JP6738580B2 - 操作感触付与型入力装置 - Google Patents

Description

本発明は、操作感触付与型入力装置に関し、特に操作方向と逆向きの抵抗トルク及び操作方向と同じ向きの引き込みトルクを発生させることができる操作感触付与型入力装置に関する。

特許文献１に磁界応答材料を有するブレーキに関する発明が記載されている。このブレーキは、ハウジングにシャフトが回転自在に支持され、シャフトと共に回転するロータが、ハウジングの第１の室内に設けられている。第１の室には磁界応答材料と磁界発生器が設けられている。磁界応答材料は磁界の強さによって流動性に変化を生じる。磁界発生器で磁界を発生させていないときは磁界応答材料の粘性またはせん断流れ抵抗が低下し、シャフトとロータが回転しやすくなり、磁界発生器で磁界を発生すると、磁界応答材料の粘性またはせん断流れ抵抗が大きくなり、シャフトとロータにブレーキが掛けられる。

特許文献２には、手動入力装置に関する発明が記載されている。この手動入力装置は、操作部材と、操作部材と共に回転するキャリア軸と、モータの出力軸に設けられたエンコーダを有している。キャリア軸にはキャリアが固定され、キャリアに複数のプラネットギヤが回転自在に支持されており、モータの出力軸にサンギヤが固定されて、サンギヤの周囲にプラネットギヤが噛み合っている。操作部材を手で操作して回転させ、エンコーダを動作させるときに、モータからキャリア軸に対して操作方向と同じ方向や逆の方向の回転力が与えられて、操作部材を操作する手に抵抗感や加速感を与えることができるようになっている。

特開２００５−５０７０６１号公報 特開２００３−５０６３９号公報

特許文献１に記載されているブレーキは、磁界応答材料の作用でロータにブレーキ力を与えることができるが、ロータに対して回転力を与えることができないため、操作者に多様な操作感触を与えることが難しかった。

特許文献２に記載された手動入力装置は、モータの動力をキャリア軸に与えることで、操作部材を操作する手に抵抗感や加速感を与えることができる。しかし、操作者に抵抗感や加速感を適正に与えるためには、モータの制御が複雑になり、モータの回転方向を切替えることで不要な振動が生じることがあった。また、操作時に、それまでの操作方向から反対方向へ回転方向を変更しようとした際、例えば、エンドストップ状態から抜ける際に、速やかには回転方向を変更することができず、引っかかり感を感じることがあった。

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、回転体に対して適度な抵抗感と引き込み感を与えることができると共に、エンドストップ状態から抜ける際の引っかかり感を無くした操作感触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の操作感触付与型入力装置は、固定部と、前記固定部に回転自在に支持された操作軸と、前記操作軸に固定された操作ノブと、前記操作軸の回転角度を検出する回転角度検出部と、前記操作軸にブレーキ力を付与するブレーキ付与部と、前記操作軸にトルクを付与するトルク付与部と、前記ブレーキ付与部と前記トルク付与部とを制御する制御部と、を備えた操作感触付与型入力装置であって、前記操作軸に作用する操作トルクの大きさを検出する操作トルク検出部が設けられ、前記回転角度検出部によって前記操作ノブがエンドストップ位置に至ったことが検出されたときに前記ブレーキ付与部で前記操作軸にブレーキが付与され、前記操作軸にブレーキが付与された状態で前記操作ノブを回転させたときに、前記操作軸を介して前記操作ノブに作用する前記操作トルクの大きさに応じて、前記エンドストップからのブレーキ解除が行なわれる、という特徴を有する。

このように構成された操作感触付与型入力装置は、回転体をブレーキ付与部とトルク付与部とによって制御するので、操作ノブを操作する操作者に適度な抵抗感や引き込み感を与えることができる。また、エンドストップ時に操作トルクの大きさによってブレーキを解除するので、エンドストップ状態から抜ける際の引っかかり感を無くすことができる。

また、上記の構成において、前記ブレーキ付与部は、前記回転体に設けられた回転板と、前記固定部と前記回転板との隙間に介在する磁気粘性流体と、前記磁気粘性流体に磁場を与えるブレーキ付与コイルとを有し、前記ブレーキ解除は、前記ブレーキ付与コイルに与える電流を制御することによって行われる、という特徴を有する。

このように構成された操作感触付与型入力装置は、磁気粘性流体を利用してブレーキの制御を行なうので、操作時に自然な操作感触を操作者へ与えることができる。

また、上記の構成において、前記制御部には、ブレーキ設定部が設けられており、前記回転角度検出部から得られる前記回転角度に関する情報と前記操作トルク検出部から得られる前記操作トルクに関する情報とが前記ブレーキ設定部に入力され、前記ブレーキ設定部に入力された前記回転角度に関する情報と前記操作トルクに関する情報とを基に、前記ブレーキ付与部を制御する、という特徴を有する。

このように構成された操作感触付与型入力装置は、回転角度に関する情報と操作トルクに関する情報とを常に検知しながらブレーキ付与部の制御を行なうので、ブレーキの制御を正確に行うことができる。

本発明の操作感触付与型入力装置は、回転体をブレーキ付与部とトルク付与部とによって制御するので、操作ノブを操作する操作者に適度な抵抗感や引き込み感を与えることができる。また、エンドストップ時に操作トルクの大きさによってブレーキを解除するので、エンドストップ状態から抜ける際の引っかかり感を無くすことができる。

本発明の実施形態における操作感触付与型入力装置の外観の斜視図である。 操作感触付与型入力装置の全体構造を示す断面図である。 操作感触付与型入力装置の主要部を示す斜視図である。 操作感触付与型入力装置に設けられたロータを示す斜視図である。 操作感触付与型入力装置の回路構成を示すブロック図である。 ブレーキ力と回転トルクの設定操作を示す説明図である。 回転角度に関する情報のみによって制御した場合のブレーキ力と操作トルクの変化の軌跡を示す説明図である。 回転角度に関する情報と操作トルクに関する情報とによって制御した場合のブレーキ力と操作トルクの変化の軌跡を示す説明図である。

［実施形態］
以下、本発明について、図面を参照しながら説明する。本発明の実施形態である操作感触付与型入力装置１００は、操作ノブを操作する操作者が受ける複数の操作感触をソフトウエアによって切り替えることが可能なロータリー式の入力装置であって、車載機器等の電子機器内に取り付けられて使用される。本発明の操作感触付与型入力装置１００の用途については、以下説明する実施形態に限定されるものではなく適宜変更が可能である。尚、本明細書では、各図面に対する説明の中で便宜上、右側、左側、上側、下側と記載している場合があるが、これらは、それぞれ各図面内で＋Ｘ側、−Ｘ側、＋Ｚ側、−Ｚ側を示すものであり、製品の設置方向や使用時の方向をこれらに限定するものではない。

最初に、図１乃至図５を参照して、操作感触付与型入力装置１００の全体構造及び回路構成について説明する。図１は、操作感触付与型入力装置１００の外観の斜視図であり、図２は、操作感触付与型入力装置１００の全体構造を示す断面図であり、図３は、操作感触付与型入力装置１００の主要部を示す斜視図である。また、図４は、操作感触付与型入力装置１００に設けられたロータ１３を示す斜視図であり、図５は、操作感触付与型入力装置１００の回路構成を示すブロック図である。

操作感触付与型入力装置１００は、図１に示すように、固定部９と、固定部９に回転自在に支持された回転体１０と、回転体１０に固定された回転可能な操作ノブ１７と、を備えて構成されている。

回転体１０は、操作軸１１を有し、回転中心線Ｊ１を中心として、構成されている。図２に示すように、回転体１０は、検出板１２、ロータ１３、回転板１４、及びトルクセンサ７１が操作軸１１に固定されることによって構成されている。検出板１２、ロータ１３、回転板１４、及びトルクセンサ７１は、それぞれ、それらの左右方向に拡がる面が回転中心線Ｊ１に対して直角方向となるように操作軸１１に取り付けられる。また、操作軸１１の下端にはピボット部１１ａが形成されている。

操作感触付与型入力装置１００には、図２に示すように、回転体１０の回転角度を検出する回転角度検出部２０と、回転体１０にブレーキ力を付与するブレーキ付与部４０と、回転体１０にトルクを付与するトルク付与部３０と、ブレーキ付与部４０とトルク付与部３０とを制御する制御部５０（図５参照）と、回転体１０に対する操作トルクの大きさを検出する操作トルク検出部７０と、を備えて構成されている。尚、回転角度検出部２０とブレーキ付与部４０とトルク付与部３０と操作トルク検出部７０とは、それぞれ固定部９と回転体１０との両方に亘って形成されている。また、制御部５０は、図２には記載していないが、固定部９内に形成されている。

固定部９は、ブレーキ付与部４０の一部を構成する下部ヨーク４１、上部ヨーク４２、及びスペーサリング４３と、回転角度検出部２０の一部を構成する中間筐体２１と、トルク付与部３０の一部を構成する上部筐体３１、上部支持板３２、及び下部支持板３３と、操作トルク検出部７０の一部を構成するトルクセンサ用筐体７３と、を有しており、これらによって操作感触付与型入力装置１００全体の筐体を形成している。

また、固定部９の内部には、複数のラジアル軸受４，５，６が設けられており、これらラジアル軸受４，５，６によって操作軸１１が回転自在に支持されている。固定部９の下部にはスラスト軸受７が設けられており、このスラスト軸受７によって、操作軸１１の下端に形成されたピボット部１１ａが支持されている。

回転角度検出部２０では、固定部９の一部を構成する中間筐体２１の内部空間に、前述した検出板１２が設けられている。固定部９には、検出板１２に対向する回転検出素子２２が固定されていて、回転体１０の回転角度を検出する非接触式の回転検出装置が構成されている。

回転検出素子２２は、光学検知器や磁気検知器である。光学検知器の場合には、検出板１２に、回転中心線Ｊ１を中心とする円周方向に沿って反射部と非反射部が交互に形成されている。あるいは、光透過部と光非透過部が交互に形成されている。磁気検知器の場合には、検出板１２が磁石を有している。いずれにせよ、回転角度検出部２０で、回転体１０の回転角度が検出される。

トルク付与部３０では、固定部９の一部を構成する上部筐体３１に、上部支持板３２と下部支持板３３が固定されている。上部支持板３２に上部コイル支持体３４が固定され、下部支持板３３に下部コイル支持体３５が固定されている。前述したラジアル軸受４が上部コイル支持体３４に固定され、前述したラジアル軸受５が、下部コイル支持体３５に固定されている。

上部コイル支持体３４と下部コイル支持体３５に、Ａ相のトルク付与コイル３６ＡとＢ相のトルク付与コイル３６Ｂとがそれぞれ固定されている。Ａ相のトルク付与コイル３６ＡとＢ相のトルク付与コイル３６Ｂは、図３に示すように、導線が上部コイル支持体３４と下部コイル支持体３５を避けるようにして、複数ターンで周回するように四角形状に巻かれている。Ａ相のトルク付与コイル３６Ａと、Ｂ相のトルク付与コイル３６Ｂには、異なる位相の制御電流が供給される。Ａ相のトルク付与コイル３６ＡとＢ相のトルク付与コイル３６Ｂは、平面視で互いに直角方向に交差するように取り付けられる。

ロータ１３は、磁石であって、図４に示すように、円柱形状をしており、着磁領域が１８０度を境界として２つに区分され、一方の着磁領域は、上面がＮ極で下面がＳ極に着磁され、他方の着磁領域は、上面がＳ極で下面がＮ極に着磁されている。ロータ１３の２つの着磁領域から発せられている磁束Ｂは、Ａ相のトルク付与コイル３６ＡとＢ相のトルク付与コイル３６Ｂを横断している。

図２に示すように、ブレーキ付与部４０は、下部ヨーク４１と上部ヨーク４２とが組み合わされて構成されている。下部ヨーク４１と上部ヨーク４２は、Ｎｉ−Ｆｅ合金などの軟磁性材料で形成されている。

下部ヨーク４１と上部ヨーク４２の外周には、金属板で形成されたスペーサリング４３が装着されている。スペーサリング４３によって下部ヨーク４１と上部ヨーク４２の図示上下方向の相対位置が決められて、下部ヨーク４１と上部ヨーク４２との間の隙間４４の上下の間隔が均一に設定されている。またスペーサリング４３によって、当該隙間４４が外周側から塞がれている。下部ヨーク４１と上部ヨーク４２の相対位置が、スペーサリング４３で決められた状態で、下部ヨーク４１と上部ヨーク４２が外装ケース（図示せず）などを用いて互いに固定される。

下部ヨーク４１と上部ヨーク４２とが組み合わされる際に、隙間４４の内部に、回転体１０に設けられた前述した回転板１４が収納される。また、下部ヨーク４１の上面と回転板１４との間、および上部ヨーク４２の下面と回転板１４との間に磁気粘性流体４５が充填されている。磁気粘性流体４５は、シリコンオイルなどの油剤の内部に、Ｎｉ−Ｆｅ合金粉などの磁性粉または磁性粒が混在しているものである。

図２に示すように、上部ヨーク４２の上側に前述したラジアル軸受６が固定され、下部ヨーク４１の中央に前述したスラスト軸受７が固定されている。そして、隙間４４とラジアル軸受６との間で、上部ヨーク４２と操作軸１１との間にオーリング４６が挟まれており、隙間４４内の磁気粘性流体４５がラジアル軸受６に向けて流出することがオーリング４６によって規制される。

図２に示すように、下部ヨーク４１の内部には、磁界発生部であるブレーキ付与コイル４７が設けられている。ブレーキ付与コイル４７では、導線が、回転中心線Ｊ１を中心として円周方向に多重に巻回されている。

操作トルク検出部７０では、固定部９の一部を構成するトルクセンサ用筐体７３の内部空間に、前述したトルクセンサ７１が設けられている。トルクセンサ７１によって、回転体１０に取り付けられた操作ノブ１７を回転操作する際の、操作者の手に加わる操作トルクＴ１を検出することができる。

前述したように、操作感触付与型入力装置１００には制御部５０が設けられている。制御部５０は、ＣＰＵやメモリを主体として構成されている。制御部５０では、メモリ（図示せず）から読み出されたプラグラムに応じて各種処理が行なわれる。図５では、制御部５０で実行される各種処理を行う各処理部がブロック図として示されている。

制御部５０には、演算部５１が設けられており、演算部５１は、トルク設定部５２とブレーキ設定部５３を有していると共に、制御部５０内には、分割角度設定部５４が設けられている。また、操作感触付与型入力装置１００には設定値入力部５５が設けられていて、設定値入力部５５はキーボードなどの入力装置（図示せず）を有しており、設定値入力部５５にはディスプレイ６９が接続されている。設定値入力部５５を操作することによって、演算部５１と分割角度設定部５４とにそれぞれの設定値が入力される。

制御部５０には、現在角度検出部５６が設けられており、回転角度検出部２０に設けられた前述の回転検出素子２２からの検知出力がＡ／Ｄ変換部５７でディジタル値に変換されて現在角度検出部５６に入力され、その出力が演算部５１に入力される。

制御部５０には、Ａ相変調部５８ＡとＢ相変調部５８Ｂとが設けられている。演算部５１の演算結果に応じて、Ａ相変調部５８ＡによってＰＷＭ通電部５９Ａが制御され、その制御値に応じたデューティ比の制御電流がＡ相のトルク付与コイル３６Ａに供給される。同様に、演算部５１の演算結果に応じて、Ｂ相変調部５８ＢによってＰＷＭ通電部５９Ｂが制御され、その制御値に応じたデューティ比の制御電流がＢ相のトルク付与コイル３６Ｂに供給される。

制御部５０にはブレーキ変調部６１が設けられている。演算部５１の演算結果に応じて、ブレーキ変調部６１によってＰＷＭ通電部６２が制御され、その制御値に応じたデューティ比の制御電流がブレーキ付与コイル４７に供給される。

前述したように、ブレーキ付与部４０は、回転体１０に設けられた回転板１４と、固定部９と回転板１４との隙間４４に介在する磁気粘性流体４５と、磁気粘性流体４５に磁場を与えるブレーキ付与コイル４７とを有して構成されており、ブレーキ解除等のブレーキ制御は、このブレーキ付与コイル４７に供給する電流を制御することによって行われる。磁気粘性流体４５をブレーキ制御のために利用することによって、自然な操作感触を操作者へ与えることができる。

制御部５０には、操作トルク計算部７６が設けられており、操作トルク検出部７０に設けられた前述のトルクセンサ７１からの検知出力（操作トルクＴ１）がＡ／Ｄ変換部７５でディジタル値に変換されて操作トルク計算部７６に与えられ、操作トルクＴ１の値が計算される。操作トルクＴ１の計算結果は、演算部５１に入力される。

次に、図６乃至図８を参照して、操作感触付与型入力装置１００の動作を説明する。図６は、ブレーキ力ＢＫと回転トルクＴＱの設定操作を示す説明図である。ここで、図６（ａ）は、分割角度設定画面６５を示し、図６（ｂ）は、ブレーキ設定画面６６を示し、図６（ｃ）は、トルク設定画面６７を示している。図７は、操作トルク検出部７０からの操作トルクＴ０に関する情報を用いず、回転角度検出部２０から得られる回転角度に関する情報のみによってブレーキ力Ｂ０の制御を行なった場合の、エンドストップ位置ＥＳ前後のブレーキ力Ｂ０と操作トルクＴ０の変化の軌跡を示す説明図である。また、図８は、操作トルク検出部７０からの操作トルクＴ１に関する情報と回転角度検出部２０から得られる回転角度に関する情報との両方を用いてブレーキ力Ｂ１の制御を行なった場合の、エンドストップ位置ＥＳ前後のブレーキ力Ｂ１と操作トルクＴ１の変化の軌跡を示す説明図である。ここで、図７（ａ）及び図８（ａ）は、それぞれエンドストップ位置ＥＳを含む分割角度設定画面６５を示し、図７（ｂ）及び図８（ｂ）は、それぞれブレーキ力Ｂ０又はＢ１の変化の軌跡を示し、図７（ｃ）及び図８（ｃ）は、それぞれ操作トルクＴ０又はＴ１の変化の軌跡を示している。

図６は、設定値入力部５５に接続されたディスプレイ６９に表示された入力画面の一例を示している。設定値の入力は、設定値入力部５５に設けられたキーボード装置や、その他の入力装置を使用して行われる。

図６（ａ）に示すように、前述した設定値入力部５５に接続されたディスプレイ６９には、分割角度設定画面６５が表示される。設定値入力部５５から制御部５０の分割角度設定部５４に設定値を入力することで、操作ノブ１７を回転操作させるときの感触制御の１単位である分割角度Φ１が設定される。

分割角度Φ１は自由に設定することができ、図６（ａ）に示す分割角度設定画面６５の表示例では、回転体１０に取り付けられた操作ノブ１７の１回転が１２分割され、分割角度Φ１が３０度の均等な角度に設定されている。１回転内の分割数は、６や２４など自由に選択することができる。また複数の分割角度Φ１を均等な角度ではなく異なる角度に設定することも可能である。更に、分割角度Φ１が１つの角度だけであってもよい。即ち、回転体１０が１つの分割角度Φ１の範囲内でのみで回動できるようにすることも可能である。

設定値入力部５５に接続されたディスプレイ６９には、分割角度設定画面６５と共に、図６（ｂ）及び図６（ｃ）に示すように、ブレーキ設定画面６６及びトルク設定画面６７も表示される。

図６（ｂ）に示すように、ブレーキ設定画面６６では、分割角度設定部５４で設定された１つの分割角度Φ１（図６（ａ）に示す例では「Φ１＝３０度」）がさらに３１の角度に細分されており、３１分割のそれぞれの角度位置でのブレーキ力ＢＫの大きさを可変させて設定できるようになっている。同様に、図６（ｃ）に示すように、トルク設定画面６７には、分割角度設定部５４で設定された１つの分割角度Φ１（Φ１＝３０度）がさらに３１の角度に細分されており、３１分割のそれぞれの角度位置で回転トルクＴＱの向きと大きさを可変させて設定できるようになっている。

図６に示す設定例は、操作軸１１に固定された操作ノブ１７を操作者の手で保持し、回転体１０を時計方向（ＣＷ）へ回転させる操作を行うときに、１つの分割角度Φ１内で設定されるブレーキ力ＢＫと回転トルクＴＱの変化を示している。

図６（ｂ）に示すブレーキ設定画面６６では、１つの分割角度Φ１（Φ１＝３０度）の開始点と終点において、ブレーキ力ＢＫが所定の大きさに設定されており、開始点と終点との間の中間期間で、ブレーキ力ＢＫがほぼゼロまたはきわめて弱い力に設定されている。ブレーキ設定画面６６に表示されている各角度位置でのブレーキ力ＢＫの設定値が、図５に示したブレーキ設定部５３からブレーキ変調部６１に供給される。そして、ブレーキ変調部６１によってＰＷＭ通電部６２が制御されて、ブレーキ付与コイル４７に供給されるパルス状の制御電流のディユーティー比が決められる。

その結果、１つの分割角度Φ１の開始点と終点でブレーキ付与コイル４７に所定の大きさの電流が与えられ、ブレーキ付与コイル４７で誘導されるブレーキ磁界で、隙間４４内に充填されている磁気粘性流体４５内の磁性粉が凝集構造やブリッジ構造となり、回転体１０の回転抵抗が増大する。分割角度Φ１の開始点と終点との間の中間期間では、ブレーキ付与コイル４７にほとんど通電されず、ブレーキ磁界が誘導されることがない。この期間では、磁気粘性流体４５の粘度が高くなることはなく、回転体１０に与えられるブレーキ力ＢＫは、開始点及び終点でのブレーキ力ＢＫに比較して極めて小さくなる。

図６（ｃ）に示すトルク設定画面６７では、１つの分割角度Φ１（Φ１＝３０度）の開始点から終点に向けて、回転トルクの向きと大きさが、ほぼ正弦曲線に沿って変化するように設定されている。

分割角度Φ１の始点と終点では、回転体１０に与えられる回転トルクがほぼゼロである。分割角度Φ１の始点から分割角度Φ１の中間点までの期間では、回転体１０に対して反時計方向（ＣＣＷ）の回転トルクＴＱ（抵抗トルク）が与えられ、その回転トルクＴＱの大きさも徐々に変化する。一方、分割角度Φ１の中間点から分割角度Φ１の終点までの期間では、回転体１０に対して時計方向（ＣＷ）の回転トルクＴＱ（引き込みトルク）が与えられ、その大きさが徐々に変化するよう設定されている。

図６（ｂ）におけるブレーキ設定画面６６で示すようにブレーキ力ＢＫが設定され、トルク設定画面６７で示すように回転トルクＴＱが設定されると、操作ノブ１７を保持して回転体１０を時計方向へ回転させようとする操作者の手に対する操作フィードバック力、即ち操作トルクも変化する。

回転体１０を時計方向へ回転させると、分割角度Φ１の始点で、ブレーキ付与部４０によって回転体１０にブレーキ力ＢＫが作用するため、回転抵抗が高くなる。その後、操作ノブ１７を少し回転させるとブレーキ力ＢＫが解除されるが、分割角度Φ１の開始点から中間点までは、反時計方向（ＣＣＷ）への抵抗トルクが与えられ、中間点を過ぎると、時計方向（ＣＷ）への引き込みトルクが与えられて、分割角度Φ１の終点では再びブレーキ力ＢＫが作用する。

その結果、回転体１０を３６０度回転させる間に、分割角度Φ１毎に、ブレーキ力ＢＫが間欠的に作用し、分割角度Φ１内では抵抗トルクと引き込みトルクが作用し、あたかも機械的な接点を持つロータリスイッチを回転させているような操作感触を得ることができる。

次に、図６に示した分割角度設定例とは異なる分割角度設定例について、図７を用いて説明する。前述したように、分割角度設定画面における分割角度Φ１及び分割数は自由に設定することができる。従って、例えば、分割角度設定画面内で中心位置を支点とし、左右にそれぞれ１つずつの分割角度Φ１を設定することもできる。

図７（ａ）に、分割角度設定画面６５内で中心角度（０°）を開始点とし、左右にそれぞれ１つの分割角度Φ２を設定した例を示している。分割角度Φ２は４５°に設定されており、開始点を中心とした±４５°内（左右４５°内）以外は、回動不能に設定されている。そのため、左右の分割角度Φ２である４５°の位置は、エンドストップ位置ＥＳに設定される。

従って、図６（ｂ）に示したと同様に、分割角度Φ２内において、終点であるエンドストップ位置ＥＳと開始点においてブレーキ力Ｂ０として最大（１００％）のブレーキ力Ｂ０が与えられると共に、開始点と終点との間の操作角度Θ１においては、ブレーキ力Ｂ０はほぼゼロとなる。この時の操作角度Θ１に対するブレーキ力Ｂ０の変化の軌跡を図７（ｂ）に示しており、操作角度Θ１に対する操作トルクＴ０の変化の軌跡を図７（ｃ）に示している。

尚、前述したように、図７（ｂ）及び図７（ｃ）は、操作トルク検出部７０からの操作トルクＴ０に関する情報を用いず、回転角度検出部２０から得られる回転角度に関する情報のみによってブレーキ力Ｂ０の制御を行なった場合のブレーキ力Ｂ０及び操作トルクＴ０の変化の軌跡である。

図７（ｂ）に示されたブレーキ力Ｂ０の変化の軌跡は、操作角度Θ１方向に拡大して示しており、角度４４°の前後１°近辺を示している。図７（ｃ）についても同様である。尚、便宜上、角度の分解能は１°として説明している。即ち、ブレーキ力Ｂ０が一定の力で作用する範囲は、１°の範囲内である。従って、ブレーキ力Ｂ０が最大に作用する範囲は、角度４４°から角度４５°までの１°の範囲内となる。

操作者が操作ノブ１７を時計方向（ＣＷ）に回転操作すると、図７（ｂ）に示すように、操作角度Θ１がエンドストップ位置ＥＳ（４５°）の直前までは、ブレーキ力Ｂ０はほぼゼロであり、図７（ｃ）に示すように、操作トルクＴ０も、ＣＷ方向回転時摩擦トルクＴＣＷと同一の値、即ちほぼゼロである。

そして、操作ノブ１７を更に時計方向（ＣＷ）に回転操作し、操作角度Θ１がエンドストップ位置ＥＳ（４５°）に到達すると、図５に示した回転角度検出部２０から制御部５０内のブレーキ設定部５３に入力される回転角度に関する情報（回転角度４５°）によってブレーキ付与部４０が制御され、ブレーキ力Ｂ０が最大（１００％）になる。それに従って、操作者の手に加わる操作トルクＴ０も、図７（ｃ）に示すように、時計方向（ＣＷ）への最大のトルク値であるエンドストップトルクＴｅｎｄとなる。その結果、操作者は、操作ノブ１７の操作角度Θ１がエンドストップ位置ＥＳ（４５°）に到達したことを感じることができる。

そして、その後、操作者が操作ノブ１７を反時計方向（ＣＣＷ）に回転操作しようとした場合、エンドストップ位置ＥＳ（４５°）から４４°までの間は、角度の分解能が１°であるため、設定されているブレーキ力Ｂ０が最大（１００％）のまま掛かっている。そのため、操作者は、エンドストップ位置ＥＳ（４５°）から４４°までの間、反時計方向（ＣＣＷ）への最大のトルク値であるエンドストップトルクＴｅｎｄを感じたままである。

従って、操作者はその間、反時計方向（ＣＣＷ）に回転しようとしても操作しづらい感触、即ち引っかかり感を感じたままとなる。ここでもしも、角度の分解能をもっと細かく、例えば０．１°とし、ブレーキ力Ｂ０が最大に作用する範囲を、角度４４．９°から角度４５．０°までとしたとしても、操作者の感じる引っかかり感はほとんど同一である。

そして、その後、操作者が操作ノブ１７を反時計方向（ＣＣＷ）に回転操作し、操作角度Θ１が４４°になると、回転角度検出部２０から制御部５０内のブレーキ設定部５３に入力されている回転角度に関する情報（回転角度４４°）によってブレーキ付与部４０が制御され、図７（ｂ）に示すように、ブレーキ力Ｂ０はほぼゼロになる。それに従って、操作トルクＴ０も、図７（ｃ）に示すように、ＣＣＷ方向回転時摩擦トルクＴＣＣＷと同じ値、即ちほぼゼロとなる。そして、その状態のまま、反時計方向（ＣＣＷ）に回転操作される。

以上説明したように、操作トルク検出部７０からの操作トルクＴ０に関する情報を用いず、回転角度検出部２０から得られる回転角度に関する情報のみによってブレーキ力Ｂ０の制御を行なった場合、エンドストップ位置ＥＳ（４５°）から反時計方向（ＣＣＷ）に回転操作しようとする際、即ち、エンドストップ状態から抜ける際に引っかかり感を感じることになる。

本発明では、エンドストップ状態から抜ける際に引っかかり感を感じないようにした。その方法として、回転体１０に対する操作トルクＴ１の大きさを検出する操作トルク検出部７０を設け、操作トルク検出部７０からの操作トルクＴ１に関する情報と回転角度検出部２０から得られる回転角度に関する情報との両方を基に、ブレーキ付与部４０の制御を行ない、操作トルクＴ１の大きさによって、回転操作におけるエンドストップ位置ＥＳからのブレーキ解除を行うようにした。

次に、操作トルクＴ１に関する情報と回転角度に関する情報との両方を基にして行った分割角度設定例について、図８を用いて説明する。図７（ａ）に示したと同様に、図８（ａ）に示す分割角度設定画面６５内で中心位置を開始点とし、左右にそれぞれ分割角度Φ２を設定している。分割角度Φ２は４５°に設定されており、開始点を中心とした左右４５°以外は、回動不可能に設定されている。そのため、左右の分割角度Φ２である４５°の位置は、エンドストップ位置ＥＳに設定される。

尚、本実施形態では分割角度Φ２を４５°としたが、分割角度Φ２は、４５°でなく、１８０°を超えない値であればどのような値であっても良い。また、分割角度設定画面６５内における中心位置を開始点とせず、２つのエンドストップ位置ＥＳのみとし、開始点を設けない設定としても良い。

本実施形態においては、分割角度Φ２内で、終点であるエンドストップ位置ＥＳと開始点においてブレーキ力Ｂ１が与えられると共に、開始点と終点との間の操作角度Θ１では、ブレーキ力Ｂ１はほぼゼロとなる。この時のブレーキ力Ｂ１の変化の軌跡を図８（ｂ）に示しており、操作トルクＴ１の変化の軌跡を図８（ｃ）に示している。

図７（ｂ）の場合と同様に、図８（ｂ）に示したブレーキ力Ｂ１の変化の軌跡は、操作角度Θ１方向に拡大して示しており、角度４４°の前後１°近辺を示している。図８（ｃ）についても同様である。尚、角度の分解能は１°としている。

操作者が操作ノブ１７を時計方向（ＣＷ）に回転操作すると、図８（ｂ）に示すように、操作角度Θ１がエンドストップ位置ＥＳ（４５°）の直前までは、ブレーキ力Ｂ１はほぼゼロであり、図８（ｃ）に示すように、操作トルクＴ１も、ＣＷ方向回転時摩擦トルクＴＣＷと同一の値、即ちほぼゼロである。

そして、操作ノブ１７を更に時計方向（ＣＷ）に回転操作し、操作角度Θ１がエンドストップ位置ＥＳ（４５°）に到達すると、図５に示した回転角度検出部２０から制御部５０内のブレーキ設定部５３に入力されている回転角度に関する情報（回転角度４５°）によってブレーキ付与部４０が制御され、図８（ｂ）に示すように、ブレーキ力Ｂ１が最大（１００％）になる。それに従って、操作者の手に加わる操作トルクＴ１も、図８（ｃ）に示すように、時計方向（ＣＷ）への最大のトルク値であるエンドストップトルクＴｅｎｄとなる。その結果、操作者は、操作ノブ１７の操作角度Θ１がエンドストップ位置ＥＳ（４５°）に到達したことを感じることができる。

前述したように、操作感触付与型入力装置１００においては、操作トルク検出部７０内のトルクセンサ７１によって操作トルクＴ１の大きさを常に検出し続けている。即ち、検出した操作トルクＴ１が、図５に示したように、操作トルク検出部７０から出力され、Ａ／Ｄ変換部７５及び操作トルク計算部７６を経て、制御部５０内にある演算部５１内のブレーキ設定部５３に常に入力されている。そして、ブレーキ設定部５３に入力された操作トルクＴ１の大きさが、所定の値を有する操作トルクＴＸの大きさと常に比較されて、操作トルクＴ１の大きさによって、ブレーキの制御を行なうように設定されている。

また、ブレーキ設定部５３内では、操作トルクＴ１の大きさによって、ブレーキ付与部４０のブレーキ付与コイル４７に供給する電流の大きさを設定し、ブレーキ力Ｂ１の大きさを変えることができる。

操作者が操作する操作ノブ１７の操作角度Θ１がエンドストップ位置ＥＳに到達した後、操作者が操作ノブ１７を反時計方向（ＣＣＷ）に回転操作しようとした場合においても、制御部５０内にある演算部５１内では、ブレーキ設定部５３に入力された操作トルクＴ１の大きさが、所定の値を有する操作トルクＴＸの大きさと比較される。そして、ブレーキ設定部５３に入力された操作トルクＴ１の大きさが、操作トルクＴＸの大きさ以上でないと、エンドストップ状態を維持しない制御としている。言い換えれば、操作者が操作ノブ１７を時計方向（ＣＷ）に回転操作し続けない限り、ブレーキは解除される。

従って、操作者がエンドストップ位置ＥＳから操作ノブ１７を反時計方向（ＣＣＷ）に回転操作しようとすれば、ブレーキ解除が行なわれる。そのため、操作ノブ１７の操作角度Θ１が４５°を下回ったら、その値に関わらず、即ち、４４°以上の角度であったとしても、図８（ｂ）に示すように、ブレーキ力Ｂ１は、ほぼゼロとなり、操作トルクＴ１もＣＣＷ方向回転時摩擦トルクＴＣＣＷと同一の値、即ちほぼゼロに戻る。

その結果、操作者がエンドストップ位置ＥＳから操作ノブ１７を反時計方向（ＣＣＷ）に回転操作しようとした場合であっても、引っかかり感を感じることはない。

以上説明したように、操作トルクＴ１の検出を行ない、操作トルクＴ１の大きさによってブレーキ力Ｂ１の設定を行なうようにしたので、エンドストップ位置ＥＳ（４５°）から反時計方向（ＣＣＷ）に回転操作しようとする際、即ち、エンドストップ状態から抜ける際に引っかかり感を感じることはない。

以下、本実施形態としたことによる効果について説明する。

操作感触付与型入力装置１００は、回転体１０をブレーキ付与部４０とトルク付与部３０とによって制御するので、操作ノブ１７を操作する操作者に適度な抵抗感や引き込み感を与えることができる。また、エンドストップ時に操作トルクＴ１の大きさによってブレーキを解除するので、エンドストップ状態から抜ける際の引っかかり感を無くすことができる。

また、磁気粘性流体４５を利用してブレーキの制御を行なうので、操作時に自然な操作感触を操作者へ与えることができる。

また、回転角度に関する情報と操作トルクに関する情報とを常に検知しながらブレーキ付与部４０の制御を行なうので、ブレーキの制御を正確に行うことができる。

以上説明したように、本発明の操作感触付与型入力装置は、回転体をブレーキ付与部とトルク付与部とによって制御するので、操作ノブを操作する操作者に適度な抵抗感や引き込み感を与えることができる。また、エンドストップ時に操作トルクの大きさによってブレーキを解除するので、エンドストップ状態から抜ける際の引っかかり感を無くすことができる。

本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施することが可能である。

９ 固定部
１０ 回転体
１１ 操作軸
１２ 検出板
１３ ロータ
１４ 回転板
１７ 操作ノブ
２０ 回転角度検出部
２２ 回転検出素子
３０ トルク付与部
３６Ａ Ａ相のトルク付与コイル
３６Ｂ Ｂ相のトルク付与コイル
４０ ブレーキ付与部
４４ 隙間
４５ 磁気粘性流体
４７ ブレーキ付与コイル
５０ 制御部
５１ 演算部
５２ トルク設定部
５３ ブレーキ設定部
５４ 分割角度設定部
５５ 設定値入力部
６５ 分割角度設定画面
６６ ブレーキ設定画面
６７ トルク設定画面
６９ ディスプレイ
７０ 操作トルク検出部
７１ トルクセンサ
１００ 操作感触付与型入力装置
Ｊ１ 回転中心線
ＥＳ エンドストップ位置
Ｂ１ ブレーキ力
Ｔ１ 操作トルク
Φ１ 分割角度
Φ２ 分割角度
Θ１ 操作角度

Claims (3)

1. 固定部と、前記固定部に回転自在に支持された操作軸と、前記操作軸に固定された操作ノブと、前記操作軸の回転角度を検出する回転角度検出部と、前記操作軸にブレーキ力を付与するブレーキ付与部と、前記操作軸にトルクを付与するトルク付与部と、前記ブレーキ付与部と前記トルク付与部とを制御する制御部と、を備えた操作感触付与型入力装置であって、
   前記操作軸に作用する操作トルクの大きさを検出する操作トルク検出部が設けられ、
   前記回転角度検出部によって前記操作ノブがエンドストップ位置に至ったことが検出されたときに前記ブレーキ付与部で前記操作軸にブレーキが付与され、
   前記操作軸にブレーキが付与された状態で前記操作ノブを回転させたときに、前記操作軸を介して前記操作ノブに作用する前記操作トルクの大きさに応じて、前記エンドストップからのブレーキ解除が行なわれる、ことを特徴とする操作感触付与型入力装置。
2. 前記操作ノブをいずれかの回転方向に回転させて前記エンドストップ位置に至ったことが検出されて前記操作軸にブレーキが付与された後に、
   前記操作トルク検出部で検出される前記回転方向への操作トルクの大きさが所定値以上でないときは、前記回転方向への操作が継続されていないと判定されて、前記ブレーキ解除が行われる請求項１記載の操作感触付与型入力装置。
3. 前記ブレーキ付与部は、前記操作軸に固定された回転板と、前記固定部と前記回転板との隙間に介在する磁気粘性流体と、前記磁気粘性流体に磁場を与えるブレーキ付与コイルとを有し、
   前記ブレーキ解除は、前記ブレーキ付与コイルに与える電流を制御することによって行われる請求項１または２に記載の操作感触付与型入力装置。

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