JP2019003484A - 反力提示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】シャフトと連動する回動軸に入力される荷重の軽減を可能にした反力提示装置を提供する。【解決手段】反力提示装置1は、シャフト3の回転力を回動軸14に伝達するギヤ機構13を備える。反力提示装置1は、回動軸14をシャフト3の回転範囲の終点位置で止めるストッパ機構36を備える。ストッパ機構36は、反力提示装置1のハウジングに突設されたストッパ部37と、回動軸14(第2ギヤ部20)に凹設された案内溝38とを備える。ストッパ部37は、ストッパ荷重Fs(又はベクトル成分)の方向が、ギヤ荷重Fgとは反対方向となる位置に配置されている。【選択図】図5
Description
本発明は、シャフトに操作反力を付与する反力提示装置に関する。
従来、例えば回動操作されるシャフト等に操作反力を付与可能な反力提示装置が周知である(特許文献1等参照)。特許文献1は、シャフトの回動操作時、コイルばねがねじられることで生じる付勢力を、シャフトの操作反力として付与する。
ところで、この種の反力提示装置では、ギヤ機構を介してシャフトと連結された回動軸にコイルばねを取り付け、シャフト回動時に回動軸が同期回動してコイルばねがねじられることにより、シャフトに操作反力を付与する構造が検討されている。この構造の場合、回動軸をシャフトの回転範囲の終点位置で止めるストッパ機構を設けることが想定される。しかし、ストッパ機構によって回動軸の回転が止められたとき、回動軸の軸受に過度な負荷がかかってしまう懸念があった。
本発明の目的は、シャフトと連動する回動軸に入力される荷重の軽減を可能にした反力提示装置を提供することにある。
前記問題点を解決する反力提示装置は、シャフトが回動操作されると、減速用のギヤ機構を介して回動軸が回り、当該回動軸と連動する付勢部材により、前記シャフトに操作反力を付与する構成であって、シャフト回動時にストッパ部が案内溝に係止することによって前記回動軸を最大回動位置で止めるストッパ機構を備え、シャフト側の第1ギヤ部と回動軸側の第2ギヤ部との間に生じる荷重をギヤ荷重とし、前記案内溝の端縁に前記ストッパ部が接触した際に当該ストッパ部に生じる荷重をストッパ荷重とすると、前記ストッパ部は、前記ストッパ荷重の方向、又は当該ストッパ荷重のベクトル成分の方向が、前記ギヤ荷重とは反対方向となる位置に配置されている。
本構成によれば、回動軸が回ってストッパ部が案内溝の端縁に接触したときに回動軸に入力される荷重は、ストッパ荷重(ストッパ荷重のベクトル成分)からギヤ荷重を引いた値となる。このため、回転軸に入力される荷重が、ストッパ荷重とギヤ荷重とを合算した値とならずに済む。よって、シャフトと連動する回動軸に入力される荷重を軽減することが可能となる。
前記反力提示装置において、前記シャフト及び前記回動軸は、互いの回動軸心が平行に配置された2軸構造をなし、前記ギヤ機構は、はすば歯車であることが好ましい。この構成によれば、小型でも十分なトルクを伝達することが可能なはすば歯車を使用するので、反力提示装置の装置サイズを小型化することが可能となる。また、シャフト及び回動軸の2軸が平行に並んだ簡素な構造の反力提示装置とすることも可能となる。
前記反力提示装置において、前記付勢部材は、内径孔に前記回動軸が挿し込まれたコイルばねであり、前記シャフトが回動したときには、前記回動軸が回ることによって前記コイルばねがねじられることにより、前記シャフトに操作反力が付与されることが好ましい。この構成によれば、コイルばねを用いた簡素な構成により、シャフトに操作反力を付与することが可能となる。
前記反力提示装置において、前記ストッパ部は、前記シャフトと前記回動軸との間に配置されていることが好ましい。この構成によれば、ストッパ部をシャフトと回動軸との間に配置することで、ストッパ荷重又はそのベクトル成分をギヤ荷重と反対方向にする。よって、ストッパ部の位置に特徴を持たせるという簡易な構成により、回動軸に入力される荷重を軽減することが可能となる。
前記反力提示装置において、前記ストッパ部は、前記シャフトの回動軸心と前記回動軸の回動軸心とを結ぶ線上に配置されていることが好ましい。この構成によれば、ストッパ荷重とギヤ荷重とを間逆の方向とすることが可能となる。よって、ギヤ荷重と反対方向のストッパ荷重の成分を多くとることが可能となるので、回動軸に入力される荷重を軽減するのに一層有利となる。
本発明によれば、反力提示装置において、シャフトと連動する回動軸に入力される荷重を軽減することができる。
以下、反力提示装置の一実施形態を図1〜図9に従って説明する。
図1に示すように、反力提示装置1は、中空状のハウジング2と、ハウジング2に回動可能に組み付けられたシャフト3とを備える。本例の反力提示装置1は、シャフト3の回動操作量を電気信号によって検出して車輪の操舵量を切り替えるステアバイワイヤ式の車両に使用される。また、車両は、例えば1〜2人乗りの小型車の一種であるモビリティ車両であることが好ましい。
図1に示すように、反力提示装置1は、中空状のハウジング2と、ハウジング2に回動可能に組み付けられたシャフト3とを備える。本例の反力提示装置1は、シャフト3の回動操作量を電気信号によって検出して車輪の操舵量を切り替えるステアバイワイヤ式の車両に使用される。また、車両は、例えば1〜2人乗りの小型車の一種であるモビリティ車両であることが好ましい。
ハウジング2は、ハウジング本体4と、ハウジング本体4の開口を塞ぐ蓋部5とを備える。蓋部5は、複数の締結部6を介してハウジング本体4に取り付け固定されている。蓋部5の側壁には、反力提示装置1の奥行き方向(図1のX軸方向)に延設された筒状部7が形成され、この筒状部7の開口部8にシャフト3が回動軸心L1回りに回動可能に挿通されている。シャフト3の先端部には、例えばステアリングホイールの軸部(図示略)が連結固定される。
図2及び図3に示すように、シャフト3は、一対の軸受11,12を介してハウジング2に回動可能に組み付けられている。本例の場合、一方の軸受11が蓋部5(筒状部7)に取り付けられ、他方の軸受12がハウジング本体4に取り付けられている。シャフト3は、一対の軸受11,12を介して、反力提示装置1の奥行き方向(図2及び図3のX軸方向)に沿って延びる回動軸心L1回りに回動する。
反力提示装置1は、減速用のギヤ機構13を介してシャフト3と連動する回動軸14を備える。回動軸14は、ハウジング2の内部において、一対の軸受15,16を介してハウジング2に回動可能に組み付けられている。本例の場合、一方の軸受15が蓋部5に取り付けられ、他方の軸受16がハウジング本体4に取り付けられている。回動軸14は、自身の回動軸心L2とシャフト3の回動軸心L1とが平行する向きをとるように配置されている。このように、本例の反力提示装置1は、シャフト3の回動軸心L1と回動軸14の回動軸心L2とが平行に配置された2軸構造をなしている。
ギヤ機構13は、シャフト3に設けられた第1ギヤ部19と、回動軸14に設けられた第2ギヤ部20とを備える。ギヤ機構13は、はすば歯車であることが好ましい。ギヤ機構13は、第1ギヤ部19がシャフト3の中央位置に配置され、第2ギヤ部20が回動軸14の端部に配置されている。シャフト3が回動操作されたとき、シャフト3の回動力がギヤ機構13を通じて減速されて回動軸14に入力されることにより、回動軸14がシャフト3とともに回動する。
反力提示装置1は、シャフト3の回動操作時にシャフト3に対して操作反力を付与する付勢部材21を備える。本例の付勢部材21は、内径孔22に回動軸14が挿し込まれたコイルばね23である。本例の場合、略円筒状の支持筒24の貫通孔25に回動軸14が回動可能に挿し込まれ、この支持筒24にコイルばね23が外嵌されている。コイルばね23は、支持筒24に形成されたフランジ26に一端が接触され、支持筒24の端部に取り付けられたフレーム27で他端が抜け止めされることにより、支持筒24に取り付けられている。フレーム27は、リング状の止め具28によって回動軸14に取り付け固定されている。
図2〜図4に示すように、回動軸14には、回動軸14の回動に同期して付勢部材21を作動させるガイド部31が設けられている。ガイド部31は、回動軸14の回動軸心L2に沿って延びる棒形状に形成されている。本例のガイド部31は、コイルばね23の一端23a及び他端23bの間のスペースに配置されるようにして延びている。ガイド部31は、一端が第2ギヤ部20に固定され、他端がフレーム27の切欠溝32に挿し込まれている。
図4に示すように、ハウジング2(ハウジング本体4)の内部には、ガイド部31がコイルばね23の一方の端部を持ち上げた際にコイルばね23の他方の端部を支持する受け部33が設けられている。本例の受け部33は、付勢部材21側に突出した突状に形成され、回動軸14の軸方向(図4の軸心L2方向)に沿って一帯に配置されている。受け部33は、ガイド部31の近傍において、コイルばね23の一端23a及び他端23bの間のスペースに配置されるように延びている。受け部33の一対の側壁は、ハウジング2の奥に向かうに従って両者間の幅が広がっていくテーパ状に形成されている。
図2及び図3に戻り、反力提示装置1は、回動軸14を最大回動位置で止めるストッパ機構36を備える。ストッパ機構36は、シャフト3の回転範囲を超えて回動軸14が回らないようにする。本例のストッパ機構36は、ハウジング2の蓋部5の内面に突設されたストッパ部37と、回動軸14(第2ギヤ部20)に凹設された案内溝38とを備える。ストッパ部37は、突起状に形成され、案内溝38内に挿し込まれている。案内溝38は、回動軸14の回動時にストッパ部37が移動する経路に沿って円弧状に形成されている。ストッパ部37は、シャフト3が回動の中立位置をとる際に案内溝38の経路中央に位置するように配置されている。
反力提示装置1は、回動操作されるシャフト3に対して操作荷重を付与可能なダンパ機構39を備える。ダンパ機構39は、例えばロータリダンパであることが好ましい。ダンパ機構39は、ハウジング2の外部において、略円板状の本体部40の中央の貫通孔41にシャフト3の端部が挿し込まれるようにしてシャフト3に取り付け固定されている。ダンパ機構39は、複数(本例は2つ)の締結部42によってハウジング本体4の側壁4aに取り付けられている。ダンパ機構39は、シャフト3が中立位置に戻る際に逆側に余分に回ってしまうオーバーシュートを緩和する。
反力提示装置1は、シャフト3の回転角を検出する回転角検出部45を備える。回転角検出部45は、いわゆるステアリングアングルセンサであって、ブラケット46を介してハウジング2の外側に取り付けられている。回転角検出部45は、中立位置から左右に各々3回転半ずつ回動操作が可能なシャフト3の回転角を検出する。回転角検出部45は、筐体47の中央に貫通された孔部48が形成され、その孔部48内に、シャフト3と同期回動するようにシャフト3の端部に取り付け固定された被検出部49が配置されている。被検出部49は、締結部50によってシャフト3の端部に固定されている。回転角検出部45は、シャフト3と同期回動する被検出部49の回転を検出することにより、シャフト3の回転角を検出する。
ブラケット46は、ハウジング2側の面が開口した有底箱状に形成され、回転角検出部45の孔部48に沿うように開口された孔部53が形成されている。ブラケット46は、複数(本例は3つ)の締結部54を介してハウジング本体4の側壁4aに取り付け固定されている。締結部54は、例えばねじであることが好ましい。本例の場合、ブラケット46は、複数(本例は2つ)の仮止め部55を通じてハウジング2に位置決めされた後、締結部54によってハウジング2に固定される。
ハウジング2の端部には、回転角検出部45及びブラケット46を保護する外部カバー56が、複数のスナップフィット部57を介して取り付け固定されている。なお、外部カバー56は、複数の位置決め部58によりハウジング2に位置決めされた後、スナップフィット部57によってハウジング2に取り付け固定される。
軸受11とハウジング2(蓋部5)との間には、シャフト3の軸方向(図2のX軸方向)における「がたつき」を抑えるがたつき抑制部材61が設けられている。がたつき抑制部材61は、例えば皿ばねからなる。がたつき抑制部材61は、シャフト3の軸方向(図2の矢印X1方向)に沿って軸受11を押さえ付けることによって、シャフト3の軸方向におけるがたつきを抑制する。軸受15とハウジング2(蓋部5)との間には、回動軸14の軸方向(図2等のX軸方向)のがたつきを抑えるがたつき抑制部材65が設けられている。がたつき抑制部材65も、皿ばねであることが好ましい。
図5に示すように、ストッパ部37は、シャフト3と回動軸14との間に配置されている。具体的には、本例のストッパ部37は、シャフト3の回動軸心L1と回動軸14の回動軸心L2とを結ぶ線Lk上に配置されている。本例のように、ストッパ部37をシャフト3と回動軸14との間に配置(線Lk上に配置)するのは、ストッパ部37により回動軸14の回動がストッパ部37によって制限された(停止された)とき、回動軸14の軸受15,16に過度な負荷がかからないようにするためである。
図6に、シャフト3側の第1ギヤ部19と回動軸14側の第2ギヤ部20との間に生じる荷重をギヤ荷重Fgとし、ストッパ部37の動きを案内する案内溝38の端縁38a,38bにストッパ部37が接触した際に生じる荷重をストッパ荷重Fsとした場合に、これらFg,Fsによって表したストッパ部37の位置条件を図示する。本例のストッパ部37は、ストッパ荷重Fsの方向(図6(a)参照)、又はストッパ荷重Fsのベクトル成分Fs’(図6(b)参照)が、ギヤ荷重Fgとは反対方向となる位置に配置されている。
次に、図5,図7〜図9を用いて、本発明の実施例である反力提示装置1の作用及び効果を説明する。
図7に示すように、シャフト3が一方向(図7の矢印A1方向)に回動操作されると、その回転がギヤ機構13によって減速されて回動軸14に伝達され、回動軸14が一方向(図7の矢印B1方向)に回動する。このとき、ガイド部31がコイルばね23の他端23bを押し上げるとともに、コイルばね23の一端23aが受け部33に接触して一端23aの動きが止められる。これにより、コイルばね23がガイド部31の押し上げによって矢印B1方向に圧縮され、このとき生じる付勢力がシャフト3への操作反力として付与される。
図7に示すように、シャフト3が一方向(図7の矢印A1方向)に回動操作されると、その回転がギヤ機構13によって減速されて回動軸14に伝達され、回動軸14が一方向(図7の矢印B1方向)に回動する。このとき、ガイド部31がコイルばね23の他端23bを押し上げるとともに、コイルばね23の一端23aが受け部33に接触して一端23aの動きが止められる。これにより、コイルばね23がガイド部31の押し上げによって矢印B1方向に圧縮され、このとき生じる付勢力がシャフト3への操作反力として付与される。
シャフト3が一方向(図7の矢印A1方向)に回動操作されたときには、ダンパ機構39によって、シャフト3に反対方向の負荷が付与される。このように、シャフト3が図中の矢印A1方向に回動操作されたときには、コイルばね23及びダンパ機構39の作動により、図中の矢印A1方向に対して反対方向の操作反力がシャフト3に付与される。なお、シャフト3は、ストッパ部37が案内溝38の一方の端縁38aに接触するまで回動操作が許容される。
図8に示すように、シャフト3が他方向(図8の矢印A2方向)に回動操作されると、その回転がギヤ機構13によって減速されて回動軸14に伝達され、回動軸14が他方向(図8の矢印B2方向)に回動する。このとき、ガイド部31がコイルばね23の一端23aを押し上げるとともに、コイルばね23の他端23bが受け部33に接触して他端23bの動きが止められる。これにより、コイルばね23がガイド部31の押し上げよって矢印B2方向に圧縮され、このとき生じる付勢力がシャフト3への操作反力として付与される。
また、シャフト3が他方向(図8の矢印A2方向)に回動操作されたときには、ダンパ機構39によって、シャフト3に反対方向の負荷が付与される。このように、シャフト3が図中の矢印A2方向に回動操作されたときには、コイルばね23及びダンパ機構39の作動により、図中の矢印A2方向に対して反対方向の操作反力がシャフト3に付与される。なお、シャフト3は、ストッパ部37が案内溝38の他方の端縁38bに接触するまで回動操作が許容される。
図9に、従来のストッパ部37の位置条件を図示する。同図に示されるように、従来のストッパ部37の場合、回動軸14に対して第1ギヤ部19とは反対の位置にストッパ部37が配置されている。このため、シャフト3が図中の矢印A1方向に回動操作されて回動軸14が図中の矢印B1方向に回ったとき、ストッパ部37が案内溝38の端縁38aに接触した際の回動軸14への入力F0は、「Fs+Fg」となる。このように、従来のストッパ部37の配置位置の場合、回動軸14への入力F0が大きくなってしまうことが分かる。
一方、図5に示すように、本例の場合、ストッパ部37をシャフト3及び回動軸14の間に配置したので、回動軸14への入力F0は「Fs−Fg」となる。このため、従来のストッパ部37と比べて、回動軸14への入力F0を小さく抑えられることが分かる。よって、シャフト3が図中の矢印A1方向に回動操作されて回動軸14が図中の矢印B1方向に回ったとき、ストッパ部37が案内溝38の端縁38aに接触した際の軸受15,16にかかる負荷を低く抑えることが可能となる。なお、これは、回動軸14が図中の矢印B2方向に回ってストッパ部37が案内溝38の端縁38bに接触するときも同様に言える。
さて、本例の場合、回動軸14が回ってストッパ部37が案内溝38の端縁38a,38bに接触したときに回動軸14に入力される荷重(入力F0)は、ストッパ荷重Fs(ストッパ荷重Fsのベクトル成分Fs’)からギヤ荷重Fgを引いた値となる。このため、回動軸14に入力される荷重(入力F0)が、ストッパ荷重Fsとギヤ荷重Fgとを合算した値とならずに済む。よって、シャフト3と連動する回動軸14に入力される荷重を軽減することが可能となる。
シャフト3及び回動軸14は、互いの回動軸心L1,L2が平行に配置された2軸構造をなし、ギヤ機構13は、はすば歯車である。このため、小型でも十分なトルクを伝達することが可能なはすば歯車を使用するので、反力提示装置1の装置サイズを小型化することができる。また、シャフト3及び回動軸14の2軸が平行に並んだ簡素な構造の反力提示装置1とすることもできる。
付勢部材21は、内径孔22に回動軸14が挿し込まれたコイルばね23である。よって、コイルばね23を用いた簡素な構成により、シャフト3に操作反力を付与することができる。
ストッパ部37は、シャフト3と回動軸14との間に配置されている。ストッパ部37をシャフト3と回動軸14との間に配置することで、ストッパ荷重Fs又はそのベクトル成分Fs’をギヤ荷重Fgと反対方向にする。よって、ストッパ部37の位置に特徴を持たせるという簡易な構成により、回動軸14に入力される荷重を軽減することができる。
ストッパ部37は、シャフト3の回動軸心L1と回動軸14の回動軸心L2とを結ぶ線Lk上に配置されている。このため、ストッパ荷重Fsとギヤ荷重Fgとを間逆の方向とすることが可能となる。よって、ギヤ荷重Fgと反対方向のストッパ荷重Fsの成分を多くとることが可能となるので、回動軸14に入力される荷重を軽減するのに一層有利となる。
なお、実施形態はこれまでに述べた構成に限らず、以下の態様に変更してもよい。
・ストッパ部37の形状は、回動軸14の動きを規制できれば、他の形状に変更してもよい。
・ストッパ部37の形状は、回動軸14の動きを規制できれば、他の形状に変更してもよい。
・案内溝38は、凹部に限定されず、例えば孔としてもよい。
・ストッパ部37を回動軸14に設け、案内溝38をハウジング2に設けてもよい。
・ストッパ機構36は、実施例に述べた位置に配置されることに限定されず、回動軸14の回転を規制できる箇所に配置されていればよい。
・ストッパ部37を回動軸14に設け、案内溝38をハウジング2に設けてもよい。
・ストッパ機構36は、実施例に述べた位置に配置されることに限定されず、回動軸14の回転を規制できる箇所に配置されていればよい。
・ギヤ機構13は、はすば歯車に限定されず、例えば平歯車などの他の歯車に変更可能である。
・軸受11,12,15,16は、ころがり軸受、すべり軸受のどちらでもよい。また、軸受の種類も特に限定されるものではない。
・軸受11,12,15,16は、ころがり軸受、すべり軸受のどちらでもよい。また、軸受の種類も特に限定されるものではない。
・シャフト3及び回動軸14は、平行配置されることに限定されず、これらの回動軸心L1,L2同士が所定の傾きを持った配置状態としてもよい。
・付勢部材21は、コイルばね23に限定されず、シャフト3に操作反力を付与できるものであればよい。
・付勢部材21は、コイルばね23に限定されず、シャフト3に操作反力を付与できるものであればよい。
・がたつき抑制部材61,65は、皿ばねに限定されず、例えばスペーサ等の他の部材に変更してもよい。
・ストッパ部37の位置は、ギヤ荷重Fgとは逆向きのストッパ荷重Fsがかかる位置であれば、種々の位置が採用可能である。
・ストッパ部37の位置は、ギヤ荷重Fgとは逆向きのストッパ荷重Fsがかかる位置であれば、種々の位置が採用可能である。
・反力提示装置1は、モビリティ車両に適用されることに限定されず、他の種類の車両に使用されてもよい。
1…反力提示装置、2…ハウジング、3…シャフト、13…ギヤ機構、14…回動軸、19…第1ギヤ部、20…第2ギヤ部、21…付勢部材、22…内径孔、23…コイルばね、36…ストッパ機構、37…ストッパ部、38…案内溝、38a,38b…端縁、F0…回動軸への入力(荷重)、Fg…ギヤ荷重、Fs…ストッパ荷重、Fs’…ベクトル成分、L1,L2…回動軸心、Lk…線。
Claims (5)
- シャフトが回動操作されると、減速用のギヤ機構を介して回動軸が回り、当該回動軸と連動する付勢部材により、前記シャフトに操作反力を付与する反力提示装置であって、
シャフト回動時にストッパ部が案内溝に係止することによって前記回動軸を最大回動位置で止めるストッパ機構を備え、
シャフト側の第1ギヤ部と回動軸側の第2ギヤ部との間に生じる荷重をギヤ荷重とし、前記案内溝の端縁に前記ストッパ部が接触した際に当該ストッパ部に生じる荷重をストッパ荷重とすると、
前記ストッパ部は、前記ストッパ荷重の方向、又は当該ストッパ荷重のベクトル成分の方向が、前記ギヤ荷重とは反対方向となる位置に配置されている反力提示装置。 - 前記シャフト及び前記回動軸は、互いの回動軸心が平行に配置された2軸構造をなし、
前記ギヤ機構は、はすば歯車である
請求項1に記載の反力提示装置。 - 前記付勢部材は、内径孔に前記回動軸が挿し込まれたコイルばねであり、
前記シャフトが回動したときには、前記回動軸が回ることによって前記コイルばねがねじられることにより、前記シャフトに操作反力が付与される
請求項1又は2に記載の反力提示装置。 - 前記ストッパ部は、前記シャフトと前記回動軸との間に配置されている
請求項1〜3のうちいずれか一項に記載の反力提示装置。 - 前記ストッパ部は、前記シャフトの回動軸心と前記回動軸の回動軸心とを結ぶ線上に配置されている
請求項1〜4のうちいずれか一項に記載の反力提示装置。
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