(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪を操舵自在に支持する支持部材に連結される進退自在なロッドと、このロッドの外周に設けられたねじ溝および上記ロッドに遊嵌するナットの内周に設けられたねじ溝の間にボールを介在させたボールねじとを備え、上記ナットをモータで回転させて上記ロッドを進退させることで車輪を操舵する車輪操舵装置であって、
上記モータからナットに回転を伝達する回転伝達系に、車輪に働く外力により上記モータのロータが回転することを防止する逆入力制限手段を設け、上記逆入力制限手段が、それぞれ回転自在な入力側輪から出力側輪への回転は伝達するが、出力側輪から入力側輪への回転伝達は遮断するクラッチであり、上記クラッチの構成部品と上記ボールねじのナットとを、互いに一体となった一体化部品とし、上記一体化部品は上記出力側輪とボールねじのナットとを一体化した部品であり、上記クラッチは、固定部材に取付けられた外輪の内部に、上記一体化部品における出力側輪を外輪と同心で回転可能に設け、上記外輪と出力側輪の対向面間に、外輪と出力側輪とが相対回転したときに両者を互いに係合させる係合子と、この係合子を係合作動位置と非係合位置間に移動させる保持器とを組み込み、この保持器を入力側輪と一体固定状態のものとし、この入力側輪と出力側輪とを回転方向の遊びを介して連結する連結手段を設けたことを特徴とする車輪操舵装置。
【請求項２】
請求項１において、上記逆入力制限手段がクラッチであり、このクラッチは、固定部材に取付けられた外輪の内部に、それぞれ上記モータのロータおよび上記ナットに連結された入力側輪および出力側輪を軸方向の両側から挿入し、これら入力側輪および出力側輪を互いに回転可能に支持し、上記外輪と出力側輪の対向面間に、外輪と回転側軌道輪とが相対回転したときに両者を互いに係合させる係合子と、この係合子を係合作動位置と非係合位置間に移動させる保持器とを組み込み、この保持器を入力側輪に固定し、この保持器と出力側輪とを回転方向の遊びを介して連結したものである車輪操舵装置。
【請求項３】
請求項２において、上記係合子が、外輪と入力側輪の正逆２方向の回転方向において、その両者を係合させるものである車輪操舵装置。
【請求項４】
請求項１において、上記出力側軸の外面に平坦なカム面または互いに回転方向の逆方向に向いて傾斜する２方向のカム面部分を設け、これら各カム面部分と外輪との間に、上記係合子となるローラを介在させた車輪操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車のＡＲＳシステム等に応用される車輪操舵装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
前輪で操舵する自動車において、両側の前輪の車輪速を監視し、車体が常に目標車体スリップ角となるように、後輪角度の操舵を電子制御するシステム（ＡＲＳシステム（Active Rear Stear ）と呼ばれる）が用いられている。このシステムに用いられる後輪の車輪操舵装置は、車輪の支持部材に連結されて進退動作によって操舵するロッドを、電子制御されるモータの回転駆動により、ねじ機構を介して直線運動に変換して進退させるように構成される。上記ねじ機構には、台形ねじのナットと、上記ロッドの一部からなる台形ねじ軸から構成され、モータにより台形ねじのナット回転させ、ねじ軸を軸方向に進退させる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
台形ねじは、モータから与えられるナット回転トルクを軸方向推力に変換する（正動作）が、台形ねじの正作動効率は、一般に５０％以下であるため、損失が大きい。そのため、モータを大型にするなどの対策を必要とする。
この課題を解決する手段として、台形ねじのねじ機構を、作動方向に関係なく高い作動効率を得ることのできるボールねじに置き換えることが挙げられる。
しかし、ボールねじを後輪の車輪操舵装置に使用した場合、逆作動時の効率が良好なため、車両が横風を受けるなどして後輪の車輪操舵装置が外力を受けたときに、モータのロータに発生するトルクが大きくなり、車両の操舵性が悪化することが懸念される。
【０００４】
この発明の目的は、車輪が軸方向外力を受けても、モータロータに外乱トルクを伝えずに安定した車両操舵性を持つことのできる車輪操舵装置を提供することである。
この発明の他の目的は、車輪操舵装置のコンパクト化と組立工程の削減を図ることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明の車輪操舵装置は、車輪を操舵自在に支持する支持部材に連結される進退自在なロッドと、このロッドの外周に設けられたねじ溝および上記ロッドに遊嵌するナットの内周に設けられたねじ溝の間にボールを介在させたボールねじとを備え、上記ナットをモータで回転させて上記ロッドを進退させることで車輪を操舵する車輪操舵装置であって、上記モータからナットに回転を伝達する回転伝達系に、車輪に働く外力により上記モータのロータが回転することを防止する逆入力制限手段を設け、上記逆入力制限手段が、それぞれ回転自在な入力側輪から出力側輪への回転は伝達するが、出力側輪から入力側輪への回転伝達は遮断するクラッチであり、上記クラッチの構成部品と上記ボールねじのナットとを、互いに一体となった一体化部品とし、上記一体化部品は上記出力側輪とボールねじのナットとを一体化した部品であり、上記クラッチは、固定部材に取付けられた外輪の内部に、上記一体化部品における出力側輪を外輪と同心で回転可能に設け、上記外輪と出力側輪の対向面間に、外輪と出力側輪とが相対回転したときに両者を互いに係合させる係合子と、この係合子を係合作動位置と非係合位置間に移動させる保持器とを組み込み、この保持器を入力側輪と一体固定状態のものとし、この入力側輪と出力側輪とを回転方向の遊びを介して連結する連結手段を設けたことを特徴とする。
この構成によると、モータの回転をボールねじで操舵用のロッドに伝達するため、作動効率が良くて損失が少なく、モータが小型のもので済む。ボールねじは逆作動時の効率も高いが、上記逆入力制限手段を設けたため、車両が横風を受けるなどして車輪操舵装置が外力を受けたときに、その外力でモータのロータが回転することが防止される。したがって、車輪が軸方向外力を受けても、モータロータに外乱トルクを伝えずに安定した車両操舵性を持つことができる。
【０００６】
上記逆入力制限手段はクラッチであり、このクラッチは、それぞれ回転自在な入力側輪および出力側輪を有し、入力側輪から出力側輪への回転は伝達するが、出力側輪から入力側輪への回転伝達は遮断するものとする。この機能により、車輪が軸方向外力を受けても、モータロータに外乱トルクを伝えずに安定した車両操舵性を持つことができる。このクラッチは２ウェイクラッチとしても良い。
また、例えばこのクラッチは、固定部材に取付けられた外輪の内部に、それぞれ上記モータのロータおよび上記ナットに連結された入力側輪および出力側輪を軸方向の両側から挿入し、これら入力側輪および出力側輪を互いに回転可能に支持し、上記外輪と出力側輪の対向面間に、外輪と出力側輪とが相対回転したときに両者を互いに係合させる係合子と、この係合子を係合作動位置と非係合位置間に移動させる保持器とを組み込み、この保持器を入力側輪に固定し、この保持器と出力側輪とを回転方向の遊びを介して連結したものである。この回転方向の遊びの大きさは、例えば、上記係合子が係合しない中立位置から上記係合作動位置まで移動する移動量とほぼ同じに設定する。係合作動位置は、クラッチがロック状態となる位置のことである。
この構成のクラッチの動作例を説明する。入力側輪と出力側輪とが相対回転すると、入力側輪に固定された保持器が回転方向の遊びの分だけ出力側輪に対して相対回転し、その保持器の回転により、係合子が係合作動位置に移動する。この状態から入力側輪が引き続き回転すると、入力側輪と出力側輪とが保持器を介して連結した状態になるため、出力側輪が回転し、出力側に回転が伝えられる。逆に、上記の状態から、出力側輪が車輪の受けた軸方向力等によって逆方向に回転すると、係合作動位置にある係合子がロックし、出力側輪と外輪を直結する。この直結により、出力側輪が外輪と共に固定され、入力側輪へは回転が伝わらない。このように、入力側輪から出力側輪への回転は伝達するが、出力側輪から入力側輪側への回転伝達は遮断される。
【０００７】
この構成のクラッチは、上記係合子が、外輪と出力側輪の正逆２方向の回転方向において、その両者を係合させるものであっても良い。これにより、車輪がどの方向に外力を受けた場合にも、モータロータに外乱トルクが伝えられず、より一層安定した車両操舵性を持つことができる。
【０００８】
上記逆入力制限手段がクラッチであり、上記クラッチの構成部品と上記ボールねじのナットとを、互いに一体となった一体化部品としている。
クラッチの構成部品とボールねじのナットとを一体化することにより、軸方向にコンパクトな構成となり、また組立時にクラッチとナットとを連結する必要がなく、組立工数を削減できる。さらに、クラッチ構成部品とボールねじのナットとの間の連結部精度によるボールねじナットの振れ回りの発生が低減され、作動トルクが安定化できる。
【０００９】
上記一体化部品は、上記出力側輪とボールねじのナットとを一体化した部品である。この場合に、上記クラッチは、固定部材に取付けられた外輪の内部に、上記一体化部品における出力側輪を外輪と同心で回転可能に設け、上記外輪と出力側輪の対向面間に、外輪と出力側輪とが相対回転したときに両者を互いに係合させる係合子と、この係合子を係合作動位置と非係合位置間に移動させる保持器とを組み込み、この保持器を入力側輪と一体固定状態のものとし、この入力側輪と出力側輪とを回転方向の遊びを介して連結する連結手段を設けたものとする。保持器と入力側輪との一体固定状態は、これら保持器と入力側輪とを一体の部品としたものであっても、互いに別体として入力側輪に保持器を固定したものであっても良い。
この構成のクラッチの動作例を説明する。回転停止状態で、係合子が係合作動位置にあるとする。この状態で出力側輪が回転しようとした場合、係合作動位置の係合子が外輪と出力側輪とを相互に係合させる。つまりロックさせる。外輪は固定部材に取付けられていて固定状態であり、したがって出力側輪は上記係合子による外輪との係合のため、回転が阻止され、入力側輪に回転が伝わらない。ここで、入力側輪を回転させると、この入力側輪と一体の保持器が回転し、係合子を非係合位置に移動させ、ロック解除する。さらに入力側輪が回転すると、遊び状態にあった上記連結手段が出力側輪と連結状態となり、入力側輪の回転を出力側輪に伝える。このように、入力側輪から出力側輪への回転は伝達するが、出力側輪から入力側輪への回転伝達は遮断される。
【００１０】
この構成のクラッチも、２ウェイクラッチとしても良い。その場合に、上記出力側輪の外面に平坦なカム面または互いに回転方向の逆方向に向いて傾斜する２方向のカム面部分を設け、これら各カム面部分と外輪との間に、上記係合子となるローラを介在させても良い。
この構成の場合、係合子が各カム面の係合作動位置にある状態において、出力側輪が回転しようとした場合に、一方向の回転については、一方向のカム面部分におけるローラの係合により回転をロックし、他方向の回転については、他方方向のカム面部分によって回転をロックする。したがって、両方向とも回転伝達が遮断される。入力側輪が回転する場合は、いずれの方向に回転する場合であっても、保持器が係合子を非係合位置に移動させてロック解除し、連結手段が出力側輪と連結状態となって回転伝達するため、出力側輪への回転の伝達が可能になる。これにより、車輪がどの方向に外力を受けた場合にも、モータロータに外乱トルクが伝えられず、より一層安定した車両操舵性を持つことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
この発明の第１の参考提案例を図１ないし図６と共に説明する。この車輪操舵装置は、車輪１を操舵自在に支持する支持部材２に連結された進退自在なロッド３と、モータ４の回転によりロッド３を進退させるボールねじ５とを備えた車輪操舵装置であって、モータ４からボールねじ５のナット５ｂに回転を伝達する回転伝達系に、車輪１に働く外力によりモータ１のロータが回転することを防止する逆入力制限手段として、クラッチ６を設けたものである。モータ４とクラッチ６とボールねじ５とは、この参考提案例では同軸に並べて設けられている。支持部材２はナックルアーム等からなる。この車輪操舵装置は、例えば主な操舵を前輪で行う自動車において、後輪を操舵する車輪操舵装置に適用される。その場合、図示の車輪１は後輪である。
【００１２】
ボールねじ５は、図２に示すように、ロッド３の外周に設けられたねじ溝７およびロッド３に遊嵌するナット５ｂの内周に設けられたねじ溝８の間にボール９を介在させたものであり、ロッド３の一部または全体がねじ軸５ａとなる。ボールねじ５は、ねじ溝７，８間に介在させたボール９を循環させる循環路（図示せず）を有している。この循環路は、ねじ溝７，８間で形成される螺旋状のボール転走路を、その両端を連結して周回経路とするものであり、ナット５ａに設けられた駒やリターンチューブ等の循環用部材（図示せず）により構成される。
【００１３】
モータ４は、減速機付きのものとされ、モータ部４ａと減速機部４ｂとで構成される。モータ部４ａは、ロータ１０とステータ１１とからなり、ステータ１１はモータハウジング１２に設置されている。ロータ１０は円筒状に形成されており、内部にロッド３が遊嵌状態に貫通している。
減速機部４ｂは、ロータ１０の回転を減速してモータ出力軸１３に伝達するものである。減速機部４ｂには、例えば遊星歯車式減速機が用いられる。
なお、モータ４は減速機部４ｂを有しないものであっても良い。その場合、モータ出力軸１３はロータ１０と直結しても良く、またモータ４とは別の減速機（図示せず）を介してクラッチ６の出力軸１６に連結しても良い。
【００１４】
クラッチ６は、逆入力制限型の２ウェイクラッチであり、入力側輪である入力軸１６から出力側輪である出力軸１７への回転は伝達するが、出力軸１７から入力軸１６側への回転伝達は遮断する構成のものが使用される。
クラッチ６は、固定部材１４に取付けられた外輪１５の内部に、入力軸１６および出力軸１７を軸方向の両側から挿入し、これら入力軸１６および出力軸１７を、それぞれ軸受１８，１９によって回転自在に支持し、互いに回転可能としてある。固定部材１４は、車体のシャーシ部分等である。軸受１８，１９は、玉軸受等の転がり軸受からなる。入力軸１６および出力軸１７は、いずれも中空軸とされ、内部にロッド３が遊嵌状態に貫通している。入力軸１６および出力軸１７は、それぞれモータ４のロータ１０およびボールねじ５のナット５ａに連結される。具体的には、入力軸１６はモータ４のモータ出力軸１３に連結される。図示の例では、入力軸１６および出力軸１７は、モータ出力軸１３およびナット５ａの嵌合孔に嵌合して連結されている。
【００１５】
クラッチ６は、入力軸１６と出力軸１７の間で規制状態で回転伝達するクラッチ機能部２０として、次の構成を備えている。図３に示すように、外輪１５と出力軸１７の対向面間に、外輪１５と出力軸１７とが相対回転したときに両者を互いに係合させる係合子２１と、この係合子２１を保持する保持器２２とを組み込む。係合子２１は、ローラからなる。保持器２２は入力軸１６に固定する。この固定は、保持器２２および入力軸１６にそれぞれ設けられた両側の孔に嵌合する固定ピン２３により行われる。保持器２２と出力軸１７とは連結手段７０より、回転方向の遊びを介して連結する。この連結手段７０は、出力軸１７から突出させたスイッチングピン２４を、保持器２２に設けられた円周方向の長孔等からなる遊嵌凹部２５に挿入したものである。
【００１６】
外輪１５の内径面における出力軸１７との対向面は、円筒面２６からなる。出力軸１７は、図４に示すように外径面における円周方向の複数箇所にカム面２７が形成され、これら各カム面２７と外輪１５の円筒面２６との間に係合子２６が配置される。カム面２７は、外輪１５の円筒面２６との間に、係合子２６が噛み込む楔空間を形成する面である。カム面２７は平坦面とされ、上記楔空間として正逆両方向の楔空間を形成する。両側の楔空間は対象形状となる。
保持器２２は、各係合子２１を保持するポケット２８を有するリング状の部材であり、ポケット２８は、係合子２１が遊びを持って嵌まる保持器円周方向幅に形成されている。ポケット２８内には、係合子２１をポケット２８の中央側へ付勢する弾性体２９が係合子２１の両側に配置されている。弾性体２９は、例えば板ばねからなり、保持器２２に取付けられている。
【００１７】
係合子２１は、出力軸１７に対して、この出力軸１７に係合しない中立位置Ｐ１（図４に図示された位置）であるカム面２７の中央位置から、カム面２７と外輪１６の円筒面２６との間に形成される上記楔空間への最進入位置となる係合作動位置Ｐ２（図５）まで移動可能である。この移動は正逆両方向に可能であり、上記位置Ｐ１，Ｐ２間の２倍の距離だけ、係合子２１は出力軸１７に対して移動可能である。
保持器２２と出力軸１７との回転方向の遊びの大きさ、つまり上記スイッチングピン２４と遊嵌凹部２５とで許された遊びの大きさＸ（片側の遊びの大きさ）は、係合子２１が中立位置Ｐ１から係合作動位置Ｐ２まで移動する移動量とほぼ同じに設定される。
【００１８】
上記構成の作用を説明する。図１，図２において、モータ４のロータ１０の回転は、クラッチ６を介してボールねじ５のナット５ｂに伝えられ、ナット５ａの回転によって、ねじ軸５ａを成すロッド３が軸方向に移動する。この軸方向移動により、支持部材２を介して車輪１の方向が操舵される。モータ４の回転は、ボールねじ５を介してロッド３に伝えられるため、作動効率が良くて損失が少なく、モータ４が小型のもので済む。ボールねじ５は逆作動時の効率も高いが、逆入力制限手段となるクラッチ６を設けたため、車両が横風を受けるなどして車輪操舵装置が外力を受けたときに、その外力でモータ４のロータ１０が回転することが防止される。したがって、車輪１が軸方向外力を受けても、モータロータ１０に外乱トルクを伝えずに安定した車両操舵性を持つことができる。
【００１９】
クラッチ６は、次のようにして逆入力制限手段として機能する。概略を説明すると、通常の入力軸１６からのトルクＴ1 （図６（Ａ））の伝達は、スイッチングピン２４（図５）を介して直接に出力軸１７に伝達される。しかし、出力軸１７からの逆入力のトルクＴ2 （図６（Ｂ））に対しては、係合子２１が出力軸１７のカム面２７と外輪１５の円筒面２６とに係合し、入力軸１７と外輪１５とを同時に回転させようとする。外輪１５は静止系の固定部材１４（図２）に固定されているため、出力軸１７からの逆入力トルクＴ2 が入力軸１６に伝達されることが防止される。
【００２０】
すなわち図３，図４において、入力軸１６と出力軸１７とが相対回転すると、入力軸１６に固定された保持器２２が回転方向の遊びの分だけ出力軸１７に対して相対回転し、その保持器２２の回転により、係合子２１が係合作動位置Ｐ２に移動する（図５（Ａ））。この状態から入力軸１６が引き続き回転すると、入力軸１６と出力軸１７とが保持器２２およびスイッチングピン２４を介して連結した状態になるため、出力軸１７が回転し、出力側１７に回転が伝えられる。逆に、上記の状態から、出力軸１７が車輪１（図１）の受けた軸方向力等によって逆方向に回転すると（図５（Ｂ））、係合作動位置Ｐ２にある係合子２１がロックし、出力軸１７と外輪１５を直結する。この直結により、出力軸１７が外輪１５と共に固定され、入力軸１６へは回転が伝わらない。このように、入力軸１６から出力軸１７への回転は伝達するが、出力軸１７から入力軸１６側への回転伝達は遮断される。
なお、クラッチ６は、係合子２１が、外輪１５と出力軸１７の正逆２方向の回転方向において、その両者を係合させる。
【００２１】
図７ないし図９は、この発明における他の参考提案例を示す。この参考提案例は、第１の参考提案例において、モータ４からクラッチ６の入力軸１６に回転を伝達する手段を、減速機部４ｂにおける遊星ギヤ７２を保持したヨーク７３としたものである。減速機部４ｂの構成の詳細は省略するが、遊星ギヤ式の減速機であって、ヨーク７３の回転が減速機部４ｂの減速出力となる。ヨーク７３は、クラッチ６の入力軸１６に対して外周に嵌合状態に連結固定されている。減速機部４ｂは、モータ４とは独立して設けられたものであっても良く、その場合、モータ４自体は減速機を有しないものが用いられる。ボールねじ５のナット５ｂは、軸受７４を介して車体のシャーシ部分等からなる固定部材１４に回転自在に支持されている。ナット５ｂの外周には、リング部材７６が設けられている。リング部材７６は、外周にギヤ部を有し、ナット５ｂの回転検出に用いられる。図８に示すように、クラッチ６におけるカム面２７の形成箇所は、第１の参考提案例よりも多くしてあるが、第１の参考提案例と同じであっても良い。
この参考提案例は、いわば第１の参考提案例をより具体化した示したものであり、特に説明した事項を除いて、その構成は第１の参考提案例と同じである。
【００２２】
図１０ないし図１３は、この発明の実施形態を示す。この実施形態の車輪操舵装置は、図１〜図６に示す第１の参考提案例において、逆入力制限手段となるクラッチ６、およびボールねじ５を、次の構成としたものである。この実施形態においても、クラッチ６Ｃは、逆入力制限型の２ウェイクラッチであり、正逆両方向に回転について、入力側輪１６Ｃから出力側輪１７Ｃへの回転は伝達するが、出力側輪１７Ｃから入力側輪１６Ｃ側への回転伝達は遮断する構成のものとされている。
この実施形態は、クラッチ６Ｃの出力側輪１７Ｃと、ボールねじ５Ｃのナット５ｂとを互いに一体の一体化部品８０としている。一体化部品８０における軸方向の一部が出力側輪１７Ｃであり、残り部分がナット５ｂである。この一体化は、共通の素材から一つの部品として削り出すことで、または粉末冶金等で一体成形することで行っている。ボールねじ５Ｃは、上記のようにナット５ｂを一体化部品８０とした他は、第１の実施形態におけるボールねじ５と同じである。一体化部品８０は、ナット５ｂの部分で、軸受７４を介して車体のシャーシ部分等からなる固定部材１４に回転自在に支持されている。ナット５ｂの外周には、図７の参考提案例と同様にリング部材７６が設けられている。
【００２３】
クラッチ６Ｃは、固定部材１４に取付けられた外輪１５Ｃの内部に、上記一体化部品８０における出力側輪１７Ｃを、外輪１５Ｃと同心で回転自在に配置している。外輪１５Ｃと出力側輪１７Ｃの対向面間には、外輪１５Ｃと出力側輪１７Ｃとが相対回転したときに両者を互いに係合させる係合子２１Ｃと、この係合子２１Ｃを係合作動位置と非係合位置間に移動させる保持器２２Ｃとを組み込む。係合子２１Ｃはローラからなり、外輪１５Ｃに対して出力側輪１７Ｃを回転自在に支持する転動体を兼ねる。保持器２２Ｃは円筒状であり、円周方向の複数箇所に設けられた各ポケット２８内に、上記ローラからなる係合子２１Ｃを収容する。保持器２２Ｃは入力側輪１６Ｃと一体固定状態のものであり、この例では保持器２２Ｃは入力側輪１６Ｃと互いに一体形成した部品とされている。保持器２２Ｃは、入力側輪１６Ｃと別部品として形成して入力側輪１６Ｃに固定したものであっても良い。入力側輪１６Ｃはボールねじ５のねじ軸５ａに遊嵌したリング状の部品である。この入力側輪１６Ｃは、モータ４の出力を減速する減速機の構成部品を兼ねる。すなわち、入力側輪１６Ｃは、図７の実施形態における遊星ギヤ式の減速機部４ｂにおける遊星ギヤ７２を支持したヨークからなる。入力側輪１６Ｃと出力側輪１７Ｃとの間には、両部品１６Ｃ，１７Ｃを回転方向の遊びを介して連結する連結手段７０が設けられている。連結手段７０は、出力側輪１７Ｃの側面に設けられた被係合部２５Ｃと、入力側輪１６Ｃに設けられて被係合部２５Ｃに係合する係合部２４Ｃとでなる。被係合部２５Ｃは凹部とされ、例えば出力側輪１７Ｃの側面に半径方向に沿って設けられた溝により構成されている。係合部２４Ｃは突部とされ、例えばピンとされる。このピンからなる係合部２４Ｃは、具体的には、ヨークからなる入力側輪１６Ｃを貫通して遊星ギヤ７２を支持した軸８１の他端からなる。係合部２４Ｃは、第１の実施形態におけるスイッチングピン２４に相当する。
【００２４】
図１１に示すように、外輪１５Ｃの内径面における出力側輪１７Ｃとの対向面は、円筒面２６Ｃからなる。出力側輪１７Ｃは、同図に示すように外径面における円周方向の複数箇所にカム面２７Ｃが形成され、これら各カム面２７Ｃと外輪１５Ｃの円筒面２６Ｃとの間に係合子２１Ｃが配置される。カム面２７Ｃは、外輪１５Ｃの円筒面２６Ｃとの間に、係合子２１Ｃが噛み込む楔空間を形成する面である。カム面２７Ｃは平坦面とされ、上記楔空間として回転方向の正逆両方向の楔空間を形成する。すなわち、カム面２７Ｃは、円周方向の逆方向に向いて傾斜する２方向のカム面部分２７Ｃ1 ，２７Ｃ2 （図１３）が連続して一つの平坦面となったものであり、各カム面部分２７Ｃ1 ，２７Ｃ2 によって上記各方向の楔空間を形成する。両側の楔空間は互いに対称形状となる。係合子２６Ｃは、各カム面２７Ｃに２個ずつ配置され、それぞれ両側のカム面部分２７Ｃ1 ，２７Ｃ2 に位置する。隣合う２個の係合子２６Ｃの間には、これら係合子２６Ｃを互いに引き離す方向に付勢する弾性部材８２が介在する。この付勢により、両側の係合子２６Ｃは、各カム面部分２７Ｃ1 ，２７Ｃ2 の楔空間狭まり側へ付勢される。弾性部材８２としては、両係合子２６Ｃを引き離す方向に付勢できるものであれば良く、形状は問わないが、例えば図１１（Ｂ）または同図（Ｃ）に例示するようなＮ字形またはＭ字形等の板ばねが用いられる。弾性部材８２は、コイルばねであっても良い。
【００２５】
保持器２２Ｃは、各係合子２１Ｃを保持するポケット２８Ｃを有する円筒状の部分であり、ポケット２８Ｃは、隣合う２個の係合子２１Ｃが遊びを持って嵌まる保持器円周方向幅に形成されている。各ポケット２８Ｃ内に、上記各２個の係合子２１Ｃと弾性体８２とが収容される。
【００２６】
係合子２１Ｃは、出力側輪１７Ｃに対して、各カム面部分２７Ｃ1 ，２７Ｃ2 と外輪１５Ｃの円筒面２６Ｃとの間に形成される楔空間への最進入位置となる係合作動位置Ｐ２C （図１３（Ａ））から、上記楔空間の広がり部分となる非係合位置Ｐ１C （図１３（Ｂ））まで移動可能である。
【００２７】
上記連結手段７０による入力側輪１６Ｃと出力側輪１７Ｃとの回転方向の遊びＸC の大きさ、つまり上記ピンからなる係合部２４Ｃと凹部からなる被係合部２５Ｃとで許された遊びの大きさＸC は、係合子２１Ｃが非係合位置Ｐ１C から係合作動位置Ｐ２C まで移動する移動量と略同じに設定される。なお上記遊びＸC は回転方向の片側分の大きさを示す。
【００２８】
この実施形態におけるクラッチ６Ｃの作用を説明する。このクラッチ６Ｃは、保持器２２Ｃが入力側輪１６Ｃと共に回転入力を与える。回転停止状態では図１３（Ａ）に示すように、係合子２１Ｃは、弾性部材８２に付勢されて、内輪となる出力側輪１７Ｃのカム面部分２７Ｃ1 ，２７Ｃ2 における係合作動位置Ｐ２C （楔空間狭まり側端）に位置する。外輪１５Ｃは静止系である固定部材１４（図１０）に固定状態に取付けられているため、出力側輪１７Ｃを図中右側（図１３（Ａ）の矢印ｒ方向）へ回そうとすると、図の上部左側（図１１の下部では右側）の係合子２１Ｃ1 のロックによって回転が固定される。また、出力側輪１７Ｃが左回転する場合は、その反対に図の上部右側（図１１の下部では左側）の係合子２１Ｃ2 のロックによって回転が固定される。したがって、出力側輪１７Ｃは、左右いずれもに全く回転ができない。
【００２９】
ここで、入力側輪１６Ｃを回転させると、つまり入力側輪１６Ｃと一体固定状態の保持器２２Ｃを回転させると、例えば図中右回転の場合、図の上部左側の係合子２１Ｃ1 が保持器２２Ｃのポケット２８Ｃの内面と接触し、回転させられる（図１３（Ｂ））。このとき、図の上部左側の係合子２１Ｃ1 は、係合作動位置Ｐ２C から非係合位置Ｐ１C に移動させられ、外輪１５Ｃの内径円筒面２６Ｃと内輪である出力側輪１７Ｃ間に隙間が生じ、ロック解除される。さらに回転をさせると、入力側輪１６Ｃに取付けられたスイッチングピンである係合子２４Ｃが、図１３（Ｂ）のように出力側輪１７Ｃの溝からなる非係合部２５Ｃの内面に接触し、直接に出力側輪１７Ｃを回転させる。このとき、出力側輪１７Ｃは図中右側へ回転するが、前述のロック側の係合子２１Ｃ1 はそれ以前にロックが保持器２２Ｃによって解除されているため、ロックせず、入力側輪１６Ｃ，保持器２２Ｃの回転が出力側輪１７Ｃに伝達される。なお、図の右側の係合子２１Ｃ2 は、係合作動位置Ｐ２C に位置した状態を維持するが、回転方向が非ロック方向、つまり楔空間の広がり側への回転となるため、ロック動作は生じない。入力側輪１６ｃが左回転する場合も、方向が異なるだけで上記と同様な動作となる。
【００３０】
このように、入力側輪１６Ｃから出力側輪１７Ｃへのトルク伝達は可能であるが、逆入力となる出力側輪１７Ｃから入力側輪１６Ｃへのトルク伝達は不可となる。
【００３１】
この実施形態の構成の場合、クラッチ６Ｃの構成部品である出力側輪１７Ｃとボールねじ５（図１０）のナット５ｂとを、互いに一体となった一体化部品８０としたため、軸方向にコンパクトな構成となる。すなわち、クラッチ６Ｃとボールねじ５のナット５ｂとを合わせた軸方向長さＬ１が、図７の例のように出力軸１７とナット５ｂとを別体とした場合の軸方向長さＬ２に比べて短くなる。このため、車輪操舵装置の全体の占有スペースが小さくなり、車体重量の増大が軽減される。すなわち、ボールねじ５を採用した車輪操舵装置は、従来の滑りねじを用いた車輪操舵装置に比べてモータトルクが軽減できるが、その反面、逆入力防止型クラッチ６，６Ｃを設けるために、装置全体の占有スペースが大きくなったり、車体重量増加を招く。このような課題が、上記一体化部品８０の採用により解消され、あるいは軽減される。また、一体化部品８０を用いたことにより、組立時にクラッチとナットとを連結する必要がなく、組立工数を削減できる。さらに、クラッチ６Ｃの構成部品とボールねじ５のナット５ｂとの間の連結部精度によるボールねじナット５ｂの振れ回りの発生が低減され、作動トルクが安定化できる。さらに、この実施形態の場合は、入力側輪１６Ｃが減速機の構成部品を兼ねるため、より一層コンパクト化される。
【００３２】
なお、この実施形態において、両方向のカム面部分２７Ｃ1 ，２７Ｃ2 を一つの連続したカム面２７Ｃとして設けたが、各カム面部分２７Ｃ1 ，２７Ｃ2 を互いに円周方向に離して設け、各カム面部分２７Ｃ1 ，２７Ｃ2 に係合子２１Ｃを１個ずつ配置しても良い。またこの一体化部品８０とする実施形態においても、第１の実施形態と同様に一つのカム面に一つの係合子を配置しても良い。さらに、第１の実施形態において、図１０〜図１３の実施形態と同様に、一つのカム面２７における両方向のカム面部分に、各１個ずつの係合子２１を設けても良い。
【００３３】
図１４は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態は、ロッド３とモータ４の軸心位置を異ならせた例である。ボールねじ５のナット５ｂは、巻き掛け伝達機構３１を介して駆動される。巻き掛け伝達機構３１は、駆動側のプーリ３２と、ナット５ｂに外周に設けた従動側のプーリ３３と、これらプーリ３２，３３間に掛装されたベルト３４とでなる。モータ４と同軸に逆入力制限手段であるクラッチ６が配置され、クラッチ６の出力軸１７は駆動側のプーリ３２に連結される。クラッチ６は、図２ないし図６に示したものである。ただし、この例の場合、クラッチ６の入力側輪である入力軸１６および出力側輪である出力軸１７は、中空軸とする必要はない。
【００３４】
図１５は、逆入力制限手段として用いられるクラッチのさらに他の例を示す。この例のクラッチ６Ａは、内輪となる固定輪１５Ａの外周に、出力側輪となる外輪１７Ａを同心に回転自在に設ける。固定輪１５Ａは、固定部材１４に固定状態に設置される。外輪１７Ａと固定輪１５Ａの対向面間に、外輪１７Ａと固定輪１５Ａとが相対回転したときに両者を互いに係合させる係合子２１と、この係合子２１を係合作動位置と非係合位置間に移動させる保持器２２Ａとを組み込む。係合子２１はローラからなり、固定輪１５Ａに対して外輪１７Ａを回転自在に支持する転動体を兼用する。上記保持器２２Ａは入力側輪１６Ａと一体固定状態のものとする。入力側輪１６Ａは入力軸１６と一体とされている。この入力側輪１６Ａと出力側輪である外輪１７Ａとを回転方向の遊びを介して連結する連結手段７０を設ける。固定輪１５Ａの外径面は円筒面２６Ａとし、外輪１７Ａの内径面にカム面２７Ａを設ける。カム面２７Ａは、円筒面２６Ａとの間に正逆両方向の楔空間を形成するように、断面がＶ字状とされている。連結手段７０は、保持器２２Ａに設けられた被係合部である遊嵌凹部２５Ａと、外輪１７Ａに固定されて遊嵌凹部２５Ａ内に円周方向の遊びを持って遊嵌するスイッチングピン２４Ａとでなる。外輪１７Ａは、出力軸１７を介して、または直接にプーリ３２に一体に回転可能に連結される。プーリ３２は、固定輪１５Ａと一体の軸部１５Ａａの外周に、回転自在に設置される。
このように外輪１７Ａ側にカム面２７Ａを形成した場合も、第１の参考提案例におけるクラッチ６と同様に、入力側輪１６Ａから出力側輪である外輪１７Ａへの回転は伝達するが、外輪１７Ａから入力側輪１６Ａへの回転伝達は遮断する逆入力制限機能が得られる。また、回転方向の両方向において、この逆入力制限機能が得られる。
なお、図１５の例のクラッチ６Ａの場合、外輪１７Ａの外周にプーリ３２を設けても良い。
【００３５】
図１６ないし図１８は、逆入力制限手段として用いられるクラッチのさらに他の例を示す。この例のクラッチ６Ｂは、スプラグからなる係合子２１Ｂを用いたものである。
外輪１５Ｂは静止系であるケーシング（図示略）に固定される。外輪１５Ｂの内径面は、円周面５９で形成されている。外輪１５Ｂの内部には、その両側から軸芯上に沿って入力軸１６Ｂと出力軸１７Ｂが挿入され、入力軸１６Ｂの外径面に、円筒形の外側保持器５４が圧入固定されている。出力軸１７Ｂの外径面は、外輪１５Ｂの円筒面５９と同軸の円筒面５８で形成され、その円筒面５８に、円筒形をした内側保持器５５がスイッチピン２４Ｂによりノックピン固定されている。外側保持器５４と内側保持器５５には、それぞれ円周方向に等間隔で複数のポケット６０、６１が形成され、その対向する各ポケット６０，６１に、スプラグからなる係合子２１Ｂと、係合子２１Ｂを保持する弾性体２９Ｂとが組込まれている。弾性体２９Ｂは、板ばね等のばねからなる。
【００３６】
スプラグからなる係合子２１Ｂは、図１８に示すように、外径側にＯ1 を中心とする曲率半径Ｒ1 の２つのカム面６２，６３を有し、内径側にＯ2 を中心とする曲率半径Ｒ2 のカム面６４を有しており、円周方向に傾動した時、カム面６２と６４（反対側に傾動した場合はカム面６３と６４）が外輪１５Ｂの円筒面５９と出力軸１７Ｂの円筒面５８に接触し、係合作動状態（クラッチの噛合い可能状態）となるようになっている。
弾性体２９Ｂは、入力軸１６Ｂが出力軸１７Ｂと円周方向に中立状態にある場合は、スプラグからなる係合子２１Ｂを両側から押圧して起立させ、各円筒面５８，５９と係合子２１とを係合しない中立位置に保持している。
一方、出力軸１７Ｂの表面には、図１７に示すように半径方向に延びるスイッチピン２４Ｂが固定され、そのスイッチピン２４Ｂの先端が、外側保持器５４の周面に設けた角孔等からなる遊嵌凹部２５Ｂに嵌入されている。この遊嵌凹部２５Ｂの円周方向の両側壁６７，６８とスイッチピン２４Ｂとの間には、外側保持器５４（入力軸１６Ｂ）と出力軸１７Ｂの相対回転を許容する回転方向遊びＸが形成されている。この回転方向遊びＸの大きさは、図１８において、スプラグからなる係合子２１Ｂが係合しない中立位置から係合作動位置まで移動するのに必要な回転量とほぼ同じ大きさに設定されている。
【００３７】
この構成のクラッチ６Ｂの動作を説明する。入力軸１６Ｂが出力軸１７Ｂと円周方向に中立状態にある場合は、図１９に示すように係合子２１Ｂは弾性体２９Ｂの付勢により円筒面５８，５９間に係合しない中立状態に保たれる。いま、図２０のように、入力軸１６Ｂが矢印方向に回転した場合、入力軸１６Ｂに固定された外側保持器５４も回転を始める。この外側保持器５４の回転により、弾性体２９Ｂがスプラグの係合子２１Ｂを傾動させ、係合子２１Ｂのカム面６２と６４（又は６３と６４）のそれぞれが外輪１５Ａの円筒面５９と出力軸１７Ｂの円筒面５８に係合し、係合作動状態となる。
しかし、このとき、外側保持器５４の回転により、遊嵌凹部２５Ｂの壁面６７（あるいは６８）と出力軸１７Ｂに固定されたスイッチピン２４Ｂが接触点Ａで接触するため、入力軸１６Ｂ（外側保持器５４）と出力軸１７Ｂ（内側保持器５５）および係合子２１Ｂは一体となって回転を始める。この時、係合子２１Ｂは、係合作動状態になっているものの出力軸１７Ｂが回転を始めるため、外輪１５Ｂの円筒面５９との接触点での摩擦により起立する側に荷重を受け、クランプすることなく入力軸１６Ｂの回転が出力軸１７Ｂに伝達される。
【００３８】
一方、出力軸１７Ｂ側で反力が発生し、出力軸１７Ｂが図２１の矢印方向に回転をしようとした場合、スプラグの係合子２１Ｂは所定の楔角αを持って内外の円筒面５８と５９間に係合するため、出力軸１７Ｂの回転は止まり、入力軸１６Ｂには伝達されない。
このとき、係合子２１Ｂが図のように係合した状態から入力軸１６Ｂを回転させる状態を考えると、先ず、図２１で入力軸１６Ｂを時計回りに回転させた場合は、外側保持器５４の遊嵌凹部２５Ｂの壁面６７とスイッチピン２４Ｂが接触するため、出力軸１７Ｂも時計回りに回転し、係合子２１Ｂは外輪１５Ｂの円筒面５９との接触により起立する方向に摩擦力を受けて空転し、出力軸１７Ｂは入力軸１６Ｂにより回転させられる。一方、図２２で入力軸１６Ｂを反時計回りに回転させた場合は、外側保持器５４のポケット６０の側面が係合子２１Ｂと接触点Ｂで接触し、内外の円筒面５８，５９間に係合していた係合子２１Ｂが起立させられ、係合が解除されるため、逆回転が可能になる。
【００３９】
【発明の効果】
この発明の車輪操舵装置は、車輪を操舵自在に支持する支持部材に連結される回転および進退自在なロッドと、このロッドの外周に設けられたねじ溝および上記ロッドに遊嵌するナットの内周に設けられたねじ溝の間にボールを介在させたボールねじとを備え、上記ナットをモータで回転させて上記ロッドを進退させることで車輪を操舵する車輪操舵装置であって、上記モータからナットに回転を伝達する回転伝達系に、車輪に働く外力により上記モータのロータが回転することを防止する逆入力制限手段を設けたため、車輪からの外力がモータロータに伝達されず、車両走行状態の影響を車輪操舵装置が受けず、車両の走行安定性が改善される。車輪からの外力がモータロータに伝達されないため、モータの制御システムを簡略化できる。また、車輪からの外力を車輪操舵装置が受けても、モータの保持トルクが不要であり、モータの電力消費を軽減できる。モータからの出力で車輪を操舵する場合は、ボールねじを用いているので、軽く回転させることができ、モータ容量を小さくできる。
上記逆入力制限手段を、入力側輪から出力側輪への回転は伝達するが、出力側輪から入力側輪への回転伝達は遮断するクラッチとしたため、簡単な構成で逆入力の制限が行える。
クラッチの構成部品と上記ボールねじのナットとを、互いに一体の一体化部品としたため、車輪操舵装置のコンパクト化と組立工程の削減を図ることができる。
上記一体化部品は上記出力側輪とボールねじのナットとを一体化した部品であり、上記クラッチは、固定部材に取付けられた外輪の内部に、上記一体化部品における出力側輪を外輪と同心で回転可能に設け、上記外輪と出力側輪の対向面間に、外輪と出力側輪とが相対回転したときに両者を互いに係合させる係合子と、この係合子を係合作動位置と非係合位置間に移動させる保持器とを組み込み、この保持器を入力側輪と一体固定状態のものとし、この入力側輪と出力側輪とを回転方向の遊びを介して連結する連結手段を設けたため、入力側輪から出力側輪への回転は伝達するが、出力側輪から入力側輪への回転伝達は遮断される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の第１の参考提案例にかかる車輪操舵装置の構成説明図である。
【図２】同車輪操舵装置の概略断面図である。
【図３】同車輪操舵装置におけるクラッチの縦断面図である。
【図４】同クラッチの横断面図である。
【図５】同クラッチの動作説明図である。
【図６】同クラッチの作用説明図である。
【図７】  この発明の他の参考提案例にかかる車輪操舵装置のクラッチおよびボールねじの縦断面図である。
【図８】そのクラッチの横断面図である。
【図９】同クラッチの縦断面図である。
【図１０】  この発明の実施形態にかかる車輪操舵装置のクラッチおよびボールねじの縦断面図である。
【図１１】（Ａ）はそのクラッチの横断面図、（Ｂ），（Ｃ）はそれぞれの弾性部材の正面図である。
【図１２】図１１のXII- XII線に沿う縦断面図である。
【図１３】同クラッチの動作説明図である。
【図１４】この発明のさらに他の実施形態にかかる車輪操舵装置の平面図である。
【図１５】（Ａ）はクラッチの変形例を示す縦断面図、（Ｂ）はそのＩ−Ｉ線断面図である。
【図１６】クラッチの他の変形例を示す縦断面図である。
【図１７】同クラッチの横断面図である。
【図１８】同クラッチの係合子の配置部分を拡大して示す断面図である。
【図１９】同クラッチの入力軸の停止状態を示す断面図である。
【図２０】同クラッチの入力軸による駆動状態を示す断面図である。
【図２１】同クラッチの出力軸からの逆駆動状態を示す断面図である。
【図２２】同クラッチのクランプ解除状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１…車輪
２…支持部材
３…ロッド
４…モータ
５，５Ｃ…ボールねじ
５ａ…ねじ軸
５ｂ…ナット
６，６Ｃ…クラッチ（逆入力制限手段）
７，８…ねじ溝
９…ボール
１０…ロータ
１４…固定部材
１５…外輪
１５Ａ…固定輪
１５Ｂ，１５Ｃ…外輪
１６…入力軸（入力側輪）
１７…出力軸（出力側輪）
１６Ａ，１６Ｃ…入力側輪
１７Ａ…外輪
１７Ｃ…出力側輪
１８，１９…軸受
２１，２１Ｃ…係合子
２２，２２Ｃ…保持器
２４…スイッチングピン
２５…遊嵌凹部
２７，２７Ｃ…カム面
２９…弾性体
７０…連結手段
８０…一体化部品
Ｐ１…中立位置
Ｐ１C …非係合位置
Ｐ２，Ｐ２C …係合作動位置
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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