特開 2024-35550 回転伝達装置及び操舵装置

(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】P2024035550

(43)【公開日】2024-03-14

(54)【発明の名称】回転伝達装置及び操舵装置

(51)【国際特許分類】

   B62D 5/04 20060101AFI20240307BHJP

【ＦＩ】

B62D5/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022140077

(22)【出願日】2022-09-02

(71)【出願人】

【識別番号】000102692

【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100130513

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 直也

(74)【代理人】

【識別番号】100074206

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 文二

(74)【代理人】

【識別番号】100130177

【弁理士】

【氏名又は名称】中谷 弥一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100167380

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 隆

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 光司

【テーマコード（参考）】

3D333

【Ｆターム（参考）】

3D333CB02

3D333CB31

3D333CB46

3D333CC23

3D333CD04

3D333CD05

3D333CD10

3D333CD14

3D333CD19

3D333CE53

(57)【要約】

【課題】回転の入力に対して回転を規制する位置の設定の自由度を高める。
【解決手段】回転軸４と、回転軸４を回転自在に支持するケース２１と、回転軸４の回転に伴って回転するキー部材３１と、キー部材３１に対して進退するロックバー３２と、ロックバー３２に設けられる係合部３２ａと、キー部材３１に設けられキー部材３１の回転方向に沿って互いに異なる方位に係合部３２ａが噛み合う凸部ａを備える複数の規制領域Ａ，Ｂ，Ｃ・・・とを備え、ロックバー３２の進退により、係合部３２ａに対向する規制領域Ａ，Ｂ，Ｃ・・・を変化させることで回転軸４の軸回り回転範囲を変更可能とした回転伝達装置。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸（４）と、
前記回転軸（４）を回転自在に支持するケース（２１）と、
前記回転軸（４）の回転に伴って回転するキー部材（３１）と、
前記キー部材（３１）に対して進退するロックバー（３２）と、
前記ロックバー（３２）に設けられる係合部（３２ａ）と、
前記キー部材（３１）に設けられ、前記キー部材（３１）の回転方向に沿って互いに異なる方位に前記係合部（３２ａ）が噛み合う凸部（ａ）を備える複数の規制領域（Ａ，Ｂ，Ｃ・・・）と、
を備え、
前記ロックバー（３２）の進退により、前記係合部（３２ａ）に対向する前記規制領域（Ａ，Ｂ，Ｃ・・・）を変化させることで前記回転軸（４）の軸回り回転範囲を変更可能とした回転伝達装置。

【請求項2】

前記キー部材（３１）は、前記回転軸（４）と同軸心に設けられた環状部材であり、
複数の前記規制領域（Ａ，Ｂ，Ｃ・・・）は、前記環状部材の回転中心の方向に沿って並列している請求項１に記載の回転伝達装置。

【請求項3】

前記ロックバー（３２）の進退は、ソレノイド（３３）への通電及び通電の解除によって制御される請求項１に記載の回転伝達装置。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか一つに記載の回転伝達装置を用いた操舵装置であって、
前記回転軸（４）はステアリングシャフトであり、前記ステアリングシャフトの軸回り回転に基づいて転舵部材（３，３）の向きを変化させる転舵アクチュエータ（２）と、前記ステアリングシャフトに操舵反力を付与する反力モータ（６）を備えている操舵装置。

【請求項5】

請求項１から３のいずれか一つに記載の回転伝達装置を用いた操舵装置を搭載した輸送用機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、回転伝達装置及びその回転伝達装置を用いた操舵装置に関する。

【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（一般には前輪）の向きを変化させる車両用の操舵装置として、ステアバイワイヤ方式のものが知られている。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】

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、車両停車中にステアリングホイールを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回転操作することが可能である。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。

【0004】

そこで、特許文献１の操舵装置では、ステアリングホイールに連結されているステアリングシャフトと、ステアリングシャフトを回転可能に収容するステアリングコラムとの間に、ステアリングホイールの操舵角が閾値角度を超えないように機械的に規制する規制機構を備えている。規制機構は、ステアリングシャフトに設けられている第１係止部と、ステアリングコラム内に設けられている第２係止部とを備え、第１係止部と第２係止部とが当接することで、それ以上のステアリングシャフトの軸回り回転を規制している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０２１－１７２２０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１のように、ステアリングシャフト側の第１係止部とステアリングコラム側の第２係止部とでステアリングシャフトの軸回り回転を規制すると、ステアリングシャフトの軸回り１回転（３６０度）を超える範囲で、その回転を規制することができないという問題がある。すなわち、ステアリングの中立位置から最大で右側へ１８０度、左側へ１８０度の範囲内でしか、その回転を規制できない。

【0007】

そこで、この発明の課題は、回転の入力に対して回転を規制する位置の設定の自由度を高めることである。

【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、この発明は、回転軸と、前記回転軸を回転自在に支持するケースと、前記回転軸の回転に伴って回転するキー部材と、前記キー部材に対して進退するロックバーと、前記ロックバーに設けられる係合部と、前記キー部材に設けられ、前記キー部材の回転方向に沿って互いに異なる方位に前記係合部が噛み合う凸部を備える複数の規制領域と、を備え、前記ロックバーの進退により、前記係合部に対向する前記規制領域を変化させることで前記回転軸の軸回り回転範囲を変更可能とした回転伝達装置を採用した。

【0009】

ここで、前記キー部材は、前記回転軸と同軸心に設けられた環状部材であり、複数の前記規制領域は、前記環状部材の回転中心の方向に沿って並列している構成を採用できる。

【0010】

また、前記ロックバーの進退は、ソレノイドへの通電及び通電の解除によって制御される構成を採用できる。

【0011】

これらの各態様からなる回転伝達装置を用いた操舵装置であって、前記回転軸はステアリングシャフトであり、前記ステアリングシャフトの軸回り回転に基づいて転舵部材の向きを変化させる転舵アクチュエータと、前記ステアリングシャフトに操舵反力を付与する反力モータを備えている操舵装置を採用できる。

【0012】

また、これらの各態様からなる回転伝達装置を用いた操舵装置を搭載した輸送用機器を採用できる。

【発明の効果】

【0013】

この発明は、回転の入力に対して回転を規制する位置の設定の自由度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】この発明の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】この発明の一実施形態の回転伝達装置近傍の縦断面図

【図3】図２の切替装置を示す底面図

【図4】図３のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図

【図5A】同実施形態の作用を示す要部斜視図

【図5B】同実施形態の作用を示す要部斜視図

【図5C】同実施形態の作用を示す要部斜視図

【図5D】同実施形態の作用を示す要部斜視図

【発明を実施するための形態】

【0015】

この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１に、この発明に係る回転伝達装置を用いた操舵装置の実施形態を示す。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、転舵部材３の向きを変化させるステアバイワイヤ方式のものである。

【0016】

操舵装置は、図１に示すように、運転者により操舵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に操舵反力を与える反力モータ６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８とを有する。また、ステアリングシャフト４は、図２に示すようにケース２１に対して回転自在に支持されて、回転伝達装置（回転軸支持装置）２０を構成している。ステアリングシャフト４とケース２１との間に設けられる軸受等は、図示省略している。

【0017】

ステアリングシャフト４は、ステアリングホイール１を操舵したときに、ステアリングホイール１と一体に軸回りに回転する。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。

【0018】

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、ケース２１内において、ステアリングシャフト４の側方に配置されている。ステアリングシャフト４に設けられた第１ギヤ７ａと、反力モータ６の回転軸６ａに設けられた第２ギヤ７ｂとが噛み合っている。反力モータ６は、回転トルクがステアリングシャフト４に入力されたときに、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。

【0019】

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。

【0020】

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部材３（この実施形態では転舵部材３としてタイヤホイールを採用しているので、以下、これを転舵輪３と称する）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。

【0021】

図１に示すように、反力モータ６、転舵モータ１２は、制御部８で制御される。制御部８の入力側には、外部センサ９、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９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８の出力側には、反力モータ６、転舵アクチュエータ２が電気的に接続されている。

【0022】

制御部８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９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８は、ステアリングホイール１の操作量と車両の走行状況とに応じた大きさの操舵反力が発生するように反力モータ６を作動させる制御を行なう。

【0023】

図２～図４は、実施形態に係る回転伝達装置２０の要部を示し、図５は、ステアリングシャフト４の回転範囲（回転が許容される範囲）を切り替える状態を示している。ステアリングシャフト４の回転範囲は、転舵輪３の向きの移動限界（ストロークエンド）間、いわゆるロックトゥーロックに対応する。このロックトゥーロックの範囲内でステアリングホイール１の回転操作及び転舵輪３の向きの移動が行われるように、制御部８の設定が行われる。

【0024】

図２に示すように、回転伝達装置２０は、ステアリングシャフト４（以下、実施形態では回転軸４と称する）と、回転軸４を回転自在に支持するケース２１と、回転軸４の回転に伴って回転するキー部材３１と、キー部材３１に対して進退するロックバー３２とを備えた構成となっている。この実施形態では、キー部材３１は、回転軸４と同軸心に設けられた環状部材であり、回転軸４の外周にキー部材３１が圧入固定されている。ロックバー３２は、環状を成すキー部材３１の回転方向の円周を含む面に対して直交する方向、すなわち、キー部材３１の回転中心線方向（回転軸４の軸心方向）に平行な方向に進退するようになっている。

【0025】

ロックバー３２の進退は、ソレノイド３３への通電及び通電の解除によって制御される。ソレノイド３３は、図２に示すように、ケース２１の側方に設けられた蓋２２の近傍に設けられている。図中の符号３４は、ソレノイド３３の動作に必要な電力を供給するケーブルであり、符号３５は止水用のグロメットである。ソレノイド３３への通電によって、ロックバー３２はキー部材３１に向かって（図２中で下方へ向かって）伸長し、通電の解除によってロックバー３２はキー部材３１から遠ざかる方向に（図２中で上方へ向かって）退避する。

【0026】

図３及び図４に示すように、ロックバー３２には、ソレノイド３３に支持される軸部３２ｂと、その軸部３２ｂからキー部材３１の周面に向かって突出する係合部３２ａが設けられている。係合部３２ａは、ロックバー３２の先端に設けられている。係合部３２ａの突出側の端面は、キー部材３１の周面に対して摺接しているか、あるいは、僅かな隙間をもって対向している。

【0027】

キー部材３１の外周には、複数の規制領域Ａ，Ｂ，Ｃ・・・が備えられている。複数の規制領域Ａ，Ｂ，Ｃ・・・は、キー部材３１の回転中心線方向に沿って並列しており、それぞれの領域が回転中心線周り全周に亘る環状の領域となっている。この実施形態では、回転中心線方向に沿って並列する３つの複数の規制領域Ａ，Ｂ，Ｃを設定している。複数の規制領域Ａ，Ｂ，Ｃは、それぞれキー部材３１の回転方向に沿って互いに異なる方位に係合部３２ａが噛み合う凸部ａを備えている。また、複数の規制領域Ａ，Ｂ，Ｃは、互いに設定される凸部ａの数が異なっており、周方向に隣り合う凸部ａと凸部ａの間の角度（中心角）が異なっている。周方向に隣り合う凸部ａと凸部ａの間は、係合部３２ａが入り込む凹部ｂとなっている。

【0028】

ソレノイド３３の動作によりロックバー３２が進退することで、係合部３２ａに対向する規制領域Ａ，Ｂ，Ｃ・・・を変化させることで、切替装置３０を構成している。例えば、図５Ａは、ロックバー３２が最大まで伸長して、係合部３２ａが規制領域Ａ（第１規制領域Ａと称する）に対向している状態を示している。第１規制領域Ａは、周方向に隣り合う凸部ａと凸部ａの間が近接しており、係合部３２ａの幅（周方向への幅）に対して凹部ｂの幅（周方向への幅）がほぼ同じ大きさとなっている。ただし、若干のガタを含むため、係合部３２ａの幅よりも凹部ｂの幅が若干広くなっている。このため、係合部３２ａが第１規制領域Ａの凹部ｂに入り込むことで、回転軸４の回転が規制される。この状態は、イグニッションＯＦＦ時等のいわゆるハンドルロックに相当する。

【0029】

また、例えば、図５Ｂは、ロックバー３２が最大伸長状態からやや後退して、係合部３２ａが規制領域Ｂ（第２規制領域Ｂと称する）に対向している状態を示している。第２規制領域Ｂは、周方向に沿って凸部ａが等分方位に２箇所（１８０度毎）に設けられている。図５Ｂでは図示していないが、第１規制領域Ａから第２規制領域Ｂに跨って介在する長手状の凸部ａ（図中の手前側に位置する長手状の凸部ａ）と同じ形状の凸部ａが、回転中心を挟んで１８０度反対側の位置にも設けられている。このため、係合部３２ａが第２規制領域Ｂの凹部ｂに入り込むことで、回転軸４の回転は、ロックトゥーロックで約１８０度の範囲、車両の直進状態に相当する中立位置を基準にすると、右操舵方向に約９０度、左操舵方向に約９０度のハンドル操作が許容され、それを超える回転は規制される状態となる。

【0030】

さらに、例えば、図５Ｃは、ロックバー３２がさらに後退して、係合部３２ａが規制領域Ｃ（第３規制領域Ｃと称する）に対向している状態を示している。第３規制領域Ｃは、周方向に沿って凸部ａが等分方位に１箇所のみに設けられている。このため、係合部３２ａが第３規制領域Ｃの凹部ｂに入り込むことで、回転軸４の回転は、ロックトゥーロックで約３６０度の範囲、車両の直進状態に相当する中立位置を基準にすると、右操舵方向に約１８０度、左操舵方向に約１８０度のハンドル操作が許容され、それを超える回転は規制される状態となる。

【0031】

図５Ｂ及び図５Ｃは、ステアリングシャフト４と転舵輪３とを機械的に結合する手段を備えないステアバイワイヤ方式のみによる操舵装置で転舵を行う場合や、ステアリングシャフト４と転舵輪３との機械的な結合をクラッチにより切り離した後退で、ステアバイワイヤ方式で転舵させる場合に活用できる。この実施形態では、第２規制領域Ｂ及び第３規制領域Ｃの２段階での角度規制として、多様化する車両の仕様に対応しているが、さらに角度規制の段数を増やしてもよい。また、中立位置から右操舵方向、左操舵方向にそれぞれ許容される回転角度を、実施形態に示す約９０度や約１８０度以外の角度に設定することも可能である。このように、この発明によれば、回転の入力に対してその回転を規制する位置の設定の自由度を高めることができる。

【0032】

なお、図５Ｄは、ロックバー３２が最も後退して、キー部材３１から退避した状態を示している。この状態では、回転軸４の回転は規制されず、回転軸４は自由に回転可能である。例えば、ステアリングシャフト４と転舵輪３とが機械的に連結されている操舵装置で転舵を行う場合であれば、ハンドルの端当ての規制、すなわち、転舵輪３の向きの移動限界でそれ以上の回転を規制することが他の部位でも可能であるので、この状態でも問題なく使用できる。

【0033】

なお、上記の実施形態では、キー部材３１として一体に成型された部材を使用しているが、複数の部材を結合することでキー部材３１を構成してもよい。例えば、第１規制領域Ａ、第２規制領域Ｂ、第３規制領域Ｃ・・・のそれぞれを別体の部材で形成してこれを、ねじ固定、接着固定、溶接固定等の周知の方法で一体化してもよい。また、第１規制領域Ａ、第２規制領域Ｂ、第３規制領域Ｃ・・・の少なくとも一つを他と別体の部材で形成してこれを、上記のような周知の方法で一体化してもよい。

【0034】

上記の実施形態では、ロックバー３２は、環状を成すキー部材３１の回転方向の円周を含む面に対して直交する方向、すなわち、キー部材３１の回転中心線方向（回転軸４の軸心方向）に平行な方向に進退するようになっているが、ロックバー３２の進退の方向は、この実施形態には限定されない。例えば、ロックバー３２をキー部材３１の回転方向の円周を含む面に対して直角以外の角度、すなわち、キー部材３１の回転中心線方向（回転軸４の軸心方向）に対して平行でない斜め方向に進退するようになっていてもよい。例えば、ロックバー３２がキー部材３１に対して半径方向へ移動する方式としてもよい。

【0035】

また、上記の実施形態では、ロックバー３２は、軸部３２ｂと係合部３２ａとからなるＬ字状の部材としているが、ロックバー３２の形状はこれ以外の形状であってもよい。特に、ロックバー３２がキー部材３１に対して半径方向へ移動する方式とした場合は、ロックバー３２を、軸部３２ｂと係合部３２ａとが直線状を成す一本の軸部材としてもよい。

【0036】

また、上記の実施形態では、キー部材３１は、ステアリングシャフト４と同軸心に設けられた環状部材としているが、キー部材３１の設置位置はこの実施形態に限定されない。例えば、キー部材３１の軸心がステアリングシャフト４の軸心とは異なる位置になるように配置して、ギヤ等の伝達機構を用いて、ステアリングシャフト４の回転がキー部材３１の回転として伝達されるようにしてもよい。

【0037】

さらに、上記の実施形態では、ロックバーの進退をソレノイドで作動させるようにしたが、ロックバーを移動させる手段はこの実施形態には限定されず、ロックバーの進退を、ソレノイド以外の各種のアクチュエータ等で行ってもよい。例えば、ロックバーの進退を、駆動源であるモータ（サーボモータ等）の回転運動を直線的な進退運動に変換する変換機構（直動機構）を設けて、そのモータによってロックバーを進退させてもよい。

【0038】

上記の各実施形態では、ステアバイワイヤ方式の操舵装置を例に、この発明の構成を説明したが、この実施形態には限定されず、この発明は、ステアバイワイヤ方式以外の各種の車両用の操舵装置、あるいは、車両用以外の操舵装置、その他各種の装置にも使用できる。なお、実施形態の車両用の操舵装置では、転舵部材３としてタイヤホイールを採用しているのでこれを転舵輪３と称したが、車輪を備えない輸送用機器、例えば、ステアリングホイール１の回転操作によりステアリングシャフト４を軸回り回転させ、その回転により舵（ラダー）を左右に動作させる舵取り装置を備えた輸送用機器（例えば、船舶や航空機等）においては、転舵部材３は舵（ラダー）に相当する。

【0039】

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】

【0040】

１ ステアリングホイール
２ 転舵アクチュエータ
３ 転舵部材（転舵輪）
４ ステアリングシャフト（回転軸）
６ 反力モータ
２０ 回転伝達装置
２１ ケース
３０ 切替装置
３１ キー部材
３２ ロックバー
３２ａ 係合部
３３ ソレノイド
ａ 凸部
Ａ，Ｂ，Ｃ・・・ 規制領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】