車両用ステアリング装置
【課題】車両用ステア・バイ・ワイヤ式ステアリング装置において、ステアリングホイールの操舵角を容易に且つ確実に制限すること。
【解決手段】ステアリングホイール２１に対して、転舵機構３０を機械的に分離するとともに電気的には接続した車両用ステアリング装置１０であり、ステアリングホイールに連結された第１回転軸４１と、転舵機構に連結された第２回転軸４２と、これら第１・第２回転軸同士を一定の相対的な回転角の範囲で互いに空転可能に連結する連結機構４３とを有している。
【解決手段】ステアリングホイール２１に対して、転舵機構３０を機械的に分離するとともに電気的には接続した車両用ステアリング装置１０であり、ステアリングホイールに連結された第１回転軸４１と、転舵機構に連結された第２回転軸４２と、これら第１・第２回転軸同士を一定の相対的な回転角の範囲で互いに空転可能に連結する連結機構４３とを有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、ステアリングホイールに転舵機構を連結することで、ステアリングホイールの操舵力により転舵機構を介して車輪を転舵させる構成である。これに対して、近年、ステアリングホイー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１−２参照。）。
【０００３】
特許文献１−２で知られている車両用ステアリング装置は、ステアリングホイールに対して転舵機構を、電気的な接続経路と機械的な経路の２経路によって接続するというものである。機械的な経路は、電気的な接続経路のバックアップシステムとして用いられる。通常は、ステアリングホイールと転舵機構との間は、電気的な経路だけによって接続されている。何らかの要因によって、電気的な接続経路が解除されたときには、ステアリングホイールと転舵機構との間の経路が、自動的に機械的な経路に切り替わる。
【０００４】
通常状態においては、ステアリングホイールと転舵機構との間が、電気的な経路だけによって接続されているので、運転者による操舵情報（操舵角や操舵速度など）に車速などの外部情報を加味した、複合的な情報に基づいて最適条件で車輪を転舵することが可能である。従って、車両の運動性能は高い。
【０００５】
ところで、上述のように、通常状態においては、ステアリングホイールと転舵機構との間が、機械的に分離している。このままでは、ステアリングホイールの操舵角に制限がないので、何らかの制限をする必要がある。
【０００６】
例えば、ステアリングホイールには、エアバッグ装置が装着されている。ステアリングホイールと共に回転可能なエアバッグ装置と、このエアバッグ装置に制御信号を発するために車体に固定された制御部との間は、ケーブルによって接続されている。このケーブルは、ステアリングホイールに装着されたケーブルリールに巻かれている。ケーブルリールが回転可能な回数には、ケーブルの巻き数による制限がある。ステアリングホイールの操舵角（回転回数）が無制限であると、ケーブルリールやケーブルに過大な負担がかかる。
【０００７】
ステアリングホイールの操舵角は、一般的には３６０°を超えるものであるから、単なるストッパによって、操舵角に制限を設けることはできない。このため、操舵角に制限を設ける機構は、極めて複雑な構成になりがちである。そこで、比較的簡単にステアリングホイールの操舵角に制限を設ける手法として、例えば上記電気的な経路に有している操舵反力モータを、利用することが考えられる。反力モータは、ステアリングホイールを操舵するときの操舵力に対する操舵反力、つまり、ステアリングホイールに対して回転方向に付加する操作抵抗を発生するものである。
【０００８】
具体的には、ステアリングホイールの操舵角が、予め設定されている一定の回転角に達した場合に、反力モータが極めて大きい操舵反力を発生する手法である。しかし、これでは大出力の反力モータを採用する必要がある。反力モータの大型化や大重量化がさけられず、車両用ステアリング装置の大型化やコストアップの要因となるので、得策ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−１８９０７７号公報
【特許文献２】特開２００８−１９５１８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、車両用ステア・バイ・ワイヤ式ステアリング装置において、ステアリングホイールの操舵角を容易に且つ確実に制限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】
【００１１】
請求項１に係る発明では、ステアリングホイールに対して、転舵機構を機械的に分離するとともに電気的には接続しており、この電気的に接続する構成は、前記ステアリングホイールの操舵に基づく操舵情報に応じて転舵用アクチュエータが転舵用動力を発生し、この転舵用動力を前記転舵機構に伝え、この転舵機構によって車輪を転舵させるものである車両用ステアリング装置において、
前記ステアリングホイールに連結された第１回転軸と、前記転舵機構に連結された第２回転軸と、これら第１・第２回転軸同士を一定の相対的な回転角の範囲で互いに空転可能に連結する連結機構とを有していることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に係る発明では、前記操舵情報は、前記ステアリングホイールの操舵角、操舵角速度、操舵角加速度、操舵トルク及びこの操舵トルクの微分値の、少なくとも１つであることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に係る発明では、前記操舵情報に応じた操舵反力を発生する反力モータと、前記操舵反力を前記ステアリングホイールに伝達する反力伝達機構とを、更に有していることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に係る発明では、クラッチを、更に有しており、このクラッチは、通常はオフ状態にあって、オン状態に反転したときには前記連結機構の連結状態にかかわらず、前記第１・第２回転軸同士を強制的に連結状態に切り替える構成であることを特徴とする。
【００１５】
請求項５に係る発明では、前記クラッチは、前記電気的に接続する構成が解除されたときに、前記オフ状態から前記オン状態に反転する構成であることを特徴とする。
【００１６】
請求項６に係る発明では、前記クラッチは、円錐状のドグクラッチ又は円錐状の摩擦クラッチから成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に係る発明では、ステアリングホイールに連結された第１回転軸と、転舵機構に連結された第２回転軸とを、連結機構によって一定の相対的な回転角の範囲で互いに空転可能（空回り可能）に連結している。
【００１８】
ここで、ステアリングホイールと転舵機構との間が、電気的な経路だけによって接続されている場合について考える。ステアリングホイールを操舵すると、操舵角に応じて第１回転軸が左右に回転する。一方、ステアリングホイールの操舵に基づく操舵情報に応じて、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に伝え、この転舵機構によって車輪を転舵させる。
【００１９】
一般に、転舵機構によって車輪を転舵させることが可能な最大転舵角は、予め設定されている。例えば、車幅方向にスライド可能な転舵軸の両端から転舵力を取り出すようにしたエンドテイクオフ型ステアリング装置を採用した場合には、転舵軸のストロークがストッパによって規制されることにより、最大転舵角が規制される。転舵機構の作動に応じて第２回転軸が左右に回転するので、この第２回転軸の最大回転角は、転舵機構によって車輪を最大転舵角だけ転舵する範囲に規制される。
【００２０】
第１回転軸は、第２回転軸に対して一定の相対的な回転角の範囲でのみ、第２回転軸の回転に影響を及ぼすことなく、自由に空転可能である。第２回転軸に対する第１回転軸の相対的な回転角は、第２回転軸の最大回転角の範囲内で、適宜設定すればよい。第１回転軸の最大回転角は、第２回転軸の最大回転角に一定の相対的な回転角を加えた範囲内に収まる。つまり、第１回転軸及びステアリングホイールの最大回転角（最大操舵角）が規制される。
【００２１】
同様に、ステアリングホイールと転舵機構との間が、機械的な経路だけによって接続されている場合も、第１回転軸及びステアリングホイールの最大回転角が規制される。
【００２２】
このように、電気的な接続経路と機械的な経路のどちらの経路においても、第１回転軸及びステアリングホイールの最大回転角が規制される。このため、ステアリングホイールに装着されたケーブルリールや、ケーブルリールに巻かれているケーブルに、過大な負担がかかることはない。車両用ステア・バイ・ワイヤ式ステアリング装置において、ステアリングホイールの操舵角を容易に且つ確実に制限することができる。
【００２３】
請求項２に係る発明では、操舵情報として、ステアリングホイールの操舵角、操舵角速度、操舵角加速度、操舵トルク及びこの操舵トルクの微分値（操舵トルクの変化度合い）の、少なくとも１つが採用される。このため、車両の開発・設計段階において、各車種に応じた最適な操舵情報を適宜選定することにより、各車種に応じた最適な車両用ステア・バイ・ワイヤ式ステアリング装置を提供することができる。
【００２４】
請求項３に係る発明では、操舵情報に応じた操舵反力を発生する反力モータを利用して多様な操舵制御を行うことが可能である。例えば、第１回転軸の回転角が、第２回転軸に対して一定の相対的な回転角の範囲から外れそうになった場合に、反力モータが発生する操舵反力を急増させる。運転者は、操舵反力が急増したことを認識したときに、ステアリングホイールの操舵角を抑制（これ以上の切り増しを抑制）すればよい。
【００２５】
請求項４に係る発明では、クラッチが通常時のオフ状態からオン状態に反転することによって、第１・第２回転軸同士を強制的に連結状態にする。このため、連結機構の連結状態にかかわらず、第１・第２回転軸同士は連結される。
【００２６】
請求項５に係る発明では、クラッチは、電気的に接続する構成が解除されたときに、オフ状態からオン状態に反転する。この結果、ステアリングホイールと転舵機構との間は、機械的な経路によって接続される。従って、何らかの要因によって、電気的な接続経路が解除されたときには、ステアリングホイールと転舵機構との間の経路を、自動的にクラッチによって、機械的な経路に確実に且つ迅速に切り替えることができる。
【００２７】
請求項６に係る発明では、円錐状のドグクラッチ又は円錐状の摩擦クラッチという比較的簡単な構成によって、クラッチを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る実施例１の車両用ステアリング装置の模式図である。
【図２】図１に示されたステアリングホイールと機械的接続機構の要部構成図である。
【図３】本発明に係る実施例２の機械的接続機構の構成図である。
【図４】本発明に係る実施例３の機械的接続機構の構成図である。
【図５】本発明に係る実施例４の機械的接続機構の構成図である。
【図６】本発明に係る実施例５の車両用ステアリング装置の模式図である。
【図７】図６に示された反力モータ、反力伝達機構、機械的接続機構及びクラッチ組立状態を示す構成図である。
【図８】図７に示されたクラッチの斜視図である。
【図９】図８に示されたクラッチの平面図である。
【図１０】図７に示されたクラッチの構成図兼作用図である。
【図１１】本発明に係る実施例６の車両用ステアリング装置の構成図である。
【図１２】図１１に示された機械的接続機構及びクラッチの構成図である。
【図１３】本発明に係る実施例７の機械的接続機構の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明を実施するための形態を添付図に基づいて以下に説明する。
【実施例１】
【００３０】
実施例１に係る車両用ステアリング装置について、図１及び図２に基づき説明する。
図１は実施例１の車両用ステアリング装置１０を模式的に示している。車両用ステアリング装置１０は、車幅方向にスライド可能な転舵軸３１の両端から転舵力を取り出すようにしたエンドテイクオフ型ステアリング装置である。さらに、この車両用ステアリング装置１０は、ステアリングホイール２１に対して、転舵機構３０を機械的に分離するとともに電気的には接続した方式の、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。
【００３１】
ステアリングホイール２１に対して、転舵機構３０を電気的に接続する構成は、ステアリングホイール２１の操舵に基づく操舵情報に応じて転舵用アクチュエータ３５が転舵用動力を発生し、この転舵用動力を転舵機構３０に伝え、この転舵機構３０によって左右の車輪３２，３２を転舵させるものである。
【００３２】
以下、車両用ステアリング装置１０（以下、単に「ステアリング装置１０」という。）について詳しく説明する。ステアリング装置１０は、操舵機構２０と転舵機構３０と制御部５１とからなる。
【００３３】
操舵機構２０は、運転者が手動操舵するステアリングホイール２１と、このステアリングホイール２１に連結された操舵軸２２と、ステアリングホイール２１の操舵に基づく操舵情報に応じた操舵反力を発生する反力モータ２３と、操舵反力をステアリングホイール２１に伝達する反力伝達機構２４とからなる。
【００３４】
反力モータ２３は電動モータからなる。反力伝達機構２４は、反力モータ２３のモータ軸に設けられたピニオン２５と、このピニオン２５に噛み合わされたギヤ２６とからなる。操作反力は、ステアリングホイール２１に対して回転方向に付加する操作抵抗である。
【００３５】
転舵機構３０は、転舵軸３１と、この転舵軸３１の両端に左右の車輪３２，３２（例えば前輪）を連結するタイロッド３３，３３及びナックル３４，３４と、転舵軸３１に転舵用動力を付加する転舵用アクチュエータ３５とからなる。
【００３６】
転舵用アクチュエータ３５は、転舵用動力を発生する転舵動力モータ３６と、転舵用動力を転舵軸３１に伝達する転舵動力伝達機構３７とからなる。転舵動力モータ３６が発生した転舵用動力は、転舵動力伝達機構３７によって転舵軸３１に伝達される。この結果、転舵軸３１は車幅方向にスライドする。転舵動力モータ３６は電動モータからなる。転舵動力モータ３６のモータ軸３６ａは、転舵軸３１を囲う中空軸である。転舵動力伝達機構３７は、ボールねじからなる。このボールねじ３７は、転舵軸３１に形成されたねじ部３７ａと、ねじ部３７ａに組付けられたナット３７ｂと、多数のボール３７ｃとからなる。
なお、転舵動力伝達機構３７は、ボールねじの構成に限定されるものではなく、例えばウォームギヤ機構やラックアンドピニオン機構であってもよい。
【００３７】
上述のように、転舵機構３０は、ステアリングホイール２１に電気的に接続されている。ステアリング装置１０は、その他に、ステアリングホイール２１に対して、転舵機構３０を機械的に接続するための、機械的接続機構４０を有している。機械的接続機構４０は、第１回転軸４１と第２回転軸４２と連結機構４３とからなる。
【００３８】
第１回転軸４１は、自在軸継ぎ手４４，４４及び操舵軸２２を介してステアリングホイール２１に連結されている。ステアリングホイール２１の操舵力は第１回転軸４１に伝達される。
【００３９】
第２回転軸４２は、ラックアンドピニオン機構４５を介して転舵軸３１に連結されている。ラックアンドピニオン機構４５は、転舵軸３１に形成されたラック４６と、第２回転軸４２に形成されたピニオン４７とからなる。転舵軸３１がスライド作動するときの転舵力は、ラックアンドピニオン機構４５から第２回転軸４２に伝達される。この結果、転舵軸３１の左右スライド作動に応じて、第２回転軸４２が左右に回転する。
【００４０】
連結機構４３は、第１・第２回転軸４１，４２同士を、一定の相対的な回転角の範囲で互いに空転可能（空回り可能）に連結するものである。連結機構４３の詳細については後述する。
【００４１】
上記反力伝達機構２４のギヤ２６は、第１回転軸４１又は操舵軸２２に設けられる。この結果、反力モータ２３が発生した操舵反力は、第１回転軸４１又は操舵軸２２を介してステアリングホイール２１に伝達される。
【００４２】
上記制御部５１は操舵角センサ５２と転舵トルクセンサ５３と第２回転軸角度センサ５４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５５、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５６、車両の加速度を検出する加速度センサ５７、その他の各種センサ５８からそれぞれ検出信号を受けて、反力モータ２３及び転舵動力モータ３６に制御信号を発するものである。
【００４３】
操舵角センサ５２は、ステアリングホイール２１の操舵角θｓを検出するものであり、例えば、第１回転軸４１又は操舵軸２２の回転角を検出することによって、操舵角θｓを得ることが可能である。転舵トルクセンサ５３は、ステアリングホイール２１の操舵トルクＴｓを検出するものであり、例えば、第１回転軸４１又は操舵軸２２のトルクを検出することによって、操舵トルクＴｓを得ることが可能である。第２回転軸角度センサ５４は、第２回転軸４２の回転角を検出するものである。
【００４４】
なお、操舵角センサ５２が転舵トルクセンサ５３を兼ねてもよい。また、操舵角センサ５２や転舵トルクセンサ５３については、反力モータ２３に内蔵されているモータ軸回転角センサ（図示せず）によって兼ねることが可能である。このモータ軸回転角センサは、モータ軸の回転角を検出することによって、ロータの位相を検出するものである。
【００４５】
制御部５１は、操舵角センサ５２及び転舵トルクセンサ５３の検出信号によって、ステアリングホイール２１の操舵に基づく操舵情報を得ることができる。この操舵情報は、ステアリングホイール２１の操舵角θｓ、操舵角速度Ｖｓ、操舵角加速度αｓ、操舵トルクＴｓ及びこの操舵トルクＴｓの微分値ｄｓ（操舵トルクＴｓの変化度合いｄｓ）の、少なくとも１つである。操舵角速度Ｖｓ及び操舵角加速度αｓについては、制御部５１がステアリングホイール２１の操舵角θｓに基づいて演算することにより求められる。操舵トルクＴｓの微分値ｄｓについては、制御部５１がステアリングホイール２１の操舵トルクＴｓに基づいて演算することにより求められる。
【００４６】
このように、操舵情報として、ステアリングホイール２１の操舵角θｓ、操舵角速度Ｖｓ、操舵角加速度αｓ、操舵トルクＴｓ及びこの操舵トルクの微分値ｄｓの、少なくとも１つが採用される。このため、車両の開発・設計段階において、各車種に応じた最適な操舵情報を適宜選定することにより、各車種に応じた最適な車両用ステア・バイ・ワイヤ式ステアリング装置を提供することができる。
【００４７】
さらに、制御部５１は、反力モータ２３を制御することによって、ステアリングホイール２１の操舵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ホイール２１に付加して、次の４つの制御をすることができる。
【００４８】
第１に、反力モータ２３によってギヤ２６を、ステアリングホイール２１の操舵方向とは逆方向へ回転させた場合には、ステアリングホイール２１の操舵力を反力モータ２３の操舵反力によって打ち消す作用が働く。このため、ステアリングホイール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。
【００４９】
第２に、反力モータ２３によってギヤ２６を、ステアリングホイール２１の操舵方向と同方向へ回転させた場合には、ステアリングホイール２１の操舵力に反力モータ２３の操舵反力を加える作用が働く。このため、ステアリングホイール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。
【００５０】
第３に、ステアリングホイール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ホイール２１の回転方向とは逆方向に、反力モータ２３の操舵反力を調整しながらギヤ２６を回転させることによって、保持力を発生させる。
【００５１】
第４に、その後にステアリングホイール２１を戻す場合には、ステアリングホイール２１の中立位置までステアリングホイール２１を自動的に戻す、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２３からギヤ２６に伝達する。
【００５２】
さらに、制御部５１は、操舵情報に応じた操舵反力を発生する反力モータ２３を利用して、多様な操舵制御を行うことが可能である。例えば、第１回転軸４１の回転角が、第２回転軸４２に対して一定の相対的な回転角の範囲から外れそうになった場合に、反力モータ２３が発生する操舵反力を急増させる。運転者は、操舵反力が急増したことを認識したときに、ステアリングホイール２１の操舵角θｓを抑制（これ以上の切り増しを抑制）すればよい。
【００５３】
但し、運転者がステアリングホイール２１を据え切り操舵、つまり車両の停止中におけるステアリングホイール２１の操舵をする場合のように、転舵用アクチュエータ３５が大きい転舵用動力を発生する場合には、第１回転軸４１の回転角が、第２回転軸４２に対して一定の相対的な回転角の範囲から外れそうになり得る。この場合には、第１回転軸４１の回転角が、第２回転軸４２に対して一定の相対的な回転角の範囲に達したことを検出し、ステアリングホイール２１と転舵機構３０との間を、機械的な経路によって接続させる。この結果、転舵用アクチュエータ３５による転舵用動力に運転者の操舵力を付加した、複合的な力を転舵機構３０に伝達して転舵作動をさせることができる。このようにすることで、転舵用アクチュエータ３５が発生する転舵用動力を低減させることができる。この結果、転舵用アクチュエータ３５を小型化することができる。
【００５４】
さらに制御部５１は、転舵動力モータ３６を制御することによって、ステアリングホイール２１の操舵角に対する車輪３２，３２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ホイール２１から転舵機構３０を機械的に分離したので、ステアリングホイール２１の操舵角と転舵用アクチュエータ３５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、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。
【００５５】
次に、機械的接続機構４０の詳細を説明する。図２（ａ）は、ステアリングホイール２１と機械的接続機構４０の関係を示している。図２（ｂ）は、ステアリングホイール２１及び機械的接続機構４０に対する車輪３２，３２の関係を示している。
【００５６】
図１及び図２（ａ）に示すように、連結機構４３は、第１回転軸４１の一端に有している第１フランジ６１と、第２回転軸４２の一端に有している第２フランジ６２と、第１・第２フランジ６１，６２のいずれか一方に有している連結バー６３と、第１・第２フランジ６１，６２のいずれか他方に有している長孔６４とからなる。第１・第２回転軸４１，４２は同一の軸線ＣＬ上に位置している。第１フランジ６１と第２フランジ６２は互いに対面し合うように位置している。なお、第１・第２フランジ６１，６２間に隙間を有するか否かについては任意であり、適宜設定すればよい。
【００５７】
以下、第１フランジ６１に連結バー６３を有するとともに、第２フランジ６２に長孔６４を有した例で説明する。長孔６４は、軸線ＣＬを中心とした円弧状の長孔であり、軸線ＣＬに沿って貫通している。この長孔６４の左端をＬｅとし、右端をＲｅとする。左端Ｌｅから右端Ｒｅまでの中央の点Ｎｅを「回転方向の基準点Ｎｅ」とする。基準点Ｎｅから左端Ｌｅまでの角度と、基準点Ｎｅから右端Ｒｅまでの角度は、共にθｒ１である。左端Ｌｅから右端Ｒｅまでの角度θｒ２は、θｒ１の２倍である。
【００５８】
一方、連結バー６３は、第１フランジ６１から長孔６４内へ延びている。このため、第１・第２回転軸４１，４２同士を、相対的に回転させたときに、連結バー６３は長孔６４の範囲内、つまり、左端Ｌｅから右端Ｒｅまでにわたって、空転可能（空回り可能）である。このように、連結機構４３は、第１・第２回転軸４１，４２同士を、一定の相対的な回転角θｒ２の範囲で互いに空転可能に連結するものである。
【００５９】
ここで、回転方向の基準点Ｎｅは、ステアリングホイール２１の中立位置に一致する。ステアリングホイール２１が中立位置に位置するときに、連結バー６３は回転方向の基準点Ｎｅに位置する。左端Ｌｅから右端Ｒｅまでの角度θｒ２、つまり相対的な回転角θｒ２は、好ましくは３６０deg未満の値に設定される。より好ましくは、基準点Ｎｅから左右の端Ｌｅ，Ｒｅまでの角度θｒ１は、５０〜７０degに設定される。
【００６０】
実施例１の説明をまとめると、次の通りである。
実施例１では、ステアリングホイール２１に連結された第１回転軸４１と、転舵機構３０に連結された第２回転軸４２とを、連結機構４３によって一定の相対的な回転角θｒ２の範囲で互いに空転可能に連結している。
【００６１】
ここで、ステアリングホイール２１と転舵機構３０との間が、電気的な経路だけによって接続されている場合について考える。ステアリングホイール２１を操舵すると、操舵角θｓに応じて第１回転軸４１が左右に回転する。一方、ステアリングホイール２１の操舵に基づく操舵情報に応じて、転舵用アクチュエータ３５が転舵用動力を発生し、この転舵用動力を転舵機構３０に伝え、この転舵機構３０によって車輪３２，３２を転舵させる。
【００６２】
一般に、転舵機構３０によって車輪３２，３２を転舵させることが可能な最大転舵角β（図２（ｂ）参照）は、予め設定されている。例えば、実施例１のように、ステアリング装置１０にエンドテイクオフ型ステアリング装置を採用した場合には、転舵軸３１のストロークがストッパによって規制されることにより、最大転舵角βが規制される。転舵機構３０の作動に応じて第２回転軸４２が左右に回転するので、この第２回転軸４２の最大回転角は、転舵機構３０によって車輪３２，３２を最大転舵角βだけ転舵する範囲に規制される。
【００６３】
第１回転軸４１は、第２回転軸４２に対して一定の相対的な回転角θｒ２の範囲でのみ、第２回転軸４２の回転に影響を及ぼすことなく、自由に空転可能である。第２回転軸４２に対する第１回転軸４１の相対的な回転角は、第２回転軸４２の最大回転角θｒ２の範囲内で、適宜設定すればよい。第１回転軸４１の最大回転角は、第２回転軸４２の最大回転角に一定の相対的な回転角θｒ２を加えた範囲内に収まる。つまり、第１回転軸４１及びステアリングホイール２１の最大回転角（最大操舵角）が規制される。
【００６４】
同様に、ステアリングホイールと転舵機構との間が、機械的接続機構４０（機械的な経路）だけによって接続されている場合も、第１回転軸４１及びステアリングホイール２１の最大回転角が規制される。
【００６５】
このように、電気的な接続経路と機械的な経路のどちらの経路においても、第１回転軸４１及びステアリングホイール２１の最大回転角が規制される。車両用ステア・バイ・ワイヤ式ステアリング装置１０において、ステアリングホイール２１の操舵角θｓを容易に且つ確実に制限することができる。
【００６６】
ところで、図２（ａ）に示すように、ステアリングホイール２１には、例えば、エアバッグ装置７１や図示せぬ電気部品が装着されている。ステアリングホイール２１と共に回転可能なエアバッグ装置７１と、このエアバッグ装置７１に制御信号を発するために車体に固定されたエアバッグ制御部（図示せず）との間は、ケーブル７２によって接続されている。このケーブル７２は、ステアリングホイール２１に装着されたケーブルリール７３に巻かれている。ケーブルリール７３が回転可能な回数には、ケーブル７２の巻き数による制限がある。ステアリングホイール２１の操舵角θｓ（回転回数）が無制限であると、ケーブルリール７３やケーブル７２に過大な負担がかかる。
【００６７】
これに対して、実施例１では、上述のように、ステアリングホイール２１の操舵角θｓを容易に且つ確実に制限することができる。このため、ステアリングホイール２１に装着されたケーブルリール７３や、ケーブルリール７３に巻かれているケーブル７２に、過大な負担がかかることはない。
【実施例２】
【００６８】
実施例２の車両用ステアリング装置について説明する。図３は実施例２の機械的接続機構４０Ａの構成を示している。実施例２の車両用ステアリング装置１０Ａは、図２（ａ）に示す機械的接続機構４０を、図３に示す機械的接続機構４０Ａに変更したことを特徴とし、他の構成については上記図１〜図２に示す構成と同じなので、説明を省略する。
【００６９】
具体的には、実施例２の機械的接続機構４０Ａは、第１回転軸４１と第２回転軸４２と連結機構４３Ａとからなる。この連結機構４３Ａは、第１・第２回転軸４１，４２同士を、一定の相対的な回転角θｒ２の範囲で互いに空転可能に連結するものである。この連結機構４３Ａは、第１回転軸４１の一端に有している嵌合軸部８１と、第２回転軸４２の一端に有している有底状の嵌合孔８２と、第２回転軸４２の一端に有している長孔８３と、嵌合軸部８１に有している連結バー８４とからなる。嵌合軸部８１は嵌合孔８２に相対回転が可能に嵌合している。
【００７０】
長孔８３は、第２回転軸４２の周方向に細長く、嵌合孔８２に貫通している。この長孔８３において、回転方向の基準点Ｎｅから左端Ｌｅまでの角度と、基準点Ｎｅから右端Ｒｅまでの角度は、共にθｒ１である。左端Ｌｅから右端Ｒｅまでの角度θｒ２は、θｒ１の２倍である。一方、連結バー８４は、嵌合軸部８１から長孔８３内へ延びている。第１・第２回転軸４１，４２同士を、相対的に回転させたときに、連結バー８４は長孔８３の範囲内、つまり、左端Ｌｅから右端Ｒｅまでにわたって、空転可能である。
【００７１】
実施例２のステアリング装置１０Ａの作用、効果は上記実施例１のステアリング装置１０と実質的に同じであり、説明を省略する。
【実施例３】
【００７２】
実施例３の車両用ステアリング装置について説明する。図４は実施例３の機械的接続機構４０Ｂの構成を示している。実施例３の車両用ステアリング装置１０Ｂは、図２（ａ）に示す機械的接続機構４０を、図４に示す機械的接続機構４０Ｂに変更したことを特徴とし、他の構成については上記図１〜図２に示す構成と同じなので、説明を省略する。
【００７３】
具体的には、実施例３の機械的接続機構４０Ｂは、第１回転軸４１と第２回転軸４２と連結機構４３Ｂとからなる。この連結機構４３Ｂは、第１・第２回転軸４１，４２同士を、一定の相対的な回転角θｒ２の範囲で互いに空転可能に連結するものである。この連結機構４３Ｂは、第１回転軸４１の一端に有している嵌合孔９１と、第２回転軸４２の一端に有している嵌合軸部９２と、嵌合孔９１の内周面に有している長溝９３と、嵌合軸部９２に有している連結バー９４とからなる。嵌合軸部９２は嵌合孔９１に相対回転が可能に嵌合している。
【００７４】
長溝９３は、嵌合孔９１の内周面に沿って細長い円弧状の溝であり、嵌合孔９１に開放している。この長溝９３において、回転方向の基準点Ｎｅから左端Ｌｅまでの角度と、基準点Ｎｅから右端Ｒｅまでの角度は、共にθｒ１である。左端Ｌｅから右端Ｒｅまでの角度θｒ２は、θｒ１の２倍である。一方、連結バー９４は、嵌合軸部９２から長溝９３内へ延びている。第１・第２回転軸４１，４２同士を、相対的に回転させたときに、連結バー９４は長溝９３の範囲内、つまり、左端Ｌｅから右端Ｒｅまでにわたって、空転可能である。
【００７５】
実施例３のステアリング装置１０Ｂの作用、効果は上記実施例１のステアリング装置１０と実質的に同じであり、説明を省略する。
【実施例４】
【００７６】
実施例４の車両用ステアリング装置について説明する。図５は実施例４の機械的接続機構４０Ｃの構成を示している。つまり、図５（ａ）は機械的接続機構４０Ｃを分解した状態を示す。図５（ｂ）は機械的接続機構４０Ｃの組立途中を示す。図５（ｃ）は機械的接続機構４０Ｃの組立状態を示す。
【００７７】
実施例４の車両用ステアリング装置１０Ｃは、図２（ａ）に示す機械的接続機構４０を、図５（ａ）〜（ｃ）に示す機械的接続機構４０Ｃに変更したことを特徴とし、他の構成については上記図１〜図２に示す構成と同じなので、説明を省略する。
【００７８】
具体的には、実施例４の機械的接続機構４０Ｃは、第１回転軸４１と第２回転軸４２と連結機構４３Ｃとからなる。この連結機構４３Ｃは、第１・第２回転軸４１，４２同士を、一定の相対的な回転角θｒ２の範囲で互いに空転可能に連結するものである。
【００７９】
この連結機構４３Ｃは、第１回転軸４１の一端に有している嵌合軸部１０１と、第２回転軸４２の一端に有している有底状の嵌合孔１０２とからなる。嵌合軸部１０１は、厚みｔｈの扁平状に形成されている。嵌合軸部１０１の径Ｄｔは第１回転軸４１の径と同一である。嵌合孔１０２は扁平状の孔であって、最大径がＤｈで最小幅がＷｈに設定されている。嵌合孔１０２の最大径Ｄｈは、嵌合軸部１０１の径Ｄｔよりも若干大きい。嵌合孔１０２の最小幅Ｗｈは、嵌合軸部１０１の厚みｔｈよりも大きい。
【００８０】
嵌合軸部１０１は嵌合孔１０２に嵌合している。最小幅Ｗｈが嵌合軸部１０１の厚みｔｈよりも大きい分だけ、間に隙間を有する。この隙間の分だけ、嵌合軸部１０１は嵌合孔１０２に相対回転が可能である。つまり、嵌合軸部１０１の扁平面１０１ａが嵌合孔１０２の扁平面１０２ａに当たるまで、嵌合軸部１０１は嵌合孔１０２に相対回転が可能である。
【００８１】
嵌合孔１０２の扁平面１０２ａに対して嵌合軸部１０１の扁平面１０１ａが平行であるときに、第２回転軸４２に対して第１回転軸４１が回転方向の基準点Ｎｅにある。その後、第２回転軸４２に対して第１回転軸４１を左へ回したときに、扁平面１０１ａ，１０２ａ同士が当たった点Ｌｅは、左回転限界点である。左回転限界点Ｌｅは、図２（ａ）に示す実施例１の長孔６４の左端Ｌｅに相当する。一方、第２回転軸４２に対して第１回転軸４１を右へ回したときに、扁平面１０１ａ，１０２ａ同士が当たった点Ｒｅは、右回転限界点である。右回転限界点Ｒｅは、図２（ａ）に示す実施例１の長孔６４の右端Ｒｅに相当する。
【００８２】
基準点Ｎｅから左回転限界点Ｌｅまでの角度と、基準点Ｎｅから右回転限界点Ｒｅまでの角度は、共にθｒ１である。左回転限界点Ｌｅから右回転限界点Ｒｅまでの角度θｒ２は、θｒ１の２倍である。
【００８３】
第１・第２回転軸４１，４２同士を、相対的に回転させたときに、嵌合軸部１０１は嵌合孔１０２の範囲内、つまり、左端Ｌｅから右端Ｒｅまでにわたって、空転可能である。
【００８４】
実施例４のステアリング装置１０Ｃの作用、効果は上記実施例１のステアリング装置１０と実質的に同じであり、説明を省略する。
【実施例５】
【００８５】
実施例５に係る車両用ステアリング装置について、図６〜図１０に基づき説明する。図６は実施例５の車両用ステアリング装置１０Ｄを模式的に示している。図７は図６に示された反力モータ２３、反力伝達機構２４、機械的接続機構４０Ｄ及びクラッチ１１０の組立状態を示している。
【００８６】
図６及び図７に示すように、実施例５の車両用ステアリング装置１０Ｄは、機械的接続機構４０Ｄとクラッチ１１０とを有していることを特徴とし、他の構成については上記図１〜図２に示す構成と同じなので、説明を省略する。なお、反力伝達機構２４、転舵軸３１、第２回転軸４２、ラックアンドピニオン機構４５及びクラッチ１１０は、ハウジング１２０に収納されている。
【００８７】
図６及び図７に示す機械的接続機構４０Ｄは、図２（ａ）に示す機械的接続機構４０を変更したものである。つまり、実施例５の機械的接続機構４０Ｄは、第１回転軸４１と第２回転軸４２と連結機構４３Ｄとからなる。
【００８８】
この連結機構４３Ｄは、上記図４に示す連結機構４３Ｂと実質的に同じ構成であり、嵌合孔９１と嵌合軸部９２と長溝９３と連結バー９４の組み合わせからなる。嵌合孔９１は、ギヤ２６のボス２６ａに形成されている。ボス２６ａは、第１回転軸４１に取り付けられている。嵌合軸部９２は、第２回転軸４２の一端に有している。長溝９３は、嵌合孔９１の内周面に有している。連結バー９４は、嵌合軸部９２に有している。
【００８９】
図７〜図９に示すように、クラッチ１１０は、円錐状のドグクラッチからなる。詳しく述べると、クラッチ１１０は、第２回転軸４２を中心とする雌テーパ状の雌クラッチ部１１１と、第２回転軸４２を中心とする雄テーパ状の雄クラッチ部１１２とからなる。雌クラッチ部１１１は、ギヤ２６のボス２６ａの一端に形成されたテーパ面からなり、クラッチ歯を有する。雄クラッチ部１１２は、クラッチ用シフター１１３の一端に形成されたテーパ面からなり、クラッチ歯を有する。各クラッチ歯同士が噛み合ったときにクラッチオンとなる。
【００９０】
クラッチ用シフター１１３は、第２回転軸４２に対して相対回転が規制されるとともに、軸方向への相対スライドが可能に取り付けられている。このクラッチ用シフター１１３は、外周面に全周にわたって形成された円周溝１１３ａを有している。この円周溝１１３ａには、フォーク状のシフトフォーク１１４の先端部１１４ａ，１１４ａが嵌合している。シフトフォーク１１４は、第２回転軸４２に対して略直交する方向へ延びたスイング部材であって、基端部１１４ｂがハウジング１２０にスイング可能に取り付けられている。シフトフォーク１１４のスイング方向は、第２回転軸４２の軸方向である。
【００９１】
シフトフォーク１１４は、圧縮コイルばね１１５（付勢部材）によって付勢されている。圧縮コイルばね１１５の付勢方向は、雌クラッチ部１１１に対して雄クラッチ部１１２を噛み合わせる方向へ、クラッチ用シフター１１３をスライドさせる方向である。
【００９２】
図１０（ａ）は、クラッチオフ（off）状態におけるシフトフォーク１１４を示している。図１０（ｂ）は、クラッチオン（on）状態におけるシフトフォーク１１４を示している。シフトフォーク１１４は、偏心カム１１６によって圧縮コイルばね１１５側に押し付けられている。つまり、偏心カム１１６は、圧縮コイルばね１１５とは反対側の面１１４ｃに臨むように位置している。
【００９３】
図７〜図１０（ａ）に示すように、偏心カム１１６は、円盤状のカム本体１１６ａと、カム本体１１６ａの回転軸１１６ｂと、カム本体１１６ａの外周面から外方へ突出した係止凸部１１６ｃとからなる。
【００９４】
図１０（ａ）に示すように、カム本体１１６ａは側面視において真円に形成されている。カム本体１１６ａの外周面は、シフトフォーク１１４の平坦な接触面１１４ｃに、接点Ｐｃで接触している。接点Ｐｃにおいて、接触面１１４ｃに直交する直線を垂直線Ｘｏとし、接触面１１４ｃに平行な直線を水平線Ｙｏとする。垂直線Ｘｏに対して水平線Ｙｏは直交している。カム本体１１６ａの中心Ｐｃは、垂直線Ｘｏと水平線Ｙｏとの交点に有している。
【００９５】
偏心カム１１６は、回転軸１１６ｂを回転中心として回転する。回転軸１１６ｂは、カム本体１１６ａの中心Ｐｃから径外方へ所定のオフセット距離Ｚｃだけ偏心しており、ハウジング１２０（図７参照）に回転可能に支持されている。カム本体１１６ａの中心Ｐｃと回転軸１１６ｂとを通る直線Ｑｃは、接触面１１４ｃに対して傾いている。オフセット距離Ｚｃについては、クラッチ１１０（図７参照）をオン・オフ切り替えするのに必要な、シフトフォーク１１４のスイング量に基づいて設定される。
【００９６】
詳しく述べると、図１０（ａ）に示すクラッチオフ（off）状態において、回転軸１１６ｂを軸方向から見る。回転軸１１６ｂの中心は、垂直線Ｘｏに対してシフトフォーク１１４の基端部１１４ｂ側へ所定の第１オフセット距離Ｘｃだけ偏心し、しかも、水平線Ｙｏ対して接触面１１４ｃとは反対側へ所定の第２オフセット距離Ｙｃだけ偏心している。一方、係止凸部１１６ｃの位置と、この係止凸部１１６ｃを係止させるためのストッパ１１７の位置は、垂直線Ｘｏ対して回転軸１１６ｂとは反対側に偏心している。
【００９７】
クラッチオフ（off）状態においては、制御部５１は、電動モータ１１８に駆動指令を発し続けている。電動モータ１１８は小電流が供給されて、回転軸１１６ｂを図反時計方向（矢印ＲＬ）へ回転駆動し続ける。このため、偏心カム１１６は、係止凸部１１６ｃがストッパ１１７に係止した状態で、停止している。この場合、偏心カム１１６は圧縮コイルばね１１５の付勢力ｆｃに抗してシフトフォーク１１４を押し付けることによって、クラッチ用シフター１１３を押し下げた状態を維持する。クラッチ１１０は通常時のオフ状態（断状態）を維持する。
【００９８】
ところで、上述のように、オフセット距離Ｚｃについては、シフトフォーク１１４の必要スイング量に基づいて設定されている。このオフセット距離Ｚｃを確保するのに、図１０（ａ）に示すように、垂直線Ｘｏに対して第１オフセット距離Ｘｃだけ偏心するとともに、水平線Ｙｏに対して第２オフセット距離Ｙｃだけ偏心している。つまり、回転軸１１６ｂは、中心Ｐｃを通る垂直線Ｘｏ及び水平線Ｙｏに対して偏心している。
【００９９】
圧縮コイルばね１１５の付勢力ｆｃは、接点Ｐｃにおいて、シフトフォーク１１４の接触面１１４ｃからカム本体１１６ａの外周面に作用する。この外周面に作用する付勢力ｆｃの作用方向は、垂直線Ｘｏの線方向である。付勢力ｆｃに基づいて、回転軸１１６ｂに作用するトルク（付勢トルク）は第１オフセット距離Ｘｃに比例する。本実施例においては、オフセット距離Ｚｃを確保するのに、垂直線Ｘｏ及び水平線Ｙｏに対して回転軸１１６ｂを偏心させたので、その分だけ、第１オフセット距離Ｘｃを小さくすることができ、この結果、付勢トルクを小さくすることができる。付勢トルクが小さくなった分、電動モータ１１８の駆動トルクを低減させることができる。このため、電動モータ１１８に供給する電流を減少させることができるとともに、電動モータ１１８を小型化できる。
【０１００】
その後、制御部５１は、図６に示すステアリングホイール２１から転舵機構３０までの、電気的な接続経路を解除したときには、電動モータ１１８に停止指令を発する。電動モータ１１８が停止すると、圧縮コイルばね１１５の付勢力ｆｃによって、シフトフォーク１１４はカム本体１１６ａ側にスイングする。カム本体１１６ａは、シフトフォーク１１４に押され、回転軸１１６ｂを回転中心として図時計方向（矢印ＲＲ）へ回転し、図１０（ｂ）に示す状態となる。つまり、接触面１１４ｃが回転軸１１６ｂに最も接近した状態となる。このときに、カム本体１１６ａの中心Ｐｃと回転軸１１６ｂとを通る直線Ｑｃは、接触面１１４ｃに直交する。
【０１０１】
このように、電動モータ１１８が停止することで、シフトフォーク１１４がスイングして、図７に示すクラッチ用シフター１１３をスライドさせる。この結果、雌クラッチ部１１１に対して雄クラッチ部１１２が噛み合わせられることにより、クラッチ１１０はオン状態（結合状態）になる。クラッチ１１０が通常時のオフ状態からオン状態に反転することによって、第１・第２回転軸４１，４２同士を強制的に連結状態にする。このため、連結機構４３Ｄの連結状態にかかわらず、第１・第２回転軸４１，４２同士は強制的に連結される。
【０１０２】
その後、制御部５１から電動モータ１１８に回転指令を発した場合には、電動モータ１１８が回転するので、クラッチ１１０は再び通常時のオフ状態（断状態）に復帰する。
【０１０３】
クラッチ１１０は、円錐状のドグクラッチの他に、円錐状の摩擦クラッチであってもよい。このように、円錐状のドグクラッチ又は円錐状の摩擦クラッチという比較的簡単な構成によって、クラッチ１１０を構成することができる。
【０１０４】
ところで、第１・第２回転軸４１，４２同士の相対的な回転角は、連結機構４３Ｄによって、回転角θｒ２（図４参照）の範囲に規制されている。例えば、連結バー９４に長溝９３の左端Ｌｅ（図４参照）が当たった状態において、連結バー９４に対し長溝９３が更に左へ相対的な回転をすることは、規制される。つまり、第２回転軸４２に対する第１回転軸４１の相対的な左回転は規制される。このため、第１回転軸４１に左方向の大きい操舵力が発生することによって、相対的な回転角が過大になろうとしても、第１回転軸４１からの大きい操舵力は、連結機構４３Ｄを介して第２回転軸４２に伝達される。従って、クラッチ１１０に所定以上の大きい操舵力が作用することはない。つまり、クラッチ１１０によって伝達可能な最大伝達力（最大伝達トルク）を低減することができる。
【０１０５】
このことは、長溝９３の右端Ｒｅ（図４参照）が連結バー９４に当たった状態において、連結バー９４に対し長溝９３が更に右へ相対的な回転をする場合も同様である。
このように、クラッチ１１０の伝達可能な最大伝達力を下げることによって、クラッチ１１０を小型化することができる。その効果は、円錐状の摩擦クラッチを採用した場合に、特に顕著である。
【０１０６】
実施例５によれば、クラッチ１１０は、図６に示す「電気的に接続する構成」が解除されたときに、オフ状態からオン状態に反転する。この結果、ステアリングホイール２１と転舵機構３０との間は、機械的な経路によって接続される。従って、何らかの要因によって、電気的な接続経路が解除されたときには、ステアリングホイール２１と転舵機構３０との間の経路を、自動的にクラッチ１１０によって、機械的な経路（機械的接続機構４０Ｄ）に確実に且つ迅速に切り替えることができる。
【実施例６】
【０１０７】
実施例６に係る車両用ステアリング装置について、図１１及び図１２に基づき説明する。図１１及び図１２に示すように、実施例６の車両用ステアリング装置１０Ｅは、機械的接続機構４０Ｅとクラッチ１４０とを有していることを特徴とし、他の構成については上記図６に示す構成と同じなので、説明を省略する。
【０１０８】
実施例６の機械的接続機構４０Ｅは、第１回転軸４１と第２回転軸４２と連結機構４３Ｅとからなる。この連結機構４３Ｅは、第１・第２回転軸４１，４２同士を、一定の相対的な回転角θｒ２の範囲で互いに空転可能に連結するものである。この連結機構４３Ｅは、第１回転軸４１の一端に有している嵌合軸部１３１と、第２回転軸４２の一端に有している有底状の嵌合孔１３２と、嵌合軸部１３１に有している連結バー１３３と、スライダ１３４と、スライダ１３４に有しているカム孔１３５とからなる。嵌合軸部１３１は嵌合孔１３２に相対回転が可能に嵌合している。
【０１０９】
スライダ１３４は、第１・第２回転軸４１，４２に対して同心に位置した筒状の部材であって、第１・第２回転軸４１，４２同士の嵌合部分を貫通している。このスライダ１３４は、第２回転軸４２に対して、相対回転が規制されるとともに、軸方向への相対スライドが可能に取り付けられている（例えばセレーション結合）。また、スライダ１３４は、第１回転軸４１に対しては、相対回転と軸方向への相対スライドの両方共に可能である。スライダ１３４には、クラッチ用シフター１１３が一体的に設けられている。
【０１１０】
クラッチ用シフター１１３とシフトフォーク１１４と偏心カム１１６とストッパ１１７と電動モータ１１８（図８参照）については、上記図７〜図１０に示す実施例６と実質的に同じ構成なので、説明を省略する。
【０１１１】
シフトフォーク１１４は、ねじりコイルばね１１５Ｅ（付勢部材）によって付勢されている。ねじりコイルばね１１５Ｅは、上記図７〜図１０に示す圧縮コイルばね１１５の代わりに用いるものである。ねじりコイルばね１１５Ｅの付勢方向は、クラッチ１４０がオンになる方向へ、クラッチ用シフター１１３をスライドさせる方向である。
【０１１２】
図１２（ａ）は機械的接続機構４０Ｅ及びクラッチ１４０の分解構成を示している。図１２（ｂ）は機械的接続機構４０Ｅ及びクラッチ１４０の組立構成（クラッチ１４０のオン状態）を示している。図１２（ｃ）はクラッチ１４０のオフ状態を示している。
【０１１３】
図１２（ａ）〜（ｂ）に示すように、スライダ１３４を外周面側から見たときに、カム孔１３５は略三角形状に形成されるとともに、スライダ１３４に対して内外貫通している。略三角形状のカム孔１３５は、第１回転軸４１側の面１３５ａを底辺とし、第２回転軸側を頂点とするように上下逆向きに位置し、更に頂点に係止凹部１３５ｂを有している。
【０１１４】
以下、第１回転軸４１側の面１３５ａのことを、底辺１３５ａ又は底面１３５ａという。底辺１３５ａは、第１回転軸４１に対して直交する水平な面である。係止凹部１３５ｂの幅（周方向の幅）は、連結バー１３３が微小の隙間を有して嵌合可能な大きさに設定されている。カム孔１３５において、底辺１３５ａの両端と係止凹部１３５ｂとの間は、左右一対の斜面（斜辺）１３５ｃ，１３５ｃとなる。左右一対の斜面１３５ｃ，１３５ｃは、係止凹部１３５ｂへ向かって先細りとなるテーパ状である。
【０１１５】
図１２（ａ）〜（ｂ）に示すように、カム孔１３５の底辺１３５ａにおいて、回転方向の基準点Ｎｅから左端Ｌｅまでの角度と、基準点Ｎｅから右端Ｒｅまでの角度は、共にθｒ１である。左端Ｌｅから右端Ｒｅまでの角度θｒ２は、θｒ１の２倍である。一方、連結バー１３３は、嵌合軸部１３１からカム孔１３５内へ延びている。第１・第２回転軸４１，４２同士を、相対的に回転させたときに、連結バー１３３はカム孔１３５の範囲内、つまり、左端Ｌｅから右端Ｒｅまでにわたって、空転可能である。
【０１１６】
図１２（ｃ）に示すように、クラッチ１４０は、連結バー１３３と係止凹部１３５ｂとからなる。このクラッチ１４０は、図１１及び図１２（ｂ）に示すように、連結バー１３３に対して係止凹部１３５ｂが嵌合していない状態で、通常時のオフ状態（断状態）を維持する。
【０１１７】
その後、図１０に示す制御部５１から電動モータ１１８に停止指令を発することによって、電動モータ１１８は停止する。このため、シフトフォーク１１４は、図１１に示すクラッチ用シフター１１３を介してスライダ１３４を第１回転軸４１側にスライドさせる。この場合、カム孔１３５は連結バー１３３によって案内される。スライダ１３４がスライドすることに伴い、連結バー１３３とカム孔１３５との間の空転範囲が狭まり、最後には、連結バー１３３に対して係止凹部１３５ｂが嵌合する。この結果、クラッチ１４０はオン状態（結合状態）になる。クラッチ１４０が通常時のオフ状態からオン状態に反転することによって、第１・第２回転軸４１，４２同士を強制的に連結状態にする。
【０１１８】
その後、制御部５１から電動モータ１１８に回転指令を発した場合には、電動モータ１１８が回転するので、クラッチ１４０は再び通常時のオフ状態（断状態）に復帰する。
【０１１９】
実施例６によれば、カム孔１３５の一部である係止凹部１３５ｂと、連結バー１３３とによって、クラッチ１４０を構成している。連結機構４３Ｅにクラッチ１４０を組込んだ、つまり連結機構４３Ｅがクラッチ１４０を兼ねている。このため、クラッチ１４０の構成を簡単な構成にすることができるとともに、車両用ステアリング装置１０Ｅを小型にすることができる。
【実施例７】
【０１２０】
実施例７に係る車両用ステアリング装置について、図１３に基づき説明する。図１３に示すように、実施例７の車両用ステアリング装置１０Ｆは、機械的接続機構４０Ｆとクラッチ１４０とを有していることを特徴とし、他の構成については上記図１１及び図１２示す構成と同じなので、説明を省略する。
【０１２１】
実施例７の機械的接続機構４０Ｆは、上記図１２に示す実施例６の斜面１３５ｃ，１３５ｃを、図１３に示す斜面１３５ｃＦ，１３５ｃＦに変更したことを特徴とする。この斜面１３５ｃＦ，１３５ｃＦは、実施例６の斜面１３５ｃ，１３５ｃを階段状（凹凸状）に形成したものである。
【０１２２】
上記図１２に示す斜面１３５ｃ，１３５ｃは、単なる傾斜面であった。このため、スライダ１３４が第１回転軸４１へ向かってスライドしているときに、操舵力が第１回転軸４１から連結バー１３３を介して斜面１３５ｃに作用した場合には、斜面１３５ｃの傾斜角の分だけ、操舵力が回転方向と軸方向とに分かれる（分力になる）。軸方向の分力は、スライダ１３４を逆方向へ戻す作用をする。
【０１２３】
これに対し、実施例７では、斜面１３５ｃＦ，１３５ｃＦが階段状に形成されているので、軸方向への分力の発生を極力防ぐことができる。
【０１２４】
なお、本発明では、車両用ステアリング装置１０，１０Ａ〜１０Ｆは、車両の自動運転制御などと組み合わせて制御することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１２５】
本発明の車両用ステアリング装置１０，１０Ａ〜１０Ｆは、乗用車の操舵機構に用いるのに好適である。
【符号の説明】
【０１２６】
１０，１０Ａ〜１０Ｆ…車両用ステアリング装置、２０…操舵機構、２１…ステアリングホイール、２３…反力モータ、２４…反力伝達機構、３０…転舵機構、３２…車輪、３５…転舵用アクチュエータ、４０，４０Ａ〜４１Ｆ…機械的に接続する構成（機械的接続機構）、４１…第１回転軸、４２…第２回転軸、４３，４３Ａ〜４３Ｆ…連結機構、１１０，１４０…クラッチ、ｄｓ…操舵トルクの微分値、Ｔｓ…操舵トルク、Ｖｓ…操舵角速度、αｓ…操舵角加速度、θｒ２…一定の相対的な回転角、θｓ…操舵角。
【技術分野】
【０００１】
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、ステアリングホイールに転舵機構を連結することで、ステアリングホイールの操舵力により転舵機構を介して車輪を転舵させる構成である。これに対して、近年、ステアリングホイー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１−２参照。）。
【０００３】
特許文献１−２で知られている車両用ステアリング装置は、ステアリングホイールに対して転舵機構を、電気的な接続経路と機械的な経路の２経路によって接続するというものである。機械的な経路は、電気的な接続経路のバックアップシステムとして用いられる。通常は、ステアリングホイールと転舵機構との間は、電気的な経路だけによって接続されている。何らかの要因によって、電気的な接続経路が解除されたときには、ステアリングホイールと転舵機構との間の経路が、自動的に機械的な経路に切り替わる。
【０００４】
通常状態においては、ステアリングホイールと転舵機構との間が、電気的な経路だけによって接続されているので、運転者による操舵情報（操舵角や操舵速度など）に車速などの外部情報を加味した、複合的な情報に基づいて最適条件で車輪を転舵することが可能である。従って、車両の運動性能は高い。
【０００５】
ところで、上述のように、通常状態においては、ステアリングホイールと転舵機構との間が、機械的に分離している。このままでは、ステアリングホイールの操舵角に制限がないので、何らかの制限をする必要がある。
【０００６】
例えば、ステアリングホイールには、エアバッグ装置が装着されている。ステアリングホイールと共に回転可能なエアバッグ装置と、このエアバッグ装置に制御信号を発するために車体に固定された制御部との間は、ケーブルによって接続されている。このケーブルは、ステアリングホイールに装着されたケーブルリールに巻かれている。ケーブルリールが回転可能な回数には、ケーブルの巻き数による制限がある。ステアリングホイールの操舵角（回転回数）が無制限であると、ケーブルリールやケーブルに過大な負担がかかる。
【０００７】
ステアリングホイールの操舵角は、一般的には３６０°を超えるものであるから、単なるストッパによって、操舵角に制限を設けることはできない。このため、操舵角に制限を設ける機構は、極めて複雑な構成になりがちである。そこで、比較的簡単にステアリングホイールの操舵角に制限を設ける手法として、例えば上記電気的な経路に有している操舵反力モータを、利用することが考えられる。反力モータは、ステアリングホイールを操舵するときの操舵力に対する操舵反力、つまり、ステアリングホイールに対して回転方向に付加する操作抵抗を発生するものである。
【０００８】
具体的には、ステアリングホイールの操舵角が、予め設定されている一定の回転角に達した場合に、反力モータが極めて大きい操舵反力を発生する手法である。しかし、これでは大出力の反力モータを採用する必要がある。反力モータの大型化や大重量化がさけられず、車両用ステアリング装置の大型化やコストアップの要因となるので、得策ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−１８９０７７号公報
【特許文献２】特開２００８−１９５１８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、車両用ステア・バイ・ワイヤ式ステアリング装置において、ステアリングホイールの操舵角を容易に且つ確実に制限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】
【００１１】
請求項１に係る発明では、ステアリングホイールに対して、転舵機構を機械的に分離するとともに電気的には接続しており、この電気的に接続する構成は、前記ステアリングホイールの操舵に基づく操舵情報に応じて転舵用アクチュエータが転舵用動力を発生し、この転舵用動力を前記転舵機構に伝え、この転舵機構によって車輪を転舵させるものである車両用ステアリング装置において、
前記ステアリングホイールに連結された第１回転軸と、前記転舵機構に連結された第２回転軸と、これら第１・第２回転軸同士を一定の相対的な回転角の範囲で互いに空転可能に連結する連結機構とを有していることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に係る発明では、前記操舵情報は、前記ステアリングホイールの操舵角、操舵角速度、操舵角加速度、操舵トルク及びこの操舵トルクの微分値の、少なくとも１つであることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に係る発明では、前記操舵情報に応じた操舵反力を発生する反力モータと、前記操舵反力を前記ステアリングホイールに伝達する反力伝達機構とを、更に有していることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に係る発明では、クラッチを、更に有しており、このクラッチは、通常はオフ状態にあって、オン状態に反転したときには前記連結機構の連結状態にかかわらず、前記第１・第２回転軸同士を強制的に連結状態に切り替える構成であることを特徴とする。
【００１５】
請求項５に係る発明では、前記クラッチは、前記電気的に接続する構成が解除されたときに、前記オフ状態から前記オン状態に反転する構成であることを特徴とする。
【００１６】
請求項６に係る発明では、前記クラッチは、円錐状のドグクラッチ又は円錐状の摩擦クラッチから成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に係る発明では、ステアリングホイールに連結された第１回転軸と、転舵機構に連結された第２回転軸とを、連結機構によって一定の相対的な回転角の範囲で互いに空転可能（空回り可能）に連結している。
【００１８】
ここで、ステアリングホイールと転舵機構との間が、電気的な経路だけによって接続されている場合について考える。ステアリングホイールを操舵すると、操舵角に応じて第１回転軸が左右に回転する。一方、ステアリングホイールの操舵に基づく操舵情報に応じて、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に伝え、この転舵機構によって車輪を転舵させる。
【００１９】
一般に、転舵機構によって車輪を転舵させることが可能な最大転舵角は、予め設定されている。例えば、車幅方向にスライド可能な転舵軸の両端から転舵力を取り出すようにしたエンドテイクオフ型ステアリング装置を採用した場合には、転舵軸のストロークがストッパによって規制されることにより、最大転舵角が規制される。転舵機構の作動に応じて第２回転軸が左右に回転するので、この第２回転軸の最大回転角は、転舵機構によって車輪を最大転舵角だけ転舵する範囲に規制される。
【００２０】
第１回転軸は、第２回転軸に対して一定の相対的な回転角の範囲でのみ、第２回転軸の回転に影響を及ぼすことなく、自由に空転可能である。第２回転軸に対する第１回転軸の相対的な回転角は、第２回転軸の最大回転角の範囲内で、適宜設定すればよい。第１回転軸の最大回転角は、第２回転軸の最大回転角に一定の相対的な回転角を加えた範囲内に収まる。つまり、第１回転軸及びステアリングホイールの最大回転角（最大操舵角）が規制される。
【００２１】
同様に、ステアリングホイールと転舵機構との間が、機械的な経路だけによって接続されている場合も、第１回転軸及びステアリングホイールの最大回転角が規制される。
【００２２】
このように、電気的な接続経路と機械的な経路のどちらの経路においても、第１回転軸及びステアリングホイールの最大回転角が規制される。このため、ステアリングホイールに装着されたケーブルリールや、ケーブルリールに巻かれているケーブルに、過大な負担がかかることはない。車両用ステア・バイ・ワイヤ式ステアリング装置において、ステアリングホイールの操舵角を容易に且つ確実に制限することができる。
【００２３】
請求項２に係る発明では、操舵情報として、ステアリングホイールの操舵角、操舵角速度、操舵角加速度、操舵トルク及びこの操舵トルクの微分値（操舵トルクの変化度合い）の、少なくとも１つが採用される。このため、車両の開発・設計段階において、各車種に応じた最適な操舵情報を適宜選定することにより、各車種に応じた最適な車両用ステア・バイ・ワイヤ式ステアリング装置を提供することができる。
【００２４】
請求項３に係る発明では、操舵情報に応じた操舵反力を発生する反力モータを利用して多様な操舵制御を行うことが可能である。例えば、第１回転軸の回転角が、第２回転軸に対して一定の相対的な回転角の範囲から外れそうになった場合に、反力モータが発生する操舵反力を急増させる。運転者は、操舵反力が急増したことを認識したときに、ステアリングホイールの操舵角を抑制（これ以上の切り増しを抑制）すればよい。
【００２５】
請求項４に係る発明では、クラッチが通常時のオフ状態からオン状態に反転することによって、第１・第２回転軸同士を強制的に連結状態にする。このため、連結機構の連結状態にかかわらず、第１・第２回転軸同士は連結される。
【００２６】
請求項５に係る発明では、クラッチは、電気的に接続する構成が解除されたときに、オフ状態からオン状態に反転する。この結果、ステアリングホイールと転舵機構との間は、機械的な経路によって接続される。従って、何らかの要因によって、電気的な接続経路が解除されたときには、ステアリングホイールと転舵機構との間の経路を、自動的にクラッチによって、機械的な経路に確実に且つ迅速に切り替えることができる。
【００２７】
請求項６に係る発明では、円錐状のドグクラッチ又は円錐状の摩擦クラッチという比較的簡単な構成によって、クラッチを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る実施例１の車両用ステアリング装置の模式図である。
【図２】図１に示されたステアリングホイールと機械的接続機構の要部構成図である。
【図３】本発明に係る実施例２の機械的接続機構の構成図である。
【図４】本発明に係る実施例３の機械的接続機構の構成図である。
【図５】本発明に係る実施例４の機械的接続機構の構成図である。
【図６】本発明に係る実施例５の車両用ステアリング装置の模式図である。
【図７】図６に示された反力モータ、反力伝達機構、機械的接続機構及びクラッチ組立状態を示す構成図である。
【図８】図７に示されたクラッチの斜視図である。
【図９】図８に示されたクラッチの平面図である。
【図１０】図７に示されたクラッチの構成図兼作用図である。
【図１１】本発明に係る実施例６の車両用ステアリング装置の構成図である。
【図１２】図１１に示された機械的接続機構及びクラッチの構成図である。
【図１３】本発明に係る実施例７の機械的接続機構の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明を実施するための形態を添付図に基づいて以下に説明する。
【実施例１】
【００３０】
実施例１に係る車両用ステアリング装置について、図１及び図２に基づき説明する。
図１は実施例１の車両用ステアリング装置１０を模式的に示している。車両用ステアリング装置１０は、車幅方向にスライド可能な転舵軸３１の両端から転舵力を取り出すようにしたエンドテイクオフ型ステアリング装置である。さらに、この車両用ステアリング装置１０は、ステアリングホイール２１に対して、転舵機構３０を機械的に分離するとともに電気的には接続した方式の、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。
【００３１】
ステアリングホイール２１に対して、転舵機構３０を電気的に接続する構成は、ステアリングホイール２１の操舵に基づく操舵情報に応じて転舵用アクチュエータ３５が転舵用動力を発生し、この転舵用動力を転舵機構３０に伝え、この転舵機構３０によって左右の車輪３２，３２を転舵させるものである。
【００３２】
以下、車両用ステアリング装置１０（以下、単に「ステアリング装置１０」という。）について詳しく説明する。ステアリング装置１０は、操舵機構２０と転舵機構３０と制御部５１とからなる。
【００３３】
操舵機構２０は、運転者が手動操舵するステアリングホイール２１と、このステアリングホイール２１に連結された操舵軸２２と、ステアリングホイール２１の操舵に基づく操舵情報に応じた操舵反力を発生する反力モータ２３と、操舵反力をステアリングホイール２１に伝達する反力伝達機構２４とからなる。
【００３４】
反力モータ２３は電動モータからなる。反力伝達機構２４は、反力モータ２３のモータ軸に設けられたピニオン２５と、このピニオン２５に噛み合わされたギヤ２６とからなる。操作反力は、ステアリングホイール２１に対して回転方向に付加する操作抵抗である。
【００３５】
転舵機構３０は、転舵軸３１と、この転舵軸３１の両端に左右の車輪３２，３２（例えば前輪）を連結するタイロッド３３，３３及びナックル３４，３４と、転舵軸３１に転舵用動力を付加する転舵用アクチュエータ３５とからなる。
【００３６】
転舵用アクチュエータ３５は、転舵用動力を発生する転舵動力モータ３６と、転舵用動力を転舵軸３１に伝達する転舵動力伝達機構３７とからなる。転舵動力モータ３６が発生した転舵用動力は、転舵動力伝達機構３７によって転舵軸３１に伝達される。この結果、転舵軸３１は車幅方向にスライドする。転舵動力モータ３６は電動モータからなる。転舵動力モータ３６のモータ軸３６ａは、転舵軸３１を囲う中空軸である。転舵動力伝達機構３７は、ボールねじからなる。このボールねじ３７は、転舵軸３１に形成されたねじ部３７ａと、ねじ部３７ａに組付けられたナット３７ｂと、多数のボール３７ｃとからなる。
なお、転舵動力伝達機構３７は、ボールねじの構成に限定されるものではなく、例えばウォームギヤ機構やラックアンドピニオン機構であってもよい。
【００３７】
上述のように、転舵機構３０は、ステアリングホイール２１に電気的に接続されている。ステアリング装置１０は、その他に、ステアリングホイール２１に対して、転舵機構３０を機械的に接続するための、機械的接続機構４０を有している。機械的接続機構４０は、第１回転軸４１と第２回転軸４２と連結機構４３とからなる。
【００３８】
第１回転軸４１は、自在軸継ぎ手４４，４４及び操舵軸２２を介してステアリングホイール２１に連結されている。ステアリングホイール２１の操舵力は第１回転軸４１に伝達される。
【００３９】
第２回転軸４２は、ラックアンドピニオン機構４５を介して転舵軸３１に連結されている。ラックアンドピニオン機構４５は、転舵軸３１に形成されたラック４６と、第２回転軸４２に形成されたピニオン４７とからなる。転舵軸３１がスライド作動するときの転舵力は、ラックアンドピニオン機構４５から第２回転軸４２に伝達される。この結果、転舵軸３１の左右スライド作動に応じて、第２回転軸４２が左右に回転する。
【００４０】
連結機構４３は、第１・第２回転軸４１，４２同士を、一定の相対的な回転角の範囲で互いに空転可能（空回り可能）に連結するものである。連結機構４３の詳細については後述する。
【００４１】
上記反力伝達機構２４のギヤ２６は、第１回転軸４１又は操舵軸２２に設けられる。この結果、反力モータ２３が発生した操舵反力は、第１回転軸４１又は操舵軸２２を介してステアリングホイール２１に伝達される。
【００４２】
上記制御部５１は操舵角センサ５２と転舵トルクセンサ５３と第２回転軸角度センサ５４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５５、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５６、車両の加速度を検出する加速度センサ５７、その他の各種センサ５８からそれぞれ検出信号を受けて、反力モータ２３及び転舵動力モータ３６に制御信号を発するものである。
【００４３】
操舵角センサ５２は、ステアリングホイール２１の操舵角θｓを検出するものであり、例えば、第１回転軸４１又は操舵軸２２の回転角を検出することによって、操舵角θｓを得ることが可能である。転舵トルクセンサ５３は、ステアリングホイール２１の操舵トルクＴｓを検出するものであり、例えば、第１回転軸４１又は操舵軸２２のトルクを検出することによって、操舵トルクＴｓを得ることが可能である。第２回転軸角度センサ５４は、第２回転軸４２の回転角を検出するものである。
【００４４】
なお、操舵角センサ５２が転舵トルクセンサ５３を兼ねてもよい。また、操舵角センサ５２や転舵トルクセンサ５３については、反力モータ２３に内蔵されているモータ軸回転角センサ（図示せず）によって兼ねることが可能である。このモータ軸回転角センサは、モータ軸の回転角を検出することによって、ロータの位相を検出するものである。
【００４５】
制御部５１は、操舵角センサ５２及び転舵トルクセンサ５３の検出信号によって、ステアリングホイール２１の操舵に基づく操舵情報を得ることができる。この操舵情報は、ステアリングホイール２１の操舵角θｓ、操舵角速度Ｖｓ、操舵角加速度αｓ、操舵トルクＴｓ及びこの操舵トルクＴｓの微分値ｄｓ（操舵トルクＴｓの変化度合いｄｓ）の、少なくとも１つである。操舵角速度Ｖｓ及び操舵角加速度αｓについては、制御部５１がステアリングホイール２１の操舵角θｓに基づいて演算することにより求められる。操舵トルクＴｓの微分値ｄｓについては、制御部５１がステアリングホイール２１の操舵トルクＴｓに基づいて演算することにより求められる。
【００４６】
このように、操舵情報として、ステアリングホイール２１の操舵角θｓ、操舵角速度Ｖｓ、操舵角加速度αｓ、操舵トルクＴｓ及びこの操舵トルクの微分値ｄｓの、少なくとも１つが採用される。このため、車両の開発・設計段階において、各車種に応じた最適な操舵情報を適宜選定することにより、各車種に応じた最適な車両用ステア・バイ・ワイヤ式ステアリング装置を提供することができる。
【００４７】
さらに、制御部５１は、反力モータ２３を制御することによって、ステアリングホイール２１の操舵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ホイール２１に付加して、次の４つの制御をすることができる。
【００４８】
第１に、反力モータ２３によってギヤ２６を、ステアリングホイール２１の操舵方向とは逆方向へ回転させた場合には、ステアリングホイール２１の操舵力を反力モータ２３の操舵反力によって打ち消す作用が働く。このため、ステアリングホイール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。
【００４９】
第２に、反力モータ２３によってギヤ２６を、ステアリングホイール２１の操舵方向と同方向へ回転させた場合には、ステアリングホイール２１の操舵力に反力モータ２３の操舵反力を加える作用が働く。このため、ステアリングホイール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。
【００５０】
第３に、ステアリングホイール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ホイール２１の回転方向とは逆方向に、反力モータ２３の操舵反力を調整しながらギヤ２６を回転させることによって、保持力を発生させる。
【００５１】
第４に、その後にステアリングホイール２１を戻す場合には、ステアリングホイール２１の中立位置までステアリングホイール２１を自動的に戻す、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２３からギヤ２６に伝達する。
【００５２】
さらに、制御部５１は、操舵情報に応じた操舵反力を発生する反力モータ２３を利用して、多様な操舵制御を行うことが可能である。例えば、第１回転軸４１の回転角が、第２回転軸４２に対して一定の相対的な回転角の範囲から外れそうになった場合に、反力モータ２３が発生する操舵反力を急増させる。運転者は、操舵反力が急増したことを認識したときに、ステアリングホイール２１の操舵角θｓを抑制（これ以上の切り増しを抑制）すればよい。
【００５３】
但し、運転者がステアリングホイール２１を据え切り操舵、つまり車両の停止中におけるステアリングホイール２１の操舵をする場合のように、転舵用アクチュエータ３５が大きい転舵用動力を発生する場合には、第１回転軸４１の回転角が、第２回転軸４２に対して一定の相対的な回転角の範囲から外れそうになり得る。この場合には、第１回転軸４１の回転角が、第２回転軸４２に対して一定の相対的な回転角の範囲に達したことを検出し、ステアリングホイール２１と転舵機構３０との間を、機械的な経路によって接続させる。この結果、転舵用アクチュエータ３５による転舵用動力に運転者の操舵力を付加した、複合的な力を転舵機構３０に伝達して転舵作動をさせることができる。このようにすることで、転舵用アクチュエータ３５が発生する転舵用動力を低減させることができる。この結果、転舵用アクチュエータ３５を小型化することができる。
【００５４】
さらに制御部５１は、転舵動力モータ３６を制御することによって、ステアリングホイール２１の操舵角に対する車輪３２，３２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ホイール２１から転舵機構３０を機械的に分離したので、ステアリングホイール２１の操舵角と転舵用アクチュエータ３５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、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。
【００５５】
次に、機械的接続機構４０の詳細を説明する。図２（ａ）は、ステアリングホイール２１と機械的接続機構４０の関係を示している。図２（ｂ）は、ステアリングホイール２１及び機械的接続機構４０に対する車輪３２，３２の関係を示している。
【００５６】
図１及び図２（ａ）に示すように、連結機構４３は、第１回転軸４１の一端に有している第１フランジ６１と、第２回転軸４２の一端に有している第２フランジ６２と、第１・第２フランジ６１，６２のいずれか一方に有している連結バー６３と、第１・第２フランジ６１，６２のいずれか他方に有している長孔６４とからなる。第１・第２回転軸４１，４２は同一の軸線ＣＬ上に位置している。第１フランジ６１と第２フランジ６２は互いに対面し合うように位置している。なお、第１・第２フランジ６１，６２間に隙間を有するか否かについては任意であり、適宜設定すればよい。
【００５７】
以下、第１フランジ６１に連結バー６３を有するとともに、第２フランジ６２に長孔６４を有した例で説明する。長孔６４は、軸線ＣＬを中心とした円弧状の長孔であり、軸線ＣＬに沿って貫通している。この長孔６４の左端をＬｅとし、右端をＲｅとする。左端Ｌｅから右端Ｒｅまでの中央の点Ｎｅを「回転方向の基準点Ｎｅ」とする。基準点Ｎｅから左端Ｌｅまでの角度と、基準点Ｎｅから右端Ｒｅまでの角度は、共にθｒ１である。左端Ｌｅから右端Ｒｅまでの角度θｒ２は、θｒ１の２倍である。
【００５８】
一方、連結バー６３は、第１フランジ６１から長孔６４内へ延びている。このため、第１・第２回転軸４１，４２同士を、相対的に回転させたときに、連結バー６３は長孔６４の範囲内、つまり、左端Ｌｅから右端Ｒｅまでにわたって、空転可能（空回り可能）である。このように、連結機構４３は、第１・第２回転軸４１，４２同士を、一定の相対的な回転角θｒ２の範囲で互いに空転可能に連結するものである。
【００５９】
ここで、回転方向の基準点Ｎｅは、ステアリングホイール２１の中立位置に一致する。ステアリングホイール２１が中立位置に位置するときに、連結バー６３は回転方向の基準点Ｎｅに位置する。左端Ｌｅから右端Ｒｅまでの角度θｒ２、つまり相対的な回転角θｒ２は、好ましくは３６０deg未満の値に設定される。より好ましくは、基準点Ｎｅから左右の端Ｌｅ，Ｒｅまでの角度θｒ１は、５０〜７０degに設定される。
【００６０】
実施例１の説明をまとめると、次の通りである。
実施例１では、ステアリングホイール２１に連結された第１回転軸４１と、転舵機構３０に連結された第２回転軸４２とを、連結機構４３によって一定の相対的な回転角θｒ２の範囲で互いに空転可能に連結している。
【００６１】
ここで、ステアリングホイール２１と転舵機構３０との間が、電気的な経路だけによって接続されている場合について考える。ステアリングホイール２１を操舵すると、操舵角θｓに応じて第１回転軸４１が左右に回転する。一方、ステアリングホイール２１の操舵に基づく操舵情報に応じて、転舵用アクチュエータ３５が転舵用動力を発生し、この転舵用動力を転舵機構３０に伝え、この転舵機構３０によって車輪３２，３２を転舵させる。
【００６２】
一般に、転舵機構３０によって車輪３２，３２を転舵させることが可能な最大転舵角β（図２（ｂ）参照）は、予め設定されている。例えば、実施例１のように、ステアリング装置１０にエンドテイクオフ型ステアリング装置を採用した場合には、転舵軸３１のストロークがストッパによって規制されることにより、最大転舵角βが規制される。転舵機構３０の作動に応じて第２回転軸４２が左右に回転するので、この第２回転軸４２の最大回転角は、転舵機構３０によって車輪３２，３２を最大転舵角βだけ転舵する範囲に規制される。
【００６３】
第１回転軸４１は、第２回転軸４２に対して一定の相対的な回転角θｒ２の範囲でのみ、第２回転軸４２の回転に影響を及ぼすことなく、自由に空転可能である。第２回転軸４２に対する第１回転軸４１の相対的な回転角は、第２回転軸４２の最大回転角θｒ２の範囲内で、適宜設定すればよい。第１回転軸４１の最大回転角は、第２回転軸４２の最大回転角に一定の相対的な回転角θｒ２を加えた範囲内に収まる。つまり、第１回転軸４１及びステアリングホイール２１の最大回転角（最大操舵角）が規制される。
【００６４】
同様に、ステアリングホイールと転舵機構との間が、機械的接続機構４０（機械的な経路）だけによって接続されている場合も、第１回転軸４１及びステアリングホイール２１の最大回転角が規制される。
【００６５】
このように、電気的な接続経路と機械的な経路のどちらの経路においても、第１回転軸４１及びステアリングホイール２１の最大回転角が規制される。車両用ステア・バイ・ワイヤ式ステアリング装置１０において、ステアリングホイール２１の操舵角θｓを容易に且つ確実に制限することができる。
【００６６】
ところで、図２（ａ）に示すように、ステアリングホイール２１には、例えば、エアバッグ装置７１や図示せぬ電気部品が装着されている。ステアリングホイール２１と共に回転可能なエアバッグ装置７１と、このエアバッグ装置７１に制御信号を発するために車体に固定されたエアバッグ制御部（図示せず）との間は、ケーブル７２によって接続されている。このケーブル７２は、ステアリングホイール２１に装着されたケーブルリール７３に巻かれている。ケーブルリール７３が回転可能な回数には、ケーブル７２の巻き数による制限がある。ステアリングホイール２１の操舵角θｓ（回転回数）が無制限であると、ケーブルリール７３やケーブル７２に過大な負担がかかる。
【００６７】
これに対して、実施例１では、上述のように、ステアリングホイール２１の操舵角θｓを容易に且つ確実に制限することができる。このため、ステアリングホイール２１に装着されたケーブルリール７３や、ケーブルリール７３に巻かれているケーブル７２に、過大な負担がかかることはない。
【実施例２】
【００６８】
実施例２の車両用ステアリング装置について説明する。図３は実施例２の機械的接続機構４０Ａの構成を示している。実施例２の車両用ステアリング装置１０Ａは、図２（ａ）に示す機械的接続機構４０を、図３に示す機械的接続機構４０Ａに変更したことを特徴とし、他の構成については上記図１〜図２に示す構成と同じなので、説明を省略する。
【００６９】
具体的には、実施例２の機械的接続機構４０Ａは、第１回転軸４１と第２回転軸４２と連結機構４３Ａとからなる。この連結機構４３Ａは、第１・第２回転軸４１，４２同士を、一定の相対的な回転角θｒ２の範囲で互いに空転可能に連結するものである。この連結機構４３Ａは、第１回転軸４１の一端に有している嵌合軸部８１と、第２回転軸４２の一端に有している有底状の嵌合孔８２と、第２回転軸４２の一端に有している長孔８３と、嵌合軸部８１に有している連結バー８４とからなる。嵌合軸部８１は嵌合孔８２に相対回転が可能に嵌合している。
【００７０】
長孔８３は、第２回転軸４２の周方向に細長く、嵌合孔８２に貫通している。この長孔８３において、回転方向の基準点Ｎｅから左端Ｌｅまでの角度と、基準点Ｎｅから右端Ｒｅまでの角度は、共にθｒ１である。左端Ｌｅから右端Ｒｅまでの角度θｒ２は、θｒ１の２倍である。一方、連結バー８４は、嵌合軸部８１から長孔８３内へ延びている。第１・第２回転軸４１，４２同士を、相対的に回転させたときに、連結バー８４は長孔８３の範囲内、つまり、左端Ｌｅから右端Ｒｅまでにわたって、空転可能である。
【００７１】
実施例２のステアリング装置１０Ａの作用、効果は上記実施例１のステアリング装置１０と実質的に同じであり、説明を省略する。
【実施例３】
【００７２】
実施例３の車両用ステアリング装置について説明する。図４は実施例３の機械的接続機構４０Ｂの構成を示している。実施例３の車両用ステアリング装置１０Ｂは、図２（ａ）に示す機械的接続機構４０を、図４に示す機械的接続機構４０Ｂに変更したことを特徴とし、他の構成については上記図１〜図２に示す構成と同じなので、説明を省略する。
【００７３】
具体的には、実施例３の機械的接続機構４０Ｂは、第１回転軸４１と第２回転軸４２と連結機構４３Ｂとからなる。この連結機構４３Ｂは、第１・第２回転軸４１，４２同士を、一定の相対的な回転角θｒ２の範囲で互いに空転可能に連結するものである。この連結機構４３Ｂは、第１回転軸４１の一端に有している嵌合孔９１と、第２回転軸４２の一端に有している嵌合軸部９２と、嵌合孔９１の内周面に有している長溝９３と、嵌合軸部９２に有している連結バー９４とからなる。嵌合軸部９２は嵌合孔９１に相対回転が可能に嵌合している。
【００７４】
長溝９３は、嵌合孔９１の内周面に沿って細長い円弧状の溝であり、嵌合孔９１に開放している。この長溝９３において、回転方向の基準点Ｎｅから左端Ｌｅまでの角度と、基準点Ｎｅから右端Ｒｅまでの角度は、共にθｒ１である。左端Ｌｅから右端Ｒｅまでの角度θｒ２は、θｒ１の２倍である。一方、連結バー９４は、嵌合軸部９２から長溝９３内へ延びている。第１・第２回転軸４１，４２同士を、相対的に回転させたときに、連結バー９４は長溝９３の範囲内、つまり、左端Ｌｅから右端Ｒｅまでにわたって、空転可能である。
【００７５】
実施例３のステアリング装置１０Ｂの作用、効果は上記実施例１のステアリング装置１０と実質的に同じであり、説明を省略する。
【実施例４】
【００７６】
実施例４の車両用ステアリング装置について説明する。図５は実施例４の機械的接続機構４０Ｃの構成を示している。つまり、図５（ａ）は機械的接続機構４０Ｃを分解した状態を示す。図５（ｂ）は機械的接続機構４０Ｃの組立途中を示す。図５（ｃ）は機械的接続機構４０Ｃの組立状態を示す。
【００７７】
実施例４の車両用ステアリング装置１０Ｃは、図２（ａ）に示す機械的接続機構４０を、図５（ａ）〜（ｃ）に示す機械的接続機構４０Ｃに変更したことを特徴とし、他の構成については上記図１〜図２に示す構成と同じなので、説明を省略する。
【００７８】
具体的には、実施例４の機械的接続機構４０Ｃは、第１回転軸４１と第２回転軸４２と連結機構４３Ｃとからなる。この連結機構４３Ｃは、第１・第２回転軸４１，４２同士を、一定の相対的な回転角θｒ２の範囲で互いに空転可能に連結するものである。
【００７９】
この連結機構４３Ｃは、第１回転軸４１の一端に有している嵌合軸部１０１と、第２回転軸４２の一端に有している有底状の嵌合孔１０２とからなる。嵌合軸部１０１は、厚みｔｈの扁平状に形成されている。嵌合軸部１０１の径Ｄｔは第１回転軸４１の径と同一である。嵌合孔１０２は扁平状の孔であって、最大径がＤｈで最小幅がＷｈに設定されている。嵌合孔１０２の最大径Ｄｈは、嵌合軸部１０１の径Ｄｔよりも若干大きい。嵌合孔１０２の最小幅Ｗｈは、嵌合軸部１０１の厚みｔｈよりも大きい。
【００８０】
嵌合軸部１０１は嵌合孔１０２に嵌合している。最小幅Ｗｈが嵌合軸部１０１の厚みｔｈよりも大きい分だけ、間に隙間を有する。この隙間の分だけ、嵌合軸部１０１は嵌合孔１０２に相対回転が可能である。つまり、嵌合軸部１０１の扁平面１０１ａが嵌合孔１０２の扁平面１０２ａに当たるまで、嵌合軸部１０１は嵌合孔１０２に相対回転が可能である。
【００８１】
嵌合孔１０２の扁平面１０２ａに対して嵌合軸部１０１の扁平面１０１ａが平行であるときに、第２回転軸４２に対して第１回転軸４１が回転方向の基準点Ｎｅにある。その後、第２回転軸４２に対して第１回転軸４１を左へ回したときに、扁平面１０１ａ，１０２ａ同士が当たった点Ｌｅは、左回転限界点である。左回転限界点Ｌｅは、図２（ａ）に示す実施例１の長孔６４の左端Ｌｅに相当する。一方、第２回転軸４２に対して第１回転軸４１を右へ回したときに、扁平面１０１ａ，１０２ａ同士が当たった点Ｒｅは、右回転限界点である。右回転限界点Ｒｅは、図２（ａ）に示す実施例１の長孔６４の右端Ｒｅに相当する。
【００８２】
基準点Ｎｅから左回転限界点Ｌｅまでの角度と、基準点Ｎｅから右回転限界点Ｒｅまでの角度は、共にθｒ１である。左回転限界点Ｌｅから右回転限界点Ｒｅまでの角度θｒ２は、θｒ１の２倍である。
【００８３】
第１・第２回転軸４１，４２同士を、相対的に回転させたときに、嵌合軸部１０１は嵌合孔１０２の範囲内、つまり、左端Ｌｅから右端Ｒｅまでにわたって、空転可能である。
【００８４】
実施例４のステアリング装置１０Ｃの作用、効果は上記実施例１のステアリング装置１０と実質的に同じであり、説明を省略する。
【実施例５】
【００８５】
実施例５に係る車両用ステアリング装置について、図６〜図１０に基づき説明する。図６は実施例５の車両用ステアリング装置１０Ｄを模式的に示している。図７は図６に示された反力モータ２３、反力伝達機構２４、機械的接続機構４０Ｄ及びクラッチ１１０の組立状態を示している。
【００８６】
図６及び図７に示すように、実施例５の車両用ステアリング装置１０Ｄは、機械的接続機構４０Ｄとクラッチ１１０とを有していることを特徴とし、他の構成については上記図１〜図２に示す構成と同じなので、説明を省略する。なお、反力伝達機構２４、転舵軸３１、第２回転軸４２、ラックアンドピニオン機構４５及びクラッチ１１０は、ハウジング１２０に収納されている。
【００８７】
図６及び図７に示す機械的接続機構４０Ｄは、図２（ａ）に示す機械的接続機構４０を変更したものである。つまり、実施例５の機械的接続機構４０Ｄは、第１回転軸４１と第２回転軸４２と連結機構４３Ｄとからなる。
【００８８】
この連結機構４３Ｄは、上記図４に示す連結機構４３Ｂと実質的に同じ構成であり、嵌合孔９１と嵌合軸部９２と長溝９３と連結バー９４の組み合わせからなる。嵌合孔９１は、ギヤ２６のボス２６ａに形成されている。ボス２６ａは、第１回転軸４１に取り付けられている。嵌合軸部９２は、第２回転軸４２の一端に有している。長溝９３は、嵌合孔９１の内周面に有している。連結バー９４は、嵌合軸部９２に有している。
【００８９】
図７〜図９に示すように、クラッチ１１０は、円錐状のドグクラッチからなる。詳しく述べると、クラッチ１１０は、第２回転軸４２を中心とする雌テーパ状の雌クラッチ部１１１と、第２回転軸４２を中心とする雄テーパ状の雄クラッチ部１１２とからなる。雌クラッチ部１１１は、ギヤ２６のボス２６ａの一端に形成されたテーパ面からなり、クラッチ歯を有する。雄クラッチ部１１２は、クラッチ用シフター１１３の一端に形成されたテーパ面からなり、クラッチ歯を有する。各クラッチ歯同士が噛み合ったときにクラッチオンとなる。
【００９０】
クラッチ用シフター１１３は、第２回転軸４２に対して相対回転が規制されるとともに、軸方向への相対スライドが可能に取り付けられている。このクラッチ用シフター１１３は、外周面に全周にわたって形成された円周溝１１３ａを有している。この円周溝１１３ａには、フォーク状のシフトフォーク１１４の先端部１１４ａ，１１４ａが嵌合している。シフトフォーク１１４は、第２回転軸４２に対して略直交する方向へ延びたスイング部材であって、基端部１１４ｂがハウジング１２０にスイング可能に取り付けられている。シフトフォーク１１４のスイング方向は、第２回転軸４２の軸方向である。
【００９１】
シフトフォーク１１４は、圧縮コイルばね１１５（付勢部材）によって付勢されている。圧縮コイルばね１１５の付勢方向は、雌クラッチ部１１１に対して雄クラッチ部１１２を噛み合わせる方向へ、クラッチ用シフター１１３をスライドさせる方向である。
【００９２】
図１０（ａ）は、クラッチオフ（off）状態におけるシフトフォーク１１４を示している。図１０（ｂ）は、クラッチオン（on）状態におけるシフトフォーク１１４を示している。シフトフォーク１１４は、偏心カム１１６によって圧縮コイルばね１１５側に押し付けられている。つまり、偏心カム１１６は、圧縮コイルばね１１５とは反対側の面１１４ｃに臨むように位置している。
【００９３】
図７〜図１０（ａ）に示すように、偏心カム１１６は、円盤状のカム本体１１６ａと、カム本体１１６ａの回転軸１１６ｂと、カム本体１１６ａの外周面から外方へ突出した係止凸部１１６ｃとからなる。
【００９４】
図１０（ａ）に示すように、カム本体１１６ａは側面視において真円に形成されている。カム本体１１６ａの外周面は、シフトフォーク１１４の平坦な接触面１１４ｃに、接点Ｐｃで接触している。接点Ｐｃにおいて、接触面１１４ｃに直交する直線を垂直線Ｘｏとし、接触面１１４ｃに平行な直線を水平線Ｙｏとする。垂直線Ｘｏに対して水平線Ｙｏは直交している。カム本体１１６ａの中心Ｐｃは、垂直線Ｘｏと水平線Ｙｏとの交点に有している。
【００９５】
偏心カム１１６は、回転軸１１６ｂを回転中心として回転する。回転軸１１６ｂは、カム本体１１６ａの中心Ｐｃから径外方へ所定のオフセット距離Ｚｃだけ偏心しており、ハウジング１２０（図７参照）に回転可能に支持されている。カム本体１１６ａの中心Ｐｃと回転軸１１６ｂとを通る直線Ｑｃは、接触面１１４ｃに対して傾いている。オフセット距離Ｚｃについては、クラッチ１１０（図７参照）をオン・オフ切り替えするのに必要な、シフトフォーク１１４のスイング量に基づいて設定される。
【００９６】
詳しく述べると、図１０（ａ）に示すクラッチオフ（off）状態において、回転軸１１６ｂを軸方向から見る。回転軸１１６ｂの中心は、垂直線Ｘｏに対してシフトフォーク１１４の基端部１１４ｂ側へ所定の第１オフセット距離Ｘｃだけ偏心し、しかも、水平線Ｙｏ対して接触面１１４ｃとは反対側へ所定の第２オフセット距離Ｙｃだけ偏心している。一方、係止凸部１１６ｃの位置と、この係止凸部１１６ｃを係止させるためのストッパ１１７の位置は、垂直線Ｘｏ対して回転軸１１６ｂとは反対側に偏心している。
【００９７】
クラッチオフ（off）状態においては、制御部５１は、電動モータ１１８に駆動指令を発し続けている。電動モータ１１８は小電流が供給されて、回転軸１１６ｂを図反時計方向（矢印ＲＬ）へ回転駆動し続ける。このため、偏心カム１１６は、係止凸部１１６ｃがストッパ１１７に係止した状態で、停止している。この場合、偏心カム１１６は圧縮コイルばね１１５の付勢力ｆｃに抗してシフトフォーク１１４を押し付けることによって、クラッチ用シフター１１３を押し下げた状態を維持する。クラッチ１１０は通常時のオフ状態（断状態）を維持する。
【００９８】
ところで、上述のように、オフセット距離Ｚｃについては、シフトフォーク１１４の必要スイング量に基づいて設定されている。このオフセット距離Ｚｃを確保するのに、図１０（ａ）に示すように、垂直線Ｘｏに対して第１オフセット距離Ｘｃだけ偏心するとともに、水平線Ｙｏに対して第２オフセット距離Ｙｃだけ偏心している。つまり、回転軸１１６ｂは、中心Ｐｃを通る垂直線Ｘｏ及び水平線Ｙｏに対して偏心している。
【００９９】
圧縮コイルばね１１５の付勢力ｆｃは、接点Ｐｃにおいて、シフトフォーク１１４の接触面１１４ｃからカム本体１１６ａの外周面に作用する。この外周面に作用する付勢力ｆｃの作用方向は、垂直線Ｘｏの線方向である。付勢力ｆｃに基づいて、回転軸１１６ｂに作用するトルク（付勢トルク）は第１オフセット距離Ｘｃに比例する。本実施例においては、オフセット距離Ｚｃを確保するのに、垂直線Ｘｏ及び水平線Ｙｏに対して回転軸１１６ｂを偏心させたので、その分だけ、第１オフセット距離Ｘｃを小さくすることができ、この結果、付勢トルクを小さくすることができる。付勢トルクが小さくなった分、電動モータ１１８の駆動トルクを低減させることができる。このため、電動モータ１１８に供給する電流を減少させることができるとともに、電動モータ１１８を小型化できる。
【０１００】
その後、制御部５１は、図６に示すステアリングホイール２１から転舵機構３０までの、電気的な接続経路を解除したときには、電動モータ１１８に停止指令を発する。電動モータ１１８が停止すると、圧縮コイルばね１１５の付勢力ｆｃによって、シフトフォーク１１４はカム本体１１６ａ側にスイングする。カム本体１１６ａは、シフトフォーク１１４に押され、回転軸１１６ｂを回転中心として図時計方向（矢印ＲＲ）へ回転し、図１０（ｂ）に示す状態となる。つまり、接触面１１４ｃが回転軸１１６ｂに最も接近した状態となる。このときに、カム本体１１６ａの中心Ｐｃと回転軸１１６ｂとを通る直線Ｑｃは、接触面１１４ｃに直交する。
【０１０１】
このように、電動モータ１１８が停止することで、シフトフォーク１１４がスイングして、図７に示すクラッチ用シフター１１３をスライドさせる。この結果、雌クラッチ部１１１に対して雄クラッチ部１１２が噛み合わせられることにより、クラッチ１１０はオン状態（結合状態）になる。クラッチ１１０が通常時のオフ状態からオン状態に反転することによって、第１・第２回転軸４１，４２同士を強制的に連結状態にする。このため、連結機構４３Ｄの連結状態にかかわらず、第１・第２回転軸４１，４２同士は強制的に連結される。
【０１０２】
その後、制御部５１から電動モータ１１８に回転指令を発した場合には、電動モータ１１８が回転するので、クラッチ１１０は再び通常時のオフ状態（断状態）に復帰する。
【０１０３】
クラッチ１１０は、円錐状のドグクラッチの他に、円錐状の摩擦クラッチであってもよい。このように、円錐状のドグクラッチ又は円錐状の摩擦クラッチという比較的簡単な構成によって、クラッチ１１０を構成することができる。
【０１０４】
ところで、第１・第２回転軸４１，４２同士の相対的な回転角は、連結機構４３Ｄによって、回転角θｒ２（図４参照）の範囲に規制されている。例えば、連結バー９４に長溝９３の左端Ｌｅ（図４参照）が当たった状態において、連結バー９４に対し長溝９３が更に左へ相対的な回転をすることは、規制される。つまり、第２回転軸４２に対する第１回転軸４１の相対的な左回転は規制される。このため、第１回転軸４１に左方向の大きい操舵力が発生することによって、相対的な回転角が過大になろうとしても、第１回転軸４１からの大きい操舵力は、連結機構４３Ｄを介して第２回転軸４２に伝達される。従って、クラッチ１１０に所定以上の大きい操舵力が作用することはない。つまり、クラッチ１１０によって伝達可能な最大伝達力（最大伝達トルク）を低減することができる。
【０１０５】
このことは、長溝９３の右端Ｒｅ（図４参照）が連結バー９４に当たった状態において、連結バー９４に対し長溝９３が更に右へ相対的な回転をする場合も同様である。
このように、クラッチ１１０の伝達可能な最大伝達力を下げることによって、クラッチ１１０を小型化することができる。その効果は、円錐状の摩擦クラッチを採用した場合に、特に顕著である。
【０１０６】
実施例５によれば、クラッチ１１０は、図６に示す「電気的に接続する構成」が解除されたときに、オフ状態からオン状態に反転する。この結果、ステアリングホイール２１と転舵機構３０との間は、機械的な経路によって接続される。従って、何らかの要因によって、電気的な接続経路が解除されたときには、ステアリングホイール２１と転舵機構３０との間の経路を、自動的にクラッチ１１０によって、機械的な経路（機械的接続機構４０Ｄ）に確実に且つ迅速に切り替えることができる。
【実施例６】
【０１０７】
実施例６に係る車両用ステアリング装置について、図１１及び図１２に基づき説明する。図１１及び図１２に示すように、実施例６の車両用ステアリング装置１０Ｅは、機械的接続機構４０Ｅとクラッチ１４０とを有していることを特徴とし、他の構成については上記図６に示す構成と同じなので、説明を省略する。
【０１０８】
実施例６の機械的接続機構４０Ｅは、第１回転軸４１と第２回転軸４２と連結機構４３Ｅとからなる。この連結機構４３Ｅは、第１・第２回転軸４１，４２同士を、一定の相対的な回転角θｒ２の範囲で互いに空転可能に連結するものである。この連結機構４３Ｅは、第１回転軸４１の一端に有している嵌合軸部１３１と、第２回転軸４２の一端に有している有底状の嵌合孔１３２と、嵌合軸部１３１に有している連結バー１３３と、スライダ１３４と、スライダ１３４に有しているカム孔１３５とからなる。嵌合軸部１３１は嵌合孔１３２に相対回転が可能に嵌合している。
【０１０９】
スライダ１３４は、第１・第２回転軸４１，４２に対して同心に位置した筒状の部材であって、第１・第２回転軸４１，４２同士の嵌合部分を貫通している。このスライダ１３４は、第２回転軸４２に対して、相対回転が規制されるとともに、軸方向への相対スライドが可能に取り付けられている（例えばセレーション結合）。また、スライダ１３４は、第１回転軸４１に対しては、相対回転と軸方向への相対スライドの両方共に可能である。スライダ１３４には、クラッチ用シフター１１３が一体的に設けられている。
【０１１０】
クラッチ用シフター１１３とシフトフォーク１１４と偏心カム１１６とストッパ１１７と電動モータ１１８（図８参照）については、上記図７〜図１０に示す実施例６と実質的に同じ構成なので、説明を省略する。
【０１１１】
シフトフォーク１１４は、ねじりコイルばね１１５Ｅ（付勢部材）によって付勢されている。ねじりコイルばね１１５Ｅは、上記図７〜図１０に示す圧縮コイルばね１１５の代わりに用いるものである。ねじりコイルばね１１５Ｅの付勢方向は、クラッチ１４０がオンになる方向へ、クラッチ用シフター１１３をスライドさせる方向である。
【０１１２】
図１２（ａ）は機械的接続機構４０Ｅ及びクラッチ１４０の分解構成を示している。図１２（ｂ）は機械的接続機構４０Ｅ及びクラッチ１４０の組立構成（クラッチ１４０のオン状態）を示している。図１２（ｃ）はクラッチ１４０のオフ状態を示している。
【０１１３】
図１２（ａ）〜（ｂ）に示すように、スライダ１３４を外周面側から見たときに、カム孔１３５は略三角形状に形成されるとともに、スライダ１３４に対して内外貫通している。略三角形状のカム孔１３５は、第１回転軸４１側の面１３５ａを底辺とし、第２回転軸側を頂点とするように上下逆向きに位置し、更に頂点に係止凹部１３５ｂを有している。
【０１１４】
以下、第１回転軸４１側の面１３５ａのことを、底辺１３５ａ又は底面１３５ａという。底辺１３５ａは、第１回転軸４１に対して直交する水平な面である。係止凹部１３５ｂの幅（周方向の幅）は、連結バー１３３が微小の隙間を有して嵌合可能な大きさに設定されている。カム孔１３５において、底辺１３５ａの両端と係止凹部１３５ｂとの間は、左右一対の斜面（斜辺）１３５ｃ，１３５ｃとなる。左右一対の斜面１３５ｃ，１３５ｃは、係止凹部１３５ｂへ向かって先細りとなるテーパ状である。
【０１１５】
図１２（ａ）〜（ｂ）に示すように、カム孔１３５の底辺１３５ａにおいて、回転方向の基準点Ｎｅから左端Ｌｅまでの角度と、基準点Ｎｅから右端Ｒｅまでの角度は、共にθｒ１である。左端Ｌｅから右端Ｒｅまでの角度θｒ２は、θｒ１の２倍である。一方、連結バー１３３は、嵌合軸部１３１からカム孔１３５内へ延びている。第１・第２回転軸４１，４２同士を、相対的に回転させたときに、連結バー１３３はカム孔１３５の範囲内、つまり、左端Ｌｅから右端Ｒｅまでにわたって、空転可能である。
【０１１６】
図１２（ｃ）に示すように、クラッチ１４０は、連結バー１３３と係止凹部１３５ｂとからなる。このクラッチ１４０は、図１１及び図１２（ｂ）に示すように、連結バー１３３に対して係止凹部１３５ｂが嵌合していない状態で、通常時のオフ状態（断状態）を維持する。
【０１１７】
その後、図１０に示す制御部５１から電動モータ１１８に停止指令を発することによって、電動モータ１１８は停止する。このため、シフトフォーク１１４は、図１１に示すクラッチ用シフター１１３を介してスライダ１３４を第１回転軸４１側にスライドさせる。この場合、カム孔１３５は連結バー１３３によって案内される。スライダ１３４がスライドすることに伴い、連結バー１３３とカム孔１３５との間の空転範囲が狭まり、最後には、連結バー１３３に対して係止凹部１３５ｂが嵌合する。この結果、クラッチ１４０はオン状態（結合状態）になる。クラッチ１４０が通常時のオフ状態からオン状態に反転することによって、第１・第２回転軸４１，４２同士を強制的に連結状態にする。
【０１１８】
その後、制御部５１から電動モータ１１８に回転指令を発した場合には、電動モータ１１８が回転するので、クラッチ１４０は再び通常時のオフ状態（断状態）に復帰する。
【０１１９】
実施例６によれば、カム孔１３５の一部である係止凹部１３５ｂと、連結バー１３３とによって、クラッチ１４０を構成している。連結機構４３Ｅにクラッチ１４０を組込んだ、つまり連結機構４３Ｅがクラッチ１４０を兼ねている。このため、クラッチ１４０の構成を簡単な構成にすることができるとともに、車両用ステアリング装置１０Ｅを小型にすることができる。
【実施例７】
【０１２０】
実施例７に係る車両用ステアリング装置について、図１３に基づき説明する。図１３に示すように、実施例７の車両用ステアリング装置１０Ｆは、機械的接続機構４０Ｆとクラッチ１４０とを有していることを特徴とし、他の構成については上記図１１及び図１２示す構成と同じなので、説明を省略する。
【０１２１】
実施例７の機械的接続機構４０Ｆは、上記図１２に示す実施例６の斜面１３５ｃ，１３５ｃを、図１３に示す斜面１３５ｃＦ，１３５ｃＦに変更したことを特徴とする。この斜面１３５ｃＦ，１３５ｃＦは、実施例６の斜面１３５ｃ，１３５ｃを階段状（凹凸状）に形成したものである。
【０１２２】
上記図１２に示す斜面１３５ｃ，１３５ｃは、単なる傾斜面であった。このため、スライダ１３４が第１回転軸４１へ向かってスライドしているときに、操舵力が第１回転軸４１から連結バー１３３を介して斜面１３５ｃに作用した場合には、斜面１３５ｃの傾斜角の分だけ、操舵力が回転方向と軸方向とに分かれる（分力になる）。軸方向の分力は、スライダ１３４を逆方向へ戻す作用をする。
【０１２３】
これに対し、実施例７では、斜面１３５ｃＦ，１３５ｃＦが階段状に形成されているので、軸方向への分力の発生を極力防ぐことができる。
【０１２４】
なお、本発明では、車両用ステアリング装置１０，１０Ａ〜１０Ｆは、車両の自動運転制御などと組み合わせて制御することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１２５】
本発明の車両用ステアリング装置１０，１０Ａ〜１０Ｆは、乗用車の操舵機構に用いるのに好適である。
【符号の説明】
【０１２６】
１０，１０Ａ〜１０Ｆ…車両用ステアリング装置、２０…操舵機構、２１…ステアリングホイール、２３…反力モータ、２４…反力伝達機構、３０…転舵機構、３２…車輪、３５…転舵用アクチュエータ、４０，４０Ａ〜４１Ｆ…機械的に接続する構成（機械的接続機構）、４１…第１回転軸、４２…第２回転軸、４３，４３Ａ〜４３Ｆ…連結機構、１１０，１４０…クラッチ、ｄｓ…操舵トルクの微分値、Ｔｓ…操舵トルク、Ｖｓ…操舵角速度、αｓ…操舵角加速度、θｒ２…一定の相対的な回転角、θｓ…操舵角。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールに対して、転舵機構を機械的に分離するとともに電気的には接続しており、この電気的に接続する構成は、前記ステアリングホイールの操舵に基づく操舵情報に応じて転舵用アクチュエータが転舵用動力を発生し、この転舵用動力を前記転舵機構に伝え、この転舵機構によって車輪を転舵させるものである車両用ステアリング装置において、
前記ステアリングホイールに連結された第１回転軸と、前記転舵機構に連結された第２回転軸と、これら第１・第２回転軸同士を一定の相対的な回転角の範囲で互いに空転可能に連結する連結機構とを有していることを特徴とした車両用ステアリング装置。
【請求項２】
前記操舵情報は、前記ステアリングホイールの操舵角、操舵角速度、操舵角加速度、操舵トルク及びこの操舵トルクの微分値の、少なくとも１つであることを特徴とした請求項１記載の車両用ステアリング装置。
【請求項３】
前記操舵情報に応じた操舵反力を発生する反力モータと、前記操舵反力を前記ステアリングホイールに伝達する反力伝達機構とを、更に有していることを特徴とした請求項１又は請求項２記載の車両用ステアリング装置。
【請求項４】
クラッチを、更に有しており、
このクラッチは、通常はオフ状態にあって、オン状態に反転したときには前記連結機構の連結状態にかかわらず、前記第１・第２回転軸同士を強制的に連結状態に切り替える構成であることを特徴とした請求項１から請求項３までのいずれか１項記載の車両用ステアリング装置。
【請求項５】
前記クラッチは、前記電気的に接続する構成が解除されたときに、前記オフ状態から前記オン状態に反転する構成であることを特徴とした請求項４記載の車両用ステアリング装置。
【請求項６】
前記クラッチは、円錐状のドグクラッチ又は円錐状の摩擦クラッチから成ることを特徴とした請求項４又は請求項５記載の車両用ステアリング装置。
【請求項１】
ステアリングホイールに対して、転舵機構を機械的に分離するとともに電気的には接続しており、この電気的に接続する構成は、前記ステアリングホイールの操舵に基づく操舵情報に応じて転舵用アクチュエータが転舵用動力を発生し、この転舵用動力を前記転舵機構に伝え、この転舵機構によって車輪を転舵させるものである車両用ステアリング装置において、
前記ステアリングホイールに連結された第１回転軸と、前記転舵機構に連結された第２回転軸と、これら第１・第２回転軸同士を一定の相対的な回転角の範囲で互いに空転可能に連結する連結機構とを有していることを特徴とした車両用ステアリング装置。
【請求項２】
前記操舵情報は、前記ステアリングホイールの操舵角、操舵角速度、操舵角加速度、操舵トルク及びこの操舵トルクの微分値の、少なくとも１つであることを特徴とした請求項１記載の車両用ステアリング装置。
【請求項３】
前記操舵情報に応じた操舵反力を発生する反力モータと、前記操舵反力を前記ステアリングホイールに伝達する反力伝達機構とを、更に有していることを特徴とした請求項１又は請求項２記載の車両用ステアリング装置。
【請求項４】
クラッチを、更に有しており、
このクラッチは、通常はオフ状態にあって、オン状態に反転したときには前記連結機構の連結状態にかかわらず、前記第１・第２回転軸同士を強制的に連結状態に切り替える構成であることを特徴とした請求項１から請求項３までのいずれか１項記載の車両用ステアリング装置。
【請求項５】
前記クラッチは、前記電気的に接続する構成が解除されたときに、前記オフ状態から前記オン状態に反転する構成であることを特徴とした請求項４記載の車両用ステアリング装置。
【請求項６】
前記クラッチは、円錐状のドグクラッチ又は円錐状の摩擦クラッチから成ることを特徴とした請求項４又は請求項５記載の車両用ステアリング装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−１１６２１４（Ｐ２０１１−１１６２１４Ａ）
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７４５４５（Ｐ２００９−２７４５４５）
【出願日】平成２１年１２月２日（２００９．１２．２）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２日（２００９．１２．２）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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