模擬ステアリング装置
【課題】装置を大型化することなく、ステアリングホイールに比較的大きな回転範囲を設定することができる模擬ステアリング装置を提供する。
【解決手段】ステアリングシャフト３７によりステアリングホイールに直結される回転部材１０１と、回転部材１０１に隣接し、ステアリングホイールと逆側において車体に固定される固定部材１０２と、回転部材１０１の固定部材１０２側の面に形成され、ステアリングホイールの回転軸を中心とした円弧状をなす上側溝１０６と、固定部材１０２の回転部材１０１側の面に形成され、ステアリングホイールの回転軸を中心とした円弧状をなす下側溝１０７と、上側溝１０６と下側溝１０７との間に摺動自在に設けられたボール１０８とを有する模擬ステアリング装置を構成する。
【解決手段】ステアリングシャフト３７によりステアリングホイールに直結される回転部材１０１と、回転部材１０１に隣接し、ステアリングホイールと逆側において車体に固定される固定部材１０２と、回転部材１０１の固定部材１０２側の面に形成され、ステアリングホイールの回転軸を中心とした円弧状をなす上側溝１０６と、固定部材１０２の回転部材１０１側の面に形成され、ステアリングホイールの回転軸を中心とした円弧状をなす下側溝１０７と、上側溝１０６と下側溝１０７との間に摺動自在に設けられたボール１０８とを有する模擬ステアリング装置を構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドライビングシミュレータ、ゲーム機及びステアリングバイワイヤ等に用いて好適な模擬ステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
模擬ステアリング装置はドライビングシミュレータ等において車両のステアリング操作を実物感覚で行うことを可能とする。このような模擬ステアリング装置では、実車の操作感覚を実現すべく、ステアリングホイールの回転範囲（所謂、ロックｔｏロック）が設定されている。
【０００３】
これに関連する技術として、従来、ステアリングホイールと同期して回転する円盤上にピンや切欠きを設け、これらの回転軌跡上に設けたストッパーによって、ステアリングホイールの回転範囲を設定する模擬ステアリング装置等が知られている。
【０００４】
また、これに類似するものとして特許文献１には、ステアリングホイールに直結したステアリングシャフトに矩形のストッパー片を固着し、同ストッパー片の下方位置にストッパーを設け、ステアリングホイールの回転範囲を設定する模擬ステアリング装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３２７１３２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記で挙げた従来の模擬ステアリング装置において、実際の車両のように一回転以上の比較的大きな回転範囲を設定しようとする場合、歯車等による減速が必要となり、装置が大型化し、レイアウト上の制約が大きくなってしまう。
【０００７】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、装置を大型化することなく、ステアリングホイールに比較的大きな回転範囲を設定することができる模擬ステアリング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題の解決手段として、請求項１に記載の発明は、ステアリングシャフト（例えば実施形態におけるステアリングシャフト３７）によってステアリングホイール（例えば実施形態におけるステアリングホイール）に直結される回転部材（例えば実施形態における回転部材１０１）と、前記回転部材に隣接し、前記ステアリングホイールと逆側において車体（例えば実施形態におけるインストルメントパネル３２）に固定される固定部材（例えば実施形態における固定部材１０２）と、前記回転部材の前記固定部材側の面に形成され、前記ステアリングホイールの回転軸を中心とした円弧状をなす第１の溝（例えば実施形態における上側溝１０６）と、前記固定部材の前記回転部材側の面に形成され、前記ステアリングホイールの回転軸を中心とした円弧状をなす第２の溝（例えば実施形態における下側溝１０７）と、前記第１の溝と前記第２の溝との間に摺動自在に設けられた第１のボール（例えば実施形態におけるボール１０８）とを有することを特徴とする。
【０００９】
なお、本発明において上記「車体」は、当該模擬ステアリング装置を設置する際の基礎部分を意味し、ドライビングシミュレータやゲーム機等における擬似的な車体部分（インストルメントパネル等）を含む概念である。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、前記回転部材に、前記ステアリングホイールに直結される第１回転部材（例えば実施形態における第１回転部材２０１）と、前記第１回転部材と隣接し、前記ステアリングホイールとは逆側に設けられる第２回転部材（例えば実施形態における第２回転部材２０２）とが含まれ、前記第１回転部材の前記第２回転部材側の面に形成され、前記ステアリングホイールの回転軸を中心とした円弧状をなす第３の溝（例えば実施形態における第３の溝２１０）と、前記第２回転部材の前記第１回転部材側の面に形成され、前記ステアリングホイールの回転軸を中心とした円弧状をなす第４の溝（例えば実施形態における第４の溝２１１）と、前記第３の溝と前記第４の溝との間に摺動自在に設けられた第２のボール（例えば実施形態における第２のボール２１３）とを有し、前記第１の溝が、前記第２回転部材の前記固定部材側の面に形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、ステアリングシャフトの同軸上に配置された回転部材と固定部材のそれぞれの溝の端部間にボールが挟まれることで、回転部材に直結されるステアリングホイールの回転を制限できる。また、円弧状の回転部材側の溝と固定部材側の溝の中心角を足し合わせた角度を、概ねステアリングホイールの回転範囲とすることができる。このため、部材の同軸配置により装置をステアリングシャフト径方向に大型化することなく、ステアリングホイールの回転範囲を比較的広くすることができるので、ステアリングホイールの回転範囲を広くした場合でも装置のレイアウト上の制約を少なくすることができる。
また、回転部材及び固定部材の溝の中心角（周長）を調整することでステアリングホイールの回転範囲を調整できるため、回転範囲の設定変更自由度が高い。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、ステアリングシャフト同軸上に回転部材を積層することで、ステアリングシャフト径方向への大型化を抑えつつ、ステアリングホイールの回転範囲を簡単に広くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る模擬ステアリング装置を搭載したドライビングシミュレータの概略構成図である。
【図２】第１の実施形態に係る模擬ステアリング装置の要部斜視図である。
【図３】第１の実施形態の模擬ステアリング装置の回転部材と固定部材とを分離させた図である。
【図４】第１の実施形態の模擬ステアリング装置の要部の縦断面図である。
【図５】第１の実施形態の模擬ステアリング装置の作動説明図である。
【図６】第１の実施形態の模擬ステアリング装置の作動説明図であり、左転舵状態を説明する図である。
【図７】第１の実施形態の模擬ステアリング装置の作動説明図であり、右転舵状態を説明する図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る模擬ステアリング装置の要部斜視図である。
【図９】第２の実施形態の模擬ステアリング装置の作動説明図である。
【図１０】第２の実施形態の模擬ステアリング装置の作動説明図であり、左転舵状態時の固定部材と第２回転部材の状態を説明する図である。
【図１１】第２の実施形態の模擬ステアリング装置の作動説明図であり、左転舵状態時の第１回転部材と第２回転部材の状態を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照し説明する。
【００１５】
＜第１の実施形態＞
（ドライビングシミュレータ）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る模擬ステアリング装置１００を搭載したドライビングシミュレータ１０の概略構成図である。ドライビングシミュレータ１０は、被験者又は操縦者としての運転者が乗り込むコックピット１２が内部に設けられたキャビン１４と、該キャビン１４の底部を構成する揺動台１６を６本のアクチュエータ２０（図１では３本のみ図示）を介して支持する基台１８と、制御装置８０と、外部表示モニタ９２とを有している。
【００１６】
アクチュエータ２０の一端側は、ユニバーサルジョイント２４を介して基台１８に連結され、アクチュエータ２０の他端側は、ユニバーサルジョイント２２を介して揺動台１６に連結されている。６本のアクチュエータ２０は個別に伸縮動作を制御される。これにより、揺動台１６を含むキャビン１４が揺動される。
【００１７】
キャビン１４内には、映像（画像）を投影する映像投影装置２６と、映像投影装置２６から投影された映像が映し出されるスクリーン２８が所定位置に取り付けられている。スクリーン２８の近傍には、映像表示を行う液晶モニタからなるルームミラー３０が設けられている。
【００１８】
スクリーン２８の下方には、インストルメントパネル３２が配置されている。一方で、キャビン１４内には、スクリーン２８及びインストルメントパネル３２に対向して、運転者が着座するシート３４が配置されている。また、キャビン１４内には、ステアリングホイール３６、アクセルペダル３８、ブレーキペダル４０、クラッチペダル４２、マニュアルトランスミッション用シフトレバー４４、サイドブレーキ４６、両サイドミラー４８が、実際の車両に対応する所定位置にそれぞれ取り付けられている。
【００１９】
インストルメントパネル３２には、オートマチックトランスミッション用シフトレバー５０が設けられ、また、シート３４に着座する運転者に向けて音響を発生するスピーカ５２が設けられている。また、両サイドミラー４８は、所定の映像表示を行う液晶モニタからなる。
【００２０】
キャビン１４内の下方には、ステアリングホイール３６の入力検出装置５４、アクセルペダル３８の入力検出装置５６、ブレーキペダル４０の入力検出装置５８、クラッチペダル４２の入力検出装置６０、マニュアルトランスミッション用シフトレバー４４の入力検出装置６２及びオートマチックトランスミッション用シフトレバー５０の入力検出装置６４が所定位置にそれぞれ取り付けられている。
【００２１】
ステアリングホイール３６は、ステアリングシャフト３７の一端側に固定され、インストルメントパネル３２外側に配置されている。ステアリングシャフト３７は、インストルメントパネル３２内に挿入され、インストルメントパネル３２に対して回転可能に支持されている。ステアリングホイール３６の回転操作は、ステアリングシャフト３７に伝達される。上記入力検出装置５４は、ステアリングシャフト３７の回転量からステアリングホイール３６の回転操作量を検出する。
【００２２】
ステアリングホイール３６、ステアリングシャフト３７は、図中符号１００で示す本実施形態に係る模擬ステアリング装置の構成部材である。模擬ステアリング装置１００は、ステアリングホイール３６及びステアリングシャフト３７の他、ステアリングホイール３６の回転を制限する回転範囲制限装置１００Ａを有する。この回転範囲制限装置１００Ａは、一端側にステアリングホイール３６を固定されたステアリングシャフト３７の他端側に配置されている。この回転範囲制限装置１００Ａは、ステアリングシャフト３７の回転を規制することでステアリングホイール３６の回転を制限する。
【００２３】
シート３４の座面部７２及び背もたれ部６８には、着座した運転者に振動を与える振動板７０がそれぞれ埋め込まれている。これらの振動板７０は、シート３４に着座した運転者に振動を直接付与する。クラッチペダル４２は、運転者によるスイッチ操作等に基づくモータ６６の駆動に起因して折り畳み可能とされ、オートマチックトランスミッションを想定した模擬運転時には折り畳まれ、一方で、マニュアルトランスミッションを想定した模擬運転時には操作可能な位置に出現する。
【００２４】
制御装置８０は、メイン映像発生装置８２、ルームサイド映像発生装置８４、音響発生装置８６、駆動系サーボアンプ装置９０、及び、これらを制御するメインコンピュータ８８を有し、メインコンピュータ８８には外部表示モニタ９２が接続されている。
【００２５】
メインコンピュータ８８は、運転者に対して車両運転時の擬似体験を行わせる際に、該運転者によるステアリングホイール３６、アクセルペダル３８、ブレーキペダル４０等の各操作子の操作によって、入力検出装置５４、５６、５８等から各操作子の操作入力が入力された場合に、記録してある制御プログラムに従って、前記運転者による該各操作子の操作に応じた模擬的（擬似的）な車速（模擬車速）を算出する。
【００２６】
メイン映像発生装置８２は、メインコンピュータ８８において実行される制御プログラムに従って、車両運転時における運転者の視界に対応する映像信号を生成して映像投影装置２６に出力し、映像投影装置２６から映像信号に応じた映像（画像）をスクリーン２８に投影させることで、該映像をスクリーン２８に表示させる。
【００２７】
ルームサイド映像発生装置８４は、メインコンピュータ８８において実行される制御プログラムに従って、車両運転時のルームミラー３０及び両サイドミラー４８の像に対応する映像信号を生成し、ルームミラー３０及び両サイドミラー４８の液晶モニタに前記映像信号に応じた映像をそれぞれ表示させる。
【００２８】
音響発生装置８６は、メインコンピュータ８８において実行される制御プログラムに従って、車両運転時に運転者が受ける音響に対応する音響信号を生成し、この音響信号でスピーカ５２を駆動して音響を大気中に発生させる。また、音響発生装置８６は、ローパスフィルタ９４を介して振動板７０に音響信号を供給して、該音響信号の低周波成分で振動板７０を駆動させる。駆動系サーボアンプ装置９０は、メインコンピュータ８８において実行される制御プログラムに従って、各アクチュエータ２０の伸縮を制御する。
【００２９】
（模擬ステアリング装置の回転範囲制限装置）
次に、図２は本実施形態に係る模擬ステアリング装置１００の要部斜視図であり、上述した回転範囲制限装置１００Ａが示されている。以下、回転範囲制限装置１００Ａについて詳述する。なお、以下では、ステアリングホイール３６は紙面上方に配置されていると仮定し説明を行う（図中符号３６）。
【００３０】
回転範囲制限装置１００Ａは、ステアリングシャフト３７によってステアリングホイール３６に直結された回転部材１０１と、回転部材１０１に隣接しステアリングホイール３６側と逆側においてインストルメントパネル３２に固定される固定部材１０２とを有している。
【００３１】
回転部材１０１及び固定部材１０２は共に軸方向に見た場合には同一の円盤状に形成され（後述、固定部材１０２のフランジ１０５を除く）、ステアリングホイール３６側から回転部材１０１、固定部材１０２の順で積層されて配置されている。回転部材１０１は、その中心領域に挿通孔１０３を有し、固定部材１０２は、その中心領域に挿通孔１０４を有する。各挿通孔１０３、１０４には、ステアリングシャフト３７が挿通されている。
【００３２】
回転部材１０１は、ステアリングシャフト３７に対して相対回転不能に固定されている。固定部材１０２は、インストルメントパネル３２内に形成された所定の設置面に、自身に一体形成されたフランジ１０５を介して固定されている。固定部材１０２の挿通孔１０４の外径はステアリングシャフト３７の外径よりも大きく、固定部材１０２は、回転部材１０１側から延出するステアリングシャフト３７を挿通孔１０４に回転可能に挿通させている。ここで、ステアリングシャフト３７は、回転範囲制限装置１００Ａの設置箇所以外の箇所を図示しないベアリングによって回転可能に支持されている。詳しくは、ステアリングシャフト３７は、このベアリングによって、インストルメントパネル３２に対して回転可能に支持されるとともに、軸方向への移動を規制されている。また、回転部材１０１の軸方向への移動を規制する規制部材をインストルメントパネル３２内に設けてもよい。
【００３３】
図３にも示すように、回転部材１０１の固定部材１０２側の面には、ステアリングホイール３６の回転軸、すなわち、ステアリングシャフト３７の軸線Ｌ１を中心とした円弧状をなす上側溝１０６が形成されている。固定部材１０２の回転部材１０１側の面には、ステアリングホイール３６の回転軸、すなわち、ステアリングシャフト３７の軸線Ｌ１を中心とした円弧状をなす下側溝１０７が形成されている。
【００３４】
上側溝１０６及び下側溝１０７は同様の形状に形成され、上側溝１０６及び下側溝１０７のステアリングシャフト３７周方向についての、それぞれ始端から終端までの中心角は同一であり、具体的にこの実施形態では、上側溝１０６及び下側溝１０７の角度範囲は約３００度に設定されている。上側溝１０６及び下側溝１０７は、積層された場合に同一の円の円周上に位置するが、加工のバラツキを考慮して、上記固定部材１０２の挿通孔１０４とステアリングシャフト３７との間には、ある程度のクリアランスが設定されている。
【００３５】
図４に示すように、上側溝１０６及び下側溝１０７は共に、断面視でＵ字状に形成されており、それぞれ同様の形状に形成されている。上側溝１０６と下側溝１０７との間には、金属材料からなる球体であるボール１０８が設けられ、ボール１０８は、上側溝１０６と下側溝１０７との間に摺動自在に保持されている。
【００３６】
各溝１０６，１０７の端部について、図３において、ステアリングシャフト３７の軸周りで反時計周り方向に位置する端部を始端（１０６Ａ，１０７Ａ）とし、時計周り方向に位置する端部を終端（１０６Ｂ，１０７Ｂ）と称する。上側溝１０６の始端１０６Ａ、終端１０６Ｂ、及び、下側溝１０７の始端１０７Ａ、終端１０７Ｂは共に、弧状に形成され、曲率はボール１０８の曲率に対してやや大きい。また、上側溝１０６及び下側溝１０７は、ボール１０８を収容可能な幅及び深さに形成され、図４に示すように、ボール１０８は、上側溝１０６下側溝１０７とで形成された空間に隙間をもって収容されている。
【００３７】
ボール１０８は、回転部材１０１の回転に伴い、下側溝１０７を摺動する、もしくは、上側溝１０６に対して相対移動するように上側溝１０６を摺動する。ボール１０８が摺動し、上側溝１０６又は下側溝１０７の双方の端部に至ると、回転部材１０１の回転が規制される。つまり、ボール１０８は、ストッパーとしての上側溝１０６の端部（始端１０６Ａ、終端１０６Ｂ）又は下側溝１０７の端部（始端１０７Ａ、終端１０７Ｂ）に係合する係合部としての機能を有する。
【００３８】
上側溝１０６と下側溝１０７との間にボール１０８が収容された状態では、図４に示すように回転部材１０１と固定部材１０２とが当接する。上側溝１０６と下側溝１０７の当接面には、摩耗を考慮し、耐摩耗性に優れた表面処理等を施すことが好ましい。なお、この実施形態では、上側溝１０６及び下側溝１０７をＵ字状としたが、ボール１０８を収容可能な幅及び深さ有するものであれば、例えばＶ字状等であってもよい。
【００３９】
（回転範囲制限装置の作動説明）
次に、図５〜図７はそれぞれ、ステアリングホイール３６側から軸Ｌ１方向に回転部材１０１及び固定部材１０２それぞれの溝１０６、１０７を模式的に見た図を示している。以下、同図を参照し、回転範囲制限装置１００Ａの作動の様子を説明する。
【００４０】
図５は、ステアリングホイール３６の中立位置を示しており、この状態では、上側溝１０６と下側溝１０７とが、双方の端部を一致させた状態（始端と始端を合わせ、終端と終端とを合わせ状態で）で重なり合っており、ボール１０８が、上側溝１０６と下側溝１０７の中間に位置している。図中ラインＡは、ステアリングホイール３６の中立位置を示すものとする。なお、この図では、上側溝１０６が下側溝１０７の上に重なった状態を示している。
【００４１】
この状態から、ステアリングホイール３６が左（紙面の反時計周り方向）に転舵されると、回転部材１０１が固定部材１０２に対して左に回転し、上側溝１０６が左回転する。この回転が進むと、上側溝１０６の終端１０６Ｂ（紙面、時計回り方向側の端部）にボール１０８が接し、ボール１０８が上側溝１０６の回転に伴い完全に移動する状態となる。
【００４２】
そして、さらに回転部材１０１の左回転が進むと、図６に示すように、ボール１０８が下側溝１０７の始端１０７Ａ（紙面、時計周り方向側の端部）に接し、ボール１０８が上側溝１０６の終端１０６Ｂと下側溝１０７の始端１０７Ａに挟まれた状態となる。この状態で、回転部材１０１の左回転は制限されるので、ステアリングホイール３６の左転舵が制限される。なお、この図において、下側溝１０７については二点鎖線で示している。
【００４３】
ここで、図６において、ラインＡの移動状態を示したラインＡ’を参照すると、当初中立位置から左に３００度弱回転している。より詳しくは、この例では、上側溝１０６又は下側溝１０７の円弧の中心角である約３００度から、ボール１０８が上側溝１０６又は下側溝１０７において占有する角度範囲を引いた値が、図５に示した状態からステアリングホイール３６の左回転における回転範囲となる。
【００４４】
一方で、図７は、図５に示した状態から、ステアリングホイール３６を右（紙面の時計周り方向）に転舵した状態を示している。この状態では、ボール１０８が上側溝１０６の始端１０６Ａと下側溝１０７の終端１０７Ｂに挟まれた状態となるので、回転部材１０１の右回転が制限され、ステアリングホイール３６の右転舵が制限された状態になっている。
【００４５】
そして、図７において、ラインＡの移動状態を示したラインＡ’’を参照すると、当初中立位置から右に３００度弱回転している。この右方向における回転範囲も、上記左回転における回転範囲と同様の範囲である。
すなわち、この実施形態の模擬ステアリング装置１００では、回転範囲制限装置１００Ａによって左転舵限界位置と右転舵限界位置との間で６００度弱の回動範囲が設定されている。なお、上述した作動説明においては、便宜のためボール１０８が上側溝１０６と下側溝１０７の中間に位置するものとしたが、ボール１０８の位置は任意の位置で構わない。
【００４６】
以上に記載したように本実施形態に係る模擬ステアリング装置１００では、回転範囲制限装置１００Ａにおいて、ステアリングシャフト３７の同軸上に配置された回転部材１０１と固定部材１０２のそれぞれの溝の端部間にボール１０８が挟まれることで、回転部材１０１に直結されるステアリングホイール３６の回転を制限できる。
【００４７】
また、回転範囲制限装置１００Ａでは、円弧状の回転部材１０１側の上側溝１０６と固定部材１０２側の下側溝１０７の中心角（本実施形態では、中心角をそれぞれ約３００度とした）を足し合わせた角度を、概ねステアリングホイール３６の回転範囲（本実施形態では、約６００度）とすることができる。
【００４８】
このため、この模擬ステアリング装置１００では、部材の同軸配置により装置をステアリングシャフト３７径方向に大型化することなく、ステアリングホイール３６の回転範囲を比較的広くすることができ、ステアリングホイール３６の回転範囲を広くした場合でも装置のレイアウト上の制約を少なくすることができる。
【００４９】
また、この実施形態では、回転部材１０１及び固定部材１０２の溝１０６，１０７の中心角を約３００度としたが、このような回転部材１０１及び固定部材１０２の溝の中心角（周長）を調整することでステアリングホイール３６の回転範囲を調整できるため、本実施形態に係る模擬ステアリング１００の構成では、回転範囲の設定変更自由度が高い。
【００５０】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態に係る模擬ステアリング装置２００について説明する。なお、本実施形態の模擬ステアリング装置２００も、第１実施形態で説明したドライビングシミュレータ１０に搭載される。第１の実施形態と同一の部位については、同一符号を付して、説明は省略する。
【００５１】
図８は、本実施形態に係る模擬ステアリング装置２００の要部斜視図であり、当該模擬ステアリング装置２００が有する回転範囲制限装置２００Ａが示されている。回転範囲制限装置２００Ａは、第１の実施形態の回転範囲制限装置１００Ａと同様の機能を有する。以下では、ステアリングホイール３６は紙面上方に配置されていると仮定し説明を行う（図中符号３６）。
【００５２】
本実施形態において、回転範囲制限装置２００Ａは、ステアリングシャフト３７によってステアリングホイール３６に直結された第１回転部材２０１と、第１回転部材２０１と隣接しステアリングホイール３６側とは逆側に設けられた第２回転部材２０２と、第２回転部材２０２に隣接しステアリングホイール３６側と逆側においてインストルメントパネル３２に固定される固定部材２０３とを有する。
【００５３】
第１回転部材２０１、第２回転部材２０２、及び固定部材２０３は共に、軸方向に見た場合には同一の円盤状に形成され（後述、固定部材２０３のフランジ２０７を除く）、インストルメントパネル３２内において、ステアリングホイール３６側から第１回転部材２０１、第２回転部材２０２、固定部材２０３の順で積層されて配置されている。第１回転部材２０１はその中心領域に挿通孔２０４を有し、第２回転部材２０２はその中心領域に挿通孔２０５を有する。固定部材１０２はその中心領域に挿通孔２０６を有する。各挿通孔２０４、２０５、２０６には、ステアリングシャフト３７が挿通されている。
【００５４】
第１回転部材２０１は、ステアリングシャフト３７に対して相対回転不能に固定されている。第２回転部材２０２は、ステアリングシャフト３７に対して相対回転可能に支持されている。固定部材２０３は、インストルメントパネル３２内に形成された所定の設置面に、自身に一体形成されたフランジ２０７を介して固定されている。
【００５５】
固定部材２０３の挿通孔２０６の外径はステアリングシャフト３７の外径よりも大きく、固定部材２０３は、回転部材側から延出するステアリングシャフト３７を挿通孔２０６に回転可能に挿通させている。ここで、ステアリングシャフト３７は、回転範囲制限装置２００Ａの設置箇所以外の箇所を図示しないベアリングによって回転可能に支持されている。詳しくは、ステアリングシャフト３７は、このベアリングによって、インストルメントパネル３２に対して回転可能に支持されるとともに、軸方向への移動を規制されている。また、第１回転部材２０１及び第２回転部材２０２の軸方向への移動を規制する規制部材をインストルメントパネル３２内に設けてもよい。
【００５６】
第２回転部材２０２の固定部材１０２側の面に、ステアリングホイール３６の回転軸、すなわち、ステアリングシャフト３７の軸線Ｌ１を中心とした円弧状をなす第１の溝２０８が形成されている。固定部材２０３の第２回転部材２０２側の面に、ステアリングシャフト３７の軸線Ｌ１を中心とした円弧状をなす第２の溝２０９が形成されている。
【００５７】
第１回転部材２０１の第２回転部材２０２側の面に、ステアリングシャフト３７の軸線Ｌ１を中心とした円弧状をなす第３の溝２１０が形成され、第２回転部材２０２の第１回転部材２０１側の面に、ステアリングシャフト３７の軸線Ｌ１を中心とした円弧状をなす第４の溝２１１が形成されている。
【００５８】
各溝２０８〜２１１は同様の形状に形成され、各溝２０８〜２１１のステアリングシャフト３７周方向についての、それぞれ始端から終端までの中心角は同一である。具体的にこの実施形態では、各溝２０８〜２１１の角度範囲は約２３０度に設定されている。また、各溝２０８〜２１１の形状は、中心角を除き、第１の実施形態と同様の形状に形成されている。ここで、各溝２０８〜２１１の端部については、図１０において、ステアリングシャフト３７の軸周りで反時計周り方向に位置する端部を始端（２０８Ａ，２０９Ａ，２１０Ａ，２１１Ａ）とし、時計周り方向に位置する端部を終端（２０８Ｂ，２０９Ｂ，２１０Ｂ，２１１Ｂ）とする。
【００５９】
そして、第１の溝２０８と第２の溝２０９との間に、金属材料からなる球体である第１のボール２１２が設けられ、第１のボール２１２は、第１の溝２０８と第２の溝２０９との間に摺動自在に保持されている。また、第３の溝２１０と第４の溝２１１との間には、金属材料からなる球体である第２のボール２１３が設けられ、第２のボール２１３は、第３の溝２１０と第４の溝２１１との間に摺動自在に保持されている。
【００６０】
以下では、本実施形態に係る回転範囲制限装置２００Ａの作動の様子を説明する。
図９、図１０、図１１は、ステアリングホイール３６側から軸Ｌ１方向に、第１回転部材２０１、第２回転部材２０２、及び固定部材２０３それぞれの溝２０８〜２１１を模式的に見た図を示している。
【００６１】
図９は、ステアリングホイール３６の中立位置を示しており、この状態では、各溝２０８〜２１１が、双方の端部を一致させた状態で重なり合っており、第１のボール２１２が、第１の溝２０８と第２の溝２０９の中間に位置し、第２のボール２１３が、第３の溝２１０と第４の溝２１１の中間に位置している。図中ラインＢは、ステアリングホイール３６の中立位置を示すものとする。
【００６２】
この状態から、ステアリングホイール３６が左（紙面の反時計周り方向）に転舵されると、第１回転部材２０１の第３の溝２１０の終端２１０Ｂが第２のボール２１３に接し、第２のボール２１３が第３の溝２１０の回転に伴い完全に移動する状態となる。また、第２回転部材２０２の第１の溝２０８の終端２０８Ｂが第１のボール２１２に接し、第１のボール２１２が第１の溝２０８の回転に伴い完全に移動する状態となる。
【００６３】
そして、最終的に、第１の溝２０８と第２の溝２０９との間において、図１０に示すように、第１のボール２１２が第２の溝２０９の始端２０９Ａに接し、第１のボール２１２が第１の溝２０８の終端２０８Ｂと第２の溝２０９の始端２０９Ａに挟まれた状態となる。また、第３の溝２１０と第４の溝２１１との間においては、図１１に示すように、第２のボール２１３が第４の溝２１１の始端２１１Ａに接し、第２のボール２１３が第３の溝２１０の終端２１０Ｂと第４の溝２１１の始端２１１Ａに挟まれた状態となる。
【００６４】
そして、この状態では、第１回転部材２０１及び第２回転部材２０２の左回転は制限されるので、ステアリングホイール３６の左転舵が制限される。なお、図１０においては、第２の溝２０９を二点鎖線で示し、図１１では第４の溝２１１を二点鎖線で示している。
【００６５】
そして、この状態では、図１０に示したラインＢ’を参照されるように、第２回転部材２０２が固定部材２０３に対して当初中立位置（ラインＢ）から左に所定角度回転する。また、図１１に示したラインＢ’’に参照されるように、第１回転部材２０１が第２回転部材２０２に対して、上記ラインＢ’の位置から左に所定角度回転する。そして、当初の中立位置であるラインＢからラインＢ’’の回転角度は約４５０度であり、これがステアリングホイール３６の左転舵の限界位置になっている。
【００６６】
詳しくは、各溝２０８〜２１１の円弧の中心角である約２３０度の２倍の値から、第１のボール２１２が第１の溝２０８又は第２の溝２０９において占有する角度範囲と、第２のボール２１３が第３の溝２１０又は第４の溝２１１において占有する角度範囲とを引いた値が、図９に示した状態からのステアリングホイール３６の左回転における回転範囲（限界位置）となる。
【００６７】
一方で、図９に示した状態からステアリングホイール３６が右に転舵された場合には、当初中立位置（ラインＢ）から右に約４５０度回転した位置が、ステアリングホイール３６の右回転における回転範囲となる。
すなわち、この実施形態の模擬ステアリング装置２００では、左転舵限界位置と右転舵限界位置との間で、約９００度の回動範囲が設定され、実車に則した、二回転半の所謂ロックｔｏロックが実現されている。
【００６８】
以上に記載した第２の実施形態に係る模擬ステアリング装置２００では、回転範囲制限装置２００Ａにおいて、ステアリングシャフト３７同軸上に第１回転部材２０１、第２回転部材２０２を積層することで、ステアリングシャフト３７径方向への大型化を抑えつつ、ステアリングホイール３６の回転範囲を簡単に広くすることができる。
【００６９】
なお、本実施形態における構成はこの発明の一例であり、部品構成や構造、形状、大きさ、数及び配置等を含め、当該発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることはいうまでもない。
例えば、本実施形態では、回転部材と固定部材あるいは、回転部材と回転部材との間に設けたボールを金属材料からなるものとしたが、比較的弾性があり、耐摩耗性及び剛性が高いものであれば、樹脂材料等からなるものであってもよい。
また、本実施形態の模擬ステアリング装置では、回転範囲制限装置（１００Ａ又は２００Ａ）をステアリングシャフトの下端側に配置するようにしたが、ステアリングシャフトの中央領域に配置する態様でもよいし、ステアリングホイールに近接して設けるようにしても構わない。
また、第２の実施形態では、固定部材に対して相対回転する回転部材を二つ積層した態様を説明したが、同様の回転部材を３段以上積層して、回転範囲を拡大させてもよい。
【符号の説明】
【００７０】
３２ インストルメントパネル（車体）
３６ ステアリングホイール
３７ ステアリングシャフト
１００，２００ 模擬ステアリング装置
１０１ 回転部材
１０２，２０３ 固定部材
１０６ 上側溝（第１の溝）
１０７ 下側溝（第２の溝）
１０８ ボール（第１のボール）
２０１ 第１回転部材（回転部材）
２０２ 第２回転部材（回転部材）
２０８ 第１の溝
２０９ 第２の溝
２１０ 第３の溝
２１１ 第４の溝
２１２ 第１のボール
２１３ 第２のボール
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドライビングシミュレータ、ゲーム機及びステアリングバイワイヤ等に用いて好適な模擬ステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
模擬ステアリング装置はドライビングシミュレータ等において車両のステアリング操作を実物感覚で行うことを可能とする。このような模擬ステアリング装置では、実車の操作感覚を実現すべく、ステアリングホイールの回転範囲（所謂、ロックｔｏロック）が設定されている。
【０００３】
これに関連する技術として、従来、ステアリングホイールと同期して回転する円盤上にピンや切欠きを設け、これらの回転軌跡上に設けたストッパーによって、ステアリングホイールの回転範囲を設定する模擬ステアリング装置等が知られている。
【０００４】
また、これに類似するものとして特許文献１には、ステアリングホイールに直結したステアリングシャフトに矩形のストッパー片を固着し、同ストッパー片の下方位置にストッパーを設け、ステアリングホイールの回転範囲を設定する模擬ステアリング装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３２７１３２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記で挙げた従来の模擬ステアリング装置において、実際の車両のように一回転以上の比較的大きな回転範囲を設定しようとする場合、歯車等による減速が必要となり、装置が大型化し、レイアウト上の制約が大きくなってしまう。
【０００７】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、装置を大型化することなく、ステアリングホイールに比較的大きな回転範囲を設定することができる模擬ステアリング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題の解決手段として、請求項１に記載の発明は、ステアリングシャフト（例えば実施形態におけるステアリングシャフト３７）によってステアリングホイール（例えば実施形態におけるステアリングホイール）に直結される回転部材（例えば実施形態における回転部材１０１）と、前記回転部材に隣接し、前記ステアリングホイールと逆側において車体（例えば実施形態におけるインストルメントパネル３２）に固定される固定部材（例えば実施形態における固定部材１０２）と、前記回転部材の前記固定部材側の面に形成され、前記ステアリングホイールの回転軸を中心とした円弧状をなす第１の溝（例えば実施形態における上側溝１０６）と、前記固定部材の前記回転部材側の面に形成され、前記ステアリングホイールの回転軸を中心とした円弧状をなす第２の溝（例えば実施形態における下側溝１０７）と、前記第１の溝と前記第２の溝との間に摺動自在に設けられた第１のボール（例えば実施形態におけるボール１０８）とを有することを特徴とする。
【０００９】
なお、本発明において上記「車体」は、当該模擬ステアリング装置を設置する際の基礎部分を意味し、ドライビングシミュレータやゲーム機等における擬似的な車体部分（インストルメントパネル等）を含む概念である。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、前記回転部材に、前記ステアリングホイールに直結される第１回転部材（例えば実施形態における第１回転部材２０１）と、前記第１回転部材と隣接し、前記ステアリングホイールとは逆側に設けられる第２回転部材（例えば実施形態における第２回転部材２０２）とが含まれ、前記第１回転部材の前記第２回転部材側の面に形成され、前記ステアリングホイールの回転軸を中心とした円弧状をなす第３の溝（例えば実施形態における第３の溝２１０）と、前記第２回転部材の前記第１回転部材側の面に形成され、前記ステアリングホイールの回転軸を中心とした円弧状をなす第４の溝（例えば実施形態における第４の溝２１１）と、前記第３の溝と前記第４の溝との間に摺動自在に設けられた第２のボール（例えば実施形態における第２のボール２１３）とを有し、前記第１の溝が、前記第２回転部材の前記固定部材側の面に形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、ステアリングシャフトの同軸上に配置された回転部材と固定部材のそれぞれの溝の端部間にボールが挟まれることで、回転部材に直結されるステアリングホイールの回転を制限できる。また、円弧状の回転部材側の溝と固定部材側の溝の中心角を足し合わせた角度を、概ねステアリングホイールの回転範囲とすることができる。このため、部材の同軸配置により装置をステアリングシャフト径方向に大型化することなく、ステアリングホイールの回転範囲を比較的広くすることができるので、ステアリングホイールの回転範囲を広くした場合でも装置のレイアウト上の制約を少なくすることができる。
また、回転部材及び固定部材の溝の中心角（周長）を調整することでステアリングホイールの回転範囲を調整できるため、回転範囲の設定変更自由度が高い。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、ステアリングシャフト同軸上に回転部材を積層することで、ステアリングシャフト径方向への大型化を抑えつつ、ステアリングホイールの回転範囲を簡単に広くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る模擬ステアリング装置を搭載したドライビングシミュレータの概略構成図である。
【図２】第１の実施形態に係る模擬ステアリング装置の要部斜視図である。
【図３】第１の実施形態の模擬ステアリング装置の回転部材と固定部材とを分離させた図である。
【図４】第１の実施形態の模擬ステアリング装置の要部の縦断面図である。
【図５】第１の実施形態の模擬ステアリング装置の作動説明図である。
【図６】第１の実施形態の模擬ステアリング装置の作動説明図であり、左転舵状態を説明する図である。
【図７】第１の実施形態の模擬ステアリング装置の作動説明図であり、右転舵状態を説明する図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る模擬ステアリング装置の要部斜視図である。
【図９】第２の実施形態の模擬ステアリング装置の作動説明図である。
【図１０】第２の実施形態の模擬ステアリング装置の作動説明図であり、左転舵状態時の固定部材と第２回転部材の状態を説明する図である。
【図１１】第２の実施形態の模擬ステアリング装置の作動説明図であり、左転舵状態時の第１回転部材と第２回転部材の状態を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照し説明する。
【００１５】
＜第１の実施形態＞
（ドライビングシミュレータ）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る模擬ステアリング装置１００を搭載したドライビングシミュレータ１０の概略構成図である。ドライビングシミュレータ１０は、被験者又は操縦者としての運転者が乗り込むコックピット１２が内部に設けられたキャビン１４と、該キャビン１４の底部を構成する揺動台１６を６本のアクチュエータ２０（図１では３本のみ図示）を介して支持する基台１８と、制御装置８０と、外部表示モニタ９２とを有している。
【００１６】
アクチュエータ２０の一端側は、ユニバーサルジョイント２４を介して基台１８に連結され、アクチュエータ２０の他端側は、ユニバーサルジョイント２２を介して揺動台１６に連結されている。６本のアクチュエータ２０は個別に伸縮動作を制御される。これにより、揺動台１６を含むキャビン１４が揺動される。
【００１７】
キャビン１４内には、映像（画像）を投影する映像投影装置２６と、映像投影装置２６から投影された映像が映し出されるスクリーン２８が所定位置に取り付けられている。スクリーン２８の近傍には、映像表示を行う液晶モニタからなるルームミラー３０が設けられている。
【００１８】
スクリーン２８の下方には、インストルメントパネル３２が配置されている。一方で、キャビン１４内には、スクリーン２８及びインストルメントパネル３２に対向して、運転者が着座するシート３４が配置されている。また、キャビン１４内には、ステアリングホイール３６、アクセルペダル３８、ブレーキペダル４０、クラッチペダル４２、マニュアルトランスミッション用シフトレバー４４、サイドブレーキ４６、両サイドミラー４８が、実際の車両に対応する所定位置にそれぞれ取り付けられている。
【００１９】
インストルメントパネル３２には、オートマチックトランスミッション用シフトレバー５０が設けられ、また、シート３４に着座する運転者に向けて音響を発生するスピーカ５２が設けられている。また、両サイドミラー４８は、所定の映像表示を行う液晶モニタからなる。
【００２０】
キャビン１４内の下方には、ステアリングホイール３６の入力検出装置５４、アクセルペダル３８の入力検出装置５６、ブレーキペダル４０の入力検出装置５８、クラッチペダル４２の入力検出装置６０、マニュアルトランスミッション用シフトレバー４４の入力検出装置６２及びオートマチックトランスミッション用シフトレバー５０の入力検出装置６４が所定位置にそれぞれ取り付けられている。
【００２１】
ステアリングホイール３６は、ステアリングシャフト３７の一端側に固定され、インストルメントパネル３２外側に配置されている。ステアリングシャフト３７は、インストルメントパネル３２内に挿入され、インストルメントパネル３２に対して回転可能に支持されている。ステアリングホイール３６の回転操作は、ステアリングシャフト３７に伝達される。上記入力検出装置５４は、ステアリングシャフト３７の回転量からステアリングホイール３６の回転操作量を検出する。
【００２２】
ステアリングホイール３６、ステアリングシャフト３７は、図中符号１００で示す本実施形態に係る模擬ステアリング装置の構成部材である。模擬ステアリング装置１００は、ステアリングホイール３６及びステアリングシャフト３７の他、ステアリングホイール３６の回転を制限する回転範囲制限装置１００Ａを有する。この回転範囲制限装置１００Ａは、一端側にステアリングホイール３６を固定されたステアリングシャフト３７の他端側に配置されている。この回転範囲制限装置１００Ａは、ステアリングシャフト３７の回転を規制することでステアリングホイール３６の回転を制限する。
【００２３】
シート３４の座面部７２及び背もたれ部６８には、着座した運転者に振動を与える振動板７０がそれぞれ埋め込まれている。これらの振動板７０は、シート３４に着座した運転者に振動を直接付与する。クラッチペダル４２は、運転者によるスイッチ操作等に基づくモータ６６の駆動に起因して折り畳み可能とされ、オートマチックトランスミッションを想定した模擬運転時には折り畳まれ、一方で、マニュアルトランスミッションを想定した模擬運転時には操作可能な位置に出現する。
【００２４】
制御装置８０は、メイン映像発生装置８２、ルームサイド映像発生装置８４、音響発生装置８６、駆動系サーボアンプ装置９０、及び、これらを制御するメインコンピュータ８８を有し、メインコンピュータ８８には外部表示モニタ９２が接続されている。
【００２５】
メインコンピュータ８８は、運転者に対して車両運転時の擬似体験を行わせる際に、該運転者によるステアリングホイール３６、アクセルペダル３８、ブレーキペダル４０等の各操作子の操作によって、入力検出装置５４、５６、５８等から各操作子の操作入力が入力された場合に、記録してある制御プログラムに従って、前記運転者による該各操作子の操作に応じた模擬的（擬似的）な車速（模擬車速）を算出する。
【００２６】
メイン映像発生装置８２は、メインコンピュータ８８において実行される制御プログラムに従って、車両運転時における運転者の視界に対応する映像信号を生成して映像投影装置２６に出力し、映像投影装置２６から映像信号に応じた映像（画像）をスクリーン２８に投影させることで、該映像をスクリーン２８に表示させる。
【００２７】
ルームサイド映像発生装置８４は、メインコンピュータ８８において実行される制御プログラムに従って、車両運転時のルームミラー３０及び両サイドミラー４８の像に対応する映像信号を生成し、ルームミラー３０及び両サイドミラー４８の液晶モニタに前記映像信号に応じた映像をそれぞれ表示させる。
【００２８】
音響発生装置８６は、メインコンピュータ８８において実行される制御プログラムに従って、車両運転時に運転者が受ける音響に対応する音響信号を生成し、この音響信号でスピーカ５２を駆動して音響を大気中に発生させる。また、音響発生装置８６は、ローパスフィルタ９４を介して振動板７０に音響信号を供給して、該音響信号の低周波成分で振動板７０を駆動させる。駆動系サーボアンプ装置９０は、メインコンピュータ８８において実行される制御プログラムに従って、各アクチュエータ２０の伸縮を制御する。
【００２９】
（模擬ステアリング装置の回転範囲制限装置）
次に、図２は本実施形態に係る模擬ステアリング装置１００の要部斜視図であり、上述した回転範囲制限装置１００Ａが示されている。以下、回転範囲制限装置１００Ａについて詳述する。なお、以下では、ステアリングホイール３６は紙面上方に配置されていると仮定し説明を行う（図中符号３６）。
【００３０】
回転範囲制限装置１００Ａは、ステアリングシャフト３７によってステアリングホイール３６に直結された回転部材１０１と、回転部材１０１に隣接しステアリングホイール３６側と逆側においてインストルメントパネル３２に固定される固定部材１０２とを有している。
【００３１】
回転部材１０１及び固定部材１０２は共に軸方向に見た場合には同一の円盤状に形成され（後述、固定部材１０２のフランジ１０５を除く）、ステアリングホイール３６側から回転部材１０１、固定部材１０２の順で積層されて配置されている。回転部材１０１は、その中心領域に挿通孔１０３を有し、固定部材１０２は、その中心領域に挿通孔１０４を有する。各挿通孔１０３、１０４には、ステアリングシャフト３７が挿通されている。
【００３２】
回転部材１０１は、ステアリングシャフト３７に対して相対回転不能に固定されている。固定部材１０２は、インストルメントパネル３２内に形成された所定の設置面に、自身に一体形成されたフランジ１０５を介して固定されている。固定部材１０２の挿通孔１０４の外径はステアリングシャフト３７の外径よりも大きく、固定部材１０２は、回転部材１０１側から延出するステアリングシャフト３７を挿通孔１０４に回転可能に挿通させている。ここで、ステアリングシャフト３７は、回転範囲制限装置１００Ａの設置箇所以外の箇所を図示しないベアリングによって回転可能に支持されている。詳しくは、ステアリングシャフト３７は、このベアリングによって、インストルメントパネル３２に対して回転可能に支持されるとともに、軸方向への移動を規制されている。また、回転部材１０１の軸方向への移動を規制する規制部材をインストルメントパネル３２内に設けてもよい。
【００３３】
図３にも示すように、回転部材１０１の固定部材１０２側の面には、ステアリングホイール３６の回転軸、すなわち、ステアリングシャフト３７の軸線Ｌ１を中心とした円弧状をなす上側溝１０６が形成されている。固定部材１０２の回転部材１０１側の面には、ステアリングホイール３６の回転軸、すなわち、ステアリングシャフト３７の軸線Ｌ１を中心とした円弧状をなす下側溝１０７が形成されている。
【００３４】
上側溝１０６及び下側溝１０７は同様の形状に形成され、上側溝１０６及び下側溝１０７のステアリングシャフト３７周方向についての、それぞれ始端から終端までの中心角は同一であり、具体的にこの実施形態では、上側溝１０６及び下側溝１０７の角度範囲は約３００度に設定されている。上側溝１０６及び下側溝１０７は、積層された場合に同一の円の円周上に位置するが、加工のバラツキを考慮して、上記固定部材１０２の挿通孔１０４とステアリングシャフト３７との間には、ある程度のクリアランスが設定されている。
【００３５】
図４に示すように、上側溝１０６及び下側溝１０７は共に、断面視でＵ字状に形成されており、それぞれ同様の形状に形成されている。上側溝１０６と下側溝１０７との間には、金属材料からなる球体であるボール１０８が設けられ、ボール１０８は、上側溝１０６と下側溝１０７との間に摺動自在に保持されている。
【００３６】
各溝１０６，１０７の端部について、図３において、ステアリングシャフト３７の軸周りで反時計周り方向に位置する端部を始端（１０６Ａ，１０７Ａ）とし、時計周り方向に位置する端部を終端（１０６Ｂ，１０７Ｂ）と称する。上側溝１０６の始端１０６Ａ、終端１０６Ｂ、及び、下側溝１０７の始端１０７Ａ、終端１０７Ｂは共に、弧状に形成され、曲率はボール１０８の曲率に対してやや大きい。また、上側溝１０６及び下側溝１０７は、ボール１０８を収容可能な幅及び深さに形成され、図４に示すように、ボール１０８は、上側溝１０６下側溝１０７とで形成された空間に隙間をもって収容されている。
【００３７】
ボール１０８は、回転部材１０１の回転に伴い、下側溝１０７を摺動する、もしくは、上側溝１０６に対して相対移動するように上側溝１０６を摺動する。ボール１０８が摺動し、上側溝１０６又は下側溝１０７の双方の端部に至ると、回転部材１０１の回転が規制される。つまり、ボール１０８は、ストッパーとしての上側溝１０６の端部（始端１０６Ａ、終端１０６Ｂ）又は下側溝１０７の端部（始端１０７Ａ、終端１０７Ｂ）に係合する係合部としての機能を有する。
【００３８】
上側溝１０６と下側溝１０７との間にボール１０８が収容された状態では、図４に示すように回転部材１０１と固定部材１０２とが当接する。上側溝１０６と下側溝１０７の当接面には、摩耗を考慮し、耐摩耗性に優れた表面処理等を施すことが好ましい。なお、この実施形態では、上側溝１０６及び下側溝１０７をＵ字状としたが、ボール１０８を収容可能な幅及び深さ有するものであれば、例えばＶ字状等であってもよい。
【００３９】
（回転範囲制限装置の作動説明）
次に、図５〜図７はそれぞれ、ステアリングホイール３６側から軸Ｌ１方向に回転部材１０１及び固定部材１０２それぞれの溝１０６、１０７を模式的に見た図を示している。以下、同図を参照し、回転範囲制限装置１００Ａの作動の様子を説明する。
【００４０】
図５は、ステアリングホイール３６の中立位置を示しており、この状態では、上側溝１０６と下側溝１０７とが、双方の端部を一致させた状態（始端と始端を合わせ、終端と終端とを合わせ状態で）で重なり合っており、ボール１０８が、上側溝１０６と下側溝１０７の中間に位置している。図中ラインＡは、ステアリングホイール３６の中立位置を示すものとする。なお、この図では、上側溝１０６が下側溝１０７の上に重なった状態を示している。
【００４１】
この状態から、ステアリングホイール３６が左（紙面の反時計周り方向）に転舵されると、回転部材１０１が固定部材１０２に対して左に回転し、上側溝１０６が左回転する。この回転が進むと、上側溝１０６の終端１０６Ｂ（紙面、時計回り方向側の端部）にボール１０８が接し、ボール１０８が上側溝１０６の回転に伴い完全に移動する状態となる。
【００４２】
そして、さらに回転部材１０１の左回転が進むと、図６に示すように、ボール１０８が下側溝１０７の始端１０７Ａ（紙面、時計周り方向側の端部）に接し、ボール１０８が上側溝１０６の終端１０６Ｂと下側溝１０７の始端１０７Ａに挟まれた状態となる。この状態で、回転部材１０１の左回転は制限されるので、ステアリングホイール３６の左転舵が制限される。なお、この図において、下側溝１０７については二点鎖線で示している。
【００４３】
ここで、図６において、ラインＡの移動状態を示したラインＡ’を参照すると、当初中立位置から左に３００度弱回転している。より詳しくは、この例では、上側溝１０６又は下側溝１０７の円弧の中心角である約３００度から、ボール１０８が上側溝１０６又は下側溝１０７において占有する角度範囲を引いた値が、図５に示した状態からステアリングホイール３６の左回転における回転範囲となる。
【００４４】
一方で、図７は、図５に示した状態から、ステアリングホイール３６を右（紙面の時計周り方向）に転舵した状態を示している。この状態では、ボール１０８が上側溝１０６の始端１０６Ａと下側溝１０７の終端１０７Ｂに挟まれた状態となるので、回転部材１０１の右回転が制限され、ステアリングホイール３６の右転舵が制限された状態になっている。
【００４５】
そして、図７において、ラインＡの移動状態を示したラインＡ’’を参照すると、当初中立位置から右に３００度弱回転している。この右方向における回転範囲も、上記左回転における回転範囲と同様の範囲である。
すなわち、この実施形態の模擬ステアリング装置１００では、回転範囲制限装置１００Ａによって左転舵限界位置と右転舵限界位置との間で６００度弱の回動範囲が設定されている。なお、上述した作動説明においては、便宜のためボール１０８が上側溝１０６と下側溝１０７の中間に位置するものとしたが、ボール１０８の位置は任意の位置で構わない。
【００４６】
以上に記載したように本実施形態に係る模擬ステアリング装置１００では、回転範囲制限装置１００Ａにおいて、ステアリングシャフト３７の同軸上に配置された回転部材１０１と固定部材１０２のそれぞれの溝の端部間にボール１０８が挟まれることで、回転部材１０１に直結されるステアリングホイール３６の回転を制限できる。
【００４７】
また、回転範囲制限装置１００Ａでは、円弧状の回転部材１０１側の上側溝１０６と固定部材１０２側の下側溝１０７の中心角（本実施形態では、中心角をそれぞれ約３００度とした）を足し合わせた角度を、概ねステアリングホイール３６の回転範囲（本実施形態では、約６００度）とすることができる。
【００４８】
このため、この模擬ステアリング装置１００では、部材の同軸配置により装置をステアリングシャフト３７径方向に大型化することなく、ステアリングホイール３６の回転範囲を比較的広くすることができ、ステアリングホイール３６の回転範囲を広くした場合でも装置のレイアウト上の制約を少なくすることができる。
【００４９】
また、この実施形態では、回転部材１０１及び固定部材１０２の溝１０６，１０７の中心角を約３００度としたが、このような回転部材１０１及び固定部材１０２の溝の中心角（周長）を調整することでステアリングホイール３６の回転範囲を調整できるため、本実施形態に係る模擬ステアリング１００の構成では、回転範囲の設定変更自由度が高い。
【００５０】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態に係る模擬ステアリング装置２００について説明する。なお、本実施形態の模擬ステアリング装置２００も、第１実施形態で説明したドライビングシミュレータ１０に搭載される。第１の実施形態と同一の部位については、同一符号を付して、説明は省略する。
【００５１】
図８は、本実施形態に係る模擬ステアリング装置２００の要部斜視図であり、当該模擬ステアリング装置２００が有する回転範囲制限装置２００Ａが示されている。回転範囲制限装置２００Ａは、第１の実施形態の回転範囲制限装置１００Ａと同様の機能を有する。以下では、ステアリングホイール３６は紙面上方に配置されていると仮定し説明を行う（図中符号３６）。
【００５２】
本実施形態において、回転範囲制限装置２００Ａは、ステアリングシャフト３７によってステアリングホイール３６に直結された第１回転部材２０１と、第１回転部材２０１と隣接しステアリングホイール３６側とは逆側に設けられた第２回転部材２０２と、第２回転部材２０２に隣接しステアリングホイール３６側と逆側においてインストルメントパネル３２に固定される固定部材２０３とを有する。
【００５３】
第１回転部材２０１、第２回転部材２０２、及び固定部材２０３は共に、軸方向に見た場合には同一の円盤状に形成され（後述、固定部材２０３のフランジ２０７を除く）、インストルメントパネル３２内において、ステアリングホイール３６側から第１回転部材２０１、第２回転部材２０２、固定部材２０３の順で積層されて配置されている。第１回転部材２０１はその中心領域に挿通孔２０４を有し、第２回転部材２０２はその中心領域に挿通孔２０５を有する。固定部材１０２はその中心領域に挿通孔２０６を有する。各挿通孔２０４、２０５、２０６には、ステアリングシャフト３７が挿通されている。
【００５４】
第１回転部材２０１は、ステアリングシャフト３７に対して相対回転不能に固定されている。第２回転部材２０２は、ステアリングシャフト３７に対して相対回転可能に支持されている。固定部材２０３は、インストルメントパネル３２内に形成された所定の設置面に、自身に一体形成されたフランジ２０７を介して固定されている。
【００５５】
固定部材２０３の挿通孔２０６の外径はステアリングシャフト３７の外径よりも大きく、固定部材２０３は、回転部材側から延出するステアリングシャフト３７を挿通孔２０６に回転可能に挿通させている。ここで、ステアリングシャフト３７は、回転範囲制限装置２００Ａの設置箇所以外の箇所を図示しないベアリングによって回転可能に支持されている。詳しくは、ステアリングシャフト３７は、このベアリングによって、インストルメントパネル３２に対して回転可能に支持されるとともに、軸方向への移動を規制されている。また、第１回転部材２０１及び第２回転部材２０２の軸方向への移動を規制する規制部材をインストルメントパネル３２内に設けてもよい。
【００５６】
第２回転部材２０２の固定部材１０２側の面に、ステアリングホイール３６の回転軸、すなわち、ステアリングシャフト３７の軸線Ｌ１を中心とした円弧状をなす第１の溝２０８が形成されている。固定部材２０３の第２回転部材２０２側の面に、ステアリングシャフト３７の軸線Ｌ１を中心とした円弧状をなす第２の溝２０９が形成されている。
【００５７】
第１回転部材２０１の第２回転部材２０２側の面に、ステアリングシャフト３７の軸線Ｌ１を中心とした円弧状をなす第３の溝２１０が形成され、第２回転部材２０２の第１回転部材２０１側の面に、ステアリングシャフト３７の軸線Ｌ１を中心とした円弧状をなす第４の溝２１１が形成されている。
【００５８】
各溝２０８〜２１１は同様の形状に形成され、各溝２０８〜２１１のステアリングシャフト３７周方向についての、それぞれ始端から終端までの中心角は同一である。具体的にこの実施形態では、各溝２０８〜２１１の角度範囲は約２３０度に設定されている。また、各溝２０８〜２１１の形状は、中心角を除き、第１の実施形態と同様の形状に形成されている。ここで、各溝２０８〜２１１の端部については、図１０において、ステアリングシャフト３７の軸周りで反時計周り方向に位置する端部を始端（２０８Ａ，２０９Ａ，２１０Ａ，２１１Ａ）とし、時計周り方向に位置する端部を終端（２０８Ｂ，２０９Ｂ，２１０Ｂ，２１１Ｂ）とする。
【００５９】
そして、第１の溝２０８と第２の溝２０９との間に、金属材料からなる球体である第１のボール２１２が設けられ、第１のボール２１２は、第１の溝２０８と第２の溝２０９との間に摺動自在に保持されている。また、第３の溝２１０と第４の溝２１１との間には、金属材料からなる球体である第２のボール２１３が設けられ、第２のボール２１３は、第３の溝２１０と第４の溝２１１との間に摺動自在に保持されている。
【００６０】
以下では、本実施形態に係る回転範囲制限装置２００Ａの作動の様子を説明する。
図９、図１０、図１１は、ステアリングホイール３６側から軸Ｌ１方向に、第１回転部材２０１、第２回転部材２０２、及び固定部材２０３それぞれの溝２０８〜２１１を模式的に見た図を示している。
【００６１】
図９は、ステアリングホイール３６の中立位置を示しており、この状態では、各溝２０８〜２１１が、双方の端部を一致させた状態で重なり合っており、第１のボール２１２が、第１の溝２０８と第２の溝２０９の中間に位置し、第２のボール２１３が、第３の溝２１０と第４の溝２１１の中間に位置している。図中ラインＢは、ステアリングホイール３６の中立位置を示すものとする。
【００６２】
この状態から、ステアリングホイール３６が左（紙面の反時計周り方向）に転舵されると、第１回転部材２０１の第３の溝２１０の終端２１０Ｂが第２のボール２１３に接し、第２のボール２１３が第３の溝２１０の回転に伴い完全に移動する状態となる。また、第２回転部材２０２の第１の溝２０８の終端２０８Ｂが第１のボール２１２に接し、第１のボール２１２が第１の溝２０８の回転に伴い完全に移動する状態となる。
【００６３】
そして、最終的に、第１の溝２０８と第２の溝２０９との間において、図１０に示すように、第１のボール２１２が第２の溝２０９の始端２０９Ａに接し、第１のボール２１２が第１の溝２０８の終端２０８Ｂと第２の溝２０９の始端２０９Ａに挟まれた状態となる。また、第３の溝２１０と第４の溝２１１との間においては、図１１に示すように、第２のボール２１３が第４の溝２１１の始端２１１Ａに接し、第２のボール２１３が第３の溝２１０の終端２１０Ｂと第４の溝２１１の始端２１１Ａに挟まれた状態となる。
【００６４】
そして、この状態では、第１回転部材２０１及び第２回転部材２０２の左回転は制限されるので、ステアリングホイール３６の左転舵が制限される。なお、図１０においては、第２の溝２０９を二点鎖線で示し、図１１では第４の溝２１１を二点鎖線で示している。
【００６５】
そして、この状態では、図１０に示したラインＢ’を参照されるように、第２回転部材２０２が固定部材２０３に対して当初中立位置（ラインＢ）から左に所定角度回転する。また、図１１に示したラインＢ’’に参照されるように、第１回転部材２０１が第２回転部材２０２に対して、上記ラインＢ’の位置から左に所定角度回転する。そして、当初の中立位置であるラインＢからラインＢ’’の回転角度は約４５０度であり、これがステアリングホイール３６の左転舵の限界位置になっている。
【００６６】
詳しくは、各溝２０８〜２１１の円弧の中心角である約２３０度の２倍の値から、第１のボール２１２が第１の溝２０８又は第２の溝２０９において占有する角度範囲と、第２のボール２１３が第３の溝２１０又は第４の溝２１１において占有する角度範囲とを引いた値が、図９に示した状態からのステアリングホイール３６の左回転における回転範囲（限界位置）となる。
【００６７】
一方で、図９に示した状態からステアリングホイール３６が右に転舵された場合には、当初中立位置（ラインＢ）から右に約４５０度回転した位置が、ステアリングホイール３６の右回転における回転範囲となる。
すなわち、この実施形態の模擬ステアリング装置２００では、左転舵限界位置と右転舵限界位置との間で、約９００度の回動範囲が設定され、実車に則した、二回転半の所謂ロックｔｏロックが実現されている。
【００６８】
以上に記載した第２の実施形態に係る模擬ステアリング装置２００では、回転範囲制限装置２００Ａにおいて、ステアリングシャフト３７同軸上に第１回転部材２０１、第２回転部材２０２を積層することで、ステアリングシャフト３７径方向への大型化を抑えつつ、ステアリングホイール３６の回転範囲を簡単に広くすることができる。
【００６９】
なお、本実施形態における構成はこの発明の一例であり、部品構成や構造、形状、大きさ、数及び配置等を含め、当該発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることはいうまでもない。
例えば、本実施形態では、回転部材と固定部材あるいは、回転部材と回転部材との間に設けたボールを金属材料からなるものとしたが、比較的弾性があり、耐摩耗性及び剛性が高いものであれば、樹脂材料等からなるものであってもよい。
また、本実施形態の模擬ステアリング装置では、回転範囲制限装置（１００Ａ又は２００Ａ）をステアリングシャフトの下端側に配置するようにしたが、ステアリングシャフトの中央領域に配置する態様でもよいし、ステアリングホイールに近接して設けるようにしても構わない。
また、第２の実施形態では、固定部材に対して相対回転する回転部材を二つ積層した態様を説明したが、同様の回転部材を３段以上積層して、回転範囲を拡大させてもよい。
【符号の説明】
【００７０】
３２ インストルメントパネル（車体）
３６ ステアリングホイール
３７ ステアリングシャフト
１００，２００ 模擬ステアリング装置
１０１ 回転部材
１０２，２０３ 固定部材
１０６ 上側溝（第１の溝）
１０７ 下側溝（第２の溝）
１０８ ボール（第１のボール）
２０１ 第１回転部材（回転部材）
２０２ 第２回転部材（回転部材）
２０８ 第１の溝
２０９ 第２の溝
２１０ 第３の溝
２１１ 第４の溝
２１２ 第１のボール
２１３ 第２のボール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングシャフトによってステアリングホイールに直結される回転部材と、
前記回転部材に隣接し、前記ステアリングホイールと逆側において車体に固定される固定部材と、
前記回転部材の前記固定部材側の面に形成され、前記ステアリングホイールの回転軸を中心とした円弧状をなす第１の溝と、
前記固定部材の前記回転部材側の面に形成され、前記ステアリングホイールの回転軸を中心とした円弧状をなす第２の溝と、
前記第１の溝と前記第２の溝との間に摺動自在に設けられた第１のボールとを有することを特徴とする模擬ステアリング装置。
【請求項２】
前記回転部材に、前記ステアリングホイールに直結される第１回転部材と、前記第１回転部材と隣接し、前記ステアリングホイールとは逆側に設けられる第２回転部材とが含まれ、
前記第１回転部材の前記第２回転部材側の面に形成され、前記ステアリングホイールの回転軸を中心とした円弧状をなす第３の溝と、
前記第２回転部材の前記第１回転部材側の面に形成され、前記ステアリングホイールの回転軸を中心とした円弧状をなす第４の溝と、
前記第３の溝と前記第４の溝との間に摺動自在に設けられた第２のボールとを有し、
前記第１の溝が、前記第２回転部材の前記固定部材側の面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の模擬ステアリング装置。
【請求項１】
ステアリングシャフトによってステアリングホイールに直結される回転部材と、
前記回転部材に隣接し、前記ステアリングホイールと逆側において車体に固定される固定部材と、
前記回転部材の前記固定部材側の面に形成され、前記ステアリングホイールの回転軸を中心とした円弧状をなす第１の溝と、
前記固定部材の前記回転部材側の面に形成され、前記ステアリングホイールの回転軸を中心とした円弧状をなす第２の溝と、
前記第１の溝と前記第２の溝との間に摺動自在に設けられた第１のボールとを有することを特徴とする模擬ステアリング装置。
【請求項２】
前記回転部材に、前記ステアリングホイールに直結される第１回転部材と、前記第１回転部材と隣接し、前記ステアリングホイールとは逆側に設けられる第２回転部材とが含まれ、
前記第１回転部材の前記第２回転部材側の面に形成され、前記ステアリングホイールの回転軸を中心とした円弧状をなす第３の溝と、
前記第２回転部材の前記第１回転部材側の面に形成され、前記ステアリングホイールの回転軸を中心とした円弧状をなす第４の溝と、
前記第３の溝と前記第４の溝との間に摺動自在に設けられた第２のボールとを有し、
前記第１の溝が、前記第２回転部材の前記固定部材側の面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の模擬ステアリング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１４０７９（Ｐ２０１２−１４０７９Ａ）
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５２３７８（Ｐ２０１０−１５２３７８）
【出願日】平成２２年７月２日（２０１０．７．２）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２日（２０１０．７．２）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
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