JP2006350791A

JP2006350791A - 力覚付与型入力装置

Info

Publication number: JP2006350791A
Application number: JP2005177829A
Authority: JP
Inventors: Mikio Onodera; 幹夫小野寺
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2005-06-17
Filing date: 2005-06-17
Publication date: 2006-12-28
Also published as: US7390985B2; EP1734437A1; EP1734437B1; US20060284835A1; DE602006005103D1

Abstract

【課題】高さ方向（縦方向）の寸法を小型化するのに好適な力覚付与型入力装置を提供すること。
【解決手段】下面を開放した筒状の操作部材６（外装部材２２と内装部材２３）と、この操作部材６の内面中央部を回転可能に支持する支持部材（上部ブラケット５と下部ブラケット４）と、この支持部材に保持されたモータ７とを備え、モータ７の回転軸７ｂと操作部材６の回転中心軸（筒状突起２３ｂの軸心）とを直交させると共に、モータ７の大部分を操作部材６の内部に収容させ、モータ７の回転軸７ｂに固着されたピニオン２６を操作部材６の回転中心軸から外れた部位に設けられた環状ギヤ２３ａに噛合することにより、モータ７の回転力が操作部材６に付与されるように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、ユーザが回転操作する操作部材に所要の力覚を付与する力覚付与型入力装置に関するものである。

従来より、エアコンやオーディオあるいはナビゲーションシステム等の車載用制御機器の機能調整を１つの操作部材に集約し、ユーザがこの操作部材を回転操作して機器の選択や選択された機器の機能調整等を行う際に、操作部材の回転操作量や回転方向に応じた抵抗感や推力等の外力を付与することにより、操作フィーリングを良好にして操作性を確実にしたフォースフィードバック機能付きの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）。

図７はかかる力覚付与型入力装置の従来例を示す断面図であり、この入力装置は、上壁に軸受筒部１００ａを有する箱形形状のハウジング１００と、このハウジング１００の内部に収納されたモータ１０１およびプリント基板１０２と、ハウジング１００の上方に配設された操作部材１０３等を備えている。モータ１０１は円筒状の本体部１０１ａと本体部１０１ａから突出する回転軸１０１ｂとを有し、本体部１０１ａはハウジング１００の上壁裏面側にねじ止め等により固定されている。回転軸１０１ｂはハウジング１００の上壁を貫通して上方へ突出しており、この回転軸１０１ｂの上端には平歯車からなる第１歯車１０４が取り付けられている。

操作部材１０３は下面を開放した筒状体であり、その内面中央部に固定された支軸１０５を軸受筒部１００ａに挿通・保持することにより、操作部材１０３はハウジング１００に回転可能に支持されている。また、操作部材１０３の下端側には内周面に沿ってギヤ部１０３ａが刻設されており、このギヤ部１０３ａには第１歯車１０４と第２歯車１０６および第３歯車（図示せず）が１２０度の等間隔を保って噛合している。これら３個の歯車は直径や歯数を同じくする平歯車であり、第２歯車１０６の回転軸１０６ａはハウジング１００内の軸受け部１００ｂに支持されている。この回転軸１０６ａの下端にはコード板１０７が固着されており、プリント基板１０２の裏面側にはコード板１０７の回転情報を検出するフォトインタラプタ１０８が実装されている。また、プリント基板１０２の表面側にはプッシュスイッチ１０９が実装されており、このプッシュスイッチ１０９は支軸１０５の下端に対向している。なお、操作部材１０３と軸受筒部１００ａとの間にスプリング１１０が介設されており、操作部材１０３はこのスプリング１１０の弾発力によって上方へ付勢されている。

このように概略構成された力覚付与型入力装置では、ユーザが操作部材１０３をスプリング１１０の弾発力に抗して押圧操作すると、支軸１０５によってプッシュスイッチ１０９がオン動作し、図示せぬ制御部に対してプッシュスイッチ１０９から切換信号が出力されるようになっている。制御部はプッシュスイッチ１０９の切換信号に基づいて所望のモード（例えばエアコンの温度設定）が選択されたことを認識し、この状態でユーザが操作部材１０３を回転操作すると、操作部材１０３の回転位置に応じて選択されたモードの機能調整（例えば設定温度の上下調整）が行われる。かかる操作部材１０３の回転操作時にギヤ部１０３ａに噛合する第１乃至第３歯車が同期回転し、この第２歯車１０６に連動してコード板１０７が回転するため、フォトインタラプタ１０８から操作部材１０３の位置情報が検出される。前述した制御部はフォトインタラプタ１０８から出力される信号を入力してモータ１０１の駆動を制御するようになっており、例えばエアコンの設定温度調整に際し、設定温度を１度ずつ変える度にモータ１０１から操作部材１０３に回転方向と逆向きの力を付与すると、ユーザは調整された設定温度をクリック感を伴って認識することができる。
特開２００３−２２１３７号公報（第５−６頁、図１）

前述した従来の力覚付与型入力装置では、モータ１０１をその回転軸１０１ｂが操作部材１０３の回転中心軸と平行になるように縦向きに設置し、回転軸１０１ｂに取り付けた第１歯車１０４を操作部材１０３の内周面下端に刻設したギヤ部１０３ａに噛合することにより、モータ１０１の回転力が第１歯車１０４とギヤ部１０３ａを介して操作部材１０３に伝達されるように構成されているため、本体部１０１ａを含むモータ１０１の大部分が操作部材１０３の下端から外側へ突出した状態となり、その結果、入力装置全体が高さ方向（縦方向）に大型化してしまうという問題があった。

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、高さ方向（縦方向）の寸法を小型化するのに好適な力覚付与型入力装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明では、下面を開放した筒状の操作部材と、この操作部材の内面中央部を回転可能に支持する支持部材と、この支持部材に保持されたモータと、このモータの回転力を前記操作部材に付与する伝達機構とを備えた力覚付与型入力装置において、前記モータの回転軸と前記操作部材の回転中心軸とを直交させると共に、前記モータの少なくとも一部を前記操作部材の内部に収容させ、かつ、前記伝達機構が前記モータの回転軸に設けられた第１伝達部と前記操作部材の回転中心軸から外れた部位に設けられた第２伝達部とを有している構成とした。

このように構成された力覚付与型入力装置では、操作部材の回転中心軸に対して直交するように横向きに設置したモータの少なくとも一部が操作部材の内部に収容された状態となるため、入力装置全体の高さ方向（縦方向）の寸法を小型化することができる。

上記の構成において、前記伝達機構としてゴム部材等からなる第１および第２伝達部間の摩擦力を利用することも可能であるが、第１伝達部がモータの回転軸に取り付けられたピニオンからなると共に、第２伝達部が操作部材の下端面に刻設された環状ギヤ部からなり、これらピニオンと環状ギヤ部がかさ歯車を構成していると、モータの回転力を操作部材に対してスリップを生じることなく確実に伝達することができて好ましい。

この場合において、操作部材が互いに固定された外装部材と内装部材とを有し、この内装部材に支持部材に支持される被支持部と環状ギヤ部とを一体形成することが好ましく、このような二重構造にすると、ギヤを形成するのに最適な材料で内装部材を構成できると共に、操作部材の回転中心軸である被支持部と動力伝達部である環状ギヤ部との相対的位置ずれがなくなるため、モータの回転力を操作部材に円滑に伝達することができる。

また、操作部材に環状ギヤ部を包囲して下方へ延びるスカート部を形成し、このスカート部の内側にピニオンを配置すると、モータの回転軸に取り付けられたピニオンが操作部材のスカート部によって遮蔽されるため、外観と安全性を共に向上することができて好ましい。

また、上記の構成において、支持部材が天井部と該天井部から垂下する一対の側壁部とを有し、操作部材を天井部に設けた回転支持部に回転可能に支持すると共に、両側壁部の間にモータを収納するように構成すると、支持部材に操作部材を確実に回転支持できると共にモータを確実に保持することができて好ましい。

本発明の力覚付与型入力装置は、操作部材の回転中心軸に対して直交するように横向きに設置したモータの少なくとも一部が操作部材の内部に収容された状態となるため、入力装置全体の高さ方向（縦方向）の寸法を小型化することができる。

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は本発明の実施形態例に係る力覚付与型入力装置の分解斜視図、図２は該力覚付与型入力装置の平面図、図３は図２のIII−III線に沿う断面図、図４は図２のIV−IV線に沿う断面図、図５は図３のＶ−Ｖ線に沿う断面図、図６は図４のVI−VI線に沿う断面図である。

これらの図に示すように、本実施形態例に係る力覚付与型入力装置は、センターコンソール等の車室内の設置部材１上に固定された基台２と、基台２に揺動可能に支持された台座３と、基台２に揺動可能かつ昇降可能に支持された下部ブラケット４と、下部ブラケット４に一体化された上部ブラケット５と、上部ブラケット５に回転可能に支持された操作部材６と、操作部材６に回転力を付与するモータ７等を備えている。

基台２の平板部には所定間隔を存して対向する一対の支柱２ａが立設されており、一方の支柱２ａの近傍に逃げ孔２ｂが形成されている。この支柱２ａの外側面には基板８がねじ止めされており、この基板８に回転操作型の可変抵抗器９が実装されている。また、両支柱２ａの上部にはそれぞれ駆動体１０が取り付けられており、図４に示すように、これら駆動体１０はスプリング１１によって付勢されたボール１２を有している。

台座３は基台２の両支柱２ａ間に配置されており、この台座３上には一対のガイド部材１３がねじ止めされている。両ガイド部材１３には基台２の支柱２ａに挿通された支軸１４がねじ止めされており、台座３はこれら支軸１４を中心として基台２に揺動可能に支持されている。一方の支軸１４は可変抵抗器９に係合した状態で挿通しており、台座３の揺動に伴って支軸１４が回転すると、その回転（揺動）量に相応する抵抗値が可変抵抗器９から出力されるようになっている。台座３の中央部には隔壁に囲まれた凹所３ａが形成されており、この凹所３ａにはプッシュスイッチ１５が搭載されている。また、凹所３ａの側方には貫通孔３ｂが形成されており、この貫通孔３ｂは基台２の逃げ孔２ｂの真上に位置している。

下部ブラケット４には長短２種類の垂下片４ａ，４ｂが設けられており、この下部ブラケット４は両ガイド部材１３の内側面の凸状部分１３ａをガイド部として台座３に昇降可能に連結されている。下部ブラケット４の垂下片４ａ，４ｂにはそれぞれ長孔４ｃが形成されており、ガイド部材１３に固定された両支軸１４の先端はこれら長孔４ｃ内に挿入されている（図４参照）。これにより、下部ブラケット４と台座３は支軸１４を中心として基台２に対して一体的に揺動するが、下部ブラケット４を台座３に対して近接・離反させることができる。また、下部ブラケット４の下面に中継部材１６がねじ止めされており、この中継部材１６にはフォトインタラプタ１７を実装した基板１８がねじ止めされている。このフォトインタラプタ１７は光学検出素子であり、凹所１７ａを介して対向配置された発光素子と受光素子（いずれも図示せず）とを有している。さらに、中継部材１６とプッシュスイッチ１５との間にプッシャ１９が介設されると共に、中継部材１６と台座３の凹所３ａとの間にコイルばね２０が介設されており、中継部材１６はコイルばね２０の弾発力によって台座３から離反する方向（上方）へ付勢されている。なお、長寸の垂下片４ａは台座３の貫通孔３ｂと基台２の逃げ孔２ｂを挿通して設置部材１まで達しており、必要に応じて垂下片４ａの動きを利用して図示せぬ検出スイッチを動作させることができるようになっている。

上部ブラケット５は、中央に保持孔５ａを有する天井部５ｂと、天井部５ｂから垂下する一対の側壁部５ｃとで構成されており、全体的にアーチ状に形成されている。保持孔５ａには回転支持部であるベアリング２１が圧入されており、両側壁部５ｃは下部ブラケット４にねじ止めされている。これにより上部ブラケット５と下部ブラケット４は一体化されて支持部材を構成し、両者４，５の間に収納空間Ｓが画成されるようになっている。また、両側壁部５ｃの下部にそれぞれ３個のクリック凹部５ｄが形成されており、これらクリック凹部５ｄに対して駆動体１０に保持されたボール１２が係脱可能となっている。

操作部材６は外装部材２２と内装部材２３とで構成されており、これら外装部材２２と内装部材２３はねじ止めにより互いに固定され一体化されている。外装部材２２はＡＢＳ樹脂等からなる樹脂成形品であり、下面を開放した比較的深い円椀状に成形されている。外装部材２２の外周面下部には指掛け用のセレーション２２ａが形成されており、このセレーション２２ａを含む外装部材２２の外周面下部がスカート部２２ｂとなっている。内装部材２３はアセタール樹脂等からなる樹脂成形品であり、下面を開放した比較的浅い円椀状に成形されている。内装部材２３の下端は外装部材２２のスカート部２２ｂの内面上方に位置しており、内装部材２３の下端面には円環状に連続する環状ギヤ２３ａが刻設されている。この環状ギヤ２３ａは鉛直方向に回転軸を有するかさ歯車であり、内装部材２３の内面中央には環状ギヤ２３ａの回転軸として機能する筒状突起２３ｂが形成されている。この筒状突起２３ｂは上部ブラケット５の保持孔５ａに圧入されたベアリング２１に軸支されており、ビス２４によってベアリング２１からの抜け止めがなされている。すなわち、筒状突起２３ｂは上部ブラケット５に支持される被支持部であり、操作部材６（外装部材２２と内装部材２３）は筒状突起２３ｂを回転中心軸として支持部材（上部ブラケット５と下部ブラケット４）に回転可能に支持されている。

モータ７は本体部７ａと回転軸７ｂとを有し、回転軸７ｂは円筒状の本体部７ａの両端から突出している。本体部７ａは下部ブラケット４にねじ止めされており、モータ７はその回転軸７ｂが水平となるように上部ブラケット５と下部ブラケット４間の収納空間Ｓ内に収容されている。回転軸７ｂの一端にはコード板２５が固着されており、このコード板２５には円周方向に沿って多数のスリットが形成されている。図３に示すように、コード板２５の一部はフォトインタラプタ１７の凹所１７ａ内に挿入されており、コード板２５の回転情報がフォトインタラプタ１７から出力されるようになっている。また、回転軸７ｂの他端にはピニオン２６が固着されており、このピニオン２６は内装部材２３の下端面に刻設された環状ギヤ２３ａに噛合している。ピニオン２６は水平方向に回転軸を有するかさ歯車であり、環状ギヤ２３ａの回転軸とピニオン２６の回転軸とは互いに直交している。このモータ７は本体部７ａの大部分と回転軸７ｂの全部が操作部材６の内部に収容されており、回転軸７ｂに固着したピニオン２６は外装部材２２のスカート部２２ｂによって外部から遮蔽されている。

なお、前述した可変抵抗器９とプッシュスイッチ１５およびフォトインタラプタ１７の出力信号は図示せぬ制御部に入力され、制御部はこれら信号に基づいてモータ７に所望の制御信号を出力するようになっている。

このように概略構成された力覚付与型入力装置では、ユーザが操作部材６を図６の実線で示す起立姿勢と図６の２点鎖線で示す左右の傾倒姿勢とに揺動操作できると共に、各姿勢において操作部材６を押圧操作かつ回転操作することができる。

例えば、図６の実線位置にある操作部材６を同図の左側（反時計回り方向）へ揺動操作すると、操作部材６と両ブラケット４，５および台座３が支軸１４を揺動中心軸として基台２に対して一体的に回転し、所定角度（例えば１５度）回転した時点で駆動体１０のボール１２が上部ブラケット５の左側のクリック凹部５ｄに落ち込むため、ユーザは操作部材６が左側の傾倒位置に操作されたことをクリック感を伴って認識できる。その際、支軸１４の回転に伴って可変抵抗器９から操作部材６の揺動角に相応する抵抗値が出力され、この出力信号は制御部に取り込まれる。この状態でユーザが操作部材６を押圧操作すると、下部ブラケット４が台座３に対して近接する方向へ移動するため、プッシュスイッチ１５がプッシャ１９に押圧されてオン動作し、そのオン信号が制御部に取り込まれる。

制御部は可変抵抗器９からの出力信号とプッシュスイッチ１５の切換信号に基づいて所望のモード（例えばエアコンの温度設定）が選択・決定されたことを認識し、この状態でユーザが操作部材６を回転操作すると、操作部材６の回転位置に応じて選択されたモードの機能調整（例えば設定温度の上下調整）が行われる。かかる操作部材６の回転操作時に内装部材２３の環状ギヤ２３ａに噛合するピニオン２６が回転し、このピニオン２６に連動してコード板２５が回転するため、フォトインタラプタ１７から操作部材６の位置情報が検出される。前述した制御部はフォトインタラプタ１７から出力される信号を入力してモータ７に所望の制御信号を出力し、例えばエアコンの設定温度調整の場合、設定温度を１度ずつ変える度にモータ７から操作部材６に回転方向と逆向きの力を付与することにより、ユーザは調整された設定温度をクリック感を伴って認識することができる。

また、図６の左側の傾倒姿勢に揺動操作された操作部材６を起立姿勢や右側の傾倒姿勢に揺動操作した後、当該傾倒位置で操作部材６を押圧操作すると、制御部は可変抵抗器９からの出力信号とプッシュスイッチ１５の切換信号に基づいて他のモード（例えばエアコンの風量調整や吹き出し位置）が選択・決定されたことを認識し、この状態でユーザが操作部材６を回転操作すると、操作部材６の回転位置に応じて選択されたモードの機能調整が行われる。この場合もフォトインタラプタ１７から出力される操作部材６の位置情報に基づいて制御部はモータ７に所望の制御信号を出力するが、モードの種類に応じてモータ７に種々の制御信号を出力するようにすれば、ユーザは前述したエアコンの温度設定時と異なるクリック感を伴って認識することができる。

このように本実施形態例に係る力覚付与型入力装置では、下面を開放した筒状の操作部材６（外装部材２２と内装部材２３）と、この操作部材６の内面中央部を回転可能に支持する支持部材（上部ブラケット５と下部ブラケット４）と、この支持部材に保持されたモータ７とを備え、モータ７の回転軸７ｂと操作部材６の回転中心軸（筒状突起２３ｂの軸心）とを直交させると共に、モータ７の大部分を操作部材６の内部に収容させ、モータ７の回転軸７ｂに固着されたピニオン２６を操作部材６の回転中心軸から外れた部位に設けられた環状ギヤ２３ａに噛合することにより、モータ７の回転力が操作部材６に付与されるように構成したので、操作部材６の回転中心軸に対して直交するように横向きに設置したモータ７の少なくとも一部が操作部材６の内部に収容された状態となり、入力装置全体の高さ方向（縦方向）の寸法を小型化することができる。

また、モータ７の回転力を操作部材６に付与する伝達機構として、モータ７の回転軸７ｂに取り付けられたピニオン２６と内装部材２３の下端面に刻設された環状ギヤ部２３ａとを用い、これらピニオン２６と環状ギヤ部２３ａを互いの回転軸が直交するかさ歯車で構成したので、モータ７の回転力を操作部材６に対してスリップを生じることなく確実に伝達することができて好ましい。また、操作部材６を外装部材２２と内装部材２３とで構成された二重構造とし、この内装部材２３に筒状突起２３ｂと環状ギヤ部２３ａとを一体形成したので、ギヤを形成するのに最適なアセタール樹脂等で内装部材２３を構成できると共に、操作部材６の回転中心軸である筒状突起２３ｂと動力伝達部である環状ギヤ部２３ａとの相対的位置ずれがなくなり、モータ７の回転力を操作部材６に円滑に伝達することができる。

また、操作部材６の外装部材２２に環状ギヤ部２３ａを包囲して下方へ延びるスカート部２２ｂを形成し、このスカート部２２ｂの内側にピニオン２６を配置したので、モータ７の回転軸７ｂに取り付けられたピニオン２６がスカート部２２ｂによって遮蔽され、外観と安全性を共に向上することができる。

さらに、支持部材を構成する上部ブラケット５と下部ブラケット４のうち、上部ブラケット５が天井部５ｂと該天井部５ｂから垂下する一対の側壁部５ｃとを有し、操作部材６側の筒状突起２３ｂを天井部５ｂに設けたベアリング（回転支持部）２１に回転可能に支持すると共に、両側壁部５ｃの間にモータ７の本体部７ａを収納するようにしたので、上部ブラケット５に操作部材６を確実に回転支持できると共にモータ７を確実に保持することができる。

なお、上記実施形態例では、モータ７の一部を除いた大部分を操作部材６の内部に収容させた場合について説明したが、モータ７の全部を操作部材６の内部に収容させても良い。

また、上記実施形態例では、操作部材６を構成する外装部材２２と内装部材２３とをねじ止めにより一体化した場合について説明したが、これら外装部材２２と内装部材２３を２色成形により一体化することも可能であり、あるいは、操作部材６を一部材で構成することも可能である。

本発明の実施形態例に係る力覚付与型入力装置の分解斜視図である。該力覚付与型入力装置の平面図である。図２のIII−III線に沿う断面図である。図２のIV−IV線に沿う断面図である。図３のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。図４のVI−VI線に沿う断面図である。従来例に係る力覚付与型入力装置の断面図である。

符号の説明

１設置部材
２基台
３台座
４下部ブラケット
５上部ブラケット
５ａ保持孔
５ｂ天井部
５ｃ側壁部
６操作部材
７モータ
７ａ本体部
７ｂ回転軸
１４支軸
１７フォトインタラプタ
２１ベアリング
２２外装部材
２２ｂスカート部
２３内装部材
２３ａ環状ギヤ
２３ｂ筒状突起
２５コード板
２６ピニオン
Ｓ収納空間

Claims

下面を開放した筒状の操作部材と、この操作部材の内面中央部を回転可能に支持する支持部材と、この支持部材に保持されたモータと、このモータの回転力を前記操作部材に付与する伝達機構とを備えた力覚付与型入力装置であって、
前記モータの回転軸と前記操作部材の回転中心軸とを直交させると共に、前記モータの少なくとも一部を前記操作部材の内部に収容させ、かつ、前記伝達機構が前記モータの回転軸に設けられた第１伝達部と前記操作部材の回転中心軸から外れた部位に設けられた第２伝達部とを有している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、前記第１伝達部が前記モータの回転軸に取り付けられたピニオンからなると共に、前記第２伝達部が前記操作部材の下端面に刻設された環状ギヤ部からなり、これらピニオンと環状ギヤ部がかさ歯車を構成していることを特徴とする力覚付与型入力装置。
請求項２の記載において、前記操作部材が互いに固定された外装部材と内装部材とを有し、この内装部材に前記支持部材に支持される被支持部と前記環状ギヤ部とを一体形成したことを特徴とする力覚付与型入力装置。
請求項２の記載において、前記操作部材に前記環状ギヤ部を包囲して下方へ延びるスカート部を形成し、このスカート部の内側に前記ピニオンを配置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、前記支持部材が天井部と該天井部から垂下する一対の側壁部とを有し、前記天井部に設けた回転支持部に前記操作部材を回転可能に支持すると共に、前記両側壁部の間に前記モータを収納したことを特徴とする力覚付与型入力装置。