JP6799757B2 - 入力装置 - Google Patents

Description

本開示は、例えば電気機器や車の操作などに使用される入力装置に関し、特に、人の手によってつまみを回転させることにより電気機器や車などを操作することができる入力装置に関する。

例えば特許文献１には、手動で回転操作されるつまみと、このつまみの回転角を検出するロータリーエンコーダとを備えた入力装置に、シフトレンジ切替スイッチを設け、当該シフトレンジ切替スイッチを操作することにより多数のシフトパターン選択が可能な変速操作装置が記載されている。

特開２０１２−８６８２８号公報

しかし従来の回転式変速操作装置では、予め定められた変速段の数、例えば、「Ｐ、Ｒ、Ｎ、Ｄ」の四つの変速段の数の範囲での操作しかできなかった。また、つまみの回転の方向、つまり、右回転か左回転かに対応したシフトアップ、シフトダウンの２種類の操作しかなく、現在選択されている変速段数をつまみの回転位置（角度）に基づき判断することはできず、直感的な操作が困難であった。

本開示は、上記課題に鑑みなされたものであり、つまみの回転可能な範囲を任意に調整でき、つまみの回転位置と現在選択されている入力内容を対応させることのできる入力装置を提供する。

上記目的を達成するために、本開示にかかる入力装置は、人の手により回転操作されるつまみと、つまみに接続され、つまみと共に回転する回転軸体と、回転軸体周りのつまみの回転を許可または禁止することができる回転制御手段と、回転軸体の回転位置を検出する検出器と、つまみの回転操作におけるポジション数が記憶される記憶部と、回転制御手段、および、検出器と電気的に接続される制御部とを備える。制御部は、検出器で検出された回転位置がポジション数の範囲を超えるように回転操作された際に、回転軸体周りの回転を禁止するように回転制御手段を制御する。

本開示によれば、つまみの回転する範囲を自在に調整でき、また、つまみの回転位置により現在選択されている入力内容を報知することができる。

図１は、実施の形態１に係る入力装置を示す斜視図である。 図２は、実施の形態１に係る入力装置を分解した状態で示す斜視図である。 図３は、実施の形態１に係る筐体と共に入力装置を示す断面図である。 図４は、実施の形態１に係る入力装置の機能部を機構部と共に示すブロック図である。 図５は、実施の形態１に係る入力装置が車に取り付けられた状態を示す平面図である。 図６は、実施の形態１に係る入力装置の処理の流れを示すフローチャートである。 図７は、実施の形態１に係る入力装置が他の種類の車に取り付けられた状態を示す平面図である。 図８は、実施の形態１に係る入力装置が他の種類の車に取り付けられた状態を示す平面図である。 図９は、実施の形態１に係る入力装置が他の種類の車に取り付けられた状態を示す平面図である。 図１０は、実施の形態２に係る入力装置の機能部を機構部と共に示すブロック図である。 図１１は、実施の形態２に係る可変表示部の変化を示す図である。 図１２は、実施の形態２に係る入力装置の処理の流れを示すフローチャートである。

以下、適宜図面を参照しながら、本開示の実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

また、図面は、本開示を示すために適宜強調や省略、比率の調整を行った模式的な図となっており、実際の形状や位置関係、比率とは異なる場合がある。

（実施の形態１）
図１は、入力装置を示す斜視図である。

図２は、入力装置を分解した状態で示す斜視図である。

図３は、筐体と共に入力装置を示す断面図である。

これらの図に示すように、入力装置１００は、人の手による回転操作に対応した信号を電気機器や車などの他の装置に入力することができる装置であって、機構部としてつまみ１０１と、回転軸体１０２と、回転制御手段１０５と、検出器１０６とを備え、機能部として記憶部２１０と、制御部２００とを備えている。また本実施の形態の場合、入力装置１００は、操作力付与手段１０７と、固定軸体１０９（図３参照）と、筐体１７０（図３参照）とを備えている。

つまみ１０１は、人の手により摘まんで回転操作される部材である。本実施の形態の場合、つまみ１０１は、円柱形状をしており、直径と長さが同等、または、直径よりも長さが短いものとなっている。また、つまみ１０１の外周面にはローレット模様が刻まれており（図示せず）、回転操作をする際に指が滑ることを防止している。

また、つまみ１０１の表面には、選択位置を示す目印１１１（図５参照）が設けられており、つまみの回転操作に対応した位置には、表示部１０３が設けられている。

なお、つまみ１０１の材質は、金属や樹脂など任意の材質を選択しうる。また、つまみ１０１の外観形状は円柱形状に制限されるものではなく、星形など任意の形状を採用しうる。

また、表示部１０３は、入力装置１００ではなく、入力装置１００が取り付けられた部材の表面に設けられるものでもよい。

回転軸体１０２は、つまみ１０１と接続され、人の手により回転操作されるつまみ１０１と共に回転する棒状の部材である。本実施の形態の場合、回転軸体１０２は、つまみ１０１と同軸上に配置されており、つまみ１０１を着脱可能に保持している。また、回転軸体１０２は、図３に示すように、筐体１７０に立設される固定軸体１０９に同軸上に嵌まり合う筒状となっており、固定軸体１０９の周りを回転することができるものとなっている。また、回転軸体１０２の外周面には、回転軸体１０２の軸方向に延び、放射方向に突出する第一突部１２１が円周上均等に４箇所設けられている。

なお、回転軸体１０２を構成する材料は特に限定されるものではないが、後述の回転制御手段１０５、検出器１０６、操作力付与手段１０７が磁力を用いて機能する場合は非磁性体の材料が好ましい。例えば回転軸体１０２は、樹脂により形成されるものでもよい。

回転制御手段１０５は、回転軸体１０２周りのつまみ１０１の回転を許可し、また、禁止することができる装置である。本実施の形態の場合、回転制御手段１０５は電磁ブレーキであり、図２、図３に示すように、アーマチュア１５１と、電磁石１５２と、ヨーク１５３とを備えている。

アーマチュア１５１は、回転軸体１０２の外周面側方において回転軸体１０２に固定される部材であり、電機子と称される部材である。

本実施の形態の場合、アーマチュア１５１は、円環状であり、内周面には回転軸体１０２に設けられた第一突部１２１に嵌まり合う位置に溝１５４が円周上均等に４箇所設けられている。回転軸体１０２の周方向において、溝１５４の幅は第一突部１２１の幅と同等であり、第一突部１２１とはほぼ遊びがない状態で嵌まり合うものとなっている。また、溝１５４は、第一突部１２１と回転軸体１０２の軸方向においては滑らかに滑るものとなっており、軸方向に回転軸体１０２が移動した場合でも、アーマチュア１５１の相対的な位置は変動しない。

また、アーマチュア１５１を構成する材料は、電磁石１５２をＯＮすることにより固定され、電磁石１５２をＯＦＦすることにより固定が解除される磁性材料である。具体的には、アーマチュア１５１を構成する材料としては鉄を例示することができる。

なお、回転軸体１０２に放射方向に窪み軸方向に延びる溝が設けられる場合、アーマチュア１５１に同様の突部を設けてもかまわない。

電磁石１５２は、回転軸体１０２の外周面側方に配置される導線からなるコイルである。電磁石１５２は、外部から電力が供給されることより磁力を発生させることができ、電力の供給が遮断されることにより磁力を発生しない状態に変更することができるものである。本実施の形態の場合、電磁石１５２は、回転軸体１０２の周囲に巻き付く円環状に形成されており、ヨーク１５３内に収容された状態で配置されている。

ヨーク１５３は、回転軸体１０２の外周面側方に配置され、電磁石１５２に基づき発生する磁束を制御し、アーマチュア１５１を磁気的に強く引きつけてアーマチュア１５１との間で摩擦を発生させることでアーマチュア１５１の回転軸体１０２周りの回転を禁止することができる部材である。また、電磁石１５２からの磁束がなくなると、ヨーク１５３は、アーマチュア１５１を引きつける力がなくなり、アーマチュア１５１との間の摩擦が減少することで、アーマチュア１５１の回転軸体１０２周りの回転を許可する。

ヨーク１５３の形状は、特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、電磁石１５２を収容することのできる環状かつ器状の形状となっている。また、ヨーク１５３を構成する材料は、電磁石１５２が発生させる磁束を制御することができる磁性材料である。具体的には、ヨーク１５３を構成する材料としては鉄を例示することができる。

検出器１０６は、回転軸体１０２の回転状態を検出する装置である。ここで回転状態とは、例えば回転軸体１０２の回転位置や、回転角度などである。本実施の形態の場合、検出器１０６は、主歯車１６０と、第一歯車１６１と、第二歯車１６２と、検出素子１６３とを備え、回転軸体１０２、および、つまみ１０１の回転位置を検出している。

主歯車１６０は、回転軸体１０２に同軸で取り付けられる平歯車であり、回転軸体１０２と共に回転する歯車である。

第一歯車１６１、および、第二歯車１６２は、主歯車１６０にかみ合って回転する相互に径の異なる平歯車である。なお、第一歯車１６１、および、第二歯車１６２には、それぞれ検出素子１６３で回転を検出させるための磁石が取り付けられている。

検出素子１６３は、第一歯車１６１、および、第二歯車１６２の回転を検出する素子である。本実施の形態の場合、検出素子１６３は、第一歯車１６１、および、第二歯車１６２にそれぞれ設けられた磁石の動きを個別に検出する磁気抵抗素子を備えている。

ここで、検出器１０６は、主歯車１６０とそれぞれかみ合い、相互に径の異なる第一歯車１６１、および、第二歯車１６２の回転を二つの検出素子１６３でそれぞれ検出することで、主歯車１６０を介した回転軸体１０２の相対的な回転状態ばかりでなく、絶対的な回転状態、つまり、筐体１７０に対する回転軸体１０２の回転位置を検出できるものとなっている。

なお、検出器１０６は、上記に限定されるものではなく、ロータリーエンコーダなど任意のものでもよい。

操作力付与手段１０７は、つまみ１０１の所定角度ごとの操作感を発生させる装置である。本実施の形態の場合、操作力付与手段１０７は、回転軸体１０２を介してつまみ１０１が所定の回転位置にあることを操作感（力覚）として人の手に伝えることができる節度装置である。操作力付与手段１０７は、例えばノッチに向かって付勢されたピンがノッチにはまり込んだ状態、および、ノッチから外れた状態のような感覚である節度感覚（クリック感）をつまみ１０１を回転させる人の手に伝えることができるものでもよい。また、操作力付与手段１０７は、節度感覚を磁気を用いて発生させることができるもの、つまり、磁気の状態を制御することで節度感覚の変更や節度感覚の消失などを制御することができるものでもかまわない。

筐体１７０は、電気機器や車などの他の機器に固定されて、つまみ１０１の回転や、つまみ１０１の押し引きの位置的基準となる部材である。また、筐体１７０は、回転制御手段１０５の一部であるヨーク１５３を固定状態で保持し、操作力付与手段１０７の一部を固定状態で保持している。また筐体１７０は、検出素子１６３が取り付けられ、第一歯車１６１、および、第二歯車１６２が回転可能に取り付けられている。

本実施の形態の場合、筐体１７０は、つまみ１０１、および、回転軸体１０２の先端部以外を収容している。

次に、入力装置１００の機能部を説明する。

図４は、入力装置の機能部を機構部と共に示すブロック図である。

記憶部２１０は、つまみ１０１の回転操作におけるポジションの数が記憶される処理部である。ここで、ポジションとは、操作力付与手段１０７によりつまみ１０１の回転が安定した停止状態となると操作者が感じる回転位置である。

ポジションの数は、例えば図５に示すように、入力装置１００が取り付けられる車の変速段が５段である場合、５である。

具体的に記憶部２１０は、制御部２００の処理で用いられる一時的なデータなども記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、または、ハードディスク等の記憶装置である。

制御部２００は、回転制御手段１０５、および、検出器１０６と電気的に接続され、検出器１０６からの情報に基づき回転制御手段１０５を制御する装置であり、プログラムを実行することにより各処理部を実現することのできるコンピュータである。

本実施の形態の場合、制御部２００は、検出器１０６で検出された回転位置が記憶部２１０で記憶されているポジションの数の範囲を超えるように回転操作された際に、回転軸体１０２周りのつまみ１０１の回転を禁止するように回転制御手段１０５を制御する。

次に、人の手により操作した際の入力装置１００の動作を入力装置１００が車に取り付けられた場合を例に説明する。

図５は、車に取り付けられた入力装置を示す平面図である。

図６は、入力装置の処理の流れを示すフローチャートである。

同図に示すように、入力装置１００は、車（図示せず）の動作状態、特に変速段を変更するために車に取り付けられている。図５に示すＰ、Ｒ、Ｎ、Ｄ、Ｌは、予め車に定められた変速機の変速段に対応している。ここで、Ｐは、パーキング（タイヤをロックした状態）、Ｒは、リバース（後退させる状態）、Ｎは、ニュートラル（タイヤをロックしない状態）、Ｄは、ドライブ（通常走行状態）、Ｌは、ロー（エンジンブレーキなどが必要な状態）をそれぞれ意味している。

まず、初期設定として記憶部２１０にポジションの数の登録があるかを確認し（Ｓ１１）、登録がなければ（Ｓ１１：Ｎ）ポジションの数を記憶部２１０に登録する（Ｓ１３）。

通常、入力装置１００を用いて車の運転を行う場合、運転者はつまみ１０１を回転させて運転状態を選択する。つまみ１０１には、選択位置を示す目印１１１が刻印されている。操作力付与手段１０７は、目印１１１がＰ、Ｒ、Ｎ、Ｄ、Ｌの各位置を示す位置から隣接する位置に回転移動する際に強い力覚が発生するように回転軸体１０２のトルクを制御している。また、検出器１０６は、目印１１１がＰ、Ｒ、Ｎ、Ｄ、Ｌのどの位置をあるかを示す情報である角度信号を制御部２００に送信し、制御部２００は現在のポジション数を求める（Ｓ１５）。

そして、目印１１１がＬの位置にある場合、つまり、現在のポジション数が設定のポジションの数「５」になっている場合（Ｓ１７：Ｙ）、かつ、ポジション数増加方向への回転入力がある場合（Ｓ１９：Ｙ）、制御部２００は、回転制御手段１０５へブレーキオンの信号を出力する（Ｓ２１）。

一方、現在のポジション数が設定のポジション数「５」になっている場合（Ｓ１７：Ｙ）、かつ、ポジション数増加方向への回転入力がない場合（Ｓ１９：Ｎ）、制御部２００は、回転制御手段１０５へブレーキオフの信号を出力する（Ｓ２５）。

また、現在のポジション数が設定のポジションの数「５」になっていない場合（Ｓ１７：Ｎ）、かつ、目印１１１がＰの位置であるホームポジションからポジション数減少方向への回転入力がある場合（Ｓ２３：Ｙ）、制御部２００は、回転制御手段１０５へブレーキオンの信号を出力する（Ｓ２１）。一方、ホームポジションからポジション数減少方向への回転入力がない場合（Ｓ２３：Ｎ）、制御部２００は、回転制御手段１０５へブレーキオフの信号を出力する（Ｓ２５）。

以上により、入力装置１００は、設定されたポジション数の範囲内でのみ回転が可能となる。

このような入力装置１００によれば、図７、図８、図９に示すように、変速段の異なる車に入力装置１００を取り付ける場合でも、記憶部２１０に記憶するポジションの数を変更するだけで車の変速段に柔軟に対応することが可能となる。

（実施の形態２）
続いて、入力装置１００の他の実施の形態について説明する。なお、前記実施の形態１と同様の作用や機能、同様の形状や機構や構造を有するもの（部分）には同じ符号を付して説明を省略する場合がある。また、以下では実施の形態１と異なる点を中心に説明し、同じ内容については説明を省略する場合がある。

図１０は、本実施の形態に係る入力装置の機能部を機構部と共に示すブロック図である。

同図に示すように、本実施の形態に係る入力装置１００はさらに、ポジション数設定部２０１と、車両制御部２０２とを備えている。

ポジション数設定部２０１は、制御部２００に接続され、運転者などにより設定されたポジション数に対応するポジション数信号を制御部２００に対して出力する装置である。具体的には、ポジション数設定部２０１は、例えばタッチパネルやスイッチなどのユーザーインターフェイスを備え、当該ユーザーインターフェイスを用いて入力されたポジションの数に応じたポジション数信号を出力する。

車両制御部２０２は、制御部２００に接続される。制御部２００は検出器１０６で検出されたつまみ１０１の回転位置を、変速機における対応する変速段に変換して車両制御部２０２に出力する。車両制御部２０２は、制御部２００から受信した変速段に変速機を設定するための処理部である。また、車両制御部２０２は、車両の走行状態、特に車両の車速に関する情報を車両から取得し、制御部２００に出力する。

表示部１０３は、図１１に示すように、固定的な表示部１０３（Ｐ、Ｒ、Ｎ、Ｄ）ばかりでなく、制御部２００と電気的に接続され、つまみ１０１の回転操作に対応した位置に配され、表示内容を変更可能な可変表示部を備えている。本実施の形態の場合、可変表示部は、第一可変表示部１３１から第四可変表示部１３４まで備えている。

次に、本実施の形態に係る入力装置１００の動作を入力装置１００が車に取り付けられた場合を例に説明する。

図１２は、本実施の形態に係る入力装置の処理の流れを示すフローチャートである。

同図に示すように、運転者などのユーザからポジション数設定部２０１を用いてポジション数が設定され（Ｓ５１：Ｙ）、かつ、車両制御部２０２が取得している車両の走行状態が車速０の場合、制御部２００は、ポジション数設定部２０１から出力されるポジション数信号に応じて、記憶部２１０に記憶されたポジション数を更新し、可変表示部の内容を変更する（Ｓ５４）。例えば、図１１の左上に示すように、記憶部２１０に記憶されているポジション数が５であって、ポジション数設定部２０１を用いてユーザがポジション数を７に設定した場合、制御部２００は、記憶部２１０に記憶されているポジション数を５から７に更新し、図１１の右下に示すように、第一可変表示部１３１を「３」に、第二可変表示部１３２を「２」に、第三可変表示部１３３を「Ｌ」になるように表示を変更する。なお、第四可変表示部１３４は、空白のまま維持される。つまり、つまみ１０１の回転操作が禁止される位置に対応する第四可変表示部１３４の表示を消去した状態としている。

従って、実施の形態１と同様に、目印１１１がＬの位置、即ち現在のポジション数が記憶部に記憶されているポジション数７になっている場合、さらに、つまみ１０１をユーザが右に回そうとすると、制御部２００は、回転制御手段１０５へブレーキオンの信号を出力し（Ｓ２１）つまみ１０１の回転にブレーキをかける。また、目印１１１がＰの位置であるホームポジションからポジション数減少方向への回転入力がある場合（Ｓ２３：Ｙ）、制御部２００は、回転制御手段１０５へブレーキオンの信号を出力する（Ｓ２１）。

実施の形態２に係る入力装置１００によれば、ユーザが任意にポジション数を変更することができ、ユーザの要求に柔軟に対応することができる入力装置１００とすることができる。また、ユーザが設定したポジション数に対応して表示部１０３、特に可変表示部の表示が変更されるため、つまみ１０１の回転が禁止される領域を明確にユーザが認識することが可能となる。

なお、本開示は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本開示の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本開示の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本開示に含まれる。

例えば、上記実施の形態では、入力装置１００は、操作力付与手段１０７を備えるものとして説明したが、これらは特に備えなくてもかまわない。

また、入力装置１００の適用例として車の変速段を変更するものを例示したが、カーナビゲーションシステムやカーオーディオの入力に用いてもよい。また、この場合、車速が０の時にのみポジション数が更新されてもかまわない。さらに、テレビやエアコンなどの電気機器を操作するための入力装置１００など任意の機器に適用することができる。

また、回転軸体１０２の外周面の側方に配置された電磁式の回転制御手段１０５を例示したが、回転制御手段１０５の形式や取り付け位置は任意である。

また、車が運転モードにない場合などにおいては、回転制御手段や操作力付与手段を機能させず、つまみ１０１を自由に回転させることができるようにしても良い。例えばこれにより、エアコンなどの風量を調節したり、オーディオの音量を調整したりすることができる。

本発明は、車や電気機器など回転操作によって制御される装置などに利用可能である。

１００ 入力装置
１０１ つまみ
１０２ 回転軸体
１０３ 表示部
１０５ 回転制御手段
１０６ 検出器
１０７ 操作力付与手段
１０９ 固定軸体
１１１ 目印
１２１ 第一突部
１３１ 第一可変表示部
１３２ 第二可変表示部
１３３ 第三可変表示部
１３４ 第四可変表示部
１５１ アーマチュア
１５２ 電磁石
１５３ ヨーク
１５４ 溝
１６０ 主歯車
１６１ 第一歯車
１６２ 第二歯車
１６３ 検出素子
１７０ 筐体
２００ 制御部
２０１ ポジション数設定部
２０２ 車両制御部
２１０ 記憶部

Claims (5)

1. 人の手により回転操作されるつまみと、
   前記つまみに接続され、前記つまみと共に回転する回転軸体と、
   前記回転軸体周りの前記つまみの回転を許可し、また、禁止することができる回転制御手段と、
   前記回転軸体の回転位置を検出する検出器と、
   前記つまみの回転操作におけるポジション数が記憶される記憶部と、
   前記回転制御手段、および、前記検出器と電気的に接続される制御部と、
   前記制御部に接続され、ユーザーインターフェイスを用いて入力されて設定され、設定されたポジション数に対応するポジション数信号を出力するポジション数設定部を備え、
   前記制御部は、
   前記ポジション数設定部から出力される前記ポジション数信号に応じて、前記記憶部に記憶されたポジション数を更新し、
   前記検出器で検出された前記回転位置が前記ポジション数の範囲を超えるように回転操作された際に、前記回転軸体周りの前記つまみの前記回転を禁止するように前記回転制御手段を制御する
   入力装置。
2. 前記つまみの所定角度ごとの操作感を発生させる操作力付与手段をさらに備える
   請求項１に記載の入力装置。
3. 前記制御部と電気的に接続され、前記つまみの回転操作に対応した位置に配される表示部をさらに備え、
   前記制御部は、前記ポジション数を更新した際に、前記回転操作が可能な位置を前記表示部に表示させ、前記回転操作が禁止される位置の前記表示部の表示を消去する
   請求項１に記載の入力装置。
4. 車両に取り付けられる請求項１に記載の入力装置であって、
   前記制御部は、
   前記検出器で検出された前記回転位置を、前記車両の変速機における選択された変速段に変換して出力する入力装置。
5. 車両に取り付けられる請求項１に記載の入力装置であって、
   前記制御部は、
   前記車両の停止時に前記ポジション数を更新する入力装置。