JP2019003486A - 反力提示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シャフト及びブラケットの間の寸法ばらつきを要因とした回転角検出精度悪化の抑制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の回動操作時に、シャフト３に操作反力を付与する付勢部材２１（コイルばね２３）を備える。コイルばね２３は、シャフト３に減速用のギヤ機構１３を介して連結された回動軸１４の外周に取り付けられている。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、樹脂製のブラケット４６を介してハウジング２の外側に取り付けられている。
【選択図】図２

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。

特許第６０８１７３７号公報

ところで、シャフトの回転角を検出したい場合、シャフトに回転角検出部（例えば、ステアリングアングルセンサ等）を取り付ける。このとき、回転検出部は、ブラケットを介して相手側に取り付けられる。ここで、例えばシャフトが軸ずれするなどしてシャフト及びブラケットの間に寸法ばらつきが生じた場合、この寸法ばらつきが角度検出誤差に直接繋がってしまうので、何らかの対策が必要とされていた。特に、シャフト及びブラケットがともに金属製の場合、この問題が特に顕著となる。

本発明の目的は、シャフト及びブラケットの間の寸法ばらつきを要因とした回転角検出精度悪化の抑制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、当該シャフトに連動する付勢部材が作動することにより、前記シャフトに操作反力を付与する構成であって、前記シャフトには、当該シャフトの回転角を検出する回転角検出部が取り付けられ、当該回転角検出部を保持するブラケットを樹脂製とした。

本構成によれば、回転角検出部を支持するブラケットを樹脂製としたので、回転角検出部が取り付けられるシャフトが仮に軸ずれしたとしても、シャフト及びブラケットの間の寸法ばらつきは、樹脂製のブラケットの変形によって吸収される。よって、シャフト及びブラケットの間の寸法ばらつきを要因とした回転角検出精度悪化を抑制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前記付勢部材が作動することにより、当該付勢部材によって前記シャフトに操作反力を付与することが好ましい。この構成によれば、シャフトが１回転以上（多回転）する場合であっても、付勢部材の作動量を少なく抑えることが可能となるので、例えば種々のばね材を使用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、はすば歯車であり、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。さらに、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も可能となる。

前記反力提示装置において、前記ブラケットは、前記回転角検出部を内部に収納可能な形状に形成されていることが好ましい。この構成によれば、回転角検出部の全体をブラケットによって保護することが可能となる。

前記反力提示装置において、前記ブラケットには、ブラケット本体の強度を確保するリブが形成されていることが好ましい。この構成によれば、部品間の寸法ばらつきをブラケットの変形により吸収するようにしても、リブによってブラケットを保護することが可能となる。

前記反力提示装置において、前記ブラケットには、当該ブラケットをハウジングに取り付けるときの位置決めをする仮止め部が形成されていることが好ましい。この構成によれば、ブラケットをハウジングに取り付ける際の位置が仮止め部によって案内されるので、ブラケットの組付性をよくすることが可能となる。

本発明によれば、反力提示装置において、シャフト及びブラケットの間の寸法ばらつきを要因とした回転角検出精度悪化を抑制することができる。

一実施形態の反力提示装置の斜視図。 反力提示装置の縦断面図。 反力提示装置の分解斜視図。 図２のII−II線断面図。 反力提示装置を背面側から見たときの分解斜視図。 シャフトが一方向に回動操作されたときの反力提示装置の作動図。 シャフトが他方向に回動操作されたときの反力提示装置の作動図。 仮止め部の形状を示す部分拡大図。 （ａ），（ｂ）は仮止め部の作用図。 （ａ），（ｂ）は、樹脂製ブラケットの作用図。

以下、反力提示装置の一実施形態を図１〜図１０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金属製のシャフト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。

図２及び図５に示すように、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に取り付けられている。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に取り付け固定されている。ダンパ機構３９は、シャフト３が初期位置（本例は中立位置）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、樹脂製であって、回転角検出部４５を内部に収納可能な形状に形成されている。本例の場合、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。本例のブラケット４６は、ブラケット本体５１の周縁一帯に、ブラケット４６の強度を確保するリブ５２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６に示すように、シャフト３が一方向（図６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６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６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７に示すように、シャフト３が他方向（図７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７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７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８及び図９（ａ），（ｂ）に示すように、仮止め部５５は、押圧操作が可能な突起６８と、突起６８によってハウジング２の壁面に押し当てられる複数（本例は２つ）の係止片６９と、係止片６９が挿し込まれる係止溝７０とを備える。突起６８は、ブラケット４６をハウジング２に取り付ける前、リブ５２に一体となっている。一対の係止片６９は、リブ５２に形成され、互いに向き合うように対称配置された円弧状をなしている。このように、本例の一対の係止片６９は、所定位置にスリットを有する略円筒状に形成されている。係止溝７０は、ハウジング２の壁面に形成された孔からなり、突起６８及び係止片６９の部品群を圧入可能な内径に形成されている。

次に、図３，図５，図９及び図１０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３及び図５に示すように、例えばシャフト３にダンパ機構３９を取り付け、回転角検出部４５をハウジング２に取り付けた後、ブラケット４６をハウジング２に取り付ける。このように、ブラケット４６は、内部に回転角検出部４５を配置した状態で、ハウジング２に組み付けられる。

図９（ａ），（ｂ）に示すように、ブラケット４６をハウジング２に固定するにあたり、まずブラケット４６の係止片６９をハウジング２の係止溝７０に嵌め込み、ブラケット４６をハウジング２に位置決めする。そして、突起６８を外側から強く押し込むことによりリブ５２から分離させ、分離した突起６８を、係止片６９の内部に圧入する。このとき、突起６８が係止片６９を係止溝７０の内壁に強く押し当て、ブラケット４６がハウジング２に仮止めされる。仮止め後、締結部５４によってブラケット４６をハウジング２に最終固定する。

図１０（ａ）に示すように、反力提示装置１の組み立て時、例えばシャフト３の軸ずれ等を要因として回転角検出部４５に組み付けずれが発生する可能性がある。本例の場合、図１０（ｂ）に示すように、ブラケット４６を樹脂製としたので、シャフト３の軸ずれに応じてブラケット４６が変形することにより、回転角検出部４５の組み付けずれが吸収される。よって、回転角検出部４５の組み付けばらつきが回転角検出部４５に影響を及ぼし難くなり、回転角の検出誤差を低く抑えるのに有利となる。

さて、本例の場合、回転角検出部４５を支持するブラケット４６を樹脂製としたので、回転角検出部４５が取り付けられるシャフト３が仮に軸ずれしたとしても、シャフト３及びブラケット４６の間の寸法ばらつきは、樹脂製のブラケット４６の変形によって吸収される。よって、シャフト３及びブラケット４６の間の寸法ばらつきを要因とした回転角検出精度の悪化を抑制することができる。また、ブラケット４６を樹脂製にするだけで済むので、部品コストも低減することができる。

反力提示装置１は、シャフト３が回動操作されると、減速用のギヤ機構１３を介して回動軸１４が回り、回動軸１４と連動するコイルばね２３がねじれることにより、コイルばね２３によってシャフト３の操作反力を付与する。よって、シャフト３が１回転以上（多回転）する場合であっても、コイルばね２３のねじり量を少なく抑えることが可能となるので、例えば種々のばね材を使用することができるようになる。

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、はすば歯車であり、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。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。さらに、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もできる。

ブラケット４６は、回転角検出部４５を内部に収納可能な形状に形成されている。よって、回転角検出部４５の全体をブラケット４６によって保護することができる。
ブラケット４６には、ブラケット本体５１の強度を確保するリブ５２が形成されている。よって、部品間の寸法ばらつきをブラケット４６の変形により吸収するようにしても、リブ５２によってブラケット４６を保護することができる。

ブラケット４６には、ブラケット４６をハウジング２に取り付けるときの位置決めをする仮止め部５５が形成されている。よって、ブラケット４６をハウジング２に取り付ける際の位置が仮止め部５５によって案内されるので、ブラケット４６の組付性をよくすることができる。

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。
・ブラケット４６は、回転角検出部４５の全体を覆う形状に形成されることに限定されず、回転角検出部４５を支持できる形状であればよい。

・ブラケット４６の位置は、実施例以外の他の箇所に変更可能である。
・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。
・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。
・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。

・ストッパ機構３６が設けられる位置は、シャフト３や回動軸１４の回動を制限できる箇所であれば、どこに配置されてもよい。
・反力提示装置１は、ギヤ機構１３が省略された構造としてもよい。この場合、付勢部材２１（コイルばね２３）は、シャフト３に直接取り付けられる。

・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、４５…回転角検出部、４６…ブラケット、５２…リブ、５５…仮止め部、Ｌ１，Ｌ２…回動軸心。

Claims (6)

1. シャフトが回動操作されると、当該シャフトに連動する付勢部材が作動することにより、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、
   前記シャフトには、当該シャフトの回転角を検出する回転角検出部が取り付けられ、当該回転角検出部を保持するブラケットを樹脂製とした反力提示装置。
2. 前記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前記付勢部材が作動することにより、当該付勢部材によって前記シャフトに操作反力を付与する
   請求項１に記載の反力提示装置。
3. 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、はすば歯車であり、
   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る
   請求項２に記載の反力提示装置。
4. 前記ブラケットは、前記回転角検出部を内部に収納可能な形状に形成されている
   請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の反力提示装置。
5. 前記ブラケットには、ブラケット本体の強度を確保するリブが形成されている
   請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の反力提示装置。
6. 前記ブラケットには、当該ブラケットをハウジングに取り付けるときの位置決めをする仮止め部が形成されている
   請求項１〜５のうちいずれか一項に記載の反力提示装置。