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技術 操舵装置

出願人 株式会社豊田自動織機
発明者 草留泰三丸山伸二
出願日 2017年12月14日 (2年6ヶ月経過) 出願番号 2017-239816
公開日 2019年6月27日 (1年0ヶ月経過) 公開番号 2019-104460
状態 未査定
技術分野 パワーステアリング機構
主要キーワード 変換ギア リアビーム 直動アクチュエータ 電気アクチュエータ 車幅方向外 直動式 高減速比 キングピン
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2019年6月27日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (5)

課題

省エネルギー化を図ると共に、小型かつ高減速比ギア機構を得ることができる操舵装置を提供する。

解決手段

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、1対のモータ6A,6Bの出力軸7の回転を1対の後輪3A,3Bの転舵軸4A,4Bにそれぞれ伝達する1対のギア機構8A,8Bとを備え、1対のモータ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1対の後輪3A,3Bの対向方向に並んで配置されており、ギア機構8A,8Bは、転舵軸4A,4Bに固定され、中心角が160度以上の扇形をなす扇形状ギア10を有する。

概要

背景

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、車輪操舵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。

概要

省エネルギー化をると共に、小型かつ高減速比ギア機構を得ることができる操舵装置を提供する。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、1対のモータ6A,6Bの出力軸7の回転を1対の後輪3A,3Bの転舵軸4A,4Bにそれぞれ伝達する1対のギア機構8A,8Bとを備え、1対のモータ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1対の後輪3A,3Bの対向方向に並んで配置されており、ギア機構8A,8Bは、転舵軸4A,4Bに固定され、中心角が160度以上の扇形をなす扇形状ギア10を有する。

目的

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

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

左右1対車輪を有する車両に搭載された操舵装置において、前記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、前記1対のモータの出力軸の回転を前記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、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対の車輪の対向方向に並んで配置されており、前記ギア機構は、前記転舵軸に固定され、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操舵装置。

請求項2

前記ギア機構は、前記扇形状ギアと噛み合う円形ギアと、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。

請求項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。

請求項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車両の前側に位置するように前記1対の車輪の対向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。

請求項5

前記1対のモータ及び前記1対のギア機構は、前記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ることを特徴とする請求項1〜4の何れか一項記載の操舵装置。

技術分野

0001

本発明は、操舵装置に関する。

背景技術

0002

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、車輪操舵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。

0003

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。

先行技術

0004

特表2009−501107号公報
特開2003−170849号公報

発明が解決しようとする課題

0005

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。

0006

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。

0007

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。

課題を解決するための手段

0008

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。

0009

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。

0010

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。

0011

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。

0012

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。

0013

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。

発明の効果

0014

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。

図面の簡単な説明

0015

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。

実施例

0016

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。

0017

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。

0018

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。

0019

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。

0020

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。

0021

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。

0022

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。

0023

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。

0024

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。

0025

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。

0026

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。

0027

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。

0028

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。

0029

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。

0030

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。

0031

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。

0032

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。

0033

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。

0034

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。

0035

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。

0036

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。

0037

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。

0038

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。

0039

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。

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