JP4108333B2 - 車両の四輪操舵装置及び車両 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の四輪操舵装置に関し、更に詳しくはフォークリフトやショベルカー等の作業車両などに好適なよう形成した車両の四輪操舵装置及びこれを備えてなる車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フォークリフトやショベルカー等の作業車両を使用して作業を行うとき、道路の道幅等が狭く作業スペースを広く確保できない場所では、車両の前進、後退、旋回のみを行える従来の作業車両によるとスムーズに移動できず、その結果作業に支障を来たし、作業を満足に行えない場合があった。
【０００３】
そこで従来この種の問題を解決するため、車両の四輪操舵を可能にしたものが提案されている（例えば特開平６−２７８６３６号公報等参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこの種の従来品の場合、後輪の操舵角度は、従来、４０度程度が限度であった。したがって従来品を使用すると、車輪を真横に操舵できないため、横方向に平行移動することができず、狭い場所での作業に支障を来たし易い、という問題点があった。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、提案されたものである。
したがって本発明の技術的課題は、車両の通常の走行すなわち前進、後退、旋回は勿論のこと、車両を横方向等に平行移動させたり、旋回半径も小さくできるよう形成した車両の四輪操舵装置及びこれを搭載した、使い勝手の良い車両を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために次のような技術手段を採る。
すなわち、本発明の車両の四輪操舵装置は、図１〜図６に示されているように、操舵ハンドル１７と、この操舵ハンドル１７の主軸１７ａの回転を車体の左右方向に延びる回転軸２２に伝達する第一伝動ギヤ機構２０，２３と、車体に対して水平面上において回転可能に設けられている前後の車輪ユニット４Ａ，４Ｂと、上記車体の左右方向に延びる回転軸２２の回転を前車輪ユニット４Ａの回転軸に伝達する第二伝動ギヤ機構１４，２７，２８，３０，３１と、上記前車輪ユニット４Ａの回転を後車輪ユニット４Ｂの回転軸に伝達軸３３を介して伝達する第三伝動ギヤ機構１５，３６とを備え、車両の前後に左右方向に延びるメイン支持フレーム１がそれぞれ配置され、このメイン支持フレーム１は、水平支持部１ａと、その両端から上方に起立している垂直部１ｂと、その上端から左右に延びている水平端部１ｃとからなり、この前後のメイン支持フレーム１の水平支持部１ａの左右側の上面に、下方に凸湾曲状の板ばね３がその中央部を接して配置され、この板ばね３の両方の上端部が車体フレーム２に取り付けられ、上記の操舵ハンドル１７の主軸１７ａが上記の車体フレーム２とメイン支持フレーム１のそれぞれ中央部に固定されているブラケット１８，１９に上下動可能に支持されると共に、この主軸１７ａの下端部に第一伝動ギヤ機構２０，２３を構成するウォーム２０がスプライン結合され、また上記の伝達軸３３の中間部に前後の車輪ユニット４Ａ，４Ｂの上下動を吸収するストロークユニット３５が設けられていることを特徴とする（請求項１）。
【０００７】
請求項１によれば、操舵ハンドル１７を回転操作すると、第一伝動ギヤ機構２０，２３によって車体の左右方向に延びる回転軸２２が回転される。回転軸２２の回転は第二伝動ギヤ機構１４，２７，２８，３０，３１によって前車輪ユニット４Ａの回転軸に伝達され、前車輪ユニット４Ａが回転され、前車輪ユニット４Ａの回転は第三伝動ギヤ機構１５，３６によって後車輪ユニット４Ｂの回転軸に伝達されて後車輪ユニット４Ｂも回転される。以上のようにして、操舵ハンドル１７により、四輪を回転操作できる。
【０００８】
上記車両の四輪操舵装置において、図１１に示されているように、操舵ハンドル１７に代えて操舵用モータ４１を設け、この操舵用モータ４１の回転軸の回転を車体の左右方向に延びる回転軸４４に第一伝動ギヤ機構４２，４５によって伝達するように構成されるのでもよい（請求項２）。このように構成すれば、四輪の回転操作を、力を要せずに行うことができる。
【０００９】
又上記車両の四輪操舵装置において、図１１〜図１３に示されているように、上記第三伝動ギヤ機構１５，３６に代えて、前車輪ユニット４０Ａの回転をリンク機構４８，４９によって後車輪ユニット４０Ｂの回転軸に伝達するように構成してもよい（請求項３）。このようにすれば、前輪と後輪を同方向に簡単な構成で且つ低コストで向けることができる。
【００１０】
又本発明の車両は、図１等に示されているように、上記四輪操舵装置を備えており、かつ、前後の各車輪ユニット４Ａ，４Ｂがそれぞれ走行用モータ６を有しており、各車輪ユニット４Ａ，４Ｂの車輪１３がそれぞれの走行用モータ６によって回転されるように構成されていることを特徴とする（請求項４）。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の四輪操舵装置の好適な一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１〜図４において、１はメイン支持フレームで、車両の前後にそれぞれ配置されている。メイン支持フレーム１は左右方向に延びており、水平支持部１ａ（図２参照）と、その両端から上方に起立している垂直部１ｂ（図３参照）と、その上端から左右に延びている水平端部１ｃとからなっている。車体フレーム２が前後のメイン支持フレーム１の水平支持部１ａに板ばね３を介装して懸架されている。又車輪ユニット４Ａ，４Ｂが、前後のメイン支持フレーム１の水平端部１ｃに、それぞれ水平面上において回転可能に装着されている。
【００１３】
又前側の車輪ユニット４Ａは、次のように構成されている。すなわち、図７に示されているように、伝動ギヤケース５の外面に走行用モータ６が固定されており、走行用モータ６の回転軸が伝動ギヤケース５内のウォーム７の回転軸に連結されている。伝動ギヤケース５内にはウォーム７と噛み合うウォームホイール８が回転自在に支持されており、その回転軸９が伝動ギヤケース５から外部へ突出している。伝動ギヤケース５は、図８に示されている車輪駆動部支持部材１０の取付面１１に形成されている軸孔１２に、ウォームホイール８の回転軸９（図７参照）が挿通するようにして、車輪駆動部支持部材１０の取付面１１に固定されており、取付面１１から突出するウォームホイール８の回転軸９に、車輪１３が装着されている（図９参照）。したがって、走行用モータ６の回転により、ウォーム７が回転されると、ウォーム７に噛み合うウォームホイール８が減速回転され、車輪１３が回転駆動される。
【００１４】
車輪ユニット４Ａ，４Ｂはメイン支持フレーム１に回転可能に装着されている。すなわち、図９に示されているように、車輪駆動部支持部材１０は車輪１３の上方に延びており、上端部にウォームホイール１４が固定されている。図５、図６等に示されているように、ウォームホイール１４の上方にはベベルギヤ１５が配置され、両者は軸部で連結されている。車輪ユニット４Ａ，４Ｂは車輪駆動部支持部材１０の上記軸部がメイン支持フレーム１の水平端部１ｃの先端筒部１６に形成されている軸孔内に配置されてメイン支持フレーム１に水平面上において回転可能に支持されている。
【００１５】
次に、操舵ハンドル１７によって車輪ユニット４Ａ，４Ｂを操舵する機構を説明する。
【００１６】
本発明の車両の四輪操舵装置は、操舵ハンドル１７によって前後左右の４個の車輪ユニット４Ａ，４Ｂを操舵できるように構成されており、先ず、操舵ハンドル１７によって前側の左右の車輪ユニット４Ａを操舵する機構を説明する。
【００１７】
図１〜図６に示されているように、操舵ハンドル１７の主軸１７ａは車体フレーム２とメイン支持フレーム１のそれぞれ中央部に固定されているブラケット１８，１９に上下動可能に支持されており、下端部にウォーム２０がスプライン結合されている。一方、メイン支持フレーム１の複数箇所に固定されているブラケット２１に、回転軸２２が回転可能に支持されており、回転軸２２がメイン支持フレーム１の水平支持部１ａに沿って車体の左右方向に水平に延びている。回転軸２２の中央部にはウォームホイール２３が固定されており、操舵ハンドル１７の主軸下端のウォーム２０に噛合されている。したがって、操舵ハンドル１７が回転されると、ウォーム２０の回転によってウォームホイール２３が回転され、回転軸２２が回転される。
【００１８】
回転軸２２の回転は、メイン支持フレーム１の垂直部１ｂに配置されている中間軸２４（図３参照）、更には、水平端部１ｃに配置されているウォーム軸２５に歯車機構によって伝達されるように構成されている。
【００１９】
すなわち、メイン支持フレーム１の垂直部１ｂに固定されているブラケット２６に中間軸２４が回転可能に垂直に支持されており、中間軸２４の上下端に、ベベルギヤ２７が固定されている。そして、中間軸２４の下端のベベルギヤ２７が回転軸２２の端部に固定されているベベルギヤ２８に噛合されている。従って、回転軸２２が回転されると、ベベルギヤ２７，２８の噛合によって中間軸２４が回転される。
【００２０】
又メイン支持フレーム１の水平端部１ｃに固定されているブラケット２９に、ウォーム軸２５が回転可能に水平に支持されており、ウォーム軸２５の一方の端部に、ベベルギヤ３０が固定され、他端にウォーム３１（図１等参照）が固定されている。そして、ウォーム軸２５（図３参照）のベベルギヤ３０が、中間軸２４の上端のベベルギヤ２７に噛合されている。従って、中間軸２４の回転は、ベベルギヤ２７，３０の噛合によってウォーム軸２５に伝達される。
【００２１】
上記ウォーム軸２５のウォーム３１は、図１等に示されるように、前車輪ユニット４Ａの車輪駆動部支持部材１０に固定されているウォームホイール１４に噛合されている。
【００２２】
したがって、操舵ハンドル１７が回転されると、操舵ハンドル１７の下方のウォーム２０の回転によってこれに噛み合うウォームホイール２３が回転され、回転軸２２が回転される。回転軸２２の回転は、図３に示されるように、歯車機構によって中間軸２４、ウォーム軸２５へと伝達されてウォーム軸２５のウォーム３１（図２参照）が回転される。ウォーム３１の回転は、これに噛み合うウォームホイール１４を回転させ、これによって前側の車輪ユニット４Ａが回転される。
【００２３】
次に、操舵ハンドル１７の回転によって後側の車輪ユニット４Ｂを回転させる機構を説明する。
【００２４】
後側の車輪ユニット４Ｂは、上述した前側の車輪ユニット４Ａと比較すると、ウォームホイール１４を有しておらず、他は同じ構成を備えている。
【００２５】
図１等に示されるように、前後の車輪ユニット４Ａ，４Ｂの車輪駆動部支持部材１０には、ブラケット３２（図４参照）がそれぞれ固定されており、伝達軸３３がこれらのブラケット３２に回転可能に水平に支持されている。伝達軸３３は、中間部にジョイント３４によって接合されたストロークユニット３５を有している。そして、伝達軸３３の両端部にはベベルギヤ３６が固定されており、これらのベベルギヤ３６が前後の車輪ユニット４Ａ，４Ｂの上部位置にあるベベルギヤ１５にそれぞれ噛合されている。
【００２６】
したがって、操舵ハンドル１７の回転操作によって前側の車輪ユニット４Ａが回転されると、それに伴って、前側の車輪ユニット４Ａの上部位置にあるベベルギヤ１５も回転される。このベベルギヤ１５の回転は、伝達軸３３に固定されている前側のベベルギヤ３６を介して伝達軸３３に伝達される。そして、伝達軸３３の回転は、伝達軸３３に固定されている後側のベベルギヤ３６を介して後側の車輪ユニット４Ｂの上部位置にあるベベルギヤ１５に伝達され、後側の車輪ユニット４Ｂが前側の車輪ユニット４Ａと反対方向に同じ角度だけ回転される。
【００２７】
以上のように、本実施形態の車両の四輪操舵装置によれば、前後の車輪ユニット４Ａ，４Ｂの車輪１３の角度を３６０°の範囲で自由に変更できる。したがって、通常の走行すなわち前進、後退、旋回は勿論のこと、車輪１３の角度を車体の前後方向に対して９０°を向くように操舵することによって、車両を横方向に平行移動させることができる。また、車輪１３の操舵角度が９０°より小さい場合、より小さな旋回を可能にし、また内輪差もなくなる。したがって、車両の縦列駐車が可能であり、また、狭い場所でも作業車両はスムーズに身動きが取れるので作業を支障なく行うことができる。
【００２８】
上記構成において、操舵ハンドル１７の主軸１７ａがウォーム２０とスプライン結合されているので、車輪ユニット４Ａ，４Ｂの上下の動きは操舵ハンドル１７で吸収される。また、伝達軸３３の中間部にストロークユニット３５が設けられているので、前後の車輪ユニット４Ａ，４Ｂが上下に動いてもその動きはストロークユニット３５で吸収され、前側の車輪ユニット４Ａから後側の車輪ユニット４Ｂへの伝達は円滑に行われる。
【００２９】
なお、操舵ハンドルの主軸にカム機構を取り付け、左右に曲がるときに内側の駆動がカム機構によってスピードコントローラが働き、減速されて、運転操作が円滑にできるように構成することもできる。
【００３０】
図１０は、上記実施形態で説明した四輪操舵装置をフォークリフト３７に適用した例を示している。同図は、道幅の狭い箇所に停車しているトラック３８の荷台に、フォークリフト３７で荷物を積載している状態を示している。トラック３８に隣接しているスペースが狭い場合、従来のフォークリフトでは、トラック３８に隣接する位置に移動した後、その向きをトラック３８に対して直角方向に変えることができないため、フォークリフトでの積載作業が不可能であった。これに対して、本発明の四輪操舵装置を適用したフォークリフト３７によれば、フォークリフト３７をトラック３８に対して直角方向に向けた状態で、前後の車輪１３を車体の前後方向に対して９０°を向くように操舵し、トラック３８に隣接する狭いスペースをトラック３８に沿って平行移動させることにより、フォークリフト３７の荷台をトラック３８の荷台上に配置させることができるので、フォークリフト３７での積載作業が容易になる。
【００３１】
図１１〜図１３は本発明の車両の四輪操舵装置の別の実施形態を示している。
【００３２】
以下、上記で説明した実施形態と相違している点を説明する。他の構成は上記実施形態において説明したものと同じであるので、説明は省略する。
【００３３】
本実施形態は例えばショベルカーに適用されるもので、車輪ユニット４０Ａ，４０Ｂが車台３９の四隅に、水平面上において回転可能に装着されている。前後の車輪ユニット４０Ａ，４０Ｂを上記実施形態における車輪ユニット４Ａ，４Ｂと比較すると、上部位置にベベルギヤ１５が設けられていない点を除いて同様な構成を備えている。
【００３４】
次に、車輪ユニット４０Ａ，４０Ｂを操舵する機構を説明する。
【００３５】
本実施形態においても、前後左右の４個の車輪ユニット４０Ａ，４０Ｂを操舵できるように構成されており、先ず、前側の左右の車輪ユニット４０Ａを操舵する機構を説明する。
【００３６】
図１１に示されているように、車台３９の前面の中央部に操舵用モータ４１が固定され、このモータ４１の回転軸にウォーム４２が連結されている。操舵用モータ４１は、油圧モータ又は電気モータからなっており、図示外のレバーによって制御機構により駆動制御できるように構成されている。一方、車台３９の前面の左右端部に固定されているブラケット４３に、回転軸４４が回転可能に支持されており、回転軸４４が車台３９の前側に左右方向に水平に延びて配置されている。回転軸４４の中央部には、スパイラルギヤ４５が固定されており、操舵用モータ４１に連結されているウォーム４２に噛合されている。したがって、操舵用モータ４１の回転によってウォーム４２が回転し、それと噛み合うスパイラルギヤ４５が回転され、回転軸４４が回転される。
【００３７】
回転軸４４の両端部には、ウォーム４６が固定されており、前車輪ユニット４０Ａの車輪駆動部支持部材１０に固定されているウォームホイール１４に噛合されている。したがって、回転軸４４が回転されると、ウォーム４６が回転され、これに噛み合うウォームホイール１４が回転することによって、前側の車輪ユニット４０Ａは回転される。
【００３８】
次に、操舵用モータ４１によって後側の車輪ユニット４０Ｂを回転させる機構を説明する。
【００３９】
図１３に示されているように、後側の車輪ユニット４０Ｂは、上述した前側の車輪ユニット４０Ａと比較すると、ウォームホイール１４を有しておらず、他は同じ構成を備えている。
【００４０】
図１１〜図１３に示されているように、車台３９の四隅に水平面上において回転可能に装着されている車輪ユニット４０Ａ，４０Ｂは、それらの回転軸４７が、車台３９の四隅からそれぞれ上方に突出している。そして、各回転軸４７の突出端部には、それぞれアーム４８が固定されて水平に延びており、前後の回転軸４７の各アーム４８の先端部がリンク４９で連結され、リンク機構を形成している。
【００４１】
したがって、操舵用モータ４１によって前側の車輪ユニット４０Ａが回転されると、リンク機構によって、後側の車輪ユニット４０Ｂが前側の車輪ユニット４０Ａと同方向に同じ角度だけ回転される。
【００４２】
以上のように、本実施形態の車両の四輪操舵装置によっても、前後の車輪ユニット４０Ａ，４０Ｂの車輪１３の角度を３６０°の範囲で自由に変更でき、通常の走行すなわち前進、後退、旋回は勿論のこと、車両を横方向に平行移動させたりすることができる。
【００４３】
図１４は、上記実施形態で説明した四輪操舵装置を適用したショベルカー５０を示している。
【００４４】
図１５は、本発明の四輪操舵装置の更に別の実施形態を示しており、各車輪ユニットに車輪がそれぞれ一対設けられている例を示している。
【００４５】
すなわち、本実施形態では、前後の車輪ユニットはそれぞれ車輪１３を一対備えている。そして、車輪ユニットは、上記第一の実施形態で説明した車輪ユニット４Ａ，４Ｂと比較すると、上部にウォームホイール１４を有しておらず、ベベルギヤ１５のみが設けられている。一方、上記実施形態のウォーム軸２５（図３参照）に代えてベベルギヤ軸６１が設けられ、ウォーム３１（図２参照）に代えてベベルギヤ６２が固定されており、前側の車輪ユニット６０Ａのベベルギヤ１５に噛合されるように構成されている。
【００４６】
したがって、上記第一の実施形態と同じように、操舵ハンドル１７の回転操作によって回転軸２２が回転されると、回転軸２２の回転は歯車機構によって中間軸２４、ベベルギヤ軸６１へと伝達されてベベルギヤ軸６１のベベルギヤ６２が回転される。ベベルギヤ６２の回転は、これに噛み合うベベルギヤ１５を回転させ、これによって前側の車輪ユニット６０Ａは回転される。前側の車輪ユニット６０Ａの回転は、伝達軸３３を介して後側の車輪ユニットに伝わり、後側の車輪ユニットが前側の車輪ユニット６０Ａと反対方向に同じ角度だけ回転される。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、車両の通常の走行すなわち前進、後退、旋回は勿論のこと、車両を横方向等に平行移動させることが可能になり、又旋回半径も小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の車両の四輪操舵装置の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】同上装置の平面図である。
【図３】同上装置の正面図である。
【図４】同上装置の側面図である。
【図５】図１の前側部分の要部拡大図である。
【図６】同上装置の要部拡大図であり、図５の状態から車輪を直角に操舵した状態を示す。
【図７】車輪ユニットの駆動部を示す一部を切欠した斜視図である。
【図８】車輪ユニットの車輪駆動部支持部材を示す斜視図である。
【図９】車輪ユニットを示す斜視図である。
【図１０】本実施形態の四輪操舵装置を備えたフォークリフトでトラックに荷物を積載している状態を示す斜視図である。
【図１１】本発明の車両の四輪操舵装置の別の実施形態を示す斜視図である。
【図１２】前側の車輪ユニット付近を示す斜視図である。
【図１３】後側の車輪ユニット付近を示す斜視図である。
【図１４】本実施形態の四輪操舵装置を備えたショベルカーを示す斜視図である。
【図１５】本発明の車両の四輪操舵装置の更に別の実施形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
４Ａ，４０Ａ，６０Ａ 前車輪ユニット
４Ｂ，４０Ｂ 後車輪ユニット
５ 伝動ギヤケース
６ 走行用モータ
１０ 車輪駆動部支持部材
１３ 車輪
１４ ウォームホイール
１５，２７，２８，３０，３６，６２ ベベルギヤ
１７ 操舵ハンドル
１７ａ ハンドル主軸
２０，３１，４２，４６ ウォーム
２２，４４ 回転軸
２３，４５ ウォームホイール
３３ 伝達軸
３７ フォークリフト
４１ 操舵用モータ
４７ 回転軸
４８ アーム
４９ リンク
５０ ショベルカー

Claims (4)

1. 操舵ハンドルと、この操舵ハンドルの主軸の回転を車体の左右方向に延びる回転軸に伝達する第一伝動ギヤ機構と、上記の車体に対して水平面上において回転可能に設けられている前後の車輪ユニットと、上記車体の左右方向に延びる回転軸の回転を前車輪ユニットの回転軸に伝達する第二伝動ギヤ機構と、上記前車輪ユニットの回転を後車輪ユニットの回転軸に伝達軸を介して伝達する第三伝動ギヤ機構とを備え、車両の前後に左右方向に延びるメイン支持フレームがそれぞれ配置され、このメイン支持フレームは、水平支持部と、その両端から上方に起立している垂直部と、その上端から左右に延びている水平端部とからなり、この前後のメイン支持フレームの水平支持部の左右側の上面に、下方に凸湾曲状の板ばねがその中央部を接して配置され、この板ばねの両方の上端部が車体フレームに取り付けられ、上記の操舵ハンドルの主軸が上記の車体フレームとメイン支持フレームのそれぞれ中央部に固定されているブラケットに上下動可能に支持されると共に、この主軸の下端部に第一伝動ギヤ機構を構成するウォームがスプライン結合され、また上記の伝達軸の中間部に前後の車輪ユニットの上下動を吸収するストロークユニットが設けられていることを特徴とする車両の四輪操舵装置。
2. 請求項１記載の車両の四輪操舵装置において、操舵ハンドルに代えて操舵用モータが設けられており、この操舵用モータの回転軸の回転を車体の左右方向に延びる回転軸に第一伝動ギヤ機構によって伝達することを特徴とする車両の四輪操舵装置。
3. 請求項１記載の車両の四輪操舵装置において、上記第三伝動ギヤ機構に代えて、前車輪ユニットの回転をリンク機構によって後車輪ユニットの回転軸に伝達することを特徴とする車両の四輪操舵装置。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載の四輪操舵装置を備えており、かつ、前後の各車輪ユニットがそれぞれ走行用モータを有しており、各車輪ユニットの車輪がそれぞれの走行用モータによって回転されるように構成されていることを特徴とする車両。

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