JP2005018564A

JP2005018564A - 力覚付与型入力装置

Info

Publication number: JP2005018564A
Application number: JP2003184502A
Authority: JP
Inventors: Ayumi Kobayashi; 歩小林
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2003-06-27
Filing date: 2003-06-27
Publication date: 2005-01-20

Abstract

【課題】複数のモータを使用することなしに、多様なトルクフィーリングを簡単な構成で容易に発生させることができる、操作性の優れた力覚付与型入力装置を提供する。
【解決手段】駆動軸２を有し回転可能な駆動体１と、駆動体１の回転方向及び回転角を検出するロータリーエンコーダ４と、駆動体１の一端側に取り付けられた磁性材からなるアーマチュア３と、アーマチュア３と駆動体１の軸線方向に空間を介して対向して配設された電磁コイル６と、電磁コイル６が取り付けられた基台５とを備え、電磁コイル６を複数個設け、複数個の電磁コイル６をそれぞれ個別の板ばね７を介して基台５に取り付けると共に、複数個の電磁コイル６をそれぞれ異なる接触表面とした。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気機器や車載用電気機器に使用される入力装置に係り、ノブに回転角に応じた回転力を与えることにより、ノブから操作者に所定の力学的な感触（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、手動で回転操作されるノブと、このノブの回転角を検出するロータリーエンコーダと、ノブに回転力を与えるモータと、前記ロータリーエンコーダにより検出された回転角に応じてモータを制御すると共に、ノブの操作対象物である別の装置にノブの回転角に応じた操作信号を出力するコントローラとを備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このように構成された力覚付与型入力装置は、ノブ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ものであって、車載用エアコンの風量の調節や吹き出し口の切り換え、ラジオの音量やチューナーの調整、オーディオの音量や音質の調整などが操作対象となる。
【０００４】
車載用エアコンの風量を調整する場合、例えば、ノブを風量を増加させる方向に回転すると、ノブの回転方向と反対方向の回転力がモータからノブに与えられ、風量を増加させる方向におけるノブの回転角の増大に従って、ノブ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、ノブから与えられる抵抗力の増加に伴う抵抗感触（力覚）により、風量を増加させる方向にどの程度ノブを回転させたかを把握することができる。
【０００５】
尚、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、ノブ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、ノブの回転角が所定の回転角を超える際にノブ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
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の力覚付与型入力装置においては、操作者が操作ノブを操作する場合に、モータから操作ノブに与えられる抵抗力の増減に伴う抵抗感触及び加速感触（力覚）により、その操作状態を把握するようになっているが、使用するモータが一種類のため、発生するトルクフィーリング（感触）が全て同じような感触となってしまい、多様なトルクフィーリングを発生させることができないという問題があった。
【０００８】
従って、本発明では上述した問題点を解決し、複数のモータを使用することなしに、多様なトルクフィーリングを簡単な構成で容易に発生させることができる、操作性の優れた力覚付与型入力装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明では第１の解決手段として、駆動軸を有し回転可能な駆動体と、この駆動体の回転方向及び回転角を検出するロータリーエンコーダと、前記駆動体の一端側に取り付けられた磁性材からなるアーマチュアと、このアーマチュアと前記駆動体の軸線方向に空間を介して対向して配設された電磁コイルと、この電磁コイルが取り付けられた基台とを備え、前記電磁コイルを複数個設け、この複数個の電磁コイルをそれぞれ個別の板ばねを介して前記基台に取り付けると共に、複数個の前記電磁コイルをそれぞれ異なる接触表面とした構成とした。
【００１０】
また、第２の解決手段として、前記板ばねは、前記基台の上面側に固定される第１のばね片と、前記電磁コイルの下面側に固定される第２のばね片を有し、この第１及び第２のばね片により、前記電磁コイルを前記基台上に前記駆動体の軸線方向に移動可能に取り付けた構成とした。
また、第３の解決手段として、前記電磁コイルは、接触表面がゴム材からなる第１の電磁コイルと、接触表面がプラスチック材からなる第２の電磁コイルとで構成した。
【００１１】
また、第４の解決手段として、前記第１の電磁コイルと、前記第２の電磁コイルをそれぞれ２個づつ設けると共に、十字方向に互いに対向させて前記基台上に配置した構成とした。
また、第５の解決手段として、前記ロータリーエンコーダからの検出信号に基づいて前記電磁コイルへ流す電流を制御する制御部を備え、この制御部で、前記駆動体の回転角度や回転位置に合わせて複数個の前記電磁コイルに流す電流を変化させることにより異なる力覚を発生させるようにした構成とした。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１乃至図３に示す。図１は本発明に係る力覚付与型入力装置の構成を示す斜視図、図２は本発明に係る力覚付与型入力装置の板ばねを示す平面図、図３は制御部を含む電気系統のブロック図である。
【００１３】
図１において、駆動体１は、合成樹脂などの絶縁材で略円盤状に形成されている。この駆動体１の上面側の中央には、円筒状の駆動軸２が上方へ突出して設けられており、この駆動軸２の先端側には図示しない操作ノブが取り付けられている。この操作ノブは図示しない筐体に軸支されて回転可能に取り付けられており、この操作ノブを操作者が摘んで回転操作を行うことにより駆動体１が回転可能となっている。
【００１４】
また、駆動体１の下面側には、同じく円盤状の鉄板からなるアーマチュア３が取り付けられており、このアーマチュア３は駆動体１の回転に伴って回転するものとなっている。また、このアーマチュア３は後述する電磁コイル６と一定の空間を保持した状態で対向して配置されたものとなっている。
【００１５】
ロータリーエンコーダ４は、駆動体１の駆動軸２に設けられ、駆動軸２の回転角、すなわち操作ノブの回転角を検出し、その回転角に相当する回転角信号を出力するもので、このロータリーエンコーダ４は、駆動軸２に固着され、縁に円周方向に沿って多数のコード、例えばスリットが配列されたコード板４ａと、このコード板４ａのスリットに向かって光を放つ発光部及びスリットを通過した光を受光してそのスリットが示すコード板４ａの回転角、すなわち操作ノブの回転角に相当する回転角信号を出力する受光部からなるセンサ部４ｂとを有している。そして、このセンサ部４ｂは、操作ノブが回転可能に軸支される筐体（図示せず）に取り付けられている。
【００１６】
基台５は、同じく合成樹脂などの絶縁材で略円盤状に形成されている。この基台５の上面側には、複数個の電磁コイル６が円板状の板ばね７を介して取り付けられている。電磁コイル６は、鉄心にコイルを円環状に巻回して形成された電磁石からなり、この電磁石のコイルに、後述する制御部８からの制御信号が出力されたときに発生する磁力の作用で、対向して配置された前記アーマチュア３に吸着することにより駆動体１の回転を制御する電磁ブレーキを構成している。
【００１７】
また、前記電磁コイル６は、上面の接触表面がゴム材からなる、２個の第１の電磁コイル６ａ、６ｂと、同じく上面の接触表面がプラスティック材からなる、２個の第２の電磁コイル６ｃ、６ｄとで構成されている。この場合、第１の電磁コイル６ａが第１電磁ブレーキ、第１の電磁コイル６ｂが第２電磁ブレーキを構成し、第２の電磁コイル６ｃが第３電磁ブレーキ、第２の電磁コイル６ｄが第４電磁ブレーキを構成している。
【００１８】
この場合、前記第１の電磁コイル６ａ、６ｂと、第２の電磁コイル６ｃ、６ｄは、十字方向に互いに対向させた状態で前記基台５の上面に配置された構成となっている。また、第１の電磁コイル６ａ、６ｂと、第２の電磁コイル６ｃ、６ｄとは、それぞれ上面の接触表面側が、前記アーマチュア３と一定の空間を保持した状態で対向して配置されたものとなっている。尚、前記基台５は図示しない筐体に取り付けられている。
【００１９】
このように、電磁コイル６を、接触表面がゴム材からなる第１の電磁コイル６ａ、６ｂと、接触表面がプラスチック材からなる第２の電磁コイル６ｃ、６ｄとで構成したので、汎用の材料を使用できるので加工が容易なため、特別な設備や工程を要することなしに、異なる接触表面を持つ電磁コイルを簡単に形成することができる。また、第１の電磁コイル６ａ、６ｂと、第２の電磁コイル６ｃ、６ｄをそれぞれ２個づつ設けると共に、十字方向に互いに対向させて前記基台５の上面に配置するようにしたので、トルクフィーリングの発生時には、バランスのよいフィーリングが得られ、操作性の向上が図れるものとなっている。
【００２０】
板ばね７は、ばね性を有する薄板金属板からなり、十字状に対向して形成された二対のばね片を有している。このばね片は、前記基台５の上面側に固定される、下方へ切り曲げされた一対の第１のばね片７ａと、前記電磁コイル６の下面側に固定される上方へ切り曲げされた一対の第２のばね片７ｂとを有し、この第１及び第２のばね片７ａ、７ｂの有するばね性により、前記電磁コイル６が前記基台５の上面に前記駆動体１の軸線方向に移動可能に取り付けられている。
【００２１】
このように、第１及び第２のばね片７ａ、７ｂにより、電磁コイル６を基台５の上面に駆動体１の軸線方向に移動可能に取り付けたことから、簡単な構成で複数個の電磁コイル６を基台５上に個々に可動状態で取り付けることができるものとなる。
【００２２】
制御部８は、入力部８ａ、演算部８ｂ、記憶部８ｃ、出力部８ｄを有している。入力部８ａは、ロータリーエンコーダ４から出力された回転角信号と、回転方向信号とが入力されるものである。演算部８ｂは、入力部８ａに入力された回転角信号と、回転方向信号に応じてそれぞれの電磁ブレーキを制御する制御信号の値（電圧値）を演算するものである。出力部８ｄは、演算部８ｂによる演算結果に応じて、それぞれの電磁ブレーキに制御信号を出力するものである。
【００２３】
尚、演算部８ｂは、例えば、操作ノブが所定の回転角に達したかどうかを判断し、所定の回転角に達したと判断したときに、電磁ブレーキにより操作ノブの回転を阻止する旨を決定するようになっている。そして、記憶部８ｃには、制御部８を動作させるための制御プログラムと、演算部８ｂによる制御信号の値の演算に使用される関数と、操作ノブのロックの継続と解除を決定するための演算式とを予め記憶させている。
【００２４】
次に、上記構成の力覚付与型入力装置の動作について説明する。
まず、操作ノブを回転させて、駆動軸２を介して駆動体１を回転すると、駆動軸２に固着されたロータリーエンコーダ４のコード板４ａが回転し、センサ部４ｂにより駆動体１の回転角の信号が制御部８の入力部８ａに入力される。制御部８は駆動体１の回転角に応じて所定の電流を電磁コイル６に送るように指示を出す。電流を受けた電磁コイル６は対向するアーマチュア３を吸引する。アーマチュア３は電磁コイル６から吸引力を受けるが、この時、基台５と電磁コイル６との間に介在された板ばね７がその板厚方向に伸びて、電磁コイル６の上面の接触表面がアーマチュア３と吸着される。
【００２５】
この状態で、操作ノブを回転させようとすると、アーマチュア３が電磁コイル６に吸着されているので、アーマチュア３と電磁コイル６との間に電磁コイル６の吸引力に応じた摩擦力が発生し、操作ノブを回転させようとする回転トルクが変化する。このようにして、操作ノブの回転角に応じて、制御部８に記憶されている所定の電流により所定の回転トルクが得られるようになっている。
そして、電磁コイル６への通電を止めると、電磁コイル６がアーマチュア３を吸引する吸引力は無くなるので、板ばね７が縮んで、アーマチュア３は電磁コイル６の接触表面から離れ、操作ノブはアーマチュア３の摩擦力がない状態になる。
【００２６】
この場合、前記電磁コイル６は、アーマチュア３と吸着する接触表面が異なる複数の材料から形成されており、ゴム材から形成された第１の電磁コイル６ａ、６ｂと、プラスチック材から形成された第２の電磁コイル６ｃ、６ｄとを、十字状にそれぞれ対向させて４個配置して構成してある。そして、制御部８が駆動体１の回転角に応じて所定の電流を電磁コイル６に通電する場合に、作動させる第１及び第２の電磁コイル６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの対象を変えたり、通電する電流を、回転角度や回転位置に合わせて変化させることにより、その摩擦感触の異なる種々の電磁ブレーキが構成できるので、多様なトルクフィーリング（異なる力覚）を発生させることができるものとなっている。
【００２７】
以上の動作を用いて、操作ノブを時計方向に回転すると、回転角の増加に伴って回転トルクが大きくなったり、その逆に、回転角の増加に伴って回転トルクが小さくなったりする操作ノブの感触（力覚）が得られるものとなり、これにより、例えばエアコンなどの風量の切り換えが行われるものとなる。
【００２８】
すなわち、この時、演算部８ｂでは、操作ノブの回転角に応じた電磁ブレーキの制御信号の値の演算も行われる。そして、演算部８ｂにより算出された値の制御信号が出力部８ｄから電磁ブレーキに出力される。これにより、電磁ブレーキから操作ノブに回転操作に抵抗する力が加えられ、この力が操作ノブ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、操作ノブ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（例えば時計方向）に操作ノブをどの程度回転させたかを把握することができるものとなる。
【００２９】
また、操作ノブの回転角が所定の回転角に達すると、ロータリーエンコーダ４により所定の回転角が検出され、その所定の回転角に相当する回転角信号が制御部８の入力部８ａに入力される。そして、演算部８ｂにより、記憶部８ｃに予め記憶されている演算式に基づいて、操作ノブの回転を阻止する旨が決定され、この決定に対するブレーキ制御信号が出力部８ｄから電磁ブレーキに出力される。これにより、操作ノブが所定の回転角を超えて回転することが阻止されるものとなる。
【００３０】
上記した本発明の実施例によれば、電磁コイル６を複数個設け、この複数個の電磁コイル６を、それぞれ個別の板ばね７を介して個々にアーマチュア３と吸着可能なように基台５に取り付けると共に、複数個の電磁コイル６をそれぞれ異なる接触表面を持つ材料である、ゴム材とプラスチック材によりそれぞれ形成するようにしたため、操作ノブを操作して、操作ノブに与えられる抵抗力の増減に伴う力覚により、その操作状態を把握する際に、複数個の電磁コイル６のうち、接触表面の異なるゴム材からなる第１の電磁コイル６ａ、６ｂと、プラスチック材からなる第２の電磁コイル６ｃ、６ｄをそれぞれ選択して作動させることにより、多様なトルクフィーリングを発生させることができるので、操作性の優れた力覚付与型入力装置を提供できるものとなっている。
【００３１】
尚、上記した本発明の実施例においては、力覚として抵抗感触が得られる力覚付与型入力装置を挙げたが、本発明はこれに限るものではなく、力覚として加速する感触や、クリック感触が得られる力覚付与型入力装置にしてもよい。
また、ロータリーエンコーダ２はスリットを通して光の透過を検出するようにしたが、光を反射するコードを有するコード板を使用してもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の力覚付与型入力装置は、駆動軸を有し回転可能な駆動体と、駆動体の回転方向及び回転角を検出するロータリーエンコーダと、駆動体の一端側に取り付けられた磁性材からなるアーマチュアと、アーマチュアと駆動体の軸線方向に空間を介して対向して配設された電磁コイルと、電磁コイルが取り付けられた基台とを備え、電磁コイルを複数個設け、複数個の電磁コイルをそれぞれ個別の板ばねを介して基台に取り付けると共に、複数個の電磁コイルをそれぞれ異なる接触表面としたことから、操作ノブを操作して、操作ノブに与えられる抵抗力の増減に伴う力覚により、その操作状態を把握する際に、複数個の電磁コイルのうち接触表面の異なる電磁コイルを選択して作動させることにより、多様なトルクフィーリングを発生させることができるので、操作性の優れた力覚付与型入力装置を提供できる。
【００３３】
また、板ばねは、基台の上面側に固定される第１のばね片と、電磁コイルの下面側に固定される第２のばね片を有し、第１及び第２のばね片により、電磁コイルを基台上に駆動体の軸線方向に移動可能に取り付けたことから、簡単な構成で複数個の電磁コイルを基台上に個々に可動状態で取り付けることができる。
また、電磁コイルは、接触表面がゴム材からなる第１の電磁コイルと、接触表面がプラスチック材からなる第２の電磁コイルとで構成したことから、加工が容易なため、特別な設備や工程を要することなしに、異なる接触表面を持つ電磁コイルを簡単に形成することができる。
【００３４】
また、第１の電磁コイルと、第２の電磁コイルをそれぞれ２個づつ設けると共に、十字方向に互いに対向させて前記基台上に配置したことから、トルクフィーリングの発生時には、バランスのよいフィーリングが得られ、操作性の向上が図れる。
また、ロータリーエンコーダからの検出信号に基づいて電磁コイルへ流す電流を制御する制御部を備え、制御部で、駆動体の回転角度や回転位置に合わせて複数個の電磁コイルに流す電流を変化させることにより異なる力覚を発生させるようにしたことから、複数個の電磁コイルのうち接触表面の異なる電磁コイルを選択して作動させたり、接触表面の同じ電磁コイルでも電磁コイルに流す電流を変化させるなどの組み合わせを色々変えることにより、更に多様なトルクフィーリングを発生させることができるので、操作性の優れた力覚付与型入力装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である力覚付与型入力装置の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の力覚付与型入力装置の板ばねを示す平面図である。
【図３】本発明の力覚付与型入力装置の制御部を含む電気系統のブロック図である。
【符号の説明】
１駆動体
２駆動軸
３アーマチュア
４ロータリーエンコーダ
４ａコード板
４ｂセンサ部
５基台
６磁気コイル
６ａ，６ｂ第１の磁気コイル
６ｃ，６ｄ第２の磁気コイル
７板ばね
７ａ第１のばね片
７ｂ第２のばね片
８制御部

Claims

駆動軸を有し回転可能な駆動体と、この駆動体の回転方向及び回転角を検出するロータリーエンコーダと、前記駆動体の一端側に取り付けられた磁性材からなるアーマチュアと、このアーマチュアと前記駆動体の軸線方向に空間を介して対向して配設された電磁コイルと、この電磁コイルが取り付けられた基台とを備え、前記電磁コイルを複数個設け、この複数個の電磁コイルをそれぞれ個別の板ばねを介して前記基台に取り付けると共に、複数個の前記電磁コイルをそれぞれ異なる接触表面としたことを特徴とする力覚付与型入力装置。
前記板ばねは、前記基台の上面側に固定される第１のばね片と、前記電磁コイルの下面側に固定される第２のばね片を有し、この第１及び第２のばね片により、前記電磁コイルを前記基台上に前記駆動体の軸線方向に移動可能に取り付けたことを特徴とする請求項１記載の力覚付与型入力装置。
前記電磁コイルは、接触表面がゴム材からなる第１の電磁コイルと、接触表面がプラスチック材からなる第２の電磁コイルとで構成したことを特徴とする請求項１、又は２記載の力覚付与型入力装置。
前記第１の電磁コイルと、前記第２の電磁コイルをそれぞれ２個づつ設けると共に、十字方向に互いに対向させて前記基台上に配置したことを特徴とする請求項３記載の力覚付与型入力装置。
前記ロータリーエンコーダからの検出信号に基づいて前記電磁コイルへ流す電流を制御する制御部を備え、この制御部で、前記駆動体の回転角度や回転位置に合わせて複数個の前記電磁コイルに流す電流を変化させることにより異なる力覚を発生させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の力覚付与型入力装置。