車両用操舵装置
【課題】ステアバイワイヤ方式を採用した車両用操舵装置のクラッチでは、クラッチ板間に相対的な回転差があると、瞬時に接続状態にならない。
【解決手段】 クラッチは、出力プーリ１５の端面に結合された内周面形成部材１７と、該内周面形成部材１７の内周面１７ａを転動する外周面形成部材１８と、内周面形成部材１７の筒部１７ｂと外周面形成部材１８の円形孔との間に形成された円環状空間３１に設けられ基端部どうしが対向する一対のくさび２０と、該一対のくさび２０を引き離す方向へ付勢するばね２１と、接続シャフト１３の端面に突出形成され一対のくさび２０の先端部間に挿入された駆動部１３ａと、接続シャフト１３の端面から一対のくさび２０の基端部間へ進退可能なロックピン２３とを備え、ロックピン２３が退出した状態ではクラッチ切り離し状態となる一方、ロックピン２３が突出した状態では、クラッチ接続状態となる。
【解決手段】 クラッチは、出力プーリ１５の端面に結合された内周面形成部材１７と、該内周面形成部材１７の内周面１７ａを転動する外周面形成部材１８と、内周面形成部材１７の筒部１７ｂと外周面形成部材１８の円形孔との間に形成された円環状空間３１に設けられ基端部どうしが対向する一対のくさび２０と、該一対のくさび２０を引き離す方向へ付勢するばね２１と、接続シャフト１３の端面に突出形成され一対のくさび２０の先端部間に挿入された駆動部１３ａと、接続シャフト１３の端面から一対のくさび２０の基端部間へ進退可能なロックピン２３とを備え、ロックピン２３が退出した状態ではクラッチ切り離し状態となる一方、ロックピン２３が突出した状態では、クラッチ接続状態となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操作部材であるステアリングホィールと、回転運動を往復運動に変換する操舵機構との機械的連結を切り離した状態で、ステアリングホィールの回転量を電気信号に変換し、該電気信号に基づいて操舵機構の入力回転軸を駆動して車輪を操舵する、いわゆるステアバイワイヤ（ＳＢＷ）方式を採用した車両用操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステアバイワイヤ（ＳＢＷ）方式を採用した従来の車両用操舵装置として、特許文献１に開示されたものがある。本願の図８に示すように、車両用操舵装置１００は、運転者により回転操作されるステアリングホィール１０１と、このステアリングホィール１０１の回転方向および回転量を電気信号として検出する舵角センサ１０２と、操舵モータ１０３ａと、前記舵角センサ１０２の電気信号に基づいて前記操舵モータ１０３ａを回転駆動制御するステアバイワイヤ制御部１０４と、前記操舵モータ１０３ａの回転運動を往復運動に変換して車輪を操舵する操舵機構としての車輪角度変換機構１０３と、ステアリングホィール１０１と車輪角度変換機構１０３との接続・切り離しを機械的に行う電磁クラッチ機構１０５と、バッテリ１１０とを備えている。
【０００３】
この電磁クラッチ機構１０５は、図９に示すように、ステアリングホィール１０１の回転操作に連動して回転する第１クラッチ板１０６と、該第１クラッチ板１０６に対向配置されると共に前記車輪角度変換機構１０３の入力回転軸に連結された第２クラッチ板１０７と、第１クラッチ板１０６を第２クラッチ板１０７へ向かってクラッチ接続方向へ付勢するバネ１０９と、該バネ１０９の付勢力に抗して第１クラッチ板１０６を第２クラッチ板１０７から離れる方向へ吸引する電磁クラッチ部１０８とを備えている。第１クラッチ板１０６と第２クラッチ板１０７との互いに対向する面には、クラッチ溝１０６ａ，１０７ａが夫々放射状に形成されている。
【０００４】
通常時は、ステアバイワイヤ制御部１０４の制御により電磁クラッチ部１０８の電磁コイル１０８ａに通電されているため、電磁クラッチ機構１０５は切り離し状態であり、ステアリングホィール１０１と車輪角度変換機構１０３との機械的連結が絶たれた状態となっている。そして、ステアバイワイヤ制御部１０４は、ステアリングホィール１０１が回転操作されると、舵角センサ１０２が検出した電気量に応じて操舵モータ１０３ａを回転駆動し、該操舵モータ１０３ａの回転運動が車輪角度変換機構１０３により往復運動に変換され、図示しない車輪が操舵される。
【０００５】
ステアバイワイヤ制御部１０４により、操舵モータ１０３ａが故障したと判断された場合には、ステアバイワイヤ制御部１０４により、電磁コイル１０８ａへの通電が止められ電磁クラッチ機構１０５が切り離し状態から接続状態にされ、舵角センサ１０２が検出した電気量による操舵モータ１０３ａの駆動が止められる。これにより、ステアリングホィール１０１の操作力が電磁クラッチ機構１０５を介して車輪角度変換機構１０３へ伝達され、該車輪角度変換機構１０３により回転運動が往復運動に変換され、図示しない車輪が操舵される。
【０００６】
このように、ステアバイワイヤ（ＳＢＷ）方式の車両用操舵装置では、システム故障時には電磁クラッチ機構１０５が接続状態になり、万が一のことがあっても車輪の操舵を行うことができる。そして、第１クラッチ板１０６と第２クラッチ板１０７との対向面にはクラッチ溝１０６ａ，１０７ａが形成してあるため、大きな伝達トルクで回転を伝達することができる。
【特許文献１】特開２００４−２３７７８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、従来の車両用操舵装置１００では、電磁クラッチ機構１０５が切り離し状態から接続状態に切り換えられる際には、第２クラッチ板１０７は停止状態であるが、第１クラッチ板１０６はステアリングホィール１０１の回転操作に連動して回転している場合がある。このように、第１クラッチ板１０６と第２クラッチ板１０７とに相対的な回転差があると、双方のクラッチ溝１０６ａ，１０７ａが直ちに噛み合わない場合があるため、瞬時に電磁クラッチ機構１０５が接続状態にならないという問題がある。なお、第１クラッチ板１０６，第２クラッチ板１０７のクラッチ溝１０６ａ，１０７ａを無くすと電磁クラッチ機構１０５を瞬時に接続状態にすることができるが、大きな伝達トルクを発生させることができないという新たな問題が生じる。
【０００８】
そこで、本発明は、斯かる問題を解決するためになされたものであり、ステアバイワイヤ制御部がステアバイワイヤモードを正常に実行できないと判断した場合には、クラッチを瞬時に接続状態にでき、かつ大きな伝達トルクを発生させることが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】
【０００９】
請求項１に係る発明は、車輪の操舵角を変えるために回転操作する操作部材を設け、該操作部材の回転量を検出して得た検出値と対応した回転量だけ回転する操舵アクチュエータを設け、該操舵アクチュエータに、入力回転軸の回転運動を出力ロッドの往復運動に変換する操舵機構の前記入力回転軸を連結し、前記出力ロッドを車輪に連結する一方、前記操作部材に機械的な連結と切り離しとを行うクラッチを介して前記操舵機構の前記入力回転軸を連結した車両用操舵装置において、前記クラッチは、前記操作部材に連結される入力軸または前記操舵機構の入力回転軸に連結される出力軸のいずれか一方の端面に結合された内周面形成部材と該内周面形成部材の内周面を転動すると共に該内周面形成部材の内周寸法よりも短い外周寸法を有する外周面形成部材と、前記内周面形成部材の中心部に一体に設けられた筒部と前記外周面形成部材の中心部に形成された円形孔との間に形成された円環状空間と、該円環状空間に設けられ幅広の基端部どうしが対向配置された一対のくさびと、該一対のくさびの基端部どうしを相互に引き離す方向へ付勢する付勢手段と、前記入力軸または前記出力軸の他方の端面に突出形成され前記円環状空間の内部であって円周方向での前記一対のくさびの先端部どうしの間に挿入されている駆動部と、前記入力軸または前記出力軸の他方の端面から前記円環状空間の内部であって前記一対のくさびの基端部どうしの間へ進退可能に設けられたロックピンとを備え、前記ロックピンが一対のくさびの基端部どうしの間から退出しているロック解除状態では、前記駆動部が前記一対のくさびを押圧しながら前記内周面形成部材および前記外周面形成部材に対して空転しクラッチ切り離し状態となる一方、前記ロックピンが一対のくさびの基端部どうしの間に入り込んだロック状態では、前記一対のくさびの楔機能により一体化された前記一対のくさびと前記内周面形成部材と前記外周面形成部材とを前記駆動部が押圧して回転駆動しクラッチ接続状態となることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、通常の使用状態であるステアバイワイヤモード時には、操作部材の回転による回転量が検出され、検出値と対応した回転量だけ操舵アクチュエータが回転し、該操舵アクチュエータの回転が操舵機構の入力回転軸に伝達され、該入力回転軸の回転運動が出力ロッドの往復運動に変換され、該出力ロッドの往復運動により車輪が操舵される。異常時にロックピンが前進して一対のくさびの基端部どうしの間に入り込むと、一対のくさびの楔機能により、一対のくさびと内周面形成部材と外周面形成部材とが相対回転できないロック状態になることから、駆動部が内周面形成部材を回転駆動する。つまり、クラッチの入力軸と出力軸とが一体に回転するクラッチ接続状態となり、操作部材と操舵機構とが機械的に直結されて車輪が操舵される。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の車両用操舵装置において、前記ロックピンは、前記ロックピンを前記一対のくさびの基端部どうしの間へ向かって付勢する付勢手段と、該付勢手段の付勢力に抗して前記ロックピンを待機位置へ吸引する電磁石とを備えた電磁ソレノイド機構により操作されることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、電源が供給されている状態では付勢手段の付勢力に抗して電磁石がロックピンを待機位置へ吸引するので、クラッチが切り離し状態になる一方、電源が供給されない状態では付勢手段の付勢力によりロックピンが一対のくさびの基端部どうしの間へ向かって移動し、クラッチが接続状態になる。つまり、電源が供給されない状態でも、操作部材と操舵機構とが機械的に直結され、車輪の操舵が可能となる。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の車両用操舵装置において、前記外周面形成部材の外周面と前記内周面形成部材の内周面との少なくともいずれか一方に複数の凹凸を形成したことを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、相互にころがり接触する内周面と外周面との少なくともいずれか一方に凹凸が形成されているので、内周面形成部材の内周面に外周面形成部材の外周面が接触して外周面形成部材が転がる際に、両者間の摩擦係数が大きく滑りが生じにくい。従って、クラッチ接続状態でのクラッチの入力軸と出力軸との間の滑りが抑制される。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に係る車両用操舵装置によれば、ロックピンが一対のくさびの基端部どうしの間から退出しているロック解除状態では、駆動部が一対のくさびを押圧しながら内周面形成部材および外周面形成部材に対して空転しクラッチ切り離し状態となる一方、前記ロックピンが一対のくさびの基端部どうしの間に入り込んだロック状態では、一対のくさびの楔機能により一体化された一対のくさびと内周面形成部材と外周面形成部材とを駆動部が押圧して回転駆動しクラッチ接続状態となるので、異常時には、ロックピンを一対のくさびの基端部どうしの間に入り込ませてクラッチを瞬時に接続状態にすることができ、しかも、内周面形成部材と外周面形成部材とのころがり接触によって大きな伝達トルクを発生させることができる。
【００１６】
また、内周面形成部材の内周面に内歯を設けて内歯車を構成し、外周面形成部材の外周面に外歯を設けて外歯車を構成することもできるが、内周面形成部材と外周面形成部材とがころがり接触し該接触部で回転を伝達する構成にした方が、歯車加工を要しない分だけ製造コストが安い。更に、歯車どうしの噛み合い接触の場合は噛み合いが外れる際に引っ掛かりが生じないように精度が要求されるが、ころがり接触なので精度が要求されない。また更に、噛み合い接触の場合はこのように精度が要求されるため内歯車と外歯車との偏心量の大きさが制限されるが、内周面形成部材と外周面形成部材との場合は精度が要求されないため、偏心量の大きさが制限されることはなく、偏心量を小さくしてくさびの角度を小さくすることにより伝達トルクを大きくすることもでき、設計の自由度が高い。
【００１７】
請求項２に係る車両用操舵装置によれば、電源が供給されている状態では付勢手段の付勢力に抗して電磁石がロックピンを待機位置へ吸引してクラッチが切り離し状態になる一方、電源が供給されない状態では付勢手段の付勢力によりロックピンが一対のくさびの基端部どうしの間へ向かって移動してクラッチが接続状態になるので、電源が供給されない状態では操作部材と操舵機構とが機械的に直結され、車輪の操舵が可能である。
【００１８】
請求項３に係る車両用操舵装置によれば、相互にころがり接触する内周面と外周面との少なくともいずれか一方に凹凸が形成されているので、内周面形成部材の内周面と外周面形成部材の外周面との摩擦係数が大きく、クラッチ接続状態でのクラッチの入力軸と出力軸との間の滑りが抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明による車両用操舵装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１は車両用操舵装置の概略構成図、図２は電磁クラッチの切り離し状態の断面図、図３は電磁クラッチの接続状態の断面図、図４は電磁クラッチの斜視図、図５は図３のＡ−Ａ矢視図、図６はクラツチ切り離し状態の一対のくさびとロックピンとの関係に係り、（ａ）は正面図、（ｂ）は下面図、図７はクラツチ接続状態の一対のくさびとロックピンとの関係に係り、（ａ）は正面図、（ｂ）は下面図である。
【００２１】
図１に示すように、車両用操舵装置１は運転者により回転操作される操作部材としてのステアリングホィール２と、該ステアリングホィール２に結合されたステアリングシャフト２ａの回転操作量を検出して舵角信号を発する操作量検出手段としての舵角センサ３と、ステアリングシャフト２ａの回転トルクを検出して操舵トルク信号を発するトルクセンサ４と、ステアリングシャフト２ａに反力を付与する操舵反力機構５と、前記舵角センサ３の舵角信号と対応した回転量だけ回転する図示しない舵角アクチュエータと、該舵角アクチュエータにより入力された入力回転軸６ａの回転運動を出力ロッド６ｃの往復運動に変換して車輪１０を操舵するための操舵機構としての車輪角度変換機構６と、ステアリングシャフト２ａと車輪角度変換機構６の入力回転軸６ａとを機械的に接続・切り離しするクラッチとしての電磁クラッチ８と、前記舵角信号，前記操舵トルク信号を入力し、車速（Ｖ），ヨーレート（ω），横加速度（Ｇ）等の各信号を車内ＬＡＮ信号Ｓとして入力し、車輪角度変換機構６，操舵反力機構５，電磁クラッチ８を制御するステアバイワイヤ制御部（ＳＢＷ制御部）９とを備えている。なお、１１はバッテリである。
【００２２】
ステアバイワイヤモード時には、ステアリングホィール２を回転操作すると、ステアリングシャフト２ａの回転操作量を舵角センサ３が検出し、該舵角センサ３の舵角信号ａに基づいてステアバイワイヤ制御部９が車輪角度変換機構６に制御信号Ａを出す。これにより、車輪角度変換機構６に設けられている図示しない操舵アクチュエータが、ステアリングホィール２の回転操作量に応じて駆動される。そして、操舵アクチュエータの回転運動が車輪角度変換機構６の入力回転軸６ａに伝達され、車輪角度変換機構６では該入力回転軸６ａの回転運動が出力ロッド６ｃの往復運動に変換され、出力ロッド６ｃの往復運動により車輪１０が操舵される。また、トルクセンサ４が操舵トルクを検出し、該トルクセンサ４の操舵トルク信号ｂに基づいてステアバイワイヤ制御部９が操舵反力機構５に制御信号Ｂを出し、ステアリングホィール２を適切なトルクで操作できるようにする。
【００２３】
一方、車両電装系の異常やステアバイワイヤシステムの異常等によってステアバイワイヤモードを正常に実行できないと判断される場合には、ステアバイワイヤ制御部９が電磁クラッチ８に制御信号Ｃを出し、電磁クラッチ８を切り離し状態から接続状態に切り換え、直結モードにする。これにより、接続状態になった電磁クラッチ８を介して、ステアリングシャフト２ａと車輪角度変換機構６とが接続される。
【００２４】
次に、前記電磁クラッチ８の構成を説明する。図２に示すように、筒状のハウジング１１の上部には入力軸としての接続シャフト１３が軸受１２を介して回転自在に設けられ、下部には出力軸としての出力プーリ１５が軸受１４を介して回転自在に設けられている。接続シャフト１３は、図１に示すステアリングシャフト２ａに連結される一方、出力プーリ１５は、車輪角度変換機構６の入力回転軸６ａに連結されている。即ち、出力プーリ１５と、車輪角度変換機構６の入力回転軸６ａに固着したプーリ６ｂとの間にケーブル７が巻回されている。 このように上下方向に対向する接続シャフト１３と出力プーリ１５との間には、これらの２軸を連結して一体回転させたり切り離して回転を伝えないようにするための連結機構３０が設けられている。該連結機構３０は、図２，図５に示すように、出力プーリ１５の上部端面に結合された内周面形成部材１７と、該内周面形成部材１７の内周面１７ａを転動する外周面形成部材１８と、一対のくさび２０と、ばね２１と、接続シャフト１３から突出する駆動部１３ａとから構成されている。図２に示すように、内周面形成部材１７には円盤の内部をプレスで半抜きすることにより円形凹部が形成され、内周面形成部材１７はボルト２９を介して出力プーリ１５の上端面に結合されている。そして、円形凹部の内周面１７ａには細かな凹凸が形成されている。また、内周面形成部材１７の中心部には円形凹部から軸方向へ立ち上がるように筒部１７ｂが一体成形されている。内周面形成部材１７の円形凹部であって内周面１７ａと筒部１７ｂとの間には、外周面形成部材１８が遊嵌されている。該外周面形成部材１８の外周面１８ａにも細かな凹凸が形成されており、内周面形成部材１７の内周寸法よりも外周面形成部材１８の外周寸法が短くなっている。内周面１７ａおよび外周面１８ａの細かな凹凸は、ローレット加工等により形成される。図５に示すように、外周面形成部材１８の中央部には円形孔が形成されており、該円形孔の内周面は摺動内周面１９を構成している。
【００２５】
前記のように構成された内周面形成部材１７の内周面１７ａには外周面形成部材１８の外周面１８ａがころがり接触しており、偏心転動体機構３３を構成している。そして、図５に示すように、内周面形成部材１７の筒部１７ｂと外周面形成部材１８の摺動内周面１９との間には円環状空間３１が形成されている。該円環状空間３１には、一対のくさび２０が収容されている。該一対のくさび２０は、幅広の基端部どうしが対向配置され、該一対のくさび２０を相互に引き離す方向へ付勢する付勢力の小さな付勢手段としてばね２１が設けられている。該ばね２１は略円形に形成した両端部を軸方向の同一方向へ屈曲させてばね掛け部を形成したものであり、該ばね掛け部が一対のくさび２０の基端部に凹状に形成された後述するガイド溝２２に夫々係合している。
【００２６】
一方、図２において偏心転動体機構３３と対向する接続シャフト１３の下端の端面の軸芯位置には、センタリング軸部１３ｂが突出形成されている。該センタリング軸部１３ｂは、前記内周面形成部材１７の筒部１７ｂに回転自在に挿通されている。また、接続シャフト１３の下端の端面の偏心した位置に、駆動部１３ａが突出形成されている。該駆動部１３ａは図４，図５に示すように円筒の一部を形成する形状であり、前記円環状空間３１の内部であって前記一対のくさび２０の先端部どうしの間に介装されている。ここで、円周方向で対向する一対のくさび２０の先端部と駆動部１３ａの端面との間には隙間が形成されている。また、図２，図４，図５に示すように、接続シャフト１３の端面から軸方向下方へ向かって進退可能にロックピン２３が設けられている。該ロックピン２３は、図５のように一対のくさび２０の基端部どうしの間へ割り込ませるため、円弧上の駆動部１３ａの円弧を１８０度反対側へ延長した偏心位置であって、駆動部１３ａの両端から略同じ距離の位置に配置されている。
【００２７】
次に、前記駆動部１３ａと前記ロックピン２３との関係を説明する。相対回転する接続シャフト１３と内周面形成部材１７との関係において、図５に示すように接続シャフト１３から突出する駆動部１３ａが円環状空間３１内の一対のくさび２０の先端部どうしの間に介装されることにより、一対のくさび２０と接続シャフト１３との円周方向での相対的な位置は常に一定であり、従って接続シャフト１３が回転していても、接続シャフト１３から突出するロックピン２３の位置は、常に一対のくさび２０の基端部どうしの間となる。
【００２８】
図２のように、ロックピン２３が一対のくさび２０の基端部どうしの間から退出しているロック解除状態では、図６のように駆動部１３ａが前記一対のくさび２０を押圧しながら内周面形成部材１７および外周面形成部材１８に対して空転しクラッチ切り離し状態となる一方、図３ように、ロックピン２３が一対のくさび２０の基端部どうしの間に入り込んだロック状態では、図７のように一対のくさび２０の楔機能により一体化された一対のくさび２０と内周面形成部材１７と外周面形成部材１８とを駆動部１３ａが押圧して回転駆動しクラッチ接続状態となる。
【００２９】
前記ロックピン２３を接続シャフト１３の端面から下方へ向かって進退させるための駆動手段について説明する。図２に示すように、接続シャフト１３は、前記センタリング軸部１３ｂを有する軸端部材１３ｃと、筒状部材１３ｄと、軸端部材１３ｆとを、ボルト１３ｅを介して結合することによって構成されている。接続シャフト１３の内部には電磁ソレノイド機構１６が収容されている。該電磁ソレノイド機構１６は電磁石２６と付勢手段としての復帰ばね２５とによって構成されている。電磁石２６は、コイル２７と、該コイル２７の内部に移動自在に設けられた可動鉄心２８とによって構成されている。可動鉄心２８の先端には、可動鉄心２８に対して直角な円板３２がねじ２４を介して結合され、該円板３２の偏心した位置に形成された嵌合孔に前記ロックピン２３が嵌合固定されている。該ロックピン２３は、軸端部材１３ｃに形成された軸方向孔１３ｇに挿通されている。復帰ばね２５は、電磁石２６と円板３２との間に設けられている。
【００３０】
ロックピン２３が一対のくさび２０の基端部どうしの間へ確実に割り込むように、図６（ａ）に示すようにロックピン２３の先端部には、先細りの円錐形状のテーパ部２３ａと、円柱部２３ｂとが形成される一方、図６（ｂ）に示すように一対のくさび２０の基端部にはロックピン２３をガイドするための前記ガイド溝２２が形成されている。該ガイド溝２２の幅寸法は前記ロックピン２３の円柱部２３ｂの外径寸法よりも大きく設定されている。前記のように、ガイド溝２２はばね２１のばね掛け部としても機能する。
【００３１】
次に、車両用操舵装置の作用を説明する。
【００３２】
通常作動状態であるステアバイワイヤモード時には、電磁石２６のコイル２７に通電される。このため、図２のように電磁石２６が可動鉄心２８を待機位置へ吸引し、円板３２およびロックピン２３が復帰ばね２５の付勢力に抗して後退した位置を占める。このため、図６に示すロック解除状態となり、一対のくさび２０はばね２１により相互に離反する方向に弱い力で付勢されつつ基端部どうしが接近した状態を保持する。この状態でステアリングホィール２を回転させると、ステアリングシャフト２ａを介して接続シャフト１３が回転し、接続シャフト１３から突出している駆動部１３ａが図６（ｂ）に示すように円環状空間３１の内部で一対のくさび２０を一方側から円周方向に沿って例えば時計方向へ押圧する。このため一対のくさび２０は、駆動部１３ａに押されながら円環状空間３１の内部で空転する。一対のくさび２０が空転することにより、外周面形成部材１８が内周面形成部材１７に対して偏心して転がる接触部が時計回りに円周方向へ移動し、駆動部１３ａの１回転に付き外周面形成部材１８が駆動部１３ａの回転方向とは逆方向の反時計方向へ、内周面形成部材１７の全周と外周面形成部材１８の全周との長さの差分だけ回転することを繰り返す。このとき、一対のくさび２０はばね２１の作用により相互に離れる方向へ常に付勢された状態で回転するので、内周面形成部材１７と外周面形成部材１８との間にガタが生じない。駆動部１３ａの回転により一対のくさび２０が回転し、それに伴って内周面形成部材１７の内周面１７ａを外周面形成部材１８が転がるが、接続シャフト１３の駆動部１３ａの回転が内周面形成部材１７に伝わることはない。つまり、駆動部１３ａは円環状空間３１の内部で一対のくさび２０と共にいずれの方向へも自由に回転するが、空回りするだけであり、接続シャフト１３の回転は出力プーリ１５には伝わらない。
【００３３】
このように接続シャフト１３の回転は出力プーリ１５には伝わらないので、電磁クラッチ８は切り離された状態であり、ステアリングホィール２と車輪角度変換機構６とが機械的に切り離されている。この状態でステアリングホィール２が操作されると、舵角センサ３が検出した舵角信号ａに基づいてステアバイワイヤ制御部９が車輪角度変換機構６に制御信号Ａを出し、車輪角度変換機構６の図示しない操舵アクチュエータが駆動されるため、車輪１０が操舵される。
【００３４】
一方、車両電装系の異常やステアバイワイヤシステムの異常等によってステアバイワイヤモードが正常に実行できず、ステアバイワイヤ制御部９が異常時であると判断した場合には、電磁コイル２７への通電が止められる。すると、可動鉄心２８への吸引力が作用しなくなり、復帰ばね２５の付勢力が円板３２に作用して円板３２および可動鉄心２８と共にロックピン２３が軸方向の下方へ向かって突出し、図３のようになる。図５に示すように円周方向でのロックピン２３の位置は、一対のくさび２０の基端部どうしの間に常に位置決めされており、図６（ｂ）のように駆動部１３ａが一対のくさび２０を例えば時計方向へ押圧している場合は、ロックピン２３の小径部２３ｂは右側のくさび２０のガイド溝２２の位置で突出し、ロックピン２３は一対のくさび２０の基端部どうしの間へ入り込む。ロックピン２３の先端にはテーパ部２３ａが形成されているので、駆動部１３ａにより一対のくさび２０が押されて回転している状態においても、ロックピン２３はガイド溝２２にガイドされて一対のくさび２０の基端部どうしの間へ容易に割り込むことになる。この割り込みにより、図７に示すように一対のくさび２０が互いに離れる方向へ移動して楔効果が生じる。この楔効果により一対のくさび２０と外周面形成部材１８と内周面形成部材１７とが相対回転できないロック状態になり、この状態で駆動部１３ａが内周面形成部材１７を回転駆動することになる。これにより、接続シャフト１３と出力プーリ１５とが連結されて一体回転し、電磁クラッチ８が接続された直結モードとなる。
【００３５】
電磁クラッチ８が接続状態になると、舵角センサ３が検出した舵角信号ａに基づく車輪角度変換機構６への制御信号Ａが止められる。そして、ステアリングホィール２の操作力が電磁クラッチ８を介し、直接に車輪角度変換機構６の入力回転軸６ａに伝達され、車輪１０が操舵される。
【００３６】
この発明によれば、通常の使用状態であるステアバイワイヤモード時には、ステアリングシャフト２の回転による回転量が検出され、検出値と対応した回転量だけ図示しない操舵アクチュエータが回転し、該操舵アクチュエータの回転が車輪角度変換機構６の入力回転軸６ａに伝達され、該入力回転軸６ａの回転運動が出力ロッド６ｃの往復運動に変換され、該出力ロッド６ｃの往復運動により車輪１０が操舵される。異常時にロックピン２３が前進して一対のくさび２０の基端部どうしの間に入り込むと、一対のくさび２０の楔機能により、一対のくさび２０と内周面形成部材１７と外周面形成部材１８とが相対回転できないロック状態になることから、駆動部１３ａが内周面形成部材１７を回転駆動し、電磁クラッチ８の接続シャフト１３と出力プーリ１５とが一体に回転する。つまり、クラッチの入力軸と出力軸とが一体に回転するクラッチ接続状態となり、ステアリングシャフト２と車輪角度変換機構６とが機械的に直結されて車輪１０が操舵される。
【００３７】
この発明によれば、電源が供給されている状態では復帰ばね２５の付勢力に抗して電磁石２６がロックピン２３を待機位置へ吸引するので、クラッチが切り離し状態になる一方、電源が供給されない状態では復帰ばね２５の付勢力によりロックピン２３が一対のくさび２０の基端部どうしの間へ向かって移動し、クラッチが接続状態になる。つまり、電源が供給されない状態でも、ステアリングシャフト２と車輪角度変換機構６とが機械的に直結され、車輪１０の操舵が可能となる。
【００３８】
この発明によれば、相互にころがり接触する内周面１７ａと外周面１８ａとの双方に凹凸が形成されているので、内周面形成部材１７の内周面１７ａに外周面形成部材１８の外周面１８ａが接触して外周面形成部材１８が転がる際に、両者間の摩擦係数が大きく滑りが生じにくい。従って、クラッチ接続状態でのクラッチの接続シャフト１３と出力プーリ１５との間の滑りが抑制される。
【００３９】
なお、本実施の形態ではクラッチを構成する出力軸の端面に内周面形成部材を結合し、入力軸の端面に駆動部を突出形成したが、出力軸と入力軸とを逆にしてもよい。また、電磁クラッチ８は、電磁コイル２７への通電時に切り離され、非通電時に接続される構成としたが、反対に、通電時に接続され、非通電時に切り離されるように構成しても良い。更にクラッチとしては、電磁クラッチに限定されるものではない。また更に、外周面形成部材の外周面と内周面形成部材の内周面との双方に複数の凹凸を形成したがいずれか一方に複数の凹凸を形成するだけでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】車両用操舵装置の全体構成を示す構成図（実施の形態）。
【図２】電磁クラッチの切り離し状態の断面図（実施の形態）。
【図３】電磁クラッチの接続状態の断面図（実施の形態）。
【図４】電磁クラッチの斜視図（実施の形態）。
【図５】電磁クラッチの連結機構を示す構成図（実施の形態）。
【図６】連結機構のロック解除状態に係り、（ａ）は正面図、（ｂ）は下面図（実施の形態）。
【図７】連結機構のロック状態に係り、（ａ）は正面図、（ｂ）は下面図（実施の形態）。
【図８】車両用操舵装置全体構成を示す構成図（従来）。
【図９】電磁クラッチ機構の断面図（従来）。
【符号の説明】
【００４１】
１…車両用操舵装置
２…ステアリングホィール（操作部材）
６…車輪角度変換機構（操舵機構）
６ａ…入力回転軸
６ｃ…出力ロッド
８…電磁クラッチ（クラッチ）
１０…車輪
１３…接続シャフト（入力軸）
１３ａ…駆動部
１５…出力プーリ（出力軸）
１６…電磁ソレノイド機構
１７…内周面形成部材
１７ａ…内周面
１７ｂ…筒部
１８…外周面形成部材
１８ａ…外周面
２０…くさび
２１…ばね（付勢手段）
２３…ロックピン
２５…復帰ばね（付勢手段）
２６…電磁石
３１…円環状空間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操作部材であるステアリングホィールと、回転運動を往復運動に変換する操舵機構との機械的連結を切り離した状態で、ステアリングホィールの回転量を電気信号に変換し、該電気信号に基づいて操舵機構の入力回転軸を駆動して車輪を操舵する、いわゆるステアバイワイヤ（ＳＢＷ）方式を採用した車両用操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステアバイワイヤ（ＳＢＷ）方式を採用した従来の車両用操舵装置として、特許文献１に開示されたものがある。本願の図８に示すように、車両用操舵装置１００は、運転者により回転操作されるステアリングホィール１０１と、このステアリングホィール１０１の回転方向および回転量を電気信号として検出する舵角センサ１０２と、操舵モータ１０３ａと、前記舵角センサ１０２の電気信号に基づいて前記操舵モータ１０３ａを回転駆動制御するステアバイワイヤ制御部１０４と、前記操舵モータ１０３ａの回転運動を往復運動に変換して車輪を操舵する操舵機構としての車輪角度変換機構１０３と、ステアリングホィール１０１と車輪角度変換機構１０３との接続・切り離しを機械的に行う電磁クラッチ機構１０５と、バッテリ１１０とを備えている。
【０００３】
この電磁クラッチ機構１０５は、図９に示すように、ステアリングホィール１０１の回転操作に連動して回転する第１クラッチ板１０６と、該第１クラッチ板１０６に対向配置されると共に前記車輪角度変換機構１０３の入力回転軸に連結された第２クラッチ板１０７と、第１クラッチ板１０６を第２クラッチ板１０７へ向かってクラッチ接続方向へ付勢するバネ１０９と、該バネ１０９の付勢力に抗して第１クラッチ板１０６を第２クラッチ板１０７から離れる方向へ吸引する電磁クラッチ部１０８とを備えている。第１クラッチ板１０６と第２クラッチ板１０７との互いに対向する面には、クラッチ溝１０６ａ，１０７ａが夫々放射状に形成されている。
【０００４】
通常時は、ステアバイワイヤ制御部１０４の制御により電磁クラッチ部１０８の電磁コイル１０８ａに通電されているため、電磁クラッチ機構１０５は切り離し状態であり、ステアリングホィール１０１と車輪角度変換機構１０３との機械的連結が絶たれた状態となっている。そして、ステアバイワイヤ制御部１０４は、ステアリングホィール１０１が回転操作されると、舵角センサ１０２が検出した電気量に応じて操舵モータ１０３ａを回転駆動し、該操舵モータ１０３ａの回転運動が車輪角度変換機構１０３により往復運動に変換され、図示しない車輪が操舵される。
【０００５】
ステアバイワイヤ制御部１０４により、操舵モータ１０３ａが故障したと判断された場合には、ステアバイワイヤ制御部１０４により、電磁コイル１０８ａへの通電が止められ電磁クラッチ機構１０５が切り離し状態から接続状態にされ、舵角センサ１０２が検出した電気量による操舵モータ１０３ａの駆動が止められる。これにより、ステアリングホィール１０１の操作力が電磁クラッチ機構１０５を介して車輪角度変換機構１０３へ伝達され、該車輪角度変換機構１０３により回転運動が往復運動に変換され、図示しない車輪が操舵される。
【０００６】
このように、ステアバイワイヤ（ＳＢＷ）方式の車両用操舵装置では、システム故障時には電磁クラッチ機構１０５が接続状態になり、万が一のことがあっても車輪の操舵を行うことができる。そして、第１クラッチ板１０６と第２クラッチ板１０７との対向面にはクラッチ溝１０６ａ，１０７ａが形成してあるため、大きな伝達トルクで回転を伝達することができる。
【特許文献１】特開２００４−２３７７８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、従来の車両用操舵装置１００では、電磁クラッチ機構１０５が切り離し状態から接続状態に切り換えられる際には、第２クラッチ板１０７は停止状態であるが、第１クラッチ板１０６はステアリングホィール１０１の回転操作に連動して回転している場合がある。このように、第１クラッチ板１０６と第２クラッチ板１０７とに相対的な回転差があると、双方のクラッチ溝１０６ａ，１０７ａが直ちに噛み合わない場合があるため、瞬時に電磁クラッチ機構１０５が接続状態にならないという問題がある。なお、第１クラッチ板１０６，第２クラッチ板１０７のクラッチ溝１０６ａ，１０７ａを無くすと電磁クラッチ機構１０５を瞬時に接続状態にすることができるが、大きな伝達トルクを発生させることができないという新たな問題が生じる。
【０００８】
そこで、本発明は、斯かる問題を解決するためになされたものであり、ステアバイワイヤ制御部がステアバイワイヤモードを正常に実行できないと判断した場合には、クラッチを瞬時に接続状態にでき、かつ大きな伝達トルクを発生させることが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】
【０００９】
請求項１に係る発明は、車輪の操舵角を変えるために回転操作する操作部材を設け、該操作部材の回転量を検出して得た検出値と対応した回転量だけ回転する操舵アクチュエータを設け、該操舵アクチュエータに、入力回転軸の回転運動を出力ロッドの往復運動に変換する操舵機構の前記入力回転軸を連結し、前記出力ロッドを車輪に連結する一方、前記操作部材に機械的な連結と切り離しとを行うクラッチを介して前記操舵機構の前記入力回転軸を連結した車両用操舵装置において、前記クラッチは、前記操作部材に連結される入力軸または前記操舵機構の入力回転軸に連結される出力軸のいずれか一方の端面に結合された内周面形成部材と該内周面形成部材の内周面を転動すると共に該内周面形成部材の内周寸法よりも短い外周寸法を有する外周面形成部材と、前記内周面形成部材の中心部に一体に設けられた筒部と前記外周面形成部材の中心部に形成された円形孔との間に形成された円環状空間と、該円環状空間に設けられ幅広の基端部どうしが対向配置された一対のくさびと、該一対のくさびの基端部どうしを相互に引き離す方向へ付勢する付勢手段と、前記入力軸または前記出力軸の他方の端面に突出形成され前記円環状空間の内部であって円周方向での前記一対のくさびの先端部どうしの間に挿入されている駆動部と、前記入力軸または前記出力軸の他方の端面から前記円環状空間の内部であって前記一対のくさびの基端部どうしの間へ進退可能に設けられたロックピンとを備え、前記ロックピンが一対のくさびの基端部どうしの間から退出しているロック解除状態では、前記駆動部が前記一対のくさびを押圧しながら前記内周面形成部材および前記外周面形成部材に対して空転しクラッチ切り離し状態となる一方、前記ロックピンが一対のくさびの基端部どうしの間に入り込んだロック状態では、前記一対のくさびの楔機能により一体化された前記一対のくさびと前記内周面形成部材と前記外周面形成部材とを前記駆動部が押圧して回転駆動しクラッチ接続状態となることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、通常の使用状態であるステアバイワイヤモード時には、操作部材の回転による回転量が検出され、検出値と対応した回転量だけ操舵アクチュエータが回転し、該操舵アクチュエータの回転が操舵機構の入力回転軸に伝達され、該入力回転軸の回転運動が出力ロッドの往復運動に変換され、該出力ロッドの往復運動により車輪が操舵される。異常時にロックピンが前進して一対のくさびの基端部どうしの間に入り込むと、一対のくさびの楔機能により、一対のくさびと内周面形成部材と外周面形成部材とが相対回転できないロック状態になることから、駆動部が内周面形成部材を回転駆動する。つまり、クラッチの入力軸と出力軸とが一体に回転するクラッチ接続状態となり、操作部材と操舵機構とが機械的に直結されて車輪が操舵される。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の車両用操舵装置において、前記ロックピンは、前記ロックピンを前記一対のくさびの基端部どうしの間へ向かって付勢する付勢手段と、該付勢手段の付勢力に抗して前記ロックピンを待機位置へ吸引する電磁石とを備えた電磁ソレノイド機構により操作されることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、電源が供給されている状態では付勢手段の付勢力に抗して電磁石がロックピンを待機位置へ吸引するので、クラッチが切り離し状態になる一方、電源が供給されない状態では付勢手段の付勢力によりロックピンが一対のくさびの基端部どうしの間へ向かって移動し、クラッチが接続状態になる。つまり、電源が供給されない状態でも、操作部材と操舵機構とが機械的に直結され、車輪の操舵が可能となる。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の車両用操舵装置において、前記外周面形成部材の外周面と前記内周面形成部材の内周面との少なくともいずれか一方に複数の凹凸を形成したことを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、相互にころがり接触する内周面と外周面との少なくともいずれか一方に凹凸が形成されているので、内周面形成部材の内周面に外周面形成部材の外周面が接触して外周面形成部材が転がる際に、両者間の摩擦係数が大きく滑りが生じにくい。従って、クラッチ接続状態でのクラッチの入力軸と出力軸との間の滑りが抑制される。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に係る車両用操舵装置によれば、ロックピンが一対のくさびの基端部どうしの間から退出しているロック解除状態では、駆動部が一対のくさびを押圧しながら内周面形成部材および外周面形成部材に対して空転しクラッチ切り離し状態となる一方、前記ロックピンが一対のくさびの基端部どうしの間に入り込んだロック状態では、一対のくさびの楔機能により一体化された一対のくさびと内周面形成部材と外周面形成部材とを駆動部が押圧して回転駆動しクラッチ接続状態となるので、異常時には、ロックピンを一対のくさびの基端部どうしの間に入り込ませてクラッチを瞬時に接続状態にすることができ、しかも、内周面形成部材と外周面形成部材とのころがり接触によって大きな伝達トルクを発生させることができる。
【００１６】
また、内周面形成部材の内周面に内歯を設けて内歯車を構成し、外周面形成部材の外周面に外歯を設けて外歯車を構成することもできるが、内周面形成部材と外周面形成部材とがころがり接触し該接触部で回転を伝達する構成にした方が、歯車加工を要しない分だけ製造コストが安い。更に、歯車どうしの噛み合い接触の場合は噛み合いが外れる際に引っ掛かりが生じないように精度が要求されるが、ころがり接触なので精度が要求されない。また更に、噛み合い接触の場合はこのように精度が要求されるため内歯車と外歯車との偏心量の大きさが制限されるが、内周面形成部材と外周面形成部材との場合は精度が要求されないため、偏心量の大きさが制限されることはなく、偏心量を小さくしてくさびの角度を小さくすることにより伝達トルクを大きくすることもでき、設計の自由度が高い。
【００１７】
請求項２に係る車両用操舵装置によれば、電源が供給されている状態では付勢手段の付勢力に抗して電磁石がロックピンを待機位置へ吸引してクラッチが切り離し状態になる一方、電源が供給されない状態では付勢手段の付勢力によりロックピンが一対のくさびの基端部どうしの間へ向かって移動してクラッチが接続状態になるので、電源が供給されない状態では操作部材と操舵機構とが機械的に直結され、車輪の操舵が可能である。
【００１８】
請求項３に係る車両用操舵装置によれば、相互にころがり接触する内周面と外周面との少なくともいずれか一方に凹凸が形成されているので、内周面形成部材の内周面と外周面形成部材の外周面との摩擦係数が大きく、クラッチ接続状態でのクラッチの入力軸と出力軸との間の滑りが抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明による車両用操舵装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１は車両用操舵装置の概略構成図、図２は電磁クラッチの切り離し状態の断面図、図３は電磁クラッチの接続状態の断面図、図４は電磁クラッチの斜視図、図５は図３のＡ−Ａ矢視図、図６はクラツチ切り離し状態の一対のくさびとロックピンとの関係に係り、（ａ）は正面図、（ｂ）は下面図、図７はクラツチ接続状態の一対のくさびとロックピンとの関係に係り、（ａ）は正面図、（ｂ）は下面図である。
【００２１】
図１に示すように、車両用操舵装置１は運転者により回転操作される操作部材としてのステアリングホィール２と、該ステアリングホィール２に結合されたステアリングシャフト２ａの回転操作量を検出して舵角信号を発する操作量検出手段としての舵角センサ３と、ステアリングシャフト２ａの回転トルクを検出して操舵トルク信号を発するトルクセンサ４と、ステアリングシャフト２ａに反力を付与する操舵反力機構５と、前記舵角センサ３の舵角信号と対応した回転量だけ回転する図示しない舵角アクチュエータと、該舵角アクチュエータにより入力された入力回転軸６ａの回転運動を出力ロッド６ｃの往復運動に変換して車輪１０を操舵するための操舵機構としての車輪角度変換機構６と、ステアリングシャフト２ａと車輪角度変換機構６の入力回転軸６ａとを機械的に接続・切り離しするクラッチとしての電磁クラッチ８と、前記舵角信号，前記操舵トルク信号を入力し、車速（Ｖ），ヨーレート（ω），横加速度（Ｇ）等の各信号を車内ＬＡＮ信号Ｓとして入力し、車輪角度変換機構６，操舵反力機構５，電磁クラッチ８を制御するステアバイワイヤ制御部（ＳＢＷ制御部）９とを備えている。なお、１１はバッテリである。
【００２２】
ステアバイワイヤモード時には、ステアリングホィール２を回転操作すると、ステアリングシャフト２ａの回転操作量を舵角センサ３が検出し、該舵角センサ３の舵角信号ａに基づいてステアバイワイヤ制御部９が車輪角度変換機構６に制御信号Ａを出す。これにより、車輪角度変換機構６に設けられている図示しない操舵アクチュエータが、ステアリングホィール２の回転操作量に応じて駆動される。そして、操舵アクチュエータの回転運動が車輪角度変換機構６の入力回転軸６ａに伝達され、車輪角度変換機構６では該入力回転軸６ａの回転運動が出力ロッド６ｃの往復運動に変換され、出力ロッド６ｃの往復運動により車輪１０が操舵される。また、トルクセンサ４が操舵トルクを検出し、該トルクセンサ４の操舵トルク信号ｂに基づいてステアバイワイヤ制御部９が操舵反力機構５に制御信号Ｂを出し、ステアリングホィール２を適切なトルクで操作できるようにする。
【００２３】
一方、車両電装系の異常やステアバイワイヤシステムの異常等によってステアバイワイヤモードを正常に実行できないと判断される場合には、ステアバイワイヤ制御部９が電磁クラッチ８に制御信号Ｃを出し、電磁クラッチ８を切り離し状態から接続状態に切り換え、直結モードにする。これにより、接続状態になった電磁クラッチ８を介して、ステアリングシャフト２ａと車輪角度変換機構６とが接続される。
【００２４】
次に、前記電磁クラッチ８の構成を説明する。図２に示すように、筒状のハウジング１１の上部には入力軸としての接続シャフト１３が軸受１２を介して回転自在に設けられ、下部には出力軸としての出力プーリ１５が軸受１４を介して回転自在に設けられている。接続シャフト１３は、図１に示すステアリングシャフト２ａに連結される一方、出力プーリ１５は、車輪角度変換機構６の入力回転軸６ａに連結されている。即ち、出力プーリ１５と、車輪角度変換機構６の入力回転軸６ａに固着したプーリ６ｂとの間にケーブル７が巻回されている。 このように上下方向に対向する接続シャフト１３と出力プーリ１５との間には、これらの２軸を連結して一体回転させたり切り離して回転を伝えないようにするための連結機構３０が設けられている。該連結機構３０は、図２，図５に示すように、出力プーリ１５の上部端面に結合された内周面形成部材１７と、該内周面形成部材１７の内周面１７ａを転動する外周面形成部材１８と、一対のくさび２０と、ばね２１と、接続シャフト１３から突出する駆動部１３ａとから構成されている。図２に示すように、内周面形成部材１７には円盤の内部をプレスで半抜きすることにより円形凹部が形成され、内周面形成部材１７はボルト２９を介して出力プーリ１５の上端面に結合されている。そして、円形凹部の内周面１７ａには細かな凹凸が形成されている。また、内周面形成部材１７の中心部には円形凹部から軸方向へ立ち上がるように筒部１７ｂが一体成形されている。内周面形成部材１７の円形凹部であって内周面１７ａと筒部１７ｂとの間には、外周面形成部材１８が遊嵌されている。該外周面形成部材１８の外周面１８ａにも細かな凹凸が形成されており、内周面形成部材１７の内周寸法よりも外周面形成部材１８の外周寸法が短くなっている。内周面１７ａおよび外周面１８ａの細かな凹凸は、ローレット加工等により形成される。図５に示すように、外周面形成部材１８の中央部には円形孔が形成されており、該円形孔の内周面は摺動内周面１９を構成している。
【００２５】
前記のように構成された内周面形成部材１７の内周面１７ａには外周面形成部材１８の外周面１８ａがころがり接触しており、偏心転動体機構３３を構成している。そして、図５に示すように、内周面形成部材１７の筒部１７ｂと外周面形成部材１８の摺動内周面１９との間には円環状空間３１が形成されている。該円環状空間３１には、一対のくさび２０が収容されている。該一対のくさび２０は、幅広の基端部どうしが対向配置され、該一対のくさび２０を相互に引き離す方向へ付勢する付勢力の小さな付勢手段としてばね２１が設けられている。該ばね２１は略円形に形成した両端部を軸方向の同一方向へ屈曲させてばね掛け部を形成したものであり、該ばね掛け部が一対のくさび２０の基端部に凹状に形成された後述するガイド溝２２に夫々係合している。
【００２６】
一方、図２において偏心転動体機構３３と対向する接続シャフト１３の下端の端面の軸芯位置には、センタリング軸部１３ｂが突出形成されている。該センタリング軸部１３ｂは、前記内周面形成部材１７の筒部１７ｂに回転自在に挿通されている。また、接続シャフト１３の下端の端面の偏心した位置に、駆動部１３ａが突出形成されている。該駆動部１３ａは図４，図５に示すように円筒の一部を形成する形状であり、前記円環状空間３１の内部であって前記一対のくさび２０の先端部どうしの間に介装されている。ここで、円周方向で対向する一対のくさび２０の先端部と駆動部１３ａの端面との間には隙間が形成されている。また、図２，図４，図５に示すように、接続シャフト１３の端面から軸方向下方へ向かって進退可能にロックピン２３が設けられている。該ロックピン２３は、図５のように一対のくさび２０の基端部どうしの間へ割り込ませるため、円弧上の駆動部１３ａの円弧を１８０度反対側へ延長した偏心位置であって、駆動部１３ａの両端から略同じ距離の位置に配置されている。
【００２７】
次に、前記駆動部１３ａと前記ロックピン２３との関係を説明する。相対回転する接続シャフト１３と内周面形成部材１７との関係において、図５に示すように接続シャフト１３から突出する駆動部１３ａが円環状空間３１内の一対のくさび２０の先端部どうしの間に介装されることにより、一対のくさび２０と接続シャフト１３との円周方向での相対的な位置は常に一定であり、従って接続シャフト１３が回転していても、接続シャフト１３から突出するロックピン２３の位置は、常に一対のくさび２０の基端部どうしの間となる。
【００２８】
図２のように、ロックピン２３が一対のくさび２０の基端部どうしの間から退出しているロック解除状態では、図６のように駆動部１３ａが前記一対のくさび２０を押圧しながら内周面形成部材１７および外周面形成部材１８に対して空転しクラッチ切り離し状態となる一方、図３ように、ロックピン２３が一対のくさび２０の基端部どうしの間に入り込んだロック状態では、図７のように一対のくさび２０の楔機能により一体化された一対のくさび２０と内周面形成部材１７と外周面形成部材１８とを駆動部１３ａが押圧して回転駆動しクラッチ接続状態となる。
【００２９】
前記ロックピン２３を接続シャフト１３の端面から下方へ向かって進退させるための駆動手段について説明する。図２に示すように、接続シャフト１３は、前記センタリング軸部１３ｂを有する軸端部材１３ｃと、筒状部材１３ｄと、軸端部材１３ｆとを、ボルト１３ｅを介して結合することによって構成されている。接続シャフト１３の内部には電磁ソレノイド機構１６が収容されている。該電磁ソレノイド機構１６は電磁石２６と付勢手段としての復帰ばね２５とによって構成されている。電磁石２６は、コイル２７と、該コイル２７の内部に移動自在に設けられた可動鉄心２８とによって構成されている。可動鉄心２８の先端には、可動鉄心２８に対して直角な円板３２がねじ２４を介して結合され、該円板３２の偏心した位置に形成された嵌合孔に前記ロックピン２３が嵌合固定されている。該ロックピン２３は、軸端部材１３ｃに形成された軸方向孔１３ｇに挿通されている。復帰ばね２５は、電磁石２６と円板３２との間に設けられている。
【００３０】
ロックピン２３が一対のくさび２０の基端部どうしの間へ確実に割り込むように、図６（ａ）に示すようにロックピン２３の先端部には、先細りの円錐形状のテーパ部２３ａと、円柱部２３ｂとが形成される一方、図６（ｂ）に示すように一対のくさび２０の基端部にはロックピン２３をガイドするための前記ガイド溝２２が形成されている。該ガイド溝２２の幅寸法は前記ロックピン２３の円柱部２３ｂの外径寸法よりも大きく設定されている。前記のように、ガイド溝２２はばね２１のばね掛け部としても機能する。
【００３１】
次に、車両用操舵装置の作用を説明する。
【００３２】
通常作動状態であるステアバイワイヤモード時には、電磁石２６のコイル２７に通電される。このため、図２のように電磁石２６が可動鉄心２８を待機位置へ吸引し、円板３２およびロックピン２３が復帰ばね２５の付勢力に抗して後退した位置を占める。このため、図６に示すロック解除状態となり、一対のくさび２０はばね２１により相互に離反する方向に弱い力で付勢されつつ基端部どうしが接近した状態を保持する。この状態でステアリングホィール２を回転させると、ステアリングシャフト２ａを介して接続シャフト１３が回転し、接続シャフト１３から突出している駆動部１３ａが図６（ｂ）に示すように円環状空間３１の内部で一対のくさび２０を一方側から円周方向に沿って例えば時計方向へ押圧する。このため一対のくさび２０は、駆動部１３ａに押されながら円環状空間３１の内部で空転する。一対のくさび２０が空転することにより、外周面形成部材１８が内周面形成部材１７に対して偏心して転がる接触部が時計回りに円周方向へ移動し、駆動部１３ａの１回転に付き外周面形成部材１８が駆動部１３ａの回転方向とは逆方向の反時計方向へ、内周面形成部材１７の全周と外周面形成部材１８の全周との長さの差分だけ回転することを繰り返す。このとき、一対のくさび２０はばね２１の作用により相互に離れる方向へ常に付勢された状態で回転するので、内周面形成部材１７と外周面形成部材１８との間にガタが生じない。駆動部１３ａの回転により一対のくさび２０が回転し、それに伴って内周面形成部材１７の内周面１７ａを外周面形成部材１８が転がるが、接続シャフト１３の駆動部１３ａの回転が内周面形成部材１７に伝わることはない。つまり、駆動部１３ａは円環状空間３１の内部で一対のくさび２０と共にいずれの方向へも自由に回転するが、空回りするだけであり、接続シャフト１３の回転は出力プーリ１５には伝わらない。
【００３３】
このように接続シャフト１３の回転は出力プーリ１５には伝わらないので、電磁クラッチ８は切り離された状態であり、ステアリングホィール２と車輪角度変換機構６とが機械的に切り離されている。この状態でステアリングホィール２が操作されると、舵角センサ３が検出した舵角信号ａに基づいてステアバイワイヤ制御部９が車輪角度変換機構６に制御信号Ａを出し、車輪角度変換機構６の図示しない操舵アクチュエータが駆動されるため、車輪１０が操舵される。
【００３４】
一方、車両電装系の異常やステアバイワイヤシステムの異常等によってステアバイワイヤモードが正常に実行できず、ステアバイワイヤ制御部９が異常時であると判断した場合には、電磁コイル２７への通電が止められる。すると、可動鉄心２８への吸引力が作用しなくなり、復帰ばね２５の付勢力が円板３２に作用して円板３２および可動鉄心２８と共にロックピン２３が軸方向の下方へ向かって突出し、図３のようになる。図５に示すように円周方向でのロックピン２３の位置は、一対のくさび２０の基端部どうしの間に常に位置決めされており、図６（ｂ）のように駆動部１３ａが一対のくさび２０を例えば時計方向へ押圧している場合は、ロックピン２３の小径部２３ｂは右側のくさび２０のガイド溝２２の位置で突出し、ロックピン２３は一対のくさび２０の基端部どうしの間へ入り込む。ロックピン２３の先端にはテーパ部２３ａが形成されているので、駆動部１３ａにより一対のくさび２０が押されて回転している状態においても、ロックピン２３はガイド溝２２にガイドされて一対のくさび２０の基端部どうしの間へ容易に割り込むことになる。この割り込みにより、図７に示すように一対のくさび２０が互いに離れる方向へ移動して楔効果が生じる。この楔効果により一対のくさび２０と外周面形成部材１８と内周面形成部材１７とが相対回転できないロック状態になり、この状態で駆動部１３ａが内周面形成部材１７を回転駆動することになる。これにより、接続シャフト１３と出力プーリ１５とが連結されて一体回転し、電磁クラッチ８が接続された直結モードとなる。
【００３５】
電磁クラッチ８が接続状態になると、舵角センサ３が検出した舵角信号ａに基づく車輪角度変換機構６への制御信号Ａが止められる。そして、ステアリングホィール２の操作力が電磁クラッチ８を介し、直接に車輪角度変換機構６の入力回転軸６ａに伝達され、車輪１０が操舵される。
【００３６】
この発明によれば、通常の使用状態であるステアバイワイヤモード時には、ステアリングシャフト２の回転による回転量が検出され、検出値と対応した回転量だけ図示しない操舵アクチュエータが回転し、該操舵アクチュエータの回転が車輪角度変換機構６の入力回転軸６ａに伝達され、該入力回転軸６ａの回転運動が出力ロッド６ｃの往復運動に変換され、該出力ロッド６ｃの往復運動により車輪１０が操舵される。異常時にロックピン２３が前進して一対のくさび２０の基端部どうしの間に入り込むと、一対のくさび２０の楔機能により、一対のくさび２０と内周面形成部材１７と外周面形成部材１８とが相対回転できないロック状態になることから、駆動部１３ａが内周面形成部材１７を回転駆動し、電磁クラッチ８の接続シャフト１３と出力プーリ１５とが一体に回転する。つまり、クラッチの入力軸と出力軸とが一体に回転するクラッチ接続状態となり、ステアリングシャフト２と車輪角度変換機構６とが機械的に直結されて車輪１０が操舵される。
【００３７】
この発明によれば、電源が供給されている状態では復帰ばね２５の付勢力に抗して電磁石２６がロックピン２３を待機位置へ吸引するので、クラッチが切り離し状態になる一方、電源が供給されない状態では復帰ばね２５の付勢力によりロックピン２３が一対のくさび２０の基端部どうしの間へ向かって移動し、クラッチが接続状態になる。つまり、電源が供給されない状態でも、ステアリングシャフト２と車輪角度変換機構６とが機械的に直結され、車輪１０の操舵が可能となる。
【００３８】
この発明によれば、相互にころがり接触する内周面１７ａと外周面１８ａとの双方に凹凸が形成されているので、内周面形成部材１７の内周面１７ａに外周面形成部材１８の外周面１８ａが接触して外周面形成部材１８が転がる際に、両者間の摩擦係数が大きく滑りが生じにくい。従って、クラッチ接続状態でのクラッチの接続シャフト１３と出力プーリ１５との間の滑りが抑制される。
【００３９】
なお、本実施の形態ではクラッチを構成する出力軸の端面に内周面形成部材を結合し、入力軸の端面に駆動部を突出形成したが、出力軸と入力軸とを逆にしてもよい。また、電磁クラッチ８は、電磁コイル２７への通電時に切り離され、非通電時に接続される構成としたが、反対に、通電時に接続され、非通電時に切り離されるように構成しても良い。更にクラッチとしては、電磁クラッチに限定されるものではない。また更に、外周面形成部材の外周面と内周面形成部材の内周面との双方に複数の凹凸を形成したがいずれか一方に複数の凹凸を形成するだけでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】車両用操舵装置の全体構成を示す構成図（実施の形態）。
【図２】電磁クラッチの切り離し状態の断面図（実施の形態）。
【図３】電磁クラッチの接続状態の断面図（実施の形態）。
【図４】電磁クラッチの斜視図（実施の形態）。
【図５】電磁クラッチの連結機構を示す構成図（実施の形態）。
【図６】連結機構のロック解除状態に係り、（ａ）は正面図、（ｂ）は下面図（実施の形態）。
【図７】連結機構のロック状態に係り、（ａ）は正面図、（ｂ）は下面図（実施の形態）。
【図８】車両用操舵装置全体構成を示す構成図（従来）。
【図９】電磁クラッチ機構の断面図（従来）。
【符号の説明】
【００４１】
１…車両用操舵装置
２…ステアリングホィール（操作部材）
６…車輪角度変換機構（操舵機構）
６ａ…入力回転軸
６ｃ…出力ロッド
８…電磁クラッチ（クラッチ）
１０…車輪
１３…接続シャフト（入力軸）
１３ａ…駆動部
１５…出力プーリ（出力軸）
１６…電磁ソレノイド機構
１７…内周面形成部材
１７ａ…内周面
１７ｂ…筒部
１８…外周面形成部材
１８ａ…外周面
２０…くさび
２１…ばね（付勢手段）
２３…ロックピン
２５…復帰ばね（付勢手段）
２６…電磁石
３１…円環状空間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪の操舵角を変えるために回転操作する操作部材を設け、該操作部材の回転量を検出して得た検出値と対応した回転量だけ回転する操舵アクチュエータを設け、該操舵アクチュエータに、入力回転軸の回転運動を出力ロッドの往復運動に変換する操舵機構の前記入力回転軸を連結し、前記出力ロッドを車輪に連結する一方、前記操作部材に機械的な連結と切り離しとを行うクラッチを介して前記操舵機構の前記入力回転軸を連結した車両用操舵装置において、
前記クラッチは、前記操作部材に連結される入力軸または前記操舵機構の入力回転軸に連結される出力軸のいずれか一方の端面に結合された内周面形成部材と該内周面形成部材の内周面を転動すると共に該内周面形成部材の内周寸法よりも短い外周寸法を有する外周面形成部材と、前記内周面形成部材の中心部に一体に設けられた筒部と前記外周面形成部材の中心部に形成された円形孔との間に形成された円環状空間と、該円環状空間に設けられ幅広の基端部どうしが対向配置された一対のくさびと、該一対のくさびの基端部どうしを相互に引き離す方向へ付勢する付勢手段と、前記入力軸または前記出力軸の他方の端面に突出形成され前記円環状空間の内部であって円周方向での前記一対のくさびの先端部どうしの間に挿入されている駆動部と、前記入力軸または前記出力軸の他方の端面から前記円環状空間の内部であって前記一対のくさびの基端部どうしの間へ進退可能に設けられたロックピンとを備え、
前記ロックピンが一対のくさびの基端部どうしの間から退出しているロック解除状態では、前記駆動部が前記一対のくさびを押圧しながら前記内周面形成部材および前記外周面形成部材に対して空転しクラッチ切り離し状態となる一方、前記ロックピンが一対のくさびの基端部どうしの間に入り込んだロック状態では、前記一対のくさびの楔機能により一体化された前記一対のくさびと前記内周面形成部材と前記外周面形成部材とを前記駆動部が押圧して回転駆動しクラッチ接続状態となることを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用操舵装置において、
前記ロックピンは、前記ロックピンを前記一対のくさびの基端部どうしの間へ向かって付勢する付勢手段と、該付勢手段の付勢力に抗して前記ロックピンを待機位置へ吸引する電磁石とを備えた電磁ソレノイド機構により操作されることを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の車両用操舵装置において、
前記外周面形成部材の外周面と前記内周面形成部材の内周面との少なくともいずれか一方に複数の凹凸を形成したことを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項１】
車輪の操舵角を変えるために回転操作する操作部材を設け、該操作部材の回転量を検出して得た検出値と対応した回転量だけ回転する操舵アクチュエータを設け、該操舵アクチュエータに、入力回転軸の回転運動を出力ロッドの往復運動に変換する操舵機構の前記入力回転軸を連結し、前記出力ロッドを車輪に連結する一方、前記操作部材に機械的な連結と切り離しとを行うクラッチを介して前記操舵機構の前記入力回転軸を連結した車両用操舵装置において、
前記クラッチは、前記操作部材に連結される入力軸または前記操舵機構の入力回転軸に連結される出力軸のいずれか一方の端面に結合された内周面形成部材と該内周面形成部材の内周面を転動すると共に該内周面形成部材の内周寸法よりも短い外周寸法を有する外周面形成部材と、前記内周面形成部材の中心部に一体に設けられた筒部と前記外周面形成部材の中心部に形成された円形孔との間に形成された円環状空間と、該円環状空間に設けられ幅広の基端部どうしが対向配置された一対のくさびと、該一対のくさびの基端部どうしを相互に引き離す方向へ付勢する付勢手段と、前記入力軸または前記出力軸の他方の端面に突出形成され前記円環状空間の内部であって円周方向での前記一対のくさびの先端部どうしの間に挿入されている駆動部と、前記入力軸または前記出力軸の他方の端面から前記円環状空間の内部であって前記一対のくさびの基端部どうしの間へ進退可能に設けられたロックピンとを備え、
前記ロックピンが一対のくさびの基端部どうしの間から退出しているロック解除状態では、前記駆動部が前記一対のくさびを押圧しながら前記内周面形成部材および前記外周面形成部材に対して空転しクラッチ切り離し状態となる一方、前記ロックピンが一対のくさびの基端部どうしの間に入り込んだロック状態では、前記一対のくさびの楔機能により一体化された前記一対のくさびと前記内周面形成部材と前記外周面形成部材とを前記駆動部が押圧して回転駆動しクラッチ接続状態となることを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用操舵装置において、
前記ロックピンは、前記ロックピンを前記一対のくさびの基端部どうしの間へ向かって付勢する付勢手段と、該付勢手段の付勢力に抗して前記ロックピンを待機位置へ吸引する電磁石とを備えた電磁ソレノイド機構により操作されることを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の車両用操舵装置において、
前記外周面形成部材の外周面と前記内周面形成部材の内周面との少なくともいずれか一方に複数の凹凸を形成したことを特徴とする車両用操舵装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−１５５７８２（Ｐ２００８−１５５７８２Ａ）
【公開日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３４６８８３（Ｐ２００６−３４６８８３）
【出願日】平成１８年１２月２５日（２００６．１２．２５）
【出願人】（０００２３７３０７）富士機工株式会社 (392)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月２５日（２００６．１２．２５）
【出願人】（０００２３７３０７）富士機工株式会社 (392)
【Ｆターム（参考）】
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