(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵部材の操作に伴って、軸方向に駆動される転舵軸と、
上記転舵軸の端部にタイロッドを介して連結され、転舵輪をキングピン回りに揺動可能に支持するナックルアームと、
路面から上記転舵軸の上記端部に伝達されるラジアル荷重に抗する反対荷重を、上記転舵軸の上記端部に付与する反対荷重付与機構と、を備え、
上記反対荷重付与機構は、上記転舵軸の軸方向移動に連動する第１の要素としての第１のリンクと、上記キングピンの変位に連動し、上記第１の要素と係合する第２の要素としての第２のリンクと、を含み、
上記第１のリンクは、上記転舵軸の上記端部に回転可能に支持された第１の端部と、第２の端部と、を含み、
上記第２のリンクは、上記キングピン回りに回転可能に支持された第１の端部と、第２の端部と、を含み、
上記第１のリンクに長手方向に延びる長孔が形成され、
上記第２のリンクの上記第２の端部に設けられた枢軸が、上記第１のリンクの上記長孔に、回転可能に且つ上記長手方向に摺動可能に連結されている車両用操舵装置。
【請求項２】
請求項１において、上記転舵軸の上記端部を中心とする、上記タイロッドの揺動方向および上記第１のリンクの揺動方向が、互いに逆向きになるようにしてある車両用操舵装置。
【請求項３】
請求項２において、上記長孔は、上記第１のリンクの上記第１の端部に近接する第１の端部と、第２の端部と、を含み、
上記第２のリンクの上記第２の端部の上記枢軸を、上記長孔の上記第１の端部に付勢する付勢機構を備える車両用操舵装置。
【請求項４】
操舵部材の操作に伴って、軸方向に駆動される転舵軸と、
上記転舵軸の端部にタイロッドを介して連結され、転舵輪をキングピン回りに揺動可能に支持するナックルアームと、
路面から上記転舵軸の上記端部に伝達されるラジアル荷重に抗する反対荷重を、上記転舵軸の上記端部に付与する反対荷重付与機構と、を備え、
上記反対荷重付与機構は、上記転舵軸の軸方向移動に連動する第１の要素としての第１のリンクと、上記キングピンの変位に連動し、上記第１の要素と係合する第２の要素としての第２のリンクと、を含み、
上記第１のリンクは、上記転舵軸の上記端部に回転可能に支持された第１の端部と、上記第２の端部と、を含み、
上記第２のリンクは、上記キングピン回りに回転可能に支持された第１の端部と、第２の端部と、を含み、
上記第１のリンクの上記第２の端部および上記第２のリンクの上記第２の端部が、所定の軸線回りに相対回転可能に連結され、
上記所定の軸線回りに、上記第１のリンクを上記第２のリンクに対して回転駆動可能な回転アクチュエータを備える車両用操舵装置。
【請求項５】
操舵部材の操作に伴って、軸方向に駆動される転舵軸と、
上記転舵軸の端部にタイロッドを介して連結され、転舵輪をキングピン回りに揺動可能に支持するナックルアームと、
路面から上記転舵軸の上記端部に伝達されるラジアル荷重に抗する反対荷重を、上記転舵軸の上記端部に付与する反対荷重付与機構と、を備え、
上記反対荷重付与機構は、上記転舵軸の軸方向移動に連動する第１の要素としてのセンクギヤと、上記キングピンの変位に連動し、上記第１の要素と係合する第２の要素としてのラックと、を含み、
上記セクタギヤは、上記キングピンと同伴回転可能に設けられ、
上記ラックは、上記転舵軸の上記端部から上記転舵軸の上記軸方向に延設された延設軸に設けられ、
所定の転舵角以上で、上記セクタギヤおよび上記ラックが噛み合うようにしてある車両用操舵装置。
【請求項６】
請求項５において、転舵角の増加に伴って上記セクタギヤおよび上記ラックが噛み合いを始めるときに、上記タイロッドの延びる方向が上記転舵軸の軸方向に一致するようにしてある車両用操舵装置。
【請求項７】
請求項６において、上記ナックルアームの端部および上記タイロッドの端部を回転可能に連結する連結軸を備え、
上記連結軸は、上記ナックルアームの上記端部に設けられた長孔に、当該長孔の長手方向に摺動可能に且つ回転可能に連結されており、
転舵角の増加に伴って上記セクタギヤおよび上記ラックが噛み合いを始めるときに、上記長孔の長手方向が、上記タイロッドの延びる方向に対して直交するようにしてある車両用操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
タイヤからステアリング・ナックルを介してラックに伝達されるラジアル荷重とスラスト荷重を弾性体を介して伝達するステアリング制御装置が提案されている（例えば特許文献１を参照）。
また、操舵モータの回転を、ピニオンおよび操向ギヤによる減速を経てキングピンに伝達することにより、キングピンを回動させて前輪を操舵する車両用操舵装置が提案されている（例えば特許文献２を参照）。
【０００３】
また、車幅方向に延びるステアリングシリンダの左右のピストンロッドを伸長・短縮することにより、左右のホイールブラケットおよびそれに取り付けられた車輪を、縦軸の軸線を中心として旋回させる産業車両のリヤアクスルが提案されている（例えば特許文献３を参照）。
また、ハンドルの回転角の検出信号に基づいて演算された転舵輪角度信号に応じて、転舵輪の舵角を変える旋回機構を設けたフォークリフトが提案されている（例えば特許文献４を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平３−５６９４４号公報〔図６（ａ）〜（ｃ）、第１４頁第２８欄第９行〜第１６頁第３２欄第４２行〕
【特許文献２】特開２００３−１７０８４９号公報（図２、第３５〜第３８段落）
【特許文献３】特開平１１−１１７９号公報（図１、図２、第１０段落）
【特許文献４】特開２００５−２６３３９２号公報（図８〜図１１、第６３段落および要約）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
産業車両や福祉車両においては、後輪を転舵するタイプの車両が多く、そのような車両では、所要の操舵角を確保するためには、転舵輪としての後輪を大きな転舵角で転舵する必要がある。このため、転舵軸が、路面反力による多大なラジアル荷重を受ける傾向にある。例えば、ステアバイワイヤ式の車両では、転舵軸に設けられたボールねじ機構やこれを駆動するアクチュエータが多大なラジアル荷重を受けて、耐久性が低下する。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、転舵軸に負荷されるラジアル荷重の影響を抑制することができ耐久性に優れた車両用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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は、操舵部材（２）の操作に伴って、軸方向（Ｘ１）に駆動される転舵軸（６）と、上記転舵軸の端部（６１）にタイロッド（７Ａ，７Ｂ）を介して連結され、転舵輪（３Ａ，３Ｂ）をキングピン（２１）回りに揺動可能に支持するナックルアーム（８Ａ，８Ｂ）と、路面から上記転舵軸の上記端部に伝達されるラジアル荷重（Ｆ１）に抗する反対荷重（Ｒ１；Ｔ１；Ｒ２）を、上記転舵軸の上記端部に付与する反対荷重付与機構（２４Ａ，２４Ｂ；１２４Ａ，１２４Ｂ；２２４Ａ，２２４Ｂ）と、を備え、上記反対荷重付与機構は、上記転舵軸の軸方向移動に連動する第１の要素としての第１のリンク（２５）と、上記キングピンの変位に連動し、上記第１の要素と係合する第２の要素としての第２のリンク（２６）と、を含み、上記第１のリンクは、上記転舵軸の端部に回転可能に支持された第１の端部（２５１）と、第２の端部（２５２）と、を含み、上記第２のリンクは、上記キングピン回りに回転可能に支持された第１の端部（２６１）と、第２の端部（２６２）と、を含み、上記第１のリンクに長手方向に延びる長孔（２８）が形成され、上記第２のリンクの上記第２の端部に設けられた枢軸（２９）が、上記第１のリンクの上記長孔に、回転可能に且つ上記長手方向に摺動可能に連結されている車両用操舵装置（１）を提供する（請求項１）。
【０００８】
本発明では、転舵軸の端部に負荷される路面反力によるラジアル荷重に抗して、反対荷重付与機構によって、転舵軸の端部に反対荷重を付与することができる。したがって、路面反力によるラジアル荷重の少なくとも一部を相殺して、転舵軸のラジアル負荷を軽減することができる。反対荷重付与機構として、転舵軸の軸方向移動に連動する第１の要素とキングピンの変位に連動する第２の要素を互いに係合させて用いるので、構造が簡単である。
【０００９】
また、上記反対荷重付与機構（２４Ａ）は、上記第１の要素としての第１のリンク（２５）と、上記第２の要素としての第２のリンク（２６）と、を含み、上記第１のリンクは、上記転舵軸の端部に回転可能に支持された第１の端部（２５１）と、第２の端部（２５２）と、を含み、上記第２のリンクは、上記キングピン回りに回転可能に支持された第１の端部（２６１）と、第２の端部（２６２）と、を含み、上記第１のリンクに長手方向に延びる長孔（２８）が形成され、上記第２のリンクの上記第２の端部に設けられた枢軸（２９）が、上記第１のリンクの上記長孔に、回転可能に且つ上記長手方向に摺動可能に連結されているので、下記の利点がある。
【００１０】
すなわち、長孔内を摺動する枢軸が長孔の端部に達した状態で、すなわち、第１および第２のリンクの拘束条件の数が１つ増えて第１および第２のリンクが限定運動を行う状態で、長孔の端部から転舵軸の端部に向かう第１のリンクの軸力を用いて、転舵軸の端部に、路面反力によるラジアル荷重に抗する反対荷重を付与することができる。
また、上記転舵軸の上記端部を中心とする、上記タイロッドの揺動方向および上記第１のリンクの揺動方向が、互いに逆向きになるようにしてある場合がある（請求項２）。この場合、転舵輪の転舵角の増大に応じて、転舵軸の軸方向に対するタイロッドの傾斜角が増大するときに、転舵軸の軸方向に対する第１のリンクの傾斜角を増大させることができる。したがって、転舵に際して、路面反力によるラジアル荷重の増大に応じて、上記ラジアル荷重に抗する反対荷重を増大させることができ、転舵軸のラジアル負荷の低減に寄与することができる。
【００１１】
また、上記長孔は、上記第１のリンクの上記第１の端部に近接する第１の端部（２８１）と、第２の端部（２８２）と、を含み、上記第２のリンクの上記第２の端部の上記枢軸を、上記長孔の上記第１の端部に付勢する付勢機構（３０）を備える場合がある（請求項３）。この場合、長孔内での枢軸の不必要な遊びを抑制することができる。
例えば、上記付勢機構としては、上記ナックルアームおよび上記第１のリンクに係合し、上記ナックルアームおよび上記第１のリンクの交差角度を拡げるばね部材であってもよい。その場合、簡単な構成で枢軸を長孔の第１の端部に付勢することができる。
【００１２】
また、例えば、上記付勢機構は、上記長孔内に配置されたばね部材であってもよい。その場合、簡単な構成で枢軸を長孔の第１の端部に付勢することができる。また、ばね部材を長孔内に配置するので、小型化に寄与することができる。
また、本発明は、操舵部材の操作に伴って、軸方向に駆動される転舵軸と、上記転舵軸の端部にタイロッドを介して連結され、転舵輪をキングピン回りに揺動可能に支持するナックルアームと、路面から上記転舵軸の上記端部に伝達されるラジアル荷重に抗する反対荷重を、上記転舵軸の上記端部に付与する反対荷重付与機構と、を備え、上記反対荷重付与機構（１２４Ａ）は、上記転舵軸の軸方向移動に連動する第１の要素としての第１のリンク（３２）と、上記キングピンの変位に連動し、上記第１の要素と係合する第２の要素としての第２のリンク（３３）と、を含み、上記第１のリンクは、上記転舵軸の上記端部に回転可能に支持された第１の端部（３２１）と、上記第２の端部（３２２）と、を含み、上記第２のリンクは、上記キングピン回りに回転可能に支持された第１の端部（３３１）と、第２の端部（３３２）と、を含み、上記第１のリンクの上記第２の端部および上記第２のリンクの上記第２の端部が、所定の軸線（Ｃ１）回りに相対回転可能に連結され、上記所定の軸線回りに、上記第１のリンクを上記第２のリンクに対して回転駆動可能な回転アクチュエータ（３４）を備える場合がある（請求項４）。
【００１３】
この場合、回転アクチュエータによって、第１のリンクを回転駆動することにより、転舵軸の端部に負荷される路面反力によるラジアル荷重に抗して、転舵軸の端部に反対荷重を付与することができる。したがって、ラジアル荷重の少なくとも一部を相殺して、転舵軸のラジアル負荷を軽減することができる。反対荷重付与機構として、転舵軸の軸方向移動に連動する第１のリンクとキングピンの変位に連動する第１のリンクを互いに係合させて用いるので、構造が簡単である。
【００１４】
また、本発明は、操舵部材の操作に伴って、軸方向に駆動される転舵軸と、上記転舵軸の端部にタイロッドを介して連結され、転舵輪をキングピン回りに揺動可能に支持するナックルアームと、路面から上記転舵軸の上記端部に伝達されるラジアル荷重に抗する反対荷重を、上記転舵軸の上記端部に付与する反対荷重付与機構と、を備え、上記反対荷重付与機構（２２４Ａ）は、上記転舵軸の軸方向移動に連動する第１の要素としてのセクタギヤ（３５）と、上記キングピンの変位に連動し、上記第１の要素と係合する第２の要素としてのラック（３６）と、を含み、上記セクタギヤは、上記キングピンと同伴回転可能に設けられ、上記ラックは、上記転舵軸の上記端部から上記転舵軸の上記軸方向に延設された延設軸（３７）に設けられ、所定の転舵角以上で、上記セクタギヤおよび上記ラックが噛み合うようにしてある場合がある（請求項５）。この場合、転舵角が大きいときの転舵に歯車伝動を用いるので、リンク伝動と比較して、転舵軸の端部のラジアル負荷を低減することができる。また、反対荷重付与機構として、互いに噛み合うセクタギヤおよびラックを用いるので、構造が簡単である。
【００１５】
また、転舵角の増加に伴って上記セクタギヤおよび上記ラックが噛み合いを始めるときに、上記タイロッドの延びる方向（Ｋ１）が上記転舵軸の軸方向に一致するようにしてある場合がある（請求項６）。この場合、タイロッドが転舵軸に対して傾斜角をゼロから増加させていくときに、セクタギヤとラックを噛み合わせを開始することにより、路面反力によるラジアル荷重に抗する反対荷重を転舵軸の端部に付与することができる。
【００１６】
また、上記ナックルアームの端部および上記タイロッドの端部を回転可能に連結する連結軸（３８）を備え、上記連結軸は、上記ナックルアームの上記端部に設けられた長孔（３９）に、当該長孔の長手方向に摺動可能に且つ回転可能に連結されており、転舵角の増加に伴って上記セクタギヤおよび上記ラックが噛み合いを始めるときに、上記長孔の長手方向（Ｋ２）が、上記タイロッドの延びる方向に対して直交している場合がある（請求項７）。この場合、セクタギヤとラックの噛み合い運動が、ナックルアームとタイロッドによるリンク運動によって妨げられることがない。これにより、ラックおよびセクタギヤの歯車伝動を介する転舵を実質的に可能にすることができる。
【００１７】
なお、上記において、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】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】車両用操舵装置の転舵機構の要部の平面図である。
【図３】転舵機構の要部の平面図であり、ニュートラルの状態を示している。
【図４】転舵機構の要部の平面図であり、右転舵された状態を示している。
【図５】転舵機構の要部の平面図であり、最大転舵角で右転舵された状態を示している。
【図６】転舵機構の要部の平面図であり、最大転舵角で左転舵された状態を示している。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る転舵機構の要部の概略図であり、ストッパを設ける構造を示している。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係る転舵機構の要部の概略図であり、付勢機構の変更例を示している。
【図９】本発明の第４の実施の形態に係る車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。
【図１０】図９の転舵機構の要部の平面図であり、ニュートラルの状態を示している。
【図１１】図９の転舵機構の要部の平面図であり、最大転舵角で左転舵された状態を示している。
【図１２】図９の転舵機構の要部の平面図であり、最大転舵角で右転舵された状態を示している。
【図１３】本発明の第５の実施の形態に係る車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。
【図１４】図１３の転舵機構の要部の平面図であり、ニュートラルの状態を示している。
【図１５】図１３の転舵機構の要部の平面図であり、所定の転舵角の右転舵により、反対荷重付与機構のセクタギヤとラックが噛み合いを開始した状態を示している。
【図１６】図１３の転舵機構の要部の平面図であり、最大転舵角で右転舵された状態を示している。
【図１７】図１５の状態に相当するタイロッドおよびナックルアームの要部の概略図である。
【図１８】タイロッドおよび転舵軸の要部を前方から見た概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態の車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。図１を参照して、本車両用操舵装置１は、ステアリングホイール等の操舵部材２と左右の転舵輪３Ａ，３Ｂとの機械的な結合が解除された、いわゆるステアバイワイヤシステムを構成している。
【００２０】
本実施の形態では、転舵輪３Ａ，３Ｂが後輪である場合に則して説明する。転舵輪３Ａ，３Ｂが後輪である場合、操舵部材２（車両）が左操舵されるときに、転舵輪３Ａ，３Ｂが右転舵され、操舵部材２（車両）が右操舵されるときに、転舵輪３Ａ，３Ｂが左転舵されることになる。また、転舵輪３Ａ，３Ｂを後輪とする場合、転舵輪を前輪とする場合と比較して、転舵角を大きくとる必要がある。例えば、フォークリフト等の産業車両や福祉車両では、転舵輪３Ａ，３Ｂの最大転舵角は、８０°程度の大角度を要する。したがって、路面反力によって、転舵軸６の端部に多大なラジアル荷重が負荷される傾向にある。
【００２１】
操舵部材２の回転操作に応じて駆動される、例えばブラシレスの電動モータを含む転舵用アクチュエータ４の動作を、ハウジング５に支持された転舵軸６の車幅方向の直線運動に変換し、この転舵軸６の直線運動を舵取り用の左右の転舵輪３Ａ，３Ｂの転舵運動に変換することにより転舵が達成される。
転舵用アクチュエータ４の駆動力（出力軸の回転力）は、転舵軸６に関連して設けられた運動変換機構（たとえば、ボールねじ機構）により、転舵軸６の軸方向Ｘ１（車幅方向）の直線運動に変換される。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左右のタイロッド７Ａ，７Ｂに伝達され、左右のナックルアーム８Ａ，８Ｂの回動を引き起こす。これにより、対応するナックルアーム８Ａ，８Ｂに支持された転舵輪３Ａ，３Ｂの転舵が達成される。
【００２２】
また、左右の転舵輪３Ａ，３Ｂをそれぞれ介して転舵軸６の対応する端部に伝達される路面反力のラジアル荷重に抗して、反対荷重を生起し、その反対荷重を転舵軸６の対応する端部に付与するための、左右の反対荷重付与機構２４Ａ，２４Ｂが設けられている。
転舵軸６、タイロッド７Ａ，７Ｂおよびナックルアーム８Ａ，８Ｂなどにより、転舵輪３Ａ，３Ｂを転舵するための転舵機構１００が構成されている。転舵軸６を支持するハウジング５は、図示しないブラケット等を介して車体に固定されている。
【００２３】
操舵部材２は、車体に対して回転可能に支持された回転シャフト９に連結されている。この回転シャフト９には、操舵部材２に操作反力を与えるための反力用アクチュエータ１０が付設されている。反力用アクチュエータ１０は、回転シャフト９と一体の出力シャフトを有するブラシレスモータ等の電動モータを含む。
回転シャフト９の操作部材２とは反対側の端部には、例えば渦巻きばね等からなる弾性部材１１が車体との間に結合されている。この弾性部材１１は、反力用アクチュエータ１０が操舵部材２にトルクを付加していないときに、その弾性力によって、操舵部材２を直進操舵位置に復帰させる。
【００２４】
操舵部材２の操作入力値を検出するために、回転シャフト９に関連して、操舵部材２の操舵角θh を検出するための操舵角センサ１２が設けられている。また、回転シャフト９には、操舵部材２に加えられた操舵トルクＴを検出するためのトルクセンサ１３が設けられている。一方、転舵軸６に関連して、転舵輪３Ａ，３Ｂの転舵角δW （タイヤ角）を検出するための転舵角センサ１４が設けられている。
【００２５】
これらのセンサの他にも、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とが設けられている。
上記のセンサ類１２〜１８の各検出信号は、マイクロコンピュータを含む構成の電子制御ユニット（ＥＣＵ）からなる車両制御手段としての制御装置１９に入力されるようになっている。
【００２６】
制御装置１９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、駆動回路２０Ａを介し、転舵用アクチュエータ４を駆動制御（転舵制御）する。
一方、制御装置１９は、センサ類１２〜１８が出力する検出信号に基づいて、操舵部材２の操舵方向と逆方向の適当な反力が発生されるように、駆動回路２０Ｂを介して、反力用アクチュエータ１０を駆動制御（反力制御）する。
【００２７】
左右の転舵輪３Ａ，３Ｂを転舵する機構は左右対称な関係にあるので、左の転舵輪３Ａを転舵する機構とこれに関連する反対荷重付与機構２４Ａに則して説明する。図２に示すように、転舵軸６の端部６１に、タイロッド７Ａを介してナックルアーム８Ａが連結されている。ナックルアーム８Ａの一端は、縦方向に延びるキングピン２１に固定されている。転舵輪３Ａは、キングピン２１を枢軸として操向可能に支持されている。ナックルアーム８Ａの他端は、ジョイント２２を介して、タイロッド７Ａに連結されている。タイロッド７Ａは、ジョイント２３を介して、転舵軸６の端部６１に連結されている。
【００２８】
キングピン２１と転舵軸６の端部６１との間に、路面から転舵軸６の端部６１に伝達されるラジアル荷重Ｆ１に抗する反対荷重Ｒ１を、転舵軸６の端部６１に付与するための反対荷重付与機構２４Ａが備えられている。反対荷重付与機構２４Ａは、転舵軸６の軸方向移動に連動する第１の要素としての第１のリンク２５と、キングピン２１の変位に連動する第２の要素としての第２のリンク２６とを含んでいる。
【００２９】
第１のリンク２５は、転舵軸６の端部６１に枢軸２７を介して回転可能に支持された第１の端部２５１と、第２の端部２５２とを有している。第１のリンク２５に長手方向Ｙ１に延びる長孔２８が形成されている。
第２のリンク２６は、キングピン２１の回りに回転可能に支持された第１の端部２６１と、第２の端部２６２とを有している。また、第２のリンク２６の第２の端部２６２に設けられた枢軸２９が、第１のリンク２５の長孔２８に、回転可能に且つ長手方向Ｙ１に摺動可能に嵌合され連結されている。第１のリンク２５の長孔２８は、第１のリンク２５の第１の端部２５１に近接する第１の端部２８１と、第２の端部２８２とを有している。
【００３０】
また、第２のリンク２６の第２の端部２６２の枢軸２９を、長孔２８の第１の端部２８１に付勢する付勢機構として、ばね部材３０が設けられている。付勢機構としてのばね部材３０は、キングピン２１の回りに配置された、「く」の字形状の板ばねである。ばね部材３０の第１の端部３０１が、ナックルアーム８Ａに係合され、ばね部材３０の第２の端部３０２が、第２のリンク２６に係合されている。ばね部材３０は、ナックルアーム８Ａに対する第１のリンク２５の交差角度を拡げるように、第２のリンク２６をキングピン２１の回りに（図２において、左回りに）回動付勢している。なお、後述する図３〜図６では、簡略化のため、付勢機構としてのばね部材３０の図示を省略してある。
【００３１】
本実施の形態の主に特徴とするところは、図３〜図５にそれぞれ示すように、転舵軸６の端部６１に負荷される路面反力によるラジアル荷重Ｆ１に抗して、反対荷重付与機構２４Ａによって、転舵軸６の端部６１に反対荷重Ｒ１を付与できるようにしていることである。
具体的には、図３は、転舵角がゼロであるニュートラルの状態であり、転舵輪３Ａを右転舵するために、転舵軸６の左側の端部６１が、左方に伸長するためにタイロッド７Ａおよび第１のリンク２５を左方に押している状態（転舵輪３Ａの右転舵を開始しようとする状態）である。
【００３２】
ニュートラルのときに、タイロッド７Ａは、転舵軸６の軸方向Ｘ１に対して傾斜している。すなわち、タイロッド７Ａの転舵軸６側の端部が、ナックルアーム８Ａ側の端部よりも車両の前方Ｚ１に位置するように、タイロッド７Ａが傾斜している。転舵輪３Ａが受ける路面反力は、タイロッド７Ａの軸力Ｆとして、転舵軸６の端部６１に与えられる。その軸力Ｆのラジアル成分が、路面反力によるラジアル荷重Ｆ１に相当し、車両の前方Ｚ１に向けて働くことになる。
【００３３】
一方、ニュートラルのときに、反対荷重付与機構２４Ａの第１のリンク２５は、転舵軸６の軸方向Ｘ１に対して、タイロッド７Ａとは逆向きに傾斜している。具体的には、第１のリンク２５の第２の端部２５２が、第１の端部２５１よりも、車両の前方Ｚ１に位置するように配置されている。また、第２のリンク２６の枢軸２９は、第１のリンク２５の長孔２８の第１の端部２８１に位置しており、第１および第２のリンク２５，２６が限定運動可能な状態となっている。
【００３４】
反対荷重付与機構２４Ａの第１のリンク２５は、転舵軸６からの押圧力をその軸方向に受け、その押圧力に対する軸力としての抗力Ｒを、転舵軸６の端部６１に付与する。抗力Ｒのラジアル成分が、路面反力によるラジアル荷重Ｆ１に抗する反対荷重Ｒ１として、車両の後方Ｚ２に向けて働き、転舵軸６の端部６１に付与される。
図３に示すニュートラルの状態から図４の状態を経て図５に示す最大転舵角まで転舵される状態まで、後輪である転舵輪３Ａが右転舵（車両が左操舵）されるときに、タイロッド７Ａは、ジョイント２３を中心として、右回りに揺動される。一方、第１のリンク２５は、枢軸２７を中心として、左回りに揺動されるようになっている。すなわち、転舵のときに、タイロッド７Ａの揺動方向と、第１のリンク２５の揺動方向とが、互いに逆向きになる。
【００３５】
所定の転舵角で転舵輪３Ａが右転舵された図４の状態では、転舵軸６の軸方向Ｘ１に対するタイロッド７Ａの傾斜方向が、図３のときのタイロッド７Ａの傾斜方向とは逆になっている。すなわち、図４の状態では、ナックルアーム８Ａ側の端部が、タイロッド７Ａの転舵軸６側の端部よりも車両の前方Ｚ１に位置するように、タイロッド７Ａが傾斜している。また、反対荷重付与機構２４Ａの第１のリンク２５は、転舵軸６の軸方向Ｘ１に対して、タイロッド７Ａとは逆向きに傾斜している。具体的には、第１のリンク２５の第１の端部２５１が、第２の端部２５２よりも、車両の前方Ｚ１に位置するように配置されている。
【００３６】
したがって、図４では、転舵輪３Ａが受ける路面反力が、タイロッド７Ａの軸力Ｆとして、転舵軸６の端部６１に与えられる。その軸力Ｆのラジアル成分が、路面反力によるラジアル荷重Ｆ１に相当し、車両の後方Ｚ２に向けて働くことになる。一方、反対荷重付与機構２４Ａの第１のリンク２５は、転舵軸６からの押圧力をその軸方向に受け、その押圧力に対する軸力としての抗力Ｒを、転舵軸６の端部６１に付与する。抗力Ｒのラジアル成分が、路面反力によるラジアル荷重Ｆ１に抗する反対荷重Ｒ１として、車両の前方Ｚ１に向けて働くことになる。
【００３７】
図４に示す状態から、転舵輪３Ａが最大転舵角で転舵される図５の状態まで、タイロッド３Ａが、転舵軸６の軸方向Ｘ１に対する傾斜角を増大させる一方、反対荷重付与機構２４Ａの第１のリンク２５が、転舵軸６の軸方向に対する傾斜角を増大させている。したがって、路面反力によるラジアル荷重Ｆ１の増大に応じて、そのラジアル荷重Ｆ１に抗する反対荷重Ｒ１を増大させることができる。
【００３８】
一方、図３に示すニュートラルの状態において、転舵軸６の軸方向Ｘ１に対するタイロッド７Ａの傾斜角は、比較的小さく設定されており、また、図３のニュートラルの状態から、転舵輪３Ａが最大転舵角で左転舵される図６に示す状態まで、転舵軸６の軸方向Ｘ１に対するタイロッド７Ａの傾斜角は、傾斜角がゼロに近い状態まで漸減している。すなわち、ニュートラル状態からの転舵輪３Ａの左転舵において、タイロッド７Ａは転舵軸６の軸方向Ｘ１に対して、非常に浅い角度をなしているので、路面反力によるラジアル荷重は、問題にならないほど小さい。したがって、反対荷重を付与する必要がない。
【００３９】
図３のニュートラル状態から図６の最大転舵角に達するにしたがって、反対荷重付与機構２４Ａの第２のリンク２６の枢軸２７は、第１のリンク２５の長孔２８の第１の端部２８１から第２の端部２８２まで摺動する。この間、反対荷重付与機構２４Ａから転舵軸６の端部６１に反対荷重が付与されることはない。図６の最大転舵角の状態では、第１のリンク２５および第２のリンク２６が、直線状に連結されることになる。
【００４０】
本実施の形態によれば、反対荷重付与機構２４Ａによる反対荷重Ｒ１を転舵軸６の端部６１に付与することにより、路面反力によるラジアル荷重Ｒ１の少なくとも一部を相殺して、転舵軸６のラジアル負荷を軽減することができる。したがって、転舵軸６に設けられた、例えばボールねじ機構やこれを駆動するアクチュエータ（例えば、転舵軸６と同軸に配置された電動モータ）に、多大なラジアル荷重が負荷されることを防止することができ、その結果、車両用操舵装置１の耐久性を向上することができる。
【００４１】
また、反対荷重付与機構２４Ａとして、転舵軸６の軸方向Ｘ１の移動に連動する第１の要素としての第１のリンク２５と、キングピン２１の変位に連動する第２の要素としての第２のリンク２６を互いに係合させて用いるので、構造が簡単である。
また、第１のリンク２５が、転舵軸６の端部６１に回転可能に支持された第１の端部２５１と第２の端部２５２とを含み、第２のリンク２６が、キングピン２１回りに回転可能に支持された第１の端部２６１と第２の端部２６２とを含む。第１のリンク２５に長手方向に延びる長孔２８が形成され、その長孔２８に、第２のリンク２６の第２の端部２６２に設けられた枢軸２７が、回転可能に且つ長手方向に摺動可能に連結されている。したがって、図３〜図５に示すように、枢軸２７が長孔２８の第２の端部２８１に達した状態で、すなわち、第１および第２のリンク２５，２６の拘束条件の数が１つ増えて第１および第２のリンク２５，２６が限定運動を行う状態で、長孔２８の第２の端部２８１から転舵軸６の端部６１に向かう第１のリンク２５の軸力Ｒを用いて、転舵軸の端部に、路面反力によるラジアル荷重Ｆ１に抗する反対荷重Ｒ１を付与することができる。
【００４２】
また、転舵輪３Ａの転舵方向および第１のリンク２５の揺動方向が、互いに逆向きになるようにしてあるので、転舵に際して、タイロッド７Ａの揺動方向と第１のリンク２５の揺動方向が、互いに逆向きとなる。したがって、タイロッド７Ａを介する路面反力によるラジアル荷重Ｆ１の増大に応じて、第１のリンク２５による反対荷重Ｒ１を増大させることができる。これにより、転舵軸６のラジアル負荷の低減に寄与することができる。
【００４３】
また、第２のリンク２６の第２の端部２６２の枢軸２７を、第１のリンク２５の長孔２８の第１の端部２８１に付勢する付勢機構としての、ばね部材３０を設けているので、長孔２８内での枢軸２７の不必要な遊びを抑制することができる。また、第１および第２のリンク２５，２６の上記の限定運動を可能とすることができる。
なお、図６の最大転舵角の状態で、第１のリンク２５および第２のリンク２６が、直線状に連結されたときに、図７に示す第２の実施の形態のように、第１のリンク２５および第２のリンク２６が逆方向に折れ曲がることを防止するためのストッパ３１を設けるようにしてもよい。ストッパ３１としては、第１のリンク２５および第２のリンク２６の何れか一方に固定され、他方の側縁に当接可能な規制部材であってもよい。図７の例では、ストッパ３１は、第１のリンク２５に固定され、第２のリンク２６の側縁に当接して、両リンク２５，２６のなす角度が１８０°を超えないようにする。
【００４４】
また、図２の実施の形態では、付勢機構として、ナックルアーム８Ａおよび第１のリンク２５に係合し、ナックルアーム８Ａおよび第１のリンク２５の交差角度を拡げるばね部材３０を用いたが、これに代えて、図８に示す第３の実施の形態のように、付勢機構として、長孔２８内に配置されたばね部材３０Ａを用いてもよい。この場合、簡単な構成で枢軸２９を長孔２８の第１の端部２８１側へ付勢することができる。また、ばね部材３０Ａを長孔２８内に配置するので、小型化に寄与することができる。
【００４５】
次いで、図９は、左右の反対荷重付与機構１２４Ａ，１２４Ｂが設けられた第４の実施の形態を示している。反対荷重付与機構１２４Ａ，１２４Ｂは、左右対称の構成であるので、左側の反対荷重付与機構１２４Ａに則して説明する。本実施の形態では、図１０に示すように、反対荷重付与機構１２４Ａが、第１の要素としての第１のリンク３２と、第２の要素としての第２のリンク３３とを含んでいる。図１０に示す、転舵角がゼロであるニュートラルの状態で、タイロッド７Ａ、ナックルアーム８Ａ、第１のリンク３２および第２のリンク３３が四角形をなすようにされている。
【００４６】
具体的には、第１のリンク３２は、転舵軸６の一端６１に回転可能に支持された第１の端部３２１と、第２の端部３２２とを有している。また、第２のリンク３３は、キングピン２１回りに回転可能に支持された第１の端部３３１と第２の端部３３２とを有している。第１のリンク３２の第２の端部３２２および第２のリンク３３の第２の端部３３２が、所定の軸線Ｃ１回りに相対回転可能に連結されている。
【００４７】
所定の軸線Ｃ１回りに、第１のリンク３２を第２のリンク３３に対して回転駆動可能な回転アクチュエータ３４が設けられている。回転アクチュエータ３４としては、所定の軸線Ｃ１の回りに配置された電動モータを用いることができる。その電動モータは、第１のリンク３２の第１の端部３２２および第２のリンク３３の第２の端部３３２の何れか一方と同伴回転可能なステータと、他方と同伴回転可能なロータを備えていればよい。
【００４８】
制御装置１９は、転舵角センサ１４によって検出された転舵角δW に基づいて、転舵角−制御電流マップ（図示せず）を用いて、駆動回路２０Ｃを介して回転アクチュエータ３４を駆動制御するようにしている。
図１０に示すニュートラルの状態では、転舵軸６の軸方向Ｘ１に対するタイロッド７Ａの傾斜角が非常に小さくされている。また、図１１に示すように、転舵輪３Ａが最大転舵角で左転舵された状態では、軸方向Ｘ１に対するタイロッド７Ａの傾斜角はゼロにされている。すなわち、ニュートラルから左転舵されるときに、路面反力によるラジアル荷重は非常に小さいので、反対荷重を付与する必要がない。
【００４９】
一方、図１０に示すニュートラルの状態から、図１２に示す状態へと転舵輪３Ａが右転舵されるときには、転舵軸６の軸方向Ｘ１に対するタイロッド７Ａの傾斜角が大きくなる。すなわち、図１２に示す状態では、タイロッド７Ａの転舵軸６側の端部が、タイロッド７Ａのナックルアーム８Ａ側の端部よりも車両の後方Ｚ２に位置するように、タイロッド７Ａが傾斜している。このため、転舵軸６の端部６１に対して、路面反力によるラジアル荷重Ｆ１が、車両の後方Ｚ２に向けて負荷されている。
【００５０】
一方、制御装置１９は、第２のリンク３３に対して、第１のリンク３２が、所定の軸線Ｃ１を中心として、右回りのトルクＴを受けるように、回転アクチュエータ３４を駆動制御する。これにより、路面反力によるラジアル荷重Ｆ１に抗して、車両の前方Ｚ１に、反対荷重Ｔ１を生起することができる。
右転舵の転舵角が大きくなるほど、転舵軸６の軸方向Ｘ１に対するタイロッド７Ａの傾斜角が大きくなるので、制御装置１９は、転舵角センサ１４により検出された転舵角δW が大きいほど、回転アクチュエータ３４としての電動モータの制御電流を増大させて回転アクチュエータ３４の発生トルクが大きくなるように、回転アクチュエータ３４を駆動制御する。
【００５１】
本実施の形態によれば、回転アクチュエータ３４によって、第１のリンク３２を回転駆動することにより、転舵軸６の端部６１に負荷される路面反力によるラジアル荷重Ｆ１に抗して、転舵軸６の端部６１に反対荷重Ｔ１を付与することができる。したがって、ラジアル荷重Ｆ１の少なくとも一部を相殺して、転舵軸６のラジアル負荷を軽減することができる。反対荷重付与機構１２４Ａとして、転舵軸６の軸方向Ｘ１の移動に連動する第１のリンク３２とキングピン２１の変位に連動する第２のリンク３３とを互いに係合させて用いるので、構造が簡単である。
【００５２】
次いで、図１３は、左右の反対荷重付与機構２２４Ａ，２２４Ｂが設けられた第５の実施の形態を示している。反対荷重付与機構２２４Ａ，２２４Ｂは、左右対称の構成であるので、左側の反対荷重付与機構２２４Ａに則して説明する。図１４〜図１６において、タイロッド７Ａおよびナックルアーム８Ａは、簡略化して示してある。
本実施の形態において、反対荷重付与機構２２４Ａは、第１の要素としてのセクタギヤ３５と、第２の要素としてのラック３６とを含んでいる。セクタギヤ３５は、キングピン２１と同伴回転可能に設けられている。セクタギヤ３５を用いるのは小型化のためである。ラック３６は、転舵軸６の端部６１から転舵軸６の軸方向Ｘ１に延設された延設軸３７に設けられている。図１４に示すニュートラルの状態では、セクタギヤ３５とラック３６とは、離間しており、噛み合っていない。図１５および図１６に示すように、転舵輪３Ａが所定の転舵角以上で右転舵されたときに、セクタギヤ３５とラック３６が噛み合うようにしてある。
【００５３】
具体的には、転舵輪３Ａが上記所定の転舵角をなすときに、図１５に示すように、タイロッド７Ａの延びる方向Ｋ１が、転舵軸６の軸方向Ｘ１に一致している。
また、図１７に示すように、ナックルアーム８Ａの端部およびタイロッド７Ａの端部を回転可能に連結する連結軸３８が設けられている。その連結軸３８は、ナックルアーム８Ａの端部に設けられた長孔３９に、長孔３９の長手方向Ｋ２に摺動可能に且つ回転可能に連結されている。また、長孔３９内に収容された付勢部材４０によって、連結軸３８が長孔３９の端部に付勢されている。図１５に示すように、転舵輪３Ａが上記所定の転舵角をなして、タイロッド７Ａの延びる方向Ｋ１と転舵軸６の軸方向Ｘ１が一致するときに、図１７に示すように、長孔３９の長手方向Ｋ２が、タイロッド７Ａの延びる方向Ｋ１に対して直交している。
【００５４】
また、図１８に示すように、タイロッド７Ａが、一対の板部材４１，４２で構成されている。これら一対の板部材４１，４２の間に、転舵軸６の端部６１が配置される状態で、一対の板部材４１，４２および転舵軸６が、枢軸２７により相対回転可能に連結されている。転舵軸６とタイロッド７Ａの相対回転に伴って、転舵軸６からの延設軸３７が、一対の板部材４１，４２間に進退できるようになっている。
【００５５】
本実施の形態によれば、転舵角δw が大きいときの転舵に歯車伝動を用いるので、リンク伝動の場合と比較して、転舵軸６の端部６１のラジアル負荷を低減することができる。また、反対荷重付与機構２２４Ａとして、互いに噛み合うセクタギヤ３５およびラック３６を用いるので、構造が簡単である。
また、転舵輪３Ａが上記所定の転舵角をなすときに、タイロッド７Ａの延びる方向Ｋ１が転舵軸６の軸方向Ｘ１に一致している。したがって、タイロッド７Ａが転舵軸６の軸方向Ｘ１に対して傾斜角をゼロから増加させていくときに、セクタギヤ３５とラック３６の噛み合わせを開始することができ、噛み合いの抗力の成分として、路面反力によるラジアル荷重Ｆ１に抗する反対荷重Ｒ２を転舵軸６の端部６１に付与することができる。
【００５６】
また、ナックルアーム８Ａの端部およびタイロッド７Ａの端部を回転可能に連結する連結軸３８が、ナックルアーム８Ａの端部に設けられた長孔３９に、長孔３９の長手方向Ｋ２に摺動可能に且つ回転可能に連結されており、転舵輪３Ａが上記所定の転舵角をなすときに、長孔３９の長手方向Ｋ２が、タイロッド７Ａの延びる方向Ｋ１に対して直交している。
【００５７】
すなわち、図１５に示すように、セクタギヤ３５およびラック３６が噛み合いを開始するときに、タイロッド７Ａとナックルアーム８Ａの拘束条件の１つが減り、タイロッド７Ａおよびナックルアーム８Ａが限定運動しなくなる。したがって、セクタギヤ３５とラック３６の噛み合い運動が、ナックルアーム８Ａおよびタイロッド７Ａによるリンク運動によって妨げられることがない。これにより、セクタギヤ３５およびラック３６の歯車伝動を介する転舵を実質的に可能にすることができる。
【００５８】
本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内で種々の変更を施すことができる。
【符号の説明】
【００５９】
１…車両用操舵装置、２…操舵部材、３Ａ，３Ｂ…転舵輪、４…転舵用アクチュエータ、５…ハウジング、６…転舵軸、６１…（転舵軸の）端部、７Ａ，７Ｂ…タイロッド、８Ａ，８Ｂ…ナックルアーム、１４…転舵角センサ、１９…制御装置、２１…キングピン、２２，２３…ジョイント、２４Ａ，２４Ｂ；１２４Ａ，１２４Ｂ；２２４Ａ，２２４Ｂ…反対荷重付与機構、２５…第１のリンク（第１の要素）、２５１…第１の端部、２５２…第２の端部、２６…第２のリンク（第２の要素）、２６１…第１の端部、２６２…第２の端部、２７…枢軸、２８…長孔、２８１…第１の端部、２８２…第２の端部、２９…枢軸、３０；３０Ａ…ばね部材（付勢機構）、３１…ストッパ、３２…第１のリンク（第１の要素）、３２１…第１の端部、３２２…第２の端部、３３…第２のリンク（第２の要素）、３３１…第１の端部、３３２…第２の端部、３４…回転アクチュエータ、３５…セクタギヤ（第１の要素）、３６…ラック（第２の要素）、３７…延設軸、３８…連結軸、３９…長孔、Ｘ１…軸方向、Ｙ１…長手方向、Ｚ１…前方、Ｚ２…後方、Ｋ１…タイロッドの延びる方向、Ｋ２…長手方向、Ｆ１…ラジアル荷重、Ｒ１；Ｔ１；Ｒ２…反対荷重
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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