(57)【特許請求の範囲】
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【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Ｓ１  ，Ｓ２  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Ｓ１  ，Ｓ２  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Ｓ１  ，Ｓ２  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Ｓ１  ，Ｓ２  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Ｓ１  から他方の油室Ｓ２  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Ｓ１  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Ｓ２  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Ｓ２  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Ｓ１  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２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Ｈ１  は、ギヤハウジングであり、該ギヤハウジングＨ１  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Ｈ２  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Ｈ２  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Ｓ１  と油室Ｓ２  とに分割されており、これらの油室Ｓ１  ，Ｓ２  には、バルブハウジングＨ２  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Ｓ１  ，Ｓ２  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Ｈ２  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Ｈ２  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Ｈ２  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Ｈ２  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Ｓ１  に、更に、図示しない導圧管を介して他方の油室Ｓ２  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Ｓ１  ，Ｓ２  の一方に選択的に送給される。
【００２６】
バルブハウジングＨ２  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Ｓ１  ，Ｓ２  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Ｓ１  ，Ｓ２  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Ｓ１  ，Ｓ２  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Ｓ１  ，Ｓ２  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Ｓ１  ，Ｓ２  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Ｓ１  ，Ｓ２  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Ｓ１  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Ｓ２  側に押し付けられ、逆側（油室Ｓ１  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Ｓ１  ，Ｓ２  の内圧が逆転し、油室Ｓ２  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Ｓ２  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Ｓ１  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Ｓ１  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Ｓ１  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Ｓ１  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Ｓ２  から油室Ｓ１  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Ｓ１  ，Ｓ２  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
Ｈ１    ギヤハウジング
Ｈ２    バルブハウジング
Ｓ１    油室
Ｓ２    油室
【図１】
0003554839.tif 000002
【図２】
0003554839.tif 000003
【図３】
0003554839.tif 000004
【図４】
0003554839.tif 000005
【図５】
0003554839.tif 000006
【図６】
0003554839.tif 000007