JP2009113730A

JP2009113730A - 車両の後輪操舵装置

Info

Publication number: JP2009113730A
Application number: JP2007291378A
Authority: JP
Inventors: Masaya Morinaga; 真也盛永
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2007-11-08
Filing date: 2007-11-08
Publication date: 2009-05-28

Abstract

【課題】後輪操舵装置の台形ねじ部におけるガタ防止を容易且つ適切に行い、ノイズの発生や運転者に対する違和感を確実に抑える。
【解決手段】ハウジング１に対し回転可能に支持され、内周面に台形雌ねじ部１１が形成された第１のナット１０と、これに対して回転不能で軸方向に間隙を隔てて直列に配置され、内周面に台形雌ねじ部２１が形成された第２のナット２０と、ハウジング２に対し回転不能で軸方向移動可能に支持されると共に、外周面に台形雄ねじ部３１が形成され、これが第１及び第２のナットの台形雌ねじ部と常時螺合するように配置されるロッド３０を備える。更に、第１及び第２のナット間に介装され、所定の弾発力を発生する状態で保持される弾性部材（スプリング６０）を備え、その弾発力によって第１及び第２のナットの間隙を拡開する方向に付勢された状態で台形雌ねじ部が台形雄ねじ部と螺合されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両の後輪操舵装置に関し、特に、回転駆動手段による回転駆動力がねじ機構を介して軸方向駆動力に変換されて後輪を操舵する後輪操舵装置に係る。

車両の後輪操舵装置としては、一般的に、電気モータ等の回転駆動手段による回転駆動力がねじ機構を介して軸方向駆動力に変換されて後輪を操舵するように構成されている。例えば、下記の特許文献１には、ブラシレス電気モータと、これに連結された台形雌ねじと、これに螺合する台形雄ねじを有し車輪を操舵するための操作軸によって構成され、台形雌ねじ及び台形雄ねじから成るねじ機構を介して回転駆動力が軸方向駆動力に変換される装置が開示されている。

また、下記の特許文献２には、「騒音の発生が少なく低コストの後輪操舵装置を提供すること」を目的とし、後輪操舵装置において「メネジ部とオネジ部とを互いの軸心が偏心するように噛合させる」ことが提案されている。尚、下記の特許文献３には、転舵された後輪をばね手段の付勢力により中立位置に復帰させる後輪操舵装置の中立復帰機構が開示されている。

特開平７−４７９６３号公報特開平１１−２０７１３号公報特開平６−１０７２１８号公報

前掲の特許文献１及び２には、後輪操舵装置に関し、ねじ機構を介して回転駆動力が軸方向駆動力に変換される一般的な構成が開示されており、ねじ機構として逆効率０の台形ねじが利用されている。更に、特許文献２においては、台形ねじにおけるガタ防止が企図されているが、偏心量のバラツキや台形ねじの磨耗に対する調整等、必ずしも容易ではない。このようなバラツキ等を吸収するためには、ばね手段の付勢力を利用することが考えられるが、特許文献２に記載の後輪操舵装置に対し、例えば特許文献３に記載のばね手段を容易に適用し得るものではなく、仮に適用し得たとしても、ノイズの発生や運転者に対する違和感を抑えるまでには至らない。

そこで、本発明は、回転駆動手段による回転駆動力がねじ機構を介して軸方向駆動力に変換されて後輪を操舵する後輪操舵装置において、台形ねじ部におけるガタ防止を容易且つ適切に行い、ノイズの発生や運転者に対する違和感を確実に抑えることを課題とする。

上記の課題を達成するため、本発明は、請求項１に記載のように、ハウジングに支持された回転駆動手段の回転駆動力がねじ機構を介して軸方向駆動力に変換されて後輪を操舵する車両の後輪操舵装置において、前記ハウジングに対し回転可能に支持され、内周面に第１の軸方向距離の台形雌ねじ部が形成された第１のナットと、該第１のナットに対して回転不能で軸方向に間隙を隔てて直列に配置され、内周面に第２の軸方向距離の台形雌ねじ部が形成された第２のナットと、前記ハウジングに対し回転不能で軸方向移動可能に支持されると共に、前記第１の軸方向距離及び前記第２の軸方向距離の和より小である第３の軸方向距離の台形雄ねじ部が外周面に形成され、該台形雄ねじ部が前記第１のナットの台形雌ねじ部及び前記第２のナットの台形雌ねじ部と常時螺合するように配置されるロッドと、前記第１のナットと前記第２のナットとの間に介装され、所定の弾発力を発生する状態で保持される弾性部材とを備え、該弾性部材の弾発力によって前記第１のナットと前記第２のナットの間隙を拡開する方向に付勢された状態で、前記第１のナットの台形雌ねじ部及び前記第２のナットの台形雌ねじ部が前記ロッドの台形雄ねじ部と螺合されている構成としたものである。

上記後輪操舵装置において、請求項２に記載のように、前記第１のナットの外周面に軸方向のスプラインが形成されており、該スプラインに係合するスプラインが一端部の内周面に形成され、前記第２のナットに他端部が固定される円筒部材によって、前記第１のナットと前記第２のナットが連結されて成る構成とするとよい。

あるいは、請求項３に記載のように、前記第１のナットの外周面に軸方向のスプラインが形成されると共に、前記第２のナットの外周面に軸方向のスプラインが形成され、前記第１のナットのスプラインと前記第１のナットのスプラインに係合するスプラインが内周面に形成された第２の円筒部材によって、前記第１のナットと前記第２のナットが連結されて成る構成としてもよい。

上記後輪操舵装置において、前記回転駆動手段は、請求項４に記載のように、前記ハウジング内に収容された電気モータと、該電気モータの出力を減速する歯車機構とを備え、該歯車機構の出力側が前記第１のナットに接続される構成とするとよい。

本発明は上述のように構成されているので以下の効果を奏する。即ち、請求項１に記載の後輪操舵装置においては、弾性部材の弾発力によって第１のナットと第２のナットの間隙を拡開する方向に付勢された状態で、第１のナットの台形雌ねじ部及び第２のナットの台形雌ねじ部がロッドの台形雄ねじ部と螺合されているので、各台形ねじ部のバラツキに起因するガタ防止のみならず、各台形ねじ部の磨耗に起因するガタ防止も容易且つ適切に行い、ノイズの発生や運転者に対する違和感を確実に抑えることができる。

特に、請求項２あるいは請求項３に記載のように構成すれば、第１のナットと第２のナットを容易且つ適切に連結することができる。尚、前記回転駆動手段は、請求項４に記載のように構成すれば、確実に第１のナットに接続することができ、容易に操舵制御を行うことができる。

以下、本発明の望ましい実施形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に係る後輪操舵装置の全体構成を示し、ハウジング１に支持されたブラシレスモータ３の回転駆動力が、ねじ機構４を介して軸方向駆動力に変換されて車両の後輪（図示せず）が操舵されるように構成されている。本実施形態の回転駆動手段は、電気モータたるブラシレスモータ３と、その出力を減速する歯車機構たる遊星歯車列５０とを備え、その出力歯車たる遊星歯車５１が第１のナット１０に接続されている。即ち、ブラシレスモータ３の出力軸である中空回転軸５が遊星歯車列５０に接続され、その出力側の遊星歯車５１が回転可能に支持された回転部材５２が、第１のナット１０の一端部の外周に圧入されている。これにより、ブラシレスモータ３の回転力は、遊星歯車列５０によって減速された後、第１のナット１０に伝達される。

図２は、上記のねじ機構４を中心とした部分を拡大して示すもので、大径円筒状のハウジング１に対し、段付円筒状のハウジング２が環状部材２ｃによって接合されて車体（図示せず）に支持される。このハウジング１に対し軸受６を介して第１のナット１０が回転可能に支持されている。第１のナット１０の内周面には、第１の軸方向距離Ｌ１の台形雌ねじ部１１が形成されると共に、その軸方向両端の外周面にスプライン１２，１３が形成されている。また、第１のナット１０に対して回転不能で軸方向に間隙（ｄ）を隔てて直列に第２のナット２０が配置されており、その内周面には第２の軸方向距離Ｌ２の台形雌ねじ部２１が形成されている。

一方、車両の後輪（図示せず）に両端が連結されるロッド３０は、ハウジング１及び２に対し回転不能で軸方向移動可能に支持されている。図２に示すように、ロッド３０の中間部の外周面に、第１の軸方向距離Ｌ１及び第２の軸方向距離Ｌ２の和より小である第３の軸方向距離Ｌ３［即ち、Ｌ３＜（Ｌ１＋Ｌ２）］の台形雄ねじ部３１が形成されており、この台形雄ねじ部３１が第１のナット１０の台形雌ねじ部１１及び第２のナット２０の台形雌ねじ部２１と常時螺合するように配置されている。そして、図２の右端の外周面に形成されたスプライン３２が、ハウジング２の内周面に形成されたスプライン２ａに嵌合し、軸方向に移動可能であるが、回転不能に支持されている。

更に、図２に拡大して示すように、圧縮ばねのスプリング６０が第１のナット１０右端の環状段部１４と第２のナット２０左端の環状段部２４との間に介装され、所定の弾発力を発生し得る状態で、円筒部材４０によって第１のナット１０と第２のナット２０が連結されている。具体的には、円筒部材４０の一端部の内周面にスプライン４２が形成されており、これが第１のナット１０のスプライン１２に係合して回転不能状態とされ、円筒部材４０の他端部が螺子４１によって第２のナット２０に固定されている。而して、第２のナット２０は、第１のナット１０に対する相対的回転が阻止されているが、台形雌ねじ部１１及び２１間のガタの範囲内（間隙ｄの最大値未満のバックラッシュ）で相対的軸方向移動が可能な状態で支持されている。更に、弾性部材たるスプリング６０の弾発力によって、第１のナット１０と第２のナット２０の間隙が拡開する方向に付勢された状態で、第１のナット１０の台形雌ねじ部１１及び第２のナット２０の台形雌ねじ部２１がロッド３０の台形雄ねじ部３１と螺合されており、第１のナット１０及び第２のナット２０がそれぞれ軸方向（図２の左右方向）に押圧されて噛み合い状態になっているので、台形雌ねじ部１１及び２１と台形雄ねじ部３１との間のバックラッシュが埋められている。

而して、ブラシレスモータ３を回転させることにより、第１のナット１０及び第２のナット２０が回転し、噛み合い状態の台形雌ねじ部１１及び２１と台形雄ねじ部３１を介してロッド３０が軸方向に駆動され、後輪（図示せず）が操舵される。また、路面から後輪を介してロッド３０に入力される外力に対しては、台形ねじ（本実施形態では、台形雌ねじ部１１及び２１と台形雄ねじ部３１で構成される）の逆効率が０であることにより、第１のナット１０及び第２のナット２０は何れも回転せず、従って、後輪の位置を保持することが可能となる。この場合において、第１のナット１０と第２のナット２０との間に介装されたスプリング６０の弾発力によって両者間の間隙が相対的に軸方向に拡開され、後輪（図示せず）からの外力がスプリング６０の弾発力以下の範囲において、台形雌ねじ部１１及び２１と台形雄ねじ部３１との間のバックラッシュが埋められることになり、微小な外力に起因する違和感も容易に解消することができる。

例えば、ブラスレスモータ３の回転駆動力によってロッド３０を図２の左方向に移動させる場合、及び、後輪（図示せず）側からロッド３０に対し図２の右方向に外力が入力する場合には、図３（ハッチングを省略）に示すように、第１のナット１０の台形雌ねじ部１１の左歯面とロッド３０の台形雄ねじ部３１の右歯面の噛み合いによって、後輪が操舵され、あるいは後輪の位置が保持される。また、ロッド３０の移動方向が図２の右方向で、推力がスプリング６０の弾発力以下の場合、及び、後輪からの入力が図２の左方向で、且つ、その大きさがスプリング６０の弾発力以下の場合は、第２のナット２０の台形雌ねじ部２１の右歯面とロッド３０の台形雄ねじ部３１の左歯面の噛み合いによって、後輪が操舵され、あるいは後輪の位置が保持される。

これに対し、ロッド３０の移動方向が図２の右方向、あるいは、後輪（図示せず）からの入力が図２の左方向の場合で、ロッド３０の推力、あるいは、ロッド３０への入力が、スプリング６０の弾発力より大きくなると、ロッド３０は、スプリング６０を撓ませながら第２のナット２０を軸方向に移動させることになる。この軸方向移動は台形雌ねじ部１１及び２１と台形雄ねじ部３１との間のガタの量（即ち、バックラッシュ）だけ行われ、図４（ハッチングを省略）に示すように、ロッド３０の台形雄ねじ部３１の左歯面が第１のナット１０の台形雌ねじ部１１の右歯面に当接するまで行われる。従って、ロッド３０の移動方向が図２の右方向で、推力がスプリング６０の弾発力以上の場合、及び、後輪からの入力が図２の左方向で、且つ、その大きさがスプリング６０の弾発力以上の場合は、第１のナット１０の台形雌ねじ部１１の右歯面とロッド３０の台形雄ねじ部３１の左歯面の噛み合いによって、後輪が操舵され、あるいは後輪の位置が保持される。

以上のように、本実施形態によれば、第１のナット１０及び第２のナット２０の台形雌ねじ部１１及び２１とロッド３０の台形雄ねじ部３１との噛み合いが成立する位置まで、第１のナット１０及び第２のナット２０がスプリング６０の弾発力によって相対的に変位することから、各台形ねじ部の寸法にバラツキがあってもバックラッシュを埋めることが可能であり、摺動抵抗による出力低下も防止することができる。更に、各台形ねじ部が磨耗した場合においても、スプリング６０の弾発力により、第１のナット１０及び第２のナット２０が磨耗によるねじの歯厚減少分だけ変位するため、ガタは発生しない。

また、本実施形態においては、後輪（図示せず）からの最大外力に対し、第１のナット１０とロッド３０の各台形ねじ部が破断しないための噛み合い長さをＬｏとし、後輪を操舵するためのロッド３０（台形雄ねじ部３１）のストローク量をＳとすると、次のような関係となる。即ち、ロッド３０はストローク量Ｓだけ図２の左右にストロークするので、第１のナット１０とロッド３０の噛み合い長さの全長は〔Ｌｏ＋２Ｓ〕となる。而して、図示は省略するが、単一のナットの台形雌ねじ部の軸方向長さの範囲内でロッドの台形雄ねじ部が螺合して移動する一般的な形式の従来装置と比較すると、この従来装置ではロッドのストローク位置に関わらず、ナットとロッドの噛み合い長さ（Ｌｏ）は一定（ロッドの台形雄ねじ部の長さ）であるのに対し、本実施形態では、ロッド３０が（例えば、図２の右側に）最大ストロークした場合、即ち第１のナット１０との噛み合い長さが最小となる場合においても、噛み合い長さがＬｏとなるように配置されているため、（図２の右側の）最大ストローク時以外は、噛み合い長さがＬｏより大きくなり、台形ねじ部の強度が増大することになる。例えば、中立時の噛み合い長さは〔Ｌｏ＋Ｓ〕となり、左側最大ストローク時の噛み合い長さは〔Ｌｏ＋２Ｓ〕となる。

図５は本発明の他の実施形態におけるねじ機構を含む部分を拡大して示すもので、第１のナット１０のスプライン１２及び第２のナット２０のスプライン２２と、これらに係合するスプライン８１，８２が内周面に形成された第２の円筒部材８０によって、第１のナット１０と第２のナット１０が連結されている。尚、ここでは係合状態を区別して説明するため、スプライン８１，８２というように別の符号を付したが、第２の円筒部材８０の軸方向の全長に亘ってスプラインが形成されている。そして、第２の円筒部材８０は、止め輪１５及び８３によって外方への軸方向移動が規制されている。従って、図２の実施形態に比し螺子４１が不要となり、容易に組み付けることができる。

本発明の一実施形態に係る後輪操舵装置の主要構成を示す断面図である。本発明の一実施形態に係る後輪操舵装置のねじ機構を中心とする部分を拡大して示す断面図である。本発明の一実施形態における第１及び第２のナットの台形雌ねじ部とロッドの台形雄ねじ部との関係を示す断面図である。本発明の一実施形態における第１及び第２のナットの台形雌ねじ部とロッドの台形雄ねじ部との関係を示す断面図である。本発明の他の実施形態に係る後輪操舵装置のねじ機構を中心とする部分を拡大して示す断面図である。

符号の説明

１，２ハウジング
１０第１のナット
１１台形雌ねじ部
２０第２のナット
２１台形雌ねじ部
３０ロッド
３１台形雄ねじ部
４０円筒部材
５０遊星歯車列
６０スプリング

Claims

ハウジングに支持された回転駆動手段の回転駆動力がねじ機構を介して軸方向駆動力に変換されて後輪を操舵する車両の後輪操舵装置において、前記ハウジングに対し回転可能に支持され、内周面に第１の軸方向距離の台形雌ねじ部が形成された第１のナットと、該第１のナットに対して回転不能で軸方向に間隙を隔てて直列に配置され、内周面に第２の軸方向距離の台形雌ねじ部が形成された第２のナットと、前記ハウジングに対し回転不能で軸方向移動可能に支持されると共に、前記第１の軸方向距離及び前記第２の軸方向距離の和より小である第３の軸方向距離の台形雄ねじ部が外周面に形成され、該台形雄ねじ部が前記第１のナットの台形雌ねじ部及び前記第２のナットの台形雌ねじ部と常時螺合するように配置されるロッドと、前記第１のナットと前記第２のナットとの間に介装され、所定の弾発力を発生する状態で保持される弾性部材とを備え、該弾性部材の弾発力によって前記第１のナットと前記第２のナットの間隙を拡開する方向に付勢された状態で、前記第１のナットの台形雌ねじ部及び前記第２のナットの台形雌ねじ部が前記ロッドの台形雄ねじ部と螺合されていることを特徴とする車両の後輪操舵装置。
前記第１のナットの外周面に軸方向のスプラインが形成されており、該スプラインに係合するスプラインが一端部の内周面に形成され、前記第２のナットに他端部が固定される円筒部材によって、前記第１のナットと前記第２のナットが連結されて成ることを特徴とする請求項１記載の車両の後輪操舵装置。
前記第１のナットの外周面に軸方向のスプラインが形成されると共に、前記第２のナットの外周面に軸方向のスプラインが形成され、前記第１のナットのスプラインと前記第１のナットのスプラインに係合するスプラインが内周面に形成された第２の円筒部材によって、前記第１のナットと前記第２のナットが連結されて成ることを特徴とする請求項１記載の車両の後輪操舵装置。
前記回転駆動手段が、前記ハウジング内に収容された電気モータと、該電気モータの出力を減速する歯車機構とを備え、該歯車機構の出力側が前記第１のナットに接続されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の車両の後輪操舵装置。