(57)【要約】【課題】いわゆるステアバイワイヤ方式の操舵装置において、各種のフェイルが発生した場合、操舵部材と舵取機構とを機械的に直接連結することが可能な車両用操舵装置を提供する。【解決手段】車輪の向きを変える舵取機構に機械的に連結されることなくハウジングに支持されている操舵軸３と、操舵軸３に連結されている操舵部材の操舵に応じて舵取機構を駆動する駆動手段とを備える。操舵軸３と舵取機構との間に、軸長方向に伸縮可能であり、回転を伝達可能な伸縮軸６３を備え、駆動手段が非作動であるとき、伸縮軸６３が伸張して操舵軸３と舵取機構とが機械的に連結される。【選択図】図２
2007269280.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪の向きを変える舵取機構に機械的に連結されることなくハウジングに支持されている操舵軸と、該操舵軸に連結されている操舵部材の操舵に応じて前記舵取機構を駆動する駆動手段とを備える車両用操舵装置において、
前記操舵軸と前記舵取機構との間に、軸長方向に伸縮可能であり、回転を伝達可能な伸縮軸を備え、
前記駆動手段が非作動であるとき、前記伸縮軸が伸張して前記操舵軸と前記舵取機構とが機械的に連結されるようにしてあることを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項２】
前記伸縮軸は、
一端が前記舵取機構に連結され、他端に前記操舵軸と継断可能なクラッチ機構を有し、
伸縮自在で内側を密閉してある伸縮部、及び
該伸縮部の内側であって、他端にある前記クラッチ機構の前記操舵軸との係合面を前記操舵軸方向へ押し上げる内圧を発生する内圧発生部を、
前記係合面と前記舵取機構との間に備えることを特徴とする請求項１記載の車両用操舵装置。
【請求項３】
前記伸縮軸は、
一端が前記舵取機構に連結され、他端に前記操舵軸と継断可能なクラッチ機構と、
他端にある前記クラッチ機構の前記操舵軸との係合面を前記操舵軸方向へ押し上げる内圧を発生する内圧発生部と
を備えることを特徴とする請求項１記載の車両用操舵装置。
【請求項４】
前記クラッチ機構は、前記係合面がテーパを有することを特徴とする請求項２又は３に記載の車両用操舵装置。
【請求項５】
前記係合面にスプライン歯を形成してあることを特徴とする請求項２乃至４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】
本発明は、車輪の向きを変える舵取機構に機械的に連結されることなく、操舵部材の操舵に応じて舵取機構を駆動することができる、いわゆるステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の操舵は、車室の内部において運転者によりなされる操舵部材の操作（一般的にはステアリングホイールの回転操作）を、舵取り用の車輪（一般的には前輪）の操向のために車室の外部に配した舵取機構に伝達して行われる。
【０００３】
このような車両用操舵装置として、近年、車室内部の操舵部材を含む操舵機構を車室外部の舵取機構から機械的に分離して配置し、舵取機構の一部に操舵アクチュエータを付設し、該操舵アクチュエータを、操舵部材の操作方向及び操作量の検出結果に基づいて動作させ、舵取機構に操舵力を加えて操舵部材の操作に応じた操舵を行わせる構成とした分離式操舵装置、いわゆるステアバイワイヤ方式の操舵装置が提案されている。
【０００４】
ステアバイワイヤ方式の操舵装置は、操舵部材の操作量と、操舵アクチュエータの動作による舵取機構の動作量との対応関係を機械的な制約を受けずに自在に変更することができ、車速の高低、旋回程度、加減速の有無等、走行状態に応じた操舵特性の変更制御に柔軟に対応し得るという利点を有している。なお、操舵アクチュエータとしては、操舵特性の変更制御の容易性を考慮して、一般的に電動モータが用いられている。
【０００５】
一方、ステアバイワイヤ方式の操舵装置においては、操舵アクチュエータ、操舵部材の操作方向及び操作量を含めて車両の走行状態を検出する各種のセンサ、並びに、これらのセンサの検出結果に基づいて操舵アクチュエータを制御する操舵制御部に対するフェイルセーフ対策が安全の観点から重要となる。フェイルセーフ対策として、操舵アクチュエータ、センサ及び操舵制御部を二重系とすることが良く行われている。
【０００６】
一方、操舵部材の操作に応じて回転する入力側部材と舵取機構の動作に伴って回転する出力側部材との間に電磁クラッチを介装し、フェイル発生時に電磁クラッチにより入力側部材と出力側部材とを係合させ、操舵部材の操作力を舵取機構に機械的に伝達可能として、マニュアル操舵が行えるようにしている（特許文献１、２参照）。また、特許文献３では、電磁クラッチを用いることなく、手動により入力側部材と出力側部材とを係合させ、操舵部材の操作力を舵取機構に機械的に伝達可能としている車両用操舵装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−０２６２７７号公報
【特許文献２】特開２００１−２６０９０８号公報
【特許文献３】特開２００１−３４１６５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１及び２のように電磁クラッチを用いる場合、入力側部材と出力側部材とを連結し、又は離脱するよう動作回路及び制御部を構成する必要があり、入力側部材と出力側部材とを大きく離すことが困難となっている。したがって、操舵装置設計における空間の物理的な制約はマニュアルステアリングより緩和されているものの、十分な自由度を確保することが困難であるという問題点があった。
【０００８】
また、特許文献３では、操舵部材の操舵角度と舵取装置側の回転角度が相違しており、予め決められた角度でしか連結することができないことから、走行中にフェイル発生した場合に対応できないという問題点があった。
【０００９】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、いわゆるステアバイワイヤ方式の操舵装置において、各種のフェイルが発生した場合、操舵部材の操作に応じて回転する入力側部材と舵取機構の動作に連動回転する出力側部材とを直接連結することが可能な車両用操舵装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、第１発明に係る車両用操舵装置は、車輪の向きを変える舵取機構に機械的に連結されることなくハウジングに支持されている操舵軸と、該操舵軸に連結されている操舵部材の操舵に応じて前記舵取機構を駆動する駆動手段とを備える車両用操舵装置において、前記操舵軸と前記舵取機構との間に、軸長方向に伸縮可能であり、回転を伝達可能な伸縮軸を備え、前記駆動手段が非作動であるとき、前記伸縮軸が伸張して前記操舵軸と前記舵取機構とが機械的に連結されるようにしてあることを特徴とする。
【００１１】
また、第２発明に係る車両用操舵装置は、第１発明において、前記伸縮軸は、一端が前記舵取機構に連結され、他端に前記操舵軸と継断可能なクラッチ機構を有し、伸縮自在で内側を密閉してある伸縮部、及び該伸縮部の内側であって、他端にある前記クラッチ機構の前記操舵軸との係合面を前記操舵軸方向へ押し上げる内圧を発生する内圧発生部を、前記係合面と前記舵取機構との間に備えることを特徴とする。
【００１２】
また、第３発明に係る車両用操舵装置は、第１発明において、前記伸縮軸は、一端が前記舵取機構に連結され、他端に前記操舵軸と継断可能なクラッチ機構と、他端にある前記クラッチ機構の前記操舵軸との係合面を前記操舵軸方向へ押し上げる内圧を発生する内圧発生部とを備えることを特徴とする。
【００１３】
また、第４発明に係る車両用操舵装置は、第２又は第３発明において、前記クラッチ機構は、前記係合面がテーパを有することを特徴とする。
【００１４】
また、第５発明に係る車両用操舵装置は、第２乃至第４発明のいずれか１つにおいて、前記係合面にスプライン歯を形成してあることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
第１発明では、舵取機構と操舵部材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方式の車両用操舵装置において、操舵軸と舵取機構との間に、軸長方向に伸縮可能であり、回転を伝達可能な伸縮軸を備えている。舵取機構を駆動する駆動手段が正常に作動しない場合、伸縮軸が伸張して操舵軸と舵取機構とが機械的に連結される。伸縮軸を介して操舵軸と舵取機構とが機械的に連結されることにより、操舵部材の操作を直接舵取機構へ伝達することができ、駆動手段が動作しない場合であっても、安全に車両を操舵することが可能となる。
【００１６】
第２発明では、伸縮軸は、一端が舵取機構に連結され、他端に操舵軸と継断可能なクラッチ機構を有している。また、伸縮自在で内側を密閉してある伸縮部、及び該伸縮部の内側であって、他端にあるクラッチ機構の操舵軸との係合面を操舵軸方向へ押し上げる内圧を発生する内圧発生部を、係合面と舵取機構との間に備えている。これにより、内圧が発生することにより、伸縮部で囲まれている内側に充填されている気体が膨張し、クラッチ機構の操舵軸との係合面が上方へ押し上げられ、操舵軸と舵取機構とが機械的に連結される。したがって、操舵部材の操作を直接舵取機構へ伝達することができ、駆動手段が動作しない場合であっても、安全に車両を操舵することが可能となる。
【００１７】
第３発明では、伸縮軸は、一端が前記舵取機構に連結され、他端に前記操舵軸と継断可能なクラッチ機構と、他端にあるクラッチ機構の操舵軸との係合面を操舵軸方向へ押し上げる内圧を発生する内圧発生部とを備えている。これにより、内圧が発生することによりクラッチ機構の操舵軸との係合面が上方へ押し上げられ、操舵軸と舵取機構とが機械的に連結される。したがって、操舵部材の操作を直接舵取機構へ伝達することができ、駆動手段が動作しない場合であっても、安全に車両を操舵することが可能となる。
【００１８】
第４発明では、クラッチ機構は、係合面がテーパを有している。これにより、クラッチ機構においてより強固な係合を得ることができ、駆動手段が動作しない場合であっても、より安全に車両を操舵することが可能となる。
【００１９】
第５発明では、係合面にはスプライン歯を形成してある。これにより、スプライン歯の噛合によって、クラッチ機構においてより強固な係合を得ることができ、駆動手段が動作しない場合であっても、より安全に車両を操舵することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る車両用操舵装置の要部構成を示す模式図である。実施の形態１に係る車両用操舵装置は、図示しない車体の左右に配された一対の操舵用の車輪Ａ、Ａに操舵動作を行わせるための舵取機構１と、舵取機構１から機械的に切り離して軸ハウジング２等の静止側部材に回転自在に支持される操舵軸３と、該操舵軸３の上端に連結された操舵部材である操舵輪４と、該操舵輪４の操舵に応じて舵取機構１を駆動する駆動手段５と、駆動手段５の故障によって舵取機構１を駆動することができなくなった場合に操舵軸３の下端を舵取機構１に連結する連結手段６とを備えている。
【００２２】
操舵軸３を支持する軸ハウジング２には、操舵輪４に操舵方向と逆向きの反力を付与する反力アクチュエータ７が設けられている。反力アクチュエータ７は、駆動手段５から与えられる動作指令信号に応じた駆動回路７０からの通電により正逆両方向に駆動され、操舵輪４の操舵方向と逆方向の力（反力）を付与する動作をなす。
【００２３】
このため、操舵輪４の操舵には反力アクチュエータ７が発生する反力に抗する操舵トルクを加える必要があり、この操舵トルクを検出するトルクセンサ８と、操舵輪４の操舵量及び操舵方向を検出するセンサ、例えばロータリエンコーダ９が軸ハウジング２に付設されており、トルクセンサ８及びロータリエンコーダ９が検出した結果はインタフェース回路１０を介して駆動手段５に与えられている。
【００２４】
舵取機構１は、公知のように、車体の左右方向に延設されて軸長方向へ移動する舵取軸１１の両端部と、車輪Ａ、Ａを支持するナックルアーム１２、１２とを連結し、舵取軸１１の両方向への移動によりナックルアーム１２、１２を押し引きし、車輪Ａ、Ａを左右に操向させるものであり、この操向は舵取軸１１の中途部に同軸的に構成されたブラシレス形の舵取モータ５１の回転を、適宜の運動変換機構により舵取軸１１の移動に変換して行われる。
【００２５】
舵取軸１１は、軸長方向一端側に螺旋溝を、他端側にラック歯をそれぞれ備えており、軸ハウジング１３内に回転不能であり、軸長方向への移動を可能に支持されている。軸ハウジング１３内には、ラック歯に噛合するピニオンを下端に有し、上端にジョイント１４を介して伝動軸１５が連結されたピニオン軸１６が回転可能に支持され、駆動手段５が故障した場合、ピニオン軸１６を回転させることにより舵取軸１１を移動させる構成となっている。また、軸ハウジング１３にはピニオン軸１６の回転量及び回転方向を検出するセンサ、例えばロータリエンコーダ２０が設けられ、該ロータリエンコーダ２０が検出した結果はインタフェース回路１０を介して駆動手段５の舵取制御部５２に与えられている。
【００２６】
舵取モータ５１は、舵取軸１１を支持する軸ハウジング１３内に固定される円筒状のステータ、及び該ステータの内周面及び舵取軸１１の外周面間に回転が可能に支持されており、その外周面に複数個の永久磁石が周方向に離隔して設けられている円筒状のロータを備えている。このロータに、舵取軸１１に設けられる螺旋溝と係合する伝動環が連結されており、該伝動環を介して舵取モータ５１の回転が舵取軸１１に伝達され、該舵取軸１１が軸長方向へ移動する構成となっている。
【００２７】
駆動手段５は、舵取モータ５１とマイクロプロセッサを用いてなる舵取制御部５２とを備えている。舵取モータ５１は、舵取制御部５２から与えられる駆動回路５０からの通電により回転し、舵取モータ５１の回転は、舵取軸１１の軸長方向の摺動に変換され、舵取モータ５１の回転に応じた操舵（操舵用の車輪Ａ、Ａの操向）が行われる。舵取制御部５２は、エンジン起動のためのキースイッチのオン操作に応じて動作を開始する。
【００２８】
図２は、本発明の実施の形態１に係る車両用操舵装置の連結手段６の操舵軸３の中心軸に直交する面での部分拡大断面図である。図２（ａ）に示すように、連結手段６は、操舵軸３の下端部及び伝動軸１５の上端部に夫々設けられた第１及び第２のクラッチ板６１、６２を備え、第２のクラッチ板６２に軸長方向に移動可能であり、しかも回転可能に保持することが可能な伸縮軸６３を備えている。
【００２９】
伸縮軸６３は、伝動軸１５に固着された支持板６４に固定された内筒６３１と、内筒６３１に外嵌されている外筒６３２とで構成されている。内筒６３１と外筒６３２との間には内周側に複数の突出部分を有するＯリング６３３を挿入してあり、内筒６３１の外周には、Ｏリング６３３と係合可能な軸長方向の案内溝６３４が形成されている。これにより、伸縮軸６３は軸長方向に摺動可能であるとともに、周方向には一体として回転可能となっている。なお、Ｏリングを有するものに限定されるものではなく、内筒６３１の外周にセレーション、スプライン等が軸長方向に形成されている構成であっても良い。
【００３０】
第２のクラッチ板６２と支持板６４との間には、合成樹脂製のベローズ（伸縮部）６５が設けてある。ベローズ６５で覆われている内部の空間６６は、気密性を有していることが好ましい。ベローズ６５で覆われている内部の空間６６の支持板６４の表面には、発火装置（内圧発生部）６７が設けられている。発火装置６７は、発火回路６７１及び炸薬６７２で構成されており、発火回路６７１で火花が発生することにより炸薬６７２が爆発し、ベローズ６５で覆われている内部の空間６６の気体が急激に膨張する。
【００３１】
なお、ベローズ６５を蛇腹状に設けることにより、第１のクラッチ板６１と第２のクラッチ板６２とが連結した状態で操舵軸３が回転した場合に加わるねじれ力を吸収することができる。またベローズ６５を複合合成樹脂製とすることにより、ねじれ張力に対して高い耐性を有することができ、例えば第１のクラッチ板６１と第２のクラッチ板６２とが連結した状態でベローズ６５が延びきる場合であっても、操舵時の剛性を確保することが可能となる。したがって、修理可能な施設までより安全に移動することが可能となる。
【００３２】
図３は、発火装置６７を作動させる発火回路６７１の構成の一例を示す図である。図３の例では、発火装置６７を作動させる発火回路６７１はチャージポンプ回路であり、発振回路６７３を起動することによりバッテリ６７４の電圧Ｖ１を昇圧して、高電圧Ｖ２を発火部６７５へ供給する。発火部６７５は、例えば対向している電極であり、両電極間の電位差が大きくなることにより放電が発生して火花が発生する。なお、発火回路６７１はチャージポンプ回路に限定されるものではなく、例えばＤＣ−ＤＣコンバータを用いても良い。
【００３３】
上述のような構成の車両用操舵装置は、舵取制御部５２及び舵取モータ５１等の駆動手段５が正常である場合、操舵輪４の操舵に応じて舵取制御部５２が舵取モータ５１を駆動制御し、舵取モータ５１が舵取機構１を駆動することにより、操舵用の車輪Ａ、Ａに操舵動作を行わせる。
【００３４】
操舵輪４の操舵には反力アクチュエータ７が発生する反力に抗する操舵トルクが加えられる。操舵トルクはトルクセンサ８により検出され、操舵輪４の操舵量がロータリエンコーダ９により操舵方向を含めて検出され、これらの検出結果は舵取制御部５２に与えられる。
【００３５】
舵取制御部５２及び舵取モータ５１等の駆動手段５に異常が発生し、舵取機構１を駆動することができなくなった場合、発火装置６７は、発振回路６７３を起動して発火部６７５に火花を発生させる。火花の発生により、ベローズ６５で覆われている内部の空間６６に配置されている炸薬６７２が爆発し、ベローズ６５で覆われている内部の空間６６の気体が急激に膨張する。
【００３６】
膨張した気体により、内筒６３１に外嵌されている外筒６３２が上方へ押し上げられ、図２（ｂ）に示すように伝動軸１５の上端部に設けられた第２のクラッチ板６２が、操舵軸３の下端部に設けられた第１のクラッチ板６２に接触して連結される。第１及び第２のクラッチ板が連結することにより、操舵軸３と伝動軸１５とが機械的に連結され、操舵軸３の回転を舵取機構１へ機械的に伝達することができる。
【００３７】
以上のように本実施の形態１によれば、炸薬６７２の爆発による押圧により、伸縮軸６３が伸長して操舵軸３と舵取機構１への伝動軸１５とが機械的に連結され、操舵輪４の操作を直接舵取機構１へ伝達することができる。したがって、駆動手段５がフェイル等により動作しない場合であっても、安全に車両を操舵することが可能となる。
【００３８】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２に係る車両用操舵装置について図面を参照しながら説明する。本発明の実施の形態２に係る車両用操舵装置の構成は、実施の形態１と同様であることから、同一の符号を付することにより詳細な説明を省略する。本実施の形態２では、発火装置（内圧発生部）６７が、伸縮軸６３の内部に設けられている点に特徴を有する。
【００３９】
図４は、本発明の実施の形態２に係る車両用操舵装置の連結手段６の操舵軸３の中心軸に直交する面での部分拡大断面図である。図４（ａ）に示すように、連結手段６は、操舵軸３の下端部及び伝動軸１５の上端部に夫々設けられた第１及び第２のクラッチ板６１、６２を備え、第２のクラッチ板６２に軸長方向に移動可能であり、しかも回転可能に保持することが可能な伸縮軸６３を備えている。
【００４０】
伸縮軸６３は、伝動軸１５に固着された支持板６４に固定された内筒６３１と、内筒６３１に外嵌されている外筒６３２とで構成されている。内筒６３１と外筒６３２との間には内周側に複数の突出部分を有する第１のＯリング６３５及び第２のＯリング６３６を、それぞれ軸長方向に離隔して挿入してあり、内筒６３１の外周には、第１のＯリング６３５及び第２のＯリング６３６と係合可能な軸長方向の案内溝６３４が形成されている。これにより、伸縮軸６３は軸長方向に摺動可能であるとともに、周方向には一体として回転可能となっている。なお、Ｏリングを有するものに限定されるものではなく、内筒６３１の外周にセレーション、スプライン等が軸長方向に形成されている構成であっても良い。
【００４１】
本実施の形態２では、第１のＯリング６３５により、後述する発火装置６７の炸薬６７２による爆圧が上部空間へ抜けるのを防止し、伸縮軸６３の伸縮速度を減ずることなく第１のクラッチ板６１と第２のクラッチ板６２とを連結することができる。また、第２のＯリング６３６により、炸薬６７２の爆発による内圧の上昇が飽和し、内圧が低下するのを防止することができる。
【００４２】
外筒６３２の先端部分には、内筒６３１側へ突出した複数のガイド部分６３７が設けられている。図５は、伸縮軸６３のＶ−Ｖ断面図である。図５に示すように、ガイド部分６３７は内筒６３１の案内溝６３４に係合するように形成されている。これにより、第１のクラッチ板６１と第２のクラッチ板６２とが連結された状態で操舵軸３が回転した場合に加わるねじれ力に対する剛性を確保することができ、修理可能な施設までより安全に移動することが可能となる。
【００４３】
伸縮軸６３の内筒６３１の内側には、支持板６４の表面に発火装置（内圧発生部）６７が設けられている。発火装置６７は、発火回路６７１及び炸薬６７２で構成されており、発火回路６７１で火花が発生することにより炸薬６７２が爆発し、伸縮軸６３の内部の空間６８の気体が急激に膨張する。なお、発火装置６７を作動させる発火回路６７１の構成は、実施の形態１と同様であるので、同一の符号を付することにより、詳細な説明を省略する。
【００４４】
上述のような構成の車両用操舵装置は、舵取制御部５２及び舵取モータ５１等の駆動手段５が正常である場合、操舵輪４の操舵に応じて舵取制御部５２が舵取モータ５１を駆動制御し、舵取モータ５１が舵取機構１を駆動することにより、操舵用の車輪Ａ、Ａに操舵動作を行わせる。
【００４５】
操舵輪４の操舵には反力アクチュエータ７が発生する反力に抗する操舵トルクが加えられる。操舵トルクはトルクセンサ８により検出され、操舵輪４の操舵量がロータリエンコーダ９により操舵方向を含めて検出され、これらの検出結果は舵取制御部５２に与えられる。
【００４６】
舵取制御部５２及び舵取モータ５１等の駆動手段５に異常が発生し、舵取機構１を駆動することができなくなった場合、発振回路６７３を起動して発火部６７５に火花を発生させる。火花の発生により、伸縮軸６３の内部の空間６８に配置されている炸薬６７２が爆発し、伸縮軸６３の内部の空間６８の気体が急激に膨張する。
【００４７】
膨張した気体により、内筒６３１に外嵌されている外筒６３２が上方へ押し上げられ、図４（ｂ）に示すように、伝動軸１５の上端部に設けられた第２のクラッチ板６２が、操舵軸３の下端部に設けられた第１のクラッチ板６２に接触して連結される。第１及び第２のクラッチ板が連結することにより、操舵軸３と伝動軸１５とが機械的に連結され、操舵軸３の回転を舵取機構１へ機械的に伝達することができる。
【００４８】
以上のように本実施の形態２によれば、炸薬６７２の爆発による押圧により、伸縮軸６３が伸長して操舵軸３と舵取機構１への伝動軸１５とが機械的に連結され、操舵輪４の操作を直接舵取機構１へ伝達することができる。したがって、駆動手段５がフェイル等により動作しない場合であっても、安全に車両を操舵することが可能となる。
【００４９】
（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３に係る車両用操舵装置について図面を参照しながら説明する。本発明の実施の形態３に係る車両用操舵装置の構成は、実施の形態１と同様であることから、同一の符号を付することにより詳細な説明を省略する。本実施の形態３では、発火装置（内圧発生部）６７により伸長する伸縮軸６３の代わりに、操舵軸３の軸長方向へ伸縮可能なリンク機構を備えている点に特徴を有する。
【００５０】
図６は、本発明の実施の形態３に係る車両用操舵装置の連結手段６の操舵軸３の中心軸に直交する面での部分拡大断面図である。図６（ａ）に示すように、連結手段６は、操舵軸３の下端部及び伝動軸１５の上端部に夫々設けられた第１及び第２のクラッチ板６１、６２を備え、第２のクラッチ板６２と伝動軸１５の支持板６４との間に、操舵軸３の軸長方向に伸縮可能なリンク機構７０を備えている。
【００５１】
リンク機構７０は、伝動軸１５に固着された支持板６４に固定された支持部材７０１と、第２のクラッチ板６２の裏面に固定された支持部材７０２とを備えている。支持部材７０１、７０２には、それぞれ回転可能なリンク部材７０３、７０４が２基ずつ連結されており、支持部材７０１に連結されているリンク部材７０３と、支持部材７０２に連結されているリンク部材７０４とが支持部材７０１、７０２で回転可能な方向と略同一方向に回転可能に連結されている。
【００５２】
第２のクラッチ板６２と支持板６４との間には、合成樹脂製のベローズ（伸縮部）６５が設けてある。ベローズ６５で覆われている内部の空間６６は、気密性を有していることが好ましい。ベローズ６５で覆われている内部の空間６６の支持板６４の表面には、発火装置（内圧発生部）６７が設けられている。発火装置６７は、発火回路６７１及び炸薬６７２で構成されており、発火回路６７１で火花が発生することにより炸薬６７２が爆発し、ベローズ６５で覆われている内部の空間６６の気体が急激に膨張する。なお、発火装置６７を作動させる発火回路６７１の構成は、実施の形態１と同様であるので、同一の符号を付することにより、詳細な説明を省略する。
【００５３】
上述のような構成の車両用操舵装置は、舵取制御部５２及び舵取モータ５１等の駆動手段５が正常である場合、操舵輪４の操舵に応じて舵取制御部５２が舵取モータ５１を駆動制御し、舵取モータ５１が舵取機構１を駆動することにより、操舵用の車輪Ａ、Ａに操舵動作を行わせる。
【００５４】
操舵輪４の操舵には反力アクチュエータ７が発生する反力に抗する操舵トルクが加えられる。操舵トルクはトルクセンサ８により検出され、操舵輪４の操舵量がロータリエンコーダ９により操舵方向を含めて検出され、これらの検出結果は舵取制御部５２に与えられる。
【００５５】
舵取制御部５２及び舵取モータ５１等の駆動手段５に異常が発生し、舵取機構１を駆動することができなくなった場合、発振回路６７３を起動して発火部６７５に火花を発生させる。火花の発生により、ベローズ６５で覆われている内部の空間６６に配置されている炸薬６７２が爆発し、ベローズ６５で覆われている内部の空間６６の気体が急激に膨張する。
【００５６】
膨張した気体により、内筒６３１に外嵌されている外筒６３２が上方へ押し上げられ、図６（ｂ）に示すようにリンク機構７０が伸長し、伝動軸１５の上端部に設けられた第２のクラッチ板６２が、操舵軸３の下端部に設けられた第１のクラッチ板６２に接触して連結される。第１及び第２のクラッチ板が連結することにより、操舵軸３と伝動軸１５とが機械的に連結され、操舵軸３の回転を舵取機構１へ機械的に伝達することができる。
【００５７】
以上のように本実施の形態３によれば、炸薬６７２の爆発による押圧により、リンク機構７０が伸長して操舵軸３と舵取機構１への伝動軸１５とが機械的に連結され、操舵輪４の操作を直接舵取機構１へ伝達することができる。したがって、駆動手段５がフェイル等により動作しない場合であっても、安全に車両を操舵することが可能となる。
【００５８】
（実施の形態４）
以下、本発明の実施の形態４に係る車両用操舵装置について図面を参照しながら説明する。本発明の実施の形態４に係る車両用操舵装置の構成は、実施の形態１と同様であることから、同一の符号を付することにより詳細な説明を省略する。本実施の形態４では、第１のクラッチ板６１との係合面が、円柱状のクラッチ部材８１の上面となっており、クラッチ部材８１が発火装置（内圧発生部）６７により操舵軸３方向へ移動可能な点に特徴を有する。
【００５９】
図７は、本発明の実施の形態４に係る車両用操舵装置の連結手段６の操舵軸３の中心軸に直交する面での部分拡大断面図である。図７（ａ）に示すように、連結手段６は、操舵軸３の下端部及び伝動軸１５の上端部に夫々設けられた第１のクラッチ板６１及びクラッチ部材８１を備え、クラッチ部材８１は、円柱形状を組み合わせた剛体をなしており、伝動軸１５に固着されている支持部８２に嵌挿可能となっている。
【００６０】
クラッチ部材８１と支持部８２の側面との間には、気密性を有するシールを備え、支持部８２側へ複数の突出部を有するピストンリング（Ｏリング）８０を設けてあり、支持部８２の内周面には、ピストンリング８０の突出部を軸長方向へ案内可能な第１の案内溝８２２を設けている。このようにすることで、クラッチ部材８１の支持部８２への嵌挿を容易にするとともに、構造が堅牢であり、膨張した気体の漏れがないことから確実に第１のクラッチ板６１と連結させることができる。
【００６１】
本実施の形態４では、支持部８２上端部分の内周面に、クラッチ部材８１側へ突出した複数のガイド部分８２１が設けられている。ガイド部分８２１は、クラッチ部材８１の外周面に設けられている第２の案内溝８１１に係合するように形成されている。これにより、第１のクラッチ板６１とクラッチ部材８１とが連結された状態で操舵軸３が回転した場合に加わるねじれ力に対する剛性を確保することができ、修理可能な施設までより安全に移動することが可能となる。
【００６２】
クラッチ部材８１と支持部８２の底面との間には、支持部８２の底面に発火装置（内圧発生部）６７が設けられている。発火装置６７は、発火回路６７１及び炸薬６７２で構成されており、発火回路６７１で火花が発生することにより炸薬６７２が爆発し、クラッチ部材８１と支持部８２の底面との間の空間８３の気体が急激に膨張する。なお、発火装置６７を作動させる発火回路６７１の構成は、実施の形態１と同様であるので、同一の符号を付することにより、詳細な説明を省略する。
【００６３】
上述のような構成の車両用操舵装置は、舵取制御部５２及び舵取モータ５１等の駆動手段５が正常である場合、操舵輪４の操舵に応じて舵取制御部５２が舵取モータ５１を駆動制御し、舵取モータ５１が舵取機構１を駆動することにより、操舵用の車輪Ａ、Ａに操舵動作を行わせる。
【００６４】
操舵輪４の操舵には反力アクチュエータ７が発生する反力に抗する操舵トルクが加えられる。操舵トルクはトルクセンサ８により検出され、操舵輪４の操舵量がロータリエンコーダ９により操舵方向を含めて検出され、これらの検出結果は舵取制御部５２に与えられる。
【００６５】
舵取制御部５２及び舵取モータ５１等の駆動手段５に異常が発生し、舵取機構１を駆動することができなくなった場合、発振回路６７３を起動して発火部６７５に火花を発生させる。火花の発生により、発火回路６７１で火花が発生することにより炸薬６７２が爆発し、クラッチ部材８１と支持部８２の底面との間の空間８３の気体が急激に膨張する。
【００６６】
膨張した空気により、クラッチ部材８１が上方へ押し上げられ、図７（ｂ）に示すように、伝動軸１５の上端部に設けられたクラッチ部材８１が、操舵軸３の下端部に設けられた第１のクラッチ板６１に接触して連結される。両者が連結することにより、操舵軸３と伝動軸１５とが機械的に連結され、操舵軸３の回転を舵取機構１へ機械的に伝達することができる。
【００６７】
以上のように本実施の形態４によれば、炸薬６７２の爆発による押圧により、クラッチ部材８１が上方へ押し上げられ、操舵軸３と舵取機構１への伝動軸１５とが機械的に連結され、操舵輪４の操作を直接舵取機構１へ伝達することができる。したがって、駆動手段５がフェイル等により動作しない場合であっても、安全に車両を操舵することが可能となる。
【００６８】
（実施の形態５）
以下、本発明の実施の形態５に係る車両用操舵装置について図面を参照しながら説明する。本発明の実施の形態５に係る車両用操舵装置の構成は、実施の形態１と同様であることから、同一の符号を付することにより詳細な説明を省略する。本実施の形態５では、実施の形態４において炸薬の配置を工夫することにより、クラッチ機構の連結までの時間を短縮する点に特徴を有する。
【００６９】
図８は、本発明の実施の形態５に係る車両用操舵装置の連結手段６の操舵軸３の中心軸に直交する面での部分拡大断面図である。図８（ａ）に示すように、連結手段６は、操舵軸３の下端部及び伝動軸１５の上端部に夫々設けられた第１のクラッチ板６１及びクラッチ部材８１を備え、クラッチ部材８１は、円柱形状を組み合わせた剛体をなしており、伝動軸１５に固着されている支持部８２に嵌挿されている。
【００７０】
クラッチ部材８１は、第１のクラッチ板６１との連結状態を堅固に維持し、操舵軸３が回転した場合に加わるねじれ力に対する剛性を確保するために、下端に上方へ向かう筒状部８５が設けられており、支持部８２との摺動面に周状の溝８１１を設けてある。支持部８２は、所定の位置までクラッチ部材８１が押し上げられた場合、すなわち第１のクラッチ部材６１と連結する位置まで押し上げられた場合に、支持部８２の溝８１１へ嵌入される環上の板ばね８４を設けてある。板ばね８４が支持部８２の溝へ嵌入されることにより、第１のクラッチ板６１とクラッチ部材８１とはより強固に連結され、操舵軸３が回転した場合に加わるねじれ力に対する剛性を確保することができ、修理可能な施設までより安全に移動することが可能となる。
【００７１】
また、クラッチ部材８１と支持部８２の側面との間には、気密性を有するシールを備え、支持部８２側へ複数の突出部を有するピストンリング（Ｏリング）８０を設けてあり、支持部８２の内周面には、ピストンリング８０の突出部を軸長方向へ案内可能な第１の案内溝８２２を設けている。このようにすることで、構造が堅牢であり、膨張した気体の漏れがないことから確実に第１のクラッチ板６１と連結させることができる。
【００７２】
クラッチ部材８１と支持部８２の底面との間には、支持部８２の底面に発火装置（内圧発生部）６７が設けられている。発火装置６７は、発火回路６７１及び炸薬６７２で構成されており、発火回路６７１で火花が発生することにより炸薬６７２が爆発し、クラッチ部材８１と支持部８２の底面との間の空間８３の気体が急激に膨張する。なお、クラッチ部材８１と支持部８２の側面との間には、気密性を有するシールを備えたピストンリング８０を設けてあり、クラッチ部材８１の支持部８２への嵌挿を容易にするとともに、構造が堅牢であり、膨張した気体の漏れがないことから確実に第１のクラッチ板６１と連結させることができる。また、発火装置６７を作動させる発火回路６７１の構成は、実施の形態１と同様であるので、同一の符号を付することにより、詳細な説明を省略する。
【００７３】
本実施の形態５に係る車両用操舵装置では、炸薬６７２が操舵軸３の中心軸上で少なく、周方向へ向かうほど多くなるよう、所定の角度をなすように配置されている。このように炸薬６７２が、円錐形の窪部を有するように配置されることにより、爆発時の衝撃波が中心軸方向へ集約される、いわゆるモンロー効果が生じ、同一量の炸薬６７２を用いる場合であっても、より大きな押圧をクラッチ部材８１へ付与することができる。したがって、比較的重量物であるクラッチ部材８１においても確実な連結動作を行うことが可能となる。
【００７４】
上述のような構成の車両用操舵装置は、舵取制御部５２及び舵取モータ５１等の駆動手段５が正常である場合、操舵輪４の操舵に応じて舵取制御部５２が舵取モータ５１を駆動制御し、舵取モータ５１が舵取機構１を駆動することにより、操舵用の車輪Ａ、Ａに操舵動作を行わせる。
【００７５】
操舵輪４の操舵には反力アクチュエータ７が発生する反力に抗する操舵トルクが加えられる。操舵トルクはトルクセンサ８により検出され、操舵輪４の操舵量がロータリエンコーダ９により操舵方向を含めて検出され、これらの検出結果は舵取制御部５２に与えられる。
【００７６】
舵取制御部５２及び舵取モータ５１等の駆動手段５に異常が発生し、舵取機構１を駆動することができなくなった場合、発振回路６７３を起動して発火部６７５に火花を発生させる。火花の発生により、発火回路６７１で火花が発生することにより炸薬６７２が爆発し、クラッチ部材８１と支持部８２の底面との間の空間８３の気体が急激に膨張するとともに、モンロー効果によりクラッチ部材８１の底面中心近傍に強大な押圧が作用する。
【００７７】
斯かる押圧により、クラッチ部材８１が上方へ押し上げられ、図８（ｂ）に示すように、伝動軸１５の上端部に設けられたクラッチ部材８１が、操舵軸３の下端部に設けられた第１のクラッチ板６１に接触して連結される。両者が連結した状態で、クラッチ部材８１の筒状部８５の溝へ、支持部８２の板ばね８４が嵌入され、第１のクラッチ板６１とクラッチ部材８１とがより強固に連結される。
【００７８】
以上のように本実施の形態５によれば、炸薬６７２の配置を工夫することにより、爆発による押圧をモンロー効果により増幅することで、クラッチ部材８１と第１のクラッチ板６１とをより短時間で強固に連結することができ、駆動手段５がフェイル等により動作しない場合であっても、安全に車両を操舵することが可能となる。特に図８に示すような比較的大型で重量物であるクラッチ部材８１であっても、確実に連結動作を行うことが可能となる。
【００７９】
なお、上述した実施の形態１乃至５において、第１のクラッチ板６１及び第２のクラッチ板６２の互いに係合する係合面は、平板であることに限定されるものではない。図９は、実施の形態１における第１のクラッチ板６１及び第２のクラッチ板６２の互いに係合する係合面形状を例示する操舵軸３の中心軸に直交する面での部分拡大断面図である。なお、図９では実施の形態１を例に挙げて説明するが、実施の形態２乃至５においても同様であることは言うまでもない。
【００８０】
図９（ａ）に示すように、第１のクラッチ板６１及び第２のクラッチ板６２の互いに係合する係合面に、それぞれ突起部９１、９２を設けても良い。突起部９１、９２を設けることで、第１のクラッチ板６１及び第２のクラッチ板６２の摩擦力が増大し、より堅固に両者を連結することができる。
【００８１】
また図９（ｂ）に示すように、第１のクラッチ板６１及び第２のクラッチ板６２の互いに係合する係合面にテーパを設けても良い。テーパを設けることにより、第１のクラッチ板６１及び第２のクラッチ板６２が接触する表面積が増大し、より堅固に両者を連結することができる。
【００８２】
さらに図９（ｃ）に示すように、第１のクラッチ板６１及び第２のクラッチ板６２の互いに係合する係合面にテーパを設けるだけでなく、係合面にスプライン歯９３を設け、互いに噛合うようにしても良い。スプライン歯９３で互いに噛合うようにすることで、第１のクラッチ板６１及び第２のクラッチ板６２をより堅固に両者を連結することができる。
【００８３】
なお、スプライン歯９３は、歯面に丸みを帯びた形状とすることによりスプライン歯の噛合いを甘くする。すなわち、連結直前の操舵軸３の回転位置と、転舵軸（伝動軸１５）の回転位置とが一致していない場合であっても、爆圧による押圧で第２のクラッチ板６２が押上げられたときにスプライン歯９３を確実に噛合わせることができる。図９（ｄ）は、第２のクラッチ板６２の係合面形状を示す斜視図であり、図９（ｅ）は、第２のクラッチ板６２のｅ−ｅ断面図を、図９（ｆ）は、第１のクラッチ板６１のｆ−ｆ断面図を、それぞれ示している。図９（ｄ）〜（ｆ）に示すように、第２のクラッチ板６２のスプライン歯９３は、歯面に丸みを帯びており、操舵軸３の回転位置と、転舵軸（伝動軸１５）の回転位置とが一致していない場合であっても両者が噛合うことが可能な位置まで歯面に沿って自律的に回転する。したがって、操舵軸３の回転位置に依存することなく転舵可能に確実に連結させることができ、障害発生時の信頼性をより高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る車両用操舵装置の要部構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る車両用操舵装置の連結手段の操舵軸の中心軸に直交する面での部分拡大断面図である。
【図３】発火装置を作動させる発火回路の構成の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る車両用操舵装置の連結手段の操舵軸の中心軸に直交する面での部分拡大断面図である。
【図５】伸縮軸のＶ−Ｖ断面図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る車両用操舵装置の連結手段の操舵軸の中心軸に直交する面での部分拡大断面図である。
【図７】本発明の実施の形態４に係る車両用操舵装置の連結手段の操舵軸の中心軸に直交する面での部分拡大断面図である。
【図８】本発明の実施の形態５に係る車両用操舵装置の連結手段の操舵軸の中心軸に直交する面での部分拡大断面図である。
【図９】実施の形態１における第１のクラッチ板及び第２のクラッチ板の互いに係合する係合面形状を例示する操舵軸の中心軸に直交する面での部分拡大断面図である。
【符号の説明】
【００８５】
１  舵取機構、３  操舵軸、４  操舵輪（操舵部材）、５  駆動手段、６  連結手段、６１  第１のクラッチ板、６２  第２のクラッチ板、６３  伸縮軸、６５  ベローズ（伸縮部）、６７  発火装置（内圧発生部）、９３  スプライン歯
【図１】
2007269280.tif 000003
【図２】
2007269280.tif 000004
【図３】
2007269280.tif 000005
【図４】
2007269280.tif 000006
【図５】
2007269280.tif 000007
【図６】
2007269280.tif 000008
【図７】
2007269280.tif 000009
【図８】
2007269280.tif 000010
【図９】
2007269280.tif 000011