WO2004076015A1 - ストッパを備えたハンドル装置 - Google Patents

Description

明 細 書 ス トッパを備えたハン ドル装置 技術分野

本発明は、 ドライブシミュレータ等に用いられるハンドル装置、 特に ハンドルが許容限界以上に回されるのを禁止するス ト ヅパ機能を備えた ハンドル装置に関する。 背景技術

ドライブシミュレータにおいては、 操縦者がハン ドルを握ってそれを 正時計方向及び反時計方向へ回しながら模擬運転を行う。 この種のドラ イブシミュレータは従前より知られていたが、 特に昨今のドライプシミ ユレ一夕ではハンドルを 1回転以上回すことができる構造が広く採用さ れている。

このようにハンドルを 1回転以上回すことを可能とする構造として、 従来、 第 5図に示すようにハンドル 1が固定されたハンドル軸 2の軸上 に歯数の少ない第 1ギヤ 3を固着し、 ハン ドル軸 2に対して平行に配設 した補助軸 4上に歯数の多い第 2ギヤ 5を固着し、 第 1ギヤ 3 と第 2ギ ャ 5 とを互いに嚙み合わせるようにした構造が知られている。 この構造 によれば、 補助軸 4が 1回転する間にハン ドル軸 2、 従ってハンドル 1 を 1回転以上回すことができ、 補助軸 4の 1回転以内の回転角度をェン コーダその他の検知器によつて検知することにより、 ハンドル 1の 1回 転以上の回転角度を検知できる。

このようなハンドル装置に関しては、 ハン ドル 1が無制限に回転する のは望ましいことではなく、 通常は、 ハンドル 1の回転数が必要に応じ た範囲に制限される。 ハン ドル 1の回転数を制限するために採用される 従来のス トヅパ機構として、 第 5図に示すように、 第 2ギヤ 5の側面に 図の紙面垂直方向に延びるス トヅパアーム 6を形成し、 一方、 機枠 7に ス トヅパ 8を固着した構造のものがある。 このス トヅパ機構によれば、 第 2ギヤ 5が回転してス ト ヅパァ一ム 6がス トッパ 8に当接すると、 そ れ以降の第 2ギヤ 5の回転、 従ってハン ドル 1の回転が禁止される。

しかしながら、 上記従来のハンドル装置においては、 ギヤ列によって 減速された補助軸側にス ト ヅパアーム及びス ト ヅパを設けたため、 以下 のような問題があった。 すなわち、 補助軸 4に加わる トルクはギヤで減 速された分だけ大きくなり、 よってス ト ツパ 8及びス ト ツパアーム 6に 加わる負荷が非常に大きくなつてそれらが破損し易い。 また、 補助軸 4 にギヤ 3及び 5からの伝達荷重とス トツパ 8の反力が同時に加わるため 破損し易い。 さらに、 ギヤ 3及び 5がハン ドル軸 2の回転を止めるため のス ト ヅパとして直接作用しており、 それらのギヤに大きな伝達トルク が加わるため、 ギヤへの負担が大きくなつてやはり破損し易い。

このように、 従来のハン ドル装置においては、 ギヤ、 ス ト ッパ、 補助 軸及び補助軸を支持する軸受等といった各部材への負担が大きくなる。 特に、 ギヤへの負担を補うためには、 ギヤのピッチ円径ゃ幅を大きく し たり、 モジュールを大きくする必要があるが、 それはコス トアップや滑 らかな操作感を損なう といった問題を引き起こす。

本発明は、 従来のハン ドル装置における上記の問題点を解消するため になされたものであって、 ギヤを用いた減速構造及びス ト ッパを備えた ハン ドル装置において、 各構成要素に加わる負担、 特にギヤに加わる負 担を軽減することを目的とする。 発明の開示 本発明に係るハン ドル装置は、 ノヽン ドルと一体なハンドル軸と、 ノヽン ドル軸とは別に設けられた補助軸と、 ハン ドル軸の回転角度が補助軸の 回転角度よりも大きくなるようにハン ドル軸と補助軸とを互いに連結す る動力伝達手段とを有するハンドル装置であって、 ハンドル軸と一体状 態で回転するス ト ヅパアームと、 補助軸と一体状態で回転するス ト ッパ とを有している。 そして、 ス トヅ パの回転軌跡とス トヅ パアームの回転 軌跡は互いに交差していて、 ス トヅ パ及びス ト ヅパアームがその交差点 に同時に到来したときには両者がぶっかってそれ以降のハン ドルの回転 が禁止される。 ス トヅパは、 それに対向して回転するス トツパアームが 少なく とも 1回転するのを許容するように回転軌跡のうちの一部の回転 角度領域内に設けられる。

ハンドル軸と補助軸とを連結する動力伝達手段としては、 ギヤ、 チェ —ン、 ベルトその他任意の動力伝達要素を用いることができる。 動力伝 達手段としてギヤを考えた場合、 ハン ドル軸の回転角度が補助軸の回転 角度よりも大きくなるようにするためには、 補助軸に固着した第 2ギヤ の歯数をハン ドル軸に固着した第 1ギヤの歯数よりも多くすれば良い。 ス トッパ及びス トッパアームの主目的は、 それらが互いに当接するこ とによってハン ドル軸と補助軸の回転をとめること又は第 1ギヤと第 2 ギヤの回転を止めることであるから、 それらのス トッパ及びス ト ヅ パァ —ムがどのような状態で当接するかについては特定の状態に限定されな い。 しかしながら望ましくは、 両者が当接したときに両者間に生じる反 力が、 補助軸の回転中心又は第 2ギヤの回転中心軸線に向かうように両 者の位置関係を設定する。

上記ス トヅパの形状は特定のものに限定されないが、 望ましくは、 そ れと一体な補助軸の回転中心軸線又は第 2ギヤの回転中心軸線を中心と する円弧状の周面を有するように形成し、 この周面にス トヅ パアームが 当たって止まるようにする。

本発明のハン ドル装置では、 ノ、ン ドルを回すとハン ドル軸が一緒に回 転し、 第 1ギヤ及び第 2ギヤ等によって構成される動力伝達手段によつ てその回転が第 2ギヤの回転中心軸すなわち補助軸に伝達され、 その補 助軸が回転する。 例えば、 第 2ギヤの歯数は第 1ギヤの歯数よりも多く 設定されているから、 第 2ギヤ従って補助軸が 1回転するまでにハン ド ル軸従ってハン ドルは 1回転以上回る。 例えば、 補助軸にボリューム等 の回転角度検出要素を設ければ、 補助軸に関する 1回転以内の回転角度 を検出することにより、 ハン ドル軸の 1回転以上の広い範囲の回転角度 を検出できる。

補助軸及びハン ドル軸の回転制限は、 ス ト ツパアームがス ト ッパに突 き当たってそれ以降の回転が禁止されることによって実現される。 ス ト ヅ パアームの回転が禁止されることにより、 直接、 ハン ドル軸の回転が 禁止されるので、 ハン ドルにかかる回転トルクは補助軸には伝達されな い。 従って、 このトルクは専らス ト ヅパとス ト ヅパアームとの間に作用 するだけで、 第 1ギヤと第 2ギヤとの間には作用しない。 よって、 両ギ ャに加わる荷重負担が軽減されて、 ギヤに関する設計自由度が向上し、 寿命も長くなる。 図面の簡単な説明

第 1図は、 本発明に係るハンドル装置の一実施例を示す斜視図である 。 第 2図は、 第 1図に示すハン ドル装置においてハン ドルが中立位置に ある状態を示す正面図である。 第 3図は、 第 1図に示すハンドル装置に おいてハンドルが回された状態を示す正面図である。 第 4図は、 第 1図 に示すハンドル装置においてハン ドルがス ト ップ状態になったときを示 す正面図である。 第 5図は、 ス ト ツパ機能を備えた従来のハン ドル装置 の一例を示す正面図である。 第 6図は、 本発明のハンドル装置を使用し た ドライブシミュレータの一例を示す斜視図である。 第 7図は、 そのド ライブシミュレータに用いられる電気制御系の一例を示すプロヅク図で める。 発明を実施するための最良の形態

本発明をより詳細に説明するために、 添付の図面に従ってこれを説明 する。

第 1図は、 本発明に係るハン ドル装置の一実施例を示している。 この ハン ドル装置は、 機枠 7に回転自在に支持されたハンドル軸 2 と、 同じ く機枠 7に回転自在に支持された補助軸 4とを有している。 ハンドル軸 2の一端にはハン ドル 1が固着され、 その他端にはス トヅパアーム 6が 固着され、 ス トヅパアーム 6と機枠 7との間には第 1ギヤ 3が固着され ている。 また、 補助軸 4の先端には、 扇形状のス トヅ パ 8が固着され、 そのス トヅ パ 8と機枠 7との間に第 2ギヤ 5が固着されている。 ス ト ヅ パ 8及びス トヅ パアーム 6は、 それぞれ、 第 2ギヤ 5及び第 1ギヤ 3の 側面に固着するように設けても良い。

第 1ギヤ 3 と第 2ギヤ 5は互いに嚙み合っており、 また、 第 2ギヤの 歯数は第 1ギヤの歯数よりも多く設定してある。 また、 ス ト ッパ 8の補 助軸 4を中心とする回転軌跡と、 ス トツパアーム 6のハン ドル軸 2を中 心とする回転軌跡とは、 両軸間の特定点で互いに交差するように設定さ れており、 よってス ト ヅ パ 8及びス トヅ パアーム 6がそれらの特定点に 同時に到来したときには、 それらが互いにぶつかり合って、 それ以降の 回転が禁止される。

本実施例のハンドル装置は以上のように構成されているので、 ハンド ル 1が中立位置にあるときには、 第 2図に示すように、 ス トヅ パアーム 6及びス ト ヅパ 8が回転角度 0 ° に位置している。 この状態からハン ド ル 1を矢印 A方向に回すと、 第 3図に示すように、 ハン ドル軸 2上の第 1ギヤ 3及びス ト ヅパアーム 6がハン ドル 1 と一体状態で回転する。 ま たこのとき、 第 1ギヤ 3に嚙み合う第 2ギヤ 5が反対方向 （矢印 B方向 ) へ回転し、 それと一体状態でス ト ヅ パ 8も回転する。

ハン ドル 1の A方向への回転がさらに続けられると、 第 4図に示すよ うに、 ス ト ヅ パアーム 6 とス ト ヅノ、 ° 8 とが互いにぶつかり合う状態とな り、 これ以降の矢印 A方向へのハン ドル 1の回転が禁止される。 この状 態からハン ドル 1を反対方向、 すなわち矢印 B方向へ回すと、 そのハン ドル 1は第 2図の中立位置を通過し、 さらに 1回転以上回転した後、 再 びス ト ッパアーム 6 とス ト ヅ パ 8 とがぶつかり合う所まで回転し、 その 位置でそれ以降の回転が禁止される。 ス トヅ パ 8は、 その回転軌跡の全 域すなわち 3 6 0 ° の角度範囲にわたって設けられるのではなくて、 そ の一部領域、 実施例の場合はほぼ 1 8 0 ° の角度範囲内に設けられるの で、 ス ト ヅ パアーム 6がス ト ッパ 8の存在しない領域を通過することに よりハン ドル 1は 1回転以上回転することできる。

ス ト ッ パ 8 とス ト ヅ パアーム 6が互いに突き当たってハン ドル 1の回 転が禁止されると、 ハン ドルの回転トルクは専らス トヅ パ 8 とス ト ヅ パ アーム 6 との間に作用し、 第 1ギヤ 3 と第 2ギヤ 5との間には作用しな い。 よって、 両ギヤに加わる荷重負担が軽減されて、 ギヤに関する設計 自由度が向上し、 寿命も長くなる。

ところで本実施例では、 ス トヅ パ 8の外周面 8 aすなわちス トツパァ —ム 6 との接合面が補助軸 4を中心とする円弧形状に形成されている。 このため、 ス トヅ パ 8 とス ト ッパアーム 6とがぶつかるとき、 すなわち ス トヅ パ作用時に発生する荷重の作用方向はハンドル軸 2及び補助軸 4 の半径方向となり、 その軸に対する回転力とはならない。 よって、 各ギ ャ 3， 5には全く負荷は加わらない。

以上、 1つの実施例をあげて本発明を説明したが、 本発明はその実施 例に限定されるものでなく、 請求の範囲に記載した技術的範囲内で種々 に改変できる。

例えば、 ス トッパ 8及びス ト ヅパアーム 6は、 互いに当接することに よって第 1ギヤ 3及び第 2ギヤ 5の回転を止めることを主たる目的とし ているから、 それらの形状は第 1図に示した形状に限られず、 他の任意 の形状とすることができる。 例えば、 図示した実施例ではス ト ヅパ 8を 補助軸 4を中心とする扇形状、 すなわち第 2ギヤ 5の回転中心軸線を中 心とする円弧状の周面を有する形状に形成したが、 これを方形状、 円形 状等とすることもできる。

また、 ス トヅパ 8を第 2ギヤ 5 と機枠 7との間に配置し、 ス ト ッパァ ーム 6を第 1ギヤ 3 と機枠 7との間に配置することもできる。 上記の実 施例では、 ハンドル軸 2と補助軸 4とを 2個のギヤ 3及び 5によって連 結したが、 3個以上のギヤ列によって両軸を連結することもできる。 ま た、 ハン ドル軸 2 と補助軸 4とを連結する動力伝達手段として、 ギヤに 代えて、 チェーン、 ベルト等を用いることもできる。

第 6図は、 本発明に係るハン ドル装置を ドライブゲーム機に使用した 場合の一例を示している。 この ドライブゲーム機においては、 サ一キヅ トコース又は市街地コース等を走行するレーシングカーをプレイャが運 転し、 コンピュータの操縦するコンピュータカーや、 他のプレイヤの運 転するレーシングカーと順位や時間を競い合う。 プレイヤは、 シート 1 8に座ってディスプレイ 2 0を見ながらハンドル 1を操作し、 さらに必 要に応じて、 アクセルペダル 1 2又はブレーキペダル 1 4を踏み、 さら にシフ トレバー 1 6を操作してゲームを行う。

また、 このドライブゲーム機は、 例えば第 7図に示すように、 ハン ド ル軸 2に接続されるサーボモ一夕 1 0 と、 補助軸 4に接続されるポテン ショメ一夕 1 1 とを有している。 サ一ボモータ 1 0はサーボコントロー ラ 1 3から出力されるサーボ電圧 Eに従ってハンドル軸 2に負荷、 すな わち反力を付与する。 ポテンショメ一夕 1 1は、 補助軸 4の回転角度に 応じた信号を出力し、 その出力信号はゲーム演算部 1 5へ送られる。

ゲ一厶演算部 1 5は、 コンピュータによって構成されていて、 ドライ ビングゲームに関する各種のゲ一ム演算を行うものであり、 アクセルぺ ダル 1 2、 ブレーキペダル 1 4、 シフ トレバ一 1 6等から成る操作入力 部 1 7の操作状況に応じて ドライブゲームを演算する。 そして、 その演 算結果は表示制御部 1 9へ送られ、 その表示制御部 1 9によって作成さ れたゲームに関する画像データがディスプレイ 2 0に映像として表示さ れる。 例えば、 プレイヤが運転するレーシングカーのフロン トウィ ン ド を通して眺めることができる前方の景色がディスプレイ 2 0の画面上に 表示される。

本ドライ ビングゲーム機においては、 プレイヤによって回されるハン ドル 1の回転角度がポテンショメ一夕 1 1によって検出され、 その検出 結果に対応してゲーム演算部 1 5によって画像データが演算される。 例 えば、 レ一シング力一の走行方向の変化の程度や、 ハン ドル 1に付与す る反力の大きさ及び方向等が演算される。 産業上の利用可能性

本発明に係るハン ドル装置は、 ドライブシミュレー夕やドライブゲー 厶装置に好適に用いられる。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . ハン ドルと一体なハンドル軸と、 ハン ドル軸とは別に設けられた補 助軸と、 ハン ドル軸の回転角度が補助軸の回転角度よりも大きくなるよ うにハン ドル軸と補助軸とを互いに連結する動力伝達手段とを有するハ ンドル装置において、

ハン ドル軸と一体状態で回転するス トツパアームと、 補助軸と一体状 態で回転するス トッパとを有し、

ス トヅパの回転軌跡とス トッパアームの回転軌跡は互いに交差し、 そ して

前記ス トツパは、 それに対向して回転する前記ス トツパアームが少な く とも 1回転するのを許容できるように回転軌跡のうちの一部の回転角 度領域内に設けられることを特徴とするス トヅパを備えたハンドル装置

2 . ハン ドルと一体なハンドル軸上に固着された第 1ギヤと、 その第 1 ギヤに嚙み合っていて第 1ギヤよりも齒数の多い第 2ギヤとを有するハ ンドル装置において、

第 1ギヤと一体状態で回転するス ト ツパアームと、 第 2ギヤと一体状 態で回転するス トツパとを有し、

ス ト ヅパの回転軌跡とス ト ヅパアームの回転軌跡は互いに交差し、 そ して

前記ス ト ツバは、 それに対向して回転する前記ス ト ヅパアームが少な く とも 1回転するのを許容できるように回転軌跡のうちの一部の回転角 度領域内に設けられることを特徴とするス トッパを備えたハン ドル装置

3 . ス トヅパアームとス トヅパとが両者の回転軌跡の交差点において互 いにぶっかるときに両者間に生じる反力は、 補助軸の回転中心に向かう ことを特徴とする請求の範囲第 1項記載のス トッパを備えたハンドル装

4 . ス ト ヅパアームとス ト ヅパとが両者の回転軌跡の交差点において互 いにぶっかるときに両者間に生じる反力は、 第 2ギヤの回転中心軸線に 向かうことを特徴とする請求の範囲第 2項記載のス ト ッパを備えたハン ドル装置。

5 . 前記ス ト ヅパはそれと一体な第 2ギヤの回転中心軸線を中心とする 円弧状の周面を有し、 その周面にス ト ヅパアームが当たって止まること を特徴とする請求の範囲第 1項又は第 2項に記載のス ト ヅパを備えたハ ンドル装置。