JP3701422B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電動パワーステアリング装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ステアリングハンドルの操舵力を軽減して快適な操舵感を与えるために、電動パワーステアリング装置が多用されてきた。この種の電動パワーステアリング装置は、電動機で操舵トルクに応じた補助トルクを発生し、この補助トルクを機械式クラッチを介してステアリング系に伝達するものであって、例えば特開昭６４−６９８２９号「クラッチ装置」の技術がある。
この技術は、その公報の第１図〜第３図によれば、モータ１５（番号は公報に記載されたものを引用した。以下同じ。）に連結した円筒状の外部部材２１と、操舵輪に連結した内方部材２２付き軸部３２とを、クラッチ装置２０を介して連結したものである。
【０００３】
クラッチ装置２０は、同一円上に配置された複数組の摩擦係合式クラッチ機構からなり、これらのクラッチ機構は、外部部材２１の内面と内方部材２２の外面との間で形成した１対の楔状空間２８，２８’（テーパ状空間部に相当）と、楔状空間２８，２８’に介在した１対の転動体２４，２４’と、転動体２４，２４’間に介在したばね２５と、転動体２４，２４’の位置決めをなす保持器２３とからなる。
転動体２４，２４’は、保持器２３の移動にともなって外部部材２１と内方部材２２を係合・非係合に選択的に切換える（クラッチを係合・解除する）ものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、ハンドル１１の反転操舵を始めた時点（例えば、右操舵状態から左操舵状態へ変え始めた時点）では、操舵トルクが微小なのでモータ１５が停止しており、補助トルクはクラッチ装置２０に伝達されない。このため、クラッチ装置２０を解除するには、転動体２４又は２４’を係合するための摩擦力よりも大きい解除力を加える必要がある。しかし、運転者が快適な操舵感を得るためには、解除力はできるだけ小さいことが好ましい。
一方、電動パワーステアリング装置のクラッチ装置２０は、何等かの理由でモータ１５による補助トルクが伝達されている場合であっても、確実に解除できることが求められる。このときには、通常よりも大きな解除力が必要となり運転者の負担が大きくなるという不都合がある。
【０００５】
そこで本発明の目的は、次の（１）及び（２）にある。
（１）解除力の小さい摩擦係合式クラッチ機構を備えた、電動パワーステアリング装置を提供すること。
（２）一層確実に解除できる摩擦係合式クラッチ機構を備えた、電動パワーステアリング装置を提供すること。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、電動機で操舵トルクに応じた補助トルクを発生し、この補助トルクを摩擦係合式クラッチ機構を介してステアリング系に伝達するものであって、摩擦係合式クラッチ機構を、電動機に連結した入力部材と、この入力部材に対して同軸上に配列しステアリング系の出力軸に連結した出力部材と、入力部材と出力部材の一方の内周面と他方の外周面との間に形成したテーパ状空間部と、このテーパ状空間部に介在させた係合部材と、この係合部材をテーパ状空間部のテーパ方向に付勢する付勢部材と、係合部材の位置決めをなすためにステアリングハンドルに連結した位置制御部材とで構成し、位置制御部材の回動に伴って、テーパ状空間部の摩擦係合面にくさび作用により係合又は非係合する係合部材で、入力・出力部材を係合・非係合状態に切換えて、電動機からの補助トルクを出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置において、入力部材に対し出力部材を相対的に径方向に移動可能に取付けるとともに、この相対移動に伴って、テーパ状空間部における係合部材の位置が変わっても、係合部材の当接部におけるくさび角がほぼ一定となるように、摩擦係合面にテーパ角補正部を形成したことを特徴とする。
【０００７】
入力部材に対し出力部材を相対的に径方向に移動可能に取付けたので、テーパ状空間部の摩擦係合面に係合している複数の係合部材の一部が外れると、係合部材で入力・出力部材を押圧する力のバランスが崩れる。このため、入力部材又は出力部材は他の係合部材で一方に押圧されて、径方向に移動する。この結果、入力・出力部材と他の係合部材との摩擦力は減少して、係合が外れる。このように、一部のクラッチ機構が解除すると、他のクラッチ機構も摩擦力が減少して自動的に解除する。従って、一度に全てのクラッチ機構を解除するよりも小さな解除力で、しかも、確実に解除することができる。
【０００８】
また、入力部材に対して出力部材が相対的に径方向に移動した場合に、テーパ角補正部は、摩擦係合面と係合部材との間のくさび角がほぼ一定となるように補正する。この結果、入力・出力部材の相対移動に伴って、テーパ状空間部における係合部材の位置が変わっても、くさび角はほぼ一定であり、くさび作用も変わらない。このため、テーパ状空間部から係合部材を解除するための解除力は増すことがなく、常に適正な解除力を維持できる。
【０００９】
さらに、何等かの理由で、入力部材に対し出力部材が相対的に偏心し、この偏心に伴ってテーパ状空間部における係合部材の位置が変わっても、テーパ角補正部は、摩擦係合面と係合部材との間のくさび角がほぼ一定となるように補正する作用をなす。このため、テーパ状空間部から係合部材を解除するための解除力は増すことがなく、常に適正な解除力を維持できる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、電動機で操舵トルクに応じた補助トルクを発生し、この補助トルクを摩擦係合式クラッチ機構を介してステアリング系に伝達するものであって、摩擦係合式クラッチ機構を、電動機に連結した入力部材と、この入力部材に対して同軸上に配列しステアリング系の出力軸に連結した出力部材と、入力部材と出力部材の一方の内周面と他方の外周面との間に形成したテーパ状空間部と、このテーパ状空間部に介在させた係合部材と、この係合部材を前記テーパ状空間部のテーパ方向に付勢する付勢部材と、係合部材の位置決めをなすためにステアリングハンドルに連結した位置制御部材とで構成し、位置制御部材の回動に伴って、テーパ状空間部の摩擦係合面にくさび作用により係合又は非係合する前記係合部材で、入力・出力部材を係合・非係合状態に切換えて、電動機からの補助トルクを出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置において、入力部材に対し出力部材を相対的に径方向に移動可能に取付けるとともに、テーパ状空間部の一部を拡げて、非係合時に係合部材を摩擦係合面から分離できるようにしたことを特徴とする。
【００１１】
入力部材に対し出力部材を相対的に径方向に移動可能に取付けたので、テーパ状空間部の摩擦係合面に係合している複数の係合部材の一部が外れると、係合部材で入力・出力部材を押圧する力のバランスが崩れる。このため、入力部材又は出力部材は他の係合部材で一方に押圧されて、径方向に移動する。この結果、入力・出力部材と他の係合部材との摩擦力は減少して、係合が外れる。このように、一部のクラッチ機構が解除すると、他のクラッチ機構も摩擦力が減少して自動的に解除する。従って、一度に全てのクラッチ機構を解除するよりも小さな解除力で、しかも、確実に解除することができる。
【００１２】
また、テーパ状空間部の一部を拡げたので、この拡げた部分と非係合時の係合部材との間の隙間は大きい。このため、非係合時の係合部材を摩擦係合面から確実に分離することができるので、入力部材と出力部材との相対的な径方向移動量を大きくすることができ、この結果、クラッチ機構を確実に解除することができる。
【００１３】
請求項３記載の発明は、前記摩擦係合式クラッチ機構を複数組設け、これら複数組の摩擦係合式クラッチ機構の内の少なくとも１組を、他のクラッチ機構よりも早いタイミングで非係合状態になる早期解除クラッチとし、この早期解除クラッチのテーパ状空間部を拡げたことを特徴とする。
【００１４】
複数組の摩擦係合式クラッチ機構の内、早いタイミングで非係合状態になる早期解除クラッチを設けたので、常に最初に解除になるクラッチが決まる。そして、早期解除クラッチの係合部材は摩擦係合面から外れた直後に、テーパ状空間部の拡げた部分に速やかに待避する。この結果、早期解除クラッチの係合部材は、常に他に優先して非係合になり、この時に摩擦係合面から速やかに且つ確実に分離する。このように、早期に解除になるクラッチを特定し、しかも、このクラッチの係合部材を摩擦係合面から速やかに分離するようにしたので、複数組の摩擦係合式クラッチ機構が、より一層速やかに且つ確実に解除することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図面に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図であり、電動パワーステアリング装置１は、ステアリングハンドル２で発生したステアリング系の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段３と、この操舵トルク検出手段３の検出信号に基づいて制御信号を発生する制御手段４と、この制御手段４の制御信号に基づいて操舵トルクに応じた補助トルクを発生する電動機５と、この電動機５の補助トルクをステアリング系に伝達するトルク伝達手段６及び機械式クラッチ４０とからなり、ピニオン７、ラック８ａを介して車輪（操舵輪）９，９を転舵するものである。
【００１６】
図２は本発明に係る電動パワーステアリング装置の要部拡大断面図であり、上記ステアリングハンドル２（図１参照）に連結した管状の入力軸１１と、この入力軸１１内に挿通し且つ入力軸１１に上部をピン１２で結合したトーションバー（弾性部材）１３と、このトーションバー１３の下部にピン１４で結合し下部に上記ピニオン７を刻設した出力軸１５とで、主たるステアリング系を構成したものである。
トーションバー１３は、文字通りトルクに対して正確にねじれ角が発生するメンバーであって、入力軸１１と出力軸１５との間での相対ねじり変位を発生する。なお、ラック８ａは、この図の表裏方向に延びたラック軸８に刻設したものである。また、入力軸１１とトーションバー１３と出力軸１５とは同軸上にある。
【００１７】
操舵トルク検出手段３は、入・出力軸１１，１５間の相対ねじれ角を検出することによりステアリング系の操舵トルクを検出するものであり、本実施の形態では、ポテンショメータを用いた。操舵トルク検出手段（ポテンショメータ）３は、図示せぬ抵抗素子及び抵抗素子に沿って移動する摺動接点を内蔵した検出本体部２１と、この検出本体部２１内の摺動接点を作動するべく回動する棒状の作動子２２とからなる。
そして、操舵トルク検出手段３は、入力軸１１の下部の外周面に検出本体部２１をボルトで取付け、出力軸１５の上部の外周面に設けた係合溝１５ａに作動子２２の先端部を係合することで、入・出力軸１１，１５間の相対ねじれ角を検出するものである。
【００１８】
なお、操舵トルク検出手段３は、作動子２２を係合溝１５ａの一方の側壁側に付勢するための、ねじりばね２３を備える。このため、作動子２２は回動方向への遊びがない。
入力軸１１はケーブルリール２４に複数巻回した（例えば、３巻き程度）電気ケーブル２５を備え、この電気ケーブル２５の一端を操舵トルク検出手段３の検出本体部２１に接続し、他端をハウジング２６側のコネクタ２７に接続したものである。
【００１９】
後述するトルク伝達手段６のホイール３２は、ブッシュ３３を介して出力軸１５の上部に回転自在に支承した厚肉の円筒部材であり、この円筒部材に、ギヤ部３２ａと入力部材３２ｂとを軸方向に下から順に形成したものである。
機械式クラッチ４０は、入力部材３２ｂの内部に配置したものであり、その断面構成は図５にて詳述する。
図中、３６，３７，３８は軸受、３９はダストカバーである。
【００２０】
図３は図２の３−３線断面図であり、トルク伝達手段６の断面構造を示す。
トルク伝達手段６は、電動機５の出力軸５ａに結合したウォーム３１と、出力軸１５に回転自在に支承したホイール３２とからなるウォームギヤ機構である。これにより、図２に示す入力部材３２ｂは電動機５に連結した状態にある。なお、電動機５はハウジング２６にボルト止めした。
従って、図２においてステアリング系（入力軸１１→トーションバー１３→出力軸１５）の操舵トルクに、電動機５からの補助トルクを付加した複合トルクで、ピニオン７を介してラック８ａを駆動する。
【００２１】
図４は本発明に係る電動パワーステアリング装置の要部分解斜視図である。
入力軸１１の下端に、機械式クラッチ４０の一構成部品である三脚付き環状の位置制御手段６３をセレーション嵌合し、この位置制御手段６３の下部に３つの位置制御部材６４…（…は複数を示す。以下同じ。）を備える。このため、位置制御部材６４…は図１に示すステアリングハンドル２に連結したことになる。
一方、出力軸１５は基部上端に出力部材３４を連結したものであり、この出力部材３４は入力部材３２ｂに対して同軸上に配列した部材である。
【００２２】
図５は図２の５−５線断面図であり、本発明に係る機械式クラッチ４０の断面構成を示す。なお、ハウジング２６は省略した。
機械式クラッチ４０は、上記電動機５の補助トルクの作用方向がステアリング系の操舵方向と一致した場合のみ、電動機５の補助トルクをステアリング系に伝達するものであり（ワンウエイクラッチの集合体）、すなわち、複数組の摩擦係合式クラッチ機構の集合体である。
これらの摩擦係合式クラッチ機構は、入力部材３２ｂの矢印Ｘ方向（図反時計回り方向）に係合する３組の第１クラッチ機構４１…と、矢印Ｘと逆廻り方向に係合する３組の第２クラッチ機構５１…である。第１クラッチ機構４１…と第２クラッチ機構５１…とは、同一円上に交互に並ぶ。
【００２３】
詳しくは、第１・第２クラッチ機構４１…，５１…は、上記入力・出力部材３２ｂ，３４間に形成したテーパ状空間部６１…と、これらのテーパ状空間部６１…に介在して入力部材３２ｂと出力部材３４とを係合する円柱状の係合部材６２…と、これらの係合部材６２…の位置決めをなすための位置制御部材６４…と、これらの位置制御部材６４…に向って係合部材６２…を付勢する（テーパ状空間部６１…のテーパ方向に係合部材６２…を付勢する）付勢部材としての圧縮ばね６５…とからなる。
【００２４】
出力部材３４は、概ねおむすび形断面形状（角部を切り落とした正三角形断面の３つの辺を円弧状とした形状）を呈する。
テーパ状空間部６１…は、入力部材３２ｂの円形内周面と出力部材３４の多角形外周面との間に形成した、周方向端部がテーパ形状を呈する空間部である。
位置制御部材６４…は、互いに離間しつつ、入力部材３２ｂと出力部材３４との間の同一円上に等ピッチで、回動可能に配置された部材である。
このような構成の機械式クラッチ４０は、位置制御部材６４…の移動（回動）に伴って、テーパ状空間部６１…の摩擦係合面にくさび作用により係合又は非係合する係合部材６２…で、入力部材３２ｂと出力部材３４とを係合・非係合に選択的に切換えて、電動機５からの補助トルクを出力軸１５に伝達するものである。
【００２５】
ところで、第１・第２クラッチ機構４１…，５１…のうち、特定の各１組（以下、「特定第１・第２クラッチ機構４１Ａ，５１Ａ」と称する。）は、他の組よりも早いタイミングで非係合状態になる早期解除クラッチである。
具体的には、位置制御部材６４…は、同一円上に等ピッチで配置するが、特定第１・第２クラッチ機構４１Ａ，５１Ａ側の爪が他のクラッチ機構４１…，５１…側の爪よりも長い（Ｌ1＞Ｌ2）。
詳しくは、位置制御部材６４…は、それらの各中心Ｏ1〜Ｏ3を断面略正三角形である出力部材３４の各角部に合致させたものである。そして、２つの位置制御部材６４…（特定位置制御部材６４Ａ，６４Ａ）は、中心Ｏ1，Ｏ2から互いに向い合った方の部分（「長爪」と称する。）の円弧長Ｌ1が他方の部分（「短爪」と称する。）の円弧長Ｌ2よりも大きい。長爪は特定第１・第２クラッチ機構４１Ａ，５１Ａの係合部材６２…の位置決めをなす。他の１つの位置制御部材６４は、中心Ｏ3から左右両方の円弧長が等しいＬ2，Ｌ2であり、上記短爪の円弧長と同一である。
【００２６】
また、上記出力部材３４は、入力部材３２ｂに対し相対的に径方向に移動可能に取付けたものである。具体的には、出力部材３４を出力軸１５に径方向移動可能に取付けたものであり、さらに具体的には、出力部材３４を、特定第１クラッチ機構４１Ａと特定第２クラッチ機構５１Ａとの中間位置（特定位置制御部材６４Ａ，６４Ａ間の中間位置）に向って移動可能とした。
【００２７】
詳しくは、出力部材３４に長円若しくは楕円の貫通孔３４ａを開け、この貫通孔３４ａに円形の出力軸１５を嵌合し、且つ、貫通孔３４ａの長手軸上にピン１４を通し、このピン１４に弾性部材（圧縮ばね等）３５を介設して、この弾性部材３５で出力部材３４の貫通孔３４ａを出力軸１５に相対的に押圧する構成にした。
すなわち、出力軸１５の外周面と貫通孔３４ａの長手軸方向の面との間に弾性部材３５を介在し、この弾性部材３５の弾性方向を出力部材３４の移動方向（貫通孔３４ａの長手軸方向）に合致させ、出力部材３４を出力軸１５へ押圧する構成にした。
【００２８】
さらに、１組のクラッチ機構（特定第１クラッチ機構４１Ａ及び特定第２クラッチ機構５１Ａ）のテーパ状空間部６１…の一部を拡げて、非係合時に係合部材６２…を摩擦係合面から分離できるようにした。
詳しくは、出力部材３４の多角形外周面のうちの、係合面３４ｂの一部に逃げ凹部３４ｃを形成し、特定第１・特定第２クラッチ機構４１Ａ，５１Ａの係合部材６２，６２を摩擦係合面から分離できるようにした。
【００２９】
さらにまた、１組のクラッチ機構（特定第１クラッチ機構４１Ａ又は特定第２クラッチ機構５１Ａ）のみ解除した際に、出力部材３４を径方向移動自在となすべく、他のクラッチ機構４１…，５１…の係合部材６２…と係合する出力部材３４の多角形外周面を抜け勾配とした。このため、１組を解除した場合に、出力部材３４は何等規制されることなく径方向に移動できる。このため、１組のクラッチ機構を解除するだけで、他のクラッチ機構をも確実に解除できる。
【００３０】
図６は図５の６部詳細図であり、特定第１クラッチ機構４１Ａのテーパ状空間部６１の摩擦係合面を拡大した図である。
なお、第１・第２クラッチ機構４１…、５１…におけるテーパ状空間部６１…の摩擦係合面とは、「入力部材３２ｂの内周面３２ｃ（以下、「入力側の摩擦係合面３２ｃ」と称する。）と、出力部材３４の多角形外周面のうちの係合面３４ｂ（以下、「出力側の摩擦係合面３４ｂ」と称する。）」を指す。
【００３１】
入力部材３２ｂに対して出力部材３４が同軸上にあるとき、係合部材６２はテーパ状空間部６１の摩擦係合面に、図の想像線で示す位置で係合する。このときの入力側の摩擦係合面３２ｃと係合部材６２との接点はＰ1であり、出力側の摩擦係合面３４ｂと係合部材６２との接点はＰ2である。
【００３２】
上述のように、出力部材３４は入力部材３２ｂに対して相対的に径方向に移動可能であり、この相対移動に伴い、テーパ状空間部６１における係合部材６２の位置が変わる。これに対応するために、特定第１クラッチ機構４１Ａのテーパ状空間部６１における摩擦係合面に、テーパ角補正部３４ｄを形成したものであり、このテーパ角補正部３４ｄは、係合部材６２の位置が変わっても、係合部材６２の当接部におけるくさび角θがほぼ一定となるように作用するものである。
【００３３】
具体的には、出力側の平坦な摩擦係合面３４ｂに、テーパ状空間部６１のテーパが広がる方向（この図の右方向）に傾斜する斜面を形成し、好ましくはこの斜面は円弧面である。円弧面の基端は、上記接点Ｐ2からテーパ方向と逆方向に若干変位した位置である。また、円弧面は円弧中心位置及び係合部材６２の半径が変わっても、係合部材６２の当接部におけるくさび角θがほぼ一定となるようにに、適宜設定したものである。すなわち、上記円弧面をテーパ角補正部３４ｄとした。
特定第２クラッチ機構５１Ａも同様に、摩擦係合面にテーパ角補正部３４ｄを有する。
【００３４】
次に、上記構成のテーパ角補正部の作用を、図７に基づき説明する。
図７（ａ）〜（ｃ）は本発明に係るテーパ角補正部の作用図であり、特定第１クラッチ機構４１Ａ及びテーパ角補正部３４ｄを模式的に示したものである。
（ａ）は比較例であり、入力部材３２ｂに対して出力部材３４が同軸上にあるとき、出力部材３４の平坦な第１面（出力側の摩擦係合面３４ｂ）は太い実線で示す下位レベルにある。このときの入力側の摩擦係合面３２ｃと係合部材６２との接点はＰ1であり、第１面と係合部材６２との接点はＰ2である。また、係合部材６２の当接部におけるくさび角はθ1である。
【００３５】
一方、入力部材３２ｂに対して出力部材３４が相対的に径方向に移動することにより、第１面は細い実線で示す上位レベルまで移動する。この結果、係合部材６２がテーパ状空間部６１のテーパ方向と逆方向（この図の右方向）に移動するので、接点Ｐ1の位置も同方向に移動する。このため、接点Ｐ1位置で入力側の摩擦係合面３２ｃに接する接線の傾斜角は小さくなる。傾斜角が小さいので、係合部材６２の当接部におけるくさび角θ2は小さい。従って、移動後のくさび角θ2は、出力部材３４が径方向へ移動した距離に応じて、元の位置でのくさび角θ1より小さくなる。くさび角θ2が小さくなるとくさび作用が強まり、テーパ状空間部６１から係合部材６２を解除するための解除力は増す。
【００３６】
（ｂ）は本実施の形態の基本理論を示し、上記（ａ）を改良したものである。
移動後の第１面に対して、テーパ状空間部６１のテーパが広がる方向（この図の右方向）の第２面を設け、この第２面を係合部材６２に接するようにし、第２面と入力側の摩擦係合面３２ｃとの間に係合した係合部材６２のくさび角をθ3とし、このくさび角θ3をくさび角θ1と同一角度になるようにした。従って、第１面が移動したにもかかわらず、くさび角は変わらない。くさび角が変わらないのでくさび作用も変わらず、テーパ状空間部６１から係合部材６２を解除するための解除力は増すことがない。
【００３７】
（ｃ）は本実施の形態を示し、上記（ｂ）を具体化したものである。
出力側の平坦な第１面の途中に、テーパ状空間部６１のテーパが広がる方向に傾く円弧面を形成し、この円弧面を第２面とした。
入力部材３２ｂに対して出力部材３４が相対的に径方向（この図の上方）に移動した場合に、この相対移動に伴い、テーパ状空間部６１における係合部材６２の位置が変わる。第２面は、係合部材６２の位置が変わっても、係合部材６２の当接部におけるくさび角がほぼ一定となるような円弧面である。この円弧面の基端は、上記接点Ｐ2からテーパ方向と逆方向に若干変位した位置である。
【００３８】
このように、入力部材３２ｂに対して出力部材３４が相対的に径方向に移動しても、くさび角が常にほぼ一定なので、くさび作用も変わらず、テーパ状空間部６１から係合部材６２を解除するための解除力は増すことがなく、常に適正な解除力を維持できる。
本実施の形態では、前記第２面をテーパ角補正部３４ｄとしたものであり、このテーパ角補正部３４ｄは、特定第１クラッチ機構４１Ａのクラッチ解除力を常に適正な解除力に維持することができる。
なお、特定第２クラッチ機構５１Ａも同様の作用をなす。
【００３９】
次に、上記構成の機械式クラッチ４０の作用を、図１、図８〜図１１に基づき説明する。
図８〜図１１は本発明に係る機械式クラッチの作用図である。
図１において、ステアリングハンドル２を操舵しない場合、操舵トルク検出手段３の信号が無いので、制御装置４はアシスト命令信号を出力しない。このため、電動機５は補助トルクを発生しない状態であり、図８に示すように各第１・第２クラッチ機構４１…、５１…は、全て解除状態（中立状態）にある。
【００４０】
次に、ステアリングハンドル２の操舵トルクが小さく、電動機５が補助トルクを発生しない場合、入力軸１１（図２参照）に連結した位置制御部材６４…と出力部材３４との間の位相は、ほとんど変化しない。この場合には、各位置制御部材６４…が、例えば、この図の反時計回り方向に若干移動するものの、第１クラッチ機構４１…は係合するには至らない。このため、出力部材３４は、電動機５のフリクションやイナーシャの影響を受けず、図２に示すステアリング系（入力軸１１→トーションバー１３→出力軸１５）の操舵トルクで回転し、出力軸１５を駆動する。
【００４１】
一方、ステアリングハンドル２の操舵トルクが大きく、電動機５が補助トルクを発生している場合、入力軸１１に連結した位置制御部材６４…（特定位置制御部材６４Ａを含む）と出力部材３４との間の位相が大きく変化する。例えば図９に示すように、位置制御部材６４…が矢印Ｘ方向に大きく移動すると、全ての第１クラッチ機構４１…の係合部材６２…は、付勢部材６５…の付勢力で、テーパ状空間部６１…の周方向端部に移動し、摩擦力にて入力・出力部材３２ｂ，３４間を係合状態に切換える。その結果、全ての第１クラッチ機構４１…は係合状態になる。
電動機５が回転することで、入力部材３２ｂは矢印Ｘ方向に回転し、第１クラッチ機構４１…を介して出力部材３２ｂに補助トルクを伝達する。このため、出力部材３４は、ステアリング系（入力軸１１→トーションバー１３→出力軸１５）の操舵トルクに、電動機５が発生した補助トルクを付加した複合トルクで矢印Ｘ方向に回転し、出力軸１５を駆動する。
【００４２】
その後、何等かの理由で電動機５による補助トルクの伝達が継続している場合に、第１クラッチ機構４１…は次のようにして解除される。
ステアリングハンドル２を逆方向に操舵すると、図１０に示すように全ての位置制御部材６４…は入力部材３２ｂの回転方向と反対方向（矢印Ｙ方向）に回る。そして、特定位置制御部材６４Ａは、他の位置制御部材６４…よりも先に、右隣の係合部材６２（便宜的に「係合部材６２Ａ」と称する。）に当接し、摩擦力及び付勢力に抗して押出す。
【００４３】
このため、係合部材６２Ａは特定第１クラッチ機構４１Ａの係合を解除する。
この時点で、他の位置制御部材６４…は係合部材６２…と当接していない。従って、他の係合部材６２…から出力部材３４に継続して、図中の矢印Ｚ1，Ｚ2で示すベクトルが作用しており、これらのベクトルの合力に基づき、出力部材３４に図中の矢印Ｚ3で示す偏荷重が作用する。その結果、出力部材３４は弾性部材３５の弾発力に抗し、ピン１４を案内として特定位置制御部材６４Ａ側に僅かに移動する。従って、他の係合部材６２…の係合力が弱まる。
【００４４】
その直後に、他の位置制御部材６４…も係合部材６２…と当接して、図１１に示すように元の中立位置に戻す。その結果、他の第１クラッチ機構４１…も解除される。出力部材３４は弾性部材３５の弾発力により、中立位置に自動復帰する。
この場合、係合部材６２…には摩擦力が発生しないので、他の位置制御部材６４…で押圧する解除力は、付勢部材６５…の付勢力に抗するだけの小さいものですむ。
このように、入力部材３２ｂの回転が持続しているにもかかわらず、３組の第１クラッチ機構４１…の係合を解除するのに、最大１組分の小さい解除力ですみ、しかも、確実に解除できる。
【００４５】
なお、第２クラッチ機構５１…は、上記第１クラッチ機構４１…と逆作動をするものであり、ステアリングハンドル２を逆方向に操舵した場合に、上記図８〜図１１にて説明した作用と同様の操作で、係合・非係合に切換えることができる。
【００４６】
ところで、図１０に示すように、出力部材３４の外周面と係合部材６２Ａとの間の隙間は、凹部３４ｃの深さ分だけ大きくなる。このため、係合部材６２Ａを摩擦係合面から確実に分離することができるので、その分だけ出力部材３４の径方向移動量を大きくすることができる。従って、第１・第２クラッチ機構４１…，５１…を、より一層速やかに且つ確実に解除することができる。
【００４７】
次に、本発明の他の実施の形態を、図１２〜図１７に基づき説明する。なお、上記実施の形態と同じ構成については同一符号を付し、その説明を省略する。
図１２は本発明に係る機械式クラッチ（他の実施の形態）の断面図であり、上記図５に示す機械式クラッチ４０の変形例を示す。
出力部材３４は、概ねおむすび形断面形状（角部を切り落とした正三角形断面の３つの辺を円弧状とした形状）を呈する。
【００４８】
特定第１・第２クラッチ機構４１Ａ，５１Ａの係合部材６２…の位置決めをなす位置制御部材６４（以下、「特定位置制御部材６４Ａ」と称する。）の円弧長Ｌ3が、他の位置制御部材６４…の円弧長Ｌ4よりも大きい。そして、断面略正三角形である出力部材３４において、１つの角部に特定位置制御部材６４Ａを配置し、互いに等角度の２つの角部に他の位置制御部材６４…を配置したものである。
なお、出力部材３４を特定位置制御部材６４Ａの幅中心へ相対的に押圧する。
【００４９】
さらに、１組のクラッチ機構（特定第１クラッチ機構４１Ａ及び特定第２クラッチ機構５１Ａ）のテーパ状空間部６１…の一部を拡げて、非係合時に係合部材６２…を摩擦係合面から分離できるようにした。
詳しくは、出力部材３４の多角形外周面のうちの、係合面３４ｂの一部に逃げ凹部３４ｃ，３４ｃを形成し、特定第１・特定第２クラッチ機構４１Ａ，５１Ａの係合部材６２，６２を摩擦係合面から分離できるようにした。
【００５０】
図１３は図１２の１３部詳細図であり、特定第１クラッチ機構４１Ａのテーパ状空間部６１の摩擦係合面を拡大した図である。
他の実施の形態における、特定第１クラッチ機構４１Ａのテーパ状空間部６１の摩擦係合面は、上記図６に示す実施の形態と同様の構成であり、出力側の平坦な摩擦係合面３４ｂに、テーパ状空間部６１のテーパが広がる方向に傾斜する斜面を形成し、好ましくはこの斜面は円弧面である。円弧面は円弧中心位置及び係合部材６２の半径が変わっても、係合部材６２の当接部におけるくさび角θがほぼ一定となるようにに、適宜設定したものである。すなわち、上記円弧面をテーパ角補正部３４ｄとした。テーパ角補正部３４ｄの作用は、上記図７に示す実施の形態の作用と同様であり、説明を省略する。
特定第２クラッチ機構５１Ａも同様に、摩擦係合面にテーパ角補正部３４ｄを有する。
【００５１】
次に、上記他の実施の形態の機械式クラッチ４０の作用を、図１、図１４〜図１７に基づき説明する。
図１４〜図１７は本発明に係る機械式クラッチ（他の実施の形態）の作用図である。
ステアリングハンドル２を操舵しない場合、図１４に示すように各第１・第２クラッチ機構４１…、５１…は、全て解除状態（中立状態）にある。
【００５２】
次に、ステアリングハンドル２の操舵トルクが小さく、電動機５が補助トルクを発生しない場合、位置制御部材６４…と出力部材３４との間の位相がほとんど変化しないので、第１クラッチ機構４１…が係合するには至らない。このため、出力部材３４は、電動機５のフリクションやイナーシャの影響を受けず、図２に示すステアリング系の操舵トルクで回転し、出力軸１５を駆動する。
【００５３】
一方、ステアリングハンドル２の操舵トルクが大きく、電動機５が補助トルクを発生している場合、位置制御部材６４…と出力部材３４との間の位相が大きく変化する。例えば図１５に示すように、位置制御部材６４…が矢印Ｘ方向に大きく移動するので、全ての第１クラッチ機構４１…は係合状態になる。このため、出力部材３４は、ステアリング系の操舵トルクに、電動機５が発生した補助トルクを付加した複合トルクで矢印Ｘ方向に回転し、出力軸１５を駆動する。
【００５４】
その後、何等かの理由で電動機５による補助トルクの伝達が継続している場合に、ステアリングハンドル２を逆方向に操舵すると、図１６に示すように全ての位置制御部材６４…は入力部材３２ｂの回転方向と反対方向（矢印Ｙ方向）に回る。そして、特定位置制御部材６４Ａは、他の位置制御部材６４…よりも先に、係合部材６２Ａに当接して押出す。このため、係合部材６２Ａは、特定第１クラッチ機構４１Ａの係合を解除する。
【００５５】
この時点で、他の位置制御部材６４…は係合部材６２…と当接していない。従って、他の係合部材６２…から出力部材３４に継続して、図中の矢印Ｚ1，Ｚ2で示すベクトルが作用しており、これらのベクトルの合力に基づき、出力部材３４に図中の矢印Ｚ3で示す偏荷重が作用する。その結果、出力部材３４は弾性部材３５の弾発力に抗し、ピン１４を案内として僅かに移動する。従って、他の係合部材６２…の係合力が弱まる。
その直後に、他の位置制御部材６４…が係合部材６２…を押圧するので、図１７に示すように他の第１クラッチ機構４１…も解除する。出力部材３４は弾性部材３５の弾発力により、中立位置に自動復帰する。
【００５６】
このように、入力部材３２ｂの回転が持続しているにもかかわらず、３組の第１クラッチ機構４１…の係合を解除するのに、最大１組分の小さい解除力ですみ、しかも、確実に解除できる。
なお、第２クラッチ機構５１…は、上記第１クラッチ機構４１…と逆作動をするものであり、ステアリングハンドル２を逆方向に操舵した場合に、上記図１４〜図１７にて説明した作用と同様の操作で、係合・非係合に切換えることができる。
【００５７】
ところで、図１６に示すように、出力部材３４の外周面と係合部材６２Ａとの間の隙間は、凹部３４ｃの深さ分だけ大きくなる。このため、係合部材６２Ａを摩擦係合面から確実に分離することができるので、その分だけ出力部材３４の径方向移動量を大きくすることができる。従って、第１・第２クラッチ機構４１…，５１…を、より一層速やかに且つ確実に解除することができる。
【００５８】
なお、上記実施の形態及び他の実施の形態において、弾性部材１３は、操舵トルクに比例して入力軸１１と出力軸１５との間での相対ねじり変位を発生させるものであればよく、トーションバーに限定するものではない。
第１・第２クラッチ機構４１…，５１…の数量は、３組ずつに限定するものではなく、任意に設定可能である。
【００５９】
出力部材３４は、入力部材３２ｂに対し相対的に径方向に移動可能に取付けるものであればよく、出力部材３４を径方向に移動可能にする他に、入力部材３２ｂを径方向に移動可能にする構成であってもよい。
テーパ状空間部６１は、非係合時に係合部材６２Ａを摩擦係合面から分離できるように、一部を拡げるようにしたものであればよく、例えば、入力部材３２ｂの内周面に凹部を設けた構成であってもよい。
【００６０】
出力部材３４は、一部の係合部材６２が外れた際に、他の係合部材６２…で押圧されて、径方向移動するものであればよく、移動方向を問わない。出力部材３４を他の係合部材６２…で押圧して移動させれば、これら他の係合部材６２…と出力部材３４との摩擦係合力を減少させることができるからである。
出力部材３４の径方向移動を案内する部材は、ピン１４に限定するものではない。
出力軸１５に出力部材３４を押圧する弾性部材は、圧縮ばね３５、軸片部１５ｂ、弾性押圧部７１ａに限定するものではなく、例えば、皿ばねでもよい。
【００６１】
テーパ状空間部６１は、入力部材３２ｂの内周面と出力部材３４の外周面との間に形成するものであればよく、出力部材３４の外周面（摩擦係合面）の形状も図５や図１１に示すものに限定しない。そして、入力部材３２ｂの内周面を所定の多角形とし、出力部材３４の外周面を円形としてもよい。
係合部材６２は、テーパ状空間部６１の周方向端部と係合・非係合の切換えができるものであればよく、円柱状の他に、例えば球状でもよい。
機械式クラッチ４０の付勢部材は圧縮ばね６５に限定せず、例えば、硬質ゴム材や板ばね等で構成してもよい。
【００６２】
更に、第１・第２クラッチ機構４１…，５１…は、摩擦係合式クラッチの構成であればよく、例えば、周知のスプラグ式クラッチでもよい。
スプラグ式クラッチとは、円筒状の内周係合面を有する外方部材（入力部材３２ｂに相当）と、円筒状の外周係合面を有する内方部材（出力部材３４に相当）とを同心に配置し、これらの両係合面を対向させ、その間の隙間に、複数のスプラグ（くさび作用をするこま）と、これらのスプラグの位置決めをなすためにステアリングハンドルに連結した部材（位置制御部材６４に相当）と、スプラグを前記両係合面に向ってくさび係合させるように付勢するばねとを介在したものである（特開平１−１８８７２７号に示すクラッチ装置など）。
【００６３】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１記載の発明は、電動機で操舵トルクに応じた補助トルクを発生し、この補助トルクを摩擦係合式クラッチ機構を介してステアリング系に伝達するものであって、摩擦係合式クラッチ機構を、電動機に連結した入力部材と、この入力部材に対して同軸上に配列しステアリング系の出力軸に連結した出力部材と、入力部材と出力部材の一方の内周面と他方の外周面との間に形成したテーパ状空間部と、このテーパ状空間部に介在させた係合部材と、この係合部材をテーパ状空間部のテーパ方向に付勢する付勢部材と、係合部材の位置決めをなすためにステアリングハンドルに連結した位置制御部材とで構成し、位置制御部材の回動に伴って、テーパ状空間部の摩擦係合面にくさび作用により係合又は非係合する係合部材で、入力・出力部材を係合・非係合状態に切換えて、電動機からの補助トルクを出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置において、入力部材に対し出力部材を相対的に径方向に移動可能に取付けるとともに、この相対移動に伴って、テーパ状空間部における係合部材の位置が変わっても、係合部材の当接部におけるくさび角がほぼ一定となるように、摩擦係合面にテーパ角補正部を形成したことを特徴とする。
【００６４】
入力部材に対し出力部材を相対的に径方向に移動可能に取付けたので、テーパ状空間部の摩擦係合面に係合している複数の係合部材の一部が外れると、係合部材で入力・出力部材を押圧する力のバランスが崩れる。このため、入力部材又は出力部材は他の係合部材で一方に押圧されて、径方向に移動する。この結果、入力・出力部材と他の係合部材との摩擦力は減少して、係合が外れる。このように、一部のクラッチ機構が解除すると、他のクラッチ機構も摩擦力が減少して自動的に解除する。従って、一度に全てのクラッチ機構を解除するよりも小さな解除力で、しかも、確実に解除することができる。
【００６５】
また、入力部材に対して出力部材が相対的に径方向に移動した場合に、テーパ角補正部は、摩擦係合面と係合部材との間のくさび角がほぼ一定となるように補正する。この結果、入力・出力部材の相対移動に伴って、テーパ状空間部における係合部材の位置が変わっても、くさび角はほぼ一定であり、くさび作用も変わらない。このため、テーパ状空間部から係合部材を解除するための解除力は増すことがなく、常に適正な解除力を維持できる。
【００６６】
さらに、何等かの理由で、入力部材に対し出力部材が相対的に偏心し、この偏心に伴ってテーパ状空間部における係合部材の位置が変わっても、テーパ角補正部は、摩擦係合面と係合部材との間のくさび角がほぼ一定となるように補正する作用をなす。このため、テーパ状空間部から係合部材を解除するための解除力は増すことがなく、常に適正な解除力を維持できる。
【００６７】
請求項２記載の発明は、電動機で操舵トルクに応じた補助トルクを発生し、この補助トルクを摩擦係合式クラッチ機構を介してステアリング系に伝達するものであって、摩擦係合式クラッチ機構を、電動機に連結した入力部材と、この入力部材に対して同軸上に配列しステアリング系の出力軸に連結した出力部材と、入力部材と出力部材の一方の内周面と他方の外周面との間に形成したテーパ状空間部と、このテーパ状空間部に介在させた係合部材と、この係合部材を前記テーパ状空間部のテーパ方向に付勢する付勢部材と、係合部材の位置決めをなすためにステアリングハンドルに連結した位置制御部材とで構成し、位置制御部材の回動に伴って、テーパ状空間部の摩擦係合面にくさび作用により係合又は非係合する前記係合部材で、入力・出力部材を係合・非係合状態に切換えて、電動機からの補助トルクを出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置において、入力部材に対し出力部材を相対的に径方向に移動可能に取付けるとともに、テーパ状空間部の一部を拡げて、非係合時に係合部材を摩擦係合面から分離できるようにしたことを特徴とする。
【００６８】
入力部材に対し出力部材を相対的に径方向に移動可能に取付けたので、テーパ状空間部の摩擦係合面に係合している複数の係合部材の一部が外れると、係合部材で入力・出力部材を押圧する力のバランスが崩れる。このため、入力部材又は出力部材は他の係合部材で一方に押圧されて、径方向に移動する。この結果、入力・出力部材と他の係合部材との摩擦力は減少して、係合が外れる。このように、一部のクラッチ機構が解除すると、他のクラッチ機構も摩擦力が減少して自動的に解除する。従って、一度に全てのクラッチ機構を解除するよりも小さな解除力で、しかも、確実に解除することができる。
【００６９】
また、テーパ状空間部の一部を拡げたので、この拡げた部分と非係合時の係合部材との間の隙間は大きい。このため、非係合時の係合部材を摩擦係合面から確実に分離することができるので、入力部材と出力部材との相対的な径方向移動量を大きくすることができ、この結果、クラッチ機構を確実に解除することができる。
【００７０】
請求項３記載の発明は、前記摩擦係合式クラッチ機構を複数組設け、これら複数組の摩擦係合式クラッチ機構の内の少なくとも１組を、他のクラッチ機構よりも早いタイミングで非係合状態になる早期解除クラッチとし、この早期解除クラッチのテーパ状空間部を拡げたことを特徴とする。
【００７１】
複数組の摩擦係合式クラッチ機構の内、早いタイミングで非係合状態になる早期解除クラッチを設けたので、常に最初に解除になるクラッチが決まる。そして、早期解除クラッチの係合部材は摩擦係合面から外れた直後に、テーパ状空間部の拡げた部分に速やかに待避する。この結果、早期解除クラッチの係合部材は、常に他に優先して非係合になり、この時に摩擦係合面から速やかに且つ確実に分離する。このように、早期に解除になるクラッチを特定し、しかも、このクラッチの係合部材を摩擦係合面から速やかに分離するようにしたので、複数組の摩擦係合式クラッチ機構が、より一層速やかに且つ確実に解除することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図
【図２】本発明に係る電動パワーステアリング装置の要部拡大断面図
【図３】図２の３−３線断面図
【図４】本発明に係る電動パワーステアリング装置の要部分解斜視図
【図５】図２の５−５線断面図
【図６】図５の６部詳細図
【図７】本発明に係るテーパ角補正部の作用図
【図８】本発明に係る機械式クラッチの作用図
【図９】本発明に係る機械式クラッチの作用図
【図１０】本発明に係る機械式クラッチの作用図
【図１１】本発明に係る機械式クラッチの作用図
【図１２】本発明に係る機械式クラッチ（他の実施の形態）の断面図
【図１３】図１２の１３部詳細図
【図１４】本発明に係る機械式クラッチ（他の実施の形態）の作用図
【図１５】本発明に係る機械式クラッチ（他の実施の形態）の作用図
【図１６】本発明に係る機械式クラッチ（他の実施の形態）の作用図
【図１７】本発明に係る機械式クラッチ（他の実施の形態）の作用図
【符号の説明】
１…電動パワーステアリング装置、２…ステアリングハンドル、５…電動機、６…トルク伝達手段、９…操舵輪（車輪）、１１…入力軸、１３…弾性部材（トーションバー）、１５…出力軸、３２ｂ…入力部材、３２ｃ…入力部材の内周面（入力側の摩擦係合面）、３４…出力部材、３４ａ…貫通孔、３４ｂ…出力部材の係合面（出力側の摩擦係合面）、３４ｃ…逃げ凹部、３４ｄ…テーパ角補正部、３５…弾性部材（圧縮ばね）、４０…機械式クラッチ、４１，４１Ａ…摩擦係合式クラッチ（第１クラッチ機構）、５１，５１Ａ…摩擦係合式クラッチ（第２クラッチ機構）、６１…テーパ状空間部、６２，６２Ａ…係合部材、６４，６４Ａ…位置制御部材、６５…付勢部材（圧縮ばね）。
【発明の属する技術分野】
本発明は電動パワーステアリング装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ステアリングハンドルの操舵力を軽減して快適な操舵感を与えるために、電動パワーステアリング装置が多用されてきた。この種の電動パワーステアリング装置は、電動機で操舵トルクに応じた補助トルクを発生し、この補助トルクを機械式クラッチを介してステアリング系に伝達するものであって、例えば特開昭６４−６９８２９号「クラッチ装置」の技術がある。
この技術は、その公報の第１図〜第３図によれば、モータ１５（番号は公報に記載されたものを引用した。以下同じ。）に連結した円筒状の外部部材２１と、操舵輪に連結した内方部材２２付き軸部３２とを、クラッチ装置２０を介して連結したものである。
【０００３】
クラッチ装置２０は、同一円上に配置された複数組の摩擦係合式クラッチ機構からなり、これらのクラッチ機構は、外部部材２１の内面と内方部材２２の外面との間で形成した１対の楔状空間２８，２８’（テーパ状空間部に相当）と、楔状空間２８，２８’に介在した１対の転動体２４，２４’と、転動体２４，２４’間に介在したばね２５と、転動体２４，２４’の位置決めをなす保持器２３とからなる。
転動体２４，２４’は、保持器２３の移動にともなって外部部材２１と内方部材２２を係合・非係合に選択的に切換える（クラッチを係合・解除する）ものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、ハンドル１１の反転操舵を始めた時点（例えば、右操舵状態から左操舵状態へ変え始めた時点）では、操舵トルクが微小なのでモータ１５が停止しており、補助トルクはクラッチ装置２０に伝達されない。このため、クラッチ装置２０を解除するには、転動体２４又は２４’を係合するための摩擦力よりも大きい解除力を加える必要がある。しかし、運転者が快適な操舵感を得るためには、解除力はできるだけ小さいことが好ましい。
一方、電動パワーステアリング装置のクラッチ装置２０は、何等かの理由でモータ１５による補助トルクが伝達されている場合であっても、確実に解除できることが求められる。このときには、通常よりも大きな解除力が必要となり運転者の負担が大きくなるという不都合がある。
【０００５】
そこで本発明の目的は、次の（１）及び（２）にある。
（１）解除力の小さい摩擦係合式クラッチ機構を備えた、電動パワーステアリング装置を提供すること。
（２）一層確実に解除できる摩擦係合式クラッチ機構を備えた、電動パワーステアリング装置を提供すること。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、電動機で操舵トルクに応じた補助トルクを発生し、この補助トルクを摩擦係合式クラッチ機構を介してステアリング系に伝達するものであって、摩擦係合式クラッチ機構を、電動機に連結した入力部材と、この入力部材に対して同軸上に配列しステアリング系の出力軸に連結した出力部材と、入力部材と出力部材の一方の内周面と他方の外周面との間に形成したテーパ状空間部と、このテーパ状空間部に介在させた係合部材と、この係合部材をテーパ状空間部のテーパ方向に付勢する付勢部材と、係合部材の位置決めをなすためにステアリングハンドルに連結した位置制御部材とで構成し、位置制御部材の回動に伴って、テーパ状空間部の摩擦係合面にくさび作用により係合又は非係合する係合部材で、入力・出力部材を係合・非係合状態に切換えて、電動機からの補助トルクを出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置において、入力部材に対し出力部材を相対的に径方向に移動可能に取付けるとともに、この相対移動に伴って、テーパ状空間部における係合部材の位置が変わっても、係合部材の当接部におけるくさび角がほぼ一定となるように、摩擦係合面にテーパ角補正部を形成したことを特徴とする。
【０００７】
入力部材に対し出力部材を相対的に径方向に移動可能に取付けたので、テーパ状空間部の摩擦係合面に係合している複数の係合部材の一部が外れると、係合部材で入力・出力部材を押圧する力のバランスが崩れる。このため、入力部材又は出力部材は他の係合部材で一方に押圧されて、径方向に移動する。この結果、入力・出力部材と他の係合部材との摩擦力は減少して、係合が外れる。このように、一部のクラッチ機構が解除すると、他のクラッチ機構も摩擦力が減少して自動的に解除する。従って、一度に全てのクラッチ機構を解除するよりも小さな解除力で、しかも、確実に解除することができる。
【０００８】
また、入力部材に対して出力部材が相対的に径方向に移動した場合に、テーパ角補正部は、摩擦係合面と係合部材との間のくさび角がほぼ一定となるように補正する。この結果、入力・出力部材の相対移動に伴って、テーパ状空間部における係合部材の位置が変わっても、くさび角はほぼ一定であり、くさび作用も変わらない。このため、テーパ状空間部から係合部材を解除するための解除力は増すことがなく、常に適正な解除力を維持できる。
【０００９】
さらに、何等かの理由で、入力部材に対し出力部材が相対的に偏心し、この偏心に伴ってテーパ状空間部における係合部材の位置が変わっても、テーパ角補正部は、摩擦係合面と係合部材との間のくさび角がほぼ一定となるように補正する作用をなす。このため、テーパ状空間部から係合部材を解除するための解除力は増すことがなく、常に適正な解除力を維持できる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、電動機で操舵トルクに応じた補助トルクを発生し、この補助トルクを摩擦係合式クラッチ機構を介してステアリング系に伝達するものであって、摩擦係合式クラッチ機構を、電動機に連結した入力部材と、この入力部材に対して同軸上に配列しステアリング系の出力軸に連結した出力部材と、入力部材と出力部材の一方の内周面と他方の外周面との間に形成したテーパ状空間部と、このテーパ状空間部に介在させた係合部材と、この係合部材を前記テーパ状空間部のテーパ方向に付勢する付勢部材と、係合部材の位置決めをなすためにステアリングハンドルに連結した位置制御部材とで構成し、位置制御部材の回動に伴って、テーパ状空間部の摩擦係合面にくさび作用により係合又は非係合する前記係合部材で、入力・出力部材を係合・非係合状態に切換えて、電動機からの補助トルクを出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置において、入力部材に対し出力部材を相対的に径方向に移動可能に取付けるとともに、テーパ状空間部の一部を拡げて、非係合時に係合部材を摩擦係合面から分離できるようにしたことを特徴とする。
【００１１】
入力部材に対し出力部材を相対的に径方向に移動可能に取付けたので、テーパ状空間部の摩擦係合面に係合している複数の係合部材の一部が外れると、係合部材で入力・出力部材を押圧する力のバランスが崩れる。このため、入力部材又は出力部材は他の係合部材で一方に押圧されて、径方向に移動する。この結果、入力・出力部材と他の係合部材との摩擦力は減少して、係合が外れる。このように、一部のクラッチ機構が解除すると、他のクラッチ機構も摩擦力が減少して自動的に解除する。従って、一度に全てのクラッチ機構を解除するよりも小さな解除力で、しかも、確実に解除することができる。
【００１２】
また、テーパ状空間部の一部を拡げたので、この拡げた部分と非係合時の係合部材との間の隙間は大きい。このため、非係合時の係合部材を摩擦係合面から確実に分離することができるので、入力部材と出力部材との相対的な径方向移動量を大きくすることができ、この結果、クラッチ機構を確実に解除することができる。
【００１３】
請求項３記載の発明は、前記摩擦係合式クラッチ機構を複数組設け、これら複数組の摩擦係合式クラッチ機構の内の少なくとも１組を、他のクラッチ機構よりも早いタイミングで非係合状態になる早期解除クラッチとし、この早期解除クラッチのテーパ状空間部を拡げたことを特徴とする。
【００１４】
複数組の摩擦係合式クラッチ機構の内、早いタイミングで非係合状態になる早期解除クラッチを設けたので、常に最初に解除になるクラッチが決まる。そして、早期解除クラッチの係合部材は摩擦係合面から外れた直後に、テーパ状空間部の拡げた部分に速やかに待避する。この結果、早期解除クラッチの係合部材は、常に他に優先して非係合になり、この時に摩擦係合面から速やかに且つ確実に分離する。このように、早期に解除になるクラッチを特定し、しかも、このクラッチの係合部材を摩擦係合面から速やかに分離するようにしたので、複数組の摩擦係合式クラッチ機構が、より一層速やかに且つ確実に解除することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図面に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図であり、電動パワーステアリング装置１は、ステアリングハンドル２で発生したステアリング系の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段３と、この操舵トルク検出手段３の検出信号に基づいて制御信号を発生する制御手段４と、この制御手段４の制御信号に基づいて操舵トルクに応じた補助トルクを発生する電動機５と、この電動機５の補助トルクをステアリング系に伝達するトルク伝達手段６及び機械式クラッチ４０とからなり、ピニオン７、ラック８ａを介して車輪（操舵輪）９，９を転舵するものである。
【００１６】
図２は本発明に係る電動パワーステアリング装置の要部拡大断面図であり、上記ステアリングハンドル２（図１参照）に連結した管状の入力軸１１と、この入力軸１１内に挿通し且つ入力軸１１に上部をピン１２で結合したトーションバー（弾性部材）１３と、このトーションバー１３の下部にピン１４で結合し下部に上記ピニオン７を刻設した出力軸１５とで、主たるステアリング系を構成したものである。
トーションバー１３は、文字通りトルクに対して正確にねじれ角が発生するメンバーであって、入力軸１１と出力軸１５との間での相対ねじり変位を発生する。なお、ラック８ａは、この図の表裏方向に延びたラック軸８に刻設したものである。また、入力軸１１とトーションバー１３と出力軸１５とは同軸上にある。
【００１７】
操舵トルク検出手段３は、入・出力軸１１，１５間の相対ねじれ角を検出することによりステアリング系の操舵トルクを検出するものであり、本実施の形態では、ポテンショメータを用いた。操舵トルク検出手段（ポテンショメータ）３は、図示せぬ抵抗素子及び抵抗素子に沿って移動する摺動接点を内蔵した検出本体部２１と、この検出本体部２１内の摺動接点を作動するべく回動する棒状の作動子２２とからなる。
そして、操舵トルク検出手段３は、入力軸１１の下部の外周面に検出本体部２１をボルトで取付け、出力軸１５の上部の外周面に設けた係合溝１５ａに作動子２２の先端部を係合することで、入・出力軸１１，１５間の相対ねじれ角を検出するものである。
【００１８】
なお、操舵トルク検出手段３は、作動子２２を係合溝１５ａの一方の側壁側に付勢するための、ねじりばね２３を備える。このため、作動子２２は回動方向への遊びがない。
入力軸１１はケーブルリール２４に複数巻回した（例えば、３巻き程度）電気ケーブル２５を備え、この電気ケーブル２５の一端を操舵トルク検出手段３の検出本体部２１に接続し、他端をハウジング２６側のコネクタ２７に接続したものである。
【００１９】
後述するトルク伝達手段６のホイール３２は、ブッシュ３３を介して出力軸１５の上部に回転自在に支承した厚肉の円筒部材であり、この円筒部材に、ギヤ部３２ａと入力部材３２ｂとを軸方向に下から順に形成したものである。
機械式クラッチ４０は、入力部材３２ｂの内部に配置したものであり、その断面構成は図５にて詳述する。
図中、３６，３７，３８は軸受、３９はダストカバーである。
【００２０】
図３は図２の３−３線断面図であり、トルク伝達手段６の断面構造を示す。
トルク伝達手段６は、電動機５の出力軸５ａに結合したウォーム３１と、出力軸１５に回転自在に支承したホイール３２とからなるウォームギヤ機構である。これにより、図２に示す入力部材３２ｂは電動機５に連結した状態にある。なお、電動機５はハウジング２６にボルト止めした。
従って、図２においてステアリング系（入力軸１１→トーションバー１３→出力軸１５）の操舵トルクに、電動機５からの補助トルクを付加した複合トルクで、ピニオン７を介してラック８ａを駆動する。
【００２１】
図４は本発明に係る電動パワーステアリング装置の要部分解斜視図である。
入力軸１１の下端に、機械式クラッチ４０の一構成部品である三脚付き環状の位置制御手段６３をセレーション嵌合し、この位置制御手段６３の下部に３つの位置制御部材６４…（…は複数を示す。以下同じ。）を備える。このため、位置制御部材６４…は図１に示すステアリングハンドル２に連結したことになる。
一方、出力軸１５は基部上端に出力部材３４を連結したものであり、この出力部材３４は入力部材３２ｂに対して同軸上に配列した部材である。
【００２２】
図５は図２の５−５線断面図であり、本発明に係る機械式クラッチ４０の断面構成を示す。なお、ハウジング２６は省略した。
機械式クラッチ４０は、上記電動機５の補助トルクの作用方向がステアリング系の操舵方向と一致した場合のみ、電動機５の補助トルクをステアリング系に伝達するものであり（ワンウエイクラッチの集合体）、すなわち、複数組の摩擦係合式クラッチ機構の集合体である。
これらの摩擦係合式クラッチ機構は、入力部材３２ｂの矢印Ｘ方向（図反時計回り方向）に係合する３組の第１クラッチ機構４１…と、矢印Ｘと逆廻り方向に係合する３組の第２クラッチ機構５１…である。第１クラッチ機構４１…と第２クラッチ機構５１…とは、同一円上に交互に並ぶ。
【００２３】
詳しくは、第１・第２クラッチ機構４１…，５１…は、上記入力・出力部材３２ｂ，３４間に形成したテーパ状空間部６１…と、これらのテーパ状空間部６１…に介在して入力部材３２ｂと出力部材３４とを係合する円柱状の係合部材６２…と、これらの係合部材６２…の位置決めをなすための位置制御部材６４…と、これらの位置制御部材６４…に向って係合部材６２…を付勢する（テーパ状空間部６１…のテーパ方向に係合部材６２…を付勢する）付勢部材としての圧縮ばね６５…とからなる。
【００２４】
出力部材３４は、概ねおむすび形断面形状（角部を切り落とした正三角形断面の３つの辺を円弧状とした形状）を呈する。
テーパ状空間部６１…は、入力部材３２ｂの円形内周面と出力部材３４の多角形外周面との間に形成した、周方向端部がテーパ形状を呈する空間部である。
位置制御部材６４…は、互いに離間しつつ、入力部材３２ｂと出力部材３４との間の同一円上に等ピッチで、回動可能に配置された部材である。
このような構成の機械式クラッチ４０は、位置制御部材６４…の移動（回動）に伴って、テーパ状空間部６１…の摩擦係合面にくさび作用により係合又は非係合する係合部材６２…で、入力部材３２ｂと出力部材３４とを係合・非係合に選択的に切換えて、電動機５からの補助トルクを出力軸１５に伝達するものである。
【００２５】
ところで、第１・第２クラッチ機構４１…，５１…のうち、特定の各１組（以下、「特定第１・第２クラッチ機構４１Ａ，５１Ａ」と称する。）は、他の組よりも早いタイミングで非係合状態になる早期解除クラッチである。
具体的には、位置制御部材６４…は、同一円上に等ピッチで配置するが、特定第１・第２クラッチ機構４１Ａ，５１Ａ側の爪が他のクラッチ機構４１…，５１…側の爪よりも長い（Ｌ1＞Ｌ2）。
詳しくは、位置制御部材６４…は、それらの各中心Ｏ1〜Ｏ3を断面略正三角形である出力部材３４の各角部に合致させたものである。そして、２つの位置制御部材６４…（特定位置制御部材６４Ａ，６４Ａ）は、中心Ｏ1，Ｏ2から互いに向い合った方の部分（「長爪」と称する。）の円弧長Ｌ1が他方の部分（「短爪」と称する。）の円弧長Ｌ2よりも大きい。長爪は特定第１・第２クラッチ機構４１Ａ，５１Ａの係合部材６２…の位置決めをなす。他の１つの位置制御部材６４は、中心Ｏ3から左右両方の円弧長が等しいＬ2，Ｌ2であり、上記短爪の円弧長と同一である。
【００２６】
また、上記出力部材３４は、入力部材３２ｂに対し相対的に径方向に移動可能に取付けたものである。具体的には、出力部材３４を出力軸１５に径方向移動可能に取付けたものであり、さらに具体的には、出力部材３４を、特定第１クラッチ機構４１Ａと特定第２クラッチ機構５１Ａとの中間位置（特定位置制御部材６４Ａ，６４Ａ間の中間位置）に向って移動可能とした。
【００２７】
詳しくは、出力部材３４に長円若しくは楕円の貫通孔３４ａを開け、この貫通孔３４ａに円形の出力軸１５を嵌合し、且つ、貫通孔３４ａの長手軸上にピン１４を通し、このピン１４に弾性部材（圧縮ばね等）３５を介設して、この弾性部材３５で出力部材３４の貫通孔３４ａを出力軸１５に相対的に押圧する構成にした。
すなわち、出力軸１５の外周面と貫通孔３４ａの長手軸方向の面との間に弾性部材３５を介在し、この弾性部材３５の弾性方向を出力部材３４の移動方向（貫通孔３４ａの長手軸方向）に合致させ、出力部材３４を出力軸１５へ押圧する構成にした。
【００２８】
さらに、１組のクラッチ機構（特定第１クラッチ機構４１Ａ及び特定第２クラッチ機構５１Ａ）のテーパ状空間部６１…の一部を拡げて、非係合時に係合部材６２…を摩擦係合面から分離できるようにした。
詳しくは、出力部材３４の多角形外周面のうちの、係合面３４ｂの一部に逃げ凹部３４ｃを形成し、特定第１・特定第２クラッチ機構４１Ａ，５１Ａの係合部材６２，６２を摩擦係合面から分離できるようにした。
【００２９】
さらにまた、１組のクラッチ機構（特定第１クラッチ機構４１Ａ又は特定第２クラッチ機構５１Ａ）のみ解除した際に、出力部材３４を径方向移動自在となすべく、他のクラッチ機構４１…，５１…の係合部材６２…と係合する出力部材３４の多角形外周面を抜け勾配とした。このため、１組を解除した場合に、出力部材３４は何等規制されることなく径方向に移動できる。このため、１組のクラッチ機構を解除するだけで、他のクラッチ機構をも確実に解除できる。
【００３０】
図６は図５の６部詳細図であり、特定第１クラッチ機構４１Ａのテーパ状空間部６１の摩擦係合面を拡大した図である。
なお、第１・第２クラッチ機構４１…、５１…におけるテーパ状空間部６１…の摩擦係合面とは、「入力部材３２ｂの内周面３２ｃ（以下、「入力側の摩擦係合面３２ｃ」と称する。）と、出力部材３４の多角形外周面のうちの係合面３４ｂ（以下、「出力側の摩擦係合面３４ｂ」と称する。）」を指す。
【００３１】
入力部材３２ｂに対して出力部材３４が同軸上にあるとき、係合部材６２はテーパ状空間部６１の摩擦係合面に、図の想像線で示す位置で係合する。このときの入力側の摩擦係合面３２ｃと係合部材６２との接点はＰ1であり、出力側の摩擦係合面３４ｂと係合部材６２との接点はＰ2である。
【００３２】
上述のように、出力部材３４は入力部材３２ｂに対して相対的に径方向に移動可能であり、この相対移動に伴い、テーパ状空間部６１における係合部材６２の位置が変わる。これに対応するために、特定第１クラッチ機構４１Ａのテーパ状空間部６１における摩擦係合面に、テーパ角補正部３４ｄを形成したものであり、このテーパ角補正部３４ｄは、係合部材６２の位置が変わっても、係合部材６２の当接部におけるくさび角θがほぼ一定となるように作用するものである。
【００３３】
具体的には、出力側の平坦な摩擦係合面３４ｂに、テーパ状空間部６１のテーパが広がる方向（この図の右方向）に傾斜する斜面を形成し、好ましくはこの斜面は円弧面である。円弧面の基端は、上記接点Ｐ2からテーパ方向と逆方向に若干変位した位置である。また、円弧面は円弧中心位置及び係合部材６２の半径が変わっても、係合部材６２の当接部におけるくさび角θがほぼ一定となるようにに、適宜設定したものである。すなわち、上記円弧面をテーパ角補正部３４ｄとした。
特定第２クラッチ機構５１Ａも同様に、摩擦係合面にテーパ角補正部３４ｄを有する。
【００３４】
次に、上記構成のテーパ角補正部の作用を、図７に基づき説明する。
図７（ａ）〜（ｃ）は本発明に係るテーパ角補正部の作用図であり、特定第１クラッチ機構４１Ａ及びテーパ角補正部３４ｄを模式的に示したものである。
（ａ）は比較例であり、入力部材３２ｂに対して出力部材３４が同軸上にあるとき、出力部材３４の平坦な第１面（出力側の摩擦係合面３４ｂ）は太い実線で示す下位レベルにある。このときの入力側の摩擦係合面３２ｃと係合部材６２との接点はＰ1であり、第１面と係合部材６２との接点はＰ2である。また、係合部材６２の当接部におけるくさび角はθ1である。
【００３５】
一方、入力部材３２ｂに対して出力部材３４が相対的に径方向に移動することにより、第１面は細い実線で示す上位レベルまで移動する。この結果、係合部材６２がテーパ状空間部６１のテーパ方向と逆方向（この図の右方向）に移動するので、接点Ｐ1の位置も同方向に移動する。このため、接点Ｐ1位置で入力側の摩擦係合面３２ｃに接する接線の傾斜角は小さくなる。傾斜角が小さいので、係合部材６２の当接部におけるくさび角θ2は小さい。従って、移動後のくさび角θ2は、出力部材３４が径方向へ移動した距離に応じて、元の位置でのくさび角θ1より小さくなる。くさび角θ2が小さくなるとくさび作用が強まり、テーパ状空間部６１から係合部材６２を解除するための解除力は増す。
【００３６】
（ｂ）は本実施の形態の基本理論を示し、上記（ａ）を改良したものである。
移動後の第１面に対して、テーパ状空間部６１のテーパが広がる方向（この図の右方向）の第２面を設け、この第２面を係合部材６２に接するようにし、第２面と入力側の摩擦係合面３２ｃとの間に係合した係合部材６２のくさび角をθ3とし、このくさび角θ3をくさび角θ1と同一角度になるようにした。従って、第１面が移動したにもかかわらず、くさび角は変わらない。くさび角が変わらないのでくさび作用も変わらず、テーパ状空間部６１から係合部材６２を解除するための解除力は増すことがない。
【００３７】
（ｃ）は本実施の形態を示し、上記（ｂ）を具体化したものである。
出力側の平坦な第１面の途中に、テーパ状空間部６１のテーパが広がる方向に傾く円弧面を形成し、この円弧面を第２面とした。
入力部材３２ｂに対して出力部材３４が相対的に径方向（この図の上方）に移動した場合に、この相対移動に伴い、テーパ状空間部６１における係合部材６２の位置が変わる。第２面は、係合部材６２の位置が変わっても、係合部材６２の当接部におけるくさび角がほぼ一定となるような円弧面である。この円弧面の基端は、上記接点Ｐ2からテーパ方向と逆方向に若干変位した位置である。
【００３８】
このように、入力部材３２ｂに対して出力部材３４が相対的に径方向に移動しても、くさび角が常にほぼ一定なので、くさび作用も変わらず、テーパ状空間部６１から係合部材６２を解除するための解除力は増すことがなく、常に適正な解除力を維持できる。
本実施の形態では、前記第２面をテーパ角補正部３４ｄとしたものであり、このテーパ角補正部３４ｄは、特定第１クラッチ機構４１Ａのクラッチ解除力を常に適正な解除力に維持することができる。
なお、特定第２クラッチ機構５１Ａも同様の作用をなす。
【００３９】
次に、上記構成の機械式クラッチ４０の作用を、図１、図８〜図１１に基づき説明する。
図８〜図１１は本発明に係る機械式クラッチの作用図である。
図１において、ステアリングハンドル２を操舵しない場合、操舵トルク検出手段３の信号が無いので、制御装置４はアシスト命令信号を出力しない。このため、電動機５は補助トルクを発生しない状態であり、図８に示すように各第１・第２クラッチ機構４１…、５１…は、全て解除状態（中立状態）にある。
【００４０】
次に、ステアリングハンドル２の操舵トルクが小さく、電動機５が補助トルクを発生しない場合、入力軸１１（図２参照）に連結した位置制御部材６４…と出力部材３４との間の位相は、ほとんど変化しない。この場合には、各位置制御部材６４…が、例えば、この図の反時計回り方向に若干移動するものの、第１クラッチ機構４１…は係合するには至らない。このため、出力部材３４は、電動機５のフリクションやイナーシャの影響を受けず、図２に示すステアリング系（入力軸１１→トーションバー１３→出力軸１５）の操舵トルクで回転し、出力軸１５を駆動する。
【００４１】
一方、ステアリングハンドル２の操舵トルクが大きく、電動機５が補助トルクを発生している場合、入力軸１１に連結した位置制御部材６４…（特定位置制御部材６４Ａを含む）と出力部材３４との間の位相が大きく変化する。例えば図９に示すように、位置制御部材６４…が矢印Ｘ方向に大きく移動すると、全ての第１クラッチ機構４１…の係合部材６２…は、付勢部材６５…の付勢力で、テーパ状空間部６１…の周方向端部に移動し、摩擦力にて入力・出力部材３２ｂ，３４間を係合状態に切換える。その結果、全ての第１クラッチ機構４１…は係合状態になる。
電動機５が回転することで、入力部材３２ｂは矢印Ｘ方向に回転し、第１クラッチ機構４１…を介して出力部材３２ｂに補助トルクを伝達する。このため、出力部材３４は、ステアリング系（入力軸１１→トーションバー１３→出力軸１５）の操舵トルクに、電動機５が発生した補助トルクを付加した複合トルクで矢印Ｘ方向に回転し、出力軸１５を駆動する。
【００４２】
その後、何等かの理由で電動機５による補助トルクの伝達が継続している場合に、第１クラッチ機構４１…は次のようにして解除される。
ステアリングハンドル２を逆方向に操舵すると、図１０に示すように全ての位置制御部材６４…は入力部材３２ｂの回転方向と反対方向（矢印Ｙ方向）に回る。そして、特定位置制御部材６４Ａは、他の位置制御部材６４…よりも先に、右隣の係合部材６２（便宜的に「係合部材６２Ａ」と称する。）に当接し、摩擦力及び付勢力に抗して押出す。
【００４３】
このため、係合部材６２Ａは特定第１クラッチ機構４１Ａの係合を解除する。
この時点で、他の位置制御部材６４…は係合部材６２…と当接していない。従って、他の係合部材６２…から出力部材３４に継続して、図中の矢印Ｚ1，Ｚ2で示すベクトルが作用しており、これらのベクトルの合力に基づき、出力部材３４に図中の矢印Ｚ3で示す偏荷重が作用する。その結果、出力部材３４は弾性部材３５の弾発力に抗し、ピン１４を案内として特定位置制御部材６４Ａ側に僅かに移動する。従って、他の係合部材６２…の係合力が弱まる。
【００４４】
その直後に、他の位置制御部材６４…も係合部材６２…と当接して、図１１に示すように元の中立位置に戻す。その結果、他の第１クラッチ機構４１…も解除される。出力部材３４は弾性部材３５の弾発力により、中立位置に自動復帰する。
この場合、係合部材６２…には摩擦力が発生しないので、他の位置制御部材６４…で押圧する解除力は、付勢部材６５…の付勢力に抗するだけの小さいものですむ。
このように、入力部材３２ｂの回転が持続しているにもかかわらず、３組の第１クラッチ機構４１…の係合を解除するのに、最大１組分の小さい解除力ですみ、しかも、確実に解除できる。
【００４５】
なお、第２クラッチ機構５１…は、上記第１クラッチ機構４１…と逆作動をするものであり、ステアリングハンドル２を逆方向に操舵した場合に、上記図８〜図１１にて説明した作用と同様の操作で、係合・非係合に切換えることができる。
【００４６】
ところで、図１０に示すように、出力部材３４の外周面と係合部材６２Ａとの間の隙間は、凹部３４ｃの深さ分だけ大きくなる。このため、係合部材６２Ａを摩擦係合面から確実に分離することができるので、その分だけ出力部材３４の径方向移動量を大きくすることができる。従って、第１・第２クラッチ機構４１…，５１…を、より一層速やかに且つ確実に解除することができる。
【００４７】
次に、本発明の他の実施の形態を、図１２〜図１７に基づき説明する。なお、上記実施の形態と同じ構成については同一符号を付し、その説明を省略する。
図１２は本発明に係る機械式クラッチ（他の実施の形態）の断面図であり、上記図５に示す機械式クラッチ４０の変形例を示す。
出力部材３４は、概ねおむすび形断面形状（角部を切り落とした正三角形断面の３つの辺を円弧状とした形状）を呈する。
【００４８】
特定第１・第２クラッチ機構４１Ａ，５１Ａの係合部材６２…の位置決めをなす位置制御部材６４（以下、「特定位置制御部材６４Ａ」と称する。）の円弧長Ｌ3が、他の位置制御部材６４…の円弧長Ｌ4よりも大きい。そして、断面略正三角形である出力部材３４において、１つの角部に特定位置制御部材６４Ａを配置し、互いに等角度の２つの角部に他の位置制御部材６４…を配置したものである。
なお、出力部材３４を特定位置制御部材６４Ａの幅中心へ相対的に押圧する。
【００４９】
さらに、１組のクラッチ機構（特定第１クラッチ機構４１Ａ及び特定第２クラッチ機構５１Ａ）のテーパ状空間部６１…の一部を拡げて、非係合時に係合部材６２…を摩擦係合面から分離できるようにした。
詳しくは、出力部材３４の多角形外周面のうちの、係合面３４ｂの一部に逃げ凹部３４ｃ，３４ｃを形成し、特定第１・特定第２クラッチ機構４１Ａ，５１Ａの係合部材６２，６２を摩擦係合面から分離できるようにした。
【００５０】
図１３は図１２の１３部詳細図であり、特定第１クラッチ機構４１Ａのテーパ状空間部６１の摩擦係合面を拡大した図である。
他の実施の形態における、特定第１クラッチ機構４１Ａのテーパ状空間部６１の摩擦係合面は、上記図６に示す実施の形態と同様の構成であり、出力側の平坦な摩擦係合面３４ｂに、テーパ状空間部６１のテーパが広がる方向に傾斜する斜面を形成し、好ましくはこの斜面は円弧面である。円弧面は円弧中心位置及び係合部材６２の半径が変わっても、係合部材６２の当接部におけるくさび角θがほぼ一定となるようにに、適宜設定したものである。すなわち、上記円弧面をテーパ角補正部３４ｄとした。テーパ角補正部３４ｄの作用は、上記図７に示す実施の形態の作用と同様であり、説明を省略する。
特定第２クラッチ機構５１Ａも同様に、摩擦係合面にテーパ角補正部３４ｄを有する。
【００５１】
次に、上記他の実施の形態の機械式クラッチ４０の作用を、図１、図１４〜図１７に基づき説明する。
図１４〜図１７は本発明に係る機械式クラッチ（他の実施の形態）の作用図である。
ステアリングハンドル２を操舵しない場合、図１４に示すように各第１・第２クラッチ機構４１…、５１…は、全て解除状態（中立状態）にある。
【００５２】
次に、ステアリングハンドル２の操舵トルクが小さく、電動機５が補助トルクを発生しない場合、位置制御部材６４…と出力部材３４との間の位相がほとんど変化しないので、第１クラッチ機構４１…が係合するには至らない。このため、出力部材３４は、電動機５のフリクションやイナーシャの影響を受けず、図２に示すステアリング系の操舵トルクで回転し、出力軸１５を駆動する。
【００５３】
一方、ステアリングハンドル２の操舵トルクが大きく、電動機５が補助トルクを発生している場合、位置制御部材６４…と出力部材３４との間の位相が大きく変化する。例えば図１５に示すように、位置制御部材６４…が矢印Ｘ方向に大きく移動するので、全ての第１クラッチ機構４１…は係合状態になる。このため、出力部材３４は、ステアリング系の操舵トルクに、電動機５が発生した補助トルクを付加した複合トルクで矢印Ｘ方向に回転し、出力軸１５を駆動する。
【００５４】
その後、何等かの理由で電動機５による補助トルクの伝達が継続している場合に、ステアリングハンドル２を逆方向に操舵すると、図１６に示すように全ての位置制御部材６４…は入力部材３２ｂの回転方向と反対方向（矢印Ｙ方向）に回る。そして、特定位置制御部材６４Ａは、他の位置制御部材６４…よりも先に、係合部材６２Ａに当接して押出す。このため、係合部材６２Ａは、特定第１クラッチ機構４１Ａの係合を解除する。
【００５５】
この時点で、他の位置制御部材６４…は係合部材６２…と当接していない。従って、他の係合部材６２…から出力部材３４に継続して、図中の矢印Ｚ1，Ｚ2で示すベクトルが作用しており、これらのベクトルの合力に基づき、出力部材３４に図中の矢印Ｚ3で示す偏荷重が作用する。その結果、出力部材３４は弾性部材３５の弾発力に抗し、ピン１４を案内として僅かに移動する。従って、他の係合部材６２…の係合力が弱まる。
その直後に、他の位置制御部材６４…が係合部材６２…を押圧するので、図１７に示すように他の第１クラッチ機構４１…も解除する。出力部材３４は弾性部材３５の弾発力により、中立位置に自動復帰する。
【００５６】
このように、入力部材３２ｂの回転が持続しているにもかかわらず、３組の第１クラッチ機構４１…の係合を解除するのに、最大１組分の小さい解除力ですみ、しかも、確実に解除できる。
なお、第２クラッチ機構５１…は、上記第１クラッチ機構４１…と逆作動をするものであり、ステアリングハンドル２を逆方向に操舵した場合に、上記図１４〜図１７にて説明した作用と同様の操作で、係合・非係合に切換えることができる。
【００５７】
ところで、図１６に示すように、出力部材３４の外周面と係合部材６２Ａとの間の隙間は、凹部３４ｃの深さ分だけ大きくなる。このため、係合部材６２Ａを摩擦係合面から確実に分離することができるので、その分だけ出力部材３４の径方向移動量を大きくすることができる。従って、第１・第２クラッチ機構４１…，５１…を、より一層速やかに且つ確実に解除することができる。
【００５８】
なお、上記実施の形態及び他の実施の形態において、弾性部材１３は、操舵トルクに比例して入力軸１１と出力軸１５との間での相対ねじり変位を発生させるものであればよく、トーションバーに限定するものではない。
第１・第２クラッチ機構４１…，５１…の数量は、３組ずつに限定するものではなく、任意に設定可能である。
【００５９】
出力部材３４は、入力部材３２ｂに対し相対的に径方向に移動可能に取付けるものであればよく、出力部材３４を径方向に移動可能にする他に、入力部材３２ｂを径方向に移動可能にする構成であってもよい。
テーパ状空間部６１は、非係合時に係合部材６２Ａを摩擦係合面から分離できるように、一部を拡げるようにしたものであればよく、例えば、入力部材３２ｂの内周面に凹部を設けた構成であってもよい。
【００６０】
出力部材３４は、一部の係合部材６２が外れた際に、他の係合部材６２…で押圧されて、径方向移動するものであればよく、移動方向を問わない。出力部材３４を他の係合部材６２…で押圧して移動させれば、これら他の係合部材６２…と出力部材３４との摩擦係合力を減少させることができるからである。
出力部材３４の径方向移動を案内する部材は、ピン１４に限定するものではない。
出力軸１５に出力部材３４を押圧する弾性部材は、圧縮ばね３５、軸片部１５ｂ、弾性押圧部７１ａに限定するものではなく、例えば、皿ばねでもよい。
【００６１】
テーパ状空間部６１は、入力部材３２ｂの内周面と出力部材３４の外周面との間に形成するものであればよく、出力部材３４の外周面（摩擦係合面）の形状も図５や図１１に示すものに限定しない。そして、入力部材３２ｂの内周面を所定の多角形とし、出力部材３４の外周面を円形としてもよい。
係合部材６２は、テーパ状空間部６１の周方向端部と係合・非係合の切換えができるものであればよく、円柱状の他に、例えば球状でもよい。
機械式クラッチ４０の付勢部材は圧縮ばね６５に限定せず、例えば、硬質ゴム材や板ばね等で構成してもよい。
【００６２】
更に、第１・第２クラッチ機構４１…，５１…は、摩擦係合式クラッチの構成であればよく、例えば、周知のスプラグ式クラッチでもよい。
スプラグ式クラッチとは、円筒状の内周係合面を有する外方部材（入力部材３２ｂに相当）と、円筒状の外周係合面を有する内方部材（出力部材３４に相当）とを同心に配置し、これらの両係合面を対向させ、その間の隙間に、複数のスプラグ（くさび作用をするこま）と、これらのスプラグの位置決めをなすためにステアリングハンドルに連結した部材（位置制御部材６４に相当）と、スプラグを前記両係合面に向ってくさび係合させるように付勢するばねとを介在したものである（特開平１−１８８７２７号に示すクラッチ装置など）。
【００６３】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１記載の発明は、電動機で操舵トルクに応じた補助トルクを発生し、この補助トルクを摩擦係合式クラッチ機構を介してステアリング系に伝達するものであって、摩擦係合式クラッチ機構を、電動機に連結した入力部材と、この入力部材に対して同軸上に配列しステアリング系の出力軸に連結した出力部材と、入力部材と出力部材の一方の内周面と他方の外周面との間に形成したテーパ状空間部と、このテーパ状空間部に介在させた係合部材と、この係合部材をテーパ状空間部のテーパ方向に付勢する付勢部材と、係合部材の位置決めをなすためにステアリングハンドルに連結した位置制御部材とで構成し、位置制御部材の回動に伴って、テーパ状空間部の摩擦係合面にくさび作用により係合又は非係合する係合部材で、入力・出力部材を係合・非係合状態に切換えて、電動機からの補助トルクを出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置において、入力部材に対し出力部材を相対的に径方向に移動可能に取付けるとともに、この相対移動に伴って、テーパ状空間部における係合部材の位置が変わっても、係合部材の当接部におけるくさび角がほぼ一定となるように、摩擦係合面にテーパ角補正部を形成したことを特徴とする。
【００６４】
入力部材に対し出力部材を相対的に径方向に移動可能に取付けたので、テーパ状空間部の摩擦係合面に係合している複数の係合部材の一部が外れると、係合部材で入力・出力部材を押圧する力のバランスが崩れる。このため、入力部材又は出力部材は他の係合部材で一方に押圧されて、径方向に移動する。この結果、入力・出力部材と他の係合部材との摩擦力は減少して、係合が外れる。このように、一部のクラッチ機構が解除すると、他のクラッチ機構も摩擦力が減少して自動的に解除する。従って、一度に全てのクラッチ機構を解除するよりも小さな解除力で、しかも、確実に解除することができる。
【００６５】
また、入力部材に対して出力部材が相対的に径方向に移動した場合に、テーパ角補正部は、摩擦係合面と係合部材との間のくさび角がほぼ一定となるように補正する。この結果、入力・出力部材の相対移動に伴って、テーパ状空間部における係合部材の位置が変わっても、くさび角はほぼ一定であり、くさび作用も変わらない。このため、テーパ状空間部から係合部材を解除するための解除力は増すことがなく、常に適正な解除力を維持できる。
【００６６】
さらに、何等かの理由で、入力部材に対し出力部材が相対的に偏心し、この偏心に伴ってテーパ状空間部における係合部材の位置が変わっても、テーパ角補正部は、摩擦係合面と係合部材との間のくさび角がほぼ一定となるように補正する作用をなす。このため、テーパ状空間部から係合部材を解除するための解除力は増すことがなく、常に適正な解除力を維持できる。
【００６７】
請求項２記載の発明は、電動機で操舵トルクに応じた補助トルクを発生し、この補助トルクを摩擦係合式クラッチ機構を介してステアリング系に伝達するものであって、摩擦係合式クラッチ機構を、電動機に連結した入力部材と、この入力部材に対して同軸上に配列しステアリング系の出力軸に連結した出力部材と、入力部材と出力部材の一方の内周面と他方の外周面との間に形成したテーパ状空間部と、このテーパ状空間部に介在させた係合部材と、この係合部材を前記テーパ状空間部のテーパ方向に付勢する付勢部材と、係合部材の位置決めをなすためにステアリングハンドルに連結した位置制御部材とで構成し、位置制御部材の回動に伴って、テーパ状空間部の摩擦係合面にくさび作用により係合又は非係合する前記係合部材で、入力・出力部材を係合・非係合状態に切換えて、電動機からの補助トルクを出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置において、入力部材に対し出力部材を相対的に径方向に移動可能に取付けるとともに、テーパ状空間部の一部を拡げて、非係合時に係合部材を摩擦係合面から分離できるようにしたことを特徴とする。
【００６８】
入力部材に対し出力部材を相対的に径方向に移動可能に取付けたので、テーパ状空間部の摩擦係合面に係合している複数の係合部材の一部が外れると、係合部材で入力・出力部材を押圧する力のバランスが崩れる。このため、入力部材又は出力部材は他の係合部材で一方に押圧されて、径方向に移動する。この結果、入力・出力部材と他の係合部材との摩擦力は減少して、係合が外れる。このように、一部のクラッチ機構が解除すると、他のクラッチ機構も摩擦力が減少して自動的に解除する。従って、一度に全てのクラッチ機構を解除するよりも小さな解除力で、しかも、確実に解除することができる。
【００６９】
また、テーパ状空間部の一部を拡げたので、この拡げた部分と非係合時の係合部材との間の隙間は大きい。このため、非係合時の係合部材を摩擦係合面から確実に分離することができるので、入力部材と出力部材との相対的な径方向移動量を大きくすることができ、この結果、クラッチ機構を確実に解除することができる。
【００７０】
請求項３記載の発明は、前記摩擦係合式クラッチ機構を複数組設け、これら複数組の摩擦係合式クラッチ機構の内の少なくとも１組を、他のクラッチ機構よりも早いタイミングで非係合状態になる早期解除クラッチとし、この早期解除クラッチのテーパ状空間部を拡げたことを特徴とする。
【００７１】
複数組の摩擦係合式クラッチ機構の内、早いタイミングで非係合状態になる早期解除クラッチを設けたので、常に最初に解除になるクラッチが決まる。そして、早期解除クラッチの係合部材は摩擦係合面から外れた直後に、テーパ状空間部の拡げた部分に速やかに待避する。この結果、早期解除クラッチの係合部材は、常に他に優先して非係合になり、この時に摩擦係合面から速やかに且つ確実に分離する。このように、早期に解除になるクラッチを特定し、しかも、このクラッチの係合部材を摩擦係合面から速やかに分離するようにしたので、複数組の摩擦係合式クラッチ機構が、より一層速やかに且つ確実に解除することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図
【図２】本発明に係る電動パワーステアリング装置の要部拡大断面図
【図３】図２の３−３線断面図
【図４】本発明に係る電動パワーステアリング装置の要部分解斜視図
【図５】図２の５−５線断面図
【図６】図５の６部詳細図
【図７】本発明に係るテーパ角補正部の作用図
【図８】本発明に係る機械式クラッチの作用図
【図９】本発明に係る機械式クラッチの作用図
【図１０】本発明に係る機械式クラッチの作用図
【図１１】本発明に係る機械式クラッチの作用図
【図１２】本発明に係る機械式クラッチ（他の実施の形態）の断面図
【図１３】図１２の１３部詳細図
【図１４】本発明に係る機械式クラッチ（他の実施の形態）の作用図
【図１５】本発明に係る機械式クラッチ（他の実施の形態）の作用図
【図１６】本発明に係る機械式クラッチ（他の実施の形態）の作用図
【図１７】本発明に係る機械式クラッチ（他の実施の形態）の作用図
【符号の説明】
１…電動パワーステアリング装置、２…ステアリングハンドル、５…電動機、６…トルク伝達手段、９…操舵輪（車輪）、１１…入力軸、１３…弾性部材（トーションバー）、１５…出力軸、３２ｂ…入力部材、３２ｃ…入力部材の内周面（入力側の摩擦係合面）、３４…出力部材、３４ａ…貫通孔、３４ｂ…出力部材の係合面（出力側の摩擦係合面）、３４ｃ…逃げ凹部、３４ｄ…テーパ角補正部、３５…弾性部材（圧縮ばね）、４０…機械式クラッチ、４１，４１Ａ…摩擦係合式クラッチ（第１クラッチ機構）、５１，５１Ａ…摩擦係合式クラッチ（第２クラッチ機構）、６１…テーパ状空間部、６２，６２Ａ…係合部材、６４，６４Ａ…位置制御部材、６５…付勢部材（圧縮ばね）。
Claims (3)
- 電動機で操舵トルクに応じた補助トルクを発生し、この補助トルクを摩擦係合式クラッチ機構を介してステアリング系に伝達するものであって、前記摩擦係合式クラッチ機構を、電動機に連結した入力部材と、この入力部材に対して同軸上に配列しステアリング系の出力軸に連結した出力部材と、入力部材と出力部材の一方の内周面と他方の外周面との間に形成したテーパ状空間部と、このテーパ状空間部に介在させた係合部材と、この係合部材を前記テーパ状空間部のテーパ方向に付勢する付勢部材と、前記係合部材の位置決めをなすためにステアリングハンドルに連結した位置制御部材とで構成し、前記位置制御部材の回動に伴って、前記テーパ状空間部の摩擦係合面にくさび作用により係合又は非係合する前記係合部材で、入力・出力部材を係合・非係合状態に切換えて、電動機からの補助トルクを出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置において、前記入力部材に対し出力部材を相対的に径方向に移動可能に取付けるとともに、この相対移動に伴って、前記テーパ状空間部における前記係合部材の位置が変わっても、係合部材の当接部におけるくさび角がほぼ一定となるように、前記摩擦係合面にテーパ角補正部を形成したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
- 電動機で操舵トルクに応じた補助トルクを発生し、この補助トルクを摩擦係合式クラッチ機構を介してステアリング系に伝達するものであって、前記摩擦係合式クラッチ機構を、電動機に連結した入力部材と、この入力部材に対して同軸上に配列しステアリング系の出力軸に連結した出力部材と、入力部材と出力部材の一方の内周面と他方の外周面との間に形成したテーパ状空間部と、このテーパ状空間部に介在させた係合部材と、この係合部材を前記テーパ状空間部のテーパ方向に付勢する付勢部材と、前記係合部材の位置決めをなすためにステアリングハンドルに連結した位置制御部材とで構成し、前記位置制御部材の回動に伴って、前記テーパ状空間部の摩擦係合面にくさび作用により係合又は非係合する前記係合部材で、入力・出力部材を係合・非係合状態に切換えて、電動機からの補助トルクを出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置において、前記入力部材に対し出力部材を相対的に径方向に移動可能に取付けるとともに、前記テーパ状空間部の一部を拡げて、非係合時に前記係合部材を前記摩擦係合面から分離できるようにしたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
- 前記摩擦係合式クラッチ機構は複数組あり、これら複数組の摩擦係合式クラッチ機構の内の少なくとも１組が、他のクラッチ機構よりも早いタイミングで非係合状態になる早期解除クラッチであり、この早期解除クラッチのテーパ状空間部を拡げたことを特徴とする請求項２記載の電動パワーステアリング装置。
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