JP2014005885A - ロック機構及び同ロック機構を搭載した車両用ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数の少ないロック機構を提供すること。
【解決手段】ロック機構６０は、相対的に変位可能な被ロック部材６１と、ソレノイド６３とを有する。被ロック部材６１は、ソレノイド６３のピン６３ａを係合することが可能な係合孔６７ａを有している。この係合孔６７ａの縁と、ピン６３ａの外周面とは、互いに係合する際に少なくとも２点で接触する形状である
【効果】ロック機構６０は、ソレノイド６３のピン６３ａを被ロック部材６１に形成された係合孔６７ａに係合させる構成とされている。直接、ピン６３ａを係合孔６７ａに係合させるため、ロック機構６０の部品点数が少なくて済む。
【選択図】図７

Description

本発明は、相対的に変位可能な被ロック部材と、ソレノイドとからなるロック機構に関する。

回転可能に形成されている被ロック部材と、この被ロック部材の回転を止めるソレノイドとからなるロック機構が広く知られている（例えば、特許文献１（図４）参照。）。

特許文献１に示される、ロック機構は、遊星歯車機構に搭載されている。ロック機構は、ロック及びアンロックを切り替えるためのソレノイドと、このソレノイドのピンに接続されるリンクと、このリンクに接続されると共に遊星歯車機構の太陽歯車に一体的に形成されている被ロック部材とからなる。

被ロック部材の外周縁には、周方向に向かって凹凸形状が形成され、この凹凸形状にリンクの先端が嵌合する構成とされている。通常時は、リンクと被ロック部材とが離されていることにより、被ロック部材は太陽歯車と共に回転可能に保たれている。一方、ソレノイドが作動すると、ソレノイドのピンが進出し、リンクの一部を押す。ピンによって押されたリンクは、先端が被ロック部材の凹凸形状に嵌合する。リンクが嵌合することにより、被ロック部材がロックされる。ロックされている状態において、被ロック部材及び太陽歯車は回転することができない。即ち、ソレノイドを用いて、被ロック部材のロック及びアンロックを切り替えることができる。

しかし、このようなロック機構によれば、リンクを介して被ロック部材のロック及びアンロックを切り替えるため、部品点数が嵩む。

特開２０１１−２４０８４２号公報

本発明は、部品点数の少ないロック機構の提供を課題とする。

請求項１に係る発明は、相対的に変位可能な被ロック部材と、ソレノイドとを有し、被ロック部材は、ソレノイドのピンを係合することが可能な係合孔を有し、この係合孔の縁と、ピンの外周面とは、互いに係合する際に少なくとも２点で接触する形状であることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、ソレノイドのピンは真円状断面であり、係合孔の縁は、互いに中心の異なる少なくとも２つの円弧状に形成されていることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、ソレノイドは、非通電状態において、ピンが係合孔へ係合される構成であることを特徴とする。

請求項４に係る車両用ステアリング装置は、請求項１〜３のいずれか１項記載のロック機構と、ステアリングハンドルに連結された入力軸と、この入力軸に減速機構を介して出力軸が連結されている転舵機構と、を有し、ステアリングハンドルの操舵量に応じて、転舵用アクチュエータが転舵用動力を発生し、この転舵用動力を転舵機構に伝え、この転舵機構によって転舵車輪を転舵させるようにした車両用ステアリング装置であって、減速機構は、入力軸又は出力軸のいずれか一方に連結された第１回転体と、入力軸又は出力軸のいずれか他方に連結された第２回転体と、第１回転体と第２回転体とを伝動する伝動部とを含み、ロック機構は、通常は第２回転体を回転可能な状態に維持するとともに、ロック信号を受けたときには第２回転体を停止状態にロックする構成であることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、被ロック部材は、ソレノイドのピンを係合することが可能な係合孔を有する。即ち、ロック機構は、ソレノイドのピンを、被ロック部材に形成された係合孔に係合させる構成である。直接、ピンを係合孔に係合させるため、ロック機構の部品点数が少なくて済む。

加えて、係合孔の縁と、ピンの外周面とは、互いに係合する際に少なくとも２点で接触する形状である。係合孔の縁とピンの外周面との接触点が複数形成されることにより、ピンを係合孔に係合させた際の衝撃を分散させることができる。衝撃を分散させることにより、ロック機構の長寿命化を図ることができる。

請求項２に係る発明では、ソレノイドのピンは真円状断面である。ピンが真円状断面であるため、ソレノイドに汎用部品を採用することができる。即ち、安価なソレノイドを採用することができる。

請求項３に係る発明では、ソレノイドは、非通電状態において、ピンが係合孔へ係合される構成である。例えば、故障等の異常時にソレノイドへ電気が供給されない場合があり得る。このような場合に、被ロック部材をロックするための操作を経ることなく、ロック機構はロック状態になる。異常時にロックするための操作を必要としないため、異常時に素早く被ロック部材をロックすることができる。

請求項４に係る車両用ステアリング装置では、ロック機構は、通常は第２回転体を回転可能な状態に維持するとともに、ロック信号を受けたときには第２回転体を停止状態にロックする。通常は第２回転体を空転させておき、ロック信号を受けたときに、入力軸と出力軸とを連結させる。即ち、ロック機構を用いて、入力軸と出力軸との連結及び切離しを切替える。本発明によるロック機構は部品点数が少なく、簡便な構成である。ロック機構の部品点数が少なく、構成が簡便であることにより、車両用ステアリング装置の全体としても、部品点数を削減し、構成を簡便にすることができる。

本発明によるロック機構を搭載した車両用ステアリング装置の模式図である。 図１に示された車両用ステアリング装置に用いられている遊星歯車機構の模式図である。 図２に示された遊星歯車機構の断面図である。 図３に示されたロック機構がアンロック状態にある場合の遊星歯車機構の作用を説明する図である。 図３に示されたロック機構がロック状態にある場合の遊星歯車機構の作用を説明する図である。 図１に示された被ロック部材の斜視図である。 図６の７部拡大図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。

図１に示されるように、車両用ステアリング装置１０は、ステアリングハンドル２１から転舵機構３０を機械的に分離し、ステアリングハンドル２１の操舵量に応じて転舵用アクチュエータ３８から転舵用動力を発生させ、この転舵用動力を転舵機構３０へ伝えることで、転舵機構３０にて左右の転舵車輪３５，３５を転舵させる方式の、いわゆるステア・バイ・ワイヤ式（steer-by-wire、略称「ＳＢＷ」）のステアリング装置である。
以下、車両用ステアリング装置１０について詳しく説明する。

この車両用ステアリング装置１０の操舵機構２０は、運転者が握るステアリングハンドル２１と、ステアリングハンドル２１に連結した入力軸２２と、この入力軸２２に対向して配置され入力軸２２に発生する操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ３２と、この操舵トルクセンサ３２と同様に入力軸２２に対向して配置されステアリングハンドル２１の操舵角を検出する操舵角センサ２３と、ステアリングハンドル２１に対する操舵反力（反力トルク）を発生する反力モータ２４と、反力モータ２４の回転角を検出するモータ回転角センサ２５と、操舵反力を入力軸２２に伝達する反力伝達機構２６と、からなる。反力モータ２４には、電動モータを用いることができる。

反力伝達機構２６は、ウォームギヤ機構からなる。詳細には、反力モータ２４のモータ軸に設けたウォーム２７と、入力軸２２に結合するとともにウォーム２７に噛み合わせたウォームホイール２８とからなる。

転舵機構３０は、入力軸２２の下端部に遊星歯車機構５０を介して配置されている出力軸３１と、この出力軸３１にラックアンドピニオン機構３３を介して連結したラック軸３４と、ラック軸３４の両端に左右の転舵車輪３５，３５（例えば前輪）を連結するタイロッド３６，３６及びナックル３７，３７と、ラック軸３４に転舵用動力を付加する転舵用アクチュエータ３８と、出力軸３１の回転角を検出する出力軸回転角センサ４１と、ラック軸３４の位置を検出するラック軸位置センサ４２と、からなる。
また、ラック軸位置センサ４２は、転舵動力モータ４５のレゾルバを用いてもよい。また、ラック軸位置センサ４２からの信号と、転舵動力モータ４５のレゾルバの信号の両方を用いてラック位置を検出してもよい。

ラックアンドピニオン機構３３は、出力軸３１に形成したピニオン４３とラック軸３４に形成したラック４４とからなる。

転舵用アクチュエータ３８は、転舵用動力を発生する転舵動力モータ４５と、転舵用動力をラック軸３４に伝達する転舵動力伝達機構４６と、からなる。転舵動力モータ４５には、電動モータを用いることができる。

転舵動力伝達機構４６は、転舵動力モータ４５の回転軸に取り付けられている駆動プーリ４７と、ラック軸３４に取り付けられている従動プーリ４８と、これらの駆動プーリ４７及び従動プーリ４８間に架けられるベルト４９とからなる。

入力軸２２は、複数の軸部材２２ａからなり、複数の軸部材２２ａの間に複数の自在継手２２ｂ，２２ｂが配置されている。入力軸２２と転舵機構３０の出力軸３１との間には、遊星歯車機構５０（減速機構５０）が配置されている。遊星歯車機構５０には、ロック機構６０が一体的に形成されている。このロック機構６０により、ロック状態及びアンロック状態が切替えられ、入力軸２２と出力軸３１との連結及び切離しが切替えられる。

制御部７１は、操舵角センサ２３、モータ回転角センサ２５、操舵トルクセンサ３２、出力軸回転角センサ４１、ラック軸位置センサ４２からそれぞれ検出信号を受けるとともに、車両の走行速度を検出する車速センサ７２、ヨー角速度（ヨー運動の角速度）を検出するヨーレートセンサ７３、車両の加速度を検出する加速度センサ７４、その他の各種センサ７５からそれぞれ検出信号を受けて、反力モータ２４、転舵動力モータ４５及び遊星歯車機構５０に制御信号を発するものである。
次に、遊星歯車機構５０の詳細について、図２〜図５に基づき説明する。

図２及び図３に示されるように、遊星歯車機構５０は、中心の太陽歯車５１（第２回転体５１）に複数個（本実施例では、３個）の遊星歯車５２（伝動部５２）を噛合わせ、これらの遊星歯車５２に内歯車５３（第１回転体５３）を噛合わせ、複数の遊星歯車５２をキャリア５４にそれぞれ回転可能に取付けた構成である。

太陽歯車５１、内歯車５３及びキャリア５４は、出力軸３１の中心上に配列されている。出力軸３１は、太陽歯車５１を相対回転可能に支持している。複数個の遊星歯車５２は、太陽歯車５１に対して等ピッチで放射状に配列されている。

さらに遊星歯車機構５０は、入力軸２２に内歯車５３を連結し、出力軸５２にキャリア５４を連結し、太陽歯車５１を通常は回転可能な状態に維持するとともに制御部７１（図１参照）からロック信号Ｃｎを受けたときには停止状態にロックするロック機構６０を備える。

ロック機構６０は、太陽歯車５１に一体的に備えた被ロック部材６１と、この被ロック部材６１をロックするためのソレノイド６３とからなる。被ロック部材６１は、太陽歯車５１と共に出力軸５２上に固定されている。

なお、入力軸２２に太陽歯車を取付けると共に、出力軸３１に内歯車を固定することもできる。即ち、遊星歯車機構は、出力軸に連結された内歯車と入力軸に連結された太陽歯車と、内歯車と太陽歯車とを伝動する遊星歯車とを含む構成とすることもできる。
次に、遊星歯車機構５０の作用を説明する。

図４に示されるように、通常時においてソレノイド６３は、ロック信号Ｃｎを受けていない。ロック信号Ｃｎを受けていない状態において、ソレノイド６３は、励磁状態にあり、ピン６３ａが後退している。このため、ロック機構６０はピン６３ａが被ロック部材６１から外れたアンロック状態にある。被ロック部材６１は回転可能な状態であり、被ロック部材６１と一体の太陽歯車５１も回転可能な状態（空転可能）である。

ステアリングハンドル２１を操舵することにより、内歯車５３が回転し、その回転力は遊星歯車５２を介してキャリア５４及び太陽歯車５１に伝わる。このとき、回転抵抗が小さい太陽歯車５１だけが回転する。このため、入力軸２２から出力軸５２へ操舵力が伝わることは、ほとんどない。

このように通常状態においては、遊星歯車機構５０は開放状態にある。ステアリングハンドル２１を操舵すると、図１に示された制御部（図１、符号７１）が転舵動力モータ４５を制御することで、転舵機構３０によって、車両の走行状態に応じた最適な操舵特性で転舵車輪３５，３５を転舵することができる。

その後、図５に示されるように、何らかの要因によって操舵機構２０と転舵機構３０との間での電気的な接続が解除されたとき、又はイグニッションキースイッチをオフにしたときには、制御部（図１、符号７１）はロック信号Ｃｎを発する。

ソレノイド６３はロック信号Ｃｎを受けるので非励磁状態になり、ピン６３ａが進出する。進出したピン６３ａは、被ロック部材６１に係合する。このため、ロック機構６０はロック状態に反転する。被ロック部材６１は回転を規制された状態であり、被ロック部材６１と一体の太陽歯車５１も回転を規制された状態にある。

このようにロック機構６０は、ロック信号Ｃｎを受けたときには太陽歯車５１を停止状態にロックすることによって、遊星歯車機構５０を連結状態にする。すなわち、電気的な接続が解除されたときに、バックアップシステムに自動的に切り替わる。

ステアリングハンドル２１を操舵することで、内歯車５３が回転したときに、その回転力は遊星歯車５２を介してキャリア５４に伝わる。この結果、キャリア５４が回転するので、遊星歯車５２は自転しつつ公転する。従って、ステアリングハンドル２１の操舵力を遊星歯車機構５０を介して転舵機構３０へ機械的に伝えて、転舵車輪３５，３５を転舵することができる。なお、この場合に反力モータ２４は操舵反力を発生しない。
ロック機構６０の詳細を図６及び図７において説明する。

図６に示されるように、ロック機構６０を構成する被ロック部材６１は、太陽歯車５１に一体的に形成されている。被ロック部材６１は、太陽歯車５１の下方に伸びている軸部６５と、この軸部６５から周方向に向かって延びている底部６６と、この底部６６の先端から立下げられている円形状の壁部６７とからなる。
底部６６には、軽量化のための開口部６６ａが形成され、壁部６７には、複数の係合孔６７ａが形成されている。

なお、係合孔６７ａは、壁部６７に形成されるものに限らない。即ち、底部６６に開口部６６ａを形成せずに、係合孔を形成し、ソレノイド（図１、符号６３）を鉛直方向に向けて配置することもできる。この場合、ソレノイドを被ロック部材によって覆うことができる。ソレノイドを被ロック部材によって覆うことにより、ソレノイドの保護を図ることができる。

図７に示されるように、係合孔６７ａは、それぞれ中心の異なる４つの円弧が重なった形状に形成されている。より具体的には、Ｐ１を中心とした第１円弧８１と、Ｐ２を中心とした第２円弧８２と、Ｐ３を中心とした第３円弧８３と、Ｐ４を中心とした第４円弧８４とからなる。それぞれの円弧８１〜８４の半径は同一である。また、中心Ｐ１〜Ｐ４は、ソレノイド６３のピン６３ａの軸線ＳＣを囲うと共に、長方形を呈している。第１円弧８１と第２円弧８２との接触点から第３円弧８３と第４円弧８４との接触点までを結んだ線８５が、被ロック部材６１の回転方向に重なっている。さらに、第１円弧８１と第３円弧８３との接触点から第２円弧８２と第４円弧８４との接触点までを結んだ線８６が、線８５に垂直に延びており、この線８６は、出力軸（図１、符号３１）に沿って延びている。

ロック状態において、断面真円状のソレノイド６３のピン６３ａが係合孔６７ａに係合している。

本発明によれば、被ロック部材６１は、ソレノイド６３のピン６３ａを係合することが可能な係合孔６７ａを有する。即ち、ロック機構６０は、ソレノイド６３のピン６３ａを被ロック部材６１に形成された係合孔６７ａに係合させる構成とされている。直接、ピン６３ａを係合孔６７ａに係合させるため、ロック機構６０の部品点数が少なくて済む。

加えて、係合孔６７ａの縁と、ピン６３ａの外周面とは、互いに係合する際に少なくとも２点で接触する形状である。係合孔６７ａの縁とピン６３ａの外周面との接触点が複数形成されることにより、ピン６３ａを係合孔６７ａに係合させた際の衝撃を分散させることができる。衝撃を分散させることにより、ロック機構６０の長寿命化を図ることができる。

さらに、ソレノイド６３のピン６３ａは真円状断面である。ピン６３ａが真円状断面であるため、ソレノイド６３に汎用部品を採用することができる。即ち、安価なソレノイド６３を採用することができる。

また、ソレノイド６３は、非通電状態において、ピン６３ａが係合孔６７ａへ係合される構成である。例えば、故障等の異常時にソレノイド６３へ電気が供給されない場合があり得る。このような場合に、被ロック部材６１をロックするための操作を経ることなく、被ロック部材６１はロックされる。異常時にロックするための操作を必要としないため、異常時に素早く被ロック部材６１をロックすることができる。

図４も参照して、ロック機構６０は、通常は太陽歯車５１を回転可能な状態に維持するとともに、ロック信号を受けたときには太陽歯車５１を停止状態にロックする。通常は太陽歯車５１を空転させておき、ロック信号を受けたときに、入力軸２２と出力軸３１とを連結させる。即ち、ロック機構６０を用いて、入力軸２２と出力軸３１との連結及び切離しを切替える。本発明によるロック機構６０は部品点数が少なく、簡便な構成である。ロック機構６０の部品点数が少なく、構成が簡便であることにより、車両用ステアリング装置 の全体としても、部品点数を削減し、構成を簡便にすることができる。

尚、本発明に係る減速機構は、遊星歯車機構に搭載する例を基に説明したが、波動歯車機構等の他の歯車機構にも搭載することができる。また、被ロック部材が回転するもののみならず、往復するものにも適用可能であり、ロック機構が搭載されるものは、これらの形式のものに限られるものではない。
また、実施例においては、入力軸と内歯車が一体回転し、出力軸と遊星歯車とが一体回転するように構成したが、入力軸と遊星歯車とが一体回転し、出力軸と内歯車が一体回転するように構成してもよい。

本発明のロック機構は、車両用ステアリング装置に搭載するのに好適である。

１０…車両用ステアリング装置、２１…ステアリングハンドル、２２…入力軸、３０…転舵機構、３１…出力軸、３５…転舵車輪、３８…転舵用アクチュエータ、５０…遊星歯車機構（減速機構）、５１…太陽歯車（第２回転体）、５２…遊星歯車（伝動部）、５３…内歯車（第１回転体）、６０…ロック機構、６１…被ロック部材、６３…ソレノイド、６３ａ…ピン、６７ａ…係合孔。

Claims (4)

1. 相対的に変位可能な被ロック部材と、ソレノイドとを有し、
   被ロック部材は、前記ソレノイドのピンを係合することが可能な係合孔を有し、
   この係合孔の縁と、前記ピンの外周面とは、互いに係合する際に少なくとも２点で接触する形状であることを特徴とするロック機構。
2. 前記ソレノイドのピンは真円状断面であり、
   前記係合孔の縁は、互いに中心の異なる少なくとも２つの円弧状に形成されていることを特徴とする請求項１記載のロック機構。
3. 前記ソレノイドは、非通電状態において、前記ピンが前記係合孔へ係合される構成であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のロック機構。
4. 請求項１〜３のいずれか１項記載のロック機構と、ステアリングハンドルに連結された入力軸と、この入力軸に減速機構を介して出力軸が連結されている転舵機構と、を有し、
   前記ステアリングハンドルの操舵量に応じて、転舵用アクチュエータが転舵用動力を発生し、この転舵用動力を前記転舵機構に伝え、この転舵機構によって転舵車輪を転舵させるようにした車両用ステアリング装置であって、
   前記減速機構は、前記入力軸又は前記出力軸のいずれか一方に連結された第１回転体と、前記入力軸又は前記出力軸のいずれか他方に連結された第２回転体と、前記第１回転体と前記第２回転体とを伝動する伝動部とを含み、
   前記ロック機構は、通常は前記第２回転体を回転可能な状態に維持するとともに、ロック信号を受けたときには前記第２回転体を停止状態にロックする構成であることを特徴とする車両用ステアリング装置。

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