JP2005327169A - 力覚付与型入力装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 駆動部材を介在させずに検出スイッチの押圧操作が可能で、押釦表面の摩耗を防止することができる力覚付与型入力装置を提供する。
【解決手段】 円環状の周側面12aを有し、周方向に回転操作されると共に、軸線方向とは直交する径方向に押圧操作される操作部材12と、操作部材12に回転力を付与するアクチュエータ6と、操作部材12の周側面12aの一部が露出する開口部1aを有し、操作部材12及びアクチュエータ6を収納する筐体1、2と、筐体1、2に取付けられ、操作部材12の押圧操作に伴って駆動される検出スイッチ5とを備え、筐体1、2には、操作部材12の押圧操作に伴って操作部材12と共に揺動するブラケット4を設け、ブラケット4に操作部材12を回転可能に支持すると共に、操作部材12が押圧操作された際には揺動されるブラケット4により検出スイッチ6を直接押圧駆動するようにした。
【選択図】 図5

Description

本発明は、例えば自動車に搭載されるエアコンなどの電気機器の操作に用いられる入力装置に係り、特に手動操作されるノブの回転方向や回転量に応じて、そのノブを操作する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。
従来から、力覚付与型入力装置には、手動で回転操作及び押圧操作されるノブと、このノブの回転角を検出するエンコーダ及び押圧を検出する押釦スイッチと、ノブに回転力を与えるアクチュエータ(モータ)と、前記エンコーダにより検出された回転角に応じてアクチュエ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。
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、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出口の切り換え、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。
この場合、まずノブを回転させて操作対象である車載用エアコン等を選択した後、ノブを押圧して操作対象機器を確定させる。次に、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アクチュエータ(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。
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。
このような従来の力覚付与型入力装置には、アクチュエータ(モータ)とノブを直結して、ノブとアクチュエータを同時に移動させるタイプの入力装置が知られているが、直結タイプにおいては、アクチュエータとノブの変速比が1となるため力覚としてのトルクが不足してしまう欠点があった。
このため、昨今では、トルク不足を補うために、アクチュエータを固定しノブのみを移動可能に支持して、アクチュエータの回転軸の回転を減速してノブに伝達するためのプーリーとベルトを設け、このプーリーとベルトを介してアクチュエータとノブを接続した構成の入力装置が開発されている(例えば、特許文献1参照)。
この従来の入力装置を図6に基づいて説明すると、入力装置は、筐体126と、この筐体126に支持されたアクチュエータ(モータ)112、及びセンサ(エンコーダ)110と、アクチュエータ112の回転軸140にプーリー132とベルト138を介して回転可能で、且つ揺動可能に接続されたノブ66と、このノブ66の揺動時の移動を検出する押釦スイッチ150とを有している。
この入力装置の動作を説明すると、ノブ66が回転操作されると、軸134に固着されたプーリー132及びベルト138を介してアクチュエータ112の回転軸140が回転され、この回転角をアクチュエータ112に連結されたセンサ110により検出する。そして、このセンサ110により検出された回転角に応じてアクチュエータ112を図示しないコントローラで制御すると共に、ノブ66の操作対象物である特定の機器にノブ66の回転角に応じた操作信号を出力するものとなる。
この時、コントローラからの信号でアクチュエータ112を制御するが、アクチュエータ112とノブ66はプーリ136、及び132を介してベルト138で連結されており、プーリ136、132の径を変えることにより、アクチュエータ112とノブ66の変速比が変わるため、アクチュエータ112の回転軸140の回転を減速してノブに伝達することにより、十分なトルクがアクチュエータ112からノブ66に伝達できるものとなる。
また、ノブ66を回転させて種々の機器の中から操作対象である機器を選択した後、ノブ66を押圧することにより、ノブ66及び軸134が揺動し、軸134が、下側に配置された駆動部材148を介して押釦スイッチ150を押圧するものとなり、押釦スイッチ150の押圧によって検出された信号がコントローラに送信され、操作対象機器を確定させるものとなっている。
米国特許第6128006号明細書
しかしながら、上述した従来の力覚付与型入力装置の構造においては、ノブ66を回転操作させることから、ノブ66の軸134で直接押釦スイッチ150を押圧した場合、軸134が押釦表面と当接して回転することにより、押釦表面が摩耗してしまうことから、軸134と押釦スイッチ150との間に駆動部材148を介在させて押圧駆動させることにより押釦表面の摩耗を防止する構成となっていた。このため、部品点数が増え、構造が複雑化してしまい、作業性が悪いと共に、装置の小型化ができないという問題があった。
従って、本発明では上述した問題点を解決し、回転操作される操作部材を軸線方向とは直交する径方向に押圧操作した場合でも、駆動部材を介在させずに検出スイッチの押圧操作が可能で、押釦表面の摩耗を防止することができる力覚付与型入力装置を提供することを目的とする。
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、円環状の周側面を有し、周方向に回転操作されると共に、軸線方向とは直交する径方向に押圧操作される操作部材と、この操作部材に回転力を付与するアクチュエータと、前記操作部材の周側面の一部が露出する開口部を有し、前記操作部材及び前記アクチュエータを収納する筐体と、この筐体に取付けられ、前記操作部材の押圧操作に伴って駆動される検出スイッチとを備え、前記筐体には、前記操作部材の押圧操作に伴って前記操作部材と共に揺動するブラケットを設け、このブラケットに前記操作部材を回転可能に支持すると共に、前記操作部材が押圧操作された際には揺動される前記ブラケットにより前記検出スイッチを直接押圧駆動するようにした構成とした。
また、第2の解決手段として、前記ブラケットの前記筐体への揺動支点位置を、前記操作部材の支持位置とは対向する反対側に設け、前記操作部材の前記ブラケットへの支持位置側に前記操作部材の押圧操作を検出する前記検出スイッチを配置した構成とした。
また、第3の解決手段として、前記ブラケットには、前記アクチュエータが支持されており、前記操作部材と前記アクチュエータは、前記アクチュエータの回転軸の回転を減速して前記操作部材に伝達する噛合ギヤを介して接続されている構成とした。
また、第4の解決手段として、前記ブラケットには、前記操作部材が支持された下面側に、前記噛合ギヤの外周部を支持するギヤガイドを設けた構成とした。
上述したように、本発明の力覚付与型入力装置は、円環状の周側面を有し、周方向に回転操作されると共に、軸線方向とは直交する径方向に押圧操作される操作部材と、操作部材に回転力を付与するアクチュエータと、操作部材の周側面の一部が露出する開口部を有し、操作部材及びアクチュエータを収納する筐体と、筐体に取付けられ、操作部材の押圧操作に伴って駆動される検出スイッチとを備え、筐体には、操作部材の押圧操作に伴って操作部材と共に揺動するブラケットを設け、ブラケットに操作部材を回転可能に支持すると共に、操作部材が押圧操作された際には揺動されるブラケットにより検出スイッチを直接押圧駆動するようにしたことから、操作部材の押圧操作に伴って駆動される検出スイッチは、回転操作される操作部材ではなく操作部材が回転可能に支持されたブラケットが揺動することにより、このブラケットで押圧駆動されるため、駆動部材を介在させることなく検出スイッチの押釦表面の摩耗を防止することができるので、部品点数を削減でき、作業性が向上すると共に、装置の小型化が図れる。
また、ブラケットの筐体への揺動支点位置を、操作部材の支持位置とは対向する反対側に設け、操作部材のブラケットへの支持位置側に操作部材の押圧操作を検出する検出スイッチを配置したことから、検出スイッチをブラケットの揺動支点から遠い位置に配置できるので、操作部材が検出スイッチを押圧するストロークを短く設定できると共に、操作部材近傍で検出手段を押圧できるので、操作フィーリングが良好となる。
また、ブラケットには、アクチュエータが支持されており、操作部材とアクチュエータは、アクチュエータの回転軸の回転を減速して操作部材に伝達する噛合ギヤを介して接続されていることから、操作部材を径方向に押圧操作してもアクチュエータが共に移動するので、アクチュエータの回転力をベルト等の可撓性伝動部材を介さずに伝達でき、ダイレクトな力覚を付与することができる。
また、ブラケットには、操作部材が支持された下面側に、噛合ギヤの外周部を支持するギヤガイドを設けたことから、操作部材の傾きなどの変位を防止し、操作部材が押圧操作された際の噛合ギヤの歯合状態を一定にして、安定した回転力の伝達ができる。
以下、本発明の実施形態を図1乃至図5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正面図、図2は力覚付与型入力装置の構成を示す平面図、図3は力覚付与型入力装置の構成を示す左側面図、図4は力覚付与型入力装置の構成を示す右側面図、図5は力覚付与型入力装置の構成を示す断面図である。尚、図1乃至図4では内部の構成が分かり易いようにハウジングの一部を除いた状態で示している。
図において、筐体は合成樹脂などの絶縁材で形成され、内部に空洞部を有するドーム状に形成された上ケース1と、この上ケース1の下面側に係合されて空洞部を塞ぐ平板状の底板2とから形成されている。また、上ケース1の上面側には、方形状の開口部1aが設けられており、この開口部1aに後述する操作部材12の周側部の一部が露出するものとなっている。また、上ケース1の開口部1a側の一内側面には、上下方向に沿って延設された突出部3aを有するガイド部材3が設けられている。
ブラケット4は、合成樹脂材あるいは金属材などで断面形状が略F字状に形成され、やや厚肉状の基台4aと、この基台4aの略中央に垂直方向に立設された第1取付け板4bと、この第1取付け板4bと平行して基台4aの一端側に立設された第2取付け板4cとを有している。このブラケット4は、基台4aの他端側が前記底板2に支軸部2aで軸支されて、その一端側が揺動可能となっており、また、基台4aの一端側の下方に位置する前記底板2上には、ブラケット4の回動に伴い一端側で押圧される検出スイッチである押釦スイッチ5が配設されている。
前記ブラケット4の第1取付け板4bには、後述する操作部材12に回転力を付与するアクチュエータであるモータ6が取付けられており、このモータ6の回転軸6aの一端が第2取付け板4c側へ突出している。また、このモータ6の回転軸6aの一端には、後述する操作部材12の第2の噛合ギヤ14と歯合してモータ6の回転軸6aの回転を減速する第1の噛合ギヤ7が固着されている。また、モータ6は本体が前記ブラケットの基台4a近傍に支持されて前記底板2の内底面側に支持されている。
また、前記モータ6の回転軸6aの他端には、回転軸6aの回転角、すなわち操作部材12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円周方向に沿って多数のコード、例えばスリット8aが配列されたコード板8が固着されている。また、前記ブラケット4の基台4aには、L字状の支持板9を介して回路基板10が取付けられており、この回路基板10にはフォトセンサ11が取付けられている。このフォトセンサ11の発光部及び受光部が前記コード板8のスリット8aを挟んで対向されて配設されている。このコード板8とフォトセンサ11とで回転検出手段であるエンコーダを構成している。
操作部材12は、合成樹脂等の絶縁材からなり、円環状の周側面12aを有し、片側が開口された中空部12bを有する円筒状に形成されている。この操作部材12は、前記ブラケット4の第2取付け板4cに、前記第1取付け板4b側に向かって突出して設けられた回転支持部材13の支持軸13aに軸支され、前記第1取付け板4bと第2取付け板4cとの間に回転可能に取付けられている。
このように、前記操作部材12の前記ブラケット4への支持位置は、前記操作部材12を挟んで前記モータ6の前記ブラケット4への支持位置(第1取付け板4b)とは反対側で支持したことから、前記操作部材12を前記ブラケット4との支持位置(第2取付け板4c)と前記モータ6との中間に配置することができるので、前記操作部材12の形状に制約がなく自由に設計できると共に、前記ブラケット4の形状にも制約がなく肉厚を十分とれるので強固に形成できるものとなっている。
また、前記操作部材12の中空部12bには、この内周面に沿って円環状に連続した第2の噛合ギヤ14が固着されている。そして、前記第1取付け板4bに取付けられたモータ6の回転軸6aの一端に固着された第1の噛合ギヤ7が、前記操作部材12の中空部12bの中に配置され、この第1の噛合ギヤ7と前記第2の噛合ギヤ14とが歯合されるものとなる。また、前記モータ6のブラケット4への支持位置は、前記底板2の内底面側に設けられているので、前記第1の噛合ギヤ7と第2の噛合ギヤ14とは、前記操作部材12が上ケース1の開口部1aから露出した周側面12aの反対側で歯合されている。
このように、前記モータ6のブラケット4への支持位置を、前記操作部材12の支持軸13aを挟んで前記底板2の内底部側に設けると共に、前記上ケース1の開口部1aから露出した前記操作部材12の周側面12aの反対側で、前記操作部材12と前記第1及び第2の噛合ギヤ7、14を介して接続したことから、前記モータ6が筐体を構成する前記上ケース1と底板2から飛び出すことなく前記モータ6の第1の噛合ギヤ7を小さく形成できるので、前記モータ6の回転を容易に減速できると共に、上ケース1の開口部1aの周囲に障害物がないようにすることができる。
また、この場合、前記第1の噛合ギヤ7のギヤ(歯)数に比べて、前記第2の噛合ギヤ14のギヤ(歯)数の方が十分に多く形成されているので、この第1の噛合ギヤ7と第2の噛合ギヤ14とで、前記モータ6の回転軸6aの回転が減速されるものとなり、前記モータ6の回転時には、前記操作部材12に十分な回転トルクが得られるものとなっている。
また、前記操作部材12とモータ6は、共通の前記ブラケット4に取付けられており、操作部材12が押圧されて下方へ移動される時には、モータ6が共に移動するものとなっており、モータ6の回転の減速機構である前記第1の噛合ギヤ7と第2の噛合ギヤ14との噛合状態は変わらず、操作部材12にダイレクトな回転力が伝達されるものとなっている。
また、前記ブラケット4の前記底板2への支持位置を、前記モータ6側に設けると共に、前記操作部材12と前記ブラケット4の支持位置側に、前記操作部材12の移動を検出する検出スイッチである押釦スイッチ5を配置したことから、押圧スイッチ5を前記ブラケット4の揺動支点から遠い位置に配置できるので、前記操作部材12が押圧スイッチ5を押圧するストロークを短く設定できると共に、前記操作部材12近傍で押圧スイッチ5を押圧できるので、操作フィーリングが良好となっている。
また、前記ブラケット4の第2取付け板4cに設けられた前記回転支持部材13には、支持軸13aの突出方向とは反対側に突出すると共に、中央に前記ブラケット4の移動方向に沿ったガイド溝13bが形成されている。このガイド溝13bが、前記上ケース1の開口部1a側の一内側面に設けられたガイド部材3の突出部3aと係合することにより、ブラケット4が上下方向に移動するときのガイド手段を構成している。
このように、筐体の一部を構成する前記上ケース1と、前記ブラケット4には、前記ブラケット4の移動方向に沿って突出部3aを有する前記ガイド部材3と、ガイド溝13bを設けたことから、これらのガイド手段により前記ブラケット4の移動がガイドされるので、前記操作部材12が押圧された際には、径方向に移動する際の横ぶれなどの発生を防止することができるものとなっている。
また、前記ブラケット4の基台4aには、前記第1取付け板4bと第2取付け板4cとの間で、前記操作部材12の下面側に、前記第2のギヤ14の外周部(下面側)を支持するギヤガイド15が設けられている。このギヤガイド15を設けることにより操作部材12の傾きなどの変位を防止し、前記操作部材12が押圧操作された際の第1の噛合ギヤ7と第2の噛合ギヤ14との歯合状態を一定にして、安定した回転力の伝達ができるものとなっている。
尚、図示はしないが、力覚付与型入力装置は、外部のコントローラに接続されており、このコントローラは、入力部、演算部、記憶部、出力部を有している。入力部は、エンコーダ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。演算部は、入力部に入力された回転角信号と、回転方向信号に応じてモータ6を制御する制御信号の値(電圧値)を演算するものである。出力部は、演算部による演算結果に応じて、モータ6に制御信号を出力するものである。そして、記憶部には、制御部を動作させるための制御プログラムと、演算部による制御信号の値の演算に使用される関数と、演算式とを予め記憶させている。
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、操作部材12を回転操作すると、第2の噛合ギヤ14及び第1の噛合ギヤ7を介してモータ6が回転され回転軸6aに固着されたコード板8が回転することでフォトセンサ11が読み取ったコード信号が図示しないコントローラの入力部に入力される。そして、予め記憶された制御信号が出力部から出力され、表示装置(図示せず)の切換えが行なわれる。ここで、操作対象である機器(例えば、エアコン)を選択した後、操作部材12を押圧することにより、ブラケット4が支軸部2aを支点として下方へ揺動(回動)され、対向する一端側の下方に配設された押釦スイッチ5が押圧される。そして、この検出信号がコントローラに入力され、操作対象機器(エアコン)が確定されるものとなる。
次に、各種モード(吹出口切換え/温度設定/風量設定)を同じ方法で選択して確定する。そして、操作対象モード(例えば、風量)の時、操作部材12を回転操作すると、回転角がエンコーダ(コード板8及びフォトセンサ11)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の入力部に入力される。そして、演算部により、操作部材12の回転角と、記憶部に予め記憶されている関数とから操作部材12の回転角に応じた操作信号の値が演算される。そして、演算部により算出された値の操作信号が出力部から出力される。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。
このとき、演算部では、操作部材12の回転角に応じたモータ6の制御信号の値の演算も行われる。そして、演算部により算出された値の制御信号が出力部からモータ6に出力される。これにより、モータ6から操作部材12に回転操作に抵抗する力が加えられ、この力が操作部材12の回転角の増大に従って、その回転操作方向に抵抗する力が増大する。つまり、操作者は、操作部材12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操作部材12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。
また、操作部材12の回転角が所定の回転角(例えば、MAX位置)に達すると、エンコーダ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の入力部に入力される。そして、演算部により、記憶部に予め記憶されている演算式に基づいて、操作部材12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からモータ6に出力される。これにより、操作部材12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。
このように、上記構成の力覚付与型入力装置は、前記操作部材12を手動で回転操作することにより、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り、車載用エアコンの風量の調節や吹出口の切り換え、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ものである。
上記した本発明の実施例によれば、筐体の前記底板2には、前記操作部材12の押圧操作に伴って前記操作部材12と共に揺動する前記ブラケット4を設けて、前記ブラケット4に前記操作部材12を回転可能に支持すると共に、前記操作部材12が押圧操作された際には、揺動される前記ブラケット4により前記押釦スイッチ5を直接押圧駆動するようにしたことから、前記操作部材12の押圧操作に伴って駆動される押釦スイッチ5は、回転操作される前記操作部材12ではなく、前記操作部材12が回転可能に支持された前記ブラケット12が揺動することにより、このブラケット12で押圧駆動されるため、従来のように駆動部材を介在させることなく押釦スイッチ5の押釦表面の摩耗を防止することができるので、部品点数を削減でき、作業性が向上すると共に、装置の小型化が図れるものとなっている。
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、エンコーダ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、操作部材に回転力を付与するアクチュエータとしてモータを使用したが、電磁ブレーキ、電磁クラッチ等を使用してもよい。
本発明の力覚付与型入力装置の構成を示す正面図である。 本発明の力覚付与型入力装置の構成を示す平面図である。 本発明の力覚付与型入力装置の構成を示す左側面図である。 本発明の力覚付与型入力装置の構成を示す右側面図である。 本発明の力覚付与型入力装置の構成を示す断面図である。 従来の力覚付与型入力装置の構成を示す要部斜視図である。
符号の説明
1:上ケース(筐体)
1a:開口部
2:底板(筐体)
2a:支軸部
3:ガイド部材
3a:突出部
4:ブラケット
4a:基台
4b:第1取付け板
4c:第2取付け板
5:押釦スイッチ(検出スイッチ)
6:モータ(アクチュエータ)
6a:回転軸
7:第1の噛合ギヤ
8:コード板(エンコーダ)
8a:スリット
9:支持板
10:回路基板
11:フォトセンサ(エンコーダ)
12:操作部材
12a:周側面
12b:中空部
13:回転支持部材
13a:支持軸
13b:ガイド溝
14:第2の噛合ギヤ
15:ギヤガイド

Claims (4)

  1. 円環状の周側面を有し、周方向に回転操作されると共に、軸線方向とは直交する径方向に押圧操作される操作部材と、この操作部材に回転力を付与するアクチュエータと、前記操作部材の周側面の一部が露出する開口部を有し、前記操作部材及び前記アクチュエータを収納する筐体と、この筐体に取付けられ、前記操作部材の押圧操作に伴って駆動される検出スイッチとを備え、前記筐体には、前記操作部材の押圧操作に伴って前記操作部材と共に揺動するブラケットを設け、このブラケットに前記操作部材を回転可能に支持すると共に、前記操作部材が押圧操作された際には揺動される前記ブラケットにより前記検出スイッチを直接押圧駆動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. 前記ブラケットの前記筐体への揺動支点位置を、前記操作部材の支持位置とは対向する反対側に設け、前記操作部材の前記ブラケットへの支持位置側に前記操作部材の押圧操作を検出する前記検出スイッチを配置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。
  3. 前記ブラケットには、前記アクチュエータが支持されており、前記操作部材と前記アクチュエータは、前記アクチュエータの回転軸の回転を減速して前記操作部材に伝達する噛合ギヤを介して接続されている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。
  4. 前記ブラケットには、前記操作部材が支持された下面側に、前記噛合ギヤの外周部を支持するギヤガイドを設け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。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020087718A (ja) * 2018-11-27 2020-06-04 株式会社ヴァレオジャパン スイッチ装置およびスイッチ装置の組み付け方法

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