JP2014061814A

JP2014061814A - ステアリング装置

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Publication number: JP2014061814A
Application number: JP2012208550A
Authority: JP
Inventors: Norihiro Imamura; 紀弘今村
Original assignee: ASANO GEAR CO Ltd
Current assignee: ASANO GEAR CO Ltd
Priority date: 2012-09-21
Filing date: 2012-09-21
Publication date: 2014-04-10
Anticipated expiration: 2032-09-21
Also published as: JP6021546B2

Abstract

【課題】ナックルの折れ変形を防止可能なステアリング装置を提供する。
【解決手段】ステアリング装置は、アクスル部材（１１）と、一方側からアクスル部材の端部を内空領域に受け入れる筒状部（１４）および筒状部の他方側に固定されるスピンドル部（１５）を有し、筒状部の上側部分からアクスル部材の端部を貫通して筒状部の下側部分まで延びるキングピンを中心として転舵可能にアクスル部材の端部に連結されるナックル（１３）と、ナックルに設けられるストッパ部材（３１，３２）と、アクスル部材に設けられてストッパ部材と対向するストッパ受け（３３，３４）とを有し、ナックルの最大切れ角を規制する構造とを備える。そしてストッパ部材（３１，３２）およびストッパ受け（３３，３４）は、ナックルの内空領域（１６）に配置されることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、車輪を操舵するステアリング装置に関し、特に最大操舵角を規制するストッパに関する。

自動車や建設機械車両等において、車輪の最大切れ角を規制する技術としては従来、例えば、特開２００３−０１１８４３号公報（特許文献１）に記載のごときものが知られている。特許文献１に記載のステアリング装置は、フロントアクスルと、フロントアクスルの両端にキングピンを介して回動自在に設けられた左右のナックルと、これら左右のナックルを接続するタイロッドとを備える装置において、一方のナックルの車両後方側と車両前方側に第１のストッパボルトと第２のストッパボルトをそれぞれ突設し、フロントアクスルの端部に第１ストッパボルトに対向して第１ストッパ受けと第２ストッパボルトに対向して第２ストッパ受けをそれぞれ設けたものである。そしてストッパボルトがストッパ受けに当接することによって車輪の最大切れ角を超える切れ増しを抑制し、ステアリング装置のリンク部材同士間の干渉の防止および隙間の確保を図るものである。

特開２００３−０１１８４３号公報

しかし、上記従来のような技術にあっては、以下に説明するような問題を生ずる。つまりナックルの外側部分にストッパボルトを支持するためのストッパボルト取付座を設ける必要があり、ナックルの破損防止およびストッパボルト取付座の形成のためにナックルの外側部分の厚みを大きくしなければならず、付肉による重量増大、コスト増加の原因となっていた。

特に、一般車両と比較して輪重が大きい建設機械車両や産業機械車両では、車輪の据え切り能力確保のため、一般車両と比較してナックルに大きな操舵力を入力する油圧シリンダを備える。かかるステアリング装置の場合、ナックルが油圧シリンダから大きな操舵力を受けることから、ストッパボルトがストッパボルト受けに当接する間、ナックルが油圧シリンダによって、キングピンを中心として大きな曲げモーメント荷重を受ける。このためナックルの外周部分に作用する曲げモーメント荷重によって、ナックルが上下方向にみて折れ変形するという問題がある。

図７を参照して、従来のナックルに発生する折れ変形につき説明する。図７は従来のナックルおよびアクスル部材を上方からみた様子を一部断面にして示す図である。従来のナックル１１３は軸部１１８を介してアクスル部材１１１の端部と連結し、キングピンを構成する軸部１１８回りに転舵可能である。ナックル１１３は、内空領域１１６を画成する筒状部１１４と、筒状部１１４の車幅方向外側端を閉塞して車幅方向外側に突出するスピンドル部１１５と、筒状部１１４から外径方向へ突出するナックルアーム１２１およびタイロッドアーム１２２とを有する。内空領域１１６の車幅方向内側端は開口端にされ、アクスル部材１１１の端部は筒状部１１４の開口端から内空領域１１６に受け入れられ、軸部１１８は内空領域１１６に配設されている。

従来のナックル１１３およびアクスル部材１１１は、ナックル１１３の最大切れ角を規制するストッパボルト１３２およびストッパ受け１３４をさらに有する。筒状部１１４から外径方向へ突出して形成されたボルト穴にはストッパボルト１３２が螺合し、かかるストッパボルト１３２はナット１３２ｎによって筒状部１１４に固定されている。また、内空領域１１６の外に位置するアクスル部材１１１の部位には、ストッパボルト１３２の頭部と対向する平面であえるストッパ受け１３４が形成される。

かかる従来のナックル１１３において、図７に矢印で示すようにナックルアーム１２１に大きな操舵力が入力されてストッパボルト１３２がストッパ受け１３４に当接する場合、一点鎖線で示すように筒状部１１４の開口端が開くようにナックル１１３が折れ変形してしまうという問題があった。

かかる折れ変形はナックルの中心領域が開くような変形であり、このような変形を防止すべくナックルの外周部分を構成する筒状部１１４の厚みを増やすとなると、ナックルの重量増およびコスト増という問題が生じる。また、ナックルの外周部分にストッパボルト１３２を取り付けるためのストッパボルト取付座１３２ｓについて強度を確保するため付肉しなければならず、付肉によるナックル１１３の重量増およびコスト増という問題が生じる。

上述した問題は、以下に説明するようなステアリング装置において顕著となる。図８に示すように、左右対称に配置された左輪（以下に添え字Ｌで示す）および右輪（以下に添え字Ｒで示す）を有する従来のステアリング装置では、左側ナックル１１３Ｌと右側ナックル１１３Ｒをリンクするタイロッド１２６と、各ナックル１１３にそれぞれ操舵力を付与する左右一対の操舵力付与装置１２３Ｌ，１２３Ｒとを備え、各ナックル１１３はストッパボルト１３２を１本ずつ有する。

ナックル１１３を最大転舵角で転舵する場合、左側操舵力付与装置１２３Ｌは操舵力Ｆｌをナックルアーム１２１Ｌに入力するとともに、右側操舵力付与装置１２３Ｒは操舵力Ｆｒをナックルアーム１２１Ｒに入力して、両方のナックル１１３を同時に転舵させる。そうすると右側のストッパボルト１３２Ｒがストッパ受け１３４Ｒに当接する一方で、左側のストッパボルト１３２Ｌがストッパ受け１３４Ｌから離れるため、操舵力Ｆｌがそのままタイロッド１２６上の張力Ｆｌ_２となってしまい、右側ナックル１１３Ｒに操舵力Ｆｒおよび張力Ｆｌ_２が同時に作用してしまう。この結果、上述した右側ナックル１１３Ｒの折れ変形が益々進んでしまう。

本発明は、上述の実情に鑑み、ナックルの重量増を招くことなく折れ変形を防止することができるステアリング装置を提供することを目的とする。

この目的のため本発明によるステアリング装置は、車幅方向に延びるアクスル部材と、一方側からアクスル部材の端部を内空領域に受け入れる筒状部および筒状部の他方側に固定されるスピンドル部を有し、筒状部の上側部分からアクスル部材の端部を貫通して筒状部の下側部分まで延びるキングピンを中心として転舵可能にアクスル部材の端部に連結されるナックルと、アクスル部材およびナックルのいずれか一方に設けられるストッパ部材と、アクスル部材およびナックルの残る他方に設けられてストッパ部材と対向するストッパ受けとを有し、ナックルの最大切れ角を規制する構造とを備える装置において、ストッパ部材およびストッパ受けは、ナックルの内空領域に配置されることを特徴とする。

かかる本発明によれば、ストッパ部材およびストッパ受けは、ナックルの内空領域に配置されることから、ストッパ部材がストッパ受けに当接する場合にナックルに作用する曲げモーメント荷重はナックルの中心部分に集約される。したがって、ナックルの外周部分に作用する曲げモーメント荷重を小さくすることができ、従来と比較してナックルの外周部分の軽量化を図ることができる。一実施形態としてストッパ部材はナックルに設けられるとともにストッパ受けはアクスル部材に設けられる。他の実施形態としてストッパ部材はアクスル部材に設けられるとともにストッパ受けはナックルに設けられる。またストッパ部材はボルトのように相手材に螺合するものであってもよいし、相手材に一体結合する突起であってもよい。

ストッパ部材およびストッパ受けは、ナックルの内空領域に配置されればよくその取付方法はとくに限定されない。本発明の一実施形態として、ナックルは筒状部およびスピンドル部を互いに固定するボルトをさらに有し、ボルトの一方端はナックルの内空領域に突出してストッパ部材を構成する。かかる実施形態によれば、既設のボルトを利用してナックルにストッパ部材を設けることが可能となり、部品点数の削減とナックルの軽量化に寄与する。他の実施形態として、ストッパ部材のみに利用されるストッパボルトをナックルに取付固定してもよい。

本発明の好ましい実施形態として、ストッパ部材およびストッパ受けは、一個のナックルにつきスピンドル部の回転軸よりも車両前方および車両後方にそれぞれ配置される。かかる実施形態によれば、ナックルが左方向最大切れ角まで転舵する場合および右方向最大切れ角まで転舵する場合の双方で、ナックルの折れ変形を防止することができる。したがって特許文献１のように一対のナックルが最大切れ角まで転舵しても左右いずれかのナックルのストッパボルト１本のみがストッパ受けに当接する従来のステアリング装置よりもストッパ部材の剛性を小さくしてストッパ部材の軽量化を図ることができる。他の実施形態として、ストッパ部材およびストッパ受けは一個のナックルにつきスピンドル部の回転軸よりも車両前方あるいは車両後方に配置されてもよい。

本発明の一実施形態として、ナックルはアクスル部材の両端にそれぞれ連結されて対をなし、一対のナックルを互いに連結するタイロッドをさらに備える。かかる実施形態によれば、各ナックルの前方側および後方側にストッパ部材およびストッパ受けが設けられることから、一対のナックルを左方向に転舵する場合において、各ナックルに設けられたストッパ部材またはストッパ受けが、アクスル部材の各端部に設けられたストッパ受けまたはストッパ部材にそれぞれ当接して最大切れ角が規制される。これにより、各ナックルの折れ変形を防止することができる。したがって特許文献１のように片方のナックルのみにストッパボルトを設けておき一対のナックルが最大切れ角まで転舵しても左右いずれかのナックルのストッパボルト１本のみがストッパ受けに当接する従来のステアリング装置よりも耐久性に優れる。他の実施形態として、タイロッドとステアリング装置を別々に作製しておき、後で両者を組み立てるものであってもよい。

ナックルを転舵させる操舵機構は特に限定されない。本発明の一実施形態として、ナックルに形成されたナックルアームと連結してナックルに操舵力を与える油圧シリンダをさらに備えてもよい。かかる実施形態によれば、ストッパ部材がストッパ受けに当接して油圧シリンダからナックルに強力な操舵力が入力され続ける場合であっても、ナックルの折れ変形を防止することができる。他の実施形態として、ラックアンドピニオン式の操舵機構でナックルに車幅方向の操舵力を入力するものであってもよい。

このように本発明は、ナックル外周部分の曲げモーメント荷重を従来よりも小さくすることができる。したがって、ナックル外周部分の厚みを小さく軽くすることが可能となり、ステアリング装置の軽量化およびコスト低減に資する。

本発明の一実施形態になるステアリング装置を示す平面図である。同実施形態のステアリング装置を示す背面図である。ステアリング装置の端部を示す断面図である。ナックルの内空領域を示す図である。左方向操舵時の最大切れ角を示す平面図である。右方向操舵時の最大切れ角を示す平面図である。従来のステアリング装置の端部を示す断面図である。従来のステアリング装置の端部を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態になるステアリング装置を示す平面図である。図２は同実施形態のステアリング装置を示す背面図であり、車両前方又は後方からみた状態を示す。図３は同実施形態のステアリング装置を示す断面図であり、図１に対応する。このステアリング装置は主な構成部品として、アクスル部材およびナックルを備えた建設機械車両用のステアリング装置であり、図示しない車体の底面に取付固定される。

アクスル部材の外郭を構成するアクスルハウジング１１は車両幅方向に延び、その両端に一対のステアリングナックル１３がそれぞれ転舵可能に連結される。またアクスルハウジング１１の中央部にはブラケット１２が形成される。ブラケット１２はアクスルハウジング１１の外周から車両前方又は後方へ突出して、一対の油圧シリンダ２３を支持する。

ステアリングナックル１３は、転舵可能なナックルであって、筒状部１４およびスピンドル部１５を有する。図３の断面図に示すように、筒状部１４は車幅方向内側が開口して内空領域１６を形成する。そして筒状部１４は車幅方向内側からアクスルハウジング１１の端部を内空領域１６に受け入れる。筒状部１４の車幅方向外側にはスピンドル部１５が固定される。これによりステアリグナックル１３は一方側が開口し他方側が閉じた有底の筒状体に形成される。車幅方向にみて筒状部１４は略円形状あるいは略八角形状である。

スピンドル部１５の一方側にはフランジ部１５ｆが形成されており、フランジ部１５ｆの外縁が複数のボルト１７（図１，図２）によって筒状部１４の他方側に固定される。スピンドル部１５の他方側には、転がり軸受（図示せず）を介して車輪のハブ（図示せず）が取り付けられる。

アクスルハウジング１１の端部には上下方向に延びる軸部１８が設けられる。軸部１８はアクスルハウジング１１の端部を上側から下側まで貫通し、筒状部１４の上側部分および下側部分は軸部１８でアクスルハウジング１１と回動可能に連結する。これによりステアリングナックル１３は、図２に仮想線で表され筒状部１４の上側部分から軸部１８に沿って延び筒状部１４の下側部分まで至るキングピンＫを中心として転舵することができる。

図４はステアリングナックル１３の内空領域を示す図であって、車幅方向内側からみた様子を示す。図４に示すように、ボルト１７は周方向に間隔を空けて複数本設けられる。そして全てのボルト１７が筒状部１４よりも内側に配置されてスピンドル部１７の軸線と平行に延びる。詳しくは後述するが、複数のボルト１７のうち車両前方側のボルト１７１および車両後方側のボルト１７２の先端部は、後述するストッパ部材を兼用する。

各ステアリングナックル１３は、ナックルアーム２１およびタイロッドアーム２２をさらに有する。ナックルアーム２１は筒状部１４の外径部分と一体結合し、筒状部１４の外周から車両前方又は後方へ突出する。ナックルアーム２１の先端部は枢軸２１ａを介して油圧シリンダ２３のロッド先端と回動可能に連結する。油圧シリンダ２３は略車幅方向に延び、その幅方向外側端から上述のロッドを進出および引き込むことができる。油圧シリンダ２３の幅方向内側端は、枢軸２５を介して、アクスルハウジング１１のブラケット１２と連結する。

各油圧シリンダ２３は、ラックアンドピニオン式の操舵機構よりも強力な操舵力を各ステアリングナックル１３に与えることができることから建設機械車両や産業機械車両のステアリング装置に採用され、不整地を走行する場合や据え切りの場合において輪重の大きな大径の車輪を確実に転舵させることができる。なお本実施形態では２本１対の油圧シリンダ２３を備えるが、この他にも図示はしなかったが１本の油圧シリンダのみを備え、かかる１本の油圧シリンダで一対のナックルアーム２１を回動させてもよい。

ステアリングナックル１３のタイロッドアーム２２は、筒状部１４の下側部分と一体結合し、筒状部１４の外周から車両前方又は後方へ突出する。タイロッドアーム２２の先端部は枢軸２４を介してタイロッド２６の端部と連結する。このようにタイロッド２６は一対のステアリングナックル１３を互いに接続し、一方のステアリングナックル１３の転舵角（切れ角ともいう）合わせて他方のステアリングナックル１３の転舵角を適正にする役目を果たす。なお本実施形態ではタイロッドアーム２２が筒状部１４の下側部分と結合するが、この他にも図示はしなかったがタイロッドアーム２２が筒状部１４の上側部分と結合してもよい。

本実施形態のステアリング装置は、ステアリングナックル１３の最大切れ角を規制する構造としてストッパ部材およびストッパ受けをさらに備える。ボルト１７１はその頭部を車幅方向外側としその先端部を車幅方向内側とし、ナックル１３に形成されたボルト孔を貫通する。ボルト１７１の先端部は筒状部１４の対応する部分に形成されたボルト孔と螺合し、内空領域１６へ突出する。内空領域１６へ突出するボルト１７１の先端部はストッパ部材３１を構成する。同様に内空領域１６へ突出するボルト１７２の先端部はストッパ部材３２を構成する。ストッパ部材３１はスピンドル部１５の回転軸よりも車両前方又は後方に配置される。ストッパ部材３２はスピンドル部１５の回転軸よりも車両前方又は後方に配置される。

内空領域１６に受け入れられるアクスルハウジング１１の端部にはストッパ受け３３，３４が形成される。ストッパ受け３３は、軸部１８を中心として回動するストッパ部材３１の円弧軌道上にあってスピンドル部１５の回転軸よりも車両前方又は後方に配置され、ストッパ部材３１と対向する。ストッパ受け３４は、軸部１８を中心として回動するストッパ部材３２の円弧軌道上にあってスピンドル部１５の回転軸よりも車両前方又は後方に配置され、ストッパ部材３２と対向する。

このようにストッパ部材３１，３２およびストッパ受け３３，３４は、ステアリングナックル１３の内空領域１６に配置される。そして図３に示すように車幅方向一方側のステアリングナックル１３につきスピンドル部１５の回転軸よりも車両前方又は後方にはストッパ部材３１およびストッパ受け３３が配置され、車両前方又は後方にはストッパ部材３２およびストッパ受け３４が配置される。ストッパ部材３１，３２およびストッパ受け３３，３４は、車幅方向他方側のステアリングナックル１３にも同様に配置される。

図５は本実施形態において左方向操舵時の最大切れ角を示す平面図であり、図３に対応する。また図６は本実施形態において右方向操舵時の最大切れ角を示す平面図であり、図３に対応する。

図５を参照して、一対のステアリングナックル１３を左方向へ操舵する場合について説明する。図５中、車幅方向左側に配置された左側ステアリングナックル１３が、左側の油圧シリンダ２３から操舵力（押し荷重）を入力されて左方向へ転舵する。そして旋回内輪である左側ステアリングナックル１３が左方向最大切れ角まで転舵するとストッパ部材３２がストッパ受け３４と当接する。これにより左側ステアリングナックル１３の左方向最大切れ角が規制される。

また図５中、車幅方向右側に配置された右側ステアリングナックル１３が、右側の油圧シリンダ２３から操舵力（引き荷重）を入力されるとともにタイロッド２６から操舵力を入力されて左方向へ転舵し、左側ステアリングナックル１３とともに転舵する。そして旋回外輪である右側ステアリングナックル１３が左方向最大切れ角まで転舵するとストッパ部材３１がストッパ受け３３と当接する。これにより右側ステアリングナックル１３の左方向最大切れ角が規制される。

なお、左側ステアリングナックル１３のストッパ部材３２が左側ステアリングナックル１３の左方向最大切れ角を規制する間、左側ステアリングナックル１３のストッパ部材３１はストッパ受け３３から離隔すること勿論である。また、右側ステアリングナックル１３のストッパ部材３１が右側ステアリングナックル１３の左方向最大切れ角を規制する間、右側ステアリングナックル１３のストッパ部材３２はストッパ受け３４から離隔すること勿論である。

図６を参照して、一対のステアリングナックル１３を右方向へ操舵する場合について説明する。図６中、右側ステアリングナックル１３が、右側の油圧シリンダ２３から操舵力（押し荷重）を入力されて右方向へ転舵する。そして旋回内輪である右側ステアリングナックル１３が右方向最大切れ角まで転舵するとストッパ部材３２がストッパ受け３４と当接する。これにより右側ステアリングナックル１３の右方向最大切れ角が規制される。

また図６中、左側ステアリングナックル１３が、左側の油圧シリンダ２３から操舵力（引き荷重）を入力されるとともにタイロッド２６から操舵力を入力されて右方向へ転舵し、右側ステアリングナックル１３とともに転舵する。そして旋回外輪である左側ステアリングナックル１３が右方向最大切れ角まで転舵するとストッパ部材３１がストッパ受け３３と当接する。これにより左側ステアリングナックル１３の右方向最大切れ角が規制される。

なお、左側ステアリングナックル１３のストッパ部材３１が左側ステアリングナックル１３の右方向最大切れ角を規制する間、左側ステアリングナックル１３のストッパ部材３２はストッパ受け３４から離隔すること勿論である。また、右側ステアリングナックル１３のストッパ部材３２が右側ステアリングナックル１３の右方向最大切れ角を規制する間、右側ステアリングナックル１３のストッパ部材３１はストッパ受け３３から離隔すること勿論である。

このように本実施形態によれば、各ステアリングナックル１３に設けたストッパ部材３１，３２およびストッパ受け３３，３４が、一対のステアリングナックル１３の最大切れ角を同時に規制することから、油圧シリンダ２３からステアリングナックル１３に強力な操舵力を入力しても、２つのストッパ受け３３，３４が共同してこの操舵力を受け止めることができる。したがってステアリング装置の最大切れ角を好適に規制することができる。

また油圧シリンダ２３からステアリングナックル１３に大きな操舵力を与え続けてストッパ部材３１，３２がストッパ受け３３，３４に当接する間、ストッパ部材３１，３２は操舵力をボルト１７１，１７２の長手方向軸力として受け止めることができる。したがってボルト１７１，１７２にせん断力および曲げモーメントが作用せず、ボルト１７１，１７２の耐久性が向上する。

以上、図面を参照してこの発明の実施の形態を説明したが、この発明は、図示した実施の形態のものに限定されない。図示した実施の形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明になるステアリング装置は、建設機械車両、産業機械車両、および自動車において有利に利用される。

１１アクスルハウジング、１２ブラケット、１３ステアリングナックル、１４筒状部、１５スピンドル部、１６内空領域、１７，１７１，１７２ボルト、１８軸部、２１ナックルアーム、２２タイロッドアーム、２３油圧シリンダ、２６タイロッド、３１，３２ストッパ部材、３３，３４ストッパ受け。

Claims

車幅方向に延びるアクスル部材と、
一方側から前記アクスル部材の端部を内空領域に受け入れる筒状部および前記筒状部の他方側に固定されるスピンドル部を有し、前記筒状部の上側部分から前記アクスル部材の端部を貫通して前記筒状部の下側部分まで延びるキングピンを中心として転舵可能にアクスル部材の端部に連結されるナックルと、
前記アクスル部材および前記ナックルのいずれか一方に設けられるストッパ部材と、前記アクスル部材および前記ナックルの残る他方に設けられて前記ストッパ部材と対向するストッパ受けとを有し、前記ナックルの最大切れ角を規制する構造とを備える装置において、
前記ストッパ部材および前記ストッパ受けは、前記ナックルの内空領域に配置されることを特徴とする、ステアリング装置。
前記ナックルは前記筒状部および前記スピンドル部を互いに固定するボルトをさらに有し、前記ボルトの一方端は前記ナックルの内空領域に突出して前記ストッパ部材を構成する、請求項１に記載のステアリング装置。
前記ストッパ部材および前記ストッパ受けは、一個の前記ナックルにつき前記スピンドル部の回転軸よりも車両前方および車両後方にそれぞれ配置される、請求項１または２に記載のステアリング装置。
前記ナックルは前記アクスル部材の両端にそれぞれ連結されて対をなし、前記一対のナックルを互いに連結するタイロッドをさらに備える、請求項３に記載のステアリング装置。
前記ナックルに形成されたナックルアームと連結してナックルに操舵力を与える油圧シリンダをさらに備える、請求項１〜４のいずれかに記載のステアリング装置。