特開 2024-175264 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】P2024175264

(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】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023092907

(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】石川 慎太朗

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 隆英

【テーマコード（参考）】

3D030

【Ｆターム（参考）】

3D030DA11

(57)【要約】

【課題】回転軸が中立位置に復帰する動作の信頼性に優れた回転負荷装置を提供する。
【解決手段】カム溝２９は、鋼球１７が弾性部材１９の付勢力でカム溝２９の内面と軸方向溝２８の内面とに押し付けられた状態でのカム溝２９の内面と鋼球１７との接点における接線方向と、軸方向溝２８の延在方向とのなすくさび角θが５０°以上９０°以下となる断面形状を有する。
【選択図】図９

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外周にカム溝（２９）をもつ回転軸（１５）と、
内周に軸方向溝（２８）をもつ外輪（１６）と、
前記カム溝（２９）と前記軸方向溝（２８）の両方に転がり接触するように前記回転軸（１５）と前記外輪（１６）の間に組み込まれた鋼球（１７）と、
前記鋼球（１７）を保持する保持器（１８）と、
前記保持器（１８）を軸方向に付勢する弾性部材（１９）と、を有し、
前記カム溝（２９）は、カム溝（２９）の周方向中央から周方向の両側のいずれに向かっても軸方向の一方側に変位するように傾斜して延びるＶ字状に設けられ、
前記弾性部材（１９）は、前記保持器（１８）を軸方向の他方側に付勢するように設けられ、
前記カム溝（２９）の周方向に対して軸方向に傾斜して延びる部分は、カム溝（２９）の延在方向に直交する断面で見て、前記鋼球（１７）が前記弾性部材（１９）の付勢力で前記カム溝（２９）の内面と前記軸方向溝（２８）の内面とに押し付けられた状態での前記カム溝（２９）の内面と前記鋼球（１７）との接点における接線方向と、前記軸方向溝（２８）の延在方向とのなすくさび角（θ）が５０°以上９０°以下となる断面形状を有し、
前記回転軸（１５）を中立位置から回転させたときに、前記鋼球（１７）が前記カム溝（２９）の内面を軸方向に押圧する力の周方向分力で前記回転軸（１５）を前記中立位置に復帰させる方向の回転反力を発生する回転負荷装置。

【請求項2】

前記カム溝（２９）の周方向に対して軸方向に傾斜して延びる部分の周方向に対する傾斜角度が、２５°未満に設定されている請求項１に記載の回転負荷装置。

【請求項3】

前記鋼球（１７）は、周方向位置を互いに異ならせて複数設けられ、
前記カム溝（２９）は、前記複数の鋼球（１７）に対応して複数設けられ、
前記軸方向溝（２８）も、前記複数の鋼球（１７）に対応して複数設けられている請求項１または２に記載の回転負荷装置。

【請求項4】

前記保持器（１８）は、前記回転軸（１５）の外周と前記外輪（１６）の内周との間に軸方向に移動可能に挿入された筒状の部材であり、
前記保持器（１８）に径方向に貫通して形成された保持穴（３０）に前記鋼球（１７）が収容されている請求項１または２に記載の回転負荷装置。

【請求項5】

前記カム溝（２９）の周方向に対して軸方向に傾斜して延びる部分は、カム溝（２９）の延在方向に直交する断面で見て、カム溝（２９）の溝底から前記軸方向の他方側に５０°以上９０°以下の立ち上がり角度で立ち上がる断面直線状の内側面（４２）を有する請求項１または２に記載の回転負荷装置。

【請求項6】

前記カム溝（２９）の断面形状は、三角形状、台形状、矩形状のいずれかである請求項５に記載の回転負荷装置。

【請求項7】

前記外輪（１６）を回り止めして収容するハウジング（１４）を更に有し、
前記ハウジング（１４）に、３６０°未満の角度範囲で周方向に延びるストッパ溝（３１）が設けられ、前記回転軸（１５）に、前記ストッパ溝（３１）内に位置するストッパ突起（３２）が設けられ、
前記回転軸（１５）が回転したときに、前記鋼球（１７）が前記カム溝（２９）の周方向端部に当接するよりも前に、前記ストッパ突起（３２）が前記ストッパ溝（３１）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または２に記載の回転負荷装置。

【請求項8】

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または２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場合、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】

そこで、本願の発明者らは、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を向上させるため、以下の構成の回転負荷装置を社内において発案した。
外周にカム溝をもつ回転軸と、
内周に軸方向溝をもつ外輪と、
前記カム溝と前記軸方向溝の両方に転がり接触するように前記回転軸と前記外輪の間に組み込まれた鋼球と、
前記鋼球を保持する保持器と、
前記保持器を軸方向に付勢する弾性部材と、を有し、
前記カム溝は、カム溝の周方向中央から周方向の両側のいずれに向かっても軸方向の一方側に変位するように傾斜して延びるＶ字状に設けられ、
前記弾性部材は、前記保持器を軸方向の他方側に付勢するように設けられ、
前記回転軸を中立位置から回転させたときに、前記鋼球が前記カム溝の内面を軸方向に押圧する力の周方向分力で前記回転軸を前記中立位置に復帰させる方向の回転反力を発生する回転負荷装置。

【0007】

この構成の回転負荷装置は、回転軸を中立位置から回転させたときに、弾性部材の付勢力によって回転軸を中立位置に復帰させる方向の回転反力が発生する。そのため、この回転負荷装置をステアリングホイールに使用すると、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の操舵フィーリングが軽いものとなり、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。

【0008】

さらに、発明者は、上記構成の回転負荷装置の試作評価を行なった。その結果、回転軸を中立位置から回転させた後、その回転軸を自由に回転可能なフリー状態とし、回転負荷装置が発生する回転反力で回転軸を中立位置に復帰させようとしたときに、鋼球の噛み込みによって回転軸の回転が阻害されるおそれがあることが分かった。

【0009】

すなわち、上記構成の回転負荷装置において、回転軸を中立位置から回転させた後、その回転軸を自由に回転可能なフリー状態としたとき、弾性部材が保持器を介して鋼球を軸方向に付勢し、その鋼球がカム溝の内面を軸方向に押圧し、カム溝の内面が鋼球から受ける力の周方向分力で回転軸を中立位置に復帰させる方向の回転反力が発生する。そして、その回転反力によって回転軸が回転し始めると、鋼球はカム溝に沿って転がり始める。この動作において、鋼球は、まず最初に、弾性部材の付勢力で軸方向に押し動かされるが、鋼球が押し動かされる方向（軸方向）とカム溝の延在方向とが異なるので、カム溝の延在方向に直交する断面で見て、カム溝と軸方向溝とで形成されるくさび角に鋼球が噛み込み、その鋼球の噛み込みによって回転軸の回転が阻害されるおそれがあることが分かった。

【0010】

この発明が解決しようとする課題は、回転軸が中立位置に復帰する動作の信頼性に優れ、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】

【0011】

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］
外周にカム溝をもつ回転軸と、
内周に軸方向溝をもつ外輪と、
前記カム溝と前記軸方向溝の両方に転がり接触するように前記回転軸と前記外輪の間に組み込まれた鋼球と、
前記鋼球を保持する保持器と、
前記保持器を軸方向に付勢する弾性部材と、を有し、
前記カム溝は、カム溝の周方向中央から周方向の両側のいずれに向かっても軸方向の一方側に変位するように傾斜して延びるＶ字状に設けられ、
前記弾性部材は、前記保持器を軸方向の他方側に付勢するように設けられ、
前記カム溝の周方向に対して軸方向に傾斜して延びる部分は、カム溝の延在方向に直交する断面で見て、前記鋼球が前記弾性部材の付勢力で前記カム溝の内面と前記軸方向溝の内面とに押し付けられた状態での前記カム溝の内面と前記鋼球との接点における接線方向と、前記軸方向溝の延在方向とのなすくさび角が５０°以上９０°以下となる断面形状を有し、
前記回転軸を中立位置から回転させたときに、前記鋼球が前記カム溝の内面を軸方向に押圧する力の周方向分力で前記回転軸を前記中立位置に復帰させる方向の回転反力を発生する回転負荷装置。

【0012】

この構成を採用すると、回転軸を周方向の両側のいずれに回転させても、弾性部材の付勢力によって回転軸を中立位置に復帰させる方向の回転反力が発生する。そのため、この回転負荷装置をステアリングホイールに使用すると、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の操舵フィーリングが軽いものとなり、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。このように、上記構成の回転負荷装置は、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。

【0013】

また、鋼球が弾性部材の付勢力でカム溝の内面と軸方向溝の内面とに押し付けられたときに、カム溝の延在方向に直交する断面で見て、カム溝の内面と鋼球との接点における接線方向と、軸方向溝の延在方向とのなすくさび角が５０°以上９０°以下となるので、くさび角への鋼球の噛み込みが生じにくい。そのため、回転軸を中立位置から回転させた後、その回転軸を自由に回転可能なフリー状態とし、回転負荷装置が発生する回転反力で回転軸を中立位置に戻そうとしたときに、鋼球の噛み込みが生じにくく、回転軸が中立位置に復帰する動作の信頼性に優れる。

【0014】

［構成２］
前記カム溝の周方向に対して軸方向に傾斜して延びる部分の周方向に対する傾斜角度が、２５°未満に設定されている構成１に記載の回転負荷装置。

【0015】

この構成を採用すると、カム溝の周方向に対する傾斜角度が２５°未満に設定されているので、回転軸の外周のカム溝の形成部分の軸方向長さを抑えることができ、回転負荷装置の軸方向長さをコンパクトにすることが可能となる。

【0016】

また、カム溝の周方向に対する傾斜角度が２５°未満に設定されている場合、弾性部材の付勢力で鋼球が押し動かされる方向（軸方向）とカム溝の延在方向との向きの違いが大きいので、鋼球が弾性部材の付勢力で軸方向に押し動かされたときに、カム溝の延在方向に直交する断面で見て、カム溝と軸方向溝とで形成されるくさび角に鋼球が噛み込む問題が顕在化しやすいが、くさび角を５０°以上９０°以下の大きさとすることで、くさび角への鋼球の噛み込みを効果的に防止することが可能となる。

【0017】

［構成３］
前記鋼球は、周方向位置を互いに異ならせて複数設けられ、
前記カム溝は、前記複数の鋼球に対応して複数設けられ、
前記軸方向溝も、前記複数の鋼球に対応して複数設けられている構成１または２に記載の回転負荷装置。

【0018】

この構成を採用すると、保持器が、周方向位置を互いに異ならせて配置された複数の鋼球で案内されるので、保持器の中心位置が安定し、保持器の動作を安定したものとすることができる。

【0019】

［構成４］
前記保持器は、前記回転軸の外周と前記外輪の内周との間に軸方向に移動可能に挿入された筒状の部材であり、
前記保持器に径方向に貫通して形成された保持穴に前記鋼球が収容されている構成１から３のいずれかに記載の回転負荷装置。

【0020】

［構成５］
前記カム溝の周方向に対して軸方向に傾斜して延びる部分は、カム溝の延在方向に直交する断面で見て、カム溝の溝底から前記軸方向の他方側に５０°以上９０°以下の立ち上がり角度で立ち上がる断面直線状の内側面を有する構成１から４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、カム溝の延在方向に直交する断面で見て、カム溝が、カム溝の溝底から軸方向の他方側に立ち上がる内側面を有し、その内側面が断面直線状なので、内側面の立ち上がり角度が、そのままくさび角となる。そのため、くさび角の大きさが、回転軸と外輪の相対位置のずれや、軸方向溝やカム溝の寸法誤差などの影響を受けにくく、くさび角の大きさが安定したものとなる。

【0022】

［構成６］
前記カム溝の断面形状は、三角形状、台形状、矩形状のいずれかである構成５に記載の回転負荷装置。

【0023】

この構成を採用すると、カム溝が、カム溝の延在方向に直交する断面で見て、カム溝の溝底から軸方向の他方側に立ち上がる断面直線状の内側面を有するものとなる。

【0024】

［構成７］
前記外輪を回り止めして収容するハウジングを更に有し、
前記ハウジングに、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、前記回転軸に、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、前記鋼球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６のいずれかに記載の回転負荷装置。

【0025】

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、鋼球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、鋼球およびカム溝の耐久性を確保することが可能となる。

【0026】

［構成８］
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７のいずれかに記載の回転負荷装置。

【0027】

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。

【発明の効果】

【0028】

この発明の回転負荷装置は、鋼球が弾性部材の付勢力でカム溝の内面と軸方向溝の内面とに押し付けられたときに、カム溝の延在方向に直交する断面で見て、カム溝の内面と鋼球との接点における接線方向と、軸方向溝の延在方向とのなすくさび角が５０°以上９０°以下となるので、くさび角への鋼球の噛み込みが生じにくい。そのため、回転軸を中立位置から回転させた後、その回転軸を自由に回転可能なフリー状態とし、回転負荷装置が発生する回転反力で回転軸を中立位置に戻そうとしたときに、鋼球の噛み込みが生じにくく、回転軸が中立位置に復帰する動作の信頼性に優れる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】この発明の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の外輪、回転軸、保持器を示す分解斜視図

【図6】図２からハウジングおよび外輪を取り除い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可能範囲の限界位置まで回転させた状態を示す図

【図8】図６に示す回転軸を中立位置と回転可能範囲の限界位置との間の位置に回転させた状態を示す図

【図9】図８のIX－IX線に沿った断面図

【図10】断面三角形状のカム溝の一例を図９に対応して示す図

【図11】断面台形状のカム溝の一例を図９に対応して示す図

【図12】断面矩形状のカム溝の一例を図９に対応して示す図

【発明を実施するための形態】

【0030】

図１に、この発明の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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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の外周を取り囲む筒状に形成された外輪１６と、回転軸１５と外輪１６の間に組み込まれた鋼球１７と、鋼球１７を保持する保持器１８と、保持器１８を軸方向に付勢する弾性部材１９とを有する。

【0037】

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２０と、回転軸１５の軸端に対向するように筒部２０の一端（図では左端）に形成された端板部２１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２０の他端（図では右端）にボルト２２で着脱可能に取り付けられている。

【0038】

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２３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２４が組み込まれている。回転軸１５は、転がり軸受２３，２４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。

【0039】

ハウジング１４には、外輪１６が収容されている。外輪１６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１６は、ハウジング本体１４Ａの円筒状の内周面に嵌合して組み込まれ、ハウジング本体１４Ａの内周に形成された段部２５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１６のハウジング蓋体１４Ｂの側の軸方向端面に切り欠き２６が形成され、その切り欠き２６にハウジング蓋体１４Ｂに形成された軸方向突起２７が係合することで、外輪１６がハウジング１４に対して回り止めされている。

【0040】

ここでは、外輪１６をハウジング１４に対して回り止めする構成として、外輪１６の切り欠き２６とハウジング蓋体１４Ｂの軸方向突起２７とを係合させる構成を採用したが、これに代えて、外輪１６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１６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１６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。

【0041】

図４に示すように、鋼球１７は、周方向位置を互いに異ならせて２個設けられている。ここでは、各鋼球１７の周方向位置は、周方向に等間隔の位置（図４では、周方向に１８０°の等間隔の周方向位置）とされている。外輪１６の内周には、２個の鋼球１７に対応して２本の軸方向溝２８が形成され、回転軸１５の外周にも、２個の鋼球１７に対応して２本のカム溝２９が形成されている。図２に示すように、カム溝２９は、周方向に沿って軸方向位置が変化する溝である。

【0042】

図２に示すように、保持器１８は、回転軸１５の外周と外輪１６の内周の間に軸方向に移動可能に挿入された筒状の部材である。保持器１８には、各鋼球１７を収容して保持する保持穴３０が設けられている。保持穴３０は、鋼球１７の外周に沿った円形の穴である。保持穴３０は、保持器１８を径方向に貫通して形成されている。鋼球１７は、外輪１６の内周の軸方向溝２８と、回転軸１５の外周のカム溝２９との両方に転がり接触するように、保持器１８の径方向厚さ（保持穴３０の径方向長さ）よりも大きい直径を有する。鋼球１７と軸方向溝２８とカム溝２９は、回転軸１５の回転を保持器１８の軸方向移動に変換する運動変換機構を構成している。

【0043】

図４に示すように、外輪１６の内周の軸方向溝２８は、鋼球１７の外周に沿った断面円弧状に形成されている。２本の軸方向溝２８は、２個の鋼球１７の各周方向位置に対応する周方向位置（図４では、外輪１６の内周の周方向に１８０°の等間隔の周方向位置）に設けられている。保持器１８は、鋼球１７と軸方向溝２８の係合により、外輪１６に対して軸方向に移動可能な状態で、外輪１６に対して回り止めされている。図５に示すように、軸方向溝２８は、外輪１６の内周を軸方向にまっすぐ直線状に延びている。

【0044】

図４に示すように、２本のカム溝２９は、２個の鋼球１７の各周方向位置に対応する周方向位置に設けられている。すなわち、図６に示すように、２本のカム溝２９は同一形状であり、その２本のカム溝２９が２個の鋼球１７の各周方向位置に対応して周方向に１８０°ずれた位置関係となるように設けられている。

【0045】

また、図６に示すように、２個の鋼球１７は、軸方向にずれた位置に配置され、２本のカム溝２９も、２個の鋼球１７の各軸方向位置に対応するように軸方向にずれた位置に設けられている。このように、２本のカム溝２９を軸方向にずらして配置し、これに対応して２個の鋼球１７も軸方向にずらして配置することで、複数のカム溝２９を互いに干渉しないように配置することが可能となっている。

【0046】

各カム溝２９は、カム溝２９の周方向中央（Ｖ字の底に相当する位置）から周方向両側のいずれに向かっても軸方向の一方側（図では左側）に変位するように傾斜して延びるＶ字状に設けられている。弾性部材１９は、保持器１８の軸方向の一方側（図では左側）の端面を押圧することで、保持器１８を軸方向の他方側（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１９は、図７に示すように、回転軸１５が回転したときに保持器１８に押圧されて軸方向に圧縮するように設けられている。

【0047】

図では、Ｖ字状のカム溝２９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（すなわち逆向きのリードをもつ２本の部分螺旋溝の端部同士を接続した形状）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。カム溝２９の周方向に対して軸方向に傾斜して延びる部分（つまり、カム溝２９のＶ字の底に相当する部分以外の部分）の周方向に対する傾斜角度は、２５°未満の大きさに設定されている。

【0048】

図８に示すように、カム溝２９の周方向に対して軸方向に傾斜して延びる部分（カム溝２９のＶ字の底に相当する部分以外の部分）は、図９に示すように、カム溝２９の延在方向に直交する断面で見て、鋼球１７が弾性部材１９の付勢力でカム溝２９の内面と軸方向溝２８の内面とに押し付けられた状態でのカム溝２９の内面と鋼球１７との接点における接線方向と、軸方向溝２８の延在方向とのなすくさび角θが５０°以上９０°以下となる断面形状を有する。ここでは、カム溝２９の断面形状は円弧状であり、その円弧半径を鋼球１７の半径の１１０％以上の大きさに設定することで、くさび角θを５０°以上としている。

【0049】

図２に示すように、弾性部材１９は、外輪１６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１９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。

【0050】

図２、図３に示すように、ハウジング蓋体１４Ｂには、３６０°未満の角度範囲で周方向に延びるストッパ溝３１が設けられ、回転軸１５の外周には、ストッパ溝３１内に位置するストッパ突起３２が設けられている。ストッパ突起３２とストッパ溝３１は、ストッパ突起３２がストッパ溝３１の周方向端部に当接する（ストッパ溝３１の周方向端部がストッパ突起３２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３１は、図２に示す回転軸１５が回転したときに、鋼球１７がカム溝２９の周方向端部に当接するよりも前に、図３に示すストッパ突起３２がストッパ溝３１の周方向端部に当接するように、ストッパ溝３１の周方向長さが設定されている。

【0051】

図２に示すように、ハウジング本体１４Ａの端板部２１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３９と、永久磁石３９に対向して設けられた磁気検出部３８とからなるものを採用することができる。磁気検出部３８は、端板部２１にボルト４０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、保持器１８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１９の付勢力を検出し、その付勢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。

【0052】

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、図６に示す中立位置から回転軸１５が回転したときに、図７に示すように、回転軸１５の外周のカム溝２９が、回転軸１５と一体に周方向移動する。ここで、図４に示すように、カム溝２９に転がり接触する鋼球１７は、外輪１６の内周の軸方向溝２８との係合により外輪１６に対する周方向移動が規制されているので、図７に示すように、カム溝２９が周方向移動すると、そのカム溝２９に転がり接触する鋼球１７が、カム溝２９の内面に押圧されて軸方向溝２８を軸方向に転がる。そして、鋼球１７が軸方向溝２８を軸方向に転がると、鋼球１７を保持する保持器１８も軸方向移動するので、弾性部材１９が軸方向に押圧されて圧縮される。このとき、弾性部材１９が保持器１８を介して鋼球１７を軸方向に付勢し、その鋼球１７がカム溝２９の内面を軸方向に押圧し、カム溝２９の内面が鋼球１７から受ける力の周方向分力で回転軸１５を中立位置に復帰させる方向の回転反力が発生する。このように、回転負荷装置１は、回転軸１５を中立位置（図６に示す位置）から周方向の両側のいずれに回転させても、弾性部材１９の付勢力によって回転軸１５を中立位置に復帰させる方向の回転反力が発生する。この回転負荷装置１をステアリングホイール２（図１参照）に使用すると、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の操舵フィーリングが軽いものとなり、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。このように、上記構成の回転負荷装置１は、ステアリングホイール２に操舵反力を付与する用途に好適である。

【0053】

ところで、この回転負荷装置１において、図８に示すように、回転軸１５を中立位置から回転させ、その後、回転軸１５を自由に回転可能なフリー状態（図１に示すステアリングホイール２から手を離した状態）としたとき、弾性部材１９が保持器１８を介して鋼球１７を軸方向に付勢し、その鋼球１７がカム溝２９の内面を軸方向に押圧し、カム溝２９の内面が鋼球１７から受ける力の周方向分力で回転軸１５を中立位置（図６に示す位置）に復帰させる方向の回転反力が発生する。そして、その回転反力によって回転軸１５が回転し始めると、鋼球１７はカム溝２９に沿って転がり始める。この動作において、鋼球１７は、まず最初に、弾性部材１９の付勢力で軸方向に押し動かされるが、鋼球１７が押し動かされる方向（軸方向）とカム溝２９の延在方向とが異なるので、図９に示すように、カム溝２９の延在方向に直交する断面で見て、カム溝２９と軸方向溝２８とで形成されるくさび角θに鋼球１７が噛み込み、その鋼球１７の噛み込みによって回転軸１５の回転が阻害されるおそれがある。この問題は、図９に示すくさび角θの大きさが小さいとき（例えば、図９に示すカム溝２９の円弧半径を鋼球１７の円弧半径の１０３％程度に設定したとき。この場合、図９に示すくさび角θは３０°未満となる）に顕著となる。

【0054】

この問題に対し、上記実施形態の回転負荷装置１は、図９に示すように、鋼球１７が弾性部材１９の付勢力でカム溝２９の内面と軸方向溝２８の内面とに押し付けられたときに、カム溝２９の延在方向に直交する断面で見て、カム溝２９の内面と鋼球１７との接点における接線方向と、軸方向溝２８の延在方向とのなすくさび角θが５０°以上９０°以下となるので、くさび角θへの鋼球１７の噛み込みが生じにくい。そのため、回転軸１５を図６に示す中立位置から回転させた後、その回転軸１５を自由に回転可能なフリー状態とし、回転負荷装置１が発生する回転反力で回転軸１５を中立位置に戻そうとしたときに、鋼球１７の噛み込みが生じにくく、回転軸１５が中立位置に復帰する動作の信頼性に優れる。

【0055】

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。

【0056】

また、この回転負荷装置１は、図８に示すように、カム溝２９の周方向に対する傾斜角度が２５°未満に設定されているので、回転軸１５の外周のカム溝２９の形成部分の軸方向長さを抑えることができ、回転負荷装置１の軸方向長さをコンパクトにすることが可能となっている。

【0057】

また、図８に示すように、カム溝２９の周方向に対する傾斜角度が２５°未満に設定されている場合、弾性部材１９の付勢力で鋼球１７が押し動かされる方向（軸方向）とカム溝２９の延在方向との向きの違いが大きいので、鋼球１７が弾性部材１９の付勢力で軸方向に押し動かされたときに、図９に示すように、カム溝２９の延在方向に直交する断面で見て、カム溝２９と軸方向溝２８とで形成されるくさび角θに鋼球１７が噛み込む問題が顕在化しやすいが、この実施形態では、くさび角θを５０°以上９０°以下の大きさとすることで、くさび角θへの鋼球１７の噛み込みを効果的に防止することが可能となっている。

【0058】

また、この回転負荷装置１は、図２に示すように、保持器１８が、周方向位置を互いに異ならせて配置された複数の鋼球１７で案内されるので、保持器１８の中心位置が安定し、保持器１８の動作が安定している。

【0059】

また、この回転負荷装置１は、図２に示す回転軸１５が回転したときに、鋼球１７がカム溝２９の周方向端部に当接するよりも前に、図３に示すストッパ突起３２がストッパ溝３１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、図７に示すように、回転軸１５を回転可能範囲の限界まで回転させたときに、鋼球１７がカム溝２９の周方向端部に当接して過大な負荷がかかるのを防止することができる。そのため、鋼球１７およびカム溝２９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】

上記実施形態では、カム溝２９の延在方向に直交する断面で見て、図９に示すように、円弧状の断面形状をもつカム溝２９を例に挙げて説明したが、図１０に示すように、三角形状の断面形状をもつカム溝２９や、図１１に示すように、台形状の断面形状をもつカム溝２９や、図１２に示すように、矩形状の断面形状をもつカム溝２９を採用することが可能である。

【0062】

図９から図１２のいずれのカム溝２９も、カム溝２９の溝底から軸方向の一方側（図では左側）に立ち上がる断面直線状の内側面４１と、カム溝２９の溝底から軸方向の他方側（図では右側）に立ち上がる断面直線状の内側面４２とを有する。図１０および図１１において、カム溝２９の軸方向の他方側（図では右側）の内側面４２は、５０°以上９０°未満の立ち上がり角度で立ち上がる断面直線状に形成され、図１２においては、カム溝２９の軸方向の他方側（図では右側）の内側面４２は、９０°の立ち上がり角度で立ち上がる断面直線状に形成されている。

【0063】

図１０から図１２に示すように、カム溝２９の延在方向に直交する断面で見て、カム溝２９が、カム溝２９の溝底から軸方向の他方側（図では右側）に立ち上がる内側面４２を有し、その内側面４２が断面直線状である構成を採用すると、内側面４２の立ち上がり角度が、そのまま、図９に示すくさび角θ（カム溝２９の内面と鋼球１７との接点における接線方向と、軸方向溝２８の延在方向とのなす角度）となる。そのため、くさび角θの大きさが、回転軸１５と外輪１６の相対位置のずれや、軸方向溝２８やカム溝２９の寸法誤差などの影響を受けにくく、くさび角θの大きさが安定したものとなる。

【0064】

上記実施形態では、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。

【0065】

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】

【0066】

１２ 回転角センサ
１４ ハウジング
１５ 回転軸
１６ 外輪
１７ 鋼球
１８ 保持器
１９ 弾性部材
２８ 軸方向溝
２９ カム溝
３０ 保持穴
３１ ストッパ溝
３２ ストッパ突起
４２ 内側面
θ くさび角

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】