JP2014232034A

JP2014232034A - 直動機構の変位検知装置、及び該装置を備えた車両の後輪操舵装置

Info

Publication number: JP2014232034A
Application number: JP2013112510A
Authority: JP
Inventors: 慎祐安藤; Shinsuke Ando; 慎平藤井; Shumpei Fujii; 佑輔赤木; Yusuke Akagi
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2013-05-29
Filing date: 2013-05-29
Publication date: 2014-12-11
Anticipated expiration: 2033-05-29
Also published as: JP6349627B2

Abstract

【課題】変位センサを電子回路基板に適切に装着し、小型化、低コスト化を可能とする直動機構の変位検知装置、及び、その変位検知装置を備え、組付が容易で、低コスト化を可能とする後輪操舵装置を提供する。
【解決手段】複数の素子を実装する電子回路基板４０と、この電子回路基板を所定の間隙を以って支持する支持基板４６と、ロッド２に平行に固定する永久磁石５ｂと、この永久磁石の移動経路に対向する範囲で電子回路基板の中央部に配置し永久磁石の磁束変化を検出する変位センサ５ａとを備え、変位センサ近傍で電子回路基板を支持基板に固定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ナット部材の回転運動をロッドの直線運動に変換する直動機構に装着し、ロッドの軸方向変位を検知する変位検知装置に関する。また、この変位検知装置を備え、車両の後輪を支持するサスペンション機構に介装し当該後輪を操舵する車両の後輪操舵装置に関する。

一般的な直動機構として、ナット部材と、これに螺合するロッドを有し、ナット部材の回転運動をロッドの直線運動に変換する直動機構が知られており、そのロッドの軸方向変位を検知する変位検知装置も知られている。例えば、車両の四輪操舵システム（４ＷＳ）の一部を構成する後輪操舵装置として、種々の態様の装置が知られているが、基本的な構成は、下記の特許文献１に記載のような「車両の後輪に連結されるロッドと、ロッドを支持するとともに車両のシャシーに固定されるハウジングと、ハウジングに収容されるとともに前記後輪を操舵すべく前記ロッドを駆動するモータ」から成り、そのロッドの駆動機構として直動機構が用いられている。同様の車輪操舵装置に係る下記の特許文献２には、後輪の絶対舵角量を検出する手段として、ラック軸の移動を検出する後輪舵角センサが設けられており、上記の変位検知装置に対応している。

特許第５０９８２４２号公報特許第３６０１１７０号公報

上記特許文献２においては、後輪舵角センサについて、ホールＩＣを有し、ラック軸に装着された永久磁石の移動量に応じて転舵位置を表す信号が出力される旨説明されており、同文献の段落〔００３６〕には「後輪舵角センサ２１は図６に示す基板３１上に配置される」と記載されているが、この基板は「後輪舵角センサ２１と永久磁石２１ａとの間隙の管理」（同段落〔００３７〕に記載）を行うものであり、複数の素子を実装する電子回路基板に相当するものではない。一般的に、電子回路基板にはセンサを適切に保持し得る程の剛性は求められないので、直接センサを装着することは行われていない。従って、特許文献２においては、後輪舵角センサが装着されるサーボユニットは電子制御ユニットと別体として形成されており、一体化も示唆されているものの、後輪舵角センサが電子制御ユニット内に配置されることまで想起し得るものではない。

一方、上記特許文献１に記載の車輪操舵装置においては、モータのハウジングと減速機構のハウジングが螺着され、更に後者のハウジングとカバーがロックナットによって締結されており、これらに加えて変位検知装置が装着されるので、部品点数が多いだけでなく、組み付けが困難でコストアップ要因となる。

そこで、本発明は、直動機構に装着し、ロッドの軸方向変位を検知する変位検知装置において、変位センサを電子回路基板に適切に装着し、小型化、低コスト化を可能とする直動機構の変位検知装置を提供することを課題とする。

また、本発明は、車両の後輪を支持するサスペンション機構に介装し当該後輪を操舵する車両の後輪操舵装置において、上記の変位検知装置を備え、組付が容易で、低コスト化を可能とする後輪操舵装置を提供することを別の課題とする。

上記の課題を達成するため、本発明は、ナット部材と、該ナット部材に螺合するロッドを有し、該ナット部材の回転運動を前記ロッドの直線運動に変換する直動機構に装着し、前記ロッドの軸方向変位を検知する直動機構の変位検知装置において、複数の素子を実装する電子回路基板と、該電子回路基板を所定の間隙を以って支持する支持基板と、前記ロッドに平行に固定する永久磁石と、該永久磁石の移動経路に対向する範囲で前記電子回路基板の中央部に配置し前記永久磁石の磁束変化を検出する変位センサとを備え、該変位センサ近傍で前記電子回路基板を前記支持基板に固定するように構成したものである。

上記の変位検知装置において、前記変位センサが一定の方向に平行に延出する複数のリードを有すると共に、前記電子回路基板が一定の方向に平行に延出する複数のランドを有し、該複数のランドに前記変位センサの複数のリードが接合され、該複数のリードが前記永久磁石の移動方向に対して直交する方向に平行に延出するように、前記電子回路基板が前記支持基板に螺子固定される構成とするとよい。

また、本発明の後輪操舵装置は、車両の後輪を支持するサスペンション機構に介装し当該後輪を操舵する車両の後輪操舵装置において、前記サスペンション機構に第１の連結部材及び第２の連結部材を介して連結するハウジングと、該ハウジングを構成する筒体内に収容する電動モータと、前記筒体内に収容し前記電動モータの出力を減速する減速機構と、該減速機構に連結して回転するナット部材及び該ナット部材に螺合すると共に前記第２の連結部材に連結するロッドを有し、前記ナット部材の回転運動を前記ロッドの直線運動に変換する直動機構と、前記ハウジングを構成し、前記筒体から延出する前記ロッドを囲繞するように配置して前記筒体に固定する筐体と、該筐体内に配置し複数の素子を実装する電子回路基板と、該電子回路基板を所定の間隙を以って支持する支持基板と、前記ロッドに平行に固定する永久磁石と、該永久磁石の移動経路に対向する範囲で前記電子回路基板の中央部に配置し前記永久磁石の磁束変化を検出する変位センサとを備え、該変位センサ近傍で前記電子回路基板を前記支持基板に固定するように構成したものである。

上記の後輪操舵装置において、前記変位センサが一定の方向に平行に延出する複数のリードを有すると共に、前記電子回路基板が一定の方向に平行に延出する複数のランドを有し、該複数のランドに前記変位センサの複数のリードが接合され、該複数のリードが前記永久磁石の移動方向に対して直交する方向に平行に延出するように、前記電子回路基板が前記支持基板に螺子固定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、本発明の直動機構の変位検知装置においては、複数の素子を実装する電子回路基板と、該電子回路基板を所定の間隙を以って支持する支持基板と、ロッドに平行に固定する永久磁石と、該永久磁石の移動経路に対向する範囲で電子回路基板の中央部に配置し永久磁石の磁束変化を検出する変位センサとを備え、該変位センサ近傍で電子回路基板を支持基板に固定するように構成されているので、変位センサを電子回路基板に適切に支持することができ、小型軽量化が可能となり、コスト低減が可能となる。

上記の変位検知装置において、変位センサが一定の方向に平行に延出する複数のリードを有すると共に、電子回路基板が一定の方向に平行に延出する複数のランドを有し、該複数のランドに変位センサの複数のリードが接合され、該複数のリードが永久磁石の移動方向に対して直交する方向に平行に延出するように、電子回路基板が支持基板に螺子固定される構成とすれば、検出誤差を最小に抑えつつ容易且つ適切に装着することができ、正確な検知精度を維持することができる。

また、後輪操舵装置においては、筒体から延出するロッドを囲繞するように配置して筒体に固定する筐体と、該筐体内に配置し複数の素子を実装する電子回路基板と、該電子回路基板を所定の間隙を以って支持する支持基板と、ロッドに平行に固定する永久磁石と、該永久磁石の移動経路に対向する範囲で電子回路基板の中央部に配置し永久磁石の磁束変化を検出する変位センサとを備え、該変位センサ近傍で電子回路基板を支持基板に固定するように構成されているので、変位センサを電子回路基板に適切に支持することができ、小型軽量化が可能となり、後輪操舵装置全体としてのコスト低減が可能となる。

上記の後輪操舵装置において、変位センサが一定の方向に平行に延出する複数のリードを有すると共に、電子回路基板が一定の方向に平行に延出する複数のランドを有し、該複数のランドに変位センサの複数のリードが接合され、該複数のリードが永久磁石の移動方向に対して直交する方向に平行に延出するように、電子回路基板が支持基板に螺子固定される構成とすれば、検出誤差を最小に抑えつつ容易且つ適切に装着することができ、正確な検知精度を維持することができる。

本発明の直動機構及び変位検知装置の一実施形態を示す横断面図である。本発明の一実施形態の直動機構に供される筐体及び変位検知装置の横断面図である。本発明の一実施形態の変位検知装置における電子回路基板の平面図である。本発明の一実施形態の変位検知装置における電子回路基板のランド部を拡大して示す平面図である。本発明の一実施形態の変位検知装置における検知センサのリードと電子回路基板のランドの接合状態を拡大して示す平面図である。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す横断面図である。本発明の一実施形態におけるアクチュエータ部分を拡大して示す横断面図である。本発明の一実施形態におけるコントローラ部分を拡大して示す横断面図である。

以下、本発明の実施形態に関し、先ず、直動機構及び変位検知装置の一実施形態について図１乃至図５を参照して説明する。図１において、直動機構３ｃは、回転運動するナット部材３６と、このナット部材３６に螺合するロッド２を有し、ナット部材３６の回転運動をロッド２の直線運動に変換するものであり、螺子機構とも呼ばれる。本実施形態の変位検知装置５は、上記ロッド２の軸方向変位を検知するもので、変位センサ５ａ及び永久磁石５ｂを備え、永久磁石５ｂは磁石ブロック５０内に保持されている。変位センサ５ａは例えば磁気ベクトルセンサで構成され、永久磁石５ｂの移動経路に対向する範囲で電子回路基板４０の中央部に配置され、永久磁石５ｂの磁束変化を検出するように構成されている。尚、直動機構３ｃは、後述する後輪操舵装置に搭載され、ナット部材３６は軸受３７に回転可能に支持され、ロッド２は筐体１２を挿通するように装着される。

図１及び図２に示すように、ロッド２の両側面には、軸方向に長尺となる長溝（略矩形の凹部）２ｒ、２ｓが形成され、両者間を貫通する貫通孔２ｈが形成されている。而して、一方の長溝２ｒに磁石ブロック５０が配置され、反対側の長溝２ｓから貫通孔２ｈにボルト５１が挿通されてナット５４に螺合され、磁石ブロック５０がロッド２に固定されるように構成されている。

一方、電子回路基板４０には、図示は省略するが複数の素子が実装されており、その中央部に変位センサ５ａが配置される。電子回路基板４０は、図３に示すように螺子穴４１乃至４５が形成されており、その螺子穴４１乃至４５に図１及び図２に示す螺子（代表してＳで示す）が挿通され、所定の間隙を以って支持基板４６に固定されている。特に、螺子穴４５は変位センサ５ａ近傍に設けられており、四隅の螺子穴４１乃至４４に加えて螺子穴４５の位置でも電子回路基板４０が支持基板４６に螺子固定されるので、変位センサ５ａは安定した状態で支持される。

また、図５に拡大して示すように、変位センサ５ａは一定の方向に平行に延出する複数のリード（代表して５ａｘで表す）を有しており、これと対応するように、電子回路基板４０には一定の方向に平行に延出する複数のランド（代表して４７で表す）が形成されている。一般的な実装手段と同様、リード５ａｘがランド４７に接合される際の誤差を吸収し得るように、各ランド４７は各リード５ａｘより大きな面積を有しているが、両者の長手方向（図５のｙ方向）の寸法差は幅方向（図５のｘ方向）の寸法差の４倍程になっており、許容取付誤差がこれに比例することになる。本実施形態では、各リード５ａｘ及び各ランド４７が永久磁石５ｂの移動方向（ロッド２のストローク方向）ＳＴに対して直交する方向（図５のｙ方向）に平行に延出するように、電子回路基板４０が支持基板４６に螺子固定される。而して、永久磁石５ｂの変位ひいてはロッド２の変位の検出誤差を最小に抑えることができ、正確な検知精度を維持することができる。尚、図１及び図２に示すその他の符合は、後述する後輪操舵装置の構成部品の符合と同様であり、これらについては後述する。

次に、上記の構成になる変位検知装置５を備えた後輪操舵装置の実施形態について、図６乃至図８を参照して説明する。本実施形態の後輪操舵装置は四輪操舵システム（４ＷＳ）の一部を構成するものであるが、前輪操舵装置は従前と同様であるので省略している。また、車両の後輪を支持するサスペンション機構には種々の態様があるが、本実施形態では、図６に二点鎖線で示すように構成されており、車両の後輪ＲＬ、ＲＲを支持するリヤアクスルＲＡへの支持部ＲＳと、リヤアクスルＲＡに軸支され揺動中心Ｃを中心に揺動するリンクＬＳとの間に、本実施形態の後輪操舵装置を構成するアクチュエータユニットＡＵが介装され、これによって支持部ＲＳとリンクＬＳとの間が伸縮駆動され、リンクＬＳの揺動に応じてタイロッドＴＲ、ＴＲを介して後輪ＲＬ、ＲＲが操舵される。

アクチュエータユニットＡＵは、ハウジング１にロッド２が軸方向移動（直線運動）可能に支持され、その一端部がボールジョイントＪＬを介してリンクＬＳに連結され、ハウジング１がボールジョイントＪＡを介して支持部ＲＳに連結されており、アクチュエータ３によってロッド２が駆動され、リヤアクスルＲＡの支持部ＲＳとリンクＬＳとの間が伸縮駆動されるように構成されている。具体的には、アクチュエータ３を構成する電動モータ３ａはコントローラ４によって制御され、電動モータ３ａの回転出力が減速機構３ｂによって減速された後、前述の直動機構３ｃを介してロッド２の直線運動に変換されるように構成されている。尚、本実施形態では電動モータ３ａはブラシレスモータで構成されている。

本実施形態においては、ハウジング１は主としてアクチュエータ３の構成部品（電動モータ３ａ等）を内蔵するハウジング１ａと、主としてコントローラ４の構成部品（電子回路基板４０等）を内蔵するハウジング１ｂに大別され、ハウジング１ａを構成する筒体１０に連結カバー１１が接合されると共に、ハウジング１ｂを構成し上下及び軸方向に開口部を有する筐体１２が接合され、この筐体１２の上下の開口部に蓋体１５及び１６が接合されるように構成されている。本実施形態のハウジング１は金属製で、連結カバー１１及び筐体１２はアルミニウム製で、筒体１０並びに蓋体１５及び１６は鉄製である。

アクチュエータ３は、図７に拡大して示すように構成され、ステータ２４にコイル２３が巻装された状態で、筒体１０内に圧入固定されている。電動モータ３ａの出力軸は中空回転軸２０で構成され、この中空回転軸２０は、筒体１０内に挿入される環状のモータカバー２５の内径部２５ａと、筐体１２に形成される環状溝１２ａに対し、夫々軸受２５ｂ及び１２ｂを介して回転可能に支持されている。中空回転軸２０の軸方向中間部には、電動モータ３ａのロータを構成するコア２１が圧入固定され、このコア２１の円周方向に均等に永久磁石２２が配設されている。

更に、中空回転軸２０内には、ロッド２が同軸に配置され、ハウジング１に対し軸方向移動（直線運動）可能に支持されると共に、ハウジング１に対し回転不能に支持されている。尚、ロッド２と筐体１２の支持部との間にはブッシュ２ａ及び２ｂが介装されているが、これらはロッド２の軸方向移動を円滑に行うために摺動抵抗を低減するものである。即ち、本実施形態は言わば片持支持の伸縮機構であるので、ブッシュ２ａ及び２ｂには両端支持の軸方向移動機構における軸受としての機能は要求されない。

本実施形態の減速機構３ｂは遊星歯車機構３０で構成され、外歯歯車のサンギヤ３１が中空回転軸２０と一体的に結合され、中空回転軸２０と共に回転可能に支持されている。また、内歯歯車のリングギヤ３３が筒状保持部材のホルダ３４に固定されており、外歯歯車のプラネタリギヤ３２がサンギヤ３１及びリングギヤ３３に噛合しサンギヤ３１回りを回転するように配設されている。そして、このプラネタリギヤ３２を、ピン３５を介して回転可能に支持するキャリアとして、ナット部材３６がホルダ３４に対し軸受３７を介して回転可能に支持されている。軸受３７はボールベアリングで、その内輪３７ａがナット部材３６に嵌合されると共に、その外輪３７ｂがホルダ３４に嵌合され、Ｃ字状のスペーサ３７ｃによってナット部材３６に保持されている。

本実施形態においては、ホルダ３４及びピン３５は金属製（例えば鉄製）であるが、サンギヤ３１、プラネタリギヤ３２及びリングギヤ３３が合成樹脂製であり、サンギヤ３１は金属製の中空回転軸２０に一体成形されている。そして、リングギヤ３３はホルダ３４に対し回転不能に支持され、ホルダ３４は筒体１０に対して回転不能に支持されている。即ち、図７に示すように、筒体１０内に形成された環状溝１０ａにスナップリング１４が保持され、このスナップリング１４の環状側面と連結カバー１１の環状開口端面との間に、軸受３７の外輪３７ｂ及びホルダ３４が挟持された状態で、筒体１０の減速機構３ｂ側（図７の左側）の開口端に形成された螺子部に環状のロックナット１３が螺合され、筒体１０と連結カバー１１が締結される。而して、ロックナット１３の螺合に伴って生ずる軸方向の押圧力によって、軸受３７の外輪３７ｂ及びホルダ３４はスナップリング１４と連結カバー１１との間に強固に挟持され、この結果、ホルダ３４は筒体１０に対して回転不能に保持される。

そして、ロッド２の一端部の外周面に所定の軸方向長さに亘って台形螺子が形成された雄螺子部２ｃとナット部材３６の内周面に形成された雌螺子部３６ｃが螺合するように配置されており、これらナット部材３６とロッド２によって直動機構３ｃが構成されている。尚、ロッド２の脱落防止用に、雄螺子部２ｃの先端にはナット２ｄが螺着されている。ロッド２は、前述のように支持されているので、ロッド２に付与され得る軸方向の荷重は、ナット部材３６、軸受３７、ホルダ３４及びスナップリング１４を介して、筒体１０及び連結カバー１１で吸収される。

一方、図８に示すように、コントローラ４として、電子制御装置（図示せず）を構成する電子回路基板４０及び前述の変位検知装置５を構成する変位センサ５ａ及び磁石ブロック５０がハウジング１ｂ内に収容されている。尚、図８に示す変位検知装置５は図１及び図２と同様の構成であるので、ここでの説明は省略するが、磁石ブロック５０はロッド２の直線運動時の軸方向変位を検出する機能を有する共に、ロッド２の回転を阻止する機能を有している。

而して、本実施形態のアクチュエータ３においては、電動モータ３ａによって中空回転軸２０が回転駆動されると、その回転出力が遊星歯車機構３０の減速機構３ｂによって減速されてナット部材３６が回転駆動され、更に、直動機構３ｃによって、ナット部材３６の回転運動がロッド２の直線運動に変換される。この結果、前述のようにリヤアクスルＲＡの支持部ＲＳとリンクＬＳとの間が伸縮駆動されて、後輪の舵角が調整される。

１ハウジング
２ロッド
３アクチュエータ
３ａ電動モータ
３ｂ減速機構
３ｃ直動機構
４コントローラ
５変位検知装置
５ａ変位センサ
５ａｘリード
５ｂ永久磁石
１０筒体
１１連結カバー
１２筐体
１３ロックナット
１４スナップリング
１５、１６蓋体
２０中空回転軸
２５モータカバー
３０遊星歯車機構
３１サンギヤ
３３リングギヤ
３４ホルダ（筒状保持部材）
３６ナット部材
３７軸受
４０電子回路基板
４６支持基板
４７ランド
５０磁石ブロック

Claims

ナット部材と、該ナット部材に螺合するロッドを有し、該ナット部材の回転運動を前記ロッドの直線運動に変換する直動機構に装着し、前記ロッドの軸方向変位を検知する直動機構の変位検知装置において、複数の素子を実装する電子回路基板と、該電子回路基板を所定の間隙を以って支持する支持基板と、前記ロッドに平行に固定する永久磁石と、該永久磁石の移動経路に対向する範囲で前記電子回路基板の中央部に配置し前記永久磁石の磁束変化を検出する変位センサとを備え、該変位センサ近傍で前記電子回路基板を前記支持基板に固定することを特徴とする直動機構の変位検知装置。
前記変位センサが一定の方向に平行に延出する複数のリードを有すると共に、前記電子回路基板が一定の方向に平行に延出する複数のランドを有し、該複数のランドに前記変位センサの複数のリードが接合され、該複数のリードが前記永久磁石の移動方向に対して直交する方向に平行に延出するように、前記電子回路基板が前記支持基板に螺子固定されることを特徴とする請求項１記載の直動機構の変位検知装置。
車両の後輪を支持するサスペンション機構に介装し当該後輪を操舵する車両の後輪操舵装置において、前記サスペンション機構に第１の連結部材及び第２の連結部材を介して連結するハウジングと、該ハウジングを構成する筒体内に収容する電動モータと、前記筒体内に収容し前記電動モータの出力を減速する減速機構と、該減速機構に連結して回転するナット部材及び該ナット部材に螺合すると共に前記第２の連結部材に連結するロッドを有し、前記ナット部材の回転運動を前記ロッドの直線運動に変換する直動機構と、前記ハウジングを構成し、前記筒体から延出する前記ロッドを囲繞するように配置して前記筒体に固定する筐体と、該筐体内に配置し複数の素子を実装する電子回路基板と、該電子回路基板を所定の間隙を以って支持する支持基板と、前記ロッドに平行に固定する永久磁石と、該永久磁石の移動経路に対向する範囲で前記電子回路基板の中央部に配置し前記永久磁石の磁束変化を検出する変位センサとを備え、該変位センサ近傍で前記電子回路基板を前記支持基板に固定することを特徴とする車両の後輪操舵装置。
前記変位センサが一定の方向に平行に延出する複数のリードを有すると共に、前記電子回路基板が一定の方向に平行に延出する複数のランドを有し、該複数のランドに前記変位センサの複数のリードが接合され、該複数のリードが前記永久磁石の移動方向に対して直交する方向に平行に延出するように、前記電子回路基板が前記支持基板に螺子固定されることを特徴とする請求項３記載の車両の後輪操舵装置。