特許 7161846 操舵装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-19

(45)【発行日】2022-10-27

(54)【発明の名称】操舵装置

(51)【国際特許分類】

   B62D 5/04 20060101AFI20221020BHJP

   B62D 7/08 20060101ALI20221020BHJP

   F16H 1/32 20060101ALI20221020BHJP

【ＦＩ】

B62D5/04

B62D7/08 Z

F16H1/32 A

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2017224056

(22)【出願日】2017-11-21

(65)【公開番号】P2019093864

(43)【公開日】2019-06-20

【審査請求日】2020-10-21

(73)【特許権者】

【識別番号】503405689

【氏名又は名称】ナブテスコ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126572

【弁理士】

【氏名又は名称】村越 智史

(74)【代理人】

【識別番号】100140822

【弁理士】

【氏名又は名称】今村 光広

(72)【発明者】

【氏名】中村 江児

(72)【発明者】

【氏名】高橋 昌宏

(72)【発明者】

【氏名】中井 悠人

【審査官】神田 泰貴

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１３／００３２４３０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－１２８３００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１４４９６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０２８２０８７２（ＵＳ，Ａ）

【文献】特公昭４９－０２４６１４（ＪＰ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６２Ｄ ７／０８

Ｂ６２Ｄ ５／００ － ５／３２

Ｆ１６Ｈ １／２８ － １／４８

Ｆ１６Ｈ ４８／００ － ４８／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ステアリングホイールからの操舵力を受け車両のタイヤの向きを変更する操舵機構と、該操舵力に応じた操舵補助力を出力するモータに接続され該操舵補助力を増大させて減速機用アームに伝達し、前記減速機用アームを介して前記操舵機構に伝達する減速機と、
前記ステアリングホイールと前記操舵機構との間に設けられ、ギヤボックス用アームを有するギヤボックスと、
を備え、
前記減速機用アームは、ねじ締結により、前記減速機及び連結棒に接続されており、
該ギヤボックス用アームを前記連結棒により前記操舵機構に接続するとともに前記減速機用アームを前記連結棒により前記操舵機構に接続した、ことを特徴とする操舵装置。

【請求項2】

前記減速機と前記操舵機構との接続解除により、前記操舵機構は、前記ステアリングホイールの操舵力のみにより前記タイヤの向きの変更を行う、請求項１に記載の操舵装置。

【請求項3】

前記連結棒の一端に前記ギヤボックス用アーム及び前記減速機用アームが接続され、前記連結棒の他端に前記操舵機構が接続されている、請求項１又は２に記載の操舵装置。

【請求項4】

前記連結棒は、前記ギヤボックスから出力されたトルクを前記操舵機構に伝達する、請求項１から３のいずれか１項に記載の操舵装置。

【請求項5】

前記操舵機構は、タイロッドを有し、前記タイロッドに前記連結棒を介して前記減速機用アームを接続した、請求項１から４までのいずれか１項に記載の操舵装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、操舵装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

操舵補助装置は、運転者のステアリング操作を補助するために様々な車両に搭載されている。このような操舵補助装置として、トルクセンサと、モータと、減速機とにより、操舵補助力を操舵機構に伝達する装置が使用されている。

【0003】

トルクセンサは、運転者のステアリング操作によって、ステアリングシャフトに生じたトルクを検出する。モータは、検出されたトルクに応じた駆動力を生成する。駆動力は、減速機を通じて、操舵機構へ伝達される。減速機は、モータから操舵機構へ伝達されるトルクを増大させるので、運転者は、軽い力でステアリングを操作し、車両の方向を変化させることができる。特許文献１は、減速機として、遊星歯車装置を利用することを提案する。

【0004】

特許文献１では、搭載スペースを小さくすることができる揺動内接式遊星歯車装置を用いた電動パワーステアリング装置について開示しています。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１３－３５４７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、減速機は、特に、大きな重量の車両（例えば、５トントラック）に搭載される操舵補助装置に組み込まれると、非常に大きな負荷を受けるが、従来の構成では、減速機が故障した場合、ラック軸に減速機のピニオンが噛合っているため、故障からの復帰に際し減速機を取り外してピニオンとラック軸との係合を解除する必要があり、時間や手間が過大となってしまうという問題があった。

【0007】

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、減速機の係合の解除を容易ならしめることで、減速機の故障時などに減速機の係合を解除し人の操作力のみで車両の方向を変化可能な操舵装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一実施形態に係る操舵装置は、操舵力が加えられるステアリングホイールと、該操舵力を受け車両のタイヤの向きを変更する操舵機構と、該操舵力に応じた操舵補助力を出力するモータと、該操舵補助力を増大させて前記操舵機構に伝達する減速機と、を備え、該減速機と前記操舵機構とを該減速機用アームを介して接続されている。

【0009】

本発明の一実施形態に係る操舵装置は、前記減速機と前記操舵機構との接続は、前記減速機と前記減速機用アームとの係合解除又は前記操舵機構と前記減速機用アームとの係合解除により、接続解除可能であるように構成されている。

【0010】

本発明の一実施形態に係る操舵装置は、前記減速機と前記操舵機構との接続解除により、前記操舵機構は、前記ステアリングホイールの操舵力のみにより前記タイヤの向きの変更を行うように構成されている。

【0011】

本発明の一実施形態に係る操舵装置は、前記ステアリングホイールと前記操舵機構との間に、ギヤボックス用アームを有するギヤボックスをさらに備え、該ギヤボックス用アームと前記減速機用アームの双方を、連結棒により前記操舵機構に接続されている。

【0012】

本発明の一実施形態に係る操舵装置は、前記ステアリングホイールと前記操舵機構との間に、ギヤボックス用アームを有するギヤボックスをさらに備え、該ギヤボックス用アームと前記操舵機構とをギヤボックス用連結棒で接続し、前記減速機用アームと前記操舵機構とを減速機用連結棒で接続されている。

【0013】

本発明の一実施形態に係る操舵装置は、前記操舵機構は、タイロッドであるように構成される。

【発明の効果】

【0014】

本発明の一実施形態の操舵装置によれば、減速機の係合の解除が容易となり、減速機の故障時などに減速機の係合を解除し人の操作力のみで車両の方向を変化させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一実施形態の操舵装置の概略的なブロック図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る操舵装置の概略図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る操舵装置の概略図である。

【図4】本発明の一実施形態に係る電動ギヤボックスの概略図である。

【図5】図４の電動ギヤボックスの減速機の概略的な断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

【0017】

図１は、本発明の一実施形態に係る操舵装置１の概略的なブロック図である。

【0018】

図示の操舵装置１は、操作部１０と、操舵機構２０と、制御部２１と、電動ギヤボックス３０）と、を備える。

【0019】

操作部１０は、ステアリングホイール１１と、ステアリングシャフト１２とを含むように構成される。運転者は、ステアリングホイール１１を握持する。運転者が、車両（図示せず）の方向を変更しようとするとき、ステアリングホイール１１は、運転者によって回転される。ステアリングシャフト１２は、ステアリングホイール１１と操舵機構２０とに機械的に接続される。運転者の回転操作によってステアリングホイール１１に与えられた操舵力は、ステアリングシャフト１２を通じて、操舵機構２０へ伝達される。ステアリングシャフト12と操舵機構２０との間には、ギヤボックス（例えば、後述するギヤボックス２）及び連結棒（例えば、後述する連結棒８）が設けられてもよい。

【0020】

操舵機構２０は、ステアリングホイール１１に加えられた操舵力を、車両のタイヤ（図示せず）に伝達し、車両のタイヤの向きを変更するように構成される。運転者の操舵力の大きさに応じて、タイヤの向きの変更のための力が調整される。ステアリングホイール１１、ステアリングシャフト１２、操舵機構２０及びタイヤの機械的な連結構造には、様々な設計態様が考えられ、これを適宜適用することができる。

【0021】

制御部２１は、トルクセンサ２２と、制御装置２３とを含むように構成される。トルクセンサ２２は、ステアリングシャフト１２に生じたトルクを検出する。トルクセンサ２２には、様々な態様が考えられ、特定の種類に限定されない。

【0022】

トルクセンサ２２は、ステアリングシャフト１２に生じたトルクを検出するため、ステアリングシャフト１２に直接的に接続されていてもよいし、ステアリングシャフト１２に直接的に接続されなくてもよい。トルクセンサ２２とステアリングシャフト１２との間の機械的或いは電気的な接続構造には、様々な態様が考えられ、特定の接続構造に限定されない。

【0023】

制御装置２３は、トルク信号に応じて、電動ギヤボックス３０を制御する。トルク信号が示す、トルクの大きさに応じて、制御装置２３は、電動ギヤボックス３０に操舵補助力を出力させる。この操舵補助力は、最終的に操舵機構２０へ伝達される。運転者は、このようにして、小さな力で車両の向きを変えることができる。制御装置２３は、トルク信号を処理し、電動ギヤボックス３０を駆動するための駆動信号を生成することができる。制御装置２３の動作には、様々な態様が考えられ、特定の態様に限定されない。

【0024】

電動ギヤボックス３０は、モータ３１と、減速機３２とを含むように構成される。上述の駆動信号は、制御装置２３からモータ３１へ出力される。モータ３１は、駆動信号に応じて回転し、駆動信号によって定められた操舵補助力を出力する。モータ３１から出力される操舵補助力は、ステアリングシャフト１２に加わる操舵力に応じて変化する。

【0025】

モータ３１からの操舵補助力は減速機３２へ入力される。減速機３２は、モータ３１からの操舵補助力を増大させて操舵機構２０へ伝達する。このようにして、運転者は、操舵補助力の補助の下で、小さな力で車両のタイヤの方向を変更することができる。

【0026】

図示の操舵装置１の操作部１０、操舵機構２０、制御部２１及び電動ギヤボックス３０には、様々な構成が考えられ、特定の構成に限定されない。

【0027】

次に、図２に、本発明の一実施形態に係る操舵装置１の概略図を示す。

【0028】

図示の本発明の一実施形態に係る操舵装置１は、ステアリングホイール１１と、ステアリングシャフト１２と、ギヤボックス２と、電動ギヤボックス３０と、連結棒８と、タイロッド９と、を含む。タイロッド９は、操舵機構２０の例である。図２においては、制御部２１の図示を省略している。

【0029】

運転者は、ステアリングホイール１１を操作し、操舵力を加えると、ステアリングシャフト１２を介してギヤボックス２に伝達される。ギヤボックス２は既知のギヤボックスで構成され、通常、ラック・ピニオン、ボールねじ、ウォームギヤなどの各種構成部材を備えるが、本発明の一実施形態に係るギヤボックス２は、ギヤボックス用アーム７を備え、これによりギヤボックス２と連結棒８とが接続される。当該接続は、ねじ締結を含め任意の方法で行うことができ、特定の方法に限定されない。

【0030】

ギヤボックス２から出力されたトルクは連結棒８を介してタイロッド９に伝達され、車両のタイヤ１８の向きが変更される。

【0031】

一方、電動ギヤボックス３０は、モータ３１と、減速機（偏心揺動減速機）３２と、減速機用アーム（ピットマンアーム）６とを含む。モータ３１から出力される操舵補助力は、減速機３２によって増大され、この増大された操舵補助力が減速機用アーム６へと伝達される。減速機用アーム６は、電動ギヤボックス３０と連結棒８とを接続する。当該接続は、ねじ締結を含め任意の方法で行うことができ、特定の方法に限定されない。当該操舵補助力は、減速機用アーム６から、連結棒８を介してタイロッド９に伝達される。このようにして、運転者は、操舵補助力の補助の下で、小さな力で車両のタイヤの方向を変更することができる。

【0032】

減速機３２とタイロッド９との接続は、減速機３２と減速機用アーム６との係合解除又はタイロッド９と減速機用アーム６との係合解除により、接続解除可能であるように構成されている。このようにして、減速機の係合の解除が容易となり、減速機の故障時などに減速機の係合を解除し人の操作力のみで車両の方向を変化させることが可能となる。

【0033】

上述のように、図示の例では、ギヤボックス用アーム７と減速機用アーム６の双方が、同じ連結棒８によりタイロッド９に接続されている。このようにして、連結棒を共有化することで、操舵装置１の部品点数を削減することが可能となる。

【0034】

次に、図３に、本発明の一実施形態に係る操舵装置１の概略図を示す。

【0035】

図示の本発明の一実施形態に係る操舵装置１は、図２における場合と同様、ステアリングホイール１１と、ステアリングシャフト１２と、ギヤボックス２と、電動ギヤボックス３０と、連結棒８と、タイロッド９と、を含む。

【0036】

運転者は、ステアリングホイール１１を操作し、操舵力を加えると、ステアリングシャフト１２を介してギヤボックス２に伝達される。

【0037】

ギヤボックス２から出力されたトルクはギヤボックス用連結棒８を介してタイロッド９に伝達され、車両のタイヤ１８の向きが変更される。

【0038】

一方、電動ギヤボックス３０は、モータ３１と、減速機（偏心揺動減速機）３２と、減速機用アーム（ピットマンアーム）６とを含む。モータ３１から出力される操舵補助力は、減速機３２によって増大され、この増大された操舵補助力が減速機用アーム６へと伝達される。減速機用アーム６は、連結棒８とは異なる別の減速機用連結棒１３に接続される。当該接続は、ねじ締結を含め任意の方法で行うことができ、特定の方法に限定されない。当該操舵補助力は、減速機用アーム６から、連結棒１３を介してタイロッド９に伝達される。このようにして、運転者は、操舵補助力の補助の下で、小さな力で車両のタイヤの方向を変更することができる。

【0039】

図示の本発明の一実施形態に係る操舵装置１では、ギヤボックス用アーム７とタイロッド９とをギヤボックス用連結棒８で接続し、減速機用アーム６とタイロッド９とを減速機用連結棒１３で接続している。

【0040】

減速機３２とタイロッド９との接続は、減速機３２と減速機用アーム６との係合解除又はタイロッド９と減速機用アーム６との係合解除により、接続解除可能であるように構成されている。このようにして、減速機の係合の解除が容易となり、減速機の故障時などに減速機の係合を解除し人の操作力のみで車両の方向を変化させることが可能となる。

【0041】

上述のように、図示の例では、ギヤボックス用アーム７と減速機用アーム６は、異なる連結棒８、１３によりそれぞれタイロッド９に接続されている。このようにして、減速機３２を含む電動ギヤボックス３０を任意の位置に配置することができ、車両の設計自由度を向上させることができる。

【0042】

次に、図４は、電動ギヤボックス３０の概略的な断面図である。

【0043】

電動ギヤボックス３０は、モータ３１と、減速機（偏心揺動減速機）３２と、減速機用アーム６と、を備える。前述の通り、減速機用アーム６は、ねじ締結を含めた既知の方法で減速機３２に取り付けられる。また、電動ギヤボックス３０は、取付筒４０を備え、取付筒４０は、モータ３１を減速機３２に取り付けるために用いられる。

【0044】

モータ３１は、筐体２１０と、モータシャフト２２０と、を含む。筐体２１０内には、一般的なモータに用いられる様々な部品（たとえば、コイルやステータコア）が配置される。本実施形態の原理は、筐体２１０内の特定の構造に限定されない。

【0045】

モータシャフト２２０は、減速機３２に向けて延出する。モータシャフト２２０の先端には、ギア部２２１が形成される。ギア部２２１は、減速機３２と噛み合う。この結果、モータ３１が生成したトルクは、減速機３２へ伝達される。

【0046】

図４に示すように、減速機３２は、外筒５０と、キャリア６００と、歯車部７００と、３つの駆動機構８００（図４は、３つの駆動機構８００のうち１つを示す）と、２つの主軸受（図示しない）と、を備える。

【0047】

図５に示すように、外筒５０ は、略円筒状のケース５１０と、複数の内歯ピン５２０と、を含む。ケース５１０は、キャリア６００、歯車部７００及び駆動機構８００が収容される円筒状の内部空間を規定する。複数の内歯ピン５２０は、ケース５１０の内周面に沿って環状に並べられ、内歯環を形成する。本実施形態において、内歯は、内歯ピン５２０によって例示される。

【0048】

図５は、キャリア６００及びモータシャフト２２０の回転中心軸ＲＣＸを示す。内歯ピン５２０それぞれは、回転中心軸ＲＣＸの延出方向に延びる円柱状の部材である。内歯ピン５２０それぞれは、ケース５１０の内壁に形成された溝部に嵌入される。したがって、内歯ピン５２０それぞれは、ケース５１０によって適切に保持される。

【0049】

図５に示すように、複数の内歯ピン５２０は、回転中心軸ＲＣＸ周りに略一定間隔で配置される。内歯ピン５２０それぞれの半周面は、ケース５１０の内壁から回転中心軸ＲＣＸに向けて突出する。したがって、複数の内歯ピン５２０は、歯車部７００と噛み合う内歯として機能する。

【0050】

図４に示すように、キャリア６００は、基部６１０と、端板部６２０と、を含む。基部６１０は、端板部６２０と減速機用アーム６との間に配置される。端板部６２０は、基部６１０とモータ３１との間に配置される。キャリア６００は、全体的に、円筒状である。キャリア６００は、外筒５０内で回転中心軸ＲＣＸ周りに回転する。

【0051】

基部６１０は、基板部６１１（図４を参照）と、３つのシャフト部６１２（図５を参照）と、を含む。３つのシャフト部６１２それぞれは、基板部６１１から端板部６２０に向けて延びる。端板部６２０は、３つのシャフト部６１２それぞれの先端面に接続される。端板部６２０は、リーマボルト、位置決めピンや他の態様によって、３つのシャフト部６１２それぞれの先端面に接続されてもよい。

【0052】

歯車部７００は、基部６１０の基板部６１１と端板部６２０の基板部６２１との間に配置される。３つのシャフト部６２２は、歯車部７００を貫通し、端板部６２０に接続される。

【0053】

歯車部７００は、第１トロコイド歯車７１０と、第２トロコイド歯車７２０と、を含む。第１トロコイド歯車７１０は、基板部６１１と第２トロコイド歯車７２０との間に配置される。第２トロコイド歯車７２０は、端板部６２０と第１トロコイド歯車７１０との間に配置される。図５に示すように、第１トロコイド歯車７１０の複数の外歯の一部は、複数の内歯ピン５２０によって形成された内歯環と噛み合う。

【0054】

モータシャフト２２０の回転は、駆動機構８００により、第１トロコイド歯車７１０及び第２トロコイド歯車７２０へ伝達される。この結果、第１トロコイド歯車７１０及び第２トロコイド歯車７２０の揺動回転が引き起こされる。

【0055】

図４は、第１トロコイド歯車７１０の中心軸ＣＸ１と、第２トロコイド歯車７２０の中心軸ＣＸ２と、を示す。中心軸ＣＸ１，ＣＸ２は、キャリア６００の回転中心軸ＲＣＸと略平行に延びる。図５は、第１トロコイド歯車７２０の中心軸ＣＸ１を示す。上述の揺動回転の間、中心軸ＣＸ１，ＣＸ２は、キャリア６００の回転中心軸ＲＣＸ周りを周回する。したがって、第１トロコイド歯車７１０及び第２トロコイド歯車７２０は、内歯ピン５２０に噛み合いながら、ケース５１０内を周回移動する。この間、第１トロコイド歯車７１０及び第２トロコイド歯車７２０は、キャリア６００の３つのシャフト部６２２に接触し、キャリア６００を回転中心軸ＲＣＸ周りに回転させる。

【0056】

第２トロコイド歯車７２０の中心軸ＣＸ２は、第１トロコイド歯車７１０の中心軸ＣＸ１とは異なる位相で、キャリア６００の回転中心軸ＲＣＸ周りを周回してもよい。

【0057】

基部６１０は、その端部で減速機用アーム６に取り付けられている。取り付け方法は、図４のようにネジ６ａを締結することにより行ってもよいし、その他の方法で行っても構わない。このようにして、モータ３１から出力される操舵補助力は減速機３２によって減速機用アーム６へ伝達される。

【0058】

図４に示すように、３つの駆動機構８００それぞれは、入力歯車８１０と、クランク軸８２０と、２つのジャーナル軸受８３０と、２つのクランク軸受８４０と、を含む。入力歯車８１０は、モータシャフト２２０のギア部２２１に噛み合い、モータ３１からトルクを受け取る。第１トロコイド歯車７１０及び第２トロコイド歯車７２０とは異なり、入力歯車８１０は、平歯車である。代替的に、入力歯車８１０として、他の種類の歯車部品が用いられてもよい。本実施形態の原理は、入力歯車８１０として用いられる特定の種類の歯車部品に限定されない。

【0059】

入力歯車８１０とモータシャフト２２０のギア部２２１とによって決定される減速比は、上述の内歯環と歯車部７００とによって決定される減速比よりも小さくてもよい。本発明の一実施形態において、第１減速比は、入力歯車８１０とモータシャフト２２０のギア部２２１とによって決定される減速比によって説明される。また、第２減速比は、内歯環と歯車部７００とによって決定される減速比によって説明される。

【0060】

入力歯車８１０が回転すると、クランク軸８２０は、回転する。この結果、第１偏心部８２３及び第２偏心部８２４は、偏心回転する。この間、クランク軸受８４０を介して第１偏心部８２３に接続された第１トロコイド歯車７１０は、複数の内歯ピン５２０と噛み合いながら、外筒５０内で周回移動することができる。同様に、クランク軸受８４０を介して第２偏心部８２４に接続された第２トロコイド歯車７２０は、複数の内歯ピン５２０と噛み合いながら、外筒５０内で周回移動することができる。この結果、第１トロコイド歯車７１０及び第２トロコイド歯車７２０それぞれは、外筒５０内で、揺動回転を行うことができる。本実施形態において、クランク機構は、クランク軸８２０及び２つのクランク軸受８４０によって説明される。

【0061】

図４に示すクランク軸８２０は、第１ジャーナル８２１と、第２ジャーナル８２２と、第１偏心部８２３と、第２偏心部８２４と、を含む。第１ジャーナル８２１は、キャリア６００の基板部６１１によって取り囲まれる。第２ジャーナル８２２は、キャリア６００の端板部６２０の基板部６２１によって取り囲まれる。２つのジャーナル軸受８３０のうち一方は、第１ジャーナル８２１と基板部６１１との間に配置される。２つのジャーナル軸受８３０のうち他方は、第２ジャーナル８２２と端板部６２０との間に配置される。加えて、上述の入力歯車８１０は、第２ジャーナル８２２に取り付けられる。

【0062】

以上が本発明の例示的な実施形態の説明である。上述の様々な実施形態は、上記に説明したものに限定されず、様々な操舵装置に適用可能である。上述の様々な実施形態のうち１つに関連して説明された様々な特徴のうち一部が、他のもう１つの実施形態に関連して説明された操舵装置に適用されてもよい。

【符号の説明】

【0063】

１ 操舵装置
２ ギヤボックス
６ 減速機用アーム
７ ギヤボックス用アーム
８ 連結棒
９ タイロッド
１０ 操作部
１１ ステアリングホイール
１２ ステアリングシャフト
１３ 減速機用連結棒
１８ 車両のタイヤ
２０ 操舵機構
２１ 制御部
３０ 電動ギヤボックス
３１ モータ
３２ 減速機

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】