JP2009264528A - 動力断接装置およびそれを用いた車両用ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一方向のみクラッチ締結できるとともに、一方向のクラッチ締結を１つのアクチュエータで実現できる動力断接装置を提供することにある。
【解決手段】入力軸２０のカム面２０Ｄは、出力軸２１のカム面２１Ｄに対して径方向に所定距離離間した中間部２０Ｄ１と、中間部から周方向両側に向かって他方の係合面との相対距離が小さくなるように形成された傾斜部２０Ｄ２，２０Ｄ３とからなる。ローラ２２は、カム面２０Ｄとカム面２１Ｄの間に挟持されることにより、入力軸と出力軸との間を接続状態とする。係合子操作機構２５は、入力軸の回転方向と反対方向にロータ２２を移動させる。作動状態切換え機構２６は、係合子操作機構を入力軸の回転に伴いローラを移動させる作動状態と、入力軸の回転に拘らずローラを移動させない非作動状態とに切換える。保持器２３は、作動状態切換え機構が非作動状態のとき、ローラを傾斜部と離間した位置に保持する。
【選択図】図４

Description

本発明は、入力軸と出力軸の接続と切断を切り換え、動力の伝達／非伝達を切り換える動力断接装置、及びステアリングハンドルから転舵アクチュエータを機械的に分離し、操舵量に応じて転舵アクチュエータを駆動するステア・バイ・ワイヤ式の車両用ステアリング装置に関する。

ステアリングハンドルと転舵アクチュエータの間に動力断接装置としてのクラッチ機構を有するステア・バイ・ワイヤ式の車両用ステアリング装置では、通常システム稼動時にはこのクラッチ機構が解放されているが、システム故障時にはクラッチ機構を締結し、ステアリングハンドルの動作が直接転舵アクチュエータに伝わり転舵車輪の向きを変えるようにしている。これにより、車両の安全性が確保できる。また、転舵アクチュエータがストロークエンドに到達した際、クラッチ機構を締結して運転者に転舵アクチュエータのストロークエンドを呈示することにより、運転者がステアリングハンドルを切り増す方向に回せないようにすることができる。これによりステアリングハンドルに設置されたケーブルリールが破断するのを防ぐことができる。

車両用ステアリング装置のクラッチ機構としては、ステアリングを右方向に回転させたときと、左方向に回転させたときの両方向にて、解放・締結が可能なツーウェイクラッチを用いる。ツーウェイクラッチとしては、第１に、例えば、操作手段により係合子を係合子収容空間の楔係合可能な位置に移動させることで被動部材が入力部材に対して従動回転できるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１記載のものでは、レバーを周方向に動かすことで、保持器およびテーパころを軸方向に動かし楔係合することで動力断接装置を締結状態にするものである。

また、第２に、正方向回転のみクラッチ締結あるいは逆方向回転のみクラッチ締結できるものも知られている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載のものは、保持器を右回転方向または左回転方向に揺動させることで、右回転締結または左回転締結するものである。

特開２００４−３５１９７５号公報 特開平４−８８２２１号公報

しかしながら、上記の従来技術では以下に示すような課題がある。車両用ステアリング装置では、転舵アクチュエータがストロークエンドに到達した際、クラッチ締結することで運転者に転舵アクチュエータのストロークエンドを呈示できる必要がある。クラッチ機構をこのように用いる場合には、転舵アクチュエータがストロークエンドに到達していない時、車両の走行状態に応じて車両用ステアリング装置の制御を行なうために、クラッチ機構を解放しなければならない。例えば、ステアリングハンドルを時計回りに動かし、転舵アクチュエータがストロークエンドに到達した直後、ステアリングハンドルを反時計回りに動かした場合にはクラッチ機構を解放から締結と締結から解放の動作を瞬時に行なう必要がある。

しかしながら、特許文献１に記載のものでは、右回転方向と左回転方向の両方向において同時にクラッチ締結するものであるため、一方向のみクラッチ締結することができないものである。特許文献１に記載のものでは、クラッチを締結状態から解放状態に変えるには、保持器を動かす必要がある。保持器を動かすためには入力部材に作用するトルクが一度ゼロにならなければならないが、ステアリングハンドルの回転方向を上記のように連続して切り替えた場合にはトルクをゼロにすることができず、クラッチを解放できないという問題があった。

また、特許文献２記載のものでは、右回転方向と左回転方向の内、一方向のみクラッチ締結可能とするために、保持器を操作するアクチュエータが２つの動作をする必要があるという問題があった。

本発明の目的は、転舵アクチュエータがストロークエンド到達によってクラッチ締結した直後、ステアリングハンドルを反対方向に戻したときにクラッチ機構を解放できるように、一方向のみクラッチ締結できるとともに、時計回り方向および反時計回り方向のクラッチ締結を１つのアクチュエータで実現できる動力断接装置およびそれを用いた車両用ステアリング装置を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、回転力が入力するとともに、第１の係合面が設けられた入力軸と、該入力軸と接続されるとき、前記入力軸の回転力が伝達されるとともに、前記第１の係合面と径方向に対向するように設けられた第２の係合面を有する出力軸と、前記第１の係合面と前記第２の係合面のどちらか一方の係合面は、他方の係合面に対して径方向に所定距離離間した中間部と、この中間部から周方向両側に向かって他方の係合面との相対距離が小さくなるように形成された傾斜部と、から構成される係合面であり、前記第１の係合面と前記第２の係合面との間に設けられ、前記第１の係合面と前記第２の係合面とが離間した状態で前記入力軸と前記出力軸との間を切断状態とし、かつ、前記第１の係合面と前記第２の係合面との間に挟持されることにより、前記入力軸と前記出力軸との間を接続状態とする係合子と、前記入力軸の回転方向と反対方向に前記係合子を移動させる係合子操作機構と、該係合子操作機構を前記入力軸の回転に伴い前記係合子を移動させる作動状態と、前記入力軸の回転に拘らず前記係合子を移動させない非作動状態とに切換える作動状態切換え機構と、前記作動状態切換え機構が非作動状態のとき、前記係合子を前記傾斜部と離間した位置に保持する保持器とを備えるようにしたものである。
かかる構成により、一方向のみクラッチ締結できるとともに、時計回り方向および反時計回り方向のクラッチ締結を１つのアクチュエータで実現できるものとなる。

（２）上記目的を達成するために、本発明は、ステアリングホイールに接続された入力軸と、前記入力軸の操舵状態を検出する操舵状態検出手段と、転舵車輪と連係して設けられる出力軸と、前記転舵車輪を転舵させる転舵アクチュエータと、前記操舵状態検出手段によって検出された操舵状態に基づき、前記転舵アクチュエータを制御する転舵アクチュエータ制御手段と、前記転舵アクチュエータの転舵状態を検出する転舵状態検出手段と、前記入力軸と前記出力軸の接続・非接続状態とする動力断接機構と、車両の運転状態に応じて、前記動力断接機構が備える作動状態切換え機構を切換え制御する作動状態切換え機構制御手段とを有する動力断接機構を用いた車両用ステアリング装置において、前記動力断接機構は、前記入力軸に設けられた第１の係合面と、前記第１の係合面と径方向に対向するように前記出力軸に設けられた第２の係合面と、前記第１の係合面と前記第２の係合面のどちらか一方の係合面は、他方の係合面に対して径方向に所定距離離間した中間部と、この中間部から周方向両側に向かって他方の係合面との相対距離が小さくなるように形成された傾斜部と、から構成される係合面であり、前記第１の係合面と前記第２の係合面との間に設けられ、前記第１の係合面と前記第２の係合面とが離間した状態で前記入力軸と前記出力軸との間を切断状態とし、かつ、前記第１の係合面と前記第２の係合面との間に挟持されることにより、前記入力軸と前記出力軸との間を接続状態とする係合子と、前記入力軸の回転方向と反対方向に前記係合子を移動させる係合子操作機構と、該係合子操作機構を前記入力軸の回転に伴い前記係合子を移動させる作動状態と、前記入力軸の回転に拘らず前記係合子を移動させない非作動状態とに切換える作動状態切換え機構と、前記作動状態切換え機構が非作動状態のとき、前記係合子を前記傾斜部と離間した位置に保持する保持器とを備えるようにしたものである。
かかる構成により、転舵アクチュエータがストロークエンド到達によってクラッチ締結した直後、ステアリングハンドルを反対方向に戻したときにクラッチ機構を解放できるように、一方向のみクラッチ締結できるとともに、時計回り方向および反時計回り方向のクラッチ締結を１つのアクチュエータで実現できるものとなる。

（３）上記目的を達成するために、本発明は、ステアリングホイールに接続された入力軸と、
前記入力軸の操舵状態を検出する操舵状態検出手段と、車体に固定された出力軸と、前記転舵車輪を転舵させる転舵アクチュエータと、前記操舵状態検出手段によって検出された操舵状態に基づき、前記転舵アクチュエータを制御する転舵アクチュエータ制御手段と、前記転舵アクチュエータの転舵状態を検出する転舵状態検出手段と、前記入力軸と前記出力軸の接続・非接続状態とする動力断接機構と、車両の運転状態に応じて、前記動力断接機構が備える作動状態切換え機構を切換え制御する作動状態切換え機構制御手段とを有する動力断接機構を用いた車両用ステアリング装置において、前記動力断接機構は、前記入力軸に設けられた第１の係合面と、前記第１の係合面と径方向に対向するように前記出力軸に設けられた第２の係合面と、前記第１の係合面と前記第２の係合面のどちらか一方の係合面は、他方の係合面に対して径方向に所定距離離間した中間部と、この中間部から周方向両側に向かって他方の係合面との相対距離が小さくなるように形成された傾斜部と、から構成される係合面であり、前記第１の係合面と前記第２の係合面との間に設けられ、前記第１の係合面と前記第２の係合面とが離間した状態で前記入力軸と前記出力軸との間を切断状態とし、かつ、前記第１の係合面と前記第２の係合面との間に挟持されることにより、前記入力軸と前記出力軸との間を接続状態とする係合子と、前記入力軸の回転方向と反対方向に前記係合子を移動させる係合子操作機構と、該係合子操作機構を前記入力軸の回転に伴い前記係合子を移動させる作動状態と、前記入力軸の回転に拘らず前記係合子を移動させない非作動状態とに切換える作動状態切換え機構と、前記作動状態切換え機構が非作動状態のとき、前記係合子を前記傾斜部と離間した位置に保持する保持器とを備えるようにしたものである。
かかる構成により、転舵アクチュエータがストロークエンド到達によってクラッチ締結した直後、ステアリングハンドルを反対方向に戻したときにクラッチ機構を解放できるように、一方向のみクラッチ締結できるとともに、時計回り方向および反時計回り方向のクラッチ締結を１つのアクチュエータで実現できるものとなる。

本発明によれば、転舵アクチュエータがストロークエンド到達によってクラッチ締結した直後、ステアリングハンドルを反対方向に戻したときにクラッチ機構を解放できるように、一方向のみクラッチ締結できるとともに、時計回り方向および反時計回り方向のクラッチ締結を１つのアクチュエータで実現できるものとなる。

以下、図１〜図２４を用いて、本発明の一実施形態による動力断接装置およびそれを用いた車両用ステアリング装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による動力断接装置を用いた車両用ステアリング装置の構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による動力断接装置を用いた車両用ステアリング装置の構成図である。

車両用ステアリング装置１は、ステアリングハンドル２から転舵アクチュエータ３を機械的に分離し、ステアリングハンドル２の操舵量に応じて転舵アクチュエータ３により転舵用動力を発生させ、左右の転舵車輪４を転舵させるものである。

車両用ステアリング装置１は、ステアリングハンドル２と、転舵アクチュエータ３と、操舵軸５と、操舵角センサ６と、反力モータ８と、トルクセンサ７と、クラッチ機構１０と、転舵軸１１と、転舵角センサ１２と、制御部（ＣＵ）５０とを有する。

ステアリングハンドル２は、運転者によって操作され、車両を進ませたい方向に操舵される。操舵軸５は、ステアリングハンドル２に連結した入力軸である。

転舵アクチュエータ３は、左右の転舵車輪４を転舵させるものである。転舵アクチュエータ３は、動力源として電動モータ１３を有する。電動モータ１３の駆動力は、図示しない減速機構を介して転舵車輪４に伝達され、転舵車輪４の向きを変える。また、転舵アクチュエータ３には転舵軸１１が接続されている。転舵軸１１を駆動することにより、転舵アクチュエータ３が駆動され、転舵車輪４の向きを変えることもできる。転舵アクチュエータ３は、例えばラックアンドピニオン機構で構成されており、電動モータ１３または転舵軸１１から動力を受け、転舵アクチュエータ３は駆動される。

転舵アクチュエータ３には、転舵車輪４の転舵範囲を制限するメカ回転規制機構がある。転舵アクチュエータ３のメカ回転規制機構は、例えばラックアンドピニオン機構のラック端であるが、同様な効果が得られれば他のものであっても構わない。なお、この転舵範囲の端部をストロークエンドと呼ぶことにする。

反力モータ８は、運転者が操作するステアリングハンドル２に対して反力を付与するものである。反力モータ８は電動モータであり、減速機構９を介して操舵軸５に動力が伝達される。転舵角センサ１２は、転舵アクチュエータ３の転舵角を検出する転舵状態検出手段である。ストロークエンドは、転舵角センサ１２によって検出される。

操舵角センサ６は、ステアリングハンドル２の操舵角を検出する操舵状態検出手段である。

反力モータ８を駆動する動作パターンは、以下の４つがある。第１は、ステアリングハンドル２の操舵方向と反対方向に反力モータ８を回転させる場合であり、運転者はステアリングハンドル２より抵抗力を感じる。第２は、操舵方向と同一方向に反力モータ８を回転される場合であり、運転者がステアリングハンドル２を中立位置（車両が直進するステアリングハンドル２の位置）に戻すような場合であって、運転者はステアリングハンドル２からアシスト力を感じることができる。第３は、運転者がステアリングハンドル２を切った状態から手を離した時に作用するいわゆるセルフアライニングトルクに相当する力を反力モータ８で生成し、ステアリングハンドル２を中立位置に自動的に戻す。第４は、ステアリングハンドル２を任意の角度で停止保持させる場合である。以上のように、反力モータ８で生成した力を運転者はステアリングハンドル２から受けることができる。

減速機構９は、歯車やベルト・プーリを用いて反力モータ８のトルクを拡大するためのものである。減速機構９は、反力モータ８のトルクに余裕がある場合には必ずしも必要ではなく、反力モータ８の動力を直接操舵軸５に作用するようにしても構わない。

トルクセンサ７は、運転者がステアリングハンドル２から入力する操舵トルクを検出する。トルクセンサ７は、操舵軸５のねじれ角を検出することにより操舵軸５に作用するトルクを検出する。

クラッチ機構１０は、ステアリングハンドル２の側である操舵側と、転舵アクチュエータ３の側である転舵側とを締結および解放を行なう動力断接機構である。転舵軸１１は、転舵アクチュエータ３とクラッチ機構１０を連結する出力軸である。

クラッチ機構１０は、操舵軸５と転舵軸１１を締結（接続）および解放（切断）する機構である。通常システム稼動時はこのクラッチ機構１０は解放されているが、システム故障時にはクラッチ機構１０を締結し、ステアリングハンドル２の動作が直接転舵アクチュエータ３に伝わり転舵車輪４の向きを変えることができる。これにより、車両の安全性が確保できる。

また、転舵アクチュエータ３がストロークエンドに到達した際、クラッチ機構１０を締結して運転者に転舵アクチュエータ３のストロークエンドを呈示することにより、ステアリングハンドル２を切り増す方向に回せないようにする。これは、ステアリングハンドル２に設置された図示しないケーブルリールが破断するのを防ぐためである。ケーブルリールは、ケーブルを引き出しおよび巻き取り可能なリール構造でできており、ステアリングハンドル２に設置されたスイッチ類のケーブルをステアリングハンドル２の動作によりケーブルを引き出したり、巻き取ったりできるようにしている。

なお、転舵アクチュエータ３がストロークエンドに到達した際、クラッチ機構１０を締結せず、反力モータ８で大きなトルクを発生することによりストロークエンド位置を運転者に伝えることも考えられるが、反力モータ８の大型化、コストアップになるため好ましくない。

また、クラッチ機構１０により、ステアリングハンドル２の操舵側と転舵車輪４の転舵側は通常切り離されているので、ステアリングハンドル２の操舵量に対する転舵車輪４の転舵量を車両の走行速度によって変えたり、ステアリングハンドル２からの操舵入力無しに転舵アクチュエータ３を駆動し、転舵車輪４の向きを変えたりすることもできる。このように車両用ステアリング装置１では車両の速度、車両の旋回程度や加減速の有無等といった車両の走行状態に応じて柔軟に転舵アクチュエータ３により転舵車輪４の向きを変えることができる。

本実施形態の車両用ステアリング装置１では、転舵アクチュエータ３がストロークエンドに到達した際、クラッチ機構１０を締結して運転者に転舵アクチュエータ３のストロークエンドを呈示することにしているが、機械的なロック機構を操舵軸５に設け、転舵アクチュエータ３がストロークエンドに到達した際、このロック機構のロックがかかるようにしてもよい。しかし、前述のようにステアリングハンドル２の操舵量に対する転舵車輪４の転舵量を車両の走行速度によって変える場合がある。このような場合には、転舵アクチュエータ３がストロークエンドに到達した時のステアリングハンドル２の操舵角が低速走行時と高速走行時で異なることになる。高速走行時はステアリングハンドル２の操舵に対して転舵車輪４の転舵が小さく、低速走行時はステアリングハンドル２の操舵に対して転舵車輪４の転舵が大きくなるようにしているため、高速走行時に合わせてロックするようにロック機構を設定した場合には、低速走行時には転舵アクチュエータ３がストロークエンドに到達していてもステアリングハンドル２が空転する場合がある。これは、運転者がステアリングハンドル２で操舵しても転舵車輪４が転舵されないという違和感を得ることになる。したがって、ロック機構のロック位置を低速走行時と高速走行時で変更する必要があるが、このような機能をロック機構に持たせる場合には、ロック機構が複雑になるため好ましくない。そこで、本発明ではロック機構を設置せず、転舵アクチュエータ３がストロークエンドに到達した際、転舵角センサ１２によってストロークエンドが検出されるとクラッチ機構１０を締結するようにしている。

クラッチ機構１０は、システム故障時に瞬時に締結し、締結時のステアリングハンドル２を時計回りから反時計回りに回転させたときの不感帯である遊び（がた）が少なくなければならない。また、クラッチ機構１０は、車両搭載性を考慮してコンパクトな構造で、低消費電力であることが望ましく、本実施形態のクラッチ機構１０はツーウェイクラッチと呼ばれるローラを入力軸と出力軸で形成される楔部に係合するか否かにより締結／解放動作を行なうものである。

制御部５０は、転舵アクチュエータ制御手段５２と、作動状態切換え機構制御手段５３とを有する。転舵アクチュエータ制御手段５２は、操舵角センサ６によって検出された操舵角に基づき転舵アクチュエータ３を制御する。作動状態切換え機構制御手段５３は、車両用ステアリング装置１の異常情報や装置停止情報、転舵角センサ１２の情報に基づき動力断接装置であるクラッチ機構１０の作動状態切換え機構２６を制御する。

操舵角センサ６により検出された操舵角，転舵角センサ１２によって検出された転蛇角，トルクセンサ７によって検出された操舵トルクの各情報は、制御部５０に入力する。また、制御部５０には、図示しない車両の速度、車両の旋回程度や加減速の有無等といった車両の走行状態の情報も入力する。

制御部５０は、これらの入力した情報に基づいて、アクチュエータである反力モータ８の出力トルク、転舵アクチュエータ３のモータ１３の回転方向や回転数など、クラッチ機構１０の締結・解放を制御する制御信号を出力する。

ここで、図２及び図３を用いて、従来のツーウェイクラッチの構成と問題点について説明する。
図２及び図３は、従来のツーウェイクラッチの構成を示す断面図である。なお、図２はクラッチの解放状態を示し、図３はクラッチの締結状態を示している。

図２は、従来のツーウェイクラッチ１０Ｐの一例の構成を示している。図２はツーウェイクラッチ１０Ｐの入力軸１５および出力軸１６に垂直な平面の断面構成を示している。

ツーウェイクラッチ１０Ｐは、入力軸１５のカム面１５Ａと出力軸１６のリング面１６Ａで形成される楔部にローラ１７が楔係合するか否かでクラッチの締結／解放を行なうものである。ローラ１７は、保持器１８によって楔係合可能な位置に移動する。保持器１８は円管状の部品であり、ローラ１７を入力軸１５と出力軸１６の間に保持するように切欠き部を有している。図２に示す保持器１８では切欠き部を４個持ち、それぞれの切欠き部にローラ１７が２個ずつ配置されている。この切欠き部に配置された２つのローラ１７の間には圧縮ばね１９が設けられ、２つのローラ１７が常に保持器１８に接するように作用している。なお、詳細な説明は省略するが、保持器１８の切欠き部は図示しないアクチュエータにより幅方向の寸法が変わるようにしており、切欠き部に挿入された２個のローラ１７間の隙間が変わるようになっている。

図２はツーウェイクラッチ１０Ｐが解放している時、図３はツーウェイクラッチ１０Ｐが締結している時のローラ１７の位置を示している。図２は、保持器１８の切欠き部の幅が狭い状態であり、ローラ１７と入力軸１５のカム面１５Ａおよび出力軸１６のリング面１６Ａとに隙間ができている。また、図３は、保持器１８の切欠き部の幅が広い状態であり、ローラ１７が入力軸１５のカム面１５Ａおよび出力軸１６のリング面１６Ａに接触し、カム面１５Ａとリング面１６Ａで形成される楔部に入り込んでいる。

次に、図３を用いて、ツーウェイクラッチ１０Ｐがクラッチ締結するメカニズムを説明する。

入力軸１５に回転力が加わる（図３では時計周り）と、摩擦力によりローラ１７を左方向に引き込み、ローラ１７には出力軸１６のリング面１６Ａからの作用力と入力軸１５のカム面１５Ａからの作用力が発生する。これら２つの作用力はリング面１６Ａとカム面１５Ａで作用・反作用の関係となり、入力軸１５の回転力が増大した場合、作用力が大きくなるが２つの作用力のつりあい関係は維持される。このようにして入力軸１５の回転力が出力軸１６に伝達される。また、入力軸１５に回転力が加わらない場合には作用力が発生しないため、ローラ１７とカム面１５Ａおよびローラ１７とリング面１６Ａには力が作用しない。入力軸１５に回転力が加わらない状態を作ることによって、保持器１８の切欠き部の状態を変えることができるので、ツーウェイクラッチ１０Ｐの締結／解放状態を切り換えることができる。

以上のように、従来のツーウェイクラッチ１０Ｐはクラッチの締結／解放動作を行なうが、クラッチ締結させる際、圧縮ばね１９によりローラ１７は両方向の楔部に入り込むため、２方向でクラッチ締結する。また、ツーウェイクラッチ１０Ｐを締結状態から解放状態にするには、上記のように入力軸１５にトルクが作用しない状態を作る必要がある。

図１に示した本実施形態の車両用ステアリング装置１では、前述したように、転舵アクチュエータ３がストロークエンドに到達した際、クラッチ機構１０を締結するものである。しかし、転舵アクチュエータ３がストロークエンドに到達していない場合には、車両の走行状態に応じて車両用ステアリング装置１の制御を行なうために、クラッチ機構１０を解放する必要がある。例えば、ステアリングハンドル２を時計回りに動かし、転舵アクチュエータ３がストロークエンドに到達した直後、ステアリングハンドル２を反時計回りに動かした場合にはクラッチ機構１０を解放から締結と締結から解放の動作を瞬時に行なう必要がある。

図２及び図３に示した従来のツーウェイクラッチでは、転舵アクチュエータ３のストロークエンドに到達した直後、ステアリングハンドル２を反対方向に回転させた場合には、入力軸１５に作用するトルクが一度ゼロにならず、クラッチ解放することができなくなるという問題がある。この場合、通常の車両用ステアリング装置１の動作が行えなくなる。

また、特許文献２（特開平４−８８２２１号公報）に記載のように、保持器を周方向に移動し、一方の回転のみを締結するツーウェイクラッチもあるが、時計回り方向、反時計回り方向を締結するために保持器を操作するアクチュエータが２つの動作をする必要がある。また、時計回り方向を締結するローラの位置と反時計回り方向を締結するローラの位置に角度差が生じるため、これが入力軸の遊び（がた）となり、運転者に違和感を与える。システム故障時には、時計回り、反時計回りの両方向でクラッチ締結する必要があり、この遊び（がた）は小さいことが望ましい。

そこで、図１に示した本実施形態の動力断接装置であるクラッチ機構１０に用いるツーウェイクラッチでは、転舵アクチュエータ３がストロークエンド到達によって締結した直後、ステアリングハンドル２を反対方向に戻したときにクラッチ機構１０を解放できるように、一方向のみクラッチ締結できるようにしている。また、時計回り方向および反時計回り方向のクラッチ締結を１つのアクチュエータで実現するとともに、システム故障時には両方向がクラッチ締結できるようにしている。さらに、クラッチ締結した際、運転者がステアリングハンドル２を時計回り方向から反時計回り方向、又は反時計回り方向から時計回り方向への切り換えを行った場合の遊びが小さくなるようにしている。

次に、図４〜図２２を用いて、本実施形態による動力断接装置であるクラッチ機構１０の構成について説明する。
最初に、図４及び図５を用いて、本実施形態による動力断接装置であるクラッチ機構１０の全体構成について説明する。
図４は、本発明の一実施形態による動力断接装置であるクラッチ機構の構成を示す断面図である。図５は、図４のＡ−Ａ断面図である。なお、図４及び図５において、同一符号は、同一部分を示している。

図４に示すクラッチ機構１０は、ツーウェイクラッチである。クラッチ機構１０は、入力軸２０と、出力軸２１と、ローラ２２と、保持器２３と、保持器付勢手段２４と、係合子操作機構２５と、作動状態切換え機構２６とからなる。

入力軸２０は、図１に示した操舵軸５に連結されており、ステアリングハンドル２から入力される回転トルクが入力する。入力軸２０の詳細構成については、図１１を用いて後述する。出力軸２１は、図１に示した転舵軸１１に連結されている。ローラ２２は、入力軸２０の円筒部２０Ｂの内周面と出力軸２１の外周面の間に配置され、入力軸２０と出力軸２１を連結する係合子である。保持器２３は、ローラ２２を保持する。保持器付勢手段２４は、ローラ２２がクラッチ解放位置になるように保持器２３を付勢する。なお、保持器付勢手段２４の詳細構成については、図１３〜図１５を用いて後述する。係合子操作機構２５は、ローラ２２がクラッチ締結位置になるように保持器２３を操作する。なお、係合子操作機構２５の詳細構成については、図１６〜図１９を用いて後述する。作動状態切換え機構２６は、係合子操作機構２５の駆動源である。

図５に示すように、入力軸２０の円筒部２０Ｂの内周面には、ローラ２２が係合する溝である第２の係合面としてのカム面２０Ｄを複数、等間隔に配置している。図示の例では、３個のカム面２０Ｄが備えられている。カム面２０Ｄは、入力軸２０が時計回りあるいは反時計回りの回転方向にもローラ２２が係合するように、中央が深く（中間部）、中央から回転方向の両側へ徐々に浅くなった斜面形状（傾斜部）をしている。なお、カム面２０Ｄの詳細構成については、図８を用いて後述する。

図１に示した転舵軸１１に連結された出力軸２１は、入力軸２０の円筒部２０Ｂの内側に挿入される。また、出力軸２１はローラ２２が接触する面である第１の係合面としてのリング面２１Ａを有する。出力軸２１のリング面２１Ａと入力軸２０のカム面２０Ｄにより、時計回り方向、反時計回り方向に対称な楔空間が形成される。

図５に示した出力軸２１のリング面２１Ａの部分は、図４に示すように、管状になるように内側が削られており、入力軸２０のシャフト部２０Ａが軸受２７を介して接続されている。軸受２７は必ずしも入力軸２０と出力軸２１の間に設置しなくてもよく、入力軸２０および出力軸２１を支持することができれば他の場所に設置してもよい。なお、入力軸２０と出力軸２１を支持するため、軸受２７以外に図示しない他の軸受が設置されている。また、図５においては、軸受２７の図示は省略している。

図５に示すように、ローラ２２は円筒状の部品であり、入力軸２０のカム面２０Ｄの数と同数有する。ローラ２２は、上記の出力軸２１のリング面２１Ａと入力軸２０のカム面２０Ｄで形成される隙間に配置される。

また、図５に示すように、保持器２３は、入力軸２０の円筒部２０Ｂの内周面および出力軸２１のリング面２１Ａの間に装着可能な管状の部材であり、ローラ２２を収容する複数の切欠き部２３Ａを周方向に所定の間隔で形成している。なお、図５に示す例では、３個の切欠き部２３Ａが周方向等間隔に形成されている。また、保持器２３は、周方向に自由に移動できるように入力軸２０の円筒部２０Ｂの内周面との隙間および出力軸２１のリング面２１Ａとの隙間が設けられている。

保持器２３の切欠き部２３Ａには、ローラ２２を保持器２３に突き当てるように保持ばね２８を設けている。保持ばね２８は、例えば圧縮ばねや板ばねであり、ローラ２２が傾くことなく保持器２３に押し付けることができれば、他のものであってもよいものである。保持ばね２８により保持器２３の切欠き部２３Ａの寸法精度に左右されることなく、保持器２３に連動してローラ２２を移動することができるようになる。

次に、図５〜図１０を用いて、本実施形態によるクラッチ機構１０の締結／解放の状態について説明する。
図５〜図７は、本発明の一実施形態によるクラッチ機構の構成を示す断面図である。図８〜図１０は、図５〜図７の要部拡大図である。なお、図４〜図１０において、同一符号は、同一部分を示している。

図５はクラッチ解放の状態を示し、図６は時計回り方向がクラッチ締結の状態を示し、図７は反時計回り方向がクラッチ締結の状態を示す。図８、図９、図１０は、それぞれ図５、図６、図７の丸で囲んだ部分の拡大図である。

図８に示すように、クラッチ機構１０が解放している状態では、ローラ２２がカム面２０Ｄの溝の中央部に位置し、入力軸２０とローラ２２間に隙間が生じ、ローラ２２がカム面２０Ｄとリング面２１Ａで形成される楔空間から離脱している。これにより、入力軸２０と出力軸２１が自由に回転することができる。なお、図５に示す全てのローラ２２が同様になっている。ローラ２２の位置は、保持器付勢手段２４により保持器２３が付勢されることにより保たれる。なお、保持器付勢手段２４の詳細は、図１３〜図１５を用いて後述する。

カム面２０Ｄは、リング面２１Ａに対して径方向に所定距離離間した中間部２０Ｄ１と、この中間部２０Ｄ１から周方向両側に向かってリング面２１Ａとの相対距離が小さくなるように形成された第１，第２の傾斜部２０Ｄ２，２０Ｄ３とから構成される。

図９に示すように、クラッチ機構１０が時計回り方向に締結している状態では、ローラ２２がカム面２０Ｄの左側斜面に当接し、ローラ２２がカム面２０Ｄとリング面２１Ａで形成される楔空間に係合している。これにより、入力軸２０は時計回り方向には出力軸２１とともに回転するが、反時計回り方向には自由に回転することができる。なお、図６に示す全てのローラ２２が同様になっている。このローラ２２は、係合子操作機構２５により保持器２３を入力軸２０に対して反時計回り方向に操作することにより移動される。なお、係合子操作機構２５の詳細は、図１６〜図１９を用いて後述する。

また、図１０に示すように、クラッチ機構１０が反時計回り方向に締結している状態では、ローラ２２がカム面２０Ｄの右側斜面に当接し、ローラ２２がカム面２０Ｄとリング面２１Ａで形成される楔空間に係合している。これにより、入力軸２０は反時計回り方向には出力軸２１とともに回転するが、時計回り方向には自由に回転することができる。なお、図７に示す全てのローラ２２が同様になっている。このローラ２２は、係合子操作機構２５により保持器２３を入力軸２０に対して時計回り方向に操作することにより移動される。

クラッチを締結するメカニズムは、図２及び図３に示した従来のクラッチ機構と同様であり、入力軸２０に回転力が加わる（図６の場合は時計回り）と、摩擦力によりローラ２２を左方向に引き込み、ローラ２２には出力軸２１のリング面２１Ａからの作用力と入力軸２０のカム面２０Ｄからの作用力が発生する。これら２つの作用力はリング面２１Ａとカム面２０Ｄで作用・反作用の関係となり、入力軸２０の回転力が増大した場合、作用力が大きくなるが２つの作用力のつりあい関係は維持される。このようにして入力軸２０の回転力が出力軸２１に伝達される。また、入力軸２０に回転力が加わらない場合には作用力が発生しないため、ローラ２２とカム面２０Ｄおよびローラ２２とリング面２１Ａには力が作用しない。以上のようにして、クラッチ機構１０は締結される。

次に、図１１及び図１２を用いて、本実施形態によるクラッチ機構に用いる入力軸２０の構成について説明する。
図１１は、本発明の一実施形態によるクラッチ機構に用いる入力軸の構成を示す斜視図である。図１２は、本発明の一実施形態による動力断接装置の入力軸に用いるオルダムリングの構成を示す斜視図である。なお、図１１において、図４と同一符号は、同一部分を示している。

入力軸２０は、シャフト部２０Ａと、円筒部２０Ｂと、円盤部２０Ｃと、オルダムリング２９と、滑りキー３０Ａ，３０Ｂとからなる。シャフト部２０Ａは、円盤部２０Ｃと一体となって動くように接合されている。シャフト部２０Ａの出力軸２１側の端部には、図４にて説明した軸受２７が設置されている。オルダムリング２９は円盤部２０Ｃと円筒部２０Ｂの間に配置され、平行な両接触面には、図１２に示すように互いに直角な凹溝５４Ａ，５４Ｂがそれぞれ２個づつ形成されている。凹溝５４Ａ，５４Ｂに対応する円筒部２０Ｂ、円盤部２０Ｃにも凹溝があり、これらの凹溝に嵌め合わせ、凹溝に沿って平行移動できるように滑りキー３０Ａ，３０Ｂを設けている。入力軸２０を上記のように構成することにより、円筒部２０Ｂがシャフト部２０Ａの軸に直角な平面内を移動できるようになる。すなわち、例えば、滑りキー３０Ａが図１１に示したＹ軸方向に設けられ、滑りキー３０ＢがＸ軸方向に設けられている場合、円筒部２０Ｂは、シャフト部２０Ａの軸であるＺ軸方向に対して直交する平面であるＸ−Ｙ平面内で移動可能となる。

入力軸２０をこのような構成するのは、全てのローラ２２が入力軸２０のカム面２０Ｄ、出力軸２１のリング面２１Ａに楔係合するためである。部品の寸法誤差により楔係合する位置がずれた場合であっても円筒部２０Ｂが移動することにより、確実に全てのローラ２２が楔係合するようにしている。また、円筒部２０Ｂの下方には図示しないステイにより入力軸２０の円筒部２０Ｂやオルダムリング２９等が外れないように支えるようにしている。

なお、入力軸２０の構造は、部品精度を確保できるのであれば、上記のように分割された構造ではなく、１つの部品で構成してもよいものである。また、シャフト部２０Ａと円筒部２０Ｂの間に弾性部材を介して接続したり、円筒部２０Ｂを弾性変形させたりして全てのローラ２２が確実に楔係合するようにしてもよい。

次に、図１３〜図１５を用いて、本実施形態によるクラッチ機構１０に用いる保持器付勢手段２４の構成について説明する。
図１３は、本発明の一実施形態によるクラッチ機構に用いる保持器付勢手段の構成を示す斜視図である。図１４及び図１５は、本発明の一実施形態によるクラッチ機構に用いる保持器付勢手段の動作を説明する模式図である。

図１２に示すように、保持器付勢手段２４は、ローラ２２がクラッチ解放位置になるように保持器２３を付勢するものである。保持器付勢手段２４は、第２の弾性部材である圧縮ばね３１と、付勢板３２とからなる。

圧縮ばね３１は、図４に示すように、入力軸２０のシャフト部２０Ａに挿入され、一端は円盤部２０Ｃに当接することでシャフト部２０Ａの軸方向への移動が制限されている。他端は、付勢板３２に当接することで付勢板３２を保持器２３に押し付けるようにしている。なお、保持器２３はこの圧縮ばね３１により下方に移動しないように入力軸２０の円筒部２０Ｂに設けられた図示しないステイによって支持されている。

付勢板３２は、入力軸２０とともに回転するが、入力軸２０の軸方向には自由に動くようにしており、図示しない滑りキーによって付勢板３２は入力軸２０のシャフト部２０Ａと接続されている。付勢板３２には三角状の凹部３３を有し、保持器２３にもこの凹部３３に対向するように三角状の凸部３４を有する。この凹部３３と凸部３４の頂点は、ローラ２２が、図８に示すようにカム面２０Ｄの溝の中央部に位置するように調整されている。

なお、図１３では、凹部３３、凸部３４を１個ずつ示しているが、それぞれ複数有しているものである。なお、同様の効果が得られれば、付勢板３２に三角状の凸部、保持器２３にこの凸部に対向するように三角状の凹部を設けてもよい。

次に、図１４及び図１５を用いて、保持器付勢手段２４の動作について説明する。なお、図１４はクラッチ解放状態を示し、図１５はクラッチ締結状態を示している。

図１４は、付勢板３２の凹部３３と保持器２３の凸部３４が噛み合っており、保持器２３に外力が加わらない限り、付勢板３２に対して保持器２３が動くことはない。このようにして、ローラ２２が図８に示すようにカム面２０Ｄの溝の中央部に位置するようにしている。

図１５は、係合子操作機構２５により保持器２３が右方向（矢印Ａ１方向）に動かされた状態である。保持器２３の動作とともに付勢板３２が圧縮ばね３１のばね力に反し、円盤部２０Ｃの方向（矢印Ａ２方向）に移動している。係合子操作機構２５による保持器２３の操作力が無くなると圧縮ばね３１が伸び、凹部３３と凸部３４が噛み合う位置に戻る。

次に、図１６〜図１９を用いて、本実施形態によるクラッチ機構１０に用いる係合子操作機構２５の構成について説明する。
図１６は、本発明の一実施形態によるクラッチ機構に用いる係合子操作機構の構成を示す断面図である。図１７〜図１９は、本発明の一実施形態によるクラッチ機構に用いる係合子操作機構の動作を説明する模式図である。

図１６に示すように、ローラ２２がクラッチ締結位置になるように保持器２３を操作する係合子操作機構２５は、操作部材である操作バー３５と、力点ピン３６と、支持部材である支点バー３７と、作用点凸部３８と、楔リング３９とからなる。係合子操作機構２５は、入力軸２０と出力軸２１の微少な位相差を利用して保持器２３を周方向に移動させるものであり、ローラ２２を入力軸２０のカム面２０Ｄと出力軸２１のリング面２１Ａで形成される楔空間に移動させるものである。

操作バー３５は、入力軸２０の円筒部２０Ｂに設置された力点ピン３６に揺動可能に設置されている。保持器２３の側の端部は、図１７に示すように、保持器２３に設けられた２つの作用点凸部３８Ａ，３８Ｂの間に嵌め合わせるように挿入されている。操作バー３５と作用点凸部３８Ａ，３８Ｂのガタは、小さいほどよい。しかし、操作バー３５は平面内を揺動するが、保持器２３は円弧面を移動するため、操作バー３５がスムーズに揺動するように適度な隙間を有している。

操作バー３５の中間部には、図１７に示すように、支点バー３７と対向する位置に凸部３５Ａ，３５Ｂを備えている。凸部３５Ａ，３５Ｂと支点バー３７の間にも操作バー３５がスムーズに揺動するために適度な隙間が設けられている。

図１６に示すように、支点バー３７は、円管状の部材にレバーが付いたような形状をしており、出力軸２１に対して回転および軸方向の移動ができるように接続されている。支点バー３７の端部である支点部３７Ａ１，３７Ａ２はコの字の形状をしており、図１７に示すように、操作バー３５の凸部３５Ａ，３５Ｂを両側から支えるようにしている。また、支点バー３７は、図１６に示すように、出力軸２１の軸方向に緩やかに広がるように斜面部３７Ｂを有している
楔リング３９は、円管状の形状をしており、出力軸２１に回転および軸方向の移動ができるように接続されている。楔リング３９の内周の一部には、支点バー３７の斜面部３７Ｂに対向するように斜面部３９Ａを有している。

楔リング３９が、作動状態切換え機構２６により図１６に示す上方（矢印Ｂ１方向）に移動されるとき、楔リング３９の斜面部３９Ａと支点バー３７の斜面部３７Ｂが接触しているため、支点バー３７は出力軸２１に接触する方向に力を受け、この摩擦力により接続するようになる。このように、支点バー３７の斜面部３７Ｂと楔リング３９の斜面部３９Ａを利用することにより、支点バー３７を出力軸２１に摩擦接続するため、作動状態切換え機構２６に必要な力を小さくできる。

以上のように、楔リング３９を軸方向に動かすことにより、支点バー３７の出力軸２１への接続／非接続を切り換えることができる。

係合子操作機構２５では、操作バー３５の力点ピン３６の接続点が力点となり、操作バー３５の凸部３５Ａ，３５Ｂと支点バー３７の接触点が支点となり、操作バー３５の作用点凸部３８Ａ，３８Ｂとの接触点が作用点となる。このようにして、操作バー３５がてこのレバーとなっている。力点の移動量に対する作用点の移動量を拡大するため、力点・支点間の距離より支点・作用点間の距離が大きくなるように調整されている。また、力点が入力軸２０の円筒部２０Ｂに、支点が出力軸２１に、作用点が保持器２３に接続されていることになる。このようにして入力軸２０と出力軸２１の僅かな位相差に対して、保持器２３の移動量を拡大することができる。その結果、保持器２３の移動量が大きくなり、速やかに保持器２３を移動できるため、遊び（ガタ）の影響を小さくすることができる。

次に、図１７〜図１９を用いて、係合子操作機構２５の動作について説明する。図１７は、支点バー３７が出力軸２１に接続されていない場合、または、接続されているが入力軸２０と出力軸２１に位相差がない場合の操作バー３５を示している。このような場合に、操作バー３５が直立するように、力点ピン３６と保持器２３の作用点凸部３８の位置が設計されている。支点バー３７が出力軸２１に接続されていない場合には、保持器付勢手段２４により保持器２３が図１７に示すように操作バー３５が直立するように保たれる。支点バー３７が出力軸２１に接続されているが入力軸２０と出力軸２１に位相差がない場合には、入力軸２０に接続されている力点ピン３６と出力軸２１に接続されている支点バー３７の位置ずれが無く、保持器２３が図１７に示すように操作バー３５が直立するように保たれる。係合子操作機構２５が図１７に示すような場合には、ローラ２２が図８に示すようにカム面２０Ｄの溝の中央部に位置するようになり、クラッチ機構１０が解放された状態になる。

図１８は、図６や図９に示すように時計回り方向にクラッチ締結する場合の操作バー３５を示している。ローラ２２が図８に示す位置から図９に示す位置に動くまで（クラッチ締結するまで）、入力軸２０が出力軸２１より若干早く時計回り方向に動くことになる。したがって、図１８に示すように支点バー３７の支点部３７Ａの位置より力点ピン３６の位置が右側に動くことになる。そのため、保持器２３は操作バー３５により左側に動かされる。これを図６や図９に対応させると、保持器２３が反時計回り方向に移動されることになるので、クラッチ機構１０は時計回り方向が締結するようになる。このように、係合子操作機構２５により入力軸２０と出力軸２１の僅かな位相差に対して、保持器２３の移動量を拡大することができるので、保持器２３を早くクラッチ締結位置に移動することができ、クラッチ機構１０の遊びを小さくすることができる。このように保持器２３の移動量を拡大しない場合には、ローラ２２及び保持器２３が図８から図９のように動く角度が遊びになる。

図１９は、図７や図１０に示すように反時計回り方向にクラッチ締結する場合の操作バー３５を示している。ローラ２２が、図８に示す位置から図１０に示す位置に動くまで（クラッチ締結するまで）、入力軸２０が出力軸２１より若干早く反時計回り方向に動くことになる。したがって、図１９に示すように支点バー３７の支点部３７Ａの位置より力点ピン３６の位置が左側に動くことになる。そのため、保持器２３は操作バー３５により右側に動かされる。これを図７、図１０に対応させると保持器２３が時計回り方向に移動されることになるので、クラッチ機構１０は反時計回り方向が締結するようになる。

次に、再び、図４を用いて、作動状態切換え機構２６の構成について説明する。

作動状態切換え機構２６は、レバー４０と、ソレノイド４１と、第１の弾性部材である引っ張りばね４２とからなる。レバー４０は、楔リング３９を上下方向に動かすものである。ソレノイド４１は、レバー４０を駆動するアクチュエータである。本実施形態では、１個のアクチュエータが用いられている。引っ張りばね４２は、楔リング３９を上方に移動するようにレバー４０を引っ張るものである。

レバー４０は、支点４３を中心に回転するように設置し、ソレノイド４１または引っ張りばね４２により動くようにしている。レバー４０により、楔リング３９が出力軸２１の方向に駆動され、クラッチ機構１０の締結／解放動作を行なう。

ソレノイド４１は、レバー４０に接続され、ソレノイド４１を通電することによりレバー４０をソレノイド４１の側に引き寄せる。車両用ステアリング装置１が正常に動作している場合には、ソレノイド４１に通電し、楔リング３９が下方に移動することで、クラッチ機構１０は解放している。なお、ソレノイド４１の吸引力は、引っ張りばね４２のばね力でレバー４０が下方に動くのを阻止できる吸引力としている。また、車両用ステアリング装置１の故障時または転舵アクチュエータ３がストロークエンドに到達した時には、ソレノイド４１をＯＦＦにし、引っ張りばね４２によりレバー４０が下方に動き、楔リング３９が上方に移動することでクラッチ機構１０が締結される。

図４ではレバー４０と楔リング３９の間の摺動抵抗を低減するためにレバー４０と楔リング３９の間にスラスト軸受４４を設けたが、同様の効果が得られれば他のものであってもよいものである。

なお、クラッチ機構１０が解放状態の場合には、作動状態切換え機構２６と出力軸２１以外は入力軸２０とともに回転する。これにより出力軸２１に接続される転舵アクチュエータ３は入力軸２０と独立して駆動することができる。クラッチ機構１０が締結状態の場合には、作動状態切換え機構２６以外が入力軸２０とともに回転する。作動状態切換え機構２６はクラッチ機構１０が締結／解放いずれの場合においても回転しないので、ソレノイド４１の配線が容易になる。

次に、図２０を用いて、本実施形態による動力断接装置であるクラッチ機構の第２の構成について説明する。
図２０は、本発明の一実施形態による動力断接装置であるクラッチ機構の第２の構成を示す断面図である。なお、図２０において、図４と同一符号は、同一部分を示している。

本例の動力断接装置としてのクラッチ機構１０Ａは、係合子操作機構２５Ａおよび作動状態切換え機構２６Ａ以外の構成及び動作は、図４に示した例と同じである。

係合子操作機構２５Ａは、支点バー３７Ａのみ図４に示す例と異なる。支点バー３７Ａは、支点バー３７Ａは、円管状の部材にレバーが付いたような形状をしており、出力軸２１に対して回転および軸方向の移動ができるように接続されている。支点バー３７Ａの操作バー３５の側の端部はコの字の形状をしており、操作バー３５を両側から支えるようになっている。

支点バー３７Ａが作動状態切換え機構２６Ａにより押圧されるとき、支点バー３７Ａは出力軸２１に接触する方向に力を受け、この摩擦力により接続するようになる。このようにして、支点バー３７Ａの出力軸２１への接続／非接続を切り換えることができる。

作動状態切換え機構２６Ａは、支点バー３７Ａを水平方向に動かす押圧レバー４５と、押圧レバー４５を駆動するソレノイド４６と、押圧レバー４５を支点バー３７の方向に移動させる圧縮ばね４７と、押圧レバー４５の支点バー３７の側の端部に設置するローラ４８とからなる。

押圧レバー４５は、ソレノイド４６または圧縮ばね４７により動くようにしている。押圧レバー４５に設置されたローラ４８は、押圧レバー４５を支点バー３７方向に押し付けることにより支点バー３７Ａに接触し、支点バー３７Ａが出力軸２１に摩擦接続される。これにより、支点バー３７Ａの出力軸２１への接続／非接続を行い、クラッチ機構１０Ａの締結／解放動作を行なう。ローラ４８は、支点バー３７Ａが出力軸２１とともに回転するとき、支点バー３７Ａに接触して転がるように設置している。これにより、押圧レバー４５からの押圧力のみが支点バー３７Ａに作用する。

圧縮ばね４７は、押圧レバー４５を内側に設置し、一方の端部を押圧レバー４５に接続し、他方の端部を車体等に接続されるストッパ４９に接続されている。

ソレノイド４６は、押圧レバー４５に接続され、ソレノイド４６を通電することにより、押圧レバー４５をソレノイド４６側に引き付けるようにしている。車両用ステアリング装置１が正常に動作している場合には、ソレノイド４６を通電し、ローラ４８が支点バー３７Ａから離れることで、クラッチ機構１０を解放する。なお、ソレノイド４６の吸引力は、圧縮ばね４７のばね力で押圧レバー４５が支点バー３７Ａの側に動くのを阻止できる吸引力としている。また、車両用ステアリング装置１の故障時または転舵アクチュエータ３がストロークエンドに到達した時には、ソレノイド４６をＯＦＦにし、圧縮ばね４７によりローラ４８を支点バー３７Ａに押し付けることでクラッチ機構１０Ａが締結される。

なお、動力断接装置としてのクラッチ機構１０，１０Ａは、同様の効果が得られれば上記に限定されるものではなく、他の構成であってもよいものである。

次に、図２１を用いて、本実施形態によるクラッチ機構の第３の構成について説明する。
図２１は、本発明の一実施形態によるクラッチ機構の第３の構成を示す断面図である。なお、図５と同一符号は、同一部分を示している。

本例に示すクラッチ機構１０Ｂでは、入力軸２０Ｘを内周側に、出力軸２１Ｂを外周側に設置している。ローラ２２の数は、図５に示したクラッチ機構１０より図２４に示したクラッチ機構１０Ｂの方が多く配置しているが、この個数に依らないものである。ただし、ローラ２２の数が多いほどローラ２２の１個当たりの荷重を小さくできるため、入力軸２０Ｘ、出力軸２１Ｂに直径やローラ２２の直径を小さくできるので、クラッチ機構１０の小型化を図ることができる。

次に、図２２を用いて、本実施形態によるクラッチ機構の第４の構成について説明する。
図２２は、本発明の一実施形態によるクラッチ機構の第４の構成を示す断面図である。なお、図５と同一符号は、同一部分を示している。

本例に示すクラッチ機構１０Ｃでは、入力軸２０Ｃの内周面をリング面とし、出力軸２１Ｃの外周面をカム面にしている。このような構成でも、図５に示したクラッチ機構１０と同様に、クラッチの締結、解放を行なえる。また、カム面には明確な中間部が無くてもよく、斜面部分は平らであっても、緩やかな曲線であってもよい。しかし、クラッチ機構１０Ｃでは、図示しない付勢板３２は、出力軸２１とともに回転し、かつ、出力軸２１の軸方向に自由に動くようにする必要がある。これは、クラッチ解放している際、ローラ２２がカム面の中央に位置するように出力軸とともに保持器が回転する必要があるからである。

次に、図２３及び図２４を用いて、本実施形態による動力断接装置を用いた車両用ステアリング装置の動作について説明する。
図２３は、本発明の一実施形態による動力断接装置を用いた車両用ステアリング装置の動作を示すフローチャートである。図２４は、本発明の一実施形態による動力断接装置を用いた車両用ステアリング装置の動作を示すタイミングチャートである。図２４において、図２４（Ａ）は転蛇角を示し、図２４（Ｂ）はロックエンド信号を示し、図２４（Ｃ）は操舵角センサ信号を示している。図２４（Ｄ）はフェール信号を示し、図２４（Ｅ）はソレノイドのＯＮ／ＯＦＦを示し、図２４（Ｆ）はクラッチの締結・解放状態を示している。

ステップＳ１０１において、図１に示した制御部５０は、イグニションスイッチが操作されてエンジンが起動されたか否か判定する。

ステップＳ１０１において、イグニッションスイッチがＯＮされた場合には、ステップＳ１０２において、図１に示した作動状態切換え機構制御手段５３は、クラッチ機構１０のアクチュエータであるソレノイド４１を通電（ＯＮ）する。このとき、支点バー３７は出力軸２１に非接続状態となり、クラッチ機構１０は解放される。

次に、ステップＳ１０３において、制御部５０は、システム異常が発生したか否かの監視を行なう。監視する対象は、図１に示すセンサ、アクチュエータおよび制御部５０や、図示しない電源部であり、１つでも異常が発生した場合にはフェール信号を発信し、ステップＳ１０４において、制御部５０は、警告を作動する。ステップＳ１０４の警告は、音声やコンソールへの表示で行なうことにしている。

次に、ステップＳ１０５において、作動状態切換え機構制御手段５３は、ソレノイド４１をＯＦＦにする。このとき支点バー３７は出力軸２１と接続状態となり、クラッチ機構１０は締結可能な状態となる。この状態で運転者がステアリングハンドル２を操舵することにより、クラッチ機構１０の入力軸２０にトルクが作用するとクラッチ機構１０が締結される。なお、ソレノイド４１がＯＦＦの状態を保つことにより、支点バー３７が出力軸２１に接続状態を保つことになるので、ステアリングハンドル２を運転者が時計回り方向、反時計回り方向に操舵した場合であってもクラッチ締結した状態が保たれる。また、反力モータ８および転舵アクチュエータ３を電気的に開放し、抵抗増大による操舵感の悪化を防ぐようにしている。

一方、ステップＳ１０３においてフェール信号が発信されず、システム異常が発生していないと判定した場合には、ステップＳ１１０において、制御部５０は、転舵アクチュエータ３が左右どちらかのストロークエンド近傍に到達し、かつ、ストロークエンド方向にステアリングハンドル２で操舵されているか、または停止しているのかを判定する。転舵アクチュエータ３がストロークエンド近傍に到達しているかは、転舵角センサ６により検出するものとし、所定のストロークエンド近傍に到達した場合にはロックエンド信号を発信するものとする。ストロークエンド方向にステアリングハンドル２で操舵されているか停止しているかは、操舵角センサ６で検出するものとする。

ステップＳ１１０において、転舵アクチュエータ３がストロークエンド近傍に到達し、かつ、ストロークエンド方向にステアリングハンドル２で操舵されているか、または停止していると判定した場合には、ステップＳ１１１において、作動状態切換え機構制御手段５３は、図２４（Ｅ）に示すように、ソレノイド４１をＯＦＦにする。このとき支点バー３７は出力軸２１に接続状態となり、クラッチ機構１０は締結可能な状態となる。この状態で運転者がステアリングハンドル２を操舵することにより、入力軸２０にトルクが作用するとクラッチ機構１０が締結される。これにより、転舵アクチュエータ３がストロークエンドに到達したことを運転者に呈示できる。

次に、ステップＳ１１２において、制御部５０は、ソレノイド４１がＯＦＦ後に所定時間ｔ経過したか否かを判定する。所定時間ｔは、保持器２３がクラッチ解放の位置からクラッチ締結する位置まで移動するのに要する時間である。この所定時間ｔは操舵軸５の操舵速度によって異なるため、操舵速度によって変化させても良いし、操舵速度が変わっても確実に保持器２３がクラッチ締結位置に移動できる時間に固定していても良い。

ステップＳ１１２において、ソレノイド４１がＯＦＦ後に所定時間ｔ経過したと判定した場合には、ステップＳ１１３において、作動状態切換え機構制御手段５３は、図２４（Ｅ）に示すように、ソレノイド４１をＯＮにし、支点バー３７は出力軸２１に非接続状態となる。このとき、図２４のＡ部に示すように操舵軸５にトルクが作用している状態ではローラ２２が楔空間に係合しているため、保持器２３はクラッチ解放位置に戻ることができず、クラッチ締結状態が保持される。なお、図２４のＢ部に示すように操舵軸５のトルクがゼロになったり、反対方向に加わったりした場合には、保持器付勢手段２４により保持器２３がクラッチ解放位置に動くため、クラッチ機構１０が解放される。このようにしてクラッチ締結状態が解除されないという課題が解消できる。

なお、ステップＳ１１２において、ソレノイド４１がＯＦＦ後に所定時間ｔ経過していないと判定した場合には、ステップＳ１１０に戻る。

また、ステップＳ１１０において、転舵アクチュエータ３がストロークエンド近傍に到達していないと判定した場合には、ステップＳ１０１に戻る。

また、ステップＳ１０１においてイグニッションスイッチがＯＦＦと判定した場合には、ステップＳ１０６において、制御部５０は、イグニッションスイッチがＯＮ状態からＯＦＦ状態に変わったのかを判定する。

ステップＳ１０６において、イグニッションスイッチがＯＮ状態からＯＦＦ状態に変わったと判定した場合には、ステップＳ１０７において、制御部５０は、操舵側であるステアリングハンドル２の位置と転舵側である転舵車輪４の向きを合わせた後、ステップＳ１０８において、作動状態切換え機構制御手段５３は、図２４（Ｅ）に示すように、ソレノイド４１をＯＦＦにする。このとき支点バー３７は出力軸２１に接続状態となり、クラッチ機構１０は締結可能な状態となる。また、反力モータ８および転舵アクチュエータ３を電気的に開放し、抵抗増大による操舵感の悪化を防ぐようにしている。

また、ステップＳ１０６においてイグニッションスイッチがＯＦＦ状態のままであり、ＯＮ状態からＯＦＦ状態に変わっていないと判定した場合には、ステップＳ１０９で処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態によれば、転舵アクチュエータがストロークエンド到達によってクラッチ締結した直後、ステアリングハンドルを反対方向に戻したときにクラッチ機構を解放できる。

また、時計回り方向および反時計回り方向のクラッチ締結を１つのアクチュエータで実現するとともに、システム故障時には両方向がクラッチ締結できるようになる。

さらに、クラッチ締結した際、運転者がステアリングハンドルを時計回り方向から反時計回り方向、又は反時計回り方向から時計回り方向への切り換えを行った場合の遊びが小さくなる。

次に、図２５を用いて、本発明の他の実施形態による動力断接装置を用いた車両用ステアリング装置の構成及び動作について説明する。
図２５は、本発明の他の実施形態による動力断接装置を用いた車両用ステアリング装置の構成図である。

本実施形態の車両用ステアリング装置１Ｄは、クラッチ機構１０Ｄの構成が図１に示したものと異なっている。すなわち、クラッチ機構１０Ｄは、図１に示した転舵軸１１がないものである。これは、詳細は示さないがセンサおよびアクチュエータに冗長性を持たせたシステムである。システム異常が発生した場合でもステアリングハンドル２の操舵角を検出して確実に転舵アクチュエータ３で転舵車輪４を転舵できるようになっている。

車両用ステアリング装置１Ｄは、クラッチ機構１０Ｄの出力軸２１を車両本体に接続した構成としている。クラッチ機構１０Ｄの出力軸２１を車両本体に接続する以外の構成は図１に示す車両用ステアリング装置１と同じである。システム故障時にクラッチ機構１０Ｄを締結し、ステアリングハンドル２を転舵アクチュエータ３に接続する必要がないが、転舵アクチュエータ３がストロークエンドに到達した場合にクラッチ機構１０Ｄを締結することにより、運転者に転舵アクチュエータ３のストロークエンドを呈示することができる。これにより、大型の反力モータ８を設置することなく、低消費電力のクラッチ機構１０Ｄを設置することでステアリングハンドル２の回転を停止することができるので、ケーブルリールを破損することがなくなる。

本実施形態によっても、転舵アクチュエータがストロークエンド到達によってクラッチ締結した直後、ステアリングハンドルを反対方向に戻したときにクラッチ機構を解放できる。

また、時計回り方向および反時計回り方向のクラッチ締結を１つのアクチュエータで実現できるようになる。

なお、本発明の動力断接装置としてのクラッチ機構１０，１０Ｄは、上述の車両用ステアリング装置１，１Ｄに限らず、他の動力伝達部の動力断接装置としての使用が可能である。例えば入力軸にモータやエンジン等の動力源を接続し、出力軸には被駆動側のシャフト、プーリ、ギヤ、タイヤ等を直接または間接的に接続してもよいものである。

本発明の一実施形態による動力断接装置を用いた車両用ステアリング装置の構成図である。 従来のツーウェイクラッチの構成を示す断面図である。 従来のツーウェイクラッチの構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態による動力断接装置であるクラッチ機構の構成を示す断面図である。 図４のＡ−Ａ断面図である。 本発明の一実施形態によるクラッチ機構の構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態によるクラッチ機構の構成を示す断面図である。 図５の要部拡大図である。 図６の要部拡大図である。 図７の要部拡大図である。 本発明の一実施形態によるクラッチ機構に用いる入力軸の構成を示す斜視図である。 本発明の一実施形態による動力断接装置の入力軸に用いるオルダムリングの構成を示す斜視図である。 本発明の一実施形態によるクラッチ機構に用いる保持器付勢手段の構成を示す斜視図である。 本発明の一実施形態によるクラッチ機構に用いる保持器付勢手段の動作を説明する模式図である。 本発明の一実施形態によるクラッチ機構に用いる保持器付勢手段の動作を説明する模式図である。 本発明の一実施形態によるクラッチ機構に用いる係合子操作機構の構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態によるクラッチ機構に用いる係合子操作機構の動作を説明する模式図である。 本発明の一実施形態によるクラッチ機構に用いる係合子操作機構の動作を説明する模式図である。 本発明の一実施形態によるクラッチ機構に用いる係合子操作機構の動作を説明する模式図である。 本発明の一実施形態による動力断接装置であるクラッチ機構の第２の構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態によるクラッチ機構の第３の構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態によるクラッチ機構の第４の構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態による動力断接装置を用いた車両用ステアリング装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による動力断接装置を用いた車両用ステアリング装置の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の他の実施形態による動力断接装置を用いた車両用ステアリング装置の構成図である。

符号の説明

１…車両用ステアリング装置、２…ステアリングハンドル、３…転舵アクチュエータ、４…転舵車輪、５…操舵軸、６…操舵角センサ、７…トルクセンサ、８…反力モータ、９…減速機構、１０…クラッチ機構、１１…転舵軸、１２…転舵角センサ、１３…電動モータ、１４…ツーウェイクラッチ、１５…入力軸、１５Ａ…カム面、１６…出力軸、１６Ａ…リング面、１７…ローラ、１８…保持器、１９…圧縮ばね、２０…入力軸、２０Ａ…シャフト部、２０Ｂ…円筒部、２０Ｃ…円盤部、２０Ｄ…カム面、２１…出力軸、２１Ａ…リング面、２２…ローラ、２３…保持器、２３Ａ…切欠き部、２４…保持器付勢手段、２５…係合子操作機構、２６…作動状態切換え機構、２７…軸受、２８…保持ばね、２９…オルダムリング、３０…滑りキー、３１…圧縮ばね、３２…付勢板、３３…凹部、３４…凸部、３５…操作バー、３５Ａ…凸部、３６…力点ピン、３７…支点バー、３７Ａ…支点部、３７Ｂ…斜面部、３８…作用点凸部、３９…楔リング、３９Ａ…斜面部、４０…レバー、４１…ソレノイド、４２…引っ張りばね、４３…支点、４４…スラスト軸受、４５…押圧レバー、４６…ソレノイド、４７…圧縮ばね、４８…ローラ、４９…ストッパ、５０…制御部、５１…電源部、５２…転舵アクチュエータ制御手段、５３…作動状態切換え機構制御手段、５４…凹溝

Claims (16)

1. 回転力が入力するとともに、第１の係合面が設けられた入力軸と、
   該入力軸と接続されるとき、前記入力軸の回転力が伝達されるとともに、前記第１の係合面と径方向に対向するように設けられた第２の係合面を有する出力軸と、
   前記第１の係合面と前記第２の係合面のどちらか一方の係合面は、他方の係合面に対して径方向に所定距離離間した中間部と、この中間部から周方向両側に向かって他方の係合面との相対距離が小さくなるように形成された傾斜部と、から構成される係合面であり、
   前記第１の係合面と前記第２の係合面との間に設けられ、前記第１の係合面と前記第２の係合面とが離間した状態で前記入力軸と前記出力軸との間を切断状態とし、かつ、前記第１の係合面と前記第２の係合面との間に挟持されることにより、前記入力軸と前記出力軸との間を接続状態とする係合子と、
   前記入力軸の回転方向と反対方向に前記係合子を移動させる係合子操作機構と、
   該係合子操作機構を前記入力軸の回転に伴い前記係合子を移動させる作動状態と、前記入力軸の回転に拘らず前記係合子を移動させない非作動状態とに切換える作動状態切換え機構と、
   前記作動状態切換え機構が非作動状態のとき、前記係合子を前記傾斜部と離間した位置に保持する保持器とを備えることを特徴とする動力断接装置。
2. 請求項１記載の動力断接装置において、
   前記係合子操作機構は、前記保持器を介して前記係合子を移動することを特徴とする動力断接装置。
3. 請求項２記載の動力断接装置において、
   前記係合子操作機構は、一方を前記入力軸に接続し、他方を前記保持器に係合した操作部材と、前記操作部材の中間部分を支持する支持部材とを備えることを特徴とする動力断接装置。
4. 請求項１記載の動力断接装置において、
   前記作動状態切換え機構は、前記支持部材と前記出力軸を接続・非接続状態を切り換えることにより、係合子の状態を切り換えることを特徴とする動力断接装置。
5. 請求項１記載の動力断接装置において、
   前記保持器は、第２の弾性部材の弾性力により前記係合子を前記傾斜部と離間した位置に保持することを特徴とする動力断接装置。
6. 請求項５記載の動力断接装置において、
   前記保持器と前記第２の弾性部材との間に位置決め部材を有し、
   前記保持器と前記位置決め部材のどちらか一方に嵌合凸部を有し、他方に嵌合凹部を有することを特徴とする動力断接装置。
7. 請求項１記載の動力断接装置において、
   前記入力軸の前記第２の係合面と前記出力軸の前記第１の係合面とは、一方が筒状部の外周面に、他方が筒状部の内周面になるように設けており、
   一方の係合面を他方の係合面で包囲するように配置したことを特徴とする動力断接装置。
8. ステアリングホイールに接続された入力軸と、
   前記入力軸の操舵状態を検出する操舵状態検出手段と、
   転舵車輪と連係して設けられる出力軸と、
   前記転舵車輪を転舵させる転舵アクチュエータと、
   前記操舵状態検出手段によって検出された操舵状態に基づき、前記転舵アクチュエータを制御する転舵アクチュエータ制御手段と、
   前記転舵アクチュエータの転舵状態を検出する転舵状態検出手段と、
   前記入力軸と前記出力軸の接続・非接続状態とする動力断接機構と、
   車両の運転状態に応じて、前記動力断接機構が備える作動状態切換え機構を切換え制御する作動状態切換え機構制御手段とを有する動力断接機構を用いた車両用ステアリング装置において、
   前記動力断接機構は、
   前記入力軸に設けられた第１の係合面と、
   前記第１の係合面と径方向に対向するように前記出力軸に設けられた第２の係合面と、
   前記第１の係合面と前記第２の係合面のどちらか一方の係合面は、他方の係合面に対して径方向に所定距離離間した中間部と、この中間部から周方向両側に向かって他方の係合面との相対距離が小さくなるように形成された傾斜部と、から構成される係合面であり、
   前記第１の係合面と前記第２の係合面との間に設けられ、前記第１の係合面と前記第２の係合面とが離間した状態で前記入力軸と前記出力軸との間を切断状態とし、かつ、前記第１の係合面と前記第２の係合面との間に挟持されることにより、前記入力軸と前記出力軸との間を接続状態とする係合子と、
   前記入力軸の回転方向と反対方向に前記係合子を移動させる係合子操作機構と、
   該係合子操作機構を前記入力軸の回転に伴い前記係合子を移動させる作動状態と、前記入力軸の回転に拘らず前記係合子を移動させない非作動状態とに切換える作動状態切換え機構と、
   前記作動状態切換え機構が非作動状態のとき、前記係合子を前記傾斜部と離間した位置に保持する保持器とを備えることを特徴とする動力断接機構を用いた車両用ステアリング装置。
9. 請求項８記載の車両用ステアリング装置において、
   前記係合子操作機構は、
   一方を前記入力軸に接続し、他方を前記保持器に係合した操作部材と、
   前記操作部材の中間部分を支持する支持部材とを備えており、
   車両用ステアリング装置が故障した際、前記作動状態切換え機構を作動状態になるように制御することを特徴とする車両用ステアリング装置。
10. 請求項８記載の車両用ステアリング装置において、
    前記作動状態切換え機構は、前記係合子操作機構に対して第１の方向に力を作用するアクチュエータと、該アクチュエータによる作用力方向とは反対の第２の方向に力を作用させる第１の弾性部材とを備え、
    前記アクチュエータをＯＮすることにより前記係合子操作機構を非作動状態とし、
    前記アクチュエータをＯＦＦにすることにより、前記第１の弾性部材の反力により前記係合子操作機構を作動状態とすることを特徴とする車両用ステアリング装置。
11. 請求項１０記載の車両用ステアリング装置において、
    前記転舵状態検出手段で前記転舵アクチュエータがストロークエンド近傍に到達したのを検出し、かつ、前記操舵状態検出手段で前記ステアリングハンドルがストロークエンド方向に操舵されているか、または停止しているかを検出したとき、前記アクチュエータをＯＦＦする制御手段を備えることを特徴とする車両用ステアリング装置。
12. 請求項１１記載の車両用ステアリング装置において、
    前記制御手段は、前記断接機構のアクチュエータをＯＦＦした後、所定時間経過した場合には前記アクチュエータをＯＮすることを特徴とする車両用ステアリング装置。
13. ステアリングホイールに接続された入力軸と、
    前記入力軸の操舵状態を検出する操舵状態検出手段と、
    車体に固定された出力軸と、
    前記転舵車輪を転舵させる転舵アクチュエータと、
    前記操舵状態検出手段によって検出された操舵状態に基づき、前記転舵アクチュエータを制御する転舵アクチュエータ制御手段と、
    前記転舵アクチュエータの転舵状態を検出する転舵状態検出手段と、
    前記入力軸と前記出力軸の接続・非接続状態とする動力断接機構と、
    車両の運転状態に応じて、前記動力断接機構が備える作動状態切換え機構を切換え制御する作動状態切換え機構制御手段とを有する動力断接機構を用いた車両用ステアリング装置において、
    前記動力断接機構は、
    前記入力軸に設けられた第１の係合面と、
    前記第１の係合面と径方向に対向するように前記出力軸に設けられた第２の係合面と、
    前記第１の係合面と前記第２の係合面のどちらか一方の係合面は、他方の係合面に対して径方向に所定距離離間した中間部と、この中間部から周方向両側に向かって他方の係合面との相対距離が小さくなるように形成された傾斜部と、から構成される係合面であり、
    前記第１の係合面と前記第２の係合面との間に設けられ、前記第１の係合面と前記第２の係合面とが離間した状態で前記入力軸と前記出力軸との間を切断状態とし、かつ、前記第１の係合面と前記第２の係合面との間に挟持されることにより、前記入力軸と前記出力軸との間を接続状態とする係合子と、
    前記入力軸の回転方向と反対方向に前記係合子を移動させる係合子操作機構と、
    該係合子操作機構を前記入力軸の回転に伴い前記係合子を移動させる作動状態と、前記入力軸の回転に拘らず前記係合子を移動させない非作動状態とに切換える作動状態切換え機構と、
    前記作動状態切換え機構が非作動状態のとき、前記係合子を前記傾斜部と離間した位置に保持する保持器とを備えることを特徴とする動力断接機構を用いた車両用ステアリング装置。
14. 請求項１３記載の車両用ステアリング装置において、
    前記作動状態切換え機構は、前記係合子操作機構に対して第１の方向に力を作用するアクチュエータと、該アクチュエータによる作用力方向とは反対の第２の方向に力を作用させる第１の弾性部材とを備え、
    前記アクチュエータをＯＮすることにより前記係合子操作機構を非作動状態とし、
    前記アクチュエータをＯＦＦにすることにより、前記第１の弾性部材の反力により前記係合子操作機構を作動状態とすることを特徴とする車両用ステアリング装置。
15. 請求項１４記載の車両用ステアリング装置において、
    前記転舵状態検出手段で前記転舵アクチュエータがストロークエンド近傍に到達したのを検出し、かつ、前記操舵状態検出手段で前記ステアリングハンドルがストロークエンド方向に操舵されているか、または停止しているかを検出したとき、前記アクチュエータをＯＦＦする制御手段を備えることを特徴とする車両用ステアリング装置。
16. 請求項１５記載の車両用ステアリング装置において、
    前記制御手段は、前記断接機構のアクチュエータをＯＦＦした後、所定時間経過した場合には前記アクチュエータをＯＮすることを特徴とする車両用ステアリング装置。

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