JPH0627841Y2 - シリンダの外側にピストンを有する油圧サージ吸収装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、油圧配管系に生じるサージ波を吸収する装置
に関する。

［従来の技術］ 油圧ポンプ等の油圧源の吐出側に接続される高圧油管に
サージ波が生じると、配管系に有害な振動を生じたり騒
音発生の原因になる。このようなサージ波を吸収する装
置として、例えばゴム袋式アキュムレータやガスフリー
ピストン式アキュムレータ、あるいはガス圧縮式アキュ
ムレータのように容器内に高圧ガスを封入したものがあ
る。また、ばねピストン式アキュムレータのようにシリ
ンダ内部にピストンとこのピストンを付勢する圧縮ばね
を収容したもの等が知られている。

油圧ポンプの脈動等が原因となって作動油中に生じるサ
ージ波は、油の弾性圧縮波（体積の変動が密度の変動と
して伝達される粗密波）としてアキュムレータ内部の油
室に伝達され、アキュムレータ内部のガスあるいはばね
が撓むことによって油の変動体積分が吸収されるように
なっている。

［考案が解決しようとする課題］ ゴム袋式アキュムレータは材質的に耐久性や耐温度特性
に課題があり、120℃を越える温度やマイナス40℃以下
の温度条件下での使用や長期間の使用に難があった。一
方、ガスフリーピストン式アキュムレータはピストン周
囲の摺動部からガスが漏れることがある。仕切り部材と
してのフリーピストンを使用しないガス圧縮式のアキュ
ムレータは、ガスと油とが直接接しているため常時高圧
が作用しているとガスが油中に溶け込むといった問題が
ある。

ばねピストン式アキュムレータは耐久性および温度特性
等に優れているが、高い基準油圧を維持しながら油の変
動体積を吸収するにはピストンの受圧面積やピストンス
トローク，ばね反力，ばね定数との関係等から、従来は
常時高圧（例えば50〜120kgf/cm²）の作動油が流れる配
管系に使えるような高圧油管用のコンパクトなばねピス
トン式アキュムレータがなかった。

例えば特公昭60-15504号公報に見られるように、シリン
ダの内側に異径ピストンと圧縮コイルばねを収容した液
圧ブレーキ装置や、特公昭60-14946号公報に見られるよ
うにシリンダの内側に収容されたピストンを圧縮コイル
ばねによって付勢する油圧アキュムレータなどが提案さ
れているが、これらはいずれもばねのサイズがピストン
やシリンダの径によって制限されてしまい、大径なばね
を使用できないため、高い基準油圧のもとではサージ吸
収効果を発揮することができない。

従って本考案の目的は、付勢力の強い大形のばねを使用
できるようにすることによって、高い基準油圧を維持し
ながら高圧油管に生じるサージ波等の変動要素を吸収す
ることができ、しかも耐久性と耐温度特性等に優れたサ
ージ吸収装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を果たすために本考案のサージ吸収装置は、油
圧源の吐出側の油路に連通しかつ端部が開口するシリン
ダと、このシリンダの外側にシリンダの軸線方向に摺動
自在に被せられかつ上記シリンダの端部と対向する一端
側が閉じた円筒状をなす外装ピストンと、この外装ピス
トンの上記一端の内側に設けられて上記油路の油圧を受
ける受圧部と、上記外装ピストンの他端側の外周部に設
けられかつ上記受圧部よりも大径なばね座と、上記外装
ピストンの外側に設けられかつ上記ばね座と対向する内
側端面を有するハウジングと、上記ハウジングの内面と
上記外装ピストンとの間に収容されかつ上記ばね座とハ
ウジングの内側端面との間に圧縮された状態で設けられ
て上記受圧部を上記シリンダの端部に向って押圧する圧
縮コイルばねとを具備し、上記圧縮コイルばねの内側に
上記外装ピストンとこのピストンの内側に上記シリンダ
を同心状に配置したことを特徴とする。

［作用］ 前記油路を流れる作動油の圧力は外装ピストンの受圧部
に作用し、圧縮コイルばねの反発力と基準油圧とが釣合
う位置まで外装ピストンが押される。この状態でサージ
波が生じると、受圧部に作用する変動油圧の大きさに応
じて外装ピストンがシリンダの軸線方向に移動し、それ
によってシリンダ内の油室の体積変動が生じて弾性圧縮
波が吸収されるため、下流側にサージ波が伝わることを
防止できる。

本考案における圧縮コイルばねは、シリンダおよび外装
ピストンの更に外側にこれらと同心状に配置されるた
め、シリンダおよび外装ピストンの径に影響されること
なく付勢力の強い大形のばねを使用できる。このため高
い基準油圧（例えば50kgf/cm²〜120kgf/cm²）のもとで
もサージ吸収効果を発揮できる。

［実施例］ 以下に本考案の一実施例につき、第１図および第２図を
参照して説明する。第１図は自動車の操向系に使われる
パワーステアリング装置１を示す。このパワーステアリ
ング装置１は、エンジン２によって回転駆動される油圧
源の一例としてのベーンポンプ３を有している。ベーン
ポンプ３の吐出側に設けられた流量制御弁４は、エンジ
ン２の回転数に応じて作動油の流量を制御する。また、
最高油圧を制限するためにリリーフ弁５が設けられてい
る。

ベーンポンプ３の吸入側には、送油管７を介してリザー
バタンク８が接続されている。リザーバタンク８の内部
には作動油９が収容されている。リザーバタンク８の内
部の圧力はおおむね大気圧である。

周知のマニュアル式ステアリング装置と同様に、ステア
リングシャフト１１の一端側に例えばラック・ピニオン
式の操舵力伝達機構１２が設けられている。ステアリン
グシャフト１１の他端側にはステアリングホィール１３
が設けられている。パワーシリンダ１５を軸線方向に貫
通するラック軸１６は、ステアリングシャフト１１の回
転に連動して図示左右方向に移動する。ラック軸１６
は、図示しないステアリングリンケージを駆動する。

パワーシリンダ１５の内部はラックピストン１７によっ
て第１シリンダ室１８と第２シリンダ室１９とに仕切ら
れており、各シリンダ室１８，１９はそれぞれ油路２
１，２２とコントロールバルブ２３を介して高圧油管２
５と戻り管２６に接続されている。高圧油管２５は、後
述するサージ吸収装置３０を介して流量制御弁４の吐出
側に接続される。

コントロールバルブ２３は、ステアリングシャフト１１
の転舵方向に応じた作動油の流路を形成するものであ
る。例えば、ラック軸１６が図示右側に移動するように
ステアリングホィール１３を回転させた時には、高圧油
管２５から送られてくる作動油が一方の油路２１を介し
て第１シリンダ室１８に送り込まれることによってラッ
ク軸１６に図示右方向の軸力が生じる。逆に、ラック軸
１６が図示左側に移動するようにステアリングホィール
１３を回転させた時には、高圧油管２５からの作動油が
他方の油路２２を介して第２シリンダ室１９に送り込ま
れることによってラック軸１６に図示左方向の軸力が生
じる。

高圧油管２５の途中にサージ吸収装置３０が設けられて
いる。第２図に示されるように、サージ吸収装置３０
は、高圧油管２５の途中の主管路部（油路）３１に設け
られたハウジング３２と、このハウジング３２に収容さ
れかつ下記シリンダ３６の外側に配置される外装ピスト
ン３３と、外装ピストン３３を付勢する圧縮コイルばね
３４等を備えて構成される。

上記ハウジング３２の内側に、一端側が主管路部３１に
連なるシリンダ３６が設けられている。シリンダ３６の
端部３６ａは開口している。このシリンダ３６とハウジ
ング３２の内面壁３７との間に、上記ピストン３３と、
圧縮コイルばね３４が同心状に収容されている。ハウジ
ング３２の開口端に、端壁としての蓋３８が、ねじ込ま
れて固定されている、蓋３８に孔３９があけられてい
る。

シリンダ３６の外側に被せられた円筒状の外装ピストン
３３は、シリンダ３６の軸線方向に摺動自在である。こ
の外装ピストン３３は一端３３ａ側すなわち小径側であ
る受圧部４１側が閉じており、この受圧部４１が主管路
部３１を流れる作動油の圧力を受けるようになってい
る。更に外装ピストン３３の他端側すなわち大径側の外
周部に、受圧部４１よりも大径なばね座４３が設けられ
ているとともに、受圧部４１側に油室４４が設けられて
いる。外装ピストン３３の内周部分には、シリンダ３６
の外面との間の液密を保つためにＯリング等のシール材
４５が設けられている。

圧縮コイルばね３４は、ハウジング３２の蓋３８の内側
端面３２ａとばね座４３との間に圧縮された状態で設け
られており、この圧縮コイルばね３４は、外装ピストン
３３を包囲するようにしてシリンダ３６および外装ピス
トン３３と同心状に配置されている。このばね３４は、
外装ピストン３３の受圧部４１を主管路部３１側に付勢
している。ばね３４は等ピッチコイルばねでもよいが、
好ましくは第３図に例示したような不等ピッチコイルば
ねを使用することにより、荷重が増すにつれて素線同志
の密着量を増加させてばね定数が非線形的に増加するよ
うにしてもよい。

次に上記構成のサージ吸収装置３０を備えたパワーステ
アリング装置１の作用について説明する。

エンジン２が回転し、ベーンポンプ３の回転によって吐
出された作動油は、流量制御弁４からサージ吸収装置３
０の主管路部３１および高圧油管２５を通ってコントロ
ールバルブ２３に流れ込み、戻り管２６を経てリザーバ
タンク８に戻る。エンジン２が回転している間は一定レ
ベル以上の基準油圧（例えば50〜120kgf/cm²程度の圧力
範囲におけるいずれかの圧力値）が高圧油管２５に作用
する。サージ吸収装置３０においては、主管路部３１を
流れる作動油の圧力が受圧部４１に作用するため、ばね
３４が撓みつつ外装ピストン３３が図示下方に押圧され
る。外装ピストン３３は、主管路部３１を流れる作動油
の圧力とばね３４の反力とが釣合う基準位置で停止す
る。

運転者によってステアリングホィール１３が回転操作さ
れると、高圧油管２５から送られてくる作動油がステア
リングシャフト１１の転舵方向に応じて第１シリンダ室
１８（または第２シリンダ室１９）に流れ込むことによ
り、ラック軸１６の軸力が右または左に補助軽減され
る。ラックピストン１７の移動により第２シリンダ室１
９（または第１シリンダ室１８）から押出された作動油
はコントロールバルブ２３と戻り管２６を経てリザーバ
タンク８に戻される。

ベーンポンプ３の作動により高圧油管２５等にサージ波
が生じた場合、高圧作動油の前記基準油圧にサージ成分
が合成される。サージ波による作動油の体積変動はサー
ジ吸収装置３０のピストン受圧部４１に作用するため、
外装ピストン３３は基準位置を境にシリンダ３６の軸線
方向に移動する。こうして油室４４の容積が拡大または
縮小することにより作動油の基準圧を維持しつつサージ
波が吸収される。このためサージ波がコントロールバル
ブ２３やパワーシリンダ１５側に伝播することを防止で
きる。

このサージ吸収装置３０を備えた本実施例のパワーステ
アリング装置は、サージ吸収装置をもたない従来品に比
較して脈動圧力が大幅に低下し、それに伴って配管系の
振動や騒音の発生も低下した。しかも外装ピストン３３
が中空であって質量が小さいから、周期の短いサージ波
に対しても追従性が良い。

なお本考案の外装ピストンを用いたサージ吸収装置は、
油圧ポンプの出口部や、リリーフ弁５等の安全弁あるい
はコントロールバルブ２３と直結して使用することも可
能である。油圧源はベーンポンプ以外であってもかまわ
ない。また、パワーステアリング装置以外の油圧機器に
使用できることは勿論である。

［考案の効果］ 本考案の外装ピストンを用いたサージ吸収装置は、シリ
ンダおよび外装ピストンの更に外側に圧縮コイルばねを
設けており、ピストン受圧部と圧縮コイルばねの大きさ
に関する設計の自由度が大であるため、付勢力の強い大
形のばねを設定することができることにより、常時高い
基準圧のかかる高圧油管のサージ波も効果的に吸収する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示すサージ吸収装置を備え
たパワーステアリング装置の油圧系統図、第２図は本考
案の一実施例を示すサージ吸収装置の断面図、第３図は
不等ピッチコイルばねの一例を示す側面図である。 １……パワーステアリング装置、３……ベーンポンプ
（油圧源）、２５……高圧油管、３０……サージ吸収装
置、３１……主管路部（油路）、３２……ハウジング、
３３……外装ピストン、３４……圧縮コイルばね、３６
……シリンダ、３８……蓋（端壁）、４１……受圧部、
４３……ばね座、４４……油室。

フロントページの続き (56)参考文献 特公 昭60−75504（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭60−14946（ＪＰ，Ｂ２) 実願昭56−39295号（実開昭55−140701 号）の願書に添付した明細書及び図面の内 容を撮影したマイクロフィルム（ＪＰ, Ｕ)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】油圧源の吐出側の油路(31)に連通しかつ端
   部(36a)が開口するシリンダ(36)と、このシリンダ(36)
   の外側にシリンダ(36)の軸線方向に摺動自在に被せられ
   かつ上記シリンダ(36)の端部(36a)と対向する一端(33a)
   側が閉じた円筒状をなす外装ピストン(33)と、この外装
   ピストン(33)の上記一端(33a)の内側に設けられて上記
   油路(31)の油圧を受ける受圧部(41)と、上記外装ピスト
   ン(33)の他端側の外周部に設けられかつ上記受圧部(41)
   よりも大径なばね座(43)と、上記外装ピストン(33)の外
   側に設けられかつ上記ばね座(43)と対向する内側端面(3
   2a)を有するハウジング(32)と、上記ハウジング(32)の
   内面と上記外装ピストン(33)との間に収容されかつ上記
   ばね座(43)とハウジング(32)の内側端面(32a)との間に
   圧縮された状態で設けられて上記受圧部(41)を上記シリ
   ンダ(36)の端部(36a)に向って押圧する圧縮コイルばね
   (34)とを具備し、上記圧縮コイルばね(34)の内側に上記
   外装ピストン(33)とこのピストン(33)の内側に上記シリ
   ンダ(36)を同心状に配置したことを特徴とするシリンダ
   の外側にピストンを有する油圧サージ吸収装置。