JP6052102B2

JP6052102B2 - クラッチ装置

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Publication number: JP6052102B2
Application number: JP2013174926A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　公一; 伊藤　　公一
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-08-26
Filing date: 2013-08-26
Publication date: 2016-12-27
Anticipated expiration: 2033-08-26
Also published as: JP2015042893A

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つの回転軸の間のトルク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、前記複数の溝部のうちいずれか一つの第１溝部に入り、一方の回転方向においてトルク伝達を行う第１係合部と、前記第１溝部と異なる第２溝部に入り、他方の回転方向においてトルク伝達を行う第２係合部と、を有する。前記第１係合部は、一方の回転方向において第１トルクでトルク伝達される場合に、前記第１溝部の側面を構成する第１被係合面と係合する第１係合面と、一方の回転方向において前記第１トルクより大きい第２トルクでトルク伝達される場合に、前記第１被係合面と連なる第２被係合面と係合する第２係合面と、を有する。前記第２係合部は、他方の回転方向において第１トルクでトルク伝達される場合に、前記第２溝部の側面を構成する第１被係合面と係合する第１係合面と、他方の回転方向において前記第１トルクより大きい第２トルクでトルク伝達される場合に、前記第１被係合面と連なる第２被係合面と係合する第２係合面と、を有する。前記第２係合部は、前記第１係合部が前記第１溝部と係合している状態で、前記第２溝部と係合するように構成されている。

この態様によると、第１係合部が第１溝部と係合している状態で、第２係合部も第２溝部と係合するため、回転方向を切り替えた際にもガタが発生しない。つまり、一方の回転方向においてトルク伝達されている状態で、他方の回転方向へ操舵を切り返した場合であっても、既に第２係合部は第２溝部と係合しているため、ガタが発生しない。

前記第２係合部は、前記第１係合部の前記第２係合面が前記第１溝部の前記第２被係合面と係合している状態で、前記第２係合部の前記第１係合面が前記第２溝部の前記第１被係合面と係合するように構成されていてもよい。これにより、大トルクの伝達が行われている状態であっても、他方の回転方向へ操舵を切り返した際にガタが発生しない。

前記第１係合部は、一方の回転方向において前記第２トルクでトルク伝達される場合に、前記第１係合部の前記第２係合面と前記第１溝部の第２被係合面とが係合した状態で、前記第１溝部の底部に向かう方向に力が加わるように構成されていてもよい。これにより、第２トルクでトルク伝達される場合に、第１係合部が第１溝部から抜け出ることが抑制される。

前記第１係合部および前記第１溝部は、一方の回転方向において前記第２トルクでトルク伝達される場合に、前記第１係合部の前記第２係合面と前記第１溝部の第２被係合面とが面接触するように構成されていてもよい。これにより、第２トルクでトルク伝達される場合に、第１係合部と第１溝部との係合状態が安定する。

前記第１係合部および前記第１溝部は、一方の回転方向において前記第１トルクでトルク伝達される場合に、前記第１係合部の前記第１係合面と前記第１溝部の第１被係合面とが面接触するように構成されていてもよい。これにより、第１トルクでトルク伝達される場合に、第１係合部と第１溝部との係合状態が安定する。

前記第１溝部の第１被係合面は、前記第１溝部の側面と底面とをつなぐ斜面であってもよい。これにより、第１被係合面を簡易に溝部に形成できる。

前記進退機構は、トルク伝達状態において、前記第１係合部および前記第２係合部を溝部に向かって付勢する付勢手段を有してもよい。これにより、トルク伝達状態において、第１係合部や第２係合部を、溝部に確実に当接させることができる。

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。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。第１の実施の形態に係るクラッチ装置におけるガタを説明するための図である。第２の実施の形態に係るクラッチ装置（クラッチＯＮ状態）を説明するための図である。図１０の領域Ｆ１の拡大図である。図１０のロックバー近傍の拡大図である。第２の実施の形態に係るクラッチ装置に大トルクが付与された状態を説明するための図である。ロックバーの第２係合面とロック溝の第２被係合面とが係合している状態でロックバーに働く力を説明するための図である。第３の実施の形態に係るクラッチ装置においてロックが完了する前の状態を説明するための図である。第３の実施の形態に係るクラッチ装置においてロックが完了した状態を説明するための図である。

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（トルク）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に形成されている。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８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８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（操舵部材）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（検出手段）と、タイヤ２６を転舵するラックアンドピニオン機構３４（転舵機構）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（動力源）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（制御手段）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）
第１の実施の形態に係るクラッチ装置２９では、ロックバーやロック溝、各ハウジング等の各部品の寸法公差を考慮すると、ハンドル側ハウジングとタイヤ側ハウジングとが接続されている状態（ロック状態）であっても、ハンドルを切り返した際にガタが発生することは避けられない。図９は、第１の実施の形態に係るクラッチ装置２９におけるガタを説明するための図である。図９に示すように、クラッチ装置２９は、ロックバー４０１がロック溝４２１に入り込み、ロックバー４０３がロック溝４２３に入り込み、ロックバー４０１とロック溝４２１とが係合しているロック状態であっても、ロックバー４０３とロック溝４２３との間には隙間ｇが存在する。そのため、この状態でハンドル側ハウジング３６を矢印Ｒ２方向に切り返すと、ロック溝４２３にロックバー４０３が係合するまでにガタが発生することになる。

そこで、本実施の形態では、ハンドルを切り返した際のガタの発生を抑制するとともに、ロック状態で大トルクが入力された場合であってもロックバーがロック溝から外れない構成のクラッチ装置について説明する。

具体的には、本実施の形態に係るクラッチ装置は、ロックバーやロック溝の係合部の形状として、角度が異なる２つの係合面を設定することで、「切り返し時のガタ解消」と「大トルク付与時のロック状態解除防止」を両立させることができる。

図１０は、第２の実施の形態に係るクラッチ装置（クラッチＯＮ状態）を説明するための図である。図１１は、図１０の領域Ｆ１の拡大図である。図１２は、図１０のロックバー６０３近傍の拡大図である。

図１０に示すクラッチ装置５８は、ロックバーとロック溝の形状が異なる以外は、第１の実施の形態に係るクラッチ装置２９とほぼ同じ構成である。

クラッチ装置５８は、２つの回転軸であるハンドル側ハウジング３６およびタイヤ側ハウジング３８との間のトルクの伝達および遮断の切替えを行う。また、クラッチ装置５８は、内周に複数の溝部であるロック溝６２が互いに間隔をもって周方向に形成されている第１の回転軸としてのハンドル側ハウジング３６と、ハンドル側ハウジング３６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の回転軸として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、互いに間隔をもってタイヤ側ハウジング３８の周方向に配列されている複数の係合部としてのロックバー６０と、ロックバー６０をロック溝６２に向かう方向へ進退させる進退機構４４（図２参照）と、を備える。

次に、ロックバー６０の先端部形状とロック溝６２の形状との関係について説明する。図１１に示すように、ロックバー６０は、回転方向の側面が、第１係合面６０ａおよび第１係合面６０ａと連なる第２係合面６０ｂで構成されている。第２係合面６０ｂは、ロックバー６０の移動方向とほぼ平行となるように形成されている。第１係合面６０ａは、第２係合面６０ｂに対して斜めに形成されており、ロックバー６０は、先端に向かうにつれて幅が狭くなっている。

一方、ロック溝６２は、回転方向の内壁（側壁）が、第１被係合面６２ａおよび第１被係合面６２ａと連なる第２被係合面６２ｂで構成されている。第２被係合面６２ｂは、ハンドル側ハウジング３６の径方向とほぼ平行となるように形成されている。第１被係合面６２ａは、ロックバー６０に対して斜めに形成されており、ロック溝６２は、底部に向かうにつれて溝幅が狭くなっている。

次に、クラッチ装置５８の通常操舵力時（第１トルクでのトルク伝達時）の動作について説明する。所定の条件の下、クラッチ装置５８のロックが作動すると、図１０に示すように、ロックバー６０１およびロックバー６０２は、それぞれ対応するロック溝６２１およびロック溝６２２に入り、最大ストロークまで移動する。本実施の形態に係るロックバーは、最大ストロークまで移動した場合であってもロック溝の溝底には当たらないように設定されている。

そして、ハンドル側ハウジング３６が矢印Ｒ１方向に更に回転すると、ロックバー６０３もロック溝６２３に入る。その際に、ロックバー６０３は、ロック溝６２３に対して最大ストロークに達する前にロック溝６２３の側部と係合する。

上述のように、クラッチ装置５８が備える複数のロックバー６０は、複数のロック溝６２のうちロック溝６２１に入り、ハンドル側ハウジング３６の一方の回転方向（矢印Ｒ１方向）においてトルク伝達を行うロックバー６０１と、ロック溝６２１と異なるロック溝６２３に入り、ハンドル側ハウジング３６の他方の回転方向（矢印Ｒ２方向）においてトルク伝達を行うロックバー６０３と、を有する。

そして、ロックバー６０１は、ハンドル側ハウジング３６の一方の回転方向（矢印Ｒ１方向）において所定の閾値より小さい第１トルクでトルク伝達される場合に、ロック溝６２１の側面を構成する第１被係合面６２１ａと係合する第１係合面６０１ａを有する。また、ロックバー６０３は、ハンドル側ハウジング３６の他方の回転方向（矢印Ｒ２方向）において所定の閾値より小さい第１トルクでトルク伝達される場合に、ロック溝６２１の側面を構成する第１被係合面６２３ａと係合する第１係合面６０３ａを有する。

ロックバー６０１およびロック溝６２１は、一方の回転方向において第１トルクでトルク伝達される場合に、ロックバー６０１の第１係合面６０１ａとロック溝６２１の第１被係合面６２１ａとが面接触するように構成されている。これにより、第１トルクでトルク伝達される場合に、ロックバー６０１とロック溝６２１との係合状態が安定する。

このように、クラッチ装置５８は、ロックバー６０１がロック溝６２１と係合している状態（図１０の領域Ｆ２参照）で、ロックバー６０３もロック溝６２３と係合している（図１０の領域Ｆ３、図１２参照）。そして、進退機構が備えるバネ５０は、トルク伝達状態において、ロックバー６０１やロックバー６０３を溝部に向かって付勢する。これにより、トルク伝達状態において、第１係合部や第２係合部を、溝部に確実に当接させることができる。そのため、回転方向を切り替えた際にもガタが発生しない。つまり、ハンドル側ハウジング３６を矢印Ｒ１方向に回転させてトルク伝達している状態で、矢印Ｒ２方向へ操舵を切り返した場合であっても、既にロックバー６０３はロック溝６２３と係合しているため、ガタが発生しない。

なお、図１０に示すように、ハンドル側ハウジング３６から矢印Ｒ１方向にトルクが伝達されている場合、ロックバー６０１はタイヤ側ハウジング３８から最も突出した状態（最大ストローク）となっている。タイヤ側ハウジング３８の内周側には、ロックバー６０１の大径部６０１ｃが当接することで、ロックバー６０１の移動を規制する移動規制部３８ｂが形成されている。ロックバー６０１の第１係合面６０１ａがロック溝６２１の第１被係合面６２１ａと係合している状態では、ロックバー６０３もロック溝６２３と係合しているが、ロックバー６０３の大径部６０３ｃは、タイヤ側ハウジング３８の移動規制部３８ｂに当接しないようになっている（領域Ｆ４参照）。つまり、ロックバー６０３は、径方向の移動がタイヤ側ハウジング３８で規制されておらず、更にロック溝６２３に向かって移動できるように構成されている。

このように、クラッチ装置５８は、複数のロック溝（６２１，６２３）に対応するロックバー（６０１，６０３）が係合している状態であっても、複数のロックバーの少なくとも一つは、タイヤ側ハウジング３８の移動規制部３８ｂと当接しないように構成されている。これにより、ハンドルの切り返し時におけるガタを確実に解消できる。

次に、図１０に示すクラッチ装置５８に大トルクが付与された場合（第２トルクでトルク伝達される場合）について説明する。図１３は、第２の実施の形態に係るクラッチ装置に大トルクが付与された状態を説明するための図である。

図１０に示す状態から更に大トルク（矢印Ｒ１方向）が付与されると、ロック溝６２１の第１被係合面６２１ａと係合していたロックバー６０１は、ロック溝の第１被係合面６２１ａから抗力を受ける。第１被係合面６２１ａは、ロックバー６０１のストローク方向に対して斜めに形成されている。つまり、第１被係合面６２１ａは、ロック溝６２１の側面である第２被係合面６２１ｂと底面６２１ｃとをつなぐ斜面である。そのため、抗力の分力は、ロックバー６０１のストローク方向へも働く。分力がバネ５０の付勢力より大きければバネ５０が圧縮され、ロックバー６０１は、第１被係合面６２１ａを摺動しながら回転軸中心に向けてスライドし、タイヤ側ハウジング３８の移動規制部３８ｂとの間に隙間が生じる（領域Ｆ５参照）。

そして、ロックバー６０１は、第２係合面６０１ｂがロック溝６２１の第２被係合面６２１ｂと接触（係合）すると、それ以上スライドせずにその位置を保持し、大トルクの伝達が行われる。この際、ロックバー６０３は、第１係合面６０３ａがロック溝６２３の第１被係合面６２３ａと係合するように構成されていてもよい。これにより、大トルクの伝達が行われている状態であっても、他方の回転方向（矢印Ｒ２）へ操舵を切り返した際にガタが発生しない。

ロックバー６０１およびロック溝６２１は、一方の回転方向において第２トルクでトルク伝達される場合に、ロックバー６０１の第２係合面６０１ｂとロック溝６２１の第２被係合面６２１ｂとが面接触するように構成されている。これにより、第２トルクでトルク伝達される場合に、ロックバー６０１とロック溝６２１との係合状態が安定する。

次に、ロック溝６２の第２被係合面６２ｂの形状について更に詳述する。図１４は、ロックバー６０１の第２係合面６０１ｂとロック溝６２１の第２被係合面６２１ｂとが係合している状態でロックバー６０１に働く力を説明するための図である。

前述のように、クラッチ装置５８に大トルクが付与されると、ロックバー６０１の第２係合面６０１ｂとロック溝６２１の第２被係合面６２１ｂとが係合した状態となる。ここで、トルクをＴ_０、ロックバー６０１とロック溝６２１との接触位置半径をｒ、ロックバー６０１がロック溝の第２被係合面６２１ｂから受ける抗力をｆ_１、ロックバー６０１の第２係合面６０１ｂとロック溝６２１の第２被係合面６２１ｂとの摩擦力をｆ_２、摩擦係数をμ_１、ロックバー６０１とロック溝６２１との接触位置とロックバー６０１の中心線との成す角をθ_０（θ_０＞０°）とすると、以下の式（１）〜式（３）の関係がある。
Ｆ_０＝Ｔ_０／ｒ・・・式（１）
Ｆ_０＝ｆ_１×ｃｏｓθ_０＋ｆ_２×ｓｉｎθ_０・・・式（２）
ｆ_２＝μ_１×ｆ_１・・・式（３）

式（１）〜式（３）により抗力ｆ_１、摩擦力ｆ_２は
ｆ_１＝Ｆ_０／（ｃｏｓθ_０＋μ_１×ｓｉｎθ_０）・・・式（４）
ｆ_２＝μ_１×Ｆ_０／（ｃｏｓθ_０＋μ_１×ｓｉｎθ_０）・・・式（５）
と表される。したがって、θ_０＞０であれば、抗力ｆ_１、摩擦力ｆ_２はいずれも正となり、図１４に示すように、ロックバー６０１はロック溝６２１に向かう方向へ力を受けることになり、大トルク付与時であってもロックバーがロック溝から抜け出ることが抑制される。

このように、ロックバー６０１およびロック溝６２１は、一方の回転方向において大トルクでトルク伝達される場合に、第２係合面６０１ｂと第２被係合面６２１ｂとが係合した状態で、ロック溝６２１の底部に向かう方向に力が加わるように構成されている。

（第３の実施の形態）
第３の実施の形態に係るクラッチ装置は、第２の実施の形態に係るクラッチ装置の変形例である。図１５は、第３の実施の形態に係るクラッチ装置においてロックが完了する前の状態を説明するための図である。図１６は、第３の実施の形態に係るクラッチ装置においてロックが完了した状態を説明するための図である。

はじめに、クラッチ装置６４の動作について説明する。所定の条件の下、クラッチ装置６４のロックが作動すると、図１５に示すように、ロックバー６０１およびロックバー６０２は、それぞれ対応するロック溝６２１およびロック溝６２２に入り、最大ストロークまで移動する。この際、ロックバー６０１の第１係合面６０１ａとロック溝６２１の第１被係合面６２１ａとが係合するが、その時点ではロックバー６０３は、ロック溝６２３に入らないようになっている。

この状態で、ハンドル側ハウジング３６を矢印Ｒ１方向に回転させると、バネ５０に抗してロックバー６０１がロック溝６２１の第１被係合面６２１ａを摺動しながらスライドし、図１６に示すように、ロックバー６０３がロック溝６２３に入る。更にハンドル側ハウジング３６を矢印Ｒ１方向に回転させると、ロックバー６０１第２係合面６０１ｂは、ロック溝６２１の第２被係合面６２１ｂと係合し、トルク伝達が行われる。この際、ロックバー６０３は、ロック溝６２３の第１被係合面６２３ａと接触している。また、ロックバー６０１およびロックバー６０３は、共に最大ストロークまで移動しておらず、ロック溝に向かって移動できる状態である。そのため、ハンドル１２をいずれの方向へ切り返しても、ロックバーから反力を受けるため、トルク抜けを感じることがない。

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。また、上述の各実施の形態における「係合面」、「被係合面」との名称は、あくまでも相対的な関係を示しているだけであり、各部に反対の名称を付してもよい。

１０車両操舵装置、１２ハンドル、１４操舵角度センサ、１６トルクセンサ、１８操舵反力モータ、２０インターミディエイトシャフト、２２転舵角度センサ、２４転舵モータ、２６タイヤ、２８ＥＣＵ、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、３４ラックアンドピニオン機構、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、３８ｂ移動規制部、５０バネ、５８クラッチ装置、６０ロックバー、６０ａ第１係合面、６０ａ，６０ｂ第２係合面、６２ロック溝、６２ａ第１被係合面、６２ｂ第２被係合面、６０１ロックバー、６０１ａ第１係合面、６０１ｂ第２係合面、６０１ｃ大径部、６０２，６０３ロックバー、６０３ａ第１係合面、６０３ｃ大径部、６２１ロック溝、６２１ａ第１被係合面、６２１ｂ第２被係合面、６２１ｃ底面、６２３ロック溝。

Claims

２つの回転軸の間のトルク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、
前記複数の溝部のうちいずれか一つの第１溝部に入り、一方の回転方向においてトルク伝達を行う第１係合部と、
前記第１溝部と異なる第２溝部に入り、他方の回転方向においてトルク伝達を行う第２係合部と、を有し、
前記第１係合部は、一方の回転方向において第１トルクでトルク伝達される場合に、前記第１溝部の側面を構成する第１被係合面と係合する第１係合面と、一方の回転方向において前記第１トルクより大きい第２トルクでトルク伝達される場合に、前記第１被係合面と連なる第２被係合面と係合する第２係合面と、を有し、
前記第２係合部は、他方の回転方向において第１トルクでトルク伝達される場合に、前記第２溝部の側面を構成する第１被係合面と係合する第１係合面と、他方の回転方向において前記第１トルクより大きい第２トルクでトルク伝達される場合に、前記第１被係合面と連なる第２被係合面と係合する第２係合面と、を有し、
前記第２係合部は、前記第１係合部が前記第１溝部と係合している状態で、前記第２溝部と係合するように構成されており、
前記第１溝部の第１被係合面は、前記第１溝部の側面と底面とをつなぐ斜面であることを特徴とするクラッチ装置。
前記第２係合部は、前記第１係合部の前記第２係合面が前記第１溝部の前記第２被係合面と係合している状態で、前記第２係合部の前記第１係合面が前記第２溝部の前記第１被係合面と係合す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。
前記第１係合部は、一方の回転方向において前記第２トルクでトルク伝達される場合に、前記第１係合部の前記第２係合面と前記第１溝部の第２被係合面とが係合した状態で、前記第１溝部の底部に向かう方向に力が加わるように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のクラッチ装置。
前記第１係合部および前記第１溝部は、一方の回転方向において前記第２トルクでトルク伝達される場合に、前記第１係合部の前記第２係合面と前記第１溝部の第２被係合面とが面接触するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載のクラッチ装置。
前記第１係合部および前記第１溝部は、一方の回転方向において前記第１トルクでトルク伝達される場合に、前記第１係合部の前記第１係合面と前記第１溝部の第１被係合面とが面接触するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のクラッチ装置。
前記進退機構は、トルク伝達状態において、前記第１係合部および前記第２係合部を溝部に向かって付勢する付勢手段を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のクラッチ装置。