JP2010260390A - 後輪操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】後輪操舵装置にて、ネジ機構における噛合部でのバックラッシュの適正化を図るとともに、各タイロッドから操舵軸の径方向に作用する外力に起因して雄ネジと雌ネジのネジ面での滑りを防止すること
【解決手段】後輪操舵装置において、操舵軸４０の一端部（形状変更部４０ａ）に対して径方向に押圧力Ｎを付与し台形雄ネジ６２ａを台形雌ネジ６１ａに向けて押圧する押圧力付与手段７０が、ハウジング１０に設けられる。押圧力付与手段７０は、その押圧力Ｎが各タイロッドから操舵軸４０の径方向に作用する外力（Ｆｓｉｎθ）の作用方向と逆方向になるように配置され、かつその押圧力Ｎは、前記外力の想定最大値より大きく設定される。各タイロッドから操舵軸の径方向に前記想定最大値以下の外力が作用するとき、押圧力付与手段７０による押圧力Ｎを台形雌ネジ６１ａと所定比率Ａ：Ｂで分担して受承する押圧力受承手段８０が、ハウジング１０に設けられる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、後輪操舵装置に関し、ハウジングに対して回転可能かつ軸方向に移動不能に組付けられた電動機の中空回転軸と、この中空回転軸を貫通しハウジングに対して回転不能かつ軸方向に移動可能に組付けられて車両の左右方向に延びる操舵軸と、この操舵軸の左右各端部に連結されて操舵軸の軸方向移動に伴い後輪を転舵させる左右一対のタイロッドを備えるとともに、中空回転軸と同軸的かつ一体回転可能に配置されてハウジングに対して回転可能かつ軸方向に移動不能に組付けられた雌ネジと、操舵軸の中間部と一体に構成されて雌ネジに噛合する雄ネジを有し、中空回転軸の回転を操舵軸の軸方向移動に変換するネジ機構を備えた後輪操舵装置に関する。

この種の後輪操舵装置においては、ネジ機構の噛合部にバックラッシュ（雄ネジと雌ネジの軸方向隙間）が存在し、車両走行時に、上記したバックラッシュに起因してネジ機構の噛合部にガタツキが生じて、後輪のフラツキを感じるおそれがある。このため、下記特許文献１に記載されている後輪操舵装置においては、操舵軸（移動部材）の一端部（被押し付け部）を径方向（軸方向に垂直な方向）に押し付ける押圧力付与手段（弾性力付勢手段）が、ハウジングに設けられている。

特開２００１−１４６１７３号公報

上記特許文献１に記載されている後輪操舵装置においては、押圧力付与手段による押圧力（弾性力）により、操舵軸の一端部が径方向に押し付けられているため、操舵軸の中間部と一体に構成された雄ネジが、雌ネジに対して接触する位置まで強制的に偏心して配設される。このため、ネジ機構の噛合部でのバックラッシュを小さく（極小化）することができて、車両走行時に後輪のフラツキを低減させることが可能である。

ところで、上記特許文献１に記載されている後輪操舵装置においては、各タイロッドから操舵軸の径方向に作用する外力（径方向分力）に基づいて、押圧力付与手段の配置、および押圧力付与手段による押圧力の大きさが考慮されていないため、車両走行時（車両が標準車高付近で直進状態付近にあるとき）に、各タイロッドから操舵軸の径方向に外力（径方向分力）が作用すると、雄ネジと雌ネジが上記した外力に起因してネジ面にて滑る場合がある。したがって、この場合には、雄ネジと雌ネジのネジ面での滑りに起因して操舵軸が軸方向移動し、後輪が意図せずに微少量転舵されるおそれがある。

本発明は、上記した課題に対処すべくなされたものであり、ハウジングに対して回転可能かつ軸方向に移動不能に組付けられた電動機の中空回転軸と、この中空回転軸を貫通し前記ハウジングに対して回転不能かつ軸方向に移動可能に組付けられて車両の左右方向に延びる操舵軸と、この操舵軸の左右各端部に連結されて前記操舵軸の軸方向移動に伴い後輪を転舵させる左右一対のタイロッドを備えるとともに、前記中空回転軸と同軸的かつ一体回転可能に配置されて前記ハウジングに対して回転可能かつ軸方向に移動不能に組付けられた雌ネジと、前記操舵軸の中間部と一体に構成されて前記雌ネジに噛合する雄ネジを有し、前記中空回転軸の回転を前記操舵軸の軸方向移動に変換するネジ機構を備え、前記操舵軸の一端部に対して径方向に押圧力を付与し前記雄ネジを前記雌ネジに向けて押圧する押圧力付与手段が前記ハウジングに設けられている後輪操舵装置において、前記押圧力付与手段は、その押圧力が前記各タイロッドから前記操舵軸の径方向に作用する外力の作用方向と逆方向になるように配置され、かつその押圧力は、前記外力の想定最大値より大きく設定され、前記各タイロッドから前記操舵軸の径方向に前記想定最大値以下の外力が作用するとき、前記押圧力付与手段による前記押圧力を前記雌ネジとにより所定比率で分担して受承する押圧力受承手段が前記ハウジングに設けられていることに特徴がある。

本発明における後輪操舵装置においては、押圧力付与手段および押圧力受承手段が上述したように構成されているため、各タイロッドから操舵軸の径方向に作用する外力（径方向分力）が想定最大値（車両走行時に各タイロッドから操舵軸の径方向に作用する外力の通常想定される範囲の最大値）以下であるとき、押圧力付与手段による押圧力は、押圧力受承手段と雌ネジにより所定比率で分担して受承される。

このため、車両走行時に各タイロッドから操舵軸の径方向に作用する外力が想定最大値以下であれば、上記した外力に対して操舵軸に作用している押圧力が機能して、ネジ機構における噛合部でのバックラッシュ（雄ネジと雌ネジの軸方向隙間）の適正化が図られるとともに、雄ネジと雌ネジが上記した外力に起因してネジ面にて滑ることが防止される。したがって、車両走行時に、バックラッシュに起因する後輪のフラツキを低減することができるとともに、雄ネジと雌ネジのネジ面での滑りに起因する操舵軸の軸方向移動を防止することができて、後輪が意図せずに微少量転舵されることを防止することが可能である。

また、押圧力付与手段による押圧力が、押圧力受承手段と雌ネジにより所定比率で分担して受承されるため、押圧力受承手段が設けられていない場合に比して、雌ネジにて受承される押圧力を小さくすることが可能である。このため、押圧力付与手段により付与される押圧力を、上述したように外力の最大想定値より大きく設定したとしても、雌ネジにて受承される押圧力が過度に大きくなることを防止でき、電動機の作動時に電動機の回転負荷が過度に大きくなることを防止することが可能である。

また、本発明の実施に際して、前記押圧力受承手段は、前記ハウジングに対して前記操舵軸の径方向に進退可能かつ位置調整可能に組付けられた調整ボルトと、この調整ボルトに組付けられて前記操舵軸を軸方向移動可能に受承する受承部材を備えていることも可能である。この場合には、受承部材により、操舵軸の軸方向移動を円滑にしつつ、押圧力付与手段による押圧力の一部を的確に受承することが可能である。また、調整ボルトの位置を調整することで、受承部材にて受承される押圧力を増減することができ、受承部材と雌ネジにて分担して受承される押圧力の所定比率を容易に変更することができて、雌ネジにて受承される押圧力を容易に最適値に設定することが可能である。

本発明における後輪操舵装置の一実施形態を概略的に示した全体構成図である。 図１の部分拡大縦断断面図である。 図２の３−３線に沿った拡大断面図である。 押圧力付与手段による押圧力を押圧力受承手段と雌ネジが分担して受承するときの作動説明図である。

以下に本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明による後輪操舵装置を示していて、この後輪操舵装置は、図２に示したように、ハウジング１０と、このハウジング１０に組付けられている電動機２０と、この電動機２０を貫通しハウジング１０に対して軸方向に移動可能に組付けられている操舵軸４０と、この操舵軸４０の左右各端部に連結されている左右一対のタイロッド５０Ｌ，５０Ｒを備えている。また、後輪操舵装置は、電動機２０の中空回転軸２２の回転を操舵軸４０の軸方向移動に変換する台形ネジ機構６０と、ハウジング１０に組付けられて操舵軸４０を径方向に押圧している押圧力付与手段７０と、押圧力付与手段７０による押圧力の一部を受承している押圧力受承手段８０を備えている。

ハウジング１０は、車体側部材（図示省略）に固定されていて、車両の左右方向に延びており、円筒状に形成されている（図４参照）。電動機２０は、ハウジング１０に固定されているモータ本体２１と、このモータ本体２１に対して回転可能に組付けられている中空回転軸２２を有していて、電気制御装置ＥＣＵにより作動を制御されている。中空回転軸２２は、右端部にて軸受Ｂｒ１を介してハウジング１０に回転可能かつ軸方向（車両の左右方向）に移動不能に組付けられ、左端部にて軸受Ｂｒ２を介してハウジング１０に回転可能かつ軸方向に移動不能に組付けられている。なお、電気制御装置ＥＣＵは、モータ本体２１と舵角センサＳ１と車速センサＳ２に接続されていて、両センサＳ１，Ｓ２から得られる操舵状況に応じて電動機２０の作動を制御するように構成されている。

操舵軸４０は、図２に示したように、車両の左右方向に延びていて、中間部に台形ネジ機構６０におけるネジ軸６２を一体に有し、中間部より左方の一端部に断面が下向きの三角形状である形状変更部４０ａ（図３参照）を有している。この操舵軸４０は、外スプライン４０ｂにてハウジング１０に設けた内スプライン１０ａにスプライン嵌合されている。これにより、操舵軸４０は、ハウジング１０に対して回転不能かつ軸方向に移動可能に組付けられている。なお、操舵軸４０の右方部分は、中空軸４０ｃで構成されていて、その右端部はハウジング１０から突出している。

各タイロッド５０Ｌ，５０Ｒは、図１および図２に示したように、操舵軸４０の左右各端部に組付けられたボールジョイント４１Ｌ，４１Ｒに揺動可能に接続されていて、操舵軸４０の軸方向移動に伴い左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２を転舵させるようになっている。また、各タイロッド５０Ｌ，５０Ｒは、車両走行時（車両が標準車高付近で直進状態付近にあるとき）において操舵軸４０の軸線Ｏ１に対して所定角θ傾斜している。これにより、車両走行時に左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２から各タイロッド５０Ｌ，５０Ｒに入力された外部入力Ｆが、操舵軸４０に作用するとき、各タイロッド５０Ｌ，５０Ｒから操舵軸４０の径方向に作用する外力（上記した外部入力Ｆの径方向分力）はＦｓｉｎθとなる。なお、図２は、外力Ｆｓｉｎθの作用方向が図２の下方となる切断面でハウジング１０等を切断した断面図である。

台形ネジ機構６０は、図２および図４に概略的に示したように、中空回転軸２２と操舵軸４０の間に同軸的に介装されていて、ナット６１とネジ軸６２を備えている。ナット６１は、内周に台形雌ネジ６１ａを有していて、軸受Ｂｒ３およびサークリップ１２等を用いてハウジング１０に対して回転可能かつ軸方向に移動不能に組付けられている。また、ナット６１は、右端にて電動機２０における中空回転軸２２の左端に一体回転可能に連結されている。ネジ軸６２は、外周に台形雌ネジ６１ａと噛合する台形雄ネジ６２ａを有していて、台形雄ネジ６２ａは、押圧力付与手段７０による押圧力Ｎにより（図４参照）、台形雌ネジ６１ａに向けて押圧されている。なお、台形雌ネジ６１ａと台形雄ネジ６２ａのリード角は、静的に逆効率がゼロとなるように設計されている。

押圧力付与手段７０は、図２〜図４に示したように、操舵軸４０の形状変更部４０ａに対して径方向に押圧力を付与し台形雄ネジ６２ａを台形雌ネジ６１ａに向けて押圧するためのものであり、その押圧力Ｎが各タイロッド５０Ｌ，５０Ｒから操舵軸４０の径方向に作用する外力Ｆｓｉｎθの作用方向（図２の下方向）と逆方向（図２の上方向）となるように配置されている。この押圧力付与手段７０は、左右一対のメタルブッシュ７１Ｌ，７１Ｒと、ガイド部材７２と、調整ボルト７３と、圧縮コイルスプリング７４を備えている。

各メタルブッシュ７１Ｌ，７１Ｒは、図３に示したように、操舵軸４０を軸方向移動可能に押圧するためのものであり、ガイド部材７２に組付けられていて、操舵軸４０の形状変更部４０ａにおける左側面４０ａ１および右側面４０ａ２に摺動可能に係合している。これにより、操舵軸４０の形状変更部４０ａは、図３の上下方向に僅かに移動可能で、図３の左右方向の移動を規制されている。ガイド部材７２は、調整ボルト７３の内孔７３ａ内にて図３の上下方向に摺動可能に嵌合されている。

調整ボルト７３は、ハウジング１０外に突出する六角形の頭部７３ｂを有していて、ハウジング１０に対して操舵軸４０の径方向（図３の上下方向）に進退可能かつ位置調整可能に組付けられている。圧縮コイルスプリング７４は、ガイド部材７２と調整ボルト７３の間に介装されていて、調整ボルト７３の位置調整によってバネ力を調整可能であり、形状変更部４０ａに対して図３の上方向に押圧力Ｎを付与している。この押圧力付与手段７０による押圧力Ｎは、車両走行時に各タイロッド５０Ｌ，５０Ｒから操舵軸４０の径方向に作用する外力Ｆｓｉｎθにおいて通常想定される範囲の最大値（想定最大値）より大きく設定されている。

押圧力受承手段８０は、図２〜図４に示したように、ハウジング１０に組付けられていて、押圧力付与手段７０との間で操舵軸４０の形状変更部４０ａを挟むように、押圧力付与手段７０と対向配置されている。この押圧力受承手段８０は、メタルブッシュ８１（受承部材）と、調整ボルト８２を備えている。メタルブッシュ８１は、操舵軸４０を軸方向移動可能に受承するためのものであり、調整ボルト８２に組付けられていて、操舵軸４０の形状変更部４０ａにおける上面４０ａ３に摺動可能に係合している。調整ボルト８２は、ハウジング１０外に突出する六角形の頭部８２ａを有していて、ハウジング１０に操舵軸４０の径方向（図３の上下方向）に進退可能かつ位置調整可能に組付けられている。この調整ボルト８２の位置調整によって、押圧力受承手段８０にて受承される押圧力Ａ（図４参照）を増減させることが可能である。

この実施形態においては、図４に示したように、押圧力付与手段７０による押圧力Ｎを押圧力受承手段８０（メタルブッシュ８１）とナット６１における台形雌ネジ６１ａにて所定比率Ａ：Ｂで分担して受承していて、押圧力受承手段８０にて受承される押圧力がＡであり、台形雌ネジ６１ａにて受承される押圧力がＢとなっている（Ｎ＝Ａ＋Ｂ）。なお、押圧力受承手段８０にて受承される押圧力Ａ、および台形雌ネジ６１ａにて受承される押圧力Ｂは、モータ本体２１の無負荷電流などにより測定を行い、押圧力受承手段８０にて受承される押圧力Ａ、および台形雌ネジ６１ａにて受承される押圧力Ｂが設計値に合うように調整ボルト７３，８２の位置調整を行う。

上記のように構成した実施形態においては、押圧力付与手段７０および押圧力受承手段８０が上述したように構成されているため、各タイロッド５０Ｌ，５０Ｒから操舵軸４０の径方向に作用する外力Ｆｓｉｎθが想定最大値（車両走行時に前記外力Ｆｓｉｎθにおいて通常想定される範囲の最大値）以下であるとき、押圧力付与手段７０による押圧力Ｎは、図４に示したように、押圧力受承手段８０と台形雌ネジ６１ａにより所定比率Ａ：Ｂで分担して受承される。

このため、車両走行時に各タイロッド５０Ｌ，５０Ｒから操舵軸４０の径方向に作用する外力Ｆｓｉｎθが想定最大値以下であれば、上記した外力Ｆｓｉｎθに対して操舵軸４０に作用している押圧力Ｎが機能して、台形ネジ機構６０における噛合部でのバックラッシュの適正化が図られるとともに、台形雄ネジ６２ａと台形雌ネジ６１ａが上記した外力Ｆｓｉｎθに起因してネジ面にて滑ることが防止される。したがって、車両走行時に、バックラッシュに起因する左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２のフラツキを低減することができるとともに、台形雄ネジ６２ａと台形雌ネジ６１ａのネジ面での滑りに起因する操舵軸４０の軸方向移動を防止することができて、左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２が意図せずに微少量転舵されることを防止することが可能である。

また、押圧力付与手段７０による押圧力Ｎが、押圧力受承手段８０と台形雌ネジ６１ａにより所定比率Ａ：Ｂで分担して受承されるため、押圧力受承手段８０が設けられていない場合に比して、台形雌ネジ６１ａにて受承される押圧力Ｂを小さくすることが可能である。このため、押圧力付与手段７０により付与される押圧力Ｎを、上述したように外力Ｆｓｉｎθの想定最大値より大きく設定したとしても、台形雌ネジ６１ａにて受承される押圧力Ｂが過度に大きくなることを防止でき、電動機２０の作動時に電動機２０の回転負荷が過度に大きくなることを防止することが可能である。

また、この実施形態においては、メタルブッシュ８１により、操舵軸４０の軸方向移動を円滑にしつつ、押圧力付与手段７０による押圧力Ｎの一部を的確に受承することが可能である。また、調整ボルト８２の位置を調整することで、メタルブッシュ８１にて受承される押圧力Ａを増減することができ、メタルブッシュ８１と台形雌ネジ６１ａにて分担して受承される押圧力Ｎの所定比率Ａ：Ｂを容易に変更することができて、台形雌ネジ６１ａにて受承される押圧力Ｂを容易に最適値に設定することが可能である。

なお、この実施形態において、車両走行時に各タイロッド５０Ｌ，５０Ｒから操舵軸４０の径方向に作用する外力Ｆｓｉｎθが、上述したように設定した押圧力Ｎより大きい場合には、押圧力付与手段７０による押圧力Ｎが、押圧力受承手段８０と台形雌ネジ６１ａによって受承されなくて、台形雄ネジ６２ａと台形雌ネジ６１ａが上記した外力Ｆｓｉｎθに起因してネジ面にて滑ることとなる。しかし、上記した押圧力Ｎは、外力Ｆｓｉｎθの想定最大値より大きく設定されたものであるため、上述したように台形雄ネジ６２ａと台形雌ネジ６１ａがネジ面に滑ることは、極めて稀であり、殆ど問題とならない。

上記のように構成した実施形態においては、ネジ機構が、台形雌ネジ６１ａと台形雄ネジ６２ａを有する台形ネジ機構６０であるように構成して実施したが、ネジ機構は台形ネジ機構に限定されるものではなく、例えばネジ機構が、三角雌ネジと三角雄ネジを有する三角ネジ機構であるように構成して実施することも可能である。

また、上記のように構成した実施形態においては、押圧力付与手段７０におけるメタルブッシュ７１Ｌ，７１Ｒ、および押圧力受承手段８０におけるメタルブッシュ８１が、操舵軸４０の形状変更部４０ａ（左側面４０ａ１、右側面４０ａ２、上面４０ａ３）に摺動可能に係合するように構成して実施したが、メタルブッシュ７１Ｌ，７１Ｒ、８１に換えてローラが、操舵軸４０の形状変更部４０ａに転動可能に係合するように構成して実施することも可能である。また、押圧力付与手段７０による押圧力Ｎを、調整ボルト７３の位置を調整することにより、増減して実施したが、押圧力付与手段７０による押圧力Ｎを、圧縮コイルスプリング７４のバネ定数を変更することにより、増減して実施することも可能である。

また、上記のように構成した実施形態においては、操舵軸４０の一端部（形状変更部４０ａ）が、その断面が下向きの三角形状であるように構成して実施したが、操舵軸４０の一端部の形状は上記した形状に限定されるものではなく、適宜変更可能である。

１０…ハウジング、２０…電動機、２１…モータ本体、２２…中空回転軸、４０…操舵軸、４０ａ…形状変更部、４０ａ１…左側面、４０ａ２…右側面、４０ａ３…上面、４１Ｌ，４１Ｒ…ボールジョイント、５０Ｌ，５０Ｒ…タイロッド、６０…台形ネジ機構、６１…ナット、６１ａ…台形雌ネジ、６２…ネジ軸、６２ａ…台形雄ネジ、７０…押圧力付与手段、７１Ｌ，７１Ｒ…メタルブッシュ、７２…ガイド部材、７３…調整ボルト、７４…コイルスプリング、８０…押圧力受承手段、８１…メタルブッシュ、８２…調整ボルト、Ｂｒ１，Ｂｒ２，Ｂｒ３…軸受、Ｆ…外部入力、Ｆｓｉｎθ…タイロッドから操舵軸の径方向に作用する外力、Ｎ…押圧力付与手段による押圧力、Ａ…押圧力受承手段にて受承される押圧力、Ｂ…台形雌ネジにて受承される押圧力、ＥＣＵ…電気制御装置、Ｓ１…舵角センサ、Ｓ２…車速センサ、Ｏ１…軸線

Claims (2)

1. ハウジングに対して回転可能かつ軸方向に移動不能に組付けられた電動機の中空回転軸と、この中空回転軸を貫通し前記ハウジングに対して回転不能かつ軸方向に移動可能に組付けられて車両の左右方向に延びる操舵軸と、この操舵軸の左右各端部に連結されて前記操舵軸の軸方向移動に伴い後輪を転舵させる左右一対のタイロッドを備えるとともに、
   前記中空回転軸と同軸的かつ一体回転可能に配置されて前記ハウジングに対して回転可能かつ軸方向に移動不能に組付けられた雌ネジと、前記操舵軸の中間部と一体に構成されて前記雌ネジに噛合する雄ネジを有し、前記中空回転軸の回転を前記操舵軸の軸方向移動に変換するネジ機構を備え、
   前記操舵軸の一端部に対して径方向に押圧力を付与し前記雄ネジを前記雌ネジに向けて押圧する押圧力付与手段が前記ハウジングに設けられている後輪操舵装置において、
   前記押圧力付与手段は、その押圧力が前記各タイロッドから前記操舵軸の径方向に作用する外力の作用方向と逆方向になるように配置され、かつその押圧力は、前記外力の想定最大値より大きく設定され、
   前記各タイロッドから前記操舵軸の径方向に前記想定最大値以下の外力が作用するとき、前記押圧力付与手段による前記押圧力を前記雌ネジとにより所定比率で分担して受承する押圧力受承手段が前記ハウジングに設けられていることを特徴とする後輪操舵装置。
2. 請求項１に記載の後輪操舵装置において、前記押圧力受承手段は、前記ハウジングに対して前記操舵軸の径方向に進退可能かつ位置調整可能に組付けられた調整ボルトと、この調整ボルトに組付けられて前記操舵軸を移動可能に受承する受承部材を備えていることを特徴とする後輪操舵装置。

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