JP5371147B2 - アクセルペダル装置 - Google Patents

Description

本発明は、ドライブバイワイヤシステムを採用した車両等に適用されるアクセルペダル装置に関し、特に燃費改善等のために過踏み込みを抑制するべくアクセルペダルの踏力に対抗する反力（抵抗力）を発生する機構を備えたアクセルペダル装置に関する。

自動車等に搭載のエンジンにおいて、電子制御スロットルシステム（ドライブバイワイヤシステム）に適用されるアクセルペダル装置としては、ハウジングに対して揺動自在に支持されたペダルアーム、ペダルアームを休止位置に戻すリターンスプリング、ペダル荷重（踏力）にヒステリシスを発生させるヒステリシス発生機構、ペダルアームの角度位置を検出する位置センサ等を備え、位置センサによりアクセルペダル（ペダルアーム）の踏み込み量（角度位置）を検出し、その検出信号に基づいて、エンジンの出力制御を行うものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、他のアクセルペダル装置としては、アクセルペダルの踏力に抵抗力を発生させてアクセルペダルの踏み込みを規制するアクセル規制手段として、ハウジング（筐体ブラケット）に対して揺動自在に支持されたペダルアーム、ペダルアームを揺動自在に支持する支軸、ペダルアームを休止位置に戻すコイル状のリターンスプリング等を備えた構成において、リターンスプリングの中を通すように配置されてペダルアームの上端部に当接し得るロッド、ロッドとロッドをペダルアーム側に向けて付勢する第２のスプリングとを保持するスライダ、スライダを往復駆動するべくハウジングに回動自在に支持されかつギヤを一体的に有するリードスクリュー、リードスクリューのギヤに噛合するウォームギヤを回転駆動するべくハウジングに固定されたモータ等を含む反力付加機構を備えたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
しかしながら、この反力付加機構は、ウォームギヤ→ギヤ及びリードスクリュー→スライダ及びロッドという駆動力（押し戻し力）の伝達経路を採用しているため、構造が複雑で装置の大型化を招き、応答性が悪くて好ましくない。

また、特許文献２に記載されたような反力付加機構を、特許文献１に記載のアクセルペダル装置に適用しようとすると、特許文献１に記載のアクセルペダル装置がヒステリシス発生機構を備えた構成故に、構造がさらに複雑になり、そのまま適用するのは困難である。また、ヒステリシス発生機構と反力付加機構とを兼ね備えた場合に、一方の機構が他方の機構に影響を及ぼさないようにして各々の機能の独立性を確保する必要がある。
したがって、構造が簡単で小型化を図れ、ヒステリシス発生機構と反力付加機構がそれぞれ確実に機能し得ると共に応答性に優れ、特に燃費改善等のために過踏み込みを抑制するべく踏力に対抗する反力を付加する反力付加機構を備えたアクセルペダル装置の開発が望まれている。

特開２００４−１５５３７５号公報 特開２００７−１３７１５２号公報

本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、構造の簡素化、部品点数の削減、低コスト化、装置全体の小型化等を図りつつ、燃費改善等のためにアクセルペダルの過踏み込みを抑制するべく踏力に対抗するような反力付加機構を備え、又、反力付加機構と踏力にヒステリシスを発生させるヒステリシス発生機構とを両立させることができ、応答性に優れたアクセルペダル装置を提供することにある。

本発明のアクセルペダル装置は、アクセルペダルを有するペダルアームと、ペダルアームを休止位置と最大踏み込み位置の間で所定の揺動軸線回りに回動可能に支持するハウジングと、ペダルアームを休止位置に戻す付勢力を及ぼす第１戻しバネと、アクセルペダルの踏力に対抗する反力を付加する反力付加機構を備え、上記反力付加機構は、第１戻しバネの反力を受けつつハウジングに対して移動自在に配置された可動部材と、可動部材とペダルアームの間に介在して踏力に対する反力を生じ得る反力バネと、可動部材を所望のタイミングで移動不能にロックし得るロック機構を含む、構成となっている。
この構成によれば、運転者が休止位置から最大踏み込み位置に向けてアクセルペダルを踏み込むと、ペダルアームの回転により増加した反力バネの付勢力により可動部材が移動し、可動部材の移動により第１戻しバネの付勢力が増加することで踏力が増加し、一方、運転者がアクセルペダルを最大踏み込み位置から休止位置に向けて戻すと、踏力が減少しつつ第１戻しバネ及び反力バネの付勢力により、ペダルアームが休止位置に戻る。
ここで、運転者がアクセルペダルを踏み込む際に、例えば過踏み込みによる余分な発進エネルギを節約したい場合に、所望のタイミングで（運転者がアクセルペダルを踏み込む体勢にあることを検知する信号等に基づいて）ロック機構が作動して、可動部材が移動不能にロックされると、反力バネのみが変形されるため、直列に接続された二つのバネ（第１戻しバネ、反力バネ）が作用する場合に比べてバネ定数が大きくなり反力が増加する。これにより、運転者の踏力に対する抵抗力（反力）が増加するため、過踏み込みを抑制することができ、急激な発進を防止して燃費を改善することができる。

上記構成において、ロック機構は、一方向への回転により可動部材を押圧してロック状態としかつ第１戻しバネの戻し力による可動部材の移動に追従して他方向へ回転することによりロック状態を解除し得るロック部材と、ロック部材を一方向へ回転駆動する駆動源とを含む、構成を採用することができる。
この構成によれば、運転者がアクセルペダルを踏み込む際に可動部材をロックする場合は、駆動源が起動されてロック部材が一方向に回転すると、ロック部材が可動部材を押圧してロック状態とし、一方、運転者がアクセルペダルを戻すと、第１戻しバネの付勢力により可動部材が戻り側に移動し、この可動部材の移動に追従してロック部材が他方向に回転することでロック状態が解除される。
ここで、ロック機構がロック部材及び駆動源により構成され、一方向へ回転する場合にのみ可動部材をロックするワンウエイロック（すなわち、スプラグ）として機能するため、駆動源としても一方向への回転駆動力を及ぼすだけのアクチュエータ等を適用することができ、駆動源の省電力化及び小型化、又、制御回路（ＥＣＵ）の不要化、低コスト化等を達成することができる。

上記構成において、可動部材は、内壁面をもつ筒状に形成されてハウジングに対して所定方向に摺動自在に配置されたスライダからなり、第１戻しバネ及び反力バネは、所定方向に伸縮する伸縮バネからなり、反力バネは、スライダの内部に配置され、アクセルペダルの踏力にヒステリシスを発生させるヒステリシス発生機構をさらに含み、ヒステリシス発生機構は、ペダルアームと反力バネの間に介在すると共にスライダの内部に摺動自在に配置され踏力の増加に伴って摺動抵抗力が増加する内部スライダを含む、構成を採用することができる。
この構成によれば、運転者が休止位置から最大踏み込み位置に向けてアクセルペダルを踏み込むと、内部スライダを介して反力バネが圧縮されつつスライダが移動し、スライダの移動により第１戻しバネが圧縮されることで踏力が増加し、一方、運転者がアクセルペダルを最大踏み込み位置から休止位置に向けて戻すと、踏力が減少しつつ第１戻しバネ及び反力バネの付勢力により、内部スライダを介してペダルアームが休止位置に戻る。
ここで、アクセルペダルが踏み込まれると、内部スライダが反力バネに抗してペダルアームにより押圧されるため、内部スライダは摺動抵抗を増加させつつスライダの内部を相対的に移動し、一方、アクセルペダルが戻されると、内部スライダは摺動抵抗を減少させつつスライダの内部を相対的に移動するため、踏力において踏み込み時に大きく戻し時に小さくなるようなヒステリシスを発生させることができ、踏力において所望のヒステリシス特性を得ることができる。また、反力付加機構の反力バネが、ヒステリシス発生機構の内部スライダに反力を及ぼす反力バネを兼ねるため、構造の簡素化及び装置の小型化等を達成しつつ、反力付加機構とヒステリシス発生機構を両立させることができる。

上記構成において、ペダルアームは、内部スライダに対して離脱可能に係合し、ペダルアームを休止位置に戻すべく、ペダルアームに直接係合して付勢力を及ぼす第２戻しバネをさらに含む、構成を採用することができる。
この構成によれば、ペダルアームは内部スライダに対して離脱可能であるため、スライダがロック状態から解除されないような作動不良の状態が生じても、ペダルアームは第２戻しバネの付勢力により休止位置へ確実に戻ることができ、安全性が保証される。

上記構成において、可動部材は、ペダルアームの揺動軸線回りに回動自在に配置されたロータからなり、第１戻しバネ及び反力バネは、揺動軸線周りに配置された捩りバネからなる、構成を採用することができる。
この構成によれば、運転者が休止位置から最大踏み込み位置に向けてアクセルペダルを踏み込むと、反力バネが捩られつつロータが回転し、ロータの回転により第１戻しバネが捩られることで踏力が増加し、一方、運転者がアクセルペダルを最大踏み込み位置から休止位置に向けて戻すと、踏力が減少しつつ第１戻しバネ及び反力バネの付勢力により、ペダルアームが休止位置に戻る。
このように、可動部材として、ペダルアームの揺動軸線回りに回転するロータを採用し、第１戻しバネ及び反力バネとして揺動軸線周りに配置された捩りバネを採用することで、種々の部品を揺動軸線近傍に集約でき、装置を小型化することができる。

上記構成をなすアクセルペダル装置によれば、構造の簡素化、部品点数の削減、低コスト化、装置全体の小型化等を達成しつつ、燃費改善等のために過踏み込みを抑制するべく踏力に対抗するような反力付加機構を備え、又、反力付加機構と踏力にヒステリシスを発生させるヒステリシス発生機構とを両立させることができ、応答性に優れたアクセルペダル装置を得ることができる。

本発明に係るアクセルペダル装置に一実施形態を示す側面図である。 図１に示すアクセルペダル装置の内部を示す側面図である。 図１に示すアクセルペダル装置の一部を示した部分図である。 図１に示すアクセルペダル装置の一部をなす反力付加機構に含まれるロック部材を示す模式図である。 図１に示すアクセルペダル装置の一部をなす反力付加機構及びヒステリシス発生機構の動作を示す動作図である。 （ａ），（ｂ）は、図１に示すアクセルペダル装置の踏力特性を示すグラフである。 本発明に係るアクセルペダル装置の他の実施形態を示す側面図である。 図７に示すアクセルペダル装置の内部構造を示す斜視図である。 図７に示すアクセルペダル装置の内部構造を示す分解斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
このアクセルペダル装置は、図１に示すように、自動車等の車体に固定されるハウジング１０、アクセルペダル２２を有しハウジング１０に揺動自在に支持されたペダルアーム２０、ペダルアーム２０を休止位置に戻す付勢力を及ぼす第１戻しバネ３０、第１戻しバネ３０に当接すると共にハウジング１０に対して所定方向に摺動自在に配置された可動部材としてのスライダ４０、スライダ４０の内部に圧縮可能に配置された反力バネ５０、反力バネ５０とペダルアーム２０（の上端部２３）の間に介在する内部スライダ６１，６２、スライダ４０を押圧して移動不能にロックし得るロック部材７０、ロック部材７０を回転駆動する駆動源としてのアクチュエータ８０、ペダルアーム２０を休止位置に戻す付勢力を及ぼす第２戻しバネ９０、ペダルアーム２０の回転角度位置を検出する位置センサ１００等を備えている。

ここで、ロック部材７０、アクチュエータ８０により、スライダ４０を所望のタイミングで移動不能にロックし得るロック機構が構成されている。
また、スライダ４０、反力バネ５０、ロック機構（ロック部材７０、アクチュエータ８０）により、アクセルペダル２２の踏力に対抗する反力を付加する反力付加機構が構成されている。
さらに、スライダ４０の内部に配置された反力バネ５０、内部スライダ６１，６２により、アクセルペダル２２の踏力にヒステリシスを発生させるヒステリシス発生機構が構成されている。

ハウジング１０は、樹脂材料により形成されており、図１及び図２に示すように、ネジにより互いに結合されるハウジング本体１０ａ及びハウジングカバー１０ｂにより構成されている。
ハウジング本体１０ａは、図２に示すように、ペダルアーム２０を揺動軸線Ｌ１回りに揺動自在に支持する支軸１１、第１戻しバネ３０の一端部３１を受ける受け部１２、スライダ４０を摺動自在に配置する凹部１３、ロック部材７０を回動自在に収容する凹部１４、アクチュエータ８０を収容して固定する固定部１５、第２戻しバネ９０の一端部９１を受ける受け部１６、ペダルアーム２０を休止位置及び最大踏み込み位置（全開位置）にそれぞれ停止させる休止ストッパ１７及び全開ストッパ１８等を備えている。
ハウジングカバー１０ｂは、図１に示すように、位置センサ１００を収容するセンサ収容部１９等を備え、ペダルアーム２０、第１戻しバネ３０、スライダ４０、反力バネ５０、内部スライダ６１，６２、ロック部材７０、第２戻しバネ９０等がハウジング本体１０ａに装着された状態で、ペダルアーム２０の下方領域を除いて全体を覆うように形成されている。

ペダルアーム２０は、全体が樹脂材料により成形されており、図２に示すように、ハウジング本体１０ａの支軸１１により揺動軸線Ｌ１回りに揺動自在に支持される円筒部２１、円筒部２１から下方に伸長して一体的に形成されたアクセルペダル２２、円筒部２１から上方に伸長して一体的に形成された上端部２３、円筒部２１と上端部２３の間の領域に形成されて第２戻しバネ９０の他端部９２を受ける受け部２４、円筒部２１の下方近傍に形成された当接部２５等を備えている。

第１戻しバネ３０は、バネ鋼等により形成された圧縮型のコイル状の伸縮バネであり、図２及び図３に示すように、その一端部３１がハウジング本体１０ａの受け部１２に係合しかつその他端部３２がスライダ４０の端面壁４１に係合して、所定の圧縮代に圧縮された状態で所定方向に伸縮自在に取り付けられて、ペダルアーム２０を休止位置に戻す付勢力を及ぼすようになっている。

スライダ４０は、図２及び図３に示すように、ハウジング１０の凹部１３内において所定方向に摺動自在に配置され、その内部に反力バネ５０を圧縮自在に収容すると共に内部スライダ６１，６２を摺動自在に収容するように一端側に開放した筒状に形成され、反力バネ５０の一端部５１を内側で受けかつ第１戻しバネ３０の他端部３２を外側で受ける端面壁４１、内部スライダ６１，６２を摺動させる内壁面４２，４３、ロック部材７０が当接する外壁面４４、凹部１３により画定される摺動面１３ａに押し付けられる外壁面４５等を備えている。

反力バネ５０は、バネ鋼等により形成された圧縮型のコイル状の伸縮バネであり、図２及び図３に示すように、その一端部５１がスライダ４０の端面壁４１に係合しかつその他端部５２が内部スライダ６２に係合して、所定の圧縮代に圧縮された状態で所定方向（第１戻しバネ３０の伸縮方向と同一方向）に伸縮自在に取り付けられて、ペダルアーム２０を休止位置に戻す付勢力を及ぼすようになっている。

内部スライダ６１は、樹脂材料（例えば、含油ポリアセタール等の高摺動性材料）により形成されており、図３に示すように、スライダ４０の下側の内壁面４２に摺動自在に接触し、内部スライダ６２の傾斜面６２ａと接触する傾斜面６１ａ、ペダルアーム２０の上端部２３が離脱可能に係合し得る係合面６１ｂ等を備えている。
内部スライダ６２は、樹脂材料（例えば、含油ポリアセタール等の高摺動性材料）により形成されており、図３に示すように、スライダ４０の上側の内壁面４３に摺動自在に接触し、内部スライダ６１の傾斜面６１ａと接触する傾斜面６２ａ、反力バネ５０他一端部５２を受ける受け面６２ｂ等を備えている。
そして、内部スライダ６１，６２は、スライダ４０の内部に配置されて、反力バネ５０の付勢力に抗しつつペダルアーム２０（の上端部２３）により押圧されることで、くさび作用を生じつつスライダ４０に対して相対的に摺動し得るようになっている。

したがって、ペダルアーム２０が、反力バネ５０（及び第１戻しバネ３０、第２戻しバネ９０）の付勢力に抗して最大踏み込み位置（全開位置）に向けて踏み込まれる場合は、上端部２３が反力バネ５０の付勢力に抗して内部スライダ６１，６２を図３中の左向きに押すことで、傾斜面６１ａ，６２ａのくさび作用により生じる摩擦力（摺動抵抗）が大きくなり、反力バネ５０（及び第１戻しバネ３０、第２戻しバネ９０）の付勢力の増加に伴って摩擦力が直線的に増加する。
一方、ペダルアーム２０が、反力バネ５０（及び第１戻しバネ３０、第２戻しバネ９０）の付勢力に応じて休止位置に向けて戻される場合は、傾斜面６１ａ，６２ａのくさび作用により生じる摩擦力（摺動抵抗）は小さくなり、反力バネ５０の付勢力により内部スライダ６１，６２が元の位置に向けて図３中の右向きに移動するに連れて、反力バネ５０（及び第１戻しバネ３０、第２戻しバネ９０）の付勢力が減少することで摩擦力が直線的に減少する。
ここで、戻り動作の際の摩擦力は、踏み込み動作の際の摩擦力よりも小さくなるため、図６（ａ）の実線で示すように、踏込み動作から戻し動作までの全体の踏力（ペダル荷重）にヒステリシスを発生させることができる。

ロック部材７０は、図３及び図４に示すように、平行な２つの平面部７１、所定の曲率をなす２つの湾曲面部７２を画定するように形成されており、その中心がアクチュエータ８０の回転軸８０ａに固定されている。
ここで、ロック部材７０がロック状態を生じる条件は、図４に示すように、湾曲面部７２，７２がスライダ４０の外壁面４４及びハウジング本体１０ａの内壁面１４ａと接触した状態で、法線力をＦｎ、摩擦力をＦｆ、合力をＦ、摩擦角をφ、ウェッジ角をθとするとき、０＜θ≦φ、すなわち、０＜θ≦ｔａｎ−１（Ｆｆ／Ｆｎ）を満足するように、ロック部材７０が形成されることである。
そして、ロック部材７０は、図３の二点鎖線で示すように、一方向（時計回り）に回転することで、スライダ４０をハウジング１０（の摺動面１３ａ）に押し付けて移動不能にロックしたロック状態とし、第１戻しバネ３０の戻し力によるスライダ４０の移動に追従して、図３の実線で示すように、他方向（反時計回り）に回転することにより、ロック状態を解除し得るようになっている。

アクチュエータ８０は、ハウジング本体１０ａの固定部１５に収容されて固定されており、ロック部材７０を回動自在に結合する回転軸８０ａを備えている。
そして、アクチュエータ８０は、ロック部材７０を図３中の実線で示すロック解除状態から二点鎖線で示すロック状態にするべく、一方向にのみ回転駆動力を及ぼすようになっている。

上記構成においては、運転者がアクセルペダル２２を踏み込む際に、例えば過踏み込みによる余分な発進エネルギを節約したい場合に、所望のタイミングで（運転者がアクセルペダル２２を踏み込む体勢にあることを検知する信号等に基づいて）、アクチュエータ８０の一方向への回転駆動力によりロック部材７０が一方向に回転すると、その湾曲面部７２がスライダ４０をハウジング本体１０ａの内壁面１３ａに押し付けて移動不能にロックする。
すると、それ以後の踏み込み時には、直列に配置された二つのバネ（第１戻しバネ３０及び反力バネ５０）のうち反力バネ５０のみが圧縮されるため、二つのバネ（第１戻しバネ３０、反力バネ５０）が作用する場合に比べてバネ定数が大きくなり、図６（ｂ）の実線で示すように反力すなわち踏力が増加する。

例えば、反力バネ５０のバネ定数をｋ１、第１戻しバネ３０のバネ定数をｋ２とすると、直列に配置された反力バネ５０及び第１戻しバネ３０の合成バネ定数は（ｋ１・ｋ２）／（ｋ１＋ｋ２）であり、ｋ１＞（ｋ１・ｋ２）／（ｋ１＋ｋ２）の関係が成立する。したがって、反力バネ５０及び第１戻しバネ３０が共に付勢力を及ぼす状態に比べて反力バネ５０のみが付勢力を及ぼす状態の方がバネ定数を大きくでき、踏力が増加することになる。
このように、所望のタイミングでスライダ４０をロックすることにより、アクセルペダル２２の踏力に対抗する反力を付加することができ、それ故に、運転者の過踏み込みを抑制することができ、急激な発進を防止して燃費を改善することができる。

上記のように、スライダ４０を移動不能にロックするロック機構が、ロック部材７０及び駆動源としてのアクチュエータ８０により構成され、一方向へ回転する場合にのみスライダ４０をロックするワンウエイロック（すなわち、スプラグ）として機能し、駆動源としても一方向への回転駆動力を及ぼすだけのアクチュエータ８０を適用することができるため、駆動源の省電力化及び小型化、又、制御回路（ＥＣＵ）の不要化、低コスト化等を達成することができる。

第２戻しバネ９０は、バネ鋼等により形成された圧縮型のコイルバネであり、図２に示すように、その一端部９１がハウジング本体１０ａの受け部１６に係合しかつその他端部９２がペダルアーム２０の受け部２４に係合して、所定の圧縮代に圧縮された状態で伸縮自在に取り付けられて、ペダルアーム２０を休止位置に戻す付勢力を及ぼすようになっている。
このように、第２戻しバネ９０は、ペダルアーム２０の上端部２３が内部スライダ６１に対して離脱可能に係合した状態で、ペダルアーム２０に直接係合してペダルアーム２０を休止位置に戻す付勢力を及ぼすように形成されているため、スライダ４０がロック状態から解除されない又はスライダ４０がハウジング本体１０ａにスティックして停止し又は内部スライダ６１，６２がスライダ４０内においてスティックして停止したような作動不良の状態が生じても、ペダルアーム２０は第２戻しバネ９０の付勢力により休止位置へ確実に戻され、安全性が保証される。

位置センサ１００は、図１に示すように、ペダルアーム２０の揺動軸線Ｌ１の周りの領域において、ペダルアーム２０の円筒部２１及びハウジングカバー１０ｂのセンサ収容部１９に配置されている。
位置センサ１００は、例えば非接触式の磁気式センサであり、ペダルアーム２０の円筒部２１の領域に設けられた磁性材料からなる環状のアマチャ、アマチャの内周面に結合された円弧状の一対の永久磁石、ハウジングカバー１０ｂに埋設された磁性材料からなる二つのステータ、二つのステータ間に配置された２つのホール素子等により形成され、その他に関連する部品として、端子、種々の電子部品が実装された回路基板等が設けられている。
そして、位置センサ１００は、ペダルアーム２０が回動することにより、磁束密度の変化をホール素子で検出して電圧信号として出力し、ペダルアーム２０の角度位置を検出するようになっている。

次に、このアクセルペダル装置の動作について、図２、図５（ａ），（ｂ），（ｃ）、図６（ａ），（ｂ）を参照しつつ説明する。
先ず、運転者がアクセルペダル２２を踏み込まない休止位置にあるとき、第１戻しバネ３０、反力バネ５０、第２戻しバネ９０の付勢力により、ペダルアーム２０の上端部２３が休止ストッパ１７に当接して、ペダルアーム２０は図１及び図２の実線で示す休止位置に停止している。

この状態から、運転者がアクセルペダル２２を踏み込むと、ペダルアーム２０は、第１戻しバネ３０、反力バネ５０、第２戻しバネ９０の付勢力に抗して、図２中の反時計回りに回転し、図５（ａ）→図５（ｂ）に示すように、内部スライダ６１，６２が反力バネ５０に抗して所定量移動しつつかつスライダ４０がハウジング１０に対して所定量移動しつつ、最大踏み込み位置（全開位置）まで回転して、その当接部２５がハウジング本体１０ａの全開ストッパ１８に当接して停止する。
一方、運転者が踏力を緩めると、ペダルアーム２０は、踏み込み時の抵抗荷重（ペダル荷重）よりも小さい抵抗荷重（ペダル荷重）を運転者に及ぼしながら、第１戻しバネ３０、反力バネ５０、第２戻しバネ９０の付勢力により休止位置に向けて回転し、その上端部２３がハウジング本体１０ａの休止ストッパ１７に当接して停止する。

ところで、運転者がアクセルペダル２２を踏み込む際に、例えば過踏み込みによる余分な発進エネルギを節約するべくその踏み込みを抑制させる場合は、所望のタイミングで（運転者がアクセルペダル２２を踏み込む体勢にあることを検知する信号等に基づいて）、アクチュエータ８０の一方向への回転駆動力により、図５（ｃ）に示すように、ロック部材７０が時計回りに回転して、スライダ４０をハウジング１０に対して押圧し移動不能にロックする。
すると、その後の踏み込み動作においては、第１戻しバネ３０及び反力バネ５０のうち反力バネ５０のみが圧縮されるため、直列に接続された二つのバネ（第１戻しバネ３０、反力バネ５０）が作用する場合に比べてバネ定数が大きくなり反力が増加する。これにより、運転者の踏力に対する抵抗力（反力）が増加するため、過踏み込みが抑制され、急激な発進が防止されて、燃費が改善される。

一方、運転者が踏力を緩めると、第１戻しバネ３０の付勢力により、スライダ４０が戻り方向へ移動し、スライダ４０の移動に追従してロック部材７０が反時計回りに回転してロック状態を解除し、ペダルアーム２０は、第１戻しバネ３０、反力バネ５０、第２戻しバネ９０の付勢力により、踏み込み時の抵抗荷重（ペダル荷重）よりも小さい抵抗荷重（ペダル荷重）を運転者に及ぼしながら、休止位置に向けて回転し、その上端部２３がハウジング本体１０ａの休止ストッパ１７に当接して停止する。

この実施形態に係るアクセルペダル装置によれば、構造の簡素化、部品点数の削減、低コスト化、装置全体の小型化等を達成しつつ、燃費改善等のためにアクセルペダル２２の過踏み込みを抑制するべく踏力に対抗するような反力付加機構（スライダ４０、反力バネ５０、ロック部材７０、アクチュエータ８０）と踏力にヒステリシスを発生させるヒステリシス発生機構（内部スライダ６１，６２、反力バネ５０）とを両立させることができ、応答性に優れたアクセル操作を得ることができる。

上記実施形態においては、ヒステリシス発生機構を備えた構成において、反力付加機構を採用した場合を示したが、これに限定されるものではなく、ヒステリシス発生機構を廃止した構成において、反力付加機構を採用してもよい。
この場合、内部スライダ６１，６２に替えて、反力バネ５０の他端部５２とペダルアーム２０の上端部２３の間に平板状の可動スペーサを介在させるか又は上端部２３を反力バネ５０の他端部５２に直接当接させてもよい。
上記実施形態においては、ペダルアーム２０の上端部２３を内部スライダ６１に対して離脱可能に係合させ、第２戻しバネ９０を採用した場合を示したが、これに限定されるものではなく、スライダ４０及び内部スライダ６１，６２の機能が保証される限り、上端部２３を内部スライダ６１に連結し、第２戻しバネ９０を廃止した構成において、反力付加機構を採用してもよい。
上記実施形態においては、ヒステリシス発生機構として、スライダ４０の内部に配置された内部スライダ６１，６２を含む構成を採用したが、これに限定されるものではなく、その他の構成を採用してもよい。
上記実施形態においては、運転者がアクセルペダル２２を踏み込むと、スライダ４０のロック状態が解除されたロック解除時においては、第１戻しバネ３０及び反力バネ５０が共に収縮変形してペダルアーム２０に戻し力を作用させる構成を示したが、これに限定されるものではなく、反力バネ５０のバネ定数を第１戻しバネ３０のバネ定数に比べて十分に大きい値に設定し、ロック解除時に運転者がアクセルペダル２２を踏み込むと、反力バネ４０が殆んど収縮変形しない状態で第１戻しバネ３０が主として収縮変形し、スライダ４０をロックした状態で、第１戻しバネ３０の収縮変形が拘束されて、反力バネ５０のみが収縮変形するような反力付加機構を採用してもよい。

図７ないし図９は、本発明に係るアクセルペダル装置の他の実施形態を示すものであり、反力付加機構を構成する可動部材としてロータを採用したものである。
このアクセルペダル装置は、図７ないし図９に示すように、自動車等の車体に固定されるハウジング１０´、アクセルペダル２２を有しハウジング１０´に揺動自在に支持されたペダルアーム２０´、ペダルアーム２０´を休止位置に戻す付勢力を及ぼす第１戻しバネ３０´、第１戻しバネ３０´の反力を受けつつハウジング１０´に対して揺動軸線Ｌ１回りに回動自在に配置された可動部材としての第１ロータ４０´、第１ロータ４０´に一端部が掛止されて揺動軸線Ｌ１周りに配置された反力バネ５０´、反力バネ５０´とペダルアーム２０´（の係合部２３´）の間に介在するように揺動軸線Ｌ１回りに回動自在に配置された第２ロータ６０´、第１ロータ４０´を押圧して移動不能にロックし得るロック部材７０´、ロック部材７０´を回転駆動する駆動源としてのアクチュエータ８０、ペダルアーム２０´の回転角度位置を検出する位置センサ（不図示）等を備えている。尚、前述の実施形態と同様に、ペダルアーム２０´を休止位置に戻す付勢力を直接及ぼすように、ペダルアーム２０´に直接連結される第２戻しバネが設けられてもよい。

ここで、ロック部材７０´、アクチュエータ８０により、第１ロータ４０´を所望のタイミングで移動不能（回動不能）にロックし得るロック機構が構成されている。
また、第１ロータ４０´、反力バネ５０´、ロック機構（ロック部材７０´、アクチュエータ８０）により、アクセルペダル２２の踏力に対抗する反力を付加する反力付加機構が構成されている。

ハウジング１０´は、前述の実施形態と同様に、ペダルアーム２０´を揺動軸線Ｌ１回りに揺動自在に支持する支軸、第１戻しバネ３０´の一端部３１´を掛止する掛止穴、ロック部材７０´を回動自在に支持する支持部、アクチュエータ８０を収容して固定する固定部、ペダルアーム２０´を休止位置及び最大踏み込み位置（全開位置）にそれぞれ停止させる休止ストッパ及び全開ストッパ等を備えている。

ペダルアーム２０´は、全体が樹脂材料により成形されており、図８及び図９に示すように、ハウジング１０´の支軸により揺動軸線Ｌ１回りに揺動自在に支持される円筒部２１´、円筒部２１´から下方に伸長して一体的に形成されたアクセルペダル２２、円筒部２１´から径方向に突出しかつ揺動軸線Ｌ１方向に伸長するようにＬ字状に形成されて後述する第２ロータ６０´の突出部６４´に係合する係合部２３´等を備えている。

第１戻しバネ３０´は、図８及び図９に示すように、バネ鋼等により形成された捩りバネであり、その一端部３１´がハウジング１０´の掛止穴に掛止されかつその他端部３２´が第１ロータ４０´の掛止穴４３´に掛止されて、所定の捩り付勢力を及ぼす状態で揺動軸線Ｌ１の周りに取り付けられて、ペダルアーム２０´を休止位置に戻す付勢力を及ぼすようになっている。

第１ロータ４０´は、図８及び図９に示すように、ペダルアーム２０´の円筒部２１´と同軸上において揺動軸線Ｌ１回りに回動自在に配置されており、小径円柱部４１´、大径円柱部４２´、大径円柱部４２´の一側面において第１戻しバネ３０´の他端部３２´を掛止する掛止穴４３´及び他側面において反力バネ５０´の一端部５１´を掛止する掛止穴４４´、大径円柱部４２´においてロック部材７０´が当接する外周面４５´、外周面４５´から径方向に突出して後述する第２ロータ６０´の係合ピン６５´が係合する突出部４６´等を備えている。

反力バネ５０´は、図８及び図９に示すように、バネ鋼等により形成された捩りバネであり、その一端部５１´が第１ロータ４０´の掛止穴４４´に掛止されかつその他端部５２´が第２ロータ６０´の掛止穴６３´に掛止されて、所定の捩り付勢力を及ぼす状態で揺動軸線Ｌ１の周りに取り付けられて、ペダルアーム２０´を休止位置に戻す付勢力を及ぼすようになっている。

第２ロータ６０´は、図８及び図９に示すように、ペダルアーム２０´の円筒部２１´と同軸上において揺動軸線Ｌ１回りに回動自在に配置されており、小径円柱部６１´、大径円柱部６２´、大径円柱部６２´の一側面において反力バネ５０´の他端部５２´を掛止する掛止穴６３´、大径円柱部６２´から径方向に突出した突出部６４´、突出部６４´に連結されて揺動軸線Ｌ１方向に伸長する係合ピン６５´等を備えている。

ここで、上記第１戻しバネ３０´、第１ロータ４０´、反力バネ５０´、第２ロータ６０´、ペダルアーム２０´の相互関係は、第２ロータ６０´の係合ピン６５´が第１ロータ４０´の突出部６４´に離脱可能に係合し、第２ロータ６０´の突出部６４´がペダルアーム２０´の係合部２３´に離脱可能に係合して、第１戻しバネ３０´及び反力バネ５０´の回転付勢力により、ペダルアーム２０´を休止位置に戻すように付勢し、一方、ペダルアーム２０´が最大踏み込み位置に向けて回転すると、第１戻しバネ３０´が主として変形しかつ反力バネ５０´が殆んど変形しない状態で戻し力が増加するようになっている。すなわち、反力バネ５０´のバネ定数は、第１戻しバネ３０´のバネ定数に比べて十分に大きい値に設定されており、第１ロータ４０´のロック時以外は反力バネ５０´を捩り変形させない構成となっている。

ロック部材７０´は、図７ないし図９に示すように、回転軸７１´、回転軸７１´に一体的に形成されて所定の曲率をなす湾曲面部７２´を画定するように形成されており、回転軸７１´が軸受７３´を介してハウジング１０´に回動自在に支持され、回転軸７１´の一端部７１ａ´がアクチュエータ８０の回転軸に連結されている。
ここで、ロック部材７０´がロック状態を生じる条件は、湾曲面部７２´が第１ロータ４０´の外周面４５´と接触した状態で、前述の図４に示すような場合と同様の条件［法線力をＦｎ、摩擦力をＦｆ、合力をＦ、摩擦角をφ、ウェッジ角をθとするとき、０＜θ≦φ、すなわち、０＜θ≦ｔａｎ−１（Ｆｆ／Ｆｎ）］を満足するように、ロック部材７０´が形成されることである。

上記構成においては、運転者がアクセルペダル２２を踏み込む際に、例えば過踏み込みによる余分な発進エネルギを節約したい場合に、所望のタイミングで（運転者がアクセルペダル２２を踏み込む体勢にあることを検知する信号等に基づいて）、アクチュエータ８０の一方向への回転駆動力によりロック部材７０´が一方向に回転すると、その湾曲面部７２´が第１ロータ４０´を押圧して回動不能にロックする。
すると、それ以後の踏み込み時には、直列に配置された二つのバネ（第１戻しバネ３０´及び反力バネ５０´）のうち、第１戻しバネ３０´の捩り変形が拘束されると共に反力バネ５０´のみが捩られて変形するため、二つのバネ（第１戻しバネ３０´、反力バネ５０´）が作用する場合に比べて、前述実施形態と同様にバネ定数が大きくなり、反力すなわち踏力が増加する。

この実施形態においては、第１戻しバネ３０´及び反力バネ５０´が捩りバネであり、可動部材が揺動軸線Ｌ１回りに回転するロータ（第１ロータ４０´）であり、又、踏力特性が図６（ａ），（ｂ）に示す特性においてヒステリシスを生じないものである点を除いて、基本的に前述の実施形態と同様でるため、装置の動作についての説明を省略する。
この実施形態に係るアクセルペダル装置によれば、構造の簡素化、部品点数の削減、低コスト化、装置全体の小型化等を達成しつつ、燃費改善等のためにアクセルペダル２２の過踏み込みを抑制するべく踏力に対抗するような反力付加機構（第１ロータ４０´、反力バネ５０´、ロック部材７０´、アクチュエータ８０）を成立させることができ、応答性に優れたアクセル操作を得ることができる。
また、可動部材として、ペダルアーム２０´の揺動軸線Ｌ１回りに回転するロータ（第１ロータ４０´）を採用し、第１戻しバネ及び反力バネとして揺動軸線Ｌ１周りに配置された捩りバネ（第１戻しバネ３０´、反力バネ５０´）を採用したことにより、種々の部品を揺動軸線Ｌ１近傍に集約でき、装置を小型化することができる。

以上述べたように、本発明のアクセルペダル装置は、構造の簡素化、部品点数の削減、低コスト化、装置全体の小型化等を達成しつつ、燃費改善等のために過踏み込みを抑制するべく踏力に対抗するような反力付加機構を備え、又、反力付加機構と踏力にヒステリシスを発生させるヒステリシス発生機構とを両立させることができ、応答性に優れたアクセルペダル装置を得ることができるため、自動車等に適用できるのは勿論のこと、二輪車、その他の車両等においても有用である。

Ｌ１ ペダルアームの揺動軸線
１０，１０´ ハウジング
１０ａ ハウジング本体
１０ｂ ハウジングカバー
１１ 支軸
１２ 受け部
１３ 凹部
１３ａ 摺動面
１４ 凹部
１４ａ 内壁面
１５ 固定部
１６ 受け部
１７ 休止ストッパ
１８ 全開ストッパ
１９ センサ収容部
２０，２０´ ペダルアーム
２１，２１´ 円筒部
２２ アクセルペダル
２３ 上端部
２３´ 係合部
２４ 受け部
３０，３０´ 第１戻しバネ
４０ スライダ（可動部材、反力付加機構）
４０´ 第１ロータ（可動部材、反力付加機構）
４１ 端面壁
４１´ 小径円柱部
４２，４３ 内壁面
４２´ 大径円柱部
４３´，４４´ 掛止穴
４４，４５ 外壁面
４５´ 外周面
５０，５０´ 反力バネ（反力付加機構、ヒステリシス発生機構）
６０´ 第２ロータ
６１，６２ 内部スライダ（ヒステリシス発生機構）
６１ａ，６２ａ 傾斜面
６１ｂ 係合面
６２ｂ 受け面
７０，７０´ ロック部材（ロック機構、反力付加機構）
７２，７２´ 湾曲面部
８０ アクチュエータ（駆動源、ロック機構、反力付加機構）
８０ａ 回転軸
９０ 第２戻しバネ
１００ 位置センサ

Claims (5)

1. アクセルペダルを有するペダルアームと、
   前記ペダルアームを休止位置と最大踏み込み位置の間で所定の揺動軸線回りに回動可能に支持するハウジングと、
   前記ペダルアームを前記休止位置に戻す付勢力を及ぼす第１戻しバネと、
   前記アクセルペダルの踏力に対抗する反力を付加する反力付加機構を備え、
   前記反力付加機構は、前記第１戻しバネの反力を受けつつ前記ハウジングに対して移動自在に配置された可動部材と、前記可動部材と前記ペダルアームの間に介在して踏力に対する反力を生じ得る反力バネと、前記可動部材を所望のタイミングで移動不能にロックし得るロック機構と、を含む、
   ことを特徴とするアクセルペダル装置。
2. 前記ロック機構は、一方向への回転により前記可動部材を押圧してロック状態としかつ前記第１戻しバネの戻し力による前記可動部材の移動に追従して他方向へ回転することにより前記ロック状態を解除し得るロック部材と、前記ロック部材を前記一方向へ回転駆動する駆動源と、を含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載のアクセルペダル装置。
3. 前記可動部材は、内壁面をもつ筒状に形成されて前記ハウジングに対して所定方向に摺動自在に配置されたスライダからなり、
   前記第１戻しバネ及び反力バネは、前記所定方向に伸縮する伸縮バネからなり、
   前記反力バネは、前記スライダの内部に配置され、
   前記アクセルペダルの踏力にヒステリシスを発生させるヒステリシス発生機構をさらに含み、
   前記ヒステリシス発生機構は、前記ペダルアームと前記反力バネの間に介在すると共に前記スライダの内部に摺動自在に配置され踏力の増加に伴って摺動抵抗力が増加する内部スライダを含む、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のアクセルペダル装置。
4. 前記ペダルアームは、前記内部スライダに対して離脱可能に係合し、
   前記ペダルアームを前記休止位置に戻すべく、前記ペダルアームに直接係合して付勢力を及ぼす第２戻しバネをさらに含む、
   ことを特徴とする請求項３に記載のアクセルペダル装置。
5. 前記可動部材は、前記ペダルアームの揺動軸線回りに回動自在に配置されたロータからなり、
   前記第１戻しバネ及び反力バネは、前記揺動軸線周りに配置された捩りバネからなる、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のアクセルペダル装置。
   

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