JP2007080778A

JP2007080778A - ロータリーエンコーダー及びタッチセンサー付き回転操作ノブ

Info

Publication number: JP2007080778A
Application number: JP2005270138A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Matsubara; 正佳松原; Tetsuo Tokutome; 哲夫徳留; Yasumasa Funabashi; 泰雅船橋
Original assignee: Yuhshin Co Ltd; Yuhshin Seiki Kogyo KK
Current assignee: U Shin Ltd
Priority date: 2005-09-16
Filing date: 2005-09-16
Publication date: 2007-03-29
Anticipated expiration: 2025-09-16
Also published as: JP4652186B2

Abstract

【課題】回転操作ノブへの操作を途中無接点にて電気的に外部に出力することができる、耐久性及び信頼性に優れたロータリーエンコーダー及びタッチセンサー付き回転操作ノブを提供することを課題とする。
【解決手段】ホルダー１０に回動可能に保持される回転操作ノブ１４と、回転操作ノブ１４を操作する人の手指が接触する位置に設けられた接触電極５５と、接触電極５５に接続されて回転操作ノブ１４の回転操作に応じて移動する可動電極５２と、可動電極５２の移動軌跡に対向して可動電極５２から離間して複数設けられた固定電極２２と、接触電極５５を通じて人体に接続された可動電極５２の移動による接近によって各固定電極２２に現れる電気的変化を検出する人体検知手段８１、８２とを設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、人体検知手段を備えたロータリーエンコーダー、または、タッチセンサー付き回転操作ノブに関する。

従来より、回転操作ノブを操作することにより、スイッチ操作を行うようにしたロータリースイッチがある。（例えば、特許文献１）
特開２００４−３０３６８４号公報

このロータリースイッチは、絶縁基板上に固定されたホルダーに回転可能にロータが取り付けられており、そのロータの絶縁基板側には接触端子を備えた可動接点が取り付けられている。一方、絶縁基板側には、前記可動接点の接触端子が接触する複数の固定接点が設けられている。接触端子は板ばねの力により常に絶縁基板の面に一定の圧力で接しており、ロータを回転させることにより、接触端子も同様に絶縁基板の上を接触しながら回転しつつ任意の固定接点に接続してスイッチ切換えを行う。

しかし、上述した従来のロータリースイッチは、スイッチの切換えを接点同志の接触によって行っており、切換え時には少なからず接点同志にスパークを生じる。そのため、切換えを繰り返すたびに接点は劣化してくる。また板ばねの力で接触しているため、経時的にばねの力が弱まってくると接圧が不安定となり、耐久性に乏しいという問題点があった。

また、特許文献２には、車両に採用されるスイッチボタンやロータリースイッチにタッチセンサーを設けて、その操作部に人が接触すると、ディスプレイ装置にその周辺のボタンのレイアウト画を表示させて、運転中のドライバーが視線を移動させなくとも意図するスイッチボタンやロータリースイッチに容易確実にアクセスできるようにしたものが開示されている。
特開平０５−０７７６７９号公報

しかし、この特許文献２には、ロータリースイッチにタッチセンサーを設けるようにしたことは記載されているが、タッチセンサーの詳細構造については何も記載されていない。

そこで、本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなされたもので、回転操作ノブへの操作を途中無接点にて電気的に外部に出力することができる、耐久性及び信頼性に優れたロータリーエンコーダー及びタッチセンサー付き回転操作ノブを提供することを課題とするものである。

前記問題を解決するために本発明のロータリーエンコーダーは、ホルダーに回動可能に保持される回転操作ノブと、該回転操作ノブを操作する人の手指が接触する位置に設けられた接触電極と、該接触電極に接続されて前記回転操作ノブの回転操作に応じて移動する可動電極と、該可動電極の移動軌跡に対向して前記可動電極から離間して複数設けられた固定電極と、前記接触電極を通じて人体に接続された前記可動電極の移動による接近によって前記各固定電極に現れる電気的変化を検出する人体検知手段とを設けたことを特徴とする。

上記構成では、接触電極を通じて人体に接続された可動電極の移動による接近によって各固定電極に現れる電気的変化を人体検知手段にて検出することにより、回転操作ノブの回転を検知するようにしている。これにより、回転操作ノブの回転の検出を可動電極と固定電極とが非接触で行うことができるため、接触不良、接点の摩耗等が発生することがなく、信頼性、耐久性を向上することができる。

前記接触電極と前記可動電極は、前記回転操作ノブに施された導電性の被膜によって形成されるようにしてもよい。

上記構成では、別部材の電極部材が不要であり、容易に接触電極と可動電極とを設けることができ、安価に製造することが可能となる。

前記複数の固定電極が所定の円周上に間隔を保って配置されるとともに、前記ホルダーが前記複数の固定電極の形成する円周と同軸上に固定された絶縁基板を設け、前記回転操作ノブは、前記固定電極が設けられた前記絶縁基板の面の面方向に対して垂直方向を回転軸とし、前記絶縁基板に対向する前記回転操作ノブの底面に設けられた前記可動電極が前記固定電極に対して前記回転操作ノブの回転軸方向に所定の距離だけ離間するように前記ホルダーに回動可能に保持されるようにしてもよい。

また、前記問題を解決するために本発明のタッチセンサー付き回転操作ノブは、ホルダーに回動可能に保持される回転操作ノブと、該回転操作ノブを操作する人の手指が接触する位置に設けられた接触電極と、該接触電極に接続され前記回転操作ノブに設けられた可動検知電極と、前記回転操作ノブのすべての回動位置において前記可動検知電極に対向して前記可動検知電極から離間して設けられた固定検知電極と、前記接触電極を通じて人体に接続された前記可動検知電極によって前記固定検知電極に現れる電気的変化を検出する人体検知手段とを設けたことを特徴とする。

上記構成では、接触電極を通じて人体に接続された可動検知電極によって固定検知電極に現れる電気的変化を人体検知手段によって検出することにより、回転操作ノブの接触電極への人体の接触を、可動検知電極から離間した固定検知電極に伝えることが可能である。そのため、回転操作ノブの接触電極に人体が接触した信号を外部に導出する導線や、接点部が不要なため、回転する操作ノブへのタッチセンサーの設定を容易に行うことができる。

前記接触電極と前記可動検知電極は、前記回転操作ノブに施された導電性の被膜によって形成されるようにしてもよい。

上記構成では、別部材の電極部材が不要であり、容易に接触電極と可動検知電極とを設けることができ、安価に製造することが可能となる。

前記固定検知電極は絶縁基板上の所定の円周上に設けられるとともに、前記ホルダーは絶縁基板上における前記固定検知電極の所定の円周と同軸上に固定され、前記回転操作ノブは、前記固定検知電極が設けられた前記絶縁基板の面の面方向に対して垂直方向を回転軸とし、前記絶縁基板に対向する前記回転操作ノブの底面に設けられた前記可動検知電極が前記固定電極に対して前記回転操作ノブの回転軸方向に所定の距離だけ離間するように前記ホルダーに回動可能に保持されるようにしてもよい。

以上の説明から明らかなように請求項１の発明によれば、回転操作ノブの回転の検出を可動電極と固定電極とが非接触で行うことができるため、耐久性及び信頼性に優れたロータリーエンコーダーとすることができる。

請求項２の発明によれば、接触電極と可動電極とを回転操作ノブに施された導電性の被膜によって形成するようにすれば、容易に接触電極と可動電極とを構成でき、安価に製造することが可能となる。

請求項３の発明によれば、簡単な構成にてロータリーエンコーダーを製造することが可能である。

また、以上の説明から明らかなように請求項４の発明によれば、回転操作ノブの接触電極への人体の接触を、可動検知電極から離間した固定検知電極に伝えることが可能であるため、回転する操作ノブへのタッチセンサーの設定を容易に行うことができる。

請求項５の発明によれば、接触電極と可動検知電極とを回転操作ノブに施された導電性の被膜によって形成するようにすれば、容易に接触電極と可動検知電極とを構成でき、安価に製造することが可能となる。

請求項６の発明によれば、簡単な構成にてタッチセンサー付き回転操作ノブを製造することが可能である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態であるロータリーエンコーダーを採用した車両のヒーターコントロール装置１の分解斜視図、図２は組み立てられた状態のロータリーエンコーダー４の縦断面図である。なお、この明細書における「上」あるいは「下」の表現は、図２の向きを基準として用いている。

図１に示すヒータコントロール装置１は、車両のインストルメントパネルのセンターパネル内に配置されるものであり、略箱状の樹脂成形品であるリアカバー２を備えている。リアカバー２は、後述する絶縁基板などの各部品を収納固定するものであり、内部の４隅には開口側に突出して設けられ、先端にネジ孔を有する４つの支持凸部２ａ（１つのみ図示）が形成されている。

前記リアカバー２の支持凸部２ａには絶縁基板３が図示しないネジにて固定される。この絶縁基板３には、左右両側にそれぞれ、車内の設定温度を切り替えるためのロータリーエンコーダー４と、吹き出し風の風量を切り替えるためのロータリーエンコーダー５とが同様の構造にて設けられている。また、中央部には、車両のリアガラスの曇りを取るリアデフォッガ装置（図示せず）、送風吹き出し口を切り替える送風モード切り替え装置（図示せず）、車内の除湿を行うエアコンプレッサー（図示せず）などの各制御機構を作動させるための複数のプッシュスイッチ６が設けられている。

前記ロータリーエンコーダー４は、絶縁基板３と、絶縁基板３に固定されるホルダー１０と、ホルダー１０の外周側に回動可能に保持されるロータ１２と、ロータ１２の外周に操作部として固定されるロータリーノブ１４と、ホルダー１０の内周側に押圧操作可能に保持されるプッシュノブ１６と、照明用の光を透過して夜間にロータリーエンコーダー４の位置を分かりやすくするガーニッシュ１８とを備えている。なお、本実施形態において回転操作ノブはロータ１２とロータリーノブ１４とによって構成されている。

絶縁基板３は、所定の回路を構成するための印刷パターンを両面に設けたものであり、ロータリーエンコーダー４を取り付ける一方の面３ａには、ロータ１２の回転軸を径中心としてリング状に形成された固定検知電極２０と、固定検知電極２０の外側に固定検知電極２０と同心円上に配列された複数の固定電極２２とが設けられている。また、固定検知電極２０の中心位置には、プッシュスイッチ２５が設けられている。このプッシュスイッチ２５は、図示しないバネなどで図２中上側に付勢された操作部２５ａを備えている。さらに、固定検知電極２０の内側の絶縁基板３上にはホルダー１０を固定するための２つのネジ孔２６と、ガーニッシュ１８を通して照明するための複数のＬＥＤ２８が設けられている。

固定検知電極２０は、人体検知手段である後述する人体検知回路に電気的に接続され、この固定検知電極２０に人の手などが接近すると、その接近を人体検知回路によって検知できるようになっている。

固定電極２２は、図５に示すように、ロータ１２の回転軸を中心として同一円周上に１０個（それぞれにＡ１〜Ａ５、Ｂ１〜Ｂ５の符号を設定）配置されている。そのうち、隣接した固定電極Ａ１〜Ａ５と隣接した固定電極Ｂ１〜Ｂ５とは、連結パターン２３ａ、２３ｂによってそれぞれ５個一組で連結されてＡ電極郡２４ａとＢ電極郡２４ｂとを構成している。Ａ電極郡２４ａおよびＢ電極郡２４ｂは、それぞれ後述する別の人体検知回路に電気的に接続されている。そして、少なくともどれか１つの固定電極Ａ１〜Ａ５、Ｂ１〜Ｂ５に人の手などが接近すると、その接近を人体検知回路によって検知できるようになっている。各Ａ、Ｂ電極郡２４ａ、２４ｂ内のそれぞれ個々の固定電極Ａ１〜Ａ５、Ｂ１〜Ｂ５は所定角度（本実施形態では３６°）間隔で配置されている。また、Ａ電極郡２４ａの固定電極Ａ１〜Ａ５に対向したＢ電極郡２４ｂのそれぞれの固定電極Ｂ１〜Ｂ５は、対向した位置から時計回り方向に所定角度（本実施形態では３．６°）だけずれた位置に配置されている。

ホルダー１０は略有底円筒形状であり、絶縁基板上３の前記所定の円周上に配置された固定検知電極２０及び固定電極２２の中心軸と同軸上の位置に固定されている。このホルダー１０は、内部にプッシュノブ１６を移動可能に保持する筒状部３０を有する。この筒状部３０の内部は貫通しており、内周面の対向する位置には軸方向に直線的に延びる一対の凸状部３１と、９０°ずれた位置に軸方向に直線的に延びる一対のレール状部３２とが形成されている。このレール状部３２の上側端部の内溝内には係止壁３３がそれぞれ形成されている。さらに、ホルダー１０の底面には、底面から円筒状に突出した２つのネジ受け部３４と、ネジ受け部３４の外側に設けられて円筒状に突出した案内凸部３５と、案内凸部３５の外側のホルダー１０の底面上にリング状に設けられたクリック用波状部３６とが形成されている。

ロータ１２は、ホルダー１０の外周壁に外嵌する円筒部４０と、円筒部４０の下端部より径内側および径外側方向に突出して設けられたフランジ部４１とによって構成されている。円筒部４０の上縁内側にはホルダー１０の外周壁の上縁に係止する爪状のハンガー部４２が９０°間隔で４つ設けられている。そして、このハンガー部４２がホルダー１０の外周壁の上縁に係止することによって、ロータ１２は、絶縁基板３の面３ａの面方向に対して垂直方向を回転軸とし、ロータ１２のフランジ部４１の底面が絶縁基板３に対して所定距離（本実施形態では、０．５ｍｍ）だけ離間した状態で回動可能に吊り下げられる。また、フランジ部４１の内側端部の上面には、円筒状に突出した係止凸部４３が設けられ、この係止凸部４３がホルダー１０の案内凸部３５の内側に内嵌することで、ロータ１２の径方向のぶれが防止される。ホルダー１０のクリック用波状部３６に対応するフランジ部４１の上面の位置には、内部にボール４４とスプリング４５とを収納する収納部４６が形成され、ロータ１２回動時にはスプリング４５によって付勢されたボール４４がクリック用波状部３６上を摺動してクリック感が得られ、ロータ１２を所定の回転ピッチ（本実施形態では１８°）ごとに停止保持できるように構成されている。

また、ロータ１２の円筒部４０の外周面及びのフランジ部４１の表面は、図３に示すように、導電性のメッキ４７が加飾されている。そして、図４に示すように、ロータ１２のフランジ部４１の底面に、絶縁基板３の固定検知電極２０に対向して円筒状に突出する円筒状突出部４８と、絶縁基板３の固定電極２２に対向して円筒状突出部４８から９０°間隔で四方に延びた十字状突出部４９とを形成することにより、その突出部分の底面のメッキ４７を電極として利用し、それぞれを可動検知電極５０及び４つの可動電極５２として構成している。この可動検知電極５０及び可動電極５２は、絶縁基板３の固定検知電極２０及び固定電極２２と所定距離（本実施形態では、およそ０．５ｍｍ）だけ離間しており、４つの可動電極５２はロータ１２の回動操作に応じてそれぞれ固定電極２２の上を移動する。

そして、ロータ１２のメッキ４７に人の手などが接触すると、メッキ４７を介して人体と可動検知電極５０及び可動電極５２とが電気的に接続された状態となり、絶縁基板３の固定検知電極２０及び固定電極２２に対して、この可動検知電極５０および可動電極５２の位置まで人体が接近したのと等価な状態となる。これにより、ロータ１２への人体の接触は、可動検知電極５０と常に対向する固定検知電極２０に接続された人体検知回路によって検知することができる。

また、４つの可動電極５２（それぞれ時計回り順にＹ１、Ｘ１、Ｙ２、Ｘ２の符号を設定）が所定の順番でＡ電極郡２４ａとＢ電極郡２４ｂの電極上を交互に通過するように、ロータ１２の回転ピッチ、固定電極２２の間隔、固定電極２２のＡ電極郡２４ａとＢ電極郡２４ｂとの対向する電極の位置が設定されている。これにより、ロータ１２のメッキ４７に人の手などが接触した状態でロータ１２を時計回りに回転すると、メッキ４７を介して人体と電気的に接続された可動電極５２がＡ電極郡２４ａ、Ｂ電極郡２４ｂの順でそれぞれの電極の上を交互に通過する。一方、ロータ１２を反時計回りに回動させた場合には、可動電極５２がＢ電極郡２４ｂ、Ａ電極郡２４ａの順でそれぞれの電極の上を交互に通過する。したがって、可動電極Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２と固定電極Ａ１〜Ａ５、Ｂ１〜Ｂ５とのそれぞれの接近を人体検知回路によって検知するとともに、Ａ、Ｂ電極郡２４ａ、２４ｂへそれぞれ接続された人体検知回路の人体を検知する順番を検知することにより、ロータ１２の回転量及び回転方向を電気的に出力することができる。

再び図１、２を参照すると、ロータ１２の外周には、円筒状のロータリーノブ１４が固定されており、ロータリーノブ１４を回転操作すると一緒にロータ１２も回動するようになっている。このロータリーノブ１４の外周面及び底面には導電性のメッキ５５が加飾されており、このメッキ５５が接触電極を構成している。このロータリーノブ１４の底面は、図３に示すように、ロータ１２のメッキ４７が施されたフランジ部４１の上面と接触しており、ロータリーノブ１４の外周面のメッキ５５（接触電極）に人の手などが接触すると、ロータリーノブ１４及びロータ１２のメッキ５５、４７を介して可動検知電極５０及び可動電極５２が電気的に人体に接続された状態となる。このように、メッキ４７、５５を電気信号の導線として利用することにより、ロータリーノブ１４とロータ１２とのメッキ５５、４７同士が接触するように構成して組付けるだけで、ロータリーノブ１４のメッキ５５（接触電極）とロータ１２の可動検知電極５０および可動電極５２との電気的な接続を容易に行うことができる。

尚、本実施形態においては、導電性の加飾としてメッキを用いたが、これに限定されることはなく、導電性の塗料、スパッタリング及び蒸着等により導電性の被膜を形成してもよい。また、ロータ１２及びロータリーノブ１４自体を導電性部材で形成してもよいし、別部材の電極をロータ１２及びロータリーノブ１４に設けるようにしてもよい。さらに、ロータリーノブ１４とロータ１２とを一体的に形成してもよい。

ガーニッシュ１８は、透光性の樹脂材料にて円筒状に形成され、ホルダー１０の筒状部３０の外周に配置される。ガーニッシュ１８の上面には、操作機能を表す文字などが印刷された印刷部１８ａが設けられている。この印刷部１８ａは、絶縁基板３に設置されたＬＥＤ２８の光がガーニッシュ１８内を通過して照明されるものであり、夜間でもロータリーエンコーダー４の位置が容易に認識できるようになっている。

プッシュノブ１６は、前記ホルダー１０の筒状部３０内に配置される略円筒有底状のスライド部６０を有し、このスライド部６０の上端部には操作機能を表す文字などが印刷された押圧部６２が固定されている。このスライド部６０の外周面には、ホルダー１０の凸状部３１及びレール状部３２に対応して溝部６４が形成されており、プッシュノブ１６はホルダー１０の筒状部３０内にスライド移動可能に配置される。レール状部３２に対応する溝部６４内には、ホルダー１０の係止壁３３に係合する係合爪６６が設けられており、係合爪６６とホルダー１０の係止壁３３とが係合することによってプッシュノブ１６のホルダー１０からの抜け出しを規制している。スライド部６０の底面には、前記プッシュスイッチ２５の操作部２５ａに当接する押圧凸部６８が形成されており、プッシュノブ１６を押圧操作することによって、プッシュスイッチ２５の操作部２５ａが押込まれて接点状態の切り替えが行われる。

上記したロータリーエンコーダー４の前面側には、図１に示すように、ヒータコントロール装置１のパネル７が配置される。このパネル７には、ロータリーエンコーダー４、５のロータリーノブ１４が操作に必要な長さだけ挿通して配置される装着孔７２が左右側にそれぞれ形成されている。また、パネル７の中央部には、絶縁基板３のプッシュスイッチ６を操作するための複数の操作ノブ７４がそれぞれスライド可能に保持され、各操作ノブ７４を押圧操作することにより、所定のスイッチ操作が行われる。

次に、ヒータコントロール装置１の制御回路について説明する。
図７はヒータコントロール装置１の制御回路のブロック図を示し、８０は固定検知電極２０に接続された人体検知手段としての第１人体検知回路、８１は固定電極２２のＡ電極郡２４ａに接続された人体検知手段としての第２人体検知回路、８２は固定電極２２のＢ電極郡２４ｂに接続された人体検知手段としての第３人体検知回路、６、２５は上述した各プッシュスイッチ、８３はヒータコントロール装置１の制御を行う制御部、８４は吹き出し風の温度調整、風量、吹き出し口などの切り替えを行うモータなどの各制御機構、８５はロータリーエンコーダー４のレイアウト、操作状況をディスプレイ８６に表示するディスプレイ制御部、８７はロータリーエンコーダー４の操作位置を記憶する記憶部である。

第１人体検知回路８０は、例えば、図８に示すように、公知の矩形波発振回路である２つの発振回路９０ａ、９０ｂを有しており、発振回路９０ａ、９０ｂの各入力側は同調コンデンサ９１で接続され、固定検知電極２０が発振回路９０ａの入力側に接続されている。発振回路９０ａ、９０ｂの出力は検波回路９２に接続され、検波回路９２の出力は出力回路９３に接続されている。

検波回路９２は、入力電圧がしきい値より大きいときにＨＩレベル、しきい値より小さい時にＬＯレベルとして認識し、入力の値によって所定の電圧を出力する論理演算素子のひとつであり、２つの入力に異なる値（ＨＩとＬＯ）が入力されているときに電圧を出力し、２つの入力に等しい値が入力されているときに電圧を出力しない第１排他論理和素子９４からなっている。第１排他論理和素子９４の出力は出力回路９３のダイオード９５に入力され、コンデンサ９６と抵抗９７で接地されて第２排他論理和素子９８の一方の入力に接続され、第２排他論理和素子９８の他方の入力は接地されている。そして、第２排他論理和素子９８の出力が出力端子９９になっている。

また、図８には、人体が固定検知電極２０に接近したときの等価回路を２点鎖線で示している。人体は、固定検知電極２０をキャパシタンス１０２、抵抗１０４およびインダクタンス１０６で接地する回路１００とみなすことができる。

次に、以上の回路構成の第１人体検知回路８０の動作を説明する。
発振回路９０ａと９０ｂとの発振の周期が一致している場合、発振回路９０ａと９０ｂの等価な点の電位は等しくなるので同調コンデンサ９１の両端の電位は同じである。しかし、発振回路９０ａと９０ｂとの発振の周期がずれている場合、同調コンデンサ９１の両端の電位が異なり、いずれか一方の発振回路９０ａまたは９０ｂの帰還電流の一部が同調コンデンサ９１を介して他方の発振回路９０ａまたは９０ｂに流れる。これによって位相が進んでいる方の発振回路９０ａまたは９０ｂの周期が長くなり、位相が遅れている方の発振回路９０ａまたは９０ｂの周期が短くなることで同調コンデンサ９１の両端の電位が等しくなるように発振回路９０ａと９０ｂとの発振を同調させる。

そして、発振回路９０ａおよび９０ｂの出力が同調されているときには第１排他論理和素子９４の２つの入力が常に等しいので検波回路９２からは電圧が出力されない。すると、第２排他論理和素子９８の２つの入力は常に入力がないＬＯレベルの状態になるので第２排他論理和素子９８も常に出力端子９９に電圧を出力しない。

しかし、図８に示すように、固定検知電極２０に人体が接近して接地回路１００を構成すると、発振回路９０ａの帰還電流の一部が固定検知電極２０を介して人体から大地に流れることによって発振回路９０ａの発振周波数が変化する。発振周波数の変化がわずかであれば、同調コンデンサ９１の作用によって発振回路９０ａと９０ｂの周期が一致するように同調されるが、発振周波数の変化が大きくなると、同調コンデンサ９１によっても周期を同調させることができなくなる。そして、図９に示すように、発振回路９０ａと９０ｂとの発振周期がずれると、第１排他論理和素子９４は矩形波を出力する。この出力は、ダイオード９５、コンデンサ９６および抵抗９７で平滑化され、図示するように、第２排他論理和素子９８に入力される平滑化した電圧は、第２排他論理和素子９８のしきい値よりも大きな値となる。このため、発振回路９０ａと９０ｂの発振周期がずれていると、第２排他論理和素子９８は、出力端子９９に連続して電圧を出力する。このように、固定検知電極２０に人体が接近すると第１人体検知回路８０はＨＩレベルの電圧を出力する。

尚、本実施形態の第１人体検知回路８０では、固定検知電極２０は発振回路９０ａおよび９０ｂの発振になんら寄与していない。このため、さらなる電極を並列に接続しても、発振回路９０ａと９０ｂの同調に影響を及ぼすことがなく、さらなる電極に人体が接近したときは、発振回路９０ａと９０ｂの発振周期のずれとして検知できるようになる。つまり、発振回路９０ａ、９０ｂ、検波回路９２および出力回路９３などに変更を加えることなく、電極を増減することができる。したがって、第１人体検知回路８０の構成は、複数の固定電極Ａ１〜Ａ５、Ｂ１〜Ｂ５が接続された第２、第３人体検知回路８２にも採用が可能であり、本実施形態では第２、３の人体検知回路８１、８２も同様の構成となっている。

また、図７に示すディスプレイ制御部８５は、例えば車両のインストルメントパネルのセンターパネルの上に配置されたディスプレイ８６に、制御部８３の指示によってロータリーエンコーダー４のレイアウト画、操作状況を表示するものであり、ロータリーエンコーダー４のレイアウト画８８（図１０に図示）及び操作位置を記憶するメモリー８５ａを有している。

次に、ヒータコントロール装置１の動作について説明する。
例えば運転者が車内の設定温度を切り替えるロータリーエンコーダー４のロータリーノブ１４を手で触ると、運転者の体がロータリーノブ１４およびロータ１２のメッキ５５、４７を介して可動検知電極５０に接続される。すると、可動検知電極５０の位置まで人体が接近したのと等価な状態となり、可動検知電極５０に対向する固定検知電極２０に接地回路１００（人体）が接続された状態となる。すると、上述したように第１人体検知回路８０がこのロータリーノブ１４への人体の接触を検知してＨＩレベルの信号を出力する。このＨＩレベル信号が制御部８３に入力されると、制御部８３はディスプレイ制御部８５に設定温度を切り替えるロータリーエンコーダー４のレイアウト画を表示する信号を出力し、ディスプレイ制御部８５は、図１０に示すように、メモリー８５ａに記憶されている所定のロータリーエンコーダー４のレイアウト画８８をディスプレイ８６に出力する。

これにより、例えば運転者が運転中に手探りにてロータリーエンコーダー４を操作しようとした場合でも、ロータリーエンコーダー４のロータリーノブ１４に手を触れるだけでロータリーエンコーダー４のレイアウト画８８がセンターパネル上に設置されたディスプレイ８６に表示されるため、目線をあまり動かすことなく、手で触れたロータリーエンコーダー４の機能を確認することができる。

また、運転者がロータリーノブ１４に手を触れた状態でロータリーノブ１４を図６（ａ）に示す基準位置から時計回りに回転操作すると、一緒にロータ１２および可動電極５２も時計回りに回転する。すると、ロータリーノブ１４およびロータ１２のメッキ５５、４７を介して人体に接続された可動電極Ｙ１が、図６（ｂ）に示すように、固定電極Ａ１とちょうど対向する最接近位置まで移動する。このとき、可動電極Ｙ１と固定電極Ａ１との対向する面積が最大となり、固定電極Ａ１に接地回路１００（人体）が接続された状態となる。すると、固定電極Ａ１に接続された第２人体検知回路８１がＨＩレベル信号を制御部８３に出力する。

また、ロータリーノブ１４をさらに時計回りに回転操作すると、今度は可動電極Ｙ２が、固定電極Ｂ５との最接近位置まで移動する。これにより、固定電極Ｂ５に接地回路１００が接続された状態となり、電極Ｂ５に接続された第３人体検知回路８２がＨＩレベル信号を制御部８３に出力する。そして、図６（ｃ）に示すロータリーノブ１４が１ピッチだけ時計回りに回転した状態では、スプリング４５によって付勢されたボール４４がホルダー１０のクリック用波状部３６の凹部内に当接して、ロータリーノブ１４およびロータ１２が停止保持された状態となる。

続いて、ロータリーノブ１４を時計回り方向にさらに１ピッチだけ回転操作すると、今度は可動電極Ｘ１が固定電極Ａ４の上を通過した後、さらに可動電極Ｘ２が固定電極Ｂ２の上を通過する。これにより、固定電極Ａ４に接続された第２人体検知回路８１がＨＩレベル信号を制御部８３に出力した後、固定電極Ｂ２に接続された第３人体検知回路８２がＨＩレベル信号を制御部８３に出力する。そして、以後、ロータリーノブ１４の時計回り方向への回転に応じて可動接点がＹ１、Ｙ２、Ｘ１、Ｘ２の順に、Ａ電極郡２４ａとＢ電極郡２４ｂの電極上を交互に通過して、第２、３の人体検知回路８１、８２の順にＨＩレベル信号が出力される。

一方、ロータリーノブ１４を図６（ａ）に示す基準位置から反時計回り方向に１ピッチだけ回転操作すると、可動電極Ｘ２が固定電極Ｂ３の上を通過した後、さらに可動電極Ｘ１が固定電極Ａ３の上を通過する。これにより、固定電極Ｂ３に接続された第３人体検知回路８２がＨＩレベル信号を制御部８３に出力した後、固定電極Ａ３に接続された第２人体検知回路８１がＨＩレベル信号を制御部８３に出力する。

また、ロータリーノブ１４を図６（ｅ）の状態からさらに反時計回り方向に１ピッチだけ回転操作すると、今度は可動電極Ｙ１が固定電極Ｂ１の上を通過した後、可動電極Ｙ２が固定電極Ａ５の上を通過する。これにより、固定電極Ｂ１に接続された第３人体検知回路８２がＨＩレベル信号を制御部８３に出力した後、固定電極Ａ５に接続された第２人体検知回路８１がＨＩレベル信号を制御部８３に出力する。そして、以後、ロータリーノブ１４の反時計回り方向への回転に応じて可動接点がＸ２、Ｘ１、Ｙ１、Ｙ２の順に、Ｂ電極郡２４ｂとＡ電極郡２４ａの電極上を交互に通過して、第３、２の人体検知回路８２、８１の順にＨＩレベル信号が制御部８３に出力される。

そして、制御部８３は、この第２、３人体検知回路８１、８２から出力されるＨＩレベル信号の数と順番をもとに、ロータリーノブ１４の回転量と回転方向を判断する。そして、このロータリーノブ１４の回転量と回転方向の情報をもとに、例えば、室内の温度の制御を行う制御機構８４の設定温度を変更して、所望の設定温度となるように制御機構８４を作動させる。また、記憶部８７には、設定温度などの設定位置が記憶され、次回のロータリーノブ１４の操作時には、この設定位置を基準として設定位置の再設定が行われる。

また制御部８３は、記憶部８７に記憶された設定位置をもとに、現在の設定位置をディスプレイ制御部８５を介してディスプレイ８６に表示し、ロータリーノブ１４の回転量と回転方向に応じて、図１０に示すように、ディスプレイ８６に表示された設定位置を示す表示点８９を点灯、または消灯させて、設定の切り替えをディスプレイ８６を見ながら行うことができるようにしている。このように構成すれば、操作者が運転中でも、あまり目線を動かすことなく、ロータリーノブ１４を操作して所望の設定位置に切り替えることができる。

また、このロータリーエンコーダー４の中央のプッシュノブ１６を押圧操作してプッシュノブ１６を後退させると、プッシュノブ１６の押圧凸部６８に押圧されたプッシュスイッチ２５の操作部２５ａが押されて図示しない接点がオンされる。このオン信号が制御部８３へ送信されて、例えば、エアコンの温度調整を自動で行うオートモードがオンされる等の所定の制御機構８４の状態設定が行われる。そして、押し操作を止めるとプッシュスイッチ２５内のスプリングの付勢力により操作部２５ａが移動して接点部の導通が解除され、プッシュノブ１６を元の位置まで復帰させる。

以上の説明から明らかなように、本実施形態のロータリーエンコーダーでは、可動電極と固定電極とが非接触で回転操作ノブの回転操作を電気的に出力することが可能であり、耐久性及び信頼性に優れたロータリーエンコーダーとすることができる。また、回転操作ノブの接触電極への人体の接触を、可動検知電極から離間した固定検知電極に伝えることが可能であるため、回転する操作ノブへのタッチセンサーの設定を容易に行うことができる。

なお、本実施形態においては、固定検知電極２０および可動検知電極５０をリング状に形成したが、これに限定されるものではなく、回転操作ノブのすべての回転位置において可動検知電極と固定検知電極とが常に対向するように形成されていればよい。例えば、可動検知電極を小さい四角状の電極とし、固定検知電極は、前記可動検知電極の回転円軌道に対向する円周を含む四角状の電極であってもよい。また、回転操作ノブの回転軸上に可動検知電極と固定検知電極とを設ければ、可動検知電極は回転移動しないので、両電極の大きさを小さくすることができる。

また、本実施形態においては、人体検知手段を、上述した構成の人体検知回路としたが、これに限定されるものではなく、例えば、固定電極または固定検知電極に電気的に接続される人体のキャパシタンス、抵抗およびインダクタンスの少なくともどれか１つの素子成分の影響による電気的変化を検出することにより、回転操作ノブの回転および回転操作ノブへの人体の接触を検知するようにしてもよい。また、例えば、可動電極または可動固定電極が人体によって接地されることによる固定電極または固定検知電極と接地間との静電容量の変化を検出することによって、人体の接近を検知するようにしてもよい。

本発明の実施の形態に係るロータリーエンコーダー及びタッチセンサー付き回転操作ノブを採用したヒーターコントロール装置の分解斜視図である。本発明の実施の形態に係るロータリーエンコーダーの縦断面図である。図２の要部拡大図である。ロータの底面図である。絶縁基板の平面図である。可動電極と固定電極との関係を示す図である。本発明の実施の形態に係るロータリーエンコーダー及びタッチセンサー付き回転操作ノブを採用したヒーターコントロール装置の制御回路を示すブロック図である。人体検知回路を示す回路図である。図８の人体検知回路の検波回路の出力および出力回路内での信号の波形を示すグラフである。ディスプレイを示す平面図である。

符号の説明

１０…ホルダー、１２…ロータ（回転操作ノブ）、１４…ロータリーノブ（回転操作ノブ）、２０…固定検知電極、２２…固定電極、５０…可動検知電極、５２…可動電極、５５…メッキ（接触電極）、８０、８１、８２…人体検知回路（人体検知手段）。

Claims

ホルダーに回動可能に保持される回転操作ノブと、該回転操作ノブを操作する人の手指が接触する位置に設けられた接触電極と、該接触電極に接続されて前記回転操作ノブの回転操作に応じて移動する可動電極と、該可動電極の移動軌跡に対向して前記可動電極から離間して複数設けられた固定電極と、前記接触電極を通じて人体に接続された前記可動電極の移動による接近によって前記各固定電極に現れる電気的変化を検出する人体検知手段とを設けたことを特徴とするロータリーエンコーダ。
前記接触電極と前記可動電極は、前記回転操作ノブに施された導電性の被膜によって形成されたことを特徴とする請求項１に記載のロータリーエンコーダ。
前記複数の固定電極が所定の円周上に間隔を保って配置されるとともに、前記ホルダーが前記複数の固定電極の形成する円周と同軸上に固定された絶縁基板を設け、前記回転操作ノブは、前記固定電極が設けられた前記絶縁基板の面の面方向に対して垂直方向を回転軸とし、前記絶縁基板に対向する前記回転操作ノブの底面に設けられた前記可動電極が前記固定電極に対して前記回転操作ノブの回転軸方向に所定の距離だけ離間するように前記ホルダーに回動可能に保持されていることを特徴とする請求項１または２に記載のロータリーエンコーダー。
ホルダーに回動可能に保持される回転操作ノブと、該回転操作ノブを操作する人の手指が接触する位置に設けられた接触電極と、該接触電極に接続され前記回転操作ノブに設けられた可動検知電極と、前記回転操作ノブのすべての回動位置において前記可動検知電極に対向して前記可動検知電極から離間して設けられた固定検知電極と、前記接触電極を通じて人体に接続された前記可動検知電極によって前記固定検知電極に現れる電気的変化を検出する人体検知手段とを設けたことを特徴とするタッチセンサー付き回転操作ノブ。
前記接触電極と前記可動検知電極は、前記回転操作ノブに施された導電性の被膜によって形成されたことを特徴とする請求項４に記載のタッチセンサー付き回転操作ノブ。
前記固定検知電極は絶縁基板上の所定の円周上に設けられるとともに、前記ホルダーは絶縁基板上における前記固定検知電極の所定の円周と同軸上に固定され、前記回転操作ノブは、前記固定検知電極が設けられた前記絶縁基板の面の面方向に対して垂直方向を回転軸とし、前記絶縁基板に対向する前記回転操作ノブの底面に設けられた前記可動検知電極が前記固定電極に対して前記回転操作ノブの回転軸方向に所定の距離だけ離間するように前記ホルダーに回動可能に保持されていることを特徴とする請求項４または５に記載のタッチセンサー付き回転操作ノブ。