WO2024253085A1 - Rotational load device - Google Patents
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- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
- B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
- B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
Definitions
- This invention relates to a rotational load device that generates a rotational reaction force.
- Patent Document 1 A known rotational load device used to apply a steering reaction force to a steering wheel is described in Patent Document 1.
- the rotational load device in Patent Document 1 has a cylindrical drum that rotates integrally with the steering shaft that is connected to the steering wheel, a band-shaped member that is in frictional contact with the outer periphery of the drum, and a coil spring that adjusts the tension of the band-shaped member, and is configured to generate a rotational reaction force due to frictional resistance between the drum and the band-shaped member when the driver rotates the steering wheel.
- the inventors of this application believed that if a rotation load device could generate a force to return the steering wheel to the neutral position, it would be possible to improve the steering feel felt by the driver when turning the steering wheel.
- the problem that the first and second inventions aim to solve is to provide a rotational load device that is capable of generating a rotational reaction force using only mechanical parts and is suitable for applying a steering reaction force to a steering wheel.
- the axial movement of the sliding cylinder elastically deforms the elastic member, and the elastic force transmitted from the elastic member to the rotating shaft via the sliding cylinder and the cam pin generates a rotational reaction force of a magnitude corresponding to the rotation angle of the rotating shaft.
- a rotational reaction force of a magnitude corresponding to the rotation angle of the rotating shaft is generated, it is suitable for applications that impart a steering reaction force to a steering wheel.
- the slide cylinder further includes a ball that is held in a ball holding hole formed radially through the slide cylinder and that rolls and contacts the rolling groove.
- the outer ring is prevented from rotating by the housing, and the balls held in the ball retaining holes of the sliding cylinder are in rolling contact with the rolling grooves that extend axially around the inner circumference of the outer ring, making it possible to prevent the sliding cylinder from rotating relative to the housing while keeping frictional resistance when the sliding cylinder moves in the axial direction extremely small.
- This allows the sliding cylinder to move smoothly in the axial direction, and a stable amount of rotational reaction force can be generated.
- the sliding cylinder is guided so that it can move axially at three or more positions spaced apart in the circumferential direction, so the center position of the sliding cylinder is stable and the operation of the sliding cylinder can be made particularly stable.
- the sliding cylinder is guided so that it can move axially at two or more positions spaced apart in the axial direction, preventing the sliding cylinder from tilting and making the operation of the sliding cylinder particularly stable.
- the cam groove is formed in a V-shape such that the axial position of the cam groove changes to one side in the axial direction from the circumferential center of the cam groove toward either one circumferential direction or the other circumferential direction, 5.
- the rotational load device according to any one of configurations 1 to 4, wherein the elastic member is provided so as to bias the slide cylinder to the one side in the axial direction.
- a stopper groove extending in a circumferential direction within an angular range of less than 360° is provided on one of the rotating shaft and the housing, and a stopper protrusion positioned within the stopper groove is provided on the other of the rotating shaft and the housing;
- This configuration is particularly suitable for use in steer-by-wire steering devices, as the rotation angle of the rotating shaft is detected by the rotation angle sensor.
- a reduction gear is provided to reduce the speed of rotation input from the outside and transmit the reduced speed to the rotating shaft.
- the cam groove is provided at three or more locations at intervals in the circumferential direction of the slide cylinder,
- the rotation load device according to any one of configurations 1 to 7, wherein the cam pins are also provided at three or more locations circumferentially spaced apart on the outer periphery of the rotating shaft.
- a reducer is provided that reduces the speed of the rotation input from the outside and transmits it to the rotating shaft, so the rotation angle of the rotating shaft is smaller than the rotation angle input from the outside, and the circumferential width of the cam groove can be set smaller.
- three or more cam grooves can be provided in the circumferential direction, which stabilizes the center position of the sliding cylinder and makes it possible to make the operation of the sliding cylinder particularly stable.
- the speed reducer is configured such that a rotation center of a rotation input part to which rotation is input from an outside and a rotation center of a rotation output part which reduces the rotation of the rotation input part and outputs the reduced rotation are positioned on the same line, the rotation input portion has an input side convex portion which rotates and moves integrally with the rotation input portion about the rotation center of the rotation input portion when a rotation is input to the rotation input portion from the outside, and the rotation output portion has an output side convex portion which rotates and moves integrally with the rotation output portion about the rotation center of the rotation output portion at the same axial position as the input side convex portion when a rotation is input to the rotation input portion from the outside,
- the rotational range of the rotational input part is restricted by utilizing the difference in rotational speed between the rotational input part and the rotational output part of the reducer, making it possible to set a large rotational range for the rotational input part (for example, an angle range of 360° or more).
- the reducer is a planetary gear reducer having a sun gear arranged so that its center of rotation is on the same line as the center of rotation of the rotating shaft, a ring gear with internal teeth fixed to the inner circumference of the housing, a plurality of planetary gears arranged at intervals in the circumferential direction between the ring gear and the sun gear and meshing simultaneously with the ring gear and the sun gear, and a planetary carrier that supports the plurality of planetary gears so that they can rotate around the center of each planetary gear and revolve around the sun gear, wherein the sun gear constitutes a rotational input section to which rotation is input from the outside, and the planetary carrier constitutes a rotational output section that reduces the rotation of the rotational input section and outputs it.
- a rotational load device as described in configuration 9 or 10.
- the reducer can be compactly arranged in line with the center of rotation of the rotating shaft, and the configuration of the reducer is simple and low cost.
- a second aspect of the present invention provides a rotational load device having the following configuration.
- a rotating shaft having a cam groove on its outer periphery, the axial position of which changes along a circumferential direction, and being rotatably supported; an outer ring formed in a cylindrical shape surrounding an outer periphery of the rotating shaft and having an axial groove extending in the axial direction on an inner periphery; a steel ball inserted between the rotating shaft and the outer ring so as to be in rolling contact with both the cam groove and the axial groove; a cylindrical cage that holds the steel balls in retaining holes formed radially through the cage and is disposed between the outer periphery of the rotating shaft and the inner periphery of the outer ring so as to be movable in the axial direction; an elastic member that biases the retainer in the axial direction,
- a rotational load device that applies a rotational reaction force to the rotating shaft by an elastic force transmitted from the elastic member
- the cam groove is formed in a V-shape such that the axial position of the cam groove changes to one side in the axial direction from the circumferential center of the cam groove toward either one circumferential direction or the other circumferential direction, 13.
- the rotational load device configured as described above is suitable for applications in which a steering reaction force is applied to a steering wheel.
- the steel balls are provided at a plurality of different circumferential positions,
- the cam groove is provided in a plurality of grooves corresponding to the plurality of steel balls,
- the retainer is guided by multiple steel balls arranged at different circumferential positions, so the center position of the retainer is stable, and the operation of the retainer can be made stable.
- the bearing further includes a housing that accommodates the outer ring while preventing it from rotating.
- a stopper groove extending in a circumferential direction within an angular range of less than 360° is provided in the housing, and a stopper protrusion positioned within the stopper groove is provided on the rotating shaft;
- This configuration is particularly suitable for use in steer-by-wire steering devices, as the rotation angle of the rotating shaft is detected by the rotation angle sensor.
- the wedge angle between the tangent direction at the point of contact between the inner surface of the cam groove and the steel ball and the extension direction of the axial groove is 50° or more and 90° or less when viewed in a cross section perpendicular to the extension direction of the cam groove, so the steel ball is less likely to get caught in the wedge angle.
- the inclination angle of the cam groove relative to the circumferential direction is set to less than 25°, so the axial length of the portion of the outer periphery of the rotating shaft where the cam groove is formed can be reduced, making it possible to make the axial length of the rotating load device compact.
- the inclination angle of the cam groove relative to the circumferential direction is set to less than 25°, there is a large difference in orientation between the direction in which the steel ball is pushed by the biasing force of the elastic member (axial direction) and the extension direction of the cam groove. Therefore, when the steel ball is pushed axially by the biasing force of the elastic member, the problem of the steel ball getting caught in the wedge angle formed by the cam groove and the axial groove when viewed in a cross section perpendicular to the extension direction of the cam groove is easily apparent.
- the wedge angle to a value between 50° and 90°, it is possible to effectively prevent the steel ball from getting caught in the wedge angle.
- the cam groove has an inner surface that rises from the bottom of the cam groove to the other side in the axial direction when viewed in a cross section perpendicular to the extension direction of the cam groove, and because this inner surface is linear in cross section, the rising angle of the inner surface is the wedge angle itself. Therefore, the size of the wedge angle is less susceptible to the effects of misalignment of the relative positions of the rotating shaft and outer ring, or dimensional errors in the axial groove and cam groove, and the size of the wedge angle is stable.
- the cam groove has an inner surface that is linear in cross section and rises from the bottom of the cam groove to the other side in the axial direction when viewed in a cross section perpendicular to the extension direction of the cam groove.
- the cam pin on the outer periphery of the rotating shaft slides in the cam groove of the sliding cylinder and moves in rotation together with the rotating shaft.
- the sliding cylinder is prevented from rotating relative to the housing, and the cam groove of the sliding cylinder is formed so that the axial position changes along the circumferential direction. Therefore, when the cam pin slides in the cam groove and moves in rotation together with the rotating shaft, the sliding cylinder moves in the axial direction in response to the rotational movement of the cam pin.
- the axial movement of the sliding cylinder elastically deforms the elastic member, and the elastic force transmitted from the elastic member to the rotating shaft via the sliding cylinder and the cam pin generates a rotational reaction force of a magnitude corresponding to the rotation angle of the rotating shaft.
- a rotational reaction force of a magnitude corresponding to the rotation angle of the rotating shaft is generated, it is suitable for applications that impart a steering reaction force to a steering wheel.
- the cam groove on the outer circumference of the rotating shaft moves circumferentially together with the rotating shaft.
- the steel balls that roll into the cam groove are restricted from moving circumferentially relative to the outer ring by engaging with the axial groove on the inner circumference of the outer ring, so when the cam groove moves circumferentially, the steel balls that roll into the cam groove are pressed against the inner surface of the cam groove and move axially.
- FIG. 1 is a schematic diagram showing a steer-by-wire steering device using a rotation load device according to a first embodiment of the first invention
- 2 is a cross-sectional view of the rotary load device of FIG. 1
- 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV of FIG.
- FIG. 3 is a top view of the rotary load device of FIG. 2 with the housing body removed.
- FIG. 7 is a diagram showing a state in which the rotation shaft shown in FIG. 6 is rotated and the slide cylinder is moved in the axial direction.
- FIG. 3 is a diagram showing a rotation load device according to a second embodiment of the first invention, corresponding to FIG. 2.
- Cross-sectional view taken along line XX in FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line XI-XI of FIG.
- FIG. 9 is a top view of the rotation load device of FIG. 8 with the housing body removed.
- FIG. 13 is a diagram showing a state in which the input shaft shown in FIG. 12 is rotated and the slide cylinder moves in the axial direction;
- FIG. 3 is a diagram showing a rotation load device according to an embodiment of the second invention, corresponding to FIG. 2.
- 15 is a cross-sectional view taken along line XV-XV of FIG.
- FIG. 16 is a cross-sectional view taken along line XVI-XVI of FIG.
- FIG. 15 is an exploded perspective view showing the outer ring, the rotating shaft, and the cage of FIG.
- FIG. 15 is a top view of the rotary load device of FIG. 14 with the housing and the outer ring removed.
- FIG. 19 is a diagram showing a state in which the rotating shaft shown in FIG. 18 is rotated and the cage is moved in the axial direction; 20 is a cross-sectional view taken along line XX-XX of FIG.
- FIG. 19 is a diagram showing a state in which the rotating shaft shown in FIG. 18 is rotated to a position between a neutral position and a limit position of a rotatable range.
- FIG. 22 is a cross-sectional view taken along line XXII-XXII of FIG.
- FIG. 23 is a diagram showing an example of a cam groove having a triangular cross section, corresponding to FIG. 22.
- FIG. 23 is a diagram showing an example of a cam groove having a trapezoidal cross section corresponding to FIG. 22 .
- FIG. 23 is a diagram showing an example of a cam groove having a rectangular cross section, corresponding to FIG. 22.
- FIG. 1 shows a steering device using a rotational load device 1 according to a first embodiment of the first invention.
- This steering device is a steer-by-wire type vehicle steering device that converts the amount of operation of a steering wheel 2 by a driver into an electrical signal and controls a steering actuator 3 based on the electrical signal to change the direction of a pair of steered wheels 4 on the left and right.
- This steering device has a steering wheel 2 that is rotated by the driver, a steering shaft 5 connected to the steering wheel 2, a rotation load device 1 that is mechanically connected to the steering wheel 2 via the steering shaft 5, a steering actuator 3 that is mechanically separated from the steering wheel 2, and a control unit 6.
- the steering shaft 5 connects the steering shaft 5 to the rotation load device 1 so that when the driver rotates the steering wheel 2, the rotation of the steering wheel 2 is input to the rotation load device 1 via the steering shaft 5.
- the rotation load device 1 When a rotation is input, the rotation load device 1 generates a rotational reaction force corresponding to the rotation, thereby applying a steering reaction force to the steering wheel 2.
- the steering actuator 3 has a steering shaft 7, a steering shaft housing 8, a steering motor 9 that moves the steering shaft 7 in the left-right direction of the vehicle, and a steering sensor 10 that detects the position of the steering shaft 7.
- the steering shaft 7 is supported by the steering shaft housing 8 so that it can move in the left-right direction of the vehicle.
- the steering shaft housing 8 contains the center of the steering shaft 7 so that both the left and right ends of the steering shaft 7 protrude from the steering shaft housing 8.
- the steering motor 9 and steering sensor 10 are attached to the steering shaft housing 8. Between the steering motor 9 and the steering shaft 7, a motion conversion mechanism (not shown) is installed that converts the rotation output by the steering motor 9 into linear motion of the steering shaft 7.
- the left and right ends of the steering shaft 7 are connected to a pair of left and right steered wheels 4 via tie rods 11, so that when the steering shaft 7 moves in the axial direction, the orientation of the pair of left and right steered wheels 4 changes in conjunction with this.
- the control unit 6 operates the steering motor 9 in response to the amount of operation of the steering wheel 2 detected by a rotation angle sensor 12 built into the rotation load device 1 and the vehicle's driving conditions (vehicle speed, etc.) detected by an external sensor 13, and controls the change in the direction of the pair of steered wheels 4 on the left and right.
- the rotation load device 1 has a housing 14, a rotating shaft 15 to which the rotation of the steering wheel 2 (see FIG. 1) is input, a sliding tube 16 that fits axially on the outer periphery of the rotating shaft 15 so as to be able to slide axially, and an elastic member 17 that biases the sliding tube 16 in the axial direction.
- the housing 14 has a housing body 14A and a housing lid 14B.
- the housing body 14A is a bottomed cylindrical member having a tubular portion 18 arranged to surround the radial outside of the rotating shaft 15, and an end plate portion 19 formed at one end (the left end in the figure) of the tubular portion 18 so as to face the axial end of the rotating shaft 15.
- the housing lid 14B is removably attached to the other end (the right end in the figure) of the tubular portion 18 with a bolt 20.
- the housing cover 14B is formed in the shape of an annular plate through which the rotating shaft 15 passes, and a rolling bearing 21 that rotatably supports the rotating shaft 15 is mounted on its inner periphery.
- a rolling bearing 22 that rotatably supports the rotating shaft 15 is also mounted in the housing main body 14A.
- the rotating shaft 15 is rotatably supported relative to the housing 14 with its axial movement relative to the housing 14 restricted by the rolling bearings 21 and 22.
- the end of the rotating shaft 15 protruding from the housing 14 is connected to the steering shaft 5 ( Figure 1).
- An outer ring 23 is fitted and attached to the inner circumference of the tubular portion 18 of the housing body 14A.
- the outer ring 23 is a tubular member with both ends open, and is made of steel.
- the housing body 14A is made of a light metal (such as an aluminum alloy).
- the outer ring 23 is sandwiched in the axial direction between a step 24 formed on the inner circumference of the housing body 14A and the housing lid 14B, thereby restricting its axial movement relative to the housing 14.
- a notch 25 (see FIG.
- the outer ring 23 is prevented from rotating relative to the housing 14 by engaging the notch 25 of the outer ring 23 with the axial protrusion 26 of the housing lid 14B.
- a common key member may be fitted into a key groove on the outer periphery of the outer ring 23 and a key groove on the inner periphery of the housing body 14A, or the outer periphery of the outer ring 23 may be spline-fitted with the inner periphery of the housing body 14A.
- a flat portion may be provided on the outer periphery of the outer ring 23, and a protrusion that engages with the flat portion may be provided on the inner periphery of the housing body 14A.
- the inner circumference of the outer ring 23 is provided with three rolling grooves 28 at equal intervals in the circumferential direction, in which the balls 27 roll.
- Each rolling groove 28 is formed to extend linearly in the axial direction around the inner circumference of the outer ring 23.
- the slide tube 16 is also provided with three ball retaining holes 29 at equal intervals in the circumferential direction for retaining the balls 27.
- the ball retaining holes 29 are formed to penetrate the slide tube 16 in the radial direction, and the balls 27 retained in the ball retaining holes 29 are in rolling contact with the inner surface of the rolling groove 28 on the inner circumference of the outer ring 23 and the cylindrical surface on the outer circumference of the rotating shaft 15. Due to the engagement between the balls 27 and the rolling grooves 28, the slide tube 16 is prevented from rotating relative to the housing 14 while being movable axially relative to the housing 14.
- the balls 27 have a diameter larger than the radial thickness of the sliding tube 16 so that a portion of the balls 27 protrudes radially outward from the ball retaining hole 29 when the balls 27 are in contact with the cylindrical surface of the outer periphery of the rotating shaft 15. Steel balls are used for the balls 27.
- the ball retaining hole 29 is a circular hole that runs along the outer periphery of the balls 27.
- the sliding tube 16 may be made of steel, or may be made of an oil-impregnated sintered alloy or synthetic resin. By making the sliding tube 16 out of an oil-impregnated sintered alloy or synthetic resin, it is possible to effectively reduce the axial sliding resistance of the sliding tube 16.
- the balls 27 and ball retaining holes 29 are provided at two locations at the same circumferential position of the slide cylinder 16, spaced apart in the axial direction.
- the two balls 27 engage with a common rolling groove 28.
- the slide cylinder 16 is formed with a cam groove 30 whose axial position changes along the circumferential direction.
- the cam groove 30 can be formed to extend along the inner circumference of the slide cylinder 16 without penetrating the slide cylinder 16 in the radial direction, but here it is formed as a slit that penetrates the slide cylinder 16 in the radial direction.
- a cam pin 31 is provided on the outer periphery of the rotating shaft 15.
- the cam pin 31 is assembled in such a way that one end is press-fitted into a pin hole 32 formed on the outer periphery of the rotating shaft 15 and the other end protrudes from the pin hole 32.
- the part of the cam pin 31 protruding from the pin hole 32 is inserted into the cam groove 30 of the slide cylinder 16.
- the V-shaped cam groove 30 is shown as having a shape in which a straight line with a constant angle of inclination with respect to the circumferential direction connects the position corresponding to the bottom of the V with the positions corresponding to both ends of the V, but it is also possible to use a shape in which a plurality of straight lines with a stepwise changing angle of inclination with respect to the circumferential direction connect the position corresponding to the bottom of the V with the positions corresponding to both ends of the V, or a shape in which a curve with a smoothly changing angle of inclination with respect to the circumferential direction connects the position corresponding to the bottom of the V with the positions corresponding to both ends of the V.
- the elastic member 17 is incorporated into a cylindrical space formed between the inner circumference of the outer ring 23 and the outer circumference of the rotating shaft 15.
- the elastic member 17 may be a compression spring such as a compression coil spring, a wave spring, or a disc spring.
- the end plate 19 of the housing body 14A is provided with a rotation angle sensor 12 that detects the rotation angle of the rotating shaft 15.
- the rotation angle sensor 12 can be made up of a permanent magnet 35 that is attached to the rotating shaft 15 and is fixed so as to rotate together with the rotating shaft 15, and a magnetic detection unit 36 that is provided facing the permanent magnet 35.
- the magnetic detection unit 36 is fixed to the end plate 19 with a bolt 37.
- this rotary load device 1 is less susceptible to wear compared to rotary load devices configured to generate a rotational reaction force by frictional resistance between a drum and a strip-shaped member, such as those in Patent Publication No. 4853412 (Patent Document 1), and can ensure stable operation over a long period of time.
- the outer ring 23 shown in FIG. 2 is prevented from rotating by the housing 14, and the balls 27 held in the ball holding holes 29 of the sliding tube 16 are in rolling contact with the rolling grooves 28 that extend axially around the inner circumference of the outer ring 23.
- This makes it possible to prevent the sliding tube 16 from rotating relative to the housing 14 while keeping the frictional resistance when the sliding tube 16 moves in the axial direction extremely small. This allows the sliding tube 16 to move smoothly in the axial direction, and a stable amount of rotational reaction force can be generated.
- the sliding cylinder 16 is guided so as to be movable in the axial direction at three positions spaced apart in the circumferential direction, so that the center position of the sliding cylinder 16 is stable and the operation of the sliding cylinder 16 is particularly stable.
- the rotation load device 1 When the steering wheel 2 is returned to the neutral position, the rotation load device 1 generates a force (a force assisting the rotation operation of the steering wheel 2) that returns the steering wheel 2 to the neutral position, which makes it possible to improve the steering feeling of the steering wheel 2 by the driver.
- this rotation load device 1 is provided with a rotation angle sensor 12 that detects the rotation angle of the rotating shaft 15, making it particularly suitable for use in a steer-by-wire type steering device as shown in FIG. 1.
- the rotation load device 1 has a housing 14, an input shaft 50 to which the rotation of the steering wheel 2 (see FIG. 1) is input, a reducer 51 that reduces the rotation input to the input shaft 50 and transmits it to the rotating shaft 15, a sliding tube 16 that fits axially on the outer periphery of the rotating shaft 15 so as to be slidable in the axial direction, and an elastic member 17 that biases the sliding tube 16 in the axial direction.
- the input shaft 50 and the rotating shaft 15 are arranged side by side so that the rotation center of the input shaft 50 and the rotation center of the rotating shaft 15 are aligned on the same straight line.
- the housing cover 14B is formed in the shape of an annular plate through which the input shaft 50 passes, and a rolling bearing 21 that rotatably supports the input shaft 50 is mounted on its inner periphery.
- a rolling bearing 22 that rotatably supports the rotating shaft 15 is mounted in the housing main body 14A.
- the rotating shaft 15 is rotatably supported relative to the housing 14 by the rolling bearings 21, 22, with its axial movement relative to the housing 14 restricted.
- the end of the input shaft 50 protruding from the housing 14 is connected to the steering shaft 5 ( Figure 1).
- the cam grooves 30 are provided at three locations on the slide cylinder 16 at equal intervals in the circumferential direction.
- the cam pins 31 are also provided at three locations on the outer periphery of the rotating shaft 15 at equal intervals in the circumferential direction.
- the reducer 51 is a planetary gear reducer having a sun gear 52, an internally toothed ring gear 53 fixed to the inner circumference of the housing 14, a number of planetary gears 54 spaced apart in the circumferential direction between the ring gear 53 and the sun gear 52, and a planetary carrier 55 that supports the planetary gears 54 so that they can rotate around the center of each planetary gear 54 and revolve around the sun gear 52.
- the sun gear 52 is provided integrally on the axial end of the input shaft 50.
- the sun gear 52 is an external gear arranged so that its center of rotation is on the same straight line as the center of rotation of the rotating shaft 15.
- the planetary gear 54 is simultaneously meshed with the ring gear 53 and the sun gear 52.
- the planetary carrier 55 has a plurality of carrier pins 56 that support each planetary gear 54 rotatably, and a carrier body 57 that maintains the circumferential spacing of the plurality of carrier pins 56.
- the carrier body 57 is formed integrally on the axial end of the rotating shaft 15.
- the ring gear 53 and outer ring 23 are axially sandwiched between a step 24 formed on the inner circumference of the housing body 14A and the housing lid 14B, restricting axial movement relative to the housing 14.
- the ring gear 53 has a notch 58 (see FIG. 11) on its axial end face on the housing lid 14B side, and an axial protrusion 26 formed on the housing lid 14B engages with the notch 58, preventing it from rotating relative to the housing 14.
- a notch 25 (see FIG. 10) is formed on the axial end face of the outer ring 23 on the ring gear 53 side, and an axial protrusion 59 formed on the ring gear 53 engages with the notch 25, preventing the outer ring 23 from rotating relative to the housing 14.
- the ring gear 53 is prevented from rotating relative to the housing 14 by engaging the notch 58 of the ring gear 53 with the axial protrusion 26 of the housing cover 14B.
- a common key member may be fitted into a key groove on the outer periphery of the ring gear 53 and a key groove on the inner periphery of the housing body 14A, or the outer periphery of the ring gear 53 may be spline-fitted with the inner periphery of the housing body 14A, or a flat portion may be provided on the outer periphery of the ring gear 53, and a protrusion that engages with the flat portion may be provided on the inner periphery of the housing body 14A.
- the sun gear 52 constitutes the rotation input section to which rotation is input from the outside (steering wheel 2 shown in Figure 1)
- the planetary carrier 55 constitutes the rotation output section that decelerates and outputs the rotation of the rotation input section.
- the center of rotation of the rotation input section (sun gear 52) to which rotation is input from the outside and the center of rotation of the rotation output section (planetary carrier 55) that decelerates and outputs the rotation of the rotation input section are located on the same straight line.
- the rotation input part (sun gear 52) of the reducer 51 has an input side convex part 60 that rotates and moves integrally with the rotation input part (sun gear 52) around the rotation center of the rotation input part (sun gear 52) when rotation is input to the rotation input part (sun gear 52).
- the rotation output part (planet carrier 55) of the reducer 51 has an output side convex part 61 that rotates and moves integrally with the rotation output part (planet carrier 55) around the rotation center of the rotation output part (planet carrier 55) when rotation is input to the rotation input part (sun gear 52) from the outside.
- the output side convex part 61 is provided at the same axial position as the input side convex part 60 (a position having a portion that overlaps with the input side convex part 60 when viewed from the radial direction).
- the output side protrusion 61 is configured by fixing a key member separate from the rotating shaft 15 to the inner diameter of the shaft end of the rotating shaft 15. It is also possible to use an output side protrusion 61 that is seamlessly formed integrally with the inner diameter of the shaft end of the rotating shaft 15.
- the input side convex portion 60 and the output side convex portion 61 shown in FIG. 10 constitute a rotation stopper that restricts the rotatable range of the rotation input portion (sun gear 52) by the input side convex portion 60 catching up with and abutting the output side convex portion 61 when rotation is input from the outside to the rotation input portion (sun gear 52).
- the rotatable range of the rotation input portion (sun gear 52) is set to an angle range of 360° or more.
- the input side convex portion 60 and the output side convex portion 61 are configured so that when the rotating shaft 15 shown in FIG. 9 rotates, the input side convex portion 60 and the output side convex portion 61 shown in FIG. 10 abut against each other before the cam pin 31 abuts against the circumferential end of the cam groove 30.
- this rotation load device 1 since this rotation load device 1 has a reducer 51 that reduces the speed of the rotation input to the input shaft 50 and transmits it to the rotating shaft 15, the rotation angle of the rotating shaft 15 is smaller than the rotation angle input to the input shaft 50. Therefore, as shown in FIG. 12, the inclination angle of the cam groove 30 can be made large, making it possible to make the cam pin 31 slide smoothly within the cam groove 30. In addition, it is possible to reduce the axial length of the cam groove 30 and make the device more compact.
- this rotary load device 1 uses the difference in rotational speed between the rotary input part (sun gear 52) and the rotary output part (planet carrier 55) of the speed reducer 51 to regulate the rotatable range of the rotary input part (sun gear 52), making it possible to set a large rotatable range of the rotary input part (sun gear 52) (to an angle range of 360° or more).
- this rotary load device 1 has a rotary stopper formed by the input side protrusion 60 and the output side protrusion 61 provided on the reducer 51, making it possible to miniaturize the device.
- this rotating load device 1 employs a planetary gear reducer as the reducer 51
- the reducer 51 can be compactly arranged on the same straight line as the center of rotation of the rotating shaft 15, and the configuration of the reducer 51 is simple and low cost. Other effects are the same as those of the first embodiment.
- a planetary gear reducer is used as the reducer 51 configured so that the center of rotation of the rotation input part, which receives rotation from the outside, and the center of rotation of the rotation output part, which reduces the rotation of the rotation input part and outputs it, are positioned on the same straight line.
- an eccentric reducer such as a roller reducer, ball reducer, or cycloid reducer.
- an elastic member 17 is described as being pressed and compressed in the axial direction by the axial movement of the sliding tube 16 when the rotating shaft 15 rotates.
- an elastic member 17 that is pulled and stretched in the axial direction by the axial movement of the sliding tube 16 when the rotating shaft 15 rotates, and to configure the elastic member 17 to generate a rotational reaction force by the elastic force transmitted from the elastic member 17 to the rotating shaft 15 via the sliding tube 16 and the cam pin 31.
- FIG. 14 shows a rotational load device 1 according to an embodiment of the second invention.
- parts corresponding to those in the embodiment of the first invention are given the same reference numerals and their explanations are omitted.
- parts given the same reference numerals basically have the same configuration.
- the rotation load device 1 has a housing 14, a rotating shaft 15 to which the rotation of the steering wheel 2 (see FIG. 1) is input, a cylindrical outer ring 23 that surrounds the outer periphery of the rotating shaft 15, steel balls 40 incorporated between the rotating shaft 15 and the outer ring 23, a retainer 41 that holds the steel balls 40, and an elastic member 42 that biases the retainer 41 in the axial direction.
- the outer ring 23 is accommodated in the housing 14.
- two steel balls 40 are provided at different circumferential positions.
- the circumferential positions of each steel ball 40 are at equally spaced circumferential positions (at circumferential positions equally spaced at 180° intervals in FIG. 16).
- Two axial grooves 43 are formed on the inner circumference of the outer ring 23 corresponding to the two steel balls 40, and two cam grooves 44 are also formed on the outer circumference of the rotating shaft 15 corresponding to the two steel balls 40.
- the cam grooves 44 are grooves whose axial positions change along the circumferential direction.
- the retainer 41 is a cylindrical member that is axially movable between the outer periphery of the rotating shaft 15 and the inner periphery of the outer ring 23.
- the retainer 41 is provided with retaining holes 45 that accommodate and hold each steel ball 40.
- the retaining holes 45 are circular holes that run along the outer periphery of the steel ball 40.
- the retaining holes 45 are formed to penetrate the retainer 41 in the radial direction.
- the steel ball 40 has a diameter larger than the radial thickness of the retainer 41 (the radial length of the retaining hole 45) so that it rolls and comes into contact with both the axial groove 43 on the inner periphery of the outer ring 23 and the cam groove 44 on the outer periphery of the rotating shaft 15.
- the steel ball 40, the axial groove 43, and the cam groove 44 constitute a motion conversion mechanism that converts the rotation of the rotating shaft 15 into the axial movement of the retainer 41.
- the axial groove 43 on the inner circumference of the outer ring 23 is formed in a cross-sectional arc shape that follows the outer circumference of the steel ball 40.
- the two axial grooves 43 are provided at circumferential positions that correspond to the respective circumferential positions of the two steel balls 40 (in FIG. 16, they are circumferential positions equally spaced 180° apart around the inner circumference of the outer ring 23).
- the retainer 41 is prevented from rotating relative to the outer ring 23 by the engagement between the steel balls 40 and the axial groove 43, while being movable axially relative to the outer ring 23.
- the axial groove 43 extends straight in the axial direction around the inner circumference of the outer ring 23.
- the two cam grooves 44 are provided at circumferential positions that correspond to the circumferential positions of the two steel balls 40. That is, as shown in FIG. 18, the two cam grooves 44 have the same shape, and are provided so that they are circumferentially offset by 180° to correspond to the circumferential positions of the two steel balls 40.
- the two steel balls 40 are positioned at positions offset in the axial direction, and the two cam grooves 44 are also provided at positions offset in the axial direction so as to correspond to the axial positions of the two steel balls 40.
- the cam groove 44 is formed in a cross-sectional arc shape that follows the outer periphery of the steel ball 40.
- Each cam groove 44 is formed in a V-shape such that the axial position of the cam groove 44 changes to one axial side (left side in the figure) whether moving in one axial direction or the other axial direction from the circumferential center of the cam groove 44 (the position corresponding to the bottom of the V).
- the elastic member 42 is incorporated so as to urge the retainer 41 to the other axial side (right side in the figure) by pressing against the end face of the retainer 41 on one axial side (left side in the figure).
- the elastic member 42 is arranged so as to be pressed against the retainer 41 and compressed when the rotating shaft 15 rotates, as shown in FIG. 19.
- the V-shaped cam groove 44 is shown as having a shape in which the position corresponding to the bottom of the V and the positions corresponding to both ends of the V are connected by a straight line with a constant inclination angle with respect to the circumferential direction (i.e., a shape in which the ends of two partial spiral grooves with opposite leads are connected to each other), but a shape in which the position corresponding to the bottom of the V and the positions corresponding to both ends of the V are connected by multiple straight lines with a stepwise changing inclination angle with respect to the circumferential direction may also be used, or a shape in which the position corresponding to the bottom of the V and the positions corresponding to both ends of the V are connected by a curve with a smoothly changing inclination angle with respect to the circumferential direction may also be used.
- the inclination angle with respect to the circumferential direction of the portion of the cam groove 44 that extends at an incline in the axial direction with respect to the circumferential direction is set to a value less than 25°.
- the portion of cam groove 44 that extends at an incline in the axial direction with respect to the circumferential direction portion other than the portion corresponding to the bottom of the V-shape of cam groove 44
- the cross-sectional shape of cam groove 44 is arc-shaped, and the wedge angle ⁇ is set to 50° or more by setting the arc radius to a value 110% or more of the radius of steel ball 40.
- the elastic member 42 is incorporated into a cylindrical space formed between the inner circumference of the outer ring 23 and the outer circumference of the rotating shaft 15.
- the elastic member 42 may be a compression spring such as a compression coil spring, a wave spring, or a disc spring.
- the housing cover 14B is provided with a stopper groove 33 extending circumferentially over an angular range of less than 360°, and the outer periphery of the rotating shaft 15 is provided with a stopper protrusion 34 located within the stopper groove 33.
- the stopper protrusion 34 and the stopper groove 33 form a rotation stopper that restricts the rotatable range of the rotating shaft 15 by the stopper protrusion 34 abutting against the circumferential end of the stopper groove 33 (the circumferential end of the stopper groove 33 receiving the stopper protrusion 34).
- the circumferential length of the stopper groove 33 is set so that when the rotating shaft 15 shown in Figure 14 rotates, the stopper protrusion 34 shown in Figure 15 abuts against the circumferential end of the stopper groove 33 before the steel ball 40 abuts against the circumferential end of the cam groove 44.
- the rotational load device 1 is capable of generating a rotational reaction force using only mechanical parts.
- the rotational load device 1 can suppress frictional resistance to a small value and generate a rotational reaction force of a stable magnitude.
- a rotational reaction force of a magnitude corresponding to the rotation angle of the rotating shaft 15 is generated, it is suitable for applications in which a steering reaction force is applied to the steering wheel 2.
- this rotational load device 1 whether the rotating shaft 15 shown in FIG. 18 is rotated circumferentially from the neutral position (the position where the steel ball 40 is in the circumferential center of the cam groove 44) to one side or the other side, a rotational reaction force in a direction returning the rotating shaft 15 to the neutral position is generated by the circumferential component of the force with which the steel ball 40 presses axially against the inner surface of the cam groove 44. Therefore, when this rotational load device 1 is used with a steering wheel 2 (see FIG. 1), the steering feeling when returning the steering wheel 2 to the neutral position becomes lighter, making it possible to improve the steering feeling of the steering wheel 2. In this way, the rotational load device 1 configured as described above is suitable for applications in which a steering reaction force is applied to the steering wheel 2.
- this rotary load device 1 is less prone to wear compared to the rotary load device 1 in Patent Publication No. 4853412 (Patent Document 1) that is configured to generate a rotational reaction force by frictional resistance between a drum and a strip-shaped member, and can ensure stable operation over a long period of time.
- the cam groove 44 of the rotation load device 1 is formed in a V-shape such that the axial position of the cam groove 44 changes to one side in the axial direction (left side in the figure) whether moving from the circumferential center of the cam groove 44 to one side in the axial direction or the other side in the circumferential direction, and the elastic member 42 is provided to bias the retainer 41 to the other side in the axial direction (right side in the figure). Therefore, whether the rotating shaft 15 is rotated in one circumferential direction or the other circumferential direction, a rotation reaction force in the opposite direction to the rotation direction can be generated. Therefore, when the steering wheel 2 shown in FIG.
- the rotation load device 1 When the steering wheel 2 is returned to the neutral position, the rotation load device 1 generates a force (force assisting the rotation operation of the steering wheel 2) that returns the steering wheel 2 to the neutral position, which makes it possible to improve the steering feeling of the steering wheel 2 by the driver.
- this rotation load device 1 is provided with a rotation angle sensor 12 that detects the rotation angle of the rotating shaft 15, making it particularly suitable for use in a steer-by-wire type steering device such as that shown in FIG. 1.
- the steel ball 40 is first pushed in the axial direction by the biasing force of the elastic member 42, but since the direction in which the steel ball 40 is pushed (axial direction) differs from the extension direction of the cam groove 44, as shown in FIG. 22, when viewed in a cross section perpendicular to the extension direction of the cam groove 44, the steel ball 40 may get caught in the wedge angle ⁇ formed by the cam groove 44 and the axial groove 43, which may hinder the rotation of the rotating shaft 15. This problem becomes more noticeable when the wedge angle ⁇ shown in FIG. 22 is small (for example, when the arc radius of the cam groove 44 shown in FIG. 22 is set to about 103% of the arc radius of the steel ball 40. In this case, the wedge angle ⁇ shown in FIG. 22 is less than 30°).
- the inclination angle of the cam groove 44 in the circumferential direction of this rotational load device 1 is set to less than 25°, so that the axial length of the portion of the outer periphery of the rotating shaft 15 where the cam groove 44 is formed can be reduced, making it possible to make the axial length of the rotational load device 1 compact.
- the cam groove 44 has an arc-shaped cross-sectional shape as shown in FIG. 22 when viewed in a cross section perpendicular to the extension direction of the cam groove 44.
- All of the cam grooves 44 in Figures 22 to 25 have an inner surface 46 that is linear in cross section and rises from the bottom of the cam groove 44 to one side in the axial direction (the left side in the figures), and an inner surface 47 that is linear in cross section and rises from the bottom of the cam groove 44 to the other side in the axial direction (the right side in the figures).
- the inner surface 47 on the other side in the axial direction of the cam groove 44 (the right side in the figures) is formed in a linear cross section that rises at an angle of 50° or more and less than 90°
- the inner surface 47 on the other side in the axial direction of the cam groove 44 (the right side in the figures) is formed in a linear cross section that rises at an angle of 90°.
- the cam groove 44 when viewed in a cross section perpendicular to the extension direction of the cam groove 44, the cam groove 44 has an inner side surface 47 that rises from the bottom of the cam groove 44 to the other side in the axial direction (the right side in the figure), and when the inner side surface 47 is configured to have a straight cross section, the rise angle of the inner side surface 47 becomes the wedge angle ⁇ shown in Figure 22 (the angle between the tangent direction at the point of contact between the inner surface of the cam groove 44 and the steel ball 40 and the extension direction of the axial groove 43).
- the magnitude of the wedge angle ⁇ is less susceptible to the effects of misalignment of the relative positions of the rotating shaft 15 and the outer ring 23, or dimensional errors of the axial groove 43 and the cam groove 44, and the magnitude of the wedge angle ⁇ is stable.
- an elastic member 42 is described as being pressed and compressed in the axial direction by the axial movement of the retainer 41 when the rotating shaft 15 rotates.
- an elastic member 42 that is pulled and stretched in the axial direction by the axial movement of the retainer 41 when the rotating shaft 15 rotates, and to configure the elastic member 42 so that a rotational reaction force is generated by the elastic force transmitted from the elastic member 42 to the inner surface of the cam groove 44 via the retainer 41 and the steel ball 40.
- the rotational load device 1 is used in a steer-by-wire vehicle steering device in which a pair of steered wheels 4 on the left and right sides of a vehicle are the steering objects, but this rotational load device 1 can also be used in, for example, a steer-by-wire ship steering device in which a rudder (such as an outboard motor) mounted at the stern of a ship is the steering object, and can also be applied to steer-by-wire steering devices for construction machinery, agricultural machinery, all-terrain vehicles, utility vehicles, and the like. Furthermore, it can also be used in other devices that require a rotational load, not just steering devices.
Landscapes
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Abstract
Description
この発明は、回転反力を発生する回転負荷装置に関する。 This invention relates to a rotational load device that generates a rotational reaction force.
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。
A known rotational load device used to apply a steering reaction force to a steering wheel is described in
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。
However, if a rotational reaction force is generated by frictional resistance between a drum and a band-shaped member, as in
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。 However, if the same rotational reaction force occurs when returning the steering wheel to the neutral position as when rotating the steering wheel from the neutral position, the driver will feel a heavy steering feeling when turning the steering wheel.
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。 The inventors of this application believed that if a rotation load device could generate a force to return the steering wheel to the neutral position, it would be possible to improve the steering feel felt by the driver when turning the steering wheel.
そこで、第1および第2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。 The problem that the first and second inventions aim to solve is to provide a rotational load device that is capable of generating a rotational reaction force using only mechanical parts and is suitable for applying a steering reaction force to a steering wheel.
第1の発明は、上記の課題を解決するため、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。
In order to solve the above problems, a first aspect of the present invention provides a rotational load device having the following configuration.
[Configuration 1]
Housing and
a rotating shaft rotatably supported relative to the housing;
a slide cylinder that is fixed to the housing and is fitted to an outer periphery of the rotating shaft so as to be slidable in the axial direction;
an elastic member that biases the slide cylinder in the axial direction,
A cam groove whose axial position changes along the circumferential direction is formed in the slide cylinder,
A cam pin is provided on an outer periphery of the rotating shaft, and slides in the cam groove when the rotating shaft rotates to move the slide cylinder in the axial direction.
The elastic member is arranged so as to elastically deform due to the axial movement of the sliding tube when the rotating shaft rotates, and a rotational reaction force is generated by the elastic force transmitted from the elastic member to the rotating shaft via the sliding tube and the cam pin.
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。 When this configuration is adopted, when rotation is input from the outside to the rotating shaft and the rotating shaft rotates, the cam pin on the outer periphery of the rotating shaft slides in the cam groove of the sliding cylinder and moves rotationally together with the rotating shaft. Here, the sliding cylinder is prevented from rotating relative to the housing, and the cam groove of the sliding cylinder is formed so that the axial position changes along the circumferential direction. Therefore, when the cam pin slides in the cam groove and moves rotationally together with the rotating shaft, the sliding cylinder moves axially in response to the rotational movement of the cam pin. The axial movement of the sliding cylinder elastically deforms the elastic member, and the elastic force transmitted from the elastic member to the rotating shaft via the sliding cylinder and the cam pin generates a rotational reaction force of a magnitude corresponding to the rotation angle of the rotating shaft. In this way, when rotation is input from the outside, it is possible to generate a rotational reaction force using only mechanical parts. In addition, since a rotational reaction force of a magnitude corresponding to the rotation angle of the rotating shaft is generated, it is suitable for applications that impart a steering reaction force to a steering wheel.
[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。
[Configuration 2]
an outer ring that is prevented from rotating relative to the housing and has a rolling groove extending in the axial direction on its inner circumference;
The slide cylinder further includes a ball that is held in a ball holding hole formed radially through the slide cylinder and that rolls and contacts the rolling groove.
2. The rotational load device according to
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。 When this configuration is adopted, the outer ring is prevented from rotating by the housing, and the balls held in the ball retaining holes of the sliding cylinder are in rolling contact with the rolling grooves that extend axially around the inner circumference of the outer ring, making it possible to prevent the sliding cylinder from rotating relative to the housing while keeping frictional resistance when the sliding cylinder moves in the axial direction extremely small. This allows the sliding cylinder to move smoothly in the axial direction, and a stable amount of rotational reaction force can be generated.
[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。
[Configuration 3]
The rolling grooves are provided at three or more locations circumferentially spaced apart on the inner circumference of the outer ring,
The rotational load device according to
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。 When this configuration is adopted, the sliding cylinder is guided so that it can move axially at three or more positions spaced apart in the circumferential direction, so the center position of the sliding cylinder is stable and the operation of the sliding cylinder can be made particularly stable.
[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。
[Configuration 4]
The rotational load device according to
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。 When this configuration is adopted, the sliding cylinder is guided so that it can move axially at two or more positions spaced apart in the axial direction, preventing the sliding cylinder from tilting and making the operation of the sliding cylinder particularly stable.
[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。
[Configuration 5]
The cam groove is formed in a V-shape such that the axial position of the cam groove changes to one side in the axial direction from the circumferential center of the cam groove toward either one circumferential direction or the other circumferential direction,
5. The rotational load device according to any one of
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。 By adopting this configuration, it is possible to generate a rotational reaction force in the opposite direction to the rotational direction of the rotating shaft, regardless of whether the rotating shaft is rotated in one circumferential direction or the other circumferential direction. This makes it particularly suitable for use in steer-by-wire type steering devices.
[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。
[Configuration 6]
a stopper groove extending in a circumferential direction within an angular range of less than 360° is provided on one of the rotating shaft and the housing, and a stopper protrusion positioned within the stopper groove is provided on the other of the rotating shaft and the housing;
A rotating load device described in any one of
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。 By adopting this configuration, it is possible to prevent the cam pin from coming into contact with the circumferential end of the cam groove when the rotating shaft is rotated to the limit of its rotatable range, thereby ensuring the durability of the cam pin and cam groove.
[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。
[Configuration 7]
7. The rotary load device according to any one of
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。 This configuration is particularly suitable for use in steer-by-wire steering devices, as the rotation angle of the rotating shaft is detected by the rotation angle sensor.
[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。
[Configuration 8]
Further, a reduction gear is provided to reduce the speed of rotation input from the outside and transmit the reduced speed to the rotating shaft.
The cam groove is provided at three or more locations at intervals in the circumferential direction of the slide cylinder,
The rotation load device according to any one of
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。 When this configuration is adopted, a reducer is provided that reduces the speed of the rotation input from the outside and transmits it to the rotating shaft, so the rotation angle of the rotating shaft is smaller than the rotation angle input from the outside, and the circumferential width of the cam groove can be set smaller. As a result, three or more cam grooves can be provided in the circumferential direction, which stabilizes the center position of the sliding cylinder and makes it possible to make the operation of the sliding cylinder particularly stable.
[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。
[Configuration 9]
the speed reducer is configured such that a rotation center of a rotation input part to which rotation is input from an outside and a rotation center of a rotation output part which reduces the rotation of the rotation input part and outputs the reduced rotation are positioned on the same line,
the rotation input portion has an input side convex portion which rotates and moves integrally with the rotation input portion about the rotation center of the rotation input portion when a rotation is input to the rotation input portion from the outside, and the rotation output portion has an output side convex portion which rotates and moves integrally with the rotation output portion about the rotation center of the rotation output portion at the same axial position as the input side convex portion when a rotation is input to the rotation input portion from the outside,
A rotational load device as described in
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。 When this configuration is adopted, the rotational range of the rotational input part is restricted by utilizing the difference in rotational speed between the rotational input part and the rotational output part of the reducer, making it possible to set a large rotational range for the rotational input part (for example, an angle range of 360° or more).
[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。
[Configuration 10]
10. The rotary load device according to
[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または10に記載の回転負荷装置。
[Configuration 11]
The reducer is a planetary gear reducer having a sun gear arranged so that its center of rotation is on the same line as the center of rotation of the rotating shaft, a ring gear with internal teeth fixed to the inner circumference of the housing, a plurality of planetary gears arranged at intervals in the circumferential direction between the ring gear and the sun gear and meshing simultaneously with the ring gear and the sun gear, and a planetary carrier that supports the plurality of planetary gears so that they can rotate around the center of each planetary gear and revolve around the sun gear, wherein the sun gear constitutes a rotational input section to which rotation is input from the outside, and the planetary carrier constitutes a rotational output section that reduces the rotation of the rotational input section and outputs it.A rotational load device as described in
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。 By adopting this configuration, the reducer can be compactly arranged in line with the center of rotation of the rotating shaft, and the configuration of the reducer is simple and low cost.
第2の発明は、上記の課題を解決するため、以下の構成の回転負荷装置を提供する。
[構成12]
周方向に沿って軸方向位置が変化するカム溝を外周にもち、回転可能に支持された回転軸と、
前記回転軸の外周を取り囲む筒状に形成され、軸方向に延びる軸方向溝を内周にもつ外輪と、
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、
径方向に貫通して形成された保持穴で前記鋼球を保持し、前記回転軸の外周と前記外輪の内周の間に軸方向に移動可能に設けられた筒状の保持器と、
前記保持器を軸方向に付勢する弾性部材と、を有し、
前記弾性部材から前記保持器と前記鋼球とを介して前記カム溝の内面に伝達する弾性力によって前記回転軸に回転反力を付与する回転負荷装置。
In order to solve the above-mentioned problems, a second aspect of the present invention provides a rotational load device having the following configuration.
[Configuration 12]
a rotating shaft having a cam groove on its outer periphery, the axial position of which changes along a circumferential direction, and being rotatably supported;
an outer ring formed in a cylindrical shape surrounding an outer periphery of the rotating shaft and having an axial groove extending in the axial direction on an inner periphery;
a steel ball inserted between the rotating shaft and the outer ring so as to be in rolling contact with both the cam groove and the axial groove;
a cylindrical cage that holds the steel balls in retaining holes formed radially through the cage and is disposed between the outer periphery of the rotating shaft and the inner periphery of the outer ring so as to be movable in the axial direction;
an elastic member that biases the retainer in the axial direction,
A rotational load device that applies a rotational reaction force to the rotating shaft by an elastic force transmitted from the elastic member through the cage and the steel balls to the inner surface of the cam groove.
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、その回転軸の外周のカム溝が、回転軸と一体に周方向移動する。ここで、カム溝に転がり接触する鋼球は、外輪の内周の軸方向溝との係合により外輪に対する周方向移動が規制されているので、カム溝が周方向移動すると、そのカム溝に転がり接触する鋼球は、カム溝の内面に押圧されて軸方向移動する。そして、鋼球が軸方向移動すると、鋼球を保持する保持器も軸方向移動するので、弾性部材が軸方向に弾性変形し、その弾性部材から保持器と鋼球とを介してカム溝の内面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、鋼球の転がりにより回転軸の回転を保持器の軸方向移動に変換するので、摩擦抵抗を小さく抑えることができ、安定した大きさの回転反力を発生することができる。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。 When this configuration is adopted, when a rotation is input from the outside to the rotating shaft and the rotating shaft rotates, the cam groove on the outer circumference of the rotating shaft moves circumferentially together with the rotating shaft. Here, the steel balls that roll into the cam groove are restricted from moving circumferentially relative to the outer ring by engaging with the axial groove on the inner circumference of the outer ring, so when the cam groove moves circumferentially, the steel balls that roll into the cam groove are pressed against the inner surface of the cam groove and move axially. When the steel balls move axially, the retainer that holds the steel balls also moves axially, so the elastic member elastically deforms in the axial direction, and a rotational reaction force of a magnitude corresponding to the rotation angle of the rotating shaft is generated by the elastic force transmitted from the elastic member to the inner surface of the cam groove via the retainer and the steel balls. In this way, when rotation is input from the outside, it is possible to generate a rotational reaction force using only mechanical parts. In addition, since the rotation of the rotating shaft is converted into axial movement of the retainer by the rolling of the steel balls, frictional resistance can be kept small, and a rotational reaction force of a stable magnitude can be generated. In addition, because it generates a rotational reaction force whose magnitude corresponds to the rotation angle of the rotating shaft, it is ideal for applying a steering reaction force to a steering wheel.
[構成13]
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、前記保持器を軸方向の他方側に付勢するように設けられている構成12に記載の回転負荷装置。
[Configuration 13]
The cam groove is formed in a V-shape such that the axial position of the cam groove changes to one side in the axial direction from the circumferential center of the cam groove toward either one circumferential direction or the other circumferential direction,
13. The rotary load device according to
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。 By adopting this configuration, it is possible to generate a rotational reaction force in the opposite direction to the rotational direction of the rotating shaft, regardless of whether the rotating shaft is rotated in one circumferential direction or the other circumferential direction. This makes it particularly suitable for use in steer-by-wire type steering devices.
すなわち、回転軸を中立位置(カム溝の周方向中央に鋼球がくる位置)から周方向一方側と周方向他方側のいずれに回転させても、鋼球がカム溝の内面を軸方向に押圧す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。 In other words, whether the rotating shaft is rotated circumferentially to one side or the other side from the neutral position (the position where the steel ball is in the circumferential center of the cam groove), the circumferential component of the force with which the steel ball presses axially against the inner surface of the cam groove generates a rotational reaction force in a direction that returns the rotating shaft to the neutral position. Therefore, when this rotational load device is used on a steering wheel, the steering feeling when returning the steering wheel to the neutral position becomes lighter, making it possible to improve the steering feel of the steering wheel. In this way, the rotational load device configured as described above is suitable for applications in which a steering reaction force is applied to a steering wheel.
[構成14]
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12または13に記載の回転負荷装置。
[Configuration 14]
The steel balls are provided at a plurality of different circumferential positions,
The cam groove is provided in a plurality of grooves corresponding to the plurality of steel balls,
The rotational load device according to
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。 When this configuration is adopted, the retainer is guided by multiple steel balls arranged at different circumferential positions, so the center position of the retainer is stable, and the operation of the retainer can be made stable.
[構成15]
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12から14のいずれかに記載の回転負荷装置。
[Configuration 15]
The bearing further includes a housing that accommodates the outer ring while preventing it from rotating.
a stopper groove extending in a circumferential direction within an angular range of less than 360° is provided in the housing, and a stopper protrusion positioned within the stopper groove is provided on the rotating shaft;
A rotating load device described in any one of
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。 By adopting this configuration, it is possible to prevent the steel balls from coming into contact with the circumferential ends of the cam groove when the rotating shaft is rotated to the limit of its rotatable range, thereby ensuring the durability of the steel balls and the cam groove.
[構成16]
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12から15のいずれかに記載の回転負荷装置。
[Configuration 16]
16. The rotary load device according to any one of
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。 This configuration is particularly suitable for use in steer-by-wire steering devices, as the rotation angle of the rotating shaft is detected by the rotation angle sensor.
[構成17]
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する構成12から16のいずれかに記載の回転負荷装置。
[Configuration 17]
A rotational load device described in any of
この構成を採用すると、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。 When this configuration is adopted, when the steel ball is pressed against the inner surface of the cam groove and the inner surface of the axial groove by the biasing force of the elastic member, the wedge angle between the tangent direction at the point of contact between the inner surface of the cam groove and the steel ball and the extension direction of the axial groove is 50° or more and 90° or less when viewed in a cross section perpendicular to the extension direction of the cam groove, so the steel ball is less likely to get caught in the wedge angle. Therefore, after the rotating shaft is rotated from the neutral position, when the rotating shaft is put into a free state in which it can rotate freely and the rotating shaft is attempted to be returned to the neutral position by the rotational reaction force generated by the rotation load device, the steel ball is less likely to get caught, and the operation of returning the rotating shaft to the neutral position is highly reliable.
[構成18]
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12から17のいずれかに記載の回転負荷装置。
[Configuration 18]
18. A rotational load device according to any one of
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。 By adopting this configuration, the inclination angle of the cam groove relative to the circumferential direction is set to less than 25°, so the axial length of the portion of the outer periphery of the rotating shaft where the cam groove is formed can be reduced, making it possible to make the axial length of the rotating load device compact.
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。 In addition, if the inclination angle of the cam groove relative to the circumferential direction is set to less than 25°, there is a large difference in orientation between the direction in which the steel ball is pushed by the biasing force of the elastic member (axial direction) and the extension direction of the cam groove. Therefore, when the steel ball is pushed axially by the biasing force of the elastic member, the problem of the steel ball getting caught in the wedge angle formed by the cam groove and the axial groove when viewed in a cross section perpendicular to the extension direction of the cam groove is easily apparent. However, by setting the wedge angle to a value between 50° and 90°, it is possible to effectively prevent the steel ball from getting caught in the wedge angle.
[構成19]
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12から18のいずれかに記載の回転負荷装置。
[Configuration 19]
A rotational load device described in any of
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。 When this configuration is adopted, the cam groove has an inner surface that rises from the bottom of the cam groove to the other side in the axial direction when viewed in a cross section perpendicular to the extension direction of the cam groove, and because this inner surface is linear in cross section, the rising angle of the inner surface is the wedge angle itself. Therefore, the size of the wedge angle is less susceptible to the effects of misalignment of the relative positions of the rotating shaft and outer ring, or dimensional errors in the axial groove and cam groove, and the size of the wedge angle is stable.
[構成20]
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19に記載の回転負荷装置。
[Configuration 20]
20. The rotary load device according to
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。 When this configuration is adopted, the cam groove has an inner surface that is linear in cross section and rises from the bottom of the cam groove to the other side in the axial direction when viewed in a cross section perpendicular to the extension direction of the cam groove.
第1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。 In the rotation load device of the first invention, when a rotation is input from the outside to the rotating shaft and the rotating shaft rotates, the cam pin on the outer periphery of the rotating shaft slides in the cam groove of the sliding cylinder and moves in rotation together with the rotating shaft. Here, the sliding cylinder is prevented from rotating relative to the housing, and the cam groove of the sliding cylinder is formed so that the axial position changes along the circumferential direction. Therefore, when the cam pin slides in the cam groove and moves in rotation together with the rotating shaft, the sliding cylinder moves in the axial direction in response to the rotational movement of the cam pin. The axial movement of the sliding cylinder elastically deforms the elastic member, and the elastic force transmitted from the elastic member to the rotating shaft via the sliding cylinder and the cam pin generates a rotational reaction force of a magnitude corresponding to the rotation angle of the rotating shaft. In this way, when a rotation is input from the outside, it is possible to generate a rotational reaction force using only mechanical parts. In addition, since a rotational reaction force of a magnitude corresponding to the rotation angle of the rotating shaft is generated, it is suitable for applications that impart a steering reaction force to a steering wheel.
第2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、その回転軸の外周のカム溝が、回転軸と一体に周方向移動する。ここで、カム溝に転がり接触する鋼球は、外輪の内周の軸方向溝との係合により外輪に対する周方向移動が規制されているので、カム溝が周方向移動すると、そのカム溝に転がり接触する鋼球が、カム溝の内面に押圧されて軸方向移動する。そして、鋼球が軸方向移動すると、鋼球を保持する保持器も軸方向移動するので、弾性部材が軸方向に弾性変形し、その弾性部材から保持器と鋼球とを介してカム溝の内面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、鋼球の転がりにより回転軸の回転を保持器の軸方向移動に変換するので、摩擦抵抗を小さく抑えることができ、安定した大きさの回転反力を発生することができる。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。 In the second invention, when a rotation is input from the outside to the rotating shaft and the rotating shaft rotates, the cam groove on the outer circumference of the rotating shaft moves circumferentially together with the rotating shaft. Here, the steel balls that roll into the cam groove are restricted from moving circumferentially relative to the outer ring by engaging with the axial groove on the inner circumference of the outer ring, so when the cam groove moves circumferentially, the steel balls that roll into the cam groove are pressed against the inner surface of the cam groove and move axially. When the steel balls move axially, the retainer that holds the steel balls also moves axially, so the elastic member elastically deforms in the axial direction, and a rotational reaction force of a magnitude corresponding to the rotation angle of the rotating shaft is generated by the elastic force transmitted from the elastic member to the inner surface of the cam groove via the retainer and the steel balls. In this way, when a rotation is input from the outside, it is possible to generate a rotational reaction force using only mechanical parts. In addition, since the rotation of the rotating shaft is converted into axial movement of the retainer by the rolling of the steel balls, frictional resistance can be kept small, and a rotational reaction force of a stable magnitude can be generated. In addition, because it generates a rotational reaction force whose magnitude corresponds to the rotation angle of the rotating shaft, it is ideal for applying a steering reaction force to a steering wheel.
図1に、第1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。
Figure 1 shows a steering device using a
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。
This steering device has a
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。
The steering
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。
The
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。
The
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。
The
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。
As shown in FIG. 2, the
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。
The
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。
The
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。
An
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。
Here, the
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。
As shown in FIG. 4, the inner circumference of the
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。
The
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。
As shown in FIG. 2, the
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。
As shown in FIG. 6, the
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。
As shown in FIG. 3, a
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。
As shown in Figures 6 and 7, the
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。
The
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。
In the figure, the V-shaped
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。
As shown in FIG. 2, the
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。
2 and 5, the outer periphery of the
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35と、永久磁石35に対向して設けられた磁気検出部36とからなるものを採用することができる。磁気検出部36は、端板部19にボルト37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。
2, the
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。
In this
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。
Furthermore, this
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。
In addition, in this
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。
In addition, as shown in FIG. 4, in this
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。
In addition, as shown in FIG. 2, in this
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。
As shown in FIG. 6, the
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。
In addition, in this
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。
In addition, as shown in FIG. 2, this
図8~図13に、第1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。 FIGS. 8 to 13 show a second embodiment of the first invention. Parts corresponding to those in the first embodiment are given the same reference numerals and will not be described.
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。
As shown in FIG. 8, the
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。
The
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。
As shown in FIG. 9, the
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。
As shown in Figures 8 and 11, the
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。
As shown in FIG. 8, the
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。
The
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。
Here, the
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。
The
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。
The rotation input part (sun gear 52) of the
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。
As shown in FIG. 10, the
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。
The input side
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。
As shown in FIG. 8, the
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。
In addition, since this
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。
In addition, this
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。
In addition, this
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。
In addition, because this
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。
In the above embodiment, a planetary gear reducer is used as the
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。
In each of the above embodiments, an
図14に、第2の発明の実施形態にかかる回転負荷装置1を示す。以下、第1の発明の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。第1の発明および第2の発明の各実施形態において、同一の符号を付した部材は、基本的に同一の構成である。
FIG. 14 shows a
図14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23と、回転軸15と外輪23の間に組み込まれた鋼球40と、鋼球40を保持する保持器41と、保持器41を軸方向に付勢する弾性部材42とを有する。ハウジング14には、外輪23が収容されている。
As shown in FIG. 14, the
図16に示すように、鋼球40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40の周方向位置は、周方向に等間隔の位置(図16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23の内周には、2個の鋼球40に対応して2本の軸方向溝43が形成され、回転軸15の外周にも、2個の鋼球40に対応して2本のカム溝44が形成されている。図14に示すように、カム溝44は、周方向に沿って軸方向位置が変化する溝である。
As shown in FIG. 16, two
図14に示すように、保持器41は、回転軸15の外周と外輪23の内周の間に軸方向に移動可能に設けられた筒状の部材である。保持器41には、各鋼球40を収容して保持する保持穴45が設けられている。保持穴45は、鋼球40の外周に沿った円形の穴である。保持穴45は、保持器41を径方向に貫通して形成されている。鋼球40は、外輪23の内周の軸方向溝43と、回転軸15の外周のカム溝44との両方に転がり接触するように、保持器41の径方向厚さ(保持穴45の径方向長さ)よりも大きい直径を有する。鋼球40と軸方向溝43とカム溝44は、回転軸15の回転を保持器41の軸方向移動に変換する運動変換機構を構成している。
As shown in FIG. 14, the
図16に示すように、外輪23の内周の軸方向溝43は、鋼球40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43は、2個の鋼球40の各周方向位置に対応する周方向位置(図16では、外輪23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41は、鋼球40と軸方向溝43の係合により、外輪23に対して軸方向に移動可能な状態で、外輪23に対して回り止めされている。図17に示すように、軸方向溝43は、外輪23の内周を軸方向にまっすぐ直線状に延びている。
As shown in FIG. 16, the
図16に示すように、2本のカム溝44は、2個の鋼球40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18に示すように、2本のカム溝44は同一形状であり、その2本のカム溝44が2個の鋼球40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。
As shown in FIG. 16, the two
また、図18に示すように、2個の鋼球40は、軸方向にずれた位置に配置され、2本のカム溝44も、2個の鋼球40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44を軸方向にずらして配置し、これに対応して2個の鋼球40も軸方向にずらして配置することで、複数のカム溝44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。カム溝44は、鋼球40の外周に沿った断面円弧状に形成されている。
Also, as shown in FIG. 18, the two
各カム溝44は、カム溝44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44の軸方向位置が軸方向の一方側(図では左側)に変化するV字状に形成されている。弾性部材42は、保持器41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41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42は、図19に示すように、回転軸15が回転したときに保持器41に押圧されて圧縮するように設けられている。
Each
図では、V字状のカム溝44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44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44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。
In the figure, the V-shaped
図21に示すように、カム溝44の周方向に対して軸方向に傾斜して延びる部分(カム溝44のV字の底に相当する部分以外の部分)は、図22に示すように、カム溝44の延在方向に直交する断面で見て、鋼球40が弾性部材42の付勢力でカム溝44の内面と軸方向溝43の内面とに押し付けられた状態でのカム溝44の内面と鋼球40との接点における接線方向と、軸方向溝43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44の断面形状は円弧状であり、その円弧半径を鋼球40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。
As shown in Figure 21, the portion of
図14に示すように、弾性部材42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42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。
As shown in FIG. 14, the
図14、図15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33が設けられ、回転軸15の外周には、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14に示す回転軸15が回転したときに、鋼球40がカム溝44の周方向端部に当接するよりも前に、図15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。
As shown in Figures 14 and 15, the
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14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18、図19に示すように、回転軸15の外周のカム溝44が、回転軸15と一体に周方向移動する。ここで、図16に示すように、カム溝44に転がり接触する鋼球40は、外輪23の内周の軸方向溝43との係合により外輪23に対する周方向移動が規制されているので、図18、図19に示すように、カム溝44が周方向移動すると、そのカム溝44に転がり接触する鋼球40が、カム溝44の内面に押圧されて軸方向溝43を軸方向に転がる。そして、鋼球40が軸方向溝43を軸方向に転がると、鋼球40を保持する保持器41も軸方向移動するので、弾性部材42が軸方向に押圧されて圧縮され、その弾性部材42から保持器41と鋼球40とを介してカム溝44の内面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回転軸15に付与される。このように、この回転負荷装置1は、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、回転負荷装置1は、鋼球40の転がりにより回転軸15の回転を保持器41の軸方向移動に変換するので、摩擦抵抗を小さく抑えることができ、安定した大きさの回転反力を発生することができる。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に操舵反力を付与する用途に好適である。
In this
すなわち、この回転負荷装置1は、図18に示す回転軸15を中立位置(カム溝44の周方向中央に鋼球40がくる位置)から周方向一方側と周方向他方側のいずれに回転させても、鋼球40がカム溝44の内面を軸方向に押圧す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。そのため、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。
In other words, with this
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1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。
Furthermore, this
また、この回転負荷装置1は、図18に示すように、カム溝44が、カム溝44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44の軸方向位置が軸方向の一方側(図では左側)に変化するV字状に形成され、弾性部材42が、保持器41を軸方向の他方側(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。
In addition, as shown in FIG. 18, the
また、この回転負荷装置1は、図14に示すように、保持器41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40で案内されるので、保持器41の中心位置が安定し、保持器41の動作が安定している。
In addition, as shown in FIG. 14, in this
また、この回転負荷装置1は、図14に示す回転軸15が回転したときに、鋼球40がカム溝44の周方向端部に当接するよりも前に、図15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、図19、図20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40がカム溝44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40およびカム溝44の耐久性を確保することが可能である。
In addition, in this
また、この回転負荷装置1は、図14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。
In addition, as shown in FIG. 14, this
ところで、この回転負荷装置1において、図21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42が保持器41を介して鋼球40を軸方向に付勢し、その鋼球40がカム溝44の内面を軸方向に押圧し、カム溝44の内面が鋼球40から受ける力の周方向分力で回転軸15を中立位置(図18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40はカム溝44に沿って転がり始める。この動作において、鋼球40は、まず最初に、弾性部材42の付勢力で軸方向に押し動かされるが、鋼球40が押し動かされる方向(軸方向)とカム溝44の延在方向とが異なるので、図22に示すように、カム溝44の延在方向に直交する断面で見て、カム溝44と軸方向溝43とで形成されるくさび角θに鋼球40が噛み込み、その鋼球40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22に示すくさび角θの大きさが小さいとき(例えば、図22に示すカム溝44の円弧半径を鋼球40の円弧半径の103%程度に設定したとき。この場合、図22に示すくさび角θは30°未満となる)に顕著となる。
In this
この問題に対し、上記実施形態の回転負荷装置1は、図22に示すように、鋼球40が弾性部材42の付勢力でカム溝44の内面と軸方向溝43の内面とに押し付けられたときに、カム溝44の延在方向に直交する断面で見て、カム溝44の内面と鋼球40との接点における接線方向と、軸方向溝43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40の噛み込みが生じにくい。そのため、回転軸15を図18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40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。
In response to this problem, in the
また、この回転負荷装置1は、図21に示すように、カム溝44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44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。
In addition, as shown in FIG. 21, the inclination angle of the
また、図21に示すように、カム溝44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42の付勢力で鋼球40が押し動かされる方向(軸方向)とカム溝44の延在方向との向きの違いが大きいので、鋼球40が弾性部材42の付勢力で軸方向に押し動かされたときに、図22に示すように、カム溝44の延在方向に直交する断面で見て、カム溝44と軸方向溝43とで形成されるくさび角θに鋼球40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40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。
Also, as shown in Figure 21, when the inclination angle of the
上記実施形態では、カム溝44の延在方向に直交する断面で見て、図22に示すように、円弧状の断面形状をもつカム溝44を例に挙げて説明したが、図23に示すように、三角形状の断面形状をもつカム溝44や、図24に示すように、台形状の断面形状をもつカム溝44や、図25に示すように、矩形状の断面形状をもつカム溝44を採用することが可能である。
In the above embodiment, the
図22から図25のいずれのカム溝44も、カム溝44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46と、カム溝44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47とを有する。図23および図24において、カム溝44の軸方向の他方側(図では右側)の内側面47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25においては、カム溝44の軸方向の他方側(図では右側)の内側面47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。
All of the
図23から図25に示すように、カム溝44の延在方向に直交する断面で見て、カム溝44が、カム溝44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47を有し、その内側面47が断面直線状である構成を採用すると、内側面47の立ち上がり角度が、そのまま、図22に示すくさび角θ(カム溝44の内面と鋼球40との接点における接線方向と、軸方向溝43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23の相対位置のずれや、軸方向溝43やカム溝44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。
As shown in Figures 23 to 25, when viewed in a cross section perpendicular to the extension direction of the
上記実施形態では、回転軸15が回転したときに、保持器41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42を例に挙げて説明したが、回転軸15が回転したときに、保持器41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42を採用し、その弾性部材42から保持器41と鋼球40とを介してカム溝44の内面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。
In the above embodiment, an
上記第1の発明および第2の発明の各実施形態では、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。
In each of the above embodiments of the first and second inventions, as shown in FIG. 1, an example was described in which the
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。 The embodiments disclosed herein should be considered to be illustrative and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is indicated by the claims rather than the above description, and it is intended to include all modifications within the meaning and scope of the claims.
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
40 鋼球
41 保持器
42 弾性部材
43 軸方向溝
44 カム溝
45 保持穴
47 内側面
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
θ くさび角
REFERENCE SIGNS
53
60 Input side
Claims (20)
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。 A housing (14);
a rotating shaft (15) rotatably supported relative to the housing (14);
a slide cylinder (16) that is fixed to the housing (14) and fitted to the outer periphery of the rotating shaft (15) so as to be slidable in the axial direction;
an elastic member (17) that biases the slide cylinder (16) in the axial direction,
A cam groove (30) whose axial position changes along the circumferential direction is formed in the slide cylinder (16),
A cam pin (31) is provided on the outer periphery of the rotating shaft (15), and the cam pin (31) slides in the cam groove (30) when the rotating shaft (15) rotates, thereby moving the slide cylinder (16) in the axial direction.
The elastic member (17) is arranged so as to elastically deform due to the axial movement of the sliding tube (16) when the rotating shaft (15) rotates, and a rotational reaction force is generated by the elastic force transmitted from the elastic member (17) to the rotating shaft (15) via the sliding tube (16) and the cam pin (31).
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。 an outer ring (23) that is prevented from rotating relative to the housing (14) and has an axially extending rolling groove (28) on its inner circumference;
The slide cylinder (16) further includes a ball (27) that is held in a ball holding hole (29) formed radially penetrating the slide cylinder (16) and that rolls and contacts the rolling groove (28),
2. The rotary load device according to claim 1, wherein the slide cylinder (16) is prevented from rotating relative to the housing (14) by the engagement between the balls (27) and the rolling grooves (28).
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。 The rolling groove (28) is provided at three or more locations on the inner circumference of the outer ring (23) at intervals in the circumferential direction,
3. The rotary load device according to claim 2, wherein the balls (27) and the ball holding holes (29) are also provided at three or more locations on the slide tube (16) at intervals in the circumferential direction.
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4のいずれかに記載の回転負荷装置。 The cam groove (30) is formed in a V-shape such that the axial position of the cam groove (30) changes to one side in the axial direction from the circumferential center of the cam groove (30) in either one circumferential direction or the other circumferential direction,
5. The rotary load device according to claim 1, wherein the elastic member (17) is provided so as to bias the slide cylinder (16) toward the one side in the axial direction.
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5のいずれかに記載の回転負荷装置。 A stopper groove (33) extending in a circumferential direction within an angular range of less than 360° is provided on one of the rotating shaft (15) and the housing (14), and a stopper protrusion (34) positioned within the stopper groove (33) is provided on the other member,
A rotating load device as described in any one of claims 1 to 5, wherein when the rotating shaft (15) rotates, the stopper protrusion (34) abuts against the circumferential end of the stopper groove (33) before the cam pin (31) abuts against the circumferential end of the cam groove (30), thereby regulating the rotatable range of the rotating shaft (15).
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7のいずれかに記載の回転負荷装置。 The device further includes a reducer (51) for reducing the speed of rotation input from the outside and transmitting the reduced speed to the rotating shaft (15),
The cam groove (30) is provided at three or more locations at intervals in the circumferential direction of the slide cylinder (16),
8. The rotary load device according to claim 1, wherein the cam pins (31) are also provided at three or more locations on the outer periphery of the rotary shaft (15) at intervals in the circumferential direction.
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。 The reducer (51) is configured such that a rotation center of a rotation input section (52) to which rotation is input from the outside and a rotation center of a rotation output section (55) that reduces the rotation of the rotation input section (52) and outputs it are positioned on the same straight line,
The rotation input portion (52) has an input side convex portion (60) which rotates and moves integrally with the rotation input portion (52) around the rotation center of the rotation input portion (52) when rotation is input to the rotation input portion (52) from the outside, and the rotation output portion (55) has an output side convex portion (61) which rotates and moves integrally with the rotation output portion (55) around the rotation center of the rotation output portion (55) at the same axial position as the input side convex portion (60) when rotation is input to the rotation input portion (52) from the outside,
The rotary load device of claim 8, wherein the input side convex portion (60) and the output side convex portion (61) regulate the rotatable range of the rotary input portion (52) by the input side convex portion (60) catching up with and abutting the output side convex portion (61) when rotation is input to the rotary input portion (52) from the outside.
前記回転軸(15)の外周を取り囲む筒状に形成され、軸方向に延びる軸方向溝(43)を内周にもつ外輪(23)と、
前記カム溝(44)と前記軸方向溝(43)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(23)の間に組み込まれた鋼球(40)と、
径方向に貫通して形成された保持穴(45)で前記鋼球(40)を保持し、前記回転軸(15)の外周と前記外輪(23)の内周の間に軸方向に移動可能に設けられた筒状の保持器(41)と、
前記保持器(41)を軸方向に付勢する弾性部材(42)と、を有し、
前記弾性部材(42)から前記保持器(41)と前記鋼球(40)とを介して前記カム溝(44)の内面に伝達する弾性力によって前記回転軸(15)に回転反力を付与する回転負荷装置。 a rotating shaft (15) having a cam groove (44) on its outer periphery, the axial position of which changes along the circumferential direction, and being rotatably supported;
an outer ring (23) formed in a cylindrical shape surrounding the outer periphery of the rotating shaft (15) and having an axial groove (43) extending in the axial direction on its inner periphery;
a steel ball (40) inserted between the rotating shaft (15) and the outer ring (23) so as to be in rolling contact with both the cam groove (44) and the axial groove (43);
a cylindrical retainer (41) that holds the steel balls (40) in retaining holes (45) formed radially penetrating the retainer and is provided between the outer periphery of the rotating shaft (15) and the inner periphery of the outer ring (23) so as to be movable in the axial direction;
and an elastic member (42) that biases the retainer (41) in the axial direction,
A rotational load device which applies a rotational reaction force to the rotating shaft (15) by an elastic force transmitted from the elastic member (42) through the retainer (41) and the steel balls (40) to the inner surface of the cam groove (44).
前記弾性部材(42)は、前記保持器(41)を軸方向の他方側に付勢するように設けられている請求項12に記載の回転負荷装置。 The cam groove (44) is formed in a V-shape such that the axial position of the cam groove (44) changes to one side in the axial direction from the circumferential center of the cam groove (44) in either one circumferential direction or the other circumferential direction,
13. The rotary load device according to claim 12, wherein the elastic member (42) is provided so as to bias the retainer (41) toward the other side in the axial direction.
前記カム溝(44)は、前記複数の鋼球(40)に対応して複数設けられ、
前記軸方向溝(43)も、前記複数の鋼球(40)に対応して複数設けられている請求項12または13に記載の回転負荷装置。 The steel balls (40) are provided at a plurality of different circumferential positions,
The cam groove (44) is provided in a plurality of grooves corresponding to the plurality of steel balls (40),
The rotary load device according to claim 12 or 13, wherein the axial grooves (43) are also provided in a plurality in correspondence with the plurality of steel balls (40).
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(33)が設けられ、前記回転軸(15)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、前記鋼球(40)が前記カム溝(44)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12から14のいずれかに記載の回転負荷装置。 The bearing further includes a housing (14) for accommodating the outer ring (23) in a rotation-preventing manner,
The housing (14) is provided with a stopper groove (33) extending in a circumferential direction within an angular range of less than 360°, and the rotating shaft (15) is provided with a stopper protrusion (34) positioned within the stopper groove (33),
A rotating load device as described in any one of claims 12 to 14, wherein when the rotating shaft (15) rotates, the stopper protrusion (34) abuts against the circumferential end of the stopper groove (33) before the steel ball (40) abuts against the circumferential end of the cam groove (44), thereby regulating the rotatable range of the rotating shaft (15).
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