JP2004355500A - 力覚付与型入力装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】消費電力を低減でき小型化に好適な報知音発生機能付き力覚付与型入力装置を提供すること。
【解決手段】操作者が手動で操作する操作レバー４と、この操作レバー４を揺動可能に支持する支持部材２と、操作レバー４の端面に対向配置された電磁ブレーキ５と、操作レバー４の操作状態を検出するオプティカルイメージセンサ６と、このオプティカルイメージセンサ６の出力信号ａに基づいて電磁ブレーキ５の駆動を制御する制御手段７とを備え、操作レバー４の所定操作に応じて電磁コイル１３に連続的なパルス信号を印加することにより、ヨーク１２にアーマチュア１０を周期的に吸引させて報知音が発生するように構成した。
【選択図】 図１
【解決手段】操作者が手動で操作する操作レバー４と、この操作レバー４を揺動可能に支持する支持部材２と、操作レバー４の端面に対向配置された電磁ブレーキ５と、操作レバー４の操作状態を検出するオプティカルイメージセンサ６と、このオプティカルイメージセンサ６の出力信号ａに基づいて電磁ブレーキ５の駆動を制御する制御手段７とを備え、操作レバー４の所定操作に応じて電磁コイル１３に連続的なパルス信号を印加することにより、ヨーク１２にアーマチュア１０を周期的に吸引させて報知音が発生するように構成した。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操作体にその操作状態に応じた力覚が付与される力覚付与型入力装置に係り、特に、操作状態を聴覚的に操作者に知らせるための報知音発生機能付きの力覚付与型入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば、車載電気機器の集中制御装置として、操作者によって手動で操作される回転型の操作体と、この操作体の操作状態を検知する検知手段と、操作体に力覚を付与するアクチュエータと、検知手段から出力される位置信号に応じてアクチュエータの駆動を制御する制御手段と、操作体の操作状態を聴覚的に操作者に知らせるためのスピーカとを備えた力覚付与型入力装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。アクチュエータには回転モータが用いられており、操作体はこの回転モータの回転軸に固定されている。また、検知手段は光学式のロータリエンコーダであり、このロータリエンコーダは、回転モータの回転軸に固着されたコードホイールと、回転モータを支持する筐体に設置されたフォトインタラプタとから構成されている。
【０００３】
このように構成された力覚付与型入力装置においては、制御手段から回転モータへ所定の駆動信号を供給することにより、操作体の操作方向や操作量等に応じて操作体に種々の力覚を付与することができるので、操作者に操作体の操作内容をブラインドタッチで報知することができ、操作者は操作体が所望の方向に所望の操作量だけ操作されているか否か等を感覚的に知ることができる。また、本構成では、操作者に操作体の操作状態をスピーカからの報知音によって聴覚的にも知らせることができるので、操作者は操作体に付与された力覚と報知音の双方によって、各種電気機器に対する所定の操作を迅速かつ正確に行うことができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００３−１００１７５号公報（第６−１２頁、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述した従来の力覚付与型入力装置では、操作体に力覚を付与するためのアクチュエータとして回転モータが使用されており、かかる回転モータは安価で低コスト化に有利であるという利点があるものの、その特性上、操作体に付与される力覚に悪影響を及ぼすことが懸念される。すなわち、一般的に回転モータは、定格電流付近で駆動したときにトルクリップルと呼ばれる微小なトルク変動を生じる特性を有するため、回転モータを操作体に力覚を付与するためのアクチュエータとして用いる場合には、定格電流よりも大幅に低い駆動電流で力覚を発生可能な大型の回転モータを使用し、かかる大型の回転モータを電力利用効率の低い状態で駆動せざるを得ない。その結果、力覚付与型入力装置の消費電力が増大するだけでなく、小型化が妨げられるという問題があった。
【０００６】
また、前述した従来の力覚付与型入力装置では、操作体の操作状態を操作者に報知音で知らせるために別体のスピーカが必要であり、この点からも当該装置の小型化が妨げられるという問題があった。特に、このような力覚付与型入力装置を有効空間の限られている車載用等として適用する場合、上述した装置の大型化は大きな問題となっていた。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、消費電力を低減でき小型化に好適な報知音発生機能付き力覚付与型入力装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による力覚付与型入力装置では、操作者が手動で操作する操作体と、この操作体を変位可能に支持する支持体と、前記操作体の端面に対向配置された電磁ブレーキと、前記操作体の操作状態を検出する検出手段と、この検出手段の出力信号に基づいて前記電磁ブレーキの駆動を制御する制御手段とを備え、前記電磁ブレーキが、電磁コイルと、この電磁コイルが巻回されたヨークと、このヨークの端面に対向するアーマチュアとを有し、前記操作体の所定操作に応じて前記制御手段から前記電磁コイルに連続的なパルス信号を印加することにより、前記ヨークと前記アーマチュアとを周期的に吸着させて報知音が発生するように構成した。
【０００９】
このように構成された力覚付与型入力装置によれば、ヨークとアーマチュアとを吸着させるだけの動作で操作体に外力を加えることができる電磁ブレーキをアクチュエータとして用いているので、力覚付与機構を簡略化して小型の力覚付与型入力装置を実現できる。また、操作体への力覚付与時のみに電磁ブレーキへ通電すればよいので、消費電力を低減することが可能となる。さらに、電磁ブレーキを周期的に作動させ、ヨークとアーマチュアとを断続的に吸着（衝突）させることで報知音を発生させるようにしたので、別体のスピーカを設ける必要がなくなり、この点からも力覚付与型入力装置の小型化を図ることができる。
【００１０】
上記の構成において、ヨークとアーマチュアとの対向面間距離を０．１〜０．２５ｍｍの範囲に設定することが好ましく、このような構成を採用すると、ヨークとアーマチュアとの対向面間距離を十分確保して両者を衝突させることができるので、十分な音量の報知音を発生させることができる。しかも、ヨークによるアーマチュアの吸引力が大幅に減衰しない対向面間距離に設定できるため、ヨークから発生する磁力を効率よく利用することができ、より小型な報知音発生機能付きの力覚付与型入力装置を実現できる。
【００１１】
また、上記の構成において、アーマチュアを操作体の端面にばね部材を介して取り付けたり、アーマチュアを操作体の端面に直接取り付けると共に、ヨークをばね部材を介して設置部材に取り付けることが好ましく、このような構成を採用すると、電磁コイルへの通電時にヨークとアーマチュアとを確実に吸引させることができると共に、電磁コイルへの通電解除時にばね部材の弾性力によってアーマチュアとヨークとを確実に離反させることができ、安定性に優れた力覚付与型入力装置を実現できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態について図面を参照して説明すると、図１は本発明の第１実施形態例に係る力覚付与型入力装置の構成図、図２は該力覚付与型入力装置に備えられる操作レバーの動作説明図、図３は該力覚付与型入力装置に備えられる電磁コイルへ供給される駆動信号を例示する説明図、図４は該操作レバーの可動範囲を例示する説明図、図５は該操作レバーに付与される外力を例示する説明図である。
【００１３】
本実施形態例に係る力覚付与型入力装置は操作者が手動により揺動操作する操作レバーを備えたタイプであり、以下、この力覚付与型入力装置を例えばエアコン等の各種車載電気機器の集中制御装置として適用した場合について説明する。
【００１４】
図１に示すように、この集中制御装置は、球面軸受１を有する支持部材２と、球面軸受１にて支持される球面部３を有する操作レバー４と、操作レバー４の下端面に対向配置された電磁ブレーキ５と、操作レバー４の操作状態を検出するオプティカルイメージセンサ６と、オプティカルイメージセンサ６の出力信号ａを取り込み、当該出力信号ａに基づいて電磁ブレーキ５の駆動信号ｂを出力する制御手段７等を備えている。ここで、前記支持部材２は自動車のダッシュボードあるいはコンソールボックス等を構成するパネルの内部に設置され、上記操作レバー４の上端部は当該パネルの外部に配置される。
【００１５】
前記球面部３は操作レバー４の中央部やや基端側に形成されており、この球面部３を球面軸受１で支持することにより、操作レバー４は支持部材２に対して揺動自在に支承されている。また、操作レバー４の下端部には略半球状の外力受部８が一体形成されており、その下端面８ａには板ばね等からなるばね部材９を介して磁性材料からなるアーマチュア１０が取り付けられている。この下端面８ａは操作レバー４の揺動支点（球面部３）を中心とする球面状に形成されており、アーマチュア１０も操作レバー４の下端面８ａの形状に倣って球面状に形成されている。さらに、球面部３の下方位置において支持部材２と操作レバー４との間には複数のスプリング１１が張架されており、これらスプリング１１の弾性力によって操作レバー４は中立位置（操作レバー４が垂直になる位置）に自動的に復帰するようになっている。
【００１６】
電磁ブレーキ５は操作レバー４に所定の外力を付与するアクチュエータであり、この電磁ブレーキ５は、操作レバー４の外力受部８に取り付けられた上記アーマチュア１０と、支持部材２の一部である取付板２ａ上に固定されてアーマチュア１０に対向するヨーク１２と、ヨーク１２に巻回された電磁コイル１３とによって構成されている。ヨーク１２はその上端面に取り付けられたライニング材１４を有しており、これらヨーク１２の上端面とライニング材１４も操作レバー４の下端面８ａの形状に倣って球面状に形成されている。なお、本実施形態例では、アーマチュア１０とヨーク１２（ライニング材１４）との対向面間距離を０．１〜０．２５ｍｍの範囲に設定している。
【００１７】
オプティカルイメージセンサ６は支持部材２に一体化された回路基板１５上に実装されており、この回路基板１５には図示せぬ光源も実装されている。オプティカルイメージセンサ６とアーマチュア１０との間には導像管１６が介設されており、この導像管１６はヨーク１２と電磁コイル１３の中心位置に配置されている。また、アーマチュア１０の外表面には所定の検出パターンが形成されており、光源から出射された光をアーマチュア１０に照射し、その外表面に形成された検出パターンの像を導像管１６を介してオプティカルイメージセンサ６に導くことにより、Ｘ−Ｙ直交座標における操作レバー４の移動量、すなわち操作レバー４の揺動方向と揺動量（揺動角度）を検出することができるようになっている。
【００１８】
制御手段７は、オプティカルイメージセンサ６の出力信号ａを入力する入力部７１と、任意の外力テーブルが記憶された記憶部７２と、入力部７１に入力された出力信号ａに応じた制御信号を記憶部７２から読み出して出力するＣＰＵ７３と、ＣＰＵ７３から出力された制御信号をＤ／Ａ変換して増幅し、電磁ブレーキ５の電磁コイル１３への駆動信号ｂおよび外部のコントローラ１７への駆動信号ｃを生成するドライバ回路７４と、この駆動信号ｂ，ｃを出力する出力部７５とを備えている。ＣＰＵ７３は入力部７１に入力されたオプティカルイメージセンサ６の出力信号ａを取り込み、オプティカルイメージセンサ６の出力信号ａに基づいて操作レバー４の揺動方向と揺動量を演算すると共に、操作レバー４に感触（力覚）を付与するか否かを判定する。記憶部７２には電磁ブレーキ５から操作レバー４に付与する外力に対応した外力テーブルが記憶されており、この外力によって操作レバー４の可動範囲を規定すると共に、操作レバー４に所定の力覚を付与したり、詳細は後述するが力覚を付与する際に操作者に対する報知音が発生するようになっている。すなわち、電磁ブレーキ５は電磁コイル１３に流れる電流値の大きさに応じてアーマチュア１０の吸引力が変化するため、電磁コイル１３に電流値の大きな駆動信号ｂが供給された場合、揺動操作中の操作レバー４に大きなブレーキ力が作用して可動範囲を規定することができ、電磁コイル１３に電流値の比較的小さな駆動信号ｂが供給された場合、揺動操作中の操作レバー４にクリック感触や振動感触や抵抗感を付与することができる。
【００１９】
また、上述したように、所定の揺動操作中の操作レバー４にクリック感触や振動感触や抵抗感を付与する際に、報知音を発生させて操作者に聴覚的にも報知することができるようになっている。すなわち、制御手段７の記憶部７２の外力テーブルは比較的小さな駆動信号ｂとして連続的なパルス信号が出力可能な外力パターンを有しており、この連続的なパルス信号からなる駆動信号ｂが電磁コイル１３に供給されることで、アーマチュア１０がヨーク１２に周期的（断続的）に吸引される。その結果、操作レバー４に所定の力覚が付与されるのと同時に、アーマチュア１０がライニング材１４に周期的に衝突することで報知音が発生するようになっている。連続的なパルス信号としては、例えば、図３（ａ），（ｂ）にそれぞれ示すような矩形波状の信号Ｐ１，Ｐ２を用いることができる。
【００２０】
図３は横軸に時間を縦軸に電磁コイルへの供給電流をとり、この供給電流の時間的変化を示したグラフである。図３（ａ）に示すように、信号Ｐ１はトータル印加時間が１００ｍｓｅｃ（ミリ秒）であり、この間に時間幅１０ｍｓｅｃのパルス信号が等間隔で５回繰り返す波形となっている。また、図３（ｂ）に示すように、信号Ｐ２はトータル印加時間が２００ｍｓｅｃであり、この間に時間幅２０ｍｓｅｃのパルス信号が等間隔で３回繰り返す波形となっている。図３（ｂ）に示す信号Ｐ２は図３（ａ）に示す信号Ｐ１に比べてトータル印加時間が長く、各パルス信号の間隔が広いために報知音としては比較的低音の音色が得られる。このように、連続的なパルス信号を適宜変更することによって、報知音のバリエーションを増やすことができ、各種電気機器の所定操作毎に異なる報知音を付与して操作者にそれら操作を正確に行ったか否かを認識させることが可能となる。
【００２１】
図４に示すように、本実施形態例に係る集中制御装置では、操作レバー４の揺動方向を中立位置から＋Ｘ，−Ｘ，＋Ｙ，−Ｙの４方向に規定すると共に、±Ｘ方向については操作レバー４の揺動角度を＋２０°から−２０°の範囲に規定し、±Ｙ方向については操作レバー４の揺動角度を＋３０°から−３０°の範囲に規定するようになっている。ここで、＋Ｘ，−Ｘ，＋Ｙ，−Ｙ各方向への操作は車載用電気機器として例えばエアコンを選択した場合の風量調節および風向調節を示している。すなわち、＋Ｘ方向への揺動操作毎に風量が一段階ずつ増加し、反対に−Ｘ方向への揺動操作毎に風量が一段階ずつ減少していくように構成されており、風量の上限または下限に達したときに、操作レバー４の揺動範囲の手前位置で所定のクリック感触およびこのクリック感触に伴う報知音が付与されるようになっている。一方、＋Ｙ方向への揺動操作毎に図示せぬ風向ルーバーが所定角度ずつ上向きに傾いていき、反対に−Ｙ方向への揺動操作毎に風向ルーバーが所定角度ずつ下向きに傾いていくように構成されており、風向き角度の上限または下限に達したときに、操作レバー４の揺動範囲の手前位置で所定のクリック感触およびこのクリック感触に伴う報知音が付与されるようになっている。
【００２２】
前述したように、このような操作レバー４の可動範囲規定と、操作レバー４の所定操作時におけるクリック感触の付与および報知音の発生は、制御手段８の出力部８５から電磁ブレーキ５の電磁コイルに出力される駆動信号ｂによって制御することができる。すなわち、上述したように±Ｘ方向において風量の上限または下限に達したときには、図５（ａ）に示すように、操作レバー４が中立位置（０°）から±２０°の手前位置まで揺動操作された時点で、電磁コイル１５に上述した信号Ｐ１（図３（ａ）参照）を駆動信号ｂとして供給することにより、電磁ブレーキ５にこの信号Ｐ１に対応した作動力ＦＰ１を発生させる。これにより、操作レバー４にクリック感触を付与すると共に報知音を発生させ、操作レバー４が±２０°位置まで揺動操作された時点で、電磁コイル１５に供給する駆動信号ｂの電流値を最大にして操作レバー４の動きを規制している。また、±Ｙ方向において風向き角度の上限または下限に達したときには、図５（ｂ）に示すように、操作レバー４が中立位置（０°）から±３０°の手前位置まで揺動操作された時点で、電磁コイル１５に上述した信号Ｐ２（図３（ｂ）参照）を駆動信号ｂとして供給することにより、電磁ブレーキ５にこの信号Ｐ２に対応した作動力ＦＰ２を発生させる。これにより、操作レバー４にクリック感触を付与すると共に報知音を発生させ、操作レバー４が±３０°位置まで揺動操作された時点で、電磁コイル１５に供給する駆動信号ｂの電流値を最大にして操作レバー４の動きを規制している。なお、操作レバー４が＋Ｘ方向，−Ｘ方向，＋Ｙ方向，−Ｙ方向以外の斜め方向に揺動操作されようとした場合は、電磁コイル１５に最大電流値の駆動信号ｂが供給されるため、当該方向への操作レバー４の動きが規制されるようになっている。
【００２３】
次に、上記のごとく構成された集中制御装置の動作を説明すると、操作レバー４に何ら操作力が作用されていない場合、図１に示すように、操作レバー４は各スプリング１３の弾性力によって中立位置（操作レバー４が垂直になる位置）に保持されている。この状態から操作者が操作レバー４を中立位置から左右方向（図４の±Ｘ方向）、例えば図２に示すように右方向へ揺動操作すると、操作レバー４が球面部３を支点として揺動回転し、操作レバー４の下端部の外力受部８は球面部３を中心に同図の時計回り方向へ回転する。これにより外力受部８に取り付けられたアーマチュア１０が同方向へ回転するため、アーマチュア１０の外表面に形成された検出パターンの像が導像管１６を介してオプティカルイメージセンサ６に導かれ、オプティカルイメージセンサ６からの出力信号ａが制御手段７の入力部７１に入力される。制御手段７においては、ＣＰＵ７３でこの出力信号ａに基づいて操作レバー４の揺動方向と揺動量（揺動角度）を演算し、その演算結果と記憶部７２に記憶された外力テーブルとを対比することにより、ドライバ回路７４から出力部７５を介して電磁ブレーキ５の電磁コイル１３に所定の駆動信号ｂが出力される。
【００２４】
すなわち、操作レバー４が右方向へ所定回数だけ揺動操作された後に風量が上限に達した場合、操作レバー４が中立位置から右方向へ所定角度だけ揺動操作された時点で、電磁コイル１３に信号Ｐ１が駆動信号ｂとして供給され、それに伴ってアーマチュア１２がヨーク１４の上端面に取り付けられたライニング材１４に周期的に吸引されるため、この吸引力が操作レバー４の揺動方向の動きに対して断続的にブレーキをかけることになる。したがって、図５（ａ）に示すように、操作レバー４が＋Ｘ方向のストロークエンド位置（２０°）まで揺動操作される直前で、電磁ブレーキ５から操作レバー４に信号Ｐ１に対応した所定の大きさの作動力ＦＰ１が付与され、この作動力ＦＰ１によって操作レバー４を把持する操作者にクリック感触として認識されると共に報知音によって聴覚的にも操作者に認識される。そして、操作レバー４による風量調節の過程で、制御手段７の出力部７５から車載されたコントローラ１７へ駆動信号ｃが出力されることにより、図示せぬエアコンの送風機の出力が所定量ずつ増加するように動作される。また、風量調節が上限に達した後の操作レバー４の右方向操作では風量が上限値のまま維持するようにコントロールされると共に、操作者はクリック感および報知音によって風量調節が上限に達したことを確実に認識することができる。また、操作レバー４を中立位置から左方向へ揺動操作する場合も同様であり、この場合は、操作レバー４が左方向に所定回数だけ揺動操作される過程で、送風機の出力が所定量ずつ減少するように動作される。また、風量調節が下限に達した後の操作レバー４の左方向操作では風量が下限値のまま維持するようにコントロールされると共に、操作者はクリック感および報知音によって風量調節が下限に達したことを確実に認識することができる。なお、操作者が操作レバー４への揺動操作を中止したときには、操作レバー４は各スプリング１３の弾性力によって中立位置に自動復帰するようになっている。
【００２５】
一方、操作者が操作レバー４を中立位置から上記と直交する方向、例えば図４の＋Ｙ方向へ所定回数だけ揺動操作した後に風向ルーバーの角度が上限に達した場合、図５（ｂ）に示すように、操作レバー４が＋Ｙ方向のストロークエンド位置（３０°）まで揺動操作される直前で、電磁ブレーキ５から操作レバー４に信号Ｐ２に対応した所定の大きさの作動力ＦＰ２が付与され、この作動力ＦＰ２によって操作レバー４を把持する操作者にクリック感触として認識されると共に報知音によって聴覚的にも操作者に認識される。そして、操作レバー４による風向調節の過程で、制御手段７の出力部７５から車載されたコントローラ１７へ駆動信号ｃが出力されることにより、エアコンの風向ルーバーが所定角度ずつ上向きに傾くように動作される。また、風向ルーバー角度が上限に達した後の操作レバー４の＋Ｙ方向操作では当該角度が上限値のまま維持するようにコントロールされると共に、操作者はクリック感および報知音によって風向ルーバーの角度が上限に達したことを確実に認識することができる。同様に、操作レバー４が−Ｙ方向に所定回数だけ揺動操作される過程で、風向ルーバーが所定角度ずつ下向きに傾くように動作される。また、風向ルーバー角度が下限に達した後の操作レバー４の−Ｙ方向操作では風向ルーバー角度が下限値のまま維持するようにコントロールされると共に、操作者はクリック感および報知音によって風向ルーバーの角度が下限に達したことを確実に認識することができる。なお、操作者が操作レバー４への操作を中止したときには、操作レバー４は各スプリング１３の弾性力によって中立位置に自動復帰するようになっている。
【００２６】
このように本実施形態例に係る集中制御装置にあっては、操作者が手動で操作する操作レバー４と、この操作レバー４を揺動可能に支持する支持部材２と、操作レバー４の端面に対向配置された電磁ブレーキ５と、操作レバー４の操作状態を検出するオプティカルイメージセンサ６と、このオプティカルイメージセンサ６の出力信号ａに基づいて電磁ブレーキ５の駆動を制御する制御手段７とを備え、電磁ブレーキ５が、電磁コイル１３と、この電磁コイル１３が巻回されたヨーク１２と、このヨーク１２の端面に対向するアーマチュア１０とを有し、操作レバー４の所定操作に応じて制御手段７から電磁コイル１３に連続的なパルス信号を印加することにより、アーマチュア１０をヨーク１２上に設けたライニング材１４に周期的に吸引させて報知音が発生するように構成したので、アーマチュア１０をヨーク１２側へ吸引させるだけの動作で操作レバー４に外力を加えることができ、力覚付与機構を簡略化して小型の集中制御装置を実現できる。また、操作レバー４の所定操作時にのみ電磁ブレーキ５の電磁コイル１３に通電すればよいので、消費電力を低減することが可能となる。さらに、電磁ブレーキ５を周期的に作動させることで、ライニング材１４にアーマチュア１０を断続的に吸引（衝突）させて報知音が発生するようにしたので、別体のスピーカを設ける必要がなくなり、この点からも集中制御装置の小型化を図ることができる。
【００２７】
また、電磁ブレーキ５において、報知音を発生させるために、ヨーク１２（ライニング材１４）とアーマチュア１０との対向面間距離を０．１〜０．２５ｍｍの範囲に設定したので、ライニング材１４とアーマチュア１０との対面距離を十分確保して両者を衝突させることができ、十分な音量の報知音を発生させることができる。しかも、ヨーク１２によるアーマチュア１０の吸引力が大幅に減衰しない対面間距離に設定できるため、ヨーク１２から発生する磁力を効率よく利用することができ、より小型の報知音発生機能付き集中制御装置を実現できる
また、操作レバー４の外力受部８の下端面８ａを操作レバー４の揺動支点（球面部３）を中心とする球面状に形成し、電磁ブレーキ５の構成部材であるアーマチュア１０をこの下端面８ａにばね部材９を介して取り付けると共に、電磁コイル１３が巻回されたヨーク１２の上端面をアーマチュア１０に対向配置させ、このヨーク１２の上端面を下端面８ａの形状に倣って球面状に形成したので、電磁コイル１５への通電時にアーマチュア１０をヨーク１２側に確実に吸引させることができると共に、電磁コイル１３への通電解除時にばね部材９の弾性力によってアーマチュア１０をヨーク１２から確実に離反させることができる。しかも、ヨーク１２の上端面にライニング材１４が取り付けられているため、アーマチュア１０がライニング材１４を介してヨーク１２に吸引され、電磁ブレーキ５のブレーキ力を安定させることができる。
【００２８】
なお、本実施形態例では、操作レバー４の揺動方向を±Ｘおよび±Ｙの４方向に規定すると共に、±Ｘ方向については操作レバー４の揺動角度を＋２０°から−２０°の範囲に規定し、±Ｙ方向については操作レバー４の揺動角度を＋３０°から−３０°の範囲に規定するようにしたが、車載電気機器の種類に応じて、これら揺動方向を適宜変更してもよいし、また、揺動角度についても所定の操作形態に適合するように変更することが可能である。
【００２９】
また、上記第１実施形態例では、電磁ブレーキ５の構成部材であるアーマチュア１０を操作レバー４の下端面８ａにばね部材９を介して取り付け、電磁コイル１３が巻回されたヨーク１４を支持部材２と一体の取付板２ａ上に固定した場合について説明したが、図６に示す第２実施形態例のように、アーマチュア１０を操作レバー４の下端面８ａに直接取り付け、電磁コイル１３が巻回されたヨーク１２をばね部材９を介して取付板２ａ等の設置部材上に取り付けることも可能である。
【００３０】
次に、図７を用いて本発明の第３実施形態例について説明する。同図において、前述した第１および第２実施形態例と共通の部材には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３１】
上記第１および第２実施形態例が揺動操作型の操作レバーを有するタイプであるのに対して、本実施形態例に係る力覚付与型入力装置は、操作者が手動により回転操作する操作つまみを有するタイプである。図７に示すように、この力覚付与型入力装置は、軸受孔１８を有する支持部材２と、軸受孔１８にて支持される軸部１９を有する操作つまみ２０と、操作つまみ２０の下端面に対向配置された電磁ブレーキ５と、操作つまみ２０の操作状態を検出するロータリーエンコーダ２１等を有しており、図示はしないが、上記第１および第２実施形態例と同様にロータリーエンコーダ２１の出力信号を取り込み、当該出力信号に基づいて電磁ブレーキ５の駆動信号や、各種車載用電気機器をコントロールするコントローラへの駆動信号を出力する制御手段等を備えている。
【００３２】
操作つまみ２０の下端部には円筒状の外力受部２２が一体形成されており、この外力受部２２の下端面には、外力受部２２と同軸状に一体化された軸部２３が形成されている。さらに、外力受部２２の下端面には板ばね等からなるばね部材９を介して磁性材料からなるアーマチュア１０が軸部２３を取り囲むように取り付けられている。また、操作つまみ２０の軸部１９にはこの軸部１９の下方向への移動を規制する規制部１９ａが形成されている。
【００３３】
電磁ブレーキ５に設けられたヨーク１２の中央部に軸受穴１２ａが形成されており、この軸受孔１２ａに外力受部２２と一体化した軸部２３が支持される。これにより、操作つまみ２０は、下端側が軸受１２ａで支持されると共に、上端側が軸受１８で支持されるので、支持部材２に対してガタ付きを防止して回転自在に支承される。また、軸部１９に形成した規制部１９ａの下面が支持部材２の上面に当接することで、操作つまみ２０の下方向への移動が規制されており、アーマチュア１０とヨーク１２との対向面間距離が一定となるように操作つまみ２０が保持されている。
【００３４】
ロータリエンコーダ２１は支持部材２内の天井面に操作つまみ２０の回転軸と同軸状となるように取り付けられている。ロータリエンコーダ２１は軸部１９と一体で回転するコード板とフォトインタラプタとを主として備えており（いずれも図示せず）、コード板に形成された検出パターンをフォトインタラプタで読み取ることにより、回転座標における操作つまみ２０の移動量、すなわち操作つまみ２０の回転方向と回転量（回転角度）を検出することができるようになっている。
【００３５】
このように構成された第３実施形態例においても、第１実施形態例および第２実施形態例と同様に、各種車載電気機器の集中制御装置として適用できるものであり、操作つまみ２０の所定操作に応じて電磁ブレーキ５に所定の駆動信号ｂを供給することで、操作者に所定の力覚を認識させることができると共に、その操作状態を報知音でも操作者に認識させることができる。また、このような回転型の操作つまみを有する報知音発生機能付き力覚付与型入力装置においても、消費電力の低減と小型化を図ることができることは言うまでもないことである。
【００３６】
なお、上記第１〜第３実施形態例では、本発明の力覚付与型入力装置を車載用電気機器等の集中制御装置に適用した場合について説明したが、それ以外の各種電気機器、例えばＭＤ／ＣＤラジカセやＤＶＤプレーヤなどの家庭用オーディオ機器等を遠隔操作するリモコン等に適用することも可能である。
【００３７】
また、上記第１〜第３実施形態例では、所定の操作時における操作レバーにクリック感触および報知音を付与する場合について説明したが、操作レバーに振動感触や抵抗感を付与すると共に、それらの感触に所望の報知音を付与するようにしても良いことは勿論である。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００３９】
操作体の操作状態に応じた検出手段の出力信号に基づいて電磁ブレーキを駆動し、操作体に所定の力覚を付与すると共に、操作体の所定操作に応じて電磁コイルに連続的なパルス信号を印加することにより、アーマチュアとヨークを周期的に吸着させて報知音が発生するように構成したので、力覚付与機構を簡略化して小型の力覚付与型入力装置を実現できるのみならず、操作体の所定操作時にのみ電磁コイルに通電すればよく、それゆえ、消費電力を低減することが可能となる。また、電磁ブレーキ自体の機構を用いて報知音を発生させることができるので、別体のスピーカを設ける必要がなくなり、この点からも力覚付与型入力装置の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態例に係る力覚付与型入力装置の構成図である。
【図２】該力覚付与型入力装置に備えられる操作レバーの動作説明図である。
【図３】該力覚付与型入力装置に備えられる電磁コイルへ供給される駆動信号を例示する説明図である。
【図４】該操作レバーの可動範囲を例示する説明図である。
【図５】該操作レバーに付与される外力を例示する説明図である。
【図６】本発明の第２実施形態例に係る力覚付与型入力装置の構成図である。
【図７】本発明の第３実施形態例に係る力覚付与型入力装置の構成図である。
【符号の説明】
１ 球面軸受
２ 支持部材（支持体）
２ａ 取付板（設置部材）
３ 球面部
４ 操作レバー（操作体）
５ 電磁ブレーキ
６ オプティカルイメージセンサ（検出手段）
７ 制御手段
８，２２ 外力受部
８ａ 下端面
９ ばね部材
１０ アーマチュア
１１ スプリング
１２ ヨーク
１３ 電磁コイル
１４ ライニング材
１６ 導像管
１７ コントローラ
１８ 軸受孔
１９ 軸部
２０ 操作つまみ（操作体）
２１ エンコーダ（検出手段）
７１ 入力部
７２ 記憶部
７３ ＣＰＵ
７４ ドライバ回路
７５ 出力部
【発明の属する技術分野】
本発明は、操作体にその操作状態に応じた力覚が付与される力覚付与型入力装置に係り、特に、操作状態を聴覚的に操作者に知らせるための報知音発生機能付きの力覚付与型入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば、車載電気機器の集中制御装置として、操作者によって手動で操作される回転型の操作体と、この操作体の操作状態を検知する検知手段と、操作体に力覚を付与するアクチュエータと、検知手段から出力される位置信号に応じてアクチュエータの駆動を制御する制御手段と、操作体の操作状態を聴覚的に操作者に知らせるためのスピーカとを備えた力覚付与型入力装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。アクチュエータには回転モータが用いられており、操作体はこの回転モータの回転軸に固定されている。また、検知手段は光学式のロータリエンコーダであり、このロータリエンコーダは、回転モータの回転軸に固着されたコードホイールと、回転モータを支持する筐体に設置されたフォトインタラプタとから構成されている。
【０００３】
このように構成された力覚付与型入力装置においては、制御手段から回転モータへ所定の駆動信号を供給することにより、操作体の操作方向や操作量等に応じて操作体に種々の力覚を付与することができるので、操作者に操作体の操作内容をブラインドタッチで報知することができ、操作者は操作体が所望の方向に所望の操作量だけ操作されているか否か等を感覚的に知ることができる。また、本構成では、操作者に操作体の操作状態をスピーカからの報知音によって聴覚的にも知らせることができるので、操作者は操作体に付与された力覚と報知音の双方によって、各種電気機器に対する所定の操作を迅速かつ正確に行うことができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００３−１００１７５号公報（第６−１２頁、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述した従来の力覚付与型入力装置では、操作体に力覚を付与するためのアクチュエータとして回転モータが使用されており、かかる回転モータは安価で低コスト化に有利であるという利点があるものの、その特性上、操作体に付与される力覚に悪影響を及ぼすことが懸念される。すなわち、一般的に回転モータは、定格電流付近で駆動したときにトルクリップルと呼ばれる微小なトルク変動を生じる特性を有するため、回転モータを操作体に力覚を付与するためのアクチュエータとして用いる場合には、定格電流よりも大幅に低い駆動電流で力覚を発生可能な大型の回転モータを使用し、かかる大型の回転モータを電力利用効率の低い状態で駆動せざるを得ない。その結果、力覚付与型入力装置の消費電力が増大するだけでなく、小型化が妨げられるという問題があった。
【０００６】
また、前述した従来の力覚付与型入力装置では、操作体の操作状態を操作者に報知音で知らせるために別体のスピーカが必要であり、この点からも当該装置の小型化が妨げられるという問題があった。特に、このような力覚付与型入力装置を有効空間の限られている車載用等として適用する場合、上述した装置の大型化は大きな問題となっていた。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、消費電力を低減でき小型化に好適な報知音発生機能付き力覚付与型入力装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による力覚付与型入力装置では、操作者が手動で操作する操作体と、この操作体を変位可能に支持する支持体と、前記操作体の端面に対向配置された電磁ブレーキと、前記操作体の操作状態を検出する検出手段と、この検出手段の出力信号に基づいて前記電磁ブレーキの駆動を制御する制御手段とを備え、前記電磁ブレーキが、電磁コイルと、この電磁コイルが巻回されたヨークと、このヨークの端面に対向するアーマチュアとを有し、前記操作体の所定操作に応じて前記制御手段から前記電磁コイルに連続的なパルス信号を印加することにより、前記ヨークと前記アーマチュアとを周期的に吸着させて報知音が発生するように構成した。
【０００９】
このように構成された力覚付与型入力装置によれば、ヨークとアーマチュアとを吸着させるだけの動作で操作体に外力を加えることができる電磁ブレーキをアクチュエータとして用いているので、力覚付与機構を簡略化して小型の力覚付与型入力装置を実現できる。また、操作体への力覚付与時のみに電磁ブレーキへ通電すればよいので、消費電力を低減することが可能となる。さらに、電磁ブレーキを周期的に作動させ、ヨークとアーマチュアとを断続的に吸着（衝突）させることで報知音を発生させるようにしたので、別体のスピーカを設ける必要がなくなり、この点からも力覚付与型入力装置の小型化を図ることができる。
【００１０】
上記の構成において、ヨークとアーマチュアとの対向面間距離を０．１〜０．２５ｍｍの範囲に設定することが好ましく、このような構成を採用すると、ヨークとアーマチュアとの対向面間距離を十分確保して両者を衝突させることができるので、十分な音量の報知音を発生させることができる。しかも、ヨークによるアーマチュアの吸引力が大幅に減衰しない対向面間距離に設定できるため、ヨークから発生する磁力を効率よく利用することができ、より小型な報知音発生機能付きの力覚付与型入力装置を実現できる。
【００１１】
また、上記の構成において、アーマチュアを操作体の端面にばね部材を介して取り付けたり、アーマチュアを操作体の端面に直接取り付けると共に、ヨークをばね部材を介して設置部材に取り付けることが好ましく、このような構成を採用すると、電磁コイルへの通電時にヨークとアーマチュアとを確実に吸引させることができると共に、電磁コイルへの通電解除時にばね部材の弾性力によってアーマチュアとヨークとを確実に離反させることができ、安定性に優れた力覚付与型入力装置を実現できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態について図面を参照して説明すると、図１は本発明の第１実施形態例に係る力覚付与型入力装置の構成図、図２は該力覚付与型入力装置に備えられる操作レバーの動作説明図、図３は該力覚付与型入力装置に備えられる電磁コイルへ供給される駆動信号を例示する説明図、図４は該操作レバーの可動範囲を例示する説明図、図５は該操作レバーに付与される外力を例示する説明図である。
【００１３】
本実施形態例に係る力覚付与型入力装置は操作者が手動により揺動操作する操作レバーを備えたタイプであり、以下、この力覚付与型入力装置を例えばエアコン等の各種車載電気機器の集中制御装置として適用した場合について説明する。
【００１４】
図１に示すように、この集中制御装置は、球面軸受１を有する支持部材２と、球面軸受１にて支持される球面部３を有する操作レバー４と、操作レバー４の下端面に対向配置された電磁ブレーキ５と、操作レバー４の操作状態を検出するオプティカルイメージセンサ６と、オプティカルイメージセンサ６の出力信号ａを取り込み、当該出力信号ａに基づいて電磁ブレーキ５の駆動信号ｂを出力する制御手段７等を備えている。ここで、前記支持部材２は自動車のダッシュボードあるいはコンソールボックス等を構成するパネルの内部に設置され、上記操作レバー４の上端部は当該パネルの外部に配置される。
【００１５】
前記球面部３は操作レバー４の中央部やや基端側に形成されており、この球面部３を球面軸受１で支持することにより、操作レバー４は支持部材２に対して揺動自在に支承されている。また、操作レバー４の下端部には略半球状の外力受部８が一体形成されており、その下端面８ａには板ばね等からなるばね部材９を介して磁性材料からなるアーマチュア１０が取り付けられている。この下端面８ａは操作レバー４の揺動支点（球面部３）を中心とする球面状に形成されており、アーマチュア１０も操作レバー４の下端面８ａの形状に倣って球面状に形成されている。さらに、球面部３の下方位置において支持部材２と操作レバー４との間には複数のスプリング１１が張架されており、これらスプリング１１の弾性力によって操作レバー４は中立位置（操作レバー４が垂直になる位置）に自動的に復帰するようになっている。
【００１６】
電磁ブレーキ５は操作レバー４に所定の外力を付与するアクチュエータであり、この電磁ブレーキ５は、操作レバー４の外力受部８に取り付けられた上記アーマチュア１０と、支持部材２の一部である取付板２ａ上に固定されてアーマチュア１０に対向するヨーク１２と、ヨーク１２に巻回された電磁コイル１３とによって構成されている。ヨーク１２はその上端面に取り付けられたライニング材１４を有しており、これらヨーク１２の上端面とライニング材１４も操作レバー４の下端面８ａの形状に倣って球面状に形成されている。なお、本実施形態例では、アーマチュア１０とヨーク１２（ライニング材１４）との対向面間距離を０．１〜０．２５ｍｍの範囲に設定している。
【００１７】
オプティカルイメージセンサ６は支持部材２に一体化された回路基板１５上に実装されており、この回路基板１５には図示せぬ光源も実装されている。オプティカルイメージセンサ６とアーマチュア１０との間には導像管１６が介設されており、この導像管１６はヨーク１２と電磁コイル１３の中心位置に配置されている。また、アーマチュア１０の外表面には所定の検出パターンが形成されており、光源から出射された光をアーマチュア１０に照射し、その外表面に形成された検出パターンの像を導像管１６を介してオプティカルイメージセンサ６に導くことにより、Ｘ−Ｙ直交座標における操作レバー４の移動量、すなわち操作レバー４の揺動方向と揺動量（揺動角度）を検出することができるようになっている。
【００１８】
制御手段７は、オプティカルイメージセンサ６の出力信号ａを入力する入力部７１と、任意の外力テーブルが記憶された記憶部７２と、入力部７１に入力された出力信号ａに応じた制御信号を記憶部７２から読み出して出力するＣＰＵ７３と、ＣＰＵ７３から出力された制御信号をＤ／Ａ変換して増幅し、電磁ブレーキ５の電磁コイル１３への駆動信号ｂおよび外部のコントローラ１７への駆動信号ｃを生成するドライバ回路７４と、この駆動信号ｂ，ｃを出力する出力部７５とを備えている。ＣＰＵ７３は入力部７１に入力されたオプティカルイメージセンサ６の出力信号ａを取り込み、オプティカルイメージセンサ６の出力信号ａに基づいて操作レバー４の揺動方向と揺動量を演算すると共に、操作レバー４に感触（力覚）を付与するか否かを判定する。記憶部７２には電磁ブレーキ５から操作レバー４に付与する外力に対応した外力テーブルが記憶されており、この外力によって操作レバー４の可動範囲を規定すると共に、操作レバー４に所定の力覚を付与したり、詳細は後述するが力覚を付与する際に操作者に対する報知音が発生するようになっている。すなわち、電磁ブレーキ５は電磁コイル１３に流れる電流値の大きさに応じてアーマチュア１０の吸引力が変化するため、電磁コイル１３に電流値の大きな駆動信号ｂが供給された場合、揺動操作中の操作レバー４に大きなブレーキ力が作用して可動範囲を規定することができ、電磁コイル１３に電流値の比較的小さな駆動信号ｂが供給された場合、揺動操作中の操作レバー４にクリック感触や振動感触や抵抗感を付与することができる。
【００１９】
また、上述したように、所定の揺動操作中の操作レバー４にクリック感触や振動感触や抵抗感を付与する際に、報知音を発生させて操作者に聴覚的にも報知することができるようになっている。すなわち、制御手段７の記憶部７２の外力テーブルは比較的小さな駆動信号ｂとして連続的なパルス信号が出力可能な外力パターンを有しており、この連続的なパルス信号からなる駆動信号ｂが電磁コイル１３に供給されることで、アーマチュア１０がヨーク１２に周期的（断続的）に吸引される。その結果、操作レバー４に所定の力覚が付与されるのと同時に、アーマチュア１０がライニング材１４に周期的に衝突することで報知音が発生するようになっている。連続的なパルス信号としては、例えば、図３（ａ），（ｂ）にそれぞれ示すような矩形波状の信号Ｐ１，Ｐ２を用いることができる。
【００２０】
図３は横軸に時間を縦軸に電磁コイルへの供給電流をとり、この供給電流の時間的変化を示したグラフである。図３（ａ）に示すように、信号Ｐ１はトータル印加時間が１００ｍｓｅｃ（ミリ秒）であり、この間に時間幅１０ｍｓｅｃのパルス信号が等間隔で５回繰り返す波形となっている。また、図３（ｂ）に示すように、信号Ｐ２はトータル印加時間が２００ｍｓｅｃであり、この間に時間幅２０ｍｓｅｃのパルス信号が等間隔で３回繰り返す波形となっている。図３（ｂ）に示す信号Ｐ２は図３（ａ）に示す信号Ｐ１に比べてトータル印加時間が長く、各パルス信号の間隔が広いために報知音としては比較的低音の音色が得られる。このように、連続的なパルス信号を適宜変更することによって、報知音のバリエーションを増やすことができ、各種電気機器の所定操作毎に異なる報知音を付与して操作者にそれら操作を正確に行ったか否かを認識させることが可能となる。
【００２１】
図４に示すように、本実施形態例に係る集中制御装置では、操作レバー４の揺動方向を中立位置から＋Ｘ，−Ｘ，＋Ｙ，−Ｙの４方向に規定すると共に、±Ｘ方向については操作レバー４の揺動角度を＋２０°から−２０°の範囲に規定し、±Ｙ方向については操作レバー４の揺動角度を＋３０°から−３０°の範囲に規定するようになっている。ここで、＋Ｘ，−Ｘ，＋Ｙ，−Ｙ各方向への操作は車載用電気機器として例えばエアコンを選択した場合の風量調節および風向調節を示している。すなわち、＋Ｘ方向への揺動操作毎に風量が一段階ずつ増加し、反対に−Ｘ方向への揺動操作毎に風量が一段階ずつ減少していくように構成されており、風量の上限または下限に達したときに、操作レバー４の揺動範囲の手前位置で所定のクリック感触およびこのクリック感触に伴う報知音が付与されるようになっている。一方、＋Ｙ方向への揺動操作毎に図示せぬ風向ルーバーが所定角度ずつ上向きに傾いていき、反対に−Ｙ方向への揺動操作毎に風向ルーバーが所定角度ずつ下向きに傾いていくように構成されており、風向き角度の上限または下限に達したときに、操作レバー４の揺動範囲の手前位置で所定のクリック感触およびこのクリック感触に伴う報知音が付与されるようになっている。
【００２２】
前述したように、このような操作レバー４の可動範囲規定と、操作レバー４の所定操作時におけるクリック感触の付与および報知音の発生は、制御手段８の出力部８５から電磁ブレーキ５の電磁コイルに出力される駆動信号ｂによって制御することができる。すなわち、上述したように±Ｘ方向において風量の上限または下限に達したときには、図５（ａ）に示すように、操作レバー４が中立位置（０°）から±２０°の手前位置まで揺動操作された時点で、電磁コイル１５に上述した信号Ｐ１（図３（ａ）参照）を駆動信号ｂとして供給することにより、電磁ブレーキ５にこの信号Ｐ１に対応した作動力ＦＰ１を発生させる。これにより、操作レバー４にクリック感触を付与すると共に報知音を発生させ、操作レバー４が±２０°位置まで揺動操作された時点で、電磁コイル１５に供給する駆動信号ｂの電流値を最大にして操作レバー４の動きを規制している。また、±Ｙ方向において風向き角度の上限または下限に達したときには、図５（ｂ）に示すように、操作レバー４が中立位置（０°）から±３０°の手前位置まで揺動操作された時点で、電磁コイル１５に上述した信号Ｐ２（図３（ｂ）参照）を駆動信号ｂとして供給することにより、電磁ブレーキ５にこの信号Ｐ２に対応した作動力ＦＰ２を発生させる。これにより、操作レバー４にクリック感触を付与すると共に報知音を発生させ、操作レバー４が±３０°位置まで揺動操作された時点で、電磁コイル１５に供給する駆動信号ｂの電流値を最大にして操作レバー４の動きを規制している。なお、操作レバー４が＋Ｘ方向，−Ｘ方向，＋Ｙ方向，−Ｙ方向以外の斜め方向に揺動操作されようとした場合は、電磁コイル１５に最大電流値の駆動信号ｂが供給されるため、当該方向への操作レバー４の動きが規制されるようになっている。
【００２３】
次に、上記のごとく構成された集中制御装置の動作を説明すると、操作レバー４に何ら操作力が作用されていない場合、図１に示すように、操作レバー４は各スプリング１３の弾性力によって中立位置（操作レバー４が垂直になる位置）に保持されている。この状態から操作者が操作レバー４を中立位置から左右方向（図４の±Ｘ方向）、例えば図２に示すように右方向へ揺動操作すると、操作レバー４が球面部３を支点として揺動回転し、操作レバー４の下端部の外力受部８は球面部３を中心に同図の時計回り方向へ回転する。これにより外力受部８に取り付けられたアーマチュア１０が同方向へ回転するため、アーマチュア１０の外表面に形成された検出パターンの像が導像管１６を介してオプティカルイメージセンサ６に導かれ、オプティカルイメージセンサ６からの出力信号ａが制御手段７の入力部７１に入力される。制御手段７においては、ＣＰＵ７３でこの出力信号ａに基づいて操作レバー４の揺動方向と揺動量（揺動角度）を演算し、その演算結果と記憶部７２に記憶された外力テーブルとを対比することにより、ドライバ回路７４から出力部７５を介して電磁ブレーキ５の電磁コイル１３に所定の駆動信号ｂが出力される。
【００２４】
すなわち、操作レバー４が右方向へ所定回数だけ揺動操作された後に風量が上限に達した場合、操作レバー４が中立位置から右方向へ所定角度だけ揺動操作された時点で、電磁コイル１３に信号Ｐ１が駆動信号ｂとして供給され、それに伴ってアーマチュア１２がヨーク１４の上端面に取り付けられたライニング材１４に周期的に吸引されるため、この吸引力が操作レバー４の揺動方向の動きに対して断続的にブレーキをかけることになる。したがって、図５（ａ）に示すように、操作レバー４が＋Ｘ方向のストロークエンド位置（２０°）まで揺動操作される直前で、電磁ブレーキ５から操作レバー４に信号Ｐ１に対応した所定の大きさの作動力ＦＰ１が付与され、この作動力ＦＰ１によって操作レバー４を把持する操作者にクリック感触として認識されると共に報知音によって聴覚的にも操作者に認識される。そして、操作レバー４による風量調節の過程で、制御手段７の出力部７５から車載されたコントローラ１７へ駆動信号ｃが出力されることにより、図示せぬエアコンの送風機の出力が所定量ずつ増加するように動作される。また、風量調節が上限に達した後の操作レバー４の右方向操作では風量が上限値のまま維持するようにコントロールされると共に、操作者はクリック感および報知音によって風量調節が上限に達したことを確実に認識することができる。また、操作レバー４を中立位置から左方向へ揺動操作する場合も同様であり、この場合は、操作レバー４が左方向に所定回数だけ揺動操作される過程で、送風機の出力が所定量ずつ減少するように動作される。また、風量調節が下限に達した後の操作レバー４の左方向操作では風量が下限値のまま維持するようにコントロールされると共に、操作者はクリック感および報知音によって風量調節が下限に達したことを確実に認識することができる。なお、操作者が操作レバー４への揺動操作を中止したときには、操作レバー４は各スプリング１３の弾性力によって中立位置に自動復帰するようになっている。
【００２５】
一方、操作者が操作レバー４を中立位置から上記と直交する方向、例えば図４の＋Ｙ方向へ所定回数だけ揺動操作した後に風向ルーバーの角度が上限に達した場合、図５（ｂ）に示すように、操作レバー４が＋Ｙ方向のストロークエンド位置（３０°）まで揺動操作される直前で、電磁ブレーキ５から操作レバー４に信号Ｐ２に対応した所定の大きさの作動力ＦＰ２が付与され、この作動力ＦＰ２によって操作レバー４を把持する操作者にクリック感触として認識されると共に報知音によって聴覚的にも操作者に認識される。そして、操作レバー４による風向調節の過程で、制御手段７の出力部７５から車載されたコントローラ１７へ駆動信号ｃが出力されることにより、エアコンの風向ルーバーが所定角度ずつ上向きに傾くように動作される。また、風向ルーバー角度が上限に達した後の操作レバー４の＋Ｙ方向操作では当該角度が上限値のまま維持するようにコントロールされると共に、操作者はクリック感および報知音によって風向ルーバーの角度が上限に達したことを確実に認識することができる。同様に、操作レバー４が−Ｙ方向に所定回数だけ揺動操作される過程で、風向ルーバーが所定角度ずつ下向きに傾くように動作される。また、風向ルーバー角度が下限に達した後の操作レバー４の−Ｙ方向操作では風向ルーバー角度が下限値のまま維持するようにコントロールされると共に、操作者はクリック感および報知音によって風向ルーバーの角度が下限に達したことを確実に認識することができる。なお、操作者が操作レバー４への操作を中止したときには、操作レバー４は各スプリング１３の弾性力によって中立位置に自動復帰するようになっている。
【００２６】
このように本実施形態例に係る集中制御装置にあっては、操作者が手動で操作する操作レバー４と、この操作レバー４を揺動可能に支持する支持部材２と、操作レバー４の端面に対向配置された電磁ブレーキ５と、操作レバー４の操作状態を検出するオプティカルイメージセンサ６と、このオプティカルイメージセンサ６の出力信号ａに基づいて電磁ブレーキ５の駆動を制御する制御手段７とを備え、電磁ブレーキ５が、電磁コイル１３と、この電磁コイル１３が巻回されたヨーク１２と、このヨーク１２の端面に対向するアーマチュア１０とを有し、操作レバー４の所定操作に応じて制御手段７から電磁コイル１３に連続的なパルス信号を印加することにより、アーマチュア１０をヨーク１２上に設けたライニング材１４に周期的に吸引させて報知音が発生するように構成したので、アーマチュア１０をヨーク１２側へ吸引させるだけの動作で操作レバー４に外力を加えることができ、力覚付与機構を簡略化して小型の集中制御装置を実現できる。また、操作レバー４の所定操作時にのみ電磁ブレーキ５の電磁コイル１３に通電すればよいので、消費電力を低減することが可能となる。さらに、電磁ブレーキ５を周期的に作動させることで、ライニング材１４にアーマチュア１０を断続的に吸引（衝突）させて報知音が発生するようにしたので、別体のスピーカを設ける必要がなくなり、この点からも集中制御装置の小型化を図ることができる。
【００２７】
また、電磁ブレーキ５において、報知音を発生させるために、ヨーク１２（ライニング材１４）とアーマチュア１０との対向面間距離を０．１〜０．２５ｍｍの範囲に設定したので、ライニング材１４とアーマチュア１０との対面距離を十分確保して両者を衝突させることができ、十分な音量の報知音を発生させることができる。しかも、ヨーク１２によるアーマチュア１０の吸引力が大幅に減衰しない対面間距離に設定できるため、ヨーク１２から発生する磁力を効率よく利用することができ、より小型の報知音発生機能付き集中制御装置を実現できる
また、操作レバー４の外力受部８の下端面８ａを操作レバー４の揺動支点（球面部３）を中心とする球面状に形成し、電磁ブレーキ５の構成部材であるアーマチュア１０をこの下端面８ａにばね部材９を介して取り付けると共に、電磁コイル１３が巻回されたヨーク１２の上端面をアーマチュア１０に対向配置させ、このヨーク１２の上端面を下端面８ａの形状に倣って球面状に形成したので、電磁コイル１５への通電時にアーマチュア１０をヨーク１２側に確実に吸引させることができると共に、電磁コイル１３への通電解除時にばね部材９の弾性力によってアーマチュア１０をヨーク１２から確実に離反させることができる。しかも、ヨーク１２の上端面にライニング材１４が取り付けられているため、アーマチュア１０がライニング材１４を介してヨーク１２に吸引され、電磁ブレーキ５のブレーキ力を安定させることができる。
【００２８】
なお、本実施形態例では、操作レバー４の揺動方向を±Ｘおよび±Ｙの４方向に規定すると共に、±Ｘ方向については操作レバー４の揺動角度を＋２０°から−２０°の範囲に規定し、±Ｙ方向については操作レバー４の揺動角度を＋３０°から−３０°の範囲に規定するようにしたが、車載電気機器の種類に応じて、これら揺動方向を適宜変更してもよいし、また、揺動角度についても所定の操作形態に適合するように変更することが可能である。
【００２９】
また、上記第１実施形態例では、電磁ブレーキ５の構成部材であるアーマチュア１０を操作レバー４の下端面８ａにばね部材９を介して取り付け、電磁コイル１３が巻回されたヨーク１４を支持部材２と一体の取付板２ａ上に固定した場合について説明したが、図６に示す第２実施形態例のように、アーマチュア１０を操作レバー４の下端面８ａに直接取り付け、電磁コイル１３が巻回されたヨーク１２をばね部材９を介して取付板２ａ等の設置部材上に取り付けることも可能である。
【００３０】
次に、図７を用いて本発明の第３実施形態例について説明する。同図において、前述した第１および第２実施形態例と共通の部材には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３１】
上記第１および第２実施形態例が揺動操作型の操作レバーを有するタイプであるのに対して、本実施形態例に係る力覚付与型入力装置は、操作者が手動により回転操作する操作つまみを有するタイプである。図７に示すように、この力覚付与型入力装置は、軸受孔１８を有する支持部材２と、軸受孔１８にて支持される軸部１９を有する操作つまみ２０と、操作つまみ２０の下端面に対向配置された電磁ブレーキ５と、操作つまみ２０の操作状態を検出するロータリーエンコーダ２１等を有しており、図示はしないが、上記第１および第２実施形態例と同様にロータリーエンコーダ２１の出力信号を取り込み、当該出力信号に基づいて電磁ブレーキ５の駆動信号や、各種車載用電気機器をコントロールするコントローラへの駆動信号を出力する制御手段等を備えている。
【００３２】
操作つまみ２０の下端部には円筒状の外力受部２２が一体形成されており、この外力受部２２の下端面には、外力受部２２と同軸状に一体化された軸部２３が形成されている。さらに、外力受部２２の下端面には板ばね等からなるばね部材９を介して磁性材料からなるアーマチュア１０が軸部２３を取り囲むように取り付けられている。また、操作つまみ２０の軸部１９にはこの軸部１９の下方向への移動を規制する規制部１９ａが形成されている。
【００３３】
電磁ブレーキ５に設けられたヨーク１２の中央部に軸受穴１２ａが形成されており、この軸受孔１２ａに外力受部２２と一体化した軸部２３が支持される。これにより、操作つまみ２０は、下端側が軸受１２ａで支持されると共に、上端側が軸受１８で支持されるので、支持部材２に対してガタ付きを防止して回転自在に支承される。また、軸部１９に形成した規制部１９ａの下面が支持部材２の上面に当接することで、操作つまみ２０の下方向への移動が規制されており、アーマチュア１０とヨーク１２との対向面間距離が一定となるように操作つまみ２０が保持されている。
【００３４】
ロータリエンコーダ２１は支持部材２内の天井面に操作つまみ２０の回転軸と同軸状となるように取り付けられている。ロータリエンコーダ２１は軸部１９と一体で回転するコード板とフォトインタラプタとを主として備えており（いずれも図示せず）、コード板に形成された検出パターンをフォトインタラプタで読み取ることにより、回転座標における操作つまみ２０の移動量、すなわち操作つまみ２０の回転方向と回転量（回転角度）を検出することができるようになっている。
【００３５】
このように構成された第３実施形態例においても、第１実施形態例および第２実施形態例と同様に、各種車載電気機器の集中制御装置として適用できるものであり、操作つまみ２０の所定操作に応じて電磁ブレーキ５に所定の駆動信号ｂを供給することで、操作者に所定の力覚を認識させることができると共に、その操作状態を報知音でも操作者に認識させることができる。また、このような回転型の操作つまみを有する報知音発生機能付き力覚付与型入力装置においても、消費電力の低減と小型化を図ることができることは言うまでもないことである。
【００３６】
なお、上記第１〜第３実施形態例では、本発明の力覚付与型入力装置を車載用電気機器等の集中制御装置に適用した場合について説明したが、それ以外の各種電気機器、例えばＭＤ／ＣＤラジカセやＤＶＤプレーヤなどの家庭用オーディオ機器等を遠隔操作するリモコン等に適用することも可能である。
【００３７】
また、上記第１〜第３実施形態例では、所定の操作時における操作レバーにクリック感触および報知音を付与する場合について説明したが、操作レバーに振動感触や抵抗感を付与すると共に、それらの感触に所望の報知音を付与するようにしても良いことは勿論である。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００３９】
操作体の操作状態に応じた検出手段の出力信号に基づいて電磁ブレーキを駆動し、操作体に所定の力覚を付与すると共に、操作体の所定操作に応じて電磁コイルに連続的なパルス信号を印加することにより、アーマチュアとヨークを周期的に吸着させて報知音が発生するように構成したので、力覚付与機構を簡略化して小型の力覚付与型入力装置を実現できるのみならず、操作体の所定操作時にのみ電磁コイルに通電すればよく、それゆえ、消費電力を低減することが可能となる。また、電磁ブレーキ自体の機構を用いて報知音を発生させることができるので、別体のスピーカを設ける必要がなくなり、この点からも力覚付与型入力装置の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態例に係る力覚付与型入力装置の構成図である。
【図２】該力覚付与型入力装置に備えられる操作レバーの動作説明図である。
【図３】該力覚付与型入力装置に備えられる電磁コイルへ供給される駆動信号を例示する説明図である。
【図４】該操作レバーの可動範囲を例示する説明図である。
【図５】該操作レバーに付与される外力を例示する説明図である。
【図６】本発明の第２実施形態例に係る力覚付与型入力装置の構成図である。
【図７】本発明の第３実施形態例に係る力覚付与型入力装置の構成図である。
【符号の説明】
１ 球面軸受
２ 支持部材（支持体）
２ａ 取付板（設置部材）
３ 球面部
４ 操作レバー（操作体）
５ 電磁ブレーキ
６ オプティカルイメージセンサ（検出手段）
７ 制御手段
８，２２ 外力受部
８ａ 下端面
９ ばね部材
１０ アーマチュア
１１ スプリング
１２ ヨーク
１３ 電磁コイル
１４ ライニング材
１６ 導像管
１７ コントローラ
１８ 軸受孔
１９ 軸部
２０ 操作つまみ（操作体）
２１ エンコーダ（検出手段）
７１ 入力部
７２ 記憶部
７３ ＣＰＵ
７４ ドライバ回路
７５ 出力部
Claims (4)
- 操作者が手動で操作する操作体と、この操作体を変位可能に支持する支持体と、前記操作体の端面に対向配置された電磁ブレーキと、前記操作体の操作状態を検出する検出手段と、この検出手段の出力信号に基づいて前記電磁ブレーキの駆動を制御する制御手段とを備え、
前記電磁ブレーキが、電磁コイルと、この電磁コイルが巻回されたヨークと、このヨークの端面に対向するアーマチュアとを有し、前記操作体の所定操作に応じて前記制御手段から前記電磁コイルに連続的なパルス信号を印加することにより、前記ヨークと前記アーマチュアとを周期的に吸着させて報知音が発生するように構成したことを特徴とする力覚付与型入力装置。 - 請求項１の記載において、前記ヨークと前記アーマチュアとの対向面間距離を０．１〜０．２５ｍｍの範囲に設定したことを特徴とする力覚付与型入力装置。
- 請求項１または２の記載において、前記アーマチュアを前記操作体の端面にばね部材を介して取り付けたとを特徴とする力覚付与型入力装置。
- 請求項１または２の記載において、前記アーマチュアを前記操作体の端面に取り付けると共に、前記ヨークをばね部材を介して設置部材に取り付けたことを特徴とする力覚付与型入力装置。
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