JP2005028510A

JP2005028510A - 力覚付与型入力装置

Info

Publication number: JP2005028510A
Application number: JP2003196460A
Authority: JP
Inventors: Ayumi Kobayashi; 歩小林
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2003-07-14
Filing date: 2003-07-14
Publication date: 2005-02-03

Abstract

【課題】操作体に力覚を付与するアクチュエータとして電磁ブレーキを用いつつ、該電磁ブレーキの制動力を変化させて複数種類の力覚が得られるようにした力覚付与型入力装置を提供する。
【解決手段】軸部４を突設した操作体３と、被制動部であるハブ５に対向配置されて操作体３に力覚を付与する電磁ブレーキ６と、操作体３の操作状態を検出する検出手段７と、検出手段７から出力される検出信号に基づいて電磁ブレーキ６の駆動を制御する制御手段８とから力覚付与型入力装置を構成する。電磁ブレーキ６を、電磁コイル１５と、電磁コイル１５が巻回されたヨーク１４と、板ばね９，１０を介してハブ５に保持されてヨーク１４の端面に対向する一対のアーマチュア１１，１２とから構成し、電磁コイル１５へ通電される電流値の大きさに応じてヨーク１４に吸着されるアーマチュアの個数を変化させる。
【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、操作体に力覚を付与するアクチュエータとして電磁ブレーキを用いた力覚付与型入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えばバイワイヤ方式の車載電気機器集中制御装置、ステアリング装置、ギアシフト装置、ブレーキ装置などに適用される入力装置として、操作者によって手動で操作される操作体と、この操作体の操作状態を検出する位置センサ等の検出手段と、操作体に力覚を付与するアクチュエータと、前記検出手段から出力される検出信号に基づいて前記アクチュエータの駆動を制御する制御手段とを備えた力覚付与型入力装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。かかる力覚付与型入力装置によれば、操作体の操作方向や操作量等に応じた種々の力覚を該操作体に付与することができるので、バイワイヤ方式の各種装置における操作体の操作に所望の操作感を付与することが可能となる。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１４９３２４号公報（第３−５頁、図３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の力覚付与型入力装置では、一般に、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いる。しかしながら、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があるため、これを操作体に力覚を付与する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が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してしまい、小型化も妨げられるという問題を生じていた。
【０００５】
そこで従来、こうした問題を回避するため、操作体に力覚を付与するアクチュエータとして、電磁コイルとヨークとアーマチュアとを有する電磁ブレーキを用いた力覚付与型入力装置が提案されている。しかしながら、かかる電磁ブレーキはアーマチュアがヨークに吸着されているときだけ制動力（摩擦力）を発生するというものであり、この制動力の強さを制御することは容易でないため、結局、操作体に付与される力覚が単調なものになってしまうという新たな問題を生じていた。
【０００６】
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、操作体に力覚を付与するアクチュエータとして電磁ブレーキを用いつつ、該電磁ブレーキの制動力を変化させて複数種類の力覚が得られるようにした力覚付与型入力装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するための一解決手段として、本発明の力覚付与型入力装置では、操作者によって操作される操作体と、該操作体の被制動部に対向配置されて該操作体に力覚を付与する電磁ブレーキと、前記操作体の操作状態を検出する検出手段と、該検出手段から出力される検出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、該電磁コイルが巻回されたヨークと、該ヨークの端面に対向する複数個のアーマチュアとを有し、該アーマチュアと前記ヨークのいずれか一方が前記被制動部に保持されていると共に、前記電磁コイルへ通電される電流値の大きさに応じて、前記ヨークまたは前記ヨーク側に配置された他の部材に吸着される前記アーマチュアの個数が変化するように構成した。
【０００８】
このように構成された力覚付与型入力装置によれば、電磁コイルへ通電してアーマチュアをヨークまたはヨーク側に配置された他の部材に吸着させるだけの動作で操作体に制動力を加えることができ、操作体に力覚を付与するアクチュエータとして大型の回転モータを使用する必要がなくなるため、小型の力覚付与型入力装置が実現できる。また、操作体へ力覚を付与するときだけ電磁コイルへ通電すればよいので、消費電力が低減できる。さらに、この力覚付与型入力装置の電磁ブレーキは、電磁コイルへ通電される電流値の大きさに応じてヨークまたはヨーク側に配置された他の部材に吸着されるアーマチュアの個数が変化するというものであり、ヨークに吸着されるアーマチュアの個数が増えるのに伴って制動力が増大するため、制動力の大きさが容易に制御できて、強さの異なる制動力に対応する複数種類の力覚が得られる。
【０００９】
なお、かかる一解決手段において、複数個のアーマチュアは例えば、複数種類の弾性部材を介して操作体の被制動部に保持されていればよく、この場合、電磁コイルへの通電量が小さいときには、弾性変形しやすい弾性部材に保持されたアーマチュアのみがヨークに吸着されて制動力を生起し、電磁コイルへの通電量が増大すると、該アーマチュアに加えて、弾性変形しにくい弾性部材に保持されたアーマチュアもヨークに吸着されて制動力を生起するように設定できる。また、かかる一解決手段において、アーマチュアとヨークの相対向する吸着面の片方または双方にライニング材を付設しておけば、制動力が高めやすくなるため好ましい。
【００１０】
また、上述した目的を達成するための他の解決手段として、本発明の力覚付与型入力装置では、操作者によって操作される操作体と、該操作体の被制動部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、該検出手段から出力される検出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、該電磁コイルが巻回されたヨークと、該ヨークの端面に対向するアーマチュアと、該アーマチュアと前記ヨークのいずれか一方に取り付けられて片面が他方に弾接可能な弾性材からなるブレーキシューとを有し、前記アーマチュアと前記ヨークのいずれか一方が前記被制動部に保持されていると共に、前記電磁コイルへ通電される電流値の大きさに応じて、前記アーマチュアまたは前記ヨークに弾接する前記ブレーキシューの面積が変化するように構成した。
【００１１】
このように構成された力覚付与型入力装置は、前記一解決手段と同様に小型化や低消費電力化が実現できる。また、この力覚付与型入力装置の電磁ブレーキは弾性材からなるブレーキシューを有し、電磁コイルへ通電される電流値の大きさ、つまりアーマチュアとヨーク間の吸引力の大きさに応じて、アーマチュアまたはヨークに弾接するブレーキシューの面積が変化するというものであり、該吸引力が増大してブレーキシューの弾接面積が広くなる（密着度が高まる）のに伴い制動力が増大するため、制動力の大きさが容易に制御できて、強さの異なる制動力に対応する多様な力覚を得ることが可能となる。
【００１２】
なお、かかる他の解決手段において、ブレーキシューが弾接可能なアーマチュアまたはヨークと該ブレーキシューとの間隔が一様でなく、この間隔が相対的に狭い領域でブレーキシューが加圧変形されることによって、他の領域で該ブレーキシューがアーマチュアまたはヨークと弾接するように構成しておけば、電磁コイルへ通電される電流値の大きさに応じて制動力の大きさを容易に制御できるため、好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、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は本発明の一実施形態例に係る力覚付与型入力装置の全体構成図、図２は該力覚付与型入力装置の要部を示す分解斜視図である。
【００１４】
本実施形態例に係る力覚付与型入力装置は、操作体が手動により回転操作されるタイプである。図１に示すように、この力覚付与型入力装置は、軸受孔２を有する支持部材１と、軸受孔２にて支持される軸部４を突設して回転操作される操作体３と、操作体３の被制動部として軸部４の外周面に固設されたハブ５と、ハブ５に対向配置されて操作体３に力覚を付与する電磁ブレーキ６と、操作体３の操作状態を検出するロータリエンコーダ７と、ロータリエンコーダ７から出力される検出信号ａに基づいて電磁ブレーキ６や外部コントローラ３０に対して駆動信号ｂや指令信号ｃを出力する制御手段８等を備えている。なお、操作体３を操作する際の制御対象となる外部機器は、外部コントローラ３０から出力される駆動信号によって各種動作が制御されるようになっており、この外部コントローラ３０が指令信号ｃによって制御されるようになっている。
【００１５】
操作体３の被制動部であるハブ５の天井面には、２種類の板ばね９，１０（図２参照）が複数個ずつ取り付けられている。一方の板ばね９は、上端がハブ５に固定されて下端が後述する第１のアーマチュア１１に固定されている。他方の板ばね１０は、上端がハブ５に固定されて下端が後述する第２のアーマチュア１２に固定されている。これら２種類の板ばね９，１０は弾性定数が異なり、一方の板ばね９は他方の板ばね１０よりも弾性変形しやすい。また、操作体３の軸部４には、支持部材１の上面に当接する規制部１３が設けられており、この規制部１３によって軸部４の下方への移動が規制されている。
【００１６】
電磁ブレーキ６は、前記板ばね９，１０を介してハブ５に保持された第１および第２のアーマチュア１１，１２と、支持部材１の底板部２０上に固定されたヨーク１４と、ヨーク１４に巻回された電磁コイル１５と、ヨーク１４の上端面に付設されたライニング材１６とによって構成されており、ヨーク１４の上端面がライニング材１６を介して第１および第２のアーマチュア１１，１２と対向している。ここで、ライニング材１６は、各アーマチュア１１，１２との摩擦力を高めるためのものである。また、第１のアーマチュア１１と第２のアーマチュア１２の中央部にはそれぞれ軸部４を遊挿するための軸孔１７，１８が設けられており、かつ第２のアーマチュア１２の複数箇所には板ばね９との干渉を回避するための逃げ孔１９が設けられている。なお、ヨーク１４の中央部には軸受孔２１が設けられており、この軸受孔２１内に軸部４の下端部が挿入されているため、軸部４は上部と下部が軸受孔２と軸受孔２１に支持された状態になっており、それゆえ支持部材１に軸支されている操作体３は回転操作時にガタ付きを生じる心配がない。
【００１７】
この電磁ブレーキ６は、所定の電流を電磁コイル１５へ通電すると、磁性材料からなる各アーマチュア１１，１２が電磁作用によりヨーク１４に吸着されて摩擦力を生起するというものであり、この摩擦力はハブ５の回転（つまり操作体３の回転）を妨げる制動力なので、操作体３に操作抵抗としての力覚が付与されて操作者の手指に感得されるようになっている。また、この電磁ブレーキ６は、電磁コイル１５へ通電される電流値の大きさに応じて、制動力の強さが２段階に変化するようになっている。すなわち、制御手段８は電磁コイル１５に対して、やや小さな電流Ｉ１とそれよりも大きな電流Ｉ２を選択的に通電することができ、通電される電流がＩ１のときには、比較的弾性変形しやすい板ばね９を介してハブ５に保持されている第１のアーマチュア１１がヨーク１４に吸着されて制動力ｆ１を生じるものの、板ばね９に比して弾性変形しにくい板ばね１０を介してハブ５に保持されている第２のアーマチュア１２は、吸引はされてもヨーク１４に吸着されることはないので制動力は生じない。また、通電される電流がＩ２のときには、第１のアーマチュア１１だけでなく第２のアーマチュア１２もヨーク１４に吸着されるため、ｆ１よりも強い制動力ｆ２を生じる。
【００１８】
ロータリエンコーダ７は、軸部４と一体的に回転する図示せぬコード板と、このコード板に設けられた検出パターンを読み取るための図示せぬフォトインタラプタとを備えており、回転操作時に操作体３の回転方向と回転量（回転角度）が検出できるようになっている。
【００１９】
制御手段８は、ロータリエンコーダ７から出力された検出信号ａが入力される入力部８１と、操作体３の操作状態に対応する制御信号等が記憶された記憶部８２と、入力部８１に入力された検出信号ａに応じた制御信号を記憶部８２から読み出して出力するＣＰＵ８３と、ＣＰＵ８３から出力された制御信号をＤ／Ａ変換して増幅することにより駆動信号ｂや指令信号ｃを生成するドライバ回路８４と、駆動信号ｂを電磁コイル１５へ出力すると共に指令信号ｃを外部コントローラ３０へ出力する出力部８５とを備えている。
【００２０】
このように本実施形態例に係る力覚付与型入力装置にあっては、電磁コイル１５へ通電して各アーマチュア１１，１２をヨーク１４に吸着させるだけの動作で操作体３に制動力を加えることができ、操作体３に力覚を付与するアクチュエータとして大型の回転モータを使用する必要がない。そのため、力覚付与型入力装置の小型化が容易に実現できる。また、操作体３へ力覚を付与するときだけ電磁コイル１５へ通電すればよいので、消費電力も低減できる。さらに、この力覚付与型入力装置の電磁ブレーキ６は、電磁コイル１５へ通電される電流値の大きさに応じてヨーク１４に吸着されるアーマチュアの個数が変化し、第１のアーマチュア１１のみが吸着される場合には制動力ｆ１が弱く、第１および第２のアーマチュア１１，１２が共に吸着される場合には制動力ｆ２が強くなるため、強さの異なる制動力に対応する２種類の力覚が得られる。したがって、アーマチュアを１つのみ備えた従来の力覚付与型入力装置に比べて、操作体３に多様な操作感を付与することができる。
【００２１】
なお、上述した実施形態例では一対のアーマチュア１１，１２をハブ（被制動部）５にて支持する場合について説明したが、アーマチュアの個数を３個以上にして制動力の強さが３段階以上変化する構成にしたり、アーマチュアではなくヨークを操作体の被制動部にて保持する構成にしてもよい。
【００２２】
図３は本発明の他の実施形態例に係る力覚付与型入力装置の要部を示す構成図であって、図１と対応する部分には同一符号を付すことにより、重複する説明は省略する。
【００２３】
図３に示す力覚付与型入力装置では、電磁ブレーキ６に備えられるアーマチュアの個数が１個だけであるが、この１個のアーマチュア２５に、肉厚が内周側ほど厚く形成された弾性材からなるブレーキシュー２６が取り付けられている点が、前記実施形態例と大きく異なっている。アーマチュア２５は板ばね２７を介してハブ５に保持されており、ブレーキシュー２６の下面とこれに対向するヨーク１４との間隔は内周側ほど狭くなっているので、電磁コイル１５へ通電される電流値の大きさに応じて、ヨーク１４に弾接するブレーキシュー２６の面積が変化して制動力が制御できるようになっている。すなわち、電磁コイル１５へやや小さな電流が通電されたときには、比較的弱い力でアーマチュア２５がヨーク１４に吸引されるため、ブレーキシュー２６は厚肉な内周部のみがヨーク１４に弾接して弱い制動力を生起するが、電磁コイル１５への通電量を増大させていくと、ブレーキシュー２６は内周部が加圧変形されて次第に外周側がヨーク１４に弾接していくようになるので、ヨーク１４に対するブレーキシュー２６の密着度が高まって制動力は増大していく。したがって、本実施形態例の場合、制動力をほぼ連続的に変化させることができて、強さの異なる制動力に対応する多様な力覚を得ることが可能となる。
【００２４】
なお、ブレーキシュー２６は他の形状であってもよく、例えば、ヨーク１４との対向面に高さ寸法の異なる複数種類の突起部を有するブレーキシューを用い、電磁コイル１５への通電量が少ないときには高さ寸法の大なる突起部をヨーク１４に弾接させ、通電量が多いときには高さ寸法の大なる突起部を加圧変形させつつ高さ寸法の小なる突起部もヨーク１４に弾接させるようにすれば、強さの異なる制動力に対応する複数種類の力覚が得られる。また、この種のブレーキシューをアーマチュア２５ではなくヨーク１４に取り付けてもよい。また、前記実施形態例と同様に、アーマチュアではなくヨークを操作体の被制動部にて保持する構成にしてもよい。
【００２５】
さらにまた、上述した各実施形態例では操作体が回転操作されるタイプの力覚付与型入力装置について説明したが、操作体が一方向または多方向へ揺動するタイプの力覚付与型入力装置であっても、本発明は適用可能である。
【００２６】
【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。
【００２７】
電磁コイルへ通電してアーマチュアをヨークに吸着させるだけの動作で操作体に制動力を加えることができ、操作体に力覚を付与するアクチュエータとして大型の回転モータを使用する必要がなくなるため、小型の力覚付与型入力装置が実現できる。また、操作体へ力覚を付与するときだけ電磁コイルへ通電すればよいので、消費電力が低減できる。さらに、電磁コイルへ通電される電流値の大きさに応じてヨークに吸着されるアーマチュアの個数が変化するように構成した電磁ブレーキを使用した場合、ヨークに吸着されるアーマチュアの個数が増えるのに伴って制動力が増大するため、制動力の大きさが容易に制御できて、強さの異なる制動力に対応する複数種類の力覚が得られる。
【００２８】
また、弾性材からなるブレーキシューを有し、電磁コイルへ通電される電流値の大きさに応じてアーマチュアまたはヨークに弾接するブレーキシューの面積が変化するように構成した電磁ブレーキを使用した場合には、ブレーキシューの弾接面積が広くなるのに伴い制動力が増大するため、制動力の大きさが容易に制御できて、強さの異なる制動力に対応する多様な力覚を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例に係る力覚付与型入力装置の全体構成図である。
【図２】図１に示す力覚付与型入力装置の要部分解斜視図である。
【図３】本発明の他の実施形態例に係る力覚付与型入力装置の要部構成図である。
【符号の説明】
１支持部材
３操作体
４軸部
５ハブ（被制動部）
６電磁ブレーキ
７ロータリエンコーダ（検出手段）
８制御手段
９，１０板ばね
１１，１２アーマチュア
１４ヨーク
１５電磁コイル
１６ライニング材
２５アーマチュア
２６ブレーキシュー
２７板ばね
３０外部コントローラ

Claims

操作者によって操作される操作体と、該操作体の被制動部に対向配置されて該操作体に力覚を付与する電磁ブレーキと、前記操作体の操作状態を検出する検出手段と、該検出手段から出力される検出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、該電磁コイルが巻回されたヨークと、該ヨークの端面に対向する複数個のアーマチュアとを有し、該アーマチュアと前記ヨークのいずれか一方が前記被制動部に保持されていると共に、前記電磁コイルへ通電される電流値の大きさに応じて、前記ヨークまたは前記ヨーク側に配置された他の部材に吸着される前記アーマチュアの個数が変化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、前記複数個のアーマチュアが複数種類の弾性部材を介して前記被制動部に保持されている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、前記アーマチュアと前記ヨークの相対向する吸着面の片方または双方に前記他の部材としてライニング材を付設したことを特徴とする力覚付与型入力装置。
操作者によって操作される操作体と、該操作体の被制動部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、該検出手段から出力される検出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、該電磁コイルが巻回されたヨークと、該ヨークの端面に対向するアーマチュアと、該アーマチュアと前記ヨークのいずれか一方に取り付けられて片面が他方に弾接可能な弾性材からなるブレーキシューとを有し、前記アーマチュアと前記ヨークのいずれか一方が前記被制動部に保持されていると共に、前記電磁コイルへ通電される電流値の大きさに応じて、前記アーマチュアまたは前記ヨークに弾接する前記ブレーキシューの面積が変化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４の記載において、前記ブレーキシューが弾接可能な前記アーマチュアまたは前記ヨークと該ブレーキシューとの間隔が一様でなく、前記間隔が相対的に狭い領域で前記ブレーキシューが加圧変形されることによって、他の領域で該ブレーキシューが前記アーマチュアまたは前記ヨークと弾接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。