JP2005019113A - 力覚付与型入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノブの回転を阻止するロック感触（壁感触）を備えた力覚付与型入力装置であって、ノブのロックの解除を簡単な構成で容易に行うことができる、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】回転操作される操作ノブ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２と、操作ノブ１に回転力を付与すると共に、回転角を規制する回転動作規制手段３と、回転動作規制手段３に連結された弾性部材８と、回転動作規制手段３を制御する制御部９とを備え、回転動作規制手段３により操作ノブ１の回転が阻止された状態において、操作ノブ１を回転操作させた際には、弾性部材８が撓むことにより操作ノブ１に与えられる操作力の回転方向を検出して、その回転方向に相当する回転方向信号をロータリーエンコーダ２により出力するようにした。
【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】
上述の力覚付与型入力装置においては、ノブが所定の回転角まで回転した時にノブのそれ以上の回転を阻止してロックするようにした感触、いわゆる、壁感触の要望がある。しかしながら、ノブをロックした場合には、そのロックした状態でノブが固定されてしまうため、ノブを回転させることができず、ノブのロックを解除させることができなくなる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、ノブの回転を阻止するロック感触（壁感触）を備えた力覚付与型入力装置であって、ノブのロックの解除を簡単な構成で容易に行うことができる、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、回転操作される操作ノブと、この操作ノブ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、前記操作ノブに回転力を付与すると共に、回転角を規制する回転動作規制手段と、可撓性の材料からなり前記回転動作規制手段に一端側が連結された弾性部材と、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回転動作規制手段を制御する制御部とを備え、前記回転動作規制手段により前記操作ノブの回転が阻止された状態において、前記操作ノブを回転操作させた際には、前記弾性部材が撓むことにより前記操作ノブに与えられる操作力の回転方向を検出して、その回転方向に相当する回転方向信号を前記ロータリーエンコーダにより出力するようにした構成とした。
【００１０】
また、第２の解決手段として、前記弾性部材は、前記操作ノブと前記回転動作規制手段との間に介在されている構成とした。
また、第３の解決手段として、前記弾性部材は、前記回転動作規制手段とこの回転動作規制手段が取り付けられる筐体との間に介在されている構成とした。
【００１１】
また、第４の解決手段として、前記弾性部材が、可撓性エラストマー或いは硬質ゴムからなる構成とした。
また、第５の解決手段として、前記回転動作規制手段が、電磁ブレーキからなる構成とした。
【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４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は制御部を含む電気系統のブロック図、図３は操作ノブの動作手順を示すフローチャート図、図４は力覚付与型入力装置の他の実施例の構成を示す斜視図である。
【００１３】
図１において、操作ノブ１は、操作者が摘んで回転操作を行うもので、この操作ノブ１は、手動により矢印Ａ方向及び矢印Ｂ方向に回転操作されるものである。ロータリーエンコーダ２は、操作ノブ１の駆動軸７に設けられ、駆動軸７の回転角、すなわち操作ノブ１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２は、駆動軸７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２ａと、このコード板２ａ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２ａの回転角、すなわち操作ノブ１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２ｂとを有している。そして、このセンサ部２ｂは、操作ノブ１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。
【００１４】
電磁ブレーキ３は、駆動軸７の周囲に設けられ、操作ノブ１に回転力を与える回転力付与と、操作ノブ１の回転を阻止するための回転動作規制手段を構成している。この電磁ブレーキ３は、鉄心にコイルを巻回して円環状に配置された電磁コイル（図示せず）を内臓する電磁石部４と、この電磁石部４と一端側が隙間を持って対峙され、鉄板からなるアーマチュア５が円板状の板バネを介して取り付けられた駆動体部６とを有している。
また、この駆動体部６は、その他端側が駆動軸７に固着されており、操作ノブ１の回転操作に伴って回転可能に配設されている。また、電磁石部４は、回転動作規制手段が取り付けられる筐体（図示せず）に取り付けられている。
【００１５】
弾性部材８は、可撓性エラストマー或いは硬質ゴムなどの可撓性を有する材料からなり、操作ノブ１と電磁ブレーキ３の駆動体部６との間に介在されており、略円柱状に形成されて、駆動軸７の中間に駆動軸７を連結するように固着されている。また、この弾性部材８は、駆動軸７に固着されたエンコーダ２のコード板２ａと、電磁ブレーキ３の駆動体部６との間の駆動軸７に固着されたものとなっている。
【００１６】
この弾性部材８は、電磁ブレーキ３により操作ノブ１の回転が阻止された状態において、操作ノブ１を回転操作させた際には、弾性部材８が撓むことにより操作ノブ１に与えられる操作力の回転方向を検出して、その回転方向に相当する回転方向信号をロータリーエンコーダ２により出力するようになっている。
この場合、弾性部材８の撓む量としては、操作ノブ１の回転角に換算して０．１度程度あればよく、この０．１度の操作ノブ１の回転角をロータリーエンコーダ２が検知することにより、その回転方向に相当する回転方向信号を出力するようになっている。
【００１７】
このように、弾性部材８が、可撓性を有する材料の可撓性エラストマー或いは硬質ゴムから形成されているので、構成が簡易であり、複雑な機構を用いないで操作ノブ１のロック解除を実現できるものとなっている。
【００１８】
制御部９は、入力部９ａ、演算部９ｂ、記憶部９ｃ、出力部９ｄを有している。入力部９ａは、ロータリーエンコーダ２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９ｂは、入力部９ａに入力された回転角信号と、回転方向信号に応じて電磁ブレーキ３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９ｄは、演算部９ｂによる演算結果に応じて、電磁ブレーキ３に制御信号を出力するものである。
【００１９】
尚、演算部９ｂは、操作ノブ１が所定の回転角αに達したかどうかを判断し、所定の回転角αに達したと判断したときに、電磁ブレーキ３により操作ノブ１の回転を阻止する旨を決定するようになっている。
【００２０】
また、この演算部９ｂは、操作ノブ１が所定の回転角αに達したと判断した後、操作ノブ１に操作力が与えられると、その操作力の回転方向が操作ノブ１の回転角を増大させる矢印Ａ方向かどうかを判断し、矢印Ａ方向であると判定したときに、操作ノブ１のロックの継続を決定するようになっている。また、操作力の回転方向が矢印Ａ方向でないと判定したときに、つまり、操作ノブ１の回転角を減少させる矢印Ｂ方向であると判定したときに、操作ノブ１のロックの解除を決定するように設定されている。
【００２１】
そして、記憶部９ｃには、制御部９を動作させるための制御プログラムと、演算部９ｂ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１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。
前記関数は、例えば、操作ノブ１の矢印Ａ方向の回転角の増大に従って操作ノブ１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電磁ブレーキ３の駆動力に対応する制御信号の値を示す関数である。
【００２２】
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、回転角度が０度の状態から、操作者が操作ノブ１を矢印Ａ方向に回転操作すると、回転角がロータリーエンコーダ２により検出され、その回転角の相当する回転角信号が制御部９の入力部９ａに入力される。そして、演算部９ｂにより、操作ノブ１の回転角と、記憶部９ｃに予め記憶されている関数とから操作ノブ１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９ｂにより算出された値の操作信号が出力部９ｄから出力される。これにより、例えばエアコンなどの風量が増加するものとなる。
【００２３】
このとき、演算部９ｂでは、操作ノブ１の回転角に応じた電磁ブレーキ３の制御信号の値の演算も行われる。そして、演算部９ｂにより算出された値の制御信号が出力部９ｄから電磁ブレーキ３に出力される。これにより、電磁ブレーキ３から操作ノブ１に回転操作に抵抗する力が加えられ、この力が操作ノブ１の矢印Ａ方向における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１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、風量を増加させる矢印Ａ方向に操作ノブ１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。
【００２４】
また、操作ノブ１の回転角が所定の回転角αに達すると、ロータリーエンコーダ２により所定の回転角αが検出され、その所定の回転角αに相当する回転角信号が制御部９の入力部９ａに入力される。そして、演算部９ｂにより、記憶部９ｃに予め記憶されている演算式に基づいて、操作ノブ１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９ｄから電磁ブレーキ３に出力される。これにより、操作ノブ１が所定の回転角αを超えて回転することが阻止されるものとなる。
【００２５】
また、このように操作ノブ１の回転が阻止された状態において、操作者が操作ノブ１を回転させようとして操作ノブ１に操作力を加えると、図３に示す手順の動作が行われる。
【００２６】
すなわち、操作ノブ１の回転が阻止された状態（壁感触状態）において、操作ノブ１に加えられた操作力の回転方向が、弾性部材８が撓むことによりロータリーエンコーダ２により検出され、その回転方向に相当する回転方向信号が制御部９の入力部９ａに入力される（手順Ｓ１）。そして、演算部９ｂにより、記憶部９ｃに予め記憶されている演算式に基づいて、操作力の回転方向が操作ノブ１の回転角を増大させる矢印Ａ方向（壁感触方向）かどうかが判断される（手順Ｓ２）。
【００２７】
この時、操作力の回転方向が矢印Ａ方向（壁感触方向）であると判断されると（手順Ｓ２でＹＥＳ）、出力部９ｄから電磁ブレーキ３に、操作ノブ１の回転の阻止を継続させるブレーキ制御信号が出力され（手順Ｓ３）、操作ノブ１の回転が阻止された状態が継続される。また、操作力の回転方向が操作ノブ１の回転を増加させる方向でないと判断されると（手順Ｓ２でＮＯ）、すなわち、操作ノブ１の回転角を減少させる矢印Ｂ方向（壁感触の解除方向）であると判断されると、出力部９ｄから電磁ブレーキ３に、操作ノブ１の回転の阻止を解除させるブレーキ制御信号が出力され（手順Ｓ４）、操作ノブ１が矢印Ｂ方向に回転可能な状態となり、その操作力により操作ノブ１が矢印Ｂ方向に回転するものとなる。
【００２８】
上記した本発明の実施例によれば、電磁ブレーキ３により操作ノブ１の回転が阻止された状態（壁感触状態）において、操作ノブ１を回転操作させた際には、弾性部材８が撓むことにより操作ノブ１に与えられる操作力の回転方向を検出して、その回転方向に相当する回転方向信号をロータリーエンコーダ２により出力するようにしたことから、回転方向が操作ノブ１の回転角を増加する方向の場合には操作ノブ１の回転の阻止を継続させ、操作ノブ１の回転角を減少する方向の場合には操作ノブ１の回転が可能な状態となるため、操作ノブ１の回転が阻止されている状態、すなわち操作ノブ１の回転を阻止するロック感触（壁感触）状態のときにおいても、操作ノブ１にわずかの操作力を与えるだけで、操作ノブ１のロックの解除を容易に行うことができるので、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。
【００２９】
また、弾性部材８を、操作ノブ１と電磁ブレーキ３との間に介在するようにしたので、簡単な構成で、確実に操作ノブ１のロック解除を実現できる。
また、回転動作規制手段として、電磁ブレーキ３を使用することによって、電磁石部４とアーマチュア５とで強固な吸着力が得られるので、確実に操作ノブ１の回転を阻止することができるものとなっている。
【００３０】
図４は、本発明の力覚付与型入力装置の他の実施例を示すものである。
尚、上述した図１に示した実施例と同一部品については同一符号を付してその説明は省略する。
【００３１】
この場合に、図１に示した実施例との相違点は、弾性部材８の形状とその取り付け構造が一部相違している点である。すなわち、図４に示す実施例においては、弾性部材１１は、可撓性エラストマー或いは硬質ゴムなどの可撓性を有する材料から形成されている点では同一の構成であるが、この弾性部材１１は平板状に形成されており、駆動軸７に固着するのではなく、電磁ブレーキ３の電磁石部４と筐体１２との間に対向されて一対介在されたものとなっている。そして、操作ノブ１と電磁ブレーキ３の駆動体部６とは駆動軸７で直接連結されたものとなっているている。
【００３２】
尚、本実施例では、弾性部材１１は、電磁石部４と筐体１２との間に接続版１３、１４によって保持されて取り付けられたものとなっている。また、ロータリーエンコーダ２のセンサ部２ｂが、筐体１２に延設された固定板１５に固着されたものとなっている。
【００３３】
この場合においても、弾性部材１１は、電磁ブレーキ３により操作ノブ１の回転が阻止された状態（壁感触状態）において、操作ノブ１を回転操作させた際には、弾性部材１１が撓むことにより操作ノブ１に与えられる操作力の回転方向を検出して、その回転方向に相当する回転方向信号をロータリーエンコーダ２により出力するようになっている。尚、この場合、弾性部材１１は、対向された一対の弾性部材１１が互いに板厚方向にツイストするように撓むものとなる。
【００３４】
上記実施例の構成によれば、弾性部材１１は、電磁ブレーキ３と電磁ブレーキ３が取り付けられる筐体１２との間に介在されていることから、ロータリーエンコーダ２の取り付け位置を操作ノブ１側以外に自由に設定できるので省スペース化が図れるもとなっている。
【００３５】
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。
また、回転動作規制手段として電磁ブレーキを挙げたが、本発明はこれに限るものではなく、電磁クラッチを使用してもよい。
【００３６】
また、操作ノブ１がロックされた状態において、操作ノブ１に矢印Ｂ方向の操作力が与えられたときにロックが解除されるように設定したが、本発明はこれに限るものではなく、操作ノブ１に矢印Ａ方向の操作力が与えられたときにロックが解除されるように設定してもよい。
【００３７】
【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、回転操作される操作ノブと、操作ノブ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、操作ノブに回転力を付与すると共に、回転角を規制する回転動作規制手段と、可撓性の材料からなり回転動作規制手段に一端側が連結された弾性部材と、ロータリーエンコーダからの検出信号に基づいて回転動作規制手段を制御する制御部とを備え、回転動作規制手段により操作ノブの回転が阻止された状態において、操作ノブを回転操作させた際には、弾性部材が撓むことにより操作ノブに与えられる操作力の回転方向を検出して、その回転方向に相当する回転方向信号をロータリーエンコーダにより出力するようにしたことから、回転方向が操作ノブの回転角を増加する方向の場合には操作ノブの回転の阻止を継続させ、操作ノブの回転角を減少する方向の場合には操作ノブの回転が可能な状態となるため、操作ノブの回転が阻止されている状態、すなわちノブの回転を阻止するロック感触（壁感触）状態のときにおいても、操作ノブにわずかの操作力を与えるだけで、操作ノブのロックの解除を容易に行うことができるので、操作性の優れた力覚付与型入力装置を提供できる。
【００３８】
また、弾性部材は、操作ノブと回転動作規制手段との間に介在されていることから、簡単な構成で、確実に操作ノブのロック解除を実現できる。
また、弾性部材は、回転動作規制手段と回転動作規制手段が取り付けられる筐体との間に介在されていることから、ロータリーエンコーダの取り付け位置を操作ノブ側以外に自由に設定できるので省スペース化が図れる。
【００３９】
また、弾性部材が、可撓性エラストマー或いは硬質ゴムからなることから、構成が簡易であり、複雑な機構を用いないで操作ノブのロック解除を実現できる。
また、回転動作規制手段が、電磁ブレーキからなることから、電磁石部とアーマチュアとで強固な吸着力が得られるので、確実に操作ノブの回転を阻止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例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制御部を含む電気系統のブロック図である。
【図３】本発明の操作ノブの動作手順を示すフローチャート図である。
【図４】本発明の力覚付与型入力装置の他の実施例の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 操作ノブ
２ロータリーエンコーダ
２ａ コード板
２ｂ センサ部
３ 電磁ブレーキ（回転動作規制手段）
４ 電磁石部
５ アーマチュア（鉄板）
６ 駆動体部
７ 駆動軸
８ 弾性部材
９ 制御部
１１ 弾性部材
１２ 筐体
１３，１４ 接続板
１５ 固定板

Claims (5)

1. 回転操作される操作ノブと、この操作ノブ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、前記操作ノブに回転力を付与すると共に、回転角を規制する回転動作規制手段と、可撓性の材料からなり前記回転動作規制手段に一端側が連結された弾性部材と、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回転動作規制手段を制御する制御部とを備え、前記回転動作規制手段により前記操作ノブの回転が阻止された状態において、前記操作ノブを回転操作させた際には、前記弾性部材が撓むことにより前記操作ノブに与えられる操作力の回転方向を検出して、その回転方向に相当する回転方向信号を前記ロータリーエンコーダにより出力するようにしたことを特徴とする力覚付与型入力装置。
2. 前記弾性部材は、前記操作ノブと前記回転動作規制手段との間に介在されていることを特徴とする請求項１記載の力覚付与型入力装置。
3. 前記弾性部材は、前記回転動作規制手段とこの回転動作規制手段が取り付けられる筐体との間に介在されていることを特徴とする請求項１記載の力覚付与型入力装置。
4. 前記弾性部材が、可撓性エラストマー或いは硬質ゴムからなることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の力覚付与型入力装置。
5. 前記回転動作規制手段が、電磁ブレーキからなることを特徴とする請求項１記載の力覚付与型入力装置。

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