(57)【要約】【課題】操作部材の回転軸方向における装置の薄型化が実現できる力覚付与型入力装置の提供。【解決手段】筐体１内の回転軸固定部８に固定した回転軸２を中心にしてコード板４が回転するようにし、コード板４の上面の半分を筐体１から露出させることにより、コード板４を操作者が手指を載せて回転操作する操作部材とする。また、フィルム状で円板状に形成されピエゾ素子と透明電極とを含む透明体７をコード板４の下方に積層し回転軸２に固定する。そして、コード板４の回転角を発光部５と受光部６により検出し、その回転角に応じて透明体７の透明電極に交流電流を与えピエゾ素子を駆動させ、透明体７からコード板４に外力を与える。【選択図】        図２
2004342018.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、この筐体に回転可能に設けられる操作部材と、この操作部材の回転角を検出する回転角検出手段と、前記操作部材に外力を付与可能な外力付与手段と、前記回転角検出手段により検出された前記操作部材の回転角に応じて、前記外力付与手段を制御するコントローラとを備え、
前記外力付与手段が、ピエゾ素子と透明電極とを含む透明体からなることを特徴とする力覚付与型入力装置。
【請求項２】
請求項１記載の発明において、前記回転角検出手段がコード板を有するロータリエンコーダからなり、前記操作部材が前記コード板からなることを特徴とする力覚付与型入力装置。
【請求項３】
請求項２記載の発明において、前記ロータリエンコーダが受光部と発光部をと有するとともに、前記コード板が透明板からなり前記透明体に積層され、この積層されたコード板と透明体とを挟んで対向するように、前記受光部と発光部が配置されることを特徴とする力覚付与型入力装置。
【請求項４】
請求項２記載の発明において、前記ロータリエンコーダが、受光部と発光部が一体の受発光部を有し、前記コード板が光を反射するコードを有することを特徴とする力覚付与型入力装置。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれかに記載の発明において、操作者が操作する際に触れる前記コード板の面に、複数の突起部を設けたことを特徴とする力覚付与型入力装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操作部材を手動で回転操作することにより電気機器、例えば車載用電気機器を操作する操作信号を出力する入力装置であって、操作部材に回転角に応じた外力を付与することにより、操作部材から操作者に所定の力学的な感触、すなわち力覚を与える力覚付与型入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、力覚付与型入力装置には、筐体と、この筐体に回転可能に設けられる操作部材、例えばつまみと、このつまみの回転角を検出するロータリエンコーダと、つまみに外力を付与可能な外力付与手段、例えばモータと、ロータリエンコーダにより検出されたつまみの回転角に応じて、操作部材の操作対象物に操作信号を出力するとともにモータの駆動力を制御するコントローラとを備えるものがある。
【０００３】
このように構成された力覚付与型入力装置は、つまみを手動で回転操作することにより、電気機器、例えば車載用電気機器を操作する操作信号を出力する入力装置であって、車載用エアコンの風量の調節や吹出し口の切換え、ラジオの音量やチューナの調節、オーディオの音量や音質の調節などが操作対象となる。
【０００４】
例えば車載用エアコンの風量を調節する場合、例えば、つまみが風量を増加させる方向に回転すると、つまみの回転方向と反対方向の回転力がモータからつまみに与えられ、風量を増加させる方向におけるつまみの回転角の増大に従って、つまみに与えられる回転方向と反対方向の回転力が増大するように設定される。つまり、操作者は、つまみから与えられる抵抗力の増大に伴う抵抗感触（力覚）により、風量を増加させる方向にどの程度つまみを回転させたかを把握することができる。
【０００５】
なお、力覚付与型入力装置には、上述のように力覚として抵抗感触が得られるようにしたものの他に、つまみに回転方向と同方向の回転力を与えることにより力覚として加速感触が得られるようにしたものや、つまみの回転角が所定の回転角を超える際につまみに与える回転力を反転させることにより力覚としてクリック感触が得られるようにしたものなどがある。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００３−５０６３９号公報
（段落番号０００１〜００１０、図５）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の力覚付与型入力装置では薄型化が要望されているが、力覚付与型入力装置の寸法は、つまみ、ロータリエンコーダ、モータが、つまみの回転軸方向に配置されているため、この回転軸方向の寸法が厚くなり、薄型化が実現できなかった。
【０００８】
本発明は、上述の実情を考慮してなされたものであり、その目的は、操作部材の回転軸方向における装置の薄型化が実現できる力覚付与型入力装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明は、筐体と、この筐体に回転可能に設けられる操作部材と、この操作部材の回転角を検出する回転角検出手段と、前記操作部材に外力を付与可能な外力付与手段と、前記回転角検出手段により検出された前記操作部材の回転角に応じて、前記外力付与手段を制御するコントローラとを備え、前記外力付与手段が、ピエゾ素子と透明電極とを含む透明体からなることを特徴とする。
【００１０】
このように構成した本発明では、操作者が操作部材を回転操作すると、操作部材の回転角が回転角検出手段により検出される。このとき、コントローラでは、検出された操作部材の回転角に応じて、透明電極に与える交流電流の制御が行なわれる。そして、ピエゾ素子が透明電極に与えられた電流に応じて駆動する。これにより、このピエゾ素子から操作部材に外力が与えられ、操作部材の回転角に応じた所定の力学的な感触（力覚）が、操作部材から操作者に与えられる。
【００１１】
また、この発明は、外力付与手段がピエゾ素子からなるので、外力付与手段がモータからなる力覚付与型入力装置よりも、操作部材の回転軸方向における力覚付与型入力装置の薄型化が実現できる。
【００１２】
また、本発明は、前記回転角検出手段がコード板を有するロータリエンコーダからなり、前記操作部材が前記コード板からなることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、前記ロータリエンコーダが受光部と発光部をと有するとともに、前記コード板が透明板からなり前記透明体に積層され、この積層されたコード板と透明体とを挟んで対向するように、前記受光部と発光部が配置されることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、前記ロータリエンコーダが、受光部と発光部が一体の受発光部を有し、前記コード板が光を反射するコードを有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、操作者が操作する際に触れる前記コード板の面に、複数の突起部を設けたことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の力覚付与型入力装置の実施形態について説明する。
【００１７】
［第１の実施形態］
はじめに、第１の実施形態について図１〜３を用いて説明する。
【００１８】
図１は、第１の実施形態の平面図、図２は、図１のＩ−Ｉ断面図、図３は、第１の実施形態に備えられるコントローラを含む電気系統のブロック図である。
【００１９】
第１の実施形態は、電気機器、例えば車載用電気機器を操作する操作信号を出力する力覚付与型入力装置であって、車載用エアコンの風量の調節や吹出し口の切換え、ラジオの音量やチューナの調節、オーディオの音量や音質の調節などが操作対象になる。ここでは、車載用エアコンの風量を調節する操作信号を出力する力覚付与型入力装置に採用した場合を例に挙げて説明する。
【００２０】
図１，２において、１は筐体である。この筐体１内には、ロータリエンコーダ３を設けてある。このロータリエンコーダ３は、透明板からなり縁部に円周方向に沿って多数のコード４ａが配列された円板状のコード板４と、コード４ａに向かって光を放つ発光部５と、このコード４ａを通過した光を受光する受光部６とを備えている。このロータリエンコーダ３では、コード板４が回転すると、発光部５から放たれた光がコード４ａを通過して受光部６により受光され、この受光部６からコード板４が示す回転角に対応する回転角信号が出力されるようになっている。
【００２１】
また、コード板４は、その上面の半分を筐体１から露出させて、残りの上面の半分を筐体１のカバー部１ａにより覆ってある。また、このコード板４は、その中心を回転軸２に回転可能に挿入してある。回転軸２は、筐体１の底面に設けた固定部８に固定してある。これにより、操作者が筐体１から露出した上面部分に手指を載せて回転力を与えることにより、回転操作されるようになっている。つまり、操作部材がコード板４からなる。なお、コード板４、すなわち操作部材の回転軸２方向の剛性は、操作時の押圧力程度では、ほとんど撓まない大きさに設定してある。
【００２２】
また、コード板４は透明体７上に積層してある。この透明体７は、コード板４（操作部材）に外力を付与可能な外力付与手段であり、ピエゾ素子と透明電極とを含む円板状でフィルム状の部材であり、例えば厚さ寸法を１ｍｍ以下に設定してある。また、この透明体７は、回転軸２に固定してある。つまり、この透明体７は、透明電極に交流電流を与えられて微小に動き、例えばうねり、これにより、透明体７からコード板４（操作部材）に外力が与えられるようになっている。
【００２３】
なお、筐体１内には、透明体７の透明電極に接続され、この透明電極に後述のコントローラ１０から出力された制御信号（交流電流）を導くための電線１１，１２と、発光部５に接続されこの発光部５に電力を導く電線１２と、受光部６に接続されこの受光部６から出力された回転角信号をコントローラ１０に導く電線１３とを配線してある。これらの電線１１〜１３はそれぞれ、取出口１ｂから筐体１の外部に取り出して、コネクタ９に接続してある。このコネクタ９は、筐体１の外部に配置したコントローラ１０に接続してある。
【００２４】
コントローラ１０は、図３に示してある。また、同図３において２０は、操作信号が出力される操作対象物であり、エアコンの風量を変化させるエアコン駆動部である。
【００２５】
コントローラ１０は、ロータリエンコーダ３から出力された回転角信号が入力される入力部１０ａと、この入力部１０ａに入力された回転角信号に応じて、エアコン駆動部２０に出力する操作信号の値（電圧値）を演算するとともに、透明体７に出力する制御信号の値（交流電流値）を演算する演算部１０ｂと、この演算部１０ｂによる演算結果に応じて、エアコン駆動部２０に操作信号を出力するとともに透明体７に制御信号を出力する出力部１０ｄを備えている。また、記憶部１０ｃには、コード板４（操作部材）のＡ方向の回転角の増大に従って、風量を増加させるためのエアコン駆動部２０の操作量に対応した操作信号の値を示す第１関数と、コード板４のＡ方向の回転角が所定角度の増大する度毎に、コード板４と透明体７の間に生じる摩擦力を増減させるためのピエゾ素子のうねり方に対応した制御信号の値を示す第２関数と、コントローラ１０を動作させるための制御プログラムとを予め記憶させてある。
【００２６】
このように構成した第１の実施形態は、次のように動作する。
【００２７】
操作者が操作部材、すなわちコード板４をＡ方向に回転させると、コード板４の回転角がロータリエンコーダ３により検出され、その回転角に対応する回転角信号がコントローラ１０の入力部１０ａに入力される。
【００２８】
そして、コントローラ１０の演算部１０ｂによって、ロータリエンコーダ３により検出された回転角と、記憶部１０ｃに予め記憶されている第１関数とから、コード板４の回転角に応じた操作信号の値が演算される。そして、演算部１０ｄで算出された値の操作信号が出力部１０ｄからエアコン駆動部２０に出力される。これにより、エアコン駆動部２０が動作し、風量が増加する。
【００２９】
このとき、演算部１０ｄでは、上述のように操作信号の値を演算する一方で、ロータリエンコーダ３により検出された回転角と、記憶部１０ｃに予め記憶されている第２関数とから、コード板４の回転角に応じた制御信号の値の演算が行なわれる。そして、演算部１０ｄで算出された値の制御信号が出力部１０ｄから透明体７に出力される。これにより、コード板４のＡ方向の回転角が所定角度増大する度毎に、コード板４と透明体７の間の摩擦力が増減する。したがって、操作者は、操作部材から与えられる抵抗力の増減に伴うクリック感触（力覚）により、風量を増加させる方向にどの程度操作部材を回転させたかを、把握することができる。
【００３０】
第１の実施形態によれば、次の効果が得られる。
【００３１】
操作部材（コード板４）に外力を付与する外力付与手段が、ピエゾ素子および透明電極を含む透明体７からなるので、外力付与手段がモータからなる従来の力覚付与型入力装置よりも、操作部材の回転軸方向における力覚付与型入力装置の薄型化を実現でき、これにより、力覚付与型入力装置の設置スペースの寸法を小さくすることができる。
【００３２】
また、操作部材がコード板４からなるので、別体のコード板と操作部材を操作部材の回転軸方向にた位置したものよりも、操作部材の回転軸方向における厚さ寸法をさらに小さくでき、また、部品点数を削減できる。
【００３３】
また、コントローラ１０を筐体１の外部に配置してあるので、筐体１を小型化できる。
【００３４】
［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態について図４，５を用いて説明する。
【００３５】
図４は、第２の実施形態に備えられるコード板の平面図、図５は、図４のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【００３６】
第２実施形態は、図４，５に示すように、上面に複数の突起部４ｂを有するコード板４Ａを備えている点で、第１の実施形態と異なっており、それ以外は第１の実施形態と同じ構成である。
【００３７】
このように構成した第２の実施形態によれば、操作者がコード板４Ａ（操作部材）を回転操作する際、手指が突起部４ａに引っ掛かるので、コード板４Ａの回転操作が容易になる。
【００３８】
なお、第１，２の実施形態では、コントローラ１０を筐体１の外部に配置してあるが、本発明はこれに限るものではなく、コントローラ１０を筐体１に収容してもよい。このように構成したものでは、コントローラ１０を含む力覚付与型入力装置の全体をコンパクトにできる。つまり、コントローラ１０を筐体１の外部に配置するか、収容するかは、力覚付与型入力装置の設置スペースに応じて設定すればよい。
【００３９】
また、第１，第２の実施形態では、ロータリエンコーダ３が、発光部５の放つ光をコード板４のコード４ａに通して受光部６で受光するようにしてある、すなわち発光部５と受光部６を別体にしてあるが、本発明はこれに限るものではない。つまり、ロータリエンコーダは、光を反射するコードを有するコード板と、発光部と受光部を一体にした受発光部と備え、発光部が放つ光をコードで反射させて受光部で受光するものでもよい。このように構成したものでは、筐体１内における発光部および受光部の設置スペースを小さくできるので、筐体１を小型化できる。また、部品点数を少なくすることができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上で説明したように本発明によれば、操作部材（コード板）に外力を付与する外力付与手段が、ピエゾ素子および透明電極を含む透明体からなるので、外力付与手段がモータからなる従来の力覚付与型入力装置よりも、操作部材の回転軸方向における力覚付与型入力装置の薄型化が実現でき、これにより、力覚付与型入力装置の設置スペースの寸法を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の力覚付与型入力装置の第１の実施形態の平面図である。
【図２】図１のＩ−Ｉ断面図である。
【図３】第１の実施形態に備えられるコントローラを含む電気系統のブロック図である。
【図４】第２の実施形態に備えられるコード板の平面図である。
【図５】図４のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【符号の説明】
１    筐体
１ａ  カバー部
１ｂ  取出口
２    回転軸
３    ロータリエンコーダ
４    コード板（操作部材）
４Ａ  コード板（操作部材）
４ａ  コード
４ｂ  突起部
５    発光部
６    受光部
７    透明体
８    回転軸固定部
９    コネクタ
１０  コントローラ
１１  電線
１２  電線
１３  電線
１４  電線
２０  エアコン駆動部
【図１】
2004342018.tif 000003
【図２】
2004342018.tif 000004
【図３】
2004342018.tif 000005
【図４】
2004342018.tif 000006
【図５】
2004342018.tif 000007