JP2010039909A - 操作レバー負荷付与装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操作レバーに明確な反力を付与する。
【解決手段】操作レバー負荷付与装置１は、第１の反力付与部材６と、第２の反力付与部材７と、第１のギア８と、第２のギア９と、駆動ギア１０と、モータ１１と、第１の当接センサ１２と、第２の当接センサ１３と、回転検出装置１４と、制御回路とを備えて構成されている。制御回路は、第１の当接センサ１２が操作レバー２の第１の反力付与部材６に対する当接を検出したとき、及び第２の当接センサ１３が操作レバー２の第２の反力付与部材７に対する当接を検出したときに、モータ１１を回転駆動させ、回転検出装置１４が１回転を検出したときにモータ１１の駆動を停止させる。
【選択図】図１

Description

本発明は操作レバーの操作時に操作負荷を付与する操作レバー負荷付与装置に関する。

従来、操作レバーにおける操作負荷付与調整装置は、使用者が操作したときに、使用者に操作感を与えるためのものである。例えば特許文献１に記載の該操作レバー負荷付与装置は、揺動される操作レバーの基端部の揺動体を設け、この揺動体の一端側と、他端側とに、それぞれ、プッシュロッド、ばね、モータ、モータの回転を上下動に変換する上下動機構（ボールねじ機構）などを設け、操作レバーが一方向へ揺動されると、この揺動体の一端部を前記プッシュロッドを介し前記ばねで元方向へ付勢すると共に、前記モータを回転させ、上下動機構によりばねの圧縮度を変化させて付勢を調整する構成としている（例えば特許文献１）。

また、特許文献２に記載の操作抵抗感知型ジョイスティック装置は、ジョイスティック部材が軽く操作できないように、ジョイスティック部材の一方向側と他方向側とに、それぞれ油圧シリンダを設け、これら油圧シリンダによりジョイスティック部材に操作抵抗を与えるようにしている。
特開平８−２５５０３２号公報 特開平６−１４９４００号公報

上記特許文献１の構成では、ばね力によってスローな操作抵抗を得ることが可能であるが、ばね力に依存しているため、クリック感のような明確な反力を得ることはできないという欠点があった。

また上記特許文献２の構成においても、油圧シリンダにより操作抵抗を付与できるものの、クリック感のような明確な反力を得ることはできないという欠点があった。
本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、操作レバーに明確な反力を付与することができる操作レバー負荷付与装置を提供することにある。

請求項１の発明は、一端部を中心として揺動可能に設けられ、通常は元位置で立設状態にあり、他端部が操作力を受けて所定方向へ操作される操作レバーを備え、該操作レバーに対する前記所定方向への操作時に、操作負荷を付与する操作レバー負荷付与装置であって、短径部分及び長径部分を備えた偏心カム状をなし、前記操作レバーの前記元位置で該操作レバーと離間し、該操作レバーの前記所定方向の揺動時に該操作レバーと前記短径部分が当接する反力付与部材と、この反力付与部材を回転させるモータと、前記操作レバーが前記反力付与部材に当接したことを検出する当接検出手段と、前記反力付与部材の１回転を検出する回転検出手段と、前記当接検出手段が前記当接を検出したときに、前記モータを回転駆動させ、前記回転検出手段が前記反力付与部材の１回転を検出したときに前記モータの駆動を停止させる制御手段とを備えてなるところに特徴を有する。

この請求項１の発明によれば、使用者が操作レバーを所定方向へ操作すると、該操作レバーが反力付与部材の短径部分に当接し、この当接を当接検出手段が検出する。すると制御手段がモータを回転駆動させ、回転検出手段が、反力付与部材の１回転を検出したところで該モータの駆動を停止させる。従って、反力付与部材が１回転し、この１回転のうちに、反力付与部材の長径部分が操作レバーを前記所定方向と反対方向へ押し戻すようになり、明確な反力を呈示することができる。

請求項２の発明は、一端部を中心として一方向及び他方向へ揺動可能に設けられ、通常は元位置で立設状態にあり、他端部が操作力を受けて一方向及び他方向へ操作される操作レバーを備え、該操作レバーに対する操作時に、操作負荷を付与する操作レバー負荷付与装置であって、短径部分及び長径部分を備えた偏心カム状をなし、前記操作レバーの前記中立位置で該操作レバーと離間し、該操作レバーの前記一方向の揺動時に該操作レバーと前記短径部分が当接する第１の反力付与部材と、短径部分及び長径部分を備えた偏心カム状をなし、前記操作レバーの前記中立位置で該操作レバーと離間し、該操作レバーの前記他方向の揺動時に該操作レバーと前記短径部分が当接する第２の反力付与部材と、前記第１の反力付与部材と一体回転するように設けられた第１のギアと、前記第２の反力付与部材と一体回転するように設けられ前記第１のギアと同じ歯数の第２のギアと、これら第１のギアと第２のギアとに噛合する駆動ギアと、前記駆動ギアを回転させるモータと、前記操作レバーが前記第１の反力付与部材に当接したことを検出する第１の当接検出手段と、前記操作レバーが前記第２の反力付与部材に当接したことを検出する第２の当接検出手段と、前記第１の反力付与部材及び第２の反力付与部材の１回転を検出する回転検出手段と、前記第１の当接検出手段が前記当接を検出したとき及び前記第２の当接検出手段が前記当接を検出したときに、前記モータを回転駆動させ、前記回転検出手段が前記１回転を検出したときに前記モータの駆動を停止させる制御手段とを備えたところに特徴を有する。

この請求項２の発明によれば、操作レバーを一方向に操作すると、該操作レバーが第１の反力付与部材の短径部分に当接し、この当接を第１の当接検出手段が検出する。すると制御手段がモータを回転駆動させ、回転検出手段が、第１の反力付与部材の１回転を検出したところで、制御手段が、該モータの駆動を停止させる。従って、第１の反力付与部材が１回転し、この１回転のうちに、第１の反力付与部材の長径部分が操作レバーを前記一方向と反対方向へ押し戻すようになり、明確な反力を呈示することができる。

操作レバーを他方向に操作すると、操作レバーを一方向に操作すると、該操作レバーが第２の反力付与部材の短径部分に当接し、この当接を第２の当接検出手段が検出する。すると制御手段がモータを回転駆動させ、回転検出手段が、第２の反力付与部材の１回転を検出したところで、制御手段が該モータの駆動を停止させる。従って、第２の反力付与部材が１回転し、この１回転のうちに、第２の反力付与部材の長径部分が操作レバーを前記他方向と反対方向へ押し戻すようになり、明確な反力を呈示することができる。

従って、往復揺動タイプの操作レバーの操作レバー負荷付与に好適する。この場合、一つのモータにより一方向及び他方向での反力付与を行うことができ、また、一つの回転検出手段により第１の反力付与部材及び第２の反力付与部材の１回転を検出できて、構成の簡単化及びコストの低廉化に寄与できる。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記反力付与部材は、これが１回転する間に前記操作レバーの角度変位を正弦波状に変位させるカム形状となっているところに特徴を有する。

この請求項３の発明によれば、違和感の無い反力を呈示できる。
請求項４は、請求項２の発明において、前記モータは一方向に回転駆動され、前記第１の反力付与部材及び第２の反力付与部材は、これらが１回転する間に前記操作レバーの角度変位を正弦波状に変位させるカム形状となっているところに特徴を有する。

この請求項４の発明によれば、モータが一方向に回転する構成でありながら、前記第１の反力付与部材及び第２の反力付与部材のいずれも、操作レバーに対して、正弦波状に角度変位させることができて、一方向及び他方向の双方とも、違和感の無い反力を呈示できる。

本発明の操作レバー負荷付与装置によれば、操作レバーに明確な反力を付与することができる。

以下、本発明の第１の実施例につき図１ないし図１０を参照して説明する。図１〜図５に示す操作レバー負荷付与装置１は、操作レバー２に対して操作負荷を付与するものである。操作レバー２は、一端部（下端部）に球体部２ａを備え、この球体部２ａがベース３に設けられた球体受４に揺動可能に保持されており、従って、該操作レバー２は、一端部を中心として一方向（矢印Ｌ方向）及び他方向（矢印Ｒ方向）へ揺動可能に設けられている。この操作レバー２は、例えば車両における表示器の例えば縦に並べられた、あるいは横に並べられた表示アイコンなどを指示するためなどに用いられる。

この操作レバー２は、図示しないばねにより通常は元位置Ｃで立設状態に保持されており、他端部２ｂは、拘束板５の直線状のスリット５ａ内に配置されており、該操作レバー２の揺動方向が前記一方向及び他方向に拘束されると共に、該操作レバー２に対して揺動限度位置を与えるようになっている。この拘束板５は、前記ベース３に図示しない取付手段を介して取付けられている。

前記操作レバー負荷付与装置１は、第１の反力付与部材６と、第２の反力付与部材７と、第１のギア８と、第２のギア９と、駆動ギア１０と、モータ１１と、第１の当接センサ１２と、第２の当接センサ１３と、回転検出装置１４と、制御回路１５（図６参照）とを備えて構成されている。

上記第１の反力付与部材６と第１のギア８とは、回転軸１６に一体回転するように設けられており、この回転軸１６の両端部は、側面形状がほぼＵ状をなすフレーム１７の前板部１７ａ及び後板部１７ｂに、該操作レバー２より矢印Ｌ方向側に位置して、回転可能に支持されている。この場合、第１の反力付与部材６は、図３に示すように、大別すると、短径部分６ａ（長径部分に比して短径な部分）と長径部分６ｂとを備えた偏心カム状をなしており、前記操作レバー２の前記中立位置Ｃで該操作レバー２と離間し、該操作レバー２の前記一方向への揺動時に該操作レバー２と前記短径部分６ａが当接する。

上記第２の反力付与部材７と第２のギア９とは、回転軸１８に一体回転するように設けられており、この回転軸１８の両端部は、前記フレーム１７の前板部１７ａ及び後板部１７ｂに、該操作レバー２より矢印Ｒ方向側に位置して、回転可能に支持されている。この場合、第２の反力付与部材７は、前記第１の反力付与部材６と同じ形状をなしている。すなわち、図３に示すように、短径部分７ａ（長径部分に比して短径な部分）と長径部分７ｂとを備えた偏心カム状をなしており、前記操作レバー２の前記中立位置Ｃで該操作レバー２と離間し、該操作レバー２の前記他方向への揺動時に該操作レバー２と前記短径部分７ａが当接する。

この第１の反力付与部材６と、第２の反力付与部材７との角度関係は、１８０度ずれた関係にあり、第１の反力付与部材６の基準点Ｋは、第２の反力付与部材７ではＫ´で示され、また、第１の反力付与部材７における操作レバー２との最初の当接点Ｓは、第２の反力付与部材７ではＳ´で示される。

第１の反力付与部材６と第２の反力付与部材７とは同じ形状であるので、第１の反力付与部材６を代表して述べる。図７に示すように操作レバー２の回動角度をθ（ｔ）［deg］と、第１の反力付与部材６の回転角度をα［deg］とし、第１の反力付与部材６の１回転（操作レバー２が当接してからの第１の反力付与部材６の１回転）の設定時間をＢ［ms］（図８参照）とし、基準点Ｋと操作レバー２の接触点との角度をγ［deg］とし、第１の反力付与部材６の回転中心と上記接触点との距離をＡ［mm］とすると、
時間Ｂに対して、操作レバー２の角度θ（ｔ）が図８（ａ）で示す正弦波状となるように設定している。なお、本実施例では、前記時間Ｂを４００［ms］とし、操作レバー２の回動角度θ（ｔ）を３０［deg］としている。

このとき、図８（ｃ）に示すように、前記距離Ａは、上記操作レバー２の角度θ（ｔ）に対して、直線的に変化するように設定し、また、前記γは、図８（ｂ）に示すように、定めておく。この場合、時間Ｂに対応する任意の点θ´から、図８（ｃ）で対応する点Ａ´と、図８（ｂ）で対応する点γ´とを求め、これらから図８（ｄ）で示す反力付与部材の径ｄ´が求まる。この径ｄ´の３６０[deg]分が反力付与部材のカム形状となる。

前記モータ１１は、前記フレーム１７の前板部１７ａ外面に取付けられており、これの回転軸は、該前板部１７ａの孔部を通して、該前板部１７ａ内面側に突出している。このモータ１１の回転軸の突出部に前記駆動ギア１０が一体回転し得るように取付けられており、この駆動ギア１０は前記第１のギア８と第２のギア９とに噛合している。
上記モータ１１は一方向である矢印Ｄ方向へ回転するものであり、従って前記第１のギア８、第２のギア９、第１の反力付与部材６、第２の反力付与部材７は矢印Ｅ方向に回転する。

前記第１の当接センサ１２は、例えばリミットスイッチから構成され、前記拘束板５の下部に、前記操作レバー２の矢印Ｌ方向側の揺動限度位置となるように、取付部１９を介して取付けられている。この第１の当接センサ１２は、前記操作レバー２が第１の反力付与部材６に当接したときに該操作レバー２が該第１の当接センサ１２に当接する位置にあり、もって、この第１の当接センサ１２は、前記操作レバー２が第１の反力付与部材６に当接したことを検出するものである。

前記第２の当接センサ１３も、例えばリミットスイッチから構成され、前記拘束板５の下部に、前記操作レバー２の矢印Ｒ方向側の揺動限度位置となるように、取付部２０を介して取付けられている。この第２の当接センサ１３は、前記操作レバー２が第２の反力付与部材７に当接したときに該操作レバー２が該第２の当接センサ１３に当接する位置にあり、もって、この第２の当接センサ１３は、前記操作レバー２が第２の反力付与部材７に当接したことを検出するものである。

前記回転検出装置１４は、前記第１のギア８に付設された反射板２１ａ、２１ｂと、光センサ２２とから構成されている。
前記反射板２１ａは、１回転検出用であり、反射板２１ｂは１／２回転検出用である。前記光センサ２２は、前記フレーム１７の前板部１７ａ外面に取付けられており、該前板部１７ａに形成された孔部１７ｃを通して前記反射板２１ａ、２１ｂを光学的に検出する。光センサ２２が反射光を１回検出すると、第１の反力付与部材６及び第２の反力付与部材７の１／２回転を検出し、２回検出すると、１回転を検出する。

前記制御回路１５（図６参照）は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを備えたマイクロコンピュータなどを含んで構成されており、この制御回路１５は、制御手段として機能するものであり、その制御内容を図９のフローチャートを参照して述べる。ステップＳ１で前記第１の当接センサ１２が、第１の反力付与部材６に対する操作レバー２の当接を検出したか否かを判断し、当接を検出していなければ、第２の当接センサ１３が、第２の反力付与部材７に対する操作レバー２の当接を検出したか否かを判断する。

そして、ステップＳ１またはステップＳ２で前記当接が検出されると、ステップＳ３に移行してモータ１１を回転駆動させる。そして、ステップＳ４で、前記回転検出センサ４が前記１回転を検出したときに前記モータ１１の駆動を停止させる。

上記構成の作用を説明する。使用者が、操作レバーを図１の元位置状態から例えば矢印Ｌ方向に操作すると、図１０（ａ）で示すように、該操作レバー２が第１の反力付与部材６の短径部分６ａに当接し、この当接を第１の当接検出センサ１２が検出する。すると制御回路１５がモータ１１を矢印Ｄ方向（図１参照）へ回転駆動させる。これにより、駆動ギア１０、第１のギア８及び第２のギア９が回転し、第１の反力付与部材６及び第２の反力付与部材７が矢印Ｅ方向へ回転する（その回転途中（１／２回転前）状態を図１０（ｂ）に示す）。これにより操作レバー２が第１の反力付与部材６の長径部分６ｂにより操作方向（矢印Ｌ方向）とは反対方向である矢印ＬＢ方向へ押し戻され、つまり、明確な反力が付与される。

第１の反力付与部材６が１／２回転した時点では、図１０（ｃ）で示すように、前記操作レバー２はほぼ直立状態となる。そして、同図（ｄ）の途中状態を経て、同図（ｅ）の状態となると、回転検出装置１４が該第１の反力付与部材６の１回転を検出し、制御回路１５が、モータ１１の駆動を停止させる。

このように本実施例によれば、使用者が操作レバー２を操作すると、操作限度位置（図１０（ａ）から一旦押し戻されて、再度操作限度位置に戻る。この操作の間に明確な反力を呈示することができる。なお、操作レバー２が矢印Ｒ方向へ操作された場合も同様に、矢印Ｒ方向の操作限度位置から一旦押し戻されて、再度操作限度位置に戻り、この操作の間に明確な反力を呈示することができる。

また本実施例によれば、操作レバー２が矢印Ｌ及びＲ方向つまり往復揺動タイプであり、その両方向について第１の反力付与部材６及び７により反力を付与でき、往復揺動タイプの操作レバー２の操作レバー負荷付与に好適する。この場合、一つのモータ１１により一方向及び他方向での反力付与を行うことができ、また、一つの回転検出センサ１４により第１の反力付与部材６及び第２の反力付与部材７の１回転を検出できて、構成の簡単化及びコストの低廉化に寄与できる。さらに、モータ１１を一方向へのみ回転させるから回転方向切換え手段が不要である。
また、本実施例によれば、反力付与部材６及び７は、これが１回転する間に操作レバー２の角度変位を正弦波状に変位させるカム形状となっているから、違和感の無い反力を呈示できる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、操作レバー２が元位置から一方向へ操作されたときにのみ反力を付与するようにしても良い。また、回転検出装置１４で第１の反力付与部材及び第２の反力付与部材７の１／２回転を検出したとき（図１０（ｃ）の状態）でモータ１１を止めると、両反力付与部材６、７で操作レバー２を動き止めすることが可能となる。

また、本発明の第２の実施例として示す図１１のように、第１の反力付与部材３１、３２を単に楕円カム形状に形成しても良い。
また、本発明の第３の実施例として示す図１２ないし図１４に示すように、上記第１の実施例の操作レバー付加付与装置１とほぼ同じ構成（第１の反力付与部材及び第２の反力付与部材のカム形状が楕円をなす点では異なる）の操作レバー付加付与装置１Ａ及び１Ｂを直交する向きで且つ上下に並べて配置する構成としても良い。拘束板５には、矢印Ｘ１及びＸ２方向、これと直交する矢印Ｙ１及びＹ２方向にスリット５ａ、５ｂが形成されている。なお、操作レバー付加付与装置１Ａにおいて、前記操作レバー付加付与装置１と同一機能部分には添え字「Ａ」を付し、操作レバー付加付与装置１Ｂにおいて、前記操作レバー付加付与装置１と同一機能部分には添え字「Ｂ」を付している。

この第３の実施例によれば、操作レバー２に対して、矢印Ｘ１及びＸ２方向以外、これと直交する矢印Ｙ１及びＹ２方向で、反力を付与することができる。また、この場合、操作レバー２を矢印Ｙ１及びＹ２方向に操作するときには、操作レバー付加付与装置１Ａの第１の反力付与部材６Ａ及び第２の反力付与部材７Ａは図１４の回転位置に保持するようにしておけば、操作レバー２が矢印Ｘ１及びＸ２方向へ揺動することを防止できる。この実施例の操作レバーは、縦横に並んだ表示アイコンの指示用に好適する。

その他、本発明は上記各実施例に限定されるものでなく、次のように変更しても良い。当接検出手段は、リミットスイッチでなく光センサなどでも良い。また回転検出手段は磁気センサなどでも良い。

本発明の第１の実施例を示す操作レバー負荷付与装置全体の斜視図 フレームを省略して示す全体の斜視図 全体の縦断正面図 全体の縦断側面図 全体の平面図 電気的構成のブロック図 反力付与部材の回転角などのパラメータを説明するための図 （ａ）は反力付与部材のカム形状を説明するための１回転の時間と操作レバーの角度との関係を示す図、（ｂ）は基準点と操作レバーの接触点との角度を示す図、（ｃ）は回転中心と操作レバー接触点との距離を示す図、（ｄ）は反力付与部材の径を示す図 制御内容を示す図 作用説明のための図 本発明の第２の実施例を示す図３相当図 本発明の第３の実施例を示す図２相当図 図１２のＨ方向から見た反力付与部材の角度位置を示す図 図１３のＩ方向から見た反力付与部材の角度位置を示す図

符号の説明

図面中、１は操作レバー負荷付与装置、２は操作レバー、５は拘束板、６は第１の反力付与部材、７は第２の反力付与部材、８は第１のギア、９は第２のギア、１０は駆動ギア、１１はモータ、１２は第１の当接センサ（第１の当接検出手段）、１３は第２の当接センサ（第２の当接検出手段）、１４は回転センサ（回転検出手段）、１４は制御回路（制御手段）、３１は第１の反力付与部材、３２は第２の反力付与部材、１Ａ、１Ｂは操作レバー負荷付与装置を示す。

Claims (4)

1. 一端部を中心として揺動可能に設けられ、通常は元位置で立設状態にあり、他端部が操作力を受けて所定方向へ操作される操作レバーを備え、該操作レバーに対する前記所定方向への操作時に、操作負荷を付与する操作レバー負荷付与装置であって、
   短径部分及び長径部分を備えた偏心カム状をなし、前記操作レバーの前記元位置で該操作レバーと離間し、該操作レバーの前記所定方向の揺動時に該操作レバーと前記短径部分が当接する反力付与部材と、
   この反力付与部材を回転させるモータと、
   前記操作レバーが前記反力付与部材に当接したことを検出する当接検出手段と、
   前記反力付与部材の１回転を検出する回転検出手段と、
   前記当接検出手段が前記当接を検出したときに、前記モータを回転駆動させ、前記回転検出手段が前記反力付与部材の１回転を検出したときに前記モータの駆動を停止させる制御手段と
   を備えてなる操作レバー負荷付与装置。
2. 一端部を中心として一方向及び他方向へ揺動可能に設けられ、通常は元位置で立設状態にあり、他端部が操作力を受けて一方向及び他方向へ操作される操作レバーを備え、該操作レバーに対する操作時に、操作負荷を付与する操作レバー負荷付与装置であって、
   短径部分及び長径部分を備えた偏心カム状をなし、前記操作レバーの前記中立位置で該操作レバーと離間し、該操作レバーの前記一方向の揺動時に該操作レバーと前記短径部分が当接する第１の反力付与部材と、
   短径部分及び長径部分を備えた偏心カム状をなし、前記操作レバーの前記中立位置で該操作レバーと離間し、該操作レバーの前記他方向の揺動時に該操作レバーと前記短径部分が当接する第２の反力付与部材と、
   前記第１の反力付与部材と一体回転するように設けられた第１のギアと、
   前記第２の反力付与部材と一体回転するように設けられ前記第１のギアと同じ歯数の第２のギアと、
   これら第１のギアと第２のギアとに噛合する駆動ギアと、
   前記駆動ギアを回転させるモータと、
   前記操作レバーが前記第１の反力付与部材に当接したことを検出する第１の当接検出手段と、
   前記操作レバーが前記第２の反力付与部材に当接したことを検出する第２の当接検出手段と、
   前記第１の反力付与部材及び第２の反力付与部材の１回転を検出する回転検出手段と、
   前記第１の当接検出手段が前記当接を検出したとき及び前記第２の当接検出手段が前記当接を検出したときに、前記モータを回転駆動させ、前記回転検出手段が前記１回転を検出したときに前記モータの駆動を停止させる制御手段と
   を備えてなる操作レバー負荷付与装置。
3. 前記反力付与部材は、これが１回転する間に前記操作レバーの角度変位を正弦波状に変位させるカム形状となっていることを特徴とする請求項１に記載の操作レバー負荷付与装置。
4. 前記モータは一方向に回転駆動され、
   前記第１の反力付与部材及び第２の反力付与部材は、これらが１回転する間に前記操作レバーの角度変位を正弦波状に変位させるカム形状となっていることを特徴とする請求項２に記載の操作レバー負荷付与装置。
   

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