特開 2024-175260 回転負荷装置

(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】P2024175260

(43)【公開日】2024-12-18

(54)【発明の名称】回転負荷装置

(51)【国際特許分類】

   B62D 1/16 20060101AFI20241211BHJP

   B62D 1/04 20060101ALI20241211BHJP

【ＦＩ】

B62D1/16

B62D1/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023092901

(22)【出願日】2023-06-06

(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）】

3D030

【Ｆターム（参考）】

3D030DA11

(57)【要約】

【課題】機械部品のみで回転反力を発生することが可能な回転負荷装置を提供する。
【解決手段】回転軸１５の外周に軸方向にスライド可能に嵌合するスライド筒１６と、スライド筒１６を軸方向に付勢する弾性部材１７とを有し、スライド筒１６には、周方向に沿って軸方向位置が変化するカム溝３０が形成され、回転軸１５の外周には、回転軸１５が回転したときにカム溝３０内を摺動するカムピン３１が設けられ、弾性部材１７からスライド筒１６とカムピン３１とを介して回転軸１５に伝達する弾性力によって回転反力を発生する回転負荷装置。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ハウジング（１４）と、
前記ハウジング（１４）に対して回転可能に支持された回転軸（１５）と、
前記ハウジング（１４）に対して回り止めされ、前記回転軸（１５）の外周に軸方向にスライド可能に嵌合するスライド筒（１６）と、
前記スライド筒（１６）を軸方向に付勢する弾性部材（１７）と、を有し、
前記スライド筒（１６）には、周方向に沿って軸方向位置が変化するカム溝（３０）が形成され、
前記回転軸（１５）の外周には、回転軸（１５）が回転したときに前記カム溝（３０）内を摺動することで前記スライド筒（１６）を軸方向移動させるカムピン（３１）が設けられ、
前記弾性部材（１７）は、前記回転軸（１５）が回転したときに前記スライド筒（１６）の軸方向移動により弾性変形するように設けられ、その弾性部材（１７）から前記スライド筒（１６）と前記カムピン（３１）とを介して前記回転軸（１５）に伝達する弾性力によって回転反力を発生する回転負荷装置。

【請求項2】

前記ハウジング（１４）に対して回り止めされ、軸方向に延びる転走溝（２８）を内周にもつ外輪（２３）と、
前記スライド筒（１６）を径方向に貫通して形成された玉保持穴（２９）に保持され、前記転走溝（２８）に転がり接触する玉（２７）と、を更に有し、
前記玉（２７）と前記転走溝（２８）の係合により前記スライド筒（１６）が前記ハウジング（１４）に対して回り止めされている請求項１に記載の回転負荷装置。

【請求項3】

前記転走溝（２８）が、前記外輪（２３）の内周に周方向に間隔をおいて３箇所以上設けられ、
前記玉（２７）および前記玉保持穴（２９）も、前記スライド筒（１６）に周方向に間隔をおいて３箇所以上設けられている請求項２に記載の回転負荷装置。

【請求項4】

前記玉（２７）および前記玉保持穴（２９）が、前記スライド筒（１６）の同じ周方向位置に軸方向に間隔をおいて２箇所以上設けられている請求項２または３に記載の回転負荷装置。

【請求項5】

前記カム溝（３０）は、カム溝（３０）の周方向中央から周方向一方と周方向他方のいずれに向かってもカム溝（３０）の軸方向位置が軸方向の一方側に変化するＶ字状に形成され、
前記弾性部材（１７）は、前記スライド筒（１６）を軸方向の前記一方側に付勢するように設けられている請求項１から３のいずれかに記載の回転負荷装置。

【請求項6】

前記回転軸（１５）と前記ハウジング（１４）のうちの一方の部材に、３６０°未満の角度範囲で周方向に延びるストッパ溝（３３）が設けられ、他方の部材に、前記ストッパ溝（３３）内に位置するストッパ突起（３４）が設けられ、
前記回転軸（１５）が回転したときに、前記カムピン（３１）が前記カム溝（３０）の周方向端部に当接するよりも前に、前記ストッパ突起（３４）が前記ストッパ溝（３３）の周方向端部に当接することで、前記回転軸（１５）の回転可能範囲を規制する請求項１から３のいずれかに記載の回転負荷装置。

【請求項7】

前記回転軸（１５）の回転角度を検知する回転角センサ（１２）が設けられている請求項１から３のいずれかに記載の回転負荷装置。

【請求項8】

外部から入力される回転を減速して前記回転軸（１５）に伝達する減速機（５１）を更に有し、
前記カム溝（３０）が、前記スライド筒（１６）に周方向に間隔をおいて３箇所以上設けられ、
前記カムピン（３１）も、前記回転軸（１５）の外周に周方向に間隔をおいて３箇所以上設けられている請求項１から３のいずれかに記載の回転負荷装置。

【請求項9】

前記減速機（５１）は、外部から回転が入力される回転入力部（５２）の回転中心と、前記回転入力部（５２）の回転を減速して出力する回転出力部（５５）の回転中心とが同一直線上に位置するように構成され、
前記回転入力部（５２）は、外部から回転入力部（５２）に回転が入力されたときに回転入力部（５２）の回転中心まわりに回転入力部（５２）と一体に回転移動する入力側凸部（６０）を有し、前記回転出力部（５５）は、外部から前記回転入力部（５２）に回転が入力されたときに、前記入力側凸部（６０）と同じ軸方向位置を、回転出力部（５５）の回転中心まわりに回転出力部（５５）と一体に回転移動する出力側凸部（６１）を有し、
前記入力側凸部（６０）と前記出力側凸部（６１）は、外部から前記回転入力部（５２）に回転が入力されたときに前記入力側凸部（６０）が前記出力側凸部（６１）に追いついて当接することで、前記回転入力部（５２）の回転可能範囲を規制する請求項８に記載の回転負荷装置。

【請求項10】

前記回転入力部（５２）の回転可能範囲が３６０°以上の大きさの角度範囲に設定されている請求項９に記載の回転負荷装置。

【請求項11】

前記減速機（５１）は、前記回転軸（１５）の回転中心と同一直線上に回転中心をもつように配置されたサンギヤ（５２）と、前記ハウジング（１４）の内周に固定して設けられた内歯のリングギヤ（５３）と、前記リングギヤ（５３）と前記サンギヤ（５２）の間に周方向に間隔をおいて配置され、前記リングギヤ（５３）と前記サンギヤ（５２）に同時に噛み合う複数の遊星ギヤ（５４）と、前記複数の遊星ギヤ（５４）を各遊星ギヤ（５４）の中心まわりに自転可能かつ前記サンギヤ（５２）まわりに公転可能に支持する遊星キャリヤ（５５）とを有する遊星歯車減速機であり、前記サンギヤ（５２）が、外部から回転が入力される回転入力部（５２）を構成し、前記遊星キャリヤ（５５）が、前記回転入力部（５２）の回転を減速して出力する回転出力部（５５）を構成する請求項８に記載の回転負荷装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、回転反力を発生する回転負荷装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ステアリングホイールに操舵反力を付与する用途に使用される回転負荷装置として、特許文献１のものが知られている。特許文献１の回転負荷装置は、ステアリングホイールに接続するステアリングシャフトと一体に回転する円筒状のドラムと、そのドラムの外周に摩擦接触する帯状部材と、その帯状部材の張力を調整するコイルばねとを有し、運転者がステアリングホイールを回転操作すると、ドラムと帯状部材の間の摩擦抵抗によって回転反力を発生するように構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第４８５３４１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、特許文献１のように、ドラムと帯状部材の間の摩擦抵抗によって回転反力を発生するようにしたのでは、常にステアリングホイールの回転方向と逆向きの一定の大きさの回転反力（回転抵抗）が発生するので、ステアリングホイールを中立位置（車両が直進するときのステアリングホイールの位置）から回転させる操作をするときも、その後、ステアリングホイールを中立位置に戻す操作をするときも、ステアリングホイールの回転方向とは逆向きの同じ大きさの回転反力が発生することとなる。

【0005】

しかしながら、ステアリングホイールを中立位置に戻す操作をするときに、ステアリングホイールを中立位置から回転させる操作をするときと同じ大きさの回転反力が発生するのでは、運転者によるステアリングホイールの操舵フィーリングが重たいものとなってしまう。

【0006】

ここで、本願の発明者らは、ステアリングホイールを中立位置に戻す力を回転負荷装置で発生させることができれば、運転者によるステアリングホイールの操舵フィーリングを向上させることが可能となると考えた。

【0007】

この発明が解決しようとする課題は、機械部品のみで回転反力を発生することが可能であり、ステアリングホイールに操舵反力を付与する用途に好適な回転負荷装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の課題を解決するため、この発明では、以下の構成の回転負荷装置を提供する。
［構成１］
ハウジングと、
前記ハウジングに対して回転可能に支持された回転軸と、
前記ハウジングに対して回り止めされ、前記回転軸の外周に軸方向にスライド可能に嵌合するスライド筒と、
前記スライド筒を軸方向に付勢する弾性部材と、を有し、
前記スライド筒には、周方向に沿って軸方向位置が変化するカム溝が形成され、
前記回転軸の外周には、回転軸が回転したときに前記カム溝内を摺動することで前記スライド筒を軸方向移動させるカムピンが設けられ、
前記弾性部材は、前記回転軸が回転したときに前記スライド筒の軸方向移動により弾性変形するように設けられ、その弾性部材から前記スライド筒と前記カムピンとを介して前記回転軸に伝達する弾性力によって回転反力を発生する回転負荷装置。

【0009】

この構成を採用すると、外部から回転軸に回転が入力され、回転軸が回転したときに、回転軸の外周のカムピンが、スライド筒のカム溝内を摺動しながら、回転軸と一体に回転移動する。ここで、スライド筒は、ハウジングに対して回り止めされ、スライド筒のカム溝は、周方向に沿って軸方向位置が変化するように形成されているので、カムピンがカム溝内を摺動しながら回転軸と一体に回転移動すると、そのカムピンの回転移動に応じてスライド筒が軸方向移動する。そして、そのスライド筒の軸方向移動によって弾性部材が弾性変形し、その弾性部材からスライド筒とカムピンとを介して回転軸に伝達する弾性力によって、回転軸の回転角度に応じた大きさの回転反力が発生する。このように、外部から回転が入力されたときに、機械部品のみで回転反力を発生することが可能である。また、回転軸の回転角度に応じた大きさの回転反力が発生するので、ステアリングホイールに操舵反力を付与する用途に好適である。

【0010】

［構成２］
前記ハウジングに対して回り止めされ、軸方向に延びる転走溝を内周にもつ外輪と、
前記スライド筒を径方向に貫通して形成された玉保持穴に保持され、前記転走溝に転がり接触する玉と、を更に有し、
前記玉と前記転走溝の係合により前記スライド筒が前記ハウジングに対して回り止めされている構成１に記載の回転負荷装置。

【0011】

この構成を採用すると、外輪がハウジングに回り止めされ、その外輪の内周を軸方向に延びる転走溝に、スライド筒の玉保持穴に保持した玉が転がり接触しているので、スライド筒が軸方向移動するときの摩擦抵抗をきわめて小さく抑えながら、スライド筒をハウジングに対して回り止めすることが可能となる。そのため、スライド筒の軸方向移動が円滑となり、安定した大きさの回転反力を発生することができる。

【0012】

［構成３］
前記転走溝が、前記外輪の内周に周方向に間隔をおいて３箇所以上設けられ、
前記玉および前記玉保持穴も、前記スライド筒に周方向に間隔をおいて３箇所以上設けられている構成２に記載の回転負荷装置。

【0013】

この構成を採用すると、スライド筒が周方向に間隔をおいた３箇所以上の位置で軸方向に移動可能に案内されるので、スライド筒の中心位置が安定し、スライド筒の動作を特に安定したものとすることができる。

【0014】

［構成４］
前記玉および前記玉保持穴が、前記スライド筒の同じ周方向位置に軸方向に間隔をおいて２箇所以上設けられている構成２または３に記載の回転負荷装置。

【0015】

この構成を採用すると、スライド筒が軸方向に間隔をおいた２箇所以上の位置で軸方向に移動可能に案内されるので、スライド筒の傾きが防止され、スライド筒の動作を特に安定したものとすることができる。

【0016】

［構成５］
前記カム溝は、カム溝の周方向中央から周方向一方と周方向他方のいずれに向かってもカム溝の軸方向位置が軸方向の一方側に変化するＶ字状に形成され、
前記弾性部材は、前記スライド筒を軸方向の前記一方側に付勢するように設けられている構成１から４のいずれかに記載の回転負荷装置。

【0017】

この構成を採用すると、回転軸を周方向一方と周方向他方のいずれに回転させても、その回転方向とは逆方向の回転反力を発生することが可能となる。そのため、ステアバイワイヤ方式の操舵装置の用途に特に好適である。

【0018】

［構成６］
前記回転軸と前記ハウジングのうちの一方の部材に、３６０°未満の角度範囲で周方向に延びるストッパ溝が設けられ、他方の部材に、前記ストッパ溝内に位置するストッパ突起が設けられ、
前記回転軸が回転したときに、前記カムピンが前記カム溝の周方向端部に当接するよりも前に、前記ストッパ突起が前記ストッパ溝の周方向端部に当接することで、前記回転軸の回転可能範囲を規制する構成１から５のいずれかに記載の回転負荷装置。

【0019】

この構成を採用すると、回転軸を回転可能範囲の限界まで回転させたときに、カムピンがカム溝の周方向端部に当接するのを防止することができるので、カムピンおよびカム溝の耐久性を確保することが可能となる。

【0020】

［構成７］
前記回転軸の回転角度を検知する回転角センサが設けられている構成１から６のいずれかに記載の回転負荷装置。

【0021】

この構成を採用すると、回転軸の回転角度を回転角センサで検知するので、ステアバイワイヤ方式の操舵装置の用途に特に好適である。

【0022】

［構成８］
外部から入力される回転を減速して前記回転軸に伝達する減速機を更に有し、
前記カム溝が、前記スライド筒に周方向に間隔をおいて３箇所以上設けられ、
前記カムピンも、前記回転軸の外周に周方向に間隔をおいて３箇所以上設けられている構成１から７のいずれかに記載の回転負荷装置。

【0023】

この構成を採用すると、外部から入力される回転を減速して回転軸に伝達する減速機を有するので、外部から入力される回転角度よりも、回転軸の回転角度の方が小さくなり、カム溝の周方向幅を小さく設定することができる。そのため、周方向に３箇所以上のカム溝を設けることができ、スライド筒の中心位置が安定し、スライド筒の動作を特に安定したものとすることが可能となる。

【0024】

［構成９］
前記減速機は、外部から回転が入力される回転入力部の回転中心と、前記回転入力部の回転を減速して出力する回転出力部の回転中心とが同一直線上に位置するように構成され、
前記回転入力部は、外部から回転入力部に回転が入力されたときに回転入力部の回転中心まわりに回転入力部と一体に回転移動する入力側凸部を有し、前記回転出力部は、外部から前記回転入力部に回転が入力されたときに、前記入力側凸部と同じ軸方向位置を、回転出力部の回転中心まわりに回転出力部と一体に回転移動する出力側凸部を有し、
前記入力側凸部と前記出力側凸部は、外部から前記回転入力部に回転が入力されたときに前記入力側凸部が前記出力側凸部に追いついて当接することで、前記回転入力部の回転可能範囲を規制する構成８に記載の回転負荷装置。

【0025】

この構成を採用すると、減速機の回転入力部と回転出力部の回転速度差を利用して回転入力部の回転可能範囲を規制するので、回転入力部の回転可能範囲を大きく設定（例えば３６０°以上の大きさの角度範囲に設定）することが可能となる。

【0026】

［構成１０］
前記回転入力部の回転可能範囲が３６０°以上の大きさの角度範囲に設定されている構成９に記載の回転負荷装置。

【0027】

［構成１１］
前記減速機は、前記回転軸の回転中心と同一直線上に回転中心をもつように配置されたサンギヤと、前記ハウジングの内周に固定して設けられた内歯のリングギヤと、前記リングギヤと前記サンギヤの間に周方向に間隔をおいて配置され、前記リングギヤと前記サンギヤに同時に噛み合う複数の遊星ギヤと、前記複数の遊星ギヤを各遊星ギヤの中心まわりに自転可能かつ前記サンギヤまわりに公転可能に支持する遊星キャリヤとを有する遊星歯車減速機であり、前記サンギヤが、外部から回転が入力される回転入力部を構成し、前記遊星キャリヤが、前記回転入力部の回転を減速して出力する回転出力部を構成する構成９から１１のいずれかに記載の回転負荷装置。

【0028】

この構成を採用すると、減速機を回転軸の回転中心と同一直線上にコンパクトに配置することができ、減速機の構成も簡単で低コストである。

【発明の効果】

【0029】

この発明の回転負荷装置は、外部から回転軸に回転が入力され、回転軸が回転したときに、回転軸の外周のカムピンが、スライド筒のカム溝内を摺動しながら、回転軸と一体に回転移動する。ここで、スライド筒は、ハウジングに対して回り止めされ、スライド筒のカム溝は、周方向に沿って軸方向位置が変化するように形成されているので、カムピンがカム溝内を摺動しながら回転軸と一体に回転移動すると、そのカムピンの回転移動に応じてスライド筒が軸方向移動する。そして、そのスライド筒の軸方向移動によって弾性部材が弾性変形し、その弾性部材からスライド筒とカムピンとを介して回転軸に伝達する弾性力によって、回転軸の回転角度に応じた大きさの回転反力が発生する。このように、外部から回転が入力されたときに、機械部品のみで回転反力を発生することが可能である。また、回転軸の回転角度に応じた大きさの回転反力が発生するので、ステアリングホイールに操舵反力を付与する用途に好適である。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】この発明の第１実施形態にかかる回転負荷装置を使用した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の回転負荷装置の断面図

【図3】図２のIII－III線に沿った断面図

【図4】図２のIV－IV線に沿った断面図

【図5】図２のV－V線に沿った断面図

【図6】図２のハウジング本体を取り外した状態の回転負荷装置を図２の上方から見た図

【図7】図６に示す回転軸を回転させ、スライド筒が軸方向移動した状態を示す図

【図8】この発明の第２実施形態にかかる回転負荷装置を図２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】図８のXI－XI線に沿った断面図

【図12】図８のハウジング本体を取り外した状態の回転負荷装置を図８の上方から見た図

【図13】図１２に示す入力軸を回転させ、スライド筒が軸方向移動した状態を示す図

【発明を実施するための形態】

【0031】

図１に、この発明の第１実施形態にかかる回転負荷装置１を使用した操舵装置を示す。この操舵装置は、運転者によるステアリングホイール２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３を制御することで、左右一対の転舵輪４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２と、ステアリングホイール２に連結されたステアリングシャフト５と、ステアリングシャフト５を介してステアリングホイール２に機械的に連結して設けられた回転負荷装置１と、ステアリングホイール２から機械的に切り離して設けられた転舵アクチュエータ３と、制御部６とを有する。

【0033】

ステアリングシャフト５は、運転者がステアリングホイール２を回転操作したときに、そのステアリングホイール２の回転がステアリングシャフト５を介して回転負荷装置１に入力されるように、ステアリングシャフト５と回転負荷装置１を連結している。回転負荷装置１は、回転が入力されたときに、その回転に応じた回転反力を発生することで、ステアリングホイール２に操舵反力を付与する。

【0034】

転舵アクチュエータ３は、転舵軸７と、転舵軸ハウジング８と、転舵軸７を車両の左右方向に移動させる転舵モータ９と、転舵軸７の位置を検知する転舵センサ１０とを有する。転舵軸７は、車両の左右方向に移動可能に転舵軸ハウジング８で支持されている。転舵軸ハウジング８は、転舵軸７の左右両端が転舵軸ハウジング８から突出した状態となるように転舵軸７の中央部を収容している。

【0035】

転舵モータ９および転舵センサ１０は、転舵軸ハウジング８に取り付けられている。転舵モータ９と転舵軸７の間には、転舵モータ９が出力する回転を転舵軸７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７の左右両端は、タイロッド１１を介して左右一対の転舵輪４に連結され、転舵軸７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４の向きが変化するようになっている。

【0036】

制御部６は、回転負荷装置１に組み込まれた回転角センサ１２で検知されるステアリングホイール２の操作量と、外部センサ１３で検知される車両の走行状況（車速等）等に応じて転舵モータ９を作動させ、左右一対の転舵輪４の向きを変化させる制御を行なう。

【0037】

図２に示すように、回転負荷装置１は、ハウジング１４と、ステアリングホイール２（図１参照）の回転が入力される回転軸１５と、回転軸１５の外周に軸方向にスライド可能に嵌合するスライド筒１６と、スライド筒１６を軸方向に付勢する弾性部材１７とを有する。

【0038】

ハウジング１４は、ハウジング本体１４Ａとハウジング蓋体１４Ｂとを有する。ハウジング本体１４Ａは、回転軸１５の径方向外側を取り囲むように配置される筒部１８と、回転軸１５の軸端に対向するように筒部１８の一端（図では左端）に形成された端板部１９とを有する有底筒状の部材である。ハウジング蓋体１４Ｂは、筒部１８の他端（図では右端）にボルト２０で着脱可能に取り付けられている。

【0039】

ハウジング蓋体１４Ｂは、回転軸１５が貫通する円環板状に形成され、その内周に、回転軸１５を回転可能に支持する転がり軸受２１が組み込まれている。ハウジング本体１４Ａにも、回転軸１５を回転可能に支持する転がり軸受２２が組み込まれている。回転軸１５は、転がり軸受２１，２２によって、ハウジング１４に対する軸方向移動が規制された状態で、ハウジング１４に対して回転可能に支持されている。回転軸１５のハウジング１４からの突出端は、ステアリングシャフト５（図１）に接続されている。

【0040】

ハウジング本体１４Ａの筒部１８の内周には、外輪２３が嵌合して取り付けられている。外輪２３は、両端が開放した筒状の部材であり、鋼材で形成されている。ハウジング本体１４Ａは、軽金属（アルミ合金等）で形成されている。外輪２３は、ハウジング本体１４Ａの内周に形成された段部２４とハウジング蓋体１４Ｂとの間で軸方向に挟み込むことで、ハウジング１４に対する軸方向移動が規制されている。また、外輪２３のハウジング蓋体１４Ｂの側の軸方向端面に切り欠き２５（図４参照）が形成され、その切り欠き２５にハウジング蓋体１４Ｂに形成された軸方向突起２６が係合することで、外輪２３がハウジング１４に対して回り止めされている。

【0041】

ここでは、外輪２３をハウジング１４に対して回り止めする構成として、外輪２３の切り欠き２５とハウジング蓋体１４Ｂの軸方向突起２６とを係合させる構成を採用したが、これに代えて、外輪２３の外周に設けたキー溝とハウジング本体１４Ａの内周に設けたキー溝とに共通のキー部材を嵌め込む構成を採用してもよく、また、外輪２３の外周とハウジング本体１４Ａの内周とをスプライン嵌合させる構成を採用してもよく、また、外輪２３の外周に平面部を設け、その平面部に係合する突起部をハウジング本体１４Ａの内周に設ける構成を採用してもよい。

【0042】

図４に示すように、外輪２３の内周には、玉２７が転がり接触する転走溝２８が周方向に等間隔に３箇所設けられている。各転走溝２８は、外輪２３の内周を軸方向にまっすぐ直線状に延びて形成されている。また、スライド筒１６にも、玉２７を保持する玉保持穴２９が周方向に等間隔に３箇所設けられている。玉保持穴２９は、スライド筒１６を径方向に貫通して形成され、その玉保持穴２９に保持された玉２７が、外輪２３の内周の転走溝２８の内面と、回転軸１５の外周の円筒面とに転がり接触している。玉２７と転走溝２８の係合により、スライド筒１６は、ハウジング１４に対して軸方向に移動可能な状態で、ハウジング１４に対して回り止めされている。

【0043】

玉２７は、回転軸１５の外周の円筒面に玉２７が接触した状態で、玉２７の一部が玉保持穴２９から径方向外側にはみ出すように、スライド筒１６の径方向厚さよりも大きい直径を有する。玉２７は、鋼球が使用されている。玉保持穴２９は、玉２７の外周に沿った円形の穴である。スライド筒１６は、鋼材で形成してもよく、含油焼結合金または合成樹脂で形成してもよい。含油焼結合金または合成樹脂でスライド筒１６を形成すると、スライド筒１６の軸方向の摺動抵抗を効果的に低減することが可能となる。

【0044】

図２に示すように、玉２７および玉保持穴２９は、スライド筒１６の同じ周方向位置に、軸方向に間隔をおいて２箇所設けられている。２箇所の玉２７は、共通の転走溝２８に係合している。

【0045】

図６に示すように、スライド筒１６には、周方向に沿って軸方向位置が変化するカム溝３０が形成されている。カム溝３０は、スライド筒１６を径方向に貫通せずにスライド筒１６の内周を延びるように形成することも可能であるが、ここでは、スライド筒１６を径方向に貫通するスリット状に形成している。

【0046】

図３に示すように、回転軸１５の外周には、カムピン３１が設けられている。カムピン３１は、回転軸１５の外周に形成したピン穴３２に一端が圧入され、他端がピン穴３２から突出した状態に組み込まれている。カムピン３１のピン穴３２からの突出部分は、スライド筒１６のカム溝３０に挿入されている。

【0047】

図６、図７に示すように、カムピン３１は、ピン穴３２（図３参照）からの突出部分が円柱形状とされ、回転軸１５が回転したときに、回転軸１５と一体にカム溝３０内を摺動し、カム溝３０の内面を軸方向に押圧することで、スライド筒１６を軸方向移動させるようになっている。カム溝３０とカムピン３１は、回転軸１５の回転をスライド筒１６の軸方向移動に変換する運動変換機構を構成している。

【0048】

カム溝３０は、カム溝３０の周方向中央（Ｖ字の底に相当する位置）から周方向一方と周方向他方のいずれに向かってもカム溝３０の軸方向位置が軸方向の一方側（図では右側）に変化するＶ字状に形成されている。弾性部材１７は、スライド筒１６の軸方向の他方側（図では左側）の端面を押圧することで、スライド筒１６を軸方向の一方側（図では右側）に付勢するように組み込まれている。つまり、弾性部材１７は、回転軸１５が回転したときにスライド筒１６に押圧されて圧縮するように設けられている。

【0049】

図では、Ｖ字状のカム溝３０として、Ｖ字の底に相当する位置とＶ字の両端に相当する位置との間を、周方向に対する傾斜角が一定の直線で結んだ形状のものを示したが、Ｖ字の底に相当する位置とＶ字の両端に相当する位置との間を、周方向に対する傾斜角が段階的に変化する複数の直線で結んだ形状のものを採用してもよく、Ｖ字の底に相当する位置とＶ字の両端に相当する位置との間を、周方向に対する傾斜角が滑らかに変化する曲線で結んだ形状のものを採用してもよい。

【0050】

図２に示すように、弾性部材１７は、外輪２３の内周と回転軸１５の外周との間に形成される筒状空間に組み込まれている。弾性部材１７としては、圧縮コイルばね、ウェーブスプリング、皿ばね等の圧縮ばねを使用することができる。

【0051】

図２、図５に示すように、回転軸１５の外周には、３６０°未満の角度範囲（図では１８０°の角度範囲）で周方向に延びるストッパ溝３３が設けられ、ハウジング蓋体１４Ｂには、ストッパ溝３３内に位置するストッパ突起３４が設けられている。ストッパ突起３４とストッパ溝３３は、ストッパ突起３４がストッパ溝３３の周方向端部に当接する（ストッパ溝３３の周方向端部がストッパ突起３４を受け止める）ことで回転軸１５の回転可能範囲を規制する回転ストッパを構成している。ここで、ストッパ溝３３は、図３に示す回転軸１５が回転したときに、カムピン３１がカム溝３０の周方向端部に当接するよりも前に、図５に示すストッパ突起３４がストッパ溝３３の周方向端部に当接するように、ストッパ溝３３の周方向長さが設定されている。

【0052】

図２に示すように、ハウジング本体１４Ａの端板部１９には、回転軸１５の回転角度を検知する回転角センサ１２が設けられている。回転角センサ１２は、回転軸１５と一体に回転するように回転軸１５に回り止めして設けられた永久磁石４０と、永久磁石４０に対向して設けられた磁気検出部４１とからなるものを採用することができる。磁気検出部４１は、端板部１９にボルト４２で固定されている。ここでは、回転軸１５の回転角度を検知する回転角センサ１２として、回転軸１５の回転中心上に位置する回転型センサを例に挙げたが、スライド筒１６の軸方向位置を検出し、その軸方向位置に基づいて回転軸１５の回転角度を検知するものを採用してもよく、弾性部材１７の弾性力を検出し、その弾性力の大きさに基づいて回転軸１５の回転角度を検知するものを採用してもよい。

【0053】

この回転負荷装置１は、図１に示すステアリングホイール２から図２に示す回転軸１５に回転が入力され、回転軸１５が回転したときに、図６、図７に示すように、回転軸１５の外周のカムピン３１が、スライド筒１６のカム溝３０内を摺動しながら、回転軸１５と一体に回転移動する。ここで、スライド筒１６は、図２に示すハウジング１４に対して回り止めされ、図６に示すように、スライド筒１６のカム溝３０は、周方向に沿って軸方向位置が変化するように形成されているので、カムピン３１がカム溝３０内を摺動しながら回転軸１５と一体に回転移動すると、図７に示すように、そのカムピン３１の回転移動に応じてスライド筒１６が軸方向移動する。そして、そのスライド筒１６の軸方向移動によって、弾性部材１７が軸方向に押圧されて圧縮され、その弾性部材１７からスライド筒１６とカムピン３１とを介して回転軸１５に伝達する弾性力によって、回転軸１５の回転角度に応じた大きさの回転反力が発生する。このように、外部から回転が入力されたときに、機械部品のみで回転反力を発生することが可能である。また、回転軸１５の回転角度に応じた大きさの回転反力が発生するので、ステアリングホイール２（図１参照）に操舵反力を付与する用途に好適である。

【0054】

また、この回転負荷装置１は、特許第４８５３４１２号公報（特許文献１）のように、ドラムと帯状部材の間の摩擦抵抗によって回転反力を発生するように構成した回転負荷装置と比べて摩耗を生じにくく、長期にわたって安定した動作を確保することが可能である。

【0055】

また、この回転負荷装置１は、図２に示す外輪２３がハウジング１４に回り止めされ、その外輪２３の内周を軸方向に延びる転走溝２８に、スライド筒１６の玉保持穴２９に保持した玉２７が転がり接触しているので、スライド筒１６が軸方向移動するときの摩擦抵抗をきわめて小さく抑えながら、スライド筒１６をハウジング１４に対して回り止めすることが可能となっている。そのため、スライド筒１６の軸方向移動が円滑であり、安定した大きさの回転反力を発生することができる。

【0056】

また、この回転負荷装置１は、図４に示すように、スライド筒１６が周方向に間隔をおいた３箇所の位置で軸方向に移動可能に案内されているので、スライド筒１６の中心位置が安定し、スライド筒１６の動作が特に安定している。

【0057】

また、この回転負荷装置１は、図２に示すように、スライド筒１６が軸方向に間隔をおいた２箇所以上の位置で軸方向に移動可能に案内されているので、スライド筒１６の傾きが防止され、スライド筒１６の動作が特に安定している。

【0058】

また、この回転負荷装置１は、図６に示すように、カム溝３０が、カム溝３０の周方向中央から周方向一方と周方向他方のいずれに向かってもカム溝３０の軸方向位置が軸方向の一方側（図では右側）に変化するＶ字状に形成され、弾性部材１７が、スライド筒１６を軸方向の一方側（図では右側）に付勢するように設けられているので、回転軸１５を周方向一方と周方向他方のいずれに回転させても、その回転方向とは逆方向の回転反力を発生することが可能である。そのため、図１に示すステアリングホイール２を中立位置（車両が直進するときのステアリングホイール２の位置）から回転させる操作をするときは、回転負荷装置１が、ステアリングホイール２の回転方向とは逆向きの回転反力を発生し、その後、ステアリングホイール２を中立位置に戻す操作をするときは、回転負荷装置１が、ステアリングホイール２を中立位置に戻す力（ステアリングホイール２の回転操作をアシストする力）を発生することとなり、運転者によるステアリングホイール２の操舵フィーリングを向上させることが可能となる。

【0059】

また、この回転負荷装置１は、図３に示す回転軸１５が回転したときに、カムピン３１がカム溝３０の周方向端部に当接するよりも前に、図５に示すストッパ突起３４がストッパ溝３３の周方向端部に当接することで、回転軸１５の回転可能範囲を規制する。すなわち、回転軸１５を回転可能範囲の限界まで回転させたときに、図３に示すカムピン３１がカム溝３０の周方向端部に当接するのを防止することができる。そのため、カムピン３１およびカム溝３０の耐久性を確保することが可能である。

【0060】

また、この回転負荷装置１は、図２に示すように、回転軸１５の回転角度を検知する回転角センサ１２が設けられているので、図１に示すようなステアバイワイヤ方式の操舵装置の用途に特に好適である。

【0061】

図８～図１３に、この発明の第２実施形態を示す。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。

【0062】

図８に示すように、回転負荷装置１は、ハウジング１４と、ステアリングホイール２（図１参照）の回転が入力される入力軸５０と、入力軸５０に入力される回転を減速して回転軸１５に伝達する減速機５１と、回転軸１５の外周に軸方向にスライド可能に嵌合するスライド筒１６と、スライド筒１６を軸方向に付勢する弾性部材１７とを有する。入力軸５０と回転軸１５は、入力軸５０の回転中心と回転軸１５の回転中心とが同一直線上に位置するように並んで配置されている。

【0063】

ハウジング蓋体１４Ｂは、入力軸５０が貫通する円環板状に形成され、その内周に、入力軸５０を回転可能に支持する転がり軸受２１が組み込まれている。ハウジング本体１４Ａには、回転軸１５を回転可能に支持する転がり軸受２２が組み込まれている。回転軸１５は、転がり軸受２１，２２によって、ハウジング１４に対する軸方向移動が規制された状態で、ハウジング１４に対して回転可能に支持されている。入力軸５０のハウジング１４からの突出端は、ステアリングシャフト５（図１）に接続されている。

【0064】

図９に示すように、カム溝３０は、スライド筒１６に周方向に等間隔に３箇所設けられている。カムピン３１も、回転軸１５の外周に周方向に等間隔に３箇所設けられている。

【0065】

図８、図１１に示すように、減速機５１は、サンギヤ５２と、ハウジング１４の内周に固定して設けられた内歯のリングギヤ５３と、リングギヤ５３とサンギヤ５２の間に周方向に間隔をおいて配置された複数の遊星ギヤ５４と、複数の遊星ギヤ５４を各遊星ギヤ５４の中心まわりに自転可能かつサンギヤ５２まわりに公転可能に支持する遊星キャリヤ５５とを有する遊星歯車減速機である。

【0066】

図８に示すように、サンギヤ５２は、入力軸５０の軸端に一体に設けられている。サンギヤ５２は、回転軸１５の回転中心と同一直線上に回転中心をもつように配置された外歯歯車である。遊星ギヤ５４は、リングギヤ５３とサンギヤ５２に同時に噛み合っている。遊星キャリヤ５５は、各遊星ギヤ５４を自転可能に支持する複数のキャリヤピン５６と、その複数のキャリヤピン５６の周方向間隔を保持するキャリヤ本体５７とを有する。キャリヤ本体５７は、回転軸１５の軸端に一体に形成されている。

【0067】

リングギヤ５３および外輪２３は、ハウジング本体１４Ａの内周に形成された段部２４とハウジング蓋体１４Ｂとの間で軸方向に挟み込むことで、ハウジング１４に対する軸方向移動が規制されている。リングギヤ５３は、ハウジング蓋体１４Ｂの側の軸方向端面に切り欠き５８（図１１参照）を有し、その切り欠き５８にハウジング蓋体１４Ｂに形成された軸方向突起２６が係合することで、ハウジング１４に対して回り止めされている。外輪２３のリングギヤ５３の側の軸方向端面に切り欠き２５（図１０参照）が形成され、その切り欠き２５にリングギヤ５３に形成された軸方向突起５９が係合することで、外輪２３がハウジング１４に対して回り止めされている。

【0068】

ここでは、リングギヤ５３をハウジング１４に対して回り止めする構成として、リングギヤ５３の切り欠き５８とハウジング蓋体１４Ｂの軸方向突起２６とを係合させる構成を採用したが、これに代えて、リングギヤ５３の外周に設けたキー溝とハウジング本体１４Ａの内周に設けたキー溝とに共通のキー部材を嵌め込む構成を採用してもよく、また、リングギヤ５３の外周とハウジング本体１４Ａの内周とをスプライン嵌合させる構成を採用してもよく、また、リングギヤ５３の外周に平面部を設け、その平面部に係合する突起部をハウジング本体１４Ａの内周に設ける構成を採用してもよい。

【0069】

サンギヤ５２は、外部（図１に示すステアリングホイール２）から回転が入力される回転入力部を構成し、遊星キャリヤ５５は、回転入力部の回転を減速して出力する回転出力部を構成している。外部から回転が入力される回転入力部（サンギヤ５２）の回転中心と、回転入力部の回転を減速して出力する回転出力部（遊星キャリヤ５５）の回転中心は、同一直線上に位置している。

【0070】

減速機５１の回転入力部（サンギヤ５２）は、回転入力部（サンギヤ５２）に回転が入力されたときに回転入力部（サンギヤ５２）の回転中心まわりに回転入力部（サンギヤ５２）と一体に回転移動する入力側凸部６０を有する。また、減速機５１の回転出力部（遊星キャリヤ５５）は、外部から回転入力部（サンギヤ５２）に回転が入力されたときに、回転出力部（遊星キャリヤ５５）の回転中心まわりに回転出力部（遊星キャリヤ５５）と一体に回転移動する出力側凸部６１を有する。出力側凸部６１は、入力側凸部６０と同じ軸方向位置（径方向から見たときに入力側凸部６０と重なり合う部分を有する位置）に設けられている。

【0071】

図１０に示すように、出力側凸部６１は、回転軸１５とは別体のキー部材を回転軸１５の軸端の内径に固定した構成のものを採用している。出力側凸部６１は、回転軸１５の軸端の内径に継ぎ目の無い一体に形成したものを採用することも可能である。

【0072】

図１０に示す入力側凸部６０と出力側凸部６１は、外部から回転入力部（サンギヤ５２）に回転が入力されたときに入力側凸部６０が出力側凸部６１に追いついて当接することで、回転入力部（サンギヤ５２）の回転可能範囲を規制する回転ストッパを構成している。ここで、回転入力部（サンギヤ５２）の回転可能範囲は、３６０°以上の大きさの角度範囲に設定されている。また、入力側凸部６０と出力側凸部６１は、図９に示す回転軸１５が回転したときに、カムピン３１がカム溝３０の周方向端部に当接するよりも前に、図１０に示す入力側凸部６０と出力側凸部６１が互いに当接するように構成されている。

【0073】

この実施形態の回転負荷装置１は、図８に示すように、入力軸５０に入力される回転を減速して回転軸１５に伝達する減速機５１を有するので、入力軸５０に入力される回転角度よりも、回転軸１５の回転角度の方が小さく、図１２に示すように、カム溝３０の周方向幅を小さく設定することができる。そのため、図９に示すように、周方向に３箇所以上のカム溝３０を設けることができ、スライド筒１６の中心位置が安定し、スライド筒１６の動作を特に安定させることが可能となっている。

【0074】

また、この回転負荷装置１は、入力軸５０に入力される回転を減速して回転軸１５に伝達する減速機５１を有するので、入力軸５０に入力される回転角度よりも、回転軸１５の回転角度の方が小さい。そのため、図１２に示すように、カム溝３０の傾斜角を大きくとることができ、カム溝３０内でのカムピン３１の摺動を円滑なものとすることが可能である。また、カム溝３０の軸方向長さを短縮し、装置の小型化を図ることが可能となっている。

【0075】

また、この回転負荷装置１は、減速機５１の回転入力部（サンギヤ５２）と回転出力部（遊星キャリヤ５５）の回転速度差を利用して回転入力部（サンギヤ５２）の回転可能範囲を規制するので、回転入力部（サンギヤ５２）の回転可能範囲を大きく設定（３６０°以上の大きさの角度範囲に設定）することが可能である。

【0076】

また、この回転負荷装置１は、減速機５１に設けた入力側凸部６０と出力側凸部６１とで回転ストッパを構成しているので、装置の小型化を図ることが可能となっている。

【0077】

また、この回転負荷装置１は、減速機５１として遊星歯車減速機を採用しているので、減速機５１を回転軸１５の回転中心と同一直線上にコンパクトに配置することができ、減速機５１の構成も簡単で低コストである。その他の作用効果は第１実施形態と同様である。

【0078】

上記実施形態では、外部から回転が入力される回転入力部の回転中心と、回転入力部の回転を減速して出力する回転出力部の回転中心とが同一直線上に位置するように構成された減速機５１として遊星歯車減速機を採用したが、遊星歯車減速機に代えて、偏心型の減速機（ローラ減速機、ボール減速機、サイクロイド減速機など）を採用することも可能である。

【0079】

上記各実施形態では、回転軸１５が回転したときに、スライド筒１６の軸方向移動によって、軸方向に押圧されて圧縮するように組み込んだ弾性部材１７を例に挙げて説明したが、回転軸１５が回転したときに、スライド筒１６の軸方向移動によって、軸方向に引っ張られて伸長するように組み込んだ弾性部材１７を採用し、その弾性部材１７からスライド筒１６とカムピン３１とを介して回転軸１５に伝達する弾性力によって回転反力が発生するように構成してもよい。

【0080】

上記各実施形態では、図１に示すように、車両の左右一対の転舵輪４を操舵対象とするステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置に回転負荷装置１を使用した例を説明したが、この回転負荷装置１は、例えば、船舶の船尾に設けられる舵（船外機等）を操舵対象とするステアバイワイヤ方式の船舶用操舵装置に使用することも可能であり、建設機械、農業機械、全地形対応車、多用途四輪車などのステアバイワイヤ方式の操舵装置に適用することも可能である。また、操舵装置に限らず、回転負荷を必要とする他の装置に使用することも可能である。

【0081】

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】

【0082】

１ 回転負荷装置
２ ステアリングホイール
３ 転舵アクチュエータ
１２ 回転角センサ
１４ ハウジング
１４Ａ ハウジング本体
１４Ｂ ハウジング蓋体
１５ 回転軸
１６ スライド筒
１７ 弾性部材
１８ 筒部
１９ 端板部
２３ 外輪
２７ 玉
２８ 転走溝
２９ 玉保持穴
３０ カム溝
３１ カムピン
３３ ストッパ溝
３４ ストッパ突起
５１ 減速機
５２ サンギヤ（回転入力部）
５３ リングギヤ
５４ 遊星ギヤ
５５ 遊星キャリヤ（回転出力部）
６０ 入力側凸部
６１ 出力側凸部

【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】