(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両を操向するための操舵部材と、転舵輪を転舵させるための転舵機構と、前記操舵部材に反力を与えるための反力モータと、前記転舵機構を駆動するための転舵モータと、前記反力モータおよび前記転舵モータを駆動制御するモータ制御手段と、前記操舵部材に連結される入力軸と、前記転舵機構に連結される出力軸と、前記入出力軸間のトルクの伝達・遮断を行なうクラッチ機構と、前記クラッチ機構を解放させるための電磁力を発生する機能を有し前記クラッチ機構を締結・解放させるためのソレノイド・アクチュエータと、前記ソレノイド・アクチュエータを駆動して、前記クラッチ機構を解放させるための電磁力を発生させるアクチュエータ制御手段とを含む車両用操舵装置であって、
前記クラッチ機構は、
前記入力軸および前記出力軸の周方向の両端に向かうほど狭くなっているくさび空間において、前記周方向に間隔をおいて配置された第１ローラおよび第２ローラと、前記第１ローラおよび前記第２ローラを前記周方向において互いに離間する方向に付勢する弾性部材とを有し、前記弾性部材の付勢力によって前記第１ローラおよび前記第２ローラが前記くさび空間の前記周方向側端部の係合位置に保持されている締結状態になり、前記電磁力によって前記第１ローラおよび前記第２ローラが前記くさび空間の前記周方向側端部の係合位置から離脱することによって解放状態になり、
前記モータ制御手段は、
前記アクチュエータ制御手段によって前記ソレノイド・アクチュエータが駆動されている状態で、前記反力モータおよび前記転舵モータの少なくとも一方を駆動制御して、前記入力軸に対して前記出力軸を相対回転させる方向であって互いに異なる２方向のトルクを前記入力軸および前記出力軸の少なくとも一方に交互に付与する手段を含む、車両用操舵装置。
【請求項２】
前記操舵部材に与えられた操舵トルクを取得するトルク取得手段をさらに含み、
前記モータ制御手段は、前記トルク取得手段によって取得された操舵トルクの方向に基づいて、前記入力軸および前記出力軸の少なくとも一方に最初に付与するトルクの方向を決定するように構成されている、請求項１に記載の車両用操舵装置。
【請求項３】
前記モータ制御手段は、前記反力モータおよび前記転舵モータの少なくとも一方を高周波駆動させることによって、前記入力軸および前記出力軸の少なくとも一方に、互いに異なる２方向のトルクを交互に付与するように構成されている、請求項１に記載の車両用操舵装置。
【請求項４】
前記モータ制御手段は、前記転舵モータを駆動制御して、前記出力軸に互いに異なる２方向のトルクを交互に付与するように構成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動車等の車両に用いられる車両用操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用操舵装置として、操舵部材と転舵機構とが機械的に連結されていない、いわゆるステアバイワイヤ（ＳＢＷ：Steer-By-Wire）式の車両用操舵装置が知られている。例えば、下記特許文献１には、操舵部材としてのステアリングホイールと転舵機構とをクラッチを介して機械的に連結することが可能なステアバイワイヤ式の車両用操舵装置が開示されている。このクラッチは、通常時には、解放状態となっており、ステアバイワイヤモード（ＳＢＷモード）で転舵制御が行われる。ステアバイワイヤモードで転舵制御が行われているときに、何らかの異常が発生した場合には、クラッチが締結され、パワーステアリング（ＥＰＳ：Electric Power Steering）モードで転舵制御が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２１８１９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本出願人は、ステアリングホイールと転舵機構とを機械的に連結したり分離したりするのに適したクラッチを提案している。本出願人が提案しているクラッチは、入力軸と、出力軸と、入力軸に同軸状にかつ一体的に連結された内輪と、出力軸に同軸状にかつ一体的に連結された外輪とを含む。本出願人が提案しているクラッチは、さらに、内輪と外輪との間のトルクの伝達・遮断を行なうクラッチ機構と、クラッチ機構を解放させるための電磁力を発生する機能を有し、クラッチ機構を締結・解放させるためのソレノイド・アクチュエータとを含む。
【０００５】
前述の車両用操舵装置に用いられているクラッチを締結状態から解放する際は、例えば、ステアリングホイールが操作される等により、クラッチに過大な係合力（摩擦力）が掛かっている場合がある。本出願人が提案しているクラッチを締結状態から解放する際に、クラッチに過大な係合力が掛かっていると、クラッチの解放を妨げる摩擦力が大きくなり、クラッチを解放させるために大きな電磁力が必要となる。このため、出力の大きな電磁石が必要となるので、クラッチが大型化するとともに電力消費量が多くなるという問題がある。
【０００６】
この発明の目的は、クラッチの解放に必要な電磁力を低減することができる車両用操舵装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明は、  請求項１記載の発明は、車両を操向するための操舵部材（２）と、転舵輪（３）を転舵させるための転舵機構（４）と、前記操舵部材に反力を与えるための反力モータ（１４）と、前記転舵機構を駆動するための転舵モータ（３１）と、前記反力モータおよび前記転舵モータを駆動制御するモータ制御手段（４０）と、前記操舵部材に連結される入力軸（５２）と、前記転舵機構に連結される出力軸（５３）と、前記入出力軸間のトルクの伝達・遮断を行なうクラッチ機構（５６）と、前記クラッチ機構を解放させるための電磁力を発生する機能を有し前記クラッチ機構を締結・解放させるためのソレノイド・アクチュエータ（５７）と、前記ソレノイド・アクチュエータを駆動して、前記クラッチ機構を解放させるための電磁力を発生させるアクチュエータ制御手段（４０）とを含む車両用操舵装置（１）であって、前記クラッチ機構は、前記入力軸および前記出力軸の周方向の両端に向かうほど狭くなっているくさび空間において、前記周方向に間隔をおいて配置された第１ローラおよび第２ローラと、前記第１ローラおよび前記第２ローラを前記周方向において互いに離間する方向に付勢する弾性部材とを有し、前記弾性部材の付勢力によって前記第１ローラおよび前記第２ローラが前記くさび空間の前記周方向側端部の係合位置に保持されている締結状態になり、前記電磁力によって前記第１ローラおよび前記第２ローラが前記くさび空間の前記周方向側端部の係合位置から離脱することによって解放状態になり、前記モータ制御手段は、前記アクチュエータ制御手段によって前記ソレノイド・アクチュエータが駆動されている状態で、前記反力モータおよび前記転舵モータの少なくとも一方を駆動制御して、前記入力軸に対して前記出力軸を相対回転させる方向であって互いに異なる２方向のトルクを前記入力軸および前記出力軸の少なくとも一方に交互に付与する手段を含む、車両用操舵装置である。なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。以下、この項において同じ。
【０００８】
この構成では、ソレノイド・アクチュエータが駆動されている状態で、反力モータおよび転舵モータの少なくとも一方が駆動制御されて、入力軸および出力軸の少なくとも一方に、互いに異なる２方向のトルクが交互に付与される。これにより、クラッチを解放する際に、クラッチ機構に過大な係合力が掛かっていたとしても、その係合力を緩めながらクラッチ機構を解放させることができる。このため、クラッチ機構を解放させるのに必要な電磁力を低減することができる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、前記操舵部材に与えられた操舵トルクを取得するトルク取得手段をさらに含み、前記モータ制御手段は、前記トルク取得手段によって取得された操舵トルクの方向に基づいて、前記入力軸および前記出力軸の少なくとも一方に最初に付与するトルクの方向を決定するように構成されている、請求項１に記載の車両用操舵装置である。
【００１０】
請求項３記載の発明は、前記モータ制御手段は、前記反力モータおよび前記転舵モータの少なくとも一方を高周波駆動させることによって、前記入力軸および前記出力軸の少なくとも一方に、互いに異なる２方向のトルクを交互に付与するように構成されている、請求項１に記載の車両用操舵装置である。
請求項４記載の発明は、前記モータ制御手段は、前記転舵モータを駆動制御して、前記出力軸に互いに異なる２方向のトルクを交互に付与するように構成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用操舵装置である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】図２は、クラッチの構成を示す断面図である。
【図３】図３は、クラッチ機構の構成を示す斜視図である。
【図４】図４は、クラッチ機構の構成を示す分解斜視図である。
【図５】図５は、クラッチ機構の一部の構成を示す分解斜視図である。
【図６】図６Ａおよび図６Ｂは、内側保持器の構成を示す斜視図である。
【図７】図７は、外側保持器の構成を示す斜視図である。
【図８】図８は、図２のVIII−VIII線に沿う断面図である。
【図９】図９Ａおよび図９Ｂは、くさび部材の構成を示す斜視図である。
【図１０】図１０は、クラッチ機構が締結状態である場合の、くさび部材と内側保持器と外側保持器との間の位置関係を示す側面図である。
【図１１】図１１は、クラッチ機構の締結状態における、くさび部材と内側保持器と外側保持器との間の位置関係を示す正面図である。
【図１２】図１２は、クラッチ機構の解放状態を示す断面図である。
【図１３】図１３は、クラッチ機構が解放状態である場合の、くさび部材と内側保持器と外側保持器との間の位置関係を示す側面図である。
【図１４】図１４は、クラッチ機構が解放状態である場合の、くさび部材と内側保持器と外側保持器との間の位置関係を示す正面図である。
【図１５】図１５は、クラッチを解放する場合に、ＥＣＵによって実行されるクラッチ解放処理の手順を示すフローチャートである。
【図１６】図１６Ａ、図１６Ｂおよび図１６Ｃは、クラッチが解放される際のクラッチ機構の動作を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下では、この発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。
車両用操舵装置１は、車両を操向するための操舵部材としてのステアリングホイール２と、転舵輪３を転舵するための転舵機構４と、ステアリングホイール２に連結されたステアリングシャフト５と、ステアリングシャフト５（ステアリングホイール２）と転舵機構４とを機械的に連結したり分離したりするためのクラッチ６とを含む。この実施形態では、クラッチ６は、電磁クラッチである。クラッチ６は、入力軸５２（図２参照）と出力軸５３（図２参照）とを含み、入出力軸間のトルクの伝達・遮断を行う機能を有している。
【００１３】
ステアリングシャフト５は、ステアリングホイール２に連結された第１軸７と、クラッチ６の入力軸５２に一体的に連結された第２軸９と、第１軸７と第２軸９とを連結するトーションバー８とを含む。
第１軸７の周囲には、第１軸７の回転角である操舵角θｓを検出するための舵角センサ１１が配置されている。この実施形態では、舵角センサ１１は、第１軸７の中立位置からの第１軸７の正逆両方向の回転量（回転角）を検出するものであり、中立位置から右方向への回転量を例えば正の値として出力し、中立位置から左方向への回転量を例えば負の値として出力する。
【００１４】
また、ステアリングシャフト５の周囲には、トルクセンサ１２が配置されている。トルクセンサ１２は、第１軸７および第２軸９の相対回転変位量、つまり、トーションバー８の捩れ角に基づいて、ステアリングホイール２に与えられた操舵トルクＴを検出する。この実施形態では、トルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴは、右方向への操舵のためのトルクが正の値として検出され、左方向への操舵のためのトルクが負の値として検出され、その絶対値が大きいほど操舵トルクの大きさが大きくなるものとする。
【００１５】
第２軸９には、減速機１３を介して反力モータ１４が連結されている。反力モータ１４は、ステアリングホイール２に操舵反力（操舵方向と反対方向のトルク）を付与するための電動モータである。減速機１３は、反力モータ１４の出力軸に一体的に回転可能に連結されたウォーム軸（図示略）と、このウォーム軸と噛み合い、第２軸９に一体的に回転可能に連結されたウォームホイール（図示略）とを含むウォームギヤ機構からなる。反力モータ１４には、反力モータ１４の回転角を検出ための回転角センサ１５が設けられている。
【００１６】
転舵機構４は、クラッチ６の出力軸５３に一体的に連結された第１ピニオン軸１６と、転舵軸としてのラック軸１７と、ラック軸１７に転舵力を付与するための転舵アクチュエータ３０とを含む。ラック軸１７の各端部には、タイロッド１８およびナックルアーム（図示略）を介して転舵輪３が連結されている。第１ピニオン軸１６の先端には、第１ピニオン１９が連結されている。ラック軸１７は、自動車の左右方向に沿って直線状に延びている。ラック軸１７の軸方向の第１端部には、第１ピニオン１９に噛み合う第１ラック２０が形成されている。
【００１７】
転舵アクチュエータ３０は、転舵モータ３１と、減速機３２と、第２ピニオン軸３３と、第２ピニオン３４と、第２ラック３５とを含む。第２ピニオン軸３３は、ステアリングシャフト５とは、分離して配置されている。減速機３２は、転舵モータ３１の出力軸に一体的に回転可能に連結されたウォーム軸（図示略）と、このウォーム軸と噛み合い、第２ピニオン軸３３に一体的に回転可能に連結されたウォームホイール（図示略）とを含むウォームギヤ機構からなる。
【００１８】
第２ピニオン３４は、第２ピニオン軸３３の先端に連結されている。第２ラック３５は、ラック軸１７の軸方向の第１端部とは反対の第２端部側に設けられている。第２ピニオン３４は、第２ラック３５に噛み合っている。転舵モータ３１には、転舵モータ３１の回転角を検出するための回転角センサ３６が設けられている。ラック軸１７の近傍には、ラック軸１７の軸方向移動量を検出するためのストロークセンサ３７が配置されている。ストロークセンサ３７が検出したラック軸１７の軸方向移動量から、転舵輪３の転舵角θｒが検出されるようになっている。
【００１９】
舵角センサ１１、トルクセンサ１２、回転角センサ１５，３６、ストロークセンサ３７および車速センサ３８の検出信号ならびにイグニッションキーの状態検知信号は、ＥＣＵ（電子制御ユニット：Electronic Control Unit）４０に入力される。ＥＣＵ４０は、これらの入力信号に基づいて、クラッチ６、反力モータ１４および転舵モータ３１を制御する。具体的には、ＥＣＵ４０は、クラッチ６、反力モータ１４および転舵モータ３１それぞれに対する駆動回路（図示略）と、それらの駆動回路を制御するためのマイクロコンピュータ（図示略）とを含んでいる。
【００２０】
車両用操舵装置１は、動作モードとして、ステアバイワイヤモード（以下、「ＳＢＷモード」という。）、フェイルセーフモード等を有している。ＳＢＷモードは、ステアリングホイール２と転舵機構４とが機械的に連結されていない状態（クラッチ６が解放されている状態）で、転舵輪３の転舵が行われるモードである。フェイルセーフモードは、ステアリングホイール２と転舵機構４とを機械的に連結させた状態（クラッチ６が締結されている状態）で、転舵輪３の転舵が行われるモードであり、ＳＢＷモード時に何らかの異常が発生したときに自動的に設定されるモードである。この実施形態では、フェイルセーフモードは、反力モータ１４および転舵モータ３１の少なくとも一方によって、操舵トルク等に応じた操舵補助力を発生させるパワーステアリングモード（ＥＰＳモード）である。なお、フェイルセーフモードは、手動のみによって転舵を行うマニュアルステアリングモードであってもよい。
【００２１】
ＳＢＷモード時においては、ＥＣＵ４０は、例えば、舵角センサ１１によって検出される操舵角θｓ、トルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴ、車速センサ３８によって検出される車速Ｖ等に基づいて、反力モータ１４および転舵モータ２１を制御する。具体的には、ＥＣＵ４０は、操舵角θｓ、操舵トルクＴおよび車速Ｖに基づいて反力トルク目標値を演算し、反力トルク目標値に応じたモータトルクが反力モータ１４から発生するように、反力モータ１４を制御する。また、ＥＣＵ４０は、操舵角θｓ、操舵トルクＴおよび車速Ｖに基づいて転舵角目標値を演算し、ストロークセンサ３７の出力から演算される転舵輪３の転舵角θｒが転舵角目標値と等しくなるように、転舵モータ３１を制御する。
【００２２】
ＥＰＳモード時においては、ＥＣＵ４０は、例えば、操舵角θｓ、操舵トルクＴおよび車速Ｖに基づいてアシストトルク目標値に対応したモータ電流指令値を演算し、転舵モータ３１（または反力モータ１４）のモータ電流が、モータ電流指令値と等しくなるように、転舵モータ３１（または反力モータ１４）を制御する。
ＥＣＵ４０は、イグニッションキーの状態検知信号に基づいて、イグニッションキーの状態を認識する。イグニッションキーがキーシリンダに差し込まれていないときおよびイグニッションキーがオフ位置にあるときには、クラッチ６は締結状態となっている。イグニッションキーがオフ位置からＡＣＣ（アクセサリー）位置に操作されたときには、ステアリングホイール２のロックは解除されるが、クラッチ６は締結状態を維持する。イグニッションキーがオン位置に操作されると、ＥＣＵ４０は、クラッチ６を解放状態にした後、動作モードをＳＢＷモードに移行させる。ＳＢＷモード時に何らかの異常が発生すると、ＥＣＵ４０は、クラッチ６を締結状態にした後、動作モードをフェイルセーフモード（この実施形態ではＥＰＳモード）に移行させる。イグニッションキーがオン位置からオフ位置に操作されると、ＥＣＵ４０はクラッチ６を締結状態にする。
【００２３】
なお、イグニッションキーがオフ位置からＡＣＣ位置に操作されたときに、クラッチ６を解放状態にするようにしてもよい。また、動作モードがフェイルセーフモード（この実施形態ではＥＰＳモード）に移行された後に、その原因となった異常が解除された場合等に、ＥＣＵ４０は、クラッチ６を解放状態にした後、動作モードをＳＢＷモードに移行させるようにしてもよい。
【００２４】
図２〜図１４を参照して、クラッチ６の構成について説明する。
図２は、クラッチの構成を示す断面図である。クラッチ６は、入力軸５２と、出力軸５３と、入力軸５２に同軸状にかつ一体的に連結された内輪５４と、出力軸５３に同軸状にかつ一体的に連結された外輪５５とを含む。クラッチ６は、さらに、内輪５４と外輪５５との間のトルクの伝達・遮断を行なうクラッチ機構５６と、クラッチ機構５６を解放させるための電磁力を発生する機能を有し、クラッチ機構５６を締結・解放させるためのソレノイド・アクチュエータ５７とを含む。クラッチ６は、さらに、内輪５４、外輪５５、クラッチ機構５６およびソレノイド・アクチュエータ５７を収容するハウジング５８を含む。
【００２５】
以降の説明において、入力軸５２および出力軸５３の回転軸Ｃの軸方向を軸方向Ｘと呼ぶ。また、軸方向Ｘのうち、出力軸５３側から入力軸５２側に向かう方向（図２の右方向）をＸ１方向と呼び、入力軸５２側から出力軸５３側に向かう方向（図２の左方向）をＸ２方向と呼ぶ。入力軸５２および出力軸５３の半径方向を、径方向Ｚと呼ぶ。入力軸５２および出力軸５３の周方向を周方向Ｙと呼ぶ。また、周方向Ｙのうち、出力軸５３側から入力軸５２を見て時計回りの方向をＹ１方向と呼び、反時計回りの方向をＹ２方向と呼ぶ。
【００２６】
ハウジング５８は円筒状であり、そのＸ２方向側端部に軸受筒５９が形成されている。軸受筒５９の内周面と出力軸５３の外周面との間には、第１転がり軸受６０が配置されている。出力軸５３は、第１転がり軸受６０を介して、ハウジング５８に回転可能にかつ軸方向Ｘに移動不能に支持されている。
内輪５４は、たとえば鋼材料を用いて形成されており、軸部６１と、軸部６１の軸方向Ｘの途中部に設けられた大径部６２とを一体的に含む。外輪５５は、Ｘ２方向側端が閉塞された筒状であり、鋼材料を用いて形成されている。外輪５５のＸ２方向側端に出力軸５３が一体的に連結されている。
【００２７】
外輪５５の内周面側には、Ｘ２方向側端部から順に、第１環状段部６３と、第１環状段部６３よりも大径の第２環状段部６４とが形成されている。第１環状段部６３の内周面と入力軸５２の外周面との間に第２転がり軸受６５が配置されている。入力軸５２のＸ２方向側端部は、第２転がり軸受６５を介して、外輪５５に相対回転可能にかつ軸方向Ｘに相対移動不能に支持されている。
【００２８】
図３は、クラッチ機構５６の構成を示す斜視図である。図４は、クラッチ機構の構成を示す分解斜視図である。図３および図４では、外輪の図示を省略している。
図２〜図４を参照して、クラッチ機構５６は、内輪５４と外輪５５との間に配置されている。クラッチ機構５６は、外輪５５の第２環状段部６４の円筒状に形成された内周面７１と、内輪５４の大径部６２の外周面に形成された複数のカム面７２と、複数のローラ対７３と、複数の弾性部材７４と、保持器７５と、くさび部材７６と、バックプレート１１０とを含む。
【００２９】
図８は図２のVIII−VIII線に沿う断面図である。図８では、クラッチ機構が締結状態である場合を示している。カム面７２は、内輪５４の外周面に周方向Ｙに等間隔をおいて３つ配置されている。図８に示すように、外輪５５の内周面７１と内輪５４の各カム面７２とは、径方向Ｚに対向している。各カム面７２は、周方向Ｙに対して互いに反対方向に傾斜する一対の傾斜面７７ａ，７７ｂと、一対の傾斜面７７ａ，７７ｂ間に設けられ、径方向Ｚに直交する平坦な表面を有するばね支持面７８とを含む。各カム面７２と外輪５５の内周面７１との間には、くさび空間７９が形成されている。各くさび空間７９における径方向Ｚの長さ（厚さ）は、周方向Ｙの両端に向かうほど狭くなっている。なお、外輪５５の内周面に複数のカム面７２が形成され、かつ内輪５４の外周面に円筒面が形成されていてもよい。
【００３０】
図８に示すように、各くさび空間７９にローラ対７３が配置されている。各ローラ対７３は、周方向Ｙに間隔をおいて配置された第１ローラ７３ａおよび第２ローラ７３ｂとからなる。第２ローラ７３ｂは、第１ローラ７３ａに対してＹ２方向側に配置されている。各くさび空間７９には、第１ローラ７３ａと第２ローラ７３ｂとを互いに離間する方向に付勢する弾性部材７４が配置されている。
【００３１】
弾性部材７４は、例えば、圧縮コイルばねである。弾性部材７４として、板ばね等の他の種類のばねや、ゴム材を用いることもできる。各弾性部材７４の一端７４ａが第１のローラ７３ａをＹ１方向に付勢し、各弾性部材７４の他端７４ｂが第２のローラ７３ｂを周Ｙ２方向に付勢している。弾性部材７４は、ばね支持面７８によって支持されている。図４に示すように、複数の弾性部材７４は、弾性部材７４を一括して支持する弾性部材保持器８０が内輪５４に嵌め合わされることによって内輪５４に保持されるようになっている。
【００３２】
保持器７５は、ローラ対７３および弾性部材７４を保持する。図５は、クラッチ機構の一部の構成を示す分解斜視図である。図３〜図５に示すように、保持器７５は、内側保持器８１と外側保持器８２とを含む。内側保持器８１および外側保持器８２は、互いに相対回転可能に配置されている。
図６Ａおよび図６Ｂは、内側保持器の構成を示す斜視図である。図６Ａおよび図６Ｂに示すように、内側保持器８１は、平板円環状の第１環状部８３と、第１環状部８３に対し、同軸かつＸ１方向側に配置された円環状の第２環状部８４と、第１環状部８３と第２環状部８４とを連結する複数（この例では３個）の連結部８５とを含む。内側保持器８１は、内輪５４の大径部６２に、内輪５４に対して相対回転可能に嵌め合わされている。第１環状部８３は、大径部６２のＸ２方向側端面に当接している。
【００３３】
複数の連結部８５は、周方向Ｙに等間隔をおいて配置されている。第１環状部８３、第２環状部８４および複数の連結部８５は、合成樹脂によって一体的に形成されている。
各連結部８５は、軸方向Ｘに沿って延びた柱状である。各連結部８５は、第２環状部８４から外方（Ｘ１方向）に突出した第１規制突部８６を含む。第１規制突部８６の軸方向Ｘの長さは、バックプレート１１０の厚みと同程度に設定されている。各連結部８５のＹ２方向側の側面には、第１ローラ７３ａと当接（押圧）可能な第１当接面８７が形成されている。
【００３４】
各連結部８５のＹ１方向側の側面には、くさび部材７６と摺接する第１被摺接面８８が形成されている。第１被摺接面８８は、Ｘ１方向に向かうに従ってＹ１方向に向かうような傾斜面に形成されている。この実施形態では、第１被摺接面８８は、径方向Ｚから見て円弧状または楕円弧状をなす凹湾曲面に形成されている。
図７は、外側保持器の構成を示す斜視図である。図７に示すように、外側保持器８２は、円環状の第３環状部８９と、第３環状部８９の内周部からＸ２方向に向かって突出する複数の突部９０とを有している。第３環状部８９は、第２環状部８４の外周を取り囲むように配置されている。突部９０は、ローラ対７３の個数と同数（この例では３つ）設けられており、周方向Ｙに等間隔をおいて配置されている。第３環状部８９および複数の突部９０は、合成樹脂材によって一体的に形成されている。
【００３５】
第３環状部８９の内周面（内周縁部）には、各突部９０のＹ２方向側に、径方向Ｚに向かって凹む切欠き９５が形成されている。各切欠き９５は、くさび部材７６および内側保持器８１の連結部８５を挿通させるための切欠きである。
各突部９０のＹ１方向側の側面には、第２ローラ７３ｂと当接（押圧）可能な第２当接面９１が形成されている。各突部９０のＹ２方向側の側面には、くさび部材７６と摺接する第２被摺接面９２が形成されている。第２被摺接面９２は、Ｘ１方向に向かうに従ってＹ２方向に向かうような傾斜面に形成されている。この実施形態では、第２被摺接面９２は、径方向Ｚから見て円弧状または楕円弧状をなす凹湾曲面に形成されている。
【００３６】
図７に示すように、第３環状部８９には、各突部９０と同じ位置に、Ｘ１方向側に向かって突出する第２規制突部９３が設けられている。各第２規制突部９３は、第３環状部８９に一体的に設けられている。第２規制突部９３の軸方向Ｘの長さは、バックプレート１１０の厚みと同程度に設定されている。
図３に示すように、内側保持器８１および外側保持器８２は、複数の連結部８５と複数の突部９０とが周方向Ｙに交互に並ぶように組み合わされる。各連結部８５とそのＹ２方向側に間隔をおいて隣接する突部９０との間に、ローラ対７３が配置されている。各連結部８５とそのＹ１方向側に間隔をおいて隣接する突部９０との間に、くさび部材７６が挿入されている。連結部８５に第１規制突部８６が設けられ、第３環状部８９において突部９０と同位置に第２規制突部９３が設けられているので、第１規制突部８６とおよび第２規制突部９３との間に、くさび部材７６が挿入されている。
【００３７】
図３および図４に示すように、各ローラ７３ａ，７３ｂは、内側保持器８１の第２環状部８４および外側保持器８２の第３環状部８９によって、Ｘ１方向側への移動が規制されている。また、各ローラ７３ａ，７３ｂは、内側保持器８１の第１環状部８３によって、Ｘ２方向側への移動が規制されている。
図９Ａおよび図９Ｂは、くさび部材の構成を示す斜視図である。図９Ａおよび図９Ｂを参照して、各くさび部材７６は、軸方向Ｘに沿って延びた横断面矩形状の挿通部１０１と、挿通部１０１のＸ２方向側端に設けられ、Ｘ２方向に向かうほど幅広となる（周方向Ｙの幅が広くなる）くさび部１０２とを含む。くさび部１０２は、Ｙ２方向側の側面に設けられた第１摺接面１０３と、Ｙ１方向側の側面に設けられた第２摺接面１０４とを含む。
【００３８】
第１摺接面１０３は、Ｘ１方向に向かうに従ってＹ１方向に向かうような傾斜面に形成されている。この実施形態では、第１摺接面１０３は球面の一部のような曲面に形成されている。第２摺接面１０４は、Ｘ１方向に向かうに従ってＹ２方向に向かうような傾斜面に形成されている。この実施形態では、第２摺接面１０４は球面の一部のような曲面に形成されている。なお、第１および第２摺接面１０３，１０４は、平坦な傾斜面に形成されていてもよい。
【００３９】
図２および図５に示すように、バックプレート１１０は、平板円環状であり、内輪５４の軸部６１に嵌め合わされた状態で、内輪５４に固定されている。バックプレート１１０は、たとえば鋼材料を用いて形成されている。バックプレート１１０におけるＸ２方向側の面は、第２環状部８４および第３環状部８９に、それぞれ摺接している。バックプレート１１０には、バックプレート１１０を軸方向Ｘに貫通する複数（この例では３個）の長孔１１１が周方向Ｙに等間隔をおいて形成されている。各長孔１１１は、くさび部材７６に１対１対応で設けられている。各長孔１１１は、軸方向Ｘから見て、周方向Ｙに長い円弧状である。各長孔１１１は、Ｙ２方向側に平坦な第１内壁面（以下、「第１ストッパ面１１１ａ」という。）を有しており、Ｙ１方向側に平坦な第２内壁面（以下、「第２ストッパ面１１１ｂ」という。）を有している。
【００４０】
各長孔１１１の周方向Ｙの長さは、第１規制突部８６と第２規制突部９３とくさび部材７６の挿通部１０１との３部材全体の周方向Ｙの長さよりも長い所定長に設定されている。各長孔１１１には、第１規制突部８６、第２規制突部９３およびくさび部材７６の挿通部１０１が挿通している。くさび部材７６の挿通部１０１は長孔１１１を貫通しており、そのＸ１方向端部はバックプレート１１０よりもＸ１方向側に延びている。
【００４１】
図２に示すように、ソレノイド・アクチュエータ５７は、バックプレート１１０のＸ１方向側に配置された環状のアーマチュア１２１と、アーマチュア１２１のＸ１方向側に対向配置された環状のロータ１２２と、ロータ１２２のＸ１方向側に配置された電磁石１２３とを含む。
アーマチュア１２１は、ハウジング５８および内輪５４に対し、回転自在かつ軸方向Ｘに移動自在に設けられている。アーマチュア１２１には、各くさび部材７６の挿通部１０１のＸ方向側端が連結されている。ロータ１２２は、内輪５４の外周面に嵌め合わされた状態で内輪５４に固定されている。電磁石１２３は、環状の電磁コイル１２３ａと、電磁コイル１２３ａを支持する環状のコア１２３ｂとを含む。コア１２３ｂは、ハウジング５８に固定されている。コア１２３ｂの内周面と入力軸５２との間には第３転がり軸受１２４が配置されている。入力軸５２のＸ１方向側端部は、第３転がり軸受１２４およびコア１２３ｂを介して、ハウジング５８に相対回転可能にかつ軸方向Ｘに相対移動不能に支持されている。
【００４２】
図１０および図１１は、クラッチ機構５６が締結状態である場合の、くさび部材７６と内側保持器８１の連結部８５と外側保持器８２の突部９０との間の位置関係を示す側面図および正面図である。図１１は、Ｘ１方向側から見た図を示している。
図８、図１０および図１１に示すように、電磁石１２３がオフ状態である場合には、アーマチュア１２１が電磁石１２３によって吸引されていない。そのため、アーマチュア１２１は初期位置に位置し、アーマチュア１２１に連結されたくさび部材７６は、第１位置（初期位置。図１０に示すくさび部材７６の位置）に配置されている。
【００４３】
この状態では、図８に示すように、各第１ローラ７３ａは、弾性部材７４の付勢力によって、くさび空間７９のＹ１方向側端部の第１係合位置７９ａに保持される。第１ローラ７３ａが第１係合位置７９ａに保持されている場合には、第１ローラ７３ａは、内輪５４（大径部６２）の外周面および外輪５５（第２環状段部６４）の内周面７１に係合する。また、この状態では、各第２ローラ７３ｂは、弾性部材７４の付勢力によって、くさび空間７９のＹ２方向側端部の第２係合位置７９ｂに保持される。第２ローラ７３ｂが第２係合位置７９ｂに保持されている場合には、第２ローラ７３ｂが内輪５４（大径部６２）の外周面および外輪５５（第２環状段部６４）の内周面７１に係合する。このように、電磁石１２３がオフである場合には、第１および第２ローラ７３ａ，７３ｂが内輪５４の外周面および外輪５５の内周面７１に係合しているので、クラッチ機構５６が締結状態になる。
【００４４】
一方、図１２は、クラッチ機構５６が解放状態である場合の、クラッチ機構５６の構成を示す断面図である。図１３および図１４は、クラッチ機構５６が解放状態である場合の、くさび部材７６と内側保持器８１の連結部８５と外側保持器８２の突部９０との間の位置関係を示す側面図および正面図である。図１４は、Ｘ１方向側から見た図を示している。電磁石１２３がオン状態に切り換わると、図１３に示すように、アーマチュア１２１が電磁石１２３により吸引される。そのため、アーマチュア１２１に連結された複数のくさび部材７６がＸ１方向側に引き込まれる。この引き込みにより、くさび部材７６は、第１位置（図１０に示すくさび部材７６の位置）よりもＸ１方向側の第２位置（引き込み位置。図１３に示すくさび部材７６の位置）に移動する。
【００４５】
各くさび部材７６がＸ１方向側へ移動すると、くさび部材７６の第１摺接面１０３が、連結部８５をＹ２方向側に押圧しながら、連結部８５の第１被摺接面８８を摺動する。これにより、連結部８５がＹ２方向側に移動する。また、各くさび部材７６がＸ１方向側へ移動すると、くさび部材７６の第２摺接面１０４が、突部９０をＹ１方向側に押圧しながら、突部９０の第２被摺接面９２を摺動する。これにより、突部９０がＹ１方向側に移動する。
【００４６】
つまり、各くさび部材７６のＸ１方向側への移動に伴い、連結部８５とそのＹ１方向に間隔をおいて隣接する突部９０とが互いに離間する方向に移動する。その結果、内側保持器８１がくさび部材７６に対してＹ２方向に回動するとともに、外側保持器８２がくさび部材７６に対してＹ１方向に回動する。内側保持器８１および外側保持器８２がバックプレート１１０に対し回動する場合には、それらの回動に伴って、内側保持器８１の第２環状部８４および外側保持器８２の第３環状部８９が、それぞれバックプレート１１０のＸ２方向側の面を摺動する。
【００４７】
くさび部材７６に対する内側保持器８１のＹ２方向の回動に伴って、各連結部８５がＹ２方向側に移動する。その結果、各連結部８５の第１当接面８７が対応する第１ローラ７３ａをＹ２方向側に向かって押圧するから、各第１ローラ７３ａが弾性部材７４の付勢力に抗してＹ２方向側に移動する。これにより、各第１ローラ７３ａが第１係合位置７９ａ（図８参照）から離脱し、図１２に示すように、各第１ローラ７３ａと外輪５５の内周面７１との間に隙間Ｓ１が形成される。つまり、各第１ローラ７３ａの、内輪５４の外周面および外輪５５の内周面７１との係合が外れる。
【００４８】
また、くさび部材７６に対する外側保持器８２のＹ１方向の回動に伴って、各突部９０がＹ１方向側に移動する。その結果、各突部９０の第２当接面９１が対応する第２ローラ７３ｂをＹ１方向側に向かって押圧するから、各第２ローラ７３ｂが弾性部材７４の付勢力に抗してＹ１方向側に移動する。これにより、各第２ローラ７３ｂが第２係合位置７９ｂ（図８参照）から離脱し、図１２に示すように、各第２ローラ７３ｂと外輪５５の内周との間に隙間Ｓ２が形成される。つまり、各第２ローラ７３ｂの、内輪５４の外周面および外輪５５の内周面７１との係合が外れる。
【００４９】
このように、電磁石１２３のオン状態では、各ローラ７３ａ，７３ｂの内輪５４（大径部６２）の外周面および外輪５５の内周面７１との係合が解除され、クラッチ機構５６が解放状態になる。
図１５は、クラッチ６を解放する場合に、ＥＣＵ４０によって実行されるクラッチ解放処理の手順を示すフローチャートである。
【００５０】
ＥＣＵ４０は、クラッチ解放処理の開始前にトルクセンサ１２によって検出された操舵トルク（以下、「検出操舵トルクＴ」という。）を取得する(ステップＳ１)。次に、ＥＣＵ４０は、ソレノイド・アクチュエータ５７の電磁石１２３を励磁する(ステップＳ２)。これにより、アーマチュア１２１をＸ１方向に吸引する電磁力が、電磁石１２３によって発生する。
【００５１】
また、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１によって取得された検出操舵トルクＴの方向に応じて転舵モータ３１を駆動して、まずはクラッチ機構５６に掛かっている過大な方の係合力を減少させる方向のトルクをクラッチ６の出力軸５３に付与する(ステップＳ３)。具体的には、ステップＳ１によって取得された検出操舵トルクＴの方向に基づいて、ＥＣＵ４０は、第１ローラ７３ａおよび第２ローラ７３ｂの何れの方に過大な係合力が作用しているのかを判断し、過大な係合力が作用しているローラの係合力が減少する方向に転舵モータ３１を駆動させる。
【００５２】
ステップＳ３で転舵モータ３１を駆動してから所定時間が経過すると(ステップＳ４：ＹＥＳ)、ＥＣＵ４０は、転舵モータ３１の駆動方向を反転させることにより、それまでとは逆方向のトルクをクラッチ６の出力軸５３に付与する(ステップＳ５)。
ステップＳ５で転舵モータ３１の駆動方向を反転させてから所定時間が経過すると(ステップＳ６：ＹＥＳ)、ＥＣＵ４０は転舵モータ３１の駆動を停止する(ステップＳ７)。なお、ＥＣＵ４０は、電磁石１２３の励磁状態を維持する。そして、ＥＣＵ４０は、今回のクラッチ解放処理を終了する。
【００５３】
図１６Ａ〜図１６Ｃは、クラッチが解放される際のクラッチ機構の動作を説明するための模式図である。図１６Ａ〜図１６Ｃは、クラッチ機構の一部（内輪５４、外輪５５、第１ローラ７３ａ、第２ローラ７３ｂ、弾性部材７４、くさび部材７６、内側保持器８１、外側保持器８２、バックプレート１１０、アーマチュア１２１等）を示している。図１６Ａ〜図１６Ｃの上段の図は、径方向Ｚに沿ってクラッチ機構の一部を見た場合の概略的な模式図であり、図１６Ａ〜図１６Ｃの下段の図は、軸方向Ｘに沿ってクラッチ機構の一部を見た場合の概略的な模式図である。
【００５４】
図１６Ａは、クラッチ解放処理の開始直前のクラッチ機構の状態（締結状態）を示している。ここでは、外輪５５に対して内輪５４に矢印Ｔ０で示す方向のトルク（捩れ力）が掛かっており、第１ローラ７３ａが内輪５４および外輪５５間に噛み込んでいる（強く係合している）ものとする。すなわち、クラッチ機構５６の第１ローラ７３ａに過大な係合力が掛かっているものとする。図１６Ａにおいて、Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３およびＮ４は、それぞれ、第１ローラ７３ａと内輪５４との接触面の垂直抗力、第１ローラ７３ａと外輪５５との接触面の垂直抗力、第２ローラ７３ｂと内輪５４との接触面の垂直抗力および第２ローラ７３ｂと外輪５５との接触面の垂直抗力を示している。これらの接触面の垂直抗力Ｎ１〜Ｎ４が大きいほど、その接触面に作用する摩擦力（係合力）は大きくなる。図１６Ａの状態では、第１ローラ７３ａと内輪５４との接触面および第１ローラ７３ａと外輪５５との接触面の垂直抗力Ｎ１，Ｎ２は、第２ローラ７３ｂと内輪５４との接触面および第２ローラ７３ｂと外輪５５との接触面の垂直抗力Ｎ３，Ｎ４よりも大きい。
【００５５】
この状態において、ソレノイド・アクチュエータ５７の電磁石１２３が励磁される。これにより、電磁石１２３によってアーマチュア１２１をＸ１方向に吸引するための電磁力が発生する。そして、クラッチ機構５６の第１ローラ７３ａに掛かっている過大な係合力（第１ローラ７３ａと内外輪５４，５５との接触面の垂直抗力Ｎ１，Ｎ２）が減少する方向に転舵モータ３１が駆動される。この場合には、図１６Ｂに示すように、外輪５５に矢印Ｔ１で示す方向のトルクが付与されるように、転舵モータ３１が駆動される。これにより、第１ローラ７３ａの内輪５４および外輪５５間への噛み込みが解除される。すなわち、第１ローラ７３ａと内外輪５４，５５との間の摩擦力（第１ローラ７３ａと内外輪５４，５５との接触面の垂直抗力Ｎ１，Ｎ２）が減少するので、内輪５４に対して内側保持器８１がＹ２方向に回転しやすい状態となる。一方、転舵モータ３１によって外輪５５に付与されるトルクＴ１により、第２ローラ７３ｂが内輪５４と外輪５５との間に噛み込む（強く係合する）。これにより、第２ローラ７３ｂと内外輪５４，５５との間の摩擦力（第２ローラ７３ｂと内外輪５４，５５との接触面の垂直抗力Ｎ３，Ｎ４）が増加するので、内輪５４に対して外側保持器８２がＴ１方向に回転しにくい状態となる。この結果、図１６Ｂに示すように、電磁石１２３によるアーマチュア１２１の吸引力によって、くさび部材７６がＸ１方向に移動し、内側保持器８１（連結部８５）のみが内輪５４に対してＹ２方向に回動する。そして、内側保持器８１の第１規制突部８６がバックプレート１１０の第１ストッパ面１１１ａに当接すると、内側保持器８１の回動およびくさび部材７６の移動が停止する。これにより、第１ローラ７３ａと内外輪５４，５５との係合が外れる。
【００５６】
この後、転舵モータ３１の駆動方向が反転される。これにより、図１６Ｃに示すように、外輪５５に矢印Ｔ２で示す方向のトルクが付与される。これにより、第２ローラ７３ｂの内輪５４および外輪５５間への噛み込みが解除される。すなわち、第２ローラ７３ｂと内外輪５４，５５との間の摩擦力（第２ローラ７３ｂと内外輪５４，５５との接触面の垂直抗力Ｎ３，Ｎ４）が減少するので、内輪５４に対して外側保持器８２がＴ１方向に回転しやすい状態となる。この結果、図１６Ｃに示すようにくさび部材７６がさらにＸ１方向に移動し、外側保持器８２（突部９０）が内輪５４に対してＹ１方向に回動する。そして、外側保持器８２の第２規制突部９３がバックプレート１１０の第２ストッパ面１１１ｂに当接すると、外側保持器８２の回動およびくさび部材７６の移動が停止する。これにより、第２ローラ７３ｂと内外輪５４，５５との係合が外れる。これにより、クラッチ６（クラッチ機構５６）が解放状態となる。この後、転舵モータ３１の駆動が停止される。
【００５７】
前述の実施形態によれば、ソレノイド・アクチュエータ５７の電磁石１２３が励磁されている状態で、転舵モータ３１が駆動制御されて、クラッチ６の出力軸５３に、互いに異なる２方向のトルクが交互に付与される。これにより、クラッチ機構５６を解放する際に、クラッチ機構５６に過大な係合力が掛かっていたとしても、その係合力を緩めながらクラッチ機構５６を解放させることができる。言い換えれば、クラッチ機構５６を解放する際に、クラッチの噛み込み（第１ローラ７３ａの内輪５４および外輪５５間への噛み込みまたは第２ローラ７３ｂの内輪５４および外輪５５間への噛み込み）が生じていたとしても、その噛み込みを解除しながら、クラッチ機構５６を解放させることができる。このため、クラッチ機構５６を解放するために必要な電磁力を低減することができる。これにより、電磁石１２３の出力を低減させることができるので、クラッチ６の小型化および消費電力量の低減化が図れる。
【００５８】
また、前述の実施形態では、クラッチ機構５６に掛かっている過大な方の係合力が減少する方向のトルクをクラッチ６の出力軸５３に最初に付与しているので、クラッチ機構５６に掛かっている過大な係合力をさらに増大させる方向、つまり、クラッチの噛み込みがより強くなる方向にトルクが付与されるのを防止できる。
以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。例えば、前述の実施形態では、クラッチを解放する場合に、ＥＣＵ４０は、クラッチ機構５６に掛かっている過大な方の係合力が減少する方向のトルクを出力軸５３に最初に付与した後に、その反対方向のトルクを出力軸５３に付与するように、転舵モータ３１を駆動制御している。しかし、ＥＣＵ４０は、予め定められた方向のトルクを出力軸５３に最初に付与した後に、その反対方向のトルクを出力軸５３に付与するように、転舵モータ３１を駆動制御してもよい。この場合には、締結状態のクラッチ６を解放する場合に、ＥＣＵ４０は、トルクセンサ１２によって検出されている操舵トルクＴを取得する必要はない。
【００５９】
また、前述の実施形態では、クラッチ６を解放する場合に、ＥＣＵ４０は、出力軸５３に、互いに異なる２方向のトルクが交互に１回ずつ付与されるように転舵モータ３１を駆動制御している。しかし、ＥＣＵ４０は、クラッチ６を解放する場合に、出力軸５３に、互いに異なる２方向のトルクが交互に繰り返して付与されるように転舵モータ３１を駆動制御してもよい。また、ＥＣＵ４０は、クラッチ６を解放する場合に、転舵モータ３１を高周波駆動して、クラッチ機構５６に振動を付与するようにしてもよい。
【００６０】
また、クラッチを解放する場合に、ＥＣＵ４０は、転舵モータ３１の代わりに反力モータ１４を駆動制御してもよいし、転舵モータ３１と反力モータ１４の両方を駆動制御してもよい。
また、上記実施形態では、転舵輪３の転舵角θｒをストロークセンサ３７によって検出されるラック軸１７の軸方向移動量から検出しているが、転舵輪３の転舵角θｒを回転角センサ３６によって検出される回転角に基づいて検出してもよい。
【００６１】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１…車両用操舵装置、２…ステアリングホイール、３…転舵輪、４…転舵機構、１０…ハンドルロック装置、６…クラッチ、１２…トルクセンサ、１４…反力モータ、３１…転舵モータ、４０…ＥＣＵ、５２…入力軸、５３…出力軸、５６…クラッチ機構、５７…ソレノイド・アクチュエータ
【図１】
0006521302.tif 000002
【図２】
0006521302.tif 000003
【図３】
0006521302.tif 000004
【図４】
0006521302.tif 000005
【図５】
0006521302.tif 000006
【図６】
0006521302.tif 000007
【図７】
0006521302.tif 000008
【図８】
0006521302.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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