JP2012148700A - 油圧式パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】油圧シリンダから排出された作動油中の磁性体異物を除去することができ、ポンプへの磁性体異物の流入を防止することができる油圧式パワーステアリング装置を提供すること。
【解決手段】油圧式パワーステアリング装置は、ラック軸のハウジング内に設けられる油圧シリンダと、作動油の貯留タンク６０と、貯留タンク６０から油圧シリンダに作動油を供給する電動ポンプ５０と、油圧シリンダの第１油室２３及び第２油室２４に対する作動油の給排を切換可能な切換弁３０とを備える。切換弁３０の排出ポート３３には永久磁石４５が設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、油圧シリンダの第１油室及び第２油室の間の油圧差に基づいて生じる力によりピストンとともに転舵シャフトを変位させることでステアリング操作をアシストする油圧式パワーステアリング装置に関する。

この種の油圧式パワーステアリング装置は、転舵シャフトが挿通されるハウジングに油圧シリンダを備えるとともに、この油圧シリンダには油路を介してポンプが接続され、このポンプにより第１油室及び第２油室に対し作動油が供給される。また、油圧式パワーステアリング装置において、作動油の貯留タンクと、上記油圧シリンダとを接続する油路には、第１及び第２油室に対する作動油の給排を切り換える切換弁が設けられている。

このような油圧式パワーステアリング装置においては、切り粉等の磁性体異物により作動油が汚濁することを防止するためや、磁性体異物のポンプや油圧シリンダへの流入を防止するために、磁性体異物を吸着する永久磁石を設けている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。特許文献１においては、ラック軸（転舵シャフト）が挿通されるハウジング内において、油圧シリンダ近傍に設けられた流路に、ラック軸が貫通するリング状の永久磁石を配設している。また、特許文献２においては、ラック軸（転舵シャフト）のハウジング内に油圧シリンダが設けられるとともに、この油圧シリンダ内のピストンにリング状の永久磁石が取り付けられている。

実開昭６３−１０９２６１号公報 実開平３−９６９６６号公報

ところが、特許文献１及び特許文献２のいずれにおいても、永久磁石は、油圧シリンダ内に設けられている。このため、油圧シリンダから排出された作動油に対しては、永久磁石による磁性体異物の除去機能が作用せず、油圧シリンダから排出された作動油に磁性体異物が混入してしまった場合、例えば、切換弁で磁性体異物が発生した場合には、磁性体異物を作動油から除去することができない。この磁性体異物は作動油とともに貯留タンクに排出され、その貯留タンクから作動油を吸い上げるポンプ内に磁性体異物が流入してしまう虞がある。さらに、積年の使用で永久磁石に大量付着した磁性体異物を取り除こうとしても、このようなメンテナンスは事実上、不可能である。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、油圧シリンダから排出された作動油中の磁性体異物を除去することができ、ポンプへの磁性体異物の流入を防止することができる油圧式パワーステアリング装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、転舵シャフトと一体移動するピストンにより内部が第１油室及び第２油室に区画されるとともに、前記転舵シャフトのハウジング内に設けられる油圧シリンダと、作動油の貯留タンクと、前記貯留タンクから前記油圧シリンダに前記作動油を供給するポンプと、前記貯留タンクと前記油圧シリンダとを接続する油路に設けられ、前記第１油室及び第２油室に対する前記作動油の給排を切換可能な切換弁と、を備え、前記第１油室及び前記第２油室の間の油圧差に基づいて生じる力により前記ピストンとともに前記転舵シャフトを変位させることでステアリング操作をアシストする油圧式パワーステアリング装置であって、前記切換弁は、前記第１油室に接続される第１給排ポート、前記第２油室に接続される第２給排ポート、及び前記貯留タンクと接続される排出ポートを備えており、これらポートの少なくとも１つに、異物除去部材を設けたことを要旨とする。

油圧シリンダから排出された作動油は、油路を介して第１給排ポート又は第２給排ポートから切換弁に導入され、排出ポートから貯留タンクに排出される。そして、その貯留タンクの作動油がポンプによって吸い上げられ、油圧シリンダに供給される。すなわち、油圧シリンダから排出された作動油は、第１給排ポート、第２給排ポート及び排出ポートを流れることになる。そして、上記発明では、これら第１給排ポート、第２給排ポート、及び排出ポートの少なくとも１つに異物除去部材を設けた。このため、この異物除去部材により作動油中の磁性体異物を吸着することができ、作動油が切換弁を通過する際に、作動油中の磁性体異物を除去することができる。その結果、切換弁から貯留タンクへの磁性体異物の流出が切換弁で阻止され、磁性体異物がポンプ内に流入するのを防止することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の油圧式パワーステアリング装置において、前記異物除去部材は、前記排出ポートに設けられることを要旨とする。
上記発明によれば、排出ポートは、油圧シリンダから貯留タンクに至る油路において、作動油が通過する最後のポートとなっている。このため、例えば、切換弁から磁性体異物が発生しても、排出ポートを通過する際に異物除去部材で作動油から除去することができ、ポンプへの磁性体異物の流入を効果的に防止することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の油圧式パワーステアリング装置において、前記異物除去部材は、磁石であることを要旨とする。
磁石は、フィルタのように目詰りがない。このため、磁性体異物の除去のために、磁石を切換弁のポートに設けたとしても目詰りを原因とした流量損失が発生しない。

本発明によれば、油圧シリンダから排出された作動油中の磁性体異物を除去することができ、ポンプへの磁性体異物の流入を防止することができる。

実施形態の油圧式パワーステアリング装置を模式的に示す図。 切換弁及び排出ポートの永久磁石を示す部分破断断面図。 （ａ）〜（ｃ）は永久磁石の別例を示す図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図２にしたがって説明する。
まず、油圧式パワーステアリング装置１１の概略構成について説明する。図１に示すように、油圧式パワーステアリング装置１１において、ハウジングＨには、転舵シャフトとしてのラック軸１５が軸方向に沿って移動可能に挿通支持されている。このラック軸１５の両端には、ラックエンド１６を介してタイロッド１７が連結されている。なお、本実施形態のラックエンド１６には、周知のボールジョイントが用いられている。そして、タイロッド１７の先端は、転舵輪１８を支承するナックル（図示略）に連結されている。

また、ハウジングＨ内には、ステアリングシャフト１３の基端側を構成するピニオン軸１９がラック軸１５と交差する状態で回転自在に支承されている。ラック軸１５の周面に形成されたラック歯１５ａは、ピニオン軸１９に噛合されるとともに、このラック軸１５とピニオン軸１９とから周知のラックアンドピニオン機構１４が構成されている。そして、ラック軸１５は、ラックアンドピニオン機構１４を介してステアリングシャフト１３と連結されるとともに、ステアリング１２が固定されたステアリングシャフト１３の回転は、ラックアンドピニオン機構１４によりラック軸１５の往復動に変換される。そして、そのラック軸１５の軸方向への移動により転舵輪１８の舵角が変更される構成となっている。

また、油圧式パワーステアリング装置１１は、ステアリング操作を補助するための機構として、油圧シリンダＳ、及び切換弁３０がハウジングＨに装備されるとともに、油圧シリンダＳに作動油を供給するポンプとしての電動ポンプ５０、及び作動油を貯留する貯留タンク６０を備えている。

詳細には、油圧シリンダＳのシリンダチューブＨａは、ハウジングＨの一部によって形成されるとともに、このシリンダチューブＨａ内にはラック軸１５で構成されたピストンロッド２１が挿通されている。また、ピストンロッド２１には、ピストン２２が一体に設けられるとともに、このピストン２２によりシリンダチューブＨａ内が第１油室２３と第２油室２４に区画されている。

また、切換弁３０は、ステアリング操作によって駆動されることで油圧シリンダＳへの作動油の給排態様を制御する。図２に示すように、切換弁３０のバルブハウジング３１には、供給ポート３２（図２の右側下部）、排出ポート３３（図２の右側上部）、第１給排ポート３４（図２の左側上部）、及び第２給排ポート３５（図２の左側下部）が貫通孔として形成されている。なお、供給ポート３２には、フィルタ４１が設置されている。

そして、供給ポート３２は、供給油路３６を介して電動ポンプ５０の吐出口に接続されるとともに、この電動ポンプ５０の吸入口は吸込油路３７を介して貯留タンク６０に接続されている。なお、電動ポンプ５０は、図示しないモータによって駆動されるようになっている。

また、排出ポート３３は、排出油路３８を介して貯留タンク６０に接続されている。第１給排ポート３４は、第１給排油路３９を介して油圧シリンダＳの第１油室２３に接続されるとともに、第２給排ポート３５は、第２給排油路４０を介して油圧シリンダＳの第２油室２４に接続されている。そして、本実施形態では、供給油路３６と、吸込油路３７と、排出油路３８と、第１給排油路３９と、第２給排油路４０とから、油圧シリンダＳと貯留タンク６０とを接続する油路が構成されている。

上記油圧式パワーステアリング装置１１においては、電動ポンプ５０の駆動によって貯留タンク６０の作動油が吸込油路３７を介して吸い上げられるとともに、その作動油は供給油路３６を介して切換弁３０に吐出される。そして、切換弁３０に吐出された作動油は、ステアリング操作による操舵方向と操舵抵抗に応じて、第１給排油路３９及び第２給排油路４０のいずれか一方を介して第１油室２３及び第２油室２４のいずれか一方に供給される。

同時に、第１油室２３及び第２油室２４の他方から作動油が排出され、その作動油は他方の油室２３，２４に連通する給排油路３９，４０から切換弁３０に排出される。さらに、作動油は、切換弁３０から排出油路３８を介して貯留タンク６０に排出される。その結果、第１油室２３及び第２油室２４の間の油圧差に基づいて生じる力によりピストン２２とともにラック軸１５が変位する。このラック軸１５の変位により、ステアリング操作がアシストされるようになっている。

本実施形態において、排出ポート３３には、その開口側に継手（図示せず）が螺合される接続口３３ａが形成されるとともに、接続口３３ａより奥側には、その接続口３３ａより小径をなす差込口３３ｂが形成されている。また、排出ポート３３において、差込口３３ｂより奥側には、差込口３３ｂより小径をなす連通路３３ｃが形成され、差込口３３ｂは連通路３３ｃを介してバルブハウジング３１内に連通している。排出ポート３３の内周面において、差込口３３ｂの内周面と、連通路３３ｃの内周面との間には円環状の当接面３３ｄが形成されている。

排出ポート３３内において、差込口３３ｂには、異物除去部材としての円環状をなす永久磁石４５が設置されている。永久磁石４５は、外径が差込口３３ｂの口径より僅かに大きく設定されるとともに、内径Ｎ１が連通路３３ｃの通路径Ｎ２と略同一に設定されている。なお、永久磁石４５の内周部によって連通路３３ｃでの作動油の流量損失が生じなければ、永久磁石４５の内径Ｎ１は、連通路３３ｃの通路径Ｎ２と同一でなく、僅かに小さく設定されていてもよい。また、永久磁石４５の内周部が連通路３３ｃの内周面より後退するように、永久磁石４５の内径Ｎ１が連通路３３ｃの通路径Ｎ２より大きく設定されていてもよい。

そして、永久磁石４５は、差込口３３ｂに圧入されるとともに、排出ポート３３の奥側に位置する永久磁石４５の端面４５ａが当接面３３ｄに当接した状態で排出ポート３３に設置されている。永久磁石４５は、差込口３３ｂへの圧入により、排出ポート３３の径方向への移動が規制されるとともに、差込口３３ｂへの圧入及び端面４５ａの当接面３３ｄへの当接により、排出ポート３３の軸方向に沿った移動が規制されている。

次に、油圧式パワーステアリング装置１１の作用について説明する。
油圧シリンダＳの駆動に伴い油圧シリンダＳから排出された作動油は、第１給排油路３９又は第２給排油路４０を介して切換弁３０に排出され、さらに、切換弁３０から排出ポート３３に排出される。そして、作動油は、排出ポート３３を介して排出油路３８に排出される。このとき、作動油が差込口３３ｂを流れる際、作動油に含まれる磁性体異物は永久磁石４５に吸着され、作動油から除去される。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）油圧式パワーステアリング装置１１において、切換弁３０の複数のポートのうちの排出ポート３３に永久磁石４５を設置した。このため、作動油中の磁性体異物を、切換弁３０を通過する際に永久磁石４５で吸着し、作動油から除去することができる。よって、油圧シリンダＳから排出された作動油に磁性体異物が混入していても、切換弁３０の排出ポート３３で磁性体異物を作動油から除去することができる。その結果、切換弁３０から貯留タンク６０への磁性体異物の流出が切換弁３０で阻止され、磁性体異物が電動ポンプ５０内に流入するのを防止することができる。

（２）切換弁３０の排出ポート３３は、油圧シリンダＳから貯留タンク６０に至る油路において、作動油が通過する最後のポートとなっている。そして、この排出ポート３３に永久磁石４５を設けた。このため、例えば、切換弁から磁性体異物が発生しても、排出ポート３３を通過する際に永久磁石４５で作動油から除去することができ、電動ポンプ５０への磁性体異物の流入を効果的に防止することができる。

（３）磁性体異物を作動油から除去するために円環状の永久磁石４５を採用した。永久磁石４５はフィルタと異なり、目詰りがないため、半永久的に磁性体異物を除去することができるほか、流量損失もない。よって、フィルタのように目詰り等を原因とした交換も必要ないため、切換弁３０のメンテナンス性も高めることができる。

（４）永久磁石４５の外径を排出ポート３３における差込口３３ｂの口径より若干大きく設定し、永久磁石４５を差込口３３ｂに圧入するだけで、排出ポート３３に永久磁石４５を設置することができる。よって、永久磁石４５設置のために排出ポート３３の加工が必要なく、永久磁石４５の外径を設定するだけで永久磁石４５を排出ポート３３に簡単に設置することができる。

（５）永久磁石４５の内径Ｎ１を、連通路３３ｃの通路径Ｎ２と略同一に設定した。このため、永久磁石４５の内周部が連通路３３ｃの内周面よりも中心側に突出することが無いため、永久磁石４５を原因とした排出ポート３３での流量損失が生じない。

（６）例えば、永久磁石４５を第１給排油路３９や第２給排油路４０に設けるには、第１給排油路３９や第２給排油路４０を複数に分割し、永久磁石４５を設置した後、分割箇所を接続する必要があり、永久磁石４５の設置作業が非常に面倒である。これに対し、永久磁石４５を切換弁３０の排出ポート３３に設けた。排出ポート３３に排出油路３８を接続する前の状態では排出ポート３３は開口しており、永久磁石４５の圧入作業を簡単に行うことができる。さらには、排出油路３８を排出ポート３３から取り外せば、切換弁３０から永久磁石４５を簡単に取り外すことができる。このため、積年の使用により永久磁石４５に磁性体異物が大量付着しても、永久磁石４５を切換弁３０から取り外して磁性体異物の除去を行うことができ、そのメンテナンスを容易に行うことができる。

（７）異物除去部材として、円環状に形成された永久磁石４５を採用した。このため、永久磁石４５は、差込口３３ｂの周方向の全体に亘って延びる状態で配置されている。よって、排出ポート３３を通過する作動油を、永久磁石４５の内側を通過させることができ、磁性体異物を作動油から効率良く除去することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施形態では、永久磁石４５を円環状に形成したが、永久磁石４５の形状は適宜変更してもよい。例えば、図３（ａ）に示すように、永久磁石４５を、差込口３３ｂに圧入される筒部４６と、この筒部４６における差込口３３ｂ側の内周縁から径方向に立設された円環状の捕集部４７とから形成してもよい。捕集部４７の内周縁における内径Ｎ３は、連通路３３ｃの通路径Ｎ２と略同一に設定されている。このように構成すると、作動油に混入する磁性体異物は、永久磁石４５に吸着されると共に、捕集部４７に引っ掛かって捕集され、磁性体異物を効率よく除去することができる。

また、図３（ｂ）に示すように、捕集部４７の内周部を連通路３３ｃ側に折り返してもよい。このように構成すると、捕集部４７に引っ掛かった磁性体異物を捕集部４７に留めることができる。

さらに、図３（ｃ）に示すように、永久磁石４５の内周面から複数のリブ４８を求心方向に立設してもよい。このように構成すると、作動油に対する永久磁石４５の接触面積を十分に確保することができ、磁性体異物を効率よく除去することができる。

○ 実施形態では、異物除去手段として永久磁石４５に具体化したが、フィルタに変更してもよい。
○ 実施形態では、切換弁３０のポートのうち排出ポート３３に異物除去手段としての永久磁石４５を設けたが、それに加え第１給排ポート３４、及び第２給排ポート３５にも異物除去部材（永久磁石４５）を設けてもよい。また、排出ポート３３ではなく、第１給排ポート３４又は第２給排ポート３５のみに異物除去部材（永久磁石４５）を設けてもよい。さらには、排出ポート３３、第１給排ポート３４、及び第２給排ポート３５のうちの２つのポートに異物除去部材（永久磁石４５）を設けてもよい。

○ 実施形態では、永久磁石４５を排出ポート３３の差込口３３ｂに設けたが、連通路３３ｃ又は接続口３３ａに設けてもよい。
○ 実施形態では、永久磁石４５を排出ポート３３における差込口３３ｂに圧入して設けたが、差込口３３ｂの内周面に溝を形成し、その溝に永久磁石４５を嵌め込んで排出ポート３３に設けてもよい。この場合、永久磁石４５の内径Ｎ１が、差込口３３ｂの口径と略同一に設定されるのが好ましい。

○ 実施形態では、永久磁石４５を円環状に形成したが、永久磁石４５は円環状でなく、Ｃ字状や半円状でもよい。また、複数に分割された永久磁石４５を排出ポート３３の周方向に沿って並べてもよい。

○ 実施形態では、異物除去部材として永久磁石に具体化したが、非永久磁石であってもよい。
○ 一般に、エンジンで駆動されるポンプよりも電動ポンプ５０の方が高回転で使用されるため、電動ポンプ５０の方が磁性体異物に対する条件が厳しい。したがって、本発明を電動ポンプ５０に適用した場合がより効果的であるが、もちろん、本発明が適用されるポンプは電動ポンプ５０に限定されない。

○ 実施形態では、切換弁３０をステアリング操作によって直接駆動されるタイプとしたが、操舵トルク等に基づいて制御部が切換弁を駆動させるタイプとしてもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。

（イ）前記磁石は前記排出ポートに対する圧入によって設置されている請求項３に記載の油圧式パワーステアリング装置。
（ロ）前記磁石は円環状に形成されている請求項３又は技術的思想（イ）に記載の油圧式パワーステアリング装置。

Ｈ…ハウジング、Ｓ…油圧シリンダ、１１…油圧式パワーステアリング装置、１５…転舵シャフトとしてのラック軸、２２…ピストン、２３…第１油室、２４…第２油室、３０…切換弁、３３…排出ポート、３４…第１給排ポート、３５…第２給排ポート、３６…油路を構成する供給油路、３７…油路を構成する吸込油路、３８…油路を構成する排出油路、３９…油路を構成する第１給排油路、４０…油路を構成する第２給排油路、４５…異物除去部材としての永久磁石、５０…ポンプとしての電動ポンプ、６０…貯留タンク。

Claims (3)

1. 転舵シャフトと一体移動するピストンにより内部が第１油室及び第２油室に区画されるとともに、前記転舵シャフトのハウジング内に設けられる油圧シリンダと、
   作動油の貯留タンクと、
   前記貯留タンクから前記油圧シリンダに前記作動油を供給するポンプと、
   前記貯留タンクと前記油圧シリンダとを接続する油路に設けられ、前記第１油室及び第２油室に対する前記作動油の給排を切換可能な切換弁と、
   を備え、前記第１油室及び前記第２油室の間の油圧差に基づいて生じる力により前記ピストンとともに前記転舵シャフトを変位させることでステアリング操作をアシストする油圧式パワーステアリング装置であって、
   前記切換弁は、前記第１油室に接続される第１給排ポート、前記第２油室に接続される第２給排ポート、及び前記貯留タンクと接続される排出ポートを備えており、これらポートの少なくとも１つに、異物除去部材を設けたことを特徴とする油圧式パワーステアリング装置。
2. 前記異物除去部材は、前記排出ポートに設けられる請求項１に記載の油圧式パワーステアリング装置。
3. 前記異物除去部材は、磁石である請求項１又は請求項２に記載の油圧式パワーステアリング装置。

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