JP2004342017A - 力覚付与型入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの出力軸方向における装置の寸法を小さくすることができる力覚付与型入力装置の提供。
【解決手段】筐体１にモータ５のケーシング８を回転可能に設け、筐体１内の出力軸固定部７にモータ５の出力軸６を回転しないように固定し、ケーシング８の回転角を検出するロータリエンコーダ１０と、このロータリエンコーダ１０により検出されたケーシング８の回転角に応じて操作信号を出力するとともにモータ５の駆動力を制御するコントローラ１８を設けて、筐体１から突出するケーシング８部分を操作者が摘んで回転操作するつまみとした。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、つまみを手動で回転操作することにより電気機器、例えば車載用電気機器を操作する操作信号を出力する入力装置であって、つまみに回転角に応じた回転力を与えることにより、つまみから操作者に所定の力学的な感触、すなわち力覚を与える力覚付与型入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、力覚付与型入力装置には、筐体と、この筐体に回転可能に設けられるつまみと、このつまみの回転角を検出するロータリエンコーダと、つまみに回転力を付与可能なモータと、ロータリエンコーダにより検出されたつまみの回転角に応じて、つまみの操作対象物に操作信号を出力するとともにモータの駆動力を制御するコントローラとを備えるものがある。
【０００３】
このように構成された力覚付与型入力装置は、つまみを手動で回転操作することにより、電気機器、例えば車載用電気機器を操作する操作信号を出力する入力装置であって、車載用エアコンの風量の調節や吹出し口の切換え、ラジオの音量やチューナの調節、オーディオの音量や音質の調節などが操作対象となる。
【０００４】
例えば車載用エアコンの風量を調節する場合、例えば、つまみが風量を増加させる方向に回転すると、つまみの回転方向と反対方向の回転力がモータからつまみに与えられ、風量を増加させる方向におけるつまみの回転角の増大に従って、つまみに与えられる回転方向と反対方向の回転力が増大するように設定される。つまり、操作者は、つまみから与えられる抵抗力の増大に伴う抵抗感触（力覚）により、風量を増加させる方向にどの程度つまみを回転させたかを把握することができる。
【０００５】
なお、力覚付与型入力装置には、上述のように力覚として抵抗感触が得られるようにしたものの他に、つまみに回転方向と同方向の回転力を与えることにより力覚として加速感触が得られるようにしたものや、つまみの回転角が所定の回転角を超える際につまみに与える回転力を反転させることにより力覚としてクリック感触が得られるようにしたものなどがある。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００３−５０６３９号公報
（段落番号０００１〜００１０、図５）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の力覚付与型入力装置は、小型化が要望されているが、つまみ、ロータリエンコーダ、およびモータが、モータの出力軸方向に配置されるために、その出力軸方向における寸法が大きくなり、小型化が実現できなかった。
【０００８】
本発明は、上述の実情を考慮してなされたものであり、その目的は、モータの出力軸方向における装置の寸法を小さくすることができる力覚付与型入力装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明は、筐体と、この筐体に回転可能に設けられるつまみと、このつまみの回転角を検出する回転角検出手段と、前記つまみに回転力を付与可能なモータと、前記回転角検出手段により検出された前記つまみの回転角に応じて、前記モータの駆動力を制御するコントローラとを備え、前記モータの出力軸が前記筐体に固定され、前記モータのケーシングが前記筐体に回転可能に支持され、前記つまみが前記ケーシングからなることを特徴とする。
【００１０】
このように構成した本発明では、操作者がつまみを摘んで、すなわちモータのケーシングを摘んで回転操作すると、モータの出力軸が筐体に固定されているので、筐体に対してケーシングのみが回転する。このようにケーシングが回転すると、その回転角が回転角検出手段により検出される。
【００１１】
このとき、コントローラでは、検出されたつまみの回転角に応じたモータの駆動力の制御も行なわれる。つまり、本発明では、つまみに回転角に応じて回転力を与えることにより、つまみから操作者に所定の力学的な感触（力覚）を与えることができる。
【００１２】
また、この発明は、つまみがモータのケーシングからなるので、別体のつまみとモータをモータの出力軸方向に配置する力覚付与型入力装置よりも、モータの出力軸方向における力覚付与型入力装置の寸法を小さくすることができる。
【００１３】
また、本発明は、前記回転角検出手段が、前記ケーシングと一体に回転するコードを含むロータリエンコーダからなることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、前記コードを、前記出力軸が突出する前記ケーシングの端面に設けたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、前記コードを、前記ケーシングの周側面に設けたことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、前記コントローラを、前記筐体の外部に配置することを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の力覚付与型入力装置の実施形態について説明する。
【００１８】
［第１の実施形態］
はじめに、第１の実施形態について図１，２を用いて説明する。
【００１９】
図１は、第１の実施形態の構造部の基本構成を示す縦断面図である。図２は、第１の実施形態に備えられるコントローラを含む電気系統のブロック図である。
【００２０】
第１の実施形態は、電気機器、例えば車載用電気機器を操作するための操作信号を出力する入力装置であって、車載用エアコンの風量の調節や吹出し口の切換え、ラジオの音量やチューナの調節、オーディオの音量や音質の調節などが操作対象になる。ここでは、車載用エアコンの風量を調節する操作信号を出力する力覚付与型入力装置に採用した場合を例に挙げて説明する。
【００２１】
図１において、１は筐体、５はモータである。筐体１には、モータ５のケーシング８が回転可能に挿入される凹部２を形成してある。この凹部２の底面２ｂには、筐体１内にモータ５の出力軸６を挿入する挿入孔２ｃを設けてある。この挿入孔２ｃに挿入した出力軸６は、筐体１内の底面に設けた出力軸固定部７に、回転しないように固定してある。つまり、筐体１の上面から突出するモータ５のケーシング８部分が、操作者が摘んで回転操作するつまみになっている。
【００２２】
なお、モータ５は、例えば、出力軸６に磁石を装着し、この磁石の周囲にコイルを配置したコアレス型モータである。
【００２３】
また、同図１において、１０は、ケーシング８の回転角を検出する回転角検出手段、すなわちロータリエンコーダである。このロータリエンコーダ１０は、出力軸６が突出するケーシング８の下端面８ａに、取付部１１ｂを介して回転しないように固定される円板状のコード板１１を備えている。このコード板１１は、その回転中心が出力軸６と同心となるように配置してあり、コード板１１の回転角、すなわちケーシング８の回転角に対応するコード、すなわちスリット１１ａが円周方向に沿って多数配列されている。また、このコード板１１の上方には、スリット１１ａに向かって光を放つ発光部１２を設けてあり、下方には、スリット１１ａを通過した光を受光してそのスリット１１ａが示す回転角に対応する回転角信号を出力する受光部１３を設けてある。発光部１２は、凹部２の底面２ｂの裏側に取り付けてあり、受光部１３は、発光部１２とコード板１１を挟んで対向させて筐体１の底面に取り付けてある。
【００２４】
つまり、ロータリエンコーダ１０は、ケーシング８とともにコード板１１が回転すると、発光部１２から放たれた光がそのときのケーシング８の回転角に対応するスリット１１ａを通過して受光部１３により受光され、この受光部１３からケーシング８の回転角に対応する回転角信号が出力されるようになっている。
【００２５】
なお、筐体１内には、モータ５に接続されこのモータ５に後述のコントローラ１８から出力された制御信号を導く電線９と、発光部１２に接続されこの発光部に電力を導く電線１４と、受光部１３に接続されこの受光部１３から出力される回転角信号をコントローラ１８に導く電線１５とを配線してある。これらの電線９，１４，１５はそれぞれ、筐体１の内壁面に設けた留め部１７に固定してあり、取出口３から筐体１の外部に取出してコネクタ１６に接続してある。このコネクタ１６は、筐体１の外部に配置したコントローラ１８に接続してある。
【００２６】
コントローラ１８は図２に示してある。また、同図２において３０は、操作信号が出力される操作対象物であり、エアコンの風量を変化させるエアコン駆動部である。
【００２７】
コントローラ１８は、ロータリエンコーダ１０から出力された回転角信号が入力される入力部１８ａと、この入力部１８ａに入力された回転角信号に応じて、エアコン駆動部３０に与える操作信号の値（電圧値）を演算するとともにモータ５に与える制御信号の値（電圧値）を演算する演算部１８ｂと、この演算部１８ｂによる演算結果に応じて、エアコン駆動部３０に操作信号を出力するとともにモータ５に制御信号を出力する出力部１８ｄを備えている。また、記憶部１８ｃには、ケーシング８の一方向の回転角の増大に従って風量を増加させるためのエアコン駆動部３０の操作量に対応する操作信号の値を示す第１関数、ケーシング８の一方向の回転角の増大に従ってケーシング８に与える回転方向と反対方向の回転力を増大させるためのモータ５の駆動力に対応する制御信号の値を示す第２関数、および、コントローラ１８を動作させるための制御プログラムを予め記憶させてある。
【００２８】
このように構成した第１の実施形態は、次のように動作する。
【００２９】
操作者がつまみ、すなわちケーシング８を摘んで一方向に回転操作すると、モータ５の出力軸６が筐体１に固定されているので、筐体１に対してケーシング８のみが回転する。このようにケーシング８が回転すると、ケーシング８の回転角がロータリエンコーダ１０により検出され、その回転角に対応する回転角信号がコントローラ１８の入力部１８ａに入力される。
【００３０】
そして、コントローラ１８の演算部１８ｂによって、ロータリエンコーダ１０により検出された回転角と、記憶部１８ｃに予め記憶されている第１関数とから、ケーシング８の回転角に応じた操作信号の値が演算される。そして、演算部１８ｂにより算出された値の操作信号が出力部１８ｄからエアコン駆動部３０に出力される。これにより、エアコン駆動部３０が動作し、風量が増加する。
【００３１】
このとき、演算部１８ｄでは、操作信号の値を演算する一方で、ロータリエンコーダ１０により検出された回転角と、記憶部１８ｃに予め記憶されている第２関数とから、ケーシング８の回転角に応じた制御信号の値の演算も行なわれる。そして、演算部１８ｂにより算出された値の制御信号が出力部１８ｄからモータ５に出力される。これにより、出力軸６が筐体１に固定されているので、ケーシング８には回転操作方向と反対方向の回転力、すなわち回転操作に抵抗する力が与えられ、ケーシング８の回転角の増大に従って、その回転操作に抵抗する力が増大する。つまり、操作者は、つまみから与えられる抵抗力の増大に伴う抵抗感触（力覚）により、風量を増加させる方向にどの程度つまみを回転させたかを把握することができる。
【００３２】
第１の実施形態によれば、次の効果が得られる。
【００３３】
つまみがモータ５のケーシング８からなるので、別体のつまみとモータを出力軸方向に配置する従来の力覚付与型入力装置よりも、モータの出力軸方向における力覚付与型入力装置の寸法を小さくすることができ、これにより、力覚付与型入力装置の設置スペースの寸法を小さくすることができる。また、部品点数を削減でき、これにより、力覚付与型入力装置の製作費を削減できる。
【００３４】
また、コントローラ１８を筐体１の外部に配置するので、筐体１を小型化できる。
【００３５】
［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態を図３，４を用いて説明する。
【００３６】
図３は、第２の実施形態の構造部の基本構成を示す縦断面図、図４は、第２の実施形態に備えられるコード部材を示すモータの下面図である。
【００３７】
第２の実施形態は、ロータリエンコーダ１０Ａを備える点で、第１の実施形態と構成が異なっており、それ以外の点は第１の実施形態と同じ構成である。
【００３８】
すなわち、ロータリエンコーダ１０Ａは、光を反射する多数のコード１９ａを有し、ケーシング８の下端面８ａにコード１９ａを露出した状態で埋め込まれるリング状のコード部材１９と、コード１９ａに向かって光を放つとともにコード１９ａで反射した光を受光する受発光部２０と、凹部２の底面２ｂを貫通し、受発光部２０からコード１９ａへの入射光およびコード１９ａから受発光部２０への反射光を通す導光孔２１とを備えている。なお、コード１９ａは、ケーシング８の回転角に対応させて配列してある。
【００３９】
このように構成した第２の実施形態によれば、次の効果が得られる。
【００４０】
第１の実施形態と同じく、つまみがモータ５のケーシング８からなるので、従来の力覚付与型入力装置よりもモータの出力軸方向における力覚付与型入力装置の寸法を小さくすることができ、これにより、力覚付与型入力装置の設置スペースの寸法を小さくすることができる。また、部品点数を削減でき、これにより、力覚付与型入力装置の製作費を削減できる。
【００４１】
また、第１の実施形態と同じく、コントローラ１８を筐体１の外部に配置するので、筐体１を小型化できる。
【００４２】
また特に、第２の実施形態によれば、光を反射するコード部材１９と、発光部と受光部が一体の受発光部２０とを備えているので、第１の実施形態よりも発光部と受光部の設置スペースを小さくすることができる。また、ケーシング８の下端面８ａとほぼ同一面にコード部材１９を設けたので、第１の実施形態よりも、コードを設けるのに必要なスペースを小さくすることができる。つまり、第２の実施形態によれば、モータ５の出力軸６方向における力覚付与型入力装置の寸法を、第１の実施形態より小さくすることができる。
【００４３】
［第３の実施形態］
次に、第３の実施形態を図５，６を用いて説明する。
【００４４】
図５は、第３の実施形態の構造部の基本構成を示す縦断面図、図６は、第３の実施形態に備えられるコード部材を示すモータの側面図である。
【００４５】
第３の実施形態は、ロータリエンコーダ１０Ｂを備える点で、第１の実施形態と構成が異なっており、それ以外の点は第１の実施形態と同じ構成である。
【００４６】
すなわち、ロータリエンコーダ１０Ｂは、光を反射するコード２２ａを有し、ケーシング８の周側面８ｂにコード２２ａを露出した状態で埋め込まれるリング状のコード部材２２と、コード２２ａに向かって光を放つとともに、コード２２ａで反射した光を受光する受発光部２０と、凹部２の周側面２ａを貫通し、受発光部２０からコード２２ａへの入射光およびコード２２ａから受発光部２０への反射光を通す導光孔２３とを備えている。
【００４７】
このように構成した第３の実施形態によれば、次の効果が得られる。
【００４８】
第１の実施形態と同じく、つまみがモータ５のケーシング８からなるので、従来の力覚付与型入力装置よりもモータの出力軸方向における力覚付与型入力装置の寸法を小さくすることができ、これにより、力覚付与型入力装置の設置スペースの寸法を小さくすることができる。また、部品点数を削減でき、これにより、力覚付与型入力装置の製作費を削減できる。
【００４９】
また、第１の実施形態と同じく、コントローラ１８を筐体１の外部に配置するので、筐体１を小型化できる。
【００５０】
また特に、第３の実施形態によれば、光を反射するコード部材２２と、発光部と受光部が一体の受発光部２０とを備えているので、第１の実施形態よりも発光部および受光部の設置スペースを小さくすることができる。また、ケーシング８の周側面８ｂとほぼ同一面にコード部材２２を設けることによって、第１の実施形態よりも、コードを設けるためのスペースを小さくすることができる。したがって、モータの出力軸方向における力覚付与型入力装置の寸法を、第１の実施形態より小さくすることができる。
【００５１】
また、受発光部２０を筐体１の側部に配置してあるので、第２の実施形態のように筐体１の底面に受発光部２０を配置するよりも、モータ５の出力軸６方向における力覚付与型入力装置の寸法を小さくすることができる。
【００５２】
なお、第１〜第３の実施形態は、力覚として抵抗感触が得られる力覚付与型入力装置であるが、本発明はこれに限るものではなく、つまみに回転方向と同方向の回転力を与えることにより力覚としてつまみが加速する感触が得られる力覚付与型入力装置や、つまみが所定の回転角を超える際につまみに与える回転力を反転させることにより力覚としてクリック感触が得られるものにしてもよい。
【００５３】
また、第１〜第３の実施形態では、コントローラ１８を筐体１の外部に配置してあるが、本発明はこれに限るものではなく、コントローラ１８を筐体１内に収容してもよい。このように構成したものでは、コントローラ１８を含めた力覚付与型入力装置全体をコンパクトにできる。つまり、コントローラ１８を筐体１外部に配置するか、内部に収容するかは、力覚付与型入力装置の設置スペースに応じて設定すればよい。
【００５４】
また、第１〜第３の実施形態では、モータ５をコアレス型モータにしたが、本発明はこれに限るものではなく、出力軸６にコアを装着し、コアの周囲に磁石を配置したコア型モータでもよい。
【００５５】
【発明の効果】
以上で説明したように本発明によれば、つまみがモータのケーシングからなるので、別体のつまみとモータを出力軸方向に配置する従来の力覚付与型入力装置よりも、モータの出力軸方向における力覚付与型入力装置の寸法を小さくすることができ、これにより、力覚付与型入力装置の設置スペースの寸法を小さくすることができる。また、部品点数を削減でき、これにより、力覚付与型入力装置の製作費を削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の構造部の基本構成を示す縦断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に備えられるコントローラのを含む電気系統のブロック図である。
【図３】第２の実施形態の構造部の基本構成を示す縦断面図である。
【図４】第２の実施形態に備えられるコード部材を示すモータの下面図である。
【図５】第３の実施形態の構造部の基本構成を示す縦断面図である。
【図６】第３の実施形態に備えられるコード部材を示すモータの側面図である。
【符号の説明】
１ 筐体
２ 凹部
２ａ 周側面
２ｂ 底面
２ｃ 挿入孔
３ 取出口
５ モータ
６ 出力軸
７ 出力軸固定部
８ ケーシング（つまみ）
８ａ 下端面
８ｂ 周側面
９ 電線
１０ ロータリエンコーダ（回転角検出手段）
１１ コード板（コード部材）
１１ａ スリット（コード）
１１ｂ 取付部
１２ 発光部
１３ 受光部
１４ 電線
１５ 電線
１６ コネクタ
１７ 留め部
１８ コントローラ
１９ コード部材
１９ａ コード
２０ 受発光部
２１ 導光孔
２２ コード部材
２２ａ コード
２３ 導光孔
３０ エアコン駆動部（操作対象物）

Claims (5)

1. 筐体と、この筐体に回転可能に設けられるつまみと、このつまみの回転角を検出する回転角検出手段と、前記つまみに回転力を付与可能なモータと、前記回転角検出手段により検出された前記つまみの回転角に応じて、前記モータの駆動力を制御するコントローラとを備え、
   前記モータの出力軸が前記筐体に固定され、前記モータのケーシングが前記筐体に回転可能に支持され、前記つまみが前記ケーシングからなることを特徴とする力覚付与型入力装置。
2. 請求項１記載の発明において、前記回転角検出手段が、前記ケーシングと一体に回転するコードを含むロータリエンコーダからなることを特徴とする力覚付与型入力装置。
3. 請求項２記載の発明において、前記コードを、前記出力軸が突出する前記ケーシングの端面に設けたことを特徴とする力覚付与型入力装置。
4. 請求項２記載の発明において、前記コードを、前記ケーシングの周側面に設けたことを特徴とする力覚付与型入力装置。
5. 請求項１記載の発明において、前記コントローラを、前記筐体の外部に配置することを特徴とする力覚付与型入力装置。

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