CN1333313C - 力觉反馈型输入装置 - Google Patents

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CN1333313C CNB2005100761380A CN200510076138A CN1333313C CN 1333313 C CN1333313 C CN 1333313C CN B2005100761380 A CNB2005100761380 A CN B2005100761380A CN 200510076138 A CN200510076138 A CN 200510076138A CN 1333313 C CN1333313 C CN 1333313C
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Abstract

提供一种摆动操作时，操作部的操作感良好的力觉反馈型输入装置。该力觉反馈型输入装置由通过使用者而使其操作的操作部(4)、随着该操作部(4)的摆动操作而摆动的电机(5)、通过电机架(11)(电机支承部)可摆动地保持着电机(5)的机座(2)、对操作部(4)的摆动操作反馈卡搭触感的凸轮部件(16)和驱动杆(17)(卡搭触感反馈机构)构成。电机(5)的摆动中心配置于该电机(5)的重心的下方。

Description

力觉反馈型输入装置
技术领域
本发明涉及一种力觉反馈(力覚付与)型输入装置，特别是，涉及一种用操作部对力觉反馈用的电机进行直接摆动操作类型的力觉反馈型输入装置中的、电机的摆动操作性的改善机构。
背景技术
本申请人先前提出了作为用一台来集中控制车载空调、收音机、电视机、CD播放机、导航系统等电器的输入装置的、如图7所示的手动输入装置，该装置具有可自由摆动地安装于机架101上的电机102，安装于电机驱动轴102a上的手动操作部103，检测出前述电机102的摆动方向和摆动量的第1位置传感器104，检测出前述电机驱动轴102a的回转方向和回转量的第2位置传感器105，输入从该第1和第2位置传感器输出的各位置信号以控制前述电机102的驱动、并且给予手动操作部103与其操作状态相对应的力觉的控制部(例如，参照日本专利文献1)。
该手动输入装置由于是将电机102可自由摆动地安装于机架101上，用第1传感器104检测出该电机102的摆动方向和摆动量并且用第2传感器105检测出该电机102的回转方向和回转量，因此例如通过切换电机102的摆动方向，以实现进行功能调整的车载电器的选择，并且，通过进行根据电机驱动轴102a的回转量所选择的车载电器的功能调整，可用一台电机和一个手动操作部进行所希望的车载电器的选择和功能调整。
在前述本申请人先前提出的手动输入装置中，通过控制电机102的驱动，同时反馈与电机102的摆动方向和摆动量相应的力觉和与电机驱动轴102a的回转方向和回转量相应的力觉，但代替上述结构也可采用下述结构，即对于与电机102的摆动方向和摆动量相对应反馈的力觉，也可将机械的卡搭触感(クリツク感触)反馈机构作为力觉的反馈机构使用。作为该机械的卡搭触感反馈机构，采用由具有凸轮槽和凸轮峰的凸轮部件以及与前述凸轮槽和凸轮峰弹性接触的驱动杆构成，以根据前述手动操作部的摆动操作以越过前述凸轮峰的方式移动前述凸轮部件或前述驱动杆，此时产生的卡搭触感反馈到手动操作部103上等。
可是，在这种情况下，如本申请人先前提出的手动输入装置那样，在电机102的摆动中心0设置于该电机102的重心G的上方时，摆动操作手动操作部103之际，因手动操作部103上作用有使电机102返回垂直位置的力矩，所以会产生不仅手动操作部103的摆动操作需要较大的力，而且还有卡搭触感反馈机构所反馈的卡搭触感不清晰等问题。
专利文献1：日本专利申请特开2002-149324号公报
发明内容
本发明解决了以往技术的上述问题，其目的在于提供一种将卡搭触感反馈机构所致的阻力的极大值与极小值的差加大，可获得清晰的卡搭触感的力觉反馈型输入装置。
本发明为了解决前述的技术问题，提供了一种力觉反馈型输入装置，具有通过使用者回转操作和摆动操作的操作部；随着所述操作部的摆动操作而摆动、并且向所述操作部反馈与其回转操作相应的力觉的电机；通过电机支承部可摆动地保持着所述电机的机座；和对所述操作部的摆动操作反馈卡搭触感的卡搭触感反馈机构，其中，所述电机的摆动中心配置于所述电机的重心的下方。
如图6所示，从电机被垂直保持的状态对操作部进行摆动操作以使电机摆动时，操作部上被反馈以与驱动杆相对凸轮部件的弹性接触位置相应的阻力。然后，驱动杆开始越过凸轮峰时，该阻力的急剧下降作为卡搭触感反馈给操作部，并且将感觉卡搭触感后的操作部进一步朝摆动方向操作时，因驱动杆与凸轮部件的壁碰撞，作用于操作部上的阻力无限变大。
在电机的摆动中心配置于电机的重心上方时，因在操作部上根据前述卡搭触感反馈机构的阻力和使电机返回垂直位置的力矩重叠，因此如图6虚线所示，与电机的摆动中心与电机的重心位置一致时(图6中点划线所示)相比，虽然驱动杆开始越过凸轮峰时的阻力的极大值P3变大，但在其后的极小值Q3也变大，结果，使操作部的形成卡搭触感的阻力的变化H3(P3-Q3)变小，使卡搭触感的变得不清晰。对此，如果将电机的摆动中心配置于电机的重心下方，则因产生了使电机朝倾斜方向回转的力矩，代替了将电机复原到垂直位置的力矩，因此如图6中实线所示，与电机的摆动中心与电机的重心位置相一致时(图6中点划线所示)相比，虽然驱动杆开始越过凸轮峰时的阻力的极大值P1变小，但在其后的极小值Q1也变小，结果，使操作部的成为卡搭触感的阻力的变化H1(P1-Q1)变小，卡搭触感变得清晰。
为此，通过将电机的摆动中心配置于电机的重心下方，与电机的摆动中心配置于电机的重心上方时相比，驱动杆开始越过凸轮峰时的阻力的变化H能够较大，能够使操作部的操作感触良好。另外，因对操作部反馈卡搭触感的阻力的变化H可较大，所以能够使反馈于驱动体上的弹簧的弹性力降低，能够改善卡搭触感反馈机构的耐磨性。
另外，本发明的在前述构成的力觉反馈型输入装置中，所述电机的摆动中心配置于所述电机的输出轴的延长线上。
如果这样地将电机的摆动中心配置于电机的输出轴的延长线上，则摆动操作操作部时，由于可朝电机的倾斜方向反馈与电机的整个重量成比例的力矩，因此在摆动操作操作部时，操作部上不会完全感觉到电机重量，能够进一步改善操作部的操作性。
此外，本发明的在前述构成的力觉反馈型输入装置中，所述电机相对所述机座被保持为可压动操作。
如果这样地将电机相对机座保持为可压动操作，则通过检测出与电机的压动操作相应的信号，能够使力觉反馈型输入装置进一步多功能化。
本发明具有如下效果，本发明的力觉反馈型输入装置由于电机的摆动中心配置于电机的重心下方，并且将向操作部反馈卡搭触感的卡搭触感反馈机构配置于电机的摆动中心的上方，因此可利用将摆动操作部时产生的电机朝倾斜方向回转的力矩，能够使驱动杆开始越过卡搭触感反馈机构的凸轮峰时的阻力的峰值变小，能够使操作部的操作性良好。另外，由于向操作部反馈卡搭触感的阻力的变化能够较大，因此操作部的操作触感能够良好，同时，能够使反馈于驱动体上的弹簧的弹性力降低，能够改善卡搭触感反馈机构的耐磨性。
附图说明
图1为根据实施例的力觉反馈型输入装置的分解透视图，
图2为根据实施例的力觉反馈型输入装置中具备的行星齿轮机构放大的分解透视图，
图3为根据实施例的力觉反馈型输入装置中具备的凸轮部件的平面图，
图4为根据实施例的力觉反馈型输入装置装配状态的剖视图，
图5为根据实施例的力觉反馈型输入装置的摆动操作时的剖视图，
图6为将本发明的效果与以往技术相比示出的图表，
图7为以往例的力觉反馈型输入装置的剖视图。
具体实施方式
以下，根据图1～图6说明本发明的力觉反馈型输入装置的实施例。图1为根据实施例的力觉反馈型输入装置的分解透视图，图2为根据实施例的力觉反馈型输入装置中具备的行星齿轮机构放大的分解透视图，图3为根据实施例的力觉反馈型输入装置中具备的凸轮部件的平面图，图4为根据实施例的力觉反馈型输入装置装配状态的剖视图，图5为根据实施例的力觉反馈型输入装置的摆动操作时的剖视图，图6为将本发明的效果与以往技术相比示出的图表。
正如图1所示，本例的力觉反馈型输入装置具有外壳1，附着在该外壳1下部的机座2，在通过装配外壳1和机座2而形成的空间内收纳的印刷电路板3，使用者手动操作的操作部4，向操作部4反馈所需力觉的电机5，设置于操作部4与电机5之间的行星齿轮机构6，将电机5与行星齿轮机构6保持为一体的电机架7，将操作部4与电机架7连接的安装部件8，检测电机5的输出轴5a的回转方向和回转量的编码器9，将电机5与编码器9保持为一体的编码器架10，可摆动地设置于机座2的内面并可摆动地保持着电机5的摆动架11，接受操作部4的按压力的橡皮推进器12，设置于摆动架11与橡皮推进器12之间并向操作部4反馈与按动方向相反方向的复原力的橡皮弹簧13，位于外壳1的上面并与外壳1的上面卡合且只在外壳1的一个方向滑动的下滑块14，与下滑块14卡合且只在与下滑块14的滑动方向相垂直的方向上滑动的上滑块15，安装于上滑块15的下面的凸轮部件16，可自由出入地设置于外壳1中且与凸轮部件16和上滑块15的下面形成的凸轮部弹性接触的2个驱动杆17，在常时向一个方向对该驱动杆17施力的弹簧18，限制上滑块15相对外壳1的安装高度的盖部件19，和设置于该盖部件上面的延出盖20。
外壳1用合成树脂形成有上面板1a的箱状，在该上面板1a的大致中央部，开设有可摆动地贯通电机架7的中心孔1b。另外，在该上面板1a的上面，在前述中心孔1b的中心的两侧部分形成将下滑块14只朝一个方向导引的导引槽1c。此外，在前述上面板1a的前述中心孔1b的中心的两侧部分形成收纳凹部1d，用于收纳驱动杆17和在常时对该驱动杆17向上施力的弹簧18。
机座2用合成树脂形成可附着于外壳1下部的盖状，在其大致中央形成支承用孔2a，用于将形成于摆动架11下面的摆动中心轴11a可摆动地插入。
印刷电路板3在绝缘基板的表面或背面或者这两面上形成未图示的所需的电路图案，在其表面按所需的布置安装有未图示的所需电路部件。
操作部4为使用者手动操作件，用合成树脂形成用手指可操作的大小和形状。
作为电机5，可使用DC电机等回转电机。该电机5由来自未图示的控制装置的信号而被控制其驱动和停止，并向操作部4反馈与该操作部的回转操作相应的所需的力觉。
前述行星齿轮机构6只由合成树脂制成的部件构成，如图2放大图所示，由固定到电机5的输出轴5a上的恒星齿轮30、与该恒星齿轮30啮合并围绕着恒星齿轮30公转的多个(本例中为3个)行星齿轮31、限制行星齿轮31轴向移动的限制部件32、形成于电机架7的内面并与行星齿轮3 1啮合的环形齿轮33，和可转动地支承着行星齿轮31并随着行星齿轮31的公转而与操作部4一同回转的支座34构成。
行星齿轮31大致形成圆筒形，在表面和里面上形成与中心部同轴的回转轴31a，31b。
限制部件32如图2所示，具有圆板部分32a和在该圆板部分32a的周缘部直立的3个结合部32b。在前述圆板部分32a的中心部开设有贯通恒星齿轮30的中心孔32c，在其周边部开设有轴支着前述行星齿轮31的回转轴31a的轴承孔32d和限制支座34回转的限制孔32e。另外，在前述结合部32b上开设有快速结合(スナツプ結合)支座34的长孔状的卡合固定孔32f。
支座34具有圆板部分34a，形成于该圆板部分34a上面的筒状轴部34b，和形成于前述圆板部分34a的外周部上的3个结合部34c。在圆板部分34a上如图4所示，开设有轴支着行星齿轮31上所形成的回转轴31b的轴承孔34d。另外，在轴部34b的上面中央形成紧固安装部件8的螺纹孔34e，在轴部34b的外周面形成卡合固定爪34f，该卡合固定爪34f与电机架7上开设的卡合固定孔7a卡合。此外，在结合部34c的大致中央形成卡合固定爪34g，该卡合固定爪34g与前述限制部件32的结合部32b上开设的卡合固定孔32f卡合，在该结合部34c的下端部突出设置有突起34h，该突起34h插入前述限制部件32的圆板部分32a上开设的限制孔32e内。
前述限制部件32和前述支座34通过突起34h插入限制孔32e内、并且卡合固定爪34g与卡合固定孔32f卡合，而相互不能回转地快速结合。另外，前述支座34与前述电机架7通过将卡合突起7a卡合至狭缝34e、并且将卡合固定爪34f卡合至卡合固定孔7b，而相互不能回转地快速结合。行星齿轮31如图3所示，收纳于通过前述限制部件32与前述支座34快速结合而成的空间内，回转轴31a可回转地轴支于轴承孔32d中，并且回转轴31b可回转地轴支于轴承孔34d中。由此，恒星齿轮30与环形齿轮33通过行星齿轮31而相互连接。
电机架7用合成树脂形成可盖住电机5和行星齿轮机构6的筒状，在其外面下部形成多个卡合突起7a，该卡合突起7a可嵌合在上滑块15的内周面上所形成的卡合槽15d(参照图5)内，从而限制上滑块15相对电机架7的回转。
安装部件8用合成树脂形成为帽状，在其中心部开设有螺栓贯通孔8a。该安装部件8通过将贯通于螺栓贯通孔8a中的螺栓螺旋配合至恒星齿轮30上形成的螺纹孔30a中，而与恒星齿轮30紧固连接。
编码器9由固定到电机5的输出轴5a上的编码板9a、以夹持着该编码板9a的方式配置于其表面侧和里面侧上的发光元件和受光元件组合而成的光电断路器9b、搭载有该光电断路器9b和所需的电路部件的配线基板9c，和将光电断路器9b和配线基板9c固定到电机5上的托架9d构成。该编码器9利用对通过光电断路器9b的在编码板9a上形成的电码数进行计数，来检测电机5的回转方向和回转量。
编码器架10用合成树脂形成可盖住编码器9的容器状，在其下面突出设置有支承轴10a，该支承轴10a可插入在摆动架11上形成的中空的摆动中心轴11a内、并且可贯通在橡皮推进器12中央部开设的中心孔12a。该编码器架10通过快速结合而安装到电机架7的下部。
摆动架11(电机支承部)用合成树脂形成为碟状，在其下面的中央部突出设置着中空的摆动中心轴11a，该摆动中心轴11a可插入在机座2上形成的支承用孔2a内并且可插入在前述编码器架10的下面突出设置的支承轴10a。另外，在该摆动架11的上面形成所需的接点图案，该接点图案包含有靠形成于橡皮弹簧13上的可动接点13b切换的固定接点11b，以可检测出操作部4的按压状态。该摆动架11通过将摆动中心轴11a插入在机座2上形成的支承用孔2a内，而可摆动地安装在机座2上。
橡皮推进器12用合成树脂形成可收纳于前述摆动架11内的圆盘状，在其中央部开设有中心孔12a，该中心孔12a可贯通在编码器架10下面突出设置的支承轴10a。该橡皮推进器12通过将支承轴10a穿过中心孔12a内，而安装到编码器架10的下面。
橡皮弹簧13由弹性优良的合成树脂形成环状，在其表面等节距地形成多个圆顶部13a，在该圆顶部13a的下面形成可动接点13b，该可动接点13b与形成于前述摆动架11上的固定接点11b电连接。该橡皮推进器13在使固定接点11b与可动接点13b相对置的状态下，设置于摆动架11与橡皮推进器12之间。
下滑块14用滑动性优良的合成树脂形成大致椭圆状，在其下面突出设置着第1导引突起14a，该第1导引突起14a可滑动地嵌合于在外壳1的上面板1a上形成的导引槽1c内，另外在下滑块14的上面还突出设置着第2导引突起14b，该第2导引突起14b可滑动地嵌合于在上滑块15的下面形成的导引槽15e内。前述第1和第2导引突起14a，14b在相互垂直的方向上形成。该下滑块14以第1导引突起14a嵌合于导引槽1c内的状态下，载置于外壳1的上面板1a上。
上滑块15用滑动性优良的合成树脂形成，具有轮状部15a和从该轮状部15a的外周呈放射状伸出的4个腕部15b。在轮状部15a的内周面突出设置有与前述电机架7的外周面接触的4个接触部15c，在该接触部15c的中央部形成卡合槽15d，该卡合槽15d与在前述电机架7的外面下部突出设置的卡合突起7b嵌合。另外，在轮状部15a的下面形成与在下滑块14的上面突出设置的第2导引突起14b嵌合的导引槽15e。另一方面，在4个腕部15b的上面和下面形成分别与盖部件19的下面和外壳1的上面板1a碰撞的支承突起15f。此外，在相对置设置的一方腕部15b的下面形成凸轮部件16的收纳部15g，而在另一方腕部15b的下面形成凸轮部15h，该凸轮部15h具有与形成于凸轮部件16上的凹部和峰部相同的凹部和峰部。该上滑块15通过将卡合突起7b嵌合至卡合槽15d而与电机架成为一体，随着电机架7的回转而回转的，并且随着电机架7的摆动而朝一个方向滑动。
凸轮部件16用滑动性和耐磨性优良的合成树脂形成，正如图3、图4和图5所示，在其下面形成花瓣状的凸轮，该花瓣状的凸轮由可与驱动杆17的前端部接触的大致圆形的中央凹部16a，等分地形成于该中央凸轮槽16a的周围的8个外周凹部16b，和形成于各凸轮槽的边界部上的峰部16c构成。
驱动杆17用滑动性和耐磨性优良的合成树脂形成为杆状，在外面的中间部分形成与弹簧18的一端接触的弹簧座17a。该驱动杆17在非操作状态下与前述凸轮部件16的中央凸轮槽16a和形成于前述上滑块15上的凸轮部15h的中央凸轮槽16a接触。
弹簧18为在常时对驱动杆17朝一方向施力的部件，使用螺旋弹簧。弹簧18和驱动杆17按所提及的顺序收纳于在外壳1的上面板1a上形成的收纳凹部1d内，在弹簧18的弹性力作用下，驱动杆17的前端部与凸轮部件16和上滑块15的凸轮部15h保持常时弹性接触。
盖部件19为防止下滑块14、上滑块15、驱动杆17和弹簧18脱落，并且限制上滑块15相对外壳1的上面板1a的安装高度的部件，用金属板形成，通过螺纹固定到外壳1的上部。
延出盖20为盖住电机架7的外周的部件，用合成树脂形成。该延出盖20由圆板状的固定部20a和从该固定部20a上直立的筒状的盖部20b构成，通过将固定部20a通过螺纹固定到盖部件19的上面，而与盖部件19成一体。
下面，对上述结构的力觉反馈型输入装置的动作进行说明。
首先，在非操作状态下，如图4所示，在弹簧18的弹性力作用下，驱动杆17的前端部与凸轮部件16的中央凸轮槽16a和形成于上滑块15上的凸轮部15h的中央凸轮槽16a接触，电机单元21相对外壳1和机座2保持垂直。另外，在橡皮弹簧13的弹性力作用下，电机单元21相对外壳1和机座2保持于上部切换位置，固定接点11b和可动接点13b保持在非接触状态。
从该状态，将操作部4朝摆动方向操作时，如图5所示，电机单元21以作为支承轴10a前端部的摆动中心O为中心朝操作部4的操作方向摆动，随之，下滑块14和/或上滑块15沿着外壳1的上面板1a滑动。由此，安装于上滑块15上的凸轮部件16和形成于上滑块15上的凸轮部15h，与安装于外壳1上的驱动杆17的相对位置变化，驱动杆17的尖端部越过峰部16c，从中央凸轮槽16a移动到外周凹部16b。因此，使用者可以感觉到作为卡搭触感的、驱动杆17的尖端部越过峰部16c从中央凸轮槽16a移动到外周凹部16b之际，作用于驱动杆17上的弹簧18的弹性力的变化，并且使用者能够知道电机单元恰好能摆动操作预定量。由该状态，使用者将反馈给操作部的操作力除去时，驱动杆17靠弹簧18的弹性力自动地返回到中央凸轮槽16a中，以回到图5的状态。
本例的力觉反馈型输入装置中，由于电机单元21的摆动中心O位于电机单元21的重心G的下方，因此在进行操作部4的摆动操作时，产生使电机单元21朝摆动方向回转的力矩，如图6实线所示，同电机单元21的摆动中心O与电机单元21的重心位置G一致时(图6的点划线所示)或电机单元21的摆动中心O位于电机单元21的重心位置G上方时(图6的虚线所示)相比，虽然驱动杆17开始越过峰部16c时的阻力的极大值P1变小，但在其后极小值Q1变小，结果，能够使操作部4的成为卡搭触感的阻力的变化H1(P1-Q1)变大，能够使操作部4的操作触感良好。另外，因对操作部4反馈卡搭触感的阻力的变化H可较大，因此能够使反馈于驱动杆17上的弹簧的弹性力降低，能够改善凸轮部件16、凸轮部15h和驱动杆17的耐磨性。
另外，将操作部4向回转方向操作时，通过安装部件8、支座34、限制部件32、行星齿轮31和恒星齿轮30，使电机5的输出轴5a回转。该回转轴5a的回转方向和回转量由编码器9检测出，并向未图示的控制装置输出。控制装置根据来自该编码器9的输出信号，控制电机5的驱动停止，并且，进行例如车载电器的功能调整。电机5的回转力通过恒星齿轮30、行星齿轮31、限制部件32、支座34和安装部件8向操作部4传递，由此，向操作部4反馈了与操作部4的回转操作状态相应的所需的力觉。
此时，由于向操作部4反馈了与恒星齿轮30和环形齿轮33的齿数比相对应放大的电机输出，因此能够用较小的电机输出向操作部4反馈较大的力觉。
另外，将操作部4向输出轴5a的轴向按压操作时，该按压力通过安装部件8、电机单元21和橡皮推进器12，传递给橡皮弹簧13，橡皮弹簧13的圆顶部13a弹性纵弯曲。并且，此时的卡搭触感通过橡皮推进器12、电机单元21和安装部件8传递给操作部4，由此，向操作部4反馈了与操作部4的按动操作相应的卡搭触感。另外，与此同时，形成于摆动架11上的固定接点11b与形成于橡皮弹簧13的圆顶部13a上的可动接点13b电连接，其接点信号向未图示的控制装置输出。控制装置根据该接点进行例如车载电器的控制。

Claims (3)

1、一种力觉反馈型输入装置，具有：
被使用者回转操作和摆动操作的操作部；
随着所述操作部的摆动操作而被摆动、并且向所述操作部反馈与其回转操作相对应的力觉的电机；
通过电机支承部可摆动地保持着所述电机的机座；和
对所述操作部的摆动操作反馈卡搭触感的卡搭触感反馈机构；
其特征在于，
所述电机的摆动中心配置于所述电机的重心的下方。
2、按照权利要求1所述的力觉反馈型输入装置，其特征在于，
所述电机的摆动中心配置于所述电机的输出轴的延长线上。
3、按照权利要求1所述的力觉反馈型输入装置，其特征在于，
所述电机相对所述机座被保持为可压动操作。
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