JP2005132327A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 遊星歯車機構とロック機構とを備えた車両用操舵装置において、システムの失陥時におけるステアリング不能領域を微小にした車両用操舵装置を提供すること。
【解決手段】 車両用操舵装置Ｓは、車輪Ｗを転舵するために操作される操舵部材１と、車輪Ｗを転舵する転舵機構２と、転舵機構２に取り付けられ車輪Ｗを転舵するための付勢する転舵モータＭｂと、操舵部材１と転舵機構２との間に設けられた複数組の遊星歯車機構４，５と、当該遊星歯車機構４，５をロックすることにより操舵部材１と転舵機構２とを機械的に連結するロック機構６と、から構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、通常時は運転者のハンドル操作に対して操舵部材と車輪とが機械的に連結されないようにすると共に、電気的な故障などのシステム失陥時は、操舵部材と車輪とが、機械的に結合して操舵できるようにする所謂ステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置に関する。

従来からステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置は、転舵力伝達機構と反力伝達機構とを機械的に連結する連結部を備え、車輪の転舵に応じた適正な操作反力が操舵部材に付与されるようにしている（例えば、特許文献１）。

図６は、従来のステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置を示す断面図である。
従来からステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置１００には、図６に示すように、反力モータＭ１と転舵モータＭ２の２つのモータが配設されている。
反力モータＭ１は、反力伝達機構１１０及びトーションバー１２０を介して操舵部材（図示せず）に連結した操舵入力軸１３０に接続されていて、ステアリングホイールのような操舵部材（図示せず）に反力を付与する動力源である。
転舵モータＭ２は、転舵力伝達機構１４０及びシャフト１５０を介して車輪（図示せず）側に連結した転舵出力軸１６０に接続されていて、車輪（図示せず）を転舵する動力源である。

反力伝達機構１１０は、反力モータＭ１のモータ軸に設置されたモータギヤＭ１ａと、このモータギヤＭ１ａに噛合している大ギヤ１１１ａと、この大ギヤ１１１ａの内側に一体形成されたリングギヤ１１１と、このリングギヤ１１１に噛合するプラネタリギヤ１１２と、このプラネタリギヤ１１２に噛合するサンギヤ１１３と、このサンギヤ１１３と同一回転するトーションバー１２０とから構成されている。反力伝達機構１１０には、サンギヤ１１３と、リングギヤ１１１と、複数のプラネタリギヤ１１２と、このプラネタリギヤ１１２を回転自在に支持するプラネタリキャリア１４６とからなる１組の遊星歯車機構１１４が配設されている。

転舵力伝達機構１４０は、転舵モータＭ２のモータ軸に設置されたウォーム１４１と、このウォーム１４１に噛合して減速回転するウォームホイール１４２と、このウォームホイール１４２と同じ回転軸１４３に設置された中間ギヤ１４４と、この中間ギヤ１４４に噛合する出力ギヤ１４５と、この出力ギヤ１４５に固定されたプラネタリキャリア１４６と、このプラネタリキャリア１４６に端部を固定したシャフト１５０とから構成されている。

ハウジング１７０には、リングギヤ１１１をハウジング１７０に対して固定するロック機構１８０としての電磁ソレノイド１８１が１つ設置されている。電磁ソレノイド１８１は、電磁力によって出没してリングギヤ１１１の側面に形成した多数の係合溝１１１ｂに係合・離脱するプランジャ１８１ａを備えている。

この電磁ソレノイド１８１によってリングギヤ１１１がロック状態にある異常時では、サンギヤ１１３とプラネタリキャリア１４６は独立して回転することが不能である。このため、プラネタリキャリア１４６は、サンギヤ１１３が回転すると連動して、操舵入力軸１３０の回転が所定のギヤ比で転舵出力軸１６０に伝達される。
電磁ソレノイド１８１の通電時（正常時）には、プランジャ１８１ａがその電磁ソレノイド１８１内に吸引されて、係合溝１１１ｂから離脱した状態にあるため、リングギヤ１１１の自由な回転を許容する。このようなリングギヤ１１１の自由な回転状態であって、操舵入力軸１３０、トーションバー１２０及びサンギヤ１１３と、転舵出力軸１６０、回転軸１４３及びプラネタリキャリア１４６との独立した回転が可能な状態であっても、プラネタリギヤ１１２は、サンギヤ１１３及びプラネタリキャリア１４６の回転にそれぞれ連動する。
したがって、このプラネタリギヤ１１２は、反力伝達機構１１０と転舵力伝達機構１４０とを機械的に連結するクラッチ的な連結部の機能をする。

特開２００３−１３７１２７号公報（段落００１５〜００２０、図２）

前記のように、ロック機構１８０においては、システムの失陥時にリングギヤ１１１をロックすべく、電磁ソレノイド１８１のプランジャ１８１ａが突出し、このプランジャ１８１ａの先端がリングギヤ１１１の側面に形成された係合溝１１１ｂに係合する構造となっている。
しかしながら、図６（特許文献１）に示すような車両用操舵装置１００では、反転伝達機構１１０に遊星歯車機構１１４が１組しか設けられていないため、転舵出力軸１６０に対するリングギヤ１１１の増速比が小さくなる。そのため、ロック機構１８０の作動時に電磁ソレノイド１８１に掛かる負荷が大きくなり、電磁ソレノイド１８１が損傷し易いという問題があった。
一方、ロック機構１８０の作動時（システムの失陥時）には、プランジャ１８１ａがリングギヤ１１１の係合溝１１１ｂに係合するまでは遊星歯車機構１１４が遊動し、ステアリングホイールが空転する角度領域（以下、「ステアリング不能領域」と記す）が生じてしまう。このステアリング不能領域を小さくするには、リングギヤ１１１における係合溝１１１ｂの角度間隔を小さくする必要があるが、転舵出力軸１６０に対するリングギヤ１１１の増速比が小さいことから、リングギヤ１１１の外径を大きくしなければならず、遊星歯車機構１１４が大型化してしまう問題があった。

本発明の課題は、遊星歯車機構とロック機構とを備えた車両用操舵装置において、システムの失陥時におけるステアリング不能領域を微小にした車両用操舵装置を提供することにある。

前記課題を解決するために、請求項１に記載の車両用操舵装置は、車輪を転舵するために操作される操舵部材と、前記車輪を転舵する転舵機構と、当該転舵機構に取り付けられ前記車輪を転舵するための付勢力を付与する転舵モータと、前記操舵部材と前記転舵機構との間に設けられた複数組の遊星歯車機構と、当該遊星歯車機構をロックすることにより前記操舵部材と前記転舵機構とを機械的に連結するロック機構と、から構成されたことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、車両用操舵装置は、例えば、電気的な故障などによって電源がＯＦＦすると、ロック機構が遊星歯車機構をロックすることにより、操舵部材と転舵機構とが機械的に連結されるため、通常の操舵が可能となる。このときに操舵部材をハンドル操作したときの回転トルクは、複数組の遊星歯車機構を介してロック機構に伝達される。遊星歯車機構からロック機構にかかる負荷は、操舵部材の回転が複数組の遊星歯車機構で増速回転した分だけ小さくなる。このため、ロック機構は、遊星歯車機構による損傷を防止することができると共に、小型化あるいは簡素な構造にすることができる。そして、遊星歯車機構が増速回転したことにより、システムの失陥時におけるステアリング不能領域を微小にできる。

請求項２に記載の車両用操舵装置は、請求項１に記載の車両用操舵装置であって、前記遊星歯車機構がロック用歯車を有し、前記ロック機構が前記ロック用歯車に噛合するロック部材を有することを特徴とする。

請求項２に記載の本発明によれば、車両用操舵装置は、例えば、電気的な故障などによって電源がＯＦＦすると、ロック機構のロック部材が遊星歯車機構のロック用歯車をロックすることにより、操舵部材と転舵機構とが機械的に連結されるため、通常の操舵が可能となる。このときに操舵部材をハンドル操作したときの回転トルクは、複数組の遊星歯車機構を介してロック用歯車に伝達され、このロック用歯車からロック機構に伝達される。その操舵部材の回転は、複数組の遊星歯車機構で増速回転されることにより、システムの失陥時におけるステアリング不能領域を微小にできる。

本発明に係る車両用操舵装置は、前記複数組の遊星歯車機構が、前記操舵部材に設置された操舵入力軸に連結された第１遊星歯車機構と、当該第１遊星歯車機構に連続した第２遊星歯車機構とからなり、前記ロック用歯車が前記第２遊星歯車機構の末端に設けられていることが好ましい。
このように構成すれば、操舵部材をハンドル操作したときの回転は、操舵入力軸から第１遊星歯車機構及び第２遊星歯車機構を介して増速回転されてロック用歯車に伝達される。
遊星歯車機構からロック機構にかかる負荷は、操舵部材の回転が複数組の第１及び第２遊星歯車機構で増速回転した分だけ小さくなる。このため、ロック機構は、遊星歯車機構による損傷を防止することができると共に、小型化あるいは簡素な構造にすることができる。そして、ロック機構は、遊星歯車機構が増速回転した分だけ、システムの失陥時におけるステアリング不能領域を微小にできる。

本発明に係る車両用操舵装置は、前記第１遊星歯車機構は、前記操舵部材に設置された操舵入力軸の下端部に設けられた第１リングギヤと、当該第１リングギヤに噛合する第１プラネタリギヤと、当該第１プラネタリギヤに噛合する第１サンギヤと、前記第１プラネタリギヤを支持すると共に転舵出力軸に固定された第１プラネタリキャリアとからなり、前記第２遊星歯車機構は、前記第１サンギヤと共に回転する第２プラネタリキャリアと、当該第２プラネタリキャリアによって回転される第２プラネタリギヤと、当該第２プラネタリギヤに噛合すると共に回転不能に固定された第２リングギヤと、前記第２プラネタリギヤに噛合する第２サンギヤと、当該第２サンギヤと共に回転する前記ロック用歯車とからなることが好ましい。
このような構成にすれば、例えば、電気的な故障などによって電源がＯＦＦすると、ロック部材によってロック用歯車がロックされる。すると、操舵部材をハンドル操作したときの回転は、操舵入力軸から第１リングギヤ、第１プラネタリギヤ、第１プラネタリキャリアを介して転舵出力軸に伝達されるようになる。
また、ロック部材がロック用歯車から開放されると、操舵部材をハンドル操作したときの回転は、操舵入力軸から第１遊星歯車機構及び第２遊星歯車機構を介してロック用歯車に伝達されてロック用歯車が空転し、ステアバイワイヤを構成させることができる。

本発明に係る車両用操舵装置によれば、操舵部材と転舵機構との間に複数組の遊星歯車機構を設けて、この遊星歯車機構をロック機構でロックすることにより、ステアバイワイヤを構成させることができると共に、ロック機構にかかる負荷を少なくすることができる。
また、操舵部材をハンドル操作したときの回転は、遊星歯車機構を介して増速回転されてロック用歯車に伝達され、遊星歯車機構からロック機構にかかる負荷は、操舵部材の回転が複数組の遊星歯車機構で増速回転した分だけ小さくなる。このため、ロック機構は、遊星歯車機構による損傷を防止することができると共に、小型化あるいは簡素な構造にすることができる。
そして、ロック機構は、遊星歯車機構が増速回転した分だけ、システムの失陥時におけるステアリング不能領域を微小にできる。

まず、図１〜図５を参照して、本発明の実施の形態に係る車両用操舵装置を説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る車両用操舵装置を示す模式図である。図２は、本発明の実施の形態に係る車両用操舵装置を示す要部断面図である。図３は、本発明の実施の形態に係る車両用操舵装置を示す要部拡大縦断面図である。図４は、図２の矢視Ｘ−Ｘ線方向断面図である。図５は、本発明の実施の形態に係る車両用操舵装置を示す図で、（ａ）はロック部材がロック用歯車に噛合しているときの状態を示す要部横断面図、（ｂ）はロック部材がロック用歯車から離脱しているときの状態を示す要部横断面図である。

図１に示すように、車両用操舵装置Ｓは、運転者が行う操舵部材１のハンドル操作に応じて転舵機構２を駆動制御して車輪Ｗを転舵すると共に、操舵部材１と車輪Ｗとが機械的に連結されないようにした、所謂ステアバイワイヤ方式の操舵装置である。この車両用操舵装置Ｓは、車輪Ｗを転舵するために操作される操舵部材１と、車輪Ｗを転舵する転舵機構２と、この転舵機構２に取り付けられて車輪Ｗを転舵するための付勢力を付与する転舵モータＭｂと、操舵部材１と転舵機構２との間に設けられた例えば、２組の第１遊星歯車機構４及び第２遊星歯車機構５と、この第２遊星歯車機構５をロックすることにより操舵部材１と転舵機構２とを機械的に連結するロック機構６と、から構成されている。
なお、第１及び第２遊星歯車機構４，５は、特許請求の範囲に記載の「遊星歯車機構」に相当する。その「遊星歯車機構」は、２組以上の複数組から構成される。

操舵部材１は、所謂ステアリングホイールであり、中央部に配設された操舵入力軸１１の上端に固定されている。
操舵入力軸１１は、操舵部材１と共に回転する所謂ステアリングシャフトである。操舵入力軸１１の下端部には、図２に示すように、この操舵入力軸１１に一体形成された第１リングギヤ１２と、この第１リングギヤ１２の上方に配置されると共に、操舵入力軸１１に嵌着されたウォームホイール３２とが設置されている。操舵入力軸１１は、アクチュエータケース３３の内壁に装着された入力軸用第１ベアリング３４と入力軸用第２ベアリング３５とにより回転自在に支持されている。

入力軸用第１ベアリング３４は、操舵入力軸１１の回転摩擦を低減させて軸支するためのボールベアリングなどからなり、アクチュエータケース３３の上端部に形成された軸受孔３３ａに内設されている。
入力軸用第２ベアリング３５は、第１リングギヤ１２の外周部を軸支するためのローラベアリングからなり、アクチュエータケース３３の下端部に形成された開口部３３ｂの内壁に設置されている。

第１リングギヤ１２は、第１遊星歯車機構４のプラネタリギヤ４１に噛合する内歯歯車からなり、上側を閉塞し、下側を開口したキャップ状の部材により形成されている。第１リングギヤ１２の外周面は、入力軸用第２ベアリング３５によって回転自在に軸支されている。

図３に示すように、反力発生機構３は、バッテリ（図示せず）の電気で反力アクチュエータとしての反力モータＭａを回転して推力を発生させて、操舵部材１のハンドル操作に反力を与える装置である。反力発生機構３は、反力モータＭａと、この反力モータＭａのモータ軸Ｍａ１に設けられたウォーム３１と、このウォーム３１に噛合して前記操舵入力軸１１を減速回転させるためのウォームホイール３２とから構成されている。

図１に示すように、反力モータＭａは、後記するロック機構６がロック用歯車５１をロックしているときに操舵部材１の操舵力を補助するアシスト機構として作動し、そのロック機構６がロック用歯車５１を開放しているときに操舵力反発機構として作動する。反力モータＭａは、反力発生機構３の駆動源であり、操舵角センサ１４からの操舵部材１の回転信号と、操舵トルクセンサ（図示せず）からの信号と、車速センサ１５からの車速信号とにより制御された電子制御装置１３から電流によってモータ軸Ｍａ１（図３参照）を回転させる。
図３に示すように、反力モータＭａは、アクチュエータケース３３にねじ止めされるモータケースＭａ２に固定されている。

アクチュエータケース３３には、図３に示すように、モータケースＭａ２と、モータ軸Ｍａ１を軸支するためのボールベアリング３６，３７と、ウォーム３１と、ウォームホイール３２とが収納されている。

モータ軸Ｍａ１には、ウォームホイール３２に噛合するウォーム３１が一体形成され、そのウォーム３１の両側を前記ボールベアリング３６，３７で軸支している。
ウォームホイール３２は、操舵入力軸１１に設けられ、ウォーム３１の回転を減速回転させるための歯車であって、ウォーム３１とで歯車変速機構を構成している。

図２に示すように、そのウォームホイール３２と共に回転する操舵入力軸１１に設けられた前記第１リングギヤ１２の内側には、その第１リングギヤ１２に噛合する第１プラネタリギヤ４１が配設されている。

図１及び図２に示すように、アクチュエータケース３３とギヤボックスハウジング２１との間の収納空間Ａには、動力源となる反力発生機構３と、この反力発生機構３によって回転させられる第１遊星歯車機構４と、この第１遊星歯車機構４に連動する第２遊星歯車機構５と、この第２遊星歯車機構５の第２サンギヤ５３と一体に回転するロック用歯車５１の回転をロックするロック機構６とが収納されている。

図１、図２及び図４に示すように、第１遊星歯車機構４は、反力発生機構３と、転舵機構２の転舵出力軸７との間に配置される歯車伝達機構である。第１遊星歯車機構４は、第１リングギヤ１２と、第１プラネタリギヤ４１と、第１プラネタリキャリア４２と、第１サンギヤ４４とから構成されている。

第１プラネタリギヤ４１は、第１プラネタリキャリア４２に一端を固定した第１支軸４３に回転自在に軸支されると共に、第１リングギヤ１２及び第１サンギヤ４４に噛合している。第１プラネタリギヤ４１の上下面には、この第１プラネタリギヤ４１を第１支軸４３に対して所定のクリアランスを確保して回転自在に支持するためのスラストワッシャ４５が配設され、第１支軸４３の下端には、第１キャリアプレート４６が嵌着されている。
なお、第１プラネタリギヤ４１の数は、複数であってもよく、特に限定されない。

第１プラネタリキャリア４２は、第１プラネタリギヤ４１が第１リングギヤ１２と第１サンギヤ４４とに噛合するように、浮いた状態に支持する回転板である。第１プラネタリキャリア４２は、スプライン状に形成された転舵出力軸７の上端部に係合されると共に、止め輪４７とスラストワッシャ４８とで挟持されて転舵出力軸７と一体に回転するように配設されている。

第１サンギヤ４４は、第２遊星歯車機構５の第２プラネタリキャリア５２を一体形成したフランジ付きの筒状をした歯車部材である。第１サンギヤ４４は、スラストワッシャ４８，４９によって、転舵出力軸７に対してクリアランスが確保されて回動自在に軸支されると共に、軸方向の移動が規制されている。

図４に示すように、第２遊星歯車機構５は、第１遊星歯車機構４と、ロック機構６との間に配置される歯車伝達機構である。第２遊星歯車機構５は、第２プラネタリキャリア５２と、第２プラネタリギヤ５４と、第２リングギヤ５５と、第２サンギヤ５３と、ロック用歯車５１とから構成されている。

第２プラネタリキャリア５２は、第２プラネタリギヤ５４が第２リングギヤ５５と第２サンギヤ５３とに噛合するように、浮いた状態に支持する回転板からなる。
第２プラネタリギヤ５４は、第２プラネタリキャリア５２に一端を固定した第２支軸５６に回転自在に軸支されている。第２プラネタリギヤ５４の上下面には、この第２プラネタリギヤ５４を第２支軸５６に回転自在に支持するためのスラストワッシャ５７が配設され、第２支軸５６の下端には、第２キャリアプレート５９が嵌着されている。なお、第２プラネタリギヤ５４の数は、複数であってもよく、特に限定されない。

第２リングギヤ５５は、第２プラネタリギヤ５４に噛合するリング状の内歯歯車からなり、ロック機構６のロック部材６１をギヤボックスハウジング２１に固定するためのレバーシャフト６２に固定されると共に、ボルトＢ１によってギヤボックスハウジング２１の内壁に固定されている。

第２サンギヤ５３は、ロック部材６１が噛合するロック用歯車５１と一体形成したフランジ付きの筒状をした歯車部材からなる。第２サンギヤ５３は、スラストワッシャ４９，５８によって、転舵出力軸７に対してクリアランスが確保されて回動自在に軸支されると共に、軸方向に移動できないように支持されている。

ロック用歯車５１は、前記第２サンギヤ５３に一体形成されて一体に回転する回転部材であって、第２遊星歯車機構５とロック機構６との一部品を構成している。
ロック用歯車５１は、外周部にロック部材６１の爪６１ａが噛合する歯溝５１ａを形成した略キャップ状の歯車からなる。ロック用歯車５１の周部には、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、ロック部材６１が配設されている。

ロック機構６は、前記第２遊星歯車機構５のロック用歯車５１と、このロック用歯車５１に噛合するロック部材６１と、このロック部材６１を元の位置に自動復帰させるためのリターンスプリング６４と、このリターンスプリング６４とロック部材６１とを支持するためのレバーシャフト６２と、ロック部材６１を開放状態にするための電磁ソレノイド６３とから構成されている。

ロック部材６１は、レバーシャフト６２に回動自在に軸支されたレバー状の部材である。ロック部材６１は、中央部にレバーシャフト６２に軸支するための軸穴６１ｂを備え、一端にロック用歯車５１の歯溝５１ａに係合する爪６１ａを備え、他端に電磁ソレノイド６３のプランジャ６３ａに押圧される押圧部６１ｃを備えている。

図４に示すように、レバーシャフト６２は、ギヤボックスハウジング２１に螺着されたボルト状の部材からなり、リターンスプリング６４、ロック部材６１及び第２リングギヤ５５を介してナット６５を装着している。

電磁ソレノイド６３は、例えば、図５（ａ）に示すように、電源がＯＦＦのときに、プランジャ６３ａを没入させて、ロック部材６１をロック用歯車５１にロックさせるように構成されている。
電磁ソレノイド６３は、図５（ｂ）に示すように、電源がＯＮのときに、プランジャ６３ａを突出させて、ロック部材６１をロック用歯車５１から開放させるように構成されている。
その電磁ソレノイド６３は、ブラケット６６に固定され、そのブラケット６６をギヤボックスハウジング２１にねじ止めすることにより、ギヤボックスハウジング２１の外壁に固定されている。

リターンスプリング６４は、レバーシャフト６２に挿入されたねじりコイルばねからなり、一端部がギヤボックスハウジング２１に固定されたピン２１ａに圧接し、他端部がロック部材６１に形成されたストッパ６１ｄに圧接した状態に設置されている。

図２に示すように、転舵出力軸７は、第１プラネタリキャリア４２、第１サンギヤ４４、第２プラネタリキャリア５２、第２サンギヤ５３及びロック用歯車５１を支持するための軸受シャフトである。転舵出力軸７は、操舵入力軸１１と同じ中心線上に設置された軸であり、ギヤボックスハウジング２１に装着された２つのボールベアリング２２，２３を介してギヤボックスハウジング２１に回転自在に設置されている。転舵出力軸７は、上端に第１プラネタリキャリア４２を固定するためのスプライン７ａと、中央部にステアリングラック２４に噛合するピニオン７ｂと、このピニオン７ｂの上部にボールベアリング２２をギヤボックスハウジング２１とで挟持するための大径部７ｃと、ピニオン７ｂの下部にボールベアリング２３を装着するための小径部７ｄと、この小径部７ｄの下部に転舵機構２の転舵モータＭｂを設置するためのねじ部７ｅとをそれぞれ一体形成している。また、転舵出力軸７の下端部の周囲には、転舵出力軸７の回転を監視する回転角度センサ（図示せず）が設置されている。

転舵機構２は、転舵モータＭｂの回転トルクによって転舵出力軸７を回転させることにより、ラックバー２５及びタイロッド９を移動させて車輪Ｗを転舵させるための装置である。

ステアリングラック２４は、図２に示すように、ギヤボックスハウジング２１の内部に左右移動自在に支持されたラックバー２５に一体形成されている。
図１に示すように、ラックバー２５の両端からは、タイロッド９が突出され、ナックル（図示せず）を介して左右の車輪Ｗ，Ｗが設置されている。
ステアリングラック２４は、長板状のラックバー２５に直接形成されている。ラックバー２５は、ギヤボックスハウジング２１の内部に左右移動自在に支持されている。
そのギヤボックスハウジング２１には、ラックバー２５を横方向から押圧するための押圧部材２６を進退自在に収納するための横穴２１ｂが形成されている。その横穴２１ｂには、ラックバー２５の背面に当接した押圧部材２６と、この押圧部材２６をピニオン７ｂ側に付勢するためのスプリング２７と、このスプリング２７のばね受けと横穴２１ｂを閉塞するための部材とを兼ねた蓋部材２８とが内設されている。蓋部材２８の外側には、ステアリングラック２４のストローク量を検知するためのポテンシヨメータ２９が設置されている。
前記ステアリングラック２４は、ラックバー２５の背面がスプリング２７に付勢された押圧部材２６によって押圧されることにより、ピニオン７ｂとの噛合する箇所のバックラッシが解消されている。

次に、本発明の実施の形態に係る車両用操舵装置の作用を説明する。
まず、図５（ａ）を参照して電源がＯＦＦの場合を説明する。
図５（ａ）に示すように、例えば、電気的な故障やイグニッションスイッチ（図示せず）がＯＦＦにより電源がＯＦＦ状態のときには、電磁ソレノイド６３へ電流が流れず、ロック機構６がロック状態にある。すなわち、プランジャ６３ａは、リターンスプリング６４に付勢されたロック部材６１の押圧部６１ｃに押されて、電磁ソレノイド６３側に没入されている。このため、ロック部材６１は、リターンスプリング６４に付勢されて矢印Ｃのロック方向に回動して、爪６１ａがロック用歯車５１の歯溝５１ａに噛合してロック状態にある。

リターンスプリング６４は、常にロック部材６１を矢印Ｃのロック方向に付勢している。このため、爪６１ａは、歯溝５１ａの底面に圧接していることにより、車体の振動などによって歯溝５１ａから離脱することなく、しっかりとロック状態を保持することができる。

また、電源がＯＦＦでロック部材６１がロック状態の方向（矢印Ｃ方向）に回動しているときに、例えば、爪６１ａの先端がロック用歯車５１の歯先５１ｂに圧接して、ロック用歯車５１がロックされていない場合であっても、ロック用歯車５１が僅かに回転すれば、リターンスプリング６４の付勢で爪６１ａが歯溝５１ａに係合すると直ぐにロック状態にすることができる。

次に、図５（ａ）を参照して、操舵部材１をハンドル操作し、ロック用歯車５１が回転しているときに、電源がＯＦＦになった場合を説明する。
その場合、ロック部材６１は、リターンスプリング６４の弾性によってプランジャ６３ａとロック部材６１とを瞬時にロック状態の方向（矢印Ｃ方向）に回動させる。すなわち、ロック部材６１には、リターンスプリング６４による付勢力があり、さらにロック用歯車５１には、爪６１ａが噛合する歯溝５１ａが多数連設されているため、爪６１ａが瞬時に歯溝５１ａに係合してロック状態にすることができる。

次に、図１及び図２を参照して、このロック状態で、運転者が操舵部材１をハンドル操作した場合を説明する。
図１に示すように、運転者が操舵部材１をハンドル操作した場合には、操舵部材１に、トルクが発生する。この操舵部材１のトルクは、操舵部材１が固定された操舵入力軸１１を介して、操舵入力軸１１に形成された第１遊星歯車機構４の第１リングギヤ１２に伝達される。電源がＯＦＦしているため、反力発生機構３は作動せず、このときのハンドル操作力がアシストされない。
第１リングギヤ１２のトルクは、噛合している第１プラネタリギヤ４１にかかり、この第１プラネタリギヤ４１で第１プラネタリキャリア４２を回転させて転舵出力軸７に伝達される。
この転舵出力軸７のトルクは、転舵出力軸７に形成されたピニオン７ｂからステアリングラック２４に伝達される。

また、前記第１プラネタリギヤ４１のトルクは、噛合している第１サンギヤ４４を介して、第１サンギヤ４４に一体形成された第２遊星歯車機構５の第２プラネタリキャリア５２に伝達される。第２プラネタリキャリア５２のトルクは、この第２プラネタリキャリア５２に軸支した第２プラネタリギヤ５４で増速回転されて、第２サンギヤ５３とロック用歯車５１と第２リングギヤ５５とに伝達される。

このときにロック用歯車５１からロック部材６１にかかるトルク（負荷）は、第１遊星歯車機構４の第１プラネタリギヤ４１と第２遊星歯車機構５の第２プラネタリギヤ５４とで２段階に増速されていることにより、トルク（負荷）が軽減されるため、ロック機構６で容易にロックすることが可能となる。
なお、ロック用歯車５１の歯溝５１ａと歯溝５１ａ（図５（ａ）、（ｂ）参照）との角度差に比較して、操舵部材１に生じるロック位置の角度差は、第１及び第２遊星歯車機構４，５により増幅された分だけ小さくなる。

しかしながら、図２に示すように、第２サンギヤ５３は、これに一体形成されたロック用歯車５１が前記ロック機構６によってロックされていると共に、第２リングギヤ５５がボルトＢ１によってギヤボックスハウジング２１に固定されている。このため、第２サンギヤ５３と第２リングギヤ５５は、トルクが負荷されても回転しない。
これにより、第２プラネタリギヤ５４は、自転も公転もすることができない。この第２プラネタリギヤ５４が回転しないことにより第２プラネタリキャリア５２は、回転せず、これに一体形成された第１サンギヤ４４も回転できない。そして、第１プラネタリギヤ４１は、第１サンギヤ４４の回りを公転することになる。
第１プラネタリギヤ４１が回転すると第１プラネタリキャリア４２は、転舵出力軸７のピニオン７ｂを回転させる。ピニオン７ｂは、ステアリングラック２４を移動させて、ラックバー２５及び車輪Ｗを転舵させる。

したがって、電気的な故障などで電源がＯＦＦしてステアバイワイヤシステムに失陥が発生したときには、ロック部材６１がロック用歯車５１をロックしている。このときに運転者が操舵部材１をハンドル操作すると、操舵部材１の回転は、操舵入力軸１１、第１リングギヤ１２、第１プラネタリギヤ４１、第１プラネタリキャリア４２、転舵出力軸７、ピニオン７ｂに伝達されて、ステアリングラック２４及びラックバー２５を介して車輪Ｗに転舵される。すなわち、車両用操舵装置Ｓは、電源が遮断された状態のとき、正常時と同様に、操舵入力軸１１と転舵出力軸７とを機械的に連結させることができる。

次に、図５（ｂ）を参照して、電磁ソレノイド６３へ電流が流れてロック機構６が開放されたときの状態を説明する。
電磁ソレノイド６３へ電流が流れると、ロック機構６は図５（ｂ）に示すように、ロック部材６１がロック用歯車５１から離れて開放状態にある。すなわち、電磁ソレノイド６３に電源から電流が流れると、磁力が発生してプランジャ６３ａが突出して、ロック部材６１の押圧部６１ｃがプランジャ６３ａによって押圧される。すると、ロック部材６１は、レバーシャフト６２を中心として矢印Ｄの開放方向に回動して爪６１ａが歯溝５１ａから離脱する。これにより、ロック用歯車５１は、開放されて、第２遊星歯車機構５が回転するようになる。

次に、図２を参照して、このロック開放状態で、運転者が操舵部材１をハンドル操作した場合を説明する。
この状態で、運転者が操舵部材１をハンドル操作すると、図２に示すように、操舵入力軸１１、第１リングギヤ１２を介して第１遊星歯車機構４の第１プラネタリギヤ４１が回転する。
このとき、第１プラネタリギヤ４１は、第１サンギヤ４４の周囲を公転しようとするが、第１プラネタリキャリア４２が転舵出力軸７、ピニオン７ｂ、ステアリングラック２４などを介して車輪Ｗに連結されていることにより負荷が大きいため、負荷が小さい第１サンギヤ４４を増速させながら自転させることになる。
そして、反力発生機構３は、任意の操舵反力制御を行ってハンドル操作をアシストする。

第１サンギヤ４４が自転すると、第１サンギヤ４４に一体形成された第２遊星歯車機構５の第２プラネタリキャリア５２が回転して、これに支持された第２プラネタリギヤ５４が自転する。第２プラネタリギヤ５４に噛合している第２リングギヤ５５は、ギヤボックスハウジング２１に固定され、ロック機構６のロック用歯車５１が自由に回転できる開放状態になっていることにより、自転できるため、第２サンギヤ５３を増速回転させる。

このように、ロック開放状態で、運転者が操舵部材１をハンドル操作した場合、ロック機構６のロック用歯車５１は回転するが、転舵出力軸７には回転が伝達されない非連結状態のステアバイワイヤシステムの状態となる。すなわち、第１遊星歯車機構４の第１プラネタリギヤ４１が操舵入力軸１１と転舵出力軸７と断続するためのクラッチ的な機構を果たす。
そして、転舵機構２が作動して、運転者のハンドル操作に対し、独立した任意の車輪切れ角制御が行われて、車輪Ｗが転舵される。

転舵モータＭｂが回転すると第１プラネタリキャリア４２が転舵出力軸７と一体に回転する。その第１プラネタリキャリア４２は、第１プラネラリギヤ４１を第１サンギヤ４４の周囲で公転させる。このとき、第１プラネタリギヤ４１に噛合している第１リングギヤ１２が、この第１リングギヤ１２と一体に回転する操舵部材１のイナーシャと運転者によるハンドル保持力により、回転できない。このため、第１プラネタリギヤ４１は、イナーシャが小さい第１サンギヤ４４を増速させ、第２プラネタリキャリア５２、第２プラネタリギヤ５４を介して第２サンギヤ５３及びロック用歯車５１を空転させる。
したがって、転舵モータＭｂは、第１リングギヤ１２に回転トルクを伝達することは殆どなく、操舵入力軸１１及び操舵部材１を回転させることも殆どない。

次に、図２を参照して、ラックバー２５に外力が入力された場合を説明する。
ラックバー２５に外力が負荷されると、ステアリングラック２４は直線移動して、転舵出力軸７のピニオン７ｂを押圧してその外力が回転トルクに変換される。
転舵出力軸７は、第１プラネタリキャリア４２によって、第１プラネタリギヤ４１を第１サンギヤ４４の周囲を公転させる。このとき、第１プラネタリギヤ４１は、噛合している第１リングギヤ１２が同軸（操舵入力軸１１）上の操舵部材１が運転者の手で保持されているため、自由に回転させることができない。このため、第１プラネタリギヤ４１は、イナーシャが小さい第１サンギヤ４４を増速させながら自転させることになる。

その第１サンギヤ４４が自転すると、これに一体形成された第２プラネタリキャリア５２は共に回転して、下段に設けた第２遊星歯車機構５の第２プラネタリギヤ５４を自転させる。第２プラネタリギヤ５４は、第２リングギヤ５５がギヤボックスハウジング２１に固定されているため、自由に自転して、第２サンギヤ５３及びロック用歯車５１を増速回転させて、回転トルクを開放する。

このように、ラックバー２５に外力が入力された場合、転舵出力軸７に伝達されたトルクは、最終的にロック用歯車５１に伝達されて空転されることにより逃がされ、操舵部材１を回転させることはほとんどない。

以上のように、車両用操舵装置Ｓは、ロック機構６を解除したときに、転舵機構２を電子制御装置１３（図１参照）の指示によって操舵することにより、ステアバイワイヤ方式の操舵を行う。
そして、ロック機構６は、電気系統の故障時または電源ＯＦＦ時にロック状態となり、第１遊星歯車機構４の第１プラネタリキャリア４１が操舵入力軸１１と転舵出力軸７とをクラッチ的に連結して機械的な結合を達成させることができる。
また、反力発生機構３は、ステアバイワイヤ方式で正常に制御しているとき、ウォーム３１、ウォームホイール３２を介して操舵入力軸１１を回転させてハンドル操作力をアシストするハンドル操舵反力制御をする。そして、反力発生機構３は、転舵モータＭｂが故障あるいはセンサ類（図示せず）などが故障したとき、ロック機構６を作動させて、操舵入力軸１１と転舵出力軸７とを連結状態にしてパワーステアリング制御（操舵力アシスト制御）に切り替わる。

車両用操舵装置Ｓは、第１遊星歯車機構４の下方に第２遊星歯車機構５を連設して２段にしたことにより、その機構の末端にあるロック用歯車５１の回転を操舵入力軸１１の回転に対して増速することができるため、ロック機構６を小型化することができる。車両用操舵装置Ｓが故障してロック機構６の電磁ソレノイド６３が作動してからプランジャ６３ａがロック用歯車５１の歯溝５１ａに係合するまでのハンドル回転角のフリーの状態を極めて微小にすることができる。さらに、第１及び第２遊星歯車機構４，５は、ロック用歯車５１の回転を操舵入力軸１１及び転舵出力軸７の回転に対して、それぞれ増速することにより、ロック機構６が受ける回転トルクを小さくすることができるため、ロック機構６が受ける衝撃を少なくして、簡素で小型なものでも対応できるようにすることができる。

なお、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その技術思想の範囲内で種々の改造及び変更が可能であり、本発明はこれら改造及び変更された発明にも及ぶことは勿論である。
例えば、第１及び第２遊星歯車機構は、２組に限定されるものではなく、複数組であればよく、操舵部材から伝達されるトルクや回転に応じて適宜な組数にすればよい。

本発明の実施の形態に係る車両用操舵装置を示す模式図である。 本発明の実施の形態に係る車両用操舵装置を示す要部断面図である。 図２の矢視Ｘ−Ｘ線方向断面図である。 本発明の実施の形態に係る車両用操舵装置を示す要部拡大縦断面図である。 本発明の実施の形態に係る車両用操舵装置を示す図で、（ａ）はロック部材がロック用歯車に噛合しているときの状態を示す要部横断面図、（ｂ）はロック部材がロック用歯車から離脱しているときの状態を示す要部横断面図である。 従来のステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置を示す断面図である。

符号の説明

１ 操舵部材
２ 転舵機構
３ 反力発生機構
４ 第１遊星歯車機構（遊星歯車機構）
５ 第２遊星歯車機構（遊星歯車機構）
６ ロック機構
７ 転舵出力軸
１１ 操舵入力軸
５１ ロック用歯車
６１ ロック部材
Ｍｂ 転舵モータ
Ｓ 車両用操舵装置
Ｗ 車輪

Claims (2)

1. 車輪を転舵するために操作される操舵部材と、
   前記車輪を転舵する転舵機構と、
   当該転舵機構に取り付けられ前記車輪を転舵するための付勢力を付与する転舵モータと
   、
   前記操舵部材と前記転舵機構との間に設けられた複数組の遊星歯車機構と、
   当該遊星歯車機構をロックすることにより前記操舵部材と前記転舵機構とを機械的に連
   結するロック機構と、から構成されたことを特徴とする車両用操舵装置。
2. 前記遊星歯車機構がロック用歯車を有し、
   前記ロック機構が前記ロック用歯車に噛合するロック部材を有することを特徴とする請
   求項１に記載の車両用操舵装置。
   
   

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