JP2005195127A - クラッチ付きボールねじおよび車輪操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】逆入力制限機能を有しコンパクト化が可能なクラッチ付きボールねじ、およびこのクラッチ付きボールねじを用いた車輪操舵装置を提供する。
【解決手段】 このクラッチ付きボールねじ１は、ねじ軸４とナット５のねじ溝４ａ，５ａ間に複数のボールを介在させたボールねじ部２と、このボールねじ部２の前記ナット５に入力部材１６の回転を伝達するクラッチ部３を備える。このクラッチ部３は、前記入力部材１６からナット５への回転を伝達するが、ナット５から前記入力部材１６への回転伝達は遮断する逆入力制限型のクラッチである。このクラッチ部３の回転側部材となるクラッチ内輪１３は、前記ナット５の外周にナット５に対して回り止め状態に嵌合させる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、車両の操舵装置等に使用されるクラッチ付きボールねじ、およびこれを用いた車輪操舵装置に関する。

一般的な自動車の後輪操舵装置においては、ハウジングに軸方向に進退自在に設置された操舵軸の進退動作で車輪を操舵するようにされており、その操舵軸には、モータの回転がボールねじからなる伝達機構で進退動作に変換して伝達される。このように、モータの回転をボールねじで操舵軸に伝達する機構では、高効率な変換動作が可能であるが、逆作動時の効率も良好なため、車両が横風を受けるなどして外力を受けたときに、操舵軸に反力が作用することでボールナットが回転して操舵軸を適正な進退位置に十分保持できない。また、上記反力を受けることでモータのロータに発生するトルクが大きくなるので、操舵軸の進退位置を適正に保持するために大出力のモータが必要になる。

そこで、操舵軸がこのような反力を受けても、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たせるために、上記ボールねじに逆入力制限機能を有するクラッチ機構を付属させた後輪操舵装置が提案されている（例えば特許文献１）。
特開２００３−８１１０６号公報

上記特許文献１の後輪操舵装置では、ボールねじとクラッチ部を軸方向に並べて配置しているので、構造は単純なものとなるが、装置が軸方向に長くなってコンパクト化が阻害される。その結果、装置全体の軽量化や、省スペース化に不利となるため、改善が望まれる。

この発明の目的は、逆入力制限機能を有しコンパクト化が可能なクラッチ付きボールねじ、およびこのクラッチ付きボールねじを用いた車輪操舵装置を提供することである。

この発明のクラッチ付きボールねじは、ねじ軸とナットのねじ溝間に複数のボールを介在させたボールねじ部と、このボールねじ部の前記ナットに入力部材の回転を伝達するクラッチ部とを備える。このクラッチ部は、前記入力部材からナットへの回転を伝達するが、ナットから前記入力部材への回転伝達は遮断する逆入力制限型のクラッチであって、このクラッチ部の回転側部材となるクラッチ内輪を、前記ナットの外周にナットに対して回り止め状態に嵌合させている。
この構成によると、外部からねじ軸を進退移動させる逆入力があった場合、その逆入力によるナットの回転が入力部材に伝達されるのをクラッチ部によって防止することができる。また、クラッチ部のクラッチ内輪をナットの外周に嵌合させているので、ボールねじ部とクラッチ部を軸方向に並べて配置した従来例に比べて軸方向長さを短くでき、コンパクト化が可能となる。

この発明において、前記クラッチ部は、固定側の部材となるクラッチ外輪と、前記クラッチ内輪と、これらクラッチ外輪およびクラッチ内輪間に介在した複数の係合子と、これら複数の係合子を保持する保持器とを有し、この保持器が前記入力部材となるものとしても良い。
この構成の場合に、前記係合子がローラからなり、前記クラッチ内輪とクラッチ外輪との間に前記係合子を噛み込む楔状空間を形成するカム面がクラッチ内輪の外径面に設けられ、前記保持器とクラッチ内輪とは、クラッチ内輪側の遊嵌凹部とこの遊嵌凹部に遊嵌する保持器側のスイッチングピンとで、回転方向に遊びを持たせて連結されているものとしても良い。
この発明における前記各構成の場合に、前記クラッチ部はツーウェイクラッチであっても良い。このツーウェイクラッチは、正逆いずれの回転方向に対しても、入力部材からナットへの回転を伝達するが、ナットから入力部材への回転伝達は遮断する逆入力制限型のものである。

この発明の車輪操舵装置は、進退自在に設置され進退動作で車輪を操舵する操舵軸と、モータの回転を直線運動に変換して前記操舵軸に伝える駆動伝達機構とを備え、この駆動伝達機構は前記発明のクラッチ付きボールねじを有し、このクラッチ付きボールねじのねじ軸が、前記操舵軸の一部となるようにしている。
この構成によると、モータの回転をボールねじで操舵軸に伝達するため、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、逆入力制限型のクラッチ付きボールねじを駆動伝達機構に用いているので、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輪操舵性を持つことができる。また、クラッチ付きボールねじにおけるクラッチ部のクラッチ内輪をナットの外周に嵌合させているので、クラッチ付きボールねじの軸方向長さを短くでき、それだけ車輪操舵装置をコンパクトに構成できる。

この発明のクラッチ付きボールねじは、ねじ軸とナットのねじ溝間に複数のボールを介在させたボールねじ部と、このボールねじ部の前記ナットに入力部材の回転を伝達するクラッチ部とを備え、このクラッチ部は、前記入力部材からナットへの回転を伝達するが、ナットから前記入力部材への回転伝達は遮断する逆入力制限型のクラッチであって、このクラッチ部の回転側部材となるクラッチ内輪を、前記ナットの外周にナットに対して回り止め状態に嵌合させたため、逆入力によるナットの回転が入力部材に伝達されるのをクラッチ部によって防止することができると共に、ボールねじ部とクラッチ部を軸方向に並べて配置した従来例に比べて軸方向長さを短くでき、コンパクト化が可能となる。

この発明の車輪操舵装置は、進退自在に設置され進退動作で車輪を操舵する操舵軸と、モータの回転を直線運動に変換して前記操舵軸に伝える駆動伝達機構とを備え、この駆動伝達機構は前記発明のクラッチ付きボールねじを有し、このクラッチ付きボールねじのねじ軸が、この操舵軸の一部となるようにしたため、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と共に、クラッチ付きボールねじの軸方向長さを短くできて、それだけ車輪操舵装置をコンパクトに構成できる。

この発明の第１の実施形態を図１〜図３と共に説明する。このクラッチ付きボールねじ１は、図１に示すように、ねじ軸４とナット５のねじ溝４ａ，５ａ間に複数のボール（図示せず）を介在させたボールねじ部２と、このボールねじ部２の前記ナット５に入力部材１６の回転を伝達するクラッチ部３とを備える。

ボールねじ部２は、ねじ溝４ａ，５ａ間に介在させたボール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４ａ，５ａ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５に設けられた駒６（図１）やリターンチューブ等の循環用部材により構成される。前記ねじ軸４の一端部は、ハウジング７の一端部７ｂの内周にスプライン等を介して嵌合されて、軸方向への進退のみが可能で回転不能となるようにされている。

前記ナット５は、ハウジング７の本体７ａ内の一端部（図１中の左側）に軸受８を介して回転自在に支持されている。前記軸受８は、複列のアンギュラ玉軸受とされ、その内輪９は分割型とされている。ナット５の外周に嵌合する前記軸受８の内輪９は、その一端の幅面をナット５の外周に一体形成されたフランジ５ｂに押し当てると共に、他端の幅面をナット５の一端部外径面に螺合する内輪固定ナット１１で締め付けることにより、軸方向に締め付け固定されている。また、ハウジング本体７ａの内周に嵌合する前記軸受８の外輪１０は、その一端の幅面をハウジング本体７ａの内周に形成された段部７ｃに押し当てると共に、他端の幅面をハウジング本体７ａの内径面に螺合する外輪固定ナット１２で締め付けることにより、軸方向に締め付け固定されている。

クラッチ部３は、逆入力制限型の２ウェイクラッチであり、入力部材１６からナット５への回転は伝達するが、ナット５から入力部材１６への回転伝達は遮断する構成のものが使用される。このクラッチ部３は、クラッチ内輪１３、クラッチ外輪１４、複数の係合子１５、および保持器１９を有する。
クラッチ内輪１３は、ナット５の軸方向の他端部に設けられた円筒部５ｃ（図１中の右側）の外周に、ナット５に対して回り止め状態に嵌合されている。クラッチ外輪１４は、クラッチ内輪１３の外周にクラッチ内輪１３と同心状に位置する。このクラッチ外輪１４はハウジング本体７ａの内周に固定されて固定側の部材となるものである。複数の係合子１５はローラからなり、クラッチ内輪１３とクラッチ外輪１４間に介在する。保持器１９は、これら複数の係合子１５を保持する部材である。

前記入力部材１６は中空軸とされ、その内部に前記ねじ軸４の他端部（図１中の右側）が進退自在に挿入されている。この入力部材１６は、軸受１７，１８によってハウジング本体７ａ内の前記ナット５と軸方向に対向する位置に回転自在に支持されている。軸受１７，１８は玉軸受等の転がり軸受からなる。この入力部材１６の一端部（図１中の左側）には、前記クラッチ内輪１３とクラッチ外輪１４の間に挿通されて前記係合子１５を保持するリング状の保持器１９が一体に形成されている。すなわち、保持器１９は入力部材１６の一部となる部材である。入力部材１６とクラッチ内輪１３とは、連結手段２０により回転方向の遊びを持たせて連結される。この連結手段２０は、入力軸１６のナット５と対向する端面から軸方向に突出させたスイッチングピン２１を、クラッチ内輪１３の入力軸１５と対向する端面に設けられた円周方向の長孔等からなる遊嵌凹部２２に挿入したものである。

クラッチ外輪１４の内径面におけるクラッチ内輪１３との対向面は、円筒面２３からなる。クラッチ内輪１３は、図２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２４が形成され、これら各カム面２４とクラッチ外輪１４の円筒面２３との間に係合子１５が配置される。カム面２４は、クラッチ外輪１４の円筒面２３との間に、係合子１５が噛み込む楔空間を形成する面である。カム面２４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。両側の楔空間は対称形状となる。保持器１９は、各係合子１５を保持するポケット２５を有する。このポケット２５は、係合子１５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２５内には、係合子１５をポケット２５の中央側へ付勢する弾性体２５が係合子１５の両側に配置されている。弾性体２６は、例えば板ばねからなり、保持器１９に取付けられている。なお、図２では、構成を理解し易くするために、クラッチ内輪１３，保持器１９等の径方向寸法の相互関係を図１の場合と異ならせている。

係合子１５は、クラッチ内輪１３に対して、このクラッチ内輪１３に係合しない中立位置（図２に図示された位置）であるカム面２４の中央位置から、カム面２４とクラッチ外輪１４の円筒面２３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３）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１５はクラッチ内輪１３に対して移動可能である。保持器１９とクラッチ内輪１３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２１と遊嵌凹部２２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１５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。

入力部材１６の外周にはギヤ２７が設けられ、モータ（図示せず）の回転出力を減速する減速機のギヤ２８が、ハウジング本体７ａの一部に形成された開口部７ｄから進入して入力部材１６のギヤ２７に噛み合っている。これにより、モータの回転出力が減速機で減速されて入力軸１６に伝達される。

上記構成の作用を説明する。入力部材１６が例えば時計方向に回転すると、図３（Ａ）のように入力部材１６と一体の保持器１９が回転方向の遊び分だけクラッチ内輪１３に対して相対回転し、その保持器１９の回転により、係合子１５が係合作動位置Ｐ２に移動する。この状態から入力部材１６が引き続き回転すると、入力部材１６とクラッチ内輪１３がスイッチングピン２１を介して連結した状態になるため、クラッチ内輪１３が共回りし、ボールねじ部２のナット５に回転が伝えられる。入力部材１６が反時計方向に回転した場合にも、同様の作用により、その回転がクラッチ内輪１３からナット５に伝達され、ナット５の回転はねじ軸４の進退動作に変換される。

逆に、外部からボールねじ部２のねじ軸４にこれを進退移動させる逆入力が加わった場合、その進退移動がナット５の回転に変換される。図２の状態から、上記逆入力により例えばナット５が反時計方向に回転すると、図３（Ｂ）のように入力部材１６と一体の保持器１９に対してクラッチ内輪１３が反時計方向に回転し、相対的に係合子１５が係合作動位置Ｐ２に移動し、係合子１５を介してクラッチ内輪１３がクラッチ外輪１４にロックされる。これにより、ナット５はそれ以上回らなくなり、入力部材１６にナット５の回転が伝わらない。すなわち、ナット５からの逆入力が入力部材１６に伝達されることが防止される。逆入力によるナット５の回転が時計方向の場合にも、同様の作用により入力部材１６への伝達が防止される。

このように、この実施形態のクラッチ付きボールねじ１は、入力部材１６の回転は、ボールねじ部２によってねじ軸４の進退動作に効率良く変換することができ、かつねじ軸４から入力部材１６へ伝わろうとする逆入力は制限される。また、このクラッチ付きボールねじ１は、クラッチ部３のクラッチ内輪１３をナット５の外周に嵌合させたので、ボールねじ部とクラッチ部を軸方向に並べて配置した従来例に比べて軸方向長さを短くでき、コンパクト化が可能となる。

図４は上記実施形態のクラッチ付きボールねじ１を用いた車輪操舵装置の全体の概略構成を示し、図５はその車輪操舵装置の要部を示す。この車輪操舵装置は、車輪３１を操舵自在に支持する支持部材３２に連結された進退自在な操舵軸３３と、モータ３４の回転を直線運動に変換して前記操舵軸３３に伝える駆動伝達機構３５とを備えた車輪操舵装置であって、この駆動伝達機構３５の一部に上記実施形態のクラッチ付きボールねじ１が用いられる。ボールねじ１のクラッチ部３は、車輪３１に働く外力によりモータ３４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機能する。支持部材３２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３１は後輪である。ボールねじ１のねじ軸４は操舵軸３３の一部として設けられる。

この車輪操舵装置によると、モータ３４の回転をボールねじ１で操舵軸３３に伝達するため、作動効率が良くて損失が少なく、モータ３４が小型のもので済む。ボールねじ１は逆作動時の効率も高いが逆入力制限型のクラッチ付きボールねじ１を駆動伝達機構３５に用いているので、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３４のロータが回転することが防止される。したがって、車輪３１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輪操舵性を持つことができる。また、クラッチ付きボールねじ１におけるクラッチ部３のクラッチ内輪１３をナット５の外周に嵌合させていることから、クラッチ付きボールねじ１の軸方向長さを短くでき、それだけ車輪操舵装置をコンパクトに構成できる。

なお、上記実施形態では、クラッチ部３として２ウェイクラッチを用いた場合を例示して説明したが、逆入力制限型のワンウェイクラッチを用いても良い。ワンウェイクラッチとする場合、例えば、入力部材からナットへの回転は総方向とも伝達するが、ナットから前記入力部材への回転伝達は、正逆いずれかの方向のみ遮断するものとされる。このようなワンウェイクラッチは、図２に示す２ウェイクラッチ方のクラッチ部３において、内輪１３と外輪１４の間に双方向の楔空間を形成した構成に代えて、一方向の楔空間を形成することで得られる。
また、上記実施形態では係合子１５がローラからなるものとしたが、係合子はスプラグであっても良い。すなわち、クラッチ部３は、スプラグ形式で逆入力制限型のものとしても良い。

この発明の第１の実施形態にかかるクラッチ付きボールねじを示す断面図である。 同クラッチ付きボールねじにおけるクラッチ部を示す断面図である。 同クラッチ部の動作説明図である。 同クラッチ付きボールねじを用いた車輪操舵装置の全体構成を示す概略図である。 同車輪用操舵装置の要部を示す概略図である。

符号の説明

１…クラッチ付きボールねじ
２…ボールねじ部
３，３Ａ…クラッチ部
４…ねじ軸
４ａ…ねじ溝
５…ナット
５ａ…ねじ溝
１３…クラッチ内輪
１４…クラッチ外輪
１５，１５Ａ…係合子
１６…入力部材
１９…保持器
２１…スイッチングピン
２２…遊嵌凹部
２４…カム面
３１…車輪
３３…操舵軸
３４…モータ
３５…駆動伝達機構

Claims (5)

1. ねじ軸とナットのねじ溝間に複数のボールを介在させたボールねじ部と、このボールねじ部の前記ナットに入力部材の回転を伝達するクラッチ部とを備え、このクラッチ部は、前記入力部材からナットへの回転を伝達するが、ナットから前記入力部材への回転伝達は遮断する逆入力制限型のクラッチであって、このクラッチ部の回転側部材となるクラッチ内輪を、前記ナットの外周に、ナットに対して回り止め状態に嵌合させたクラッチ付きボールねじ。
2. 請求項１において、前記クラッチ部は、固定側の部材となるクラッチ外輪と、前記クラッチ内輪と、これらクラッチ外輪およびクラッチ内輪間に介在した複数の係合子と、これら複数の係合子を保持する保持器とを有し、この保持器が前記入力部材となるクラッチ付きボールねじ。
3. 請求項２において、前記係合子がローラからなり、前記クラッチ内輪とクラッチ外輪との間に前記係合子を噛み込む楔状空間を形成するカム面がクラッチ内輪の外径面に設けられ、前記保持器とクラッチ内輪とは、クラッチ内輪側の遊嵌凹部とこの遊嵌凹部に遊嵌する保持器側のスイッチングピンとで、回転方向に遊びを持たせて連結されているクラッチ付きボールねじ。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記クラッチ部がツーウェイクラッチであるクラッチ付きボールねじ。
5. 進退自在に設置され進退動作で車輪を操舵する操舵軸と、モータの回転を直線運動に変換して前記操舵軸に伝える駆動伝達機構とを備え、この駆動伝達機構は請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のクラッチ付きボールねじを有し、このクラッチ付きボールねじのねじ軸が、前記操舵軸の一部となる車輪操舵装置。
   

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