JPH02168067A - ケーブル式遠隔操作装置およびそれを用いた遠隔操作システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はケーブル式遠隔操作装置およびそれを用いた遠
隔操作システムに関する。本発明は操作力を伝達する遠
隔操作システムであれば、どのような産業分野のシステ
ムにも利用することができる。またとくに自動車の自動
変速機の遠隔操作装置として好適に用いられる。

［従来の技術］ 従来より、自動車の自動変速機操作システムやパワーシ
ョベルなどの建設機械において、駆動部を制御するのに
押し引きコントロールケーブルが操作力伝達手段として
用いられている。

【発明が解決しようとする課題］ 押し引きコントロールケーブルは押し操作時の座屈を防
ぐため、内索、導管共に比較的太きい剛性が要求され、
そのため最小曲げ半径が大きくなって配索の自由度が制
限されると共に、振動や騒音の伝達経路となる。

一方、押し引きコントロールケーブルに代えて２本の交
互に引き操作される引きコントロールケーブルを用いる
と、配索の自由度をある程度高くすることができるが、
そのばあいでも制御対象の負荷を操作するのに必要な強
度および剛性（通常は安全率をみてその１０〜２０倍の
強度に耐えるもの）に応じた径の内索を用いるので、曲
げ半径および配索の自由度が制限される。

本発明はコントロールケーブルの有する斜上の問題を解
消するためになされたものであり、従動側あるいはケー
ブルによる力伝達経路の途中にサーボアシスト機構を設
けることにより、操作力を軽減し、それにより用いるケ
ーブルの太さが細く、曲げ半径が小さく、配索の自由度
が高いケーブル式遠隔操作装置を提供することを目的と
している。

さらに本発明はケーブルによる機械的連結を維持し、そ
れによりサーボアシスト機構が働かないばあいでも操作
経路が確保された、いわばフェールセーフ機能を備えた
遠隔操作装置および遠隔操作システムを提供することを
目的としている。

［課題を解決するための手段］ 本発明の遠隔操作装置は、（田回転自在に設けられる入
カプーリと、山）回転自在に設けられる出力プーリと、
（ｃ）前記入力プーリと出力プーリとの間に、両者間の
トルクを伝達するように、かつ両者の回転方向の撓みを
許すように介在されるストレインアブソーバと、（小前
記入カプーリの駆動トルクの大きさおよび方向を検出す
るためのセンサと、（ｅｌ前記出力プーリにクラッチを
介して連結される両方向回転可能のモータと、＋ｆ＋前
記センサによって検出されるトルクの大きさに応じてク
ラッチに入切信号を出力し、トルクの方向に応じた方向
にモータを回転させるためのコントローラと、＋（１）
前記入力プーリに操作力を伝達するための人カケープル
とから構成される。

前記出力プーリに出カケープルが係合されるばあいは、
入カケープルを極細の引きコントロールケーブルの内索
とし、前記出カケープルを標準の引きコントロールケー
ブルの内索とすることができる。

前記センサはストレインアブソーバの内部に埋め込まれ
た加圧導電ゴム（とくに圧力比例出力式の加圧導電ゴム
）とするのが好ましい。また前記モータは超音波モータ
とするのが好ましい。

さらに本発明の遠隔操作システムは、前述のケーブル式
遠隔操作装置と、該装置の人カケープルを往復操作する
ための入力機構と、前記出力プーリによって往復駆動さ
れる出カケープルと、出カケープルに連結された制御対
象とから構成される。

［作　用］ 本発明のケーブル式遠隔操作装置において、人カケープ
ルを操作して入力プーリを回転させようとすると、入力
プーリに加わるトルクの方向および大きさがセンサによ
って検出される。

トルクの大きさが一定以上になるとコントローラからの
信号でクラッチが入れられて出力プーリとモータとが接
続されると共に、入力プーリのトルクのかかっている方
向に応じた方向にモータが回転する。

それによりモータに連結されている出力プーリが回転す
る。出力プーリに出カケープルが係合されているときは
、それに応じて出カケープルが往復操作される。

斜上のごとく本発明の装置では、通常のばあいは入カケ
ープルが操作方向および操作量の操作情報のみを伝え、
操作力はモータによって別個に発生させている。

すなわち本発明の装置では、操作情報と動力の両方を伝
えていた従来のコントロールケーブルによる伝達装置と
はまったく異なり、いわば操作情報と動力とを切り離し
、操作情報のみを人カケープルで伝達させ、それをサー
ボアシストユニットで何倍にも増幅させる構成を採用し
ている。そのため入力側ケーブルではごく小さい力のみ
を伝達すればよいので、ごく細いケーブルで充分である
。したがって曲げ半径を小さくでき、配索が容易になり
、さらに振動や騒音の伝達を隔絶しうる。

また入力プーリと出力プーリとがストレインアブソーバ
を介してトルク伝達ができるように連結されているので
、かりにモータの制御用電気回路でトラブルがあっても
、人カケープル、入力プーリおよび出力プーリの順に、
あるいはさらに出力側ケーブルへと、機械的に操作力を
伝えることができる。そのためきわめて安全な装置とす
ることができる。

本発明の遠隔操作システムにおいて操作レバーなどの入
力機構を操作すると入カケープルが作動し、前述のケー
ブル式遠隔操作装置を介して出カケープルが変速切り換
え機構などの制御対象を遠隔操作することができる。

［実施例］ つぎに図面を参照しながら本発明の装置およびシステム
を説明する。

第１図は本発明のシステムの一実施例を模式的に示す説
明図、第２図は本発明の装置の一実施例を示す組み立て
前の斜視図、第３図は第２図に示す装置の組み立て後の
縦断面図、第４図は第３図のＮ−（財）線断面図、第５
図は第３図の（Ｖ）−（Ｖ）線断面図、第６図は第２図
に示す入力プーリと出力プーリとを組み合わせた状態を
示す一部切欠斜視図、第７図は第２図の装置のカバーを
はずした状態における正面図、第８図は本発明の装置の
電気回路の一例を示す回路図である。

まず第１図を参照しながら本発明のシステムの概略を説
明する。

第１図の符号（１）、（２）および（３）はそれぞれ入
力機構、サーボアシストユニットおよび制御対象を示し
ている。

入力機構（１）はたとえば回転軸（４）まわりに回転自
在に設けられるプーリ（５）と、そのプーリ（５）を回
転駆動させるための操作レバー（６）などから構成され
る。

サーボアシストユニット（２）は入力プーリ（力と、そ
の入力プーリ（力にゴム製などのストレインアブソーバ
（８）を介してトルク伝達可能に連結されている出力プ
ーリ（９）と、出力プーリ（９）に対して電磁クラッチ
ω）を介して連結されているモータ（Ｍ）とを有してい
る。

モータ（Ｍ）は超音波モータが好ましい。

前記ストレインアブソーバ（８）を、たとえば入力プー
リ（７）の側面に形成した扇状の四部０１）ないし貫通
孔の両端に２個挿入し、その間に出力プーリ（９）の側
面から突出する扇状の突起０２）を嵌入することにより
、両回転方向のトルクに対して作用させることができる
。

さらに２個のストレインアブソーバ（８）のそれぞれに
感圧センサが埋め込まれている。

サーボアシストユニット（ａにはコントローラ（ｃ）が
接続されており、コントローラ（ｃ）はストレインアブ
ソーバ（８）内の感圧センサからの信号に応じて電磁ク
ラッチ幻の入り切りおよびモータ（Ｍ）の正逆の回転お
よび停止を指令するものである。

なおコントローラ（ｃ）による制御は２個の感圧センサ
からの０Ｎ−ＯＦＦ信号に応じて電磁クラッチＭの入り
切り信号とモータ（Ｍ）の０Ｎ−ＯＦＦ信号とを出力す
る０Ｎ−ＯＦＦ制御とすることもでき、さらに感圧セン
サの圧力の大きさに比例するトルク（あるいはあらかじ
め設定した関数値に相当するトルク）をモータに発生さ
せる比例制御ないし非線型制御などとしてもよい。

第１図に示す制御対象（３）はプーリ０４）を有してお
り、プーリ０４）の回転軸旧にはたとえば自動車の自動
変速装置のロータリバルブなどが連結されている。

さらに前記入力機構のプーリ（５）とサーボアシストユ
ニットの入力プーリ（７）との間には細いワイヤないし
ケーブル（好ましくは引きコントロールケーブルの内索
）からなる入カケープル（至）が懸架されており、サー
ボアシストユニットの出カブ−９（９）と制御対象のプ
ーリ囲との間には標準の太さのワイヤないしケーブル（
好ましくは引きコントロールケーブルの内索）からなる
出カケープル０９が懸架されている。

なお入カケープルも標準ケーブルとしてもよい。前記サ
ーボアシストユニット（ｚ１コントローラ（ｃ）および
入カケープル□□□が遠隔操作装置を構成している。

斜上のごとく構成される遠隔操作システムにおいて、入
力機構（１）の操作レバー（６）を矢印（Ａ）方向に操
作すると入カケープル（ト）を介してサーボアシストユ
ニットの入力プーリ（７）に矢印（Ａ）方向のトルクが
加えられる。そのトルクは一方のストレインアブソーバ
（８）を介して出力プーリ（９）に伝えられるが、同時
にそのストレインアブソーバ（８）に内蔵される感圧セ
ンサが働き、コントローラ（ｃ）を通じて電磁クラッチ
（財）が入ると共にモータ（Ｍ）が矢印（Ａ）方向に回
転する。

したがって操作レバー（６）に対して感圧センサが働く
程度の軽い力を加えるだけで標準ケーブルによる大きい
力での制御対象（３）の操作を行なうことができる。

つぎに操作レバー（６）を止めると感圧センサが圧力を
検出しなくなるのでただちに電磁クラッチＭが切られ、
モータ（Ｍ）が停止する。

なお操作レバー（６）を逆方向に操作するばあいも回転
方向が異なるだけで同じである。

他方、万一コントローラ（ｃ）などの電気系統が故障し
たばあいには、電磁クラッチ（転）が切れているので入
力プーリ（７）の回転トルクがストレインアブソーバ（
８）を介して出力プーリ（９）に伝えられる。したがっ
て出力側の負荷に抗して操作レバー（６）を操作しなけ
ればならないが、制御システムのリンク自体は確保され
るので安全である。

なお斜上のごとく、通常の状態では操作側はモータの起
動φ停止のスイッチとして働くだけであるから操作力が
軽い。そのため入カケープルは標準のものに比してきわ
めて細いもので充分である。すなわち−船釣には長期間
の耐久性を確保するため、出力側の負荷の１０〜２０倍
もの張力に耐えうる太さのワイヤが用いられるが、緊急
時しか用いない本発明のようなばあいはそれよりもずっ
と細いワイヤでも問題がないのである。

つぎに第２〜８図を参照して本発明の遠隔操作装置の具
体的な例を説明する。

第２図において＋２１１はケーシングであり、ケーシン
グ（２１）内には第３図に示すように入力プーリ（７）
、出力プーリ（９）および電磁クラッチＶが収容されて
いる。またケーシング（２１）の裏面側に超音波モータ
などのモータ（Ｍ）が取りつけられている。

第３図に示すように、ケーシング（２１）内に突出する
モータ（Ｍ）の軸のと電磁クラッチ（財）のヨークＱ４
の軸部□□□とは共廻りするように嵌着されている。

さらにヨークの軸部四のまわりには、前記出力プーリ（
９）と入力プーリ（７）とがそれぞれその順に、回転自
在に設けられている。なお第２〜３図の装置では第１図
の説明図のばあいと異なり、電磁クラッチ（ト）は入力
プーリ（７′）や出力プーリ（９）などに対して、モー
タ（Ｍ）とは反対側に配置され、しかもモータ（Ｍ）の
軸と共にクラッチ（財）全体が回転する片持ち構造が採
用されている。かかる構成は後述するように入力プーリ
（刀と出力プーリ（９）のそれぞれの厚さおよび組み合
わせたときの厚さを薄くしたために可能になったのであ
り、しかもそのような片持ち構造により装置全体の厚さ
を薄くしえたのである。

前記出力プーリ（９）は第３図に示すようにボス（９ａ
）とリム（９ｂ）とを薄いリブ（９Ｃ）で支持する構成
としている。

第２図に戻って、出力プーリ（９）のリム（９ｂ）の外
周および入力プーリ（７）の外周にはそれぞれ２本の環
状のワイヤ溝（２）が形成されており、ワイヤ溝のはワ
イヤ係止凹部−と連通している。

出力プーリ（９）および入力プーリ（７）のワイヤ溝（
至）にはそれぞれ２本の標準太さの出カケープル（至）
および２本の細い入カケープル（ト）がたがいに逆向き
となるように巻きつけられており、出カケープル（至）
および入カケープルａＦ３の索端金具が前記ワイヤ係止
凹部のに係止されている。

なおいずれのワイヤ溝もその両端がワイヤ係止凹部で終
る１本の螺旋状の溝で構成することもでき、そのばあい
はさらに出力プーリの厚さを薄くしうる。

第４図に示すように前記出力プーリのリブ（９ｃ）には
中心位置の角度がたとえば１２０’　となるように、そ
れぞれ３０°の角度の扇状の孔（９ｄ）が２個形成され
ている。またリブ（９ｃ）の表側（第３図の右側）には
第２図および第５図に示すように前記孔（９ｄ）に挟ま
れる扇状の領域に入力プーリ（７）の厚さと同じ高さの
角度９０°の扇状突起■が突設されている。なお扇状突
起■の上にさらに設けられている扇状の小突起（２８ａ
）は中心軸に対して対称の位置に設けられる断面扇状の
細長い突起＠と対となって後述するプランジャのと係合
するためのものである。

出力プーリ（９）と隣接して設けられる入力プーリ（力
には、角度１５０　’の扇状の貫通する空所（３１）が
形成されている。

そのように構成される出力プーリ（９）と入力プーリ（
７）とは、第５〜６図に示すように幅の広い扇状突起（
２８）を空所（３１）に挿通することにより、両側に３
０”ずつの扇状の空洞部（３１ａ）を２個残して組み合
わせられる。その空洞部（３１ａ）は出力プーリのリブ
（９Ｃ）の孔（９ｄ）と同一位置で対応しており、その
孔（９ｄ）を通して出力プーリ（９）の裏面側から扇状
のゴム製などのストレインアブソーバ（８）が挿入され
る。

それにより出力プーリ（９）と入力プーリ（力とは、両
方向の回転トルクをストレインアブソーバ（８）を介し
て伝達しうるように組み立てられる。またストレインア
ブソーバ（８）は入力プーリ（７）内に収容されるので
装置の厚さを薄くしうる。

なお入力プーリ（′７）には第５図に示すように前記出
力プーリ（９）の細長い突起（至）を周方向の遊び（た
とえば両方向に５″ずつ）　（３２ａ）を許して貫通さ
せる貫通孔（３２）が形成されており、そのため細長い
突起囚は出力プーリ（９）と入力プーリ（７）間のスト
レインアブソーバ（８）の弾力的な撓みを妨げない。

なお斜上のごくと構成されるストレインアブソーバを介
したトルク伝達機構は、入力プーリ内に収容されるので
装置の厚さを増加させない利点があるが、本発明の装置
はかかるばあいに限定されるものではなく、出力プーリ
側に収容したり、入力プーリと出力プーリとの間に設け
るなど、種々の取りつけ構造を採用しうる。

つぎに電磁クラ・ンチ（至）について説明する。

第２図に示すように電磁クラッチＭは有底筒状のカップ
部（２４ａ）および軸部−を有するヨークＱ４と、ヨー
ク内に収容されるボビン（３４）と、ヨークＱ４のカッ
プ部（２４ａ）の端面と隣接する位置に配置されるプラ
ンジャ■とから構成される。

前記ヨーク（２４のカップ部（２４ａ）の内底面には前
述の軸部乃が突設されており、軸部四はボビン（３４）
およびプランジャ（３０）の中心孔に挿通される。ヨー
クＱ４およびボビン（３４）はそれぞれ磁性材料で形成
されており、ヨークＱ４に形成した扇状の孔（３５）と
ボビン（３４）の側面に形成した扇状の突起（３６）と
を嵌合させることにより共廻りするように結合される。

前記プランジャ■は円板状の磁性材料から形成されてお
り、出力プーリ（９）の小突起（２８ａ）および細長い
突起（至）の先端と嵌合する２個の扇状貫通孔（３７）
が穿設されている。

かかるプランジャ（１）は第６図に示すように入カプー
リ（７）の側面より突出する小突起（２８ａ）および細
長い突起囚の先端に扇状貫通孔（３７）を嵌着させるこ
とにより、出力プーリ（９）と共廻りするよううに組み
立てられる。なおプランジャ■は出力プーリの幅の広い
扇状突起のと当接するので、出力プーリとプランジャ間
に一定のスペースが確保され、入カプーリ（７）の出力
プーリ（９）に対する相対的な回転は妨げられない。

プランジャ■はヨーク（３４）に対しては通常は回転自
在であるが、第２図に示すボビン（３４）に巻かれたコ
イル（３４ａ）が通電されるとプランジャ■がヨークの
のカップ部（２４ａ）の端面に吸着され、一体となって
回転する。通電が切れるとヨークＱ４およびボビン（３
４）のみが回転し、プランジャ■にはトルクが伝わらな
い。

なおボビン（３４）の扇状の突起（３Ｂ）にはコイル（
ａ４ａ）用の端子（３４ｂ）が固定されている。また第
２〜３図の（３８）はケーシングＱυのカバー（第３図
の（２ｔａ））とヨークＱ４との間に介在され、ヨーク
Ｑ４を常時プランジャ側に付勢するための弾性部材であ
る。弾性部材はヨークのガタを防止するものであり、た
とえばゴム、発泡ポリウレタンなどから製造しうる。

本実施例では電磁確動クラッチを用いているが、クラッ
チとしてたとえば電気流動流体クラッチ（ＩＥＲ流体ク
ラッチ）などを用いてもよい。

つぎに入カプーリと出力プーリ間の相対的なトルクを検
出する機構を説明する。

第２図に示すようにストレインアブソーバ（８）の中央
には、半径方向のスリット（８ａ）が形成されており、
そのスリット（８ａ）内には第４〜５図に示すような３
枚の扇状の導電板（４１）の立ち上がり部（４２）と、
それぞれの立ち上り部（４２）間にサンドイッチ状に挾
まれる板状の感圧センサ（４３）とが嵌入されている。

感圧センサとしては前記加圧導電ゴムのほか、たとえば
ス・トレインゲージ、ダイオードケージなどが用いられ
る。

前記３枚の導電板（４１）は感圧センサ（４３）の電極
端子となるものであり、第４図に示すように３本のター
ミナル（４４）によってリード線（４５）に接続されて
いる。リード線（４５）はさらに第７図に示すように出
力プーリをかわすために形成されたケーシング（２Ｄの
凹部ないし開口部（４６）を通って、コントローラを構
成するワイヤリングボード（４７）まで導かれる。なお
出力プーリ（９）の回転角は前記実施例では９０″程度
であるので、リード線（４５）が捩れてしまうことはな
い。ワイヤリングボード（４７）からの電源線はケーシ
ング−の切り欠き部（４８）を通って外部に導かれてい
る。

なお第７図の（４９）は第２図のボビン（３４）の端子
（３４ａ）からワイヤリングボード（４７）に導かれる
リード線である。

また図面上には示されていないが、モータ（Ｍ）とケー
シング＋２１１の間、ケーシング（２１）と出力プーリ
（９）の間、入カプーリ（７）とプランジャ国の間など
にはそれぞれ絶縁紙が介在されている。

第８図はワイヤリングボード（４７）上に設けられる電
気部品の実態的な配置に準じて作成された回路図である
。

第８図に示すように２個の感圧センサの出力接点（Ｐｌ
）、（Ｐｌ）はリレー（Ｌ）　、（Ｒ）と電源（Ｑ）の
間に介在されており、リレー（Ｌ）　　（Ｒ）の出力接
点（Ｌｌ）、（Ｒ１）はそれぞれモータ（Ｍ）を左回転
および右回転させるようにモータ（Ｍ）と電源（Ｓ）と
の間に介在されている。

また前記感圧センサの出力接点（Ｐｌ）、（Ｐｌ）はク
ラッチ用のリレー（Ｒ）と電源（Ｑ）との間にリレー（
Ｋ）と電源（Ｑ）との間に、リレー（Ｋ）のコイルを入
り切りするように並列状態で介在されており、リレー（
Ｋ）の出力接点（Ｘｌ）は電磁クラッチのコイル（３４
ａ）の０Ｎ−ＯＦＦを制御する。

したがっていずれか一方の感圧センサが作用すると電磁
クラッチが入ると共に、その感圧センサに応じた回転方
向にモータ（Ｍ）を起動させる。

斜上のごとく構成される第２〜８図の装置は第１図に基
づいて説明した遠隔操作システムの装置と実質的に同じ
であり、同じ作用を奏するが、小さいスペース内にコン
パクトに組み立てられている。

なお、第２図などの実施例では超音波モータが用いられ
ているが、通常のサーボモータなどを用いることもでき
る。

第１図の遠隔操作システムはたとえば自動車のオートマ
チックトランスミッションのマニュアル変速操作、建設
機械のバルブコントロール、マジックハンドなどに好適
に用いることができるが、その他種々の産業機器、家庭
用機器に広く採用しうる。

［発明の効果］ 本発明の遠隔操作装置は入力操作の操作力が小さくてよ
く、そのため入カケープルとして、配索自由度が高い極
細のケーブルを用いることができる。

また機械的な制御の連結が確保されているので、万一電
気系統に故障が生じても安全である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のシステムの一実施例を模式的に示す説
明図、第２図は本発明の装置の一実施例を示す組み立て
前の斜視図、第３図は第２図に示す装置の組み立て後の
縦断面図、第４図は第３図の剪−■線断面図、第５図は
第３図の（Ｖ）−（Ｖ）線断面図、第６図は第２図に示
す入力プーリと出力プーリとを組み合わせた状態を示す
一部切欠斜視図、第７図は第２図の装置のカバーをはず
した状態における正面図、第８図は本発明の装置の電気
回路の一例を示す回路図である。 （図面の主要符号） （７）二人カブーリ （８）： （９）： 嬶 釦 （４３）： （ｃ）＝ （Ｍ）ニ ストレインアブソーバ 出力プーリ 電磁クラッチ 人カケープル 感圧センサ コントローラ モータ 才１　口 特 許

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　（ａ）回転自在に設けられる入力プーリと、（ｂ）
   回転自在に設けられる出力プーリと、（ｃ）前記入力プ
   ーリと出力プーリとの間に、両者間のトルクを伝達する
   ように、かつ両者の回転方向の撓みを許すように介在さ
   れるストレインアブソーバと、 （ｄ）前記入力プーリの駆動トルクの大きさおよび方向
   を検出するためのセンサと、 （ｅ）前記出力プーリにクラッチを介して連結される両
   方向回転可能のモータと、 （ｆ）前記センサによって検出されるトルクの大きさに
   応じてクラッチに入切信号を出力し、トルクの方向に応
   じた方向にモータを回転させるためのコントローラと、 （ｇ）前記入力プーリに操作力を伝達するための入力ケ
   ーブル とからなるケーブル式遠隔操作装置。 ２　前記出力プーリに出力ケーブルが係合されてなる請
   求項１記載の装置。 ３　前記入力ケーブルが極細の引きコントロールケーブ
   ルの内索であり、前記出力ケーブルが標準の引きコント
   ロールケーブルの内索である請求項２記載の装置。 ４　前記センサがストレインアブソーバの内部に埋め込
   まれた加圧導電ゴムである請求項１記載の装置。 ５　前記モータが超音波モータである請求項１記載の装
   置。 ６　請求項１記載のケーブル式遠隔操作装置と、該装置
   の入力ケーブルを往復操作するための入力機構と、前記
   装置の出力プーリによって往復駆動される出力ケーブル
   と、該出力ケーブルに連結された制御対象とからなる遠
   隔操作システム。 ７　前記制御対象が自動車の自動変速機の手動切り換え
   機構である請求項６記載のシステム。