JP2018167750A - 後輪操舵装置および車両 - Google Patents

Abstract

【課題】効率のよい運動変換が可能で、ロッドの位置移動時の消費電力を抑え、電動モータサイズのコンパクト化を図ることが可能な後輪操舵装置およびこれを用いた車両を提供する。
【解決手段】軸方向に移動可能に支持されるロッドを備え、このロッドの軸方向の移動に応じて後輪の向きを変化させる後輪操舵装置である。ロッドは電動アクチュエータのロッドである。電動アクチュエータの駆動部は、回転トルクを発生させる電動モータと、回転速度を減速する差動減速機と、差動減速機に減速された回転運動を前記ロッドの直線運動に変換するボールねじ機構を有する運動変換機構とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、後輪操舵装置およびそれを用いた車両に関する。

自動車の直進時あるいは旋回時の走行安定性を高めるために、前輸を操舵する機構に加えて後輪を操舵する機構も備えた自動車や、車両の走行状態に応じて後輸のトー角を変化させる機構を備えた自動車が実用化されつつある。

例えば、特許文献1には、運転者がステアリングを操舵したときに、前輪の操舵角に応じて後輸を操舵する後輪操舵装置が開示されている。この後輪操舵装置は、左右の後輪それぞれに直動アクチュエータを設け、この直動アクチュエータで左右の後輪を独立して操舵することを可能としている。したがって、この後輪操舵装置は、上位の制御装置の指令信号により、車両が旋回するときの走行安定性を高めるために前輪の操舵角に対して後輪を同位相又は逆位相に操舵したり、あるいは車両が直進するときの走行安定性を高めるために左右の後輸の操舵角をずらしてトー角を調整できる。

特開２０１５−２０２８２６号公報

後輪操舵装置の運動変換機構は、ボルト・ナット嵌合機構が用いられ、このボルト・ナット嵌合機構に、台形ねじ（ねじ山の断面が台形となっているねじ）が使われることが多い。特許文献１の後輪操舵装置でも、運動変換機構として台形ねじが例示されている。リード角が摩擦角より小さい台形ねじは、回転運動を直線運動に変換することは可能であるが、直線運動を回転運動に変換することができない不可逆な運動変換機構である。そのため、タイヤに外力が加わった場合でも、アクチュエータのロッドの位置ずれが起こらない。また、アクチュエータのロッドの位置移動以外には消費電力が不要となり、エネルギー消費を抑えられる。

しかし、台形ねじの回転運動を直線運動に変換する効率は、約２５％であり、決して効率のよい運動変換機構とは言えない。例えば、遊星歯車減速機効率を一般的な効率である、９０％とした場合、特許文献１の後輪操舵装置では、電動モータ出力とロッド出力間の効率を計算すると２２．５％程度となる。したがって、アクチュエータのロッドの位置移動時には大きなトルクが必要となり、電動モータサイズが大きくなる。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みて、効率のよい運動変換が可能で、ロッドの位置移動時の消費電力を抑え、電動モータサイズのコンパクト化を図ることが可能な後輪操舵装置およびこれを用いた車両を提供するものである。

本発明の後輪操舵装置は、軸方向に移動可能に支持されるロッドを備え、このロッドの軸方向の移動に応じて後輪の向きを変化させる後輪操舵装置であって、前記ロッドは電動アクチュエータのロッドであり、電動アクチュエータの駆動部は、回転トルクを発生させる電動モータと、回転速度を減速する差動減速機と、この差動減速機に減速された回転運動を前記ロッドの直線運動に変換するボールねじ機構を有する運動変換機構とを備えたものである。

運動変換機構に、ボールねじ機構を用いるので、以下の利点を有する。ねじ軸を回転駆動するトルクを小さくでき、ボールねじを駆動するサーボ・モータの小形・軽量化ができる。起動摩擦トルクと運動摩擦トルクの差が小さく、またスティック・スリップがおこらないので、メカトロニクスにとって制御性の良いメカになる。高い送り精度を容易に実現することができる。ねじとナットの間の接触面における摩擦係数が小さく、ねじまたはナットの一方にトルクを加え、それによって他方のナットまたはねじに発生した軸力が仕事をするときの効率が高くなる。

前記差動減速機が、少なくとも、太陽歯車と、内歯歯車と、遊星歯車と、遊星歯車を自転可能に支持されるキャリヤとを備えた３Ｋ型遊星歯車減速機であるのが好ましい。３Ｋ型遊星歯車減速機を用いることで、コンパクト化で高減速比を得ることが可能となる。３Ｋ型遊星歯車装置は、１個の太陽歯車と１個の内歯歯車とが最低限必要な構成要素となる。そして、３Ｋ型遊星歯車装置には、３本の基本軸のうち２本が内歯歯車で構成されるＡ型と、３本の基本軸のうち２本が外歯歯車で構成されるＢ型とがある。

前記３Ｋ型遊星歯車減速機が、前記太陽歯車から入力し、可動内歯歯車から出力するときの入力時の効率を５０％以下に設定するのが好ましい。

前記３Ｋ型遊星歯車減速機の前記キャリヤが、浮動支持されているのが好ましい。

前記３Ｋ型遊星歯車減速機は、太陽歯車に噛合する第１遊星歯車と、第１遊星歯車と一体に回転する第２遊星歯車とで構成される遊星歯車組と、遊星歯車組の各遊星歯車が自転可能に支持されるキャリヤと、第１遊星歯車に噛合する固定内歯歯車と、第２の遊星歯車に噛合するとともに前記ボールねじ機構の回転側部材に連結される可動内歯歯車とを備え、遊星歯車組の回転支持軸受、キャリヤの回転支持軸受、及び回転側部材の回転支持軸受の少なくともいずれか１つにすべり軸受を用いることができる。

前記すべり軸受の軸受すきまが０．１ｍｍ以上であるのが好ましい。

本発明の車両は、前記後輪操舵装置を用いている。

本発明では、タイヤに外力が加わった場合でも、アクチュエータのロツドの位置ずれが起こらず、アクチュエータのロッドの位置移動時以外には消費電力が不要で、エネルギー消費を抑えられるなどの従来技術の長所を保ちつつ、電動モータ出力とロッド出力間の効率を向上させ、アクチュエータのロッドの位置移動時の消費電力を抑え、電動モータサイズのコンパクト化が図れる。

この発明の実施形態に係る後輪操舵装置を搭載した車両を示す概略図である。 この発明の実施形態に係る後輪操舵装置の断面図である。 図２に示す後輪換舵装置の第１駆動部乃至その近傍の拡大断面図である。 図２に示す後輪操舵装置の３Ｋ型遊星歯車減速機乃至その近傍の拡大断面図である。 構成歯車の効率と３Ｋ型遊星歯車減速機の効率の関係を示すグラフ図である。 図２に示す後輪操舵装置の３Ｋ型遊星歯車減速機において、回転支持軸受にすべり軸受を用いた場合の拡大断面図である。 図２に示す後輪操舵装置の３Ｋ型遊星歯車減速機において、キャリヤを回転支持する軸受を用いない場合の拡大断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図７に基づいて説明する。図１に、この発明に係る後輪操舵装置を搭載した車両１を示す。この車両１は自動車であり、左右一対の前輪２Ｌ、２Ｒと左右一対の後輪３Ｌ、３Ｒとを有する。

前輪２Ｌ、２Ｒは、ステアリングホイール４の操舵角に応じて前輪操舵機構５のステアリングロッド６が移動することで操舵される。すなわち、運転者がステアリングホイール４を操舵したとき、ステアリングホイール４の回転がステアリングコラム７を介して前輪操舵機構５に伝達し、これにより前輪操舵機構５のステアリングロッド６が軸方向に移動し、この直線移動がタイロッド９０を介して伝わることで、前輪２Ｌ、２Ｒの向きが一体に変化するようになっている。ステアリングホイール４と一体に回転するステアリングコラム７には、舵角センサ８が設けられている。舵角センサ８、車速センサ９、及びヨーレートセンサ１０の出力は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１１に入力される。ＥＣＵ（engine control unit）とは、エンジンの運転制御を電気的な補助装置を用いて行う際に、それらを総合的に制御するマイクロコントローラ（マイコン）である。

後輪３Ｌ、３Ｒは、本発明に係る後輪操舵装置１２で操舵される。この後輪操舵装置１２は、車体１３に取り付けられている。後輪３Ｌ、３Ｒの操舵角は、舵角センサ８、車速センサ９、ヨーレートセンサ１０等、車両１の走行情報を元に、電子制御ユニット１１からの指令を受けて後輪操舵制御装置１４で制御される。また後輪３Ｌ、３Ｒの操舵角は、左右で独立して制御される。

本発明の後輪操舵装置１２の構成を図２〜図７を用いて説明する。図２に示すように、後輪操舵装置１２は、左側の後輪３Ｌを操舵する第１操舵部１５Ｌと、右側の後輪３Ｒを操舵する第２操舵部１５Ｒから構成される。第１操舵部１５Ｌと第２操舵部１５Ｒは、後輪操舵装置１２の中央に対して左右対称の同じ構成とされる。このため、第１操舵部１５Ｌの構造を説明し、第２操舵部１５Ｒの構造は詳細な説明を省略する。なお、左側の後輪３Ｌを操舵する操舵部を第１操舵部１５Ｌと呼び、各部品の符号にＬを付し、右側の後輪３Ｒを操舵する操舵部を第２操舵部１５Ｒと呼び、各部品の符号にＲを付するようにした。また、区別する必要がない場合にはＲ、Ｌを省略した。

第１操舵部１５Ｌは、軸方向に移動可能に支持された第１のロッド１６Ｌ（電動アクチュエータのロッド）と、第１のロッド１６Ｌを軸方向に移動させる第１駆動部１７Ｌ（電動アクチュエータの駆動部）とを備えている。同様に、第２操舵部１５Ｒは、軸方向に移動可能に支持された第２のロッド１６Ｒと、第２のロッド１６Ｒを軸方向に移動させる第２駆動部１７Ｒとを備えている。

第１のロッド１６Ｌと第１駆動部１７Ｌと第２のロッド１６Ｒと第２駆動部１７Ｒは１つのハウジング１８で共通して支持されている。ここで、ハウジング１８は、左側ハウジング部１８Ｌと中央ハウジング部１８Ｃと右側ハウジング部１８Ｒとを結合されてなる。また、第１駆動部１７Ｌと第２駆動部１７Ｒは、ハウジング１８の中央に対し略対称に構成されている。ハウジング１８は、図示しないボルトで車体１３（図１参照）に固定される。

第１のロッド１６Ｌは、図１に示すように、その軸方向の移動に応じて後輪３Ｌの向きが変化するように後輪３Ｌに接続されている。具体的には、第１のロッド１６Ｌの端部にボールジョイント８８を介してタイロッド６２の一端が連結され、そのタイロッド６２の他端がボールジョイント１９を介してナックルアーム２０に連結されている。このため、第１のロッド１６Ｌが軸方向に移動すると、これに連動してナックルアーム２０が支点２１を中心に揺動し、 後輪３Ｌの向きが変化するようになっている。同様に、第２のロッド１６Ｒは、その軸方向の移動に応じて後輪３Ｒの向きが変化するように後輪３Ｒに接続されている。

図２に示すように、第１駆動部１７Ｌは、第１の電動モータ２２Ｌと、その第１の電動モータ２２Ｌの回転速度を減速して伝達する第１の差動減速機としての３Ｋ型遊星歯車減速機２３Ｌと、その第１の３Ｋ型遊星歯車減速機２３Ｌで減速された回転運動を第１のロッド１６Ｌの軸方向移動に変換する第１の運動変換機構２４Ｌとを備えている。

図３に示すように、第１の電動モータ２２Ｌは、第１のロッド１６Ｌを囲むように同軸に設けられた中空のロータ２５と、そのロータ２５に回転力を付与するステータ２６とからなる。ロータ２５は、左側ハウジング部１８Ｌの内周に装着した左右一対の転がり軸受２７、２７で回転可能に支持された中空のロータ軸２８と、ロータ軸２８の外周に固定されたロータコア２９とを有する。ロータコア２９は、例えば周方向に沿ってＮ極とＳ極が交互に表れるように設けられた永久磁石である。ステータ２６は、左側ハウジング部１８Ｌの内周に固定されたステータコア３０と、ステータコア３０に巻回された電磁コイル３１とで構成されている。このため、電磁コイル３１に通電すると、ステータコア３０とロータコア２９の間に働く電磁力によってロータコア２９に回転力が発生し、ロータコア２９と一体にロータ軸２８が回転する。

図４に示すように、第１の３Ｋ型遊星歯車減速機２３Ｌは、ロータ２５の一端部の外周に設けられた太陽歯車３２と、一対の遊星歯車８０，８１で構成される遊星歯車組３３とを備える。一方（第１）の遊星歯車８０の外径面の歯８０ａが太陽歯車３２の外径面の歯３２ａに噛合し、この一方の遊星歯車８０の軸方向の他端に他方（第２）の遊星歯車８１が設けられ、この一対の遊星歯車８０，８１は一体に回転する。また、複数個の遊星歯車組３３が円周方向に等配され、各遊星歯車組３３は、それぞれ自転を可能にする遊星歯車組用軸３６に装着されている。そして、各遊星歯車組用軸３６はキャリヤ３５に支持され、キャリヤ３５は、キャリヤ用軸受（キャリヤの回転支持軸受）８２を介してその軸心廻りに回転自在となっている。第１遊星歯車８０の歯８０ａは固定内歯歯車３４の内径面の歯３４ａに噛合し、第２の遊星歯車８１の歯８１ａが、回転軸廻りを自在に回転できるように支持された可動内歯歯車８３の内径面の歯８３ａに噛合する。

このため、ロータ２５の回転力は、太陽歯車３２に伝達され、遊星歯車８０と遊星歯車８１を介して、可動内歯歯車８３より、減速された回転として出力される。

図３に示すように、第１の運動変換機構２４Ｌは、第１の３Ｋ型遊星歯車減速機２３Ｌで減速した回転が入力される第１のシャフト３７Ｌと、第１のロッド１６Ｌを軸方向に移動可能な状態で回り止めする回り止め機構３８と、第１のシャフト３７Ｌの回転に応じて第１のロッド１６Ｌを軸方向に移動させるためのボールねじ機構３９とを備える。ボールねじ機構３９は、第１のロッド１６Ｌの先端部に設けられたねじ軸部３９ａと、ナット部３９ｂと、ねじ軸部３９ａとナット部３９ｂとの間に介在されるボール（図示省略）とを備える。なお、第１のロッド１６Ｌは、大径の本体軸部１６ａと、この大径の本体軸部１６ａからハウジング中央側に延びる中径軸部１６ｂと、この中径軸部１６ｂからハウジング中央側に延びる前記ねじ軸部３９ａとからなる。

この場合、第１のシャフト３７Ｌは、前記ナット部３９ｂと、このナット部３９ｂよりもハウジング中央側に配設される先端部材３７ａと、このナット部３９ｂよりも反ハウジング中央側に配設される基端部材３７ｂとで構成され、これらは一体化されている。先端部材３７ａは、大径短円筒部３７ａ１と、この大径短円筒部３７ａ１の内径側に配設される小径短円筒部３７ａ２と、大径短円筒部３７ａ１と小径短円筒部３７ａ２を連結する側壁部３７ａ３と、側壁部３７ａ３からハウジング中央側に突設される中径短円筒部３７ａ４とからなる。また、基端部材３７ｂは円筒体からなり、すべり軸受４３ａを介して第１のロッド１６Ｌの中径軸部１６ｂに回転自在に支持されている。第１のシャフト３７Ｌの先端部材３７ａの大径短円筒部３７ａ１の内径面に前記可動内歯歯車８３が形成される。このため、第１のシャフト３７Ｌと可動内歯歯車８３とが一体に回転する。

第１のシャフト３７Ｌの先端部材３７ａは、その中径短円筒部３７ａ４に嵌入された、後述する第１連結軸５３Ｌに、一対の第１スラスト転がり軸受４１Ｌ、４１Ｌで回転可能に軸方向に支持されている。この一対の第１スラスト転がり軸受４１Ｌ、４１Ｌは、第１のシャフト３７Ｌの回転を許容しながら、第１のシャフト３７Ｌの軸方向の両方向の移動を拘束している。

また、第１のシャフト３７Ｌ、すなわち、先端部材３７ａの中径短円筒部３７ａ４は、第１ラジアル軸受４２Ｌで半径方向に支持されている。第１ラジアル軸受４２Ｌは、中径短円筒部３７ａ４の外周面と中央ハウジング部１８Ｃの内周との間に挿入された転がり軸受(例えば、外輪付きの針状ころ軸受)である。このため、この第１ラジアル軸受４２Ｌとすべり軸受４３ａとが、ボールねじ機構３９の回転側部材の回転支持軸受を構成する。なお、第１の電動モータ２２Ｌと第１の３Ｋ型遊星歯車減速機２３Ｌとボールねじ機構３９が、第１のロッド１６Ｌと同軸上に配置されている。

第１のロッド１６Ｌは、左側ハウジング部１８Ｌの開口端部内周に取り付けたすべり軸受４３で軸方向に移動可能に支持されている。回り止め機構３８は、第１のロッド１６Ｌの外周に形成された軸方向に延びる溝４４と、その溝４４に先端部が挿入されたストッパ４５とからなる。ストッパ４５は、第１のロッド１６Ｌの軸方向および周方向のいずれにも移動しないように左側ハウジング部１８Ｌに取り付けられている。溝４４は、軸方向の両端が閉じた止まり溝である。

第１のロッド１６Ｌが軸方向に移動したとき、第１のロッド１６Ｌとともにストッパ４５と溝４４が軸方向に相対移動する。そして、ストッパ４５が溝４４の端面に当接すると、そこで第１のロッド１６Ｌが停止し、第１のロッド１６Ｌの軸方向移動が制限される。このように、ストッパ４５と溝４４は、第１のロッド１６Ｌの機械的リミットとしても機能する。

ストッパ４５の左側ハウジング部１８Ｌへの接続部には、ストッパ４５を回転可能に支持する軸受４６が組み込まれている。そのため、第１のロッド１６Ｌが軸方向に移動するときにストッパ４５の先端部と溝４４の内側面とが接触しても、ストッパ４５は軸受４６で回転し、ストッパ４５および溝４４の内面の偏摩耗が抑制される。

第１の電動モータ２２Ｌには、ロータ２５の回転角を検出する回転検出器４７が取り付けられている。回転検出器４７は、例えば、中空のロータ軸２８の一端部に固定されたレゾルバロータ４７ａと、これに対峠するように左側ハウジング部１８Ｌに固定されたレゾルバステータ４７ｂとからなるレゾルバを採用することができる。なお、中空のロータ軸２８には第１のロッド１６Ｌが挿入されている。また、中空のロータ軸２８の内部に、ボールねじ機構３９が配置されているため、後輪操舵装置１２の軸方向長さを短くすることが可能となっている。

第１の電動モータ２２Ｌが回転すると、その回転が第１の３Ｋ型遊星歯車減速機２３Ｌで減速されて伝達し、第１のシャフト３７Ｌの端部に形成されたボールねじ機構３９のナットが回転し、その回転量に応じて第１のロッド１６Ｌが左右方向に移動し、その第１のロッド１６Ｌが、図１に示すボールジョイント８８、タイロッド６２、ボールジョイント１９を介してナックルアーム２０を動かし、後輪３Ｌのトー角を調整する。

第１のロッド１６Ｌには、その軸方向位置を検出する位置検出器４８が取り付けられている。この位置検出器４８で検出される第１のロッド１６Ｌの軸方向位置(絶対位置)に基づいて、後輪３Ｌの操舵角を検出することができる。位置検出器４８の出力信号は、後輪操舵制御装置１４に入力される。位置検出器４８としては、例えば、第１のロッド１６Ｌに固定された永久磁石４９と、永久磁石４９に対向するように左側ハウジング部１８Ｌに国定されたアナログ出力のホールＩＣ５０とからなるものを採用することができる。

この位置検出器４８は、ホールＩＣ５０で検出される磁束密度を位置情報に変換することで第１のロッド１６Ｌの軸方向位置(絶対位置)を検出する。ホールＩＣ５０としてプログラム可能なものを用いれば、予め第１のロッド１６Ｌの位置と磁束密度の関係をプログラムすることで絶対位置精度を向上することができる。また、ホールＩＣ５０の出力が２系統あるものを選択すれば、片方の系統が故障しても残りの系統で位置検出が可能とな り、信頼性が向上する。

なお、位置検出器４８としてホールＩＣ５０を利用した方式を説明したが、軸方向の移動量を回転に変換して、回転角センサで検出する方式であってもよく、検出方法は限定されない。また、車両１の電源投入時(始動時)に位置検出器４８からロッドの絶対位置を検出し、その後は回転検出器４７の信号をカウントして、位置を算出する方式で、あってもよい。

図４を用いて、第１スラスト転がり軸受４１Ｌおよび第２スラスト転がり軸受４１Ｒによる支持機構について説明する。ハウジング１８の中央ハウジング部１８Ｃは、軸方向中間の小径部１８Ｃ１と、この小径部１８Ｃ１の両端側に配設される大径部１８Ｃ２，１８Ｃ３とを備える。そして、軸方向中間の小径部１８Ｃ１には、貫通孔１００を有する隔壁５９が形成されている。

そして、第１のシャフト３７Ｌ側の先端部材３７ａの中径短円筒部３７ａ４に第１連結軸５３Ｌが嵌入され、第２のシャフト３７Ｒ側の先端部材３７ａに中径短円筒部３７ａ４に第２連結軸５３Ｒが嵌入されている。第１連結軸５３Ｌは、隔壁５９側の端面にねじ孔６０が形成され、外周面には外鍔部（第１フランジ）５２Ｌが設けられている。また、第２連結軸５３Ｒは、隔壁５９側の端面にねじ軸６１が形成され、このねじ軸６１が隔壁５９に形成された貫通孔１００を介して、第１連結軸５３Ｌのねじ孔６０に螺合される。これによって、第１連結軸５３Ｌと第２連結軸５３Ｒとで隔壁５９を締め付けることができ、第１連結軸５３Ｌと第２連結軸５３Ｒとを中央ハウジング部１８Ｃに固定している。

また、第１のシャフト３７Ｌの端面、つまり、中径短円筒部３７ａ４の端面凹部５１が形成され、この端面凹部５１に環状のスペーサ５４Ｌが嵌合し、さらに、第１のシャフト３７Ｌの端面からはみ出した状態で、第１押さえ板５５Ｌが配置されている。この第１押さえ板５５Ｌは、そのスペーサ５４Ｌを介して第１スラスト転がり軸受４１Ｌを中径短円筒部３７ａ４内に押さえ込むものである。すなわち、環状のスペーサ５４Ｌと、第１押さえ板５５Ｌは、ボルト５６で軸方向に位置調整可能となっており、ボルト５６の締め込みによりスペーサ５４Ｌを中径短円筒部３７ａ４内に向けて押しつける。このため、このスペーサ５４Ｌを介して、第１フランジ５２Ｌを挟持している第１スラスト転がり軸受４１Ｌ、４１Ｌに予圧を付与する。なお、第１スラスト転がり軸受４１Ｌは、保持器付き針状ころを一対の軌道輪で挟んだ構造とされている。

ボルト５６は、第１のシャフト３７Ｌの先端部材３７ａの中径短円筒部３７ａ４に、周方向に沿って所定間隔に複数個形成された軸方向の貫通孔５７に差し込まれ、その貫通孔５７からの突出部分が第１押さえ板５５Ｌに設けたねじ孔５８にねじ込まれている。このように第１のシャフト３７Ｌの中径短円筒部３７ａ４に第１スラスト転がり軸受４１Ｌを組み込むことで、後輪操舵装置１２の軸方向長さを短くすることが可能となっている。

次に、第１の３Ｋ型遊星歯車減速機２３Ｌの諸元の一例を示す。モジュール数が１で、太陽歯車３２の歯数が３７、遊星歯車８０の歯数が１７、遊星歯車８１の歯数が２０、固定内歯歯車３４の歯数が７１、可動内歯歯車８３の歯数が７４の場合、減速比は２２．７となる。

そして、第１の３Ｋ型遊星歯車減速機２３Ｌの太陽歯車３２から入力し、可動内歯歯車８３から出力する時の入力時の効率と、可動内歯歯車８３から入力し、太陽歯車３２から出力する逆入力時の効率を、構成歯車の一対の歯車の伝達効率ηがほぼ等しいとして、この歯車の効率ηをパラメータとして計算したものを図５に示す。図５の入力時の効率は次の数１で計算でき、図５の逆入力時の効率は次の数２で計算できる。なお、数２における、ηａ、ηｂ、ηｃ、Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ１２、Ｚ１１は、数１における、ηａ、ηｂ、ηｃ、Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ１２、Ｚ１１と同様である。

一般的に歯車の効率は高く、９７％以上である。その場合の第１の３Ｋ型遊星歯車減速機２３Ｌの前記入力時の効率は８５％以上で、前記逆入力時の効率は８２％以上で、入力時と逆入時の効率にはたいした差がない。

そこで、歯車の効率を９４％まで低下させた場合、第１の３Ｋ型遊星歯車減速機２３Ｌの前記入力時の効率は６３％で、前記逆入力時の効率は４６％で、両効率に差ができる。アクチュエータによるロッド１６の位置移動をかなりの頻度に行い、停止時間が短い時には、完全な逆入力不可ではなく、入力時と逆入力時の効率に差を持たせる設定にて、第１の３Ｋ型遊星歯車減速機２３Ｌを利用することができる。

歯車の効率を８８％まで低下させた場合、第１の３Ｋ型遊星歯車減速機２３Ｌの前記入力時の効率は４６％で、前記逆入力時の効率は０％となる。この場合、第１の３Ｋ型遊星歯車減速機２３Ｌは、前記逆入力時の回転運動の伝達が不可となり、従来技術同様にタイヤから外力を受けても、アクチュエータのロッド１６の位置ずれが起こらず、アクチュエータのロッド１６の位置移動以外には消費電力が不要となる。そして、第１の３Ｋ型遊星歯車減速機２３Ｌとボールねじの組合わせでは、ボールねじの効率を９０％として、電動モータ出力とロッド出力間の効率が４１. ４％となり、従来技術の遊星歯車減速機と台形ねじの組合わせの効率２２．５％よりも高く、アクチュエータのロッド１６の位置移動時の消費電力を抑え、電動モータサイズのコンパクト化が図れる。

この発明においては、運動変換機構２４にボールねじ機構３９を用いるので、以下の利点を有する。ねじ軸部３９ａを回転駆動するトルクを小さくでき、ボールねじ機構３９を駆動するサーボ・モータ(電動モータ２２)の小型・軽量化ができる。起動摩擦トルクと運動摩擦トルクの差が小さく、またスティック・スリップがおこらないので、メカトロニクスにとって制御性の良いメカになる。高い送り精度を容易に実現することができる。ねじ軸部３９ａとナット部３９ｂの間の接触面における摩擦係数は小さく、ねじ軸部３９ａまたはナット部３９ｂの一方にトルクを加え、それによって他方のナット３９ｂまたはねじ軸部３９ａに発生した軸力が仕事をするときの効率が高くなる。

このため、本発明では、タイヤに外力が加わった場合でも、アクチュエータのロッド１６の位置ずれが起こらず、アクチュエータのロッド１６の位置移動時以外には消費電力が不要で、エネルギー消費を抑えられるなどの従来技術の長所を保ちつつ、電動モータ出力とロッド出力間の効率を向上させ、アクチュエータのロッド１６の位置移動時の消費電力を抑え、電動モータサイズのコンパクト化が図れる。

ところで、歯車の効率を低下させるには、歯車に通常用いられる０.１程度の転位よりも大きな転位を設ける方法もあるが、これでは歯車の歯肉が薄くなる。そこで、図６を用いて、他の方法を説明する。

まず、第１の３Ｋ型遊星歯車減速機２３Ｌにおいて、転がり軸受を用いて回転支持している軸受にすべり軸受を適用する箇所を設ける。すべり軸受の箇所は、全てすべり軸受にしてもよいし、一部すべり軸受にしてもよく、目標の歯車の効率に合わせて選択すればよい。

例えば、軸と受けの間に針状のラジアルころ軸受が挿入されている第１の複数個の遊星歯車組３３の各々の自転を可能にする遊星歯車組用軸３６にすべり軸受８４を用いる。すなわち、この場合の遊星歯車組用軸３６であるすべり軸受８４が、遊星歯車組の回転支持軸受を構成する。ただし、このすべり軸受８４には、軸と受けの間にリング状の樹脂製すべり軸受を挿入する場合と、軸、もしくは、第１の複数個の遊星歯車組３３の軸受受け部となる孔に、めっきやコーティングにより焼付き防止をし、すべり軸受として用いる方法がある。

また、キャリヤ３５を回転軸廻りに回転自在に支持するキャリヤ用軸受８２にすべり軸受８５を用いる方法がある。例えば樹脂製のすべり軸受を圧入などで第1のシャフト３７Ｌに固定し、軸受すきまを持ってキャリヤ３５を回転支持する。

また、可動内歯歯車８３が連結されている第１のシャフト３７Ｌを回転支持している第１ラジアル軸受４２Ｌ(ボールねじ機構３９の回転側部材の回転支持軸受)にすべり軸受８６を用いる方法がある。第１ラジアル軸受４２Ｌにすべり軸受を用いる一例としては、中央ハウジング部１８Ｃの内周に固定したすべり軸受で、第１のシャフト３７Ｌの端部の円筒状の外周面を、軸受すきまを設けて回転支持する。

次に、第１の３Ｋ型遊星歯車減速機２３Ｌにおいて回転支持している軸受で、すべり軸受を適用した箇所の軸受隙間を通常の０. ０５ｍｍ前後よりも大きな軸受すきま、例えば、０.１ｍｍ以上の軸受すきまを用いる方法がある。これは、歯車の転位を大きくした場合と同様に、歯車の歯当たりが低下し、歯車の効率低下が得られる。

また、次の図７では、キャリヤ３５を回転軸廻りに回転自在に支持するキャリヤ用軸受８２をなくしている。この場合、キャリヤ３５の倒れなどを防ぎ、キャリヤ３５を概略位置に安定させるために、第1の複数個の遊星歯車組３３のキャリヤ３５の反対面にも円板８７を設け、円板８７にも遊星歯車組用軸３６を固定している。効果としては、キャリヤ３５の概略位置への安定度が軸受を用いる場合よりは低下し、歯車の転位を大きくした場合と同様に、歯車の効率低下が得られる。なお、図３等に示す遊星歯車組用軸３６では、頭部を有する軸部材であったが、図７に示す遊星歯車組用軸３６は頭部を有さない軸部材である。

第１の３Ｋ型遊星歯車減速機２３Ｌにおいて、転がり軸受を用いて回転支持している軸受にすべり軸受を適用する方法や、すべり軸受の軸受すきまを０.１ｍｍ以上にする方法や、キャリヤ用軸受をなくす方法など、前記の歯車の効率を低下させる方法は、目標の歯車の効率に合わせて組合せを選択すればよい。

第１の３Ｋ型遊星歯車減速機２３Ｌにおいて、逆入力が不可となる入力時の効率は、５０％以下で、入力時の効率が、約４５％前後の場合、この逆入力が不可となる歯車の効率は、減速比が１０の時、８７％前後であり、減速比が３０の時、９３％前後である。歯車の効率を低下させるにも限界があるため、第１の３Ｋ型遊星歯車減速機２３Ｌの減速比は１０から３０の範囲が適当である。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。すなわち、本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。例えば、３Ｋ型遊星歯車減速機２３Ｌと同じく、入力時の効率と逆入力時の効率に差がある減速機として、同様に差動を用いるハイポサイクロイド減速機、サイクロイド減速機、ボール減速機、ハーモニック減速機などがあり、これらを、本発明の差動減速機として用いてもよい。

また、本発明の実施形態では、電動モータ２２として、ロータ２５が中空である中空モータを使用し、電動モータ２２の中空部分に運動変換機構２４を配置した後輪操舵装置について説明した。しかしながら、電動モータ２２として、ロータ２５が中実である中実モータを使用してもよい。そのような場合には、ロータ２５と同軸上に３Ｋ型遊星歯車減速機２３を配置し、ロータ２５と平行な軸上に運動変換機構２４を配置し、３Ｋ型遊星歯車減速機２３の出力を運動変換機構２４の入力にベルトや歯車で動力伝達する構造を採用することができる。また、中実のロータ２５と平行な軸上に３Ｋ型遊星歯車減速機２３および運動変換機構２４を配置し、電動モータ２２の出力を、３Ｋ型遊星歯車減速機２３の入力にベルトや歯車で動力伝達する構造を採用してもよい。

逆入力が不可で、減速比は１０から３０の３Ｋ型遊星歯車減速機２３とボールねじを用いた場合の電動モータ出力からロッド出力までの効率と、その際のロッド速度が２４ｍｍ／ｓで、ロッド推力が３５００Ｎの場合の電動モータ２２の回転速度と電動モータ２２の出力との関係を表１にまとめた。

また、従来例の遊星歯車減速機と台形ねじの場合を表２にまとめた。

表１と表２とを比較すれば、従来例の遊星歯車減速機と台形ねじの場合よりも、電動モータ出力とロッド出力間の効率を向上させ、アクチュエータのロッドの位置移動時の消費電力を抑えることができることがわかる。

１６Ｌ、１６Ｒ ロッド
１７Ｌ、１７Ｒ 駆動部
２２Ｌ、２２Ｒ電動モータ
２３Ｌ、２３Ｒ 差動減速機（３Ｋ型遊星歯車減速機）
２４Ｌ、２４Ｒ 運動変換機構
３２ 太陽歯車
３３ 遊星歯車組
３４ 固定内歯歯車
３５ キャリヤ
３９ ボールねじ機構
８０，８１ 遊星歯車
８２ キャリヤ用軸受
８３ 可動内歯歯車
８４、８５、８６ 軸受

Claims (7)

1. 軸方向に移動可能に支持されるロッドを備え、このロッドの軸方向の移動に応じて後輪の向きを変化させる後輪操舵装置であって、
   前記ロッドは電動アクチュエータのロッドであり、電動アクチュエータの駆動部は、回転トルクを発生させる電動モータと、回転速度を減速する差動減速機と、この差動減速機に減速された回転運動を前記ロッドの直線運動に変換するボールねじ機構を有する運動変換機構とを備えたことを特徴とする後輪操舵装置。
2. 前記差動減速機が、少なくとも、太陽歯車と、内歯歯車と、遊星歯車と、遊星歯車を自転可能に支持されるキャリヤとを備えた３Ｋ型遊星歯車減速機であることを特徴とする請求項１に記載の後輪操舵装置。
3. 前記３Ｋ型遊星歯車減速機が、前記太陽歯車から入力し、可動内歯歯車から出力するときの入力時の効率を５０％以下に設定したことを特徴とする請求項２に記載の後輪操舵装置。
4. 前記３Ｋ型遊星歯車減速機の前記キャリヤが、浮動支持されていることを特徴とする請求項２又は請求項３のいずれか１項に記載の後輪操舵装置。
5. 前記３Ｋ型遊星歯車減速機は、太陽歯車に噛合する第１遊星歯車と、第１遊星歯車と一体に回転する第２遊星歯車とで構成される遊星歯車組と、遊星歯車組の各遊星歯車が自転可能に支持されるキャリヤと、第１遊星歯車に噛合する固定内歯歯車と、第２遊星歯車に噛合するとともに前記ボールねじ機構の回転側部材に連結される可動内歯歯車とを備え、遊星歯車組の回転支持軸受、キャリヤの回転支持軸受、及び回転側部材の回転支持軸受の少なくともいずれか１つにすべり軸受を用いたことを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１項に記載の後輪操舵装置。
6. 前記すべり軸受の軸受すきまが０．１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項５に記載の後輪操舵装置。
7. 前記請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の後輪操舵装置を用いたことを特徴とする車両。

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