JP6094384B2 - 車両の後輪操舵装置 - Google Patents

Description

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関する。

近時、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」から成る。この装置には、モータの回転運動をロッドの直線運動に変換して伝達する減速機構が設けられており、その実施例として遊星歯車機構が開示されている。また、下記の特許文献２に記載の後輪舵角制御装置にも、遊星歯車機構が用いられており、これを構成するリングギヤ等が樹脂材料で形成されている。

更に、下記の特許文献３には、電気モータの回転運動をプッシュロッドの並進運動に変換するためのトランスミッションに遊星歯車装置が用いられ、そのリングギヤはボールねじのスラスト軸受の外側リングに圧入される旨記載されている。また、モータからプッシュロッドへの駆動力の伝達を断続するブロッキング装置も具備しており、電気モータ及びトランスミッションと共にモジュールハウジングに支持されている。

特許第５０９８２４２号公報 特許第３０６８７７９号公報 特表２０１２−５１１４６５号公報

上記特許文献１及び３に開示された装置においては、遊星歯車機構のリングギヤは金属製で、通常の装着手段としてハウジングに圧入される。このため、圧入工程が必要でありコストアップ要因となる。上記特許文献２に記載のようにリングギヤを樹脂材料で形成すれば安価になるが、ハウジングの内側に一体成形することは容易ではない。尚、特許文献２では各ギヤの樹脂材料を異なるものとすることを特徴としている。

また、特許文献１及び２の何れにおいても、ロッドを支持する構造は言わば両端支持であるため複雑であり、片持支持の構造に転用すれば他の部品の組み付け工程に無駄が生ずる。これに対し、特許文献３に記載の装置は、片持支持構造に分類され得るが、電気モータ、トランスミッション及びブロッキング装置がモジュールハウジングに支持される構成であるので、高強度が要求され、ハウジングが大型となる。

そこで、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、遊星歯車機構を構成するリングギヤを適切に保持すると共に確実にトルクを伝達し得る構造とし、組付が容易で、低コスト化及び軽量化を可能とする後輪操舵装置を提供す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、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、該ハウジング内に収容する電動モータと、該電動モータの出力軸に連結するサンギヤ、前記ハウジング内に回転不能に支持するリングギヤ、該リングギヤ及び前記サンギヤに噛合するプラネタリギヤ、及び該プラネタリギヤに連結するキャリアを有し、前記電動モータの出力を減速する遊星歯車機構と、該遊星歯車機構に連結し前記キャリアを構成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を備え、前記ハウジングが、前記電動モータ及び前記遊星歯車機構を直列に配置して収容し前記電動モータと前記遊星歯車機構との間の内面に係止部を有する筒体と、前記第１の連結部材を有し前記筒体の開口を閉塞する連結カバーとを具備し、前記遊星歯車機構を構成する前記リングギヤの回転を阻止する状態で前記筒体内に保持する筒状保持部材と、該筒状保持部材に対し前記ナット部材を回転可能に支持する軸受を備え、該軸受及び前記筒状保持部材を前記筒体の係止部と前記連結カバーとの間に挟持し、前記筒状保持部材を前記筒体に対して回転不能に保持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、前記リングギヤは、径方向外側に延出する係合部を有し、前記筒状保持部材は、前記係合部を円周方向で係止する係止部を有する構成とするとよい。前記筒状保持部材の係止部は、前記リングギヤの係合部を収容する溝とするとよい。

前記リングギヤは合成樹脂製とし、前記リングギヤの係合部が、両外側面に突起を有し、該突起が前記筒状保持部材の溝の両内側面に当接した状態で前記リングギヤが前記筒状保持部材に保持される構成とするとよい。

上記の後輪操舵装置において、前記筒体の係止部は、前記筒体の内面に形成された段差で構成とするとよい。あるいは、前記筒体の係止部を、前記筒体の内面に固定されるスナップリングで構成してもよい。更に、前記筒体と前記連結カバーが環状のロックナットによって締結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、本発明の後輪操舵装置においては、ハウジングが、電動モータ及び遊星歯車機構を直列に配置して収容し電動モータと遊星歯車機構との間の内面に係止部を有する筒体と、第１の連結部材を有し筒体の開口を閉塞する連結カバーとを具備し、遊星歯車機構を構成するリングギヤの回転を阻止する状態で筒体内に保持する筒状保持部材と、該筒状保持部材に対しナット部材を回転可能に支持する軸受を備え、該軸受及び筒状保持部材を筒体の係止部と連結カバーとの間に挟持し、筒状保持部材を筒体に対して回転不能に保持するように構成されているので、遊星歯車機構を構成するリングギヤを合成樹脂製としても、回転方向に対し強固に保持することができ、組付が容易で、低コスト化及び軽量化が可能となる。

上記の後輪操舵装置において、リングギヤは、径方向外側に延出する係合部を有するものとし、筒状保持部材は、係合部を円周方向で係止する係止部を有するものとすれば、製造及び組付が容易で安価な装置とすることができる。また、筒状保持部材の係止部は、リングギヤの係合部を収容する溝で構成すれば、容易に形成することができる。

また、リングギヤを合成樹脂製とし、リングギヤの係合部が、両外側面に突起を有するものとし、突起が筒状保持部材の溝の両内側面に当接した状態でリングギヤが筒状保持部材に保持されるように構成すれば、確実な保持状態を維持することができる。

特に、筒体の係止部を、筒体の内面に形成された段差で構成し、あるいは、筒体の内面に固定されるスナップリングで構成すれば、製造及び組付が容易で安価な装置とすることができる。更に、筒体と連結カバーとを環状のロックナットで締結する構成とすれば、組付が容易で、確実に軸方向荷重を吸収することができる。

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。 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縦断面図である。 本発明の一実施形態における減速機構を構成するホルダの横断面図である。 本発明の一実施形態における減速機構を構成するリングギヤの正面図である。 本発明の一実施形態における減速機構を構成するリングギヤの係合部を拡大して示す正面図である。 本発明の一実施形態における減速機構を構成するリングギヤの側面図である。 本発明の一実施形態における減速機構の一部を示す斜視図である。 本発明の一実施形態におけるアクチュエータの一部を構成するサブアセンブリの縦断面図である。 本発明の一実施形態におけるアクチュエータの一部を構成するサブアセンブリの斜視図である。

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。本発明の一実施形態に係る後輪操舵装置の全体構成を図１に示す。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１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ＲＬ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、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２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るが、この支持構造については後述する。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２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２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。尚、環状溝１０ａ及びスナップリング１４に代えて、筒体１０の内周面に環状の段差（図示せず）を形成し、これを係止部に供することとしてもよい。

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３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及び変位検知装置５を構成する磁石ブロック５０がハウジング１ｂ内に収容されている。変位検知装置５は、例えば磁気ベクトルセンサで構成される変位センサ５ａと例えばネオジウム磁石で構成される永久磁石５ｂを備え、変位センサ５ａは電子回路基板４０に支持され、永久磁石５ｂは磁石ブロック５０内に保持されている。この磁石ブロック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、前述のロッド２の回転を阻止する機能を有している。

図３及び図４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が形成されており、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からボルト５１が挿通され、ロッド２に固定されている。磁石ブロック５０は合成樹脂で形成され、図３に示すように、永久磁石５ｂを収容する保持部５２と、その両端に一対の脚部５３、５３が延出形成されると共に、両脚部５３、５３間に金属製のナット５４がインサート成形されている。一方、図４に示すように、筐体１２の内部には支持部１２ｓが形成されており、ロッド２の軸に平行に一対の立壁部１２ｗ、１２ｗが形成されている。そして、保持部５２が一対の立壁部１２ｗ、１２ｗ間に保持されるように組付けられ、ロッド２の貫通孔２ｈにボルト５１が挿通されナット５４に螺合される。この結果、磁石ブロック５０によって、ロッド２が筐体１２の立壁部１２ｗ、１２ｗひいてはハウジング１に対し回転不能に支持される。

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。これにより、前述のようにリヤアクスルＲＡの支持部ＲＳとリンクＲＬとの間が伸縮駆動されて、後輪の舵角が調整される。

ここで、前述のホルダ３４に対するリングギヤ３３の支持構造について説明する。先ず、ホルダ３４は、図５に示すように段付円筒状に形成され、その側壁（周壁）には軸方向に開口すると共に内外周面に開口する切欠状の溝３４ｃ、３４ｃが形成されている。尚、溝３４ｃ、３４ｃは（外周面に開口することなく）内周面のみに開口する形状としてもよい。

一方、リングギヤ３３は、図６乃至図８に示すように構成されており、このリングギヤ３３が上記ホルダ３４に嵌合されて一体となる。本実施形態のリングギヤ３３は、図８に示すように、径方向で対向する位置に、径方向外側に延出する一対の係合部３３ｅ、３３ｅが一体成形されている。これら係合部３３ｅ、３３ｅの径方向長さ（高さ）及び軸方向長さは、何れもホルダ３４の溝３４ｃ、３４ｃの径方向長さ（高さ）及び軸方向長さより小に設定されている。

図７にリングギヤ３３の一部を拡大して示すように、各係合部３３ｅの両外側面には突起３３ｆ、３３ｆが形成されている。従って、リングギヤ３３がホルダ３４内に収容されるときには、図８及び図９に示すように、係合部３３ｅ、３３ｅの突起３３ｆ、３３ｆが溝３４ｃ、３４ｃの両内側面に押圧されながらリングギヤ３３がホルダ３４に嵌合される。この結果、図９及び図１０に示すように、リングギヤ３３の径方向端面及び軸方向端面がホルダ３４の径方向端面及び軸方向端面より内側に位置する状態で、リングギヤ３３がホルダ３４に保持される。そして、プラネタリギヤ３２及びナット部材３６が組み付けられると図９に示す状態となり、更に軸受３７及びロッド２等が装着されると、図１０及び図１１に示すサブアセンブリＳＡが構成される。

上記の構成になるアクチュエータユニットＡＵの製造方法を説明すると、先ず、コイル２３が巻装されたステータ２４が、圧入装置（図示せず）によって筒体１０内に圧入され、図２に示す所定の位置で固定される。また、モータカバー２５が筒体１０内に挿入され、スナップリング１４が筒体１０内の環状溝１０ａに固定される。これとは別に、サンギヤ３１が一体成形された中空回転軸２０に、軸受２５ｂが圧入された後、永久磁石２２を保持するための樹脂製の押え部材２２ａが圧入されると共に、コア２１が圧入固定される。そして、コア２１内に永久磁石２２が収容され、更に押え部材２２ｂが圧入されたサブアセンブリの状態で、永久磁石２２が着磁される。

次に、上記の中空回転軸２０がステータ２４の中空部内に挿入され、軸受２５ｂがモータカバー２５の中空部に嵌合した状態で保持される。更に、磁極センサ６用のプラスチックマグネット６ｂが固着された支持部材２６が中空回転軸２０の端部に圧入され、プラスチックマグネット６ｂが着磁された後、筐体１２が筒体１０の電動モータ３ａ側（図２の右側）の開口に接合され、ボルト結合される。尚、筐体１２の環状溝１２ａには軸受１２ｂの外輪が圧入されており、筒体１０に筐体１２を接合すると軸受１２ｂの内輪が中空回転軸２０に嵌合する。

一方、軸受３７の内輪３７ａがナット部材３６に嵌合され、スペーサ３７ｃによって保持され、軸受３７の外輪３７ｂがホルダ３４に嵌合される。次に、リングギヤ３３がホルダ３４に装着され、ピン３５によってプラネタリギヤ３２がナット部材３６に支持されると、図１０に示す状態となり、ピン３５に係止部材３８が係止される。そして、ナット部材３６の雌螺子部３６ｃにロッド２の雄螺子部２ｃが螺合され、雄螺子部２ｃの先端にナット２ｄが螺着されて、図１０及び図１１に示すサブアセンブリＳＡが構成される。

上記のサブアセンブリＳＡのロッド２が図１乃至図３に示す中空回転軸２０内に挿通され、サンギヤ３１がプラネタリギヤ３２及びリングギヤ３３に噛合するように組み付けられ、ホルダ３４の軸方向端面がスナップリング１４の側端面に当接するまで押し込まれる。続いて、連結カバー１１が装着され、筒体１０にロックナット１３が螺合される。これにより、軸受３７の外輪３７ｂ及びホルダ３４がスナップリング１４と連結カバー１１との間に強固に挟持される。このとき、サブアセンブリＳＡのロッド２は、筐体１２に配設されたブッシュ２ａ及び２ｂ内を挿通し、筐体１２の外部まで延出している。

そして、筐体１２内で、ロッド２の長溝２ｒに磁石ブロック５０が配置され、その保持部５２が立壁部１２ｗ、１２ｗ間に保持されるように組付けられる。而して、ロッド２の貫通孔２ｈにボルト５１が挿通されナット５４に螺合されると、ロッド２はハウジング１に対し回転不能に支持される。

更に、変位センサ５ａが装着された電子回路基板４０が、筐体１２内に収容され、変位センサ５ａが永久磁石５ｂと対向する位置で固定される。そして、ワイヤハーネス（図示せず）が接続された後、蓋体１５及び１６がシール部材のＯリングＯＲを介して筐体１２にボルト結合されると、筐体１２内が液密空間となる。以上のように組付けられた後、ロッド２の先端にボールジョイントＪＬが連結され、ラバーブーツＢＴが装着される。

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
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
５０ 磁石ブロック

Claims (7)

1. 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、該ハウジング内に収容する電動モータと、該電動モータの出力軸に連結するサンギヤ、前記ハウジング内に回転不能に支持するリングギヤ、該リングギヤ及び前記サンギヤに噛合するプラネタリギヤ、及び該プラネタリギヤに連結するキャリアを有し、前記電動モータの出力を減速する遊星歯車機構と、該遊星歯車機構に連結し前記キャリアを構成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を備え、前記ハウジングが、前記電動モータ及び前記遊星歯車機構を直列に配置して収容し前記電動モータと前記遊星歯車機構との間の内面に係止部を有する筒体と、前記第１の連結部材を有し前記筒体の開口を閉塞する連結カバーとを具備し、前記遊星歯車機構を構成する前記リングギヤの回転を阻止する状態で前記筒体内に保持する筒状保持部材と、該筒状保持部材に対し前記ナット部材を回転可能に支持する軸受を備え、該軸受及び前記筒状保持部材を前記筒体の係止部と前記連結カバーとの間に挟持し、前記筒状保持部材を前記筒体に対して回転不能に保持することを特徴とする車両の後輪操舵装置。
2. 前記リングギヤは、径方向外側に延出する係合部を有し、前記筒状保持部材は、前記係合部を円周方向で係止する係止部を有す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。
3. 前記筒状保持部材の係止部が、前記リングギヤの係合部を収容する溝であることを特徴とする請求項２記載の車両の後輪操舵装置。
4. 前記リングギヤは合成樹脂製で、前記リングギヤの係合部が、両外側面に突起を有し、該突起が前記筒状保持部材の溝の両内側面に当接した状態で前記リングギヤが前記筒状保持部材に保持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。
5. 前記筒体の係止部が、前記筒体の内面に形成された段差であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の車両の後輪操舵装置。
6. 前記筒体の係止部を、前記筒体の内面に固定されるスナップリングで構成することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の車両の後輪操舵装置。
7. 前記筒体と前記連結カバーが環状のロックナットによって締結されることを特徴とする請求項５又は６記載の車両の後輪操舵装置。

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