JP2010158992A - 操作量入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操作力のヒステリシス特性における中だるみを抑制すること。
【解決手段】ペダル装置１のベース１０内には、ペダルロータ２２とリターンロータ２３とが回転可能に支持されている。リターンロータ２３とベース１０との間には、摩擦部材３３が設けられている。リターンロータ２３は、主摩擦トルクを生じながら摩擦部材３３上を摺動する。摩擦部材３３それ自身も、補助摩擦トルクを生じながら、所定の角度範囲に限って、ベース１０上を摺動する。補助摩擦トルクは、主摩擦トルクより小さく設定されている。このため、小さな回転トルク変化に応答して、先ず摩擦部材がベース１０上を摺動してリターンロータ２３の回転を許容する。この結果、主摩擦部が静止摩擦状態から動摩擦状態へ移行する際に生じるオーバーシュートを抑制して、操作量と操作力との関係における中だるみが抑制される。
【選択図】図３

Description

本発明は、操作部材の操作量に応じて、操作部材に反力を与える操作量入力装置に関するものである。本発明は、例えば、車両の運転者が操作するペダルの操作量に応じて、ペダルに反力を与えるペダル装置に適用することができる。

操作量入力装置は、使用者によって操作され変位するペダル、レバーなどの操作部材を含む変位機構と、操作部材の変位量に応じた電気的信号を出力する変位−信号変換装置と、操作状態に応じた反力（操作力、あるいは抵抗とも呼ばれる）を操作部材に作用させる負荷装置とを備える。例えば、車両、船舶、航空機などの機械の動力源の出力を調節するために、あるいはゲームなど模擬装置に信号を入力するために、操作量入力装置が適用される。より具体的には、車両の動力源の出力を調節するためのアクセルペダル装置を例示することができる。

アクセルペダル装置として、特許文献１から５に記載の装置が知られている。これらの装置は、操作部材としてのアクセルペダルの回転変位量を、電気的信号、例えば電圧信号に変換し、出力する。アクセルペダルには、負荷装置の一部を構成するリターンスプリングによって、アクセルペダルを初期位置に戻す反力が与えられている。加えて、アクセルペダルには、負荷装置の一部を構成する摩擦装置によって、アクセルペダルの位置を保持しようとする摩擦力（抵抗）が与えられている。これらスプリングによる反力と、摩擦装置による摩擦力とが、運転者が感じる操作力の主要部分を構成している。この摩擦装置は、アクセルペダルの操作量を増加させるときに、操作量を減少させるときよりも、強い操作力を必要とさせる。この結果、操作量の変化状態に応じた操作力を運転者に与えることができる。操作量と操作力との間に、ヒステリシス特性と呼ばれる関係が与えられる。操作量変換装置が、操作量に応じた操作力を運転者に感じさせるから、運転者は、感じ取った操作力に基づいて、操作量を認識することができる。

アクセルペダル装置の負荷装置は、操作量が増えるにつれて摩擦力を増大させる摩擦調節装置を備えることができる。摩擦調節装置は、例えば、斜面を介して噛み合うスラスト加圧機構によって提供できる。この装置によると、リターンスプリングの付勢力が増大するにつれて、摩擦装置が与える摩擦トルクを増加させることができる。

上述の背景技術によると、操作量を増加させる初期、または操作量を減少させる初期において、操作力がオーバーシュート、またはアンダーシュートすることがある。さらに、オーバーシュート、またはアンダーシュートの後には、操作力が一時的に逆方向に変化する状態が発生する。このような一連の現象は、操作量と検出信号との関係が比例的な一律増加関数であるにもかかわらず、操作量と操作力との関係が比例的ではなく、中だるみを持つ関数となるため、操作者は不快な操作感を得ることになる。例えば、操作力がオーバーシュートした後に減少すると、不意な操作量の増加を生じることがある。このため、操作者は、操作力を指標としながら所望の操作量を得ることができない。

より具体的には、図１１に図示されるように、ヒステリシス特性の両端部分においてオーバーシュートＳＯ、アンダーシュートＳＵが発生することがある。この結果、操作量（ペダルストロークＰＳ）と、操作力（踏力ＦＰ）との間の関係には、中だるみ部分Ｆｓａｇが生じる。この中だるみ部分Ｆｓａｇは、同じアクセルペダルの踏力ＦＰｃで、ペダルストロークが２つの位置ＰＳ１、ＰＳ２になりうるという望ましくない事態を生じた。例えば、踏力を徐々に増加させる場合を想定すると、踏力がＦＰｃを越えると、ペダルストロークがＰＳ１からＰＳ２へ飛躍的に増加するという事態が生じる。さらに、操作量変換装置の電気的な出力信号も、飛躍的に変化し、例えば電圧差ＶＳｄを生じるという不具合があった。このような、操作量と操作力との関係における不連続感は、ＰＳ１とＰＳ２との間を不意に通り抜けることから、スリップストロークとも呼ばれる。

このような問題点を解決するために、特許文献１に記載の装置では、摩擦部材を弾力的に固定することによって摩擦部材自身の移動を許容して、オーバーシュートまたはアンダーシュートの抑制を図っている。

特開２００７−２１３３３２号公報 特開２００１−２３３０８０号公報 特開２００７−２９９１３７号公報 特開２００７−３０２２２０号公報 特開２００８−１９５２２５号公報

上記従来技術によると、摩擦部材を弾性部材によって支持する構成をとり、この弾性部材の変形を利用して摩擦部材の移動を許容している。このため、安定した性能を得ることが困難であった。また、長期間にわたって初期の性能を維持することも困難であった。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、操作量と操作力との関係における中だるみを抑制した操作量入力装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、長期間にわたって、操作量と操作力との関係における中だるみを抑制することができる操作量入力装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、下記の技術的手段を採用することができる。

請求項１に記載の発明は、初期位置と終端位置との間で操作される操作部材（２０、２１、２２、２３、２４）と、操作部材を初期位置に向けて押すリターンスプリング（２６）と、摩擦トルクを操作部材に与えながら操作部材の移動を許容する摩擦装置（３２、３４、３５）とを備え、摩擦装置は、主摩擦トルクを操作部材に与える主摩擦部（３２、３４）と、主摩擦トルクより小さい補助摩擦トルクを操作部材に与える補助摩擦部（３５）と、操作部材の移動方向が反転した後の所定移動範囲に相当する隙間（ＡＡ）を介して補助摩擦部を構成する２つの部材（１０、３３）を連結する連結部（１０ｂ、３３ｂ）とを備えるという技術的手段を採用する。

この発明によると、操作部材が初期位置から終端位置に向けて操作される過程と、終端位置から初期位置へ戻される過程とにおいて、摩擦トルクが操作部材に与えられる。摩擦トルクは、操作部材を操作するために要する操作力に、ヒステリシス特性を与える。さらに、連結部が、操作部材の移動方向が反転した後の所定移動範囲に相当する隙間（ＡＡ）を介して補助摩擦部を構成する２つの部材（１０、３３）を連結する。連結部が提供する隙間において、２つの部材（１０、３３）が相対的に摺動し、補助摩擦トルクが操作部材に与えられる。よって、移動方向が反転した後の所定移動範囲、すなわちヒステリシス特性の初期部分において、補助摩擦トルクが与えられる。その後、所定範囲を越えると、主摩擦トルクが与えられる。ヒステリシス特性の初期においては、主摩擦トルクより小さい補助摩擦トルクが与えられるから、ヒステリシス特性の初期部分における操作力の中だるみが抑制される。さらに、初期部分を通過した後は、主摩擦トルクにより必要なヒステリシス特性が実現される。この結果、操作量と操作力との関係を、望ましい関係とすることができる。しかも、ヒステリシス特性は、主要部分が主摩擦トルクによって規定されるとともに、その初期部分も摩擦トルクで規定されるため、安定して上記作用効果が発揮される。

請求項２に記載の発明は、連結部（１０ｂ、３３ｂ）は、補助摩擦部を構成する２つの部材（１０、３３）に設けられ、これら部材を第１移動方向に関して連結する第１連結部と、補助摩擦部を構成する２つの部材（１０、３３）に第１連結部から隙間（ＡＡ）を介して設けられ、これら部材を第１移動方向と反対の第２移動方向に関して連結する第２連結部とを備えるという技術的手段を採用する。この発明によると、第１連結部と第２連結部とを設けることで、隙間（ＡＡ）を規定することができる。

請求項３に記載の発明は、連結部（１０ｂ、３３ｂ）は、補助摩擦部を構成する２つの部材（１０、３３）の一方の部材に設けられた規制孔（１０ｂ）と、他方の部材に設けられた規制ピン（３３ｂ）とを備え、規制ピンは規制孔内に前記規制孔内を前記隙間（ＡＡ）だけ移動可能に配置されているという技術的手段を採用する。この発明によると、規制孔と規制ピンとによって、隙間（ＡＡ）を規定することができる。

請求項４に記載の発明は、主摩擦部（３４）と補助摩擦部（３５）とは、固定部材としてのベース（１０）と操作部材（２０、２１、２２、２３、２４）との間に直列に設けられているという技術的手段を採用する。この発明によると、主摩擦部が摺動しない状態においても、補助摩擦部が摺動することによって、操作部材の移動を許容することができる。

請求項５に記載の発明は、操作部材は、操作者によって踏み込まれるアクセルペダル（２１）と、アクセルペダルと連動するロータ（２０、２２、２３、２４）とを備え、摩擦装置は、主摩擦部（３４）を構成する主摩擦面（３３ｃ）と、補助摩擦部（３５）を構成する補助摩擦面（３３ｄ）とを有する摩擦部材（３３）を備え、摩擦部材（３３）は、ベース（１０）とロータ（２０、２２、２３、２４）との間に配置されており、ロータと摩擦部材との間に、主摩擦部（３４）が構成されるとともに、摩擦部材とベースとの間に、補助摩擦部（３５）が構成されており、連結部（１０ｂ、３３ｂ）は、ベースに設けられた規制孔（１０ｂ）と、摩擦部材に設けられ、規制孔に挿入された規制ピン（３３ｂ）とを備えるという技術的手段を採用する。この発明によると、摩擦部材の両面に、主摩擦部と補助摩擦部とを配置することができる。しかも、規制孔と規制ピンとによって、隙間（ＡＡ）を規定することができる。

請求項６に記載の発明は、ベース（１０）と摩擦部材（３３）とは、摩擦部材（３３）をベース（１０）上に保持する保持部（１０ａ、３３ａ）を備えるという技術的手段を採用する。この発明によると、摩擦部材をベース上に保持することができる。例えば、摩擦部材がベース上に保持されることで、組立工程における、仮組み立てが可能となる。

請求項７に記載の発明は、ロータは、アクセルペダル（２１）と連動するペダルロータ（２２）と、リターンスプリング（２６）によって初期位置へ向けて押されるとともに、ペダルロータと連動するリターンロータ（２３）とを備え、ペダルロータとリターンロータとの間に、リターンロータ（２３）を摩擦部材（３３）に向けて押し付けるスラスト力（ＦＳ）を生じるスラスト加圧機構（２６、２７、２８）を備えるという技術的手段を採用する。この発明によると、スラスト加圧機構を備える構成においても、ヒステリシス特性の初期の所定移動範囲において補助摩擦トルクを与え、所定移動範囲を越えた後は主摩擦トルクを与える構成を提供できる。

請求項８に記載の発明は、補助摩擦トルクを主摩擦トルクよりも小さく設定するために、補助摩擦面（３３ｄ）の面積（Ｓ３５）が主摩擦面（３３ｃ）の面積（Ｓ３４）より小さく設定され、および／または補助摩擦面（３３ｄ）の半径（Ｒ３５）が主摩擦面（３３ｃ）の半径（Ｒ３４）より小さく設定されているという技術的手段を採用する。この発明によると、摩擦面の形状を調節することにより、補助摩擦トルクを主摩擦トルクよりも小さく設定することができる。

請求項９に記載の発明は、主摩擦面および補助摩擦面を提供する部材の形状は、それらが磨耗する前と、磨耗した後との両方において、面積（Ｓ３４、Ｓ３５）の関係、および／または半径（Ｒ３４、Ｒ３５）の関係を維持するように設定されているという技術的手段を採用する。この発明によると、長期間にわたって初期のヒステリシス特性が維持される。

請求項１０に記載の発明は、摩擦部材（３３）が受けるスラスト力（ＦＳ）の荷重中心（ＬＳ）が、主摩擦面（３３ｃ）と補助摩擦面（３３ｄ）の範囲内に位置しているという技術的手段を採用する。この発明によると、スラスト力と摩擦力とによる摩擦部材のねじれが抑制される。

請求項１１に記載の発明は、主摩擦面および補助摩擦面を提供する部材の形状は、それらが磨耗する前と、磨耗した後との両方において、荷重中心（ＬＳ）と、主摩擦面（３３ｃ）および補助摩擦面（３３ｄ）との関係を維持するように設定されているという技術的手段を採用する。この発明によると、長期間にわたって摩擦部材のねじれを抑制することができる。

請求項１２に記載の発明は、摩擦装置は、第１摩擦部（３２）と、第２摩擦部（３４）と、第３摩擦部（３５）とを備え、第１摩擦部と第２摩擦部とにより主摩擦部（３２、３４）を構成し、第１摩擦部と第３摩擦部とにより補助摩擦部（３２、３５）を構成しているという技術的手段を採用する。この発明によると、主摩擦部と補助摩擦部とで共有され、操作部材に対して全移動範囲にわたって摩擦トルクを与える第１摩擦部を備えることができる。

なお、特許請求の範囲および上記各手段に記載の括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す。

本発明を適用した一実施形態に係るペダル装置１の構成を示す側面図である。 一実施形態に係るペダル装置１の背面図である。 一実施形態に係るペダル装置１の断面図であって、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示している。 一実施形態に係る摩擦板の正面図である。 一実施形態に係る摩擦板の右側面図である。 一実施形態に係る摩擦板の左側面図である。 一実施形態に係る摩擦板のピンを示す平面図である。 一実施形態に係る摩擦板の一部分を拡大した拡大断面図である。 一実施形態に係る摩擦板の磨耗後の状態を示す拡大断面図である。 一実施形態に係るペダル装置１のペダルストロークＰＳに対する出力電圧ＶＳと踏力ＦＰとの関係を示すグラフである。 ヒステリシス特性の両端部分において発生するオーバーシュートＳＯと、アンダーシュートＳＵとを示すグラフである。

（第１実施形態）
以下、本発明のひとつの実施形態を説明する。実施形態に係る操作量入力装置は、操作部材としてのペダルを備えるペダル装置である。ペダル装置は、車両用の動力源の出力を調節するためのアクセルペダルとして構成されている。ペダル装置１は、アクセルペダルモジュールとも呼ばれる。図１は、ペダル装置１の構成を示す側面図である。図２はペダル装置１の背面図である。図３は、ペダル装置１の断面図であって、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示している。図４は、摩擦板の正面図である。図５は、摩擦板の右側面図である。図６は、摩擦板の左側面図である。図７は、摩擦板のピンを示す平面図である。図８は、摩擦板の一部分を拡大した断面図である。図９は、摩擦板の一部分を拡大した断面図であって、磨耗後の状態を示している。図１０は、ペダル装置１のペダルストロークに対する出力電圧と踏力との関係を示すグラフである。

図１および図２において、ペダル装置１は、ハウジングとしての箱型のベース１０を有する。ベース１０は、ほぼ直方体状である。ベース１０は、複数の（例えば３つの）固定用ボルト孔１１を有する。ベース１０は、例えば、車内の壁面に固定される。ベース１０は、収容室を形成している。ベース１０は、図中下方の底面から図１左方の背面にかけて開口する開口部を有している。この収容室は、開口部に開口している。ベース１０の背面は、ハウジングの一部としてのカバー１２によって覆われている。カバー１２は、ほぼブラケット型の断面を有し、ベース１０の背面と、ベース１０の両側面とを覆っている。ベース１０には、ロータ２０が収容されている。ロータ２０は、ベース１０に対して回動可能に軸支されている。ロータ２０には、アクセルペダル２１が固定されている。アクセルペダル２１は、その初期位置と終端位置との間で操作される。アクセルペダル２１は、戻し機構によって初期位置へ戻るように押されている。ベース１０とカバー１２との間には、ロータ２０の回転位置を検出し、回転位置に応じた電気信号を出力する検出装置としてのセンサ４０が設けられている。センサ４０は、車両に搭載された制御装置５０に接続されている。制御装置５０は、センサ４０から得られた電気信号によって示されるアクセルペダル２１の操作量に応じて、動力源の出力を制御する。

図３において、ロータ２０は、アクセルペダル２１が連結されたペダルロータ２２と、リターンロータ２３とを有する。ペダルロータ２２は、シャフト２４に固定されている。シャフト２４は、ベース１０の両側壁によって回転可能に支持されている。シャフト２４の一端には、筒状部分が設けられている。筒状部分の内部には、シャフト２４の回転に応じて方向が変化する回転磁界を生成するための磁石４１と磁路部材４２とが収容されている。さらに、筒状部分の中央部には、センサ４０から延び出す円柱部分が配置されている。円柱部分の内部には、磁界の方向に応じた電気的な出力を発生するセンサ素子４３が配置されている。センサ素子４３には、ホール素子を用いることができる。センサ素子４３は、センサ４０内に収容された電気回路を介して電気信号を出力する。変位機構は、操作部材としてのアクセルペダル２１と、操作部材と一体的に連動するペダルロータ２２およびシャフト２４とによって構成されている。操作部材の位置を電気信号に変換するための変位―信号変換装置は、センサ４０、磁石４１、および磁路部材４２によって構成されている。

リターンロータ２３は、ペダルロータ２２と同軸上に支持されている。リターンロータ２３は、径方向外側に延び出す腕部分２５を有する。腕部分２５は、リターンスプリング２６の一端に接している。リターンスプリング２６は、図中の紙面と垂直方向に延びるコイルスプリングである。リターンスプリング２６は、リターンスプリング２６の端部を受ける保持部材を介して腕部分２５を紙面奥方向へ押している。ペダルロータ２２とリターンロータ２３とは、連結機構を介して連結されている。この連結機構は、ペダルロータ２２とリターンロータ２３とを回転方向に関して連動するように連結する。さらに、連結機構は、ペダルロータ２２とリターンロータ２３とを軸方向に関して互いに移動可能に連結している。連結機構は、複数の爪を備えることができる。ペダルロータ２２の複数の爪は、複数の斜面２７を提供する。リターンロータ２３の複数の爪は、複数の斜面２８を提供する。斜面２７と斜面２８とは、ペダルロータ２２とリターンロータ２３とが逆方向に回転すると、ペダルロータ２２とリターンロータ２３とを軸方向へ互いに押し出すように傾斜している。リターンスプリング２６はリターンロータ２３を、終端位置から初期位置の方向へ押している。このため、ペダルロータ２２とリターンロータ２３とは常時少なくともひとつの斜面を介して連結されている。これら斜面２７、２８によって提供される連結機構により、ペダルロータ２２とリターンロータ２３とは連結され、連動して回転する。これら斜面２７、２８が、ペダルロータ２２とリターンロータ２３との間に設けられたスラスト加圧機構を構成する。スラスト加圧機構は、ペダルロータ２２とリターンロータ２３とを後述する摩擦部材３１、３３に向けて押し付けるスラスト力ＦＳを生じる。斜面２７と斜面２８との傾斜方向は、ペダルロータ２２が深く踏み込まれるほど、ペダルロータ２２とリターンロータ２３とを軸方向へ互いに押し出すスラスト力ＦＳが増加するように設定されている。

ペダルロータ２２が初期位置から終端位置へ向けて操作されると、リターンロータ２３が回転する。リターンロータ２３は、リターンスプリング２６を圧縮する。この結果、ペダルロータ２２およびアクセルペダル２１を初期位置へ戻す方向の反力が大きくなる。反力が大きくなると、斜面２７と斜面２８との噛み合いによって、ペダルロータ２２とリターンロータ２３とは軸方向に互いに離れようとする。この軸方向の力がスラスト力ＦＳと呼ばれる。よって、ペダルロータ２２が初期位置から深く操作されるほど、スラスト力ＦＳが強くなる。

ペダルロータ２２のセンサ４０側に面する外側側面とベース１０との間には、第１摩擦部材３１が配置されている。第１摩擦部材３１は、円筒状であって、ペダルロータ２２に設けられた環状溝内に固定されている。第１摩擦部材３１の端面は、ベース１０と接触している。ペダルロータ２２の回転移動範囲の全域にわたって、第１摩擦部材３１はベース１０上を摺動して、摩擦トルクを与える。この摩擦トルクは、後述する主摩擦トルクと補助摩擦トルクとに共通して含まれる。よって、共通摩擦トルクとも呼ばれる。第１摩擦部材３１とベース１０とによって第１摩擦部３２が構成される。

ペダルロータ２２の反対側の外側側面とベース１０との間には、第２摩擦部材３３が配置されている。第２摩擦部材３３は、ベース１０に保持されている。第２摩擦部材３３は、軽圧入ピン３３ａと、規制ピン３３ｂとを有する。軽圧入ピン３３ａと、規制ピン３３ｂとは、ロータ２０の回転軸に対して対称に位置づけられている。軽圧入ピン３３ａは、ベース１０に設けた圧入孔１０ａに、軽く圧入されている。軽圧入ピン３３ａは、圧入孔１０ａ内で回転可能に圧入される。圧入孔１０ａと軽圧入ピン３３ａとは、第２摩擦部材３３をベース１０上に保持する保持部を提供する。軽圧入ピン３３ａは、第２摩擦部材３３をベース１０に仮固定することを可能とし、組立作業を容易にする。規制ピン３３ｂは、ベース１０に設けた規制孔１０ｂに挿入されている。規制ピン３３ｂは、規制孔１０ｂ内を所定の角度範囲に限って移動可能である。

上記構成によると、固定部材である第２摩擦部材３３と可動部材であるリターンロータ２３とによって主摩擦部の一部としての第２摩擦部３４が構成される。さらに、可動部材としての第２摩擦部材３３と固定部材としてのベース１０とによって第３摩擦部３５が構成される。第３摩擦部３５は、補助摩擦部３５とも呼ばれる。主摩擦部としての第２摩擦部３４と補助摩擦部としての第３摩擦部３５とは、ベース１０とリターンロータ２３との間に直列に設けられている。第３摩擦部３５は、第２摩擦部３４を構成する第２摩擦部材３３もろともリターンロータ２３の回転を許容する。

図４、図５、図６、および図７に図示されるように、第２摩擦部材３３は、ベース１０内に収納可能に構成するために部分的な切除部分を有するが、ほぼ環状の円板と呼ぶことができる。第２摩擦部材３３は、リターンロータ２３に対向する面に、主摩擦面３３ｃを有する。主摩擦面３３ｃは、周方向に沿ってほぼ一定の径方向幅を有する。主摩擦面３３ｃは、ロータ２０の回転軸と同心の円周上に延びており、円弧型あるいはＣ字型と呼べる形状である。主摩擦面３３ｃは、第２摩擦部３４を構成する。

第２摩擦部材３３は、ベース１０に対向する面に、補助摩擦面３３ｄを有する。補助摩擦面３３ｄは、ロータ２０の回転軸と同心の円周上に延びており、円弧型あるいはＣ字型と呼べる形状である。補助摩擦面３３ｄの面積は、主摩擦面３３ｃの面積よりも小さい。さらに、補助摩擦面３３ｄは、主摩擦面３３ｃよりも径方向内側において広がっている。補助摩擦面３３ｄは、第３摩擦部３５を構成する。

図７に図示されるように、ベース１０に設けた規制孔１０ｂは、扇形または円弧状長孔と呼べる形状である。規制孔１０ｂは、その周方向両端の壁面によって、２つの連結面を提供している。規制ピン３３ｂは、規制孔１０ｂ内を所定の角度範囲ＡＡに限って移動可能である。規制ピン３３ｂは、その周方向両端面によって、２つの連結面を提供している。よって、規制孔１０ｂと規制ピン３３ｂとは、移動方向、すなわち周方向に関して互いに離れた２つの連結部を提供している。第１連結部は、リターンロータ２３が初期位置から終端位置へ向けて移動する方向に関して、摩擦部材３３とベース１０とを連結する。第２連結部は、リターンロータ２３が終端位置から初期位置へ向けて移動する方向に関して、摩擦部材３３とベース１０とを連結する。これら２つの連結部は、隙間ＡＡを介して設けられている。

補助摩擦面３３ｄは、規制された角度範囲ＡＡにおいてのみ、ベース１０上を摺動することができる。規制ピン３３ｂは、軽圧入ピン３３ａの中心Ｃ３３ａの周りを円弧状に規制孔１０ｂ内を移動可能である。規制ピン３３ｂが移動可能な範囲は、角度範囲ＡＡである。よって、補助摩擦面３３ｄは、その角度範囲ＡＡにおいてのみ、ベース１０上を摺動することができる。

主摩擦面３３ｃは、中心Ｃ３３の周方向に沿って、リターンロータ２３上を摺動することができる。主摩擦面３３ｃは、特に制限されることなく、ペダルロータ２２の回転可能範囲の全域にわたって、リターンロータ２３上を摺動することができる。補助摩擦面３３ｄが摺動可能な角度範囲ＡＡは、主摩擦面３３ｃが摺動可能な全角度範囲に比べて十分に小さい。角度範囲ＡＡは、リターンロータ２３の移動方向が反転した後の所定移動範囲に相当する。角度範囲ＡＡは、ヒステリシス特性の初期部分に相当する。補助摩擦面３３ｄが摺動可能な角度範囲ＡＡは、主摩擦面３３ｃの摺動角度においては角度範囲ＢＢに相当している。

摩擦装置は、第１摩擦部３２と、第２摩擦部３４と、第３摩擦部３５とによって構成されている。第１摩擦部３２と第２摩擦部３４とによって主摩擦機構が構成され、第１摩擦部３２と第３摩擦部３５とによって補助摩擦機構が構成されている。主摩擦機構は、アクセルペダル２１の操作力に求められるヒステリシス特性の主要な特徴を規定するものである。補助摩擦機構は、ペダルロータ２２とリターンロータ２３とを含むロータ２０の全体に対して、その回転を妨げるように補助摩擦トルクを与える。この補助摩擦トルクは、主摩擦トルクより小さく設定されている。補助摩擦機構は、ロータ２０の移動方向が反転した後の所定移動範囲において、補助摩擦トルクをロータ２０に与える。主摩擦機構は、ペダルロータ２２とリターンロータ２３とを含むロータ２０の全体に対して、その回転を妨げるように主摩擦トルクを与える。主摩擦機構は、上記所定移動範囲を越えた後に、主摩擦トルクをロータ２０に与える。この結果、小さい回転トルク変化に応答して補助摩擦機構が先に摺動し、それと同時に、あるいは遅れて主摩擦機構が摺動し始めるという作動が得られる。

図８において、第２摩擦部３４と第３摩擦部３５とが拡大して図示されている。第２摩擦部３４の摩擦面積Ｓ３４は、第２摩擦部材３３によって規定されている。リターンロータ２３は、主摩擦面３３ｃより十分に大きい摩擦面を提供している。主摩擦面３３ｃの半径Ｒ３４は、主摩擦面３３ｃの径方向中央の半径Ｒ３４によって代表することができる。この第２摩擦部３４には、スラスト力ＦＳが加えられる。第２摩擦部３４は、摩擦面積Ｓ３４、摩擦面半径Ｒ３４、摩擦係数Ｍ３４、およびスラスト力ＦＳに依存する主摩擦トルクＦ３４を生じる。

第３摩擦部３５の摩擦面積Ｓ３５は、第２摩擦部材３３によって規定されている。ベース１０は、補助摩擦面３３ｄより十分に大きい摩擦面を提供している。補助摩擦面３３ｄの半径Ｒ３５は、補助摩擦面３３ｄの径方向中央の半径Ｒ３５によって代表することができる。この第３摩擦部３５には、スラスト力ＦＳが加えられる。第３摩擦部３５は、摩擦面積Ｓ３５、摩擦面半径Ｒ３５、摩擦係数Ｍ３５、およびスラスト力ＦＳに依存する補助摩擦トルクＦ３５を生じる。

第３摩擦部３５は、ペダルロータ２２の回転可能範囲の一部分だけに相当する角度範囲ＡＡだけで、リターンロータ２３の回転を妨げるように補助摩擦トルクＦ３５を与えながら、リターンロータ２３の回転を許容する。しかも、角度範囲ＡＡは、リターンロータ２３の回転方向が反転した直後にだけ表れる。一方、第２摩擦部３４は、ペダルロータ２２の回転可能範囲の全域にわたって、リターンロータ２３の回転を妨げるように主摩擦トルクＦ３４を与えながら、リターンロータ２３の回転を許容することができる。しかし、補助摩擦トルクＦ３５は、主摩擦トルクＦ３４よりも小さい（Ｆ３４＞Ｆ３５）。このため、第２摩擦部３４が摺動する前に第３摩擦部３５が摺動する。結果、回転トルクの方向が反転した後の角度範囲ＡＡにおいては、主摩擦トルクＦ３４を覆い隠して、より小さい摩擦トルクＦ３５がリターンロータ２３に与えられる。この実施形態では、摩擦面積をＳ３４＞Ｓ３５と設定したことと、摩擦面半径をＲ３４＞Ｒ３５と設定したことによって、Ｆ３４＞Ｆ３５の関係を実現している。

上記の構成によると、アクセルペダル２１を押し込むか、または戻す操作をした場合に、その操作の初期に必ず第３摩擦部３５が摺動するという作動が得られる。この結果、リターンロータ２３が比較的容易に回転することが許容される。第２摩擦部３４は、第３摩擦部３５と同時に、第３摩擦部３５が摺動した後に、あるいは第３摩擦部３５が摺動し終えた後に摺動し始める。

さらに、上述のように、規制孔１０ｂが、第３摩擦部３５の可動範囲を角度範囲ＡＡに制限している。よって、リターンロータ２３の回転トルク変動の初期の所定角度範囲内でのみ第３摩擦部３５が摺動し、第３摩擦部３５が角度範囲ＡＡだけ摺動した後は、第２摩擦部３４だけが摺動する。この結果、主摩擦部３２、３４に求められる特性に応じて主摩擦部３２、３４を構成しながら、ヒステリシス特性の端部における改善を提供することができる。例えば、主摩擦部３２、３４の摩擦トルクは、ヒステリシス特性の行きと戻りとの間で十分に大きい踏力差を得るように設定することができる。

スラスト力ＦＳは、リターンロータ２３から第２摩擦部材３３の主摩擦面３３ｃに作用し、さらに補助摩擦面３３ｄからベース１０に作用する。スラスト力ＦＳの荷重中心線ＬＳは、補助摩擦面３３ｄの範囲内に位置づけられている。このため、スラスト力ＦＳによって生じる摩擦力によって第２摩擦部材３３のねじれ変形が抑制される。しかも、第２摩擦部材３３が磨耗した後も、荷重中心線ＬＳは、補助摩擦面３３ｄの範囲内に位置づけられている。よって、長期間の使用後も、第２摩擦部材３３のねじれ変形を防止できる。

図９において、長期間の使用により第２摩擦部材３３が磨耗した後の状態を示している。第２摩擦部材３３の形状は、長期間使用した後においても、Ｆ３４＞Ｆ３５を維持するように設定されている。この結果、長期間の使用によって部材が磨耗した後においても、初期の特性が維持される。第２摩擦部材３３の形状は、長期間使用した後においても、スラスト力ＦＳの荷重中心線ＬＳが主摩擦面３３ｃと補助摩擦面３３ｄの範囲内に維持されるように設定されている。この結果、長期間の使用によって部材が磨耗した後においても、第２摩擦部材３３のねじれ変形が抑制される。

図１０において、ペダルストロークＰＳに対する、踏力ＦＰと、センサ４０の出力電圧ＶＳとの関係を示す。ペダルスロトークＰＳは、アクセルペダル２１の踏み込み量を示している。アクセルペダル２１と、ペダルロータ２２と、シャフト２４とは直結されているから、ペダルストロークＰＳと出力電圧ＶＳとは、比例的な関係を示す。一方、ペダルストロークＰＳと踏力ＦＰとの関係は、第１摩擦部３２、第２摩擦部３４、および第３摩擦部３５によって、ヒステリシス特性を示す。しかも、第３摩擦部３５は、第２摩擦部３４よりも小さい回転トルク変化に応答してリターンロータ２３の回転を許容する。リターンロータ２３の回転が許容されることで、ペダルロータ２２の回転も許容される。よって、ペダルストロークＰＳが増加変化、または減少変化する初期において、中だるみのない一様な踏力ＦＰの変化が与えられている。

アクセルペダル２１が初期位置にある状態から徐々にアクセルペダル２１を押し込む力を増加させてゆく場合を想定する。初期は、機械的な可動部に静止摩擦が作用している。このため、ペダルストロークＰＳの増加に比べて、踏力ＦＰが急激に上昇する。しかし、踏力ＦＰは、オーバーシュートすることなく、滑らかに、定常的増加領域へ移行してゆく。

同様の現象は、踏力ＦＰを減少させてゆく場合にも観測される。ペダルストロークＰＳが所定位置にある状態から、アクセルペダル２１を押し込む力を徐々に減少させる。この場合も、初期は、機械的な可動部に静止摩擦が作用している。このため、踏力ＦＰは急激に減少する。ここでも、踏力ＦＰは、下方向へオーバーシュートすることなく、滑らかに、定常的減少領域へ移行してゆく。

踏力ＦＰが変化する初期に、しかも小さい回転トルク変化で第３摩擦部３５が摺動することによって、滑らかなヒステリシス特性が実現されていると考えられる。例えば、アクセルペダル２１が初期位置にある状態から徐々にアクセルペダル２１を押し込む力を増加させてゆく場合を想定する。ペダルロータ２２が回転すると、リターンロータ２３も回転しようとする。このとき、第２摩擦部３４はリターンロータ２３を拘束しているが、第３摩擦部３５は第２摩擦部材３３とリターンロータ２３との一体的な回転を許容する。そして、第３摩擦部３５がまだ摺動している間に同時に、あるいは、第３摩擦部３５の摺動が規制ピン３３ｂと規制孔１０ｂとによって終了した直後に、第２摩擦部３４の摺動が始まる。この結果、第２摩擦部３４が静止摩擦状態から動摩擦状態へ移行する際のトルク変動が覆い隠される。第３摩擦部３５の摺動によりリターンロータ２３の回転が許容された後、規制ピン３３ｂが規制孔１０ｂの内壁面に衝突することで、第２摩擦部３４の摺動が始まるとも考えられる。いずれにおいても、第２摩擦部３４よりも小さい回転トルク変化でリターンロータ２３の回転を許容し、しかもその回転許容範囲が角度範囲ＡＡに制限されている第３摩擦部３５の摺動によって、第２摩擦部３４の静止摩擦状態から動摩擦状態への変化に起因する踏力ＦＰのオーバーシュートが抑制される。

踏力ＦＰに相当する回転トルク変化が小さいときに、まず第３摩擦部３５において第２摩擦部材３３がベース１０上を摺動してリターンロータ２３の回転を許容する。やがて、踏力ＦＰが増加し回転トルク変化が大きくなると、主摩擦部３４がリターンロータ２３の回転を許容する。このため、踏力ＦＰのオーバーシュートまたはアンダーシュートを抑制することができる。この結果、ベダルストロークＰＳに対してペダルを操作する操作力を中だるみなく変化させることができる。操作者は、操作力の変化によって、操作量の変化を把握することができる。しかも、ヒステリシス特性は、主要部分が主摩擦トルクによって規定されるとともに、その初期部分も摩擦トルクである補助摩擦トルクによって規定される。主摩擦トルクが変化すると、補助摩擦トルクも同様に変化する。例えば、主摩擦トルクが温度、湿度などの環境条件、あるいは経時変化の影響を受けて変化すると、補助摩擦トルクも同様の影響を受けて変化すると考えられる。このため、安定して中だるみ抑制効果が発揮される。

本発明の技術的範囲は、上述した実施形態にのみ限定されるものではない。上述した実施形態は、本発明の技術的範囲内で、多様な変形、改良、または拡張を伴うことができる。本発明は、少なくとも次のような変形、改良または拡張を伴う実施形態を包含する。例えば、規制孔１０ｂと規制ピン３３ｂに代えて、複数の突起によって連結部を提供することができる。例えば、上記実施形態では、第２摩擦部（主摩擦部）３４よりベース１０側に第３摩擦部（補助摩擦部）３５を設けたが、第２摩擦部（主摩擦部）３４よりもロータ２０側に第３摩擦部（補助摩擦部）を設けてもよい。このような構成は、リターンロータ２３と第２摩擦部材３３との間に、第３摩擦部（補助摩擦部）３５を設け、第２摩擦部材３３とベース１０との間に第２摩擦部（主摩擦部）３４を設けることで実現することができる。この場合、リターンロータ２３と第２摩擦部材３３との間に、規制孔１０ｂと規制ピン３３ｂとに相当する連結機構が設けられる。また、ペダルロータ２２とベース１０との間にも、第１摩擦部３２に加えて、さらに補助摩擦部を設けてもよい。また、摩擦面の面積、半径などの形状は、第２摩擦部材３３に代えて、摩擦部を構成する２つの部材のいずれか一方によって規定することができる。

１ ペダル装置
１０ ベース
１０ａ 圧入孔
１０ｂ 規制孔
２０ ロータ
２１ アクセルペダル
２２ ペダルロータ
２３ リターンロータ
２４ シャフト
２５ 腕部分
２６ リターンスプリング
２７、２８ 斜面
３１ 第１摩擦部材
３２ 第１摩擦部
３３ 第２摩擦部材
３３ａ 軽圧入ピン
３３ｂ 規制ピン
３３ｃ 主摩擦面
３３ｄ 補助摩擦面
３４ 第２摩擦部
３５ 第３摩擦部
４０ センサ

Claims (12)

1. 初期位置と終端位置との間で操作される操作部材（２０、２１、２２、２３、２４）と、
   前記操作部材を前記初期位置に向けて押すリターンスプリング（２６）と、
   摩擦トルクを前記操作部材に与えながら前記操作部材の移動を許容する摩擦装置（３２、３４、３５）とを備え、
   前記摩擦装置は、
   主摩擦トルクを前記操作部材に与える主摩擦部（３２、３４）と、
   前記主摩擦トルクより小さい補助摩擦トルクを前記操作部材に与える補助摩擦部（３５）と、
   前記操作部材の移動方向が反転した後の所定移動範囲に相当する隙間（ＡＡ）を介して前記補助摩擦部を構成する２つの部材（１０、３３）を連結する連結部（１０ｂ、３３ｂ）とを備えることを特徴とする操作量入力装置。
2. 前記連結部（１０ｂ、３３ｂ）は、
   前記補助摩擦部を構成する２つの部材（１０、３３）に設けられ、これら部材を第１移動方向に関して連結する第１連結部と、
   前記補助摩擦部を構成する２つの部材（１０、３３）に前記第１連結部から前記隙間（ＡＡ）を介して設けられ、これら部材を第１移動方向と反対の第２移動方向に関して連結する第２連結部とを備えることを特徴とする請求項１に記載の操作量入力装置。
3. 前記連結部（１０ｂ、３３ｂ）は、
   前記補助摩擦部を構成する２つの部材（１０、３３）の一方の部材に設けられた規制孔（１０ｂ）と、
   他方の部材に設けられた規制ピン（３３ｂ）とを備え、前記規制ピンは前記規制孔内に前記規制孔内を前記隙間（ＡＡ）だけ移動可能に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の操作量入力装置。
4. 前記主摩擦部（３４）と前記補助摩擦部（３５）とは、固定部材としてのベース（１０）と前記操作部材（２０、２１、２２、２３、２４）との間に直列に設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の操作量入力装置。
5. 前記操作部材は、
   操作者によって踏み込まれるアクセルペダル（２１）と、
   前記アクセルペダルと連動するロータ（２０、２２、２３、２４）とを備え、
   前記摩擦装置は、
   前記主摩擦部（３４）を構成する主摩擦面（３３ｃ）と、前記補助摩擦部（３５）を構成する補助摩擦面（３３ｄ）とを有する摩擦部材（３３）を備え、
   前記摩擦部材（３３）は、前記ベース（１０）と前記ロータ（２０、２２、２３、２４）との間に配置されており、
   前記ロータと前記摩擦部材との間に、前記主摩擦部（３４）が構成されるとともに、
   前記摩擦部材と前記ベースとの間に、前記補助摩擦部（３５）が構成されており、
   前記連結部（１０ｂ、３３ｂ）は、
   前記ベースに設けられた規制孔（１０ｂ）と、
   前記摩擦部材に設けられ、前記規制孔に挿入された規制ピン（３３ｂ）とを備えることを特徴とする請求項４に記載の操作量入力装置。
6. 前記ベース（１０）と前記摩擦部材（３３）とは、前記摩擦部材（３３）を前記ベース（１０）上に保持する保持部（１０ａ、３３ａ）を備えることを特徴とする請求項５に記載の操作量入力装置。
7. 前記ロータは、
   前記アクセルペダル（２１）と連動するペダルロータ（２２）と、
   前記リターンスプリング（２６）によって前記初期位置へ向けて押されるとともに、前記ペダルロータと連動するリターンロータ（２３）とを備え、
   前記ペダルロータと前記リターンロータとの間に、前記リターンロータ（２３）を前記摩擦部材（３３）に向けて押し付けるスラスト力（ＦＳ）を生じるスラスト加圧機構（２６、２７、２８）を備えることを特徴とする請求項５または６に記載の操作量入力装置。
8. 前記補助摩擦トルクを前記主摩擦トルクよりも小さく設定するために、
   前記補助摩擦面（３３ｄ）の面積（Ｓ３５）が前記主摩擦面（３３ｃ）の面積（Ｓ３４）より小さく設定され、および／または
   前記補助摩擦面（３３ｄ）の半径（Ｒ３５）が前記主摩擦面（３３ｃ）の半径（Ｒ３４）より小さく設定されていることを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載の操作量入力装置。
9. 前記主摩擦面および前記補助摩擦面を提供する部材の形状は、それらが磨耗する前と、磨耗した後との両方において、前記面積（Ｓ３４、Ｓ３５）の関係、および／または前記半径（Ｒ３４、Ｒ３５）の関係を維持するように設定されていることを特徴とする請求項８に記載の操作量入力装置。
10. 前記摩擦部材（３３）が受けるスラスト力（ＦＳ）の荷重中心（ＬＳ）が、前記主摩擦面（３３ｃ）と前記補助摩擦面（３３ｄ）の範囲内に位置していることを特徴とする請求項５から９のいずれかに記載の操作量入力装置。
11. 前記主摩擦面および前記補助摩擦面を提供する部材の形状は、それらが磨耗する前と、磨耗した後との両方において、前記荷重中心（ＬＳ）と、前記主摩擦面（３３ｃ）および前記補助摩擦面（３３ｄ）との関係を維持するように設定されていることを特徴とする請求項１０に記載の操作量入力装置。
12. 前記摩擦装置は、
    第１摩擦部（３２）と、第２摩擦部（３４）と、第３摩擦部（３５）とを備え、
    前記第１摩擦部と前記第２摩擦部とにより前記主摩擦部（３２、３４）を構成し、
    前記第１摩擦部と前記第３摩擦部とにより前記補助摩擦部（３２、３５）を構成していることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の操作量入力装置。

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