止されたシリンダチューブと、このシリンダチューブ内を軸方向に移動自在に挿通するロッドと、このロッドに固定されてシリンダチューブ内周と摺接するピストンと、このピストンと一対の端部材とによりシリンダチューブ内に区画される一対の圧力室と、各圧力室への作動液の供給排出のために対応する端部材の近傍にそれぞれ配置される一対の配管接続部とを有する液圧パワーシリンダにおいて、
上記液圧パワーシリンダが、適用される装置または機器に組み付けられた状態において、シリンダチューブはその軸方向がほぼ水平状態とされ、
少なくとも一方の配管接続部とピストンとの間でシリンダチューブの内周とロッドの外周とに接触すると共に対応する圧力室内を一対の室に仕切る仕切部材をさらに備え、この仕切部材の最上部近傍部分に形成された連通開口を通じて一対の室が互いに連通することを特徴とする液圧パワーシリンダ。
請求項１に記載の液圧パワーシリンダにおいて、上記仕切部材は、シリンダチューブの内周に固定されてロッドの外周に摺接することを特徴とする液圧パワーシリンダ。