JP6126581B6 - ダンパおよび操作ユニット - Google Patents
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Description
本発明は、ユーザのマニュアル操作を操作部で受け付ける操作ユニットにおいて、予め定めた事象の発生を触覚的なシグナルでユーザに通知することが可能なダンパの構造に関する。
特許文献1には、一対のカムを含むダンパのヒステリシス特性を利用して、アクセルペダルの踏み込みに適度な負荷を与えてアクセルペダルの踏み込みすぎを防止するとともに、アクセルペダルをほぼ一定の位置に保持しているときのドライバーの足にかかる負担を低減するアクセルペダルユニットが記載されている。
このアクセルペダルユニットにおいては、アクセルペダルアームの回転が、リンク部材等からなる伝達機構を介してダンパの回転軸に伝達され、これにより、アクセルペダルアームの双方向の回転が制動される。具体的には、リンク部材の回転によりダンパの回転軸が回転するように、リンク部材の一端がダンパの回転軸に固定される。一方、アクセルペダルアームには、アクセルペダルアームの回転軸を挟んでアクセルペダルの反対側の端部に係合部材が固定され、この係合部材がリンク部材にスライド可能に保持される。これにより、アクセルペダルアームが回転すると、リンク部材を介して、アクセルペダルアームの回転方向に応じた回転方向にダンパの回転軸が回転し、ダンパのヒステリシス特性により、アクセルペダルの踏み込み時には適度な負荷が与えられ、アクセルペダルの復帰時には負荷が軽減する(段落0071〜0084、図13〜図19等)。
ところで、アクセルペダルを必要以上に踏み込むことは、自動車のエネルギー消費率を増加させ、走行エネルギーコスト低減等の観点から好ましくない。そこで、ドライバーは、いわゆるエコドライブを実践するため、自動車の走行中、インスツルパネル上のエコメータ等から得られる視覚情報によって自動車の走行状況を絶えず把握しながら、アクセルペダルの踏み込み具合を調整する必要がある。
しかし、インスツルパネル上の表示を確認しなくても、自動車の省エネルギー走行を促すシグナルをより直感的に把握することができれば、ドライバーの利便性が向上する。また、自動車に限らず、操作部をマニュアル操作するユーザが、所定事象の発生を通知するシグナルを直感的に把握することができれば便利である。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ユーザのマニュアル操作を操作部で受け付ける操作ユニットにおいて、所定事象の発生を通知するシグナルを直感的に把握可能な操作ユニット、および、これに用いることが好適なダンパを提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明では、ユーザのマニュアル操作を受け付ける操作部に連動して回転するピボットピンに、このピボットピンの回転を制動するダンパを連結しておき、予め定めた回転角度までピボットピンが回転したタイミングで、このダンパがピボットピンの回転を制動する力が急激に増大するようにした。
例えば、本発明のダンパは、回転軸の回転を制動するダンパであって、
前記回転軸の回転方向に対して傾斜した傾斜カム面をそれぞれ有し、前記回転軸のトルクが伝達されて、前記傾斜カム面同士をすべり接触させながら、前記回転軸の軸心回りに相対的に回転して、前記回転軸の軸心方向に相対的に移動する一対のカム部材と、
前記一対のカム部材を収容し、相対的に回転しながら移動する前記一対のカム部材が摺動する内側面を有する収容部品と、
前記一対のカム部材の傾斜カム面が互いに押圧するように、前記一対のカム部材を、前記回転軸の軸心方向に、前記収容部品の、前記回転軸の軸心方向の端部に押し当てながら、前記一対のカム部材の相対的な回転角度の増加とともに前記一対のカム部材を前記収容部品の端部に押し当てる力を段階的に変化させて、前記一対のカム部材の相対的な回転を妨げる摩擦抵抗を段階的に変化させる摩擦抵抗変更手段と、を備える。
前記回転軸の回転方向に対して傾斜した傾斜カム面をそれぞれ有し、前記回転軸のトルクが伝達されて、前記傾斜カム面同士をすべり接触させながら、前記回転軸の軸心回りに相対的に回転して、前記回転軸の軸心方向に相対的に移動する一対のカム部材と、
前記一対のカム部材を収容し、相対的に回転しながら移動する前記一対のカム部材が摺動する内側面を有する収容部品と、
前記一対のカム部材の傾斜カム面が互いに押圧するように、前記一対のカム部材を、前記回転軸の軸心方向に、前記収容部品の、前記回転軸の軸心方向の端部に押し当てながら、前記一対のカム部材の相対的な回転角度の増加とともに前記一対のカム部材を前記収容部品の端部に押し当てる力を段階的に変化させて、前記一対のカム部材の相対的な回転を妨げる摩擦抵抗を段階的に変化させる摩擦抵抗変更手段と、を備える。
ここで、前記摩擦抵抗変更手段は、
前記一対のカム部材の前記軸心方向の相対的な移動量の増加によって前記回転軸の軸心方向に圧縮されるように前記収容部品内に配置され、復元力により前記一対のカム部材を前記回転軸の軸心方向に付勢する弾性手段を備え、
前記弾性手段の弾性係数は、当該弾性手段の圧縮量の増加とともに段階的に増加する。
前記一対のカム部材の前記軸心方向の相対的な移動量の増加によって前記回転軸の軸心方向に圧縮されるように前記収容部品内に配置され、復元力により前記一対のカム部材を前記回転軸の軸心方向に付勢する弾性手段を備え、
前記弾性手段の弾性係数は、当該弾性手段の圧縮量の増加とともに段階的に増加する。
また、本発明の操作ユニットは、ユーザからマニュアル操作を操作部で受け付ける操作ユニットであって、
前記操作部を有するアームと、
軸心から離れた位置に前記操作部が位置するように前記アームが固定されたピポッドピンと、
前記ピポッドピンを、前記マニュアル操作によって前記操作部が受ける力で当該ピボットピンの軸心回りに回転可能に保持するブラケットと、
前記ピボットピンの回転を制動するダンパと、を備え、
前記ダンパは、
前記ピボットピンの回転方向に対して傾斜した傾斜カム面をそれぞれ有し、前記ピボットピンのトルクが伝達されて、前記傾斜カム面同士をすべり接触させながら、前記ピボットピンの軸心回りに相対的に回転して、前記ピボットピンの軸心方向に相対的に移動する一対のカム部材と、
前記一対のカム部材を収容して前記ブラケットに固定されるとともに、相対的に回転しながら移動する前記一対のカム部材が摺動する内側面を有する収容部品と、
前記一対のカム部材の傾斜カム面が互いに押圧するように、前記一対のカム部材を、前記ピボットピンの軸心方向に、前記収容部品の、前記ピボットピンの軸心方向の端部に押し当てながら、前記一対のカム部材の相対的な回転角度の増加とともに前記一対のカム部材を前記収容部品の端部に押し当てる力を段階的に変化させて、前記一対のカム部材の相対的な回転を妨げる摩擦抵抗を段階的に変化させる摩擦抵抗変更手段と、を備える。
前記操作部を有するアームと、
軸心から離れた位置に前記操作部が位置するように前記アームが固定されたピポッドピンと、
前記ピポッドピンを、前記マニュアル操作によって前記操作部が受ける力で当該ピボットピンの軸心回りに回転可能に保持するブラケットと、
前記ピボットピンの回転を制動するダンパと、を備え、
前記ダンパは、
前記ピボットピンの回転方向に対して傾斜した傾斜カム面をそれぞれ有し、前記ピボットピンのトルクが伝達されて、前記傾斜カム面同士をすべり接触させながら、前記ピボットピンの軸心回りに相対的に回転して、前記ピボットピンの軸心方向に相対的に移動する一対のカム部材と、
前記一対のカム部材を収容して前記ブラケットに固定されるとともに、相対的に回転しながら移動する前記一対のカム部材が摺動する内側面を有する収容部品と、
前記一対のカム部材の傾斜カム面が互いに押圧するように、前記一対のカム部材を、前記ピボットピンの軸心方向に、前記収容部品の、前記ピボットピンの軸心方向の端部に押し当てながら、前記一対のカム部材の相対的な回転角度の増加とともに前記一対のカム部材を前記収容部品の端部に押し当てる力を段階的に変化させて、前記一対のカム部材の相対的な回転を妨げる摩擦抵抗を段階的に変化させる摩擦抵抗変更手段と、を備える。
ここで、前記摩擦抵抗変更手段は、
前記一対のカム部材の前記軸心方向の相対的な移動量の増加によって前記ピボットピンの軸心方向に圧縮されるように前記収容部品内に配置され、前記一対のカム部材を前記ピボットピンの軸心方向に付勢する弾性体と、
前記一対のカム部材のうち、少なくとも一方のカム部材の傾斜カム面内に形成され、前記一対のカム部材の相対的な回転の方向に対して互いに異なる角度で傾斜し、前記一対のカム部材の相対的な回転の方向に並んだ少なくとも2つの傾斜領域と、を備えていてもよい。
前記一対のカム部材の前記軸心方向の相対的な移動量の増加によって前記ピボットピンの軸心方向に圧縮されるように前記収容部品内に配置され、前記一対のカム部材を前記ピボットピンの軸心方向に付勢する弾性体と、
前記一対のカム部材のうち、少なくとも一方のカム部材の傾斜カム面内に形成され、前記一対のカム部材の相対的な回転の方向に対して互いに異なる角度で傾斜し、前記一対のカム部材の相対的な回転の方向に並んだ少なくとも2つの傾斜領域と、を備えていてもよい。
または、前記摩擦抵抗変更手段は、
前記一対のカム部材の前記軸心方向の相対的な移動量の増加によって前記ピポッドピンの軸心方向に圧縮されるように前記収容部品内に配置され、復元力により前記一対のカム部材の傾斜カム面が互いに押圧するように前記一対のカム部材を前記ピポッドピンの軸心方向に付勢する弾性手段を備え、
前記弾性手段の弾性係数は、当該弾性手段の圧縮量の増加とともに段階的に増加するものであってもよい。
前記一対のカム部材の前記軸心方向の相対的な移動量の増加によって前記ピポッドピンの軸心方向に圧縮されるように前記収容部品内に配置され、復元力により前記一対のカム部材の傾斜カム面が互いに押圧するように前記一対のカム部材を前記ピポッドピンの軸心方向に付勢する弾性手段を備え、
前記弾性手段の弾性係数は、当該弾性手段の圧縮量の増加とともに段階的に増加するものであってもよい。
本発明によれば、ユーザのマニュアル操作を受け付ける操作部に連動して回転するピボットピンに連結されたダンパが、ピボットピンの回転を制動する力を、所定の回転角度までピポッドピンが回転したタイミングで増大させるため、ユーザは、操作部を所定の位置まで移動させたタイミングで、操作部の操作感の変化を触感により検知することができる。したがって、例えば、操作ユニットを、アクセルペダルを操作部とするアクセルペダルユニットに適用した場合、自動車のエネルギー消費率が所定レベルまで増加する位置まで、アクセルペダルが踏み込まれたタイミングで、アクセルペダルを踏み込むドライバーの足にかかる負荷が増大するようにすれば、自動車の運転中、ドライバーは、アクセルペダルの操作感の変化を、自動車の省エネルギー走行を促すシグナルとして検知することができる。したがって、ドライバーは、自動車の運転中、アクセルペダルの踏み込み操作により、自動車の省エネルギー走行を促すシグナルを直感的に把握することができる。
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。
(第一の実施の形態)
まず、本実施の形態に係るアクセルペダルユニット1およびこれに用いるダンパ6の構造について説明する。
まず、本実施の形態に係るアクセルペダルユニット1およびこれに用いるダンパ6の構造について説明する。
図1は、本実施の形態に係るアクセルペダルユニット1における、アクセルペダルアーム2の保持部分の概略構成を示した図である。
図示するように、本実施の形態に係るアクセルペダルユニット1は、ドライバーの操作を受ける操作部としてアクセルペダル21が一方の端部に固定されたアクセルペダルアーム2と、軸心Oから所定の間隔L3離れた位置にアクセルペダル21が位置するようにアクセルペダルアーム2が固定されたペダルピボットピン4と、アクセルペダル21の操作(踏み込みおよび解放)によってアクセルペダルアーム2が揺動するようにペダルピボットピン4をその軸心O回りに双方向α、βに回転可能に保持するとともに自動車の車体(不図示)に固定されるペダルブラケット5と、ペダルブラケット5からのペダルピボットピン4の脱落を防止するための止め輪7と、アクセルペダル21の踏み込みによって圧縮されるようにアクセルペダルアーム2およびペダルブラケット5に両端部が連結され、アクセルペダル21の解放時に、アクセルペダル21の踏み込みによってペダルピボットピン4の軸心O回りに回転したアクセルペダルアーム2を弾性力で初期位置に復帰させるスプリング3と、ペダルピボットピン4の軸心O回りの回転角度θを検出して外部に出力するポテンショメータ等を含む検出部(不図示)と、を備えている。
また、アクセルペダル21を踏み込むドライバーの足に適度な負荷を与えつつ、自動車のエネルギー消費率が所定レベルに低下する位置までアクセルペダル21が踏み込まれたタイミング(ペダルピボットピン4がその軸心O回りに所定方向αに所定角度θ1だけ回転したタイミング)で、ドライバーの足にかかる負荷が、少なくとも触感により検知可能な程度の大きさで急激に重くなるように、このアクセルペダルユニット1は、ペダルピボットピン4の回転を制動する抵抗力がペダルピボットピン4の回転角度θに応じて段階的に大きくなるダンパ6と、このダンパ6をペダルブラケット5に固定するためのボルト8およびナット9と、をさらに備えている。
以下、これらの構成部品2〜9について説明する。ただし、アクセルペダルアーム2、スプリング3、止め輪7および検出部等、通常のアクセルペダルユニットと同様の部品については詳細な説明を省略する。なお、以下においては、アクセルペダル21の踏み込み時に、ペダルピボットピン4がその軸心O回りに回転する方向αを正転方向αと呼び、アクセルペダル21の開放時に、ペダルピボットピン4がその軸心O回りに回転する方向βを反転方向βと呼ぶ。
図2(A)および(B)は、ペダルピボットピン4の外観図および右側面図であり、図2(C)は、ペダルブラケット5へのペダルピボットピン4の取付け状態を概念的に示した図である。
図示するように、ペダルピボットピン4は、互いに外径の異なる三つの円柱状の軸部41〜43が同心かつ一体的に形成された段付きピンである。具体的には、このペダルピボットピン4は、一方の端面412側から順に、支持部41、支持部41よりも大径のダンパ連結部42、ダンパ連結部42よりも大径のペダルアーム固定部43を連続的に有している。
ペダルアーム固定部43の外周面431には、ペダルピボットピン4の軸心Oに交差する方向に配置されたアクセルペダルアーム2が固定されている。これにより、ペダルピボットピン4は、アクセルペダルアーム2の揺動に連動してペダルピボットピン4の軸心O回りに双方向α、βに回転する。
ダンパ連結部42は、ペダルアーム固定部43の端面432に一体的に形成されており、その外周421は、支持部41との外径差により生じる段差面(ダンパ連結部42の端面)422から、ペダルアーム固定部43との外径差により生じる段差面(ペダルアーム固定部43の端面)432に達しない位置まで、軸心O方向に沿って、支持部41の外径R2とほぼ同寸法の二面幅t1で二面取りされている。すなわち、ダンパ連結部42の外周421には、ペダルアーム固定部43側に、ペダルブラケット5の後述する2枚の側板52、53のうちの一方の側板52により支持される円周面の支持領域425が形成され、この支持領域425よりも支持部41側に、支持部41の外径R2とほぼ同寸法の二面幅t1で対向する二面の平坦面423が形成されている。
支持部41は、ダンパ連結部42の端面422に一体的に形成されており、その外周411には、ペダルアーム固定部43とダンパ連結部42との外径差により形成される段差面(ペダルアーム固定部43の端面)432から、ペダルブラケット5の2枚の側板52、53の間隔L2(図1参照)以上離れた位置に、止め輪7をはめ込むための周方向の溝413が形成されている。
このような形状を有するペダルピボットピン4は、支持部41側から、ペダルブラケット5の一方の側板52のピン挿入穴521、ペダルブラケット5の他方の側板53に固定されたダンパ6、および、ペダルブラケット5の他方の側板53のピン挿入穴531に挿入され、ダンパ連結部42の支持領域425および支持部41の両位置において、ペダルブラケット5の2枚の側板52、53に回転可能に支持される。この状態において、ダンパ連結部42の二面の平坦面423は、ペダルブラケット5の他方の側板53に固定されたダンパ6内に収容されており、このダンパ6内において、後述する回転カム61の内壁の平坦面618にそれぞれ対向している。このため、アクセルペダルアーム2の揺動に連動してペダルピボットピン4がその軸心O回りに回転すると、ダンパ連結部42の各平坦面423は、対向する回転カム61内壁の平坦面618との接触により回転カム61をただちに回転させる。これにより、ダンパ6が、アクセルペダル21の踏み込みとともにペダルピボットピン4の回転制動を開始し、アクセルペダル21を踏み込むドライバーの足に適度な負荷を与える。
図1に示したように、ペダルブラケット5は、自動車の車体に固定される底板51と、ペダルピボットピン4を双方向α、βに回転可能に支持する2枚の側板52、53と、を一体的に有している。図示していないが、このペダルブラケット5には、さらに、ペダルピボットピン4の正転方向αに回転するアクセルペダルアーム2の他方の端部(ペダルピボットピン4に対してアクセルペダル21と反対側の端部)に所定の位置で接触するストッパが設けられており、このストッパとアクセルペダルアーム2の他方の端部との接触によって、ペダルピボットピン4の所定角度θ2(図9参照)以上の正転方向αへの回転が阻止されるようになっている。
底板51には、自動車の車体側のネジ穴に対応する複数の位置に貫通穴511が形成されている。これらの貫通穴511に挿入されたボルトを自動車の車体側のネジ穴に締結することによって、ペダルブラケット5は、自動車の車体において定められた取付け位置に固定される。
2枚の側板52、53のうち、一方の側板52には、ペダルピボットピン4のペダルアーム固定部43よりも小径、かつダンパ連結部42よりも大径のピン挿入穴521が形成されている。他方の側板53は、ダンパ6のケース長さ(ケース本体641の両端面6410A、6410Bの間隔L1)よりも長い間隔L2をおいて一方の側板52と向かい合うように、一方の側板52を挟んでアクセルペダルアーム2の位置と反対側の位置に配置されている。また、他方の側板53には、一方の側板52のピン挿入穴521と同心かつペダルピボットピン4の支持部41よりも大径のピン挿入穴531と、ピン挿入穴531の両側に位置するボルト挿入穴(不図示)と、が形成されている。
ダンパ6は、2枚の側板52、53の間に配置されており、ケース64のフランジ部642のボルト挿入穴6421と他方の側板53のボルト挿入穴とに挿入されたボルト8およびナット9の締結により他方の側板53に固定される。この状態において、ペダルピボットピン4は、支持部41の溝413が他方の側板53のピン挿入穴531から突き出すまで、支持部41側から一方の側板52のピン挿入穴521内に挿入される。これにより、ペダルピボットピン4は、前述のように、他方の側板53に固定されたダンパ6内にダンパ連結部42の二面の平坦面423が収容された状態で、ダンパ連結部42の支持領域425および支持部41の両位置において、2枚の側板52、53のピン挿入穴521、531に回転可能に支持される。そして、他方の側板53のピン挿入穴531よりも外径が大きな止め輪7が支持部41の溝413内にはめ込まれ、ペダルブラケット5からのペダルピボットピン4の抜け落ちが阻止される。
図3は、本実施の形態に係るダンパ6の部品展開図である。また、図4(A)および(B)は、初期状態(アクセルペダル21の踏み込み無しの状態)におけるダンパ6の左側面図および右側面図であり、図4(C)は、図4(A)のA−A断面図である。
図示するように、ダンパ6は、軸心O回りの相対的な回転により互いの傾斜カム面611、621同士をすべり接触させる一対のカム(回転カム61、スライドカム62)と、スライドカム62の各傾斜カム面621を回転カム61の対応傾斜カム面611に押し当てる方向にスライドカム62を付勢するコイルスプリング63と、これらの部品61〜63を収容し、ペダルブラケット5の他方の側板53に固定されるケース64と、ケース64を封止する円板形のカバー65と、を備えている。
カバー65で封止されたケース64内において、回転カム61およびスライドカム62は、共通の軸心O回りの相対的な回転に伴い互いの傾斜カム面611、621がかみ合うようにはめ合わされており、コイルスプリング63は、スライドカム62のカム面622を回転カム61のカム面612に押し当てるように、スライドカム62に設けられたスプリングガイド穴6271の底面62711とケース64の底面6415との間に配置されている。ダンパ6の初期状態においては、コイルスプリング63がプリロードされており、このコイルスプリング63の付勢によって、スライドカム62の各傾斜カム面621は、回転カム61の対応傾斜カム面611に対して所定の位置(初期位置)に配置されている。詳細は後述するが、回転カム61の各傾斜カム面611には、軸心Oを中心とするピッチ円615に対する傾斜角度が互いに異なる2つの領域(スライドカム62の傾斜カム面621の初期位置側から順に、第一傾斜領域611A、第一傾斜領域611Aよりも傾斜角度が大きな第二傾斜領域611B)が連続的に含まれている(図7(E)参照)。
このような構造において、ケース64に対するスライドカム62の回転運動を拘束し、スライドカム62に対して回転カム61を正転方向αに相対的に回転させると、スライドカム62は、傾斜カム面621を回転カム61の対応傾斜カム面611上でスライドさせながら、回転カム61のカムガイド部613に沿って、回転カム61から遠ざかる方向に移動する。
ここで、スライドカム62に対して回転カム61が正転方向αに所定角度θ1回転するまでの間、回転カム61の傾斜カム面611内において、スライドカム62の各傾斜カム面621は、その縁部621Aのみを第一傾斜領域611Aと部分的に接触させしながら第一傾斜領域611A上をスライドする。この間、スライドカム62の底面とケース64の底面6415との間隔が徐々に狭まるため、コイルスプリング63は、さらに圧縮されて、スライドカム62の傾斜カム面621を回転カム61の傾斜カム面611内の第一傾斜領域611Aにより強く押し付けるとともに回転カム61の底面617をカバー65(後述する座面657:図6参照)により強く押し付ける。このため、スライドカム62に対する回転カム61の正転方向αの回転角度の増加とともに、スライドカム62の傾斜カム面621と回転カム61の傾斜カム面611との間、回転カム61の底面617とカバー65の座面657との間等の摩擦抵抗が徐々に増大し、回転カム61の軸心O回りの方向のトルクが徐々に増大する。
さらにスライドカム62に対して回転カム61を正転方向αに相対的に回転させると、回転カム61が正転方向αに所定角度θ1回転したタイミングで、スライドカム62の各傾斜カム面621は、その全域で、ペダルピボットピン4および回転カム61の回転方向に対して第一傾斜領域611Aよりも急峻な第二傾斜領域611Bと接触し、この第二傾斜領域611Bをスライドする。このため、回転カム61が正転方向αに所定角度θ1回転したタイミングで、スライドカム62が、緩やかな第一傾斜領域611A上を傾斜カム面621がスライドしていたときよりも、回転カム61の回転を妨げる方向により大きな力を及ぼすため、回転カム61の軸心O回り方向のトルクが急激に増大する。また、コイルスプリング63はさらに圧縮され、スライドカム62の傾斜カム面621が回転カム61の傾斜カム面611内の第二傾斜領域611Bにより強く押し付けられ、回転カム61の底面617がカバー65の座面657により強く押し付けられるため、スライドカム62に対する回転カム61の正転方向αの回転角度の増加とともに、スライドカム62の傾斜カム面621と回転カム61の傾斜カム面611との間、回転カム61の底面617とカバー65の座面657との間等の摩擦抵抗が徐々に増大し、回転カム61の軸心O回りの方向のトルクは徐々に増大する。
この間、いずれかのタイミングで回転カム61の回転を一旦停止させると、スライドカム62の傾斜カム面621が回転カム61の傾斜カム面611上で静止する。このとき、コイルスプリング63が伸長しようとするのを防ぐ方向に摩擦抵抗が生じて、回転カム61の軸心O回り方向のトルクが急激に減少する。
さらに、回転カム61を反転方向βに回転させると、スライドカム62は、傾斜カム面621を回転カム61の傾斜カム面611上でスライドさせながら、回転カム61のカムガイド部613に沿って、回転カム61に近づく方向に移動する。これにより、スライドカム62の底面とケース64の底面6415との間隔が徐々に広がるため、コイルスプリング63が、初期のプリロード状態へと徐々に復帰(伸長)してゆき、スライドカム62の傾斜カム面621と回転カム61の傾斜カム面611との間等の摩擦抵抗が徐々に減少する。このため、回転カム61の正転方向αの回転角度の減少とともに、回転カム61の軸心O回り方向のトルクが徐々に減少する。
このようなダンパ6は、アクセルペダル21の踏み込みに適度な負荷を与えるとともに、アクセルペダル21を一定の位置に保持している間の負荷を低減するヒステリシス発生機構(ヒスユニット)としての利用に適したヒステリシス特性を有しており、アクセルペダルユニット1に取り付けた場合、自然なアクセル力を発生させつつ、自然なアクセルペダル操作感を実現することができるだけでなく、アクセルペダル21が過度に踏み込まれたタイミングで、自動車の省エネルギー走行を促すシグナルとして検知可能な踏み込み操作感の急激な変化をアクセルペダル21に生じさせることができる。このような機能を実現するダンパ6の構成部品61〜65についてそれぞれ説明する。
図5(A)および(B)は、ケース64の左側面図および右側面図であり、図5(C)は、図5(A)のB−B断面図である。
図示するように、ケース64は、底付き円筒形状のケース本体641と、ケース本体641の外周面6412から径方向に張り出した2つのフランジ部642と、を一体的に備えている。
ケース本体641の開口部6414にはカバー65が装着される。この開口部6414の内周面には、カバー65の外周面651のネジ部652が締結されるネジ部6416が形成されている。このネジ部6416とカバー65の外周面651のネジ部652との締結により、カバー65は、ケース本体641に収容されたコイルスプリング63をプリロードしながら、ケース本体641の開口部6414にはめ込まれる。なお、ケース本体641の縁部には、開口部6414に装着されたカバー65を固定するための複数の溶着用凹部6411が、ケース本体641の軸心O回りにほぼ等角度間隔で形成されている。
ケース本体641の底面6415の中央領域には、ケース本体641の軸心Oが通過する貫通穴6413と、この貫通穴6413の外周を囲む環状のスプリングガイド部6417と、が形成されている。スプリングガイド部6417は、ケース本体641内に挿入されたコイルスプリング63内にはめ込まれ、コイルスプリング63の一方の端部631の位置を固定する。
また、ケース本体641の内周面6418には、ケース本体641の軸心O方向に沿って3本の溝6419が、ケース本体641の軸心O回りにほぼ等角度間隔で形成されている。これらの溝6419の一端はケース本体641の開口部側端面6410Aに抜けており、スライドカム62がケース本体641の開口部6414から挿入される際、これらの溝6419内にスライドカム62の外周面624の凸部623がスライド可能に挿入される。これにより、ケース64に対するスライドカム62の回転運動、つまり、ペダルブラケット5に対するスライドカム62の回転運動が拘束される。
なお、本実施の形態においては、ケース本体641の内周面6418に3本の溝6419が軸心O回りに等角度間隔で形成されているが、溝6419の本数およびレイアウトは、使用するスライドカム62の凸部623の個数およびレイアウトに合わせて決定される。
一方、2つのフランジ部642は、ケース本体641の開口部側端面6410Aの両側から外側に張り出すように、ケース本体641の外周面6412に一体的に形成されている。これらのフランジ部642には、ケース本体641の開口部6414にはめ込まれたカバー65の中央領域に形成されている貫通穴653をペダルブラケット5の他方の側板53のピン挿入穴531に位置合わせしたときにペダルブラケット5の他方の側板53側の各ボルト挿入穴に対応する位置に、ボルト8を挿入するためのボルト挿入穴6421が形成されている。
図6(A)および(B)は、カバー65の正面図および背面図であり、図6(C)は、図6(A)のC−C断面図である。
図示するように、カバー65の外周面651には、ケース本体641の開口部6414に形成されたネジ部6416に締結されるネジ部652が形成されている。カバー65の一方の面(ケース本体641の外側に向けられる表面)654には、ケース本体641に対してカバー65を回転させる工具を挿入するための六角穴656が形成され、カバー65の他方の面(ケース本体641の内側に向けられる裏面)655には、回転中の回転カム61の底面617が擦動する座面657が形成されている。カバー65の表面654の六角穴656に挿入した工具を回転させることによって、カバー65の外周面651に形成されているネジ部652を、ケース本体641の開口部6414に形成されたネジ部6416に締結することにより、回転カム61の底面617がカバー65の座面657によって押圧される。これにより、回転カム61およびスライドカム62がケース本体641内の初期位置まで押し込まれ、ケース本体641の底面6415とスライドカム62のスプリングガイド穴6271の底面62711(図8(D)参照)との間でコイルスプリング63がプリロードされる。
また、カバー65の中央領域には、ペダルピボットピン4のダンパ連結部42の外径R1よりも大きな内径R2を有する貫通穴653が形成されている。組み立てられたダンパ6において、ケース本体641の軸心Oは、この貫通穴653から、回転カム61の内部を介して、ケース本体641の底面6415の貫通穴6413を通過している(図4(C)参照)。ペダルピボットピン4は、支持部41側から、この貫通穴653に挿入され、回転カム61の内部を通過してケース本体641の底面6415の貫通穴6413から突き出す。
図7(A)、(B)および(C)は、回転カム61の正面図、左側面図および右側面図であり、図7(D)は、図7(C)のD−D断面図であり、図7(E)は、軸心Oを中心とするピッチ円615上におけるカム面612の輪郭形状を模式的に示した図である。
図示するように、回転カム61は、小径部のカムガイド部613と大径部のカム部610とが一体的に形成された段付き円筒形状を有している。カムガイド部613は、スライドカム62の内径ガイドとしてスライドカム62の内部に挿入される。一方、カム部610は、スライドカム62の傾斜カム面621がスライドするカム面612を有している。
回転カム61の内部には、一方の端面616側から他方の端面(底面)617側に向けて、カバー65の貫通穴653を通過したペダルピボットピン4が挿入される。回転カム61の内壁面614には、ペダルピボットピン4のダンパ連結部42の二面幅t1に応じた二面幅T1で対向する二面の平坦面618が形成されている。回転カム61の内部にペダルピボットピン4のダンパ連結部42が挿入されると、これらの平坦面618とペダルピボットピン4のダンパ連結部42の対応平坦面423との接触により、ペダルピボットピン4のトルクが回転カム61に伝達される。このため、アクセルペダル21の操作に伴うペダルピボットピン4の双方向α、βの回転に連動して、回転カム61も、カム面612に形成された傾斜カム面611とスライドカム62の傾斜カム面621との間等で摩擦抵抗を生じさせながら軸心O回りに双方向α、βに回転する。
カム部610のカム面612(カムガイド部613側の面)は、軸心Oを中心とするピッチ円615上で、軸心O方向に凹凸を周期的に繰り返す。具体的には、カム部610のカム面612には、軸心O回りにほぼ等角度間隔で、ピッチ円615の円周方向(ペダルピボットピン4等の回転方向)に対して傾斜した3か所の傾斜カム面611が形成され、さらに、隣り合う傾斜カム面611の間に、それぞれ、スライドカム62の傾斜カム面621の初期位置を定める段差面619が形成されている。
各傾斜カム面611には、それぞれ、ピッチ円615の円周方向に対する傾斜角度(ペダルピボットピン4等の回転方向に対する傾斜角度)が互いに異なる2つの傾斜領域611A、611Bが、ペダルピボットピン4等の回転方向に連続して形成されている。具体的には、各傾斜カム面611には、対応する段差面619側から、回転カム61の正転方向αに向かって、ピッチ円615の円周方向に対して所定の角度A1で傾斜した第一傾斜領域611A、および、ピッチ円615の円周方向に対して第一傾斜領域611Aの傾斜角度A1よりも大きな角度A2で傾斜した第二傾斜領域611Bが、この順で含まれている。このため、回転カム61が、ペダルピボットピン4に連動して正転方向αへ回転すると、スライドカム62の各傾斜カム面621は、回転カム61のカム面612に対する相対的な回転移動を開始し、まず、対応する段差面619により定まる初期位置から、緩やかな第一傾斜領域611A上を第二傾斜領域611Bに向かってスライドしてゆき、その後、回転カム61が正転方向αに所定角度θ1だけ回転したタイミングで、第一傾斜領域611Aよりも急峻な第二傾斜領域611Bに乗り上げて、この第二傾斜領域611Bをスライドする。
図8(A)、(B)および(C)は、スライドカム62の正面図、背面図および側面図であり、図8(D)は、図8(A)のE−E断面図であり、図8(E)は、軸心Oを中心とするピッチ円625上におけるカム面622の輪郭形状を模式的に示した図である。
スライドカム62は、回転カム61のカムガイド部613がスライド可能に挿入される円筒形のカム部620と、カム部620の軸心Oに沿ってカム部620の外周面624に形成された凸部623と、を備えている。
カム部620の内周には、カム部620の底面626側に大径部のスプリングガイド穴6271を有する段付き穴627が形成されている。このスプリングガイド穴6271は、コイルスプリング63の一方の端部631を受けるために用いられる。
カム部620のカム面(底面626の反対側の端面)622は、軸心Oを中心としたピッチ円625上で、軸心O方向に凹凸を周期的に繰り返す。具体的には、カム部620のカム面622には、軸心O回りにほぼ等角度間隔で、ピッチ円625の円周方向(ペダルピボットピン4等の回転方向)に対して、回転カム61の第二傾斜領域611Bとほぼ同じ角度A2で傾斜した3か所の傾斜カム面621が形成されており、さらに、この傾斜カム面621毎に、傾斜カム面621に続く平坦面628と、回転カム61のカム面612内の段差面619に接触する傾斜面629と、が形成されている。
カム部620のカム面622と回転カム61のカム面612とを向かい合わせた状態でカム部620の内部に回転カム61のカムガイド部613を挿入すると、回転カム61のカムガイド部613がカム部620の底面626側から突き出す。カム部620の底面626側から突き出したカムガイド部613にコイルスプリング63を挿入し、コイルスプリング63の一方の端部631をカム部620のスプリングガイド穴6271に収容する。このようにして組み立てられたコイルスプリング63、スライドカム62および回転カム61を、スライドカム62の凸部623をケース本体641の溝6419に位置合わせしてから、コイルスプリング63の他方の端部632側からケース本体641の開口部6414内に収容する。
コイルスプリング63の自由長さL0は、ダンパ6の初期状態におけるケース本体641の底面6415からスライドカム62のスプリングガイド穴6271の底面62711までの距離よりも長いため、ケース本体641の開口部6414にカバー65がねじ込まれると、コイルスプリング63は、ケース本体641の底面6415とスライドカム62のスプリングガイド穴6271の底面62711との間でプリロードされる。これにより、スライドカム62の傾斜カム面621を回転カム61の傾斜カム面611に押し当てる方向にスライドカム62が付勢され、それに伴う回転カム61の回転により、スライドカム62のカム面622内の各傾斜面629と回転カム61のカム面612内の段差面619とが接触する。この位置が、回転カム61の傾斜カム面611に対するスライドカム62の傾斜カム面621の初期位置となる。
なお、ケース本体641内において、コイルスプリング63の一方の端部631がスライドカム62のスプリングガイド穴6271の底面62711に接触し、他方の端部632がケース本体641の底面6415に接触するため(図4(C)参照)、コイルスプリング63の両端部631、632を研磨加工済みのクローズドエンドとして、このときのコイルスプリング63の両端部631、632の据わりをよくすることが好ましい。
このような構成により、本実施の形態に係るアクセルペダルユニット1によれば、アクセルペダル21の踏み込み中、ドライバーの足に適度な負荷を与えつつ、自動車のエネルギー消費率が所定レベルに低下する位置までアクセルペダル21が踏み込まれたタイミング(ペダルピボットピン4が正転方向αに所定角度θ1回転したタイミング)で、ドライバーの足にかかる負荷を、触感により検知可能な程度の大きさ急激に大きくすることができる。つぎに、これについて説明する。
図9(A)、(B)および(C)は、アクセルペダル21の踏み込みに伴うダンパ6の二段階の制動モーションを説明するための図である。
図9(A)に示すように、アクセルペダル21が踏み込まれていない状態においては、ダンパ6のスライドカム62の各傾斜カム面621は、回転カム61のカム面612の対応段差面619により定まる初期位置に位置付けられている。
図9(B)に示すように、アクセルペダル21が踏み込まれると、ペダルピボットピン4は、アクセルペダルアーム2の揺動に連動して正転方向αに回転する。このとき、ダンパ6内においては、ペダルピボットピン4のダンパ連結部42の各平坦面423が、回転カム61内壁の対向平坦面618に接触して、回転カム61を正転方向αへ回転させる。これにより、スライドカム62は、回転カム61が正転方向αに所定角度θ1回転するまでの間、回転カム61の各傾斜カム面611内において、傾斜カム面621の縁部621Aだけを緩やかな第一傾斜領域611Aとすべり接触させながら、回転カム61から遠ざかる方向Aに移動する。この間、コイルスプリング63は、初期のプリロード状態よりも徐々に圧縮され、スライドカム62の各傾斜カム面621の縁部621Aを回転カム61の対応傾斜カム面611の第一傾斜領域611Aにより強く押し付ける。このため、スライドカム62の傾斜カム面621の縁部621Aと回転カム61の傾斜カム面611内の第一傾斜領域611Aとの間等の摩擦抵抗が徐々に増大し、スライドカム62に対する回転カム61の正転方向αの回転角度の増加とともに、回転カム61の軸心O回り方向のトルクが徐々に増大する。その結果、ペダルピボットピン4の正転方向αの回転が制動され、アクセルペダル21を踏み込むドライバーの足に適度な負荷が与えられる。
図9(C)に示すように、自動車のエネルギー消費率が所定のレベルに低下する位置までアクセルペダル21が踏み込まれると(つまり、ペダルピボットピン4が正転方向αへ所定角度θ1回転すると)、回転カム61の各傾斜カム面611内において、スライドカム62の各傾斜カム面621が、その全域で、ピッチ円615の円周方向(ペダルピボットピン4等の回転方向)に対して第一傾斜領域611Aよりも急峻な第二傾斜領域611Bと接触する。このため、スライドカム62が、緩やかな第一傾斜領域611B上を傾斜カム面621がスライドしていたときよりも、回転カム61の回転を妨げる方向により大きな力を及ぼし、回転カム61の軸心O回り方向のトルクを急激に増大させる。これにより、自動車のエネルギー消費率が所定のレベルに低下する位置までアクセルペダル21が踏み込まれたタイミングで、アクセルペダル21を踏み込むドライバーの足にかかる負荷が、少なくとも触感によりその変化を検知可能な程度の大きさで急激に大きくなる。
さらにドライバーがアクセルペダル21を踏み込み続けると(つまり、ペダルピボットピン4が正転方向αに所定角度θ1を超えて回転すると)、回転カム61の各傾斜カム面611内において、スライドカム62の各傾斜カム面621が、ピッチ円615の円周方向(ペダルピボットピン4等の回転方向)に対して第一傾斜領域611Aよりも急峻な第二傾斜領域611Bに乗り上げて、この第二傾斜領域611Bとすべり接触する。この間、コイルスプリング63は、さらに圧縮され、スライドカム62の傾斜カム面621を回転カム61の傾斜カム面611の第二傾斜領域611Bにより強く押し付ける。このため、回転カム61正転方向αの回転角度の増加とともに、スライドカム62の傾斜カム面621と回転カム61の傾斜カム面611との間等の摩擦抵抗が徐々に増大し、回転カム61の軸心O回り方向のトルクが徐々に増大する。これにより、アクセルペダル21を踏み込むドライバーの足にかかる負荷の急激な増加以後も、アクセルペダル21を踏み込み続ける限り、アクセルペダル21を踏み込むドライバーの足にかかる負荷はさらに徐々に大きくなってゆく。このため、ドライバーは、インスツルパネル上のメータから得られる視覚情報の変化を絶えず気にしていなくても、アクセルペダル21の踏み込み操作により、自動車のエネルギー消費率の継続的な悪化を直感的に把握することができる。
以上説明したとおり、本実施の形態に係るアクセルペダルユニット1によれば、アクセルペダル21の操作(踏み込みおよび開放)により回転するペダルピボットピン4に、ペダルピボットピン4の回転を制動するダンパ6が連結されており、自動車のエネルギー消費率が所定のレベルに低下する回転角度θ1までペダルピボットピン4が正転方向αに回転したタイミングで、このダンパ6がペダルピボットピン4の回転を制動する力が急激に増大する。このため、アクセルペダル21の踏み込むドライバーの足に適度な負荷を与えつつ、自動車のエネルギー消費率が所定のレベルに悪化する位置までアクセルペダル21が踏み込まれたタイミングで、ドライバーの足にかかる負荷を、少なくとも触感により検知可能な程度の大きさで急激に重くすることができる。したがって、自動車の運転中、ドライバーは、アクセルペダル21の踏み込み操作感の急激な変化を、自動車の省エネルギー走行を促すシグナルとして検知することができる。
また、ドライバーがその後もアクセルペダル21を踏み込み続けると(ペダルピボットピン4が正転方向αに所定角度θ1を超えて回転すると)、コイルスプリング63がさらに圧縮され、スライドカム62の傾斜カム面621が回転カム61の傾斜カム面611の第二傾斜領域611Bにより強く押し付けられるため、回転カム61の正転方向αの回転角度の増加とともに、スライドカム62の傾斜カム面621と回転カム61の傾斜カム面611との間等の摩擦抵抗がさらに増大して、回転カム61の軸心O回り方向のトルクがさらに増大する。このため、アクセルペダル21を踏み込むドライバーの足にかかる負荷が急激な増加後もさらに徐々に大きくなってゆく。したがって、ドライバーは、アクセルペダル21の踏み込み操作により、自動車のエネルギー消費率の継続的な悪化を直感的に把握することができる。
なお、本実施の形態においては、回転カム61の傾斜カム面611が、ペダルピボットピン4等の回転方向に対する傾斜角度が互いに異なる2つの傾斜領域611A、611Bを含んでいるが、ペダルピボットピン4等の回転方向に対する傾斜角度が互いに異なる傾斜領域を3つ以上回転カム61の傾斜カム面611に形成し、ドライバーが、自動車の走行状態の変化をより細かい刻みで検知できるようにしてもよい。
また、本実施の形態においては、回転カム61の傾斜カム面611が、ペダルピボットピン4等の回転方向に対する傾斜角度が互いに異なる2つの傾斜領域611A、611Bを含んでいるが、スライドカム62の傾斜カム面621が、ペダルピボットピン4等の回転方向に対する傾斜角度が互いに異なる複数の傾斜領域を含むようにしてもよい。または、スライドカム62の傾斜カム面621および回転カム61の傾斜カム面611の双方が、ペダルピボットピン4等の回転方向に対する傾斜角度が互いに異なる2つの傾斜領域(所定の角度A1で傾斜した第一傾斜領域、および、第一傾斜領域の傾斜角度A1よりも大きな角度A2で傾斜した第二傾斜領域)を含み、ペダルピボットピン4が所定角度θ1だけ回転するまでの間は、緩やかな第一傾斜領域同士がすべり接触し、ペダルピボットピン4が所定角度θ1を超えて回転すると、急峻な第二傾斜領域同士がすべり接触するようにしてもよい。
また、本実施の形態においては、スライドカム62を付勢するため、コイルスプリング63を用いているが、例えば、ゴム、コイルスプリング以外のバネ等、他の弾性体を用いてもよい。
(第二の実施の形態)
ところで、上記の実施の形態(第一の実施の形態)においては、ダンパ6内の回転カム61およびスライドカム62の少なくとも一方のカムの傾斜カム面が、ペダルピボットピン4等の回転方向に対する傾斜角度が異なる複数の傾斜領域を含むようにしているが、アクセルペダルユニットに用いるダンパは、回転カムとスライドカムの相対的な回転角度の増加とともに、回転カムとスライドカムとの相対的な回転を妨げる摩擦抵抗を段階的に変化させる他の構造を有していてもよい。例えば、ダンパ6内において、ピボットピン4の回転角度の増加に応じて弾性係数が段階的に増大する非線形特性を有する弾性部材により、予め定めた回転角度までピボットピン4が回転したタイミングで、ピボットピン4の回転を制動する抵抗力が急激に増大するようにしてもよい。以下、このようにする場合(第二の実施の形態)について説明する。
ところで、上記の実施の形態(第一の実施の形態)においては、ダンパ6内の回転カム61およびスライドカム62の少なくとも一方のカムの傾斜カム面が、ペダルピボットピン4等の回転方向に対する傾斜角度が異なる複数の傾斜領域を含むようにしているが、アクセルペダルユニットに用いるダンパは、回転カムとスライドカムの相対的な回転角度の増加とともに、回転カムとスライドカムとの相対的な回転を妨げる摩擦抵抗を段階的に変化させる他の構造を有していてもよい。例えば、ダンパ6内において、ピボットピン4の回転角度の増加に応じて弾性係数が段階的に増大する非線形特性を有する弾性部材により、予め定めた回転角度までピボットピン4が回転したタイミングで、ピボットピン4の回転を制動する抵抗力が急激に増大するようにしてもよい。以下、このようにする場合(第二の実施の形態)について説明する。
まず、本実施の形態に係るアクセルペダルユニット11およびこれに用いるダンパ16の構造について説明する。ただし、本実施の形態においては、第一の実施の形態における構成と同様な構成には第一の実施の形態と同じ符号を付し、その詳細な説明を適宜省略する。 本実施の形態に係るアクセルペダルユニット11は、第一の実施形態ンに係るアクセルペダルユニット1と同様、アクセルペダルアーム2と、ペダルピボットピン4と、ペダルブラケット5と、止め輪7と、スプリング3と、ポテンショメータ等を含む検出部と、を備えている(図1参照)。
また、アクセルペダル21を踏み込むドライバーの足に適度な負荷を与えつつ、自動車のエネルギー消費率が所定レベルに低下する位置までアクセルペダル21が踏み込まれたタイミング(ペダルピボットピン4がその軸心O回りに所定方向αに所定角度θ1だけ回転したタイミング)で、ドライバーの足にかかる負荷が、少なくとも触感により検知可能な程度の大きさで急激に重くなるように、このアクセルペダルユニット11も、ペダルピボットピン4の回転を制動する抵抗力がペダルピボットピン4の正転方向αの回転角度θに応じて段階的に大きくなるダンパ16と、このダンパ6をペダルブラケット5に固定するためのボルト8およびナット9と、をさらに備えているが、ダンパ16の構成が第一実施の形態とは異なっている。
このダンパ16は、第一の実施の形態に係るダンパ6と同様、2枚の側板52、53の間に配置されており、ケース164のフランジ部642のボルト挿入穴6421と他方の側板53のボルト挿入穴とに挿入されたボルト8およびナット9の締結により他方の側板53に固定される。この状態において、ペダルピボットピン4は、支持部41の溝413が他方の側板53のピン挿入穴531から突き出すまで、支持部41側から一方の側板52のピン挿入穴521内に挿入される。これにより、ペダルピボットピン4は、他方の側板53に固定されたダンパ16内にダンパ連結部42の二面の平坦面423が収容された状態で、ダンパ連結部42の支持領域425および支持部41の両位置において、2枚の側板52、53のピン挿入穴521、531に回転可能に支持される。そして、他方の側板53のピン挿入穴531よりも外径が大きな止め輪7が支持部41の溝413内にはめ込まれ、ペダルブラケット5からのペダルピボットピン4の抜け落ちが阻止される。
図10は、本実施の形態に係るダンパ16の部品展開図である。また、図11(A)および(B)は、初期状態(アクセルペダル21の踏み込み無しの状態)におけるダンパ16の左側面図および右側面図であり、図11(C)は、図11(A)のA−A断面図である。
図示するように、ダンパ16は、軸心O回りの相対的な回転により互いの傾斜カム面611、621同士をすべり接触させる一対のカム(回転カム161、スライドカム162)と、スライドカム162の各傾斜カム面1621を回転カム161の対応傾斜カム面1611に押し当てる方向にスライドカム162を付勢する組合せバネ163と、これらの部品161〜163を収容し、ペダルブラケット5の他方の側板53に固定されるケース164と、ケース164を封止する円板形のカバー65と、を備えている。
カバー65で封止されたケース164内において、回転カム161およびスライドカム162は、共通の軸心O回りの相対的な回転に伴い互いの傾斜カム面1611、621がかみ合うようにはめ合わされている。詳細は後述するが、組合せバネ163は、圧縮量が所定値に達したタイミングでバネ定数が増加する非線形のバネ特性を有するように、互いに径および自然長が異なる2種類のコイルスプリング(第一コイルスプリング163A、第二コイルスプリング163B)を入れ子状に組み合わせることによって構成されている。この組合せバネ163は、その復元力でスライドカム162のカム面1622を回転カム161のカム面1612に押し当てるように、スライドカム162に設けられたスプリングガイド穴6271の底面62711とケース164の底部16415に設けられた溝16417の溝底16417Cとの間に配置されている。なお、ダンパ16の初期状態において、スライドカム162の各傾斜カム面1621は、プリロードされた組合せバネ163(プリロードされた第一コイルスプリング163A)の付勢によって、回転カム161の対応傾斜カム面1611に対して所定の位置(初期位置)に配置されている。
このような構造において、ケース164に対するスライドカム162の回転運動を拘束し、スライドカム162に対して回転カム161を正転方向αに相対的に回転させると、スライドカム162は、各傾斜カム面1621を回転カム161の対応傾斜カム面1611とすべり接触させながら、回転カム161のカムガイド部613に沿って、回転カム161から遠ざかる方向(ケース164の底部16415に向う方向)に移動する。この際、スライドカム162のスプリングガイド穴6271の底面62711とケース164の底部16415に設けられた溝16417の溝底16417Cとの間隔が徐々に狭まるため、組合せバネ163は、さらに圧縮されて、スライドカム162の傾斜カム面1621を回転カム161の傾斜カム面1611により強く押し付けるとともに回転カム161の底面617をカバー65の座面657(図6参照)により強く押し付ける。このため、スライドカム162に対する回転カム161の正転方向αの回転角度θの増加とともに、スライドカム162の傾斜カム面1621と回転カム161の傾斜カム面1611との間、回転カム161の底面617とカバー65の座面657との間等の摩擦抵抗が徐々に増大し、回転カム161の軸心O回り方向のトルクが徐々に増大する。
さらにスライドカム162に対して回転カム161を正転方向αに相対的に回転させると、スライドカム162は、回転カム161に対して相対的に回転しながら、回転カム161のカムガイド部613に沿って、ケース164の底部16415に向かってさらに移動する。これにより、スライドカム162のスプリングガイド穴6271の底面62711とケース164の底部16415の溝底16417Cとの間隔がさらに徐々に狭まるため、組合せバネ163はさらに圧縮され、回転カム161が正転方向αに所定角度θ1まで回転したタイミングで、その圧縮量が、バネ定数が増大する所定値に達する。このため、回転カム161が正転方向αに所定角度θ1まで回転したタイミングで、組合せバネ163の復元力が、バネ定数の増分に応じた大きさだけ急激に増大する。これに応じて、スライドカム162の傾斜カム面1621と回転カム161の傾斜カム面1611との間、回転カム161の底面617とカバー65の座面657との間等の摩擦抵抗が急激に増大するため、回転カム161の軸心O回りの方向のトルクは、回転カム161が正転方向αに所定角度θ1だけ回転したタイミングで急激に増大し、その後は、スライドカム162に対する回転カム161の正転方向αの回転角度θの増加とともに徐々に増加してゆく。
この間、いずれかのタイミングで回転カム161の回転を一旦停止させると、スライドカム162の傾斜カム面1621が回転カム161の傾斜カム面1611上で静止する。このとき、組合せバネ163が伸長しようとするのを防ぐ方向に摩擦抵抗が生じ、回転カム161の軸心O回りのトルクが急激に減少する。
さらに回転カム161を反転方向βに回転させると、スライドカム162は、傾斜カム面1621を回転カム161の傾斜カム面1611上でスライドさせながら、回転カム161のカムガイド部613に沿って、回転カム161に近づく方向に移動する。これにより、スライドカム162のスプリングガイド穴6271の底面62711とケース164の底部16415の溝底16417Cとの間隔が徐々に広がるため、組合せバネ163が初期状態へと徐々に復帰(伸長)してゆき、スライドカム162の傾斜カム面1621と回転カム161の傾斜カム面1611との間等の摩擦抵抗が徐々に減少する。このため、回転カム161の正転方向αの回転角度θの減少とともに、回転カム161の軸心O回り方向のトルクが徐々に減少する。
このようなダンパ16は、アクセルペダル21の踏み込みに適度な負荷を与えるとともに、アクセルペダル21を一定の位置に保持している間の負荷を低減するヒステリシス発生機構(ヒスユニット)としての利用に適したヒステリシス特性を有しており、アクセルペダルユニット11に取り付けた場合、自然なアクセル力を発生させつつ、自然なアクセルペダル操作感を実現することができるだけでなく、アクセルペダル21が過度に踏み込まれたタイミングで、自動車の省エネルギー走行を促すシグナルとして検知可能な踏み込み操作感の急激な変化をアクセルペダル21に生じさせることができる。このような機能を実現するダンパ16の構成部品161〜164、65についてそれぞれ説明する。
図12(A)は、組合せバネ163の構造を説明するための図である。また、図12(B)は、バネ定数増加前の組合せバネ163の状態を示した図であり、図12(C)は、バネ定数が増加した組合せバネ163の状態を示した図である。
組合せバネ163は、圧縮量が所定値に達したタイミングでバネ定数が増加する非線形のバネ特性を有するように、互いに径および自然長が異なる2種類のコイルスプリング(第一コイルスプリング163A、第二コイルスプリング163B)を入れ子状に組み合わせることによって構成されている。具体的には、図12(A)に示すように、ダンパ16の初期状態におけるスライドカム162のスプリングガイド穴6271の底面62711とケース本体1641の底部16415に設けられた溝16417の溝底16417Cとの間隔L4(図11(C)参照)よりも自然長LA0が長い第一コイルスプリング163Aと、ダンパ16の初期状態におけるスライドカム162のスプリングガイド穴6271の底面62711とケース本体1641の底部16415に設けられた溝16417の溝底16417Cとの間隔L4よりも自然長LB0が短く、かつ、第一コイルスプリング163Aの外径r1よりも内径r2が大きな第二コイルスプリング163Bと、を予め準備し、図12(B)に示すように、第一コイルスプリング163Aの外周が第二コイルスプリング163Bで囲まれるように、第二コイルスプリング163Bの内側に第一コイルスプリング163Aを挿入することによって組合せバネ163を構成している。
この組合せバネ163を軸心O方向に圧縮すると、この組合せバネ163は、第一および第二コイルスプリング163A、163Bの自然長の差分(LA0−LB0)に相当する圧縮量までは、第二コイルスプリング163Bの少なくとも一方の端部1632Bから軸心O方向に突き出した第一コイルスプリング163Aのみが圧縮されるため(図12(B))、第一コイルスプリング163Aと同じバネ係数の圧縮バネとして機能する。そして、それ以上の圧縮量においては、第一コイルスプリング163Aおよび第二コイルスプリング163Bの双方が圧縮されるため(図12(C))、組合せバネ163は、第一および第二コイルスプリング163A、163Bのバネ係数の和に相当するバネ係数の圧縮バネとして機能する。
このような非線形のバネ特性を有する組合せバネ163は、ダンパ16の初期状態において、以下のように、後述のケース本体1641の内部に配置される。第一コイルスプリング163Aは、スライドカム162のカム面1622を回転カム161のカム面1612に押し当てるように、スライドカム162に形成されたスプリングガイド穴6271の底面62711とケース本体1641の底部16415に形成された溝16417の溝底16417Cとの間にプリロード状態で配置されている。ダンパ16の初期状態において、スライドカム162の各傾斜カム面1621は、プリロードされた第一コイルスプリング163Aの付勢によって回転カム161のカム面1612に押し当てられて、このカム面1612内の各段差面619(図14(E)参照)により定まる初期位置に配置される。一方、第二コイルスプリング163Bは、スライドカム162のスプリングガイド穴6271の底面62711とケース164の底部16415に設けられた溝16417の溝底16417Cとの間に無負荷状態で配置されている。つまり、組合せバネ163は、ダンパ16の初期状態においては、第一コイルスプリング163Aと同じバネ係数を有する圧縮バネとして機能し、第一および第二コイルスプリング163A、163Bの自然長の差分(LA0−LB0)以上に圧縮されると、ダンパ16の初期状態よりも大きなバネ係数を有する圧縮バネとして機能する。
なお、本実施の形態においては、第二コイルスプリング163Bの内部に、第二コイルスプリング163Bよりも自然長の長い第一コイルスプリング163Aを入れ子状に配置しているが、これとは逆に、第二コイルスプリング163Bを、第二コイルスプリング163Bよりも自然長の長い第一コイルスプリング163Aの内部に入れ子状に配置してもよい。
また、後述のケース本体1641内において、第一コイルスプリング163Aの一方の端部1631Aがスライドカム162のスプリングガイド穴6271の底面62711に接触し、他方の端部1632Aがケース本体1641の底部16415に設けられた溝16417の溝底16417Cに接触するため(図11(C)参照)、第一コイルスプリング163Aの両端部1631A、1632Aを研磨加工済みのクローズドエンドとして、第一コイルスプリング163Aの両端部1631A、1632Aの据わりをよくすることが好ましい。このことは、第二コイルスプリング163Bの両端部1631B、1632Bについても同様である。
図13(A)および(B)は、ケース164の左側面図および右側面図であり、図13(C)は、図13(A)のB−B断面図である。
図示するように、ケース164は、底付き円筒形状のケース本体1641と、ケース本体1641の外周面6412から径方向に張り出した2つのフランジ部642と、を一体的に備えている。
ケース本体1641の開口部6414にはカバー65が装着される。この開口部6414の内周面には、カバー65の外周面651のネジ部652が締結されるネジ部6416が形成されている。このネジ部6416とカバー65の外周面651のネジ部652との締結により、カバー65は、ケース本体1641に収容された第一コイルスプリング163Aをプリロードしながら、ケース本体1641の開口部6414にはめ込まれる。なお、ケース本体1641の縁部には、開口部6414に装着されたカバー65を固定するための複数の溶着用凹部6411が、ケース本体1641の軸心O回りにほぼ等角度間隔で形成されている。
ケース本体1641の底部16415の中央領域には、ケース本体1641の軸心Oが通過する貫通穴6413と、この貫通穴6413の外周を囲む環状の溝16417と、が形成されている。溝16417の内径側の内壁面16417Aは、第一コイルスプリング163Aの一方の端部1631Aがはめ込まれ、この端部1631Aの位置を固定する内径スプリングガイドとして機能する。一方、溝16417の外径側の内壁面16417Bは、第二コイルスプリング163Bの一方の端部1631Bがはめ込まれ、この端部1631Bの位置を固定する外径スプリングガイドとして機能する。
また、ケース本体1641の内周面6418には、ケース本体1641の軸心O方向に沿って3本の溝6419が、ケース本体1641の軸心O回りにほぼ等角度間隔で形成されている。これらの溝6419の一端はケース本体1641の開口部側端面6410Aに抜けており、スライドカム162がケース本体1641の開口部6414から挿入される際、これらの溝6419内にスライドカム162の外周面624の凸部623がスライド可能に挿入される。これにより、ケース164に対するスライドカム162の回転運動、つまり、ペダルブラケット5に対するスライドカム162の回転運動が拘束される。
なお、本実施の形態においては、ケース本体1641の内周面6418に3本の溝6419が軸心O回りに等角度間隔で形成されているが、溝6419の本数およびレイアウトは、使用するスライドカム162の凸部623の個数およびレイアウトに合わせて決定される。
一方、2つのフランジ部642は、ケース本体1641の開口部側端面6410Aの両側から外側に張り出すように、ケース本1体641の外周面6412に一体的に形成されている。これらのフランジ部642には、ケース本体1641の開口部6414にはめ込まれたカバー65の中央領域に形成されている貫通穴653をペダルブラケット5の他方の側板53のピン挿入穴531に位置合わせしたときにペダルブラケット5の他方の側板53側の各ボルト挿入穴に対応する位置に、ボルト8を挿入するためのボルト挿入穴6421が形成されている。
カバー65は、第一の実施の形態のカバー6と同様な構成を有している(図6参照)。すなわち、カバー65の外周面651には、ケース本体1641の開口部6414に形成されたネジ部6416に締結されるネジ部652が形成されている。カバー65の一方の面(ケース本体1641の外側に向けられる表面)654には、ケース本体1641に対してカバー65を回転させる工具を挿入するための六角穴656が形成され、カバー65の他方の面(ケース本体1641の内側に向けられる裏面)655には、回転中の回転カム161の底面617がすべり接触する座面657が形成されている。カバー65の表面654の六角穴656に挿入した工具を回転させることによって、カバー65の外周面651に形成されているネジ部652を、ケース本体1641の開口部6414に形成されたネジ部6416に締結すると、回転カム161の底面617がカバー65の座面657によって押圧される。これにより、回転カム161およびスライドカム162がケース本体1641内の初期位置まで押し込まれ、このときのスライドカム162のスプリングガイド穴6271の底面62711からケース本体1641の底部16415に設けられた溝16417の溝底16417Cまでの距離よりも自然長が長い第一コイルスプリング163だけが、ケース本体1641の底部16415の溝底16417Cとスライドカム162のスプリングガイド穴6271の底面62711(図15(D)参照)との間でプリロードされる。
また、カバー65の中央領域には、ペダルピボットピン4のダンパ連結部42の外径R1よりも大きな内径R2を有する貫通穴653が形成されている。組み立てられたダンパ16において、ケース本体1641の軸心Oは、この貫通穴653から、回転カム161の内部を介して、ケース本体1641の底部16415の貫通穴6413を通過している(図11(C)参照)。ペダルピボットピン4は、支持部41側から、この貫通穴653に挿入され、回転カム161の内部を通過してケース本体1641の底部16415の貫通穴6413から突き出す。
図14(A)、(B)および(C)は、回転カム161の正面図、左側面図および右側面図であり、図14(D)は、図14(C)のD−D断面図であり、図14(E)は、軸心Oを中心とするピッチ円615上におけるカム面1612の輪郭形状を模式的に示した図である。
図示するように、回転カム161は、小径部のカムガイド部613と大径部のカム部1610とが一体的に形成された段付き円筒形状を有している。カムガイド部613は、スライドカム162の内径ガイドとしてスライドカム162の内部に挿入される。一方、カム部1610は、スライドカム162の傾斜カム面1621がスライドするカム面1612を有している。
回転カム161の内部には、一方の端面616側から他方の端面(底面)617側に向けて、カバー65の貫通穴653を通過したペダルピボットピン4が挿入される。回転カム161の内壁面614には、ペダルピボットピン4のダンパ連結部42の二面幅t1に応じた二面幅T1で対向する二面の平坦面618が形成されている。回転カム161の内部にペダルピボットピン4のダンパ連結部42が挿入されると、これらの平坦面618とペダルピボットピン4のダンパ連結部42の対応平坦面423との接触により、ペダルピボットピン4のトルクが回転カム161に伝達される。このため、アクセルペダル21の操作に伴うペダルピボットピン4の双方向α、βの回転に連動して、回転カム161も、カム面1612に形成された傾斜カム面1611とスライドカム162の傾斜カム面1621との間等で摩擦抵抗を生じさせながら軸心O回りに双方向α、βに回転する。
カム部1610のカム面1612(カムガイド部613側の面)は、軸心Oを中心とするピッチ円615上で、軸心O方向に凹凸を周期的に繰り返す。具体的には、カム部1610のカム面1612には、軸心O回りにほぼ等角度間隔で、ピッチ円615の円周方向(ペダルピボットピン4等の回転方向)に対して所定角度Wで傾斜した3か所の傾斜カム面1611が形成されており、さらに、隣り合う傾斜カム面1611の間に、それぞれ、スライドカム162の傾斜カム面1621の初期位置を定める段差面619が形成されている。回転カム161が、スライドカム162に対して相対的に正転方向αへ回転すると、スライドカム162の各傾斜カム面1621は、対応する段差面619により定まる初期位置から離れる方向に、対応する傾斜カム面1611上をスライドしてゆき、回転カム161が、スライドカム162に対して相対的に反転方向βへ回転すると、スライドカム162の各傾斜カム面1621は、対応する傾斜カム面1611上を、対応する段差面619により定まる初期位置に向かってスライドしてゆく。
図15(A)、(B)および(C)は、スライドカム162の正面図、背面図および側面図であり、図15(D)は、図15(A)のE−E断面図であり、図15(E)は、軸心Oを中心とするピッチ円625上におけるカム面1622の輪郭形状を模式的に示した図である。
スライドカム162は、回転カム161のカムガイド部613がスライド可能に挿入される円筒形のカム部1620と、カム部1620の軸心Oに沿ってカム部1620の外周面624に形成された凸部623と、を備えている。
カム部1620の内周には、カム部1620の底面626側に大径部のスプリングガイド穴6271を有する段付き穴627が形成されている。このスプリングガイド穴6271は、第一コイルスプリング163Aの一方の端部1631Aを収容しており、ダンパ16の初期状態より、その底面62711で第一コイルスプリング163Aの一方の端部1631Aを受けている。また、このスプリングガイド穴6271は、第二コイルスプリング163Bの一方の端部1631Bを収容しており、ダンパ16の作動中、その底面62711に向けて第二コイルスプリング163Bの一方の端部1631Bをガイドする。
カム部1620のカム面(底面626の反対側の端面)622は、軸心Oを中心としたピッチ円625上で、軸心O方向に凹凸を周期的に繰り返す。具体的には、カム部1620のカム面1622には、軸心O回りにほぼ等角度間隔で、ピッチ円625の円周方向(ペダルピボットピン4等の回転方向)に対して、回転カム161の傾斜カム面1611とほぼ等角度Wで傾斜した3か所の傾斜カム面1621が形成されており、さらに、この傾斜カム面1621毎に、傾斜カム面1621に続く平坦面628と、回転カム161のカム面1612内の段差面619に接触する傾斜面629と、が形成されている。
カム部1620のカム面1622と回転カム161のカム面1612とを向かい合わせた状態でカム部1620の内部に回転カム161のカムガイド部613を挿入すると、回転カム161のカムガイド部613がカム部1620の底面626側から突き出す。カム部1620の底面626側から突き出したカムガイド部613を組合せバネ163の内部(第二コイルスプリング163B内部に配置された第一コイルスプリング163Aの内部)に挿入して、第一コイルスプリング163Aの一方の端部1631Aおよび第二コイルスプリング163Bの一方の端部1631Bをカム部1620のスプリングガイド穴6271内に収容する。
このようにして組み立てられた組合せバネ163、スライドカム162および回転カム161を、スライドカム162の凸部623をケース本体1641の内周面6418の溝6419に位置合わせしてから、第一コイルスプリング163Aの他方の端部1632A側からケース本体1641の開口部6414内に収容する。
第一コイルスプリング163Aの自由長LA0は、ダンパ16の初期状態におけるケース本体1641の底部16415に設けられた溝16417の溝底16417Cとスライドカム162のスプリングガイド穴6271の底面62711との間隔L4よりも長いため、ケース本体1641の開口部6414にカバー65がねじ込まれると、第一コイルスプリング163Aだけが、ケース本体1641の底部16415の溝底16417Cとスライドカム162のスプリングガイド穴6271の底面62711との間でプリロードされる。一方、第二コイルスプリング163Bは、その自由長LB0が、ダンパ16の初期状態におけるケース本体1641の底部16415に設けられた溝16417の溝底16417Cとスライドカム162のスプリングガイド穴6271の底面62711との間隔L4よりも短いため、ケース本体1641の開口部6414にカバー65がねじ込まれただけでは圧縮されない。したがって、ダンパ16の初期状態においては、第一コイルスプリング163Aのみによって、スライドカム162の傾斜カム面1621を回転カム161の傾斜カム面1611に押し当てる方向にスライドカム162が付勢され、それに伴う回転カム161の回転により、スライドカム162のカム面1622内の各傾斜カム面1621と回転カム161のカム面1612内の段差面619とが接触する。この位置が、回転カム161の傾斜カム面1611に対するスライドカム162の傾斜カム面1621の初期位置となる。その後、スライドカム162が、回転カム161の回転に伴い、ケース164の底部16415に向かって移動して所定の位置まで到達すると、第一コイルスプリング163Aおよび第二コイルスプリング163Bの双方が、ケース本体1641の底部16415の溝底16417Cとスライドカム162のスプリングガイド穴6271の底面62711との間で圧縮される。
このような構成により、本実施の形態に係るアクセルペダルユニット11によれば、以下に示すように、アクセルペダル21の踏み込み中、ドライバーの足に適度な負荷を与えつつ、自動車のエネルギー消費率が所定レベルに低下する所定の位置までアクセルペダル21が踏み込まれたタイミング(ペダルピボットピン4が正転方向αに所定角度θ1まで回転したタイミング)で、ドライバーの足にかかる負荷を、触感により検知可能な程度の大きさ急激に大きくすることができる。
図16〜図18は、アクセルペダル21の踏み込みに伴うダンパ16の二段階の制動モーションを説明するための図である。
図16に示すように、ダンパ16の初期状態(アクセルペダル21が踏み込まれていない状態)においては、ダンパ16のスライドカム162の各傾斜カム面1621が、回転カム161のカム面1612の対応段差面619により定まる初期位置に位置付けられている。
アクセルペダル21が踏み込まれると、ペダルピボットピン4は、アクセルペダルアーム2の揺動に連動して正転方向αに回転する。このとき、ダンパ16内においては、ペダルピボットピン4のダンパ連結部42の各平坦面423が、回転カム161内壁の対向平坦面618に接触して、回転カム161を正転方向αへ回転させる。回転カム161が正転方向αに所定角度θ1まで回転するまでの間、スライドカム162は、各傾斜カム面1621を回転カム161の対応傾斜カム面1611とすべり接触させながら、回転カム161から遠ざかる方向(ケース164の底部16415に向う方向)Aに移動する。この間、第一コイルスプリング163Aのみが、初期のプリロード状態よりも徐々に圧縮され、スライドカム162の各傾斜カム面1621が回転カム161の対応傾斜カム面1611により強く押し付けられる。つまり、組合せバネ163は、第一コイルスプリング163Aと同じバネ係数を有する圧縮バネとして機能する。このため、スライドカム162の傾斜カム面1621と回転カム161の傾斜カム面1611との間等の摩擦抵抗が徐々に増大し、スライドカム162に対する回転カム161の正転方向αの回転角度θの増加とともに、回転カム161の軸心O回り方向のトルクが徐々に増大する。その結果、ペダルピボットピン4の正転方向αの回転が制動され、アクセルペダル21を踏み込むドライバーの足に適度な負荷が与えられる。
図17に示すように、自動車のエネルギー消費率が所定のレベルに低下する位置までアクセルペダル21が踏み込まれると(つまり、ペダルピボットピン4が正転方向αへ所定角度θ1回転すると)、スライドカム162は、各傾斜カム面1621を回転カム161の対応傾斜カム面1611とすべり接触させながら、ケース164の底部16415に向かって、第二コイルスプリング163Bの一方の端部1631Bがスライドカム162のスプリングガイド穴6271の底面62711に接触する位置まで移動する。したがって、回転カム161が正転方向αに所定角度θ1まで回転したタイミングで、第二コイルスプリング163Bも、第一コイルスプリング163Aとともに、スライドカム162の各傾斜カム面1621を回転カム161の対応傾斜カム面1611に押し付けるようにスライドカム162を付勢し始める。つまり、組合せバネ163が、第一および第二コイルスプリング163A、163Bのバネ係数の和に相当するバネ係数を有する圧縮バネとして機能する。このため、第一コイルスプリング163Aだけでスライドカム162を付勢していたときよりも、第二コイルスプリング163Bの付勢が加わった分だけ大きな力で、スライドカム162の各カム面621が回転カム161の対応傾斜カム面1611に、そして回転カム161の底面617がカバー65の座面657にそれぞれ押し付けられて、回転カム161の軸心O回り方向のトルクが急激に増大する。これにより、自動車のエネルギー消費率が所定のレベルに低下する位置までアクセルペダル21が踏み込まれたタイミングで、アクセルペダル21を踏み込むドライバーの足にかかる負荷が、少なくとも触感によりその変化を検知可能な程度の大きさで急激に大きくなる。
図18に示すように、さらにドライバーがアクセルペダル21を踏み込み続けると(つまり、ペダルピボットピン4が正転方向αに所定角度θ1を超えて回転すると)、スライドカム162が、各傾斜カム面1621を回転カム161の対応傾斜カム面1611とすべり接触させながら、ケース164の底部16415に向かって移動し、第一コイルスプリング163Aおよび第二コイルスプリング163Bをさらに圧縮する。これにより、スライドカム162の傾斜カム面1621が回転カム161の傾斜カム面1611により強く押し付けられるとともに、回転カム161の底面617がカバー65の座面657により強く押し付けられる。このため、バネ定数の増加後も、回転カム161の正転方向αの回転角度θの増加とともに、スライドカム162の傾斜カム面1621と回転カム161の傾斜カム面1611との間等の摩擦抵抗がさらに徐々に増大し、回転カム161の軸心O回り方向のトルクが徐々に増大する。これにより、アクセルペダル21を踏み込むドライバーの足にかかる負荷の急激な増加以後も、アクセルペダル21を踏み込み続ける限り、アクセルペダル21を踏み込むドライバーの足にかかる負荷はさらに徐々に大きくなってゆく。このため、ドライバーは、インスツルパネル上のメータから得られる視覚情報の変化を絶えず気にしていなくても、アクセルペダル21の踏み込み操作により、自動車のエネルギー消費率の継続的な悪化を直感的に把握することができる。
以上説明したとおり、本実施の形態に係るアクセルペダルユニット11によれば、アクセルペダル21の操作(踏み込みおよび開放)により回転するペダルピボットピン4に、ペダルピボットピン4の回転を制動する抵抗力がペダルピボットピン4の正転方向αの回転角度θに応じて段階的に大きくなるダンパ16が連結されており、自動車のエネルギー消費率が所定のレベルに低下する所定の回転角度θ1までペダルピボットピン4が正転方向αに回転したタイミングで、このダンパ16が、ペダルピボットピン4の回転を制動する力を急激に増大させる。このため、アクセルペダル21の踏み込むドライバーの足に適度な負荷を与えつつ、自動車のエネルギー消費率が所定のレベルに悪化する位置までアクセルペダル21が踏み込まれたタイミングで、ドライバーの足にかかる負荷を、少なくとも触感により検知可能な程度の大きさで急激に重くすることができる。したがって、自動車の運転中、ドライバーは、アクセルペダル21の踏み込み操作感の急激な変化を、自動車の省エネルギー走行を促すシグナルとして検知することができる。
また、ドライバーがその後もアクセルペダル21を踏み込み続けると(ペダルピボットピン4が正転方向αに所定角度θ1を超えて回転すると)、回転カム161の正転方向αの回転角度θの増加とともに、スライドカム162の傾斜カム面1621と回転カム161の傾斜カム面1611との間等の摩擦抵抗がさらに増大して、回転カム161の軸心O回り方向のトルクがさらに増大する。これにより、アクセルペダル21を踏み込むドライバーの足にかかる負荷が、急激な増加後も、さらに徐々に大きくなってゆくため、ドライバーは、アクセルペダル21の踏み込み操作により、自動車のエネルギー消費率の継続的な悪化を直感的に把握することができる。
本実施の形態においては、所定の圧縮量だけ圧縮されたタイミングで弾性係数が増加する非線形バネを、自然長が互いに異なる2種類のコイルスプリング163A,163Bが入れ子状に配置された組合せバネ163として構成し、この非線形バネでスライドカム162を付勢することによって、回転カム161が正転方向αに所定角度θ1まで回転したタイミングで、ペダルピボットピン4の軸心O回り方向のトルクを、少なくともアクセルペダル21の操作感の変化としてドライバーが検知可能な程度増大させているが、必ずしも、このようにする必要はない。
例えば、自然長が互いに異なる3種類以上のコイルスプリングを入れ子状に配置することによって組合せバネ163を構成してもよい。このようにすれば、ドライバーが、自動車の走行状態の変化をより細かい刻みで検知可能となる。
または、互いに自然長の異なる2種類のスプリングコイル63A,63Bからなる組合せバネ163の代わりに、圧縮中にバネ定数が段階的に増加する不等ピッチコイルバネ、テーパーコイルスプリング等の非線形バネを用いてもよい。このような非線形バネを用いることにより、回転カム161が正転方向αに所定角度θ1まで回転したタイミングを含む所定の回転角度範囲において非線形バネのバネ定数が増大するため、ペダルピボットピン4の軸心O回りのトルクを、回転カム161が正転方向αに所定角度θ1まで回転したタイミングでドライバーがアクセルペダル21の操作感の変化を検知可能な程度に増加させることができる。
また、本実施の形態においては、スライドカム162を付勢するためコイルスプリング163A,163Bを用いているが、例えば、ゴム、コイルスプリング以外のバネ等、他の弾性体を用いてもよい。
以上説明した第一および第二の実施の形態では、ペダルピボットピン4の回転に連動してダンパ6、16の回転カム61、161が回転するように、ペダルピボットピン4のダンパ連結部42の外周面421を二面取りし、ダンパ6、16の回転カム61、161の内壁面614に、対向する二面の平坦面618を形成しているが、必ずしも、このようにする必要はない。ペダルピボットピン4のダンパ連結部42の外周面421およびダンパ6、16の回転カム61、161の内壁面614に、互いに干渉する面が含まれており、それらの面の接触によってペダルピボットピン4の回転がダンパ6、16の回転カム61、161に伝達されればよい。例えば、ペダルピボットピン4のダンパ連結部42の外周面421と、ダンパ6、16の回転カム61、161の内壁面614とに、それぞれ、ペダルピボットピン4の回転により接触する一面または三面以上の平坦面が形成されていてもよい。または、ペダルピボットピン4のダンパ連結部42の断面形状およびダンパ6、16の回転カム61、161の内壁面614の輪郭形状が、ともに多角形であってもよいし、ペダルピボットピン4の外周面421に1箇所以上の凹部を形成し、この凹部にはめ込まれる凸部をダンパ6、16の回転カム61、161の内壁面614に形成してもよい。
また、第一および第二の実施の形態においては、ペダルピボットピン4の抜落防止用に止め輪7を用いているが、止め輪7の代わりに、ペダルピボットピン4の抜落を防止する他の部品を用いてもよい。例えば、溝がなくても取付け可能なブッシュナット等を用いた場合には、ペダルピボットピン4の支持部41に溝413を形成する必要はない。
以上、第一および第二の形態においては、自動車のアクセルペダルユニット1、11を例に挙げていたが、本発明は、操作者が、手足等を用いたマニュアル操作で、ペダル、ハンドル等の操作部を所定の位置まで移動させたタイミングで、操作部の操作感の変化を、予め定めた事象発生のシグナルとして操作者に与えることが有用であれば、自動車のアクセルペダルユニット1、11に限らず、例えば、楽器、ゲーム機、各種装置等、様々な機器の操作ユニットに適用可能である。第一の実施の形態に係るダンパ6において、傾斜カム面の数、傾斜カム面に含まれる複数の傾斜領域の傾斜角度および並びの順番は、操作ユニットの使用目的に応じて適宜定めればよい。同様に、第二の実施の形態に係るダンパ16において、入れ子状に組み合わされて組合せバネ163を構成するコイルスプリングの数は、操作ユニットの使用目的に応じて適宜定めればよい。
また、第一の実施の形態に係るダンパ6において、コイルスプリング63の代わりに、第二の実施の形態に係るダンパ16の組合せバネ163を用いてもよい。このようにすることにより、ペダルピボットピン4の正転方向αの回転角度θに応じた、ペダルピボットピン4の回転を制動する抵抗力の段階的な変化を、回転カム61の傾斜カム面611が備える、傾斜角度の異なる複数の傾斜領域と、組合せバネ163を構成する、コイル長の異なる複数のコイルスプリングとにより実現できるので、より細かい刻みで抵抗力を段階的に変化させることができ、したがって、ドライバーが自動車の走行状態の変化をより細かい刻み検知することが可能となる。
本発明は、操作部をマニュアル操作中のユーザが所定の事象発生を直感的に把握することが有用な場合に広く適用可能である。
1,11:アクセルペダルユニット、 2:アクセルペダルアーム、 3:スプリング、 4:ペダルピボットピン、 5:ペダルブラケット、 6,16:ダンパ、 7:止め輪、 8:ボルト、 9:ナット、 21:アクセルペダル、 41:支持部、 42:ダンパ連結部、 43:ペダルアーム固定部、 51:底板、 52、53:側板、 61,161:回転カム、 62,162:スライドカム、 63:コイルスプリング、 64,164:ケース、 65:カバー、 411:抜け止め部の外周面、 412:ペダルピボットピンの端面、 413:溝、 421:ダンパ連結部の外周面、 423:平坦面、 425:支持領域、 431:ペダルアーム固定部の外周面、 422,432:ペダルピボットピンの段差面、 521、531:ピン支持穴、 610,1610:カム部、 611,1611:傾斜カム面、 611A:第一傾斜領域、 611B:第二傾斜領域、 612,1612:カム面、 613:カムガイド部、 614:回転カムの内壁面、 615:ピッチ円、 616,617:回転カムの端面、 618:回転カム内壁の平坦面、 619:段差面、 620,1620:カム部、 621,1621:傾斜カム面、 622,1622:カム面、 623:凸部、 624:カム部の外周面、 625:ピッチ円、 626:カム部の底面、 627:段付き穴、 628:平坦面、 629:傾斜面、 631,632:コイルスプリングの端部、 641,1641:ケース本体、 642:フランジ部、 651:カバーの外周面、 652:ネジ部、 653:貫通穴、 654:カバーの表面、 655:カバーの裏面、 656:六角穴、 657:回転カム用の座面、 6410A,6410B:ケース本体の端面、 6411:溶着用凹部、 6412:ケース本体の外周面、 6413:貫通穴、 6414:ケース本体の開口部、 6415:ケース本体の底面、 6416:ネジ部、 6417:スプリングガイド部、 6418:ケース本体の内周面、 6419:溝、 6421:ボルト挿入穴、 6271:スプリングガイド穴、 163:組合せばね、 163A:第一コイルスプリング、 163B:第二コイルスプリング、 16415:ケース本体の底部、 16417:溝、 16417A、16417B:溝の内壁面、 16417C:溝底
Claims (9)
- ユーザのマニュアル操作を受け付ける操作部に連動して回転する回転軸を制動するダンパであって、
前記回転軸の回転方向に対して傾斜した傾斜カム面をそれぞれ有し、前記回転軸のトルクが伝達されて、前記傾斜カム面同士をすべり接触させながら、前記回転軸の軸心回りに相対的に回転して、前記回転軸の軸心方向に相対的に移動する一対のカム部材と、
前記一対のカム部材を収容し、相対的に回転しながら移動する前記一対のカム部材が摺動する内側面を有する収容部品と、
前記一対のカム部材の傾斜カム面が互いに押圧するように、前記一対のカム部材を、前記回転軸の軸心方向に、前記収容部品の、前記回転軸の軸心方向の端部に押し当てながら、前記一対のカム部材の相対的な回転角度の増加とともに前記一対のカム部材を前記収容部品の端部に押し当てる力を段階的に変化させて、前記一対のカム部材の相対的な回転を妨げる摩擦抵抗を段階的に変化させる摩擦抵抗変更手段と、を備え、
前記摩擦抵抗変更手段は、
前記一対のカム部材の前記軸心方向の相対的な移動量の増加によって前記回転軸の軸心方向に圧縮されるように前記収容部品内に配置され、復元力により前記一対のカム部材を前記回転軸の軸心方向に付勢する弾性手段を備え、
前記弾性手段の弾性係数は、当該弾性手段の圧縮量の増加とともに段階的に増加する
ことを特徴とするダンパ。 - ユーザのマニュアル操作を操作部で受け付ける操作ユニットであって、
前記操作部を有するアームと
軸心から離れた位置に前記操作部が位置するように前記アームが固定されたピボットピンと、
前記ピボットピンを、前記マニュアル操作によって前記操作部が受ける力で当該ピボットピンの軸心回りに回転可能に保持するブラケットと、
前記ピボットピンの回転を制動するダンパと、を備え、
前記ダンパは、
前記ピボットピンの回転方向に対して傾斜した傾斜カム面をそれぞれ有し、前記ピボットピンのトルクが伝達されて、前記傾斜カム面同士をすべり接触させながら、前記ピボットピンの軸心回りに相対的に回転して、前記ピボットピンの軸心方向に相対的に移動する一対のカム部材と、
前記一対のカム部材を収容して前記ブラケットに固定されるとともに、相対的に回転しながら移動する前記一対のカム部材が摺動する内側面を有する収容部品と、
前記一対のカム部材の傾斜カム面が互いに押圧するように、前記一対のカム部材を、前記ピボットピンの軸心方向に、前記収容部品の、前記ピボットピンの軸心方向の端部に押し当てながら、前記一対のカム部材の相対的な回転角度の増加とともに前記一対のカム部材を前記収容部品の端部に押し当てる力を段階的に変化させて、前記一対のカム部材の相対的な回転を妨げる摩擦抵抗を段階的に変化させる摩擦抵抗変更手段と、を備える
ことを特徴とする操作ユニット。 - 請求項2記載の操作ユニットであって、
前記摩擦抵抗変更手段は、
前記一対のカム部材の前記軸心方向の相対的な移動量の増加によって前記ピボットピンの軸心方向に圧縮されるように前記収容部品内に収容され、前記一対のカム部材を前記ピボットピンの軸心方向に付勢する弾性体と、
前記一対のカム部材のうち、少なくとも一方のカム部材の傾斜カム面内に形成され、前記一対のカム部材の相対的な回転の方向に対して互いに異なる角度で傾斜し、前記一対のカム部材の相対的な回転の方向に並んだ少なくとも2つの傾斜領域と、を備える
ことを特徴とする操作ユニット。 - 請求項2または3に記載の操作ユニットであって、
前記アームは、前記操作部としてアクセルペダルを有し、
前記一対のカム部材のうち、少なくとも一方のカム部材の傾斜カム面は、前記少なくとも2つの傾斜領域として、前記アクセルペダルが所定の位置まで踏み込まれるまで、他方のカム部材の傾斜カム面とすべり接触する第一傾斜領域と、前記アクセルペダルが前記所定の位置まで踏み込まれたタイミングで、前記他方のカム部材の傾斜カム面とすべり接触を開始する、前記相対的な回転の方向に対して前記第一傾斜領域よりも大きな角度で傾斜した第二傾斜領域と、を含む
ことを特徴とする操作ユニット。 - 請求項4に記載の操作ユニットであって、
前記他方のカム部材の傾斜カム面は、前記第一傾斜領域との接触面積よりも広い面積で前記第二傾斜領域と接触する
ことを特徴とする操作ユニット。 - 請求項2記載の操作ユニットであって、
前記摩擦抵抗変更手段は、
前記一対のカム部材の前記軸心方向の相対的な移動量の増加によって前記ピボットピンの軸心方向に圧縮されるように前記収容部品内に配置され、復元力により前記一対のカム部材の傾斜カム面が互いに押圧するように前記一対のカム部材を前記ピボットピンの軸心方向に付勢する弾性手段を備え、
前記弾性手段の弾性係数は、当該弾性手段の圧縮量の増加とともに段階的に増加する
ことを特徴とする操作ユニット。 - 請求項6に記載の操作ユニットであって、
前記弾性手段は、
前記一対のカム部材の前記軸心方向の相対的な移動量が増加している場合に、互いに異なるタイミングで前記軸心方向の圧縮が開始される複数の弾性体を有する
ことを特徴とする操作ユニット。 - 請求項7に記載の操作ユニットであって、
前記複数の弾性体は、
入れ子状に配置された、前記軸心方向の自然長が互いに異なる複数のコイルスプリングである
ことを特徴とする操作ユニット。 - 請求項6ないし8のいずれか一項に記載の操作ユニットであって、
前記アームは、前記操作部としてアクセルペダルを有し、
前記弾性手段の弾性係数は、前記アクセルペダルが所定の位置まで踏み込まれたタイミングで増加する
ことを特徴とする操作ユニット。
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