JP7434982B2

JP7434982B2 - 回転操作装置

Info

Publication number: JP7434982B2
Application number: JP2020020882A
Authority: JP
Inventors: 拓上田; 久伸鈴木; 直明栗田
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2020-02-10
Filing date: 2020-02-10
Publication date: 2024-02-21
Anticipated expiration: 2040-02-10
Also published as: US20210249942A1; JP2021128826A; US11611272B2

Description

本発明は、回転操作装置に関する。

特許文献１には、回転操作が可能な操作子（ダイヤル操作部）と、操作子を回転駆動するステッピングモータ（ダイヤル駆動モータ）と、ステッピングモータの動作を制御する制御部と、を備える回転操作装置（操作装置）が開示されている。特許文献１の回転操作装置では、制御部がステッピングモータの回転軸（出力軸）に静止トルクを発生させる制御を実行することで、操作者による操作子の回転操作に対してクリック感を付与する。

特許第５４３２０２６号公報

しかしながら、特許文献１の回転操作装置では、操作子とステッピングモータの回転軸とが、ギヤ（駆動ギヤ、従動ギヤ）を介して連結されている。このため、ステッピングモータによるクリック感（静止トルク）が、ギヤにおいて劣化し、操作子を操作する操作者の手指にダイレクトに伝わらない、という問題がある。操作者が感じるクリック感の程度は、操作者による操作子の操作のしやすさに関わるため、ステッピングモータによるクリック感は、操作者の手指にダイレクトに伝わることが好ましい。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、ステッピングモータによるクリック感を、操作子を操作する操作者の手指にダイレクトに伝えることが可能な回転操作装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、回転軸を有するステッピングモータと、前記回転軸に設けられて前記回転軸を回転させる操作子と、を備え、少なくとも前記操作子が、前記回転軸の軸方向に移動可能とされ、前記軸方向において前記操作子が向かうことで作動するスイッチをさらに備え、前記ステッピングモータは、前記操作子と共に前記軸方向に移動可能とされ、前記ステッピングモータは、モータ本体と、モータ本体に対して回転可能に取り付けられた前記回転軸と、を有し、前記モータ本体を含む前記ステッピングモータ全体が、前記操作子と共に軸方向に移動可能とされる回転操作装置である。

本発明によれば、ステッピングモータによるクリック感を、操作子を操作する操作者の手指にダイレクトに伝えることができる。

本発明の第一実施形態に係る回転操作装置を示す斜視図である。図１の回転操作装置の分解斜視図である。図１の回転操作装置の断面図である。本発明の第一実施形態に係る回転操作装置の機能ブロック図である。本発明の第二実施形態に係る回転操作装置を示す斜視図である。図５の回転操作装置の分解斜視図である。図５の回転操作装置の断面図である。

〔第一実施形態〕
以下、図１～４を参照して本発明の第一実施形態について説明する。
図１～３に示すように、本実施形態に係る回転操作装置１は、ステッピングモータ２と、操作子３と、を備える。また、回転操作装置１は、回転位置検出部４と、スイッチ５と、弾性部材６と、を備える。

ステッピングモータ２は、モータ本体２１と、回転軸２２と、を有する。回転軸２２は、モータ本体２１に対して回転可能に取り付けられている。軸方向における回転軸２２の第一端部２２１及び第二端部２２２は、回転軸２２の軸方向におけるモータ本体２１の両側から延びている。本実施形態において、回転軸２２は、モータ本体２１に対して軸方向に移動不能である。

ステッピングモータ２は、フレーム７に取り付けられている。フレーム７は、ベース板７１と、下側支持板７２と、上側支持板７３と、支柱７４と、を備える。ベース板７１、下側支持板７２及び上側支持板７３は、これらの板厚方向に間隔をあけて下から上に順番に配される。

支柱７４は、ベース板７１、下側支持板７２及び上側支持板７３を相互に接続して、ベース板７１、下側支持板７２及び上側支持板７３の間隔を保持する。支柱７４は、第一支柱部材７４１及び第二支柱部材７４２を含む。第一支柱部材７４１は、ベース板７１と下側支持板７２との間に介在し、ベース板７１と下側支持板７２との間隔を一定に保つ。第二支柱部材７４２は、下側支持板７２と上側支持板７３との間に介在し、下側支持板７２と上側支持板７３との間隔を一定に保つ。第一支柱部材７４１は、ネジ止め等によってベース板７１に固定される。第二支柱部材７４２は、ネジ止め等によって第一支柱部材７４１に固定されることで、第一支柱部材７４１との間に下側支持板７２を挟んで固定する。第二支柱部材７４２の先端には、ネジ止め等によって上側支持板７３が固定される。支柱７４の数は、図示例のように二つであってよいが、これに限ることはない。

ステッピングモータ２のモータ本体２１は、フレーム７の下側支持板７２と上側支持板７３との間に配される。回転軸２２の第一端部２２１は、上側支持板７３に形成された貫通孔７３１に挿通される。回転軸２２の第二端部２２２は、下側支持板７２に形成された貫通孔７２１に挿通される。下側支持板７２及び上側支持板７３の貫通孔７２１，７３１の径寸法は、回転軸２２の径寸法と同等とされている。

下側支持板７２及び上側支持板７３に取り付けられた回転軸２２は、フレーム７に対して回転可能であり、また、回転軸２２の軸方向に移動可能である。なお、下側支持板７２、上側支持板７３のうち貫通孔７２１，７３１の形成部分における板厚は、下側支持板７２、上側支持板７３の他の部分の板厚よりも大きい。これにより、下側支持板７２、上側支持板７３における貫通孔７２１，７３１の長さを確保して、回転軸２２を下側支持板７２及び上側支持板７３によって安定に支持することができる。

モータ本体２１は、下側支持板７２や上側支持板７３に固定されない。これにより、回転軸２２及びモータ本体２１を含むステッピングモータ２全体は、フレーム７に対して回転軸２２の軸方向に移動可能に取り付けられる。フレーム７に対するステッピングモータ２の軸方向への移動範囲は、主に下側支持板７２と上側支持板７３との間隔によって規定される。

上側支持板７３には、案内ロッド７５が設けられている。案内ロッド７５は、回転軸２２（貫通孔７３１）に対して径方向に離れた位置において、上側支持板７３から回転軸２２の軸方向に延びている。案内ロッド７５は、モータ本体２１に形成された案内孔２３に挿入される。これにより、モータ本体２１は、フレーム７に対して回転軸２２の軸方向にのみ案内され、フレーム７に対して回転軸２２の軸周りに回転することはない。なお、案内ロッド７５は、例えば下側支持板７２に設けられてもよい。

弾性部材６は、ステッピングモータ２に対して回転軸２２の軸方向への弾性力を付与する。弾性部材６は、モータ本体２１と下側支持板７２との間に配置される。これにより、ステッピングモータ２をベース板７１に近づけるように移動させた際には、弾性部材６が弾性的に変形し、ステッピングモータ２をベース板７１から離す方向への弾性力がステッピングモータ２に付与される。本実施形態の弾性部材６は、コイルばねであり、回転軸２２を挿通させるように配されている。なお、弾性部材６は、例えばゴムやクッションなどの弾性体であってもよい。

操作子３は、回転操作装置１の操作者によって操作される部品であり、ステッピングモータ２の回転軸２２に設けられている。具体的に、操作子３には挿入孔３１が形成されている。挿入孔３１は、例えば操作子３を貫通してもよいが、本実施形態では貫通しない。操作子３は、回転軸２２の第一端部２２１が操作子３の挿入孔３１に挿入されることで、回転軸２２の第一端部２２１に取り付けられる。回転軸２２の第一端部２２１に取り付けられた操作子３は、モータ本体２１との間に上側支持板７３が介在する位置に配される。

回転軸２２に取り付けられた操作子３は、回転軸２２に対して回転軸２２の軸周りに回転しない。また、操作子３は、回転軸２２に対してその軸方向に移動しない。すなわち、操作子３は回転軸２２に対して移動不能に固定される。これにより、操作子３は、回転軸２２と共に回転軸２２の軸周りに回転可能である。また、操作子３は、回転軸２２を含むステッピングモータ２と共にフレーム７に対して回転軸２２の軸方向に移動可能である。

回転位置検出部４は、回転軸２２に設けられて回転軸２２の回転位置を検出する。回転位置検出部４は、円板状部材４１と、検出部４２と、を備える。

円板状部材４１は、回転軸２２に設けられて回転軸２２と共に回転する。具体的に、円板状部材４１の中心部分には挿入孔４１１が形成されている。挿入孔４１１は、例えば円板状部材４１をその板厚方向に貫通してもよいが、本実施形態では貫通しない。円板状部材４１は、回転軸２２の第二端部２２２が円板状部材４１の挿入孔４１１に挿入されることで、回転軸２２の第二端部２２２に固定される。なお、円板状部材４１の中心部分における円板状部材４１の板厚は、径方向において中心部の外側に位置する円板状部材４１の他の部分の板厚よりも大きい。これにより、円板状部材４１の挿入孔４１１の長さを確保して、円板状部材４１を安定に回転軸２２に固定することができる。回転軸２２の第二端部２２２に固定された円板状部材４１は、回転軸２２の軸方向においてフレーム７のベース板７１と下側支持板７２との間に配される。

検出部４２は、円板状部材４１の回転位置を検出する。検出部４２は、円板状部材４１の板厚方向において円板状部材４１の外周部分に対向するように配置される。検出部４２は、例えば一つでもよいが、本実施形態では円板状部材４１の周方向に間隔をあけて複数（図示例では二つ）並んでいる。
検出部４２は、回路基板８に実装されている。回路基板８は、ネジ止め等によってフレーム７のベース板７１に固定される。これにより、回路基板８は、回転軸２２の軸方向においてモータ本体２１との間に円板状部材４１が配されるように位置する。

本実施形態の回転位置検出部４は、反射型フォトインタラプタである。このため、円板状部材４１の外周部分には、円板状部材４１の板厚方向に貫通するスリット４１２が複数形成されている。複数のスリット４１２は、円板状部材４１の周方向に等間隔で並んでいる。また、検出部４２は不図示の発光部及び受光部を含む。図示例では、発光部及び受光部が一体化されているが、これに限ることはない。

反射型フォトインタラプタである回転位置検出部４では、回転軸２２の回転位置に応じて、発光部からの光が、円板状部材４１の外周部分において反射することで受光部に到達する、あるいは、スリット４１２を通して円板状部材４１の外周部分を透過することで受光部に到達しない。回転位置検出部４は、受光部が発光部からの光を受光するか否かに基づいて、回転軸２２の回転位置を検出することができる。

なお、回転位置検出部４は、例えば透過型フォトインタラプタであってもよい。また、回転位置検出部４の検出部４２は、例えばホール素子であってもよい。検出部４２がホール素子である場合、円板状部材４１の外周部分には、スリット４１２の代わりに、円板状部材４１の周方向にＮ極とＳ極とを交互に配列した磁石が設けられればよい。

スイッチ５は、操作子３が当該スイッチ５に向かうことで作動する。本実施形態のスイッチ５は、回転軸２２の軸方向において外力を受けることで作動する押しボタンスイッチである。押しボタンスイッチは、例えばタクトスイッチ、メンブレンスイッチ、圧力スイッチなどであってよい。なお、スイッチ５は、押しボタンスイッチに限らず、例えば光学式スイッチや静電容量式スイッチであってもよい。
スイッチ５は、回転軸２２の軸方向において回転軸２２の第二端部２２２の先端に対向する。スイッチ５は、検出部４２と同様に、ベース板７１に固定された回路基板８に実装されている。スイッチ５は、ステッピングモータ２及び操作子３が、回転軸２２の軸方向においてスイッチ５に向かって移動することで作動する。本実施形態では、ステッピングモータ２の回転軸２２がスイッチ５を押すことでスイッチ５が作動する。

回転操作装置１は、図４に示すように、制御部９をさらに備える。制御部９は、回転位置検出部４から出力された回転軸２２の回転位置に応じてステッピングモータ２を制御してステッピングモータ２に静止トルクを発生させる。これにより、操作者による操作子３の回転操作に対してクリック感が付与される。操作子３（回転軸２２）の一周あたりのクリックのポイント数は、任意に設定することができる。

以上のように構成される本実施形態の回転操作装置１では、操作者が操作子３を回転操作することができる。この際、操作者の手指にはステッピングモータ２によるクリック感が伝わる。これにより、操作者は、操作子３を視認しなくても、操作子３をどの程度回転させたか把握することができる。

また、回転操作装置１では、操作者が操作子３を回転軸２２の軸方向に押すことができる。この際には、ステッピングモータ２及び操作子３がスイッチ５（ベース板７１）に近づくように移動し、スイッチ５が作動する。また、弾性部材６が、ステッピングモータ２及び操作子３に対してこれらをスイッチ５から離す方向に弾性力を付与する。このため、操作者が操作子３の押し動作を解除した際には、ステッピングモータ２及び操作子３が弾性部材６の弾性力によってスイッチ５から離れる方向に移動し、スイッチ５の作動が解除される。

以上説明したように、本実施形態の回転操作装置１によれば、操作子３がステッピングモータ２の回転軸２２に直接設けられているため、操作子３と回転軸２２との間にはギヤなどが介在しない。これにより、ステッピングモータ２によるクリック感を、操作子３を操作する操作者の手指にダイレクトに伝えることができる。

また、本実施形態の回転操作装置１では、回転軸２２の第一端部２２１及び第二端部２２２が、軸方向におけるモータ本体２１の両側から延びている。そして、操作子３が回転軸２２の第一端部２２１に設けられ、回転位置検出部４の円板状部材４１が回転軸２２の第二端部２２２に設けられている。このため、操作子３及び円板状部材４１が回転軸２２の第一端部２２１及び第二端部２２２の一方のみに設けられる場合と比較して、モータ本体２１から延びる回転軸２２の第一端部２２１及び第二端部２２２の各長さを短くすることができる。このため、回転軸２２が撓んだり、ぶれたりすることを抑制できる。これにより、ステッピングモータ２によるクリック感が、回転軸２２の撓みやブレに基づいて劣化することを抑制できる。したがって、ステッピングモータ２によるクリック感を、操作子３を操作する操作者の手指によりダイレクトに伝えることができる。

また、本実施形態の回転操作装置１では、モータ本体２１及び回転軸２２を含むステッピングモータ２全体が操作子３と共に軸方向に移動する。このため、操作子３を軸方向に移動させても、モータ本体２１と回転軸２２との相対的な位置が変化しない。これにより、操作子３の軸方向の位置が変化しても、ステッピングモータ２によるクリック感が変化することを防止できる。

また、本実施形態の回転操作装置１では、ステッピングモータ２が操作子３と共にスイッチ５に対して離れたり近づいたりするように移動可能とされている。そして、ステッピングモータ２及び操作子３がスイッチ５に向かって移動することで、スイッチ５が作動する。これにより、操作子３及びステッピングモータ２を、スイッチ５を作動させるための部品として活用することができる。スイッチ５を作動させるための部品を別途用意する必要がないため、スイッチ５を含む回転操作装置１を簡素に構成することができる。

また、本実施形態の回転操作装置１は、ステッピングモータ２及び操作子３をスイッチ５から離す方向に弾性力を付与する弾性部材６を備える。これにより、操作者は、ステッピングモータ２及び操作子３をスイッチ５に近づけてスイッチ５を作動させた状態において、操作子３から手を離すだけで、弾性部材６の弾性力によってステッピングモータ２及び操作子３をスイッチ５から離して、スイッチ５の作動を簡単に解除することができる。

〔第二実施形態〕
次に、図５～７を参照して本発明の第二実施形態について説明する。第二実施形態においては、第一実施形態と同様の構成要素について同一符号を付す等して、その説明を省略する。

図５～７に示すように、第二実施形態の回転操作装置１Ｂは、第一実施形態と同様に、ステッピングモータ２Ｂと、操作子３と、回転位置検出部４と、スイッチ５と、を備える。また、図示しないが、回転操作装置１Ｂは、操作子３の回転操作に対してクリック感を付与するための制御部９（図４参照）も備える。

ただし、第二実施形態のステッピングモータ２Ｂでは、回転軸２２が操作子３と共にモータ本体２１に対して回転軸２２の軸方向に移動可能とされている。また、モータ本体２１と回転軸２２との間には、図示しない弾性部材が設けられている。弾性部材は、回転軸２２をモータ本体２１に対してスイッチ５から離す方向（図７において上方向）に弾性力を付与する。

ステッピングモータ２Ｂは、第一実施形態と同様に、フレーム７Ｂに取り付けられている。フレーム７Ｂは、ベース板７１と、支持板７３Ｂと、支柱７４Ｂと、を備える。ベース板７１と支持板７３Ｂとは、これらの板厚方向に間隔をあけて配される。支柱７４Ｂは、ベース板７１と支持板７３Ｂとを接続して、ベース板７１と支持板７３Ｂとの間隔を保持する。支柱７４Ｂは、ベース板７１と支持板７３Ｂとの間に介在することで、ベース板７１と支持板７３Ｂとの間隔を一定に保つ。支柱７４Ｂは、ネジ止め等によってベース板７１に固定される。支柱７４Ｂの先端には、ネジ止め等によって支持板７３Ｂが固定される。

モータ本体２１は、支持板７３Ｂにネジ止め等によって固定され、ベース板７１と支持板７３Ｂとの間に配される。回転軸２２の第一端部２２１は、支持板７３Ｂに形成された貫通孔７３１Ｂに挿通されている。支持板７３Ｂの貫通孔７３１Ｂの径寸法は、回転軸２２の径寸法以上であればよい。
モータ本体２１が支持板７３Ｂに固定された状態では、回転軸２２がモータ本体２１及びフレーム７Ｂに対して回転軸２２の軸方向に移動可能である。また、回転軸２２の第二端部２２２の先端が、回転軸２２の軸方向においてスイッチ５に対向する。

第二実施形態の回転位置検出部４は、第一実施形態と同様の円板状部材４１及び検出部４２を備える。ただし、回転位置検出部４の円板状部材４１に形成された挿入孔４１１は、円板状部材４１の板厚方向に貫通している。このため、回転軸２２の第二端部２２２は、円板状部材４１の挿入孔４１１に挿通され、円板状部材４１を介さずにスイッチ５に対向する。

以上のように構成される第二実施形態の回転操作装置１Ｂでは、第一実施形態と同様に、操作者が操作子３を回転操作した際に、操作者の手指にはステッピングモータ２Ｂによるクリック感が伝わる。
また、第二実施形態の回転操作装置１Ｂでは、操作者が操作子３を回転軸２２の軸方向に押すことができる。この際には、回転軸２２が、操作子３と共にモータ本体２１に対してスイッチ５に近づくように移動し、スイッチ５が作動する。一方、操作者が操作子３の押し動作を解除した際には、操作子３及び回転軸２２がモータ本体２１と回転軸２２との間に設けられた弾性部材の弾性力によってスイッチ５から離れる方向に移動し、スイッチ５の作動が解除される。

第二実施形態の回転操作装置１Ｂによれば、第一実施形態と同様の効果を奏する。
また、第二実施形態の回転操作装置１Ｂでは、ステッピングモータ２Ｂの回転軸２２が、操作子３と共にモータ本体２１に対して回転軸２２の軸方向に移動可能とされている。これにより、回転軸２２よりも重いモータ本体２１をフレーム７Ｂに固定できるため、ステッピングモータ２Ｂ全体をフレーム７Ｂに対して移動可能に取り付ける場合と比較して、ステッピングモータ２Ｂをより簡単かつ安定にフレーム７Ｂに取り付けることができる。また、第一実施形態のフレーム７と比較して下側支持板７２や案内ロッド７５（図１～３参照）が不要となるため、フレーム７Ｂの構成部品点数を減らしてフレーム７Ｂの簡素化を図ることができる。また、重いモータ本体２１は、操作子３及び回転軸２２と共に軸方向に移動しないため、より小さい力で操作子３を軸方向に動かすことができる。すなわち、操作子３を軸方向に動かす操作を容易に行うことができる。

また、第二実施形態の回転操作装置１Ｂでは、ステッピングモータ２Ｂの回転軸２２が操作子３と共にスイッチ５に対して離れたり近づいたりするように移動可能とされている。そして、回転軸２２及び操作子３がスイッチ５に向かって移動することで、スイッチ５が作動する。これにより、操作子３及び回転軸２２を、スイッチ５を作動させるための部品として活用することができる。スイッチ５を作動させるための部品を別途用意する必要がないため、スイッチ５を含む回転操作装置１Ｂを簡素に構成することができる。

以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

本発明の回転操作装置において、スイッチ５は、ステッピングモータ２，２Ｂやその回転軸２２の軸方向への移動に伴って作動することに限らず、例えば操作子３の軸方向への移動のみに伴って作動してもよい。すなわち、スイッチ５は、操作子３だけがスイッチ５に向かうことで作動してもよい。この場合、操作子３は、回転軸２２と共に回転するように、かつ、回転軸２２に対してその軸方向に移動可能となるように、回転軸２２に取り付けられてよい。また、スイッチ５は、回転軸２２の軸方向において操作子３に対向するように、第一実施形態の上側支持板７３や第二実施形態の支持板７３Ｂに設けられてよい。また、操作子３と回転軸２２との間には、操作子３を回転軸２２に対してスイッチ５から離す方向に弾性力を付与する弾性部材が設けられてもよい。
このような構成では、スイッチ５を作動させるために、ステッピングモータ２，２Ｂやその回転軸２２を軸方向に移動させる必要がなくなる。これにより、ステッピングモータ２，２Ｂ及びこれを取り付けるフレーム７，７Ｂの簡素化を図ることができる。

本発明の回転操作装置において、回転位置検出部４の検出部４２は、例えば回転軸２２の軸方向において円板状部材４１に対向するモータ本体２１の部位に設けられてもよい。この場合には、回転位置検出部４がステッピングモータ２，２Ｂに一体化されるため、回転操作装置の組み立てを容易に行うことができる。

本発明の回転操作装置において、回転軸２２はその軸方向におけるモータ本体２１の一方側のみから延びていてもよい。

１，１Ｂ…回転操作装置、２，２Ｂ…ステッピングモータ、２１…モータ本体、２２…回転軸、２２１…第一端部、２２２…第二端部、３…操作子、４…回転位置検出部、５…スイッチ、６…弾性部材

Claims

回転軸を有するステッピングモータと、
前記回転軸に設けられて前記回転軸を回転させる操作子と、を備え、
少なくとも前記操作子が、前記回転軸の軸方向に移動可能とされ、
前記軸方向において前記操作子が向かうことで作動するスイッチをさらに備え、
前記ステッピングモータは、前記操作子と共に前記軸方向に移動可能とされ、
前記ステッピングモータは、モータ本体と、モータ本体に対して回転可能に取り付けられた前記回転軸と、を有し、
前記モータ本体を含む前記ステッピングモータ全体が、前記操作子と共に軸方向に移動可能とされる回転操作装置。
前記回転軸の回転位置を検出する回転位置検出部をさらに備え、
前記ステッピングモータは、モータ本体と、モータ本体に対して回転可能に取り付けられた前記回転軸と、を有し、
軸方向における前記回転軸の第一端部及び第二端部は、前記回転軸の軸方向における前記モータ本体の両側から延び、
前記回転軸の第一端部に、前記操作子が設けられ、
前記回転軸の第二端部に、前記回転位置検出部が設けられている請求項１に記載の回転操作装置。
前記ステッピングモータが前記スイッチに向かって移動することで、前記スイッチが作動する請求項１又は請求項２に記載の回転操作装置。
前記回転軸が前記スイッチに向かって移動することで、前記スイッチが作動する請求項３に記載の回転操作装置。
少なくとも前記操作子に対し、前記操作子を前記スイッチから離す方向に弾性力を付与する弾性部材を備える請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の回転操作装置。