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JP3554839B2 - Power cylinder for power steering device - Google Patents
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JP3554839B2
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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、自動車用の動力舵取装置において操舵補助力の発生源として用いられるパワーシリンダに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年の自動車には、舵取りのための舵輪(ステアリングホィール)操作に要する労力負担を軽減して快適な操舵感覚を得るべく、動力舵取装置(パワーステアリング装置)が広く装備されている。この動力舵取装置は、操舵補助力の発生源によって油圧式と電動式とに大別される。
【0003】
油圧式の動力舵取装置において操舵補助力の発生源となるパワーシリンダは、舵取機構の一部に形成されたシリンダ室の内部に、支軸に支えられたピストンを軸長方向への摺動自在に嵌挿し、該ピストンの両側に液密に封止された一対の油室を設けてなる油圧シリンダである。パワーシリンダの両油室には、舵輪の操作に応じた圧油が選択的に給排されており、両油室の圧力差に相当する油圧力(操舵補助力)が前記ピストンを介して舵取機構に加えられることにより舵取りが補助される。
【0004】
パワーシリンダの具体的な構成は舵取機構の形式に応じて異なる。例えば、舵輪の回転に応じた舵輪軸の回転を、これに連結されたピニオンを介してラック軸の摺動に変換し、この摺動により舵取りを行わせるラックピニオン式の舵取機構においては、前記ラック軸を支軸として、これの中途にピストンを固設し、ラック軸を囲繞するハウジングの一部に形成されたシリンダ室に嵌挿してパワーシリンダが構成され、前記ピストンに加わる操舵補助力は、ラック軸に直接的に作用して舵取りを補助するようになしてある。
【0005】
一方、舵輪に連なる舵輪軸の先端側にボールねじ軸を連設し、舵輪の回転をこのボールねじ軸に螺合するボールナットの摺動に変換し、この摺動をボールナットの外側に形成されたラック歯を介してセクタ歯車の回転に変換し、この回転を舵取りのためのリンク機構に伝えて舵取りを行わせるボールねじ式の舵取機構においては、前記ボールねじ軸を支軸として、また前記ボールナットをピストンとして夫々利用し、ボールナットのハウジングをシリンダ室としてパワーシリンダが構成され、前記ピストンに加わる操舵補助力は、前記セクタ歯車、及び前記リンク機構を介して舵取り力に変換されるようになしてある。
【0006】
以上の如く構成された動力舵取装置のパワーシリンダにおいて、所望の操舵補助力を得るためには、ピストン両側の油室間の液密状態を良好に保つことが重要である。特に、ピストンの外周とシリンダ室の内周との間に摺動部位が存在し、更に、ボールねじ式の動力舵取装置のパワーシリンダにおいては、前記摺動部位に加えて、ボールねじ軸の外周とピストンとの間に摺動と共に相対回転する摺動回転部位が存在しており、これらの部位においては、夫々の運動を妨げることなく両側の液密を保つ必要があって、従来から、図5に示す如きシール手段が広く用いられている。
【0007】
図5には、ピストン1の外周とシリンダ室2の内周との間におけるシール手段の構成が示されている。従来のシール手段は、ピストン1の外周面に適宜の幅を有してシール溝1aを形成し、該シール溝1aの内奥側にバックアップリング1bを、その外側にシールリング1cを夫々巻装して、シール面となるシリンダ室2の内周面にシールリング1cの外周面を密着させ、ピストン1の両側の油室S,S間の液密を保つ構成となっている。
【0008】
バックアップリング1bは、ゴム等の弾性に富む材料からなる円形断面のOリングであり、図示の如く、シール溝1aの底面とシールリング1cとの間にて長円形に変形した状態にあり、自身の弾性復元力によりシールリング1cを外向きに押圧する作用をなす。シールリング1cは、シール溝1aと略等幅の矩形断面を有するリングであって、シール溝1a側の一面をバックアップリング1bにより押圧されて拡径しシリンダ室2の内周面に他面を押し付けた状態にある。
【0009】
而して、両側の油室S,S間の圧力差によるピストン1の摺動は、シリンダ室2の内周面へのシールリング1cの摺接を伴って生じ、両油室S,Sの液密は、シリンダ室2の内周面へのシールリング1cの密着により維持される。シールリング1cは、ピストン1の摺動を阻害することなく密着状態を維持するため、フッ素樹脂(テフロン)等、摩擦抵抗が小さく、耐摩耗性に優れた材料により成形されている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、以上の如きシール手段を備えた従来のパワーシリンダにおいては、ピストン1の動作中、特に、両側の油室S,Sの内圧が逆転し、ピストン1の摺動方向が反転する場合に、シールリング1cの摺接部位における液密が一時的に崩れ、高圧側から低圧側へ作動油が吹き出す現象、所謂、吹き抜け現象が発生する虞れがあった。この吹き抜け現象が生じた場合、ピストン1の反転に際し応答の遅れを伴うことになり、急激な舵取り方向の変更に際し、変更初期に十分な操舵補助力が得られなくなる虞れが生じる。
【0011】
図6は、吹き抜け現象の発生メカニズムの説明図である。図6(a)においてピストン1は、一方の油室Sから他方の油室Sへ向かう油圧の作用により、図中に白抜矢符にて示す向きに摺動しており、このときシールリング1cは、油室S側からの油圧の作用により、シール溝1aの内部において、両者の嵌合隙間の範囲内で油室S側によった位置にある。
【0012】
この状態において内圧の逆転が生じ、油室Sの内圧が高くなった場合、図6(b)中に白抜矢符にて示す如く、ピストン1の摺動方向が反転すると共に、前述した状態にあるシールリング1cにも同方向の押圧力が加わる。ところがこのとき、シールリング1cの逆側(油室S側)には、シール溝1aの側壁との間に隙間が生じていることから、該シールリング1cは、前記押圧力の作用によりシール溝1aの内部において一旦倒れ、図6(b)に示す如き姿勢をとることになり、シールリング1cの他面がシリンダ室2の内周面に対して線接触状態となる結果、液密の維持が困難となって吹き抜け現象が発生するのである。
【0013】
なおこの吹き抜け現象は、前述の如く構成されたボールねじ式の動力舵取装置のパワーシリンダについては、ボールねじ軸の外周とピストンとの間の摺動回転部位の液密を保つべく構成されたシール手段においても全く同様に生じる。
【0014】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、ピストンの摺動方向の反転に伴う作動油の吹き抜け現象をなくし、舵取り方向の転換時に高い応答性にて十分な操舵補助力を得ることができる動力舵取装置のパワーシリンダを提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る動力舵取装置のパワーシリンダは、支軸により支えたピストンをシリンダ室の内部に軸長方向への摺動自在に嵌挿し、該ピストンの両側にシール手段により液密に封止された一対の油室を設けてなり、これらの油室の夫々に舵輪の操作に応じた圧油を選択的に給排し、該圧油の作用により生じる前記ピストンの摺動を舵取機構に伝えて舵取りを補助する構成とした動力舵取装置のパワーシリンダにおいて、前記シール手段は、前記ピストンに適宜の幅を有して周設されたシール溝と、該シール溝の内奥側に巻装されたバックアップリングと、該バックアップリングに重ねて巻装してあり、前記シリンダ室の内周面、又は該内周面及び前記支軸の外周面に摺接するシールリングとを備え、前記バックアップリングは、円形断面を有する一対のリング部を並設してなる断面形状を有し、前記リング部の夫々を前記シール溝の底面と前記シールリングとに幅方向の2か所において弾接させて、該シールリングを前記摺接面に押し付ける構成としてあることを特徴とする。
【0016】
【作用】
本発明においては、シリンダ室の内周面、又は該内周面と支軸の外周面とに摺接して両側の油室間の液密状態を保つシールリングを、これよりもシール溝の内奥側に巻装され、円形断面を有する一対のリング部を並設してなるバックアップリングにより摺接面に押し付ける。この押し付けは、シール溝の幅方向、即ち、ピストンの摺動方向のか所において、シール溝の底面とシールリングとに弾接する前記リング部の作用によりなされ、ピストンの摺動方向が転換するとき、これに伴うシールリングの倒れを摺動方向下流側に弾接するリング部がシール溝の底面との間にて弾性変形することにより有効に抑制して、この倒れに起因する吹き抜け現象の発生を防ぐ。
【0017】
【実施例】
以下本発明をその実施例を示す図面に基づいて詳述する。図1は、本発明に係る動力舵取装置のパワーシリンダのボールねじ式の舵取り装置への適用例を示す側断面図、図2は、その要部の拡大断面図である。
【0018】
図中Hは、ギヤハウジングであり、該ギヤハウジングHの内部には、高精度に仕上げた円形の内周面を有してシリンダ室2が形成され、また、該シリンダ室2の中途部内側を臨む態様にギヤ室20が連設されている。シリンダ室2の軸心部には、ボールねじ軸3が回動自在に枢支され、またギヤ室20には、前記ボールねじ軸3と略直交する態様にクロスシャフト4が枢支されており、ギヤ室20の外側へのクロスシャフト4の突出端は、この回転に応じた舵取りを行わせるべく、図示しないリンク機構を介して舵取機構に連結されている。
【0019】
シリンダ室2の内部には、軸長方向への摺動自在にピストン1が嵌挿されている。該ピストン1は、図示の如く、シリンダ室2の内周面に嵌合する両端の大径部10,11を、これらよりも小径の中間部12により連結してなる円筒形の部材であり、その内側には、前記ボールねじ軸3と多数のボール30,30…を介して螺合するナット部13が適長に亘って形成され、ボールねじ機構を構成している。即ち、ピストン1は、支軸としてのボールねじ軸3に支えられ、シリンダ室2の内部に軸長方向への摺動自在に嵌挿されている。
【0020】
シリンダ室2は、両側に開口を有しており、一側の開口は、蓋部材21により液密に閉塞され、また他側の開口には、バルブハウジングHの一部が同軸的に嵌着されており、前記ボールねじ軸3は、蓋部材21に保持された玉軸受31と、バルブハウジングHに保持された玉軸受32とにより支持されている。
【0021】
ピストン1の一方の大径部11は、周面の一部に切り欠きを有しており、この切り欠き部分を含む中間部12の外側には、適宜の長さ範囲に亘ってラック歯14が形成してあり、該ラック歯14は、前記クロスシャフト4に同軸的に嵌着されたセクタ歯車40に噛合させてある。而して、ボールねじ軸3が回転し、これに対する螺進によりピストン1が摺動するとき、この摺動は、ラック歯14に噛合するセクタ歯車40を介してクロスシャフト4の回転に変換され、この回転が前記リンク機構を介して舵取機構に加えられて舵取りが行われることになる。
【0022】
ピストン1の他方の大径部10は、全周に亘ってシリンダ室2に嵌合しており、大径部10の外周には、シリンダ室2の内周面と摺接し、この摺接部の両側を液密に封止するシール手段5が構成されている。また、ピストン1の内周の大径部10側の開口縁には、シール環6aが嵌着固定してあり、該シール環6aの内側には、ボールねじ軸3の外周面と摺接し、この摺接部の両側を液密に封止するシール手段6が構成されている。
【0023】
即ち、シリンダ室2の内部は、前記大径部10の外側のシール手段5と、内側のシール環6aに設けたシール手段6とにより液密に封止され、油室Sと油室Sとに分割されており、これらの油室S,Sには、バルブハウジングHの内部に構成された油圧制御弁7の後述する動作により、図示しない舵輪(ステアリングホィール)の操作に応じた圧油が送給されるようになしてある。この送給圧油は、ピストン1の両側に加わり、該ピストン1には、両面の圧力差に相当する軸方向の押圧力(操舵補助力)が作用し、この押圧によるピストン1の摺動が、前述の如く、セクタ歯車40を介してクロスシャフト4の回転に変換されて舵取りが補助されることになる。
【0024】
前記油室S,Sへ圧油を給排する油圧制御弁7は、舵取りのための舵輪の操作により、該舵輪に連なる軸体に生じる捩れを利用するものであり、以下の如くに構成されている。即ち、バルブハウジングH内に突出するボールねじ軸3の端部は、他側から挿入された入力軸34の端部に同軸的に突き合わされ、これらは、ボールねじ軸3の中空部に内挿されたトーションバー35により同軸上に連結されている。またバルブハウジングHの内部には、同軸上での回動自在に円筒形のバルブボディー7aが支承され、このバルブボディー7aは、ボールねじ軸3の突出端に係合せしめてある。入力軸34は、バルブボディー7aの内側に所定長挿入され、この挿入部の外周にバルブスプール7bが一体的に形成されており、前記バルブボディー7aと共に油圧制御弁7を構成している。
【0025】
以上の如く構成された油圧制御弁7は、バルブハウジングHの外側に開口するポンプポート70を介して油圧ポンプPに、同じくタンクポート71を介して油タンクTに夫々接続され、また、バルブハウジングH側にてボールねじ軸3を支持する玉軸受32の内部を通路として、シリンダ室2内部の一方の油室Sに、更に、図示しない導圧管を介して他方の油室Sに夫々接続してあり、ポンプポート70を経て油圧ポンプPから供給される圧油は、バルブボディー7aとバルブスプール7bとの相対角変位に応じて油室S,Sの一方に選択的に送給される。
【0026】
バルブハウジングHの他側に突出する前記入力軸34の他端は、図示しない舵輪に連結してあり、該入力軸34には、舵取りのための舵輪の操作に応じて操舵トルクが加わり、このとき、入力軸34とボールねじ軸3とを連結するトーションバー35に捩れが生じる。従って、ボールねじ軸3に係合されたバルブボディー7aと入力軸34の外周に一体的に形成されたバルブスプール7bとの間には、前記操舵トルクの方向に、この大きさに対応する相対角変位が生じ、油圧ポンプPから供給される圧油は、前記相対角変位の方向に応じて油室S,Sの一方に選択的に送給され、この送給圧油がピストン1に作用して、前述の如くに操舵補助力が得られる。またこのとき、他方の油室S,S内部の作動油は、前記ピストン1の摺動により押し出されて油圧制御弁7に戻り、油タンクT側に振り分けられて還流し、再使用される。
【0027】
以上の動作において、油室S,Sへの送給圧油の作用によるピストン1の摺動は、シリンダ室2の内周面への摺接と、ボールねじ軸3の外周面への摺接とを伴って生じる。本発明に係るパワーシリンダの特徴は、油室S,S間の液密を保つべく、これらの摺接部に夫々介装されたシール手段5及び6の構成にある。
【0028】
シリンダ室2の内周との間の液密を保つべく、ピストン1(大径部10)の外周に構成されたシール手段5は、図2に示す如く、大径部10の外周面に適宜の幅を有してシール溝50を形成し、該シール溝50の内奥側にバックアップリング51を巻装し、その外側に重ねてシールリング52を巻装してなり、シール面となるシリンダ室2の内周面に、バックアップリング51の弾性によりシールリング52の外周面を押し付けた構成となっている。
【0029】
シールリング52は、前記シール溝50と略等幅の矩形断面を有するリングであって、バックアップリング51の弾性によりシリンダ室2の内周面に全幅を略均等に押し付けることにより、両側の油室S,S間の液密を良好に維持する作用をなしている。このシールリング52は、フッ素樹脂(テフロン)等、摩擦抵抗が小さく、耐摩耗性に優れた樹脂製であって、押し付け状態を保って生じるピストン1の摺動に抵抗なく追随し、液密状態を維持するようになしてある。
【0030】
一方、バックアップリング51は、シールリング52に十分な押し付け力を加えるべく、ゴム等の弾性に富む材料製のリングであって、図2に示す如く、幅方向に適長離隔して並べた円形断面を有する一対のリング部を、薄肉の連結部により連結せしめた断面形状を有している。シールリング52は、前記一対のリング部の双方に跨がる態様をなして架設してあり、バックアップリング51による押圧は、両リング部により幅方向の2か所において行われるようになしてある。
【0031】
ボールねじ軸3の外周面との間の液密を保つべく構成されたシール手段6は、前記シール手段5と同様に、ボールねじ軸3の外周面を臨む前記シール環6aの内面に形成されたシール溝60と、該シール溝60に内外に重ねて巻装されたバックアップリング61及びシールリング62とを備えてなり、バックアップリング61の弾性によりシールリング62を内向きに押圧し、ボールねじ軸3の外周面に全面を押し付けてシール作用を行わせる構成となっている。
【0032】
このシール手段6のバックアップリング61もまた、図示の如く、幅方向に並べた円形断面を有する一対のリング部を、薄肉の連結部により連結せしめた断面形状を有し、シールリング62の押圧が、両リング部により幅方向の2か所において行われるようになしてある。
【0033】
以上の如く構成されたシール手段5,6においては、ピストン1の動作中に両側の油室S,Sの内圧が逆転し、ピストン1の摺動方向が反転した場合に生じる高圧側から低圧側への作動油の吹き抜けを有効に防止することができる。図3は、シール手段5における吹き抜け現象の防止動作の説明図である。
【0034】
図3(a)は、例えば、油室S側からの油圧の作用によりピストン1が摺動している状態を示しており、このときシールリング52は、前記油圧の作用によりシール溝50の内部において油室S側に押し付けられ、逆側(油室S側)の側縁との間に隙間が生じた状態にある。
【0035】
図3(b)は、前記状態において油室S,Sの内圧が逆転し、油室S側の圧力が高くなった状態を示しており、このとき、ピストン1は、大径部10の両面の作用圧の逆転により逆方向への摺動を開始し、またシールリング52にも油室S側からの押圧力が加わる。
【0036】
このとき、シール溝50の逆側(油室S側)には、前述した如く、シールリング52との間に隙間が生じていることから、前記押圧力の作用時にシールリング52は、図3(b)中に破線により示す如く、シール溝50の内部において一旦倒れようとする。ところがシールリング52は、シール溝50の内側において、前述した形状をなすバックアップリング51の一対のリング部により幅方向の2か所を支えられた状態にあり、油室S側の前記リング部の弾性が前述した倒れを防ぐ作用をなす。
【0037】
従って、前記シールリング52は、破線により示す傾倒姿勢をとることなく、シリンダ室2の内周面への密着状態を保ったまま逆側(油室S側)へ押されて、図3(b)中に実線により示す如く、シール溝50の内部において油室S側に押し付けられた状態となり、この間、高圧側から低圧側、即ち、油室Sから油室Sへの吹き抜けは殆ど発生しない。
【0038】
このような動作は、ピストン1と、これの支軸となるボールねじ軸3の外周面との間にて封止作用をなすシール手段6においても全く同様に生じる。このように本発明に係るパワーシリンダにおいては、油室S,Sの内圧の逆転に伴うピストン1の反転動作に際し、高圧側から低圧側への作動油の吹き抜けを有効に防ぐことができる。従って、急激な舵取り方向の変更に際し、これに応じたピストン1の反転が急峻に生じ、変更初期から十分な操舵補助力が得られる。
【0039】
図4は、本発明の他の実施例を示す要部拡大断面図である。本実施例において大径部10の外周に構成されたシール手段5は、シール溝50の内側に円形断面を有する2本のOリング53,53を幅方向に並べて巻装し、これらのOリング53,53によりシールリング52を、幅方向の2か所にて外向きに押圧してシール面となるシリンダ室2の内周面に押し付けた構成となっている。
【0040】
また、大径部10内側のシール環6aの内周に構成されたシール手段6も同様に、シール溝60の内側に2本のOリング63,63を幅方向に並べて巻装し、これらによりシールリング62を内向きに押圧してシール面となるボールねじ軸3の外周面に押し付けた構成となっている。この構成においても図2に示す構成と同様、吹き抜け現象の発生を防止することができる。
【0042】
また、本実施例においては、ボールねじ式の動力舵取装置への適用例について述べたが、本発明は、ラックピニオン式の動力舵取装置等、他の形式の動力舵取装置にも適用可能であり、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【0043】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明に係る動力舵取装置のパワーシリンダにおいては、ピストンに形成されたシール溝に巻装されて、シリンダ室の内周面、又は該内周面と支軸の外周面とに摺接して両側の油室間の液密状態を保つシールリングの内奥側に、円形断面を有する一対のリング部を並設してなるバックアップリングを巻装してシール手段を構成し、シールリング及びシール溝の底面に、シール溝の幅方向、即ち、ピストンの摺動方向に離隔した2か所にて夫々弾接する前記リング部の作用により、シールリングを摺接面に押し付ける構成としたから、両側の油室からの作用圧力が反転し、ピストンの摺動方向が転換するとき、これに伴うシールリングの倒れが摺動方向下流側に弾接するリング部の弾性により抑制され、この倒れに起因する高圧側から低圧側への吹き抜け現象の発生を有効に防ぐことができ、舵取り方向の転換時に高い応答性にて十分な操舵補助力を得ることが可能となって、急な舵輪操作にも余裕を持って追随でき、良好な操舵感覚が得られるようになる等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る動力舵取装置のパワーシリンダの側断面図である。
【図2】図1の要部の拡大断面図である。
【図3】吹き抜け現象の防止動作の説明図である。
【図4】本発明に係る動力舵取装置のパワーシリンダの他の実施例を示す要部拡大断面図である。
【図5】従来の動力舵取装置のパワーシリンダの要部拡大断面図である。
【図6】吹き抜け現象の発生メカニズムの説明図である。
【符号の説明】
1 ピストン
2 シリンダ室
3 ボールねじ軸
5 シール手段
6 シール手段
7 油圧制御弁
7a バルブボディー
7b バルブスプール
50 シール溝
51 バックアップリング
52 シールリング
53 Oリング
60 シール溝
61 バックアップリング
62 シールリング
63 Oリング
ギヤハウジング
バルブハウジング
油室
油室
[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a power cylinder used as a source of a steering assist force in a power steering apparatus for an automobile.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, automobiles are widely equipped with a power steering device (power steering device) in order to reduce the labor required for steering (steering wheel) operation for steering and to obtain a comfortable steering feeling. This power steering device is roughly classified into a hydraulic type and an electric type according to a source of a steering assist force.
[0003]
In a hydraulic power steering device, a power cylinder, which is a source of a steering assist force, slides a piston supported by a support shaft in an axial direction inside a cylinder chamber formed in a part of a steering mechanism. This is a hydraulic cylinder which is movably fitted and has a pair of oil chambers which are liquid-tightly sealed on both sides of the piston. Hydraulic oil corresponding to the operation of the steering wheel is selectively supplied and discharged to both oil chambers of the power cylinder, and an oil pressure (steering assist force) corresponding to a pressure difference between the two oil chambers is steered through the piston. Steering is assisted by being added to the steering mechanism.
[0004]
The specific configuration of the power cylinder differs depending on the type of the steering mechanism. For example, in a rack-and-pinion type steering mechanism that converts the rotation of a steering wheel shaft according to the rotation of a steering wheel into sliding of a rack shaft via a pinion connected thereto, and performs steering by this sliding, With the rack shaft as a support shaft, a piston is fixedly mounted in the middle of the rack shaft, and a power cylinder is formed by being inserted into a cylinder chamber formed in a part of a housing surrounding the rack shaft, and a steering assist force applied to the piston is provided. Are designed to act directly on the rack shaft to assist steering.
[0005]
On the other hand, a ball screw shaft is continuously provided on the tip side of the steering wheel shaft connected to the steering wheel, and the rotation of the steering wheel is converted into sliding of a ball nut screwed into the ball screw shaft, and this sliding is formed outside the ball nut. In the ball screw type steering mechanism that converts the rotation of the sector gear to the rotation of the sector gear through the rack teeth and transmits the rotation to a link mechanism for steering to perform steering, the ball screw shaft is used as a support shaft, In addition, a power cylinder is configured using the ball nuts as pistons and a housing of the ball nuts as a cylinder chamber, and a steering assist force applied to the piston is converted into a steering force via the sector gear and the link mechanism. It is done so.
[0006]
In the power cylinder of the power steering apparatus configured as described above, in order to obtain a desired steering assist force, it is important to maintain a good liquid-tight state between the oil chambers on both sides of the piston. In particular, there is a sliding portion between the outer periphery of the piston and the inner periphery of the cylinder chamber. Further, in a power cylinder of a ball screw type power steering device, in addition to the sliding portion, a ball screw shaft is provided. There are sliding rotation parts that rotate relative to each other with sliding between the outer circumference and the piston, and in these parts, it is necessary to maintain liquid tightness on both sides without hindering each movement. A sealing means as shown in FIG. 5 is widely used.
[0007]
FIG. 5 shows the configuration of the sealing means between the outer periphery of the piston 1 and the inner periphery of the cylinder chamber 2. In the conventional sealing means, a seal groove 1a having an appropriate width is formed on the outer peripheral surface of the piston 1, a backup ring 1b is wound inside the seal groove 1a, and a seal ring 1c is wound around the outside thereof. to the inner peripheral surface of the cylinder chamber 2 to be sealing surfaces are brought into close contact with the outer peripheral surface of the seal ring 1c, has a configuration to maintain the liquid-tightness between the oil on both sides of the piston 1 chamber S 1, S 2.
[0008]
The backup ring 1b is an O-ring having a circular cross section made of a material having a high elasticity such as rubber. As shown in the figure, the backup ring 1b is deformed into an oval shape between the bottom surface of the seal groove 1a and the seal ring 1c. Has the effect of pressing the seal ring 1c outwardly by the elastic restoring force of. The seal ring 1c is a ring having a rectangular cross section having substantially the same width as the seal groove 1a. One surface of the seal groove 1a side is pressed by the backup ring 1b to expand the diameter, and the other surface is formed on the inner peripheral surface of the cylinder chamber 2. It is in a pressed state.
[0009]
Thus, the sliding of the piston 1 due to the pressure difference between the oil chambers S 1 and S 2 on both sides occurs with the sliding contact of the seal ring 1 c with the inner peripheral surface of the cylinder chamber 2, and the two oil chambers S 1 , liquid tight S 2 is maintained by the adhesion of the seal ring 1c of the inner circumferential surface of the cylinder chamber 2. The seal ring 1c is formed of a material having a low frictional resistance and excellent abrasion resistance, such as a fluororesin (Teflon), in order to maintain a close contact state without hindering the sliding of the piston 1.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional power cylinder provided with the sealing means as described above, during the operation of the piston 1, particularly when the internal pressures of the oil chambers S 1 and S 2 on both sides are reversed and the sliding direction of the piston 1 is reversed. In addition, there is a possibility that the liquid tightness at the sliding contact portion of the seal ring 1c is temporarily broken, and a phenomenon that the hydraulic oil blows out from the high pressure side to the low pressure side, a so-called blow-through phenomenon, may occur. When the blow-by phenomenon occurs, a response delay occurs when the piston 1 is reversed, and when the steering direction is suddenly changed, a sufficient steering assist force may not be obtained in the initial stage of the change.
[0011]
FIG. 6 is an explanatory diagram of a generation mechanism of the blow-by phenomenon. The piston 1 in FIG. 6 (a), by the hydraulic action directed from one oil chamber S 1 to the other oil chamber S 2, are slid in the direction indicated by outline arrow in the figure, this time sealing ring. 1c, the hydraulic action of the oil chamber S 1 side, inside of the sealing groove 1a, in the position by the oil chamber S 2 side within the both fitting gap.
[0012]
Reversal of pressure occurs in this state, when the internal pressure of the oil chamber S 2 is higher, as indicated by outline arrow in FIG. 6 (b), the with the sliding direction of the piston 1 is reversed, the above-mentioned A pressing force in the same direction is also applied to the seal ring 1c in the state. However this time, the opposite side of the seal ring 1c (oil chamber S 1 side), sealed from the gap is formed between the side walls of the sealing groove 1a, the sealing ring 1c by the action of the pressing force 6 (b), and the other surface of the seal ring 1c comes into line contact with the inner peripheral surface of the cylinder chamber 2, resulting in a liquid-tight state. It becomes difficult to maintain and a blow-by phenomenon occurs.
[0013]
This blow-through phenomenon is configured to maintain the liquid-tightness of the sliding rotation part between the outer periphery of the ball screw shaft and the piston in the power cylinder of the ball screw type power steering device configured as described above. The same applies to the sealing means.
[0014]
The present invention has been made in view of such circumstances, and eliminates the phenomenon of hydraulic oil blow-through due to reversal of the sliding direction of the piston, and obtains sufficient steering assist force with high responsiveness when changing the steering direction. It is an object of the present invention to provide a power cylinder of a power steering device capable of performing the following.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In the power cylinder of the power steering device according to the present invention, the piston supported by the support shaft is slidably fitted in the axial direction inside the cylinder chamber, and both sides of the piston are liquid-tightly sealed by sealing means. A pair of oil chambers are provided for selectively supplying and discharging pressure oil according to the operation of the steering wheel to each of these oil chambers, and a steering mechanism for sliding the piston caused by the action of the pressure oil. In a power cylinder of a power steering apparatus configured to assist steering by transmitting to a seal groove , the seal means includes a seal groove provided around the piston with an appropriate width, and a seal groove provided on an inner side of the seal groove. comprising a wound backup ring, Yes by winding superposed on said backup ring, the inner circumferential surface of the cylinder chamber, or sliding contact with the seal ring to the inner and outer peripheral surfaces of the support shaft, wherein The backup ring has a circular cross section That juxtaposed a pair of ring portions has a cross-sectional shape comprising, in the each of the ring portion is elastic contact at two positions in the width direction and the seal ring and the bottom surface of the seal groove, the seal ring It is characterized by being configured to be pressed against the sliding contact surface.
[0016]
[Action]
In the present invention, the inner peripheral surface of the cylinder chamber, or a seal ring that slides on the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the support shaft to maintain a liquid-tight state between the oil chambers on both sides, wound on the inner side, is pressed against the more sliding surfaces backup ring formed by juxtaposed a pair of ring portions having a circular cross-section. This pressing is the width direction of the seal groove, ie upon two of the sliding direction of the piston, made by the action of the bottom surface and the seal ring and elastically contact the ring portion of the seal groove, the sliding direction of the piston At the time of conversion, the collapse of the seal ring accompanying this is effectively suppressed by elastically deforming the ring portion elastically contacting with the bottom of the seal groove on the downstream side in the sliding direction, and the blow-through phenomenon caused by this collapse To prevent outbreaks.
[0017]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings showing the embodiments. FIG. 1 is a side sectional view showing an application example of a power cylinder of a power steering apparatus according to the present invention to a ball screw type steering apparatus, and FIG. 2 is an enlarged sectional view of a main part thereof.
[0018]
Figure H 1 is a gear housing, in the interior of the gear housing H 1, the cylinder chamber 2 has an inner peripheral surface of the circular finished with high accuracy is formed, also the middle of the cylinder chamber 2 The gear chamber 20 is continuously provided so as to face the inside. A ball screw shaft 3 is rotatably supported on the axial center of the cylinder chamber 2, and a cross shaft 4 is supported on the gear chamber 20 so as to be substantially orthogonal to the ball screw shaft 3. The projecting end of the cross shaft 4 to the outside of the gear chamber 20 is connected to a steering mechanism via a link mechanism (not shown) so as to perform steering according to the rotation.
[0019]
A piston 1 is inserted into the cylinder chamber 2 so as to be slidable in the axial direction. As shown in the figure, the piston 1 is a cylindrical member formed by connecting large-diameter portions 10 and 11 at both ends to be fitted to the inner peripheral surface of the cylinder chamber 2 by an intermediate portion 12 having a smaller diameter than these. Inside the ball screw shaft 3, a nut portion 13 screwed to the ball screw shaft 3 via a large number of balls 30, 30,... Is formed over an appropriate length to form a ball screw mechanism. That is, the piston 1 is supported by a ball screw shaft 3 as a support shaft, and is slidably fitted in the cylinder chamber 2 in the axial direction.
[0020]
The cylinder chamber 2 has openings on both sides. One opening is liquid-tightly closed by a lid member 21, and a part of the valve housing H < b > 2 coaxially fits into the other opening. are wearing, the ball screw shaft 3, a ball bearing 31 held by the lid member 21 is supported by a ball bearing 32 held in the valve housing H 2.
[0021]
One large-diameter portion 11 of the piston 1 has a notch in a part of the peripheral surface, and the outside of the intermediate portion 12 including the notch portion has rack teeth 14 over an appropriate length range. The rack teeth 14 mesh with a sector gear 40 coaxially fitted to the cross shaft 4. Thus, when the ball screw shaft 3 rotates and the piston 1 slides by screwing with respect thereto, the sliding is converted into rotation of the cross shaft 4 via the sector gear 40 meshing with the rack teeth 14. This rotation is applied to the steering mechanism via the link mechanism to perform steering.
[0022]
The other large diameter portion 10 of the piston 1 is fitted into the cylinder chamber 2 over the entire circumference, and the outer circumference of the large diameter portion 10 is in sliding contact with the inner peripheral surface of the cylinder chamber 2. Are formed in a liquid-tight manner on both sides. Further, a seal ring 6a is fitted and fixed to an opening edge of the inner periphery of the piston 1 on the side of the large diameter portion 10, and the inside of the seal ring 6a is slidably in contact with the outer peripheral surface of the ball screw shaft 3. Sealing means 6 for sealing both sides of the sliding contact portion in a liquid-tight manner is provided.
[0023]
That is, the inside of the cylinder chamber 2, said outer seal means 5 of the large diameter portion 10, fluid-tightly sealed by the sealing means 6 provided on the inside of the sealing ring 6a, the oil chamber S 1 and the oil chamber S 2 and is divided into, these oil chamber S 1, S 2, by later-described operation of the hydraulic control valve 7, which is configured in the interior of the valve housing H 2, the operation of the steering wheel (not shown) (steering wheel) The corresponding pressure oil is supplied. This feed pressure oil is applied to both sides of the piston 1, and an axial pressing force (steering assist force) corresponding to the pressure difference between the two surfaces acts on the piston 1. As described above, the rotation is converted into the rotation of the cross shaft 4 via the sector gear 40 to assist the steering.
[0024]
The hydraulic control valve 7 that supplies and discharges pressure oil to and from the oil chambers S 1 and S 2 utilizes torsion generated in a shaft connected to the steering wheel by operating the steering wheel for steering. It is configured. That is, the end portion of the ball screw shaft 3 projecting into the valve housing H 2 is coaxially butted to the end of the input shaft 34 inserted from the other side, they are internal to the hollow portion of the ball screw shaft 3 It is connected coaxially by the inserted torsion bar 35. The inside of the valve housing H 2, valve body 7a of the rotatable cylindrical coaxially is supported, the valve body 7a is are brought into engagement to projecting end of the ball screw shaft 3. The input shaft 34 is inserted into the valve body 7a for a predetermined length, and a valve spool 7b is integrally formed on the outer periphery of the insertion portion, and constitutes the hydraulic control valve 7 together with the valve body 7a.
[0025]
Hydraulic control valve 7 configured as described above, the hydraulic pump P via a pump port 70 which opens to the outside of the valve housing H 2, are also respectively connected to the oil tank T through the tank port 71, The valve the interior of the ball bearing 32 for supporting the ball screw shaft 3 at the housing H 2 side as a passage, in one of the oil chambers S 1 of the inner cylinder chamber 2, further other oil chamber S 2 via the connecting pipe (not shown) The hydraulic oil supplied from the hydraulic pump P via the pump port 70 is selectively supplied to one of the oil chambers S 1 and S 2 according to the relative angular displacement between the valve body 7a and the valve spool 7b. Sent to
[0026]
The other end of the input shaft 34 projecting to the other side of the valve housing H 2 is Yes coupled to a steering wheel, not shown, to the input shaft 34, joined by a steering torque in accordance with the operation of the steering wheel for steering, At this time, the torsion bar 35 connecting the input shaft 34 and the ball screw shaft 3 is twisted. Therefore, between the valve body 7a engaged with the ball screw shaft 3 and the valve spool 7b integrally formed on the outer periphery of the input shaft 34, a relative position corresponding to the magnitude in the direction of the steering torque. The angular displacement occurs, and the pressure oil supplied from the hydraulic pump P is selectively supplied to one of the oil chambers S 1 and S 2 in accordance with the direction of the relative angular displacement. And the steering assist force is obtained as described above. At this time, the hydraulic oil in the other oil chambers S 1 and S 2 is pushed out by the sliding of the piston 1 and returns to the hydraulic control valve 7, is distributed to the oil tank T side, recirculates, and is reused. You.
[0027]
In the above operation, the sliding of the piston 1 due to the action of the supply pressure oil to the oil chambers S 1 and S 2 is caused by the sliding contact with the inner peripheral surface of the cylinder chamber 2 and the outer peripheral surface of the ball screw shaft 3. It occurs with sliding contact. A feature of the power cylinder according to the present invention lies in the configuration of the sealing means 5 and 6 interposed in these sliding contact portions, respectively, in order to maintain the liquid tightness between the oil chambers S 1 and S 2 .
[0028]
In order to maintain the liquid tightness between the inner circumference of the cylinder chamber 2 and the outer periphery of the piston 1 (large diameter portion 10), a sealing means 5 is provided on the outer circumference of the large diameter portion 10 as shown in FIG. A seal groove 50 is formed with a width of, and a backup ring 51 is wound on the inner side of the seal groove 50, and a seal ring 52 is wound on the outer side of the backup ring 51 so as to form a sealing surface. The configuration is such that the outer peripheral surface of the seal ring 52 is pressed against the inner peripheral surface of the chamber 2 by the elasticity of the backup ring 51.
[0029]
The seal ring 52 is a ring having a rectangular cross section having substantially the same width as that of the seal groove 50. The elastic ring of the backup ring 51 presses the entire width substantially evenly against the inner peripheral surface of the cylinder chamber 2 so that the oil chambers on both sides are formed. It functions to maintain good liquid tightness between S 1 and S 2 . The seal ring 52 is made of a resin such as a fluororesin (Teflon) having a low frictional resistance and excellent abrasion resistance. The seal ring 52 follows the sliding of the piston 1 generated while maintaining the pressed state without resistance, and is in a liquid-tight state. Is maintained.
[0030]
On the other hand, the backup ring 51 is a ring made of an elastic material such as rubber in order to apply a sufficient pressing force to the seal ring 52, and as shown in FIG. It has a cross-sectional shape in which a pair of ring portions having a cross section are connected by a thin connecting portion. The seal ring 52 is provided so as to straddle both of the pair of ring portions, and the pressing by the backup ring 51 is performed at two places in the width direction by both ring portions. .
[0031]
The sealing means 6 configured to maintain liquid tightness with the outer peripheral surface of the ball screw shaft 3 is formed on the inner surface of the seal ring 6 a facing the outer peripheral surface of the ball screw shaft 3, similarly to the sealing means 5. A seal groove 60, and a backup ring 61 and a seal ring 62 wound around the seal groove 60 inward and outward, respectively. The entire surface is pressed against the outer peripheral surface of the shaft 3 to perform a sealing action.
[0032]
The backup ring 61 of the sealing means 6 also has a cross-sectional shape in which a pair of ring portions having a circular cross section arranged in the width direction are connected by a thin connecting portion, as shown in the drawing, and the pressure of the seal ring 62 is reduced. This is performed at two places in the width direction by the two ring portions.
[0033]
In the sealing means 5 and 6 configured as described above, the internal pressures of the oil chambers S 1 and S 2 on both sides are reversed during the operation of the piston 1 and the high pressure side generated when the sliding direction of the piston 1 is reversed. Blow-through of hydraulic oil to the low pressure side can be effectively prevented. FIG. 3 is an explanatory diagram of the operation of preventing the blow-by phenomenon in the sealing means 5.
[0034]
3 (a) is, for example, by the hydraulic action of the oil chamber S 1 side shows a state in which the piston 1 is slidably, sealing ring 52 at this time, the seal groove 50 by the action of the hydraulic pressed against the oil chamber S 2 side inside, in a state where a gap occurs between the side edges of the opposite side (oil chamber S 1 side).
[0035]
FIG. 3B shows a state in which the internal pressures of the oil chambers S 1 and S 2 are reversed in the above state, and the pressure on the oil chamber S 2 side is increased. Sliding in the opposite direction starts due to the reversal of the working pressure on both surfaces of No. 10, and a pressing force from the oil chamber S < b > 2 side is also applied to the seal ring 52.
[0036]
At this time, the opposite side of the seal groove 50 (the oil chamber S 1 side), as described above, since the gap is formed between the seal ring 52, seal ring 52 upon the action of the pressing force, FIG. As shown by the broken line in FIG. However the seal ring 52, inside the seal groove 50, is in a pair state, supported the two places in the width direction by the ring portion of the backup ring 51 which forms the above-mentioned shape, the ring portion of the oil chamber S 1 side The elasticity serves to prevent the above-mentioned fall.
[0037]
Therefore, the seal ring 52, without taking the tilt attitude shown by the dashed line, is pushed to the inner circumferential surface while the reverse side keeping the close contact to the cylinder chamber 2 (oil chamber S 1 side), 3 ( b) as shown by the solid line in, a state of being pressed to the oil chamber S 1 side in the interior of the seal groove 50, during which the low pressure side from the high pressure side, i.e., blow from the oil chamber S 2 to the oil chamber S 1 is Almost no occurrence.
[0038]
Such an operation occurs in the same manner in the sealing means 6 which performs a sealing action between the piston 1 and the outer peripheral surface of the ball screw shaft 3 serving as a support shaft thereof. As described above, in the power cylinder according to the present invention, it is possible to effectively prevent the hydraulic oil from flowing from the high pressure side to the low pressure side during the reversal operation of the piston 1 due to the reverse rotation of the internal pressures of the oil chambers S 1 and S 2. . Accordingly, when the steering direction is suddenly changed, the reversal of the piston 1 corresponding to this suddenly occurs, and a sufficient steering assist force is obtained from the initial stage of the change.
[0039]
FIG. 4 is an enlarged sectional view of a main part showing another embodiment of the present invention. In the present embodiment, the sealing means 5 formed on the outer periphery of the large diameter portion 10 winds two O-rings 53, 53 having a circular cross-section side by side in the width direction inside the sealing groove 50, and winds these O-rings. The configuration is such that the seal ring 52 is pressed outward at two places in the width direction by 53 and 53 and pressed against the inner peripheral surface of the cylinder chamber 2 serving as a seal surface.
[0040]
Similarly, the sealing means 6 formed on the inner periphery of the seal ring 6a inside the large-diameter portion 10 also has two O-rings 63, 63 arranged side by side in the width direction and wound around the inside of the seal groove 60. The configuration is such that the seal ring 62 is pressed inward and pressed against the outer peripheral surface of the ball screw shaft 3 serving as a seal surface. In this configuration, similarly to the configuration shown in FIG. 2, the occurrence of the blow-by phenomenon can be prevented.
[0042]
Further, in the present embodiment, an example of application to a ball screw type power steering device has been described, but the present invention is also applied to other types of power steering device such as a rack and pinion type power steering device. It is needless to say that a similar effect can be obtained.
[0043]
【The invention's effect】
As described in detail above, in the power cylinder of the power steering apparatus according to the present invention, the power cylinder is wound around the seal groove formed in the piston, and the inner peripheral surface of the cylinder chamber, or the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the support shaft. A seal ring is formed by winding a backup ring having a pair of ring portions having a circular cross section on the inner rear side of the seal ring that slides on and maintains a liquid-tight state between the oil chambers on both sides. The seal ring is pressed against the sliding contact surface by the action of the ring portions which resiliently contact the bottom surfaces of the seal ring and the seal groove at two positions separated in the width direction of the seal groove, that is, in the sliding direction of the piston . since was, inverted working pressure from both sides of the oil chamber, when the sliding direction of the piston is converted, the seal ring inclination of is suppressed by the elasticity of the ring portion elastically contacts the sliding direction downstream side due to this, High due to this fall Can effectively prevent the occurrence of a blow-by phenomenon from the side to the low-pressure side, and it is possible to obtain sufficient steering assist force with high responsiveness when changing the steering direction, leaving room for sudden steering operation The present invention has excellent effects, such as being able to follow with the user and obtaining a good steering feeling.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view of a power cylinder of a power steering device according to the present invention.
FIG. 2 is an enlarged sectional view of a main part of FIG.
FIG. 3 is an explanatory diagram of an operation for preventing a blow-by phenomenon.
FIG. 4 is an enlarged sectional view of a main part showing another embodiment of the power cylinder of the power steering apparatus according to the present invention.
FIG. 5 is an enlarged sectional view of a main part of a power cylinder of a conventional power steering device.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a generation mechanism of a blow-by phenomenon.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 piston 2 cylinder chamber 3 ball screw shaft 5 sealing means 6 sealing means 7 hydraulic control valve 7a valve body 7b valve spool 50 seal groove 51 backup ring 52 seal ring 53 O ring 60 seal groove 61 backup ring 62 seal ring 63 O ring H 1 gear housing H 2 valve housing S 1 oil chamber S 2 oil chamber

Claims (1)

支軸により支えたピストンをシリンダ室の内部に軸長方向への摺動自在に嵌挿し、該ピストンの両側にシール手段により液密に封止された一対の油室を設けてなり、これらの油室の夫々に舵輪の操作に応じた圧油を選択的に給排し、該圧油の作用により生じる前記ピストンの摺動を舵取機構に伝えて舵取りを補助する構成とした動力舵取装置のパワーシリンダにおいて、前記シール手段は、前記ピストンに適宜の幅を有して周設されたシール溝と、該シール溝の内奥側に巻装されたバックアップリングと、該バックアップリングに重ねて巻装してあり、前記シリンダ室の内周面、又は該内周面及び前記支軸の外周面に摺接するシールリングとを備え、前記バックアップリングは、円形断面を有する一対のリング部を並設してなる断面形状を有し、前記リング部の夫々を前記シール溝の底面と前記シールリングとに幅方向の2か所において弾接させて、該シールリングを前記摺接面に押し付ける構成としてあることを特徴とする動力舵取装置のパワーシリンダ。A piston supported by a support shaft is slidably fitted in the axial direction inside the cylinder chamber, and a pair of oil chambers which are liquid-tightly sealed by sealing means are provided on both sides of the piston. A power steering system that selectively supplies and discharges pressure oil according to the operation of the steering wheel to each of the oil chambers, and transmits the sliding of the piston generated by the action of the pressure oil to a steering mechanism to assist steering. In the power cylinder of the device, the sealing means includes a seal groove provided around the piston with an appropriate width, a backup ring wound inside the seal groove, and a backup ring. And a seal ring slidably contacting the inner peripheral surface of the cylinder chamber, or the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the spindle.The backup ring includes a pair of ring portions having a circular cross section. Has a cross-sectional shape that is juxtaposed , Power steering, characterized in that said the respective ring portion is elastic contact at two positions in the width direction and the seal ring and the bottom surface of the seal groove, it is constituted to press the sealing ring on the sliding surface Power cylinder of the picking device.
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