JP7067047B2 - 操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、操舵装置に関する。

従来の操舵装置としては、例えば特許文献１，２に記載されている技術が知られている。特許文献１に記載の操舵装置は、車体と一体に設けられた支持アームと、この支持アームと連結され、車輪の操舵を直接制御する伸縮式（直動式）の電気アクチュエータとを備えている。

特許文献２に記載の操舵装置は、左右の車輪にそれぞれ操舵力を加える１対の操舵モータと、左右の車輪をそれぞれ操向可能に支持する１対のキングピンと、各キングピンにそれぞれ同軸的に嵌着固定された１対の操向ギアと、各操舵モータの出力軸にそれぞれ取り付けられていると共に、各操向ギアとそれぞれ噛合された１対のピニオンとを備えている。各キングピンには、ナックルアームの一端がそれぞれ取り付けられている。これらのナックルアームの他端同士は、左右方向に延びる棒状のリンク部材により連結されている。

特表２００９－５０１１０７号公報 特開２００３－１７０８４９号公報

しかしながら、上記従来技術においては、以下の問題点が存在する。即ち、上記の特許文献１のように伸縮式の電気アクチュエータにより車輪の操舵を行う場合には、車輪の切れ角が大きいときにエネルギー消費量が多くなる。

上記の特許文献２では、１対の操舵モータにより左右の車輪を独立に操舵させているため、車輪の切れ角を大きくしても、エネルギー消費量が多くなることはない。しかし、真円形状の操向ギアを使用しているため、高減速比のギア機構を得るためには操向ギアを大型化する必要がある。

本発明の目的は、省エネルギー化を図ると共に、小型かつ高減速比のギア機構を得ることができる操舵装置を提供することである。

本発明の一態様は、左右１対の車輪を有する車両に搭載された操舵装置において、１対の車輪をそれぞれ独立に転舵させる１対のモータと、１対のモータの出力軸の回転を１対の車輪の転舵軸にそれぞれ伝達する１対のギア機構とを備え、１対のモータは、出力軸の軸方向が転舵軸の軸方向と直交するように１対の車輪の対向方向に並んで配置されており、ギア機構は、転舵軸に固定され、中心角が１６０度以上の扇形をなす扇形状ギアを有することを特徴とする。

このような操舵装置においては、各モータは、モータの出力軸の回転を車輪の転舵軸に伝達するギア機構を介して各車輪をそれぞれ独立に転舵させる。このため、車輪の転舵角（切れ角）を大きくしても、直動式のアクチュエータを使用する場合に比べてエネルギー消費量が少なくて済む。これにより、省エネルギー化を図ることができる。また、車輪の転舵軸には、中心角が１６０度以上の扇形をなす扇形状ギアが固定されている。このような扇形状ギアは、径が等しい真円形のギアに比べて小さい。これにより、小型かつ高減速比のギア機構を得ることができる。

ギア機構は、扇形状ギアと噛み合う円形状ギアと、出力軸に取り付けられていると共に円形状ギアと同軸上に設けられ、出力軸の回転運動を円形状ギアの回転運動に変換する回転方向変換ギアとを更に有してもよい。この場合には、モータの出力軸の回転は、回転方向変換ギア及び円形状ギアを介して扇形状ギアに伝達される。このようにモータと扇形状ギアとの間には回転方向変換ギア及び円形状ギアが配置されているため、その分だけ車輪の転舵軸とモータとの距離が長くなる。従って、車輪の最大転舵角が大きくなる。

回転方向変換ギアは、互いに噛み合う２つのギアからなる傘歯車であり、傘歯車の一方のギアは、出力軸に取り付けられており、円形状ギアと傘歯車の他方のギアとは、円柱体の外周面に設けられていてもよい。この場合には、扇形状ギア、円形状ギア及び回転方向変換ギアを有するギア機構を単純化することができる。

モータは、出力軸側が出力軸の反対側よりも車両の前側に位置するように１対の車輪の対向方向に対して傾けて配置されていてもよい。この場合には、車両の前後方向とモータの出力軸の軸方向とのなす角が、車両の前側において９０度よりも大きくなる。従って、車輪の最大転舵角が大きくなる。

１対のモータ及び１対のギア機構は、１対の車輪の対向方向に延びるビーム内に収容されていてもよい。この場合には、各モータ及び各ギア機構がビーム内に収容されているため、操舵装置を小型化することができる。

本発明によれば、省エネルギー化を図ると共に、小型かつ高減速比のギア機構を得ることができる。

本発明の一実施形態に係る操舵装置を示す斜視図である。 図１に示された操舵装置の底面図（一部断面を含む）である。 比較例として従来の操舵装置の一つを示す底面図である。 車輪の転舵角と出力との関係の一例を表すグラフである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係る操舵装置を示す斜視図である。図２は、図１に示された操舵装置の底面図（一部断面を含む）である。図１及び図２において、本実施形態の操舵装置１は、産業車両であるフォークリフト２に搭載されている。操舵装置１は、ステアリング（図示せず）の操作により左右１対の後輪３Ａ，３Ｂ（車輪）を転舵させる装置である。なお、図１は、操舵装置１をフォークリフト２の後側から見た斜視図である。また、図２において、矢印Ｆはフォークリフト２の前側を示し、矢印Ｒはフォークリフト２の後側を示している。

後輪３Ａ，３Ｂには、フォークリフト２の上下方向（Ｚ方向）に延びる転舵軸４Ａ，４Ｂがそれぞれ設けられている。後輪３Ａ，３Ｂは、それぞれ転舵軸４Ａ，４Ｂを中心にして転舵する。転舵軸４Ａ，４Ｂは、車体５に回動可能に取り付けられている。

操舵装置１は、１対の後輪３Ａ，３Ｂをそれぞれ独立に転舵させる１対のモータ６Ａ，６Ｂと、このモータ６Ａ，６Ｂの出力軸７の回転を転舵軸４Ａ，４Ｂにそれぞれ伝達する１対のギア機構８Ａ，８Ｂと、モータ６Ａ，６Ｂ及びギア機構８Ａ，８Ｂを収容するリアビーム９（ビーム）とを備えている。

モータ６Ａ，６Ｂは、出力軸７の軸方向が転舵軸４Ａ，４Ｂの軸方向と直交するように後輪３Ａ，３Ｂの対向方向（車幅方向：Ｙ方向）に並んで配置されている。モータ６Ａ，６Ｂは、それぞれ出力軸７が後輪３Ａ，３Ｂ側（車幅方向外側）を向くように配置されている。

このとき、モータ６Ａ，６Ｂは、車幅方向に対してフォークリフト２の後側に傾けて配置されている。つまり、モータ６Ａ，６Ｂは、出力軸７側が出力軸７の反対側よりもフォークリフト２の前側に位置するように車幅方向に対して傾けて配置されている。このため、フォークリフト２の前後方向（Ｘ方向）とモータ６Ａ，６Ｂの出力軸７の軸方向とのなす角は、フォークリフト２の前側において９０度よりも大きくなり、フォークリフト２の後側において９０度よりも小さくなる。

ギア機構８Ａ，８Ｂは、それぞれ後輪３Ａ，３Ｂとモータ６Ａ，６Ｂとの間に配置されている。ギア機構８Ａ，８Ｂは、転舵軸４Ａ，４Ｂの外周面に固定された扇形状ギア１０と、この扇形状ギア１０と噛み合う円形状ギア１１と、モータ６Ａ，６Ｂの出力軸７に取り付けられていると共に円形状ギア１１と同軸上に設けられた傘歯車１２とを有している。

扇形状ギア１０は、中心角が１６０度以上の扇形をなすギアである。扇形状ギア１０の中心角は、転舵軸４Ａ，４Ｂの外側端（後輪３Ａ，３Ｂ側端）を通るようにフォークリフト２の前後方向に延びる仮想線Ｈよりも車幅方向内側に扇形状ギア１０が位置するような角度である。これにより、扇形状ギア１０が後輪３Ａ，３Ｂに干渉することが防止される。扇形状ギア１０の中心角は、１７０度以上が好ましく、１８０度以上がより好ましい。また、扇形状ギア１０の中心角は、２３０度以下が好ましく、２２０度以下がより好ましい。本実施形態では、扇形状ギア１０の中心角は、１８０度～２２０度である。この場合、扇形状ギア１０は、半円形状ギアまたは略半円形状ギアとなる。

円形状ギア１１は、フォークリフト２の上下方向に延びる円柱体１３の外周面に設けられている。円柱体１３は、リアビーム９に回動可能に取り付けられている。このとき、モータ６Ａ，６Ｂは、上述したように車幅方向に対してフォークリフト２の後側に傾けて配置されている。このため、円柱体１３の軸心は、転舵軸４Ａ，４Ｂの軸心よりもフォークリフト２の後側にずれている。

傘歯車１２は、モータ６Ａ，６Ｂの出力軸７の回転運動を円形状ギア１１の回転運動に変換する回転方向変換ギアである。傘歯車１２は、互いに噛み合う２つのギア１２ａ，１２ｂからなり、回転方向を９０度変える。ギア１２ａは、モータ６Ａ，６Ｂの出力軸７に取り付けられている。ギア１２ｂは、円柱体１３の外周面における円形状ギア１１よりも上側に設けられている。なお、使用する回転方向変換ギアとしては、特に傘歯車１２でなくてもよい。

リアビーム９は、車幅方向に延びるように車体５に取り付けられた上板部９ａ及び下板部９ｂと、上板部９ａ及び下板部９ｂの中央部分の前縁同士を連結する前板部９ｃと、上板部９ａ及び下板部９ｂの中央部分の後縁同士を連結する後板部９ｄとを有している。上板部９ａ及び下板部９ｂには、上記の円柱体１３の両端部が回動可能に支持されている。

以上のように構成した操舵装置１において、モータ６Ａ，６Ｂを回転駆動させると、モータ６Ａ，６Ｂの出力軸７の回転が傘歯車１２、円形状ギア１１及び扇形状ギア１０を介して転舵軸４Ａ，４Ｂに伝達され、後輪３Ａ，３Ｂが転舵軸４Ａ，４Ｂを中心として転舵する。このとき、後輪３Ａ，３Ｂは、モータ６Ａ，６Ｂによりそれぞれ独立して転舵する。このため、後輪３Ａ，３Ｂの転舵角（切れ角）を個別に設定することができる。

図３は、比較例として従来の操舵装置の一つを示す底面図である。図３において、本比較例の操舵装置５０は、車幅方向に延びる直動アクチュエータ５１と、この直動アクチュエータ５１と転舵軸４Ａ，４Ｂとをそれぞれ連結する１対のリンク５２Ａ，５２Ｂとを備えている。リンク５２Ａ，５２Ｂは、直動アクチュエータ５１の直線運動を転舵軸４Ａ，４Ｂの回転運動に変換する。直動アクチュエータ５１を駆動させると、後輪３Ａ，３Ｂが転舵軸４Ａ，４Ｂを中心として転舵する。

このように本比較例の操舵装置５０では、直動アクチュエータ５１の直線運動を回転運動に変換しているため、後輪３Ａ，３Ｂの転舵角が大きくなるほど後輪３Ａ，３Ｂを動かすのに大きな力が必要となる。従って、図４の１点鎖線Ｑで示されるように、後輪３Ａ，３Ｂの転舵角が大きくなるに従って直動アクチュエータ５１の出力が大きくなる。その結果、直動アクチュエータ５１のエネルギー消費量が多くなる。

これに対し本実施形態では、モータ６Ａ，６Ｂの出力軸７の回転がギア機構８Ａ，８Ｂを介して転舵軸４Ａ，４Ｂに伝達されて転舵軸４Ａ，４Ｂが回転するため、図４の実線Ｐで示されるように、後輪３Ａ，３Ｂの転舵角に関わらずモータ６Ａ，６Ｂの出力がほぼ一定となる。

以上のように本実施形態によれば、モータ６Ａ，６Ｂは、モータ６Ａ，６Ｂの出力軸７の回転を後輪３Ａ，３Ｂの転舵軸４Ａ，４Ｂに伝達するギア機構８Ａ，８Ｂを介して後輪３Ａ，３Ｂをそれぞれ独立に転舵させる。このため、後輪３Ａ，３Ｂの転舵角を大きくしても、上記の直動アクチュエータ５１を使用する場合に比べてエネルギー消費量が少なくて済む。これにより、省エネルギー化を図ることができる。また、後輪３Ａ，３Ｂの転舵軸４Ａ，４Ｂには、中心角が１８０度以上の扇形をなす扇形状ギア１０が固定されている。このような扇形状ギア１０は、径が等しい真円形のギアに比べて小さい。これにより、小型かつ高減速比のギア機構８Ａ，８Ｂを得ることができる。また、高減速比のギア機構８Ａ，８Ｂが得られるため、モータ６Ａ，６Ｂを小型化することもできる。

また、本実施形態では、モータ６Ａ，６Ｂの出力軸７の回転は、傘歯車１２及び円形状ギア１１を介して扇形状ギア１０に伝達される。このようにモータ６Ａ，６Ｂと扇形状ギア１０との間には傘歯車１２及び円形状ギア１１が配置されているため、その分だけ後輪３Ａ，３Ｂの転舵軸４Ａ，４Ｂとモータ６Ａ，６Ｂとの距離が長くなる。従って、後輪３Ａ，３Ｂの最大転舵角が大きくなる。これにより、フォークリフト２の旋回半径を小さくすることができる。

また、本実施形態では、傘歯車１２の一方のギア１２ａはモータ６Ａ，６Ｂの出力軸７に取り付けられており、円形状ギア１１と傘歯車１２の他方のギア１２ｂとは円柱体１３に設けられているので、扇形状ギア１０、円形状ギア１１及び傘歯車１２を有するギア機構８Ａ，８Ｂを単純化することができる。

また、本実施形態では、モータ６Ａ，６Ｂは、出力軸７側が出力軸７の反対側よりもフォークリフト２の前側に位置するように車幅方向に対して傾けて配置されている。このため、フォークリフト２の前後方向とモータ６Ａ，６Ｂの出力軸７の軸方向とのなす角が、フォークリフト２の前側において９０度よりも大きくなる。従って、後輪３Ａ，３Ｂの最大転舵角が更に大きくなる。これにより、フォークリフト２の旋回半径を一層小さくすることができる。

また、本実施形態では、モータ６Ａ，６Ｂ及びギア機構８Ａ，８Ｂがリアビーム９内に収容されているため、操舵装置１を小型化することができる。

なお、本発明は、上記実施形態には限定されない。例えば上記実施形態では、モータ６Ａ，６Ｂと扇形状ギア１０との間に傘歯車１２及び円形状ギア１１が介在されているが、特にその形態には限られず、例えば後輪３Ａ，３Ｂの転舵軸４Ａ，４Ｂに固定される扇形状ギアを傘歯車の一部として構成してもよい。この場合、傘歯車の一方のギアはモータ６Ａ，６Ｂの出力軸７に取り付けられ、傘歯車の他方のギアが扇形状ギアとなる。

また、上記実施形態では、モータ６Ａ，６Ｂは、出力軸７側が出力軸７の反対側よりもフォークリフト２の前側に位置するように車幅方向に対して傾けて配置されているが、特にその形態には限られず、モータ６Ａ，６Ｂは車幅方向に対して傾いていなくてもよい。つまり、モータ６Ａ，６Ｂは、出力軸７の軸方向が車幅方向に対して平行になるように配置されていてもよい。また、モータ６Ａ，６Ｂは、出力軸７側が出力軸７の反対側よりもフォークリフト２の後側に位置するように車幅方向に対して傾けて配置されていてもよい。さらに、モータ６Ａ，６Ｂの一方は、出力軸７側が出力軸７の反対側よりもフォークリフト２の前側に位置するように車幅方向に対して傾けて配置されていると共に、モータ６Ａ，６Ｂの他方は、出力軸７側が出力軸７の反対側よりもフォークリフト２の後側に位置するように車幅方向に対して傾けて配置されていてもよい。

さらに、上記実施形態では、操舵装置１はフォークリフト２に搭載されているが、本発明は、フォークリフト以外の車両にも適用可能である。この場合、本発明は、前輪及び後輪の何れの車輪にも適用可能である。

１…操舵装置、２…フォークリフト（車両）、３Ａ，３Ｂ…後輪（車輪）、４Ａ，４Ｂ…転舵軸、６Ａ，６Ｂ…モータ、７…出力軸、８Ａ，８Ｂ…ギア機構、９…リアビーム（ビーム）、１０…扇形状ギア、１１…円形状ギア、１２…傘歯車（回転方向変換ギア）、１２ａ，１２ｂ…ギア、１３…円柱体。

Claims (4)

1. 左右１対の後輪を有するフォークリフトに搭載された操舵装置において、
   前記１対の後輪をそれぞれ独立に転舵させる１対のモータと、
   前記１対のモータの出力軸の回転を前記１対の後輪の転舵軸にそれぞれ伝達する１対のギア機構とを備え、
   前記１対のモータは、前記出力軸の軸方向が前記転舵軸の軸方向と直交するように前記１対の後輪の対向方向である前記フォークリフトの車幅方向に並んで配置されており、
   前記転舵軸及び前記ギア機構は、前記後輪よりも前記フォークリフトの車幅方向内側に配置されており、
   前記１対のモータ及び前記１対のギア機構は、前記フォークリフトの車幅方向に延びるビーム内に収容されており、
   前記ギア機構は、前記転舵軸の外周面に固定され、中心角が１６０度以上の扇形をなす扇形状ギアを有し、
   前記扇形状ギアの内周面が前記転舵軸の外周面に接触して固定されていることを特徴とする操舵装置。
2. 前記ギア機構は、前記扇形状ギアと噛み合う円形状ギアと、前記出力軸に取り付けられていると共に前記円形状ギアと同軸上に設けられ、前記出力軸の回転運動を前記円形状ギアの回転運動に変換する回転方向変換ギアとを更に有することを特徴とする請求項１記載の操舵装置。
3. 前記回転方向変換ギアは、互いに噛み合う２つのギアからなる傘歯車であり、
   前記傘歯車の一方のギアは、前記出力軸に取り付けられており、
   前記円形状ギアと前記傘歯車の他方のギアとは、円柱体の外周面に設けられていることを特徴とする請求項２記載の操舵装置。
4. 前記モータは、前記出力軸側が前記出力軸の反対側よりも前記フォークリフトの前側に位置するように前記フォークリフトの車幅方向に対して傾けて配置されていることを特徴とする請求項１～３の何れか一項記載の操舵装置。

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