JP2017004099A - 回転操作装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操作反力を変化させることを可能にした回転操作装置を提供すること。
【解決手段】スプリングストッパ１５の右面には第１の溝５１が形成されるとともに、ホルダ片３６の左面には第２の溝５２が形成されている。また、スプリングストッパ１５の左面には第３の溝５３が形成されるとともに、ホルダ片３６の右面には第４の溝５４が形成されている。そして、第１の溝５１と第４の溝５４とによる第１の協働溝に第１の腕部４４が入り込んでいる。また、第３の溝５３と第２の溝５２とによる第２の協働溝に第２の腕部４５が入り込んでいる。トーションスプリング４２は、コイル部４３の巻線間に隙間が生じつつ第１の腕部４４が第１の協働溝にセットされるとともに、第２の腕部４５が第２の協働溝にセットされる。巻締まり時には隙間が徐々に減少する。
【選択図】図４

Description

本発明は、ねじりコイルばねを用いて操作反力を発生させる回転操作装置に関する。

特許文献１には、ステアリングの回転操作を通じてステアリング軸が回転し、そのステアリング軸には、ホルダが固定されるとともに、一方の腕部がケースによって移動規制され、且つ、他方の腕部が上記ホルダによって当該ステアリング軸の回転方向に押圧されつつコイル部が巻締まるねじりコイルばねの外挿された回転操作装置が開示されている。ステアリングを回転操作すると、ねじりコイルばねが巻締まる際に操作反力が発生する。したがって、ユーザは、操作反力を触感として得ることができる。

特開２０１４−４１４６９号公報

ステアリングの回転角を増やしたとき、エンド付近の操作反力を変化させたいニーズがある。
本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、その目的は、操作反力を変化させることを可能にした回転操作装置を提供することにある。

上記課題を解決する回転操作装置は、操作部材の操作を通じて回転軸が回転し、その回転軸には、ホルダが固定されるとともに、一方の腕部がケースによって移動規制され、且つ、他方の腕部が前記ホルダによって当該回転軸の回転方向に押圧されつつコイル部が巻締まるねじりコイルばねの外挿された回転操作装置において、前記コイル部の巻線間に隙間が生じつつ前記一方の腕部又は前記他方の腕部が入り込んで両腕部間の間隔を固定する溝を前記ケースと前記ホルダの双方に跨って設けたことをその要旨としている。

この構成によれば、操作部材の操作を通じて回転軸が回転し、ねじりコイルばねが巻締まる際、両腕部間の間隔が固定されつつ巻数が増加することに伴い、巻線間の隙間が徐々に減少する。そして、隙間がなくなり巻線同士が接触すると接触部では摩擦力が発生する。これにより、操作反力にはスプリング発生力に摩擦力が上乗せされるため、エンド付近の操作反力を増加させることができる。したがって、操作反力を変化させることができる。

上記回転操作装置について、前記溝は、前記回転軸の順方向への回転時に前記一方の腕部が入り込んで当該一方の腕部を移動規制するべく前記ケースに設けられた第１の溝と、前記回転軸の順方向への回転時に前記他方の腕部が入り込んで当該他方の腕部を押圧するべく前記ホルダに設けられた第２の溝と、前記回転軸の逆方向への回転時に前記他方の腕部が入り込んで当該他方の腕部を移動規制するべく前記ケースに設けられた第３の溝と、前記回転軸の逆方向への回転時に前記一方の腕部が入り込んで当該一方の腕部を押圧するべく前記ホルダに設けられた第４の溝とを含むこととしてもよい。

この構成によれば、回転軸の順方向への回転時には、一方の腕部が第１の溝に入り込んでケースによって移動規制されつつ、他方の腕部が第２の溝に入り込んでホルダによって押圧される。一方、回転軸の逆方向への回転時には、他方の腕部が第３の溝に入り込んでケースによって移動規制されつつ、一方の腕部が第４の溝に入り込んでホルダによって押圧される。これにより、回転軸が順方向或いは逆方向のいずれに回転される場合にも、両腕部間の間隔を固定できるようになる。したがって、回転軸を順方向へ回転させる操作部材の操作と回転軸を逆方向へ回転させる操作部材の操作の双方に対応できる。

本発明によれば、操作反力を変化させることができる。

ステアリング装置の分解斜視図。 （ａ）はステアリング軸が基準位置とされたときのホルダ片における断面図、（ｂ）はステアリング軸が基準位置から反時計方向へ回転したときのホルダ片における断面図、（ｃ）はステアリング軸が基準位置とされたときの半円筒段部における断面図。 トーションスプリングの斜視図。 （ａ）は円筒ケース及びホルダに設けられた溝を示す斜視図、（ｂ）はトーションスプリングのセット時の正面図、（ｃ）はトーションスプリングの巻締まり時の正面図。 回転角と操作反力との関係を示すグラフ。

以下、回転操作装置の一実施の形態について説明する。
図１に示すように、回転操作装置の一例であるステアリング装置１は、図示しない車体に固定されるプレート１１を備えている。プレート１１には、プレート孔１２が貫通して形成されている。プレート１１の前面には、円筒ケース１３が固定されている。円筒ケース１３の軸方向は、前後方向に延びており、プレート孔１２の軸方向と一致する。円筒ケース１３の前側の端部には前へ向かうにつれて徐々に拡径するフランジ１４が形成されている。円筒ケース１３の内面には、スプリングストッパ１５が突設されている。スプリングストッパ１５は、円筒ケース１３の軸方向と平行に延びている。また、円筒ケース１３の内面には、第１及び第２の回転規制突部１８，１９が設けられている。なお、円筒ケース１３を軸方向前方からみたとき、スプリングストッパ１５は１２時の位置に、第１の回転規制突部１８は１０時の位置に、第２の回転規制突部１９は２時の位置に、それぞれ設けられている。正確には、第１の回転規制突部１８は６時の位置から時計方向に１００°回転した位置に、第２の回転規制突部１９は６時の位置から反時計方向に１００°回転した位置に、それぞれ設けられている。

フランジ１４には、カバー１６が固定されている。カバー１６には、円筒ケース１３の軸方向と一致するカバー孔１７が貫通して形成されている。これら、プレート１１のプレート孔１２、円筒ケース１３、及びカバー１６のカバー孔１７には、円柱状のステアリング軸２１が貫通されている。ステアリング軸２１は、プレート側ベアリング２２を介してプレート孔１２に、カバー側ベアリング２７を介してカバー孔１７に、それぞれ回転可能に支持されている。なお、ステアリング軸２１の前側の端部には、ユーザにより回転操作されるステアリングホイール２０が取り付けられている。ステアリングホイール２０は操作部材に相当し、ステアリング軸２１は回転軸に相当する。

ステアリング軸２１において、カバー側ベアリング２７とプレート側ベアリング２２との間の部分には、カバー１６側から順に、ギア３１、ホルダ３２、回転ストッパ３３、及び止め輪３４が外挿されている。ギア３１には、円筒ケース１３のフランジ１４に回転可能に支持されるロータリーダンパ３５が噛合されている。ロータリーダンパ３５は、ギア３１、ひいてはステアリング軸２１の回転速度を減衰させる。ホルダ３２は、円筒状のホルダ本体３２ａと、そのホルダ本体３２ａのプレート１１側の面に連続する半円筒段部３２ｂとを備えている。ホルダ本体３２ａは、ステアリング軸２１に外嵌している。すなわち、ホルダ３２は、ステアリング軸２１とともに一体回転する。半円筒段部３２ｂのプレート１１側の面には、円筒ケース１３の軸方向と平行に延びるホルダ片３６が形成されている。図２（ａ）に示すように、ホルダ片３６は、スプリングストッパ１５とステアリング軸２１との間に位置する。ホルダ片３６の左右方向における長さは、スプリングストッパ１５の左右方向における長さと同じ長さに設定されている。なお、ホルダ片３６の左右方向における中央部とスプリングストッパ１５の左右方向における中央部とが上下方向に重なる位置をステアリング軸２１の基準位置とする。

図１に示すように、回転ストッパ３３は、円筒状をなすとともに、ステアリング軸２１に対して相対回転可能とされている。図２（ｃ）に示すように、回転ストッパ３３の外周面には、規制突部３７が形成されている。回転ストッパ３３は、回転した際、規制突部３７の回転軌跡上に第１及び第２の回転規制突部１８，１９が位置するように配設されている。また、規制突部３７は、半円筒段部３２ｂの回転軌跡上に位置する。なお、規制突部３７は、第１の回転規制突部１８の反時計方向側、且つ第２の回転規制突部１９の時計方向側に位置する。ステアリング軸２１の回転に伴いホルダ３２が回転すると、半円筒段部３２ｂは、規制突部３７と当接する。そして、さらにステアリング軸２１の回転に伴いホルダ３２が回転すると、半円筒段部３２ｂは、規制突部３７を押圧して回転ストッパ３３を回転させる。このため、ステアリング軸２１は、ホルダ３２を介して押圧する規制突部３７が第１及び第２の回転規制突部１８，１９と当接する位置まで回転することができる。なお、ギア３１、ホルダ３２、及び回転ストッパ３３は、軸方向において接した状態とされている。止め輪３４は、ステアリング軸２１に対するギア３１、ホルダ３２、及び回転ストッパ３３の軸方向における位置ずれを規制する。

ステアリング軸２１において、止め輪３４とプレート側ベアリング２２との間の部分には、円筒状のスペーサ４１が外挿されている。さらに、スペーサ４１には、トーションスプリング４２が外挿されている。トーションスプリング４２は、金属線材（以下、巻線）が螺旋状に巻回されることにより形成されている。トーションスプリング４２は、ねじりコイルばねに相当する。ステアリング軸２１とトーションスプリング４２は、これらの間にスペーサ４１が介在されているので、接触しない。

図３に示すように、トーションスプリング４２のコイル部４３から延びる巻線の両端部のうちプレート１１側の端部を第１の腕部４４、ステアリングホイール２０側の端部を第２の腕部４５とする。第１及び第２の腕部４４，４５は、それぞれ上側に向かって折り曲げられている。図２（ａ）に示すように、第１の腕部４４は、ホルダ片３６及びスプリングストッパ１５の時計方向側に位置し、これらホルダ片３６及びスプリングストッパ１５の右面に当接されている。一方、第２の腕部４５は、ホルダ片３６及びスプリングストッパ１５の反時計方向側に位置し、これらホルダ片３６及びスプリングストッパ１５の左面に当接されている。

詳述すると、スプリングストッパ１５の右面には第１の溝５１が形成されるとともに、ホルダ片３６の左面には第２の溝５２が形成されている。また、スプリングストッパ１５の左面には第３の溝５３が形成されるとともに、ホルダ片３６の右面には第４の溝５４が形成されている。そして、スプリングストッパ１５の右面に設けられた第１の溝５１と、ホルダ片３６の右面に設けられた第４の溝５４と、による第１の協働溝に第１の腕部４４が入り込んでいる。また、スプリングストッパ１５の左面に設けられた第３の溝５３と、ホルダ片３６の左面に設けられた第２の溝５２と、による第２の協働溝に第２の腕部４５が入り込んでいる。

図４（ａ）に示すように、第１の溝５１と第４の溝５４とによる第１の協働溝と、第３の溝５３と第２の溝５２とによる第２の協働溝との間には、軸方向に沿って長さがＰのピッチが設定されている。そして、図４（ｂ）に示すように、トーションスプリング４２は、コイル部４３の巻線間に隙間が生じつつ第１の腕部４４が第１の協働溝にセットされるとともに、第２の腕部４５が第２の協働溝にセットされる。このセット時において、第１の腕部４４と第２の腕部４５との間には、軸方向に沿って長さがＬの間隔が設定される。第１の腕部４４と第２の腕部４５との間の間隔Ｌが、第１の協働溝と第２の協働溝との間のピッチＰにて固定されることになる。つまり、トーションスプリング４２は、軸方向の移動が規制される。

次に、ステアリング装置１の作用について説明する。ここでは、基準位置に保持されたステアリング軸２１がステアリングホイール２０の操作を通じて順方向（反時計方向）に回転するときについて説明する。

図２（ｂ）に示すように、ステアリング軸２１が反時計方向に回転するとき、当該ステアリング軸２１と一体でホルダ３２も反時計方向へ回転する。すなわち、ホルダ片３６も反時計方向へ回転する。このとき、ホルダ片３６の左面は、第２の腕部４５と当接している。従って、第２の腕部４５は、ホルダ片３６に押されて反時計方向へ移動する。トーションスプリング４２は、ホルダ片３６の反時計方向への回転に連れ弾性力を蓄積する。すなわち、トーションスプリング４２も反時計方向へ回転する。これによりコイル部４３が巻締まる。コイル部４３が巻締まる際に操作反力が発生し、その操作反力が触感として得られる。

その過程において、まずステアリングホイール２０の非操作時には、図２（ａ）に示すように、第１の腕部４４が第１の溝５１と第４の溝５４とによる第１の協働溝に入り込むとともに、第２の腕部４５が第３の溝５３と第２の溝５２とによる第２の協働溝に入り込んでいる。このとき、図４（ｂ）に示すように、トーションスプリング４２は、コイル部４３の巻線間に隙間が生じつつ第１の腕部４４と第２の腕部４５との間の間隔Ｌが、第１の協働溝と第２の協働溝との間のピッチＰにて固定される。

この状態から、ステアリングホイール２０の操作を通じてステアリング軸２１が反時計方向に回転すると、図２（ｂ）に示すように、第１の腕部４４が第１の溝５１に入り込んだままスプリングストッパ１５によって移動規制されるとともに、第２の腕部４５が第２の溝５２に入り込んだままホルダ片３６によって押圧される。なお、このとき、第１の腕部４４は第４の溝５４との係合が解かれるとともに、第２の腕部４５は第３の溝５３との係合が解かれる。ただし、このとき、第１の腕部４４が第１の溝５１に、また、第２の腕部４５が第２の溝５２に、それぞれ入り込んでいるため、第１の腕部４４と第２の腕部４５との間の間隔Ｌは、上記ピッチＰと同じ軸方向長さにて固定されることになる。したがって、図４（ｃ）に示すように、コイル部４３が巻締まる際、第１の腕部４４と第２の腕部４５との間の間隔Ｌが固定されつつ巻数が増加することに伴い、巻線間の隙間が徐々に減少する。

そして、隙間がなくなり巻線同士が接触すると接触部では摩擦力が発生する。これにより、操作反力には、蓄積された弾性力に由来するスプリング発生力に摩擦力が上乗せされるため、摩擦力が発生して以後、回転角に対する操作反力の増える度合が増加する（図５参照）。

なお、ステアリング軸２１が逆方向（時計方向）に回転する場合も同様である。この場合、第２の腕部４５が第３の溝５３に入り込んでスプリングストッパ１５によって移動規制されるとともに、第１の腕部４４が第４の溝５４に入り込んでホルダ片３６によって押圧される。これに伴い、コイル部４３の巻線間の隙間が徐々に減少し、やがて隙間がなくなると摩擦力が発生し、この摩擦力が操作反力に上乗せされる。したがって、この場合も、図５に示すように、摩擦力が発生して以後、回転角に対する操作反力の増える度合が増加することになる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）コイル部４３の巻線間に隙間が生じつつ第１の腕部４４又は第２の腕部４５が入り込んで両腕部４４，４５間の間隔ＬをピッチＰにて固定する溝（５１〜５４）をスプリングストッパ１５とホルダ片３６の双方に跨って設けた。この構成によれば、ステアリングホイール２０の操作を通じてステアリング軸２１が回転し、コイル部４３が巻締まる際、両腕部４４，４５間の間隔ＬがピッチＰにて固定されつつ巻数が増加することに伴い、巻線間の隙間が徐々に減少する。そして、隙間がなくなり巻線同士が接触すると接触部では摩擦力が発生する。これにより、操作反力にはスプリング発生力に摩擦力が上乗せされるため、エンド付近の操作反力を増加させることができる。したがって、操作反力を変化させることができる。

（２）ステアリング軸２１の順方向（反時計方向）への回転時には、第１の腕部４４が第１の溝５１に入り込んでスプリングストッパ１５によって移動規制されつつ、第２の腕部４５が第２の溝５２に入り込んでホルダ片３６によって押圧される。一方、ステアリング軸２１の逆方向（時計方向）への回転時には、第２の腕部４５が第３の溝５３に入り込んでスプリングストッパ１５によって移動規制されつつ、第１の腕部４４が第４の溝５４に入り込んでホルダ片３６によって押圧される。これにより、ステアリング軸２１が順方向或いは逆方向のいずれに回転される場合にも、両腕部４４，４５間の間隔ＬをピッチＰにて固定できるようになる。したがって、ステアリング軸２１を順方向へ回転させるステアリングホイール２０の操作とステアリング軸２１を逆方向へ回転させるステアリングホイール２０の操作の双方に対応できる。

尚、上記実施の形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・図４（ｂ）を参照して、トーションスプリング４２のセット時において、コイル部４３の巻線間の隙間を変更してもよい。例えば、巻線間に広い隙間を設定しつつ第１の腕部４４を第１の協働溝にセットするとともに、第２の腕部４５を第２の協働溝にセットするとき、巻線同士が接触するまでに必要となるステアリング軸２１の回転角が大きくなる。したがって、この場合、図５を参照して、変化点の現れる回転角がより大きくなる。なお、上記とは逆に、巻線間に狭い隙間を設定する場合には、変化点の現れる回転角がより小さくなる。

・図４（ａ）を参照して、ピッチＰの変更を伴いつつ、上記別例に倣いコイル部４３の巻線間の隙間を変更してもよい。この場合も、操作反力の変化点を変えることができる。
・第１の協働溝及び第２の協働溝に加え、他の協働溝を１又は複数設定し、トーションスプリング４２のセット時に用いる協働溝を選択できるようにしてもよい。

・回転軸の回転方向が一方向に限られる構成を前提に、例えば、第４の溝５４を割愛しつつ第１の溝５１に第１の腕部４４が入り込んでスプリングストッパ１５によって第１の腕部４４を移動規制するとともに、第３の溝５３を割愛しつつ第２の溝５２に第２の腕部４５が入り込んでホルダ片３６によって第２の腕部４５を押圧してもよい。

・巻線間毎の隙間が統一されている場合の他、巻線間毎の隙間が設計上において意図的に異なる場合或いは製造上の公差の範囲内で異なる場合にも、本発明を適用することが可能である。

・本発明をロータリースイッチ等に適用してもよい。例えば、照明、温度、音量を調節するべく、つまみ部分を回転操作すると、ねじりコイルばねが巻締まる際に操作反力が発生する。

次に、上記実施の形態及び別例から把握できる技術的思想について記載する。
（イ）回転操作装置において、前記ケースに設けられた前記第１の溝は、前記回転軸の順方向への回転時には前記一方の腕部が入り込んで当該一方の腕部を移動規制するとともに、前記回転軸の逆方向への回転時には前記他方の腕部が前記第３の溝に入り込んで前記ケースによって移動規制されつつ前記一方の腕部が前記第４の溝に入り込んで前記ホルダによって押圧されることに伴い当該一方の腕部に対する係合が解かれること。

（ロ）回転操作装置において、前記ケースに設けられた前記第３の溝は、前記回転軸の逆方向への回転時には前記他方の腕部が入り込んで当該他方の腕部を移動規制するとともに、前記回転軸の順方向への回転時には前記一方の腕部が前記第１の溝に入り込んで前記ケースによって移動規制されつつ前記他方の腕部が前記第２の溝に入り込んで前記ホルダによって押圧されることに伴い当該他方の腕部に対する係合が解かれること。

（ハ）回転操作装置において、前記ホルダに設けられた前記第２の溝は、前記回転軸の順方向への回転時には前記一方の腕部が前記第１の溝に入り込んで前記ケースによって移動規制されつつ前記他方の腕部が入り込んで当該他方の腕部を押圧するとともに、前記回転軸の逆方向への回転時には前記他方の腕部が前記第３の溝に入り込んで前記ケースによって移動規制されつつ前記一方の腕部が前記第４の溝に入り込んで前記ホルダによって押圧されることに伴い当該他方の腕部に対する係合が解かれること。

（ニ）回転操作装置において、前記ホルダに設けられた前記第４の溝は、前記回転軸の逆方向への回転時には前記他方の腕部が前記第３の溝に入り込んで前記ケースによって移動規制されつつ前記一方の腕部が入り込んで当該一方の腕部を押圧するとともに、前記回転軸の順方向への回転時には前記一方の腕部が前記第１の溝に入り込んで前記ケースによって移動規制されつつ前記他方の腕部が前記第２の溝に入り込んで前記ホルダによって押圧されることに伴い当該一方の腕部に対する係合が解かれること。

（ホ）回転操作装置において、前記操作部材の非操作時には、前記ケースに設けられた前記第１の溝と前記ホルダに設けられた前記第４の溝とによる第１の協働溝に前記一方の腕部が入り込むとともに、前記ケースに設けられた前記第３の溝と前記ホルダに設けられた前記第２の溝とによる第２の協働溝に前記他方の腕部が入り込むこと。

１…ステアリング装置（回転操作装置）、１１…プレート、１２…プレート孔、１３…円筒ケース（ケース）、１４…フランジ、１５…スプリングストッパ、１６…カバー、１７…カバー孔、１８…第１の回転規制突部、１９…第２の回転規制突部、２０…ステアリングホイール（操作部材）、２１…ステアリング軸（回転軸）、２２…プレート側ベアリング、２７…カバー側ベアリング、３１…ギア、３２…ホルダ、３２ａ…ホルダ本体、３２ｂ…半円筒段部、３３…回転ストッパ、３４…止め輪、３５…ロータリーダンパ、３６…ホルダ片、３７…規制突部、４１…スペーサ、４２…トーションスプリング（ねじりコイルばね）、４３…コイル部、４４…第１の腕部、４５…第２の腕部、５１…第１の溝（溝）、５２…第２の溝（溝）、５３…第３の溝（溝）、５４…第４の溝（溝）。

Claims (2)

1. 操作部材の操作を通じて回転軸が回転し、その回転軸には、ホルダが固定されるとともに、一方の腕部がケースによって移動規制され、且つ、他方の腕部が前記ホルダによって当該回転軸の回転方向に押圧されつつコイル部が巻締まるねじりコイルばねの外挿された回転操作装置において、
   前記コイル部の巻線間に隙間が生じつつ前記一方の腕部又は前記他方の腕部が入り込んで両腕部間の間隔を固定する溝を前記ケースと前記ホルダの双方に跨って設けた
   ことを特徴とする回転操作装置。
2. 前記溝は、前記回転軸の順方向への回転時に前記一方の腕部が入り込んで当該一方の腕部を移動規制するべく前記ケースに設けられた第１の溝と、前記回転軸の順方向への回転時に前記他方の腕部が入り込んで当該他方の腕部を押圧するべく前記ホルダに設けられた第２の溝と、前記回転軸の逆方向への回転時に前記他方の腕部が入り込んで当該他方の腕部を移動規制するべく前記ケースに設けられた第３の溝と、前記回転軸の逆方向への回転時に前記一方の腕部が入り込んで当該一方の腕部を押圧するべく前記ホルダに設けられた第４の溝とを含む
   請求項１に記載の回転操作装置。