JP2011126479A

JP2011126479A - パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP2011126479A
Application number: JP2009288918A
Authority: JP
Inventors: Kiyotaka Shirakubo; 清隆白窪; Yoshiki Takai; 良樹高井; Masayuki Uchihashi; 正幸内橋
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2009-12-21
Filing date: 2009-12-21
Publication date: 2011-06-30

Abstract

【課題】シリンダチューブ内周面の真円度を向上させることで、パワーシリンダの両圧力室間における作動油のリークを少なくとも抑制するようにしたパワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】シリンダチューブ３に当該シリンダチューブ３を車体に固定するためのブラケット９を溶接した後に、シリンダチューブ３のうち軸方向でブラケット９の溶接部Ｗ１，Ｗ２を含むように設定した切削加工領域Ａ２において、シリンダチューブ内周面３ａに切削加工を施し、当該シリンダチューブ内周面３ａに溶接ひずみによって形成された凸部を除去する。これにより、シリンダチューブ内周面３ａの真円度を向上させる。
【選択図】図５

Description

本発明は、車両に搭載されるパワーステアリング装置に関し、特に、操舵アシスト用のパワーシリンダを有するパワーステアリング装置に関する。

例えば特許文献１に記載されているように、パワーステアリング装置のパワーシリンダには、当該パワーシリンダを車体側に固定するためのブラケットが設けられている。そして、特許文献１に記載の技術では、上記ブラケットのうちパワーシリンダを抱持する略筒状のシリンダ保持部に、径方向内側に突出する凸部を周方向で等ピッチに複数設け、そのシリンダ保持部の凸部をシリンダチューブの外周面に溶接している。

特開２００９−１８６９２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、上記ブラケットをシリンダチューブに溶接しているため、シリンダチューブの周壁に溶接ひずみが生じ、シリンダチューブ内周面の真円度が大きく低下してしまう。その結果、シリンダチューブと当該シリンダチューブ内を軸方向に摺動するピストンとの間のシール性が低下し、パワーシリンダの両圧力室間で作動油がリークしてしまう虞がある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、シリンダチューブ内周面の真円度を向上させることで、パワーシリンダの両圧力室間における作動油のリークを少なくとも抑制するようにしたパワーステアリング装置を提供することを目的としている。

本発明は、上記シリンダチューブのうち上記ブラケットの溶接部を含む軸方向の所定領域を切削加工領域とし、その切削加工領域において、上記シリンダチューブの内周面が、上記シリンダチューブの軸心に直交する断面上で、所定の直径に予め設定した仮想の基準円から内方に突出しないように、当該シリンダチューブの内周面に切削加工を施してあることを特徴としている。

したがって、本発明によれば、シリンダチューブ内周面の真円度を向上し、パワーシリンダの両圧力室間における作動油のリークを少なくとも抑制することができる。

本発明の実施の形態を示すパワーステアリング装置の斜視図。図１におけるパワーシリンダの要部を示す部分断面図。図２におけるピストンの詳細を示す拡大図。図２におけるパワーシリンダを単体で示す平面図。図４のＡ−Ａ断面図。図４のＢ矢視図。図４のＣ−Ｃ線に沿った断面上におけるシリンダチューブ内周面の詳細を示す図であって、ブラケット溶接直後の状態を示す図。図７におけるシリンダチューブ内周面に切削加工を施した状態を示す図。シリンダチューブ内周面の切削加工に用いるクランプ治具を示す分解図。図９におけるクランプ治具をシリンダチューブに装着した状態を示す側面図。図１０のＤ矢視図。シリンダチューブ内周面の切削加工手順を示す説明図。

図１は、本発明のより好適な第１の実施の形態として、本発明にかかるパワーステアリング装置を示す斜視図である。また、図２は図１の要部を示す部分断面図である。

図１，２に示すように、パワーステアリング装置１は、操舵アシスト用のパワーシリンダ２と、そのパワーシリンダ２のうちシリンダチューブ３の軸方向一端に接続され、内部にピニオン軸４を収容するギヤケース５と、パワーシリンダ２のうちラック軸６の両端にそれぞれ接続された一対のタイロッド７，７と、パワーシリンダ２およびギヤケース５内への塵埃の進入を防止するための一対のブーツ８，８と、を備えている。そして、このパワーステアリング装置１のうち、シリンダチューブ３に溶接されたブラケット９と、ギヤケース５のブラケット部５ａと、が図示外のボルトによって車体側の連結部に固定されることになる。

パワーシリンダ２のシリンダチューブ３は、例えば鋼管材によって円筒状に形成されたものであって、その内部にはラック軸６が挿通している。ラック軸６の外周にはピストン１１が固定されており、このピストン１１は、予め定めたピストン摺動領域Ａ１内において、ラック軸６とともにシリンダチューブ３の軸方向で移動可能になっている。また、シリンダチューブ３のうちピストン摺動領域Ａ１の軸方向両側には一対の環状シール部材１０ａ，１０ｂが圧入固定され、これら両環状シール部材１０ａ，１０ｂの内周面が、ラック軸６の外周面に対してそれぞれ摺動可能に接触している。これにより、両環状シール部材１０ａ，１０ｂ同士の間に、ピストン１１によって仕切られた一対の圧力室１２ａ，１２ｂが隔成されている。

図３は、ピストン１１の詳細を示す拡大図である。

ピストン１１は、図３に示すように、略円環状に形成され、ラック軸６の外周面に嵌着されたピストン本体１１ａと、そのピストン本体１１ａの外周面に凹設された溝部１１ｂに嵌着され、ピストン本体１１ａの外周面とシリンダチューブ内周面３ａとの間をシールするピストンシール１１ｃと、を有している。そして、ピストンシール１１ｃは、径方向に圧縮変形しつつシリンダチューブ内周面３ａに弾性的に当接している。すなわち、ピストンシール１１ｃがシリンダチューブ内周面３ａに摺動しつつ、ピストン１１がラック軸６とともにシリンダチューブ３内を軸方向に移動することにより、両圧力室１２ａ，１２ｂの容積が増減するようになっている。

一方、図１に示すピニオン軸４は、周知のように、ギヤケース５の内部でラック軸６と噛合しており、当該ピニオン軸４とラック軸６とをもっていわゆるラック＆ピニオン式のステアリングギヤ１３が転舵機構として構成されている。すなわち、ピニオン軸４が回転すると、ラック軸６が両タイロッド７，７とともに軸方向に移動し、それら両タイロッド７，７に接続される図示外の転舵輪が転向するようになっている。

さらに、シリンダチューブ３ａの周壁のうちピストン摺動領域Ａ１の両端に相当する部分には、両圧力室１２ａ，１２ｂにそれぞれ連通する一対のポート１４ａ，１４ｂが設けられ、これら両ポート１４ａ，１４ｂと図示外のコントロールバルブとが一対の配管１５ａ，１５ｂによってそれぞれ接続されている。そして、図示外のコントロールバルブによって両圧力室１２ａ，１２ｂへ供給する油圧を制御することにより、ピストン１１を介してラック軸６に操舵アシスト力を付与するようになっている。

図４〜６はシリンダチューブ３を単体で示す図であって、そのうち図４はシリンダチューブ３の平面図、図５は図４のＡ−Ａ断面図、図６は図４のＢ矢視図である。

図４〜６に示すように、ブラケット９は、シリンダチューブ３の外周面に沿って、当該シリンダチューブ３の半周以上を抱持するように設けられた略不完全円筒状のシリンダ保持部９ａと、そのシリンダ保持部９ａの周方向両端から径方向外側に向けて互いに平行に延出した一対のカラー保持部９ｂ，９ｂと、それら両カラー保持部９ｂをそれぞれ挿通し、それら両カラー保持部９ｂ，９ｂに溶接されたカラー９ｃと、を備えている。そして、カラー９ｃの内周側にブッシュ１６（図２参照）が装着され、当該ブッシュ１６を挿通する図示外のボルトによってシリンダチューブ３が車体に締結されることになる。

シリンダ保持部９ａは、その軸方向の中間部に略矩形状の窓部９ｄが開口形成されている一方、当該シリンダ保持部９ａのうち軸方向両端縁部にそれぞれ設定した両溶接部Ｗ１，Ｗ２をもって、シリンダチューブ３のうちピストン摺動領域Ａ１に相当する部分の外周に溶接されている。なお、両溶接部Ｗ１，Ｗ２は、シリンダ保持部９ａの軸方向両端縁部のうち周方向の略全域にわたって設定されている。

図７，８は、シリンダチューブ３のうち図４のＣ−Ｃ線に沿った断面上におけるシリンダチューブ内周面３ａの詳細を示す断面図であって、そのうち図７はシリンダチューブ３にブラケット９を溶接した直後におけるシリンダチューブ内周面３ａを示す図、図８はシリンダチューブ３にブラケット９を溶接した後、後述する切削加工を施した最終製品状態におけるシリンダチューブ内周面３ａを示す図である。

ここで、このようにブラケット９をシリンダチューブ３に溶接すると、図７に示すように、シリンダチューブ内周面３ａの真円度が溶接ひずみによって低下することになる。これにより、シリンダチューブ内周面３ａのうち溶接部Ｗ１，Ｗ２に相当する部分には、後述する非切削加工領域Ａ３，Ａ４（図５参照）におけるシリンダチューブ内周面３ａの断面形状と略同一形状に設定した仮想の基準円Ｒと比較して、内周側に向かって突出した凸部１７と、外周側に窪んだ凹部１８と、が形成される。なお、基準円Ｒについてより詳しく説明すると、当該基準円Ｒはシリンダチューブ内周面３ａ成形時の基本となる真円であって、その径はシリンダチューブ内周面３ａの基準寸法に設定してある。また、図７，８では、シリンダチューブ内周面３ａの凸部１７および凹部１８を便宜上誇張して描いている。

そして、このようにシリンダチューブ内周面３ａに溶接ひずみが発生すると、シリンダチューブ内周面３ａの凸部１７とピストンシール１１ｃとの摺動抵抗が大きくなり、ピストン１１のスムーズな移動が阻害されてしまう虞がある。また、場合によっては、凸部１７とピストンシール１１ｃとの摺動抵抗が過大となって当該ピストンシール１１ｃが破損し、両圧力室１２ａ，１２ｂ間で作動油がリークしてしまう虞もある。なお、ピストン１１は、シリンダチューブ内周面３ａの凹部１８に対してはピストンシール１１ｃの弾性によって追従することから、当該凹部１８との間の液密性は確保されることになる。

そのため、本実施の形態では、図５に示すように、シリンダチューブ３のうち両溶接部Ｗ１，Ｗ２を含む軸方向の所定領域を切削加工領域Ａ２とし、シリンダチューブ３にブラケット９を溶接した後に、溶接ひずみによって発生した凸部１７を除去すべく、切削加工領域Ａ２においてシリンダチューブ内周面３ａに切削加工を施している。換言すれば、ピストン摺動領域Ａ１のうち溶接ひずみが比較的大きく発生する領域を切削加工領域Ａ２とする一方、ピストン摺動領域Ａ１のうち切削加工領域Ａ２の軸方向両側の領域では溶接ひずみの影響が比較的少ないことから、その領域を一般領域たる非切削加工領域Ａ３，Ａ４としている。これにより、図８に示すように、シリンダ内周面３ａの凸部１７を除去してある。

以下、シリンダチューブ内周面３ａの切削加工手順について説明する。

図９〜１１は、シリンダチューブ内周面３ａの切削加工時に用いるクランプ治具を示す図であって、そのうち図９は、当該クランプ治具の分解図、図１０はシリンダチューブ３にクランプ治具を装着した状態を示す側面図、図１１は図１０のＤ矢視図である。また、図１２は、シリンダチューブ内周面３ａの切削加工時における切削工具の移動軌跡を示す説明図であって、シリンダチューブ３の軸方向半断面図である。

図９〜１１に示すように、上述したようなシリンダチューブ内周面３ａの切削加工は、ブラケット９溶接時の溶接ひずみによって真直度が低下したシリンダチューブ３の軸心の曲がりを、矯正治具であるクランプ治具１９によって矯正しつつ行うことになる。

クランプ治具１９は、略半割円筒形状にそれぞれ形成された第１治具片２０と第２治具片２１とからなるいわゆる半割構造のものであって、これら両治具片２０，２１をもって形成される略円筒状の受容空間１９ａにシリンダチューブ３を受容することになる。

第１治具片２０の内周面は、シリンダチューブ外周面３ｂのうち反カラー９ｃ側の半部を径方向外側から拘束する略半割円筒状の第１クランプ面２０ａとして形成されており、その第１クランプ面２０ａのうちブラケット９に相当する軸方向位置には、そのブラケット９のシリンダ保持部９ａを受容する第１逃げ凹部２０ｂが凹設されている。

また、第２治具片２１の内周面は、シリンダチューブ外周面３ｂのうちカラー９ｃ側の半部を径方向外側から拘束する略半割円筒形状の第２クランプ面２１ａとして形成されており、その第２クランプ面２１ａのうちブラケット９に相当する軸方向位置には、そのブラケット９のシリンダ保持部９ａを受容する第２逃げ凹部２１ｂが凹設されているとともに、その第２逃げ凹部２１ｂにはブラケット９のカラー保持部９ｂが挿通する窓部２１ｃが開口形成されている。

そして、両クランプ面２０ａ，２１ａ間に形成される受容空間１９ａにシリンダチューブ３を受容し、複数のボルト２２によって両治具片２０，２１同士を両者の接近・離間方向で締結することにより、シリンダチューブ外周面３ｂが両クランプ面２０ａ，２１ａによって径方向外側から拘束され、当該シリンダチューブ３の軸心の曲がりが矯正される。

このようにしてシリンダチューブ３をクランプ治具１９に取り付けたならば、当該クランプ治具１９を図示外のＮＣ旋盤のチャックにいわゆる片持ち状態で装着し、シリンダチューブ３をその軸心回りでクランプ治具１９とともに回転させながら、図示外の切削工具である中ぐりバイトをシリンダチューブ３内に挿入し、シリンダチューブ内周面３ａの切削加工を行うことになる。なお、クランプ治具１９を図示外のＮＣ旋盤のチャックに装着する際には、当該クランプ治具１９の軸方向一端面を図示外のチャックの端面に突き当てることにより、そのクランプ治具１９を軸方向で位置決めすることになる。

シリンダチューブ内周面３ａの切削加工は、図１２に示すように、予めプログラミングされた所定の軌跡に沿って図示外の中ぐりバイトを移動させる複数回の送り操作パスＰ１〜Ｐ４により、シリンダチューブ３の径方向で所定の切り込みを与えつつ当該シリンダチューブ３の軸方向へ図示外の切削工具を送り移動させることでなされる。なお、図１２のＰ１〜Ｐ４は、各送り操作パスにおける切削工具の刃部の移動軌跡を示している。

詳しくは、図示外の中ぐりバイトとして荒削りバイトを用いた３回の荒削り操作パスＰ１〜Ｐ３によって粗削り加工を行った上で、図示外の中ぐりバイトとして仕上げバイトを用いた仕上げ操作パスＰ４によって仕上げ加工を行うことになる。つまり、シリンダチューブ内周面３ａの荒削り加工を３回の荒削り操作パスＰ１〜Ｐ３に分け、１回の荒削り操作パス毎の切り込み量を比較的少量にすることにより、切削抵抗によってシリンダチューブ３および図示外の荒削りバイトが径方向に撓む、いわゆる逃げを抑制するとともに、その荒削りバイトの長寿命化を図っている。また、このようにシリンダチューブ内周面３ａを旋削すると、当該シリンダチューブ内周面３ａに周方向に沿った図示外の条痕が加工模様として残ることになるが、上記荒削り加工後の仕上げ加工により、上記条痕を細かくしてシリンダチューブ内面３ａの表面粗さを改善し、上記条痕によるピストンシール１１ｃへの攻撃性を低下させている。

さらに詳しくは、各送り操作パスＰ１〜Ｐ４では、両非切削加工領域Ａ３，Ａ４と切削加工領域Ａ２との境界部分において、図示外の中ぐりバイトの刃部の軌跡を、切削加工領域Ａ２側に向かってシリンダチューブ３の径方向外側に傾斜するように設定している。これにより、図示外の中ぐりバイトの刃部を仮想の円錐面に沿った螺旋状の軌跡をもってシリンダチューブ内周面３ａに対して相対移動させ、シリンダチューブ内周面３ａが、切削加工領域Ａ２と両非切削加工領域Ａ３，Ａ４との境界部分で段差を生じることなく滑らかに連続するようにしている。

また、仕上げ操作パスＰ４では、シリンダチューブ３の軸心に直交する断面上で、図示外の仕上げバイトの刃部が基準円Ｒに沿ってシリンダチューブ３に対して相対移動するように設定してある。これにより、図８に示すように、シリンダチューブ内周面３ａの凸部１７が基準円Ｒに沿って除去されることになる。

そして、このようにシリンダチューブ内周面３ａの凸部１７を除去したならば、シリンダチューブ３からクランプ治具１９を取り外し、当該シリンダチューブ３内の切粉を完全に除去すべく十分な洗浄を行う。なお、シリンダチューブ３からクランプ治具１９を取り外すと、溶接ひずみによって生じたシリンダチューブ３の軸心の曲がりは元に戻ることになるが、ピストン１１の移動時にはこの軸心の曲がりがピストンシール１１ｃの弾性によって吸収され、当該ピストン１１のスムーズな移動が阻害されることはない。

したがって、本実施の形態によれば、シリンダチューブ内周面３ａの真円度が向上し、ピストン１１がシリンダチューブ３内でスムーズに動作できるようになって操舵フィーリングが向上する上、パワーシリンダ２の両圧力室１２ａ，１２ｂ間における作動油のリークを防止することができる。

また、切削加工時にクランプ治具１９をシリンダチューブ３に装着することにより、シリンダチューブ３の軸心と当該シリンダチューブ３の回転中心との同軸性が高まり、シリンダチューブ内周面３ａを高精度に切削加工できるようになる。その上、切削加工時にシリンダチューブ３の真直度の製品毎のばらつきが少なくなり、シリンダチューブ３内に図示外の中ぐりバイトを挿入する際に、当該中ぐりバイトを非切削加工領域Ａ３，Ａ４でシリンダチューブ内周面３ａに干渉させることなく容易に切削加工領域Ａ２まで移動させることができるから、切削加工の作業性が向上するメリットがある。

さらに、ＮＣ旋盤を用いてシリンダチューブ３のピストン摺動領域Ａ１のうち切削加工領域Ａ２のみを旋削し、非切削加工領域Ａ３，Ａ４には切削加工を施さないようにしているため、シリンダチューブ３のうちピストン摺動領域Ａ１の全域を切削加工する場合と比較し、コスト的に有利になるメリットもある。

ここで、上記各実施の形態から把握される技術的思想であって、特許請求の範囲に記載していないものを、その効果とともに以下に記載する。
（１）上記基準円は、上記シリンダチューブのうち上記切削加工領域を除く一般領域の内径と略同径に設定してあることを特徴とする請求項１に記載のパワーステアリング装置。
（１）に記載の技術的思想では、上記一般領域と切削加工領域との境界部分で、上記シリンダチューブの内周面に段差を生じることを防止し、上記ピストンをスムーズに作動させることができるようになる。
（２）上記切削加工領域において、上記シリンダチューブの内周面を切削工具によって旋削してあることを特徴とする請求項１または（１）に記載のパワーステアリング装置。
（２）に記載の技術的思想では、上記シリンダチューブのうち切削加工領域のみを切削加工することができるから、上記シリンダチューブの内周面のうち軸方向の全域に切削加工を施す場合と比べ、コストを削減することができる。
（３）上記切削加工領域の軸方向両端部のうち少なくとも一方と一般領域との間の境界部分において、上記切削加工領域側に向かって上記シリンダチューブの径方向外側に傾斜する軌跡をもって切削工具を送り運動させることにより、上記切削加工領域に切削加工を施してあることを特徴とする（２）に記載のパワーステアリング装置。
（３）に記載の技術的思想では、上記一般領域と切削加工領域との境界部分で、上記シリンダチューブの内周面を滑らかに連続させることができるから、上記ピストンをよりスムーズに作動させることができるようになる。
（４）上記切削加工領域において、上記シリンダチューブの軸心の曲がりを矯正する矯正治具を上記シリンダチューブに装着した状態で、当該シリンダチューブの内周面を切削加工してあることを特徴とする請求項１または（１）〜（３）のいずれかに記載のパワーステアリング装置。
（４）に記載の技術的思想では、上記矯正治具によって上記シリンダチューブの軸心の真直度を高めた状態で切削加工を施すことで、上記シリンダチューブの内周面をより高精度に切削加工することができるほか、その切削加工時に切削工具を上記シリンダチューブ内へ容易に挿入することができるようになるから、切削加工の作業性を高めることができる。

１…パワーステアリング装置
２…パワーシリンダ
３…シリンダチューブ
３ａ…シリンダチューブ内周面
４…ピニオン軸
６…ラック軸
９…ブラケット
１１…ピストン
１２ａ，１２ｂ…圧力室
１３…ステアリングギヤ（転舵機構）
Ａ２…切削加工領域
Ｗ１，Ｗ２…ブラケットの溶接部
Ｒ…基準円

Claims

ピニオン軸の回転運動をラック軸の直線運動に変換する転舵機構と、
シリンダチューブと、そのシリンダチューブ内に一対の圧力室を隔成するピストンと、上記シリンダチューブを車体側に固定するためのブラケットと、を有するパワーシリンダと、
を備えていて、上記パワーシリンダによって上記転舵機構に操舵アシスト力を付与するようになっているパワーステアリング装置において、
上記ブラケットが上記シリンダチューブに溶接されている一方、上記シリンダチューブのうち上記ブラケットの溶接部を含む軸方向の所定領域を切削加工領域とし、その切削加工領域において、上記シリンダチューブの内周面が、上記シリンダチューブの軸心に直交する断面上で、所定の直径に予め設定した仮想の基準円から内方に突出しないように、当該シリンダチューブの内周面に切削加工を施してあることを特徴とするパワーステアリング装置。