JP5812203B2 - クラッチ装置および操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、クラッチ装置に関し、特に車両操舵装置に用いられるクラッチ装置に関する。

近年、いわゆるステアバイワイヤシステムと称される自動車の操舵に関するシステムが実用化へ向けて種々開発されている。従来の車両は、ステアリングホイールと操舵輪がラックアンドピニオンのような機構を通じて機械的に結合されているものが一般的である。しかし、ステアバイワイヤシステムにおいては、これらの機械的接続はなく、運転者からの入力、例えばトルクや操舵角度をセンサで検出し、また他の車両センサからの情報とあわせて、車両の走行状態に適した舵角を求め、その舵角指令値を操舵用アクチュエータに送り、実際に車輪の転舵を行うものである。

ステアバイワイヤシステムを採用する場合、システムが失陥した場合に操舵性能を確保するために、ステアバイワイヤシステムとは別途にステアリングホイールと操舵輪とを機械的に結合する結合機構または、それに類する機構、いわゆるフェールセーフのための機構を準備しておくことが一般的である。このような機構として、例えば、遊星ギヤクラッチを備えた操舵装置が知られている（特許文献１参照）。

特開２００９−０４００９５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の操舵装置は、ロック部が開放された状態であっても、ステアリングホイールとタイヤとが遊星ギヤクラッチを介して接続されており、路面からの入力がステアリングホイールに伝達される。そのため、操舵の際のフィーリングには改善の余地がある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、操舵装置における操舵フィーリングを向上できる新たなクラッチ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のある態様のクラッチ装置は、２つの回転軸の間の回転力の伝達および遮断の切替えを行うクラッチ装置であって、内周または外周に複数の溝部が互いに間隔をもって周方向に形成されている第１の回転軸と、前記第１の回転軸と同軸に、かつ、少なくとも一部が重なるように配置されている第２の回転軸と、前記第２の回転軸の径方向に移動できるように該第２の回転軸に設けられ、互いに間隔をもって該第２の回転軸の周方向に配列されている複数の係合部と、前記係合部を前記溝部に向かう方向へ進退させる進退機構と、を備える。前記複数の係合部は、前記進退機構によって前記複数の溝部に向かって移動した場合、前記第１の回転軸と前記第２の回転軸との回転位相差にかかわらず、前記複数の溝部のうちいずれか一つの第１溝部に入る第１係合部と、前記第１係合部が、前記第１溝部に入った状態で右回りまたは左回りのいずれか一方の回転方向へ移動し、該第１溝部の２つの側面のうち一方の回転方向側の側面に係合した際に、前記第１溝部と異なる第２溝部に入る第２係合部と、を有する。前記第２係合部は、前記第２溝部に入った際に、該第２溝部の２つの側面のうち他方の回転方向側の側面に係合するように構成されている。

この態様によると、進退機構により係合部を溝部から退避させることで第１の回転軸と第２の回転軸との回転力の伝達がない分離状態にできる。一方、進退機構により第１の回転軸と第２の回転軸とが接続されている状態では、第１の回転軸が一方の回転方向に回転した場合は、第１係合部が第１溝部の２つの側面のうち他方の回転方向側の側面に係合しているため、遊びがほとんどない状態で回転力を第２の回転軸に伝達できる。また、第１の回転軸が他方の回転方向に回転した場合は、第２係合部が第２溝部の２つの側面のうち一方の回転方向側の側面に係合しているため、遊びがほとんどない状態で回転力を第２の回転軸に伝達できる。

前記進退機構は、電気によって駆動するアクチュエータと、前記係合部を前記溝部に向かって付勢する付勢部材と、を有してもよい。前記アクチュエータに通電した際の動作により前記付勢部材の付勢力より大きな力で前記係合部を前記溝部から退避させるとともに、前記アクチュエータへの通電が解除された場合には前記付勢部材の付勢力により前記第１係合部が前記第１溝部に入るように構成されていてもよい。これにより、アクチュエータへの通電が解除された非常時には、第１係合部が第１溝部に入ることで第１の回転軸と第２の回転軸との接続が即座に行われる。

前記アクチュエータは、回転型ソレノイドであり、前記進退機構は、前記回転型ソレノイドの回転運動を変換して前記係合部を進退させる変換機構を更に備えてもよい。これにより、クラッチ装置の軸方向の長さを抑えることができる。

前記複数の溝部の数をｎ、前記溝部のピッチをＰ、前記複数の係合部の数をＮ、前記複数の溝部に入る係合部の数をＮｘ、前記係合部の幅をＷ、前記溝部の幅をＢ１、前記溝部と隣接する溝部との距離をＢ２、前記溝部に前記係合部を係合させる際のズレ角度をδ、とすると、前記係合部および前記溝部は、Ｐ＝３６０／ｎ Ｂ１≒Ｗ＋（δ×（Ｎｘ−１）） δ＝Ｐ／Ｎ を満たすように設けられていてもよい。これにより、例えば、接続時のズレ角度を考慮した設計が可能となる。

本発明の他の態様は、操舵装置である。この装置は、車両を操舵するために回転される操作部材と、前記操作部材の操作量に応じた情報を検出する検出手段と、車輪を転舵する転舵機構と、前記転舵機構を駆動する動力源と、前記操作部材と前記転舵機構との間に配置され、前記操作部材と前記転舵機構との間の回転力の伝達および遮断の切替えを行うクラッチ装置と、前記クラッチ装置により回転力が遮断された状態で前記動力源を駆動し、前記操作量に応じた情報に基づいて転舵量を制御する制御手段と、を備えている。前記操作部材は、前記第１の回転軸および前記第２の回転軸のいずれか一方と連結されており、前記転舵機構は、前記第１の回転軸および前記第２の回転軸のいずれか他方と連結されており、前記クラッチ装置は、前記操作部材と前記転舵機構との間の回転力が伝達可能な状態で、前記操作部材の操作に応じて車輪の舵角が変化するように前記第１の回転軸と前記第２の回転軸とが機械的に連結されている。

この態様によると、例えば、クラッチ装置により回転力が遮断された状態で動力源を駆動し、操作部材の操作量に応じた情報に基づいて転舵量を制御している場合には、転舵機構から操作部材へトルク変動などが伝達されないため、操舵フィーリングを向上できる。

この発明により、操舵装置における操舵フィーリングを向上できる新たなクラッチ装置を実現することができる。

第１の実施の形態に係る車両操舵装置の概略構成を示す模式図である。 第１の実施の形態に係るクラッチ装置の軸に平行な断面図である。 図２に示すクラッチ装置のＡ−Ａ断面図である。 第１の実施の形態に係るクラッチ装置（クラッチＯＮ状態）の軸に平行な断面図である。 図４に示すクラッチ装置のＣ−Ｃ断面図である。 ロックバーとロック溝の形状を説明するための図である。 図６に示すロックバーとロック溝との関係を直線状に示した模式図である。 第２の実施の形態に係るクラッチ装置の断面図である。 第３の実施の形態に係るクラッチ装置の断面図である。 第４の実施の形態に係るクラッチ装置の軸に平行な断面図である。 図１０に示すクラッチ装置のＥ−Ｅ断面図である。 第４の実施の形態に係るクラッチ装置（クラッチＯＮ状態）の軸に垂直な断面図である。 図５に示す状態からハンドル側ハウジングが矢印Ｒ２方向へわずかに回転した位置にあるクラッチ装置の断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。以下の実施の形態で説明するクラッチ装置は、車両の操舵装置に適用することができる。特に、いわゆるステアバイワイヤ型車両操舵装置、すなわち、操舵部に設けられたステアリングホイール等の操作部材に加えられる操舵力によらず、電気的な制御下、転舵部において備える動力源の動力によって、操作部材の操作に応じた車輪の転舵が行われる車両操舵装置に好適である。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る車両操舵装置の概略構成を示す模式図である。車両操舵装置１０は、ハンドル１２と、操舵角度センサ１４と、トルクセンサ１６と、操舵反力モータ１８と、インターミディエイトシャフト２０と、転舵角度センサ２２と、転舵モータ２４と、タイヤ２６と、ＥＣＵ２８と、クラッチ装置２９とを備える。

操舵アクチュエータ３０は、操舵角度センサ１４と、トルクセンサ１６と、操舵反力モータ１８とで構成されている。また、転舵アクチュエータ３２は、転舵角度センサ２２と転舵モータ２４とで構成されている。ＥＣＵ２８は、操舵アクチュエータ３０および転舵アクチュエータ３２が有する各種センサの情報に基づいて、操舵反力モータ１８や転舵モータ２４を制御する。

ハンドル１２は、車室内の運転席側に配置され、運転者が操舵量を入力するために回転させる操舵部材として機能する。

操舵角度センサ１４は、運転者が入力した操舵量としてのハンドル１２の回転角を検出し、この検出値をＥＣＵ２８に対して出力する。操舵角度センサ１４は、ハンドル１２の操作量に応じた情報を検出する検出手段として機能する。

トルクセンサ１６は、ハンドル１２の操舵量に応じたトルクを検出する。操舵反力モータ１８は、ＥＣＵ２８の制御に基づいて、操舵角度センサ１４が検出したハンドル１２の回転角に応じた操舵反力を運転者に感じさせるための反力をハンドル１２に作用させる。

ＥＣＵ２８は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよびそれらを相互に接続するデータバスから構成され、ＲＯＭに格納されたプログラムに従い、運転者が入力した操舵量としてのハンドル１２の回転角を検出し、この操舵量に基づいた転舵量を演算して、この転舵量に基づいて、転舵モータ２４を制御してタイヤ２６を転舵する制御を行う制御手段として機能する。

転舵モータ２４は、ＥＣＵ２８の制御に基づいて、タイヤ２６にタイロッドを介して連結される車幅方向に延びるラックバーを車幅方向に動作させる転舵手段を構成する。

転舵角度センサ２２は、転舵手段を構成するラックアンドピニオン機構３４のピニオンの回転角を検出して、この検出値をＥＣＵ２８に対して出力する。

インターミディエイトシャフト２０は、ステアバイワイヤシステムが機能しない場合のバックアップ機構の一部として、操舵アクチュエータ３０から転舵アクチュエータ３２へ操舵力（回転力）を伝達する役割を果たす。メカバックアップ機構は、インターミディエイトシャフト２０、クラッチ装置２９、ラックアンドピニオン機構３４等から構成される。

クラッチ装置２９は、２つの回転軸の間の回転力の伝達および遮断の切替えを行う。クラッチ装置２９の構造の詳細については後述するが、車両操舵装置１０は、システムが正常な場合、クラッチ装置２９により操舵アクチュエータ３０と転舵アクチュエータ３２との接続が分離されており、ステアバイワイヤシステムとして機能する。一方、車両操舵装置１０は、システムが異常な場合、クラッチ装置２９により操舵アクチュエータ３０と転舵アクチュエータ３２とが機械的に連結されることで、ハンドル１２の操作によりタイヤ２６を直接転舵できるようになる。

次に、クラッチ装置２９の構造について詳述する。図２は、第１の実施の形態に係るクラッチ装置２９の軸に平行な断面図である。図３は、図２に示すクラッチ装置２９のＡ−Ａ断面図である。なお、図２は、図３に示すＢ−Ｂ断面に相当する。

クラッチ装置２９は、第１の回転軸である環状のハンドル側ハウジング３６と、第２の回転軸である環状のタイヤ側ハウジング３８と、タイヤ側ハウジング３８の径方向に移動できるようにタイヤ側ハウジング３８に設けられている係合部としての複数のロックバー４０と、を備える。ハンドル側ハウジング３６は、内周面に複数のロック溝４２が互いに間隔をもって周方向の形成されている。タイヤ側ハウジング３８は、ハンドル側ハウジング３６と同軸となるように設けられており、クラッチ装置２９の側方から見て少なくとも一部がハンドル側ハウジング３６と重なるように配置されている。

ハンドル側ハウジング３６は、操舵アクチュエータ３０と連結されており、ハンドル１２の回転に連動して回転する。また、タイヤ側ハウジング３８は、転舵アクチュエータ３２と連結されており、タイヤの転舵に連動して回転する。クラッチ装置２９は、ロックバー４０をロック溝４２に向かう方向へ進退させる進退機構４４を更に備える。進退機構４４の詳細については後述する。

本実施の形態に係るクラッチ装置２９においては、５つのロックバー４０が放射状にほぼ等間隔に配置されている。各ロックバー４０は、環状のタイヤ側ハウジング３８の周面に形成された開口部３８ａに摺動可能に支持されている。

タイヤ側ハウジング３８の図２に示す右側の開口部近傍には、バネ受け部材４６が固定されている。バネ受け部材４６は、小径部４６ａの外周面に、各ロックバー４０に対応するように複数の凸部４６ｂが放射状にほぼ等間隔で配置されている。凸部４６ｂは、付勢部材であるバネ５０がずれないようにその一端を支持する。また、バネ５０の他端は、ロックバー４０のバネ受け部材４６と対向する部分に形成されている凹部４０ａにより支持されている。そして、バネ５０は、図２や図３に示す状態では圧縮されている。

進退機構４４は、電気によって駆動するアクチュエータとしてのプル型ソレノイド５２と、ロックバー４０をロック溝４２に向かって付勢するバネ５０と、ロックバー４０に作用することでロックバー４０の進退を制御するピン５４と、ピン５４が固定されているアダプタ５６と、を有している。

プル型ソレノイド５２は、通電時（クラッチ装置ＯＦＦ）には軸５２ａが引き込まれ、非通電時（クラッチ装置ＯＮ）には内部にある戻りバネの作用で軸５２ａが突出するように構成されている。図２は、プル型ソレノイド５２の通電時の状態を示している。

ピン５４は、ロックバー４０の中央部に設けられた貫通孔４０ｂに浸入した状態でロックバー４０と係合している。また、ピン５４は、図２に示すクラッチ装置ＯＦＦの状態でロックバー４０の貫通孔４０ｂと当接する第１係合部５４ａと、後述するクラッチ装置ＯＮの状態でロックバー４０の貫通孔４０ｂと当接する第２係合部５４ｂと、第１係合部５４ａと第２係合部５４ｂとを滑らかにつなぐ斜面５４ｃと、を有する。ピン５４は、第２係合部５４ｂから第１係合部５４ａに向かってクラッチ装置２９の回転軸Ａｘに近づくように屈曲している。なお、第２係合部５４ｂは、必ずしも貫通孔４０ｂの内周壁と当接しなくてもよい。

アダプタ５６は、プル型ソレノイド５２の軸に固定されており、プル型ソレノイド５２への通電状態に応じて軸方向へ位置が変化する。その際、ピン５４も軸方向へ位置が変化する。

次に、クラッチ装置の動作を説明する。図２や図３に示すように、クラッチ装置２９がＯＦＦの状態、すなわちプル型ソレノイド５２に通電されている状態では、ロックバー４０とロック溝４２とが一切係合しない。そのため、操舵アクチュエータ３０と転舵アクチュエータ３２とは切り離された状態であり、互いの間で回転力は伝達されない。

より詳細には、プル型ソレノイド５２に通電されると、プル型ソレノイド５２の軸とともにアダプタ５６が引き込まる。その際、ピン５４の第１係合部５４ａが貫通孔４０ｂの内周壁に当接し、クラッチ装置２９がＯＦＦの状態となる位置にロックバー４０が規制される。

図４は、第１の実施の形態に係るクラッチ装置２９（クラッチＯＮ状態）の軸に平行な断面図である。図５は、図４に示すクラッチ装置２９のＣ−Ｃ断面図である。なお、図４は、図５に示すＤ−Ｄ断面に相当する。

クラッチ装置２９は、システムの故障などで通電が解除され非通電な状態となると、プル型ソレノイド５２の戻りバネの働きで、それまで引き込まれていたアダプタ５６が図４の右方向へ移動する。その結果、ロックバー４０の貫通孔４０ｂの内部でのピン５４の位置が変化し、ピン５４の第２係合部５４ｂが貫通孔４０ｂの内部に位置することになる。その結果、ピン５４により位置が規制されていたロックバー４０は、ハンドル側ハウジング３６のロック溝４２に向かって移動できるようになる。

このように、各ロックバー４０は、バネ５０の付勢力によってハンドル側ハウジング３６のロック溝４２に向かってタイヤ側ハウジング３８の径方向に移動する力が働くが、図５に示すように、クラッチ装置２９では、すべてのロックバー４０がそのままロック溝４２に入るようには構成されていない。

つまり、各ロックバー４０（以下、適宜ロックバー４０１〜４０５と称する場合がある。）と各ロック溝４２との位置関係、つまりハンドル側ハウジング３６とタイヤ側ハウジング３８との位置関係によっては、ロック溝４２に入り込むロックバーの組合せは種々変わりうる。図５に示すクラッチ装置２９では、ロック溝４２に入り込むロックバー４０１〜４０３と、ロック溝４２に入り込まずにロック溝４２同士の間の突起部４３と当接しているロックバー４０４，４０５とが存在することになる。

図５に示す状態は、クラッチ装置２９が完全にクラッチＯＮとなった場合であるが、プル型ソレノイド５２への通電が解除されたと同時に、常にこの状態に至る訳ではない。以下では、通常のハンドル１２の操作によってクラッチ装置２９が完全にクラッチＯＮとなるまでの動作について更に詳述する。

図１３は、図５に示す状態からハンドル側ハウジング３６が矢印Ｒ２方向へわずかに回転した位置にあるクラッチ装置の断面図である。例えば、図５に示す状態からハンドル側ハウジング３６が矢印Ｒ２方向へわずかに回転した位置にある場合（タイヤ側ハウジング３８は図５に示す状態のまま）、ロックバー４０１，４０２は、ロック溝４２に入り込むものの、ロックバー４０３，４０４，４０５は、ハンドル側ハウジング３６の内周壁にある突起部４３に当接した状態である。また、この場合には、ロック溝４２に入り込んだロックバー４０１，４０２は、いずれもロック溝４２の側面４２ａ，４２ｂに当接していない。そのため、ハンドル側ハウジング３６とタイヤ側ハウジング３８との間には、回転方向において遊びが存在している。

そして、この状態からハンドル側ハウジング３６を矢印Ｒ１方向へ回転すると、ロックバー４０１がロック溝４２の一方の側面４２ａに当接し係合した際に、ロックバー４０３がロック溝４２に入り、ロック溝４２の他方の側面４２ｂと係合する。その結果、図５に示すように、ロック溝４２１に入り込んで一方の側面４２ａと係合するロックバー４０１とロック溝４２３に入り込んで他方の側面４２ｂと係合するロックバー４０３とにより、ハンドル側ハウジング３６とタイヤ側ハウジング３８との間の回転方向の遊びがほぼなくなり（ロック状態）、ハンドル側ハウジング３６の回転力をタイヤ側ハウジング３８へ確実に伝達することができる。

このように、本実施の形態に係るクラッチ装置２９において、複数のロックバー４０は、プル型ソレノイド５２を含む進退機構４４によって複数のロック溝４２に向かって移動した場合、ハンドル側ハウジング３６とタイヤ側ハウジング３８との回転位相差にかかわらず、複数のロック溝４２のうちいずれか一つの第１溝部であるロック溝４２１に入るロックバー４０１と、ロックバー４０１が、ロック溝４２１に入った状態で左回りの回転方向（図１３に示す矢印Ｒ２方向）へ移動し、ロック溝４２１の２つの側面４２ａ，４２ｂのうち一方の回転方向（矢印Ｒ２方向）側の側面４２ａに係合した際に、ロック溝４２１と異なる第２溝部としてのロック溝４２３に入るロックバー４０３と、を有する。ロックバー４０３は、ロック溝４２３に入った際に、ロック溝４２３の２つの側面４２ａ，４２ｂのうち他方の回転方向（矢印Ｒ１方向）側の側面４２ｂに係合するように構成されている。

これにより、クラッチ装置２９は、進退機構４４により各ロックバー４０をロック溝４２から退避させることで、車両操舵装置１０をハンドル側ハウジング３６とタイヤ側ハウジング３８との回転力の伝達がない分離状態にできる。一方、クラッチ装置２９は、進退機構４４によりハンドル側ハウジング３６とタイヤ側ハウジング３８とが接続されている状態（ロック状態）では、ハンドル側ハウジング３６が一方の回転方向（例えば矢印Ｒ１方向）に回転した場合は、ロックバー４０１がロック溝４２１の２つの側面のうち他方の回転方向（矢印Ｒ２方向）側の側面４２ａに係合しているため、遊びがほとんどない状態で回転力をタイヤ側ハウジング３８に伝達できる。また、ハンドル側ハウジング３６が他方の回転方向（例えば矢印Ｒ２方向）に回転した場合は、ロックバー４０３がロック溝４２３の２つの側面のうち一方の回転方向（矢印Ｒ１方向）側の側面４２ｂに係合しているため、遊びがほとんどない状態で回転力をタイヤ側ハウジング３８に伝達できる。

また、クラッチ装置２９は、プル型ソレノイド５２に通電した際の動作によりバネ５０の付勢力より大きな力でロックバー４０をロック溝４２から退避させるとともに、プル型ソレノイド５２への通電が解除された場合にはバネ５０の付勢力によりロックバー４０２やロックバー４０３がロック溝４２に入るように構成されている。これにより、プル型ソレノイド５２への通電が行われなくなった非常時には、ロックバー４０２やロックバー４０３がロック溝４２に入ることでハンドル側ハウジング３６とタイヤ側ハウジング３８との接続が即座に行われる。

次に、ロックバー４０とロック溝４２との好適な関係について説明する。図６は、ロックバー４０とロック溝４２の形状を説明するための図である。図７は、図６に示すロックバーとロック溝との関係を直線状に示した模式図である。

図６、図７に示すように、複数のロック溝４２の数をｎ［個］、ロック溝４２のピッチをＰ、複数のロックバー４０の数をＮ［個］、複数のロック溝４２に入るロックバー４０の数をＮｘ［個］、ロックバー４０の幅をＷ［ｄｅｇ］、ロック溝４２の幅をＢ１［ｄｅｇ］、ロック溝４２と隣接するロック溝４２との距離（突起部４３の幅）をＢ２［ｄｅｇ］、ロック溝４２にロックバー４０を係合させる際のズレ角度（接続時ズレ角度）をδ［ｄｅｇ］とすると、本実施の形態に係るクラッチ装置２９における各パラメータは表１に示すように設定されている。

また、各パラメータは
Ｐ＝３６０／ｎ・・・式（１）
Ｂ１≒Ｗ＋（δ×（Ｎｘ−１））・・・式（２）
δ＝Ｐ／Ｎ・・・式（３）
の各式を満たすように設定されている。なお、各式の数値は、設計の自由度や部品の公差などによって多少の誤差は許容される。

これにより、ハンドル側ハウジング３６とタイヤ側ハウジング３８との相対的な位相がどんな場合でも、少なくとも一つのロックバー４０は常にロック溝４２に入りうる位置になる。また、ハンドル側ハウジング３６とタイヤ側ハウジング３８との接続（ロック）時のズレ角度δを考慮した設計が可能となる。ここで、接続時のズレ角度δとは、ハンドル側ハウジング３６とタイヤ側ハウジング３８との相対的な位相がどんな場合であっても、一方を他方に対して接続時ズレ角度δだけ回転させれば、クラッチ装置２９においてクラッチＯＮ状態（ロック状態）が実現される角度を示すパラメータである。つまり、接続時のズレ角度δを小さく設定すれば、システム異常時においてもわずかなハンドル操作で操舵アクチュエータ３０と転舵アクチュエータ３２とが機械的に連結されることとなり、車両操舵装置１０のフェールセーフの応答性の向上が図られる。

前述のように、車両操舵装置１０は、車両を操舵するために回転されるハンドル１２と、ハンドル１２の操作量に応じた情報を検出する操舵角度センサ１４と、タイヤ２６を転舵するラックアンドピニオン機構３４と、ラックアンドピニオン機構３４を駆動する転舵モータ２４と、ハンドル１２とラックアンドピニオン機構３４との間に配置され、ハンドル１２とラックアンドピニオン機構３４との間の回転力の伝達および遮断の切替えを行うクラッチ装置２９と、クラッチ装置２９により回転力が遮断された状態で転舵モータ２４を駆動し、操作量に応じた情報に基づいて転舵量を制御するＥＣＵ２８と、を備えている。ハンドル１２は、ハンドル側ハウジング３６と連結されており、ラックアンドピニオン機構３４は、タイヤ側ハウジング３８と連結されており、クラッチ装置２９は、ハンドル１２とラックアンドピニオン機構３４との間の回転力が伝達可能な状態で、ハンドル１２の操作に応じて車輪の舵角が変化するようにハンドル側ハウジング３６とタイヤ側ハウジング３８とが機械的に連結されている。

これにより、クラッチ装置２９により回転力が遮断された状態で転舵モータ２４を駆動し、ハンドル１２の操作量に応じた情報に基づいて転舵量を制御している場合には、ラックアンドピニオン機構３４からハンドル１２へトルク変動などが伝達されないため、操舵フィーリングを向上できる。

（第２の実施の形態）
図８は、第２の実施の形態に係るクラッチ装置の断面図である。図８に示すクラッチ装置５８は、第１の実施の形態に係るクラッチ装置２９と比較して、ロックバーやロック溝の大きさが異なる点が大きな特徴である。クラッチ装置５８自体の構造や動作は第１の実施の形態に係るクラッチ装置２９とほぼ同じであるため、説明を適宜省略する。

クラッチ装置５８におけるロックバー６０やロック溝６２に関する各種パラメータは、表１に示すとおりである。クラッチ装置２９と比較して、クラッチ装置５８は、ロックバー４０の幅が広く、ロック溝６２の幅が狭くなっている。そして、プル型ソレノイド５２への通電が解除された場合に、５つのロックバー６０のうち、いずれかのロック溝６２に確実に入るロックバーの数は１個である（第１の実施の形態に係るクラッチ装置２９では２個）。

そして、この状態からハンドル側ハウジング６４を接続時ズレ角度δまで回転させる間に、もう一つのロックバー６０がロック溝６２に入り込む。これにより、第１の実施の形態に係るクラッチ装置２９と同様の作用効果を奏する。

（第３の実施の形態）
図９は、第３の実施の形態に係るクラッチ装置の断面図である。図９に示すクラッチ装置６６は、第１の実施の形態に係るクラッチ装置２９や第２の実施の形態に係るクラッチ装置５８と比較して、ロックバーやロック溝の数が異なる点が大きな特徴である。クラッチ装置６６自体の構造や動作は第１の実施の形態に係るクラッチ装置２９とほぼ同じであるため、説明を適宜省略する。

クラッチ装置６６におけるロックバー６８やロック溝７０に関する各種パラメータは、表１に示すとおりである。クラッチ装置２９やクラッチ装置５８と比較して、クラッチ装置６６は、ロックバー６８の数が少なく、ロック溝７０の数が多くなっている。そして、プル型ソレノイド５２への通電が解除された場合に、４つのロックバー６８のうち、いずれかのロック溝７０に確実に入るロックバーの数は１個である（第１の実施の形態に係るクラッチ装置２９では２個）。

そして、この状態からハンドル側ハウジング７２を接続時ズレ角度δまで回転させる間に、もう一つのロックバー６８がロック溝７０に入り込む。これにより、第１の実施の形態に係るクラッチ装置２９と同様の作用効果を奏する。

（第４の実施の形態）
図１０は、第４の実施の形態に係るクラッチ装置７４の軸に平行な断面図である。図１１は、図１０に示すクラッチ装置７４のＥ−Ｅ断面図である。なお、図１０は、図１１に示すＦ−Ｆ断面に相当する。

本実施の形態に係るクラッチ装置７４は、アクチュエータとして回転型ソレノイドを備えている点、また、進退機構が、回転型ソレノイドの回転運動を変換してロックバーを進退させる変換機構を備えている点、が第１の実施の形態に係るクラッチ装置２９と大きく異なる。

クラッチ装置７４は、第１の回転軸である環状のハンドル側ハウジング７６と、第２の回転軸である環状のタイヤ側ハウジング７８と、タイヤ側ハウジング７８の径方向に移動できるようにタイヤ側ハウジング７８に設けられている係合部としての複数のロックバー８０と、を備える。ハンドル側ハウジング７６は、内周面に複数のロック溝８２が互いに間隔をもって周方向の形成されている。タイヤ側ハウジング７８は、ハンドル側ハウジング７６と同軸となるように設けられており、クラッチ装置７４の側方から見て少なくとも一部がハンドル側ハウジング７６と重なるように配置されている。

ハンドル側ハウジング７６は、操舵アクチュエータ３０（図１参照）と連結されており、ハンドル１２の回転に連動して回転する。また、タイヤ側ハウジング７８は、転舵アクチュエータ３２（図１参照）と連結されており、タイヤの転舵に連動して回転する。クラッチ装置７４は、ロックバー８０をロック溝８２に向かう方向へ進退させる進退機構８４を更に備える。進退機構８４の詳細については後述する。

本実施の形態に係るクラッチ装置７４においては、６つのロックバーが放射状に配置されている。各ロックバー８０は、環状のタイヤ側ハウジング７８の周面に形成された開口部７８ａに摺動可能に支持されている。

タイヤ側ハウジング７８の図１０に示す右側の開口部近傍には、バネ受け部材８６が固定されている。バネ受け部材８６は、小径部８６ａの外周面に、各ロックバー８０に対応するように複数の凸部８６ｂが放射状に配置されている。凸部８６ｂは、付勢部材であるバネがずれないようにその一端を支持する。また、バネ９０の他端は、ロックバー８０のバネ受け部材８６と対向する部分に形成されている凹部８０ａにより支持されている。そして、バネ９０は、図１０や図１１に示す状態では圧縮されている。

進退機構８４は、電気によって駆動するアクチュエータとしての回転型ソレノイド９２と、ロックバー８０をロック溝８２に向かって付勢するバネ９０と、ロックバー８０に作用することでロックバー８０の進退を制御するピン９４と、ピン９４が固定されている回転盤９６と、を有している。

回転型ソレノイド９２は、通電時（クラッチ装置ＯＦＦ）には軸９２ａが図１１に示す矢印Ｒ３方向に回転し、非通電時（クラッチ装置ＯＮ）には内部にある戻りバネの作用で図１１に示す矢印Ｒ４方向に軸９２ａが回転するように構成されている。図１０は、回転型ソレノイド９２の通電時の状態を示している。

ピン９４は、ロックバー８０の中央部から側面に向かって設けられた切り欠き溝８０ｂに浸入した状態でロックバー８０と係合している。また、ピン９４は、図１０に示すクラッチ装置ＯＦＦの状態でロックバー８０の切り欠き溝８０ｂと当接し、後述するクラッチ装置ＯＮの状態でロックバー８０の切り欠き溝８０ｂから退避する。

回転盤９６は、回転型ソレノイド９２の軸９２ａに固定されており、回転型ソレノイド９２への通電状態に応じて時計回りまたは反時計回りに回転する。その際、ピン９４も時計回りまたは反時計回りに回転し、位置が変化する。

次に、クラッチ装置の動作を説明する。図１０や図１１に示すように、クラッチ装置７４がＯＦＦの状態、すなわち回転型ソレノイド９２に通電されている状態では、ロックバー８０とロック溝８２とが一切係合しない。そのため、操舵アクチュエータ３０（図１参照）と転舵アクチュエータ３２（図１参照）とは切り離された状態であり、互いの間で回転力は伝達されない。

より詳細には、回転型ソレノイド９２に通電されると、回転型ソレノイド９２の軸９２ａとともに回転盤９６が図１１に示す矢印Ｒ３方向に回転する。その際、ピン９４が切り欠き溝８０ｂの側壁８０ｂ１に当接しながら切り欠き溝８０ｂの奥側に浸入することで、ロックバー８０が徐々にタイヤ側ハウジング７８の内側に引き込まれ、最終的にクラッチ装置７４がＯＦＦの状態となる位置にロックバー８０が規制される。

図１２は、第４の実施の形態に係るクラッチ装置７４（クラッチＯＮ状態）の軸に垂直な断面図である。

クラッチ装置７４は、システムの故障などで通電が行われない状態となると、回転型ソレノイド９２の戻りバネの働きで、それまでロックバー８０を規制していた回転盤９６が図１２に示す矢印Ｒ４方向へ回転する。その結果、ロックバー８０の切り欠き溝８０ｂの内部でのピン９４の位置が変化し、ピン９４が切り欠き溝８０ｂの内部から退避することになる。その結果、ピン９４により位置が規制されていたロックバー８０は、ハンドル側ハウジング７６のロック溝８２に向かって移動できるようになる。

このように、各ロックバー８０は、バネ９０の付勢力によってハンドル側ハウジング７６のロック溝８２に向かってタイヤ側ハウジング７８の径方向に移動する力が働くが、図１２に示すように、クラッチ装置７４では、すべてのロックバー８０がそのままロック溝８２に入るようには構成されていない。

つまり、各ロックバー８０（以下、適宜ロックバー８０１〜８０６と称する場合がある。）と各ロック溝８２との位置関係、つまりハンドル側ハウジング７６とタイヤ側ハウジング７８との位置関係によっては、ロック溝８２に入り込むロックバーの組合せは種々変わりうる。図１２に示すクラッチ装置７４では、ロック溝８２に入り込むロックバー８０１〜８０３と、ロック溝８２に入り込まずにロック溝８２同士の間の突起部８３と当接しているロックバー８０４〜８０６とが存在することになる。

図１２に示す状態は、クラッチ装置７４が完全にクラッチＯＮとなった場合であるが、回転型ソレノイド９２への通電が解除されたと同時に、常にこの状態に至る訳ではない。以下では、通常のハンドル１２の操作によってクラッチ装置７４が完全にクラッチＯＮとなるまでの動作について更に詳述する。

例えば、図１２に示す状態からハンドル側ハウジング７６が矢印Ｒ４方向へわずかに回転した位置にある場合（タイヤ側ハウジング７８は図１２に示す状態のまま）、ロックバー８０２，８０３は、ロック溝４２に入り込むものの、ロックバー８０１，８０４〜８０６は、ハンドル側ハウジング７６の内周壁にある突起部８３に当接した状態である。また、この場合には、ロック溝８２に入り込んだロックバー８０２，８０３は、いずれもロック溝８２の側面８２ａ，８２ｂに当接していない。そのため、ハンドル側ハウジング７６とタイヤ側ハウジング７８との間には、回転方向において遊びが存在している。

そして、この状態からハンドル側ハウジング７６を矢印Ｒ３方向へ回転すると、ロックバー８０３がロック溝８２の一方の側面８２ａに当接し係合した際に、ロックバー８０１がロック溝８２に入り、ロック溝８２の他方の側面８２ｂと係合する。その結果、図１２に示すように、ロック溝８２１に入り込んで他方の側面８２ｂと係合するロックバー８０１とロック溝８２３に入り込んで一方の側面８２ａと係合するロックバー８０３とにより、ハンドル側ハウジング７６とタイヤ側ハウジング７８との間の回転方向の遊びがほぼなくなり（ロック状態）、ハンドル側ハウジング７６の回転力をタイヤ側ハウジング７８へ確実に伝達することができる。

このように、本実施の形態に係るクラッチ装置７４において、複数のロックバー８０は、回転型ソレノイド９２を含む進退機構８４によって複数のロック溝８２に向かって移動した場合、ハンドル側ハウジング７６とタイヤ側ハウジング７８との回転位相差にかかわらず、複数のロック溝８２のうちいずれか一つの第１溝部としてのロック溝８２３に入るロックバー８０３と、ロックバー８０３が、ロック溝８２３に入った状態で左回りの回転方向（図１２に示す矢印Ｒ４方向）へ移動し、ロック溝８２３の２つの側面８２ａ，８２ｂのうち一方の回転方向（矢印Ｒ４方向）側の側面８２ａに係合した際に、ロック溝８２３と異なる第２溝部としてのロック溝８２１に入るロックバー８０１と、を有する。ロックバー８０１は、ロック溝８２１に入った際に、ロック溝８２１の２つの側面８２ａ，８２ｂのうち他方の回転方向（矢印Ｒ３方向）側の側面８２ｂに係合するように構成されている。

これにより、クラッチ装置７４は、進退機構８４により各ロックバー８０をロック溝８２から退避させることで、車両操舵装置１０をハンドル側ハウジング７６とタイヤ側ハウジング７８との回転力の伝達がない分離状態にできる。一方、クラッチ装置７４は、進退機構８４によりハンドル側ハウジング７６とタイヤ側ハウジング７８とが接続されている状態（ロック状態）では、ハンドル側ハウジング７６が一方の回転方向（例えば矢印Ｒ３方向）に回転した場合は、ロックバー８０３がロック溝８２３の２つの側面のうち他方の回転方向（矢印Ｒ４方向）側の側面８２ａに係合しているため、遊びがほとんどない状態で回転力をタイヤ側ハウジング７８に伝達できる。また、ハンドル側ハウジング７６が他方の回転方向（例えば矢印Ｒ４方向）に回転した場合は、ロックバー８０１がロック溝８２１の２つの側面のうち一方の回転方向（矢印Ｒ３方向）側の側面８２ｂに係合しているため、遊びがほとんどない状態で回転力をタイヤ側ハウジング７８に伝達できる。

また、クラッチ装置７４は、回転型ソレノイド９２に通電した際の動作によりバネ９０の付勢力より大きな力でロックバー８０をロック溝８２から退避させるとともに、回転型ソレノイド９２に通電されていない場合にはバネ９０の付勢力によりロックバー８０２やロックバー８０３がロック溝８２に入るように構成されている。これにより、回転型ソレノイド９２への通電が行われなくなった非常時には、ロックバー８０２やロックバー８０３がロック溝８２に入ることでハンドル側ハウジング７６とタイヤ側ハウジング７８との接続が即座に行われる。

また、クラッチ装置７４は、回転型ソレノイド９２の回転運動を変換してロックバー８０を進退させているため、クラッチ装置の軸方向の長さを抑えることができる。

上述の各実施の形態に例示したように、各クラッチ装置は、アクチュエータへの通電が解除された段階で少なくとも一つのロックバーがロック溝に入り込む。そして、クラッチ装置は、接続時ズレ角度δ以下の回転操作により少なくとも一つのロックバーがロック溝と確実に係合するとともに、そのタイミングでもう一つのロックバーが他のロック溝に入り込むように構成されている。そして、２つのロックバーで異なる２つのロック溝の側面を挟むことで遊びがほとんどないロック状態が実現される。

また、各クラッチ装置は、摩擦式クラッチのように高いトルクで分離状態となることはない。また、各クラッチ装置は、複数のロックバーの移動を一つのアクチュエータの動きに連動させて達成できるため、各ロックバーの同期が容易である。また、各クラッチ装置は、クラッチ解除時（クラッチＯＦＦ）は、アクチュエータですべてのロックバーの位置を拘束することで、ロックバーの安定固定ができる。一方、クラッチ接続時（クラッチＯＮ）は、アクチュエータによるロックバーの位置規制を解除することで、ロックバーがバネにより個々に動かされるため、ロック溝に入るロックバーとロック溝に入らないロックバーとの個別の動きが可能となる。

以上、本発明を上述の各実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を各実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。

上述の各実施の形態では、ハンドル側ハウジングの内周にロック溝が設けられ、タイヤ側ハウジングにロックバーが設けられているクラッチ装置について説明したが、ハンドル側ハウジングにロックバーが設けられ、タイヤ側ハウジングの外周にロック溝が設けられているクラッチ装置であってもよい。

１０ 車両操舵装置、 ２４ 転舵モータ、 ２８ ＥＣＵ、 ２９ クラッチ装置、 ３０ 操舵アクチュエータ、 ３２ 転舵アクチュエータ、 ３６ ハンドル側ハウジング、 ３８ タイヤ側ハウジング、 ３８ａ 開口部、 ４０ ロックバー、 ４０ａ 凹部、 ４０ｂ 貫通孔、 ４２ ロック溝、 ４２ａ，４２ｂ 側面、 ４４ 進退機構、 ５０ バネ、 ５２ プル型ソレノイド、 ５２ａ 軸、 ５４ ピン、 ５４ａ 第１係合部、 ５４ｂ 第２係合部、 ５４ｃ 斜面、 ７４ クラッチ装置、 ７６ ハンドル側ハウジング、 ７８ タイヤ側ハウジング、 ７８ａ 開口部、 ８０ ロックバー、 ８０ａ 凹部、 ８０ｂ 切り欠き溝、 ８２ ロック溝、 ８２ａ，８２ｂ 側面、 ８３ 突起部、 ８４ 進退機構、 ９０ バネ、 ９２ 回転型ソレノイド、 ９２ａ 軸、 ９４ ピン、 ９６ 回転盤。

本発明は、クラッチ装置に関し、特に車両操舵装置に用いられる。

Claims (5)

1. ２つの回転軸の間の回転力の伝達および遮断の切替えを行うクラッチ装置であって、
   内周または外周に複数の溝部が互いに間隔をもって周方向に形成されている第１の回転軸と、
   前記第１の回転軸と同軸に、かつ、少なくとも一部が重なるように配置されている第２の回転軸と、
   前記第２の回転軸の径方向に移動できるように該第２の回転軸に設けられ、互いに間隔をもって該第２の回転軸の周方向に配列されている複数の係合部と、
   前記係合部を前記溝部に向かう方向へ進退させる進退機構と、を備え、
   前記複数の係合部は、
   前記進退機構によって前記複数の溝部に向かって移動した場合、前記第１の回転軸と前記第２の回転軸との回転位相差にかかわらず、前記複数の溝部のうちいずれか一つの第１溝部に入る第１係合部と、
   前記第１係合部が、前記第１溝部に入った状態で右回りまたは左回りのいずれか一方の回転方向へ移動し、該第１溝部の２つの側面のうち一方の回転方向側の側面に係合した際に、前記第１溝部と異なる第２溝部に入る第２係合部と、を有し、
   前記第２係合部は、前記第２溝部に入った際に、該第２溝部の２つの側面のうち他方の回転方向側の側面に係合するように構成されている、
   ことを特徴とするクラッチ装置。
2. 前記進退機構は、
   電気によって駆動するアクチュエータと、
   前記係合部を前記溝部に向かって付勢する付勢部材と、を有し、
   前記アクチュエータに通電した際の動作により前記付勢部材の付勢力より大きな力で前記係合部を前記溝部から退避させるとともに、前記アクチュエータへの通電が解除された場合には前記付勢部材の付勢力により前記第１係合部が前記第１溝部に入るように構成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のクラッチ装置。
3. 前記アクチュエータは、回転型ソレノイドであり、
   前記進退機構は、
   前記回転型ソレノイドの回転運動を変換して前記係合部を進退させる変換機構を更に備える請求項２に記載のクラッチ装置。
4. 前記複数の溝部の数をｎ、前記溝部のピッチをＰ、前記複数の係合部の数をＮ、前記複数の溝部に入る係合部の数をＮｘ、前記係合部の幅をＷ、前記溝部の幅をＢ１、前記溝部と隣接する溝部との距離をＢ２、前記溝部に前記係合部を係合させる際のズレ角度をδ、とすると、
   前記係合部および前記溝部は、
   Ｐ＝３６０／ｎ
   Ｂ１≒Ｗ＋（δ×（Ｎｘ−１））
   δ＝Ｐ／Ｎ
   を満たすように設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のクラッチ装置。
5. 車両を操舵するために回転される操作部材と、
   前記操作部材の操作量に応じた情報を検出する検出手段と、
   車輪を転舵する転舵機構と、
   前記転舵機構を駆動する動力源と、
   前記操作部材と前記転舵機構との間に配置され、前記操作部材と前記転舵機構との間の回転力の伝達および遮断の切替えを行う請求項１乃至４のいずれか１項に記載のクラッチ装置と、
   前記クラッチ装置により回転力が遮断された状態で前記動力源を駆動し、前記操作量に応じた情報に基づいて転舵量を制御する制御手段と、を備え、
   前記操作部材は、前記第１の回転軸および前記第２の回転軸のいずれか一方と連結されており、
   前記転舵機構は、前記第１の回転軸および前記第２の回転軸のいずれか他方と連結されており、
   前記クラッチ装置は、前記操作部材と前記転舵機構との間の回転力が伝達可能な状態で、前記操作部材の操作に応じて車輪の舵角が変化するように前記第１の回転軸と前記第２の回転軸とが機械的に連結されている、
   ことを特徴とする操舵装置。

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