JP6010092B2 - 回転操作装置 - Google Patents

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、そのホルダによってステアリング軸の回転方向に押圧されつつ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が可能な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、そのホルダによって当該回転軸の回転方向に押圧されつつ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、前記ねじりコイルばねに案内棒を内挿し、その案内棒は、外径が前記ねじりコイルばねの巻締まり内径よりも大きく且つ前記ねじりコイルばねの初期内径よりも小さく設定された係合部を含み、その係合部は、前記ねじりコイルばねの軸方向の長さよりも短い同方向の長さに設定されていることをその要旨としている。

この構成によれば、非操作時には、ねじりコイルばねのコイル内径が初期内径に保たれる。この状態から、操作部材の操作を通じて回転軸が回転すると、ねじりコイルばねが巻締まり、コイル内径が初期内径から減少する。そして、コイル内径が係合部の外径に達すると、以後、ねじりコイルばねのうち、係合部に接触されないコイル部分のみが巻締まり、見かけ上の巻数が減少する。ばね荷重は巻数に反比例するところ、コイル内径が係合部の外径に達して以後、回転角に対する操作反力の増える度合が増加する。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、前記案内棒は、外径が前記ねじりコイルばねの巻締まり内径よりも小さく設定された心棒部を含むこととしてもよい。
この構成によれば、心棒部との間に適切な隙間が得られる。したがって、ねじりコイルばねの巻締まりを阻害することなく、適切な反力を設定できる。

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、そのホルダによって当該回転軸の回転方向に押圧されつつ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、前記ねじりコイルばねにカラーを外挿し、そのカラーは、内径が前記ねじりコイルばねの巻締まり外径よりも大きく且つ前記ねじりコイルばねの初期外径よりも小さく設定された係合部を含み、その係合部は、前記ねじりコイルばねの軸方向の長さよりも短い同方向の長さに設定されていることをその要旨としている。

この構成によれば、非操作時には、ねじりコイルばねのうち、コイル部分の一部が係合部の内径まで巻締まった状態にあり、係合部に接触されない残りのコイル部分の外径が初期外径に保たれる。この状態から、操作部材の操作を通じて回転軸が回転すると、ねじりコイルばねのうち、係合部に接触されないコイル部分のみが巻締まり、その部分のコイル外径が初期外径から減少する。やがて、コイル外径が係合部の内径に達すると、以後、コイル部分の全体が巻締まり、見かけ上の巻数が増加する。ばね荷重は巻数に反比例するところ、コイル外径が係合部の内径に達して以後、回転角に対する操作反力の増える度合が減少する。したがって、操作反力を変化させることができる。

本発明によれば、操作反力を変化させることができる。

第１の実施の形態の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。 案内棒及びトーションスプリングの寸法図。 回転角と操作反力との関係を示すグラフ。 第２の実施の形態のステアリング装置について、トーションスプリング及びカラーの寸法図。 回転角と操作反力との関係を示すグラフ。

（第１の実施の形態）
以下、回転操作装置の第１の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、段付きの案内棒４１が外挿されている。さらに、案内棒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、巻き線）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、これらの間に案内棒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から延びる巻き線の両端部のうちステアリングホイール２０側の端部を第１の端部４４、プレート１１側の端部を第２の端部４５とする。第１及び第２の端部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の端部４４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。一方、第２の端部４５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。

図４に示すように、案内棒４１は、ステアリングホイール２０側の心棒部４１ａと、プレート１１側の係合部４１ｂとを含む。心棒部４１ａの軸方向の長さはＡであり、係合部４１ｂの軸方向の長さはＢである。そして、コイル部４３の軸方向の長さはＡ＋Ｂである。また、心棒部４１ａの外径はＤ１であり、係合部４１ｂの外径はＤ２である。Ｄ１は、コイル部４３の巻締まり内径の約０．９倍に設定されている。Ｄ２は、コイル部４３の巻締まり内径よりも大きく且つコイル部４３の初期内径よりも小さく設定されている。なお、コイル部４３の初期内径は、ステアリング軸２１が基準位置にあるときのコイル部４３の内径であり、コイル部４３の巻締まり内径は、規制突部３７が第１又は第２の回転規制突部１８，１９と当接する位置までステアリング軸２１が回転したときのコイル部４３の内径である。

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１の端部４４と当接している。従って、第１の端部４４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、コイル部４３の内径が初期内径に保たれる。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が回転すると、コイル部４３が巻締まり、コイル部４３の内径が初期内径から減少する。そして、コイル部４３の内径が係合部４１ｂの外径Ｄ２に達すると、以後、コイル部４３のうち、係合部４１ｂに接触されない部分のみが巻締まり、見かけ上の巻数が減少する。ばね荷重は巻数に反比例するところ、コイル部４３の内径が係合部４１ｂの外径Ｄ２に達して以後、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、係合部４１ｂの軸方向の長さＢを本例よりも長くしつつ、心棒部４１ａの軸方向の長さＡを本例よりも短くした場合には、コイル部４３の内径が係合部４１ｂの外径Ｄ２に達して以後の巻数がより少なくなる。この場合、変化点以後の傾きがより大きくなる。また、係合部４１ｂの外径Ｄ２を本例よりも大きくした場合には、コイル部４３の内径が係合部４１ｂの外径Ｄ２により早く到達する。この場合、変化点の現れる回転角がより小さくなる。

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）トーションスプリング４２の巻締まる過程で、コイル部４３の巻数が減少する。ばね荷重は巻数に反比例するところ、巻数の減少に伴い、操作反力の傾きが大きくなる。したがって、操作反力を変化させることができる。

（２）トーションスプリング４２に内挿する案内棒４１の形状に工夫を凝らしつつ、１つのスプリングで、エンド付近の操作反力を変更できる。
（３）コイル部４３の軸方向の全体に亘り案内棒４１が内挿されるとともに、その案内棒４１のうち、操作反力に変化をもたらす係合部４１ｂ以外の部分、つまり心棒部４１ａの外径Ｄ１は、コイル部４３の巻締まり内径よりも小さく設定されている。これにより、心棒部４１ａとの間に適切な隙間が得られる。したがって、コイル部４３の巻締まりを阻害することなく、適切な反力を設定できる。

尚、上記第１の実施の形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・係合部４１ｂの外径Ｄ２は、コイル部４３の巻締まり内径よりも大きく且つコイル部４３の初期内径よりも小さな範囲で任意に変更されてもよい。

・係合部４１ｂの軸方向の長さＢは、コイル部４３の軸方向の長さよりも短い長さとして任意に変更されてもよい。
・係合部４１ｂは、外径がコイル部４３の巻締まり内径よりも大きく且つコイル部４３の初期内径よりも小さな範囲で複数段階設定されてもよい。この構成によれば、操作反力を多段階に亘って変化させることができる。

・係合部４１ｂは、コイル部４３の軸方向に沿って断片的に設けられてもよい。この場合、断片毎に外径或いは軸方向の長さが異なっていてもよい。ただし、いずれの外径も、コイル部４３の巻締まり内径よりも大きく且つコイル部４３の初期内径よりも小さな範囲にあることとする。また、断片毎の軸方向の長さの合計が、コイル部４３の軸方向の長さよりも短い長さであることとする。

・心棒部４１ａの外径Ｄ１は、コイル部４３の巻締まり内径よりも小さな外径として任意に変更されてもよい。この場合、心棒部４１ａは、外径が複数段階設定されてもよいし、コイル部４３の軸方向に沿って断片的に設けられてもよい。

・係合部４１ｂの軸方向の長さＢが長く、適切な位置にトーションスプリング４２を保持できる場合等には、心棒部４１ａが割愛されてもよい。
（第２の実施の形態）
次に、回転操作装置の第２の実施の形態について説明する。この第２の実施の形態では、上記第１の実施の形態の案内棒４１に代えて、外径が上記Ｄ１で一律の案内棒（図示略）がステアリング軸２１に外挿され、その案内棒に上記トーションスプリング４２が外挿されている。

図６に示すように、トーションスプリング４２には、円筒状のカラー４６が外挿されている。カラー４６の軸方向の長さはＦである。そして、コイル部４３の軸方向の長さは、カラー４６の軸方向の長さＦよりも長い。詳述すると、コイル部４３は軸方向に沿って、カラー４６に接触されるコイル部分４３ｆと、カラー４６に接触されないコイル部分４３ｅとに細分化される。コイル部分４３ｆの軸方向の長さはＦであり、コイル部分４３ｅの軸方向の長さはＥである。つまり、コイル部４３の軸方向の長さはＥ＋Ｆである。また、カラー４６の内径はＤ３である。Ｄ３は、コイル部４３の巻締まり外径よりも大きく且つコイル部４３の初期外径よりも小さく設定されている。なお、コイル部４３の初期外径は、ステアリング軸２１が基準位置にあるときのコイル部分４３ｅの外径であり、コイル部４３の巻締まり外径は、規制突部３７が第１又は第２の回転規制突部１８，１９と当接する位置までステアリング軸２１が回転したときのコイル部分４３ｅ，４３ｆに共通の外径である。カラー４６の全体が、本発明の「カラーの係合部」に相当する。

次に、ステアリング装置１の作用について説明する。
ステアリングホイール２０の非操作時には、コイル部４３のうち、コイル部分４３ｆがカラー４６の内径Ｄ３まで巻締まった状態にあり、カラー４６に接触されないコイル部分４３ｅの外径が初期外径に保たれる。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が回転すると、コイル部４３のうち、カラー４６に接触されないコイル部分４３ｅのみが巻締まり、そのコイル部分４３ｅの外径が初期外径から減少する。やがて、コイル部分４３ｅの外径がカラー４６の内径Ｄ３に達すると、以後、コイル部４３の全体が巻締まり、見かけ上の巻数が増加する。ばね荷重は巻数に反比例するところ、コイル部分４３ｅの外径がカラー４６の内径Ｄ３に達して以後、回転角に対する操作反力の増える度合が減少する（図７参照）。

なお、カラー４６の軸方向の長さＦを本例よりも長くしつつ、カラー４６に接触されないコイル部分４３ｅの軸方向の長さＥを本例よりも短くした場合には、操作初期の巻数がより少なくなる。この場合、操作初期の傾きがより大きくなる。また、カラー４６の内径Ｄ３を本例よりも大きくした場合には、カラー４６に接触されないコイル部分４３ｅの外径がカラー４６の内径Ｄ３により早く到達する。この場合、変化点の現れる回転角がより小さくなる。

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。
（４）トーションスプリング４２の巻締まる過程で、コイル部４３の巻数が増加する。ばね荷重は巻数に反比例するところ、巻数の増加に伴い、操作反力の傾きが小さくなる。したがって、操作反力を変化させることができる。

（５）トーションスプリング４２に外挿するカラー４６の形状に工夫を凝らしつつ、１つのスプリングで、エンド付近の操作反力を変更できる。
尚、上記第２の実施の形態は、次のように変更して具体化することも可能である。

・カラー４６の内径Ｄ３は、コイル部４３の巻締まり外径よりも大きく且つコイル部４３の初期外径よりも小さな範囲で任意に変更されてもよい。
・カラー４６の軸方向の長さＦは、コイル部４３の軸方向の長さよりも短い長さとして任意に変更されてもよい。

・カラー４６は、内径がコイル部４３の巻締まり外径よりも大きく且つコイル部４３の初期外径よりも小さな範囲で複数段階設定されてもよい。この構成によれば、操作反力を多段階に亘って変化させることができる。

・カラー４６は、コイル部４３の軸方向に沿って断片的に設けられてもよい。この場合、断片毎に内径或いは軸方向の長さが異なっていてもよい。ただし、いずれの内径も、コイル部４３の巻締まり外径よりも大きく且つコイル部４３の初期外径よりも小さな範囲にあることとする。また、断片毎の軸方向の長さの合計が、コイル部４３の軸方向の長さよりも短い長さであることとする。

・カラー４６は、内径がコイル部４３の初期外径よりも大きく設定された覆い部を含んでいてもよい。この場合、覆い部は、内径が複数段階設定されてもよいし、コイル部４３の軸方向に沿って断片的に設けられてもよい。カラー４６のうち、覆い部以外の部分が本発明の「カラーの係合部」に相当する。また、コイル部４３のうち、覆い部で覆われた部分は、カラー４６に接触されないコイル部分４３ｅに相当する。

尚、上記各実施の形態に共通して、次のように変更して具体化することも可能である。
・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、上記各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、前記案内棒の係合部は、外径が前記ねじりコイルばねの巻締まり内径よりも大きく且つ前記ねじりコイルばねの初期内径よりも小さな範囲で複数段階設定されること。この構成によれば、操作反力を多段階に亘って変化させることができる。

（ロ）回転操作装置において、前記カラーの係合部は、内径が前記ねじりコイルばねの巻締まり外径よりも大きく且つ前記ねじりコイルばねの初期外径よりも小さな範囲で複数段階設定されること。この構成によれば、操作反力を多段階に亘って変化させることができる。

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、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…案内棒、４１ａ…心棒部、４１ｂ…係合部、４２…トーションスプリング（ねじりコイルばね）、４３…コイル部、４３ｅ…コイル部分、４３ｆ…コイル部分、４４…第１の端部、４５…第２の端部、４６…カラー（係合部）。

Claims (3)

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、そのホルダによって当該回転軸の回転方向に押圧されつつ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、
   前記ねじりコイルばねに案内棒を内挿し、その案内棒は、外径が前記ねじりコイルばねの巻締まり内径よりも大きく且つ前記ねじりコイルばねの初期内径よりも小さく設定された係合部を含み、その係合部は、前記ねじりコイルばねの軸方向の長さよりも短い同方向の長さに設定されている
   ことを特徴とする回転操作装置。
2. 前記案内棒は、外径が前記ねじりコイルばねの巻締まり内径よりも小さく設定された心棒部を含む
   請求項１に記載の回転操作装置。
3. 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、そのホルダによって当該回転軸の回転方向に押圧されつつ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、
   前記ねじりコイルばねにカラーを外挿し、そのカラーは、内径が前記ねじりコイルばねの巻締まり外径よりも大きく且つ前記ねじりコイルばねの初期外径よりも小さく設定された係合部を含み、その係合部は、前記ねじりコイルばねの軸方向の長さよりも短い同方向の長さに設定されている
   ことを特徴とする回転操作装置。