(57)【要約】【課題】  車両用ステア・バイ・ワイヤ式ステアリング装置のバックアップシステムを小型にする。【解決手段】  車両用ステアリング装置１０は、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、転舵用動力を、操舵部材２１から機械的に分離した転舵機構３０へ伝え、転舵機構で転舵車輪３５，３５を転舵させるものである。ステアリングハンドルの操舵軸２２と転舵機構の入力軸３１との間を、通常は非連結状態であり連結信号Ｃｎによって連結状態となる、軸継手５２で連結した。軸継手は、操舵軸側の第１の継手半体７０と、入力軸側の第２の継手半体８０と、第１・第２の継手半体に対して径方向に移動して連結することで第１・第２の継手半体間を開放状態から連結状態に切換える連結部材と、連結部材を駆動する高分子アクチュエータ１００とからなる。【選択図】        図４
2005112012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングハンドル等の操舵部材の操舵量に応じて、転舵用アクチュエータから転舵用動力を発生させ、この転舵用動力を、前記操舵部材から機械的に分離した転舵機構へ伝え、転舵機構に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、前記操舵部材に操舵軸を設け、前記転舵機構に入力軸を設け、これらの操舵軸と入力軸との間を、通常は開放状態であるとともに連結信号によって連結状態となる、軸継手にて連結した車両用ステアリング装置において、
前記軸継手は、前記操舵軸に設けた第１の継手半体と、前記入力軸に設けた第２の継手半体と、これら第１・第２の継手半体に対して径方向に移動して連結することで第１・第２の継手半体間を開放状態から連結状態に切換える連結部材と、この連結部材を連結方向へ移動させるように駆動するアクチュエータと、からなり、
このアクチュエータは、導電性高分子材料からなるアクチュエータ素子に前記連結信号としての電圧信号を印可することにより、アクチュエータ素子の体積が変化することで駆動力を発生する、高分子アクチュエータであることを特徴とする車両用ステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は車両用ステアリング装置の改良技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な車両用ステアリング装置は、ステアリングハンドルに転舵機構を連結することで、ステアリングハンドルの操舵力により転舵機構を介して転舵車輪を転舵させる構成である。
これに対して近年、ステアリングハンドルから転舵機構を機械的に分離し、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へ伝えることで車輪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」）の開発が進められている。（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００１−１５１１２９号公報（第３−５頁、図１−３）
【０００３】
特許文献１を次図に基づいて説明する。
図１４は従来の技術の基本構成を説明する図である。従来の車両用ステアリング装置２００は、ステアリングハンドル２０１から駆動手段（転舵機構）２０５を機械的に分離した、ステア・バイ・ワイヤ式ステアリング装置であって、ステアリングハンドル２０１に設けた操舵軸２０２の操舵角をロータリエンコーダ２０３で検出し、この検出信号に応じて舵取制御部２０４から制御信号を発し、この制御信号に応じて駆動手段２０５の舵取モータ２０６が舵取軸２０７を駆動することで、左右の車輪２０８，２０８を転舵するようにしたというものである。
【０００４】
このような車両用ステアリング装置２００は、ステアリングハンドル２０１に駆動手段２０５を電気的にのみ接続した構成である。何らかの要因によって、電気的な接続が解除されたときであっても、ステアリングハンドル２０１で車輪２０８，２０８を操舵できることが求められる。このため、車両用ステアリング装置２００は、電気的な接続が解除されたときに、自動的に切り替わるバックアップシステムとして、連結手段２１０を備える。
【０００５】
連結手段２１０は、操舵軸２０２に連結したロータ２１１を、駆動手段２０５の入力軸２０９に連結したハウジング２１２で囲い、ロータ２１１とハウジング２１２との間に液体の流路を設けた構成である。この流路を連結信号に応じて制御することにより、操舵軸２０２と入力軸２０９とを連結状態にして、操舵することができる。
２２１は、ステアリングハンドル２０１の操作に応じた操舵反力をステアリングハンドル２０１に付加する反力アクチュエータである。
【０００６】
しかしながら、上記従来の連結手段２１０は、ロータ２１１とハウジング２１２との間に設けた液体の流路を制御する構成であるから、大型にならざるを得ない。しかも、液体を溜めるリザーバや、流路を制御するための電磁弁や液体配管が必要であり、連結手段２１０は一層複雑な構成で大型になる。連結手段２１０のようなバックアップシステムは、車両の狭いスペースに配置するので小型であることが求められる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、車両用ステア・バイ・ワイヤ式ステアリング装置のバックアップシステムを、確実に且つ迅速に作動させることができるとともに、簡単な構成で小型にすることができる、技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明は、ステアリングハンドル等の操舵部材の操舵量に応じて、転舵用アクチュエータから転舵用動力を発生させ、この転舵用動力を、操舵部材から機械的に分離した転舵機構へ伝え、転舵機構に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、操舵部材に操舵軸を設け、転舵機構に入力軸を設け、これらの操舵軸と入力軸との間を、通常は開放状態であるとともに連結信号によって連結状態となる、軸継手にて連結した車両用ステアリング装置において、
軸継手は、操舵軸に設けた第１の継手半体と、入力軸に設けた第２の継手半体と、これら第１・第２の継手半体に対して径方向に移動して連結することで第１・第２の継手半体間を開放状態から連結状態に切換える連結部材と、この連結部材を連結方向へ移動させるように駆動するアクチュエータと、からなり、
このアクチュエータは、導電性高分子材料からなるアクチュエータ素子に連結信号としての電圧信号を印可することにより、アクチュエータ素子の体積が変化することで駆動力を発生する、高分子アクチュエータであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に係る発明では、操舵部材に操舵軸を設け、転舵機構に入力軸を設け、これらの操舵軸と入力軸との間を軸継手にて連結し、この軸継手を、操舵軸に設けた第１の継手半体と、入力軸に設けた第２の継手半体と、第１・第２の継手半体に対して径方向に移動して連結することで第１・第２の継手半体間を開放状態から連結状態に切換える連結部材と、連結信号を受けたときに連結部材を連結方向へ移動させるように駆動する高分子アクチュエータとによって構成したので、何らかの要因によって操舵機構と転舵機構との間での電気的な接続が解除されたときに、連結信号を受けた高分子アクチュエータによって、連結部材を移動させることができる。この結果、連結部材は第１・第２の継手半体間を機械的に連結する。このため、ステアリングハンドル等の操舵部材に転舵機構が、機械的に接続されることになる。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。従って、操舵部材の操舵力を転舵機構に機械的に伝えて、転舵車輪を転舵することができる。
【００１０】
さらには、バックアップシステムを軸継手によって構成するとともに、この軸継手を、操舵軸に設けた第１の継手半体と、入力軸に設けた第２の継手半体と、第１・第２の継手半体に対して径方向に移動して連結することで第１・第２の継手半体間を開放状態から連結状態に切換える連結部材と、連結信号を受けたときに連結部材を連結方向へ移動させるように駆動する高分子アクチュエータとによって構成したので、軸継手を確実に且つ迅速に作動させることができる。しかも、バックアップシステムを小型にすることができるので、車両の狭いスペースに容易に配置することができる。
さらにまた、軸継手に連結信号を任意に発するようにすることで、軸継手を任意に開放状態と連結状態とに切換えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
本発明は、ステア・バイ・ワイヤ式の車両用ステアリング装置において、操舵部材と転舵機構との間に軸継手を介在し、この軸継手を連結・開放駆動するアクチュエータとして、高分子アクチュエータを適用したものである。このため、先に高分子アクチュエータの原理について説明する。
【００１２】
高分子アクチュエータは、導電性高分子材料の伸縮する特性を応用したものであり、一般的な構成としては、例えば特開２０００−１３３８５４公報や特開平１１−２３５０６４号公報によって知られている。
導電性高分子材料の伸縮特性については周知であるが、その概要を以下に説明する。
【００１３】
図１（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る導電性高分子材料の伸縮特性を説明する説明図である。
図１（ａ）に示す導電性高分子材料１０２は、例えばポリアニン、ポリピロール、ポリチオフェン等の高分子材料からなる。このような導電性高分子材料１０２を電解液（図示せず）に浸しつつ、マイナス電位又はプラス電位を印可すると、伸縮することが知られている。
【００１４】
例えば図１（ｂ）に示すように、導電性高分子材料１０２にマイナス電位を印可するとともに、電解液にプラス電位を印可すると、導電性高分子材料１０２はマイナスイオンを電解液に放出することで収縮する（長さが縮む）。すなわち、（ａ）の状態から（ｂ）の状態に収縮する。
一方、図１（ｃ）に示すように、導電性高分子材料１０２にプラス電位を印可するとともに、電解液にマイナス電位を印可すると、導電性高分子材料１０２は電解液の中のマイナスイオンを吸収して膨張する（長さが伸びる）。すなわち、（ａ）の状態から（ｃ）の状態に膨張する。
このように導電性高分子材料１０２は、マイナス電位又はプラス電位を印可することによって収縮・膨張（伸縮）、すなわち体積が変化する。
【００１５】
本発明に係る高分子アクチュエータは、このような導電性高分子材料１０２の伸縮特性を応用したアクチュエータである。
図２（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る高分子アクチュエータの作動原理図である。
図２（ａ）に示すように、ゴム等の可撓性材料からなる薄肉の円筒１０１の外周面に、細長い導電性高分子材料１０２を螺旋状に巻き付けるとともに固定し、電解液（図示せず）に浸した構成について、考える。細長い導電性高分子材料１０２のことを、適宜、「導電性高分子素子１０２」又は「アクチュエータ素子１０２」と言うことにする。ＣＬは円筒１０１の中心線である。
【００１６】
円筒１０１の長手両端並びに導電性高分子素子１０２の長手両端は、固定部材１０３，１０４に固定された構成である。導電性高分子素子１０２は、円筒１０１に例えば半周程度だけ巻いたものである。その場合には、導電性高分子素子１０２の巻き始めの点と巻き終わりの点との位相は、１８０°程度ずれることになる。
【００１７】
この構成において、図２（ｂ）に示すように、導電性高分子素子１０２にマイナス電位を印可するとともに、電解液にプラス電位を印可する。導電性高分子素子１０２はマイナスイオンを電解液に放出することで収縮して、長さが短くなる。この結果、導電性高分子素子１０２の体積は減少することになる。ところが、導電性高分子素子１０２は長手両端が固定されているので、短くなった分だけ、円筒１０１の径内方へ変位しようとする。この変位する力（変位力）Ｆｓによって、円筒１０１の長手中央部は径内方へ縮む。マイナス電位の印可を解除すると、導電性高分子素子１０２は元の長さに戻り、この結果、図２（ａ）に示す状態に自動的に復帰する。円筒１０１も元の形状に復帰する。
【００１８】
一方、図２（ｃ）に示すように、導電性高分子素子１０２にプラス電位を印可するとともに、電解液にマイナス電位を印可する。導電性高分子素子１０２は電解液の中のマイナスイオンを吸収することで伸びて、長くなる。この結果、導電性高分子素子１０２の体積は増大することになる。導電性高分子素子１０２は長くなった分だけ、円筒１０１の径外方へ変位しようとする。この変位する力（変位力）Ｆｇによって、円筒１０１の長手中央部は径外方へ膨らむ。プラス電位の印可を解除すると、導電性高分子素子１０２は元の長さに戻り、この結果、図２（ａ）に示す状態に自動的に復帰する。円筒１０１も元の形状に復帰する。
これが、本発明に係る高分子アクチュエータ１００の原理である。
【００１９】
図３は本発明に係る高分子アクチュエータの構成図である。
高分子アクチュエータ１００の具体的な構成は、可撓性材料からなる円筒１０１の外周面又は内周面に、多数の細長い導電性高分子素子１０２・・・を、円筒１０１の周方向に一定ピッチで配列したものである。多数の導電性高分子素子１０２・・・の変位力Ｆｓ，Ｆｇ（図２参照）によって、円筒１０１の長手中央部を、全周にわたって径方へ均等に変位させることができる。
導電性高分子素子１０２・・・が、中心線ＣＬに対して径方向へ変位する力Ｆｓ，Ｆｇは、高分子アクチュエータ１００の径方向への駆動力である。
【００２０】
なお、高分子アクチュエータ１００において、複数の導電性高分子素子１０２・・・は、互いに隙間無く又は隙間を有して、円筒１０１の周方向に一定ピッチで配列した構成であればよい。
また、可撓性材料からなる円筒１０１の有無は任意である。例えば、円筒１０１を設けることなく、複数の導電性高分子素子１０２・・・を組合わせることによって、これら複数の導電性高分子素子１０２・・・の群を円筒状に構成することもできる。
【００２１】
次に、本発明に係るステア・バイ・ワイヤ式の車両用ステアリング装置において、操舵部材と転舵機構との間に軸継手を介在し、この軸継手を連結・開放駆動するアクチュエータとして、上記高分子アクチュエータを適用した内容を説明する。
なお、上記図１〜図３に示す高分子アクチュエータ１００は、車両用ステアリング装置においても同じ構成なので、同一符号を付してその説明を省略する。
【００２２】
図４は本発明に係る車両用ステアリング装置の模式図である。車両用ステアリング装置１０は、操舵部材としての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。
【００２３】
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に連結した操舵軸２２と、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、操舵反力を操舵軸２２に伝達する反力伝達機構２６と、からなる。
【００２４】
反力モータ２４は電動モータである。反力伝達機構２６は、反力モータ２４のモータ軸に設けたウォーム２７と、操舵軸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、ウォームギヤ機構、すなわち倍力機構である。
操作反力は、ステアリングハンドル２１に対して回転方向に付加する操作抵抗である。
【００２５】
ところで反力伝達機構２６においては、ウォーム２７のねじ山の進み角を、ねじ面の摩擦角よりも若干大きく設定してある。その理由は操舵軸２２側、すなわちウォームホイール２８側からウォーム２７を回せるようにするためである。
【００２６】
転舵機構３０は、操舵軸２２の操舵力を入力する入力軸３１と、入力軸３１に作用した転舵トルクを検出する転舵トルクセンサ３２と、入力軸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、入力軸３１に転舵用動力を付加する転舵用アクチュエータ３８と、入力軸３１の回転角を検出する入力軸回転角センサ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。
【００２７】
ラックアンドピニオン機構３３は、入力軸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、転舵用動力を入力軸３１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は電動モータである。転舵動力伝達機構４６は、転舵動力モータ４５のモータ軸に設けたウォーム４７と、入力軸３１に結合するとともにウォーム４７に噛み合わせたウォームホイール４８とからなる、ウォームギヤ機構、すなわち倍力機構である。
【００２８】
ところで、転舵動力伝達機構４６においては、ウォーム４７のねじ山の進み角を、ねじ面の摩擦角よりも若干大きく設定してある。その理由は入力軸３１側、すなわちウォームホイール４８側からウォーム４７を回せるようにするためである。
【００２９】
このように車両用ステアリング装置１０は、ラック軸３４の両端から転舵トルクを取り出すようにしたエンドテイクオフ型操舵装置である。さら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に設けた操舵軸２２と転舵機構３０に設けた入力軸３１との間を、軸継手５２にて連結したものである。軸継手５２は、通常は開放状態であるとともに、制御部６１の連結信号Ｃｎによって連結状態となる、通常時開放式の継手である。
より具体的には、操舵軸２２に第１自在軸継手５１を介して軸継手５２の操舵入力側（第１の継手半体７０）を連結し、入力軸３１に第２自在軸継手５３を介して軸継手５２の操舵出力側（第２の継手半体８０）を連結するようにした。
【００３０】
上記制御部６１は操舵角センサ２３、モータ回転角センサ２５、転舵トルクセンサ３２、入力軸回転角センサ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６２、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６３、車両の加速度を検出する加速度センサ６４、その他の各種センサ６５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及び軸継手５２に制御信号を発するものである。
【００３１】
すなわち、制御部６１は、反力モータ２４を制御することによって、ステアリングハンドル２１の操作に応じた操舵反力を自動的に設定し、操舵反力をステアリングハンドル２１に付加して、次の（１）〜（４）のように制御することができる。
【００３２】
（１）反力モータ２４によってウォームホイール２８を、ステアリングハンドル２１の操舵方向とは逆方向へ回転させた場合には、ステアリングハンドル２１の操舵力を反力モータ２４の操舵反力によって打ち消す作用が働く。このため、ステアリングハンドル２１を操舵するときに、操舵反力分だけ大きい操舵力が必要となる。
【００３３】
（２）反力モータ２４によってウォームホイール２８を、ステアリングハンドル２１の操舵方向と同方向へ回転させた場合には、ステアリングハンドル２１の操舵力に反力モータ２４の操舵反力を加える作用が働く。このため、ステアリングハンドル２１を操舵するときに、操舵反力分だけ小さい操舵力ですむ。
【００３４】
（３）ステアリングハンドル２１を任意の角度で停止状態に保持させる場合には、それまでのステアリングハンドル２１の回転方向とは逆方向に、反力モータ２４の操舵反力を調整しながらウォームホイール２８を回転させることによって、保持力を発生させる。
【００３５】
（４）その後にステアリングハンドル２１を戻す場合には、ステアリングハンドル２１を中立位置まで自動的に戻す、いわゆるセルフアライニングトルクに相当する戻し力（操舵反力）が、反力モータ２４からウォームホイール２８に伝達する。
【００３６】
さらに制御部６１は、転舵動力モータ４５を制御することによって、ステアリングハンドル２１の操舵角に対する転舵車輪３５，３５の転舵角の角度比の特性、すなわち、操舵特性を自動的に設定することができる。
言い換えると、上述のようにステアリングハンドル２１から転舵機構３０を機械的に分離したので、ステアリングハンドル２１の操舵角と転舵用アクチュエータ３８の動作量との対応関係を、機械的な制約を受けることなく設定することができる。この結果、操舵特性を車速、車両の旋回程度や加減速の有無等、車両の走行状態に応じて柔軟に設定することができる。従って、車両用ステアリング装置１０の設計の自由度を高めることができる。
さらに制御部６１は、連結信号Ｃｎを軸継手５２に発することで、軸継手５２が連結状態となるように制御することができる。
【００３７】
図５は本発明に係る軸継手の断面図、図６は図５の６−６線断面図である。
軸継手５２は、操舵軸２２（図４参照）に設けた第１の継手半体７０と、入力軸３１（図４参照）に設けた第２の継手半体８０と、これら第１・第２の継手半体７０，８０に対して径方向に移動して連結することで第１・第２の継手半体７０，８０間を開放状態から連結状態に切換える複数の連結部材９１・・・と、これらの連結部材９１・・・を連結方向へ移動させるように駆動するアクチュエータ１００と、からなる。
【００３８】
第１の継手半体７０は、丸棒状の細長い第１本体部７１と、第１本体部７１の基端に一体に形成した第１軸部材７２と、第１本体部７１の先端に一体に形成した小径の軸端部７３と、第１本体部７１の外周面のうち軸端部７３側を残して他の部分を覆うように配置した円筒状のカバー部７４とからなる。
第１軸部材７２は、図１に示す操舵軸２２側の第１自在軸継手５１に結合することになる。カバー部７４は一端を、第１本体部７１における第１軸部材７２側に溶接等によって一体に設けたものである。第１本体部７１の中心ＣＬ（中心線ＣＬ）に対して、第１軸部材７２、軸端部７３及びカバー部７４の各中心は合致する。
【００３９】
第１本体部７１は外周面に、中心線ＣＬに対して平行な複数の細長い第１嵌合溝７５・・・を、等ピッチで形成したものである。
図６に示すように、放射状に配列された複数の第１嵌合溝７５・・・は、全て同一形状並びに同一寸法の溝であって、開口から所定の溝深さの部分までの溝幅は一定であり、その深さの部分から溝底までは中心ＣＬへ向かってテーパ状となる、いわゆる断面視略Ｕ字状断面形状を呈する。このような第１嵌合溝７５・・・は、例えば図５に示すように軸端部７３側に貫通する。
【００４０】
複数の第１嵌合溝７５・・・には、それぞれ連結部材９１・・・を出没可能（すなわち、第１の継手半体７０の径方向に移動可能）に嵌合するとともに、連結部材９１・・・を開口から外へ向かって（すなわち、第１の継手半体７０の径外方へ）弾発する弾発部材９２・・・を収納することになる。連結部材９１・・・は、例えば断面視略矩形状の細長い角棒からなる。弾発部材９２・・・は、例えば側面視略く字状（略Ｖ字状）を呈するばねである。
【００４１】
一方、第２の継手半体８０は、第１本体部７１の先端に対向して配置した有底の円筒状を呈する第２本体部８１と、第２本体部８１の底で軸受８２を介して軸端部７３と支承し合う支承部８３と、第２本体部８１の底側の基端に一体に形成した第２軸部材８４とからなる。
第２軸部材８４は、図１に示す入力軸３１側の第２自在軸継手５３に連結することになる。第１本体部７１の中心ＣＬ（中心線ＣＬ）に対して、第２の継手半体８０の中心は合致する。すなわち、第１本体部７１の中心ＣＬに対して、第２本体部８１、支承部８３及び第２軸部材８４の各中心は合致する。
【００４２】
このような第２の継手半体８０は、第１本体部７１の外周面のうち軸端部７３側を覆い、第１本体部７１に相対回転が可能に嵌合するとともに、内周面に中心線ＣＬに対して平行な複数の細長い第２嵌合溝８５・・・を、等ピッチで形成したものである。
図６に示すように、放射状に配列された複数の第２嵌合溝８５・・・は、連結部材９１・・・が嵌合可能な大きさであって、全て同一形状並びに同一寸法の溝である。
【００４３】
ところで、第１本体部７１側の第１嵌合溝７５・・・並びに連結部材９１・・・の数量に対して、第２本体部８１側の第２嵌合溝８５・・・の数量を倍数に設定した。例えば、第１嵌合溝７５・・・並びに連結部材９１・・・の数量を８個とした場合に、第２嵌合溝８５・・・の数量を２倍の１６個に設定する。
このようにすることで、第１・第２嵌合溝７５・・・，８５・・・同士を連結部材９１・・・で連結するのに、第１の継手半体７０に対する第２の継手半体８０の相対的な回転角が小さくてすむ。
【００４４】
アクチュエータ１００は、導電性高分子材料（導電性高分子素子）からなるアクチュエータ素子１０２・・・に連結信号Ｃｎとしての電圧信号を印可することにより、アクチュエータ素子１０２・・・が変位することで駆動力を発生する、上記図２〜図３に示す原理の高分子アクチュエータである。すなわち、高分子アクチュエータ１００は、図３の構成を基本構成とし、カバー部７４の内面に取付けたものである。
【００４５】
具体的には、高分子アクチュエータ１００は、第１本体部７１に挿通した円筒１０１と、円筒１０１の外周面に螺旋状に巻き付けた複数の細長いアクチュエータ素子１０２・・・と、円筒１０１の長手両端及びアクチュエータ素子１０２・・・の両端を固定した２個の環状の固定部材１０３，１０４と、円筒１０１並びに複数のアクチュエータ素子１０２・・・の外周全体を覆うとともに長手両端を固定部材１０３，１０４に固定した円筒状の外筒１０５とからなる。
【００４６】
カバー部７４に外筒１０５を固定することにより、第１の継手半体７０に高分子アクチュエータ１００を取付けることができる。
なお、第２嵌合溝８５・・・の溝深さの２倍と第２本体部８１の内径との総和は、カバー部７４の内径に等しい。固定部材１０３，１０４の内径も、外筒１０５の内径に等しい。
【００４７】
円筒１０１は、上述のようにゴム等の薄肉の可撓性材料からなり、第１本体部７１の外周面を覆う、弾性内筒である。複数のアクチュエータ素子１０２・・・は、上記図２に示すように円筒１０１に例えば半周程度だけ巻き、上記図３に示すように円筒１０１の周方向に一定ピッチで配列したものである。円筒１０１と複数のアクチュエータ素子１０２・・・と固定部材１０３，１０４とは、例えば全周をカシメによってシール性を確保しつつ固定する。
【００４８】
弾性を有する内筒としての円筒１０１と２個の固定部材１０３，１０４と外筒１０５とで、密閉した空間１０６を形成することによって、この空間１０６を電解液室とすることができる。電解液室１０６は電解液１０７を充填したものである。この結果、複数のアクチュエータ素子１０２・・・は電解液１０７に浸されることになる。
２個の固定部材１０３，１０４のうち一方１０３は、アクチュエータ素子１０２・・・に連結信号Ｃｎ（図４参照）としての所定の電位を印可する電極（端子）を兼ねる。電解液室１０６は、電解液１０７に連結信号Ｃｎとしての所定の電位を印可する電極（端子）１０８を備える。
【００４９】
次に、上記構成の軸継手５２の作用について図２、図４〜図８に基づき説明する。
図７は本発明に係る軸継手の作用図であり、上記図５に対応させて表した。図８は図７の８−８線断面図である。
【００５０】
通常状態においては、図４に示す制御部６１は高分子アクチュエータ１００に解除信号を発する。この解除信号は、図７に示す固定部材１０３を介して複数のアクチュエータ素子１０２・・・に印可するマイナス電位からなる信号と、電極１０８を介して電解液１０７に印可するプラス電位からなる信号であり、これらの信号のことをスイッチオン信号と言うことにする。
【００５１】
このため、アクチュエータ素子１０２・・・は図２（ｂ）に示す原理により、収縮して円筒１０１の径内方へ変位する。この変位する力（駆動力）によって、図７に示すように円筒１０１の長手中央部は径内方へ縮む。すなわち、アクチュエータ素子１０２・・・は変位することで駆動力を発生し、円筒１０１を介して連結部材９１・・・を第１・第２の継手半体７０，８０の中心線ＣＬ方向に後退させる。この結果、図８に示すように第２嵌合溝８５・・・から連結部材９１・・・が外れることで、第１・第２の継手半体７０，８０間は開放状態になる。このため、図４に示す軸継手５２は開放状態であり、操舵軸２２から入力軸３１へ操舵力が伝わることはない。
【００５２】
その後、図４に示す制御部６１が連結信号Ｃｎを発する。この連結信号Ｃｎは、アクチュエータ素子１０２・・・と電解液１０７のどちらにも電圧信号を発しない（電位の印可を解除した）、いわゆるスイッチオフ信号のことである。
このため、アクチュエータ素子１０２・・・は元の長さに戻り、この結果、図５に示す状態に自動的に復帰する。円筒１０１も自己復元力によって元の形状に復帰する。連結部材９１・・・は、弾発部材９２・・・の弾発力によって第１・第２の継手半体７０，８０の径外方へ突出する。
【００５３】
その後、第１・第２の継手半体７０，８０を相対的に角度変位させて、図６に示すように第１・第２嵌合溝７５・・・，８５・・・同士の位相を合致させることで、連結部材９１・・・は第２嵌合溝８５・・・に嵌合する。この結果、第１・第２の継手半体７０，８０間は開放状態から連結状態に切換わる。第１の継手半体７０と第２の継手半体８０とが互いに機械的に連結するので、軸継手５２は連結状態になる。
【００５４】
図５に示すように、第１軸部材７２を回すと、その回転力は第１本体部７１→第１嵌合溝７５・・・→連結部材９１・・・→第２嵌合溝８５・・・→第２本体部８１の経路で第２軸部材８４に伝わる。このように、図４に示すステアリングハンドル２１に軸継手５２によって転舵機構３０を機械的に接続することができる。
【００５５】
次に、上記構成の車両用ステアリング装置１０の作用について図４に基づき説明する。
通常状態において、軸継手５２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、制御部６１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。
さらには、軸継手５２が開放状態にあるので、ステアリングハンドル２１の操作に応じて反力モータ２４で発生した最適な操舵反力を、ステアリングハンドル２１に付加することができる。
【００５６】
その後、（１）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（２）図示せぬ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６１は連結信号Ｃｎを発して軸継手５２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。従って、ステアリングハンドル２１の操舵力を、軸継手５２を介して転舵機構３０へ機械的に直接伝えて、転舵車輪３５，３５を転舵することができる。
このように、制御部６１から軸継手５２に解除信号並びに連結信号Ｃｎを任意に発するようにすることで、軸継手５２を任意に開放状態と連結状態とに切換えることができる。
【００５７】
さらには、高分子アクチュエータ１００を駆動源とした軸継手５２によって、バックアップシステムを構成するとともに、図５に示す高分子アクチュエータ１００が連結部材９１・・・を駆動することで、第１・第２の継手半体７０，８０間を開放状態から連結状態に切換えるように構成したので、連結信号Ｃｎを受けたときに第１・第２の継手半体７０，８０同士を機械的に連結させて、軸継手５２を確実に且つ迅速に作動させることができる。しかも、バックアップシステムを小型にすることができるので、車両の狭いスペースに容易に配置することができる。
【００５８】
次に、上記軸継手５２の変形例について図９〜図１２に基づき説明する。
なお、変形例においても上記図１〜図８に示す車両用ステアリング装置１０や軸継手５２と同様の構成については、同一符号を付しその説明を省略する。また、上記図１〜図８に示す軸継手５２と類似の構成についても、実質的に同様の構成、機能、作用を有するものであり、同一符号を付しその説明を省略する。
【００５９】
図９は本発明に係る軸継手（変形例）の断面図であり、上記図５に対応させて表した。図１０は図９の１０−１０線断面図であり、上記図６に対応させて表した。
変形例の軸継手１５２は、高分子アクチュエータ１６０を第１本体部７１に取付けることで、軸継手１５２をより一層小型にしたことを特徴とする。この場合の高分子アクチュエータ１６０の作動は、上記図２（ｃ）の作動原理に基づくことになる。
【００６０】
詳しくは、変形例の軸継手１５２は、操舵軸２２（図４参照）に設けた第１の継手半体７０と、入力軸３１（図４参照）に設けた第２の継手半体８０と、これら第１・第２の継手半体７０，８０に対して径方向に移動して連結することで第１・第２の継手半体７０，８０間を開放状態から連結状態に切換える複数の連結部材９１・・・と、これらの連結部材９１・・・を連結方向へ移動させるように駆動するアクチュエータ１６０と、からなる。
【００６１】
第１の継手半体７０は、丸棒状の細長い第１本体部７１と、第１本体部７１の基端に一体に形成した第１軸部材７２と、第１本体部７１の先端に一体に形成した小径の軸端部７３と、第１本体部７１の外周面を覆うように配置した円筒状のカバー部７４とからなる。
カバー部７４は、一端を第１本体部７１における第１軸部材７２側に溶接等によって一体に設けたものである。第１本体部７１の中心ＣＬ（中心線ＣＬ）に対して、第１軸部材７２、軸端部７３及びカバー部７４の各中心は合致する。
【００６２】
カバー部７４は内周面に、中心線ＣＬに対して平行な複数の細長い第１嵌合溝７５・・・を、等ピッチで形成したものである。
図１０に示すように、放射状に配列された複数の第１嵌合溝７５・・・は、全て同一形状並びに同一寸法の溝であって、開口から所定の溝深さの部分までの溝幅は一定であり、その深さの部分から溝底まではカバー部７４の径外方へ向かってテーパ状となる、いわゆる断面視略Ｕ字状断面形状を呈する。このような第１嵌合溝７５・・・は、例えば図９に示すように軸端部７３側に貫通する。
【００６３】
複数の第１嵌合溝７５・・・には、それぞれ連結部材９１・・・を出没可能（すなわち、第１の継手半体７０の径方向に移動可能）に嵌合するとともに、連結部材９１・・・を開口から外へ向かって（すなわち、第１の継手半体７０の径内方へ）弾発する弾発部材９２・・・を収納することになる。連結部材９１・・・は、例えば断面視略矩形状の細長い角棒からなる。弾発部材９２・・・は、例えば側面視略く字状（略Ｖ字状）を呈するばねである。
【００６４】
一方、第２の継手半体８０は、第１本体部７１の先端に対向して配置した円盤状を呈する第２本体部８１と、第２本体部８１から軸端部７３側へ突出して軸受８２を介して軸端部７３と支承し合う支承部８３と、第２本体部８１の底側の基端に一体に形成した第２軸部材８４とからなる。
【００６５】
このような第２の継手半体８０は、カバー部７４の先端面に隣接し、第１本体部７１に相対回転が可能に嵌合するとともに、支承部８３の外周面に中心線ＣＬに対して平行な複数の細長い第２嵌合溝８５・・・を、等ピッチで形成したものである。
図１０に示すように、放射状に配列された複数の第２嵌合溝８５・・・は、連結部材９１・・・が嵌合可能な大きさであって、全て同一形状並びに同一寸法の溝である。
【００６６】
ところで、第１本体部７１側の第１嵌合溝７５・・・並びに連結部材９１・・・の数量に対して、第２本体部８１側の第２嵌合溝８５・・・の数量を倍数に設定した。例えば、第１嵌合溝７５・・・並びに連結部材９１・・・の数量を６個とした場合に、第２嵌合溝８５・・・の数量を２倍の１２個に設定する。
このようにすることで、第１・第２嵌合溝７５・・・，８５・・・同士を連結部材９１・・・で連結するのに、第１の継手半体７０に対する第２の継手半体８０の相対的な回転角が小さくてすむ。
【００６７】
アクチュエータ１６０は、導電性高分子材料（導電性高分子素子）からなるアクチュエータ素子１０２・・・に連結信号Ｃｎとしての電圧信号を印可することにより、アクチュエータ素子１０２・・・が変位することで駆動力を発生する、上記図２〜図３に示す原理の高分子アクチュエータである。すなわち、高分子アクチュエータ１６０は、図３の構成を基本構成とし、第１本体部７１の外面に取付けたものである。
【００６８】
具体的には、高分子アクチュエータ１６０は、円筒状を呈するカバー部７４内に挿通した円筒１０１と、円筒１０１の内周面に螺旋状に巻き付けた複数の細長いアクチュエータ素子１０２・・・と、円筒１０１の長手両端及びアクチュエータ素子１０２・・・の両端を固定した２個の環状の固定部材１０３，１０４と、円筒１０１並びに複数のアクチュエータ素子１０２・・・の内周全体を覆うとともに長手両端を固定部材１０３，１０４に固定した円筒状の内筒１０５とからなる。
第１本体部７１に内筒１０５を固定することにより、第１の継手半体７０に高分子アクチュエータ１６０を取付けることができる。
【００６９】
円筒１０１は、上述のようにゴム等の薄肉の可撓性材料からなり、カバー部７４の内周面を覆う、弾性外筒である。複数のアクチュエータ素子１０２・・・は、上記図２に示すように円筒１０１に例えば半周程度だけ巻き、上記図３に示すように円筒１０１の周方向に一定ピッチで配列したものである。円筒１０１と複数のアクチュエータ素子１０２・・・と固定部材１０３，１０４とは、例えば全周をカシメによってシール性を確保しつつ固定する。
【００７０】
弾性を有する外筒としての円筒１０１と２個の固定部材１０３，１０４と内筒１０５とで、密閉した空間１０６を形成することによって、この空間１０６を電解液室とすることができる。電解液室１０６は電解液１０７を充填したものである。この結果、複数のアクチュエータ素子１０２・・・は電解液１０７に浸されることになる。
２個の固定部材１０３，１０４のうち一方１０３は、アクチュエータ素子１０２・・・に連結信号Ｃｎ（図４参照）としての所定の電位を印可する電極（端子）を兼ねる。電解液室１０６は、電解液１０７に連結信号Ｃｎとしての所定の電位を印可する電極（端子）１０８を備える。
【００７１】
なお、以上の説明からも明らかなように、変形例の高分子アクチュエータ１６０の構成要素である円筒１０１、アクチュエータ素子１０２・・・、固定部材１０３，１０４、内筒１０５、電解液室１０６、電解液１０７、電極１０８は、上記図５に示す高分子アクチュエータ１００において、同じ符号を付してそれぞれ対応する円筒１０１、アクチュエータ素子１０２・・・、固定部材１０３，１０４、内筒１０５、電解液室１０６、電解液１０７、電極１０８と実質的に同じ機能並びに作用を有する。
【００７２】
次に、変形例の軸継手１５２の作用について図２、図９〜図１２に基づき説明する。
図１１は本発明に係る軸継手（変形例）の作用図であり、上記図９に対応させて表した。図１２は図１１の１２−１２線断面図であり、上記図１０に対応させて表した。
【００７３】
通常状態においては、図４に示す制御部６１は高分子アクチュエータ１６０に解除信号を発する。この解除信号は、図１１に示す固定部材１０３を介して複数のアクチュエータ素子１０２・・・に印可するプラス電位からなる信号と、電極１０８を介して電解液１０７に印可するマイナス電位からなる信号であり、これらの信号のことをスイッチオン信号と言うことにする。
【００７４】
このため、アクチュエータ素子１０２・・・は図２（ｃ）に示す原理により、膨張して円筒１０１の径外方へ変位する。この変位する力（駆動力）によって、図１１に示すように円筒１０１の長手中央部は径外方へ膨張する。すなわち、アクチュエータ素子１０２・・・は変位することで駆動力を発生し、円筒１０１を介して連結部材９１・・・を第１・第２の継手半体７０，８０の径外方に後退させる。この結果、図１２に示すように第２嵌合溝８５・・・から連結部材９１・・・が外れることで、第１・第２の継手半体７０，８０間は開放状態になる。このため、軸継手１５２は開放状態であり、図４に示す操舵軸２２から入力軸３１へ操舵力が伝わることはない。
【００７５】
その後、図４に示す制御部６１が連結信号Ｃｎを発する。この連結信号Ｃｎは、アクチュエータ素子１０２・・・と電解液１０７のどちらにも電圧信号を発しない（電位の印可を解除した）、いわゆるスイッチオフ信号のことである。
このため、アクチュエータ素子１０２・・・は元の長さに戻り、この結果、図９に示す状態に自動的に復帰する。円筒１０１も自己復元力によって元の形状に復帰する。連結部材９１・・・は弾発部材９２・・・の弾発力によって第１・第２の継手半体７０，８０の径外方へ突出する。
【００７６】
その後、第１・第２の継手半体７０，８０を相対的に角度変位させて、図１０に示すように第１・第２嵌合溝７５・・・，８５・・・同士の位相を合致させることで、連結部材９１・・・は第２嵌合溝８５・・・に嵌合する。この結果、第１・第２の継手半体７０，８０間は開放状態から連結状態に切換わる。第１の継手半体７０と第２の継手半体８０とが互いに機械的に連結するので、軸継手１５２は連結状態になる。
【００７７】
図９に示すように、第１軸部材７２を回すと、その回転力は第１本体部７１→カバー部７４→第１嵌合溝７５・・・→連結部材９１・・・→第２嵌合溝８５・・・→第２本体部８１の経路で第２軸部材８４に伝わる。このように、図４に示すステアリングハンドル２１に軸継手１５２によって転舵機構３０を機械的に接続することができる。
【００７８】
この変形例においても、高分子アクチュエータ１６０を駆動源とした軸継手１５２によって、バックアップシステムを構成するとともに、高分子アクチュエータ１６０が連結部材９１・・・を駆動することで、第１・第２の継手半体７０，８０間を開放状態から連結状態に切換えるように構成したので、連結信号Ｃｎを受けたときに第１・第２の継手半体７０，８０同士を機械的に連結させて、軸継手１５２を確実に且つ迅速に作動させることができる。しかも、バックアップシステムを小型にすることができるので、車両の狭いスペースに容易に配置することができる。
【００７９】
次に、上記変形例の軸継手１５２の、更なる変形例について図１３に基づき説明する。なお、上記図９〜図１２に示す変形例の軸継手１５２と同様の構成については、同一符号を付しその説明を省略する。
図１３は本発明に係る軸継手（更なる変形例）の断面図であり、上記図９に対応させて表した。
【００８０】
更なる変形例の軸継手１５２は、高分子アクチュエータ１６０における複数のアクチュエータ素子１０２・・・の配列を変更したことを特徴とする。他の構成については、上記図９〜図１２に示す変形例の軸継手１５２と同様である。
複数のアクチュエータ素子１０２・・・は、電解液室１０６において、円筒１０１の内周面から内筒１０５の外周面にわたって、径方向に複数の層になるように巻いたことを特徴とする。複数のアクチュエータ素子１０２・・・を電解液室１０６に、ほぼ満充填することができる。但し、電解液室１０６に電解液１０７も充填されていることには、変わりない。
【００８１】
例えば、円筒１０１の内周面に、複数の細長いアクチュエータ素子１０２・・・を螺旋状に１列に巻き付け、これを円筒１０１の中心線ＣＬに平行な第１層とする。この第１層の内周面に、複数の細長いアクチュエータ素子１０２・・・を螺旋状に１列に巻き付け、これを円筒１０１の中心線ＣＬに平行な第２層とする。このようにして、円筒１０１の内周面から内筒１０５の外周面にわたって、径方向に隙間無く複数のアクチュエータ素子１０２・・・の層を設けるようにした。
【００８２】
この場合であっても、複数のアクチュエータ素子１０２・・・は、電解液室１０６において、上記図２に示すように円筒１０１に例えば半周程度だけ巻き、上記図３に示すように円筒１０１の周方向に一定ピッチで配列することになる。
【００８３】
円筒１０１は可撓性材料からなり弾性を有した外筒である。これに対して、内筒１０５は弾性を有しない部材である。このため、電解液室１０６にほぼ満充填されたアクチュエータ素子１０２・・・は、径内方への変位が内筒１０５によって規制されるので、円筒１０１の径外方へ、より確実に変位することができる。
【００８４】
この更なる変形例の高分子アクチュエータ１６０のように、アクチュエータ素子１０２・・・を径方向に複数の層になるように巻く構成については、上記図５に示す高分子アクチュエータ１００にも適用することができる。
【００８５】
なお、本発明は実施の形態では、車両を操舵するための操舵部材はステアリングハンドル２１に限定されるものではなく、例えばジョイスティックであってもよい。
また、制御部６１は、例えば何らかの要因によって転舵動力モータ４５が停止状態となったときに、反力モータ２４に転舵動力モータ４５の役割を果たさせるように、制御する構成であってもよい。
また、制御部６１は、操舵角センサ２３に転舵トルクセンサ３２の役割を果たさせるように、制御する構成であってもよい。
また、第１の継手半体７０は、操舵軸２２に直接に連結してもよい。第２の継手半体８０は、入力軸３１又は第２自在軸継手５３に直接に連結してもよい。操舵軸２２並びに入力軸３１に対して第１の継手半体７０と第２の継手半体８０とを、逆に連結してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明の軸継手５２，１５２は、自動車のステア・バイ・ワイヤ式ステアリング装置１０に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明に係る導電性高分子材料の伸縮特性を説明する説明図である。
【図２】本発明に係る高分子アクチュエータの作動原理図である。
【図３】本発明に係る高分子アクチュエータの構成図
【図４】本発明に係る車両用ステアリング装置の模式図
【図５】本発明に係る軸継手の断面図である。
【図６】図５の６−６線断面図である。
【図７】本発明に係る軸継手の作用図である。
【図８】図７の８−８線断面図である。
【図９】本発明に係る軸継手（変形例）の断面図であである。
【図１０】図９の１０−１０線断面図である。
【図１１】本発明に係る軸継手（変形例）の作用図である。
【図１２】図１１の１２−１２線断面図である。
【図１３】本発明に係る軸継手（更なる変形例）の断面図である。
【図１４】従来の技術の基本構成を説明する図である。
【符号の説明】
【００８８】
１０…車両用ステアリング装置、２０…操舵機構、２１…操舵部材（ステアリングハンドル）、２２…操舵軸、３０…転舵機構、３１…入力軸、３５…転舵車輪、３８…転舵用アクチュエータ、５２，１５２…軸継手、７０…第１の継手半体、８０…第２の継手半体、９１…連結部材、１００，１６０…アクチュエータ（高分子アクチュエータ）、１０１・・・円筒、１０２…アクチュエータ素子（導電性高分子材料、導電性高分子素子）、１０６…電解液室、１０７…電解液、Ｃｎ…連結信号。
【図１】
2005112012.tif 000003
【図２】
2005112012.tif 000004
【図３】
2005112012.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【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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