JP6678793B2 - 回転型操作装置、制御方法、及び制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、回転型操作装置、制御方法、及び制御プログラムに関する。

操作者が回転可能な操作部材を回転させることにより、車両のトランスミッションの変更や、オーディオのボリュームの変更などの入力を受け付ける回転型操作装置が知られている。例えば、特許文献１に記載の力覚付与入力装置は、操作者の操作により回転可能な操作部材と、操作部材にトルクを与えるアクチュエータと、操作部材の回転角を検出する回転角度検知手段と、操作部材の角速度を検出する回転速度検知手段と、回転角と角速度とに応じて電動アクチュエータを制御する制御手段とを備える回転型操作装置である。特許文献１に記載の力覚付与入力装置は、操作者が操作部材を回転させたときに、電動アクチュエータから操作部材に与えるトルクを所定の角度周期で変えることにより、操作部材がどれだけ回転したかという操作感触を抵抗力の変化として生み出す。

特開２００４−１１４２０１号明細書

しかしながら、特許文献１の力覚付与入力装置では、トルクの変化のみで操作感触を変化させるので、操作感触が単調になるという不利益がある。また、安定点における振動が発生しやすく、緩急のはっきりとした操作感触を生成することが困難であるという不利益がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、多様な操作感触を生み出すことができる回転型操作装置、回転型操作装置の制御方法、及び回転型操作装置の制御プログラムを提供することにある。

一つの形態によれば、操作者による操作を受けて回転可能な操作部材と、操作部材の回転角を検出する回転角センサと、操作部材に対して操作部材の回転方向に沿った付与トルクを付与するトルク付与部と、操作部材に摩擦力を付与する摩擦力付与部と、付与トルクと摩擦力とを回転角に応じて変化させる摩擦トルク制御部と、を備える回転型操作装置が提供される。

この構成によれば、摩擦トルク制御部が、トルク付与部から操作部材に付与される付与トルクと摩擦力付与部から操作部材に付与される摩擦力とを操作部材の回転角に応じて変化させるので、従来に比べて、多様な操作感触を操作者に与えることができる。

好適には本形態の回転型操作装置において、付与トルクと回転角との関係と、摩擦力と回転角との関係との少なくとも一方を変更する変更部をさらに備える。

この構成によれば、付与トルクと回転角との関係と摩擦力と回転角との関係との少なくとも一方を変更する変更部をさらに備えるので、多様な操作感触から操作者の欲求に応じた適切な操作感触を操作者に与えることができる。

好適には本形態の回転型操作装置において、複数のパターンデータを記憶した記憶装置、をさらに備え、パターンデータが、トルクデータと摩擦力データとの組み合わせを含み、トルクデータが、付与トルクと回転角との関係を表し、摩擦力データが、摩擦力と回転角との関係を表し、変更部が、記憶装置からパターンデータを選択し、摩擦トルク制御部が、選択されたパターンデータに含まれるトルクデータに基づいて、付与トルクを変化させ、摩擦トルク制御部が、選択されたパターンデータに含まれる摩擦力データに基づいて、摩擦力を変化させる。

この構成によれば、摩擦トルク制御部が、選択されたパターンデータに含まれるトルクデータに基づいて、付与トルクを変化させることに加え、摩擦トルク制御部が、選択されたパターンデータに含まれる摩擦力データに基づいて、摩擦力を変化させるので、単一のトルクデータと単一の摩擦力データとに固定される場合に比べて多様な操作感触を操作者に与えることができる。

好適には本形態の回転型操作装置において、複数のパターンデータが、１つのパターンデータを含み、１つのパターンデータのトルクデータが、回転角の１つ以上の角度範囲における付与トルクの変化を表し、角度範囲が、連続する第１区間と第２区間とを含み、第１区間が、一方向における回転角の変化に伴って一方向の付与トルクが第１の大きさからゼロまで減少する第１サブ区間と、一方向における回転角の変化に伴って一方向とは逆方向の付与トルクがゼロから第２の大きさまで上昇する第２サブ区間とを有し、第２区間が、一方向における回転角の変化に伴って逆方向の付与トルクが第２の大きさからゼロまで減少する第３サブ区間と、一方向における回転角の変化に伴って一方向の付与トルクがゼロから第１の大きさまで上昇する第４サブ区間とを有し、１つのパターンデータの摩擦力データが、角度範囲における摩擦力の変化を表し、摩擦力データは、角度範囲の全体にわたって第１の大きさより小さな略一定の定常摩擦力が付与される。

この構成によれば、トルクデータに基づいて、第２の大きさをとる回転角を越えるときに明確な抵抗力を発生させることができるとともに、摩擦力データの定常摩擦力により定常的な重みを発生させることができ、トルクデータと摩擦力データとの組み合わせにより操作者に多様な操作感触を与えることができる。

好適には本形態の回転型操作装置において、１つのパターンデータの摩擦力データは、角度範囲内の第１サブ区間のうち付与トルクと定常摩擦力との和がゼロになる回転角において、定常摩擦力を上回る摩擦力が付与される。

この構成によれば、角度範囲内の第１サブ区間のうち付与トルクと定常摩擦力との和がゼロになる回転角において、定常摩擦力を上回る摩擦力が付与されるので、付与トルクと定常摩擦力との和がゼロになる安定点における操作部材の振動を防いで、操作者に違和感のない操作感触を与えることができる。

好適には本形態の回転型操作装置において、変更部が、第１区間と第２区間との比率を変更可能とする。

この構成によれば、変更部が、第１区間と第２区間との比率を変更するので、操作者に多様な操作感触を与えることができる。特に、第２区間に比べて第１区間が短いほど、急激な抵抗の変化が生まれるので、シャープな操作感触を操作者に与えることができる。第２区間に比べて第１区間が長いほど、抵抗力の変化が滑らかになるので、操作者がシャープな操作感触を感じにくくなる。

好適には本形態の回転型操作装置において、変更部が、第１の大きさと第２の大きさとの和を変更可能とする。

この構成によれば、変更部が、第１の大きさと第２の大きさとの和を変更するので、操作者に多様な操作感触を与えることができる。特に、第１の大きさと第２の大きさとの和が大きい程、操作者が大きな力を加えなければ第１区間を越えられないため、判りやすいクリック操作感触が生まれる。第１の大きさと第２の大きさとの和が小さい程、操作者が小さな力で第１区間を越えられるため、判り難いクリック操作感触が生まれる。

好適には本形態の回転型操作装置において、変更部が、定常摩擦力を変更可能とする。

この構成によれば、変更部が、定常摩擦力を変更可能であるので、操作者に多様な操作感触を与えることができる。特に、定常摩擦力が大きい程、操作部材が定常的に回しにくくなるので、重い操作感触が生まれる。定常摩擦力が小さい程、操作部材が定常的に回し易くなるので、軽い操作感触が生まれる。

好適には本形態の回転型操作装置において、操作者から操作品質の嗜好に関する入力を受け付ける品質入力部をさらに備え、記憶装置が、操作品質の嗜好の各々に対応した複数のパターンデータを記憶し、変更部が、品質入力部から入力された操作品質の嗜好に対応するパターンデータを記憶装置から選択する。

この構成によれば、変更部は、品質入力部から入力された操作品質の嗜好に対応するパターンデータを記憶装置から選択するので、操作者の望む操作品質の嗜好に対応した操作感触を生み出すことができる。

好適には本形態の回転型操作装置において、操作品質の嗜好が、シャープな操作感触とソフトな操作感触とを含み、シャープな操作感触に対応するパターンデータにおける第２区間に対する第１区間の比率が、ソフトな操作感触に対応するパターンデータにおける第２区間に対する第１区間の比率より小さい。

この構成によれば、シャープな操作感触に対応するパターンデータにおける第２区間に対する第１区間の比率が、ソフトな操作感触に対応するパターンデータにおける第２区間に対する第１区間の比率より小さいので、シャープな操作感触を与える目的においては、シャープな操作感触を選択するほど、操作者にシャープな操作感触を感じさせることができる。

好適には本形態の回転型操作装置において、操作品質の嗜好が、判りやすい操作感触と判り難い操作感触とを含み、判りやすい操作感触に対応するパターンデータにおける第１の大きさと第２の大きさとの和が、判り難い操作感触に対応するパターンデータにおける第１の大きさと第２の大きさとの和より大きい。

この構成によれば、判りやすいクリック操作感触に寄与するパターンデータにおける第１の大きさと第２の大きさとの和が、判り難いクリック操作感触に寄与するパターンデータにおける第１の大きさと第２の大きさとの和より大きいので、判りやすいクリック操作触感を選択するほど、操作者に判りやすい操作感触を感じさせることができる。

好適には本形態の回転型操作装置において、トルク付与部が、摩擦トルク制御部からの指示に応じて操作部材を回転させる電動モータを含む。

この構成によれば、トルク付与部が、摩擦トルク制御部からの指示に応じて操作部材を回転させる電動モータを含むので、付与トルクを電気的に制御できる。

好適には本形態の回転型操作装置において、摩擦力付与部が、操作部材に接触した磁気粘性流体と、摩擦トルク制御部からの指示に応じて磁気粘性流体の粘性を変化させる磁界制御部とを含む。

この構成によれば、磁気粘性流体の粘性を変化させることにより、操作部材に付与される抵抗力が変化するので、固体を操作部材に接離して摩擦力を与える場合に比べて、精密で多様な操作感触を付与することができる。

また、一つの形態によれば、操作者による操作を受けて回転可能な操作部材と、操作部材の回転角を検出する回転角センサと、操作者による操作を受けて回転可能な操作部材と、操作部材の回転角を検出する回転角センサと、操作部材を回転させる付与トルクを付与するトルク付与部と、操作部材に摩擦力を付与する摩擦力付与部と、付与トルクと摩擦力とを回転角に応じて変化させる摩擦トルク制御部と、付与トルクと回転角との関係と、摩擦力と回転角との関係との少なくとも一方を変更する変更部と、複数のパターンデータを記憶した記憶装置と、を備える回転型操作装置の制御方法であって、パターンデータが、トルクデータと摩擦力データとの組み合わせを含み、トルクデータが、付与トルクと回転角との関係を表し、摩擦力データが、摩擦力と回転角との関係を表し、当該制御方法が、変更部により、記憶装置からパターンデータを選択することと、摩擦トルク制御部により、選択されたパターンデータに含まれるトルクデータに基づいて、付与トルクを変化させることと、摩擦トルク制御部により、選択されたパターンデータに含まれる摩擦力データに基づいて、摩擦力を変化させることと、を含む、回転型操作装置の制御方法が提供される。

また、一つの形態によれば、コンピュータに上記の回転型操作装置の制御方法を実行させる制御プログラムが提供される。

本開示によれば、多様な操作感触を生み出すことができる回転型操作装置、回転型操作装置の制御方法、及び回転型操作装置の制御プログラムを提供することができる。

実施形態に係る回転型操作装置の斜視図である。 図１に示す２−２線を通る断面における回転型操作装置の部分切断面図である。 図１に示す回転型操作装置の制御系統のブロック図である。 一例におけるトルクデータと付与トルクと摩擦力データと合計トルクとを示すグラフである。 一例における操作品質の嗜好ごとのトルクデータと付与トルクとを示すグラフである。 他の例における操作品質の嗜好ごとのトルクデータと付与トルクとを示すグラフである。 図１に示す回転型操作装置の制御方法を説明するためのフロー図である。

（全体構成）
以下、本実施形態に係る回転型操作装置について説明する。

図１は、本実施形態の回転型操作装置１００の斜視図である。回転型操作装置１００は、筐体１０１と、筐体１０１に回転可能に支持された操作部材１０２と、筐体１０１に取り付けられた表示入力装置１０３とを含む。操作部材１０２は、操作者による操作を受けて回転可能である。回転型操作装置１００は、操作部材１０２の回転角、回転位置、回転速度等の回転に伴うパラメータに応じた出力を生成する。例えば、図示しないオーディオは、操作部材１０２の回転位置に応じてボリュームを変える。例えば、図示しない車両の制御装置が、操作部材１０２の回転位置に応じて車両のトランスミッションを切り替える。

表示入力装置１０３は、操作者に対して種々の情報を表示して、操作者からの入力を受けるタッチパネルディスプレイである。他の例において、表示入力装置１０３は、ダイヤル、スライダー、スイッチなど機械的な部材を動作させることにより、情報の提示と入力の受付とを行うものであってもよい。表示入力装置１０３は、音声など他の原理で情報の提示と入力の受付とを行うものであってもよい。なお、図１では回転型操作装置１００が表示入力装置１０３を含む態様として示されているが、表示入力装置１０３を備えていない態様であってもよい。

図２は、図１に示す２−２線を通る断面における回転型操作装置１００の部分切断面図である。図２の切断面は、操作部材１０２の回転軸１０４を通る。図２に示すように、操作部材１０２は、図１の筐体１０１外に露出したノブ１１１と、筐体１０１内に収容されたシャフト１１２とを含む。ノブ１１１の外形は、回転軸１０４に沿って延びた中心軸をもつ略円柱である。シャフト１１２は、回転軸１０４に沿ってノブ１１１から延びている。シャフト１１２の外形は、回転軸１０４に沿って延びた中心軸をもつ略円柱である。ノブ１１１とシャフト１１２とは、回転軸１０４の周りで一体的に回転可能である。

操作部材１０２は、さらに、シャフト１１２の周りから半径方向に円盤状に広がる検出盤１１３と、シャフト１１２の周りから半径方向に円盤状に広がる抵抗盤１１４とを含む。検出盤１１３と抵抗盤１１４とは、シャフト１１２に固定されており、回転軸１０４の周りでシャフト１１２と一体的に回転可能である。

図２に示すように、回転型操作装置１００（図１）は、筐体１０１（図１）内に、さらに、操作部材１０２の回転角を検出する回転角センサ１０５と、操作部材１０２に対して操作部材１０２の回転方向に沿ったトルク（以下、付与トルクと呼ぶ場合がある）を付与するトルク付与部１０６と、操作部材１０２に摩擦力を付与する摩擦力付与部１０７とを含む。
（回転角センサ）
回転角センサ１０５は、検出盤１１３の外周縁付近に近接して配置されたロータリーエンコーダである。検出盤１１３には、外周縁付近に複数の穴が形成されている。回転角センサ１０５は、検出盤１１３に設けられた穴を光学的に検知することにより、回転軸１０４の周りにおける操作部材１０２の回転角を検出する。他の例において、回転角センサ１０５は、他の原理で回転角を検出してもよい。例えば、回転角センサ１０５は、シャフト１１２に固定された永久磁石の動きを、磁気的に検知してもよい。
（トルク付与部）
図２に示すように、トルク付与部１０６は、シャフト１１２に固定されてシャフト１１２と一体的に回転する複数の回転子１２１と、回転子１２１に対向して配置された複数の固定子１２２とを含むステッピングモータである。回転子１２１は、永久磁石である。固定子１２２は、コイルである。固定子１２２にパルス電流を流すと、回転子１２１と共にシャフト１１２が回転する。

本実施形態では、固定子１２２に流すパルス電流の大きさに応じて、シャフト１１２に加わる付与トルクが変化する。付与トルクの大きさは、パルス電流の大きさに比例する。複数の固定子１２２に流すパルス電流の位相に応じて、付与トルクの方向が決まる。他の例において、トルク付与部１０６は、ステッピングモータ以外の他の電動モータ、例えば直流モータにより操作部材１０２に付与トルクを付与してもよい。トルク付与部１０６は、他の原理により操作部材１０２に付与トルクを付与してもよい。
（摩擦力付与部）
図２に示すように、摩擦力付与部１０７は、操作部材１０２のシャフト１１２の周りに配置されたドーナツ状のコイルケース１３１と、コイルケース１３１内でシャフト１１２の周りにドーナツ状に巻かれた巻線により構成される磁界制御部１３２とを含む。コイルケース１３１は、回転軸１０４に略直交した平面に沿って広がる対向面１３３をもつ。対向面１３３は、抵抗盤１１４の一方の面に近接配置されている。摩擦力付与部１０７は、対向面１３３と抵抗盤１１４の一方の面との間に配置された磁気粘性流体１３４をさらに含む。磁気粘性流体１３４は、コイルケース１３１と抵抗盤１１４との両方に接触している。磁気粘性流体１３４は、図示しないシール部材によって、流出するのが規制されている。

磁界制御部１３２に流れる電流に応じて、磁気粘性流体１３４を通る磁界が変化し、その結果、磁気粘性流体１３４を構成する粒子の結合力が変化する。結合力の変化に応じて、磁気粘性流体１３４と抵抗盤１１４との間の摩擦力が変化する。本実施形態では、操作部材１０２に加わる摩擦力は、磁界制御部１３２に流れる電流の増加に応じて増大する。他の例において、摩擦力付与部１０７は、他の原理により操作部材１０２に摩擦力を付与してもよい。例えば、機械的に部材を操作部材１０２に接触させるブレーキであってもよく、電磁的なブレーキであってもよい。
（制御系統）
図３は、図１に示す回転型操作装置１００の制御系統のブロック図である。回転型操作装置１００は、記憶装置１０８と演算処理装置１０９とをさらに含む。
（記憶装置）
記憶装置１０８は、制御プログラム１４１と複数のパターンデータ１４２とを記憶する。制御プログラム１４１は、演算処理装置１０９によって読み出されて、演算処理装置１０９に動作方法の一部を行うための機能、及び他の機能を実装させる。演算処理装置１０９が種々の機能を実行するとき、記憶装置１０８は、演算処理装置１０９に制御されて、適宜必要な情報を記憶する。記憶装置１０８は、非一時的な有形の記憶媒体である。記憶装置１０８は、ＲＯＭ（ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）を含む。記憶装置１０８は、揮発性または不揮発性の記憶媒体である。記憶装置１０８は、取り外し可能であってもよく、取り外し不能であってもよい。

パターンデータ１４２の各々は、トルクデータ１４３と摩擦力データ１４４との組み合わせを含む。トルクデータ１４３は、操作部材１０２の回転角とトルク付与部１０６に対する制御信号との関係を表す。後述のように、付与トルクの大きさは、制御信号の大きさに比例し、付与トルクの方向は、制御信号の正負によって決まる。従って、トルクデータ１４３は、操作部材１０２の回転角と付与トルクとの対応関係を間接的に表す。摩擦力データ１４４は、操作部材１０２の回転角と操作部材１０２に与える摩擦力との対応関係を表す。摩擦力付与部１０７の磁界制御部１３２に流す電流の増加が、操作部材１０２に加わる摩擦力を増大させるので、摩擦力データ１４４は、磁界制御部１３２に流す電流の大きさ（すなわち、電流値）により間接的に摩擦力を表す。
（演算処理装置）
演算処理装置１０９は、記憶装置１０８に記憶された制御プログラム１４１を読み出して実行することにより、品質入力部１５１と変更部１５２と摩擦トルク制御部１５３として機能する。本実施形態の演算処理装置１０９は、汎用コンピュータであるが、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔｓ）であってもよく、本実施形態で説明される各機能を実装可能な他の回路であってもよい。

品質入力部１５１は、表示入力装置１０３に、操作品質の嗜好を選択する画面を表示して、操作者から操作品質の嗜好に関する入力を受け付ける。品質入力部１５１は、画面に操作品質の嗜好を選択するボタンを表示して、押されたボタンに応じて操作品質の嗜好を決定する。他の例において、ダイヤル、スライダー、数値などを表示して、操作品質の嗜好に関する入力を受け付けてもよい。記憶装置１０８には、予め、操作品質の嗜好に対応した複数のパターンデータ１４２が記憶されている。パターンデータ１４２の詳細については後述する。

変更部１５２は、品質入力部１５１から入力された操作品質の嗜好に対応するパターンデータ１４２を記憶装置１０８から選択する。変更部１５２は、パターンデータ１４２の選択を通じて、結果的に、回転角に応じて摩擦力付与部１０７により付与される摩擦力と、回転角に応じてトルク付与部１０６により付与される付与トルクとを変更可能である。

摩擦トルク制御部１５３は、選択されたパターンデータ１４２に含まれるトルクデータ１４３に基づいて、回転角に応じてトルク付与部１０６により付与される付与トルクを変化させる。摩擦トルク制御部１５３は、選択されたパターンデータ１４２に含まれる摩擦力データ１４４に基づいて、回転角に応じて摩擦力付与部１０７により付与される摩擦力を変化可能である。摩擦トルク制御部１５３からの指示に応じて、トルク付与部１０６のステッピングモータが操作部材１０２を回転させる。摩擦トルク制御部１５３からの指示に応じて、摩擦力付与部１０７が磁界制御部１３２に流れる電流を変化させることにより、磁気粘性流体１３４（図２）の粘性を変化させる。
（パターンデータと付与トルク）
図４は、一例におけるある１つのパターンデータ１４２（図３）に含まれるトルクデータ１４３と、摩擦力データ１４４とを示すグラフである。また、図４には、トルクデータ１４３に基づいて操作部材１０２に付与される付与トルク１６１と、摩擦力データ１４４に基づいて操作部材１０２に付与される摩擦力と付与トルク１６１とを合計した合計トルク１６２とも示す。本実施形態のパターンデータ１４２（図３）は、操作部材１０２（図２）の回転方向を正方向として適用される。逆回転する場合には、新たな回転方向を正方向として、パターンデータ１４２（図３）が適用される。

図４に示すトルクデータ１４３は、３６０度の回転角とトルク付与部１０６に送る制御信号との関係を表す。ただし、図４では、３６０度の回転角のうちの一部を拡大して描いている。

トルクデータ１４３の制御信号の大きさは、固定子１２２（図２）に流すパルス電流の大きさを表す。制御信号が正の場合、付与トルク１６１が正となり、操作部材１０２（図２）に負方向（すなわち、回転方向の逆方向）の付与トルクが加わる結果、操作者が抵抗力を感じる。制御信号が負の場合、付与トルク１６１が負となり、操作部材１０２（図２）に正方向（すなわち、回転方向）の付与トルクが加わり、操作者が推進力を感じる。

３６０度の回転角は、連続的な１２個の角度範囲Ｒ０（Ｒ０−１〜Ｒ０−１２）に等分される。図４では、１２個の角度範囲Ｒ０に含まれる第１角度範囲Ｒ０−１と第２角度範囲Ｒ０−２とを拡大して描いている。１つの角度範囲Ｒ０は、３０度の回転角に対応する。角度範囲Ｒ０の各々は、連続する第１区間Ｒ１と第２区間Ｒ２とを含む。第１区間Ｒ１の後に第２区間Ｒ２が続く。第１区間Ｒ１は、第１サブ区間Ｓ１と第２サブ区間Ｓ２とを有する。第２区間Ｒ２は、第３サブ区間Ｓ３と第４サブ区間Ｓ４とを有する。角度範囲Ｒ０は、第１サブ区間Ｓ１から始まり、第２サブ区間Ｓ２と第３サブ区間Ｓ３と第４サブ区間Ｓ４とが正方向において順に続く。

回転角Ａ１から回転角Ａ２までの第１サブ区間Ｓ１では、制御信号の符号が負であり、正方向における回転角の変化に伴って、制御信号の大きさ（すなわち、絶対値）がＣ１からゼロまで略直線的に減少する。これに対応して、第１サブ区間Ｓ１では、付与トルク１６１の符号が負（すなわち、付与トルク１６１が回転方向を向く）であり、付与トルク１６１の絶対値が、第１の大きさＴ１からゼロまで徐々に減少する。

回転角Ａ２から回転角Ａ３までの第２サブ区間Ｓ２では、制御信号の符号が正であり、正方向における回転角の変化に伴って、制御信号の大きさがゼロからＣ２まで略直線的に増加する。第２サブ区間Ｓ２における制御信号の傾きは、第１サブ区間Ｓ１における制御信号の傾きと略同一である。これに対応して、第２サブ区間Ｓ２では、付与トルク１６１の符号が正（すなわち、付与トルク１６１が回転方向とは逆方向を向く）であり、付与トルク１６１の絶対値が、ゼロから第２の大きさＴ２まで徐々に上昇する。

回転角Ａ３から回転角Ａ４までの第３サブ区間Ｓ３では、制御信号の符号が正であり、正方向における回転角の変化に伴って、制御信号の大きさがＣ２からゼロまで略直線的に減少する。これに対応して、第３サブ区間Ｓ３では、付与トルク１６１の符号が正（すなわち、付与トルク１６１が回転方向とは逆方向を向く）であり、付与トルク１６１の絶対値が、第２の大きさＴ２からゼロまで徐々に減少する。

回転角Ａ４から次の角度範囲Ｒ０の最初の回転角Ａ１までの第４サブ区間Ｓ４では、制御信号の符号が負であり、正方向における回転角の変化に伴って、制御信号の大きさ（すなわち、絶対値）がゼロからＣ１まで略直線的に増加する。第４サブ区間Ｓ４における制御信号の傾きは、第３サブ区間Ｓ３における制御信号の傾きと略同一である。これに対応して、第４サブ区間Ｓ４では、付与トルク１６１の符号が負（すなわち、付与トルク１６１が回転方向を向く）であり、付与トルク１６１の絶対値が、ゼロから第１の大きさＴ１まで徐々に上昇する。

付与トルク１６１は、回転角Ａ１付近と回転角Ａ３付近とにおいて、正弦波のようになだらかに変化する。

図４に示す摩擦力データ１４４は、３６０度の回転角に対する、摩擦力付与部１０７に流す電流の大きさ（すなわち、電流値）の変化を表す。ただし、図４では、３６０度のうちの一部のみを拡大して描いている。摩擦力データ１４４に示すように、各角度範囲Ｒ０の全体にわたって、略一定の電流値Ｃ３の電流が印加される。その結果、合計トルク１６２は、付与トルク１６１を定常摩擦力Ｔ３ぶん増加したものとなる。定常摩擦力Ｔ３は、第１の大きさＴ１より小さい。すなわち、合計トルク１６２は、いずれかの回転角で必ずゼロを取る。

摩擦力データ１４４に示すように、第１サブ区間Ｓ１のうち、合計トルク１６２がゼロになる回転角Ａ５を含む一定期間にわたって、電流値Ｃ３を上回る電流値Ｃ４のパルス状の電流がさらに印加される。その結果、回転角Ａ５付近において、定常摩擦力Ｔ３を上回る摩擦力が付与される。ただし、図４に示す合計トルク１６２には、定常摩擦力Ｔ３を上回る摩擦力は省略しており、反映していない。

全体として、概ね、安定点である回転角Ａ５に向かう合計トルク１６２が操作部材１０２に付与される。回転角Ａ５から操作部材１０２を正方向に回転させると、回転角Ａ３まで、操作部材１０２に付与される負方向の合計トルク１６２の大きさが徐々に大きくなる。その結果、操作者は徐々に大きくなる抵抗力を感じる。回転角Ａ３を通り抜けると、操作部材１０２に付与される負方向の合計トルク１６２の大きさが徐々に小さくなるので、操作者は抵抗力をあまり感じずに、回転角Ａ３を乗り越えるときの勢いで操作部材１０２を正方向に進めることができる。回転角Ａ４を越えてしばらくすると合計トルク１６２がゼロに達する。その後、操作部材１０２に正方向の合計トルク１６２が付与され、操作者は次の角度範囲Ｒ０の回転角Ａ５に引かれる感触を受ける。回転角Ａ５付近において、定常摩擦力Ｔ３を上回る摩擦力が付与されるので、操作者は、操作部材１０２を大きく振動させずに回転角Ａ５で止めることができる。
（トルクデータの違い）
図５は、一例における操作品質の嗜好ごとの、図４に示すトルクデータ１４３と付与トルク１６１とを示すグラフである。第１トルクデータ１４３ａは、判り難い操作感触に対応するパターンデータ１４２（図３）に含まれるトルクデータ１４３の１つである。第２トルクデータ１４３ｂは、判りやすい操作感触に対応するパターンデータ１４２（図３）に含まれるトルクデータ１４３の１つである。第１付与トルク１６１ａは、第１トルクデータ１４３ａに基づいて操作部材１０２に付与されるトルクを表す。第２付与トルク１６１ｂは、第２トルクデータ１４３ｂに基づいて操作部材１０２に付与されるトルクを表す。

図５に示す第１トルクデータ１４３ａの制御信号の波形と、第２トルクデータ１４３ｂの制御信号の波形とは、いずれも、図４に示すトルクデータ１４３を縦軸方向に伸縮した形状をもつ。第１トルクデータ１４３ａの制御信号と、第２トルクデータ１４３ｂの制御信号とは、いずれも、回転角Ａ２と回転角Ａ４とにおいてゼロとなる。第１トルクデータ１４３ａの制御信号は、回転角Ａ１において−Ｃ１ａをとり、回転角Ａ３においてＣ２ａをとる。第２トルクデータ１４３ｂの制御信号は、回転角Ａ１において−Ｃ１ｂをとり、回転角Ａ３においてＣ２ｂをとる。

第１トルクデータ１４３ａにおける第１の大きさＣ１ａは、第２トルクデータ１４３ｂの制御信号における第１の大きさＣ１ｂよりも小さい。第１トルクデータ１４３ａにおける第２の大きさＣ２ａは、第２トルクデータ１４３ｂの制御信号における第２の大きさＣ２ｂよりも小さい。

図５に示す第１付与トルク１６１ａの波形と、第２付与トルク１６１ｂの波形とは、いずれも、図４に示す付与トルク１６１を縦軸方向に伸縮した形状をもつ。第１付与トルク１６１ａと、第２付与トルク１６１ｂとは、いずれも、回転角Ａ２と回転角Ａ４とにおいてゼロとなる。第１付与トルク１６１ａは、回転角Ａ１において−Ｔ１ａをとり、回転角Ａ３においてＴ２ａをとる。第２付与トルク１６１ｂは、回転角Ａ１において−Ｔ１ｂをとり、回転角Ａ３においてＴ２ｂをとる。

第１付与トルク１６１ａの第１の大きさＴ１ａは、第２付与トルク１６１ｂの第１の大きさＴ１ｂよりも小さい。第１付与トルク１６１ａの第２の大きさＴ２ａは、第２付与トルク１６１ｂの第２の大きさＴ２ｂよりも小さい。すなわち、判り難いクリック操作感触に対応するパターンデータ１４２における第１の大きさＴ１ａと第２の大きさＴ２ａとの和は、判りやすいクリック操作感触に対応するパターンデータ１４２における第１の大きさＴ１ｂと第２の大きさＴ２ｂとの和より小さい。これは、第１の大きさＴ１（図４）と第２の大きさＴ２（図４）との和が大きいほど操作者が判りやすいと感じることが、実験的に確認されたことに基づく。また、定常摩擦力Ｔ３（図４）を大きくするとクリック操作感触を感じ難くなることが実験的に確認され、クリック操作感触を変えず重い操作感触に変えたいときには、定常摩擦力Ｔ３を大きくすると同時に第１の大きさＴ１と第２の大きさＴ２との和を大きくするのがよい。
（他の例におけるトルクデータの違い）
図６は、他の例における操作品質の嗜好ごとの、図４に示すトルクデータ１４３と付与トルク１６１とを示すグラフである。第３トルクデータ１４３ｃは、ソフトな操作感触に対応するパターンデータ１４２（図３）に含まれるトルクデータ１４３の１つである。第４トルクデータ１４３ｄは、シャープな操作感触に対応するパターンデータ１４２（図３）に含まれるトルクデータ１４３の１つである。第３付与トルク１６１ｃは、第３トルクデータ１４３ｃに基づいて操作部材１０２に付与されるトルクを表す。第４付与トルク１６１ｄは、第４トルクデータ１４３ｄに基づいて操作部材１０２に付与されるトルクを表す。

図６に示す第３トルクデータ１４３ｃの制御信号の波形と、第４トルクデータ１４３ｄの制御信号の波形とは、いずれも、図４に示すトルクデータ１４３の制御信号の波形である。図６に示す第３付与トルク１６１ｃと第４付与トルク１６１ｄとは、いずれも、図４に示す付与トルク１６１である。図６に関する説明と図４に関する説明とにおいて、同じ名称で異なる符号を付しているものは、互いに対応している。符号の末尾がｃの情報は、第３トルクデータ１４３ｃと第３付与トルク１６１ｃとに関連する情報を表す。符号の末尾がｄのものは、第４トルクデータ１４３ｄと第４付与トルク１６１ｄとに関連する情報を表す。

図６に示すように、第３トルクデータ１４３ｃの制御信号と第４トルクデータ１４３ｄの制御信号とは、いずれも、回転角Ａ２と回転角Ａ４とにおいてゼロとなる。すなわち、安定点は一定である。第４トルクデータ１４３ｄの第１サブ区間Ｓ１ｄは、第３トルクデータ１４３ｃの第１サブ区間Ｓ１ｃに比べて短い。第４トルクデータ１４３ｄの第２サブ区間Ｓ２ｄは、第３トルクデータ１４３ｃの第２サブ区間Ｓ２ｃに比べて短い。第４トルクデータ１４３ｄの第３サブ区間Ｓ３ｄは、第３トルクデータ１４３ｃの第３サブ区間Ｓ３ｃに比べて長い。第４トルクデータ１４３ｄの第４サブ区間Ｓ４ｄは、第３トルクデータ１４３ｃの第４サブ区間Ｓ４ｃに比べて長い。

第４トルクデータ１４３ｄの制御信号の第１区間Ｒ１ｄにおける傾きは、第３トルクデータ１４３ｃの制御信号の第１区間Ｒ１ｃにおける傾きより大きい。第４トルクデータ１４３ｄの制御信号の第２区間Ｒ２ｄにおける傾きは、第３トルクデータ１４３ｃの制御信号の第２区間Ｒ２ｃにおける傾きより小さい。これに伴って、第４付与トルク１６１ｄの第１区間Ｒ１ｄにおける変化は、第３付与トルク１６１ｃの第１区間Ｒ１ｃにおける変化より急激である。第４付与トルク１６１ｄの第２区間Ｒ２ｄにおける変化は、第３付与トルク１６１ｃの第２区間Ｒ２ｃにおける変化より緩やかである。

すなわち、シャープな操作感触に対応するパターンデータ１４２（図３）の第４トルクデータ１４３ｄにおける第２区間Ｒ２ｄに対する第１区間Ｒ１ｄの比率は、ソフトな操作感触に対応するパターンデータ１４２（図３）の第３トルクデータ１４３ｃにおける第２区間Ｒ２ｃに対する第１区間Ｒ１ｃの比率より小さい。これは、第２区間Ｒ２（図４）に対する第１区間Ｒ１（図４）の比率が小さいほど操作者がシャープと感じることが、実験的に確認されたことに基づく。また、軽い操作感触（定常摩擦力Ｔ３（図４）が小さい）かつシャープな操作感触とすることにより、操作者が軽快に感じることが、実験的に確認されている。また、重い操作感触（定常摩擦力Ｔ３（図４）が大きいとき）は、操作者が重厚に感じる一方、クリック操作感触を感じ難くなることが実験的に確認され、この場合にシャープな操作感触を得るためには、第２区間Ｒ２に対する第１区間Ｒ１の比率を維持したまま、第１の大きさＴ１と第２の大きさＴ２との和を大きくするのがよい。
（制御方法）
図７は、図１に示す回転型操作装置１００の制御方法を説明するためのフロー図である。以下、回転型操作装置１００の制御方法について説明する。

まず、ステップ１７１において、品質入力部１５１が、表示入力装置１０３に、操作品質の嗜好を選択する画面を表示して、操作者から操作品質の嗜好に関する入力を受け付ける。品質入力部１５１は、画面に操作品質の嗜好を選択するボタンを表示して、押されたボタンに応じて操作品質の嗜好を決定する。

ステップ１７１の後、ステップ１７２において、変更部１５２は、品質入力部１５１から入力された操作品質の嗜好に対応するパターンデータ１４２を記憶装置１０８から選択する。

ステップ１７２の後、ステップ１７３において、摩擦トルク制御部１５３は、選択されたパターンデータ１４２に含まれるトルクデータ１４３に基づいて、トルク付与部１０６から操作部材１０２に付与される付与トルクを、回転角センサ１０５で検出された回転角に応じて変化させる。摩擦トルク制御部１５３は、例えば図４に示すトルクデータ１４３の制御信号を生成することにより、トルク付与部１０６を制御する。トルク付与部１０６は、制御信号が正のときは、操作部材１０２の回転方向と逆方向の付与トルクを印加し、制御信号が負のときは、操作部材１０２の回転方向と同じ方向の付与トルクを印加する。トルク付与部１０６は、制御信号の大きさに比例した大きさの付与トルクを印加する。

さらに、ステップ１７３において、摩擦トルク制御部１５３は、選択されたパターンデータ１４２に含まれる摩擦力データ１４４に基づいて、摩擦力付与部１０７から操作部材１０２に付与される摩擦力を、回転角センサ１０５で検出された回転角に応じて変化させる。摩擦トルク制御部１５３は、例えば図４に示す摩擦力データ１４４から得られる電流値を摩擦力付与部１０７に通知する。摩擦力付与部１０７は、摩擦トルク制御部１５３から通知された電流値の電流を磁界制御部１３２に流すことにより、磁気粘性流体１３４（図２）の粘性を変化させる。操作部材１０２に付与される摩擦力は、磁界制御部１３２に流す電流値により変化する。ステップ１７３は、適宜繰り返し実行される。

図４に示す本実施形態のトルクデータ１４３は、すべての角度範囲Ｒ０における付与トルクの変化を表すが、他の例において、トルクデータ１４３は、３６０度全体に及ばない１つ以上の角度範囲Ｒ０に対する付与トルクの変化を表してもよい。本実施形態の摩擦力データ１４４は、すべての角度範囲Ｒ０における摩擦力の変化を表すが、摩擦力データ１４４は、３６０度全体に及ばない１つ以上の角度範囲Ｒ０に対する摩擦力の変化を表してもよい。

一例において、変更部１５２（図３）は、図４に示す第１区間Ｒ１と第２区間Ｒ２との比率を変更する。一例において、変更部１５２（図３）は、図４に示す第１の大きさＴ１と第２の大きさＴ２との和を変更する。一例において、変更部１５２（図３）は、定常摩擦力Ｔ３を変更する。一例において、変更部１５２（図３）は、３６０度内の角度範囲Ｒ０の数を変更する。一例において、変更部１５２（図３）は、角度範囲Ｒ０の長さを変更する。すなわち、角度範囲Ｒ０は３０度ではなく、３０度より広い範囲としてもよく、また狭い範囲としてもよい。

他の例において、図３に示す変更部１５２は、品質入力部１５１の入力以外の情報に基づいてパターンデータ１４２を変更してもよい。例えば、変更部１５２は、パターンデータ１４２を直接選択する画面を表示入力装置１０３に表示させて、選択を受け付けてもよい。変更部１５２は、時間的にパターンデータ１４２を変更してもよい。変更部１５２は、ユーザーからの入力に基づいてパターンデータ１４２の一部または全体を変更してもよい。

一例において、変更部１５２（図３）は、付与トルクと摩擦力との少なくとも一方を、パターンデータ１４２を介さずに直接変更する。一例において、変更部１５２（図３）は、数式に基づいて付与トルクと摩擦力との少なくとも一方を変更する。
（まとめ）
本実施形態によれば、摩擦トルク制御部１５３が、トルク付与部１０６から操作部材１０２に付与される付与トルク１６１と摩擦力付与部１０７から操作部材１０２に付与される摩擦力とを操作部材１０２の回転角に応じて変化させるので、従来に比べて、多様な操作感触を操作者に与えることができる。

本実施形態によれば、付与トルク１６１と回転角との関係と摩擦力と回転角との関係との少なくとも一方を変更する変更部１５２をさらに備えるので、多様な操作感触から操作者の欲求に応じた適切な操作感触を操作者に与えることができる。

本実施形態によれば、摩擦トルク制御部１５３が、選択されたパターンデータ１４２に含まれるトルクデータ１４３に基づいて、付与トルク１６１を変化させることに加え、摩擦トルク制御部１５３が、選択されたパターンデータ１４２に含まれる摩擦力データ１４４に基づいて、摩擦力を変化させるので、単一のトルクデータ１４３と単一の摩擦力データ１４４とに固定される場合に比べて多様な操作感触を操作者に与えることができる。

本実施形態によれば、トルクデータ１４３に基づいて、第２の大きさＴ２をとる回転角を越えるときに明確な抵抗力を発生させることができるとともに、摩擦力データ１４４の定常摩擦力により定常的な重みを発生させることができ、トルクデータ１４３と摩擦力データ１４４との組み合わせにより操作者に多様な操作感触を与えることができる。

本実施形態によれば、角度範囲Ｒ０内の第１サブ区間Ｓ１のうち付与トルク１６１と定常摩擦力Ｔ３との和がゼロになる回転角において、定常摩擦力Ｔ３を上回る摩擦力が付与されるので、付与トルク１６１と定常摩擦力Ｔ３との和がゼロになる安定点における操作部材１０２の振動を防いで、操作者に違和感のない操作感触を与えることができる。

本実施形態によれば、変更部１５２が、第１区間Ｒ１と第２区間Ｒ２との比率を変更可能であるので、操作者に多様な操作感触を与えることができる。特に、第２区間Ｒ２に比べて第１区間Ｒ１が短いほど、急激な抵抗の変化が生まれるので、シャープな操作感触を操作者に与えることができる。第２区間Ｒ２に比べて第１区間Ｒ１が長いほど、抵抗力の変化が滑らかになるので、操作者がシャープな操作感触を感じにくくなる。

本実施形態によれば、変更部１５２が、第１の大きさＴ１と第２の大きさＴ２との和を変更するので、操作者に多様な操作感触を与えることができる。特に、第１の大きさＴ１と第２の大きさＴ２との和が大きい程、操作者が大きな力を加えなければ第１区間Ｒ１を越えられないため、判りやすいクリック操作感触が生まれる。第１の大きさＴ１と第２の大きさＴ２との和が小さい程、操作者が小さな力で第１区間Ｒ１を越えられるため、判り難いクリック操作感触が生まれる。

本実施形態によれば、変更部１５２が、定常摩擦力Ｔ３を変更可能であるので、操作者に多様な操作感触を与えることができる。特に、定常摩擦力Ｔ３が大きい程、操作部材１０２が定常的に回しにくくなるので、重い操作感触が生まれる。定常摩擦力Ｔ３が小さい程、操作部材１０２が定常的に回し易くなるので、軽い操作感触が生まれる。

本実施形態によれば、変更部１５２は、品質入力部１５１から入力された操作品質の嗜好に対応するパターンデータ１４２を記憶装置１０８から選択するので、操作者の嗜好に対応した操作感触を生み出すことができる。

本実施形態によれば、シャープな操作感触に対応するパターンデータ１４２における第２区間Ｒ２に対する第１区間Ｒ１の比率が、ソフトな操作感触に対応するパターンデータ１４２における第２区間Ｒ２に対する第１区間Ｒ１の比率より小さいので、シャープな操作感触を与える目的においては、シャープな操作感触を選択するほど、操作者にシャープな操作感触を感じさせることができる。

本実施形態によれば、判りやすいクリック操作感触に対応するパターンデータ１４２における第１の大きさＴ１と第２の大きさＴ２との和が、判り難いクリック操作感触に対応するパターンデータ１４２における第１の大きさＴ１と第２の大きさＴ２との和より大きいので、判りやすいクリック操作感触を選択するほど、操作者に判りやすい操作感触を感じさせることができる。

本実施形態によれば、トルク付与部１０６が、摩擦トルク制御部１５３からの指示に応じて操作部材１０２を回転させる電動モータであるステッピングモータを含むので、付与トルク１６１を電気的に制御できる。

本実施形態によれば、磁気粘性流体１３４の粘性を変化させることにより、操作部材１０２に付与される抵抗力が変化するので、固体を操作部材１０２に接離して摩擦ブレーキ力を与える場合に比べて、精密で多様な操作感触を付与することができる。

本発明は上述した実施形態には限定されない。すなわち、当業者は、本発明の技術的範囲またはその均等の範囲内において、上述した実施形態の構成要素に関し、様々な変更、
コンビネーション、サブコンビネーション、並びに代替を行ってもよい。

本発明は、操作部材の回転に応じた出力を生成する種々の回転型操作装置に適用可能である。例えば、回転型操作装置は、車両のトランスミッション、オーディオのボリュームを切り替える。

本国際出願は２０１７年１月２０日に出願された日本国特許出願２０１７−００８７７８号に基づく優先権を主張するものであり、その全内容をここに援用する。

１００…回転型操作装置、１０２…操作部材、１０５…回転角センサ、１０６…トルク付与部、１０７…摩擦力付与部、１０８…記憶装置、１０９…演算処理装置、１３２…磁界制御部、１３４…磁気粘性流体、１４１…制御プログラム、１４２…パターンデータ、１４３…トルクデータ、１４４…摩擦力データ、１５１…品質入力部、１５２…変更部、１５３…摩擦トルク制御部、１６１…付与トルク、Ｒ０…角度範囲、Ｒ１…第１区間、Ｒ２…第２区間、Ｓ１…第１サブ区間、Ｓ２…第２サブ区間、Ｓ３…第３サブ区間、Ｓ４…第４サブ区間、Ｔ１…第１の大きさ、Ｔ２…第２の大きさ、Ｔ３…定常摩擦力

Claims (5)

1. 操作者による操作を受けて回転可能な操作部材と、
   前記操作部材の回転角を検出する回転角センサと、
   前記操作部材に対して前記操作部材の回転方向に沿った付与トルクを付与するトルク付与部と、
   前記操作部材に摩擦力を付与する摩擦力付与部と、
   前記付与トルクと前記摩擦力とを前記回転角に応じて変化させる摩擦トルク制御部と
   を備え、
   前記トルク付与部は、
   前記付与トルクとして、いずれも曲線波形状に変化する、回転方向である正方向へのトルクと、前記回転方向とは反対方向である負方向へのトルクとを交互に発生させ、
   前記摩擦力付与部は、
   前記付与トルクに対し、定常摩擦力を加える
   ことを特徴とする回転型操作装置。
2. 前記摩擦トルク制御部は、
   前記付与トルクが正負の切り替わる付近の回転角において、前記付与トルクに対して、前記定常摩擦力よりも大きな摩擦力を加える
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転型操作装置。
3. 前記付与トルクと回転角との関係、および、前記摩擦力と回転角との関係の少なくとも一方を変更可能である変更部を備える
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の回転型操作装置。
4. 操作者による操作を受けて回転可能な操作部材を備える回転型操作装置の制御方法であって、
   前記操作部材に対して前記操作部材の回転方向に沿った付与トルクを付与するトルク付与工程と、
   前記操作部材に摩擦力を付与する摩擦力付与工程と、
   前記付与トルクと前記摩擦力とを前記操作部材の回転角に応じて変化させる摩擦トルク制御工程と
   を含み、
   前記トルク付与工程では、
   前記付与トルクとして、いずれも曲線波形状に変化する、回転方向である正方向へのトルクと、前記回転方向とは反対方向である負方向へのトルクとを交互に発生させ、
   前記摩擦力付与工程では、
   前記付与トルクに対し、定常摩擦力を加える
   ことを特徴とする制御方法。
5. コンピュータに請求項４に記載の制御方法を実行させる制御プログラム。

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