JP5001102B2 - パワーステアリング装置 - Google Patents

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Description

本発明は、運転者の操舵力を油圧によりアシストするパワーステアリング装置に関し、特に大型車両に用いられるパワーステアリング装置に関する。
従来、特許文献1に開示されるパワーステアリング装置にあっては、入力軸の外周に設けられたインナーバルブと、出力軸の外周に設けられたアウターバルブによりコントロールバルブを形成し、このコントロールバルブを介して作動油を分配することで、左右の操舵アシスト力を得る構成をとっている。出力軸の外周にはボールベアリングが設けられ、ラジアル方向とスラスト方向の両方向の荷重を受け持って出力軸を保持する。
特開2007−168674号公報
しかしながら上記従来技術にあっては、コントロールバルブのステアリングホイール側端部にボールベアリングが設けられているため、出力軸に対し軸方向に力が作用し、ボールベアリングにスラスト方向の力がかかった場合、ボールベアリングのボールと出力軸内周のステアリングホイール側端部との間が強度的な最弱部となり、肉厚が不足して強度確保ができない、という問題があった。
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、コントロールバルブにおける必要な強度を確保したパワーステアリング装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明では、ハウジングと、前記ハウジングに設けられ、ステアリングホイールに接続される入力軸と、前記入力軸と接続されるトーションバーと、前記トーションバーと接続されるとともに、転舵軸と連係する出力軸と、前記入力軸の外周面に設けられ、周方向に複数個形成された第1バルブ溝を有するインナーバルブと、前記出力軸の内周面であって前記インナーバルブの外周側で相対回転可能に設けられ、周方向に複数個形成された第2バルブ溝を有するアウターバルブと、前記アウターバルブの外周面に開口する凹形状のボール溝を有し、前記アウターバルブと一体に形成されたインナーレース部と、前記ハウジングに設けられたアウターレース部と、前記インナーレース部と前記アウターレース部の間に設けられた複数のボールと、から構成されるボールベアリングと、前記ハウジングに収容され、このハウジング内部を第1圧力室および第2圧力室に隔成するピストンと、前記出力軸の回転を、前記ピストンの軸方向移動に変換するボールナットと、前記ピストンの軸方向運動を操舵輪に伝達する伝達機構と、前記アウターバルブの前記ステアリングホイール側端部に設けられた突出部とを有するパワーステアリング装置において、
前記第1バルブ溝および前記第2バルブ溝は、前記入力軸と前記出力軸の相対回転により、外部の油圧源から供給される作動油を選択的に前記第1圧力室と前記第2圧力室とに供給し、前記アウターバルブの前記突出部は、前記ボールの中心を通り、前記ステアリングホイール側に向かう前記出力軸の軸方向に対し内周側に45°の傾きを有する仮想線よりも、前記ステアリングホイール側に突出するように設けられ、前記第1バルブ溝および前記第2バルブ溝の前記ステアリングホイール側端部は、前記ボールの中心よりも前記ステアリングホイール側まで延びるように形成されると共に、前記第2バルブ溝の前記ステアリングホイール側端部は、前記仮想線よりも前記ステアリングホイール側に位置しないように形成され、前記入力軸と前記アウターバルブの前記突出部との間であって前記第1バルブ溝および前記第2バルブ溝よりも前記ステアリングホイール側に設けられた転がり軸受を有することとした。
よって、コントロールバルブにおける必要な強度を確保したパワーステアリング装置を提供できる。
以下、本発明の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。
[パワーステアリング装置の全体構成]
実施例1につき説明する。図1はパワーステアリング装置1の軸方向断面図である。図2は第1ハウジング10のx軸正方向側正面図、図3はy軸正方向側正面図、図4はI−I断面図である。なお、入出力軸40,60の軸方向をy軸と定義し、入力軸40側を正とする。また、ピストン70側からみてセクターシャフト30(転舵軸)側をx軸正方向とする。
パワーステアリング装置1は、アシスト方向を切り替えるコントロールバルブ600を収装する第1ハウジング10と、油圧によりアシスト力を発生するピストン70を収装する第2ハウジング20と、ピストン70に噛合い、ピストン70の往復運動により回転して転舵輪を転舵するセクターシャフト30とを有する。
第1ハウジング10及び第2ハウジング20はともに略カップ状部材であり、互いの軸方向開口部において接続される。第1ハウジング10の軸方向底部にはステアリングホイールと接続された入力軸40が挿入され、この入力軸0の回転に応じて第2ハウジング20内のピストン70を油圧により軸方向に摺動させる。第1ハウジング10には作動油の給排を行うINポート300及びOUTポート400(図2参照)が設けられている。
また、第2ハウジング20とセクターシャフト30は互いに軸方向直角に設けられ、第2ハウジング20内のピストン70に設けられた歯とセクターシャフト30に設けられた歯が噛合い、ピストンの摺動によりセクターシャフト30を回転させて操舵アシストを行う。
第2ハウジング20にはピストン70が軸方向移動可能に収装され、このピストン70によって、第2ハウジング20は入力軸側の第1油室21と、カップ形状底部側の第2油室22に液密を保って隔成される。
入力軸40はトーションバー50によって出力軸60と接続する。トーションバー50と出力軸60とはピン部材80によって接続される。このピン部材80は、第2バルブ溝621のうち、アウターバルブ620の排出油路420が開口する第2バルブ溝621に対向する位置に設けられる。径方向孔41には通常リザーバタンク圧が作用し、ポンプ吐出圧は作用しない。そのため径方向孔41を設けてピン部材80を圧入したとしても、径方向孔41からの油漏れは回避される。
出力軸60はピストン70へ軸方向に挿入され、ボールねじ機構(ボールナット)60aによりピストン70と嵌合する。また、ピストン70の外周には周方向に刻まれたピストン歯部71が設けられ、このピストン歯部71においてピストン70はセクターシャフト30と噛合う。
第2ハウジング20はセクターシャフト30と互いの軸が直交するよう設けられ、第2ハウジング20の径方向一部にはセクターシャフト30の一部を格納するセクターシャフト格納部23が設けられている。このセクターシャフト格納部23は、作動油が導入されて第1油室21と連通してセクターシャフト30とピストン歯部71の噛合いにおける潤滑を行う。
第2ハウジング20内の第1油室21は第1ハウジング10に設けられた第1油室連通路15によりコントロールバルブ600と連通し、第2油室22は第2ハウジング20及び第1ハウジング10にまたがって設けられた第2油室連通路16によりコントロールバルブ600と連通する。
コントロールバルブ600は、入力軸40の外周に形成されたインナーバルブ610と、出力軸60の内周に形成されたアウターバルブ620から構成される。インナーバルブ610は入力軸40の外周を内周方向に凹ませて形成され、アウターバルブ620は出力軸60の内周を外周側に凹ませることで形成される。
インナーバルブ610は内径方向に凹む第1バルブ溝611を有し、アウターバルブ620は外径方向に凹む第2バルブ溝621を有する。第1、第2バルブ溝611,621は周方向複数設けられ、各溝611,621の間にはシール材90が設けられる。
第2バルブ溝621は油路310,320を介して吸入ポート300と接続し、排出油路410,420、および第1ハウジング10内周に設けられた溝430を介して吐出ポート400と接続する。圧力損失を低減するため、排出油路410,420は同一直線I−I上に設けられる。
このコントロールバルブ600は、入力軸40の回転に応じて吸入ポート300及び吐出ポート400から第1、第2油室21,22へのオイルの導入または排出を行うコントロールバルブ機構として機能し、出力軸60に対し入力軸40が右側に相対回転すると、図外のポンプと第1油室21を連通する。左側に相対回転すると、図外のポンプと第2油室22を連通する。
アウターバルブ620の外周側(出力軸60の外周側)にはボールベアリング100が設けられている。このボールベアリング100は出力軸60を回転可能に支持するとともに出力軸60に対しy軸方向の力が作用した場合に反力を受け持つスラストベアリングでもある。出力軸60の外周をインナーレース部120とし、出力軸60とは別体のアウターレース部130とともにボール110を挟むことで形成される。
なお、入力軸40とアウターバルブ620との間であって第1バルブ溝611および第2バルブ溝621のy軸方向両側には、転がり軸受200が設けられる。この転がり軸受200によって、入力軸40(インナーバルブ610)とアウターバルブ620の相対回転を円滑に行う。また、転がり軸受200をボールベアリング100よりもy軸正方向側に設けてアウターバルブ620の変形を抑制する。
また、ピン部材80は入力軸40および出力軸60に設けられた径方向孔41,51に圧入され、入力軸40の径方向孔41は、後述の第1バルブ溝611内に形成される。このように径方向孔41を形成することで、ピン部材80を設けるスペースを別途形成する必要がなく、装置の軸方向寸法の小型化が達成される。
[コントロールバルブ付近の詳細]
図5はコントロールバルブ600付近のy軸方向断面図である。このボールベアリング100は出力軸60のy軸正方向側端部61よりもy軸負方向側に位置に設けられ、出力軸60(アウターバルブ620)のy軸正方向端部61は、ボールベアリング100よりもy軸正方向側(ステアリングホイール側)に突出する突出部62を形成する。
また、ボールベアリング100のy軸方向中心位置(x軸に平行な直線L2)は、出力軸60内周に設けられる第2バルブ溝621の軸方向中心位置(x軸に平行な直線L1)よりもy軸正方向側にオフセットされている。このオフセットにより、インナーレース部120のボール溝121と第2バルブ溝621とがy軸方向にオフセットし、両溝121と621との最短距離を大きくとり、第2バルブ溝621をより深く形成するものである。
また、ボールベアリング100のボール10の中心Oを通り、内周側で直線L2に対してy軸正方向側に45°傾斜した仮想線Kを定義すると、突出部62は、この直線Kよりもy軸正方向側に突出するよう設けられる。したがって直線Kよりもy軸正方向側に肉が存在することとなる。
出力軸60に対しy軸方向の力Fが作用した場合、力Fはボールベアリング100のボール110によってx、y軸に対し45°方向の力に分解され、ボールベアリング100のインナーレース部120に作用する。分解された力のうちy軸正方向側の力は仮想線Kに沿って作用し、y軸負方向側の力は仮想線Kと直交する直線に沿って作用する。
ここで、突出部62を設けない場合は出力軸60(アウターバルブ620)のy軸正方向端部61'は破線で示される部分となり、仮想線Kと交差する。この場合、突出部62を設け場合に比べて仮想線K上におけるボール110とy軸正方向端部61'との距離が短くなり、この仮想線Kがインナーレース部120(アウターバルブ620)の最弱部となって破断しやすい状態となる。
本願実施例では突出部62を設けているため、仮想線Kとy軸正方向端部61は交差しない。そのためアウターバルブ620の最弱部は、このアウターバルブ620の内周側であって、y軸正方向側端部61と第2バルブ溝621との間の領域と、ボールベアリング100の内周面であってインナーレース部120側との間に設けられることとなる。
したがって仮想線K上におけるボール110とy軸正方向端部61との距離は突出部62を設けない場合に比べ長くなり、最弱部の距離が長くなって強度が向上し、破断のおそれを低減する。
また、第2バルブ溝621の油路断面積は、y軸方向略中心であるL1において最も大きく、その両側においてy軸方向端部に向かうに従って小さくなるように形成される。さらにアウターバルブ620の排出油路420は、第2バルブ溝621の軸方向略中心位置L1に開口するように形成される。このため排出油路420は第2バルブ溝621の最も油路断面積の大きい領域に開口し、背圧の圧力損失を小さくするものである。
さらに、第1バルブ溝611の油路断面積は、軸方向中心であるL1線において最も大きく、その両側(y軸方向両側)に向かうに従って小さくなるように形成され、入力軸径方向孔41は、第1バルブ溝611の軸方向略中心であるL1線上に形成される。このため径方向孔41の長さを短縮されるとともに、径方向孔41が第1バルブ溝611底部に形成されるため、径方向孔41の孔加工が容易となる。
[実施例1の効果]
(1)第1ハウジング10と、第1ハウジング10に設けられ、ステアリングホイールに接続される入力軸40と、入力軸40と接続されるトーションバー50と、トーションバー50と接続されるとともに、セクターシャフト30と連係する出力軸60と、入力軸40の外周面に設けられ、周方向に複数個形成された第1バルブ溝611を有するインナーバルブ610と、出力軸60の内周面であってインナーバルブ610の外周側で相対回転可能に設けられ、周方向に複数個形成された第2バルブ溝621を有するアウターバルブ620と、アウターバルブ620の外周面に開口する凹形状のボール溝121を有し、アウターバルブ620と一体に形成されたインナーレース部120と、第1ハウジング10に設けられたアウターレース部130と、インナーレース部120とアウターレース部130の間に設けられた複数のボール110と、から構成されるボールベアリング100とを有するパワーステアリング装置において、
アウターバルブ620の最弱部は、アウターバルブ620の内周側であって、ステアリングホイール側端部(y軸正方向側端部61)と第2バルブ溝621との間の領域と、ボールベアリング100の内周面であってインナーレース部120との間に設けられることとした。
これにより、最弱部がアウターバルブ620のステアリングホイール側(y軸正方向側)端部61や第2バルブ溝621とならないように肉が設けられ、最弱部の距離が長くなって強度が向上し、破断のおそれを低減することができる。
(2)(11)インナーレース部120であってボールベアリング100の軸方向中心線L2は、第2バルブ溝621の軸方向中心線L1とオフセットするように設けられていることとした。
これにより、インナーレース部120のボール溝121と第2バルブ溝621とがy軸方向にオフセットし、両溝121と621との最短距離を大きくとることが可能となる。よって、第2バルブ溝621をより深く形成することができる。
(3)(12)第2バルブ溝621の油路断面積は、y軸方向略中心であるL1において最も大きく、その両側においてy軸方向端部に向かうに従って小さくなるように形成され、アウターバルブ620に形成され、第2バルブ溝621側から第1ハウジング10外部へ作動油を排出するアウターバルブ620の排出油路420は、第2バルブ溝621の軸方向略中心位置L1に開口するように形成されることとした。
アウターバルブ620の排出油路420は第2バルブ溝621の最も油路断面積の大きい領域に開口するため、背圧の圧力損失を小さくすることができる。
(4)(13)入力軸40とトーションバー50とを接続するピン部材80は、これら入力軸40とトーションバー50に形成された径方向孔41,51に圧入され、入力軸40の径方向孔41は、第1バルブ溝611内に形成されることとした。
ピン部材80を設けるスペースを別途形成する必要がないため、装置の軸方向寸法小型化を図ることができる。
(5)(14)第1バルブ溝611の油路断面積は、軸方向中心であるL1線において最も大きく、その両側(y軸方向両側)に向かうに従って小さくなるように形成され、入力軸径方向孔41は、第1バルブ溝611の軸方向略中心であるL1線上に形成されることとした。
これにより、径方向孔41の長さを短縮できる。また、径方向孔41が第1バルブ溝611底部に形成されるため、径方向孔41の孔加工が容易となる。
(6)(15)ピン部材80は、第2バルブ溝621のうち、アウターバルブ620の排出油路420が開口する第2バルブ溝621に対向する位置に設けられることとした。
ピン部材80が設けられる径方向孔41には、通常リザーバタンク圧が作用し、ポンプ吐出圧は作用しない。そのため径方向孔41からの油漏れを回避することができる。
(7)第1ハウジング10に形成され、アウターバルブ620の排出油路420と接続される第1ハウジング10の排出油路410は、アウターバルブ620の排出油路420とほぼ同一直線上に設けられることとした。
これにより、排出油路410,420における圧力損失を低減することができる。
(8)(16)(19)入力軸40とアウターバルブ620との間であって第1バルブ溝611および第2バルブ溝621のy軸方向両側に設けられた転がり軸受200をさらに有することとした。
これにより、入力軸40(インナーバルブ610)とアウターバルブ620の相対回転を円滑に行うことができる。
(9)(17)(20)転がり軸受200は、ボールベアリング100よりもステアリングホイール側(y軸正方向側)に設けられることとした。
これにより、アウターバルブ620の変形を抑制することができる。
(10)アウターバルブ620のステアリングホイール側端部61に設けられた突出部62有し、突出部62は、ボール110の中心を通り、軸方向に対し内周側に45°の傾きを有する仮想線Kよりも、ステアリングホイール側に突出するように設けられることとした。

アウターバルブ620において仮想線Kは最も亀裂の発生しやすい最弱部であるが、突出部62をこの仮想線Kよりもy軸正方向側に突出させたため、仮想線Kによって規定されるアウターバルブ620断面(亀裂断面)の肉厚を充分確保することができる。
[他の実施例]
以上、本発明を実施するための最良の形態を実施例1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。
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。 第1ハウジング10のx軸正方向側正面図である。 第1ハウジング10のy軸正方向側正面図である。 第1ハウジング10のI−I断面図である。 コントロールバルブ600付近のy軸方向断面図である。
符号の説明
1 パワーステアリング装置
10,20 第1、第2ハウジング
15,16 第1、第2油室連通路
21,22 第1、第2油室
23 セクターシャフト格納部
30 セクターシャフト
40 入力軸
41 径方向孔
50 トーションバー
51 径方向孔
60 出力軸
61 y軸正方向側端部
62 突出部
70 ピストン
71 ピストン歯部
80 ピン部材
100 ボールベアリング
110 ボール
120 インナーレース部
121 ボール溝
130 アウターレース部
200 転がり軸受
300 吸入ポート
310,320 油路
400 吐出ポート
410,420 排出油路
430 溝
600 コントロールバルブ
610 インナーバルブ
611 バルブ溝
620 アウターバルブ
621 バルブ溝

Claims (1)

  1. ハウジングと、
    前記ハウジングに設けられ、ステアリングホイールに接続される入力軸と、
    前記入力軸と接続されるトーションバーと、
    前記トーションバーと接続されるとともに、転舵軸と連係する出力軸と、
    前記入力軸の外周面に設けられ、周方向に複数個形成された第1バルブ溝を有するインナーバルブと、
    前記出力軸の内周面であって前記インナーバルブの外周側で相対回転可能に設けられ、周方向に複数個形成された第2バルブ溝を有するアウターバルブと、
    前記アウターバルブの外周面に開口する凹形状のボール溝を有し、前記アウターバルブと一体に形成されたインナーレース部と、前記ハウジングに設けられたアウターレース部と、前記インナーレース部と前記アウターレース部の間に設けられた複数のボールと、から構成されるボールベアリングと、
    前記ハウジングに収容され、このハウジング内部を第1圧力室および第2圧力室に隔成するピストンと、
    前記出力軸の回転を、前記ピストンの軸方向移動に変換するボールナットと、
    前記ピストンの軸方向運動を操舵輪に伝達する伝達機構と、
    前記アウターバルブの前記ステアリングホイール側端部に設けられた突出部と
    を有するパワーステアリング装置において、
    前記第1バルブ溝および前記第2バルブ溝は、前記入力軸と前記出力軸の相対回転により、外部の油圧源から供給される作動油を選択的に前記第1圧力室と前記第2圧力室とに供給し、
    前記突出部は、前記ボールの中心を通り、前記ステアリングホイール側に向かう前記出力軸の軸方向に対し内周側に45°の傾きを有する仮想線よりも、前記ステアリングホイール側に突出するように設けられ
    前記第1バルブ溝および前記第2バルブ溝の前記ステアリングホイール側端部は、前記ボールの中心よりも前記ステアリングホイール側まで延びるように形成されると共に、
    前記第2バルブ溝の前記ステアリングホイール側端部は、前記仮想線よりも前記ステアリングホイール側に位置しないように形成され、
    前記入力軸と前記アウターバルブの前記突出部との間であって前記第1バルブ溝および前記第2バルブ溝よりも前記ステアリングホイール側に設けられた転がり軸受を有すること
    を特徴とするパワーステアリング装置。
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