JP2009269468A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操舵部材と舵取り機構との機械的な連結を解除可能な低コストで小型の車両用操舵装置を提供する。
【解決手段】操舵部材と転舵輪との動力伝達経路２０の一部は、ステアリングシャフト４と操舵側プーリ２６とによって構成されている。ステアリングシャフト４と操舵側プーリ２６との間にクラッチ２３が介装されている。クラッチ２３は、ステアリングシャフト４と操舵側プーリ２６とをトルク伝達可能に連結するためのタウメル機構３５と、操作機構３６とを含む。操作機構３６は、ステアリングシャフト４および操舵側プーリ２６間に作用するトルクが所定値を越えたときに、ステアリングシャフト４と操舵側プーリ２６との連結を解除するように、タウメル機構３５を操作する。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両用操舵装置に関する。

車両用操舵装置には、ステアリングホイールの操作力を、ケーブルを介して舵取り機構に伝達するものがある（例えば、特許文献１，２参照）。ケーブルは、ステアリングホイールに連結された一方のプーリと、舵取り機構に連結された他方のプーリとに巻き回されている。ステアリングホイールを操作することに伴い一方のプーリがケーブルを巻くことで、他方のプーリからケーブルが繰り出され、他方のプーリおよび舵取り機構のシャフトを駆動する。特許文献２では、ケーブルに過大な引張力が作用しないようにするための構成が設けられている。

特許文献１では、ステアリングホイールと舵取り機構との間の機械的な連結を解除可能なステアバイワイヤ方式を採用している。具体的には、ステアリングホイールと一方のプーリとの間にタウメル機構が介装されている。このタウメル機構によって、ステアリングホイールと一方のプーリとが解除可能に連結される。
特開２００７−２２４６０号公報 特開２００４−２１７１６１号公報

ステアリングホイールと舵取り機構との機械的な連結を解除可能な車両用操舵装置において、製造コストの低減と、小型化が要請されている。本発明は、これらの課題を解決することを目的とする。

例えば、ステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置は、通常時には、操舵部材と転舵輪との間の機械的な連結が解除されており、アクチュエータによって転舵輪を操向するようになっている。そして、アクチュエータが故障した等のフェール時には、操舵部材と転舵輪とを機械的に連結する。これにより、運転者から操舵部材に付与される操舵トルクを転舵機構に伝えて転舵輪を操向できるようにしてある。

しかしながら、操舵部材と転舵輪とを機械的に連結する必要があるのは、フェール時のわずかな間、例えば、フェールが発生してから路肩に停止するまでのわずかな間だけである。したがって、フェール時には、転舵輪を小トルクで操向することが出来る車両の走行中さえ操舵を行えれば、操舵に関する利便性を実質的に損なうことはない。
上記の知見に基づいてなされた本発明は、操舵部材（２）と転舵輪（１０）との機械的な連結を解除可能な車両用操舵装置（１）において、操舵部材と転舵輪との間の動力伝達経路（２０）の一部を構成する第１および第２の回転部材（４，２６）と、第１および第２の回転部材間に介装されるクラッチ（２３）と、を備え、上記クラッチは、第１および第２の回転部材をトルク伝達可能に連結するためのタウメル機構（３５）と、第１および第２の回転部材間に作用するトルクが所定値を越えたときに第１および第２の回転部材の連結を解除するようにタウメル機構を操作する操作機構（３６）と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、第１および第２の回転部材間に作用するトルクが所定値を超えたときに、タウメル機構による第１および第２の回転部材の連結を解除できる。これにより、第１および第２の回転部材やタウメル機構等、動力伝達経路を構成する各部材に作用するトルクの最大値を小さくできる。動力伝達経路を構成する各部材に大トルクが作用することを防止できる結果、これら各部材を小型化することができる。また、動力伝達経路を構成する各部材を小型化することができる結果、これら各部材の材料コストの低減を通じて製造コストを低減できる。

しかも、第１および第２の回転部材間で伝達可能なトルクが上記所定値以下であっても、操舵に関する利便性を実質的に損なうことはない。すなわち、操舵部材と転舵輪とを機械的に連結することにより操舵部材の操舵トルクで転舵輪を操向する必要があるのは、例えば、転舵輪を操向するためのアクチュエータが故障した等のフェール時のわずかな間、例えば、フェールが発生してから路肩に停止するまでのわずかな間だけである。したがって、フェール時には、転舵輪を小トルクで操向することが出来る走行中さえ操舵を行えれば、操舵に関する利便性を実質的に損なうことはない。

なお、上記において、括弧内の数字等は、後述する実施の形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る車両用操舵装置１の概略構成を示す模式図である。図１を参照して、本実施の形態に係る車両用操舵装置１は、操舵部材２と転舵輪１０との機械的な連結を解除可能なステアバイワイヤ式の車両用操舵装置であり、ステアリングホイール等の操舵部材２と、ラックアンドピニオン機構を含む転舵機構３とを備えている。

操舵部材２は、図示しない車体に回転可能に支持された第１の回転部材としてのステアリングシャフト４の一端に連結されている。ステアリングシャフト４の途中部には、電動モータからなる反力用アクチュエータ５が設けられている。反力用アクチュエータ５は、所定の操舵反力を操舵部材２に付与するためのものである。
転舵機構３は、車両の左右方向に延びる転舵軸としてのラック軸６と、ラック軸６に形成されたラック６ａに噛み合うピニオン７ａが一端に連結されたピニオン軸７と、ラック軸６に転舵力を付与するための電動モータからなる転舵用アクチュエータ８とを含む。

ラック軸６は、車体に固定された図示しないハウジング内で軸方向移動可能に支持されている。また、ラック軸６の両端部にはそれぞれタイロッド９が結合されている。各タイロッド９はナックルアーム（図示せず）を介して転舵輪１０に連結されている。転舵用アクチュエータ８の出力回転は、この出力回転をラック軸６の軸方向移動に変換するための変換機構（図示せず）を介して、ラック軸６に伝達される。変換機構として、ボールねじ機構等のねじ機構を例示することができる。

車両用操舵装置１には、操舵部材２の操舵角θｗを検出するための操舵角センサ１１、運転者等から操舵部材２に付与された操舵トルクＴｗを検出するためのトルクセンサ１２、転舵輪１０の転舵角θｔを検出するための転舵角センサ１３、車速Ｖを検出するための車速センサ１４、車両の横加速度Ｇｓを検出するための横加速度センサ１５、車両のヨーレートγを検出するためのヨーレートセンサ１６が設けられている。

操舵角θｗは、操舵部材２の操舵中立位置からの回転角として表される。
転舵角θｔは、ピニオン軸７の回転角を用いて表されるものであり、ピニオン軸７の操舵中立位置からの回転角として表される。
上記操舵角θｗに関する信号および操舵トルクＴｗに関する信号は、反力制御部１８に入力される。反力制御部１８は、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭを含む電子制御ユニット（Electronic Control Unit）であり、操舵部材２に付与される操舵反力を制御するために設けられている。反力制御部１８は、反力用アクチュエータ５に接続されている。反力制御部１８は、検出された操舵角θｗおよび操舵トルクＴｗ等に基づいて、図示しない駆動回路を介して反力用アクチュエータ５の駆動を制御する。

また、上記操舵角θｗに関する信号、操舵トルクＴｗに関する信号、転舵角θｔに関する信号、車速Ｖに関する信号、横加速度Ｇｓに関する信号およびヨーレートγに関する信号は、転舵制御部１９に入力される。
転舵制御部１９は、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭを含む電子制御ユニット（Electronic Control Unit）であり、転舵用アクチュエータ８から転舵機構３に付与される転舵力を制御する。転舵制御部１９は転舵用アクチュエータ８に接続されている。

反力用アクチュエータ５の電流Ｉ１は、第１の電流センサ２１によって検出される。検出された電流Ｉ１に関する信号は、転舵制御部１９に入力される。同様に、転舵用アクチュエータ８の電流Ｉ２は、第２の電流センサ２２によって検出される。検出された電流Ｉ２に関する信号は、転舵制御部１９に入力される。
転舵制御部１９は、検出された操舵角θｗ、操舵トルクＴｗ、転舵角θｔ、車速Ｖ、横加速度Ｇｓ、ヨーレートγ、反力用アクチュエータ５の電流Ｉ１および転舵用アクチュエータ８の電流Ｉ２等に基づいて、転舵用アクチュエータ８の駆動を、図示しない駆動回路を介して制御する。転舵制御部１９と反力制御部１８とは双方向に通信可能に接続されている。通常時には、操舵部材２と転舵輪１０とは機械的に連結されていない。

車両用操舵装置１は、フェール時に操舵部材２と転舵輪１０とを機械的に連結するための構成を有している。フェール時とは、例えば、転舵用アクチュエータ８の故障により、第２の電流センサ２２によって検出される電流Ｉ２が異常値を示しているときをいう。車両用操舵装置１は、転舵制御部１９によって制御されるクラッチ２３と、伝達機構２４とを備えている。

ステアリングシャフト４、クラッチ２３、伝達機構２４、転舵機構３、タイロッド９およびナックルアームによって、操舵部材２と転舵輪１０との間の動力伝達経路２０が形成されている。
クラッチ２３は、ステアリングシャフト４と伝達機構２４との機械的な連結、および機械的な連結を解除するためのものである。伝達機構２４は、ステアリングシャフト４とピニオン軸７とを連結するためのものである。

図２は、車両用操舵装置１の要部の模式的な拡大図である。図１および図２を参照して、伝達機構２４は、操舵側ハウジング２５内に回転可能に保持された第２の回転部材としての操舵側プーリ２６と、転舵側ハウジング２７内に回転可能に保持された転舵側プーリ２８と、一対の伝達ケーブル３１，３２とを有している。
転舵側プーリ２８は、ピニオン軸７の他端に同行回転可能に連結されている。

一対の伝達ケーブル３１，３２は、それぞれ、可撓性を有しており、アウターチューブ３３と、アウターチューブ３３内を移動可能に挿通するインナーケーブル３４とを有している。各伝達ケーブル３１，３２のアウターチューブ３３は、一端が操舵側ハウジング２５に接続され、他端が転舵側ハウジング２７に接続されている。
各伝達ケーブル３１，３２のインナーケーブル３４は、金属製のワイヤーや合成樹脂製のワイヤー等を用いて形成されている。各伝達ケーブル３１，３２のインナーケーブル３４の一端は、操舵側プーリ２６に固定されている。

一方の伝達ケーブル３１のインナーケーブル３４と、他方の伝達ケーブル３２のインナーケーブル３４とは、操舵側プーリ２６に互いに逆方向に巻き付けられている。
各伝達ケーブル３１，３２のインナーケーブル３４の他端は、転舵側プーリ２８に固定されている。一方の伝達ケーブル３１のインナーケーブル３４と、他方の伝達ケーブル３２のインナーケーブル３４とは、転舵側プーリ２８に互いに逆方向に巻きつけられている。

図３は、クラッチ２３周辺の要部の断面図である。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。図３および図４を参照して、ステアリングシャフト４と操舵側プーリ２６とは、同軸的に配置されている。クラッチ２３は、第１の回転部材としてのステアリングシャフト４と第２の回転部材としての操舵側プーリ２６とをトルク伝達可能に連結するためのタウメル機構３５と、タウメル機構３５を操作するための操作機構３６とを備えている。

タウメル機構３５は、アウターリング３７と、アウターリング３７と同軸的且つ同行回転可能に連なる筒状部材３８と、インナーリング３９と、一対のロック部材４１，４２とを含んでいる。
なお、一対のロック部材４１，４２は、図示しないリング状のバネのバネ力によって、ロックする位置に付勢されている。

アウターリング３７は、環状の内歯車を用いて形成されており、ステアリングシャフト４と同軸的に配置されている。このアウターリング３７の一側面３７ａには、環状の溝４３が形成されている。環状の溝４３の一側面には、内歯部４４が全周に亘って形成されている。環状の溝４３の内側に筒状部材３８が形成されている。アウターリング３７と筒状部材３８とは単一の部材を用いて一体に形成されている。

アウターリング３７には、操舵側プーリ２６が固定されている。アウターリング３７と操舵側プーリ２６とは、ステアリングシャフト４の中心軸線４６の回りを同行回転可能である。
インナーリング３９は、環状の外歯車を用いて形成されており、アウターリング３７の環状の溝４３内に配置されている。このインナーリング３９は、アウターリング３７に対して偏心配置されている。インナーリング３９の外周面には、外歯部４７が全周に亘って形成されており、内歯部４４の一部と噛み合っている。インナーリング３９の内周面３９ａは、筒状部材３８の外周面３８ａと互いに偏心して対向している。

環状の溝４３のうち、インナーリング３９の内周面３９ａと筒状部材３８の外周面３８ａとの間には、一対のロック部材４１，４２を収容するための収容空間４８が区画されている。収容空間４８は、環状に区画されており、筒状部材３８の周方向Ｃ１（以下、単に周方向Ｃ１ともいう）に沿って幅が連続的に変化している。
一対のロック部材４１，４２は、筒状部材３８の外周面３８ａおよびインナーリング３９の内周面３９ａの双方に摩擦係合することにより、筒状部材３８とインナーリング３９とを互いにロックするものである。筒状部材３８とインナーリング３９との互いのロックにより、アウターリング３７とインナーリング３９とが互いにロックされることとなる。

ステアリングシャフト４の軸方向Ｘ１（以下、単に軸方向Ｘ１ともいう）に沿って見たときに、一対のロック部材４１，４２は、それぞれ、円弧状に形成されているとともに、筒状部材３８の周方向Ｃ１に沿って互いに離れるほど先細りとなるくさび状をなしている。
各ロック部材４１，４２は、内側面４９と、外側面５０とを含んでいる。

各ロック部材４１，４２の内側面４９は、筒状部材３８の外周面３８ａと概ね等しい曲率半径を有する円弧状に形成されており、当該外周面３８ａに当接している。
各ロック部材４１，４２の外側面５０は、インナーリング３９の内周面３９ａと概ね等しい曲率半径を有する円弧状に形成されており、当該内周面３９ａに当接している。
各ロック部材４１，４２の基端部５１には、操作機構３６の後述する第１の操作部材５６と係合するための係合凹部５２がそれぞれ形成されている。各係合凹部５２は、対応するロック部材４１，４２の先端部５３側に向けて窪んでおり、軸方向Ｘ１から見て、例えば半円形形状に形成されている。各ロック部材４１，４２の先端部５３は、周方向Ｃ１に沿って滑らかに凸湾曲しており、操作機構３６の後述する第２の操作部材５７と滑らかに係合することができる。

本実施の形態の特徴の１つは、ステアリングシャフト４と操舵側プーリ２６との間に作用するトルクが所定値を超えたときに、これらステアリングシャフト４と操舵側プーリ２６との連結が操作機構３６によって解除される点にある。
操作機構３６は、ステアリングシャフト４と同行回転可能な主体部５４と、主体部５４に設けられたソレノイド５５と、第１の操作部材５６と、主体部５４に設けられた第２の操作部材５７と、主体部５４に設けられた芯合わせ部５８と、を含んでいる。

主体部５４は、第１、第２および第３の部分６１，６２，６３を有しており、軸方向Ｘ１に沿って第１、第２および第３の部分６１，６２，６３がこの順に並んでいる。第１の部分６１は、円板状に形成されており、ステアリングシャフト４の他端に同行回転可能に連結されている。第２の部分６２は、第１の部分６１と比べて厚肉に形成された円板状の部材であり、ソレノイド５５を保持するための保持孔６４が形成されている。保持孔６４は、ステアリングシャフト４の中心軸線４６に対して偏心して配置されている。第３の部分６３は、筒状に形成されており、第１の操作部材５６を収容している。芯合わせ部５８は、第３の部分６３から軸方向Ｘ１に沿って延設されて環状をなしている。この芯合わせ部５８は、筒状部材３８に遊嵌されているとともに、操舵側プーリ２６に形成された挿通孔６５に遊嵌されている。

ソレノイド５５は、第１の操作部材５６を軸方向Ｘ１に沿って変位させるためのものであり、ソレノイドハウジング６６と、固定子６７と、可動子６８とを含んでいる。ソレノイドハウジング６６は、主体部５４の第２の部分６２の保持孔６４に収容されており、この第２の部分６２にボルトを用いて固定されている。
固定子６７および可動子６８は、ソレノイドハウジング６６内に収容されている。固定子６７は、ソレノイドハウジング６６に固定されているとともに、転舵制御部１９に接続されている。可動子６８は、固定子６７に対して、ステアリングシャフト４の軸方向Ｘ１に移動可能となっている。固定子６７および可動子６８の互いの対向面は、例えば断面多角形形状に形成されており、固定子６７および可動子６８が可動子６８の中心軸線の回りを回動しないようにされている。

可動子６８のうち、ソレノイドハウジング６６から突出している先端部には、接続部材７０が固定されている。この接続部材７０には、第１の操作部材５６が固定されている。
第１の操作部材５６は、一対のロック部材４１，４２による、筒状部材３８（アウターリング３７）およびインナーリング３９の互いのロックを達成させるためのものである。この第１の操作部材５６は、柱状の小片部材を用いて形成されている。第１の操作部材５６の先端部は、タウメル機構３５の一対のロック部材４１，４２の基端部５１，５１間の空間と、軸方向Ｘ１に沿って対向している。ステアリングシャフト４のトルクは、主体部５４、ソレノイド５５および接続部材７０を介して、第１の操作部材５６に伝達される。

接続部材７０の近傍には、第１の操作部材５６をタウメル機構３５側に付勢するための付勢部材７１が設けられている。この付勢部材７１は、例えばコイルばねを用いて形成されており、一端が接続部材７０に固定され、他端がソレノイドハウジング６６に固定されている。
第２の操作部材５７は、一対のロック部材４１，４２による、筒状部材３８（アウターリング３７）およびインナーリング３９の互いのロックを解除するためのものである。この第２の操作部材５７は、主体部５４の第３の部分６３とはステアリングシャフト４の中心軸線４６の回りを同行回転可能である。

第２の操作部材５７は、断面円弧形形状に形成されており、第１の操作部材５６とは周方向Ｃ１に関して位相が約１８０°ずらされている。第２の操作部材５７は、収容空間４８に配置されており、周方向Ｃ１に関して、一対のロック部材４１，４２の先端部５３，５３間に位置している。周方向Ｃ１に関して、第２の操作部材５７の一端部５７ａと一方のロック部材４１の先端部５３との間に所定の隙間７２が設けられている。同様に、周方向Ｃ１に関して、第２の操作部材５７の他端部５７ｂと他方のロック部材４２の先端部５３との間に所定の隙間７３が設けられている。

操舵側ハウジング２５は、第１〜第５の部分７４〜７８を含んでいる。操舵側ハウジング２５の第１の部分７４は、操舵側ハウジング２５の一端壁を形成する環状の板部材である。第２の部分７５〜第４の部分７７は、操舵側ハウジング２５の胴部であり、それぞれ円筒状をなして並んでいる。第５の部分７８は、操舵側ハウジング２５の他端壁を形成する環状の板部材である。

第１の部分７４に形成された挿通孔７９からステアリングシャフト４が突出している。第２および第３の部分７５，７６は、操作機構３６の主体部５４、ソレノイド５５、接続部材７０および第１の操作部材５６を収容している。第４の部分７７は、タウメル機構３５を収容している。第４および第５の部分７７，７８は、協働して操舵側プーリ２６を収容している。第５の部分７８には、操舵側プーリ２６の挿通孔８２に挿通する環状部材８３が設けられている。環状部材８３は、軸受８４を介して、操舵側プーリ２６を回転自在に支持している。

インナーリング３９とアウターリング３７とが互いにロックされているときは、後述するように、筒状部材３８の外周面３８ａおよびインナーリング３９の内周面３９ａが、一対のロック部材４１，４２の対応する内側面４９および外側面５０とそれぞれ強圧に接触する。このため、本実施の形態では、これら外周面３８ａおよび内周面３９ａを強化するための構成を採用している。

具体的には、これら外周面３８ａおよび内周面３９ａのそれぞれが、強化層によって形成されている。この強化層は、筒状部材３８の母材の外周面およびインナーリング３９の母材の内周面のそれぞれに表面強化処理を施すことにより形成されている。
上記の強化層として、筒状部材３８の母材およびインナーリング３９の母材のそれぞれにショットピーニングを施して形成された層を例示することができる。ショットピーニングを施して形成された層は、圧縮残留応力が生じていることにより、疲労強度や耐摩耗性が向上している。

また、上記の強化層として、チタンコーティング層を例示することができる。チタンコーティング層として、ＴｉＣＮ膜によって形成された層、ＴｉＡｌＮ膜によって形成された層、およびＴｉＮ膜によって形成された層を例示することができる。
ＴｉＣＮ膜によって形成された層は、ＨＶ（ビッカース硬さ）が例えば３０００〜５０００である。ＴｉＡｌＮ膜によって形成された層は、ＨＶが例えば２３００〜２８００である。ＴｉＮ膜によって形成された層は、ＨＶが例えば２０００〜２５００である。

また、筒状部材３８の外周面３８ａ、インナーリング３９の内周面３９ａ、ならびに各ロック部材４１，４２の内側面４９および外側面５０の強度を増すための構成が採用されている。
図４と、図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図である図５を参照して、具体的には、筒状部材３８の外径部８５の肉厚を筒状部材３８の内径部８６の肉厚と比べて厚くしている。また、インナーリング３９の内径部８７の肉厚をインナーリング３９の外径部８８の肉厚と比べて厚くしている。また、各ロック部材４１，４２の肉厚を、筒状部材３８の外径部８５およびインナーリング３９の内径部８７の肉厚と概ね等しくなるように厚肉に形成している（図５において、ロック部材４１のみを図示）。

さらに、筒状部材３８、インナーリング３９および各ロック部材４１，４２は、焼入れ等の熱処理が施されている。筒状部材３８の焼入れ深さ（例えば、有効硬化層深さ）は、外周面３８ａが相対的に深くされており、外周面３８ａ以外の外表面が相対的に浅くされている。同様に、インナーリング３９の焼入れ深さは、内周面３９ａが相対的に深くされており、内周面３９ａ以外の外表面が相対的に浅くされている。また、各ロック部材４１，４２の焼入れ深さは、内側面４９および外側面５０が相対的に深くされており、内側面４９および外側面５０以外の外表面が相対的に浅くされている。なお、筒状部材３８とインナーリング３９との間には、滑り軸受が設けられていない。

上記の構成により、筒状部材３８の外周面３８ａ、インナーリング３９の内周面３９ａおよび各ロック部材４１，４２の各側面４９，５０がそれぞれ強化されている。
図１および図３を参照して、以上の概略構成を有する車両用操舵装置１において、通常の走行時には、ステアリングシャフト４と操舵側プーリ２６とは機械的に連結されておらず、操舵部材２の操舵トルクは、操舵側プーリ２６や転舵機構３には伝わらない。

具体的には、ソレノイド５５の可動子６８は、転舵制御部１９の制御によって、ソレノイドハウジング６６内に退避した位置に保持されている。これにより、操作機構３６の第１の操作部材５６は、図３および図４に示すように、一対のロック部材４１，４２の基端部５１，５１間には配置されていない。一方、第２の操作部材５７は、収容空間４８において、一対のロック部材４１，４２の先端部５３，５３間に配置されている。操舵部材２の回転に伴いステアリングシャフト４が中心軸線４６の回りを周方向Ｃ１の一方に沿って回転すると、ステアリングシャフト４に同行して第２の操作部材５７が回転する。

第２の操作部材５７が回転すると、この第２の操作部材５７は、図６に示すように、ロック部材４２の先端部５３を押圧し、一対のロック部材４１，４２の基端部５１，５１間の距離を狭める。これにより、一対のロック部材４１，４２の基端部５１，５１同士が互いに当接する。この状態でステアリングシャフト４がさらに回転すると、第２の操作部材５７が周方向Ｃ１の一方に同行回転し、図示しないリング状ばねによってロック位置に付勢された一対のロック部材４１，４２も上記リング状ばねの付勢力によって周方向Ｃ１の一方に回転する。その結果、各ロック部材４１，４２は、筒状部材３８の外周面３８ａとインナーリング３９の内周面３９ａ双方に対してすべり接触し、筒状部材３８とインナーリング３９とをロックしない。インナーリング３９は、アウターリング３７と噛み合い位置を変えながら、アウターリング３７に対して空転する。

図１および図３を参照して、一方、転舵用アクチュエータ８の故障を転舵制御部１９が検出した等の、フェール時には、ステアリングシャフト４と操舵側プーリ２６とは機械的に連結され、操舵部材２の操舵トルクは、ステアリングシャフト４、クラッチ２３および伝達機構２４を介して転舵機構３に伝わる。
具体的には、転舵制御部１９がソレノイド５５の固定子６７への通電を遮断することで、固定子６７による可動子６８の保持が解除される。これにより、可動子６８は、付勢部材７１の付勢力によって、ソレノイドハウジング６６から突出するように軸方向Ｘ１に沿って変位される。これにより、第１の操作部材５６は、図７（Ａ）および図７（Ｂ）に示すように、一対のロック部材４１，４２の基端部５１，５１間に挿入される。

なお、第２の操作部材５７がロック部材４１，４２の先端部５３間に常時挿入されていることから、第２の操作部材５７と一対のロック部材４１，４２とは中心軸線４６の回りに連動回転する。よって、周方向Ｃ１に関して、第１の操作部材５６と一対のロック部材４１，４２との位相は、概ね一定に保たれており、第１の操作部材５６は、上記基端部５１間にスムーズに入ることができる。

第１の操作部材５６は、一対のロック部材４１，４２の基端部５１間に配置され、これら基端部５１，５１間の間隔を拡げる。このとき、各ロック部材４１，４２の先端部５３は、第２の操作部材５７とは当接していない。
より具体的には、第１の操作部材５６にトルクが作用していないとき、一方のロック部材４１の先端部５３と第２の操作部材５７の一端部５７ａとは、周方向Ｃ１に関して所定の隙間長さＳ１だけ離隔しているとともに、中心軸線４６回りに関して所定の隙間角θ１だけ離隔している。また、他方のロック部材４２の先端部５３と第２の操作部材５７の他端部５７ｂとは、周方向Ｃ１に関して所定の隙間長さＳ２だけ離隔しているとともに、中心軸線４６回りに関して所定の隙間角θ２だけ離隔している。

第１の操作部材５６にトルクが作用していないとき、上記隙間長さＳ１，Ｓ２はともに所定値Ｓ_０とされ、上記隙間角θ１，θ２はともに所定値θ_０とされている。
この状態から、操舵部材２が例えば周方向Ｃ１の一方に操作されることにより、操舵トルクがステアリングシャフト４に伝達されると、この操舵トルクは、操作機構３６の主体部５４やソレノイド５５の可動子６８等を介して、第１の操作部材５６に伝達される。第１の操作部材５６に伝達された操舵トルクＴにより、第１の操作部材５６は、一方のロック部材４１の基端部５１を周方向Ｃ１の一方に押圧する。これにより、一方のロック部材４１は、筒状部材３８の外周面３８ａおよびインナーリング３９の内周面３９ａの双方に摩擦係合する。

このとき、一方のロック部材４１は、くさびとして機能し、筒状部材３８およびインナーリング３９を互いにロックする。その結果、インナーリング３９とアウターリング３７が互いにロックされ、第１の操作部材５６に連なるステアリングシャフト４と、アウターリング３７に連なる操舵側プーリ２６とが同行回転可能となる。
これにより、操舵部材２の操舵トルクは、ステアリングシャフト４およびクラッチ２３を介して、操舵側プーリ２６に伝達され、操舵側プーリ２６が回転する。操舵側プーリ２６の回転により、対応するインナーケーブル３４が巻き取られ、これにより、転舵側プーリ２８および転舵側プーリ２８に連結されたピニオン軸７（図２参照）が回転する。図１を参照して、ピニオン軸７の回転は、ラック軸６の軸方向移動に変換され、これにより、各転舵輪１０が操向される。

図１および図７（Ａ）を参照して、このときの動力伝達経路２０は、ステアリングシャフト４、操作機構３６の主体部５４、ソレノイド５５、接続部材７０、第１の操作部材５６、タウメル機構３５、および操舵側プーリ２６を含む伝達機構２４等によって形成される。
また、車両の停止時に操舵部材２が操作される据え切り操作により、ステアリングシャフト４から操舵側プーリ２６に伝達されるトルクＴが所定値Ｔ１を超えたときには、ステアリングシャフト４から操舵側プーリ２６へのトルクの伝達が遮断される。具体的には、第１の操作部材５６と第２の操作部材５７とは、周方向Ｃ１に離隔して配置されているとともに、接続部材７０、ソレノイド５５および主体部５４を介して、周方向Ｃ１に相対ねじれ移動可能に連結されている。

ステアリングシャフト４の操舵トルクＴは、主体部５４、ソレノイド５５、接続部材７０および第１の操作部材５６を介して、一方のロック部材４１に伝達される。これにより、例えば、接続部材７０のうち、可動子６８が固定されている内径部と、第１の操作部材５６が固定されている外径部とが、周方向Ｃ１に沿って弾性的にねじれ変形する。このねじれ変形により、第２の操作部材５７は、第１の操作部材５６に対して周方向Ｃ１の一方に変位する。これにより、図８（Ａ）に示すように、第２の操作部材５７の他端部５７ｂと他方のロック部材４２の先端部５３との隙間長さＳ２が所定値Ｓ_０から狭くなるとともに、隙間角θ２が所定値θ_０から小さくなる。

そして、図８（Ｂ）に示すように、第１の操作部材５６から一方のロック部材４１に伝達されるトルクＴが所定値Ｔ１に達すると、第２の操作部材５７の他端部５７ｂが他方のロック部材４２の先端部５３に当接し、この先端部５３を周方向Ｃ１の一方に押圧する。
すなわち、第１の操舵部材５６から一方のロック部材４１に伝達されるトルクＴがゼロから所定値Ｔ１に変化することにより、第２の操作部材５７の他端部５７ｂと他方のロック部材４２の先端部５３との隙間長さＳ２が所定値Ｓ_０からゼロに変化する。同様に、隙間角θ２も、所定値θ_０からゼロに変化する。

第２の操作部材５７が他方のロック部材４２を押圧することにより、一対のロック部材４１，４２に、一対のロック部材４１，４２の基端部５１間の間隔を狭めようとするトルクＴ’が働く。その結果、図６で示すのと同様に、一方のロック部材４１による筒状部材３８とインナーリング３９の互いのロックが解除される。すなわち、アウターリング３７とインナーリング３９とのロック（トルク伝達）が解除され、ステアリングシャフト４と操舵側プーリ２６との間のトルクの伝達が遮断される。

なお、上記ではステアリングシャフト４が周方向Ｃ１の一方に回転されたときを説明したが、ステアリングシャフト４が周方向Ｃ１の他方に回転されたときも同様である。
以上説明したように、本実施の形態によれば、ステアリングシャフト４と操舵側プーリ２６との間に作用するトルクが所定値を超えたときに、タウメル機構３５によるステアリングシャフト４と操舵側プーリ２６との連結を解除できる。

これにより、ステアリングシャフト４や、操舵側プーリ２６や、第１の操作部材５６や、タウメル機構３５の一対のロック部材４１，４２や、インナーケーブル３４等、動力伝達経路２０を構成する各部材に作用するトルクの最大値を小さくできる。動力伝達経路２０を構成する各上記部材に大トルクが作用することを防止できる結果、これら各部材を小型化することができる。また、動力伝達経路２０を構成する各部材を小型化することができる結果、これら各部材の材料コストの低減を通じて製造コストを低減できる。

しかも、ステアリングシャフト４と操舵側プーリ２６との間で伝達可能なトルクが上記所定値以下であっても、操舵に関する利便性を実質的に損なうことはない。すなわち、操舵部材２と転舵輪１０とを機械的に連結することにより操舵部材２の操舵トルクで転舵輪１０を操向する必要があるのは、転舵用アクチュエータ８が故障した等のフェール時のわずかな間、例えば、フェールが発生してから路肩に停止するまでのわずかな間だけである。

したがって、フェール時には、転舵輪１０を小トルクで操向することが出来る走行中さえ操舵を行えれば、操舵に関する利便性を実質的に損なうことはない。
また、筒状部材３８の外周面３８ａ、インナーリング３９の内周面３９ａ、ならびに各ロック部材４１，４２の内側面４９および外側面５０のそれぞれの強度を高くしている。これにより、第１の操作部材５６からのトルクが各ロック部材４１，４２に作用したときに、各ロック部材４１，４２の内側面４９および筒状部材３８の外周面３８ａが互いに変形することを防止でき、且つ、各ロック部材４１，４２の外側面５０およびインナーリング３９の内周面３９ａが互いに変形することを防止できる。

その結果、第１の操作部材５６から各ロック部材４１，４２にトルクが伝達されたときに、各ロック部材４１，４２が筒状部材３８およびインナーリング３９を迅速にロックすることができ、第１の操作部材５６のトルクを迅速にタウメル機構３５に伝達できる。したがって、操舵部材２を操舵したときに運転者がガタを感じることを防止できる。
本発明は、以上の実施の形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。例えば、第１の操作部材５６に代えて、図９（Ａ）、図９（Ｂ）および図９（Ｃ）に示す第１の操作部材５６Ａを用いてもよい。なお、以下では、図１〜図８に示す実施の形態と同様の構成については、図に同様の符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態では、第１の操作部材５６Ａから対応するロック部材（例えば、ロック部材４１）に作用するトルクＴが所定値Ｔ１を超えたときに、第１の操作部材５６Ａが一対のロック部材４１，４２の基端部５１間から抜けるようにしてある（図９（Ａ）において、一方のロック部材４１のみを図示）。
具体的には、第１の操作部材５６Ａの先端部は、四角錐台形状に形成されている。この先端部に、一対の傾斜状カム面９１，９２が設けられている。一対の傾斜状カム面９１，９２は、周方向Ｃ１に関して互いに離隔して配置されている。一対の傾斜状カム面９１，９２間の間隔は、軸方向Ｘ１に沿ってステアリングシャフト４から遠ざかるにしたがい狭くなっている。

通常時には、第１の操作部材５６Ａは一対のロック部材４１，４２の何れにも係合していない。したがって、通常時には、ステアリングシャフト４と操舵側プーリ２６とは、図１〜図８に示した実施の形態と同様、機械的に連結されていない。
一方、フェール時には、図１〜図８に示した実施の形態と同様、ステアリングシャフト４と操舵側プーリ２６とが機械的に連結される。すなわち、フェール時には、ソレノイド５５の固定子６７による可動子６８の保持が解除される。これにより、図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）に示すように、可動子６８は、付勢部材７１の付勢力によって、ソレノイドハウジング６６から突出するように軸方向Ｘ１に沿って変位される。これにより、第１の操作部材５６Ａの先端部は、一対のロック部材４１，４２の基端部５１間に挿入され、一対の傾斜状カム面９１，９２が、一対のロック部材４１，４２の対応する基端部５１にそれぞれ係合する。第１の操作部材５６Ａから一対のロック部材４１，４２へ操舵トルクＴが伝達されるときの作用は、図１〜図８に示す実施の形態と同様である。

一方、車両の停止時に操舵部材２が操作される据え切り操作等により、ステアリングシャフト４から操舵側プーリ２６に伝達されるトルクＴが所定値Ｔ１を超えたときには、ステアリングシャフト４から操舵側プーリ２６へのトルクの伝達が遮断される。
具体的には、第１の操作部材５６Ａの作用について説明するための要部の模式図である図１１（Ａ）を参照して、第１の操作部材５６Ａの傾斜状カム面９１から一方のロック部材４１の基端部５１に操舵トルクＴが作用することにより、基端部５１から傾斜状カム面９１に垂直抗力Ｎが生じる。垂直抗力Ｎは、軸方向Ｘ１に沿う成分ＮＸ１を含む。一方、付勢部材７１は、第１の操作部材５６Ａを軸方向Ｘ１に沿って付勢力Ｆ１で付勢している。上記成分ＮＸ１の向きと付勢力Ｆ１の向きとは、互いに逆である。

第１の操作部材５６Ａの傾斜状カム面９１から一方のロック部材４１の基端部５１に作用するトルクＴが所定値Ｔ１になったとき、上記垂直抗力Ｎのうち軸方向Ｘ１に関する成分ＮＸ１の値は、付勢力Ｆ１の値と等しくなる。そして、上記トルクＴが所定値Ｔ１を超えると、成分ＮＸ１が付勢力Ｆ１を超える（ＮＸ１＞Ｆ１）。図１１（Ｂ）を参照して、これにより、第１の操作部材５６Ａは、付勢部材７１の付勢力Ｆ１に抗して、軸方向Ｘ１のうちのステアリングシャフト４側に移動する。その結果、第１の操作部材５６Ａは、一対のロック部材４１，４２の基端部５１，５１間から抜け、これら一対のロック部材４１，４２との係合を解除される。これにより、第１の操作部材５６Ａ（ステアリングシャフト４）から一対のロック部材４１，４２へのトルクの伝達が遮断される。

なお、各上記実施の形態において、クラッチ２３は、伝達機構２４と転舵機構３との間に配置されてもよい。

本発明の一実施の形態に係る車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。 車両用操舵装置の要部の模式的な拡大図である。 クラッチ周辺の要部の断面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。 図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。 操作機構によるタウメル機構の操作について説明するための要部の断面図である。 （Ａ）は、操作機構によるタウメル機構の操作について説明するための要部の断面図であり、（Ｂ）は、図７（Ａ）のＶＩＩＢ−ＶＩＩＢ線に沿う断面図である。 （Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、操作機構によるタウメル機構の操作について説明するための要部の断面図である。 （Ａ）は、本発明の別の実施の形態の要部の断面図であり、（Ｂ）は、第１の操作部材の要部の斜視図であり、（Ｃ）は、第１の操作部材の要部の縦断面図である。 （Ａ）は、操作機構によるタウメル機構の操作について説明するための要部の断面図であり、（Ｂ）は、図１０（Ａ）のＸＢ−ＸＢ線に沿う断面図である。 （Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、第１の操作部材の作用について説明するための要部の模式図である。

符号の説明

１…車両用操舵装置、２…操舵部材、４…ステアリングシャフト（第１の回転部材）、１０…転舵輪、２０…動力伝達経路、２３…クラッチ、２６…操舵側プーリ（第２の回転部材）、３５…タウメル機構、３６…操作機構。

Claims (1)

1. 操舵部材と転舵輪との機械的な連結を解除可能な車両用操舵装置において、
   操舵部材と転舵輪との間の動力伝達経路の一部を構成する第１および第２の回転部材と、
   第１および第２の回転部材間に介装されるクラッチと、を備え、
   上記クラッチは、第１および第２の回転部材をトルク伝達可能に連結するためのタウメル機構と、第１および第２の回転部材間に作用するトルクが所定値を越えたときに第１および第２の回転部材の連結を解除するようにタウメル機構を操作する操作機構と、を含むことを特徴とする車両用操舵装置。

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