(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024127311
(43)【公開日】2024-09-20
(54)【発明の名称】ステアバイワイヤ方式の操舵装置
(51)【国際特許分類】
B62D 5/04 20060101AFI20240912BHJP
【ＦＩ】
B62D5/04
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023036382
(22)【出願日】2023-03-09
(71)【出願人】
【識別番号】000102692
【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100130513
【弁理士】
【氏名又は名称】鎌田 直也
(74)【代理人】
【識別番号】100074206
【弁理士】
【氏名又は名称】鎌田 文二
(74)【代理人】
【識別番号】100130177
【弁理士】
【氏名又は名称】中谷 弥一郎
(72)【発明者】
【氏名】石川 慎太朗
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 光司
【テーマコード（参考）】
3D333
【Ｆターム（参考）】
3D333CB02
3D333CB29
3D333CB45
3D333CC23
3D333CD04
3D333CD05
3D333CD14
3D333CD17
3D333CD19
3D333CE53
(57)【要約】
【課題】ステアリングホイールがストロークエンド位置に到達したことを確実に運転者に感知させることができ、かつ、ステアリングホイールの回転が阻止される時のフィーリングが良いステアバイワイヤ方式の操舵装置を提供する。
【解決手段】係合子２０を外輪１７と内輪１６の間に係合させる係合位置と、外輪１７と内輪１６の間への係合子２０の係合を解除する係合解除位置との間で周方向に移動可能に支持された係合子保持器２１と、係合子保持器２１を係合解除位置に弾性的に保持するセンタリングばね２２と、電磁石２３と軸方向に対向して配置されたアーマチュア２４と、アーマチュア２４を電磁石２３に向けて軸方向に押圧する弾性部材２５とを有するステアバイワイヤ方式の操舵装置。
【選択図】図２
【解決手段】係合子２０を外輪１７と内輪１６の間に係合させる係合位置と、外輪１７と内輪１６の間への係合子２０の係合を解除する係合解除位置との間で周方向に移動可能に支持された係合子保持器２１と、係合子保持器２１を係合解除位置に弾性的に保持するセンタリングばね２２と、電磁石２３と軸方向に対向して配置されたアーマチュア２４と、アーマチュア２４を電磁石２３に向けて軸方向に押圧する弾性部材２５とを有するステアバイワイヤ方式の操舵装置。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ステアリングホイール（１）と、
前記ステアリングホイール（１）の操作量を検知する操舵センサ（５）と、
前記ステアリングホイール（１）に対して機械的に切り離して設けられ、前記操舵センサ（５）で検知される前記ステアリングホイール（１）の操作量に応じて操舵対象（３）の向きを変化させる転舵アクチュエータ（２）と、を有するステアバイワイヤ方式の操舵装置において、
前記ステアリングホイール（１）と一体に回転するように前記ステアリングホイール（１）に連結して設けられた内輪（１６）と、
回転しないように固定して設けられた外輪（１７）と、
前記外輪（１７）の内周と前記内輪（１６）の外周との間に組み込まれた係合子（２０）と、
前記係合子（２０）を前記外輪（１７）と前記内輪（１６）の間に係合させる係合位置と、前記外輪（１７）と内輪（１６）の間への前記係合子（２０）の係合を解除する係合解除位置との間で周方向に移動可能に支持された係合子保持器（２１）と、
前記係合子保持器（２１）を前記係合解除位置に弾性的に保持するセンタリングばね（２２）と、
回転しないように固定して設けられた電磁石（２３）と、
前記電磁石（２３）に通電したときに前記電磁石（２３）に吸引されるように前記電磁石（２３）と軸方向に対向して配置され、かつ、前記係合子保持器（２１）に回り止めされたアーマチュア（２４）と、
前記電磁石（２３）に通電していないときにも前記アーマチュア（２４）が前記電磁石（２３）に摺動するように前記アーマチュア（２４）を前記電磁石（２３）に向けて軸方向に押圧する弾性部材（２５）と、を有することを特徴とするステアバイワイヤ方式の操舵装置。
前記ステアリングホイール（１）の操作量を検知する操舵センサ（５）と、
前記ステアリングホイール（１）に対して機械的に切り離して設けられ、前記操舵センサ（５）で検知される前記ステアリングホイール（１）の操作量に応じて操舵対象（３）の向きを変化させる転舵アクチュエータ（２）と、を有するステアバイワイヤ方式の操舵装置において、
前記ステアリングホイール（１）と一体に回転するように前記ステアリングホイール（１）に連結して設けられた内輪（１６）と、
回転しないように固定して設けられた外輪（１７）と、
前記外輪（１７）の内周と前記内輪（１６）の外周との間に組み込まれた係合子（２０）と、
前記係合子（２０）を前記外輪（１７）と前記内輪（１６）の間に係合させる係合位置と、前記外輪（１７）と内輪（１６）の間への前記係合子（２０）の係合を解除する係合解除位置との間で周方向に移動可能に支持された係合子保持器（２１）と、
前記係合子保持器（２１）を前記係合解除位置に弾性的に保持するセンタリングばね（２２）と、
回転しないように固定して設けられた電磁石（２３）と、
前記電磁石（２３）に通電したときに前記電磁石（２３）に吸引されるように前記電磁石（２３）と軸方向に対向して配置され、かつ、前記係合子保持器（２１）に回り止めされたアーマチュア（２４）と、
前記電磁石（２３）に通電していないときにも前記アーマチュア（２４）が前記電磁石（２３）に摺動するように前記アーマチュア（２４）を前記電磁石（２３）に向けて軸方向に押圧する弾性部材（２５）と、を有することを特徴とするステアバイワイヤ方式の操舵装置。
【請求項2】
前記電磁石（２３）の前記アーマチュア（２４）との摺動面と前記アーマチュア（２４）の前記電磁石（２３）との摺動面のうちの少なくとも一方が、摩擦材（２４ｂ，３２ｂ）で形成された面とされている請求項１に記載のステアバイワイヤ方式の操舵装置。
【請求項3】
前記弾性部材（２５）は、ウェーブスプリング、皿ばね、圧縮コイルばねのいずれかである請求項１または２に記載のステアバイワイヤ方式の操舵装置。
【請求項4】
前記電磁石（２３）に印加する電流を制御する制御部（８）を有し、
前記制御部（８）は、
前記ステアリングホイール（１）がストロークエンド位置に到達したときは、前記係合位置に移動した状態の前記係合子保持器（２１）に作用する前記センタリングばね（２２）の弾性力よりも大きい摩擦力が前記アーマチュア（２４）と前記電磁石（２３）の摺動面間に発生するように、所定値の電流を前記電磁石（２３）に印加し、
前記ステアリングホイール（１）が前記ストロークエンド位置に到達する前の所定の角度範囲にあるときは、前記係合子保持器（２１）が前記係合位置に移動しない範囲で前記アーマチュア（２４）と前記電磁石（２３）の摺動面間の摩擦力を増大させるように、前記所定値よりも小さい範囲で前記電磁石（２３）に印加する電流を増加させる制御を行なう、請求項１または２に記載のステアバイワイヤ方式の操舵装置。
前記制御部（８）は、
前記ステアリングホイール（１）がストロークエンド位置に到達したときは、前記係合位置に移動した状態の前記係合子保持器（２１）に作用する前記センタリングばね（２２）の弾性力よりも大きい摩擦力が前記アーマチュア（２４）と前記電磁石（２３）の摺動面間に発生するように、所定値の電流を前記電磁石（２３）に印加し、
前記ステアリングホイール（１）が前記ストロークエンド位置に到達する前の所定の角度範囲にあるときは、前記係合子保持器（２１）が前記係合位置に移動しない範囲で前記アーマチュア（２４）と前記電磁石（２３）の摺動面間の摩擦力を増大させるように、前記所定値よりも小さい範囲で前記電磁石（２３）に印加する電流を増加させる制御を行なう、請求項１または２に記載のステアバイワイヤ方式の操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、ステアリングホイールと操舵対象との間が機械的に切り離された状態で操舵対象の転舵を行なうステアバイワイヤ方式の操舵装置に関する。
【背景技術】
【0002】
運転者によるステアリングホイールの回転操作に応じて、車両の転舵輪の向きを変化させる操舵装置として、ステアバイワイヤ方式のものが知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１のステアバイワイヤ方式の操舵装置は、ステアリングホイールの操作量を検知する操舵センサと、ステアリングホイールに対して機械的に切り離して設けられた転舵アクチュエータとを有し、その転舵アクチュエータが、操舵センサで検知されるステアリングホイールの操作量に応じて作動し、左右一対の転舵輪の向きを変化させる。
【0003】
このステアバイワイヤ方式の操舵装置は、運転者によるステアリングホイールの操作量をいったん電気信号に変換し、その電気信号に基づいて転舵アクチュエータの動作を制御するので、例えば、ステアリングホイールを操作したときの転舵輪の向きの変化量を車両の走行速度に応じて調整するといったように、車両の走行速度に応じてステアリングホイールの操作量と転舵アクチュエータの動作量の対応関係を最適化することが可能であり、車両の走行安定性や運動性能の向上を可能とするものとして期待されている。
【0004】
ところで、ステアバイワイヤ方式の操舵装置においては、運転者によって回転操作されるステアリングホイールと、左右一対の転舵輪の向きを変化させる転舵アクチュエータとが機械的に切り離されている。そのため、運転者が、車両停車中にステアリングホイールを操作して転舵輪の向きがその移動限界に到達したときにも、運転者は、さらにステアリングホイールを回転操作することが可能である。そのため、転舵輪の向きが移動限界に到達しているにもかかわらず、運転者は、転舵輪の向きが移動限界に到達していることに気付かないという問題が生じる。
【0005】
この問題は、車両の転舵輪を操舵対象とするステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置以外にも、ステアバイワイヤ方式の操舵装置であれば、例えば、船舶の船尾に設けられる舵（船外機等）を操舵対象とするステアバイワイヤ方式の船舶用操舵装置などにも存在する。
【0006】
そこで、本願の発明者は、操舵対象の向きが移動限界に到達したときに、運転者がステアリングホイールを通じてその状況を確実に感知することができるようにするため、以下の構成の電磁式クラッチユニットを発案した。
前記ステアリングホイールと一体に回転するように前記ステアリングホイールに連結して設けられた内輪と、
回転しないように固定して設けられた外輪と、
前記外輪の内周と前記内輪の外周との間に組み込まれた係合子と、
前記係合子を前記外輪と前記内輪の間に係合させる係合位置と、前記外輪と内輪の間への前記係合子の係合を解除する係合解除位置との間で周方向に移動可能に支持された係合子保持器と、
前記係合子保持器を前記係合解除位置に弾性的に保持するセンタリングばねと、
回転しないように固定して設けられた電磁石と、
前記電磁石に通電したときに前記電磁石に吸引されるように前記電磁石と軸方向に対向して配置され、かつ、前記係合子保持器に回り止めされたアーマチュアと、を有することを特徴とする電磁式クラッチユニット。
前記ステアリングホイールと一体に回転するように前記ステアリングホイールに連結して設けられた内輪と、
回転しないように固定して設けられた外輪と、
前記外輪の内周と前記内輪の外周との間に組み込まれた係合子と、
前記係合子を前記外輪と前記内輪の間に係合させる係合位置と、前記外輪と内輪の間への前記係合子の係合を解除する係合解除位置との間で周方向に移動可能に支持された係合子保持器と、
前記係合子保持器を前記係合解除位置に弾性的に保持するセンタリングばねと、
回転しないように固定して設けられた電磁石と、
前記電磁石に通電したときに前記電磁石に吸引されるように前記電磁石と軸方向に対向して配置され、かつ、前記係合子保持器に回り止めされたアーマチュアと、を有することを特徴とする電磁式クラッチユニット。
【0007】
この構成の電磁式クラッチユニットは、電磁石の通電と非通電とを切り換えることで、内輪と外輪との間に係合子が係合して内輪の回転が阻止されるロック状態と、内輪と外輪との間への係合子の係合が解除されて内輪の回転が許容されるロック解除状態とを切り替えることができる。ここで、電磁式クラッチユニットをロック解除状態からロック状態に切り替えたとき、係合子が内輪と外輪との間に物理的に係合し、内輪の回転が確実に阻止されるので、内輪に連結されたステアリングホイールの回転も確実に阻止される。そのため、ステアリングホイールが回転して所定のストロークエンド位置（操舵対象の向きが移動限界に到達する位置）に到達したときに、電磁石を非通電状態から通電状態に切り換えることで、ステアリングホイールがそれ以上に回転するのを確実に阻止し、そのステアリングホイールを通じて運転者に、操舵対象の向きが移動限界に到達したことを確実に感知させることができる。
【0008】
ここで、発明者は、上記構成の電磁式クラッチユニットを使用した操舵装置において、運転者の回転操作によりステアリングホイールがストロークエンド位置（操舵対象の向きが移動限界に到達する位置）に到達したときに、電磁石を非通電状態から通電状態に切り替えて内輪と外輪の間に係合子を係合させると、ステアリングホイールの回転抵抗が急激に増加することから、ステアリングホイールの回転が阻止される時のフィーリングが良くないという問題があることに気付いた。
【0009】
そこで、上記構成の電磁式クラッチユニットを使用した操舵装置において、ステアリングホイールの回転が阻止される時のフィーリングを向上させる方法として、ステアリングホイールに操舵反力を付与する反力モータを使用し、ステアリングホイールがストロークエンド位置（操舵対象の向きが移動限界に到達する位置）に到達する前の所定の角度範囲にあるときに、大きい反力が発生するように反力モータを制御し、これにより、ステアリングホイールの回転が阻止される時のステアリングホイールの回転抵抗の増加幅を小さく抑えるという方法が考えられる。しかしながら、そのような大きな反力を反力モータで発生させるには、反力モータのサイズを大型化する必要があり、また、反力モータの消費電力も大きくなってしまうという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】特開２０１６－１０４６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
この発明が解決しようとする課題は、ステアリングホイールがストロークエンド位置に到達したことを確実に運転者に感知させることができ、かつ、ステアリングホイールの回転が阻止される時のフィーリングが良いステアバイワイヤ方式の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】
【0012】
上記の課題を解決するため、この発明では、以下の構成のステアバイワイヤ方式の操舵装置を提供する。
［構成１］
ステアリングホイールと、
前記ステアリングホイールの操作量を検知する操舵センサと、
前記ステアリングホイールに対して機械的に切り離して設けられ、前記操舵センサで検知される前記ステアリングホイールの操作量に応じて操舵対象の向きを変化させる転舵アクチュエータと、を有するステアバイワイヤ方式の操舵装置において、
前記ステアリングホイールと一体に回転するように前記ステアリングホイールに連結して設けられた内輪と、
回転しないように固定して設けられた外輪と、
前記外輪の内周と前記内輪の外周との間に組み込まれた係合子と、
前記係合子を前記外輪と前記内輪の間に係合させる係合位置と、前記外輪と内輪の間への前記係合子の係合を解除する係合解除位置との間で周方向に移動可能に支持された係合子保持器と、
前記係合子保持器を前記係合解除位置に弾性的に保持するセンタリングばねと、
回転しないように固定して設けられた電磁石と、
前記電磁石に通電したときに前記電磁石に吸引されるように前記電磁石と軸方向に対向して配置され、かつ、前記係合子保持器に回り止めされたアーマチュアと、
前記電磁石に通電していないときにも前記アーマチュアが前記電磁石に摺動するように前記アーマチュアを前記電磁石に向けて軸方向に押圧する弾性部材と、を有することを特徴とするステアバイワイヤ方式の操舵装置。
［構成１］
ステアリングホイールと、
前記ステアリングホイールの操作量を検知する操舵センサと、
前記ステアリングホイールに対して機械的に切り離して設けられ、前記操舵センサで検知される前記ステアリングホイールの操作量に応じて操舵対象の向きを変化させる転舵アクチュエータと、を有するステアバイワイヤ方式の操舵装置において、
前記ステアリングホイールと一体に回転するように前記ステアリングホイールに連結して設けられた内輪と、
回転しないように固定して設けられた外輪と、
前記外輪の内周と前記内輪の外周との間に組み込まれた係合子と、
前記係合子を前記外輪と前記内輪の間に係合させる係合位置と、前記外輪と内輪の間への前記係合子の係合を解除する係合解除位置との間で周方向に移動可能に支持された係合子保持器と、
前記係合子保持器を前記係合解除位置に弾性的に保持するセンタリングばねと、
回転しないように固定して設けられた電磁石と、
前記電磁石に通電したときに前記電磁石に吸引されるように前記電磁石と軸方向に対向して配置され、かつ、前記係合子保持器に回り止めされたアーマチュアと、
前記電磁石に通電していないときにも前記アーマチュアが前記電磁石に摺動するように前記アーマチュアを前記電磁石に向けて軸方向に押圧する弾性部材と、を有することを特徴とするステアバイワイヤ方式の操舵装置。
【0013】
この構成を採用すると、アーマチュアを電磁石に向けて軸方向に押圧する弾性部材が設けられているので、電磁石に通電していないときにも、アーマチュアが電磁石に摺動した状態となり、そのアーマチュアと電磁石の摺動面間で発生する摩擦力によって、ステアリングホイールに回転負荷を付与することが可能である。
【0014】
また、電磁石に電流を印加することで、アーマチュアを電磁石に吸引し、アーマチュアと電磁石の摺動面間で発生する摩擦力を大きくすることができる。このとき、電磁石に印加する電流の大きさを変化させることで、アーマチュアと電磁石の摺動面間で発生する摩擦力を変化させ、ステアリングホイールの回転負荷を変化させることが可能である。
【0015】
さらに、電磁石に印加する電流を大きくし、アーマチュアと電磁石の摺動面間で発生する摩擦力を、係合子保持器を係合位置に移動させた状態でセンタリングばねから係合子保持器に作用する弾性力よりも大きくすることで、センタリングばねの弾性力に抗して係合子保持器を係合位置まで移動させ、内輪と外輪との間に係合子を係合させて内輪の回転を阻止し、ステアリングホイールの回転を阻止することが可能である。
【0016】
［構成２］
前記電磁石の前記アーマチュアとの摺動面と前記アーマチュアの前記電磁石との摺動面のうちの少なくとも一方が、摩擦材で形成された面とされている構成１に記載のステアバイワイヤ方式の操舵装置。
前記電磁石の前記アーマチュアとの摺動面と前記アーマチュアの前記電磁石との摺動面のうちの少なくとも一方が、摩擦材で形成された面とされている構成１に記載のステアバイワイヤ方式の操舵装置。
【0017】
この構成を採用すると、アーマチュアと電磁石の摺動面間の摩擦係数を安定したものとすることができる。
【0018】
［構成３］
前記弾性部材は、ウェーブスプリング、皿ばね、圧縮コイルばねのいずれかである構成１または２に記載のステアバイワイヤ方式の操舵装置。
前記弾性部材は、ウェーブスプリング、皿ばね、圧縮コイルばねのいずれかである構成１または２に記載のステアバイワイヤ方式の操舵装置。
【0019】
この構成を採用すると、弾性部材としてゴム等を採用するよりも、安定した力でアーマチュアを電磁石に押圧することができる。
【0020】
［構成４］
前記電磁石に印加する電流を制御する制御部を有し、
前記制御部は、
前記ステアリングホイールがストロークエンド位置に到達したときは、前記係合子保持器を前記係合位置に移動させた状態で前記センタリングばねから前記係合子保持器に作用する弾性力よりも大きい摩擦力が前記アーマチュアと前記電磁石の摺動面間に発生するように、所定値の電流を前記電磁石に印加し、
前記ステアリングホイールが前記ストロークエンド位置に到達する前の所定の角度範囲にあるときは、前記係合子保持器が前記係合位置に移動しない範囲で前記アーマチュアと前記電磁石の摺動面間の摩擦力を増大させるように、前記所定値よりも小さい範囲で前記電磁石に印加する電流を増加させる制御を行なう、構成１から３のいずれかに記載のステアバイワイヤ方式の操舵装置。
前記電磁石に印加する電流を制御する制御部を有し、
前記制御部は、
前記ステアリングホイールがストロークエンド位置に到達したときは、前記係合子保持器を前記係合位置に移動させた状態で前記センタリングばねから前記係合子保持器に作用する弾性力よりも大きい摩擦力が前記アーマチュアと前記電磁石の摺動面間に発生するように、所定値の電流を前記電磁石に印加し、
前記ステアリングホイールが前記ストロークエンド位置に到達する前の所定の角度範囲にあるときは、前記係合子保持器が前記係合位置に移動しない範囲で前記アーマチュアと前記電磁石の摺動面間の摩擦力を増大させるように、前記所定値よりも小さい範囲で前記電磁石に印加する電流を増加させる制御を行なう、構成１から３のいずれかに記載のステアバイワイヤ方式の操舵装置。
【0021】
この構成を採用すると、運転者がステアリングホイールを回転操作し、ステアリングホイールがストロークエンド位置に到達する前の所定の角度範囲に入ったときに、電磁石に印加される電流が大きくなり、アーマチュアと電磁石の摺動面間で発生する摩擦力を確実に大きくすることができる。
【発明の効果】
【0022】
この発明のステアバイワイヤ方式の操舵装置は、運転者がステアリングホイールをストロークエンド位置に到達しない範囲で回転操作するときは、アーマチュアと電磁石の摺動面間で発生する摩擦力によって、ステアリングホイールに回転負荷を付与することができる。このとき、電磁石に電流を印加し、その電流の大きさを変化させることで、アーマチュアと電磁石の摺動面間で発生する摩擦力の大きさを変化させ、ステアリングホイールに付与される回転負荷の大きさを変化させることができる。一方、ステアリングホイールがストロークエンド位置に到達したときは、センタリングばねの弾性力よりも大きい摩擦力がアーマチュアと電磁石の摺動面間に発生するように電磁石に電流を印加することで、内輪と外輪との間に係合子を係合させてステアリングホイールがそれ以上に回転するのを確実に阻止し、そのステアリングホイールを通じて運転者に、操舵対象の向きがストロークエンドに到達したことを確実に感知させることができる。ここで、ステアリングホイールがストロークエンド位置に到達する前に電磁石に印加する電流を増加させることで、アーマチュアと電磁石の摺動面間の摩擦力を増大させ、ステアリングホイールの回転負荷を増大させることができるので、ステアリングホイールの回転がストロークエンド位置で阻止される時のステアリングホイールの回転抵抗の増加幅を小さく抑えることができ、ステアリングホイールの回転が阻止される時のフィーリングが良い。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】この発明の実施形態にかかる操舵装置を模式的に示す図
【発明を実施するための形態】
【0024】
図１に、この発明の実施形態にかかるステアバイワイヤ方式の操舵装置を示す。この操舵装置は、運転者によるステアリングホイール１の操作量を電気信号に変換し、その電気信号に基づいて転舵アクチュエータ２を制御することで、左右一対の転舵輪３の向きを変化させるステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置である。
【0025】
この操舵装置は、運転者により回転操作されるステアリングホイール１と、ステアリングホイール１に連結されたステアリングシャフト４と、ステアリングホイール１の操作量を検知する操舵センサ５と、ステアリングホイール１に操舵反力を付与する反力モータ６と、ステアリングホイール１の回転を阻止するロック状態とステアリングホイール１の回転を許容するロック解除状態とを切り替えることが可能な電磁式クラッチユニット７と、ステアリングホイール１に対して機械的に切り離して設けられた転舵アクチュエータ２と、制御部８とを有する。
【0026】
ステアリングシャフト４は、ステアリングホイール１を操舵したときに、ステアリングホイール１と一体に回転するようにステアリングホイール１に連結されている。操舵センサ５は、ステアリングシャフト４に取り付けられている。操舵センサ５としては、例えば、ステアリングホイール１の操舵角を検知する操舵角センサ、運転者によってステアリングホイール１に入力される操舵トルクを検知する操舵トルクセンサなどが挙げられる。
【0027】
反力モータ６は、通電により回転トルクを発生する電動モータである。反力モータ６は、ステアリングシャフト４の端部に連結されている。反力モータ６は、回転トルクをステアリングシャフト４に入力することで、そのステアリングシャフト４を介してステアリングホイール１に操舵反力を付与する。
【0028】
転舵アクチュエータ２は、転舵軸９と、転舵軸ハウジング１０と、転舵軸９を車両の左右方向に移動させる転舵モータ１１と、転舵軸９の位置を検知する転舵センサ１２とを有する。転舵軸９は、車両の左右方向に移動可能に転舵軸ハウジング１０で支持されている。転舵軸ハウジング１０は、転舵軸９の左右両端が転舵軸ハウジング１０から突出した状態となるように転舵軸９の中央部を収容している。
【0029】
転舵モータ１１および転舵センサ１２は、転舵軸ハウジング１０に取り付けられている。転舵モータ１１と転舵軸９の間には、転舵モータ１１が出力する回転を転舵軸９の直線運動に変換する運動変換機構（図示せず）が組み込まれている。転舵軸９の左右両端は、タイロッド１３を介して左右一対の転舵輪３に連結され、転舵軸９が軸方向に移動するとこれに連動して左右一対の転舵輪３の向きが変化するようになっている。
【0030】
図２に示すように、反力モータ６は、モータケース１４と、モータケース１４からステアリングホイール１（図１参照）の側とは反対側（図では下側）に突出するモータシャフト１５とを有する。モータシャフト１５は、モータケース１４の内部に組み込まれた図示しない転がり軸受で回転可能に支持されている。また、モータシャフト１５は、ステアリングシャフト４（図１参照）と一体回転するようにステアリングシャフト４に連結されている。モータケース１４は、ステアリングシャフト４（図１参照）の回転時にも回転しないように車体（図示せず）に固定されている。
【0031】
電磁式クラッチユニット７は、内輪１６と、外輪１７と、内輪１６の外周に形成された複数のカム面１８と、外輪１７の内周に形成された円筒面１９と、各カム面１８と円筒面１９との間に組み込まれた係合子２０と、それらの係合子２０を保持する係合子保持器２１と、係合子保持器２１を弾性保持するセンタリングばね２２と、電磁石２３と、電磁石２３に通電したときに電磁石２３に吸引されるように電磁石２３と軸方向に対向して配置されたアーマチュア２４と、アーマチュア２４を電磁石２３に向けて軸方向に押圧する弾性部材２５とを有する。
【0032】
内輪１６は、モータシャフト１５の外周にスプライン嵌合している。このスプライン嵌合によって、内輪１６は、ステアリングホイール１（図１参照）と一体に回転するようにステアリングシャフト４およびモータシャフト１５を介してステアリングホイール１に連結した状態となっている。
【0033】
外輪１７は、クラッチケース２６に収容されている。クラッチケース２６は、電磁式クラッチユニット７の構成部材（内輪１６、外輪１７、係合子２０、係合子保持器２１、センタリングばね２２、電磁石２３、アーマチュア２４、弾性部材２５等）を一括して収容する筒状の部材である。クラッチケース２６は、非磁性体（アルミ合金、銅合金等）で形成されている。一方、外輪１７は鋼材で形成されている。
【0034】
外輪１７は、図示しない回り止め手段（例えばキー部材）でクラッチケース２６に対して回り止めされ、これにより、外輪１７は、ステアリングホイール１（図１参照）の回転時にも回転しないように固定されている。外輪１７には、内輪１６を回転可能に支持する転がり軸受２７が組み込まれている。クラッチケース２６の軸方向一端には、径方向外方に延びるフランジ部２８が形成され、そのフランジ部２８がモータケース１４の軸方向端面に図示しないボルトで固定されている。クラッチケース２６の反力モータ６の側とは反対側の端部に設けられた端板２９には、内輪１６を回転可能に支持する転がり軸受３０が取り付けられている。
【0035】
図４に示すように、内輪１６の外周のカム面１８は、外輪１７の内周の円筒面１９と半径方向に対向している。カム面１８と円筒面１９の間には、周方向中央から周方向両端に向かって次第に狭小となるくさび空間が形成されている。
【0036】
係合子保持器２１には、径方向に貫通するポケット３１（図３参照）が周方向に間隔をおいて複数形成され、その各ポケット３１に係合子２０が収容されている。係合子保持器２１は、係合子２０をカム面１８の周方向中央から周方向に移動させることでカム面１８と円筒面１９の間に係合子２０を係合させる係合位置と、係合子２０をカム面１８の周方向中央に移動させることでカム面１８と円筒面１９の間への係合子２０の係合を解除する係合解除位置との間で、内輪１６に対して周方向に移動可能に支持されている。
【0037】
図３に示すように、アーマチュア２４は、内輪１６の外周の円筒面で軸方向に移動可能に支持されている。アーマチュア２４は、磁性材料（鉄、珪素鋼など）で形成された円環板状のアーマチュア本体２４ａと、アーマチュア本体２４ａの電磁石２３と対向する側（図では下側）の側面に固定された薄板状の摩擦材２４ｂとを有する。摩擦材２４ｂは、オイル環境下で使用される湿式摩擦材であり、例えば、アラミド繊維やセルロース繊維等の繊維で成形された基材にフェノール樹脂等の樹脂を含浸して硬化させたものや、焼結金属で形成されたものを使用することができる。摩擦材２４ｂは、アーマチュア２４の電磁石２３との摺動面を形成している。
【0038】
図２に示すように、電磁石２３は、環状のフィールドコア３２と、フィールドコア３２に巻回されたソレノイドコイル３３とを有する。クラッチケース２６には、ソレノイドコイル３３に電流を供給するリード線３４が通る貫通孔が形成されている。貫通孔には、リード線３４の外周の隙間を埋めるゴム製のグロメット３５が装着されている。フィールドコア３２は、回転しないようにクラッチケース２６に固定されている。
【0039】
図３に示すように、フィールドコア３２は、磁性材料で形成されたフィールドコア本体３２ａと、フィールドコア本体３２ａのアーマチュア２４と対向する側（図では上側）の側面に固定された薄板状の摩擦材３２ｂとを有する。摩擦材３２ｂは、オイル環境下で使用される湿式摩擦材であり、例えば、アラミド繊維やセルロース繊維等の繊維で成形された基材にフェノール樹脂等の樹脂を含浸して硬化させたものや、焼結金属で形成されたものを使用することができる。摩擦材３２ｂは、電磁石２３のアーマチュア２４との摺動面を形成している。
【0040】
アーマチュア２４は、中間プレート３６を介して係合子保持器２１に回り止めされている。すなわち、アーマチュア２４は、中間プレート３６に形成された軸方向突起３７とアーマチュア２４に形成された軸方向孔３８の係合によって中間プレート３６に回り止めされ、中間プレート３６は、中間プレート３６の外周に形成された係合凸部３９と係合子保持器２１に形成された係合凹部４０の係合によって係合子保持器２１に回り止めされている。ここでは、中間プレート３６を介してアーマチュア２４を係合子保持器２１に回り止めしたが、アーマチュア２４を直接係合子保持器２１に回り止めするようにしてもよい。
【0041】
図４に示すように、センタリングばね２２は、鋼線をＣ形に巻いたＣ形環状部４１と、Ｃ形環状部４１の両端からそれぞれ径方向外方に延出する一対の延出部４２とからなる。Ｃ形環状部４１は、内輪１６の軸方向端面に形成された円形のばね収容凹部４３に嵌め込まれている。一対の延出部４２は、ばね収容凹部４３から径方向外方に貫通するように内輪１６の軸方向端面に形成された径方向溝４４に挿入されている。
【0042】
センタリングばね２２の延出部４２は、径方向溝４４の径方向外端から突出しており、その延出部４２の径方向溝４４からの突出部分が、係合子保持器２１に形成された保持器溝４５に挿入されている。径方向溝４４と保持器溝４５は同じ周方向幅をもつように形成されている。センタリングばね２２の延出部４２は、径方向溝４４の内面と、保持器溝４５の内面にそれぞれ接触しており、その接触部分に作用する周方向の力によって係合子保持器２１を係合解除位置に弾性的に保持している。
【0043】
図３に示すように、弾性部材２５は、アーマチュア２４と中間プレート３６の間に、軸方向に圧縮した状態で組み込まれている。アーマチュア２４は、弾性部材２５の弾性復元力によって、電磁石２３に通電していないときにも、所定の予圧で電磁石２３に押し付けられた状態を保持するようになっている。ここで、アーマチュア２４は、電磁石２３に通電していないときにも弾性部材２５の予圧によって電磁石２３に摺動し、電磁石２３に通電することで、アーマチュア２４と電磁石２３の摺動面間の摩擦抵抗を増大させることができるようになっている。
【0044】
図５に示すように、弾性部材２５としては、ウェーブスプリングを使用することができる。ウェーブスプリングは、図では、周方向に波形が繰り返されるように成形した円環状のウェーブワッシャと平座金とを軸方向に交互に並べた構成のものを示している。ウェーブスプリングとして、帯状の鋼材を周方向に波形が繰り返されるように螺旋状に成形し、軸方向に隣り合う帯状の鋼材を波形の頂点同士で接触させた構成のものを採用することもできる。また、図６に示すように、弾性部材２５として、皿ばねを使用することも可能である。皿ばねは、円錐筒状の金属ばねである。また、図７に示すように、弾性部材２５として、圧縮コイルばねを使用することも可能である。圧縮コイルばねは、金属線材を螺旋状に巻いて形成したばねである。
【0045】
図３に示すように、この電磁式クラッチユニット７は、電磁石２３に通電していないときにも、アーマチュア２４を電磁石２３に向けて軸方向に押圧する弾性部材２５が設けられているので、アーマチュア２４が電磁石２３に摺動した状態となり、そのアーマチュア２４と電磁石２３の摺動面間で発生する摩擦力によって、ステアリングホイール１に回転負荷を付与することができる。このとき、アーマチュア２４と電磁石２３の摺動面間の摩擦力の大きさは、図４に示す係合子保持器２１を係合位置に移動させた状態でセンタリングばね２２から係合子保持器２１に作用する弾性力よりも小さい。そのため、係合子２０は内輪１６の外周のカム面１８と外輪１７の内周の円筒面１９との間に係合せず、内輪１６の回転が許容された状態となる。
【0046】
また、この電磁式クラッチユニット７は、図３に示す電磁石２３に電流を印加することで、アーマチュア２４を電磁石２３に吸引し、アーマチュア２４と電磁石２３の摺動面間で発生する摩擦力を大きくすることができる。このとき、アーマチュア２４と電磁石２３の摺動面間の摩擦力が、図３に示すセンタリングばね２２の弾性力（具体的には、係合子保持器２１を係合位置に移動させた状態でセンタリングばね２２から係合子保持器２１に作用する弾性力）に達しない範囲で、電磁石２３に印加する電流の大きさを変化させることで、係合子２０を内輪１６の外周のカム面１８と外輪１７の内周の円筒面１９との間に係合させずに、アーマチュア２４と電磁石２３の摺動面間で発生する摩擦力を変化させ、ステアリングホイール１（図１参照）の回転負荷を変化させることが可能である。
【0047】
さらに、この電磁式クラッチユニット７は、図３に示す電磁石２３に印加する電流を大きくし、アーマチュア２４と電磁石２３の摺動面間で発生する摩擦力を、図４に示す係合子保持器２１を係合位置に移動させた状態でセンタリングばね２２から係合子保持器２１に作用する弾性力よりも大きくすることで、センタリングばね２２の弾性力に抗して係合子保持器２１を係合位置まで移動させ、内輪１６の外周のカム面１８と外輪１７の内周の円筒面１９との間に係合子２０を係合させて内輪１６の回転を阻止し、ステアリングホイール１（図１参照）の回転を阻止することが可能である。
【0048】
図１に示す反力モータ６、電磁式クラッチユニット７、転舵モータ１１は、制御部８で制御される。制御部８の入力側には、外部センサ４６、操舵センサ５、転舵センサ１２が電気的に接続されている。外部センサ４６は、車両の走行速度を検知する車速センサ等である。制御部８の出力側には、反力モータ６、電磁式クラッチユニット７、転舵アクチュエータ２が電気的に接続されている。
【0049】
制御部８は、操舵センサ５で検知されるステアリングホイール１の操作量と、外部センサ４６で検知される車両の走行状況（車速等）とに応じて転舵モータ１１を作動させ、左右一対の転舵輪３の向きを変化させる制御を行なう。また、このとき、制御部８は、ステアリングホイール１の操作量と車両の走行状況とに応じた大きさの操舵反力が発生するように反力モータ６を作動させる制御を行なう。
【0050】
さらに、制御部８は、操舵センサ５で検知されるステアリングホイール１の操作量に基づいて、ステアリングホイール１がストロークエンド位置（転舵軸９の向きが移動限界に到達する位置）に到達したか否かを判定する。ステアリングホイール１がストロークエンド位置に到達したと判定したときは、図４に示す係合子２０をカム面１８と円筒面１９の間に係合させるように（すなわち、係合子保持器２１を係合位置に移動させた状態でセンタリングばね２２から係合子保持器２１に作用する弾性力よりも大きい摩擦力が、図３に示すアーマチュア２４と電磁石２３の摺動面間に発生するように）所定値の電流を電磁石２３に印加する制御を行なう。
【0051】
また、制御部８は、操舵センサ５で検知されるステアリングホイール１の操作量に基づいて、ステアリングホイール１がストロークエンド位置に到達する前の所定の角度範囲にあるか否かの判定も行なう。そして、ステアリングホイール１がストロークエンド位置に到達する前の所定の角度範囲にあると判定したときは、図４に示す係合子保持器２１が係合位置に移動しない範囲で図３に示すアーマチュア２４と電磁石２３の摺動面間の摩擦力を増大させるように、前記所定値よりも小さい範囲で電磁石２３に印加する電流を増加させる制御を行なう。
【0052】
この操舵装置は、運転者が、図１に示すステアリングホイール１をストロークエンド位置（転舵軸９の向きが移動限界に到達する位置）に到達しない範囲で回転操作するときは、図３に示すアーマチュア２４と電磁石２３の摺動面間で発生する摩擦力によって、ステアリングホイール１に回転負荷を付与することができる。このとき、図３に示す電磁石２３に電流を印加し、その電流の大きさを変化させることで、アーマチュア２４と電磁石２３の摺動面間で発生する摩擦力の大きさを変化させ、図１に示すステアリングホイール１に付与される回転負荷の大きさを変化させることができる。一方、ステアリングホイール１がストロークエンド位置に到達したときは、図３に示すセンタリングばね２２の弾性力よりも大きい摩擦力がアーマチュア２４と電磁石２３の摺動面間に発生するように電磁石２３に電流を印加することで、内輪１６と外輪１７との間に係合子２０を係合させてステアリングホイール１がそれ以上に回転するのを確実に阻止し、そのステアリングホイール１を通じて運転者に、操舵対象の向きがストロークエンドに到達したことを確実に感知させることができる。ここで、ステアリングホイール１がストロークエンド位置に到達する前に、電磁石２３に印加する電流を増加させることでアーマチュア２４と電磁石２３の摺動面間の摩擦力を増大させ、ステアリングホイール１の回転負荷を増大させることができるので、ステアリングホイール１の回転がストロークエンド位置で阻止される時のステアリングホイール１の回転抵抗の増加幅を小さく抑えることができ、ステアリングホイール１の回転が阻止される時のフィーリングが良い。
【0053】
また、この操舵装置は、図３に示すように、電磁石２３のアーマチュア２４との摺動面が摩擦材３２ｂで形成され、アーマチュア２４の電磁石２３との摺動面も摩擦材２４ｂで形成されているので、アーマチュア２４と電磁石２３の摺動面間の摩擦係数を安定したものとすることが可能となっている。この実施形態では、電磁石２３のアーマチュア２４との摺動面と、アーマチュア２４の電磁石２３との摺動面の両方を摩擦材としたが、いずれか一方のみを摩擦材としてもよい。
【0054】
また、この操舵装置は、アーマチュア２４を電磁石２３に向けて軸方向に押圧する弾性部材２５として、図５に示すウェーブスプリング、図６に示す皿ばね、図７に示す圧縮コイルばねのいずれかを採用しているので、弾性部材２５としてゴム等を採用するよりも、安定した力でアーマチュア２４を電磁石２３に押圧することが可能である。
【0055】
また、この操舵装置は、図１に示す制御部８が、ステアリングホイール１がストロークエンド位置に到達する前の所定の角度範囲にあるときに、図３に示すアーマチュア２４と電磁石２３の摺動面間の摩擦力を増大させるように、電磁石２３に印加する電流を増加させる制御を行なうので、運転者がステアリングホイール１を回転操作し、ステアリングホイール１がストロークエンド位置に到達する前の所定の角度範囲に入ったときに、電磁石２３に印加される電流が大きくなり、アーマチュア２４と電磁石２３の摺動面間で発生する摩擦力を確実に大きくすることができる。
【0056】
上記実施形態では、外輪１７の内周と内輪１６の外周との間に組み込む係合子２０としてローラを用いたものを例に挙げて説明したが、係合子２０としてボールやスプラグを用いることも可能である。
【0057】
上記実施形態では、この発明にかかる操舵装置の一例として、車両の左右一対の転舵輪３を操舵対象とする車両用操舵装置を例に挙げて説明したが、この発明は、車両に限らず、船舶、建設機械、農業機械、全地形対応車、多用途四輪車など、ステアリングホイール１の回転量に応じて転舵アクチュエータ２を作動させて操舵対象の向きを変化させる他の乗り物にも同様に適用することが可能である。
【0058】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【0059】
１ ステアリングホイール
２ 転舵アクチュエータ
３ 転舵輪（操舵対象）
５ 操舵センサ
８ 制御部
１６ 内輪
１７ 外輪
２０ 係合子
２１ 係合子保持器
２２ センタリングばね
２３ 電磁石
２４ アーマチュア
２４ｂ 摩擦材
２５ 弾性部材
３２ｂ 摩擦材
２ 転舵アクチュエータ
３ 転舵輪（操舵対象）
５ 操舵センサ
８ 制御部
１６ 内輪
１７ 外輪
２０ 係合子
２１ 係合子保持器
２２ センタリングばね
２３ 電磁石
２４ アーマチュア
２４ｂ 摩擦材
２５ 弾性部材
３２ｂ 摩擦材
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】