特開 2024-34646 ステアリング装置

(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】P2024034646

(43)【公開日】2024-03-13

(54)【発明の名称】ステアリング装置

(51)【国際特許分類】

   B62D 1/16 20060101AFI20240306BHJP

   B62D 5/04 20060101ALI20240306BHJP

【ＦＩ】

B62D1/16

B62D5/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022139037

(22)【出願日】2022-09-01

(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

(74)【代理人】

【識別番号】100187827

【弁理士】

【氏名又は名称】赤塚 雅則

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 光司

【テーマコード（参考）】

3D030

3D333

【Ｆターム（参考）】

3D030DC29

3D030DC35

3D030DF01

3D333CB02

3D333CB29

3D333CB44

3D333CC14

3D333CC23

3D333CD08

3D333CD13

3D333CD16

3D333CD20

3D333CD28

3D333CE53

(57)【要約】

【課題】転舵部の向きがストロークエンドに達したときなどに、確実にステアリングホイールの回転を止めることができるステアバイワイヤ方式のステアリング装置を提供する。
【解決手段】ステアバイワイヤ方式のステアリング装置において、ステアリングシャフト４とともに回転する軸体に設けられる摩擦部材８と、軸周りの回転運動を軸方向の直線運動に変換し、その直線運動に伴って摩擦部材８を軸方向に押圧することによって摩擦部材８に摩擦抵抗を生じさせて、静止系部材９に対してステアリングシャフト４を回り止めする回転直動変換機構１０と、を有する構成とする。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

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、前記ステアリングホイール（１）に接続されたステアリングシャフト（４）と、を備えるステアバイワイヤ方式のステアリング装置において、
前記ステアリングシャフト（４）とともに回転する軸体に設けられる摩擦部材（８）と、
軸周りの回転運動を軸方向の直線運動に変換し、その直線運動に伴って前記摩擦部材（８）を軸方向に押圧することによって当該摩擦部材（８）に摩擦抵抗を生じさせて、静止系部材（９）に対して前記ステアリングシャフト（４）を回り止めする回転直動変換機構（１０）と、
を有することを特徴とするステアリング装置。

【請求項2】

前記摩擦部材（８）が、前記ステアリングシャフト（４）とともに軸周りに回転する第一摩擦部材（２０）と前記静止系部材（９）に対し軸周りに回転不能に設けられる第二摩擦部材（２１）と、を有し、前記回転直動変換機構（１０）によって前記第一摩擦部材（２０）と前記第二摩擦部材（２１）との間に摩擦抵抗を生じさせて前記ステアリングシャフト（４）を回り止めする請求項１に記載のステアリング装置。

【請求項3】

前記第一摩擦部材（２０）と前記第二摩擦部材（２１）が、軸方向にそれぞれ複数交互に並んで設けられている請求項２に記載のステアリング装置。

【請求項4】

前記回転直動変換機構（１０）が、摩擦カム（２６）と、前記摩擦部材（８）を軸方向に押圧可能な前記ステアリングシャフト（４）ともに軸周りに回転するプレッシャカム（２７）と、前記摩擦カム（２６）と前記プレッシャカム（２７）の対向する面にそれぞれ形成されたカム溝（２８）に収容されたボール（２９）と、を有するボールカム機構（１０）であって、前記摩擦カム（２６）に対して摩擦力を与えてその軸周りの回転を制止した状態で前記ステアリングホイール（１）を回転操作することにより前記プレッシャカム（２７）が前記摩擦部材（８）を軸方向に押圧するようにした請求項１または２に記載のステアリング装置。

【請求項5】

前記静止系部材（９）に設けられた電磁クラッチ（１４）によって前記摩擦カム（２６）を吸着することによって当該摩擦カム（２６）に前記摩擦力を与える一方で、前記電磁クラッチ（１４）による前記摩擦カム（２６）の吸着を解消することによって当該摩擦カム（２６）に与えられた前記摩擦力を解除する請求項４に記載のステアリング装置。

【請求項6】

前記摩擦カム（２６）の外周に沿う摩擦リング（４６）と、ウォーム（４８）と、前記ウォーム（４８）によって軸周りに回転するウォームホイール（４９）と、前記ウォームホイール（１）側に設けられた第一固定部（５１）と、前記静止系部材（９）側に設けられた第二固定部（５３）と、を有し、前記摩擦リング（４６）の一端側が前記第一固定部（５１）に、他端側が前記第二固定部（５３）にそれぞれ固定されており、前記ウォーム（４８）を一方向に動作して前記第一固定部（５１）を前記第二固定部（５３）に対して周方向の一方向に相対回転させて、前記摩擦リング（４６）を前記摩擦カム（２６）に接触させることによって前記摩擦カム（２６）に前記摩擦力を与える一方で、前記ウォーム（４８）を他方向に動作して前記第一固定部（５１）を前記第二固定部（５３）に対して周方向の他方向に相対回転させて、前記摩擦リング（４６）と前記摩擦カム（２６）との間の接触を解消することによって前記摩擦力を解除する請求項４に記載のステアリング装置。

【請求項7】

前記ステアリングシャフト（４）に直径が相対的に大きい大径部から相対的に小さい小径部に不連続に変化する段部（５９）を形成するとともに、前記小径部に前記ステアリングシャフト（４）に対し軸周りに回転不能かつ軸方向に移動可能な前記摩擦部材（８）を設け、前記摩擦部材（８）を軸方向に押圧することによって前記摩擦部材（８）と前記段部（５９）との間に摩擦抵抗を生じさせて、前記静止系部材（９）に対して前記ステアリングシャフト（４）を回り止めする請求項１に記載のステアリング装置。

【請求項8】

前記摩擦部材（８）が軸方向に複数並んで設けられており、前記小径部に前記段部（５９）に当接し前記ステアリングシャフト（４）に対し軸周りに回転不能かつ軸方向に移動不能な固定摩擦部材（６１）を設けた請求項７に記載のステアリング装置。

【請求項9】

前記回転直動変換機構（１０）が、ウォーム（４８）と、前記ウォーム（４８）によって軸周りに回転するウォームホイール（４９）と、前記摩擦部材（８）を軸方向に押圧可能なプレッシャカム（２７）と、前記ウォームホイール（４９）と前記プレッシャカム（２７）の対向する面にそれぞれ形成されたカム溝（２８）に収容されたボール（２９）とを有するボールカム機構（１０）であって、前記ウォーム（４８）を一方向に動作して前記ウォームホイール（４９）を周方向の一方向に相対回転させることで前記摩擦部材（８）を軸方向に押圧する一方で、前記ウォーム（４８）を他方向に動作して前記ウォームホイール（４９）を周方向の他方向に相対回転させることで前記摩擦部材（８）の押圧を解除する請求項７または８に記載のステアリング装置。

【請求項10】

前記摩擦部材（８）が軸方向に押圧された際に前記ウォーム（４８）を駆動するモータ（４７）がストール状態であることをその電流値から検知し前記ステアリングホイール（１）が回転不能となったことを判定する請求項９に記載のステアリング装置。

【請求項11】

前記ステアリングシャフト（４）と前記摩擦部材（８）が同一の軸上に配置されている請求項１、２または７に記載のステアリング装置。

【請求項12】

前記ステアリングシャフト（４）と前記摩擦部材（８）が異なる軸上に配置されている請求項１、２または７に記載のステアリング装置。

【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転舵装置が機械的に切り離された状態で転舵を行なうステアバイワイヤ方式のステアリング装置に関する。

【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転舵部（車両の転舵輪など）の向きを変化させるステアリング装置として、ステアバイワイヤ方式のものが知られている。

【0003】

ステアバイワイヤ方式のステアリング装置（以下、ステアリング装置と略称する。）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する。その転舵アクチュエータは、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、転舵部の向きを変化させる。

【0004】

この種のステアリング装置は、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ことができる。このため、例えば、ステアリングホイールを操作したときの転舵部の向きの変化量を車両、船舶などの移動速度に応じて調整するといったように、車両、船舶などの運転状態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適切化することが可能である。

【0005】

その反面、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、転舵部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ので、転舵部の向きがその移動限界（ストロークエンド）に到達したときであっても、運転者がさらにステアリングホイールを回転操作し得る。そのため、転舵部の向きがストロークエンドに到達したとき、その状況を運転者がステアリングホイールを通じて感知することを可能としたステアリング装置が提案されている。

【0006】

例えば、下記特許文献１に開示された車両用ステアバイワイヤ式操舵装置は、車速やステアリングホイールの操作量などに基づいて演算される操舵反力をステアリングホイールに与える反力モータと、反力モータを制御する反力コントローラとを有する。そして、反力コントローラは、転舵輪の向きがストロークエンドに到達したときに、反力モータで発生する操舵反力の大きさを補正して増大させる制御を行なう。これにより、運転者は、転舵輪の向きがストロークエンドに到達したことを、ステアリングホイールを通じて感知することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】国際公開２０２０／１９５２２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

ところで、特許文献１の構成においては、転舵輪の向きがストロークエンドに到達したときに、反力モータで発生する操舵反力の大きさを補正して増大させる制御を行なった場合、反力モータの制御が複雑になる問題がある。また、この制御は、あくまでもステアリングホイールの操舵反力が大きくなるだけであってステアリングホイールの回転が阻止されるのではないため、運転者によっては、転舵輪の向きがストロークエンドに到達したことに気付かず、そのままステアリングホイールの回転操作を継続してしまうおそれがある。

【0009】

この発明が解決しようとする課題は、転舵部の向きがストロークエンドに達したときなどに、確実にステアリングホイールの回転を止めることができるステアバイワイヤ方式のステアリング装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記の課題を解決するため、この発明では、
運転者により回転操作されるステアリングホイールと、前記ステアリングホイールに接続されたステアリングシャフトと、を備えるステアバイワイヤ方式のステアリング装置において、
前記ステアリングシャフトとともに回転する軸体に設けられる摩擦部材と、
軸周りの回転運動を軸方向の直線運動に変換し、その直線運動に伴って前記摩擦部材を軸方向に押圧することによって当該摩擦部材に摩擦抵抗を生じさせて、静止系部材に対して前記ステアリングシャフトを回り止めする回転直動変換機構と、
を有することを特徴とするステアリング装置を構成した。

【0011】

このようにすると、転舵部の向きがストロークエンドに達したときなどに回転直動変換機構を作動させて摩擦抵抗部材に摩擦を生じさせることにより、確実にステアリングホイールの回転を止めることができる。

【0012】

摩擦部材と回転直動変換機構を備えた第一の構成として、
前記摩擦部材が、前記ステアリングシャフトとともに軸周りに回転する第一摩擦部材と前記静止系部材に対し軸周りに回転不能に設けられる第二摩擦部材と、を有し、前記回転直動変換機構によって前記第一摩擦部材と前記第二摩擦部材との間に摩擦抵抗を生じさせて前記ステアリングシャフトを回り止めする構成とするのが好ましい。

【0013】

摩擦部材が第一摩擦部材と第二摩擦部材とを有する構成においては、
前記第一摩擦部材と前記第二摩擦部材が、軸方向にそれぞれ複数交互に並んで設けられている構成とするのが好ましい。

【0014】

上記のすべての構成においては、
前記回転直動変換機構が、摩擦カムと、前記摩擦部材を軸方向に押圧可能な前記ステアリングシャフトともに軸周りに回転するプレッシャカムと、前記摩擦カムと前記プレッシャカムの対向する面にそれぞれ形成されたカム溝に収容されたボールと、を有するボールカム機構であって、前記摩擦カムに対して摩擦力を与えてその軸周りの回転を制止した状態で前記ステアリングホイールを回転操作することにより前記プレッシャカムが前記摩擦部材を軸方向に押圧するようにした構成とするのが好ましい。

【0015】

回転直動変換機構としてボールカム機構を採用した上記の構成においては、
前記静止系部材に設けられた電磁クラッチによって前記摩擦カムを吸着することによって当該摩擦カムに前記摩擦力を与える一方で、前記電磁クラッチによる前記摩擦カムの吸着を解消することによって当該摩擦カムに与えられた前記摩擦力を解除する構成とするのが好ましい。

【0016】

回転直動変換機構としてボールカム機構を採用した上記の構成においては、
前記摩擦カムの外周に沿う摩擦リングと、ウォームと、前記ウォームによって軸周りに回転するウォームホイールと、前記ウォームホイール側に設けられた第一固定部と、前記静止系部材側に設けられた第二固定部と、を有し、前記摩擦リングの一端側が前記第一固定部に、他端側が前記第二固定部にそれぞれ固定されており、前記ウォームを一方向に動作して前記第一固定部を前記第二固定部に対して周方向の一方向に相対回転させて、前記摩擦リングを前記摩擦カムに接触させることによって前記摩擦カムに前記摩擦力を与える一方で、前記ウォームを他方向に動作して前記第一固定部を前記第二固定部に対して周方向の他方向に相対回転させて、前記摩擦リングと前記摩擦カムとの間の接触を解消することによって前記摩擦力を解除する構成とするのが好ましい。

【0017】

摩擦部材と回転直動変換機構を備えた第二の構成として、
前記ステアリングシャフトに直径が相対的に大きい大径部から相対的に小さい小径部に不連続に変化する段部を形成するとともに、前記小径部に前記ステアリングシャフトに対し軸周りに回転不能かつ軸方向に移動可能な前記摩擦部材を設け、前記摩擦部材を軸方向に押圧することによって前記摩擦部材と前記段部との間に摩擦抵抗を生じさせて、前記静止系部材に対して前記ステアリングシャフトを回り止めする構成とするのが好ましい。

【0018】

ステアリングシャフトに段部を形成した上記の構成においては、
前記摩擦部材が軸方向に複数並んで設けられており、前記小径部に前記段部に当接し前記ステアリングシャフトに対し軸周りに回転不能かつ軸方向に移動不能な固定摩擦部材を設けた構成とするのが好ましい。

【0019】

ステアリングシャフトに段部を形成した上記の構成においては、
前記回転直動変換機構が、ウォームと、前記ウォームによって軸周りに回転するウォームホイールと、前記摩擦部材を軸方向に押圧可能なプレッシャカムと、前記ウォームホイールと前記プレッシャカムの対向する面にそれぞれ形成されたカム溝に収容されたボールとを有するボールカム機構であって、前記ウォームを一方向に動作して前記ウォームホイールを周方向の一方向に相対回転させることで前記摩擦部材を軸方向に押圧する一方で、前記ウォームを他方向に動作して前記ウォームホイールを周方向の他方向に相対回転させることで前記摩擦部材の押圧を解除する構成とするのが好ましい。

【0020】

モータでウォームを駆動する上記の構成においては、
前記摩擦部材が軸方向に押圧された際に前記ウォームを駆動するモータがストール状態であることをその電流値から検知し前記ステアリングホイールが回転不能となったことを判定する構成とするのが好ましい。

【0021】

上記のすべての構成においては、
前記ステアリングシャフトと前記摩擦部材が同一の軸上に配置されている、または、前記ステアリングシャフトと前記摩擦部材が異なる軸上に配置されているいずれの構成とすることもできる。

【発明の効果】

【0022】

この発明のステアリング装置は、上記の構成を採用したことにより、簡便かつコンパクトな機構により、ステアリングホイールが左右方向のいずれの方向への操作によってストロークエンドに到達したときでも、ステアリングホイールを通じて運転者がそのことを確実に感知することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】この発明に係るステアバイワイヤ方式のステアリング装置の第一実施形態を模式的に示す図

【図2】図１に示すステアリング装置の要部を示す断面図

【図3】図１に示すステアリング装置のさらに要部を示す断面図

【図4】図３中のＩＶ－ＩＶ線に沿う断面図

【図5】図３中のＶ－Ｖ線に沿う断面図

【図6】図３中のＶＩ－ＶＩ線に沿う断面図

【図7】図６中のＶＩＩ－ＶＩＩ線に沿う断面図であって、（ａ）は非動作状態、（ｂ）は動作状態

【図8】図１に示すステアリング装置の第一変形例の要部を示す断面図

【図9】図１に示すステアリング装置の第二変形例の要部を示す断面図

【図10】図９中のＸ－Ｘ線に沿う断面図

【図11】図１に示すステアリング装置の第三変形例の要部を示す断面図

【図12】図１に示すステアリング装置の第四変形例を模式的に示す図

【図13】図１２に示すステアリング装置の要部を示す断面図

【図14】この発明に係るステアバイワイヤ方式のステアリング装置の第二実施形態の要部を示す断面図

【図15】図１４中のＸＶ－ＸＶ線に沿う断面図

【図16】図１４に示すステアリング装置の動作状態を示す断面図

【図17】この発明に係るステアバイワイヤ方式のステアリング装置の第三実施形態の要部を示す断面図

【図18】図１７中のＸＶＩＩＩ－ＸＶＩＩＩ線に沿う断面図

【図19】図１７中のＸＩＸ－ＸＩＸ線に沿う断面図

【図20】図１７に示すステアリング装置の変形例を示す断面図

【発明を実施するための形態】

【0024】

この発明に係るステアバイワイヤ方式のステアリング装置の第一実施形態を図１から図７に基づいて説明する。このステアリング装置は、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、転舵部３としての左右一対の転舵輪の向きを変化させるステアバイワイヤ方式のステアリング装置である。

【0025】

図１から図３に示すように、このステアリング装置は、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に接続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の操作量を検出する操舵センサ５と、操舵センサ５の検出量に応じて転舵部３の向きを変化させる転舵アクチュエータ２と、ステアリングホイール１の操作に基づいてこのステアリングホイール１に操舵反力を与える反力モータ６と、を備え、ステアリングシャフト４とともに回転する軸体としての後述する内輪７に設けられる摩擦部材８と、軸周りの回転運動を軸方向の直線運動に変換し、その直線運動に伴って摩擦部材８を軸方向に押圧することによってこの摩擦部材８に摩擦抵抗を生じさせて、静止系部材９に対してステアリングシャフト４を回り止めする回転直動変換機構１０と、を有することを特徴としている。

【0026】

このステアリング装置は、転舵部３の転舵量を検出する転舵センサ１１、車速などの走行データを取得する外部センサ１２、制御部１３を有している。操舵センサ５、転舵センサ１１、外部センサ１２などで取得された各種データは制御部１３に集められ、その各種データに基づいて、転舵アクチュエータ２、反力モータ６、回転直動変換機構１０などの制御が行われる。

【0027】

ステアリングシャフト４は、ステアリングホイール１を回転操作したときに、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に接続されている。ステアリングシャフト４の下端には反力モータ６が接続されている。反力モータ６の下側には、回転直動変換機構１０と電磁クラッチ１４を収容する静止系部材９としてのケース（以下、静止系部材９と同じ符号を付する。）が設けられている。

【0028】

ケース９の中には、内輪７が設けられている。内輪７の軸心には、反力モータ６のモータ軸１５がスプライン嵌合している。内輪７の外径は、軸方向位置によって段階的に変化しており、内輪７の上部側（ステアリングシャフト４に近い側）の外径は大きく（以下、その外径部分を大外径部という。）、下部側の外径は小さく（以下、その外径部分を小外径部という。）、上部側と下部側の間の外径はその中間の大きさとなっている（以下、その外径部分を中外径部という。）。大外径部と小外径部には軸受１６、１７が設けられており、内輪７はケース９に対して軸周りに回転可能となっている。

【0029】

内輪７の中外径部の外周には、軸方向に沿って延びる内輪溝１８が複数本形成されている。また、中外径部と対向するケース９の内周には、軸方向に沿って延びるケース溝１９が複数本形成されている。

【0030】

摩擦部材８は、中央に貫通孔を有する円板状の第一摩擦部材２０と第二摩擦部材２１とを有する。第一摩擦部材２０と第二摩擦部材２１は、軸方向にそれぞれ複数交互に並んで設けられている。図４に示すように、第一摩擦部材２０の内周には、第一突起２２が複数形成されており、この第一突起２２が内輪７の中外径部の外周に形成された内輪溝１８に嵌まっている。第一摩擦部材２０は、内輪７に対し軸方向に移動可能かつ回転不能となっている。

【0031】

図５に示すように、第二摩擦部材２１の外周には、第二突起２３が複数形成されており、この第二突起２３がケース９の内周に形成されたケース溝１９に嵌まっている。第二摩擦部材２１は、ケース９に対し軸方向に移動可能かつ回転不能となっている。

【0032】

大外径部と中外径部との間の段差部分には、当て板２４が設けられている。当て板２４の外周には、第二摩擦部材２１と同様に突起２５が複数形成されており、この突起２５がケース９の内周に形成されたケース溝１９に嵌まっている。また、当て板２４の外周は、内輪７（大外径部）とケース９の間に設けられた軸受１６の外輪に当接しており、当て板２４が、軸受１６側に軸方向移動するのを規制している。

【0033】

回転直動変換機構１０は、摩擦カム２６と、摩擦部材８（第一摩擦部材２０、第二摩擦部材２１）を軸方向に押圧可能なステアリングシャフト４とともに軸周りに回転するプレッシャカム２７と、摩擦カム２６とプレッシャカム２７の対向する面にそれぞれ形成されたカム溝２８に収容されたボール２９と、を有するボールカム機構（以下、回転直動変換機構１０と同じ符号を付する。）である。摩擦カム２６は、内輪７の外周に設けられた止め輪３０によって、軸方向の移動量が所定の範囲内に規制されている。図６に示すように、カム溝２８は、周方向の３か所に形成されている。カム溝２８の数は、適宜変更することが可能である。

【0034】

図７（ａ）に示すように、ボール２９は摩擦カム２６とプレッシャカム２７にそれぞれ形成されたカム溝２８の底に位置しているが、図７（ｂ）に示すように、摩擦カム２６とプレッシャカム２７が周方向に相対回転すると、ボール２９がカム溝２８の周方向斜面を転動し、摩擦カム２６とプレッシャカム２７が離間するように軸方向に相対移動する。

【0035】

ボールカム機構１０の下方には電磁クラッチ１４が設けられている。この電磁クラッチ１４は、ボールカム機構１０を制動する機能を有し、電磁石３１と、ボールカム機構１０の摩擦カム２６を兼ねるアーマチュア３２と、離反ばね３３と、を備えている。この実施形態においては、アーマチュア３２と摩擦カム２６を一体の部材としたが、軸周りに一体に回転する別部材とすることもできる。

【0036】

電磁石３１は、筒状の内筒部３４と内筒部３４よりも大径の外筒部３５を備えた周方向断面がＣ字形をなすフィールドコア３６と、フィールドコア３６の内筒部３４と外筒部３５の間に巻回されたソレノイドコイル３７とを有している。電磁石３１は、回り止め突起３８によってケース９に対して回り止めされるとともに、止め輪３９によってケース９から抜け止めされている。

【0037】

アーマチュア３２は、中央に貫通孔が形成された磁性体からなる円板状の部材である。アーマチュア３２は、フィールドコア３６の開口側端部に軸方向から臨むように配置される。アーマチュア３２のフィールドコア３６に臨む面には周溝が形成されており、この周溝に離反ばね３３が設けられている。離反ばね３３は、フィールドコア３６の内筒部３４に当接して、アーマチュア３２をフィールドコア３６から離れる方向に付勢している。

【0038】

第一実施形態に係るステアリング装置の作用について説明する。運転者によりステアリングホイール１が回転操作されると、ステアリングホイール１に接続されたステアリングシャフト４がともに軸周りに回転し、その回転量が操舵センサ５によって検出される。操舵センサ５から操舵量に関するデータを受けた制御部１３は、そのデータに基づいて転舵アクチュエータ２および反力モータ６に対して制御信号を送る。これにより、転舵部３の向きが変化するとともに、ステアリングシャフト４に操舵反力が与えられる。

【0039】

通常の操舵時（転舵部３がストロークエンドに到達していないとき）は、電磁クラッチ１４は通電しておらず、離反ばね３３の付勢力によってフィールドコア３６とアーマチュア３２は離間している。このため、アーマチュア３２に一体とされた摩擦カム２６とプレッシャカム２７は、ステアリングホイール１の操作（内輪７の回転）に伴って軸周りに共回りする。

【0040】

このとき、図７（ａ）に示したように、ボール２９はカム溝２８の底に位置し、摩擦カム２６とプレッシャカム２７は軸方向に互いに接近しているため、プレッシャカム２７から摩擦部材８に軸方向の力は作用しない。このため、第一摩擦部材２０と第二摩擦部材２１との間には摩擦力が作用せず、内輪７を軸周りに自由に回転することができ、運転者にはステアリングホイール１を介して反力モータ６からの操舵反力が直接伝わる。

【0041】

その一方で、運転者のステアリング操作によって転舵部３がストロークエンドに到達したことを制御部１３が検知すると、制御部１３の制御によって電磁クラッチ１４が通電する。すると、離反ばね３３の付勢力に抗して電磁石３１のフィールドコア３６にアーマチュア３２が吸着され、フィールドコア３６とアーマチュア３２との間の摩擦力によってアーマチュア３２の軸周りの回転が阻止される。これにより、アーマチュア３２に一体とされた摩擦カム２６の軸周りの回転も阻止され、摩擦カム２６とプレッシャカム２７は、ステアリングホイール１の操作（内輪７の回転）に伴って軸周りに相対回転する。

【0042】

このとき、図７（ｂ）に示したように、ボール２９がカム溝２８の周方向斜面を転動し、摩擦カム２６とプレッシャカム２７が離間するように軸方向に相対移動する。この相対移動に伴ってプレッシャカム２７が摩擦部材８を軸方向に押圧する。これにより、第一摩擦部材２０と第二摩擦部材２１との間に摩擦力が作用して内輪７の回転が規制され、ステアリングホイール１がロックされた状態となる。また、転舵部３がストロークエンドに到達していないときでも、電磁クラッチ１４に通電することによって、任意の転舵状態でステアリングホイール１をロックすることもできる。

【0043】

さらに、運転者のステアリング操作によってステアリングホイール１がストロークエンドと逆方向に操作されたことを制御部１３が検知すると、制御部１３の制御によって電磁クラッチ１４の通電が解除される。すると、離反ばね３３の付勢力によってフィールドコア３６へのアーマチュア３２の吸着が解除され、アーマチュア３２に一体とされた摩擦カム２６がプレッシャカム２７とともに軸周りに回転可能となる。これにより、図７（ａ）に示したように、ボール２９はカム溝２８の底に戻り、摩擦カム２６とプレッシャカム２７が軸方向に互いに接近した状態となるため、第一摩擦部材２０と第二摩擦部材２１との間の摩擦力が解消し、内輪７を軸周りに自由に回転することができるようになる。

【0044】

上記のステアリング装置においては、転舵部３の向きがストロークエンドに達したときなどに回転直動変換機構１０（ボールカム機構１０）を作動させて摩擦部材８に摩擦を生じさせることにより、確実にステアリングホイール１の回転をロックすることができる。このため、運転者が、転舵部３の向きがストロークエンドに到達したことなどを、ステアリングホイール１を通じて確実に感知することができ、そのままステアリングホイール１の回転操作を継続してしまうのを防止することができる。

【0045】

上記のステアリング装置においては、摩擦部材８として複数の第一摩擦部材２０および第二摩擦部材２１を軸方向にそれぞれ複数交互に並べた構成としたが、摩擦部材８に要求される摩擦トルクが小さい場合は、図８に第一実施形態の第一変形例として示すように、第一摩擦部材２０および第二摩擦部材２１を軸方向にそれぞれ１枚ずつ並べた構成とすることもできる。この第一変形例においても、図２に示すステアリング装置と同様の作用が発揮される。

【0046】

上記のステアリング装置においては、ケース９の内周にケース溝１９を形成した構成としたが、図９および図１０に第一実施形態の第二変形例として示すように、内輪７の外周側にケース９とは別部材としての外輪４０を設け、外輪４０の内周に軸方向に沿って伸びる外輪溝４１が複数本形成されている構成とすることもできる。外輪４０は、ケース９に嵌め込まれている。外輪４０の外周とケース９の内周には、それぞれキー溝が形成されている。このキー溝に共通のキー部材４２を嵌め込むことによって、ケース９に対して外輪４０が回り止めされる。ケース９の内周には止め輪４３が設けられており、この止め輪４３が外輪４０の軸方向端部に当接することによって、外輪４０がケース９から抜け出すのを防止している。

【0047】

この構成においては、第二摩擦部材２１の外周に形成された第二突起２３が外輪４０の内周に形成された外輪溝４１に嵌っており、第二摩擦部材２１は、外輪４０に対し軸方向に移動可能かつ回転不能となっている。また、当て板２４の外周に形成された突起２５が外輪溝４１に嵌っており、当て板２４の外周が内輪７（大外径部）と外輪４０の間に設けられた軸受１６の外輪に当接することにより、当て板２４が、軸受１６側に軸方向移動するのを規制している。この第二変形例においても、図２に示すステアリング装置と同様の作用が発揮される。

【0048】

上記のステアリング装置においては、ステアリングシャフト４と、摩擦部材８、回転直動変換機構１０、および、反力モータ６とを同一の軸上に配置した構成としたが、図１１に第一実施形態の第三変形例として示すように、ステアリングシャフト４と、摩擦部材８、回転直動変換機構１０、および、反力モータ６とを異なる軸上に配置した上で、ギア４４を介して動力伝達する構成とすることもできる。この第三変形例によると、図２に示すステアリング装置と同様の作用を発揮しつつ、その軸方向長さをコンパクト化することが可能となる。

【0049】

上記のステアリング装置においては、摩擦部材８、回転直動変換機構１０、および、電磁クラッチ１４を反力モータ６のステアリングホイール１とは反対側に配置した構成としたが、図１２および図１３に第一実施形態の第四変形例として示すように、摩擦部材８、回転直動変換機構１０、および、電磁クラッチ１４を反力モータ６とステアリングホイール１の間に配置することもできる。この第四変形例においても、図２に示すステアリング装置と同様の作用が発揮される。

【0050】

この発明に係るステアバイワイヤ方式のステアリング装置の第二実施形態を図１４から図１６に基づいて説明する。このステアリング装置は、第一実施形態に係るステアリング装置と基本的な構成は共通するが、ボールカム機構１０の摩擦カム２６の軸周りの回転を規制するための機構が異なっている。以下、その異なる部分についてのみ説明する。

【0051】

第二実施形態に係るステアリング装置は、第一実施形態における電磁クラッチ１４の代わりに、ボールカム機構１０の摩擦カム２６に摩擦力を与えるための摩擦抵抗部材４５が設けられている。この摩擦抵抗部材４５は、摩擦カム２６の外周に沿う半円弧状の一対の摩擦リング４６と、モータ４７によって駆動されるウォーム４８と、ウォーム４８によって軸周りに回転するウォームホイール４９と、ウォームホイール４９とともに軸周りに回転する円板状のスイッチ板５０と、ウォームホイール４９（スイッチ板５０）側に設けられた第一固定部５１としてのスイッチ板突起（以下、第一固定部５１と同じ符号を付する。）と、ケース溝１９の内周に嵌合された固定板５２に設けられた第二固定部５３としてのピン（以下、第二固定部５３と同じ符号を付する。）と、を有している。

【0052】

摩擦リング４６の周方向の一端には径方向外向きに屈曲するスイッチ板突起係止部５４が、他端には径方向外向きに巻回されたピン係止部５５がそれぞれ形成されている。摩擦リング４６の内周面と摩擦カム２６の外周面の少なくとも一方には、必要に応じて摩擦リング４６と摩擦カム２６との間の摩擦抵抗を向上させるための表面処理（コーティング膜形成処理や粗面化処理など）が施される。

【0053】

内輪７の外周面とウォームホイール４９の内周面との間には軸受５６が設けられており、内輪７とウォームホイール４９は軸周りに相対回転可能となっている。スイッチ板５０、軸受５６、および、摩擦リング４６は、内輪７の小外径部に設けられた止め輪５７、５８によって所定の軸方向位置に保持されている。

【0054】

スイッチ板５０の表面外周縁の周方向１８０度の対向２か所には、固定板５２に向かうようにスイッチ板突起５１が形成されている。スイッチ板突起５１には、スリット状の隙間が形成されている。また、ピン５３は、固定板５２の周方向１８０度の対向位置に、スイッチ板５０に向かうように２か所設けられている。スイッチ板突起係止部５４はスイッチ板突起５１の隙間に挿入される一方で、ピン５３はピン係止部５５に挿入される。

【0055】

第二実施形態に係るステアリング装置の作用について説明する。摩擦抵抗部材４５の非動作時においては、スイッチ板突起５１とピン５３は図１５に示す周方向位置関係となっている。このとき、摩擦カム２６の外周面と摩擦リング４６の内周面との間に隙間が生じた状態となり、摩擦カム２６と摩擦リング４６の間で摩擦が生じないため、摩擦カム２６とプレッシャカム２７は、ステアリングホイール１の操作（内輪７の回転）に伴って軸周りに共回りする。

【0056】

このとき、図７（ａ）に示したように、ボール２９はカム溝２８の底に位置し、摩擦カム２６とプレッシャカム２７は軸方向に互いに接近しているため、プレッシャカム２７から摩擦部材８に軸方向の力は作用しない。このため、第一摩擦部材２０と第二摩擦部材２１との間には摩擦力が作用せず、内輪７を軸周りに自由に回転することができ、運転者にはステアリングホイール１を介して反力モータ６からの操舵反力が直接伝わる。

【0057】

その一方で、運転者のステアリング操作によって転舵部３がストロークエンドに到達したことを制御部１３が検知すると、制御部１３の制御によってモータ４７が駆動し、ウォーム４８によってウォームホイール４９とスイッチ板５０が軸周りに回転する（図１６中の反時計回りの矢印を参照）。その一方で、ピン５３は静止系部材９であるケース９に嵌合した固定板５２に固定されているため、スイッチ板突起５１はピン５３と離間するように周方向に相対移動する。このとき、摩擦リング４６はピン５３を支点として回転し、摩擦カム２６の外周面と摩擦リング４６の内周面が接触して摩擦抵抗が生じ、摩擦カム２６の軸周りの回転が阻止され、摩擦カム２６とプレッシャカム２７は、ステアリングホイール１の操作（内輪７の回転）に伴って軸周りに相対回転する。

【0058】

このとき、図７（ｂ）に示したように、ボール２９がカム溝２８の周方向斜面を転動し、摩擦カム２６とプレッシャカム２７が離間するように軸方向に相対移動する。この相対移動に伴ってプレッシャカム２７が摩擦部材８を軸方向に押圧する。これにより、第一摩擦部材２０と第二摩擦部材２１との間に摩擦力が作用して内輪７の回転が規制され、ステアリングホイール１がロックされた状態となる。また、転舵部３がストロークエンドに到達していないときでも、モータ４７を駆動することによって、任意の転舵状態でステアリングホイール１をロックすることもできる。

【0059】

さらに、運転者のステアリング操作によってステアリングホイール１がストロークエンドと逆方向に操作されたことを制御部１３が検知すると、制御部１３の制御によってウォーム４８が逆方向に駆動され、ウォームホイール４９およびスイッチ板５０が軸周りの逆方向に回転する。すると、摩擦リング４６が摩擦カム２６から離れた状態となり、摩擦リング４６と摩擦カム２６の間の摩擦抵抗が解消し、摩擦カム２６がプレッシャカム２７とともに軸周りに回転可能となる。これにより、図７（ａ）に示したように、ボール２９はカム溝２８の底に戻り、摩擦カム２６とプレッシャカム２７が軸方向に互いに接近した状態となるため、第一摩擦部材２０と第二摩擦部材２１との間の摩擦力が解消し、内輪７を軸周りに自由に回転することができるようになる。

【0060】

第二実施形態に係るステアリング装置において採用したウォーム４８とウォームホイール４９を有する機構は逆効率が低く、ウォームホイール４９側からウォーム４８を動作させることは難しいという特性を有する。この特性を利用することによって、ウォーム４８を駆動するモータ４７への通電を停止した後も摩擦抵抗が生じた状態を維持することができ、その状態を維持するための電力消費を抑制することができる。さらに、イグニッションをオフ状態とするタイミングで摩擦抵抗部材４５を作動させることにより、オフ状態とした後も摩擦抵抗状態を維持してハンドルロック機能をもたせることができる。

【0061】

この発明に係るステアバイワイヤ方式のステアリング装置の第三実施形態を図１７から図１９に基づいて説明する。このステアリング装置は、第一実施形態に係るステアリング装置と同様に、ステアリングシャフト４とともに軸周りに回転する摩擦部材８と、軸周りの回転運動を軸方向の直線運動に変換し、その直線運動に伴って摩擦部材８を軸方向に押圧することによってこの摩擦部材８に摩擦抵抗を生じさせて、静止系部材９に対してステアリングシャフト４を回り止めする回転直動変換機構１０と、を有することを特徴としている。

【0062】

ステアリングシャフト４は、ステアリングホイール１を回転操作したときに、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に接続されている。ステアリングシャフト４には反力モータ（図示せず）が接続されており、この反力モータからステアリングシャフト４に操舵反力が与えられる。

【0063】

ステアリングシャフト４には、直径が相対的に大きい大径部から相対的に小さい小径部に不連続に変化する段部５９が形成されている。小径部には、二面幅部６０が形成されている。小径部には、中央に二面幅部６０の形状に対応する貫通孔が形成された円板状の複数の摩擦部材８が軸方向に並んで設けられている。この摩擦部材８は、ステアリングシャフト４に対し軸周りに回転不能かつ軸方向に移動可能となっている。また、ステアリングシャフト４の段部５９には、中央に摩擦部材８に形成された貫通孔と同形状の貫通孔が形成され、ステアリングシャフト４に対し軸周りに回転不能かつ軸方向に移動不能とされた円板状の固定摩擦部材６１が設けられている。

【0064】

回転直動変換機構１０は、モータ４７によって駆動されるウォーム４８と、ウォーム４８によって軸周りに回転するウォームホイール４９と、ウォームホイール４９と軸方向に対向して設けられ、摩擦部材８を軸方向に押圧可能なプレッシャカム２７と、ウォームホイール４９とプレッシャカム２７の対向する面にそれぞれ形成されたカム溝２８に収容されたボール２９とを有するボールカム機構１０である。ウォームホイール４９とケース９の間には軸受６２が設けられており、ウォームホイール４９とケース９は軸周りに相対回転可能となっている。また、プレッシャカム２７は、ステアリングシャフト４に対し軸周りに相対回転不能かつ軸方向に相対移動可能となっている。

【0065】

ボールカム機構１０のプレッシャカム２７と摩擦部材８との間には、押圧部材６３が設けられている。この押圧部材６３は、その中心に形成された貫通孔にプレッシャカム２７の小径部が挿入されており、プレッシャカム２７に対し軸方向に相対移動可能となっている。また、プレッシャカム２７と押圧部材６３の間にはスラストニードル軸受６４が設けられており、プレッシャカム２７と押圧部材６３は軸周りに相対回転可能となっている。また、摩擦部材８と押圧部材６３の間には、摩擦部材８と押圧部材６３を離間する方向に付勢する弾性部材６５が設けられている。

【0066】

第三実施形態に係るステアリング装置の作用について説明する。通常の操舵時（転舵部３がストロークエンドに到達していないとき）は、ボールカム機構１０のボール２９はウォームホイール４９とプレッシャカム２７に形成されたカム溝２８の底に位置し、ウォームホイール４９とプレッシャカム２７は軸方向に互いに接近しているため、プレッシャカム２７から摩擦部材８に軸方向の力は作用しない。このため、運転者のステアリング操作に伴って摩擦部材８および固定摩擦部材６１はステアリングシャフト４とともに軸周りに自由に回転することができ、運転者にはステアリングホイール１を介して反力モータからの操舵反力が直接伝わる。

【0067】

その一方で、運転者のステアリング操作によって転舵部３がストロークエンドに到達すると、モータ４７が駆動し、ウォーム４８によってウォームホイール４９が軸周りに回転する。すると、ウォームホイール４９とステアリングシャフト４に対して回り止めされたプレッシャカム２７との間で相対回転が生じ、ボール２９がカム溝２８の周方向斜面を転動し、ウォームホイール４９とプレッシャカム２７が離間するように軸方向に相対移動する。この相対移動に伴って、プレッシャカム２７がスラストニードル軸受６４および押圧部材６３を介して弾性部材６５の付勢力に抗して摩擦部材８を軸方向に押圧する。これにより、固定摩擦部材６１を介してステアリングシャフト４に対する軸方向の押し付け力が作用してこのステアリングシャフト４の軸周りの回転が阻止され、ステアリングホイール１をロック状態とすることができる。また、転舵部３がストロークエンドに到達していないときでも、モータ４７を駆動することによって、任意の転舵状態でステアリングホイール１をロックすることもできる。

【0068】

摩擦部材８が軸方向に押圧された状態においては、ウォーム４８を駆動するモータ４７がストール状態となるため、そのことをモータ４７の電流値から検知することによって、ステアリングホイール１が回転不能になったことを判定することができる。

【0069】

さらに、運転者のステアリング操作によってステアリングホイール１がストロークエンドと逆方向に操作されるとウォーム４８が逆方向に駆動され、ウォームホイール４９が軸周りの逆方向に回転する。すると、弾性部材６５の付勢力によってボール２９はカム溝２８の底に戻り、プレッシャカム２７とウォームホイール４９が軸方向に互いに接近した状態となるため、摩擦部材８からのステアリングシャフト４に対する軸方向の押し付け力が解消し、ステアリングシャフト４を軸周りに自由に回転することができるようになる。

【0070】

第三実施形態に係るステアリング装置において採用したウォーム４８とウォームホイール４９を有する機構は逆効率が低く、ウォームホイール４９側からウォーム４８を動作させることは難しいという特性を有する。この特性を利用することによって、ウォーム４８を駆動するモータ４７への通電を停止した後も押し付け力が生じた状態を維持することができ、その状態を維持するための電力消費を抑制することができる。さらに、イグニッションをオフ状態とするタイミングでモータ４７を作動させることにより、オフ状態とした後も押し付け力を維持してハンドルロック機能をもたせることができる。

【0071】

第三実施形態に係るステアリング装置においては、回転直動変換機構１０としてボールカム機構１０を採用したが、面同士を接触させるフェースカム機構を採用することもできる。

【0072】

第三実施形態に係るステアリング装置においては、ステアリングシャフト４に二面幅部６０を形成して摩擦部材８を軸周りに相対回転不能としたが、図２０に第三実施形態の変形例として示すように、ステアリングシャフト４と、摩擦部材８、固定摩擦部材６１、および、プレッシャカム２７との間をスプライン嵌合させることによってステアリングシャフト４に対し軸周りに相対回転不能かつ軸方向に相対移動可能とすることもできる。

【0073】

上記の各実施形態においては、車両用のステアリング装置を例示したが、例えば、転舵部３として舵を備えた船舶用のステアリング装置に適用することも可能である。

【0074】

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】

【0075】

１ ステアリングホイール
４ ステアリングシャフト
６ 反力モータ
８ 摩擦部材
９ 静止系部材（ケース）
１０ 回転直動変換機構（ボールカム機構）
１４ 電磁クラッチ
２０ 第一摩擦部材
２１ 第二摩擦部材
２６ 摩擦カム
２７ プレッシャカム
２８ カム溝
２９ ボール
４６ 摩擦リング
４７ モータ
４８ ウォーム
４９ ウォームホイール
５１ 第一固定部（スイッチ板突起）
５３ 第二固定部（ピン）
５９ 段部
６１ 固定摩擦部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】