特開 2024-116632 ステアバイワイヤ方式の操舵装置

(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】P2024116632

(43)【公開日】2024-08-28

(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 20060101AFI20240821BHJP

【ＦＩ】

B62D5/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023022332

(22)【出願日】2023-02-16

(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】佐藤 光司

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 隆英

(72)【発明者】

【氏名】石川 慎太朗

【テーマコード（参考）】

3D333

【Ｆターム（参考）】

3D333CB02

3D333CB29

3D333CB45

3D333CC02

3D333CC23

3D333CC31

3D333CD04

3D333CD13

3D333CD16

3D333CD19

3D333CD20

3D333CD21

3D333CD22

3D333CD23

3D333CD28

3D333CD38

3D333CD39

3D333CE24

3D333CE49

3D333CE53

(57)【要約】

【課題】操舵対象の向きがストロークエンドに到達したときにステアリングホイールの回転を阻止することができ、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】通電と非通電の切り替えにより、内輪１７と外輪１８との間に係合子２１が係合するロック状態と、内輪１７と外輪１８との間への係合子２１の係合が解除されるロック解除状態とを切り替え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が中立位置から離れる方向に回転するときに、ステアリングホイール１と一体に回転する内輪１７に回転抵抗を負荷する回転負荷機構８とを有する。
【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（１７）と、
前記内輪（１７）の径方向外側に配置され、回転しないように固定して設けられた外輪（１８）と、
通電と非通電の切り替えにより、前記内輪（１７）と前記外輪（１８）との間に係合子（２１）が係合して前記内輪（１７）の回転が阻止されるロック状態と、前記内輪（１７）と前記外輪（１８）との間への前記係合子（２１）の係合が解除されて前記内輪（１７）の回転が許容されるロック解除状態とを切り替え可能な電磁式クラッチユニット（７）と、
前記ステアリングホイール（１）が中立位置から離れる方向に回転するときに、前記ステアリングホイール（１）と一体に回転する前記内輪（１７）に回転抵抗を負荷する回転負荷機構（８）と、を更に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】

前記電磁式クラッチユニット（７）は、
前記内輪（１７）の外周と前記外輪（１８）の内周との間に組み込まれた前記係合子（２１）と、
前記係合子（２１）を保持し、前記内輪（１７）と前記外輪（１８）の間に前記係合子（２１）を係合させる係合位置と、前記内輪（１７）と前記外輪（１８）の間への前記係合子（２１）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（２２）と、
軸方向に移動可能に支持されたアーマチュア（２３）と、
通電により前記アーマチュア（２３）を吸引して軸方向に移動させる電磁石（２４）と、
前記アーマチュア（２３）の移動に応じて、前記係合子保持器（２２）を前記係合位置と前記係合解除位置のうち一方から他方に周方向移動させる動作変換機構（２５）と、を有する請求項１に記載のステアバイワイヤ方式の操舵装置。

【請求項3】

前記回転負荷機構（８）は、前記ステアリングホイール（１）が中立位置から離れる方向に回転するときに、前記ステアリングホイール（１）の中立位置からの回転角度に応じた大きさで前記ステアリングホイール（１）を前記中立位置に戻す方向の弾性力を前記内輪（１７）に付与するばね式のものである請求項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】

前記回転負荷機構（８）は、前記内輪（１７）と一体に回転する巻き軸（４５）と、前記巻き軸（４５）の径方向外側に配置された第１のゼンマイばね（４６）および第２のゼンマイばね（４７）と、回転しないように固定して設けられたばねケース（４８）と、を有し、
前記第１のゼンマイばね（４６）の巻回方向と前記第２のゼンマイばね（４７）の巻回方向が逆向きであり、
前記巻き軸（４５）の外周に、前記第１のゼンマイばね（４６）の内端および前記第２のゼンマイばね（４７）の内端が係止され、前記ばねケース（４８）に、前記第１のゼンマイばね（４６）の外端および前記第２のゼンマイばね（４７）の外端が係止されている請求項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5】

前記回転負荷機構（８）は、前記内輪（１７）と一体に回転する減速機入力軸（６０）と、前記減速機入力軸（６０）の回転を減速する減速機（６１）と、前記減速機（６１）で減速された回転を出力する減速機出力軸（６２）と、前記減速機出力軸（６２）を前記ステアリングホイール（１）の中立位置に対応する位置に弾性保持するセンタリングばね（６３）とを有する請求項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6】

前記回転負荷機構（８）は、前記内輪（１７）と一体に回転する内軸部（７９）と、前記内軸部（７９）の径方向外側に配置され、回転しないように固定して設けられた外筒部（８０）と、前記内軸部（７９）の外周に軸方向に間隔をおいて設けられ、前記内軸部（７９）に回り止めされた複数のインナーディスク（８１）と、前記複数のインナーディスク（８１）の軸方向の対向面間に挿入され、前記外筒部（８０）に回り止めされた複数のアウターディスク（８２）と、前記内軸部（７９）の外周と前記外筒部（８０）の内周との間に封入された磁性流体（８３）と、前記外筒部（８０）を囲むように配置された環状の電磁コイル（８４）とを有し、前記電磁コイル（８４）に印加する電流の大きさに応じて前記内軸部（７９）の回転抵抗が変化する請求項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7】

前記回転負荷機構（８）は、前記ステアリングホイール（１）が中立位置から離れる方向に回転するときに、作動油の粘性抵抗により回転抵抗を前記内輪（１７）に付与する回転式油圧ダンパーである請求項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8】

前記回転負荷機構（８）は、前記内輪（１７）と一体に回転する内軸部（７９）と、前記内軸部（７９）の径方向外側に配置され、回転しないように固定して設けられた外筒部（８０）と、前記内軸部（７９）の外周に軸方向に間隔をおいて設けられ、前記内軸部（７９）に回り止めされた複数のインナーディスク（８１）と、前記複数のインナーディスク（８１）の軸方向の対向面間に挿入され、前記外筒部（８０）に回り止めされた複数のアウターディスク（８２）と、前記内軸部（７９）の外周と前記外筒部（８０）の内周との間に封入された潤滑油とを有し、前記インナーディスク（８１）と前記アウターディスク（８２）とでせん断される潤滑油の粘性抵抗により前記内軸部（７９）に回転抵抗を付与する湿式多板式のものである請求項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9】

前記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）を更に有する請求項１または２に記載のステアバイワイヤ方式の操舵装置。

【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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００７－３３１５５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、特許文献１の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、ステアリングホイールを回転操作して転舵輪の向きがその移動限界（ストロークエンド）に到達したときにも、運転者は、さらにステアリングホイールを同じ方向に回転操作することができる。そのため、転舵輪の向きがストロークエンドに到達しているにもかかわらず、運転者は、転舵輪の向きがストロークエンドに到達していることに気付かないという問題が生じる。

【0006】

この問題は、車両の転舵輪を操舵対象とする車両用の操舵装置以外にも、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）を操舵対象とする船舶用の操舵装置などにも存在する。

【0007】

そこで、本願の出願人は、操舵対象の向きがストロークエンドに到達したときに、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、以下の構成のステアバイワイヤ方式の操舵装置を社内において発案した。
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、
前記内輪の径方向外側に配置され、回転しないように固定して設けられた外輪と、
通電と非通電の切り替えにより、前記内輪と前記外輪との間に係合子が係合して前記内輪の回転が阻止されるロック状態と、前記内輪と前記外輪との間への前記係合子の係合が解除されて前記内輪の回転が許容されるロック解除状態とを切り替え可能な電磁式クラッチユニット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。

【0008】

この構成のステアバイワイヤ方式の操舵装置は、電磁式クラッチユニットの通電と非通電の切り替えにより、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から、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に切り替えることが可能である。ここで、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、操舵対象の向きがストロークエンドに到達したときに電磁式クラッチユニットの通電と非通電を切り替えることにより、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。

【0009】

ここで、発明者は、電磁式クラッチユニットを用いた上記構成のステアバイワイヤ方式の操舵装置において、運転者がステアリングホイールを回転操作しているときに、内輪と外輪の間に係合子が係合すると、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、操舵対象の向きがストロークエンドに到達し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が良くないという問題があることに気付いた。

【0010】

そこで、発明者は、操舵対象の向きがストロークエンドに到達し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ため、電磁式クラッチユニットを用いた上記構成のステアバイワイヤ方式の操舵装置において、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、その反力モータで発生する反力の大きさを、操舵対象の向きがストロークエンドに近づくにつれて次第に大きくなるように制御し、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を検討した。しかしながら、反力モータで上記のような反力をステアリングホイールに付与しようとすると、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。

【0011】

この発明が解決しようとする課題は、操舵対象の向きがストロークエンドに到達したときにステアリングホイールの回転を阻止することで、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、
前記内輪の径方向外側に配置され、回転しないように固定して設けられた外輪と、
通電と非通電の切り替えにより、前記内輪と前記外輪との間に係合子が係合して前記内輪の回転が阻止されるロック状態と、前記内輪と前記外輪との間への前記係合子の係合が解除されて前記内輪の回転が許容されるロック解除状態とを切り替え可能な電磁式クラッチユニットと、
前記ステアリングホイールが中立位置から離れる方向に回転するときに、前記ステアリングホイールと一体に回転する前記内輪に回転抵抗を負荷する回転負荷機構と、を更に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、電磁式クラッチユニットの通電と非通電の切り替えにより、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から、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に切り替えることが可能である。ここで、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、操舵対象の向きがストロークエンドに到達したときに電磁式クラッチユニットの通電と非通電を切り替えることにより、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。また、ステアリングホイールが中立位置から離れる方向、すなわち操舵対象の向きがストロークエンドに近づく方向に回転するときに、回転負荷機構が、ステアリングホイールと一体に回転する内輪に回転抵抗を負荷するので、操舵対象の向きがストロークエンドに到達して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ことができる。そのため、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。

【0014】

［構成２］
前記電磁式クラッチユニットは、
前記内輪の外周と前記外輪の内周との間に組み込まれた前記係合子と、
前記係合子を保持し、前記内輪と前記外輪の間に前記係合子を係合させる係合位置と、前記内輪と前記外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、
軸方向に移動可能に支持されたアーマチュアと、
通電により前記アーマチュアを吸引して軸方向に移動させる電磁石と、
前記アーマチュアの移動に応じて、前記係合子保持器を前記係合位置と前記係合解除位置のうち一方から他方に周方向移動させる動作変換機構と、を有する構成１に記載のステアバイワイヤ方式の操舵装置。

【0015】

［構成３］
前記回転負荷機構は、前記ステアリングホイールが中立位置から離れる方向に回転するときに、前記ステアリングホイールの中立位置からの回転角度に応じた大きさで前記ステアリングホイールを前記中立位置に戻す方向の弾性力を前記内輪に付与するばね式のものである構成１または２に記載のステアバイワイヤ方式の操舵装置。

【0016】

この構成を採用すると、ステアリングホイールが中立位置から離れる方向、すなわち操舵対象の向きがストロークエンドに近づく方向に回転するときに、ステアリングホイールの中立位置からの回転角度が大きくなるにつれて、回転負荷機構から内輪に負荷される回転抵抗（ステアリングホイールを中立位置に戻す方向の弾性力）が大きくなるので、操舵対象の向きがストロークエンドに到達して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特に効果的に抑えることが可能となる。

【0017】

［構成４］
前記回転負荷機構は、前記内輪と一体に回転する巻き軸と、前記巻き軸の径方向外側に配置された第１のゼンマイばねおよび第２のゼンマイばねと、回転しないように固定して設けられたばねケースと、を有し、
前記第１のゼンマイばねの巻回方向と前記第２のゼンマイばねの巻回方向が逆向きであり、
前記巻き軸の外周に、前記第１のゼンマイばねの内端および前記第２のゼンマイばねの内端が係止され、前記ばねケースに、前記第１のゼンマイばねの外端および前記第２のゼンマイばねの外端が係止されている構成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。

【0018】

この構成を採用すると、ステアリングホイールを回転させたときに、そのステアリングホイールと一体に内輪が回転し、その内輪と一体に巻き軸が回転する。そして、その巻き軸の回転により、第１のゼンマイばねと第２のゼンマイばねのうちの一方が巻き締まり方向に弾性変形し、他方が巻き緩み方向に弾性変形し、それらのゼンマイばねから内輪に弾性力が付与される。ここで、ゼンマイばねは、弾性変形可能な角度の範囲が大きいので、ステアリングホイールの回転可能範囲を大きく設定したとき（例えば、ステアリングホイールの回転可能範囲を中立位置に対して回転方向の片側で１８０°以上、回転方向の両側で合計３６０°以上に設定したとき）にも、ステアリングホイールの回転可能範囲の全域において安定した大きさの回転抵抗（第１のゼンマイばねおよび第２のゼンマイばねの弾性力）をステアリングホイールに負荷することができる。

【0019】

［構成５］
前記回転負荷機構は、前記内輪と一体に回転する減速機入力軸と、前記減速機入力軸の回転を減速する減速機と、前記減速機で減速された回転を出力する減速機出力軸と、前記減速機出力軸を前記ステアリングホイールの中立位置に対応する位置に弾性保持するセンタリングばねとを有する構成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。

【0020】

この構成を採用すると、ステアリングホイールを回転させたときに、そのステアリングホイールと一体に内輪が回転し、その内輪と一体に減速機入力軸が回転する。そして、その減速機入力軸から減速機を介して減速機出力軸に伝達する回転によりセンタリングばねが弾性変形し、そのセンタリングばねから減速機を介して内輪に弾性力が付与される。ここで、減速機入力軸の回転角度は、減速機出力軸の回転角度よりも大きいので、ステアリングホイールの回転可能範囲を大きく設定したとき（例えば、ステアリングホイールの回転可能範囲を中立位置に対して回転方向の片側で１８０°以上、回転方向の両側で合計３６０°以上に設定したとき）にも、ステアリングホイールの回転可能範囲の全域において安定した大きさの回転抵抗（センタリングばねから減速機を介して伝達する弾性力）をステアリングホイールに負荷することができる。

【0021】

［構成６］
前記回転負荷機構は、前記内輪と一体に回転する内軸部と、前記内軸部の径方向外側に配置され、回転しないように固定して設けられた外筒部と、前記内軸部の外周に軸方向に間隔をおいて設けられ、前記内軸部に回り止めされた複数のインナーディスクと、前記複数のインナーディスクの軸方向の対向面間に挿入され、前記外筒部に回り止めされた複数のアウターディスクと、前記内軸部の外周と前記外筒部の内周との間に封入された磁性流体と、前記外筒部を囲むように配置された環状の電磁コイルとを有し、前記電磁コイルに印加する電流の大きさに応じて前記内軸部の回転抵抗が変化する構成１または２に記載のステアバイワイヤ方式の操舵装置。

【0022】

この構成を採用すると、電磁コイルに印加する電流の大きさを変化させることで、内輪に負荷される回転抵抗の大きさを変化させることができる。そのため、ステアリングホイールが中立位置から離れる方向、すなわち操舵対象の向きがストロークエンドに近づく方向に回転するときに、ステアリングホイールの中立位置からの回転角度が大きくなるにつれて内輪に負荷される回転抵抗が大きくなるように電磁コイルの印加電流を制御することで、操舵対象の向きがストロークエンドに到達して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特に効果的に抑えることが可能となる。

【0023】

［構成７］
前記回転負荷機構は、前記ステアリングホイールが中立位置から離れる方向に回転するときに、作動油の粘性抵抗により回転抵抗を前記内輪に付与する回転式油圧ダンパーである構成１または２に記載のステアバイワイヤ方式の操舵装置。

【0024】

この構成を採用すると、ステアリングホイールが中立位置から離れる方向、すなわち操舵対象の向きがストロークエンドに近づく方向に回転するときに、作動油の粘性抵抗による回転抵抗が内輪に負荷されるので、操舵対象の向きがストロークエンドに到達して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ことができる。

【0025】

［構成８］
前記回転負荷機構は、前記内輪と一体に回転する内軸部と、前記内軸部の径方向外側に配置され、回転しないように固定して設けられた外筒部と、前記内軸部の外周に軸方向に間隔をおいて設けられ、前記内軸部に回り止めされた複数のインナーディスクと、前記複数のインナーディスクの軸方向の対向面間に挿入され、前記外筒部に回り止めされた複数のアウターディスクと、前記内軸部の外周と前記外筒部の内周との間に封入された潤滑油とを有し、前記インナーディスクと前記アウターディスクとでせん断される潤滑油の粘性抵抗により前記内軸部に回転抵抗を付与する湿式多板式のものである構成１または２に記載のステアバイワイヤ方式の操舵装置。

【0026】

この構成を採用すると、ステアリングホイールが中立位置から離れる方向、すなわち操舵対象の向きがストロークエンドに近づく方向に回転するときに、潤滑油の粘性抵抗による回転抵抗が内輪に負荷されるので、操舵対象の向きがストロークエンドに到達して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ことができる。

【0027】

［構成９］
前記ステアリングホイールに操舵反力を与える反力モータを更に有する構成１から８のいずれかに記載のステアバイワイヤ方式の操舵装置。

【0028】

この構成を採用すると、ステアリングホイールが中立位置から離れる方向に回転するときに、回転負荷機構から内輪に回転抵抗が負荷されるので、その回転抵抗の分、反力モータで発生する反力を小さく抑えることができる。そのため、小型の反力モータで良好な操舵フィーリングを得ることができ、また、反力モータの消費電力を小さく抑えることが可能である。

【発明の効果】

【0029】

この発明のステアバイワイヤ方式の操舵装置は、電磁式クラッチユニットの通電と非通電の切り替えにより、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から、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に切り替えることが可能である。ここで、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、操舵対象の向きがストロークエンドに到達したときに電磁式クラッチユニットの通電と非通電を切り替えることにより、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。また、ステアリングホイールが中立位置から離れる方向、すなわち操舵対象の向きがストロークエンドに近づく方向に回転するときに、回転負荷機構が、ステアリングホイールと一体に回転する内輪に回転抵抗を負荷するので、操舵対象の向きがストロークエンドに到達して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ことができる。そのため、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】

【0030】

【図1】この発明の第１実施形態にかかるステアバイワイヤ方式の操舵装置を模式的に示す図

【図2】図１の電磁式クラッチユニットの近傍の断面図

【図3】図２の回転負荷機構の近傍を拡大して示す図

【図4】図３のIV－IV線に沿った断面図

【図5】図３のV－V線に沿った断面図

【図6】図３のVI－VI線に沿った断面図

【図7】図３のVII－VII線に沿った断面図

【図8】この発明の第２実施形態を図３に対応して示す図

【図9】図８のIX－IX線に沿った断面図

【図10】図８のX－X線に沿った断面図

【図11】この発明の第３実施形態を図３に対応して示す図

【図12】図１１のXII－XII線に沿った断面図

【図13】図１１のXIII－XIII線に沿った断面図

【図14】この発明の第４実施形態を図３に対応して示す図

【図15】図１４のXV－XV線に沿った断面図

【図16】この発明の第５実施形態を図３に対応して示す図

【図17】図１６のXVII－XVII線に沿った断面図

【図18】図１６のXVIII－XVIII線に沿った断面図

【発明を実施するための形態】

【0031】

図１に、この発明の第１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。

【0032】

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、通電と非通電の切り替えにより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電磁式クラッチユニット７と、ステアリングホイール１が中立位置から離れる方向に回転するときにステアリングホイール１に回転抵抗を負荷する回転負荷機構８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９とを有する。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

転舵アクチュエータ２は、転舵軸１０と、転舵軸ハウジング１１と、転舵軸１０を車両の左右方向に移動させる転舵モータ１２と、転舵軸１０の位置を検知する転舵センサ１３とを有する。転舵軸１０は、車両の左右方向に移動可能に転舵軸ハウジング１１で支持されている。転舵軸ハウジング１１は、転舵軸１０の左右両端が転舵軸ハウジング１１から突出した状態となるように転舵軸１０の中央部を収容している。

【0036】

転舵モータ１２および転舵センサ１３は、転舵軸ハウジング１１に取り付けられている。転舵モータ１２と転舵軸１０の間には、転舵モータ１２が出力する回転を転舵軸１０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１０の左右両端は、タイロッド１４を介して左右一対の転舵輪３に連結され、転舵軸１０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。

【0037】

図２に示すように、反力モータ６は、モータケース１５と、モータケース１５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１６とを有する。モータシャフト１６は、モータケース１５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１６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１５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。

【0038】

図３に示すように、電磁式クラッチユニット７は、内輪１７と、内輪１７の径方向外側に配置された外輪１８と、内輪１７の外周に形成された複数のカム面１９（図４参照）と、外輪１８の内周に形成された円筒面２０と、各カム面１９と円筒面２０との間に組み込まれた係合子２１と、それらの係合子２１を保持する係合子保持器２２と、軸方向に移動可能に支持されたアーマチュア２３と、通電によりアーマチュア２３を吸引して軸方向に移動させる電磁石２４と、アーマチュア２３が電磁石２４に吸着される動作に応じて係合子保持器２２を周方向移動させる動作変換機構２５とを有する。

【0039】

図２に示すように、内輪１７は、モータシャフト１６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１７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１６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。

【0040】

外輪１８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１７、係合子２１、係合子保持器２２、アーマチュア２３、電磁石２４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１８は鋼材で形成されている。

【0041】

外輪１８の外周とクラッチケース２６の内周との間には、外輪１８をクラッチケース２６に対して回り止めするキー部材２７が組み込まれ、これにより、外輪１８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。この実施形態では、クラッチケース２６とは別体に形成した外輪１８を、クラッチケース２６に回り止めしたが、外輪１８をクラッチケース２６と一体に形成することも可能である。

【0042】

外輪１８には、内輪１７を回転可能に支持する軸受２８が組み込まれている。クラッチケース２６は、両端が開放した筒状に形成され、そのクラッチケース２６の軸方向一端に、反力モータ６のモータケース１５がボルト２９で固定され、クラッチケース２６の軸方向他端に、回転負荷機構８を収容する負荷機構ケース３０がボルト３１で固定されている。

【0043】

図４に示すように、内輪１７の外周のカム面１９は、外輪１８の内周の円筒面２０と半径方向に対向している。カム面１９と円筒面２０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。

【0044】

係合子保持器２２には、径方向に貫通するポケット３２（図２参照）が周方向に間隔をおいて複数形成され、その各ポケット３２に係合子２１が収容されている。係合子保持器２２は、係合子２１をカム面１９の周方向中央から周方向に移動させることでカム面１９と円筒面２０の間に係合子２１を係合させる係合位置と、係合子２１をカム面１９の周方向中央に移動させることでカム面１９と円筒面２０の間への係合子２１の係合を解除する係合解除位置との間で、内輪１７に対して周方向に移動可能に支持されている。

【0045】

図３に示すように、アーマチュア２３は、内輪１７の外周で軸方向に移動可能に支持されている。アーマチュア２３は、磁性材料（鉄、珪素鋼など）で形成された円盤状の部材である。電磁石２４は、アーマチュア２３と軸方向に対向して配置されている。アーマチュア２３と電磁石２４の間には、アーマチュア２３を電磁石２４から遠ざかる方向に軸方向に押圧する離反ばね３３が軸方向に圧縮した状態で組み込まれている。

【0046】

動作変換機構２５は、アーマチュア２３に対して軸方向に相対移動可能な状態でアーマチュア２３に回り止めされかつ係合子保持器２２に回り止めされた中間プレート３４と、係合子保持器２２を係合解除位置に弾性的に保持するスイッチばね３５とを有する。

【0047】

図４に示すように、スイッチばね３５は、鋼線をＣ形に巻いたＣ形環状部４０と、Ｃ形環状部４０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４１とからなる。Ｃ形環状部４０は、内輪１７の軸方向端面に形成された円形のばね収容凹部４２に嵌め込まれている。一対の延出部４１は、ばね収容凹部４２から径方向外方に貫通するように内輪１７の軸方向端面に形成された径方向溝４３に挿入されている。

【0048】

スイッチばね３５の延出部４１は、径方向溝４３の径方向外端から突出しており、その延出部４１の径方向溝４３からの突出部分が、係合子保持器２２に形成された保持器溝４４に挿入されている。径方向溝４３と保持器溝４４は同じ周方向幅をもつように形成されている。スイッチばね３５の延出部４１は、径方向溝４３の内面と、保持器溝４４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２２を係合解除位置に弾性保持している。

【0049】

図２に示す電磁式クラッチユニット７は、電磁石２４に通電すると、内輪１７と外輪１８との間に係合子２１が係合して内輪１７の回転が阻止されるロック状態となる。すなわち、電磁石２４に通電すると、図３に示すアーマチュア２３が電磁石２４に吸着され、アーマチュア２３が電磁石２４に摩擦接触した状態となる。この状態で内輪１７を回転させると、電磁石２４に摩擦接触するアーマチュア２３が、中間プレート３４を介して係合子保持器２２に回り止めされているので、係合子保持器２２は回転が制限され、係合子保持器２２に対して内輪１７が相対回転する。その結果、係合子保持器２２が、スイッチばね３５の弾性力に抗し係合解除位置から係合位置に移動し、内輪１７の外周のカム面１９と外輪１８の内周の円筒面２０との間に係合子２１が係合するので、外輪１８に対する内輪１７の回転が阻止される。

【0050】

一方、電磁石２４を非通電にすると、内輪１７と外輪１８との間への係合子２１の係合が解除されて内輪１７の回転が許容されるロック解除状態（空転状態）となる。すなわち、電磁石２４を非通電にすると、アーマチュア２３が離反ばね３３の付勢力によって電磁石２４から離反するので、アーマチュア２３が自由に回転可能な状態となり、アーマチュア２３に回り止めされた係合子保持器２２も自由に回転可能な状態となる。この状態では、係合子保持器２２が、スイッチばね３５の弾性力によって係合解除位置に保持されるので、内輪１７を回転させても、内輪１７の外周のカム面１９と外輪１８の内周の円筒面２０との間に係合子２１は係合しない。そのため、内輪１７は、外輪１８に対して正逆両方向に自由に回転可能となる。

【0051】

回転負荷機構８は、巻き軸４５と、巻き軸４５の径方向外側に配置された第１のゼンマイばね４６および第２のゼンマイばね４７と、第１のゼンマイばね４６および第２のゼンマイばね４７の径方向外側に配置された筒状のばねケース４８とを有する。

【0052】

巻き軸４５は、クラッチケース２６に装着した軸受４９で、内輪１７の回転中心を中心として回転可能に支持されている。巻き軸４５は、内輪１７にスプライン嵌合している。このスプライン嵌合により、巻き軸４５は内輪１７と一体に回転するように内輪１７に連結されている。

【0053】

図５に示すように、第１のゼンマイばね４６は、ばね用の鋼帯を渦巻状に巻回して形成されている。第１のゼンマイばね４６の内端は、巻き軸４５の外周に形成された軸方向に延びる係止溝５０に係止されている。図３に示すように、第１のゼンマイばね４６の外端は、第１の係止ピン５１を介してばねケース４８に係止されている。

【0054】

図６に示すように、第２のゼンマイばね４７の巻回方向は、図５に示す第１のゼンマイばね４６の巻回方向とは逆向きとなっている。図６に示す第２のゼンマイばね４７は、第１のゼンマイばね４６と同一形状のゼンマイばねを逆向きにして取り付けたものである。第２のゼンマイばね４７の内端は、巻き軸４５の外周の係止溝５０に係止されている。図３に示すように、第２のゼンマイばね４７の外端は、第２の係止ピン５２を介してばねケース４８に係止されている。第１のゼンマイばね４６と第２のゼンマイばね４７は軸方向に並んで配置されている。第１のゼンマイばね４６と第２のゼンマイばね４７の間には、仕切り板５３が設けられている。

【0055】

図７に示すように、ばねケース４８は、負荷機構ケース３０に形成された凹部５４に嵌合する凸部５５を有する。この凹部５４と凸部５５の嵌合により、図３に示すばねケース４８は、内輪１７の回転時にも回転しないように負荷機構ケース３０に固定されている。ここでは、負荷機構ケース３０とは別体にばねケース４８を形成し、そのばねケース４８を負荷機構ケース３０に固定したが、ばねケース４８と負荷機構ケース３０を一体に形成することも可能である。

【0056】

この回転負荷機構８は、図１に示すステアリングホイール１が中立位置から離れる方向に回転するときに、ステアリングホイール１と一体に回転する内輪１７（図３参照）に回転抵抗を負荷する。

【0057】

すなわち、図１に示すステアリングホイール１が中立位置から離れる方向に回転するとき、図３に示す内輪１７が、そのステアリングホイール１と一体に回転し、その内輪１７と一体に巻き軸４５が回転する。そして、この巻き軸４５の回転により、第１のゼンマイばね４６と第２のゼンマイばね４７のうちの一方が巻き締まり方向に弾性変形し、他方が巻き緩み方向に弾性変形し、その第１のゼンマイばね４６と第２のゼンマイばね４７の弾性力が、回転抵抗として内輪１７に負荷される。このとき第１のゼンマイばね４６と第２のゼンマイばね４７から内輪１７に付与される弾性力の方向は、図１に示すステアリングホイール１を中立位置に戻す方向となり、その弾性力の大きさは、ステアリングホイール１の中立位置からの回転角度に応じた大きさとなる。中立位置は、転舵輪３（操舵対象）が左右いずれにも向かずに直進方向を向くときのステアリングホイール１の角度位置である。

【0058】

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１２は、制御部９で制御される。制御部９の入力側には、外部センサ５６、操舵センサ５、転舵センサ１３が電気的に接続されている。外部センサ５６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９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。

【0059】

制御部９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５６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１２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９は、転舵輪３（操舵対象）の向きがストロークエンドに近づくにつれて反力モータ６で発生する反力の大きさが次第に大きくなるように反力モータ６を制御する。

【0060】

さらに、制御部９は、転舵センサ１３で検知される転舵軸１０の位置に基づいて、転舵輪３の向きがストロークエンドに到達したか否かを判定する。そして、転舵輪３の向きがストロークエンドに到達していないと判定したときは、電磁式クラッチユニット７の電磁石２４（図３参照）を非通電とすることで、係合子保持器２２を係合解除位置に保持する。一方、転舵輪３の向きがストロークエンドに到達したと判定したときは、電磁式クラッチユニット７の電磁石２４（図３参照）に通電することで、係合子保持器２２を係合解除位置から係合位置に移動させる。

【0061】

この操舵装置は、図３に示す電磁石２４の通電と非通電の切り替えにより、内輪１７と外輪１８との間への係合子２１の係合が解除されて内輪１７の回転が許容されるロック解除状態から、内輪１７と外輪１８との間に係合子２１が係合して内輪１７の回転が阻止されるロック状態に切り替えることが可能である。ここで、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２１が内輪１７と外輪１８との間に物理的に係合し、内輪１７の回転が確実に阻止されるので、内輪１７に連結されたステアリングホイール１（図１参照）の回転も確実に阻止される。そのため、図１に示す転舵輪３の向きがストロークエンドに到達したときに、図３に示す電磁石２４の通電と非通電を切り替えることにより、図１に示す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、転舵輪３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。

【0062】

ところで、図２に示す回転負荷機構８が無い場合、図１に示すステアリングホイール１を運転者が回転操作しているときに、図２に示す内輪１７と外輪１８の間に係合子２１が係合すると、図１に示すステアリングホイール１の回転抵抗が急激に増加する。そのため、転舵輪３の向きがストロークエンドに到達したときに、内輪１７と外輪１８との間に係合子２１が係合することで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くないという問題がある。

【0063】

そこで、転舵輪３の向きがストロークエンドに到達して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を向上させるため、図２に示す反力モータ６を使用し、その反力モータ６で発生する反力の大きさを、図１に示す転舵輪３の向きがストロークエンドに近づくにつれて次第に大きくなるように制御し、これにより、ステアリングホイール１の回転が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という方法を取ることが考えられる。

【0064】

しかしながら、図２に示す回転負荷機構８が無い状態で、反力モータ６のみで上記のような反力をステアリングホイール１に付与しようとすると、反力モータ６のサイズを大型化する必要があり、また、反力モータ６の消費電力も大きくなってしまうという問題がある。

【0065】

この問題に対し、この実施形態の操舵装置では、図１に示すステアリングホイール１が中立位置から離れる方向、すなわち転舵輪３の向きがストロークエンドに近づく方向に回転するときに、図２に示す回転負荷機構８が、ステアリングホイール１と一体に回転する内輪１７に回転抵抗を負荷するので、転舵輪３の向きがストロークエンドに到達してステアリングホイール１の回転が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る。そのため、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。

【0066】

特に、この実施形態の操舵装置は、図１にステアリングホイール１が中立位置から離れる方向、すなわち転舵輪３の向きがストロークエンドに近づく方向に回転するときに、ステアリングホイール１の中立位置からの回転角度が大きくなるにつれて、図２に示す回転負荷機構８から内輪１７に負荷される回転抵抗（ステアリングホイール１を中立位置に戻す方向の弾性力）が大きくなるので、転舵輪３の向きがストロークエンドに到達してステアリングホイール１の回転が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効果的に抑えることが可能となっている。

【0067】

また、この実施形態の操舵装置は、図５、図６に示すように、第１のゼンマイばね４６と第２のゼンマイばね４７を回転負荷機構８に使用しており、ゼンマイばねは、弾性変形可能な角度の範囲が大きいので、図１に示すステアリングホイール１の回転可能範囲を大きく設定したとき（例えば、ステアリングホイール１の回転可能範囲を中立位置に対して回転方向の片側で１８０°以上、回転方向の両側で合計３６０°以上に設定したとき）にも、ステアリングホイール１の回転可能範囲の全域において安定した大きさの回転抵抗（図５、図６に示す第１のゼンマイばね４６および第２のゼンマイばね４７の弾性力）をステアリングホイール１に負荷することができる。

【0068】

また、この実施形態の操舵装置は、図１に示すステアリングホイール１が中立位置から離れる方向に回転するときに、図２に示す回転負荷機構８から内輪１７に回転抵抗が負荷されるので、その回転抵抗の分、図１に示す反力モータ６で発生する反力を小さく抑えることができる。そのため、小型の反力モータ６で良好な操舵フィーリングを得ることができ、また、反力モータ６の消費電力を小さく抑えることが可能である。

【0069】

また、この実施形態の操舵装置は、図１に示すステアリングホイール１を手で持って中立位置から回転させ、その後、ステアリングホイール１から手を離したときに、図５、図６に示す第１のゼンマイばね４６および第２のゼンマイばね４７の弾性力によってステアリングホイール１を中立位置に戻すことも可能である。

【0070】

上記実施形態では、第１のゼンマイばね４６と第２のゼンマイばね４７とを１つずつ設けたものを例に挙げて説明したが、第１のゼンマイばね４６と第２のゼンマイばね４７とを複数ずつ設けてもよい。第１のゼンマイばね４６と第２のゼンマイばね４７の合計個数は２の倍数となる。

【0071】

また、上記実施形態では、外輪１８の内周と内輪１７の外周との間に組み込む係合子２１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２１としてボールやスプラグを用いることも可能である。

【0072】

また、上記各実施形態では、動作変換機構２５として、電磁石２４の通電時に係合子保持器２２を係合解除位置から係合位置に周方向移動させ、電磁石２４の非通電時に係合子保持器２２を係合位置から係合解除位置に周方向移動させる構成のもの（つまり、通電することにより係合する励磁作動型の電磁式クラッチユニット７）を採用したが、動作変換機構２５として、電磁石２４の通電時に係合子保持器２２を係合位置から係合解除位置に周方向移動させ、電磁石２４の非通電時に係合子保持器２２を係合解除位置から係合位置に周方向移動させる構成のもの（つまり、通電を停止することにより係合する無励磁作動型の電磁式クラッチユニット７）を採用することも可能である。

【0073】

図８～図１０に、この発明の第２実施形態を示す。第２実施形態は、第１実施形態と比べて回転負荷機構８の構成のみが異なり、それ以外の構成は同一である。そのため、第１実施形態に対応する部分は同一の符号を付して説明を省略する。

【0074】

図８に示すように、回転負荷機構８は、減速機入力軸６０と、減速機入力軸６０の回転を減速する減速機６１と、減速機６１で減速された回転を出力する減速機出力軸６２と、減速機出力軸６２をステアリングホイール１（図１参照）の中立位置に対応する位置に弾性保持するセンタリングばね６３とを有する。

【0075】

減速機入力軸６０は、減速機出力軸６２に装着した軸受６４で、内輪１７の回転中心を中心として回転可能に支持されている。減速機入力軸６０は、内輪１７にスプライン嵌合している。このスプライン嵌合により、減速機入力軸６０は内輪１７と一体に回転するように内輪１７に連結されている。

【0076】

減速機６１は、減速機入力軸６０に設けられた偏心軸部６５と、偏心軸部６５の外周に装着された転がり軸受６６と、転がり軸受６６の径方向外側に設けられた減速機外輪６７と、転がり軸受６６の外周と減速機外輪６７の内周の間に組み込まれた複数の減速機ローラ６８と、その複数の減速機ローラ６８を保持するローラ保持器６９とを有する。

【0077】

偏心軸部６５は、内輪１７の回転中心から偏心した位置を中心とする円筒面を外周にもつ部分である。転がり軸受６６は、この偏心軸部６５の外周に装着されている。転がり軸受６６は、外輪と内輪の間に複数の玉を組み込んだ玉軸受である。転がり軸受６６の外周は、偏心軸部６５の外周の円筒面の中心を中心とする円筒面である。減速機外輪６７は、負荷機構ケース３０の内周に嵌合し、キー部材７０で回り止めされている。

【0078】

図９に示すように、減速機外輪６７の内周には、周方向に等ピッチで複数のカム溝７１が形成されている。複数の減速機ローラ６８は、転がり軸受６６の外周と減速機外輪６７の内周の間に、周方向に等間隔に配置されている。各減速機ローラ６８は、減速機外輪６７の内周のカム溝７１の内面と、転がり軸受６６の外輪の円筒面とに接触している。減速機ローラ６８の個数は、減速機外輪６７の内周のカム溝７１の数よりも少なく設定され、これにより、各減速機ローラ６８のカム溝７１に対する位相が周方向に向かって次第に変化し、一周して元の位相に戻るようになっている。ローラ保持器６９には、各減速機ローラ６８を径方向に移動可能に収容するポケット７２が周方向に等間隔に形成されている。

【0079】

図８に示すように、減速機出力軸６２は、ローラ保持器６９と一体に回転するようにローラ保持器６９に連結されている。図では、ローラ保持器６９と一体に形成した減速機出力軸６２を示しているが、ローラ保持器６９とは別体に形成した減速機出力軸６２をローラ保持器６９に固定してもよい。ローラ保持器６９および減速機出力軸６２は、負荷機構ケース３０の内周に装着した軸受７３で、内輪１７の回転中心を中心として回転可能に支持されている。

【0080】

この減速機６１は、減速機入力軸６０に回転を入力すると、偏心軸部６５が偏心回転する。この偏心軸部６５の偏心回転に伴い、図９に示す各減速機ローラ６８は、位相をずらして順に減速機外輪６７の内周のカム溝７１に押し込まれ、そのカム溝７１の内面に沿って周方向に移動する。そして、その減速機ローラ６８の周方向移動がローラ保持器６９で取り出されて減速機出力軸６２に伝達することで、減速機出力軸６２が回転する。

【0081】

図１０に示すように、センタリングばね６３は、鋼線をＣ形に巻いたＣ形環状部７４と、Ｃ形環状部７４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７５とからなる。Ｃ形環状部７４は、減速機出力軸６２の軸方向端面に形成された円形のばね収容凹部７６に嵌め込まれている。一対の延出部７５は、ばね収容凹部７６から径方向外方に貫通するように減速機出力軸６２の軸方向端面に形成された径方向溝７７に挿入されている。

【0082】

センタリングばね６３の延出部７５は、径方向溝７７の径方向外端から突出しており、その延出部７５の径方向溝７７からの突出部分が、負荷機構ケース３０の凹部５４の内周に形成されたばね収容溝７８に挿入されている。径方向溝７７とばね収容溝７８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６３の延出部７５は、径方向溝７７の内面と、ばね収容溝７８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減速機出力軸６２を弾性保持している。

【0083】

この回転負荷機構８は、図１に示すステアリングホイール１が中立位置から離れる方向に回転するときに、ステアリングホイール１と一体に回転する内輪１７（図８参照）に回転抵抗を負荷する。

【0084】

すなわち、図１に示すステアリングホイール１が中立位置から離れる方向に回転するとき、図８に示す内輪１７が、そのステアリングホイール１と一体に回転し、その内輪１７と一体に減速機入力軸６０が回転する。そして、その減速機入力軸６０から減速機６１を介して減速機出力軸６２に伝達する回転によりセンタリングばね６３が弾性変形し、そのセンタリングばね６３の弾性力が、回転抵抗として減速機６１を介して内輪１７に負荷される。このときセンタリングばね６３から内輪１７に付与される弾性力の方向は、図１に示すステアリングホイール１を中立位置に戻す方向となり、その弾性力の大きさは、ステアリングホイール１の中立位置からの回転角度に応じた大きさとなる。

【0085】

この実施形態の操舵装置は、図８、図９に示すように、減速機６１とセンタリングばね６３を回転負荷機構８に使用しており、減速機入力軸６０の回転角度は、減速機出力軸６２の回転角度よりも大きいので、ステアリングホイール１の回転可能範囲を大きく設定したとき（例えば、ステアリングホイール１の回転可能範囲を中立位置に対して回転方向の片側で１８０°以上、回転方向の両側で合計３６０°以上に設定したとき）にも、ステアリングホイール１の回転可能範囲の全域において安定した大きさの回転抵抗（図８に示すセンタリングばね６３から減速機６１を介して伝達する弾性力）をステアリングホイール１に負荷することができる。

【0086】

また、この実施形態の操舵装置は、図１に示すステアリングホイール１を手で持って中立位置から回転させ、その後、ステアリングホイール１から手を離したときに、図８に示すセンタリングばね６３から減速機６１を介して伝達する弾性力によってステアリングホイール１を中立位置に戻すことも可能である。その他の作用効果は第１実施形態と同様である。

【0087】

この実施形態では、減速機６１として、偏心軸部６５と減速機ローラ６８とカム溝７１とを使用するローラ減速機を例に挙げて説明したが、例えば、遊星歯車減速機、サイクロイド減速機など、別の形式の減速機６１を採用してもよい。

【0088】

図１１～図１３に、この発明の第３実施形態を示す。第３実施形態は、第１実施形態と比べて回転負荷機構８の構成のみが異なり、それ以外の構成は同一である。そのため、第１実施形態に対応する部分は同一の符号を付して説明を省略する。

【0089】

図１１に示すように、回転負荷機構８は、内軸部７９と、内軸部７９の径方向外側に配置された外筒部８０と、内軸部７９の外周に装着された複数のインナーディスク８１と、外筒部８０の内周に装着された複数のアウターディスク８２と、内軸部７９の外周と外筒部８０の内周との間に封入された磁性流体８３と、外筒部８０を囲むように配置された環状の電磁コイル８４とを有する。

【0090】

内軸部７９は、クラッチケース２６に装着した軸受８５で、内輪１７の回転中心を中心として回転可能に支持されている。内軸部７９は、内輪１７にスプライン嵌合している。このスプライン嵌合により、内軸部７９は内輪１７と一体に回転するように内輪１７に連結されている。

【0091】

外筒部８０は、内輪１７の回転時にも回転しないように負荷機構ケース３０に固定されている。外筒部８０には、内軸部７９の外周と外筒部８０の内周の間に磁性流体８３を密封する蓋部材８６が取り付けられている。磁性流体８３は、強磁性材料の微粒子をベース液に分散した磁性コロイド溶液である。外筒部８０および蓋部材８６は、非磁性材料（例えばアルミ合金）で形成されている。

【0092】

複数のインナーディスク８１は、内軸部７９の外周に軸方向に間隔をおいて設けられている。内軸部７９の外周には、軸方向に隣り合うインナーディスク８１の間隔を保持するインナー間座８７が設けられている。

【0093】

同様に、複数のアウターディスク８２は、外筒部８０の内周に軸方向に間隔をおいて設けられている。外筒部８０の内周には、軸方向に隣り合うアウターディスク８２の間隔を保持するアウター間座８８が設けられている。各アウターディスク８２は、軸方向に隣り合うインナーディスク８１の軸方向の対向面間に挿入されている。

【0094】

インナーディスク８１とアウターディスク８２の間には磁性流体８３を収容する軸方向隙間が設定されている。各インナーディスク８１と各アウターディスク８２は、強磁性材料（鉄など）で形成されている。電磁コイル８４は、外筒部８０と同軸の円筒状に巻回されている。

【0095】

図１２に示すように、インナーディスク８１の内周には内径突起８９が設けられ、その内径突起８９に係合する軸方向溝９０が内軸部７９の外周に設けられている。インナーディスク８１は、この内径突起８９と軸方向溝９０の係合により内軸部７９の外周に回り止めされている。

【0096】

図１３に示すように、アウターディスク８２の外周には外径突起９１が設けられ、その外径突起９１に係合する軸方向溝９２が外筒部８０の内周に設けられている。アウターディスク８２は、この外径突起９１と軸方向溝９２の係合により外筒部８０の内周に回り止めされている。

【0097】

この回転負荷機構８は、図１１に示す電磁コイル８４に電流を印加すると、内軸部７９と外筒部８０の間を軸方向に貫通する磁路が形成されるので、インナーディスク８１とアウターディスク８２の軸方向隙間に存在する磁性流体８３のせん断抵抗が増加し、内軸部７９に回転抵抗が付与される。

【0098】

この実施形態の操舵装置は、図１に示すステアリングホイール１が中立位置から離れる方向に回転するときに、図１１に示す電磁コイル８４に電流を印加することで、内輪１７に回転抵抗を負荷することができる。そのため、図１に示す転舵輪３の向きがストロークエンドに到達してステアリングホイール１の回転が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。

【0099】

また、この実施形態の操舵装置は、図１１に示す電磁コイル８４に印加する電流の大きさを変化させることで、内輪１７に負荷される回転抵抗の大きさを変化させることができる。そのため、図１に示すステアリングホイール１が中立位置から離れる方向、すなわち転舵輪３の向きがストロークエンドに近づく方向に回転するときに、制御部９において、操舵センサ５で検知されるステアリングホイール１の中立位置からの回転角度が大きくなるにつれて、図１１に示す電磁コイル８４の印加電流を増加させて内輪１７に負荷する回転抵抗を大きくするという制御を行なうことで、図１に示す転舵輪３の向きがストロークエンドに到達してステアリングホイール１の回転が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効果的に抑えることが可能となる。

【0100】

図１４、図１５に、この発明の第４実施形態を示す。第４実施形態は、第１実施形態と比べて回転負荷機構８の構成のみが異なり、それ以外の構成は同一である。そのため、第１実施形態に対応する部分は同一の符号を付して説明を省略する。

【0101】

図１４に示すように、回転負荷機構８は、ダンパーロータ９３と、ダンパーロータ９３を収容するダンパーケース９４と、ダンパーケース９４内に封入された作動油とを有する回転式油圧ダンパーである。

【0102】

ダンパーロータ９３は、クラッチケース２６に装着した軸受９５で、内輪１７の回転中心を中心として回転可能に支持されている。ダンパーロータ９３は、内輪１７にスプライン嵌合している。このスプライン嵌合により、ダンパーロータ９３は内輪１７と一体に回転するように内輪１７に連結されている。

【0103】

ダンパーケース９４は、ダンパーロータ９３の回転時にも回転しないように負荷機構ケース３０に固定されている。ダンパーケース９４には、作動油を密封する蓋部材９６が取り付けられている。作動油は、例えば、鉱物油やシリコーンオイルを使用することができる。

【0104】

図１５に示すように、ダンパーケース９４の内部には、ダンパーロータ９３が回転したときに作動油を通過させる絞り通路９７が設けられ、この絞り通路９７を流れる作動油の粘性抵抗によってダンパーロータ９３に回転抵抗が生じるようになっている。ダンパーロータ９３の外周とダンパーケース９４の内周の間には、作動油を貯める貯油室９８と絞り通路９７とが周方向に交互に形成されている。絞り通路９７は、図では、ダンパーロータ９３の外周の円筒面とダンパーケース９４の内周の円筒面の間に形成された微小隙間である。

【0105】

この回転負荷機構８は、図１に示すステアリングホイール１が中立位置から離れる方向、すなわち転舵輪３の向きがストロークエンドに近づく方向に回転するときに、作動油の粘性抵抗による回転抵抗が内輪１７に負荷されるので、転舵輪３の向きがストロークエンドに到達してステアリングホイール１の回転が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。

【0106】

図１６～図１８に、この発明の第５実施形態を示す。第５実施形態は、第３実施形態と比べて回転負荷機構８の構成のみが異なり、それ以外の構成は同一である。そのため、第３実施形態に対応する部分は同一の符号を付して説明を省略する。

【0107】

図１６に示すように、回転負荷機構８は、内軸部７９と、内軸部７９の径方向外側に配置された外筒部８０と、内軸部７９の外周に装着された複数のインナーディスク８１と、外筒部８０の内周に装着された複数のアウターディスク８２と、内軸部７９の外周と外筒部８０の内周との間に封入された潤滑油とを有する湿式多板式のものである。

【0108】

複数のインナーディスク８１は、内軸部７９の外周に軸方向に間隔をおいて設けられている。複数のアウターディスク８２は、外筒部８０の内周に軸方向に間隔をおいて設けられている。各アウターディスク８２は、インナーディスク８１と摺接するように軸方向に隣り合うインナーディスク８１の軸方向の対向面間に挿入されている。

【0109】

この回転負荷機構８は、図１に示すステアリングホイール１が中立位置から離れる方向、すなわち転舵輪３の向きがストロークエンドに近づく方向に回転するときに、インナーディスク８１とアウターディスク８２の間の微小な軸方向隙間に存在する潤滑油がインナーディスク８１とアウターディスク８２とで周方向にせん断され、潤滑油の粘性抵抗による回転抵抗が内輪１７に負荷されるので、転舵輪３の向きがストロークエンドに到達してステアリングホイール１の回転が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。

【0110】

上記各実施形態では、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、車両用操舵装置に限らず、船舶、建設機械、農業機械、全地形対応車、多用途四輪車などの操舵装置にも同様に適用することが可能である。

【0111】

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】

【0112】

１ ステアリングホイール
２ 転舵アクチュエータ
５ 操舵センサ
６ 反力モータ
７ 電磁式クラッチユニット
８ 回転負荷機構
１７ 内輪
１８ 外輪
２１ 係合子
２２ 係合子保持器
２３ アーマチュア
２４ 電磁石
２５ 動作変換機構
４５ 巻き軸
４６ 第１のゼンマイばね
４７ 第２のゼンマイばね
４８ ばねケース
６０ 減速機入力軸
６１ 減速機
６２ 減速機出力軸
６３ センタリングばね
７９ 内軸部
８０ 外筒部
８１ インナーディスク
８２ アウターディスク
８３ 磁性流体
８４ 電磁コイル

【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】