特許 7582094 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】2024-11-05

(45)【発行日】2024-11-13

(54)【発明の名称】操舵装置

(51)【国際特許分類】

   B62D 5/04 20060101AFI20241106BHJP

   B62D 7/08 20060101ALI20241106BHJP

   B60G 3/28 20060101ALI20241106BHJP

   F16D 3/26 20060101ALI20241106BHJP

【ＦＩ】

B62D5/04

B62D7/08 Z

B60G3/28

F16D3/26 Z

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021107364

(22)【出願日】2021-06-29

(65)【公開番号】P2023005441

(43)【公開日】2023-01-18

【審査請求日】2024-02-09

(73)【特許権者】

【識別番号】000001247

【氏名又は名称】株式会社ジェイテクト

(74)【代理人】

【識別番号】100109210

【弁理士】

【氏名又は名称】新居 広守

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 善晴

【審査官】瀬戸 康平

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１９４５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１６－５４０１７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】実公昭４９－３７８５７（ＪＰ，Ｙ１）

【文献】特開２０１８－５８４８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】独国特許出願公開第１０２０１５２２０７８５（ＤＥ，Ａ１）

【文献】米国特許第６５６１３０４（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６２Ｄ ５／０４

Ｂ６２Ｄ ７／０８

Ｂ６０Ｇ １／００－９９／００

Ｆ１６Ｄ ３／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両の転舵輪を転舵軸周りに回転させる転舵機構と、
前記転舵輪を転舵させるための駆動力を前記転舵機構に付与する動力源と、
前記動力源と連結された入力軸と、
前記転舵輪を支持する支持部材に連結された出力軸と、
前記入力軸に対する前記出力軸の直進運動を案内する直動案内部と、
前記入力軸と前記出力軸との間に配置され、前記直動案内部を介して前記出力軸を揺動自在に支持する自在継手と、
前記直動案内部と前記出力軸または前記支持部材との間に介在するバネと、を備え、
前記直動案内部は、前記自在継手の近傍に配置された状態で、直進運動自在かつトルク伝達自在に前記出力軸を支持する
操舵装置。

【請求項2】

前記直動案内部は、少なくとも一部が前記自在継手内に収容されている
請求項１に記載の操舵装置。

【請求項3】

前記自在継手は、全体として扁平状であり、
環状の内枠体と、
前記内枠体の外方に配置され、第一方向を回転軸として当該内枠体を回転自在に支持する環状の中間枠体と、
前記中間枠体の外方に配置され、前記第一方向に対して直交する第二方向を回転軸として当該中間枠体を回転自在に支持する環状の外枠体とを備え、
前記入力軸は、前記内枠体及び前記外枠体の一方に連結されていて、
前記直動案内部は、前記内枠体及び前記外枠体の他方に連結されている
請求項１または２に記載の操舵装置。

【請求項4】

ストラット式サスペンション機構を搭載した前記車両に用いられる
請求項１～３のいずれか一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。

【背景技術】

【0002】

操舵装置においては、操舵の回転軸となるシャフトを駆動するモータが車体に設置された操舵装置が知られている（例えば特許文献１参照）。このような操舵装置においては、出力軸を揺動自在に支持する自在継手が設けられており、この自在継手によって、入力軸に対する出力軸の歳差運動が許容されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２０－１９４５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、出力軸は、揺動中心側に配置された第一支持部と、揺動中心から離れた位置に配置された第二支持部とを備えており、第一支持部と第二支持部とでバネを伸縮自在に支持している。また、第二支持部は直動案内機構を有しており、この直動案内機構で出力軸の伸縮を許容している。このため、出力軸が伸縮すると、直動案内機構と揺動中心との距離が変動してしまう。直動案内機構は、転舵輪に荷重がかかった際の曲げモーメントを支持するが、前述した距離の変動により、直動案内機構に作用する曲げモーメントも変動する。この変動により最も大きくなる曲げモーメントに耐えうる強度の直動案内機構としなければならず、直動案内機構の大型化、つまり操舵装置の大型化を招く一因となっていた。

【0005】

本発明は、大型化を抑制可能な操舵装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る操舵装置は、車両の転舵輪を転舵軸周りに回転させる転舵機構と、転舵輪を転舵させるための駆動力を転舵機構に付与する動力源と、動力源と連結された入力軸と、転舵輪を支持する支持部材に連結された出力軸と、入力軸に対する出力軸の直進運動を案内する直動案内部と、入力軸と出力軸との間に配置され、直動案内部を介して出力軸を揺動自在に支持する自在継手と、直動案内部と出力軸または支持部材との間に介在するバネと、を備えている。直動案内部は、自在継手の近傍に配置された状態で、直進運動自在かつトルク伝達自在に前記出力軸を支持する。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、大型化を抑制可能な操舵装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態に係る操舵装置の要部構成を示す模式図である。

【図2】実施の形態に係る自在継手の概略構成を示す斜視図である。

【図3】実施の形態に係る自在継手の分解斜視図である。

【図4】実施の形態に係る出力軸が直動案内部に対して移動した状態を示す説明図である。

【図5】実施の形態に係る転舵輪に対して横方向の荷重が加わった場合の、各部における理論的な曲げモーメントを示す説明図である。

【図6】変形例に係る操舵装置の要部構成を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

【0010】

また、図面は、本発明を示すために適宜強調や省略、比率の調整を行った模式的な図となっており、実際の形状や位置関係、比率とは異なる場合がある。

【0011】

本実施の形態に係る操舵装置１００は、例えば、ストラット式サスペンション機構を搭載した車両に用いられる操舵装置である。図１は、実施の形態に係る操舵装置１００の要部構成を示す模式図である。なお、出力軸１５の軸方向を基準にして、タイヤハウス４側を上方、地面側を下方とする。

【0012】

図１に示すように、操舵装置１００は、転舵輪１を転舵軸周りに回転させる転舵機構２と、転舵輪１を転舵させるための駆動力を転舵機構２に付与する動力源３とを備えている。

【0013】

動力源３は、例えばモータであり、車両のタイヤハウス４の上方に配置されている。動力源３の回転軸には、転舵機構２の入力軸５が連結されている。入力軸５は、タイヤハウス４内に配置されており、下端部が開放された形状を有している。タイヤハウス４は、車体における、ホイールハウスを形成する部位のことである。

【0014】

転舵機構２は、転舵輪１のハブ６に取り付けられたナックル７（支持部材）と、ボールジョイント８を介してナックル７の下部に連結されたロアアーム９と、ナックル７の上部に連結されたストラット１０と、を備えている。ハブ６には、等速ジョイント１１を介してドライブシャフト１２の一端部が連結されている。ストラット１０は、車両のタイヤハウス４内に配置されており、当該タイヤハウス４で支持されている。

【0015】

次に、ストラット１０について詳細に説明する。ストラット１０は、入力軸５と、自在継手１３と、直動案内部１４と、出力軸１５とを備えている。

【0016】

入力軸５は、上述したように動力源３の回転軸に連結されており、その下端部には自在継手１３が連結されている。これにより、動力源３からの回転が入力軸５を介して自在継手１３に伝達される。また、入力軸５の内部には、出力軸１５の上端部が収容されている。

【0017】

自在継手１３は、入力軸５と出力軸１５との間に配置されており、入力軸５からの回転を、直動案内部１４を介して出力軸１５へと伝達する継手である。自在継手１３は、入力軸５に対する直動案内部１４及び出力軸１５の歳差運動を許容するための継手である。

【0018】

図２は、実施の形態に係る自在継手１３の概略構成を示す斜視図である。図３は、実施の形態に係る自在継手１３の分解斜視図である。図２及び図３に示すように、自在継手１３は、全体として扁平状であり、内枠体１３１と、中間枠体１３２と、外枠体１３３とを備えている。

【0019】

内枠体１３１は、金属製の環状の枠体である。具体的には、内枠体１３１には、一対の貫通孔１３１１が径方向に沿って貫通されており、これらの貫通孔１３１１は、内枠体１３１の径方向で対向するように配置されている。一対の貫通孔１３１１の軸方向を第一方向Ｙ１とし、第一方向Ｙ１に直交する方向を第二方向Ｙ２とすると、一対の貫通孔１３１１は、第二方向Ｙ２において内枠体１３１の中央に配置されている。

【0020】

中間枠体１３２は、金属製の環状の枠体であり、内枠体１３１の外方に配置されている。中間枠体１３２は、内枠体１３１に対して同心円状に配置されている。中間枠体１３２には、第一方向Ｙ１に沿って一対の貫通孔１３２１が配置されている。各貫通孔１３２１は、第二方向Ｙ２において中間枠体１３２の中央に配置されており、第一方向Ｙ１に沿って中間枠体１３２を貫通している。中間枠体１３２の一対の貫通孔１３２１のそれぞれは、内枠体１３１の一対の貫通孔１３１１のそれぞれに対応している。例えば、一方の貫通孔１３２１と一方の貫通孔１３１１とは図示しない軸体が回転自在に挿通されており、他方の貫通孔１３２１と他方の貫通孔１３１１とは図示しない軸体が回転自在に挿通されている。これにより、中間枠体１３２と内枠体１３１とは、第一方向Ｙ１周りに相互に回転するようになっている。

【0021】

また、中間枠体１３２には、第二方向Ｙ２に沿って一対の貫通孔１３２２が配置されている。各貫通孔１３２２は、第一方向Ｙ１において中間枠体１３２の中央に配置されており、第二方向Ｙ２に沿って中間枠体１３２を貫通している。

【0022】

外枠体１３３は、金属製の環状の枠体であり、中間枠体１３２の外方に配置されている。外枠体１３３は、中間枠体１３２に対して同心円状に配置されている。外枠体１３３には、第二方向Ｙ２に沿って一対の貫通孔１３３１が配置されている。各貫通孔１３３１は、第一方向Ｙ１において外枠体１３３の中央に配置されており、第二方向Ｙ２に沿って外枠体１３３を貫通している。外枠体１３３の一対の貫通孔１３３１のそれぞれは、中間枠体１３２の一対の貫通孔１３２２のそれぞれに対応している。例えば、一方の貫通孔１３３１と一方の貫通孔１３２２とは軸体１６（図１参照）が回転自在に挿通されており、他方の貫通孔１３３１と他方の貫通孔１３２２とは軸体１６が回転自在に挿通されている。これにより、外枠体１３３と中間枠体１３２とは、第二方向Ｙ２周りに相互に回転するようになっている。なお、自在継手１３においては、各軸体は軸受を介して各貫通孔に回転自在に取り付けられていてもよい。

【0023】

また、外枠体１３３には、入力軸５の下端部が固定されている。このため、入力軸５の回転運動は、外枠体１３３に伝達されることになる。

【0024】

内枠体１３１と、中間枠体１３２と、外枠体１３３とが相互に傾いていない状態においては、これらは全体として扁平状となっている（図１参照）。具体的には、外枠体１３３に対して中間枠体１３２が傾いておらず、中間枠体１３２に対して内枠体１３１が傾いてない状態では、外枠体１３３内に中間枠体１３２と内枠体１３１とが収まった姿勢となり、自在継手１３が全体として平坦な形状となっている。

【0025】

図１に示すように、直動案内部１４は、入力軸５に対する出力軸１５の直進運動を案内する部位であり、直進運動自在かつトルク伝達自在に出力軸１５を支持している。具体的には、直動案内部１４は、筒状の部材であり、その上部に鍔部１４１を有している。直動案内部１４において鍔部１４１よりも下方の部分が内枠体１３１の開口内に収容された状態で、鍔部１４１が内枠体１３１の上面に固定されている。これにより、内枠体１３１とともに直動案内部１４が動作するようになっている。また、直動案内部１４は、全体として扁平状に形成されており、軸方向の長さが自在継手１３の軸方向の長さと概ね同等となっている。

【0026】

また、直動案内部１４の内周面には、当該直動案内部１４の軸方向に沿うガイド溝（図示省略）が形成されている。このガイド溝には、後述する出力軸１５の外周面に設けられた凸条部（図示省略）が軸方向にスライド自在に係合する。凸条部は、ガイド溝に係合している状態では、出力軸１５の周方向の回転が規制されている。このため、直動案内部１４に対して出力軸１５は、軸方向にスライドするものの周方向へ回転できない。つまり、直動案内部１４は、入力軸５に対する出力軸１５の直進運動を案内しつつも、入力軸５から自在継手１３に伝達されたトルクを、出力軸１５に伝達できるようになっている。

【0027】

ここで、上述したように、中間枠体１３２及び内枠体１３１の一方は、他方に対して、第一方向Ｙ１を回転軸として回転自在となっており、外枠体１３３及び中間枠体１３２の一方は、他方に対して、第二方向Ｙ２を回転軸として回転自在となっている。例えば、入力軸５に対して固定された外枠体１３３を基準にすると、中間枠体１３２が第二方向Ｙ２を回転軸として回転し、内枠体１３１が第一方向Ｙ１を回転軸として回転する。つまり、内枠体１３１に連結された直動案内部１４及び出力軸１５は、内枠体１３１に対する中間枠体１３２の回転及び中間枠体１３２に対する外枠体１３３の回転により、入力軸５に対して揺動自在に支持されている。したがって、直動案内部１４及び出力軸１５は、入力軸５に対して歳差運動することが可能となる。このように、入力軸５に対する直動案内部１４及び出力軸１５の歳差運動（すりこぎ運動）は、自在継手１３によって許容されている。ここで、歳差運動とは、傾いて回っている例えばコマの芯棒に見られる、すりこぎのような円錐運動のことである。

【0028】

出力軸１５は、下端部がナックル７に連結されており、当該ナックル７を介して転舵輪１にトルクを出力する部位である。具体的には、出力軸１５は、内部にショックアブソーバ（図示省略）を収容した軸体である。ショックアブソーバは、ナックル７に連結されており、出力軸１５とナックル７との間に発生する衝撃を吸収する。

【0029】

出力軸１５の上部の外周面には、軸方向に延設された凸条部（図示省略）が形成されている。出力軸１５の上部は、凸条部が直動案内部１４のガイド溝に係合するように直動案内部１４に挿入されている。上述したように、出力軸１５は、凸条部とガイド溝との協働によって、直動案内部１４に対してスライド自在となっているとともに、直動案内部１４からのトルクが伝達されるようになっている。

【0030】

出力軸１５の中間部には、外周面から外方に向けて突出した鍔部１５１が全周にわたって設けられている。この鍔部１５１と、直動案内部１４との間には、コイルバネからなるバネ１７が設けられており、このバネ１７が鍔部１５１、つまり出力軸１５に一定の付勢力を付与している。このため、出力軸１５が直動案内部１４に対する基準位置から移動したとしても、バネ１７からの付勢力により出力軸１５が基準位置に戻ろうとすることになる。

【0031】

図４は、実施の形態に係る出力軸１５が直動案内部１４に対して移動した状態を示す説明図である。図４の（ａ）は、直動案内部１４に対して出力軸１５が伸びた状態を示し、図４の（ｂ）は、直動案内部１４に対して出力軸１５が縮んだ状態を示している。図４の（ａ）では、出力軸１５の上部が直動案内部１４からほとんど突出していないのに対し、図４の（ｂ）では、出力軸１５の上部が直動案内部１４から大きく突出している。いずれの場合においても、直動案内部１４は、正面視（出力軸１５の軸方向に直交する方向視）で自在継手１３に重なっている。つまり、直動案内部１４は常に正面視で歳差運動の中心に重なっている。

【0032】

図５は、実施の形態に係る転舵輪１に対して横方向の荷重Ｆが加わった場合の、各部における理論的な曲げモーメントＭを示す説明図である。図５に示すように、転舵輪１に対して横方向の荷重Ｆが加わると、ボールジョイント８の位置で曲げモーメントＭが最大になるが、自在継手１３では曲げモーメントＭはゼロとなる。前述したように、直動案内部１４は、正面視で自在継手１３に重なっているので、直動案内部１４に作用する曲げモーメントも理論上ゼロとなる。

【0033】

以上のように、本実施の形態に係る操舵装置１００は、直動案内部１４の少なくとも一部が自在継手１３内に収容されているので、自在継手１３を起因とする歳差運動の中心Ｐと直動案内部１４とを正面視で重ねることができる。つまり、直動案内部１４に作用する曲げモーメントを極小化できる。これにより、曲げモーメントの影響を抑えて、直動案内部１４を設計することができるので、直動案内部１４の大型化を抑制することができる。直動案内部１４の大型化を抑制できれば、操舵装置１００自体の大型化も抑制することが可能である。

【0034】

また、内枠体１３１と、中間枠体１３２と、外枠体１３３とを同一平面上に配置することができるので、自在継手１３を薄型にすることができる。したがって、操舵装置１００をより小型にすることが可能となる。また、自在継手１３が薄型化されることにより、出力軸１５に対する自在継手１３の重複長さを抑制することができ、出力軸１５のストローク長さを確保することが可能である。

【0035】

また、出力軸１５及び直動案内部１４の歳差運動を許容する操舵装置１００であるために、ストラット式サスペンション機構を搭載した車両に対して好適に採用することができる。特に、ストラット式サスペンション機構は、当該機構の下端側に連結された転舵輪の傾動に応じて揺動可能に支持されることが好ましい。ストラット式サスペンション機構の支持構造には、種々のジョイントを採用することも考えられるが、限られたスペースに収容しなければならず、設置が困難となりうる。しかしながら、上述したように大型化が抑制された操舵装置１００を、ストラット式サスペンション機構の支持構造に採用すれば、当該支持構造を限られたスペース内に容易に収容することができる。

【0036】

また、直動案内部１４が全体として扁平状であるので、出力軸１５に対する直動案内部１４の重複長さを抑制することができ、出力軸１５のストローク長さを確保することが可能である。

【0037】

以上、本発明に係る操舵装置について、上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。

【0038】

例えば、上記の実施の形態では、直動案内部１４の少なくとも一部が自在継手１３内に収容されている場合を例示した。しかしながら、後述する変形例のように直動案内部１４ａは自在継手１３の近傍に配置されていればよい。

【0039】

図６は、変形例に係る操舵装置１００Ａの要部構成を示す模式図である。以下の説明において、上記実施の形態と同一の部分については同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。図６に示すように、直動案内部１４ａの鍔部１４１は、内枠体１３１の下面に固定されている。これにより、直動案内部１４ａは全体として自在継手１３から突出している。この場合においても、自在継手１３を起因とする歳差運動の中心Ｐと直動案内部１４ａとを近づけて配置することができる。つまり、直動案内部１４に作用する曲げモーメントを小さくすることができる。これにより、曲げモーメントの影響を抑えて、直動案内部１４ａを設計することができるので、直動案内部１４ａの大型化を抑制することができる。直動案内部１４ａの大型化を抑制できれば、操舵装置１００Ａ自体の大型化も抑制することが可能である。ここで、自在継手１３の近傍とは、直動案内部１４ａの軸方向の中心Ｐ１から自在継手１３までの距離Ｌ１が、自在継手１３の軸方向の長さＬ２よりも短くなる範囲であればよい。なお、自在継手１３の近傍であれば、直動案内部の全体または一部が自在継手１３の上方から突出していてもよい。

【0040】

また、上記実施の形態では、バネ１７の下端部が出力軸１５の鍔部１５１に設けられている場合を例示した。しかしながら、バネの下端部は、ナックル（支持部材）に設けられていてもよい。この場合、出力軸の鍔部を削減することができる。

【0041】

また、上記実施の形態では、ストラット式サスペンション機構を搭載した車両に用いられる操舵装置を例示した。しかしながら、その他の方式のサスペンション機構を搭載した車両に用いられる操舵装置に対しても、本開示の特徴的な構成を適用することが可能である。その他の方式としては、マルチリンク式サスペンション機構などが挙げられる。

【0042】

また、自在継手は、上述した自在継手１３以外でもよい。その他の自在継手としては、例えば球面軸受を備えた自在継手、カップリングを備えた自在継手等が挙げられる。

【0043】

また、上記実施の形態では、出力軸１５の内部にショックアブソーバが収容されている場合を例示した。しかしながら出力軸の外部にショックアブソーバが配置されていてもよい。この場合、出力軸は中実体であっても中空体であってもよい。

【0044】

また、本実施の形態では、ドライブシャフト１２で駆動する転舵輪１を例示したが、インホイールモータ等で駆動する転舵輪であってもよい。

【0045】

また、本実施の形態では、コイルバネからなるバネ１７を例示したが、バネ１７としては、エアスプリングや、トーションバースプリングなどの他の方式の弾性体であってもよい。

【0046】

その他、実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で実施の形態及び変形例における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。

【産業上の利用可能性】

【0047】

本発明は、入力軸に対する出力軸の歳差運動が許容された操舵装置に対して適用可能である。

【符号の説明】

【0048】

１…転舵輪、２…転舵機構、３…動力源、４…タイヤハウス、５…入力軸、６…ハブ、７…ナックル（支持部材）、８…ボールジョイント、９…ロアアーム、１０…ストラット、１１…等速ジョイント、１２…ドライブシャフト、１３…自在継手、１４，１４ａ…直動案内部、１５…出力軸、１６…軸体、１７…バネ、１００，１００Ａ…操舵装置、１３１…内枠体、１３２…中間枠体、１３３…外枠体、１４１，１５１…鍔部、１３１１，１３２１，１３２２，１３３１…貫通孔、Ｆ…荷重、Ｌ１…距離、Ｌ２…長さ、Ｍ…モーメント、Ｐ，Ｐ１…中心、Ｙ１…第一方向、Ｙ２…第二方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】