車両用操舵装置
【課題】転舵軸に段差部を設けた構成としつつ、応力集中を防止すること。
【解決手段】車両用操舵装置は、転舵軸６と、軸方向Ｘ１への転舵軸６の移動量を規制する第１および第２ストッパ４７，４８とを有する。転舵軸６は、第１外周面６１と、第１外周面６１よりも大径の第２外周面６２と、第１外周面６１と第２外周面６２とを接続する環状の段差部６３とを含む。段差部６３は、ストッパ４７，４８に対して軸方向Ｘ１に対向する接触部６４と、第１外周面６１と接触部６４の内端とを接続する断面凹湾曲状の第１コーナー部６５と、転舵軸６の中心軸線よりも前側または後側の位置で第１外周面６１と第２外周面６２とを接続しており、第１コーナー部６５よりも曲率半径が大きい断面凹湾曲状の第２コーナー部６６とを含む。
【解決手段】車両用操舵装置は、転舵軸６と、軸方向Ｘ１への転舵軸６の移動量を規制する第１および第２ストッパ４７，４８とを有する。転舵軸６は、第１外周面６１と、第１外周面６１よりも大径の第２外周面６２と、第１外周面６１と第２外周面６２とを接続する環状の段差部６３とを含む。段差部６３は、ストッパ４７，４８に対して軸方向Ｘ１に対向する接触部６４と、第１外周面６１と接触部６４の内端とを接続する断面凹湾曲状の第１コーナー部６５と、転舵軸６の中心軸線よりも前側または後側の位置で第１外周面６１と第２外周面６２とを接続しており、第１コーナー部６５よりも曲率半径が大きい断面凹湾曲状の第２コーナー部６６とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両用操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用操舵装置は、ハンドルの操作に連動して軸方向に移動する転舵軸と、この転舵軸を覆う筒状のハウジングとを有している。転舵軸の端部には、継手およびタイロッド等を介して車輪が連結されている。転舵軸の端部、継手、およびタイロッド等は、ハウジングから突出しており、ベローズで覆われている。
例えば特許文献１では、転舵軸の端部に固定された段差状のラックエンドが、ハウジングに設けられたストッパに接触することにより、転舵軸の移動量が規制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１３７４７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
フォークリフト等の荷役車両では、タイロッド角（平面視において転舵軸とタイロッドとがなす角度）が、通常の自動車よりも大きいので、ベローズの伸縮がタイロッドの移動に追従できず、ベローズが取り付けられない。そのため、砂利などの異物が、ラックエンドとストッパとの間に噛み込むおそれがある。
そこで、転舵軸においてハウジング内に配置されている部分に段差部を設け、この段差部をハウジングのストッパと接触させることにより、転舵軸の移動量を規制することが考えられている。
【０００５】
しかし、転舵軸に段差部があると、曲げ荷重が転舵軸に加わったときに、段差部で応力集中が生じ、段差部に大きな応力が生じるおそれがある。
この発明は、かかる背景のもとになされたものであり、転舵軸に段差部を設けた構成としつつ、応力集中を防止できる車両用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】
前記目的を達成するための本発明の一実施形態は、操舵部材（２）の操作に伴って軸方向（Ｘ１）に移動する転舵軸（６）と、前記転舵軸（６）に接触して前記軸方向（Ｘ１）への前記転舵軸（６）の移動量を規制するストッパ（４７，４８）とを備え、前記転舵軸（６）は、第１外周面（６１）と、前記第１外周面（６１）よりも直径（Ｄ２）が大きく前記第１外周面（６１）と同軸の第２外周面（６２）と、前記第１外周面（６１）と前記第２外周面（６２）とを接続する段差部（６３）とを含み、前記段差部（６３）は、前記ストッパ（４７，４８）に対して前記軸方向（Ｘ１）に対向する接触部（６４）と、前記第１外周面（６１）と前記接触部（６４）の内端（６４ａ）とを接続する断面凹湾曲状の第１コーナー部（６５）と、前記転舵軸（６）の周方向（Ｃ１）に関して前記第１コーナー部（６５）とは異なる位置であって車両の前後方向（Ｙ１）に関して前記転舵軸（６）の中心軸線（６ｃ）に対して前側および後側の少なくとも一方の位置で前記第１外周面（６１）と前記第２外周面（６２）とを接続しており、前記第１コーナー部（６５）よりも曲率半径（Ｒ２）が大きい断面凹湾曲状の第２コーナー部（６６）と含む、車両用操舵装置（１）を提供する。
【０００７】
この構成によれば、転舵軸の段差部に設けられた接触部をストッパに接触させることにより、転舵軸の移動量を規制することができる。後述するように、転舵軸が転舵されると、ラジアル荷重が転舵軸に加わる。このラジアル荷重の向きは決まっており、ラジアル荷重に伴って応力が生じる段差部の部位も決まっている。この部位、すなわち、応力集中が生じ易い部位を含む範囲に、第１コーナー部よりも曲率半径が大きい第２コーナー部が配置されている。したがって、転舵軸での応力集中を防止でき、転舵軸の応力を低減できる。
【０００８】
また、本発明において、前記第２コーナー部（６６）は、前記転舵軸（６）の中心軸線（６ｃ）よりも前側と後側とに設けられていてもよい（請求項２）。この場合、転舵軸に、前向きおよび後向き何れのラジアル荷重が加わったときでも、第２コーナー部に生じる応力を低減できる。
また、本発明において、前記第１コーナー部（６５）は、前記第１外周面（６１）よりも前記転舵軸（６）の中心軸線（６ｃ）側に凹んでいる場合がある（請求項３）。この場合には、第１コーナー部が第１外周面より外方に突出している構成よりも、接触部の面積を広げられる。
【０００９】
また、本発明において、前記転舵軸（６）の周囲を取り囲む筒状の転舵ハウジング（５）と、前記軸方向（Ｘ１）に関する前記転舵ハウジングの各端部（５１，５２）と前記転舵軸（６）との間に配置されており、前記転舵ハウジング（５）の内部（５ｂ）を密閉するシール（４９，５０）とをさらに含み、前記ストッパ（４７，４８）および前記段差部（６３）は、前記シール（４９，５０）により密閉された前記転舵ハウジング（５）の前記内部（５ｂ）に配置されている場合がある（請求項４）。この場合、転舵軸の段差部とストッパとが密閉された空間に配置されているので、異物が段差部とストッパとの間に噛み込むことを防止できる。
【００１０】
また、本発明において、前記段差部（６３）は、前記車両の左右方向（Ｘ０）に関して前記ストッパ（４７，４８）よりも内方に配置されていてもよい（請求項５）。この場合、段差部が車両の左右方向に関してストッパよりも外方に配置されている構成と比較して、転舵軸の軸端から段差部までの距離を増加させることができるので、異物が段差部とストッパの間に噛み込むことをより確実に防止できる。
【００１１】
なお、前記において、括弧内の数字等は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態にかかる車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】転舵軸を駆動する機構の概略断面図である。
【図３】転舵軸の移動が規制されている状態を示す車両用操舵装置の要部の断面図である。
【図４】転舵軸の段差部およびその周辺部分の正面図である。
【図５】転舵軸の段差部およびその周辺部分の平面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。
【図７】図４のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。
【図８】転舵軸に加わるラジアル荷重について説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る車両用操舵装置１の概略構成を示す模式図である。以下では、図１を参照する。
車両用操舵装置１は、例えば、ステアリングホイール２とステアリング機構１００との機械的な連結が解除されたステアバイワイヤ式の車両用操舵装置である。車両用操舵装置１は、操舵部材としてのステアリングホイール２が連結されるステアリングシャフト９と、ステアリングホイール２の操作に連動して転舵輪３を転舵するステアリング機構１００と、ステアリングホイール２の操作に応じてステアリング機構１００を制御する制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit ：電子制御ユニット）１９とを備えている。さらに、車両用操舵装置１は、ステアリングホイール２に反力を与える反力アクチュエータ１０と、ステアリングホイール２を直進位置（操舵原点位置）に復帰させる弾性部材１１とを含む。
【００１４】
ステアリングシャフト９は、車体に対して回転可能に支持される。ステアリングシャフト９の一端部は、ステアリングホイール２に連結されており、ステアリングシャフト９の他端部は、弾性部材１１に連結されている。反力アクチュエータ１０は、ステアリングシャフト９の中間部に連結されている。反力アクチュエータ１０は、ステアリングシャフト９に連結されたロータを有するモータを含む。弾性部材１１は、渦巻きばねを含む。ステアリングホイール２が操作されると、ステアリングホイール２を直進位置に復帰させる力（弾性部材１１の復元力）が、ステアリングシャフト９に加わる。
【００１５】
ステアリング機構１００は、車両の左右方向Ｘ０に延びる転舵軸６と、転舵軸６を収容する筒状の転舵ハウジング５と、転舵軸６を駆動する転舵アクチュエータ４とを含む。本実施形態では、車両の左右方向Ｘ０と転舵軸６の軸方向Ｘ１とが同じ方向になるように、ステアリング機構１００が車体に取り付けられる。転舵軸６は、転舵ハウジング５に支持されている。転舵ハウジング５は、車体側部材に固定される。転舵軸６は、転舵ハウジング５に対して左右方向Ｘ０に移動可能である。転舵軸６の各端部は、タイロッド７およびナックルアーム８を介して転舵輪３に連結される。後述するように転舵アクチュエータ４は、電動モータを含む。転舵アクチュエータ４の回転は、後述する運動変換機構によって転舵軸６の軸方向Ｘ１運動に変換される。左右の転舵輪３は、転舵軸６の軸方向移動に伴って転舵される。
【００１６】
車両用操舵装置１は、ステアリングホイール２の操舵角θhを検出する操舵角センサ１２と、ステアリングホイール２に加えられた操舵トルクＴを検出するトルクセンサ１３と、転舵輪３の転舵角δw（タイヤ角）を検出する転舵角センサ１４とをさらに含む。これらのセンサ１２〜１４は、ＥＣＵ１９に接続されている。これらのセンサ１２〜１４の他にも、車速Ｖを検出する車速センサ１５と、車体の上下加速度Ｇzを検出する悪路状態検出センサとしての上下加速度センサ１６と、車両の横加速度Ｇyを検出する横加速度センサ１７と、車両のヨーレートγを検出するヨーレートセンサ１８とが、ＥＣＵ１９に接続されている。各センサ１２〜１８の検出値は、ＥＣＵ１９に入力される。ＥＣＵ１９は、各センサ１２〜１８の検出値に基づいて車両用操舵装置１を制御する。
【００１７】
具体的には、ＥＣＵ１９は、操舵角センサ１２によって検出された操舵角θhおよび車速センサ１５によって検出された車速Ｖに基づいて、目標転舵角を設定し、この目標転舵角と転舵角センサ１４によって検出された転舵角δwとの偏差に基づいて、第１駆動回路２０Ａを介して、転舵アクチュエータ４を制御（転舵制御）する。これにより、ステアリングホイール２の操舵角θhに基づいて転舵輪３が転舵される。また、ＥＣＵ１９は、センサ類１２〜１８が出力する検出信号に基づいて、第２駆動回路２０Ｂを介して、反力アクチュエータ１０を制御（反力制御）する。これにより、反力アクチュエータ１０の反力が、ステアリングホイール２を操作する運転者に伝達される。
【００１８】
図２は、転舵軸６を駆動する機構の概略断面図である。以下では、図２を参照する。
軸方向Ｘ１に関する転舵軸６の中間部は、筒状の転舵ハウジング５内に挿入されている。転舵ハウジング５の内周５ａと転舵軸６との間には、転舵アクチュエータ４を構成する第１および第２電動モータ２１，２２と、これら電動モータ２１，２２の出力回転を転舵軸６の軸方向移動に変換する運動変換機構としてのボールねじ機構２３とが配置されている。
【００１９】
第１電動モータ２１および第２電動モータ２２は、転舵ハウジング５内で転舵軸６の軸方向Ｘ１に並んで配置されている。第１電動モータ２１は、転舵ハウジング５の内周５ａに固定された第１ステータ２４を備えており、第２電動モータ２２は、転舵ハウジング５の内周５ａに固定された第２ステータ２５を備えている。第１および第２電動モータ２１，２２は、転舵軸６の周囲を取り囲む共通のロータ２６を有している。
【００２０】
ロータ２６は、転舵軸６の周囲を取り囲む筒状のロータコア２７と、ロータコア２７の外周２７ａに一体回転可能に嵌合された第１および第２永久磁石２８，２９とを有している。第１永久磁石２８および第２永久磁石２９は、軸方向Ｘ１に並んで配置されている。第１永久磁石２８は、第１ステータ２４に対向しており、第２永久磁石２９は、第２ステータ２５に対向している。
【００２１】
転舵ハウジング５は、第１端部５１および第２端部５２を有している。ロータコア２７の第１端部２７１は、転舵ハウジング５の第１端部５１に支持された第１軸受３０によって回転可能に支持されている。また、ロータコア２７の第２端部２７２は、転舵ハウジング５の第２端部５２に支持された第２軸受３１によって回転可能に支持されている。第１軸受３０および第２軸受３１の各外輪は、転舵ハウジング５に対する軸方向移動が規制されている。また、第１軸受３０および第２軸受３１の各内輪は、ロータコア２７に対する軸方向移動が規制されている。これにより、転舵ハウジング５に対するロータコア２７の軸方向移動が規制されている。第１および第２軸受３０，３１は、例えば、アンギュラコンタクト玉軸受であり、互いに逆向きの接触角を有している。
【００２２】
また、転舵ハウジング５内には、ロータ２６の回転角を検出する回転角センサ４２が配置されている。回転角センサ４２は、例えばレゾルバである。回転角センサ４２は、転舵ハウジング５の内周５ａに固定されたセンサステータ４３と、ロータ２６の外周（ロータコア２７の外周２７ａ）に一体回転可能に連結されたセンサロータ４４とを有している。
ボールねじ機構２３は、転舵軸６の軸方向Ｘ１の中間部に形成されたボールねじ３２と、ボールねじ３２の周囲を取り囲むボールナット３３と、列をなす多数のボール３４とを備えている。これらのボール３４は、ボールナット３３の内周に形成された螺旋状のねじ溝３５（雌ねじ溝）と、ボールねじ３２の外周に形成された螺旋状のねじ溝３６（雄ねじ溝）との間に介在している。
【００２３】
ボールナット３３は、ロータコア２７の内周２７ｂに一体回転可能に嵌合されている。ボールナット３３は、ロータコア２７の内周２７ｂに形成された凹部２７ｃに嵌合されている。これにより、ボールナット３３は、ロータコア２７に対する軸方向移動が規制されている。前述のように、転舵ハウジング５に対するロータコア２７の軸方向移動が第１および第２軸受３０，３１を介して規制されている。したがって、ボールナット３３は、転舵ハウジング５に対する軸方向移動が規制されている。
【００２４】
このように、ボールナット３３は、ロータ２６によって支持されている。ロータ２６は、第１軸受３０および第２軸受３１を介して転舵ハウジング５に支持されている。ボールねじ３２は、多数のボール３４を介してボールナット３３に支持されている。したがって、ボールねじ３２は、ボールナット３３等を介して転舵ハウジング５に支持されている。ボールねじ３２は、転舵軸６に形成されている。したがって、転舵軸６は、ボールナット３３等を介して転舵ハウジング５に支持されている。転舵軸６は、転舵ハウジング５に対するその中心軸線周りの回転が規制されている。
【００２５】
転舵ハウジング５は、第１ハウジング３７と第２ハウジング３８とを組み合わせて構成されている。具体的には、第１ハウジング３７に設けられた第１環状フランジ３９と第２ハウジング３８に設けられた第２環状フランジ４０とが突き合わされている。これら第１および第２環状フランジ３９，４０が締結ねじ４１を用いて締結されることにより、第１ハウジング３７および第２ハウジング３８が互いに結合されている。締結ねじ４１による締め付けによって、第１および第２ハウジング３７，３８から、アンギュラコンタクト玉軸受である第１および第２軸受３０，３１に対して予圧が与えられている。
【００２６】
転舵軸６の軸方向Ｘ１の中間部の外周面と、ロータ２６の内周との間には、径方向隙間Ｓ１が設けられている。すなわち、転舵軸６のボールねじ３２の外周面の最大外径部とロータ２６の内周（ロータコア２７の内周２７ｂに相当）との間には、径方向隙間Ｓ１が設けられている。したがって、転舵軸６の軸方向Ｘ１の移動に伴って、ボールねじ３２は、ロータコア２７内をスムーズに移動することができる。
【００２７】
転舵ハウジング５の第１端部５１には、転舵ハウジング５と転舵軸６との間を封止する第１シール４９が取り付けられている。転舵ハウジング５の第２端部５２には、転舵ハウジング５と転舵軸６との間を封止する第２シール５０が取り付けられている。転舵軸６の軸方向Ｘ１に関して、第１シール４９および第２シール５０の間に区画された転舵ハウジング５の内部５ｂは、密閉されている。第１シール４９は、軸方向Ｘ１に関する転舵ハウジング５と転舵軸６との相対移動を許容しつつ、転舵ハウジング５の内部５ｂを密閉している。同様に、第２シール５０は、軸方向Ｘ１に関する転舵ハウジング５と転舵軸６との相対移動を許容しつつ、転舵ハウジング５の内部５ｂを密閉している。
【００２８】
転舵アクチュエータ４が駆動されると、ロータ２６とボールナット３３とが一体回転する。この回転が、ボールねじ機構２３により直線移動に変換される。すなわち、前述のように、ボールナット３３は、軸方向Ｘ１への移動が規制されており、転舵軸６は、中心軸線周りの回転が規制されている。その結果、ボールナット３３が回転すると、転舵軸６が軸方向Ｘ１に直線移動する。これにより、左右の転舵輪３（図１参照）が転舵される。
【００２９】
車両用操舵装置１は、転舵軸６の軸方向移動量を規制するストッパ構造を備えている。このストッパ構造は、転舵軸６に設けられた第１段付き軸４５および第２段付き軸４６を有している。さらに、ストッパ構造は、転舵ハウジング５に設けられた第１ストッパ４７および第２ストッパ４８を有している。以下では、図２を参照して、ストッパ構造について説明する。
【００３０】
転舵軸６は、ボールねじ３２の左右両側に配置された第１段付き軸４５および第２段付き軸４６を有している。第１段付き軸４５は、ボールねじ３２の第１端部３２１に隣接しており、第２段付き軸４６は、ボールねじ３２の第２端部３２２に隣接している。第１段付き軸４５、第２段付き軸４６、およびボールねじ３２は、同軸であり、単一の材料で一体に形成されている。
【００３１】
第１段付き軸４５は、相対的に小径の第１外周面６１と、相対的に大径の第２外周面６２と、環状の段差部６３とを有している。第１外周面６１と第２外周面６２とは、同軸であり、軸方向Ｘ１に間隔を空けて配置されている。段差部６３は、第１外周面６１と第２外周面６２とを接続している。第１外周面６１と第２外周面６２とは、軸方向Ｘ１外方からこの順番で転舵軸６の軸方向Ｘ１に並んでいる。
【００３２】
第１外周面６１および第２外周面６２は、円筒面であり、軸方向Ｘ１に延びている。第１外周面６１は、転舵ハウジング５の第１端部５１に形成された挿通孔５１ａを挿通しており、第２外周面６２は、ボールねじ３２に隣接している。第２外周面６２の直径Ｄ２は、第１外周面６１の直径Ｄ１よりも大きく、例えば、ボールねじ３２の外径と概ね等しい。
【００３３】
第２段付き軸４６は、第１段付き軸４５と同様に構成されている。すなわち、第２段付き軸４６は、第１段付き軸４５を左右方向（車両の左右方向Ｘ０）に反転させた形状を有している。したがって、第２段付き軸４６は、第１外周面６１と、第２外周面６２と、段差部６３とを有している。第２段付き軸４６の第１外周面６１は、転舵ハウジング５の第２端部５２に形成された挿通孔５２ａを挿通している。
【００３４】
第１段付き軸４５の段差部６３は、転舵ハウジング５の内部５ｂに配置されており、車両の左右方向Ｘ０に関して第１ストッパ４７よりも内方に配置されている。同様に、第２段付き軸４６の段差部６３は、転舵ハウジング５の内部５ｂに配置されており、車両の左右方向Ｘ０に関して第２ストッパ４８よりも内方に配置されている。また、第１ストッパ４７は、車両の左右方向Ｘ０に関して第１シール４９よりも内方に配置されている。同様に、第２ストッパ４８は、車両の左右方向Ｘ０に関して第２シール５０よりも内方に配置されている。したがって、各段付き軸４５、４６と各ストッパ４７、４８とは、第１および第２シール４９，５０により封止された転舵ハウジング５の内部５ｂに配置されている。
【００３５】
図３（ａ）および図３（ｂ）は、転舵軸６の移動が規制されている状態を示す車両用操舵装置１の要部の断面図である。
図３（ａ）に示すように、転舵ハウジング５の第１端部５１は、第１ストッパ４７の外周面が嵌合する嵌合面５３と、第１ストッパ４７を軸方向Ｘ１に受ける受け部５５とを有している。
【００３６】
第１段付き軸４５の段差部６３は、第１ストッパ４７に対して軸方向Ｘ１に対向する一対の接触部６４と、各接触部６４の径方向内側に連なる断面凹湾曲状の一対の第１コーナー部６５と、断面凹湾曲状の一対の第２コーナー部６６（図３（ａ）には一方のみ図示）とを有している。第１コーナー部６５と第２コーナー部６６とは、転舵軸６の周方向Ｃ１に関して交互に配置されている。
【００３７】
転舵軸６が軸方向Ｘ１の一方（例えば、図３（ａ）における左方）に移動するときには、第１段付き軸４５の段差部６３の接触部６４が、第１ストッパ４７の接触面としての端面４７ｂに接触する。これにより、転舵軸６の軸方向Ｘ１の移動量が規制される。接触部６４および端面４７ｂは、軸方向Ｘ１に対して直交する面である。
また、図３（ｂ）に示すように、転舵ハウジング５の第２端部５２は、第２ストッパ４８の外周面が嵌合する嵌合面５４と、第２ストッパ４８を軸方向Ｘ１に受ける受け部５６とを有している。
【００３８】
第２段付き軸４６の段差部６３は、第１段付き軸４５の段差部６３と同様に構成されている。すなわち、第２段付き軸４６の段差部６３は、第１段付き軸４５の段差部６３を左右に反転させた形状を有している。したがって、第２段付き軸４６の段差部６３は、第２ストッパ４８に対して軸方向Ｘ１に対向する一対の接触部６４と、一対の第１コーナー部６５と、一対の第２コーナー部６６（図３（ｂ）には一方のみ図示）とを有している。
【００３９】
転舵軸６が軸方向Ｘ１の他方（例えば、図３（ｂ）における右方）に移動するときには、第２段付き軸４６の段差部６３の接触部６４が、第２ストッパ４８の接触面としての端面４８ｂに接触する。これにより、転舵軸６の軸方向Ｘ１の移動量が規制される。接触部６４および端面４８ｂは、軸方向Ｘ１に対して直交する面である。
図４は、転舵軸６の第１段付き軸４５の段差部６３およびその周辺部分の正面図である。図５は、転舵軸６の第１段付き軸４５の段差部６３およびその周辺部分の平面図である。図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。図７は、図４のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。以下では、第１段付き軸４５について説明する。第２段付き軸４６については、第１段付き軸４と左右対称な関係にあるからその説明を省略する。
【００４０】
図４に示すように、接触部６４は、車両の上下方向Ｚ１に関して転舵軸６の中心軸線６ｃよりも上側の位置および下側の位置に配置されている。同様に、第１コーナー部６５は、車両の上下方向Ｚ１に関して転舵軸６の中心軸線６ｃよりも上側の位置および下側の位置に配置されている。図６に示すように、第１コーナー部６５は、第１外周面６１と接触部６４の内端６４ａとを接続している。第１コーナー部６５は、軸方向Ｘ１を含む断面において相対的に小さい曲率半径Ｒ１の断面凹湾曲状である。第１コーナー部６５は、第１外周面６１よりも転舵軸６の中心軸線６ｃ側（図６では、紙面の下側）に凹んでいる。
【００４１】
また、図５に示すように、第２コーナー部６６は、車両の前後方向Ｙ１に関して転舵軸６の中心軸線６ｃよりも前側および後側の位置に配置されている。第２コーナー部６６は、第１外周面６１と第２外周面６２とを接続している。図７に示すように、第２コーナー部６６は、転舵軸６の軸方向Ｘ１を含む断面において相対的に大きい曲率半径Ｒ２の断面凹湾曲状である。第２コーナー部６６の曲率半径Ｒ２は、第１コーナー部６５の曲率半径Ｒ１よりも大きい。
【００４２】
このように、第１コーナー部６５は、車両の上下方向Ｚ１に関して転舵軸６の中心軸線６ｃよりも上側の位置および下側の位置に配置されており、第２コーナー部６６は、車両の前後方向Ｙ１に関して転舵軸６の中心軸線６ｃよりも前側および後側の位置に配置されている。したがって、第２コーナー部６６は、転舵軸６の周方向Ｃ１に関して第１コーナー部６５とは異なる位置に配置されている。よって、段差部６３は、転舵軸６の周方向Ｃ１に形状が一定でない異形ストッパを構成している。
【００４３】
図８は、転舵軸６に加わるラジアル荷重について説明するための模式図である。以下では、図２と図８を参照する。
転舵アクチュエータ４の駆動力（回転力）は、ボールねじ機構２３により、軸方向Ｘ１に転舵軸６を押し引きする力に変換される。その結果、転舵軸６が、軸方向Ｘ１に直線運動する。この転舵軸６の直線運動は、転舵軸６の両端から突出して設けられたタイロッド７に伝達され、ナックルアーム８の回動を引き起こす。このとき、転舵軸６は、タイロッド７からの反力を受ける。例えば図８において転舵軸６が左に移動した場合には、左側のタイロッド７が転舵軸６によって押され、右側のタイロッド７が転舵軸６によって引っ張られる。そのため、右斜め後ろ向きの反力が、左側のタイロッド７から転舵軸６に加わり、右斜め前向きの反力が、右側のタイロッド７から転舵軸６に加わる。
【００４４】
本実施形態では、タイロッド角Ｄ３（図８参照）が大きな値、例えば、３０度以上に設定されている。そのため、図８において矢印Ｆ１で示すように、転舵軸６がタイロッド７から受ける反力は、比較的大きな径方向成分（以下、ラジアル方向成分Ｆ１）を含んでいる。タイロッド７の延びる方向は、転舵角にかかわらず概ね一定である。したがって、ラジアル荷重の向きは、決まっている。つまり、ラジアル荷重の向きは、前向きまたは後向きである。ラジアル荷重は、曲げ荷重として転舵軸６に加わり、段差部６３における前側部分および後側部分に曲げ応力が生じる。第１コーナー部６５よりも曲率半径が大きい第２コーナー部６６は、これら前側部分および後側部分に設けられている。
【００４５】
以上のように本実施形態では、転舵軸６の各段差部６３に設けられた接触部６４を対応するストッパ４７、４８に接触させることにより、転舵軸６の移動量を規制することができる。前述のように、転舵軸６が転舵されると、ラジアル荷重が転舵軸６に加わる。このラジアル荷重の向きは決まっており、ラジアル荷重に伴って応力が生じる段差部６３の部位も決まっている。このような部位を含む範囲に、曲率半径が相対的に大きい第２コーナー部６６が配置されている。したがって、転舵軸６での応力集中を防止でき、転舵軸６の応力を低減できる。ひいては、転舵軸６の耐久性を向上できる。
【００４６】
また、本実施形態では、第２コーナー部６６が、転舵軸６の中心軸線６ｃよりも前側と後側とに設けられている。つまり、第２コーナー部６６は、転舵軸６の前側部分および後側部分の両方の部分に設けられている。したがって、前向きおよび後向き何れのラジアル荷重が転舵軸６に加わった場合でも、第２コーナー部６６に生じる応力を低減できる。
また、本実施形態では、第１コーナー部６５が、第１外周面６１よりも転舵軸６の中心軸線６ｃ側に凹んでいる。これにより、第１コーナー部が第１外周面より外方に突出している構成と比較して、接触部６４の面積を広くできる。したがって、接触部６４と第１ストッパ４７とが接触したときに、接触部６４に生じる応力を低減でき、ひいては転舵軸６の応力を低減できる。さらに、車両用操舵装置１の大型化を抑制できる。
【００４７】
また、本実施形態では、段差部６３およびストッパ４７、４８が、第１および第２シール４９，５０により密閉された転舵ハウジング５の内部５ｂに配置されている。したがって、異物が、段差部６３とストッパ４７、４８との間に進入することを防止できる。これにより、異物が転舵軸６の接触部６４とストッパ４７、４８との間に噛み込むことを防止できる。そのため、タイロッド角が大きくベローズが装備されない車両用操舵装置、例えば、フォークリフト等の荷役車両に装備される車両用操舵装置において、転舵軸６の耐久性を向上できる。
【００４８】
また、本実施形態では、第１段付き軸４５の段差部６３は、車両の左右方向Ｘ０に関して第１ストッパ４７よりも内方に配置されている。同様に、第２段付き軸４６の段差部６３は、車両の左右方向Ｘ０に関して第２ストッパ４８よりも内方に配置されている。したがって、車両の左右方向Ｘ０に関して、段差部がストッパよりも外方に配置されている構成と比較して、転舵軸６の軸端から各段差部６３までの距離を増加させることができる。これにより、異物が各段差部６３と第１および第２ストッパ４７，４８との間に噛み込むことをより確実に防止できる。
【００４９】
この発明の実施の形態の説明は以上であるが、この発明は、前述の実施形態の内容に限
定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
例えば、前述の実施形態では、第２コーナー部６６は、転舵軸６の中心軸線６ｃを挟んだ前側および後側の両方に設けられていたが、中心軸線６ｃよりも前側および後側のいずれか一方だけに設けられていてもよい。
【００５０】
また、前述の実施形態では、第１コーナー部６５は、単一の曲率半径Ｒ１の湾曲面により形成されていたが、複数の曲率半径を有する湾曲面により形成されていてもよい。同様に、第２コーナー部６６が、複数の曲率半径を有する湾曲面により形成されていてもよい。第１および第２コーナー部６５、６６の少なくとも一方が複数の曲率半径を有している場合、最小の曲率半径同士を比較してその大小関係を決めればよい。例えば、第１および第２コーナー部のそれぞれが複数の曲率半径を有する場合、第２コーナー部の最小の曲率半径が、第１コーナー部の最小の曲率半径よりも大きければよい。
【００５１】
また、本実施形態は、転舵軸６が操舵部材の操作に応じた電気信号により駆動されるステアバイワイヤ式の操舵装置に適用されていたが、転舵軸６が操舵部材と機械的に連結された操舵装置に適用されてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１…車両用操舵装置、２…ステアリングホイール（操舵部材）、５…転舵ハウジング、５ｂ…内部、６…転舵軸、６ｃ…中心軸線、４７…第１ストッパ、４８…第２ストッパ、４９…第１シール、５０…第２シール、６１…第１外周面、６２…第２外周面、６３…段差部、６４…接触部、６４ａ…内端、６５…第１コーナー部、６６…第２コーナー部、Ｃ１…周方向、Ｄ２…直径、Ｒ２…曲率半径、Ｘ０…左右方向、Ｙ１…前後方向
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両用操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用操舵装置は、ハンドルの操作に連動して軸方向に移動する転舵軸と、この転舵軸を覆う筒状のハウジングとを有している。転舵軸の端部には、継手およびタイロッド等を介して車輪が連結されている。転舵軸の端部、継手、およびタイロッド等は、ハウジングから突出しており、ベローズで覆われている。
例えば特許文献１では、転舵軸の端部に固定された段差状のラックエンドが、ハウジングに設けられたストッパに接触することにより、転舵軸の移動量が規制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１３７４７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
フォークリフト等の荷役車両では、タイロッド角（平面視において転舵軸とタイロッドとがなす角度）が、通常の自動車よりも大きいので、ベローズの伸縮がタイロッドの移動に追従できず、ベローズが取り付けられない。そのため、砂利などの異物が、ラックエンドとストッパとの間に噛み込むおそれがある。
そこで、転舵軸においてハウジング内に配置されている部分に段差部を設け、この段差部をハウジングのストッパと接触させることにより、転舵軸の移動量を規制することが考えられている。
【０００５】
しかし、転舵軸に段差部があると、曲げ荷重が転舵軸に加わったときに、段差部で応力集中が生じ、段差部に大きな応力が生じるおそれがある。
この発明は、かかる背景のもとになされたものであり、転舵軸に段差部を設けた構成としつつ、応力集中を防止できる車両用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】
前記目的を達成するための本発明の一実施形態は、操舵部材（２）の操作に伴って軸方向（Ｘ１）に移動する転舵軸（６）と、前記転舵軸（６）に接触して前記軸方向（Ｘ１）への前記転舵軸（６）の移動量を規制するストッパ（４７，４８）とを備え、前記転舵軸（６）は、第１外周面（６１）と、前記第１外周面（６１）よりも直径（Ｄ２）が大きく前記第１外周面（６１）と同軸の第２外周面（６２）と、前記第１外周面（６１）と前記第２外周面（６２）とを接続する段差部（６３）とを含み、前記段差部（６３）は、前記ストッパ（４７，４８）に対して前記軸方向（Ｘ１）に対向する接触部（６４）と、前記第１外周面（６１）と前記接触部（６４）の内端（６４ａ）とを接続する断面凹湾曲状の第１コーナー部（６５）と、前記転舵軸（６）の周方向（Ｃ１）に関して前記第１コーナー部（６５）とは異なる位置であって車両の前後方向（Ｙ１）に関して前記転舵軸（６）の中心軸線（６ｃ）に対して前側および後側の少なくとも一方の位置で前記第１外周面（６１）と前記第２外周面（６２）とを接続しており、前記第１コーナー部（６５）よりも曲率半径（Ｒ２）が大きい断面凹湾曲状の第２コーナー部（６６）と含む、車両用操舵装置（１）を提供する。
【０００７】
この構成によれば、転舵軸の段差部に設けられた接触部をストッパに接触させることにより、転舵軸の移動量を規制することができる。後述するように、転舵軸が転舵されると、ラジアル荷重が転舵軸に加わる。このラジアル荷重の向きは決まっており、ラジアル荷重に伴って応力が生じる段差部の部位も決まっている。この部位、すなわち、応力集中が生じ易い部位を含む範囲に、第１コーナー部よりも曲率半径が大きい第２コーナー部が配置されている。したがって、転舵軸での応力集中を防止でき、転舵軸の応力を低減できる。
【０００８】
また、本発明において、前記第２コーナー部（６６）は、前記転舵軸（６）の中心軸線（６ｃ）よりも前側と後側とに設けられていてもよい（請求項２）。この場合、転舵軸に、前向きおよび後向き何れのラジアル荷重が加わったときでも、第２コーナー部に生じる応力を低減できる。
また、本発明において、前記第１コーナー部（６５）は、前記第１外周面（６１）よりも前記転舵軸（６）の中心軸線（６ｃ）側に凹んでいる場合がある（請求項３）。この場合には、第１コーナー部が第１外周面より外方に突出している構成よりも、接触部の面積を広げられる。
【０００９】
また、本発明において、前記転舵軸（６）の周囲を取り囲む筒状の転舵ハウジング（５）と、前記軸方向（Ｘ１）に関する前記転舵ハウジングの各端部（５１，５２）と前記転舵軸（６）との間に配置されており、前記転舵ハウジング（５）の内部（５ｂ）を密閉するシール（４９，５０）とをさらに含み、前記ストッパ（４７，４８）および前記段差部（６３）は、前記シール（４９，５０）により密閉された前記転舵ハウジング（５）の前記内部（５ｂ）に配置されている場合がある（請求項４）。この場合、転舵軸の段差部とストッパとが密閉された空間に配置されているので、異物が段差部とストッパとの間に噛み込むことを防止できる。
【００１０】
また、本発明において、前記段差部（６３）は、前記車両の左右方向（Ｘ０）に関して前記ストッパ（４７，４８）よりも内方に配置されていてもよい（請求項５）。この場合、段差部が車両の左右方向に関してストッパよりも外方に配置されている構成と比較して、転舵軸の軸端から段差部までの距離を増加させることができるので、異物が段差部とストッパの間に噛み込むことをより確実に防止できる。
【００１１】
なお、前記において、括弧内の数字等は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態にかかる車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】転舵軸を駆動する機構の概略断面図である。
【図３】転舵軸の移動が規制されている状態を示す車両用操舵装置の要部の断面図である。
【図４】転舵軸の段差部およびその周辺部分の正面図である。
【図５】転舵軸の段差部およびその周辺部分の平面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。
【図７】図４のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。
【図８】転舵軸に加わるラジアル荷重について説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る車両用操舵装置１の概略構成を示す模式図である。以下では、図１を参照する。
車両用操舵装置１は、例えば、ステアリングホイール２とステアリング機構１００との機械的な連結が解除されたステアバイワイヤ式の車両用操舵装置である。車両用操舵装置１は、操舵部材としてのステアリングホイール２が連結されるステアリングシャフト９と、ステアリングホイール２の操作に連動して転舵輪３を転舵するステアリング機構１００と、ステアリングホイール２の操作に応じてステアリング機構１００を制御する制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit ：電子制御ユニット）１９とを備えている。さらに、車両用操舵装置１は、ステアリングホイール２に反力を与える反力アクチュエータ１０と、ステアリングホイール２を直進位置（操舵原点位置）に復帰させる弾性部材１１とを含む。
【００１４】
ステアリングシャフト９は、車体に対して回転可能に支持される。ステアリングシャフト９の一端部は、ステアリングホイール２に連結されており、ステアリングシャフト９の他端部は、弾性部材１１に連結されている。反力アクチュエータ１０は、ステアリングシャフト９の中間部に連結されている。反力アクチュエータ１０は、ステアリングシャフト９に連結されたロータを有するモータを含む。弾性部材１１は、渦巻きばねを含む。ステアリングホイール２が操作されると、ステアリングホイール２を直進位置に復帰させる力（弾性部材１１の復元力）が、ステアリングシャフト９に加わる。
【００１５】
ステアリング機構１００は、車両の左右方向Ｘ０に延びる転舵軸６と、転舵軸６を収容する筒状の転舵ハウジング５と、転舵軸６を駆動する転舵アクチュエータ４とを含む。本実施形態では、車両の左右方向Ｘ０と転舵軸６の軸方向Ｘ１とが同じ方向になるように、ステアリング機構１００が車体に取り付けられる。転舵軸６は、転舵ハウジング５に支持されている。転舵ハウジング５は、車体側部材に固定される。転舵軸６は、転舵ハウジング５に対して左右方向Ｘ０に移動可能である。転舵軸６の各端部は、タイロッド７およびナックルアーム８を介して転舵輪３に連結される。後述するように転舵アクチュエータ４は、電動モータを含む。転舵アクチュエータ４の回転は、後述する運動変換機構によって転舵軸６の軸方向Ｘ１運動に変換される。左右の転舵輪３は、転舵軸６の軸方向移動に伴って転舵される。
【００１６】
車両用操舵装置１は、ステアリングホイール２の操舵角θhを検出する操舵角センサ１２と、ステアリングホイール２に加えられた操舵トルクＴを検出するトルクセンサ１３と、転舵輪３の転舵角δw（タイヤ角）を検出する転舵角センサ１４とをさらに含む。これらのセンサ１２〜１４は、ＥＣＵ１９に接続されている。これらのセンサ１２〜１４の他にも、車速Ｖを検出する車速センサ１５と、車体の上下加速度Ｇzを検出する悪路状態検出センサとしての上下加速度センサ１６と、車両の横加速度Ｇyを検出する横加速度センサ１７と、車両のヨーレートγを検出するヨーレートセンサ１８とが、ＥＣＵ１９に接続されている。各センサ１２〜１８の検出値は、ＥＣＵ１９に入力される。ＥＣＵ１９は、各センサ１２〜１８の検出値に基づいて車両用操舵装置１を制御する。
【００１７】
具体的には、ＥＣＵ１９は、操舵角センサ１２によって検出された操舵角θhおよび車速センサ１５によって検出された車速Ｖに基づいて、目標転舵角を設定し、この目標転舵角と転舵角センサ１４によって検出された転舵角δwとの偏差に基づいて、第１駆動回路２０Ａを介して、転舵アクチュエータ４を制御（転舵制御）する。これにより、ステアリングホイール２の操舵角θhに基づいて転舵輪３が転舵される。また、ＥＣＵ１９は、センサ類１２〜１８が出力する検出信号に基づいて、第２駆動回路２０Ｂを介して、反力アクチュエータ１０を制御（反力制御）する。これにより、反力アクチュエータ１０の反力が、ステアリングホイール２を操作する運転者に伝達される。
【００１８】
図２は、転舵軸６を駆動する機構の概略断面図である。以下では、図２を参照する。
軸方向Ｘ１に関する転舵軸６の中間部は、筒状の転舵ハウジング５内に挿入されている。転舵ハウジング５の内周５ａと転舵軸６との間には、転舵アクチュエータ４を構成する第１および第２電動モータ２１，２２と、これら電動モータ２１，２２の出力回転を転舵軸６の軸方向移動に変換する運動変換機構としてのボールねじ機構２３とが配置されている。
【００１９】
第１電動モータ２１および第２電動モータ２２は、転舵ハウジング５内で転舵軸６の軸方向Ｘ１に並んで配置されている。第１電動モータ２１は、転舵ハウジング５の内周５ａに固定された第１ステータ２４を備えており、第２電動モータ２２は、転舵ハウジング５の内周５ａに固定された第２ステータ２５を備えている。第１および第２電動モータ２１，２２は、転舵軸６の周囲を取り囲む共通のロータ２６を有している。
【００２０】
ロータ２６は、転舵軸６の周囲を取り囲む筒状のロータコア２７と、ロータコア２７の外周２７ａに一体回転可能に嵌合された第１および第２永久磁石２８，２９とを有している。第１永久磁石２８および第２永久磁石２９は、軸方向Ｘ１に並んで配置されている。第１永久磁石２８は、第１ステータ２４に対向しており、第２永久磁石２９は、第２ステータ２５に対向している。
【００２１】
転舵ハウジング５は、第１端部５１および第２端部５２を有している。ロータコア２７の第１端部２７１は、転舵ハウジング５の第１端部５１に支持された第１軸受３０によって回転可能に支持されている。また、ロータコア２７の第２端部２７２は、転舵ハウジング５の第２端部５２に支持された第２軸受３１によって回転可能に支持されている。第１軸受３０および第２軸受３１の各外輪は、転舵ハウジング５に対する軸方向移動が規制されている。また、第１軸受３０および第２軸受３１の各内輪は、ロータコア２７に対する軸方向移動が規制されている。これにより、転舵ハウジング５に対するロータコア２７の軸方向移動が規制されている。第１および第２軸受３０，３１は、例えば、アンギュラコンタクト玉軸受であり、互いに逆向きの接触角を有している。
【００２２】
また、転舵ハウジング５内には、ロータ２６の回転角を検出する回転角センサ４２が配置されている。回転角センサ４２は、例えばレゾルバである。回転角センサ４２は、転舵ハウジング５の内周５ａに固定されたセンサステータ４３と、ロータ２６の外周（ロータコア２７の外周２７ａ）に一体回転可能に連結されたセンサロータ４４とを有している。
ボールねじ機構２３は、転舵軸６の軸方向Ｘ１の中間部に形成されたボールねじ３２と、ボールねじ３２の周囲を取り囲むボールナット３３と、列をなす多数のボール３４とを備えている。これらのボール３４は、ボールナット３３の内周に形成された螺旋状のねじ溝３５（雌ねじ溝）と、ボールねじ３２の外周に形成された螺旋状のねじ溝３６（雄ねじ溝）との間に介在している。
【００２３】
ボールナット３３は、ロータコア２７の内周２７ｂに一体回転可能に嵌合されている。ボールナット３３は、ロータコア２７の内周２７ｂに形成された凹部２７ｃに嵌合されている。これにより、ボールナット３３は、ロータコア２７に対する軸方向移動が規制されている。前述のように、転舵ハウジング５に対するロータコア２７の軸方向移動が第１および第２軸受３０，３１を介して規制されている。したがって、ボールナット３３は、転舵ハウジング５に対する軸方向移動が規制されている。
【００２４】
このように、ボールナット３３は、ロータ２６によって支持されている。ロータ２６は、第１軸受３０および第２軸受３１を介して転舵ハウジング５に支持されている。ボールねじ３２は、多数のボール３４を介してボールナット３３に支持されている。したがって、ボールねじ３２は、ボールナット３３等を介して転舵ハウジング５に支持されている。ボールねじ３２は、転舵軸６に形成されている。したがって、転舵軸６は、ボールナット３３等を介して転舵ハウジング５に支持されている。転舵軸６は、転舵ハウジング５に対するその中心軸線周りの回転が規制されている。
【００２５】
転舵ハウジング５は、第１ハウジング３７と第２ハウジング３８とを組み合わせて構成されている。具体的には、第１ハウジング３７に設けられた第１環状フランジ３９と第２ハウジング３８に設けられた第２環状フランジ４０とが突き合わされている。これら第１および第２環状フランジ３９，４０が締結ねじ４１を用いて締結されることにより、第１ハウジング３７および第２ハウジング３８が互いに結合されている。締結ねじ４１による締め付けによって、第１および第２ハウジング３７，３８から、アンギュラコンタクト玉軸受である第１および第２軸受３０，３１に対して予圧が与えられている。
【００２６】
転舵軸６の軸方向Ｘ１の中間部の外周面と、ロータ２６の内周との間には、径方向隙間Ｓ１が設けられている。すなわち、転舵軸６のボールねじ３２の外周面の最大外径部とロータ２６の内周（ロータコア２７の内周２７ｂに相当）との間には、径方向隙間Ｓ１が設けられている。したがって、転舵軸６の軸方向Ｘ１の移動に伴って、ボールねじ３２は、ロータコア２７内をスムーズに移動することができる。
【００２７】
転舵ハウジング５の第１端部５１には、転舵ハウジング５と転舵軸６との間を封止する第１シール４９が取り付けられている。転舵ハウジング５の第２端部５２には、転舵ハウジング５と転舵軸６との間を封止する第２シール５０が取り付けられている。転舵軸６の軸方向Ｘ１に関して、第１シール４９および第２シール５０の間に区画された転舵ハウジング５の内部５ｂは、密閉されている。第１シール４９は、軸方向Ｘ１に関する転舵ハウジング５と転舵軸６との相対移動を許容しつつ、転舵ハウジング５の内部５ｂを密閉している。同様に、第２シール５０は、軸方向Ｘ１に関する転舵ハウジング５と転舵軸６との相対移動を許容しつつ、転舵ハウジング５の内部５ｂを密閉している。
【００２８】
転舵アクチュエータ４が駆動されると、ロータ２６とボールナット３３とが一体回転する。この回転が、ボールねじ機構２３により直線移動に変換される。すなわち、前述のように、ボールナット３３は、軸方向Ｘ１への移動が規制されており、転舵軸６は、中心軸線周りの回転が規制されている。その結果、ボールナット３３が回転すると、転舵軸６が軸方向Ｘ１に直線移動する。これにより、左右の転舵輪３（図１参照）が転舵される。
【００２９】
車両用操舵装置１は、転舵軸６の軸方向移動量を規制するストッパ構造を備えている。このストッパ構造は、転舵軸６に設けられた第１段付き軸４５および第２段付き軸４６を有している。さらに、ストッパ構造は、転舵ハウジング５に設けられた第１ストッパ４７および第２ストッパ４８を有している。以下では、図２を参照して、ストッパ構造について説明する。
【００３０】
転舵軸６は、ボールねじ３２の左右両側に配置された第１段付き軸４５および第２段付き軸４６を有している。第１段付き軸４５は、ボールねじ３２の第１端部３２１に隣接しており、第２段付き軸４６は、ボールねじ３２の第２端部３２２に隣接している。第１段付き軸４５、第２段付き軸４６、およびボールねじ３２は、同軸であり、単一の材料で一体に形成されている。
【００３１】
第１段付き軸４５は、相対的に小径の第１外周面６１と、相対的に大径の第２外周面６２と、環状の段差部６３とを有している。第１外周面６１と第２外周面６２とは、同軸であり、軸方向Ｘ１に間隔を空けて配置されている。段差部６３は、第１外周面６１と第２外周面６２とを接続している。第１外周面６１と第２外周面６２とは、軸方向Ｘ１外方からこの順番で転舵軸６の軸方向Ｘ１に並んでいる。
【００３２】
第１外周面６１および第２外周面６２は、円筒面であり、軸方向Ｘ１に延びている。第１外周面６１は、転舵ハウジング５の第１端部５１に形成された挿通孔５１ａを挿通しており、第２外周面６２は、ボールねじ３２に隣接している。第２外周面６２の直径Ｄ２は、第１外周面６１の直径Ｄ１よりも大きく、例えば、ボールねじ３２の外径と概ね等しい。
【００３３】
第２段付き軸４６は、第１段付き軸４５と同様に構成されている。すなわち、第２段付き軸４６は、第１段付き軸４５を左右方向（車両の左右方向Ｘ０）に反転させた形状を有している。したがって、第２段付き軸４６は、第１外周面６１と、第２外周面６２と、段差部６３とを有している。第２段付き軸４６の第１外周面６１は、転舵ハウジング５の第２端部５２に形成された挿通孔５２ａを挿通している。
【００３４】
第１段付き軸４５の段差部６３は、転舵ハウジング５の内部５ｂに配置されており、車両の左右方向Ｘ０に関して第１ストッパ４７よりも内方に配置されている。同様に、第２段付き軸４６の段差部６３は、転舵ハウジング５の内部５ｂに配置されており、車両の左右方向Ｘ０に関して第２ストッパ４８よりも内方に配置されている。また、第１ストッパ４７は、車両の左右方向Ｘ０に関して第１シール４９よりも内方に配置されている。同様に、第２ストッパ４８は、車両の左右方向Ｘ０に関して第２シール５０よりも内方に配置されている。したがって、各段付き軸４５、４６と各ストッパ４７、４８とは、第１および第２シール４９，５０により封止された転舵ハウジング５の内部５ｂに配置されている。
【００３５】
図３（ａ）および図３（ｂ）は、転舵軸６の移動が規制されている状態を示す車両用操舵装置１の要部の断面図である。
図３（ａ）に示すように、転舵ハウジング５の第１端部５１は、第１ストッパ４７の外周面が嵌合する嵌合面５３と、第１ストッパ４７を軸方向Ｘ１に受ける受け部５５とを有している。
【００３６】
第１段付き軸４５の段差部６３は、第１ストッパ４７に対して軸方向Ｘ１に対向する一対の接触部６４と、各接触部６４の径方向内側に連なる断面凹湾曲状の一対の第１コーナー部６５と、断面凹湾曲状の一対の第２コーナー部６６（図３（ａ）には一方のみ図示）とを有している。第１コーナー部６５と第２コーナー部６６とは、転舵軸６の周方向Ｃ１に関して交互に配置されている。
【００３７】
転舵軸６が軸方向Ｘ１の一方（例えば、図３（ａ）における左方）に移動するときには、第１段付き軸４５の段差部６３の接触部６４が、第１ストッパ４７の接触面としての端面４７ｂに接触する。これにより、転舵軸６の軸方向Ｘ１の移動量が規制される。接触部６４および端面４７ｂは、軸方向Ｘ１に対して直交する面である。
また、図３（ｂ）に示すように、転舵ハウジング５の第２端部５２は、第２ストッパ４８の外周面が嵌合する嵌合面５４と、第２ストッパ４８を軸方向Ｘ１に受ける受け部５６とを有している。
【００３８】
第２段付き軸４６の段差部６３は、第１段付き軸４５の段差部６３と同様に構成されている。すなわち、第２段付き軸４６の段差部６３は、第１段付き軸４５の段差部６３を左右に反転させた形状を有している。したがって、第２段付き軸４６の段差部６３は、第２ストッパ４８に対して軸方向Ｘ１に対向する一対の接触部６４と、一対の第１コーナー部６５と、一対の第２コーナー部６６（図３（ｂ）には一方のみ図示）とを有している。
【００３９】
転舵軸６が軸方向Ｘ１の他方（例えば、図３（ｂ）における右方）に移動するときには、第２段付き軸４６の段差部６３の接触部６４が、第２ストッパ４８の接触面としての端面４８ｂに接触する。これにより、転舵軸６の軸方向Ｘ１の移動量が規制される。接触部６４および端面４８ｂは、軸方向Ｘ１に対して直交する面である。
図４は、転舵軸６の第１段付き軸４５の段差部６３およびその周辺部分の正面図である。図５は、転舵軸６の第１段付き軸４５の段差部６３およびその周辺部分の平面図である。図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。図７は、図４のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。以下では、第１段付き軸４５について説明する。第２段付き軸４６については、第１段付き軸４と左右対称な関係にあるからその説明を省略する。
【００４０】
図４に示すように、接触部６４は、車両の上下方向Ｚ１に関して転舵軸６の中心軸線６ｃよりも上側の位置および下側の位置に配置されている。同様に、第１コーナー部６５は、車両の上下方向Ｚ１に関して転舵軸６の中心軸線６ｃよりも上側の位置および下側の位置に配置されている。図６に示すように、第１コーナー部６５は、第１外周面６１と接触部６４の内端６４ａとを接続している。第１コーナー部６５は、軸方向Ｘ１を含む断面において相対的に小さい曲率半径Ｒ１の断面凹湾曲状である。第１コーナー部６５は、第１外周面６１よりも転舵軸６の中心軸線６ｃ側（図６では、紙面の下側）に凹んでいる。
【００４１】
また、図５に示すように、第２コーナー部６６は、車両の前後方向Ｙ１に関して転舵軸６の中心軸線６ｃよりも前側および後側の位置に配置されている。第２コーナー部６６は、第１外周面６１と第２外周面６２とを接続している。図７に示すように、第２コーナー部６６は、転舵軸６の軸方向Ｘ１を含む断面において相対的に大きい曲率半径Ｒ２の断面凹湾曲状である。第２コーナー部６６の曲率半径Ｒ２は、第１コーナー部６５の曲率半径Ｒ１よりも大きい。
【００４２】
このように、第１コーナー部６５は、車両の上下方向Ｚ１に関して転舵軸６の中心軸線６ｃよりも上側の位置および下側の位置に配置されており、第２コーナー部６６は、車両の前後方向Ｙ１に関して転舵軸６の中心軸線６ｃよりも前側および後側の位置に配置されている。したがって、第２コーナー部６６は、転舵軸６の周方向Ｃ１に関して第１コーナー部６５とは異なる位置に配置されている。よって、段差部６３は、転舵軸６の周方向Ｃ１に形状が一定でない異形ストッパを構成している。
【００４３】
図８は、転舵軸６に加わるラジアル荷重について説明するための模式図である。以下では、図２と図８を参照する。
転舵アクチュエータ４の駆動力（回転力）は、ボールねじ機構２３により、軸方向Ｘ１に転舵軸６を押し引きする力に変換される。その結果、転舵軸６が、軸方向Ｘ１に直線運動する。この転舵軸６の直線運動は、転舵軸６の両端から突出して設けられたタイロッド７に伝達され、ナックルアーム８の回動を引き起こす。このとき、転舵軸６は、タイロッド７からの反力を受ける。例えば図８において転舵軸６が左に移動した場合には、左側のタイロッド７が転舵軸６によって押され、右側のタイロッド７が転舵軸６によって引っ張られる。そのため、右斜め後ろ向きの反力が、左側のタイロッド７から転舵軸６に加わり、右斜め前向きの反力が、右側のタイロッド７から転舵軸６に加わる。
【００４４】
本実施形態では、タイロッド角Ｄ３（図８参照）が大きな値、例えば、３０度以上に設定されている。そのため、図８において矢印Ｆ１で示すように、転舵軸６がタイロッド７から受ける反力は、比較的大きな径方向成分（以下、ラジアル方向成分Ｆ１）を含んでいる。タイロッド７の延びる方向は、転舵角にかかわらず概ね一定である。したがって、ラジアル荷重の向きは、決まっている。つまり、ラジアル荷重の向きは、前向きまたは後向きである。ラジアル荷重は、曲げ荷重として転舵軸６に加わり、段差部６３における前側部分および後側部分に曲げ応力が生じる。第１コーナー部６５よりも曲率半径が大きい第２コーナー部６６は、これら前側部分および後側部分に設けられている。
【００４５】
以上のように本実施形態では、転舵軸６の各段差部６３に設けられた接触部６４を対応するストッパ４７、４８に接触させることにより、転舵軸６の移動量を規制することができる。前述のように、転舵軸６が転舵されると、ラジアル荷重が転舵軸６に加わる。このラジアル荷重の向きは決まっており、ラジアル荷重に伴って応力が生じる段差部６３の部位も決まっている。このような部位を含む範囲に、曲率半径が相対的に大きい第２コーナー部６６が配置されている。したがって、転舵軸６での応力集中を防止でき、転舵軸６の応力を低減できる。ひいては、転舵軸６の耐久性を向上できる。
【００４６】
また、本実施形態では、第２コーナー部６６が、転舵軸６の中心軸線６ｃよりも前側と後側とに設けられている。つまり、第２コーナー部６６は、転舵軸６の前側部分および後側部分の両方の部分に設けられている。したがって、前向きおよび後向き何れのラジアル荷重が転舵軸６に加わった場合でも、第２コーナー部６６に生じる応力を低減できる。
また、本実施形態では、第１コーナー部６５が、第１外周面６１よりも転舵軸６の中心軸線６ｃ側に凹んでいる。これにより、第１コーナー部が第１外周面より外方に突出している構成と比較して、接触部６４の面積を広くできる。したがって、接触部６４と第１ストッパ４７とが接触したときに、接触部６４に生じる応力を低減でき、ひいては転舵軸６の応力を低減できる。さらに、車両用操舵装置１の大型化を抑制できる。
【００４７】
また、本実施形態では、段差部６３およびストッパ４７、４８が、第１および第２シール４９，５０により密閉された転舵ハウジング５の内部５ｂに配置されている。したがって、異物が、段差部６３とストッパ４７、４８との間に進入することを防止できる。これにより、異物が転舵軸６の接触部６４とストッパ４７、４８との間に噛み込むことを防止できる。そのため、タイロッド角が大きくベローズが装備されない車両用操舵装置、例えば、フォークリフト等の荷役車両に装備される車両用操舵装置において、転舵軸６の耐久性を向上できる。
【００４８】
また、本実施形態では、第１段付き軸４５の段差部６３は、車両の左右方向Ｘ０に関して第１ストッパ４７よりも内方に配置されている。同様に、第２段付き軸４６の段差部６３は、車両の左右方向Ｘ０に関して第２ストッパ４８よりも内方に配置されている。したがって、車両の左右方向Ｘ０に関して、段差部がストッパよりも外方に配置されている構成と比較して、転舵軸６の軸端から各段差部６３までの距離を増加させることができる。これにより、異物が各段差部６３と第１および第２ストッパ４７，４８との間に噛み込むことをより確実に防止できる。
【００４９】
この発明の実施の形態の説明は以上であるが、この発明は、前述の実施形態の内容に限
定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
例えば、前述の実施形態では、第２コーナー部６６は、転舵軸６の中心軸線６ｃを挟んだ前側および後側の両方に設けられていたが、中心軸線６ｃよりも前側および後側のいずれか一方だけに設けられていてもよい。
【００５０】
また、前述の実施形態では、第１コーナー部６５は、単一の曲率半径Ｒ１の湾曲面により形成されていたが、複数の曲率半径を有する湾曲面により形成されていてもよい。同様に、第２コーナー部６６が、複数の曲率半径を有する湾曲面により形成されていてもよい。第１および第２コーナー部６５、６６の少なくとも一方が複数の曲率半径を有している場合、最小の曲率半径同士を比較してその大小関係を決めればよい。例えば、第１および第２コーナー部のそれぞれが複数の曲率半径を有する場合、第２コーナー部の最小の曲率半径が、第１コーナー部の最小の曲率半径よりも大きければよい。
【００５１】
また、本実施形態は、転舵軸６が操舵部材の操作に応じた電気信号により駆動されるステアバイワイヤ式の操舵装置に適用されていたが、転舵軸６が操舵部材と機械的に連結された操舵装置に適用されてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１…車両用操舵装置、２…ステアリングホイール（操舵部材）、５…転舵ハウジング、５ｂ…内部、６…転舵軸、６ｃ…中心軸線、４７…第１ストッパ、４８…第２ストッパ、４９…第１シール、５０…第２シール、６１…第１外周面、６２…第２外周面、６３…段差部、６４…接触部、６４ａ…内端、６５…第１コーナー部、６６…第２コーナー部、Ｃ１…周方向、Ｄ２…直径、Ｒ２…曲率半径、Ｘ０…左右方向、Ｙ１…前後方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵部材の操作に伴って軸方向に移動する転舵軸と、前記転舵軸に接触して前記軸方向への前記転舵軸の移動量を規制するストッパとを備え、
前記転舵軸は、第１外周面と、前記第１外周面よりも直径が大きく前記第１外周面と同軸の第２外周面と、前記第１外周面と前記第２外周面とを接続する段差部とを含み、
前記段差部は、
前記ストッパに対して前記軸方向に対向する接触部と、
前記第１外周面と前記接触部の内端とを接続する断面凹湾曲状の第１コーナー部と、
前記転舵軸の周方向に関して前記第１コーナー部とは異なる位置であって車両の前後方向に関して前記転舵軸の中心軸線に対して前側および後側の少なくとも一方の位置で前記第１外周面と前記第２外周面とを接続しており、前記第１コーナー部よりも曲率半径が大きい断面凹湾曲状の第２コーナー部と含む、車両用操舵装置。
【請求項２】
前記第２コーナー部は、前記転舵軸の中心軸線よりも前側と後側とに設けられている、請求項１に記載の車両用操舵装置。
【請求項３】
前記第１コーナー部は、前記第１外周面よりも前記転舵軸の中心軸線側に凹んでいる、請求項１または２に記載の車両用操舵装置。
【請求項４】
前記転舵軸の周囲を取り囲む筒状の転舵ハウジングと、
前記軸方向に関する前記転舵ハウジングの各端部と前記転舵軸との間に配置されており、前記転舵ハウジングの内部を密閉するシールとをさらに含み、
前記ストッパおよび前記段差部は、前記シールにより密閉された前記転舵ハウジングの前記内部に配置されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用操舵装置。
【請求項５】
前記段差部は、前記車両の左右方向に関して前記ストッパよりも内方に配置されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両用操舵装置。
【請求項１】
操舵部材の操作に伴って軸方向に移動する転舵軸と、前記転舵軸に接触して前記軸方向への前記転舵軸の移動量を規制するストッパとを備え、
前記転舵軸は、第１外周面と、前記第１外周面よりも直径が大きく前記第１外周面と同軸の第２外周面と、前記第１外周面と前記第２外周面とを接続する段差部とを含み、
前記段差部は、
前記ストッパに対して前記軸方向に対向する接触部と、
前記第１外周面と前記接触部の内端とを接続する断面凹湾曲状の第１コーナー部と、
前記転舵軸の周方向に関して前記第１コーナー部とは異なる位置であって車両の前後方向に関して前記転舵軸の中心軸線に対して前側および後側の少なくとも一方の位置で前記第１外周面と前記第２外周面とを接続しており、前記第１コーナー部よりも曲率半径が大きい断面凹湾曲状の第２コーナー部と含む、車両用操舵装置。
【請求項２】
前記第２コーナー部は、前記転舵軸の中心軸線よりも前側と後側とに設けられている、請求項１に記載の車両用操舵装置。
【請求項３】
前記第１コーナー部は、前記第１外周面よりも前記転舵軸の中心軸線側に凹んでいる、請求項１または２に記載の車両用操舵装置。
【請求項４】
前記転舵軸の周囲を取り囲む筒状の転舵ハウジングと、
前記軸方向に関する前記転舵ハウジングの各端部と前記転舵軸との間に配置されており、前記転舵ハウジングの内部を密閉するシールとをさらに含み、
前記ストッパおよび前記段差部は、前記シールにより密閉された前記転舵ハウジングの前記内部に配置されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用操舵装置。
【請求項５】
前記段差部は、前記車両の左右方向に関して前記ストッパよりも内方に配置されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両用操舵装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−１０３６８０（Ｐ２０１３−１０３６８０Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５０７２４（Ｐ２０１１−２５０７２４）
【出願日】平成２３年１１月１６日（２０１１．１１．１６）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１６日（２０１１．１１．１６）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
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