WO2014068633A1

WO2014068633A1 - クラッチ装置、車両用操舵装置

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Publication number: WO2014068633A1
Application number: PCT/JP2012/077851
Authority: WO
Inventors: 義秀関谷
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2012-10-29
Filing date: 2012-10-29
Publication date: 2014-05-08

Abstract

　入力軸１２と出力軸１３との間でトルクの伝達及び遮断を切り替えるためのクラッチ装置１００は、複数の係合歯を有する円環状の回転体と、複数の被係合歯を有するロック部材と、ロック部材をロック位置へと回転駆動可能な駆動機構と、を備え、複数の係合歯及び複数の被係合歯は、第１回転軸を中心に第１方向に回転する回転体に対してロック部材が駆動機構によって第２回転軸まわりにロック位置へと回転駆動されたときに互いに当接する少なくとも一組の第１係合歯及び第１被係合歯を含み、ロック部材は、第１係合歯のうち第１被係合歯が当接する当接部から法線方向に延びる境界線と、当該当接部と第１回転軸とを結ぶ境界線とによって区画される設定領域内に第２回転軸が位置するように構成されている。

Description

クラッチ装置、車両用操舵装置

　本発明は、入力軸と出力軸との間でトルクを伝達するためのクラッチ装置に係り、特には係合歯及び被係合歯の互いの噛み合いを利用したトルク伝達技術に関する。

　下記特許文献１には、車両用シートの連結装置に設けられたクラッチ装置の一例が開示されている。このクラッチ装置では、一方の部材であるラチェットに設けられた複数の内歯（係合歯）と他方の部材であるポールに設けられた複数の外歯（被係合歯）とが噛み合うようにポールが駆動されることによってラチェット及びポールの相対回転がロックされ、これにより入力軸と出力軸との間でトルクの伝達が可能になる。一方で、ラチェット側の複数の内歯とポール側の複数の外歯との噛み合いが解除されるようにポールが駆動されることによってラチェット及びポールの相対回転のロックが解除され、これにより入力軸と出力軸との間でトルクの遮断が可能になる。

特開２０１１－２１９０４７号公報

　上記特許文献１に開示のクラッチ装置では、ラチェット側の複数の内歯とポール側の複数の外歯との噛み合い時にこの噛み合い部分に相対回転方向のトルクが作用すると、例えば山形の歯同士の噛み合いの場合にはこの噛み合いが解除される方向の荷重が生じる。その結果、入力軸と出力軸との間でトルクの伝達が確実に行うことができないという問題がある。従って、内歯及び外歯の噛み合いが解除されるのを阻止するためには、噛み合い解除に係る荷重に打ち勝つ強い押し付け荷重で内歯及び外歯を互いに押し付けるような構造が必要になる。

　そこで、本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、係合歯及び被係合歯の互いの噛み合いを利用して入力軸と出力軸との間でトルクを伝達するためのクラッチ装置において、係合歯及び被係合歯に過大な押し付け荷重を付与することなく、入力軸と出力軸との間でトルク伝達を確実に行うのに有効な技術を提供することである。

　上記の目的を達成するために、本発明に係るクラッチ装置は、入力軸と出力軸との間でトルクが伝達される状態と当該トルクが遮断される状態とを切り替えるための装置であり、円環状の回転体、第１ロック部材及び駆動機構を少なくとも備えている。

　円環状の回転体は、複数の係合歯を有し、入力軸及び出力軸のいずれか一方に第１回転軸を中心に回転可能に連結される。この場合、複数の係合歯を回転体の内周面に設ける構成や、回転体の外周面に設ける構成を採り得る。また、回転体の第１回転軸は入力軸及び出力軸のいずれか一方に合致するのが好ましい。第１ロック部材は、回転体の複数の係合歯に対応した複数の被係合歯を有し、入力軸及び出力軸の他方に第１回転軸とは異なる第２回転軸を中心に回転可能に連結される。この第１ロック部材は、回転体が入力軸に連結されている場合には出力軸に連結され、回転体が出力軸に連結されている場合には入力軸に連結される。駆動機構は、第１ロック部材を複数の係合歯及び複数の被係合歯の噛み合いによって回転体の第１方向の回転をロックするロック位置へと第２回転軸を中心に回転駆動することができる。

　複数の係合歯及び複数の被係合歯は、少なくとも一組の第１係合歯及び第１被係合歯を含む。これら第１係合歯及び第１被係合歯は、第１回転軸を中心に第１方向に回転する回転体に対して第１ロック部材が駆動機構によってロック位置へと回転駆動されたときに互いに当接する。第１ロック部材は、第１係合歯のうち第１被係合歯が当接する当接部から法線方向に延びる境界線（「第１境界線」ともいう）と、当該当接部と第１回転軸とを結ぶ境界線（「第２境界線」ともいう）とによって区画される設定領域内に第２回転軸が位置するように構成されている。この場合、当接部は当接点、当接線、平面状又は曲線状の当接面のいずれであってもよい。

　このような構成によれば、第１係合歯及び第１被係合歯が互いに当接した状態で更に回転体が第１方向に回転しようとした場合に、第１被係合歯には第１係合歯の当接部からの押し付け荷重によって第２回転軸まわりに第１方向のモーメントが生じる。このモーメントは当接部において第１係合歯が第１被係合歯に強く噛み合う（食い込む）ように作用する。従って、第１方向に関し回転体の第１係合歯から第１ロック部材の第１被係合歯に過大な押し付け荷重を付与することなく或いは押し付け荷重を要することなく、これら第１係合歯及び第１被係合歯を強く噛み合わせることができ、これにより入力軸と出力軸との間でトルク伝達を確実に行うことができる。これに対して、第２回転軸が第１境界線を挟んで設定領域とは反対側に外れている場合や、第２境界線を挟んで設定領域とは反対側に外れている場合には、第１係合歯の当接部からの押圧荷重によって第１被係合歯に生じる第１方向のモーメントは、第１係合歯及び第１被係合歯の噛み合いを解除するように作用する。

　本発明に係る前記のクラッチ装置では、第１係合歯の当接部は、回転体の内周面から第１回転軸に向けて突出するとともに回転体の径方向に対して傾斜した係合歯傾斜面によって構成されるのが好ましい。この場合、係合歯が回転体の内歯となり、典型的には山形（三角形）の係合歯の一部によって係合歯傾斜面が形成される。また、第１被係合歯は、係合歯傾斜面に当接可能な被係合歯傾斜面を備え、当該被係合歯傾斜面が係合歯傾斜面との当接時に係合歯傾斜面と同方向に延在するのが好ましい。これにより、第１係合歯の係合歯傾斜面と第１被係合歯の被係合歯傾斜面との面接触構造による噛み合い構造を実現できる。

　本発明に係る前記のクラッチ装置では、第１回転軸及び第２回転軸が互いに平行に延在し、回転体の内周面によって区画される空間に第１ロック部材が設けられているのが好ましい。これにより、回転体の外形内に第１ロック部材を配置することができ、クラッチ装置のコンパクト化を図ることができる。

　本発明に係る前記のクラッチ装置は、更に第２ロック部材を備えるのが好ましい。この第２ロック部材は、回転体の径方向の線について第１ロック部材と線対称構造であり、回転体の複数の係合歯に対応した複数の被係合歯を有し、入力軸及び出力軸のうち第１ロック部材が連結されている軸に第１回転軸とは異なる第３回転軸を中心に回転可能に連結される。駆動機構は、第２ロック部材を当該第２ロック部材の複数の係合歯及び複数の被係合歯の噛み合いによって回転体の第１方向と反対の第２方向の回転をロックするロック位置へと第３回転軸を中心に回転駆動することができる。複数の係合歯及び複数の被係合歯は、少なくとも一組の第２係合歯及び第２被係合歯を含む。これら第２係合歯及び第２被係合歯は、第１回転軸を中心に第２方向に回転する回転体に対して第２ロック部材が駆動機構によって当該第２ロック部材のロック位置へと回転駆動されたときに互いに当接する。第２ロック部材は、第２係合歯のうち第２被係合歯が当接する当接部から法線方向に延びる境界線と、当該当接部と第１回転軸とを結ぶ境界線とによって区画される設定領域内に第３回転軸が位置するように構成されている。
　上記構成によれば、第１方向に関しては回転体の第１係合歯を第１ロック部材の第１被係合歯に強く噛み合わせることができる一方で、その反対の第２方向に関しては回転体の第２係合歯を第２ロック部材の第２被係合歯に強く噛み合わせることができる。その結果、第１方向及び第２方向の双方向（２方向）に関して入力軸と出力軸との間でトルク伝達を確実に行うことができる。

　本発明に係る前記のクラッチ装置では、更に第２ロック部材を備えるのが好ましい。この第２ロック部材は、回転体の第１回転軸について第１ロック部材と点対称構造であり、回転体の複数の係合歯に対応した複数の被係合歯を有し、入力軸及び出力軸のうち第１ロック部材が連結されている軸に第１回転軸とは異なる第３回転軸を中心に回転可能に連結される。また、駆動機構は、第２ロック部材を当該第２ロック部材の複数の係合歯及び複数の被係合歯の噛み合いによって回転体の第１方向の回転をロックするロック位置へと第３回転軸を中心に回転駆動することができる。複数の係合歯及び複数の被係合歯は、少なくとも一組の第２係合歯及び第２被係合歯を含む。これら第２係合歯及び第２被係合歯は、第１回転軸を中心に第１方向に回転する回転体に対して第２ロック部材が駆動機構によって当該第２ロック部材のロック位置へと回転駆動されたときに互いに当接する。第２ロック部材は、第２係合歯のうち第２被係合歯が当接する当接部から法線方向に延びる境界線と、当該当接部と第１回転軸とを結ぶ境界線とによって区画される設定領域内に第３回転軸が位置するように構成されている。

　上記構成によれば、第１方向に関し回転体の複数の係合歯を、少なくとも第１ロック部材の第１被係合歯と第２ロック部材の第２被係合歯の２箇所に強く噛み合わせることができる。また、回転体が第１方向に回転する場合、この回転体の第１係合歯が第１ロック部材の第１被係合歯に噛み合うことで第１回転軸が荷重を受け、同様にこの回転体の第２係合歯が第２ロック部材の第２被係合歯に噛み合うことで第１回転軸が荷重を受ける。このとき第１回転軸と直交する方向（ラジアル方向（径方向））に関し第１回転軸が第１ロック部材の第１被係合歯から受ける荷重と、第１回転軸が第２ロック部材の第２被係合歯から受ける荷重とは、互いの荷重を打ち消し合う（相殺する）ように逆向きに作用する。その結果、第１方向に関しクラッチ作動時のバランスに優れたクラッチ装置を実現できる。

　本発明に係る前記のクラッチ装置は、互いに線対称構造である前述の第１ロック部材及び第２ロック部材に加えて、第３ロック部材及び第４ロック部材を備えるのが好ましい。第３ロック部材は、回転体の第１回転軸について第１ロック部材と点対称構造であり、回転体の複数の係合歯に対応した複数の被係合歯を有し、入力軸及び出力軸のうち第１ロック部材が連結されている軸に第１回転軸とは異なる第４回転軸を中心に回転可能に連結される。第４ロック部材は、第１回転軸について第２ロック部材と点対称構造であり、回転体の複数の係合歯に対応した複数の被係合歯を有し、入力軸及び出力軸のうち第１ロック部材が連結されている軸に第１回転軸とは異なる第５回転軸を中心に回転可能に連結される。駆動機構は、第３ロック部材を当該第３ロック部材の複数の係合歯及び複数の被係合歯の噛み合いによって回転体の第１方向の回転をロックするロック位置へと第４回転軸を中心に回転駆動することができ、且つ第４ロック部材を当該第４ロック部材の複数の係合歯及び複数の被係合歯の噛み合いによって回転体の第２方向の回転をロックするロック位置へと第５回転軸を中心に回転駆動することができる。

　更に、第３ロック部材の複数の係合歯及び複数の被係合歯は、第１回転軸を中心に第１方向に回転する回転体に対して第３ロック部材が駆動機構によって当該第３ロック部材のロック位置へと回転駆動されたときに互いに当接する少なくとも一組の第３係合歯及び第３被係合歯を含む。この場合、この第３ロック部材は、第３係合歯のうち第３被係合歯が当接する当接部から法線方向に延びる境界線と、当該当接部と第１回転軸とを結ぶ境界線とによって区画される設定領域内に第４回転軸が位置するように構成される。一方で、第４ロック部材の複数の係合歯及び複数の被係合歯は、第１回転軸を中心に第２方向に回転する回転体に対して第４ロック部材が駆動機構によって当該第４ロック部材のロック位置へと回転駆動されたときに互いに当接する少なくとも一組の第４係合歯及び第４被係合歯を含む。この場合、この第４ロック部材は、第４係合歯のうち第４被係合歯が当接する当接部から法線方向に延びる境界線と、当該当接部と第１回転軸とを結ぶ境界線とによって区画される設定領域内に第５回転軸が位置するように構成される。

　上記構成によれば、第１方向に関しては回転体の複数の係合歯を第１ロック部材の第１被係合歯及び第３ロック部材の第３被係合歯の２箇所に強く噛み合わせることができる一方で、第２方向に関しては回転体の複数の係合歯を第２ロック部材の第２被係合歯及び第４ロック部材の第４被係合歯の２箇所に強く噛み合わせることができる。その結果、第１方向及び第２方向の双方向（２方向）に関して入力軸と出力軸との間でトルク伝達を確実に行うことができる。更に、第１方向に関しては第１回転軸が第１ロック部材の第１被係合歯から受ける荷重と、第３ロック部材の第３被係合歯から受ける荷重とが互いに相殺され、且つ第２方向に関しては第１回転軸が第２ロック部材の第２被係合歯から受ける荷重と、第４ロック部材の第４被係合歯から受ける荷重とが互いに相殺されるため、第１方向及び第２方向の双方向（２方向）に関してクラッチ作動時のバランスに優れたクラッチ装置を実現できる。

　本発明に係る車両用操舵装置は、操舵反力モータ、転舵モータ、少なくとも１つの制御装置、及びクラッチ装置を備え、入力軸と出力軸との間でトルクが伝達される状態と当該トルクが遮断される状態とを切り替え可能なトルク伝達装置が前述のクラッチ装置によって構成される。操舵反力モータは、車両のステアリングホイールに連結された入力軸を回転駆動して、当該ステアリングホイールに操舵反力を付与する機能を果たす。転舵モータは、車両に設けられた車輪の操舵方向を変える舵取り機構に接続されるとともに、舵取り機構に連結された出力軸を回転駆動する機能を果たす。少なくとも１つの制御装置は、操舵反力モータ及び転舵モータを制御する。この場合、操舵反力モータ及び転舵モータの制御は１つの制御装置によって兼務されてもよいし、或いはそれぞれの制御が別個の制御装置によって行われてもよい。
　上記構成によれば、車両用操舵装置の異常時、例えば操舵反力モータや転舵モータが正常に作動しなくなった場合に、トルク伝達装置（クラッチ装置）が入力軸と出力軸との間でトルクが伝達される状態に設定される。これによりステアリングホイール（入力軸）と舵取り機構（出力軸）とを機械的に連結して入力軸の回転トルクを出力軸に確実に伝達することができる。

図１は、車両用操舵装置１０の概略構成を示す図である。図２は、クラッチ装置１００の非作動状態を示す斜視図である。図３は、クラッチ装置１００の作動状態を示す斜視図である。図４は、クラッチ装置１００において、互いに噛み合い可能な回転体１０１の複数の内歯１０１ａ及びロック部材１０２の複数のロック歯１０２ａの一例を示す図である。図５は、クラッチ装置１００の第１ロック部材１０２の構造上の特徴を模式的に示す図である。図６は、クラッチ装置１００の第１ロック部材１０２及び第１ロック部材１０２の構造上の特徴を模式的に示す図である。図７は、クラッチ装置１００の第１ロック部材１０２及び第３ロック部材１０２の構造上の特徴を模式的に示す図である。図８は、クラッチ装置１００の第２ロック部材１０２及び第４ロック部材１０２の構造上の特徴を模式的に示す図である。図９は、クラッチ装置１００の第１～第４ロック部材１０２の構造上の特徴を模式的に示す図である。

　以下、本発明の「クラッチ装置」及び「トルク伝達装置」の一実施形態であるクラッチ装置１００について図面を用いて説明する。

　図１に示されるように、このクラッチ装置１００は車両用操舵装置１０の一構成要素として構成される。車両用操舵装置１０は、車両に設けられた車輪を操舵するために、所謂「ステア・バイ・ワイヤ（ＳＢＷ）」なるシステムが適用された装置である。この車両用操舵装置１０は、操舵反力装置２０、前輪操舵装置３０及びクラッチ装置１００を少なくとも備えている。この車両用操舵装置１０が、本発明の「車両用操舵装置」に相当する。

　操舵反力装置２０には、運転者によってステアリング操作されるステアリングホイール１１に連結された入力軸１２の外周に操舵角センサ２１及び操舵トルクセンサ２２が設けられている。従って、ステアリングホイール１１の操舵角が操舵角センサ２１によって検出され、またステアリングホイール１１によって入力された操舵トルクが操舵トルクセンサ２２によって検出される。これら操舵角センサ２１及び操舵トルクセンサ２２はそれぞれ、制御装置としてのＥＣＵ２５に接続されており、検出された操舵角及び操舵トルクに関する信号がＥＣＵ２５に出力される。また、この操舵反力装置２０では、ステアリングホイール１１に操舵反力を付与するべく、減速機構２３を介して入力軸１２に操舵反力モータ２４が接続されている。この操舵反力モータ２４は、当該モータを制御するためのＥＣＵ２５に接続されている。このため、ＥＣＵ２５は、操舵反力モータ２４に設けられた角度センサからの信号、操舵角センサ２１からの信号、及び操舵トルクセンサ２２からの信号をそれぞれ検出するとともに、操舵反力モータ２４に制御信号を出力する。この制御信号によって操舵反力モータ２４が駆動された結果、その回転力が減速機構２３を介して入力軸１２に伝達されステアリングホイール１１に操舵反力が付与される。この操舵反力モータ２４が本発明の「操舵反力モータ」に相当する。なお、必要に応じては減速機構２３を省略し、操舵反力モータ２４の回転力を減速機構２３を介さずに直接、入力軸１２に伝達する方式（ダイレクトドライブ）を採用することもできる。

　前輪操舵装置３０では、運転者の前述のステアリング操作をアシストするべく、出力軸１３に連結された舵取り機構１４に減速機構３２を介して転舵モータ３３が接続されている。この転舵モータ３３は、制御装置としてのＥＣＵ３１に接続されている。この転舵モータ３３が本発明の「転舵モータ」に相当する。ＥＣＵ３１は、転舵モータ３３に設けられた角度センサからの信号を検出するとともに、転舵モータ３３及びクラッチ装置１００のそれぞれに制御信号を出力する。これにより転舵モータ３３が舵取り機構１４に転舵力を付与するように制御される一方で、クラッチ装置１００が制御される。舵取り機構１４は、転舵モータ３３から付与された転舵力によって左右前輪１５，１５を転舵する（操舵方向を変える）機能を果たす。なお、このＥＣＵ３１は、前記のＥＣＵ２５との間での信号の送受信が可能であり、このＥＣＵ２５とともに車両用操舵装置１０の制御のための制御ユニットを構成することができる。この場合、ＥＣＵ２５及びＥＣＵ３１は、それぞれが操舵反力モータ２４及び転舵モータ３３を独立して制御する制御装置であってもよいし、或いは１つの（単一の）制御装置として構成されて当該制御装置が操舵反力モータ２４及び転舵モータ３３の制御を兼務してもよい。

　クラッチ装置１００は、概して入力軸１２と出力軸１３との間でトルクが伝達される状態（トルク伝達状態）と当該トルクが遮断される状態（トルク遮断状態）とを切り替える機能を果たす。このクラッチ装置１００は、具体的にはＥＣＵ３１からの制御信号によって、ステアリングホイール１１側の入力軸１２と舵取り機構１４側の出力軸１３とが機械的に連結された連結状態（クラッチ装置１００のトルク伝達状態）と機械的に連結されない非連結状態（クラッチ装置１００のトルク遮断状態）とのいずれかに設定される。この車両用操舵装置１０では、通常時はクラッチ装置１００が非連結状態に設定されており、ステアリングホイール１１と舵取り機構１４との間に機械的な繋がりが無い。従って、クラッチ装置１００の非作動状態では、ステアリングホイール１１（入力軸１２）と舵取り機構１４（出力軸１３）とが機械的に連結されず、入力軸１２の回転トルクが出力軸１３に伝達されない。一方で、クラッチ装置１００は、車両用操舵装置１０の異常時、例えば操舵反力モータ２４や転舵モータ３３が正常に作動しなくなった場合に機械的なバックアップを行う機能を果たし、ステアリングホイール１１（入力軸１２）と舵取り機構１４（出力軸１３）とが機械的に連結された連結状態に設定される。クラッチ装置１００のこの連結状態では、入力軸１２の回転トルクが出力軸１３に伝達される。

　上記の車両用操舵装置１０では、ステアリングホイール１１の回転操作が操舵角センサ２１によって検出され、ＥＣＵ２５で指令転舵角が演算される。ＥＣＵ３１では、実際の転舵角がこの指令転舵角に一致するように、転舵モータ３３の駆動指令値が演算される。この駆動指令値に基づいて転舵モータ３３が駆動されることで転舵動作が実行される。一方で、操舵反力モータ２４は、ステアリングホイール１１に操舵反力を付与するべく、ＥＣＵ２５で演算された駆動指令値に基づいて駆動される。この場合、操舵反力は、典型的には舵取り機構１４に関する軸力、操舵角、操舵角速度などに応じて設定される。

　上記のクラッチ装置１００の具体的な構成について図２及び図３を参照しつつ説明する。

　図２に示すクラッチ装置１００は、１つの回転体１０１、４つのロック部材１０２、２つの可動部材１０３、１つのソレノイドアクチュエータ１０４、及び４つのバネ要素（「弾性要素」ともいう）１０５を少なくとも備えている。

　回転体１０１は、入力軸１２に接続されたブラケット（図示省略）に連結されており、入力軸１２と一体回転可能な円環状の部材として構成される。従って、この回転体１０１は、運転者によるステアリングホイール１１のステアリング操作（回転操作）に連動して、第１回転軸Ｏを中心にして図２中の第１方向Ａ又は第２方向Ｂに回転することができる。この場合、第１回転軸Ｏが入力軸１２に合致するのが好ましい。この回転体１０１は、その内周面に複数の内歯１０１ａを備えている。これら複数の内歯１０１ａが本発明の「複数の係合歯」に相当する。

　各ロック部材１０２（「ロックレバー」ともいう）は、出力軸１３に接続されたブラケット（図示省略）に連結されており、出力軸１３と一体回転可能な部材として構成される。本実施の形態では、各ロック部材１０２は、回転体１０１の内周面によって区画される空間１０１ｂに設けられている。各ロック部材１０２は、回転体１０１の内周面に設けられた複数の内歯１０１ａに対向する部位に、複数の内歯１０１ａに対応する複数のロック歯１０２ａを備えている。また、各ロック部材１０２の第２回転軸１０２ｂは、回転体１０１の第１回転軸Ｏとは異なる回転軸であって第１回転軸Ｏに平行に延在している。これにより、回転体１０１の外形内に各ロック部材１０２を配置することができ、クラッチ装置１００のコンパクト化を図ることができる。これら複数のロック歯１０２ａが本発明の「複数の被係合歯」に相当する。

　２つの可動部材１０３はそれぞれ、対応する２つのロック部材１０２との相対位置の変更によって、当該ロック部材１０２のロック歯１０２ａが回転体１０１の内歯１０１ａに係合した係合状態（「ロック状態」ともいう）と、当該ロック部材１０２のロック歯１０２ａが回転体１０１の内歯１０１ａに係合しない非係合状態（「非ロック状態」又は「ロック解除状態」ともいう）とのいずれかの状態を選択的に達成する。即ち、各ロック部材１０２は、第２回転軸１０２ｂを中心にして回転可能に構成されており、対応するバネ要素１０５によって図２に示すロック位置に向けて弾性付勢される。また、各ロック部材１０２は、対応する可動部材１０３によって押圧されるとバネ要素１０５の弾性付勢力に打ち勝ってこのロック位置から図３に示す非ロック位置へと第２回転軸１０２ｂを中心に回転動作する。例えば、図２中の左下及び右上のロック部材１０２，１０２はいずれも、ロック位置から非ロック位置へと第２回転軸１０２ｂを中心に左回りに回転動作する。一方で、図２中の右下及び左上のロック部材１０２，１０２はいずれも、ロック位置から非ロック位置へと第２回転軸１０２ｂを中心に右回りに回転動作する。

　この目的のために、ＥＣＵ３１は、車両用操舵装置１０の通常時においては、各可動部材１０３が、対応するロック部材１０２の被押圧部１０２ｃを押圧する方向にスライド動作して、当該ロック部材１０２を非ロック位置に設定するように、ソレノイドアクチュエータ１０４を制御する。この場合、各可動部材１０３がソレノイドアクチュエータ１０４によって駆動されると、当該可動部材１０３によって押圧されたロック部材１０２はバネ要素１０５の弾性付勢力に打ち勝って非ロック位置に設定される。従って、各ロック部材１０２の複数のロック歯１０２ａと回転体１０１の複数の内歯１０１ａとの係合（噛み合い）が解除され、回転体１０１とロック部材１０２との連結が解除される（図３参照）。このとき、各ロック部材１０２は、所謂「てこの原理」を応用したロックレバーであり、第２回転軸１０２ｂを支点とし、被押圧部１０２ｃを力点とし、複数のロック歯１０２ａを作用点とした場合に、支点から作用点までの距離に対して支点から力点まので距離を大きくするのが好ましい。これにより、各ロック部材１０２をできるだけ小さい荷重で回転動作させることができる。

　一方で、ＥＣＵ３１は、車両用操舵装置１０の異常時においては、各可動部材１０３が、対応するロック部材１０２の被押圧部１０２ｃの押圧を解除する方向にスライド動作して、当該ロック部材１０２をロック位置に設定するように、ソレノイドアクチュエータ１０４を制御する。この場合、ソレノイドアクチュエータ１０４による各可動部材１０３の駆動が解除されると、当該可動部材１０３による押圧が解除されたロック部材１０２はバネ要素１０５の弾性付勢力にしたがって第２回転軸１０２ｂを中心に回転してロック位置に設定される。従って、各ロック部材１０２の複数のロック歯１０２ａと回転体１０１の複数の内歯１０１ａとが噛み合い（係合し）、回転体１０１とロック部材１０２とが互いにロック（連結）され、各ロック部材１０２は、回転体１０１とともに第１回転軸Ｏを中心にして図２中の第１方向Ａ又は第２方向Ｂに回転動作する（図２参照）。その結果、ステアリングホイール１１と舵取り機構１４とが機械的に連結されて、入力軸１２の回転トルクが出力軸１３に伝達される。このとき、各バネ要素１０５は、対応するロック部材１０２をロック位置へと第２回転軸１０２ｂを中心に回転駆動可能な駆動機構であり、本発明の「駆動機構」を構成している。この変更例として、バネ要素１０５以外の弾性要素や、ソレノイドアクチュエータ１０４のような手段等を用いて、ロック部材１０２のための駆動機構を構成することもできる。

　上記の回転体１０１の複数の内歯１０１ａ（係合歯）及びロック部材１０２の複数のロック歯１０２ａ（被係合歯）の具体的な形状については、図４が参照される。回転体１０１の複数の内歯１０１ａはそれぞれ、左右対称の傾斜面１０１ｃを備えた山形の歯として構成されている。この場合、傾斜面１０１ｃは回転体１０１の径方向と交差しつつ平面状又は曲面状に延在している。一方で、ロック部材１０２の複数のロック歯１０２ａはそれぞれ、内歯１０１ａと同様に左右対称の傾斜面１０２ｄを備えた山形の歯として構成されている。この場合、内歯１０１ａの傾斜面１０１ｃ（係合歯傾斜面）は、ロック歯１０２ａの傾斜面１０２ｄ（被係合歯傾斜面）に当接可能な当接部となる。また、ロック歯１０２ａの傾斜面１０２ｄは、内歯１０１ａの傾斜面１０１ｃとの当接時に傾斜面１０１ｃと同方向に延在する。なお、図４に示す構造はあくまで本発明を理解するための一例であって、回転体１０１の内歯１０１ａやロック部材１０２のロック歯１０２ａについて、その数や形状は設計仕様等に応じて適宜に選択することができる。例えば、山形の歯に代えて、インボリュート歯形や鋸形の歯を選択することができる。

　ところで、上記のクラッチ装置１００のような装置の設計に際しては、回転体１０１（駆動側部材）とロック部材１０２（被動側部材）とを過大な押し付け荷重を要することなく或いは押し付け荷重を要することなく係合させ、入力軸１２と出力軸１３との間で確実にトルク伝達を行うことが可能な構成が要請される。そこで、本実施の形態のクラッチ装置１００は、ロック部材１０２の構造に関し図５～図９が参照される特徴を有する。なお、これらの図面では、図２～図４に示す要素と同一の要素に同一の符号を付すとともに、作動原理を明確にするために回転体１０１及び各ロック部材１０２を模式的に表している。また、以下の説明では、便宜上、回転体１０１の１つの内歯１０１ａと各ロック部材１０２の１つのロック歯１０２ａとの噛み合い（係合）について記載している。

　図５には、第１方向Ａに回転する回転体１０１の内歯１０１ａと、図２中の左下のロック部材１０２（「第１ロック部材」ともいう）のロック歯１０２ａとが噛み合う様子が模式的に示されている。このロック部材１０２は、回転体１０１の内歯１０１ａのうちロック歯１０２ａが当接する傾斜面１０１ｃ（当接部）から法線方向に延びる境界線Ｌ１と、当該当接部と第１回転軸Ｏとを結ぶ境界線Ｌ２とによって区画される設定領域Ｃ内に第２回転軸１０２ｂが位置するように構成されている。この場合、境界線Ｌ１は内歯１０１ａの傾斜面１０１ｃから延びる垂線として定義される。即ち、このクラッチ装置１００では、境界線Ｌ１よりも第１回転軸Ｏに近い側であって、且つ境界線Ｌ２よりも内歯１０１ａの進み側に、ロック部材１０２の第２回転軸１０２ｂを配置することを特徴としている。

　このような構成によれば、回転体１０１の内歯１０１ａ（「第１係合歯」ともいう）とロック部材１０２のロック歯１０２ａ（「第１被係合歯」ともいう）が互いに当接した状態で更に回転体１０１が第１方向Ａに回転しようとした場合に、ロック歯１０２ａには内歯１０１ａの傾斜面１０１ｃからの押し付け荷重によって第２回転軸１０２ｂまわりに第１方向Ａのモーメントが生じる。このモーメントは傾斜面１０１ｃにおいて内歯１０１ａがロック歯１０２ａに強く噛み合う（食い込む）ように作用する。従って、第１方向Ａに関し回転体１０１の内歯１０１ａからロック部材１０２のロック歯１０２ａに過大な押し付け荷重を付与することなく或いは押し付け荷重を要することなく、これら内歯１０１ａ及びロック歯１０２ａを強く噛み合わせることができ、これにより入力軸１２と出力軸１３との間でトルク伝達を確実に行うことができる。これに対して、第２回転軸１０２ｂが境界線Ｌ１を挟んで設定領域Ｃとは反対側に外れている場合や、境界線Ｌ２を挟んで設定領域Ｃとは反対側に外れている場合には、内歯１０１ａの傾斜面１０１ｃからの押圧荷重によってロック歯１０２ａに生じる第２回転軸１０２ｂまわりの第１方向Ａのモーメントは、内歯１０１ａ及びロック歯１０２ａの噛み合いを解除するように作用する。

　図６には、図５中の第１ロック部材１０２に加えて、図２中の右下のロック部材１０２（「第２ロック部材」ともいう）が示されている。この第２ロック部材１０２は、回転体１０１の径方向の線について図５中の第１ロック部材１０２と線対称構造である。従って、この第２ロック部材１０２も第１ロック部材１０２と同様に、回転体１０１の内歯１０１ａのうちロック歯１０２ａが当接する傾斜面１０１ｃ（当接部）から法線方向に延びる境界線Ｌ１と、当該当接部と第１回転軸Ｏとを結ぶ境界線Ｌ２とによって区画される設定領域Ｃ内に第２回転軸１０２ｂ（第１ロック部材１０２の第２回転軸とは別の「第３回転軸」ともいう）が位置するように構成されている。一方で、この第２ロック部材１０２が回転体１０１の回転をロックする方向は、第１ロック部材１０２とは逆の第２方向Ｂになる。

　このような構成によれば、第１方向Ａに関しては回転体１０１の内歯１０１ａ（第１係合歯）を第１ロック部材１０２のロック歯１０２ａ（第１被係合歯）に強く噛み合わせることができる一方で、その反対の第２方向Ｂに関しては回転体１０１の別の内歯１０１ａ（「第２係合歯」ともいう）を第２ロック部材１０２のロック歯１０２ａ（「第２被係合歯」ともいう）に強く噛み合わせることができる。その結果、第１方向Ａ及び第２方向Ｂの双方向（２方向）に関して入力軸１２と出力軸１３との間でトルク伝達を確実に行うことができる。

　図７には、図５中の第１ロック部材１０２に加えて、図２中の右上のロック部材１０２（「第３ロック部材」ともいう）が示されている。この第３ロック部材１０２は、回転体１０１の第１回転軸Ｏについて図５中の第１ロック部材１０２と点対称構造である。従って、この第３ロック部材１０２も第１ロック部材１０２と同様に、回転体１０１の内歯１０１ａのうちロック歯１０２ａが当接する傾斜面１０１ｃ（当接部）から法線方向に延びる境界線Ｌ１と、当該当接部と第１回転軸Ｏとを結ぶ境界線Ｌ２とによって区画される設定領域Ｃ内に第２回転軸１０２ｂ（他のロック部材１０２の回転軸とは別の「第４回転軸」ともいう）が位置するように構成されている。また、この第３ロック部材１０２が回転体１０１の回転をロックする方向は、第１ロック部材１０２と同じ第１方向Ａになる。

　このような構成によれば、第１方向Ａに関し回転体１０１の複数の内歯１０１ａを、第１ロック部材１０２のロック歯１０２ａ（第１被係合歯）と第３ロック部材１０２のロック歯１０２ａ（「第３被係合歯」ともいう）の２箇所に強く噛み合わせることができる。また、回転体１０１が第１方向Ａに回転する場合、この回転体１０１の内歯１０１ａが第１ロック部材１０２のロック歯１０２ａに噛み合うことで第１回転軸Ｏが荷重を受け、同様にこの回転体１０１の別の内歯１０１ａ（「第３係合歯」ともいう）が第３ロック部材１０２のロック歯１０２ａ（第３被係合歯）に噛み合うことで第１回転軸Ｏが荷重を受ける。このとき第１回転軸Ｏと直交する方向（ラジアル方向（径方向））に関し第１回転軸Ｏが第１ロック部材１０２のロック歯１０２ａから受ける荷重と、第１回転軸Ｏが第３ロック部材１０２のロック歯１０２ａから受ける荷重とは、互いの荷重を打ち消し合う（相殺する）ように逆向きに作用する。その結果、第１方向Ａに関しクラッチ作動時のバランスに優れたクラッチ装置を実現できる。

　図８には、図６中の第２ロック部材１０２に加えて、図２中の左上のロック部材１０２（「第４ロック部材」ともいう）が示されている。この第４ロック部材１０２は、回転体１０１の第１回転軸Ｏについて図６中の第２ロック部材１０２と点対称構造である。従って、この第４ロック部材１０２も第２ロック部材１０２と同様に、回転体１０１の内歯１０１ａのうちロック歯１０２ａが当接する傾斜面１０１ｃ（当接部）から法線方向に延びる境界線Ｌ１と、当該当接部と第１回転軸Ｏとを結ぶ境界線Ｌ２とによって区画される設定領域Ｃ内に第２回転軸１０２ｂ（他のロック部材１０２の回転軸とは別の「第５回転軸」ともいう）が位置するように構成されている。また、この第４ロック部材１０２が回転体１０１の回転をロックする方向は、第２ロック部材１０２と同じ第２方向Ｂになる。

　このような構成によれば、第２方向Ｂに関し回転体１０１の複数の内歯１０１ａを、第２ロック部材１０２のロック歯１０２ａ（第２被係合歯）と第４ロック部材１０２のロック歯１０２ａ（「第４被係合歯」ともいう）の２箇所に強く噛み合わせることができる。また、回転体１０１が第２方向Ｂに回転する場合、この回転体１０１の内歯１０１ａが第２ロック部材１０２のロック歯１０２ａに噛み合うことで第１回転軸Ｏが荷重を受け、同様にこの回転体１０１の別の内歯１０１ａ（「第４係合歯」ともいう）が第４ロック部材１０２のロック歯１０２ａ（第４被係合歯）に噛み合うことで第１回転軸Ｏが荷重を受ける。このとき第１回転軸Ｏと直交する方向（ラジアル方向（径方向））に関し第１回転軸Ｏが第２ロック部材１０２のロック歯１０２ａから受ける荷重と、第１回転軸Ｏが第４ロック部材１０２のロック歯１０２ａから受ける荷重とは、互いの荷重を打ち消し合う（相殺する）ように逆向きに作用する。その結果、第２方向Ｂに関しクラッチ作動時のバランスに優れたクラッチ装置を実現できる。

　図５～図８のそれぞれに示すロック部材１０２を含む包括的な構造については図９が参照される。この構成では、回転体１０１の第１回転軸Ｏについて互いに点対称構造の第１ロック部材１０２及び第３ロック部材１０２と、回転体１０１の第１回転軸Ｏについて互いに点対称構造の第２ロック部材１０２及び第４ロック部材１０２が設けられている。この場合、回転体１０１の複数の内歯１０１ａを、第１方向Ａに関し第１ロック部材１０２のロック歯１０２ａ（第１被係合歯）と第３ロック部材１０２のロック歯１０２ａ（第３被係合歯）の２箇所に強く噛み合わせることができ、且つ第２方向Ｂに関し第２ロック部材１０２のロック歯１０２ａ（第２被係合歯）と第４ロック部材１０２のロック歯１０２ａ（第４被係合歯）の２箇所に強く噛み合わせることができる。従って、この噛み合い構造を車両用操舵装置１０のクラッチ装置１００に適用することで、ステアリングホイール１１（入力軸１２）と舵取り機構１４（出力軸１３）とを機械的に連結して入力軸１２の回転トルクを出力軸１３に確実に伝達することができる。

　なお、図５～図９では、一組の内歯１０１ａ及びロック歯１０２ａの噛み合いについて説明したが、当該噛み合いは少なくとも一組の内歯１０１ａ及びロック歯１０２ａにおいて発生することができ、例えば複数組の内歯１０１ａ及びロック歯１０２ａにおいて同様の噛み合いが発生してもよい。従って、各ロック部材１０２の全部又は一部のロック歯１０２ａについて、当該ロック歯１０２ａは回転体１０１の複数の内歯１０１ａとの間で図５～図９が参照される噛み合い状態を形成し得る。

　本発明は、上記の典型的な実施形態のみに限定されるものではなく、種々の応用や変形が考えられる。例えば、上記実施の形態を応用した次の各形態を実施することもできる。

　上記実施の形態では、４つのロック部材１０２（第１～第４ロック部材）を備えたクラッチ装置１００について記載したが、本発明では、少なくとも１つのロック部材１０２を備えたクラッチ装置を採用することができる。例えば、第１～第４ロック部材のうちのいずれか１つのロック部材のみを備えた構造（例えば、図５が参照される構造）、第１～第４ロック部材の中から選択した２つ又は３つのロック部材のみを備えた構造（例えば、図６～図８が参照される構造）、第１～第４ロック部材に加えて１又は複数の別のロック部材を備えた構造を採用することができる。

　上記実施の形態では、入力軸１２に回転体１０１が連結され、且つ出力軸１３にロック部材１０２が連結される場合について記載したが、入力軸１２にロック部材１０２が連結され、且つ出力軸１３に回転体１０１が連結される構成のクラッチ装置に、本発明を適用することもできる。

　上記実施の形態では、回転体１０１の内周面に設けられた複数の内歯１０１ａがロック部材１０２の複数のロック歯１０２ａに噛み合う場合について記載したが、本発明では、回転体１０１の外周面に設けられた複数の外歯がロック部材１０２の複数のロック歯１０２ａに噛み合う構成を採用することもできる。

　上記実施の形態では、回転体１０１の第１回転軸Ｏとロック部材１０２の第２回転軸１０２ｂが互いに平行に延在する場合について記載したが、本発明では第１回転軸Ｏと第２回転軸１０２ｂが互いに交差するように回転体１０１及びロック部材１０２の構造を変更することができる。また、回転体１０１の第１回転軸Ｏは入力軸１２に合致してもよいし、入力軸１２から外れた位置に設けられてもよい。

　上記実施の形態では、車両に搭載される車両用操舵装置１０のクラッチ装置１００について記載したが、車両において車両用操舵装置１０以外の装置に設けられるクラッチ装置や、車両以外の各種の装置に設けられるクラッチ装置に、本発明を適用することもできる。

Claims

　入力軸と出力軸との間でトルクが伝達される状態と当該トルクが遮断される状態とを切り替えるためのクラッチ装置であって、
　複数の係合歯を有し、前記入力軸及び前記出力軸のいずれか一方に第１回転軸を中心に回転可能に連結された円環状の回転体と、
　前記回転体の前記複数の係合歯に対応した複数の被係合歯を有し、前記入力軸及び前記出力軸の他方に前記第１回転軸とは異なる第２回転軸を中心に回転可能に連結された第１ロック部材と、
　前記第１ロック部材を前記複数の係合歯及び前記複数の被係合歯の噛み合いによって前記回転体の第１方向の回転をロックするロック位置へと前記第２回転軸を中心に回転駆動可能な駆動機構と、を備え、
　前記複数の係合歯及び前記複数の被係合歯は、前記第１回転軸を中心に前記第１方向に回転する前記回転体に対して前記第１ロック部材が前記駆動機構によって前記ロック位置へと回転駆動されたときに互いに当接する少なくとも一組の第１係合歯及び第１被係合歯を含み、
　前記第１ロック部材は、前記第１係合歯のうち前記第１被係合歯が当接する当接部から法線方向に延びる境界線と、当該当接部と前記第１回転軸とを結ぶ境界線とによって区画される設定領域内に前記第２回転軸が位置するように構成されている、クラッチ装置。
　請求項１に記載のクラッチ装置であって、
　前記第１係合歯の前記当接部は、前記回転体の内周面から前記第１回転軸に向けて突出するとともに前記回転体の径方向に対して傾斜した係合歯傾斜面によって構成され、
　前記第１被係合歯は、前記係合歯傾斜面に当接可能な被係合歯傾斜面を備え、当該被係合歯傾斜面が前記係合歯傾斜面との当接時に前記係合歯傾斜面と同方向に延在する、クラッチ装置。
　請求項１又は２に記載のクラッチ装置であって、
　前記第１回転軸及び前記第２回転軸が互いに平行に延在し、前記回転体の内周面によって区画される空間に前記第１ロック部材が設けられている、クラッチ装置。
　請求項１～３のうちのいずれか一項に記載のクラッチ装置であって、
　前記回転体の径方向の線について前記第１ロック部材と線対称構造であり、前記回転体の前記複数の係合歯に対応した複数の被係合歯を有し、前記入力軸及び前記出力軸のうち前記第１ロック部材が連結されている軸に前記第１回転軸とは異なる第３回転軸を中心に回転可能に連結された第２ロック部材を備え、
　前記駆動機構は、前記第２ロック部材を当該第２ロック部材の前記複数の係合歯及び前記複数の被係合歯の噛み合いによって前記回転体の前記第１方向と反対の第２方向の回転をロックするロック位置へと前記第３回転軸を中心に回転駆動可能であり、
　前記第２ロック部材の前記複数の係合歯及び前記複数の被係合歯は、前記第１回転軸を中心に前記第２方向に回転する前記回転体に対して前記第２ロック部材が前記駆動機構によって当該第２ロック部材の前記ロック位置へと回転駆動されたときに互いに当接する少なくとも一組の第２係合歯及び第２被係合歯を含み、
　前記第２ロック部材は、前記第２係合歯のうち前記第２被係合歯が当接する当接部から法線方向に延びる境界線と、当該当接部と前記第１回転軸とを結ぶ境界線とによって区画される設定領域内に前記第３回転軸が位置するように構成されている、クラッチ装置。
　請求項１～３のうちのいずれか一項に記載のクラッチ装置であって、
　前記回転体の前記第１回転軸について前記第１ロック部材と点対称構造であり、前記回転体の前記複数の係合歯に対応した複数の被係合歯を有し、前記入力軸及び前記出力軸のうち前記第１ロック部材が連結されている軸に前記第１回転軸とは異なる第３回転軸を中心に回転可能に連結された第２ロック部材を備え、
　前記駆動機構は、前記第２ロック部材を当該第２ロック部材の前記複数の係合歯及び前記複数の被係合歯の噛み合いによって前記回転体の前記第１方向の回転をロックするロック位置へと前記第３回転軸を中心に回転駆動可能であり、
　前記第２ロック部材の前記複数の係合歯及び前記複数の被係合歯は、前記第１回転軸を中心に前記第１方向に回転する前記回転体に対して前記第２ロック部材が前記駆動機構によって当該第２ロック部材の前記ロック位置へと回転駆動されたときに互いに当接する少なくとも一組の第２係合歯及び第２被係合歯を含み、
　前記第２ロック部材は、前記第２係合歯のうち前記第２被係合歯が当接する当接部から法線方向に延びる境界線と、当該当接部と前記第１回転軸とを結ぶ境界線とによって区画される設定領域内に前記第３回転軸が位置するように構成されている、クラッチ装置。
　請求項４に記載のクラッチ装置であって、
　前記回転体の前記第１回転軸について前記第１ロック部材と点対称構造であり、前記回転体の前記複数の係合歯に対応した複数の被係合歯を有し、前記入力軸及び前記出力軸のうち前記第１ロック部材が連結されている軸に前記第１回転軸とは異なる第４回転軸を中心に回転可能に連結された第３ロック部材と、
　前記第１回転軸について前記第２ロック部材と点対称構造であり、前記回転体の前記複数の係合歯に対応した複数の被係合歯を有し、前記入力軸及び前記出力軸のうち前記第１ロック部材が連結されている軸に前記第１回転軸とは異なる第５回転軸を中心に回転可能に連結された第４ロック部材と、を備え、
　前記駆動機構は、前記第３ロック部材を当該第３ロック部材の前記複数の係合歯及び前記複数の被係合歯の噛み合いによって前記回転体の前記第１方向の回転をロックするロック位置へと前記第４回転軸を中心に回転駆動可能であり、且つ前記第４ロック部材を当該第４ロック部材の前記複数の係合歯及び前記複数の被係合歯の噛み合いによって前記回転体の前記第２方向の回転をロックするロック位置へと前記第５回転軸を中心に回転駆動可能であり、
　前記第３ロック部材の前記複数の係合歯及び前記複数の被係合歯は、前記第１回転軸を中心に前記第１方向に回転する前記回転体に対して前記第３ロック部材が前記駆動機構によって当該第３ロック部材の前記ロック位置へと回転駆動されたときに互いに当接する少なくとも一組の第３係合歯及び第３被係合歯を含み、
　前記第３ロック部材は、前記第３係合歯のうち前記第３被係合歯が当接する当接部から法線方向に延びる境界線と、当該当接部と前記第１回転軸とを結ぶ境界線とによって区画される設定領域内に前記第４回転軸が位置するように構成され、
　前記第４ロック部材の前記複数の係合歯及び前記複数の被係合歯は、前記第１回転軸を中心に前記第２方向に回転する前記回転体に対して前記第４ロック部材が前記駆動機構によって当該第４ロック部材の前記ロック位置へと回転駆動されたときに互いに当接する少なくとも一組の第４係合歯及び第４被係合歯を含み、
　前記第４ロック部材は、前記第４係合歯のうち前記第４被係合歯が当接する当接部から法線方向に延びる境界線と、当該当接部と前記第１回転軸とを結ぶ境界線とによって区画される設定領域内に前記第５回転軸が位置するように構成されている、クラッチ装置。
　車両のステアリングホイールに連結された入力軸を回転駆動して、当該ステアリングホイールに操舵反力を付与する操舵反力モータと、
　前記車両に設けられた車輪の操舵方向を変える舵取り機構に接続されるとともに、前記舵取り機構に連結された出力軸を回転駆動する転舵モータと、
　前記操舵反力モータ及び前記転舵モータを制御する少なくとも１つの制御装置と、
　前記入力軸と前記出力軸との間でトルクが伝達される状態と当該トルクが遮断される状態とを切り替え可能なトルク伝達装置と、を備える車両用操舵装置であって、
　前記トルク伝達装置は、請求項１～６のうちのいずれか一項に記載のクラッチ装置によって構成されている、車両用操舵装置。