JP6374782B2

JP6374782B2 - 車両用転舵装置

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Publication number: JP6374782B2
Application number: JP2014251722A
Authority: JP
Inventors: 藤田　裕志; 裕志藤田
Original assignee: Showa Corp
Current assignee: Showa Corp
Priority date: 2014-12-12
Filing date: 2014-12-12
Publication date: 2018-08-15
Anticipated expiration: 2034-12-12
Also published as: US9415800B2; JP2016114121A; US20160167700A1

Description

本発明は、伸縮アクチュエータ、及び車両用転舵装置に関する。

近年の四輪車両は、走行状態に応じて後輪の転舵角を所望の角度に変更するために、後輪用の車両用転舵装置を備えることが多い。
このような車両用転舵装置には、一つのアクチュエータで左右の車輪をまとめて転舵させる左右一体型と、左右それぞれにアクチュエータを設けて左右の車輪を別個独立で転舵させる左右独立型と、がある。
また、左右独立型の車両用転舵装置で利用されるアクチュエータとして、ロッドの進出又は後退によりハウジングからのロッドの突出量が変化する伸縮アクチュエータが挙げられる。

伸縮アクチュエータは、通常、ロッドのストローク量を測定するために磁気型のストロークセンサを備えている。磁気型のストロークセンサは、下記特許文献に示されるように、磁界の変化を検出するコイルを有する筒状の検出部と、磁界を変化させる被検出部と、を備えている。

特開２００３−３５３０２号公報特開２００３−２４７８６１号公報特開２００８−２１５５７２号公報

ここで、被検出部と検出部との配置に関し、被検出部がロッドの一端面に固定され、一方で、検出部がロッドの一端面に対向するように配置される。つまり、被検出部と検出部とがロッドと同軸上に配置されることから、ロッド及びストロークセンサが占有する空間がロッドの軸方向に長くなり、伸縮アクチュエータの大型化の要因になっている。

一方で、ロッドの短縮により伸縮アクチュエータの小型化を図ることも考えられるが、ロッドを短縮すると、ブッシュやナットなどの支持部材により支持される部位が減少し、ロッドの進退動が安定しないおそれがある。

本発明は、このような課題を解決するために創作されたものであり、ロッドの安定した
進退動を確保しつつ、小型化された伸縮アクチュエータを備えた車両用転舵装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明に係る車両用転舵装置は、ロッドを有する伸縮アクチュエータを備え、前記ロッドの進退によって車両の車輪が転舵される車両用転舵装置であって、前記伸縮アクチュエータは、前記ロッドと、前記ロッドを進退自在に支持する支持部材と、前記ロッドの車幅方向内側に配置されて前記ロッドのストローク量を測定するストロークセンサと、回転軸を有するモータと、前記回転軸の回転運動を前記ロッドの軸方向への直線運動に変換するボールねじと、を有し、前記ストロークセンサは、棒状の被検出部と、内部に前記被検出部が進入可能で、前記被検出部が前記内部に進入した長さを検出する検出部と、を有し、前記ボールねじは、内周面に螺旋溝が形成され、前記ロッドに貫通されるナットと、外周面に螺旋溝が形成された前記ロッドと、前記ナットの螺旋溝と前記ロッドの螺旋溝との両方に収容される複数のボールと、を有し、前記支持部材は、前記ナットの車幅方向内端に内嵌され、前記ロッドは、車幅方向内側に向って開口する有底筒状の有底筒部を有し、前記被検出部は、前記有底筒部の底面に固定されて少なくとも一部が前記有底筒部内に収容され、最伸長時において、前記支持部材が前記有底筒部の外周面を支持し、最収縮時において、前記検出部の少なくても一部が前記有底筒部内に収容されることを特徴とする。

前記する発明によれば、被検出部と検出部とがロッドの有底筒部内に収容されるため、ロッド及びストロークセンサが占有する空間はロッドの軸方向に短縮し、伸縮アクチュエータの小型化を図れる。
また、ロッドに有底筒部が形成されるものの、最収縮時であっても外周面が支持部材に支持されるため、ロッドの進退動の安定化を確保できる。

本発明によれば、ロッドの安定した進退動を確保しつつ、小型化された伸縮アクチュエータを備えた車両用転舵装置を提供することができる。

四輪車両の左後輪の懸架装置を後方から視た背面図である。実施形態に係る伸縮アクチュエータを断面視した断面図である。（ａ）はロッドの突出量が最大の場合の図２の枠線Ａで囲まれた範囲の拡大図であり、（ｂ）はロッドの突出量が最小の場合の図２の枠線Ａで囲まれた範囲の拡大図である。（ａ）は実施形態の伸縮アクチュエータの最伸長時の模式図、（ｂ）は従来の伸縮アクチュエータの最伸長時の模式図、（ｃ）は実施形態の伸縮アクチュエータの最収縮時の模式図、（ｄ）は従来の伸縮アクチュエータの最収縮時の模式図である。変形例に係る伸縮アクチュエータの一部を拡大した断面図である。

本発明の一実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。また、実施形態の説明では、本発明が四輪車両の後輪を転舵させる車両用転舵装置に適用された例を挙げる。

四輪車両は、ＦＦ（Front-Engine Front-drive）ベースの四輪駆動車である。
図１に示すように、四輪車両の後輪４００は、ダブルウイッシュボーン式で構成される懸架装置２００に支持されている。
懸架装置２００は、後輪４００を回転自在に支持するナックル２１１と、ナックル２１１を上下動可能に車体に連結するアッパーアーム２２１およびロアアーム２３１と、後輪４００の上下動を緩衝する懸架ばね付きダンパー２４１と、ナックル２１１を回動させて後輪４００の転舵角を変化させる伸縮アクチュエータ１と、伸縮アクチュエータ１を制御する制御部５２と、を備えている。
なお、伸縮アクチュエータ１と制御部５２とを組み合わせてなるものが、車両用転舵装置に相当する。

ナックル２１１の上部は、ボールジョイント２１３を介してアッパーアーム２２１の先端部に回動自在に連結されている。ナックル２１１の下部は、ボールジョイント２１４を介してロアアーム２３１の先端部に回動自在に連結されている。そして、ナックル２１１がボールジョイント２１３、２１４を中心に回動することで、後輪４００の転舵角が変化するようになっている。

アッパーアーム２２１の基部は、２つのブッシュ２２２、２２２を介して車体に回動自在に取り付けられている。ロアアーム２３１の基部は、２つのブッシュ２３２（図１においては１つのみ図示）を介して車体に回動自在に取り付けられている。そして、アッパーアーム２２１及びロアアーム２３１が基部側を中心回動することで、後輪４００が上下動するようになっている。

ダンパー２４１は、ばね付きの油圧ダンパー（油圧緩衝器）である。ダンパー２４１の上部は、車体２５１に固定されている。ダンパー２４１の下部は、ブッシュ２４２を介してナックル２１１に連結されている。

伸縮アクチュエータ１の車幅方向内側の端部は、ブッシュ２を介して車体に連結している。一方で、伸縮アクチュエータ１の車幅方向外側の端部は、ブッシュ３を介してナックル２１１に連結している。このため、伸縮アクチュエータ１は、車体とナックル２１１との間に介在している。

図２に示すように、伸縮アクチュエータ１は、回転軸（不図示）を有するモータ１０と、モータ１０の回転軸に連結するウォーム軸１１と、ウォーム軸１１の外周面に形成されたウォームギヤ１２と、ウォームギヤ１２に歯合するウォームホイール１３と、ウォームホイール１３に内嵌されるナット１４と、ナット１４の車幅方向内端に内嵌された環状のブッシュ（支持部材）１５と、ナット１４及びブッシュ１５により車幅方向に進退自在に支持されたロッド２０と、ストロークセンサ３０と、前記した部品を収容するハウジング４０と、を備えている。

ハウジング４０は、車幅方向内側の端部にブッシュ２が内嵌される環状の環状部４１ａが形成された第１ハウジング４１と、第１ハウジング４１の車幅方向外側に固定された第２ハウジング４２と、第２ハウジング４２の後側に固定された第３ハウジング４３（図１参照）と、を備えている。

第１ハウジング４１と第２ハウジング４２との間には、車幅方向の延びる略円柱状のスペースＳが形成されている。このスペースＳは、ロッド２０とストロークセンサ３０とを車幅方向に並べて配置した状態でも収容可能な大きさに形成されている。なお、第３ハウジング４３にも、スペースＳに連続する内部空間が形成されている。

第２ハウジング４２の車幅方向外側の壁部４２ａが開口し、スペースＳに収容されるロッド２０の車幅方向外側の端部がハウジング４０から突出している。第３ハウジング４３は、モータ１０を収容するための部材であり、モータ１０の回転軸が前方を指すように収容している。
なお、説明の都合上、ロッド２０の両端部において、ハウジング４０内に収容されている方を「一端部」と称し、ハウジング４０から突出している方を「他端部」と称する。

ウォーム軸１１は、図示しない軸受により前後軸回りに回動自在に支持されている。
ウォームギヤ１２とウォームホイール１３とは、ウォーム軸１１の前後軸回りの回転運動を左右軸回りの回転運動に変換するためのものである。
また、ウォームホイール１３の内周面には、ナット１４が固定されており、モータ１０の回転軸（不図示）の回転運動が、ウォームギヤ１２とウォームホイール１３とを介してナット１４（後述するボールねじ）に伝達されるようになっている。

ナット１４は、ウォームホイール１３とともに左右軸回りに回転する部材である。
ナット１４の車幅方向外側寄りには、第２ハウジング４２に内嵌されたボールベアリング１６が外嵌されている。また、ナット１４の車幅方向内側寄りに、第１ハウジング４１に内嵌されたローラベアリング１７が外嵌されている。このため、ナット１４による左右軸回りの回転が安定するようになっている。
また、ナット１４の内周面には、螺旋溝１４ａが形成されている。

ロッド２０は、車幅方向に延びる略円柱体の部材であり、ナット１４内を貫通するように配置されている。
ロッド２０の外周面には、螺旋溝２０ａが形成されている。
また、ナット１４とロッド２０との間には、ナット１４の螺旋溝１４ａとロッド２０の螺旋溝２０ａとの両方に収容される複数のボール１８が設けられており、ナット１４とロッド２０と複数のボール１８とでボールねじを構成している。
つまり、本実施形態の伸縮アクチュエータ１は、ボールねじを備え、モータ１０の回転軸（不図示）の回転運動が、ボールねじにより、ロッド２０の軸方向（左右方向）への直線運動に変換されるようになっている。
そして、ナット１４の回転によりロッド２０が車幅方向外側へ移動（前進）すると、ハウジング４０から突出するロッド２０の突出量が増加し、伸縮アクチュエータ１の車幅方向の長さが長くなる。一方で、ナット１４の回転によりロッド２０が車幅方向内側へ移動（後退）すると、ハウジング４０から突出するロッド２０の突出量が減少し、伸縮アクチュエータ１の車幅方向の長さが短くなる。

ロッド２０の他端部には、ブッシュ３が内嵌される環状の環状部２１が形成され、ロッド２０の他端部がブッシュ３を介してナックル２１１に連結している。このため、ロッド２０が前後動すると、ナックル２１１が回動して後輪４００の転舵角が変化するようになっている。

一方で、ロッド２０は、車幅方向内側（一端側）に向って開口する有底筒状の有底筒部２２を有している。この有底筒部２２の底面２３の中央部には、図３に示すように、ねじ穴２３ａが形成されている。そのほかの有底筒部２２の構成については後述する。

制御部５２は、後輪４００の転舵角を制御するための装置であり、ハウジング４０内ではなく、車体に固定されている。
また、制御部５２は、例えば車速センサやストロークセンサ３０など、各センサに接続している。なお、本実施形態の制御部５２は、図２に示すように、配線によりストロークセンサ３０やモータ１０に接続している。そして、制御部５２は、各センサから送られてきた情報から車両の走行状態を判断してモータ１０に制御信号を送信し、後輪４００の転舵角を走行状態に応じた角度に調整している。

ストロークセンサ３０は、ロッド２０の一端部側に配置されてロッド２０のストローク量を測定する磁気型のセンサである。
ストロークセンサ３０は、棒状の被検出部３１と、内部に被検出部３１が進入可能で、被検出部３１が内部に進入した長さを検出する検出部３２と、を備えている。

被検出部３１は、アルミニウムやステンレスなどの非磁性体から形成されている。また、図３に示すように、被検出部３１の基部側には、ロッド２０のねじ穴２３ａに螺合するための螺旋溝３１ｂが形成され、被検出部３１の先端部側には、円筒状の永久磁石３１ａが埋設されている。

図２に示すように、検出部３２は、カプラー５１と一体に形成されて内部に被検出部３１が進入可能な円筒状の円筒部３３と、円筒部３３を構成する壁部内に車幅方向に配列された複数のコイル３４、３４・・・と、を備えている。
また、検出部３２は、被検出部３１に対して車幅方向内側に配置されており、被検出部３１の進入により永久磁石３１ａがコイル３４内を通過した場合、コイル３４内の磁界の方向（磁束の向き）が変わるようになっている。

なお、ストロークセンサ３０のコイル３４は、制御部５２に接続しており、コイル３４、３４、・・・からの信号が制御部５２に入力される。そして、制御部５２は、車幅方向に配列された複数のコイル３４、３４・・・のうち、内部を通過する磁界の方向が変わったコイル３４を特定し、検出部３２内に進入した被検出部３１の長さを測定している。

つぎに、有底筒部２２、被検出部３１、検出部３２、ブッシュ１５の関係について、図３を用いて説明する。

図３に示すように、被検出部３１の螺旋溝３１ｂが有底筒部２２のねじ穴２３ａに螺合し、被検出部３１は、有底筒部２２の底面２３から車幅方向内側へ延びた状態でロッド２０に固定されている。このため、被検出部３１の一部が有底筒部２２内に収容された状態になっている。

有底筒部２２の内径は、検出部３２の外径よりも大きく、有底筒部２２内に検出部３２が収容可能になっている。
一方で、検出部３２は、ロッド２０の一端部側（車幅方向内側）に配置され、有底筒部２２の底面２３に対向している。

そして、図３（ａ）に示すように、ロッド２０が車幅方向の最も外側に位置している場合（伸縮アクチュエータ１の最伸長時）において、検出部３２の一部（車幅方向外側の端部）が有底筒部２２内に収容されるようになっている。
なお、図３（ａ）に示すように、ロッド２０が車幅方向外側（他端部側）への移動量が最も大きい場合（伸縮アクチュエータ１の最伸長時）であっても、ブッシュ１５は、有底筒部２２の外周面２５に当接してロッド２０を支持している。

また、図３（ｂ）に示すように、ロッド２０が車幅方向の最も内側（一端部側）に位置している場合（伸縮アクチュエータ１の最収縮時）において、有底筒部２２の底面２３に接触することなく、検出部３２の大部分が有底筒部２２内に収容されるようになっている。そのほか、検出部３２の外周面３２ａは、有底筒部２２の内周面２４に離間し、走行中におけるロッド２０の振動が検出部３２に伝達し難くなっている。

つぎに、伸縮アクチュエータ１の効果について、比較例を図示した図４を参照しながら説明する。なお、図４（ｂ）、（ｄ）に図示される比較例は、従来の伸縮アクチュエータ１０１である。また、従来の伸縮アクチュエータ１０１は、ロッド１２０がブッシュ１１５に進退自在に支持され、ロッド１２０の一端面に被検出部１３１が固定され、ロッド１２０の一端面に検出部１３２が対向して配置されている。

実施形態の伸縮アクチュエータ１は、上記したように被検出部３１が有底筒部２２内に収容されている。
このことから、ロッド２０と被検出部３１とを併せた車幅方向の長さに関し、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、実施形態の伸縮アクチュエータ１は、従来の伸縮アクチュエータ１０１よりも、有底筒部２２の深さＬ１分だけ短くなる。このため、有底筒部２２が形成されたロッド２０を用いると、ロッド２０と被検出部３１とが占有する空間が車幅方向に減少する。

また、実施形態の伸縮アクチュエータ１は、上記したように検出部３２が有底筒部２２内に収容される。
このことから、検出部３２が配置される位置に関し、図４（ｃ）、（ｄ）に示すように、実施形態の伸縮アクチュエータ１では、従来の伸縮アクチュエータ１０１よりも、長さＬ２分だけロッド２０側に近接する。このため、有底筒部２２が形成されたロッド２０を用いると、ロッド２０と検出部３２とが占有する空間が車幅方向に減少する。

以上から、実施形態の伸縮アクチュエータ１によれば、ロッド２０と被検出部３１とが占有する空間、及びロッド２０と検出部３２とが占有する空間が車幅方向に減少する。
つまり、ロッド２０とストロークセンサ３０とが占有する空間がロッド２０の軸方方向に短縮し、第１ハウジング４１と第２ハウジング４２によって形成されるスペースＳを縮小させることができ、伸縮アクチュエータ１の小型化を図ることができる。
また、実施形態のロッド２０には有底筒部２２が形成されるものの、有底筒部２２の外周面２５がブッシュ（支持部材）１５に支持されているため、ロッド２０の進退動の安定化が確保されている。

以上、実施形態について説明したが、本発明は実施形態の例に限定されない。
例えば、実施形態では、検出部３２の一部が常時有底筒部２２内に収容されるように構成されているが（図３（ａ）、（ｂ）参照）、本発明は、伸縮アクチュエータ１の最収縮時に、検出部３２の少なくても一部が有底筒部２２内に収容されればよい。
このような構成であっても、検出部３２は、従来例よりもロッド２０側に近接して配置されることとなり、伸縮アクチュエータ１の小型化に寄与することができる。

また、実施形態では、有底筒部２２に支持するブッシュ１５は、ナット１４に内嵌されているが、第１ハウジング４１に内嵌されていてもよく、特に限定されない。

また、本実施形態では、有底筒部２２を支持する支持部材がブッシュ１５であったが、そのほかに、ロッド２０の外周面に形成された螺旋溝２０ａに収容された複数のボール１８を転動させてロッド２０を進退させるナット１４が支持部材であってもよい。
具体的には、図５に示すように、ナット１４がボール１８を介して有底筒部２２のねじ溝２０ａに間接的に螺合し、有底筒部２２の外周面２５を支持しても良い。
または、特に図示しないが、送りねじ機構のように、ナットが有底筒部の螺旋溝に直接螺合し、有底筒部の外周面を支持するように構成してもよい。

また、ストロークセンサ３０に関して、被検出部３１に永久磁石３１ａを設けた例を挙げたが、本発明はこれに限定されない。ストロークセンサ３０は、差動トランスを利用したセンサであってもよく、その他の公知のセンサであってもよい。

１伸縮アクチュエータ
１０モータ
１４ナット（支持部材）
１５ブッシュ（支持部材）
２０ロッド
２２有底筒部
２３底面
２４内周面
２５外周面
３０ストロークセンサ
３１被検出部
３２検出部
３３円筒部
３４コイル
４０ハウジング

Claims

ロッドを有する伸縮アクチュエータを備え、前記ロッドの進退によって車両の車輪が転舵される車両用転舵装置であって、
前記伸縮アクチュエータは、
前記ロッドと、
前記ロッドを進退自在に支持する支持部材と、
前記ロッドの車幅方向内側に配置されて前記ロッドのストローク量を測定するストロークセンサと、
回転軸を有するモータと、
前記回転軸の回転運動を前記ロッドの軸方向への直線運動に変換するボールねじと、
を有し、
前記ストロークセンサは、
棒状の被検出部と、
内部に前記被検出部が進入可能で、前記被検出部が前記内部に進入した長さを検出する検出部と、
を有し、
前記ボールねじは、
内周面に螺旋溝が形成され、前記ロッドに貫通されるナットと、
外周面に螺旋溝が形成された前記ロッドと、
前記ナットの螺旋溝と前記ロッドの螺旋溝との両方に収容される複数のボールと、
を有し、
前記支持部材は、前記ナットの車幅方向内端に内嵌され、
前記ロッドは、車幅方向内側に向って開口する有底筒状の有底筒部を有し、
前記被検出部は、前記有底筒部の底面に固定されて少なくとも一部が前記有底筒部内に
収容され、
最伸長時において、前記支持部材が前記有底筒部の外周面を支持し、
最収縮時において、前記検出部の少なくても一部が前記有底筒部内に収容される
ことを特徴とする車両用転舵装置。
前記支持部材は、環状のブッシュであることを特徴とする請求項１に記載の車両用転舵装置。